JP2006142905A - エネルギー吸収部材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストの低減を実現することができると共に、外観形状に影響を及ぼすことなく良好なエネルギー吸収性能を得ることができるエネルギー吸収部材を提供する。
【解決手段】歪時効特性を有する鋼板Ｂを材料とし、歪を付与する加工とその後の歪時効処理により形成した強化部Ｆを軸線方向に所定間隔で備えている中空状のエネルギー吸収部材Ａ１とし、強化部Ｆの成形を容易にして製造コストの低減を実現すると共に、軸線方向の衝撃に対し、強化部Ｆの間の部分を優先的に変形させて衝撃エネルギーを良好に吸収する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、フロントサイドメンバーやクラッシュボックスなどの自動車用構造部材に用いられるエネルギー吸収部材及びその製造方法に関するものである。

従来におけるエネルギー吸収部材としては、例えば特開昭６４−６７４８２号公報に記載されているように、軸線に直交する断面が中空状を成すと共に、軸線方向に所定間隔で溶接ビードとコーナーの切欠部を設けたものがあった。

このエネルギー吸収部材は、軸線方向に衝撃を受けると、溶接ビード及び切欠部が優先的に変形し、全体として蛇腹状に収縮変形することで衝撃エネルギーを吸収する。
特開昭６４−６７４８２号公報

しかしながら、上記したような従来のエネルギー吸収部材にあっては、複数の位置に溶接ビード及び切欠部を設ける必要があることから、これらを形成する作業が煩雑であり、製造コストの低下などを阻む原因になっていた。

また、この種のエネルギー吸収部材が適用される自動車用構造部材には、耐食性を確保するために溶融Ｚｎめっき鋼板が用いられるが、このような材料から成るエネルギー吸収部材に対して溶接ビードを形成すると、溶接部分においてＺｎが気化し、これにより溶接部分の耐食性が低下するという問題点があった。

さらに、軸線方向の衝撃に対して蛇腹状に収縮変形するエネルギー吸収部材としては、軸線方向において中空状の断面形状を変化させたものもあったが、この場合には、外観が凹凸等を有するものとなるので、設計自由度が低下するという欠点があった。

本発明は、上記従来の状況に鑑みて成されたもので、製造コストの低減を実現することができると共に、外観形状に影響を及ぼすことなく良好なエネルギー吸収性能を得ることができるエネルギー吸収部材及びその製造方法を提供することを目的としている。

本発明のエネルギー吸収部材は、軸線に直交する断面が中空状を成すとともに軸線方向に作用する衝撃エネルギーを吸収する部材であって、歪時効特性を有する鋼板を材料としている。そして、歪を付与する加工とその後の歪時効処理により形成した強化部を軸線方向に所定間隔で備えている構成としており、上記構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。

このエネルギー吸収部材は、歪時効特性を有する鋼板に、歪を付与する加工とその後の歪時効処理により形成した強化部を備えたものとしているので、溶接や切断等の作業を行う必要がないと共に、軸線方向における断面形状を変化させる必要もなく、軸線方向の衝撃を受けた場合には、強化部の間の部分が優先的に変形して全体として蛇腹状に収縮変形し、これにより衝撃エネルギーを吸収する。

また、本発明のエネルギー吸収部材の製造方法は、軸線に直交する断面が中空状を成すとともに軸線方向に作用する衝撃エネルギーを吸収する部材を製造するに際し、歪時効特性を有する鋼板に対して上記軸線方向に直交する線に沿って歪を付与する工程と、歪付与部に歪時効処理を施して強化部を形成する工程を備え、強化部を軸線方向に所定間隔で形成する。そして、強化部を形成する工程の前又は後において、鋼板に塑性加工を施して中空状に仕上げる工程を経ることにより、軸線方向に所定間隔で強化部を有するエネルギー吸収部材を得るものとしている。

ここで、歪を付与する工程としては、曲げ加工した部分を曲げ戻す加工を採用することができ、また、歪付与部に歪時効処理を施して強化部を形成する工程としては、熱処理が挙げられる。さらに、鋼板に塑性加工を施して中空状に仕上げる工程としては、複数の鋼板のうちの少なくとも一つの鋼板を半中空状に塑性加工し、これらの鋼板を互いに接合して中空状に仕上げる工程や、鋼板を概略中空状に塑性加工し、同鋼板の端部同士を接合して中空状に仕上げる工程がある。

本発明のエネルギー吸収部材によれば、溶接ビード及び切欠部を設けた従来のエネルギー吸収部材と比べて、製造コストの低減を実現することができると共に、外観形状に影響を及ぼすことなく良好なエネルギー吸収性能を得ることができ、例えばめっきが施されている鋼板を使用することもできる。

本発明のエネルギー吸収部材の製造方法によれば、外観形状に影響を及ぼすことなく、良好なエネルギー吸収性能を有するエネルギー吸収部材を低コストで製造することができ、例えばめっきが施されている鋼板を使用することも可能であって、自動車用構造部材にきわめて好適なエネルギー吸収部材を提供することができる。

図１〜図４は、本発明のエネルギー吸収部材及びその製造方法の一実施例を説明する図である。

図１（ｃ）に示すエネルギー吸収部材Ａ１は、図中の矢印Ｘ方向である軸線に直交する断面が中空状を成すと共に、軸線方向に作用する衝撃エネルギーを吸収する長尺部材であって、歪時効特性を有する鋼板を材料とし、歪を付与する加工とその後の歪時効処理により形成した強化部Ｆを軸線方向に所定間隔で備えている。

このエネルギー吸収部材Ａ１は、ハット材である第１構造材１と、第１構造材１の開放部を閉塞する板状の第２構造材２を備えており、第１及び第２の構造材１，２を互いに接合することで中空状の断面を形成している。

エネルギー吸収部材Ａ１に用いる材料は、歪時効特性を有する鋼材であり、その種類に関しては特に限定されないが、一軸引張り予歪を加えた後に焼き付け処理を施した際の強度上昇が大きいほどエネルギー吸収効果が大きいことから、例えば、一軸引張り予歪２％を施した後、１７０度×２０分の焼き付け処理を施した際の０．２％耐力の上昇量が３０Ｍｐａ以上であることが望ましい。

また、エネルギー吸収部材Ａ１は、フロントサイドメンバーやクラッシュボックスなどの自動車構造部材として用いられる。このように自動車構造部材に適用する場合には、耐食性に優れるものとして、溶融Ｚｎめっき処理を施した鋼板が用いられる。

図２〜図４は、エネルギー吸収部材Ａ１の製造方法に適用可能な歪付与装置５０を説明する図である。図示の歪付与装置５０は、第１構造材１の素材である鋼板Ｂに曲げ歪を付与する装置であって、基台５１上に、鋼板Ｂを挟持する固定型５２と、この固定型５２とともに鋼板Ｂを挟持する可動型５３を備えている。

固定型５２及び可動型５３は、上型５２Ａ，５３Ａ及び下型５２Ｂ，５３Ｂを夫々備えていると共に、これらの間で鋼板Ｂを固定するための複数の固定治具５４，５５を備えている。固定治具５４，５５は、鋼板Ｂに対する締め付け力を調整することが可能であり、鋼板Ｂを曲げ変形させた際の材料の流れ量を制御することができる。また、固定型５２及び可動型５３は、鋼板Ｂの折り曲げ動作に対処するために、互いの対向部分を斜めに切除した形態を成している。

さらに、歪付与装置５０は、天板５６に、水平方向に移動可能なスライド５７を備えており、このスライド５７と装置本体との間に、滑車５８ａ及びワイヤ５８ｂで構成される水平な第１駆動機構５８を備えると共に、スライド５７と可動型５３との間に、同じく滑車５９ａ及びワイヤ５９ｂで構成される斜めの第２駆動機構５９を備えている。

上記の歪付与装置５０は、エネルギー吸収部材Ａ１の軸線方向（図１中のＸ方向）に対して直交する方向（図１中のＹ方向）の線に沿って鋼板Ｂを折り曲げる。すなわち、図２及び図３に示すように、固定型５２及び可動型５３に対して、双方の間に鋼板Ｂの折り曲げ部Ｃが対応するように位置決めし、その後、第１及び第２の駆動機構５８，５９で可動型５３を上方に約９０度回動させることにより、図４に示すように鋼板Ｂを折り曲げる。このとき、第１及び第２の駆動機構５８，５９は、可動型５３が折り曲げ部Ｃを中心にして回動するように協働する。

その後、歪付与装置５０は、図２の状態に戻るように、第１及び第２の駆動機構５８，５９で可動型５３を下方に回動させ、鋼板Ｂの折り曲げ部Ｃを元の状態に曲げ戻す。つまり、この実施例では、歪を付与する加工を行う工程が、軸線方向に直交する方向の線に沿って鋼板Ｂを曲げた後、同部分（Ｃ）を曲げ戻す加工を行う工程であり、これにより鋼板Ｂに曲げ歪を付与する。

そして、固定型５２及び可動型５３に対する鋼板Ｂの再設定、並びに上記の曲げ及び曲げ戻しを繰り返し行うことにより、図１（ａ）に示すように、軸線方向に所定間隔で線状の歪付与部（後の強化部Ｆ）Ｅを形成する。

上記の歪を付与する工程を経た鋼板Ｂは、塑性加工を施して中空状に仕上げる工程に送られる。このとき、この実施例では、エネルギー吸収部材Ａ１が、第１及び第２の構造材１，２から成るものであるから、塑性加工を施して中空状に仕上げる工程には、鋼板Ｂをプレス加工して図１（ｂ）に示す半中空状の第１構造材（ハット材）１を成形する工程と、この第１構造材１と第２構造材（クロージングプレート）２をスポット溶接Ｓにより接合して図１（ｃ）に示す中空状に仕上げる工程が含まれる。

ここで、プレス成形時において、第１構造材１のコーナー部Ｃ１〜Ｃ４や縦壁面Ｄ１，Ｄ２には、曲げ変形が加わって歪が付与される。この際に付与される曲げ歪量は、プレス成形の条件やコーナー部Ｃ１〜Ｃ４の曲率、鋼板Ｂの板厚により調整することができ、例えば、厚さ１．５ｍｍの鋼板Ｂを用いてプレス成形した場合には、鋼板Ｂの表面付近で概ね１０％以上の歪を付与することができる。

また、上記の如く複数の鋼板（構造材１，２）を用い、少なくとも一つの鋼板（第１構造材１）を半中空状に塑性加工し、これらの鋼板を互いに接合して中空状に仕上げるようにすれば、中空状のエネルギー吸収部材Ａ１を簡単に製造することができ、この際、スポット溶接で接合を行えば、従来のように溶接ビードを形成する場合に比べて、溶融Ｚｎめっきを損傷する心配も無く、充分な接合強度も得られる。

次に、当該エネルギー吸収部材の製造方法では、歪付与部Ｅに歪時効処理を施して強化部Ｆを形成する工程を経る。この工程は、主に熱処理であって、図１（ａ）に示す如く鋼板Ｂに歪付与部Ｅを形成した後、又は図１（ｂ）に示す如く鋼板Ｂを第１構造材１にプレス成形した後に行うこともできるが、この実施例ではこれらの工程を経た後に行うものとしている。

すなわち、この実施例では、エネルギー吸収部材Ａ１が、フロントサイドメンバーやクラッシュボックス等の自動車構造部材に適用されるものであるから、図１（ｃ）に示す如く第１及び第２の構造材１，２の接合を行ってエネルギー吸収部材Ａ１とし、必要に応じて別の構造部材と適宜組合わせた後に、自動車の塗装における焼付け処理工程を利用して歪付与部Ｅを強化部Ｆに形成する。この焼付け処理工程により、歪付与部Ｅに充分な熱量が与えられ、同部分が歪量に応じて時効硬化し、その強度が向上して強化部Ｆとなる。

このように、歪付与部Ｅに歪時効処理を施して強化部Ｆを形成する工程として、焼付け処理工程を利用すれば、特別な設備や工程の追加を必要とせずに強化部Ｆを形成することができ、製造コストのさらなる低減に貢献することができる。

上記の各工程を経て製造したエネルギー吸収部材Ａ１は、従来のエネルギー吸収部材のように溶接ビードや切欠部を一切設ける必要がなく、曲げによる歪の付与と焼付け処理工程を利用した歪時効処理により、軸線方向に所定間隔で強化部Ｆを有するものとなり、強化部Ｆや第１構造材１の各コーナー部Ｃ１〜Ｃ４等には加工硬化と歪時効硬化による両方の強化が成されたものとなる。なお、第１構造材１の縦壁面Ｄ１，Ｄ２といった部位にも加工時の歪量に応じた時効硬化が生じ、自動車用構造材に適用されるエネルギー吸収部材Ａ１の強度向上に寄与する。

また、エネルギー吸収部材Ａ１は、所定間隔で強化部Ｆを有するにもかかわらず軸線方向の断面形状が一定であり、これは外観形状に何ら影響を及ぼすことなくエネルギー吸収性能が得られることを意味するので、設計自由度を高めることが可能であり、しかも、強化部Ｆを含む表面の溶融Ｚｎめっきを損なうこともないので、充分な耐食性を維持し得ることとなる。

そして、エネルギー吸収部材Ａ１は、通常では、自動車用構造部材としての強度を充分に有するものであると共に、その軸線方向に衝撃を受けた際には、強化部Ｆの間の部分が優先的に変形し、全体として蛇腹状に収縮変形することで衝撃エネルギーを充分に吸収することができるのであって、例えば溶接ビードや切欠部を設けていた従来のエネルギー吸収部材に比べて、低コストで良好なエネルギー吸収性能を有するものとなる。

図５〜図８は、本発明のエネルギー吸収部材及びその製造方法の他の実施例を説明する図である。なお、先の実施例と同一の構成部位については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

この実施例では、図５に示すように、歪時効特性を有する鋼板Ｂをプレス加工によってハット材に成形する。このとき、ハット材の各コーナー部Ｃ１〜Ｃ４は、最終的に得るエネルギー吸収部材の軸線方向（Ｘ方向）に対して直交する方向（Ｙ方向）の線に沿ったものとなっている。

その後、適当な引張り装置を使用して、ハット材の両側のフランジ部を拘束して引張ることで鋼板Ｂを元の平面状に戻し、図６に示すように、鋼板Ｂに線状の歪付与部（後の強化部Ｆ）Ｅを所定間隔で形成する。つまり、この実施例では、鋼板Ｂに歪を付与する工程として、鋼板Ｂの四箇所をプレス成形により同時に曲げ、その後、各曲げ部分を引張りにより同時に曲げ戻す加工を行う。

なお、上記の引張りを行った後、鋼板Ｂには多少の凹凸が残るが、この凹凸は後の塑性加工で解消されるので、とくに問題になることはない。

上記の如く鋼板Ｂに歪付与部Ｅを形成した後には、鋼板Ｂに塑性加工を施して中空状に仕上げる工程を経る。ここでは、ロール成形によって鋼板Ｂを概略中空状に塑性加工し、続いて図７に示すように、鋼板Ｂの端部同士をレーザ溶接Ｌにより突き合わせ接合して、同鋼板Ｂを円筒状にする工程が含まれ、さらには、図８に示すように、チューブハイドロフォーミングによって円筒部の中間部分を断面矩形状に液圧成形する工程も含むことができる。このように単一の鋼板Ｂを中空状に成形することにより、充分な強度を有するエネルギー吸収部材となる。

さらに、歪付与部Ｅに歪時効処理を施して強化部Ｆを形成する工程は、図６に示す如く鋼板Ｂに歪付与部Ｅを形成した後、又は図７に示す如く鋼板Ｂを円筒状に形成した後に行うこともできるが、当該エネルギー吸収部材をロントサイドメンバーやクラッシュボックス等の自動車構造部材に適用する場合には、図８に示す如く液圧成形した後、先の実施例と同様に、自動車の塗装における焼付け処理工程を利用することができ、これによってさらなる低コスト化を実現する。

上記の各工程を経て製造したエネルギー吸収部材Ａ２は、軸線方向に所定間隔で強化部Ｆを有し、外観形状に何ら影響を及ぼすことなくエネルギー吸収性能を有すると共に、表面の溶融Ｚｎめっきによる充分な耐食性を有している。

そして、エネルギー吸収部材Ａ２は、自動車用構造部材としての充分な強度を有すると共に、その軸線方向に衝撃を受けた際には、強化部Ｆの間の部分が優先的に変形し、全体として蛇腹状に収縮変形することで衝撃エネルギーを充分に吸収することができ、例えば溶接ビードや切欠部を設けていた従来のエネルギー吸収部材に比べて、低コストで良好なエネルギー吸収性能を有するものとなる。

なお、本発明に係わるエネルギー吸収部材及びその製造方法は、その詳細な構成が上記各実施例のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能であり、例えば、エネルギー吸収部材の形態としては、当然のことながら断面矩形状や円形状以外のものもあり得る。

また、製造方法においては、鋼板に対して軸線方向に直交する線に沿って歪を付与する工程が最初となるが、その後の歪付与部に歪時効処理を施して強化部を形成する工程と、鋼板に塑性加工を施して中空状に仕上げる工程は、上記各実施例でも説明したように、必要に応じて順番を入れ替えることができる。

本発明のエネルギー吸収部材及びその製造方法の一実施例において、製造過程を説明する各々斜視図（ａ）〜（ｃ）である。 本発明の製造方法に適用可能な歪付与装置を説明する図であって、曲げ加工前の状態を示す側面図である。 図２に示す歪付与装置における固定型及び可動型の平面図である。 図２に示す歪付与装置において鋼板を曲げた状態を示す側面図である。 本発明のエネルギー吸収部材及びその製造方法の他の実施例において、鋼板を曲げた状態を示す斜視図である。 図５に続いて鋼板を平面状に戻した状態を示す斜視図である。 図６に続いて鋼板を円筒状に成形した状態を示す斜視図である。 図７に続いて円筒状の鋼板を液圧成形した状態を示す斜視図である。

符号の説明

Ａ１ Ａ２ エネルギー吸収部材
Ｂ 鋼板
Ｅ 歪付与部
Ｆ 強化部
１ 第１構造材
２ 第２構造材

Claims (8)

1. 軸線に直交する断面が中空状を成すとともに軸線方向に作用する衝撃エネルギーを吸収する部材であって、歪時効特性を有する鋼板を材料とし、歪を付与する加工とその後の歪時効処理により形成した強化部を軸線方向に所定間隔で備えていることを特徴とするエネルギー吸収部材。
2. 互いに接合して中空状の断面を形成する複数の構造材を備えていることを特徴とする請求項１に記載のエネルギー吸収部材。
3. フロントサイドメンバーやクラッシュボックスなどの自動車構造部材として用いることを特徴とする請求項１又は２に記載のエネルギー吸収部材。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のエネルギー吸収部材を製造するに際し、歪時効特性を有する鋼板に対して上記軸線方向に直交する線に沿って歪を付与する工程と、歪付与部に歪時効処理を施して強化部を形成する工程と、鋼板に塑性加工を施して中空状に仕上げる工程を備えたことを特徴とするエネルギー吸収部材の製造方法。
5. 歪を付与する工程が、軸線方向に直交する方向の線に沿って鋼板を曲げた後、同部分を曲げ戻す加工を行う工程であることを特徴とする請求項４に記載のエネルギー吸収部材の製造方法。
6. 複数の鋼板を用い、鋼板に塑性加工を施して中空状に仕上げる工程が、少なくとも一つの鋼板を半中空状に塑性加工し、これらの鋼板を互いに接合して中空状に仕上げる工程であることを特徴とする請求項４又は５に記載のエネルギー吸収部材の製造方法。
7. 鋼板に塑性加工を施して中空状に仕上げる工程が、鋼板を概略中空状に塑性加工し、同鋼板の端部同士を接合して中空状に仕上げる工程であることを特徴とする請求項４又は５に記載のエネルギー吸収部材の製造方法。
8. フロントサイドメンバーやクラッシュボックスなどの自動車構造部材に用いるエネルギー吸収部材であって、歪付与部に歪時効処理を施して強化部を形成する工程が、自動車の塗装における焼付け処理工程であることを特徴とする請求項４〜７のいずれかに記載のエネルギー吸収部材の製造方法。

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