JPH10935A - 自動車ドア用インパクトビームとその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 自動車のドアの内部に装着されるインパクト
ビームであって、鋼管の両端部を拡管してから展開する
ことによってブラケット部を形成するにあたり、ブラケ
ット部の板厚を充分に確保したものを提供する。 【解決手段】 小径部分、テーパ部分および大径部分と
が連続的に設けられたポンチの前記小径部分にこれの直
径に見合う内径の鋼管の一端を挿入し、ポンチの周囲に
設けられた高周波誘導加熱コイルにより鋼管を加熱しつ
つ鋼管に軸方向圧縮力を加えて端部を拡管し、鋼管の両
端部の拡管された部分にスリットを入れて展開して平面
状のブラケット部を形成することにより、ブラケット部
の板厚をビーム部の鋼管の肉厚の０．８倍以上にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車のドアの内
部に装着されて衝突事故のとき側面からの外力に対して
乗員の安全性を向上させるための自動車ドア用インパク
トビームに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車の安全性向上に対する要求
が高まり、側面衝突時にドアが車内にめり込んで乗員を
損傷するのを防止するためのインパクトビームがドア内
に装着されるようになってきている。インパクトビーム
はドアの幅に見合う長さを有し、両端がドアのインナー
パネルに結合されている。

【０００３】インパクトビームの形状としては１枚の鋼
板をプレス加工してリブ状の凹凸を設け曲げ剛性を付与
したものがあるが、鋼管は抗張力の高い材料が容易に入
手でき、軽量なインパクトビームを製作できることから
鋼管を利用したものが多くなってきている。この場合鋼
管製のビーム部の両端にドアに固定するためのブラケッ
ト部を取り付ける必要がある。図７は従来の一般的なブ
ラケット部の取り付け方法の例を示す図であって、ブラ
ケット部２１に鋼管のビーム部２０の側面が沿って入る
ような凹部を設け、ここにそのままか少し扁平にした形
状の鋼管を入れて鋼管の外面とブラケットの間を隅肉ア
ーク溶接２２するものである。また特開平７−１４４５
３５号公報にあるように鋼管の端部の円周の一部を切り
欠いてこれと反対側の円周をブラケット部と重ね合わ
せ、この切り欠き部から電極を挿入してスポット溶接す
る方法もある。

【０００４】さらに進んで、鋼管の両端部にスリットを
入れてから展開して平板状にし、これをブラケット部と
する方法があるが、これは材料としては鋼管のみで済み
溶接などの手間がかかる加工を要しないという利点があ
る。ただこの場合、鋼管の両端をそのまま展開したので
はブラケット部の幅が不足で、ドアのインナーパネルに
十分な強度をもって取り付けるための領域が確保できな
いという問題がある。そこで特開平７−３２８８０号に
は鋼管の両端部を拡管してから展開することによって必
要なブラケットの幅を確保する方法が提案されている。
図１はこの方法の工程を示す図であり、（ａ）図のよう
な素材の鋼管１の管端部２を（ｂ）図のように拡管す
る。次に（ｃ）図のようにスリット３を入れ、（ｄ）図
のようにここから展開しさらに扁平につぶしてブラケッ
ト部４を形成する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の特開平７−３２
８８０号に記載の技術においては鋼管の端部の拡管の加
工方法としてテーパ加工、段付加工、偏心口広げ加工、
さらには液圧バルジ加工、ゴムバルジ加工などの方法が
適用可能とされている。ただし実施例においてはプレス
加工により１．４倍の拡管をしたとあるだけで、これら
のうちで具体的にどのような方法を採用したのかは記載
されていない。ただ上記公報にも記載されているよう
に、上記のいずれの加工方法をとるにせよ拡管した分だ
け材料は円周方向に伸び、その部分の鋼管の肉厚は薄く
なる。たとえば１．５倍に拡管すると肉厚はもとの０．
６７倍程度になることになる。上記発明においてはこの
薄くなることは補強材としての機能には格別の悪影響は
ないとしている。しかしながら鋼管を利用したインパク
トビームにおいてブラケット部の板厚が鋼管の肉厚に近
い方がこの部分が強度上の弱点にならず好ましいといえ
る。本発明は上記要求を満足する自動車ドア用インパク
トビームを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するものであって、鋼管よりなるビーム部の両端に平面
状のブラケット部を有する自動車ドア用インパクトビー
ムにおいて、両端部の鋼管を切開して展開することによ
りビーム部とブラケット部が一体成形されており、ブラ
ケット部の幅はビーム部の鋼管の円周の長さの１．２５
倍ないし１．８倍で、ブラケット部の板厚はビーム部の
鋼管の肉厚の０．８倍以上であることを特徴とする自動
車ドア用インパクトビームである。

【０００７】また、鋼管よりなるビーム部の両端に平面
状のブラケット部を有する自動車ドア用インパクトビー
ムの製造方法において、小径部分、テーパ部分および大
径部分とが連続的に設けられたポンチの前記小径部分に
これの直径に見合う内径の鋼管の一端を挿入し、ポンチ
の周囲に設けられた高周波誘導加熱コイルにより鋼管を
加熱しつつ鋼管に軸方向圧縮力を加えて端部を拡管する
ことを、前記鋼管の一端と他端について同時または順次
に行なった後、鋼管の両端部の拡管された部分にスリッ
トを入れて展開して平面状のブラケット部を形成するこ
とを特徴とする自動車ドア用インパクトビームの製造方
法である。ここにおいて、材料の鋼管は両端部の軟化熱
処理が行なわれていないものであること、鋼管の加熱温
度は６００℃以上８５０℃以下であること、高周波誘導
加熱コイルは少なくともポンチの小径部分からテーパ部
分にかけての周囲には設けられていること、高周波誘導
加熱コイルは鋼管の軸方向に２以上に分割されたもので
あって、少なくともその１つはポンチの小径部分の周囲
のみに設けられているものであること、スリットはくさ
び状の工具を管端部からプレスにより圧入することによ
り入れることも特徴とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明は鋼管よりなるビーム部の
両端に平面状のブラケット部を有する自動車ドア用イン
パクトビームにおいて、ブラケット部の幅と厚みを必要
量確保したものをブラケット部を鋼管に接合することな
しに得るものである。すなわち先に説明した図１のよう
に両端部の鋼管を切開して展開することによりビーム部
５とブラケット部４が一体成形されているが、ブラケッ
ト部４の幅Ｗはビーム部５の鋼管の円周の長さの１．２
５倍ないし１．８倍で、ブラケット部の板厚はビーム部
の鋼管の肉厚の少なくとも０．８倍以上であってできる
だけ鋼管の板厚に近くする。

【０００９】現実には拡管した場合に長さ方向のどの部
分でも同じ厚さというわけにはいかないが、上記鋼管の
肉厚の０．８倍以上という数値は一番薄い部分でもこれ
以上の厚さが確保されているという意味である。この数
値はこれ以上の厚さがあればブラケット部の強度として
実用上問題ないといえる限界として定めた。なお上記板
厚の上限は設けなかったが、現実の加工方法においては
せいぜいもとの鋼管の数割増しまででいくらでも厚くな
るものではないからである。

【００１０】またブラケット部の幅をビーム部の鋼管の
円周の長さの１．２５倍より大とするのはブラケットの
ドアへの取り付けにはこのような幅が必要であり、また
これ以下であれば拡管により円周方向に材料が伸びた普
通のものでも鋼管の肉厚の０．８倍以上のブラケット部
の厚さを確保でき、本発明の趣旨から外れるからであ
る。一方、ブラケット部の幅をビーム部の鋼管の円周の
長さの１．８倍以下とするのはインパクトビームの設計
上１．８倍を超える幅の必要性がほとんどなく、また鋼
管の拡管加工上からも１．８倍を超える加工を後述のよ
うな１工程で行なうのは無理があるからである。

【００１１】上記のようなブラケット部の幅と厚さを確
保することにより、ドアのインナーパネルに十分な強度
をもって取り付けるためのブラケット部の領域が確保で
き、またブラケット部自体の強度も充分に確保できる。
このようなインパクトビームは後述のような本発明の方
法によって実現できる。

【００１２】本発明のインパクトビームの製造方法にお
いては鋼管の素材を用意するが、その長さは製品の両方
のブラケット部の端から端までの長さより長くする必要
がある。これは拡管をした部分においても管の肉厚が薄
くならないようにするため、拡管のときに素材の鋼管を
圧縮して軸方向の寸法を縮めるためである。また素材の
材質は軽量化のためビーム材として引張強さ１００ない
し１６０ｋｇ／ｍｍ²といった焼き入れにより強化した
ものが使用されるようになってきているが、そのまま使
用できる。従来の拡管方法では鋼管の両端部をあらかじ
め焼鈍して軟化しておかないと加工できないが、本発明
の方法においてはその必要はない。

【００１３】図２は本発明における鋼管端部の拡管加工
の手順を示す。加工の工具としては（ａ）図に示すよう
に小径部分６Ａ、テーパ部分６Ｂおよび大径部分６Ｃと
が連続的に設けられたポンチ６を用いる。なおポンチと
組み合わせるダイス等は使用しない。この小径部分６Ａ
の直径は素材の鋼管の内径に見合うものであり、鋼管が
無理なく摺動できればよい。上記ポンチはプレス機に取
り付けられ、（ｂ）図のように鋼管１の一端をポンチの
小径部分６Ａまで挿入しておいて、ポンチの周囲に設け
られた高周波誘導加熱コイル７により鋼管１を加熱す
る。加熱部分の温度が上昇したら、加熱は継続しつつ
（ｃ）図のように鋼管の他端からプレス８により軸方向
の圧縮力を加えてポンチ６に押し込む。（ｄ）図のよう
にポンチの大径部分６Ｃの所定の位置まで押し込んだと
ころで拡管工程は終了する。

【００１４】上記の高周波加熱は本発明の製造方法の最
大の特徴とするところであるが、高周波誘導加熱コイル
を設ける範囲すなわち加熱範囲はポンチの外周部分のう
ちでも小径部分とテーパ部分の外周を中心とする。ポン
チの小径部分の長さはたとえば２０ｍｍ程度であるがこ
の部分にある鋼管は充分加熱する必要がある。プレス機
により加工が開始される時点では鋼管の端部は必要な温
度に加熱されていなければならないから、作業の手順と
しては上記のように先に高周波誘導加熱を開始し、鋼管
が予熱されてからプレスの動作が開始することになる。

【００１５】上記の加熱をさらに効率よく行なうため、
図３に示すようにポンチの小径部分６Ａの外周とテーパ
部分６Ｂなど他の部分の外周とで別々のコイル７Ａ、７
Ｂを設けてもよい。これにより加工開始前の鋼管の予熱
時にはコイル７Ａのみに通電してこの部分を集中的に短
時間に加熱でき、材料が無いポンチのテーパ部７Ｂなど
をむだに加熱しないですむ。また加工時の材料の温度を
鋼管の長さ方向で変えることもでき、より適切な加熱条
件で作業ができる。なお図３に示すように小径部分のコ
イル７Ａは鋼管の直径に見合って小径にしたほうが漏洩
インダクタンスが少なくて好ましいが、この場合は加工
終了後に鋼管を取り外すためコイルを径方向に分割でき
るようにする必要がある。

【００１６】上記の高周波誘導加熱による鋼管の加熱温
度は６００℃以上８５０℃以下、好ましくは７００℃以
上８００℃以下が適当である。これは拡管の作業工程中
の最高到達温度であって、プレス開始前の予熱温度も含
めて鋼管の加工を受けるすべての部分の温度が拡管加工
中常にこの範囲になければならないということではな
い。本発明が適用されるような低炭素鋼の熱間加工温度
は通常９００から１２５０℃ぐらいの間とされるから上
記温度はこれに比べてかなり低いものである。加熱温度
が最高部分でも６００℃に達しないと加工中に割れの発
生のおそれがある。一方、８５０℃より高いとポンチの
寿命が短くなり、また、しわの発生など形状の不良が生
ずるおそれがある。

【００１７】上記のように通常の熱間加工より低温の、
ある程度大きな変形抵抗を有する状態で加工することに
より、鋼管の円周が拡大した分の材料は軸方向の圧縮に
よって補給されるという現象が起き、拡管された部分の
肉厚が薄くならない。また本発明の方法で使用するもの
と同様なポンチを使用して冷間で拡管する方法は知られ
ているが、先にも従来技術に関して述べたように拡管し
た部分の肉厚は素材の鋼管の肉厚より薄くなる。またこ
の冷間で加工する方法は鋼管の加工部分を完全に軟化焼
鈍しても拡管率は２０％程度が限界であり、それ以上の
拡管率を得るには中間焼鈍をして再度拡管を繰り返す必
要がある。本発明の方法によればインパクトビームのブ
ラケット部を構成するのに必要とする前記のような拡管
率を一工程で容易に得ることができる。上記拡管工程は
通常鋼管の両端について行なう必要があるが、一端と他
端とについて順次に行なうことも同時に行なうこともで
きる。

【００１８】次に図１（ｃ）に示すように鋼管の両端部
の拡管された部分に鋼管の軸方向のスリット３を入れ
る。スリットを入れる方法は特に限定するものではな
く、鋸やバイトによる切削加工、プラズマやレーザによ
る溶断加工など公知の方法が採用できる。さらに本発明
者らは塑性加工により高能率に行なう方法を開発した。
すなわち図４に示すようにくさび状の工具９を管端部２
からプレスにより圧入する方法である。この方法は材料
のむだがなく加工を受けた部分の材料が強化される点で
優れている。切削加工などによる場合には切り欠きの先
端部となる位置にいわゆるストップホールなる穴をあけ
て置かないと切り欠きが進行するおそれがあるが、上記
の方法では切り欠きの先端部が塑性加工により強化され
るのでその必要がなく手間が省ける。

【００１９】管端を切り欠き部より展開してブラケット
部を形成する方法としては、管端部から円錐状やスコッ
プのような形をした工具を押し込んで行なえる。展開し
た後の管端部はプレス加工により扁平に仕上げる。さら
にそれぞれの自動車に適合するようにブラケット部の形
状をプレス加工、曲げ加工、切断加工などにより整える
ことができる。

【００２０】

【実施例】外径３１．８ｍｍ、厚さ２．０ｍｍの引張強
さ１２０ｋｇ／ｍｍ² 級の鋼管を素材として自動車ドア
用インパクトビームを製作した。この材料の標準の化学
成分はＣ：０．１４％、Ｓｉ：０．２０％、Ｍｎ：１．
００％である。インパクトビームの製品の寸法を図５に
示すがブラケット部４の幅は１４０ｍｍである。鋼管の
外周は１００ｍｍであるから管端の拡管は１．４倍であ
ればよいことになるが、実際にはスリットすることによ
る寸法の減少があるので１．５倍の拡管が必要である。

【００２１】上記鋼管を図２に示したような高周波誘導
加熱をしつつプレスする方法で拡管した。加熱条件を種
々変えて実験したが、その条件と結果を表１に示す。高
周波電源の周波数はすべて４００ｋＨｚである。ポンチ
およびコイルの長さ方向の寸法関係を図６に示すが、こ
れで見るように表１にあるコイル位置Ｌはポンチの小径
部分６Ａの上端からコイル７の端部までの距離をいって
いる。

【００２２】

【表１】

【００２３】Ｎｏ．１ないし３はコイル位置や加熱温度
が適切であるので加工時に欠陥の発生がなく良好な結果
になっている。これに対しＮｏ．４、７および８はコイ
ル位置が不適当で加工開始時に充分な加熱がされていな
かったため鋼管に無理な力が加わり座屈による曲がりな
どの欠陥が発生した。またＮｏ．５は加熱温度が低すぎ
たため割れが発生した。一方、Ｎｏ．６は加熱温度が高
すぎるので加工途中でテーパ部にしわが発生した。

【００２４】またＮｏ．１ないし３の両端が良好に拡管
できたものは拡管部分の肉厚を測定したが、表１は長さ
方向に沿って計測したときの最大と最小を示している。
これらはすべて鋼管のもとの肉厚の０．９倍位からもと
の肉厚と大体同じ範囲に入っており、良好な結果になっ
ている。またこれらＮｏ．１ないし３の材料は図４に示
したようにくさび状の工具でスリットを入れたのち、ス
コップのような形状の工具を押し込んで展開して両端に
ブラケット部を形成した。このときの加工性は良好で問
題なく作業ができた。

【００２５】

【発明の効果】本発明の自動車ドア用インパクトビーム
は、鋼管を切開して展開することによりビーム部とブラ
ケット部が一体成形されているため低コストで製造で
き、ブラケット部の幅はビーム部の鋼管の円周の長さの
１．２５倍より大で、ブラケット部の板厚はビーム部の
鋼管の肉厚の０．８倍以上であるのでドアのインナーパ
ネルに充分な強度で結合できる。またブラケット部を形
成すべき管端部の拡管工程を、小径部分、テーパ部分お
よび大径部分とが連続的に設けられたポンチに鋼管の一
端を挿入し、ポンチの周囲に設けられた高周波誘導加熱
コイルにより鋼管を加熱しつつ軸方向圧縮力を加えて行
なうことにより、上記のようなブラッケト部の板厚が鋼
管の肉厚の０．８倍以上のものを実現できる。また本発
明の製造方法によれば材料の鋼管の端部をあらかじめ焼
鈍したり、拡管工程の途中で中間焼鈍する必要がないの
で能率良く低コストで製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の工程の概念図で（ａ）ないし（ｄ）は
工程の順序を示す。

【図２】本発明における鋼管端部の拡管加工の手順を示
す図で（ａ）ないし（ｄ）は工程の順序を示す。

【図３】本発明に使用する高周波誘導加熱コイルの例を
示す図

【図４】本発明の管端部にスリットを入れる方法の例を
示す図

【図５】実施例で製造した製品の形状を示す図

【図６】実施例における高周波誘導加熱コイルの配置を
示す図

【図７】従来のブラケット部の取り付け方法の例を示す
図

【符号の説明】

１ 鋼管 ２ 管端部 ３ スリット ４ ブラケット部 ５ ビーム部 ６ ポンチ ６Ａ 小径部分 ６Ｂ テーパ部分 ６Ｃ 大径部分 ７、７Ａ、７Ｂ高周波誘導加熱コイル ８ プレス ９ くさび状の工具 ２０ ビーム部（従来技術） ２１ ブラケット部（従来技術） ２２ 溶接部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村上 昌吾 愛知県刈谷市西境町広見２番地 山崎工業 株式会社西境工場内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋼管よりなるビーム部の両端に平面状の
   ブラケット部を有する自動車ドア用インパクトビームに
   おいて、両端部の鋼管を切開して展開することによりビ
   ーム部とブラケット部が一体成形されており、ブラケッ
   ト部の幅はビーム部の鋼管の円周の長さの１．２５倍な
   いし１．８倍で、ブラケット部の板厚はビーム部の鋼管
   の肉厚の０．８倍以上であることを特徴とする自動車ド
   ア用インパクトビーム。
2. 【請求項２】 鋼管よりなるビーム部の両端に平面状の
   ブラケット部を有する自動車ドア用インパクトビームの
   製造方法において、小径部分、テーパ部分および大径部
   分とが連続的に設けられたポンチの前記小径部分にこれ
   の直径に見合う内径の鋼管の一端を挿入し、ポンチの周
   囲に設けられた高周波誘導加熱コイルにより鋼管を加熱
   しつつ鋼管に軸方向圧縮力を加えて端部を拡管すること
   を、前記鋼管の一端と他端について同時または順次に行
   なった後、鋼管の両端部の拡管された部分にスリットを
   入れて展開して平面状のブラケット部を形成することを
   特徴とする自動車ドア用インパクトビームの製造方法。
3. 【請求項３】 材料の鋼管は両端部の軟化熱処理が行な
   われていないものであることを特徴とする請求項２記載
   の自動車ドア用インパクトビームの製造方法。
4. 【請求項４】 鋼管の加熱温度は６００℃以上８５０℃
   以下であることを特徴とする請求項２または３に記載の
   自動車ドア用インパクトビームの製造方法。
5. 【請求項５】 高周波誘導加熱コイルは少なくともポン
   チの小径部分からテーパ部分にかけての周囲には設けら
   れていることを特徴とする請求項２、３または４に記載
   の自動車ドア用インパクトビームの製造方法。
6. 【請求項６】 高周波誘導加熱コイルは鋼管の軸方向に
   ２以上に分割されたものであって、少なくともその１つ
   はポンチの小径部分の周囲のみに設けられているもので
   あることを特徴とする請求項５記載の自動車ドア用イン
   パクトビームの製造方法。
7. 【請求項７】 スリットはくさび状の工具を管端部から
   プレスにより圧入することにより入れることを特徴とす
   る請求項１ないし６のいずれかに記載の自動車ドア用イ
   ンパクトビームの製造方法。