JP7357594B2 - 構造部材およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、構造部材およびその製造方法に関する。

構造部材は、他部材との接合などのために部分的に拡大変形を受けることがある。拡大変形された部分を有する構造部材の製造方法は、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１では、車体構造のうち一部拡大変形をもつセンターピラー内の空間に発泡ウレタンを充填した後、塗装工程の熱で発泡ウレタンを発泡させている。

特開平３－３２９９０号公報

特許文献１のように、構造部材の一部が拡大変形されると、拡大変形された部分の曲げ剛性が低下する。特に上記車体構造のセンターピラーのように、振動を受ける部材においては、振動特性（振動の減衰性）の悪化も問題となるおそれがある。しかしながら、特許文献１では、そのような曲げ剛性または振動特性について特段の考慮がなされていない。

本発明は、構造部材およびその製造方法において、拡大変形された部分の曲げ剛性および振動特性を向上させることを課題とする。

本発明の第１の態様は、管状部材と、内面が少なくとも部分的にテーパ状であって弾性を有する筒状の減衰部材と、外面が少なくとも部分的に前記減衰部材の前記内面と相補的なテーパ状であって前記減衰部材よりも高剛性の押込部材とを準備し、前記管状部材内に前記減衰部材を挿入し、前記減衰部材内に前記押込部材を押し込んで前記減衰部材を拡大変形させることにより、前記減衰部材を前記管状部材に密着させるとともに前記管状部材を拡管して膨出部を形成し、前記膨出部の形成と同時に前記管状部材と前記減衰部材と前記押込部材とをかしめ接合して一体化することを含む、構造部材の製造方法を提供する。

この方法によれば、膨出部の内部に減衰部材と押込部材を配置することにより、膨出部の曲げ剛性を向上させることができる。また、膨出部の内面に弾性を有する減衰部材を密着させることにより、膨出部における振動を抑制でき、即ち振動特性を向上できる。従って、構造部材の製造方法において、膨出部（拡大変形された部分）の曲げ剛性および振動特性を向上させることができる。

前記減衰部材の中央部の外形は、両端部の外形に比べて太くてもよい。

この方法によれば、管状部材と減衰部材と押込部材とが一体化された構造部材において、減衰部材を管状部材から抜け難くできる。詳細には、減衰部材の中央部の外形が両端部の外形よりも太いために中央部が抜け止め部分として機能する。

前記押込部材は、前記外面において凸部を有してもよい。

この方法によれば、管状部材と減衰部材と押込部材とが一体化された構造部材において、押込部材を減衰部材から抜け難くできる。詳細には、押込部材の凸部が抜け止め部分として機能する。

前記凸部は、前記押込部材を押し込んだ後に端部を押し込み方向に圧し潰すことにより形成されてもよい。

この方法によれば、凸部が押し込み後に形成されるので押込部材を押し込む際の邪魔にならない。また、凸部を簡易に形成できる。

前記減衰部材は、前記内面において前記凸部と相補的な形状の凹部を有してもよい。

この方法によれば、管状部材と減衰部材と押込部材とが一体化された構造部材において、押込部材を減衰部材から一層抜け難くできる。詳細には、押込部材の凸部が減衰部材の凹部に係合することにより、押込部材が減衰部材から抜けることを抑制できる。

本発明の第２の態様は、膨出部を有する管状部材と、前記管状部材内において前記膨出部の内面に密着して配置され、少なくとも部分的にテーパ状であり、弾性を有する筒状の減衰部材と、前記減衰部材内において前記減衰部材の内面に密着して配置され、外面が少なくとも部分的に前記減衰部材の前記内面と相補的なテーパ状であり、前記減衰部材よりも高剛性の押込部材とを備え、前記管状部材と前記減衰部材と前記押込部材とは、かしめ接合されて一体化されている、構造部材を提供する。

本発明によれば、構造部材およびその製造方法において、拡大変形された部分の曲げ剛性および振動特性を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る構造部材としてのステアリングサポートの斜視図。 第１実施形態に係る構造部材の製造方法の第１工程を示す断面図。 第１実施形態に係る構造部材の製造方法の第２工程を示す断面図。 解析モデルの側面図。 解析結果を示すグラフ。 第１変形例に係る構造部材の一部の断面図。 第２変形例に係る構造部材の一部の断面図。 第２実施形態に係る構造部材の製造方法の第１工程を示す断面図。 第２実施形態に係る構造部材の製造方法の第２工程を示す断面図。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

（第１実施形態）
図１は、構造部材の一例であるステアリングサポート１の斜視図を示している。

ステアリングサポート１は、車両のステアリング（図示せず）を支持するための部材である。ステアリングサポート１は、車室前方において車幅方向に延びるように配置される。ステアリングサポート１は、管状部材１０に複数のブラケット２０，３０，４０が接続されて構成されている。

管状部材１０は、管軸Ｌ方向に延びる円管状の部材であり、ステアリングサポート１の骨格を構成する。管状部材１０の内部には、内部空間が画定されている。本実施形態では、管状部材１０は、運転席側部分が相対的に太く、助手席側部分が相対的に細く形成されている。管状部材１０の両端は、車両ボディ（図示せず）の一部であるボディプレート５１，５２に取り付けられている。また、管状部材１０は、鋼鉄またはアルミニウム合金などの金属製である。

ブラケット２０，３０，４０は、管状部材１０を挿通する貫通孔２１，３１，４１がそれぞれ設けられた挿通部２２，３２，４２と、挿通部２２，３２，４２から延びた延出部２３，３３，４３とをそれぞれ有している。

ブラケット２０，３０，４０は、挿通部２２，３２，４２において管状部材１０と接合されている。詳細には、挿通部２２，３２，４２において管状部材１０を拡管することにより、管状部材１０の外面をブラケット２０，３０，４０の貫通孔２１，３１，４１の縁部に対してそれぞれ圧接している。また、管状部材１０の拡管部（貫通孔２１，３１，４１への接合部）の内部には、後述する減衰部材６０および押込部材７０が配置されている。また、ブラケット２０，３０，４０は、延出部２３，３３，４３においてその他の部材と接合される。

図２は、図１の破線円ＩＩの部分の構造部材（ステアリングサポート１）の製造方法の第１工程を示す断面図である。同様に、図３は、第２工程を示す断面図である。

本実施形態のステアリングサポート１の製造方法では、まず、管状部材１０と、減衰部材６０と、押込部材７０とを準備する。

管状部材１０は、前述の通り、ステアリングサポート１の骨格を構成する金属製の円管状の部材である。

減衰部材６０は、管軸Ｌを管状部材１０と共有する概略円筒状である。減衰部材６０は、管軸Ｌ方向において、一端から他端に向かって内面がテーパ状となっている孔部６１を有している。好ましくは、テーパ角度（管軸Ｌからの傾斜角度）は、２度以上である。これにより、押込部材７０を孔部６２に円滑に挿入できる。また、減衰部材６０は、弾性を有する材質からなり、例えばゴムからなる。

好ましくは、減衰部材６０は、管軸Ｌ方向において中央部の外形が両端部の外形に比べて太く形成されている。本実施形態では、減衰部材６０の両端部６２の外面が面取りされたようにテーパ状になっており、中央部６３の外形が両端部６２の外形に比べて相対的に太くなっている。

押込部材７０は、管状部材１０および減衰部材６０と管軸Ｌを共有する円錐台状である。押込部材７０の外面は、減衰部材６０の孔部６１の内面と相補的なテーパ状である。押込部材７０は、減衰部材６０よりも高剛性であり、例えば金属製または樹脂製である。代替的には、押込部材７０は、減衰部材６０よりも高硬度のゴムからなってもよい。

図２，３を参照して、本実施形態のステアリングサポート１の製造方法を説明する。なお、図２，３ではブラケット２０の図示は省略されている。

本実施形態のステアリングサポート１の製造方法では、まず、管状部材１０内に減衰部材６０を挿入する。このとき、減衰部材６０の外面と内面には接着剤が塗布されている。次いで、図示しないプレス機械に接続された押し子８１と受け子８２とにより、減衰部材６０内に押込部材７０を押し込む。本実施形態では、押し子８１のみが管軸Ｌ方向において受け子８２に近づくように可動し、受け子８２は固定されている。減衰部材６０内に押込部材７０を押し込んで減衰部材６０を拡大変形させることにより、減衰部材６０を管状部材１０に密着させるとともに管状部材１０を拡管して膨出部（拡大変形された部分）１１（図３参照）を形成する。そして、膨出部１１の形成と同時に管状部材１０と減衰部材６０と押込部材７０とをかしめ接合して一体化する。このとき、接着剤によって、管状部材１０と減衰部材６０と押込部材７０とは接着される。

図４，５を参照して、本実施形態のステアリングサポート１の曲げ剛性と振動特性を簡易的に解析した結果を説明する。

図４は、有限要素解析を行うために有限要素に分割された解析モデルＭを示している。解析モデルＭは、直径４０ｍｍ、長さ３００ｍｍ、板厚２．０ｍｍの円筒状の鉄製の管状部材１０を含む。管状部材１０の一端は壁面２に固定されており、他端は自由端となっている。

上記解析モデルＭにおいて２種類の内部構造を設定し、後述のようにそれぞれ振動を印加して曲げ剛性と振動特性についての比較解析を行った。

１つ目の内部構造（以降、モデルＭ１ともいう。）では、比較例として発泡ウレタンが管状部材１０内の壁面２から５０ｍｍ（ｄ１＝５０ｍｍ）の範囲に充填されている。発泡ウレタンの材料特性は、ヤング率４２ＭＰａ、損失係数０．２５、ポアソン比０．１、および密度０．４ｋＮ／ｍ^３に設定した。

また、２つ目の内部構造（以降、モデルＭ２ともいう。）では、本実施形態（図３参照）のように減衰部材６０および押込部材７０が管状部材１０内に配置されており、モデルＭ１と同様に管状部材１０内の壁面２から５０ｍｍ（ｄ１＝５０ｍｍ）の範囲にそれらが充填されている。減衰部材６０の材質は、ヤング率６００ＭＰａ、損失係数０．４５、およびアルミニウム程度の密度に設定した。押込部材７０は、板厚２ｍｍの鋼管に設定した。

モデルＭ１，Ｍ２に対し、壁面２から１５０ｍｍ（ｄ２＝１５０ｍｍ）の位置を管軸Ｌに垂直な方向に加振し、その際の振動を壁面２から３００ｍｍ（ｄ３＝３００ｍｍ）の自由端の位置にて測定した。なお、簡易的な解析のため、モデルＭ１，Ｍ２では膨出部１１の形成を省略している。ただし、膨出部１１のように拡大変形された部分には応力が集中しやすいことから、管状部材１０の壁面２への固定部分（応力集中部分）が膨出部１１に相当する。

図５は、上記解析の測定結果を示している。横軸が周波数（Ｈｚ）を示し、縦軸が振動加速度（ｍｍ／ｓ^２）を示している。曲線Ｃ１，Ｃ２は、それぞれモデルＭ１，Ｍ２の解析結果を示している。解析結果を比較すると、本実施形態の曲線Ｃ２のピーク値が比較例の曲線Ｃ１のピーク値よりもΔａだけ下がっており、具体的には３３％程度のピーク値の減少が見られた（振動特性の向上）。また、本実施形態の曲線Ｃ２のピーク値をとる周波数が比較例の曲線Ｃ１のピーク値をとる周波数よりもΔｆ程度増加することが確認された。即ち、本実施形態の曲線Ｃ２のモデルＭ２の方が比較例の曲線Ｃ１のモデルＭ１よりも高剛性であることが確認できた（曲げ剛性の向上）。従って、管状部材１０の内部に単に発泡ウレタンを入れた場合よりも本実施形態は効果的に曲げ剛性と振動特性を向上できることが確認できた。

本実施形態によれば、膨出部１１の内部に減衰部材６０と押込部材７０を配置することにより、膨出部の曲げ剛性を向上させることができる。また、膨出部１１の内面に弾性を有する減衰部材６０を密着させることにより、膨出部における振動を抑制でき、即ち振動特性を向上できる。従って、構造部材の製造方法において、膨出部１１の曲げ剛性および振動特性を向上させることができる。

また、管状部材１０と減衰部材６０と押込部材７０とが一体化されたステアリングサポート１において、減衰部材６０を管状部材１０から抜け難くできる。詳細には、減衰部材６０の中央部の外形が両端部の外形よりも太いために中央部が抜け止め部分として機能する。

（第１変形例）
図６は、図３に対応した第１変形例に係る構造部材（ステアリングサポート１）の一部の断面図である。

本変形例では、押込部材７０は、外面において、管軸Ｌの径方向外側へ突出した凸部７１を有する。凸部７１は、押込部材７０を押し込んだ後に端部を押し込み方向（管軸Ｌ方向）に圧し潰して径方向に広げることにより形成される。そのため、押込部材７０が減衰部材６０に押し込まれる際には、凸部７１を形成できるように押込部材７０の先端部が減衰部材６０から出るまで減衰部材６０に押し込まれる。

本変形例によれば、管状部材１０と減衰部材６０と押込部材７０とが一体化されたステアリングサポート１において、押込部材７０を減衰部材６０から抜け難くできる。詳細には、押込部材７０の凸部７１が抜け止め部分として機能する。

また、凸部７１が押し込み後に形成されるので押込部材７０を押し込む際の邪魔にならない。また、凸部７１を簡易に形成できる。

代替的には、凸部７１は、押込部材７０に当初から形成されていてもよい。この場合、押込部材７０を減衰部材６０に押し込む際に凸部７１が引っかかり邪魔になるおそれがある。そのため、凸部７１は、押込部材７０を減衰部材６０に押し込むことができる程度の大きさや材質で形成されることが好ましい。

（第２変形例）
図７は、図３に対応した第２変形例に係る構造部材（ステアリングサポート１）の一部の断面図である。

本変形例では、押込部材７０は、外面において、管軸Ｌの径方向外側へ突出した複数の凸部７１，７２，７３を有する。先端部の凸部７１については第１変形例と同じであるが、本変形例では第１変形例に加えて押込部材７０の側部にも凸部７２，７３が設けられている。

側部の凸部７２，７３は、管軸Ｌ方向から見ると環状である。側部の凸部７２，７３は、押込部材７０に当初から形成されており、押込部材７０を減衰部材６０に押し込むことができる程度の大きさや材質で形成されている。好ましくは、押込部材７０を減衰部材６０に押し込みやすいように、管軸Ｌ方向において、凸部７２，７３の一方側の面７２ａ，７３ａはテーパ面で形成し、他方側の面７２ｂ，７３ｂが管軸Ｌに垂直な面で形成されている。

減衰部材６０は、内面において凸部７２，７３と相補的な形状の凹部６４，６５を有する。凹部６４，６５は、環状溝の形状を有している。凹部６４，６５は、押込部材７０を減衰部材６０に押し込んだ際に、凸部７２，７３と係合する。

本変形例によれば、管状部材１０と減衰部材６０と押込部材７０とが一体化されたステアリングサポート１において、押込部材７０を減衰部材６０から一層抜け難くできる。詳細には、押込部材７０の凸部７２，７３が減衰部材６０の凹部６４，６５に係合することにより、押込部材７０が減衰部材６０から抜けることを抑制できる。

（第２実施形態）
図８，９に示す第２実施形態の構造部材（ステアリングサポート１）は、管状部材１０が先細り形状を有する。これに関する構成以外は、第１実施形態のステアリングサポート１と実質的に同じである。従って、第１実施形態と同じ部分については説明を省略する場合がある。

図８は、本実施形態に係る構造部材の製造方法の第１工程を示す断面図である。同様に、図９は、第２工程を示す断面図である。図８，９は、第１実施形態の図２，３に対応して示されている。

本実施形態では、管状部材１０が先細り形状を有する。これに伴い、減衰部材６０も合わせて先細り形状を有する。

このように、管状部材１０の太さは、一定でなくてもよい。また、管状部材１０の管軸Ｌに垂直な断面形状は、円形でなくてもよく、例えば四角形または六角形などの多角形であってもよい。同様に、減衰部材６０および押込部材７０についても断面形状は例えば四角形または六角形などの多角形であってもよい。

以上より、本発明の具体的な実施形態およびその変形例について説明したが、本発明は上記形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。例えば、個々の実施形態の内容を適宜組み合わせたものを、この発明の一実施形態としてもよい。

また、上記実施形態では、減衰部材６０の内面および押込部材７０の外面は、管軸Ｌ方向において一端から他端まで全体にわたってテーパ形状が付与されているが、膨出部１１を形成できる限り部分的にテーパ形状が付与されていてもよい。

また、上記実施形態では構造部材としてステアリングサポートを例示したが、構造部材はその他の部材であってもよい。特に、車両用構造部材のように良好な振動特性が求められる部材に対して本発明は有効である。

１ 構造部材（ステアリングサポート）
２ 壁面
１０ 管状部材
１１ 膨出部
２０，３０，４０ ブラケット
２１，３１，４１ 貫通孔
２２，３２，４２ 挿通部
２３，３３，４３ 延出部
５１，５２ ボディプレート
６０ 減衰部材
６１ 孔部
６２ 両端部
６３ 中央部
６４，６５ 凹部
７０ 押込部材
７１，７２，７３ 凸部
７２ａ，７３ａ 面
７２ｂ，７３ｂ 面
８１ 押し子
８２ 受け子
Ｍ 解析モデル

Claims (6)

1. 管状部材と、内面が少なくとも部分的にテーパ状であって弾性を有する筒状の減衰部材と、外面が少なくとも部分的に前記減衰部材の前記内面と相補的なテーパ状であって前記減衰部材よりも高剛性の押込部材とを準備し、
   前記管状部材内に前記減衰部材を挿入し、
   前記減衰部材内に前記押込部材を押し込んで前記減衰部材を拡大変形させることにより、前記減衰部材を前記管状部材に密着させるとともに前記管状部材を拡管して膨出部を形成し、
   前記膨出部の形成と同時に前記管状部材と前記減衰部材と前記押込部材とをかしめ接合して一体化する
   ことを含む、構造部材の製造方法。
2. 前記減衰部材の中央部の外形は、両端部の外形に比べて太い、請求項１に記載の構造部材の製造方法。
3. 前記押込部材は、前記外面において凸部を有する、請求項１または請求項２に記載の構造部材の製造方法。
4. 前記凸部は、前記押込部材を押し込んだ後に端部を押し込み方向に圧し潰すことにより形成される、請求項３に記載の構造部材の製造方法。
5. 前記減衰部材は、前記内面において前記凸部と相補的な形状の凹部を有する、請求項３または請求項４に記載の構造部材の製造方法。
6. 膨出部を有する管状部材と、
   前記管状部材内において前記膨出部の内面に密着して配置され、少なくとも部分的にテーパ状であり、弾性を有する筒状の減衰部材と、
   前記減衰部材内において前記減衰部材の内面に密着して配置され、外面が少なくとも部分的に前記減衰部材の前記内面と相補的なテーパ状であり、前記減衰部材よりも高剛性の押込部材と
   を備え、
   前記管状部材と前記減衰部材と前記押込部材とは、かしめ接合されて一体化されている、構造部材。

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