JPH106769A - ブラケット一体型ドアインパクトビ−ム及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 焼入れ鋼管ベースのドアインパクトビーム
は、強靭であり、かつ軽量で搭載性に優れているもの
の、価格が高いと言う難点がある。本発明は、焼入れ鋼
管製ドアインパクトビームの優れた点を温存しつつ、部
品点数の減少、溶接加工の省略等の手段で、安価に製造
することを目的とする。 【解決手段】 帯状の鋼を円筒状に成形するが、帯鋼の
両エッジ間に形成されるスリットの幅を制御するのみ
で、電縫鋼管の如く溶接・接合は行わず、溶接コストを
節減する。次に所定の長さに切断後、焼入れ処理を施し
てマルテンサイト等の組織として高強度化する。その
後、所定の部品長さに再切断し、両管端を焼戻し軟化す
る。更に、焼戻し軟化した両管端をブラケットに加工す
るため、スリット部を押し拡げて平板上に延ばす。本加
工方法によれば、他材料から成形加工するブラケットが
不用となるばかりでなく、焼入れ鋼管とブラケットを溶
接・接合する工程も省略可能となり、低コスト化が達成
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車のサイドドアに
取り付けられるインパクトビーム及びその製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】自動車の安全対策の一環として、側面衝
突時の乗員保護のため、サイドドアには衝撃を吸収する
ためのインパクトビームを装着する事が行われている。
このインパクトビームには、一般に１，２００N/mm² 〜
１，６００N/mm² の強度を有する焼入れ鋼管が用いられ
ており、この焼入れ鋼管に鋼板製ブラケットを溶接・接
合してのち、自動車に取り付けられる。

【０００３】この焼入れ鋼管をベースとしたインパクト
ビームは、強靭性、部品重量、並びに搭載性の点で優れ
ているが、コストが高いという難点があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】焼入れ鋼管をベースと
する現在のインパクトビームは、強靭であり、かつ軽量
で搭載性に優れているものの、高コストという難点があ
る。本発明は、それらの優れた性質を温存しつつ、部品
点数減、溶接加工の省略、等々の手段で低コスト化を達
成したブラケット一体型ドアインパクトビーム及びその
製造方法を提案することが目的である。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、帯状の鋼を円
筒状に成形するが、電縫鋼管の如く溶接・接合せず、帯
鋼の両エッジ間に形成されるスリットを残し、所定の長
さに切断する。次に焼入れ処理を施してマルテンサイト
等の組織として高強度化する。しかる後、所定の部品長
さに再切断し、両管端を加熱軟化する。更に、軟化した
両管端のスリット部を押し拡げて平板状に延ばし、ブラ
ケットに加工する事を特徴とする。かかる加工法を採用
することにより、中央部は従来の焼入れ鋼管と同等の強
靭性を有し、かつブラケット部を別途成形・加工するこ
とがないので、部品点数、溶接加工等が省略できるの
で、安価なブラケット一体型ドアインパクトビームを製
造することができる。

【０００６】本発明のブラケット一体型ドアインパクト
ビームは、特に鋼成分を特定しないが、ロールフォーミ
ング性、並びにロールフォーミング時の形状凍結性、更
に焼入れ処理での強度、靭性を確保するため、望ましく
は、Ｃ：０．１５〜０．３５mass%,Ｓｉ：０．０５〜
０．５０mass%,Ｍｎ：０．２０〜１．５０mass%,Ｐ：
０．０２０mass% 以下、Ｓ：０．０２０mass% 以下、及
びＡｌ：０．０１〜０．１０mass% を含有する帯状の鋼
を用いるか、更にＴｉ：０．０１〜０．１０mass%、
Ｂ：０．０００５〜０．０１０mass% 、Ｎｉ：０．２０
〜１．５０mass% 、Ｃｒ：０．０５〜１．００mass% 、
及びＣａ：０．００１〜０．０１mass% から選ばれた１
種または２種以上含有する帯状の鋼を用いるのが良い。

【０００７】

【作用】本発明者等は、高強度焼入れ鋼管を用いたドア
インパクトビームの特長を残しつつ、コスト低減を図る
方策を種々検討した。その結果、強度、靭性、静的曲げ
強さ、および吸収エネルギーなど、ドアインパクトビー
ムとして要求される性能特性が焼入れ鋼管と同等であ
り、かつ部品点数の低減や溶接加工の省略が図れる安価
なブラケット一体型ドアインパクトビーム及びその製造
方法を見出したのである。

【０００８】以下に本発明の構成を詳細に説明する。本
発明ではロールフォーミングで円筒状に成形するが、溶
接せず、帯鋼の両エッジ間に構成されるスリットをその
まま残すことを第一の特長とする。この事は、電縫鋼管
に見られる溶接接合面のホワイトバンド、高炭素の内面
溶融ビード等の形成がない。従って、焼入れ処理時に内
面溶融ビード部の焼割れ、あるいは脆弱なレンズ状マル
テンサイト組織の形成等、不安定破壊の原因となる要因
から解放され、製品品質の安定性が良くなる。

【０００９】しかし、円筒形状のスリットの幅が３．０
mmを越え、かつスリット部に垂直の応力が負荷された場
合は、スリット近傍のみが優先的に変形・座屈し、静的
曲げ吸収エネルギーが焼入れ鋼管より低下するのでスリ
ットの幅は３mm以下とした。

【００１０】なお、本発明で採用する焼入れ加熱方法
は、輻射加熱、直接通電加熱などいずれでも良く、特に
規定する必要はない。また焼入れ冷媒の種類、攪拌方法
等も特に規定する必要はない。

【００１１】また、全体を焼入れ、所定の部品長さに切
断後、両管端を焼戻すことが本発明の第２の特長であ
る。最近、自動車の安全性向上が求められており、車体
の構造を強化する方向にある。ドアインパクトビームも
側面衝突時の乗員保護に必要な安全部品であり、その性
能向上のための改善が進められている。最近の改善点と
しては、ドアのみの強度向上ではなく、ドアを固定する
センターピラーも含めた、車体構造としての強化を図る
ことが進められている。これらの活動で、ドアインパク
トビームを取り巻く部品の剛性が向上するにつれて、ド
アインパクトビームそのものの局部的な強度不足が許さ
れなくなりつつある。即ち、部分焼入れのドアインパク
トビーム、一方の管端を斜め切断したドアインパクトビ
ーム等では充分な性能が望めなくなってきている。本発
明はこのような背景に基づいてなされたものである。

【００１２】本発明ではドアインパクトビームの端部が
ブラケットのみで構成されることになる。従って、ブラ
ケット部分の強度確保のため管端部分は、剛性を高める
ための焼入れ、焼戻しを施すのである。なお、焼戻し温
度が３５０℃未満では、スリット部を開口してブラケッ
ト状に加工する事が困難であるので、下限焼戻し温度を
３５０℃とした。また６５０℃を越える温度で焼き戻す
と、ブラケット部の強度低下が著しいので上限焼戻し温
度を６５０℃とした。ブラケット部の焼入れ焼戻し強化
の本処理によって、ブラケット部の板幅が鋼管の展開幅
まで狭められるのであって、未焼入れ部のブラケット成
形とは基本的に異なる点である。

【００１３】また、ブラケット部を形成するための曲げ
戻し加工の程度は、管端において最も大きく、内部に入
るにしたがって曲げ戻し加工の程度は軽微となる。した
がってブラケット形成のため、曲げ戻し加工を受ける全
領域を高温度で焼き戻す必要はなく、焼戻しのための再
加熱長さが短いほどドアインパクトビームとしての剛性
も確保される。しかし、両管端の再加熱部長さが２０mm
未満ではブラケット部を平板状にまで曲げ戻すことが困
難であるので最小長さを２０mmとした。またブラケット
部の長さは、一般に１５０mm以内であるので、焼戻しを
施す両管端部の再加熱長さの最大値を１５０mmとした。

【００１４】なお、再加熱後の曲げ戻し加工を施す温度
は、必ずしも常温に冷却して行う必要はない。部品長さ
への再切断、焼戻しのための再加熱、ブラケット部形成
のための曲げ戻し加工までの一連の処理を連続で行う場
合、冷却過程で曲げ戻し加工を施すほうが冷却設備が簡
便となり、また加工エネルギー、加工サイクルも短くな
るなど、設備的、経済的に有利でもある。

【００１５】次に、本発明における望ましい鋼成分につ
いて述べる。Ｃ：焼入れ後の強度を得るために必要な元
素であり、０．１５mass% 未満では、ドアインパクトビ
ームとして要求される強度が得られない。また本発明で
は電縫鋼管のように溶接しないため、欠陥の導入につな
がる高炭素の内面溶融ビードの形成がないので、より多
くの炭素を含有させることができ、経済的に高強度を得
ることができる。しかし、０．３５mass% を越えると靭
性の低下が著るしく、曲げ応力下で破断するなどのドア
インパクトビームとして好ましくない性質を呈するだけ
でなく、ブラケット部の成形加工も困難になる。従っ
て、Ｃ含有量は０．１５〜０．３５mass%の範囲に規定
した。

【００１６】Ｓｉ：鋼の脱酸剤として使用される元素で
あり、焼入れ性を高める上でも有効な元素であが、０．
０５mass% 未満では、その効果が確保されない。また添
加量が多くなると、材質が脆化するので上限は０．５０
mass% とした。

【００１７】Ｍｎ：Ｓの弊害を抑止し、かつ鋼の焼入れ
性を高め、強靭化を図る上で有用な元素である。しか
し、過剰に含有すると靭性が低下する。これらのことか
ら、含有量は０．２０mass%,〜１．５０mass%,の範囲に
規定した。

【００１８】Ｐ：鋼の靭性を低下させる元素である。特
にマルテンサイト等の焼入れ組織においてその影響が著
るしいので含有量の上限を０．０２０mass% 以下に規定
した。

【００１９】Ｓ：ＭｎＳ等の硫化物を形成し、鋼の靭性
を低下させるので含有量の上限を０．０２０mass% 以下
に規定した。

【００２０】Ａｌ：脱酸剤として有効な元素であるが、
０．０１mass% 未満ではその効果が充分でなく、また
０．１０mass% を越えると、アルミナ系介在物の形成量
が著しくなって鋼の靭性を劣化させるので、その含有量
は０．０１〜０．１０mass% の範囲に規定した。

【００２１】また選択成分としてのＴｉ，Ｂ，Ｎｉ，Ｃ
ｒ，Ｃａは、それぞれ次の作用を呈する。

【００２２】Ｔｉ：強脱酸元素であり、また窒素をＴｉ
Ｎとして固定し、Ｂの焼入れ性改善効果を確保する上で
も有用な元素である。しかし、０．０１mass% 未満では
その効果が充分でなく、また０．１０mass% を越えると
大きな炭窒化が多量に形成され、鋼の靭性が損なわれ
る。従ってその含有量を０．０１mass% 〜０．１０mass
% の範囲に規定した。

【００２３】Ｂ：鋼の焼入れ性を改善し、焼入れ後の強
靭性を向上させる元素である。Ｔｉ等の共存によって、
０．０００５mass% でもその効果があらわれる。しか
し、０．０１０mass% を越えると、硼化物を形成し、鋼
の靭性を低下させる。従って、その含有量は０．０００
５mass% 〜０．０１０mass% の範囲に規定した。

【００２４】Ｎｉ：鋼の焼入れ性を向上させ、靭性と強
度向上が同時に図れる有用な元素である。しかし、０．
２０mass% 未満ではその効果が明瞭でない。また１．５
０mass% を越えると効果が飽和するだけでなく、コスト
高にもなる。従ってその含有量は０．２０〜１．５０ma
ss% に規定した。

【００２５】Ｃｒ：鋼の焼入れ性を改善するのに有効な
元素である。しかし、過剰に添加すると材質が脆化する
ので、その含有量は０．０５〜１．００mass% の範囲に
規定した。

【００２６】Ｃａ：硫化物系介在物の形状を球状化し、
加工性と靭性を高めるのに有効な元素である。しかし、
０．０１mass% を越えて存在すると、介在物量が増加
し、かえって鋼の靭性が低下する。従って、その含有量
を０．００１〜０．０１mass%に規定した。

【００２７】以上の成分系の鋼を帯状に加工して素材と
するが、帯状に加工するのは、熱間圧延でも、冷間圧延
でも良い。

【００２８】また、その帯状の鋼をロールフォーミング
で円筒状に成形する方法は、特に規定しないが、造管機
が最も効果的であり、中でも高周波造管機は高速で成形
可能であり、効率的である。

【００２９】円筒状に成形し、切断焼入れ後は、所定の
部品長さに再切断し、焼戻しのための再加熱を施すが、
再加熱方法としては、短時間加熱が可能で、かつ温度制
御精度の良い誘導加熱等が望ましい。

【００３０】また、両管端のスリット部を曲げ戻し、ブ
ラケット状に成形する加工工程も、特に規定しないが、
非曲げ戻し部分を拘束・固定し、円錐形の治具を両管端
から圧入して、両管端を同時に押し拡げる工程と、プレ
スによる管端部のフラット化による２工程でブラケット
部を形成するのが効率的である。

【００３１】

【実施例】以下、実施例によって本発明を具体的に説明
する。種々の化学成分の鋼を転炉で溶製し、スラブに連
続鋳造した。このスラブをホットストリップミルで熱間
圧延し、板厚１．８mmの熱延鋼板を製造した。得られた
熱延鋼板を酸洗後、スリットして帯状の素材とし、直径
３１．８mmの円筒形に成形し、７ｍ長さに切断して、９
００〜１，０００℃に加熱・水焼入れを施し、マルテン
サイト組織を主体とする組織を得た。次いで、７５０mm
の部品長さに再切断し、焼入れままのもの、並びに両管
端を３００〜６５０℃の温度で焼戻したものの管端部を
曲げ戻してブラケット部の成形を行った。各試料の化学
成分、熱処理条件、加工条件、最終製品の平均スリット
幅、等を表１に示す。

【００３２】

【表１】

【００３３】また、ブラケット一体型ドアインパクトビ
ームの製品特性については、円筒成形部分については、
引張り試験、静的曲げ試験、衝撃曲げ試験を行った。ま
たブラケット部の加工性については、化学成分と焼戻し
条件の影響をみた。なお、静的曲げ試験条件は、スリッ
ト部を下側にし、支点間距離８００mmで支え、中央１点
を半径１５０mmの円弧状の治具で負荷した。また衝撃曲
げ試験条件は、静的曲げ試験と同様にスリットフ部を下
側とし、支点間距離４３０mmで２点支持し、この上に１
１４Kgの質量で先端部の半径が２５mmの重錘を２．１ｍ
の高さから落下させて鋼管の変形、破壊状態を観察し
た。ここで言う変形量とは、ドアインパクトビームの変
形状態を示すもので、数値が大きいほどドアインパクト
ビームは鋭角に曲がっていて、キャビン空間が狭められ
ることを示している。またブラケット部の加工性評価
は、円錐形の治具を両管端から圧入して曲げ戻し、次い
でプレスによる管端部のフラット化を行う複合工程にお
いて製品の破壊（×）、成形形状の歪み（△）を評価
し、目的形状のブラケットに成形できた条件を良（○）
とした。評価結果は表２に示す。

【００３４】

【表２】

【００３５】表２から明らかなように、試料Ｎ０．１
は、鋼中炭素量が低いため、焼入れ処理後の強度が低
く、ドアインパクトビームとしての強度性能が得られて
いない。

【００３６】試料ＮＯ．２〜５は、同一化学成分で、製
品のスリット幅の異なるものを評価した結果であるが、
スリット幅が３ｍｍを越える試料ＮＯ．５は静的曲げ試
験で早期座屈、衝撃曲げ試験では変形量が大きく乗員の
安全確保に必要な空間の確保に問題のある事がわかる。

【００３７】試料Ｎ０．６〜９は、本発明の化学成分範
囲の試料の焼戻し温度を変えてブラケット部の成形加工
性を調べた。いずれの試料もドアインパクトビームとし
ての機械的特性は満足の行くものであるが、本発明の範
囲よりも焼戻し温度の低い試料ＮＯ．６ではブラケット
部の成形時に割れが生じ、良好なものが得られない。

【００３８】試料１０は、Ｎｉを添加した本発明の化学
成分範囲の試料であるが、機械的性質は良好である。ま
た管端の焼戻し範囲を５０ｍｍとしてブラケットへの成
形加工を試みたところ、若干の歪みが残るものの機能上
支障のないものが得られている。

【００３９】試料Ｎ０．１１〜１４はカルシウム処理を
施した本発明の化学成分範囲の試料について、評価した
結果であるが、焼戻しを施さずにブラケット部の加工を
施した試料ＮＯ．１１は治具を圧入したときに材料が破
断し、加工出来なかった。製品スリット幅の広い試料Ｎ
Ｏ．１３は静的曲げ試験では早期座屈、衝撃曲げ試験で
は試験片が破断し、ドアインパクトビームとしての性能
特性が得られなかったが、本発明の範囲にある試料Ｎ
Ｏ．１２，１４はいずれも良好な特性を示した。

【００４０】試料Ｎ０．１５〜１８は、高炭素領域の化
学成分の影響を調べている。本発明の範囲にあるＮ０．
１５，１７は高炭素であっても良好な機械的性質が得ら
れているが、燐含有量の多い試料Ｎ０．１６、炭素含有
量が本発明の範囲を越えているＮ０．１８は静的曲げ試
験、ならびに衝撃曲げ試験のいずれにおいても試験片が
破断し、ドアインパクトビームとして求められる機械的
性質が得られない。

【００４１】図１は、管端３０mmを６００℃で焼戻しし
た本発明品の硬さ分布を、管端未焼入れのドアインパク
トビームのそれと比較して示した。本発明品は全体の硬
度が高く、その変化もなだらかであり、応力集中の生じ
ない構造になっていることが明らかである。

【００４２】

【発明の効果】以上説明した如く、本発明により現行ド
アインパクトビームの優れた性質を温存しつつ、部品点
数減、溶接加工の省略、等々の手段で低コスト化を達成
したブラケット一体型ドアインパクトビームとすること
ができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】管端からの距離と硬さの関係を示す図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 帯状の鋼をロールフォーミングで円筒状
   に成形した際に形成されるスリット幅が、最終製品にお
   いて３．０mm以下であることを特徴とするブラケット一
   体型ドアインパクトビーム。
2. 【請求項２】 帯状の鋼をロールフォーミングで円筒状
   に成形して所定の長さに切断後、焼入れ処理で強化し、
   しかる後、所定の部品長さに再切断し、両管端を加熱軟
   化後、更に、軟化した両管端をスリット部から開口して
   ブラケット状に加工したことを特徴とするブラケット一
   体型ドアインパクトビームの製造方法。
3. 【請求項３】 両管端の再加熱部の長さが２０mm〜１５
   ０mm、再加熱温度が３５０〜６５０℃である事を特徴と
   する請求項２記載のブラケット一体型ドアインパクトビ
   ームの製造方法。