JP2008195298A - 車体部品およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 軽量でありながら高い曲げ剛性を有する板状の車体部品を提供する。
【解決手段】 ブランクを所定の形状に絞り加工したパネル１９に多数の小孔ｈを穿孔するので、そのパネル１９は高い曲げ剛性を有しながら、同じ材質で同じ曲げ剛性を有するソリッドなパネルに比べて軽量になる。また多数の小孔ｈを穿孔したパネル１９は引張強度が低下するが、そのパネル１９の外周を枠部材１３，１４，１６の内周に溶接することで、引張強度の不足を補償して軽量で高剛性の車体部品を得ることができる。またパネル１９に穿孔した多数の小孔ｈを接着剤付きシート２０で覆って防水すれば、小孔ｈを通しての水漏れを確実に阻止することができる。更に、パネル１９を車両の衝突時に圧壊する部分に配置すれば、小孔ｈの直径、数、配置間隔、開口率等を調整することで、任意の衝撃吸収性能を発揮させることができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、曲げ剛性の向上と軽量化との両立を図った板状の車体部品と、その車体部品の製造方法とに関する。

自動車の構造材に使用される薄板を、多数の貫通孔が形成された中心層と、その両側に積層される二つの表面層とで構成し、中心層の貫通孔の面積率を２０％〜８０％とし、かつ貫通孔の平均面積を２０ｍｍ² 以下とすることで張剛性を高めたものが、下記特許文献１により公知である。
特開平４−８９２３５号公報

しかしながら上記特許文献１に記載されたものは、薄板が多数の貫通孔が形成された中心層と、その両側に積層される二つの表面層とで構成されるため、その構造が複雑で製造コストが嵩むだけでなく、貫通孔の位置が外部から目視不能であるため、その薄板を製品形状に仕上げたときの貫通孔の位置が一定しない可能性がある。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、軽量でありながら高い曲げ剛性を有する板状の車体部品およびその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、パネルの少なくとも外周部を除く部分に多数の小孔を穿孔したことを特徴とする車体部品が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記パネルに穿孔した多数の小孔を接着剤付きシートで覆ったことを特徴とする車体部品が提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記パネルは、衝突時に圧壊する部分に配置されることを特徴とする車体部品が提案される。

また請求項４に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記パネルの小孔は、強度を要する部分を除いて穿設されることを特徴とする車体部品が提案される。

また請求項５に記載された発明によれば、板材から所定の形状のブランクを打ち抜くブランク工程と、前記ブランクを所定の形状に絞り加工するドロー工程と、絞り加工したパネルに多数の小孔を穿孔するピアス工程と、ピアス加工したパネルの外周の不要部を切除するトリム工程と、トリム加工したパネルを車体に固定する固定工程とを含むことを特徴とする車体部品の製造方法が提案される。

また請求項６に記載された発明によれば、板材から所定の形状のブランクを打ち抜くブランク工程と、前記ブランクに多数の小孔を穿孔するピアス工程と、ピアス加工したブランクを所定の形状に絞り加工するドロー工程と、絞り加工したパネルの外周の不要部を切除するトリム工程と、トリム加工したパネルを車体に固定する固定工程とを含むことを特徴とする車体部品の製造方法が提案される。

請求項１の構成によれば、パネルの少なくとも外周部を除く部分に多数の小孔を穿孔したので、そのパネルは高い曲げ剛性を有しながら、同じ材質で同じ曲げ剛性を有するソリッドなパネルに比べて軽量化することができる。また多数の小孔を穿孔したパネルは引張強度が低下するが、そのパネルの外周部には小孔が穿孔されていないため、引張強度の不足を補償して軽量で高剛性の車体部品を得ることができる。

また請求項２の構成によれば、パネルに穿孔した多数の小孔を接着剤付きシートで覆ったので、小孔を通しての水漏れを阻止するとともに、小孔の内面の錆を防止することができる。

また請求項３の構成によれば、多数の小孔が形成されたパネルを衝突時に圧壊する部分に配置するので、小孔の直径、数、配置間隔、開口率等を調整することで、任意の衝撃吸収性能を発揮させることができる。

また請求項４の構成によれば、パネルの強度を要する部分を除いて小孔が穿設されるので、小孔によりパネルの強度が低下するのを最小限に抑えることができる。

また請求項５の構成によれば、板材から所定の形状に打ち抜いたブランクを所定の形状に絞り加工し、それに多数の小孔を穿孔してから外周の不要部を切除するので、そのパネルは高い曲げ剛性を有しながら、同じ材質で同じ曲げ剛性を有するソリッドなパネルに比べて軽量化を図ることができる。

また請求項６の構成によれば、板材から所定の形状に打ち抜いたブランクに多数の小孔を穿孔し、それを所定の形状に絞り加工してから外周の不要部を切除するので、そのパネルは高い曲げ剛性を有しながら、同じ材質で同じ曲げ剛性を有するソリッドなパネルに比べて軽量化を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて説明する。

図１〜図９は本発明の第１の実施の形態を示すもので、図１は自動車の車体フレームの斜視図、図２は図１の２方向拡大矢視図、図３は図２の３−３線拡大断面図、図４はパネルの製造工程の説明図、図５はパネルの板厚および小孔の開口率がパネルの重量、引張剛性および曲げ剛性に及ぼす影響を説明する図、図６は板厚および小孔の開口率が異なるパネルの重量に対する引張剛性および曲げ剛性の特性を示すグラフ、図７は図１の７方向拡大矢視図、図８は図１の８方向拡大矢視図、図９はボンネットフードの裏面を示す図である。

図１に示すように、自動車の車体フレームは、左右のフロントサイドフレーム１１，１１、ダッシュボード１２、左右のサイドシル１３，１３、ミドルクロスメンバ１４、センタークロスメンバ１５、センタートンネル１６、リヤフロアパネル１７、左右のリヤサイドフレーム（不図示）、リヤクロスメンバ（不図示）等の部材で構成される。

車体前後方向に延びる左右のサイドシル１３，１３およびセンタートンネル１６と、車幅方向に延びるダッシュボード１２、ミドルクロスメンバ１４およびセンタークロスメンバ１５で「田」字状に仕切られた４つの開口１８…に、車室下面のフロアであるフロントフロアを構成する４枚のパネル１９…が装着される。またフロントフロアの後方に連なるリヤフロアパネル１７に形成された３個の開口２０…に３枚のパネル１９…が装着される。

これら合計７枚のパネル１９…は、平面形状が若干異なるだけで実質的に同じ構造を有しているため、以下その１枚のパネル１９の製造工程を説明する。

図４（Ａ）に示す最初のブランク工程で、ブランク金型により帯状の鋼板から所定形状のブランク１９′を切断し、続く図４（Ｂ）に示しドロー工程で、ドロー金型により前記ブランク１９′をドロー成形する。このパネル１９は概ね平板状であるため、前記ドロー成形はブランク１９ａの外周にフランジｆ…を形成する加工となる。続く図４（Ｃ）に示すピアス工程で、ピアス金型によりブランク１９′に例えば直径３ｍｍ程度の多数の小孔ｈ…（図２参照）を穿設する。そして図４（Ｄ）に示すトリム工程で、トリム金型によりブランク１９′の外周の不要部を切除してパネル１９を完成する。このパネル１９のフランジｆ…の外周面は、前記開口１８…あるいは前記開口２１…の内周面に嵌合し、溶接により一体に結合される（図３参照）。これらのパネル１９…の上面には、合成樹脂シートの片面に接着剤層を備えた接着剤付きシート２１…が貼付され、これにより小孔ｈ…からの水の侵入が阻止されるとともに、小孔ｈ…の内周面の錆が防止される。

図５は、鋼板の板厚を減少させた場合と、鋼板に多数の小孔ｈ…を穿設した場合とに着いて、その引張剛性および曲げ剛性がどのように変化するかを示すものである。

図５（Ａ）はベースになるソリッド（小孔ｈを持たない）の鋼板で板厚が１．２ｍｍのものであり、その引張剛性および曲げ剛性をそれぞれ１００％とする。

図５（Ｂ）は板厚を１．２ｍｍから１．０ｍｍに減少させたもので、重量は板厚の減少に応じて１６％減少し、引張剛性は１６％減少してベースの８４％となり、曲げ剛性は４２％減少してベースの５８％となる。このように、板厚を減少させると重量は減少するが、引張剛性および曲げ剛性も当然減少する。

図５（Ｃ）は板厚を１．２ｍｍから０．８５ｍｍに減少させたもので、重量は板厚の減少に応じて３０％減少し、引張剛性は３０％減少してベースの７０％となり、曲げ剛性は６６％減少してベースの３４％となる。

図５（Ｄ）は板厚をベースと同じ１．２ｍｍに維持したまま直径３ｍｍの小孔ｈ…を開口率３０％で形成したものである。小孔ｈ…の開口率が３０％であることから、当然重量はベースに対して３０％減少する。また引張剛性は３４％減少してベースの６６％となり、曲げ剛性は３６％減少してベースの６４％となる。

ベースに対して板厚を減少させて重量を３０％減少させた図５（Ｃ）のものと、ベースに対して小孔ｈ…を形成して重量を３０％減少させた図５（Ｄ）のものとを比較すると明らかなように、（Ｄ）は（Ｃ）に比べて引張剛性が極僅かに低くなるが、曲げ剛性は大幅に（約１．９倍）高くなっている。

即ち、重量軽減のために板厚を減少させる代わりに、板厚を保持して小孔ｈ…を形成すれば、同じ重量および同じ引張剛性で高い曲げ剛性を確保できることになる。

以上のように、本実施の形態のパネル１９…は高い曲げ剛性を有しながら、同じ材質で同じ曲げ剛性を有するソリッドなパネルに比べて軽量化を図ることができる。また多数の小孔ｈ…を穿孔したパネル１９…は引張強度が低下するが、そのパネル１９…の外周を枠部材の内周に溶接することで、引張強度の不足を補償して軽量で高剛性の車体部品を得ることができる。しかも、小孔ｈ…の位置が外部から目視可能であるため、小孔ｈ…の位置ずれ等の製造不良を確実に発見することができる。

図６は上記説明をグラフ化したもので、ベースに比べて重量を３０％軽量化したとき、ソリッドなパネルと小孔ｈ…を形成したパネル１９…とで、引張剛性は大差ないにも関わらず、小孔ｈ…を形成したパネル１９…の曲げ剛性がソリッドなパネルの曲げ剛性の約１．９倍になっていることが分かる。

尚、これらのパネル１９…は同じ重量のソリッドなパネルに比べて引張剛性が若干低くなるが、パネル１９…の外周面をサイドシル１３，１３、センタートンネル１６、ダッシュボード１２、ミドルクロスメンバ１４、センタークロスメンバ１５等で構成される枠部材の内周面に溶接することで、前記引張剛性の低下を充分に補償することができる。

図１および図７に示すように、各フロントサイドフレーム１１の先端部の上下左右の面のうち、アッパーメンバ２２に連なる連結部材２３が連結する外側面と、フロントバルクヘッド２４が連結される下面とを除く上面および内側面に、四角形状の開口１１ａ，１１ａが形成されており、これらの開口１１ａ，１１ａの内周面に前述したパネル１９，１９と同一構造のパネル１９，１９の外周面が溶接される。

この構造によれば、車両の衝突時にフロントサイドフレーム１１，１１に入力される衝突荷重で小孔ｈ…を有するパネル１９…を圧壊させ、前記衝突荷重を効果的に吸収することができる。その際に、小孔ｈ…の直径、数、配置間隔、開口率等を調整することで、衝突荷重の吸収特性を任意に調整することができ、勿論フロントサイドフレーム１１，１１の軽量化にも寄与することができる。

図１および図８に示すように、アッパーメンバ２２の上面にフロントフェンダー２５の内面を支持するブラケット２６が設けられる。ブラケット２６は帯状の鋼板を門型に屈曲させたもので、その両脚部下面がアッパーメンバ２２の上面に溶接され、その上面がフロントフェンダー２５の内面に溶接される。ブラケット２６の両脚部に形成した開口２６ａ，２６ａに前述したパネル１９，１９と同一構造のパネル１９，１９の外周面が溶接される。

この構造によれば、通常時にはアッパーメンバ２２にブラケット２６を介してフロントフェンダー２５を確実に支持しながら、歩行者等がフロントフェンダー２５に衝突したときにブラケット２６のパネル１９…を圧壊させて衝突荷重を効果的に吸収することができる。この場合にも、小孔ｈ…の直径、数、配置間隔、開口率等を調整することで荷重吸収特性を任意に調整することができる。

図９はボンネットフード２７の裏面を示すもので、そのボンネットフード２７のスチフナが本実施の形態の小孔ｈ…を有するパネル１９で構成される。パネル１９の外周部はボンネットフード２７の裏面外周部にカシメにより固定され、かつパネル１９の中間に形成された４個の開口１９ａ…のエッジがボンネットフード２７の裏面に接着される。

このボンネットフード２７は、その外周部と開口１９ａ…の近傍を除く部分だけに小孔ｈ…が形成されており、小孔ｈ…が形成されていない外周部と開口１９ａ…とで引張強度を確保することができる。

この構造によっても、通常時にはスチフナとして機能するパネル１９でボンネットフード２７を補強しながら、歩行者等がボンネットフード２７に衝突したときにパネル１９…を圧壊させて衝突荷重を効果的に吸収することができる。この場合にも、小孔ｈ…の直径、数、配置間隔、開口率等を調整することで荷重吸収特性を任意に調整することができ、ボンネットフード２７のスチフナの軽量化にも寄与することができる。

図１０はパネル１９の他の実施の形態を示すものである。

これらの実施の形態は、少なくともパネル１９の外周部に小孔ｈ…が形成されておらず、その部分でパネル１９の引張強度を確保している。またパネル１９の外周部を除く部分であっても、強度を必要とする部分には小孔ｈ…が形成されておらず、これによりパネル１９の軽量化と曲げ剛性とを更に効果的に両立させることができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施の形態ではパネル１９を車体のフロア、フロントサイドフレーム、フロントフェンダーを支持するブラケットおよびボンネットフードのスチフナに適用しているが、その適用部分は任意である。

またパネル１９の小孔ｈ…の直径、数、配置間隔、開口率等も、使用部分に応じて適宜変更可能である。勿論、１枚のパネル１９の部分毎に小孔ｈ…の直径、数、配置間隔、開口率等を変化させても良い。

またドロー工程およびピアス工程の順番は入れ代わっても良く、ドロー工程およびピアス工程の後側の工程と同時にピアス工程を行っても良い。

またパネル１９を車体に固定する手段は溶接に限定されず、ボルト止め、接着、カシメ等の任意の手段を採用することができる。

自動車の車体フレームの斜視図 図１の２方向拡大矢視図 図２の３−３線拡大断面図 パネルの製造工程の説明図 パネルの板厚および小孔の開口率がパネルの重量、引張剛性および曲げ剛性に及ぼす影響を説明する図 板厚および小孔の開口率が異なるパネルの重量に対する引張剛性および曲げ剛性の特性を示すグラフ 図１の７方向拡大矢視図 図１の８方向拡大矢視図 ボンネットフードの裏面を示す図 パネルの他の実施の形態を示す図

符号の説明

１９ パネル
１９′ ブランク
２１ 接着剤付きシート
ｈ 小孔

Claims (6)

1. パネル（１９）の少なくとも外周部を除く部分に多数の小孔（ｈ）を穿孔したことを特徴とする車体部品。
2. 前記パネル（１９）に穿孔した多数の小孔（ｈ）を接着剤付きシート（２１）で覆ったことを特徴とする、請求項１に記載の車体部品。
3. 前記パネル（１９）は、衝突時に圧壊する部分に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の車体部品。
4. 前記パネル（１９）の小孔（ｈ）は、強度を要する部分を除いて穿設されることを特徴とする、請求項１に記載の車体部品。
5. 板材から所定の形状のブランク（１９′）を打ち抜くブランク工程と、
   前記ブランク（１９′）を所定の形状に絞り加工するドロー工程と、
   絞り加工したパネル（１９）に多数の小孔（ｈ）を穿孔するピアス工程と、
   ピアス加工したパネル（１９）の外周の不要部を切除するトリム工程と、
   トリム加工したパネル（１９）を車体に固定する固定工程と、
   を含むことを特徴とする車体部品の製造方法。
6. 板材から所定の形状のブランク（１９′）を打ち抜くブランク工程と、
   前記ブランク（１９′）に多数の小孔（ｈ）を穿孔するピアス工程と、
   ピアス加工したブランク（１９′）を所定の形状に絞り加工するドロー工程と、
   絞り加工したパネル（１９）の外周の不要部を切除するトリム工程と、
   トリム加工したパネル（１９）を車体に固定する固定工程と、
   を含むことを特徴とする車体部品の製造方法。

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