KR101447344B1 - 구조 부재 - Google Patents

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Abstract

외경 D의 소관을 하이드로폼 성형함으로써, 중공의 주관부(20)의 외주면에 돌출부(30a, 30b)가 일체 성형된 구조용 하이드로폼 조인트 부재로 한다. 이 경우에, 돌출부(30a, 30b)의 각 단부면(33a, 33b)의 주관부(20)에의 투영면인 교차면(35a, 35b) 모두가, 상기 교차면(35a, 35b)의 일부분(36a, 36b)에서만, 주관부(20)의 주축(40)에 대하여 수직인 면을 서로 공유한다. 그때, 일부분(36a, 36b)의 면적을, 교차면(35a, 35b) 각각의 면적에 대하여 30％ 이상 90％ 이하로 함으로써, 돌출부(30a, 30b) 각각의 돌출 높이를, 조인트로서 기능하기 위한 0.3D 이상으로 할 수 있다.

Description

구조 부재{STRUCTURAL MEMBER}
본 발명은, 예를 들어 구조용 조인트 부재에 사용하기에 적합한, 중공의 주관부의 외주면에 복수의 돌출부가 일체 성형된 구조 부재에 관한 것이다.
환경 보전의 문제로부터 구조 부재의 경량화가 요구되고 있다. 구조 부재 중에서도, 수송 기기용, 특히, 자동차용의 구조 부재는, 연비의 향상, 배기 가스 및 이산화탄소 배출량의 저감 등, 경량화의 효과가 매우 크기 때문에, 자동차용의 구조 부재의 경량화가 강하게 요구되고 있다.
구조 부재의 경량화는, 구조 부재의 재질을 고강도화하고, 구조 부재를 박육화함으로써 달성할 수 있다. 구조 부재의 박육화에 수반하여, 구조 부재가 파괴되는 것, 즉, 구조 부재의 소성 변형이나 피로 파괴에 대해서는, 박육화에 의해 저하된 강도 부족을, 구조 부재의 재질 고강도화로 보충할 수 있다. 그러나, 구조 부재가 휘어지는 것, 즉, 구조 부재의 탄성 변형에 대해서는, 박육화에 의해 저하된 강성 부족을, 구조 부재의 재질 고강도화로 보충할 수는 없다.
특히, 자동차용의 구조 부재의 경우, 구조 부재의 재질을 고강도화하여, 구조 부재 전체의 강도를 박육화 전과 동일하게 해도, 박육화된 구조 부재 전체의 기하학적 구조가 박육화 전과 동일하여, 박육화된 구조 부재 전체의 강성이 저하되어 있으면, 소음이나 진동이 발생하는 원인으로 된다.
또한, 자동차용의 구조 부재 중에서도, 차체용 부재나 하체 부재 등을 박육화하여 강성이 저하된 경우, 조종 안정성이 저하되는 등의 문제도 있다.
따라서, 구조체 전체적으로 강성을 저하시키지 않고 강도를 향상시키기 위해서는, 구조체 전체를 구성하는 구조 부재의 고강도화와 함께, 구조체 전체의 기하학적 구조를 변경하여, 구조체 전체의 강성을 저하시키지 않도록 할 필요가 있다.
구조 부재를 박육화해도, 구조 부재로 구성되는 구조체 전체의 강성을 저하시키지 않는 방법으로서, 결합 부재의 강성 향상, 특히 중공 구조의 조인트 부재를 사용하는 것이 유효하다.
중공 구조를 갖는 구조 부재를 얻는 금속 가공 방법으로서는, 주조, 판재의 용접, 하이드로폼 등이 있다.
주조는, 다른 금속 가공 방법과 비교하여 박육화하는 것이 어렵다. 또한, 주조용 합금은, 철계 합금, 경합금 중 어느 경우에도, 유동성을 확보하기 위한 원소를 첨가하기 때문에, 강판 재료나 경합금의 전신재ㆍ압출재와 비교하여, 재료 그 자체를 고강도화하는 것이 어렵다. 그리고, 박육화할 수 있는 다이캐스트는 중공 형상의 구조 부재를 얻는 것이 어렵다.
또한, 판재를 용접하여 구조 부재를 제조하는 경우, 구조 부재의 형상 자유도는 크지만, 구조 부재를 중공 형상으로 하는 경우에는, 용접 길이가 길어져, 생산성이 떨어진다고 하는 문제가 있다.
따라서, 하이드로폼으로 성형한 구조용 조인트 부재를 용접하여 구조체 전체, 예를 들어 자동차의 차체나 샤시를 형성하는 것이 유효하다.
특허문헌 1 및 비특허문헌 1에는, 소관(素管)을 하이드로폼으로 성형하여, 주관부에 대하여 복수의 돌출부를 갖는 하이드로폼 성형체가 개시되어 있다.
또한, 특허문헌 2에는, 미리 다각형으로 압출된 알루미늄 또는 그 합금으로 이루어지는 중공 형재를 소재로 하고, 이 다각 중공 형재에 벌지 가공에 의해 2개의 팽출부가 형성된 조인트 부재용 다각형관의 벌지 성형품이 개시되어 있다.
일본 특허 공고 소58-167033호 공보 일본 실용신안 출원 공개 평5-84420호 공보
튜브포밍-관재의 2차 가공과 제품설계-, 사단 법인 소성 가공 학회, 코로나사(1992)
특허문헌 1에 개시된 하이드로폼 성형체는, 주관부에 대하여 2개의 돌출부를 갖고 있지만, 2개의 돌출부 각각이 이격되어 배치되어 있어, 하이드로폼 성형체 중의 일부위를 기점으로 하여 분기되는 구조체를 형성할 수 없다고 하는 문제가 있다.
비특허문헌 1에 기재된 하이드로폼 성형체는, 주관부에 대하여 2개의 돌출부를 갖고, 또한, 2개의 돌출부의 배치 위치가 가까워, 하이드로폼 성형체 중의 일부위를 기점으로 하여 분기되는 구조를 갖고 있다.
그러나, 비특허문헌 1에 기재된 하이드로폼 성형체는, 2개의 돌출부 각각의 돌출 높이가 낮기 때문에, 돌출부의 선단에 다른 부품을 용접 등에 의해 연결할 수 없어, 조인트 부재로서 사용할 수 없다.
특허문헌 2에 기재된 벌지 성형품은, 중공 육각형 단면을 갖는 알루미늄 압출 형재가 2개의 팽출부를 갖고, 또한, 2개의 팽출부가 동일한 형상이며 알루미늄 압출 형재의 길이 방향에 대한 위치가 동일한 구조를 갖고 있다.
그러나, 특허문헌 2에 기재된 조인트 부재용 다각형관의 벌지 성형품에서는, 2개의 팽출부가 동일한 형상이며 알루미늄 압출 형재의 길이 방향에 대한 위치가 동일하기 때문에, 벌지 성형 시에 팽출부의 돌출 높이를 확보하기 어려워, 원하는 돌출 높이로 할 수 없다.
본 발명은, 상기의 문제를 해결하기 위해서 이루어진 것이며, 구조 부재의 일부위를 기점으로 하여 분기되는 복수의 돌출부를 갖고, 또한, 복수의 돌출부의 돌출 높이를 원하는 높이, 예를 들어 다른 부품을 용접 등에 의해 연결하는 데에 필요한 높이를 확보할 수 있는 구조 부재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 요지는 다음과 같다.
(1) 중공의 주관부와, 상기 주관부의 외주면에 일체 성형된 적어도 2개의 돌출부를 구비하고, 상기 2개의 돌출부는, 상기 주관부의 주축 둘레에 30도 이상 180도 미만의 각도를 이루어 배치되고, 상기 2개의 돌출부의 각 단부면의 상기 주관부에의 투영면인 교차면 모두가, 상기 교차면의 일부분에서만, 상기 주관부의 주축에 대하여 수직인 면을 서로 공유하는 것을 특징으로 하는 구조 부재.
(2) 상기 2개의 돌출부는, 상기 주관부의 주축 둘레에 60도 이상 120도 이하의 각도를 이루어 배치되는 것을 특징으로 하는 (1)에 기재된 구조 부재.
(3) 상기 주관부의 외주면에 일체 성형된 다른 돌출부를 구비하고, 상기 2개의 돌출부 및 상기 다른 돌출부의 각 단부면의 상기 주관부에의 투영면인 교차면 모두가, 상기 교차면의 일부분에서만, 상기 주관부의 주축에 대하여 수직인 면을 서로 공유하는 것을 특징으로 하는 (1)에 기재된 구조 부재.
(4) 소관을 하이드로폼 성형함으로써, 상기 주관부 및 상기 2개의 돌출부가 형성되는 것을 특징으로 하는 (1)에 기재된 구조 부재.
(5) 상기 소관의 외경이 D이고, 상기 교차면의 일부분의 면적이, 상기 교차면 각각의 면적에 대하여 30％ 이상 90％ 이하이고, 또한, 상기 2개의 돌출부 각각의 돌출 높이가 0.3D 이상인 것을 특징으로 하는 (4)에 기재된 구조 부재.
(6) 상기 2개의 돌출부 각각의 돌출 높이가 0.8D 이하인 것을 특징으로 하는 (5)에 기재된 구조 부재.
(7) 상기 소관의 인장 강도가 340㎫ 이상 850㎫ 이하인 것을 특징으로 하는 (4)에 기재된 구조 부재.
(8) 상기 주관부에는, 상기 2개의 돌출부끼리를 연속하여 연결하는 연결 곡면 또는 연결 경사 평면이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 (1)에 기재된 구조 부재.
(9) 상기 연결 곡면 또는 상기 연결 경사 평면이, 상기 주관부의 관 단부를 향하여 면적이 작아지는 서변부(徐變部)를 갖는 것을 특징으로 하는 (8)에 기재된 구조 부재.
(10) 상기 서변부의 길이가, 상기 주관부의 주축에 평행한 방향에서, 0.2D 이상 2.0D 이하인 것을 특징으로 하는 (9)에 기재된 구조 부재.
(11) 상기 연결 곡면 또는 상기 연결 경사 평면에는, 상기 주관부의 내측으로 볼록해지는 주위 방향 리브가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 (8)에 기재된 구조 부재.
(12) 상기 연결 곡면 또는 상기 연결 경사 평면에는, 상기 주관부의 외측으로 볼록해지는 주위 방향 리브가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 (8)에 기재된 구조 부재.
(13) 상기 2개의 돌출부 중 적어도 어느 하나의 돌출부가, 주위 방향의 적어도 일부에, 용접 시트면 돌조부를 갖는 것을 특징으로 하는 (1)에 기재된 구조 부재.
(14) 상기 2개의 돌출부 중 적어도 어느 하나의 돌출부가, 주위 방향으로, 판 스프링 형상 용접 시트면부를, 적어도 1개 갖는 것을 특징으로 하는 (1)에 기재된 구조 부재.
(15) 상기 2개의 돌출부 중 적어도 어느 하나의 돌출부가, 상기 돌출부의 단부면의 적어도 일부를 개방하여 형성한 용접 여유를 갖는 것을 특징으로 하는 (1)에 기재된 구조 부재.
본 발명에 따르면, 구조 부재의 일부위를 기점으로 하여 분기되는 복수의 돌출부를 갖고, 또한, 복수의 돌출부의 돌출 높이를, 원하는 높이, 예를 들어 다른 부품을 용접 등에 의해 연결하는 데에 필요한 높이를 확보할 수 있는 구조 부재를 제공할 수 있다.
도 1은 제1 실시 형태에 관한 자동차 샤시용 조인트를 도시하는 사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ선을 따르는 단면도이다.
도 3은 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따르는 단면도이다.
도 4는 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선을 따르는 단면도이다.
도 5는 2개의 교차면 모두가, 주관부의 주축에 대하여 수직인 면을 전혀 공유하지 않는 하이드로폼 성형체를 도시하는 사시도이다.
도 6은 2개의 교차면 모두가, 각각의 교차면의 전체면에서, 주관부의 주축에 대하여 수직인 면을 서로 공유하는 하이드로폼 성형체를 도시하는 사시도이다.
도 7은 2개의 교차면 중 한쪽의 교차면의 일부분과, 다른 쪽의 교차면의 전체면에서, 주관부의 주축에 대하여 수직인 면을 서로 공유하는 하이드로폼 성형체를 도시하는 사시도이다.
도 8은 제2 실시 형태에 관한 세갈래 자동차 샤시용 조인트를 도시하는 사시도이다.
도 9a는 제3 실시 형태에 관한 자동차 도어 주위용 조인트를 도시하는 사시도이다.
도 9b는 도 9a의 Ⅳ-Ⅳ선을 따르는 단면도이다.
도 10은 제4 실시 형태에 관한 자동차 샤시용 조인트를 도시하는 사시도이다.
도 11은 도 10의 Ⅴ-Ⅴ선을 따르는 단면도이다.
도 12는 도 10의 Ⅵ-Ⅵ선을 따르는 단면도이다.
도 13은 도 10의 Ⅶ-Ⅶ선을 따르는 단면도이다.
도 14는 제4 실시 형태에 관한 자동차 샤시용 조인트에 설치한 연결 곡면 및 서변부를 설명하는 도면이다.
도 15a는 도 14의 Ⅷ-Ⅷ선을 따르는 단면도이다.
도 15b는 도 14의 Ⅸ-Ⅸ선을 따르는 단면도이다.
도 15c는 도 14의 Ⅹ-Ⅹ선을 따르는 단면도이다.
도 15d는 도 14의 XI-XI선을 따르는 단면도이다.
도 16은 제5 실시 형태에 관한 자동차 샤시용 조인트를 도시하는 사시도이다.
도 17a는 도 16의 XII-XII선을 따르는 단면도이다.
도 17b는 도 16의 XIII-XIII선을 따르는 단면도이다.
도 17c는 도 16의 XIV-XIV선을 따르는 단면도이다.
도 18은 제6 실시 형태에 관한 자동차 샤시용 조인트를 도시하는 사시도이다.
도 19a는 도 18의 XV-XV선을 따르는 단면도이다.
도 19b는 도 18의 XVI-XVI선을 따르는 단면도이다.
도 19c는 도 18의 XVII-XVII선을 따르는 단면도이다.
도 20a는 돌출부의 교차면과 다른 돌출부의 교차면에서, 주관부의 주축에 대하여 수직인 면을 서로 공유하지 않는 영역에서 형성한 연결 곡면에, 주위 방향 리브를 형성한 예를 도시하는 도면이다.
도 20b는 돌출부의 교차면과 다른 돌출부의 교차면에서, 주관부의 주축에 대하여 수직인 면을 서로 공유하지 않는 영역에서 형성한 연결 곡면에, 주위 방향 리브를 형성한 예를 도시하는 도면이다.
도 21은 제7 실시 형태에 관한 자동차 샤시용 조인트를 도시하는 사시도이다.
도 22a는 도 21의 XVIII-XVIII선을 따르는 단면도이다.
도 22b는 도 21의 XIX-XIX선을 따르는 단면도이다.
도 22c는 도 21의 XX-XX선을 따르는 단면도이다.
도 23은 제8 실시 형태에 관한 자동차 샤시용 조인트를 도시하는 사시도이다.
도 24a는 도 23의 XXI-XXI선을 따르는 단면도이다.
도 24b는 도 23의 XXII-XXII선을 따르는 단면도이다.
도 25는 제9 실시 형태에 관한 자동차 샤시용 조인트를 도시하는 사시도이다.
도 26은 도 25의 XXIII-XXIII선을 따르는 단면도이다.
도 27은 제9 실시 형태의 변형예에 관한 자동차 샤시용 조인트를 도시하는 사시도이다.
도 28은 제9 실시 형태의 변형예에 관한 자동차 샤시용 조인트를 도시하는 사시도이다.
도 29는 도 28의 XXIV-XXIV선을 따르는 단면도이다.
도 30은 제10 실시 형태에 관한 자동차 샤시용 조인트를 도시하는 사시도이다.
도 31은 제10 실시 형태의 변형예에 관한 자동차 샤시용 조인트를 도시하는 사시도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 적합한 실시 형태에 대하여 설명한다.
본 발명자는, 하이드로폼 성형하기 전의 소관의 두께와 재질, 돌출부의 위치 및 수를 다양하게 변경하여 하이드로폼 성형체를 제작하고, 하이드로폼 성형에 의해 형성된 복수의 돌출부의 돌출 높이를 조사하여, 구조용 하이드로폼 조인트 부재로서 사용할 수 있는 하이드로폼 성형체에 대하여 예의 검토를 거듭하였다.
그 결과, 복수의 돌출부 각각의 소정 범위의 일부 영역에서, 주관부의 주축에 대하여 수직인 면을 서로 공유할 때, 돌출부 각각의 돌출 높이가, 연결되는 상대 부품과의 연결에 필요한 소정의 길이 이상으로 되는 것을 발견하였다.
또한, 돌출부 각각을 연결하는 주관부의 형상에 의해, 하이드로폼 성형체 전체의 강성을 향상시킬 수 있고, 또한, 돌출부의 단부 및 단부면의 형상에 의해, 돌출부에 용접되는 상대 부품과의 용접성을 향상시킬 수 있는 것을 아울러 발견하였다.
(제1 실시 형태)
도 1은 본 발명을 적용한 제1 실시 형태에 관한 구조용 하이드로폼 조인트 부재인 자동차 샤시용 조인트를 도시하는 사시도이다. 도 1 중, 부호 10은 자동차 샤시용 조인트(이하, 「샤시용 조인트」라고 함)를 나타낸다. 샤시용 조인트(10)는 중공의 주관부(20)와, 주관부(20)에 집합하는 돌출부(30a, 30b)를 갖는다.
샤시용 조인트(10)는, 두께 : 2.3㎜, 외경 : 114.3㎜, 길이 : 1500㎜의 소관을 하이드로폼 성형하여 얻어진다.
소관의 재질은, 인장 강도가 390㎫급(전체 연신 : 34％)의 강재로 하고 있다. 단, 이에 한정되는 것은 아니다. 샤시용 조인트(10)는 중공 구조이기 때문에, 박육화해도 강성 저하가 적기 때문에, 소관의 재질은, 인장 강도가 340㎫ 이상 850㎫ 이하급의 고장력강으로 하는 것이 바람직하다. 소관의 인장 강도가 340㎫ 미만이면 하이드로폼 성형 후의 샤시용 조인트의 강도를 확보하기 위해서, 소관의 두께를 두껍게 할 필요가 발생하여, 경량화율이 저하된다. 한편, 소관의 인장 강도가 850㎫를 초과하면, 소관의 최대 확관율의 저하에 의해, 하이드로폼 성형성이 저하된다.
또한, 하이드로폼 성형의 조건은, 상법에 따라서 설정하면 된다. 예를 들어 샤시용 조인트(10)는, 외경 114.3㎜, 두께 2.9㎜, 기계 구조용 탄소강 강관의 STKM13B에 있어서의 성형으로 하고, 축 압박량은 좌우 모두 150㎜, 내압은 최대 100㎫로 성형하였다. 또한, 돌출부와 캐비티 사이에 공극이 있으면 버스트의 원인으로 되기 때문에, 각각 돌출부에 카운터 펀치를 사용하였다. 카운터 펀치의 하중은 최대 300kN이다.
구체적으로는 도시하지 않지만, 돌출부(30a)의 단부는, 자동차의 B 필러의 단부와 용접에 의해 연결된다. 또한, 돌출부(30b)의 단부는, 자동차의 크로스멤버의 단부와 용접에 의해 연결된다.
주관부(20)의 외주면에 일체 성형된 돌출부(30a, 30b)는, 주관부(20)의 주축(40) 둘레에 90도 어긋나게 하여 배치되어 있다. 또한, 주축(40)은, 성형 전의 소관의 중심선 위치로 한다.
또한, 돌출부(30a, 30b)는, 도 1 중의 K로 나타내는 영역에서, 샤시용 조인트(10)의 길이 방향 위치가 중복(오버랩)되어 있고, 샤시용 조인트(10)는, 샤시용 조인트(10)의 일부위, 즉, K로 나타내는 영역을 기점으로 하여 분기된 구조를 갖는다. 즉, 돌출부(30a)의 교차면(35a)과, 돌출부(30b)의 교차면(35b)이 모두 일부분에서만, 주축(40)에 대하여 수직인 면을 서로 공유한다. 여기서, 교차면(35a, 35b)은, 각각 돌출부(30a)의 단부면(33a), 돌출부(30b)의 단부면(33b)의 주관부(20)에의 투영면[주관부(20)의 근원 R부를 포함하지 않음]으로 한다.
이어서, 돌출부(30a, 30b)의 돌출 높이에 대하여 설명한다. 도 2는 도 1의Ⅰ-Ⅰ선을 따르는 단면도이다. 돌출부의 돌출 높이는, 돌출부의 단부면 상의 점 중 주축으로부터 가장 이격된 점과, 돌출부와 주관부의 교차면 상의 점 중 주축으로부터 가장 이격된 점을 연결하는 선분의 길이로 한다. 돌출부(30a)의 돌출 높이는, 도 2에 도시한 돌출 높이 La이다. 점(32a)은, 돌출부(30a)의 단부면(33a) 상의 점 중, 주축(40)으로부터 가장 이격된 점이다. 점(34a)은 돌출부(30a)와 주관부(20)의 교차면(35a) 상의 점 중, 주축(40)으로부터 가장 이격된 점이다. 즉, 돌출 높이 La는, 점(32a)과 점(34a)의 최단 거리(31a)의 길이이다. 또한, 돌출부(30b)의 돌출 높이는, 도 2에 도시한 돌출 높이 Lb이다. 점(32b)은, 돌출부(30b)의 단부면(33b) 상의 점 중, 주축(40)으로부터 가장 이격된 점이다. 점(34b)은, 돌출부(30b)와 주관부(20)의 교차면(35b) 상의 점 중, 주축(40)으로부터 가장 이격된 점이다. 즉, 돌출 높이 Lb는 점(32b)과 점(34b)의 최단 거리(31b)의 길이이다.
돌출 높이 La, Lb는 0.3D 이상인 것이 필요하다. 여기서, D는 하이드로폼 성형 전의 소관의 외경이다. 돌출 높이 La, Lb가 0.3D 미만이면, 돌출부(30a, 30b)에 상대 부품을 용접 등에 의해 연결할 수 없어, 본래의 목적인 조인트 부재로서 기능하지 않기 때문이다. 또한, 돌출 높이 La, Lb는 0.8D 이하인 것이 바람직하다. 돌출 높이 La, Lb가 0.8D를 초과하면, 소관의 소성 변형량이 커져, 돌출부(30a, 30b)의 근원부에 균열이 발생할 우려가 있기 때문이다. 또한, 이 돌출 높이 La, Lb의 범위는 실험적으로 구한 것이다.
돌출 높이 La, Lb가 상기의 하한 및 상한을 만족시키는 것은, 샤시용 조인트(10)가, 돌출부(30a) 및 돌출부(30b) 각각의 소정 범위의 일부 영역에서, 주관부(20)의 주축(40)에 대하여 수직인 면을 서로 공유할 때이다. 여기서, 소정 범위의 일부 영역은, 도 1에 있어서 K로 나타내는 영역이다.
도 1에 있어서, K로 나타내는 영역은, 이하에서 설명하는 교차면(35a, 35b)을 정의하여 구체적 수치 범위 내로 하는 것이 필요하다. 도 1에 도시한 바와 같이, 돌출부(30a)는, 주관부(20)와 교차면(35a)에서 교차한다. 또한, 돌출부(30b)는 주관부(20)와 교차면(35b)에서 교차한다. 상술한 바와 같이, 교차면(35a)은 단부면(33a)의 주관부(20)에의 투영면으로 한다. 이 경우에, 주관부(20)의 근원 R부를 포함하지 않는 것으로 한다. 마찬가지로, 교차면(35b)은 단부면(33b)의 주관부(20)에의 투영면으로 한다. 이 경우에, 주관부(20)의 근원 R부를 포함하지 않는 것으로 한다.
샤시용 조인트(10)의, 교차면(35a)의 일부분(36a)과 교차면(35b)의 일부분(36b)이, 주축(40)에 대하여 수직인 면을 공유하고, 교차면(35a)의 일부분(36a)의 면적이 교차면(35a)의 면적에 대하여 30％ 이상 90％ 이하의 범위에 있고, 또한, 교차면(35b)의 일부분(36b)의 면적이 교차면(35b)의 면적에 대하여 30％ 이상 90％ 이하의 범위에 있을 때, 돌출부(30a, 30b)의 돌출 높이 La, Lb는 0.3D 이상 0.8D 이하를 만족시킨다.
이것을, 도 1의Ⅰ-Ⅰ을 따르는 단면, Ⅱ-Ⅱ를 따르는 단면, Ⅲ-Ⅲ을 따르는 단면을 예로 들어 설명한다. 교차면(35a)의 일부분(36a)과, 교차면(35b)의 일부분(36b)은, 도 1의Ⅰ-Ⅰ선을 따르는 단면을 서로 공유한다. 즉, 도 1의Ⅰ-Ⅰ선을 따르는 단면을 도시하는 도 2에 있어서, 교차면(35a)과 교차면(35b)의 양쪽이 존재한다.
한편, 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따르는 단면에 대해서는, 교차면(35a)을 포함하지만, 교차면(35b)을 포함하지 않는다. 즉, 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따르는 단면을 도시하는 도 3에 있어서, 교차면(35a)만이 존재하고, 교차면(35b)이 존재하지 않는다.
또한, 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선을 따르는 단면에 대해서는, 교차면(35b)을 포함하지만, 교차면(35a)을 포함하지 않는다. 즉, 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선을 따르는 단면을 도시하는 도 4에 있어서, 교차면(35b)만이 존재하고, 교차면(35a)이 존재하지 않는다.
즉, 도 1에 있어서, 돌출부(30a) 및 돌출부(30b) 각각은, K로 나타내는 영역 내에서만, 주축(40)에 대하여 수직인 면을 서로 공유하고 있다. 구체적으로는, Ⅰ-Ⅰ선을 따르는 단면은 K로 나타내는 영역 내에 있고, Ⅱ-Ⅱ선을 따르는 단면 및 Ⅲ-Ⅲ선을 따르는 단면은 K로 나타내는 영역 외에 있다. 그리고, K로 나타내는 영역은, 교차면(35a, 35b)의 면적의 비율로 나타낼 수 있다.
즉, 2개의 돌출부(30a, 30b)의 교차면(35a, 35b) 모두가, 교차면(35a)의 일부분(36a)과 교차면(35b)의 일부분(36b)에서만, 주관부(20)의 주축(40)에 대하여 수직인 면(예를 들어, Ⅰ-Ⅰ선을 따르는 단면)을 서로 공유하고, 교차면(35a)의 일부분(36a)의 면적이 교차면(35a)의 면적의 30％ 이상 90％ 이하의 범위에 있고, 또한, 교차면(35b)의 일부분(36b)의 면적이 교차면(35b)의 면적의 30％ 이상 90％ 이하의 범위에 있을 때, 샤시용 조인트(10)의 돌출 높이 La, Lb는 0.3D 이상 0.8D 이하를 만족시킨다.
이에 대하여, 예를 들어 다음의 3가지의 경우에 있어서, 2개의 돌출부(30a, 30b)의 돌출 높이 La, Lb는 0.3D 이상 0.8D 이하를 만족시키지 않는다. 또한, 이하의 예에서는 편의상, 본 실시 형태에 관한 구성 요소에 대응하는 것에는 동일한 부호를 부여하여 설명한다.
첫번째는, 교차면(35a)과 교차면(35b) 모두가, 교차면(35a, 35b)의 전체면에서, 주축(40)에 대하여 수직인 면을 서로 공유하지 않는 경우이다. 도 5는 첫번째 경우의 하이드로폼 성형체의 일례를 도시하는 사시도이다. 도 5 중, 부호 11은 하이드로폼 성형체를 나타낸다. 도 5에 도시한 하이드로폼 성형체(11)는, 돌출부(30a, 30b)가 하이드로폼 성형체(11)의 길이 방향[주축(40) 방향]으로 이격되어 있기 때문에, 소관을 하이드로폼 성형하였을 때에, 돌출부(30a, 30b) 각각에 대하여, 소성 변형된 재료가 충분히 공급되어, 돌출부(30a, 30b)의 돌출 높이 La, Lb는 모두 0.8D를 초과한다.
두번째는, 교차면(35a)과 교차면(35b) 모두가, 교차면(35a, 35b)의 전체면에서, 주축(40)에 대하여 수직인 면을 서로 공유하는 경우이다. 도 6은 두번째 경우의 하이드로폼 성형체의 일례를 도시하는 사시도이다. 도 6 중, 부호 12는 하이드로폼 성형체를 나타낸다. 도 6에 도시한 하이드로폼 성형체(12)는, 돌출부(30a, 30b)가, 하이드로폼 성형체(12)의 길이 방향[주축(40) 방향]에 대한 위치가 동일하여, 돌출부(30a, 30b)의 형상이 동일하다. 따라서, 소관을 하이드로폼 성형하였을 때에, 돌출부(30a, 30b) 각각에 대하여, 다량의 소성 변형된 재료를 공급해야만 하고, 돌출부(30a, 30b)의 돌출 높이 La, Lb는 모두 0.3D에 미치지 않는다.
세번째는, 교차면(35a) 및 교차면(35b) 중 어느 한쪽의 교차면의 일부분과, 다른 쪽의 교차면의 전체면에서, 주축(40)에 대하여 수직인 면을 서로 공유하는 경우이다. 도 7은 세번째 경우의 하이드로폼 성형체의 일례를 도시하는 사시도이다. 도 7 중, 부호 13은 하이드로폼 성형체를 나타낸다. 도 7에 도시한 하이드로폼 성형체(13)는, 돌출부(30a)의 교차면(35a)의 일부분(36a)과, 돌출부(30b)의 교차면(35b)의 전체면에서, 주축(40)에 대하여 수직인 면을 서로 공유한다. 즉, 도 7에 도시한 하이드로폼 성형체(13)는, 하이드로폼 성형체(13)의 길이 방향[주축(40) 방향]에 관하여, 돌출부(30a)가 배치되어 있는 범위 내에, 돌출부(30b)가 배치되어 있다. 이와 같은 배치로 된 경우, 소관을 하이드로폼 성형하였을 때, 용적이 큰 돌출부쪽에 소성 변형된 재료가 공급되기 쉬워지기 때문에, 용적이 큰 돌출부(30a)쪽에 우선적으로 소성 변형된 재료가 공급되어, 돌출부(30a)의 돌출 높이 La는 0.8D를 초과한다. 한편, 용적이 작은 돌출부(30b)에는 소성 변형된 재료가 공급되기 어려워지기 때문에, 돌출부(30b)의 돌출 높이는 0.3D에 미치지 않는다. La>0.8D와 Lb<0.3D의 양쪽을 만족시키는 성형은 실제로는 일어나기 어렵고, 돌출부(30b)의 돌출 높이 Lb를 0.3D 이상 0.8D 이하로 하면, 돌출부(30a)의 돌출 높이 La가 0.8D를 초과한다. 돌출부(30a)의 돌출 높이 La를 0.3D 이상 0.8D 이하로 하면, 돌출부(30b)의 돌출 높이 Lb가 0.8D에 미치지 않는다.
여기까지 설명한 바와 같이, 소관을 하이드로폼 성형할 때, 돌출부(30a)의 교차면(35a)과 돌출부(30b)의 교차면(35b)이 주축(40)에 대하여 수직인 면을 서로 공유하는 경우, 소성 변형된 재료가, 이 공유하는 면 상에서, 교차면(35a) 및 교차면(35b)의 양쪽으로부터, 돌출부(30a, 30b)의 단부면(33a, 33b)을 향하여 공급된다. 따라서, 돌출부(30a, 30b)의 돌출 높이 La, Lb를 일정한 값 이상으로 하기 위해서는, 소성 변형된 재료의 충분한 공급량이 필요하다.
교차면(35a)과 교차면(35b) 모두가, 교차면(35a)의 일부분(36a) 및 교차면(35b)의 일부분(36b)에서만, 주관부(20)의 주축(40)에 대하여 수직인 면을 서로 공유하고, 교차면(35a)의 일부분(36a)의 면적이 교차면(35a)의 면적의 30％ 이상 90％ 이하의 범위이며, 또한, 교차면(35b)의 일부분(36b)의 면적이 교차면(35b)의 면적의 30％ 이상 90％ 이하의 범위일 때, 구조용 하이드로폼 조인트 부재(10)의 돌출 높이 La, Lb는 0.3D 이상 0.8D 이하를 만족시킨다.
즉, 도 1에 있어서, K로 나타내는 영역에서는, 교차면(35a) 및 교차면(35b)은, 주관부(20)의 주축(40)에 대하여 수직인 면을 서로 공유하기 때문에, 소성 변형된 재료의 공급은 부족하다. 그러나, K로 나타내는 영역 이외에서는, 교차면(35a) 및 교차면(35b)은, 주관부(20)의 주축(40)에 대하여 수직인 면을 서로 공유하지 않기 때문에, 소성 변형된 재료의 공급이 충분하여, K로 나타내는 영역에서의 재료 공급의 부족분을 보충할 수 있다. 그 결과, 돌출부(30a, 30b)의 돌출 높이 La, Lb를 0.3D 이상 0.8D 이하로 할 수 있다.
K로 나타내는 영역이 변화됨으로써, 교차면(35a) 중, 교차면(35a)과 교차면(35b)이 주축(40)에 대하여 수직인 면을 서로 공유하는 부분의 면적, 즉, 교차면(35a)의 일부분(36a)의 면적이 변화된다. 교차면(35a)의 일부분(36a)의 면적은, 교차면(35a)의 면적에 대하여, 하한을 30％, 상한을 90％로 하는 것이 필요하다. 교차면(35a)의 일부분(36a)의 면적이, 교차면(35a)의 면적에 대하여 30％ 미만인 경우, 돌출 높이 La가 0.8D를 초과한다. 또한, 교차면(35a)의 일부분(36a)의 면적이, 교차면(35a)의 면적에 대하여 30％ 미만인 경우, 샤시용 조인트(10)를 사용하는 것에 의한 결합부의 충분한 강성 향상을 예상할 수 없다. 한편, 교차면(35a)의 일부분(36a)의 면적이, 교차면(35a)의 면적에 대하여 90％를 초과하는 경우, K로 나타내는 영역에서의 재료 공급이 부족하기 때문에, 돌출부(30a)의 돌출 높이 La가 낮아져, 돌출 높이 La가 0.3D에 미치지 않는다.
교차면(35b)의 일부분(36b)의 면적도, 교차면(35a)의 일부분(35a)의 경우와 마찬가지이다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명을 적용함으로써, 하이드로폼 성형체에, 하이드로폼 성형체 중의 일부위를 기점으로 하여 분기되는 복수의 돌출부(30a, 30b)를 형성할 수 있고, 이들 복수의 돌출부(30a, 30b)가, 하이드로폼 성형체에 상대 부품을 용접 등에 의해 연결하기 위해서 필요한 돌출 높이를 갖기 때문에, 하이드로폼 성형체를, 구조용 하이드로폼 조인트 부재로서 사용하여, 구조용 하이드로폼 조인트 부재 중의 일부위를 기점으로 하여 분기되는 구조체로 할 수 있다.
또한, 구조용 하이드로폼 조인트 부재는, 중공 구조를 갖기 때문에, 강도와 강성을 양립시키면서 구조용 하이드로폼 조인트 부재를 경량화할 수 있고, 그 결과, 구조용 하이드로폼 조인트 부재를 사용하여 구성되는 구조체 전체를, 강도와 강성을 양립시키면서 경량화할 수 있기 때문에, 공업상, 현저한 효과를 발휘하는 것이다.
본 실시 형태에서는, 2개의 돌출부(30a, 30b)가 주관부(20)의 주축(40) 둘레에 직각으로 배치되어 있지만, 그 각도는 직각에 한정되는 것은 아니다. 2개의 돌출부(30a, 30b)를 주축(40) 둘레에 180도 어긋나게 하여 배치하는 경우, 하이드로폼 성형하는 것은 비교적 용이하지만, 본 발명을 적용함으로써, 2개의 돌출부(30a, 30b)를 주축(40) 둘레에 접근시켜 배치하는, 즉 주축(40) 둘레에 30도 이상 180도 미만의 각도 어긋나게 하여 배치하는 경우에도, 돌출 높이 La, Lb가 0.3D 이상 0.8D 이하를 만족시키도록 하이드로폼 성형하는 것이 가능해진다.
또한, 자동차용의 구조 부재에 본 발명을 적용하는 경우에는, 조인트 부재로서 높은 기계적 강도, 강성이 요구되기 때문에, 2개의 돌출부(30a, 30b)를 주축(40) 둘레에 45도 이상 135도 미만의 각도 어긋나게 하여 배치하는 것이 바람직하다. 자동차용의 구조 부재로서 충분한 기계적 강도를 중시하는 경우, 상기 돌출이 일정 이상으로 큰 것이 요구되기 때문에, 상기 돌출부 높이 La, Lb가 0.3D 이상 0.8D 이하를 만족시키도록 하기 위해서는, 하이드로폼 성형의 한계로부터 상기 각도의 하한값은 45도이고, 한편, 자동차용의 구조 부재로서 자동차 구조 전체에 부여하는 강성을 중시하는 경우, 상기 각도의 상한은 135도이다.
또한 자동차용의 구조 부재로서 보다 높은 기계적 강도, 강성이 요구되는 경우는, 상기 각도는 60도 이상 120도 이하가 바람직하다. 자동차용의 구조 부재에 한하지 않고 더욱더 높은 기계적 강도, 강성이 요구되는 경우는, 상기 각도는 80도 이상 100도 이하가 바람직하다.
(제2 실시 형태)
제1 실시 형태에서는, 돌출부가 2개인 경우에 대하여 설명하였지만, 돌출부가 3 이상인 경우에도 마찬가지로 설명할 수 있다. 도 8은 본 발명을 적용한 제2 실시 형태에 관한 구조용 하이드로폼 조인트 부재인 세갈래 자동차 샤시용 조인트를 도시하는 사시도이다. 도 8 중, 부호 14는 세갈래 자동차 샤시용 조인트(이하, 「세갈래 샤시용 조인트」라고 함)를 나타낸다. 이하에서는, 제1 실시 형태와의 상위점을 중심으로 설명함과 함께, 마찬가지의 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 그 상세한 설명을 생략한다.
도 8에 도시한 바와 같이, 세갈래 샤시용 조인트(14)는, 제1 실시 형태에서 설명한 것과 마찬가지의 돌출부(30a, 30b)에, 다른 돌출부(30c)를 추가한 것이다. 세갈래 샤시용 조인트(14)는, 돌출부(30a)의 교차면(35a), 돌출부(30b)의 교차면(35b) 및 돌출부(30c)의 교차면(35c)을 갖는다. 이 경우에, 교차면(35a)의 일부분(36a)에서만, 교차면(35b)의 일부분(36b)에서만 및 교차면(35c)의 일부분(36c)에서만, 주관부(20)의 주축(40)에 대하여 수직인 면을 서로 공유하는 것이 필요하다.
이와 같이, 돌출부가 3개 이상인 경우, 모든 교차면이, 각각의 일부분에서만 주관부(20)의 주축(40)에 대하여 수직인 면을 서로 공유하는 것으로 한다. 예를 들어, 세갈래 샤시용 조인트(14)의 경우, 교차면(35a, 35b, 35c) 모두가, 각각의 일부분에서만 주축(40)에 대하여 수직인 면을 서로 공유하는 것으로 한다. 따라서, 예를 들어 교차면(35a)과 교차면(35b)이, 각각의 일부분에서만 주축(40)에 대하여 수직인 면을 서로 공유하고, 또한, 교차면(35b)과 교차면(35c)이, 각각의 일부분에서만 주축(40)에 대하여 수직인 면을 서로 공유하지만, 교차면(35a)과 교차면(35c)이, 각각의 일부분에서만 주축(40)에 대하여 수직인 면을 공유하지 않는 경우에는, 교차면(35a, 35b, 35c) 모두가, 각각의 일부분에서만 주축(40)에 대하여 수직인 면을 서로 공유하는 것은 아니다.
또한, 교차면(35c)의 일부분(36c)의 면적은, 교차면(35a, 35b)의 경우와 마찬가지로, 교차면(35c)의 면적에 대하여, 하한을 30％, 하한을 90％로 하는 것이 필요하다.
돌출 높이 La, Lb, Lc 각각은, 하한을 0.3D, 상한을 0.8D로 하는 것이 필요하다. 돌출부의 수를 많게 하면, 1개의 돌출부의 크기는 작아지기 때문에, 돌출 높이는 돌출부의 수에 의존하지 않는 것이 실험에 의해 판명되었다. 또한, 돌출부(30c)의 돌출 높이 Lc는, 제1 실시 형태에서 설명한 La, Lb의 경우와 마찬가지로 정의한다.
(제3 실시 형태)
제1 실시 형태에서는, 돌출부(30a, 30b)가 주관부(20)의 주축(40)에 대하여 직각 방향으로 돌출되도록 형성되어 있지만, 돌출부가 주축(40)에 대하여 기울어져 돌출되도록 해도 된다. 도 9a는 본 발명을 적용한 제3 실시 형태에 관한 구조용 하이드로폼 조인트 부재인 자동차 도어 주위용 조인트를 도시하는 사시도이다. 또한, 도 9b는 도 9a의 Ⅳ-Ⅳ선을 따르는 단면도이다. 도 9a 중, 부호 15는 자동차 도어 주위용 조인트를 나타낸다. 이하에서는, 제1 실시 형태와의 상위점을 중심으로 설명함과 함께, 마찬가지의 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 그 상세한 설명을 생략한다.
자동차 도어 주위용 조인트(15)는, K로 나타내는 영역에서, 돌출부(30a)의 교차면(35a)과, 돌출부(30b)의 교차면(35b)이 모두 일부분에서만, 주축(40)에 대하여 수직인 면을 서로 공유한다. 그리고, 교차면(35a)의 일부분(36a)의 면적은 교차면(35a)의 30％ 이상 90％ 이하의 범위이고, 또한, 교차면(35b)의 일부분(36b)의 면적은 교차면(35b)의 30％ 이상 90％ 이하의 범위이고, 돌출 높이 La, Lb가 0.3D 이상 0.8D 이하이다. 즉, 돌출부(30a)의 교차면(35a)의 일부분(36a)에서만 및 돌출부(30b)의 교차면(35b)의 일부분(36b)에서만, 주관부(20)의 주축(40)에 대하여 수직인 면을 서로 공유하고 있을 때, 돌출 높이 La, Lb가 0.3D 이상 0.8D 이하로 된다.
도 9a, 도 9b에 도시한 자동차 도어 주위용 조인트(15)는, 돌출부(30a)가 주관부(20)의 주축(40)에 대하여 직각 방향으로 돌출되도록, 또한, 돌출부(30b)가 주관부(20)의 주축(40)의 직각 방향에 대하여 12도 기울어져 돌출되도록 형성되어 있다. 이와 같이 주축(40)에 대하여 기울어져 돌출되는 돌출부(30b)의 교차면(35b)은, 그 돌출 방향[주축(40)의 직각 방향에 대하여 12도 기운 직선 방향]을 따라서 단부면(33b)을 주관부(20)에 투영한 투영면으로 한다. 또한, 돌출부(30b)의 각도는 이것에 한정되는 것은 아니다. 또한, 돌출부(30a)도, 주관부(20)의 주축(40)에 대하여 경사 방향으로 돌출되도록 배치되어도 된다.
(제4 실시 형태)
제4 실시 형태에서는, 돌출부를 연결하는 형상에 대하여 설명한다. 도 10은 제4 실시 형태에 관한 구조용 하이드로폼 조인트 부재인 자동차 샤시용 조인트를 도시하는 사시도이다. 도 10 중, 부호 16은 샤시용 조인트를 나타낸다. 또한, 도 14는 제4 실시 형태에 관한 샤시용 조인트(16)에 형성한 연결 곡면 및 서변부를 설명하는 도면이다. 이하에서는, 제1 실시 형태와의 상위점을 중심으로 설명함과 함께, 마찬가지의 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 그 상세한 설명을 생략한다.
제4 실시 형태에 관한 자동차 샤시용 조인트(16)는, 도 10, 도 14에 도시한 바와 같이, 돌출부(30a)로부터 돌출부(30b)에 걸쳐서, 매끄러운 곡면으로 연속하여 연결한 것이다. 이하, 이 곡면을 연결 곡면(50)이라 한다. 돌출부(30a)와 돌출부(30b) 사이를 연결 곡면(50)으로 연속하여 연결하고 있기 때문에, 샤시용 조인트(16)가 구성 요소의 하나로 되는 구조체 전체의 강성 향상이 기대된다.
돌출부(30a)로부터 돌출부(30b)에 걸쳐서 매끄러운 곡면으로 연속하여 연결할 때에는, 주관부(20)에 있어서의 돌출부(30a, 30b)로부터 이격된 위치에 서변부(52a, 52b)를 형성해도 된다.
도 10에 도시한 샤시용 조인트(16)는, 제1 실시 형태에 관한 샤시용 조인트(10)와 마찬가지로, 교차면(35a)의 일부분(36a)의 면적은 교차면(35a)의 면적의 30％ 이상 90％ 이하의 범위이고, 또한, 교차면(35b)의 일부분(36b)의 면적은 교차면(35b)의 면적의 30％ 이상 90％ 이하의 범위이고, 돌출 높이 La, Lb는 모두 0.3D 이상 0.8D 이하이다.
또한, 도 10의 Ⅴ-Ⅴ선을 따르는 단면에는, 도 11에 도시한 바와 같이 교차면(35a) 및 교차면(35b)의 양쪽이 존재한다. 한편, 도 10의 Ⅵ-Ⅵ선을 따르는 단면에는, 도 12에 도시한 바와 같이 교차면(35a)만이 존재하고, 교차면(35b)은 존재하지 않는다. 또한, 도 10의 Ⅶ-Ⅶ선을 따르는 단면에는, 도 13에 도시한 바와 같이 교차면(35b)만이 존재하고, 교차면(35a)은 존재하지 않는다.
이어서, 연결 곡면(50), 서변부(52a, 52b)에 대하여 설명한다. 돌출부(30a)와 돌출부(30b) 사이는, 연결 곡면(50)으로 원활하게 연속하여 연결되어, 돌출부(30a)와 돌출부(30b)가 연결된다. 돌출부가 3개 이상 있는 경우에는, 주축(40) 둘레에 인접하는 돌출부끼리를 매끄러운 곡선으로 연결하여, 돌출부 각각이 연결된다.
연결 곡면(50)은, 주관부(20)의 주축(40) 방향의 양 단부에 서변부(52a, 52b)를 갖는다. 도 15a 내지 도 15d는 샤시 조인트(16)의 서변부(52a)의 형상을 설명하기 위해서 주관부(20)의 단면 형상 변화를 도시하는 도면이다. 도 15a는 도 14의 Ⅷ-Ⅷ선을 따르는 단면도이다. 도 15b는 도 14의 Ⅸ-Ⅸ선을 따르는 단면도이다. 도 15c는 도 14의 Ⅹ-Ⅹ선을 따르는 단면도이다. 도 15d는 도 14의 XI-XI선을 따르는 단면도이다. 한쪽의 관 단부(21a)에 가까운 Ⅷ-Ⅷ선을 따르는 단면에서는, 연결 곡면(50)은 존재하지 않는다. 그리고, Ⅸ-Ⅸ선을 따르는 단면, Ⅹ-Ⅹ선을 따르는 단면, XI-XI선을 따르는 단면의 순으로 서변부(52a)의 면적은 커지고, XI-XI선을 따르는 단면에서 면적은 최대로 된다. 즉, XI-XI선을 따르는 단면의 위치에서, 서변부(52a)는 종점으로 된다. 이와 같이, 연결 단면(50)은, 관 단부(21a)를 향하여 면적이 작아지는 서변부(52a)를 갖는다. 주관부(20)의 반대측의 관 단부(21b)에 대해서도, 마찬가지의 서변부(52b)를 갖는다.
돌출부(30a)와 돌출부(30b)를 연결 곡면(50)으로 서로 연결으로써, 샤시용 조인트(16)의 전체 강성을 향상시킬 수 있다. 그리고, 서변부(52a, 52b)를 더 형성함으로써, 샤시용 조인트(16)의 전체 강성을 보다 한층 더 향상시킬 수 있다.
서변부(52b)의 크기를, 도 14에 도시한 바와 같이, 주관부(20)의 주축(40)에 평행한 방향의 길이 W로 나타내면, W를 0.2D 이상 2.0D 이하로 하였을 때, 샤시용 조인트(16)의 강성 향상과 하이드로폼 성형성이 양립한다. W가 0.2D 미만이면, 서변부(52b)의 형상 변화가 급격하기 때문에, 하이드로폼 성형성이 저하된다. 한편, W가 2.0D를 초과하면, 강성 향상 효과가 저하된다. D는 하이드로폼 성형 전의 소관의 외경이다. 서변부(52a)에 대해서도 마찬가지이다.
(제5 실시 형태)
주관부(20)의 주축(40) 둘레에 인접하는 돌출부(30a, 30b) 사이에는, 볼록 형상의 주위 방향 리브를 형성해도 된다. 도 16은 제5 실시 형태에 관한 구조용 하이드로폼 조인트 부재인 자동차 샤시용 조인트를 도시하는 사시도이다. 도 16 중, 부호 17은 샤시용 조인트를 나타낸다.
제5 실시 형태에 관한 샤시용 조인트(17)에서는, 돌출부(30a)와 돌출부(30b)를 연결하는 연결 곡면(50)에, 주관부(20)의 내측으로 볼록해지는 주위 방향 리브(53)를 형성하고 있다.
도 17a 내지 도 17c는 주관부(20)의 단면 형상 변화를 도시하는 도면이다. 도 17a는 도 16의 XII-XII선을 따르는 단면도이다. 도 17b는 도 16의 XIII-XIII선을 따르는 단면도이다. 도 17c는 도 16의 XIV-XIV선을 따르는 단면도이다. 도 17c에 도시한 XIV-XIV선을 따르는 단면으로부터 명백해지는 바와 같이, 연결 곡면(50)에는, 주관부(20)의 내측으로 볼록해지는 주위 방향 리브(53)가 형성되어 있다. 주위 방향 리브(53)와 같은 볼록 형상의 리브를 연결 곡면(50)에 형성함으로써, 샤시용 조인트(17) 전체의 강성을 향상시킬 수 있다.
주위 방향 리브(53)의 깊이는, 1.0t 이상 3.0t 이하의 범위로 하는 것이 바람직하다. 여기서, t는 하이드로폼 성형하기 전의 소관의 두께이다. 주위 방향 리브(53)의 깊이가 1.0t 미만이면, 강성 향상 효과가 얻어지지 않는다. 한편, 3.0t를 초과하면, 하이드로폼 성형성이 저하된다.
(제6 실시 형태)
주위 방향 리브는, 주관부(20)의 외측으로 볼록해지도록 해도 된다. 도 18은 제6 실시 형태에 관한 구조용 하이드로폼 조인트 부재인 자동차 샤시용 조인트를 도시하는 사시도이다. 도 18 중, 부호 18은 샤시용 조인트를 나타낸다.
제6 실시 형태에 관한 샤시용 조인트(18)에서는, 돌출부(30a)와 돌출부(30b)를 연결하는 연결 곡면(50)에, 주관부(20)의 외측으로 볼록해지는 주위 방향 리브(54)를 형성하고 있다.
도 19a 내지 도 19c는 주관부(20)의 단면 형상 변화를 도시하는 도면이다. 도 19a는 도 18의 XV-XV선을 따르는 단면도이다. 도 19b는 도 18의 XVI-XVI선을 따르는 단면도이다. 도 19c는 도 18의 XVII-XVII선을 따르는 단면도이다. 도 19c에 도시한 XVII-XVII선을 따르는 단면으로부터 명백해지는 바와 같이, 연결 곡면(50)에는, 주관부(20)의 외측으로 볼록해지는 주위 방향 리브(54)가 형성되어 있다. 주위 방향 리브(54)와 같은 볼록 형상의 리브를 연결 곡면(50)에 형성함으로써, 샤시용 조인트(17) 전체의 강성을 향상시킬 수 있다. 주위 방향 리브(54)의 깊이에 대해서는, 주위 방향 리브(53)의 경우와 마찬가지이다.
여기서, 도 18에 도시한 바와 같이, 주관부(20)의 외측으로 볼록해지는 주위 방향 리브(54)는, 돌출부(30a)의 교차면(35a)과, 돌출부(30b)의 교차면(35b)이, 주축(40)에 대하여 수직인 면을 서로 공유하는, 도 1에 있어서 K로 나타내는 영역 내에 있는 연결 곡면(50)에 형성할 수 있다. 혹은, 도 20a, 도 20b에 도시한 바와 같이, 주위 방향 리브(54)는, K로 나타내는 영역 외에 있는 연결 곡면(50)에 형성해도 된다. 도 20a, 도 20b는, 주위 방향 리브(54)를, 돌출부(30a)의 교차면(35a)과, 돌출부(30b)의 교차면(35b)이, 주축(40)에 대하여 수직인 면을 서로 공유하는 영역 외에 있는 연결 곡면(50)에 형성한 예를 도시하는 도면이다. 도 20a는 주위 방향 리브(54)가 관 단부(21b)측에 있는 경우, 도 20b는 주위 방향 리브(54)가 관 단부(21a)측에 있는 경우를 도시한다. 또한, 여기서는, 주관부(20)의 외측으로 볼록해지는 주위 방향 리브(54)의 위치에 대하여 설명하였지만, 제5 실시 형태에서 설명한 주관부(20)의 내측으로 볼록해지는 주위 방향 리브(53)의 위치에 대해서도 마찬가지이다.
(제7 실시 형태)
주관부(20)의 외측으로 볼록해지는 주위 방향 리브(54) 대신에, 경사 평면 형상 리브로 해도 된다. 도 21은 제7 실시 형태에 관한 구조용 하이드로폼 조인트 부재인 자동차 샤시용 조인트를 도시하는 사시도이다. 도 21 중, 부호 19는 샤시용 조인트를 나타낸다.
도 22a 내지 도 22c는 주관부(20)의 단면 형상 변화를 도시하는 도면이다. 도 22a는 도 21의 XVIII-XVIII선을 따르는 단면도이다. 도 22b는 도 21의 XIX-XIX선을 따르는 단면도이다. 도 22c는 도 21의 XX-XX선을 따르는 단면도이다. 도 22c에 도시한 XX-XX선을 따르는 단면으로부터 명백해지는 바와 같이, 연결 곡면(50)은, 주관부(20)의 외측으로 볼록해지고, 또한, 그 볼록면이 경사 평면인 경사 평면 형상 리브(55)를 갖는다. 경사 평면 형상 리브(55)는, 연결 곡면(50)의 형상을 따르는 형상을 갖는 주위 방향 리브(53, 54)와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
(제8 실시 형태)
제4 내지 제7 실시 형태에서 설명한 바와 같이 돌출부(30a, 30b)를 곡면으로 연속하여 연결시키는 것에 한하지 않고, 경사 평면으로 할 수 있다. 도 23은 제8 실시 형태에 관한 구조용 하이드로폼 조인트 부재인 자동차 샤시용 조인트를 도시하는 사시도이다. 도 23 중, 부호 24는 샤시용 조인트를 나타낸다.
도 24a, 도 24b는 주관부(20)의 단면 형상 변화를 도시하는 도면이다. 도 24a는 도 23의 XXI-XXI선을 따르는 단면도이다. 도 24b는 도 23의 XXII-XXII선을 따르는 단면도이다. 도 24b에 도시한 XXII-XXII선을 따르는 단면으로부터 명백해지는 바와 같이, 돌출부(30a)와 돌출부(30b) 사이는, 연결 경사 평면(58)에 의해 연속하여 연결되어, 돌출부(30a)와 돌출부(30b)가 연결된다. 돌출부가 3개 이상 있는 경우에는, 주축(40) 둘레에 인접하는 돌출부끼리를 연결 경사 평면에 의해 연속하여 연결되어, 돌출부 각각이 연결된다. 이와 같이 연결 경사 평면(58)으로 함으로써, 연결 곡면(50)과 비교하여, 샤시용 조인트(24) 전체의 강성은 약간 저하되지만, 하이드로폼 성형성을 향상시킬 수 있다.
(제9 실시 형태)
제9 실시 형태에서는, 본 발명을 적용한 구조용 하이드로폼 조인트 부재에 있어서의 돌출부의 말단 용접부에 대하여 설명한다. 도 25는 제9 실시 형태에 관한 구조용 하이드로폼 조인트 부재인 자동차 샤시용 조인트를 도시하는 사시도이다. 도 25 중, 부호 25는 샤시용 조인트를 나타낸다. 또한, 도 26은 도 25의 XXIII-XXIII선을 따르는 단면도이다. 이하에서는, 제1 실시 형태와의 상위점을 중심으로 설명함과 함께, 마찬가지의 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 그 상세한 설명을 생략한다.
샤시용 조인트(25)는, 돌출부(30a, 30b)의 용접 말단부(37a, 37b)에서 상대 부품과 용접되어, 원하는 구조체로 된다. 도 25에 도시한 바와 같이, 용접 말단부(37b)에 환상의 용접 시트면 돌조부(60)를 형성함으로써, 그 돌조 형상 때문에, 용접 시트면 돌조부(60)가 상대 부품과 우선적으로 접촉한다. 이에 의해, 용접 시트면 돌조부(60)에서 용접하면, 샤시용 조인트(25)와 상대 부품의 용접이 확실해져, 용접성이 향상된다. 특히, 입열부가 작은 레이저 용접을 사용하는 경우에, 용접 시트면 돌조부(60)를 형성하는 것은 유효하다.
도 26에 도시한 돌조 높이 HW1은, 0.3t1 이상 2t1 이하로 하는 것이 바람직하다. 여기서, t1은 샤시용 조인트(25)의 두께이다. HW1이 0.3t1 미만이면 상기의 용접성 향상 효과가 얻어지지 않는다. 한편, HW1이 2t1을 초과하면 하이드로폼 성형성이 저하된다. 또한, 평면 길이 LW1은, 특별히 제한은 없지만, 5㎜ 이상 10㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다. LW1이 5㎜ 미만이면, 용접 범위가 용접 시트면 돌조부(60)로부터 벗어나서, 용접을 확실하게 행할 수 없다. 한편, LW1이 10㎜를 초과하면, 하이드로폼 성형성이 저하된다. 또한, 돌조 견부 반경 RW1은, 하이드로폼 성형성 확보를 위해서, 3t1 이하로 하는 것이 바람직하다.
도 27은 제9 실시 형태의 변형예를 도시한다. 용접 시트면 돌조부(60)는, 도 27에 도시한 바와 같이, 점선 형상으로 해도 된다. 즉, 돌출부(30b)는, 용접 말단부(37b)에 있어서, 주위 방향의 적어도 일부에 용접 시트면 돌조부(60)를 갖는 것이 바람직하다.
도 28은 제9 실시 형태의 변형예를 도시한다. 용접 시트면 돌조부(60) 대신에, 다음에 설명하는 판 스프링 형상 용접 시트면부로 해도 된다. 도 28은 용접 시트면 돌조부(60) 대신에, 판 스프링 형상 용접 시트면부(61)로 한 샤시용 조인트(25)의 사시도이다. 또한, 도 29는 도 28의 XXIV-XXIV선을 따르는 단면도이다.
판 스프링 형상 용접 시트면부(61)는, 도 29에 도시한 바와 같이, 절결부(62)를 형성함으로써, 판 스프링과 같은 형상을 갖는다. 이와 같은 판 스프링 형상 용접 시트면부(61)로 함으로써, 샤시용 조인트(25)를 상대 부품과 용접할 때에, 판 스프링 형상 용접 시트면부(61)를 판 스프링과 같이 약간 변형시킨 상태에서 용접할 수 있어, 상대 부품과 판 스프링 형상 용접 시트면부(61)의 접촉성을 더욱 향상시킬 수 있다. 이에 의해, 용접을 한층 더 확실하게 행할 수 있어, 용접성을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 29에 도시한 시트면 높이 HW2는 0.3t1 이상 1.5t1 이하로 하는 것이 바람직하다. 여기서, t1은 샤시용 조인트(25)의 두께이다. HW2가 0.3t1 미만이면 상기의 용접 성향상 효과가 얻어지지 않는다. 한편, HW2가 1.5t2를 초과하면, 하이드로폼 성형에 의해 판 스프링 형상 용접 시트면부(61)를 성형할 때에, 판 스프링 형상 용접 시트면부(61)의 근원에 균열이 생길 우려가 있다. 평면 길이 LW2 및 시트면 견부 반경 RW2는, 평면 길이 LW1 및 돌조 견부 반경 RW1과 마찬가지이다.
또한, 지금까지, 용접 시트면 돌조부(60) 및 판 스프링 형상 용접 시트면(61)을, 돌출부(30b)의 용접 말단부(37b)에 형성하는 경우에 대하여 설명하였지만, 돌출부(30a)의 용접 말단부(37a)에 형성하는 경우도 마찬가지이다.
(제10 실시 형태)
제10 실시 형태에서도, 본 발명을 적용한 구조용 하이드로폼 조인트 부재에 있어서의 돌출부의 말단 용접부에 대하여 설명한다. 제10 실시 형태에서는, 구조용 하이드로폼 조인트 부재의 돌출부에서 상대 부품과 용접할 때에, 돌출부의 단부면의 일부를 개방하여 용접 여유로 하는 실시 형태에 대하여 설명한다. 도 30은 제10 실시 형태에 관한 구조용 하이드로폼 조인트 부재인 자동차 샤시용 조인트를 도시하는 사시도이다. 도 30 중, 부호 26은 샤시용 조인트를 나타낸다. 이하에서는, 제1 실시 형태와의 상위점을 중심으로 설명함과 함께, 마찬가지의 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 그 상세한 설명을 생략한다.
샤시용 조인트(26)는, 돌출부(30b)의 단부면(33b)의 적어도 일부를 개방하여 용접 여유(70a)로 한다. 용접 여유(70a)를, 상대 부품의 용접부에 중첩하여, 용접한다. 이와 같이 함으로써, 샤시용 조인트(26)와 상대 부품의 용접을 확실한 것으로 한다. 돌출부(30b)의 단부면(33b)의 적어도 일부를 개방하는 방법은, 통상법이어도 된다. 예를 들어, 전단 가공, 엔드밀 가공 등이다.
복수의 부재(부품)를 용접하여 하나의 구조체로 하는 경우, 특정한 부재(부품)의 용접부의 강성이 지나치게 높으면, 구조체를 사용할 때에, 그 특정한 부재(부품)의 용접부 이외의 부분으로부터 파괴되기 쉬워지는 경우가 있다. 또한, 자동차용의 충격 흡수 부재와 같이, 구조체의 특정한 부위로부터 의식적으로 파괴시키고 싶은 경우가 있다. 이들의 경우에, 돌출부(30b)의 단부면(33b)의 적어도 일부를 개방하여, 개구부의 면적을 변화시킴으로써, 돌출부(30b)의 강성을 제어할 수 있다.
도 31은 제10 실시 형태의 변형예를 도시한다. 돌출부(30b)의 단부면(33b)은, 도 31에 도시한 바와 같이, 복수의 용접 여유(70a 내지 70d)를 형성할 수 있도록 개방해도 된다. 또한, 도 30, 도 31에서는, 용접 여유를, 돌출부(30b)의 단부면(33b)에 형성하는 경우에 대하여 설명하였지만, 돌출부(30a)의 단부면(33a)에 형성하는 경우도 마찬가지이다.
실시예
이어서, 본 발명을 실시예에서 더 설명하지만, 실시예에서의 조건은, 본 발명의 실시 가능성 및 효과를 확인하기 위해서 채용한 일 조건예이며, 본 발명은, 이 일 조건예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은, 본 발명의 요지를 일탈하지 않고, 본 발명의 목적을 달성하는 한에 있어서, 다양한 조건을 채용할 수 있는 것이다.
도 1에 도시한 바와 같은 샤시용 조인트(10) 및 도 8에 도시된 바와 같은 세갈래 샤시용 조인트(14)에 있어서, 도 1 및 도 8 중의 K로 나타내는 영역을 변화시켜, 각 교차면에 있어서의, 주관부(20)의 주축(40)에 대하여 수직인 면을 서로 공유하는 면적 비율 R을 변화시켰다. 그리고, 이에 의해 돌출부(30a, 30b, 30c)의 돌출 높이 La, Lb, Lc가 어떻게 변화되는지를 조사하였다.
또한, 면적 비율 R이란, 교차면(35a)에 대하여 설명하면, 교차면(35a)이 다른 교차면과 주축(20)에 대하여 수직인 면을 공유하는 면적의, 교차면(35a)의 면적에 대한 비율이다. 즉, 도 1에 있어서, 교차면(35a)의 일부분(36a)의 면적의, 교차면(35a)의 면적에 대한 비율이다. 교차면(35b, 35c)에 대해서도 마찬가지이다.
사용한 소관의 직경은 60.5㎜, 114.3㎜의 2종류로 하였다. 또한, 소관의 두께는 2.3㎜로 하였다. 하이드로폼 성형의 조건은, 인장 강도가 390㎫급의 소관을 성형할 때는, 축 압박 : 180㎜, 내압 : 80㎫, 인장 강도가 540㎫급의 소관을 성형할 때는, 축 압박 : 200㎜, 내압 : 100㎫, 인장 강도가 780㎫급의 소관을 성형할 때는, 축 압박 : 210㎜, 내압 : 120㎫로 하였다.
각 조건의 조합 및 결과를 표 1에 나타낸다.
Figure 112012103363429-pct00001
표 1로부터 명백해지는 바와 같이, 교차면 모두가, 교차면의 일부분에서만, 주관부(20)의 주축(40)에 대하여 수직인 면을 서로 공유하고, 교차면의 일부분의 면적이, 교차면 각각의 면적에 대하여 30％ 이상 90％ 이하일 때, 즉 교차면 면적 비율 R이 30％ 이상 90％ 이하일 때, 모든 돌출 높이는, 소관의 외경 D에 대하여, 조인트로서의 기능을 확보할 수 있는 0.3D 이상인 것을 확인할 수 있었다(성형 결과 ○를 참조).
이에 대하여, 교차면의 일부분에서만, 주관부(20)의 주축(40)에 대하여 수직인 면을 서로 공유하고 있어도, 교차면의 일부분의 면적이, 교차면 각각의 면적에 대하여 30％ 이상 90％ 이하가 아닐 때, 즉 교차면 면적 비율 R이 30％ 이상 90％ 이하가 아닐 때, 돌출 높이의 일부 또는 전부가, 조인트로서의 기능을 확보할 수 있는 0.3D를 만족시키고 있지 않은 것을 확인할 수 있었다(성형 결과 ×를 참조).
또한, 샤시 조인트(10, 14)에, 연결 곡면(50), 서변부(52a, 52b), 주위 방향 리브(53, 54), 연결 경사 평면(58), 용접 시트면 돌조부(60), 판 스프링 형상 용접 시트면(61) 및 용접 여유(70a 내지 70d) 중 적어도 하나를 형성한 경우에 있어서도, 표 1에 나타낸 결과와 마찬가지의 결과가 얻어진 것을 확인하였다.
또한, 상기 실시 형태는, 모두 본 발명을 실시할 때에 구체화의 예를 나타낸 것에 지나지 않고, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정적으로 해석되어서는 안되는 것이다. 즉, 본 발명은 그 기술 사상, 또는 그 주요한 특징으로부터 일탈하지 않고, 다양한 형태로 실시할 수 있다. 예를 들어, 상기 실시 형태에서는 주관부(20)의 횡단면[주축(40)에 수직인 단면]이 라운딩을 띤 대략 직사각 형상을 나타내는 예를 나타냈지만, 주관부(20)의 형상은 한정되는 것은 아니고, 주관부(20)의 횡단면이 원형이거나, 다각형이거나 해도 된다.
또한, 본 발명의 구조 부재를, 건축용 조인트 부재에 적용함으로써, 판재나 봉재 등을 볼트 등으로 체결하여 건축물을 구축하는 경우에 비해, 조립 공정수를 대폭 삭감할 수 있다.
또한, 본 발명의 구조 부재를, 건축용 조인트 부재에 적용한 경우, 동일한 강도 및 강성을 갖는 구조물을 경량화할 수 있기 때문에, 구조물의 자체 중량을 지지하는 부하가 저감되어, 건조물 전체의 구조를 간략화할 수 있음과 함께, 내진성도 향상시킬 수 있다.
그리고, 본 발명의 구조 부재는, 고장력강을 비롯한 철강계 재료에 있어서, 가장 큰 효과를 발휘하지만, 알루미늄 합금 등의 경합금계 재료에도 적용할 수 있다.
[산업상 이용가능성]
본 발명에서는, 주관부에 분기되는 복수의 돌출부를 형성할 수 있고, 이들 복수의 돌출부가, 원하는 돌출 높이를 갖는다. 예를 들어 상대 부품을 용접 등에 의해 연결하기 위해서 필요한 돌출 높이를 갖도록 하여, 구조용 조인트 부재로서 사용하면, 구조용 조인트 부재 중의 일부위를 기점으로 하여 분기되는 구조체를 얻을 수 있다. 따라서, 본 발명은, 공업상, 이용 가치가 높은 것이다.

Claims (15)

  1. 인장 강도가 340㎫ 이상 850㎫ 이하인 소관을, 중공의 주관부와, 상기 주관부의 외주면에 일체 성형된 적어도 2개의 돌출부를 구비하도록 하이드로폼 성형하고,
    상기 2개의 돌출부는, 상기 주관부의 주축 둘레에 30도 이상 180도 미만의 각도를 이루어 배치되고,
    상기 2개의 돌출부의 각 단부면의 상기 주관부에의 투영면인 교차면 모두가, 상기 교차면의 일부분에서만, 상기 주관부의 주축에 대하여 수직인 면을 서로 공유하고,
    상기 소관의 외경이 D이고,
    상기 교차면의 일부분의 면적이, 상기 교차면 각각의 면적에 대하여 30％ 이상 90％ 이하이고, 또한, 상기 2개의 돌출부 각각의 돌출 높이가 0.3D 이상 0.8D 이하인 것을 특징으로 하는, 구조 부재.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 주관부의 외주면에 일체 성형된 다른 돌출부를 구비하고,
    상기 2개의 돌출부 및 상기 다른 돌출부의 각 단부면의 상기 주관부에의 투영면인 교차면 모두가, 상기 교차면의 일부분에서만, 상기 주관부의 주축에 대하여 수직인 면을 서로 공유하는 것을 특징으로 하는, 구조 부재.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 주관부에는, 상기 2개의 돌출부끼리를 연속하여 연결하는 연결 곡면 또는 연결 경사 평면이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 구조 부재.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 연결 곡면 또는 상기 연결 경사 평면이, 상기 주관부의 관 단부를 향하여 면적이 작아지는 서변부(徐變部)를 갖는 것을 특징으로 하는, 구조 부재.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 서변부의 길이가, 상기 주관부의 주축에 평행한 방향에서, 0.2D 이상 2.0D 이하인 것을 특징으로 하는, 구조 부재.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 연결 곡면 또는 상기 연결 경사 평면에는, 상기 주관부의 내측으로 볼록해지는 주위 방향 리브가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 구조 부재.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 연결 곡면 또는 상기 연결 경사 평면에는, 상기 주관부의 외측으로 볼록해지는 주위 방향 리브가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 구조 부재.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 2개의 돌출부 중 적어도 어느 하나의 돌출부가, 돌출부의 주위 방향의 적어도 일부에, 용접 시트면 돌조부를 갖는 것을 특징으로 하는, 구조 부재.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 2개의 돌출부 중 적어도 어느 하나의 돌출부가, 돌출부의 주위 방향으로, 판 스프링 형상 용접 시트면부를, 적어도 1개 갖는 것을 특징으로 하는, 구조 부재.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 2개의 돌출부 중 적어도 어느 하나의 돌출부가, 상기 돌출부의 단부면의 적어도 일부를 개방하여 형성한 용접 여유를 갖는 것을 특징으로 하는, 구조 부재.
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