自動車用構造部材およびその製造方法
【課題】軽量で、かつ高い曲げ強度を有する、衝突性能に優れた自動車用構造部材を提供する。
【解決手段】フランジ２２ａを有する第１の素材２２と第２の素材２３とにより形成された閉じた断面を有し、かつ第１の素材２２および第２の素材２３がフランジ２２ａでスポット溶接された筒体を備える自動車用構造部材２０である。フランジ２２ａに隣接する曲がり部２２ｂと第２の素材２３とにより挟まれた第１の領域に介装された樹脂２４を備える。
【解決手段】フランジ２２ａを有する第１の素材２２と第２の素材２３とにより形成された閉じた断面を有し、かつ第１の素材２２および第２の素材２３がフランジ２２ａでスポット溶接された筒体を備える自動車用構造部材２０である。フランジ２２ａに隣接する曲がり部２２ｂと第２の素材２３とにより挟まれた第１の領域に介装された樹脂２４を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばバンパーリンフォース、サイドシル、Ｂピラーリンフォース、ドアビームといった、車体衝突時の曲げ強度が高い自動車用構造部材およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車車体を構成する基本構造部材は、例えば、プレス成形されたパネルを、フランジを介して他の部材に重ね合わせた後に、この重ね合わせ部を抵抗スポット溶接することによって、組み立てられる。近年、燃費向上のための軽量化、および乗員保護のための衝突安全性の向上が強く求められている。
【０００３】
軽量で衝突安全性の高い車両を開発するため、基本構造部材についても様々な検討がされている。特に、バンパーリンフォース、サイドシル、Ｂピラーリンフォースさらにはドアビームといった、衝突時の荷重により曲げ変形を受ける構造部材には、重量の増加を抑え、かつ部材の耐荷重や吸収エネルギを向上させることが求められ、様々な方法が検討されている。
【０００４】
特許文献１には、部材の強度を向上させるために基本矩形断面の４つのコーナに切り欠き部を有し、全体として十字形状の閉断面を有する長尺の自動車用強度部材が開示されている。
【０００５】
特許文献２には、プレス曲げ成形された鋼板部材であって、そのコーナ部へのレーザ照射や高周波加熱により焼き入れ強化された高強度鋼板部材が開示されている。
さらに、特許文献３には、形成される高周波焼入れ層である焼入れ領域が、要請される強度分布に対応する硬度変化を呈する強度分布を備えるプレス成形品が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２８４０３３号公報
【特許文献２】特開平１１−１５２５４１号公報
【特許文献３】特開平１０−１７９３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
燃費向上と衝突安全性の観点から軽量で高い曲げ強度を有する自動車用構造部材が求められているが、特許文献１〜３に開示された発明は必ずしも充分でない。
すなわち、特許文献１により開示された自動車用強度部材は、その断面形状が限定されるため、自動車用強度部材へ適用が大きく制限される。また、特許文献２により開示された高強度鋼板部材や特許文献３により開示されたプレス成形品では、レーザ照射や高周波加熱の処理コストが嵩むといった問題や、加熱に伴う熱変形、あるいは酸化スケールの発生に伴う塗装後の耐食性の劣化の問題があるため、やはり、自動車用構造部材を提供することは難しい。
【０００８】
本発明の目的は、軽量で高い曲げ強度を有する自動車用構造部材とその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
図１（ａ）は、図１（ｂ）に示すようにインパクタ１を、支持台３、３により長手方向の両端部側を支持される片ハット部材２の長手方向の中央に、衝突させた時の荷重−変位曲線の一例を示すグラフである。
【００１０】
部材の衝突性能は、図１（ａ）のグラフに示す荷重−変位曲線における、最大荷重や、荷重の積分値である吸収エネルギーにより表され、これらの値が大きいほど部材特性が優れるとされる。
【００１１】
図２（ａ）は、ハット素材４と平板素材５とを、ハット素材４のフランジ４ａでスポット溶接してスポット溶接部７を形成した片ハット部材６の断面の要部を示す説明図であって、ハット素材４のフランジ４ａに隣接する曲がり部４ｂと平板素材５とで挟まれた領域に樹脂８を介装した状況を示す。
【００１２】
また、図２（ｂ）は、２つのハット素材９、１０をその底部が反対方向となるように配置し、それぞれのフランジ９ａ、１０ａでスポット溶接してスポット溶接部１１を形成した両ハット部材１２の断面の要部を示す説明図であって、両方のフランジ９ａ、１０ａに隣接する曲がり部９ｂ、１０ｂに挟まれた領域に樹脂１３を介装した状況を示す。
【００１３】
本発明者らは、曲がり変形を受ける自動車構造部材の衝突特性を向上させるため、図２（ａ）に示す片ハット部材６と，図２（ｂ）に示す両ハット部１２を用いて衝突試験（１次衝突試験）を実施した。片ハット部材６の衝突試験では、図１（ｂ）に示すように、平板素材５側から長手方向の中央にインパクタ１を衝突させ、また、両ハット部材１２の衝突試験では、底部を上下方向に配置し、底部側から長手方向の中央にインパクタ１を衝突させた。
【００１４】
この１次衝突試験により下記の知見を得た。
図３は、片ハット部材６における荷重−変位曲線を示すグラフであり、図中の実線と破線はそれぞれ樹脂８を介装した部材（樹脂介装材）と樹脂を介していない部材（樹脂非介装材）である。また、図４は、両ハット部材１２における荷重−変位曲線を示すグラフであり、図中の実線と破線はそれぞれ樹脂介装材と樹脂非介装材である。
【００１５】
図３、図４にグラフで示すように、片ハット部材６では、フランジ４ａの曲がり部４ｂと平板素材５とで挟まれた領域に樹脂８を介装することにより、また、両ハット部材１２では両方のフランジ９ａ、１０ａの曲がり部９ｂ、１０ｂで挟まれた領域に樹脂１３を介装することにより、衝突の際の曲げ荷重と吸収エネルギを大幅に高めることができる。
【００１６】
図５は、図１（ｂ）に示すように、長手方向に対して直交する方向の荷重を受けた際の樹脂介装材の変形状況を模式的に示す説明図であり、図５（ａ）は片ハット部材６を示し、図５（ｂ）は両ハット部材１２を示す。
【００１７】
図５（ａ）または図５（ｂ）に示すように、片ハット部材６または両ハット部材１２の長手方向に対して直交する方向の荷重が作用すると、片ハット部材６を構成する縦壁４ｃと両ハット部材１２を構成する縦壁９ｃ、１０ｃが、それぞれ片ハット部材６と両ハット部材１２の内側に倒れ込むように変形する。この際に、樹脂８、１３を介装することにより、縦壁４ｃ、９ｃ、１０ｃの内側への倒れ込み変形が抑制され、その結果、片ハット部材６または両ハット部材１２の曲げ強度と吸収エネルギが大幅に増加する。
【００１８】
次に、本発明者らは、片ハット部材６を対象に、フランジ４ａの曲がり部４ｂと平板素材５とで挟まれた領域において、曲がり部４ｂとフランジ４ａとの境界を起点とし、フランジの反対側に介装した樹脂８の介装幅を変化させた衝突試験（２次衝突試験）を実施した。なお、介装幅とは、横断面において、上記領域に存在する樹脂の、フランジ側の端からフランジの反対側の端までの距離とされる。
【００１９】
図６（ａ）は、この２次衝突試験に用いた片ハット部材６の断面の要部を模式的に示す説明図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）に示す片ハット部材６の衝突の際の荷重−変位曲線を示すグラフである。この２次衝突試験により下記の知見を得た。
【００２０】
（１）図６（ｂ）に示すように、樹脂８を介装することにより、衝突の際の曲げ強度と吸収エネルギを高めることができ、樹脂８は曲がり部４ｂとフランジ４ａの境界を起点として介装し、樹脂介装幅を曲がり部４ｂの曲率半径Ｒの０．５倍以上２．０倍以下とすることが望ましい。０．５倍未満では、曲げ強度を高める効果が不十分であり、一方２．０倍超では、樹脂８の介装コストが嵩むおそれがある。
【００２１】
本発明は、フランジを有する第１の素材と第２の素材とにより形成された閉じた断面を有し、かつ第１の素材および第２の素材がフランジでスポット溶接された筒体を備える自動車用構造部材であって、フランジに隣接する曲がり部と第２の素材とにより挟まれた第１の領域に介装された樹脂を備えることを特徴とする自動車用構造部材である。
【００２２】
本発明では、前記フランジと前記第２の素材とに挟まれた第２の領域に介装された樹脂を備えることが望ましい。
これらの本発明では、第１の領域に介装された樹脂の介装幅が、曲がり部の曲率半径の０．５倍以上２．０倍以下であることが望ましい。
【００２３】
これらの本発明では、樹脂がエポキシ系接着剤であることが望ましい。
これらの本発明では、自動車用構造部材が、バンパーリンフォース、サイドシル、Ｂピラーリンフォースまたはドアビームであることが望ましい。
【００２４】
別の観点からは、本発明は、フランジ、およびこのフランジに隣接する曲がり部を有する第１の素材と、第２の素材との少なくともいずれか一方の素材に液状の樹脂を塗布する第１の工程と、第１の素材と第２の素材とを第１の素材のフランジで重ね合わせてスポット溶接して閉断面の筒体を組み立てることによって塗布された樹脂を第１の素材の曲がり部と第２の素材とに挟まれた第１の領域に介装させる第２の工程と、介装された樹脂を硬化させる第３の工程とを有することを特徴とする自動車用構造部材の製造方法である。
【００２５】
また、本発明は、フランジを有する第１の素材と第２の素材とを第１の素材のフランジでスポット溶接して閉断面の筒体を組み立てる第１の工程と、第１の素材のフランジに隣接する曲がり部と、第２の素材とにより挟まれた第１の領域に液状の樹脂を塗布する第２の工程と、塗布された樹脂を硬化させる第３の工程とを有することを特徴とする自動車用構造部材の製造方法である。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、軽量で、かつ高い曲げ強度を有する、衝突性能に優れた自動車用構造部材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１（ａ）は、図１（ｂ）に示すようにインパクタを片ハット部材の長手方向の中央に衝突させた時の荷重−変位曲線の一例を示すグラフである。
【図２】図２（ａ）は、ハット素材と平板素材とをフランジでスポット溶接した片ハット部材の断面の要部で、ハット素材のフランジに隣接する曲がり部と平板素材とで挟まれた領域に樹脂を介装した状況を示す模式図である。図２（ｂ）は、２つのハット素材をその底部が反対方向となるように配置し、フランジでスポット溶接した両ハット部材の断面要部で、両方のフランジに隣接する曲がり部に挟まれた領域に樹脂を介装した状況を示す模式図である。
【図３】図３は、片ハット部材における荷重−変位曲線を示すグラフである。
【図４】図４は、両ハット部材における荷重−変位曲線を示すグラフである。
【図５】図５は、長手方向に対して直交する方向の荷重を受けた際の樹脂介装材の変形状況を模式的に示す説明図であり、図５（ａ）は片ハット部材を示し、図５（ｂ）は両ハット部材を示す。
【図６】図６（ａ）は、２次衝突試験に用いた片ハット部材の断面の要部を模式的に示す説明図である。図６（ｂ）は、衝突の際の荷重−変位曲線を示すグラフである。
【図７】図７は、本実施の形態の片ハット部材と両ハット部材の断面形状の一部を示す模式図であり、図７（ａ）は片ハット部材であり、図７（ｂ）は両ハット部材である。
【図８】図８は、両ハット部材における長手方向の樹脂の介装状況の例を模式的に示す説明図である。
【図９】図９（ａ）〜図９（ｆ）は、種々の実施の形態の例を示す模式図である。
【図１０】図１０は、ハット素材に液状の樹脂を塗布した状態を示す断面要部を模式的に示す説明図である。
【図１１】図１１は、ハット素材に液状の樹脂を塗布した状態を示す長手方向の斜視図である。
【図１２】図１２は、フランジを有するハット素材のフランジ先端を曲げた形状を模式的に示す説明図である。
【図１３】図１３は、実施例の部材形状を模式的に示す説明図であり、図１３（ａ）は片ハット部材であり、図１３（ｂ）は両ハット部材である。
【図１４】図１４は、３点曲げ試験の要領を示す説明図であり、図１４（ａ）は片ハット部材の要領を示し、図１４（ｂ）は両ハット部材の要領を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
添付図面を参照しながら、本発明を実施するための形態を説明する。
図７は、本実施の形態の片ハット部材２０と両ハット部材２１の断面形状の一部を示す模式図であり、図７（ａ）は片ハット部材２０であり、図７（ｂ）は両ハット部材２１である。
【００２９】
図７（ａ）に示すように、片ハット部材２０は、フランジ２２ａを有するハット素材２２と、平板素材２３とを、ハット素材２２のフランジ２２ａを介して重ね合わせ、フランジ２２ａでスポット溶接して接合した閉断面形状を有する.
片ハット部材２０は、さらに、フランジ２２ａに隣接する曲がり部２２ｂと、平板素材２３とで挟まれた第１の領域と、フランジ２２ａと平板素材２３とで挟まれた第２の領域との両方に、樹脂２４が介装される。
【００３０】
図７（ａ）は、第１の領域と第２の領域の両方に樹脂２４が介装された例であるが、第１の領域のみに樹脂２４が介装されている部材とすることも出来る。但し、好ましくは、図７（ａ）に示すように、第１の領域と第２の領域の両方に樹脂２４を介装した部材であり、図２（ａ）に示すように第１の領域のみに樹脂２４を介装する場合に比較して、曲げ強度を一層高めることができる。樹脂２４は、第１の領域の少なくとも一部が望ましい。具体的には、片ハット部材２０の場合には、曲がり部２２ｂとフランジ２２ａの境界からフランジ２２ａの反対側に樹脂２４を介装することが望ましく、両ハット部材２１の場合には、曲がり部２５ｂ、２６ｂとフランジ２５ａ、２６ａの境界からフランジ２５ａ、２６ａの反対側に樹脂２４を介装することが望ましい。
樹脂２４の介装幅は、曲がり部２２ｂ、２５ｂまたは２６ｂの曲率半径Ｒの０．５倍以上２．０倍以下とすることが望ましい。
【００３１】
図７（ｂ）に示すように、両ハット部材２１は、２つのハット素材２５、２６をそれぞれのフランジ２５ａ、２６ａを介して重ね合わせ、フランジ２５ａ、２６ａでスポット溶接して接合した閉断面形状を有する．
両ハット部材２１は、さらに、一方のハット素材２５のフランジ２５ａに隣接する曲がり部２５ｂと、他方のハット素材２６のフランジ２６ａに隣接する曲がり部２６ｂとで挟まれた第１の領域と、両方のフランジ２５ｂ、２６ｂで挟まれた第２の領域の両方に樹脂２４が介装される。図７（ｂ）は、第１の領域と第２の領域の両方に樹脂２４が介装された例であるが、第１の領域のみに樹脂２４が介装されている部材とすることもできる。ただし、好ましくは、図７（ｂ）に示すように、第１の領域と第２の領域の両方に樹脂２４を介装した部材であり、第１の領域のみに樹脂２４を介装する場合に比べて、曲がり強度を一層高めることができる。第１の領域の少なくとも一部に樹脂２４を介装すればよく、望ましくは、介装幅ｗは、曲がり部の曲率半径Ｒの０．５倍以上２．０倍以下である。
【００３２】
図８は、両ハット部材２１における長手方向の樹脂２４の介装状況の例を模式的に示す説明図である。
図８に示すように、第１の領域に樹脂２４を介装する場合や第２の領域に樹脂を介装する場合、長手方向の少なくとも４０％以上の領域を介装する。望ましくは、長手方向の７０％以上である。図８は、両ハット部材２１の例であるが、片ハット部材２０においても同様である。
【００３３】
図９（ａ）〜図９（ｆ）は、種々の実施の形態の例を示す模式図である。
図９（ａ）は、ハット素材２２と平板素材２３とをハット素材２２のフランジ２２ａで接合し、ハット素材２２のフランジ２２ａに隣接する曲がり部２２ｂと平板素材２３とで挟まれた領域に樹脂２４を介装した片ハット部材２０−１である。
【００３４】
図９（ｂ）は、２つのハット素材２５、２６をフランジ２５ａ、２６ａで重ね合わせ接合し、２つのハット素材２５、２６の曲がり部２５ｂ、２６ｂに挟まれた領域に樹脂２４を介装した両ハット部材２１−１である。
【００３５】
図９（ｃ）は、幅が異なる２つのハット素材２５、２６をフランジ２５ａ、２６ａで重ね合わせ接合し、一方のハット素材２５の曲がり部２５ｂと、他方のハット素材２６のフランジ２６ｂに挟まれた領域２４に樹脂を介装した両ハット部材２１−２である。
【００３６】
図９（ｄ）は、２つのハット素材２１−１、２１−２と平板素材２３とをハット素材の底部が同一方向に位置するように重ね合わせ接合し、内側のハット素材２１−１の曲がり部と平板素材２３で挟まれた領域に樹脂２４を介装した片ハット部材２０−２である。
【００３７】
図９（ｅ）は、２つのハット素材２５、２６のフランジの間に平板素材２３を配置した状態で接合し、一方のハット素材２５の曲がり部と平板素材２３で挟まれた領域と、他方のハット素材２６と平板素材２３で挟まれた領域とに樹脂２４を介装した両ハット部材２１−３である。
【００３８】
さらに、図９（ｆ）は、３つのハット素材２５、２７、２６を重ね合わせて接合し、内側に配置したハット素材２７の曲がり部と他方のハット素材２６の曲がり部で挟まれた領域に樹脂２４を介装した両ハット部材２１−４である。
【００３９】
なお、いずれも接合はスポット溶接により行われる。
本発明の自動車用構造部材としては、バンパーリンフォース、サイドシルリンフォース、Ｂピラーリンフォース、ドアビームなど、衝突の際に曲げ荷重が負荷される部材が挙げられる。本発明により、部材の重量増加を小さく抑えつつ、衝突の際の曲げ強度と吸収エネルギを大幅に向上できる。
【００４０】
次に、本発明の第１の製造方法を説明する。
第１の製造方法は、第１の素材のフランジ、および、第２の素材における第１の素材のフランジとの重ねあわせ部のうちの少なくともいずれか一方に液状の樹脂を塗布する第１の工程と、第１の素材と第２の素材とを第１の素材のフランジでスポット溶接して閉断面の筒体を組み立てる第２の工程と、塗布された樹脂を硬化させる第３の工程とを備える。以下、第１の素材に液状の樹脂を塗布し、片ハット部材を製造する例で説明する。
【００４１】
すなわち、第１の工程では、片ハット部材を構成するハット素材（第１の素材）のフランジに隣接する曲がり部と平板素材（第２の素材）とで挟まれた第１の領域に樹脂を介装するように、ハット素材のフランジに隣接する曲がり部やフランジまたは平板素材におけるハット素材の曲がり部やフランジに対応する部分に液状の樹脂を塗布する。ハット素材と平板素材の両方に樹脂を塗布してもよい。
【００４２】
図１０は、ハット素材２８に液状の樹脂２９を塗布した状態を示す断面要部を模式的に示す説明図である。
図１０に示すように、樹脂２９は、ハット素材２８の曲がり部２８ｂ、フランジ２８ａあるいは曲がり部２８ｂとフランジ２８ａの両方に塗布することができる。曲がり部２８ｂへの塗布量が多めになるように傾斜的に塗布しても良い。
【００４３】
図１１は、ハット素材２８に液状の樹脂２９を塗布した状態を示す長手方向の斜視図である。
図１１に示すように、ハット素材２８の長手方向の全領域、長手方向の中央部のみ、長手方向の端部のみなど強度が必要な部位に樹脂２９を適宜塗布することができる。また、長手方向に間欠的に塗布しても良い。また、長手方向に塗布量を変化させても良い。少なくとも長手方向の４０％以上を覆うように塗布する。望ましくは、７０％以上である。
【００４４】
液状の樹脂２９は、塗布の工程では流動性を有し、その後、硬化させることが可能なものであれば特に限定されないが、硬化した際の強度が高く、鋼板との密着性が高いエポキシ系の構造用接着剤が望ましい。エポキシ系の構造用接着剤としては、一液熱硬化型エポキシ系構造用接着剤と二液硬化型エポキシ系接着剤が挙げられる。一液熱硬化型エポキシ系構造用接着剤は、加熱することにより硬化するので、電着塗装の焼付け工程を経る部材には好適である。二液硬化型エポキシ系接着剤は、二液を混ぜることで時間の経過に伴い硬化するので、電着塗装工程を通らない部材に用いることができる。
【００４５】
第２の工程では、樹脂２９を塗布したハット素材２８と平板素材２３とをフランジ２８ａを介して重ね合わせ、次いで、図２（ａ）や図７（ａ）に示すように、ハット素材２８と平板素材２３とを、ハット素材２８のフランジ２８ａを介してスポット溶接して接合する。
【００４６】
スポット溶接は、電極でワークを押圧し短時間に大電流を流し、金属を溶融凝固させ接合する公知の溶接法であり、例えば、インバータ式直流スポット溶接機や単相交流式スポット溶接機を用いることができる。
【００４７】
スポット溶接の際の押圧により液状の樹脂２９は、曲がり部２８ｂと平板素材２３とで挟まれた領域に展延する。なお、フランジ２８ａの端部側からはみ出た樹脂を必要に応じて除去すればよい。
【００４８】
図１２（ａ）および図１２（ｂ）は、いずれも、先端が曲げられた形状のフランジを有するハット素材を重ね合わせる状況を示す説明図である。
図１２（ａ）に示すように、先端が曲げられた形状のフランジ３０ａを有するハット素材３０の曲がり部３０ｂに樹脂３２を塗布しておき、先端が曲げられていない形状のフランジ３１ａを有するハット素材３１を重ねることにより、フランジ３０ａの先端部側からの樹脂３２のはみ出しを防止し、曲がり部に十分に樹脂を供給することができる。
【００４９】
また、図１２（ｂ）に示すように、先端が曲げられた形状のフランジ３０ａを有するハット素材３０の曲がり部３０ｂに樹脂３２を塗布しておき、先端が曲げられた形状のフランジ３３ａを有するハット素材３３を重ねることによっても、フランジ３０ａ先端部側からの樹脂３２のはみ出しを防止し、曲がり部に十分に樹脂を供給することができる。
【００５０】
スポット溶接条件は、例えば、加圧力：１５０〜６００ｋｇｆ、通電時間：５〜４０ｃｙｃ、電流値：５〜１６ｋＡであり、スポット溶接間隔は、分流によるナゲット形成不良を防止するため２０ｍｍ以上とすることができる。
【００５１】
第３の工程では、液状の樹脂の硬化が行われる。液状樹脂として、一液熱硬化型の接着剤を使用する場合には、例えば、加熱炉にスポット溶接後のハット部材を装入し、加熱温度：１５０〜２００℃、加熱時間：１５分間以上２時間以下の加熱を行うことにより硬化が行われる。好ましくは、加熱温度：１６０〜１８０℃、加熱時間：２０〜４０分間である。
【００５２】
また、加熱は１回ではなく数回でも良い。また、液状樹脂として二液硬化型の接着剤を使用する場合には、２つの接着剤を混合した混合液を塗布後、放置することで化学反応が進行し硬化を行うことできる。
【００５３】
なお、上記接着剤は、硬化後、室温で、ヤング率１０００〜３０００ＭＰａ、鋼板との引張せん断強度（ＪＩＳＫ６８５０）１０〜５０ＭＰａの特性を有する。
次に、本発明の第２の製造方法を説明する。
【００５４】
第２の製造方法は、フランジを有する第１の素材と第２の素材とを、第１の素材のフランジを介してスポット溶接して閉断面の筒体を組み立てる第１の工程と、第１の素材のフランジに隣接する曲がり部と、第２の素材とにより挟まれた第１の領域に液状の樹脂を塗布する第２の工程と、塗布された樹脂を硬化させる第３の工程とを備える。以下、ハット部材を例に説明する。
【００５５】
すなわち、第１の工程では、フランジを有する第１の素材であるハット素材と、第２の素材である平板素材とを、ハット素材のフランジを介して重ね合わせ、スポット溶接により両素材を接合して閉断面のハット部材を製作する。スポット溶接は、第１の製造方法で説明したように、例えば、インバータ式直流スポット溶接機や単相交流式スポット溶接機を用い、加圧力：１５０〜６００ｋｇｆ、通電時間：５〜４０ｃｙｃ、電流値：５〜１６ｋＡ、スポット溶接間隔：２０ｍｍ以上とすることができる。
【００５６】
第２の工程では、ハット部材を構成するハット素材の曲がり部と平板素材とに挟まれた第１の領域に液状の樹脂を塗布する。例えば、ハット部材の長手方向の端部から、小型の塗布ノズルを、ハット部材内に装入して塗布することができる。樹脂の塗布幅は、曲がり部とフランジの境界を起点としてフランジの反対側に曲がり部の曲率半径Ｒの０．５倍以上２．０倍以下とするのが望ましい。さらに、フランジに塗布するのが望ましい。第１の製造方法で説明したように、少なくとも長手方向の４０％以上を覆うように塗布する。望ましくは、７０％以上である。
【００５７】
第３の工程では、第１の製造方法と同様に、液状の樹脂の硬化が行われる。
次に、第３の製造方法について説明する。
第３の製造方法は、第１の素材と第２の素材の少なくともいずれか一方の素材に液状の樹脂を塗布する第１の工程と、第１の素材のフランジを介して第１の素材と第２の素材とを重ね合わせた後、フランジを介して第１の素材と第２の素材とをスポット溶接して閉断面の筒体を製作する第２の工程と、筒体におけるフランジに隣接する曲がり部と第２の素材とに挟まれた領域の少なくとも一部に液状の樹脂を塗布する第３の工程と、樹脂を硬化する第４の工程とを備える。
【００５８】
第３の製造方法における第１の工程と第２の工程は、それぞれ第１の製造方法における第１の工程と第２の工程と同様であるので、説明を省略する。また、第３の製造方法における第３の工程と第４の工程は、それぞれ第２の製造方法における第２の工程と第３の工程と同様であるので、説明を省略する。また、第２の製造方法と第３の製造方法における液状樹脂は、第１の製造方法における液状樹脂と同様であるので説明は省略する。
【００５９】
次に、第１の素材と第２の素材について説明する。
第１の素材は、熱延鋼板、冷延鋼板をプレス成形する方法、或いは、熱間プレス用鋼板を熱間プレス成形する方法により得られ、その強度は２７０ＭＰａ〜１８００ＭＰａとすることができる。鋼板の表面をめっきした溶融亜鉛めっき鋼板、合金化溶融亜鉛めっき鋼板などを用いることもできる。
【００６０】
第２の素材は、第１の素材と同様に熱延鋼板、冷延鋼板、熱間プレス用鋼板またはめっき鋼板をプレス成形した鋼板、あるいは、平坦状の鋼板を用いることができる。
本発明に係る自動車用構造部材は、衝突の際に軸方向荷重が負荷される部材にも同様に適用することができ、部材の重量増加を小さく抑えつつ、衝突の際の軸方向強度を高めて吸収エネルギーを大幅に向上することもできる。
【実施例】
【００６１】
供試材として板厚１．２ｍｍの５９０ＭＰａ級冷延鋼板を使用した。図１３は、実施例の部材形状を模式的に示す説明図であり、図１３（ａ）は片ハット部材３４であり、図１３（ｂ）は両ハット部材３５である。
【００６２】
図１３（ａ）または図１３（ｂ）に示すように、この鋼板を室温でプレス成形して曲がり部の曲率半径Ｒが６．２ｍｍのハット素材３６を製作し、２つのハット素材３６、あるいはハット素材３６と平板素材３７を用いて、第１の製造方法、第２の製造方法および第３の製造方法により、全長６００ｍｍの片ハット部材３４、両ハット部材３５を製作した。
【００６３】
樹脂として一液熱硬化型エポキシ系構造用接着剤を用い、ハット素材３６、片ハット部材３４または両ハット部材３５の所定の領域に塗布した。片ハット部材３４と両ハット部材３５を１７０°の加熱炉に３０分間装入することにより樹脂を硬化させた。なお、比較のため、樹脂を塗布しない片ハット部材と両ハット部材も製作した。
【００６４】
図１４は、３点曲げ試験の要領を示す説明図であり、図１４（ａ）は片ハット部材３４の要領を示し、図１４（ｂ）は両ハット部材３５の要領を示す。
次に、片ハット部材３４と両ハット部材３５を用いて、図１４（ａ）または図１４（ｂ）に示す３点曲げ試験を実施し、インパクタ３６を衝突させたときに衝突荷重と変位の関係を調査し、衝突性能を荷重の最大値で評価した。
【００６５】
３点曲げ試験は、支持台３７、３７の間隔が５００ｍｍで、曲率半径Ｒが１５０ｍｍのインパクタ３６を部材長手方向の中央に速度１ｍｍ／ｓｅｃで衝突させた。なお、図１４に示すように片ハット部材３４においては、平板素材側をインパクタ側とし、両ハット部材では、底部側をインパクタ側に配置した。
【００６６】
表１に、最大荷重の測定結果とともに部材の製作条件を示す。
【００６７】
【表１】
【００６８】
なお、同表の製造方法欄の１、２、３は、それぞれ第１の製造方法、第２の製造方法、第３の製造方法を意味する。
片ハット部材３４において、試番２〜６の本発明例は、樹脂を介装しない試番１の比較例に比べ、最大荷重が高く良好であった。特に、樹脂の介装幅が１．５Ｒ（Ｒ：曲がり部の曲率半径）である試番３と６は、比較例に比べ最大荷重が著しく高く極めて良好であった。
【００６９】
また、両ハット部材３５において、試番８〜１２の本発明例は、樹脂を介装しない試番７の比較例に比べ、最大荷重が高く良好であった。なお、試番１１、１２は、長手方向の一部に樹脂を介装したものであるが、最大荷重を高める効果があることが判った。
【符号の説明】
【００７０】
１ インパクタ
２ 片ハット部材
３ 支持台
４ ハット素材
４ａ フランジ
４ｂ 曲がり部
４ｃ 縦壁
５ 平板素材
６ 片ハット部材
７ スポット溶接部
８ 樹脂
９、１０ ハット素材
９ａ、１０ａ フランジ
９ｂ、１０ｂ 曲がり部
９ｃ、１０ｃ 縦壁
１１ スポット溶接部
１２ 両ハット部材
１３ 樹脂
２０、２０−１、２０−２ 片ハット部材
２１、２１−１〜２０−４ 両ハット部材
ハット素材 ２２
２２ａ フランジ
２２ｂ 曲がり部
２３ 平板素材
２４ 樹脂
２５、２６、２７ ハット素材
２５ａ、２６ａ フランジ
２５ｂ、２６ｂ 曲がり部
２８ ハット素材
２８ａ フランジ
２８ｂ 曲がり部
２９ 樹脂
３０ ハット素材
３０ａ，３１ａ フランジ
３０ｂ 曲がり部
３２ 樹脂
３３ ハット素材
３３ａ フランジ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばバンパーリンフォース、サイドシル、Ｂピラーリンフォース、ドアビームといった、車体衝突時の曲げ強度が高い自動車用構造部材およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車車体を構成する基本構造部材は、例えば、プレス成形されたパネルを、フランジを介して他の部材に重ね合わせた後に、この重ね合わせ部を抵抗スポット溶接することによって、組み立てられる。近年、燃費向上のための軽量化、および乗員保護のための衝突安全性の向上が強く求められている。
【０００３】
軽量で衝突安全性の高い車両を開発するため、基本構造部材についても様々な検討がされている。特に、バンパーリンフォース、サイドシル、Ｂピラーリンフォースさらにはドアビームといった、衝突時の荷重により曲げ変形を受ける構造部材には、重量の増加を抑え、かつ部材の耐荷重や吸収エネルギを向上させることが求められ、様々な方法が検討されている。
【０００４】
特許文献１には、部材の強度を向上させるために基本矩形断面の４つのコーナに切り欠き部を有し、全体として十字形状の閉断面を有する長尺の自動車用強度部材が開示されている。
【０００５】
特許文献２には、プレス曲げ成形された鋼板部材であって、そのコーナ部へのレーザ照射や高周波加熱により焼き入れ強化された高強度鋼板部材が開示されている。
さらに、特許文献３には、形成される高周波焼入れ層である焼入れ領域が、要請される強度分布に対応する硬度変化を呈する強度分布を備えるプレス成形品が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２８４０３３号公報
【特許文献２】特開平１１−１５２５４１号公報
【特許文献３】特開平１０−１７９３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
燃費向上と衝突安全性の観点から軽量で高い曲げ強度を有する自動車用構造部材が求められているが、特許文献１〜３に開示された発明は必ずしも充分でない。
すなわち、特許文献１により開示された自動車用強度部材は、その断面形状が限定されるため、自動車用強度部材へ適用が大きく制限される。また、特許文献２により開示された高強度鋼板部材や特許文献３により開示されたプレス成形品では、レーザ照射や高周波加熱の処理コストが嵩むといった問題や、加熱に伴う熱変形、あるいは酸化スケールの発生に伴う塗装後の耐食性の劣化の問題があるため、やはり、自動車用構造部材を提供することは難しい。
【０００８】
本発明の目的は、軽量で高い曲げ強度を有する自動車用構造部材とその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
図１（ａ）は、図１（ｂ）に示すようにインパクタ１を、支持台３、３により長手方向の両端部側を支持される片ハット部材２の長手方向の中央に、衝突させた時の荷重−変位曲線の一例を示すグラフである。
【００１０】
部材の衝突性能は、図１（ａ）のグラフに示す荷重−変位曲線における、最大荷重や、荷重の積分値である吸収エネルギーにより表され、これらの値が大きいほど部材特性が優れるとされる。
【００１１】
図２（ａ）は、ハット素材４と平板素材５とを、ハット素材４のフランジ４ａでスポット溶接してスポット溶接部７を形成した片ハット部材６の断面の要部を示す説明図であって、ハット素材４のフランジ４ａに隣接する曲がり部４ｂと平板素材５とで挟まれた領域に樹脂８を介装した状況を示す。
【００１２】
また、図２（ｂ）は、２つのハット素材９、１０をその底部が反対方向となるように配置し、それぞれのフランジ９ａ、１０ａでスポット溶接してスポット溶接部１１を形成した両ハット部材１２の断面の要部を示す説明図であって、両方のフランジ９ａ、１０ａに隣接する曲がり部９ｂ、１０ｂに挟まれた領域に樹脂１３を介装した状況を示す。
【００１３】
本発明者らは、曲がり変形を受ける自動車構造部材の衝突特性を向上させるため、図２（ａ）に示す片ハット部材６と，図２（ｂ）に示す両ハット部１２を用いて衝突試験（１次衝突試験）を実施した。片ハット部材６の衝突試験では、図１（ｂ）に示すように、平板素材５側から長手方向の中央にインパクタ１を衝突させ、また、両ハット部材１２の衝突試験では、底部を上下方向に配置し、底部側から長手方向の中央にインパクタ１を衝突させた。
【００１４】
この１次衝突試験により下記の知見を得た。
図３は、片ハット部材６における荷重−変位曲線を示すグラフであり、図中の実線と破線はそれぞれ樹脂８を介装した部材（樹脂介装材）と樹脂を介していない部材（樹脂非介装材）である。また、図４は、両ハット部材１２における荷重−変位曲線を示すグラフであり、図中の実線と破線はそれぞれ樹脂介装材と樹脂非介装材である。
【００１５】
図３、図４にグラフで示すように、片ハット部材６では、フランジ４ａの曲がり部４ｂと平板素材５とで挟まれた領域に樹脂８を介装することにより、また、両ハット部材１２では両方のフランジ９ａ、１０ａの曲がり部９ｂ、１０ｂで挟まれた領域に樹脂１３を介装することにより、衝突の際の曲げ荷重と吸収エネルギを大幅に高めることができる。
【００１６】
図５は、図１（ｂ）に示すように、長手方向に対して直交する方向の荷重を受けた際の樹脂介装材の変形状況を模式的に示す説明図であり、図５（ａ）は片ハット部材６を示し、図５（ｂ）は両ハット部材１２を示す。
【００１７】
図５（ａ）または図５（ｂ）に示すように、片ハット部材６または両ハット部材１２の長手方向に対して直交する方向の荷重が作用すると、片ハット部材６を構成する縦壁４ｃと両ハット部材１２を構成する縦壁９ｃ、１０ｃが、それぞれ片ハット部材６と両ハット部材１２の内側に倒れ込むように変形する。この際に、樹脂８、１３を介装することにより、縦壁４ｃ、９ｃ、１０ｃの内側への倒れ込み変形が抑制され、その結果、片ハット部材６または両ハット部材１２の曲げ強度と吸収エネルギが大幅に増加する。
【００１８】
次に、本発明者らは、片ハット部材６を対象に、フランジ４ａの曲がり部４ｂと平板素材５とで挟まれた領域において、曲がり部４ｂとフランジ４ａとの境界を起点とし、フランジの反対側に介装した樹脂８の介装幅を変化させた衝突試験（２次衝突試験）を実施した。なお、介装幅とは、横断面において、上記領域に存在する樹脂の、フランジ側の端からフランジの反対側の端までの距離とされる。
【００１９】
図６（ａ）は、この２次衝突試験に用いた片ハット部材６の断面の要部を模式的に示す説明図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）に示す片ハット部材６の衝突の際の荷重−変位曲線を示すグラフである。この２次衝突試験により下記の知見を得た。
【００２０】
（１）図６（ｂ）に示すように、樹脂８を介装することにより、衝突の際の曲げ強度と吸収エネルギを高めることができ、樹脂８は曲がり部４ｂとフランジ４ａの境界を起点として介装し、樹脂介装幅を曲がり部４ｂの曲率半径Ｒの０．５倍以上２．０倍以下とすることが望ましい。０．５倍未満では、曲げ強度を高める効果が不十分であり、一方２．０倍超では、樹脂８の介装コストが嵩むおそれがある。
【００２１】
本発明は、フランジを有する第１の素材と第２の素材とにより形成された閉じた断面を有し、かつ第１の素材および第２の素材がフランジでスポット溶接された筒体を備える自動車用構造部材であって、フランジに隣接する曲がり部と第２の素材とにより挟まれた第１の領域に介装された樹脂を備えることを特徴とする自動車用構造部材である。
【００２２】
本発明では、前記フランジと前記第２の素材とに挟まれた第２の領域に介装された樹脂を備えることが望ましい。
これらの本発明では、第１の領域に介装された樹脂の介装幅が、曲がり部の曲率半径の０．５倍以上２．０倍以下であることが望ましい。
【００２３】
これらの本発明では、樹脂がエポキシ系接着剤であることが望ましい。
これらの本発明では、自動車用構造部材が、バンパーリンフォース、サイドシル、Ｂピラーリンフォースまたはドアビームであることが望ましい。
【００２４】
別の観点からは、本発明は、フランジ、およびこのフランジに隣接する曲がり部を有する第１の素材と、第２の素材との少なくともいずれか一方の素材に液状の樹脂を塗布する第１の工程と、第１の素材と第２の素材とを第１の素材のフランジで重ね合わせてスポット溶接して閉断面の筒体を組み立てることによって塗布された樹脂を第１の素材の曲がり部と第２の素材とに挟まれた第１の領域に介装させる第２の工程と、介装された樹脂を硬化させる第３の工程とを有することを特徴とする自動車用構造部材の製造方法である。
【００２５】
また、本発明は、フランジを有する第１の素材と第２の素材とを第１の素材のフランジでスポット溶接して閉断面の筒体を組み立てる第１の工程と、第１の素材のフランジに隣接する曲がり部と、第２の素材とにより挟まれた第１の領域に液状の樹脂を塗布する第２の工程と、塗布された樹脂を硬化させる第３の工程とを有することを特徴とする自動車用構造部材の製造方法である。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、軽量で、かつ高い曲げ強度を有する、衝突性能に優れた自動車用構造部材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１（ａ）は、図１（ｂ）に示すようにインパクタを片ハット部材の長手方向の中央に衝突させた時の荷重−変位曲線の一例を示すグラフである。
【図２】図２（ａ）は、ハット素材と平板素材とをフランジでスポット溶接した片ハット部材の断面の要部で、ハット素材のフランジに隣接する曲がり部と平板素材とで挟まれた領域に樹脂を介装した状況を示す模式図である。図２（ｂ）は、２つのハット素材をその底部が反対方向となるように配置し、フランジでスポット溶接した両ハット部材の断面要部で、両方のフランジに隣接する曲がり部に挟まれた領域に樹脂を介装した状況を示す模式図である。
【図３】図３は、片ハット部材における荷重−変位曲線を示すグラフである。
【図４】図４は、両ハット部材における荷重−変位曲線を示すグラフである。
【図５】図５は、長手方向に対して直交する方向の荷重を受けた際の樹脂介装材の変形状況を模式的に示す説明図であり、図５（ａ）は片ハット部材を示し、図５（ｂ）は両ハット部材を示す。
【図６】図６（ａ）は、２次衝突試験に用いた片ハット部材の断面の要部を模式的に示す説明図である。図６（ｂ）は、衝突の際の荷重−変位曲線を示すグラフである。
【図７】図７は、本実施の形態の片ハット部材と両ハット部材の断面形状の一部を示す模式図であり、図７（ａ）は片ハット部材であり、図７（ｂ）は両ハット部材である。
【図８】図８は、両ハット部材における長手方向の樹脂の介装状況の例を模式的に示す説明図である。
【図９】図９（ａ）〜図９（ｆ）は、種々の実施の形態の例を示す模式図である。
【図１０】図１０は、ハット素材に液状の樹脂を塗布した状態を示す断面要部を模式的に示す説明図である。
【図１１】図１１は、ハット素材に液状の樹脂を塗布した状態を示す長手方向の斜視図である。
【図１２】図１２は、フランジを有するハット素材のフランジ先端を曲げた形状を模式的に示す説明図である。
【図１３】図１３は、実施例の部材形状を模式的に示す説明図であり、図１３（ａ）は片ハット部材であり、図１３（ｂ）は両ハット部材である。
【図１４】図１４は、３点曲げ試験の要領を示す説明図であり、図１４（ａ）は片ハット部材の要領を示し、図１４（ｂ）は両ハット部材の要領を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
添付図面を参照しながら、本発明を実施するための形態を説明する。
図７は、本実施の形態の片ハット部材２０と両ハット部材２１の断面形状の一部を示す模式図であり、図７（ａ）は片ハット部材２０であり、図７（ｂ）は両ハット部材２１である。
【００２９】
図７（ａ）に示すように、片ハット部材２０は、フランジ２２ａを有するハット素材２２と、平板素材２３とを、ハット素材２２のフランジ２２ａを介して重ね合わせ、フランジ２２ａでスポット溶接して接合した閉断面形状を有する.
片ハット部材２０は、さらに、フランジ２２ａに隣接する曲がり部２２ｂと、平板素材２３とで挟まれた第１の領域と、フランジ２２ａと平板素材２３とで挟まれた第２の領域との両方に、樹脂２４が介装される。
【００３０】
図７（ａ）は、第１の領域と第２の領域の両方に樹脂２４が介装された例であるが、第１の領域のみに樹脂２４が介装されている部材とすることも出来る。但し、好ましくは、図７（ａ）に示すように、第１の領域と第２の領域の両方に樹脂２４を介装した部材であり、図２（ａ）に示すように第１の領域のみに樹脂２４を介装する場合に比較して、曲げ強度を一層高めることができる。樹脂２４は、第１の領域の少なくとも一部が望ましい。具体的には、片ハット部材２０の場合には、曲がり部２２ｂとフランジ２２ａの境界からフランジ２２ａの反対側に樹脂２４を介装することが望ましく、両ハット部材２１の場合には、曲がり部２５ｂ、２６ｂとフランジ２５ａ、２６ａの境界からフランジ２５ａ、２６ａの反対側に樹脂２４を介装することが望ましい。
樹脂２４の介装幅は、曲がり部２２ｂ、２５ｂまたは２６ｂの曲率半径Ｒの０．５倍以上２．０倍以下とすることが望ましい。
【００３１】
図７（ｂ）に示すように、両ハット部材２１は、２つのハット素材２５、２６をそれぞれのフランジ２５ａ、２６ａを介して重ね合わせ、フランジ２５ａ、２６ａでスポット溶接して接合した閉断面形状を有する．
両ハット部材２１は、さらに、一方のハット素材２５のフランジ２５ａに隣接する曲がり部２５ｂと、他方のハット素材２６のフランジ２６ａに隣接する曲がり部２６ｂとで挟まれた第１の領域と、両方のフランジ２５ｂ、２６ｂで挟まれた第２の領域の両方に樹脂２４が介装される。図７（ｂ）は、第１の領域と第２の領域の両方に樹脂２４が介装された例であるが、第１の領域のみに樹脂２４が介装されている部材とすることもできる。ただし、好ましくは、図７（ｂ）に示すように、第１の領域と第２の領域の両方に樹脂２４を介装した部材であり、第１の領域のみに樹脂２４を介装する場合に比べて、曲がり強度を一層高めることができる。第１の領域の少なくとも一部に樹脂２４を介装すればよく、望ましくは、介装幅ｗは、曲がり部の曲率半径Ｒの０．５倍以上２．０倍以下である。
【００３２】
図８は、両ハット部材２１における長手方向の樹脂２４の介装状況の例を模式的に示す説明図である。
図８に示すように、第１の領域に樹脂２４を介装する場合や第２の領域に樹脂を介装する場合、長手方向の少なくとも４０％以上の領域を介装する。望ましくは、長手方向の７０％以上である。図８は、両ハット部材２１の例であるが、片ハット部材２０においても同様である。
【００３３】
図９（ａ）〜図９（ｆ）は、種々の実施の形態の例を示す模式図である。
図９（ａ）は、ハット素材２２と平板素材２３とをハット素材２２のフランジ２２ａで接合し、ハット素材２２のフランジ２２ａに隣接する曲がり部２２ｂと平板素材２３とで挟まれた領域に樹脂２４を介装した片ハット部材２０−１である。
【００３４】
図９（ｂ）は、２つのハット素材２５、２６をフランジ２５ａ、２６ａで重ね合わせ接合し、２つのハット素材２５、２６の曲がり部２５ｂ、２６ｂに挟まれた領域に樹脂２４を介装した両ハット部材２１−１である。
【００３５】
図９（ｃ）は、幅が異なる２つのハット素材２５、２６をフランジ２５ａ、２６ａで重ね合わせ接合し、一方のハット素材２５の曲がり部２５ｂと、他方のハット素材２６のフランジ２６ｂに挟まれた領域２４に樹脂を介装した両ハット部材２１−２である。
【００３６】
図９（ｄ）は、２つのハット素材２１−１、２１−２と平板素材２３とをハット素材の底部が同一方向に位置するように重ね合わせ接合し、内側のハット素材２１−１の曲がり部と平板素材２３で挟まれた領域に樹脂２４を介装した片ハット部材２０−２である。
【００３７】
図９（ｅ）は、２つのハット素材２５、２６のフランジの間に平板素材２３を配置した状態で接合し、一方のハット素材２５の曲がり部と平板素材２３で挟まれた領域と、他方のハット素材２６と平板素材２３で挟まれた領域とに樹脂２４を介装した両ハット部材２１−３である。
【００３８】
さらに、図９（ｆ）は、３つのハット素材２５、２７、２６を重ね合わせて接合し、内側に配置したハット素材２７の曲がり部と他方のハット素材２６の曲がり部で挟まれた領域に樹脂２４を介装した両ハット部材２１−４である。
【００３９】
なお、いずれも接合はスポット溶接により行われる。
本発明の自動車用構造部材としては、バンパーリンフォース、サイドシルリンフォース、Ｂピラーリンフォース、ドアビームなど、衝突の際に曲げ荷重が負荷される部材が挙げられる。本発明により、部材の重量増加を小さく抑えつつ、衝突の際の曲げ強度と吸収エネルギを大幅に向上できる。
【００４０】
次に、本発明の第１の製造方法を説明する。
第１の製造方法は、第１の素材のフランジ、および、第２の素材における第１の素材のフランジとの重ねあわせ部のうちの少なくともいずれか一方に液状の樹脂を塗布する第１の工程と、第１の素材と第２の素材とを第１の素材のフランジでスポット溶接して閉断面の筒体を組み立てる第２の工程と、塗布された樹脂を硬化させる第３の工程とを備える。以下、第１の素材に液状の樹脂を塗布し、片ハット部材を製造する例で説明する。
【００４１】
すなわち、第１の工程では、片ハット部材を構成するハット素材（第１の素材）のフランジに隣接する曲がり部と平板素材（第２の素材）とで挟まれた第１の領域に樹脂を介装するように、ハット素材のフランジに隣接する曲がり部やフランジまたは平板素材におけるハット素材の曲がり部やフランジに対応する部分に液状の樹脂を塗布する。ハット素材と平板素材の両方に樹脂を塗布してもよい。
【００４２】
図１０は、ハット素材２８に液状の樹脂２９を塗布した状態を示す断面要部を模式的に示す説明図である。
図１０に示すように、樹脂２９は、ハット素材２８の曲がり部２８ｂ、フランジ２８ａあるいは曲がり部２８ｂとフランジ２８ａの両方に塗布することができる。曲がり部２８ｂへの塗布量が多めになるように傾斜的に塗布しても良い。
【００４３】
図１１は、ハット素材２８に液状の樹脂２９を塗布した状態を示す長手方向の斜視図である。
図１１に示すように、ハット素材２８の長手方向の全領域、長手方向の中央部のみ、長手方向の端部のみなど強度が必要な部位に樹脂２９を適宜塗布することができる。また、長手方向に間欠的に塗布しても良い。また、長手方向に塗布量を変化させても良い。少なくとも長手方向の４０％以上を覆うように塗布する。望ましくは、７０％以上である。
【００４４】
液状の樹脂２９は、塗布の工程では流動性を有し、その後、硬化させることが可能なものであれば特に限定されないが、硬化した際の強度が高く、鋼板との密着性が高いエポキシ系の構造用接着剤が望ましい。エポキシ系の構造用接着剤としては、一液熱硬化型エポキシ系構造用接着剤と二液硬化型エポキシ系接着剤が挙げられる。一液熱硬化型エポキシ系構造用接着剤は、加熱することにより硬化するので、電着塗装の焼付け工程を経る部材には好適である。二液硬化型エポキシ系接着剤は、二液を混ぜることで時間の経過に伴い硬化するので、電着塗装工程を通らない部材に用いることができる。
【００４５】
第２の工程では、樹脂２９を塗布したハット素材２８と平板素材２３とをフランジ２８ａを介して重ね合わせ、次いで、図２（ａ）や図７（ａ）に示すように、ハット素材２８と平板素材２３とを、ハット素材２８のフランジ２８ａを介してスポット溶接して接合する。
【００４６】
スポット溶接は、電極でワークを押圧し短時間に大電流を流し、金属を溶融凝固させ接合する公知の溶接法であり、例えば、インバータ式直流スポット溶接機や単相交流式スポット溶接機を用いることができる。
【００４７】
スポット溶接の際の押圧により液状の樹脂２９は、曲がり部２８ｂと平板素材２３とで挟まれた領域に展延する。なお、フランジ２８ａの端部側からはみ出た樹脂を必要に応じて除去すればよい。
【００４８】
図１２（ａ）および図１２（ｂ）は、いずれも、先端が曲げられた形状のフランジを有するハット素材を重ね合わせる状況を示す説明図である。
図１２（ａ）に示すように、先端が曲げられた形状のフランジ３０ａを有するハット素材３０の曲がり部３０ｂに樹脂３２を塗布しておき、先端が曲げられていない形状のフランジ３１ａを有するハット素材３１を重ねることにより、フランジ３０ａの先端部側からの樹脂３２のはみ出しを防止し、曲がり部に十分に樹脂を供給することができる。
【００４９】
また、図１２（ｂ）に示すように、先端が曲げられた形状のフランジ３０ａを有するハット素材３０の曲がり部３０ｂに樹脂３２を塗布しておき、先端が曲げられた形状のフランジ３３ａを有するハット素材３３を重ねることによっても、フランジ３０ａ先端部側からの樹脂３２のはみ出しを防止し、曲がり部に十分に樹脂を供給することができる。
【００５０】
スポット溶接条件は、例えば、加圧力：１５０〜６００ｋｇｆ、通電時間：５〜４０ｃｙｃ、電流値：５〜１６ｋＡであり、スポット溶接間隔は、分流によるナゲット形成不良を防止するため２０ｍｍ以上とすることができる。
【００５１】
第３の工程では、液状の樹脂の硬化が行われる。液状樹脂として、一液熱硬化型の接着剤を使用する場合には、例えば、加熱炉にスポット溶接後のハット部材を装入し、加熱温度：１５０〜２００℃、加熱時間：１５分間以上２時間以下の加熱を行うことにより硬化が行われる。好ましくは、加熱温度：１６０〜１８０℃、加熱時間：２０〜４０分間である。
【００５２】
また、加熱は１回ではなく数回でも良い。また、液状樹脂として二液硬化型の接着剤を使用する場合には、２つの接着剤を混合した混合液を塗布後、放置することで化学反応が進行し硬化を行うことできる。
【００５３】
なお、上記接着剤は、硬化後、室温で、ヤング率１０００〜３０００ＭＰａ、鋼板との引張せん断強度（ＪＩＳＫ６８５０）１０〜５０ＭＰａの特性を有する。
次に、本発明の第２の製造方法を説明する。
【００５４】
第２の製造方法は、フランジを有する第１の素材と第２の素材とを、第１の素材のフランジを介してスポット溶接して閉断面の筒体を組み立てる第１の工程と、第１の素材のフランジに隣接する曲がり部と、第２の素材とにより挟まれた第１の領域に液状の樹脂を塗布する第２の工程と、塗布された樹脂を硬化させる第３の工程とを備える。以下、ハット部材を例に説明する。
【００５５】
すなわち、第１の工程では、フランジを有する第１の素材であるハット素材と、第２の素材である平板素材とを、ハット素材のフランジを介して重ね合わせ、スポット溶接により両素材を接合して閉断面のハット部材を製作する。スポット溶接は、第１の製造方法で説明したように、例えば、インバータ式直流スポット溶接機や単相交流式スポット溶接機を用い、加圧力：１５０〜６００ｋｇｆ、通電時間：５〜４０ｃｙｃ、電流値：５〜１６ｋＡ、スポット溶接間隔：２０ｍｍ以上とすることができる。
【００５６】
第２の工程では、ハット部材を構成するハット素材の曲がり部と平板素材とに挟まれた第１の領域に液状の樹脂を塗布する。例えば、ハット部材の長手方向の端部から、小型の塗布ノズルを、ハット部材内に装入して塗布することができる。樹脂の塗布幅は、曲がり部とフランジの境界を起点としてフランジの反対側に曲がり部の曲率半径Ｒの０．５倍以上２．０倍以下とするのが望ましい。さらに、フランジに塗布するのが望ましい。第１の製造方法で説明したように、少なくとも長手方向の４０％以上を覆うように塗布する。望ましくは、７０％以上である。
【００５７】
第３の工程では、第１の製造方法と同様に、液状の樹脂の硬化が行われる。
次に、第３の製造方法について説明する。
第３の製造方法は、第１の素材と第２の素材の少なくともいずれか一方の素材に液状の樹脂を塗布する第１の工程と、第１の素材のフランジを介して第１の素材と第２の素材とを重ね合わせた後、フランジを介して第１の素材と第２の素材とをスポット溶接して閉断面の筒体を製作する第２の工程と、筒体におけるフランジに隣接する曲がり部と第２の素材とに挟まれた領域の少なくとも一部に液状の樹脂を塗布する第３の工程と、樹脂を硬化する第４の工程とを備える。
【００５８】
第３の製造方法における第１の工程と第２の工程は、それぞれ第１の製造方法における第１の工程と第２の工程と同様であるので、説明を省略する。また、第３の製造方法における第３の工程と第４の工程は、それぞれ第２の製造方法における第２の工程と第３の工程と同様であるので、説明を省略する。また、第２の製造方法と第３の製造方法における液状樹脂は、第１の製造方法における液状樹脂と同様であるので説明は省略する。
【００５９】
次に、第１の素材と第２の素材について説明する。
第１の素材は、熱延鋼板、冷延鋼板をプレス成形する方法、或いは、熱間プレス用鋼板を熱間プレス成形する方法により得られ、その強度は２７０ＭＰａ〜１８００ＭＰａとすることができる。鋼板の表面をめっきした溶融亜鉛めっき鋼板、合金化溶融亜鉛めっき鋼板などを用いることもできる。
【００６０】
第２の素材は、第１の素材と同様に熱延鋼板、冷延鋼板、熱間プレス用鋼板またはめっき鋼板をプレス成形した鋼板、あるいは、平坦状の鋼板を用いることができる。
本発明に係る自動車用構造部材は、衝突の際に軸方向荷重が負荷される部材にも同様に適用することができ、部材の重量増加を小さく抑えつつ、衝突の際の軸方向強度を高めて吸収エネルギーを大幅に向上することもできる。
【実施例】
【００６１】
供試材として板厚１．２ｍｍの５９０ＭＰａ級冷延鋼板を使用した。図１３は、実施例の部材形状を模式的に示す説明図であり、図１３（ａ）は片ハット部材３４であり、図１３（ｂ）は両ハット部材３５である。
【００６２】
図１３（ａ）または図１３（ｂ）に示すように、この鋼板を室温でプレス成形して曲がり部の曲率半径Ｒが６．２ｍｍのハット素材３６を製作し、２つのハット素材３６、あるいはハット素材３６と平板素材３７を用いて、第１の製造方法、第２の製造方法および第３の製造方法により、全長６００ｍｍの片ハット部材３４、両ハット部材３５を製作した。
【００６３】
樹脂として一液熱硬化型エポキシ系構造用接着剤を用い、ハット素材３６、片ハット部材３４または両ハット部材３５の所定の領域に塗布した。片ハット部材３４と両ハット部材３５を１７０°の加熱炉に３０分間装入することにより樹脂を硬化させた。なお、比較のため、樹脂を塗布しない片ハット部材と両ハット部材も製作した。
【００６４】
図１４は、３点曲げ試験の要領を示す説明図であり、図１４（ａ）は片ハット部材３４の要領を示し、図１４（ｂ）は両ハット部材３５の要領を示す。
次に、片ハット部材３４と両ハット部材３５を用いて、図１４（ａ）または図１４（ｂ）に示す３点曲げ試験を実施し、インパクタ３６を衝突させたときに衝突荷重と変位の関係を調査し、衝突性能を荷重の最大値で評価した。
【００６５】
３点曲げ試験は、支持台３７、３７の間隔が５００ｍｍで、曲率半径Ｒが１５０ｍｍのインパクタ３６を部材長手方向の中央に速度１ｍｍ／ｓｅｃで衝突させた。なお、図１４に示すように片ハット部材３４においては、平板素材側をインパクタ側とし、両ハット部材では、底部側をインパクタ側に配置した。
【００６６】
表１に、最大荷重の測定結果とともに部材の製作条件を示す。
【００６７】
【表１】
【００６８】
なお、同表の製造方法欄の１、２、３は、それぞれ第１の製造方法、第２の製造方法、第３の製造方法を意味する。
片ハット部材３４において、試番２〜６の本発明例は、樹脂を介装しない試番１の比較例に比べ、最大荷重が高く良好であった。特に、樹脂の介装幅が１．５Ｒ（Ｒ：曲がり部の曲率半径）である試番３と６は、比較例に比べ最大荷重が著しく高く極めて良好であった。
【００６９】
また、両ハット部材３５において、試番８〜１２の本発明例は、樹脂を介装しない試番７の比較例に比べ、最大荷重が高く良好であった。なお、試番１１、１２は、長手方向の一部に樹脂を介装したものであるが、最大荷重を高める効果があることが判った。
【符号の説明】
【００７０】
１ インパクタ
２ 片ハット部材
３ 支持台
４ ハット素材
４ａ フランジ
４ｂ 曲がり部
４ｃ 縦壁
５ 平板素材
６ 片ハット部材
７ スポット溶接部
８ 樹脂
９、１０ ハット素材
９ａ、１０ａ フランジ
９ｂ、１０ｂ 曲がり部
９ｃ、１０ｃ 縦壁
１１ スポット溶接部
１２ 両ハット部材
１３ 樹脂
２０、２０−１、２０−２ 片ハット部材
２１、２１−１〜２０−４ 両ハット部材
ハット素材 ２２
２２ａ フランジ
２２ｂ 曲がり部
２３ 平板素材
２４ 樹脂
２５、２６、２７ ハット素材
２５ａ、２６ａ フランジ
２５ｂ、２６ｂ 曲がり部
２８ ハット素材
２８ａ フランジ
２８ｂ 曲がり部
２９ 樹脂
３０ ハット素材
３０ａ，３１ａ フランジ
３０ｂ 曲がり部
３２ 樹脂
３３ ハット素材
３３ａ フランジ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フランジを有する第１の素材と第２の素材とにより形成された閉じた断面を有し、かつ前記第１の素材および前記第２の素材が前記フランジでスポット溶接された筒体を備える自動車用構造部材であって、前記フランジに隣接する曲がり部と前記第２の素材とにより挟まれた第１の領域に介装された樹脂を備えることを特徴とする自動車用構造部材。
【請求項２】
前記フランジと前記第２の素材とに挟まれた第２の領域に介装された樹脂を備える請求項１に記載された自動車用構造部材。
【請求項３】
前記第１の領域に介装された前記樹脂の介装幅は、前記曲がり部の曲率半径の０．５倍以上２．０倍以下である請求項１または請求項２に記載された自動車用構造部材。
【請求項４】
前記樹脂はエポキシ系接着剤である請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載された自動車用構造部材。
【請求項５】
前記自動車用構造部材は、バンパーリンフォース、サイドシル、Ｂピラーリンフォースまたはドアビームである請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載された自動車用構造部材。
【請求項６】
フランジ、および該フランジに隣接する曲がり部を有する第１の素材と、第２の素材との少なくともいずれか一方の素材に液状の樹脂を塗布する第１の工程と、前記第１の素材と前記第２の素材とを前記フランジで重ね合わせてスポット溶接して閉断面の筒体を組み立てることによって塗布された前記樹脂を前記曲がり部と前記第２の素材とに挟まれた第１の領域に介装させる第２の工程と、介装された前記樹脂を硬化させる第３の工程とを有することを特徴とする自動車用構造部材の製造方法。
【請求項７】
フランジを有する第１の素材と第２の素材とを前記フランジでスポット溶接して閉断面の筒体を組み立てる第１の工程と、前記第１の素材における前記フランジに隣接する曲がり部と、前記第２の素材とにより挟まれた第１の領域に液状の樹脂を塗布する第２の工程と、塗布された前記樹脂を硬化させる第３の工程とを有することを特徴とする自動車用構造部材の製造方法。
【請求項１】
フランジを有する第１の素材と第２の素材とにより形成された閉じた断面を有し、かつ前記第１の素材および前記第２の素材が前記フランジでスポット溶接された筒体を備える自動車用構造部材であって、前記フランジに隣接する曲がり部と前記第２の素材とにより挟まれた第１の領域に介装された樹脂を備えることを特徴とする自動車用構造部材。
【請求項２】
前記フランジと前記第２の素材とに挟まれた第２の領域に介装された樹脂を備える請求項１に記載された自動車用構造部材。
【請求項３】
前記第１の領域に介装された前記樹脂の介装幅は、前記曲がり部の曲率半径の０．５倍以上２．０倍以下である請求項１または請求項２に記載された自動車用構造部材。
【請求項４】
前記樹脂はエポキシ系接着剤である請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載された自動車用構造部材。
【請求項５】
前記自動車用構造部材は、バンパーリンフォース、サイドシル、Ｂピラーリンフォースまたはドアビームである請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載された自動車用構造部材。
【請求項６】
フランジ、および該フランジに隣接する曲がり部を有する第１の素材と、第２の素材との少なくともいずれか一方の素材に液状の樹脂を塗布する第１の工程と、前記第１の素材と前記第２の素材とを前記フランジで重ね合わせてスポット溶接して閉断面の筒体を組み立てることによって塗布された前記樹脂を前記曲がり部と前記第２の素材とに挟まれた第１の領域に介装させる第２の工程と、介装された前記樹脂を硬化させる第３の工程とを有することを特徴とする自動車用構造部材の製造方法。
【請求項７】
フランジを有する第１の素材と第２の素材とを前記フランジでスポット溶接して閉断面の筒体を組み立てる第１の工程と、前記第１の素材における前記フランジに隣接する曲がり部と、前記第２の素材とにより挟まれた第１の領域に液状の樹脂を塗布する第２の工程と、塗布された前記樹脂を硬化させる第３の工程とを有することを特徴とする自動車用構造部材の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１１−１６８０８２（Ｐ２０１１−１６８０８２Ａ）
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３１１９３（Ｐ２０１０−３１１９３）
【出願日】平成２２年２月１６日（２０１０．２．１６）
【出願人】（０００００２１１８）住友金属工業株式会社 (2,544)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月１６日（２０１０．２．１６）
【出願人】（０００００２１１８）住友金属工業株式会社 (2,544)
【Ｆターム（参考）】
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