JP2022034129A - 自動車用衝突エネルギー吸収部品、該自動車用衝突エネルギー吸収部品の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
また、発砲樹脂を隙間なく充填するという追加工程が発生し、自動車部品製造における生産コストが上昇するという問題もあった。
本発明は、かかる知見に基づいてなされたものであり、具体的には以下の構成からなるものである。
また、自動車エンジンからの振動や自動車走行時に各方向から車体に入力する振動を吸収し、制振性を向上することができる。
さらに、本発明においては塗膜形成部材を有するので、自動車製造の塗装工程で一般的に行われている電着塗装において目標とする厚みの塗膜が形成でき、従来の自動車製造ラインのまま製造することができる。
本実施の形態に係る自動車用衝突エネルギー吸収部品について、以下に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
図2は自動車用衝突エネルギー吸収部品1の電着塗装前の状態(以降、塗装前部品2という)を示すものである。図1及び図2に基づいて、以下、各部材について説明する。
筒状部材3は鋼板等の金属板からなり、天板部7a、縦壁部7b及び天板部7aと縦壁部7bをつなぐコーナー部7cを有するハット断面形状のアウタ部品7(本発明におけるハット断面部材)と、平板状のインナ部品9が、アウタ部品7のフランジ部である接合部10で接合されて筒状に形成されたものである。
このような筒状部材3を有する自動車用衝突エネルギー吸収部品1は、自動車用衝突エネルギー吸収部品1の軸方向先端に衝突荷重を入力し、筒状部材3が座屈耐力を越えて軸圧壊する過程において、筒状部材3に蛇腹状に座屈変形を繰り返し発生させることで衝突エネルギーを吸収するものである。
塗膜形成部材5は鋼板等の金属板からなり、アウタ部品7の外面側であって、コーナー部7cを含む部分に0.2mm以上3mm以下の隙間11が形成されるように配置され、接合部12でスポット溶接等により接合されている(図2参照)。
塗膜形成部材5は、アウタ部品7の軸方向の全長に亘って設けてもよいが、自動車用衝突エネルギー吸収部品1における蛇腹変形をさせたい範囲にのみ設けるようにしてもよい。
例えば自動車用衝突エネルギー吸収部品1を車体の前部に設置し、前端から軸方向中程までの範囲を蛇腹変形させたい場合には、アウタ部品7のこの範囲に塗膜形成部材5を設ければよい。そして、アウタ部品7における塗膜形成部材5を設けていない部分、例えば軸方向の中程から後端までの範囲は、変形強度を高めるために例えば軸方向に延びるビード形状を形成する、あるいは板厚を厚くするようにすればよい。
電着塗装については後述する実施の形態2にて具体的に説明する
このような塗膜13を形成することで自動車用衝突エネルギー吸収部品1の衝突エネルギー吸収効果が向上する理由について以下に説明する。
つまり、高強度鋼板を用いた自動車用衝突エネルギー吸収部品が蛇腹状に座屈変形すると、鋼板強度の増加に伴って蛇腹形状の曲がり先端に割れが発生しやすくなるということであり、これは、自動車車体の軽量化のために鋼板のさらなる高強度化を進展させることを阻害する要因ともなっていた。
(参考文献1)長谷川浩平、金子真次郎、瀬戸一洋、「キャビン周りの車体部品の軽量化に貢献する高強度冷間圧延・合金化溶融亜鉛めっき(GA)鋼板」、JFE技報、No.30(2012年8月)、p.6-12.
ここで、金属板と金属板との間に介在する物としては、部品の重量増を避けるために可能な限り軽量なものが好ましく、さらに、従来例の発泡樹脂等のように部品製造において材料や工程の追加を要するものではなく、従来の自動車製造ラインのまま製造できるものが好ましい。そこで本発明は、自動車製造で一般的に行われている電着塗装の塗料を活用することとした。
本実施の形態に係る自動車用衝突エネルギー吸収部品1は、衝突時に筒状部材3が座屈変形した際、蛇腹形状の凹状曲げ部の内側に塗膜13が介在することで曲げ半径を大きくして割れの発生を抑制することができるので、衝突エネルギー吸収効果が向上する。
なお、塗膜13の適切な厚みが0.2mmから3mmであることについては、後述する実施例で説明する。
例えば、軸圧壊させて衝突エネルギーを吸収する部品であるフロントサイドメンバーとして自動車用衝突エネルギー吸収部品1を用いる場合においては、該フロントサイドメンバーに搭載される自動車エンジンの振動を塗膜13が吸収し、制振性が向上する。この制振性向上の効果についても後述する実施例にて説明する。
本実施の形態では、実施の形態1で説明した自動車用衝突エネルギー吸収部品1の製造方法について説明する。
本実施の形態に係る自動車用衝突エネルギー吸収部品1の製造方法は、筒状部材3に塗膜形成部材5を設けた塗装前部品2を製造する部品製造工程と、塗装前部品2を車体に取り付けた後に、塗装前部品2に塗料層を形成し、焼付処理によって塗料層を熱硬化させて塗膜13を形成する塗膜形成工程とを備えるものである。
各工程について図1及び図2に示した自動車用衝突エネルギー吸収部品1の断面図である図4を用いて以下に具体的に説明する。
部品製造工程は、アウタ部品7及びインナ部品9が接合されてなる筒状部材3の外面側に塗膜形成部材5を設けた塗装前部品2を製造する工程である。
図4(a)に例を示すように、アウタ部品7のコーナー部7cを含む範囲の外側に、アウタ部品7の外面との間に0.2mm~3mmの隙間11を空けて塗膜形成部材5を設置し、縦壁部7bの外面にスポット溶接等により接合する。また、塗膜形成部材5をアウタ部品7の天板部7aに接触させて、さらに接合してもよい(図6(b)、図7(b)参照)。
アウタ部品7とインナ部品9の接合及びアウタ部品7と塗膜形成部材5の接合は、どちらを先に行ってもよい。
塗膜形成工程は、隙間11に塗膜13を形成させる工程である。上述した部品製造工程で製造した塗装前部品2が車体に取り付けられた状態において、自動車の製造過程で一般的に行われている電着塗装が施されることで、隙間11に塗膜13が形成される。
以下に、電着塗装及び自動車製造におけるその他の塗装工程について概説しながら本工程について説明する。
電着塗装は電着によって鋼板に塗料層を形成させる処理と乾燥炉(オーブン)等によって塗料層を硬化させる処理が施される。以下に電着塗装の一例を説明し、本実施の形態の塗膜形成工程との対応を示す。
電着槽内における通電によって表面に電着塗料の塗料層が形成された車体部品は、その後の水洗などの処理を経て高温の乾燥炉(オーブン)に運ばれ、焼付処理によって塗料層を硬化させる。
隙間11以外の他の部位にも鋼板表面に電着塗料による塗料層が形成されるが、その厚みは0.05mm程度と薄いため図示を省略する。
なお、塗膜13は隙間11内の全領域に亘って中実状態で形成されるのが好ましいが、隙間11の一部に空隙が存在した状態で塗膜13が形成される場合も考えられ、このような場合であっても塗膜13のない場合に比較して本発明の効果を奏することができるので、隙間11の一部に空隙が存在する場合を排除するものではない。
本発明の自動車用衝突エネルギー吸収部品1には、主に内板(内装)用に使用される軟質塗料による電着塗装の適用を想定しており、その種類としては例えば、ポリウレタン系カチオン電着塗料、エポキシ系カチオン電着塗料、ウレタンカチオン電着塗料、アクリル系アニオン電着塗料、フッ素樹脂電着塗料などが挙げられる。
中塗り塗装、上塗りベース塗装及び上塗りクリア塗装に使用される塗料の例としてはポリエステル-メラミン系塗料、アクリルーメラミン系塗料、アクリルーポリエステルーメラミン系塗料、アルキド・ポリエステルメラミン系塗料などが挙げられる。
例えば図5に示すように、縦壁部7bがわずかであって天板部7a及びコーナー部7cを主体とする外面に塗膜を形成するようにしてもよい。
また、前述したように、衝突時に特に割れが発生しやすいコーナー部7cの外面に塗膜を形成するようにすれば衝突エネルギー吸収効果の向上が期待できるため、図6に示すようにコーナー部7cを主体とする外面に塗膜13を形成するようにしてもよい。このとき、二つの塗膜形成部材5を用いて天板部7aと縦壁部7bにそれぞれ接合部12を設けてもよいし(図6(a))、一つの塗膜形成部材5を用いて天板部7aの中央と接触させ、さらに接合して、縦壁部7bに接合部12を設けてもよい(図6(b))。
さらに、図8に示すようなハット断面型の塗膜形成部材5をアウタ部材7とインナ部材9と合わせて接合部10で接合するようにしてもよい。
図9(a)は、対向したハット断面部材のそれぞれに図5に示した態様の塗膜形成部材5を設けた例である。同様に、図9(b)は図6(a)に示した態様、図9(c)は図7(b)に示した態様、図9(d)は図8に示した態様の塗膜形成部材5を設けた例である。
なお、図9においては、アウタ部品7については図4~図8と同じ符号を付し、インナ部品9についてはアウタ部品7に対応する符号を付している。
また、図9ではアウタ部品7とインナ部品9が同形状のハット断面部材である例を示したが、インナ部品9はアウタ部品7と異なる形状のハット断面部材であってもよい。
試験体21は、アウタ部品7とインナ部品9とがスポット溶接により接合された筒状部材3を有し、塗膜形成部材5がアウタ部品7の縦壁部7bの外面に接合されている。アウタ部品7と塗膜形成部材5の間には塗膜13が形成されている。
表2に、発明例である試験体21及び比較例である試験体31の構造及び塗膜の各条件及び試験体重量、さらに、軸圧壊試験を行ったときの吸収エネルギーの算出結果と、打撃振動試験により求めた固有振動数の結果を示す。
一方、比較例1~比較例4は、塗膜形成部材5を備えるが、塗膜13が形成されていない試験体31(図14)を用いたものであり、アウタ部品7の強度(材質)及び板厚やアウタ部品7と塗膜形成部材5間の隙間11を変化させたものである。
比較例5は、塗膜形成部材5を備えずに成膜させたものである。
比較例6は、試験体21と同様に塗膜形成部材5と塗膜13を備えるものであるが、塗膜形成部材5の材質がアウタ部品7及びインナ部品9の材質の強度を上回るものである。
試験体重量は1.28kgであり、吸収エネルギーは8.1kJと比較例1よりも増加したが、筒状部材3に破断が発生した。固有振動数は350Hzであった。
発明例1における吸収エネルギーは、11.1kJであった。塗膜13を形成していない同一材質の比較例1における吸収エネルギー(=6.5kJ)に比べて大幅に向上し、筒状部材3に破断は発生しなかった。その上、アウタ部品7を980MPa級の高強度鋼板とした比較例3(=8.1kJ)や1180MPa級の比較例4(=8.5kJ)と比較しても、吸収エネルギーは大幅に向上した。
発明例1の試験体重量(=1.28kg)は比較例1(=1.08kg)、比較例3(=1.08kg)及び比較例4(=1.09kg)よりも増加しているが、吸収エネルギーを試験体重量で除した単位重量当りの吸収エネルギーは8.7kJ/kgであり、比較例1(=6.0kJ/kg)、比較例3(=7.5kJ/kg)及び比較例4(=7.8kJ/kg)よりも向上した。
また、発明例1における固有振動数は430Hzであり、比較例1、比較例3及び比較例4(=155Hz)よりも大幅に上昇した。
試験体重量は1.21kgであり、発明例1(=1.28kg)よりも軽量となった。
発明例2における吸収エネルギーは9.0kJであり、同一形状でアウタ部品7の板厚が厚い比較例2における吸収エネルギー(=7.0kJ)に比べて向上した。筒状部材3に破断は発生しなかった。
さらに、発明例2における単位重量当たりの吸収エネルギーは7.4kJ/kgであり、比較例2(=5.9kJ/kg)よりも向上した。
また、発明例2における固有振動数は、340Hzであり、比較例2(=175Hz)よりも大幅に上昇した。
塗膜形成部材5の鋼板強度がアウタ部品7の鋼板強度を超える780MPaである比較例6では筒状部材3に破断が生じたが、発明例3では破断が生じなかった。
また、発明例3の吸収エネルギーは9.5kJであり、比較例6(=8.1kJ)と比べて向上した。
発明例4における吸収エネルギーは11.2kJであり、筒状部材3に破断は発生しなかった。アウタ部品7に同一素材の鋼板を用いて、破断が生じていた比較例4(=8.5kJ)よりも吸収エネルギーが大幅に向上した。
また、発明例4における試験体重量は発明例1よりも軽量の1.17kgであり、さらに、単位重量当たりの吸収エネルギー(=9.6kJ/kg)は、発明例1(=8.7kJ/kg)及び比較例4(=7.8kJ/kg)よりも向上した。
さらに、発明例4における固有振動数は310Hzであり、比較例4(=155Hz)よりも大幅に上昇した。
発明例5における吸収エネルギーは10.7kJ、単位重量あたりの吸収エネルギーは9.7kJ/kgであり、塗膜形成部材5を備えずに0.05mmの塗膜を形成した比較例5(=9.1kJ/kg)と比べて向上した。
また、比較例5は筒状部材に破断が生じたが、発明例5は破断が生じなかった。
さらに、発明例5における固有振動数は280Hzであり、比較例5(=155Hz)よりも上昇した。
上述するフロントサイドメンバーのような衝突部材である筒状部材3の固有振動数が、当該部材に搭載されるエンジンの振動の周波数範囲に入ると、共振して振動が大きくなる。
例えば、エンジンが通常走行の高回転域である4000rpmで回転すると、クランクシャフトは同じ回転数で回り、4サイクルエンジンでは2回転に1回爆発して振動するため、振動の周波数は4気筒エンジンで133Hz、6気筒エンジンで200Hz、8気筒エンジンで267Hzとなる。
従って、本発明の約280Hz以上の固有振動数であれば、上記の共振を確実に防ぐことができて制振性が向上するわけである。
2 塗装前部品
3 筒状部材
5 塗膜形成部材
7 アウタ部品
7a 天板部
7b 縦壁部
7c コーナー部
9 インナ部品
9a 天板部
9b 縦壁部
9c コーナー部
10 接合部(筒状部材)
11 隙間
12 接合部(塗膜形成部材)
13 塗膜
21 試験体(発明例)
31 試験体(比較例)
Claims (2)
- 車体の前部又は後部に設けられ、該車体の前方又は後方から衝突荷重が入力した際に軸圧壊して衝突エネルギーを吸収する自動車用衝突エネルギー吸収部品であって、
天板部と縦壁部を有するハット断面部材を用いて形成された筒状部材と、前記天板部と前記縦壁部の外面における前記天板部と前記縦壁部を連結するコーナー部を含む部分に、前記天板部外面および前記縦壁部外面および前記コーナー部外面と0.2mm以上3mm以下の隙間を空けて配設され、前記筒状部材より強度の低い材質からなる塗膜形成部材と、前記隙間に形成された電着塗料による塗膜とを有することを特徴とする自動車用衝突エネルギー吸収部品。 - 車体の前部又は後部に設けられ、該車体の前方又は後方から衝突荷重が入力した際に軸圧壊して衝突エネルギーを吸収する自動車用衝突エネルギー吸収部品の製造方法であって、
天板部と縦壁部を有するハット断面部材を用いて形成された筒状部材と、該筒状部材の外面における前記天板部と前記縦壁部を連結するコーナー部を含む部分に前記天板部外面および前記縦壁部外面および前記コーナー部外面と0.2mm以上3mm以下の隙間を空けて配設され、前記筒状部材より強度の低い材質からなる塗膜形成部材と、を有する塗装前部品を製造する部品製造工程と、
該塗装前部品を、前記車体に取り付けた状態において、前記隙間を含む部品表面に、電着塗装による電着工程で塗料層を形成し、これに続く塗料焼付処理で前記塗料層を熱硬化させて塗膜を形成する塗膜形成工程とを備えたことを特徴とする自動車用衝突エネルギー吸収部品の製造方法。
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