(57)【要約】　　　（修正有）【課題】ハイドロフォームのみでブラケット類を一体成形し、さらに他部品を取り付けるための取付構造をハイドロフォーム成形完了時に全て備えているハイドロフォーム成形部品およびその成形方法を提供する。【解決手段】他部品を取付けるための締結具４を備えたハイドロフォーム成形部品の成形時に、成形部品の表面部材を締結具４の外形に沿って伸張させ、締結具４の一部を覆うようにして締結具４を固定する。また、ハイドロフォーム成形を行う際に、成形部品をその長手方向に対し直交する外側方向に枝管を凸形状に張り出させた後、枝管を成形部品の内側方向に凹形状に反転させ、凹形状部にセットした締結具４を固定する。【選択図】　　　図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
他の部品を取付けるための締結具と成形部品本体とを用意し、該成形部品本体の表面に該締結具の一端を接するように該締結具を配置し、前記成形部品本体の表面部材に前記締結具の一端が包囲されるようにハイドロフォーム成形を行なう、ハイドロフォーム成形部品の製造方法。
【請求項２】
ハイドロフォーム成形の際に、前記成形部品からその外側に枝管を凸形状に張り出させ、その後、該枝管を前記成形部品の内側方向に凹形状に反転させ、次いで該凹形状部に置かれた前記締結具をハイドロフォーム成形により固定することを特徴とする請求項１に記載のハイドロフォーム成形部品の製造方法。
【請求項３】
前記成形部品用の金型が、前記成形部品に対して前記締結具の位置を制御するシリンダーと、該シリンダーの外側に移動可能に設けられ前記締結具の移動方向を規制するガイドと、該ガイドの外側に設けられ、移動可能に前記枝管の表面形状を規制することができるカウンターとを含むカウンター機構を備え、該カウンター機構の制御により、前記締結具と前記カウンターとにより前記枝管の凸形状を規制することを特徴とする請求項２に記載のハイドロフォーム成形部品の製造方法。
【請求項４】
前記締結具を固定するときに、前記締結具と前記ガイドの間に伸張された成形部品の表面部材を、前記締結具と前記ガイドで挟むことを特徴とする請求項４に記載のハイドロフォーム成形部品の製造方法。
【請求項５】
前記締結具がボルトであり、前記締結具の一端が該ボルトの頭部であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のハイドロフォーム成形部品の製造方法。
【請求項６】
前記ボルトの頭部の形状が四角形、三角形、略楕円形のうちいずれかであることを特徴とする請求項５に記載のハイドロフォ−ム成形部品の製造方法。
【請求項７】
成形部品の表面部材を締結具の外形に沿って伸張させ、該表面部材が該締結具の一部を覆うようにして該締結具を固定してなるハイドロフォーム成形部品。
【請求項８】
前記締結具がボルトであり、前記締結具の一端が該ボルトの頭部であることを特徴とする請求項７に記載のハイドロフォーム成形部品。
【請求項９】
前記ボルトの頭部の形状が四角形、三角形、略楕円形のうちいずれかであることを特徴とする請求項８に記載のハイドロフォ−ム成形部品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、締結具を備えたハイドロフォーム成形部品およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両に使用するクロスメンバー等のパイプ部品には、ブラケット等の複数の部品が溶接で取り付けられている。ハイドロフォームは、複雑な形状の中空部品を成形することができるため、上記溶接取付部品をパイプ部品に一体成形することで、部品点数の削減、溶接廃止等によるコストダウンが見込まれる。
【０００３】
ハイドロフォームでブラケット類の形状を材料パイプと一体成形することに問題はない。しかし、上記ブラッケット類に設けられていた他部品を取り付けるためのウエルドナットやボルト類等の締結具を上記パイプに設ける方法には、まだ課題が残されている。成形後に締結具を他工程で溶接するのは可能だが、上述のメリットが大きく損なわれる。
【０００４】
従来、以下の公報が公開されている。
（１）特開平１１−１７００６０号公報では、ハイドロフォーム成形部品の所定箇所の壁部を成形時に打ち抜いてフランジ部を形成させ、該フランジ部と他部品をスポット溶接で取り付けている。
（２）特開２００１−３３４３１９号公報では、ハイドロフォーム成形部品の所定部をレーザー等の切り出し手段で開口させ、平坦部にウエルドナットを溶接している。
（３）特開２００２−４５９２５号公報、および特開２００２−４５９２６号公報では、ナットを溶接して製作した短管部材を、ハイドロフォーム成形部品を膨張させる圧力を利用してその成形部品の外側のまわりに圧着・固定している。
（４）特開平１０−３５５２４号公報では、バルジ加工により円錐形状部を設け、それにタップ加工をしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記（１）および（２）の文献では、パイプの一部を切り開いて溶接しなければならず、工数がかかると共に、成形部品の強度低下は避けられない。上記（３）の文献では、ナットを溶接した短管部材を製作する必要があり、単に該短管部材をパイプに溶接する作業が削減されるだけであり、部品点数の削減はできていない。上記（４）の文献では、バルジ加工後にタップ加工が必要であり、加工工数がかかる。また、成形可能な締結具の長さが制限を受けたり、中空であるため、締結具の強度が低くなる。
【０００６】
本発明はこのような従来技術に鑑みてなされたものであって、ハイドロフォームのみでブラケット類を一体成形し、さらに他部品を取り付けるための取付け構造をハイドロフォーム成形の完了時に全て備えているハイドロフォーム成形部品およびその成形方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、他の部品を取付けるための締結具と成形部品本体とを用意し、該成形部品本体の表面に該締結具の一端を接するように該締結具を配置し、前記成形部品本体の表面部材に前記締結具の一端が包囲されるようにハイドロフォーム成形を行なう。
また、ハイドロフォーム成形の際に、前記成形部品からその外側に枝管を凸形状に張り出させ、その後、該枝管を前記成形部品の内側方向に凹形状に反転させ、次いで該凹形状部に置かれた前記締結具をハイドロフォーム成形により固定する。
また、前記成形部品用の金型が、前記成形部品に対して前記締結具の位置を制御するシリンダーと、該シリンダーの外側に移動可能に設けられ前記締結具の移動方向を規制するガイドと、該ガイドの外側に設けられ、移動可能に前記枝管の表面形状を規制することができるカウンターとを含むカウンター機構を備え、該カウンター機構の制御により、前記締結具と前記カウンターとにより前記枝管の凸形状を規制することもできる。
また、前記締結具を固定するときに、前記締結具と前記ガイドの間に伸張された成形部品の表面部材を、前記締結具と前記ガイドで挟むこともできる。
また、前記締結具がボルトであり、前記締結具の一端が該ボルトの頭部としている。
さらに、前記ボルトの頭部の形状が四角形、三角形、略楕円形のうちいずれかにすることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態に係るハイドロフォーム成形部品（以下、成形部品という）および製造方法の一例として、ボルト（締結具）４を材料パイプ５にハイドロフォームを用いて固定する方法について図面を用いて説明する。
なお、本明細書において使用する方向（上下および左右）は、図１〜図６を基準に示すものとする。
【０００９】
図１に示すように、成形金型７は、左右に延びるように設けられ材料パイプ５をセットする孔１０と、孔１０から上方向へ延びるように設けられボルト４を固定する位置に孔１１を有する。孔１０の形状は、材料パイプ５の成形形状に合わせて形成されている。孔１０の左右には、セットされた材料パイプ５の両端部を、その長手中心方向へそれぞれ押圧する軸押しパンチ６が設けられている。軸押しパンチ６の形状は、孔１０内にすき間なく嵌め込まれて摺動できるように形成され、さらにその先端部は、材料パイプ５の肉厚分だけ小径になっており、材料パイプ５の両端の開口部の内側に嵌め込まれ内部に注入した水８を封入するように構成される。また、左側の軸押しパンチ６には、材料パイプ５の内部に水８を注水するための注水口９が設けられている。
【００１０】
孔１１には、ボルト４が頭部を下側に向けてセットされる。ボルト４の周囲には、その中心から同心円状にボルト位置制御シリンダー１、ボルト外側ガイド２、張り出し部カウンター３の３部品が設けられ、それぞれが独立して上下方向へ可動することができる。ボルト位置制御用シリンダー１は、各成形段階においてボルト４の材料パイプ５に対して前進（下降）後退（上昇）の位置を制御するものである。ボルト外側ガイド２は、ボルト位置制御シリンダー１の外側に設けられボルト４の移動方向を規制すると共に、ボルト４の頭部とねじ部の接合面の平面部に当接されて、ボルト４を前進させる。張り出し部カウンター３は、後述する枝管１２の張り出し時に枝管の先端の表面を受けて形状を規制する。初期状態では、成形金型７にセットしたボルト４の頭部頂上の平面部もカウンター３の役割を果たしている。
また、成形装置本体には、図示しない制御装置が設けられ、公知技術を用いて工程ごとの動作を制御している。
【００１１】
図１〜図６を用いて、上記構成による作用を説明する。成形は、以下（１）〜（６）の順序で行われる。
（１）図１に示すように、成形金型７の孔１０内に材料パイプ５をセットし、成形金型７を閉じ、軸押しパンチ６の先端部を材料パイプ５の内側に嵌め込む。孔１１には、ボルト４をあらかじめセットしておく。
材料パイプ５の選定は、部品の要求性能に合わせて行うが、できるだけ伸びが大きいものが望ましい。伸びが大きい材料の方が、後述する枝管１２の張り出し工程での拡管率を大きくすることが容易になるからである。
埋め込むボルト４の頭部の形状は、締付トルクで該頭部が回転しないよう確実に固定するために、四角形、三角形または略楕円形などの形状が望ましい。
【００１２】
（２）図２に示すように、注水口９から水８を充填し、加圧して目的形状および他部品取付け構造の成形を行う。
ボルト４を取り付ける位置の材料パイプ５の表面部材を、その長手方向に対し直交する外側方向（図２の上方向）に枝管高さ１３の位置まで凸形状に張り出させ、枝管１２を形成する。その際、部分的な過渡の減肉を防止するために枝管１２の張り出した頂上部をボルト４の頭部とカウンター３で押さえながら成形を行う。
枝管高さ１３は、埋め込まれるボルト４の頭部の外周相当長さと張り出し部の周長が同じになるように決定される。このため、ボルト４の種類によって適切な高さを選定する必要がある。
（３）図３に示すように、ボルト位置制御用シリンダー１とボルト外側ガイド２でボルト４を内側方向（図２の下方向）に押し、外側に張り出した枝管１２を、凹部高さ１３´の位置まで凹形状に折り返して反転させる。
【００１３】
（４）図４に示すように、ボルト外側ガイド２を後退させ、ボルト４の頭部とボルト外側ガイド２の間に空間１５を作る。
（５）図５に示すように、加圧して材料パイプ５の表面部材をボルト４の頭部の形状に沿って伸張させ、該頭部を覆うようにしてボルト４を固定する。空間１５には、水圧により表面部材が伸張した部材１４が回り込み、ボルト４の頭部を包囲する。その後、ボルト外側ガイド２を前進させると同時にボルト４を後退させて、ボルト４の頭部とボルト外側ガイド２で、部材１４の部分を完全に挟み込んで成形を完了する。ボルト４は、ボルト位置制御シリンダー１を後退させることで、内圧でパイプが張り出そうとする力に押されて自然に後退する。
（６）図６に示すように、成形金型７から部品を取り出し、完成品となる。
【００１４】
他部品を取り付けるためのブラケット類であれば、ハイドロフォームの特徴である成形形状の自由度の高さから、金型を目的の形状に製作して問題なく形成することができる。しかし、ボルト類の埋め込み構造を実現するには、ブラケット類相当の形状を成形するためだけに拡管率を大きくとりすぎないことが重要である。特に埋め込み位置が軸押しの効果が及ぶ範囲かどうかによって拡管率の許容範囲が大きく異なるため、位置によってその拡管率を変える必要がある。具体的には、どの位置においても形状変更のみで周長を変化させないことが最も望ましいが、軸押しの効果が得られる範囲において周長で１０％、それ以外では５％を上限とすることが望ましい。
【００１５】
枝管１２を内側へ反転させた後、ボルト４の頭部の回りに材料１４を回り込ませる場合、内圧の付加のみでも可能である。しかし、極小さなＲを形成するために高い内圧を付加する必要があるため、小Ｒ形成時に極端な減肉が発生するおそれがある。本案のように、ボルトを後退させながら、空間を減少させつつ材料を挟み込む方法の場合、低い内圧で小Ｒの形成が可能となり、減肉もほとんど起こらない。
【００１６】
請求項１によれば、締結具４を成形部品の成形時に同時に固定することが可能なため、工数の削減の効果が得られる。また、単品の締結具４を他の部品を介することなしに直接成形部品に固定することが可能なため、部品点数の削減、軽量化の効果が得られる。また、別体の締結具４を用いることが可能なため、締結具４の強度や寸法の自由度を確保できる。
請求項２によれば、成形部品の過度の減肉の防止が可能となる。また、締結具４の周りを覆う表面部材の適正な成形が可能となる。
【００１７】
また、請求項３によれば、ボルト外側ガイド２で規制することにより、ボルト４を枝管１２の張り出した頂上部に押し込む際に作用する応力の一部をガイド２に分散させ、ボルト４の折損を防止することができる。また、張り出し部カウンター３が、締結具４の一部を覆う表面部材の移動を補助することにより、減肉を防止し小さい曲率のＲ形状の成形が可能となる。
請求項４によれば、締結具４をなるべく成形部品の表面近くで固定して、締結具４の埋没深さを減らすことにより、過度に減肉させることなく締結具４の周りの小さい曲率のＲ形状の成形が可能となる。また、挟み込まれる部材１４は折りたたまれて２枚分の板厚になるため締結具４の取付け強度を高めることが可能である。
【００１８】
また、請求項７によれば、単品の締結具４を他の部品を介することなしに直接成形部品に固定することが可能なため、部品点数の削減、軽量化の効果が得られる。また、別体の締結具４を用いることが可能なため、締結具本来の強度を確保する効果が得られる。
また、請求項５および請求項８によれば、締結具４にボルトを用いて、成形部品の表面部材が覆う部分をボルト４の頭部にすることにより、締結具と成形部品との固定部の強度の確保が容易となる。
さらに、請求項６および請求項９によれば、他部品を取り付ける際、成形部品に対してボルト４が回転するのを防止することができる。
【００１９】
なお、本発明は既述の実施形態に限定されるものではなく、ボルト４の他にナット類も同様な手順で固定することができる。例えば、あらかじめナット類に植え込みボルトを仮止めしておき、ナット類をボルト４の頭部に見立て、植え込みボルトのねじ部をボルト４のねじ部に見立て、上述の実施形態と同様に成形する。成形後に植え込みボルトを外せば、ナット類のみが材料パイプ５に固定された状態となる。
また、図１〜図５に示す孔１１は、孔１０から上方向に設けているが、当然に紙面直角方向等に自由な角度に設けることができる。例えば、ボルト４を材料パイプ５の上下方向および紙面直角方向に２個取り付けたい場合であっても、上述の製造方法で対応することができる。
また、ボルト４の頭部の形状は、四角形等以外の形状であって、回転を防止する措置（突起等）を設けて構成することもできる。
【実施例】
【００２０】
以下に、ボルトの頭部の形状を変えて実施した結果を記載する。
φ４８．６×ｔ１．２×Ｌ１００のパイプ（ＳＴＫＭ１１Ａ）にＭ８のボルトを埋め込んだ。ボルトの頭部は、通常の６角形（対角線長さ１５ｍｍ）、および一辺が１５ｍｍの四角形の２種類とし、共に厚みは５．５ｍｍとした。枝管部の直径はφ２２とし、張り出し高さは約２０ｍｍに設定した。
材料パイプおよび埋め込みボルトを金型にセットし、軸押し行いながら枝管を形成する。枝管形成後、内圧を一旦低下させながらボルトを押し込み、枝管部をパイプの内側に反転させた。その後、内圧を再び上昇させながらボルトを後退させた。後退する長さは、５〜７ｍｍの場合に形状が良好であった。異なる２種類のボルトに他の部品を取り付けてナットを締め込んだところ、四角形のものは特に締付トルクに対して高い強度を示した。
【００２１】
【発明の効果】
本発明に係る成形部品および製造方法によれば、他の部品を取付けるための締結具と成形部品本体とを用意し、該成形部品本体の表面に該締結具の一端を接するように該締結具を配置し、前記成形部品本体の表面部材に前記締結具の一端が包囲されるようにハイドロフォーム成形を行なうので、別部品で他部品の取付け構造を構成せずに、ハイドロフォームのみで他部品取付け構造（ブラケット等）を含めて一体化することができる。また、他部品を取り付けるための取付け構造を、ハイドロフォーム成形の完了時に全て備えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る成形手順１を示す説明図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る成形手順２を示す説明図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る成形手順３を示す説明図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る成形手順４を示す説明図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る成形手順５を示す説明図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る成形手順６を示す説明図である。
【符号の説明】
１　ボルト位置制御用シリンダー
２　ボルト外側ガイド
３　張り出し部カウンター
４　ボルト（締結具）
５　材料パイプ
６　軸押しパンチ
７　成形金型
８　水
９　注水口
１０，１１　孔
１２　枝管
１３　枝管高さ
１３´　凹部深さ
１４　部材
１５　空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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