JP2010502496A - 選択的に焼きなましたバンパビーム - Google Patents

Abstract

バンパシステムは、車輌フレームレールに取り付けるためにブラケットマウントを後面に溶接したロール成形管状ビーム（２１）を備える。図示のビームは、その全長にわたって連続管状断面を有し、中央部（２３）、コーナー形成端部、及び中央部の端を端部に連結する取り付け部（２５）を含む。中央部、端部及び取り付け部は、直線的か、又は同様な湾曲か、又は異なった湾曲であることができる。中央部、端部及び取り付け部は、断面領域の全体又は一部分の焼きなましを含めて、特定の衝突荷重基準に調整される部分として、同様又は異なった局部焼きなましが行われることができる。例えば、パッケージング／空間関連要件を満たすためにビームに小さい半径を形成するのを助けるため、焼きなましをロール成形プロセスに直列に入れて行うことができるか、或いは、選択された局部領域の衝突強さに好影響を与えるための補助プロセスの一部にすることができる。

Description

本発明は、車輌の前部及び後部用等のバンパシステムに有用な管状バンパビームに関する。しかしながら、本発明の態様は、以下に記載するように、前バンパビーム及び後バンパビームのみに限定されないことが意図されている。

本出願は、２００６年８月３０日に出願された「選択的に焼きなましたバンパビーム」と題する米国特許仮出願第６０／８２３，９２６号の、米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づく利益を主張し、その全内容は、全体として本明細書に援用される。

高い引っ張り強さを有する超高強度鋼（ＵＨＳＳ）材料（１４０ｋｓｉの引っ張り強さを有する材料等）から製造された管状ロール成形バンパビームは、優れた衝撃特性及び高い比強度（重量あたりの強度）を与える。しかしながら、ＵＨＳＳ材料に伴う限定的な伸び率のために、材料のひび割れが発生する前にロール成形部に行うことができる成形には限界がある。この制限は、相手先ブランド製造業者（ＯＥＭ）によって与えられる必要な空間内へのロール成形断面のパッケージングに難題を投げかける可能性がある。具体的に言うと、ＯＥＭ空間及び形状要件を満たすのに断面を十分に小さくすると共に急な曲げを十分に与えることは困難である。ビームが長手方向の湾曲／押し伸ばし曲線を有するとき、この問題は悪化する。さらに、衝突中にフレームレールに伝達される全衝突荷重及び衝突荷重スパイクを制御するために、ロール成形部の初期圧潰強さを低下させることが時々必要である。パンパ開発プログラムは、すでに長いリードタイムを有している。設計の融通性を維持しつつ、かつ特定モデルの車輌用に最適な衝突／荷重特性を与えるようにバンパシステムを調整するときに、比較的短いリードタイムにする能力も維持しながら、高強度を与える設計解決策を提供することが望ましい。

Neesに対する特許文献１（譲受人Shape Corp）は、一体形管状ドアビームを製造する方法であって、ビームの非管状部分を焼きなまして、最適な衝突特性を有する一体形端部ブラケット（１６）及び移行領域（１４）を生じるようにした方法を開示している。しかしながら、Neesの特許文献１は、この技術をバンパビーム又はビーム全体が管状である管状強化ビームのいずれにも、どこに、又はいかに適用できるかを教示していない。特に、車輌の前部及び／又は後部に使用されているもの等のバンパビームは、ドアビームとは異なる特別な要件を有する。たとえば、バンパビームは、はるかに高い衝突荷重に耐えなければならないだけでなく、３０度固定バリア衝突、フラットバリア衝突、５ｍｐｈ以上の高速衝突、中央支柱衝突、コーナー衝突及び歩行者安全装置衝突試験等のさまざまな異なる試験にも合格しなければならない。バンパビームはまた、ラジエータ及びエンジンルームに空気が流れるようにする一方で、ファシア及び他の前端部構成部品を支持するような形状を有していなければならない。また、ドアビームは一般的に、断面形状が非常に小さく、通常はドアビームの全長に延びる管状部を有していない（それらが設置されるドアアセンブリ内の空間の制限によると共に、前端部衝突要件よりも相当に低いＯＥＭの側面衝突荷重要件に基づく）。

米国特許第６，６４３，９３１号

本発明の一態様では、バンパシステムは、少なくとも８０ｋｓｉの引っ張り強さの超高強度鋼から形成された管状ビームを備える。管状ビームは、全長にわたって管状であり、中央部、端部、及び中央部を端部に連結する取り付け部を有する。ブラケットが取り付け部に取り付けられ、ブラケットは、車輌のフレームレールに連結されるようになっている。中央部、端部及び取り付け部の１つの少なくとも一部分を焼きなまして、８０ｋｓｉ未満に低下した引っ張り強さを有するようにし、これにより、ビームの衝突特性を最適化することができる。

本発明の別の態様では、或る物品（article）が、少なくとも８０ｋｓｉの引っ張り強さの超高強度鋼から形成される管状ビームであって、全長にわたって管状であり、中央部、端部、及び中央部を端部に連結する取り付け部を有する、管状ビームを備える。中央部、端部及び取り付け部の少なくとも一部分は焼きなまされ、８０ｋｓｉ未満に低下した引っ張り強さを有する。

本発明の別の態様では、プロセスが、少なくとも８０ｋｓｉの引っ張り強さを有する超高強度鋼のシート材料を準備するステップと、シート材料をロール成形圧延機内で連続管状形状にロール成形するステップを含む。プロセスは、焼きなましコイルをロール成形圧延機と直列に準備するステップと、焼きなましコイルのオン及びオフを繰り返すことによるロール成形圧延機内でのシートの成形中に、シート材料の選択部分を焼きなますステップであって、それにより管状形状の選択部分が８０ｋｓｉ未満の引っ張り強さを有するようにする、焼きなますステップとをさらに含む。またさらに、プロセスは所望の衝突強さを得るために、焼きなまされた選択部分がバンパビームに沿った選択位置に位置付けられるようにして、バンパビームを形成するための長さに連続管状形状を切断するステップとを含む。

本発明のさらに別の態様では、プロセスが、少なくとも８０ｋｓｉの引っ張り強さを有する超高強度鋼のシート材料を準備するステップと、シート材料をロール成形圧延機内で連続管状形状にロール成形するステップと、連続管状形状を、連続的に管状であるバンパビームを形成するための長さに切断するステップとを含む。プロセスは、バンパビーム及びシート材料の一方の選択部分を焼きなますステップであって、それにより、バンパビームの選択部分は、８０ｋｓｉより低い引っ張り強さを有し、所望の衝突強さを得るために、焼きなまされた選択部分がバンパビームに沿った選択位置に位置付けられるようにする、焼きなますステップをさらに含む。

以下の明細書、特許請求の範囲及び添付図面を精査すれば、本発明の上記及び他の態様、目的及び特徴が当業者によって理解されると共に評価されるであろう。

焼きなまし区域を有するビームの上面図である。 異なる焼きなまし区域を有する異なるビームの上面図である。 異なる焼きなまし区域を有する異なるビームの上面図である。 材料の応力対ひずみに対する焼きなましの効果を示すグラフである。 バンパ衝突試験についてのシステムストローク対全荷重を示すグラフである。 異なるバンパ衝突試験についてのシステムストローク対全荷重を示すグラフである。 異なるバンパ衝突試験についてのシステムストローク対全荷重を示すグラフである。 最適衝突強さ特性を得られるように選択された焼きなまし領域を有するためにバンパビームを焼きなますプロセスを示すフローチャートである。 最適衝突強さ特性を得られるように選択された焼きなまし領域を有するためにバンパビームを焼きなます代替プロセスを示すフローチャートである。

バンパシステム２０（図１）は、管状ビーム２１を備え、ビーム２１を車輌フレームレールに取り付けるためにビーム２１の各管状端の後面にブラケットマウント２２が溶接されている。図示のビーム２１は、連続断面を有するようにロール成形され、その全長にわたって管状であるが、本発明の態様を他のビーム形状に組み込むことができることが考えられる。図示のビーム２１は、前面が比較的大きい第１の半径（例えば２５００ｍｍ）を画定する中央部２３と、前面が比較的小さい第２の半径（例えば４２５ｍｍ）を画定するコーナー形成端部２４とを有する。取り付け部２５が、中央部２３の端を端部２４に連結して、マウント２２を取り付けるための構造を提供している。したがって、ビーム２１は、その端部分付近で湾曲が増加する前面を有して、空力形状の前端を有する車輌においての使用に適合している。特に、ビーム２１は「Ｄ」又は「Ｂ」字形である（又は別の形状を有する）ことができ、Sturrusの米国特許第５，０９２，５１２号及び／又は第５，４５４，５０６号に示されているようなプロセスでロール成形して押し伸ばされることができる。

バンパシステム２０において、中央部２３及び取り付け部２５は焼きなましされておらず（すなわち、それらは焼きなまし区域２６内にない）、そのため、それらは比較的剛直であって、マウント２２間に延在してそれらを相互連結し、それにより、非常に高いビーム強さを与えると同時に、非常に高い前部／中央衝突強さを与える。しかしながら、コーナー形成端部２４は焼きなまされて、それらの引っ張り強さを低下させるが、屈曲及び流動可能性（すなわち、歪み性…管状部の破局的な故障の前に材料の流動及び伸長を行なうと共に曲がる能力）の増加をもたらす。焼きなまし区域２６は、図１に特定されており、取り付け部２５の外側縁部から始まる。焼きなまし段階を制御することにより、ビーム２１（及び、より包括的にはバンパシステム２０）は、特定のバンパ衝突試験に合わせて衝突強さを最適化するように調整されることができる。焼きなまし区域２６を端部２４の管状断面全体を囲って延在させることができるが、断面の特定領域に限定し、例えば後壁に沿った部分と上壁及び下壁の一部分とにだけ焼きなまし材料を限定することもできることに注意されたい。マウント２２の断面の後壁部分を焼きなますと共に前壁部分（複数可）を焼きなまさないことにより、ビーム２１は、車輌フレームレールへの衝突エネルギのスパイク（ピーク）の伝達を減衰又は減少させる構造を依然として有しながら、その前面の表面形状をより良好に維持することができる。

本ビームは、優れた衝突特性を与えるために、８０ｋｓｉの引っ張り強さを有するＵＨＳＳから形成されることができるが、所望ならば、１４０ｋｓｉ以上のものでもよい。しかしながら、ビームに小さい(sharp)半径を形成する目的（これは、ＯＥＭパッケージング及び空間基準への適合を助ける）と共に、衝突強さに好影響を与える目的の両方で（選択された局部領域での最大衝突荷重の制限の点、及び選択された局部領域での衝突ストロークの伸長の点の両方で）、重要領域での伸長率を増加させるために、ＵＨＳＳ材料を選択的に焼きなますことができる。

同一又は同様な構成部品を特定するために同一の番号を使用するが、文字「Ａ」又は「Ｂ」を追加して、追加のバンパシステムを以下に開示する。これは、冗長な説明を減らすために行われている。当業者であれば、異なったバンパビームの比較により、さまざまなバンパシステムの共通の特徴及び利点を理解するであろう。

バンパシステム２０Ａ（図２）は、バンパシステム２０（図１）に似たマウント２２Ａ（一方のマウント２２Ａだけを図示する）付きの管状ビーム２１Ａを開示している。ビーム２１Ａは、直線的な中央部２３Ａと、直線的な端部２４Ａと、端部２４Ａを中央部２３Ａの端に或る角度をなして連結する取り付け部２５Ａとを備える。ビーム２１Ａにおいて、焼きなまし区域２６Ａは、取り付け部２５Ａ全体を含むと共に、端部２４Ａの内側部分及び中央部２３Ａの外側部分を含む。具体的に言うと、図示の端部２４Ａは、その長さの約２５％〜３５％を焼きなまし区域２６Ａ内に有する。この構成では、マウント２２Ａの位置及びその内側の領域が焼きなまされ、その材料の引っ張り強さが低下すると共に、材料の歪み性（すなわち、材料の伸長及び流動能力）が高まるので、バンパシステム２０Ａの中央の衝突強さが低下する。バンパシステム２０Ａは、コーナー衝突時に、端部２４Ａが焼きなまされていない場合とは異なった様式で屈曲、曲げ及び変形を生じる傾向にあるので、圧潰ストロークが増加した「よりソフトな」、又はより低いコーナー衝突強さを与える。

バンパシステム２０Ｂ（図３）は、バンパシステム２０（図１）に似たマウント２２Ｂ付きの管状ビーム２１Ｂを開示している。ビーム２１Ｂは、中央部２３Ｂ、端部２４Ｂ及び取り付け部２５Ｂを備え、各々が半径２９００ｍｍの連続した長手方向において湾曲を形成している。しかしながら、ビーム２１Ｂでは、焼きなまし区域２６Ｂは、マウント２２Ｂの内側縁部付近から始まり、取り付け部２５Ｂの外側部分と端部２４Ｂ全体とを含む。具体的に言うと、図示の取り付け部２５Ｂは、それらの長さの約７５％〜９０％を焼きなまし区域２６Ｂ内に有する。この構成では、マウント２２Ａの位置及びその内側の領域が焼きなまされ、その引っ張り強さが低下すると共に、その歪み性／材料流動性が高まるので、バンパシステム２０Ａの中央の強さが低下する。しかしながら、この特殊な設計は長いコーナー形成端部２４Ｂを必要としないので、コーナー形成端部２４Ｂの長さが短くなる。

図４は、焼きなまし温度が、華氏１２００度とび華氏１４００度との間での引っ張り強さの大幅な低下を示す。したがって、華氏１４００度の焼きなまし温度を含むプロセスが、Ｉｎｌａｎｄ ＤＦ１４０Ｔ ＵＨＳＳシート材料であった被試験材料に好ましいと考えられる。

図５〜図７は、３つの異なるバンパ衝突試験、すなわちＩＩＨＳ３０度固定バリア試験、５ｍｐｈフラットバリア試験、及び５ｍｐｈ４０％オフセットバリア試験についてのバンパシステムストロークを全荷重に対して測定した試験データを示す。３つのグラフすべてにおいて、焼きなましビームは、図示の特定試験について改善された衝突試験結果を与えると解釈される。図５において、焼きなまし材料から成るバンパビームでは、吸収された衝突エネルギ（すなわち、曲線の下側の領域）は、非焼きなまし材料から成るバンパビームの場合にほぼ等しいか、それよりわずかに大きく、また、エネルギ吸収は、それより長いストロークにわたって起きる。また、ビームを介して車輌フレームレールに伝達されるピーク衝突応力が低くなる。図６及び図７は、同様な結果を示す。

ロール成形部の焼きなまし部分を含むバンパビームを形成するプロセスは、驚くべき予想外の結果を与える。ロール成形部を局部的に焼きなますことにより、ビーム設計は材料に追加的な成形性を与えて、ビームに急な曲げ（たとえば、半径が４００ｍｍ未満）を許容する。曲げをより急にすると、特に低速オフセット衝突用のビーム上へのパッケージングを改善することができる。ビームの局部焼きなましにより、ロール成形部は対応の車輌フレームレールに伝達される圧潰荷重をより小さくすることができる。選択されたビーム部の局部焼きなましにより、バンパビームの端での衝突時に断面圧潰を増加するように断面強さを低下させることができる（すなわち、破局的な故障の前に、コーナー衝突強さを、ストロークの増加を伴って所望の低下衝突荷重レベルに調整することができる）。

選択的に焼きなまされた部分を有するバンパビームを形成する第１のプロセス（図８）は、焼きなましコイルを圧延機内に直列に配置すること、及び原料シートが圧延機に沿って移動するとき、所望の焼きなまし領域長さに基づいて焼きなましコイルのオン及びオフを繰り返すことを含む。好ましくは、焼きなましコイルは原料シートを管状部に成形する圧延機のロールの前に位置付けられる。しかしながら、焼きなましコイルは、原料シートを成形するロールの位置又はその後に位置付けることができ、且つ、管状部を永久連続管に溶接して押し伸ばした後に位置付けることさえ可能であることが理解されるべきである（また、そのように意図されている）。別法として、プロセスは、焼きなましコイルを圧延機内に直列に配置すること、及び原料シートが圧延機に沿って移動するとき、所望の焼きなまし領域長さに基づいて焼きなましコイルのオン及びオフを繰り返すことを含むことができる。この第２の代替的なプロセスでは、ビームは比較的直線的に形成されて、バンパビーム長さに切断されてから、補助プロセスで長手方向に湾曲するように曲げられる。別法（図９）では、ビームをロール成形して直線状に押し伸ばし、切断することができる。その後、ビームは、曲げ及び焼きなましを組み合わせた補助曲げ作業に入れられる。

本発明の概念から逸脱しない限り、上記構造に変化及び修正を加えることができることは理解されるべきであると共に、さらに、そのような概念は、以下の特許請求の範囲が別段にその文言で否であることを明記しない限り、特許請求の範囲によって包含されるものとすることも理解されるべきである。

Claims (22)

1. 少なくとも８０ｋｓｉの引っ張り強さの超高強度鋼から形成される管状ビームであって、全長にわたって管状であり、中央部、端部、及び該中央部を該端部に連結する取り付け部を有する、管状ビームと、
   該取り付け部に取り付けられたブラケットであって、車輌フレームレールに連結されるようになっている、ブラケットと
   を備えるバンパシステムであって、
   前記中央部、前記端部及び前記取り付け部の１つの少なくとも一部分が焼きなまされ、８０ｋｓｉ未満に低下した引っ張り強さを有する、バンパシステム。
2. 前記焼きなまし部分は、前記ビームの長さに垂直にとった断面の周囲の一部分だけに延在する、請求項１に記載のバンパシステム。
3. 前記焼きなまし部分は、前記中央部、前記端部及び前記取り付け部の２つの少なくとも一部分に延在する、請求項１に記載のバンパシステム。
4. 前記焼きなまし部分は、
   前記取り付け部の大部分にわたって延在すると共に、
   前記中央部及び前記端部の少なくとも一方の一部分に延在する、請求項１に記載のバンパシステム。
5. 前記中央部、前記端部及び前記取り付け部の少なくとも１つは、長手方向に湾曲して半径を画定するようになっている、請求項１に記載のバンパシステム。
6. 前記端部は、前記中央部に対して角度を付けて延在する、請求項１に記載のバンパシステム。
7. 前記鋼は、少なくとも１４０ｋｓｉの引っ張り強さを有する、請求項１に記載のバンパシステム。
8. 少なくとも８０ｋｓｉの引っ張り強さの超高強度鋼から形成される管状ビームであって、
   前記管状ビームは、
   全長にわたって管状であり、
   中央部、端部、及び該中央部を該端部に連結する取り付け部を有し、
   前記中央部、前記端部及び前記取り付け部の少なくとも一部分が焼きなまされ、８０ｋｓｉ未満に低下した引っ張り強さを有する、ビーム。
9. 初期引っ張り強さを有する超高強度鋼のシート材料を準備するステップと、
   前記シート材料をロール成形圧延機内で連続管状形状にロール成形するステップと、
   焼きなましコイルを前記ロール成形圧延機と直列に準備するステップと、
   前記焼きなましコイルのオン及びオフを繰り返すことによる前記ロール成形圧延機内での前記シートの成形中に、前記シート材料の選択部分を焼きなますステップであって、それにより前記管状形状の選択部分が初期引っ張り強さより低い引っ張り強さを有するようにする、焼きなますステップと、
   所望の衝突強さを得るために、前記焼きなまされた選択部分がバンパビームに沿った選択位置に位置付けられるようにして、前記バンパビームを形成するための長さに前記連続管状形状を切断するステップと、
   を含む、プロセス。
10. 前記焼きなますステップは、前記シートを前記管状形状にロール成形する前に実行される、請求項９に記載のプロセス。
11. 前記焼きなますステップは、前記シートの幅の一部分だけを焼きなますことを含む、請求項９に記載のプロセス。
12. 前記焼きなますステップは、前記ビーム上の１対の車輌フレームレール取り付け位置の付近又は外側だけに実行される、請求項９に記載のプロセス。
13. 前記ビームは、マウントを設けた後壁と、前記マウントの外側に延在する端部とを有し、前記焼きなますステップは、前記端部だけに実行される、請求項９に記載のプロセス。
14. 前記連続管状形状に非線形の形状を与えるステップを含む、請求項９に記載のプロセス。
15. 前記バンパビームに非線形の形状を与えるステップを含む、請求項９に記載のプロセス。
16. 前記鋼は、少なくとも１４０ｋｓｉの引っ張り強さを有する、請求項９に記載のバンパシステム。
17. 少なくとも８０ｋｓｉの引っ張り強さを有する超高強度鋼のシート材料を準備するステップと、
    前記シート材料をロール成形圧延機内で連続管状形状にロール成形するステップと、
    前記連続管状形状を、連続的に管状であるバンパビームを形成するための長さに切断するステップと、
    前記バンパビーム及び前記シート材料の一方の選択部分を焼きなますステップであって、それにより、前記バンパビームの選択部分は、８０ｋｓｉより低い引っ張り強さを有するように焼きなまされ、所望の衝突強さを得るために、前記焼きなまされた選択部分が前記バンパビームに沿った選択位置に位置付けられるようにする、焼きなますステップと、
    を含むプロセス。
18. 前記バンパビームは、中央部及び端部を含むと共に、該中央部の端を該端部に連結する取り付け部を含み、
    該取り付け部は、前記焼きなまされた選択部分の少なくとも一部分を含む、請求項１６に記載のプロセス。
19. 前記焼きなますステップの後に、ブラケットマウントを前記端部の内側の位置で前記取り付け部に取り付けるステップを含む、請求項１７に記載のプロセス。
20. ブラケットマウントを取り付け部に隣接した位置で前記取り付け部に取り付けることを含む、請求項１７に記載のプロセス。
21. 前記選択部分を焼きなますステップは、前記取り付け部に隣接した部分だけを焼きなますことを含む、請求項１７に記載のプロセス。
22. 前記鋼は、少なくとも１４０ｋｓｉの引っ張り強さを有する、請求項１７に記載のバンパシステム。

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