JP2006021236A - テーラードチューブの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 高い突合わせ精度を要することがなく、溶接欠陥が出やすい溶接の始終点を有しないテーラードチューブの製造方法を提供する。
【解決手段】 複数種類の平板１，２の端部を突合せ、始端４ａから終端４ｂまで溶接することにより１次ブランク材Ｗ_１を形成し、この１次ブランク材Ｗ_１の溶接線３の始端４ａと終端４ｂを有する部分以外の部分から２次ブランク材Ｗ_２を切り出し、これを筒状に曲げて筒状体７としたことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、チューブの長手方向に複数の材料を繋ぎ溶接したテーラードチューブの製造方法に関する。

近年、自動車の車体あるいは部品は、より一層の軽量化を図るために、板厚、材質あるいは強度などが異なる板材の端面を相互に突合せて溶接したテーラード材が用いられている。

テーラード材には、テーラードブランクあるいはテーラードチューブがあるが、この内、テーラードチューブは、長手方向に異種類の管材を繋ぎ溶接したものである。テーラードチューブの従来の製造方法としては、例えば、下記特許文献１に開示されているものがある。この方法は、長手方向に板厚差を有する管材の端面を相互に突合せた後、突合せ部分を周方向に沿って溶接するものである。特に、この方法では、周方向溶接時に、溶接の熱履歴により溶接部が硬化すると、後にテーラードチューブを成形するときの成形性が低下する虞があることから、溶接の始点と終点（以下、これらを総称して単に「始終点」）の位置をずらし、つまり、溶接部分をオーバーラップさせ、溶接部を軟化処理している。
特開２００４−９０６８号公報（図１、要約参照）

しかし、前記従来の製造方法では、異種類の管材、つまり、板厚の異なる２つの管材の端面相互を突合わせるときに、同軸的に配置して溶接しなければならず、管材の突合わせ部にすき間が生じたり、径方向のみでなく円周方向にも寸法のズレが発生しやすいため、溶接する際には、管材の真円度や突合せ端部の切断形状などの精度管理をしなければならない。

また、溶接の始終点の位置をずらし溶接部を軟化処理しても、周方向に沿って溶接する場合、溶接の始終点は、管材のどこかに存在することになる。溶接の始終点は、溶接が不完全になったり、穴明きが生じたり、材質がなまるなど種々の溶接の欠陥が生じやすい部分であり、周方向に沿って溶接した管材は、必然的に溶接欠陥を有するものとなり、良好なテーラードチューブを得ることができない虞がある。

本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたもので、高い突合わせ精度を要することがなく、溶接欠陥が出やすい溶接の始終点を有しないテーラードチューブの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明に係るテーラードチューブの製造方法は、複数種類の平板の端部を突合せ、当該突合せ端部を溶接して１次ブランク材を形成する工程と、前記溶接による溶接線の始終端を前記１次ブランク材から除去して２次ブランク材を形成する工程と、該２次ブランク材を筒状に曲げて筒状体とする筒状体成形工程と、を有することを特徴とする。

上記のように構成した本発明に係るテーラードチューブの製造方法は、複数種類の平板の端部を突合せ、始端から終端まで溶接することにより１次ブランク材を形成し、この１次ブランク材から溶接線の始終端を有しない２次ブランク材を形成し、これを筒状に曲げて筒状体としているため、管材を同軸配置して溶接するという面倒な作業や、高い突合わせ精度を要することがなくテーラードチューブを成形でき、しかも、溶接欠陥が出やすい溶接の始終点を有しない良好なテーラードチューブを製造できる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。

＜第１実施形態＞
まず、本発明の第１実施形態に係るテーラードチューブの製造方法を説明する。

図１は本実施形態の１次ブランク材を示す平面図、図２は１次ブランク材から成形された２次ブランク材を示す平面図、図３は本実施形態に係るテーラードチューブの一例を示す一部破断概略斜視図、図４は本実施形態に係るテーラードチューブの変形例を示す一部破断斜視図である。

１）１次ブランク材の成形
本実施形態では、まず、テーラードチューブを成形するための１次ブランク材を成形する。図１において、例えば、所定の板厚を有する矩形の鋼板からなる第１平板１と、第１平板１とは異なる板厚を有する略同一幅の矩形の鋼板からなる第２平板２とを準備する。そして、第１平板１と第２平板２の直状をした突合わせ端部１ａと２ａを相互に突合わせ、この突合せた部分をレーザ溶接などにより一側端から他側端まで連続して溶接すると、上下の終端部１ｂまたは２ｂと平行な溶接線３を介して連結された１枚の矩形状をした１次ブランク材Ｗ_１が形成される。

このように矩形の鋼板を使用して１次ブランク材Ｗ_１を形成すれば、後の２次ブランク材Ｗ_２を形成するとき、廃材の排出を極力少なくすることができ、材料取りの効率がよく、しかも作業も容易となる。

しかし、必ずしも矩形の鋼板あるいは直状端部を有する平板の使用に限定されるものではなく、種々の形状あるいは端部形状を有するものであってもよい。また、溶接欠陥が生じやすい始終端４の発生を極力少なくするためと、作業性の向上を考慮して突合せた部分を一端から他端まで連続して溶接しているが、大きな１次ブランク材Ｗ_１を形成する場合は、必ずしも連続溶接とすることもない。

２）２次ブランク材の形成
１次ブランク材Ｗ_１は、両平板１，２の突合せた部分の一端から他端まで連続して溶接しているので、１次ブランク材Ｗ_１には、溶接欠陥が生じやすい始終端４が存在している。したがって、溶接線３の端部から所定幅ｍの部分を、溶接線３に直交する切断線５ａを入れることにより切断し、始終端４を有する部分を取り除いた２次ブランク材Ｗ_２とする。

しかし、多数の２次ブランク材Ｗ_２を形成しなければならない場合には、効率を考慮しなければならないことから、本実施形態では、始終端４が除去された１次ブランク材Ｗ_１を、成形すべきテーラードチューブＴ_１の周長に対応する幅Ｂで溶接線３に直交する切断線５ｂにより多数の２次ブランク材Ｗ_２が得られるように切断している。

この結果、図２に示すような、所定の幅Ｂを有しかつ長手方向で板厚が異なる第１平板１と第２平板２が溶接線３により接合された細長い矩形状をした２次ブランク材Ｗ_２が多数形成されることになる。

本実施形態では、始終点４を除去した後、均等な幅寸法Ｂで多数の切断線５ｂを入れているが、これのみに限定されるものではなく、幅寸法Ｂは、相互に異なるものでもよい。なお、当然のことながら、前記切断線５ａにより始終端４を除去せず、切断線５ｂにより始終端４を含む部分を除去してもよい。

３）筒状体の成形
始終点４が除去された２次ブランク材Ｗ_２は、成形機にセットされ、図３に示すように、溶接線３に直交する軸線の筒状体７となるように成形され、筒状に曲げることにより近接する両側端面６ａ，６ｂを突合わせる。これによりテーラードチューブＴとして、一応完成する。

しかし、両側端面６ａ，６ｂが一体的に接合され、完全に周囲が連続する形状のテーラードチューブＴを成形する場合には、両側端面６ａ，６ｂを突合わせた状態でレーザ溶接（シーム溶接、アーク溶接などであってもよい）により溶接する。

図３に示す実施形態では、両側端面６ａ，６ｂを突合わせて溶接する場合、第１平板１の板厚ｔ_１と第２平板２の板厚ｔ_２の差により生じる段差部Ｄが内側となるように成形している。段差部Ｄを内側にすれば、外観上段差部Ｄが見えにくいテーラードチューブＴとなり、後に成形して製品に仕上げたとき、表面が滑らかなものが得られ、好ましい。

しかし、図４に示すように、段差部Ｄが外側となるように曲げて円筒状に成形してもよい。段差部Ｄが外側となるテーラードチューブＴとすれば、内側に板厚段差のないものが得られ、内部空間を何らかに利用する場合に好ましいものとなる。
４）ハイドロフォーム成形
このように成形されたテーラードチューブＴは、例えば、ハイドロフォーム成形により所定形状に成形できる。

ハイドロフォーム成形は、一対の型内にテーラードチューブＴをセットし、テーラードチューブＴの両開口端部Ｏ_１，Ｏ_２に液圧供給部材を密に嵌合した状態で、内部に液圧を供給して膨出させ、型の内面形状に沿った形状に仕上げるものである。

したがって、ハイドロフォームでは、殆どの場合、使用される管材の周長は重要であるが、真円度は重要ではない。この点、前記テーラードチューブＴは、ハイドロフォームの管材として好ましいものといえる。つまり、予め２つの管材を同軸的に配置して突合わせ溶接すれば、その精度が周長にも影響することになるが、両平板１，２を突合わせ溶接するので、極めて容易に精度よく突合わせ溶接でき、しかも、この両平板１，２から所定幅Ｂの２次ブランク材Ｗ_２を切り出すため、重要な周長を精度よく得ることができ、突合わせ溶接時の端部の真円度が問題になることもない。

特に、溶接が不完全になったりあるいは欠陥を有する溶接の始終点４の部分は、水密性が要求されるハイドロフォーム成形の管材としては、適さないが、両平板１，２を突合わせ溶接した後に、溶接の始終点４を除去しているため、溶接線３の始終点４に関する限り問題にならない。

しかし、両側端面６ａ，６ｂを突合わせ溶接した部分での溶接の始終点が問題となる。ところが、これらは、ハイドロフォーム成形時の液圧供給部材が嵌合する部分であり、後にいわゆる廃材として処分できる部分である。したがって、前記テーラードチューブＴを、一旦型内でハイドロフォーム成形した後、両開口端部Ｏ_１，Ｏ_２を切除すると、問題となる始終点４は除去される。勿論、ハイドロフォーム成形前に両開口端部Ｏ_１，Ｏ_２を切除してもよい。

このように本実施形態によれば、板厚が異なる複数の材料を溶接線３を介して繋ぎ１次ブランク材Ｗ_１とし、この１次ブランク材Ｗ_１の溶接線３の始終端４を有しない２次ブランク材Ｗ_２を切り出し、これを筒状に曲げて筒状体７としたので、管材を同軸配置して溶接するという面倒な作業や、高い突合わせ精度を要することなく、テーラードチューブを成形できる。しかも、溶接欠陥が出やすい溶接の始終点４を有しない良好なテーラードチューブＴとなる。

本実施形態では、平坦で板厚違いの複数の材料鋼板を使用しているが、例えば、軟鋼と高張力鋼などのような材質違いの複数の平板を使用してもよい。この場合には、溶接欠陥が出やすい溶接の始終点４を有しない材質が異なったテーラードチューブＴとなる。

＜第２実施形態＞
第１実施形態は、２次ブランク材Ｗ_２の両側端面６ａ，６ｂを突合わせて溶接しているが、第２実施形態は、２次ブランク材Ｗ_２を筒状に曲げることにより近接する両側端部８ａ，８ｂを重ね合わせた状態で溶接し、テーラードチューブＴを形成するものである。

図５は本発明の第２実施形態に係るテーラードチューブの概略斜視図、図６は本実施形態に係る２次ブランク材の斜視図、図７は図５の７−７線に沿う断面図で、段差部の重ね合わせ状態を示しており、図８は折り曲げ部の一例を示す斜視図、図９は重ね合わせ部の一例を示す断面図、図１０は重ね合わせ部の変形例を示す断面図である。なお、第１実施形態において使用した部材と共通する部材には同一符号を付し、説明を省略する。

第２実施形態においても、１次ブランク材Ｗ_１を成形した後、始終点４のない２次ブランク材Ｗ_２を成形する点では、第１実施形態と同様である。

第２実施形態では、図５，６に示すように、問題のある始終点４が除去され所定の幅Ｂを有する２次ブランク材Ｗ_２を成形機により溶接線３に直交する軸線の筒状体７となるように曲げ成形する場合、図５に示すように、２次ブランク材Ｗ_２の両側端部８ａ，８ｂが重なり合うまで曲げ成形する。そして、重ね合わせ部１０の側端部８ａと２次ブランク材Ｗ_２の外周面をレーザ溶接（シーム溶接、アーク溶接などであってもよい）により溶接し、テーラードチューブＴとしている。

板厚ｔ_１が薄い第１平板１と板厚ｔ_２が厚い第２平板２とを重ね合せ溶接することは可能で、また、重ね合わせ溶接は、比較的容易な作業であるため、生産性が向上することになる。

しかし、板厚ｔ_１が薄い第１平板１と板厚ｔ_２が厚い第２平板２とからなる２次ブランク材Ｗ_２を両側端部８ａ，８ｂが重なり合うまで曲げて筒状とすると、図７に示すように、板厚ｔ_１が薄い第１平板１での重ね合わせ部１０に隙間１１が生じることになる。勿論、隙間１１を有していてもテーラードチューブとして使用することはできるが、前述のハイドロフォーム成形により製品に仕上げる場合には、隙間１１は存在しないことが好ましい。

このため、本実施形態では、図８に示すように、板厚ｔ_１が薄い第１平板１に折り曲げ部１２を形成し、曲げて筒状としたとき、図９に示すように、板厚差により生じる隙間１１を塞ぐようにしている。

折り曲げ部１２の形成は、１次ブランク材Ｗ_１を成形する場合に、予め折り曲げ成形した第１平板１を使用してもよいが、図６に示す２次ブランク材Ｗ_２を形成した後に、プレスなどにより折り曲げ成形してもよい。

このように第１平板１に折り曲げ部１２を形成した２次ブランク材Ｗ_２を曲げて筒状体７とすれば、折り曲げ部１２が第１平板１の外周面に接した状態となり、重ね合せ溶接すると、隙間１１のないものになる。

上述した例は、第１平板１の側端部８ａに折り曲げ部１２を形成したものであるが、場合によっては、図１０に示すように、側端部８ｂに折り曲げ部１２を形成してもよい。いずれにしても本実施形態による製造方法では、溶接欠陥が出やすい溶接の始終点４を有しないテーラードチューブＴを提供でき、側端部８ａ，８ｂの精度管理も比較的低い精度管理でよく、生産性の高い重ね合せ溶接により、効率よくテーラードチューブＴを生産可能となる。

＜第３実施形態＞
第３実施形態は、傾斜した溶接線３を有する２次ブランク材Ｗ_２によりテーラードチューブＴを形成したものである。

第３実施形態においても、１次ブランク材Ｗ_１の形成、始終点４の除去、２次ブランク材Ｗ_２を曲げ成形し筒状体７とする工程は、第１および第２の実施形態と略同様である。したがって、第３実施形態で使用される２次ブランク材Ｗ_２も、問題のある始終点４は除去されている。

図１１は本実施形態に係る２次ブランク材の平面図、図１２は第３実施形態に係るテーラードチューブの概略斜視図である。なお、第１および第２の実施形態において使用した部材と共通する部材には同一符号を付し、説明を省略する。

第３実施形態でも、材質あるいは板厚が異なる第１平板１と第２平板２を使用し１次ブランク材Ｗ_１を成形するが、ここでは、第１平板１と第２平板２の突合わせ端部１ａ，２ａが平板の終端部１ｂ、２ｂに対し所定の傾斜角度θで傾斜した直線状で、突合せた両平板１，２の全体形状は、矩形状とされている。なお、レーザ溶接などにより一端から他端まで連続して溶接し、溶接線３を介して連結された１枚の１次ブランク材Ｗ_１を形成する点や、１次ブランク材Ｗ_１にも、溶接欠陥が生じやすい始終端４が存在しているので、溶接線３の端部から所定幅ｍの部分を、両平板１，２の矩形状端部と直交する切断線により切断し、始終端４を有する部分を取り除く点は、先の実施形態と同様である。

そして、始終端４が除去された１次ブランク材Ｗ_１を幅寸法Ｂで前記矩形状端部に直交する切断線により切断し、図１１に示すように、長手方向で板厚が異なる第１平板１と第２平板２が、平板の終端部１ｂ、２ｂに対し所定の傾斜角度θで傾斜した溶接線３により接合された細長い矩形状をした２次ブランク材Ｗ_２とする。

この２次ブランク材Ｗ_２を、成形機にセットし、前記矩形状端部に直交する軸線を有する筒状に成形し、両側端面６ａ，６ｂを突合わせると、テーラードチューブＴ_３が一応完成するが、完全に周囲が連続する形状のテーラードチューブＴ_３を成形するには、両側端面６ａ，６ｂを突合わせた状態でレーザ溶接（シーム溶接、アーク溶接などであってもよい）により溶接する。

なお、図示実施形態では、板厚差を有する両平板１，２の両側端面６ａ，６ｂを突合わせて溶接する場合に、板厚差により生じる段差部を示していないが、先の実施形態と同様、段差部を内側となるように成形してもよく、外側となるように成形してもよい。

このテーラードチューブＴは、溶接線３が、図１２に示すように、らせん状となる。つまり、筒状に成形したチューブ状態で、第１平板１と第２平板２の繋ぎ溶接位置が同一断面上とならないため、材料強度の変化を集中させることなく、強度変化部を分散させることが可能なテーラードチューブとなる。

このテーラードチューブＴも、両開口端部Ｏ_１，Ｏ_２を切除し、両側端部６ａ，６ｂを溶接することにより生じた始終点４を処分することが好ましい。

本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内で種々改変することができる。例えば、前記実施形態では、溶接線３は直状をしているが、これのみでなく、種々の形状にすることもできる。

また、前記実施形態では、１次ブランク材Ｗ_１は、第１平板１と第２平板２という２枚の平板を繋ぎ合わせているが、場合によってはさらに多数の平板を繋ぎ合わせてもよい。

さらに、前記実施形態では、２次ブランク材Ｗ_２を円弧状に曲げ成形しているが、これのみでなく、軸直角断面が４角形など多角形状に成形してもよい。

本発明にかかるテーラードチューブの製造方法は、センターピラーなどの自動車の車体構造材の成形に適している。

本発明の第１実施形態に係る１次ブランク材を示す平面図である。 １次ブランク材から成形された２次ブランク材を示す平面図である。 第１実施形態に係るテーラードチューブの一例を示す一部破断概略斜視図である。 第１実施形態に係るテーラードチューブの変形例を示す一部破断斜視図である。 本発明の第２実施形態に係るテーラードチューブの概略斜視図である。 第２実施形態に係る２次ブランク材の斜視図である。 図５の７−７線に沿う断面図である。 折り曲げ部の一例を示す斜視図である。 重ね合わせ部の一例を示す断面図である。 重ね合わせ部の変形例を示す断面図である。 本実施形態に係る２次ブランク材の平面図である。 第３実施形態に係るテーラードチューブの概略斜視図である。

符号の説明

１…第１平板、
１ａ…第１平板の終端部、
１ｂ…第１平板の突合わせ端部、
２…第２平板、
２ａ…第２平板の終端部、
２ｂ…第２平板の突合わせ端部、
３…溶接線、
４…始終端、
４ａ…始端、
４ｂ…終端、
６ａ，６ｂ…側端面、
７…筒状体、
８ａ，８ｂ…側端部、
１０…重ね合わせ部、
１１…隙間、
１２…折り曲げ部、
Ｄ…段差部、
ｍ…所定の幅、
Ｏ_１，Ｏ_２…開口端部、
Ｔ…テーラードチューブ、
ｔ_１、ｔ_２…板厚、
Ｗ_１…１次ブランク材、
Ｗ_２…２次ブランク材。

Claims (13)

1. 複数種類の平板の端部を突合せ、当該突合せ端部を溶接して１次ブランク材を形成する工程と、
   前記溶接による溶接線の始終端を前記１次ブランク材から除去して２次ブランク材を形成する工程と、
   該２次ブランク材を筒状に曲げて筒状体とする筒状体成形工程と、
   を有するテーラードチューブの製造方法。
2. 前記１次ブランク材は、前記突合せ端部の始端から終端まで連続して溶接することを特徴とする請求項１に記載のテーラードチューブの製造方法。
3. 前記２次ブランク材は、前記１次ブランク材の溶接線の始終端以外の部分から、所定の幅を有しかつ前記溶接線を介して連結された複数種類の平板を有する部分を切り出すことにより形成することを特徴とする請求項１または２に記載のテーラードチューブの製造方法。
4. 前記２次ブランク材は、前記溶接線を境に前記平板の材質が異なることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のテーラードチューブの製造方法。
5. 前記２次ブランク材は、前記溶接線を境に前記平板の板厚が異なることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のテーラードチューブの製造方法。
6. 前記筒状体成形工程は、前記２次ブランク材の板厚が異なることにより生じる段差部を内側として筒状に形成することを特徴とする請求項５に記載のテーラードチューブの製造方法。
7. 前記筒状体成形工程は、前記２次ブランク材の板厚が異なることにより生じる段差部を外側として筒状に形成することを特徴とする請求項５に記載のテーラードチューブの製造方法。
8. 前記筒状体は、前記２次ブランク材を筒状に曲げることにより近接する側端面を突合せ溶接することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のテーラードチューブの製造方法。
9. 前記筒状体は、前記２次ブランク材を筒状に曲げることにより側端部を重ね合わせ、この重ね合わせ部を溶接することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のテーラードチューブの製造方法。
10. 前記筒状体は、前記平板の板厚が異なるとき、薄板側の前記側端部に、板厚差により生じる隙間を塞ぐ折り曲げ部を形成したことを特徴とする請求項９に記載のテーラードチューブの製造方法。
11. 前記テーラードチューブの両開口端部を切除することを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載のテーラードチューブの製造方法。
12. 前記１次ブランク材は、それぞれ矩形状をした平板の突合せ端部を突合せ、前記溶接線を当該平板の終端部に対し平行に形成したことを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載のテーラードチューブの製造方法。
13. 前記１次ブランク材は、それぞれ突合わされた平板の全体形状が矩形状をし、当該平板の突合せ端部を溶接した前記溶接線が当該平板の終端部に対し所定の傾斜角度をすることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載のテーラードチューブの製造方法。

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