JP2017127890A - 構造体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高い固着強度で管状部材に他の部材が固着され、固着箇所における耐振性が向上された構造体を製造することが可能な構造体の製造方法を提供する。【解決手段】金属管からなる管状のビーム部材２の外周にブラケット部材３が取り付けられたレインフォース１からなる構造体の製造方法であって、ブラケット部材３に形成された取付孔３ａにビーム部材２を挿通させてビーム部材２の外周にブラケット部材３を配置する部材配置工程と、ビーム部材２を拡管させてビーム部材２の外周面をブラケット部材３に固着させる固着工程と、ビーム部材２の外周面とブラケット部材３の取付孔３ａの内周面との固着箇所Ａにおける軸方向の両端部Ａｔを周方向へわたって覆うように補強材１１を充填する補強材充填工程と、を含む。【選択図】図５

Description

本発明は、金属管からなる管状部材の外周に他の部材が取り付けられた構造体の製造方法に関する。

自動車の部品は、コストや溶接などの施工性の観点から鋼部材が多く用いられている。近年の燃費の向上の要求から、鋼部材の一部を軽量な部材で置き換えることが行われており、パネル部材の他、フレーム部材にもそのような軽量化部材を適用することが検討されている。このような軽量構造部材としては、アルミニウム合金が好適に用いられる。

ところで、フレーム部材にブラケット部材を溶接して固着すると、溶接時の熱によってフレーム部材が熱変形するおそれがある。このため、溶接時の熱変形を抑止する固着方法として、管状部材を拡管させることで、その外周側のブラケット部材を固着させるかしめによる固着が検討されている。

このかしめによる固着方法としては、例えば、管状部材の内部に水等の液体を充填し、その液体の圧力によって管状部材を拡管させ、外周側のブラケット部材を固着させる液圧成形がある（例えば、特許文献１参照）。また、管状部材を機械的に内側から広げて外周側のブラケット部材を固着させる機械成形も知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００６−２６４４４４号公報 特開２０１０−５１９７２号公報

このようなかしめによる固着方法は、溶接による固着方法と比較して熱歪が発生しないため精度の高い構造体を得ることができる。一方で、インストルメントパネル内に設けられるレインフォースなどの構造体では、車両走行中の振動が付与された際に、固着箇所の端部に繰り返し荷重がかかることがある。このため、固着箇所での固着強度を高め、耐振性を向上させることが求められている。

本発明は、高い固着強度で管状部材に他の部材が固着され、固着箇所における耐振性が向上された構造体を製造することが可能な構造体の製造方法を提供することを目的としている。

本発明は下記構成からなる。
金属管からなる管状部材の外周に他の部材が取り付けられた構造体の製造方法であって、
前記他の部材に形成された取付孔に前記管状部材を挿通させて前記管状部材の外周に前記他の部材を配置する部材配置工程と、
前記管状部材を拡管させて前記管状部材の外周面を前記他の部材に固着させる固着工程と、
前記管状部材の外周面と前記他の部材の取付孔の内周面との固着箇所における軸方向の両端部を周方向へわたって覆うように補強材を充填する補強材充填工程と、
を含むことを特徴とする構造体の製造方法。
また、前記補強材として、樹脂を用いてもよい。
また、前記補強材充填工程において、前記固着箇所の両端部を覆う金型を配置し、前記金型と前記固着箇所の両端部との間に溶融樹脂を射出することであってもよい。
また、前記固着工程において、前記管状部材の内部に配置させたコイルに通電することで発生する電磁力により前記管状部材を拡管する電磁成形を行うことであってもよい。
また、前記固着工程において、前記管状部材の内部に充填した液体の圧力で前記管状部材を拡管させる液圧成形、または、周方向に分割された複数の分割体を前記管状部材の内部に配置し、前記分割体の配置の中心に楔を挿し込んで前記分割体を径方向外方へ変位させることで前記管状部材を拡管させる機械成形を行うことであってもよい。

本発明の構造体の製造方法によれば、高い固着強度で管状部材に他の部材が固着され、固着箇所における耐振性が向上された構造体を製造することができる。

本発明の構造体の製造方法によって製造する構造体の一例であるレインフォースの斜視図である。 本発明に係る構造体の製造方法の部材配置工程を説明する工程説明図で、ビーム部材の軸方向に沿う概略断面図である。 本発明に係る構造体の製造方法の固着工程を説明する工程説明図で、ビーム部材のかしめ前における軸方向に沿う概略断面図である。 本発明に係る構造体の製造方法の固着工程を説明する工程説明図で、ビーム部材のかしめ後における軸方向に沿う概略断面図である。 本発明に係る構造体の製造方法の補強材充填工程を説明する工程説明図で、ビーム部材の軸方向に沿う概略断面図である。 本発明に係る構造体の製造方法の射出成形による補強材充填工程を説明する工程説明図で、ビーム部材の軸方向に沿う概略断面図である。 本発明に係る構造体の製造方法によって補強された構造体の変形例を示すビーム部材の軸方向に沿う概略断面図である。 本発明に係る構造体の製造方法の液圧成形による固着工程を説明する工程説明図で、ビーム部材の軸方向に沿う概略断面図である。 本発明に係る構造体の製造方法の機械成形による固着工程を説明する工程説明図で、ビーム部材の軸方向に沿う概略断面図である。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は、構造体の一例であるレインフォースの斜視図である。

ここでの構造体は、自動車等の車両のインストルメントパネル内に設けられるレインフォース１を一例として説明するが、これに限らない。

図１に示すように、レインフォース１は、管状部材であるビーム部材２と、このビーム部材２の外周に設けられた他の部材であるブラケット部材３とを有している。ビーム部材２は、長尺円筒状に形成されている。このビーム部材２には、レインフォース１を車両のボディに固定するための固定部材４及びレインフォース１にステアリングを支持させる支持部材５が固定される。

このビーム部材２は、非磁性体の金属管であり、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる押出材である。ブラケット部材３は、例えば、インストルメントパネルを構成する部材等に固定される。ブラケット部材３は、アルミニウムまたはアルミニウム合金などの金属材料から形成されたもので、例えば、鋳物あるいは展伸材である。なお、ブラケット部材３としては、アルミニウムまたはアルミニウム合金に限らず他の金属材料であってもよく、また、硬質樹脂材料から形成されたものでもよい。ブラケット部材３は、ビーム部材２の外周に一体的に設けられている。ビーム部材２は、ブラケット部材３の固着箇所が、径方向外方へ拡径された拡径部６とされている。

次に、ビーム部材２の外周にブラケット部材３が設けられた上記構造のレインフォース１の製造方法を、その工程毎に説明する。

（部材配置工程）
図２は、部材配置工程を説明する工程説明図で、ビーム部材の軸方向に沿う概略断面図である。
拡径部６を成形する前のビーム部材２を用意し、このビーム部材２をブラケット部材３に形成された取付孔３ａに挿通させる。そして、ビーム部材２の外周における軸方向の所定位置にブラケット部材３を配置する。

（固着工程）
外周にブラケット部材３を配置させたビーム部材２を拡管して拡径部６を形成する。これにより、このビーム部材２の外周にブラケット部材３をかしめて固着する。

以下、ビーム部材２を電磁成形によって拡管させる場合について説明する。
図３及び図４は、固着工程を説明する工程説明図で、図３はビーム部材のかしめ前における軸方向に沿う概略断面図、図４はビーム部材のかしめ後における軸方向に沿う概略断面図である。
まず、図３に示すように、ビーム部材２の内部にコイル２１を挿入し、拡管させる箇所にコイル２１を配置させる。コイル２１は、ボビン部２１ａと導体素線２１ｂとを備えている。ボビン部２１ａは絶縁性樹脂を棒状に形成したもので、このボビン部２１ａの周囲に導体素線２１ｂが巻回されている。導体素線２１ｂは、矩形または正方形の断面形状を有しており、その周囲は、絶縁性物質２１ｃで覆われている。そして、このコイル２１をビーム部材２の内部に挿入した状態でコイル２１に瞬間的に大電流を流して電磁力を発生させる。すると、ビーム部材２は、コイル２１の配置箇所が電磁力で径方向外方へ均等に拡がり、拡径部６が形成される。これにより、図４に示すように、ビーム部材２は、その外周面がブラケット部材３の取付孔３ａに押し付けられる。したがって、ビーム部材２には、その軸方向の所定位置にブラケット部材３がかしめられて固着される。

（補強材充填工程）
図５は補強材充填工程を説明する工程説明図で、ビーム部材の軸方向に沿う概略断面図である。
図５に示すように、ビーム部材２の外周面とブラケット部材３の取付孔３ａの内周面との固着箇所Ａにおける軸方向の両端部Ａｔに、この両端部Ａｔを覆うように補強材１１を充填する。すると、補強材１１は、ビーム部材２の外周面とブラケット部材３の取付孔３ａの内周面との固着箇所Ａの微小な隙間に入り込み、その後硬化する。これにより、ビーム部材２の外周面とブラケット部材３の取付孔３ａの内周面との固着箇所Ａが補強材１１によって隙間なく密着された状態に維持される。

この補強材１１としては、例えば、樹脂、はんだ等のろう材、接着材あるいはシール材などがある。具体的には、ビーム部材２及びブラケット部材３よりも低融点の樹脂やろう材を溶融させた状態で固着箇所Ａの端部Ａｔを覆うように充填したり、固着箇所Ａの端部Ａｔに接着材やシール材を塗布する。

補強材１１として、樹脂を用いる場合は、射出成形によって固着箇所Ａの端部Ａｔを覆うように充填するのが好ましい。

図６は、射出成形による補強材充填工程を説明する工程説明図で、ビーム部材の軸方向に沿う概略断面図である。
図６に示すように、射出成形によって固着箇所Ａの端部Ａｔに樹脂を充填するには、まず、ビーム部材２の外周に金型３１を配置させ、この金型３１をビーム部材２に固着されたブラケット部材３に密着させる。この金型３１には、内周面とブラケット部材３へ密着させる面との角部に、周方向にわたってテーパ部３２が形成されている。したがって、この金型３１をビーム部材２の外周に配置させることで、金型３１と固着箇所Ａの端部Ａｔとの間に射出空間Ｓが形成される。そして、この射出空間Ｓへ、金型３１に形成されたゲート孔３１ａを通して補強材１１となる溶融樹脂を充填して硬化させる。これにより、固着箇所Ａの端部Ａｔが樹脂からなる補強材１１によって覆われ、固着箇所Ａが補強される。

このように、上記実施形態に係る構造体の製造方法によれば、管状部材であるビーム部材２を拡管させてブラケット部材３にかしめて固着するので、溶接で固着する場合と比較し、熱歪をなくすことができ、高い取付精度でブラケット部材３を固着することができる。

しかも、ビーム部材２の外周面とブラケット部材３の取付孔３ａの内周面との固着箇所Ａにおける軸方向の両端部Ａｔを覆うように補強材１１を充填することで、補強材１１によって固着箇所Ａを隙間なく密着させた状態に維持させることができる。これにより、ビーム部材２とブラケット部材３とのかしめ部分での固着強度及び耐振性を高めることができる。したがって、車両走行中に付与される振動に対しても十分な耐振性を得ることができる。

なお、上記実施形態では、ブラケット部材３の幅寸法の範囲でビーム部材２を拡管させて拡径部６を形成したが、ビーム部材２に、ブラケット部材３の幅寸法よりも軸方向に長い拡径部６をビーム部材２に形成しても良い。この場合、図７に示すように、拡管されるビーム部材２は、ブラケット部材３の両側において拘束されないため、ブラケット部材３の両側で盛り上がることとなる。この場合も、ビーム部材２の外周面とブラケット部材３の取付孔３ａの内周面との固着箇所Ａにおける軸方向の両端部Ａｔを覆うように補強材１１を充填することで、補強材１１によって固着箇所Ａを隙間なく密着させた状態に維持させることができる。

また、本製造方法によれば、補強材１１として樹脂を用いれば、樹脂からなる補強材１１によって、ビーム部材２の外周面とブラケット部材３の取付孔３ａの内周面との固着箇所Ａでの密着状態を維持させることができる。

しかも、補強材１１として樹脂を用いる場合、補強材充填工程において、固着箇所Ａの両端部Ａｔを覆う金型３１と固着箇所Ａの両端部Ａｔとの間に溶融樹脂を射出する射出成形によって、ビーム部材２の外周面とブラケット部材３の取付孔３ａの内周面との固着箇所Ａを成形した樹脂で容易に補強することができる。特に、射出成形で補強する場合、ポリプロピレン等の強度や成形性の高い樹脂を容易に用いることができ、また、強度を高めるための充填材を併用することで、さらに高強度に補強することができる。

また、固着工程において、ビーム部材２の内部に配置させたコイル２１に通電することで発生する電磁力によりビーム部材２を拡管する電磁成形を行う場合では、容易にかつ必要な箇所を部分的に拡管させることができ、ビーム部材２の外周にブラケット部材３を確実に固着させることができる。特に、ビーム部材２がアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属管である場合には、電磁成形によって拡管することが生産性などの観点から好ましい。

なお、上記実施形態では、固着工程において、電磁成形によってビーム部材２を拡管させたが、ビーム部材２を拡管させる拡管手段としては、電磁成形に限らず、液圧成形または機械成形によるものでもよい。

液圧成形によって固着工程を行う場合、まず、拡径部６を成形する前のビーム部材２をブラケット部材３に形成された取付孔３ａに挿通させる（図２参照）。次いで、図８に示すように、ビーム部材２の内部に水等の液体５１を充填し、ビーム部材２に内圧を付与する。すると、ビーム部材２は、液体５１の圧力によって拡管し、その外周面がブラケット部材３の取付孔３ａの内周面に押し付けられ、これにより、ビーム部材２には、その軸方向の所定位置にブラケット部材３がかしめられて固着される。なお、液圧成形で拡管させる場合、ビーム部材２は、その軸方向にわたって拡管されることとなる。

機械成形によって固着工程を行う場合、拡径部６を成形する前のビーム部材２をブラケット部材３に形成された取付孔３ａに挿通させる（図２参照）。次いで、図９に示すように、周方向に複数に分割（例えば、３分割）された分割体（マンドレル）６１をビーム部材２の内部における拡管させる所定位置に配置し、分割体６１の配置の中心に先細りの楔６２を挿し込む。すると、各分割体６１が径方向外方へ変位することで、ビーム部材２が分割体６１で径方向外方へ押圧されて拡管し、その外周面がブラケット部材３の取付孔３ａの内周面に押し付けられ、これにより、ビーム部材２には、その軸方向の所定位置にブラケット部材３がかしめられて固着される。

この液圧成形または機械成形の場合も、ビーム部材２を拡管させてビーム部材２の外周にブラケット部材３を容易にかつ確実に固着させることができる。なお、ビーム部材２の拡径手段としては、そのほかに、ビーム部材２の内部に気体を充填して圧力を付与してビーム部材２を拡管させるブロー成形によるものでも良い。

このように、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。

以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１） 金属管からなる管状部材の外周に他の部材が取り付けられた構造体の製造方法であって、
前記他の部材に形成された取付孔に前記管状部材を挿通させて前記管状部材の外周に前記他の部材を配置する部材配置工程と、
前記管状部材を拡管させて前記管状部材の外周面を前記他の部材に固着させる固着工程と、
前記管状部材の外周面と前記他の部材の取付孔の内周面との固着箇所における軸方向の両端部を周方向へわたって覆うように補強材を充填する補強材充填工程と、
を含むことを特徴とする構造体の製造方法。
この構造体の製造方法によれば、管状部材を拡管させて他の部材にかしめて固着するので、溶接で固着する場合と比較し、熱歪をなくすことができ、高い取付精度で他の部材を固着することができる。
しかも、管状部材の外周面と他の部材の取付孔の内周面との固着箇所における軸方向の両端部を周方向へわたって覆うように補強材を充填することで、補強材によって固着箇所を隙間なく密着させた状態に維持させることができる。これにより、管状部材と他の部材とのかしめ部分での固着強度及び耐振性を高めることができる。
（２） 前記補強材として、樹脂を用いる
ことを特徴とする（１）に記載の構造体の製造方法。
この構造体の製造方法によれば、樹脂からなる補強材によって容易に管状部材の外周面と他の部材の取付孔の内周面との固着箇所での密着状態を維持させることができる。
（３） 前記補強材充填工程において、前記固着箇所の両端部を覆う金型を配置し、前記金型と前記固着箇所の両端部との間に溶融樹脂を射出する
ことを特徴とする（２）に記載の構造体の製造方法。
この構造体の製造方法によれば、射出成形によって管状部材の外周面と他の部材の取付孔の内周面との固着箇所の両端部を樹脂で覆って固着箇所を補強することができる。特に、射出成形で樹脂を成形して補強する場合、ポリプロピレン等の強度や成形性の高い樹脂を用いることができ、また、強度を高めるための充填材を併用することで、さらに高強度に補強することができる。
（４） 前記固着工程において、前記管状部材の内部に配置させたコイルに通電することで発生する電磁力により前記管状部材を拡管する電磁成形を行う
ことを特徴とする（１）から（３）のいずれか一項に記載の構造体の製造方法。
この構造体の製造方法によれば、電磁成形によって管状部材を容易にかつ必要な箇所を部分的に拡管させることができ、管状部材の外周に他の部材を確実に固着させることができる。
（５） 前記固着工程において、前記管状部材の内部に充填した液体の圧力で前記管状部材を拡管させる液圧成形、または、周方向に分割された複数の分割体を前記管状部材の内部に配置し、前記分割体の配置の中心に楔を挿し込んで前記分割体を径方向外方へ変位させることで前記管状部材を拡管させる機械成形を行う
ことを特徴とする（１）から（３）のいずれか一項に記載の構造体の製造方法。
この構造体の製造方法によれば、液圧成形または機械成形によって管状部材を拡管させることで管状部材の外周に他の部材を容易にかつ確実に固着させることができる。

１ レインフォース（構造体）
２ ビーム部材（管状部材）
３ ブラケット部材（他の部材）
３ａ 取付孔
１１ 補強材
２１ コイル
３１ 金型
５１ 液体
６１ 分割体
６２ 楔
Ａ 固着箇所
Ａｔ 端部

Claims (5)

1. 金属管からなる管状部材の外周に他の部材が取り付けられた構造体の製造方法であって、
   前記他の部材に形成された取付孔に前記管状部材を挿通させて前記管状部材の外周に前記他の部材を配置する部材配置工程と、
   前記管状部材を拡管させて前記管状部材の外周面を前記他の部材に固着させる固着工程と、
   前記管状部材の外周面と前記他の部材の取付孔の内周面との固着箇所における軸方向の両端部を周方向へわたって覆うように補強材を充填する補強材充填工程と、
   を含むことを特徴とする構造体の製造方法。
2. 前記補強材として、樹脂を用いる
   ことを特徴とする請求項１に記載の構造体の製造方法。
3. 前記補強材充填工程において、前記固着箇所の両端部を覆う金型を配置し、前記金型と前記固着箇所の両端部との間に溶融樹脂を射出する
   ことを特徴とする請求項２に記載の構造体の製造方法。
4. 前記固着工程において、前記管状部材の内部に配置させたコイルに通電することで発生する電磁力により前記管状部材を拡管する電磁成形を行う
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の構造体の製造方法。
5. 前記固着工程において、前記管状部材の内部に充填した液体の圧力で前記管状部材を拡管させる液圧成形、または、周方向に分割された複数の分割体を前記管状部材の内部に配置し、前記分割体の配置の中心に楔を挿し込んで前記分割体を径方向外方へ変位させることで前記管状部材を拡管させる機械成形を行う
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の構造体の製造方法。

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