JP2001321843A - 車体の骨格部材およびその骨格部材の成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、ハイドロフォーム成形の利点を最大
限に活かして、直線状部の剛性強度を重点に高めること
ができる車体の骨格部材を提供する。 【解決手段】本発明の車体の骨格部材は、端側に直線状
部７を有し、途中に屈曲部８を有するサイドメンバ部材
６をハイドロフォーム成形するとき、直線状部７の拡管
率を屈曲部８の拡管率より大きく定めて成形することに
よって、直線状部７においては、素管１０の周壁が伸び
ることによる加工硬化と肉送りとの相乗効果により高い
剛性強度を確保し、屈曲部８においては、破断などなく
良好に成形が行われるようにし、ハイドロフォーム成形
の利点を最大限に活用して、直線状部７の剛性強度を重
点に高めたサイドメンバ部材が得られるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばフロント、
リアや車体各部の骨格をなす車体の骨格部材に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車（車両）の車体は、衝突安全性が
求められる。特に車室前方のフロント部分（通常、エン
ジンルームが有る部分）は、車体正面の衝突時、車体前
方から加わる衝突エネルギーの吸収が求められる。

【０００３】そのため、車体のフロント側の骨格、詳し
くはエンジンルームの車幅方向両側の骨格をなすフロン
トサイドメンバ部材は、トーボード（エンジンルームと
車室内を仕切るボード）から前方へ直線状に延びて衝撃
吸収をなす直線状部と、同直線状部の後部から略Ｓ字状
に下方へ屈曲しトーボードの下部を経て車室床面をなす
フロア部材の下面へ至る屈曲部とを有した筒形の部材を
採用して、車体前方方向に対する衝突安全性を確保して
いる。

【０００４】このフロントサイドメンバ部材では、プレ
ス加工で成形された複数種のパネル部材、具体的にはア
ウタパネル、インナパネル、リヤパネルなどをスポット
溶接で接合して、主要部となる車室前方へ直線状に延び
る直線状部と床面下へ延びる屈曲部とを有した閉断面形
状の構造物を形成し、同構造物の補強を必要とする箇所
に、別途、リンフォース部材を追加することが行われて
いる。

【０００５】ところが、こうした多くのパネル部材を組
み付ける構造は、各部材の組付精度がばらつきやすいの
で、車体への組付性が損なわれやすい。しかも、フロン
トサイドメンバ部材の剛性強度もばらつきやすい。

【０００６】そこで、こうしたばらつきを無くすよう、
閉断面形状の１部材だけで剛性強度を確保することが考
えられている。

【０００７】具体的には、特開平１０−１３８９５０号
公報に示されるような直線状部と屈曲部とを有する素管
に、ハイドロフォーム成形を施して成形される、閉断面
形状をなす筒形の成形品をフロントサイドメンバ部材と
することが考えられる。

【０００８】ハイドロフォーム成形は、上型と下型とが
なす最終形状の型内に素管を収め、同素管を両端側から
軸心方向沿いに押圧しながら当該素管内に水（加圧液）
を圧入することによって、素管を肉送りしながら膨らま
せ（拡管）、膨らむ素管を上型と下型の型面になじませ
ることにより、型面の形状にならう閉断面形状の１製品
が成形される成形方法である。

【０００９】このハイドロフォーム成形で形成される成
形品は、閉断面形状だけでなく、素管の周壁が伸びるこ
とで生じる加工硬化と肉送りとにより、高い剛性強度が
得られる。特に、押圧力が最も強く作用する直線状部の
端は、最も加工硬化と肉送りの双方の相乗効果が期待で
きるので、高衝撃吸収に好適なサイドメンバ部材が得ら
れるとされる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】こうしたハイドロフォ
ーム成形の利点を最大限に活かすためには、成形品（製
品）は、大きな拡管率、すなわち成形前の素管各部の周
長に比べ成形後の各部周長が大きい閉断面形状の成形型
で成形されるのが望ましい。

【００１１】ところが、フロントサイドメンバ部材のよ
うな成形品では、拡管率を大きく定めて、素管からハイ
ドロフォーム成形を行うと、素管の端部に有る直線状部
は、膨らみやすいので加工硬化の度合いも高く、また軸
方向の外力を受けやすい地点でもあるので、軸端からの
押圧による断面形状にならう肉送りも期待できるが、素
管の途中に有る屈曲部（Ｓ字状に曲がる部分）は、屈曲
した部分が障害となって軸押しによる肉送りが期待でき
ないので、素管周壁の伸びだけが進んで、同部分だけが
極端に薄肉になって破断したりする。

【００１２】車体の骨格部材は、直線状部だけに剛性強
度を求めることが多いが、途中に屈曲部が有るために、
直線状部を含む全体は、屈曲部で決まる拡管率、詳しく
は素管の周長とほとんど変わらない周長にさせることが
余儀なくされる。このため、ハイドロフォーム成形の利
点を生かせる製品は得られなかった。

【００１３】本発明は上記事情に着目してなされたもの
で、その目的とするところは、ハイドロフォーム成形の
利点を最大限に活かして、直線状部の剛性強度を重点に
高めることができる車体の骨格部材およびその骨格部材
の成形方法を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の車体の
骨格部材は、上記第１の目的を達成するために、素管か
ら、ハイドロフォーム成形により、直線状部の拡管率を
屈曲部の拡管率より大きく定めて成形してなるハイドロ
フォーム成形品を採用することによって、直線状部にお
いては、素管の周壁が伸びることによる加工硬化と肉送
りとの相乗効果により高い剛性強度が確保され、屈曲部
においては、破断などなく良好に成形が行われる骨格部
材が得られる。つまり、直線状部の剛性強度を重点に高
めた車体の骨格部材が得られる。

【００１５】請求項２に記載の車体の骨格部材は、ハイ
ドロフォーム成形品に、直線状部と略Ｓ字状に曲がる屈
曲部とをもつサイドメンバ部材に適用することによっ
て、ハイドロフォーム成形の利点を最大限に活かした高
衝撃吸収に好適なサイドメンバ部材が得られるようにし
た。

【００１６】請求項３に記載の車体の骨格部材は、上記
目的に加え、さらに屈曲部の剛性強度が十分でない場
合、成形後で部品を追加せずに、簡単に屈曲部の補強が
行えるよう、ハイドロフォーム成形を施す素管には、予
め屈曲部をなす部分が補強されている管部材を用いるこ
とにある。

【００１７】請求項４に記載の車体の骨格部材は、さら
に簡単な管部材の構造で、屈曲部の補強が行えるよう、
管部材には、直線状部をなす第１パイプ材と、屈曲部を
なす上記第１パイプ材の肉厚寸法より大な肉厚を有する
第２パイプ材とを直列に接合して組み合わせたテーラー
ドパイプ部材を用いたことにある。

【００１８】請求項５に記載の車体の骨格部材は、同じ
く管部材には、屈曲部をなす部位の外周部分に同部位を
外側から覆うように短管部材を外挿させた構造を用いた
ことにある。

【００１９】請求項６に記載の骨格部材の成形方法は、
上記第１の目的を達成するために、ハイドロフォーム成
形により、端側に直線状部を有し途中に屈曲部を有する
車体の骨格部材を成形するとき、直線状部の拡管率を屈
曲部の拡管率より大きく定めて製品形状に成形すること
で、請求項１のときと同様、直線状部の剛性強度を重点
に高めた車体の骨格部材が得られるようにした。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図１ないし図３に
示す第１の実施形態にもとづいて説明する。

【００２１】図１（ａ）は自動車（車両）のフロント側
を示し、図中１は車体である。車体１は、車室２と、同
車室２から前方へ突き出る前部、ここではエンジンルー
ム３とを有して構成されている。

【００２２】この車体１の骨格をなす骨格部材のうち、
例えばエンジンルーム３の骨格をなす車幅方向両側に配
置される一対のフロントサイドメンバ部材６（片側しか
図示せず）には、本発明が適用されている。

【００２３】ここで、フロントサイドメンバ部材６は、
図１（ａ）に示されるようにトーボード４（車室２内と
エンジンルーム３とを仕切るボード）から前方へ直線状
に延びて衝撃吸収をなす直線状部７と、同直線状部７の
後部から後方へ連続して延びる屈曲部８とを有して、閉
断面形状（筒形）に形成されている。具体的には、屈曲
部８は、例えば直線状部７の後部から略Ｓ字状に下方へ
屈曲してトーボード４の下部を経て車室床面をなすフロ
ア部材５の下面へ至っている。なお、このフロントサイ
ドメンバ部材６は、衝撃吸収性の配慮から、図１（ｂ）
および図３（ａ）に示されるように例えば前端となる直
線状部７の端部が、多角形の筒形、ここでは六角筒形を
なし、後端となる屈曲部８から後方のフロア部材５の下
側に入る直線状の後端部分９が、矩形の筒形、ここでは
長方筒形をなし、途中の屈曲部８が、図３（ａ）に示さ
れるように幅方向が狭くなる偏平な角筒形をなし、これ
ら間で次第に断面形状が変化する構造が用いてある。

【００２４】このフロントサイドメンバ部材６がハイド
ロフォーム成形品（１部品）で形成されている。詳しく
は、同部材６は、屈曲部８の拡管率より直線状部７にお
ける拡管率を大きく定めて行う、素管１０からのハイド
ロフォーム成形によって形成してある。なお、拡管率と
は、ハイドロフォーム成形により素管１０から製品形状
へ膨らむときにおける素管周長を基準とした製品周長の
増加の度合いを指す。

【００２５】このフロントサイドメンバ部材６の成形方
法が図２に示されている。

【００２６】同成形方法を説明すれば、まず、図２
（ａ）に示すように屈曲部８の外径を基準に選んだ一定
断面の素管１０を用意する。ついで、図２（ｂ）に示さ
れるように同素管１０の途中の所定部位を製品形状に合
わせて略Ｓ字状に屈曲させる（予備成形加工）。

【００２７】つぎに、この端側に直線状部分を有し、途
中に屈曲部分を有する素管１０をハイドロフォーム成形
機１５の上型１６と下型１７とがなす最終形状（フロン
トサイドメンバ部材６の外形形状）の型空間に収める。

【００２８】このとき、型空間のうちの屈曲部８に相当
する型部分は、素管１０の周長とほとんど同じ周長に定
め、直線状部７に相当する型部分は、素管１０の周長よ
り長い周長（ある割合長くした周長）に定めてある。つ
まり、ハイドロフォーム成形機１５の成形型は、屈曲部
８の拡管率よりも、直線状部７における拡管率が大きく
なっている。

【００２９】この後、ハイドロフォーム成形機１５を稼
動させて、図２（ｃ）に示されるように型空間の前後両
端に有る押圧機１８で、素管１０を両端から軸心方向沿
いに押し付けながら、素管１０の内部に水（加圧水）を
圧入する。

【００３０】素管１０のうち、端側の直線状部７をなす
周壁部分は、押圧機１８による肉送りを受けながら、内
部から加わる圧力で膨らむ。

【００３１】このとき、同周壁部分の拡管率は、大きく
定めてあるので、同部分は、周壁が大きく伸び、また伸
びよる減肉を肉送りで補いながら、図２（ｅ）に示され
るように上型１６および下型１７の型面になじむまで膨
らむ。

【００３２】また屈曲部８をなす素管１０の周壁部分
は、曲がり部分が障害となって軸押しによる肉送りが期
待できず、伸びだけが進むが、同周壁部分の拡管率は小
さいので、同周壁部分は、破断が生じることなく、図２
（ｅ）に示されるように上型１６および下型１７の型面
になじむまで膨らむ。

【００３３】これにより、素管１は、図３（ａ）に示さ
れるように直線状部７の有る領域Ｌ１が大きな拡張率の
値で成形され、屈曲部８の有る領域Ｌ２が小さな拡張率
の値（素管１０の周長とほとんど同じ）で成形されて、
最終形状の製品、すなわち図１（ｂ）に示されるように
閉断面形状をもつ骨格部材、具体的にはフロントサイド
メンバ部材６となる。

【００３４】この拡管率を異ならせた骨格部材は、図３
（ｃ）に示す剛性強度を表わすパラメータとなるビッカ
ース硬さ（Ｈｖ）のように、直線状部７の剛性強度だけ
が、加工硬化と肉送りとの相乗効果により、素管１０の
剛性強度に比べ格段に向上する。なお、図３（ｃ）中の
二点鎖線は素管１０がもつ剛性強度を示す。

【００３５】したがって、ハイドロフォーム成形の利点
を最大限に生かして、直線状部７の剛性強度だけを高め
た車体の骨格部材を得ることができる。特に押圧力が最
も強く作用する直線状部７の先端は、加工硬化と肉送り
の双方の相乗効果が最も期待できるので、骨格部材とし
ては、高衝撃吸収性能が求められるフロントサイドメン
バ部材６には有効である。

【００３６】図４および図５は、本発明の第２の実施形
態を示す。本実施形態は、屈曲部８の補強を容易とする
ものである。

【００３７】すなわち、第１の実施形態で説明した拡管
率を異ならせたフロントサイドメンバ部材６（車体の骨
格部材）において、屈曲部８の剛性強度が十分でない場
合（屈曲部８は素管肉厚に依存する部分となるため）が
ある。

【００３８】このようなときは、ハイドロフォーム成形
を終えた成形品に、別途、リンフォース部材（補強部
材）を取付けることが考えられるが、これではリンフォ
ースを取付ける作業や工数が増えてしまうので、面倒で
ある。

【００３９】第２の実施形態は、この補強が簡単に行え
るよう、素管として、予め屈曲部をなす部分が補強され
た管部材を用いたものである。

【００４０】具体的には、管部材として、図４（ａ）に
示されるように直線状部７をなす第１パイプ材２１と、
屈曲部８をなす上記第１パイプ材２１の肉厚寸法（ｔ
１）より大な肉厚寸法（ｔ２）を有する同外径の第２パ
イプ材２２とを直列に接合、詳しくは突合わせ溶接して
なるテーラードパイプ部材２３［図４（ｂ）に図示］を
用いた。

【００４１】このテーラードパイプ部材２３に、第１の
実施形態と同様のハイドロフォーム成形を施すと、図５
に示されるような屈曲部８の肉厚が増加した製品、すな
わち屈曲部８の剛性強度が高められたフロントサイドメ
ンバ部材６（骨格部材）となる。

【００４２】このように予め屈曲部８をなす部分の肉厚
を厚くした素管１０を用いると、成形後の成形品に、別
途、リンフォース部材を取付ける作業や工数を必要とせ
ずに、簡単な構造で屈曲部８の補強を行うことができ
る。

【００４３】図６および図７は、本発明の第３の実施形
態を示す。本実施形態は、第２の実施形態とは異なる管
部材の構造で、屈曲部８の補強を行うとしたものであ
る。

【００４４】具体的には、管部材は、図６（ａ），
（ｂ）に示されるように屈曲部８をなす素管１０の外周
部分に、屈曲部８をなす部位だけを外側から覆うように
短管部材２５を外挿させたものである。

【００４５】こうした短管部材２５を用いて、屈曲部８
をなす部分の肉厚を厚くしても、製品化されたフロント
サイドメンバ部材６の屈曲部８の剛性強度を高めること
ができる。特に、短管部材２５は、図７（ａ），（ｂ）
に示されるようにハイドロフォーム成形の際に膨らむ素
管１０により、素管１０の周壁に同周壁外面と略面一に
なるように埋め込まれてかしめられるから、短管部材２
５を固定するための手段は必要でなく、第２の実施形態
で述べたのと同様、後作業、後工程での面倒なリンフォ
ース部材の取付けを必要とせずに、簡単に屈曲部８の補
強を行うことができる。

【００４６】但し、図４〜図７において第１の実施形態
と同じ部分は、同一符号を付してその説明を省略した。

【００４７】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々
変更して実施しても構わない。例えば実施形態では、車
体の骨格部材としてフロントサイドメンバ部材を用いた
例を挙げたが、これに限らず、他の車体の骨格部材、例
えばリアサイドメンバ部材、フロントエンドフレーム部
材、リアエンドフレーム部材、井桁フレーム、サイドシ
ル部材、フロントピラー部材などといった車体の骨格を
なす部材に適用してもよい。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように請求項１、請求項６
に記載の発明に記載の発明によれば、骨格部材の直線状
部は、素管の周壁が伸びることによる加工硬化と肉送り
との相乗効果により高い剛性強度が確保され、骨格部材
の屈曲部は、破断などなく良好に成形が行われるので、
ハイドロフォーム成形の利点を最大限に活かして、直線
状部の剛性強度を重点に高めた車体の骨格部材を得るこ
とができる。

【００４９】請求項２に記載の発明によれば、上記効果
に加え、高衝撃吸収性能をもつサイドメンバ部材を得る
ことができるといった効果を奏する。

【００５０】請求項３に記載の発明によれば、上記効果
に加え、屈曲部の剛性強度が十分でない場合、後で部品
を追加せずに、簡単に屈曲部の補強を行うことができる
といった効果を奏する。

【００５１】請求項４、請求項５に記載の発明によれ
ば、上記効果に加え、簡単な素管構造で、屈曲部の補強
を行うことができるといった効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係るハイドロフォー
ム成形品で形成されたフロントサイドメンバ部材を、同
部材が組み付く車体のフロント側と共に示す斜視図。

【図２】同フロントサイドメンバ部材の各部が異なる拡
管率によりハイドロフォーム成形で成形される工程を説
明するための図。

【図３】同成形されたフロントサイドメンバ部材の拡管
率、剛性強度の変化を説明するための図。

【図４】本発明の第２の実施形態の要部となるテーラー
ドパイプ部材を説明するための斜視図。

【図５】同テーラードパイプ部材からハイドロフォーム
成形で成形されたフロントサイドメンバ部材を示す図。

【図６】本発明の第３の実施形態の要部となる、短管部
材を組み合わせた素管を説明するための斜視図。

【図７】同素管からハイドロフォーム成形で成形された
フロントサイドメンバ部材を示す図。

【符号の説明】

３…エンジンルーム ５…フロア部材 ６…フロントサイドメンバ部材（車体の骨格部材） ７…直線状部 ８…屈曲部 １０…素管 ２１…第１パイプ材 ２２…第２パイプ材 ２５…短管部材。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長井 節生 東京都港区芝五丁目33番８号 三菱自動車 工業株式会社内 (72)発明者 岩男 明信 東京都港区芝五丁目33番８号 三菱自動車 工業株式会社内 (72)発明者 山田 直章 東京都港区芝五丁目33番８号 三菱自動車 工業株式会社内 (72)発明者 吉田 亨 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 Ｆターム(参考） 3D003 AA01 AA05 AA10 BB01 CA09

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 端側に直線状部を有し、途中に屈曲部を
   有する筒形のハイドロフォーム成形品より構成される車
   体の骨格部材であって、 前記ハイドロフォーム成形品が、素管からハイドロフォ
   ーム成形によって、前記直線状部の拡管率を前記屈曲部
   の拡管率より大きく定めて成形されてなることを特徴と
   する車体の骨格部材。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の車体の骨格部材におい
   て、 前記ハイドロフォーム成形品は、一端側に車体前後方向
   に直線状に延びて衝撃吸収部をなす直線状部を有し、他
   端側に略Ｓ字状に屈曲して車体のフロア部材の下面へ至
   る屈曲部を有するサイドメンバ部材であることを特徴と
   する車体の骨格部材。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２に記載の車体の骨
   格部材において、 前記素管には、予め屈曲部をなす部分が補強されている
   管部材が用いられることを特徴とする車体の骨格部材。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の車体の骨格部材におい
   て、 前記管部材は、前記直線状部をなす第１パイプ材と、前
   記屈曲部をなす前記第１パイプ材の肉厚寸法より大な肉
   厚を有する第２パイプ材とを直列に接合して組み合わせ
   たテーラードパイプ部材からなることを特徴とする車体
   の骨格部材。
5. 【請求項５】 請求項３に記載の車体の骨格部材におい
   て、 前記管部材は、前記屈曲部をなす部位の外周部分に、同
   部位を外側から覆うように短管部材を外挿させてなるこ
   とを特徴とする車体の骨格部材。
6. 【請求項６】 ハイドロフォーム成形により、端側に直
   線状部を有し途中に屈曲部を有する車体の骨格部材を成
   形するに際し、前記直線状部の拡管率を前記屈曲部の拡
   管率より大きく定めて素管から製品形状に成形すること
   を特徴とする骨格部材の成形方法。