JP2002045924A - ハイドロフォーム成形品、同成形品のハイドロフォーム成形方法およびハイドロフォーム成形品を用いた車体部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、外径が漸次大小に変化する外形部分
をもつ製品の品質向上が図れるハイドロフォーム成形品
を提供する。 【解決手段】本発明のハイドロ成形品は、製品１４の外
形変化に合わせて外周形状を変化させた素管１８にハイ
ドロフォーム成形を施してなる製品とすることによっ
て、外径が漸次大小に変化する外形部分をもつ製品１４
でも、拡管率がある制約された範囲内に収められた高品
質な製品１４が得られるようにしたことにある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、外径が漸次大小に
変化する外形部分をもつハイドロフォーム成形品、同成
形品のハイドロフォーム成形方法およびハイドロフォー
ム成形品を用いた車体部材に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車（車両）のボディ（車体）は、ボ
ディ側部からの衝突安全性を確保するために高い剛性強
度が求められている。

【０００３】そこで、ボディ側部の骨格をなすセンタピ
ラー部では、従来、図７（ａ），（ｂ）に示されるよう
にサイドアウタパネル１にインナパネル２を組み付け、
この構造物に対してセンタピラーリンフォース３を組み
付けることが行われている。そして、さらに補強を必要
とする個所にリンフォース、ここでは４種類のリンフォ
ース４ａ〜４ｄを追加して補強することが行われてい
る。

【０００４】ところで、こうした多くのリンフォースを
組み付けて補強する構造は、組付精度がばらつきやす
い。しかも、各種リンフォースは、所定の間隔を空けて
行われるスポット溶接（アーク溶接）により組み付ける
構造なので、求められる剛性強度が確保しにくい。

【０００５】そこで、閉断面形状を呈した１つの薄い板
厚のリンフォースだけで、リンフォース類に置き換わる
剛性強度を確保することが考えられている。

【０００６】具体的には、特開平８−３３７１８２号に
示されるようなハイドロフォーム成形で形成された閉断
面形状の部材を用いて、リンフォース部材とすることが
考えられる。

【０００７】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所定径（一定断面）の素管を収
め、同素管内に水（加圧液）を圧入して内部からの加圧
により素管を膨らませ（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（口形状）の製品が成形される成形方法であ
る。

【０００８】このハイドロフォーム成形で形成されるリ
ンフォース部材は、連続した周壁で閉断面形状が形成さ
れるだけでなく、素管の周壁が伸びることで生じる加工
硬化により、薄い板厚でありながら、１部品で、複数種
のリンフォース類に相当する高い剛性強度が得られる。
しかも、スプリングバックがほとんどないので、製品精
度がよく、組付精度の点にもよいことが挙げられる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ハイドロフォーム成形
は、材料に過度に負担を強いたり、製品が破断したりす
ることがないよう、素管各部を均等に膨らませることが
求められる。特にハイドロフォーム成形で良好な製品を
得るためには、通常、拡管率は、ある範囲内（例えば０
〜２５％内）に収めることが求められる。

【００１０】ところで、車体のセンタピラー部は、上端
側が小径で、下端側が大径で、上端側から下端側へ向か
い外周形状（断面）が漸次変化する細長の形状をなして
いる。

【００１１】このため、ハイドロフォーム成形で、セン
タピラー部に組み付くリンフォースを成形する場合に
は、最終形状が小径となる部分を基準として素管を選
び、これにハイドロフォーム成形を施すことになる。

【００１２】ところが、製品形状であるリンフォースの
各部の大きさが異なるために、一定断面の素管は異なる
拡管率で各部が膨らむ。特に小径部の有る上端部と大径
部の有る下端部との両者間では、周長の差は著しく、小
径側に比べ大径側は２倍、さらにはそれ以上となる。

【００１３】このため、拡管率は、通常の範囲内に収め
られず、ハイドロフォーム成形の成形品では、簡単に
は、センタピラー部のような、全長方向で外径が漸次大
小に変化する外形形状を有する製品は得られなかった。

【００１４】本発明は上記事情に着目してなされたもの
で、その第１の目的とするところは、外径が漸次大小に
変化する外形部分をもつ製品の品質向上が図れるハイド
ロフォーム成形品を提供することにある。

【００１５】また第２の目的とするところは、外径が漸
次大小に変化する製品が、ハイドロフォーム成形によ
り、拡管率をある範囲内に収めたまま行えるハイドロフ
ォーム成形方法を提供することにある。

【００１６】また第３の目的とするところは、ハイドロ
フォーム成形品の特徴を用いて、剛性強度の向上が図れ
る車体部材を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために請求項１に記載のハイドロフォーム成形品は、
ハイドロフォーム成形の後の拡管率が所定の範囲内とな
るよう素管を製品の外形変化に合わせて外周形状を変化
させたことによって、外径が漸次大小に変化する外形部
分をもつ製品でも、拡管率をある制約された範囲内に収
めた高品質の製品が得られるようにした。

【００１８】上記第２の目的を達成するために請求項２
に記載のハイドロフォーム成形方法は、ハイドロフォー
ム成形により、素管から、外径が漸次変化する外形部分
を有するハイドロフォーム成形品を成形するに際し、素
管に製品の外形変化に合わせて前記ハイドロフォーム成
形の後の拡管率が所定の範囲内となるよう外周形状を変
化させる加工を施してから製品形状に成形するようにし
た。

【００１９】さらに請求項３に記載のハイドロフォーム
成形方法は、素管の外周形状を変化させる工程が簡単に
行えるよう、素管の周壁を製品の外周形状の変化になら
って徐々に縮径させる加工を採用したことにある。

【００２０】上記第３の目的を達成するために請求項４
に記載の車体部材は、断面形状が略コ字形をなし、かつ
全長方向において断面の大きさが漸次大小に変化する細
長のパネル部材と、パネル部材の内部に収容されて該パ
ネル部材に取り付けられたリンフォース部材とを組み合
わせたパネル構造のうち、リンフォース部材が、パネル
部材の外形変化に合わせてハイドロフォーム成形の後の
拡管率が所定の範囲内となるよう外周形状を変化させた
素管を、前記パネル部材の内壁面にならう閉断面形状に
ハイドロフォーム成形してなる構成とした。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図１ないし図５に
示す第１の実施形態にもとづいて説明する。

【００２２】図１は、自動車（車両）の車体側部に有る
センタピラー部１１の構造の分解図を示している。セン
タピラー部１１は、ルーフレール側に組み付く上端側の
外形が小径で、サイドシル側に組み付く下端側の外形が
大径で、かつ上端側から下端側へ向かい外周形状（断
面）が漸次変化しながら上下方向に延びている細長の車
体の骨格部分である。

【００２３】図中１２は、このセンタピラー部１１のう
ちの最も車外側に配置されるサイドアウタパネルを示し
ている。このサイドアウタパネル１２は、開口が車室内
側に向く断面ハット型をなしている。そして、このサイ
ドアウタパネル１２の内部に補強用構造体１３（本願の
車体部材に相当）を組み付けて、剛性強度を高めている
（補強）。

【００２４】この補強用構造体１３には、１部品で図７
中のインナパネル２およびリンフォース４ａ〜４ｄに置
き換わる剛性強度をもたらすハイドロフォーム製のリン
フォース部材１４（本願のハイドロフォーム成形品に相
当）を、例えば図７中のセンタピラーリンフォース３
（本願のパネル部材に相当）を用いて、サイドアウタパ
ネル１２内に組み付ける構造が採用されている。

【００２５】詳しくは、センタピラーリンフォース３
は、断面形状が略コ字形、具体的には断面形状が略ハッ
ト型をなすパネル部品で形成されていて、外形は、サイ
ドアウタパネル１２と同様、上端側が細径で、下端側が
大径で、上端側から下端側へ向かい外周形状（断面）が
漸次変化する細長をなしている。

【００２６】リンフォース部材１４は、断面が軸方向に
沿って一定な断面の素管１８にハイドロフォーム成形を
施すことによって、センタピラーリンフォース３の内壁
面にならう閉断面形状に成形した筒形の製品から形成さ
れている。

【００２７】ここで、リンフォース部材１４は、各部の
外周形状が漸次大小に変化しており、上端側には、他の
部分、特に下部に有る大径部１５ａより著しく外径が小
径な小径部１５ｂを有しているから、単純に素管１８を
選んでハイドロフォーム成形（内部を加圧して素管を膨
らませ型面になじませる成形）したのでは、小径側と大
径側との拡管率が、良好な成形が行えるとされている範
囲内（例えば０〜２５％）に収まらない。

【００２８】そこで、良好な製品が得られる工夫が施し
てある。この工夫は、製品であるリンフォース部材１４
が、図２（ｂ）に示されるようなリンフォース部材１４
の外形形状の変化に合わせて外周形状を変化させた素管
１８から成形される製品としたことにある。

【００２９】この素管１８を用いることで、ハイドロフ
ォーム成形で成形された製品、すなわちリンフォース部
材１４は、小径となる一端側、大径となる他端側、さら
には両間の漸次外周形状が変化する各部のいずれも、周
長が同等の割合で変化する成形品となる。

【００３０】これにより、リンフォース部材１４は、大
径部１５ａ，小径部１５ｂおよび両間を含む全体が、素
管１８から、制約されたある範囲内の拡管率（例えば０
〜２５％の範囲内）で成形された製品となるから、破断
や過度な応力負担のない良好な品質の製品となる。

【００３１】また同製品の成形の仕方にも、この考えに
よる工夫が施してある。同成形方法は、リンフォース部
材１４（ハイドロフォーム成形品）を成形するときに、
図２（ａ）〜（ｄ）に示されるように一定断面の素管１
８に、製品の外形形状に合わせて外周形状を変化させる
予備成形加工を行ってから、当該素管１８にハイドロフ
ォーム成形を施して、制約されたある範囲内の拡管率で
の成形を可能にしたものである。

【００３２】具体的には、同ハイドロフォーム成形方法
は、図２（ａ）に示されるように製品小径部より大きな
外径をもち一定断面（一定径）をもつ所定長さの素管１
８を用い、まず、これに製品形状に合う外周形状とする
予備成形を施す。同予備成形の加工には、素管１８の周
壁を製品の外周形状の変化にならい徐々に縮径させる加
工、例えば図２（ｂ）に示されるような複数のハンマダ
イス２０ａで素管１８の外周側から転打させるロータリ
形のスエージングマシン２０で，素管１８にスエージン
グを施し、製品形状の変化に合わせて、一端側を最大径
とし、他端側に向かうにしたがい、順次、階段状に縮径
して、他端が最も小さな外径にする（ここでは６段の外
径変化）。これにより、どの地点を基準にしても良好な
ハイドロフォーム成形による拡管となる素管１８が成形
される。続いて、図２（ｃ）に示されるようにこの外形
を異ならせた素管１８を、ハイドロフォーム成形機２１
の上型２２と下型２３とがなす最終形状（製品形状）の
型内に収める。そして、ハイドロフォーム成形機２１を
稼動させて、図２（ｃ），（ｄ）に示されるように同素
管１８内に水（加圧液）を圧入して内部からの加圧によ
り素管１８を膨らませ（拡管）、膨らむ素管１８を上型
２２と下型２３の型面になじませる。

【００３３】このとき、素管１８の各部の外周形状は、
予備成形により、予め最終形状となる製品形状（ここで
は、センタピラーリンフォース３の内壁面にならう形
状）の外形変化に合わせて外周形状を変化させてあるか
ら、素管１８の各部は、いずれも素管１８から、ある範
囲内の拡管率（例えば０〜２５％の範囲内）を保ったま
まで成形されるようになる。

【００３４】したがって、図２（ｅ）に示されるような
外径が漸次大小に変化する外形部分をもつ製品、すなわ
ち外径が大小変化する矩形の閉断面形状をもつリンフォ
ース部材１４は、破断したりせずに良好に成形される。
しかも、予備成形は、素管１８の周壁を製品の外周形状
の変化にならい徐々に縮径させる成形なので、素管１８
の外周形状を変化させる工程は簡単である上、破断のお
それもない。

【００３５】こうしたリンフォース部材１４が、図３
（ａ），（ｂ）および図４に示されるようにセンタピラ
ーリンフォース３内の上段から中段にかけての部位に嵌
挿され、さらにアーク溶接で同部分に固定され、センタ
ピラー部１１の補強に適した補強用構造体１３を構成し
ている。なお、同図中、符号２４はその溶接部分を示
す。

【００３６】そして、今までの車体の組立ラインにおけ
るスポット溶接の組付工程をそのまま用いて、この補強
用構造体１３をサイドアウタパネル１２に溶接してあ
る。具体的には、センタピラーリンフォース３は、今ま
でと同じ構造、すなわち両側にフランジ部３ａ，３ａを
有したハット型構造であるから、同リンフォース３をサ
ブ組付部品として用いて、今までのスポット溶接による
補強材の組付工程のときと同じく、図５（ａ）に示され
るようにセンタピラーリンフォース３のコ字形部分をサ
イドアウタパネル１２のコ字形部分内に嵌めつつ、セン
タピラーリンフォース３の両側のフランジ部３ａ，３ａ
を、サイドアウトパネル１２の両側のフランジ部１２
ａ，１２ａに重ねてから、図５（ｂ）に示されるように
フランジ部同士をスポット溶接することにより、補強構
造体１３をサイドアウタパネル１２に組み付けてある。
なお、図５（ｂ）中、２５はその溶接部分を示し、２６
は接合されたフランジ部３ａ，１２ａに組み付くフラン
ジトリムを示す。

【００３７】これにより、剛性強度や組付精度に優れる
ハイドロフォーム成形品を利用して、車体の骨格部材で
あるセンタピラー部１１の剛性強度が図れる。

【００３８】第１の実施形態では、製品形状に合わせて
多段の異なる径に成形した素管１８をハイドロフォーム
成形する例を挙げたが、これに限らず、図６（ａ）〜
（ｄ）に示す第２の実施形態のように多段に成形した
後、さらに曲げや潰し加工を施し、一端から他端までを
連続した曲面にして素管外形を製品の全体の形状に近づ
けてから、ハイドロフォーム成形を施して、製品として
もよい。つまり、予備成形の仕方には限定されるもので
はない。

【００３９】こうした縮径が連続する予備成形だと、細
部まで品質に優れた製品が得られる。但し、図６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。

【００４０】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
体の骨格部材となるセンタピラー部にハイドロフォーム
成形品を用いた例を挙げたが、これに限らず、サイドフ
レームやサイドシルなどといった他の骨格部材やそれ以
外の車体の部材に用いてもよい。むろん、ハイドロフォ
ーム成形品は、コ字形やハット形のセンタピラーリンフ
ォースなどのサブ組付部品を用いずに、直接、コ字形や
ハット形のサイドアウタパネルといったアウタパネル部
材の内部に組み付けてもよく、またハイドロフォーム成
形品そのものだけで車体の骨格部材を構成してもよい。
もちろん、本発明は、車体に限らず、他の構造物に適用
してもよい。またスエージングマシン以外の加工機、例
えばダイスを用いた絞り加工機を用いて、素管の外形形
状を製品形状の変化に合うように加工しても構わない。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように請求項１に記載の発
明によれば、外径が漸次変化するようなハイドロフォー
ム成形しにくい製品でも、拡管率をある制約された所定
の範囲内に収めた高品質の製品を得ることができる。

【００４２】請求項２に記載の発明によれば、素管に製
品の外形変化に合わせて外周形状を変化させる加工を施
してからハイドロフォーム成形を行うから、外径が漸次
大小に変化する製品でも、拡管率をある制約された範囲
内に収めて成形することができ、高品質の成形が約束で
きる。

【００４３】請求項３に記載の発明によれば、上記請求
項２の効果に加え、素管の外周形状を変化させる工程が
簡単ですむといった効果を奏する。

【００４４】請求項４に記載の発明によれば、ハイドロ
フォーム成形品に特有の特徴を活かして剛性強度が図ら
れるとともに、拡管率をある制約された所定の範囲内に
収めた車体部材が実現できる。

【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リンフォース部材を、同部材が組
み付く車両のセンタピラー部と共に示す分解斜視図。

【図２】同リンフォース部材が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】ハイドロフォーム成形品で形成されたリンフォ
ースとサブ組付部品とが組み付けられたサブアッセンブ
リ部品を説明するための図。

【図４】図３（ａ）中のＡ−Ａ線に沿うサブアッセンブ
リ部品の断面図。

【図５】同サブアッセンブリ部品がアウタパネル部材と
組み付くまでを説明するための断面図。

【図６】本発明の第２の実施形態の要部を説明するため
の斜視図。

【図７】（ａ）従来の車両のセンタピラー部の構造を説
明するための分解斜視図。 （ｂ）同組み上がるセンタピラー部の構造を示す平断面
図。

【符号の説明】

３…センタピラーリンフォース（パネル部材） １１…センタピラー部 １２…サイドアウタパネル（アウタパネル部材） １３…補強用構造体（車体部材） １４…リンフォース部材（ハイドロフォーム成形品） １８…素管 ２０…スエージングマシン ２１…ハイドロフォーム成形機。

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 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 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 小嶋 正康 兵庫県尼崎市扶桑町１番８号 住友金属工 業株式会社総合技術研究所内 (72)発明者 井上 三郎 千葉県市川市菅野３丁目23番１号 住友鋼 管株式会社内 Ｆターム(参考） 3D003 AA01 AA12 BB02 CA34 CA36

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハイドロフォーム成形によって、素管か
   ら、外径が漸次大小に変化する外形部分をもつ製品に成
   形してなるハイドロフォーム成形品であって、 前記素管は、前記ハイドロフォーム成形の後の拡管率が
   所定の範囲内となるよう前記製品の外形変化に合わせて
   外周形状を変化させたことを特徴とするハイドロフォー
   ム成形品。
2. 【請求項２】 ハイドロフォーム成形により、素管か
   ら、外径が漸次変化する外形部分を有するハイドロフォ
   ーム成形品を成形するに際し、前記素管に製品の外形変
   化に合わせて前記ハイドロフォーム成形の後の拡管率が
   所定の範囲内となるよう外周形状を変化させる加工を施
   してから製品形状に成形することを特徴とするハイドロ
   フォーム成形方法。
3. 【請求項３】 請求項２に記載のハイドロフォーム成形
   方法において、前記素管の外周形状を変化させる加工
   は、素管の周壁を製品の外周形状の変化にならって徐々
   に縮径させる加工であることを特徴とするハイドロフォ
   ーム成形方法。
4. 【請求項４】 断面形状が略コ字形をなし、かつ全長方
   向において断面の大きさが漸次大小に変化する細長のパ
   ネル部材と、 前記パネル部材の内部に収容されて該パネル部材に取り
   付けられるリンフォース部材とを有し、 前記リンフォース部材は、前記パネル部材の外形変化に
   合わせてハイドロフォーム成形の後の拡管率が所定の範
   囲内となるよう外周形状を変化させた素管を、前記パネ
   ル部材の内壁面にならう閉断面形状にハイドロフォーム
   成形してなることを特徴とする車体部材。