JP3754310B2 - 自動車用補強部材の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、乗用車、トラックなど（以下自動車という）の側面に位置するドアに取付ける緩衝用又は補強用などに使用する補強部材に関し、特に、軽量で強度性の高いマグネシウム薄板を冷間プレス加工によりパイプ状に形成した補強部材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
昨今、自動車に対する高度な安全性が要求されるようになり、エアバックやシートベルトなどが標準装備されている。さらに自動車の側面方向からの衝突事故から搭乗者を保護するために、ドアの補強と自動車全体の軽量化などが要請されている。ドアの補強には、図１に示すごとく、ドア１の内側でほぼ水平方向に補強部材３を取付け、万一の事故による外部からの衝撃によりドアを構成する鉄板が内側方向（座席側）に凹むことにより搭乗者が怪我するのを防止している。
【０００３】
この補強部材は、軽量化を図るため薄い鉄板をパイプ状に形成して強化している。しかし、薄い鉄板で形成した補強部材では、万一の事故による衝撃に耐えることが困難であるため、軽量で丈夫なマグネシウム材をパイプ状に形成することにより衝突に対する強度を有した補強部材３が取付けられている。
【０００４】
マグネシウム材により形成した補強部材３は、鉄の比重７.８７に対し、比重が１.７４と鉄の比重に比べて約１／４と軽量である。マグネシウムは、プレス加工により加圧成型すると、加圧硬化により極めて硬化性が高くなり、鉄製のパイプで形成した補強部材に勝るとも劣らぬ強度を有することなど多くの利点を有することが知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
マグネシウム材は前記利点を有しているが、常温時において、素材の粘性度が低いため鉄板をプレス加工するのと同じように冷間プレス加工を行うと、材料の伸張力が少ないため板材を均一に延ばすことが困難で、押圧力が偏るとすぐにひび割れしやすい。また、プレス加工後、折り曲げに対する反発力が強いことから一定の形態に安定させることが困難であって、冷間プレス加工には熟練した技術と手間がかかるため非能率であるなどの問題点があった。
【０００６】
一方、従来の補強部材３は、図２に示すように、パイプ状に形成してあるだけであるため、ドアの内側に取付ける補強部材３、即ち、補強ビームとして使用するとパイプ状の接合部４が溶接されていないため、衝撃時にこの接合部４が開き、補強部材として衝撃を十分に吸収することが困難である。さらに、補強部材３をパイプ状に形成してあるためドア用の補強ビームとしてしか使用できないという問題点を有していた。
【０００７】
そこで、本発明は、マグネシウム薄板で一対のパイプ状部を有し、より強度性の高い補強ビームである自動車の一部品としての補強部材を形成することにより自動車全体の軽量化を図る製造方法を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、下面中央に設けた第１平坦部３２の両端にそれぞれ第１アール部３３、３３を有した第１凸金型３１ａと、前記第１アール部３３、３３と合致する第１凹入部３４、３４を設けた第１凹金型３１ｂとからなる第１金型３１とで、上面または上下両面に薄いスチレンペーパーをそれぞれ複数枚介在させて、長方形をしたマグネシウム薄板１０の伸張程度に応じてゆっくり降下させるプレス加工を所定のプレス力で複数回繰返し行うことにより、前記薄板の中央に存した平面部１３の両側端の長辺１１、１１両端を上方に折り曲げて第１湾曲部１５ａ、１５ａを形成する第１工程と、前記工程で第１湾曲部１５ａ、１５ａを形成した前記薄板１０の中央に存する平面部１３を、下面中央に前記第１金型の第１平面部３２より狭く設けた第２平坦部３６の両側にそれぞれ第２アール部３７、３７を有した第２凸金型３５ａと、前記第２アール部３７、３７と合致する第２凹入部３８、３８を有した第２凹金型３５ｂとからなる第２金型３５とで、上面または上下両面に薄いスチレンペーパーをそれぞれ複数枚介在させて、前記薄板の伸張程度に応じてゆっくり降下させるプレス加工を所定のプレス力で複数回繰返し行うことにより、前記薄板の平面部１３の両側を折り曲げて第２湾曲部１５ｂ、１５ｂを形成し、該第２湾曲部の先端には立上部１５ｃ、１５ｃを介して前記第１湾曲部１５ａ、１５ａを有して全体を略凹形に形成する第２工程と、略凹形に形成したマグネシウム薄板１０の前記第１湾曲部１５ａ、１５ａを、中央下面に一対の湾曲させた凹入弧状部４１、４１を設けた第３凸金型４０ａと、前記凹入弧状部と合致させる第３凹入部４３を設けた第３凹金型４０ｂとからなる第３金型４０で、上面または上下両面に薄いスチレンペーパーをそれぞれ複数枚介在させて、前記薄板の伸張程度に応じてゆっくり降下させるプレス加工を所定のプレス力で複数回繰り返し行うことにより、前記薄板の前記第１湾曲部１５ａ、１５ａをプレス加工により弧状に巻回させてそれぞれ対をなすパイプ状部１５、１５を形成する第３工程とにより、一対のパイプ状部１５、１５を有した補強部材９、２１を形成することを特徴とする。
【０００９】
したがって、プレス加工時に折り斑やひび割れをおこすことなく確実に湾曲させながら折曲げ加工することができ、軽量で剛性の高い自動車用補強部材を提供できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図面に基づいて説明すると、図３は本発明に係る第１補強部材の斜視図、図４は第２補強部材の斜視図である。第１補強部材９は、図６に示すごとく、前記比重１.７４のマグネシウム合金を圧延して形成した薄板（以下マグネシウム薄板という）１０（例えば、板厚が１．５〜３ｍｍ、好ましくは約２ｍｍの薄板状に形成したもの）の両側部分をプレス加工により円筒状に形成し、略平行に配して一対のパイプ状部１５、１５を形成してある。
【００１１】
一対のパイプ状部１５は、前記薄板の中央に位置する平面部１３を中心にして両側部分である長辺１１、１１をロール状に中心方向に巻き込み、互いの外壁部分を直線状に接触させて接合部１６を形成してある。これにより、従来例で示したマグネシウム薄板で形成した一本パイプのガードビームより強度の高い第１補強部材９を形成してある。
【００１２】
この第１補強部材９を、図５に示したドア用の補強ビーム９ａとして使用した場合、外部からの衝撃力は、１本ではなく２本からなるパイプ状部１５の周方向にそれぞれ分散させて逃がすことにより衝撃力を吸収して耐久性を高めることができる。このパイプ状部１５に加わる衝撃に対しては、互いのパイプ状部１５の直線状に接した接合部１６で支え合うと共に、パイプ状部１５の長辺１１の先端がそれぞれ平面部１３に当接していることにより衝撃に耐えると共に、パイプ状部１５の変形を防止することができ、外部からの衝撃に対して強度を高めることができる。この場合、必要なら接合部１６およびパイプ状部の長辺の先端と平面部１３とを公知の方法で固着させてもよい。
【００１３】
図４に示した第２補強部材２１は、例えば、板厚が１．５〜３ｍｍ、好ましくは約２ｍｍに形成した前記マグネシウム薄板１０の中間部分に設けた幅広の平面部２２を介してマグネシウム薄板の両側部分に位置する長辺２３、２３をロール状に折り曲げて一対のパイプ状部２５を形成してある。
【００１４】
第２補強部材２１は、一対のパイプ状部２５の間に平面部２２を位置させて左右両側にロール状に巻き込んで形成することにより、前記第１補強部材９より幅広の第２補強部材２１を形成することができる。そのため、ドアの内側に補強部材として取付けた場合、上下方向に広い範囲で補強するすることができ耐衝撃性を高めることができる。
【００１５】
第２補強部材２１を幅広に形成して平面部２２の上方に空間部２６を設けたことにより、ドアの内側に取付ける補強ビームとしてだけでなく、エンジンルーム内でエンジンを支持するための補強部材、また、シャーシーの支持部材としても使用できるなど多目的に使用することができる。
【００１６】
次に、第１、２補強部材９、２１の製造方法について説明すると、９、２１はマグネシウム薄板１０を冷間プレス加工により形成した第１および第２補強部材である。このマグネシウム薄板１０は冷間では粘性度が低いため、鉄板をプレスする場合と同じように大きな力を加えて一度に大きく変形させようとすると、該薄板の伸張力が少ないため均一に延びずにひび割れしやすい。そこで、マグネシウム材の有する性質から板厚が不均一になったり、ひび割れなどが生じるのを防止するため、従来は１回で行っていたプレス加工を数回の工程に分けて、一回のプレス加工による変形量を少なくして該薄板に無理な力が加わらないにするものである。
【００１７】
なお、図中、４５ａ、４５ｂは凹金型内に上下動可能に装着されており、油圧装置などにより制御されるもので、プレス加工により各凹金型内で押圧成型されたマグネシウム薄板からなる半製品を案内しながら降下したり、半製品を押上げて取り外しを容易にしているが、必ずしも必要ではない。また、油圧装置に限らずスプリングやゴムまたは合成樹脂材などの弾性手段を使用しても良いことは勿論である。
【００１８】
マグネシウム薄板１０は、図６に示すごとく、マグネシウム合金を圧延して形成した板材を所定の大きさに打ち抜いたり、切り取りして略長方形の板材に形成し、長辺１１、２３および短辺１２、２７に何らの突出部や凹入部などの特殊な形状を設けずに、４辺をそれぞれ直線状に形成したため、材料であるマグネシウム薄板の製作を容易にし、また、プレス加工を容易にできるようにしてある。
【００１９】
まず、第１工程いついて説明すると、図７、８に示すごとく、第１金型３１でプレス加工することによりマグネシウム薄板１０の長辺１１、１１部分を円形の約４分の１程度に湾曲させる。前記第１金型３１は、中央下面に設けた第１平坦部３２の下部両端を９０度に湾曲させて第１アール部３３を設けた第１凸金型３１ａと、前記凸金型３１ａと略合致するように第１凹入部３４、３４を中央上面の両側に設けた第１凹金型３１ｂとからなり、図７に示すごとく、マグネシウム薄板１０を上方からプレスして長辺１１、１１部分に略アール形の第１湾曲部１５ａを形成する。
【００２０】
マグネシウム薄板１０は硬質で反発力が強いため、前記第１アール部３３と第１凹入部３４を有した第１金型３１により一度に大きな力でプレス加工すると、該薄板が均一に延びなかったり、局部的に過大な力が加わってひび割れを発生させるおそれがある。そのため、第１凸金型３１ａを該薄板の伸張程度に応じてゆっくり降下させることにより、所定の形状に変形することができる。
【００２１】
第２工程について説明すると、図１０、１１に示すごとく、前記第１工程において、長辺１１、１１部分に第１湾曲部１５ａを設けたマグネシウム薄板１０の平面部１３に、第２金型３５を用いてプレス加工して略凹形を形成する。この第２金型３５は、中央下面に設けた前記第１金型の第１平面部３２より狭く形成した第２平面部３６の両端に、９０度に湾曲させた第２アール部３７、３７を設けてあり、第２凸金型３５ａと該凸金型が合致する第２凹金型３５ｂとからなる。
【００２２】
前記第１工程と同様に第２凸金型３５ａを薄板の伸張程度に応じてゆっくり降下させてプレス加工することにより、中央に位置する平面部１３の両側部分を略９０度に折曲げて第２湾曲部１５ｂ、１５ｂを形成する。該第２湾曲部の先端には、立上部１５ｃ、１５ｃを介して前記第１湾曲部１５ａ、１５ａを有してあり、全体として断面略凹形に形成してある（図１２）。
【００２３】
第３工程について説明すると、図１３、１４に示すように、第２工程で略凹形に形成したマグネシウム薄板１０の第１湾曲部１５ａ、１５ａを第３金型４０でプレスして一対のパイプ状部１５を設けた第１補強部材９を形成する。この第３金型４０は、中央下面に一対の湾曲させた凹入弧状部４１、４１を設けた第３凸金型４０ａと、該凸金型４０ａの下面に設けた凹入弧状部４１を合致させる第３凹金型４０ｂとからなる。
【００２４】
前記第１、２工程と同様に、所定の力で該薄板の伸張程度に応じて第３凸金型４０ａをゆっくり降下させてプレスする。第３凸金型４０ａを降下させるとマグネシウム薄板１０の第１湾曲部１５ａの長辺１１、１１が、該第３凸金型４０ａの下面に設けた凹入弧状部４１、４１の内面に案内されてそれぞれロール状に丸まりながらパイプ状部１５を形成する。ここで、第２凹金型３５ｂの第２凹入部３８の内径と、第３凸金型４０ａの外径と、第３凹金型４０ｂの第３凹入部４３の内径とはそれぞれ同じ寸法である。
【００２５】
第３凸金型４０ａの凹入弧状部４１、４１の内面に沿って案内されて丸まりながら変形する第１湾曲部１５ａの長辺１１は、第３凸金型４０ａが下端位置に降下したときにマグネシウム薄板１０の平面部１３上に当接し、略円形状をしたパイプ状部１５をそれぞれ形成することができる。
【００２６】
マグネシウム薄板１０は、前記第１工程から第３工程の間で圧縮工程を繰り返し行うことによりパイプ状部１５が加圧硬化され、丈夫で強度性の高い補強部材９を形成することができる。
【００２７】
第２補強部材２１の製造工程は、第１補強部材９の製造方法とほぼ同じであるため詳細な説明を省略するが、プレス加工を行うための金型（図示せず）がそれぞれ相違する。即ち、第２補強部材２１を形成するための金型は、第２補強部材の中央に位置して設ける平面部２２を広く形成するための平坦部をそれぞれ広く形成することは勿論である。
【００２８】
前記した製造方法において、各工程におけるプレス加工は、材料の伸張度を確認しながら所定のプレス力で行う製法について説明したが、この製法に限るものではない。
【００２９】
即ち、所定のプレス力で複数回繰り返して行うことができるのは勿論である。このように複数回に分けて繰り返して行うことにより、材質が均一に伸びる時間が生じると共に、それによって局部的に力が集中して薄板にひび割れが生じるのを防ぐことができる。
【００３０】
さらに、マグネシウム薄板の上面または上下両面に、薄いスチレンペーパーをそれぞれ数枚介在させてプレス加工を行うと、摩擦抵抗が減少して製品である補強部材の表面に傷が付くのを防止し、仕上がり精度を高めることができる。
【００３１】
前記のごとく、マグネシウム薄板１０を用いて製造した第１、２補強部材９、２１は、鉄の比重７．８７に比してマグネシウムの比重が１．７４と軽量で、鉄材の約１/４の重量で形成できる。この補強部材９、２１を自動車のドア、すなわち前側ドア２ケ，後側ドア２ケの合計４ケのドアに装着させると、マグネシウム材からなる補強部材４ケと鉄材からなるガードビーム１ケの重量が略同じである。このように、マグネシウム材を使用することにより補強部材の重量を軽減することができる。
【００３２】
また、第２補強部材２１は、中央に設けた平面部２２の上面で対をなすパイプ状部２５の間に空間部２６を形成することにより幅広に形成でき、自動車ドア用の補強ビームとしてだけでなく、車体の一部としてまたはエンジンを支持する補強部材として広く使用することができるので、車輛重量を軽減してエンジンの性能を向上させることができる利点を有している。
【００３３】
【発明の効果】
本発明は、マグネシウム薄板をプレス加工して複数のパイプ状部を一体に形成することにより、軽量であるにもかかわらず強度を高めて、安全性を高くすることができ、また、補強部材の表面に設ける平面部の面積を調整して形成することにより、補強面積を広くすることができると共に、車体の一部としてまたはエンジンを支持する補強部材として用途を広げて使用することができる。さらに、マグネシウム合金は、リサイクル特性及び再資源化特性も併せ持ち、環境適合性に優れている。
プレス加工が難しいマグネシウム薄板を、段階を分けてプレス加工をすることにより折り斑やひび割れを防止して加圧硬化性に優れた補強部材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の補強ビームの取付状態を示す自動車ドアの内側板を取り外した状態の説明図である。
【図2】 従来のパイプ部材からなる補強ビームをドアの外面板と内面板の内部に取付た状態を示した要部断面図である。
【図３】 本発明にかかる第１補強部材の斜視図である。
【図４】 本発明にかかる第２補強部材の斜視図である。
【図５】 第１補強部材をドアの外面板と内面板の内部に取付けた状態を示した要部断面図である。
【図６】 本発明にかかる補強部材の素材を示したマグネシウム薄板の斜視図である。
【図７】 マグネシウム薄板の長辺の両端に第１金型を用いて第１工程のプレスする前の状態を示す断面図である。
【図８】 第１金型でプレスし、マグネシウム薄板の長辺の両端にそれぞれ第１湾曲部を形成した状態を示す断面図である。
【図９】 マグネシウム薄板の両端に第１湾曲部を形成した状態を示す断面図である。
【図１０】 第２金型を用いて、マグネシウム薄板を第２工程のプレスする前の状態を示す断面図である。
【図１１】 第２金型でマグネシウム薄板の中間部分を更にプレスした状態を示す断面図である。
【図１２】 第２工程で断面略凹型にプレスした状態を示すマグネシウム薄板の断面図である。
【図１３】 第３金型でマグネシウム薄板を第３工程のプレスする前の状態を示す断面図である。
【図１４】 第３金型を用いてプレスしてパイプ状部を形成した状態の断面図である。
【図１５】 第３工程において、マグネシウム薄板でパイプ状部を形成した補強部材の断面図である。
【符号の説明】
９ 第１補強部材
１０ マグネシウム薄板
１１ 長辺
１３ 平面部
１５ パイプ状部
１５ａ 第１湾曲部
１５ｂ 第２湾曲部
１５ｃ 立上部
２１ 第２補強部材
３１ 第１金型
３１ａ 第１凸金型
３１ｂ 第１凹金型
３２ 第１平面部
３３ 第１アール部
３４ 第１凹入部
３５ 第２金型
３５ａ 第２凸金型
３５ｂ 第２凹金型
３６ 第２平坦部
３７ 第２アール部
３８ 第２凹入部
４０ 第３金型
４０ａ 第３凸金型
４０ｂ 第３凹金型
４１ 凹入弧状部
４３ 第３凹入部

Claims (1)

1. 下面中央に設けた第１平坦部（３２）の両端にそれぞれ第１アール部（３３、３３）を有した第１凸金型（３１ａ）と、前記第１アール部（３３、３３）と合致する第１凹入部（３４、３４）を設けた第１凹金型（３１ｂ）とからなる第１金型（３１）で、上面または上下両面に薄いスチレンペーパーをそれぞれ複数枚介在させて、長方形をしたマグネシウム薄板（１０）の伸張程度に応じてゆっくり降下させるプレス加工を所定のプレス力で複数回繰返し行うことにより、前記薄板の中央に存した平面部（１３）の両側端の長辺（１１、１１）両端を上方に折り曲げて第１湾曲部（１５ａ、１５ａ）を形成する第１工程と、
   前記工程で第１湾曲部（１５ａ、１５ａ）を形成した前記薄板（１０）の中央に存する平面部（１３）を、下面中央に前記第１金型の第１平面部（３２）より狭く設けた第２平坦部（３６）の両側にそれぞれ第２アール部（３７、３７）を有した第２凸金型（３５ａ）と、前記第２アール部（３７、３７）と合致する第２凹入部（３８、３８）を有した第２凹金型（３５ｂ）とからなる第２金型（３５）で、上面または上下両面に薄いスチレンペーパーをそれぞれ複数枚介在させて、前記薄板の伸張程度に応じてゆっくり降下させるプレス加工を所定のプレス力で複数回繰返し行うことにより、前記薄板の平面部（１３）の両側を折り曲げて第２湾曲部（１５ｂ、１５ｂ）を形成し、該第２湾曲部の先端には立上部（１５ｃ、１５ｃ）を介して前記第１湾曲部（１５ａ、１５ａ）を有して全体を略凹形に形成する第２工程と、
   略凹形に形成したマグネシウム薄板（１０）の前記第１湾曲部（１５ａ、１５ａ）を、中央下面に一対の湾曲させた凹入弧状部（４１、４１）を設けた第３凸金型（４０ａ）と、前記凹入弧状部と合致させる第３凹入部（４３）を設けた第３凹金型（４０ｂ）とからなる第３金型（４０）で、上面または上下両面に薄いスチレンペーパーをそれぞれ複数枚介在させて、前記薄板の伸張程度に応じてゆっくり降下させるプレス加工を所定のプレス力で複数回繰り返し行うことにより、前記薄板の前記第１湾曲部（１５ａ，１５ａ）をプレス加工により弧状に巻回させてそれぞれ対をなすパイプ状部（１５、１５）を形成する第３工程とにより、一対のパイプ状部（１５、１５）を有した補強部材（９、２１）を形成することを特徴とする自動車用補強部材の製造方法。

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