【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動車のパネル部材およびパネル部材の成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば自動車などに使用されるようなパネル部材を強化する方法として、特許文献１に、レーザ照射を用いた鋼板の強化方法に関するものが開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２７５５２７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようにして強化したパネル部材は、自動車の衝突時において、パネル部材が面外方向（パネル部材の面に交差する方向）の入力や曲げモーメントを受けた場合に弱く、衝突性能向上において有効な負荷方向に対する等方性（複数方向に対して同等の性能）や、エネルギ吸収、荷重分散性能において不充分である。
【０００５】
そこで、この発明は、自動車に使用するパネル部材の強度を向上させることを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、この発明は、自動車の平面部に用いる鋼鈑からなるパネル部材において、パネル部材表面に機械加工により形成した複数のビード部と熱加工処理による複数の強化部とを形成し、少なくとも一部の前記ビード部と前記強化部の形成位置を一致させてビード部と強化部とを組み合わせた自動車のパネル部材としてある。
【０００７】
【発明の効果】
この発明によれば、パネル部材に形成したビード部および焼き入れ部を、複数組み合わせて設けることで、ビード部により、パネル部材の面外方向からの曲げ入力に対する剛性が向上するとともに、焼き入れ部により、面方向の引張り強度が向上する。また、ビード部のみを設けた場合に比べ、ビード部の減少によるパネル部材の成形性向上や、ビード部の交差部の減少による強度向上が期待できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【０００９】
図１に、自動車における主なパネル部材の概略を示す。ここでのパネル部材の強化方法は、その表面に凹凸を生じさせるため、平滑な表面性状が要求されない車体内板部が主な適用部位となる。なお、図１中で矢印Ｆ方向が車両前方、同Ｗ方向が車幅方向、同Ｕ方向が車両上方である。したがって、車両に対する衝突荷重として、Ｆｆが前面衝突荷重、Ｆｒが後面衝突荷重、Ｆｗが側面衝突荷重となる。
【００１０】
図１において、１ａがダッシュロアパネル、１ｂがフロントフロアパネル、１ｃがリヤフロアパネルであり、これらどのパネル部材もほぼ平面となる部位が大きく存在する。
【００１１】
ダッシュロアパネル１ａは、前面衝突の際に、フロントサイドメンバ１ｄやエンジン１ｅなどから、主に面外方向（パネル部材の表面と交差する方向）の荷重を受け、側面衝突においては面方向（パネル部材の表面と平行な方向）の圧縮荷重を受ける。
【００１２】
フロントフロアパネル１ｂは、側面衝突の際に、主にサイドシル１ｆから圧縮荷重および曲げモーメントを受け、エクステンションメンバ１ｇやクロスメンバ１ｈの変形により引張り荷重も作用すると考えられる。またフロントフロアパネル１ｂは、前面衝突の際に、フロントサイドメンバ１ｄおよびエクステンションメンバ１ｇの伝達荷重により、エクステンションメンバ１ｇの変形に伴う曲げモーメントや、エクステンションメンバ１ｇ接合部付近に引張り荷重が作用すると考えられる。
【００１３】
リヤフロアパネル１ｃは、後面衝突の際に、ほぼ直接圧縮荷重を受け、リヤサイドメンバ１ｉの変形により、曲げモーメントや引張り荷重も受けると考えられる。
【００１４】
以上のことから、ダッシュロアパネル１ａ，フロントフロアパネル１ｂおよびリヤフロアパネル１ｃの各パネル部材に、本発明の強化方法を適用することによって、圧縮，曲げ，引張り時の性能を強化し、負荷方向に対する等方性（複数方向に対して同等の性能）や異方性（複数方向に対して異なる性能）を持たせ、衝突性能向上を図ることができる。
【００１５】
第１の実施形態として、図２（ａ）は、上記したダッシュロアパネル１ａ，フロントフロアパネル１ｂおよびリヤフロアパネル１ｃを構成する鋼板製のパネル部材２の強化後の全体を示す斜視図、図２（ｂ）はその一部を拡大して示す斜視図である。
【００１６】
このパネル部材２は、その表面に沿って線状となるビード部２ａを、プレスなどの機械加工により格子状に形成してある。このビード部２ａは、パネル部材２の面と直角な方向の一方に凸で他方に凹となるよう成形してあり、このビード部２ａに囲まれて平面部２ｂを有する。
【００１７】
平面部２ｂの大きさ（ビード部２ａ相互の間隔）は、パネル部材２に対するスポット溶接を行う際などの作業空間、ビード部２ａの延長方向に対する反力および変形モードを考慮し、パネル部材２を適用する部位の要求に合わせ最適な設計を行う必要がある。
【００１８】
このようにパネル部材２は、ビード部２ａを設けることで、パネル部材２の面外方向からの曲げ入力に対する剛性が向上する。また、複数のビード部２ａを、ビード部２ａのない平面部２ｂを囲むように組み合わせて設けることで、パネル部材２の面外方向からの曲げ入力に対する剛性が向上する。さらに、パネル部材２が圧縮や曲げ荷重を受けると、ビード部２ａ同士がこの荷重を伝達しつつ歪み、ビード部２ａに囲まれた平面部２ｂも同様に歪む。これがパネル部材面上の広範囲に及び、その結果パネル部材２のエネルギ吸収量を向上させ、荷重分散の機能も得ることができる。
【００１９】
第２の実施形態として、図３（ａ）は、上記したダッシュロアパネル１ａ，フロントフロアパネル１ｂおよびリヤフロアパネル１ｃを構成する他の例による鋼板製のパネル部材３の強化後の全体を示す斜視図、図３（ｂ）はその一部を拡大して示す斜視図である。
【００２０】
このパネル部材３は、その表面に沿って、熱加工処理による強化部としての線状となる焼き入れ部３ａを、レーザなどにより格子状に形成してあり、この強化した焼き入れ部３ａに囲まれて平面部３ｂを有する。
【００２１】
焼き入れ部３ａの大きさや平面部３ｂの大きさ（焼き入れ部３ａ相互の間隔）は、パネル部材３の引張り強度を変化させ、その後のプレス成形性への影響があるため、パネル部材３を適用する部位の要求に合わせ最適な設計を行う必要がある。
【００２２】
このようにパネル部材３は、焼き入れ部３ａを設けることで、パネル部材３の面方向の引張り強度が向上する。また、複数の焼き入れ部３ａを、焼き入れ部３ａのない平面部３ｂを囲むように組み合わせて設けることで、パネル部材３の面外方向からの曲げ入力に対する剛性が向上する。さらに、パネル部材３が引張力圧を受けると、焼き入れ部３ａ同士がこの荷重を伝達しつつ歪み、焼き入れ部３ａに囲まれた平面部３ｂも同様に歪む。また、焼き入れ部３ａで引張り強さも得られるため、パネル部材３の強度とエネルギ吸収量を向上させることができる。
【００２３】
第３の実施形態として、図４に、前記したビード部２ａまたは焼き入れ部３ａによって形成するパターンの例を示す。これらのパターン形状によって負荷方向に対する応答が変化する。
【００２４】
図４（ａ）に示す格子状（４角形）のパターンは、前記図２および図３に対応するもので、パネル部材の縦横方向（図４（ａ）中で上下左右方向）に等方性を持たせている。すなわち、ビード部や焼き入れ部が平面部を囲む形状を多角形とし、その多角形を複数組み合わせたパターン形状を、パネル部材の周縁外方の複数方向に対して多角形同士がほぼ同形状となるようにしている。
【００２５】
上記図４（ａ）のパターン形状は、形状もシンプルであるため、熱処理加工，成形も簡易で、後述する他のものに比較し重量も軽いため最も一般的と考えられる。
【００２６】
図４（ｂ）および（ｃ）は、３角形およびハニカム（６角形）形状でパターンをそれぞれ構成し、縦横方向（図４（ｂ），（ｃ）中で上下左右方向）に非対称なパターンである。すなわち、ビード部や焼き入れ部が平面部を囲む形状を多角形とし、その多角形を複数組み合わせたパターン形状を、特定方向に対して多角形同士の形状が異なるようにしている。
【００２７】
このため主な衝突方向には異方性の性質を持つことになるが、図４（ｂ）は３方向、図４（ｃ）は６方向にそれぞれ対称であるため、この特徴を生かす部位に限定して適用する。
【００２８】
また、図４（ｄ）は円形によるパターンで、パネル部材の縦横方向（図４（ｄ）中で上下左右方向）に等方性を持ち、斜め方向も縦横方向に近い応答をする。
【００２９】
このように、上記図４に示すように、プレスなどの加工により成形した線状のビード部やレーザなどにより形成した線状の焼き入れ部が、ビード部および焼き入れ部のない平面部を囲む形状を多角形とし、その多角形を複数組み合わせたパターン形状を、パネル部材の周縁外方の複数方向に対して多角形同士がほぼ同形状となるように組み合わせることで、負荷入力に対する応答が等しくなる。これによりパネル部材に等方性の性質を付与することができる。
【００３０】
また、プレスなどの加工により成形した線状のビード部やレーザなどにより形成した線状の焼き入れ部が、ビード部および焼き入れ部のない平面部を囲む形状を多角形とし、その多角形を複数組み合わせたパターン形状を、特定方向に対して多角形同士の形状が異なるように組み合わせることで、負荷入力に対する応答が異なるようになる。これにより、パネル部材に異方性の性質を付与することができる。
【００３１】
第４の実施形態として、図５に、プレスなどにより成形したビード部のパターンと、レーザなどにより強化した焼き入れ部のパターンとの組み合わせ例を示す。
【００３２】
まず、図５（ａ）で示す鋼板（原板）５に、図５（ｂ）に一部拡大して示すように、レーザなどによる焼き入れ部７を、鋼板５の縦横方向に対して４５°傾けた方向に互いに直交するよう格子状に形成し、これにより図５（ｃ）のパターン形状の鋼板９を得る。この焼き入れ部７は、幅や互いのピッチが機能を損なわない程度の精度を持って加工することが必要であるため、レーザの照射による熱処理加工法が有効であるが、要求精度を満たし線状の焼き入れ部７が得られればどのような方法でもよい。
【００３３】
上記した鋼板９にプレスなどで、図５（ｄ）に示すように、鋼板９の縦方向方向と平行な格子状のビード部１１のパターンを加工する。図５（ｅ）にその一部を拡大して示す。このとき、上記したビード部１１は、線状の焼き入れ部７に対し４５度傾いた状態で、かつ焼き入れ部７の互いの交差部を交差するように形成する。すなわち、ビード部１１に囲まれた平面部１３と、ビード部１１相互が交差する部分とをそれぞれ強化するように、前記した焼き入れ部７が形成されることになる。
【００３４】
これにより、図５（ｆ）のように、焼き入れ部７とビード部１１とが互いに交差して組み合わせたパターンを備えた鋼板１５が得られる。このようにビード部と焼き入れ部との組み合わせは、レーザなどによる焼き入れ部以外は、通常の加工成形で行うことができる。
【００３５】
上記図５に示したように、プレスなどの加工により成形した線状のビード部１１を複数組み合わせた際に形成されるビード部１１相互の交差部と、ビード部１１のない平面部１３を、レーザなどによる焼き入れ部７を設けて強化することにより、ビード部１１相互の交差部における脆弱部を補強し、ビード部１１に囲まれた平面部１３が、焼入れ部７の筋交によって補強することになり、圧縮，曲げ，引張りそれぞれにおいて性能を強化することができる。
【００３６】
また、図５に示した鋼板１５に形成したプレスなどによる線状のビード部１１およびレーザなどによる焼き入れ部７を、ビード部１１および焼き入れ部７のない平面部１３を囲むように組み合わせて設けることで、ビード部１１により、鋼板１５の面外方向からの曲げ入力に対する剛性が向上するとともに、焼き入れ部７により引張り強度が向上する。また、ビード部のみを設けた場合に比べ、ビード部の減少によるパネル部材の成形性向上や、ビード部の交差部の減少による強度向上が期待できる。さらに、ビード部１１および焼き入れ部７が荷重を受けると、ビード部１１および焼き入れ部７同士がこの荷重を伝達しつつ歪み、ビード部１１および焼き入れ部７に囲まれた平面部１３も同様に歪む。これが鋼板面上の広範囲に及び、その結果鋼板１５のエネルギ吸収量を向上させ、荷重分散の機能も得ることができる。
【００３７】
次に、上記したビード部および焼き入れ部のパターンの違いによる圧縮，曲げおよび引張り試験時での反力，エネルギ吸収量の評価について説明する。
【００３８】
図６は、縦２００ｍｍ，横２００ｍｍ，厚さ１．０ｍｍの正方形状のＦＥＭ解析用の試験用鋼板１７に対し、（ａ）に示す圧縮、（ｂ）に示す曲げ、（ｃ）に示す引張りによる矢印Ｆで示す強制変位を与えている状態を示す。
【００３９】
試験用鋼板１７は、図７に示すように、未加工のもの（ｏ）、焼き入れ部を縦横方向に平行な格子状としたもの（ａ）、（ａ）に対して４５度傾けた格子状の焼き入れ部としたもの（ｂ）、ビード部を縦横方向に平行な格子状としたもの（ｃ）、（ｃ）に対して４５度傾けた格子状のビード部としたもの（ｄ）、（ｃ）と（ｄ）とを組み合わせたもの（ｅ）、（ｂ）に（ｃ）の加工を施したもの（ｆ）、（ａ）に（ｄ）の加工を施したもの（ｇ）、の各種用意した。
【００４０】
ここでプレス成形性に影響が出ないよう、図８（ａ）に示すように、ビード部１７ａの寸法は、成形高さｈを２．０ｍｍ、先端と基端との間の寸法ｉを２．０ｍｍとし、図８（ｂ）に示すように、焼き入れ部１７ｂの幅ｗを２．０ｍｍとする。また、ビード部１７ａおよび焼き入れ部１７ｂのそれぞれのピッチは、部材同士のスポット溶接代を考慮し２０ｍｍとする。
【００４１】
図９（ａ）は、上記図７（ｏ），（ａ）〜（ｄ），（ｇ）に示した各種試験用鋼板に対するＦＥＭ解析結果による圧縮方向変位θと最大エネルギ吸収量Ｅとの関係を示す。圧縮方向変位θは、図９（ｂ）に示すように、前記図６（ａ）に示した強制変位方向Ｆに対してなす角度である。
【００４２】
これによると、図７（ｏ），（ａ），（ｂ）で示す面上に凹凸形状のない試験用鋼板は、圧縮方向が鋼板面外方向に角度θ（約５度以上）を持つことによりエネルギ吸収量Ｅが、５度を下回る場合に比べて大きく低下している。
【００４３】
一方、図７（ｃ），（ｄ），（ｇ）のプレスなどの機械加工により凹凸形状がある試験用鋼板は、θ＝０度において、図７（ｏ），（ａ），（ｂ）の鋼板に対し低い値となるが、その後角度θが１５度程度まで変化してもエネルギ吸収量が低下せず、５度以上では図７（ｏ），（ａ），（ｂ）の試験用鋼板に対し高い値となる。その中でも特にビード部と焼き入れ部とを組み合わせた図７（ｇ）の試験用鋼板が最も高いエネルギ吸収量となる。
【００４４】
以上から、レーザなどによる焼き入れ部により形成したパターンのみでは、図７（ｏ）に示す原板の応答とほとんど同じ傾向、エネルギ吸収量となるが、プレスなどの加工により成形したビード部を設けることで、鋼板は圧縮方向の変化に対して等方性を持つ。さらにビード部に、レーザなどによる焼き入れ部により形成したパターンを組み合わせると（ｇ）、ビード部のみを設けた鋼板（ｃ），（ｄ）に対しエネルギ吸収量が増加する。
【００４５】
以後、圧縮時の性能比較において、実際の部材適用形態や衝突形態において０度の圧縮は考えにくいため、図７（ｏ），（ａ），（ｂ）の鋼板は５度の角度を持って圧縮されるものとする。
【００４６】
表１は、前記図７（ｏ），（ａ）〜（ｇ）に示した試験用鋼板のＦＥＭ解析結果を示す。
【００４７】
【表１】
表１における数値は、図７（ｏ）に示した未加工の試験用鋼板の解析結果を基準とした相対値で示しており、重量は、成形ビード部の板厚が不変で、面積増加分重量が増加するものとしている。
【００４８】
まず、前記図６（ａ）の圧縮試験における結果を見ると、最大反力は、図７（ａ）の鋼板が１０１．９と最も高く（ほぼ原板（図７（ｏ）と同じ）、図７（ｆ）の鋼板が、平均反力（約８３％増加）、エネルギ吸収量（約９６％増加）、重量あたりのエネルギ吸収量（約７０％増加）で最も高い結果となった。圧縮における最大反力は初期に発生するため、圧縮方向剛性について、図７（ａ）の鋼板は原板並、図７（ｆ）の鋼板は原板の約１／３であることが言える。
【００４９】
以上のように、図７（ｆ）の鋼板は、原板に対して大幅にエネルギ吸収性能が強化され、プレスなどの加工により成形したビード部の設定により初期発生Ｇを抑制することがわかる。
【００５０】
次に、図６（ｂ）の曲げ試験における結果を見ると、図７（ｅ）〜（ｇ）に示す鋼板の、プレスなどの加工により成形したビード部を組み合わせたパターンが良い。
【００５１】
ビード部を設けることによる薄板材の座屈強度、面外剛性向上は一般的に知られているが、図７（ｅ）のプレスなどによるビード部のみの鋼板に対し、ビード部に焼き入れ部を組み合わせた図７（ｇ）の鋼板は同等性能、同図７（ｆ）は性能が向上しており、かつこれら両者の鋼板は重量も図７（ｅ）の鋼板に対して軽量である。
【００５２】
また、図７（ｆ）の鋼板は、反力で約２倍、エネルギ吸収量で約２．５倍と大幅な性能向上が得られている。
【００５３】
次に、図６（ｃ）の引張り試験における結果を見ると、最大反力は図７（ａ）の鋼板が最も高く（約１５％増）、平均反力は図７（ｇ）の鋼板が最も高い（約１６％増）。エネルギ吸収量は図７（ａ）の鋼板が最も高いが（約１６％増）、図７（ｇ）の鋼板は、応力集中部の変形（引張り方向に直交する方向の変形）が約４４％と小さく、かつエネルギ吸収量が約１０％増加している。
【００５４】
このことから図７（ｇ）の鋼板は、荷重分散によって負荷応答が遅れるが、変形量一定とした場合には、図７（ａ）の鋼板よりエネルギ吸収を行うものと考えられる。
【００５５】
以上のように、プレスなどの加工により成形したビード部と、レーザなどにより強化した焼き入れ部とを組み合わせたパターンを持つ図７（ｆ），（ｇ）の各鋼板は、圧縮，曲げ，引張りに対し良好な結果となった。このパターンは、お互いのパターンの４５度方向の特性とも考えられるため、図７（ｆ），（ｇ）の各鋼板は、斜め方向荷重に関しても良好な性能を持つと考えられる。
【００５６】
次に、図７（ｏ）の未加工の試験用鋼板および図７（ｆ），（ｇ）の試験用鋼板を、図１０に示すような矩形状の閉断面をもつＦＥＭ解析用の閉断面部材１９に適用し、これを図１１に示すような試験を行った結果について説明する。ここで、閉断面部材１９の閉断面部における縦横の寸法ｐ，ｑは４０ｍｍ、長さｒは２４０ｍｍとする。
【００５７】
図１１（ａ）は、閉断面部材１９を剛体壁２１に対し垂直な状態で衝突させる軸圧壊、図１１（ｂ）は、閉断面部材１９を剛体壁２１に対しθ＝３０度の角度だけ傾けた状態での斜め衝突、図１１（ｃ）は、直径２０ｍｍの剛体柱に対し閉断面部材１９の長手方向中央部を衝突させる曲げ衝突、をそれぞれ行う状態を示す。これら各試験結果についてＦＥＭ解析を行い、図７（ｏ），（ｆ），（ｇ）の各鋼板におけるパターンの有無による有意差を確認した。なお、衝突時の初期速度は１０ｍ／ｓである。表２にこの解析結果を示す。
【００５８】
【表２】
図１１（ａ）に示す軸圧壊試験において、図７（ｆ），（ｇ）のパターンを用いた閉断面部材１９は、最大反力（初期反力）が約６０，７０％にそれぞれ低下する。これは成形ビード部が設定されているためである。またパターンの効果により平均反力が増加（約５％）することにより、エネルギ吸収量はパターンなしの部材とほぼ同じとなる（約９６，１００％）。
【００５９】
この結果から、軸圧壊する衝撃吸収部材に矩形の閉断面部材１９を用いた場合、図７（ｆ），（ｇ）の鋼板に設定したパターンを適用することで、伝達する衝撃を抑え、かつエネルギを吸収する部材とすることができる。
【００６０】
図１１（ｂ）に示す斜め衝突試験においては、図７（ｆ），（ｇ）の鋼板を用いた閉断面部材１９が、最大反力（約１６，３１％増），平均反力（約２０，４０％増）、エネルギ吸収量（約１９，４２％増）全てで向上する。閉断面部材１９を斜めに衝突させると、横方向荷重を受け曲がるため、軸圧壊に比較して反力、エネルギ吸収量が低下するが、図７（ｆ），（ｇ）の鋼板に設定したパターンを適用することで、横方向荷重による曲がりによる反力が強化されたため向上したものと考えられる。
【００６１】
この結果から、閉断面部材１９に本件パターンを用いることにより、部材に若干の等方性を付与することができる。
【００６２】
図１１（ｃ）に示す曲げ衝突試験においては、図７（ｇ）の鋼板を用いた閉断面部材１９が、最大反力（約３７％増），平均反力（約５２％増）、エネルギ吸収量（約２０％増）全てで向上するが、図７（ｆ）の鋼板を用いた閉断面部材１９はほとんど変化がない結果となった。
【００６３】
この場合も、図７（ｇ）の鋼板に設定したパターンにより、衝突面の曲げとその裏側の引張りにおける反力が強化されたために性能が向上したことになる。また、図７（ｆ）の鋼板を用いた閉断面部材１９にほとんど効果がない結果は、パネル部材の引張り時における結果と同様である。
【００６４】
以上のように、図７（ｆ），（ｇ）の鋼板に設定した本件パターンを矩形の閉断面部材１９に用いた場合、パネル形状単体での結果と同じ傾向を示し、閉断面部材１９の反力の大きさによって効果が目立たない場合もあるが、構造体に適用しても、パネル部材での作用効果を同様に得ることができる。
【００６５】
このように構造体においても有効性を失わないことから、その他複雑な形状の部材（多角形や３次元形状）においても、本件パターンを適用することにより、衝突性能向上に有効なエネルギ吸収量の増加や、荷重分散の性能が達成できる。
【００６６】
以上のように、パネル部材に形成した複数のビード部および焼き入れ部を、その少なくとも一部を一致させて組み合わせて設けることで、ビード部により、パネル部材の面外方向からの曲げ入力に対する剛性が向上するとともに、焼き入れ部により、面方向の引張り強度が向上する。また、ビード部のみを設けた場合に比べ、ビード部の減少によるパネル部材の成形性向上や、ビード部の交差部の減少による強度向上が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】自動車における主なパネル部材の概略を示す斜視図である。
【図２】（ａ）は図１における各パネル部材にビード部を設けて強化した後の全体を示す斜視図、（ｂ）はその一部を拡大して示す斜視図である。
【図３】（ａ）は図１における各パネル部材に焼き入れ部を設けて強化した後の全体を示す斜視図、（ｂ）はその一部を拡大して示す斜視図である。
【図４】ビード部または焼き入れ部によって形成するパターンの各種例を示す説明図である。
【図５】プレスなどにより成形したビード部のパターンと、レーザなどによる焼き入れ部のパターンとの組み合わせ例を示す説明図である。
【図６】ＦＥＭ解析用の試験用鋼板に対し、（ａ）に示す圧縮、（ｂ）に示す曲げ、（ｃ）に示す引張りによる強制変位を与えている状態を示す説明図である。
【図７】図６の強制変位を与える際の試験用鋼板に形成する各種パターンの例を示す説明図である。
【図８】（ａ）はビード部の寸法を示す説明図、（ｂ）は焼き入れ部の寸法を示す説明図である。
【図９】（ａ）は図７の各種試験用鋼板に対するＦＥＭ解析結果による圧縮方向変位と最大エネルギ吸収量との相関図、（ｂ）は図６（ａ）での圧縮方向に対して変位させる角度を示す説明図である。
【図１０】図７（ｏ），（ｆ），（ｇ）の試験用鋼板を適用したＦＥＭ解析用の閉断面部材の斜視図である。
【図１１】図１０に示す閉断面部材に対し、（ａ）に示す軸圧壊、（ｂ）に斜め衝突、（ｃ）に示す曲げによる強制変位を与えている状態を示す説明図である。
【符号の説明】
２，３ パネル部材
２ａ，１１ ビード部
２ｂ，３ｂ，１３ 平面部
３ａ，７ 焼き入れ部（強化部）
５，９，１５ 鋼板（パネル部材）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a panel member of an automobile and a method of forming the panel member.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, as a method of strengthening a panel member used in an automobile or the like, for example, Patent Literature 1 discloses a method related to a method of strengthening a steel sheet using laser irradiation.
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-275527
[Problems to be solved by the invention]
However, the panel member reinforced as described above is weak when the panel member receives an input or a bending moment in an out-of-plane direction (a direction intersecting the surface of the panel member) at the time of the collision of the automobile, and the collision performance is improved. Are insufficient in effective isotropy in the load direction (equivalent performance in a plurality of directions), energy absorption, and load dispersion performance.
[0005]
Then, this invention aims at improving the intensity | strength of the panel member used for a motor vehicle.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a panel member made of a steel plate used for a plane portion of an automobile, comprising a plurality of beads formed by machining on the surface of the panel member and a plurality of reinforced portions formed by thermal processing. It is a panel member of an automobile formed by forming at least a part of the bead portion and the reinforcing portion at the same position and combining the bead portion and the reinforcing portion.
[0007]
【The invention's effect】
According to the present invention, by providing a plurality of bead portions and quenched portions formed on the panel member in combination, the bead portion improves the rigidity of the panel member against bending input from an out-of-plane direction. Thereby, the tensile strength in the plane direction is improved. Further, as compared with the case where only the bead portion is provided, improvement in the formability of the panel member due to the decrease in the bead portion and improvement in the strength due to the decrease in the intersection portion of the bead portion can be expected.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0009]
FIG. 1 shows an outline of main panel members in an automobile. In the method of strengthening the panel member, since the surface of the panel member is made uneven, the inner plate portion of the vehicle body, which does not require smooth surface properties, is the main application site. In FIG. 1, the arrow F direction is the vehicle front, the W direction is the vehicle width direction, and the U direction is the vehicle upper direction. Therefore, as the collision load on the vehicle, Ff is the front collision load, Fr is the rear collision load, and Fw is the side collision load.
[0010]
In FIG. 1, reference numeral 1a denotes a dash lower panel, 1b denotes a front floor panel, and 1c denotes a rear floor panel. Each of these panel members has a largely flat portion.
[0011]
The dash lower panel 1a receives a load mainly in an out-of-plane direction (a direction intersecting with the surface of the panel member) from the front side member 1d or the engine 1e at the time of a frontal collision, and in a plane direction (panel member) at a side collision. In a direction parallel to the surface of the body).
[0012]
It is considered that the front floor panel 1b receives a compressive load and a bending moment mainly from the side sill 1f at the time of a side collision, and a tensile load is also applied by deformation of the extension member 1g and the cross member 1h. Further, in the front floor panel 1b, in the event of a frontal collision, a bending load accompanying deformation of the extension member 1g and a tensile load acting near the joint of the extension member 1g are considered to be applied by the transmitted load of the front side member 1d and the extension member 1g. Can be
[0013]
It is considered that the rear floor panel 1c receives a compression load almost directly at the time of a rear collision, and also receives a bending moment and a tensile load due to deformation of the rear side member 1i.
[0014]
From the above, by applying the reinforcing method of the present invention to each panel member of the dash lower panel 1a, the front floor panel 1b, and the rear floor panel 1c, the performance at the time of compression, bending, and tension is strengthened, and the performance in the load direction is improved. By providing anisotropy (equivalent performance in a plurality of directions) and anisotropy (performance different in a plurality of directions), it is possible to improve the collision performance.
[0015]
As a first embodiment, FIG. 2A is a perspective view showing the entire steel plate member 2 constituting the dash lower panel 1a, the front floor panel 1b, and the rear floor panel 1c after reinforcement, and FIG. (b) is an enlarged perspective view showing a part thereof.
[0016]
In this panel member 2, a bead portion 2a that is linear along the surface thereof is formed in a lattice shape by machining such as pressing. The bead portion 2a is formed so as to be convex on one side and concave on the other side in a direction perpendicular to the surface of the panel member 2, and has a flat portion 2b surrounded by the bead portion 2a.
[0017]
The size of the flat portion 2b (interval between the bead portions 2a) is determined by taking into consideration the working space when spot welding is performed on the panel member 2 and the reaction force and deformation mode in the extending direction of the bead portion 2a. It is necessary to design optimally according to the requirements of the part to be applied.
[0018]
By providing the bead portion 2a in the panel member 2 in this manner, the rigidity of the panel member 2 against bending input from an out-of-plane direction is improved. In addition, by providing a plurality of bead portions 2a in combination so as to surround the flat portion 2b without the bead portions 2a, the rigidity of the panel member 2 against bending input from an out-of-plane direction is improved. Further, when the panel member 2 receives a compressive or bending load, the beads 2a are distorted while transmitting the load, and the flat portion 2b surrounded by the bead 2a is similarly distorted. This extends over a wide area on the panel member surface, and as a result, the energy absorption amount of the panel member 2 can be improved, and the function of load distribution can also be obtained.
[0019]
As a second embodiment, FIG. 3A is a perspective view showing the whole of a steel plate member 3 according to another example of the dash lower panel 1a, the front floor panel 1b, and the rear floor panel 1c after being strengthened. FIG. 3B is an enlarged perspective view of a part of FIG.
[0020]
In the panel member 3, a linear hardened portion 3a as a reinforced portion formed by thermal processing is formed in a lattice shape by a laser or the like along a surface thereof, and is surrounded by the reinforced hardened portion 3a. And has a flat portion 3b.
[0021]
The size of the quenched portion 3a and the size of the flat portion 3b (the distance between the quenched portions 3a) change the tensile strength of the panel member 3 and affect the subsequent press formability. It is necessary to design optimally according to the requirements of the part to be applied.
[0022]
By providing the quenched portion 3a in the panel member 3, the tensile strength in the surface direction of the panel member 3 is improved. Further, by providing a plurality of hardened portions 3a in combination so as to surround the flat portion 3b having no hardened portion 3a, the rigidity of the panel member 3 against bending input from an out-of-plane direction is improved. Further, when the panel member 3 receives tensile pressure, the quenched portions 3a are distorted while transmitting this load, and the flat portion 3b surrounded by the quenched portions 3a is similarly distorted. Further, since the quenched portion 3a also has a tensile strength, the strength of the panel member 3 and the amount of energy absorption can be improved.
[0023]
As a third embodiment, FIG. 4 shows an example of a pattern formed by the bead portion 2a or the quenched portion 3a. The response to the load direction changes depending on these pattern shapes.
[0024]
The grid-like (square) pattern shown in FIG. 4A corresponds to FIGS. 2 and 3 and isotropic in the vertical and horizontal directions of the panel member (up and down and right and left directions in FIG. 4A). Have. That is, the shape in which the bead portion or the quenched portion surrounds the plane portion is a polygon, and the pattern shape obtained by combining a plurality of the polygons is substantially the same shape in a plurality of directions outside the peripheral edge of the panel member. I am trying to become.
[0025]
The pattern shape shown in FIG. 4A is considered to be the most common because the shape is simple, the heat treatment and the forming are easy, and the weight is lighter than those described later.
[0026]
FIGS. 4B and 4C show patterns each having a triangular shape and a honeycomb (hexagonal) shape, which are asymmetrical in the vertical and horizontal directions (vertical and horizontal directions in FIGS. 4B and 4C). is there. That is, the shape in which the bead portion or the quenched portion surrounds the plane portion is a polygon, and the pattern shape obtained by combining a plurality of the polygons is such that the shapes of the polygons are different in a specific direction.
[0027]
For this reason, the main collision direction has an anisotropic property, but FIG. 4B is symmetrical in three directions, and FIG. 4C is symmetrical in six directions. Limited and apply.
[0028]
FIG. 4D shows a circular pattern, which is isotropic in the vertical and horizontal directions (up, down, left and right directions in FIG. 4D) of the panel member, and responds obliquely in the vertical and horizontal directions.
[0029]
In this way, as shown in FIG. 4, a linear bead portion formed by processing such as pressing or a linear quenched portion formed by a laser or the like surrounds a flat portion having no bead portion and no quenched portion. The shape is a polygon, and a combination of a plurality of the polygons is combined so that the polygons have substantially the same shape in a plurality of directions outside the peripheral edge of the panel member, so that the response to the load input is equal. Become. Thereby, the isotropic property can be given to the panel member.
[0030]
In addition, a linear bead formed by processing such as pressing or a linear quenched portion formed by a laser or the like forms a polygon surrounding a bead portion and a flat portion without a quenched portion, and the polygon is formed. By combining a plurality of combined pattern shapes so that the shapes of the polygons are different from each other in a specific direction, the response to a load input becomes different. Thereby, the anisotropic property can be given to the panel member.
[0031]
As a fourth embodiment, FIG. 5 shows an example of a combination of a bead pattern formed by a press or the like and a quenched pattern strengthened by a laser or the like.
[0032]
First, as shown in a partially enlarged view in FIG. 5B, a quenched portion 7 formed by a laser or the like is attached to a steel plate (original plate) 5 shown in FIG. The steel plates 9 are formed in a lattice shape so as to be orthogonal to each other in the inclined direction, thereby obtaining the steel plate 9 having the pattern shown in FIG. Since the quenched portion 7 needs to be processed with an accuracy that does not impair the function of the width and the pitch of each other, a heat treatment method by laser irradiation is effective. Any method may be used as long as the quenched portion 7 having a shape like that can be obtained.
[0033]
As shown in FIG. 5D, a pattern of the grid-shaped bead portion 11 parallel to the longitudinal direction of the steel plate 9 is processed on the steel plate 9 by pressing or the like. FIG. 5 (e) shows an enlarged part of this. At this time, the above-described bead portion 11 is formed so as to be inclined by 45 degrees with respect to the linear quenched portion 7 and to intersect each other at the intersection of the quenched portions 7. That is, the quenched portion 7 is formed so as to strengthen the flat portion 13 surrounded by the bead portion 11 and the portion where the bead portions 11 cross each other.
[0034]
Thereby, as shown in FIG. 5F, a steel sheet 15 having a pattern in which the quenched portion 7 and the bead portion 11 intersect with each other and are combined is obtained. As described above, the combination of the bead portion and the quenched portion can be performed by ordinary processing and forming except for the quenched portion by laser or the like.
[0035]
As shown in FIG. 5 described above, the intersection of the beads 11 formed when a plurality of linear beads 11 formed by processing such as pressing are combined, and the flat part 13 without the beads 11 are formed as follows. By providing a quenched portion 7 by laser or the like and strengthening it, a fragile portion at the intersection of the bead portions 11 is reinforced, and a flat portion 13 surrounded by the bead portion 11 is reinforced by bracing of the quenched portion 7. That is, the performance can be enhanced in each of compression, bending, and tension.
[0036]
Further, a linear bead portion 11 formed by pressing or the like formed on the steel plate 15 shown in FIG. 5 and a quenched portion 7 formed by laser or the like are combined so as to surround the bead portion 11 and the flat portion 13 having no quenched portion 7. With the provision, the bead portion 11 improves the rigidity of the steel plate 15 against bending input from an out-of-plane direction, and the quenched portion 7 improves the tensile strength. Further, as compared with the case where only the bead portion is provided, improvement in the formability of the panel member due to the decrease in the bead portion and improvement in the strength due to the decrease in the intersection portion of the bead portion can be expected. Further, when the load is applied to the bead portion 11 and the quenched portion 7, the bead portion 11 and the quenched portion 7 are distorted while transmitting the load, and the flat portion 13 surrounded by the bead portion 11 and the quenched portion 7 is also deformed. Similarly distorted. This extends over a wide area on the surface of the steel sheet, and as a result, the energy absorption amount of the steel sheet 15 can be improved, and a function of dispersing the load can be obtained.
[0037]
Next, the evaluation of the reaction force and the amount of energy absorption in the compression, bending and tensile tests based on the difference in the pattern of the bead portion and the quenched portion will be described.
[0038]
FIG. 6 shows a compression test shown in (a), a bending test shown in (b), and a tensile test shown in (c) of a square test steel plate 17 for FEM analysis having a length of 200 mm, a width of 200 mm and a thickness of 1.0 mm. Shows a state where a forced displacement shown by an arrow F is given.
[0039]
As shown in FIG. 7, the test steel plate 17 is unprocessed (o), a quenched portion is formed in a grid shape parallel to the vertical and horizontal directions (a), and a grid inclined at 45 degrees to (a). (B), a bead having a lattice shape parallel to the vertical and horizontal directions (c), and a bead having a lattice inclined at 45 degrees to (c) (d) , (C) and (d) combined (e), (b) processed (c) (f), (a) processed (d) (g) , Of various prepared.
[0040]
Here, as shown in FIG. 8 (a), the dimensions of the bead portion 17a are such that the molding height h is 2.0 mm and the dimension i between the distal end and the proximal end is 2 so that the press formability is not affected. The width w of the quenched portion 17b is 2.0 mm, as shown in FIG. 8B. The pitch of each of the bead portion 17a and the quenched portion 17b is set to 20 mm in consideration of a spot welding margin between members.
[0041]
FIG. 9A shows the relationship between the displacement θ in the compression direction and the maximum energy absorption E based on the FEM analysis results of the various test steel plates shown in FIGS. 7O, 7A to 7D, and 7G. Is shown. The compression direction displacement θ is, as shown in FIG. 9B, an angle formed with respect to the forcible displacement direction F shown in FIG. 6A.
[0042]
According to this, a test steel sheet having no irregularities on the surfaces shown in FIGS. 7 (o), (a), and (b) has a compression direction having an angle θ (about 5 degrees or more) outside the steel sheet surface. As a result, the amount of energy absorption E is greatly reduced as compared with the case where it is less than 5 degrees.
[0043]
On the other hand, the test steel sheet having an uneven shape by machining such as pressing shown in FIGS. 7C, 7D, and 7G has the shape shown in FIGS. 7O, 7A, and 7B at θ = 0 degrees. However, even if the angle θ changes to about 15 degrees thereafter, the energy absorption does not decrease, and when the angle θ is 5 degrees or more, the test results shown in FIGS. 7 (o), (a) and (b) are used. High value for steel sheet. Among them, especially the test steel sheet of FIG. 7 (g) in which the bead portion and the quenched portion are combined has the highest energy absorption.
[0044]
From the above, only the pattern formed by the quenched portion by laser or the like has almost the same tendency and energy absorption as the response of the original plate shown in FIG. 7 (o), but it is necessary to provide a bead portion formed by processing such as pressing. Thus, the steel sheet is isotropic with respect to changes in the compression direction. Further, when a pattern formed by a quenched portion using a laser or the like is combined with the bead portion (g), the amount of energy absorption increases for steel plates (c) and (d) provided with only the bead portion.
[0045]
Thereafter, in the performance comparison at the time of compression, since the compression of 0 degree is unlikely in the actual application form or the collision form, the steel sheets of FIGS. 7 (o), (a) and (b) have an angle of 5 degrees. Shall be compressed.
[0046]
Table 1 shows the FEM analysis results of the test steel plates shown in FIGS. 7 (o) and (a) to (g).
[0047]
[Table 1]
The numerical values in Table 1 are shown as relative values based on the analysis results of the unprocessed test steel plate shown in FIG. 7 (o). It is assumed that the weight will increase.
[0048]
First, looking at the results of the compression test in FIG. 6A, the maximum reaction force is the highest in the steel sheet in FIG. 7A at 101.9 (almost the same as the original plate (same as FIG. 7O)). Steel sheet 7 (f) had the highest results in average reaction force (approximately 83% increase), energy absorption (approximately 96% increase), and energy absorption per weight (approximately 70% increase). Since the maximum reaction force is initially generated, it can be said that the steel sheet in FIG. 7A is about the same as the original sheet and the steel sheet in FIG.
[0049]
As described above, it can be seen that the steel sheet of FIG. 7F has a significantly enhanced energy absorption performance with respect to the original sheet, and suppresses the initial generation G by setting the bead portion formed by processing such as pressing.
[0050]
Next, looking at the results of the bending test shown in FIG. 6B, it is preferable that the steel sheet shown in FIGS. 7E to 7G be combined with a bead portion formed by processing such as pressing.
[0051]
It is generally known that the buckling strength and out-of-plane rigidity of a thin sheet material are improved by providing a bead portion. However, a steel sheet having only a bead portion by pressing as shown in FIG. 7 (g) having the same performance, the performance is improved in FIG. 7 (f), and both steel sheets are lighter in weight than the steel sheet in FIG. 7 (e).
[0052]
Further, the steel plate of FIG. 7 (f) has a large improvement in performance of about twice the reaction force and about 2.5 times the energy absorption.
[0053]
Next, looking at the results of the tensile test in FIG. 6C, the steel sheet of FIG. 7A has the highest maximum reaction force (about 15% increase), and the average reaction force of the steel sheet of FIG. Highest (up about 16%). Although the steel sheet of FIG. 7A has the highest energy absorption (approximately 16% increase), the steel sheet of FIG. 7G has about 44% of the deformation of the stress concentration portion (the deformation in the direction perpendicular to the tensile direction). And the energy absorption is increased by about 10%.
[0054]
From this, it is considered that the load response of the steel sheet of FIG. 7 (g) is delayed due to the dispersion of the load, but when the deformation amount is constant, the steel sheet of FIG. 7 (a) absorbs more energy.
[0055]
As described above, each of the steel sheets shown in FIGS. 7F and 7G having a pattern in which the bead portion formed by pressing or the like and the quenched portion strengthened by laser or the like are compressed, bent, and pulled. Good results. Since this pattern is also considered to be the characteristic of the patterns in the 45-degree direction, it is considered that each steel sheet of FIGS. 7F and 7G has good performance with respect to the oblique load.
[0056]
Next, the unprocessed test steel sheet of FIG. 7 (o) and the test steel sheets of FIGS. 7 (f) and 7 (g) were closed with a rectangular closed cross section as shown in FIG. 10 for FEM analysis. The result of a test applied to the member 19 and shown in FIG. 11 will be described. Here, the vertical and horizontal dimensions p and q in the closed cross section of the closed cross section member 19 are 40 mm, and the length r is 240 mm.
[0057]
FIG. 11A shows axial crushing in which the closed section member 19 collides with the rigid wall 21 in a perpendicular direction, and FIG. 11B shows the closed section member 19 with respect to the rigid wall 21 by an angle of θ = 30 degrees. FIG. 11 (c) shows a state in which an oblique collision in an inclined state and a bending collision in which a longitudinal center portion of the closed section member 19 collides with a rigid column having a diameter of 20 mm are performed. FEM analysis was performed on each of these test results, and a significant difference due to the presence or absence of a pattern in each steel plate in FIGS. 7 (o), (f), and (g) was confirmed. The initial speed at the time of collision is 10 m / s. Table 2 shows the results of this analysis.
[0058]
[Table 2]
In the axial crush test shown in FIG. 11A, the maximum reaction force (initial reaction force) of the closed section member 19 using the patterns of FIGS. 7F and 7G is reduced to about 60 and 70%, respectively. . This is because a molding bead portion is set. Further, the average reaction force increases (about 5%) due to the effect of the pattern, so that the amount of energy absorption becomes almost the same as that of the member without the pattern (about 96, 100%).
[0059]
From this result, when the rectangular closed cross-section member 19 is used as the shock absorbing member that undergoes axial crush, the transmitted shock is suppressed by applying the pattern set to the steel plates in FIGS. 7F and 7G, and It can be a member that absorbs energy.
[0060]
In the oblique collision test shown in FIG. 11B, the closed section member 19 using the steel plates of FIGS. 7F and 7G has the maximum reaction force (approximately 16, 31% increase) and the average reaction force (approx. 20 and 40% increase) and energy absorption (about 19 and 42% increase). When the closed section member 19 collides obliquely, it bends in response to a lateral load, so that the reaction force and the amount of energy absorbed are reduced as compared with the axial crush. However, the steel sheet shown in FIGS. 7 (f) and 7 (g) was set. It is considered that the application of the pattern strengthened the reaction force due to the bending due to the lateral load, and thus improved.
[0061]
From this result, by using the present pattern for the closed cross section member 19, it is possible to impart some isotropy to the member.
[0062]
In the bending impact test shown in FIG. 11C, the closed section member 19 using the steel sheet of FIG. 7G has the maximum reaction force (approximately 37% increase), the average reaction force (approximately 52% increase), and the energy. Although the absorption amount is improved at all (increased by about 20%), the closed section member 19 using the steel sheet shown in FIG.
[0063]
In this case as well, the pattern set on the steel sheet in FIG. 7 (g) enhances the performance because the reaction force in bending the impact surface and pulling the back side thereof is strengthened. The result of having little effect on the closed section member 19 using the steel plate in FIG. 7F is similar to the result when the panel member is pulled.
[0064]
As described above, when the present pattern set on the steel sheet in FIGS. 7F and 7G is used for the rectangular closed section member 19, the same tendency as the result of the panel shape alone is shown. The effect may not be noticeable depending on the magnitude of the reaction force. However, even when applied to a structure, the effect of the panel member can be similarly obtained.
[0065]
As described above, since the effectiveness is not lost even in the structure, the energy absorption amount effective for improving the collision performance can be obtained by applying the present pattern to other complicated members (polygons and three-dimensional shapes). Increase and load distribution performance can be achieved.
[0066]
As described above, by providing a plurality of bead portions and quenched portions formed on the panel member in combination with at least a part of them being matched, the bead portion allows the panel member to have a rigidity against bending input from an out-of-plane direction. And the quenched portion improves the tensile strength in the plane direction. Further, as compared with the case where only the bead portion is provided, improvement in the formability of the panel member due to the decrease in the bead portion and improvement in the strength due to the decrease in the intersection portion of the bead portion can be expected.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view schematically showing a main panel member in an automobile.
2A is a perspective view showing the entire panel member of FIG. 1 after a bead portion is provided and strengthened, and FIG. 2B is a perspective view showing a part of the panel member in an enlarged manner.
FIG. 3A is a perspective view showing the entire panel member shown in FIG. 1 after hardening by providing a quenched portion, and FIG. 3B is an enlarged perspective view showing a part thereof.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing various examples of patterns formed by a bead portion or a quenched portion.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of a combination of a bead pattern formed by a press or the like and a quenched pattern by a laser or the like;
FIG. 6 is an explanatory view showing a state in which a compression steel sheet shown in (a), a bending sheet shown in (b), and a forced displacement shown in (c) are applied to a test steel sheet for FEM analysis.
FIG. 7 is an explanatory view showing examples of various patterns formed on the test steel sheet when the forced displacement shown in FIG. 6 is given.
FIG. 8A is an explanatory view showing dimensions of a bead part, and FIG. 8B is an explanatory view showing dimensions of a quenched part.
9A is a correlation diagram between the displacement in the compression direction and the maximum energy absorption based on the results of FEM analysis of the various test steel plates in FIG. 7, and FIG. 9B is the displacement in the compression direction in FIG. 6A. It is explanatory drawing which shows the angle made.
FIG. 10 is a perspective view of a closed section member for FEM analysis to which the test steel sheets of FIGS. 7 (o), (f) and (g) are applied.
11 is an explanatory view showing a state in which the closed section member shown in FIG. 10 is subjected to axial crushing shown in (a), oblique collision to (b), and forced displacement due to bending shown in (c).
[Explanation of symbols]
2, 3 panel members 2a, 11 bead portions 2b, 3b, 13 plane portions 3a, 7 quenched portion (reinforced portion)
5,9,15 Steel plate (panel member)
