WO2018180556A1

WO2018180556A1 - 車両用構造部材及びその製造方法

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Publication number: WO2018180556A1
Application number: PCT/JP2018/010291
Authority: WO
Inventors: 徹橋村; 大貴山川; 康裕前田
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2017-03-28
Filing date: 2018-03-15
Publication date: 2018-10-04
Anticipated expiration: 2019-09-28

Abstract

車両用構造部材１は、一体構造の長尺中空部材１０と、長尺中空部材に接合された支持部材２０，２１，２２とを備える。長尺中空部材は、第１管部１１と、第１管部の外側に配置され、かつ第１管部１１に沿って延びる第２管部１２と、第１管部と第２管部とに沿って延び、第１管部と第２管部とに一体成形されて第１管部と第２管部とを互いに連結する連結部１３とを備える第１部分１０ａと、前記第１部分から延びている第１管部を備え、第２管部が除去されている、第２部分１０ｂとを有する。

Description

車両用構造部材及びその製造方法

　本発明は、車両用構造部材及びその製造方法に関する。

　特許文献１のインストルメントパネルレインフォースメント構造は、筒部材としての径大筒と径小筒とが長手方向に結合されて構成されている。径大筒は、径小筒の径に比し大きい径を有しており、縮径された径小部を端部に備える。径大筒の径小部は、径小筒に溶接によって接合されている。

特許第４８２１３２９号公報

　特許文献１のインストルメントパネルレインフォースメント構造では、異なる径を有する２つの筒部材を接合する。したがって、径大筒の縮径加工と、径大筒と径小筒の溶接加工とが必要となり、加工コストが高い。

　本発明は、加工コストを低減できる車両用構造部材を提供することを目的とする。

　本発明の一態様は、一体構造の長尺中空部材と、前記長尺中空部材に接合された支持部材とを備え、前記長尺中空部材は、第１管部と、前記第１管部の外側に配置され、かつ前記第１管部に沿って延びる第２管部と、前記第１管部と前記第２管部とに沿って延び、前記第１管部と前記第２管部とに一体成形されて前記第１管部と前記第２管部とを互いに連結する連結部とを備える第１部分と、前記第１部分から延びている前記第１管部を備え、前記第２管部が除去されている、第２部分とを有する、車両用構造部材を提供する。

　第１管部と第２管部を備える第１部分は、第１管部を備えるが第２管部は除去されている第２部分と比べて、高い強度及び剛性を有する。また、第１部分は、一体構造であるため、溶接加工も溶接のための縮径加工も必要としない。このため、車両用構造部材の強度及び剛性を部分的に向上しつつ、加工コストを低減できる。また、長尺中空部材は、一体構造であり、接合部が存在しないため、複数の部材を接合して同様の部材を製造する場合に比べて、強度及び剛性を向上できる。さらに、長尺中空部材は、縮径加工されていないため、ブラケットのような支持部材に接合する際に、拡管接合が容易である。

　前記第１管部と前記第２管部は、前記第１管部及び前記第２管部の長手方向に交差する方向に離れて配置されてもよく、前記連結部は、板状部であってもよい。

　第１管部と第２管部を切断する際に、第１管部と第２管部との間に介在する板状部からなる連結部を切断することで、第１管部及び第２管部に開断面が形成することを防止できる。

　前記第１管部の一方の端部と前記第２管部の一方の端部とは、前記第１管部及び前記第２管部の前記長手方向の位置が揃えられてもよい。

　前記第１管部及び前記第２管部の断面形状は、前記長手方向に実質的に一定であってもよい。

　前記車両用構造部材は、ステアリングサポートであってもよい。

　本発明の他の態様は、連結部によって連結され、平行に並べられた２つの管部を有する素管を成形する成形工程と、前記素管を切断して長さの異なる２つの前記管部をそれぞれ有する２つの長尺中空部材に分離する切断工程と、前記長尺中空部材の一部を取り囲むように支持部材を配置し、前記長尺中空部材の前記一部を拡管し、それによって前記長尺中空部材と前記支持部材とをかしめ接合する接合工程とを含む、車両用構造部材の製造方法を提供する。

　この製造方法によれば、長尺中空部材は、素管を切断することで製造され、溶接加工又は縮径加工のようなその他の加工を必要としない。このため、車両用構造部材の加工コストを低減できる。

　前記切断工程は、２つの前記管部のうちの一方に、前記素管の長手方向に交差する方向に延びて、前記連結部に達する第１切込を設け、２つの前記管部のうちの他方の、前記第１切り込みとは前記素管の前記長手方向の位置が異なる位置に、前記素管の前記長手方向に交差する方向に延びて、前記連結部に達する第２切込を設け、前記連結部に、前記素管の前記長手方向に沿って延び、前記第１切込の端部と前記第２切込の端部とを連結する第３切込を設け、第１から第３切込によって、前記素管を前記２つの長尺中空部材に分離することを含んでもよい。

　前記接合工程は、前記長尺中空部材に挿入可能な弾性体を準備し、前記長尺中空部材の前記管部内に前記弾性体を挿入し、前記弾性体を前記長尺中空部材の前記長手方向に圧縮して前記長尺中空部材の前記長手方向と直交する方向に向けて膨張させ、それによって前記長尺中空部材を拡管することを含んでもよい。

　この製造方法によれば、弾性体の等方変形性により、長尺中空部材の管部を均等に拡管できる。そのため、局所的な負荷を軽減でき、局所的な変形を防止できる。従って、その他の接合方法に比べて、長尺中空部材と支持部材とを高精度に接合できる。

　前記２つの管部は、互いに実質的に同一の断面形状を有してもよく、前記素管から分離した２つの前記長尺中空部材は、互いに実質的に同一の寸法を有してもよい。

　この製造方法によれば、１回の切断工程で１つの素管から同一の寸法の２つの長尺中空部材を製造できるため、歩留まりを向上できる。

　本発明の車両用構造部材では、加工コストを低減できる。

本発明に係る車両用構造部材の斜視図。図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図。本発明に係る車両用構造部材の製造に用いる素管の斜視図。素管を切断することで得られる長尺中空部材の斜視図。接合方法の第１工程に係る図１のＶ－Ｖ線に沿った断面図。接合方法の第２工程に係る図５と同様の断面図。接合方法の第３工程に係る図５と同様の断面図。本発明に係る車両用構造部材の第１変形例の図２と同様の図。本発明に係る車両用構造部材の第２変形例の図２と同様の図。本発明に係る車両用構造部材の第３変形例の図２と同様の図。

　以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態に係る車両用構造体を説明する。なお、以下の説明において、車両の車幅方向をＸ方向、車両の前後方向をＹ方向、車両の上下方向をＺ方向という場合がある。

　図１を参照すると、本実施形態に係るステアリングサポート（車両用構造部材）１は、Ｘ方向に延びた長尺中空部材１０と、長尺中空部材１０に接合された種々のブラケット（支持部材）２０，２１，２２とを備える。

　長尺中空部材１０は、第１管部１１と、第１管部１１の外側に配置され、第１管部１１に沿って延びる第２管部１２とを備える。長尺中空部材１０は、第１管部１１と第２管部１２とに沿って延び、第１管部１１と第２管部１２とに一体成形されて第１管部１１と第２管部１２とを互いに連結する連結部１３を備える。第１管部１１の一方の端部１１ａと、第２管部１２の一方の端部１２ａとは、Ｘ方向の位置が揃えられている。長尺中空部材１０は、一体構造であり、例えば、アルミニウム合金からなる押し出し材である。長尺中空部材１０は、長手方向に並んだ双管部（第１部分）１０ａと単管部（第２部分）１０ｂとを有する。双管部１０ａは、第１管部１１、第２管部１２、及び連結部１３を備える。単管部１０ｂは、双管部１０ａから延びている第１管部１１を備え、第２管部１２が除去されている。言い換えると、双管部１０ａは、管部１２の他方の端部１２ｂに対して、第１管部１１の一方の端部１１ａ及び第２管部１２の一方の端部１２ａ側にある長尺中空部材１０の部分である。単管部１０ｂは、第２管部１２の他方の端部１２ｂに対して、第１管部１１の他方の端部１１ｂ側にある長尺中空部材１０の部分である。

　図１及び図２を参照すると、第１管部１１は、Ｘ方向が長手方向の略円筒形であり、軸心Ｃ１を有する。第１管部１１の断面形状（ＹＺ断面の形状）は、Ｘ方向の全長にわたって実質的に一定である。

　第２管部１２は、Ｘ方向が長手方向である略円筒形であり、軸心Ｃ２を有する。第２管部１２の断面形状（ＹＺ断面の形状）は、Ｘ方向の全長にわたって実質的に一定である。第２管部１２の長さ（Ｘ方向、すなわち長手方向の寸法）は、第１管部１１の長さよりも短い。また、本実施形態では、第２管部１２の断面形状は、第１管部１１の断面形状と実質的に同一である。つまり、第２管部１２の外径は、第１管部１１の外径と等しく、第２管部１２の内径は、第１管部１１の内径と等しい。

　図２を参照すると、第１管部１１と第２管部１２とは、長尺中空部材１０の径方向（軸心Ｃ１，Ｃ２と直交する方向）に互いに離れて配置されている。本実施形態では、第１管部１１の軸心Ｃ１と第２管部１２の軸心Ｃ２との間の軸間距離は、第１管部１１の外径（半径）と第２管部１２の外径（半径）の和よりも大きい。

　第１管部１１と第２管部１２を備える双管部１０ａは、第１管部１１を備え第２管部１２が除去されている単管部１０ｂと比べて、高い強度及び剛性を有する。

　連結部１３は、Ｘ方向が長手方向である板状部である。連結部１３の形状は、双管部１０ａと単管部１０ｂで異なる。具体的には、図２を参照すると、双管部１０ａでは、連結部１３の断面形状（ＹＺ断面の形状）は、略矩形である。また、連結部１３は、双管部１０ａでは、第１管部１１と第２管部１２との間に配置されており、第１管部１１と第２管部１２とを連結している。連結部１３は、単管部１０ｂでは、連結部１３の一部が除去された切片１３ａである。切片１３ａは、第１管部１１からＺ方向に突出し、Ｘ方向に延びた板状部である。単管部１０ｂは、第１管部１１と切片１３ａとを備える。

　ブラケット２０は、長尺中空部材１０を図示しない車両側壁に固定するための両端支持ブラケット２０であり、長尺中空部材１０のＸ方向両端部に拡管接合されている。すなわち、両端支持ブラケット２０は、第１管部１１の一方の端部１１ａ及び第２管部１２の一方の端部１２ａにおいて、第１管部１１及び第２管部１２に拡管接合されており、第１管部１１の他方の端部１１ｂにおいて第１管部１１に拡管接合されている。

　ブラケット２１は、長尺中空部材１０を支持するための支持ブラケット２１であり、Ｘ方向に間隔を開けて長尺中空部材１０に拡管接合されている。この支持ブラケット２１により、長尺中空部材１０は、図示しない車両のフロアパネル又はダッシュパネルのような車両の構成要素と機械的に連結される。

　ブラケット２２は、ステアリングホイール３０の回転軸となるステアリングコラム３１を支持するためのステアリングブラケット２２であり、長尺中空部材１０の双管部１０ａに溶接により接合されている。

　次に、図３から図５を参照して、本実施形態に係るステアリングサポート１の製造方法について説明する。本実施形態に係るステアリングサポート１の製造方法は、成形工程、切断工程、及び接合工程を含む。

（成形工程）
　まず、図３に示すような、押出形材（素管）４０を、例えば、押出成形により成形する。

　押出形材４０は、平行に並べられた２つの管部４１Ａ，４１Ｂと、管部４１Ａと４１Ｂとを連結する連結部４２とを備える。押出形材４０の断面形状（ＹＺ断面の形状）は、全長にわたって実質的に一定である。押出形材４０は、例えば、アルミニウム合金からなる押し出し材である。

　管部４１Ａ，４１Ｂは、Ｘ方向が長手方向である略円筒形である。管部４１Ａ，４１Ｂは、管部４１Ａ，４１Ｂの径方向（長手方向に直交する方向）に互いに離れて配置されている。連結部４２は、管部４１Ａと管部４１Ｂとの間に押出形材４０の全長にわたって延在している。連結部４２は、押出形材４０の断面形状（ＹＺ断面の形状）は、略矩形である。

（切断工程）
　次に、成形工程によって得られた押出形材４０を切断する。具体的には、図３に示すように、管部４１Ａに、Ｘ方向に交差する方向に延びて、連結部４２に達する第１切込４３を設けるように、管部４１Ａを切断する。同様に、管部４１Ｂに、第１切込４３とはＸ方向の位置が異なる位置に、Ｘ方向に交差する方向に延びて、連結部４２に達する第２切込４４を設けるように、管部４１Ｂを切断する。その後、第１切込４３の端部４３ａと第２切込４４の端部４４ａとの間を連結する第３切込４５を形成するように、連結部４２をＸ方向に沿って切断する。第１切込４３、第２切込４４、及び第３切込４５を形成することで、押出形材４０は２つの長尺中空部材５０に分離される。ここで、第３切込４５のＸ方向中心と第１切込４３の端部４３ａとの間の距離は、第３切込４５のＸ方向中心と第２切込４４の端部４４ａとの間の距離と等しい。すなわち、押出形材４０は、第３切込４５のＸ方向中心を通り、Ｙ方向に延びた中心軸Ｃ３に対して２回対称となるように切断される。

　図４を参照すると、長尺中空部材５０は、第１管部５１と、第１管部５１に沿って延びる第２管部５２と、第１管部５１と第２管部５２とを連結する連結部５３とを備える。前述したように、押出形材４０が中心軸Ｃ３に対して２回対称に切断されるため、２つの長尺中空部材５０は、互いに同一の寸法を有している。

（接合工程）
　その後、長尺中空部材５０と両端支持ブラケット２０、支持ブラケット２１及びステアリングブラケット２２とを接合する。具体的には、図１に示すように、長尺中空部材５０を取り囲むように両端支持ブラケット２０，支持ブラケット２１，及びステアリングブラケット２２を配置させる。この状態で第１管部５１及び第２管部５２を拡管することにより、長尺中空部材５０と両端支持ブラケット２０及び支持ブラケット２１をかしめ接合する。また、長尺中空部材５０とステアリングブラケット２２とを溶接接合する。

　以下、図５から図７を参照して、長尺中空部材５０と両端支持ブラケット２０及び支持ブラケット２１とのかしめ接合について、第１管部５１と１つの支持ブラケット２１とのかしめ接合を用いて具体的に説明する。

　まず、図５に示すように、長尺中空部材５０に挿入可能なゴム（弾性体）６０とゴム６０を圧縮するための押子６１を準備する。

　ゴム６０は、第１管部５１の長手方向に延びる円柱状である。ゴム６０の外形は、第１管部５１に挿入できる程度に第１管部５１の内形よりもわずかに小さく形成されている。ゴム６０の材質は、例えば、ウレタンゴム、クロロプレンゴム、ＣＮＲゴム（クロロプレンゴム＋ニトリルゴム）、又はシリコンゴムのいずれかを用いることが好ましい。また、ゴム６０の硬度はショアＡで３０以上であることが好ましい。

　押子６１は、図示しないプレス装置等に取り付けられており、このプレス装置によって駆動されることでゴム６０をゴム６０の長手方向に圧縮できる。押子６１の端面である押圧面６１ａは、圧縮方向に対して垂直な平坦面を有している。

　つぎに、第１管部５１を取り囲むように支持ブラケット２１を配置する。さらに、ゴム６０を第１管部５１内に挿入し、押子６１を第１管部５１の両端から第１管部５１内に挿入する。

　そして、図６に示すように、押子６１を第１管部５１の両端から押し込むことで、ゴム６０をゴム６０の長手方向に圧縮して圧縮方向に直交する方向に膨出させ、それによって第１管部５１を拡管する。第１管部５１は、この拡管によって、支持ブラケット２１にかしめ接合される。

　かしめ接合後、図７に示すように、押子６１による圧縮を解除する。圧縮力が除去されたゴム６０は、自身の弾性力により元の形状に復元する。そのため、容易に第１管部５１からゴム６０を取り除くことができる。

　切断工程において、第１切込４３、第２切込４４、及び第３切込４５は、どのような順序で設けられてもよい。

　長尺中空部材５０と複数のブラケット２０，２１の拡管接合において、それぞれのブラケット２０，２１に対して個別に拡管接合を行ってもよいし、複数のブラケット２０，２１に対して同時に拡管接合を行ってもよい。

　長尺中空部材５０と両端支持ブラケット２０及び支持ブラケット２１との接合は、溶接、又は電磁成形による拡管接合のような他の接合方法により行われてもよい。

　長尺中空部材５０ステアリングブラケット２２との接合は、拡管接合のような他の接合方法により行われてもよい。

　本実施形態に係るステアリングサポート１及びステアリングサポート１の製造方法は以下の特徴を有する。

　前述したように、双管部１０ａは、単管部１０ｂと比べて、高い強度及び剛性を有する。また、長尺中空部材１０は、押出形材４０を切断することで製造でき、双管部１０ａと単管部１０ｂとが一体に形成されているため、溶接加工又は縮径加工のような他の加工を必要としない。このため、ステアリングサポート１の強度及び剛性を部分的に向上しつつ、加工コストを低減できる。

　また、長尺中空部材１０は、一体構造であり、接合部が存在しないため、複数の部材を接合して同様の部材を製造する場合に比べて、強度及び剛性を向上できる。さらに、長尺中空部材１０は、縮径加工されていないため、ブラケットのような支持部材と接合する際に、拡管接合が容易である。

　切断工程で押出形材４０を切断する際に、２つの管部４１の間に介在する板状部からなる連結部４２を切断することで、長尺中空部材５０の第１管部５１及び第２管部５２に開断面が形成されることを防止できる。

　押出形材４０が中心軸Ｃ３に対して２回対称となるように切断することで、同一の形状及び寸法を有する２つの長尺中空部材５０を同時に製造することができる。このため、歩留まりを向上でき、加工コストを低減できる。

　ブラケット２０，２１は、ゴム６０を使用した拡管接合により長尺中空部材１０に接合される。ゴム６０の等方変形性により、長尺中空部材５０の第１管部５１及び第２管部５２を均等に拡管できる。そのため、長尺中空部材５０に対する局所的な負荷を軽減でき、長尺中空部材５０の局所的な変形を防止できる。従って、その他の接合方法に比べて、長尺中空部材５０と種々のブラケット２０，２１を高精度に接合できる。また、この拡管接合方法は、複数のブラケットを長尺中空部材５０に同時に接合することが可能であるため、他の接合方法に比べて、加工工数を削減でき、加工コストを低減できる。

　以下、図８から図１０を参照して、本実施形態の長尺中空部材１０の変形例について説明する。

　図８に示す第１変形例では、長尺中空部材１０は、第１管部１１と、第２管部１２と、一対の連結部１３とを備える。

　図９に示す第２変形例では、第１管部１１及び第２管部１２は、肉厚部１１ｃ，１２ｃをそれぞれ有している。連結部１３は、肉厚部１１ｃと肉厚部１２ｃとの境界面である。

　図１０に示す第３変形例では、第１管部１１の断面形状（ＹＺ断面の形状）は、矩形である。また、第２管部１２の断面形状は、矩形である。

　以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、本発明は特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲において、種々の変更が可能である。

　本発明に係る車両用構造部材１は、ステアリングサポート１に限定されず、他の車両用構造部材にも適用可能である。

　第１管部１１及び第２管部１２の断面形状（ＹＺ断面の形状）は、多角形であってもよい。

　長尺中空部材１０は、純アルミニウム又はアルミニウム合金のようなアルミニウム材であってもよいし、鉄又はハイテンション鋼のような鉄材であってもよい。

　また、種々のブラケット２０，２１，２２は、それぞれ、アルミニウム材であってもよいし、鉄材であってもよい。

　すなわち、車両用構造部材１は、全体として、アルミニウム材からなってもよいし、鉄材からなってもよい。

　接合工程で行う拡管接合は、ゴムを用いた拡管接合に限定されず、電磁成形による拡管接合又は液圧を用いた拡管接合であってもよい。

　　１　ステアリングサポート（車両用構造部材）
　　１０　長尺中空部材
　　１０ａ　双管部
　　１０ｂ　単管部
　　１１　第１管部
　　１１ａ，１１ｂ　端部
　　１２　第２管部
　　１２ａ，１２ｂ　端部
　　１３　連結部
　　１３ａ　切片
　　２０　両端支持ブラケット
　　２１　支持ブラケット
　　２２　ステアリングブラケット
　　３０　ステアリングホイール
　　３１　ステアリングコラム
　　４０　押出形材（素管）
　　４１Ａ，４１Ｂ　管部
　　４２　連結部
　　４３　第１切込
　　４３ａ　端部
　　４４ａ　端部
　　４４　第２切込
　　４５　第３切込
　　５０　長尺中空部材
　　５１　第１管部
　　５２　第２管部
　　５３　連結部
　　６０　ゴム
　　６１　押子
　　６１ａ　押圧面

Claims

　一体構造の長尺中空部材と、
　前記長尺中空部材に接合された支持部材と
　を備え、
　前記長尺中空部材は、
　第１管部と、前記第１管部の外側に配置され、かつ前記第１管部に沿って延びる第２管部と、前記第１管部と前記第２管部とに沿って延び、前記第１管部と前記第２管部とに一体成形されて前記第１管部と前記第２管部とを互いに連結する連結部とを備える第１部分と、
　前記第１部分から延びている前記第１管部を備え、前記第２管部が除去されている、第２部分と
　を有する、車両用構造部材。
　前記第１管部と前記第２管部は、前記第１管部及び前記第２管部の長手方向に交差する方向に離れて配置されており、
　前記連結部は、板状部である、請求項１に記載の車両用構造部材。
　前記第１管部の一方の端部と前記第２管部の一方の端部とは、前記第１管部及び前記第２管部の前記長手方向の位置が揃えられている、請求項２に記載の車両用構造部材。
　前記第１管部及び前記第２管部の断面形状は、前記長手方向に実質的に一定である、請求項２又は３に記載の車両用構造部材。
　前記車両用構造部材は、ステアリングサポートである、請求項１から３のいずれか１項に記載の車両用構造部材。
　連結部によって連結され、平行に並べられた２つの管部を有する素管を成形する成形工程と、
　前記素管を切断して長さの異なる２つの前記管部をそれぞれ有する２つの長尺中空部材に分離する切断工程と、
　前記長尺中空部材の一部を取り囲むように支持部材を配置し、前記長尺中空部材の前記一部を拡管し、それによって前記長尺中空部材と前記支持部材とをかしめ接合する接合工程と
　を含む、車両用構造部材の製造方法。
　前記切断工程は、
　２つの前記管部のうちの一方に、前記素管の長手方向に交差する方向に延びて、前記連結部に達する第１切込を設け、
　２つの前記管部のうちの他方の、前記第１切込とは前記素管の前記長手方向の位置が異なる位置に、前記素管の前記長手方向に交差する方向に延びて、前記連結部に達する第２切込を設け、
　前記連結部に、前記素管の前記長手方向に沿って延び、前記第１切込の端部と前記第２切込の端部とを連結する第３切込を設け、第１から第３切込によって、前記素管を前記２つの長尺中空部材に分離する
　ことを含む、請求項６に記載の車両用構造部材の製造方法。
　前記接合工程は、
　前記長尺中空部材に挿入可能な弾性体を準備し、
　前記長尺中空部材の前記管部内に弾性体を挿入し、
　前記弾性体を前記長尺中空部材の前記長手方向に圧縮して前記長尺中空部材の前記素管の長手方向と直交する方向に向けて膨出させ、それによって前記長尺中空部材を拡管する
　ことを含む、請求項６又は７に記載の車両用構造部材の製造方法。
　２つの前記管部は、互いに実質的に同一の断面形状を有しており、
　前記素管から分離した２つの前記長尺中空部材は、互いに実質的に同一の寸法を有する、請求項６又は７に記載の車両用構造部材の製造方法。