(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
歪時効性を有する鋼材からなり軸方向に歪及び板厚の勾配を備えた第１の筒状構造体（Ｐ１）と、第２の筒状構造体（Ｐ２）とを接合したのち、この状態で成形し、さらに焼き付け硬化処理を施すことを特徴とする自動車用強度部材の製造方法。
【請求項２】
第１の筒状構造体（Ｐ１）の厚肉側又は高歪側に第２の筒状構造体（Ｐ２）を接合することを特徴とする請求項１記載の自動車用強度部材の製造方法。
【請求項３】
第１の筒状構造体（Ｐ１）をエネルギー入力側に接合することを特徴とする請求項２記載の自動車用強度部材の製造方法。
【請求項４】
第１の筒状構造体（Ｐ１）に歪及び板厚の勾配を付与するに際して、スピニングあるいはスウェージングを施すことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの項に記載の自動車用強度部材の製造方法。
【請求項５】
第１の筒状構造体（Ｐ１）と第２の筒状構造体（Ｐ２）を接合するに際して、第１の筒状構造体（Ｐ１）の接合端における板厚をＴ、外径をＤ１とし、第２の筒状構造体（Ｐ２）の接合端における外径をＤ２とするとき、Ｄ１はＤ２よりもＴの５〜２０％大きく形成すると共に、内側に向けて傾斜させた第１の筒状構造体（Ｐ１）の接合端面に、第２の筒状構造体（Ｐ２）の接合端を突合せた状態で溶接することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つの項に記載の自動車用強度部材の製造方法。
【請求項６】
第１の筒状構造体（Ｐ１）の接合端面と外周面とのなす角度が３０〜８０度の範囲であることを特徴とする請求項５に記載の自動車用強度部材の製造方法。
【請求項７】
スピニングあるいはスウェージング後、直線偏光のレーザ光を切断進行方向に対して斜めに傾けた状態で照射して切断し、第１の筒状構造体（Ｐ１）の接合端に傾斜を設けることを特徴とする請求項５又は６に記載の自動車用強度部材の製造方法。
【請求項８】
スピニングあるいはスウェージング後、引き続いて接合端に塑性加工を施して第１の筒状構造体（Ｐ１）の接合端に傾斜を設けることを特徴とする請求項５又は６に記載の自動車用強度部材の製造方法。
【請求項９】
上記接合をレーザ溶接により行うことを特徴とする請求項５〜８のいずれか１つの項に記載の自動車用強度部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、衝突時に形状を保持して乗員や燃料タンク部分を保護する高剛性部分と、圧潰して衝突エネルギーを吸収する低剛性部分を備えた自動車用強度部材に係わり、さらに詳しくは、強度や板厚の傾斜分布を有する部分を一体的に備えた自動車用強度部材に関するものである。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
強度や板厚の異なる部分を一体的に備えた自動車用強度部材としては、従来、テーラード管が知られているが、板厚や強度の異なる板材同士を接合して自動車用部材としたものであるから、板厚や強度の変化は段階的なものとなり、連続的な傾斜構造とはならない。一方、強度や板厚に傾斜を与える手段としては、スピニングあるいはスウェージングが考えられるが、大型の管材の一部、例えば先端部にスピニングやスウェージングを行う場合には、管材を回転させるために大規模な設備が必要となる。
【０００３】
また、管材同士を突合せ溶接するに際しては、ＭＩＧ溶接を始めとするアーク溶接やレーザ溶接が考えられるが、アーク溶接を用いた場合には、接合端面の形状によらず安定した品質で接合ができるものの、溶接変形が大きく自動車用強度部材として十分な精度を得ることが困難である。一方、レーザ溶接においては、溶接変形は少ないものの、溶接品質が突合せ部の形状に大きく依存し、例えば突合せ部の隙間が大きい場合には、十分な接合強度が得られないという問題があり、これらの問題点を解消することが従来の自動車用強度部材における課題となっていた。
【０００４】
【発明の目的】
本発明は、従来の自動車用強度部材の溶接構造部材における上記課題に着目してなされたものであって、大規模な設備を必要とすることなく、強度や板厚の傾斜分布を有する部分を一体的に備え、しかも寸法精度や強度において優れた品質を有する自動車用強度部材を得ることができる強度部材の製造方法を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる自動車用強度部材の製造方法は、歪時効性を有する鋼材からなり軸方向に歪及び板厚の勾配を備えた第１の筒状構造体と、第２の筒状構造体とを接合した状態で成形し、さらに焼き付け硬化処理を施すことを特徴としており、自動車用強度部材の製造方法におけるこのような構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。
【０００６】
また、本発明の製造方法においては、第１の筒状構造体に歪及び板厚の勾配を付与するに際して、スピニングあるいはスウェージングを施したり、第１及び第２の筒状構造体の接合に際しては、第１の筒状構造体の接合端における板厚をＴ、外径をＤ１とし、第２の筒状構造体の接合端における外径をＤ２とするとき、Ｄ１はＤ２よりもＴの５〜２０％大きく形成すると共に、内側に向けて傾斜させた第１の筒状構造体の接合端面に、第２の筒状構造体の接合端を突合せた状態で溶接したりすることが望ましい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明に係わる自動車用強度部材の製造方法においては、歪時効性を有する鋼材からなり軸方向に歪及び板厚の勾配を備えた第１の筒状構造体と、第２の筒状構造体とを接合した状態で成形し、さらに焼き付け硬化処理を施すようにしたから、大規模な設備によらずに、強度や板厚の傾斜（勾配）部分を一体的に備え、当該部分で潰れ変形する自動車用強度部材が低コストで得られることになる。
【０００８】
このとき、傾斜構造を有する第１の筒状構造体の厚肉側又は高歪側に、第２の筒状構造体を接合したものとし、さらに望ましくは第１の筒状構造体をエネルギーの入力側に位置させることによって、当該自動車用強度部材は、万一の衝突に際して、部材の先端側から優先的に圧潰するようになり、衝突時の安全性が向上することになる。
【０００９】
このとき、両筒状構造体の接合部において、第１の筒状構造体側における板厚×耐力の値が第２の筒状構造体側における板厚×耐力の値に対して１．０７倍以上となるようにすることができ、これによって当該部材の軸方向に対して、例えば３０度の角度を持った方向の荷重に対しても、当該強度部材の傾斜構造部分が優先的に潰れ変形することになる。このような軸方向からずれた荷重入力に対して傾斜構造部分を優先的に潰れるという効果は、第２の筒状構造体側における板厚×耐力の値に対する第１の筒状構造体側の値が１．０７倍を割ると得難くなり、傾斜構造部分の座屈変形が傾斜構造部分以外、すなわち第２の筒状構造体側にも伝播する傾向がある。
【００１０】
本発明に係わる自動車用強度部材の製造方法においては、スピニングあるいはスウェージングを施すことによって、第１の筒状構造体に歪及び板厚の勾配を付与するようにしており、大規模な設備を用いることなく、板厚や強度の傾斜構造を備えた第１の筒状構造体が容易に得られることになる。
【００１１】
また、第１と第２の筒状構造体の接合に際しては、図１（ａ）に示すように、第１の筒状構造体Ｐ１の接合端部における板厚をＴ、外径をＤ１とし、第２の筒状構造体Ｐ２の接合端における外径をＤ２とするとき、Ｄ１はＤ２よりもＴの５〜２０％大きく形成し、望ましくは外周面とのなす角度θが３０〜８０度となるように内側に向けて傾斜させた第１の筒状構造体Ｐ１の接合端面Ｆ１に、第２の筒状構造体Ｐ２の接合端Ｅ２を突合せた状態で溶接するようになすことができ、これによって十分な溶け込みと段差のない良好な形状を備えた溶接部が得られ、十分な接合強度を有する自動車用強度部材が得られることになる。すなわち、第２の筒状構造体Ｐ２の接合端部における外径をＤ２が第１の筒状構造体Ｐ１の接合端部外径Ｄ１よりも大きかったり、Ｄ２の方が小さくても、図１（ｂ）に示すように、Ｄ１とＤ２の間にほとんど差がなかったりした場合（すなわち、Ｄ１−Ｄ２がＴの５％よりも小さい場合）には、あるいは筒状構造体Ｐ１の接合端面Ｆ１と外周面のなす角度θが８０度を超えてほぼ直角になった場合には、筒状構造体Ｐ１およびＰ２の突合わ部分に隙間が発生し易く、溶接に際してレーザ光のような熱源が抜けてしまうために、良好な接合ができなくなる。また、図１（ｃ）に示すように、第２の筒状構造体Ｐ２の接合端部外径Ｄ２に対して、第１の筒状構造体Ｐ１の端部外形Ｄ１が大きすぎても（すなわち、Ｄ１−Ｄ２がＴの２０％よりも大きい場合）、段差が大きくなりすぎてしまい、所望の溶け込みが得られず、良好な接合ができなくなる。
【００１２】
なお、第１の筒状構造体Ｐ１の接合端面の傾斜角度θが３０〜８０度の範囲が望ましいのは、θが３０度に満たない場合には、溶接時における溶融金属の体積が不十分となって溶接部に穴が発生し易くなり、十分な強度が得られなくなる傾向があり、逆に８０度を超えると、上記したようにほぼ垂直となって突き合わせ部に隙間ができたときに穴が発生し、同様に強度が十分に得られなくなる傾向があることによる。
【００１３】
そして、第１の筒状構造体の接合端に内側に向けた傾斜面を形成するに際しては、筒状構造体のスピニングあるいはスウェージング後、直線偏光のレーザ光を切断進行方向に対して所定の角度に傾けて照射するようになすことができ、これによって切断後に特別の加工を施すことなく、切断しながら傾斜した接合端面が形成されることになる。すなわち、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、切断方向Ｃに対してレーザ光Ｌの偏光方向Ｐを変えることによって、被切断材料に対するレーザ光の吸収率が異なることから、傾斜方向の異なる切断が可能になる。
【００１４】
また、第１の筒状構造体の接合端に傾斜面を形成するには、上記レーザ切断の他に、接合端に塑性加工を施すようにすることもできる。さらに、本発明に係わる自動車用強度部材の製造方法においては、第１と第２の筒状構造体の接合に際して、レーザ溶接を適用することが望ましく、これによって溶接変形の少ない、寸法精度に優れた高品質の自動車用強度部材が得られることになる。
【００１５】
なお、歪時効性を有する鋼材とは、一般的に降伏点が上昇する鋼材であるが、より好ましくは引張強度も上昇する鋼材を言う。また、焼き付け硬化処理は、例えば電着塗装の焼き付け処理（１７０℃×２０分）を利用してもよい。
【００１６】
【実施例】
以下に、本発明を実施例に基づいてさらに具体的に説明する。
【００１７】
（実施例１）
歪時効性を有し、４４０ＭＰａ級の素材引張り強度を備えた板厚１．６ｍｍの鋼板を丸めて、長さ４００ｍｍのテーパー状の筒形に成形し、シーム溶接することによって、図３（ａ）に示すように、前端の直径が１００ｍｍ、後端の直径が１２０ｍｍと変化するテーパ状の管材Ｐ０を得た。次いで、図３（ｂ）および（ｃ）に示すように、スピニングローラＲ１を用いて前記管材Ｐ０に、その長さ方向の縮管率が直線的に変化するようにスピニング成形を施し、後端の直径が前端とほぼ等しい１００ｍｍとなるように縮管加工した。
【００１８】
次に、図３（ｄ）に示すように、直線偏光を有する３ｋＷの炭酸ガスレーザを焦点距離１００ｍｍのレンズで集光したレーザ光Ｌによって、炭酸ガスを吹き付けながら管材Ｐ０の図中右側の不要部分を速度７ｍ／ｍｉｎ．で切断し、軸方向に歪および板厚の勾配を有する長さ３００ｍｍ、後端の直径が１００．２ｍｍの第１の筒状構造体Ｐ１を得た。なお、切断に際して、図２（ａ）に示したように、レーザ光Ｌの偏光方向Ｐを切断方向Ｃに対して前端に向かって斜め４５度に傾けて照射したことから、当該筒状構造体Ｐ１の接合端面Ｆ１と外周面とのなす角度θ（図１参照）が約７０°となった。また、上記のスピニング成形によって、外径が１２０ｍｍから１００．２ｍｍ（＝Ｄ１）に縮管加工を施した後端側では、板厚が当初の１．６ｍｍから１．９ｍｍ（＝Ｔ）に増加しており、前端から後端に向けて、板厚が１．６ｍｍから１．９ｍｍに連続的に変化していることが確認された。
【００１９】
そして、図３（ｅ）に示すように、上記工程によって得られた第１の筒状構造体Ｐ１の後端側（厚肉側）に、５９０ＭＰａ級の引張り強度を有する板厚３．０ｍｍの高張力鋼板からなる直径１００ｍｍ（＝Ｄ２）の筒状構造体Ｐ２（第２の筒状構造体）を突き合わせ、出力３ｋＷの炭酸ガスレーザを焦点距離２５０ｍｍのレンズで集光し、溶接速度５ｍ／ｍｉｎ．で第１および第２の筒状構造体Ｐ１，Ｐ２を接合し、図３（ｆ）に示すような接合管材Ｐ３が得られた。
【００２０】
このようにして溶接された接合管材Ｐ３は、プレス成形や液圧成形によって自動車用部品に加工することができる。当該実施例においては、液圧成形を適用して成形を行った。すなわち、初期気圧を１０ＭＰａ程度とし、ポンチストロークの押し込みに伴って上昇する液圧をリークバルブにより調節しながら成形し、一辺が８０ｍｍ、コーナＲが８ｍｍの中空四角形断面の部材を成形し、次いで１７０℃×２０分の焼き付け硬化処理を施すことにより、図３（ｇ）に示す自動車用強度部材１を得た。
【００２１】
焼き付け硬化処理によって、歪時効性を有する鋼材に与えた歪の傾斜に応じて、耐力と引張り強度の傾斜が付与され、この実施例では、レーザ溶接部を境にして、第１の筒状構造体Ｐ１における耐力と板厚の積が、これに接合された第２の筒状構造体Ｐ２における耐力と板厚の積に対して１．１倍となっており、健全な溶接部を備えた、軽量で高強度の自動車用強度部材１が得られた。なお、第１の筒状構造体Ｐ１における耐力は、縮管率と板厚より相当歪量を計算し、耐力を歪量より換算したものである。
【００２２】
このようにして得られた自動車用強度部材１を用いて、図４（ａ）に示すように、部材の軸方向からずれた荷重に対する圧潰試験を実施したところ、図４（ｂ）に示すように、当該強度部材１の軸方向に対して３０度のずれを持った荷重入力に対しても、先端側に位置する強度傾斜部分、すなわち第１の筒状構造体Ｐ１の部分が優先的に変形することが確認された。
【００２３】
（実施例２）
上記実施例１と同じく、引張り強度４４０ＭＰａ級、板厚１．６ｍｍの歪時効性鋼板からなり、前端の直径が１００ｍｍ、後端の直径が１２０ｍｍ、長さが４００ｍｍのテーパー状管材Ｐ０にスピニング成形を施し、後端の直径が前端とほぼ等しい１００ｍｍとなるように縮管加工した（図３（ａ）〜（ｃ）参照）。
【００２４】
次に、図５（ａ）に示すように、管材Ｐ０を回転させながら、切断用ローラＲ２を用いて、当該管材Ｐ０の不要部分を切断することにより、上記実施例と同様に、約１００ｍｍの外径と、前端から後端に向けて１．６ｍｍから１．９ｍｍに連続的に変化する板厚を備えた長さ３００ｍｍ、後端の直径が１００．２ｍｍの第１の筒状構造体Ｐ１を得た。そして、図５（ｂ）に示すように、切断端部を別のスピニングローラＲ３によって接合端面Ｆ１の角度θ（図１参照）が４５度となるように塑性加工を行った。
【００２５】
一方、５９０ＭＰａ級の引張り強度を有する板厚３．０ｍｍの高張力鋼板から作成した直径１００ｍｍの管材をベンド成形して第２の筒状構造体Ｐ２とし、これに前記第１の筒状構造体Ｐ１の厚肉側を突き合わせ、上記実施例１と同様の条件でレーザ溶接を行って第１および第２の筒状構造体Ｐ１，Ｐ２を接合し、図５（ｃ）に示すような接合管材Ｐ３を得た。次いで、実施例１と同様の条件のもとに液圧成形を施し、一辺が８０ｍｍ、コーナＲが８ｍｍの中空四角形断面の部材を成形し、さらに、１７０℃×２０分の焼き付け硬化処理を施すことにより、図５（ｄ）に示すようにベンド部を備えた自動車用強度部材１が得られた。
【００２６】
当該自動車用強度部材１においては、焼き付け硬化処理によって、歪時効性を有する鋼材に与えた歪の傾斜に応じて耐力と引張り強度の傾斜が付与され、レーザ溶接部を境にして、第１の筒状構造体Ｐ１における耐力と板厚の積が、これに接合された第２の筒状構造体Ｐ２における耐力と板厚の積に対して１．１倍となっていた。
【００２７】
（実施例３）
引張り強度４４０ＭＰａ級、板厚１．６ｍｍの歪時効性鋼板からなり、前端の直径が１００ｍｍ、後端の直径が１５０ｍｍ、長さが４００ｍｍのテーパー状管材Ｐ０にスピニング成形を施し、後端の直径が１２０ｍｍとなるように縮管加工した。
【００２８】
次に、前記実施例１と同様の条件で管材Ｐ０の不要部分をレーザ切断することによって、前端の外径が１００ｍｍ、後端の外径が１２０．２ｍｍ、板厚が前端から後端に向けて１．６ｍｍから１．９ｍｍに連続的に変化するテーパ状をなし、長さ３００ｍｍの第１の筒状構造体Ｐ１を得た。なお、接合端面の傾斜角度θは約７０°である。
【００２９】
次いで、５９０ＭＰａ級の引張り強度を有する板厚３．０ｍｍの高張力鋼板から作成した直径１２０ｍｍの管材をベンド成形して第２の筒状構造体Ｐ２とし、これに上記工程によって得られた第１の筒状構造体Ｐ１の後端側（厚肉、大径側）を突き合わせ、出力３ｋＷの炭酸ガスレーザを焦点距離２５０ｍｍのレンズで集光し、溶接速度５ｍ／ｍｉｎ．で第１および第２の筒状構造体Ｐ１，Ｐ２を接合し、図６（ａ）に示すような接合管材Ｐ３を得た。
【００３０】
そして、実施例１と同様の条件のもとに液圧成形を施すことによって、図５（ｂ）に示すように、第１の筒状構造体Ｐ１の前端側は初期の直径１００ｍｍの円形断面とし、後端側および第２の筒状構造体Ｐ２の側では一辺が８５ｍｍ、コーナＲが８ｍｍの四角形断面の部材を成形し、この後１７０℃×２０分の焼き付け硬化処理を施すことにより、図６（ｂ）に示すようにベンド部を備えた自動車用強度部材１が得られた。
【００３１】
このようにして得られた自動車用強度部材１においては、焼き付け硬化処理によって、歪時効性を有する鋼材に与えた歪の傾斜に応じて耐力と引張り強度の勾配が付与され、第１の筒状構造体Ｐ１における耐力と板厚の積が、これに接合された第２の筒状構造体Ｐ２における耐力と板厚の積に対して１．１倍となっていた。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明に係わる自動車用強度部材の製造方法においては、歪時効性を有する鋼材からなり軸方向に歪及び板厚の勾配を備えた第１の筒状構造体と、第２の筒状構造体とを接合した状態で成形し、さらに焼き付け硬化処理を施すようにしたから、大規模な設備を使用することなく、潰れ変形する車体骨格の一部に強度や板厚の傾斜構造を一体的に備え、軽量高強度の自動車用強度部材を低コストで得ることができるという極めて優れた効果をもたらすものである。
【００３３】
また、当該製造方法の好適形態においては、第１の筒状構造体に歪及び板厚の勾配を付与するに際して、スピニングあるいはスウェージングを施すようになすことによって、板厚や強度の傾斜構造を備えた第１の筒状構造体が容易に得られるようになる。また、第１及び第２の筒状構造体の接合に際しては、例えばレーザ溶接によって、第１および第２の筒状構造体の接合端における板厚および外径寸法を所定の数値範囲とて突合せ溶接するようになすことによって、溶け落ちや融合不良のない高品質の溶接部を得ることができ、寸法精度に優れ、小さな質量で高い強度を有する自動車用強度部材を製造することができるという極めて優れた効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）  本発明に係わる自動車用強度部材における第１および第２の筒状構造体の接合端の形状および寸法を示す断面説明図である。
（ｂ）  接合端における第１および第２の筒状構造体の外径差が過小の場合を例示する断面説明図である。
（ｃ）  接合端における第１および第２の筒状構造体の外径差が過大の場合を例示する断面説明図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）は直線偏光のレーザ光による切断要領を示す説明図である。
【図３】（ａ）ないし（ｇ）は本発明の実施例１に係わる自動車用強度部材の製造手順を順次示す工程図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）は自動車用強度部材の圧潰試験要領およびその結果を示す概略説明図である。
【図５】（ａ）ないし（ｄ）は本発明の実施例２に係わる自動車用強度部材の製造手順を示す工程図である。
【図６】（ａ）および（ｂ）は本発明の実施例３に係わる自動車用強度部材の製造手順を示す工程図である。
【符号の説明】
１  自動車用強度部材
Ｐ１  第１の筒状構造体
Ｐ２  第２の筒状構造体
【図１】
0004158400.tif 000002
【図２】
0004158400.tif 000003
【図３】
0004158400.tif 000004
【図４】
0004158400.tif 000005
【図５】
0004158400.tif 000006
【図６】
0004158400.tif 000007