JP7238874B2

JP7238874B2 - 自動車用衝突エネルギー吸収部品を有する車体の製造方法

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Publication number: JP7238874B2
Application number: JP2020168982A
Authority: JP
Inventors: 和彦樋貝; 毅塩崎; 良清玉井
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2020-10-06
Filing date: 2020-10-06
Publication date: 2023-03-14
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Description

本発明は、自動車用衝突エネルギー吸収部品を有する車体の製造方法に関し、特に、車体の前方又は後方から衝突荷重が入力した際に軸圧壊する衝突エネルギー吸収効果の高い自動車用衝突エネルギー吸収部品を有する車体の製造方法に関する。

自動車の衝突エネルギー吸収性能を向上させる技術として、自動車部品の形状・構造・材料等の最適化など多くの技術が存在する。さらに、近年では、閉断面構造を有する自動車部品の内部断面全体に樹脂（発泡樹脂など）を発泡させて充填することで、該自動車部品の衝突エネルギー吸収性能の向上と軽量化を両立させる技術が数多く提案されている。

例えば、特許文献１には、サイドシル、フロアメンバー、ピラー等のハット断面部品の天板方向を揃えフランジを重ねて内部に閉鎖空間を形成した構造の自動車用構造部材において、その内部断面全体に発泡充填材を充填することにより、重量増を抑制しつつ該自動車用構造部材の曲げ強度、ねじり剛性を向上させ、車体の剛性及び衝突安全性を向上させる技術が開示されている。

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

特許文献３は、複数の繊維層を積層したＣＦＲＰ製の補強材を熱硬化性接着剤で金属部材の表面に接着したものであり、接着後に金属部材と補強材の線膨張係数差によって熱硬化性接着剤に生じる残留剪断応力を緩和させるために、補強材の本体部から端縁に向けて徐々に厚さが減少する残留剪断応力緩和部からなる構造を有した金属－ＣＦＲＰ複合材が開示されている。

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

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

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

しかしながら、フロントサイドメンバーやクラッシュボックスのように、自動車の前方又は後方から衝突荷重が入力して軸圧壊する際に、蛇腹状に部品長手方向に座屈変形して衝突エネルギーを吸収する自動車部品に対しては、該自動車部品の内部に発泡充填材や発泡体を単に充填する技術を適用したとしても、衝突エネルギーの吸収性能を向上させることが困難であるという課題があった。
また、発砲樹脂を隙間なく充填するという追加工程が発生し、自動車部品製造における生産コストが上昇するという問題もあった。

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

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

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、フロントサイドメンバーやクラッシュボックスのような車体の前方又は後方から衝突荷重が入力して軸圧壊する際に、衝突エネルギーの吸収効果が向上し、かつ、追加の生産工程を少なくでき生産コストが大きく上昇することのない自動車用衝突エネルギー吸収部品を有する車体の製造方法を提供することを目的とする。

発明者は、上記課題を解決する方法を鋭意検討し、自動車部品製造の塗装工程で一般的に用いられている電着塗料を活用することによって、発泡樹脂等の充填材を部品断面全体に隙間なく充填するという追加工程を必要とせずに衝突エネルギーの吸収効果を向上させることができるという知見を得た。
本発明は、かかる知見に基づいてなされたものであり、具体的には以下の構成からなるものである。

本発明に係る自動車用衝突エネルギー吸収部品を有する車体の製造方法は、車体の前方又は後方から衝突荷重が入力した際に軸圧壊して衝突エネルギーを吸収する自動車用衝突エネルギー吸収部品を有する車体の製造方法であって、前記自動車用衝突エネルギー吸収部品を製造する部品製造工程と、該部品製造工程で製造された前記自動車用衝突エネルギー吸収部品を車体の前部又は後部に取り付けて車体を組み立てる車体組立工程とを備え、前記部品製造工程は、天板部と縦壁部を有するハット断面部材を用いて形成された筒状部材と、該筒状部材より強度の低い材質からなり、前記筒状部材における前記天板部と前記縦壁部を連結するコーナー部を含む部分の外面に０．２ｍｍ以上３ｍｍ以下の隙間を空けて配設されて塗膜を形成するための塗膜形成部材と、を有する塗装前部品を製造する塗装前部品製造工程と、該塗装前部品における少なくとも前記隙間に、電着工程で電着塗装による塗料層を形成し、これに続く塗料焼付処理で前記塗料層を熱硬化させて塗膜を形成する塗膜形成工程と、を備えたことを特徴とするものである。

本発明によれば、車体の前方又は後方から衝突荷重が入力した際に軸圧壊して衝突エネルギーを吸収する筒状部材が圧縮変形する過程において、該筒状部材の座屈耐力を向上させるとともに、該筒状部材の変形抵抗を低下させることなく蛇腹状に座屈変形を発生させることができる自動車用衝突エネルギー吸収部品を有する車体を製造できる。
また、本発明における自動車用衝突エネルギー吸収部品は塗膜形成部材を有するので、自動車部品の製造の塗装工程に一般的に行われている電着塗装を活用して目標とする厚みの塗膜が形成でき、生産コストを大きく上昇させることなく車体の製造が可能となる。

本実施の形態に係る自動車用衝突エネルギー吸収部品を有する車体の製造方法を説明するフロー図である。本実施の形態に係る自動車用衝突エネルギー吸収部品を示す斜視図である。鋼板の引張強度ＴＳと、鋼板の破断限界曲げ半径と板厚との比、との関係を示すグラフである。本実施の形態に係る自動車用衝突エネルギー吸収部品に塗膜が形成される前の状態を示す斜視図である。本実施の形態に係る自動車用衝突エネルギー吸収部品の製造方法の説明図である。本実施の形態に係る自動車用衝突エネルギー吸収部品の他の態様を示す図である（その１）。本実施の形態に係る自動車用衝突エネルギー吸収部品の他の態様を示す図である（その２）。本実施の形態に係る自動車用衝突エネルギー吸収部品の他の態様を示す図である（その３）。本実施の形態に係る自動車用衝突エネルギー吸収部品の他の態様を示す図である（その４）。本実施の形態に係る自動車用衝突エネルギー吸収部品の他の態様を示す図である（その５）。実施例における軸圧壊試験方法を説明する図である。実施例における打撃振動試験方法を説明する図である。実施例における打撃振動試験方法による振動特性評価において固有振動数算出の対象とした振動モードを示す図である。実施例において発明例として用いた試験体の構造を示す図である。実施例において比較例として用いた試験体の構造を示す図である。

本実施の形態に係る自動車用衝突エネルギー吸収部品を有する車体の製造方法は、図１に示すように、自動車用衝突エネルギー吸収部品を製造する部品製造工程Ｓ１と、自動車用衝突エネルギー吸収部品を取り付けて車体を組み立てる車体組立工程Ｓ３とを備えるものである。
部品製造工程Ｓ１で製造される自動車用衝突エネルギー吸収部品は従来にない新規の部品であるため、製造方法の説明に先立って、まず、この自動車用衝突エネルギー吸収部品について説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜自動車用衝突エネルギー吸収部品＞
自動車用衝突エネルギー吸収部品１（図２参照）は、車体の前部又は後部に設けられ、該車体の前方又は後方から衝突荷重が入力した際に軸圧壊して衝突エネルギーを吸収するものである。図２に示すように、ハット断面部材を用いて形成された筒状部材３の外面側に塗膜形成部材５を設けており、ハット断面部材と塗膜形成部材５の間の隙間に電着塗料による塗膜１３が形成されている。以下、各部材について説明する。

≪筒状部材≫
筒状部材３は鋼板等の金属板からなり、天板部７ａ、縦壁部７ｂ及び天板部７ａと縦壁部７ｂをつなぐコーナー部７ｃを有するハット断面形状のアウタ部品７（本発明におけるハット断面部材）と、平板状のインナ部品９が、アウタ部品７のフランジ部である接合部１０で接合されて筒状に形成されたものである。
このような筒状部材３を有する自動車用衝突エネルギー吸収部品１は、自動車用衝突エネルギー吸収部品１の軸方向先端に衝突荷重を入力し、筒状部材３が座屈耐力を超えて軸圧壊する過程において、筒状部材３に蛇腹状に座屈変形を繰り返し発生させることで衝突エネルギーを吸収するものである。

≪塗膜形成部材≫
塗膜形成部材５は鋼板等の金属板からなり、アウタ部品７の外面側であって、コーナー部７ｃを含む部分に０．２ｍｍ以上３ｍｍ以下の隙間１１（図４参照）が形成されるように配置され、接合部１２でスポット溶接等により縦壁部７ｂに接合されている。
塗膜形成部材５は、アウタ部品７の軸方向の全長に亘って設けてもよいが、自動車用衝突エネルギー吸収部品１における蛇腹変形をさせたい範囲にのみ設けるようにしてもよい。
例えば自動車用衝突エネルギー吸収部品１を車体の前部に設置し、前端から軸方向中程までの範囲を蛇腹変形させたい場合には、アウタ部品７のこの範囲に塗膜形成部材５を設ければよい。そして、アウタ部品７における塗膜形成部材５を設けていない部分、例えば軸方向の中程から後端までの範囲は、変形強度を高めるために例えば板厚を厚くしたり軸方向に延びるビード形状を形成したりするようにすればよい。

この隙間１１には、自動車部品製造の一般的な塗装工程のひとつである電着塗装の際に、電着塗料による塗膜１３が形成される（図２）。電着塗料の種類としては例えば、ポリウレタン系カチオン電着塗料、エポキシ系カチオン電着塗料、ウレタンカチオン電着塗料、アクリル系アニオン電着塗料、フッ素樹脂電着塗料などが挙げられる。電着塗装については後述の部品製造工程Ｓ１にて具体的に説明する。
このような塗膜１３を形成することで自動車用衝突エネルギー吸収部品１の衝突エネルギー吸収効果が向上する理由について以下に説明する。

鋼板等の金属板で形成された筒状部材を有する自動車用衝突エネルギー吸収部品は、該自動車用衝突エネルギー吸収部品の軸方向先端に衝突荷重が入力し、該筒状部材が座屈耐力を越えて軸圧壊する過程において、該筒状部材は蛇腹状に座屈変形を繰り返し発生させることで衝突エネルギーを吸収する。

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

特に、近年、衝突特性と軽量化の両立を目的として自動車部品に採用されている高強度鋼板は、従来の強度の鋼板に比較して延性が小さいものである。表１及び図３に示す鋼板引張強度TSと、鋼板の破断限界曲げ半径R（これ以上曲げて半径を小さくすると鋼板が破断する曲げ半径）と板厚tの比（R/t）との関係（下記の参考文献１参照）は、同じ板厚の場合、鋼板の引張強度TSが大きいほど大きな曲げ半径であっても破断が発生しやすいことを示している。
つまり、高強度鋼板を用いた自動車用衝突エネルギー吸収部品が蛇腹状に座屈変形すると、鋼板強度の増加に伴って蛇腹形状の曲がり先端に割れが発生しやすくなるということであり、これは、自動車車体の軽量化のために鋼板のさらなる高強度化を進展させることを阻害する要因ともなっていた。
（参考文献１）長谷川浩平、金子真次郎、瀬戸一洋、「キャビン周りの車体部品の軽量化に貢献する高強度冷間圧延・合金化溶融亜鉛めっき（GA）鋼板」、JFE技報、No.30（2012年8月）、p.6-12．

これに対し、本実施の形態の自動車用衝突エネルギー吸収部品１は、衝突時に筒状部材３が蛇腹形状に座屈変形する際の曲げ部において金属板と金属板との間に物を介在させ挟んで圧縮することで、曲げ部の曲げ半径を大きくし、曲がり先端の割れを防止するものである。
ここで、金属板と金属板との間に介在する物としては、部品の重量増を避けるために可能な限り軽量なものが好ましく、さらに、従来例の発泡樹脂等のように部品製造においてコストの掛る材料や工程の追加を要するものではなく、従来の自動車部品製造ラインのまま製造できるものが好ましい。そこで本発明は、自動車部品製造で一般的に行われている電着塗装の塗料を活用することとした。

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

そこで、本実施の形態の自動車用衝突エネルギー吸収部品１では、アウタ部品７のコーナー部７ｃを含む外面側に、該外面との間に０．２ｍｍから３ｍｍの隙間１１（図４参照）が生じるように塗膜形成部材５を設けることで、電着塗装時に隙間１１に電着塗料が入り込んで所定の厚みを有する塗料層を形成できるようにした。塗料層は電着塗装の焼付工程で硬化して隙間１１に定着して塗膜１３（図２参照）となる。
本実施の形態に係る自動車用衝突エネルギー吸収部品１は、衝突時に筒状部材３が座屈変形した際、蛇腹形状の曲げ部の外側に塗膜１３が介在することで曲げ半径を大きくして割れの発生を抑制することができるので、衝突エネルギー吸収効果が向上する。
なお、塗膜１３の適切な厚みが０．２ｍｍから３ｍｍであることについては、後述する実施例で説明する。

本実施の形態に係る自動車用衝突エネルギー吸収部品１における塗膜１３は、振動を吸収する制振材としても機能する。
例えば、軸圧壊させて衝突エネルギーを吸収する部品であるフロントサイドメンバーとして自動車用衝突エネルギー吸収部品１を用いる場合においては、該フロントサイドメンバーに搭載される自動車エンジンの振動を塗膜１３が吸収し、制振性が向上する。この制振性向上の効果についても後述する実施例にて説明する。

上述したように、塗膜形成部材５は、電着塗装時に所定厚みの塗膜１３を形成させることを目的とし強度を要求されないため、アウタ部品７及びインナ部品９に比べて強度が低く、板厚が薄いものがよい。さらに言えば、強度が高すぎると円滑な蛇腹変形を阻害することになるため、例えば４４０ＭＰａ級以下の鋼板等が好ましい。
次に、上記自動車用衝突エネルギー吸収部品１を有する車体の製造方法の各工程（図１参照）について以下に説明する。

＜部品製造工程＞
部品製造工程Ｓ１は、自動車用衝突エネルギー吸収部品１（図２参照）を製造するものであり、筒状部材３に塗膜形成部材５を設けた塗装前部品２（図４参照）を製造する塗装前部品製造工程Ｓ１－１と、塗装前部品２に塗膜１３を形成する塗膜形成工程Ｓ１－２を備えている。各工程について図１、図４及び図５を用いて説明する。図５（ａ）は塗装前部品製造工程Ｓ１－１で製造される塗装前部品２の断面図であり、図５（ｂ）は塗膜形成工程Ｓ１－２で塗装前部品２に塗膜１３が形成された部品（自動車用衝突エネルギー吸収部品１）の断面図である。

≪塗装前部品製造工程≫
塗装前部品製造工程Ｓ１－１は、アウタ部品７及びインナ部品９が接合部１０で接合されてなる筒状部材３の外面側に塗膜形成部材５を設けた塗装前部品２（図４参照）を製造する工程である。
図５（ａ）に示すように、アウタ部品７のコーナー部７ｃを含む範囲の外側に、アウタ部品７の外面との間に０．２ｍｍ～３ｍｍの隙間１１を空けて塗膜形成部材５を設置し、縦壁部７ｂの外面にスポット溶接等により接合する（接合部１２）。
アウタ部品７とインナ部品９の接合及びアウタ部品７と塗膜形成部材５の接合は、どちらを先に行ってもよい。

≪塗膜形成工程≫
塗膜形成工程Ｓ１－２は、塗装前部品製造工程Ｓ１－１で製造された塗装前部品２の隙間１１に塗膜１３を形成させる工程である。塗装前部品２に、自動車部品の製造過程で一般的に行われている電着塗装が施されることで、隙間１１に塗膜１３が形成される。
以下に、電着塗装について概説しながら本工程について説明する。

一般的に自動車の部品には、防錆性等を高めるために、鋼板に対して電着塗装が施される。
電着塗装の際には、電着によって鋼板に塗料層を形成させる処理と乾燥炉（オーブン）等によって塗料層を硬化させる処理が施される。以下に電着塗装の一例を説明し、本実施の形態の塗膜形成工程Ｓ１－２との対応を示す。

一般的な電着塗装ではまず、車体部品に対し、前処理として脱脂、水洗や化成処理などの表面処理が行われ、表面処理が行われた車体部品はその後、電着塗料が入った電着槽に浸漬させて、被塗物（車体部品）を陰極、電着塗料を陽極にして通電することで、鋼板表面に電着塗料による塗料層が形成される（カチオン電着塗装）。
電着槽内における通電によって表面に電着塗料の塗料層が形成された車体部品は、その後の水洗などの処理を経て高温の乾燥炉（オーブン）に運ばれ、焼付処理によって塗料層を硬化させる。

本実施の形態における塗装前部品製造工程Ｓ１－１で製造された塗装前部品２（図５（ａ）参照）も、上述した電着槽に浸漬されると、電着塗料が隙間１１に入り込み、その後の通電によって塗料層が形成される。本実施の形態における自動車用衝突エネルギー吸収部品１に用いられる電着塗料は、主に内板（内装）用に使用される軟質の電着塗料を想定している。

塗装前部品２は、塗料層が形成された後に焼付処理を経て塗料層が硬化し、隙間１１に所定厚みの塗膜１３が定着する（図５（ｂ）参照）。通常の電着塗装では、鋼板の表面に０．０５ｍｍ程度の塗膜が形成されるが、本実施の形態においては塗装前部品２におけるアウタ部品７の外面側に塗膜形成部材５を設けたことにより、図２及び図５（ｂ）に示すような０．２ｍｍ以上３ｍｍ以下の厚みをもった塗膜１３を形成させることができる。
以上のように、塗装前部品２に塗膜１３を形成することで、自動車用衝突エネルギー吸収部品１が製造される。

なお、塗膜１３は隙間１１内の全領域に亘って中実状態で形成されるのが好ましいが、隙間１１の一部に空隙が存在した状態で塗膜１３が形成される場合も考えられ、このような場合であっても塗膜１３のない場合に比較して本発明の効果を奏することができるので、隙間１１の一部に空隙が存在する場合を排除するものではない。

＜車体組立工程＞
車体組立工程Ｓ３は、部品製造工程Ｓ１で製造された自動車用衝突エネルギー吸収部品１を車体の前部又は後部に取り付けて車体を組み立てるものである。

自動車用衝突エネルギー吸収部品１が取り付けられた車体には、前述した電着塗装の他、耐候性や意匠性等を高めるために、中塗り塗装、上塗りベース塗装、上塗りクリア塗装が施される。これらは主に静電塗装と呼ばれる帯電した塗料をスプレー等で被塗物に噴射する方法で行われており、中塗り塗装は電着塗装面の粗度隠蔽や光線透過抑制、上塗りベース塗装及び上塗りクリア塗装は着彩等の意匠性や耐久性などの機能を有するものである。
中塗り塗装、上塗りベース塗装及び上塗りクリア塗装に使用される塗料の例としてはポリエステル－メラミン系塗料、アクリルーメラミン系塗料、アクリルーポリエステルーメラミン系塗料、アルキド・ポリエステルメラミン系塗料などが挙げられる。
また、自動車用衝突エネルギー吸収部品１は、車体にスポット溶接、レーザ溶接等により接合して組み付けるとよく、その際に接合部品の塗装を予め剥離する、あるいは、塗装前にシールして塗料の付着を防止するとよい。

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

本実施の形態では、図５に断面図を示したような、アウタ部品７の縦壁部７ｂに塗膜形成部材５の接合部１２を設け、天板部７ａ、コーナー部７ｃ及び縦壁部７ｂの一部の外面に亘って塗膜１３を形成する自動車用衝突エネルギー吸収部品１を例示したが、本発明はこれに限るものではない。
例えば図６に示すように、縦壁部７ｂがわずかであって天板部７ａ及びコーナー部７ｃを主体とする外面に塗膜を形成するようにしてもよい。
また、前述したように、衝突時に特に割れが発生しやすいコーナー部７ｃの外面に塗膜を形成するようにすれば衝突エネルギー吸収効果の向上が期待できるため、図７に示すようにコーナー部７ｃを主体とする外面に塗膜１３を形成するようにしてもよい。このとき、二つの塗膜形成部材５を用いて天板部７ａと縦壁部７ｂにそれぞれ接合部１２を設けてもよいし（図７（ａ））、一つの塗膜形成部材５を用いて、天板部７ａの中央に接触または接合させ、縦壁部７ｂに接合部１２を設けてもよい（図７（ｂ））。

また、図８に示すように、縦壁部７ｂ及びコーナー部７ｃの外面に塗膜１３を形成するようにしてもよい。図７と同様に、二つの塗膜形成部材５を用いて天板部７ａと縦壁部７ｂにそれぞれ接合部１２を設けてもよいし（図８（ａ））、一つの塗膜形成部材５を用いて、天板部７ａの中央に接触または接合させ、縦壁部７ｂに接合部１２を設けてもよい（図８（ｂ））。
さらに、図９に示すようなハット断面型の塗膜形成部材５をアウタ部品７とインナ部品９と合わせて接合部１０で接合するようにしてもよい。

また、本実施の形態の自動車用衝突エネルギー吸収部品１ではハット断面形状のアウタ部品７と平板形状のインナ部品９からなる筒状部材３を例に挙げたが、本発明はこれに限るものではなく、図１０に例を示すハット断面部材を対向させてフランジ部を合わせてなるような筒状部材にも適用可能である。
図１０（ａ）は、対向したハット断面部材のそれぞれに図６に示した態様の塗膜形成部材５を設けた例である。同様に、図１０（ｂ）は図７（ａ）に示した態様、図１０（ｃ）は図８（ａ）に示した態様、図１０（ｄ）は図９に示した態様の塗膜形成部材５を設けた例である。
なお、図１０においては、アウタ部品７については図５～図９と同じ符号を付し、インナ部品９についてはアウタ部品７に対応する符号を付している。
また、図１０ではアウタ部品７とインナ部品９が同形状のハット断面部材である例を示したが、インナ部品９はアウタ部品７と異なる形状のハット断面部材であってもよい。
また、一方のアウタ部品またはインナ部品が塗膜形成部材５により塗膜１３を有し、他方のインナ部品またはアウタ部品が従来の塗膜形成部材のないハット断面部材や山折れ部材でも良い。

本発明の中間製造部品である自動車用衝突エネルギー吸収部品１は新規の部品であるため、その衝突エネルギー吸収効果を確認する実験を行ったので、その結果について以下に説明する。

本実施例では、本発明に係る自動車用衝突エネルギー吸収部品１を試験体とし、軸圧壊試験による衝突エネルギーの吸収特性の評価と、打撃振動試験における周波数応答関数の測定と固有振動数の算出による制振特性の評価を行った。

軸圧壊試験においては、図１１に示すように、筒状部材３を有する試験体２１の軸方向に試験速度17.8m/sで荷重を入力して試験体長（試験体２１の軸方向長さL₀）を200mmから120mmまで80mm軸圧壊変形させたときの荷重とストローク（軸圧壊変形量）の関係を示す荷重－ストローク曲線を測定するとともに、高速度カメラによる撮影を行い変形状態と筒状部材３における破断発生の有無を観察した。さらに、測定した荷重－ストローク曲線から、ストロークが0～80mmまでの吸収エネルギーを求めた。

一方、打撃振動試験においては、図１２に示すように、吊り下げた試験体２１に加速度センサー（小野測器製：NP-3211）をアウタ部品７の天板部７ａ内側のエッジ付近に取り付け、インパクトハンマ（小野測器製：GK-3100）で試験体２１のアウタ部品７の縦壁部７ｂ内側を打撃加振し、加振力と試験体２１に発生した加速度をFFTアナライザ（小野測器製：CF-7200A）に取り込み、周波数応答関数を算出した。ここで、周波数応答関数は、５回の打撃による平均化処理とカーブフィットにより算出した。そして、算出した周波数応答関数により振動モード解析を行い、同一モードにおける固有振動数を求めた。図１３に、対象とした振動モードの例を示す。

図１４に、塗膜１３が形成された自動車用衝突エネルギー吸収部品１（図２及び図５（ｂ））である試験体２１の構造及び形状を示す。
試験体２１は、アウタ部品７とインナ部品９とがスポット溶接により接合された筒状部材３を有し、塗膜形成部材５がアウタ部品７の縦壁部７ｂの外面に接合されている。アウタ部品７と塗膜形成部材５の間には塗膜１３が形成されている。

図１４には天板部７ａと塗膜形成部材５の間の隙間１１を３ｍｍとした例を示したが、本実施例では隙間１１を２ｍｍ、１ｍｍ、０．２ｍｍとした試験体２１も用意し、隙間１１内に形成される塗膜１３の厚みを変えながら試験を行った。

さらに比較例として、図１５に示すような筒状部材３及び塗膜形成部材５を有し、塗膜１３が形成されていない隙間１１のみの試験体３１を用意し、発明例と同様に軸圧壊試験及び打撃振動試験を行った。
表２に、発明例である試験体２１及び比較例である試験体３１の構造及び塗膜の各条件及び試験体重量、さらに、軸圧壊試験を行ったときの吸収エネルギーの算出結果と、打撃振動試験により求めた固有振動数の結果を示す。

発明例１～発明例５はいずれも、塗膜形成部材５と塗膜１３を備えた試験体２１（図１４）を用いたものであり、アウタ部品７及び塗膜形成部材５の強度（材質）や塗膜１３の厚みを変化させたものである。
一方、比較例１～比較例４は、塗膜形成部材５を備えるが、塗膜１３が形成されていない試験体３１（図１５）を用いたものであり、アウタ部品７の強度（材質）及び板厚やアウタ部品７と塗膜形成部材５間の隙間１１を変化させたものである。
比較例５は、塗膜形成部材５を備えずに塗膜１３を形成させたものである。
比較例６は、試験体２１と同様に塗膜形成部材５と塗膜１３を備えるものであるが、塗膜形成部材５の材質（780MPa級）がアウタ部品７及びインナ部品９の材質（590MPa級）の強度を上回るものである。

表２に示す試験体重量は、塗膜形成部材５を有し、かつ、塗膜１３が形成されているもの（発明例１～発明例５、比較例６）についてはアウタ部品７、インナ部品９、塗膜形成部材５及び塗膜１３の各重量の総和であり、塗膜１３がないもの（比較例１～比較例４）についてはアウタ部品７、インナ部品９及び塗膜形成部材５の各重量の総和である。また、塗膜形成部材５を有さず、塗膜１３が形成されているもの（比較例５）はアウタ部品７、インナ部品９及び塗膜１３の各重量の総和である。

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

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

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

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

比較例５は、アウタ部品７を1180MPa級の高強度鋼板とし、塗膜形成部材５を設置せずに塗膜１３を成膜させたものであり、塗膜１３の厚みは従来と同様に0.05mmであった。試験体重量は0.96kgfであり、吸収エネルギーは8.7kJと比較例４より増加したが、筒状部材３に破断が発生した。固有振動数は195Hzであった。

比較例６は、塗膜形成部材５の材質がアウタ部品７及びインナ部品９（筒状部材３）の材質の強度を上回るものであり、さらに3mmの厚みの塗膜１３が形成されたものである。
試験体重量は1.28kgfであり、吸収エネルギーは8.1kJと比較例２よりも増加したが、筒状部材３が蛇腹状とならず不均一な変形が発生した。固有振動数は350Hzであった。

発明例１は、アウタ部品７を鋼板強度590MPa級の鋼板とし、塗膜１３の厚みが3mmである試験体２１を用いたものである。
発明例１における吸収エネルギーは、11.1kJであった。塗膜１３を形成していない同一材質の比較例１における吸収エネルギー（＝6.5kJ）に比べて大幅に向上し、筒状部材３に破断は発生しなかった。その上、アウタ部品７を980MPa級の高強度鋼板とした比較例３（＝8.1kJ）や1180MPa級の比較例４（＝8.5kJ）と比較しても大幅に向上した。
発明例１の試験体重量（＝1.28kgf）は比較例１（＝1.08kgf）、比較例３（＝1.08kgf）及び比較例４（＝1.09kgf）よりも増加しているが、吸収エネルギーを試験体重量で除した単位重量当りの吸収エネルギーは8.7kJ/kgfであり、比較例１（＝6.0kJ/kgf）、比較例３（＝7.5kJ/kgf）及び比較例４（＝7.8kJ/kgf）よりも向上した。
また、発明例１における固有振動数は430Hzであり、比較例１、比較例３及び比較例４（＝155Hz）よりも大幅に上昇した。

発明例２は、発明例１と同一材質を用いて、塗膜１３の厚みを2mmとしたものである。
試験体重量は1.21kgfであり、発明例１（＝1.28kgf）よりも軽量となった。
発明例２における吸収エネルギーは9.0kJであり、同一形状でアウタ部品の板厚が厚い比較例２における吸収エネルギー（＝7.0kJ）に比べても向上した。筒状部材３に破断は発生しなかった。
さらに、発明例２における単位重量当たりの吸収エネルギーは7.4kJ/kgfであり、比較例２（＝5.9kJ/kgf）よりも向上した。
また、発明例２における固有振動数は、340Hzであり、比較例２（＝175Hz）よりも大幅に上昇した。

発明例３は発明例２と同様に塗膜１３の厚みを2mmとしたものであり、塗膜形成部材５の鋼板強度を440MPa級としたものである。
塗膜形成部材５の鋼板強度がアウタ部品の鋼板強度を超える780MPa級である比較例６では筒状部材３に破断が生じたが、発明例３では比較的均一な蛇腹形状であった。
また、発明例３の吸収エネルギーは9.5kJであり、比較例６（＝8.1kJ）と比べて向上した。

発明例４は、アウタ部品７を鋼板強度1180MPa級の高強度鋼板としたもので、塗膜１３の厚みを1mmとしたものである。
発明例４における吸収エネルギーは11.2kJであり、筒状部材３に破断は発生しなかった。アウタ部品７に同一素材の鋼板を用いて、破断が生じていた比較例４（＝8.5kJ）よりも大幅に向上した。
また、発明例４における試験体重量は発明例１よりも軽量の1.17kgfであり、さらに、単位重量当たりの吸収エネルギー（＝9.6kJ/kgf）は、発明例１（＝8.7kJ/kgf）及び比較例４（＝7.8kJ/kgf）よりも向上した。
さらに、発明例４における固有振動数は、310Hzであり、比較例４（＝155Hz）よりも大幅に上昇した。

発明例５は、発明例４と同一素材のものにおいて、塗膜１３の厚みを通常のラミネート鋼板におけるラミネートと同程度である0.2mmとしたものであり、試験体重量は1.10kgfであった。
発明例５における吸収エネルギーは10.7kJ、単位重量あたりの吸収エネルギーは9.7kJ/kgfであり、塗膜形成部材５を備えずに0.05mmの塗膜を形成した比較例５（＝9.1kJ/kgf）と比べて向上した。
また、比較例５は筒状部材に破断が生じたが、発明例５は破断が生じなかった。
さらに、発明例５における固有振動数は280Hzであり、比較例５（＝195Hz）よりも上昇した。

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

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

なお、固有振動数が上昇することにより制振性が向上する理由は、以下のとおりである。
上述するフロントサイドメンバーのような衝突部材である筒状部材３の固有振動数が、当該部材に搭載されるエンジンの振動の周波数範囲に入ると、共振して振動が大きくなる。
例えば、エンジンが通常走行の高回転域である4000rpmで回転すると、クランクシャフトは同じ回転数で回り、４サイクルエンジンでは２回転に１回爆発して振動するため、振動の周波数は４気筒エンジンで133Hz、６気筒エンジンで200Hz、８気筒エンジンで267Hzとなる。
従って、発明例１～５の約280Hz以上の固有振動数であれば、上記の共振を確実に防ぐことができて制振性が向上するわけである。

１自動車用衝突エネルギー吸収部品
２塗装前部品
３筒状部材
５塗膜形成部材
７アウタ部品
７ａ天板部
７ｂ縦壁部
７ｃコーナー部
９インナ部品
９ａ天板部
９ｂ縦壁部
９ｃコーナー部
１０接合部（筒状部材）
１１隙間
１２接合部（塗膜形成部材）
１３塗膜
２１試験体（発明例）
３１試験体（比較例）

Claims

車体の前方又は後方から衝突荷重が入力した際に軸圧壊して衝突エネルギーを吸収する自動車用衝突エネルギー吸収部品を有する車体の製造方法であって、
前記自動車用衝突エネルギー吸収部品を製造する部品製造工程と、該部品製造工程で製造された前記自動車用衝突エネルギー吸収部品を車体の前部又は後部に取り付けて車体を組み立てる車体組立工程とを備え、
前記部品製造工程は、
天板部と縦壁部を有するハット断面部材を用いて形成された筒状部材と、該筒状部材より強度の低い材質からなり、前記筒状部材における前記天板部と前記縦壁部を連結するコーナー部を含む部分の外面に０．２ｍｍ以上３ｍｍ以下の隙間を空けて配設されて塗膜を形成するための塗膜形成部材と、を有する塗装前部品を製造する塗装前部品製造工程と、
該塗装前部品を、電着塗料が入った電着槽に浸漬させて通電し、前記塗装前部品における少なくとも前記隙間に、電着工程で電着塗装によるポリウレタン系カチオン電着塗料、エポキシ系カチオン電着塗料、ウレタンカチオン電着塗料、アクリル系アニオン電着塗料、フッ素樹脂電着塗料のうちのいずれかの電着塗料による塗料層を形成し、これに続く塗料焼付処理で前記塗料層を熱硬化させて塗膜を形成する塗膜形成工程と、を備えたことを特徴とする自動車用衝突エネルギー吸収部品を有する車体の製造方法。