JP2004530564A - 自動車用ビームを製造する方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動車用ビーム(又はビーム材)を製造するための方法及び装置、特に閉じたプロファイル・ビームをロール成形するための方法及び装置に関する。
【0002】
自動車のボディ構造に用いられるビーム並びに自動車の前方部分及び後方部分に取り付けられるビームは、他の乗り物及び他の物体との衝突からの衝撃を吸収することが要求される。それらの目的で製造されるビームには、ビームの局部的なゆがみ(buckling)を防止するために、ねじり力(torsion)に対する高い耐性及び良好な強度特性を有することが必要とされる。従来における多数の特許明細書及び特許出願明細書には、自動車工業において用いられるビームについて、並びに、そのようなビームを製造するための方法及び装置について開示されている。
【0003】
米国特許第5,934,544号は、1つのロール成形プロセスによって自動車のバンパービーム材を製造するための方法及び装置を提供している。この装置は、アンコイラー(uncoiler)、ストレートナー、一群のロール成形機、スイープロール成形機、溶接手段及び切断手段を有している。バンパービームを製造するための方法は、シート状金属板を調製する工程、断面プロファイル(cross sectional profile)を形成する工程、前記シート状金属板のチューブ状の断面形状を調節する工程、前記シート状金属板を所望の長さに切る前に該シート状金属板を溶接する工程を有する。この発明の目的は、強化された衝撃耐性及び低下した重量を有するビームを提供すること、並びに従来の技術における製造方法を簡略化することである。
【0004】
国際特許出願PCT/SE97/00305号には、薄壁でフランジのないプロファイル部品であって、ロール成形によって形成された閉じた断面を有する部品からなるビーム構造を有する乗物ボディが開示されている。このビーム構造の構成部品は硬化されているので、そのボロン鋼又は他の高張力鋼(high tensile steel)は900〜110MPaのオーダーの降伏限度(yield limit)を有している。この発明の目的は、向上したボディ強度及び剛性(stiffness)を有する、新しく軽量タイプの乗物ボディを製造することである。
【0005】
ビームのために有効な製造方法を維持するために、構造的完成度(structural integrity)及び安全特性(safety characteristics)を維持する一方で、比較的少ない工程数でビームを製造する製造ライン技術を用いることは重要である。自動車の保護的部材として用いるためにビームを製造する場合、構造的完成度及び安全性は特に重要である。上述の参照した特許明細書に開示されている技術は効率的な製造方法を維持し、向上した強度特性及びビーム重量の問題点を解決してはいるが、人の安全性を必然的に向上させる結果をもたらし得る自動車に用いるためのビームの安全性の点に関して、著しい改良を行うことができる。
【0006】
本発明の目的は、ねじり剛性(torsional rigidity)及び降伏強さ(yield strength)に関して著しく向上した自動車の構造部品に用いるためビームを提供して、製造方法の簡略さを維持することに加えて、その自動車(又は車両)で移動する乗員の全体としての安全性を向上させることである。
【0007】
本発明は、ロール成形されたプロファイル・ビーム(roll formed profile beams)を製造するための装置であって、複数の材料ディペンサー、第1組のローラー及び第2組のローラー、第1組及び第2組のローラーの間に配されて両者に連絡する第1の溶接ステーション、並びに、第2組のローラーの出口部に連絡して設けられる第2の溶接ステーションを有してなり、1つのディペンサーは第1組のローラーの入口部に連絡しており、もう1つのディペンサーは第1の溶接ステーションの入口部に連絡していることを特徴とする装置を提供する。
【0008】
好ましくは、材料ディペンサーには、それぞれシート状材料のコイルを保持するアンコイラーが設けられる。
シート状材料は高力鋼から形成されていることが望ましい。鋼は、衝撃緩衝装置として、自動車産業において使用されるビームのために望まれる特性を提供する。
1つの態様において、各シート状材料は同じ鋼から形成される。
【0009】
もう1つの態様において、各シート状材料は異なる鋼から形成される。このことは製造業者により大きな自由度をもたらし、製造業者は特定の最終用途に応じて種々の強度特性を有するビームを製造することができる。
特に好ましい態様において、シート状材料はボロン鋼(boron steel)である。硬化されたボロン鋼は、900〜1100MPaのオーダーの降伏限度を有しており、自動車産業に用いられるビームに特に好適である。
【0010】
本発明では、鋼、特に高力ボロン鋼を用いる態様について説明しているが、ねじり剛性及び強さに関して所望の特性を提供するその他の鋼又は合金を用いることも当然のことながら可能であるということを理解されたい。
【0011】
1つの態様において、各シート状材料は同じ厚みを有する。
もう1つ態様において、各シート状材料は異なる厚みを有する。このことによっても、製造業者及びエンドユーザーに自由度が与えられる。
【0012】
本発明のもう1つ態様において、シート状材料には所定の位置にプレパンチされたアパーチャ(pre-punched apertures)が規定される(又は設けられる)。2つのシート状材料の両者に又は一方のシート状材料のみにプレパンチされたアパーチャを設けることができ、それによってビーム構造全体の重量を減らすことができる。更に、プレパンチされる孔は、熱処理工程の間に、ビームの通気部(ventilation)として機能することができる。
【0013】
ロール成形によって閉じたプロファイル・ビームを製造するための本発明の装置は、シート状材料のロールを保持する第1のディペンサー;第1のディペンサー及び第1の溶接ステーションの両者に連絡して、シート状材料を所定のプロファイル(断面形状(profile))に成形するための第1の群(又は組)のローラー;第1の溶接ステーションに連絡して、第2のシート状材料のロールを保持する第2のディペンサーを有しており;第1の溶接ステーションでは、第1の群のローラーによって成形されたプロファイル要素を、第2のディペンサーから供給されるシート状材料に対して所定の位置に溶接し;第2の群のローラでは、第1の溶接ステーションからの新たに溶接されたプロファイル要素及びシート状材料を受け、及び、そのシート状材料の長手方向の自由エッジ(free edge)を第1のプロファイル要素を封じる合わせ位置(又は合い印)へ向かわせる((bring)又は変形移動させる)ことによって、最初に成形したプロファイル要素のまわりにて第2のシート状材料を成形し;第2の溶接ステーションでは、長手方向の自由エッジを第1のプロファイル要素の表面に溶接して、内側支持構造を有する閉じたプロファイルビーム(closed profile beam)を製造する。
【0014】
本発明は、ロール成形されたプロファイル・ビームを製造する方法であって、第1のプロファイル要素をロール成形する工程、及びその後、前記第1のプロファイル要素を封じて第2のプロファイル要素をロール成形し、内側支持構造を有する閉じたプロファイル・ビームを形成する工程を有することを特徴とする方法をも提供する。
第1のプロファイル要素は、内側支持プロファイルとして成形されることが望ましい。
【0015】
1つの態様において、プロファイル要素は、ベース部及び該ベース部から実質的に垂直に延びて互いに同じ向きに延びる一対の脚部を有する実質的にU字形状をなしている。
もう1つの態様において、プロファイル要素の脚部はリブを有している。リブはプロファイル要素の強度を向上させる。
内側支持プロファイル要素は、溶接ステーションにおいて第2のシート状材料に溶接されることが望ましい。
【0016】
第2のシート状材料は、その後、第1のプロファイル要素を封じるビームにロール成形されることが好ましい。
第2のプロファイル要素の長手方向の縁部を第1のプロファイル要素の一部と共に溶接することによって、第1のプロファイル要素のまわりで第2のプロファイル要素を閉じることが望ましい。
【0017】
シーム溶接によって、第1のプロファイル要素を第2のシート状材料に溶接することが望ましい。
第2のプロファイル要素の2つの長手方向エッジを、第2のプロファイル要素の一部とレーザー溶接することが好ましい。
【0018】
本発明の閉じたプロファイルビームを製造する方法は、第1のディペンサーから第1組のローラーへ第1のシート状材料を供給(ディペンス)する工程;第1のシート状材料を所定のプロファイル(断面形状)に成形して得られるプロファイル要素を第1の溶接ステーションへ送る工程;第2のディペンサーから第1の溶接ステーションへ第2のシート状材料を供給する工程;第1の溶接ステーションにおいて前記プロファイル要素を第2のシート状材料に溶接する工程;新たに形成したシート状材料及びプロファイル要素を第2組のローラーへ送る工程;シート状材料の長手方向自由エッジを合わせ位置へ向かわせることによってシート状材料を成形し、それによって前記第1のプロファイル要素を封じる工程;ワークピースを第2の溶接ステーションへ送る工程;並びに;第2のシート状材料の長手方向の自由エッジを第1のプロファイル要素の表面と一体に溶接して内側支持構造を有する閉じたプロファイルビームを形成する工程を有してなる。
【0019】
以下、添付図面を参照しながら、本発明について説明する。この図面は、本発明の自動車用ビームを製造するための装置及び方法の1つの態様を例示する目的のためだけに示すものである。
【0020】
まず図1を参照すると、全体として参照番号1によって示される自動車用ビームを製造するための装置が示されている。第1の材料ディペンサー2はシート状材料のコイル3を有しており、第1のシート状材料4は第1の材料ディペンサー2から第1組の成形ローラー5へ延びている。第2の材料ディペンサー6は第2のシート状材料のコイル7を有しており、第2のシート状材料8は第2の材料ディペンサー6から第1組の支持ローラー9へ延びている。第1の溶接ステーション10は、第1組の成形ローラー9と第2組の成形ローラー11との間に配されている。第2の溶接ステーション12は、第2組の成形ローラー11と第2組の支持ローラー13との間に設けられている。2つの独立した炉14及び15を有する誘導加熱炉が第3組の支持ローラー16の両側に設けられており、独立した炉15の出口部は急冷ステーション(quenching station)17に連絡している。急冷ステーション17と切断装置(knife)19との間に1組のストレッチング・ローラー18が設けられており、これが製造ライン装置1の最後部のステーションである。
【0021】
図2を参照すると、全体として参照番号21によって示される第1のプロファイル要素が示されている。プロファイル要素21は、ベース部23と、該ベース部23から実質的に垂直に、互いに同じ向きに延びる一対の脚部24を有する実質的にU字形状をなしている。各脚部24は一体に形成されているフランジ25にて終端しており、フランジ25は、べース部23に対して平行な面内で、互いに反対の向きに延びている。
図3を参照すると、第2のプロファイル要素47が示されている。第2のプロファイル要素47は2つの平行な側面51、52を有しており、その2つの平行な側面51、52は2つの側面53、54によって連絡されており、これによってチューブ状の閉じたプロファイル要素47が形成されている。
【0022】
図4では、第1の溶接ステーション10と第2の溶接ステーション12との間で行われる(図1参照)ロール成形プロセスを段階的な観点によって示している。プロファイル要素21のフランジ25と第2のシート状材料8との間に、2箇所の溶接部31が示されている。第2のシート状材料8が平板状に配向している符号32に示す状態から、第2のシート状材料8がプロファイル要素21を封じて第2のプロファイル要素47を形成している符号47で示す状態へ、ロール成形プロセスの種々の段階を示している。シート状材料8の長手方向エッジ49、50とプロファイル要素21のベース部23との間に、第3の溶接部48が示されている。
【0023】
使用状態において、第1のシート状材料4は第1のディペンサー2から第1組の成形ローラー5へ延びており、そこで第1のシート状材料4は所定のプロファイルへ成形される。プロファイル要素21は第1組の成形ローラー5から第1の溶接ステーション10へ送られる。第2の金属のシート状材料8は第2のディペンサー6から第1組の支持ローラー9を通って第1の溶接ステーション10へ供給される。プロファイル要素21は、第1の溶接ステーション10において第2の金属のシート状材料8に溶接される。新たに組み合わせられたプロファイル要素21及びシート状材料8は第2組のローラー11へ送られる。第2組のローラー11は、第2の金属のシート状材料8の長手方向の自由エッジを合わせ位置へ向かわせることによって、第1のプロファイル要素21がシート状材料8によって封じられるように成形する。ワークピースを第2の溶接ステーション12へ送り、第2のシート状材料8の長手方向の自由エッジ49、50を第1のプロファイル要素21のベース部23と共に一体に溶接すると、成形プロファイルが完了し、内側に支持構造を有する閉じたプロファイルビームが形成される。
【0024】
当然のことながら、明細書に記載した事項は例としてのみ挙げたものに過ぎず、本発明は本明細書に記載した特定の事項に限定されるものではなく、また、特許請求の範囲に規定した発明の範囲から逸脱することなく変更等を加えることもできると理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【図1】図1は、装置の側面図を模式的に示す図である。
【図2】図2は、本発明の第1のプロファイル要素の端面を示す図である。
【図3】図3は、本発明の第2のプロファイル要素の端面を示す図である。
【図4】図4は、第2のロール成形プロセスを段階的に示す端面の模式図である。
Claims (19)
- 複数の材料ディペンサー(2、6)、第1組のローラー(5)、第2組のローラー(11)、前記第1組及び第2組のローラー(5、11)の間にて両者に連絡して設けられる第1の溶接ステーション、並びに第2組のローラー(11)の出口部に連絡して設けられる第2の溶接ステーション(12)を有してなり、1つのディペンサーは第1組のローラー(5)の入口部に連絡しており、もう1つのディペンサーは第2の溶接ステーション(12)の入口部に連絡していることを特徴とするロール成形されたプロファイル・ビームを製造するための装置(1)。
- 材料ディペンサー(2、6)には、それぞれシート状材料(3、7)のコイルを保持するアンコイラーが設けられている請求項1記載の装置。
- シート状材料(3、7)は高力鋼から形成される請求項2記載の装置。
- 2種のシート状材料(3、7)は同じ鋼から形成される請求項3記載の装置。
- 2種のシート状材料(3、7)は異なる鋼から形成される請求項3記載の装置。
- 鋼はボロン鋼である請求項3〜5のいずれかに記載の装置。
- 2種のシート状材料(3、7)は同じ厚みを有する請求項2〜6のいずれかに記載の装置。
- 2種のシート状材料(3、7)は異なる厚みを有する請求項2〜6のいずれかに記載の装置。
- 2種のシート状材料の両者の所定の位置に、プレパンチ・アパーチャが規定されている請求項2〜8のいずれかに記載の装置。
- 一方のシート状材料のみが所定の位置にてプレパンチ・アパーチャを規定する請求項9記載の装置。
- 第1のプロファイル要素(21)をロール成形する工程、及びその後、前記第1のプロファイル要素(21)を封じるように第2のプロファイル要素(47)をロール成形して、閉じたプロファイル・ビームを形成する工程を有することを特徴とするロール成形されたプロファイル・ビームを製造する方法。
- 前記第1のプロファイル要素(21)が内部支持プロファイル材として形成される請求項11記載の方法。
- 前記第1のプロファイル要素(21)が実質的にU字形状である請求項11又は12記載の方法。
- U字形状のプロファイル要素(21)の脚部(24)がリブを有する請求項13記載の方法。
- プロファイル要素(21)が溶接ステーション(10)にて第2のシート状材料(8)に溶接される請求項11〜14のいずれかに記載の方法。
- 第2のシート状材料(8)はその後ロール成形されて、第1のプロファイル要素(21)を封じ込んだビーム(47)を形成する請求項15記載の方法。
- 第2のプロファイル要素(47)の長手方向エッジ(49、50)を第1のプロファイル要素(21)の一部に溶接して、第2のプロファイル要素(47)の中に第1のプロファイル要素(21)を封じる請求項12〜16のいずれかに記載の方法。
- シーム溶接によって第1のプロファイル要素(21)を第2のシート状材料(8)に溶接する請求項15〜17のいずれかに記載の方法。
- 第2のプロファイル要素(47)の2つの長手方向エッジ(49、50)を、第1のプロファイル要素(21)の一部にレーザー溶接する請求項17記載の方法。
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