JP4045617B2

JP4045617B2 - 車両ボデーの強化組立法

Info

Publication number: JP4045617B2
Application number: JP26411497A
Authority: JP
Inventors: 貢深堀; 勝則花川; 恭聡石田
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1997-09-29
Filing date: 1997-09-29
Publication date: 2008-02-13
Anticipated expiration: 2017-09-29
Also published as: JPH1199960A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は車両用ボデーの強化組立法に関し、例えば自動車ボデーのピラー部の如き閉断面空間部の強化必要部に、発泡材を充填して強度・剛性を高めた強化組立法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車などの車両のボデーには、例えばピラー部等に中空の閉断面空間部が形成されている。これらピラーは視認性や乗降性などの向上という観点から断面の大きさが制約を受け、結果として十分な強度と剛性を確保しにくいという問題がある。また該中空部の共鳴効果によって車室内騒音を増大するといった問題も指摘される。
【０００３】
一方、例えば特開昭５８−１３９８７８号公報には、前記閉断面空間内に未発泡の発泡材を装着しておき、電着塗装時の乾燥熱を利用し該発泡材を発泡させて前記閉断面空間内に充填することにより、騒音を軽減する方法を開示している。ところがこの方法では、未発泡の発泡材を閉断面空間内の所定部位に固定するのに、未発泡の発泡材よりも断面積の小さい断面縮少部を形成したり、あるいは発泡材固定用の掛止部を形成する等の予備加工が必要となり、ボデー成形の作業効率を低下させる大きな原因となる。しかもこの方法では、前記発泡材を閉断面空間内の所定部位に確実に位置決めできるとは限らず、偏った位置に固定されることがある。その場合は偏った位置で発泡材の発泡が起こり、発泡材が周辺フランジ部等から閉断面外へ漏れ出して外観を劣化させたり、或は塗膜の密着性に悪影響を及ぼし、耐食性などにも悪影響を及ぼす恐れがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、車両ボデーのピラー部等の閉断面空間内に発泡材を充填して強化する際に、未発泡材を所定の強化必要部位に簡単且つ確実に固定することができ、発泡により発泡材が閉断面空間外に漏れ出して前述の様な問題を起こすことなく、しかも当該強化必要部位の閉断面空間内を万遍なく確実に充填して強化することができる強化組立法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る強化組立法は、車両ボデーの加工組立を行なうに当たり、
車両ボデー用パネルの強化必要部位の全部もしくは一部に対応するパネル内面側に、ビードを、加工に伴うパネル材料の伸び率が略連続的となる様に形成してから所定形状にプレス加工し、あるいは
車両ボデー用パネルを所定形状にプレス加工してから強化必要部位の全部もしくは一部に対応するパネル内面側に、ビードを、加工に伴うパネル材料の伸び率が略連続的となる様に形成し、
上記パネルを、閉断面空間を形成する様に合わせて接合した後、該閉断面空間内で前記発泡材を発泡させるところに要旨を有している。
【０００７】
上記強化組立法を実施するに当っては、前記ビードをボデー用パネルにおける成形時の材料の伸び率が大きくなる方向に沿って形成すれば、該ビード形成による加工性の低下を抑制すると共に、該ビード形成によってもたらされる強化効果を一層有効に生かすことができるので好ましい。
【０００８】
また、前記ビードを前記パネルの接合面領域の位置に形成すると、接合性や接合強度に悪影響を及ぼすことがあるので、該ビードは上記パネルの非接合面領域に形成するのがよく、また該接合面は、強化効果を高めるため連続的に接合しておくことが望ましい。また、パネル材料は該ビードの形成によって強化される反面、伸び率は低下する傾向があるので、伸び率の急変による加工性の劣化や外力を受けたときの応力集中を回避するには、該パネル材料の伸び率が略連続的となる様に前記ビードを形成することが望ましい。
【０００９】
また、ビードの形成には様々の方法を採用することができるが、ビード形成部以外の部位に極力熱影響を及ぼすことなく所定のビードを効率よく形成するには、高密度エネルギー熱源、中でもレーザービームを用いてビードを形成する方法を採用することが望ましい。また、該ビード形成部に装填される未発泡発泡材を発泡させるための加熱源は特に制限されないが、車両ボデーの組立に当っては、殆んどの場合塗装工程で電着塗装が行なわれるので、該電着塗装時の乾燥熱を利用して加熱発泡させる方法を採用すれば、作業性および熱効率の上で最も好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
上記の様に本発明の強化組立体は、ボデー用加工パネルを閉断面空間を形成する様に合わせて接合した車両ボデーの組立体において、該組立体における強化必要部位の全部もしくは一部に対応するパネル内面側に、複数本のビードが形成されると共に、該ビード形成部位を含む前記閉断面空間内が発泡材により充填されて強化された構造を有しており、強化必要部位はビードの形成と発泡材の充填によって二重に強化されているので、軽量で且つ優れた強度・剛性を示す車両ボデーとなる。
【００１１】
そしてこの様な強化組立体は、車両用ボデーを構成するボデー用パネルの強化必要部位に複数のビードを形成してから所定形状にプレス加工し、あるいは、ボデー用パネルを所定形状にプレス加工し強化必要部位に複数のビードを形成し、上記パネルを、閉断面空間を形成する様に合わせて接合した後、該閉断面内で前記発泡材を発泡させて該閉断面空間内に充填させるもので、この様な方法、特にボデー用パネルの強化必要部位に複数のビード（突部）を形成し、この部分を発泡材の充填部とすることによって、該発泡材を所定の強化必要部位に確実に固定させることができ、発泡材充填部の偏り等によって生じる前述の様な問題、具体的には、発泡材が偏った位置で発泡し、閉断面の周辺フランジ部等から発泡材が漏れ出して外観を劣化させたり、或は塗膜の密着性を悪化させて耐食性などに悪影響を及ぼす、といった問題などを生じることなく安定した強化効果を得ることができる。また、強化必要部位のフランジ部を連続的に接合しておけば、強化部へ加わる荷重を効率よく周辺に分散させることができ、結果としてボデー組立体の強度・剛性を一層高めることができる。しかもビード形成によって当該強化必要部位のパネル自体も強化されることになり、発泡材の充填強化とビード形成による強化効果、更にはフランジ部の連続接合による効果が相まって、強化必要部位の剛性や構造強度を著しく高めることが可能となる。
【００１２】
以下、実施例図面を参照しながら本発明の実施の形態を具体的に説明するが、本発明はもとより下記図示例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更して実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。
【００１３】
図１は、本発明にかかる車両ボデーの強化組立体におけるセンターピラー部を例にとって説明する要部見取り図であり、Ａは強化部を示し、追って詳述する如くビードの形成と発泡材の充填によって強化されている。図２は図１におけるＸ−Ｘ線断面相当図であり、符号１はサイドフレームアウター、２はセンターピラーレインフォース、３はセンターピラーインナーを示し、これら各部材は、鋼板等からなる車両ボデー用パネル材をプレス加工することによって成形され、これらを閉断面空間を形成する様に合わせてレーザービーム等により周縁を溶接々合することによって組み立てられる。符号Ｈは発泡充填材を夫々示している。
【００１４】
これらの図において強化部Ａは、以下に詳述する如く複数本のビードを位置決め部として、当該部位に発泡材を装填し加熱発泡させることによって強化されている。図２では、サイドフレームアウター１とセンターピラー２とによって構成される狭い閉断面空間内にも発泡充填材Ｈを装填した例を示している。
【００１５】
次に図３は、上記図１に示した様な強化組立体を製造する際の１例を示す工程説明図であり、コイル若しくは切り板状のパネル（鋼板）Ｐを所定形状に切り出し、該パネルＰのプレス成形後の強化必要部位に対応する位置にビードＷを形成した後、プレス成形によってセンターピラー部材の成形を行なう。この際、前記図２で説明した様にセンターピラーレインフォース、センターピラーインナー等の成形が行なわれる。そして、別途成形加工されたサイドフレームアウターと合わせてサイドフレームの加工組立が行なわれる。この加工組立工程で、上記各プレス加工パネルを用いて閉断面空間を形成しつつ接合する際に、前記ビード形成部への未発泡の発泡材Ｈの装填が行なわれる。次いで、得られたサイドフレームを他のフレーム部材等と接合して車体を組み立て、その後電着塗装および乾燥を行なうと共に、前記強化必要部位に装填された発泡材を加熱発泡させて車両ボデーの組み立てを終える。
【００１６】
図４は、上記図３に示したサイドフレーム部材加工後の組立工程を説明する図３のＹ−Ｙ線断面相当図であり、サイドフレームアウター１の強化要求部に未発泡の発泡材Ｈ₁ を装填してからセンターピラーレンイフォース２を仮付け溶接し、該センターピラーレインフォース２の前記ビード形成部位に未発泡の発泡材Ｈ₂ を装填した後、更にセンターピラーインナー３を仮付け溶接する。次いで、レーザービーム等の高密度エネルギー熱源を用いて周縁を溶接することにより、閉断面空間を有する車両ボデーを組み立て、電着塗装後の乾燥熱で、前記閉断面空間内の強化必要部位に装填された前記未発泡の発泡材Ｈ₁ ，Ｈ₂ を発泡させることにより、車両ボデーの組立が完了する。
【００１７】
この様な車両ボデーの組立において本発明では、前述の如く未発泡の発泡材の強化必要部位への装填と位置決めを確実にするためビードを利用するところに特徴を有しているので、以下、ビードの成形法を主体にして説明を進める。
【００１８】
まずビードは、前述の如く発泡材を強化要求部位へ確実に位置決めする機能を果たすものであるから、単一のビードではその効果が有効に発揮されず、複数の凹凸を形成する様、例えば図５に示す如く複数本形成するか、あるいは図６（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示す如くＳ字状、ジグザク状あるいは矩形状のビードとすることが望ましい。
【００１９】
また該ビードの形成方向は、該ビードをプレス成形前に形成する場合は、プレス成形工程で加工歪みが大きくなる方向に沿って形成することが望ましい。その理由は、ビード形成部は、加熱後の急冷に伴う焼入れ効果によって硬質化する傾向があり、加工歪みが大きくなる方向にビードを形成すると、プレス加工々程で硬質化したビードの部分で割れや亀裂を生じたり、ビードの形成されていない非硬質化部にシワが発生する恐れがあるが、加工歪みが大きくなる方向にビードを形成すると、該ビード形成方向に沿って硬質化部と非硬化部が均等に引き伸ばされることになり、上記の様な問題を生じることなく高品質のプレス加工品を得ることができるからである。
【００２０】
また前記センターピラーの形状からも容易に理解できる様に、通常の車両ボデー用パネルは一方々向の単純な引張り加工によって所定形状に加工されることは少なく、プレス加工々程で大なり小なり縦・横・斜め方向の複雑な引張りを受ける。そして例えば図７（Ａ）に示す如く、パネルに形成するビードを強化必要部位に等しい長さと大きさで形成した場合、該パネル材の伸び率は図７（Ｂ）に示す如くビード形成部で急変することになり、プレス加工時に該伸び率の急変部位で割れや亀裂を起こす恐れがでてくる。
【００２１】
この様な問題は、パネル材の伸び率が連続的に変化する様にビードの形成法を工夫することによって回避することができる。例えば図８（Ａ）〜（Ｃ）はビードの好ましい形成法を例示する平面説明図であり、図８（Ａ）では、ビードＷを中央部で最も長く形成すると共にその両側にいくにつれて短く形成した例、図８（Ｂ）は、中央部を実線状に連続して形成すると共にその両側は鎖線状で断続的に且つ両側にいく程鎖ピッチを広くした例、図８（Ｃ）は、ビードの長さ自体は同じであるが両側にいくにつれてビード深さを浅くした例（ビード深さを調整する方法としては、例えばレーザ出力や焦点距離、溶接速度などを変える方法等が採用できる）を示している。この様にビードＷの形成法を工夫すれば、図８（Ｄ）に示す如くビード形成部における伸び率の変化を連続的とすることができ、プレス加工時における伸び率の急変による割れや亀裂の発生を未然に防止することができる。もっとも、図８（Ａ）〜（Ｃ）に示した方法はその一例を示しただけであってこれらの方法に限定される訳ではなく、要はビード形成部の伸び率を連続的に変化させ得る限り、上記以外の様々の方法を採用することが可能である。
【００２２】
この様に、ビード形成による伸び率変化が連続的となる様に工夫すれば、その後パネル材がどの様な方向に引き伸ばされた場合でも、伸び率の急変による加工割れを防止することができる。また上記では、ビード形成後にプレス加工を行なう場合の利点を説明したが、こうしたビード形成法は、プレス加工後にビードを形成する場合にも有効となる。しかして、プレス加工後に上記の如くパネル材の伸び率が連続的に変化する様なビード形成を行なっておけば、これを車両ボデー材として仕上げた後の局部的な応力集中が回避される結果、ボデー材全体としての強度が高められるからである。
【００２３】
本発明では、上記の様にしてビードを形成した後、先に説明した様に該ビード形成部に未発泡の発泡材を装填し、該パネルを閉断面空間を形成する様に合わせて接合される。この接合にはリベット接合などを採用することも可能であるが、好ましいのはレーザービームの如き高密度エネルギー熱源を利用し、各パネル材同士の周縁を隙間なく連続的に接合する方法である。しかして、この接合部に僅かでも隙間ができると、その後の未発泡材の加熱発泡時に発泡材の一部が当該隙間から漏れ出して外観を劣化させたり、あるいは電着塗装不良となって耐食性にも悪影響を及ぼす恐れが生じるからである。
【００２４】
図９は、強化必要部位の周縁を連続溶接したものの曲げ特性とピッチを変えて溶接したものの曲げ剛性を調べた実験例を示している。即ち、図９（Ａ）に示す如く断面Ｕ字状に曲げ加工したパネルＰ₁ の内面側略中央部にビードを形成し、該ビード形成部にエポキシ系の発泡材（Ｔｅｒｏｃｏａ社製の「Ｔｅｒｏｃｏａ１０１０Ａ」）を装填してから平板状のパネルＰ₂ を合わせて周縁フランジ部を溶接し、発泡材装填部を加熱して発泡させたものについて、図９（Ｂ）に示す方法で曲げ特性を調べ、図９（Ｃ）に示す結果を得た。
【００２５】
図９（Ｃ）からも明らかである様に、強化部に発泡材を充填したものは、未充填のものに比べて高い曲げ特性を示しており、また特に発泡材を充填したものでは、周縁を連続溶接することによって曲げ剛性が大幅に高められることを確認できる。即ち発泡材充填強化構造の組立体では、周縁を連続接合することによる強化効果がより有効に発揮されることを知ることができる。
【００２６】
また、上記の様な閉断面空間を形成する為の接合を隙間なくより確実に行なうには、該接合部ができるだけ平坦であることが望ましいので、前記ビードは非接合面領域に形成する様に配慮すべきである。ちなみに、周縁の該接合面領域にビードを形成すると、該ビードの凹凸によって接合性が悪影響を受けるばかりでなく、接合部に隙間ができ、前述した如く発泡材の漏出による問題が生じ易くなるからである。又このビードは、車両ボデー材の外観に悪影響を及ぼすのを避けるため、車体の内側など表面に露出しない位置に形成することが望ましい。
【００２７】
かくしてビード形成部位に未発泡の充填材を装填し、閉断面空間を形成する様に接合した後、任意の時期に該発泡材充填部位を加熱すると、発泡材は該ビード形成部位で発泡して閉断面空間が充填され、当該部位の構造強度を高めると共に、共鳴作用による騒音抑制効果とも相まって、車両ボデーとして極めて優れたものとなる。なお上記発泡材を発泡させる為の熱源は特に制限されないが、自動車ボデー等では塗装工程で電着塗膜の加熱乾燥が行なわれるので、この乾燥熱を利用して加熱発泡させる様にすれば、工程を簡略化することができるので好ましい。
【００２８】
発泡材としては、前述の如く加熱発泡型のものであればその種類は特に制限されず、例えばエポキシ系、ポリエチレン系、ポリスチレン系、ポリ塩化ビニル系、ウレタン系、ゴム系などの架橋型もしくは非架橋型の様々の発泡性樹脂を使用できるが、主として剛性向上という本発明の目的を生かすうえで特に好ましいのは、エポキシ系の発泡材が例示される。市販の発泡材としては、例えばＴｅｒｏｃｏａ社製の「Ｔｅｒｏｃｏａ１０１０Ａ」，イイダ産業社製「ＯＲＯＴＥＸ８１５」等が好ましいものとして例示される。
これら発泡材は、その発泡倍率と充填強化部である閉断面空間の体積に応じたサイズのものを使用し、これを前記ビード形成部に装着固定すればよい。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は以上の様に構成されており、車両ボデー組立体の強化必要部位のパネル内面側にビードを形成すると共に、該ビード形成部位を含む前記閉断面空間内に発泡材を充填して強化することにより、ビード形成に伴う硬質化効果と発泡材の充填による剛性向上効果が相まって、該ボデー組立体の強度を大幅に高め得ることになった。しかも該強化部位の閉断面空間が発泡材で充填されることによって共鳴効果による騒音を著しく軽減することができる。更に、周縁の接合を連続溶接すれば、該強化部位への負荷荷重を周辺部に効率よく分散し、結果として該ボデー組立体の強度・剛性を一段と高めることができる。また本発明の方法によれば、ビードの形成によって未発泡充填材の位置決めを簡単且つ確実に行なうことができ、充填材装着位置の偏りによる前述の如き様々の問題を解消することができる。更に、ビード形成位置はその凹凸或はビード部の着色状態等によって簡単に自動検知することができるので、ビードの形成と当該位置への発泡材の装着を自動的に行なうことも可能となる。
【００３０】
また、ビードを前記ボデー用パネルにおける成形歪みが大きくなる方向に沿って形成し、或は更に加工に伴うパネル材料の伸び率が略連続的となる様に形成しておくことにより、プレス加工時にパネル材が割れや亀裂、シワなどの欠陥を生じることがなく、またボデー組立体全体として局部的な応力集中を起こすといった問題も回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の強化組立体および強化組立法を、その一例として自動車のセンターピラーについて示す説明図である。
【図２】図１におけるＸ−Ｘ線断面相当図である。
【図３】本発明の方法を、センターピラー部の強化組立例を挙げて説明する概略工程図である。
【図４】図３の強化組立工程を、断面で追って示す断面説明図である。
【図５】ビードの好ましい形成例を示す平面説明図である。
【図６】ビードの他の好ましい形成例を示す説明図である。
【図７】ビードをパネルの幅方向に等しい長さで形成したときの、パネル長さ方向の伸び率の変化を示す説明図である。
【図８】ビードをパネルの幅方向に伸び率が連続的に変化する様に形成する場合のビード形状とパネル長さ方向伸び率の変化を示す説明図である。
【図９】強化必要部位の周縁を連続溶接したものの曲げ特性とピッチを変えて溶接したものの曲げ剛性を調べた実験法とその結果を示す図である。
【符号の説明】
１サイドフレームアウター
２センターピラーレインフォース
３センターピラーインナー
Ａ強化部
Ｃセンターピラー
Ｐ車両ボデー用パネル
Ｗビード
Ｈ，Ｈ₁ ，Ｈ₂ 発泡材
Ｐ₁ ，Ｐ₂ パネル

Claims

車両ボデーの加工組立に当たり、車両ボデー用パネルの強化必要部位の全部もしくは一部に対応するパネル内面側に、ビードを、加工に伴うパネル材料の伸び率が略連続的となる様に形成してから所定形状にプレス加工し、更に上記ビード形成部位に未発泡の発泡材を装填し、該パネルを閉断面空間を形成する様に合わせて接合した後、該閉断面空間内で前記発泡材を加熱発泡させることを特徴とする車両用ボデーの強化組立法。
車両用ボデーの加工組立に当たり、車両ボデー用パネルを所定形状にプレス加工してから、強化必要部位の全部もしくは一部に対応するパネル内面側に、ビードを、加工に伴うパネル材料の伸び率が略連続的となる様に形成し、更に該ビード形成部位に未発泡の発泡材を装填し、該パネルを閉断面空間を形成する様に合わせて接合した後、該閉断面空間内で前記発泡材を発泡させることを特徴とする車両用ボデーの強化組立法。
前記ビードを、前記ボデー用パネルにおける成形時の材料の伸び率が大きくなる方向に沿って形成する請求項１または２に記載の強化組立法。
前記ビードを、前記パネルの非接合面領域に形成する請求項１〜３のいずれかに記載の強化組立法。
前記ビードを高密度エネルギー熱源によって形成する請求項１〜４のいずれかに記載の強化組立法。
高密度エネルギー熱源がレーザービームである請求項５記載の強化組立法。
発泡材の発泡を、電着塗装後の乾燥熱を利用して行なう請求項１〜６のいずれかに記載の強化組立法。