JP2011131261A - パネル構造体及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】縁部の剛性を高めることができるパネル構造体及びその製造方法を提供する。
【解決手段】パネル構造体16は、アウタパネル14にインナパネル12を重ねた状態で、インナパネル12からはみ出したアウタパネル14のフランジ部38をカールパンチ108にてカール加工した後に、カール成形されたフランジ部38を平坦部36の板厚方向にシームパンチ112にて押圧することにより製造する。これにより、フランジ部38は、平坦部36との境界部からフランジ部38の端部30bにかけて湾曲すると共に、インナパネル12の端部28を覆うような形状となる。
【選択図】図6

Description

本発明は、パネル本体及び該パネル本体に連なるフランジ部を有する第1板部材と、前記第1板部材に重ねられた第2板部材とを備えるパネル構造体及びその製造方法に関する。
従来から、自動車のボンネット、トランク、及び、ドア等に用いられるパネル構造体の縁部には、アウタパネルとインナパネルとを重ね、アウタパネルの縁部に起立するように成形したフランジをインナパネルが挟み込まれるように折り曲げる構造が用いられている。
例えば、特許文献1には、図12A〜図12Cに示すように、略L字状に予備曲げされた外周フランジ200を有するアウタパネル202にインナパネル204を重ねて配置した(図12A参照)後、外周フランジ200の平坦部をインナパネル204に向けて押圧することで外周フランジ200の折り曲げ部206をさらに折り曲げ(図12B参照)、前記平坦部のうち前記インナパネル204と対向する部位を上方から押圧することで該平坦部の平面を該インナパネル204に当接させる(図12C参照)ことにより、外周フランジ200の折り曲げ部206を玉縁形状に形成する技術が開示されている。
特許第3669259号公報
上述した特許文献1では、外周フランジの平坦部の平面をインナパネルに当接させているので、前記外周フランジの折り曲げ部(パネル構造体の縁部)の断面積を十分にとることができず、パネル構造体の縁部の剛性が不足することがある。
また、予備曲げされている外周フランジの折り曲げ部をさらに折り曲げるようにして加工しているので、パネル構造体の縁部の外面が極度に引き伸ばされて、その引き伸ばされた箇所が割れることもある。
本発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、縁部の剛性を高めることができるパネル構造体及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明に係るパネル構造体は、パネル本体及び該パネル本体に連なるフランジ部を有する第1板部材と、前記第1板部材に重ねられた第2板部材と、を備え、前記フランジ部は、前記パネル本体との境界部から該フランジ部の端部にかけて湾曲すると共に、前記第2板部材の端部を覆うことを特徴とする。
このような構成によれば、フランジ部がパネル本体との境界部から該フランジ部の端部にかけて湾曲しているので、例えば、フランジ部の一部が平坦に形成されている場合と比較して、パネル構造体の縁部の断面積を大きくすることができる。よって、前記パネル構造体の縁部の剛性を高めることができる。
本発明に係るパネル構造体の製造方法は、パネル本体及び該パネル本体に連なるフランジ部を有する第1板部材に第2板部材を重ねる位置決め工程と、前記フランジ部と前記パネル本体との境界部から前記フランジ部の端部までが湾曲されるように該フランジ部を折り曲げることにより、前記第1板部材にて前記第2板部材を挟み込む折り曲げ工程と、を備えることを特徴とする。
このような方法によれば、フランジ部とパネル本体との境界部から該フランジ部の端部までが湾曲されるように該フランジ部を折り曲げているので、例えば、第1板部材のフランジ部を略L字状に予備曲げした後に、該第1板部材の折り曲げ部をさらに折り曲げるようにしてパネル構造体を製造した場合と比較して、パネル構造体の縁部の断面積を大きくすることができる。これにより、パネル構造体の縁部の剛性を高めることができる。
また、前記折り曲げ工程は、前記フランジ部をカール加工するカール成形工程と、カール成形された該フランジ部を前記パネル本体の板厚方向に押圧するシーム成形工程と、を有してもよい。
そうすると、フランジ部をカール加工することにより前記フランジを湾曲しているので、カール成形工程中に、前記第1板部材が載置される載置面に対してパネル本体が持ち上がる(浮き上がる)ことはない。よって、前記パネル本体が前記載置面から浮き上がり(該パネル本体が変形して)、前記第2板部材が折れ曲がることを防ぐことができる。
また、前記シーム成形工程は、前記フランジ部の端部を前記第2板部材に当接させてもよい。この場合、パネル構造体の縁部に外部から異物が混入することを抑制することができる。なお、フランジ部には巻き癖が付いているので、スプリングバックによって前記フランジ部の端部は第2板部材から離れ難い。
さらに、前記第2板部材に当接する前記フランジ部の端部が、前記第2板部材に接触している面に連なる角部であってもよい。これにより、フランジ部の端面が第2板部材に当接する場合に比べて、前記第2板部材に傷が付くことを抑制することができる。
本発明によれば、第1板部材のフランジ部をパネル本体との境界部から該フランジの端部にかけて湾曲しているので、パネル構造体の縁部の断面積を大きくすることができる。よって、パネル構造体の縁部の剛性を高めることができる。
本実施形態に係るパネル構造体が適用された自動車後部ドアの一部断面斜視図である。 図1のA矢視方向からの自動車後部ドアの正面図である。 本実施形態に係る自動車後部ドアの製造工程を示すフローチャートである。 本実施形態に係るパネル構造体の縁部を成形前に、インナパネル及びアウタパネルを重ねて載置面に載置した状態を示す説明図である。 インナパネル及びアウタパネルの第1部位の断面図において、図5Aはカールパンチがアウタパネルの端部に接触している状態を示す断面図であり、図5Bはアウタパネルの第1部位が湾曲している状態を示す断面図であり、図5Cはカール成形工程が終了した状態を示す断面図であり、図5Dはシーム成形工程が終了した状態を示す断面図である。 インナパネル及びアウタパネルの第2部位の断面図において、図6Aはカールパンチをアウタパネル側にスライドさせている状態を示す断面図であり、図6Bはカールパンチがアウタパネルの端部に接触している状態を示す断面図であり、図6Cはカール成形工程が終了した状態を示す断面図であり、図6Dはシーム成形工程が終了した状態を示す断面図である。 カール成形を施して成形されたパネル構造体の第2縁部の拡大断面図である。 シーム成形を施して成形されたパネル構造体の第2部位の拡大断面図である。 インナパネルとアウタパネルを重ねた状態でアウタパネルをインナパネル側に曲げた際の、曲げ工程に対するアウタパネルの曲げ部位の伸び量を示すグラフである。 本発明に係るパネル構造体の自動車への適用箇所を示す車体前方からの斜視図である。 本発明に係るパネル構造体の自動車への適用箇所を示す車体後方からの斜視図である。 従来のヘミング加工方法の説明図において、図12Aはアウタパネルの縁部を略L字状に折り曲げて外周フランジを成形した状態を示す断面図であり、図12Bは外周フランジをさらに折り曲げている状態を示す断面図であり、図12Cは外周フランジを上方から押圧してインナパネルに当接している状態を示す断面図である。
以下、本発明に係るパネル構造体及びその製造方法について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
本実施形態では、本発明に係るパネル構造体が自動車後部ドアに適用された例について説明する。
先ず、自動車後部ドアの構造について簡単に説明する。図1に示すように、自動車後部ドア10は、第2板部材としてのインナパネル12及び第1板部材としてのアウタパネル14が縁部で係合(締結)されて形成されるパネル構造体16を備え、パネル構造体16には窓枠18が形成されている。インナパネル12及びアウタパネル14は、例えば、所定の形状に打ち抜き加工されている板金素材(金属製)により形成されている。
図1及び図2に示すように、パネル構造体16の縁部20は、自動車後部ドア10の全周に亘って三次元に延在しており、不図示の車体本体に取付けられる第1縁部(図2において点線で示された帯状網目部H1)22と、第1縁部22の構造とは異なる構造を有する第2縁部(図2において実線で示された帯状網目部H2)24とを含んでいる。
図1に示すように、第1縁部22は、アウタパネル14の端面とインナパネル12の端面とが内包されるように巻き締めされており、第2縁部24は、インナパネル12の端部をアウタパネル14で覆うようにアウタパネル14の縁部がインナパネル12側に湾曲(ヘミング加工)されている。これにより、前記車体本体に自動車後部ドア10を取付けた状態で負荷がかかる第1縁部22の締結強度を高めると共に、負荷がそれ程かからない第2縁部24を簡易な構成にすることができる。
次に、自動車後部ドア10を製造するための加工装置100について図4〜図6Dを参照しながら説明する。
図4〜図6Dに示すように、加工装置100(図5A及び図6A参照)は、工場の床面等に据え付けられてアウタパネル14が載置される載置面102を有する載置台104と、載置面102上にスライド自在(摺動自在)に設けられて、略真円の曲率半径を有する湾曲面106を有する成形部材としてのカールパンチ108(例えば、図5A及び図6A参照)と、断面略L字状に形成された成形面110を有するシームパンチ112(図5D及び図6D参照)と、インナパネル12及びアウタパネル14を載置面102上に保持する保持手段としての押さえパッド114とを備えている。
続いて、本実施形態に係る自動車後部ドア10の製造方法について図3〜図6Dを参照しながら説明する。なお、図5A〜図6Dは、パネル構造体16の縁部20の製造過程をそれぞれ示しており、図5A〜図5Dは、インナパネル12及びアウタパネル14の第1部位12a、14aの断面図であり、図6A〜図6Dは、インナパネル12及びアウタパネル14の第2部位12b、14bの断面図である。また、図5A〜図5Dは図6A〜図6Dに対応している。
先ず、図4に示すように、インナパネル12及びアウタパネル14を所定の形状に打ち抜き加工する(図3のステップS1)。これにより、インナパネル12及びアウタパネル14に窓枠18などが形成されることとなる。なお、インナパネル12及びアウタパネル14は、自動車後部ドア10の第1縁部22に対応する部位(第1部位)12a、14aが第2縁部24に対応する部位(第2部位)12b、14bに対して外方に延びている。
また、図5Aに示すように、インナパネル12の第1部位12aの端部26を内面側に若干曲げると共に、アウタパネル14の外縁を内面側に若干曲げる(ステップS2)。ここで、インナパネル12及びアウタパネル14の内面は、自動車後部ドア10を車体本体に取付けた際に車内に位置する面を指し、インナパネル12及びアウタパネル14の外面とは、自動車後部ドア10を車体本体に取付けた際に車外に位置する面を指す。なお、図6Aから諒解されるように、インナパネル12の第2部位12bの端部28は、曲げられずにフラットの状態となっている。
次に、図4、図5A、及び、図6Aに示すように、アウタパネル14の外面を下方に向けた状態(アウタパネル14の端面を上方に向けた状態)でアウタパネル14を載置面102上に載置する(ステップS3)。これにより、アウタパネル14の端部30aと載置面102との間に僅かな隙間が形成される(図5A及び図6A参照)。
そして、図5A及び図6Aに示すように、インナパネル12の外面を下方に向けた状態(インナパネル12の第1部位12aの端面を上方に向けた状態)でインナパネル12をアウタパネル14の内面上に重ねる(ステップS4)。このとき、アウタパネル14は、インナパネル12に対してはみ出した状態になっている。これにより、インナパネル12の第1部位12aの端部26とアウタパネル14の間に僅かな隙間が形成される(図5A参照)。
その後、押さえパッド114にてインナパネル12をアウタパネル14に押圧する(ステップS5)。これにより、載置面102上にインナパネル12及びアウタパネル14が保持される。
続いて、図5Aに示すように、カールパンチ108をアウタパネル14(押さえパッド114)側にスライドさせて、アウタパネル14の第1部位14aの端部30aにカールパンチ108の湾曲面106を接触させる(ステップS6)。このとき、図5Aから明らかなように、カールパンチ108の一部は、アウタパネル14の第1部位14aの端部30aと載置面102との間の隙間に入り込んでいる。なお、図6Aに示すように、この時、カールパンチ108とアウタパネル14の第2部位14bとは非接触状態であることは言うまでもない。
次に、図5B及び図6Bに示すように、カールパンチ108を押さえパッド114側にさらにスライドさせて、アウタパネル14の第1部位14aを湾曲(カール加工)させると共に、アウタパネル14の第2部位14bの端部30bにカールパンチ108を接触させる(ステップS7)。ここで、アウタパネル14の第1部位14aを湾曲させる動作について具体的に説明する。カールパンチ108を押さえパッド114側にさらにスライドさせると、アウタパネル14の第1部位14aのうち、湾曲面106に接触している部位がインナパネル12(押さえパッド114)側に押圧されて塑性変形を伴いながら、湾曲面106に沿って立ち上がる。その結果、アウタパネル14の第1部位14aが上方に湾曲するに至る。なお、アウタパネル14の第2部位14bと湾曲面106との接触動作は、ステップS6で説明したアウタパネル14の第1部位14aと湾曲面106との接触動作と同様であるので、詳細な説明を省略する(図6B参照)。
その後、図5C及び図6Cに示すように、カールパンチ108を押さえパッド114側にさらにスライドさせて、インナパネル12の第1部位12aを湾曲させると共に、アウタパネル14の第2部位14b(フランジ部、はみ出し部)を湾曲させる(ステップS8)。なお、アウタパネル14の第2部位14bを湾曲させる動作は、ステップS7で説明したアウタパネル14の第1部位14aを湾曲させる動作と同様であるので、詳細な説明を省略する。また、この場合、アウタパネル14の第2部位14bは、湾曲面106の形状と略同一の形状に形成される。これにより、パネル構造体16の第1縁部22(図1及び図2参照)に相当する縁部及び第2縁部24(図1及び図2参照)に相当する縁部が仮成形(カール成形)される。なお、以下の説明においては、カール成形されたパネル構造体16の第1縁部22に相当する縁部は、第1相当縁部32として説明し、カール成形されたパネル構造体16の第2縁部24に相当する縁部は、第2相当縁部34として説明する。
ここで、次のステップに進む前に、ステップS8によって成形されるパネル構造体16の第2相当縁部34について図7を参照しながら詳細に説明する。なお、ここでは、図7に示すように、パネル構造体16の第2相当縁部34は、インナパネル12が重ねられるパネル本体としての平坦部36と、平坦部36に連なるフランジ部38を有しており、フランジ部38は、平坦部36との境界部からフランジ部38の端部30にかけて湾曲している。つまり、フランジ部38は、断面略C字状に形成されており、インナパネル12の第2部位12bの端部28を覆っている。前記端部28は、平坦部36に接触している。なお、図5Cに示すように、パネル構造体16の第1相当縁部32は、アウタパネル14の第1部位14aの端部30aとインナパネル12の第1部位12aの端部26とが内包された状態となっている。
続いて、図5D及び図6Dに示すように、カール成形されたパネル構造体16の第1相当縁部32及び第2相当縁部34をシーム成形する(ステップS9)。具体的には、載置面102上に位置しているカールパンチ108を退避させた後、シームパンチ112にてパネル構造体16の第1相当縁部32及び第2相当縁部34を載置面102(平坦部36の板厚方向)に押圧する。これにより、パネル構造体16の第1相当縁部32及び第2相当縁部34は、扁平に変形し、第1縁部22及び第2縁部24となる。ステップS9の処理が終了後、自動車後部ドア10の製造が終了する。
次に、ステップS9にて成形されたパネル構造体16の縁部24について説明する。
図8に示すように、パネル構造体16の第2縁部24のフランジ部38は、平坦部36に対向する折り返し部位40の外面の曲率半径Rが折り返し部位40の頂部42から平坦部36までの距離Lよりも大きくなる。また、平坦部36のうちインナパネル12に接触する面に連なるフランジ部38の角部(端部)30cが、インナパネル12に当接する。インナパネル12の第2部位12bの端部28は、平坦部36に接触している。
これにより、パネル構造体16の第2縁部24の内部空間に外部から異物が混入することを抑えつつ、フランジ部38の端面がインナパネル12に当接する場合と比較して、インナパネル12に傷が付くことを抑制することができる。ここで、フランジ部38には巻き癖が付いているので、スプリングバックによってフランジ部38の端部30はインナパネル12から離れ難い。なお、図8から諒解されるように、フランジ部38は、シーム成形された後においても、平坦部36との境界部からフランジ部38の端部30にかけて湾曲している。
以上のように構成された自動車後部ドア10によれば、パネル構造体16の第2縁部24において、フランジ部38の平坦部36との境界部からフランジ部38の端部30にかけて湾曲しているので、例えば、フランジ部38の一部が平坦に形成されている場合と比較して、パネル構造体16の第2縁部24の断面積を大きくすることができる。よって、パネル構造体16の第2縁部24の剛性を高めることができる。
また、パネル構造体16の第2縁部24において、折り返し部位40の曲率半径Rが折り返し部位40の頂部42から平坦部36までの距離よりも大きいので、第2縁部24が断面略真円形状に膨らむことを抑制することができる。これにより、外観品質に優れたパネル構造体16の第2縁部24を得ることができる。
本実施形態の自動車後部ドア10の製造方法によれば、パネル構造体16の第2縁部24のカール成形工程(ステップS6〜ステップS8)において、アウタパネル14の第2部位14bのうち、カールパンチ108の湾曲面106に接触している部位をインナパネル12側に押圧することで第2部位14bを湾曲しているので、アウタパネル14の平坦部36が載置面102から持ち上がる(浮き上がる)ことを抑制することができる。よって、平坦部36が載置面102から浮き上がり、インナパネル12の第2部位12bが湾曲することを防ぐことができる。
本実施形態では、インナパネル12及びアウタパネル14の第2部位12b、14bを第1部位12a、14aよりも外方に延ばすことで、構造の異なる第1縁部22と第2縁部24を同時に成形することができる。これにより、パネル構造体16の第1縁部22と第2縁部24とを別々に成形する場合と比較して、パネル構造体16の製造時間を短縮することができる。
次に、図9を参照しながら本実施形態の作用効果についてさらに詳細に説明する。
図9は、インナパネルとアウタパネルを重ねた状態でアウタパネルをインナパネル側に曲げた際の、曲げ過程(曲げ工程)に対するアウタパネルの曲げ部位の伸び量を示すグラフである。なお、図9において、破線A1及びA2は、従来技術の曲げ加工(一般的なヘミング加工)を行った場合のグラフであり、そのうち破線A1は、アウタパネルの材質としてアルミニウムを利用したものを、破線A2は、アウタパネルの材質として鉄を利用したものをそれぞれ示している。
また、図9において、実線B1及びB2は、本実施形態のパネル構造体の第2縁部に適用した曲げ加工を行った場合のグラフであり、そのうち実線B1は、アウタパネルの材質としてアルミニウムを利用したものを、実線B2は、アウタパネルの材質として鉄を利用したものをそれぞれ示している。
さらに、図9では、破線グラフにおいて、工程T1は図12Aの状態に、工程T2は図12Bの状態に、工程T3は図12Cの状態にそれぞれ対応し、実線グラフにおいて、工程T2は図7の状態に、工程T3は図8の状態にそれぞれ対応する。
図9及び図12Aに示すように、従来技術の曲げを行った場合は、アウタパネルの縁部を略L字状に折り曲げてフランジ部を形成することで、フランジ部の折り曲げ部が急激に引き伸ばされることがわかる。
そして、図9及び図12Bに示すように、略L字状に折り曲げられたフランジ部をさらに折り曲げることで、フランジ部の折り曲げ部が図12Bの矢印の方向にさらに引き伸ばされることとなる。その結果、フランジ部の折り曲げ部の伸び量は、アルミニウムの限界伸び量(図9中、線分C)を超えることとなる。よって、アウタパネルの材質がアルミニウム(図9の破線A1)である場合、フランジ部の折り曲げ部に割れが発生することがある。
さらに、図9及び図12Cに示すように、フランジ部の先端を上方から押圧してインナパネルに当接させることで、フランジ部の折り曲げ部は、図12Cの矢印の方向にさらに引き伸ばされることとなる。その結果、アウタパネルの材質が鉄(図9の破線A2)である場合、フランジ部の折り曲げ部の伸び量は、鉄の限界伸び量(図9中、線分D)よりも少し低い値にまで達する。そのため、アウタパネルの板厚によっては、アウタパネルの材質が鉄の場合であっても、フランジ部の折り曲げ部に割れが生じることがある。
一方、図7及び図9に示すように、本実施形態の曲げを行った場合は、カール成形工程において、フランジ部と平坦部との境界部からフランジ部の端部にかけて湾曲させることで、フランジ部の略全体が引き伸ばされることとなる。そのため、上述した従来技術の場合と比較して、フランジ部の曲げ部の伸び量が抑えられる。
そして、図7、図8及び図9に示すように、シーム成形工程(ステップS9)において、フランジ部を上方から押圧してインナパネルに当接させる際に、図7中の参照符号Eに位置する材料が参照符号Fの位置に向かって流れ込むようにして、フランジ部が扁平に変形する。そのため、フランジ部の曲げ部の伸び量は、アルミニウムの限界伸び量よりも比較的低い値となる。よって、本実施形態のパネル構造体の製造方法を適用することにより、パネル構造体の第2縁部に割れが生じることを抑えることができることがわかる。
本発明は上記実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることは当然可能である。
例えば、上記実施形態では、パネル構造体として、アウタパネル及びインナパネルの2枚の板部材を用いるものとしたが、これに限らず、前記板部材を3枚以上としても本発明に係るパネル構造体を実施することはできる。
また、上記実施形態のパネル構造体については、自動車後部ドアを例示して説明したが、これに限らず、その他の箇所についても適用可能となることはもちろんである。例えば、パネル構造体の適用箇所としては、図10及び図11に示すように、自動車前部ドア44、ボンネット46、トランク48等を挙げることができる。このような場合、本実施形態のパネル構造体の第2縁部と同じ構成の縁部H2と、巻き締め加工を施した縁部H1とを組み合わせてもよい。例えば、自動車前部ドア44の車体本体50に接続される縁部44a、ボンネット46のフロントガラス52と対峙する縁部46a、及び、トランク48のリアガラス54と対峙する縁部48aついては、巻き締め加工を施すとよい。
本発明に係るパネル構造体は、カール成形のみを施した縁部を成形して用いてもよく、必ずしもシーム成形まで行う必要はない。
また、本発明に係るパネル構造体及びその製造方法は、自動車以外の製品に対しても適用できることはもちろんである。
10…自動車後部ドア 12…インナパネル
14…アウタパネル 16…パネル構造体
20…縁部 30a、30b…端部
32…第1相当縁部 34…第2相当縁部
36…平坦部(パネル本体) 38…フランジ部
40…折り返し部位 42…頂部

Claims (5)

  1. パネル本体及び該パネル本体に連なるフランジ部を有する第1板部材と、
    前記第1板部材に重ねられた第2板部材と、を備え、
    前記フランジ部は、前記パネル本体との境界部から該フランジ部の端部にかけて湾曲すると共に、前記第2板部材の端部を覆うことを特徴とするパネル構造体。
  2. 前記パネル本体及び該パネル本体に連なるフランジ部を有する第1板部材に第2板部材を重ねる位置決め工程と、
    前記フランジ部と前記パネル本体との境界部から前記フランジ部の端部までが湾曲されるように該フランジ部を折り曲げることにより、前記第1板部材にて前記第2板部材を挟み込む折り曲げ工程と、を備えることを特徴とするパネル構造体の製造方法。
  3. 請求項2記載のパネル構造体の製造方法において、
    前記折り曲げ工程は、前記フランジ部をカール加工するカール成形工程と、カール成形された該フランジ部を前記パネル本体の板厚方向に押圧するシーム成形工程と、を有していることを特徴とするパネル構造体の製造方法。
  4. 請求項3記載のパネル構造体の製造方法において、
    前記シーム成形工程は、前記フランジ部の端部を前記第2板部材に当接させることを特徴とするパネル構造体の製造方法。
  5. 請求項4記載のパネル構造体の製造方法において、
    前記第2板部材に当接する前記フランジ部の端部が、前記第2板部材に接触している面に連なる角部であることを特徴とするパネル構造体の製造方法。
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