JP6916056B2 - インパネリインフォースメント固定構造 - Google Patents

Description

本発明は、車両の構造に関し、特に、インパネリインフォースメントに被固定部材を固定する構造に関する。

下記特許文献１には、車両のインパネリインフォースメントにステアリングを支持するための部材を取り付けた構造が開示されている。この文献の技術では、ステアリングを支持するための部材は、インパネリインフォースメントに溶接固定されている。

特開２０１６−０６４７１６号公報

インパネリインフォースメントにステアリングを支持するための部材などを溶接以外の手法を用いて取り付ける場合、車両に要求される強度を確保して両者を固定しなければならない。特に、電磁成形を用いる場合には、電磁成形の特性を勘案した上で、必要となる固定強度を確保する必要がある。

本発明の目的は、インパネリインフォースメントと貫通孔をもつ被固定部材とを電磁成形による塑性変形を利用して固定した車両構造を提供することにある。

本発明にかかるインパネリインフォースメント固定構造は、車両の幅方向に延びるパイプ部材を備え、前記車両に固定されたインパネリインフォースメントと、一方側端面と、他方側端面と、前記一方側端面と前記他方側端面とを貫通する貫通孔とを備え、前記貫通孔の内壁が前記パイプ部材の外周面に接合した被固定部材と、を備え、前記被固定部材の前記一方側端面と前記他方側端面の少なくとも一方の全部が、前記貫通孔の延びる方向である貫通孔方向と直交しない形状で形成されており、前記被固定部材の前記一方側端面と前記他方側端面の外側では、前記パイプ部材は前記貫通孔の前記内壁よりも拡径されて、前記被固定部材を挟み込んでおり、前記被固定部材の前記一方側端面の前記貫通孔方向に対する角度と、前記被固定部材の前記他方側端面の前記貫通孔方向に対する角度と、が異なり、これにより、前記被固定部材が前記パイプ部材によってかしめ固定されている。

インパネリインフォースメントが備えるパイプ部材は、内部が中空である筒型の形状をした部材である。中空を構成する孔部は、典型的にはその断面が円形（加工誤差の範囲で真円とみなせる形状）をなすように作られるが、楕円形や多角形などに形成されていても構わない。パイプ部材には、インパネリインフォースメントとして必要な強度が確保でき、かつ、電磁成形が可能な素材が利用される。素材の例としては、アルミニウムやその合金、マグネシウムやその合金を挙げることができる。

被固定部材は、貫通孔を備えた部材であり、電磁成形に必要な強度や、部材を利用する上で必要な強度などが確保できる素材を用いて作られている。被固定部材の全体形状は特に限定されるものではない。被固定部材には、貫通孔が形成されている。貫通孔は、被固定部材のある面から別の面への貫かれた孔であり、例えば、型成形や、部材の打ち抜きにより形成されてもよいし、複数の部材を組み合わせて形成されてもよい。貫通孔は、典型的には、円筒形状に作られるが、その断面形状は円形の他に、楕円形や多角形など様々な形をとることができる。

被固定部材は、貫通孔の一方または両方の端面（貫通孔の端部の外縁を含む面）の一部または全部が、貫通孔方向と直交しない角度に形成されている。貫通孔方向とは、貫通孔の内壁によって規定される方向であり、例えば、貫通孔が円筒形である場合には円筒の軸方向を指す。端面の一部が貫通孔の方向とは直交しない例としては、端面が貫通孔の方向に対して波打っている形状を挙げることができる。また、端面の全部が貫通孔の方向とは直交しない例としては、貫通孔の方向に直交しない斜め平面上に形成された平面形状を挙げることができる。両端面の形状は、互いに同一形状としてもよいし、互いに異なる形状としてもよい。

パイプ部材は被固定部材の貫通孔の内部に設置されて、電磁成形を受ける。すなわち、電磁成形用のコイルが、パイプ部材の内部における被固定部材の貫通孔位置付近に設置され、パルス通電（大きな電流を瞬間的に流す）されることで、パイプ部材に対して拡径する力を作用させる。この結果、パイプ部材は塑性変形を受けて拡径し、貫通孔内ではその内壁に密着するように接合し、貫通孔の両端面の外側では、貫通孔の内壁の径よりも大きく拡径し、被固定部材を挟みこむかしめ固定が行われる。

かしめ固定された場合、被固定部材は両端面を拡径されたパイプ部材に挟まれているため、パイプ部材の軸方向への移動ができなくなる。また、被固定部材の両端面が貫通孔方向に直交しない形状に作られているため、被固定部材は、拡径されたかしめ部分に邪魔されて、パイプ部材の軸回り方向にも動くことができずに固定される。貫通孔の内壁とパイプ部材外壁とが密着した接合は、これらの固定を一層強固なものとしている。

本発明にかかるインパネリインフォースメントを含む固定部材によれば、インパネリインフォースメントのパイプ部材に固定された被固定部材は、かしめによって、パイプ軸方向へ動かないように固定されるのみならず、パイプ軸回り方向にも動かないように固定される。

本実施形態にかかる構造についての部分的な概略斜視図である。 本実施形態にかかる被固定部材の模式的な斜視図である。 本実施形態にかかるパイプ部材と被固定部材との固定の様子を示した模式的な平面図である。 本実施形態の変形例にかかるパイプ部材と被固定部材の側面図である。

以下に、本発明の実施形態について説明する。ここに示す実施形態は、本発明に基づいて実施可能となる形態を例示するものであり、本発明は、これ以外の形態でも実施可能である。

図１は、本実施形態にかかるインパネリインフォースメント固定構造１０についての部分的な斜視図である。インパネリインフォースメントは、車両に固定的に結合され、車両の幅方向に延びるパイプ部材を含んでおり、パイプ部材はアルミ合金を押出成形することで形成されている。図１には、インパネリインフォースメントが備えるパイプ部材１２の一部分が示されている。パイプ部材１２は、内部が中空であり、その断面がほぼ円形である円筒形状である。パイプ部材１２には、被固定部材としてのステアリング支持部材１４が取り付けられる。ステアリング支持部材１４は、車両のステアリング関係の部材を支持するために利用される部材である。ステアリング支持部材１４は、２つの貫通孔１６、１８を備えている。貫通孔１６と１８には、パイプ部材１２が、それらの孔を貫いて挿入されている。後で改めて説明するように、パイプ部材１２の内部には、電磁成形用のコイルが設置されて、かしめ固定する加工が行われる。

次に図２の模式図を用いて、被固定部材の形状的特徴について説明する。図２は、被固定部材２０の一例を模式的に示す斜視図である。図示した被固定部材２０は、外壁２２と内壁２４によって構成された円筒形状の部材である。内壁２４の内側には貫通孔２６が形成されている。被固定部材２０の端面２８、３０は、内壁２４の長手方向である貫通孔方向３２を斜めに切る（すなわち直交せずに切る）ように平面的に形成されている。このため、端面２８が載る平面の法線方向３４は、貫通孔方向３２とは平行になっていない。

図３は、かしめ固定された部材４０について説明する模式的な平面図である。図示したカシメ固定された部材４０は、図２に示した被固定部材２０と、その貫通孔２６に挿入されたパイプ部材４２とからなる。パイプ部材４２では、もともとその外壁４４は、貫通孔２６の内壁２４よりもわずかに径が小さく作られており、これにより、被固定部材２０の貫通孔２６に挿入することができる。しかし、図３では、貫通孔２６の内部では、パイプ部材４２は拡径されて、内壁２４に密着して接合されており、一方の端面２８の外側では、内壁２４よりも拡径された拡径部４６、４８が形成されている。また、他方の端面３０の外側にも拡径部５０、５２が形成されている。

これらの拡径は、電磁成形によるものである。すなわち、パイプ部材４２の内部における貫通孔２６付近に電磁成形用のコイルが設置され、パルス通電がなされたことで、パイプ部材４２は、その付近で拡径される塑性変形を受けている。この結果、被固定部材２０は、パイプ部材４２にかしめ固定により結合されている。被固定部材２０は、パイプ部材４２の軸方向（長手方向、図面の左右方向）には、拡径部４６、４８、５０、５２があるために動くことができない。また、被固定部材２０は、かしめ固定されていなければ、パイプ部材４２の軸周りに回転することが可能であるが、端面２８、３０が軸方向とは直交しておらず、回転しようとしても拡径部４６、４８、５０、５２に動きを阻害されてしまうために回転方向に動くことができない。さらに、被固定部材２０の内壁２４とパイプ部材４２の外壁は密着して接合しており、結合を強固なものとしている。

貫通孔の端面の形状は、様々なものを採用することが可能である。例えば、図２、図３に示したものよりも、さらに斜めにすることが可能である。端面は、貫通孔方向と直交する（９０度の角度で交差する）場合にはパイプ部材の軸回りに回転しやすくなり、直交から遠ざかるほど（８５度以下、８０度以下、７５度以下、７０度以下、６５度以下というように交差する角度が小さくなるほど）軸回り方向の回転が妨げられる。角度の設定は、部材に要求される強度などを勘案して決定すればよい。なお、斜めの度合いが非常に大きくなる場合には、固定された部位が、パイプ部材４２の軸方向に長い範囲にわたり、コンパクトさを欠くことになるため、平行に近すぎない（例えば３０度以上、４０度以上、５０度以上、６０度以上、７０度以上）ように交差する角度を限定することも可能である。

図２，３に示した例では、被固定部材の両端面は、貫通孔方向に対して同じ角度（すなわち二つの平面が交わらない関係）で交差していたが、両端面が、貫通孔方向に対して異なる角度で交差するように設定することも可能である。一例としては、一方の端面を貫通孔方向周りに１８０度回転させた形状（すなわち一方の端面が貫通孔方向に７０度で交差し、他方が１１０度で交差する場合のように「ハ」の字を構成するような形状）を挙げることができる。また別の例としては、一方が７０度で交差し、他方が６０度で交差するように交差の角度が異なる形状を挙げることができる。このように両端面の角度を互いに異ならせることで、パイプ部材と被固定部材の接触部分に作用する力の向きや方向を多様化させることができる。

また、図２、３に示した例では、貫通孔の端面を平面形状としたが、曲面形状とすることも可能である。曲面形状の例としては、パイプ軸方向に見て、波打たせた形状を挙げることができる。ここで、波打たせた形状とは、例えばsinカーブのように滑らかに変化させた形状、直線的に「W」字のように変化させた形状、直線的な凹凸のように変化させた形状などを挙げることができる。いずれにせよ、両端面の形状は、固定において必要となる強度や、加工のしやすさ、電磁成形で形成される塑性変形との噛み合い（あるいは挟まれ具合）の良好性などを勘案して決めればよい。

貫通孔は被固定部材上に１つだけ設けてもよいが、図１に示した例のように被固定部材上に２つ持たせてもよいし、３つ以上持たせることも可能である。一般に貫通孔の数を増やすと、その両端面の数も増え、かしめ固定は強化されるが、加工の複雑さは増加することになる。

続いて、図４を用いて、本実施形態の変形例について説明する。図４は、かしめ固定される部材６０の断面図である。かしめ固定される部材６０は、被固定部材６２と、その貫通孔６４内に挿入されたパイプ部材８０とを含んでいる。貫通孔６４は、内壁断面が円形ではなく、半多角形状となっている。すなわち、ほぼ円形の形状ではあるが、円よりも外側に膨れた角部６６、６８、７０、７２が形成されている。このため、電磁成形によってパイプ部材８０が拡径された場合には、パイプ部材８０は、貫通孔６４の形状である半多角形状に塑性変形されることとなる。この結果、貫通孔６４の断面が円形である場合に比べて、軸回りの回転が強く制限される。貫通孔６４内壁断面形状を円形からどの程度ずらすか、どの程度角ばらせるかは、回転を妨げる強度や、複雑な塑性変形をすることによる疲労のしやすさなどを勘案して決定すればよい。図４に示した技術は、図２，３で説明した技術とは独立に実施してもよいし、一緒に実施してもよい。

１０ インパネリインフォースメント固定構造、１２ パイプ部材、１４ ステアリング支持部材、１６ 貫通孔、１８ 貫通孔、２０ 被固定部材、２２ 外壁、２４ 内壁面、２４ 内壁、２６ 貫通孔、２８ 端面、３０ 端面、３２ 貫通孔方向、３４ 法線方向、４０ 部材、４２ パイプ部材、４４ 外壁、４６ 拡径部、４８ 拡径部、５０ 拡径部、５２ 拡径部、６０ 部材、６２ 被固定部材、６４ 貫通孔、６６ 角部、６８ 角部、７０ 角部、７２ 角部、８０ パイプ部材。

Claims (1)

1. 車両の幅方向に延びるパイプ部材を備え、前記車両に固定されたインパネリインフォースメントと、
   一方側端面と、他方側端面と、前記一方側端面と前記他方側端面とを貫通する貫通孔とを備え、前記貫通孔の内壁が前記パイプ部材の外周面に接合した被固定部材と、
   を備え、
   前記被固定部材の前記一方側端面と前記他方側端面の少なくとも一方の全部が、前記貫通孔の延びる方向である貫通孔方向と直交しない形状で形成されており、
   前記被固定部材の前記一方側端面と前記他方側端面の外側では、前記パイプ部材は前記貫通孔の前記内壁よりも拡径されて、前記被固定部材を挟み込んでおり、
   前記被固定部材の前記一方側端面の前記貫通孔方向に対する角度と、前記被固定部材の前記他方側端面の前記貫通孔方向に対する角度と、が異なり、
   これにより、前記被固定部材が前記パイプ部材によってかしめ固定されていることを特徴とするインパネリインフォースメント固定構造。

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