JP3833874B2 - 車体部材 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外径が漸次大小に変化する外形部分をもつハイドロフォーム成形品、同成形品のハイドロフォーム成形方法およびハイドロフォーム成形品を用いた車体部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車（車両）のボディ（車体）は、ボディ側部からの衝突安全性を確保するために高い剛性強度が求められている。
【０００３】
そこで、ボディ側部の骨格をなすセンタピラー部では、従来、図６（ａ），（ｂ）に示されるようにサイドアウタパネル１にインナパネル２を組み付け、この構造物に対してセンタピラーリンフォース３を組み付けることが行われている。そして、さらに補強を必要とする個所にリンフォース、ここでは４種類のリンフォース４ａ〜４ｄを追加して補強することが行われている。
【０００４】
ところで、こうした多くのリンフォースを組み付けて補強する構造は、組付精度がばらつきやすい。しかも、各種リンフォースは、所定の間隔を空けて行われるスポット溶接（アーク溶接）により組み付ける構造なので、求められる剛性強度が確保しにくい。
【０００５】
そこで、閉断面形状を呈した１つの薄い板厚のリンフォースだけで、リンフォース類に置き換わる剛性強度を確保することが考えられている。
【０００６】
具体的には、特開平８−３３７１８２号や特開平８−１９２２３８号に示されるようなハイドロフォーム成形で形成された閉断面形状の部材を用いて、リンフォース部材とすることが考えられる。
【０００７】
ハイドロフォーム成形は、上型と下型とがなす最終形状の型内に所定径の素管を収め、同素管内に水（加圧液）を圧入して内部からの加圧により素管を膨らませ（拡管）、膨らむ素管を上型と下型の型面になじませることにより、型面の形状にならう閉断面形状（口形状）の製品が成形される成形方法である。
【０００８】
このハイドロフォーム成形で形成されるリンフォース部材は、連続した周壁で閉断面形状が形成されるだけでなく、素管の周壁が伸びることで生じる加工硬化により、薄い板厚でありながら、１部品で、複数種のリンフォース類に相当する高い剛性強度が得られる。しかも、スプリングバックがほとんどないので、製品精度がよく、組付精度の点にもよいことが挙げられる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ハイドロフォーム成形は、材料に過度に負担を強いたり、製品が破断したりすることがないよう、素管各部を均等に製品形状にまで膨らませることが求められる（拡管）。特にハイドロフォーム成形で良好な製品を得るためには、通常、拡管率は、ある範囲内（例えば０〜２５％内）に収めることが求められる。
【００１０】
ところで、車体のセンタピラー部は、上端側が小径で、下端側が大径で、上端側から下端側へ向かい外周形状（断面）が漸次変化する細長の形状をなしている。
【００１１】
このため、ハイドロフォーム成形で、センタピラー部に組み付くリンフォースを成形する場合には、最終形状が小径となる部分を基準として素管を選び、これにハイドロフォーム成形を施すことになる。
【００１２】
ところが、製品形状であるリンフォースの各部の大きさが異なるために、一定断面の素管は異なる拡管率で各部が膨らむ。特に小径部の有る上端部と大径部の有る下端部との両者間では、周長の差は著しく、小径側に比べ大径側は２倍、さらにはそれ以上となる。このため、拡管率は、通常の範囲内に収められず、ハイドロフォーム成形の成形品では、簡単には、センタピラー部のような、全長方向で外径が漸次大小に変化する外形形状を有する製品は得られなかった。
【００１５】
本発明は上記事情に着目してなされたもので、ハイドロフォーム成形品の特徴を用いて、剛性強度の向上が図れる車体部材を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の記載の車体部材は、断面形状が略コ字形をなし、かつ全長方向において断面の大きさが漸次大小に変化する細長のパネル部材と、パネル部材の内部に収容されて該パネル部材に取り付けられたリンフォース部材とを組み合わせたパネル構造のうち、リンフォース部材を、略台形形状の板部材を巻いて両側辺部を接合してなるパネル部材の外形変化にならうよう外形形状を変化させた略円錐形状の素管を用いて、同素管にハイドロフォーム成形を施して幅方向両側の壁部で幅方向の位置決めを行なうようパネル部材の内壁面に沿う閉断面形状に成形すると共に奥行き方向の位置決めをなす当て面としてパネル部材の内底面と当る突部を形成し、かつ小径側の端部に、長手方向の位置決めなす当て面としての扇状部を形成する構成とした。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図１ないし図５に示す一実施形態にもとづいて説明する。
【００２１】
図１は、自動車（車両）の車体側部に有るセンタピラー部１１の構造の分解図を示している。センタピラー部１１は、ルーフレール側に組み付く上端側の外形が小径で、サイドシル側に組み付く下端側の外形が大径で、かつ上端側から下端側へ向かい外周形状（断面）が漸次変化しながら上下方向に延びている細長の車体の骨格部分である。
【００２２】
図中１２は、このセンタピラー部１１のうちの最も車外側に配置されるサイドアウタパネルを示している。このサイドアウタパネル１２は、開口が車室内側に向く断面ハット型をなしている。そして、このサイドアウタパネル１２の内部（ハット型断面で囲まれる部分）に補強用構造体１３（本願の車体部材に相当）を組み付けて、剛性強度を高めている（補強）。
【００２３】
この補強用構造体１３には、１部品で図６中のインナパネル２およびリンフォース４ａ〜４ｄに置き換わる剛性強度をもたらすハイドロフォーム製のリンフォース部材１４（本願のハイドロフォーム成形品に相当）を、例えば図６中のセンタピラーリンフォース３（本願のパネル部材に相当）を用いて、サイドアウタパネル１２内に組み付ける構造が採用されている。
【００２４】
詳しくは、センタピラーリンフォース３は、断面形状が略コ字形、具体的には断面形状が略ハット型をなすパネル部品で形成されていて、外形は、サイドアウタパネル１２と同様、上端側が細径で、下端側が大径で、上端側から下端側へ向かい外周形状（断面）が漸次変化する細長をなしている。なお、略ハット型の断面で形成される内壁面の上端側には、くびれてから拡がる開口部分が有り、下段の途中には、一旦、開口が狭まる部分が有る。図中３ｘは、そのうちの上端側のくびれ部分、３ｙはそのくびれ部分３ｘの直上の拡部分を示し、３ｚは下段側の狭まる狭部分を示している。
【００２５】
リンフォース部材１４は、１本の素管１８にハイドロフォーム成形を施すことによって、センタピラーリンフォース３の内壁面にならう閉断面形状、具体的にはくびれ部分３ｘの直上の拡部分３ｙから狭部分３ｚまでの内壁面の内部を密に埋める角筒形の製品から形成されている。
【００２６】
ここで、リンフォース部材１４は、各部の外周形状が漸次大小に変化しており、上端側には、他の部分、特に下部に有る大径部１５ａより著しく外径が小径な小径部１５ｂを有しているから、単純に小径部１５ｂを基準に素管１８を選んでハイドロフォーム成形（内部を加圧して素管を膨らませ型面になじませる成形）したのでは、小径側と大径側との拡管率が、良好な成形が行えるとされている範囲内（例えば０〜２５％）に収まらない。
【００２７】
そこで、良好な製品が得られる工夫が施してある。この工夫は、製品であるリンフォース部材１４が、図２（ｂ）に示されるようなセンタピラーリンフォース３の外形形状の変化にならい外周形状を変化させた素管１８から成形した製品としたことにある。
【００２８】
具体的には素管１８は、図２（ａ）に示されるように例えば上底が短く下底が長い山形形状、すなわち略台形形状に形成された鋼板部材１８ａを横方向から巻いて略円錐形状の筒体に成形した構造が用いられる。この素管１８は、センタピラーリンフォース３の外形形状の変化に対応して外形が連続して変化する斜面をもつ円錐形状に形成してある。
【００２９】
この素管１８を用いることで、ハイドロフォーム成形で成形された製品、すなわちリンフォース部材１４は、小径となる一端側、大径となる他端側、さらには両間の漸次外周形状が変化する各部のいずれも、周長が同等の割合で連続的に拡管する成形品となる。
【００３０】
これにより、リンフォース部材１４は、大径部１５ａ，小径部１５ｂおよび両間を含む全体が、素管１８から、制約されたある範囲内の拡管率（例えば０〜２５％の範囲内）で成形された製品となるから、破断や過度な応力負担のない良好な品質の製品となる。
【００３１】
一方、このリンフォース部材１４には、センタピラーリンフォース部材３に対する位置合せをなす構造が形成してある。これは、図１および図２（ｆ）に示されるようにリンフォース部材１４の一部外面に、ハイドロフォーム成形を利用して、センタピラーリンフォース３の内壁面と当る当て面を形成する構造である。詳しくは、リンフォース部材１４の小径側の端部には、リンフォース部材１４の長手方向の位置決めをなす当て面として、センタピラーリンフォース３のくびれ部３ｘの直上の拡部分３ｙと密に嵌まる扇状部１４ａが形成してある。またリンフォース部材１４の大径側の端部には、同じく狭まる部分３ｚと密に嵌まる狭部１４ｂが形成してある。さらにリンフォース部材１４の背面（奥行き方向の面）には、リンフォース部材１４の奥行き方向の位置決めをなす当て面として、例えば上部の上下二段の部位にセンタピラーリンフォース部材１４の内底面と当る突部１４ｃが形成してある。なお、リンフォース部材１４の幅方向の位置決めは幅方向両側の壁部そのものがなす。
【００３２】
他方、リンフォース部材１４の成形の仕方にも、制約された範囲内の拡管率で成形が行われる工夫が施してある。同ハイドロフォーム成形方法は、リンフォース部材１４（ハイドロフォーム成形品）を成形するときに、図２（ａ）〜（ｅ）に示されるような略円錐形状の素管１８を用いたものである。
【００３３】
すなわち、この素管１８は、例えば図２（ａ）に示されるように上底が短く下底が長く形成された略台形形状の鋼板部材１８ａを用意し、図２（ｂ）に示されるようにこの鋼板部材１８ａに横方向の巻き成形を施して両側辺部を突き合わせ、互いの辺部を溶接により接合した略円錐形状の１本のパイプ構造が用いられる。このとき、素管１８の円錐形状は、予め製品の漸次変化する外形形状にならう角度で傾斜する斜辺を有しているものである。この素管１８に、まず、全長が製品の全長の曲がりとなるよう、図２（ｃ）に示されるような全長が円弧状に曲がる予備成形を施す。なお、この際、同素管１８にプレス加工を施して接合部が見えないようにしてもよい。続いて、図２（ｄ）に示されるようにこの略円錐形状の素管１８を、ハイドロフォーム成形機２１の上型２２と下型２３とがなす最終形状（センタピラーリンフォースのくびれ部分３ｘの直上の拡部分３ｙから狭まる部分３ｚまでの空間形状：製品形状）の型内に収める。そして、ハイドロフォーム成形機２１を稼動させて、図２（ｄ），（ｅ）に示されるように同素管１８内に水（加圧液）を圧入して内部からの加圧により素管１８を膨らませ（拡管）、膨らむ素管１８を上型２２と下型２３の型面になじませる。
【００３４】
このとき、素管１８の各部の外周形状は、最終形状となる製品形状（ここでは、センタピラーリンフォース３の内壁面にならう形状）の外形変化にならう略円錐形状にしてあるから、素管１８の各部は、いずれも素管１８から、ある範囲内の拡管率（例えば０〜２５％の範囲内）を保ったまま、製品形状に成形される。
【００３５】
これにより、図２（ｆ）に示されるような外径が漸次大小に変化する外形部分をもつ製品、すなわち外径が大小変化する矩形の閉断面形状をもつリンフォース部材１４は、破断したりせずに良好に成形される。
【００３６】
しかも、素管１８は、略台形形状の鋼板部材を巻き成形した略円錐形状のパイプ部材を用いるので、既存の設備を用いて、コストをかけずに簡単に成形でき、安価で品質の優れた製品を得ることができる。
【００３７】
こうしたリンフォース部材１４が、図３（ａ），（ｂ）および図４（ａ），（ｂ）に示されるようにセンタピラーリンフォース３と組み合う。
【００３８】
詳しくは、リンフォース部材１４は、センタピラーリンフォース３内の上段（くびれ部分３ｘの直上）から下段（狭まる部分３ｙ）までの溝空間（一対の側面と両側面間の底面とで形成されるコ字形の溝）で囲まれる空間部分に嵌挿される。このとき、扇状部１４ａはくびれ部分３ａの直上の扇形に広がった拡部分３ｙに嵌まり、狭部１４ｂは狭まる部分３ｙに嵌まり合って突き当たり、さらに上下２個所の突部１４ｃは溝空間の底面をなす壁面に突き当たる。むろん、幅方向両側をなす左右側壁は溝空間の側面をなす壁面に突き当たる。これにより、リンフォース部材１４は、センタピラーリンフォース３に嵌めさえすれば、上下方向、幅方向、奥行き方向の各方向が動かないよう規制され、所定の位置（定位置）に確実に位置決められる。そして、同リンフォース部材１４が、アーク溶接でセンタピラーリンフォース３と接合され、センタピラー部１１の補強に適した補強用構造体１３を構成している。なお、同図中、符号２４はその溶接部分を示す。
【００３９】
そして、今までの車体の組立ラインにおけるスポット溶接の組付工程をそのまま用いて、この補強用構造体１３をサイドアウタパネル１２に溶接してある。具体的には、センタピラーリンフォース３は、今までと同じ構造、すなわち両側にフランジ部３ａ，３ａを有したハット型構造であるから、同リンフォース３をサブ組付部品として用いて、今までのスポット溶接による補強材の組付工程のときと同じく、図５（ａ）に示されるようにセンタピラーリンフォース３のコ字形部分をサイドアウタパネル１２のコ字形部分内に嵌めつつ、センタピラーリンフォース３の両側のフランジ部３ａ，３ａを、サイドアウトパネル１２の両側のフランジ部１２ａ，１２ａに重ねてから、図５（ｂ）に示されるようにフランジ部同士をスポット溶接することにより、補強構造体１３をサイドアウタパネル１２に組み付けてある。なお、図５（ｂ）中、２５はその溶接部分を示し、２６は接合されたフランジ部３ａ，１２ａに組み付くフランジトリムを示す。
【００４０】
これにより、剛性強度や組付精度に優れるハイドロフォーム成形品を利用して、車体の骨格部材であるセンタピラー部１１の剛性強度が図れる。
【００４１】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施しても構わない。例えば実施形態では、車体の骨格部材となるセンタピラー部にハイドロフォーム成形品を用いた例を挙げたが、これに限らず、サイドフレームやサイドシルなどといった他の骨格部材やそれ以外の車体の部材に用いてもよい。むろん、ハイドロフォーム成形品は、コ字形やハット形のセンタピラーリンフォースなどのサブ組付部品を用いずに、直接、コ字形やハット形のサイドアウタパネルといったアウタパネル部材の内部に組み付けてもよく、またハイドロフォーム成形品そのものだけで車体の骨格部材を構成してもよい。また一実施形態では、ハイドロフォーム成形をわかりやすく説明するために、素管の内部を加圧するだけの例を挙げているが、これに限らず、素管を端部から押圧するのを併用して、素管を膨らませる（拡管）するようにしても構わない。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１に記載の発明によれば、ハイドロフォーム成形品の特有の特徴を活かして剛性強度が図られた車体部材が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るハイドロフォーム成形品で形成されたリンフォース部材を、同部材が組み付く車両のセンタピラー部と共に示す分解斜視図。
【図２】同リンフォース部材がハイドロフォーム成形で成形される工程を説明するための図。
【図３】ハイドロフォーム成形品で形成されたリンフォースとサブ組付部品とが組み付けられたサブアッセンブリ部品を説明するための図。
【図４】（ａ）図３（ａ）中のＡ−Ａ線に沿うサブアッセンブリ部品の断面図。
（ｂ）図３（ｂ）中のＢ−Ｂ線に沿うサブアッセンブリ部品の断面図。
【図５】同サブアッセンブリ部品がアウタパネル部材と組み付くまでを説明するための断面図。
【図６】（ａ）従来の車両のセンタピラー部の構造を説明するための分解斜視図。
（ｂ）同組み上がるセンタピラー部の構造を示す平断面図。
【符号の説明】
３…センタピラーリンフォース（パネル部材）
１１…センタピラー部
１２…サイドアウタパネル（アウタパネル部材）
１３…補強用構造体（車体部材）
１４…リンフォース部材（ハイドロフォーム成形品）
１８ａ…鋼板部材（板部材）
１８…素管
２１…ハイドロフォーム成形機。

Claims (1)

1. 断面形状が略コ字形をなし、かつ全長方向において断面の大きさが漸次大小に変化する細長のパネル部材と、
   前記パネル部材の内部に収容されて該パネル部材に取り付けられるリンフォース部材とを有し、
   前記リンフォース部材は、略台形形状の板部材を巻いて両側辺部を接合することによって前記パネル部材の外形変化にならうよう外形形状を変化させた略円錐形状の素管にハイドロフォーム成形を施して幅方向両側の壁部で幅方向の位置決めを行なうよう前記パネル部材の内壁面に沿う閉断面形状に成形すると共に奥行き方向の位置決めをなす当て面として前記パネル部材の内底面と当る突部を形成し、かつ小径側の端部には、長手方向の位置決めなす当て面としての扇状部が形成されてなることを特徴とする車体部材。

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