WO2022038842A1

WO2022038842A1 - 自動車用衝突エネルギー吸収部品、該自動車用衝突エネルギー吸収部品の製造方法

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Publication number: WO2022038842A1
Application number: PCT/JP2021/017682
Authority: WO
Inventors: 和彦樋貝; 毅塩崎; 良清玉井
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2020-08-18
Filing date: 2021-05-10
Publication date: 2022-02-24
Anticipated expiration: 2023-02-18
Also published as: US12571122B2; EP4201752B1; JP7238867B2; CN115867466A; KR20230036150A; EP4201752A1; JP2022034129A; EP4201752A4; MX2023001873A; US20230257899A1; KR102803561B1

Abstract

本発明に係る自動車用衝突エネルギー吸収部品１は、天板部７ａと縦壁部７ｂを有するハット断面部材を用いて形成された筒状部材３と、天板部７ａと縦壁部７ｂの外面における天板部７ａと縦壁部７ｂを連結するコーナー部７ｃを含む部分に、天板部７ａ外面および縦壁部７ｂ外面およびコーナー部７ｃ外面と０．２ｍｍ以上３ｍｍ以下の隙間１１を空けて配設され、筒状部材３より強度の低い材質からなる塗膜形成部材５と、隙間１１に形成された電着塗料による塗膜１３とを有する。

Description

自動車用衝突エネルギー吸収部品、該自動車用衝突エネルギー吸収部品の製造方法

　本発明は、自動車用（automotive）衝突エネルギー吸収（crashworthiness　energy　absorption）部品（parts）、該自動車用衝突エネルギー吸収部品の製造方法に関し、特に、車体（automotive　body）の前方又は後方から衝突荷重（crashworthiness　load）が入力した際に、軸圧壊（axial　crush）して衝突エネルギーを吸収する自動車用衝突エネルギー吸収部品、該自動車用衝突エネルギー吸収部品の製造方法に関する。

　自動車の衝突エネルギー吸収性能（absorptive　properties）を向上させる技術として、自動車部品の形状（shape）・構造（structure）・材料（material）等の最適化（optimization）など多くの技術が存在する。さらに、近年では、閉断面構造（closed　cross　section　shape）を有する自動車部品（automotive　part）の内部に樹脂（resin）を発泡させて充填することで、該自動車部品の衝突エネルギー吸収性能の向上と軽量化（weight　reduction　of　automotive　body）を両立させる技術が数多く提案されている。

　例えば、特許文献１には、サイドシル（side　sill）、フロアメンバー（floor　member）、ピラー（pillar）等のハット断面（hat-shaped　cross　section）部品の天板（top　portion）方向を揃えフランジ（flange　portion）を重ねて内部に閉鎖空間を形成した構造の自動車用構造部材において、その内部に発泡充填材（foam　filler）を充填することにより、重量増を抑制しつつ該自動車用構造部材の曲げ強度（bending　strength）、ねじり剛性（torsional　stiffness）を向上させ、車体の剛性及び衝突安全性（collision　safety）を向上させる技術が開示されている。

　また、特許文献２には、ハット断面部品を対向させてフランジ部を合わせたピラー等の閉断面構造の内部空間内に高剛性発泡体（high　stiffness　foam　body）を充填するに際し、該高剛性発泡体の充填および発泡による圧縮反力（compressive　counterforce）により高剛性発泡体を固定し、振動音（vibration　sound）の伝達を抑制する防振性（vibration　damping　performance）の向上を図るとともに、強度、剛性、衝突エネルギー吸収性能を向上させる技術が開示されている。

　特許文献３は、複数の繊維層（fiber　layer）を積層したＣＦＲＰ（carbon　fiber　reinforced　plastics）製の補強材（reinforcement　material）を熱硬化性接着剤（thermosetting　adhesive）で金属部材（metal　member）の表面に接着（adhere）したものであり、接着後に金属部材と補強材の線膨張係数（coefficient　of　linear　thermal　expansion）差によって熱硬化性接着剤に生じる残留剪断応力（residual　shear　stress）を緩和させるために、補強材の本体部から端縁（outer　edge）に向けて徐々に厚さが減少する残留剪断応力緩和部からなる構造を有した金属－ＣＦＲＰ複合材（composite　material）が開示されている。

　さらに特許文献４には、軸方向からの入力荷重により入力端側から逐次圧壊（sequential　axial　crush）を起こす筒状断面のＦＲＰ（fiber　reinforced　plastic）製エネルギー吸収部と、これに連なりＦＲＰで形成されて車体部品（automotive　parts）と接合される支持部と、からなるフロントサイドメンバー（front　side　member）を備え、前記エネルギー吸収部はフロントサイドメンバーの長手方向とそれに直角な方向とに等分に強化繊維が配向され、前記支持部は等方性を持って強化繊維（reinforcement　fiber）が配向された一体成形が可能な自動車部品が開示されている。

特開２００６－２４０１３４号公報特開２０００－３１８０７５号公報特開２０１７－６１０６８号公報特開２００５－２７１８７５号公報

　特許文献１及び特許文献２に開示されている技術によれば、自動車部品の内部に発泡充填材又は発泡体（foam　body）を充填することにより、該自動車部品の曲げ変形（bending　deformation）に対する強度や衝突エネルギー吸収性能、さらには捻り変形（torsional　deformation）に対する剛性を向上することができ、当該自動車部品の変形を抑制することが可能であるとされている。

　しかしながら、フロントサイドメンバーやクラッシュボックス（crash　box）のように、自動車の前方又は後方から衝突荷重（crashworthiness　load）が入力して軸圧壊する際に、蛇腹状（bellows-shaped）に座屈変形（buckling　deformation）して衝突エネルギーを吸収する自動車部品に対しては、該自動車部品の内部に発泡充填材や発泡体を充填する技術を適用したとしても、単に自動車部品の内部に充填しただけであり、自動車部品と発泡充填材や発泡材との接着力（adhesion　force）が不足する。その結果、衝突時に部品の接合部に生じた隙間などから部品内部の発泡充填材や発泡剤（foaming　agent）が噴出して、衝突エネルギーの吸収性能を向上させることが困難であるという課題があった。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もあった。

　また、特許文献３、特許文献４に開示されている技術によれば、金属表面にＣＦＲＰを接着することで、曲げ耐力（bending　strength）を向上することが可能であったり、ＣＦＲＰそのものの配向性（orientation）を考慮して部品を一体製造することで、部品組立工数の低減や締結部品の削減による重量増加の削減が可能であるとされている。

　しかしながら、ＣＦＲＰを変形が伴う軸圧壊部品へ適用しても、ＣＦＲＰは強度が高い反面、延性（elongation）が著しく低いため、蛇腹状の変形を開始した途端にＣＦＲＰの折れ（break）・破断（fracture）が発生し、衝突エネルギー吸収性能は向上しない課題があった。また、ＣＦＲＰはコストが著しく高い課題もあった。

　本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、フロントサイドメンバーやクラッシュボックスのような車体の前方又は後方から衝突荷重が入力して軸圧壊する際に、外面に塗料（coating）の厚い膜（coating　film）を形成して衝突エネルギーの吸収効果を向上するとともに、車体に生じた振動（vibration）を吸収する制振材（vibration-damping　material）として機能することができ、かつ、追加の生産工程を少なくできるため、生産コストが大きく上昇することのない自動車用衝突エネルギー吸収部品、該自動車用衝突エネルギー吸収部品の製造方法を提供することを目的とする。

　発明者は、上記課題を解決する方法を鋭意検討し、自動車製造の塗装工程（coating　process）で一般的に用いられている電着塗料（electrodeposition　paint）を活用することによって、発泡樹脂等の充填材を隙間なく充填するという追加工程を必要とせずに衝突エネルギーの吸収効果を向上させることができるという知見を得た。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。

　本発明に係る自動車用衝突エネルギー吸収部品は、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って、天板部（top　portion）と縦壁部（side-wall　portion）を有するハット断面部材（hat-shaped　section　part）を用いて形成された筒状部材（tubular　member）と、前記天板部と前記縦壁部の外面における前記天板部と前記縦壁部を連結する（connect）コーナー部（corner　portion）を含む部分に、前記天板部外面および前記縦壁部外面および前記コーナー部外面と０．２ｍｍ以上３ｍｍ以下の隙間（gap）を空けて配設され、前記筒状部材より強度の低い材質（material）からなる塗膜形成部材（coating　parts）と、前記隙間に形成された電着塗料による塗膜（coating　film）とを有する。

　本発明に係る自動車用衝突エネルギー吸収部品の製造方法は、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自動車用衝突エネルギー吸収部品の製造方法であって、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、該筒状部材の外面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に前記天板部外面および前記縦壁部外面および前記コーナー部外面と０．２ｍｍ以上３ｍｍ以下の隙間を空けて配設され、前記筒状部材より強度の低い材質からなる塗膜形成部材と、を有する塗装前部品を製造する部品製造工程と、該塗装前部品を、前記車体に取り付けた状態において、前記隙間を含む部品表面に、電着塗装（electrodeposition　coating）による電着工程（electrodeposition　coating　process）で塗料層を形成し、これに続く塗料焼付処理（paint　baking　treatment）で前記塗料層（coating　layer）を熱硬化（thermosetting）させて塗膜を形成する塗膜形成工程（coating　process）とを含む。

　本発明によれば、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筒状部材が圧縮変形（compressive　deformation）する過程において、該筒状部材の座屈耐力（buckling　strength）を向上させるとともに、該筒状部材の変形抵抗（deformation　resistance）を低下させることなく蛇腹状に座屈変形を発生させることができ、かつ、前記筒状部材の前記座屈変形における曲げ部（bending　portion）の破断を防止することができ、衝突エネルギーの吸収性能を大幅に向上させることができる。また、自動車エンジンからの振動や自動車走行（driving　automobile）時に各方向から車体（automotive　body）に入力する振動を吸収し、制振性を向上することができる。さらに、本発明においては塗膜形成部材を有するので、自動車製造の塗装工程で一般的に行われている電着塗装において目標とする厚みの塗膜が形成でき、従来の自動車製造ラインのまま製造することができる。

図１は、本発明の実施の形態１に係る自動車用衝突エネルギー吸収部品を示す斜視図である。図２は、本発明の実施の形態１に係る自動車用衝突エネルギー吸収部品に塗膜が形成される前の状態を示す斜視図である。図３は、鋼板の引張強度（tensile　strength）と、鋼板の破断限界曲げ半径（critical　curvature　radius　for　fracture）と板厚との比、との関係を示すグラフである。図４は、本発明の実施の形態２に係る自動車用衝突エネルギー吸収部品の製造方法の説明図である。図５は、本発明に係る自動車用衝突エネルギー吸収部品の他の態様を示す図である（その１）。図６は、本発明に係る自動車用衝突エネルギー吸収部品の他の態様を示す図である（その２）。図７は、本発明に係る自動車用衝突エネルギー吸収部品の他の態様を示す図である（その３）。図８は、本発明に係る自動車用衝突エネルギー吸収部品の他の態様を示す図である（その４）。図９は、本発明に係る自動車用衝突エネルギー吸収部品の他の態様を示す図である（その５）。図１０は、実施例における軸圧壊試験（axial　crushing　test）方法を説明する図である。図１１は、実施例における打撃振動試験（impact　vibration　test）方法を説明する図である。図１２は、実施例における打撃振動試験方法による振動特性（vibration　characteristics）評価において固有振動数（character　frequency）算出の対象とした振動モード（vibration　mode）を示す図である。図１３は、実施例において発明例として用いた試験体の構造を示す図である。図１４は、実施例において比較例として用いた試験体の構造を示す図である。

［実施の形態１］
　本実施の形態に係る自動車用衝突エネルギー吸収部品について、以下に説明する。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。

　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（図１）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り、前記車体に取り付けられた状態において、表面に、電着塗料による塗料層が形成され、塗料焼付処理で前記塗料層が硬化し、塗膜が形成されるものである。図１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の外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。図２は自動車用衝突エネルギー吸収部品１の電着塗装前の状態（以降、塗装前部品２という）を示すものである。図１及び図２に基づいて、以下、各部材について説明する。

＜筒状部材＞
　筒状部材３は鋼板等の金属板（metal　sheet）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（outer　parts）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（inner　parts）９が、アウタ部品７のフランジ部である接合部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が座屈耐力を越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＞
　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の外面側であって、コーナー部７ｃを含む部分に０．２ｍｍ以上３ｍｍ以下の隙間１１が形成されるように配置され、接合部１２でスポット溶接（spot　welding）等により接合（joining）されている（図２参照）。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（deformation　strength）を高めるために例えば軸方向に延びるビード形状（bead-shape）を形成する、あるいは板厚を厚くするようにすればよい。

　この隙間１１には、自動車製造の一般的な塗装工程のひとつである電着塗装の際に、電着塗料による塗膜１３が形成される（図１参照）。電着塗料の種類としては例えば、ポリウレタン系（polyurethane）カチオン電着塗料（cationic　electrodeposition　paint）、エポキシ系（epoxy）カチオン電着塗料、ウレタン（urethane）カチオン電着塗料、アクリル系（acrylic）アニオン電着塗料、フッ素樹脂（fluororesin）電着塗料などが挙げられる。電着塗装については後述する実施の形態２にて具体的に説明する。

　通常電着塗装を行うと、鋼板の表面には０．０５ｍｍ程度の塗膜が形成されるが、本実施の形態においては塗装前部品２におけるアウタ部品７の外面側に塗膜形成部材５を設けたことにより、隙間１１に電着塗料が入り込み塗料層が形成され、これが熱処理（heat　treatment）されることで、図１に示すような０．２ｍｍ以上３ｍｍ以下の厚みをもった塗膜１３を形成させることができる。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。

　鋼板等の金属板で形成された筒状部材を有する自動車用衝突エネルギー吸収部品は、該自動車用衝突エネルギー吸収部品の軸方向先端に衝突荷重を入力し、該筒状部材が座屈耐力を越えて軸圧壊する過程において、該筒状部材に蛇腹状の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。

　しかしながら、蛇腹状の曲がり部分は金属板固有の小さな曲げ半径となるため、曲がり部分の外面に応力（stress）が集中して割れ（fracture）が発生しやすく、軸圧壊する過程で曲がり部分に割れが発生してしまうと、衝突エネルギーの吸収効果が著しく低減してしまうものであった。したがって、衝突エネルギーの吸収効果を向上するには、蛇腹形状に座屈変形する筒状部材に発生する割れを防止する必要があった。

　特に、近年、衝突特性と軽量化の両立を目的として自動車部品に採用されている高強度鋼板は、従来の強度の鋼板に比較して延性が小さいものである。表１及び図３に示す鋼板引張強度レベルと鋼板の破断限界曲げ半径R/板厚tの関係（下記の参考文献１参照）は、同じ板厚の場合、鋼板の引張強度TSが大きいほど大きな曲げ半径であっても破断（fracture）が発生しやすいことを示している。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自動車用衝突エネルギー吸収部品に用いられる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．

　これに対し本発明は、衝突時に筒状部材３が蛇腹状に座屈変形する際に、凹状に変形した曲げ部において、金属板と金属板との間に物を介在させ挟んで圧縮（compression）させることで、凹状に変形した曲げ部の曲げ半径を大きくし、蛇腹形状の曲がり先端の割れを防止するものである。ここで、金属板と金属板との間に介在させる物としては、自動車用衝突エネルギー吸収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（foam　resin）等のように部品製造において材料や工程の追加を要するものではなく、従来の自動車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。

　また、筒状部材３において衝突エネルギーを吸収する能力が高い部位は、天板部７ａと縦壁部７ｂをつなぐコーナー部７ｃであるが、コーナー部７ｃはアウタ部品７をプレス成形する際に、最も加工を受けやすく加工硬化（work　hardening）する部位でもあり、加工硬化によって延性がさらに低下している。よってコーナー部７ｃにおける蛇腹形状の曲がり先端部分が特に割れが発生しやすい部位である。

　そこで、本発明では、アウタ部品７のコーナー部７ｃを含む外面側に、該外面との間に０．２ｍｍから３ｍｍの隙間１１が生じるように塗膜形成部材５を設けることで、電着塗装時に隙間１１に電着塗料が入り込んで所定の厚みを有する塗料層を形成できるようにした。塗料層は電着塗装の焼付工程（baking　process）で硬化して隙間１１に定着して塗膜１３となる。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、蛇腹形状の凹状曲げ部の内側に塗膜１３が介在することで凹状曲げ部の曲げ半径を大きくして蛇腹形状の曲がり先端部分の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。

　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における塗膜１３は、振動を吸収する制振材（vibration-damping　material）としても機能する。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（automotive　engine）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。

　上述したように、塗膜形成部材５は、電着塗装時に所定厚みの塗膜１３を形成させることを目的とし強度が不要であるため、アウタ部品７及びインナ部品９に比べて強度が低く、板厚が薄いものでもよい。さらに言えば、塗膜形成部材５の強度が高すぎると衝突時の筒状部材３の円滑な蛇腹状の座屈変形を阻害することになるため、例えば４４０ＭＰａ級（MPa-class）以下が好ましい。

［実施の形態２］
　本実施の形態では、実施の形態１で説明した自動車用衝突エネルギー吸収部品１の製造方法について説明する。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の製造方法は、筒状部材３に塗膜形成部材５を設けた塗装前部品２を製造する部品製造工程と、塗装前部品２を車体に取り付けた後に、塗装前部品２に塗料層を形成し、焼付処理によって塗料層を熱硬化させて塗膜１３を形成する塗膜形成工程とを備えるものである。各工程について図１及び図２に示した自動車用衝突エネルギー吸収部品１の断面図である図４を用いて以下に具体的に説明する。

＜部品製造工程＞
　部品製造工程は、アウタ部品７及びインナ部品９が接合されてなる筒状部材３の外面側に塗膜形成部材５を設けた塗装前部品２を製造する工程である。図４（ａ）に例を示すように、アウタ部品７のコーナー部７ｃを含む範囲の外側に、アウタ部品７の外面との間に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の外面にスポット溶接等により接合する。また、塗膜形成部材５をアウタ部品７の天板部７ａに接触させて、さらに接合してもよい（図６（ｂ）、図７（ｂ）参照）。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＞
　塗膜形成工程は、隙間１１に塗膜１３を形成させる工程である。上述した部品製造工程で製造した塗装前部品２が車体に取り付けられた状態において、自動車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、電着塗装及び自動車製造におけるその他の塗装工程について概説しながら本工程について説明する。

　一般的に自動車の車体には、耐候性（weatherability）や意匠性（design）、防食性（anticorrosion　property）等を高めるために、鋼板に対して順に電着塗装、中塗り（intermediate　coat）塗装、上塗り（top　coat）ベース塗装、上塗りクリア塗装（clear　coat）が施される。中でも鋼板に対して最初に施される電着塗装は、車体の防錆性（rust　prevention）を高めるのに重要な工程であり広く用いられている。電着塗装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（drying　furnace）（オーブン（oven））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との対応を示す。

　一般的な電着塗装ではまず、鋼板のプレス成形（press-forming）などによって形成された車体部品に対し、前処理として脱脂（degreasing）、水洗（washing）や化成処理（chemical　conversion　treatment）などの表面処理（surface　treatment）が行われ、表面処理が行われた車体部品はその後、電着塗料が入った電着槽（electrodeposition　tank）に浸漬させて、被塗物（object　to　be　coated）（車体部品）を陰極（cathode）、電着塗料を陽極（anode）にして通電（conducting）することで、鋼板表面に電着塗料による塗料層が形成される（カチオン電着塗装）。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（baking　treatment）によって塗料層を硬化させる。

　本実施の形態における部品製造工程で製造された塗装前部品２（図４（ａ）参照）も、車体骨格に取り付けられた状態で上述した電着槽に浸漬されると、電着塗料が隙間１１に入り込み、その後の通電によって塗料層が形成される。隙間１１以外の他の部位にも鋼板表面に電着塗料による塗料層が形成されるが、その厚みは０．０５ｍｍ程度と薄いため図示を省略する。

　塗料層が形成された自動車用衝突エネルギー吸収部品１はその後に前述したような焼付処理を経て塗料層が硬化し、隙間１１に所定厚みの塗膜１３が定着する（図４（ｂ））。なお、塗膜１３は隙間１１内の全領域に亘って中実状態（solid　state）で形成されるのが好ましいが、隙間１１の一部に空隙（void）が存在した状態で塗膜１３が形成される場合も考えられ、このような場合であっても塗膜１３のない場合に比較して本発明の効果を奏することができるので、隙間１１の一部に空隙が存在する場合を排除するものではない。

　電着塗装は被塗物に対するつき廻り性（deposition　property　of　electrodeposition　coating）（未塗装部へ塗料が広がる性能）が高いため、凹凸の多い内板部材（車体骨格部分やエンジンルームなど）に対して特に効果的である。電着塗料には様々な種類があり、塗装対象や要求機能（つき廻り性、省エネルギー性（energy　saving）、防食性など）によって使い分けられている。本発明の自動車用衝突エネルギー吸収部品１には、主に内板（内装）用に使用される軟質塗料（flexible　coating　film）による電着塗装の適用を想定しており、その種類としては例えば、ポリウレタン系カチオン電着塗料、エポキシ系カチオン電着塗料、ウレタンカチオン電着塗料、アクリル系アニオン電着塗料、フッ素樹脂電着塗料などが挙げられる。

　電着塗装が施された車体部品は、中塗り塗装、上塗りベース塗装、上塗りクリア塗装が施される。これらは主に静電塗装（electrostatic　painting）と呼ばれる帯電した塗料をスプレー等で被塗物に噴射する方法で行われており、中塗り塗装は電着塗装面の粗度隠蔽（roughness　masking）や光線透過抑制（light　transmittance　restraining）、上塗りベース塗装及び上塗りクリア塗装は着彩（coloring）等の意匠性や耐久性（durability）などの機能を有するものである。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（polyester-melamine　paint）、アクリルーメラミン系塗料（acrylic-melamine　paint）、アクリルーポリエステルーメラミン系塗料（acrylic-polyester-melamine　paint）、アルキド・ポリエステルメラミン系塗料（alkyd-polyester-melamine　paint）などが挙げられる。

　以上のように、本実施の形態で説明した自動車用衝突エネルギー吸収部品１の製造方法によれば、筒状部材３に塗膜形成部材５を設けたことで、自動車製造の塗装工程で一般的に行われている電着塗装の際に、筒状部材３と塗膜形成部材５との間の隙間１１に電着塗料による塗膜１３が形成されるので、生産コストを大きく上昇させることなく衝突エネルギーの吸収効果が高い自動車用衝突エネルギー吸収部品１を製造することができる。

　実施の形態１及び２では、図４に断面図を示したような、アウタ部品７の縦壁部７ｂに塗膜形成部材５の接合部１２を設け、天板部７ａ、コーナー部７ｃ及び縦壁部７ｂの一部の外面に亘って塗膜１３を形成する例を説明したが、本発明はこれに限るものではない。例えば図５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を主体とする外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の外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６に示すようにコーナー部７ｃを主体とする外面に塗膜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（joining　portion）１２を設けてもよいし（図６（ａ））、一つの塗膜形成部材５を用いて天板部７ａの中央と接触させ、さらに接合して、縦壁部７ｂに接合部１２を設けてもよい（図６（ｂ））。

　また、図７に示すように、縦壁部７ｂ及びコーナー部７ｃの外面に塗膜１３を形成するようにしてもよい。図６と同様に、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を用いて天板部７ａの中央と接触させ、さらに接合して、縦壁部７ｂに接合部１２を設けてもよい（図７（ｂ））。さらに、図８に示すようなハット断面型の塗膜形成部材５をアウタ部品７とインナ部品９と合わせて接合部１０で接合するようにしてもよい。

　本実施の形態ではハット断面形状のアウタ部品７と平板形状のインナ部品９からなる筒状部材３を例に挙げたが、本発明はこれに限るものではなく、図９に例を示すハット断面部材を対向させてフランジ部（flange　portion）を合わせてなるような筒状部材にも適用可能である。図９（ａ）は、対向したハット断面部材のそれぞれに図５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９（ｂ）は図６（ａ）に示した態様、図９（ｃ）は図７（ｂ）に示した態様、図９（ｄ）は図８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９においては、アウタ部品７については図４～図８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９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。

　本発明に係る自動車用衝突エネルギー吸収部品１の効果を確認するための実験を行ったので、その結果について以下に説明する。

　本実施例では、本発明に係る自動車用衝突エネルギー吸収部品を試験体とし、軸圧壊試験による衝突エネルギーの吸収特性の評価と、打撃振動試験における周波数応答関数（frequency　response　function）の測定と固有振動数（character　frequency）の算出による制振特性（damping　characteristic）の評価を行った。

　軸圧壊試験においては、図１０に示すように筒状部材３を有する試験体２１の軸方向に試験速度17.8m/sで荷重を入力して、試験体長（試験体２１の軸方向長さL0）を200mmから120mmまで80mm軸圧壊変形させたときの荷重とストローク（軸圧壊変形量（amount　of　axial　crush　deformation））の関係を示す荷重－ストローク曲線（load-stroke　curve）を測定するとともに、高速度カメラによる撮影を行い変形状態と筒状部材３における破断発生の有無を観察した。さらに、測定した荷重－ストローク曲線から、ストロークが0～80mmまでの吸収エネルギーを求めた。

　一方、打撃振動試験においては、図１１に示すように、吊り下げた試験体２１に加速度センサー（acceleration　sensor）（小野測器製：NP-3211）をアウタ部品７の天板部７ａ内側のエッジ付近に取り付け、インパクトハンマ（impact　hammer）（小野測器製：GK-3100）で試験体２１のアウタ部品７の縦壁部７ｂ内側を打撃加振（impact　vibration）し、加振力（impact　force）と試験体２１に発生した加速度（acceleration）をFFTアナライザ（小野測器製：CF-7200A）に取り込み、周波数応答関数を算出した。ここで、周波数応答関数は、５回の打撃による平均化処理とカーブフィット（curve　fitting）により算出した。そして、算出した周波数応答関数により振動モード解析（vibration　mode　analysis）を行い、同一モードにおける固有振動数を求めた。図１２に、対象とした振動モードを示す。

　図１３に、前述した実施の形態１及び２に係る塗膜１３が形成された自動車用衝突エネルギー吸収部品１（図１及び図４（ｂ））である試験体２１の構造及び形状を示す。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の外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。

　図１３には天板部７ａからコーナー部７ｃ、縦壁部７ｂに至る塗膜形成部材５の間の隙間１１を３ｍｍとした例を示したが、本実施例では隙間１１を２ｍｍ、１ｍｍ、０．２ｍｍとした試験体２１も用意し、隙間１１内に形成される塗膜１３の厚みを変えながら試験を行った。

　さらに比較例として、図１４に示すような筒状部材３及び塗膜形成部材５を有し、塗膜１３が形成されていない試験体３１を用意し、発明例と同様に軸圧壊試験及び打撃振動試験を行った。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。

　発明例１～発明例５はいずれも、塗膜形成部材５と塗膜１３を備えた試験体２１（図１３）を用いたものであり、アウタ部品７及び塗膜形成部材５の強度（材質）や塗膜１３の厚みを変化させたものである。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１４）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を備えずに成膜させたものである。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。

　表２に示す試験体重量は、塗膜１３が形成されているものについてはアウタ部品７、インナ部品９、塗膜形成部材５及び塗膜１３の各重量の総和であり、塗膜１３がないもの（比較例１～比較例４）についてはアウタ部品７、インナ部品９及び塗膜形成部材５の各重量の総和である。

　比較例１は、試験体重量1.08kgであり、吸収エネルギーは6.5kJであった。さらに、固有振動数は155Hzであった。

　比較例２は、比較例１に対してアウタ部品７の板厚と、アウタ部品７及び塗膜形成部材５間の隙間を変更したものであり、試験体重量は1.19kg、吸収エネルギーは7.0kJであり、比較例１より増加した。固有振動数は175Hzであった。

　比較例３は、アウタ部品７を980MPa級の高強度鋼板（high-strength　steel　sheet）としたものであり、試験体重量は1.08kgであった。吸収エネルギーは8.1kJであり、比較例２よりもさらに増加したが、筒状部材３に破断が発生した。固有振動数は155Hzであった。

　比較例４は、アウタ部品７を1180MPa級の高強度鋼板としたものであり、試験体重量は1.09kgであった。吸収エネルギーは8.5kJであり、比較例３よりもさらに増加したが、筒状部材３に破断が発生した。固有振動数は155Hzであった。

　比較例５は、アウタ部品７を1180MPa級の高強度鋼板とし、塗膜形成部材５を設置せずに成膜させたものであり、塗膜１３の厚みは0.05mmであった。試験体重量は0.96kgであり、吸収エネルギーは8.7kJと比較例４より増加したが、筒状部材３に破断が発生した。固有振動数は155Hzであった。

　比較例６は、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（筒状部材３）の材質の強度を上回るものであり、さらに3mmの厚みの塗膜１３が形成されたものである。試験体重量は1.28kgであり、吸収エネルギーは8.1kJと比較例１よりも増加したが、筒状部材３に破断が発生した。固有振動数は350Hzであった。

　発明例１は、アウタ部品７を鋼板強度590MPa級の鋼板とし、塗膜１３の厚みが3mmである試験体２１を用いたものである。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、吸収エネルギーは大幅に向上した。発明例１の試験体重量（＝1.28kg）は比較例１（＝1.08kg）、比較例３（＝1.08kg）及び比較例４（＝1.09kg）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8.7kJ/kgであり、比較例１（＝6.0kJ/kg）、比較例３（＝7.5kJ/kg）及び比較例４（＝7.8kJ/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は、発明例１と同一材質を用いて、塗膜１３の厚みを2mmとしたものである。試験体重量は1.21kgであり、発明例１（＝1.28kg）よりも軽量となった。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７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7.4kJ/kgであり、比較例２（＝5.9kJ/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。

　発明例３は発明例２と同様に塗膜１３の厚みを2mmとしたものであり、塗膜形成部材５の鋼板強度を440MPa級としたものである。塗膜形成部材５の鋼板強度がアウタ部品７の鋼板強度を超える780MPaである比較例６では筒状部材３に破断が生じたが、発明例３では破断が生じなかった。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は、アウタ部品７を鋼板強度1180MPa級の高強度鋼板としたもので、塗膜１３の厚みを1mmとしたものである。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）よりも吸収エネルギーが大幅に向上した。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1.17kgであり、さらに、単位重量当たりの吸収エネルギー（＝9.6kJ/kg）は、発明例１（＝8.7kJ/kg）及び比較例４（＝7.8kJ/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は、発明例４と同一素材のものにおいて、塗膜１３の厚みを通常のラミネート鋼板（laminated　steel　sheet）におけるラミネートと同程度である0.2mmとしたものであり、試験体重量は1.10kgであった。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9.7kJ/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（＝155Hz）よりも上昇した。

　なお、表中に記載はないが、アウタ部品７と塗膜形成部材５の隙間を4mm以上にした場合、すなわち、4mm以上の厚みの塗膜１３を形成させた場合には、電着塗装の焼付処理で十分な乾燥を行うことができず、塗料の液だれが生じて乾燥した塗膜が所定隙間まで形成されなかった。よって、本発明における塗膜１３の適切な厚みを0.2mm～3mmとした。

　以上より、本発明に係る自動車用衝突エネルギー吸収部品１は、軸方向に衝突荷重が入力して軸圧壊する場合において、重量の増加を抑えつつ衝突エネルギーの吸収効果を効率良く向上でき、かつ、衝撃を加えたときの固有振動数が上昇して制振性を向上できることが示された。

　なお、固有振動数が上昇することにより制振性が向上する理由は、以下のとおりである。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（sympathetic　vibration）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（crankshaft）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（cylinder）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、本発明の約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。

　本発明によれば、フロントサイドメンバーやクラッシュボックスのような車体の前方又は後方から衝突荷重が入力して軸圧壊する際に、外面に塗料の厚い膜を形成して衝突エネルギーの吸収効果を向上するとともに、車体に生じた振動を吸収する制振材として機能することができ、かつ、追加の生産工程を少なくできるため、生産コストが大きく上昇することのない自動車用衝突エネルギー吸収部品、該自動車用衝突エネルギー吸収部品の製造方法を提供することができる。

　　１　自動車用衝突エネルギー吸収部品
　　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

　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自動車用衝突エネルギー吸収部品であって、
　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、前記天板部と前記縦壁部の外面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に、前記天板部外面および前記縦壁部外面および前記コーナー部外面と０．２ｍｍ以上３ｍｍ以下の隙間を空けて配設され、前記筒状部材より強度の低い材質からなる塗膜形成部材と、前記隙間に形成された電着塗料による塗膜とを有する、自動車用衝突エネルギー吸収部品。
　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自動車用衝突エネルギー吸収部品の製造方法であって、
　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、該筒状部材の外面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に前記天板部外面および前記縦壁部外面および前記コーナー部外面と０．２ｍｍ以上３ｍｍ以下の隙間を空けて配設され、前記筒状部材より強度の低い材質からなる塗膜形成部材と、を有する塗装前部品を製造する部品製造工程と、
　該塗装前部品を、前記車体に取り付けた状態において、前記隙間を含む部品表面に、電着塗装による電着工程で塗料層を形成し、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含む、自動車用衝突エネルギー吸収部品の製造方法。