WO2017038960A1

WO2017038960A1 - バンパリインフォースメントの製造法

Info

Publication number: WO2017038960A1
Application number: PCT/JP2016/075746
Authority: WO
Inventors: 神谷　直樹
Original assignee: 豊田鉄工株式会社
Priority date: 2015-09-03
Filing date: 2016-09-02
Publication date: 2017-03-09
Also published as: US10479429B2; CN108349452A; CN108349452B; JP2017047818A; US20180251174A1; JP6479612B2

Abstract

中央位置の部材（１４Ａ）と両側位置の部材（１４Ｂ）を接合して平板形状のテーラードブランク材を形成し、このテーラードブランク材をホットプレス工法により加圧成形して長手形状でＭ字開断面のバンパリインフォースメント（１４）を形成し、このホットプレス工法時において両端部位における断面幅を中央部位における断面幅より拡幅形成し、中央位置の部材（１４Ａ）と両側位置の部材（１４Ｂ）の間の差厚接合線（Ｓ）が中間部拡幅範囲（Ｙ２）の位置となるようにする。

Description

バンパリインフォースメントの製造法

　本発明は、バンパリインフォースメントの製造法に関する。特に、中央位置の部材とその両側位置の部材の板厚が異なるテーラードブランク材をホットプレス工法により所定のＭ字開断面形状に形成するバンパリインフォースメントの製造法に関する。

　自動車車体の前部または後部には、車両衝突時における衝突荷重を受けるためのバンパ構造が備えられている。バンパ構造には芯材としてバンパリインフォースメントが備えられる。バンパリインフォースメントは自動車車体の幅方向に長尺形状として配設されており、自動車車体の幅方向の両端部位置で自動車車体のフレーム部材にバンパ支持構造で連結されて支持される。

　バンパリインフォースメントは、軽量化を図るためテーラードブランク材から製造されることがある（特開２００１－１８０３９８号公報参照）。通常、車両衝突荷重の負荷のかかり方から、バンパリインフォースメントの長手方向の中央位置の部材よりその両側位置の部材の板厚を薄くして軽量化を図っている。

　また、バンパリインフォースメントの強度の向上を図るため、断面形状が各種工夫されている。例えば、Ｂ字断面形状（特開２００１－１８０３９８号公報参照）や、Ｍ字開断面形状（特開２０１３－１８２９７号公報及び特開２００７－３８７５６号公報参照）がある。

　また、バンパリインフォースメントは自動車の前部または後部に配置される意匠上の観点から、その両端部位は自動車車体方向に湾曲（ラウンド）して形成される。

　さらに、バンパリインフォースメントの両端部には自動車車体のフレーム部材に連結するためのバンパ支持構造が配置される。そして、自動車前部においては、この支持構造間におけるバンパリインフォースメントの背後位置にエンジンの冷却を行うラジエータが配置される。なお、バンパ支持構造としては、通常、衝突エネルギーを吸収可能とするクラッシュボックスが配置される。このため、バンパリインフォースメントの中央部の断面幅は、ラジエータの冷却作用を良好なものとするために、必要強度を確保した上で、極力幅狭に形成されている。

　一方、両端部はクラッシュボックスを配置する関係から、その取付けに必要とする、中央部に比べ広い断面幅とされる。そして中央部と両端部を繋ぐ中間部は中央部から両端部に向けて漸次拡幅する断面幅とされている。

　このようにバンパリインフォースメントの断面幅は中央部は相対的に幅狭の一定幅の形状とされ、両端部は相対的に幅広の一定幅の形状とされ、中間部は中央部から両端部に向けて漸次拡幅する形状とされている。

　以上の形態のバンパリインフォースメントは、冷間プレス加工或いはホットプレス工法により成形される。

　上述したＢ型断面のバンパリインフォースメントをテーラードブランク材の冷間プレスによって成形する場合には、次のような問題がある。

　先ず、冷間プレス成形する際、テーラードブランク材を構成する中央位置の部材、その両側位置の部材、それらの間の溶接部の強度がそれぞれ違うため、スプリングバック量の差が大きく、精度を出すのが困難である。

　また、溶接の熱影響で軟化した溶接部周辺が、成形時に破断しやすい。その他、衝撃耐力向上のため、ブラケット等をバンパリインフォースメントに溶接して取付ける場合には、アーク溶接となるため、高コストとなる。

　また、Ｂ型断面の場合には、クラッシュボックス取付け部が反衝突面となるため、クラッシュボックスのストローク量が少なく、効率的ではない。更に、冷間成形で湾曲成形する場合には、しわは低強度部に集中する。そのためしわが重なり製品不良となる。

　本発明者は、断面形状としては、開き断面で強度的に見て一番効率のよいＭ字開断面形状としてホットプレス工法で成形することにより、上述したＢ型断面形状における問題の解決を図ろうとした。しかし、成形時におけるしわが発生するという問題は解決できなかった。そこで、テーラードブランク材の差厚接合線の位置に着目し、この位置がしわの発生に関係しているのではないかとの観点で鋭意研究を重ねた。その結果、テーラードブランク材の差厚接合線を中間部拡幅範囲の位置とすればしわの発生を防止ないし抑制することのできることを見出した。

　本発明の一態様に係る方法は、自動車車体の前部または後部に車体の幅方向に向けて配設される長尺形状のバンパリインフォースメントの製造法であって、板厚の異なる中央位置の部材とその両側位置の部材を接合して平板形状のテーラードブランク材を形成し、このテーラードブランク材をホットプレス工法により加圧成形して長尺形状でＭ字開断面のバンパリインフォースメントを形成し、中央部幅狭範囲と、この中央部幅狭範囲よりも幅広の両端部幅広範囲と、中央部幅狭範囲から両端部幅広範囲に向けて漸次拡幅する中間部拡幅範囲とを形成すると共に、長尺形状の両端部位を中央部位に対して断面の開口側に湾曲形成し、このホットプレス工法時において中央位置の部材と両側位置の部材の間の差厚接合線が前記中間部拡幅範囲内の位置となるように成形される。

　これにより、実施形態によっては、中央位置の部材、その両側位置の部材、テーラードブランク材の溶接部のそれぞれの強度差が小さく、スプリングバック量がほぼ等しくなるため、精度の良い製品を得ることができると共に成形時の溶接部周辺での破断も防止できる。

　また、実施形態によっては、低強度部がなくなるため、しわの集中を抑制できる。このように低強度部にしわが集中しないため、しわの発生を防止ないし抑制することができる。また、湾曲形成の起点部及び拡幅形成の起点部に、通常のプレス成形と同様に、大きなしわが発生しようとするが、差厚接合線が稜線となり、しわを分断して、中央位置の部材とその両側位置の部材に分散し、しわの発生を防止ないし抑制することができる。

　ひとつの実施形態として、一定幅の前記両端部幅広範囲と自動車車体との間にはクラッシュボックスを取付けるのが好ましい。これによりバンパリインフォースメントに作用する衝突衝撃荷重のエネルギーはクラッシュボックスによっても吸収される。

　別の実施形態として、前記中央位置の部材の板厚はその両側位置の部材の板厚より厚くするのが好ましい。これにより、中央位置の部材の強度を両側位置の部材の強度より高い強度とすることができて、衝突荷重を確実に受けることができる。

　また別の実施形態として、前記中央位置の部材の材質と前記両側位置の部材の材質は同じ材質とするのが好ましい。これによりバンパリインフォースメントの構成部材の材質が一種類となり、その調達が容易となる。

　また別の実施形態として、前記Ｍ字開断面形状の開口部にはフランジを形成し、このフランジには強度補強部材としてのブラケットを溶接により取付けるのが好ましい。この場合、フランジに取付けられるブラケットによりバンパリインフォースメントの耐力向上を図ることができる。また、この場合のブラケットの溶接はスポット溶接とすることができて、低コストとすることができる。

　実施形態によっては、ホットプレス成形時に発生するしわの発生を防止ないし抑制することができる。すなわち、テーラードブランク材における差厚接合線の位置をバンパリインフォースメントの中間部拡幅範囲の位置とすることにより、ホットプレス成形時に発生しようとするしわは差厚接合線が稜線となり、しわを分断して、しわの発生を防止ないし抑制する。

自動車車体に対するバンパ構造の配置位置を示す概略図である。ひとつの実施形態としてのバンパリインフォースメントを前方の上方から見た斜視図である。前方から見て右半分のバンパリインフォースメントを示す正面図である。図２及び図３のIV－IV線断面図である。図２及び図３のV－V線断面図である。ひとつの実施形態としてのバンパリインフォースメントの製造工程図である。ひとつの実施形態としてのバンパリインフォースメントのしわの発生状態を示す図である。

　以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。

　先ず、図１は自動車におけるバンパ構造１０の配置位置を示す。バンパ構造１０は、通常、自動車車体１２の前部と後部に自動車車体１２に対して幅方向に配置される。図１において、自動車車体１２の前方を矢印Ｆで示し、後方を矢印Ｒで示した。バンパ構造１０は、バンパリインフォースメント１４と、バンパ被覆部材１６と、バンパ支持構造１８とから成っている。バンパリインフォースメント１４はバンパ構造１０の強度上の芯材として配設される。バンパ被覆部材１６はバンパリインフォースメント１４の前面を被覆するように配設される。バンパ被覆部材１６はバンパ構造１０の最外面に配設され、見栄えを考慮した構成とされている。通常、意匠の成形に適する樹脂製で形成される。

　バンパ支持構造１８はバンパリインフォースメント１４の長手方向（自動車車体１２で見て幅方向）の両端部の位置で自動車車体１２のフレーム部材（不図示）とバンパリインフォースメント１４との間に配設されている。そして、このバンパ支持構造１８によりバンパリインフォースメント１４で受ける衝突荷重を自動車車体１２に伝え、自動車車体１２で支持する。バンパ支持構造１８は好ましい実施形態ではクラッシュボックスと称される衝突エネルギーを吸収することができる構成部材で形成する。

　なお、以後に説明する実施形態は、自動車車体１２の前部に配設されるバンパリインフォースメント１４の場合を例にして説明する。しかしながら、バンパリインフォースメントは自動車車体の後部に配設してもよい。

　ひとつの実施形態として、バンパ構造１０は、上述した配置構成であることにより、自動車の正面衝突によりバンパ構造１０の中央部位置に作用する衝突荷重を次のようにして受けられる。

　先ず、バンパ被覆部材１６で受けて、これをバンパリインフォースメント１４で支える。そして、バンパリインフォースメント１４に作用した荷重は、バンパリインフォースメント１４の両端部に配設されたバンパ支持構造１８としてのクラッシュボックスを介して自動車車体１２により受けられる。この際、クラッシュボックス１８が衝突エネルギーを吸収する。

　図２から図５はひとつの実施形態としての製造法により作られるバンパリインフォースメント１４の構成を示す。図２は前方の上方から見た斜視図、図３は前方から見て右半分を示す正面図、図４は図２及び図３のIV―IV線断面図、図５は図２及び図３のV―V線断面図を示す。図２に示されるようにバンパリインフォースメント１４は長尺形状とされている。バンパリインフォースメント１４は３つの部材が接合されて形成されている。すなわち、３分割されて形成されている。

　図２に示すＸ１範囲の中央位置の部材１４Ａと、Ｘ２範囲で示す両側位置の部材１４Ｂがレーザ溶接により接合されて形成されている。中央位置の部材１４Ａと両側位置の部材１４Ｂは板厚が異なっており、中央位置の部材１４Ａの板厚に比べ両側位置の部材１４Ｂの板厚は薄くされている。好ましい実施形態では、中央位置の部材１４Ａの板厚は２．０ｍｍ、両側位置の部材１４Ｂの板厚は１．６ｍｍとされており、０．４ｍｍの板厚差とする。このように、好ましい実施形態のバンパリインフォースメント１４はいわゆるテーラードブランク材を用いて製造される。なお、テーラードブランク材に由来するバンパリインフォースメント１４の差厚接合線は、図２及び図３に符号Ｓで示されている。

　好ましい実施形態では、中央位置の部材１４Ａと両側位置の部材１４Ｂとは同材質とし、通常は鋼板製とする。なお、アルミ等、他の材質でも良い。また、溶接接合が可能であれば異材質の組合わせでも良い。

　好ましい実施形態のバンパリインフォースメント１４の断面形状は、基本的にはＭ字開断面形状である。これは開き断面形状で強度的に一番効率が良いことによる。Ｍ字開断面形状の断面幅は長手方向で異なっている。

　図２にＹ１範囲で示す中央部は相対的に狭い一定幅で形成されている。この範囲Ｙ１を中央部幅狭範囲とする。Ｙ３範囲で示す両端部は相対的に広い一定幅で形成されている。この範囲Ｙ３を両端部幅広範囲とする。

　Ｙ１範囲とＹ３範囲の中間部はＹ１範囲の断面幅からＹ３範囲の断面幅に漸次拡幅する形状として形成されている。この範囲Ｙ２を中間部拡幅範囲とする。

　図４はＹ１範囲の中央位置の部材１４Ａの幅狭の断面形状を示す。図５はＹ３範囲の両側位置の部材１４Ｂの幅広の断面形状を示す。Ｙ２範囲の断面形状はＹ１範囲の幅狭の断面形状からＹ３範囲の幅広の断面形状に漸次拡幅する変化形状とされている。

　図４に示すＹ１範囲の中央位置の部材１４Ａの断面形状は、後述する図５に示すＹ３範囲の両側位置の部材１４Ｂの断面形状に比べ、断面幅Ｗ１が狭く、断面高さＨ１が高く形成されている。これは中央位置の部材１４Ａの背後位置にはエンジンの冷却を行うラジエータが配置されており、ラジエータへの空気流を多く供給可能とするためである。かかる要請により断面幅Ｗ１は強度確保との関係で可能な限り幅狭く形成される。

　なお、図４に示すＭ字開断面形状の構成要素は、大枠としては前面部１４ａと、上面部１４ｂと、下面部１４ｃとからなっている。前面部１４ａはいわゆる車両衝突時の当たり面となっており、強度確保の観点から中央部を後方に凹ませた凹部形状１４ｄとしている。上面部１４ｂ及び下面部１４ｃの後方の開口端にはフランジ１４ｅが上下方向に延設形成されている。

　図５に示す両側位置の部材１４Ｂの断面形状は、前述した図４に示す中央位置の部材１４Ａの断面形状に比べ、断面幅Ｗ２が広く、断面高さＨ２が低く形成されている。すなわち、断面幅Ｗ２は断面幅Ｗ１に対して拡幅形成されている。拡幅形成は断面幅Ｗ１から徐々に拡幅し、断面幅Ｗ２で一定幅とされている。これは両側位置の部材１４Ｂは前述した中央位置の部材１４Ａに比べ衝突時における耐強度を必要としないこと、及び、クラッシュボックス１８の取付け面積を確保するためである。

　また、好ましい実施形態では、両側位置を中央位置に比べ後方に向けて湾曲形成することで、バンパ構造の見栄えを向上させる。なお、好ましい実施形態においては、断面幅の拡幅形成と湾曲形成は、Ｙ１範囲とＹ２範囲の境界位置を起点位置としてＹ２範囲及びＹ３範囲に向けて行われている。なお、好ましい実施形態においては、テーラードブランク材における差厚接合線ＳがＹ２範囲の中間部拡幅範囲の位置とされていることに特徴がある。これにより後述するホットプレス工法においてフランジ１４ｅにしわが発生するのを防止ないし抑制することができる。

　図２及び図５に示される両端部には、取付け位置が仮想線で示されるようにバンパ支持構造１８としてのクラッシュボックスが取付けられる。この位置にクラッシュボックス１８を配置することは、図５に示すようにクラッシュボックス１８をＭ字開断面形状の開口部内に配置することになる。このため、クラッシュボックス１８のエネルギー吸収ストロークを長く取ることができて、効率的である。しかしながら、バンパ支持構造１８は必ずしもクラッシュボックスである必要はない。他の要請から両端部の断面幅を広く形成する場合には、広く適用することができる。

　次に、上述したバンパリインフォースメント１４の製造法を、図６により説明する。先ず、素材の準備工程で、バンパリインフォースメント１４を構成する中央位置の部材１４Ａの素材と、その両側位置の部材１４Ｂの素材を用意する。各素材は予め所定の大きさとされている。すなわち、後工程のホットプレス工法で成形した際に、差厚接合線Ｓが中間部拡幅範囲Ｙ２の位置となるように形成する。

　次に、テーラードブランク工程で、予め準備した中央位置の部材１４Ａの平板素材と、その両側位置の部材１４Ｂの平板素材とを、レーザ溶接して接合する。これによりバンパリインフォースメント１４を成形するための所定形状の平板材とされる。なお、溶接はプラズマ溶接でも良い。

　次に、ホットプレス工程で、上記の所定形状の平板材を熱間成形するに適した所定温度とした上で、上型２２と下型２４によりホットプレスして、図２に示す製品形状に成形する。なお、このホットプレス工程のプレス断面図はバンパリインフォースメント１４の断面幅方向として図示されており、他の工程のバンパリインフォースメント１４を長手方向で示した図とは異なっている。

　図７は上述したホットプレス工法によりバンパリインフォースメント１４を成形した際に、フランジ１４ｅに生じたしわの発生状態を示す。上述の実施形態のホットプレス工法によれば、低強度部がなくなるため、冷間プレス成形による従来技術のように低強度部にしわの発生が集中することはなくなる。

　また、湾曲形成部及び中間部拡幅範囲Ｙ２に発生しようとするしわは、図７で示すように差厚接合線Ｓが稜線となって、しわを分断して、中央部Ｘ１と両端部Ｘ２に分散させるため、しわの発生を防止ないし抑制することができる。

　なお、上述した実施形態におけるバンパリインフォースメント１４の耐力の向上を図るため、フランジ１４ｅに補強板等のブラケットを取付けることも可能である。このときの溶接接合はスポット溶接とすることができ、低コストとすることができる。

　以上、本発明の特定の実施形態について説明したが、当業者は本発明の目的や趣旨から逸脱しない範囲で各種の変形や置換が可能である。

Claims

　自動車車体の前部または後部に車体の幅方向に向けて配設される長尺形状のバンパリインフォースメントの製造法であって、
　板厚の異なる中央位置の部材とその両側位置の部材を接合して平板形状のテーラードブランク材を形成し、
　このテーラードブランク材をホットプレス工法により加圧成形して長尺形状でＭ字開断面のバンパリインフォースメントを形成し、中央部幅狭範囲と、この中央部幅狭範囲よりも幅広の両端部幅広範囲と、中央部幅狭範囲から両端部幅広範囲に向けて漸次拡幅する中間部拡幅範囲とを形成すると共に、長尺形状の両端部位を中央部位に対して断面の開口側に湾曲形成し、このホットプレス工法時において中央位置の部材と両側位置の部材の間の差厚接合線が前記中間部拡幅範囲内の位置となるように成形される、製造法。
　請求項１の製造法であって、
　バンパリインフォースメントの両端部幅広範囲と自動車車体との間にクラッシュボックスが取付けられる、製造法。
　請求項１又は請求項２の製造法であって、
　テーラードブランク材を構成する前記中央位置の部材の板厚はその両側位置の部材の板厚より厚い、製造法。
　請求項１から請求項３のいずれかの製造法であって、
　テーラードブランク材を構成する前記中央位置の部材の材質とその両側位置の部材の材質は同じ材質である、製造法。
　請求項１から請求項４のいずれかの製造法であって、
　テーラードブランク材を加圧成形する工程において前記Ｍ字開断面形状の開口部にフランジが形成され、このフランジに強度補強部材としてのブラケットが溶接により取付けられる、製造法。
　請求項１から請求項５のいずれかの製造法であって、バンパリインフォースメントのＭ字開断面が自動車の前後方向の内方に向けて開口している、製造法。
　請求項１から請求項６のいずれかの製造法であって、長尺形状のバンパリインフォースメントの両端部位が中央部位に対して車体方向に湾曲している、製造法。