JP6275521B2

JP6275521B2 - 車両用衝突補強材の製造方法

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Publication number: JP6275521B2
Application number: JP2014061469A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　貴之; 貴之鈴木; 正樹古橋
Original assignee: Aisin Takaoka Co Ltd
Current assignee: Aisin Takaoka Co Ltd
Priority date: 2014-03-25
Filing date: 2014-03-25
Publication date: 2018-02-07
Anticipated expiration: 2034-03-25
Also published as: JP2015182630A

Description

本発明は、車両用衝突補強材及びその製造方法に関する。

ドアインパクトビーム等に代表される車両用衝突補強材の分野では、補強材の衝突安全性能の向上及び軽量化を図るために、ホットプレス加工法（熱間プレス加工法）が採用される傾向にある。ちなみにホットプレス加工法（熱間プレス加工法）とは、焼入れ可能な金属の板材を出発材料とし、この金属板材を所定の高温度にまで加熱し、この加熱された金属板材を相対的に低温のプレス型でプレス成形することにより付形と焼入れとを同時達成するプレス加工法をいう。

従来、ホットプレス加工法で作られた車両用部品に対して別部品を取り付けたい場合（例えば、ホットプレス加工法で作られたドアインパクトビームに対して発泡樹脂製のエネルギー吸収パッドを取り付けたい場合など）には、別部品取り付け用のナット（孔の内壁面に雌ねじが形成された取付け用ナット）をホットプレス部品に対して事後的に溶接していた（図２参照）。ちなみに、自動車用構造材の鋼板部分にナットをプロジェクション溶接する技術としては、例えば特許文献１，２及び３がある。

特開２０１０−１１６５９２号特開２０１２−０８２８９０号特開２０１２−１７９６４６号

しかしながら、ホットプレス部品に対するナット溶接には種々の問題点があった。例えば、イ）：溶接強度の不足によるナット剥がれ、ロ）：溶接時のスパッタ付着によるネジ不良（つまり、溶接時に溶融金属の飛沫がネジ溝又はネジ山に付着して正規のネジ形状を阻害すること）、ハ）：溶接時の入熱によるネジピッチの不良（ネジの変形）、ニ）：溶接時に発生した残留応力に伴う溶接個所の遅れ破壊、などである。
なお、特許文献２及び３は、遅れ破壊の問題を考慮したものであるが、上記のようなナット溶接の問題点の全てを解消するものではない。

本発明の目的は、ナット溶接によることなく、別部品取り付け用雌ねじ部が形成された車両用衝突補強材の製造方法を提供することにある。

請求項１の発明は、車両用衝突補強材を製造する方法であって、
焼入れ可能な金属からなる金属板材を８００℃以上の高温度に加熱する加熱工程と、
前記高温状態の金属板材を相対的に低温の一対のプレス型でプレス成形すると共に前記一対のプレス型による型締め状態を維持することにより、金属板材への付形と焼入れとを行うプレス工程と、
前記一対のプレス型による型締め時で且つ前記金属板材が４００℃以上の温度を保っているときに、前記金属板材の一部に対しバーリング加工を施すことにより、当該金属板材の表面から突出した円筒状フランジ部を有するバーリング加工部を形成するバーリング工程と、
前記一対のプレス型による型締め時で且つ前記金属板材が４００℃以上の温度を保っているときに、前記バーリング加工に続いてタッピング加工を施すことにより、前記バーリング加工部の孔の内壁面に雌ねじ部を形成するタッピング工程と、
前記金属板材の温度が４００℃未満となった後に、前記一対のプレス型を離間させる型開き工程と、
を備えてなることを特徴とする車両用衝突補強材の製造方法である。

本発明の方法によれば、ナット溶接によることなく、概ね「熱間プレス加工を受ける板状部と、前記板状部の一部に対しバーリング加工を施すことで形成される、前記板状部の表面から突出した円筒状フランジ部を有するバーリング加工部と、前記バーリング加工部の孔の内壁面に形成された雌ねじ部と、を備えてなる車両用衝突補強材」を効率的且つ低コストで製造することができる。特に、バーリング加工及びタッピング加工（雌ねじ部の形成）は、金属板材が４００℃以上の温度を保った状態、つまり金属板材が焼入れされる前の非硬化状態で行われるため、各加工を無理なく円滑に行うことができると共に、残留応力を極力小さく抑制することができる。

請求項２の発明は、請求項１に記載の車両用衝突補強材の製造方法において、
前記バーリング工程及びそれに続く前記タッピング工程では、タッピングパンチが使用され、当該タッピングパンチは、先端部がバーリング加工用のパンチ部として形成されていると共に、前記先端部に続く中間部分がタッピング加工用のねじ切り部として形成されている、ことを特徴とする。

バーリング加工用のパンチ部とタッピング加工用のねじ切り部とが連続一体化したタッピングパンチを用いることで、バーリング加工及びそれに続くタッピング加工（雌ねじ部の形成）を短時間で効率的に実施することができる。

本発明によれば、別部品取り付け用雌ねじ部が形成された車両用衝突補強材を、ナット溶接によることなく準備することができ、ナット溶接に伴う種々の問題点を回避することができる。また、部品コスト及び製造コストを低減することができる。

ドアインパクトビームの一例を示す正面図。図１のＡ−Ａ線における別部品取り付け用のナット（従来例）の断面図。図１のＡ−Ａ線における別部品取り付け部（本発明）の断面図。本発明で使用するタッピングパンチの拡大正面図。本発明に従う製造方法の一連の工程を示す概略断面図。本発明に従う製造方法の一連の工程を示す概略断面図。本発明に従う製造方法の一連の工程を示す概略断面図。本発明に従う製造方法の一連の工程を示す概略断面図。本発明に従う製造方法の一連の工程を示す概略断面図。本発明に従う製造方法の一連の工程を示す概略断面図。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１は、車両用衝突補強材の一種であるドアインパクトビーム１０の一例を示す。後述の図５〜１０によって明らかとなるように、ドアインパクトビーム１０は、その横断面形状がいわゆるハット形をなしており、そのハット形の両裾部分の一つを形成する長板状の側部フランジ１１に少なくとも１つの別部品取り付け部１２が設けられている。従来、図２に示すように、別部品取り付け部１２は、側部フランジ１１に貫通形成された孔１３の上位置において側部フランジ表面に溶接されたナット１４によって構成されていた。ちなみに、ナット１４の中心孔の内壁面には、雌ねじ部１５が形成されている。

これに対し、本実施形態では図３に示すように、長板状の側部フランジ１１における別部品取り付け部１２は、側部フランジ１１に対しバーリング加工を施すことで形成されるバーリング加工部２１と、そのバーリング加工部２１の孔の内壁面に形成された雌ねじ部２２とから構成されている。ここで、本実施形態のバーリング加工部２１は、側部フランジ１１の板厚（Ｔ）相当の深さを有する孔（ベース孔２３ａ）を形作っている孔周辺部２３と、その孔周辺部２３の直上に位置して側部フランジ１１の一方表面から突出した円筒状フランジ部２４とからなる。孔周辺部２３によって区画形成される孔（ベース孔２３ａ）と、円筒状フランジ部２４によって区画形成される孔（延長孔２４ａ）とは、内径が同一であり、両孔（２３ａ，２４ａ）によって連続した一連の貫通孔２５が構築される。この貫通孔２５は側部フランジ１１に対して直交している。そして、この一連の貫通孔２５の内壁面の全体に、タッピング加工によって雌ねじ部２２が形成されている。

次に、図４〜図１０を参照して、別部品取り付け部１２付きドアインパクトビーム１０の製造手順の一実施形態を説明する。

本実施形態では、一対のプレス型として、固定型たる下型３１と、可動型たる上型３２とが用いられる。上型３２は下型３１に対して垂直方向に接近（接合）及び離間可能に設けられている。下型３１及び上型３２は、協働して金属板材４０に所望の形状を付与するための凹凸形状を有している（図５では、上型に中央凸部３２ａ、下型に中央凹部３１ａ）。図５に示すように、上型３２には更に、タッピングパンチ３４及びその駆動機構３８が設けられている。

図４に示すように、タッピングパンチ３４は全体として丸棒状をした加工工具である。タッピングパンチ３４の先端部（図４では下端部）は、バーリング加工用のパンチ部３５として構成されている。また、タッピングパンチ３４の先端部に続く中間部分は、その外周面に螺旋状のネジ山が設けられたタッピング加工用のねじ切り部３６として構成されている。そして、タッピングパンチの基端部３７（図４では上端部）は駆動機構３８（図５参照）と作動連結されている。

駆動機構３８は、図示しない電動モータ及びギヤ伝達系を備えており、タッピングパンチ３４をその中心軸線周りで回転させながら垂直方向に上下動するための機構である。この駆動機構３８の作用により、上型内部の待機室３２ｂに収められたタッピングパンチ３４は、下型３１に対して出没（突出および没入）することができる。なお、下型３１には、上型３２に取り付けられたタッピングパンチ３４と対向する位置において、上型３２から突出したタッピングパンチ３４の先端部分を受け入れるための受容領域としての凹部３１ｂが設けられている。

ホットプレス加工に先だち、出発材料となる金属板材４０が、材料鋼板を所定の平面形状にブランキングすることで用意される。金属板材４０は、例えば板厚が１〜２ｍｍのホットプレス加工用の高張力鋼板である。

続いて、ブランキングした金属板材４０を、電気加熱炉等の加熱装置（図示略）で８００℃以上、好ましくは８００〜１０５０℃の温度（本例では約９００℃）に加熱する。そして、高温状態の金属板材４０を、図５に示すように型開き状態の下型３１に向けて高速搬送し、下型３１上にセットする。このとき、上型３２は下型３１の上方に待機すると共に、タッピングパンチ３４は上型３２内に没入した状態にある。

金属板材４０のセット完了後、上型３２を下型３１に向けて下動させ、図６に示すように、上型３２が下死点位置に達したところで上下両型により金属板材４０をプレス成形（即ち付形）する。なお、図６は、金属板材４０を横断面ハット形にプレス成形した状態を示しており、図６では、上型の中央凸部３２ａ（及び下型の中央凹部３１ａ）の左右に位置する上型３２の下面部（及び下型３１の上面部）によって、ドアインパクトビームの側部フランジ１１が造形されている。図６に示す上型３２の下死点到達時を型締め開始時（ｔ＝０秒）として、その後、この型締め状態が所定時間（本例では約１０秒間）維持される。

上型３２の下死点到達（即ち型締め開始）と同時に、駆動機構３８によってタッピングパンチ３４が回転しながら下降（下方突出）する。すると図７に示すように、タッピングパンチ先端のパンチ部３５が、右側の側部フランジ１１の一部を下向きに押し出すようにして貫通し、その結果、当該側部フランジ１１には、円筒状フランジ部２４を含むバーリング加工部２１が形成される。このバーリング加工は、型締め開始時（ｔ＝０秒）から約１秒以内に完了する。このため、プレス成形後の金属板材４０は依然として、マルテンサイト変態を開始する前の温度である４００℃以上の温度を保っている。

図７のバーリング加工に引き続いて、タッピングパンチ３４は回転しながら更に下降する。すると図８に示すように、タッピングパンチのねじ切り部３６がバーリング加工部２１の貫通孔２５内に進入し、当該貫通孔２５の内壁面全体に螺旋状に溝が切られた雌ねじ部２２を形成する。このタッピング加工は、型締め開始時（ｔ＝０秒）から、３秒乃至５秒の時間帯で完了する。このため、プレス成形後の金属板材４０は依然として、マルテンサイト変態を開始する前の温度である４００℃以上の温度を保っている。なお、金属板材４０が４００℃以上の温度を保っているため、ねじ切り部３６による塑性加工（タッピング加工）を円滑に行うことができる。

バーリング加工部２１の貫通孔２５全体に対するタッピング加工が完了したら、駆動機構３８はタッピングパンチ３４を逆回転させながら上昇させ、図９に示すように、バーリング加工部２１内からタッピングパンチ３４を離脱させ、上型の待機室３２ｂ内に没入させる。タッピングパンチ３４の離脱後退には５秒程度の時間を要する。この約５秒の後、つまり型締め開始時から概ね１０秒後（ｔ＝約１０秒）には、金属板材の温度が４００℃を下回って２００〜２５０℃程度にまで低下し、マルテンサイト変態が起きて金属板材４０への焼入れが達成される。

型締め開始時から約１０秒が経過し焼入れが完了したところで、図１０に示すように、上型３２を下型３１から離間させ型開きすることで、側部フランジ１１に別部品取り付け部１２（バーリング加工部２１及び雌ねじ部２２）が付与されたドアインパクトビーム１０を得ることができる。

［実施形態の効果］
本実施形態によれば、別部品取り付け部１２を有するドアインパクトビーム１０を、従来例のごときナット溶接によることなく、ホットプレス加工に付随した一連のバーリング加工及びタッピング加工によって得ることができる。従って、ナット溶接に伴う種々の問題点（上記イ、ロ、ハ、ニの各項参照）を回避することができる。また、ナットの不採用により、部品コスト及び製造コストを低減することができる。

本実施形態によれば、ホットプレス加工のプロセスの中で一連のバーリング加工及びタッピング加工を同時的又は同期的に施すことができるため、加工箇所の位置精度を向上させることができる。

更に、雌ねじ部２２の必要深さ（図３に雌ねじストローク長Ｌとして示す）を得る場合でも、図３の実施形態によれば、図２の従来例に比べて、側部フランジ１１表面からの別部品取り付け部１２の突出高ｈを低くすることができる。すなわち、図２の従来例では、側部フランジ１１に貫通形成された孔１３の内壁面に雌ねじは形成されず、側部フランジ表面に溶接されたナット１４の中心孔の内壁面にのみ雌ねじ部１５が形成される。それ故、必要な雌ねじストローク長Ｌはナット１４の高さｈ14によって決まり、その結果、図２の従来例における取り付け部１２の突出高ｈは、ｈ＝ｈ14＝Ｌ、となる。

これに対し図３の実施形態では、側部フランジ１１に貫通形成されたベース孔２３ａおよび円筒状フランジ部２４の延長孔２４ａによって構成される一連の貫通孔２５の内壁面に雌ねじ部２２が形成される。それ故、必要な雌ねじストローク長Ｌは、側部フランジ１１の板厚Ｔと円筒状フランジ部２４の高さｈ24によって決まる（Ｌ＝Ｔ+ｈ24）。その結果、図３の実施形態における取り付け部１２の突出高ｈは、ｈ＝ｈ24＝Ｌ−Ｔ、となる。従って、図３の突出高ｈ（＝ｈ24）＜図２の突出高ｈ（＝ｈ14）となり、本実施形態によれば、従来例に比べて、側部フランジ１１表面からの別部品取り付け部１２の突出高ｈを低くすることができる。

本発明を適用可能な車両用衝突補強材としては、ドアインパクトビームの他に、バンパーリインフォースメント、車体骨格を構成するピラー材（いわゆるＡピラー、Ｂピラー等）等を例示することができる。

１０…ドアインパクトビーム（車両用衝突補強材）、
１１…側部フランジ（板状部）、
１２…別部品取り付け部、
２１…バーリング加工部、
２２…雌ねじ部、
２３…孔周辺部、
２３ａ…ベース孔、
２４…円筒状フランジ部、
２４ａ…延長孔、
２５…一連の貫通孔(23a+24a)、
３１…下型（固定プレス型）、
３２…上型（可動プレス型）、
３４…タッピングパンチ、
３５…タッピングパンチのパンチ部、
３６…タッピングパンチのねじ切り部、
４０…金属板材。

Claims

車両用衝突補強材を製造する方法であって、
焼入れ可能な金属からなる金属板材を８００℃以上の高温度に加熱する加熱工程と、
前記高温状態の金属板材を相対的に低温の一対のプレス型でプレス成形すると共に前記一対のプレス型による型締め状態を維持することにより、金属板材への付形と焼入れとを行うプレス工程と、
前記一対のプレス型による型締め時で且つ前記金属板材が４００℃以上の温度を保っているときに、前記金属板材の一部に対しバーリング加工を施すことにより、当該金属板材の表面から突出した円筒状フランジ部を有するバーリング加工部を形成するバーリング工程と、
前記一対のプレス型による型締め時で且つ前記金属板材が４００℃以上の温度を保っているときに、前記バーリング加工に続いてタッピング加工を施すことにより、前記バーリング加工部の孔の内壁面に雌ねじ部を形成するタッピング工程と、
前記金属板材の温度が４００℃未満となった後に、前記一対のプレス型を離間させる型開き工程と、
を備えてなることを特徴とする車両用衝突補強材の製造方法。
前記バーリング工程及びそれに続く前記タッピング工程では、タッピングパンチが使用され、当該タッピングパンチは、先端部がバーリング加工用のパンチ部として形成されていると共に、前記先端部に続く中間部分がタッピング加工用のねじ切り部として形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の車両用衝突補強材の製造方法。