JP4543668B2 - 液圧成形用管材および自動車用構造部材 - Google Patents

Description

本発明は、液圧成形用管材および自動車用構造部材に関する。

従来の液圧成形においては、電縫鋼管やアルミニウム合金押出し材などの管材が適用され、また、管材の端面からの液漏れを防ぐために、特殊な液圧付加ノズルを使用している（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１０−７１４３３号公報

しかし、電縫鋼管やアルミニウム合金押出し材などの管材は、高価であり、コストを増加させる問題を有している。

一方、管材に比べて安価である板材を、筒状に成形し、端面を突合せ溶接することで、液圧成形を適用することも可能である。しかし、板厚が薄くなると、突合せ溶接が困難となり、また、突合せ溶接する端面の加工に高い精度が要求される。さらに、板材を所望の断面形状にするために、極めて高度な成形技術が要求される。つまり、管材に比べて安価である板材を使用しても、全体としては、生産性の低下やコスト増加の要因となる問題を有している。

本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、低コストかつ良好な生産性を有する液圧成形用管材および自動車用構造部材を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、
両端部を密閉し、液圧を内部に付加することで液圧成形が施される液圧成形用管材であって、
前記液圧成形用管材は、板材の端部が重ね合うように前記板材を管状に成形して、重ね合せ部を接合してなり、
前記液圧成形用管材は、液圧成形の際における前記液圧成形用管材からの液漏れを防ぐための液漏れ防止手段を有し、
前記液漏れ防止手段は、前記液圧成形用管材の長手方向の両端部付近のみの内側に配置され、かつ、管状に成形して重ね合わせ部を構成する板の端部に形成された突起である
ことを特徴とする液圧成形用管材である。

上記目的を達成するための請求項５に記載の発明は、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の液圧成形用管材を液圧成形することで得られる管状部位を有することを特徴とする自動車用構造部材である。

上記のように構成した本発明は以下の効果を奏する。

請求項１に記載の発明によれば、管材に比べて安価である板材を使用して液圧成形用管材を得ている。また、管材の接合部は、重ね合せ部であり、突合せ部を接合する方法と異なり、高度な位置精度および端面の加工精度が不要である。特に、溶接によって接合する場合は板厚が薄い場合であっても、溶接が容易である。また、重ね合せによる管材の成形は、高度な成形技術を要求しない。さらに、管状に成形して重ね合わせ部を構成する板の端部に形成された突起である液漏れ防止手段を有するため、液圧成形の際における液圧成形用管材からの液漏れを防ぐことができる。つまり、板材を使用しても、全体としての生産性の低下およびコストの増加を抑制することが可能である。したがって、低コストかつ良好な生産性を有する液圧成形用管材を提供することができる。

請求項５に記載の発明によれば、低コストかつ良好な生産性を有する液圧成形用管材を液圧成形することで得られる管状部位を有する自動車用構造部材が得られる。したがって、低コストかつ良好な生産性を有する自動車用構造部材を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。

図１は、実施の形態１に係る液圧成形用管材を説明するための斜視図、図２は、図１の液圧成形用管材の側面図、図３は、図１の液圧成形用管材の長手方向の端部の部分拡大図である。

実施の形態１に係る液圧成形用管材１０は、管材に比べて安価な板材１１から形成されており、液圧付加ノズル（後述）によって両端部１３Ａ，１３Ｂを密閉し、液圧を内部に付加することで液圧成形が施される。

板材１１は、例えば、０．５〜５ｍｍの板厚を有する鋼板や高強度鋼板からなる。しかし、板材１１は、鋼板や高強度鋼板に限定されず、ステンレス鋼板、アルミニウム板、アルミニウム合金板等の他の金属板材を適用することも可能である。

板材１１は、長手方向と交差する方向の端部１２Ａ，１２Ｂが重ね合うように、略円形の管状に成形され、また、外側からの溶接（重ね隅肉溶接）によって、重ね合せ部１４の接合部（隅肉接合部）１５が形成される。溶接方法は、液圧成形用管材１０の長手方向に関する液漏れを引き起こす穴や隙間を生じなければ、特に限定されない。

板材１１の成形は、例えば、断面周長のみを管理しており、真円度や重ね合わせ代などは、高度な精度を必要としない。つまり、溶接される板材１１の端部１２Ａ，１２Ｂは、重ね合せ部１４であり、突合せ溶接と異なり、高度な位置精度および端面の加工精度が不要であり、板厚が薄い場合であっても、溶接が容易である。また、重ね合せによる管材１０の成形は、高度な成形技術を要求しない。

また、液圧成形用管材１０は、液漏れ防止手段と密閉手段とを有する。

液漏れ防止手段は、液圧成形用管材１０の長手方向の端部１３Ａ，１３Ｂのみの内側に配置される肉盛部１６からなる。肉盛部１６は、金属溶融物による肉盛形成が比較的簡単であり、生産性を大きく低下させないアーク溶接を、適用することで形成される。

肉盛部１６は、液圧付加ノズルを端部１３Ａ，１３Ｂに挿入する際に、ノズルに削られあるいは変形することで、液圧付加ノズルの外面と端部１３Ａ，１３Ｂの内側との隙間を解消し、液圧成形の際における液漏れを防ぐことが可能である。尚、肉盛部１６は長手方向両端部から若干奥にあっても、挿入されたノズルに押し付けられる位置にあれば液漏れを防ぐことが可能である。

また、肉盛部１６は、例えば、切削加工を施すことによって、液圧成形用管材１０の端部１３Ａ，１３Ｂの内面と滑らかにつながっていることが好ましい。この場合、作業工程は増加するが、液圧付加ノズルの摩耗が抑制されることで、液圧付加ノズルの寿命が延長し、かつ、液圧付加ノズルの外面と端部１３Ａ，１３Ｂの内側との密閉性を向上させることが可能である。

さらに、肉盛部１６を構成する金属溶融物は、液圧成形用管材１０より硬さが軟らかいことが好ましい。この場合、肉盛部１６が容易に削られあるいは変形するため、液圧付加ノズルの寿命をさらに延長し、かつ、液圧付加ノズルの外面と端部１３Ａ，１３Ｂの内側との密閉性をさらに向上させることが可能である。

密閉手段は、重ね合せ部１４を構成する板材１１の重ね合せ面の間に配置され、溶接によって形成される接合部（介在接合部）１７からなり、板材１１の重ね合せ面の隙間は溶接により埋められている。したがって、液圧成形の際において、隅肉接合部１５に加えて介在接合部１７の存在により、液圧成形用管材１０の長手方向に関する液漏れを、より確実に防ぐことが可能である。

次に、実施の形態１に係る液圧成形装置を説明する。なお、図４は、実施の形態１に係る液圧成形装置を説明するための断面図、図５は、図４の液圧成形装置における液圧付加ノズルを説明するための斜視図、図６は、図４の液圧成形装置における固定リングを説明するための斜視図である。

実施の形態１に係る液圧成形装置１００は、金型（上型１０１および下型１０２）、液圧付加ノズル１１０、液圧発生装置１２０、固定リング１３０を有する。

上型１０１および下型１０２は、液圧成形用管材１０がセットされるキャビティ１０３，１０４を有し、互いに近接離間自在に配置されており、型締めすることが可能である。

液圧付加ノズル１１０は、先細の円柱形状を有し、液圧発生装置１２０に連結される液体注入穴１１１が内部を延長している（図５参照）。また、液圧付加ノズル１１０は、上型１０１および下型１０２の側方から互いに近接離間自在に配置されている。したがって、液圧付加ノズル１１０を、液圧成形用管材１０の端部１３Ａ，１３Ｂに挿入し、液体注入穴１１１から液体（液圧媒体）を注入することで、液圧成形用管材１０の内部に液圧を付加することが可能である。

固定リング１３０は、液圧成形用管材１０の端部１３Ａ，１３Ｂの外周に配置され、内側に部分的な切り欠き１３１を有する（図６参照）。切り欠き１３１は、液圧成形用管材１０の重ね合せ部１４と対応しており、重ね合せ部１４と嵌合することで、液圧成形用管材１０を位置決めすることが可能である。

なお、切り欠き１３１は、固定リングに形成することに限定されない。例えば、上型１０１あるいは下型１０２に形成することも可能であり、この場合、固定リングを省略することができる。

次に、実施の形態１に係る液圧成形方法を説明する。なお、図７は、図４の液圧成形装置における固定リングのセットを説明するための断面図、図８は、図４の液圧成形装置における液圧付加ノズルの挿入を説明するための断面図である。

まず、図６に示されるように、液圧成形用管材１０の端部１３Ａ，１３Ｂの外周に、固定リング１３０をセットする。この際、固定リング１３０の切り欠き１３１と、液圧成形用管材１０の重ね合せ部１４とを嵌合させることで、液圧成形用管材１０を位置決めする（図７参照）。

次に、固定リングが所定位置にセットされた液圧成形用管材１０を、型開きされている上型１０１および下型１０２のキャビティ１０３，１０４に配置する。そして、上型１０１および下型１０２の型締め後、液圧付加ノズル１１０を、液圧成形用管材１０の端部１３Ａ，１３Ｂに挿入する（図４参照）。

この際、液圧付加ノズル１１０は、液圧成形用管材１０の肉盛部１６を、削りあるいは変形させる。つまり、肉盛部１６は、液圧付加ノズル１１０によって、余分な肉盛が除去されるため、残留している適正な肉盛部つまり残留肉盛部１６Ａ（図８参照）によって、隙間が良好に埋められ、密閉性が確実に確保される。

その後、液圧発生装置１２０を稼動させ、液圧付加ノズル１１０の内部を延長する液体注入穴から液体を、液圧成形用管材１０の内部に供給することで、液圧を付加する。そして、必要に応じて、例えば、上型１０１および／又は下型１０２を近接離間させたり、液圧付加ノズル１１０による軸押しを加えることで、所望の形状に液圧成形される。

なお、液圧成形用管材１０の長手方向に関する液漏れは、隅肉接合部１５および介在接合部１７の存在により、確実に防がれ、また、液圧成形用管材１０の両端部１３Ａ，１３Ｂに関する液漏れは、残留肉盛部１６Ａの存在により、確実に防がれる。

以上のように、実施の形態１においては、管材に比べて安価である板材を使用して液圧成形用管材を得ている。また、溶接される板材の端部は、重ね合せ部であり、突合せ溶接と異なり、高度な位置精度および端面の加工精度が不要であり、板厚が薄い場合であっても、溶接が容易である。また、重ね合せによる管材の成形は、高度な成形技術を要求しない。

つまり、板材を使用しても、全体としての生産性の低下およびコストの増加を抑制することが可能である。したがって、低コストかつ良好な生産性を有する液圧成形用管材を提供することができる。

また、重ね合せ部の溶接方法は、重ね隅肉溶接に限定されず、例えば、図９に示されるように、貫通溶接によって重ね合せ部２４の接合部（貫通接合部）２５を形成することが可能である。貫通接合部２５は、隅肉接合部１５の場合と同様に、板材を管状に成形してなる液圧成形用管材２０の長手方向に関する液漏れを防ぐことが可能であり、かつ、液圧成形性を確保することができる。

なお、符号２６は、液圧成形用管材２０の長手方向の端部のみの内側に配置される肉盛部を示し、符号２７は、重ね合せ部２４を構成する板材の重ね合せ面の間に配置される介在接合部を示している。

図１０は、実施の形態２に係る液圧成形用管材の素材である板材を説明するための斜視図、図１１は、実施の形態２に係る液圧成形用管材の長手方向の端部の部分拡大図である。

実施の形態２は、板材の長手方向と交差する方向の端部の一方に関して、実施の形態１と概して異なっている。詳述すると、実施の形態２においては、重ね合せ部３４を構成する板材３１の端部３２Ｂは、外側方向へ突出する段差部３８を有する。段差部３８の突出量は、板厚ｔに対応している。

板材３１は、長手方向と交差する方向の端部３２Ａ，３２Ｂが重ね合うように、略円形の管状に成形される。この際、端部３２Ｂの段差部３８が、外側方向へ突出するように位置決めする一方、他方の端部３２Ａを、段差部３８の内側によって構成される凹部３９に、嵌合させる。また、外側からの溶接（重ね隅肉溶接）によって、重ね合せ部３４の接合部（隅肉接合部）３５が、形成される。

なお、液圧成形用管材３０は、液漏れ防止手段と密閉手段とを有する。

液漏れ防止手段は、液圧成形用管材３０の長手方向の端部３３Ａ，３３Ｂのみの内側に配置される肉盛部３６からなる。肉盛部３６は、ロウ付けを適用することで形成される。ロウ付けは、実施の形態１に係るアーク溶接と同様に、金属溶融物による肉盛形成が比較的簡単であり、生産性を大きく低下させないため、好ましい。

液圧成形用管材３０の内面は、端部３２Ａと端部３２Ｂの段差部３８の凹部３９とが嵌合しているため、実施の形態１に係る液圧成形用管材１０の内面に比べて、滑らかであり、液圧成形用管材３０の内面の平滑性が向上している。そのため、液圧付加ノズルによる肉盛部の削りあるいは変形が抑止される。したがって、液圧付加ノズルの摩耗が低減されることで、液圧付加ノズルの寿命が向上し、かつ、液圧成形装置の内部に肉盛部の除去片が分散することが抑制される。

また、肉盛部３６は、端部３２Ａの端面と端部３２Ｂの段差部３８の立上り部３８Ａとの間に形成される溝状隙間に位置する。したがって、肉盛部３６は、実施の形態１に係る肉盛部１６に比べて小さくなっている。

密閉手段は、重ね合せ部３４を構成する板材３１の重ね合せ面の間に配置され、溶接によって形成される接合部（介在接合部）３７からなり、板材３１の重ね合せ面の隙間は、溶接により埋められている。したがって、隅肉接合部３５に加えて介在接合部３７の存在により、液圧成形の際において、液圧成形用管材３０の長手方向に関する液漏れを、より確実に防ぐことが可能である。

以上のように、実施の形態２においては、液圧成形用管材の内面の平滑性が向上しているため、液圧付加ノズルの寿命が向上し、かつ、液圧成形装置の内部に肉盛部の除去片が分散することが抑制される。なお、例えば、肉盛部３６に切削加工を施すことで、液圧成形用管材３０の内面の平滑性を向上させることも可能である。

図１２は、実施の形態３に係る液圧成形用管材の素材である板材を説明するための斜視図、図１３は、実施の形態３に係る液圧成形用管材の長手方向の端部の部分拡大図、図１４は、実施の形態３の変形例に係る液圧成形用管材を説明するための斜視図であり、長手方向の端部を示しており、図１５は、実施の形態３の変形例に係る液圧成形用管材を説明するための斜視図であり、長手方向の端部を示している。

実施の形態３は、液漏れ防止手段が肉盛によらない点が、実施の形態１および実施の形態２と異なる。

実施の形態４は、金属製の板材４０を四角形の一辺４２Ａに少なくとも２箇所の突起４１を設けた形状で切断し、その突起がある辺４２Ａと向かい合う辺４２Ｂが重なるように、板を曲げて略円管にして、重ね合わせ部を外側から重ね隅肉溶接して作製された管である。

その際、辺４２Ａの方が略円管の内側になるように重ね合わせると、突起部は、管の長手方向両端部に位置している。そのため、ノズルを挿入した際に、突起部が実施の形態１に記載の肉盛と同様の機能を持つため、液漏れを防止する事が出来る。尚、突起部の形状は、突起４１に限定されず、多角形形状４５（図１４参照）や略円弧形状４６（図１５参照）に示す形状でも効果を有する。

さらに、実施の形態３は、密閉手段を有する。密閉手段は、重ね合せ部を構成する板材４０の重ね合せ面の間に配置され、溶接によって形成される接合部（介在接合部）４４からなり、板材４０の重ね合せ面の隙間は、溶接により埋められている。したがって、隅肉接合部４３に加えて介在接合部４４の存在により、液圧成形の際において、液圧成形用管材の長手方向に関する液漏れを、より確実に防ぐことが可能である。

以上のように実施の形態３は、液漏れ防止手段として肉盛部を必要としないので管の成形過程での生産性が高いが、突起部があるため金属板材から管の素材４０を切り出す際の材料歩留まりが悪くなり、正味の生産性はさほど変わらない。

図１６は、実施の形態４に係る自動車用構造部材を説明するための側面図、図１７は、図１６の自動車用構造部材の部分拡大図、図１８は、図１６の線ＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩに関する断面図である。

実施の形態４に係る自動車用構造部材（構造体）は、ルーフセンタ５０である。ルーフセンタ５０は、略矩形の断面を有する管状部位５１を有する。管状部位５１は、実施の形態１に係る液圧成形用管材１０を、例えば、プレス成形によって所定の形状に屈曲し、図４〜６に示されるような液圧成形装置１００によって、液圧成形することで得られる。

液圧成形用管材１０は、低コストかつ良好な生産性を有するため、ルーフセンタ５０は、低コストかつ良好な生産性を有することとなる。

以上のように、実施の形態４においては、低コストかつ良好な生産性を有する自動車用構造部材を提供することができる。また、自動車用構造部材に適用される液圧成形用管材は、実施の形態１に限定されず、実施の形態１の変形例に係る液圧成形用管材２０や実施の形態２に係る液圧成形用管材３０や実施の形態３を、適用することも可能である。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。

例えば、重ね合せ部の接合部は、重ね隅肉溶接や貫通溶接以外のシーム溶接を適用することも可能である。また、自動車用構造部材は、ルーフセンタに限定されず、自動車用構造部材を構成するメンバや自動車用強度部材に適用することも可能である。

実施の形態１に係る液圧成形用管材を説明するための斜視図である。 図１の液圧成形用管材の側面図である。 図１の液圧成形用管材の長手方向の端部の部分拡大図である。 実施の形態１に係る液圧成形装置を説明するための断面図である。 図４の液圧成形装置における液圧付加ノズルを説明するための斜視図である。 図４の液圧成形装置における固定リングを説明するための斜視図である。 図４の液圧成形装置における固定リングのセットを説明するための断面図である。 図４の液圧成形装置における液圧付加ノズルの挿入を説明するための断面図である。 実施の形態１の変形例に係る液圧成形用管材を説明するための斜視図であり、長手方向の端部を示している。 実施の形態２に係る液圧成形用管材の素材である板材を説明するための斜視図である。 実施の形態２に係る液圧成形用管材の長手方向の端部の部分拡大図である。 実施の形態３に係る液圧成形用管材の素材である板材を説明するための斜視図である。 実施の形態３に係る液圧成形用管材の長手方向の端部の部分拡大図である。 実施の形態３の変形例に係る液圧成形用管材を説明するための斜視図であり、長手方向の端部を示している。 実施の形態３の変形例に係る液圧成形用管材を説明するための斜視図であり、長手方向の端部を示している。 実施の形態４に係る自動車用構造部材を説明するための側面図である。 図１６の自動車用構造部材の部分拡大図である。 図１６の線ＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩに関する断面図である。

符号の説明

１０・・液圧成形用管材、
１１・・板材、
１２Ａ，１２Ｂ，１３Ａ，１３Ｂ・・端部、
１４・・重ね合せ部、
１５・・隅肉接合部、
１６・・肉盛部、
１６Ａ・・残留肉盛部、
１７・・介在接合部、
２０・・液圧成形用管材、
２４・・重ね合せ部、
２５・・貫通接合部、
２６・・肉盛部、
２７・・介在接合部、
３０・・液圧成形用管材、
３１・・板材、
３２Ａ，３２Ｂ，３３Ａ，３３Ｂ・・端部、
３４・・重ね合せ部、
３５・・隅肉接合部、
３６・・肉盛部、
３７・・介在接合部、
３８・・段差部、
３８Ａ・・立上り部、
３９・・凹部、
４０・・板材、
４１・・突起部、
４２Ａ，４２Ｂ・・端部、
４３・・隅肉接合部、
４４・・介在接合部、
４５・・突起部
４６・・突起部
５０・・ルーフセンタ、
５１・・管状部位、
５４・・重ね合せ部、
１００・・液圧成形装置、
１０１・・上型、
１０２・・下型、
１０３，１０４・・キャビティ、
１１０・・液圧付加ノズル、
１１１・・液体注入穴、
１２０・・液圧発生装置、
１３０・・固定リング、
１３１・・切り欠き、
ｔ・・板厚。

Claims (4)

1. 両端部を密閉し、液圧を内部に付加することで液圧成形が施される液圧成形用管材であって、
   前記液圧成形用管材は、板材の端部が重ね合うように前記板材を管状に成形して、重ね合せ部を接合してなり、
   前記液圧成形用管材は、液圧成形の際における前記液圧成形用管材からの液漏れを防ぐための液漏れ防止手段を有し、
   前記液漏れ防止手段は、前記液圧成形用管材の長手方向の両端部付近のみの内側に配置され、かつ、管状に成形して重ね合わせ部を構成する板の端部に形成された突起であることを特徴とする液圧成形用管材。
2. 前記重ね合せ部を構成する板材の一方の端部は、外側方向へ突出する段差部を有しており、前記段差部の突出量は、板厚に対応していることを特徴とする請求項１項に記載の液圧成形用管材。
3. 前記重ね合せ部を構成する板材の重ね合せ面の間に配置される密閉手段を有し、
   前記密閉手段は、溶接によって形成される接合部からなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液圧成形用管材。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の液圧成形用管材を液圧成形することで得られる管状部位を有することを特徴とする自動車用構造部材。

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