車両用構造部材及びその製造方法
【課題】パイプを主体とする構造部材と比べて同等以上の剛性が得られ、かつ、軽量化及び低コスト化を図ることができる車両用構造部材及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】帯状金属素材１００を断面略コ字状とする予備曲げ工程と、円弧状に成形して管状本体部とする本体曲げ工程とを有する。本体曲げ工程は、第１凹型５１と第１凸型５２とを用い、帯状金属素材１００のカール片部１２を第１凸型５２側に位置させた状態で、帯状金型素材１００を第１凹部５１０と第１凸部５２０との間に挟むことによって、略円弧状を呈する管状本体部１１を成形する第１本体曲げ工程を有する。第１本体曲げ工程に用いる第１凸型５２は、第１凸部５２０の表面に長手方向に沿って伸びる第１突出角部５２３を平行に複数設けてなる。第１本体曲げ工程の実施により、管状本体部１１の内面に第１突出角部５２３に押圧された圧痕１８１を長手方向に沿って複数形成する。
【解決手段】帯状金属素材１００を断面略コ字状とする予備曲げ工程と、円弧状に成形して管状本体部とする本体曲げ工程とを有する。本体曲げ工程は、第１凹型５１と第１凸型５２とを用い、帯状金属素材１００のカール片部１２を第１凸型５２側に位置させた状態で、帯状金型素材１００を第１凹部５１０と第１凸部５２０との間に挟むことによって、略円弧状を呈する管状本体部１１を成形する第１本体曲げ工程を有する。第１本体曲げ工程に用いる第１凸型５２は、第１凸部５２０の表面に長手方向に沿って伸びる第１突出角部５２３を平行に複数設けてなる。第１本体曲げ工程の実施により、管状本体部１１の内面に第１突出角部５２３に押圧された圧痕１８１を長手方向に沿って複数形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等の車両に用いられる構造部材及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車のドアには、側面から衝突された際の剛性を高めるための部材として、インパクトビームと呼ばれる補強部材が取り付けられている。また、自動車の車体の構造そのもについても、剛性を高めるための様々な工夫が行われている。上記補強部材を含め、車両の剛性向上を図るための構造部材は、その部材そのものの剛性向上と共に、軽量化及び低コスト化を図ることが求められている。
【０００３】
上記構造部材としてインパクトビームを例に取れば、従来のものは、円管状のパイプを本体部として、その両端に支持ブラケットを取り付けたものが一般的である（例えば特許文献１参照）。また、その他の構造部材についても、パイプを主体とし、これを加工して構成したものが多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２３９７６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のパイプを主体とした構造部材は、パイプそのものが同じ重量の帯状素材（板状素材）に比べて割高であり、素材コストの低減に限界がある。一方、帯状素材を用いて単純に管状やＵ字状に加工した場合には、パイプの場合よりも剛性が劣ってしまうという問題があった。
【０００６】
このため、パイプの素材よりも高剛性の帯状金属素材を用いて管状に成形することにより、素材重量を増加させることなく高剛性化することが考えられる。しかしながら、例えば超高張力鋼板に代表されるような非常に強度の高い素材を用いた場合には、管状に成形すること自体が困難である。
また、管状に成形した後に、溶接等を行う必要があれば、パイプの場合よりも高コスト化するおそれもあるので、管状部については成形したままの状態で十分にパイプと同等以上の剛性を発揮しうる形状の採用も望まれる。
【０００７】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたものであり、従来のパイプを主体とする構造部材と比べて同等以上の剛性が得られ、かつ、軽量化及び低コスト化を図ることができる車両用構造部材及びその製造方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明は、内部を中空部とした管状形状を呈する管状部を有する車両用構造部材を製造する方法であって、
平板帯状の帯状金属素材の幅方向両側端部を折り曲げて起立させたカール片部を形成し、断面略コ字状とする予備曲げ工程と、
上記カール片部が存在する側の面が内面となるように上記帯状金属素材を円弧状に成形して管状本体部とすると共に、上記カール片部の曲げ起点部分同士を近接させることによって上記カール片部を上記管状本体部の中空部内に配置する本体曲げ工程とを有し、
該本体曲げ工程は、略円弧状の凹部であって上記管状本体部の最終形状の曲率半径よりも大きい曲率半径の第１凹部を有する第１凹型と、該第１凹部に対応する第１凸部を有する第１凸型とを用い、上記帯状金属素材の上記カール片部を上記第１凸型側に位置させた状態で、該帯状金型素材を上記第１凹部と上記第１凸部との間に挟むことによって、上記最終形状の曲率半径より大きい曲率半径の略円弧状を呈する上記管状本体部を成形する第１本体曲げ工程と、
略円弧状の凹部であって上記管状本体部の最終形状の曲率半径よりも小さい曲率半径の第２凹部を有する第２凹型と、該第２凹部に対応すると共に該第２凹部の開口幅よりも小さい幅寸法の第２凸部を有する第２凸型とを用い、上記カール片部を上記第２凸型側に位置させた状態で、上記管状本体部を上記第２凹部と上記第２凸部との間に挟むことによって、上記管状本体部の中央底部近傍を上記最終形状の曲率半径より小さい曲率半径の略円弧状に成形する第２本体曲げ工程と、
略円弧状の凹部であって上記管状本体部の最終形状の曲率半径と同等の曲率半径の第３凹部及び第４凹部をそれぞれ有する第３凹型及び第４凹型とを用い、上記カール片部を上記第４凹部に収容するように位置させた状態で、上記管状本体部を上記第３凹部と上記第４凹部との間に挟むことによって、上記管状本体部を所望の管状形状に成形する第３本体曲げ工程とを有し、
かつ、上記第１本体曲げ工程に用いる上記第１凸型は、上記第１凸部の表面に長手方向に沿って伸びる第１突出角部を平行に複数設けてなり、上記第１本体曲げ工程の実施により、上記管状本体部の内面に上記第１突出角部に押圧された圧痕を長手方向に沿って複数形成することを特徴とする車両用構造部材の製造方法にある（請求項１）。
【０００９】
第２の発明は、内部を中空部とした管状形状を呈する管状部を有する車両用構造部材であって、
上記管状部は、帯状金属素材を用いて円弧状に成形された管状本体部と、上記帯状金属素材の幅方向両側端部を曲げ返してなるカール片部とを有し、該カール片部の曲げ起点部分同士を近接させると共に、上記カール片部を上記中空部内に配置してなり、
第１の発明の車両用構造部材の製造方法により製造してなることを特徴とする車両用構造部材にある（請求項４）。
【発明の効果】
【００１０】
第１の発明の車両用構造部材の製造方法においては、平板帯状の上記帯状金属素材を準備して、これに上記予備曲げ工程と上記本体曲げ工程とを実施する。また、上記本体曲げ工程は、上述したごとく、少なくとも、第１本体曲げ工程、第２本体曲げ工程及び第３本体曲げ工程という３回の曲げ工程を含むものとする。さらに、上記第１本体曲げ工程に用いる上記第１凸型は、上記のごとく、上記第１凸部の表面に長手方向に沿って伸びる第１突出角部を平行に複数設けてなるものを用いる。
【００１１】
このような特殊な形状の第１凸型を積極的に用いることにより、上記第１本体曲げ工程の実施によって、上記管状本体部の内面に上記第１突出角部に押圧された圧痕を長手方向に沿って複数形成することができる。そして、この圧痕が形成されることにより、第１本体曲げ工程での成形性、及びその後の第２、第３本体曲げ工程での成形性を向上させることができ、精度の高い成形が可能となる。この成形性向上効果は、上記帯状金属素材の強度が低い場合でも有効であるが、特に上記帯状金属素材が、超高張力鋼のような高い強度を有しているものについては非常に有効である。超高張力鋼のような高強度材は、一般的に成形が困難であって管状にすること自体がなしえないこともあるところ、上記圧痕の形成による成形性向上によって管状への成形が可能となる。
【００１２】
つまり、本発明によって、従来のパイプの素材よりも格段に高強度の板素材を用いても上記管状部を成形可能となる。そのため、車両用構造部材の用途に合わせて上記帯状金属素材として非常に高強度なものを採用したとしても、容易に製造できる。それ故、本発明によれば、従来のパイプを主体とする構造部材と比べて同等以上の剛性が得られ、かつ、軽量化及び低コスト化を図ることができる車両用構造部材の製造方法を提供することができる。
【００１３】
第２の発明の車両用構造部材は、上記中空部を備えた上記管状部を有している。そして、上記管状部は、帯状金属素材を用いて成形してある。そのため、従来のパイプを用いた場合よりも素材の低コスト化を図ることができる。また、上記管状部は、上記カール片部を備え、これを円弧状の管状本体部の内周側に位置させると共に、上記折り返し起点同士を近接させるという特殊な形状を有している。これにより、上記管状部は、単純に帯状素材を管状に成形した場合よりも剛性が大きく向上し、従来のパイプの場合と同等以上の剛性特性を得ることができる。さらに、この形状の工夫による剛性向上によって、上記カール片部の曲げ起点部分間を溶接等で構造的に接合する必要性が少ないので、加工コストも低コストに抑えることが可能となる。
【００１４】
さらに、上記車両用構造部材は、上記第１の発明の製造方法によって製造する。これにより、上記帯状金属素材が非常に高強度なものでも優れた形状精度が得られる。したがって、上記帯状金属素材の材質の選択の自由度が非常に大きくなり、超高張力鋼のような非常に高強度の素材の採用も可能となり、さらなる高強度化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例１における、車両用構造部材の（ａ）平面図、（ｂ）背面図、（ｃ）側面図。
【図２】実施例１における、図１のＡ−Ａ線矢視断面図。
【図３】実施例１における、図１のＢ−Ｂ線矢視断面図。
【図４】実施例１における、図１のＣ−Ｃ線矢視断面図。
【図５】実施例１における、拡開端部近傍を示す斜視図。
【図６】実施例１における、管状部の（ａ）成形前、（ｂ）予備曲げ工程後、（ｃ）第１本体曲げ工程後、（ｄ）第２本体曲げ工程後、（ｅ）第３本体曲げ工程後の断面形状を示す説明図。
【図７】実施例１における、予備曲げ工程で使用する（ａ）予備凹型、（ｂ）予備凸型を示す斜視図。
【図８】実施例１における、予備曲げ工程での管状部の（ａ）帯状金属素材をセットした状態、（ｂ）成形完了した状態を示す説明図。
【図９】実施例１における、予備曲げ工程での拡開端部の（ａ）帯状金属素材をセットした状態、（ｂ）成形完了した状態を示す説明図。
【図１０】実施例１における、第１本体曲げ工程で使用する（ａ）第１凹型、（ｂ）第２凸型を示す斜視図。
【図１１】実施例１における、第１本体曲げ工程での管状部の（ａ）帯状金属素材をセットした状態、（ｂ）成形完了した状態を示す説明図。
【図１２】実施例１における、第２本体曲げ工程で使用する（ａ）第２凹型、（ｂ）第２凸型を示す斜視図。
【図１３】実施例１における、第２本体曲げ工程での管状部の（ａ）帯状金属素材をセットした状態、（ｂ）成形完了した状態を示す説明図。
【図１４】実施例１における、第２本体曲げ工程での拡開端部の（ａ）帯状金属素材をセットした状態、（ｂ）成形完了した状態を示す説明図。
【図１５】実施例１における、第３本体曲げ工程で使用する（ａ）第２凹型、（ｂ）第２凸型を示す斜視図。
【図１６】実施例１における、第３本体曲げ工程での管状部の（ａ）帯状金属素材をセットした状態、（ｂ）成形完了した状態を示す説明図。
【図１７】実施例１における、第３本体曲げ工程での拡開端部の（ａ）帯状金属素材をセットした状態、（ｂ）成形完了した状態を示す説明図。
【図１８】実施例２における、車両用構造部材の底面図。
【図１９】実施例２における、図１８のＤ−Ｄ線矢視断面図。
【図２０】実施例３における、車両用構造部材の底面図。
【図２１】実施例３における、図２０のＥ−Ｅ線矢視断面図。
【図２２】実施例４における、車両用構造部材の管状部の断面図。
【図２３】実施例５における、車両用構造部材の管状部の断面図。
【図２４】実施例６における、車両用構造部材の端部構造の別例を示す斜視図。
【図２５】実施例６における、車両用構造部材の端部構造の別例を示す斜視図。
【図２６】実施例６における、車両用構造部材の端部構造の別例を示す斜視図。
【図２７】実施例７における、車両用構造部材の端部近傍を示す斜視図。
【図２８】実施例８における、実験結果を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の車両用構造部材の製造方法においては、上記第１本体曲げ工程だけでなく、上記第２本体曲げ工程に用いる凸型も特殊な形状とすることがより好ましい。
即ち、上記第２本体曲げ工程に用いる上記第２凸型は、上記第２凸部の表面に長手方向に沿って伸びる第２突出角部を平行に複数設けてなり、上記第２本体曲げ工程の実施により、上記管状本体部の内面に上記第２突出角部に押圧された圧痕を長手方向に沿って複数形成することが好ましい（請求項２）。この場合には、上記の特殊な形状の第２凸型を積極的に用いることにより、上記第２本体曲げ工程の実施によって、上記管状本体部の内面に上記第２突出角部に押圧された圧痕を長手方向に沿って複数形成することができる。そして、この圧痕が形成されることにより、第２本体曲げ工程での成形性、及びその後の第３本体曲げ工程での成形性を向上させることができ、精度の高い成形が可能となる。この成形性向上は、上記と同様に、帯状金属素材の強度が低い場合はもとより、超高張力鋼のような高い強度を有しているものについては非常に有効である。
【００１７】
したがって、本発明の製造方法を採用する限り、上記帯状金属素材は、引張強さが１ＧＰａ以上の超高張力鋼とすることができる（請求項３）。上記超高張力鋼を用いる場合には、帯状素材を管状に成形することが非常に困難であるが、本発明の製造方法によって容易に成形を実現できる。そして、得られた車両用構造部材は、高い剛性を有するものとなり、従来よりも軽量化を図ることが容易となる。
【００１８】
また、本発明で製造する上記車両用構造部材は、上記管状部のみによって構成することができる。この場合には、別途準備したブラケット部材を上記管状部に接合し、当該ブラケット部材を介して他の部材に接合する構成を取ることができる。
また、上記車両用構造部材は、上記管状部の長手方向の一端又は両端に他の部材に接続するためのブラケット部を一体的に備える構造とすることもできる。ブラケット部としては、後述する拡開端部のように上記管状部と同じ素材から延設した構造を採用してもよいし、別途準備したブラケット部材を溶接等によって一体化させた構造を採用することもできる。ブラケット部材としては、パイプ状、平板状、その他の公知の様々な形状のものを採用できる。
【００１９】
また、上記管状部の上記カール部の曲げ起点部分同士は、両者が接触するまで近接していることが好ましい。これにより、上記管状部の構造安定性がより向上する。
また、上記カール片部同士は、管状形状の内部においてその先端同士が互いに離れた形状とすることが好ましい。これにより、形状安定性が向上する。
【００２０】
また、上記管状本体部の断面外形に接する輪郭が、長手方向の少なくとも一部において略真円形状であることが好ましい（請求項５）。上記管状本体部の断面外形に接する輪郭の形状が略真円形状（幾何学上定義される真円形状にかがらず、一般的に真円形状であると認識される形状を含む）である場合には、どの方向から応力が加えられてもほぼ均一な剛性特性を発揮させることができる。そのため、上記管状部においては、その全長をそのようなほぼ均一な剛性特性のものとしたい場合には、全長の上記輪郭形状を略真円形状とすることが好ましく、一部分のみそのようにしたい場合には、全長のうち一部の輪郭形状のみを略真円形状としてもよい。
【００２１】
また、上記管状本体部の断面外形に接する輪郭が、長手方向の少なくとも一部において略楕円形状であってもよい（請求項６）。上記管状本体部の輪郭形状が略楕円形状（幾何学上定義される楕円形状に限らず、長径部と短径部とを有する一般的に楕円形状であると認識される形状を含む）の場合には、楕円形状の長径方向における曲げ剛性をさらに向上させることができる。この楕円形状の部分も、上記管状部の全長に設けてもよいし、一部のみに設けてもよい。
【００２２】
また、上記管状部の長手方向端部の少なくとも一方には、上記曲げ起点部分間の間隔を拡げて幅寸法を上記管状部の外径寸法より大きくした拡開端部が形成されていることが好ましい（請求項７）。この場合には、上記拡開端部を他の部材と接合するためのブラケット部として用いることができる。また、上記拡開端部自体をブラケット部とせず、上記拡開端部を介して他部品よりなるブラケット部材を溶接等によって一体化させる構造をとることもできる。
上記拡開端部自体をブラケット部として用いる場合には、上記拡開端部には、他部品との接続固定を行うための貫通穴が形成されていることが好ましい（請求項８）。これにより、他部品との接続固定を容易に行うことができる。
【００２３】
また、上記管状部は、長手方向の少なくとも一部において、上記管状本体部を内方に窪ませて形成したビード部を有する構造をとることもできる（請求項９）。この場合には、上記ビード部の存在によって、さらに剛性を高めることができる。
【００２４】
また、上記ビード部は、窪んだ両壁部分を密着させた密着部を有していることが好ましい（請求項１０）。この場合には、上記ビード部による剛性向上効果をさらに高めることができる。
【００２５】
また、上記車両用構造部材の具体的な用途としては、代表的には、自動車のドア等に配設されるインパクトビームがある。さらに、センターピラー、フロントピラー、フロアサイドメンバー、フロントサイドメンバー、カウルパネル、ロッカパネルなどの自動車の車体骨格部品、サスペンション部品、その他の部品の一部を本発明の車両用構造部材に置き換えたり、あるいは追加して補強したりする用途がある。また、二輪車においては、フロントフォーク等の車体骨格部品の一部を本発明の車両用構造部材に置き換えたり、あるいは追加して補強したりする用途がある。
【実施例】
【００２６】
（実施例１）
本発明の実施例に係る車両用構造部材及びその製造方法につき、図１〜図１７を用いて説明する。
本例の車両用構造部材１は、図１〜図５に示すごとく、内部を中空部１９（図２）とした管状形状を呈する管状部１０を有する車両用構造部材である。
管状部１０は、帯状金属素材１００（図６（ａ））を用いて円弧状に成形された管状本体部１１と、上記帯状金属素材１００の両側端部を曲げ返してなるカール片部１２（図２）とを有する。カール片部１２の曲げ起点部分１５同士を近接させると共に、カール片部１２を中空部１９内に配置してなる。
【００２７】
図１、図２に示すごとく、上記管状部１０の管状本体部１１は、断面外形に接する輪郭形状が、その全長においてほぼ真円に近い円形状となっている。もちろんカール片部１２近傍は、真円から外れる形状を呈している。
カール片部１２は、曲げ起点部分１５近傍から略１８０°反転するように曲げ返されている。そして、２つのカール片部１２の先端同士は互いに離れ、それぞれ管状本体部１１の内周面に近づくように成形されている。このカール片部１２の形状は、後述するごとく、本体曲げ工程の実施によって形成される。
【００２８】
また、図１、図３〜図５に示すごとく、管状部１０の長手方向両端には、他部品との接続固定を行うためのブラケットとなる拡開端部２が、管状部１０と同じ帯状金属素材１００から形成されている。拡開端部２は、管状部１０の長手方向端部において、それぞれの曲げ起点部分２５（２４）間の間隔を徐々に拡げて幅寸法を管状部１０の外径寸法より大きくしたものである。そのため、拡開端部２は、上記管状本体部１１に連なって平板状となった平面部２１と、その両端において上記カール片部１２から連なる端部カール片部２２とによって構成されている。
また、本例の拡開端部２は、他部品との接続固定を行うための貫通穴２５が上記平面部２１に設けられている。
【００２９】
次に、車両用構造部材１の製造方法について説明する。
本例では、図６（ａ）に示すごとく、上記管状部１０及び両端の拡開端部２を形成するに当たっては、超高張力鋼よりなる平板帯状の上記帯状金属素材１００を準備する。そして、予備曲げ工程Ｓ１と本体曲げ工程Ｓ２１〜Ｓ２３とを行う。
予備曲げ工程Ｓ１は、図６（ｂ）に示すごとく、帯状金属素材１００の両側の曲げ起点部分１５からカール片部１２を折り曲げて起立させて断面略コ字状とする工程である。
本体曲げ工程Ｓ２１〜Ｓ２３は、図６（ｃ）〜（ｅ）に示すごとく、カール片部１２が存在する側の面１０１が内面となるように帯状金属素材１００を円弧状に成形して管状本体部１１とすると共に、曲げ起点部分１５同士を近接させる工程であり、後述する３つの工程から構成してある。
【００３０】
上記予備曲げ工程Ｓ１は、図７、図８に示すごとく、略コ字状の成形面を有する予備凹部４１０を備えた予備凹型４１と、予備凹部４１０に対応する予備凸部４２０を有する予備凸型４２とを用いて行う。予備凹部４１０及び予備凸部４２０は、上記管状部１０を成形する役割を果たす。図７、図９に示すごとく、予備凹型４１は、上記予備凹部４１０に連ねて、最終的に拡開端部２となる部位を成形するための端部用予備凹部４１２を有している。この端部用予備凹部４１２は、コ字状の両側の起立部分が徐々に拡開するよう傾斜した凹部形状を呈している。また、予備凸型４２は、予備凸部４２０に連ねて、拡開端部２形成用の端部用予備凸部４２２を有しいる。この端部用予備凸部４２２は、端部用予備凹部４１２に対応してコ字状の両側の起立部分が傾斜した凸状形状を呈している。
【００３１】
予備曲げ工程Ｓ１を行うに当たっては、図８（ａ）及び図９（ａ）に示すごとく、予備凹型４１と予備凸型４２との間に間隙を空けておき、その間隙に平板状の帯状金属素材１００を配置する。次いで、図８（ｂ）に示すごとく、管状部１０の成形部位においては、予備凸型４２を相対的に予備凹型４２に近づけることにより、予備凹部４１０と予備凸部４２０によって帯状金属素材１００を挟み込み、その両側の曲げ起点部分１５からカール片部１２を折り曲げて起立させて断面略コ字状とする加工を実施する。これと同時に、図９（ｂ）に示すごとく、拡開端部２の成形部位においては、予備凸型４２を相対的に予備凹型４２に近づけることにより、端部用予備凹部４１２と端部用予備凸部４２２によって帯状金属素材１００を挟み込み、その両側の曲げ起点部分２５１から端部カール片部２２を折り曲げて斜めに起立させて徐々に拡開するような断面略コ字状とする加工を実施する。
【００３２】
次に、上記本体曲げ工程において第１番目に行う第１本体曲げ工程Ｓ２１は、図１０、図１１に示すごとく、略円弧状の凹部であって管状本体部１１の最終形状の曲率半径Ｒ１（図２）よりも大きい曲率半径の第１凹部５１０を有する第１凹型５１と、第１凹部５１０に対応する第１凸部５２０を有する第１凸型５２とを用いる。第１凹部５１０及び第１凸部５２０は、管状部１０を成形する役割を果たす。図１０に示すごとく、凹型５１は、第１凹部５１０に連ねて、最終的に拡開端部２となる部位を成形するための端部用凹部５１２を有している。この端部用凹部５１２は、上述した予備凹型４１の端部用予備凹部４１２と同じ形状を有している。また、第１凸型５２は、第１凸部５２０に連ねて、拡開端部２形成用の端部用予備凸部５２２を有しいる。この端部用凸部５２２は、端部用予備凸部４２２と同じ形状を有している。
【００３３】
図１０、図１１に示すごとく、第１凹部５１０は、滑らかな曲面形状を呈している。また、同図に示すごとく、第１凸部５２０は、全体的に第１凹部５１０の曲面形状に対応する形状となっているが、断面で見れば、直線を順次屈曲させた多角形の一部のような形状を呈している。そして、その屈曲部が第１突出角部５２３であり、これが長手方向に沿って平行に複数存在する。
【００３４】
そして、第１本体曲げ工程Ｓ２１は、まず、図１１（ａ）に示すごとく、帯状金属素材１００のカール片部１２を第１凸型５２側に位置させた状態で、第１凹型５１と第１凸型５２との間の間隙に帯状金属素材１００を配置する。次いで、図１１（ｂ）に示すごとく、両型を近接させ、帯状金型素材１００を第１凹部５１０と第１凸部５２０との間に挟むことによって、最終形状の曲率半径より大きい曲率半径の略円弧状を呈する途中形状の管状本体部１１を成形する。また、このとき、管状本体部１１の内面には、第１突出角部５２３に押圧された圧痕１８１が長手方向に沿って複数形成される。この圧痕１８１は、第１本体曲げ工程Ｓ２１での曲げ加工性及び後述する第２、第３本体曲げ工程Ｓ２２、Ｓ２３での曲げ加工性を向上させる役割を果たす。
また、上記管状部１０の成形と同時に、帯状金型素材１００を端部用第１凹部５１２と端部用第１凸部５２２との間に挟むことによって、拡開端部２形成部位は、予備曲げ工程Ｓ１での形状がそのまま維持される。
【００３５】
次に、上記本体曲げ工程において第２番目に行う第２本体曲げ工程Ｓ２２は、図１２、図１３に示すごとく、略円弧状の凹部であってその中央底面部分が管状本体部１１の最終形状の曲率半径Ｒ１（図２）よりも小さい曲率半径である第２凹部６１０を有する第２凹型６１と、第２凹部６１０の中央底面部分に対応する形状の先端部分を有すると共に第２凹部６１０の開口幅よりも小さい幅寸法の第２凸部６２０を有する第２凸型６２とを用いる。第２凹部６１０及び第２凸部６２０は、管状部１０を成形する役割を果たす。図１２、図１４に示すごとく、第２凹型６１は、第２凹部６１０に連ねて、最終的に拡開端部２となる部位を成形するための端部用第２凹部６１２を有している。この端部用予備凹部６１２は、コ字状の幅が予備凹型４１及び第１凹型５１の場合よりも狭い凹部形状を呈している。また、第２凸型６２は、第２凸部６２０に連ねて、拡開端部２形成用の端部用第２凸部６２２を有しいる。この端部用第２凸部６２２は、その先端側が端部用第２凹部６１２に対応しており、その基端側の幅寸法を小さくした特殊形状としてある。
【００３６】
図１３に示すごとく、第２凹部６１０は、その中央底面部分近傍が、管状本体部１１の最終形状の曲率半径Ｒ１（図２）よりも小さい曲率半径の滑らかな曲面形状となっており、開口部側は曲率半径が大きく、斜めのほぼ直線状となって、開口部に近づくほど拡開している。
また、第２凸部６２０は、その先端部が第２凹部６１０の中央底面部分の曲面形状に対応する形状となっているが、断面で見れば、直線を順次屈曲させた多角形の一部のような形状を呈している。そして、その屈曲部が第２突出角部６２３であり、これが長手方向に沿って平行に複数存在する。
【００３７】
そして、第２本体曲げ工程Ｓ２２は、まず、図１３（ａ）及び図１４（ａ）に示すごとく、カール片部１２を第２凸型６２側に位置させた状態で、第２凹型６１と第２凸型６２との間の間隙に帯状金属素材１００を配置する。次いで、図１３（ｂ）に示すごとく、両型を近接させ、管状本体部１１を第２凹部６１０と第２凸部６２０との間に挟むことによって、管状本体部１１の中央底部近傍を最終形状の曲率半径Ｒ１（図２）より小さい曲率半径の略円弧状に成形する。また、このとき、管状本体部１１の内面には、第２突出角部６２３に押圧された圧痕１８２が長手方向に沿って複数形成される。この圧痕１８２は、第２本体曲げ工程Ｓ２２での曲げ加工性及び後述する第３本体曲げ工程Ｓ２３での曲げ加工性を向上させる役割を果たす。
【００３８】
また、図１４（ｂ）に示すごとく、上記管状本体部１１の成形と同時に、途中形状の拡開端部２を端部用第２凹部６１２と端部用第２凸部６２２との間に挟むことによって、端部カール片部２２をより広い領域として最終形状に近づけた途中形状の拡開端部２を成形する。
【００３９】
次に、上記本体曲げ工程において第３番目に行う第３本体曲げ工程Ｓ２３は、図１５、図１６に示すごとく、略円弧状の凹部であって管状本体部１１の最終形状の曲率半径Ｒ１（図２）と同等の曲率半径の第３凹部７１０及び第４凹部７２０をそれぞれ有する第３凹型７１及び第４凹型７２とを用いる。第３凹部７１０及び第４凹部７２０は、管状部１０を成形する役割を果たす。図１５、図１７に示すごとく、第３凹型７１および第４凹型７２には、その両端に拡開端部形成用の端部用第３凹部７１２および端部用第４凹部７２２をそれぞれ第３凹部７１０および第４凹部７２０と連ねて備えている。
【００４０】
図１５（ｂ）、図１６に示すごとく、第３凹部７１０は、略半円状であって、その曲率半径が上記のごとく管状本体部１１の最終形状の曲率半径Ｒ１（図２）と同等である。また、第３凹部７１０の側方は、幅方向外側から内側に近づくにしたがって徐々に山状に盛り上がる山形状となるように、一対のテーパ部７１３が形成されている。
【００４１】
図１５（ａ）、図１６に示すごとく、第４凹部７２０は、略半円状であって、その曲率半径が上記のごとく管状本体部１１の最終形状の曲率半径Ｒ１（図２）と同等である。また、第４凹部７２０の側方は、幅方向外側から内側に近づくにしたがって徐々に谷状に窪む谷形状となるように、一対のテーパ部７２３が形成されている。
【００４２】
図１５（ｂ）、図１７に示すごとく、端部用第３凹部７１２は、拡開端部２の平面部２１の最終形状の幅寸法と同じ凹部を有している。また、端部用第３凹部７１２の側方は、幅方向外側から内側に近づくにしたがって徐々に山状に盛り上がる山形状となるように、一対のテーパ部７１４が形成されている。
【００４３】
図１５（ｂ）、図１７に示すごとく、端部用第４凹部７２２は、拡開端部２の端部カール片部２２に対応する２つの凹所を持つ形状を有している。また、端部用第４凹部７２２の側方は、幅方向外側から内側に近づくにしたがって徐々に谷状に窪む谷形状となるように、一対のテーパ部７２４が形成されている。
【００４４】
そして、第３凹型７１と第４凹型７２とは、両者を組み合わせたときに、第３凹部７１０と第４凹部７２０の側方のテーパ部７１３とテーパ部７２３とが当接し、また、端部用第３凹部７１２と端部用第４凹部７２２の側方のテーパ部７１４とテーパ部７２４とが当接するよう構成されている。また、その状態で、第３凹部７１０と第４凹部７２０がほぼ真円を形作り、端部用第３凹部７１２と端部用第４凹部７２２が拡開端部２の輪郭に沿った形状を形作るよう構成されている。また、テーパ部７１３とテーパ部７２３及びテーパ部７１４とテーパ部７２４の傾斜角度は、両型のプレス方向に対して４５°傾斜した角度とした。
【００４５】
第３本体曲げ工程Ｓ２３は、まず、図１６（ａ）、図１７（ａ）に示すごとく、カール片部１２を第４凹部７２０に収容するように位置させた状態で、第３凹型７１と第４凹型７２との間の間隙に帯状金属素材１００を配置する。次いで、図１６（ｂ）に示すごとく、両型を近接させ、管状本体部１１を第３凹部７１０と第４凹部７２０との間に挟むことによって、管状本体部１１を所望の管状形状に成形する。同時に、図１７（ａ）（ｂ）に示すごとく、途中形状の拡開端部２を端部用第３凹部７１２と端部用第４凹部７２２との間に挟むことによって、所望形状の拡開端部２を成形する。
【００４６】
管状部１０は、図１６（ａ）の状態から図１６（ｂ）の状態に成形される途中で、カール片部１２の曲げ起点部分１５近傍が第４凹型７２のテーパ部７２３に当接し、これに沿って両側のものが互いに近づくよう変形する。また、その変形途中で、カール片部１２が互いに先端側から当接し、成形が進むにつれてカール片部１２自体も変形していく。そして、最終的に、図１６（ｂ）に示すごとく、カール片部１２は、曲げ起点部分１５近傍から略１８０°反転するように曲げ返され、２つのカール片部１２の先端同士は互いに離れ、それぞれ管状本体部１１の内周面に近づくように成形される。
【００４７】
その後、拡開端部２の平面部２１に貫通穴２５を形成することによって、本例の車両用構造部材１が完成する。
【００４８】
このようにして製造された本例の車両用構造部材１は、上述したごとく、内部を中空部１９とした管状形状を呈する管状部１０を有する。そして、この管状部１０は、帯状金属素材１００を用いて成形してあるので、従来のパイプを用いた場合よりも素材の低コスト化を図ることができる。
【００４９】
また、管状部１０は、円弧状に成形された管状本体部１１と上記カール片部１２とを有し、カール片部１２の曲げ起点部分１５同士を近接させると共に、カール片部１２を中空部１９内に配置するという特殊な形状を有している。これにより、管状部１０は、単純に帯状素材を管状に成形した場合よりも剛性が大きく向上し、従来のパイプの場合と同等以上の剛性特性を得ることができる。
【００５０】
また、車両用構造部材１は、管状部１０の長手方向両端に、上記拡開端部２を管状部１０と同じ素材から一体的に成形してなる。そのため、別途ブラケット部材を準備する場合よりも総合的なコストを低減することが可能となる。また、ブラケット部材となる拡開端部２が管状部１０と同じ素材から一体的に成形されているので、組み付け安定性も高い。
【００５１】
また、上記製造方法においては、平板帯状の上記帯状金属素材１００を準備して、これに予備曲げ工程Ｓ１と第１〜第３の本体曲げ工程Ｓ２１〜Ｓ２３とを実施する。予備曲げ工程Ｓ１を実施してカール片部１２を事前に形成し、その後本体曲げ工程Ｓ２１〜Ｓ２３を行う。そして、特に注目すべきことは、本例では、第１本体曲げ工程Ｓ２１と第２本体曲げ工程Ｓ２２とにおいて、第１突出角部５２３及び第２突出角部を有する金型によって、管状本体部１１の内面に圧痕１８１、圧痕１８２を複数形成することである。これにより、本例のように帯状金属素材１００が超高張力鋼のような高強度材料であっても、曲げ加工を容易化することができ、精度よく管状部１０を成形することができる。
【００５２】
（実施例２）
本例の車両用構造部材１０２は、実施例１の車両用構造部材１の管状部１０の形状を変更したものである。
即ち、図１８、図１９に示すごとく、本例の車両用構造部材１０２の管状部１０は、長手方向の一部において、管状本体部１０を内方に窪ませて形成したビード部３を有する。ビード部３は、同図に示すごとく、管状部１０の周方向における位置については、カール片部１２の曲げ起点部分１５と反対側の位置に形成されている。ビード部３の長手方向おける位置については、中央部と、両端近傍の３箇所に分かれている。
また、ビード部３の断面形状は、窪んだ両壁３５の間に空隙がある略Ｕ字状の形状である。
【００５３】
このようなビード部３を形成するに当たっては、前述した実施例１における第１本体曲げ工程Ｓ２１を行う前に、ビード成形工程を実施する（図示略）。ビード成形工程は、２つの成形工程より行い、まずは、最終のビード形状よりも緩やかな突出形状の凸型及び凹型を用いて張り出し成形を行い、その後、最終のビード形状に近い突出形状の凸型及び凹型を用いてさらに張り出し形状を行ってビード部を形成する。
その後、本体曲げ工程では、各凸型の頂点部分に、ビード部３と干渉しないように削った窪み部を設けて実施する。本体曲げ工程自体は、実施例１と同様である。
【００５４】
得られた車両用構造部材１０２は、上記ビード部３の存在によって、これがない場合に比べてさらに剛性を高めることができる。その他は、実施例１と同様の作用効果が得られる。
【００５５】
（実施例３）
本例の車両用構造部材１０３も、実施例１の車両用構造部材１の管状部１０の形状を変更したものである。
即ち、図２０、図２１に示すごとく、本例の車両用構造部材１０３の管状部１０は、長手方向ほぼ全長において、管状本体部１０を内方に窪ませて形成したビード部３２を有する。ビード部３２は、同図に示すごとく、管状部１０の周方向における位置については、カール片部１２の曲げ起点部分１５と反対側の位置に形成されている。ビード部３２のの断面形状は、窪んだ両壁３２５部分を密着させた密着部を有している。
【００５６】
このようなビード部３２を形成するに当たっては、基本的に実施例２と同様であるが、最終的に窪んだ両壁３２５が密着するようにしごき加工ができるような金型を用いる（図示略）。
【００５７】
得られた車両用構造部材１０３は、上記ビード部３２の存在によって、これがない場合に比べてさらに剛性を高めることができる。その他は、実施例１と同様の作用効果が得られる。
【００５８】
（実施例４）
本例の車両用構造部材１０４も、実施例１の車両用構造部材１の管状部１０の形状を変更したものである。
即ち、図２２に示すごとく、本例の車両用構造部材１０４の管状部１０は、長手方向ほぼ全長において、管状本体部１１の断面外形に接する輪郭が、略楕円形状である。本例の管状本体部１１の楕円形状は、カール片部１２の曲げ起点部分１５の位置する部分を長径部とし、これに直交する部分を短径部とした、いわば縦型楕円形状である。
【００５９】
このような管状本体部１１の縦型楕円形状を得るに当たっては、実施例１における第３本体曲げ工程Ｓ２３で用いる第３凹型７１及び第４凹型７２の第３凹部７１０及び第４凹部７２０を、所望の縦型楕円形状に対応する形状にとする。
【００６０】
得られた車両用構造部材１０４は、管状部１０が上記のごとく縦型楕円形状であるので、その長径部方向からの応力に対する剛性をさらに高めることができる。その他は、実施例１と同様の作用効果が得られる。
【００６１】
（実施例５）
本例の車両用構造部材１０５も、実施例１の車両用構造部材１の管状部１０の形状を変更したものである。
即ち、図２３に示すごとく、本例の車両用構造部材１０５の管状部１０は、長手方向ほぼ全長において、管状本体部１１の断面外形に接する輪郭が、略楕円形状である。本例の管状本体部１１の楕円形状は、カール片部１２の曲げ起点部分１５の位置する部分を短径部とし、これに直交する部分を長径部とした、いわば横型楕円形状である。
【００６２】
このような管状本体部１１の横型楕円形状を得るに当たっては、実施例１における第３本体曲げ工程Ｓ２３で用いる第３凹型７１及び第４凹型７２の第３凹部７１０及び第４凹部７２０を、所望の横型楕円形状に対応する形状にとする。
【００６３】
得られた車両用構造部材１０５は、管状部１０が上記のごとく横型楕円形状であるので、その長径部方向からの応力に対する剛性をさらに高めることができる。その他は、実施例１と同様の作用効果が得られる。
【００６４】
（実施例６）
本例では、実施例１の車両用構造部材１の両端または一端の拡開端部２の構成の変更あるいは他のブラケット部材への変更例を示す。
まず、図２４に示す例は、実施例１の拡開端部２と基本形状を同じとした拡開端部２０２の例である。拡開端部２０２は、貫通穴２６を１つ設け、その開口部周縁に円筒状のリブ部２６５を形成し、さらに、リブ部２６５の周囲に位置する端部カール片部２２に円弧状に切り欠きを設けた構造を有している。その他は、実施例１と同様である。
【００６５】
図２５に示す例は、実施例１とほぼ同様の拡開端部の先端に平板状の接合板部２７を連ねたタイプの拡開端部２０３の例である。接合板部２７は、車両用構造部材の素材の一部を成形せずに平板状に残すことによって容易に得ることができる。接合板部２７は、溶接によって他部材と接合可能である。また、接合板部２７に貫通穴を設けてボルト等の連結部材によって他部材と接合することも可能である。その他は、実施例１と同様である。
【００６６】
図２６に示す例は、実施例１のような拡開端部を成形することなく、管状部１０の端部に筒状のブラケット部材２０４を溶接により接合した例である。その他は、実施例１と同様である。
【００６７】
以上のように、本発明の車両用構造部材における長手方向の両端部は、様々な構造を採用することができ、車両用構造部材の用途に応じて最適な接合方法を選択することが可能である。
【００６８】
（実施例７）
本例の車両用構造部材１０７は、実施例１の車両用構造部材１における管状部１０のみで構成したものである。すなわち、図２７に示すごとく、車両用構造部材１０７の長手方向端面は、管状部１０の形状のままであり、円弧状に成形された管状本体部１１と、曲げ返してなるカール片部１２とを有し、カール片部１２の曲げ起点部分１５同士を近接させると共に、カール片部１２を中空部１９内に配置した形状を呈している。
この場合には、別部材のブラケット部材を準備して、車両用構造部材１０７（管状部１０）に取り付けることにより、他部材との接合を行うことができる。そして、このような、管状部１０のみからなる車両用構造部材１０７は、ある程度長尺に設けておけば、用途に応じて切断して最適な長さとすることができ、汎用性に優れる。その他は、実施例１と同様の作用効果が得られる。
【００６９】
（実施例８）
本例では、実施例１の車両用構造部材１の優れた剛性を定量的に評価するための実験を行った。
実験に供する試料としては、本発明の例として３種類（試料Ｅ１〜Ｅ３）、従来例として１種類（試料Ｃ４）準備した。
【００７０】
試料Ｅ１は、実施例１と同形状であって、管状部１１の外径が３１．８ｍｍ、肉厚が２．０ｍｍであり、長手方向端部に上述した拡開端部２を有するものである。全長は、２１０ｍｍである。
素材材質は、引張強さが１１８０ＭＰａの超高張力鋼である。
【００７１】
試料Ｅ２は、実施例１と同形状の管状部１１のみからなるものであって、外径が３１．８ｍｍ、肉厚が２．０ｍｍであり、長手方向端部に上述した拡開端部２を持たず、全長は、２１０ｍｍである。
素材材質は、引張強さが１１８０ＭＰａの超高張力鋼である。
【００７２】
試料Ｅ３は、実施例１と同形状の管状部１１のみからなるものであって、外径が２８．０ｍｍ、肉厚が２．０ｍｍであり、長手方向端部に上述した拡開端部２を持たず、全長は、２１０ｍｍである。
素材材質は、引張強さが１１８０ＭＰａの超高張力鋼である。
【００７３】
試料Ｃ４は、丸パイプであって、外径が３１．８ｍｍ、肉厚が２．０ｍｍであり、長手方向端部の何も設けず、全長は、２１０ｍｍである。
素材材質は、引張強さが１１８０ＭＰａの高周波焼き入れ鋼である。
【００７４】
実験は、アムスラー式試験機を用いて、試験子Ｒ１３、加圧支点間距離２００ｍｍという条件で行い、その曲げ剛性を測定した。
【００７５】
実験の結果は、図２８に示す。同図は、横軸に試験子のストローク（ｍｍ）を取り、縦軸に試験子に与える荷重（ｋＮ）を取った。同図に、試料Ｅ１〜Ｅ３は、符号Ｅ１〜Ｅ３で示し、試料Ｃ４は符号Ｃ４で示した。
【００７６】
同図から知られるごとく、本発明の実施例である試料Ｅ１、試料Ｅ２は、同等のサイズの従来例の試料Ｃ４に比べ、その曲げ剛性が大きく向上していることがわかる。また、本発明の実施例である試料Ｅ３は、従来例の試料Ｃ４に比べてサイズが小さくてもほぼ同等の曲げ剛性が得られることがわかる。
【００７７】
以上の結果から、本発明の車両用構造部材は、従来のパイプを主体とする構造部材と比べて同等以上の剛性が得られ、かつ、軽量化及び低コスト化を図ることができることがわかる。
【符号の説明】
【００７８】
１、１０２〜１０５、１０７ 車両用構造部材
１０ 管状部
１１ 管状本体部
１２ カール片部
１５ 曲げ起点部分
２ 拡開端部
４１ 予備凹型
４１０ 予備凹部
４２ 予備凸型
４２０ 予備凸部
５１ 第１凹型
５１０ 第１凹部
５２ 第１凸型
５２０ 第１凸部
６１ 第２凹型
６１０ 第２凹部
６２ 第２凸型
６２０ 第２凸部
７１ 第３凹型
７１０ 第３凹部
７２ 第４凹型
７２０ 第４凹部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等の車両に用いられる構造部材及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車のドアには、側面から衝突された際の剛性を高めるための部材として、インパクトビームと呼ばれる補強部材が取り付けられている。また、自動車の車体の構造そのもについても、剛性を高めるための様々な工夫が行われている。上記補強部材を含め、車両の剛性向上を図るための構造部材は、その部材そのものの剛性向上と共に、軽量化及び低コスト化を図ることが求められている。
【０００３】
上記構造部材としてインパクトビームを例に取れば、従来のものは、円管状のパイプを本体部として、その両端に支持ブラケットを取り付けたものが一般的である（例えば特許文献１参照）。また、その他の構造部材についても、パイプを主体とし、これを加工して構成したものが多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２３９７６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のパイプを主体とした構造部材は、パイプそのものが同じ重量の帯状素材（板状素材）に比べて割高であり、素材コストの低減に限界がある。一方、帯状素材を用いて単純に管状やＵ字状に加工した場合には、パイプの場合よりも剛性が劣ってしまうという問題があった。
【０００６】
このため、パイプの素材よりも高剛性の帯状金属素材を用いて管状に成形することにより、素材重量を増加させることなく高剛性化することが考えられる。しかしながら、例えば超高張力鋼板に代表されるような非常に強度の高い素材を用いた場合には、管状に成形すること自体が困難である。
また、管状に成形した後に、溶接等を行う必要があれば、パイプの場合よりも高コスト化するおそれもあるので、管状部については成形したままの状態で十分にパイプと同等以上の剛性を発揮しうる形状の採用も望まれる。
【０００７】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたものであり、従来のパイプを主体とする構造部材と比べて同等以上の剛性が得られ、かつ、軽量化及び低コスト化を図ることができる車両用構造部材及びその製造方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明は、内部を中空部とした管状形状を呈する管状部を有する車両用構造部材を製造する方法であって、
平板帯状の帯状金属素材の幅方向両側端部を折り曲げて起立させたカール片部を形成し、断面略コ字状とする予備曲げ工程と、
上記カール片部が存在する側の面が内面となるように上記帯状金属素材を円弧状に成形して管状本体部とすると共に、上記カール片部の曲げ起点部分同士を近接させることによって上記カール片部を上記管状本体部の中空部内に配置する本体曲げ工程とを有し、
該本体曲げ工程は、略円弧状の凹部であって上記管状本体部の最終形状の曲率半径よりも大きい曲率半径の第１凹部を有する第１凹型と、該第１凹部に対応する第１凸部を有する第１凸型とを用い、上記帯状金属素材の上記カール片部を上記第１凸型側に位置させた状態で、該帯状金型素材を上記第１凹部と上記第１凸部との間に挟むことによって、上記最終形状の曲率半径より大きい曲率半径の略円弧状を呈する上記管状本体部を成形する第１本体曲げ工程と、
略円弧状の凹部であって上記管状本体部の最終形状の曲率半径よりも小さい曲率半径の第２凹部を有する第２凹型と、該第２凹部に対応すると共に該第２凹部の開口幅よりも小さい幅寸法の第２凸部を有する第２凸型とを用い、上記カール片部を上記第２凸型側に位置させた状態で、上記管状本体部を上記第２凹部と上記第２凸部との間に挟むことによって、上記管状本体部の中央底部近傍を上記最終形状の曲率半径より小さい曲率半径の略円弧状に成形する第２本体曲げ工程と、
略円弧状の凹部であって上記管状本体部の最終形状の曲率半径と同等の曲率半径の第３凹部及び第４凹部をそれぞれ有する第３凹型及び第４凹型とを用い、上記カール片部を上記第４凹部に収容するように位置させた状態で、上記管状本体部を上記第３凹部と上記第４凹部との間に挟むことによって、上記管状本体部を所望の管状形状に成形する第３本体曲げ工程とを有し、
かつ、上記第１本体曲げ工程に用いる上記第１凸型は、上記第１凸部の表面に長手方向に沿って伸びる第１突出角部を平行に複数設けてなり、上記第１本体曲げ工程の実施により、上記管状本体部の内面に上記第１突出角部に押圧された圧痕を長手方向に沿って複数形成することを特徴とする車両用構造部材の製造方法にある（請求項１）。
【０００９】
第２の発明は、内部を中空部とした管状形状を呈する管状部を有する車両用構造部材であって、
上記管状部は、帯状金属素材を用いて円弧状に成形された管状本体部と、上記帯状金属素材の幅方向両側端部を曲げ返してなるカール片部とを有し、該カール片部の曲げ起点部分同士を近接させると共に、上記カール片部を上記中空部内に配置してなり、
第１の発明の車両用構造部材の製造方法により製造してなることを特徴とする車両用構造部材にある（請求項４）。
【発明の効果】
【００１０】
第１の発明の車両用構造部材の製造方法においては、平板帯状の上記帯状金属素材を準備して、これに上記予備曲げ工程と上記本体曲げ工程とを実施する。また、上記本体曲げ工程は、上述したごとく、少なくとも、第１本体曲げ工程、第２本体曲げ工程及び第３本体曲げ工程という３回の曲げ工程を含むものとする。さらに、上記第１本体曲げ工程に用いる上記第１凸型は、上記のごとく、上記第１凸部の表面に長手方向に沿って伸びる第１突出角部を平行に複数設けてなるものを用いる。
【００１１】
このような特殊な形状の第１凸型を積極的に用いることにより、上記第１本体曲げ工程の実施によって、上記管状本体部の内面に上記第１突出角部に押圧された圧痕を長手方向に沿って複数形成することができる。そして、この圧痕が形成されることにより、第１本体曲げ工程での成形性、及びその後の第２、第３本体曲げ工程での成形性を向上させることができ、精度の高い成形が可能となる。この成形性向上効果は、上記帯状金属素材の強度が低い場合でも有効であるが、特に上記帯状金属素材が、超高張力鋼のような高い強度を有しているものについては非常に有効である。超高張力鋼のような高強度材は、一般的に成形が困難であって管状にすること自体がなしえないこともあるところ、上記圧痕の形成による成形性向上によって管状への成形が可能となる。
【００１２】
つまり、本発明によって、従来のパイプの素材よりも格段に高強度の板素材を用いても上記管状部を成形可能となる。そのため、車両用構造部材の用途に合わせて上記帯状金属素材として非常に高強度なものを採用したとしても、容易に製造できる。それ故、本発明によれば、従来のパイプを主体とする構造部材と比べて同等以上の剛性が得られ、かつ、軽量化及び低コスト化を図ることができる車両用構造部材の製造方法を提供することができる。
【００１３】
第２の発明の車両用構造部材は、上記中空部を備えた上記管状部を有している。そして、上記管状部は、帯状金属素材を用いて成形してある。そのため、従来のパイプを用いた場合よりも素材の低コスト化を図ることができる。また、上記管状部は、上記カール片部を備え、これを円弧状の管状本体部の内周側に位置させると共に、上記折り返し起点同士を近接させるという特殊な形状を有している。これにより、上記管状部は、単純に帯状素材を管状に成形した場合よりも剛性が大きく向上し、従来のパイプの場合と同等以上の剛性特性を得ることができる。さらに、この形状の工夫による剛性向上によって、上記カール片部の曲げ起点部分間を溶接等で構造的に接合する必要性が少ないので、加工コストも低コストに抑えることが可能となる。
【００１４】
さらに、上記車両用構造部材は、上記第１の発明の製造方法によって製造する。これにより、上記帯状金属素材が非常に高強度なものでも優れた形状精度が得られる。したがって、上記帯状金属素材の材質の選択の自由度が非常に大きくなり、超高張力鋼のような非常に高強度の素材の採用も可能となり、さらなる高強度化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例１における、車両用構造部材の（ａ）平面図、（ｂ）背面図、（ｃ）側面図。
【図２】実施例１における、図１のＡ−Ａ線矢視断面図。
【図３】実施例１における、図１のＢ−Ｂ線矢視断面図。
【図４】実施例１における、図１のＣ−Ｃ線矢視断面図。
【図５】実施例１における、拡開端部近傍を示す斜視図。
【図６】実施例１における、管状部の（ａ）成形前、（ｂ）予備曲げ工程後、（ｃ）第１本体曲げ工程後、（ｄ）第２本体曲げ工程後、（ｅ）第３本体曲げ工程後の断面形状を示す説明図。
【図７】実施例１における、予備曲げ工程で使用する（ａ）予備凹型、（ｂ）予備凸型を示す斜視図。
【図８】実施例１における、予備曲げ工程での管状部の（ａ）帯状金属素材をセットした状態、（ｂ）成形完了した状態を示す説明図。
【図９】実施例１における、予備曲げ工程での拡開端部の（ａ）帯状金属素材をセットした状態、（ｂ）成形完了した状態を示す説明図。
【図１０】実施例１における、第１本体曲げ工程で使用する（ａ）第１凹型、（ｂ）第２凸型を示す斜視図。
【図１１】実施例１における、第１本体曲げ工程での管状部の（ａ）帯状金属素材をセットした状態、（ｂ）成形完了した状態を示す説明図。
【図１２】実施例１における、第２本体曲げ工程で使用する（ａ）第２凹型、（ｂ）第２凸型を示す斜視図。
【図１３】実施例１における、第２本体曲げ工程での管状部の（ａ）帯状金属素材をセットした状態、（ｂ）成形完了した状態を示す説明図。
【図１４】実施例１における、第２本体曲げ工程での拡開端部の（ａ）帯状金属素材をセットした状態、（ｂ）成形完了した状態を示す説明図。
【図１５】実施例１における、第３本体曲げ工程で使用する（ａ）第２凹型、（ｂ）第２凸型を示す斜視図。
【図１６】実施例１における、第３本体曲げ工程での管状部の（ａ）帯状金属素材をセットした状態、（ｂ）成形完了した状態を示す説明図。
【図１７】実施例１における、第３本体曲げ工程での拡開端部の（ａ）帯状金属素材をセットした状態、（ｂ）成形完了した状態を示す説明図。
【図１８】実施例２における、車両用構造部材の底面図。
【図１９】実施例２における、図１８のＤ−Ｄ線矢視断面図。
【図２０】実施例３における、車両用構造部材の底面図。
【図２１】実施例３における、図２０のＥ−Ｅ線矢視断面図。
【図２２】実施例４における、車両用構造部材の管状部の断面図。
【図２３】実施例５における、車両用構造部材の管状部の断面図。
【図２４】実施例６における、車両用構造部材の端部構造の別例を示す斜視図。
【図２５】実施例６における、車両用構造部材の端部構造の別例を示す斜視図。
【図２６】実施例６における、車両用構造部材の端部構造の別例を示す斜視図。
【図２７】実施例７における、車両用構造部材の端部近傍を示す斜視図。
【図２８】実施例８における、実験結果を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の車両用構造部材の製造方法においては、上記第１本体曲げ工程だけでなく、上記第２本体曲げ工程に用いる凸型も特殊な形状とすることがより好ましい。
即ち、上記第２本体曲げ工程に用いる上記第２凸型は、上記第２凸部の表面に長手方向に沿って伸びる第２突出角部を平行に複数設けてなり、上記第２本体曲げ工程の実施により、上記管状本体部の内面に上記第２突出角部に押圧された圧痕を長手方向に沿って複数形成することが好ましい（請求項２）。この場合には、上記の特殊な形状の第２凸型を積極的に用いることにより、上記第２本体曲げ工程の実施によって、上記管状本体部の内面に上記第２突出角部に押圧された圧痕を長手方向に沿って複数形成することができる。そして、この圧痕が形成されることにより、第２本体曲げ工程での成形性、及びその後の第３本体曲げ工程での成形性を向上させることができ、精度の高い成形が可能となる。この成形性向上は、上記と同様に、帯状金属素材の強度が低い場合はもとより、超高張力鋼のような高い強度を有しているものについては非常に有効である。
【００１７】
したがって、本発明の製造方法を採用する限り、上記帯状金属素材は、引張強さが１ＧＰａ以上の超高張力鋼とすることができる（請求項３）。上記超高張力鋼を用いる場合には、帯状素材を管状に成形することが非常に困難であるが、本発明の製造方法によって容易に成形を実現できる。そして、得られた車両用構造部材は、高い剛性を有するものとなり、従来よりも軽量化を図ることが容易となる。
【００１８】
また、本発明で製造する上記車両用構造部材は、上記管状部のみによって構成することができる。この場合には、別途準備したブラケット部材を上記管状部に接合し、当該ブラケット部材を介して他の部材に接合する構成を取ることができる。
また、上記車両用構造部材は、上記管状部の長手方向の一端又は両端に他の部材に接続するためのブラケット部を一体的に備える構造とすることもできる。ブラケット部としては、後述する拡開端部のように上記管状部と同じ素材から延設した構造を採用してもよいし、別途準備したブラケット部材を溶接等によって一体化させた構造を採用することもできる。ブラケット部材としては、パイプ状、平板状、その他の公知の様々な形状のものを採用できる。
【００１９】
また、上記管状部の上記カール部の曲げ起点部分同士は、両者が接触するまで近接していることが好ましい。これにより、上記管状部の構造安定性がより向上する。
また、上記カール片部同士は、管状形状の内部においてその先端同士が互いに離れた形状とすることが好ましい。これにより、形状安定性が向上する。
【００２０】
また、上記管状本体部の断面外形に接する輪郭が、長手方向の少なくとも一部において略真円形状であることが好ましい（請求項５）。上記管状本体部の断面外形に接する輪郭の形状が略真円形状（幾何学上定義される真円形状にかがらず、一般的に真円形状であると認識される形状を含む）である場合には、どの方向から応力が加えられてもほぼ均一な剛性特性を発揮させることができる。そのため、上記管状部においては、その全長をそのようなほぼ均一な剛性特性のものとしたい場合には、全長の上記輪郭形状を略真円形状とすることが好ましく、一部分のみそのようにしたい場合には、全長のうち一部の輪郭形状のみを略真円形状としてもよい。
【００２１】
また、上記管状本体部の断面外形に接する輪郭が、長手方向の少なくとも一部において略楕円形状であってもよい（請求項６）。上記管状本体部の輪郭形状が略楕円形状（幾何学上定義される楕円形状に限らず、長径部と短径部とを有する一般的に楕円形状であると認識される形状を含む）の場合には、楕円形状の長径方向における曲げ剛性をさらに向上させることができる。この楕円形状の部分も、上記管状部の全長に設けてもよいし、一部のみに設けてもよい。
【００２２】
また、上記管状部の長手方向端部の少なくとも一方には、上記曲げ起点部分間の間隔を拡げて幅寸法を上記管状部の外径寸法より大きくした拡開端部が形成されていることが好ましい（請求項７）。この場合には、上記拡開端部を他の部材と接合するためのブラケット部として用いることができる。また、上記拡開端部自体をブラケット部とせず、上記拡開端部を介して他部品よりなるブラケット部材を溶接等によって一体化させる構造をとることもできる。
上記拡開端部自体をブラケット部として用いる場合には、上記拡開端部には、他部品との接続固定を行うための貫通穴が形成されていることが好ましい（請求項８）。これにより、他部品との接続固定を容易に行うことができる。
【００２３】
また、上記管状部は、長手方向の少なくとも一部において、上記管状本体部を内方に窪ませて形成したビード部を有する構造をとることもできる（請求項９）。この場合には、上記ビード部の存在によって、さらに剛性を高めることができる。
【００２４】
また、上記ビード部は、窪んだ両壁部分を密着させた密着部を有していることが好ましい（請求項１０）。この場合には、上記ビード部による剛性向上効果をさらに高めることができる。
【００２５】
また、上記車両用構造部材の具体的な用途としては、代表的には、自動車のドア等に配設されるインパクトビームがある。さらに、センターピラー、フロントピラー、フロアサイドメンバー、フロントサイドメンバー、カウルパネル、ロッカパネルなどの自動車の車体骨格部品、サスペンション部品、その他の部品の一部を本発明の車両用構造部材に置き換えたり、あるいは追加して補強したりする用途がある。また、二輪車においては、フロントフォーク等の車体骨格部品の一部を本発明の車両用構造部材に置き換えたり、あるいは追加して補強したりする用途がある。
【実施例】
【００２６】
（実施例１）
本発明の実施例に係る車両用構造部材及びその製造方法につき、図１〜図１７を用いて説明する。
本例の車両用構造部材１は、図１〜図５に示すごとく、内部を中空部１９（図２）とした管状形状を呈する管状部１０を有する車両用構造部材である。
管状部１０は、帯状金属素材１００（図６（ａ））を用いて円弧状に成形された管状本体部１１と、上記帯状金属素材１００の両側端部を曲げ返してなるカール片部１２（図２）とを有する。カール片部１２の曲げ起点部分１５同士を近接させると共に、カール片部１２を中空部１９内に配置してなる。
【００２７】
図１、図２に示すごとく、上記管状部１０の管状本体部１１は、断面外形に接する輪郭形状が、その全長においてほぼ真円に近い円形状となっている。もちろんカール片部１２近傍は、真円から外れる形状を呈している。
カール片部１２は、曲げ起点部分１５近傍から略１８０°反転するように曲げ返されている。そして、２つのカール片部１２の先端同士は互いに離れ、それぞれ管状本体部１１の内周面に近づくように成形されている。このカール片部１２の形状は、後述するごとく、本体曲げ工程の実施によって形成される。
【００２８】
また、図１、図３〜図５に示すごとく、管状部１０の長手方向両端には、他部品との接続固定を行うためのブラケットとなる拡開端部２が、管状部１０と同じ帯状金属素材１００から形成されている。拡開端部２は、管状部１０の長手方向端部において、それぞれの曲げ起点部分２５（２４）間の間隔を徐々に拡げて幅寸法を管状部１０の外径寸法より大きくしたものである。そのため、拡開端部２は、上記管状本体部１１に連なって平板状となった平面部２１と、その両端において上記カール片部１２から連なる端部カール片部２２とによって構成されている。
また、本例の拡開端部２は、他部品との接続固定を行うための貫通穴２５が上記平面部２１に設けられている。
【００２９】
次に、車両用構造部材１の製造方法について説明する。
本例では、図６（ａ）に示すごとく、上記管状部１０及び両端の拡開端部２を形成するに当たっては、超高張力鋼よりなる平板帯状の上記帯状金属素材１００を準備する。そして、予備曲げ工程Ｓ１と本体曲げ工程Ｓ２１〜Ｓ２３とを行う。
予備曲げ工程Ｓ１は、図６（ｂ）に示すごとく、帯状金属素材１００の両側の曲げ起点部分１５からカール片部１２を折り曲げて起立させて断面略コ字状とする工程である。
本体曲げ工程Ｓ２１〜Ｓ２３は、図６（ｃ）〜（ｅ）に示すごとく、カール片部１２が存在する側の面１０１が内面となるように帯状金属素材１００を円弧状に成形して管状本体部１１とすると共に、曲げ起点部分１５同士を近接させる工程であり、後述する３つの工程から構成してある。
【００３０】
上記予備曲げ工程Ｓ１は、図７、図８に示すごとく、略コ字状の成形面を有する予備凹部４１０を備えた予備凹型４１と、予備凹部４１０に対応する予備凸部４２０を有する予備凸型４２とを用いて行う。予備凹部４１０及び予備凸部４２０は、上記管状部１０を成形する役割を果たす。図７、図９に示すごとく、予備凹型４１は、上記予備凹部４１０に連ねて、最終的に拡開端部２となる部位を成形するための端部用予備凹部４１２を有している。この端部用予備凹部４１２は、コ字状の両側の起立部分が徐々に拡開するよう傾斜した凹部形状を呈している。また、予備凸型４２は、予備凸部４２０に連ねて、拡開端部２形成用の端部用予備凸部４２２を有しいる。この端部用予備凸部４２２は、端部用予備凹部４１２に対応してコ字状の両側の起立部分が傾斜した凸状形状を呈している。
【００３１】
予備曲げ工程Ｓ１を行うに当たっては、図８（ａ）及び図９（ａ）に示すごとく、予備凹型４１と予備凸型４２との間に間隙を空けておき、その間隙に平板状の帯状金属素材１００を配置する。次いで、図８（ｂ）に示すごとく、管状部１０の成形部位においては、予備凸型４２を相対的に予備凹型４２に近づけることにより、予備凹部４１０と予備凸部４２０によって帯状金属素材１００を挟み込み、その両側の曲げ起点部分１５からカール片部１２を折り曲げて起立させて断面略コ字状とする加工を実施する。これと同時に、図９（ｂ）に示すごとく、拡開端部２の成形部位においては、予備凸型４２を相対的に予備凹型４２に近づけることにより、端部用予備凹部４１２と端部用予備凸部４２２によって帯状金属素材１００を挟み込み、その両側の曲げ起点部分２５１から端部カール片部２２を折り曲げて斜めに起立させて徐々に拡開するような断面略コ字状とする加工を実施する。
【００３２】
次に、上記本体曲げ工程において第１番目に行う第１本体曲げ工程Ｓ２１は、図１０、図１１に示すごとく、略円弧状の凹部であって管状本体部１１の最終形状の曲率半径Ｒ１（図２）よりも大きい曲率半径の第１凹部５１０を有する第１凹型５１と、第１凹部５１０に対応する第１凸部５２０を有する第１凸型５２とを用いる。第１凹部５１０及び第１凸部５２０は、管状部１０を成形する役割を果たす。図１０に示すごとく、凹型５１は、第１凹部５１０に連ねて、最終的に拡開端部２となる部位を成形するための端部用凹部５１２を有している。この端部用凹部５１２は、上述した予備凹型４１の端部用予備凹部４１２と同じ形状を有している。また、第１凸型５２は、第１凸部５２０に連ねて、拡開端部２形成用の端部用予備凸部５２２を有しいる。この端部用凸部５２２は、端部用予備凸部４２２と同じ形状を有している。
【００３３】
図１０、図１１に示すごとく、第１凹部５１０は、滑らかな曲面形状を呈している。また、同図に示すごとく、第１凸部５２０は、全体的に第１凹部５１０の曲面形状に対応する形状となっているが、断面で見れば、直線を順次屈曲させた多角形の一部のような形状を呈している。そして、その屈曲部が第１突出角部５２３であり、これが長手方向に沿って平行に複数存在する。
【００３４】
そして、第１本体曲げ工程Ｓ２１は、まず、図１１（ａ）に示すごとく、帯状金属素材１００のカール片部１２を第１凸型５２側に位置させた状態で、第１凹型５１と第１凸型５２との間の間隙に帯状金属素材１００を配置する。次いで、図１１（ｂ）に示すごとく、両型を近接させ、帯状金型素材１００を第１凹部５１０と第１凸部５２０との間に挟むことによって、最終形状の曲率半径より大きい曲率半径の略円弧状を呈する途中形状の管状本体部１１を成形する。また、このとき、管状本体部１１の内面には、第１突出角部５２３に押圧された圧痕１８１が長手方向に沿って複数形成される。この圧痕１８１は、第１本体曲げ工程Ｓ２１での曲げ加工性及び後述する第２、第３本体曲げ工程Ｓ２２、Ｓ２３での曲げ加工性を向上させる役割を果たす。
また、上記管状部１０の成形と同時に、帯状金型素材１００を端部用第１凹部５１２と端部用第１凸部５２２との間に挟むことによって、拡開端部２形成部位は、予備曲げ工程Ｓ１での形状がそのまま維持される。
【００３５】
次に、上記本体曲げ工程において第２番目に行う第２本体曲げ工程Ｓ２２は、図１２、図１３に示すごとく、略円弧状の凹部であってその中央底面部分が管状本体部１１の最終形状の曲率半径Ｒ１（図２）よりも小さい曲率半径である第２凹部６１０を有する第２凹型６１と、第２凹部６１０の中央底面部分に対応する形状の先端部分を有すると共に第２凹部６１０の開口幅よりも小さい幅寸法の第２凸部６２０を有する第２凸型６２とを用いる。第２凹部６１０及び第２凸部６２０は、管状部１０を成形する役割を果たす。図１２、図１４に示すごとく、第２凹型６１は、第２凹部６１０に連ねて、最終的に拡開端部２となる部位を成形するための端部用第２凹部６１２を有している。この端部用予備凹部６１２は、コ字状の幅が予備凹型４１及び第１凹型５１の場合よりも狭い凹部形状を呈している。また、第２凸型６２は、第２凸部６２０に連ねて、拡開端部２形成用の端部用第２凸部６２２を有しいる。この端部用第２凸部６２２は、その先端側が端部用第２凹部６１２に対応しており、その基端側の幅寸法を小さくした特殊形状としてある。
【００３６】
図１３に示すごとく、第２凹部６１０は、その中央底面部分近傍が、管状本体部１１の最終形状の曲率半径Ｒ１（図２）よりも小さい曲率半径の滑らかな曲面形状となっており、開口部側は曲率半径が大きく、斜めのほぼ直線状となって、開口部に近づくほど拡開している。
また、第２凸部６２０は、その先端部が第２凹部６１０の中央底面部分の曲面形状に対応する形状となっているが、断面で見れば、直線を順次屈曲させた多角形の一部のような形状を呈している。そして、その屈曲部が第２突出角部６２３であり、これが長手方向に沿って平行に複数存在する。
【００３７】
そして、第２本体曲げ工程Ｓ２２は、まず、図１３（ａ）及び図１４（ａ）に示すごとく、カール片部１２を第２凸型６２側に位置させた状態で、第２凹型６１と第２凸型６２との間の間隙に帯状金属素材１００を配置する。次いで、図１３（ｂ）に示すごとく、両型を近接させ、管状本体部１１を第２凹部６１０と第２凸部６２０との間に挟むことによって、管状本体部１１の中央底部近傍を最終形状の曲率半径Ｒ１（図２）より小さい曲率半径の略円弧状に成形する。また、このとき、管状本体部１１の内面には、第２突出角部６２３に押圧された圧痕１８２が長手方向に沿って複数形成される。この圧痕１８２は、第２本体曲げ工程Ｓ２２での曲げ加工性及び後述する第３本体曲げ工程Ｓ２３での曲げ加工性を向上させる役割を果たす。
【００３８】
また、図１４（ｂ）に示すごとく、上記管状本体部１１の成形と同時に、途中形状の拡開端部２を端部用第２凹部６１２と端部用第２凸部６２２との間に挟むことによって、端部カール片部２２をより広い領域として最終形状に近づけた途中形状の拡開端部２を成形する。
【００３９】
次に、上記本体曲げ工程において第３番目に行う第３本体曲げ工程Ｓ２３は、図１５、図１６に示すごとく、略円弧状の凹部であって管状本体部１１の最終形状の曲率半径Ｒ１（図２）と同等の曲率半径の第３凹部７１０及び第４凹部７２０をそれぞれ有する第３凹型７１及び第４凹型７２とを用いる。第３凹部７１０及び第４凹部７２０は、管状部１０を成形する役割を果たす。図１５、図１７に示すごとく、第３凹型７１および第４凹型７２には、その両端に拡開端部形成用の端部用第３凹部７１２および端部用第４凹部７２２をそれぞれ第３凹部７１０および第４凹部７２０と連ねて備えている。
【００４０】
図１５（ｂ）、図１６に示すごとく、第３凹部７１０は、略半円状であって、その曲率半径が上記のごとく管状本体部１１の最終形状の曲率半径Ｒ１（図２）と同等である。また、第３凹部７１０の側方は、幅方向外側から内側に近づくにしたがって徐々に山状に盛り上がる山形状となるように、一対のテーパ部７１３が形成されている。
【００４１】
図１５（ａ）、図１６に示すごとく、第４凹部７２０は、略半円状であって、その曲率半径が上記のごとく管状本体部１１の最終形状の曲率半径Ｒ１（図２）と同等である。また、第４凹部７２０の側方は、幅方向外側から内側に近づくにしたがって徐々に谷状に窪む谷形状となるように、一対のテーパ部７２３が形成されている。
【００４２】
図１５（ｂ）、図１７に示すごとく、端部用第３凹部７１２は、拡開端部２の平面部２１の最終形状の幅寸法と同じ凹部を有している。また、端部用第３凹部７１２の側方は、幅方向外側から内側に近づくにしたがって徐々に山状に盛り上がる山形状となるように、一対のテーパ部７１４が形成されている。
【００４３】
図１５（ｂ）、図１７に示すごとく、端部用第４凹部７２２は、拡開端部２の端部カール片部２２に対応する２つの凹所を持つ形状を有している。また、端部用第４凹部７２２の側方は、幅方向外側から内側に近づくにしたがって徐々に谷状に窪む谷形状となるように、一対のテーパ部７２４が形成されている。
【００４４】
そして、第３凹型７１と第４凹型７２とは、両者を組み合わせたときに、第３凹部７１０と第４凹部７２０の側方のテーパ部７１３とテーパ部７２３とが当接し、また、端部用第３凹部７１２と端部用第４凹部７２２の側方のテーパ部７１４とテーパ部７２４とが当接するよう構成されている。また、その状態で、第３凹部７１０と第４凹部７２０がほぼ真円を形作り、端部用第３凹部７１２と端部用第４凹部７２２が拡開端部２の輪郭に沿った形状を形作るよう構成されている。また、テーパ部７１３とテーパ部７２３及びテーパ部７１４とテーパ部７２４の傾斜角度は、両型のプレス方向に対して４５°傾斜した角度とした。
【００４５】
第３本体曲げ工程Ｓ２３は、まず、図１６（ａ）、図１７（ａ）に示すごとく、カール片部１２を第４凹部７２０に収容するように位置させた状態で、第３凹型７１と第４凹型７２との間の間隙に帯状金属素材１００を配置する。次いで、図１６（ｂ）に示すごとく、両型を近接させ、管状本体部１１を第３凹部７１０と第４凹部７２０との間に挟むことによって、管状本体部１１を所望の管状形状に成形する。同時に、図１７（ａ）（ｂ）に示すごとく、途中形状の拡開端部２を端部用第３凹部７１２と端部用第４凹部７２２との間に挟むことによって、所望形状の拡開端部２を成形する。
【００４６】
管状部１０は、図１６（ａ）の状態から図１６（ｂ）の状態に成形される途中で、カール片部１２の曲げ起点部分１５近傍が第４凹型７２のテーパ部７２３に当接し、これに沿って両側のものが互いに近づくよう変形する。また、その変形途中で、カール片部１２が互いに先端側から当接し、成形が進むにつれてカール片部１２自体も変形していく。そして、最終的に、図１６（ｂ）に示すごとく、カール片部１２は、曲げ起点部分１５近傍から略１８０°反転するように曲げ返され、２つのカール片部１２の先端同士は互いに離れ、それぞれ管状本体部１１の内周面に近づくように成形される。
【００４７】
その後、拡開端部２の平面部２１に貫通穴２５を形成することによって、本例の車両用構造部材１が完成する。
【００４８】
このようにして製造された本例の車両用構造部材１は、上述したごとく、内部を中空部１９とした管状形状を呈する管状部１０を有する。そして、この管状部１０は、帯状金属素材１００を用いて成形してあるので、従来のパイプを用いた場合よりも素材の低コスト化を図ることができる。
【００４９】
また、管状部１０は、円弧状に成形された管状本体部１１と上記カール片部１２とを有し、カール片部１２の曲げ起点部分１５同士を近接させると共に、カール片部１２を中空部１９内に配置するという特殊な形状を有している。これにより、管状部１０は、単純に帯状素材を管状に成形した場合よりも剛性が大きく向上し、従来のパイプの場合と同等以上の剛性特性を得ることができる。
【００５０】
また、車両用構造部材１は、管状部１０の長手方向両端に、上記拡開端部２を管状部１０と同じ素材から一体的に成形してなる。そのため、別途ブラケット部材を準備する場合よりも総合的なコストを低減することが可能となる。また、ブラケット部材となる拡開端部２が管状部１０と同じ素材から一体的に成形されているので、組み付け安定性も高い。
【００５１】
また、上記製造方法においては、平板帯状の上記帯状金属素材１００を準備して、これに予備曲げ工程Ｓ１と第１〜第３の本体曲げ工程Ｓ２１〜Ｓ２３とを実施する。予備曲げ工程Ｓ１を実施してカール片部１２を事前に形成し、その後本体曲げ工程Ｓ２１〜Ｓ２３を行う。そして、特に注目すべきことは、本例では、第１本体曲げ工程Ｓ２１と第２本体曲げ工程Ｓ２２とにおいて、第１突出角部５２３及び第２突出角部を有する金型によって、管状本体部１１の内面に圧痕１８１、圧痕１８２を複数形成することである。これにより、本例のように帯状金属素材１００が超高張力鋼のような高強度材料であっても、曲げ加工を容易化することができ、精度よく管状部１０を成形することができる。
【００５２】
（実施例２）
本例の車両用構造部材１０２は、実施例１の車両用構造部材１の管状部１０の形状を変更したものである。
即ち、図１８、図１９に示すごとく、本例の車両用構造部材１０２の管状部１０は、長手方向の一部において、管状本体部１０を内方に窪ませて形成したビード部３を有する。ビード部３は、同図に示すごとく、管状部１０の周方向における位置については、カール片部１２の曲げ起点部分１５と反対側の位置に形成されている。ビード部３の長手方向おける位置については、中央部と、両端近傍の３箇所に分かれている。
また、ビード部３の断面形状は、窪んだ両壁３５の間に空隙がある略Ｕ字状の形状である。
【００５３】
このようなビード部３を形成するに当たっては、前述した実施例１における第１本体曲げ工程Ｓ２１を行う前に、ビード成形工程を実施する（図示略）。ビード成形工程は、２つの成形工程より行い、まずは、最終のビード形状よりも緩やかな突出形状の凸型及び凹型を用いて張り出し成形を行い、その後、最終のビード形状に近い突出形状の凸型及び凹型を用いてさらに張り出し形状を行ってビード部を形成する。
その後、本体曲げ工程では、各凸型の頂点部分に、ビード部３と干渉しないように削った窪み部を設けて実施する。本体曲げ工程自体は、実施例１と同様である。
【００５４】
得られた車両用構造部材１０２は、上記ビード部３の存在によって、これがない場合に比べてさらに剛性を高めることができる。その他は、実施例１と同様の作用効果が得られる。
【００５５】
（実施例３）
本例の車両用構造部材１０３も、実施例１の車両用構造部材１の管状部１０の形状を変更したものである。
即ち、図２０、図２１に示すごとく、本例の車両用構造部材１０３の管状部１０は、長手方向ほぼ全長において、管状本体部１０を内方に窪ませて形成したビード部３２を有する。ビード部３２は、同図に示すごとく、管状部１０の周方向における位置については、カール片部１２の曲げ起点部分１５と反対側の位置に形成されている。ビード部３２のの断面形状は、窪んだ両壁３２５部分を密着させた密着部を有している。
【００５６】
このようなビード部３２を形成するに当たっては、基本的に実施例２と同様であるが、最終的に窪んだ両壁３２５が密着するようにしごき加工ができるような金型を用いる（図示略）。
【００５７】
得られた車両用構造部材１０３は、上記ビード部３２の存在によって、これがない場合に比べてさらに剛性を高めることができる。その他は、実施例１と同様の作用効果が得られる。
【００５８】
（実施例４）
本例の車両用構造部材１０４も、実施例１の車両用構造部材１の管状部１０の形状を変更したものである。
即ち、図２２に示すごとく、本例の車両用構造部材１０４の管状部１０は、長手方向ほぼ全長において、管状本体部１１の断面外形に接する輪郭が、略楕円形状である。本例の管状本体部１１の楕円形状は、カール片部１２の曲げ起点部分１５の位置する部分を長径部とし、これに直交する部分を短径部とした、いわば縦型楕円形状である。
【００５９】
このような管状本体部１１の縦型楕円形状を得るに当たっては、実施例１における第３本体曲げ工程Ｓ２３で用いる第３凹型７１及び第４凹型７２の第３凹部７１０及び第４凹部７２０を、所望の縦型楕円形状に対応する形状にとする。
【００６０】
得られた車両用構造部材１０４は、管状部１０が上記のごとく縦型楕円形状であるので、その長径部方向からの応力に対する剛性をさらに高めることができる。その他は、実施例１と同様の作用効果が得られる。
【００６１】
（実施例５）
本例の車両用構造部材１０５も、実施例１の車両用構造部材１の管状部１０の形状を変更したものである。
即ち、図２３に示すごとく、本例の車両用構造部材１０５の管状部１０は、長手方向ほぼ全長において、管状本体部１１の断面外形に接する輪郭が、略楕円形状である。本例の管状本体部１１の楕円形状は、カール片部１２の曲げ起点部分１５の位置する部分を短径部とし、これに直交する部分を長径部とした、いわば横型楕円形状である。
【００６２】
このような管状本体部１１の横型楕円形状を得るに当たっては、実施例１における第３本体曲げ工程Ｓ２３で用いる第３凹型７１及び第４凹型７２の第３凹部７１０及び第４凹部７２０を、所望の横型楕円形状に対応する形状にとする。
【００６３】
得られた車両用構造部材１０５は、管状部１０が上記のごとく横型楕円形状であるので、その長径部方向からの応力に対する剛性をさらに高めることができる。その他は、実施例１と同様の作用効果が得られる。
【００６４】
（実施例６）
本例では、実施例１の車両用構造部材１の両端または一端の拡開端部２の構成の変更あるいは他のブラケット部材への変更例を示す。
まず、図２４に示す例は、実施例１の拡開端部２と基本形状を同じとした拡開端部２０２の例である。拡開端部２０２は、貫通穴２６を１つ設け、その開口部周縁に円筒状のリブ部２６５を形成し、さらに、リブ部２６５の周囲に位置する端部カール片部２２に円弧状に切り欠きを設けた構造を有している。その他は、実施例１と同様である。
【００６５】
図２５に示す例は、実施例１とほぼ同様の拡開端部の先端に平板状の接合板部２７を連ねたタイプの拡開端部２０３の例である。接合板部２７は、車両用構造部材の素材の一部を成形せずに平板状に残すことによって容易に得ることができる。接合板部２７は、溶接によって他部材と接合可能である。また、接合板部２７に貫通穴を設けてボルト等の連結部材によって他部材と接合することも可能である。その他は、実施例１と同様である。
【００６６】
図２６に示す例は、実施例１のような拡開端部を成形することなく、管状部１０の端部に筒状のブラケット部材２０４を溶接により接合した例である。その他は、実施例１と同様である。
【００６７】
以上のように、本発明の車両用構造部材における長手方向の両端部は、様々な構造を採用することができ、車両用構造部材の用途に応じて最適な接合方法を選択することが可能である。
【００６８】
（実施例７）
本例の車両用構造部材１０７は、実施例１の車両用構造部材１における管状部１０のみで構成したものである。すなわち、図２７に示すごとく、車両用構造部材１０７の長手方向端面は、管状部１０の形状のままであり、円弧状に成形された管状本体部１１と、曲げ返してなるカール片部１２とを有し、カール片部１２の曲げ起点部分１５同士を近接させると共に、カール片部１２を中空部１９内に配置した形状を呈している。
この場合には、別部材のブラケット部材を準備して、車両用構造部材１０７（管状部１０）に取り付けることにより、他部材との接合を行うことができる。そして、このような、管状部１０のみからなる車両用構造部材１０７は、ある程度長尺に設けておけば、用途に応じて切断して最適な長さとすることができ、汎用性に優れる。その他は、実施例１と同様の作用効果が得られる。
【００６９】
（実施例８）
本例では、実施例１の車両用構造部材１の優れた剛性を定量的に評価するための実験を行った。
実験に供する試料としては、本発明の例として３種類（試料Ｅ１〜Ｅ３）、従来例として１種類（試料Ｃ４）準備した。
【００７０】
試料Ｅ１は、実施例１と同形状であって、管状部１１の外径が３１．８ｍｍ、肉厚が２．０ｍｍであり、長手方向端部に上述した拡開端部２を有するものである。全長は、２１０ｍｍである。
素材材質は、引張強さが１１８０ＭＰａの超高張力鋼である。
【００７１】
試料Ｅ２は、実施例１と同形状の管状部１１のみからなるものであって、外径が３１．８ｍｍ、肉厚が２．０ｍｍであり、長手方向端部に上述した拡開端部２を持たず、全長は、２１０ｍｍである。
素材材質は、引張強さが１１８０ＭＰａの超高張力鋼である。
【００７２】
試料Ｅ３は、実施例１と同形状の管状部１１のみからなるものであって、外径が２８．０ｍｍ、肉厚が２．０ｍｍであり、長手方向端部に上述した拡開端部２を持たず、全長は、２１０ｍｍである。
素材材質は、引張強さが１１８０ＭＰａの超高張力鋼である。
【００７３】
試料Ｃ４は、丸パイプであって、外径が３１．８ｍｍ、肉厚が２．０ｍｍであり、長手方向端部の何も設けず、全長は、２１０ｍｍである。
素材材質は、引張強さが１１８０ＭＰａの高周波焼き入れ鋼である。
【００７４】
実験は、アムスラー式試験機を用いて、試験子Ｒ１３、加圧支点間距離２００ｍｍという条件で行い、その曲げ剛性を測定した。
【００７５】
実験の結果は、図２８に示す。同図は、横軸に試験子のストローク（ｍｍ）を取り、縦軸に試験子に与える荷重（ｋＮ）を取った。同図に、試料Ｅ１〜Ｅ３は、符号Ｅ１〜Ｅ３で示し、試料Ｃ４は符号Ｃ４で示した。
【００７６】
同図から知られるごとく、本発明の実施例である試料Ｅ１、試料Ｅ２は、同等のサイズの従来例の試料Ｃ４に比べ、その曲げ剛性が大きく向上していることがわかる。また、本発明の実施例である試料Ｅ３は、従来例の試料Ｃ４に比べてサイズが小さくてもほぼ同等の曲げ剛性が得られることがわかる。
【００７７】
以上の結果から、本発明の車両用構造部材は、従来のパイプを主体とする構造部材と比べて同等以上の剛性が得られ、かつ、軽量化及び低コスト化を図ることができることがわかる。
【符号の説明】
【００７８】
１、１０２〜１０５、１０７ 車両用構造部材
１０ 管状部
１１ 管状本体部
１２ カール片部
１５ 曲げ起点部分
２ 拡開端部
４１ 予備凹型
４１０ 予備凹部
４２ 予備凸型
４２０ 予備凸部
５１ 第１凹型
５１０ 第１凹部
５２ 第１凸型
５２０ 第１凸部
６１ 第２凹型
６１０ 第２凹部
６２ 第２凸型
６２０ 第２凸部
７１ 第３凹型
７１０ 第３凹部
７２ 第４凹型
７２０ 第４凹部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部を中空部とした管状形状を呈する管状部を有する車両用構造部材を製造する方法であって、
平板帯状の帯状金属素材の幅方向両側端部を折り曲げて起立させたカール片部を形成し、断面略コ字状とする予備曲げ工程と、
上記カール片部が存在する側の面が内面となるように上記帯状金属素材を円弧状に成形して管状本体部とすると共に、上記カール片部の曲げ起点部分同士を近接させることによって上記カール片部を上記管状本体部の中空部内に配置する本体曲げ工程とを有し、
該本体曲げ工程は、略円弧状の凹部であって上記管状本体部の最終形状の曲率半径よりも大きい曲率半径の第１凹部を有する第１凹型と、該第１凹部に対応する第１凸部を有する第１凸型とを用い、上記帯状金属素材の上記カール片部を上記第１凸型側に位置させた状態で、該帯状金型素材を上記第１凹部と上記第１凸部との間に挟むことによって、上記最終形状の曲率半径より大きい曲率半径の略円弧状を呈する上記管状本体部を成形する第１本体曲げ工程と、
略円弧状の凹部であって上記管状本体部の最終形状の曲率半径よりも小さい曲率半径の第２凹部を有する第２凹型と、該第２凹部に対応すると共に該第２凹部の開口幅よりも小さい幅寸法の第２凸部を有する第２凸型とを用い、上記カール片部を上記第２凸型側に位置させた状態で、上記管状本体部を上記第２凹部と上記第２凸部との間に挟むことによって、上記管状本体部の中央底部近傍を上記最終形状の曲率半径より小さい曲率半径の略円弧状に成形する第２本体曲げ工程と、
略円弧状の凹部であって上記管状本体部の最終形状の曲率半径と同等の曲率半径の第３凹部及び第４凹部をそれぞれ有する第３凹型及び第４凹型とを用い、上記カール片部を上記第４凹部に収容するように位置させた状態で、上記管状本体部を上記第３凹部と上記第４凹部との間に挟むことによって、上記管状本体部を所望の管状形状に成形する第３本体曲げ工程とを有し、
かつ、上記第１本体曲げ工程に用いる上記第１凸型は、上記第１凸部の表面に長手方向に沿って伸びる第１突出角部を平行に複数設けてなり、上記第１本体曲げ工程の実施により、上記管状本体部の内面に上記第１突出角部に押圧された圧痕を長手方向に沿って複数形成することを特徴とする車両用構造部材の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用構造部材の製造方法において、上記第２本体曲げ工程に用いる上記第２凸型は、上記第２凸部の表面に長手方向に沿って伸びる第２突出角部を平行に複数設けてなり、上記第２本体曲げ工程の実施により、上記管状本体部の内面に上記第２突出角部に押圧された圧痕を長手方向に沿って複数形成することを特徴とする車両用構造部材の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の車両用構造部材の製造方法において、上記帯状金属素材は、引張強さが１ＧＰａ以上の超高張力鋼よりなることを特徴とする車両用構造部材の製造方法。
【請求項４】
内部を中空部とした管状形状を呈する管状部を有する車両用構造部材であって、
上記管状部は、帯状金属素材を用いて円弧状に成形された管状本体部と、上記帯状金属素材の幅方向両側端部を曲げ返してなるカール片部とを有し、該カール片部の曲げ起点部分同士を近接させると共に、上記カール片部を上記中空部内に配置してなり、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両用構造部材の製造方法により製造してなることを特徴とする車両用構造部材。
【請求項５】
請求項４に記載の車両用構造部材において、上記管状本体部の断面外形に接する輪郭が、長手方向の少なくとも一部において略真円形状であることを特徴とする車両用構造部材。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の車両用構造部材において、上記管状本体部の断面外形に接する輪郭が、長手方向の少なくとも一部において略楕円形状であることを特徴とする車両用構造部材。
【請求項７】
請求項４〜６のいずれか１項に記載の車両用構造部材において、上記管状部の長手方向端部の少なくとも一方には、上記曲げ起点部分間の間隔を拡げて幅寸法を上記管状部の外径寸法より大きくした拡開端部が形成されていることを特徴とする車両用構造部材。
【請求項８】
請求項７に記載の車両用構造部材において、上記拡開端部には、他部品との接続固定を行うための貫通穴が形成されていることを特徴とする車両用構造部材。
【請求項９】
請求項４〜８のいずれか１項に記載の車両用構造部材において、上記管状部は、長手方向の少なくとも一部において、上記管状本体部を内方に窪ませて形成したビード部を有することを特徴とする車両用構造部材。
【請求項１０】
請求項９に記載の車両用構造部材において、上記ビード部は、窪んだ両壁部分を密着させた密着部を有していることを特徴とする車両用構造部材。
【請求項１】
内部を中空部とした管状形状を呈する管状部を有する車両用構造部材を製造する方法であって、
平板帯状の帯状金属素材の幅方向両側端部を折り曲げて起立させたカール片部を形成し、断面略コ字状とする予備曲げ工程と、
上記カール片部が存在する側の面が内面となるように上記帯状金属素材を円弧状に成形して管状本体部とすると共に、上記カール片部の曲げ起点部分同士を近接させることによって上記カール片部を上記管状本体部の中空部内に配置する本体曲げ工程とを有し、
該本体曲げ工程は、略円弧状の凹部であって上記管状本体部の最終形状の曲率半径よりも大きい曲率半径の第１凹部を有する第１凹型と、該第１凹部に対応する第１凸部を有する第１凸型とを用い、上記帯状金属素材の上記カール片部を上記第１凸型側に位置させた状態で、該帯状金型素材を上記第１凹部と上記第１凸部との間に挟むことによって、上記最終形状の曲率半径より大きい曲率半径の略円弧状を呈する上記管状本体部を成形する第１本体曲げ工程と、
略円弧状の凹部であって上記管状本体部の最終形状の曲率半径よりも小さい曲率半径の第２凹部を有する第２凹型と、該第２凹部に対応すると共に該第２凹部の開口幅よりも小さい幅寸法の第２凸部を有する第２凸型とを用い、上記カール片部を上記第２凸型側に位置させた状態で、上記管状本体部を上記第２凹部と上記第２凸部との間に挟むことによって、上記管状本体部の中央底部近傍を上記最終形状の曲率半径より小さい曲率半径の略円弧状に成形する第２本体曲げ工程と、
略円弧状の凹部であって上記管状本体部の最終形状の曲率半径と同等の曲率半径の第３凹部及び第４凹部をそれぞれ有する第３凹型及び第４凹型とを用い、上記カール片部を上記第４凹部に収容するように位置させた状態で、上記管状本体部を上記第３凹部と上記第４凹部との間に挟むことによって、上記管状本体部を所望の管状形状に成形する第３本体曲げ工程とを有し、
かつ、上記第１本体曲げ工程に用いる上記第１凸型は、上記第１凸部の表面に長手方向に沿って伸びる第１突出角部を平行に複数設けてなり、上記第１本体曲げ工程の実施により、上記管状本体部の内面に上記第１突出角部に押圧された圧痕を長手方向に沿って複数形成することを特徴とする車両用構造部材の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用構造部材の製造方法において、上記第２本体曲げ工程に用いる上記第２凸型は、上記第２凸部の表面に長手方向に沿って伸びる第２突出角部を平行に複数設けてなり、上記第２本体曲げ工程の実施により、上記管状本体部の内面に上記第２突出角部に押圧された圧痕を長手方向に沿って複数形成することを特徴とする車両用構造部材の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の車両用構造部材の製造方法において、上記帯状金属素材は、引張強さが１ＧＰａ以上の超高張力鋼よりなることを特徴とする車両用構造部材の製造方法。
【請求項４】
内部を中空部とした管状形状を呈する管状部を有する車両用構造部材であって、
上記管状部は、帯状金属素材を用いて円弧状に成形された管状本体部と、上記帯状金属素材の幅方向両側端部を曲げ返してなるカール片部とを有し、該カール片部の曲げ起点部分同士を近接させると共に、上記カール片部を上記中空部内に配置してなり、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両用構造部材の製造方法により製造してなることを特徴とする車両用構造部材。
【請求項５】
請求項４に記載の車両用構造部材において、上記管状本体部の断面外形に接する輪郭が、長手方向の少なくとも一部において略真円形状であることを特徴とする車両用構造部材。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の車両用構造部材において、上記管状本体部の断面外形に接する輪郭が、長手方向の少なくとも一部において略楕円形状であることを特徴とする車両用構造部材。
【請求項７】
請求項４〜６のいずれか１項に記載の車両用構造部材において、上記管状部の長手方向端部の少なくとも一方には、上記曲げ起点部分間の間隔を拡げて幅寸法を上記管状部の外径寸法より大きくした拡開端部が形成されていることを特徴とする車両用構造部材。
【請求項８】
請求項７に記載の車両用構造部材において、上記拡開端部には、他部品との接続固定を行うための貫通穴が形成されていることを特徴とする車両用構造部材。
【請求項９】
請求項４〜８のいずれか１項に記載の車両用構造部材において、上記管状部は、長手方向の少なくとも一部において、上記管状本体部を内方に窪ませて形成したビード部を有することを特徴とする車両用構造部材。
【請求項１０】
請求項９に記載の車両用構造部材において、上記ビード部は、窪んだ両壁部分を密着させた密着部を有していることを特徴とする車両用構造部材。
【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１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【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１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【公開番号】特開２０１１−１０４６０３（Ｐ２０１１−１０４６０３Ａ）
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２５９５２７（Ｐ２００９−２５９５２７）
【出願日】平成２１年１１月１３日（２００９．１１．１３）
【出願人】（５９９１２１７４６）株式会社 富士ワールド (7)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月１３日（２００９．１１．１３）
【出願人】（５９９１２１７４６）株式会社 富士ワールド (7)
【Ｆターム（参考）】
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