JP3619610B2 - 自動車ドア用インパクトビームとその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車のドアの内部に装着されて衝突事故のとき側面からの外力に対して乗員の安全性を向上させるための自動車ドア用インパクトビームに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車の安全性向上に対する要求が高まり、側面衝突時にドアが車内にめり込んで乗員を損傷するのを防止するためのインパクトビームがドア内に装着されるようになってきている。インパクトビームはドアの幅に見合う長さを有し、両端がドアのインナーパネルに結合されている。
【０００３】
インパクトビームの形状としては１枚の鋼板をプレス加工してリブ状の凹凸を設け曲げ剛性を付与したものがあるが、鋼管は抗張力の高い材料が容易に入手でき、軽量なインパクトビームを製作できることから鋼管を利用したものが多くなってきている。この場合鋼管製のビーム部の両端にドアに固定するためのブラケット部を取り付ける必要がある。図７は従来の一般的なブラケット部の取り付け方法の例を示す図であって、ブラケット部２１に鋼管のビーム部２０の側面が沿って入るような凹部を設け、ここにそのままか少し扁平にした形状の鋼管を入れて鋼管の外面とブラケットの間を隅肉アーク溶接２２するものである。また特開平７−１４４５３５号公報にあるように鋼管の端部の円周の一部を切り欠いてこれと反対側の円周をブラケット部と重ね合わせ、この切り欠き部から電極を挿入してスポット溶接する方法もある。
【０００４】
さらに進んで、鋼管の両端部にスリットを入れてから展開して平板状にし、これをブラケット部とする方法があるが、これは材料としては鋼管のみで済み溶接などの手間がかかる加工を要しないという利点がある。ただこの場合、鋼管の両端をそのまま展開したのではブラケット部の幅が不足で、ドアのインナーパネルに十分な強度をもって取り付けるための領域が確保できないという問題がある。そこで特開平７−３２８８０号には鋼管の両端部を拡管してから展開することによって必要なブラケットの幅を確保する方法が提案されている。図１はこの方法の工程を示す図であり、（ａ）図のような素材の鋼管１の管端部２を（ｂ）図のように拡管する。次に（ｃ）図のようにスリット３を入れ、（ｄ）図のようにここから展開しさらに扁平につぶしてブラケット部４を形成する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の特開平７−３２８８０号に記載の技術においては鋼管の端部の拡管の加工方法としてテーパ加工、段付加工、偏心口広げ加工、さらには液圧バルジ加工、ゴムバルジ加工などの方法が適用可能とされている。ただし実施例においてはプレス加工により１．４倍の拡管をしたとあるだけで、これらのうちで具体的にどのような方法を採用したのかは記載されていない。ただ上記公報にも記載されているように、上記のいずれの加工方法をとるにせよ拡管した分だけ材料は円周方向に伸び、その部分の鋼管の肉厚は薄くなる。すなわち鋼管の鋼部分の断面積である円周と肉厚の積は一定であるから、たとえば１．５倍に拡管すると肉厚はもとの０．６７倍程度になることになる。上記発明においてはこの薄くなることは補強材としての機能には格別の悪影響はないとしている。しかしながら鋼管を利用したインパクトビームにおいてブラケット部の板厚が鋼管の肉厚に近い方がこの部分が強度上の弱点にならず好ましいといえる。本発明は上記要求を満足する自動車ドア用インパクトビームを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決するものであって、鋼管よりなるビーム部の両端に平面状のブラケット部を有する自動車ドア用インパクトビームにおいて、両端部の鋼管を切開して展開することによりビーム部とブラケット部が一体成形されており、ブラケット部の幅はビーム部の鋼管の円周の長さの１．２５倍ないし１．８倍で、ブラケット部の板厚はビーム部の鋼管の肉厚の０．８倍以上であって、ブラケット部の幅と板厚の積が前記鋼管の鋼部分の断面積より大きいことを特徴とする自動車ドア用インパクトビームである。
【０００７】
また、鋼管よりなるビーム部の両端に平面状のブラケット部を有する自動車ドア用インパクトビームの製造方法において、小径部分、テーパ部分および大径部分とが連続的に設けられたポンチの前記小径部分にこれの直径に見合う内径の鋼管の一端を挿入し、ポンチの周囲に設けられた高周波誘導加熱コイルにより鋼管を加熱しつつ鋼管に軸方向圧縮力を加えて端部を拡管することを、前記鋼管の一端と他端について同時または順次に行なった後、鋼管の両端部の拡管された部分にスリットを入れて展開して平面状のブラケット部を形成することを特徴とする自動車ドア用インパクトビームの製造方法である。ここにおいて、材料の鋼管は両端部の軟化熱処理が行なわれていないものであること、鋼管の加熱温度は６００℃以上８５０℃以下であること、高周波誘導加熱コイルは少なくともポンチの小径部分からテーパ部分にかけての周囲には設けられていること、高周波誘導加熱コイルは鋼管の軸方向に２以上に分割されたものであって、少なくともその１つはポンチの小径部分の周囲のみに設けられているものであること、スリットはくさび状の工具を管端部からプレスにより圧入することにより入れることも特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明は鋼管よりなるビーム部の両端に平面状のブラケット部を有する自動車ドア用インパクトビームにおいて、ブラケット部の幅と厚みを必要量確保したものをブラケット部を鋼管に接合することなしに得るものである。すなわち先に説明した図１のように両端部の鋼管を切開して展開することによりビーム部５とブラケット部４が一体成形されているが、ブラケット部４の幅Ｗはビーム部５の鋼管の円周の長さの１．２５倍ないし１．８倍で、ブラケット部の板厚はブラケット部の幅と板厚の積を鋼管の鋼部分の断面積より大きくすることにより、ビーム部の鋼管の肉厚の少なくとも０．８倍以上であってできるだけ鋼管の板厚に近くする。
【０００９】
現実には拡管した場合に長さ方向のどの部分でも同じ厚さというわけにはいかないが、上記鋼管の肉厚の０．８倍以上という数値は一番薄い部分でもこれ以上の厚さが確保されているという意味である。この数値はこれ以上の厚さがあればブラケット部の強度として実用上問題ないといえる限界として定めた。なお上記板厚の上限は設けなかったが、現実の加工方法においてはせいぜいもとの鋼管の数割増しまででいくらでも厚くなるものではないからである。
【００１０】
またブラケット部の幅をビーム部の鋼管の円周の長さの１．２５倍より大とするのはブラケットのドアへの取り付けにはこのような幅が必要であり、またこれ以下であれば拡管により円周方向に材料が伸びた普通のものでも鋼管の肉厚の０．８倍以上のブラケット部の厚さを確保でき、本発明の趣旨から外れるからである。一方、ブラケット部の幅をビーム部の鋼管の円周の長さの１．８倍以下とするのはインパクトビームの設計上１．８倍を超える幅の必要性がほとんどなく、また鋼管の拡管加工上からも１．８倍を超える加工を後述のような１工程で行なうのは無理があるからである。
【００１１】
上記のようなブラケット部の幅と厚さを確保することにより、ドアのインナーパネルに十分な強度をもって取り付けるためのブラケット部の領域が確保でき、またブラケット部自体の強度も充分に確保できる。このようなインパクトビームは後述のような本発明の方法によって実現できる。
【００１２】
本発明のインパクトビームの製造方法においては鋼管の素材を用意するが、その長さは製品の両方のブラケット部の端から端までの長さより長くする必要がある。これは拡管をした部分においても管の肉厚が薄くならないようにするため、拡管のときに素材の鋼管を圧縮して軸方向の寸法を縮めるためである。また素材の材質は軽量化のためビーム材として引張強さ１００ないし１６０ｋｇ／ｍｍ２ といった焼き入れにより強化したものが使用されるようになってきているが、そのまま使用できる。従来の拡管方法では鋼管の両端部をあらかじめ焼鈍して軟化しておかないと加工できないが、本発明の方法においてはその必要はない。
【００１３】
図２は本発明における鋼管端部の拡管加工の手順を示す。加工の工具としては（ａ）図に示すように小径部分６Ａ、テーパ部分６Ｂおよび大径部分６Ｃとが連続的に設けられたポンチ６を用いる。なおポンチと組み合わせるダイス等は使用しない。この小径部分６Ａの直径は素材の鋼管の内径に見合うものであり、鋼管が無理なく摺動できればよい。上記ポンチはプレス機に取り付けられ、（ｂ）図のように鋼管１の一端をポンチの小径部分６Ａまで挿入しておいて、ポンチの周囲に設けられた高周波誘導加熱コイル７により鋼管１を加熱する。加熱部分の温度が上昇したら、加熱は継続しつつ（ｃ）図のように鋼管の他端からプレス８により軸方向の圧縮力を加えてポンチ６に押し込む。（ｄ）図のようにポンチの大径部分６Ｃの所定の位置まで押し込んだところで拡管工程は終了する。
【００１４】
上記の高周波加熱は本発明の製造方法の最大の特徴とするところであるが、高周波誘導加熱コイルを設ける範囲すなわち加熱範囲はポンチの外周部分のうちでも小径部分とテーパ部分の外周を中心とする。ポンチの小径部分の長さはたとえば２０ｍｍ程度であるがこの部分にある鋼管は充分加熱する必要がある。プレス機により加工が開始される時点では鋼管の端部は必要な温度に加熱されていなければならないから、作業の手順としては上記のように先に高周波誘導加熱を開始し、鋼管が予熱されてからプレスの動作が開始することになる。
【００１５】
上記の加熱をさらに効率よく行なうため、図３に示すようにポンチの小径部分６Ａの外周とテーパ部分６Ｂなど他の部分の外周とで別々のコイル７Ａ、７Ｂを設けてもよい。これにより加工開始前の鋼管の予熱時にはコイル７Ａのみに通電してこの部分を集中的に短時間に加熱でき、材料が無いポンチのテーパ部７Ｂなどをむだに加熱しないですむ。また加工時の材料の温度を鋼管の長さ方向で変えることもでき、より適切な加熱条件で作業ができる。なお図３に示すように小径部分のコイル７Ａは鋼管の直径に見合って小径にしたほうが漏洩インダクタンスが少なくて好ましいが、この場合は加工終了後に鋼管を取り外すためコイルを径方向に分割できるようにする必要がある。
【００１６】
上記の高周波誘導加熱による鋼管の加熱温度は６００℃以上８５０℃以下、好ましくは７００℃以上８００℃以下が適当である。これは拡管の作業工程中の最高到達温度であって、プレス開始前の予熱温度も含めて鋼管の加工を受けるすべての部分の温度が拡管加工中常にこの範囲になければならないということではない。本発明が適用されるような低炭素鋼の熱間加工温度は通常９００から１２５０℃ぐらいの間とされるから上記温度はこれに比べてかなり低いものである。加熱温度が最高部分でも６００℃に達しないと加工中に割れの発生のおそれがある。一方、８５０℃より高いとポンチの寿命が短くなり、また、しわの発生など形状の不良が生ずるおそれがある。
【００１７】
上記のように通常の熱間加工より低温の、ある程度大きな変形抵抗を有する状態で加工することにより、鋼管の円周が拡大した分の材料は軸方向の圧縮によって補給されるという現象が起き、拡管された部分の肉厚が薄くならない。また本発明の方法で使用するものと同様なポンチを使用して冷間で拡管する方法は知られているが、先にも従来技術に関して述べたように拡管した部分の肉厚は素材の鋼管の肉厚より薄くなる。またこの冷間で加工する方法は鋼管の加工部分を完全に軟化焼鈍しても拡管率は２０％程度が限界であり、それ以上の拡管率を得るには中間焼鈍をして再度拡管を繰り返す必要がある。本発明の方法によればインパクトビームのブラケット部を構成するのに必要とする前記のような拡管率を一工程で容易に得ることができる。上記拡管工程は通常鋼管の両端について行なう必要があるが、一端と他端とについて順次に行なうことも同時に行なうこともできる。
【００１８】
次に図１（ｃ）に示すように鋼管の両端部の拡管された部分に鋼管の軸方向のスリット３を入れる。スリットを入れる方法は特に限定するものではなく、鋸やバイトによる切削加工、プラズマやレーザによる溶断加工など公知の方法が採用できる。さらに本発明者らは塑性加工により高能率に行なう方法を開発した。すなわち図４に示すようにくさび状の工具９を管端部２からプレスにより圧入する方法である。この方法は材料のむだがなく加工を受けた部分の材料が強化される点で優れている。切削加工などによる場合には切り欠きの先端部となる位置にいわゆるストップホールなる穴をあけて置かないと切り欠きが進行するおそれがあるが、上記の方法では切り欠きの先端部が塑性加工により強化されるのでその必要がなく手間が省ける。
【００１９】
管端を切り欠き部より展開してブラケット部を形成する方法としては、管端部から円錐状やスコップのような形をした工具を押し込んで行なえる。展開した後の管端部はプレス加工により扁平に仕上げる。さらにそれぞれの自動車に適合するようにブラケット部の形状をプレス加工、曲げ加工、切断加工などにより整えることができる。
【００２０】
【実施例】
外径３１．８ｍｍ、厚さ２．０ｍｍの引張強さ１２０ｋｇ／ｍｍ２ 級の鋼管を素材として自動車ドア用インパクトビームを製作した。この材料の標準の化学成分はＣ：０．１４％、Ｓｉ：０．２０％、Ｍｎ：１．００％である。インパクトビームの製品の寸法を図５に示すがブラケット部４の幅は１４０ｍｍである。鋼管の外周は１００ｍｍであるから管端の拡管は１．４倍であればよいことになるが、実際にはスリットすることによる寸法の減少があるので１．５倍の拡管が必要である。
【００２１】
上記鋼管を図２に示したような高周波誘導加熱をしつつプレスする方法で拡管した。加熱条件を種々変えて実験したが、その条件と結果を表１に示す。高周波電源の周波数はすべて４００ｋＨｚである。ポンチおよびコイルの長さ方向の寸法関係を図６に示すが、これで見るように表１にあるコイル位置Ｌはポンチの小径部分６Ａの上端からコイル７の端部までの距離をいっている。
【００２２】
【表１】
【００２３】
Ｎｏ．１ないし３はコイル位置や加熱温度が適切であるので加工時に欠陥の発生がなく良好な結果になっている。これに対しＮｏ．４、７および８はコイル位置が不適当で加工開始時に充分な加熱がされていなかったため鋼管に無理な力が加わり座屈による曲がりなどの欠陥が発生した。またＮｏ．５は加熱温度が低すぎたため割れが発生した。一方、Ｎｏ．６は加熱温度が高すぎるので加工途中でテーパ部にしわが発生した。
【００２４】
またＮｏ．１ないし３の両端が良好に拡管できたものは拡管部分の肉厚を測定したが、表１は長さ方向に沿って計測したときの最大と最小を示している。これらはすべて鋼管のもとの肉厚の０．９倍位からもとの肉厚と大体同じ範囲に入っており、良好な結果になっている。またこれらＮｏ．１ないし３の材料は図４に示したようにくさび状の工具でスリットを入れたのち、スコップのような形状の工具を押し込んで展開して両端にブラケット部を形成した。このときの加工性は良好で問題なく作業ができた。
【００２５】
【発明の効果】
本発明の自動車ドア用インパクトビームは、鋼管を切開して展開することによりビーム部とブラケット部が一体成形されているため低コストで製造でき、ブラケット部の幅はビーム部の鋼管の円周の長さの１．２５倍より大で、ブラケット部の板厚はビーム部の鋼管の肉厚の０．８倍以上であるのでドアのインナーパネルに充分な強度で結合できる。またブラケット部を形成すべき管端部の拡管工程を、小径部分、テーパ部分および大径部分とが連続的に設けられたポンチに鋼管の一端を挿入し、ポンチの周囲に設けられた高周波誘導加熱コイルにより鋼管を加熱しつつ軸方向圧縮力を加えて行なうことにより、上記のようなブラッケト部の板厚が鋼管の肉厚の０．８倍以上のものを実現できる。また本発明の製造方法によれば材料の鋼管の端部をあらかじめ焼鈍したり、拡管工程の途中で中間焼鈍する必要がないので能率良く低コストで製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の工程の概念図で（ａ）ないし（ｄ）は工程の順序を示す。
【図２】本発明における鋼管端部の拡管加工の手順を示す図で（ａ）ないし（ｄ）は工程の順序を示す。
【図３】本発明に使用する高周波誘導加熱コイルの例を示す図
【図４】本発明の管端部にスリットを入れる方法の例を示す図
【図５】実施例で製造した製品の形状を示す図
【図６】実施例における高周波誘導加熱コイルの配置を示す図
【図７】従来のブラケット部の取り付け方法の例を示す図
【符号の説明】
１ 鋼管
２ 管端部
３ スリット
４ ブラケット部
５ ビーム部
６ ポンチ
６Ａ 小径部分
６Ｂ テーパ部分
６Ｃ 大径部分
７、７Ａ、７Ｂ高周波誘導加熱コイル
８ プレス
９ くさび状の工具
２０ ビーム部（従来技術）
２１ ブラケット部（従来技術）
２２ 溶接部
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車のドアの内部に装着されて衝突事故のとき側面からの外力に対して乗員の安全性を向上させるための自動車ドア用インパクトビームに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車の安全性向上に対する要求が高まり、側面衝突時にドアが車内にめり込んで乗員を損傷するのを防止するためのインパクトビームがドア内に装着されるようになってきている。インパクトビームはドアの幅に見合う長さを有し、両端がドアのインナーパネルに結合されている。
【０００３】
インパクトビームの形状としては１枚の鋼板をプレス加工してリブ状の凹凸を設け曲げ剛性を付与したものがあるが、鋼管は抗張力の高い材料が容易に入手でき、軽量なインパクトビームを製作できることから鋼管を利用したものが多くなってきている。この場合鋼管製のビーム部の両端にドアに固定するためのブラケット部を取り付ける必要がある。図７は従来の一般的なブラケット部の取り付け方法の例を示す図であって、ブラケット部２１に鋼管のビーム部２０の側面が沿って入るような凹部を設け、ここにそのままか少し扁平にした形状の鋼管を入れて鋼管の外面とブラケットの間を隅肉アーク溶接２２するものである。また特開平７−１４４５３５号公報にあるように鋼管の端部の円周の一部を切り欠いてこれと反対側の円周をブラケット部と重ね合わせ、この切り欠き部から電極を挿入してスポット溶接する方法もある。
【０００４】
さらに進んで、鋼管の両端部にスリットを入れてから展開して平板状にし、これをブラケット部とする方法があるが、これは材料としては鋼管のみで済み溶接などの手間がかかる加工を要しないという利点がある。ただこの場合、鋼管の両端をそのまま展開したのではブラケット部の幅が不足で、ドアのインナーパネルに十分な強度をもって取り付けるための領域が確保できないという問題がある。そこで特開平７−３２８８０号には鋼管の両端部を拡管してから展開することによって必要なブラケットの幅を確保する方法が提案されている。図１はこの方法の工程を示す図であり、（ａ）図のような素材の鋼管１の管端部２を（ｂ）図のように拡管する。次に（ｃ）図のようにスリット３を入れ、（ｄ）図のようにここから展開しさらに扁平につぶしてブラケット部４を形成する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の特開平７−３２８８０号に記載の技術においては鋼管の端部の拡管の加工方法としてテーパ加工、段付加工、偏心口広げ加工、さらには液圧バルジ加工、ゴムバルジ加工などの方法が適用可能とされている。ただし実施例においてはプレス加工により１．４倍の拡管をしたとあるだけで、これらのうちで具体的にどのような方法を採用したのかは記載されていない。ただ上記公報にも記載されているように、上記のいずれの加工方法をとるにせよ拡管した分だけ材料は円周方向に伸び、その部分の鋼管の肉厚は薄くなる。すなわち鋼管の鋼部分の断面積である円周と肉厚の積は一定であるから、たとえば１．５倍に拡管すると肉厚はもとの０．６７倍程度になることになる。上記発明においてはこの薄くなることは補強材としての機能には格別の悪影響はないとしている。しかしながら鋼管を利用したインパクトビームにおいてブラケット部の板厚が鋼管の肉厚に近い方がこの部分が強度上の弱点にならず好ましいといえる。本発明は上記要求を満足する自動車ドア用インパクトビームを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決するものであって、鋼管よりなるビーム部の両端に平面状のブラケット部を有する自動車ドア用インパクトビームにおいて、両端部の鋼管を切開して展開することによりビーム部とブラケット部が一体成形されており、ブラケット部の幅はビーム部の鋼管の円周の長さの１．２５倍ないし１．８倍で、ブラケット部の板厚はビーム部の鋼管の肉厚の０．８倍以上であって、ブラケット部の幅と板厚の積が前記鋼管の鋼部分の断面積より大きいことを特徴とする自動車ドア用インパクトビームである。
【０００７】
また、鋼管よりなるビーム部の両端に平面状のブラケット部を有する自動車ドア用インパクトビームの製造方法において、小径部分、テーパ部分および大径部分とが連続的に設けられたポンチの前記小径部分にこれの直径に見合う内径の鋼管の一端を挿入し、ポンチの周囲に設けられた高周波誘導加熱コイルにより鋼管を加熱しつつ鋼管に軸方向圧縮力を加えて端部を拡管することを、前記鋼管の一端と他端について同時または順次に行なった後、鋼管の両端部の拡管された部分にスリットを入れて展開して平面状のブラケット部を形成することを特徴とする自動車ドア用インパクトビームの製造方法である。ここにおいて、材料の鋼管は両端部の軟化熱処理が行なわれていないものであること、鋼管の加熱温度は６００℃以上８５０℃以下であること、高周波誘導加熱コイルは少なくともポンチの小径部分からテーパ部分にかけての周囲には設けられていること、高周波誘導加熱コイルは鋼管の軸方向に２以上に分割されたものであって、少なくともその１つはポンチの小径部分の周囲のみに設けられているものであること、スリットはくさび状の工具を管端部からプレスにより圧入することにより入れることも特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明は鋼管よりなるビーム部の両端に平面状のブラケット部を有する自動車ドア用インパクトビームにおいて、ブラケット部の幅と厚みを必要量確保したものをブラケット部を鋼管に接合することなしに得るものである。すなわち先に説明した図１のように両端部の鋼管を切開して展開することによりビーム部５とブラケット部４が一体成形されているが、ブラケット部４の幅Ｗはビーム部５の鋼管の円周の長さの１．２５倍ないし１．８倍で、ブラケット部の板厚はブラケット部の幅と板厚の積を鋼管の鋼部分の断面積より大きくすることにより、ビーム部の鋼管の肉厚の少なくとも０．８倍以上であってできるだけ鋼管の板厚に近くする。
【０００９】
現実には拡管した場合に長さ方向のどの部分でも同じ厚さというわけにはいかないが、上記鋼管の肉厚の０．８倍以上という数値は一番薄い部分でもこれ以上の厚さが確保されているという意味である。この数値はこれ以上の厚さがあればブラケット部の強度として実用上問題ないといえる限界として定めた。なお上記板厚の上限は設けなかったが、現実の加工方法においてはせいぜいもとの鋼管の数割増しまででいくらでも厚くなるものではないからである。
【００１０】
またブラケット部の幅をビーム部の鋼管の円周の長さの１．２５倍より大とするのはブラケットのドアへの取り付けにはこのような幅が必要であり、またこれ以下であれば拡管により円周方向に材料が伸びた普通のものでも鋼管の肉厚の０．８倍以上のブラケット部の厚さを確保でき、本発明の趣旨から外れるからである。一方、ブラケット部の幅をビーム部の鋼管の円周の長さの１．８倍以下とするのはインパクトビームの設計上１．８倍を超える幅の必要性がほとんどなく、また鋼管の拡管加工上からも１．８倍を超える加工を後述のような１工程で行なうのは無理があるからである。
【００１１】
上記のようなブラケット部の幅と厚さを確保することにより、ドアのインナーパネルに十分な強度をもって取り付けるためのブラケット部の領域が確保でき、またブラケット部自体の強度も充分に確保できる。このようなインパクトビームは後述のような本発明の方法によって実現できる。
【００１２】
本発明のインパクトビームの製造方法においては鋼管の素材を用意するが、その長さは製品の両方のブラケット部の端から端までの長さより長くする必要がある。これは拡管をした部分においても管の肉厚が薄くならないようにするため、拡管のときに素材の鋼管を圧縮して軸方向の寸法を縮めるためである。また素材の材質は軽量化のためビーム材として引張強さ１００ないし１６０ｋｇ／ｍｍ２ といった焼き入れにより強化したものが使用されるようになってきているが、そのまま使用できる。従来の拡管方法では鋼管の両端部をあらかじめ焼鈍して軟化しておかないと加工できないが、本発明の方法においてはその必要はない。
【００１３】
図２は本発明における鋼管端部の拡管加工の手順を示す。加工の工具としては（ａ）図に示すように小径部分６Ａ、テーパ部分６Ｂおよび大径部分６Ｃとが連続的に設けられたポンチ６を用いる。なおポンチと組み合わせるダイス等は使用しない。この小径部分６Ａの直径は素材の鋼管の内径に見合うものであり、鋼管が無理なく摺動できればよい。上記ポンチはプレス機に取り付けられ、（ｂ）図のように鋼管１の一端をポンチの小径部分６Ａまで挿入しておいて、ポンチの周囲に設けられた高周波誘導加熱コイル７により鋼管１を加熱する。加熱部分の温度が上昇したら、加熱は継続しつつ（ｃ）図のように鋼管の他端からプレス８により軸方向の圧縮力を加えてポンチ６に押し込む。（ｄ）図のようにポンチの大径部分６Ｃの所定の位置まで押し込んだところで拡管工程は終了する。
【００１４】
上記の高周波加熱は本発明の製造方法の最大の特徴とするところであるが、高周波誘導加熱コイルを設ける範囲すなわち加熱範囲はポンチの外周部分のうちでも小径部分とテーパ部分の外周を中心とする。ポンチの小径部分の長さはたとえば２０ｍｍ程度であるがこの部分にある鋼管は充分加熱する必要がある。プレス機により加工が開始される時点では鋼管の端部は必要な温度に加熱されていなければならないから、作業の手順としては上記のように先に高周波誘導加熱を開始し、鋼管が予熱されてからプレスの動作が開始することになる。
【００１５】
上記の加熱をさらに効率よく行なうため、図３に示すようにポンチの小径部分６Ａの外周とテーパ部分６Ｂなど他の部分の外周とで別々のコイル７Ａ、７Ｂを設けてもよい。これにより加工開始前の鋼管の予熱時にはコイル７Ａのみに通電してこの部分を集中的に短時間に加熱でき、材料が無いポンチのテーパ部７Ｂなどをむだに加熱しないですむ。また加工時の材料の温度を鋼管の長さ方向で変えることもでき、より適切な加熱条件で作業ができる。なお図３に示すように小径部分のコイル７Ａは鋼管の直径に見合って小径にしたほうが漏洩インダクタンスが少なくて好ましいが、この場合は加工終了後に鋼管を取り外すためコイルを径方向に分割できるようにする必要がある。
【００１６】
上記の高周波誘導加熱による鋼管の加熱温度は６００℃以上８５０℃以下、好ましくは７００℃以上８００℃以下が適当である。これは拡管の作業工程中の最高到達温度であって、プレス開始前の予熱温度も含めて鋼管の加工を受けるすべての部分の温度が拡管加工中常にこの範囲になければならないということではない。本発明が適用されるような低炭素鋼の熱間加工温度は通常９００から１２５０℃ぐらいの間とされるから上記温度はこれに比べてかなり低いものである。加熱温度が最高部分でも６００℃に達しないと加工中に割れの発生のおそれがある。一方、８５０℃より高いとポンチの寿命が短くなり、また、しわの発生など形状の不良が生ずるおそれがある。
【００１７】
上記のように通常の熱間加工より低温の、ある程度大きな変形抵抗を有する状態で加工することにより、鋼管の円周が拡大した分の材料は軸方向の圧縮によって補給されるという現象が起き、拡管された部分の肉厚が薄くならない。また本発明の方法で使用するものと同様なポンチを使用して冷間で拡管する方法は知られているが、先にも従来技術に関して述べたように拡管した部分の肉厚は素材の鋼管の肉厚より薄くなる。またこの冷間で加工する方法は鋼管の加工部分を完全に軟化焼鈍しても拡管率は２０％程度が限界であり、それ以上の拡管率を得るには中間焼鈍をして再度拡管を繰り返す必要がある。本発明の方法によればインパクトビームのブラケット部を構成するのに必要とする前記のような拡管率を一工程で容易に得ることができる。上記拡管工程は通常鋼管の両端について行なう必要があるが、一端と他端とについて順次に行なうことも同時に行なうこともできる。
【００１８】
次に図１（ｃ）に示すように鋼管の両端部の拡管された部分に鋼管の軸方向のスリット３を入れる。スリットを入れる方法は特に限定するものではなく、鋸やバイトによる切削加工、プラズマやレーザによる溶断加工など公知の方法が採用できる。さらに本発明者らは塑性加工により高能率に行なう方法を開発した。すなわち図４に示すようにくさび状の工具９を管端部２からプレスにより圧入する方法である。この方法は材料のむだがなく加工を受けた部分の材料が強化される点で優れている。切削加工などによる場合には切り欠きの先端部となる位置にいわゆるストップホールなる穴をあけて置かないと切り欠きが進行するおそれがあるが、上記の方法では切り欠きの先端部が塑性加工により強化されるのでその必要がなく手間が省ける。
【００１９】
管端を切り欠き部より展開してブラケット部を形成する方法としては、管端部から円錐状やスコップのような形をした工具を押し込んで行なえる。展開した後の管端部はプレス加工により扁平に仕上げる。さらにそれぞれの自動車に適合するようにブラケット部の形状をプレス加工、曲げ加工、切断加工などにより整えることができる。
【００２０】
【実施例】
外径３１．８ｍｍ、厚さ２．０ｍｍの引張強さ１２０ｋｇ／ｍｍ２ 級の鋼管を素材として自動車ドア用インパクトビームを製作した。この材料の標準の化学成分はＣ：０．１４％、Ｓｉ：０．２０％、Ｍｎ：１．００％である。インパクトビームの製品の寸法を図５に示すがブラケット部４の幅は１４０ｍｍである。鋼管の外周は１００ｍｍであるから管端の拡管は１．４倍であればよいことになるが、実際にはスリットすることによる寸法の減少があるので１．５倍の拡管が必要である。
【００２１】
上記鋼管を図２に示したような高周波誘導加熱をしつつプレスする方法で拡管した。加熱条件を種々変えて実験したが、その条件と結果を表１に示す。高周波電源の周波数はすべて４００ｋＨｚである。ポンチおよびコイルの長さ方向の寸法関係を図６に示すが、これで見るように表１にあるコイル位置Ｌはポンチの小径部分６Ａの上端からコイル７の端部までの距離をいっている。
【００２２】
【表１】
Ｎｏ．１ないし３はコイル位置や加熱温度が適切であるので加工時に欠陥の発生がなく良好な結果になっている。これに対しＮｏ．４、７および８はコイル位置が不適当で加工開始時に充分な加熱がされていなかったため鋼管に無理な力が加わり座屈による曲がりなどの欠陥が発生した。またＮｏ．５は加熱温度が低すぎたため割れが発生した。一方、Ｎｏ．６は加熱温度が高すぎるので加工途中でテーパ部にしわが発生した。
【００２４】
またＮｏ．１ないし３の両端が良好に拡管できたものは拡管部分の肉厚を測定したが、表１は長さ方向に沿って計測したときの最大と最小を示している。これらはすべて鋼管のもとの肉厚の０．９倍位からもとの肉厚と大体同じ範囲に入っており、良好な結果になっている。またこれらＮｏ．１ないし３の材料は図４に示したようにくさび状の工具でスリットを入れたのち、スコップのような形状の工具を押し込んで展開して両端にブラケット部を形成した。このときの加工性は良好で問題なく作業ができた。
【００２５】
【発明の効果】
本発明の自動車ドア用インパクトビームは、鋼管を切開して展開することによりビーム部とブラケット部が一体成形されているため低コストで製造でき、ブラケット部の幅はビーム部の鋼管の円周の長さの１．２５倍より大で、ブラケット部の板厚はビーム部の鋼管の肉厚の０．８倍以上であるのでドアのインナーパネルに充分な強度で結合できる。またブラケット部を形成すべき管端部の拡管工程を、小径部分、テーパ部分および大径部分とが連続的に設けられたポンチに鋼管の一端を挿入し、ポンチの周囲に設けられた高周波誘導加熱コイルにより鋼管を加熱しつつ軸方向圧縮力を加えて行なうことにより、上記のようなブラッケト部の板厚が鋼管の肉厚の０．８倍以上のものを実現できる。また本発明の製造方法によれば材料の鋼管の端部をあらかじめ焼鈍したり、拡管工程の途中で中間焼鈍する必要がないので能率良く低コストで製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の工程の概念図で（ａ）ないし（ｄ）は工程の順序を示す。
【図２】本発明における鋼管端部の拡管加工の手順を示す図で（ａ）ないし（ｄ）は工程の順序を示す。
【図３】本発明に使用する高周波誘導加熱コイルの例を示す図
【図４】本発明の管端部にスリットを入れる方法の例を示す図
【図５】実施例で製造した製品の形状を示す図
【図６】実施例における高周波誘導加熱コイルの配置を示す図
【図７】従来のブラケット部の取り付け方法の例を示す図
【符号の説明】
１ 鋼管
２ 管端部
３ スリット
４ ブラケット部
５ ビーム部
６ ポンチ
６Ａ 小径部分
６Ｂ テーパ部分
６Ｃ 大径部分
７、７Ａ、７Ｂ高周波誘導加熱コイル
８ プレス
９ くさび状の工具
２０ ビーム部（従来技術）
２１ ブラケット部（従来技術）
２２ 溶接部
Claims (7)
- 鋼管よりなるビーム部の両端に平面状のブラケット部を有する自動車ドア用インパクトビームにおいて、両端部の鋼管を切開して展開することによりビーム部とブラケット部が一体成形されており、ブラケット部の幅はビーム部の鋼管の円周の長さの１．２５倍ないし１．８倍で、ブラケット部の板厚はビーム部の鋼管の肉厚の０．８倍以上であって、ブラケット部の幅と板厚の積が前記鋼管の鋼部分の断面積より大きいことを特徴とする自動車ドア用インパクトビーム。
- 鋼管よりなるビーム部の両端に平面状のブラケット部を有する自動車ドア用インパクトビームの製造方法において、小径部分、テーパ部分および大径部分とが連続的に設けられたポンチの前記小径部分にこれの直径に見合う内径の鋼管の一端を挿入し、ポンチの周囲に設けられた高周波誘導加熱コイルにより鋼管を加熱しつつ鋼管に軸方向圧縮力を加えて端部を拡管することを、前記鋼管の一端と他端について同時または順次に行なった後、鋼管の両端部の拡管された部分にスリットを入れて展開して平面状のブラケット部を形成することを特徴とする自動車ドア用インパクトビームの製造方法。
- 材料の鋼管は両端部の軟化熱処理が行なわれていないものであることを特徴とする請求項２記載の自動車ドア用インパクトビームの製造方法。
- 鋼管の加熱温度は６００℃以上８５０℃以下であることを特徴とする請求項２または３に記載の自動車ドア用インパクトビームの製造方法。
- 高周波誘導加熱コイルは少なくともポンチの小径部分からテーパ部分にかけての周囲には設けられていることを特徴とする請求項２、３または４に記載の自動車ドア用インパクトビームの製造方法。
- 高周波誘導加熱コイルは鋼管の軸方向に２以上に分割されたものであって、少なくともその１つはポンチの小径部分の周囲のみに設けられているものであることを特徴とする請求項５記載の自動車ドア用インパクトビームの製造方法。
- スリットはくさび状の工具を管端部からプレスにより圧入することにより入れることを特徴とする請求項２ないし６のいずれかに記載の自動車ドア用インパクトビームの製造方法。
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