JP7140094B2 - 自動車用衝突エネルギー吸収部品を有する車体の製造方法 - Google Patents
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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があった。
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、本発明における自動車用衝突エネルギー吸収部品は塗膜形成部材を有するので、自動車部品の製造の塗装工程に一般的に行われている電着塗装を活用して目標とする厚みの塗膜が形成でき、生産コストを大きく上昇させることなく車体の製造が可能となる。
部品製造工程S1で製造される自動車用衝突エネルギー吸収部品は従来にない新規の部品であるため、製造方法の説明に先立って、まず、この自動車用衝突エネルギー吸収部品について説明する。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。
自動車用衝突エネルギー吸収部品1(図2参照)は、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ものである。図2に示すように、ハット断面部材を用いて形成された筒状部材3の内面側に塗膜形成部材5を設けており、ハット断面部材と塗膜形成部材5の間の隙間に電着塗料による塗膜13が形成されている。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が座屈耐力を超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の内面側であって、コーナー部7cを含む部分に0.2mm以上3mm以下の隙間11(図4参照)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縦壁部7bまたは接合部10に接合されている。
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板厚を厚くしたり軸方向に延びるビード形状を形成したりするようにすればよい。
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コストの掛る材料や工程の追加を要するものではなく、従来の自動車部品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、自動車部品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。
次に、上記自動車用衝突エネルギー吸収部品1を有する車体の製造方法の各工程について以下に説明する。
部品製造工程S1は、自動車用衝突エネルギー吸収部品1(図1参照)を製造するものであり、筒状部材3に塗膜形成部材5を設けた塗装前部品2(図4参照)を製造する塗装前部品製造工程S1-1と、塗装前部品2に塗膜13を形成する塗膜形成工程S1-2を備えている。各工程について図1、図4及び図5を用いて説明する。図5(a)は塗装前部品製造工程S1-1で製造される塗装前部品2の断面図であり、図5(b)は塗膜形成工程S1-2で塗装前部品2に塗膜が形成された部品(自動車用衝突エネルギー吸収部品1)の断面図である。
塗装前部品製造工程S1-1は、アウタ部品7及びインナ部品9が接合部10で接合されてなる筒状部材3の内面側に塗膜形成部材5を設けた塗装前部品2(図4参照)を製造する工程である。
図5に示すように、アウタ部品7のコーナー部7cを含む範囲の内側に、アウタ部品7の内面との間に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の内面にスポット溶接等により接合する(接合部12)。
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S1-2は、塗装前部品製造工程S1-1で製造された塗装前部品2の隙間11に塗膜13を形成させる工程である。塗装前部品2に、自動車部品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。
電着塗装の際には、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S1-2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。
以上のように、塗装前部品2に塗膜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が製造される。
車体組立工程S3は、部品製造工程S1で製造された自動車用衝突エネルギー吸収部品1を車体の前部又は後部に取り付けて車体を組み立てるものである。
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。
また、自動車用衝突エネルギー吸収部品1は、車体にスポット溶接、レーザ溶接等により接合して組み付けるとよく、その際に接合部品の塗装を予め剥離する、あるいは、塗装前にシールして塗料の付着を防止するとよい。
例えば図6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を主体とする内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の内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7に示すようにコーナー部7cを主体とする内面に塗膜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7(a))、一つの塗膜形成部材5を用いて縦壁部7bに接合部12を設けてもよい(図7(b))。
さらに、図9に示すようなハット断面型の塗膜形成部材5をアウト部材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10(a)は、対向したハット断面部材のそれぞれに図6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10(b)は図7(a)に示した態様、図10(c)は図8(a)に示した態様、図10(d)は図9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10においては、アウタ部品7については図5~図9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10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。
また、一方のアウタ部品またはインナ部品が塗膜形成部材5により塗膜13を有し、他方のインナ部品またはアウタ部品が従来の塗膜形成部材のないハット断面部材や山折れ部材でも良い。
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の内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15)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を備えずに塗膜13を形成させたものである。
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1.26kgであり、吸収エネルギーは8.1kJと比較例2よりも増加したが、筒状部材3が蛇腹状とならず不均一な変形が発生した。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)と比較しても大幅に向上した。
発明例1の試験体重量(=1.25kg)は比較例1(=1.06kg)、比較例3(=1.06kg)及び比較例4(=1.07kg)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8.9kJ/kgであり、比較例1(=6.1kJ/kg)、比較例3(=7.6kJ/kg)及び比較例4(=7.9kJ/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。
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7.6kJ/kgであり、比較例2(=6.0kJ/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に不均一変形が生じたが、発明例3では比較的均一な蛇腹形状であった。
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1.14kgであり、さらに、単位重量当たりの吸収エネルギー(=9.8kJ/kg)は、発明例1(=8.9kJ/kg)及び比較例4(=7.9kJ/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9.9kJ/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(=195Hz)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、発明例1~5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 (1)
- 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ものであって、蛇腹形状の曲げ部の内側に塗膜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自動車用衝突エネルギー吸収部品を有する車体の製造方法であって、
前記自動車用衝突エネルギー吸収部品を製造する部品製造工程と、該部品製造工程で製造された前記自動車用衝突エネルギー吸収部品を車体の前部又は後部に取り付けて車体を組み立てる車体組立工程とを備え、
前記部品製造工程は、
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、該筒状部材より強度の低い材質からなり、前記筒状部材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の内面に0.2mm以上3mm以下の隙間を空けて配設されて塗膜を形成するための塗膜形成部材と、を有する塗装前部品を製造する塗装前部品製造工程と、
前記塗装前部品の電着塗装の際に、該塗装前部品における少なくとも前記隙間と塗膜形成部材の表面に、電着工程で電着塗料による0.2mm以上3mm以下の塗料層を形成し、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を有する車体の製造方法。
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