JPWO2012160697A1 - ヘッダエクステンションの成形方法及び車体構造 - Google Patents
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Abstract
フロントヘッダとルーフサイドインナを結合するヘッダエクステンションを成形する方法であって、素材に通電し、その一部を焼き入れ温度以上に加熱する際に、前記フロントヘッダ側が前記焼入れ温度以上となり、前記ルーフサイドインナ側が前記焼き入れ温度未満となるように通電加熱し、前記通電加熱後の素材をプレスして、前記ヘッダエクステンションの形状に成形し、急冷して焼き入れする。これにより、ルーフに荷重が加わった際の折れモードを良好にコントロールするとともに、生産性を向上した車体構造を提供できる。
Description
本発明は、フロントヘッダとルーフサイドインナを結合するヘッダエクステンションを成形する技術、及びフロントヘッダ、ルーフサイドインナ、ヘッダエクステンションを含む車体構造に関する。
特許文献１には、フロントヘッダとルーフサイドインナを接続するヘッダエクステンションにおいて、ルーフサイドインナ側の接合強度をフロントヘッダ側の接合強度よりも脆弱にすることによって、ルーフサイドインナ側の接合の一部を破断させる技術が開示されている。これによれば、ルーフに荷重が加わったときに、ヘッダエクステンションにかかる応力をルーフサイドインナ側の接合部位に逃がすことができるので、ルーフサイドインナの折れ変形を抑制し、フロントウインドシールドガラスの割れを未然に防止できる旨が開示されている。
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、ルーフサイドインナ側の接合強度をフロントヘッダ側の接合強度よりも脆弱に接合する必要があり、作業性に困難が生じていた。
本発明は、ルーフに荷重が加わった際の折れモードを良好にコントロールするとともに、生産性を向上した車体構造を提供することを課題とする。
本発明の第一の態様は、フロントヘッダとルーフサイドインナを結合するヘッダエクステンションを成形する方法であって、素材に通電し、その一部を焼き入れ温度以上に加熱する際に、前記フロントヘッダ側が前記焼入れ温度以上となり、前記ルーフサイドインナ側が前記焼き入れ温度未満となるように通電加熱し、前記通電加熱後の素材をプレスして、前記ヘッダエクステンションの形状に成形し、急冷して焼き入れする。
前記ヘッダエクステンションは、フロントヘッダと結合される側からルーフサイドインナと結合される側に延出して設けられ、かつ、前記ルーフサイドインナと結合される側に、ルーフサイドインナと面接合可能なように当該ヘッダエクステンションの延出面と直交する面を有するフランジが形成され、前記素材は、前記ヘッダエクステンションのフランジに対応するように、前記ルーフサイドインナ側の領域が他の領域に対して、前記ヘッダエクステンションの延出方向に直交する方向の幅が広い領域として形成され、かつ、前記フロントヘッダ側の領域が他の領域に対して、前記ヘッダエクステンションの延出方向に直交する方向の幅が狭い領域として形成され、前記通電加熱は、前記ヘッダエクステンションの延出方向に沿って行われることが好ましい。
本発明の第二の態様は、フロントヘッダと、ルーフサイドインナと、前記フロントヘッダと前記ルーフサイドインナを接合するヘッダエクステンションとを備える車体構造であって、前記ヘッダエクステンションの前記フロントヘッダ側は焼き入れ領域であり、前記ルーフサイドインナ側は非焼き入れ領域である。
本発明によれば、ルーフに荷重が加わった際の折れモードを良好にコントロールするとともに、生産性を向上した車体構造を提供できる。
［車体構造］
図１及び図２に示すように、本実施形態の車体構造は、ヘッダエクステンション１と、このヘッダエクステンション１により連結されるフロントヘッダ２及びルーフサイドインナ３とを含んで構成される。
図１及び図２に示すように、本実施形態の車体構造は、ヘッダエクステンション１と、このヘッダエクステンション１により連結されるフロントヘッダ２及びルーフサイドインナ３とを含んで構成される。
［ヘッダエクステンション］
ヘッダエクステンション１は、車体前側の上部に配置されるフロントヘッダ２と、車体外側に配置されるルーフサイドインナ３とを連結する部材である。
図２に示すように、ヘッダエクステンション１は、ハット型断面を有し、その車体外側端部は、ルーフサイドインナ３と面で接合可能なようにフランジ状に形成されている。言い換えれば、ヘッダエクステンション１の車体外側端部には、ルーフサイドインナ３の側面と同一平面となるように接合用のフランジが形成されている。
このように形成されるヘッダエクステンション１は、車体内側端部及び外側端部においてフロントヘッダ２及びルーフサイドインナ３とそれぞれ接合されている。
ヘッダエクステンション１は、車体前側の上部に配置されるフロントヘッダ２と、車体外側に配置されるルーフサイドインナ３とを連結する部材である。
図２に示すように、ヘッダエクステンション１は、ハット型断面を有し、その車体外側端部は、ルーフサイドインナ３と面で接合可能なようにフランジ状に形成されている。言い換えれば、ヘッダエクステンション１の車体外側端部には、ルーフサイドインナ３の側面と同一平面となるように接合用のフランジが形成されている。
このように形成されるヘッダエクステンション１は、車体内側端部及び外側端部においてフロントヘッダ２及びルーフサイドインナ３とそれぞれ接合されている。
フロントヘッダ２は、車体幅方向に沿って設けられ、幅方向端部においてヘッダエクステンション１を介してルーフサイドインナ３に結合される。フロントヘッダ２は、フロントウインドシールドガラスの上部及びルーフパネルの前部を支持する。
ルーフサイドインナ３は、車体前後方向に設けられ、フロントヘッダ２の側方に配置される。ルーフサイドインナ３は、フロントウインドシールドガラスの側部を支持する。
ルーフサイドインナ３は、車体前後方向に設けられ、フロントヘッダ２の側方に配置される。ルーフサイドインナ３は、フロントウインドシールドガラスの側部を支持する。
ヘッダエクステンション１は、通電加熱によって一部を焼き入れ温度まで熱した後に、プレス成形すると同時に焼き入れを行う、いわゆるホットプレスによって成形される。
具体的には、図３及び図４に示すように、平板状の素材１０に一対の電極２０・２０を装着して、電極２０・２０間に通電することによって素材１０を加熱する。所定温度に加熱された状態の素材１０を金型に設置してプレスすることによって、急冷して焼き入れるとともに、金型の成形面に応じた形状に成形する。このようにして、素材１０をホットプレス成形してヘッダエクステンション１の形状を得る。
具体的には、図３及び図４に示すように、平板状の素材１０に一対の電極２０・２０を装着して、電極２０・２０間に通電することによって素材１０を加熱する。所定温度に加熱された状態の素材１０を金型に設置してプレスすることによって、急冷して焼き入れるとともに、金型の成形面に応じた形状に成形する。このようにして、素材１０をホットプレス成形してヘッダエクステンション１の形状を得る。
［素材の形状］
図３に示すように、素材１０は、車体外側の幅（前後幅）が内側の幅よりも大きい台形状に形成される平板である。上述のように、ヘッダエクステンション１の車体外側端部にフランジが形成されるため、ヘッダエクステンション１の形状に応じて、単純にハット型に成形される内側部分よりも外側の幅を大きくとっている。言い換えれば、ヘッダエクステンション１は、ルーフサイドインナ３に対して面で接合されることを考慮し、フランジ部分の剛性を確保するために素材１０の外側の幅を大きく形成している。
素材１０は、車体内側から外側に向かって、順に幅狭領域Ａ１、中間領域Ａ２、幅広領域Ａ３の三つの領域に分けられる。幅狭領域Ａ１は、車体内側に位置する略矩形状の領域である。幅広領域Ａ３は、車体外側に位置し、ヘッダエクステンション１のフランジに対応する部分を含む略矩形状の領域である。中間領域Ａ２は、幅狭領域Ａ１と幅広領域Ａ３の間の領域である。
図３に示すように、素材１０は、車体外側の幅（前後幅）が内側の幅よりも大きい台形状に形成される平板である。上述のように、ヘッダエクステンション１の車体外側端部にフランジが形成されるため、ヘッダエクステンション１の形状に応じて、単純にハット型に成形される内側部分よりも外側の幅を大きくとっている。言い換えれば、ヘッダエクステンション１は、ルーフサイドインナ３に対して面で接合されることを考慮し、フランジ部分の剛性を確保するために素材１０の外側の幅を大きく形成している。
素材１０は、車体内側から外側に向かって、順に幅狭領域Ａ１、中間領域Ａ２、幅広領域Ａ３の三つの領域に分けられる。幅狭領域Ａ１は、車体内側に位置する略矩形状の領域である。幅広領域Ａ３は、車体外側に位置し、ヘッダエクステンション１のフランジに対応する部分を含む略矩形状の領域である。中間領域Ａ２は、幅狭領域Ａ１と幅広領域Ａ３の間の領域である。
素材１０に通電する際、電極２０・２０は、素材１０の内側端部と外側端部に接続される。内側−外側方向に通電して、通電方向と車体方向が等しくなるように素材１０を配置してプレス成形する。つまり、素材１０に対する通電方向は車体幅方向である。
このように、幅狭領域Ａ１、中間領域Ａ２、幅広領域Ａ３を横断するように通電が行われる。このとき、幅狭領域Ａ１は他の領域Ａ２・Ａ３に比べて、通電方向と直交する方向の断面積が小さくなるため、抵抗値が大きくなり、加熱量が多くなって温度が高くなる。同様に、幅広領域Ａ３の加熱量は少なくなるため、温度が低くなる。
このように、幅狭領域Ａ１、中間領域Ａ２、幅広領域Ａ３を横断するように通電が行われる。このとき、幅狭領域Ａ１は他の領域Ａ２・Ａ３に比べて、通電方向と直交する方向の断面積が小さくなるため、抵抗値が大きくなり、加熱量が多くなって温度が高くなる。同様に、幅広領域Ａ３の加熱量は少なくなるため、温度が低くなる。
そして、幅狭領域Ａ１の温度が素材１０の変態点以上となった時点で通電加熱を終了する。素材１０では、幅狭領域Ａ１が最も加熱量が多く、昇温が早い領域であるため、他の領域Ａ２・Ａ３では、素材１０の変態点よりも低い温度で通電加熱が終了する。
このように通電加熱された後の素材１０をプレスする時に、幅狭領域Ａ１は焼き入れ領域となる一方、幅広領域Ａ３では非焼き入れ領域となり、温間成形領域となる。また、これらの間に位置する中間領域Ａ２は、焼き入れ領域から温間成形領域への遷移領域となる。
すなわち、ホットプレス後の素材１０の強度は、幅狭領域Ａ１＞中間領域Ａ２＞幅広領域Ａ３となり、車体幅方向に強度分布を有する。
このように通電加熱された後の素材１０をプレスする時に、幅狭領域Ａ１は焼き入れ領域となる一方、幅広領域Ａ３では非焼き入れ領域となり、温間成形領域となる。また、これらの間に位置する中間領域Ａ２は、焼き入れ領域から温間成形領域への遷移領域となる。
すなわち、ホットプレス後の素材１０の強度は、幅狭領域Ａ１＞中間領域Ａ２＞幅広領域Ａ３となり、車体幅方向に強度分布を有する。
以上のように、素材１０の形状をヘッダエクステンション１の形状に対応させて、車体内側の幅が狭く、外側の幅が広い台形状に形成し、車体幅方向に沿って通電することにより、通電加熱後の素材１０に温度差を発生させている。係る温度差により、素材１０のプレス成形時に、所定温度以上から急冷される焼き入れ領域（幅狭領域Ａ１）と、高温状態で成形される温間成形領域（幅広領域Ａ３）と、これらの間に位置する中間領域Ａ２と、に分けられる（図４参照）。
プレス時に、焼き入れ領域となる幅狭領域Ａ１では、焼き入れにより素材１０の強度が増大される。一方、非焼き入れ領域となる幅広領域Ａ３では、素材１０の強度には変化がない。このため、ヘッダエクステンション１では、車体内側（フロントヘッダ２側）の強度が大きく、車体外側（ルーフサイドインナ３側）の強度が小さくなり、車体幅方向に沿った強度分布が生じる。
また、幅狭領域Ａ１と幅広領域Ａ３の間に中間領域Ａ２が存在している。中間領域Ａ２においては、幅狭領域Ａ１側の強度が大きく、かつ、幅広領域Ａ３側の強度が小さくなる、つまり、幅狭領域Ａ１から幅広領域Ａ３に向かうに従って強度が徐々に小さくなる。
プレス時に、焼き入れ領域となる幅狭領域Ａ１では、焼き入れにより素材１０の強度が増大される。一方、非焼き入れ領域となる幅広領域Ａ３では、素材１０の強度には変化がない。このため、ヘッダエクステンション１では、車体内側（フロントヘッダ２側）の強度が大きく、車体外側（ルーフサイドインナ３側）の強度が小さくなり、車体幅方向に沿った強度分布が生じる。
また、幅狭領域Ａ１と幅広領域Ａ３の間に中間領域Ａ２が存在している。中間領域Ａ２においては、幅狭領域Ａ１側の強度が大きく、かつ、幅広領域Ａ３側の強度が小さくなる、つまり、幅狭領域Ａ１から幅広領域Ａ３に向かうに従って強度が徐々に小さくなる。
［ルーフ強度評価］
以上のように、フロントヘッダ２側が焼き入れ領域となり、かつ、ルーフサイドインナ３側が非焼き入れ領域となるヘッダエクステンション１と、ヘッダエクステンション１によって結合されるフロントヘッダ２及びルーフサイドインナ３とを含む車体を用意した。
この車体に対して、図５（ａ）に示すように、ルーフの外側端部に垂直下方に対して所定の傾斜角度を付けた方向に荷重Ｆを付加して、その荷重Ｆの大きさを評価するルーフ強度評価を行った。具体的には、図５（ｂ）に示すように、荷重Ｆを付加した状態でデバイスを押し込んで、その移動量Ｓとそのときの荷重Ｆとの相関を見た。
以上のように、フロントヘッダ２側が焼き入れ領域となり、かつ、ルーフサイドインナ３側が非焼き入れ領域となるヘッダエクステンション１と、ヘッダエクステンション１によって結合されるフロントヘッダ２及びルーフサイドインナ３とを含む車体を用意した。
この車体に対して、図５（ａ）に示すように、ルーフの外側端部に垂直下方に対して所定の傾斜角度を付けた方向に荷重Ｆを付加して、その荷重Ｆの大きさを評価するルーフ強度評価を行った。具体的には、図５（ｂ）に示すように、荷重Ｆを付加した状態でデバイスを押し込んで、その移動量Ｓとそのときの荷重Ｆとの相関を見た。
図５（ｂ）によれば、荷重Ｆがある程度の大きさに達したときにヘッダエクステンション１が低強度側（外側）から変形して、荷重Ｆの上昇が一時的に止まっているが、その後は上昇している。このように、ヘッダエクステンション１のルーフサイドインナ３側を先に変形させることによって、フロントヘッダ２の折れ変形を防止している。
ここで、ヘッダエクステンション１の折れモードは、ヘッダエクステンション１における強度分布に従って、外側から内側に向けて順次変形していくモードとなる。つまり、変形部位をルーフサイドインナ３との結合側に誘導することができる。
このように、ルーフに荷重Ｆが付加された際のヘッダエクステンション１の折れモードをコントロールすることが可能である。
このように、ルーフに荷重Ｆが付加された際のヘッダエクステンション１の折れモードをコントロールすることが可能である。
また、素材１０の幅広領域Ａ３では、加熱してプレス成形することによって成形性が向上するとともに、精度が向上するという利点を奏する。
幅広領域Ａ３は、ヘッダエクステンション１のフランジ部分、つまり成形量が大きく、かつ、精度が必要な箇所を含んでいる。このように、本実施形態では、素材１０の形状及びヘッダエクステンション１の用途に応じた成形が行われる。特に、ヘッダエクステンション１の延出方向に対して大きな断面積を必要とするフランジ部分の剛性を大きく確保することができる。
幅広領域Ａ３は、ヘッダエクステンション１のフランジ部分、つまり成形量が大きく、かつ、精度が必要な箇所を含んでいる。このように、本実施形態では、素材１０の形状及びヘッダエクステンション１の用途に応じた成形が行われる。特に、ヘッダエクステンション１の延出方向に対して大きな断面積を必要とするフランジ部分の剛性を大きく確保することができる。
また、素材１０は、ヘッダエクステンション１におけるルーフサイドインナ３との結合側が幅広となる形状に形成されている。
本実施形態では、ヘッダエクステンション１の形状に応じた形状を有する素材１０を用いて、ホットプレス成形している。これにより、通電加熱時に幅狭領域Ａ１が焼き入れ領域となり、幅広領域Ａ３が非焼き入れ領域となる、並びに、展開長の大きいヘッダエクステンション１のフランジ部分に幅広領域Ａ３を対応させる等、素材１０の形状がヘッダエクステンション１にとって最適な形状となっている。
このように、素材１０を通電加熱する際に、所望の温度分布を実現するために特別な手法を採用する必要がなく、設備コストを低減できる。また、素材１０をプレスした後、トリミング等をする際に大きく切り取る必要がなくなるため、歩留まりを向上できる。
本実施形態では、ヘッダエクステンション１の形状に応じた形状を有する素材１０を用いて、ホットプレス成形している。これにより、通電加熱時に幅狭領域Ａ１が焼き入れ領域となり、幅広領域Ａ３が非焼き入れ領域となる、並びに、展開長の大きいヘッダエクステンション１のフランジ部分に幅広領域Ａ３を対応させる等、素材１０の形状がヘッダエクステンション１にとって最適な形状となっている。
このように、素材１０を通電加熱する際に、所望の温度分布を実現するために特別な手法を採用する必要がなく、設備コストを低減できる。また、素材１０をプレスした後、トリミング等をする際に大きく切り取る必要がなくなるため、歩留まりを向上できる。
また、ヘッダエクステンション１、フロントヘッダ２、ルーフサイドインナ３を含む車体構造を生産するに際し、ヘッダエクステンション１とフロントヘッダ２、ルーフサイドインナ３との接合は一般的な溶接等の簡易な作業にて実現できるため、生産性を向上できる。
本発明は、フロントヘッダとルーフサイドインナとを結合するヘッダエクステンション、並びに、フロントヘッダ、ルーフサイドインナ、及びこれらを結合するヘッダエクステンションを含む車体構造に利用可能である。
１ ヘッダエクステンション
２ フロントヘッダ
３ ルーフサイドインナ
１０ 素材
２０ 電極
２ フロントヘッダ
３ ルーフサイドインナ
１０ 素材
２０ 電極
Claims (3)
- フロントヘッダとルーフサイドインナを結合するヘッダエクステンションを成形する方法であって、
素材に通電し、その一部を焼き入れ温度以上に加熱する際に、前記フロントヘッダ側が前記焼入れ温度以上となり、前記ルーフサイドインナ側が前記焼き入れ温度未満となるように通電加熱し、
前記通電加熱後の素材をプレスして、前記ヘッダエクステンションの形状に成形し、急冷して焼き入れする、ヘッダエクステンションの成形方法。 - 前記ヘッダエクステンションは、フロントヘッダと結合される側からルーフサイドインナと結合される側に延出して設けられ、かつ、前記ルーフサイドインナと結合される側に、ルーフサイドインナと面接合可能なように当該ヘッダエクステンションの延出面と直交する面を有するフランジが形成され、
前記素材は、前記ヘッダエクステンションのフランジに対応するように、前記ルーフサイドインナ側の領域が他の領域に対して、前記ヘッダエクステンションの延出方向に直交する方向の幅が広い領域として形成され、かつ、前記フロントヘッダ側の領域が他の領域に対して、前記ヘッダエクステンションの延出方向に直交する方向の幅が狭い領域として形成され、
前記通電加熱は、前記ヘッダエクステンションの延出方向に沿って行われる請求項１に記載のヘッダエクステンションの成形方法。 - フロントヘッダと、ルーフサイドインナと、前記フロントヘッダと前記ルーフサイドインナを接合するヘッダエクステンションとを備える車体構造であって、
前記ヘッダエクステンションの前記フロントヘッダ側は焼き入れ領域であり、前記ルーフサイドインナ側は非焼き入れ領域である車体構造。
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