(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真っ直ぐに延びた金属パイプ材の各端部における上内壁と下内壁とを相互接触させ、相互接触した上下内壁間の隙間が完全に埋まるように溶接を施すことにより、当該金属パイプ材の両端部を封止して当該金属パイプ材の内部を密閉空間化する密閉化工程と、
前記内部が密閉空間化された金属パイプ材を加熱する加熱工程と、
前記加熱された金属パイプ材に対し、その金属パイプ材よりも相対的に低温のプレス型を用いてプレス加工を施すことにより所望の曲げ形状を付与するプレス工程とを備えてなることを特徴とするパイプ状衝突補強材の製造方法。
【請求項２】
真っ直ぐに延びた金属パイプ材の両端部又はその近傍を押し潰すと共にその押し潰した部位に溶接を施すことにより、当該金属パイプ材の両端部又はその近傍を封止して当該金属パイプ材の内部を密閉空間化する密閉化工程と、
前記内部が密閉空間化された金属パイプ材を加熱する加熱工程と、
前記加熱された金属パイプ材に対し、その金属パイプ材よりも相対的に低温のプレス型を用いてプレス加工を施すことにより所望の曲げ形状を付与するプレス工程とを備えてなることを特徴とするパイプ状衝突補強材の製造方法。
【請求項３】
前記加熱工程では、金属パイプ材を８５０℃以上であってその金属パイプ材の融点未満の温度に加熱すると共に、前記プレス工程では、８５０℃以上の加熱状態にある金属パイプ材に対して上記のプレス加工を施すことを特徴とする請求項１又は２に記載のパイプ状衝突補強材の製造方法。
【請求項４】
前記真っ直ぐに延びた金属パイプ材が高張力鋼からなる場合において、前記加熱工程では、金属パイプ材を８５０℃以上１０５０℃以下の温度に加熱すると共に、前記プレス工程では、８５０℃以上の加熱状態にある金属パイプ材に対して上記のプレス加工を施すことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のパイプ状衝突補強材の製造方法。
【請求項５】
前記密閉化工程では、前記金属パイプ材の内部に所定量の液体を入れた状態で金属パイプ材の内部を密閉空間化することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のパイプ状衝突補強材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パイプ状衝突補強材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
車輌のセンターピラー部やドア等にパイプ状の衝突補強材を入れることは、車輌の強度を確保して衝突安全性の向上を図るのに極めて有効な対策である。このため、高張力鋼パイプ材あるいは焼入れ後の超高張力鋼パイプ材に曲げ加工を施して、センターピラー部やドア内部への取付けに好都合な湾曲形状を付与し、これをパイプ状の衝突補強材として利用しようとする試みがある。
【０００３】
しかしながら、高張力鋼のような硬い材料からなるパイプ材に対して、ベンダーやプレス機により冷間での曲げ加工を施しても、スプリングバックの影響で取付けスペースに適合する湾曲形状を付与することが難しく、曲げ加工の精度が極めて低いという欠点があった。スプリングバックを受け入れながらも曲げ加工の精度を上げるために、曲げ加工を多段階に設定して工程数を増やすという方法もあるが、それでは製造コストが見合わない。また、曲げ加工後に単なる焼入れを施すと製品に歪みが生じ易く、曲げ加工時に正確な形状を付与しても最終製品の形状が安定しないという問題がある。
【０００４】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものである。本発明の目的は、金属パイプ材に対する正確な曲げ形状付与と焼き入れとを同時に行うことができ、少ない工程数でパイプ状衝突補強材を製造することが可能なパイプ状衝突補強材の製造方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、真っ直ぐに延びた金属パイプ材の各端部における上内壁と下内壁とを相互接触させ、相互接触した上下内壁間の隙間が完全に埋まるように溶接を施すことにより、当該金属パイプ材の両端部を封止して当該金属パイプ材の内部を密閉空間化する密閉化工程と、前記内部が密閉空間化された金属パイプ材を加熱する加熱工程と、前記加熱された金属パイプ材に対し、その金属パイプ材よりも相対的に低温のプレス型を用いてプレス加工を施すことにより所望の曲げ形状を付与するプレス工程とを備えてなることを特徴とするパイプ状衝突補強材の製造方法である。
【０００６】
請求項２の発明は、 真っ直ぐに延びた金属パイプ材の両端部又はその近傍を押し潰すと共にその押し潰した部位に溶接を施すことにより、当該金属パイプ材の両端部又はその近傍を封止して当該金属パイプ材の内部を密閉空間化する密閉化工程と、前記内部が密閉空間化された金属パイプ材を加熱する加熱工程と、前記加熱された金属パイプ材に対し、その金属パイプ材よりも相対的に低温のプレス型を用いてプレス加工を施すことにより所望の曲げ形状を付与するプレス工程とを備えてなることを特徴とするパイプ状衝突補強材の製造方法である。
【０００７】
請求項１又は２の方法によれば、密閉化工程において、真っ直ぐに延びた金属パイプ材の両端部又はその近傍を封止することにより、金属パイプ材の内部に空気を閉じこめた状態で当該金属パイプ材の内部が密閉空間化される（尚、密閉化工程を例えば窒素等の不活性ガス雰囲気下で行うことにより、内部に閉じこめる気体を不活性ガスにすることもできる）。続く加熱工程で金属パイプ材を加熱することにより、金属パイプ材内に封じ込められた空気等のガス圧が高まると共に、金属パイプ材が軟化する。続くプレス工程において、加熱により軟化した金属パイプ材に対し、所望の曲げ形状に対応したプレス型を用いてプレス加工を施すことにより、当該金属パイプ材には所望の曲げ形状がいちどきに付与される。このプレス加工は熱間成形でありプレス時に金属パイプ材が塑性変形するため、プレス後にプレス型から製品を取り外したときの形戻り（即ちスプリングバック）がほとんどなく、金属パイプ材に所望の曲げ形状を正確に付与することができる。またプレス時には、金属パイプ材内部の高いガス圧によってパイプ材の形状保持が図られるため、軟化した中空体（金属パイプ材）に対するプレスにもかかわらず、大きな形状崩れが生じない。更にこのプレス工程では、加熱された金属パイプ材よりも相対的に低温のプレス型が用いられるため、プレスによる曲げ形状付与と同時に金属パイプ材には焼き入れがなされ、プレス後の製品（パイプ状衝突補強材）の強度はプレス前に比べて飛躍的に向上する。このように本発明の方法によれば、一度のプレス加工で、金属パイプ材に所望の曲げ形状を高い寸法精度で付与すると共に、同時焼き入れによって高い強度を付与することができる。
【０００８】
尚、上記プレス型の温度は「加熱された金属パイプ材よりも相対的に低温」であればよいが、プレス直前の加熱状態にある金属パイプ材の温度とプレス型の温度との温度較差が大きいほど、焼き入れ効果が高いことは言うまでもない。それ故、プレス型の温度としては、常温又は室温（例えば２５℃）以下であることは好ましい。また、連続生産ラインに設置されたプレス型が、「加熱された金属パイプ材よりも相対的に低温」の状態を常に維持できるよう強制冷却機構を備えることは好ましい。
【０００９】
特に、請求項２の方法によれば、金属パイプ材の両端部又はその近傍を押し潰した後に当該押し潰した部位に溶接を施すので、金属パイプの気密性を高めて、金属パイプ内部を確実に密閉空間化することができる。尚、金属パイプ材の両端部又はその近傍を押し潰す際の形状は、「偏平状」、「湾曲状」あるいはその他の形状のいずれであってもよい。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載のパイプ状衝突補強材の製造方法において、前記加熱工程では、金属パイプ材を８５０℃以上であってその金属パイプ材の融点未満の温度に加熱すると共に、前記プレス工程では、８５０℃以上の加熱状態にある金属パイプ材に対して上記のプレス加工を施すことを特徴とする。
【００１１】
請求項３によれば、８５０℃以上の加熱状態にある金属パイプ材に対して上記のプレス加工を施すことにより、所望の湾曲形状付与と同時焼き入れとが効果的に達成される。なお、プレス時における金属パイプ材の温度が８５０℃を下回ると、相対的に低温のプレス型による焼き入れ効果が小さく十分な強度向上が図れない虞れがある。また、プレス加工によっても金属パイプ材が弾性変形するにとどまり、スプリングバックを生ずる虞れがある。加熱工程における金属パイプ材の加熱温度を融点未満にとどめたのは、温度による金属パイプ材の型崩れを回避するためである。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載のパイプ状衝突補強材の製造方法において、前記真っ直ぐに延びた金属パイプ材が高張力鋼からなる場合において、前記加熱工程では、金属パイプ材を８５０℃以上１０５０℃以下の温度に加熱すると共に、前記プレス工程では、８５０℃以上の加熱状態にある金属パイプ材に対して上記のプレス加工を施すことを特徴とする。
【００１３】
請求項４によれば、８５０℃以上の加熱状態にある金属パイプ材に対して上記のプレス加工を施すことにより、所望の湾曲形状付与と同時焼き入れとが効果的に達成される。なお、プレス時における金属パイプ材の温度が８５０℃を下回ると、相対的に低温のプレス型による焼き入れ効果が小さく十分な強度向上が図れない虞れがある。また、プレス加工によっても金属パイプ材が弾性変形するにとどまり、スプリングバックを生ずる虞れがある。加熱工程における金属パイプ材の加熱温度を１０５０℃以下にとどめたのは、高張力鋼を１０５０℃を超えて加熱すると、金属結晶の粗大化が助長され結晶組織の結びつきが粗くなり、却って強度向上が図れなくなってしまう虞れがあるからである。
【００１４】
尚、請求項４で言及した高張力鋼は、鉄以外の成分として、０．１８〜０．２５ｗｔ％の炭素、０．１５〜０．３５ｗｔ％の珪素、１．１５〜１．４０ｗｔ％のマンガン、０．１５〜０．２５ｗｔ％のクロムおよび０．０１〜０．０３ｗｔ％のチタンを少なくとも含有してなる鉄系材料であることは好ましい。更に好ましくは、融点が１３００〜１４００℃の高張力鋼である。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載のパイプ状衝突補強材の製造方法において、前記密閉化工程では、前記金属パイプ材の内部に所定量の液体を入れた状態で金属パイプ材の内部を密閉空間化することを特徴とする。
【００１６】
請求項５の方法によれば、金属パイプ材内に封入した液体が加熱時に気化して内圧の上昇をもたらし、熱間プレス時におけるパイプ形状の維持に貢献する。特に金属パイプ材内に入れる液体の量を調節することで、加熱工程及びプレス工程でのパイプ材内圧を自在に制御することが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を、衝突補強材の一種である車輌ドアフレーム用リインフォースメントの製造方法に具体化した一実施形態を図面を参照して説明する。
【００１８】
（金属パイプ材の密閉空間化）
図１（Ａ）に示すように、真っ直ぐに延びた断面円形状の金属パイプ材１０を必要な長さに切断したものを出発材料とする（なお、図１ではパイプ材の肉厚を単一の線で簡略表示する）。このパイプ材１０は、高張力鋼に分類される鉄系材料（「鋼材Ａ」と呼ぶ）からできている。その鋼材Ａは、鉄以外の添加元素の品質管理範囲がそれぞれ、炭素：０．１８〜０．２５ｗｔ％（重量パーセント）、珪素：０．１５〜０．３５ｗｔ％、マンガン：１．１５〜１．４０ｗｔ％、クロム：０．１５〜０．２５ｗｔ％及びチタン：０．０１〜０．０３ｗｔ％という鋼材である。鋼材Ａの融点は、およそ１３００〜１４００℃である。
【００１９】
図１（Ｂ）に示すように、金属パイプ材１０の両端部１１，１１に対し、プレス機（図示略）でプレス加工を施して各端部を偏平化する。偏平化された各端部１１は、当初円形の内周壁を構成していた上内壁と下内壁とが相互接触し、平板状に一体化することにより構築される。但し、この程度のプレス加工では、金属パイプ材の端部１１の封止（又は気密性確保）はおぼつかない。そこで図１（Ｃ）に示すように、偏平化された各端部１１の一部分（Ｗ）に対し、その平板形状を横切るようにシーム溶接（抵抗溶接の一種）を施す。これにより、相互接触した上内壁と下内壁との間の微小な隙間が完全に埋められ、金属パイプ材１０の内部が密閉空間化される。
【００２０】
（金属パイプ材の加熱及びプレス加工）
続いて図１（Ｄ）に示すように、前記内部が密閉空間化された金属パイプ材１０を加熱装置に移し、所定の目標温度（本実施形態では９００℃）にまで加熱した。本実施形態では、加熱装置として電気加熱炉を用いると共に、電気加熱炉内を不活性ガス雰囲気（例えば窒素ガス雰囲気）とし、常温から徐々に温度を上げて目標温度に到達させ、若干時間その目標温度を保持した。この９００℃（１１７３Ｋ）への加熱により、金属パイプ材１０内に密封された空気の圧力は、常温時圧力（即ち大気圧）の約４倍に達する。
【００２１】
次に、目標温度に加熱した金属パイプ材１０を加熱装置から付形用プレス機の固定型２１及び可動型２２（図２（Ｅ）参照）間に高速搬送し、直ちにプレス加工を施した。即ち、金属パイプ材１０を加熱装置から取り出して付形用プレス機にセットし押圧動作を開始するまでの時間を５秒以内として、プレス直前の金属パイプ材１０の温度が８５０℃を下回らないように配慮した。
【００２２】
図２（Ｅ）に示すように、付形用プレス機は固定型２１及び可動型２２からなり、両型２１，２２の型合わせによって、パイプ材の所望曲げ形状に対応した付形室２３が構築される。固定型２１及び可動型２２の内部には冷却水用の通路２４，２５が確保され、両型２１，２２を強制冷却可能となっている。これは、高温状態の金属パイプ材１０と冷えたプレス型２１，２２との間に相応の温度差を与え、高温状態の金属パイプ材１０が冷えたプレス型２１，２２に接触した際に、所望の湾曲形状の付与と同時に、効果的な焼き入れがなされることを意図したものである。
【００２３】
プレス型２１，２２内での金属パイプ材１０の押圧を１０〜２０秒程度保持し金属パイプ材１０の形状の安定化及び焼き入れの完了を見計らってから、可動型２２を固定型２１から離間させて製品を取り出した（図２（Ｆ）参照）。プレス型２１，２２から取り出した直後の製品の温度は２５０℃前後であったが、その後、数分間自然放冷することで常温近くに達した。
【００２４】
以上のような一連の工程により、図２（Ｆ）及び図３に示すような所望の曲げ形状を有するパイプ状のリインフォースメント１０を得ることができる。尚、パイプ状リインフォースメント１０の偏平な両端部１１，１１については、当該リインフォースメントをドアフレームに取り付ける際の取付介在部（いわゆるブラケット）として利用することも可能である。
【００２５】
尚、前記加熱時の目標温度の好ましい範囲は、加熱した金属パイプ材１０をプレス型２１，２２に高速搬送したときのプレス型投入時における温度が８５０℃以上１０５０℃以下となる温度である。プレス型投入時の温度が８５０℃未満の場合には、冷えたプレス型で押圧するときの温度差が小さくなり、焼き入れによる強度向上が不十分となる虞れがある。他方、プレス型投入時の温度が１０５０℃を超えるほど高温度に加熱すると、むしろ強度が低下する（又は強度向上が頭打ちの傾向となる）虞れがある。その理由としては、プレス型投入時の温度を高くするために加熱装置での加熱温度をあまり高くしすぎると、加熱段階で金属結晶の粗大化が助長され、結晶組織の結びつきが却って粗くなるからである。このように、プレス型投入時の金属パイプ材温度が、８５０℃から金属パイプ材の融点の直近温度まで、更に好ましくは８５０℃以上１０５０℃以下となるように、金属パイプ材を事前加熱することが好ましい。
【００２６】
本実施形態によれば、出発材料たる金属パイプ材１０の両端部を封止した後、その内部が密閉空間化された金属パイプ材を予め加熱し、それを高温状態のまま冷えたプレス型を用いてプレスするという手法（ホットスタンプ法）を採用することで、以下のような効果を得ることができる。
【００２７】
（イ）高温の金属パイプ材１０をプレス型２１，２２で付形加工する際に、金属パイプ材１０の内圧が高い状態にあることは、軟化した中空状金属パイプ材の形状保持を容易にする。
【００２８】
（ロ）出発材料たる真っ直ぐに延びた金属パイプ材１０に対して、緩やかな湾曲形状の付形と焼き入れとを同時に行うことができる。このことは、焼き入れによる最終製品の強度向上のみならず、衝突補強材の製造工程の簡素化及び生産性の向上を図ることを可能とする。
【００２９】
（ハ）従来の冷間ベンディング加工や冷間プレス加工の場合と異なり、プレス型２１，２２から製品を取り出した後もスプリングバックによる型戻りがなく、最終製品の形状安定性が優れている。また、従来の冷間加工法では形状付与が難しかった「カーブの緩やかな湾曲形状」を付与することが極めて容易になる。
【００３０】
（変更例）本発明の実施形態を以下のように変更してもよい。
・上記実施形態において、図１（Ｃ）の工程におけるシーム溶接に代えて、レーザー溶接を用いてもよい。
【００３１】
・上記実施形態では図１（Ｂ）の工程において金属パイプ材１０の両端部を偏平状に押し潰したが、金属パイプ材１０の端部を封止するための加工方法はこれに限定されるものではない。例えば図４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、金属パイプ材１０の端部１１を横断面半円形の凹んだ湾曲形状となるように押し潰してもよい。この場合、図４（Ａ）に示すように半円弧状の端縁部分に溶接を施して、金属パイプ材内部の気密性を確保することになる。
【００３２】
・金属パイプ材１０の端部１１を押し潰すのではなく、例えば図５に示すように、端部１１に対しその先端部が先細りとなるような絞り加工を施してもよい。この場合、先細った先端部分に孔が残ることが避けられないため、その先端の孔を塞ぐべく当該先端部にＭＩＧ溶接又はＴＩＧ溶接を施して、金属パイプ材内部の気密性を確保することになる。
【００３３】
・上記実施形態では、図１（Ａ）から（Ｃ）の一連の工程を経た結果、金属パイプ材１０の内部に大気圧相当の空気を封入したが、端部１１を封止する前の金属パイプ材１０内に適量の液体（例えば水）を入れておき、その状態で金属パイプ材１０の両端部１１，１１を封止してもよい。この場合には、金属パイプ材１０の加熱によって液体が気化し、加熱温度に応じた蒸気圧の内圧がパイプ内に生じる。つまり、液体の封入量を調節することで加熱時及び熱間プレス時の内圧制御が可能となる。
【００３４】
・本発明に用いる出発材料（金属パイプ材）の材質として、高張力鋼以外の金属が用いられてもよい。
【００３５】
・本発明の適用対象はドア用のリインフォースメントに限定されるものではなく、その他の車輌用衝突補強材（例えばバンパーリインフォースメントやセンターピラー部材）の製造に適用されてもよい。なお、本明細書でいう「衝突補強材」とは、車輌の衝突時その他の事故時に車内の乗員を保護するために車輌の各部に取り付けられる部材を指し、それ単独で保護機能を発揮するものであるか他部材と協働して保護機能を発揮するものであるかを問わない。
【００３６】
【発明の効果】
以上詳述したように、各請求項に記載のパイプ状衝突補強材の製造方法によれば、金属パイプ材に対する正確な曲げ形状付与と焼き入れとを同時に行うことができ、少ない工程数でパイプ状衝突補強材を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）〜（Ｄ）はパイプ状衝突補強材の製造手順の一例を示す図。
【図２】（Ｅ）及び（Ｆ）はパイプ状衝突補強材の製造手順の一例（図１の続き）を示す図。
【図３】図１及び図２の手順で作られたパイプ状衝突補強材の斜視図。
【図４】（Ａ）はパイプ状衝突補強材の端部の変更例を示す斜視図、（Ｂ）はその変更例に係るパイプ状衝突補強材の端面図。
【図５】パイプ状衝突補強材の端部の変更例を示す断面図。
【符号の説明】
１０…金属パイプ材、１１…端部、１３…蓋、２１…固定型（プレス型）、２２…可動型（プレス型）、２３…付形室、２４，２５…冷却水用の通路（強制冷却機構）、Ｗ…端部における溶接箇所。
【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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