車体骨格部材及びその製造法
【課題】屈曲部を起点として早期の大きな折れ曲がり変形の発生、製造コストの上昇を抑制、軽量化を図る車体骨格部材を提供する。
【解決手段】残余部2−1〜2−3が、非焼入れ組織を有するとともに、筒状体０ａの外部へ向けて突出するとともに軸方向へ延設される第１の突出部4を有する。第１の突出部4は、いずれもスポット溶接可能高さを有するフランジ4a，4bと、２つのフランジ4a，4bを重ね合わせて溶接するレーザー溶接部4cとを有する。屈曲部3−1、3−2は、焼入れ組織を有するとともに、筒状体0aの外部へ向けて突出するとともに軸方向へ延設される第２の突出部5を有する。第２の突出部5は、スポット溶接可能高さよりも低い高さを有する１つのフランジ5aと、パネル5bと、１のフランジ5aの側面にパネル5bの端面5dを突き合わせて溶接するレーザー溶接部5cとを有する。
【解決手段】残余部2−1〜2−3が、非焼入れ組織を有するとともに、筒状体０ａの外部へ向けて突出するとともに軸方向へ延設される第１の突出部4を有する。第１の突出部4は、いずれもスポット溶接可能高さを有するフランジ4a，4bと、２つのフランジ4a，4bを重ね合わせて溶接するレーザー溶接部4cとを有する。屈曲部3−1、3−2は、焼入れ組織を有するとともに、筒状体0aの外部へ向けて突出するとともに軸方向へ延設される第２の突出部5を有する。第２の突出部5は、スポット溶接可能高さよりも低い高さを有する１つのフランジ5aと、パネル5bと、１のフランジ5aの側面にパネル5bの端面5dを突き合わせて溶接するレーザー溶接部5cとを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車体骨格部材及びその製造法に関し、具体的には、自動車車体を構成するサイドメンバー、クロスメンバー、シル、ルーフレールサイド等の車体骨格部材と、その製造法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の自動車車体は、軽量化及び生産性の観点から、旧来のいわゆるフレーム構造（梯子状のフレームに、エンジン、ラジエター、サスペンション、トランスミッション、デファレンシャル、燃料タンク等の主要部品を搭載・装着するとともに、エンジンコンパートメント、キャビンおよびトランクルームからなるボディを被せる構造）に替えて、フレームとボディとを一体構造としたモノコックボディ（ユニット・コンストラクションボディ）が用いられる。
【０００３】
モノコックボディは、アンダーボディ（プラットフォーム）と一体化されたボディの要所に配置された各種の車体骨格部材（例えば、サイドメンバー、クロスメンバー、シル、ルーフレールサイド等）を備える。
【０００４】
これらの車体骨格部材は、充分な剛性や強度を確保するとともに製造コストを抑制するため、通常、（ａ）図４に示すような第１の略ハット部材４０と第２の略ハット部材４１とを、それぞれのフランジ部４０ａ、４１ａによりスポット溶接することにより得られる、全長にわたって突出部４２ａ，４２ａを有する閉断面の筒状体４２（例えば特許文献１の図１参照）、（ｂ）図５に示すような、板材を例えばロールフォーミングやプレス成形により所定の断面形状に丸めて成形体４３とし、成形体４３の二つの縁に形成したフランジ部４３ａ、４３ａ同士をスポット溶接することにより得られる、全長にわたって突出部４４ａを有する閉断面の筒状体４４（例えば特許文献２参照）、（ｃ）図６に示すような例えばハイドロフォーミング工法や、鋼管の曲げ加工により成形した突出部を有さない筒状体４５（例えば特許文献３参照）等により構成される。
【０００５】
衝突事故時に負荷される衝撃荷重は、主にこれらの車体骨格部材をなす筒状体４２、４４、４５の軸方向（図４〜６における紙面に直交する方向）へ順次伝播・分散される。車体に加えられた衝撃エネルギーは、最終的に、これらの筒状体４２、４４、４５が軸方向へ圧潰したり屈曲したりすることによって車体全体によって吸収され、これにより、キャビンに生存空間を確保しながら、乗員に加えられる衝撃エネルギーが軽減される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５８−１０５８８１号公報
【特許文献２】特開２０１０−７５９４５号公報
【特許文献３】特開２０００−２１９１６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１により開示された車体骨格部材の筒状体４２は突出部４２ａ、４２ａを備える閉断面を有するとともに、特許文献２により開示された車体骨格部材の筒状体４４も突出部４４ａを備える閉断面を有する。また、車体骨格部材の筒状体４２、４４は、軸方向へ向けて真っ直ぐに形成されることは稀であり、他部品との干渉を避けるためや必要な空間を確保するために、軸方向へ比較的小さな曲率半径で屈曲したり、あるいは比較的大きな曲率半径で湾曲して形成される。
【０００８】
このため、筒状体４２、４４の軸方向へ負荷される衝撃荷重により、最も変形しやすい部位は屈曲部であり、この部分の強度を高めることが重要であるとともに、衝撃荷重による変形の安定性を確保することが、部品の性能上重要である。
【０００９】
筒状体４２、４４のように、部分的に強度を高めたとしても、屈曲部に大きな突出部を有する場合には、変形のばらつきが大きくなる場合が多い。すなわち、大きな突出部は比較的自由に変形できるため、最も応力が高くなる突出部先端の部分の、接合強度のばらつきの影響を受けやすいのである。
【００１０】
特許文献３により開示された車体骨格部材の筒状体４５は、突出部を有さないので、このような課題は存在しないとともに製品によっては２０％以上の軽量化を図ることが可能になる。しかし、筒状体４５は、突出部を有さないことから、突出部を介して例えばスポット溶接やボルト締結等によって他の部材と接合することができない。筒状体４５を他の部材と接合するためには、アーク溶接を用いざるを得なくなるが、自動化の困難性、タクトタイムの増加、さらには溶接後の製品寸法精度や品質の低下といった問題がある。
【００１１】
また、筒状体４５は、その形状によっては例えばハイドロフォーミング工法により成形する必要があることから、筒状体４２、４４に比べて製造コストの上昇も否めない。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、車体骨格部材を構成する筒状体の屈曲部は、フランジを有さないか或いは高さの低いフランジを有する高強度部とするとともに、屈曲部以外の部分（例えば直線部や湾曲部）はフランジを有するとともに前記屈曲部よりも強度が低い部分とすることによって、筒状体の軸方向へ負荷される衝撃荷重によっても屈曲部を起点として大きな折れ曲がり変形の早期の発生を抑制しながら屈曲部の変形の安定性を確保することができ、製造コストの上昇を抑制でき、さらには、筒状体の軽量化も図れることを知見し、さらに検討を重ねて、本発明を完成した。
【００１３】
本発明は、閉断面を有する筒状体を備える車体骨格部材であって、この筒状体が、筒状体の軸方向へ向けて屈曲する１又は２以上の屈曲部と、この屈曲部を除く残余部とを有し、（ａ）残余部が、非焼入れ組織を有するとともに、筒状体の外部へ向けて突出するとともに軸方向へ延設される第１の突出部を有し、この第１の突出部が、いずれもスポット溶接可能高さを有する２つのフランジと、この２つのフランジを重ね合わせて溶接することによって閉断面を形成するための溶接部とを有し、かつ（ｂ）屈曲部が、焼入れ組織を有するとともに、筒状体の外部へ向けて突出するとともに軸方向へ延設される第２の突出部を有し、この第２の突出部が、スポット溶接可能高さよりも低い高さを有する１つのフランジと、パネルと、１つのフランジの端面又は側面にパネルの端面を突き合わせて溶接することによって閉断面を形成するための溶接部とを有することを特徴とする自動車の車体骨格部材である。
【００１４】
本発明は、第１の部分及び第２の部分を軸方向へ向けて備えるとともに閉断面を有し、例えばロールフォーミングあるいはプレス成形により製造される筒状体の軸方向に部分的に、軸方向へ移動する焼入れ温度被加熱領域を形成しながら、焼入れ温度被加熱領域に間欠的に曲げモーメントを与えることにより筒状体に曲げ加工を行うことによって、上述した本発明に係る車体骨格部材を製造する方法であって、焼入れ温度被加熱領域が第１の部分に存在する時には、第１の部分に、曲げ加工を行わないか、あるいは、比（Ｒ／Ｄ）が２％以下の緩やかな曲げ加工を行うとともに、焼入れ温度被加熱領域が第２の部分に存在する時には、第２の部分に、比（Ｒ／Ｄ）が２％を超える厳しい曲げ加工を行うことを特徴とする車体骨格部材の製造法である。
【００１５】
ただし、第１の部分は、筒状体の外部へ向けて突出するとともにその軸方向へ延設される第１の突出部を有し、この第１の突出部が、いずれもスポット溶接可能高さを有する２つのフランジと、２つのフランジを重ね合わせて溶接することによって閉断面を形成するための溶接部とを有する。また、第２の部分は、筒状体の外部へ向けて突出するとともにその軸方向へ延設される第２の突出部を有し、この第２の突出部が、スポット溶接可能高さよりも低い高さを有する１つのフランジと、パネルと、１のフランジの端面又は側面にパネルの端面を突き合わせて溶接することによって閉断面を形成するための溶接部とを有する。さらに、Ｒは図芯の曲げ半径であり、Ｄは、フランジを含む曲げ方向の図芯からの最大距離である。
【００１６】
別の観点からは、本発明は、閉断面を有する筒状体を備える車体骨格部材であって、この筒状体が、筒状体の軸方向へ向けて屈曲する１又は２以上の屈曲部と、この屈曲部を除く残余部とを有し、残余部が、非焼入れ組織を有するとともに、筒状体の外部へ向けて突出するとともに軸方向へ延設される第１の突出部を有し、この第１の突出部は、いずれもスポット溶接可能高さを有する２つのフランジと、これら２つのフランジを重ね合わせて溶接することによって閉断面を形成するための溶接部とを有し、かつ、屈曲部が、焼入れ組織を有するとともに、筒状体の外部へ向けて突出する突出部を有さないことを特徴とする自動車の車体骨格部材である。
【００１７】
本発明は、下記第１の部分及び下記第２の部分を軸方向へ向けて備えるとともに閉断面を有する筒状体の軸方向に部分的に、軸方向へ移動する焼入れ温度被加熱領域を形成しながら、焼入れ温度被加熱領域に間欠的に曲げモーメントを与えることにより筒状体に曲げ加工を行うことによって、上述した本発明に係る車体骨格部材を製造する方法であって、焼入れ温度被加熱領域が第１の部分に存在する時には、第１の部分に、曲げ加工を行わないか、あるいは、比（Ｒ／Ｄ）が２％以下の緩やかな曲げ加工を行うとともに、焼入れ温度被加熱領域が第２の部分に存在する時には、第２の部分に、比（Ｒ／Ｄ）が２％を超える厳しい曲げ加工を行うことを特徴とする車体骨格部材の製造法である。
【００１８】
ただし、第１の部分は、筒状体の外部へ向けて突出するとともにその軸方向へ延設される第１の突出部を有し、この第１の突出部が、いずれもスポット溶接可能高さを有する２つのフランジと、これら２つのフランジを重ね合わせて溶接することによって閉断面を形成するための溶接部とを有し、第２の部分は、筒状体の外部へ向けて突出する突出部を有さず、さらに、Ｒは図芯の曲げ半径であり、Ｄは、フランジを含む曲げ方向の図芯からの最大距離である。
【００１９】
これらの本発明では、残余部が、筒状体の軸方向へ向けて直線的に形成される直線部、及び／又は、屈曲部よりも大きな曲げ半径を有する湾曲部であることが望ましい。
これらの本発明では、屈曲部が７８０ＭＰａ以上の引張強度を有することが望ましく、１２００ＭＰａ以上の引張強度を有することがさらに望ましく、１４００ＭＰａ以上の引張強度を有することがよりいっそう望ましい。
【００２０】
これらの本発明では、残余部が９８０ＭＰａ未満の引張強度を有することが望ましく、７８０ＭＰａ未満の引張強度を有することがさらに望ましい。
これらの本発明では、屈曲部の比（Ｒ／Ｄ）は０〜２％であり、残余部の比（Ｒ／Ｄ）は２％以上であることが望ましい。ただし、Ｒは図芯の曲げ半径であり、Ｄは、フランジを含む曲げ方向の図芯からの最大距離である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、屈曲部を起点として早期の大きな折れ曲がり変形の発生を抑制できるとともに屈曲部の変形の安定性を確保することができ、他の部材との接合性も良好であって、製造コストの上昇を抑制することができ、さらに軽量化を図ることができる車体骨格部材を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１（ａ）は、本発明に係る車体骨格部材の素材の形状を示す説明図であり、図１（ｂ）は、本発明に係る車体骨格部材の形状を示す説明図であり、図１（ｃ）は、素材の第１の部分の横断面図であり、図１（ｄ）は、素材の第２の部分の横断面図であり、図１（ｅ）は、他の素材の第１の部分の横断面図であり、図１（ｆ）は、他の素材の第２の部分の横断面図である。
【図２】図２は、車体骨格部材を製造するために用いる曲げ加工装置の構成の一部を簡略化および省略して概念的に示す斜視図である。
【図３】図３は、第１の産業用ロボット、第２の産業用ロボットおよび第３の産業用ロボットの構成例を示す説明図である。
【図４】従来の車体骨格部材の筒状体の断面図である。
【図５】従来の他の車体骨格部材の筒状体の断面図である。
【図６】従来のさらに他の車体骨格部材の筒状体の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明を実施するための形態を、添付図面を参照しながら説明する。以下、素材、製造法、車体骨格部材の順に説明する。
【００２４】
１ 素材０
図１（ａ）は、本発明に係る車体骨格部材１の素材０の形状を示す説明図であり、図１（ｂ）は、本発明に係る車体骨格部材１の形状を示す説明図であり、図１（ｃ）は、素材０の第１の部分２−１、２−２、２−３の横断面図であり、図１（ｄ）は、素材０の第２の部分３−１、３−２の横断面図であり、図１（ｅ）は、他の素材０−１の第１の部分２−１、２−２、２−３の横断面図であり、図１（ｆ）は、他の素材０−１の第２の部分３−１、３−２の横断面図である。
【００２５】
素材０は、閉断面を有する鋼製の筒状体０ａにより構成される。筒状体０ａは、第１の部分２−１、２−２、２−３と、第２の部分３−１、３−２を軸方向へ向けて備える。
第１の部分２−１〜２−３は、いずれも、第１の突出部４を有する。第１の突出部４は、筒状体０ａの外部へ向けて突出するとともに、筒状体０ａの軸方向へ向けて延設される。
【００２６】
第１の突出部４は、いずれも、スポット溶接可能高さ（例えば１５ｍｍ以上）を有する２つのフランジ４ａ、４ｂと、溶接部４ｃとを有する。スポット溶接部４ｃは、２つのフランジ４ａ、４ｂを重ね合わせて溶接することによって筒状体０ａの閉断面を形成する。
【００２７】
溶接部４ｃは、レーザー溶接、シーム溶接さらにはアーク溶接等の連続溶接による溶接部である。図１（ａ）に示す例ではレーザー溶接部である。溶接部４ｃが連続溶接による溶接部であることによって、後述する曲げ加工の際における溶接部４ｃの破断が防止される。
【００２８】
また、図示していないが、第１の突出部４には、後述する加熱コイル１３ａによる誘導加熱作用（適正な渦電流の発生）を阻害しない程度の大きさの貫通孔を設けてもよい。これにより、この貫通孔を介して車体骨格部材１を他の部材とボルト締結することが容易になる。
【００２９】
第２の部分３−１、３−２は、いずれも、第２の突出部５を有する。第２の突出部５は、筒状体０ａの外部へ向けて突出するとともに、筒状体０ａの軸方向へ延設される。
第２の突出部５は、いずれも、スポット溶接可能高さよりも低い高さ（例えば肉厚の３〜５倍）を有する１つのフランジ５ａと、パネル５ｂと、すみ肉溶接部５ｃとを有する。すみ肉溶接部５ｃは、１のフランジ５ａの側面にパネル５ｂの端面を突き合わせて溶接することによって閉断面を形成する。すみ肉溶接部５ｃもまた、溶接部４ｃと同様にレーザー溶接等による連続溶接部である。これにより、後述する曲げ加工の際における溶接部５ｃの破断が防止される。
【００３０】
なお、フランジ５ａの側面ではなく、フランジ５ａを図１（ｄ）における破線で切除することによって得られる端面５ｄと、パネル５ｂの端面を突き合わせて溶接してもよく、この場合にはすみ肉溶接部ではなく突き合わせ溶接部５ｃとなる。これにより、第２の部分３−１、３−２が、筒状体０ａの外部へ向けて突出する突出部を有さないこととなる。
【００３１】
素材０は、これらの特徴を全て具備すれば、如何なる製法により製造されてもよく、例えばロールフォーミングあるいはプレス成形により製造される。
また、今回の説明では、溶接部４ｃ、溶接部５ｃを別方式としたが、当然のことながら、全長に亘り溶接部４ｃと同様な貫通溶接としてもよいし、全長に亘り溶接部５ｃと同様なすみ肉溶接としても良い。
【００３２】
ロールフォーミングによれば、所定の形状に切断された素材鋼板を、一列に配列された複数の成形用ロールに通すことにより順次曲げ加工を行い、最終ロールで上述した断面形状を有する素材０に成形する。また、プレス成形によれば、所定の形状に切断された素材鋼板を、何段階かのプレス成形を施すことによって、上述した断面形状を有する素材０に成形する。
【００３３】
なお、以上の説明では、素材０が図５（ａ）〜図５（ｄ）に示す横断面形状を有する場合を例にとったが、これとは異なり、第１の部分２−１、２−２、２−３が図１（ｅ）に示す横断面形状を有するとともに第２の部分３−１、３−２が図１（ｆ）に示す横断面形状を有する他の素材０−１を用いることも可能である。
素材０は、以上のように構成される。
【００３４】
２ 製造法
製造法も特定の方法に限定する必要はなく、後述する車体骨格部材を製造することができる方法であれば、如何なる方法を用いてもよいが、下記の方法により製造することが、車体骨格部材の寸法精度を確保できるとともに、低コストで製造することができるので、望ましい。
【００３５】
すなわち、図１に示す素材０である筒状体０ａの軸方向に部分的に、軸方向へ移動する焼入れ温度被加熱領域を形成しながら、焼入れ温度被加熱領域に間欠的に曲げモーメントを与えることにより筒状体０ａの第２の部分３−１、３−２に曲げ加工を行うことによって、車体骨格部材１を製造する。
【００３６】
図２は、車体骨格部材１を製造するために用いる曲げ加工装置１０の構成の一部を簡略化および省略して概念的に示す斜視図である。なお、図１に示す、第１の産業用ロボット１８〜第３の産業用ロボット２８を含む合計６基の産業用ロボットは、いずれも、マニピュレーター等を概念化および簡略化して示している。また、図２では、素材０は素材１７に置き換えて表記するとともに、素材１７の横断面形状を円形として簡略化して示す。
【００３７】
この曲げ加工装置１０は、送り手段１１と、第１の支持手段１２と、加熱手段１３と、冷却手段１４と、第２の支持手段１５と、変形防止手段１６とを備えるので、これらの構成要素を順次説明する。
【００３８】
［送り手段１１］
送り手段１１は、素材１７を、その長手方向へ送るためのものである。本発明では、送り手段１１は第１の産業用ロボット１８により構成される。
【００３９】
以降の説明では、第１の産業用ロボット１８や第３の産業用ロボット２８にも、第２の産業用ロボット２７と同様のロボットを用いた場合を例にとる。
図３は、第１の産業用ロボット１８、第２の産業用ロボット２６および第３の産業用ロボット２８の構成例を示す説明図である。
【００４０】
曲げ加工装置１０で用いる第１の産業用ロボット１８、第２の産業用ロボット２７および第３の産業用ロボット２８は、いずれも、いわゆる垂直多関節ロボットであり、上腕１９を水平面内で旋回させる第１軸と、上腕１９を前後に旋回させる第２軸と、前腕２０を上下に旋回させる第３軸と、前腕２０を回転させる第４軸と、手首２０ａを上下に旋回させる第５軸と、手首２０ａを回転させる第６軸を有している。必要に応じて、これらに加えて上腕１９を旋回させる第７軸を有していてもよい。各軸はＡＣサーボモーターにより駆動される。
【００４１】
曲げ加工装置１０で用いる第１の産業用ロボット１８、第２の産業用ロボット２７および第３の産業用ロボット２８それぞれの軸数は６または７である必要はなく、５軸であってもよい。要するに、加工に必要な動作を行うことができる軸数であればよい。
【００４２】
第１の産業用ロボット１８、第２の産業用ロボット２７および第３の産業用ロボット２８は、他の汎用の産業用ロボットと同様に、いずれも、各軸の動作を総合的に制御するコントローラー２１と、動作を教示するための入力装置２２とが設けられている。
【００４３】
第１の産業用ロボット１８の手首２０ａの先端には、第１の産業用ロボット１８の側方近傍に配置されたパレットに収容された素材１７を把持するとともに把持した素材１７を第１の支持手段１２および加熱手段１３にそれぞれ設けられた貫通孔を貫通させるための効果器（エンドエフェクタ）２４が設けられている。効果器２４は、素材１７の外面を掴むものでもよいし、素材１７の後部開口に挿入するものでもよい。図１に示す効果器２４は、素材１７の内部に挿入される凸部を先端に有する型のものである。
【００４４】
効果器２４は、曲げ加工の素材の形状に応じて適宜変更する必要がある。このため、図１に示す曲げ加工装置１０では、第１の産業用ロボット１８の近傍に段替え用ツール置き台３０を配置し、この置き台３０に、交換用のオートチェンジャー付きの効果器２４−１を載置しておき、加工素材が素材１７以外の他の素材１７−１（図示例は四角形の横断面を有する角管）に変更された場合には、第１の産業用ロボット１８を旋回させて、効果器２４を、他の素材１７−１用の効果器２４−１に交換すればよい。これにより、効果器２４の交換を極めて迅速に行うことができる。
【００４５】
また、図１に破線で示すように、第１の産業用ロボット１８とともにもう１基の第１の産業用ロボット１８−１を配置しておき、第１の産業用ロボット１８による素材１７の送り作業中に、第１の産業用ロボット１８−１により他の素材１７−１を、パレット２３より拾い上げ、後述する第１の支持手段１３に形成された貫通孔に通し、第１の産業用ロボット１８−１により他の素材１７−１の後端に適当な効果器２４−２をセットした状態で待機させておくようにしてもよい。これにより、第１の産業用ロボット１８による素材１７の送り作業が終了した場合には、他の素材１７−１のパスラインに合わせて、後述する加熱コイル支持ロボット３２による加熱コイル１３ａの設置位置、および第２の支持手段１５による可動ローラーダイス２５の設置位置をいずれも変更するだけで、直ちに第１の産業用ロボット１８−１による他の素材１７−１の送り作業を開始することができ、生産タクトの短縮を図ることができる。
【００４６】
なお、第１の産業用ロボット１８−１は、上述した第１の産業用ロボット１８と同様に、いずれも、いわゆる垂直多関節ロボットであり、第１軸、第２軸、第３軸、第４軸、第５軸および第６軸を有し、必要に応じてこれらに加えて第７軸を有していてもよい。各軸はＡＣサーボモーターにより駆動される。
【００４７】
曲げ加工装置１０では、パレット２３から曲げ加工装置１０への素材１７の移動や曲げ加工装置１０へのセットを第１の産業用ロボット１８で行うので、サイクルタイムの低減を図ることができ、生産性を高めることができる。
送り手段１１は、以上のように構成される。
【００４８】
［第１の支持手段１２］
第１の支持手段１２は、支持台３１に搭載されて第１の位置Ａに固定して配置され、素材１７を送りながら支持するためのものであり、送り手段１１により送られる素材１７を送りながら支持可能である複数のロール１２ａ〜１２ｆを有するダイスにより構成される。
【００４９】
図１に示す例では、ロール１２ａ，１２ｂとロール１２ｄ，１２ｅとにより素材１７が送られ、ロール１２ｂ，１２ｃとロール１２ｅ，１２ｆとにより他の素材１７−１が送られるように構成される。このため、ロール１２ａ，１２ｂとロール１２ｄ，１２ｅとにより素材１７のパスラインが形成され、ロール１２ｂ，１２ｃとロール１２ｅ，１２ｆとにより他の素材１７−１のパスラインが形成される。
【００５０】
複数のロール１２ａ〜１２ｆの設置数や形状、さらにはダイス内での配置等は、搬送される素材１７、１７−１の形状や寸法等を勘案して適宜設定すればよい。
このようなダイスは、当業者にとっては周知慣用であるので、第１の支持手段１２に関するこれ以上の説明は省略する。
第１の支持手段１２は、以上のように構成される。
【００５１】
［加熱手段１３］
加熱手段は、素材１７の送り方向について第１の位置Ａよりも下流の第２の位置Ｂに、加熱コイル支持ロボット３２により支持されて配置されて、送られる素材１７の一部または全部を加熱するためのものである。
【００５２】
本発明では、加熱手段１３として、素材１７の周囲に離れて配置される加熱コイル１３ａを有する高周波加熱装置を用いる。このような加熱コイル１３ａは、当業者にとっては周知慣用である。
【００５３】
加熱コイル支持ロボット３２は、上述した第１の産業用ロボット１８と同様に、いずれも、いわゆる垂直多関節ロボットであり、第１軸、第２軸、第３軸、第４軸、第５軸および第６軸を有し、必要に応じてこれらに加えて第７軸を有していてもよい。各軸はＡＣサーボモーターにより駆動される。
【００５４】
他の素材１７−１を加熱する場合には、加熱コイル支持ロボット３２の近傍に、段替え用加熱コイル置き台３３を配置し、この置き台３３に、交換用のオートチェンジャー付きの加熱コイル１３ｂを載置しておき、素材が素材１７以外の他の素材１７−１に変更された場合には、加熱支持ロボット３２を旋回させて、加熱コイル１３ａを加熱コイル１３ｂに交換すればよい。これにより、加熱コイル１３ｂの交換を極めて迅速に行うことができる。
【００５５】
素材１７の横断面形状は、図１に示すように、筒状体０ａの軸方向に形成される第１の部分２−１、２−２、２−３、又は第２の部分３−１、３−２において変化するが、後述するように、車体骨格部材１の屈曲部に曲げ加工されるのは、第２の部分３−１、３−２であって第１の部分２−１、２−２、２−３は、車体骨格部材１の直線部又は湾曲部となるので、第２の部分３−１、３−２を充分に加熱できればよい。このため、加熱コイル１３ａの形状は、図１（ｄ）に示す第２の部分３−１、３−２の横断面形状に適合させて適宜設定すればよい。
【００５６】
加熱手段１３に関するこれ以上の説明は省略する。加熱手段１３は、以上のように構成される。
【００５７】
［冷却手段１４］
冷却手段は、素材１７の送り方向について第２の位置Ｂよりも下流の第３の位置Ｃに固定して配置されて、送られる素材１７における加熱手段１３により加熱された部分を冷却することによって、送り手段１１及び加熱手段１３とともに、素材１７の軸方向に部分的に、軸方向へ移動する焼入れ温度被加熱領域を形成するためのものである。
【００５８】
本発明では、冷却手段１４として、素材１７の外面に離れて配置される冷却水噴射ノズル１４ａ、１４ｂを有する水冷装置を用いる。このような冷却水噴射ノズル１４ａ、１４ｂは、当業者にとっては周知慣用であるので、冷却手段１４に関するこれ以上の説明は省略する。
冷却手段１４は、以上のように構成される。
【００５９】
［第２の支持手段１５］
第２の支持手段１５は、素材１７の送り方向について第３の位置Ｃよりも下流の第４の位置Ｄに配置されて、送られる素材１７の少なくとも一箇所を支持しながら二次元または三次元の方向へ移動することによって素材１７における位置Ｂ〜Ｃ間の、加熱されて変形抵抗が大幅に低下した焼入れ温度被加熱領域に間欠的に曲げモーメントを与えて、素材１７を所望の形状に曲げ加工するためのものである。
【００６０】
第２の支持手段１５は、特許文献１により開示された曲げ加工装置と同様に、素材１７を送りながら支持可能であるロール対２５ａ、２５ｂを少なくとも一組有する可動ローラーダイス２５を用いた。
【００６１】
可動ローラーダイス２５は、第２の産業用ロボット２７により支持される。第２の産業用ロボット２７は、上述したように、隣接する教示点の間の多数に細分化された軌跡およびこれらの多数に細分化された軌跡の通過時刻をも連続的に記憶することができるＣＰ型のプレイバックロボットを用いた。
【００６２】
また、第２の産業用ロボット２７は、上述した第１の産業用ロボット１８と同様に、いずれも、いわゆる垂直多関節ロボットであり、第１軸、第２軸、第３軸、第４軸、第５軸および第６軸を有し、必要に応じてこれらに加えて第７軸を有していてもよい。各軸はＡＣサーボモーターにより駆動される。
【００６３】
第２の産業用ロボット２７の手首２０ａの先端には、可動ローラーダイス２５を保持するための効果器（エンドエフェクタ）として、グリッパー２７ａが設けられている。なお、効果器としては、グリッパー２７ａ以外の型式のものを用いてもよいことはいうまでもない。
【００６４】
本発明では、焼入れ温度被加熱領域が素材１７の第１の部分２−１〜２−３に存在する時には、第２の支持手段１５の二次元または三次元の方向への移動を中止するか、あるいはこの移動量を小さく設定することによって、第１の部分２−１〜２−３に、曲げ加工を行わないか、あるいは、比（Ｒ／Ｄ）が２％以下となる緩やかな曲げ加工を行う。ここで、Ｒは図芯の曲げ半径であり、Ｄは、フランジを含む曲げ方向の図芯からの最大距離である。
【００６５】
また、焼入れ温度被加熱領域が素材１７の第２の部分３−１、３−２に存在する時には、第２の支持手段１５の二次元または三次元の方向への移動量を大きく設定することによって、第２の部分３−１、３−２に、比（Ｒ／Ｄ）が２％を超える厳しい曲げ加工を行う。このようにして、車体骨格部材１を製造する。
【００６６】
なお、素材１７に曲げ加工を行わない時には、第２の支持手段１５の二次元または三次元の方向への移動を中止することに加えて、加熱手段１３及び冷却手段１４を停止してもよいことは、いうまでもない。
第２の支持手段１５は、以上のように構成される。
【００６７】
［変形防止手段１６］
変形防止手段１６は、素材１７の送り方向について第４の位置Ｄよりも下流の第５の位置Ｅに配置されて、送られる素材１７の変形を防止するためのものである。
【００６８】
本発明では、変形防止手段１６として、第３の産業用ロボット２８により構成した。
また、第３の産業用ロボット２８は、上述した第１の産業用ロボット１８や第２の産業用ロボット２７と同様に、いずれも、いわゆる垂直多関節ロボットであり、第１軸、第２軸、第３軸、第４軸、第５軸および第６軸を有し、必要に応じてこれらに加えて第７軸を有していてもよい。各軸はＡＣサーボモーターにより駆動される。
【００６９】
第３の産業用ロボット２８の手首２０ａの先端には、素材１７の先端部１７ａを保持するための効果器（エンドエフェクタ）として、素材１７の外面を掴むグリッパー２９が設けられている。
【００７０】
なお、効果器としては、グリッパー２９以外の型式のもの（例えば、素材１７の後部開口に挿入するもの）を用いてもよいことはいうまでもない。例えば、第３の産業用ロボット２８の近傍に、段替え用ツール置き台３４を配置し、この置き台３４に、交換用の、素材１７の内部に挿入する型式のグリッパー２９−１を載置しておき、素材が素材１７以外の他の素材１７−１に変更された場合には、第３の産業用ロボット２８を旋回させて、グリッパー２９をグリッパー２９−１に交換すればよい。これにより、グリッパー２９−１の交換を極めて迅速に行うことができる。
【００７１】
第３の産業用ロボット２８の下流には、素材１７に曲げ加工を行って得られた曲げ加工品３５である車体骨格部材１を保持するための把持部３６を、手首２０ａの先端に有するハンドリングロボット３７が配置される。ハンドリングロボット３７は、上述したように、隣接する教示点の間の多数に細分化された軌跡およびこれらの多数に細分化された軌跡の通過時刻をも連続的に記憶することができるＣＰ型のプレイバックロボットを用いた。
【００７２】
また、ハンドリングロボット３７は、上述した第１の産業用ロボット１８と同様に、いずれも、いわゆる垂直多関節ロボットであり、第１軸、第２軸、第３軸、第４軸、第５軸および第６軸を有し、必要に応じてこれらに加えて第７軸を有していてもよい。各軸はＡＣサーボモーターにより駆動される。
【００７３】
ハンドリングロボット３７は、曲げ加工を終了した曲げ加工品３５を保持して、製品置き台３８に移載する。
なお、曲げ加工装置１０では、曲げ加工を、温間または熱間で行うことが望ましい。温間とは、常温に比べて金属材の変形抵抗が低下する加熱温度域であり、例えば、ある鉄鋼材料ではおよそ５００℃から８００℃の温度域である。熱間とは常温に比べて金属材の変形抵抗が低下し、かつ、金属材が焼入れされるのに必要な加熱温度域であり、例えば、ある鉄鋼材料では８００℃以上の温度域である。特に、熱間で行う場合には焼入れの所定の温度になった後に所定の冷却速度で冷却することにより焼入れ処理を行うことができ、また温間で行う場合には曲げ加工部を冷却することにより熱歪み等の加工上の歪みの発生を防止することができる。
【００７４】
曲げ加工装置１０は、以上のように構成される。
このように構成された曲げ加工装置１０により素材１７に二次元または三次元の曲げ加工を行うと、第１の産業用ロボット１８を用いるので、以下に列記する効果を得ることができる。
【００７５】
（ａ）素材である素材１７の種類に適合させて行う段取替えを簡単に行うことができるので、サイクルタイムの増加を防止でき、高い生産性を得ることができる。また、金属製の素材１７のパスラインを変更する場合にも段取替えを簡単に行うことができ、生産の自由度が高いとともに生産性を向上することができる。さらに、ワーク置き場を、ロボットの動作範囲内の複数の箇所に設定することができる。
【００７６】
（ｂ）送り装置１１を構成する第１の産業用ロボット１８をハンドリングロボットとしても用いれば、この第１の産業用ロボット１８により素材１７を所定の位置にセットした後に直ちに素材１７をその軸方向へ送ることができるので、生産タクトタイムを向上することができる。
【００７７】
（ｃ）送り装置１１である第１の産業用ロボット１８と他の装置（例えば、第２の産業用ロボット２７、加熱コイル支持ロボット３２、第３の産業用ロボット２８等）との同期を確保することが容易であるので、送り速度を可変にしながら同期をとることによって曲げ部分の送り速度を低下すること等により、曲げ加工部品３５の寸法精度の向上を図ることや、下流側にロボットを配置する場合にはこれらのロボットとの間で起動の際のスタートタイミングを一致させることができる。
【００７８】
（ｄ）送り装置１１に第１の産業用ロボット１８を用いるので、例えば支持ガイドに近接して配置することにより、設置スペースを抑制することができ、曲げ加工装置１０の設置場所の制限を小さくすることができる。
【００７９】
（ｅ）第１の産業用ロボット１８を用いた送り装置１１は、例えば、（１）ワークセット時に素材１７を軸回りに回転させ、素材である溶接素材１７に存在する溶接ビード位置を曲げ加工において不具合を生じない位置に変更する動作、（２）素材１７のセット時の芯ずれ調整動作、（３）送り経路の調整動作、（４）ワークに微小な繰り返し振動を与えることにより支持機構の摩擦係数を低下すること、さらには（５）芯ずれを修正してスティックスリップ現象の発生を未然に防止することといった、送り動作以外の動作も行うことができ、生産の自由度が高い。なお、上述した溶接ビード位置を変更する動作を行わせる際には、第１の産業用ロボット１８に、周知慣用の溶接ビード位置検出装置を並設しておき、この検出装置の検出値により素材１７の回転角度を演算するようにすればよい。
【００８０】
（ｆ）送り装置１１としての第１の産業用ロボット１８は、生産実績の高い汎用タイプを流用して用いることができるので、メンテナンス性が良好であるため、補修や清掃に要する時間や工数の増加を抑制することができる。
【００８１】
（ｇ）支持ガイドの取付け向きに併せて、ワークの送り軌道を微修正することができるので、寸法精度を向上することができる。
【００８２】
３ 車体骨格部材１
図１（ｂ）〜図１（ｄ）に示すように、車体骨格部材１は筒状体０ａを備える。筒状体０ａは閉断面を有する。
【００８３】
筒状体０ａは、屈曲部３−１、３−２と、残余部２−１〜２−３を有する。屈曲部３−１、３−２は、筒状体０ａの軸方向へ向けて屈曲する。また、残余部２−１〜２−３は、筒状体０ａのうちで屈曲部３−１、３−２を除いた部分に形成される。
【００８４】
残余部２−１〜２−３は、上述したように曲げ加工装置１０により焼入れられないので、非焼入れ組織を有する。残余部２−１〜２−３は９８０ＭＰａ未満の引張強度を有することが望ましく、７８０ＭＰａ未満の引張強度を有することがさらに望ましい。
【００８５】
また、残余部２−１〜２−３は、筒状体０ａの第１の部分２−１、２−２、２−３に相当するので、第１の突出部４を有する。上述したように、第１の突出部４は、筒状体０ａ
の外部へ向けて突出するとともに筒状体０ａの軸方向へ向けて延設される。
【００８６】
また、残余部２−１〜２−３は、筒状体０ａの軸方向へ向けて直線的に形成される直線部、及び／又は、屈曲部３−１、３−２よりも大きな曲げ半径を有する湾曲部である。
第１の突出部４は、いずれもスポット溶接可能高さを有する２つのフランジ４ａ、４ｂと、溶接部４ｃとを有する。溶接部４ｃは、２つのフランジ４ａ、４ｂを重ね合わせて溶接することによって閉断面を形成する。溶接部４ｃは、レーザー溶接、シーム溶接さらにはアーク溶接等の連続溶接による溶接部である。図１（ａ）に示す例ではレーザー溶接部である。
【００８７】
一方、屈曲部３−１、３−２は、曲げ加工装置１０により焼入れられながら曲げ加工されるので、焼入れ組織を有する。屈曲部３−１、３−２が７８０ＭＰａ以上の引張強度を有することが望ましく、１２００ＭＰａ以上の引張強度を有することがさらに望ましく、１４００ＭＰａ以上の引張強度を有することがよりいっそう望ましい。
【００８８】
また、屈曲部３−１、３−２は第２の突出部５を有する。第２の突出部５は、筒状体０ａの外部へ向けて突出するとともに筒状体０ａの軸方向へ向けて延設される。
第２の突出部５は、スポット溶接可能高さよりも低い高さを有する１つのフランジ５ａと、パネル５ｂと、すみ肉溶接部５ｃとを有する。すみ肉溶接部５ｃは、１つのフランジ５ａの側面にパネル５ｂの端面を突き合わせて溶接することによって閉断面を形成する。すみ肉溶接部５ｃもまた、溶接部４ｃと同様にレーザー溶接等による連続溶接部である。
【００８９】
屈曲部３−１、３−２の比（Ｒ／Ｄ）は０〜２％であり、残余部２−１〜２−３の比（Ｒ／Ｄ）は２％を超えることが望ましい。ただし、Ｒは図芯の曲げ半径であり、Ｄは、フランジを含む曲げ方向の図芯からの最大距離である。
【００９０】
車体骨格部材１は、第１の突出部４を有する残余部２−１〜２−３と、第２の突出部５を有する屈曲部３−１、３−２とを軸方向に備えており、屈曲部３−１、３−２が、スポット溶接可能高さよりも低い高さを有する１つのフランジ５ａと、パネル５ｂと、すみ肉溶接部５ｃとを有するため、軸方向への屈曲部３−１、３−２において発生する応力が筒状体０ｃの周方向で大きく変動することを防止でき、これにより、この屈曲部３−１、３−２を起点として筒状体０ａが衝撃荷重入力後の早期の時点で大きく折れ曲がってしまうことが抑制されるとともに、筒状体０ａの軽量化を図ることができる。
【００９１】
また、車体骨格部材１の筒状体０ａは、残余部２−１〜２−３が第１の突出部４を有するので、この第１の突出部４を利用することによって、他の部材と例えばスポット溶接やボルト締結等によって接合することができる。
【００９２】
さらに、車体骨格部材１の筒状体０ａは、例えばハイドロフォーミング工法でなくとも、慣用されるプレス成形法により簡単に製造可能であるので、上述した特許文献１、２により開示された車体骨格部材と同等の低コストで製造することができる。
【符号の説明】
【００９３】
０ 素材
０ａ 筒状体
１ 車体骨格部材
２−１、２−２、２−３ 第１の部分
３−１、３−２ 第２の部分
４ 第１の突出部
４ａ、４ｂ フランジ
４ｃ 溶接部（連続溶接部）
５ 第２の突出部
５ａ フランジ
５ｂ パネル
５ｃ すみ肉溶接部（連続溶接部）
５ｄ 端面
１０ 本発明に係る曲げ加工装置
１１ 送り手段
１２ 第１の支持手段
１２ａ〜１２ｆ ロール
１３ 加熱手段
１３ａ，１３ｂ 加熱コイル
１４ 冷却手段
１４ａ、１４ｂ 冷却水噴射ノズル
１５ 第２の支持手段
１６ 変形防止手段
１７ 素材
１７−１ 他の素材
１７ａ 先端部
１８、１８−１ 第１の産業用ロボット
１９ 上腕
２０ 前腕
２０ａ 手首
２１ コントローラー
２２ 入力装置
２３ パレット
２４、２４−１ 効果器（エンドエフェクタ）
２５ 可動ローラーダイス
２５ａ、２５ｂ ロール対
２７ 第２の産業用ロボット
２７ａ グリッパー
２８ 第３の産業用ロボット
２９、２９−１ グリッパー
３０ 段替え用ツール置き台
３１ 支持台
３２ 加熱コイル支持ロボット
３３ 段替え用加熱コイル置き台
３４ 段替え用ツール置き台
３５ 曲げ加工品
３６ 把持部
３７ ハンドリングロボット
３８ 製品置き台
４０ 第１の略ハット部材
４０ａ フランジ部
４１ 第２の略ハット部材
４１ａ フランジ部
４２ａ 突出部
４３ 成形体
４３ａ フランジ部
４４ 筒状体
４４ａ 突出部
４５ 筒状体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車体骨格部材及びその製造法に関し、具体的には、自動車車体を構成するサイドメンバー、クロスメンバー、シル、ルーフレールサイド等の車体骨格部材と、その製造法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の自動車車体は、軽量化及び生産性の観点から、旧来のいわゆるフレーム構造（梯子状のフレームに、エンジン、ラジエター、サスペンション、トランスミッション、デファレンシャル、燃料タンク等の主要部品を搭載・装着するとともに、エンジンコンパートメント、キャビンおよびトランクルームからなるボディを被せる構造）に替えて、フレームとボディとを一体構造としたモノコックボディ（ユニット・コンストラクションボディ）が用いられる。
【０００３】
モノコックボディは、アンダーボディ（プラットフォーム）と一体化されたボディの要所に配置された各種の車体骨格部材（例えば、サイドメンバー、クロスメンバー、シル、ルーフレールサイド等）を備える。
【０００４】
これらの車体骨格部材は、充分な剛性や強度を確保するとともに製造コストを抑制するため、通常、（ａ）図４に示すような第１の略ハット部材４０と第２の略ハット部材４１とを、それぞれのフランジ部４０ａ、４１ａによりスポット溶接することにより得られる、全長にわたって突出部４２ａ，４２ａを有する閉断面の筒状体４２（例えば特許文献１の図１参照）、（ｂ）図５に示すような、板材を例えばロールフォーミングやプレス成形により所定の断面形状に丸めて成形体４３とし、成形体４３の二つの縁に形成したフランジ部４３ａ、４３ａ同士をスポット溶接することにより得られる、全長にわたって突出部４４ａを有する閉断面の筒状体４４（例えば特許文献２参照）、（ｃ）図６に示すような例えばハイドロフォーミング工法や、鋼管の曲げ加工により成形した突出部を有さない筒状体４５（例えば特許文献３参照）等により構成される。
【０００５】
衝突事故時に負荷される衝撃荷重は、主にこれらの車体骨格部材をなす筒状体４２、４４、４５の軸方向（図４〜６における紙面に直交する方向）へ順次伝播・分散される。車体に加えられた衝撃エネルギーは、最終的に、これらの筒状体４２、４４、４５が軸方向へ圧潰したり屈曲したりすることによって車体全体によって吸収され、これにより、キャビンに生存空間を確保しながら、乗員に加えられる衝撃エネルギーが軽減される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５８−１０５８８１号公報
【特許文献２】特開２０１０−７５９４５号公報
【特許文献３】特開２０００−２１９１６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１により開示された車体骨格部材の筒状体４２は突出部４２ａ、４２ａを備える閉断面を有するとともに、特許文献２により開示された車体骨格部材の筒状体４４も突出部４４ａを備える閉断面を有する。また、車体骨格部材の筒状体４２、４４は、軸方向へ向けて真っ直ぐに形成されることは稀であり、他部品との干渉を避けるためや必要な空間を確保するために、軸方向へ比較的小さな曲率半径で屈曲したり、あるいは比較的大きな曲率半径で湾曲して形成される。
【０００８】
このため、筒状体４２、４４の軸方向へ負荷される衝撃荷重により、最も変形しやすい部位は屈曲部であり、この部分の強度を高めることが重要であるとともに、衝撃荷重による変形の安定性を確保することが、部品の性能上重要である。
【０００９】
筒状体４２、４４のように、部分的に強度を高めたとしても、屈曲部に大きな突出部を有する場合には、変形のばらつきが大きくなる場合が多い。すなわち、大きな突出部は比較的自由に変形できるため、最も応力が高くなる突出部先端の部分の、接合強度のばらつきの影響を受けやすいのである。
【００１０】
特許文献３により開示された車体骨格部材の筒状体４５は、突出部を有さないので、このような課題は存在しないとともに製品によっては２０％以上の軽量化を図ることが可能になる。しかし、筒状体４５は、突出部を有さないことから、突出部を介して例えばスポット溶接やボルト締結等によって他の部材と接合することができない。筒状体４５を他の部材と接合するためには、アーク溶接を用いざるを得なくなるが、自動化の困難性、タクトタイムの増加、さらには溶接後の製品寸法精度や品質の低下といった問題がある。
【００１１】
また、筒状体４５は、その形状によっては例えばハイドロフォーミング工法により成形する必要があることから、筒状体４２、４４に比べて製造コストの上昇も否めない。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、車体骨格部材を構成する筒状体の屈曲部は、フランジを有さないか或いは高さの低いフランジを有する高強度部とするとともに、屈曲部以外の部分（例えば直線部や湾曲部）はフランジを有するとともに前記屈曲部よりも強度が低い部分とすることによって、筒状体の軸方向へ負荷される衝撃荷重によっても屈曲部を起点として大きな折れ曲がり変形の早期の発生を抑制しながら屈曲部の変形の安定性を確保することができ、製造コストの上昇を抑制でき、さらには、筒状体の軽量化も図れることを知見し、さらに検討を重ねて、本発明を完成した。
【００１３】
本発明は、閉断面を有する筒状体を備える車体骨格部材であって、この筒状体が、筒状体の軸方向へ向けて屈曲する１又は２以上の屈曲部と、この屈曲部を除く残余部とを有し、（ａ）残余部が、非焼入れ組織を有するとともに、筒状体の外部へ向けて突出するとともに軸方向へ延設される第１の突出部を有し、この第１の突出部が、いずれもスポット溶接可能高さを有する２つのフランジと、この２つのフランジを重ね合わせて溶接することによって閉断面を形成するための溶接部とを有し、かつ（ｂ）屈曲部が、焼入れ組織を有するとともに、筒状体の外部へ向けて突出するとともに軸方向へ延設される第２の突出部を有し、この第２の突出部が、スポット溶接可能高さよりも低い高さを有する１つのフランジと、パネルと、１つのフランジの端面又は側面にパネルの端面を突き合わせて溶接することによって閉断面を形成するための溶接部とを有することを特徴とする自動車の車体骨格部材である。
【００１４】
本発明は、第１の部分及び第２の部分を軸方向へ向けて備えるとともに閉断面を有し、例えばロールフォーミングあるいはプレス成形により製造される筒状体の軸方向に部分的に、軸方向へ移動する焼入れ温度被加熱領域を形成しながら、焼入れ温度被加熱領域に間欠的に曲げモーメントを与えることにより筒状体に曲げ加工を行うことによって、上述した本発明に係る車体骨格部材を製造する方法であって、焼入れ温度被加熱領域が第１の部分に存在する時には、第１の部分に、曲げ加工を行わないか、あるいは、比（Ｒ／Ｄ）が２％以下の緩やかな曲げ加工を行うとともに、焼入れ温度被加熱領域が第２の部分に存在する時には、第２の部分に、比（Ｒ／Ｄ）が２％を超える厳しい曲げ加工を行うことを特徴とする車体骨格部材の製造法である。
【００１５】
ただし、第１の部分は、筒状体の外部へ向けて突出するとともにその軸方向へ延設される第１の突出部を有し、この第１の突出部が、いずれもスポット溶接可能高さを有する２つのフランジと、２つのフランジを重ね合わせて溶接することによって閉断面を形成するための溶接部とを有する。また、第２の部分は、筒状体の外部へ向けて突出するとともにその軸方向へ延設される第２の突出部を有し、この第２の突出部が、スポット溶接可能高さよりも低い高さを有する１つのフランジと、パネルと、１のフランジの端面又は側面にパネルの端面を突き合わせて溶接することによって閉断面を形成するための溶接部とを有する。さらに、Ｒは図芯の曲げ半径であり、Ｄは、フランジを含む曲げ方向の図芯からの最大距離である。
【００１６】
別の観点からは、本発明は、閉断面を有する筒状体を備える車体骨格部材であって、この筒状体が、筒状体の軸方向へ向けて屈曲する１又は２以上の屈曲部と、この屈曲部を除く残余部とを有し、残余部が、非焼入れ組織を有するとともに、筒状体の外部へ向けて突出するとともに軸方向へ延設される第１の突出部を有し、この第１の突出部は、いずれもスポット溶接可能高さを有する２つのフランジと、これら２つのフランジを重ね合わせて溶接することによって閉断面を形成するための溶接部とを有し、かつ、屈曲部が、焼入れ組織を有するとともに、筒状体の外部へ向けて突出する突出部を有さないことを特徴とする自動車の車体骨格部材である。
【００１７】
本発明は、下記第１の部分及び下記第２の部分を軸方向へ向けて備えるとともに閉断面を有する筒状体の軸方向に部分的に、軸方向へ移動する焼入れ温度被加熱領域を形成しながら、焼入れ温度被加熱領域に間欠的に曲げモーメントを与えることにより筒状体に曲げ加工を行うことによって、上述した本発明に係る車体骨格部材を製造する方法であって、焼入れ温度被加熱領域が第１の部分に存在する時には、第１の部分に、曲げ加工を行わないか、あるいは、比（Ｒ／Ｄ）が２％以下の緩やかな曲げ加工を行うとともに、焼入れ温度被加熱領域が第２の部分に存在する時には、第２の部分に、比（Ｒ／Ｄ）が２％を超える厳しい曲げ加工を行うことを特徴とする車体骨格部材の製造法である。
【００１８】
ただし、第１の部分は、筒状体の外部へ向けて突出するとともにその軸方向へ延設される第１の突出部を有し、この第１の突出部が、いずれもスポット溶接可能高さを有する２つのフランジと、これら２つのフランジを重ね合わせて溶接することによって閉断面を形成するための溶接部とを有し、第２の部分は、筒状体の外部へ向けて突出する突出部を有さず、さらに、Ｒは図芯の曲げ半径であり、Ｄは、フランジを含む曲げ方向の図芯からの最大距離である。
【００１９】
これらの本発明では、残余部が、筒状体の軸方向へ向けて直線的に形成される直線部、及び／又は、屈曲部よりも大きな曲げ半径を有する湾曲部であることが望ましい。
これらの本発明では、屈曲部が７８０ＭＰａ以上の引張強度を有することが望ましく、１２００ＭＰａ以上の引張強度を有することがさらに望ましく、１４００ＭＰａ以上の引張強度を有することがよりいっそう望ましい。
【００２０】
これらの本発明では、残余部が９８０ＭＰａ未満の引張強度を有することが望ましく、７８０ＭＰａ未満の引張強度を有することがさらに望ましい。
これらの本発明では、屈曲部の比（Ｒ／Ｄ）は０〜２％であり、残余部の比（Ｒ／Ｄ）は２％以上であることが望ましい。ただし、Ｒは図芯の曲げ半径であり、Ｄは、フランジを含む曲げ方向の図芯からの最大距離である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、屈曲部を起点として早期の大きな折れ曲がり変形の発生を抑制できるとともに屈曲部の変形の安定性を確保することができ、他の部材との接合性も良好であって、製造コストの上昇を抑制することができ、さらに軽量化を図ることができる車体骨格部材を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１（ａ）は、本発明に係る車体骨格部材の素材の形状を示す説明図であり、図１（ｂ）は、本発明に係る車体骨格部材の形状を示す説明図であり、図１（ｃ）は、素材の第１の部分の横断面図であり、図１（ｄ）は、素材の第２の部分の横断面図であり、図１（ｅ）は、他の素材の第１の部分の横断面図であり、図１（ｆ）は、他の素材の第２の部分の横断面図である。
【図２】図２は、車体骨格部材を製造するために用いる曲げ加工装置の構成の一部を簡略化および省略して概念的に示す斜視図である。
【図３】図３は、第１の産業用ロボット、第２の産業用ロボットおよび第３の産業用ロボットの構成例を示す説明図である。
【図４】従来の車体骨格部材の筒状体の断面図である。
【図５】従来の他の車体骨格部材の筒状体の断面図である。
【図６】従来のさらに他の車体骨格部材の筒状体の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明を実施するための形態を、添付図面を参照しながら説明する。以下、素材、製造法、車体骨格部材の順に説明する。
【００２４】
１ 素材０
図１（ａ）は、本発明に係る車体骨格部材１の素材０の形状を示す説明図であり、図１（ｂ）は、本発明に係る車体骨格部材１の形状を示す説明図であり、図１（ｃ）は、素材０の第１の部分２−１、２−２、２−３の横断面図であり、図１（ｄ）は、素材０の第２の部分３−１、３−２の横断面図であり、図１（ｅ）は、他の素材０−１の第１の部分２−１、２−２、２−３の横断面図であり、図１（ｆ）は、他の素材０−１の第２の部分３−１、３−２の横断面図である。
【００２５】
素材０は、閉断面を有する鋼製の筒状体０ａにより構成される。筒状体０ａは、第１の部分２−１、２−２、２−３と、第２の部分３−１、３−２を軸方向へ向けて備える。
第１の部分２−１〜２−３は、いずれも、第１の突出部４を有する。第１の突出部４は、筒状体０ａの外部へ向けて突出するとともに、筒状体０ａの軸方向へ向けて延設される。
【００２６】
第１の突出部４は、いずれも、スポット溶接可能高さ（例えば１５ｍｍ以上）を有する２つのフランジ４ａ、４ｂと、溶接部４ｃとを有する。スポット溶接部４ｃは、２つのフランジ４ａ、４ｂを重ね合わせて溶接することによって筒状体０ａの閉断面を形成する。
【００２７】
溶接部４ｃは、レーザー溶接、シーム溶接さらにはアーク溶接等の連続溶接による溶接部である。図１（ａ）に示す例ではレーザー溶接部である。溶接部４ｃが連続溶接による溶接部であることによって、後述する曲げ加工の際における溶接部４ｃの破断が防止される。
【００２８】
また、図示していないが、第１の突出部４には、後述する加熱コイル１３ａによる誘導加熱作用（適正な渦電流の発生）を阻害しない程度の大きさの貫通孔を設けてもよい。これにより、この貫通孔を介して車体骨格部材１を他の部材とボルト締結することが容易になる。
【００２９】
第２の部分３−１、３−２は、いずれも、第２の突出部５を有する。第２の突出部５は、筒状体０ａの外部へ向けて突出するとともに、筒状体０ａの軸方向へ延設される。
第２の突出部５は、いずれも、スポット溶接可能高さよりも低い高さ（例えば肉厚の３〜５倍）を有する１つのフランジ５ａと、パネル５ｂと、すみ肉溶接部５ｃとを有する。すみ肉溶接部５ｃは、１のフランジ５ａの側面にパネル５ｂの端面を突き合わせて溶接することによって閉断面を形成する。すみ肉溶接部５ｃもまた、溶接部４ｃと同様にレーザー溶接等による連続溶接部である。これにより、後述する曲げ加工の際における溶接部５ｃの破断が防止される。
【００３０】
なお、フランジ５ａの側面ではなく、フランジ５ａを図１（ｄ）における破線で切除することによって得られる端面５ｄと、パネル５ｂの端面を突き合わせて溶接してもよく、この場合にはすみ肉溶接部ではなく突き合わせ溶接部５ｃとなる。これにより、第２の部分３−１、３−２が、筒状体０ａの外部へ向けて突出する突出部を有さないこととなる。
【００３１】
素材０は、これらの特徴を全て具備すれば、如何なる製法により製造されてもよく、例えばロールフォーミングあるいはプレス成形により製造される。
また、今回の説明では、溶接部４ｃ、溶接部５ｃを別方式としたが、当然のことながら、全長に亘り溶接部４ｃと同様な貫通溶接としてもよいし、全長に亘り溶接部５ｃと同様なすみ肉溶接としても良い。
【００３２】
ロールフォーミングによれば、所定の形状に切断された素材鋼板を、一列に配列された複数の成形用ロールに通すことにより順次曲げ加工を行い、最終ロールで上述した断面形状を有する素材０に成形する。また、プレス成形によれば、所定の形状に切断された素材鋼板を、何段階かのプレス成形を施すことによって、上述した断面形状を有する素材０に成形する。
【００３３】
なお、以上の説明では、素材０が図５（ａ）〜図５（ｄ）に示す横断面形状を有する場合を例にとったが、これとは異なり、第１の部分２−１、２−２、２−３が図１（ｅ）に示す横断面形状を有するとともに第２の部分３−１、３−２が図１（ｆ）に示す横断面形状を有する他の素材０−１を用いることも可能である。
素材０は、以上のように構成される。
【００３４】
２ 製造法
製造法も特定の方法に限定する必要はなく、後述する車体骨格部材を製造することができる方法であれば、如何なる方法を用いてもよいが、下記の方法により製造することが、車体骨格部材の寸法精度を確保できるとともに、低コストで製造することができるので、望ましい。
【００３５】
すなわち、図１に示す素材０である筒状体０ａの軸方向に部分的に、軸方向へ移動する焼入れ温度被加熱領域を形成しながら、焼入れ温度被加熱領域に間欠的に曲げモーメントを与えることにより筒状体０ａの第２の部分３−１、３−２に曲げ加工を行うことによって、車体骨格部材１を製造する。
【００３６】
図２は、車体骨格部材１を製造するために用いる曲げ加工装置１０の構成の一部を簡略化および省略して概念的に示す斜視図である。なお、図１に示す、第１の産業用ロボット１８〜第３の産業用ロボット２８を含む合計６基の産業用ロボットは、いずれも、マニピュレーター等を概念化および簡略化して示している。また、図２では、素材０は素材１７に置き換えて表記するとともに、素材１７の横断面形状を円形として簡略化して示す。
【００３７】
この曲げ加工装置１０は、送り手段１１と、第１の支持手段１２と、加熱手段１３と、冷却手段１４と、第２の支持手段１５と、変形防止手段１６とを備えるので、これらの構成要素を順次説明する。
【００３８】
［送り手段１１］
送り手段１１は、素材１７を、その長手方向へ送るためのものである。本発明では、送り手段１１は第１の産業用ロボット１８により構成される。
【００３９】
以降の説明では、第１の産業用ロボット１８や第３の産業用ロボット２８にも、第２の産業用ロボット２７と同様のロボットを用いた場合を例にとる。
図３は、第１の産業用ロボット１８、第２の産業用ロボット２６および第３の産業用ロボット２８の構成例を示す説明図である。
【００４０】
曲げ加工装置１０で用いる第１の産業用ロボット１８、第２の産業用ロボット２７および第３の産業用ロボット２８は、いずれも、いわゆる垂直多関節ロボットであり、上腕１９を水平面内で旋回させる第１軸と、上腕１９を前後に旋回させる第２軸と、前腕２０を上下に旋回させる第３軸と、前腕２０を回転させる第４軸と、手首２０ａを上下に旋回させる第５軸と、手首２０ａを回転させる第６軸を有している。必要に応じて、これらに加えて上腕１９を旋回させる第７軸を有していてもよい。各軸はＡＣサーボモーターにより駆動される。
【００４１】
曲げ加工装置１０で用いる第１の産業用ロボット１８、第２の産業用ロボット２７および第３の産業用ロボット２８それぞれの軸数は６または７である必要はなく、５軸であってもよい。要するに、加工に必要な動作を行うことができる軸数であればよい。
【００４２】
第１の産業用ロボット１８、第２の産業用ロボット２７および第３の産業用ロボット２８は、他の汎用の産業用ロボットと同様に、いずれも、各軸の動作を総合的に制御するコントローラー２１と、動作を教示するための入力装置２２とが設けられている。
【００４３】
第１の産業用ロボット１８の手首２０ａの先端には、第１の産業用ロボット１８の側方近傍に配置されたパレットに収容された素材１７を把持するとともに把持した素材１７を第１の支持手段１２および加熱手段１３にそれぞれ設けられた貫通孔を貫通させるための効果器（エンドエフェクタ）２４が設けられている。効果器２４は、素材１７の外面を掴むものでもよいし、素材１７の後部開口に挿入するものでもよい。図１に示す効果器２４は、素材１７の内部に挿入される凸部を先端に有する型のものである。
【００４４】
効果器２４は、曲げ加工の素材の形状に応じて適宜変更する必要がある。このため、図１に示す曲げ加工装置１０では、第１の産業用ロボット１８の近傍に段替え用ツール置き台３０を配置し、この置き台３０に、交換用のオートチェンジャー付きの効果器２４−１を載置しておき、加工素材が素材１７以外の他の素材１７−１（図示例は四角形の横断面を有する角管）に変更された場合には、第１の産業用ロボット１８を旋回させて、効果器２４を、他の素材１７−１用の効果器２４−１に交換すればよい。これにより、効果器２４の交換を極めて迅速に行うことができる。
【００４５】
また、図１に破線で示すように、第１の産業用ロボット１８とともにもう１基の第１の産業用ロボット１８−１を配置しておき、第１の産業用ロボット１８による素材１７の送り作業中に、第１の産業用ロボット１８−１により他の素材１７−１を、パレット２３より拾い上げ、後述する第１の支持手段１３に形成された貫通孔に通し、第１の産業用ロボット１８−１により他の素材１７−１の後端に適当な効果器２４−２をセットした状態で待機させておくようにしてもよい。これにより、第１の産業用ロボット１８による素材１７の送り作業が終了した場合には、他の素材１７−１のパスラインに合わせて、後述する加熱コイル支持ロボット３２による加熱コイル１３ａの設置位置、および第２の支持手段１５による可動ローラーダイス２５の設置位置をいずれも変更するだけで、直ちに第１の産業用ロボット１８−１による他の素材１７−１の送り作業を開始することができ、生産タクトの短縮を図ることができる。
【００４６】
なお、第１の産業用ロボット１８−１は、上述した第１の産業用ロボット１８と同様に、いずれも、いわゆる垂直多関節ロボットであり、第１軸、第２軸、第３軸、第４軸、第５軸および第６軸を有し、必要に応じてこれらに加えて第７軸を有していてもよい。各軸はＡＣサーボモーターにより駆動される。
【００４７】
曲げ加工装置１０では、パレット２３から曲げ加工装置１０への素材１７の移動や曲げ加工装置１０へのセットを第１の産業用ロボット１８で行うので、サイクルタイムの低減を図ることができ、生産性を高めることができる。
送り手段１１は、以上のように構成される。
【００４８】
［第１の支持手段１２］
第１の支持手段１２は、支持台３１に搭載されて第１の位置Ａに固定して配置され、素材１７を送りながら支持するためのものであり、送り手段１１により送られる素材１７を送りながら支持可能である複数のロール１２ａ〜１２ｆを有するダイスにより構成される。
【００４９】
図１に示す例では、ロール１２ａ，１２ｂとロール１２ｄ，１２ｅとにより素材１７が送られ、ロール１２ｂ，１２ｃとロール１２ｅ，１２ｆとにより他の素材１７−１が送られるように構成される。このため、ロール１２ａ，１２ｂとロール１２ｄ，１２ｅとにより素材１７のパスラインが形成され、ロール１２ｂ，１２ｃとロール１２ｅ，１２ｆとにより他の素材１７−１のパスラインが形成される。
【００５０】
複数のロール１２ａ〜１２ｆの設置数や形状、さらにはダイス内での配置等は、搬送される素材１７、１７−１の形状や寸法等を勘案して適宜設定すればよい。
このようなダイスは、当業者にとっては周知慣用であるので、第１の支持手段１２に関するこれ以上の説明は省略する。
第１の支持手段１２は、以上のように構成される。
【００５１】
［加熱手段１３］
加熱手段は、素材１７の送り方向について第１の位置Ａよりも下流の第２の位置Ｂに、加熱コイル支持ロボット３２により支持されて配置されて、送られる素材１７の一部または全部を加熱するためのものである。
【００５２】
本発明では、加熱手段１３として、素材１７の周囲に離れて配置される加熱コイル１３ａを有する高周波加熱装置を用いる。このような加熱コイル１３ａは、当業者にとっては周知慣用である。
【００５３】
加熱コイル支持ロボット３２は、上述した第１の産業用ロボット１８と同様に、いずれも、いわゆる垂直多関節ロボットであり、第１軸、第２軸、第３軸、第４軸、第５軸および第６軸を有し、必要に応じてこれらに加えて第７軸を有していてもよい。各軸はＡＣサーボモーターにより駆動される。
【００５４】
他の素材１７−１を加熱する場合には、加熱コイル支持ロボット３２の近傍に、段替え用加熱コイル置き台３３を配置し、この置き台３３に、交換用のオートチェンジャー付きの加熱コイル１３ｂを載置しておき、素材が素材１７以外の他の素材１７−１に変更された場合には、加熱支持ロボット３２を旋回させて、加熱コイル１３ａを加熱コイル１３ｂに交換すればよい。これにより、加熱コイル１３ｂの交換を極めて迅速に行うことができる。
【００５５】
素材１７の横断面形状は、図１に示すように、筒状体０ａの軸方向に形成される第１の部分２−１、２−２、２−３、又は第２の部分３−１、３−２において変化するが、後述するように、車体骨格部材１の屈曲部に曲げ加工されるのは、第２の部分３−１、３−２であって第１の部分２−１、２−２、２−３は、車体骨格部材１の直線部又は湾曲部となるので、第２の部分３−１、３−２を充分に加熱できればよい。このため、加熱コイル１３ａの形状は、図１（ｄ）に示す第２の部分３−１、３−２の横断面形状に適合させて適宜設定すればよい。
【００５６】
加熱手段１３に関するこれ以上の説明は省略する。加熱手段１３は、以上のように構成される。
【００５７】
［冷却手段１４］
冷却手段は、素材１７の送り方向について第２の位置Ｂよりも下流の第３の位置Ｃに固定して配置されて、送られる素材１７における加熱手段１３により加熱された部分を冷却することによって、送り手段１１及び加熱手段１３とともに、素材１７の軸方向に部分的に、軸方向へ移動する焼入れ温度被加熱領域を形成するためのものである。
【００５８】
本発明では、冷却手段１４として、素材１７の外面に離れて配置される冷却水噴射ノズル１４ａ、１４ｂを有する水冷装置を用いる。このような冷却水噴射ノズル１４ａ、１４ｂは、当業者にとっては周知慣用であるので、冷却手段１４に関するこれ以上の説明は省略する。
冷却手段１４は、以上のように構成される。
【００５９】
［第２の支持手段１５］
第２の支持手段１５は、素材１７の送り方向について第３の位置Ｃよりも下流の第４の位置Ｄに配置されて、送られる素材１７の少なくとも一箇所を支持しながら二次元または三次元の方向へ移動することによって素材１７における位置Ｂ〜Ｃ間の、加熱されて変形抵抗が大幅に低下した焼入れ温度被加熱領域に間欠的に曲げモーメントを与えて、素材１７を所望の形状に曲げ加工するためのものである。
【００６０】
第２の支持手段１５は、特許文献１により開示された曲げ加工装置と同様に、素材１７を送りながら支持可能であるロール対２５ａ、２５ｂを少なくとも一組有する可動ローラーダイス２５を用いた。
【００６１】
可動ローラーダイス２５は、第２の産業用ロボット２７により支持される。第２の産業用ロボット２７は、上述したように、隣接する教示点の間の多数に細分化された軌跡およびこれらの多数に細分化された軌跡の通過時刻をも連続的に記憶することができるＣＰ型のプレイバックロボットを用いた。
【００６２】
また、第２の産業用ロボット２７は、上述した第１の産業用ロボット１８と同様に、いずれも、いわゆる垂直多関節ロボットであり、第１軸、第２軸、第３軸、第４軸、第５軸および第６軸を有し、必要に応じてこれらに加えて第７軸を有していてもよい。各軸はＡＣサーボモーターにより駆動される。
【００６３】
第２の産業用ロボット２７の手首２０ａの先端には、可動ローラーダイス２５を保持するための効果器（エンドエフェクタ）として、グリッパー２７ａが設けられている。なお、効果器としては、グリッパー２７ａ以外の型式のものを用いてもよいことはいうまでもない。
【００６４】
本発明では、焼入れ温度被加熱領域が素材１７の第１の部分２−１〜２−３に存在する時には、第２の支持手段１５の二次元または三次元の方向への移動を中止するか、あるいはこの移動量を小さく設定することによって、第１の部分２−１〜２−３に、曲げ加工を行わないか、あるいは、比（Ｒ／Ｄ）が２％以下となる緩やかな曲げ加工を行う。ここで、Ｒは図芯の曲げ半径であり、Ｄは、フランジを含む曲げ方向の図芯からの最大距離である。
【００６５】
また、焼入れ温度被加熱領域が素材１７の第２の部分３−１、３−２に存在する時には、第２の支持手段１５の二次元または三次元の方向への移動量を大きく設定することによって、第２の部分３−１、３−２に、比（Ｒ／Ｄ）が２％を超える厳しい曲げ加工を行う。このようにして、車体骨格部材１を製造する。
【００６６】
なお、素材１７に曲げ加工を行わない時には、第２の支持手段１５の二次元または三次元の方向への移動を中止することに加えて、加熱手段１３及び冷却手段１４を停止してもよいことは、いうまでもない。
第２の支持手段１５は、以上のように構成される。
【００６７】
［変形防止手段１６］
変形防止手段１６は、素材１７の送り方向について第４の位置Ｄよりも下流の第５の位置Ｅに配置されて、送られる素材１７の変形を防止するためのものである。
【００６８】
本発明では、変形防止手段１６として、第３の産業用ロボット２８により構成した。
また、第３の産業用ロボット２８は、上述した第１の産業用ロボット１８や第２の産業用ロボット２７と同様に、いずれも、いわゆる垂直多関節ロボットであり、第１軸、第２軸、第３軸、第４軸、第５軸および第６軸を有し、必要に応じてこれらに加えて第７軸を有していてもよい。各軸はＡＣサーボモーターにより駆動される。
【００６９】
第３の産業用ロボット２８の手首２０ａの先端には、素材１７の先端部１７ａを保持するための効果器（エンドエフェクタ）として、素材１７の外面を掴むグリッパー２９が設けられている。
【００７０】
なお、効果器としては、グリッパー２９以外の型式のもの（例えば、素材１７の後部開口に挿入するもの）を用いてもよいことはいうまでもない。例えば、第３の産業用ロボット２８の近傍に、段替え用ツール置き台３４を配置し、この置き台３４に、交換用の、素材１７の内部に挿入する型式のグリッパー２９−１を載置しておき、素材が素材１７以外の他の素材１７−１に変更された場合には、第３の産業用ロボット２８を旋回させて、グリッパー２９をグリッパー２９−１に交換すればよい。これにより、グリッパー２９−１の交換を極めて迅速に行うことができる。
【００７１】
第３の産業用ロボット２８の下流には、素材１７に曲げ加工を行って得られた曲げ加工品３５である車体骨格部材１を保持するための把持部３６を、手首２０ａの先端に有するハンドリングロボット３７が配置される。ハンドリングロボット３７は、上述したように、隣接する教示点の間の多数に細分化された軌跡およびこれらの多数に細分化された軌跡の通過時刻をも連続的に記憶することができるＣＰ型のプレイバックロボットを用いた。
【００７２】
また、ハンドリングロボット３７は、上述した第１の産業用ロボット１８と同様に、いずれも、いわゆる垂直多関節ロボットであり、第１軸、第２軸、第３軸、第４軸、第５軸および第６軸を有し、必要に応じてこれらに加えて第７軸を有していてもよい。各軸はＡＣサーボモーターにより駆動される。
【００７３】
ハンドリングロボット３７は、曲げ加工を終了した曲げ加工品３５を保持して、製品置き台３８に移載する。
なお、曲げ加工装置１０では、曲げ加工を、温間または熱間で行うことが望ましい。温間とは、常温に比べて金属材の変形抵抗が低下する加熱温度域であり、例えば、ある鉄鋼材料ではおよそ５００℃から８００℃の温度域である。熱間とは常温に比べて金属材の変形抵抗が低下し、かつ、金属材が焼入れされるのに必要な加熱温度域であり、例えば、ある鉄鋼材料では８００℃以上の温度域である。特に、熱間で行う場合には焼入れの所定の温度になった後に所定の冷却速度で冷却することにより焼入れ処理を行うことができ、また温間で行う場合には曲げ加工部を冷却することにより熱歪み等の加工上の歪みの発生を防止することができる。
【００７４】
曲げ加工装置１０は、以上のように構成される。
このように構成された曲げ加工装置１０により素材１７に二次元または三次元の曲げ加工を行うと、第１の産業用ロボット１８を用いるので、以下に列記する効果を得ることができる。
【００７５】
（ａ）素材である素材１７の種類に適合させて行う段取替えを簡単に行うことができるので、サイクルタイムの増加を防止でき、高い生産性を得ることができる。また、金属製の素材１７のパスラインを変更する場合にも段取替えを簡単に行うことができ、生産の自由度が高いとともに生産性を向上することができる。さらに、ワーク置き場を、ロボットの動作範囲内の複数の箇所に設定することができる。
【００７６】
（ｂ）送り装置１１を構成する第１の産業用ロボット１８をハンドリングロボットとしても用いれば、この第１の産業用ロボット１８により素材１７を所定の位置にセットした後に直ちに素材１７をその軸方向へ送ることができるので、生産タクトタイムを向上することができる。
【００７７】
（ｃ）送り装置１１である第１の産業用ロボット１８と他の装置（例えば、第２の産業用ロボット２７、加熱コイル支持ロボット３２、第３の産業用ロボット２８等）との同期を確保することが容易であるので、送り速度を可変にしながら同期をとることによって曲げ部分の送り速度を低下すること等により、曲げ加工部品３５の寸法精度の向上を図ることや、下流側にロボットを配置する場合にはこれらのロボットとの間で起動の際のスタートタイミングを一致させることができる。
【００７８】
（ｄ）送り装置１１に第１の産業用ロボット１８を用いるので、例えば支持ガイドに近接して配置することにより、設置スペースを抑制することができ、曲げ加工装置１０の設置場所の制限を小さくすることができる。
【００７９】
（ｅ）第１の産業用ロボット１８を用いた送り装置１１は、例えば、（１）ワークセット時に素材１７を軸回りに回転させ、素材である溶接素材１７に存在する溶接ビード位置を曲げ加工において不具合を生じない位置に変更する動作、（２）素材１７のセット時の芯ずれ調整動作、（３）送り経路の調整動作、（４）ワークに微小な繰り返し振動を与えることにより支持機構の摩擦係数を低下すること、さらには（５）芯ずれを修正してスティックスリップ現象の発生を未然に防止することといった、送り動作以外の動作も行うことができ、生産の自由度が高い。なお、上述した溶接ビード位置を変更する動作を行わせる際には、第１の産業用ロボット１８に、周知慣用の溶接ビード位置検出装置を並設しておき、この検出装置の検出値により素材１７の回転角度を演算するようにすればよい。
【００８０】
（ｆ）送り装置１１としての第１の産業用ロボット１８は、生産実績の高い汎用タイプを流用して用いることができるので、メンテナンス性が良好であるため、補修や清掃に要する時間や工数の増加を抑制することができる。
【００８１】
（ｇ）支持ガイドの取付け向きに併せて、ワークの送り軌道を微修正することができるので、寸法精度を向上することができる。
【００８２】
３ 車体骨格部材１
図１（ｂ）〜図１（ｄ）に示すように、車体骨格部材１は筒状体０ａを備える。筒状体０ａは閉断面を有する。
【００８３】
筒状体０ａは、屈曲部３−１、３−２と、残余部２−１〜２−３を有する。屈曲部３−１、３−２は、筒状体０ａの軸方向へ向けて屈曲する。また、残余部２−１〜２−３は、筒状体０ａのうちで屈曲部３−１、３−２を除いた部分に形成される。
【００８４】
残余部２−１〜２−３は、上述したように曲げ加工装置１０により焼入れられないので、非焼入れ組織を有する。残余部２−１〜２−３は９８０ＭＰａ未満の引張強度を有することが望ましく、７８０ＭＰａ未満の引張強度を有することがさらに望ましい。
【００８５】
また、残余部２−１〜２−３は、筒状体０ａの第１の部分２−１、２−２、２−３に相当するので、第１の突出部４を有する。上述したように、第１の突出部４は、筒状体０ａ
の外部へ向けて突出するとともに筒状体０ａの軸方向へ向けて延設される。
【００８６】
また、残余部２−１〜２−３は、筒状体０ａの軸方向へ向けて直線的に形成される直線部、及び／又は、屈曲部３−１、３−２よりも大きな曲げ半径を有する湾曲部である。
第１の突出部４は、いずれもスポット溶接可能高さを有する２つのフランジ４ａ、４ｂと、溶接部４ｃとを有する。溶接部４ｃは、２つのフランジ４ａ、４ｂを重ね合わせて溶接することによって閉断面を形成する。溶接部４ｃは、レーザー溶接、シーム溶接さらにはアーク溶接等の連続溶接による溶接部である。図１（ａ）に示す例ではレーザー溶接部である。
【００８７】
一方、屈曲部３−１、３−２は、曲げ加工装置１０により焼入れられながら曲げ加工されるので、焼入れ組織を有する。屈曲部３−１、３−２が７８０ＭＰａ以上の引張強度を有することが望ましく、１２００ＭＰａ以上の引張強度を有することがさらに望ましく、１４００ＭＰａ以上の引張強度を有することがよりいっそう望ましい。
【００８８】
また、屈曲部３−１、３−２は第２の突出部５を有する。第２の突出部５は、筒状体０ａの外部へ向けて突出するとともに筒状体０ａの軸方向へ向けて延設される。
第２の突出部５は、スポット溶接可能高さよりも低い高さを有する１つのフランジ５ａと、パネル５ｂと、すみ肉溶接部５ｃとを有する。すみ肉溶接部５ｃは、１つのフランジ５ａの側面にパネル５ｂの端面を突き合わせて溶接することによって閉断面を形成する。すみ肉溶接部５ｃもまた、溶接部４ｃと同様にレーザー溶接等による連続溶接部である。
【００８９】
屈曲部３−１、３−２の比（Ｒ／Ｄ）は０〜２％であり、残余部２−１〜２−３の比（Ｒ／Ｄ）は２％を超えることが望ましい。ただし、Ｒは図芯の曲げ半径であり、Ｄは、フランジを含む曲げ方向の図芯からの最大距離である。
【００９０】
車体骨格部材１は、第１の突出部４を有する残余部２−１〜２−３と、第２の突出部５を有する屈曲部３−１、３−２とを軸方向に備えており、屈曲部３−１、３−２が、スポット溶接可能高さよりも低い高さを有する１つのフランジ５ａと、パネル５ｂと、すみ肉溶接部５ｃとを有するため、軸方向への屈曲部３−１、３−２において発生する応力が筒状体０ｃの周方向で大きく変動することを防止でき、これにより、この屈曲部３−１、３−２を起点として筒状体０ａが衝撃荷重入力後の早期の時点で大きく折れ曲がってしまうことが抑制されるとともに、筒状体０ａの軽量化を図ることができる。
【００９１】
また、車体骨格部材１の筒状体０ａは、残余部２−１〜２−３が第１の突出部４を有するので、この第１の突出部４を利用することによって、他の部材と例えばスポット溶接やボルト締結等によって接合することができる。
【００９２】
さらに、車体骨格部材１の筒状体０ａは、例えばハイドロフォーミング工法でなくとも、慣用されるプレス成形法により簡単に製造可能であるので、上述した特許文献１、２により開示された車体骨格部材と同等の低コストで製造することができる。
【符号の説明】
【００９３】
０ 素材
０ａ 筒状体
１ 車体骨格部材
２−１、２−２、２−３ 第１の部分
３−１、３−２ 第２の部分
４ 第１の突出部
４ａ、４ｂ フランジ
４ｃ 溶接部（連続溶接部）
５ 第２の突出部
５ａ フランジ
５ｂ パネル
５ｃ すみ肉溶接部（連続溶接部）
５ｄ 端面
１０ 本発明に係る曲げ加工装置
１１ 送り手段
１２ 第１の支持手段
１２ａ〜１２ｆ ロール
１３ 加熱手段
１３ａ，１３ｂ 加熱コイル
１４ 冷却手段
１４ａ、１４ｂ 冷却水噴射ノズル
１５ 第２の支持手段
１６ 変形防止手段
１７ 素材
１７−１ 他の素材
１７ａ 先端部
１８、１８−１ 第１の産業用ロボット
１９ 上腕
２０ 前腕
２０ａ 手首
２１ コントローラー
２２ 入力装置
２３ パレット
２４、２４−１ 効果器（エンドエフェクタ）
２５ 可動ローラーダイス
２５ａ、２５ｂ ロール対
２７ 第２の産業用ロボット
２７ａ グリッパー
２８ 第３の産業用ロボット
２９、２９−１ グリッパー
３０ 段替え用ツール置き台
３１ 支持台
３２ 加熱コイル支持ロボット
３３ 段替え用加熱コイル置き台
３４ 段替え用ツール置き台
３５ 曲げ加工品
３６ 把持部
３７ ハンドリングロボット
３８ 製品置き台
４０ 第１の略ハット部材
４０ａ フランジ部
４１ 第２の略ハット部材
４１ａ フランジ部
４２ａ 突出部
４３ 成形体
４３ａ フランジ部
４４ 筒状体
４４ａ 突出部
４５ 筒状体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
閉断面を有する筒状体を備える車体骨格部材であって、
前記筒状体は、該筒状体の軸方向へ向けて屈曲する１又は２以上の屈曲部と、前記屈曲部を除く残余部とを有し、
前記残余部は、非焼入れ組織を有するとともに、前記筒状体の外部へ向けて突出するとともに前記軸方向へ延設される第１の突出部を有し、当該第１の突出部は、いずれもスポット溶接可能高さを有する２つのフランジと、該２つのフランジを重ね合わせて溶接することによって前記閉断面を形成するための溶接部とを有し、かつ
前記屈曲部は、焼入れ組織を有するとともに、前記筒状体の外部へ向けて突出するとともに前記軸方向へ延設される第２の突出部を有し、当該第２の突出部は、前記スポット溶接可能高さよりも低い高さを有する１つのフランジと、パネルと、前記１のフランジの端面又は側面に前記パネルの端面を突き合わせて溶接することによって前記閉断面を形成するための溶接部とを有すること
を特徴とする自動車の車体骨格部材。
【請求項２】
閉断面を有する筒状体を備える車体骨格部材であって、
前記筒状体は、該筒状体の軸方向へ向けて屈曲する１又は２以上の屈曲部と、前記屈曲部を除く残余部とを有し、
前記残余部は、非焼入れ組織を有するとともに、前記筒状体の外部へ向けて突出するとともに前記軸方向へ延設される第１の突出部を有し、当該第１の突出部は、いずれもスポット溶接可能高さを有する２つのフランジと、該２つのフランジを重ね合わせて溶接することによって前記閉断面を形成するための溶接部とを有し、かつ
前記屈曲部は、焼入れ組織を有するとともに、前記筒状体の外部へ向けて突出する突出部を有さないこと
を特徴とする自動車の車体骨格部材。
【請求項３】
前記残余部は、前記筒状体の軸方向へ向けて直線的に形成される直線部、及び／又は、前記屈曲部よりも大きな曲げ半径を有する湾曲部である請求項１又は請求項２に記載された車体骨格部材。
【請求項４】
前記屈曲部は７８０ＭＰａ以上の引張強度を有する請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載された車体骨格部材。
【請求項５】
前記残余部は、７８０ＭＰａ未満の引張強度を有する請求項４に記載された車体骨格部材。
【請求項６】
前記屈曲部の比（Ｒ／Ｄ）は０〜２％であり、前記残余部の比（Ｒ／Ｄ）は２％を超える請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載された車体骨格部材。
ただし、Ｒは図芯の曲げ半径であり、Ｄは、フランジを含む曲げ方向の図芯からの最大距離である。
【請求項７】
下記第１の部分及び下記第２の部分を軸方向へ向けて備えるとともに閉断面を有する筒状体の軸方向に部分的に、当該軸方向へ移動する焼入れ温度被加熱領域を形成しながら、該焼入れ温度被加熱領域に間欠的に曲げモーメントを与えることにより前記筒状体に曲げ加工を行うことによって、請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載された車体骨格部材を製造する方法であって、
前記焼入れ温度被加熱領域が前記第１の部分に存在する時には、当該第１の部分に、曲げ加工を行わないか、あるいは、比（Ｒ／Ｄ）が２％以下となる曲げ加工を行うとともに、
前記焼入れ温度被加熱領域が前記第２の部分に存在する時には、当該第２の部分に、比（Ｒ／Ｄ）が２％を越える曲げ加工を行うこと
を特徴とする車体骨格部材の製造法。
ただし、
第１の部分：前記筒状体の外部へ向けて突出するとともにその軸方向へ延設される第１の突出部を有し、当該第１の突出部が、いずれもスポット溶接可能高さを有する２つのフランジと、該２つのフランジを重ね合わせて溶接することによって前記閉断面を形成するための溶接部とを有する。
第２の部分：前記筒状体の外部へ向けて突出するとともにその軸方向へ延設される第２の突出部を有し、当該第２の突出部が、前記スポット溶接可能高さよりも低い高さを有する１つのフランジと、パネルと、前記１のフランジの端面又は側面に前記パネルの端面を突き合わせて溶接することによって前記閉断面を形成するための溶接部とを有する。
であり、Ｒは図芯の曲げ半径であり、Ｄは、フランジを含む曲げ方向の図芯からの最大距離である。
【請求項８】
下記第１の部分及び下記第２の部分を軸方向へ向けて備えるとともに閉断面を有する筒状体の軸方向に部分的に、当該軸方向へ移動する焼入れ温度被加熱領域を形成しながら、該焼入れ温度被加熱領域に間欠的に曲げモーメントを与えることにより前記筒状体に曲げ加工を行うことによって、請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載された車体骨格部材を製造する方法であって、
前記焼入れ温度被加熱領域が前記第１の部分に存在する時には、当該第１の部分に、曲げ加工を行わないか、あるいは、比（Ｒ／Ｄ）が２％以下となる曲げ加工を行うとともに、
前記焼入れ温度被加熱領域が前記第２の部分に存在する時には、当該第２の部分に、比（Ｒ／Ｄ）が２％を越える曲げ加工を行うこと
を特徴とする車体骨格部材の製造法。
ただし、
第１の部分：前記筒状体の外部へ向けて突出するとともにその軸方向へ延設される第１の突出部を有し、当該第１の突出部が、いずれもスポット溶接可能高さを有する２つのフランジと、該２つのフランジを重ね合わせて溶接することによって前記閉断面を形成するための溶接部とを有する。
第２の部分：前記筒状体の外部へ向けて突出する突出部を有さない。
であり、Ｒは図芯の曲げ半径であり、Ｄは、フランジを含む曲げ方向の図芯からの最大距離である。
【請求項９】
前記筒状体は、ロールフォーミングあるいはプレス成形により製造される請求項７又は請求項８に記載された車体骨格部材の製造法。
【請求項１】
閉断面を有する筒状体を備える車体骨格部材であって、
前記筒状体は、該筒状体の軸方向へ向けて屈曲する１又は２以上の屈曲部と、前記屈曲部を除く残余部とを有し、
前記残余部は、非焼入れ組織を有するとともに、前記筒状体の外部へ向けて突出するとともに前記軸方向へ延設される第１の突出部を有し、当該第１の突出部は、いずれもスポット溶接可能高さを有する２つのフランジと、該２つのフランジを重ね合わせて溶接することによって前記閉断面を形成するための溶接部とを有し、かつ
前記屈曲部は、焼入れ組織を有するとともに、前記筒状体の外部へ向けて突出するとともに前記軸方向へ延設される第２の突出部を有し、当該第２の突出部は、前記スポット溶接可能高さよりも低い高さを有する１つのフランジと、パネルと、前記１のフランジの端面又は側面に前記パネルの端面を突き合わせて溶接することによって前記閉断面を形成するための溶接部とを有すること
を特徴とする自動車の車体骨格部材。
【請求項２】
閉断面を有する筒状体を備える車体骨格部材であって、
前記筒状体は、該筒状体の軸方向へ向けて屈曲する１又は２以上の屈曲部と、前記屈曲部を除く残余部とを有し、
前記残余部は、非焼入れ組織を有するとともに、前記筒状体の外部へ向けて突出するとともに前記軸方向へ延設される第１の突出部を有し、当該第１の突出部は、いずれもスポット溶接可能高さを有する２つのフランジと、該２つのフランジを重ね合わせて溶接することによって前記閉断面を形成するための溶接部とを有し、かつ
前記屈曲部は、焼入れ組織を有するとともに、前記筒状体の外部へ向けて突出する突出部を有さないこと
を特徴とする自動車の車体骨格部材。
【請求項３】
前記残余部は、前記筒状体の軸方向へ向けて直線的に形成される直線部、及び／又は、前記屈曲部よりも大きな曲げ半径を有する湾曲部である請求項１又は請求項２に記載された車体骨格部材。
【請求項４】
前記屈曲部は７８０ＭＰａ以上の引張強度を有する請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載された車体骨格部材。
【請求項５】
前記残余部は、７８０ＭＰａ未満の引張強度を有する請求項４に記載された車体骨格部材。
【請求項６】
前記屈曲部の比（Ｒ／Ｄ）は０〜２％であり、前記残余部の比（Ｒ／Ｄ）は２％を超える請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載された車体骨格部材。
ただし、Ｒは図芯の曲げ半径であり、Ｄは、フランジを含む曲げ方向の図芯からの最大距離である。
【請求項７】
下記第１の部分及び下記第２の部分を軸方向へ向けて備えるとともに閉断面を有する筒状体の軸方向に部分的に、当該軸方向へ移動する焼入れ温度被加熱領域を形成しながら、該焼入れ温度被加熱領域に間欠的に曲げモーメントを与えることにより前記筒状体に曲げ加工を行うことによって、請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載された車体骨格部材を製造する方法であって、
前記焼入れ温度被加熱領域が前記第１の部分に存在する時には、当該第１の部分に、曲げ加工を行わないか、あるいは、比（Ｒ／Ｄ）が２％以下となる曲げ加工を行うとともに、
前記焼入れ温度被加熱領域が前記第２の部分に存在する時には、当該第２の部分に、比（Ｒ／Ｄ）が２％を越える曲げ加工を行うこと
を特徴とする車体骨格部材の製造法。
ただし、
第１の部分：前記筒状体の外部へ向けて突出するとともにその軸方向へ延設される第１の突出部を有し、当該第１の突出部が、いずれもスポット溶接可能高さを有する２つのフランジと、該２つのフランジを重ね合わせて溶接することによって前記閉断面を形成するための溶接部とを有する。
第２の部分：前記筒状体の外部へ向けて突出するとともにその軸方向へ延設される第２の突出部を有し、当該第２の突出部が、前記スポット溶接可能高さよりも低い高さを有する１つのフランジと、パネルと、前記１のフランジの端面又は側面に前記パネルの端面を突き合わせて溶接することによって前記閉断面を形成するための溶接部とを有する。
であり、Ｒは図芯の曲げ半径であり、Ｄは、フランジを含む曲げ方向の図芯からの最大距離である。
【請求項８】
下記第１の部分及び下記第２の部分を軸方向へ向けて備えるとともに閉断面を有する筒状体の軸方向に部分的に、当該軸方向へ移動する焼入れ温度被加熱領域を形成しながら、該焼入れ温度被加熱領域に間欠的に曲げモーメントを与えることにより前記筒状体に曲げ加工を行うことによって、請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載された車体骨格部材を製造する方法であって、
前記焼入れ温度被加熱領域が前記第１の部分に存在する時には、当該第１の部分に、曲げ加工を行わないか、あるいは、比（Ｒ／Ｄ）が２％以下となる曲げ加工を行うとともに、
前記焼入れ温度被加熱領域が前記第２の部分に存在する時には、当該第２の部分に、比（Ｒ／Ｄ）が２％を越える曲げ加工を行うこと
を特徴とする車体骨格部材の製造法。
ただし、
第１の部分：前記筒状体の外部へ向けて突出するとともにその軸方向へ延設される第１の突出部を有し、当該第１の突出部が、いずれもスポット溶接可能高さを有する２つのフランジと、該２つのフランジを重ね合わせて溶接することによって前記閉断面を形成するための溶接部とを有する。
第２の部分：前記筒状体の外部へ向けて突出する突出部を有さない。
であり、Ｒは図芯の曲げ半径であり、Ｄは、フランジを含む曲げ方向の図芯からの最大距離である。
【請求項９】
前記筒状体は、ロールフォーミングあるいはプレス成形により製造される請求項７又は請求項８に記載された車体骨格部材の製造法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−２５３３５（Ｐ２０１２−２５３３５Ａ）
【公開日】平成２４年２月９日（２０１２．２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１６８２２５（Ｐ２０１０−１６８２２５）
【出願日】平成２２年７月２７日（２０１０．７．２７）
【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２４年２月９日（２０１２．２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月２７日（２０１０．７．２７）
【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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