JP2016524566A - スプリング支柱ドームの製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、車体の個別パーツとしてのドーム型要素（４）を有するスプリング支柱ドームの製造方法に関する。本発明は、既存技術を改良して、スプリング支柱ドーム製造のプロセス信頼性を上げ、パーツの数を減らし、及び／又は部品の壁厚を薄くしながらもスプリング支柱ドームに必要とする機械的性質を維持できる方法を規定することが目的の基礎となっている。マッシブ成形によって半製品をドーム型要素（４）の形へと再成形し、マッシブ成形によって剛性を高める構造をこのドーム型要素（４）に追加的に導入することで本目的が達成できる。さらに、本発明は、特に本発明による方法によって製造されたドーム型要素（４）であり、マッシブ成形パーツとして構成されたドーム型要素（４）を有するスプリング支柱ドームに関し、本発明によるスプリング支柱ドーム及び少なくとも１つの自動車の隣接部品を具える組立品に関する。【選択図】図１

Description

本発明は、車体の個別パーツとしてのドーム型要素を有するスプリング支柱ドームの製造方法及び、ドーム型要素を有するスプリング支柱ドームに関する。さらに、本発明は、本発明によるスプリング支柱ドームと、車体の少なくとも１つの隣接部品とを具える組立品に関する。

複雑な構造を有するスプリング支柱ドームは鋳造工程によって製造可能で、このスプリング支柱ドームの重量を可能な限り軽くするには、スプリング支柱ドームがアルミニウム、又はアルミ合金のような軽金属から成ることが好ましい。鋳造工程の一般的な利点の１つは、鋳造製品の壁厚と製造部品の形状の両方について材料の分配に自由度があることである。例えば部品の剛性を高める構造といった特に複雑な構造を有する部品は、負荷に見合った様に製造できる。しかし、鋳造方法によって製造された部品には不利な点もある。ひび割れ、穴、又は傷のような欠陥が表面にあると部品を弱くしてしまい、鋳造後に取り付け面の後加工が必要となる。さらに、鋳造の際に生じる気孔のせいで部品内部に空洞ができてしまうことがあり、その結果、製造部品の機械的性質に欠陥が生じてしまう。内部欠陥はしばしば疲労亀裂の原因となる。また、材料内の気孔は部品の熱処理の際に問題となることがある。材料に含まれたガスは、熱によって特に部品表面において膨張して気泡を生じ、その気泡が部品の機械的性質を減弱させてしまう。

鋳造工程による部品製造の代替方法として、既存技術からはシートメタルのマッシブ成形が知られている。本発明においては、マッシブ成形とは半製品の非切削再成形、すなわち半製品断面の壁厚と形の両方についての成形途中に起こる変化を意味することとして解釈する。ここにおいて半製品はシートメタル、板、又は予備成形パーツとして解釈し、深絞り加工パーツが例である。深絞り加工パーツは、ほぼ最終形態、又は最終形態の状態であってもよい。ほぼ最終形態にある半製品については、この方法で最終形態のキャリブレーションが行われ、同時に、剛性を高める構造、例えばリブ、ビード、及び／又はその他のローカル形態が設けられる。最終形態にある深絞り加工パーツについては、剛性を高めるローカル構造が別のステップで作られる。半製品を製造する方法、特に様々な壁厚を有する板の製造方法は、例えば独国特許第ＤＥ１０３０３１８４Ｂ１号に記載されている。ここで、部品のマッシブ成形は、製造した部品に内部弱点が１つもないという利点があって、改良された機械的性質を持つという点で区別される。マッシブ成形パーツは、鋳造パーツに比べて、特に、より高い強度と耐負荷性能を有する。さらにマッシブ成形は、壁厚の調製、特に薄くする調製において、従来の加工プロセスに比べて材料のロスがない。例えば、独国公開特許第ＤＥ１０２０１２００１０４５Ａ１号に、マッシブ成形で製造された縦型キャリアであって、スプリング支柱部付近にドーム型構造部分を有するキャリアが開示されている。このタイプのスプリング支柱ドームが車体に取り付けられると、例えばスプリング支柱ドームの交換の際に、縦型キャリアの交換も結果的に同時に必要となる。

シェル型設計のスプリング支柱ドームは従来から自動車工学で用いられている。必要とする機械的性質に合わせるために、とりわけ局所的に補強材が必要となり、その結果、使用する部品の数が特に多くなって、個々のシェル、又は深絞り加工パーツを繋ぐ接続複雑性も増してしまう。

本発明は、前述した既存技術を改良して、スプリング支柱ドーム製造のプロセス信頼性を上げ、パーツの数を減らし、及び／又は部品の壁厚を薄くしながらもスプリング支柱ドームに必要とする機械的性質を維持できる方法を特定するという目的に基づいている。さらに、本発明は、スプリング支柱ドームと、スプリング支柱ドームと少なくとも１つの隣接部品を具える組立品であり、必要とする機械的性質を有すると共に、パーツ数がより少なく及び／又は壁厚がより薄い組立品を特定するという目的に基づいている。

本発明の第一の教示によれば、半製品をマッシブ成形によってドーム型要素の形に再成形すると、そのドーム型要素にマッシブ成形によって剛性が強化された構造が追加的に導入されるため、車体の個別パーツとしてのドーム型要素を有するスプリング支柱ドームの製造方法によって、前述の目的が達成される。鋳造工程で製造されるスプリング支柱ドームの構造と同様に複雑な構造のスプリング支柱ドームがマッシブ成形で製造できることが見出された。結果的に、スプリング支柱ドームは、冒頭で言及したマッシブ成形部品の有利な性質を持つ。それゆえに、製造するスプリング支柱ドームの欠陥発生度は、鋳造工程によって製造するスプリング支柱ドームに比べて低くすることができて、製造方法のプロセス信頼性を高めることができる。さらに、本発明によれば、スプリング支柱ドームの剛性を高める追加的構造が、マッシブ成形によってドーム型構造部分内に導入できる。ここで、ドーム型構造部分は、スプリング支柱部を受ける役割を持つ。その結果、スプリング支柱ドームに要求する機械的性質が、より少ないパーツ数、及び／又はより薄い壁厚で補償できる。総じて、この結果は、第一にはマッシブ成形による製造方法自体に帰することができて、第二には剛性を高める追加的構造の存在に帰することができる。

本発明の第一の改良方法によれば、ドーム型要素内、特にリブ、又はウェブにおける部位に、より厚い壁厚を導入することで剛性を高める。より厚い壁厚の部位があることで、局所的な応力を分散することができて、それゆえ、結果的にその応力を消失させることができる。スプリング支柱部の支持領域の周りに星形様に配置したリブを具えることは特に好ましい。この均質で均一なリブの配置は、材料内の応力の優れた分散を補償し、それゆえ、材料内の応力の高い消失を確実なものにする。

さらに、例えばドーム型要素の周りに局所的に厚みのある材料部位を設けることで剛性を高めることも考え得る。特に、異なる構造の組み合わせによって、製造するスプリング支柱ドームの剛性の増大が達成できる。

本発明の方法の更なる実施形態によれば、半製品、例えば板は、少なくとも２ミリメートル、好ましくは少なくとも３ミリメートルの厚みを特に有することが好ましい。半製品の厚みは、マッシブ成形部品の最小壁厚に相当することが有利であるため、壁厚の圧縮のみを再成形の際に行う。しかし、さらに半製品の厚みがマッシブ成形部品の最大壁厚に相当することも又有利であると考え得ることであるため、この場合、壁厚の削減のみを再成形の際に行う。再成形の際に、ある領域において壁厚を圧縮し、またある領域においては壁厚を伸展する方法は、なお適している。

半製品は、回転、鍛錬、据込み鍛錬、及び／又は圧縮によって再成形することが好ましい。スプリング支柱ドームの製造に適したプロセスは、伸張、加圧、及び／又は伸張−加圧プロセス、及び、半製品の断面形状を変化させ、壁厚を薄く及び／又は厚くできる少なくとも２つの適したプロセスの組み合わせである。

温度は、再成形の際に、スプリング支柱ドームの幾何学的自由度に重要な影響を与えることがある。本発明による方法の更なる改良によれば、板はマッシブ成形の前に加熱し、その結果、半製品がより容易に再成形できる。さらに、半製品を部分的に、好ましくは顕著に再成形する部位を、加熱してもよい。例えば板などの半製品は、例えば室温での冷間成形を行って、例えば予備成形物などの所望の形に成形することも好ましい。１回又はそれ以上のステップでマッシブ成形を、剛性を上げる構造を導入した領域においてターゲットを決めたやり方で予備成形物に施す。さらに、予備成形物、又は他のものを製造する際、更なるパーツの取り付け部位となる領域において、ターゲットを決めたやり方で壁厚を薄くすることができる。特に従来の溶接工程を用いて更なる部品と確実に結合させるには、好ましくは抵抗溶接の場合に、結合部位における壁厚は１．５ミリメートル以下にするべきである。その結果、高い寸法正確性と特に高強度を有するスプリング支柱ドームの製造といった利点が達成できる。最後に、熱間成形と冷間成形の両方の利点の組み合わせを用いた温間成形を板に施すことも考えられる。温間成形は、４００℃から６５０℃の間の温度で行うことが好ましい。

次の好ましい実施形態によれば、半製品は、鋼、又は合金鋼から成る。高延性鋼の使用が特に好ましい。上述した鋼種は、非常に申し分のない再成形特性があり、同時に特に冷間成形の場合に高強度が得られる。さらに、焼き戻し鋼も又特に高強度であることから適している。ここに記載した鋼種は網羅的でないが、スプリング支柱ドームの製造に更なる鋼、又は合金鋼を使用することも考えられる。

スプリング支柱部を少なくとも１つの隣接部品へ取り付けるには、一体的接合連結によって、好ましくは溶接によって、特に好ましくは抵抗溶接によって行うことが好ましい。一体的接合連結に加えて、ポジティブロック連結による取り付けも考えられる。隣接部品は、例えば自動車の縦型キャリアでもよい。加えて、更なる連結として、深絞り加工もまた好ましい。更に、スプリング支柱ドームとその他の部品を具える組立品の特性は、その他の部品の固有形態によって影響を受けてもよい。

本発明の第二の教示によれば、特に前述した方法の１つによって製造されたドーム型要素であり、マッシブ成形パーツとして成形されたドーム型要素を有するスプリング支柱ドームが、そのドーム要素に剛性を高めた構造を有するという事実によって、冒頭で言及した目的が達成できる。本発明においては、スプリング支柱ドームがマッシブ成形パーツとしての形態であるために、冒頭に記載した鋳造の欠点が首尾よく避けられることから、このスプリング支柱ドームは鋳造部品と比べて同等の機械的性質を有する。さらに、適切な構造を標的化して導入することで、スプリング支柱ドームの剛性を高めることができる。その結果、本発明によるスプリング支柱ドームの製造方法と形態によって、特に高強度、剛性、及び耐負荷性能といった充分な機械的性質が得られる。

ドーム型要素は、好ましくは、特にリブ、又はウェブにおいて壁厚部分を増大することで特に剛性が高まる。壁厚部分が増大した領域が存在する結果、部品内の応力が分散され、結果的に応力が消失し、部品に高い剛性が得られる。リブは、スプリング支柱ドームの支持領域周辺に星形様に配置して製造することが好ましく、その結果、材質中の応力分布が特に均一で効果的になる。スプリング支柱部の支持領域方向にリブ断面が拡張することは特に好ましい。このようにして、特に高い負荷がかかるスプリング支柱部のこの領域が特異的に支持される。さらに、リブ断面がアタッチメントの領域からその先の部品にまで拡張してもよく、その結果取り付けた領域に可能な限り高い剛性が備わる。リブの存在に加えて、ドーム型要素の周囲に厚みを持たせることで剛性を高めることも考えられる。特に、上述した剛性を高める２つの構造の組み合わせは、スプリング支柱ドームの充分な機械的性質を確実なものとする。

本発明によるスプリング支柱ドームの更なる好ましい改良によれば、ドーム型要素は、鋼、又は合金鋼から成る。高延性鋼、又は焼き戻し鋼は高強度であることから特に適している。しかし、本発明によるスプリング支柱ドームの製造に更なる鋼種を用いてもよい。

スプリング支柱ドームを周囲の車体構造に組み込むために、ドーム型要素は更なる自動車要素を連結する取り付け部位を有する。この連結は、一体的接合連結によって、特に溶接連結によって、特に好ましくは抵抗溶接による連結によって提供されることが好ましい。例えばポジティブロック連結のようなその他の連結によって隣接する車体構造と連結することが同様に適していることは自明である。

本発明による第三の教示によれば、本発明によるスプリング支柱ドーム及び少なくとも１つの自動車隣接部品、好ましくは深絞り加工パーツ、を具える組立品によって冒頭に言及した目的が達成できる。少なくとも１つの隣接部品は、車体パーツとして、フレームパーツとして、又は更なる車体構造パーツとして構成されてもよい。本発明による組立品の特性は、更なる部品の構成によって影響を受けてもよい。例えば更なる部品の剛性、従ってその部品で構成された組立品の剛性は、特にくぼみ、ビード形状、又は厚みのある材料部分のような適切な構造によって高くなる。加えて、更なる部品に切欠きを設けることによって材料を節約できる。

以下に、本発明のより詳細な点について、典型的な実施形態と図面とを用いて説明する。
図１は、本発明によるスプリング支柱ドームの第一の典型的実施形態及び本発明による組立品の第一の実施形態の斜視図を示している。 図２は、本発明によるスプリング支柱ドームの第二の典型的実施形態及び本発明による組立品の第二の実施形態を示している。 図３は、本発明によるスプリング支柱ドームの第二の典型的実施形態及び本発明による組立品の断面図を示している。 図４は、本発明によるスプリング支柱ドームの第二の典型的実施形態及び本発明による組立品の断面図を示している。 図５は、本発明によるスプリング支柱ドームの製造方法の第一の典型的実施形態を示している。

図１は、ドーム型要素４を有する本発明によるスプリング支柱ドーム２の第一の典型的実施形態を示す斜視図である。本発明によると、図に示すスプリング支柱ドーム２は、マッシブ成形によって、特に伸張、加圧、又は伸張−加圧成形によって、又は少なくとも２つの適した再成形プロセスの組み合わせによって製造する。結果的に、図２に示すスプリング支柱ドームは、既存技術で知られているスプリング支柱ドームに比べて同等の特性を少ないパーツ数及び／又は薄い壁厚で達成している。さらに、本発明によるスプリング支柱ドームの図１に示した典型的実施形態では、スプリング支柱ドーム２の剛性を高めるリブ６を有する。スプリング支柱部の支持領域８の周りに星形様に配置したリブ６が在ることで、物質内の応力が分散され、応力が消失する結果、スプリング支柱ドームの剛性を高めることができる。リブ６の断面は、アタッチメント７の領域からその先の部品へと拡張しており、その結果、前述の領域に特に高い剛性が得られ、及び／又は部品の全体的なシートメタル厚が抑えられる。スプリング支柱ドーム２は、鋼、又は合金鋼から成り、特に高延性鋼、又は焼き戻し鋼から成る。これによって製造されたスプリング支柱ドーム２の優れた機械的性質とともに十分な変形能が得られる。図１に示したスプリング支柱ドームは、取り付け領域１０を介して隣接する車体１２へと連結されている。ここで、隣接する車体パーツ１２は、深絞り加工パーツとして構成される。溶接工程によって、特に抵抗溶接によって対応する連結が行われることが好ましい。本発明によるスプリング支柱ドームの図に示す典型的実施形態では、スプリング支柱ドームがその先の部品に特に単純に連結して、車体構造の中に組み込まれている。

図２を参照すると、本発明によるスプリング支柱ドームの第二の典型的実施形態は、隣接する車体構造の中に組み込まれたドーム型要素４を有する。図２に示した本発明によるスプリング支柱ドームの典型的実施形態もまた、マッシブ成形プロセスによって製造し、スプリング支柱ドーム２の剛性を高めるリブ６を有する。リブ６は、スプリング支柱部の支持領域８の周りに同様に星形様に配置されている。この均質で均一なリブ６の配置が、部品内の応力消失の最適化を確実にする。本発明によるスプリング支柱ドームの上述した典型的実施形態とは対照的に、リブ６はスプリング支柱部の支持領域の中に拡張した断面を有する。さらに、図２に示した典型的実施形態は、周囲に厚みのある材料部分９を更に有しており、これがスプリング支柱ドームの剛性を同様に高める。このスプリング支柱ドームは、まず縦型キャリア１１に連結して、次に深絞り部品１３に連結する。深絞りパーツ１３は、材料を節約するための切欠き１５と深絞りパーツの剛性を上げるビード１７とを有する。

図３は、図２に示した本発明によるスプリング支柱ドーム２の第二の典型的実施形態における断面線Ｖ−Ｖに沿った断面を示している。図３に示した断面において、スプリング支柱ドーム２の剛性を高めるリブ６が明確に確認できる。リブの断面はスプリング支柱部１４の支持領域８の方向に拡張して、負荷に見合った様に部品内の応力を分散する。その結果、特に高い負荷がかかる領域において特に、応力の消失により多くの材料が提供されており、結果的に負荷に見合った剛性の増大をもたらす。さらに、図３に示す断面には、スプリング支柱ドーム２を取り巻く車体構造の更なる要素１２、１１、１３へ連結する取り付け領域１０が示されている。この取り付け領域１０の壁厚は、好ましくは１．５ミリメートル以下に薄くなっており、信頼性の高い溶接、特に抵抗溶接、又はレーザー溶接を確実なものにしている。

図４は、本発明によるスプリング支柱ドーム２の図２に示す第二の典型的な実施形態を断面線ＩＶ−ＩＶに沿った断面で示す図である。図３に示した断面線Ｖ−Ｖに沿った断面とは対照的に、この断面は、スプリング支柱ドームの剛性を高めるリブを有する領域に関連していない。対照的に、図４では、剛性を高める周囲に厚みのある材料部分９を示している。図４には、さらに、例えばスプリング支柱ドーム２のドーム型要素４上のリブ部分、又は厚みのある材料部分がない領域において、ボルト１８によってスプリング支柱部１４のスプリング支柱支承板１６を固定していることを示している。

図５は、本発明によるスプリング支柱ドームの製造方法の第一の典型的実施形態を示している。図５に示した方法によれば、スプリング支柱ドームは、少なくとも２ミリメートルの厚さｄを持つ板２２から作られる。板２２をマッシブ成形することでスプリング支柱ドームを製造し、図示の場合は型成形である。このため、上部型２４と下部型２６から成るマッシブ成形用型に板２２を移動させる。上部型２４の内輪郭２８及び下部型２６の内輪郭３０は、製造するスプリング支柱ドームの外面プロファイルに対応している。この板２２を再成形するには、まず初めに、板２２の厚さよりも広い間隔に互いに配置した上部型２４と下部型２６から成るマッシブ成形用型に入れる。板２２は再成形前に加熱されてもよい。続いて半型２４と半型２６の２つを閉じることによって、板の材料を所望の形に再成形する。このようにして、所望の複雑性を有する構造、特にスプリング支柱ドームの剛性を高める構造を有し、マッシブ成形部品の有利な特性を有するスプリング支柱ドームが製造できる。

Claims (11)

1. 車体の個別パーツとしてのドーム型要素（４）を有するスプリング支柱ドーム（２）の製造方法において、半製品がマッシブ成形によって前記ドーム型要素（４）の形に再成形され、剛性を高める構造がマッシブ成形によって前記ドーム型要素（４）に追加的に導入されていることを特徴とするスプリング支柱ドーム（２）の製造方法。
2. 請求項１に記載の方法において、増大した壁厚、特にリブ（６）又はウェブを有する領域を前記ドーム型要素（４）に導入して剛性を高めることを特徴とする方法。
3. 請求項１又は２に記載の方法において、前記半製品の厚さが少なくとも２ミリメートル、好ましくは少なくとも３ミリメートルであることを特徴とする方法。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法において、回転、鍛錬、据込み鍛錬、及び／又は圧縮によって前記半製品が再成形されることを特徴とする方法。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法において、前記半製品をマッシブ成形の前に加熱することを特徴とする方法。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法において、前記半製品が鋼、又は合金鋼から成ることを特徴とする方法。
7. 特に、請求項１乃至６に記載の方法によって製造したドーム型要素（４）を有するスプリング支柱ドームであって、前記ドーム型要素をマッシブ成形パーツとして構成したスプリング支柱ドームにおいて、前記ドーム型要素（４）が、当該ドーム型要素（４）の剛性を高めるような構成を有することを特徴とするスプリング支柱ドーム。
8. 請求項７に記載のスプリング支柱ドームにおいて、前記ドーム型要素（４）が、特にリブ（６）又はウェブといった壁厚が増大した領域を具え、剛性を高めていることを特徴とするスプリング支柱ドーム。
9. 請求項７又は８に記載のスプリング支柱ドームにおいて、前記ドーム型要素（４）が鋼、又は合金鋼から成ることを特徴とするスプリング支柱ドーム。
10. 請求項７乃至９のいずれか一項に記載のスプリング支柱ドームにおいて、前記ドーム型要素（４）が自動車の更なる要素と連結する領域を有することを特徴とするスプリング支柱ドーム。
11. 請求項７乃至１０のいずれか一項に記載のスプリング支柱ドームと、好ましくは深絞りパーツである自動車の少なくとも１つの隣接部品（１１、１２、１３）を具えることを特徴とする組立品。

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