JP4119362B2 - 自動車用ビームを製造する方法及び装置 - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

本発明は、自動車用ビーム（又はビーム材）を製造するための方法及び装置、特に閉じたプロファイル・ビームをロール成形するための方法及び装置に関する。

自動車のボディ構造に用いられるビーム並びに自動車の前方部分及び後方部分に取り付けられるビームは、他の乗り物及び他の物体との衝突からの衝撃を吸収することが要求される。それらの目的で製造されるビームには、ビームの局部的なゆがみ(buckling)を防止するために、ねじり力(torsion）に対する高い耐性及び良好な強度特性を有することが必要とされる。従来における多数の特許明細書及び特許出願明細書には、自動車工業において用いられるビームについて、並びに、そのようなビームを製造するための方法及び装置について開示されている。

米国特許第５,９３４,５４４号は、１つのロール成形プロセスによって自動車のバンパービーム材を製造するための方法及び装置を提供している。この装置は、アンコイラー(uncoiler)、ストレートナー、一群のロール成形機、スイープロール成形機、溶接手段及び切断手段を有している。バンパービームを製造するための方法は、シート状金属板を調製する工程、断面プロファイル(cross sectional profile）を形成する工程、前記シート状金属板のチューブ状の断面形状を調節する工程、前記シート状金属板を所望の長さに切る前に該シート状金属板を溶接する工程を有する。この発明の目的は、強化された衝撃耐性及び低下した重量を有するビームを提供すること、並びに従来の技術における製造方法を簡略化することである。

国際特許出願ＰＣＴ／ＳＥ９７／００３０５号には、薄壁でフランジのないプロファイル部品であって、ロール成形によって形成された閉じた断面を有する部品からなるビーム構造を有する乗物ボディが開示されている。このビーム構造の構成部品は硬化されているので、そのボロン鋼又は他の高張力鋼(high tensile steel)は９００〜１１０ＭＰａのオーダーの降伏限度(yield limit）を有している。この発明の目的は、向上したボディ強度及び剛性(stiffness)を有する、新しく軽量タイプの乗物ボディを製造することである。

ビームのために有効な製造方法を維持するために、構造的完成度(structural integrity)及び安全特性(safety characteristics)を維持する一方で、比較的少ない工程数でビームを製造する製造ライン技術を用いることは重要である。自動車の保護的部材として用いるためにビームを製造する場合、構造的完成度及び安全性は特に重要である。上述の参照した特許明細書に開示されている技術は効率的な製造方法を維持し、向上した強度特性及びビーム重量の問題点を解決してはいるが、人の安全性を必然的に向上させる結果をもたらし得る自動車に用いるためのビームの安全性の点に関して、著しい改良を行うことができる。

本発明の目的は、ねじり剛性(torsional rigidity)及び降伏強さ(yield strength)に関して著しく向上した自動車の構造部品に用いるためビームを提供して、製造方法の簡略さを維持することに加えて、その自動車（又は車両）で移動する乗員の全体としての安全性を向上させることである。

本発明は、ロール成形されたプロファイル・ビーム(roll formed profile beams）を製造するための装置であって、複数の材料ディスペンサー、第１組のローラー及び第２組のローラー、第１組及び第２組のローラーの間に配されて両者に連絡する第１の溶接ステーション、並びに、第２組のローラーの出口部に連絡して設けられる第２の溶接ステーションを有してなり、１つのディスペンサーは第１組のローラーの入口部に連絡しており、もう１つのディスペンサーは第１の溶接ステーションの入口部に連絡していることを特徴とする装置を提供する。

好ましくは、材料ディスペンサーには、それぞれシート状材料のコイルを保持するアンコイラーが設けられる。
シート状材料は高力鋼から形成されていることが望ましい。鋼は、衝撃緩衝装置として、自動車産業において使用されるビームのために望まれる特性を提供する。
１つの態様において、各シート状材料は同じ鋼から形成される。

もう１つの態様において、各シート状材料は異なる鋼から形成される。このことは製造業者により大きな自由度をもたらし、製造業者は特定の最終用途に応じて種々の強度特性を有するビームを製造することができる。
特に好ましい態様において、シート状材料はボロン鋼(boron steel）である。硬化されたボロン鋼は、９００〜１１００ＭＰａのオーダーの降伏限度を有しており、自動車産業に用いられるビームに特に好適である。

本発明では、鋼、特に高力ボロン鋼を用いる態様について説明しているが、ねじり剛性及び強さに関して所望の特性を提供するその他の鋼又は合金を用いることも当然のことながら可能であるということを理解されたい。

１つの態様において、各シート状材料は同じ厚みを有する。
もう１つ態様において、各シート状材料は異なる厚みを有する。このことによっても、製造業者及びエンドユーザーに自由度が与えられる。

本発明のもう１つ態様において、シート状材料には所定の位置にプレパンチされたアパーチャ(pre-punched apertures）が規定される（又は設けられる）。２つのシート状材料の両者に又は一方のシート状材料のみにプレパンチされたアパーチャを設けることができ、それによってビーム構造全体の重量を減らすことができる。更に、プレパンチされる孔は、熱処理工程の間に、ビームの通気部(ventilation)として機能することができる。

ロール成形によって閉じたプロファイル・ビームを製造するための本発明の装置は、シート状材料のロールを保持する第１のディスペンサー；第１のディスペンサー及び第１の溶接ステーションの両者に連絡して、シート状材料を所定のプロファイル（断面形状(profile))に成形するための第１の群（又は組）のローラー；第１の溶接ステーションに連絡して、第２のシート状材料のロールを保持する第２のディスペンサーを有しており；第１の溶接ステーションでは、第１の群のローラーによって成形されたプロファイル要素を、第２のディスペンサーから供給されるシート状材料に対して所定の位置に溶接し；第２の群のローラでは、第１の溶接ステーションからの新たに溶接されたプロファイル要素及びシート状材料を受け、及び、そのシート状材料の長手方向の自由エッジ(free edge）を第１のプロファイル要素を封じる合わせ位置（又は合い印）へ向かわせる((bring)又は変形移動させる）ことによって、最初に成形したプロファイル要素のまわりにて第２のシート状材料を成形し；第２の溶接ステーションでは、長手方向の自由エッジを第１のプロファイル要素の表面に溶接して、内側支持構造を有する閉じたプロファイルビーム(closed profile beam）を製造する。

本発明は、ロール成形されたプロファイル・ビームを製造する方法であって、第１のプロファイル要素をロール成形する工程、及びその後、前記第１のプロファイル要素を封じて第２のプロファイル要素をロール成形し、内側支持構造を有する閉じたプロファイル・ビームを形成する工程を有することを特徴とする方法をも提供する。
第１のプロファイル要素は、内側支持プロファイルとして成形されることが望ましい。

１つの態様において、プロファイル要素は、ベース部及び該ベース部から実質的に垂直に延びて互いに同じ向きに延びる一対の脚部を有する実質的にＵ字形状をなしている。
もう１つの態様において、プロファイル要素の脚部はリブを有している。リブはプロファイル要素の強度を向上させる。
内側支持プロファイル要素は、溶接ステーションにおいて第２のシート状材料に溶接されることが望ましい。

第２のシート状材料は、その後、第１のプロファイル要素を封じるビームにロール成形されることが好ましい。
第２のプロファイル要素の長手方向の縁部を第１のプロファイル要素の一部と共に溶接することによって、第１のプロファイル要素のまわりで第２のプロファイル要素を閉じることが望ましい。

シーム溶接によって、第１のプロファイル要素を第２のシート状材料に溶接することが望ましい。
第２のプロファイル要素の２つの長手方向エッジを、第２のプロファイル要素の一部とレーザー溶接することが好ましい。

本発明の閉じたプロファイルビームを製造する方法は、第１のディスペンサーから第１組のローラーへ第１のシート状材料を供給（ディスペンス）する工程；第１のシート状材料を所定のプロファイル（断面形状）に成形して得られるプロファイル要素を第１の溶接ステーションへ送る工程；第２のディスペンサーから第１の溶接ステーションへ第２のシート状材料を供給する工程；第１の溶接ステーションにおいて前記プロファイル要素を第２のシート状材料に溶接する工程；新たに形成したシート状材料及びプロファイル要素を第２組のローラーへ送る工程；シート状材料の長手方向自由エッジを合わせ位置へ向かわせることによってシート状材料を成形し、それによって前記第１のプロファイル要素を封じる工程；ワークピースを第２の溶接ステーションへ送る工程；並びに；第２のシート状材料の長手方向の自由エッジを第１のプロファイル要素の表面と一体に溶接して内側支持構造を有する閉じたプロファイルビームを形成する工程を有してなる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明について説明する。この図面は、本発明の自動車用ビームを製造するための装置及び方法の１つの態様を例示する目的のためだけに示すものである。

まず図１を参照すると、全体として参照番号１によって示される自動車用ビームを製造するための装置が示されている。第１の材料ディスペンサー２はシート状材料のコイル３を有しており、第１のシート状材料４は第１の材料ディスペンサー２から第１組の成形ローラー５へ延びている。第２の材料ディスペンサー６は第２のシート状材料のコイル７を有しており、第２のシート状材料８は第２の材料ディスペンサー６から第１組の支持ローラー９へ延びている。第１の溶接ステーション１０は、第１組の成形ローラー９と第２組の成形ローラー１１との間に配されている。第２の溶接ステーション１２は、第２組の成形ローラー１１と第２組の支持ローラー１３との間に設けられている。２つの独立した炉１４及び１５を有する誘導加熱炉が第３組の支持ローラー１６の両側に設けられており、独立した炉１５の出口部は急冷ステーション(quenching station）１７に連絡している。急冷ステーション１７と切断装置(knife）１９との間に１組のストレッチング・ローラー１８が設けられており、これが製造ライン装置１の最後部のステーションである。

図２を参照すると、全体として参照番号２１によって示される第１のプロファイル要素が示されている。プロファイル要素２１は、ベース部２３と、該ベース部２３から実質的に垂直に、互いに同じ向きに延びる一対の脚部２４を有する実質的にＵ字形状をなしている。各脚部２４は一体に形成されているフランジ２５にて終端しており、フランジ２５は、べース部２３に対して平行な面内で、互いに反対の向きに延びている。
図３を参照すると、第２のプロファイル要素４７が示されている。第２のプロファイル要素４７は２つの平行な側面５１、５２を有しており、その２つの平行な側面５１、５２は２つの側面５３、５４によって連絡されており、これによってチューブ状の閉じたプロファイル要素４７が形成されている。

図４では、第１の溶接ステーション１０と第２の溶接ステーション１２との間で行われる（図１参照）ロール成形プロセスを段階的な観点によって示している。プロファイル要素２１のフランジ２５と第２のシート状材料８との間に、２箇所の溶接部３１が示されている。第２のシート状材料８が平板状に配向している符号３２に示す状態から、第２のシート状材料８がプロファイル要素２１を封じて第２のプロファイル要素４７を形成している符号４７で示す状態へ、ロール成形プロセスの種々の段階を示している。シート状材料８の長手方向エッジ４９、５０とプロファイル要素２１のベース部２３との間に、第３の溶接部４８が示されている。

使用状態において、第１のシート状材料４は第１のディスペンサー２から第１組の成形ローラー５へ延びており、そこで第１のシート状材料４は所定のプロファイルへ成形される。プロファイル要素２１は第１組の成形ローラー５から第１の溶接ステーション１０へ送られる。第２の金属のシート状材料８は第２のディスペンサー６から第１組の支持ローラー９を通って第１の溶接ステーション１０へ供給される。プロファイル要素２１は、第１の溶接ステーション１０において第２の金属のシート状材料８に溶接される。新たに組み合わせられたプロファイル要素２１及びシート状材料８は第２組のローラー１１へ送られる。第２組のローラー１１は、第２の金属のシート状材料８の長手方向の自由エッジを合わせ位置へ向かわせることによって、第１のプロファイル要素２１がシート状材料８によって封じられるように成形する。ワークピースを第２の溶接ステーション１２へ送り、第２のシート状材料８の長手方向の自由エッジ４９、５０を第１のプロファイル要素２１のベース部２３と共に一体に溶接すると、成形プロファイルが完了し、内側に支持構造を有する閉じたプロファイルビームが形成される。

当然のことながら、明細書に記載した事項は例としてのみ挙げたものに過ぎず、本発明は本明細書に記載した特定の事項に限定されるものではなく、また、特許請求の範囲に規定した発明の範囲から逸脱することなく変更等を加えることもできると理解されたい。

図１は、装置の側面図を模式的に示す図である。 図２は、本発明の第１のプロファイル要素の端面を示す図である。 図３は、本発明の第２のプロファイル要素の端面を示す図である。 図４は、第２のロール成形プロセスを段階的に示す端面の模式図である。

Claims (10)

1. （ａ）第１の材料を供給する第１の材料ディスペンサー；
   （ｂ）前記第１の材料ディスペンサーと連絡して、該第１の材料ディスペンサーから供給される第１の材料を受け入れる入口部を有する第１組のローラーであって、前記第１の材料を所定の断面プロファイルを有する第１のプロファイル要素に成形する第１組のローラー；
   （ｃ）前記第１組のローラーの出口部において、前記第１の材料に隣接させて、第２の材料を供給する第２の材料ディスペンサー；
   （ｄ）前記第１の材料とこれに隣接する第２の材料とを溶接する第１の溶接ステーション；
   （ｅ）前記第１の溶接ステーションからの溶接された第１の材料及び第２の材料を受ける第２組のローラーであって、第２の材料を、前記第１の材料を封じるような所定の断面プロファイルを有する第２のプロファイル要素に成形する第２組のローラー；並びに
   （ｆ）前記第２組のローラーの出口部と連絡する第２の溶接ステーションであって、溶接された第１の材料及び第２の材料が前記第２組のローラーから出る際に、第２の材料の一部を一体に溶接して、閉じたプロファイルビームを形成する第２の溶接ステーション
   を有してなることを特徴とするロール成形されたプロファイル・ビームを製造する装置。
2. 第１の材料ディスペンサーにはアンコイラーが設けられており、第１の材料は前記第１の材料ディスペンサーによって保持されるシート状材料のコイルである請求項１記載の装置。
3. 第２の材料ディスペンサーにはアンコイラーが設けられており、第２の材料は前記第２の材料ディスペンサーによって保持されるシート状材料のコイルである請求項２記載の装置。
4. 第２の材料ディスペンサーにはアンコイラーが設けられており、第２の材料は前記第２の材料ディスペンサーによって保持されるシート状材料のコイルである請求項１記載の装置。
5. 第１の材料及び第２の材料はシート状材料である請求項１記載の装置。
6. 第１のシート状材料を所定のプロファイルを有する第１のプロファイル要素にロール成形する工程、及びその後、第２のシート状材料を、第１のプロファイル要素を封じる第２のプロファイル要素へロール成形して、閉じたプロファイル・ビームを形成する工程を有してなる、ロール成形されたプロファイル・ビームを製造する方法であって、
   第２のプロファイル要素をロール成形する前に、第１のプロファイル要素を第２のプロファイル要素に溶接すること、第２のプロファイル要素の長手方向縁部を第１のプロファイル要素の一部と共に溶接すること、及びそれによって第２のプロファイル要素の中に第１のプロファイル要素を封じることを特徴とする方法。
7. 前記第１のプロファイル要素が内部支持プロファイル材として形成される請求項６記載の方法。
8. 前記第１のプロファイル要素が実質的にＵ字形状のプロファイルである請求項６記載の方法。
9. 前記実質的にＵ字形状のプロファイル要素の脚部がリブを有する請求項８記載の方法。
10. 前記第２のプロファイル要素をロール成形する間に、第２のシート状材料を、第１のプロファイル要素を封じた第２のプロファイル要素へロール成形する請求項６記載の方法。

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