JP2005511395A - 可変厚さの管状ドアビーム - Google Patents

Abstract

衝撃強度を増加させながら軽量化した改良ドアビームを製造する方法。ドアビームは、両側縁部を有する連続金属ウェブで形成され、ウェブは、その両側部間で厚さが変化している。材料は、管状構造にロール成形されて、側縁部が互いに溶接される。このように得られたビームは、重量及び強度間のつり合いをとるために必要な場所に追加補強材を設ける。

Description

［発明の背景］
Ｉ．発明の分野
本発明は、車両のドアビームに関する。

ＩＩ．技術の説明
車両のドアビームは、車両のドアの衝撃強さを高め、それによって安全性を高めるために、自動車産業において広く使用されている。車両製造業者は、車両を乗員にとってより安全なものにすると共に、燃料効率を改善することを望む。したがって、ドアビームは、衝撃に耐える強度と燃料効率を高めるための軽量化とのつり合いをとらなければならない。

ビームの強度を高める１つの方法は、ビームを製造する材料の厚さを増すことである。これは、乗員の安全性を改善するが、ビームの重量も増加させ、したがって、燃料効率が低下する。

ビーム強度を高める別の技術は、１９９４年１月１１日にKlippelに発行された米国特許第５，２７７，４６９号に示されているように、ドアビームにさらなる補強金属片を追加することである。これらの補強材は、ビームの重量を増す。補強材はまた、形状の複雑さを増し、コスト及びビームの製造に必要な労力をも増加させる。

ビーム強度を増加させる別の技術は、ドアビームを軽量で高強度の合金で製造することである。合金は比較的軽量であるが、製造コストが高い。ビーム強度を増加させる別の技術は、ビーム全体をアルミニウムなどの軽量材料で製造し、断面及び壁の厚さ部分を比較的厚くすることである。この手法は、重量の軽減のほとんどをなくしてしまう。これらのビームはまた、製造が困難であると共に高コストであり、異なったドア間での適応が困難であり、狭い形状のドアにはめ込み難い。

他の方法として、２０００年２月１日にCline他に発行された米国特許第６，０２０，０３９号に見られるような台形及び楕円形などの特殊な幾何学形状の断面を有するドアビームの製造がある。他のビームには、衝撃強度を改善しようとして複合材料が充填される。これらのビームはすべて、製造が困難で高コストであると共に、時間がかかる。それらはまた、異なったメーカや車両モデルのさまざまなドアに適用するのが困難である。
［発明の概要］

上記問題は、一体形ドアビームを、横方向に変化する厚さプロフィールを有する連続材料ウェブからロール成形するようにした本出願で克服される。さらに詳しく言うと、材料ウェブは、幅方向に少なくとも２つの異なった厚さを有し、ウェブは、管状の形状にロール成形され、それによって生じた継ぎ目に沿って溶接される。

本発明は、従来技術に勝るさまざまな利点を有する。第１に、このビームは、乗員の安全性を増す必要がある場所に肉厚の壁を、それ以外では重量の軽減のために肉薄の壁を与える。第２に、完成ビームは、追加部材片、高価な合金、複合フィラーまたは特殊な断面を用いない一体部材として製造することができる。したがって、ビームは、比較的労働効率が高いと共に安価でありながら、必要な強度及び望ましい重量を備える。ビームはまた、得られるロール成形部分の全長を変化させることによって、さまざまな車両に容易に適応することができる。

本発明の上記及び他の目的、利点及び特徴は、好適な実施形態の詳細な説明及び図面を参照することにより、より十分に理解され、かつ評価されるであろう。
［詳細な説明］

制限的ではなく、開示のために、本発明の好適な実施形態に従って構成された管状ドアビームを図１〜図３に示し、全体的に１０で表す。
Ｉ．ドアビームの構造

ドアビーム１０は、ウェブ材４０で製造され、通常は中央区域(central section)２０及び端部分３０を有する。中央区域２０は、端部分３０を相互接続し、図１に示されているように、端部分がドアビーム１０をドア１００内に固定する。

ウェブ材４０は、図２及び図４に示されているように、両側縁部５０を有する。好適な実施形態では、ウェブ材４０は、Ｉｎｌａｎｄ Ｍ２２０超高強度低合金鋼などのマルテンサイト鋼（すなわち、Ｍａｒｔｅｎｓｉｔｅ）で形成される。もちろん、ドアビームの性能要件に適した性質を有する他の材料も使用することができる。縁部５０は、ほぼ直線的で、互いに均一な間隔を置いて位置しており、ウェブ材４０が均一幅を有することができる。ウェブ材４０は、変化する厚さプロフィールを有することができ、好適な実施形態では、第１厚さ部分４２及び第２厚さ部分４４を有するウェブ材４０について説明しているが、一部の実施形態では、３つ以上の厚さを使用することができる（図示せず）。第１厚さ部分４２及び第２厚さ部分４４の位置は変更できるが、好適な実施形態では、図２に示されているように、第２厚さ部分４４が縁部５０間のほぼ中央に位置している。第１厚さ部分４２及び第２厚さ部分４４間での厚さプロフィールの変化は、急激でも、漸進的でもよい。変化のタイプは、第１厚さ部分４２及び第２厚さ部分４４の位置によって決まるであろう。変化のタイプはまた、ビームがいずれの点においても必要以上に厚くなることが決してなく、それによって重量及び衝撃強度の最適つり合いが可能になるように選択することができる。

ウェブ材４０は、管状の形状にロール成形されて、ドアビームに形成される。管状の形状の断面は通常、管状にロール成形されるウェブ材４０の厚さ変化プロフィールに比較的比例した厚さ変化円周プロフィールを有する。

ウェブ材４０は通常、連続した管状の形状にロール成形されてから、ドアビーム１０に形成される。ビーム１０は通常、中央区域２０及び端部分３０を有する。一部の実施形態では、端部分をなくしてビーム１０を形成してもよい。

成形された中央区域２０は、第１厚さ部分２２、第２厚さ部分２４及び継ぎ目２６を有する。第１厚さ部分２２及び第２厚さ部分２４は、管状にロール成形されたウェブ材４０の第１厚さ部分４２及び第２厚さ部分４４である。第１厚さ部分２２及び第２厚さ部分２４は、図３及び図５では、ドアビーム１０のほぼ対向する位置にあるものとして示されているが、ビームのほぼ任意場所に位置して、厚さを変化させることができる。これらの厚さ部分の位置は、ウェブ材４０の厚さ部分の位置によって決まる。もちろん、ウェブ材上のいずれの第３厚さ及び／またはさらなる第２厚さも、比例してビーム１０上に現れるであろう。

継ぎ目２６は、ビーム１０上の任意位置に配置できるが、製造しやすさのため、図３及び図５に示されているように、第１厚さ部分２２または第２厚さ部分２４のほぼ真ん中に位置することが好ましい。好適な実施形態では、継ぎ目２６は、溶接シームである。

端部分３０は通常、中央区域２０の端部から形成されるブラケットである。端部分３０は一般的に当該技術分野では既知であり、さまざまなドア１００に取り付けるために任意の形状または寸法に形成することができる。ビーム１００は、端ブラケットを設けないで、たとえば、クランプ、締結具、溶接または他の手段によってドア１００に取り付けられる細長い中央区域２０として形成することもできる（図示せず）。製造しやすくするために、端部分３０も、変化する厚さを有することができる。この厚さ変化も、重量を軽減しながら、端ブラケット３０の強度を増加させるであろう。

ＩＩ．製造方法
ドアビーム１０は、図２及び図４に示されているように、第１厚さ部分４２及び第２厚さ部分４４を有するウェブ材４０として製造が開始される。好適な実施形態では、第１厚さ部分４２及び第２厚さ部分４４は、ウェブ材４０の形成中に形成される。もちろん、第１及び第２厚さ部分４２および４４は、ウェブ材４０を閉じて(enclosed upon itself)管状にする前の他の任意時に形成することができる。第１厚さ部分４２及び第２厚さ部分４４は、ロール成形、プレス加工または他の任意の処理によって形成することができる。好適な実施形態では、ウェブ材４０は、連続ウェブ材４０から連続ビームに成形され、所定長さに切断されて、個別のドアビーム１０に形成される。また、連続ウェブ材４０を個別の金属ブランク（図示せず）に成形してから、ドアビーム１０に成形したり、あるいは、ウェブ材を、ドアビーム１０に成形される個別の金属ブランクとして製造してもよい。

次に、ビーム１０を継ぎ目２６に沿って溶接する。好適な溶接機は、高い溶接品質を得るためにレーザ溶接機であるが、他の任意の適当な溶接技術を使用してもよい。ビームを溶接する前後のいずれかで、端ブラケット３０を形成する。端ブラケットを形成する方法は、当該技術分野では既知である。端ブラケット３０も、溶接、締結具または他の任意の手段で取り付けることができる。

ＩＩＩ．代替的な実施形態
図４及び図５は、ウェブ材４０の第１の代替的な実施形態を示し、ドアビーム１０の断面図である。この代替的な実施形態では、ウェブ材４０は、中央より側縁部５０付近が厚く形成されている。したがって、継ぎ目２６は、厚い領域に沿っている。

図６及び図７は、ドアビーム１０の第２の代替的な実施形態を示している。この代替的な実施形態では、ウェブ材４０が、ベース材４８を有し、少なくとも１つの金属ストリップ４６が、ベース材４８のほぼ中央に取り付けられている。ベース材４８は、第１厚さ部分４２を形成する。金属ストリップ４６及びベース材４８の組み合わせによって、第２厚さ部分４４が形成される。好適な実施形態では、金属ストリップ４６は、溶接によってベース材４８に取り付けられる。１つまたは複数の金属ストリップ４６をベース材４８に取り付けるための溶接方法は、レーザ、抵抗、電子ビームまたは他の任意の適当な溶接手段を含むことができる。金属ストリップ４６をさらにしっかり固定するために、図６及び図８に示されているように、さらなるスポット溶接５４を追加してもよい。

図８及び図９は、ドアビーム１０の第３の代替的な実施形態を示す。第３の代替的な実施形態は、金属ストリップ４６が各側縁部５０付近に位置していることを除いて、第２の代替的な実施形態に似ている。もちろん、金属ストリップ４６をベース材４８上の任意の位置に配置できることは、明らかである。ビーム１０をドア１００に追加する時、衝撃に対して最大強度を与えるために、追加厚さを必要とする領域がある程度位置決めされる限り、金属ストリップ４６の実際の配置は重要ではない。この位置決めは、端ブラケット３０を形成する時、あるいはビームをドア１００内に設置する時に設定することもできる。

図１０及び図１１は、ドアビーム１０の第４の代替的な実施形態を示す。第４の代替的な実施形態では、図１１に示されているように、ドアビーム１０に高強度中央部分２０及び軽量端部分３０が形成されている。ウェブ材４０は、好適な実施形態に関して上述したように形成される。１つの相違点は、第４の代替的な実施形態のウェブ材４０では、両側縁部間の距離が、好適な実施形態の場合より非常に大きいことである。ウェブ材４０は、両側縁部５０にほぼ垂直に切断されて、金属ブランク５２になる。金属ブランク５２の幅が、ほぼドアビーム１０の中央区域２０の円周である。ドアビーム１０の長さは、ほぼウェブ材４０の側縁部５０間の幅である。ウェブ材４０はロール成形されて、図１１に示されているようなドアビームになる。

第４の代替的な実施形態の変形が容易に明らかになるはずである。たとえば、ウェブ材４０の第１厚さ部分４２及び第２厚さ部分４４の比率を変更することによって、中央区域２０及び端ブラケット３０の比率を容易に変化させることができる。また、ウェブ材４０を第２の代替的な実施形態の場合のように形成して、第２厚さ部分４４が縁部５０付近に位置し、第１厚さ部分４２が中央付近に位置する場合、ビーム１０に軽量の中央部分３０と高強度端部分３０とを形成することができる。

本発明を使用して、強度及び重量のつり合いに必要な部分だけ補強した、広範囲で、事実上は無限の種類の軽量でありながら高強度の管状ドアビーム１０を形成することができる。本発明により、低コストで高い衝撃強度を有すると共に軽量化して製造される改良ドアビーム１０が得られる。

以上の説明は、本発明の好適な実施形態の説明である。添付の特許請求の範囲に定義される本発明の精神及び幅広い態様から逸脱することなく、さまざまな変更及び変化を加えることができ、特許請求の範囲は、均等の原則を含めた特許法の原理に従って解釈されるべきである。

ドア内に取り付けられたドアビームの、一部破断した斜視図である。 ドアビームの製造に使用されるウェブ材の斜視図である。 図２のウェブ材から形成されたドアビームの断面図である。 変更形ドアビームの製造に使用される変更形ウェブ材の斜視図である。 図４のウェブ材から形成された変更形ドアビームの断面図である。 第２変更形ドアビームの製造に使用される第２変更形ウェブ材の斜視図である。 図６の金属材から形成された第２変更形ドアビームの断面図である。 第３変更形ドアビームの製造に使用される第３変更形ウェブ材の斜視図である。 図８の金属材から形成された第３変更形ドアビームの端面図である。 第４変更形ドアビームの製造に使用される第４変更形ウェブ材の斜視図である。 図１０のウェブ材から形成された管状ビームの長手方向断面図である。

Claims (19)

1. ある断面を有する管状体になるように閉じられた、異なった厚さを有する第１領域及び第２領域を含む変形可能なウェブを備えたドアビーム。
2. 前記変形可能なウェブは、両側縁部を有し、該側縁部は、前記管上で結合されて継ぎ目を形成する請求項１に記載のドアビーム。
3. 前記継ぎ目は、溶接部である請求項２に記載のドアビーム。
4. 前記管は、中央部分及び取り付け部分を有し、該中央部分は、前記第１厚さ及び前記第２厚さを含む前記閉じ構造を有する請求項１に記載のドアビーム。
5. 異なった厚さを有する第１及び第２周領域を含む管を形成するように閉じた変形可能なウェブを備えた管状物体。
6. 前記変形可能なウェブは、側縁部を有し、該側縁部は、前記管上で結合される請求項５に記載の管状物体。
7. 前記結合側縁部は、溶接される請求項６に記載の管状物体。
8. 前記変形可能なウェブは、
   ベースと、
   該ベースに結合された少なくとも１つのストリップと
   を含み、
   前記ベースは、前記第１厚さを形成し、
   前記ベース及び前記金属ストリップは、前記第２厚さを形成する請求項５に記載の管状物体。
9. ドアビームであって、
   中央区域及び端部分を含む管を備えており、
   前記中央区域は、閉じられるとともに、厚さが異なる第１の周領域及び第２の周領域を含む断面を有し、
   前記管は、両側縁部が前記中央区域上で結合される変形可能なウェブで形成され、
   前記中央区域は、両端面を有し、
   前記端部分は、前記両端面につながっているドアビーム。
10. 前記結合される側縁部は、溶接される請求項９に記載のドアビーム。
11. 前記変形可能なウェブは、細長いベース及び細長いストリップを含み、
    該ストリップは、前記ベースより狭く、
    前記ベース及び前記ストリップは、結合して前記第２厚さを形成し、
    前記ベースは、前記第１厚さを形成する請求項１１に記載のドアビーム。
12. ドアビームを形成する方法であって、
    横方向に異なった厚さの領域を含む連続変形可能ウェブを前進させるステップと、
    該ウェブを管に成形するステップと、
    を含むドアビームを形成する方法。
13. 前記連続変形可能ウェブの縁部を結合させるステップを含む請求項１２に記載のドアビームを形成する方法。
14. 前記結合させるステップは、両側縁部を溶接で接合することを含む請求項１３に記載のドアビームを形成する方法。
15. 管状物体を形成する方法であって、
    側縁部、及び該側縁部間の異なった厚さの領域を含む変形可能なウェブを前進させるステップと、
    該ウェブをほぼ管状の形状に成形するステップと
    を含む管状物体を形成する方法。
16. 前記管を所定長さに切断するステップを含む請求項１５に記載の管状物体を形成する方法。
17. ほぼ管状の形状を形成する前記ステップは、前記側縁部を結合させるステップを含む請求項１５に記載の管状物体を形成する方法。
18. 管状物体を形成する方法であって、
    両側縁部、及び該側縁部間の異なった厚さの領域を含む変形可能なウェブを前進させるステップと、
    前記変形可能なウェブからブランクを切断するステップと、
    該ブランクをほぼ管状の形状に成形するステップと
    を含む管状物体を形成する方法。
19. 前記管状の形状から端ブラケットを形成するステップを含み、
    前記端ブラケットは、中央区域によって相互接続されており、
    前記端ブラケット及び前記中央区域は、異なった厚さを有する請求項１８に記載の管状物体を形成する方法。

Images