JP2018075612A - 曲げ加工部材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】強度を維持しつつ、軽量化可能な曲げ加工部材及びその製造方法の提供。【解決手段】本発明の一態様に係る曲げ加工部材は、本体である金属板１０と、金属板１０が曲げ加工された曲げ部１１に沿って設けられた補強板２０と、を備えた曲げ加工部材である。補強板２０が、金属板１０に形成された開口１２に嵌め込まれて、金属板１０に溶接されているものである。そのため、強度を維持しつつ、補強部位の肉厚を従来よりも薄くすることができ、軽量化することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、曲げ加工部材及びその製造方法に関する。

例えば車両用フレームには、金属板の曲げ部に補強板が重ね合わされて溶接された曲げ加工部材が用いられる。高い強度が必要とされる部位のみを補強板によって補強することにより、高強度化と軽量化とを両立させている。
ところで、特許文献１には、金属板と補強板とを重ね合わせてプレス加工する技術が開示されている。

特開２００２−３３１３１６号公報

発明者は、金属板の曲げ部に補強板が重ね合わされて溶接された曲げ加工部材に関し、以下の問題点を見出した。
図１０は、本発明が解決しようとする課題に係る曲げ加工部材の斜視図である。図１１は、本発明が解決しようとする課題に係る曲げ加工部材の断面図である。なお、図面に示した右手系ｘｙｚ座標は、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものである。例えば、ｚ軸プラス向きが鉛直上向き、ｘｙ平面が水平面である。

図１０に示すように、金属板１において一対の曲げ部が金属板１の長手方向（ｙ軸方向）に延設されており、曲げ部に沿って、曲げ加工された一対の補強板２が重ね合わされている。具体的には、金属板１の曲げ部の内面に、補強板２の外面が当接するように、重ね合わされている。図１１に示すように、補強板２は、溶接部３により金属板１に接合すなわち溶接されている。図１０において、溶接部３は省略されているが、それぞれの補強板２の一対の側面に沿ってｙ軸方向に延設されている。

ここで、図１１に示すように、金属板１の内面と補強板２の外面との間には、ギャップが生じてしまう場合が多い。ギャップが生じた場合、ギャップが生じずに金属板１の内面と補強板２の外面とが密着している場合に比べ、補強板２による補強の効果が低減してしまい、所望の変形強度や剛性が得られなくなる。そのため、予めギャップを見込んで、補強板の板厚を厚くしておく必要があった。しかしながら、その結果、曲げ加工部材の質量が増加してしまう問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであって、強度を維持しつつ、軽量化可能な曲げ加工部材及びその製造方法を提供するものである。

本発明の一態様に係る曲げ加工部材は、
本体である金属板と、
前記金属板が曲げ加工された曲げ部に沿って設けられた補強板と、を備えた曲げ加工部材であって、
前記補強板が、前記金属板に形成された開口に嵌め込まれて、前記金属板に溶接されているものである。

本発明の一態様に係る曲げ加工部材では、補強板が、金属板に形成された開口に嵌め込まれて、金属板に溶接されている。そのため、強度を維持しつつ、補強部位の肉厚を従来よりも薄くすることができ、軽量化することができる。

前記補強板は、前記金属板よりも厚く、前記金属板と同一組成の金属材料からなることが好ましい。このような構成により、補強部位に必要な強度が容易に得られると共に、補強板を金属板に容易に溶接することができる。

前記開口は、周囲全体を前記金属板に囲まれた貫通孔であることが好ましい。このような構成により、溶接部に発生する歪を低減することができる。

本発明の一態様に係る曲げ加工部材の製造方法は、
金属板において曲げ加工される位置に開口を形成するステップと、
前記開口に金属製の補強板を嵌め込むステップと、
前記開口に嵌め込まれた前記補強板を前記金属板に溶接するステップと、
前記補強板が溶接された前記金属板を曲げ加工するステップと、を備えたものである。

本発明の一態様に係る曲げ加工部材の製造方法によって製造された曲げ加工部材は、補強板が、金属板に形成された開口に嵌め込まれて、金属板に溶接されている。そのため、強度を維持しつつ、補強部位の肉厚を従来よりも薄くすることができ、軽量化することができる。

前記補強板を嵌め込むステップにおいて、前記開口と隙間が生じるように変形させた前記補強板を前記開口に挿入した後、前記補強板を平板状に戻すように変形させて前記開口に密着させることが好ましい。あるいは、前記補強板を嵌め込むステップにおいて、前記開口と隙間が生じるように冷却した前記補強板を前記開口に挿入した後、前記補強板の温度が上昇することにより、前記補強板が前記開口に密着することが好ましい。このような構成により、補強板を金属板に容易に嵌め込むことができる。

本発明により、強度を維持しつつ、軽量化可能な曲げ加工部材及びその製造方法を提供することができる。

第１の実施形態に係る曲げ加工部材の斜視図である。 第１の実施形態に係る曲げ加工部材の断面図である。 第１の実施形態の比較例に係る曲げ加工部材の斜視図である。 第１の実施形態に係る曲げ加工部材の製造方法を示すフローチャートである。 第１の実施形態に係る曲げ加工部材の製造方法を示す断面図である。 金属板１０の開口１２に補強板２０を嵌め込む方法を示す断面図である。 補強板２０が溶接された金属板１０を曲げ加工した実施例の平面視マクロ写真である。 第２の実施形態に係る曲げ加工部材の斜視図である。 第２の実施形態に係る曲げ加工部材の断面図である。 本発明が解決しようとする課題に係る曲げ加工部材の斜視図である。 本発明が解決しようとする課題に係る曲げ加工部材の断面図である。

以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

（第１の実施形態）
＜曲げ加工部材の構成＞
まず、図１、図２を参照して、第１の実施形態に係る曲げ加工部材について説明する。
図１は、第１の実施形態に係る曲げ加工部材の斜視図である。図２は、第１の実施形態に係る曲げ加工部材の断面図である。図１に示すように、本実施形態に係る曲げ加工部材は、本体である金属板１０と、金属板１０の曲げ部１１に設けられた補強板２０と、を備えており、例えば車両用フレームに好適である。
なお、当然のことながら、図１及びその他の図面に示した右手系ｘｙｚ座標は、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものである。通常、ｚ軸プラス向きが鉛直上向き、ｘｙ平面が水平面であり、図面間で共通である。

図１に示すように、金属板１０は、本実施形態に係る曲げ加工部材の本体であって、例えば、平板状の鋼板やアルミニウム合金板が曲げ加工されたものである。図１の例では、金属板１０は、Ｕ字状の断面形状を有し、ｙ軸方向に延設されている。具体的には、金属板１０は、ｘｙ平面に平行な底部と、底部から立ち上がった一対の側壁とを有する。

金属板１０における底部と一対の側壁との間に、一対の曲げ部１１が、金属板１０の長手方向（ｙ軸方向）に延設されている。この曲げ部１１に沿って、一対の開口１２が金属板１０に延設されている。図１の例では、開口１２は、周囲全体を金属板１０に囲まれた矩形状の貫通孔である。なお、金属板１０は、曲げ部１１を有していればよいため、例えば、断面形状がＬ字状であってもよい。

図１、図２に示すように、補強板２０は、金属板１０に形成された開口１２に嵌め込まれ、溶接された金属板である。補強板２０は、金属板１０を補強するものであるため、金属板１０よりも厚い金属板であることが好ましい。補強板２０は、金属板１０に溶接されるため、金属板１０と同じ金属材料すなわち同一組成の金属材料からなることが好ましい。補強板２０は、金属板１０と共に曲げ加工されるため、断面Ｌ字状を有しており、曲げ部１１に沿ってｙ軸方向に延設されている。
なお、補強板２０は、金属板１０と同じ厚さを有すると共に、金属板１０よりも高強度の金属材料から構成されてもよい。

ここで、補強板２０の外面は、金属板１０の外面と面一になっているのに対し、補強板２０が金属板１０よりも厚いため、補強板２０の内面は、金属板１０の内面から突出している。補強板２０の端面２１及び側面２２における金属板１０の内面から突出した領域（図１のハッチング部）に、図２に示した溶接部３０が形成されている。すなわち、補強板２０の周囲全体に溶接部３０が形成されている。
なお、図１では、分かり易いように、溶接部３０が省略されている。

図１０、図１１に示した曲げ加工部材では、補強板２を金属板１に重ね合わせて溶接されていた。これに対し、本実施形態に係る曲げ加工部材では、補強板２０が、金属板１０に形成された開口１２に嵌め込まれて、金属板１０に溶接されている。そのため、図２に示した補強部位の肉厚ｔ１を、図１１に示した補強部位の肉厚ｔ２よりも薄くすることができ、軽量化することができる。すなわち、本実施形態に係る曲げ加工部材は、強度を維持しつつ、軽量化することができる。金属板１０及び補強板２０が鋼板である場合の実施例では、ｔ２＝６．５ｍｍからｔ１＝３．８ｍｍまで、約４０％薄肉化することができた。

また、図１１に示した金属板１と補強板２との間のギャップには、防錆塗装が入り込みにくい。そのため、とりわけ金属板１及び補強板２が鋼板の場合、ギャップから錆が進行し易いという問題があった。これに対し、本実施形態に係る曲げ加工部材では、このような防錆塗装が入り込みにくいギャップが生じ得ないため、防錆塗装により効果的に錆の進行を抑制することができる。

さらに、本実施形態に係る曲げ加工部材では、補強板２０が金属板１０に形成された開口１２に嵌め込まれており、補強板２０の周囲全体に溶接部３０が形成されている。そのため、長手方向（ｙ軸方向）に対する曲げや長手方向を中心とする捩じりによって溶接部３０に発生する歪を低減することができる。以下に、図１及び図３を参照して、詳細に説明する。図３は、第１の実施形態の比較例に係る曲げ加工部材の斜視図である。

図３に示すように、比較例に係る曲げ加工部材では、補強板２０と同じ材質で同じ厚さの金属板５０の端面と、金属板１０の端面とを突き合わせ、両者がレーザ溶接されている。金属板５０は、金属板１０と同様にＵ字状の断面形状を有し、ｙ軸方向に延設されている。金属板５０の外面は、金属板１０の外面と面一になっているのに対し、金属板５０が金属板１０よりも厚いため、金属板５０の内面は、金属板１０の内面から突出している。金属板５０の端面５１における金属板１０の内面から突出した領域（図９のハッチング部）に、溶接部が形成されている。すなわち、溶接部が金属板５０の端面５１のみにＵ字状に形成されている。

ここで、長手方向（ｙ軸方向）に対する曲げに対して、図３に示した比較例に係る曲げ加工部材において、金属板５０の端面５１に沿って形成されたＵ字状の溶接部に発生するｙ軸方向の歪をεとする。また、図１に示した本実施形態に係る曲げ加工部材において、補強板２０の端面２１に沿って形成されたＬ字状の溶接部３０に発生するｙ軸方向の歪をε１とする。

実際に歪ゲージを用いて測定した結果、本実施形態に係る曲げ加工部材における歪ε１は、比較例に係る曲げ加工部材における歪εの７０％であった。なお、図１に示した本実施形態に係る曲げ加工部材において、補強板２０の側面２２に沿って形成された直線状の溶接部３０に発生するｙ軸方向の歪ε２は、比較例に係る曲げ加工部材における歪εの３０％であった。

このように、本実施形態に係る曲げ加工部材では、補強板２０が金属板１０に形成された開口１２に嵌め込まれており、補強板２０の周囲全体に溶接部３０が形成されているため、溶接部３０に発生する歪を低減することができる。

＜曲げ加工部材の製造方法＞
次に、図４、図５を参照して、第１の実施形態に係る曲げ加工部材の製造方法について説明する。図４は、第１の実施形態に係る曲げ加工部材の製造方法を示すフローチャートである。図５は、第１の実施形態に係る曲げ加工部材の製造方法を示す断面図である。

まず、図４、図５に示すように、金属板１０において曲げ加工される位置に開口１２を形成する（ステップＳＴ１）。
次に、図４、図５に示すように、金属板１０の開口１２に補強板２０を嵌め込む（ステップＳＴ２）。この際、図５に示すように、補強板２０の底面（外面）を金属板１０の底面（外面）と面一にすると共に、補強板２０の上面（内面）を金属板１０の上面（内面）から突出させる。

ここで、図６は、金属板１０の開口１２に補強板２０を嵌め込む方法を示す断面図である。平板状の補強板２０を金属板１０の開口１２にそのまま圧入してもよいが、時間を要する。そのため、図６に示すように、開口１２と隙間が生じるように予め変形させた補強板２０を開口１２に挿入した後、補強板２０を押圧して平板状に戻すことにより、開口１２に密着させてもよい。開口１２と隙間が生じるように補強板２０を変形する方法として、曲げ加工や絞り加工などを用いることができるが、特に限定されるものではない。
さらに、図示しないが、開口１２と隙間が生じるように冷却した補強板２０を開口１２に挿入した後、補強板２０の温度が上昇することにより、補強板２０を開口１２に密着させてもよい。

次に、図４に示すように、補強板２０を金属板１０に溶接する（ステップＳＴ３）。具体的には、図５に示すように、金属板１０の上面（内面）から突出した補強板２０の端面２１及び側面２２（図１のハッチング部）に、溶接部３０を形成する。すなわち、補強板２０の周囲全体に溶接部３０を形成する。

溶接方法は特に限定されないが、熱歪を抑制する観点から、レーザ溶接を用いることが好ましい。図１１に示すように、補強板２を金属板１に重ね合わせて溶接する場合、例えばアーク溶接が用いられていたが、熱歪による変形が問題となっていた。レーザ溶接を用いることにより、このような問題を解決することができる。

最後に、図４に示すように、金属板１０をプレス等により曲げ加工する（ステップＳＴ４）。これにより、図５に示すように、補強板２０が金属板１０と共に曲げ加工され、金属板１０の曲げ部１１に補強板２０が形成される。
以上により、第１の実施形態に係る曲げ加工部材を製造することができる。

ここで、図７は、補強板２０が溶接された金属板１０を曲げ加工した実施例の平面視マクロ写真である。具体的には、厚さ２．９ｍｍの鋼板である金属板１０に形成した開口に、厚さ３．８ｍｍの鋼板である補強板２０を嵌め込み、補強板２０をレーザ溶接した。図７に示すように、補強板２０の周囲全体に溶接部３０を形成した。図７に示すように、矩形状の金属板１０は湾曲していてもよい。また、矩形状の補強板２０も金属板１０に沿って湾曲していてもよい。

（第２の実施形態）
次に、図８、図９を参照して、第２の実施形態に係る曲げ加工部材について説明する。
図８は、第２の実施形態に係る曲げ加工部材の斜視図である。図９は、第２の実施形態に係る曲げ加工部材の断面図である。図１に示すように、第１の実施形態に係る曲げ加工部材では、金属板１０に形成された開口１２が、周囲全体を金属板１０に囲まれた貫通孔である。これに対し、図８に示すように、第２の実施形態に係る曲げ加工部材では、金属板１０に形成された開口１２が、切欠きである。

具体的には、開口１２が、金属板１０の側壁の上面（金属板１０の側面）に到達している。そのため、補強板２０の一対の側面２２の一方は、金属板１０に囲まれておらず、金属板１０と溶接されていない。このように、開口１２は、貫通孔に限らず、切欠きでもよい。切欠きの形状がＮ（Ｎ≧３）角形状である場合、（Ｎ−１）個の辺が金属板１０に囲まれていることが好ましい。図８の例では、Ｎ＝４であり３つの辺が金属板１０に囲まれている。また、Ｎ≧４であることが好ましい。

図９には、第２の実施形態に係る曲げ加工部材に溶接された金属板４０も一緒に描かれている。金属板４０は、金属板１０と同様に、Ｕ字状の断面形状を有し、ｙ軸方向に延設されている。第２の実施形態に係る曲げ加工部材に金属板４０が溶接部３１によって溶接され、全体として矩形状のパイプを構成している。図９に示すように、補強板２０の内面と金属板４０の外面とが密着しており、金属板１０に囲まれていない補強板２０の側面２２に沿って、溶接部３１が形成されている。溶接部３１は、レーザ溶接による形成が難しいため、例えばアーク溶接によって形成される。

このように、金属板１０に囲まれていない補強板２０の側面２２を別部材と溶接することにより、補強板２０の周囲全体が溶接部３０と溶接部３１とによって囲まれる。そのため、第２の実施形態に係る曲げ加工部材では、第１の実施形態に係る曲げ加工部材と同様に、長手方向（ｙ軸方向）に対する曲げや長手方向を中心とする捩じりによって溶接部３０に発生する歪を低減することができる。
その他の構成は、第１の実施形態に係る曲げ加工部材と同様であるため、詳細については省略する。

なお、本発明は上記実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１０ 金属板
１１ 曲げ部
１２ 開口
２０ 補強板
２１ 端面
２２ 側面
３０、３１ 溶接部
４０、５０ 金属板
５１ 端面

Claims (6)

1. 本体である金属板と、
   前記金属板が曲げ加工された曲げ部に沿って設けられた補強板と、を備えた曲げ加工部材であって、
   前記補強板が、前記金属板に形成された開口に嵌め込まれて、前記金属板に溶接されている、
   曲げ加工部材。
2. 前記補強板は、前記金属板よりも厚く、前記金属板と同一組成の金属材料からなる、
   請求項１に記載の曲げ加工部材。
3. 前記開口は、周囲全体を前記金属板に囲まれた貫通孔である、
   請求項１又は２に記載の曲げ加工部材。
4. 金属板において曲げ加工される位置に開口を形成するステップと、
   前記開口に金属製の補強板を嵌め込むステップと、
   前記開口に嵌め込まれた前記補強板を前記金属板に溶接するステップと、
   前記補強板が溶接された前記金属板を曲げ加工するステップと、を備えた、
   曲げ加工部材の製造方法。
5. 前記補強板を嵌め込むステップにおいて、
   前記開口と隙間が生じるように変形させた前記補強板を前記開口に挿入した後、前記補強板を平板状に戻すように変形させて前記開口に密着させる、
   請求項４に記載の曲げ加工部材の製造方法。
6. 前記補強板を嵌め込むステップにおいて、
   前記開口と隙間が生じるように冷却した前記補強板を前記開口に挿入した後、前記補強板の温度が上昇することにより、前記補強板が前記開口に密着する、
   請求項４に記載の曲げ加工部材の製造方法。