JP2011020471A - 車両用構造部材とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】軽量で優れた衝撃エネルギ吸収能を有する車両用構造部材を提供し、車両用構造部材の軽量化と車両の衝突安全性の向上とを図る。
【解決手段】底部１０ｃと、底部１０ｃの両側に形成される二つの底部コーナ部１０ｄと、二つの底部コーナ部１０ｄそれぞれに連続して形成される二つの壁部１０ｂとを有する略ハット形状の横断面を有し、曲げ変形により衝突エネルギーを吸収するための長尺のハット部材１０を備える閉じた横断面形状を有するバンパーレインフォースメント１２である。ハット部材１０が、底部１０ｃの少なくも一部を構成する第１の部材と、壁部１０ｂを構成するとともに第１の部材の板厚よりも大きい板厚を有する複数の第２の部材とから構成され、第１の部材の幅方向の二つの端部が、いずれも、第２の部材それぞれの幅方向の一方の端部と重ね合わされるとともに、第１の部材および第２の部材の重ね合わせ部には、第１の部材および第２の部材を接合するための溶接部が、ハット部材の長手方向へ延びて形成される。
【選択図】図６

Description

本発明は、自動車等の車両の構造部材とその製造方法に関する。具体的には、本発明は、車体の軽量化に寄与するとともに車両の衝突安全性を高めることができる車両用構造部材とその製造方法に関する。

地球環境保護を背景とした車体の軽量化、ならびに車両の衝突安全性の向上の観点から、軽量であるとともに優れた衝撃エネルギー吸収能を有する車両用構造部材が求められている。例えば、高強度鋼板を用いた構造部材の板厚の低減、あるいは構造部材の断面形状の大型化又は最適化によって車両用構造部材の性能向上を図る技術が精力的に検討されている。また、例えば、厚肉材や高強度材と薄肉材や低強度材との組み合わせといった複数の異種材料をプレス成形前に溶接してつなぎ合わせて形成される、いわゆるテーラーウェルドブランク（以下「ＴＷＢ」と略記する）を、プレス成形することによって車両用構造部材を製造する技術も検討されている。

このような車両用構造部材の一つとしてバンパーレインフォースメントがある。図１は、自動車車体の前部４の構造例の一部を抽出して模式的に示す説明図である。同図に示すように、バンパーレインフォースメント１は、自動車車体の前後に、フレーム（サイドメンバー）３、またはフレーム３の先端に装着されるクラッシュボックス２と締結されて、配置される。バンパーレインフォースメント１は、前後面衝突時には、フレーム３やクラッシュボックス２において発生する軸圧壊変形とともに、発生する曲げ変形によって衝突エネルギーを吸収して乗員を保護するという重要な役割を担う。近年、このバンパーレインフォースメント１には、電柱との衝突においても確実に乗員を保護する特性が要求され、よりいっそうの高強度化を目指して設計されている。

特許文献１には、鋼板製のブランクをオーステナイト域まで加熱した後にプレス成形とともにプレス金型によって冷却を行うことによって鋼板の金属組織をオーステナイトからマルテンサイトに変態させることにより、所定の形状を有する高強度部材を製造する方法（本明細書では「熱間プレス法」という）に係る発明が開示されている。また、特許文献２には、熱間プレス法により高強度化が可能で、かつスケール生成の抑制が可能なＦｅ−Ｚｎ合金のめっき層を有する熱間プレス用鋼板とその製造方法に係る発明が開示されている。

バンパーレインフォースメント１には、この熱間プレス法により製造される熱間プレス部品が多数適用される。しかし、近年社会問題となっているＣＯ_２排出量のよりいっそうの削減を図るために、さらなる車体軽量化が強く要請されている。特許文献１、２により開示される熱間プレス法のみでは、この要請に十分に応えることができない。

特許文献３には、板厚が異なる第１の鋼板および第２の鋼板を突き合わせ溶接してＴＷＢに成形し、このＴＷＢを熱間プレス法によりプレス成形することによって、板厚が長手方向に変動するプレス成形品を製造する方法に係る発明が開示されている。

特許文献３により開示された発明では、成形品、例えばバンパーレインフォースメントの強度がバンパーの長手方向で変化するため、載荷点の位置によってバンパーの強度が変動する。このため、この発明では、例えば載荷点の位置や衝撃荷重の入力条件等といった衝突条件によっては所望の衝撃吸収性能を発揮することができなくなるため、優れた衝撃吸収性能を有する構造部材を提供することは難しい。

特許文献４には、曲げ変形により衝突エネルギーを吸収する略ハット形状の横断面を有する第１の部材を備え、この第１の部材の底部の板厚が側壁の板厚よりも小さい車両用構造部材に係る発明が開示されている。

英国公開特許公報１４９０５３５号 特開２００３−１４７４９９号 特開２０００４−５８０８２ 特開２００８−６８７５９号

特許文献４により開示された発明によれば、長手方向への性能差を生じることなく、曲げ変形により吸収する単位質量当たりの衝突エネルギー量を高めた車両用構造部材を提供することができる。しかし、上述したようにさらなる車体軽量化を図るためには、より一層の軽量化と衝撃吸収性能の向上とを図る必要がある。

本発明の目的は、車体の軽量化に寄与するとともに車両の衝突安全性を高めることができる車両用構造部材とその製造方法を提供することである。具体的には、本発明の目的は、軽量化を実現しながら、あらゆる衝突条件、すなわち、載荷点の位置や荷重入力方向に関わらず優れた衝撃吸収性能を発揮することができる車両用構造部材とその製造方法を提供することである。

換言すれば、本発明は、衝撃荷重によって生じる曲げ変形の荷重が高く、荷重入力条件が変動しても優れた衝撃吸収性能を安定して発揮することができる軽量の車両用構造部材を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記目的を達成するため、車両用構造部材の性能を支配する部位や領域には相対的に板厚が大きい部材である厚肉材を配置するとともに、車両用構造部材の性能に大きな影響を及ぼさない部位や領域には相対的に板厚が小さい部材である薄肉材を配置するという、特許文献４によって開示された技術思想に基づき、有限要素法（ＦＥＭ）を用いて解析を行った。

図２は、この解析に用いたハット部材の断面を模式的に示す説明図である。この解析では、図２に示す壁部高さＨおよび幅Ｗのハット断面を有するハット部材５の二つのフランジ５ａにクロージングプレート６を取り付けたバンパーレインフォースメントを模擬した部材７を対象として、曲げ強度に及ぼす壁部高さＨおよび幅Ｗの影響を調べた。

解析に用いたハット部材の壁部高さＨは３８ｍｍ、５６ｍｍまたは７４ｍｍの３水準とし、幅Ｗは８０ｍｍ、１６０ｍｍまたは２００ｍｍの３水準とした。また、部材７の長さは１２００ｍｍとし、ハット部材５およびクロージングプレート６それぞれの板厚は２．０ｍｍとした。解析には、熱間プレス法により製造された部材に相当する材料特性を用いた。表１に解析に用いた材料特性を示す。

図３は、この解析の条件を模式的に示す説明図である。図３に示すように、クロージングプレート６を衝突側に配置した部材７を、この部材７の長手方向の中央から両側へ向けて３００ｍｍの位置にそれぞれ配置した半径５０ｍｍの二つの円柱８により支持し、半径１８０ｍｍの円柱のインパクター９を１２．５ｍ／ｓｅｃの速度で部材７の長手方向の中央部に衝突させ、その衝突変形の際に生じるインパクター９の反力とインパクター９の変位を求め、各種形状のハット部材５の変形挙動を比較した。

図４は、幅Ｗが１６０ｍｍであるとともに壁部高さＨが３８ｍｍ、５６ｍｍまたは７４ｍｍである場合の３点曲げ変形解析結果（荷重履歴）を比較して示すグラフである。また、図５は、壁部高さＨが５６ｍｍであるとともに幅Ｗが８０ｍｍ、１６０ｍｍまたは２００ｍｍである場合の３点曲げ変形解析結果（荷重履歴）を比較して示すグラフである。なお、図４、５のグラフにおける横軸はインパクター９の変位量δを示し、縦軸はインパクター９の反力Ｆを示す。

図５にグラフで示すように、３点曲げ変形時の荷重履歴は、幅Ｗが増大しても大きな差を生じない。しかし、図４にグラフで示すように、壁部高さＨが増大すると荷重履歴は大きく変化し、壁部高さＨが大きいほど、インパクター９の変位量が高い領域での荷重が高くなる。すなわち、３点曲げ変形時の荷重履歴は、ハット部材５の幅Ｗではなく壁部高さＨに支配されることがわかる。

図６は、解析に用いた部材１２の断面図であるとともに本発明に係る車両用構造部材の横断面図である。本発明者らは、図６に示すように、ハット部材１０にクロージングプレート１１を取り付けた部材１２を用い、有限要素法による前記と同様の３点曲げ変形解析を行った。

図６において、ハット部材１０の壁部１０ｂの板厚は２．６ｍｍまたは３．２ｍｍの２水準とし、曲げ強度に対して大きな影響を及ぼさないパンチ底部１０ｃの板厚は０．５ｍｍまたは１．０ｍｍの２水準とした。

図７は解析結果を示すグラフである。同図に示すグラフにおいて、横軸は壁部高さＨと幅Ｗとの比（Ｈ／Ｗ）であり、縦軸は単位質量当たりの吸収エネルギーである。吸収エネルギーは、ストローク０〜２５ｍｍの間の荷重を積分して得られた値である。

同図にグラフで示すように、比（Ｈ／Ｗ）が０．３５よりも大きい条件では、壁部１０ｂの板厚をパンチ底部１０ｃの板厚に比べて大きくしたほうが、単位質量当たりのエネルギー吸収効率が高いことがわかる。

本発明者らは、上記解析結果ならびに基礎的検討を踏まえ、以下の知見（ａ）〜（ｃ）を得て、本発明を完成した。
（ａ）図８は、板厚が幅方向に変化する長尺の差厚部材から構成されるハット部材１０およびクロージングプレート１１からなるバンパーレインフォースメント１２を模式的に示す説明図である。衝撃荷重がバンパーに作用してバンパーレインフォースメント１２が曲げ変形する際の強度は、バンパーレインフォースメント１２の断面を構成するハット部材１０の壁部に生じるせん断力によって支配される。従って、図８に示すように、曲げ強度を支配するハット部材１０の壁部１０ｂの板厚を、その他の部位である底部１０ｃの板厚よりも大きく設定することによって、軽量で高い衝撃吸収性を有するバンパーレインフォースメント１２とすることができる。
（ｂ）図７にグラフで示すように、壁部高さＨと幅Ｗとの比（Ｈ／Ｗ）が０．３５より大きい断面形状を有する部材では、壁部の板厚と底部の板厚との板厚比（壁部板厚／底部板厚）を２．０超とすることにより、単位質量当たりのエネルギー吸収効率を高めることができる。
（ｃ）板厚が薄い鋼板の両端部に板厚が厚い鋼板の端部を重ね合わせて溶接してＴＷＢとし、この溶接部がパンチＲ部に位置するように配置したＴＷＢを熱間プレス成形してハット部材を成形することにより、溶接部で破断することなく、壁部と底部との板厚比（壁部板厚／底部板厚）が２．０より大きい熱間プレス部品を製造することができる。

本発明は、広義には、対向して配置される二つの第１の部分と、該二つの第１の部分それぞれの一の端点に連続して形成される曲線状の二つの第２の部分と、該二つの第２の部分を接続する第３の部分とを有する横断面形状を有し、この横断面形状に略平行な方向へ向けて衝撃荷重を受けて曲げ変形を生じることにより衝突エネルギーを吸収するための長尺の部材を備える閉じた横断面形状を有する車両用構造部材であって、該長尺の部材は、前記第３の部分の少なくとも一部を構成する第１の部材と、前記二つの第１の部分を構成するとともに第１の部材の板厚よりも大きい板厚を有する複数の第２の部材とから構成され、前記第１の部材の幅方向の二つの端部が、いずれも、前記第２の部材それぞれの幅方向の一方の端部と重ね合わされるとともに、前記第１の部材および前記第２の部材の重ね合わせ部には、前記第１の部材および第２の部材を接合するための溶接部が、前記長尺の部材の長手方向へ延びて形成されることを特徴とする車両用構造部材である。

この本発明に係る車両用構造部材は、対向して配置される二つの第１の部分と、該二つの第１の部分それぞれの一の端点に連続して形成される曲線状の二つの第２の部分と、該二つの第２の部分を接続する第３の部分とを有する横断面形状である場合には等しく成り立つものである。しかし、車両用構造部材の横断面形状として多用される略ハット形状の横断面形状を有する場合には、二つの第１の部分がこの略ハット形状を構成する二つの壁部であり、二つの第２の部分がこの略ハット形状を構成する二つの底部コーナ部であるとともに第３の部分が二つの底部コーナを接続する底部であることが望ましい。

すなわち、本発明は、対向して配置される二つの壁部と、二つの壁部それぞれの一の端点に連続して形成される二つの底部コーナ部と、二つの底部コーナ部を接続する底部とを有する略ハット形状の横断面形状を有し、この横断面に略平行な方向へ向けて衝撃荷重を受けて曲げ変形を生じることにより衝突エネルギーを吸収するための長尺のハット部材を備える閉じた横断面形状を有する車両用構造部材であって、ハット部材が、底部の少なくも一部を構成する第１の部材と、壁部を構成するとともに第１の部材の板厚よりも大きい板厚を有する複数の第２の部材とから構成され、第１の部材の幅方向の二つの端部が、いずれも、第２の部材それぞれの幅方向の一方の端部と重ね合わされるとともに、第１の部材および第２の部材の重ね合わせ部には、第１の部材および第２の部材を接合するための溶接部が、ハット部材の長手方向へ延びて形成されることを特徴とする車両用構造部材である。

この本発明では、溶接部が、底部コーナ部と壁部との境界を含む領域に形成されることが望ましい。
これらの本発明では、第２の部材の板厚が、第１の部材の板厚の２倍超であることが望ましい。

これらの本発明では、ハット部材が、熱間プレス成形により成形され、１３８０ＭＰａ以上の引張強度を有することが望ましい。
これらの本発明では、車両用構造部材がバンパーレインフォースメントであることが望ましい。

これらの本発明では、第１の部材が、Ｃ：０．０８％以上０．４５％以下（本明細書では特に断りがない限り化学組成に関する「％」は「質量％」を意味するものとする）、ＭｎおよびＣｒの合計含有量：０．５％以上３．０％以下、必要に応じてＢ：０．０００１％以上０．００４％以下である化学組成を有することが望ましい。

別の観点からは、本発明は、略ハット形状の横断面を有し、曲げ変形により衝突エネルギーを吸収するための長尺のハット部材を備える車両用構造部材の製造方法であって、第１の部材の幅方向の両端部それぞれに、第１の部材の板厚より大きい板厚を有する第２の部材の一方の端部を重ね合わせて溶接することによって、第１の部材と第２の部材とを接合する溶接部を有する溶接部材を製造する溶接工程と、所定の温度に加熱されたこの溶接部材をパンチ、パッドおよびダイから構成される金型の内部に配置して、溶接部材にプレス成形を行うことによりハット部材を製造する熱間プレス成形工程とを含み、プレス成形が、溶接部がハット部材の長手方向へ向かうように溶接部材を配置して、行われることを特徴とする車両用構造部材の製造方法である。

この本発明では、プレス成形が、溶接部がパンチの肩部に位置するように、溶接部材を配置して、行われることが望ましい。
これらの本発明では、パッドが、溶接部を位置決めするための段付き部を備えることが望ましい。

本発明により、軽量で優れた衝撃エネルギー吸収能を有する車両用構造部材を提供でき、車両用構造部材の軽量化と車両の衝突安全性の向上とを図ることができる。

自動車車体の前部の構造例の一部を抽出して模式的に示す説明図である。 解析に用いたハット部材の断面を模式的に示す説明図である。 解析の条件を模式的に示す説明図である。 幅Ｗが１６０ｍｍであるとともに壁部高さＨが３８ｍｍ、５６ｍｍまたは７４ｍｍである場合の３点曲げ変形解析結果を比較して示すグラフである。 壁部高さＨが５６ｍｍであるとともに幅Ｗが８０ｍｍ、１６０ｍｍまたは２００ｍｍである場合の３点曲げ変形解析結果を比較して示すグラフである。 解析に用いた部材の断面図であるとともに本発明に係る車両用構造部材の横断面図である。 解析結果を示すグラフである。 板厚が幅方向に変化する長尺の差厚部材から構成されるハット部材およびクロージングプレートからなるバンパーレインフォースメントを模式的に示す説明図である。 図９（ａ）〜図９（ｄ）は、本発明に係る製造方法を示す説明図である。 図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、第１の鋼板と第２の鋼板との溶接方法を模式的に例示する説明図である。 図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、図９（ｄ）に示す熱間プレス成形工程を模式的にさらに示す説明図である。

本発明を実施するための形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。以降の説明は、本発明に係る車両用構造部材がバンパーレインフォースメントである場合を例にとるが、自動車車体の側面に配置されるロッカーレインフォースやセンターピラー等の部品も、側面衝突時には同様の曲げ変形を生じることにより衝突エネルギーを吸収するため、本発明は、バンパーレインフォースメント以外のこれらの車両用構造部材に対しても、同様に適用可能である。また、以降の説明では、本発明に係る車両用構造部材を構成するハット部材が、略ハット形状の横断面形状を有する場合を例にとるが、本発明はこの横断面形状を有する場合に限定されるものではなく、対向して配置される二つの第１の部分と、これらの二つの第１の部分それぞれの一の端点に連続して形成される曲線状の二つの第２の部分と、これらの二つの第２の部分を接続する第３の部分とを有する横断面形状である場合に等しく成り立つものである。

図６は、本発明に係るバンパーレインフォースメント１２の横断面図である。
図６に示すように、本発明に係るバンパーレインフォースメント１２は、対向して配置される直線状の二つの第１の部分である壁部１０ｂ，１０ｂと、これら二つの第１の部分それぞれの一の端点に連続して形成される曲線状の二つの第２の部分である底部コーナ１０ｄ，１０ｄと、二つの第２の部分を接続する直線状の第３の部分である底部１０ｃと、二つの第１の部分に連続して形成されるフランジ１０ａ、１０ａとから構成されるハット状断面を有する長尺のハット部材１０と、ハット部材１０のフランジ１０ａ、１０ａに溶接された長尺の平坦部材（クロージングプレート）１１とから構成される。

このバンパーレインフォースメント１２を構成する長尺のハット部材１０は、この横断面形状における第１の部分である壁部１０ｂ、１０ｂが形成される方向と略平行な方向へ向けて衝撃荷重を受けて曲げ変形を生じることにより衝突エネルギーを吸収する。

ハット部材１０は、底部１０ｃを構成する第１の鋼板と、底部コーナ１０ｄ、壁部１０ｂおよびフランジ１０ａを構成するとともに第１の鋼板の板厚よりも大きい板厚を有する第２の鋼板から構成される。

第１の鋼板の幅方向の端部と、第２の鋼板の幅方向の端部とは重ね合わされており、ハット部材１０の壁部１０ｂと底部コーナ１０ｄとの境界を含む領域には、第１の鋼板および第２の鋼板を接合するための溶接部が、長尺のハット部材１０の長手方向へ延びて形成される。

図６において、壁部１０ｂの高さＨと、幅Ｗとの比（Ｈ／Ｗ）は０．３５超であることが望ましい。比（Ｈ／Ｗ）が０．３５超であれば、第１の鋼板と第２の鋼板との板厚比が大きい場合であっても高いエネルギーの吸収効率を維持できるからである。同様の観点から比（Ｈ／Ｗ）は０．４０以上であることが望ましい。なお、比（Ｈ／Ｗ）の上限は特に限定されないが、実用的には１．０未満である。

図６に示すバンパーレインフォースメント１２では、溶接部が底部コーナ１０ｄの全体、すなわち、底部１０ｃと底部コーナ１０ｄとの境界も含むように形成されるが、これに限定されるものではなく、溶接部は、少なくとも壁部１０ｂと底部コーナ１０ｄとの境界を含む領域に形成されていればよい。また、溶接部が底部１０ｃの一部に入り込むように形成されてもよい。すなわち、第１の鋼板と第２の鋼板との重ね合わせ部が底部コーナ１０ｄに相当する範囲に存在し、溶接部がこの重ね合わせ部に形成されていればよい。

第２の鋼板の板厚を第１の鋼板の板厚より大きくすることにより、単位質量あたりのエネルギー吸収効率を高めることができる。第１の鋼板の板厚に対する第２の鋼板の板厚の比（第２の鋼板の板厚／第１の鋼板の板厚）は２．０超とすることが望ましい。

次に、本発明において、第１の鋼板および第２の鋼板は、以下に説明する化学組成を有することが望ましい。この理由を説明する。
［Ｃ：０．０８％以上０．４５％以下］
Ｃは、鋼板の焼入れ性を高め、かつ、焼入れ後のマルテンサイト組織の硬さ、すなわち熱間プレス後のハット部材１０の強度を決定する重要な元素である。Ｃ含有量が０．０８％未満ではこのような効果を十分に得ることができず、一方でＣ含有量が０．４５％を超えると靭性や溶接性が劣化する。そこで、本発明では、第１の鋼板および第２の鋼板のＣ含有量は０．０８％以上０．４５％以下とすることが望ましい。より望ましくは０．１％以上０．３％以下である。

［ＭｎおよびＣｒの合計含有量：０．５％以上３．０％以下］
ＭｎおよびＣｒは、いずれも、鋼板の焼入れ性を高め、かつ、オーステナイトからマルテンサイトに変態するための臨界冷却速度を決定する重要な元素である。ＭｎおよびＣｒの合計含有量が０．５％未満であると、オーステナイトからマルテンサイトに変態させるための臨界冷却速度が大きく、プレス金型による冷却によって所望のマルテンサイト組織を得ることができなくなる。一方、ＭｎおよびＣｒの合計含有量が３．０％を超えると、この効果は飽和し、逆に強度を安定して確保することが困難になる。そこで、ＭｎおよびＣｒの合計含有量は０．５％以上３．０％以下であることが望ましい。より望ましくは、ＭｎおよびＣｒの合計含有量は０．８％以上２．０％以下である。

本発明においては、熱間プレスによる焼入れ性を確保することができればよく、そのためには、上述したように、Ｃ含有量と、ＭｎおよびＣｒの合計含有量とを規定すればよい。本発明の好適態様にあっては、さらに強度を高めるために、あるいは、それらを一層安定して実現するために、以下に説明するように他の元素を含有することが望ましい。

すなわち、上述したＣ含有量と、ＭｎおよびＣｒの合計含有量以外には、Ｓｉ：０．５％以下、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．０５％以下、Ｔｉ：１％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：１％以下、Ｎ：０．０１％以下とすることが望ましい。これらの元素も、鋼板の焼入れ性を高め、かつ熱間プレス後のハット部材１０の強度を安定して確保するために有効な元素である。しかし、上記の上限値を超えて含有させてもその効果は小さく、いたずらにコストの上昇を招くため、各元素の含有量は上述の範囲とすることが望ましい。

ただし、Ｐ、Ｓについては不純物として不可避的に含有することがあり、またＳｉおよび／またはＡｌについては脱酸材として含有することもある。
これらの元素に加えて、さらに、Ｎｉ：２％以下、Ｃｕ：１％以下、Ｍｏ：１％以下、Ｖ：１％以下、Ｎｂ：１％以下を含有してもよい。これらの元素も、鋼板の焼入れ性を高め、かつ熱間プレス後のハット部材１０の強度を安定して確保するために有効な元素である。しかし、上記の上限値を超えて含有させてもその効果は小さく、いたずらにコストの上昇を招くため、各元素の含有量は上述の範囲とすることが望ましい。

［Ｂ：０．０００１％以上０．００４％以下］
Ｂは、鋼板の焼入れ性を高め、かつ熱間プレス後のハット部材１０の強度の安定確保をさらに高める重要な元素であるので、必要に応じて含有することが望ましい。Ｂ含有量が０．０００１％未満ではこの効果を十分に得ることができず、一方Ｂ含有量が０．００４％を超えるとその効果は飽和し、コストが嵩む。そこで、Ｂ含有量は０．０００１％以上０．００４％以下とすることが望ましい。より望ましいＢ含有量は０．０００５％以上０．００２％以下である。

上記以外は、Ｆｅおよび不純物である。
本発明に係るバンパーレインフォースメント１２は、図８に示すように、曲げ強度を支配する壁部１０ｂ、１０ｂの板厚がその他の部位である底部１０ｂの板厚よりも大きいハット部材１０と、クロージングプレート１１とから構成されるため、軽量で高い衝撃吸収性を有する。

また、このバンパーレインフォースメント１２は、その構成要素であるハット部材１２の底部コーナ部１０ｄに相当する範囲に、第１の鋼板と第２の鋼板との重ね合わせ部が存在し、第１の鋼板と第２の鋼板との溶接部がこの重ね合わせ部に形成されている．このため、このバンパーレインフォースメント１２は、第１の鋼板と第２の鋼板とを突き当て溶接する場合に比較して、ハット部材１２の底部コーナ部１０ｄの板厚が厚くなるために底部コーナ部１０ｄが折れて変形する際の強度が高まり、衝撃吸収性能が増加する。

次に、本発明に係るバンパーレインフォースメント１２の製造方法を説明する。
図９（ａ）〜図９（ｄ）は、本発明に係る製造方法を示す説明図であり、図９（ａ）は第１の鋼板１４および第２の鋼板１５のブランキング工程を示し、図９（ｂ）は第１の鋼板１４および第２の鋼板１５の溶接工程を示し、図９（ｃ）は第１の鋼板１４および第２の鋼板１５を溶接した溶接鋼板であるＴＷＢ１６の加熱工程を示し、さらに、図９（ｄ）は溶接鋼板１６の熱間プレス成形工程を示す。

図９（ａ）に示すように、ブランキング工程において所定の大きさに裁断した第１の鋼板１４と２枚の第２の鋼板１５とを素材とする。
図９（ｂ）に示すように、溶接工程では、第１の鋼板１４の幅方向の両端部のそれぞれに、第１の鋼板１４の板厚より大きい板厚を有する２枚の第２の鋼板１５の一方の端部を重ね合わせ、重ね合わせ部を例えばレーザー溶接やアーク溶接のような連続溶接により溶接して、第１の鋼板１４および第２の鋼板１５の長手方向へ延びた溶接部１７を形成する。このようにしてしてＴＷＢ１６とする。

このように、第１の鋼板１４と第２の鋼板１５との重ね合わせは、溶接後の溶接線の方向がプレス成形品の長手方向となるように行う。第１の鋼板１４と第２の鋼板１５との重ね合わせ量は、過小であるとプレス成形時に破断したり、あるいは溶接施工性が不良となるおそれがある。一方、この重ね合わせ量が過大であると、製造されるハット部材の質量が増加し、軽量化の効果が阻害される。このため、第１の鋼板１４と第２の鋼板１５との重ね合わせ量は、鋼板１４、１５の幅方向に関して５ｍｍ以上２０ｍｍ以下とすることが望ましい。

図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、第１の鋼板１４と第２の鋼板１５との溶接方法を模式的に例示する説明図である。
第１の鋼板１４と第２の鋼板１５との溶接方法は、第１の鋼板１４と第２の鋼板１５とを重ね合わせた状態で溶接部が連続して形成される溶接方法であればよく、特定の手法には限定されない。例えば、図１０（ａ）に示すアーク溶接法により溶接部１７を形成することや、図１０（ｂ）に示すレーザ溶接法により溶接部１７を形成することが望ましい。

図９（ｃ）に示すように、加熱工程において、ＴＷＢ１６を所定の温度に加熱する。ＴＷＢ１６は、加熱炉等の加熱手段で熱間プレス成形時においてＡｃ_３変態点以上の温度から焼入れができるように、加熱される。

図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、図９（ｄ）に示す熱間プレス成形工程を模式的にさらに示す説明図であり、図１１（ａ）は金型へのＴＷＢ１６のセット直後を示し、図１１（ｂ）は熱間成形後を示す。

図１１（ａ）に示すように、加熱工程において所定の温度に加熱されたＴＷＢ１６を、パンチ１８、パッド１９およびダイ２０から構成される金型２１に装入し、図３（ｂ）および図１１（ｂ）に示すようにパンチ１８をダイ２０に対してストロークさせることによりプレス成形を行うとともにＡｃ_３変態点以上の温度から焼入れを行うことにより、熱間プレス成形品２２を得る。

図１１（ｂ）に示すように、熱間プレス成形では、Ａｃ_３変態点以上の温度に加熱され、オーステナイト組織を有するＴＷＢ１６は、金型２１のポンチ肩部１８ａの位置に溶接部１７が配置されるように、金型２１の内部に装入される。そして、プレス成形されると同時に、金型２１で拘束されながらＡｃ_３変態点以上の温度から焼き入れられて、プレス成形品２２となる。

すなわち、先ず、ポンチ１８とパッド１９とにより、板厚が薄い第１の鋼板１４を抑え、この部分を７５０℃以下まで冷却した後、溶接部１７をポンチ肩部１８ａに位置決めした状態でプレス成形を開始し、下死点で所定時間保持して、成形品２２の組織をオーステナイトからマルテンサイトに変態させることにより、割れの発生を抑制しながら、高強度を有し、板厚比の大きなプレス成形品を得ることができる。

焼入れは、冷却された金型２１を用いることにより、あるいは金型２１で拘束した状態で被成形品２２に冷却水を供給することにより、行うことができる。金型２１を構成するパッド１９は、図９（ｄ）、図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示すように、溶接部１７をポンチ肩部１８ａの所定の位置に精度良く位置決めするため、幅方向の端部に段付き部１９ａを備えるものを用いることが望ましい。

本発明によれば、板厚が薄い第１の鋼板１４の両端部に板厚が厚い第２の鋼板１５、１５の端部を重ね合わせて溶接してＴＷＢ１６とし、この溶接部１７がパンチＲ部に位置するようにＴＷＢ１６を熱間プレス成形してハット部材２２を成形するので、溶接部１７で破断することなく、第１の部分である壁部１０ｂ，１０ｂと第３の部分である底部１０ｃとの板厚比（壁部板厚／底部板厚）が２．０より大きい熱間プレス部品２２を確実に製造することができる。

このようにして製造したハット部材２２とクロージングプレートとを、ハット部材２２のフランジを介して重ね合わせ、重ね合わせ部を例えばスポット溶接等の適宜接合方法により接合することによって、本発明に係るバンパーレインフォースメントを製造することができる。なお、クロージングプレートに替えて他のハット部材（本発明に係るハット部材を含む）をハット部材２２に接合するようにしてもよいことはいうまでもない。

このようにして、本発明によれば、軽量で優れた衝撃エネルギー吸収能を有するバンパーレインフォースメント等の車両用構造部材を確実に提供でき、車両用構造部材の軽量化と車両の衝突安全性の向上とを図ることができる。

実施例を参照しながら、本発明をより具体的に説明する。
図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、第１の鋼板１４の幅方向の両側に第２の鋼板１５を配置し、それぞれの幅方向の端部で第１の鋼板１４および第２の鋼板１５を重ね合わせて、４．５ｋＷのＹＡＧレーザ装置により溶接速度４ｍ／ｍｉｎで溶接することにより、長手方向へ延びる溶接部１７を有し、幅方向に板厚が異なるＴＷＢ１６を作成した。

なお、第１の鋼板１４は、板厚０．５ｍｍ、板幅８０ｍｍ、長さ１２００ｍｍであり、第２の鋼板１５は、板厚２．６ｍｍ、板幅８５ｍｍ、長さ１２００ｍｍである。また、第１の鋼板１４および第２の鋼板それぞれの化学組成は、Ｃ：０．２１％、Ｓｉ：０．２８％、Ｍｎ：１．３５％、Ｐ：０．０２３％、Ｓ：０．００２％、Ｃｒ：０．２１％、Ｔｉ：０．０２％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０４２％、Ｎ：０．００３５％、残部Ｆｅおよび不純物である。

次いで、図９（ｃ）に示すようにこのＴＷＢ１６を９００℃まで加熱し、図１１（ａ）に示すようにパット部１９に段付き部１９ａを備える金型２１に装入した後、パッド１９とポンチ１８とにより挟み込みながらポンチ１８をダイス２０に対して下降させることによりプレス成形を行い、プレス下死点で３０秒間の保持を行い、図６に示す壁部高さがＨ７０ｍｍであり、幅Ｗが１６０ｍｍであり、長さが１２００ｍｍであるとともに比（Ｈ／Ｗ）が０．４３８であるハット部材１０を得た。

ハット部材１０は、プレス成形と同時に金型２１により冷却されて焼入れされた。なお、金型２１は、ＴＷＢ１６に比較して熱容量が極めて大きいため、金型２１への熱伝導によって十分に冷却された。ただし、金型２１内に水等の冷却媒体が循環する通路を埋設することにより、ＴＷＢ１６の冷却速度がさらに高まり、より高い冷却速度が得られるようになって焼入れ組織（マルテンサイト組織）を容易に安定して得ることができる。

また、第１の鋼板１４と同じ化学成分を有する、板厚２．６ｍｍ、板幅２５０ｍｍ、長さ１２００ｍｍの第３の鋼板を９００℃に加熱後、平坦状の一対の金型間に装入して、この金型で３０秒間保持することにより焼入れを行い、図６に示すクロージングプレート１１を得た。

次に、このようにして製造したハット部材１０とクロージングプレート１１とを、ハット部材の１０フランジ１０ａ、１０ａを介して重ね合わせてスポット溶接することにより、試験片を製作した。この試験片を用いて、図３に示す試験装置のインパクタ９を衝突速度３２ｋｍ／ｈで、クロージングプレート側から、試験片の長手方向の中央に衝突させる落錘試験を行い、３点曲げ性能を調査した。なお、図３中の白抜き矢印は衝突方向を示す。

なお、比較例として、第２の鋼板１５と同じ材質で板厚２．６ｍｍの鋼板を９００℃に加熱して、金型２１で熱間プレス成形すると同時に焼入れを行うことにより得た、図５に示すハット部材５にクロージングプレート６をスポット溶接した試験片を製作し、この試験片を用いて上記と同様に落錘試験を行って、３点曲げ性能を調査した。

表２に、本発明例および比較例それぞれの試験結果（単位質量あたりの衝突エネルギー吸収量）を示す。
なお、焼き入れ後のハット部材５とクロージングプレート６の引張強度は、本発明例と比較例のいずれも１４２０ＭＰａであった。

表２に示すように、本発明例は、比較例に比べて、単位質量あたりの衝撃吸収エネルギー吸収量が高いことがわかる。

１ バンパーレインフォースメント
２ クラッシュボックス
３ フレーム（サイドメンバー）
４ 自動車車体の前部
５ ハット部材
５ａ フランジ
６ クロージングプレート
７ 部材
８ 円柱
９ インパクター
１０ ハット部材
１０ａ フランジ
１０ｂ 壁部
１０ｃ 底部
１０ｄ 底部コーナ
１１ クロージングプレート
１２ 部材（バンパーレインフォースメント）
１４ 第１の鋼板
１５ 第２の鋼板
１６ ＴＷＢ（溶接鋼管）
１７ 溶接部
１８ パンチ
１８ａ ポンチ肩部
１９ パッド
１９ａ 段付き部
２０ ダイ
２１ 金型
２２ 熱間プレス成形品

Claims (10)

1. 対向して配置される二つの壁部と、該二つの壁部それぞれの一の端点に連続して形成される二つの底部コーナ部と、前記二つの底部コーナ部を接続する底部とを有する略ハット形状の横断面形状を有し、該横断面形状に略平行な方向へ向けて衝撃荷重を受けて曲げ変形を生じることにより衝突エネルギーを吸収するための長尺のハット部材を備える閉じた横断面形状を有する車両用構造部材であって、
   前記ハット部材は、前記底部の少なくも一部を構成する第１の部材と、前記壁部を構成するとともに前記第１の部材の板厚よりも大きい板厚を有する複数の第２の部材とから構成され、
   前記第１の部材の幅方向の二つの端部は、いずれも、前記第２の部材それぞれの幅方向の一方の端部と重ね合わされるとともに、
   前記第１の部材および前記第２の部材の重ね合わせ部には、前記第１の部材および前記第２の部材を接合するための溶接部が、前記ハット部材の長手方向へ延びて形成されること
   を特徴とする車両用構造部材。
2. 前記溶接部は、前記底部コーナ部と前記壁部との境界を含む領域に形成される請求項１に記載の車両用構造部材。
3. 前記第２の部材の板厚は、前記第１の部材の板厚の２倍超である請求項１または請求項２に記載の車両用構造部材。
4. 前記ハット部材は、熱間プレス成形により成形され、１３８０ＭＰａ以上の引張強度を有する請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の車両用構造部材。
5. 前記車両用構造部材はバンパーレインフォースメントである請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の車両用構造部材。
6. 前記第１の部材は、質量％で、Ｃ：０．０８％以上０．４５％以下、ＭｎおよびＣｒの合計含有量：０．５％以上３．０％以下である化学成分を有する請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の車両用構造部材。
7. 前記化学成分は、Ｂ：０．０００１質量％以上０．００４質量％以下を有する請求項６に記載の車両用構造部材。
8. 略ハット形状の横断面を有し、曲げ変形により衝突エネルギーを吸収するための長尺のハット部材を備える車両用構造部材の製造方法であって、
   第１の部材の幅方向の両端部それぞれに、該第１の部材の板厚より大きい板厚を有する第２の部材の一方の端部を重ね合わせて溶接することによって、前記第１の部材と前記第２の部材とを接合する溶接部を有する溶接部材を製造する溶接工程と、所定の温度に加熱された該溶接部材をパンチ、パッドおよびダイから構成される金型の内部に配置して、該溶接部材にプレス成形を行うことにより前記ハット部材を製造する熱間プレス成形工程とを含み、
   前記プレス成形は、前記溶接部が前記ハット部材の長手方向へ向かうように、前記溶接部材を配置して、行われること
   を特徴とする車両用構造部材の製造方法。
9. 前記プレス成形は、前記溶接部が前記パンチの肩部に位置するように、前記溶接部材を配置して、行われること
   を特徴とする請求項８に記載の車両用構造部材の製造方法。
   ことを特徴
10. 前記パッドは、前記溶接部を位置決めするための段付き部を備える請求項８または請求項９に記載の車両用構造部材の製造方法。

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