JP4993142B2 - 一体化溶接フランジを有するワンピース管状部材およびそれを製造するための関連した方法 - Google Patents

Description

連邦政府の監督機関および消費者保護団体は、転覆、側面衝撃および正面衝撃の際に、より高い性能を要求している。彼らの目標は、高速衝撃中、乗客のドア開口および客室の一体性を維持するために、座屈強度を車両重量の２．５倍に増すことにある。

本発明は、自動車の衝撃および構造部品の製造に関する。より詳細には、本発明は、補剛によってあるいは閉じた断面を有する中空形のフロントピラーの強度を増すためのデバイスによって、フロントピラーを補強するようになった車両のフロントピラー構造を開示する。

典型的には、自動車の技術者は、ルーフレール、ピラーおよびボウの強度を、この構造を硬い基礎（例えば、フレームあるいは単一ボディ部品）に取付けると同時に増すように努力している。従来の解決は、通常、二次成形適性工程に限定された、強度のためにより高いゲージの、多シート金属スタンピングを加えることを含んでいた。管状製品は、常に、ねじれ剛性および強度が優れていた、しかしながら、管状製品は、うまくパッケージすることができず、あるいはピラーのような、車両の非円筒形キャビティにうまく取付けることができず、これを、本発明は解決するつもりである。

ルーフレール、ルーフヘッダ、ロッカー補強、フロントショットガン構造、およびラジエータ支持体の現在の構造は、伝統的に、構造的な自動車ボディの一部分を含むいくつかのスタンピングから作られている。現在、ルーフ構造およびラジエータ支持体は、ハイドロフォーム法によって作られたワンピース部品として、スタンピングに取って代わり始めてきた。

一対の横方向に間隔を隔てられ、且つ長手方向に延びたサイドレール構造を示すハイドロフォームスペースフレームの例が、ガビアネリ他に発行された米国特許第６，９２６，３５０号に示され、該特許は、また、各々がそれぞれのサイドレール構造に連結された一対の最前方直立構造を含み、それによって一対のＡピラーを形成する。一対のルーフレール構造が含まれ、その各々の前方端は、関連したＡピラーの上端に連結され、後方リング組立体は、その上部分が、ルーフレール構造と連結され、その下部分が、サイドレール構造と連結される。後方リング組立体は、更に、横部分および横部分の両端から下方に延びた一対の脚部分を有する、ハイドロフォームされた管状逆Ｕ形上部材と、一対のハイドロフォームされた管状側部材と、リング形成関係で側部材の第２の端間に固く連結された横構造と、を含む。

吉田の米国特許出願公開第２００５／００８８０１２号は、内側フレーム部材および外側フレーム部材がほぼ管状形状に結合された車両フロントピラーを教示する。内側フレーム部材の前部は、車両の前部に向けられ、衝撃吸収部分として働くように少なくとも１つの曲げ部分が内側フレーム部材の前部に形成される。内側フレーム部材の後部は、車両の後部に向けられ、閉じた断面構造の補強部材が高剛性部分として働くように内側フレーム部材の後部に取付けられる。補強部材は、円形断面形状を有していてもよいし、長方形断面形状を有していてもよい。

最後に、山本他の米国特許第６，６９２，０６５号は、基本フレームを形成するために車両ドア開口の内側に配置されたチューブハイドロフォーム管状フレームワークによって作られた、車両ドア開口の周りに配置するためのフレーム構造を教示する。外側パネルは、溶接によって管状フレームワークに結合される。管状フレームワークの内側は、車両内の内壁である。外側パネルに面する、管状フレームワークの外側は、補剛壁である。補剛壁は、外側パネルと内側壁との間の閉じた空間内に隠される。

本発明は、細長い構造部材および関連した製造方法を開示し、該細長い構造部材は、ロール成形、押出し製造、あるいはハイドロフォーム法のいずれかによって作られ、前記構造部材は、一体的に形成された、あるいは溶接された縁を取り囲んだフランジを組み込み、追加のボディパネル、例えば、ドア、窓取付け構造あるいは他の構造パネルを構造部材にスポット溶接するためにフランジを提供する。閉じた断面の圧延された部品が、細長い構造部材を構成し、多ピーススタンピング構造を簡単な単一ピース部分と置き換え、真っ直ぐに圧延されあるいは押出され、あるいは湾曲したあるいは複雑な湾曲状況に曲げ伸ばされることができる。

本構造は、鋼ゲージの増加、追加の補強部材、および／または複雑な製造操作のような、個々の部品あるいは自動車衝撃および構造部品の製造工程内のステップを除去する。これらのステップは、先行技術で提供されるような在来製造工程と関連した、機械設備および取り扱いコストを増大させる。

典型的なルーフ構造は、車両補強のためのＡピラー、ルーフレール、およびＢまたはＣピラーを含む。本発明は、これらの一般的に個々の部材を、ワンピース構造部材に一体接合フランジを形成することによって組み合わせる。ピラー用途に加えて、本発明の細長い構造部材は、また、低ロッカーパネル用途への適用のために変更することもできる。

ワンピースロール成形および曲げ伸ばし部品（あるいはさもなければ取り付け成形構造部品）が、（開示された用途で）ルーフレールシステムの以下の部品に取って代わる。１）内側Ａピラーパネル、２）外側Ａピラーパネル、３）Ａピラー補強部、４）内側ルーフレールパネル、５）外側ルーフレールパネル、６）Ａピラー延長部、および７）Ｃピラー補強部、これは全て典型的なボディ構造構成に用いられる。その結果、本発明は、多くのスタンプダイ工具、溶接機械、溶接取付け具、および検査取付け具を除去する、工具の利点を有し、また、もしマルテンサイト変形例が要求されるならば、重量の利点を提供する。

今、添付図面が参照され、以下の詳細な説明と組み合わせて読むとき、いくつかの図面を通して同一の参照番号は同一の部品を示す。

添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を今以下のように記載する。全体として参照番号４０で示すルーフ構造は（図１）、Ａピラー部分１０と、ルーフレール部分４２と、ＢピラーあるいはＣピラー部分６０と、を含む。

図２は、Ａピラー部分１０の図１に示す図の部分拡大図を示し、Ａピラー部分１０がワンピースの管状部材８および溶接フランジ部材３０を含む。ワンピースの管状部材８は、在来のＡピラーおよびルーフレールと関連した内側パネルおよび外側パネル、および追加のＡピラー延長部材に取って代わり、それによって追加の部品の製造および組み立てコスト、および形成ステップを減じる。

ルーフ構造４０の管状形状は、全部材の構造的一体性を増し、その結果、補強ルーフ構造４０は、追加のＡピラー補強インサートを除去する。更に前述したように、本発明の細長い構造部材は、ロッカーパネル、バンパー構造などに限定されない他の用途への組み込みにも適する。

更に、ワンピースの管状部材は、全体のルーフ構造４０の長さにわたって用いられることに限定されない。ルーフ構造４０の変形では、ワンピースの管状部材８は、長さがＡピラー部分１０、ルーフレール部分４２、および／またはＢあるいはＣピラー部分６０に限定されてもよい。上述したこれらの部分を別々に形成することは、部材を一緒に結合するために追加の溶接および／またはその後の結合ステップを要求し、これは、製造コストを増大させる。

更に図４（並びに図３の斜視図）を参照すると、ルーフ構造４０（図１−２）のＡ−Ａ線に沿った断面図であるＡピラー部分１０の横断面図は、再びワンピースの管状部材８および溶接フランジ部材３０を示し、その各々は鋼で形成される。ワンピースの管状部材８（図４）は、頂壁２４と、外側パネル２６と、内側パネル２８と、を含み、これらは典型的にはワンピース部材として形成され、次いでその後ピラー構造を閉じるように曲げられる。外側パネル２６は、更に、側壁１４と、底壁１８と、フランジ壁２０と、を含み、内側パネル２８は、更に、側壁１４’および１４”と、底壁１５’と、フランジ壁１２と、を含み、頂壁１６が外側パネルと内側パネルを結合する。

ロール成形のシートメタルのその後の曲げ後、得られたワンピースの管状部材１０は、参照番号２２で参照されるように例えば溶接によって、閉じた、それによって多角形形状、例えば、三角形、四角形、五角形、六角形などの断面を含む、どのような多面物品のような、を示し、これは、更に、それぞれの外側フランジ壁２０と内側フランジ壁１２との間に、車両部品を支持するための一体フランジを作る。そうすることで、ワンピースの管状部材１０は、更に全体的に参照番号５０で参照されるように第１の選択された且つ一体に形成された（例えば、ドアシール）フランジを形成する。ドアシールフランジ５０は、外側フランジ壁２０および内側フランジ壁１２を囲むドアシール５２（再び図４を参照）を含む。

ワンピースの管状部材８の頂壁１６（図４）は、更に、ワンピースの管状部材８の頂壁１６と溶接フランジ部材３０の底壁３２との間に加えられた溶接部２４により、溶接フランジ部材３０の底壁３２に結合される。その結果、溶接フランジ部材３０の関連した脚部は、更に、ワンピースの管状部材１０から上方に延び、これにより側壁３４が形成され、ガラス窓（図示せず）が側壁３４で支持され、更に、その後の製造ステップで、側壁３４はワンピースの管状部材８に加えられるのがよい。

もし、ワンピースの管状部材８の長さがＡピラー部分１０に限定され、すなわちルーフ構造４０の全長に延びないならば（図１）、第２の（溶接）フランジ部材３０のその後の取付けステップをも除去することができる。前述の好ましい実施形態は、単一の形成および一体フランジ（参照番号５０で示され、形成部分１２および２０によって作られるような）は、所望の鋼シート材料のロール成形によって作ることができることを示す。

更に再び図３で参照されるように、壁１２か２０のいずれかの（および軸線方向に延びる点線２３によって画定された壁部分１２’によって参照された）選択部分が、溶接位置２２に沿って、且つその外側で切断されるのが望ましい。こうする目的は、フランジ壁の全体の厚さを減じるためであり（すなわち２つの肉厚から単一肉厚に減じ）、これは改善された構造的一体性を提供するためである、なぜならば、２層溶接組立体は、３層構造と比較して優れた保持特性を示すからである。

更にロール成形技術と関連した限定を考えると、典型的には、どのような追加のフランジ（例えば、参照番号３０で示されるような）も例えば溶接によって別々に取付けられることが理解される。しかしながら、本発明は、本発明によって作られる細長い構造部材にフランジ以外が一体的に形成されてもよい、成形構造および／または用途（ロール成形、ハイドロフォーミングなど）を示す。

ワンピースの管状部材１０の多角形断面（再び図４）は、再び、本発明の好ましい実施形態に限定されない。車のスタイルの常に変化する要求のために、より強い車両部材およびより小さいパッケージの必要が必須である。その結果、多くの場合、可変断面および異なる外側および内側ピラーパネルが非常に望まれる。望ましい成形技術の中で、ロール成形は、外側および内側ピラーパネル構造の変化を許容し、かつ可能にする。

上述の構造の記載を考慮に入れて、ルーフ構造４０（再び図１）の成形方法を、今、簡単に要約する。ワンピース管状部材および溶接フランジ部材は、好ましくは薄い鋼シートで形成され、ロール成形工程中、該薄い鋼シートは、大きなコイルから供給されるほぼ連続的なシートである。鋼シートの幅は、単一あるいは複数部材を同時に作ることができるように、管状および溶接フランジ部材の所望の最終寸法に基づいて選択される。かくして、コイルで提供されるように、平らな鋼シートの最初の幅は、平らな状態に打ち延ばされたならば、所定の量の部材の幅にほぼ対応する。

平らにされた鋼シートは、コイルからロール成形ミルに供給され、該ロール成形ミルは、平らな鋼シートがミルを通るとき、在来のおよび既知の方法で、平らな鋼シートを徐々に改変し、平らな鋼シートは、ミルを去ると、長手方向に成形される。次いで、連続波形シートが、切断プレスに送られ、切断プレスは、連続波形シートを最終ルーフ構造の所望の長さに対応する所望の間隔を隔てた距離で切断する。

更なるステップでは、ルーフ構造は、その中に取付けられた金属部材に金属変態を引き起こすのに十分高い温度で加熱される。好ましい方法では、この金属変態は、オーステナイト変態であり、その点において、部品は９００℃を超える温度に加熱される。

適当な加熱処理に続いて、ルーフ構造は急冷される。冷却流体は、典型的には液体であり、一般的には水主体の液体であるが、他の冷却媒体を当該技術に用いてもよい。急冷ステップは、金属を硬くし、成形（ロール成形）ステップによってかけられた形状に固定する。得られた構造部材は、超高強度鋼（ＵＨＳＳ）からなり、それ故により小さいゲージ厚さを有し、より重要なことには、より少ないパッケージスペースを要求する。その結果、ＵＨＳＳピラーは、より効率的に車両衝撃基準に適合し、在来の先行技術の低強度鋼部材は、同じ車両基準に適合するために、より厚いゲージおよび／または追加の補強構造を要求する。

本発明の特定の好ましい実施形態を例示の目的で詳細に開示してきたが、部品の再配置を含む、開示した装置の変形あるいは変更は、添付した特許請求の範囲から逸脱することなしに本発明の範囲内にあることが理解されるであろう。

一体化溶接フランジを有するワンピースの管状部材の側面図である。 一体化溶接フランジを有するワンピースの管状部材の側面図を示す図１の拡大図である。 追加の溶接フランジを有するワンピースの単一フランジ管状ピラーの斜視図である。 本発明による追加の溶接フランジを有するワンピースの単一フランジ管状ピラーの図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。

Claims (5)

1. 車両に用いるための構造物品であって、
   弓形の形態を有する、ワンピースの管状部材と、前記管状部材の長手方向に沿って延びるフランジ部材とを有し、
   前記管状部材は、頂壁（２４）と、前記頂壁（２４）の両端から延びる２つの側壁（１４、１４’）と、前記各側壁（１４、１４’）からそれぞれ延びる２つの底壁（１８、１５’）と、前記各底壁（１８、１５’）からそれぞれ延び、互いに重ねられた２つのフランジ壁（１２、２０）と、を含み、
   前記フランジ部材は、前記フランジ壁（１２、２０）とは異なる位置で前記管状部材から突出するように取付けられている、
   ことを特徴とする構造物品。
2. 前記構造物品は、車両のルーフピラーを構成し、前記ルーフピラーは、内側Ａピラーパネル、外側Ａピラーパネル、Ａピラー補強部、内側サイドルーフレールパネル、外側サイドルーフレールパネル、Ａピラー延長部、およびＣピラー補強部の少なくとも１つである、請求項１に記載の構造物品。
3. 前記管状部材の中空部分の断面は、四角形、五角形、および六角形の少なくとも１つである、請求項１に記載の構造物品。
4. 車両に用いるための構造支持ルーフピラーであって、
   前記ルーフピラーは、Ａ車両ピラー、Ｂ車両ピラー、およびＣ車両ピラーの少なくとも１つであり、
   第１の部品支持フランジを有する、弓形形態のワンピースの管状部材と、前記管状部材の長手方向に沿って延びるように取付けられた第２の部品支持フランジとを有し、
   前記管状部材は、頂壁（２４）と、前記頂壁（２４）の両端から延びる２つの側壁（１４、１４’）と、前記各側壁（１４、１４’）からそれぞれ延びる２つの底壁（１８、１５’）と、前記各底壁（１８、１５’）からそれぞれ延び、互いに重ねられた２つのフランジ壁（１２、２０）と、を含み、前記第１の部品支持フランジは、前記２つのフランジ壁（１２、２０）からなり、
   前記第２の部品支持フランジは、前記第１の部品支持フランジとは異なる位置で前記管状部材から突出するように取付けられている、
   ことを特徴とする構造支持ルーフピラー。
5. 車両に用いるための構造物品であって、
   長い弓形の形態を有し且つ閉じた多角形断面形状を有する管形状を構成する、細長い、中空の、多角形のワンピースボディを有し、前記ボディは、Ａ車両ピラー、Ｂ車両ピラー、およびＣ車両ピラーの少なくとも１つであり、
   前記構造物品は、第１の部品支持フランジを有し、前記第１の部品支持フランジは、前記ボディの重なっているフランジ壁によって、一体的に形成されており且つ単一材料を構成し、前記フランジ壁は、少なくとも部分的に前記ボディの長手方向に沿って延びる形で前記管形状を構成する前記ボディから突出しており、
   前記構造物品は、更に、前記第１の部品支持フランジが突出している位置とは異なる位置で前記ボディから突出するように取付けられた第２の部品支持フランジを有する、
   ことを特徴とする構造物品。

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