JP7383454B2

JP7383454B2 - 車両用補強部材の製造方法、及び車両用補強部材

Info

Publication number: JP7383454B2
Application number: JP2019201207A
Authority: JP
Inventors: 裕幸八並; 憲司吉田; 克高橋; 恭一北; 順正保; 太平宮崎
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Keikinzoku Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Keikinzoku Co Ltd; Aisin Corp
Priority date: 2019-11-06
Filing date: 2019-11-06
Publication date: 2023-11-20
Anticipated expiration: 2039-11-06
Also published as: JP2021075096A

Description

本発明は、車両用補強部材の製造方法、及び車両用補強部材に関する。

例えば、下記特許文献１に記載されているように、車両用補強部材としてのバンパーリインフォースメントＢＲ（図１１参照）は知られている。このバンパーリインフォースメントＢＲは、押出成形法を用いて、一体的に形成されている。バンパーリインフォースメントＢＲは、車幅方向に延設されている。このバンパーリインフォースメントＢＲの延設方向（つまり、車幅方向）に垂直な断面は、略Ｃ字型を呈する。すなわち、バンパーリインフォースメントＢＲは、それぞれ車幅方向に延びる帯板状の前壁部ＢＲ１、上壁部ＢＲ２、下壁部ＢＲ３及び後壁部ＢＲ４から構成されている。前壁部ＢＲ１の一方の壁面が、車両前方へ向けられている。上壁部ＢＲ２及び下壁部ＢＲ３は、前壁部ＢＲ１の後面における上端及び下端から後方へそれぞれ延設されている。後壁部ＢＲ４は、上側後壁部ＢＲ４１と下側後壁部ＢＲ４２から構成されている。上側後壁部ＢＲ４１は、上壁部ＢＲ２の後端から下方へ延設されている。また、下側後壁部ＢＲ４２は、下壁部ＢＲ３の後端から上方へ延設されている。上側後壁部ＢＲ４１の下端面と下側後壁部ＢＲ４２の上端面は、車両高さ方向に離間し、対面している。つまり、後壁部ＢＲ４の車両高さ方向における中央部が後方へ向かって開放されている。言い換えれば、バンパーリインフォースメントＢＲは、その延設方向における一端から他端へ亘る開口部を有する略筒状の部材である。

特開２０１８－０１６１５９号公報

（発明が解決しようとする課題）
ここで、一般に、周壁部（前壁部、上壁部、下壁部、及び後壁部）に開口部が設けられていない筒状（中空状）のバンパーリインフォースメントの剛性は、上記のような開口部を有するバンパーリインフォースメントＢＲの剛性に比べて高いことが知られている。しかし、一般に、このような筒状（中空状）の部材を押出成形法を用いて製造するための金型の構造は、バンパーリインフォースメントＢＲのような開口部を有する部材を押出成形法を用いて製造するための金型の構造に比べて複雑である。また、前者の製造速度（押出速度）は、後者の製造速度（押出速度）に比べて遅い。よって、筒状（中空状）のバンパーリインフォースメントの製造コストは、上記のような開口部を有するバンパーリインフォースメントＢＲの製造コストより高い。

本発明は上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、筒状（中空状）の車両用補強部材の製造コストを低減することにある。また、下記本発明の各構成要件の記載においては、本発明の理解を容易にするために、実施形態の対応箇所の符号を括弧内に記載しているが、本発明の各構成要件は、実施形態の符号によって示された対応箇所の構成に限定解釈されるべきものではない。

（課題を解決するための手段）
上記目的を達成するために、本発明に係る車両用補強部材の製造方法は、それぞれ所定の方向に延びる複数の帯板状の壁部を有していて、前記所定の方向に対して直交する方向へ開放されているアルミニウム合金製の部材（１ａ、２ａ、Ｃ）を押出成形法を用いて製造する押出成形工程と、前記押出成形工程の後の期間であって、前記押出成形工程にて前記部材の材料に付与された熱が前記部材に残っている期間内に、前記所定の方向に延びる中空部が内部に形成されるように、前記部材を構成する前記壁部を成形して、それらの端面同士を突き合わせる突合せ工程と、前記突合せ工程の後であって、前記突合せられた端面に沿って摩擦攪拌接合ツール（ＦＴ）を走査して、前記着き合わせられた壁部を摩擦攪拌接合する摩擦攪拌整合工程と、を含む。

本発明の一実施態様において、前記押出成形工程は、前記所定の方向に延びる帯板状の第１壁部（１１ａ、２１ａ）を有し、且つ前記所定の方向にそれぞれ延びる帯板状の第２壁部（１２ａ、２２ａ（２３ａ））及び第３壁部（１３ａ、２５ａ）であって、それらの幅方向における一端が前記第１壁部の一方の側面に接続され、他端が離間している第２壁部及び第３壁部を有する部材を製造する工程を含み、前記突合せ工程は、前記部材の前記第２壁部及び前記第３壁部の他端面同士が突合せられるように、前記第２壁部及び第３壁部のいずれか一方又は両方を変形させる工程を含む。

また、上記目的を達成するために、本発明に係る車両用補強部材は、所定の方向に延びる筒状部を有し、前記筒状部を構成する壁部は、前記筒状部の延設方向における一端から他端へ亘る摩擦攪拌接合部を有する。

上記のように、押出成形工程にて製造される部材は、筒状（中空状）ではなく、その長手方向における一端から他端に亘る開口部を有する。よって、当該工程にて用いる金型の構造が比較的単純である。また、同工程において、材料を押し出し易い。つまり、材料の押出速度が比較的速い。その後、前記開口部が閉じられ、中空部が形成されるように前記壁部が突き合わせられ、その突き合わせ面が摩擦攪拌接合される。このようにして、筒状（中空状）を呈する車両用補強部材が製造される。よって、本発明によれば、強度が比較的高く、且つ安価な車両用補強部材を提供できる。

本発明に係るバンパーリインフォースメントが適用された車両の平面図である。本発明の第１実施形態に係るバンパーリインフォースメントの斜視図である。図２のバンパーリインフォースメントの製造工程を示す概略図である。図３の突合せ工程におけるバンパーリインフォースメントの長手方向に垂直な断面（右側から見た断面）の形状の変化を示す図である。図３の摩擦攪拌接合工程におけるバンパーリインフォースメントの断面及び摩擦攪拌接合ツールを示す図である。本発明の第２実施形態に係るバンパーリインフォースメントの斜視図である。図６のバンパーリインフォースメントの製造工程のうちの突合せ工程におけるバンパーリインフォースメントの長手方向に垂直な断面の形状（右側から見た断面）の変化を示す図である。図６のバンパーリインフォースメントの製造工程のうちの摩擦攪拌接合工程におけるバンパーリインフォースメントの断面及び摩擦攪拌接合ツールを示す図である。本発明の変形例に係るバンパーリインフォースメントの製造工程のうちの突合せ工程における、バンパーリインフォースメントの長手方向に垂直な断面図である。図９のバンパーリインフォースメントの製造工程のうちの摩擦攪拌接合工程におけるバンパーリインフォースメントの断面及び摩擦攪拌接合ツールを示す図である。従来のバンパーリインフォースメントの斜視図である。

本発明の第１実施形態及び第２実施形態に係るバンパーリインフォースメント１及びバンパーリインフォースメント２の構成、並びにそれらの製造方法について説明する。まず、バンパーリインフォースメント１（２）が適用された車両Ｖの概略について説明する（図１参照）。車両Ｖは、左右一対のサイドメンバＳ_Ｌ，Ｓ_Ｒ及びバンパーリインフォースメント１（２）を備える。

サイドメンバＳ_Ｌ，Ｓ_Ｒは、車幅方向に間隔をおいて配置されている。サイドメンバＳ_Ｌ，Ｓ_Ｒは、車両前後方向にそれぞれ延設されている。サイドメンバＳ_Ｌ，Ｓ_Ｒの前端部には、図示しないフランジ部が設けられている。このフランジ部に、バンパーリインフォースメント１（２）が締結されている。

（第１実施形態）
つぎに、バンパーリインフォースメント１の構成の概略について説明する。バンパーリインフォースメント１は、図２に示すように、車両の車幅方向における一端（右端）から他端（左端）に亘って水平に延びる角筒状（中空状）を呈する。すなわち、図２に示すように、バンパーリインフォースメント１は、前壁部１１、上壁部１２及び下壁部１３及び後壁部１４を有する。各壁部は、車幅方向に延びる帯板状をそれぞれ呈する。

前壁部１１の一方の壁面が、前方へ向けられている。すなわち、前壁部１１の板厚方向が水平方向（前方）に一致している。

上壁部１２の一方の壁面が上方へ向けられている。すなわち、上壁部１２の板厚方向が車両高さ方向に一致している。上壁部１２は、前壁部１１の後面における上端より少し下方に位置する部分から後方へ延設されている。下壁部１３は、上壁部１２の下方に配置されている。下壁部１３の一方の壁面が、下方へ向けられている。下壁部１３は、前壁部１１の後面における下端より少し上方に位置する部分から後方へ延設されている。

後壁部１４は前壁部１１の後方に配置されている。後壁部１４の一方の壁面が後方へ向けられている。前壁部１１と後壁部１４とが平行に配置されている。前壁部１１の上下方向の寸法に比べて、後壁部１４の上下方向の寸法が少し小さい。上壁部１２の後端が、下方へ湾曲形成されて、後壁部１４の上端に接続されている。下壁部１３の後端が、上方へ湾曲形成されて、後壁部１４の下端に接続されている。

バンパーリインフォースメント１は、図３に示すように、押出成形工程、ロール成形工程及び摩擦攪拌接合工程を経て製造される。

〔押出成形工程〕
まず、アルミニウム合金材が押出成形用の金型から押し出されて、中間成形体１ａが製造される。前記アルミニウム合金材の押出方向（つまり、中間成形体１ａの長手方向）が車幅方向に相当する。中間成形体１ａは、前壁部１１ａ、上壁部１２ａ及び下壁部１３ａを備える。各壁部が、前記長手方向に延びる帯板状を呈する。以下の説明において、前壁部１１ａの長手方向（押出方向）に平行な方向を左右方向と呼ぶ。また、前壁部１１ａの板厚方向に平行な方向を前後方向と呼び、前壁部１１ａの幅方向に平行な方向を上下方向と呼ぶ。

上壁部１２ａは、前壁部１１ａの後面における上端より少し下方に位置する部分から後方へ延設されている（図４（Ａ）参照）。上壁部１２ａの前半部の一方の壁面が上方へ向けられている。すなわち、上壁部１２ａの前半部の板厚方向が上下方向に一致している。上壁部１２ａの後半部は、下方へ緩やかに湾曲しており、その先端（上壁部１２ａの後端）の高さ位置が、前壁部１１ａの上下方向における中央部の高さ位置よりも高い。

下壁部１３ａは、前壁部１１ａの後面における下端より少し上方に位置する部分から後方へ延設されている。下壁部１３ａの前半部の一方の壁面が下方へ向けられている。すなわち、下壁部１３ａの前半部の板厚方向が上下方向に一致している。下壁部１３ａの後半部は、上方へ緩やかに湾曲しており、その先端（下壁部１３ａの後端）の高さ位置が、前壁部１１ａの上下方向における中央部の高さ位置よりも低い。すなわち、上壁部１２ａの後端と下壁部１３ａの後端とが、上下方向に離間している。言い換えれば、中間成形体１ａは、左右方向における一端から他端へ亘る開口部を有する。

（突合せ工程）
中間成形体１ａが押出成形法を用いて製造された直後であって、その温度が比較的高い状態において、上壁部１２ａ及び下壁部１３ａが、周知のロール成形法を用いて成形される。具体的には、上壁部１２ａ及び下壁部１３ａの後半部の湾曲部の曲率半径が減少され（図４（Ｂ）参照）、両者の後端面同士が当接される（突合せられる（図４（Ｃ）参照））。つまり、上壁部１２ａが、上壁部１２、及び後壁部１４の上半部に変形されるとともに、下壁部１３ａが、下壁部１３、及び後壁部１４の下半部に変形される。なお、中間成形体１ａの前壁部１１ａは変形されず、中間成形体１ａの前壁部１１ａが、そのまま、完成品としてのバンパーリインフォースメント１の前壁部１１として利用される。

（摩擦攪拌接合工程）
中間成形体１ａの左右方向における一端側から、摩擦攪拌接合ツールＦＴ（特開２００３－１５４４７１号公報を参照）が、上壁部１２ａと下壁部１３ａとの突き合わせ部ＢＰに進入させ、突合せ部ＢＰに沿って移動（走査）さされるように、摩擦攪拌接合ツールＦＴ及び中間成形体１ａを相対的に移動させて、摩擦攪拌接合ツールＦＴを中間成形体１ａの他端へ至らしめる（図３及び図５参照）。なお、本工程において、上壁部１２ａと下壁部１３ａの端面（突き合わせ面）同士のうち、未だ接合されていない部分同士が密着した状態が保持されるように、中間成形体１ａをガイドするガイド部材が用いられる。

（効果）
上記のように、中間成形体１ａは、筒状（中空状）ではなく、その左右方向における一端から他端に亘る開口部（上壁部１２ａの後端と下壁部１３ａの後端との間）を有する。よって、中間成形体１ａを製造する押出成形工程にて用いる金型の構造が比較的単純である。また、同工程におけるアルミニウム合金材を押し出し易い。つまり、アルミニウム合金材の押出速度が比較的速い。その後、中間成形体１ａが筒状に成形される。すなわち、上壁部１２ａの後端面と下壁部１３ａの後端面とが突合せられて接合される。よって、本実施形態によれば、強度が比較的高く、且つ安価なバンパーリインフォースメント１を提供できる。

ここで、例えば、突合せ部ＢＰを、シーム溶接法を用いて接合した場合には、溶接部が高温になる。アルミニウム合金材において、一旦高温になった部分の強度が若干低下する傾向にある。そこで、本実施形態では、突合せ部ＢＰを摩擦攪拌接合している。これによれば、接合部の温度は比較的低いので、接合部の強度を高く保つことができる。

（第２実施形態）
つぎに、本発明の第２実施形態に係るバンパーリインフォースメント２及びその製造方法について説明する。バンパーリインフォースメント２は、図６に示すように、バンパーリインフォースメント１と同様の角筒状を呈する。すなわち、バンパーリインフォースメント２は、前壁部１１、上壁部１２、下壁部１３及び後壁部１４と同一の前壁部２１、上壁部２２、下壁部２３及び後壁部２４を備える。さらに、バンパーリインフォースメント２は、前壁部２１、上壁部２２、下壁部２３及び後壁部２４によって囲まれた空間に配置されたリブ２５を有する。リブ２５は、上壁部２２と下壁部２３との間に配置されている。リブ２５は、上壁部２２及び下壁部２３に対して平行な帯板部である。リブ２５は、前壁部２１の車両高さ方向における中央部と、後壁部２４の車両高さ方向における中央部との間に架け渡されている。

バンパーリインフォースメント２は、下記のような押出成形工程、ロール成形工程及び摩擦攪拌接合工程を経て製造される。なお、これらの工程を実施するための装置が、１つのライン上に並べられており、これらの工程が連続的に実施される。

〔押出成形工程〕
まず、アルミニウム合金材が押出成形用の金型から押し出されて、中間成形体２ａが製造される（図７（Ａ）参照）。前記アルミニウム合金材の押出方向（つまり、中間成形体２ａの長手方向）が車幅方向に相当する。中間成形体２ａは、前壁部２１ａ、上壁部２２ａ及び下壁部２３ａ及びリブ２５ａを備える。各壁部が、前記長手方向に延びる帯板状を呈する。以下の説明において、前壁部２１ａの長手方向（押出方向）に平行な方向を左右方向と呼ぶ。また、前壁部２１ａの板厚方向に平行な方向を前後方向と呼び、前壁部２１ａの幅方向に平行な方向を上下方向と呼ぶ。

上壁部２２ａ及び下壁部２３ａの構成は、中間成形体１ａの上壁部１２ａ及び下壁部１３ａの構成と略同一である。リブ２５ａは、前壁部２１ａの後面の上下方向における中央部から後方へ延設された水平壁部２５ａ１を備える。さらに、リブ２５ａは、水平壁部２５ａ１の後端から上方及び下方へ少し延設された、上側垂直壁部２５ａ２及び下側垂直壁部２５ａ３を備える。上壁部２２ａの後端の高さ位置は、上側垂直壁部２５ａ２の上端の高さ位置より高く、下壁部２３ａの後端の高さ位置は、下側垂直壁部２５ａ３の下端の高さ位置より低い。また、上壁部２２ａ及び下壁部２３ａの後端の前後方向位置は、リブ２５ａの後端の前後方向位置より後方にある。すなわち、上壁部２２ａ、リブ２５ａ、及び下壁部２３ａは、上下方向に離間している。言い換えれば、中間成形体２ａは、左右方向における一端から他端に亘る２つの開口部を有する。

（突合せ工程）
中間成形体２ａが押出成形法を用いて製造された直後であって、その温度が比較的高い状態において、上壁部２２ａ及び下壁部２３ａが、周知のロール成形法を用いて成形される。具体的には、上壁部２２ａ及び下壁部２３ａの後半部の湾曲部の曲率半径が減少するようにさらに湾曲される（図７（Ｂ）参照）。そして、上壁部２２ａの後端面が、上側垂直壁部２５ａ２の上端面に当接され、下壁部２３ａの後端面が、下側垂直壁部２５ａ３の下端面に当接される（図７（Ｃ）参照）。なお、中間成形体２ａの前壁部２１ａ及びリブ２５ａは変形されず、それらが、そのまま、完成品としてのバンパーリインフォースメント２の前壁部２１及びリブ２５として利用される。

（摩擦攪拌接合工程）
中間成形体２ａの左右方向における一端側から、２つの摩擦攪拌接合ツールＦＴ（例えば、特開２００３－１５４４７１号公報を参照）が、上壁部２２ａと上側垂直壁部２５ａ２との突き合わせ部ＢＰ１、及び下壁部２３ａと下側垂直壁部２５ａ３との突き合わせ部ＢＰ２に進入させ、突合せ部ＢＰ１，ＢＰ２に沿って移動（走査）されるように、摩擦攪拌接合ルールＦＴ及び中間成形体２ａを相対的に移動させ、摩擦攪拌接合ツールＦＴ,ＦＴを中間成形体２ａの他端へ至らしめる（図８参照）。なお、本工程においても、第１実施形態と同様に、上壁部２２ａ及び下壁部２３ａのうち、未だリブ２５に接合されていない部分が、上側垂直壁部２５ａ２及び下側垂直壁部２５ａ３に密着した状態が保持されるように、中間成形体２ａをガイドするガイド部材が用いられる。

（効果）
これによっても、第１実施形態と同様の効果が得られる。また、バンパーリインフォースメント２は、前壁部２１、上壁部２２、下壁部２３及び後壁部２４によって囲まれた空間にリブ２５を備えている。よって、バンパーリインフォースメント２の強度を、バンパーリインフォースメント１の強度より高く設定できる。

さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

例えば、図９及び図１０に示すように、２つの溝形部材Ｃを接合しても良い。具体的には、押出成形工程において、底壁部Ｃ１と、前記底壁部Ｃ１の幅方向における両端部対して垂直な側壁部Ｃ２，Ｃ２を有する２つの溝形部材Ｃを同時に製造する（図９（Ａ）参照）。つぎに、突き合わせ工程において、一方の溝形部材Ｃの側壁部Ｃ２の端面と、他方の溝形部材Ｃの側壁部Ｃ２の端面同士を突合わせる（図９（Ｂ）参照）。そして、それらの突き合わせ部ＢＰ，ＢＰを、摩擦攪拌接合ツールＦＴ，ＦＴを用いて同時に摩擦攪拌接合する（図１０参照）。これによっても、第１実施形態と同様の効果が得られる。

なお、上記実施形態は、本発明をバンパーリインフォースメントの製造に適用した例であるが、本発明は、例えば、インパネリインフォースメント、ベルトラインリインフォースメントなどの車両用補強部材の製造に適用可能である。

１,２…バンパーリインフォースメント、１ａ,２ａ…中間成形体、１１,１１ａ,２１,２１ａ…前壁部、１２,１２ａ,２２,２２ａ…上壁部、１３,１３ａ,２３,２３ａ…下壁部、１４,１４ａ,２４,２４ａ…後壁部、２５,２ａ…リブ、２５ａ１…水平壁部、２５ａ２…上側垂直壁部、２５ａ３…下側垂直壁部、ＢＰ，ＢＰ１，ＢＰ２，ＢＰ３…突合わせ部、Ｃ…溝形部材、Ｃ１…底壁部、Ｃ２…側壁部、ＦＴ…摩擦攪拌接合ツール

Claims

それぞれ所定の方向に延びる複数の帯板状の壁部を有していて、前記所定の方向に対して直交する方向へ開放されているアルミニウム合金製の部材を押出成形法を用いて製造する押出成形工程と、
前記押出成形工程の後の期間であって、前記押出成形工程にて前記部材の材料に付与された熱が前記部材に残っている期間内に、前記所定の方向に延びる中空部が内部に形成されるように、前記部材を構成する前記壁部を成形して、それらの端面同士を突き合わせる突合せ工程と、
前記突合せ工程の後であって、前記突合せられた端面に沿って摩擦攪拌接合ツールを走査して、前記突き合わせられた壁部を摩擦攪拌接合する摩擦攪拌接合工程と、
を含む、車両用補強部材の製造方法。
請求項１に記載の車両用補強部材の製造方法であって、
前記押出成形工程は、前記所定の方向に延びる帯板状の第１壁部を有し、且つ前記所定の方向にそれぞれ延びる帯板状の第２壁部及び第３壁部であって、それらの幅方向における一端が前記第１壁部の一方の側面に接続され、他端が離間している第２壁部及び第３壁部を有する部材を製造する工程を含み、
前記突合せ工程は、前記部材の前記第２壁部及び前記第３壁部の他端面同士が突合せられるように、前記第２壁部及び第３壁部のいずれか一方又は両方を変形させる工程を含む、車両用補強部材の製造方法。