KR101269339B1 - 자동차 차체용 강도 부재, 프런트 사이드 멤버 및 자동차 차체의 측부 구조 - Google Patents

Abstract

이차원 또는 삼차원으로 굴곡하는 굽힘 가공부를 가짐과 더불어, 인장 강도가 1100㎫ 초과의 초고강도를 가지는, 예를 들면 사이드 멤버나 필러와 같은 자동차 차체용 강도 부재를 제공한다. 이차원 또는 삼차원으로 굴곡하는 굽힘 가공부와, 절단 또는 천공 가공 예정부와, 용접 예정부를 구비하고, 또한, 외부를 향한 플랜지를 갖지 않는 폐단면을 가지는 통체에 의해 구성되고, 이 통체가, 인장 강도가 1100㎫ 초과가 되도록 열처리된 초고강도 열처리부와, 이 초고강도 열처리부를 제외한 잔제 부위로서 인장 강도가 600㎫ 이상 1100㎫ 이하가 되도록 열처리된 고강도 열처리부, 및/또는, 상술한 절단 또는 천공 가공 예정부 및 용접 예정부로서 인장 강도가 600㎫ 미만이 되도록 열처리된 저강도 열처리부를 구비하는 자동차 차체용 강도 부재이다.

Description

자동차 차체용 강도 부재, 프런트 사이드 멤버 및 자동차 차체의 측부 구조{CAR-BODY REINFORCING MEMBER, FRONT SIDE MEMBER, AND CAR-BODY SIDE STRUCTURE}

본 발명은, 자동차 차체용 강도 부재, 프런트 사이드 멤버 및 자동차 차체의 측부 구조에 관한 것이다. 상세하게는, 본 발명은, 예를 들면 S자 굽힘과 같이 굽힘 방향이 이차원적으로 다른 굽힘 가공, 또는 굽힘 방향이 삼차원적으로 다른 굽힘 가공이 행해져 제조되는 자동차 차체용 강도 부재와, 자동차 차체를 구성하는 강도 부재인 프런트 사이드 멤버와, 자동차 차체의 측부 구조, 구체적으로는 적어도 A필러, B필러 및 루프 레일 사이드를 구비하는 자동차 차체의 측부 구조에 관한 것이다.

이전의 자동차는, 단면상자형의 부재를 사다리형상으로 조합하여 구성되는 프레임에, 엔진, 라디에이터, 서스펜션, 트랜스미션, 디퍼렌셜 또한 연료 탱크 등의 부품을 장착하고, 이 프레임 상에, 엔진 컴파트먼트, 캐빈 및 트렁크룸으로 이루어지는 보디를 탑재하는, 이른바 프레임 구조가 채용되어 있었다. 그러나, 이 프레임 구조는, 보디와는 별도의 부품인 대중량의 프레임을 반드시 이용하므로 차체의 경량화를 도모하는 것이 어려움과 더불어, 프레임과 보디를 접합하는 공정도 불가결해지기 때문에 생산성이 낮다. 이 때문에, 근래 생산되는 자동차의 대부분은, 이 프레임과 보디를 일체 구조로 한 모노코크 보디(유닛 컨스트럭션 보디)에 의해 구성된다.

모노코크 보디는, 모노코크 보디에 있어서의 하면, 즉 바닥 부분으로서 보디 구조 상의 기초가 되는 최중요 부분인 언더 보디(플랫폼이라고도 한다.)에, 사이드실, A필러, B필러, 루프 레일 사이드, 경우에 따라서는 C필러에 의해서 구성되는 보디 사이드를 조합하여 일체화한 보디 쉘로 하중을 지지하는 것이며, 외부로부터 부하되는 충격 하중에 대해서도 보디 각부가 줄어들거나 무너지거나 할 때에 보디 각부의 전체에서 충격 에너지를 흡수한다.

모노코크 보디에는, 프레임 구조와 같은 명확한 프레임은 존재하지 않지만, 엔진이나 서스펜션의 부착부와 같은 부하나 응력이 집중하는 부분에는, 예를 들면 사이드 멤버, 서스펜션 멤버, 각종 필러, 크로스 멤버, 루프 레일 또한 사이드실 등과 같은 폐단면의 통체로 이루어지는 자동차 차체용 강도 부재를 적절히 배치하여 보디 쉘을 보강한다. 또, 보디 사이드는, 언더 보디와 더불어 자동차 차체의 굽힘 강성이나 비틈 강성에 크게 영향을 줄 뿐만 아니라, 측면 충돌시에는 캐빈의 손상을 가능한 한 억제하여 탑승자의 안전성을 높이는 기능을 가진다. 특히 전면 충돌에 비해 측면 충돌에서는 승무원 보호를 위한 공간을 충분히 확보하는 것이 곤란하므로, 이 보디 사이드의 강성을 높이는 것이 중요하다.

이와 같이 배치되는 강도 부품의 하나로서, 멤버(서브 프레임이라고도 한다)가 있다. 멤버란, 서스펜션이나 엔진, 또한 미션 등을 언더 보디에 장착할 때에 개재되는 골격이다. 언더 보디는, 서스펜션이나 구동계를 지지하기 위해 보디의 각종 강성(예를 들면 굽힘 강성이나 비틈 강성 등)에 크게 영향을 주므로, 멤버나 그 외의 보강재를 언더 보디의 각부에 적절히 배치함으로써, 언더 보디에 충분한 강성을 부여한다. 이런 종류의 멤버의 하나로서, 엔진 컴파트먼트 내의 좌우에 전후 방향으로 대략 수평하게 연장 설치하여 용접되는 프런트 사이드 멤버가 있다.

통상, 프런트 사이드 멤버는, 예를 들면 사각형이나 육각형, 또한 원형 등의 폐단면을 가지는 통체로 이루어지는 본체를 구비한다. 그리고, 이 본체는, 그 축방향의 한 쪽의 단부로부터 다른 쪽의 단부를 향해, 차체의 전후 방향을 향해 연장되어 존재하는 선단부와, 이 선단부에 연속함과 더불어 엔진 컴파트먼트 및 캐빈 사이의 격벽인 대쉬 패널을 따라 경사하는 경사부와, 이 경사부에 연속함과 더불어 대쉬 패널에 접합되는 플로어 패널의 하면을 따라 연장되어 존재하는 후단부를 가진다. 보디의 크기에 따르지만, 프런트 사이드 멤버의 전체 길이는 600∼1200㎜ 정도이다.

이 프런트 사이드 멤버는, 상술한 바와 같이, 언더 보디의 강도의 유지가 제1로 요구되는 강도 부재이므로 충분한 강도를 가지도록 설계되는 한편으로, 정면 충돌 사고의 경우에는 부하되는 충격 하중을 부담하는 주체가 되는 부재이기도 하므로, 정면 충돌 사고의 경우에는 그 선단측이 좌굴하여 벨로스(bellows)형상(아코디언형상)으로 소성 변형함으로써 충격 에너지를 흡수할 수 있는 충격 흡수 성능을 가지도록 설계된다. 이와 같이, 프런트 사이드 멤버는, 충분한 강도를 가지는 것과, 충격 하중이 부하되면 선단측이 벨로스형상으로 소성 변형하기 쉬운 것과 같은, 이른바 상반되는 특성을 구비하는 것이 요구된다.

또한, 상술한 바와 같이, 프런트 사이드 멤버는, 언더 보디의 보강 부재로서 다른 패널에 용접되어 배치되는 것이므로, 뛰어난 용접성과, 전단부로부터 후단부에 걸쳐 복잡한 형상을 가짐과 더불어 천공 가공이나 절단 가공이 행해지므로 뛰어난 가공성도 요구된다.

특허 문헌 1에는, 중공의 알루미늄 합금 압출형재로 이루어지고, 부분적으로 판두께가 변화하는 에너지 흡수 부재에 관련되는 발명이 개시되고, 특허 문헌 2에는 차체의 전후 방향과 평행하게 배치된 아치 형상부를 가지는 폐단면을 가지며, 부분적으로 판두께가 변화하는 프런트 사이드 멤버에 관련되는 발명이 개시되고, 특허 문헌 3에는 선단부의 일부에 취약한 부분을 설치한 프런트 사이드 멤버에 관련되는 발명이 개시되고, 특허 문헌 4에는 전단부의 형상을 연구함으로써 단면 전역에서 보다 균등하게 변형하여 좌굴할 수 있는 프런트 사이드 멤버에 관련되는 발명이 개시되고, 특허 문헌 5에는 경합금제 주물로 이루어지는 U자 단면의 하측 부재와, 경합금제의 판재로 이루어지는 상측 부재로 이루어지는 폐단면의 프런트 사이드 멤버에 관련되는 발명이 개시되어 있다.

또, 특허 문헌 6에는, 보디 사이드에 관해서 A필러의 내부에 보강 튜브를 배치함으로써 롤 오버시의 A필러가 좌굴하는 것을 방지하는 발명이 개시되어 있다.

근래, 자동차 차체용 강도 부재에 대해서는, 지구 온난화 억제를 위한 CO₂ 배출량 삭감을 도모하기 위한 연비 향상, 및 충돌 사고 시에 있어서의 승무원의 한층 더한 안전성의 향상의 관점으로부터, 경량화 및 고강도화에 대한 요청이 더욱 더 높아지고 있다. 이러한 요청에 대응하기 위해, 종래보다 상당히 높은 강도 레벨을 가지는 고강도의 소재, 예를 들면, 인장 강도가 780㎫ 이상, 또한 900㎫ 이상이라는 고장력 강판이 다용되고 있다.

한편, 이러한 소재의 고강도화에 수반하여, 자동차 차체용 강도 부재의 구조를 재검토하는 것도 추진되고 있다. 예를 들면, 다양한 자동차용 부품에 적용하기 위해서, 다방면에 걸치는 굽힘형상, 예를 들면, S자 굽힘과 같은 굽힘 방향이 이차원적으로 다른 굽힘 가공, 또는 굽힘 방향이 삼차원적으로 다른 굽힘 가공이 행해져 제조되는 자동차 차체용 강도 부재를, 고정밀도로 가공하기 위한 굽힘 가공 기술의 개발도 강하게 요청되고 있다.

이러한 요청에 응하기 위해, 지금까지도 여러가지 가공 기술이 제안되고 있다. 예를 들면, 특허 문헌 7에는, 금속관 등의 피가공재의 선단측을 회전 가능한 암에 의해 잡고, 가열 장치에 의해 가열하면서, 가열부를 축방향으로 순차적으로 이동시킴으로써 굽힘 변형시키고, 그 직후에 냉각함으로써, 금속관 등을 열처리하면서 굽힘 가공하는 방법에 관련되는 발명이 개시되어 있다. 또, 특허 문헌 8에는, 금속관을 잡고 가열부에 비틈력과 굽힘력을 부여하여 금속관을 비틀면서 굽힘 변형시킴으로써, 금속관 등을 열처리하면서 굽힘 가공하는 방법에 관련되는 발명이 개시되어 있다.

굽힘 가공 제품의 경량화도 고려하면, 그 인장 강도를, 900㎫ 이상으로 설정하는 것이 바람직하고, 1300㎫ 이상으로 설정하는 것이 바람직하다. 이러한 경우, 지금까지는 특허 문헌 7, 8에 의해 개시되도록, 인장 강도가 500∼700㎫ 정도의 소관을 출발 재료로 하여 굽힘 가공을 행한 후, 열처리에 의해 강도를 상승시킴으로써 원하는 고강도를 가지는 굽힘 가공 제품을 제조하고 있었다.

특허 문헌 7, 8에 의해 개시된 발명은, 모두, 이른바 파지 굽힘 가공에 속하는 가공 방법을 이용하는 것이며, 어느 발명을 실시하더라도 피가공재의 선단부를 회전 가능한 암에 의해 잡을 필요가 있다. 이 때문에, 피가공재의 이송 속도를 고속화하는 것이 어렵고, 또한, 암에 의해 피가공재를 다시 잡을 때마다 암을 원위치로 되돌릴 필요가 있기 때문에, 피가공재의 이송 속도가 크게 변동하고, 냉각 속도를 복잡하게 제어하는 것이 어려워지고, 원하는 담금질 정밀도를 확보할 수 없다. 이 때문에, 불균일한 왜곡이 발생해 버리는 가열이나 냉각의 속도를 복잡하고 고정밀도로 제어하지 않으면 안되게 되고, 소정의 담금질 정밀도를 확보하는 것이 매우 어렵다. 이 때문에, 굽힘 가공 형상에 편차가 발생함과 더불어, 특히 고강도재의 경우에는 잔류 응력에 수반하는 지연 파괴가 생기고, 높은 신뢰성이 요구되는 자동차 차체용 강도 부재를 제조하는 것은 어렵다.

특허 문헌 9에는, 지지 수단에 의해 지지되는 피가공재를 상류측으로부터 하류측을 향해 송출 장치에 의해 송출하면서 이 지지 수단의 하류에서 굽힘 가공을 행하는 굽힘 가공에 기초함과 더불어, 롤러를 삼차원 방향으로 이동 가능하게 지지하는 고주파 가열 벤더에 관계되는 발명이 개시되어 있다. 특허 문헌 9에 의해 개시된 고주파 가열 벤더에 의하면, 롤러를, 피가공재를 넘어 반대 방향의 피가공재의 측면으로 이동시키고, 그 측면에 맞닿게 하여 굽힘 가공하므로, 예를 들면, S자 굽힘과 같이, 굽힘 방향이 이차원적으로 다른 굽힘 가공의 경우라도, 피가공재를 180도 회전시키는 절차 작업을 행할 필요가 없어지고, 효율적으로 굽힘 가공을 행할 수 있다.

그러나, 특허 문헌 9에 의해 개시된 고주파 가열 벤더에는, 피가공재의 양측면을 클램프하는 수단이 없다. 이 때문에, 고주파에 의한 가열 후의 냉각에 의한 잔류 응력에 기인하여 변형이 발생하기 쉬워지기 때문에 소정의 치수 정밀도를 확보하는 것이 어려워 지고, 가공 속도가 제약됨과 더불어 굽힘 가공도를 높이는 것이 어렵다.

또한, 특허 문헌 10에는, 상술한 파지 굽힘 가공이나 고주파 가열 벤더의 롤러로 바꾸고, 고정하여 배치되는 고정대와, 삼차원 방향으로 이동 가능하게 배치되는 가동 회전식대를 이간하여 설치해 두고, 또한, 가동 회전식대에 의한 금속 부재의 굽힘 가공의 곡율에 따른 온도로 금속 부재를 가열하는 가열 수단을 구비하는 굽힘 가공 장치에 관련되는 발명이 개시되어 있다.

[특허 문헌 1:일본국 특개평 10-45023호 공보]

[특허 문헌 2:일본국 특개평 11-255146호 공보]

[특허 문헌 3:일본국 특개 2001-106002호 공보]

[특허 문헌 4:일본국 특개 2002-173055호 공보]

[특허 문헌 5:일본국 특개 2003-306171호 공보]

[특허 문헌 6:일본국 특개 2003-118633호 공보]

[특허 문헌 7:일본국 특개소 50-59263호 공보]

[특허 문헌 8:일본국 특허 2816000호 공보]

[특허 문헌 9:일본국 특개 2000-158048호 공보]

[특허 문헌 10:일본국 특허 3195083호 공보]

그러나, 특허 문헌 1∼5에 의해 개시된 종래의 발명은, 모두, 프런트 사이드 멤버를 특유의 구조를 채용함으로써, 고강도 및 뛰어난 충격 흡수능을 얻고자 하는 것이므로, 한층 더한 고강도화 및 경량화와, 거듭되는 충격 흡수 성능의 향상을 높은 차원으로 양립하는 것에는 한계가 있다.

또, 특허 문헌 6에 의해 개시된 종래의 발명은, 확실히 롤 오버시의 A필러의 좌굴을 방지하는 것은 가능하지만, 측면 충돌시의 한층 더한 안전성의 향상의 관점으로부터, 캐빈 공간을 충분히 확보할 수 있다고는 할 수 없고, 그 개선이 요구된다.

또한, 특허 문헌 10에 의해 개시된 굽힘 가공 장치를 구성하는 고정대 및 가동 회전식대는, 모두, 피가공재인 금속재를 회전 가능하게 유지하는 것은 아니다. 이 때문에, 고정대 및 가동 회전식대의 어느 표면에도, 금속재의 유지에 따라 소부(燒付) 흠집이 발생하기 쉽다. 또, 특허 문헌 10에 의해 개시된 굽힘 가공 장치는, 고정대 및 가동 회전식대에 냉각 유체를 공급하고, 이들 대의 강도의 저하나, 열팽창에 의한 가공 정밀도의 저하를 방지하려고 하고 있다. 그러나, 냉각 유체의 공급은, 굽힘 가공된 금속재를 담금질 열처리하기 위해서는 아니기 때문에, 이 가공시에 담금질를 행하여, 예를 들면 900㎫ 이상이라는 고강도의 굽힘 가공 제품을 제조할 수는 없다.

이와 같이, 특허 문헌 10에 의해 개시된 굽힘 가공 장치는, 굽힘 가공에 기초하는 것이긴 하지만, 저강도의 금속 소관을 출발 재료로 하여 열간 가공을 행한 후에 담금질에 의해 강도를 상승하고, 고강도의 금속재를 얻는 것을 의도하는 것은 아니다. 또, 금속 부재의 가열에 수반하여 가동 회전식대의 표면에 소부 흠집이 발생하기 쉽고, 굽힘 가공 장치로서 한층 더한 개선이 요구된다.

본 발명의 목적은, 이러한 종래의 기술이 가지는 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 자동차 차체용 강도 부재, 프런트 사이드 멤버 및 자동차 차체의 측부 구조를 제공하는 것이며, 구체적으로는, 예를 들면 S자 굽힘과 같이 굽힘 방향이 이차원적으로 다른 굽힘 가공, 또는 굽힘 방향이 삼차원적으로 다른 굽힘 가공이 행해져 제조되는 자동차 차체용 강도 부재와, 자동차 차체를 구성하는 강도 부재인 프런트 사이드 멤버와, 자동차 차체의 측부 구조, 구체적으로는 적어도 A필러, B필러 및 루프 레일 사이드를 구비하는 자동차 차체의 측부 구조를 제공하는 것이다.

본 발명자들은, 상술한 과제를 해결하기 위해서 예의 검토를 거듭한 결과, 이하에 열거하는 지견 (a)∼(d)를 얻어, 본 발명을 완성했다.

(a)특정의 구조를 가지는 굽힘 가공 장치를 이용하면, 예를 들면 1100㎫ 이상, 바람직하게는 1500㎫ 이상이라는 초고강도의 고주파 담금질부를 가짐과 더불어 축방향으로 단일의 부재에 의해 구성되는 통체를 본체로 하는 자동차 차체용 강도 부재를, 공업적 규모로 실제로 양산할 수 있게 되는 것,

(b)특정의 구조를 가지는 굽힘 가공 장치를 이용해 프런트 사이드 멤버를 제조하면, 축방향으로 단일의 부재에 의해 구성됨과 더불어 지금까지는 없는 고주파 담금질부를 부분적으로 가지는 프런트 사이드 멤버를 제공할 수 있고, 이로 인해, 프런트 사이드 멤버의 한층 더한 고강도화 및 경량화와, 거듭되는 충격 흡수 성능의 향상을 지금까지 없는 높은 차원으로 양립할 수 있는 것,

(c)특정의 구조를 가지는 굽힘 가공 장치를 이용하여, 축방향으로 단일의 부재에 의해 구성됨과 더불어 지금까지는 없는 고주파 담금질부를 부분적으로 가짐과 더불어, 보디 사이드를 구성하는 A필러나 루프 레일 사이드 등의 내부에 배치되는 측부 보강 부재를 제조하면, 보디 사이드의 한층 더한 고강도화를 도모할 수 있고, 이로 인해, 충돌시에 있어서의 캐빈의 공간의 증가와, 측부 보강 부재 자체의 단면 치수의 축소화에 의한 경량화와, 측부 보강 부재의 일체 구조화에 의한 부품 점수의 저감에 의한 제조 코스트의 저하를 도모할 수 있는 것, 및

(d)이들 자동차 차체용 강도 부재, 프런트 사이드 멤버 및, 측부 보강 부재는, 축방향으로 단일의 부재에 의해 구성됨과 더불어 부분적으로 고주파 담금질된 초강도부를 가지며, 또한 폐단면의 통체를 본체로서 구비하므로, 경량, 고강도, 뛰어난 충격 흡수 특성, 부품 점수 저감, 및 제조 코스트 저감을, 종래에는 얻을 수 없었던 높은 차원으로 얻을 수 있다.

또한, 프런트 사이드 멤버나 보디 사이드에 관한 것은 아니지만, 일본국 특개평10-17933호 공보에는, 부분적으로 고주파 담금질 처리를 행함으로써 성능을 높인 B필러 레인 포스에 관련되는 발명이 개시되어 있다. 그러나, 이 공보에는, 프런트 사이드 맴버나 보디 사이드에 어떻게 하여 고주파 담금질 처리를 행하면, 프런트 사이드 멤버나 보디 사이드에 요구되는 여러가지 특성을 큰 폭으로 향상할 수 있고, 또한 실제로 제조 가능한 프런트 사이드 멤버나 보디 사이드를 제공할 수 있는지에 대해서는 개시도 시사도 되어 있지 않고, B필러의 강성을 높이기 위한 부재에 대해서만 개시되어 있지 않다.

본 발명은, 이차원 또는 삼차원으로 굴곡하는 굽힘 가공부를 구비하고, 폐단면을 가지며, 또한, 축방향으로 단일의 부재에 의해 구성되는 통체를 구비하고, 이 통체가, 인장 강도가 1100㎫ 초과가 되도록 열처리된 초고강도 열처리부와, 이 초고강도 열처리부를 제외한 잔여 부위인, 인장 강도가 600㎫ 이상 1100㎫ 이하가 되도록 열처리된 고강도 열처리부를 구비하는 것을 특징으로 하는 자동차 차체용 강도 부재이다.

또, 본 발명은, 이차원 또는 삼차원으로 굴곡하는 굽힘 가공부를 구비하고, 폐단면을 가지며, 또한, 축방향으로 단일의 부재에 의해 구성되는 통체를 구비하고, 이 통체가, 인장 강도가 1100㎫ 초과가 되도록 열처리된 초고강도 열처리부와, 이 초고강도 열처리부를 제외한 잔여 부위인, 인장 강도가 600㎫ 미만이 되도록 열처리된 저강도 열처리부를 구비하는 것을 특징으로 하는 자동차 차체용 강도 부재이다.

또, 본 발명은, 이차원 또는 삼차원으로 굴곡하는 굽힘 가공부를 구비하고, 폐단면을 가지며, 또한, 축방향으로 단일의 부재에 의해 구성되는 통체를 구비하고, 이 통체가, 인장 강도가 1100㎫ 초과가 되도록 열처리된 초고강도 열처리부와, 이 초고강도 열처리부를 제외한 잔여 부위의 일부인, 인장 강도가 600㎫ 이상 1100㎫ 이하가 되도록 열처리된 고강도 열처리부와, 초고강도 열처리부 및 고강도 열처리부를 제외한 잔여 부위인 것과 더불어 인장 강도가 600㎫ 미만이 되도록 열처리된 저강도 열처리부를 구비하는 것을 특징으로 하는 자동차 차체용 강도 부재이다.

또, 본 발명은, 이차원 또는 삼차원으로 굴곡하는 굽힘 가공부와, 절단 가공 예정부, 천공 가공 예정부 또는 용접 예정부 중 적어도 1개를 구비하고, 폐단면을 가지며, 또한, 축방향으로 단일의 부재에 의해 구성되는 통체를 구비하고, 이 통체가, 인장 강도가 1100㎫ 초과가 되도록 열처리된 초고강도 열처리부와, 초고강도 열처리부를 제외한 잔여 부위의 일부인, 인장 강도가 600㎫ 이상 1100㎫ 이하가 되도록 열처리된 고강도 열처리부와, 초고강도 열처리부 및 고강도 열처리부를 제외한 잔여 부위인, 인장 강도가 600㎫ 미만이 되도록 열처리된 저강도 열처리부를 구비하는 것을 특징으로 하는 자동차 차체용 강도 부재이다.

또, 본 발명은, 이차원 또는 삼차원으로 굴곡하는 굽힘 가공부와, 절단 가공 예정부, 천공 가공 예정부 또는 용접 예정부 중 적어도 1개를 구비하고, 폐단면을 가지며, 또한, 축방향으로 단일의 부재에 의해 구성되는 통체를 구비하고, 이 통체가, 인장 강도가 1100㎫ 초과가 되도록 열처리된 초고강도 열처리부와, 절단 가공 예정부, 천공 가공 예정부 또는 용접 예정부 중 적어도 1개로서 인장 강도가 600㎫ 미만이 되도록 열처리된 제1의 저강도 열처리부와, 초고강도 열처리부 및 제1의 저강도 열처리부를 제외한 잔여 부위인, 인장 강도가 600㎫ 미만이 되도록 열처리된 제2의 저강도 열처리부를 구비하는 것을 특징으로 하는 자동차 차체용 강도 부재이다.

또, 본 발명은, 이차원 또는 삼차원으로 굴곡하는 굽힘 가공부와, 절단 가공 예정부, 천공 가공 예정부 또는 용접 예정부 중 적어도 1개를 구비하고, 폐단면을 가지며, 또한, 축방향으로 단일의 부재에 의해 구성되는 통체를 구비하고, 이 통체는, 인장 강도가 1100㎫ 초과가 되도록 열처리된 초고강도 열처리부와, 절단 가공 예정부, 천공 가공 예정부 또는 용접 예정부 중 적어도 1개로서 인장 강도가 600㎫ 미만이 되도록 열처리된 제1의 저강도 열처리부와, 초고강도 열처리부 및 제1의 저강도 열처리부를 제외한 잔여 부위의 일부인, 인장 강도가 600㎫ 이상 1100㎫ 이하가 되도록 열처리된 고강도 열처리부와, 초고강도 열처리부, 고강도 열처리부 및 제1의 저강도 열처리부를 제외한 잔여 부위인 것과 더불어 인장 강도가 600㎫ 미만이 되도록 열처리된 제2의 저강도 열처리부를 구비하는 것을 특징으로 하는 자동차 차체용 강도 부재이다.

이들 본 발명에 관한 자동차 차체용 강도 부재에서는, 굽힘 가공부가, 인장 강도가 1100㎫ 초과가 되도록 열처리된 초고강도 열처리부인 것이 예시된다.

이들 본 발명에 관련되는 자동차 차체용 강도 부재에서는, 폐단면이, 외부를 향한 플랜지를 갖지 않는 폐단면인 것이 바람직하다.

이들 본 발명에서는, 초고강도 열처리부를 제외한 부분은, 충격 하중이 부하된 경우에 초고강도 열처리부보다 강도가 낮은 것에 기인하여 우선적으로 변형하는, 충격 하중에 대한 변형 촉진 부위로서 기능한다. 본 발명에서는, 이들 변형 촉진 부위를 설치함으로써, 충격 하중이 제품에 겨냥하는 무너짐이나 변형 형태를 실현할 수 있다.

예를 들면, 본 발명에 관련되는 자동차 차체용 강도 부재가, 사이드 멤버와 같은 축방향으로의 압궤를 받는 부재인 경우에는, 변형 촉진 부위를 축방향으로 교대로 배치함으로써, 충격 하중 부하 방향으로 좌굴하여 최종적으로 벨로스형상으로 소성 변형함으로써 흡수 에너지를 증대시킬 수 있다. 또, 본 발명에 관련되는 자동차 차체용 강도 부재가, 각종의 필러와 같은 3점 굽힘을 받는 경우에는, 예를 들면, 굽힘부를 초고강도 열처리부로 하고, 변형 촉진 부위를 이 초고강도 열처리부에 인접시켜 배치함으로써, 굽힘부의 내주에 있어서의 좌굴을 억제하고, 보다 흡수 에너지를 증대시킬 수 있다. 또, 3점 굽힘뿐만 아니라, 축방향으로의 압궤에 관해서도, 같은 효과를 얻을 수 있다.

이와 같이, 부품의 형상이나 하중의 입력 방향을 고려하면서, 초고강도 열처리부와 변형 촉진 부위를 적절히 배치함으로써, 흡수 에너지를 높인, 고효율인 자동차 차체용 강도 부재를 얻을 수 있다.

다른 관점으로부터는, 본 발명은 폐단면을 가짐과 더불어 축방향으로 단일의 부재에 의해 구성되는 통체로 이루어지는 본체를 구비하고, 이 본체가, 그 축방향의 한쪽의 단부로부터 다른 쪽의 단부를 향해서, 차체의 전후 방향을 향해서 연장되어 존재하는 선단부와, 이 선단부에 연속함과 더불어 대쉬 패널을 따라 하방을 향해 경사지는 경사부와, 이 경사부에 연속함과 더불어 대쉬 패널에 접합되는 플로어 패널의 하면을 따라 연장되어 존재하는 후단부를 가지는 프런트 사이드 멤버로서, 선단부의 일부가 담금질 처리가 행해지지 않는 비담금질부인 것과 더불어, 이 일부를 제외한 잔여 부분이 고주파 담금질 처리가 행해진 고주파 담금질부이며, 경사부의 전체가 고주파 담금질 처리가 행해진 고주파 담금질부이며, 또한, 후단부의 전체가 고주파 담금질 처리가 행해진 고주파 담금질부인 것, 혹은 후단부의 일부가 담금질 처리가 행해지지 않는 비담금질부인 것과 더불어, 이 일부를 제외한 잔여 부분이, 고주파 담금질 처리가 행해진 고주파 담금질부인 것을 특징으로 하는 프런트 사이드 멤버이다.

이 본 발명에 관련되는 프런트 사이드 멤버는, 선단부에 있어서의, 비담금질부 및 고주파 담금질부가, 통체의 축방향을 향해 교대로, 각각 1개 또는 2개 이상 설치되는 것이 바람직하다.

이 발명에 관련되는 프런트 사이드 멤버는, 비담금질부 및 고주파 담금질부 각각의 축방향으로의 길이는, 통체의 선단으로부터 후단을 향함에 따라 커지는 것이 바람직하다.

본 발명에 관련되는 프런트 사이드 멤버는, 선단부에 있어서의 고주파 담금질부가, 통체의 축방향의 선단으로부터 후단을 향함에 따라 그 면적이 서서히 커지도록 설치됨과 더불어, 선단부에 있어서의 비담금질부는, 통체의 축방향의 선단으로부터 후단을 향함에 따라 그 면적이 서서히 작아지도록 설치되는 것이 바람직하다.

본 발명에 관련되는 프런트 사이드 멤버는, 선단부에 있어서의, 비담금질부 및 고주파 담금질부가, 통체의 둘레 방향을 향해 교대로, 각각 1개 또는 2개 이상 설치되는 것이 바람직하다.

본 발명에 관련되는 프런트 사이드 멤버는, 통체가 다각형의 횡단면 형상을 가지며, 비담금질부는 다각형의 정점을 포함하지 않는 영역에 설치됨과 더불어 고주파 담금질부는 이 다각형의 정점을 포함하는 영역에 설치되는 것이 바람직하다.

본 발명에 관련되는 통체가 다각형의 횡단면 형상을 가지며, 비담금질부는 이 다각형의 정점을 포함하는 영역에 설치됨과 더불어 고주파 담금질부는 그 다각형의 정점을 포함하지 않는 영역에 설치되는 것이 바람직하다.

본 발명에 관련되는 프런트 사이드 멤버는, 다각형이 대향하는 한 쌍의 대략 수평면을 가지며, 비담금질부는 한 쪽의 대략 수평면에 설치됨과 더불어 고주파 담금질부는 다른 쪽의 대략 수평면에 설치되는 것이 바람직하다.

본 발명에 관련되는 프런트 사이드 멤버는, 다각형이 대향하는 한 쌍의 대략 수직면을 가지며, 비담금질부가 한 쪽의 대략 수직면에 설치됨과 더불어 상기 고주파 담금질부가 다른 쪽의 대략 수직면에 설치되는 것이 바람직하다.

본 발명에 관련되는 프런트 사이드 멤버는, 비담금질부가 통체의 횡단면에 있어서의 하측의 영역에 설치되고, 고주파 담금질부가 이 하측의 영역을 제외한 상측의 영역에 설치되는 것이 바람직하다.

본 발명에 관련되는 프런트 사이드 멤버는, 비담금질부가 통체의 횡단면에 있어서의 차체 내측의 영역에 설치되고, 고주파 담금질부는 차체 내측의 영역을 제외한 차체 외측의 영역에 설치되는 것이 바람직하다.

본 발명에 관련되는 프런트 사이드 멤버는, 후단부에 있어서의, 비담금질부 및 상기 고주파 담금질부가, 그 후단부의 선단으로부터 통체의 축방향을 향해 교대로, 각각 1개 또는 2개 이상 설치되는 것이 바람직하다.

본 발명에 관련되는 프런트 사이드 멤버는, 비담금질부가, 천공 가공에 의한 천공부 및 용접되는 용접부를 포함하는 영역에 설치되는 것이 바람직하다.

본 발명에 관련되는 프런트 사이드 멤버는, 통체가, 외부를 향한 플랜지를 갖지 않는 것이 바람직하다.

본 발명에 관련되는 프런트 사이드 멤버는, 고주파 담금질부의 인장 강도가, 1100㎫ 초과 또는 600㎫ 이상 1100㎫ 이하인 것과 더불어, 비담금질부의 인장 강도가, 600㎫ 미만인 것이 바람직하다.

또한, 다른 관점으로부터, 본 발명은, 사이드실에 접속되어 상방을 향해 연장되어 존재함과 더불어 닫힌 폐단면을 가지는 제1의 부분과, 이 제1의 부분에 연속해서 경사 방향을 향해 연장되어 존재함과 더불어 폐단면을 가지는 제2의 부분을 구비하는 A필러와, 이 A필러에 연속함과 더불어 B필러에 접속하고, 폐단면을 가지는 루프 레일 사이드를 구비하는 자동차 차체의 측부 구조로서, 폐단면을 가짐과 더불어 삼차원으로 굴곡한 형상을 가지며, 또한 고주파 담금질 처리된 축방향으로 단일의 부재에 의해 구성된 측부 보강 부재가, 적어도, 제2의 부분의 내부 및, 루프 레일 사이드의 내부로서 B필러의 접속부보다 후방의 위치까지의 사이에, 배치되는 것을 특징으로 하는 자동차 차체의 측부 구조이다.

이 본 발명에 관련되는 자동차 차체의 측부 구조에서는, 측부 보강 부재에 있어서의, B필러와의 접속을 위해 용접되는 영역에는, 담금질 처리가 행해지지 않는 것이 바람직하다.

이들 본 발명에 관련되는 자동차 차체의 측부 구조에서는, 자동차 차체가 루프 레일 사이드에 연속함과 더불어 폐단면을 가지는 C필러를 구비하고, 측부 보강 부재가 C필러의 내부에 배치되는 것이 바람직하다.

이들 본 발명에 관련되는 자동차 차체의 측부 구조에서는, 제2의 부분의 내부에 배치되는 측부 보강 부재의 선단부에는, 담금질 처리가 행해지지 않는 것이 바람직하다.

이들 본 발명에 관련되는 자동차 차체의 측부 구조에서는, 측부 보강 부재가, 또한, 제1의 부분의 내부에 배치되는 것이 바람직하다.

이들 본 발명에 관련되는 자동차 차체의 측부 구조에서는, 측부 보강 부재가, 외부를 향한 플랜지를 갖지 않는 것이 바람직하다.

이들 본 발명에 관련되는 자동차 차체의 측부 구조에서는, 측부 보강 부재에 있어서의 고주파 담금질 처리된 부분의 인장 강도가, 1100㎫ 초과 또는 600㎫ 이상 1100㎫인 것이 바람직하다.

이들 본 발명에 관련되는 자동차 차체의 측부 구조에서는, 측부 보강 부재에 있어서의 담금질 처리가 행해지지 않는 부위의 인장 강도가, 600㎫ 미만인 것이 바람직하다.

상술한 본 발명에 관련되는 자동차 차체용 강도 부재, 프런트 사이드 멤버 또는, 자동차 차체의 측부 구조에 있어서의 측부 보강 부재는, 지지 수단에 의해 지지되는 피가공재인 금속재(자동차 차체용 강도 부재, 프런트 사이드 멤버 또는, 측부 보강 부재의 소재)를 상류로부터 하류를 향해 이송 장치에 의해 송출하면서, 이 지지 수단의 하류에서 굽힘 가공을 행하는 굽힘 가공 방법을 이용하여, 이차원 또는 삼차원으로 굴곡하는 굽힘 가공부와 담금질부를 길이 방향 및/또는 이 길이 방향과 교차하는 면내의 둘레 방향을 향해 단속적 또는 연속적으로 가지는 굽힘 가공 제품을 제조하는 방법으로서, 지지 수단의 하류에서 금속재의 가열 수단에 의해, 송출되는 금속재의 일부를 부분적으로 담금질이 가능한 온도역으로 가열함과 더불어, 가열 수단의 하류에 배치되는 냉각 수단에 의해, 가열 수단에 의해 가열된 부분을 향해 냉각 매체를 내뿜음으로써, 금속재의 적어도 일부를 담금질하고, 냉각 수단의 하류에 배치되고, 가열 수단에 의해 가열된 금속재를 축방향으로 송출할 수 있는 복수의 롤을 가지는 가동 롤러 다이의 위치를 이차원 또는 삼차원으로 변경함으로써, 축방향으로 송출되는 금속재에 있어서의, 가열 수단에 의해 가열된 부분에 굽힘 모멘트를 부여함으로써 금속재에 굽힘 가공을 행하고, 또한, 금속재에 있어서의, 가동 롤러 다이를 뺀 부분을 지지함으로써, 굽힘 가공에 의한 성형품의 오차를 억제함으로써, 제조된다.

본 발명에 관련되는 자동차 차체용 강도 부재, 프런트 사이드 멤버 및 자동차 차체의 측부 구조에 있어서의 측부 보강 부재는, 이와 같이 하여 제조되므로, 이차원 또는 삼차원으로 굴곡하는 굴곡부의 곡율 반경은, 일정하게 하는 것(예를 들면 원호 형상)도 가능하고, 혹은 일정하지 않게 하는 것, 즉 길이 방향의 부위에 의해 곡율 반경이 변화하는 형상으로 할 수도 있다. 특히 프런트 사이드 멤버나 각종의 필러 등의 자동차 차체용 강도 부재에서는, 삼차원으로 굴곡하는 굴곡부의 곡율 반경이, 길이 방향의 부위에 의해 변화하는 형상인 것이 많지만, 본 발명에 의하면, 이러한 자동차 차체용 강도 부재도 제공된다.

본 발명에 관련되는 자동차 차체용 강도 부재, 프런트 사이드 멤버 및 자동차 차체의 측부 구조에 있어서의 측부 보강 부재는, 지지 수단에 의해 지지되는 피가공재인 금속재를 상류측으로부터 하류측을 향해 송출 장치에 의해 송출하면서, 이 지지 수단의 하류에서 굽힘 가공을 행하는 굽힘 가공 방법을 이용하여, 이차원 또는 삼차원으로 굴곡하는 굽힘 가공부와 담금질부를 길이 방향 및/또는 길이 방향과 교차하는 면내의 둘레 방향을 향해 단속적 또는 연속적으로 가지는 굽힘 가공 제품을 제조하는 장치로서, 지지 수단의 하류의 금속재의 외주를 포위하여 배치되고, 금속재의 일부를 부분적으로 담금질이 가능한 온도역으로 가열하기 위한 가열 수단과, 적어도 1조의 롤쌍을 가짐과 더불어, 가열 수단의 하류에 그 위치가 이차원 또는 삼차원으로 변경 가능하게 배치되고, 가열 수단에 의해 가열된된 금속재를 그 축방향으로 송출하면서, 그 위치를 이차원 또는 삼차원으로 변경하여, 가열 수단에 의해 가열된 부분에 굽힘 모멘트를 부여함으로써 굽힘 가공을 행하는 가동 롤러 다이와, 금속재에 있어서의, 가동 롤러 다이를 뺀 부분을 지지 또는 안내함으로써, 굽힘 가공 후에 있어서의 금속재의 오차를 억제하기 위한 서포트 가이드를 구비하는 제조 장치를 이용해 제조된다.

이 제조 장치에서는, 또한, 가열 수단과 가동 롤러 다이의 사이에 배치되고, 가열 수단에 의해 부분적으로 가열된 금속재의 일부를 냉각함으로써, 금속재의 일부를 담금질하기 위한 냉각 수단을 구비하는 것이 바람직하고, 또, 가동 롤러 다이가, 그 위치의 변경시의 이동 속도가 변경 가능한 것이 바람직하다.

이들 장치를 이용하면, 금속재의 굽힘 가공에 있어서, 금속재의 하류측의 부분을 이동 가능하게 지지하여 일정 속도로 송출하면서 열처리함으로써, 소정의 냉각 속도를 확보할 수 있고, 굽힘 가공된 금속재를 균일하게 냉각할 수 있으므로, 고강도이며 형상 동결성이 좋고 균일한 경도의 자동차 차체용 강도 부재를 얻을 수 있다.

예를 들면, 고주파 가열 코일에 의해 피가공재인 강관을 단속적 또는 연속적으로 AC₃ 변태점 이상이며, 또한 조직이 조립화하지 않는 온도까지 가열하고, 가열된 부분을, 가동 롤러 다이를 이용해 소성 변형시켜 원하는 형상으로 굽히고, 그 직후에 물 또는 기름을 주체로 하는 냉각 매체 또는 그 외의 냉각액, 또는 기체 또는 미스트를, 굽힘 가공된 강관의 외면, 또는 내면 및 외면으로 내뿜음으로써, 100℃/sec 이상의 높은 냉각 속도를 얻을 수 있다.

또, 굽힘 모멘트를 부여하는 가동 롤러 다이는, 금속재의 표면에 맞닿아 회전하면서 금속재를 지지하므로, 표면에 있어서의 소부 흠집의 발생을 억제할 수 있고, 효율적으로 굽힘 가공할 수 있다. 마찬가지로, 지지 수단도 금속재의 표면에 맞닿아 회전하면서 금속재를 지지하기 위해, 금속재와의 소부를 억제할 수 있다.

이들 장치에서는, 가동 롤러 다이가, 상하 방향으로의 쉬프트 기구, 금속재의 축방향과 직교하는 수평인 좌우 방향으로의 쉬프트 기구, 상하 방향에 대해서 경사하는 틸트 기구, 및 금속재의 축방향과 직교하는 수평한 좌우 방향에 대해서 경사하는 틸트 기구 중 적어도 1개 이상의 기구를 가지는 것이 바람직하다. 이로 인해, 금속재의 굽힘 형상이 다방면에 걸쳐, 굽힘 방향이 이차원적으로 다른 굽힘 가공, 또한 굽힘 방향이 삼차원적으로 다른 굽힘 가공을, 효율적으로 행할 수 있다.

또, 가동 롤러 다이가, 금속재의 축방향으로의 이동 기구를 가지는 것이 바람직하다. 이 이동 기구를 가짐으로써, 금속재의 굽힘 반경이 작은 경우에도, 최적의 암 길이(L)를 확보하면서 굽힘 가공을 행할 수 있으므로, 가공 장치의 대형화를 막을 수 있고, 이로 인해, 굽힘 가공의 정밀도를 높일 수 있다.

이들 장치에서는, 가열 수단 및/또는 냉각 수단이, 상하 방향으로의 쉬프트 기구, 금속재의 축방향과 직교하는 죄우 방향으로의 쉬프트 기구, 상하 방향에 대해서 경사하는 틸트 기구, 및 금속재의 축방향과 직교하는 수평 방향에 대해서 경사하는 틸트 기구 중 적어도 하나 이상의 기구를 가지는 것이 바람직하다. 이로 인해, 가동 롤러 다이와 가열 수단 및 냉각 수단의 동작을 동조시킬 수 있고, 이들 동조에 의해, 더 고정밀도이며 균일한 굽힘 가공을 행할 수 있다.

이 경우에, 가열 수단 및/또는 냉각 수단이, 금속재의 축방향으로의 이동 기구를 가지는 것이 바람직하다. 가열 수단 등이 이동 기구를 가짐으로써, 가동 롤러 다이와의 동조성에 더하여, 굽힘 가공 개시시에 금속관의 선단을 가열하는 것이 가능해짐과 더불어, 금속관의 부착이나 철거 시의 작업성 및 조작성을 향상할 수 있다.

이들 장치에서는, 가동 롤러 다이가, 금속재의 축주위의 둘레 방향으로의 회전 기구를 가지는 것이 바람직하다. 금속재의 굽힘 방향이 이차원적으로 다른 굽힘 형상이나 굽힘 방향이 삼차원적으로 다른 굽힘 형상에 더하고, 비틈 형상을 부여할 수 있다.

이들 장치에서는, 송출 장치가, 금속재를 파지하여 그 축주위의 둘레 방향으로 회전하는 기구를 가지는 것이 바람직하다. 가동 롤러 다이의 회전 기구를 이용하지 않는 경우라도, 금속재의 굽힘 방향이 이차원적으로 다른 굽힘 형상이나 굽힘 방향이 삼차원적으로 다른 굽힘 형상에 더하여, 비틈 형상을 부여할 수 있다.

이 경우, 지지 수단이, 송출 장치의 회전에 동조하여 금속재의 축주위의 둘레 방향으로 회전하는 회전 기구를 가지는 것이 바람직하다. 금속재의 비틈 변형에 있어서, 가동 롤러 다이의 둘레 방향으로는 회전시키지 않고, 지지 수단을 동조시키면서 송출 장치의 회전 기구에 의한 금속재의 후단부를 비틈으로써, 또한 고정밀도로 비틈 형상을 부여할 수 있다. 물론, 가동 롤러 다이를 축주위의 둘레 방향으로 회전시키면서, 지지 수단을 동조시키면서 송출 장치의 회전 기구에 의한 금속재의 후단부를 상대적으로 비틈으로써도, 더 고정밀도로 비틈 형상을 부가할 수 있다.

이들 장치에서는, 가동 롤러 다이가, 한 쌍의 롤 각각이 송출 장치의 이송량에 따라서, 예를 들면 구동 모터 등에 의해 각각의 롤을 구동 회전하는 구동 회전 기구를 가지는 것이 바람직하다. 즉, 가동 롤러 다이가 구동 회전 기구를 갖지 않으면, 이들 롤의 회전은 마찰 저항에 의해서만 구동되게 되고, 굽힘 가공부에 압축 응력이 작용하고, 굽힘 가공부의 내주측에서 증육이 커지거나, 혹은 좌굴이 발생할 우려가 있다. 특히, 피가공재가 박육재이면, 이것들에 기인하여 굽힘 가공이 곤란해지거나, 가공 정밀도가 악화될 우려가 있다.

이에 대해, 가동 롤러 다이가 구동 회전 기구를 가짐으로써, 굽힘 가공부에 작용하는 압축 응력을 완화할 수 있음과 더불어, 송출 장치의 이송량에 따라, 이것과 동조하도록 가동 롤러 다이의 롤 회전 속도를 변경할 수 있으므로, 굽힘 가공부에 인장 응력을 부가할 수 있다. 이 때문에, 굽힘 가공부의 가능 범위가 넓어지고, 제품의 가공 정밀도가 향상한다.

또, 이들 장치에 있어서의 가동 롤러 다이가, 롤쌍을 2조, 3조 또는 4조 가지는 것이 바람직하고, 또한, 금속재가, 닫힌 횡단면을 가지는 중공 부재, 열린 횡단면을 가지는 중공 부재 또는 이형 단면을 가지는 중공 부재인 것이 바람직하다. 가동 롤러 다이의 롤 형식은, 피가공재가 되는 금속재의 단면 형상에 대응하여 적절히 설정하면 된다.

또, 이들 장치에서는, 가열 수단의 상류측에 적어도 1개 이상 설치되는 예열 수단에 의해, 금속재에 대해서 여러 차례의 가열, 또는 금속재의 축주위의 둘레 방향에 대해서 가열의 정도가 일정하지 않는 불균일 가열을 행하는 것이 바람직하다. 예열 수단을 복수단 가열로서 이용하는 경우에는, 금속재의 가열 부하를 분산할 수 있고, 굽힘 가공 능률의 향상을 도모할 수 있다. 한편, 예열 수단을 금속재의 불균일 가열로서 이용하는 경우에는, 가동 롤러 다이에 의한 금속재의 굽힘 방향에 기초하여, 예를 들면, 금속재의 가열부에 있어서의 굽힘 가공부의 내면측의 온도가, 굽힘 가공부의 외면측의 온도보다 낮아지도록, 제어함으로써, 굽힘 가공부의 내면측에 발생하는 주름과, 굽힘 가공부의 외면측에 발생하는 균열을, 모두 방지할 수 있다.

이들 장치에서는, 냉각 수단으로서 금속재의 내면에 맨드릴이 삽입되고, 냉각 매체가 공급되는 것이 바람직하다. 특히, 금속재가 후육재인 경우에 냉각 속도를 확보하기 때문에 유효하다.

이들 장치에서는, 냉각 수단으로부터 공급되는 냉각 매체가, 물을 주성분으로 하고, 방청제 및/또는 담금질제가 함유되는 것이 바람직하다. 냉각 장치로부터 공급되는 냉각수에 의해 슬라이딩부가 젖으면, 냉각수에 방청제가 함유되지 않는 경우에는 녹이 발생하므로, 냉각수에 방청제를 함유시키는 것이 바람직하다. 또한, 냉각 수단으로부터 공급되는 냉각 매체를, 물을 주성분으로 하여 담금질제를 함유시킬 수 있다. 예를 들면, 유기 고분자제를 혼입한 것이 담금질제로서 알려져 있다. 담금질제를 소정의 농도 혼입함으로써, 냉각 속도를 조정하고 안정된 담금질 성능을 확보할 수 있다.

이들 장치에서는, 가동 롤러 다이에 윤활제 및/또는 냉각 유체를 공급하는 것이 바람직하다. 가동 롤러 다이에 윤활제를 공급하는 경우에는, 금속재의 가열부에 발생하는 스케일을 가동 롤러 다이가 감은 경우에도, 윤활 작용에 의해, 소부의 발생을 저감할 수 있다. 또, 가동 롤러 다이에 냉각 유체를 공급하는 경우에는, 가동 롤러 다이가 냉각 유체에 의해 냉각됨으로써, 가동 롤러 다이의 강도의 저하, 가동 롤러 다이의 열팽창에 의한 가공 정밀도의 저하, 또한 가동 롤러 다이의 표면의 소부의 발생을, 모두 방지할 수 있다.

또한, 이들 장치에서는, 쉬프트 기구, 틸트 기구 및 이동 기구 중 적어도 1개의 기구에 의한 가동 롤러 다이, 가열 수단 또는 냉각 수단의 동작을, 가동 롤러 다이, 가열 수단 또는 냉각 수단을 지지함과 더불어 적어도 1개 이상의 축주위에 회동 가능한 관절을 가지는 관절형 로봇에 의해 행하는 것이 바람직하다.

관절형 로봇을 이용함으로써, 금속관의 굽힘 가공에 있어서, 가동 롤러 다이, 가열 수단 및 냉각 수단이 필요로 하는, 머니퓰레이터가 행하는 상하 방향 또는 좌우 방향으로의 쉬프트 동작, 상하 방향 또는 좌우 방향으로 경사하는 틸트 동작, 또는 전후 방향으로의 이동 동작을, 제어 신호에 기초하는 일련의 동작으로 하는 것이 용이해지고, 굽힘 가공의 효율화와 더불어 가공 장치의 소형화를 도모할 수 있다.

다른 면으로부터는, 본 발명에 관련되는 자동차 차체용 강도 부재, 프런트 사이드 멤버 및 자동차 차체의 측부 구조에 있어서의 측부 보강 부재는, 전봉 강관의 제조 라인을 구성하는, 띠형상 강판을 연속적으로 풀어 내는 언코일러와, 풀어 내어진 띠형상 강판을 소정의 단면형상의 관으로 성형하는 성형 수단과, 맞대어진 띠형상 강판의 양측 가장자리를 용접하여 연속하는 관을 형성하는 용접 수단과, 용접 비드 절삭 및 필요에 따라서 포스트 어닐이나 사이징을 하는 후처리 수단과, 이 후처리 수단의 출측에 배치되는, 상술한 본 발명에 관련되는 굽힘 가공 제품의 제조 장치를 구비하는 굽힘 가공 제품의 제조 설비열에 의해, 제조된다.

또, 본 발명에 관련되는 자동차 차체용 강도 부재, 프런트 사이드 멤버 및 자동차 차체의 측부 구조에 있어서의 측부 보강 부재는, 롤 포밍 라인을 구성하는, 띠형상 강판을 연속적으로 풀어 내는 언코일러와, 풀어 내어진 띠형상 강판을 소정의 단면형상으로 성형하는 성형 수단과, 이 성형 수단의 출측에 배치되는, 상술한 본 발명에 관련되는 굽힘 가공 제품의 제조 장치를 구비하는 굽힘 가공 제품의 제조 설비열에 의해, 제조된다.

본 발명에 관련되는 자동차 차체용 강도 부재, 프런트 사이드 멤버 및 자동차 차체의 측부 구조에 있어서의 측부 보강 부재는, 횡단면이 환형인 강관을 이용할 수 있지만, 강관으로 한정되는 것은 아니며, 각종 횡단면을 가지는 긴 통체이면, 마찬가지로 적용할 수 있다. 예를 들면 강관 이외에, 직사각형, 사다리꼴 또는 복잡한 횡단면을 가지는 폐단면 부재이면, 적용 가능하다.

본 발명에 의하면, 굽힘 가공부와 인장 강도가 1100㎫ 초과가 되도록 열처리된 초고강도 열처리부를 더불어 구비하는 점에 있어서 종래에는 존재하지 않던, 예를 들면 사이드 멤버, 서스펜션 멤버, 크래쉬 박스, 각종 필러, 크로스 멤버, 루프 레일 또한 사이드실 등의 자동차 차체용 강도 부재를, 형상 동결성이 좋고, 소정의 경도 분포를 가짐과 더불어 원하는 치수 정밀도를 가지며, 또한 효율적이고 염가로, 또한, 표면 흠집을 발생시키지 않고, 제공할 수 있게 된다.

본 발명에 의하면, 지금까지는 얻어지지 않던 고강도 및 경량성과 충격 흡수능을 겸비하고, 또한 뛰어난 용접성 및 가공성을 가짐으로써 실제로 공업적 규모로 양산 가능한 프런트 사이드 멤버를 제공할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 의하면, 한층 더한 고강도화 및 경량화와, 거듭되는 차체 제조 코스트의 저하를 높은 차원으로 양립하는 것이 가능해지는 자동차 차체의 측부 구조를 제공하는 것이 가능하게 된다.

도 1은 실시의 형태에 관련되는, 굽힘 가공을 실시하기 위한 굽힘 가공 제품의 제조 장치의 전체 구성을 간략화하여 나타내는 설명도이다.
도 2는 실시의 형태에 있어서 금속재로서 적용 가능한 피가공재의 횡단면 형상을 나타내는 설명도이며, 도 2(a)는 롤 포밍 등에 의해 제조되는 개단면을 가지는 체널을 나타내고, 도 2(b)는 송출 가공에 의해 제조되는 이형 단면을 가지는 채널을 나타낸다.
도 3은 실시의 형태에 있어서의 지지 수단으로서 이용할 수 있는 지지 가이드의 구성의 일례를 나타내는 설명도이며, 도 3(a)는 지지 가이드와 지지 가이드를 구동하는 회전 기구의 배치를 나타내는 단면도이며, 도 3(b)는 지지 가이드의 외관을 나타내는 사시도이다.
도 4는 실시의 형태의 제조 장치의 가공부의 구성을 나타내는 설명도이다.
도 5는 실시의 형태의 제조 장치에 있어서의 가열 장치 및 냉각 장치의 구성예를 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 6은 후육재의 냉각 속도를 확보하기 위해서 중공의 폐단면 부재의 내면에 맨드릴을 삽입한 상황을 나타내는 설명도이다.
도 7은 실시의 형태의 제조 장치의 가동 롤러 다이의 상하 방향 및 좌우 방향으로의 시프트 기구, 및 둘레 방향으로의 회전 기구를 나타내는 설명도이다.
도 8은 실시의 형태의 제조 장치의 가동 롤러 다이의 전후 방향으로의 이동 기구의 설명도이다.
도 9는 실시의 형태의 제조 장치의 가동 롤러 다이를 구성하는 롤을 나타내는 도면이며, 도 9(a)는 금속재가 중공의 폐단면 부재인 경우를 나타내고, 도 9(b)는 금속재가 직사각형관 등의 폐단면 부재, 또는 채널 등의 개단면 부재인 경우를 나타내고, 도 9(c)는 금속재가 직사각형관 등의 폐단면 부재, 또는 채널 등의 이형 단면 부재인 경우를 나타낸다.
도 10은 예열 장치를 금속재의 불균일 가열로서 이용하는 경우의 작용을 설명하는 도면이다.
도 11은 서포트 가이드의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 12는 서포트 가이드의 다른 일례를 나타내는 설명도이다.
도 13은 서포트 가이드의 다른 일례를 나타내는 설명도이다.
도 14는 서포트 가이드의 다른 일례를 나타내는 설명도이다.
도 15는 서포트 가이드의 다른 일례를 나타내는 설명도이다.
도 16은 서포트 가이드의 다른 일례를 나타내는 설명도이다.
도 17은 서포트 가이드의 다른 일례를 나타내는 설명도이다.
도 18은 서포트 가이드의 다른 일례를 나타내는 설명도이다.
도 19는 실시의 형태의 제조 장치에서 이용할 수 있는 관절형 로봇의 구성을 나타내는 설명도이다.
도 20은 실시의 형태의 제조 장치에서 이용되는 관절형 로봇의 다른 구성예를 나타내는 설명도이다.
도 21은 피가공재의 일례인 전봉 강관의 제조 공정의 전체를 나타내는 설명도이다.
도 22는 피가공재의 제조에 이용되는 롤 포밍 공정의 전체 구성을 나타내는 도면이다.
도 23의 (a) 및 (b)는, 본 실시의 형태에 의해 제조되는 자동차 차체용 강도 부재의 일례인 사이드 멤버와 범퍼 리인포스 일체 구성 부품(40)을 나타내는 설명도이다.
도 24의 (a)∼(e)는, 프런트 사이드 멤버를 나타내는 설명도이다.
도 25의 (a) 및 (b)는 B필러를 나타내는 설명도이다.
도 26의 (a) 및 (b)는 크로스 멤버를 나타내는 설명도이다.
도 27의 (a) 및 (b)는 A필러∼루프 레일 사이드 일체 구조품을 나타내는 설명도이다.
도 28의 (a)는 AC3점 이상으로 가열한 후에 급냉하는 통상의 담금질 조건을 나타내는 그래프이며, (b)는 AC3점 이상으로 가열한 후에 완냉각하는 조건을 나타내는 그래프이며, (c)는 AC1점 이하로 가열한 후에 급냉하는 조건을 나타내는 그래프이며, (d)은 AC1점 이상 AC3점 이하의 온도역으로 가열한 후에 급냉하는 조건을 나타내는 그래프이며, 또한 (e)는 AC1점 이상 AC3점 이하의 온도역으로 가열한 후에 완냉각하는 조건을 나타내는 그래프이다.
도 29는 자동차 차체의 엔진 컴파트먼트 내의 좌우의 세로벽부에 전후 방향으로 대략 수평하게 연장 설치하여 용접되는 프런트 사이드 멤버를 나타내는 설명도이다.
도 30은 프런트 사이드 멤버의 제1의 예를 나타내는 설명도이다.
도 31은 프런트 사이드 멤버의 제2의 예를 나타내는 설명도이다.
도 32는 프런트 사이드 멤버의 제2의 예의 적합한 형태를 나타내는 설명도이다.
도 33은 프런트 사이드 멤버의 제3의 예를 나타내는 설명도이다.
도 34의 (a)∼(d)는, 프런트 사이드 멤버의 제4∼7의 예를 나타내는 설명도이다.
도 35의 (a) 및 (b)는, 프런트 사이드 멤버의 제8, 9의 예를 나타내는 설명도이다.
도 36의 (a) 및 (b)는, 프런트 사이드 멤버의 제10, 11의 예를 나타내는 설명도이다.
도 37은 프런트 사이드 멤버의 제12의 예를 나타내는 설명도이다.
도 38은 도 31에 나타내는 프런트 사이드 멤버의 제2의 예에 있어서, 후단부의 선단으로부터 본체의 축방향을 향해 비담금질부를 1개 형성한 제13의 예를 나타내는 설명도이다.
도 39는 비담금질부가, 천공 가공에 의한 천공부 및 용접되는 용접부를 포함하는 영역에 설치되는 프런트 사이드 멤버의 제14의 예를 나타내는 설명도이다.
도 40은 실시의 형태 1의 자동차 차체의 측부 구조의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 41은 실시의 형태 1의 측부 보강 부재의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 42의 (a)는 도 40에 있어서의 A-A 단면을 나타내고, (b)는 도 40에 있어서의 B-B 단면을 나타낸다.
도 43은 실시의 형태 2의 측부 보강 부재를 나타내는 설명도이다.
도 44는 도 40에 있어서의 C-C 단면도이다.
도 45는 도 40에 있어서의 D-D 단면도이다.

［실시의 형태 1］

이하, 본 발명에 관련되는 자동차 차체용 강도 부재를 실시하기 위한 최선의 형태를, 그 제조 방법 및 제조 장치, 및 그 제조 설비열과 더불어, 첨부 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.

처음에, 본 실시의 형태의 (Ⅰ)전체 구성 및 지지 수단, (Ⅱ)가공부의 구성 및 가열, 냉각 장치, (Ⅲ)가동 롤러 다이, (Ⅳ)예열 수단과 그 작용, (Ⅴ)서포트 가이드, (Ⅵ)관절형 로봇의 구성 배치, 및 (Ⅶ)굽힘 가공 설비열을, 첨부 도면을 참조하면서 이하에 순차적으로 설명한다.

(Ⅰ)전체 구성 및 지지 수단

도 1은, 본 실시의 형태에 관련되는, 굽힘 가공을 실시하기 위한 굽힘 가공 제품의 제조 장치(0)의 전체 구성을 간략화하여 나타내는 설명도이다.

본 실시의 형태에서는, 지지 수단(2, 2)에 의해 그 축방향으로 이동 가능하게 지지된 피가공재인 금속재(1)를, 상류측으로부터 순차 또는 연속적으로 송출 장치(3)에 의해 송출하면서, 지지 수단(2, 2)의 하류측에서 굽힘 가공을 행한다.

도 1에 나타내는 금속재(1)는, 횡단면 형상이 환형인 강관이다. 그러나, 본 발명은 강관에 한정되는 것은 아니며, 폐단면을 가지는 긴 피가공재이면, 마찬가지로 적용으로 할 수 있다. 금속재(1)는, 도 1에 나타내는 강관 이외에, 직사각형, 사다리꼴 또는 복잡한 형상의 폐단면을 가진다.

도 2는, 본 실시의 형태에 있어서 금속재(1)로서 적용 가능한 피가공재(1-1∼1-3)의 횡단면을 나타내는 설명도이며, 도 2(a)는 롤 포밍 등에 의해 제조되는 개단면을 가지는 채널(1-1)을 나타내고, 도 2(b)는 송출 가공에 의해 제조되는 이형 단면을 가지는 채널(1-2, 1-3)을 나타낸다. 본 실시의 형태의 제조 장치(0)에서는, 적용되는 금속재(1)의 횡단면 형상에 따라, 후술하는 가동 롤러 다이(4)나 지지 수단(2)에 있어서의 금속재(1)의 접촉부의 형상을 적절히 설정하면 된다.

도 1에 나타내는 제조 장치(0)는, 금속재(1)를 그 축방향으로 송출하면서 소정의 위치에서 지지하기 때문에, 금속재(1)의 이동 방향으로 이간하여 배치되는 2조의 지지 수단(2, 2)과, 지지 수단(2, 2)의 상류측에 배치되어 금속재(1)를 단속적 또는 연속적으로 송출하기 위한 송출 장치(3)를 구비한다. 또, 제조 장치(0)는, 2조의 지지 수단(2, 2)의 하류측에 배치되어, 금속재(1)를 그 축방향으로 송출함과 더불어 그 설치 위치가 이차원 또는 삼차원으로 변경 가능한 가동 롤러 다이(4)를 구비한다.

가동 롤러 다이(4)의 입측에는, 금속재(1)의 외주에 배치되고, 금속재(1)의 길이 방향의 일부를 부분적으로 급속히 가열하기 위한 가열 수단인 고주파 가열 코일(5)과, 고주파 가열 코일(5)에 의해 부분적으로 급속히 가열된 금속재(1)의 피가열부로서, 가동 롤러 다이(4)의 이차원 또는 삼차원의 이동에 의해 굽힘 모멘트가 부여되는 부분의 하류측에 인접하는 부분을 급냉하기 위한 냉각 수단인 수냉 장치(6)가 배치된다.

또한, 가동 롤러 다이(4)의 출측에는, 금속재(1)의, 가동 롤러 다이(4)를 뺀 부분을 지지함으로써, 굽힘 가공 후에 있어서의 금속재(1)에 생기는 변형에 기인한 치수법의 오차를 억제하기 위한 서포트 가이드(30)가 배치된다.

도 1에 나타내는 본 실시의 형태에서는, 금속관(1)으로서 횡단면이 환형인 강관을 이용하므로, 지지 수단(2)으로서, 각각의 회전축이 평행해지도록 서로 이간하여 대향 배치되는 2조의 한 쌍의 구멍형 롤을 이용하지만, 지지 수단(2)은, 한 쌍의 구멍형 롤에 한정하는 것은 아니며, 금속재(1)의 횡단면형상에 따라 적당한 것을 이용하면 된다. 또, 한 쌍의 구멍형 롤을 이용하여 지지 수단을 구성하는 경우라도, 도 1에 나타내는 바와 같이, 2조의 지지롤쌍(2, 2)에 의해 구성하는 것으로는 한정되지 않고, 1조 또는 3조 이상의 지지롤쌍(2)을 이용해도 된다.

도 3은, 본 실시의 형태에 있어서의 지지 수단(2)로서 이용할 수 있는 지지 가이드의 구성의 일례를 나타내는 설명도이며, 도 3(a)는 지지 가이드(2)와 지지 가이드(2)를 구동하는 회전 기구(9)의 배치를 나타내는 단면도이며, 도 3(b)는 지지 가이드(2)의 외관을 나타내는 사시도이다.

도 3에 나타내는 예는, 금속재(1)가, 횡단면이 사각형인 사각관인 경우이며, 지지 가이드(2)는, 사각관(1)을 회전 가능하게 유지한다. 지지 가이드(2)는, 고주파 가열 코일(5)에 근접해 설치됨으로써, 가열 방지를 위해서 비자성재에 의해 구성됨과 더불어, 도 3(b)에 나타내는 바와 같이 2분할, 또는 그 이상으로 분할되고, 분할된 개소에는 테플론(등록상표) 등의 절연물(도시 생략)이 장착되는 것이 바람직하다.

지지 가이드(2)에 직결하여, 구동용 모터(10) 및 회전 기어(10a)로 구성되는 회전 기구(9)가 설치되고, 이로 인해, 후술하는 바와 같이, 지지 가이드(2)는 송출 장치(3)의 회전에 동조하여 금속재(1)의 축주위의 둘레 방향으로 회전할 수 있다. 이로 인해, 금속재(1)를 비틈 변형하는 경우에, 금속재(1)에 고정밀도의 비틈 변형을 부여할 수 있다.

제조 장치(0)는, 금속재(1)의 지지 수단(2)으로서 도 1에 나타내는 지지롤, 또는 도 3에 나타내는 지지 가이드의 어느 것도 이용할 수 있지만, 이하의 설명에서는, 금속재로서 도 1에 나타내는 강관(1)을 이용함과 더불어 한 쌍의 지지롤(2)을 이용하는 경우를 예로 든다. 그러나, 본 발명에서는, 금속재가 환관인 경우뿐만 아니라 환관 이외의 폐단면 부재여도 된다. 또, 본 발명은, 지지롤로 바꾸어 지지 가이드를 채용하는 경우에도 마찬가지로 적용된다.

(Ⅱ) 가공부의 구성, 가열 장치 및 냉각 장치

도 4는, 본 실시의 형태의 제조 장치(0)의 가공부의 구성을 나타내는 설명도이다.

이 도면에 나타내는 바와 같이, 금속재(1)를 유지하는 2조의 지지롤쌍(2, 2)과, 그 하류측에는 가동 롤러 다이(4)가 배치된다. 가동 롤러 다이(4)의 입측에는, 고주파 가열 코일(5) 및 냉각 장치(6)가 배치된다. 또한, 2조의 지지롤쌍(2, 2)의 사이에는 예열 장치(5a)가 설치되고, 또한, 가동 롤러 다이(4)의 입측의 직근부에는 윤활제의 공급 장치(8)가 배치된다.

도 4에 있어서, 2조의 지지롤쌍(2, 2)을 통과한 금속재(1)를, 가동 롤러 다이(4)에 의해, 그 길이 방향으로 송출하면서 지지하고, 이 가동 롤러 다이(4)의 위치, 또한 필요에 따라서 이동 속도를, 이차원 또는 삼차원으로 제어하면서, 금속재(1)의 외주에 배치된 고주파 가열 코일(5)를 이용하여 금속재(1)를 부분적으로, 담금질 가능한 온도로 급속히 가열함으로써, 금속재(1)를 소정의 형상의 굽힘 가공함과 더불어, 냉각 장치(6)를 이용하여 굽힘 가공된 부분을 부분적으로 급냉한다.

굽힘 가공 시에는, 2조의 지지롤쌍(2, 2)을 통과한 금속재(1)가 고주파 가열 코일(5)에 의해, 담금질이 가능한 온도역으로 가열됨으로써, 가동 롤러 다이(4)에 의한 금속재(1)의 굽힘 가공부의 항복점이 저하하여 변형 저항이 저하하므로, 금속재(1)를 용이하게 원하는 형상으로 굽힘 가공할 수 있다.

또한, 가동 롤러 다이(4)는, 구멍형 롤쌍(2, 2)에 의해 금속재(1)를 축방향으로 송출하면서 지지함으로써, 가동 롤러 다이(4)의 표면에 발생하는 소부 흠집을 억제할 수 있다. 또한, 가동 롤러 다이(4)에 윤활제를 공급하므로, 금속재(1)의 가열부에 발생하는 스케일이 가동 롤러 다이(4)의 내부에 말려 들어간 경우에도, 가동 롤러 다이(4)의 표면으로의 윤활 작용에 의해, 소부 흠집의 발생을 저감할 수 있다.

또, 이 제조 장치(0)에서는, 가동 롤러 다이(4)에 냉각 유체를 공급할 수도 있으므로, 가동 롤러 다이(4)가 냉각 유체에 의해 냉각된다. 이로 인해, 가동 롤러 다이(4)의 강도의 저하, 가동 롤러 다이(4)의 열팽창에 의한 가공 정밀도의 저하, 또한 가동 롤더 다이(4)의 표면의 소부 흠집의 발생을, 모두 방지할 수 있다.

도 5는, 본 실시의 형태에 있어서의 가열 장치(5) 및 냉각 장치(6)의 구성예를 모식적으로 나타내는 설명도이다.

가열 장치(5)는, 가열부를 형성하기 위해 금속재(1)의 외주에 환상으로 배치되는 고주파 가열 코일(5)에 의해 구성되고, 금속재(1)를 부분적으로 담금질이 가능한 온도역으로 가열한다. 다음에, 가동 롤러 다이(4)가 이차원 또는 삼차원으로 이동함으로써, 가열 장치(5)에 의한 금속재(1)의 가열된 부분에, 굽힘 모멘트를 부여한다.

또, 냉각 장치(6)로부터 냉각 매체를 금속재(1)의 가열부에 분사함으로써, 금속재(1)의 가열된 부분을 담금질한다.

상술한 바와 같이, 고주파 가열되기 전의 금속재(1)는, 2조의 지지롤쌍(2, 2)에 의해 지지된다. 본 실시의 형태는, 가열 장치(5) 및 냉각 장치(6)를 일체로 구성한 경우이지만, 따로 따로 구성하도록 해도 된다.

이와 같이 하여, 금속재(1)를 단속적 또는 연속적으로 AC3 변태점 이상으로, 또한 금속 조직을 구성하는 결정립이 조대로 되지 않는 온도까지 가열할 수 있고, 또한 국부적인 가열부에 가동 롤러 다이(4)를 이용하여 소성 변형을 일으키고, 그 직후에 냉각 매체를 분사함으로써 100℃/sec 이상의 냉각 속도에 의한 담금질를 행할 수 있다.

따라서, 굽힘 가공이 실시된 금속재(1)는, 뛰어난 형상 동결성 및 안정된 품질을 확보할 수 있다. 예를 들면, 저강도의 금속 소재를 출발 재료로서 굽힘 가공을 행한 경우라도, 축방향으로 균일하게 담금질함으로써 강도를 올리고, 인장 강도가 900㎫ 이상, 또한 1300㎫급 이상에 상당하는 굽힘 가공 제품을 제조할 수 있다.

금속재(1)가 후육이 되면, 100℃/sec 이상의 냉각 속도를 확보하는 것이 곤란해지는 경우가 있지만, 금속재(1)가 환관, 직사각형관 또한 사다리꼴관 등의 중공의 폐단면 부재(금속관재)인 경우에는, 원하는 냉각 속도를 확보하기 위한 냉각 수단으로서, 폐단면 부재의 내부에 맨드릴 바를 삽입하는 것이 바람직하다.

도 6은, 후육재의 냉각 속도를 확보하기 위해서 중공의 폐단면 부재의 내면에 맨드릴 바를 삽입한 상황을 나타내는 설명도이다.

중공의 폐단면 부재가 후육인 경우에는, 냉각 수단으로서 그 내부에 맨드릴 바(6a)를 삽입하고, 금속재(1)의 외주에 배치한 냉각 수단(6)과 동조하여, 냉각 매체를 공급함으로써, 원하는 냉각 속도를 확보할 수 있다. 이 경우, 금속재(1)의 내부를 유체 또는 미스트로 냉각하면 되고, 맨드릴 바(6a)는 비자성체 또는 내화물에 의해 구성하는 것이 바람직하다.

본 실시의 형태의 제조 장치(0)에서는, 냉각 수단(6)으로부터 공급되는 냉각 매체로서, 물을 주성분으로 하여 방청제를 함유시킨 것을 이용하는 것이 바람직하다. 공급되는 냉각수에 따라서 가공 장치의 슬라이딩부가 젖으면, 냉각수에 방엉제가 함유되지 않는 경우에는 녹이 발생함으로써, 냉각수에 방청제를 함유시키는 것이 유효하다.

또한, 냉각 수단(6)으로부터 공급되는 냉각 매체로서 물을 주성분으로 하여담금질제를 함유시키는 것이 바람직하다. 예를 들면, 유기 고분자제를 혼입한 것이 담금질제로서 알려져 있다. 소정의 농도의 담금질제를 첨가함으로써, 냉각 속도를 조정하여 안정된 담금질 성능을 확보할 수 있다.

(Ⅲ) 가동 롤러 다이(4)의 구성

도 7은, 본 실시의 형태의 제조 장치(0)에 있어서의 가동 롤러 다이(4)의 상하 방향 및 좌우 방향으로의 시프트 기구, 및 금속관의 축주위의 둘레 방향으로의 회전 기구를 나타내는 설명도이다.

도 7에 나타내는 가동 롤러 다이(4)는, 도 1에 나타내는 가동 롤러 다이(4)와는 달리, 피가공재인 금속재(환관)(1)를 그 축방향으로 송출하면서 지지하는 4개의 롤을 구비하는 것이다. 상하 방향으로의 쉬프트 기구는 구동 모터(8)에 의해 구성되고, 좌우 방향으로의 쉬프트 기구는 구동 모터(9)에 의해 구성된다. 또, 둘레 방향으로의 회전 기구는 구동 모터(10)에 의해 구성된다.

도 7에는, 가동 롤러 다이(4)를 상하 방향 및 좌우 방향으로 경사시키는 틸트 기구의 구성을 나타내고 있지 않지만, 이 틸트 기구는 특별히 한정을 필요로 하는 것은 아니며, 주지 관용의 기구를 이용하면 된다.

도 8은, 가동 롤러 다이(4)의 전후 방향으로의 이동 기구의 설명도이다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 굽힘 가공에 필요한 굽힘 모멘트(M)는, 암 길이(금속재(1)의 가공 길이)를 L로 하면, 하기 (A)식에 의해 정해진다.

M=P×L=P×Rsinθ ......(A)

따라서, 암 길이(L)가 커질 수록, 핀치 롤(가동 롤러 다이)(4)에 작용하는 힘(P)은 작아진다. 즉, 굽힘 반경이 소경에서 대경까지의 가공 범위를 대상으로 하면, 가동 롤러 다이(4)를 전후 방향으로 이동시키지 않는 경우에는, 굽힘 반경이 작은 금속재(1)의 가공에 있어서의 가공력(P)이 설비의 능력을 초과하는 일이 있다. 이 때문에, 굽힘 반경이 소경인 금속재(1)의 가공에 맞춰 암 길이(L)를 크게 설정하면, 굽힘 반경이 대경인 금속재의 가공에 있어서, 가동 롤러 다이(4)의 쉬프트 기구 및 틸트 기구를 구성하기 위해서는 큰 스트로크가 필요해지고, 가공 장치가 대형화한다.

한편, 제조 장치(0)의 정지 정밀도나 허용 오차를 고려하면, 암 길이(L)를 작게 한 경우에는 가공 정밀도가 악화된다. 이 때문에, 금속재(1)의 굽힘 반경에 따라서, 가동 롤 다이(4)를 전후 방향으로 이동 가능하게 배치함으로써, 최적의 암 길이(L)를, 금속재(1)의 굽힘 반경에 상관없이 얻어지므로, 가공 가능 범위를 확대할 수 있다. 또한, 이 경우에 가공 장치를 대형화시키는 일 없이, 충분히 가공 정밀도를 확보할 수 있다.

마찬가지로, 본 실시의 형태의 제조 장치(0)에서는, 고주파 가열 장치 및 냉각 장치에 대해서도 각각 단독 또는 공통되게 전후 방향으로의 이동 기구를 가진다. 이로 인해, 가동 롤러 다이(4)와의 동조성을 확보할 수 있는 것에 더하여, 굽힘 가공 개시시의 금속재(1)의 선단을 가열할 수 있게 됨과 더불어, 금속재(1)의 부착이나 철거시의 작업성 및 조작성을 모두 향상할 수 있다.

도 9는, 본 실시의 형태의 제조 장치(0)의 가동 롤러 다이(4)를 구성하는 각종 롤을 나타내는 설명도이며, 도 9(a)는 금속재(1)가 환관 등의 폐단면 부재인 경우를 나타내고, 도 9(b)는 금속재(1)가 직사각형관 등의 폐단면 부재, 또는 채널 등의 개단면 부재인 경우를 나타내고, 도 9(c)는 금속재(1)가 직사각형관 등의 폐단면 부재, 또는 채널 등의 이형 단면 부재인 경우를 나타낸다.

가동 롤러 다이(4)의 롤 형식은, 금속재(1)의 단면 형상에 따라서 설계하는 것이 가능하고, 도 9(a)∼도 9(c)에 나타내는 바와 같이, 2롤 또는 4롤로 구성하는 이외에, 가동 롤러 다이(4)를 3롤로 구성할 수도 있다.

통상, 굽힘 가공을 행하는 금속재의 단면 형상을 환형, 직사각형, 사다리꼴 또는 복잡한 형상을 가지는 롤 포밍 등에 의한 폐단면 형상, 또는 개단면 형상, 또는 송출 가공에 의한 이형 단면 형상으로 할 수 있지만, 금속재(1)의 단면 형상이 실질적으로 직사각형인 경우에는, 도 9(c)에 나타내는 바와 같이, 가동 롤러 다이(4)를 4롤로 구성하는 것이 바람직하다.

본 실시의 형태의 제조 장치(0)에서는, 금속재(1)에 비틈 변형을 부가하기 위해서, 도 7에 나타내는 바와 같이, 가동 롤러 다이(4)에 금속재(1)의 축주위의 둘레 방향으로의 회전 기구를 설치하는 것이 바람직하다. 동시에, 도 1에서는 나타내고 있지 않지만, 송출 장치(3)에, 금속재(1)를 파지하여 금속재(1)의 축주위의 둘레 방향으로 회전 가능한 척 기구(7)를 설치하는 것이 바람직하다.

따라서, 제조 장치(0)에 의해 금속재(1)에 비틈 변형을 부가하는 경우에, 가동 롤러 다이(4)의 회전 기구를 이용하여 금속재(1)의 선단부를 비틈 변형하는 방식과, 송출 장치(3)의 회전 기구를 이용하여 금속재(1)의 후단부를 비틈 변형하는 방식을 이용할 수 있다. 통상, 송출 장치(3)의 회전 기구를 이용하는 방식에서는 컴팩트한 장치 구조가 되는 것에 반해, 가동 롤러 다이(4)의 회전 기구를 이용하는 방식에서는, 도 7에 나타내는 바와 같이, 장치의 구성이 대규모로 될 우려가 있지만, 어느 방식이라도 금속재(1)에 비틈 변형을 부여할 수 있다.

또, 제조 장치(0)에서는, 또한 지지 수단(2)(지지 롤러, 또는 지지 가이드)에 금속재(1)의 축주위의 둘레 방향으로의 회전 기구를 설치함으로써, 송출 전송 장치(3)의 회전에 동조하여 금속재(1)를 그 축주위의 둘레 방향으로 회전시킬 수 있다. 금속재(1)의 비틈 변형에 있어서, 가동 롤러 다이(4)의 회전 기구를 이용하여 금속재(1)의 선단부를 비틈 변형하는 방식, 또는 송출 장치(3)의 회전 기구를 이용하여 금속재(1)의 후단부를 비틈 변형하는 방식의 어느 것을 채용해도, 지지 수단(2)의 동조에 의해 정밀도가 양호한 비틈 변형을 금속재(1)에 부여할 수 있다.

제조 장치(0)에서는, 가동 롤러 다이(4)를 구성하는 롤쌍 각각에, 구동 회전 기구를 설치함으로써, 송출 전송 장치(3)의 이송량에 따라 구동 모터 등에 의해 이 롤쌍 각각에 구동 회전을 부여할 수 있다. 굽힘 가공 부분에 작용하는 압축 응력을 완화시킴과 더불어, 송출 장치(3)의 이송량에 따라, 이것과 동조하도록 가동 롤러 다이(4)의 롤의 회전 속도를 제어하면, 금속재(1)의 굽힘 가공부에 인장 응력을 부여할 수 있고, 굽힘 가공을 행할 수 있는 범위가 확대하고, 제품의 가공 정밀도를 향상할 수 있다.

(Ⅳ)예열 수단과 그 작용

본 실시의 형태의 제조 장치(0)에서는, 가열 장치(5)의 상류측에 설치된 예열 장치(5a)에 의해, 금속재(1)의 2단 가열, 또는 그 이상의 복수단 가열, 또는 불균일 가열을 행할 수 있다.

예열 수단(5a)을 복수단 가열로서 이용하는 경우에는, 금속재(1)의 가열 부하를 분산할 수 있고, 굽힘 가공의 능률을 향상할 수 있다.

도 10은, 예열 장치(5a)를 금속재(1)의 불균일 가열로서 이용하는 경우의 작용을 설명하는 설명도이다.

예열 장치로서 예열용 고주파 가열 코일(5a)을 금속재(1)의 불균일 가열로서 이용하는 경우에는, 가동 롤러 다이(4)에 의한 금속재(1)의 굽힘 방향에 기초하여, 금속재(1)를 예열용 고주파 가열 코일(5a) 내에 치우쳐 배치함으로써, 금속재(1)의 가열부에 있어서의 굽힘 내면측의 온도가 굽힘 외면측의 온도보다 낮아지도록 설정한다.

구체적으로는, 도 10에 있어서, 금속재(1)의 A측을 예열용 고주파 가열 코일(5a)에 접근하도록 위치시킴으로써, 굽힘 가공의 내면측에 상당하는 B측의 외면 온도보다, 굽힘 가공의 외면측에 상당하는 A측의 외면 온도를 높게 하도록 한다. 이로 인해, 굽힘 가공의 내면측에 발생하는 주름과, 굽힘 가공의 외면측에 발생하는 균열을, 모두 유효하게 방지할 수 있다.

제조 장치(0)에서는, 가동 롤러 다이(4)에 윤활제를 공급할 수 있다. 이로 인해, 금속재(1)의 가열부에 발생하는 스케일을 가동 롤러 다이(4)가 감은 경우에서도, 공급된 윤활제가 나타내는 윤활 작용에 의해, 표면의 소부의 발생을 저감하는 것이 가능하다.

마찬가지로, 제조 장치(0)에서는, 가동 롤러 다이(4)에 냉각 유체를 공급할 수 있다. 가동 롤러 다이(4)의 내부로서 금속재(1)를 유지하는 부위의 근방에 냉각 배관을 설치하여, 가동 롤러 다이(4)에 냉각 유체를 공급함으로써, 가동 롤러 다이(4)가 냉각 유체에 의해 냉각됨으로써, 가동 롤러 다이(4)의 강도의 저하, 가동 롤러 다이(4)의 열팽창에 의한 가공 정밀도의 저하, 또한 가동 롤러 다이(4)의 표면의 소부의 발생을 방지할 수 있다.

(Ⅴ)서포트 가이드(30)

도 11은, 서포트 가이드(30)의 일례(30A)를 나타내는 설명도이다. 서포트 가이드(30A)는, 가동 롤러 다이(4)를 통과한 금속재(1)를 지지함으로써 굽힘 가공 후에 있어서의 금속재(1)의 변형에 기인하는 치수 오차를 억제하기 위한의 것이다.

도 11에 나타내는 서포트 가이드(30A)는, 도 1에 나타내는 횡단면이 원형인 금속재(1)는 아니며, 횡단면이 직사각형인 금속재에 굽힘 가공을 행하는 경우를 나타내고 있고, 가동 롤러 다이(4)가, 좌우 방향으로 쌍을 이루는 롤쌍(4a, 4a) 및 상하 방향으로 쌍을 이루는 롤쌍(4b, 4b)의 합계 4개의 롤로 이루어지는 가동 롤러 다이(4)인 경우를 나타낸다. 또, 금속재(1)의 굽힘 가공부는 수평면 내에서만 형상이 변화하는 2차원 굽힘 형상의 경우이다.

가동 롤러 다이(4)는, 굽힘 가공시에는, 금속재(1)의 선단을, 롤쌍(4b, 4b)에 의해 상하 방향으로, 또한 롤쌍(4a, 4a)에 의해 좌우 방향으로 각각 위치 결정하면서, 소정의 공간 위치로의 이동, 즉 수평 방향의 이동(이후 「좌우 쉬프트」라고 한다)과, 평면 내의 회전(이후 「좌우 틸트」라고 한다)을 행한다. 또한, 금속재(1)가 2차원의 굽힘 형상만을 가지는 경우에는 좌우 쉬프트만 행하도록 해도 된다.

도 11에 나타내는 바와 같이, 이 가동 롤러 다이(4)의 출측에는, 서포트 가이드(30A)가 설치된다. 서포트 가이드(30A)는, 가동 롤러 다이(4)의 하우징(도시 생략), 또는 이 하우징으로부터 떨어진 다른 부재에 설치하면 된다.

서포트 가이드(30A)는, 가동 롤러 다이(4)의 출측에 있어서 굽힘 가공된 금속재(1)의 하면을 지지함으로써, 금속재(1)의 굽힘 가공이 행해진 부분으로의 자중을 비롯하여 작용하는 상하 방향의 모멘트에 의한 부가적인 변형을 방지한다. 이 때문에, 서포트 가이드(30A)를 설치함으로써, 제조되는 굽힘 가공 제품의 형상을 소정의 형상으로 고정밀도로 안정되게 제조할 수 있다.

도 12는, 본 실시의 형태에 관련되는 서포트 가이드(30)의 다른 일례(30B)를 나타내는 설명도이다.

본 예도, 횡단면이 직사각형인 금속재에 굽힘 가공을 행하는 경우이며, 도시를 생략한 가동 롤러 다이는 도 4에 나타내는 가동 롤러 다이(4)와 같은 4롤형이다. 또, 금속재(1)의 굽힘 형상은, 수평면 내에서만 굽힘 변형하는 이차원 굽힘 형상이다. 가동 롤러 다이(4)는, 굽힘 가공시에는 금속재(1)의 선단을 상하 방향 및 좌우 방향으로 유지하면서 소정의 공간 위치의 이동, 즉 좌우 쉬프트 및 좌우 틸트를 행한다.

본 예는, 도 11에 나타내는 예와 같이, 가동 롤러 다이(4)의 출측에 서포트 가이드(30B)가 설치되지만, 또한, 서포트 가이드(30B)의 상면에 설치된 홈에, 수평 방향으로 금속재(1)를 가이드하는 롤(111 및 112)이 원주형상으로 이동 가능하게 설치된다. 또, 롤(111 및 112)은, 가공시에 있어서의 금속재(1)의 이동에 따른 이동, 즉 좌우 시프트나 좌우 틸트를 행한다. 이들 움직임은, 도시를 생략한 제어 수단에 접속되고, 송출 장치(3)나 가동 롤러 다이(4)와 동기한다.

도 12에 나타내는 서포트 가이드(30B)에서는, 좌우 틸트는 소정 반경의 움직임이지만, 이차원 굽힘 형상에서는 좌우 쉬프트만으로 구성해도 된다. 또한, 롤(111 및 112)의 한 쪽에, 유압 실린더 등의 압력 부하 수단을 설치해도 된다.

서포트 가이드(30B)는, 가동 롤러 다이(4)의 하우징, 혹은 이 하우징과는 떨어져 있는 다른 부재에 설치하면 된다. 또한, 가동 롤러 다이(4)를 하우징에 고정하면, 좌우 쉬프트나 좌우 틸트의 가동 범위가 작아지기 때문에, 설비적으로는 유리하다. 어느 쪽이든, 서포트 가이드(30B)에 의해 가동 롤러 다이(4)의 출측에서 굽힘 가공 중인 금속재(1)의 하면 및 좌우면을 가이드하고, 가공부에의 자중이나, 가열이나 냉각의 불균일에 기인한 열변형의 불균일에 의한 상하 방향이나 좌우 방향으로의 부가적인 모멘트가 작용해도, 가동 롤러 다이(4)를 뺀 부분의 금속재(1)에 생기는 부가적인 변형을 방지할 수 있고, 편차없이 소정의 목표의 형상을 가지는 굽힘 가공 제품을 제조할 수 있다.

도 13은, 본 실시의 형태에 관련되는 서포트 가이드(30C)의 다른 일례를 나타내는 설명도이다.

본 예는, 그 대부분이 도 12에 나타내는 예와 같지만, 도 12에 나타내는 구성에 더하여, 금속재(1)의 상하 방향을 가이드하는 롤(113)이 추가되어 있다.

롤(113)에는, 에어 실린더나 유압 실린더 등의 압력 부하 수단을 설치하고, 금속재(1)에 압력을 부하하도록 해도 된다. 가동 롤러 다이(4)의 출측에서 굽힘 가공 중의 금속재(1)의 상하면 및 좌우면을 가이드하고, 금속재(1)의 가공부로의 자중이나, 가열이나 냉각의 불균일에 기인한 열변형의 불균일에 의한 상하 방향 및 좌우 방향으로의 부가적인 모멘트가 작용해도, 금속재(1)의 부가적 변형을 방지할 수 있고, 편차없이 목표 치수를 가지는 굽힘 가공 제품을 제조할 수 있다.

도 14는, 본 실시의 형태에 관련되는 서포트 가이드(30)의 다른 일례를 나타내는 설명도이다.

본 실시예에서도, 도 1과 마찬가지로 횡단면이 직사각형의 금속재(1)에 굽힘 가공을 행하는 경우이며, 가동 롤러 다이(4)는 4롤형이다. 또, 굽힘 가공 제품은 완전한 3차원 굽힘 형상을 가진다.

가동 롤러 다이(4)는, 굽힘 가공 중에는 금속재(1)의 선단을 상하 방향 및 좌우 방향으로 위치 결정하면서 소정의 공간 위치의 이동, 즉 좌우 쉬프트 및 좌우 틸트와, 수직 방향의 이동(이후 「상하 쉬프트」라고 한다)과, 평면 내의 회전(이후 「상하 틸 트」라고 한다)을 행한다.

본 실시예에서는 가동 롤러 다이(4)의 출측에 롤형상의 액티브 가이드(30D)가 설치된다. 액티브 가이드(30D)는, 굽힘 가공 중의 금속재(1)의 이동에 따른 이동, 즉 좌우 쉬프트나 좌우 틸트를 행함으로써, 금속재(1)의 하면에 추종하고, 이 하면을 항상 안내한다. 또한, 좌우 틸트는 설치하지 않아도 된다. 이들 움직임은 도시를 생략한 제어 수단에 접속되고, 송출 장치(3)나 가동 롤러 다이(4)와 동기한다.

가동 롤러 다이(4)의 출측에서 굽힘 가공 중의 금속재(1)의 하면이 액티브 가이드(30D)에 의해 지지 및 안내되므로, 가공부로의 자중이나, 가열이나 냉각의 불균일에 기인한 열변형의 불균일에 의한 상하 방향으로의 부가적인 모멘트가 작용해도, 금속재(1)의 변형을 방지할 수 있고, 편차없이 목표 치수를 가지는 굽힘 가공 제품을 제조하는 것이 가능하다.

도 15는, 본 실시의 형태에 관련되는 서포트 가이드(30)의 다른 일례를 나타내는 설명도이다.

본 실시예는, 거의 도 7의 구성과 같지만, 또한 금속재(1)의 상하 방향을 가이드하는 롤(30E)이 추가되어 있다.

롤(30E) 대신에, 에어 실린더나 유압 실린더 등의 압력 부하 수단을 설치해도 된다. 롤(30E)에 의해 가동 롤러 다이(4)의 출측에서 굽힘 가공 중의 금속재(1)의 상하면을 가이드함으로써, 가공부에의 자중이나, 가열이나 냉각의 불균일에 기인한 열변형의 불균일에 의한 상하 방향으로의 부가적 모멘트가 작용해도, 금속재(1)의 부가적인 변형을 방지할 수 있고, 편차없이 소정의 목표 형상을 가지는 굽힘 가공 제품을 제조할 수 있다.

도 16은, 본 실시의 형태에 관련되는 서포트 가이드(30)의 다른 일례를 나타내는 설명도이다.

본 실시예도, 도 11과 마찬가지로 횡단면이 직사각형인 금속재(1)에 굽힘 가공을 행하는 경우이며, 가동 롤러 다이(4)는 4롤형이다. 또, 금속재(1)에 완전한 삼차원 굽힘 형상을 부여한다. 가동 롤러 다이(4)는, 굽힘 가공 중에는 금속재(1)의 선단을 상하 방향 및 좌우 방향으로 위치 결정하면서 소정의 이동, 즉 좌우 쉬프트 및 좌우 틸트와, 상하 시프트 및 상하 틸트를 행한다.

본 예는, 지금까지의 실시예와 마찬가지로, 가동 롤러 다이(4)의 출측에, 수평 방향 및 상하 방향으로 금속재(1)를 가이드하는 롤(111∼114)을 가지는 서포트 가이드(30F)가 설치되어 있다. 또, 서포트 가이드(30F)는, 굽힘 가공 중의 금속재(1)의 이동에 따른 이동, 즉 좌우 쉬프트나 좌우 틸트를 행한다. 이들 움직임은, 도시를 생략한 제어 수단에 접속되고, 송출 장치(3)나 가동 롤러 다이(4)와 동기한다.

또한, 롤(111 및 112)의 한 쪽에, 예를 들면 유압 실린더 등의 압력 부하 수단을 설치해도 된다. 가동 롤러 다이(4)의 출측에서 굽힘 가공 중인 금속재(1)의 하면 및 좌우면을 위치 결정하므로, 가공부로의 자중이나, 가열이나 냉각의 불균일에 기인한 열변형의 불균일에 의한 상하 방향 및 좌우 방향으로의 부가적인 모멘트가 작용해도, 금속재(1)의 부가적인 변형을 방지할 수 있고, 편차없이 목표 치수를 가지는 굽힘 가공 제품을 얻을 수 있다.

도 17은, 본 실시의 형태에 관련되는 서포트 가이드(30)의 다른 일례를 나타내는 설명도이다.

본 예는, 거의 도 16의 구성과 같지만, 도 16의 구성에 더하여, 서포트 가이드(30G)에 비틈 기구가 추가되어 있다.

이들 움직임은 도시를 생략한 제어 수단에 접속되고, 비틈 방향으로도 이동 가능하게 배치된 송출 장치(3)나 가동 롤러 다이(4)와 동기한다.

가동 롤러 다이(4)의 출측에서 굽힘 가공 중인 금속재(1)의 상하면 및 좌우면을 안내하고, 가공부로의 자중이나, 가열이나 냉각의 불균일에 기인한 열변형의 불균일에 의한 상하 방향 및 좌우 방향, 또한 비틈 방향으로의 부가적인 모멘트가 작용해도, 금속재(1)의 부가적인 변형을 방지할 수 있고, 편차없이 목표 치수를 가지는 굽힘 가공제품을 얻을 수 있다.

또, 도시를 생략했지만, 본 실시의 형태의 서포트 가이드(30)의 다른 일례로서, 범용의 다축 로봇에 서포트 가이드(30)를 이루는 가이드 부재를 유지시키고, 이 가이드 부재를, 소정의 공간에서 이동 가능하게 배치하도록 해도 된다.

도 11∼17을 참조하면서 설명한 바와 같이, 삼차원적인 고정밀도의 위치 결정 기구는 복잡한 것으로 되는 일이 있지만, 범용의 다축 로봇을 이용함으로써 비교적 단순한 구성으로, 가이드 부재를, 소정의 공간에서 이동 가능하게 설치할 수 있다. 어느 쪽이든, 굽힘 가공 제품의 요구 정밀도, 중량 또한 형상에 의해 구체적인 장치의 강성 등을 고려하면서, 범용의 다축 로봇을 이용하는지의 여부를 결정하면 된다.

도 18은, 본 실시의 형태에 관련되는 서포트 가이드(30)의 다른 일례를 나타내는 설명도이다.

본 예는, 도 1과 마찬가지로 단면이 직사각형인 금속재(1)에 굽힘 가공을 행하는 경우이며, 가동 롤러 다이(4)는 4롤형이다. 또, 굽힘 가공 제품의 형상은 완전한 삼차원 굽힘 형상이다. 즉, 가동 롤러 다이(4)는, 굽힘 가공 중에는 금속재(1)의 선단을 상하 방향 및 좌우 방향으로 위치 결정하면서 소정의 공간 위치의 이동, 즉 좌우 시프트 및 좌우 틸트와, 상하 쉬프트 및 상하 틸트를 행한다.

본 예는, 지금까지의 예와는 달리, 금속재(1)의 선단을, 다축 로봇(31)에 유지시킨 서포트 가이드(30H)가 완전하게 잡게 하고, 금속재(1)의 송출과 더불어, 다축 로봇(31)도 이동하면서 삼차원 위치를 완전하게 동기시킨다. 굽힘 가공 중의 금속재(1)의 이동에 따라서, 공간 위치의 이동, 즉 좌우 쉬프트나 좌우 틸트나 비틈을 행한다. 이들 동작은, 도시를 생략한 제어 수단에 접속되고, 송출 장치(3)나 가동 롤러 다이(4)와 동기한다.

가동 롤러 다이(4)의 출측의 금속재(1)의 선단을 서포트 가이드(30H)에 의해 유지하므로, 가공부로의 자중이나, 가열이나 냉각의 불균일에 기인한 열변형의 불균일에 의한 상하 방향 및 좌우 방향으로의 부가적인 모멘트가 작용해도, 금속재(1)의 부가적인 변형을 방지할 수 있고, 편차없이 목표 치수를 가지는 굽힘 가공 제품을 얻을 수 있다.

(Ⅵ)관절형 로봇

도 19는, 본 실시의 형태의 제조 장치(0)에서 이용할 수 있는 관절형 로봇(11)의 구성을 나타내는 설명도이다.

도 19에 나타내는 바와 같이, 굽힘 가공 장치의 하류측에는, 가동 롤러 다이(4)를 유지하기 위한 관절형 로봇(11)을 배치할 수 있다.

이 관절형 로봇(11)은, 작업면에 고정된 고정면(12)과, 주축이 되는 3개의 암(13, 14, 15)과, 각 암(13, 14, 15)을 접속함과 더불어, 축의 주위에서 회동 가능한 손목축이 되는 3개의 관절(16, 17, 18)을 가진다. 관절형 로봇(11)의 선단의 암(15)에는 가동 롤러 다이(4)가 부착된다.

도 20은, 본 실시의 형태의 제조 장치(0)에 이용되는 관절형 로봇의 다른 구성예를 나타내는 설명도이다.

도 19에 나타내는 제조 장치(0)에서는, 가동 롤러 다이(4)를 유지하는 관절형 로봇(11)만을 배치하지만, 이것과 더불어, 가열 장치(5) 및 냉각 장치(6)용의 관절형 로봇(11)을 병설하도록 해도 된다. 이들 관절형 로봇(11)을 설치함으로써, 또한 굽힘 가공의 효율화를 도모할 수 있다.

이 제조 장치(0)는, 축주위에 회동 가능한 관절을 3개 가지는 관절형 로봇(11)을 적어도 1개 이상 배치함으로써, 금속재(1)의 굽힘 가공에 있어서, 가동 롤러 다이(4)에서의 쉬프트 기구, 틸트 기구 및 이동 기구가 행하는 굴신, 선회, 병진 등의 동작, 즉, 합계 6종류의 머니퓰레이터가 행하는 동작을, 제어 신호에 기초하는 일련의 동작으로 하는 것이 가능하다. 이로 인해, 굽힘 가공의 효율화와 더불어 가공 장치의 소형화를 도모할 수 있다.

(Ⅶ)굽힘 가공 설비열

상술한 바와 같이, 본 실시의 형태의 제조 장치(0)에 의해 가공되는 피가공재로서는, 환형 등의 형상을 가지는 폐단면 부재가 이용된다. 종래부터 환관의 폐단면 부재로서 전봉 강관이 이용된다.

도 21은, 피가공재의 일례인 전봉 강관의 제조 공정의 전체를 나타내는 설명도이다.

전봉 강관의 제조 공정(19)은, 띠형상 강판(20)으로부터 강관을 제조하기 위한 장치이다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 띠형상의 강판 롤로부터 띠형상 강판(20)을 연속적으로 풀어 내는 언코일러(21)와, 풀어 내어진 띠형상 강판(20)을 소정의 단면 형상의 관으로 성형하는 복수의 롤 성형기를 구비하는 성형 수단(22)과, 관형상으로 성형되어 서로 맞대어진 띠형상 강판의 양측 테두리를 용접해서 관을 연속적으로 형성하는 용접기를 구비하는 용접 수단(23)과, 용접 비드 절삭 장치 및 포스트 어닐러 장치, 또한 연속하는 관을 필요한 사이즈로 하는 후처리 수단(24)과, 이 소요 사이즈로 된 관을 소요 길이로 절단하는 주행 절단기를 구비하는 절단 수단(25)을, 상류에서 하류를 향해 이 순서로 배치된다.

도 22는, 피가공재의 제조에 이용되는 롤 포밍 공정의 전체 구성을 나타내는 도면이다.

롤 포밍 공정(26)은, 띠형상 강판(20)을 소정의 형상으로 성형하기 위한 장치이다. 이 때문에, 금속 소재로서의 띠형상 강판(20)이 감기고, 이 띠형상 강판(20)을 풀어 내는 언코일러(21)와, 이 언코일러(21)에 의해 풀어 내어진 띠형상 강판(20)을 소정의 형상으로 성형하는 롤 성형기를 구비하는 성형 수단(27)과, 이 롤 성형기에 의해 소정의 형상으로 성형된 띠형상 강판(20)을 소정의 길이로 연속적으로 절단하는 주행 절단기를 구비하는 절단 수단(28)으로 구성된다.

도 21에 나타내는 전봉 강관의 제조 공정(19)이나, 도 22에 나타내는 롤 포밍 공정(26)에 의해 제조된 피가공재는, 가공용의 금속재로서 굽힘 가공 장치에 공급되지만, 각 라인과 장치가 분리하여 독립되어 있으면, 라인과 장치간에서의 처리 스피드의 상위로부터, 피가공재를 저장해 둘 장소를 확보할 필요가 생긴다. 또, 각각의 라인과 장치간에서 피가공재를 반송할 필요가 있고, 크레인이나 트럭 등의 보조 반송 수단을 설치할 필요도 생긴다.

본 실시의 형태의 제조 장치에서는, 전봉 강관의 제조 공정(19) 또는 롤 포밍 공정(26)의 출측에 연속해서, 본 실시의 형태의 제조 장치(0)를 배치함으로써, 피가공재의 공급으로부터 굽힘 가공 제품의 제조에 이르기까지의 전체의 설비열을 컴팩트하게 할 수 있음과 더불어, 그 조업 조건을 적정하게 설정함으로써, 정밀도가 뛰어난 굽힘 가공 제품을, 효율적이면서 염가로 제조할 수 있다.

이와 같이 하여, 본 실시의 형태에 의하면, 다방면에 걸치는 굽힘 형상이 요구되고, 금속재의 굽힘 방향이 이차원적으로 다른 굽힘 가공이나, 굽힘 방향이 삼차원적으로 다른 굽힘 가공을 행하는 경우라도, 또한, 고강도의 금속재의 굽힘 가공이 필요한 경우라도, 금속재를 균일하게 냉각할 수 있으므로, 고강도여도 형상 동결성이 좋고 균일한 경도 분포를 가지는 굽힘 가공 제품을, 효율적이면서 염가로 제조할 수 있다.

또한, 가동 롤러 다이는, 금속재를 그 축방향으로 송출하면서 지지하는 것이 가능하므로, 가동 롤러 다이의 표면에 발생하는 소부 흠집을 억제할 수 있고, 굽힘 가공의 정밀도를 확보할 수 있음과 더불어, 작업 능률이 뛰어난 굽힘 가공을 행할 수 있다. 이로 인해, 예를 들면, 또한 고도화하는 자동차 부품의 굽힘 가공 기술로서, 넓게 적용 가능하다.

도 23(a) 및 도 23(b)는, 본 실시의 형태에 의해 제조되는 자동차 차체용 강도 부재의 일례인 사이드 멤버와 범퍼 리인포스 일체 구성 부품(40)을 나타내는 설명도이다.

이 도면에 나타내는 바와 같이, 이 일체 구성 부품(40)은, 이차원 또는 삼차원으로 굴곡하는 굽힘 가공부(40a)와, 또한, 외부를 향한 플랜지를 갖지 않는 폐단면을 가지는 통체(40h)에 의해 구성된다.

이후에 설명하는 본 실시의 형태의 자동차 차체용 강도 부재는, 모두, 통체가 플랜지를 갖지 않음으로써, 공간절약화, 경량화 또한 축방향으로 충격 하중이 부하되었을 때의 좌굴 변형 거동의 안정에 의한 충격 에너지의 흡수량의 증대화를 도모할 수 있다.

통체(40h)는, 인장 강도가 1100㎫ 초과가 되도록 열처리된 초고강도 열처리부(40e)(해칭부)와, 이 초고강도 열처리부(40e)를 제외한 잔여 부위로서 차량의 충돌시에 부하되는 충격 하중에 대한 변형 촉진부로서 기능하는, 인장 강도가 600㎫ 이상 1100㎫ 이하가 되도록 열처리된 고강도 열처리부(40f, 40g), 혹은 인장 강도가 600㎫인 저강도 열처리부(40f, 40g), 혹은, 인장 강도가 600㎫ 이상 1100㎫ 이하가 되도록 열처리된 고강도 열처리부(40f)와 인장 강도가 600㎫인 저강도 열처리부(40g)를 구비한다.

이로 인해, 충돌시에 있어서의 하중이 집중하여 부가되는 굽힘 가공부(40a)는 높은 변형 저항을 가짐과 더불어, 초고강도 열처리부(40e)와 고강도 열처리부(40f)가 교대로 설치된 선단측은, 충돌시에 좌굴 변형하여 벨로스형상으로 소성 변형함으로써 충격 에너지를 효과적으로 흡수할 수 있다.

또한, 초고강도 열처리부(40e)를 제외한 잔여 부위의 열처리 및 강도를 어떻게 설정할지는, 각각의 자동차 차체용 강도 부품에 요구되는 성능을 감안하여 적절히 결정하면 된다. 또, 설비 능력이나 고주파 가열 코일(5)이나 냉각 장치(6)의 형상, 제품의 형상이나 두께 등에 의해 조업 조건은 다르지만, 사전에 확인 시험을 행하여 최적인 조건을 결정하면 된다.

어느 쪽이든, 후술하는 가열과 냉각의 조합에 의해, 간단하게 자동차 차체용 강도 부품의 부위 마다의 경도를 원하는 상태로 할 수 있다.

도 23(b)는, 통체(40h)에 있어서의 절단 가공 예정부(40b), 천공 가공 예정부(40c), 및 용접 예정부(40d)를 나타내는 설명도이다. 절단 가공 예정부(40b)나 천공 가공 예정부(40c)를, 인장 강도가 600㎫ 미만이 되도록 열처리함으로써(여기서 「열처리」란 부분적으로 가열을 행하지 않고 소재의 부분을 그대로 남김으로써 소재의 강도로 하는 경우도 포함한다), 제품의 절단이나 천공을 행하는 공구의 마모를 줄이고, 공구 수명을 연장할 수 있다. 또, 용접 예정부(40d)를, 인장 강도가 600㎫ 미만이 되도록 열처리함으로써(열처리에는 부분적으로 가열을 행하지 않고, 소재의 부분을 남기고 소재의 강도로 하는 경우도 포함한다), 후공정에서의 용접의 신뢰성을 향상시키는 것이 가능하다.

이와 같이, 이차원 또는 삼차원으로 굴곡하는 굽힘 가공부(40a)와, 또한, 외부를 향한 플랜지를 갖지 않는 폐단면을 가지는 통체(40h)에 의해 구성되고, 통체(40h)가, 인장 강도가 1100㎫ 초과가 되도록 열처리된 초고강도 열처리부(40e)와, 절단 가공 예정부(40b), 천공 가공 예정부(40c), 용접 예정부(40d)를 인장 강도가 600㎫ 미만이 되도록 열처리 하는 것은, 유효하다. 또한, 상술한 바와 같이 충격 하중에 대한 변형을 촉진하기 위한 고강도 열처리부(40e), 혹은 저강도 열처리부(40b∼40d), 혹은 고강도 열처리부(40e)와 저강도 열처리부(40b∼40d)와 조합하면, 한층 더 유효하다.

도 24(a)∼도 24(e)는, 본 실시의 형태에 의해 제조되는 자동차 차체용 강도 부재의 일례인 프런트 사이드 멤버(41A∼41E)를 나타내는 설명도이다.

도 24(a)에 나타내는 프런트 사이드 멤버(41A)는, 이차원 또는 삼차원으로 굴곡하는 굽힘 가공부(41Aa)와, 또한, 외부를 향한 플랜지를 갖지 않는 폐단면을 가지는 통체(41Ah)에 의해 구성된다.

통체(41Ah)가, 인장 강도가 1100㎫ 초과가 되도록 열처리된 초고강도 열처리부(41Ae)(해칭부)와, 이 초고강도 열처리부(41Ae)를 제외한 잔여 부위로서 인장 강도가 600㎫ 이상 1100㎫ 이하가 되도록 열처리된 고강도 열처리부(41Af)를 구비한다.

이로 인해, 선단측(도면 좌부측)으로부터 충격 하중이 부하되면, 굽힘 가공부(41Aa)의 인장 강도가 1100㎫ 이상의 초고강도이므로, 굽힘 가공부(41a)의 조기의 굽힘 변형의 발생이 억제되고, 이로 인해, 선단측의 고강도 열처리부(41Af)가 충돌시에 부하되는 충격 하중에 의해 좌굴하여 벨로스형상으로 소성 변형함으로써 충격 에너지를 효과적으로 흡수할 수 있다.

또한, 선단측의 41Af를 저강도 열처리부로 해도 보다 충격 에너지를 효과적으로 흡수할 수 있다.

도 24(b)에 나타내는 프런트 사이드 멤버(41B)는, 이차원 또는 삼차원으로 굴곡하는 굽힘 가공부(41Ba)와, 외부를 향한 플랜지를 갖지 않는 폐단면을 가지는 통체(41Bh)에 의해 구성된다.

통체(41Bh)가, 인장 강도가 1100㎫ 초과가 되도록 열처리된 초고강도 열처리부(41Be)(해칭부)와, 이 초고강도 열처리부(41Be)를 제외한 잔여 부위로서 인장 강도가 600㎫ 이상 1100㎫ 이하가 되도록 열처리된 고강도 열처리부(41Bf, 41Bf)를 구비한다.

이로 인해, 상술한 도 24(a)에 나타내는 프런트 사이드 멤버(41A)와 같은 작용 효과를 얻을 수 있음과 더불어, 대쉬 패널에 접합되는 후단측에 고강도 열처리부(41Bf)를 구비하므로, 후단부에서도 충격 하중을 흡수할 수 있기 때문에 토탈의 흡수 에너지를 크게 할 수 있고, 충격 하중이 부하되었을 때에 프런트 사이드 멤버(41B)에 의해 대쉬 패널이 조기에 손상되는 것도 방지할 수 있다.

또한, 선단측의 고강도 열처리부(41Bf)를 저강도 열처리부로 하면, 또한 충격 에너지를 효과적으로 흡수할 수 있다. 또한, 선단측의 고강도 열처리부(41Bf)를 저강도 열처리부로 함과 더불어 후단측의 고강도 열처리부(41Bf)를 고강도 열처리부로 함으로써, 충격 에너지를 향상시키면서, 축방향으로의 압궤시의 무너짐 모드를 유효하게 제어할 수 있다.

도 24(c)에 나타내는 프런트 사이드 멤버(41C)는, 이차원 또는 삼차원으로 굴곡하는 굽힘 가공부(41Ca)와, 외부를 향한 플랜지를 갖지 않는 폐단면을 가지는 통체(41Ch)에 의해 구성된다.

통체(41Ch)가, 인장 강도가 1100㎫ 초과가 되도록 열처리된 초고강도 열처리부(41Ce)(해칭부)와, 이 초고강도 열처리부(41Ce)를 제외한 잔여 부위로서 인장 강도가 600㎫ 이상 1100㎫ 이하가 되도록 열처리된 고강도 열처리부(41Cf)를 구비한다.

이로 인해, 상술한 도 24(a)에 나타내는 프런트 사이드 멤버(41A)와 같은 작용 효과를 얻을 수 있음과 더불어, 선단측에 초고강도 열처리부(41Ce) 및 고강도 열처리부(41Cf)를 축방향으로 교대로 구비하므로, 선단부가 충돌시에 부하되는 충격 하중에 의해 좌굴하여 벨로스형상으로 소성 변형함으로써 충격 에너지를 효과적으로 흡수할 수 있다.

또한, 선단측의 고강도 열처리부(41Cf)를 저강도 열처리부로 하면, 또한 충격 에너지를 효과적으로 흡수할 수 있다.

도 24(d)에 나타내는 프런트 사이드 멤버(41D)는, 이차원 또는 삼차원으로 굴곡하는 굽힘 가공부(41Da)와, 외부을 향한 플랜지를 갖지 않는 폐단면을 가지는 통체(41Dh)에 의해 구성된다.

통체(41Dh)가, 인장 강도가 1100㎫ 초과가 되도록 열처리된 초고강도 열처리부(41De)(해칭부)와, 이 초고강도 열처리부(41De)를 제외한 잔여 부위로서 인장 강도가 600㎫ 이상 1100㎫ 이하가 되도록 열처리된 고강도 열처리부(41Df)를 구비한다.

이로 인해, 충격 하중이 부하되면, 굽힘 가공부(41Da)의 조기의 굴곡 변형이 억제되고, 대쉬 패널이 조기에 손상되는 것도 방지할 수 있고, 또한 선단부가 충돌시에 부하되는 충격 하중에 의해 좌굴하여 벨로스형상으로 소성 변형함으로써 충격 에너지를 효과적으로 흡수할 수 있다. 또한, 고강도 열처리부(41Df)에서도 충격 하중을 흡수할 수 있기 때문에, 높은 흡수 에너지를 얻을 수 있다. 선단에 크래쉬 박스가 설치되지 않는 소형차여도, 고효율로 충격 에너지를 흡수할 수 있다.

또한, 선단측의 고강도 열처리부(41Df)를 저강도 열처리부로 하면, 또한 충격 에너지를 효과적으로 흡수할 수 있다. 또한, 선단측의 고강도 열처리부(41Df)를 저강도 열처리부로 함과 더불어 후단측의 41Df를 고강도 열처리부로 함으로써, 충격 에너지를 향상시키면서 압궤의 형태를 유효하게 제어할 수 있다.

도 24(e)는, 프런트 사이드 멤버(41E)에 있어서의 절단 가공 예정부(41Eb), 천공 가공 예정부(41Ec) 및 용접 예정부(41Ed)를 나타내는 설명도이다.

도 24(e)에 나타내는 바와 같이, 41Eb, 천공 가공 예정부(41Ec)를, 인장 강도가 600㎫ 미만이 되도록 열처리함으로써(열처리에는 부분적으로 가열을 행하지 않고, 소재의 부분을 그대로 남김으로써 소재의 강도로 하는 경우도 포함한다), 제품의 절단이나 천공을 행하는 공구의 마모를 줄이고, 공구 수명을 연장할 수 있다. 또, 용접 예정부(41Ed)를, 인장 강도가 600㎫ 미만이 되도록 열처리함으로써(열처리에는 부분적으로 가열을 행하지 않고, 소재의 부분을 그대로 남김으로써 소재의 강도로 하는 경우도 포함한다), 후속 공정에서의 용접의 신뢰성을 향상시킬 수도 있다.

이와 같이, 이차원 또는 삼차원으로 굴곡하는 굽힘 가공부(41Aa∼41Da)와, 외부를 향한 플랜지를 갖지 않는 폐단면을 가지는 통체(41Ah∼41Dh)에 의해 구성되고, 통체(41Ah∼41Dh)는, 인장 강도가 1100㎫ 초과가 되도록 열처리된 초고강도 열처리부(41Ae∼41De)와, 절단 가공 예정부(41Eb), 천공 가공 예정부(41Ec), 용접 예정부(41Ed)를 인장 강도가 600㎫ 미만이 되도록 열처리하는 것은, 유효하다. 또한, 도 24(a)∼(d)에 나타내는 바와 같은 충격 하중에 대한 변형을 촉진하기 위한 고강도 열처리부(41Ae∼41De), 혹은 저강도 열처리부(41Af∼41Df), 혹은 고강도 열처리부(41Ae∼41De)와, 저강도 열처리부(41Af∼41Df)와 조합하는 것은 더 유효하다.

또한, 본 발명예는, 프런트 사이드 멤버에 적용한 예를 나타냈지만, 도 24(c) 및 도 24(d)에 나타낸 선단부와 같은 구조로 이른바 크래쉬 박스로 하는 것도 가능하며, 또, 굽힘 가공부와 조합함으로써, 지금까지와는 다른 양호한 에너지 흡수 특성을 얻을 수 있다.

도 25(a) 및 도 25(b)는, 본 실시의 형태에 의해 제조되는 자동차 차체용 강도 부재의 일례인 B필러(42A, 42B)를 나타내는 설명도이다.

도 25(a)에 나타내는 B필러(42A)는, 이차원 또는 삼차원으로 굴곡하는 굽힘 가공부(42Aa)와, 절단 가공 예정부(42Ab)와, 천공 가공 예정부(42AC)와, 용접 예정부(42Ad)를 구비하고, 또한, 외부를 향한 플랜지를 갖지 않는 폐단면을 가지는 통체(42Ah)에 의해 구성된다.

통체(42Ah)가, 인장 강도가 1100㎫ 초과가 되도록 열처리된 초고강도 열처리부(42Ae)와, 초고강도 열처리부(42Ae)를 제외한 잔여 부위로서 인장 강도가 600㎫ 이상 1100㎫ 이하가 되도록 열처리된 고강도 열처리부(42Af)를 구비한다.

한편, 도 25(b)에 나타내는 B필러(42B)는, 이차원 또는 삼차원으로 굴곡하는 굽힘 가공부(42Ba)와, 절단 가공 예정부(42Bb)와, 천공 가공 예정부(42Bc)와, 용접 예정부(42Bd)를 구비하고, 또한, 외부를 향한 플랜지를 갖지 않는 폐단면을 가지는 통체(42Bh)에 의해 구성된다.

통체(42Bh)가, 인장 강도가 1100㎫ 초과가 되도록 열처리된 초고강도 열처리부(42Be, 42Be)와, 초고강도 열처리부(42Be, 42Be)를 제외한 잔여 부위로서 인장 강도가 600㎫ 이상 1100㎫ 이하가 되도록 열처리된 고강도 열처리부(42Bf)를 구비한다.

이로 인해, 측면 충돌시에 있어서의 B필러 상부의 실내측으로의 변위량을 억제할 수 있고, 승무원의 머리 부분 손상을 경감할 수 있음과 더불어, 측면 충돌시에 B필러의 높이 방향의 중앙부 부근의 손상을 억제할 수 있다.

도 26(a) 및 도 26(b)는, 본 실시의 형태에 의해 제조되는 자동차 차체용 강도 부재의 일례인 크로스 멤버(43A, 43B)를 나타내는 설명도이다.

도 26(a)에 나타내는 크로스 멤버(43A)는, 이차원 또는 삼차원으로 굴곡하는 굽힘 가공부(43Aa)와, 절단 가공 예정부(43Ab)와, 천공 가공 예정부(43AC)와, 용접 예정부(43Ad)를 구비하고, 또한, 외부를 향한 플랜지를 갖지 않는 폐단면을 가지는 통체(43Ah)에 의해 구성된다.

통체(43Ah)가, 인장 강도가 1100㎫ 초과가 되도록 열처리된 초고강도 열처리부(43Ae)와, 초고강도 열처리부(43Ae)를 제외한 잔여 부위로서 인장 강도가 600㎫ 이상 1100㎫ 이하가 되도록 열처리된 고강도 열처리부(43Af)를 구비한다.

한편, 도 26(b)에 나타내는 크로스 멤버(43B)는, 이차원 또는 삼차원으로 굴곡하는 굽힘 가공부(43Ba)와, 절단 가공 예정부(43Bb)와, 천공 가공 예정부(43Bc)와, 용접 예정부(43Bd)를 구비하고, 또한, 외부를 향한 플랜지를 갖지 않는 폐단면을 가지는 통체(43Bh)에 의해 구성된다.

통체(43Bh)가, 인장 강도가 1100㎫ 초과가 되도록 열처리된 초고강도 열처리부(43Be)와, 초고강도 열처리부(43Be)를 제외한 잔여 부위로서 인장 강도가 600㎫ 이상 1100㎫ 이하가 되도록 열처리된 고강도 열처리부(43Bf)를 구비한다.

이것들에 인해, 크로스 멤버의 중앙부의 강도를 높일 수 있고, 또한 측면 충돌에 있어서의 축방향으로의 압궤에 있어서도 그 내력을 높일 수 있다.

도 27(a) 및 도 27(b)는, 본 실시의 형태에 의해 제조되는 자동차 차체용 강도 부재의 일례인 A필러∼루프 레일 사이드 일체 구조품(44A, 44B)을 나타내는 설명도이다.

도 27(a)에 나타내는 일체품(44A)은, 이차원 또는 삼차원으로 굴곡하는 굽힘 가공부(44Aa)와, 절단 가공 예정부(44Ab)와, 천공 가공 예정부(44AC)와, 용접 예정부(44Ad)를 구비하고, 또한, 외부를 향한 플랜지를 갖지 않는 폐단면을 가지는 통체(44Ah)에 의해 구성된다.

통체(44Ah)가, 인장 강도가 1100㎫ 초과가 되도록 열처리된 초고강도 열처리부(44Ae)와, 초고강도 열처리부(44Ae)를 제외한 잔여 부위로서 인장 강도가 600㎫ 이상 1100㎫ 이하가 되도록 열처리된 고강도 열처리부(44Af)를 구비한다.

한편, 도 27(b)에 나타내는 일체 성형품(44B)은, 이차원 또는 삼차원으로 굴곡하는 굽힘 가공부(44Ba)와, 절단 가공 예정부(44Bb)와, 천공 가공 예정부(44Bc)와, 용접 예정부(44Bd)를 구비하고, 또한, 외부를 향한 플랜지를 갖지 않는 폐단면을 가지는 통체(44Bh)에 의해 구성된다.

통체(44Bh)가, 인장 강도가 1100㎫ 초과가 되도록 열처리된 초고강도 열처리부(44Be)와, 초고강도 열처리부(44Be)를 제외한 잔여 부위로서 인장 강도가 600㎫ 미만이 되도록 열처리된 고강도 열처리부(44Bf)를 구비한다.

이것들에 의해, 루프 레일 사이드와, A필러 또는 B필러의 접합 강도를 높일 수 있다.

또한, 예를 들면, 도 25에 나타내는 B필러와 도 26에 나타내는 크로스 멤버를 일체로 구성한 일체품으로 하거나, 루프 내면측에 배치되는 바에 의해 2개의 B필러를 각각의 상부에서 접속하여 일체로 구성하는 일체품으로 하거나, 혹은 한 쪽의 B필러와 루프 내면측에 배치되는 바의 일부와 크로스 멤버의 일부를 일체품으로 하는 것도 가능하다.

도 28(a)는 AC₃점 이상으로 가열한 후에 급냉하는 통상의 담금질 조건을 나타내는 그래프이며, 도 28(b)는 AC₃점 이상으로 가열한 후에 도 28(a)에 나타내는 냉각 속도보다 낮은 냉각 속도로 냉각하는 조건을 나타내는 그래프이며, 도 28(c)는 AC₁점 이하로 가열한 후에 급냉하는 조건을 나타내는 그래프이며, 도 28(d)는 AC₁점 이상 AC₃점 이하의 온도역으로 가열한 후에 급냉하는 조건을 나타내는 그래프이며, 또한 도 28(e)는 AC₁점 이상 AC₃점 이하의 온도역으로 가열한 후에 도 28(d)에 나타내는 냉각 속도보다 낮은 냉각 속도로 냉각하는 조건을 나타내는 그래프이다.

본 발명에 관련되는 보강 부재를 제조할 때에 행하는 열처리는, 상술한 제조 장치(0)에 있어서의 고주파 가열 코일(5) 및 수냉 장치(6)의 작동을 적절히 제어함으로써, 도 28(a)에 나타내는 통상의 담금질를 행함과 더불어, 도 28(b)∼도 28(e)에 나타내는 조건으로 행해진다.

예를 들면, 도 28(a)에 나타내는 바와 같이 부분적으로 통상의 담금질를 행하여 원하는 초고강도(예를 들면 마텐자이트 100%의 조직, 1500∼1650㎫, 55k강에서는 1300㎫, 45k강에서는 1200㎫)를 얻음과 더불어, 금속재(1)에 대해서 부분적으로 고주파 가열 코일(5)의 작동을 정지함으로써 이 부분에 대해서는 열처리를 행하지 않도록 함으로써, 소관의 강도인 채(예를 들면 페라이트와 펄라이트의 2상 조직, 담금질강에서는 500∼600㎫, 550㎫강에서는 550㎫, 450㎫강에서는 450㎫)로 하는 것이 가능하다.

또, 도 28(b)에 나타내는 바와 같이 통상 담금질과 동등한 가열을 행함과 더불어, 냉각 속도를 낮게 함으로써, 상술한 초고강도보다 강도가 약간 저하한 고강도(예를 들면 마테자이트와 미량의 페라이트의 2상 조직, 담금질강에서는 1400∼1500㎫, 550㎫ 강에서는 700∼900㎫, 450㎫강에서는 600∼800㎫)로 할 수 있다. 구체적으로는, 수냉 장치(6)의 수냉 재킷의 구멍을, 예를 들면 전자 밸브에 의해 전부 혹은 부분적으로 폐쇄함으로써 수냉하지 않는 부분을 설치하는 것이 예시된다. 이 때의 냉각 속도는, 주위의 온도에 의해 변화하기 때문에, 제조 조건에 의해 사전에 실험을 행함으로써 수냉의 방법을 결정하면 된다.

또, 도 28(c)에 나타내는 바와 같이, AC1점 이하로 가열한 후에 통상 담금질의 냉각 속도와 같은 냉각 속도로 냉각함으로써, 모재의 강도보다 약간 높은 원하는 강도(예를 들면, 페라이트와 펄라이트의 2상 조직, 담금질강에서는 5000㎫∼600㎫ 보다 약간 높은 강도, 550㎫강에서는 550㎫ 보다 약간 높은 강도, 450㎫강에서는 450㎫ 보다 약간 높은 강도)로 할 수 있다. 소관의 조관 왜곡이 큰 경우에는, 소관보다 강도가 저하하는 경우도 있지만, 일반적으로는 시멘타이트가 녹고, 약간 강도가 상승한다. 상술한 바와 같이 온-오프 제어를 행하는 경우에 있어서의 고주파 가열 코일(5)의 제어의 응답성을 감안하면, 이 수단에 의하면 가열 전원의 출력의 변화가 적어도 되므로, 온도 변화의 응답이 빠르고, 강도 변화의 이행부가 작아지기 때문에 실제적으로는 유효한 방법이다.

또, 도 28(d)에 나타내는 바와 같이, AC1점 이상 AC3점 이하로 가열한 후에 통상 담금질의 냉각 속도와 같은 냉각 속도로 냉각함으로써, 통상의 담금질에 의한 초고강도와 소관의 강도의 중간의 강도(담금질강에서는 600∼1400㎫, 55k강에서는 550∼1300㎫, 450㎫강에서는 450∼1200㎫)를 얻을 수 있다. 이 경우, 페라이트와 마텐자이트의 2상 조직이 되기 때문에, 일반적으로는, 약간 불안정하고 제어하기 어렵지만, 제품의 형상, 치수, 용도 등에 의해 소정의 강도를 얻을 수 있다.

또한, 도 28(e)에 나타내는 바와 같이, AC1점 이하로 가열한 후에 통상 담금질의 냉각 속도보다 느린 냉각 속도로 냉각함으로써, 통상의 담금질에 의한 초고강도와 소관의 강도의 중간의 강도(담금질강에서는 600∼1400㎫ 보다 약간 낮은 강도, 550㎫ 강에서는 550∼1300㎫ 보다 약간 낮은 강도, 450㎫ 강에서는 450∼1200㎫ 보다 약간 낮은 강도)를 얻을 수 있다. 이 경우, 도 28(d)에 나타내는 경우보다 약간 강도가 저하하지만, 제어는 약간 안정된다.

예를 들면, 두께 1.6㎜의 담금질강(C:0.20%, Si:0.22%, Mn:1.32%, P:0.016%, S:0.002%, Cr:0.20%, Ti:0.020%, B:0.0013%, 잔부 Fe 및 불순물, AC3=825℃, AC1=720℃)을 소재로 하는, 세로 50㎜, 가로 50㎜인 정방형의 횡단면의 강관을, 이송 속도가 20㎜/sec인 경우, 소관 강도는 502㎫, 도 28(a)에 나타내는 조건(가열 온도 910℃)의 열처리부는 1612㎫, 도 28(b)에 나타내는 조건(가열 온도 910℃)의 열처리부는 1452㎫, 도 28(c)에 나타내는 조건(가열 온도 650℃)의 열처리부는 510㎫, 도 28(d)에 나타내는 조건(가열 온도 770℃)의 열처리부는 752㎫, 도 28(e)에 나타내는 조건(가열 온도 770℃)의 열처리부는 623㎫의 강도를 각각 가진다.

한편, 두께 1.6㎜의 550㎫강(C:0.14%, Si:0.03%, Mn:1.30%, P:0.018%, S:0.002%, 잔부 Fe 및 불순물, AC3=850℃, AC1=720℃)을 소재로 하는, 세로 50㎜, 가로 50㎜인 정방형의 횡단면의 강관을, 이송 속도가 20㎜/sec인 경우, 소관 강도는 554㎫, 도 28(a)에 나타내는 조건(가열 온도 950℃)의 열처리부는 1303㎫, 도 28(b)에 나타내는 조건(가열 온도 950℃)의 열처리부는 823㎫, 도 28(c)에 나타내는 조건(가열 온도 650℃)의 열처리부는 561㎫, 도 28(d)에 나타내는 조건(가열 온도 800℃)의 열처리부는 748㎫, 도 28(e)에 나타내는 조건(가열 온도 800℃)의 열처리부는 658㎫의 강도를 각각 가진다.

또한, 예를 들면, 두께 1.6㎜인 450㎫강(C:0.11%, Si:0.01%, Mn:1.00%, P:0.021%, S:0.004%, 잔부 Fe 및 불순물, AC3=870℃, AC1=720℃)을 소재로 하는, 세로 50㎜, 가로 50㎜인 정방형의 횡단면의 강관을, 이송 속도가 20㎜/sec인 경우, 소관 강도는 445㎫, 도 28(a)에 나타내는 조건(가열 온도 980℃)의 열처리부는 1208㎫, 도 28(b)에 나타내는 조건(가열 온도 980℃)의 열처리부는 737㎫, 도 28(c)에 나타내는 조건(가열 온도 650℃)의 열처리부는 451㎫, 도 28(d)에 나타내는 조건(가열 온도 800℃)의 열처리부는 629㎫, 도 28(e)에 나타내는 조건(가열 온도 800℃)의 열처리부는 612㎫의 강도를 각각 가진다.

［실시의 형태 2］

다음에, 실시의 형태 2를 설명한다.

도 29는, 자동차 차체(51)의 엔진 컴파트먼트(52) 내의 좌우의 세로벽부(52a)에 전후 방향으로 대략 수평하게 연장 설치하여 용접되는 프런트 사이드 멤버(53)를 나타내는 설명도이다. 또한, 이후의 설명에서는, 닫힌 사각형의 횡단면 형상을 가지는 프런트 사이드 멤버(53)를 예로 들지만, 본 발명은 이 형태에 한정되는 것은 아니며, 예를 들면 육각형이나 원형 등의, 사각형 이외의 닫힌 횡단면 형상을 가지는 통체로 이루어지는 본체를 구비하는 것이어도 마찬가지로 적용된다.

도 29에 나타내는 바와 같이, 프런트 사이드 멤버(53)의 본체(54)를 이루는 통체는, 그 축방향의 한 쪽의 단부(54a)로부터 다른 쪽의 단부(54b)를 향해서, 차체 전후 방향을 향해 연장되어 존재하는 선단부(55)와, 선단부(55)에 연속함과 더불어, 엔진 컴파트먼트(52)와 캐빈(58)의 사이의 격벽인 대쉬 패널(59)에 따라 하방을 향해 경사하는 경사부(56)와, 경사부(56)에 연속함과 더불어 대쉬 패널(59)에 접합되는 플로어 패널(50)의 하면을 따라 연장되어 존재하는 후단부(57)를 가진다.

여기서, 경사부(56)란, 프런트 사이드 멤버(53)의 설치 높이가 대쉬 패널(59)의 하면을 향해 큰 폭으로 변화하는 영역을 의미하고, 선단부(55)란 이 경사부(56)보다 차체 전후 방향의 전측의 영역을 말하며, 후단부(57)란 이 경사부(56)보다 차체 전후 방향의 후측의 영역을 말한다.

본 실시의 형태의 프런트 사이드 멤버(53)에서는, 선단부(55)의 일부가 담금질 처리가 행해지지 않는 비담금질부인 것과 더불어, 이 일부를 제외한 잔여 부분이 고주파 담금질 처리가 행해진 고주파 담금질부이다. 또, 경사부(56)의 전체가, 고주파 담금질 처리가 행해진 고주파 담금질부이다. 또한, 후단부(57)의 일부가 담금질 처리가 행해지지 않는 비담금질부인 것과 더불어, 이 일부를 제외한 잔여 부분이, 고주파 담금질 처리가 행해진 고주파 담금질부인지, 또는, 후단부(57)는, 고주파 담금질 처리가 행해진 고주파 담금질부이다. 이하, 구체적인 예에 준거해 설명한다.

도 30은, 이 프런트 사이드 멤버(53)의 제1의 예(53-1)를 나타내는 설명도이다.

이 도면에 나타내는 바와 같이, 제1의 예(53-1)에서는, 선단부(55)에 있어서의 비담금질부(55a) 및 고주파 담금질부(55b)가, 통체의 축방향을 향해 교대로, 각각 1개 설치되어 있음과 더불어, 경사부(56) 및 후단부(57)는 모두 고주파 담금질부이다. 이로 인해, 충돌시에 충격 에너지가 본체(54)의 축방향으로 부하되었을 때에, 프런트 사이드 멤버(53)의 중량의 증가를 일으키는 일 없이, 선단부(55)에 있어서의 비담금질부(55a)에 있어서 축방향으로의 압궤에 의한 변형이 촉진됨과 더불어, 경사부(56)의 내굽힘성이 향상하여 대쉬 패널(59)의 손상이 경감되므로, 캐빈(58)의 안전성이 향상된다.

도 31은, 프런트 사이드 멤버(53)의 제2의 예(53-2)를 나타내는 설명도이다.

이 도면에 나타내는 바와 같이, 제2의 예(53-2)에서는, 선단부(55)에 있어서의 비담금질부(55a) 및 고주파 담금질부(55b)가, 본체(4)의 축방향을 향해서 교대로, 각각 2개 이상(도시예에서는 각각 3개) 설치되어 있음과 더불어, 경사부(56) 및 후단부(57)는 모두 고주파 담금질부이다. 이로 인해, 충돌시에 충격 에너지가 본체(54)의 축방향으로 부하되었을 때에, 프런트 사이드 멤버(53)의 중량의 증가를 일으키는 일 없이, 선단부(55)에 있어서의 비담금질부(55a)에 있어서 축방향으로의 압궤에 의한 변형이 제어되어 더 촉진됨과 더불어, 경사부(56)의 내굽힘성이 향상하여 대쉬 패널(59)의 손상이 경감되므로, 캐빈(58)의 안전성이 향상한다.

도 32는, 도 31에 나타내는 프런트 사이드 멤버(53)의 제2의 예(53-2)의 적합한 형태(53-2＇)를 나타내는 설명도이다.

이 도면에 나타내는 바와 같이, 선단부(5)에 있어서의 비담금질부(55a) 및 고주파 담금질부(55b) 각각의, 본체(54)의 축방향(도 4에 있어서의 양 화살표 방향)으로의 길이가, 본체(54)의 선단으로부터 후단을 향함에 따라 서서히 커지는 것이, 축방향으로의 압궤에 의한 변형을 촉진하기 위해서는 바람직하다.

도 33은, 프런트 사이드 멤버(53)의 제3의 예(53-3)를 나타내는 설명도이다.

이 도면에 나타내는 바와 같이, 제3의 예(53-3)에서는, 선단부(55)에 있어서의 고주파 담금질부(55b)가, 본체(54)의 축방향의 선단으로부터 후단을 향함에 따라 그 면적이 서서히 커지도록 설치됨과 더불어, 선단부(55)에 있어서의 비담금질부(55a)가, 통체의 축방향의 선단으로부터 후단을 향함에 따라서 그 면적이 서서히 작아지도록 설치되는 것이 바람직하다. 이로 인해, 프런트 사이드 멤버(53)에 부하되는 충격 하중을 서서히 증가시킬 수 있으므로, 초기 하중을 경감하면서, 선단부(55)에 있어서의 비담금질부(55a)에 있어서 축방향으로의 압궤에 의한 변형이 촉진됨과 더불어, 경사부(56)의 내굽힘성을 향상할 수 있다.

도 34(a)∼도 34(d)는, 프런트 사이드 멤버(53)의 제4의 예(53-4), 제5의 예(53-5), 제6의 예(53-6), 및 제6의 예(53-7)를 나타내는 설명도이다.

도 34(a)∼도 34(d)에 나타내는 바와 같이, 제4∼7의 예에서는, 선단부(55)에 있어서의 비담금질부(55a) 및 고주파 담금질부(55b)가, 본체(54)의 둘레 방향을 향해서 교대로, 각각 1개 또는 2개 이상 설치되는 것이, 선단부(55)와 경사부(56)의 하중 밸런스를 취하면서 선단부(55)를 강화하기 위해서는 바람직하다.

도 34(a) 및 도 34(b)는, 통체가 사각형의 횡단면 형상을 가지는 경우이며, 도 34(c) 및 도 34(d)는 통체가 팔각형의 횡단면 형상을 가지는 경우이다.

도 34(a) 및 도 34(c)에 나타내는 바와 같이, 비담금질부(55a)를 횡단면 형상인 다각형의 정점을 포함하지 않는 평면형상의 영역에 설치함과 더불어 고주파 담금질부(55b)를 다각형의 정점을 포함하는 굴곡한 영역에 설치함과 더불어, 충격 하중에 대한 내력을 높일 수 있다.

한편, 이것과는 반대로, 도 34(b) 및 도 34(d)에 나타내는 바와 같이, 비담금질부(55a)를 다각형의 정점을 포함하는 굴곡한 영역에 설치함과 더불어 고주파 담금질부(55b)를 다각형의 정점을 포함하지 않는 평면형상의 영역에 설치함으로써, 초기 하중을 저하하여 충격 하중을 제어할 수 있고, 축방향으로의 압궤에 의한 변형을 촉진할 수 있다.

도 35(a) 및 도 35(b)는, 프런트 사이드 멤버(53)의 제8의 예(53-8), 제9의 예(53-9)를 나타내는 설명도이다.

도 35(a)에 나타내는 바와 같이, 본체(54)의 횡단면인 다각형이 대향하는 한 쌍의 대략 수직면을 가지는 경우에는, 비담금질부(55a)가 한 쪽의 대략 수직면에 설치됨과 더불어 고주파 담금질부(55b)가 이것에 대향하는 다른 쪽의 대략 수직면에 설치되고, 또한 비담금질부(55a) 및 고주파 담금질부(55b)가 본체(54)의 축방향으로 교대로 형성됨으로써, 충격 하중이 부하된 프런트 사이드 멤버(53)에, 차체의 원하는 폭방향으로의 꺾임을 유발시킬 수 있어 바람직하다.

한편, 도 35(b)에 나타내는 바와 같이, 본체(54)의 횡단면인 다각형이 대향하는 한 쌍의 대략 수평면을 가지는 경우에는, 비담금질부(55a)가 한 쪽의 대략 수평면에 설치됨과 더불어 고주파 담금질부(55b)가 이에 대향하는 다른 쪽의 대략 수평면에 설치되고, 또한 비담금질부(55a) 및 고주파 담금질부(55b)가 본체(54)의 축방향으로 교대로 형성됨으로써, 충격 하중이 부하된 프런트 사이드 멤버(53)에, 차체가 원하는 상하 방향으로의 꺾임을 유발시킬 수 있어 바람직하다.

도 36(a) 및 도 36(b)는, 프런트 사이드 멤버(53)의 제10의 예(53-10), 제11의 예(53-11)를 나타내는 설명도이며, 양 도면의 우측 도면은 선단부(55)의 A-A단면도이다. 또한, 도 35(a)는 고주파 담금질부(55b)의 면적이 통체의 축방향을 향해 서서히 증가하는 것을 나타내고, 도 35(b)는 일정한 것을 나타낸다.

도 36(a) 및 도 36(b)에 나타내는 바와 같이, 비담금질부(55a)가 통체의 횡단면에 있어서의 하측의 영역에 설치되고, 고주파 담금질부(55b)가 이 하측의 영역을 제외한 상측의 영역에 설치됨으로써, 충격 하중이 부하된 본체(54)의 접힘 변형을 억제할 수 있어 바람직하다.

도 37은, 프런트 사이드 멤버(53)의 제12의 예(53-12)를 나타내는 설명도이다.

도 37에 나타내는 바와 같이, 비담금질부(55a)가 통체의 횡단면에 있어서의 차체 내측의 영역에 설치되고, 고주파 담금질부(55b)가 차체 내측의 영역을 제외한 차체 외측의 영역에 설치됨으로써, 충격 하중이 부하된 본체(54)가 차체 내측에 굴곡하여 조기에 충격 흡수 성능이 저하하는 것을 억제할 수 있어 바람직하다.

이상 설명한, 프런트 사이드 멤버(53)의 제1의 예(53-1)∼제12의 예(53-12)에서는, 후단부(57)가 모두 고주파 담금질부인 경우를 예로 들었다. 그러나, 이것과는 달리, 후단부(57)의 일부에 비담금질부를 설치해도 된다.

도 38은, 도 31에 나타내는 프런트 사이드 멤버(53)의 제2의 예(53-2)에 있어서, 후단부(57)의 선단으로부터 본체(54)의 축방향을 향해 비담금질부(57a)를 1개 형성한 제13의 예(53-12)를 나타내는 설명도이다. 또한, 비담금질부(57a)는 통체의 축방향을 향해 복수 설치하도록 해도 된다.

이 제13의 예(53-13)에 의하면, 도 31에 나타내는 제2의 예의 프런트 사이드 멤버(53)의 효과에 더하여, 후단부(57)에 있어서의 축방향으로의 압궤에 의한 변형을 촉진할 수 있고, 플로어 패널(50) 및 캐빈(58)의 손상을 더 경감할 수 있다.

이상 설명한 제1의 예(53-1)∼제13의 예(53-13)에 의하면, 고주파 담금질에 의해 프런트 사이드 멤버(53)를 부분적으로 고강도화할 수 있음과 더불어, 비담금질부와의 사이에 적당한 강도 밸런스를 부여할 수 있으므로 축방향으로의 압궤에 의한 변형을 촉진할 수 있고, 이로 인해, 지금까지는 얻을 수 없었던 고강도와 충격 흡수능을 겸비한 프런트 사이드 멤버(53)를 제공할 수 있다.

여기서, 프런트 사이드 멤버(53)에는, 성형 후에 부분적으로, 천공를 위한 천공 가공이나, 예를 들면 절결의 형성을 위한 절단 가공 등의 기계 가공이 실시되는 일이 있고, 이러한 가공이 행해지는 부위까지 고주파 담금질을 행해 버리면, 경도의 현저한 상승에 의해 이들 기계 가공을 행하는 것이 어려워져 버린다. 또, 특히 프런트 사이드 멤버(53)의 후단부는, 플로어 패널(50)의 하면에 용접 접합되기 때문에, 이러한 부분에는 고주파 담금질을 행하지 않는 것이 바람직하다.

도 39는, 이러한 관점으로부터, 비담금질부(55a, 57a)가, 천공 가공에 의한 천공부 및 용접되는 용접부를 포함하는 영역에 설치되는 프런트 사이드 멤버(53)의 제14의 예(53-14)를 나타내는 설명도이다.

도 39에 나타내는 제14의 예(53-14)에서는, 선단부(55)에 있어서의 천공 가공부를 포함하는 영역에 비담금질부(55a)를 설치함과 더불어, 후단부(57)에 있어서의 플로어 패널과의 용접부에도 비담금질부(57a)를 설치하고 있다. 이 제14의 예(53-14)는, 뛰어난 용접성 및 가공성을 가짐으로써 실제로 공업적 규모로 양산 가능하다.

다음에, 본 발명에 관련되는 프런트 사이드 멤버(53)의 제조 방법을 설명한다.

본 발명에 관련되는 프런트 사이드 멤버(53)는, 도 1∼22를 참조하면서 설명한 굽힘 가공법에 의해 제조할 수 있다. 이로 인해, 고생산성이나 양호한 치수 정밀도, 또한 비담금질부 및 고주파 담금질부를 확실하고 용이하게 형성하면서, 본 발명에 관련되는 프런트 사이드 멤버(53)를 제조할 수 있다.

이에 대해, 예를 들면, 공지의 적절한 수단에 의해, 상술한 선단부(5), 경사부(6) 및 후단부(7)을 가지는, 폐단면 구조의 통체를 성형하고, 성형된 이 통체에 굽힘 성형을 행하여 원하는 형상으로 한 후에, 공지의 수단에 의해 고주파 담금질를 행하면, 고주파 담금질에 의해, 특히 굽힘 성형부의 치수 정밀도를 확보하는 것이 어려워지므로, 본 발명에 관련되는 프런트 사이드 멤버(53)를 제조하는 것은 사실상 불가능하다.

이와 같이 하여, 본 실시의 형태에 의해, 지금까지는 얻을 수 없었던 고강도 및 경량성과 충격 흡수능을 겸비하고, 또한 뛰어난 용접성 및 가공성을 가짐으로써 실제로 공업적 규모로 양산 가능한 프런트 사이드 멤버를 제공할 수 있게 된다.

［실시의 형태 3］

실시의 형태 3을 설명한다.

도 40은, 본 실시의 형태의 자동차 차체(61)의 측부 구조(62)의 일례를 나타내는 설명도이다.

이 측부 구조(62)는, 적어도, A필러(63)와, B필러(64)와, 루프 레일 사이드(65)와, 사이드실(66)과, C필러(67)에 의해 구성된다.

A필러(63)는, 플로어 패널(68)의 폭방향의 양단부에 고정되는 사이드실(66)에 접속되어 상방을 향해 연장되어 존재함과 더불어 닫힌 폐단면을 가지는 제1의 부분(63a)과, 이 제1의 부분(63a)에 연속해서 경사 방향을 향해 연장되어 존재함과 더불어 폐단면을 가지는 제2의 부분(63b)에 의해 구성된다.

또, 루프 레일 사이드(65)는, 이 A필러(63)의 제2의 부분(63b)에 연속함과 더불어 B필러(64)의 상부에 접속하고, 폐단면을 가지는 통형상의 부재이다.

B필러(64)의 하부는, 사이드실(66)에 접속되어 있고, 루프 레일 사이드(65)는 B필러(64)를 통해 사이드실(66) 및 플로어 패널(68)에 의해 지지된다. 또, 루프 레일 사이드(65)의 후단부는 C필러(67)에 접속된다. C필러(67)는, 리어펜더에 접속된다.

이와 같이, 본 실시의 형태의 측부 구조(62)는, 닫힌 단면을 가지는 각종의 구조 부재에 의해 형성되는 골격에 의해 구성된다.

본 실시의 형태에서는, A필러(63)의 제2의 부분(63b)의 내부 및, 루프 레일 사이드(65)의 내부로서 B필러(64)와의 접속부보다 후방의 위치까지의 사이에, 측부 보강 부재(70)가 배치된다.

도 41은, 이 측부 보강 부재(70)의 일례를 나타내는 설명도이다.

이 측부 보강 부재(70)는, 팔각형으로 이루어지는 닫힌 횡단면형상을 가짐과 더불어 삼차원으로 굴곡한 형상을 가진다. 이 측부 보강 부재(70)는, 고주파 담금질 처리된 일체 구조를 가진다.

도 42(a)는 도 40에 있어서의 A-A단면을 나타내고, 도 42(b)는 도 40에 있어서의 B-B 단면을 나타낸다. 도 42에 나타내는 바와 같이, A필러(63)의 제2의 부분(63b)의 내부에는 측부 보강 부재(70)가 배치됨과 더불어, 루프 레일 사이드(65)의 내부로서 B필러(64)와의 접속부보다 후방의 위치까지의 사이에도 이 측부 보강 부재(70)가 배치된다.

측부 보강 부재(70)에 있어서의, B필러(64)와의 접속을 위해서 용접되는 영역에는, 담금질 처리가 행해지지 않는 것이, 가공성 및 용접성을 확보하기 위해서는 바람직하다.

또, 측부 보강 부재(70)의 선단부에는 담금질을 행하지 않도록 함으로써, 이 선단부를 엔진 컴파트먼트의 일부에 용접할 때의 용접성을 향상할 수 있어, 바람직하다.

이러한 측부 보강 부재(70)는, 도 1∼22를 참조하면서 설명한 열간 삼차원 굽힘법에 의해 제조할 수 있다. 이로 인해, 고생산성이나 양호한 치수 정밀도, 또한 비담금질부 및 고주파 담금질부를 확실하고 용이하게 형성하면서, 본 발명에 관련되는 측부 보강 부재(70)를 제조할 수 있다.

측부 보강 부재(70)를, A필러(63)의 제2의 부분(63b)의 내부에는 측부 보강 부재(70)가 배치됨과 더불어, 루프 레일 사이드(65)의 내부로서 B필러(64)와의 접속부 보다 후방의 위치까지의 사이에 배치하려면, B필러 보강 부재의 선단이 측부 보강 부재(70)를 덮는 형상으로 하면 되고, 통상의 자동차 차체의 아크 용접 공정 또는 스포트 용접 공정 등에 있어서 짜넣는 것이 가능하다.

또, 이 측부 보강 부재(70)는 대략 전역이 고주파 담금질 처리되므로 매우 높은 강도를 가짐으로써, 그 횡단 면적을 작게 설정해도, 보강 부재로서 충분히 기능할 수 있다. 이 때문에, 측부 보강 부재(70)를 추가함에 따른 중량 증가를, 최소한으로 억제할 수 있다.

또, 이 측부 보강 부재(70)는 일체적으로 제조할 수 있으므로, 보강 부재의 부품점을 저감할 수 있고, 이로 인해, 차체(61)의 제조 코스트의 저감을 도모할 수 있다.

이와 같이 하여, 본 실시의 형태에 의해, 자동차 차체(61)의 측부 구조의 한층 더 한 고강도화 및 경량화와, 거듭되는 차체(61)의 제조 코스트의 저하를 높은 차원에서 양립하는 것이 가능해진다.

〔실시의 형태 4］

실시의 형태 4를 설명한다. 이 설명에서는, 상술한 실시의 형태 3과 상위한 부분을 설명하고, 공통되는 부분은 동일한 부호를 교부함으로써 중복하는 설명을 생략한다.

본 실시의 형태에서는, A필러(63)의 제2의 부분(63b)∼루프 레일 사이드(65)∼C필러(67)의 내부에, 측부 보강 부재(70-1)를 배치한다.

도 43은, 이 측부 보강 부재(70-1)를 나타내는 설명도이다. 또, 도 44는, 도 40에 있어서의 C-C 단면도이다. 도 43 및 도 45에 나타내는 바와 같이, 본 실시의 형태에서는, A필러(63)의 제2의 부분(63b)의 내부, 루프 레일 사이드(65)의 내부, 및 C필러(67)의 내부에, 측부 보강 부재(70-1)가 배치된다.

약술하면, 상술한 실시의 형태 1의 측부 보강 부재(70)를, C필러(67)의 내부에 수용할 수 있도록 연장한 것이 본 실시의 형태에 측부 보강 부재(70-1)이다. 이 이외는, 모두 실시의 형태 3과 같아도 된다.

측부 보강 부재(70-1)를, 이와 같이 배치하려면 B필러 보강 부재의 선단을 측부 보강 부재(70-1)를 덮는 형상으로 하면 되고, 통상의 자동차 차체의 아크 용접 공정 또는 스포트 용접 공정 등에 있어서 짜넣는 것이 가능하다.

또, 이 측부 보강 부재(70-1)는 대략 전역이 고주파 담금질 처리되므로 매우 높은 강도를 가지므로, 그 횡단 면적을 작게 설정해도, 보강 부재로서 충분히 기능할 수 있다. 이 때문에, 측부 보강 부재(70-1)를 추가함에 따른 중량 증가를, 최소한으로 억제할 수 있다.

또, 이 측부 보강 부재(70-1)는 일체적으로 제조할 수 있으므로, 보강 부재의 부품점을 저감할 수 있고, 이로 인해, 차체(61)의 제조 코스트를 저감할 수 있다.

이와 같이 하여, 본 실시의 형태에 의해, 자동차 차체(61)의 측부 구조(62)의 한층 더한 고강도화 및 경량화와, 거듭되는 차체(61)의 제조 코스트의 저하를 높은 차원에서 양립하는 것이 가능해진다.

［실시의 형태 5］

도 45는, 도 40에 있어서의 D-D 단면도이다.

본 실시의 형태에서는, 실시의 형태 3의 측부 보강 부재(70)의 선단측을, 자동차 차체(61)의 하방측을 향해 연장한 것으로서, 본 실시의 형태의 측부 보강 부재(70-2)는, 프런트 필러(63)의 제1의 부분(63a)의 내부에도 존재한다.

이 측부 보강 부재(70-2)를 이용함으로써, 실시의 형태 1의 측부 보강 부재(70)의 효과에 더하여, 전면 충돌 시에 대쉬 패널을 보강할 수 있다.

1:금속재 2:지지 수단
3:송출 장치 4:가동 롤러 다이, 핀치 롤
5:가열 수단, 가열 장치, 고주파 가열 코일
5a:예열 수단, 예열 장치, 예열용 고주파 가열 코일
6:냉각 수단, 냉각 장치 6a:맨드릴
7:척 기구 8, 9, 10:구동 모터
10a:구동 기어 11:관절형 로봇
12:고정면 13, 14, 15:암
16, 17, 18:관절 19:전봉 강관 제조 라인
20:띠형상 강판 21:언코일러
22, 27:성형 수단 23:용접 수단
24:후 처리 수단 25, 28:절단 수단
26:롤 포밍 라인 30:서포트 가이드
40:서스펜션 멤버 및 사이드 멤버 일체 구성 부품
40a:굽힘 가공부 40b:절단 또는 천공 가공 예정부
40c:용접 예정부 40d:통체
40e:초고강도 열처리부 40f:고강도 열처리부
41A∼41D:프런트 사이드 멤버 41Aa:굽힘 가공부
41Ab:절단 또는 천공 가공 예정부
41AC:용접 예정부 41Ad:통체
41Ae:초고강도 열처리부 41Af:고강도 열처리부
41B:프런트 사이드 멤버 41Ba:굽힘 가공부
41Bb:절단 또는 천공 가공 예정부
41Bc:용접 예정부 41Bd:통체
41Be:초고강도 열처리부 41Bf:고강도 열처리부
41C:프런트 사이드 멤버 41Ca:굽힘 가공부
41Cb:절단 또는 천공 가공 예정부
41Cc:용접 예정부 41Cd:통체
41Ce:초고강도 열처리부 41Cf:고강도 열처리부
41D:프런트 사이드 멤버 41Da:굽힘 가공부
41Db:절단 또는 천공 가공 예정부
41Dc:용접 예정부 41Dd:통체
41De:초고강도 열처리부 41Df:고강도 열처리부
42A, 42B:B필러 42Aa, 42Ba:굽힘 가공부
42Ab, 42Bb:절단 또는 천공 가공 예정부
42AC, 42Bc:용접 예정부 42Ad, 42Bd:통체
42Ae, 42Be:초고강도 열처리부 42Af, 42Bf:고강도 열처리부
43A, 43B:크로스 멤버 43Aa, 43Ba:굽힘 가공부
43Ab, 43Bb:절단 또는 천공 가공 예정부
43AC, 43Bc:용접 예정부 43Ad, 43Bd:통체
43Ae, 43Be:초고강도 열처리부 43Af, 43Bf:고강도 열처리부
44A, 44B:A필러∼루프 레일 사이드 일체 구조품
44Aa, 44Ba:굽힘 가공부 44Ab, 44Bb:절단 또는 천공 가공 예정부
44AC, 44Bc:용접 예정부 44Ad, 44Bd:통체
44Ae, 44Be:초고강도 열처리부 44Af, 44Bf:고강도 열처리부,
50:플로어 패널 51:자동차 차체
52:엔진 컴파트먼트 52a:세로벽부
53:프런트 사이드 멤버 53-1∼53-14:제1의 예∼ 제14의 예
54:본체 54a:한 쪽의 단부
54b:다른 쪽의 단부 55:선단부
55a:비담금질부 55b:고주파 담금질부
56:경사부 57:후단부
57a:비담금질부 57b:고주파 담금질부
58:캐빈 59:대쉬 패널
61:자동차 차체 62:측부 구조
63:A필러 63a:제1의 부분
63b:제2의 부분 64:B필러
65:루프 레일 사이드 66:사이드실
67:C필러 68:플로어 패널
69:휠 하우스 아우터 70, 70-1, 70-2:측부 보강 부재
71:엔진 컴파트먼트

Claims (16)

1. 외부를 향한 플랜지를 갖지 않은 폐단면을 가짐과 더불어 축방향 및 둘레 방향으로 단일의 부재에 의해 구성되는 통체로 이루어지는 본체를 구비하고, 상기 본체는, 그 축방향의 한쪽의 단부로부터 다른 쪽의 단부를 향해서, 차체 전후 방향을 향해서 연장되어 존재하는 선단부와, 상기 선단부에 연속함과 더불어 대쉬 패널을 따라 하방을 향해 경사지는 경사부와, 상기 경사부에 연속함과 더불어 상기 대쉬 패널에 접합되는 플로어 패널의 하면을 따라 연장되어 존재하는 후단부를 가지는 프런트 사이드 멤버로서,
   상기 선단부의 일부는 담금질 처리가 행해지지 않는 인장 강도가 600MPa 미만인 비담금질부인 것과 더불어, 상기 일부를 제외한 잔여 부분은 고주파 담금질 처리가 행해진 인장 강도가 1100MPa 초과 또는 600~1100MPa인 고주파 담금질부이고, 또한,
   상기 경사부의 전체는, 고주파 담금질 처리가 행해진 인장 강도가 1100MPa 초과 또는 600~1100MPa인 고주파 담금질부인 것을 특징으로 하는 프런트 사이드 멤버.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 후단부의 일부는 담금질 처리가 행해지지 않는 인장 강도가 600MPa 미만인 비담금질부인 것과 더불어, 상기 일부를 제외한 잔여 부분은, 고주파 담금질 처리가 행해진 인장 강도가 1100MPa 초과 또는 600~1100MPa인 고주파 담금질부인 것인, 프런트 사이드 멤버
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 선단부에서의, 상기 비담금질부 및 상기 고주파 담금질부는, 상기 통체의 축방향을 향해 교대로, 각각 1개 또는 2개 이상 설치되는, 프런트 사이드 멤버.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 비담금질부 및 상기 고주파 담금질부 각각의 상기 축방향으로의 길이는, 상기 통체의 선단으로부터 후단을 향함에 따라 커지는, 프런트 사이드 멤버.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 선단부에서의 상기 고주파 담금질부는, 상기 통체의 축방향의 선단으로부터 후단을 향함에 따라 그 면적이 서서히 커지도록 설치됨과 더불어, 상기 선단부에서의 상기 비담금질부는, 상기 통체의 축방향의 선단으로부터 후단을 향함에 따라 그 면적이 서서히 작아지도록 설치되는, 프런트 사이드 멤버.
6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 선단부에서의, 상기 비담금질부 및 상기 고주파 담금질부는, 상기 통체의 둘레 방향을 향해 교대로, 각각 1개 또는 2개 이상 설치되는, 프런트 사이드 멤버.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 통체가 다각형의 횡단면 형상을 가지며, 상기 비담금질부는 상기 다각형의 정점을 포함하지 않는 영역에 설치됨과 더불어 상기 고주파 담금질부는 상기 다각형의 정점을 포함하는 영역에 설치되는, 프런트 사이드 멤버.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 통체가 다각형의 횡단면 형상을 가지며, 상기 비담금질부는 상기 다각형의 정점을 포함하는 영역에 설치됨과 더불어 상기 고주파 담금질부는 상기 다각형의 정점을 포함하지 않는 영역에 설치되는, 프런트 사이드 멤버.
9. 청구항 7에 있어서,
   상기 다각형은 대향하는 한 쌍의 수평면을 가지며, 상기 비담금질부는 한 쪽의 수평면에 설치됨과 더불어 상기 고주파 담금질부는 다른 쪽의 수평면에 설치되는, 프런트 사이드 멤버.
10. 청구항 7에 있어서,
    상기 다각형은 대향하는 한 쌍의 수직면을 가지며, 상기 비담금질부는 한 쪽의 수직면에 설치됨과 더불어 상기 고주파 담금질부는 다른 쪽의 수직면에 설치되는, 프런트 사이드 멤버.
11. 청구항 6에 있어서,
    상기 비담금질부는 상기 통체의 횡단면에서의 하측의 영역에 설치되고, 상기 고주파 담금질부는 상기 하측의 영역을 제외한 상측의 영역에 설치되는, 프런트 사이드 멤버.
12. 청구항 6에 있어서,
    상기 비담금질부는 상기 통체의 횡단면에서의 차체 내측의 영역에 설치되고, 상기 고주파 담금질부는 상기 차체 내측의 영역을 제외한 차체 외측의 영역에 설치되는, 프런트 사이드 멤버.
13. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 후단부에서의, 상기 비담금질부 및 상기 고주파 담금질부는, 상기 후단부의 선단으로부터 상기 통체의 축방향을 향해 교대로, 각각 1개 또는 2개 이상 설치되는, 프런트 사이드 멤버.
14. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 비담금질부는, 천공 가공부 또는 용접되는 용접부를 포함하는 영역에 설치되는, 프런트 사이드 멤버.
15. 청구항 8에 있어서,
    상기 통체가 다각형의 횡단면 형상을 가지며, 상기 다각형은 대향하는 한 쌍의 수평면을 가지며, 상기 비담금질부는 한 쪽의 수평면에 설치됨과 더불어 상기 고주파 담금질부는 다른 쪽의 수평면에 설치되는, 프런트 사이드 멤버.
16. 청구항 8에 있어서,
    상기 통체가 다각형의 횡단면 형상을 가지며, 상기 다각형은 대향하는 한 쌍의 수직면을 가지며, 상기 비담금질부는 한 쪽의 수직면에 설치됨과 더불어 상기 고주파 담금질부는 다른 쪽의 수직면에 설치되는, 프런트 사이드 멤버.

Images