(57)【要約】【課題】自動車に適用した際に、軽量かつ衝突時に非常に優れたエネルギ吸収能を示すことが可能であるアルミニウム合金ダイカスト鋳物製センターピラーおよびその製造方法を提供する。【解決手段】本発明のアルミニウム合金ダイカスト鋳物製センターピラー１０は、ダイカスト用アルミニウム合金からダイカスト鋳造法によりセンターピラー部１１とサイドシル部１２とが一体成形された本体部１３と、発泡アルミニウム材からなり前記本体部１３に鋳包まれた衝撃吸収部材１４と、を含んでいる。衝撃吸収部材は、サイドシル部と、センターピラー部のうちサイドシル部よりも少なくとも２００ｍｍ上方までの範囲とに鋳包まれている。【選択図】　　　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイカスト用アルミニウム合金からダイカスト鋳造法によりセンターピラー部とサイドシル部とが一体成形された本体部と、
発泡アルミニウム材からなり前記本体部に鋳包まれた衝撃吸収部材と、を含み、
前記衝撃吸収部材は、前記サイドシル部と、前記センターピラー部のうち前記サイドシル部よりも少なくとも２００ｍｍ上方までの範囲とに鋳包まれてなるアルミニウム合金ダイカスト鋳物製センターピラー。
【請求項２】
鋳包まれる前記衝撃吸収部材の密度は、０．２ｇ／ｃｍ３以上であることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム合金ダイカスト鋳物製センターピラー。
【請求項３】
前記衝撃吸収部材を鋳包んだ際の外皮たるアルミニウム合金ダイカスト鋳物は、最低肉厚が１ｍｍ以上であり、かつ、当該最低肉厚のばらつきの範囲が１ｍｍ以内であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアルミニウム合金ダイカスト鋳物製センターピラー。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載のアルミニウム合金ダイカスト鋳物製センターピラーの製造方法であって、
ダイカスト用アルミニウム合金溶湯を高真空ダイカスト法によって鋳造することを特徴とするアルミニウム合金ダイカスト鋳物製センターピラーの製造方法。
【請求項５】
鋳包まれる前記衝撃吸収部材のうち少なくとも鋳包み時に前記ダイカスト用アルミニウム合金溶湯に接する部分には、発泡アルミニウム材を作製したときの表皮が残存していることを特徴とする請求項４に記載のアルミニウム合金ダイカスト鋳物製センターピラーの製造方法。
【請求項６】
ダイカスト鋳造時における前記ダイカスト用アルミニウム合金溶湯の溶湯温度を７００℃以下とすることを特徴とする請求項４または請求項５に記載のアルミニウム合金ダイカスト鋳物製センターピラーの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウム合金ダイカスト鋳物製ピラーおよびその製造方法に係り、さらに詳しくは、自動車の側面衝突時に、従来のアルミニウム合金ダイカスト鋳物製センターピラーと比較して、より優れたエネルギ吸収能を示すことが可能なアルミニウム合金ダイカスト鋳物製センターピラー、および、当該センターピラーをダイカスト鋳造法により製造する製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車の軽量化の要請の高まりから、車体やシャシー部材にアルミニウム合金を適用する試みが広く行われてきている。しかしながら、従来のスチール製車体の部材構造をそのままアルミニウム合金に置き換えた場合には、大幅なコストの増加を招いてしまう。
【０００３】
このため、スチール製車体では複数部品を溶接することにより製造されていたセンターピラーのような大型で複雑な部品を、アルミニウム合金の特徴を活かして、ダイカスト法により一体鋳造して使用することがアウディ社のオールアルミボディ車のＡ２シリーズなどで試みられ（例えば、非特許文献１参照。）、実用化されている。
【０００４】
【非特許文献１】
Ｗ．Ｌｅｉｔｅｒｍａｎ　ｅｔ．ａｌ、「Ｄｅｒ　Ａｌｕｍｉｎｕｍ−Ｓｐａｃｅ−Ｆｒａｍｅ　ｄｅｓ　Ａｕｄｉ　Ａ２」、ＡＴＺ　ＭＴＺ　ｓｐｅｃｉａｌ（２００２）、６８
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、センターピラーのような車体骨格部材にアルミニウム合金ダイカスト鋳物を適用するに当っては、衝突時の安全性確保の観点から、衝突のような衝撃入力に対しても亀裂を生じることなく大変形し、大きなエネルギ吸収をすることが求められている。このような観点から、アルミニウム合金ダイカスト鋳物の延性を向上させるべく、種々のダイカスト用材料の開発やダイカスト法の開発が進められている。しかし、今後、一段高いレベルでの軽量化と衝突安全性能の両立を図っていくためには、これまでの材料開発と工法開発の継続のみでは、限界があると思われる。
【０００６】
一方、近年、車体部材の衝突性能向上策として多孔質材料の適用が研究されているが、未だ、車体部材への適用方法やその締結方法について具体化されている例は少ない。
【０００７】
本発明は、この様な事情に鑑みてなされたものであり、自動車に適用した際に、軽量かつ衝突時に非常に優れたエネルギ吸収能を示すことが可能であるアルミニウム合金ダイカスト鋳物製センターピラーおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、下記する手段により達成される。
【０００９】
本発明は、ダイカスト用アルミニウム合金からダイカスト鋳造法によりセンターピラー部とサイドシル部とが一体成形された本体部と、発泡アルミニウム材からなり前記本体部に鋳包まれた衝撃吸収部材と、を含み、前記衝撃吸収部材は、前記サイドシル部と、前記センターピラー部のうち前記サイドシル部よりも少なくとも２００ｍｍ上方までの範囲とに鋳包まれてなるアルミニウム合金ダイカスト鋳物製センターピラーである。
【００１０】
また、本発明は、上記のアルミニウム合金ダイカスト鋳物製センターピラーの製造方法であって、ダイカスト用アルミニウム合金溶湯を高真空ダイカスト法によって鋳造することを特徴とするアルミニウム合金ダイカスト鋳物製センターピラーの製造方法である。
【００１１】
【発明の効果】
本発明に係るアルミニウム合金ダイカスト鋳物製センターピラーにおいては、側面衝突時に効率的に大変形をしてエネルギ吸収をすることが必要な部位に、アルミニウム合金ダイカスト鋳物および発泡アルミニウム材それぞれの性能を損なうことなく、発泡アルミニウム材からなる衝撃吸収部材が鋳包まれているために、従来のアルミニウム合金ダイカスト鋳物製センターピラーと比較して、より優れたエネルギ吸収能を示すことが可能である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１３】
図１（Ａ）は、本発明の実施形態のアルミニウム合金ダイカスト鋳物製センターピラー１０の外観を示す模式図、図１（Ｂ）は、本発明の実施形態に係るアルミニウム合金ダイカスト鋳物製センターピラー１０において発泡アルミニウム材からなる衝撃吸収部材１４を鋳包む部位を示す模式図である。
【００１４】
本発明の実施形態に係るアルミニウム合金ダイカスト鋳物製センターピラー１０は、概説すれば、ダイカスト用アルミニウム合金からダイカスト鋳造法によりセンターピラー部１１とサイドシル部１２とが一体成形された本体部１３と、発泡アルミニウム材からなり本体部１３に鋳包まれた衝撃吸収部材１４と、を含んでいる。そして、衝撃吸収部材１４は、サイドシル部１２と、センターピラー部１１のうちサイドシル部１２よりも少なくとも２００ｍｍ上方までの範囲とに鋳包まれている。また、鋳包まれる衝撃吸収部材１４の密度は、０．２ｇ／ｃｍ３以上にしてある。さらに、衝撃吸収部材１４を鋳包んだ際の外皮たるアルミニウム合金ダイカスト鋳物は、最低肉厚が１ｍｍ以上であり、かつ、当該最低肉厚のばらつきの範囲が１ｍｍ以内となるようにしてある。
【００１５】
なお、図中符号１５は、本体部１３の上端部に溶接などにより接合されるルーフレール部を示している。
【００１６】
ところで、自動車の側面衝突を考えた場合、相手車は、自車のサイドシル部、あるいは、サイドシル部よりもやや上方に衝突することとなる。
【００１７】
ここで、サイドシル部とセンターピラー部とをアルミニウム合金ダイカスト法や押出し成形により個別に製造し、その後に、両者を接合してサイドボディを構成する場合について考察する。このような構成のサイドボディにあっては、側面衝突時に入力を受けて大変形を生じることが要求される部位に、サイドシル部とセンターピラー部との接合個所が存在し、強度の不連続部が生じることになる。このため、破断や変形の不均一が生じ易く、エネルギ吸収能の向上が阻害されることになる。
【００１８】
そこで、本実施形態のアルミニウム合金ダイカスト鋳物製センターピラー１０においては、ダイカスト用アルミニウム合金からダイカスト鋳造法によりセンターピラー部１１とサイドシル部１２とを一体成形することにより、本体部１３を形成してある。
【００１９】
さらに、側面衝突時のエネルギ吸収を効率的に行うために、発泡アルミニウム材からなる衝撃吸収部材１４を本体部１３に鋳包まれるように設けてある。発泡アルミニウム材は、公知のように、衝撃吸収性能に優れた材料である。ここで、衝撃吸収部材１４を鋳包む部位は、側面衝突時に入力を受けてエネルギ吸収を行う必要がある部位であり、具体的には、サイドシル部１２と、センターピラー部１１のうちサイドシル部１２よりも少なくとも２００ｍｍ上方までの範囲とするのが好ましい。かかる構成により、より少ない変形量で、より均一に変形し、効率的なエネルギ吸収を行い得る。図示例では、サイドシル部１２の長手方向の一部分に衝撃吸収部材１４を鋳包んでいるが、長手方向の全長にわたって鋳包むことも可能である。
【００２０】
また、鋳包まれる衝撃吸収部材１４つまり発泡アルミニウム材の密度が、０．２ｇ／ｃｍ３未満という著しく小さい場合には、発泡アルミニウム材自体の強度が低くなり、十分なエネルギ吸収能，変形制御機能を持たない。さらには、ダイカスト法により鋳造を行う際の鋳造圧力により、発泡アルミニウム材自体が変形してしまう可能性が大きくなる。このため、衝撃吸収部材１４つまり発泡アルミニウム材の密度は、０．２ｇ／ｃｍ３以上であることが好ましい。
【００２１】
さらに、衝撃吸収部材１４を鋳包んだ際の外皮たるアルミニウム合金ダイカスト鋳物の肉厚が１ｍｍに満たない場合には、鋳物自身の強度が十分ではなく、ダイカスト鋳物部による十分なエネルギ吸収が望めない。そこで、衝撃吸収部材１４を鋳包んだ際の外皮たるアルミニウム合金ダイカスト鋳物の肉厚は、１ｍｍ以上であることが好ましい。
【００２２】
これに加えて、衝撃吸収部材１４を鋳包んだ際の外皮たるアルミニウム合金ダイカスト鋳物の肉厚のばらつきが１ｍｍを超える場合には、肉厚の薄い部分に変形が集中し易く、変形が不均一となって効率的なエネルギ吸収を行うことができない虞がある。そこで、衝撃吸収部材１４を鋳包んだ際の外皮たるアルミニウム合金ダイカスト鋳物の肉厚のばらつきは、１ｍｍ以下であることが好ましい。
【００２３】
上述したアルミニウム合金ダイカスト鋳物製センターピラー１０を鋳造するに当り、通常のダイカスト法によって製造したのでは、外皮たるアルミニウム合金ダイカスト鋳物が空気を巻き込み易く、当該合金の特性（例えば、伸びや靭性などの機械的性質）が低下する。また、空気を巻き込んだことに起因して、アルミニウム合金ダイカスト鋳物の溶接が行い難くなり、溶接によって車体に組み込むことも困難になる。そこで、アルミニウム合金ダイカスト鋳物製センターピラー１０の製造の際には、鋳型キャビティを含めた注湯系を真空（減圧）雰囲気に保ち、ダイカスト用アルミニウム合金溶湯を高真空ダイカスト法によって鋳造することが好ましい。
【００２４】
衝撃吸収部材１４をなす発泡アルミニウム材を鋳包むのに際して、鋳包み時にダイカスト用アルミニウム合金溶湯と接する部分に発泡アルミニウム材の外皮が残存していないような場合には、ダイカスト用アルミニウム合金溶湯の熱や圧力により、発泡アルミニウム材の表面が溶損あるいは破壊してしまい、アルミニウム合金ダイカスト鋳物の肉厚のばらつきが大きくなってしまう。また、発泡アルミニウム材の表面の溶損により内部に含まれていた空気が放出され、この空気がアルミニウム合金ダイカスト鋳物に取り込まれることにより、アルミニウム合金ダイカスト鋳物の特性が低下する可能性が高くなる。そこで、鋳包まれる衝撃吸収部材１４をなす発泡アルミニウム材のうち少なくとも鋳包み時にダイカスト用アルミニウム合金溶湯に接する部分には、発泡アルミニウム材を作製したときの表皮が残存しているようにすることが望ましい。
【００２５】
これに加えて、ダイカスト鋳造時におけるダイカスト用アルミニウム合金溶湯の溶湯温度が７００℃を超える高い温度である場合には、発泡アルミニウム材を鋳包んだ際に、発泡アルミニウム材の表面が溶損してしまう。このため、上述したように、アルミニウム合金ダイカスト鋳物の肉厚が不均一になったり、発泡アルミニウム材から放出された空気がアルミニウム合金ダイカスト鋳物中へ取り込まれたりするという問題が生じ易くなる。そこで、ダイカスト鋳造時におけるダイカスト用アルミニウム合金溶湯の溶湯温度は７００℃以下とすることが望ましい。
【００２６】
【実施例】
本発明の実施例を説明する。
【００２７】
本発明の実施例として、図１（Ａ）（Ｂ）に示したように、ダイカスト用アルミニウム合金からダイカスト鋳造法によりセンターピラー部１１とサイドシル部１２とが一体成形された本体部１３と、発泡アルミニウム材からなり本体部１３に鋳包まれた衝撃吸収部材１４と、を含むアルミニウム合金ダイカスト鋳物製センターピラー１０を製造した。衝撃吸収部材１４は、サイドシル部１２と、センターピラー部１１のうちサイドシル部１２よりも２００ｍｍ上方までの範囲とに鋳包んだ。
【００２８】
所定の位置に衝撃吸収部材１４が鋳包まれるように当該衝撃吸収部材１４を保持する加工を施した金型を使用した。金型内に衝撃吸収部材１４をセットした後、高真空ダイカスト鋳造を行った。高真空ダイカスト法による鋳造は、鋳造圧力：３５ＭＰａ、キャビティ真空度：４０ｈＰａ、射出速度：５ｍ／ｓ、溶湯温度：６９０℃の条件で行った。ダイカスト用アルミニウム合金として、質量比で、Ｓｉ：１．５％、Ｍｇ：３．５％、Ｍｎ：１．３％、残部Ａｌおよび不可避不純物からなる合金を用いた。
【００２９】
鋳包まれる衝撃吸収部材１４は、密度が０．３４ｇ／ｃｍ３の発泡アルミニウム材を使用して形成した。また、鋳包まれる側に発泡アルミニウム材を作製したときの表皮が残存しているものを用いた。
【００３０】
得られたアルミニウム合金ダイカスト鋳物製センターピラー１０の肉厚を調べたところ、衝撃吸収部材１４を鋳包んだ部分の外皮たるアルミニウム合金ダイカスト鋳物の肉厚は、２〜２．３ｍｍであった。また、当該肉厚のばらつきは、±０．３ｍｍの範囲に収まっていた。
【００３１】
比較例として、衝撃吸収部材１４を鋳包まないアルミニウム合金ダイカスト鋳物製センターピラーを製造した。比較例の製造条件は、衝撃吸収部材１４を鋳包まない点を除いては、実施例と同じ条件とした。
【００３２】
図２（Ａ）は、落錘衝撃試験時におけるアルミニウム合金ダイカスト鋳物製センターピラーの支持位置Ｐ１を示す模式図、図２（Ｂ）は、落錘衝撃試験時における錘の落下位置Ｐ２を示す模式図である。
【００３３】
実施例および比較例において得られたそれぞれのアルミニウム合金ダイカスト鋳物製センターピラーを所定の寸法となるようにトリミングした後、スチール製のインナーパネルをリベットおよび接着により接合し、落錘衝撃試験に供した。
【００３４】
落錘衝撃試験においては、アルミニウム合金ダイカスト鋳物製センターピラーを、インナーパネル側において、図２（Ａ）に示す３箇所の位置Ｐ１で支持した。そして、重量：５００ｋｇの錘を速度：８ｍ／ｓでアルミニウム合金ダイカスト鋳物製センターピラーに落下させ、そのときの荷重−変位線図および吸収エネルギ量−変位線図を測定した。落錘の落下位置は、実際の側面衝突を考慮し、図２（Ｂ）に示されるように、サイドシル部１２よりもやや上方の位置Ｐ２とした。アルミニウム合金ダイカスト鋳物製センターピラーに対する落錘の接触面の大きさは、２００ｍｍ×１５０ｍｍである。また、角部にＲ２０の面取りを施した錘を用いた。
【００３５】
図３は、本発明の実施例および比較例において、落錘衝撃試験を行った結果得られた荷重−変位線図を比較して示す図、図４は、本発明の実施例および比較例において、落錘衝撃試験を行った結果得られた吸収エネルギ量−変位線図を比較して示す図である。
【００３６】
図３および図４に示すように、本発明の実施例と比較例とを比較すると、変形の極初期での荷重や吸収エネルギ量にはほとんど差が無いが、変形が進行するにつれ、実施例と比較例との間の差が広がった。変位量が１５０ｍｍに達した時点では、実施例は、比較例に対して約１．５倍のエネルギを吸収することが可能であった。これは、落錘試験において大変形を生じる部位に鋳包まれた発泡アルミニウム材の効果によるものである。
【００３７】
これにより、側面衝突時に効率的に大変形をしてエネルギ吸収をすることが必要な部位に、アルミニウム合金ダイカスト鋳物および発泡アルミニウム材それぞれの性能を損なうことなく、発泡アルミニウム材からなる衝撃吸収部材１４を鋳包むことにより、従来のアルミニウム合金ダイカスト鋳物製センターピラーと比較して、より優れたエネルギ吸収能を示すことが可能であるという本発明の効果を確認した。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（Ａ）は、本発明の実施形態のアルミニウム合金ダイカスト鋳物製センターピラーの外観を示す模式図、図１（Ｂ）は、本発明の実施形態に係るアルミニウム合金ダイカスト鋳物製センターピラーにおいて発泡アルミニウム材からなる衝撃吸収部材を鋳包む部位を示す模式図である。
【図２】図２（Ａ）は、落錘衝撃試験時におけるアルミニウム合金ダイカスト鋳物製センターピラーの支持位置を示す模式図、図２（Ｂ）は、落錘衝撃試験時における錘の落下位置を示す模式図である。
【図３】本発明の実施例および比較例において、落錘衝撃試験を行った結果得られた荷重−変位線図を比較して示す図である。
【図４】本発明の実施例および比較例において、落錘衝撃試験を行った結果得られた吸収エネルギ量−変位線図を比較して示す図である。
【符号の説明】
１０…アルミニウム合金ダイカスト鋳物製センターピラー
１１…センターピラー部
１２…サイドシル部
１３…本体部
１４…発泡アルミニウム材からなる衝撃吸収部材
１５…ルーフレール部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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