JP2015071357A - Frame member for automobile - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属製の中空閉断面部材を熱間三次元曲げ加工した自動車用フレーム部材に関する。 The present invention relates to an automobile frame member obtained by hot three-dimensional bending of a metal hollow closed section member.
閉断面に曲げ加工した鋼板の両端の接合フランジを相互に溶接して直線状の鋼管を製造し、この鋼管を高周波電流が流れるコイルで加熱しながら曲げ加工した後に急冷することで、湾曲しながら一体に連続する自動車のAピラー、ルーフサイドレールおよびCピラーを製造するものが、下記特許文献1により公知である。 A straight steel pipe is manufactured by welding welded flanges at both ends of a steel sheet bent into a closed cross section, and the steel pipe is bent while being heated with a coil through which a high-frequency current flows. An apparatus for manufacturing an A-pillar, a roof side rail, and a C-pillar of a continuous automobile is known from Patent Document 1 below.
ところで、上記特許文献1に記載された三次元曲げ加工装置で閉断面の鋼管を曲げ加工するとき、鋼管の曲げ方向外側部分には引張荷重が加わり、鋼管の曲げ方向内側部分には圧縮荷重が加わるが、圧縮荷重が加わる曲げ方向内側部分で鋼管が座屈して皺が発生する問題があった。 By the way, when a steel pipe having a closed cross section is bent by the three-dimensional bending apparatus described in Patent Document 1, a tensile load is applied to the outer part in the bending direction of the steel pipe, and a compressive load is applied to the inner part in the bending direction of the steel pipe. In addition, there was a problem in that the steel pipe buckled at the inner side in the bending direction where a compressive load was applied, causing wrinkles.
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、金属製の中空閉断面部材を熱間三次元曲げ加工する際に、中空閉断面部材の曲げ方向内側部分に皺が寄るのを防止することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and prevents the inner closed portion of the hollow closed cross-section member from being wrinkled when hot three-dimensional bending is performed on the metal hollow closed cross-section member. With the goal.
上記目的を達成するために、請求項1に記載された発明によれば、金属製の中空閉断面部材を熱間三次元曲げ加工した自動車用フレーム部材であって、前記中空閉断面部材は、湾曲方向外側に位置する外壁と、湾曲方向内側に位置する第1内壁および第2内壁とを有する三角形断面に構成され、前記第1内壁および前記第2内壁には前記中空閉断面部材の断面内に向かって凹む溝状断面のビードが形成されることを特徴とする自動車用フレーム部材が提案される。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, there is provided an automotive frame member obtained by hot three-dimensional bending of a metal hollow closed cross-section member, The outer wall located on the outer side in the bending direction, and the first inner wall and the second inner wall located on the inner side in the bending direction are configured in a triangular cross section, and the first inner wall and the second inner wall are formed in the cross section of the hollow closed section member. An automobile frame member is proposed in which a bead having a groove-like cross section recessed toward the surface is formed.
また請求項2に記載された発明によれば、請求項1の構成に加えて、前記中空閉断面部材は自動車のルーフサイドレールであり、上方ないし車幅方向外側を向く前記外壁には、一対の側壁および底壁を有するU字状断面の溝部が形成されることを特徴とする自動車用フレーム部材が提案される。 According to the second aspect of the present invention, in addition to the configuration of the first aspect, the hollow closed cross-section member is a roof side rail of an automobile, and a pair of the outer walls facing upward or in the vehicle width direction are provided on the outer wall. An automobile frame member is proposed in which a U-shaped groove having a side wall and a bottom wall is formed.
また請求項3に記載された発明によれば、請求項2の構成に加えて、下方ないし車幅方向外側を向く前記第1内壁と、車幅方向内側を向く前記第2内壁とが連続する頂部に、前記ルーフサイドレールを覆うルーフサイドアウタパネルを支持するブラケットの取付面を形成し、前記ビードの少なくとも一つを前記取付面に隣接して配置したことを特徴とする自動車用フレーム部材が提案される。
According to the invention described in
また請求項4に記載された発明によれば、請求項3の構成に加えて、前記外壁と前記第2内壁との接合部に接合フランジを備え、前記接合フランジの上面に、前記ルーフサイドアウタパネルの車幅方向内端を下方に折り曲げた第1段部と、ルーフパネルの車幅方向外端を下方に折り曲げた第2段部とを接続し、前記第1段部の上端を前記第2段部の上端よりも高くしたことを特徴とする自動車用フレーム部材が提案される。
According to the invention described in claim 4, in addition to the configuration of
また請求項5に記載された発明によれば、請求項2〜請求項4の何れか1項の構成に加えて、前記外壁は、車幅方向内側に位置して上方を向く第1部分と、車幅方向外側に位置して上方ないし車幅方向外側を向く第2部分とからなることを特徴とする自動車用フレーム部材が提案される。
According to the invention described in claim 5, in addition to the structure of any one of
また請求項6に記載された発明によれば、請求項1の構成に加えて、前記中空閉断面部材は自動車のフロントピラーであり、前方ないし車幅方向外側を向く前記外壁と、後方ないし車幅方向外側を向く前記第1内壁と、車幅方向内側を向く前記第2内壁とを備え、前記外壁と前記第2内壁とが接続される頂部にフロントガラスの車幅方向外端が接着される接合フランジを設けたことを特徴とする自動車用フレーム部材が提案される。 According to a sixth aspect of the present invention, in addition to the configuration of the first aspect, the hollow closed cross-section member is a front pillar of an automobile, the outer wall facing the front or the vehicle width direction outside, and the rear or the vehicle. The vehicle includes a first inner wall facing outward in the width direction and a second inner wall facing inward in the vehicle width direction, and an outer end in the vehicle width direction of the windshield is bonded to a top portion where the outer wall and the second inner wall are connected. An automobile frame member characterized by providing a joining flange is proposed.
尚、実施の形態のAピラーアッパ30は本発明のフロントピラーあるいは中空閉断面部材に対応し、実施の形態のルーフサイドレール33は本発明の中空閉断面部材に対応し、実施の形態の第2平坦部55は本発明の取付面に対応し、実施の形態の下壁56cは本発明のブラケットに対応する。
The A-pillar upper 30 of the embodiment corresponds to the front pillar or the hollow closed section member of the present invention, and the
請求項1の構成によれば、熱間三次元曲げ加工した金属製の中空閉断面部材が、湾曲方向外側に位置する外壁と、湾曲方向内側に位置する第1内壁および第2内壁とを有する三角形断面に構成されるので、熱間三次元曲げ加工時に圧縮側となる第1内壁および第2内壁に皺が発生し易くなるが、第1内壁および第2内壁には中空閉断面部材の断面内に向かって凹む溝状断面のビードが形成されるので、ビードにより第1内壁および第2内壁の面外変形を抑制して皺の発生を防止することができる。 According to the configuration of the first aspect, the hot three-dimensional bent metal hollow closed cross-section member has an outer wall located on the outer side in the bending direction, and a first inner wall and a second inner wall located on the inner side in the bending direction. Since it has a triangular cross section, wrinkles are likely to occur on the first inner wall and the second inner wall on the compression side during hot three-dimensional bending, but the first inner wall and the second inner wall have a cross section of a hollow closed section member. Since the bead having a groove-shaped cross section that is recessed inward is formed, it is possible to suppress the out-of-plane deformation of the first inner wall and the second inner wall by the bead and to prevent generation of wrinkles.
また請求項2の構成によれば、中空閉断面部材は自動車のルーフサイドレールであり、ルーフサイドレールの上方ないし車幅方向外側を向く外壁には、一対の側壁および底壁を有するU字状断面の溝部が形成されるので、自動車が事故で横転したような場合にルーフサイドレールに荷重が加わっても、その剛性がU字状断面の溝部で高められることでルーフサイドレールが変形し難くなる。 According to the second aspect of the present invention, the hollow closed cross-section member is a roof side rail of an automobile, and the outer wall facing the upper side of the roof side rail or the outside in the vehicle width direction has a U-shape having a pair of side walls and a bottom wall. Since the groove of the cross section is formed, even if a load is applied to the roof side rail when the car rolls over due to an accident, the rigidity of the roof side rail is enhanced by the groove of the U-shaped cross section, and the roof side rail is difficult to deform. Become.
また請求項3の構成によれば、ルーフサイドレールの下方ないし車幅方向外側を向く第1内壁と、ルーフサイドレールの車幅方向内側を向く第2内壁とが連続する頂部に、ルーフサイドレールを覆うルーフサイドアウタパネルを支持するブラケットの取付面を形成したので、熱間三次元曲げ加工時に取付面に皺が発生し易くなるが、ビードの少なくとも一つを取付面に隣接して配置したので、ビードにより取付面の面外変形を抑制して皺の発生を防止することができる。
According to the configuration of
また請求項4の構成によれば、ルーフサイドレールの外壁と第2内壁とを接合する接合フランジを備え、接合フランジの上面に、ルーフサイドアウタパネルの車幅方向内端を下方に折り曲げた第1段部と、ルーフパネルの車幅方向外端を下方に折り曲げた第2段部とを接続し、第1段部の上端を第2段部の上端よりも高くしたので、自動車の外側からルーフ部を見たときに、ルーフサイドアウタパネルの第1段部の陰に隠れてルーフサイドアウタパネルおよびルーフパネルの接合部が見え難くなり、前記接合部を覆い隠すモールを廃止することができる。 According to the fourth aspect of the present invention, the first flange is provided with a joint flange for joining the outer wall of the roof side rail and the second inner wall, and the inner end in the vehicle width direction of the roof side outer panel is bent downward on the upper surface of the joint flange. Since the stepped portion and the second stepped portion where the outer end of the roof panel in the vehicle width direction is bent downward are connected, the upper end of the first stepped portion is made higher than the upper end of the second stepped portion. When the part is viewed, the roof side outer panel and the joined part of the roof panel are difficult to see behind the first step part of the roof side outer panel, and the molding that covers the joined part can be eliminated.
また請求項5の構成によれば、ルーフサイドレールの外壁は、車幅方向内側に位置して上方を向く第1部分と、車幅方向外側に位置して上方ないし車幅方向外側を向く第2部分とからなるので、ルーフサイドレールの断面積を拡大して曲げ剛性を高めることができる。 According to the fifth aspect of the present invention, the outer wall of the roof side rail is located on the inner side in the vehicle width direction and faces upward, and the outer wall of the roof side rail is located on the outer side in the vehicle width direction and faces upward or outward in the vehicle width direction. Since it consists of two parts, the cross-sectional area of a roof side rail can be expanded and bending rigidity can be improved.
また請求項6の構成によれば、中空閉断面部材は自動車のフロントピラーであり、前方ないし車幅方向外側を向く外壁と、後方ないし車幅方向外側を向く第1内壁と、車幅方向内側を向く第2内壁とを備えるので、車室内の乗員の視線の方向が第1内壁および第2内壁と略平行になり、フロントピラーに遮られることなく乗員の視野を最大限に拡大することができる。しかも外壁と第2内壁とが接続される頂部にフロントガラスの車幅方向外端が接着される接合フランジを設けたので、元々乗員の視線を遮るフロントガラスの車幅方向外端に接合フランジを重ねることで、接合フランジを設けたことによる視野の減少を回避することができる。 According to the configuration of claim 6, the hollow closed cross-section member is a front pillar of an automobile, an outer wall facing forward or in the vehicle width direction, a first inner wall facing rearward or in the vehicle width direction, and an inner side in the vehicle width direction. The direction of the line of sight of the occupant in the vehicle interior is substantially parallel to the first inner wall and the second inner wall, so that the occupant's field of view can be maximized without being blocked by the front pillar. it can. Moreover, since the joint flange to which the outer end in the vehicle width direction of the windshield is bonded is provided at the top where the outer wall and the second inner wall are connected, the joint flange is originally attached to the outer end in the vehicle width direction of the windshield that obstructs the sight of the occupant. By overlapping, it is possible to avoid a reduction in visual field due to the provision of the joint flange.
以下、図1〜図4に基づいて本発明の実施の形態を説明する。尚、本明細書において、前後方向、左右方向(車幅方向)、上下方向とは、運転席に着座した乗員を基準として定義される。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. In the present specification, the front-rear direction, the left-right direction (vehicle width direction), and the up-down direction are defined with reference to an occupant seated in the driver's seat.
図1に示すように、自動車の側部の車体フレームは、車幅方向外側において前後方向に配置された左右一対のサイドシル13,13を備える。左右のサイドシル13,13の前端から左右一対のAピラー(フロントピラー)ロア24,24が起立し、左右のサイドシル13,13の前後方向中間部から左右一対のBピラー(センターピラー)25,25が起立し、左右のサイドシル13,13の後端から左右一対のCピラー(リヤピラー)26,26が起立し、左右のリヤサイドフレーム14,14の後端から左右一対のDピラー27,27が起立する。
As shown in FIG. 1, the vehicle body frame on the side portion of the automobile includes a pair of left and
Aピラーアッパ30の後端からルーフサイドレール33が後方に延びている。本実施の形態のAピラーアッパ30およびルーフサイドレール33は、1本の直線状の鋼管40を熱間三次元曲げ加工装置で曲げ加工することで一体に形成される。図1に拡大して示すように、Aピラーアッパ30およびルーフサイドレール33を構成する鋼管40は、1枚の鋼板をロールフォーミング加工により折り曲げ、その両端の接合フランジを溶接W1することで閉断面に構成される。
A
図4は、閉断面を有する鋼管40を曲げ加工すると同時に熱処理するための熱間三次元曲げ加工装置を示すものである。熱間三次元曲げ加工装置は周知の構造を有するもので、ロールフォーミング加工により閉断面に形成された鋼管40をその長手方向に送り出す鋼管送出装置41と、鋼管送出装置41の出口部に設けられた曲げ支点部材42と、曲げ支点部材42の下流側に設けられた高周波加熱コイル43と、高周波加熱コイル43の下流側に設けられた冷却装置44と、冷却装置44の下流側に設けられたロボットよりなる曲げ装置45とを備える。鋼管40は長手方向に一定の断面を有する直線状の部材であるが、それを高周波加熱用コイル43で加熱した状態で曲げ装置45で曲げモーメントを加えることで、曲げ支点部材42の下流位置で所定形状に湾曲させた後、冷却装置44から噴出する冷却水で急冷することで焼き入れ処理を行うことができる。
FIG. 4 shows a hot three-dimensional bending apparatus for bending and heat treating a
図2はルーフサイドレール33の断面を示すもので、鋼管40を曲げ加工したルーフサイドレール33は、外壁51、第1内壁52および第2内壁53からなる三角形状の断面を有しており、外壁51の端部に設けた接合フランジ51aと第2内壁53の端部に設けた接合フランジ53aとが重ね合わされて溶接W1される。外壁51は上方ないし車幅方向外側を向き、第1内壁52は下方ないし車幅方向外側を向き、第2内壁53は車幅方向内側を向いており、接合フランジ51a,53aは車幅方向内側に延びている。
FIG. 2 shows a cross section of the
外壁51および第1内壁52が連続する部分は車幅方向外側を向く第1平坦部54が形成され、第1内壁52および第2内壁53が連続する部分は下方を向く第2平坦部55が形成される。外壁51の車幅方向内端部には、断面の内側に凹むU字状断面の溝部51bが形成される。第1内壁52には断面の内側に凹む円弧状断面の2本のビード52a,52bが形成され、そのうちの1本のビード52bは第2平坦部55に隣接している。第2内壁53には断面の内側に凹む円弧状断面の1本のビード53bが形成される。
A portion where the
ルーフサイドレール33の車幅方向外側が、上壁56a、側壁56bおよび下壁56cを有するコ字状断面のルーフサイドアウタパネル56で覆われており、上壁56aの車幅方向内端がルーフサイドレール33の接合フランジ51a,53aの上面に重ね合わされて溶接W2される。そしてルーフサイドアウタパネル56の上壁56aの車幅方向内端を下向きに折り曲げた第1段部56eの先端と、ルーフパネル57の車幅方向外端を下向きに折り曲げた第2段部57aの先端とが重ね合わされ、前記溶接W2の近傍で溶接W3される。ルーフサイドアウタパネル56の第1段部56eの上端の高さは、ルーフパネル57の第2段部57aの上端の高さよりも高くなっている。またルーフサイドレール33の第2平坦部55にルーフサイドアウタパネル56の下壁56cの車幅方向内端が溶接W4される。
The outer side in the vehicle width direction of the
ルーフサイドレール33の第2内壁53の車幅方向内面に、インフレータ58および折り畳んだエアバッグ59よりなるサイドエアバッグ装置60が設けられており、そのサイドエアバッグ装置60やルーフパネル57がルーフライニング61で覆われる。
A
図3は、図2に示すルーフサイドレール33の前端から前下方に向かって一体に延びるAピラーアッパ30の断面を示すもので、ルーフサイドレール33の断面とAピラーアッパ30の断面とは同一である。ただし、ルーフサイドレール33の車幅方向内側にはルーフパネル57が接続されるのに対し、Aピラーアッパ30の車幅方向内端の接合フランジ51a,53aには接着剤62を介してフロントガラス63の車幅方向外端部が接着される。
FIG. 3 shows a cross section of the A pillar upper 30 integrally extending from the front end of the
次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。 Next, the operation of the embodiment of the present invention having the above configuration will be described.
図2から明らかなように、熱間三次元曲げ加工装置でルーフサイドレール33(あるいはAピラーアッパ30)の素材である鋼管40を曲げ加工するとき、その曲げ中心Qに対してルーフサイドレール33の外壁51は径方向外側に位置し、第1内壁52および第2内壁53は径方向内側に位置している。従って、ルーフサイドレール33の断面二次モーメントの中心Pよりも曲げ中心Qの反対側に位置する外壁51および第2内壁53の上半部には引張荷重が作用し、前記断面二次モーメントの中心Pよりも曲げ中心Q側に位置する第2内壁53の下半部および第1内壁52には圧縮荷重が作用することになる。
As is apparent from FIG. 2, when the
引張荷重が加わる部分では、ルーフサイドレール33の板材が容易に伸び変形して皺が発生することはないが、圧縮荷重が加わる部分では、ルーフサイドレール33の板材が座屈し易いために皺が発生する可能性がある。特に、曲げ中心Qに近いために圧縮変形量が大きい部分、つまり第1内壁52および第2内壁53が接続する部分に皺が発生し易くなる。しかしながら、本実施の形態によれば、ルーフサイドレール33の曲げ加工時に圧縮力が作用する第1内壁52および第2内壁53に断面円弧状のビード52a,52b,53bを形成したので、これらのビード52a,52b,53bで第1内壁52および第2内壁53の剛性を高め、曲げ加工時の皺の発生を効果的に防止することができる。
In the portion where the tensile load is applied, the plate material of the
またルーフサイドアウタパネル56の下壁56cがルーフサイドレール33に接続される第2平坦部55は曲げ中心Qに最も近いために圧縮変形量が最大になるが、その第2平坦部55に隣接するよう第2に第1内壁52のビード52bが形成されるので、第2平坦部55の面外変形を抑制して皺の発生を防止することができる。
Further, the second
また事故等で車体が横転してルーフサイドレール33の外壁51に荷重が加わったような場合に、外壁51に一対の側壁および底壁を有する断面U字状の溝部51bを形成したので、荷重の作用方向に延びる前記一対の側壁によって外壁51の剛性を高められることで、ルーフサイドレール33の変形を抑制することができる。更に、ルーフサイドレール33の外壁51は、車幅方向内側に位置して上方を向く第1部分51cと、車幅方向外側に位置して上方ないし車幅方向外側を向く第2部分51dとを形成したので、ルーフサイドレール33の外壁51を外向きに湾曲させて断面積を拡大し、曲げ剛性を更に増加させることができる。
Further, when a load is applied to the
またルーフサイドアウタパネル56の車幅方向内端の第1段部56eの近傍と、ルーフパネル57の車幅方向外端の第2段部57aの近傍とが重ね合わされて溶接W3されるが、その際に第1段部56eの上端を第2段部57aの上端よりも高くしたので、自動車の外側からルーフ部を見たときに、ルーフサイドアウタパネル56の第1段部56eの陰に隠れてルーフサイドアウタパネル56およびルーフパネル57を溶接W3する接合部が見え難くなり、前記接合部を覆い隠すためのモールを廃止してコストダウンを図ることができる。
The vicinity of the
図3から明らかなように、Aピラーアッパ30もルーフサイドレール33で同じ断面形状を有するため、ルーフサイドレール33と同様の作用効果を達成することができるが、それ以外に、以下のようなAピラーアッパ30としての独自の作用効果を達成することができる。
As apparent from FIG. 3, since the A pillar upper 30 also has the same cross-sectional shape as the
即ち、Aピラーアッパ30は、前方ないし車幅方向外側を向く外壁51と、後方ないし車幅方向外側を向く第1内壁52と、車幅方向内側を向く第2内壁53とを備えるので、車室内の乗員の視線の方向が第1内壁52および第2内壁53と略平行になり、Aピラーアッパ30に遮られることなく乗員の視野を最大限に拡大することができる。しかも外壁51と第2内壁53とが接続される頂部にフロントガラス63の車幅方向外端が接着される接合フランジ51a,53aを設けたので、元々乗員の視線が接着剤62で遮られるフロントガラス63の車幅方向外端に接合フランジ51a,53aを重ねることで、接合フランジ51a,53aを設けたことによる視野の減少を回避することができる。
That is, the A-pillar upper 30 includes an
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。 The embodiments of the present invention have been described above, but various design changes can be made without departing from the scope of the present invention.
例えば、本発明の中空閉断面部材は実施の形態のルーフサイドレール33やAピラーアッパ30に限定されるものではない。
For example, the hollow closed cross-section member of the present invention is not limited to the
また本発明のビードの断面形状は必ずしも円弧状である必要はなく、三角形状や台形状等の任意の溝形状を採用することができるが、円弧状のビードは荷重を分散し易く、かつ加工が容易である点で優れている。 In addition, the cross-sectional shape of the bead of the present invention is not necessarily an arc shape, and an arbitrary groove shape such as a triangular shape or a trapezoidal shape can be adopted. However, an arc-shaped bead easily disperses a load and is processed. Is excellent in that it is easy.
30 Aピラーアッパ(フロントピラー、中空閉断面部材)
33 ルーフサイドレール(中空閉断面部材)
51 外壁
51a 接合フランジ
51b 溝部
51c 第1部分
51d 第2部分
52 第1内壁
52a ビード
52b ビード
53 第2内壁
53a 接合フランジ
53b ビード
55 第2平坦部(取付面)
56 ルーフサイドアウタパネル
56c 下壁(ブラケット)
56e 第1段部
57 ルーフパネル
57a 第2段部
63 フロントガラス
30 A pillar upper (front pillar, hollow closed section member)
33 Roof side rail (hollow closed section member)
51
56 Roof side
56e
Claims (6)
前記中空閉断面部材(33,30)は、湾曲方向外側に位置する外壁(51)と、湾曲方向内側に位置する第1内壁(52)および第2内壁(53)とを有する三角形断面に構成され、前記第1内壁(52)および前記第2内壁(53)には前記中空閉断面部材(33,30)の断面内に向かって凹む溝状断面のビード(52a,52b,53b)が形成されることを特徴とする自動車用フレーム部材。 An automotive frame member obtained by hot three-dimensional bending a metal hollow closed section member (33, 30),
The hollow closed cross-section members (33, 30) are configured to have a triangular cross section having an outer wall (51) positioned on the outer side in the bending direction, and a first inner wall (52) and a second inner wall (53) positioned on the inner side in the bending direction. The first inner wall (52) and the second inner wall (53) are formed with grooves (52a, 52b, 53b) having groove-like cross sections that are recessed toward the inside of the cross section of the hollow closed cross-section member (33, 30). An automobile frame member characterized by being made.
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