JP2012110944A

JP2012110944A - ハット型成形品

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Publication number: JP2012110944A
Application number: JP2010263173A
Authority: JP
Inventors: Soichiro Wakitani; 聡一郎脇谷; Ryosuke Date; 亮介伊達
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2010-11-26
Filing date: 2010-11-26
Publication date: 2012-06-14

Abstract

【課題】天井部に加わる衝撃荷重に対する高い耐力（曲げ変形に対する高い抵抗）を有する、ハット型成形品を提供する。
【解決手段】ハット型成形品３は、互いに間隔を空けて対向する一対の縦壁部４と、各縦壁部４の一端縁間に架設される天井部５と、各縦壁部４の一端縁と反対側の他端縁から一対の縦壁部４の対向方向の外側に延びるフランジ部６とを一体的に備えている。各縦壁部４の途中部には、クランク状に屈曲することにより、天井部５の表面およびフランジ部６の表面と平行をなす段差面７が形成されている。そして、ハット型成形品３は、段差面７の幅ｃが０．１ｔ√（Ｅ／σｙ）≦ｃ≦１０の関係を満たし（Ｅ：ヤング率、σｙ：鋼板の降伏強度）、かつ、天井部５の表面と段差面７との高低差ｅが１／５＜ｅ／Ｈ＜４／１０の関係を満たすように設計されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ハット型成形品に関する。

たとえば、自動車の衝突時の乗員の安全を確保するため、自動車の車体を構成する部品には、衝突時に加わる大きな衝撃荷重に耐え得る耐力が求められる。そのため、自動車の車体は、断面ハット形状に成形（プレス加工）された鋼板からなるハット型成形品で基本的に構成されている。

ハット型成形品の改良に関して、種々の提案がなされている。１つの提案に係るハット型成形品では、両側の縦壁部がクランク状に屈曲されて、それらの途中部に、両縦壁部の上端間に架設される天井部および各縦壁部の下端から外側に延びるフランジ部に対する段差が形成されている。そして、かかる提案では、フランジ部からの高さが全高（フランジ部から天井部までの高さ）の６０％以内の位置に段差が形成されることにより、いわゆるスプリングバックの発生を防止できるとされている。

特開２００４−３１４１２３号公報

しかしながら、その提案に係る構成は、衝撃荷重に対する耐力を考慮したものではないので、スプリングバックの発生の防止に効果的であっても、ハット型成形品の天井部に衝撃荷重が加わったときの曲げ変形を防止することはできない。

本発明の目的は、天井部に加わる衝撃荷重に対する高い耐力（曲げ変形に対する高い抵抗）を有する、ハット型成形品を提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明は、鋼板を断面ハット形状に成形したハット型成形品であって、互いに間隔を空けて対向する１対の縦壁部と、各前記縦壁部の一端縁間に架設される天井部と、各前記縦壁部の前記一端縁と反対側の他端縁から前記１対の縦壁部の対向方向の外側に延びるフランジ部とを備え、少なくとも一方の前記縦壁部の途中部には、前記フランジ部側の端部が前記対向方向の外側に膨出するようにクランク状に屈曲することにより、前記天井部と平行をなす段差面が形成されており、次式（１），（２）を満たすことを特徴としている。

０．１ｔ√（Ｅ／σｙ）≦ｃ≦１０・・・（１）
１／５＜ｅ／Ｈ＜４／１０・・・（２）
ただし、ｔ：前記鋼板の厚さ
Ｅ：ヤング率
σｙ：前記鋼板の降伏強度
ｃ：前記段差面の前記対向方向の幅
ｅ：前記天井部の表面と前記段差面との高低差
Ｈ：前記天井部の表面と前記フランジ部の裏面との高低差
このハット型成形品は、鋼板を断面ハット形状に成形したものであり、互いに間隔を空けて対向する１対の縦壁部と、各縦壁部の一端縁間に架設される天井部と、各縦壁部の一端縁と反対側の他端縁から１対の縦壁部の対向方向の外側に延びるフランジ部とを一体的に備えている。少なくとも一方の縦壁部の途中部には、フランジ部側の端部が縦壁部の対向方向の外側に膨出するようにクランク状に屈曲することにより、天井部と平行をなす段差面が形成されている。このような形状のハット型成形品において、式（１），（２）を満たすものは、式（１），（２）を満たさないものと比較して、天井部に加わる衝撃荷重に対する高い耐力（曲げ変形に対する高い抵抗）を有する。

縦壁部におけるクランク状に屈曲した部分が焼き入れされていることが好適である。焼き入れにより、縦壁部の強度をさらに増すことができ、天井部に加わる衝撃荷重に対する耐力を一層向上させることができる。

本発明によれば、ハット型成形品において、天井部に加わる衝撃荷重に対する耐力を向上させることができる。その結果、従来のハット型成形品に用いられている鋼板よりも薄い鋼板を用いて、従来のハット型成形品と同等以上の耐力を確保することができる。そのため、ハット型成形品が自動車のサイドインパクトビームに用いられる場合、自動車の側面衝突安全性を維持しながら、サイドインパクトビームの軽量化および低コスト化を図ることができる。

図１は、本発明の一実施形態に係るハット型成形品を用いた中空部材の斜視図である。図２は、図１に示される中空部材の端面図である。図３は、実施例１および比較例１〜８の中空部材についての３点曲げ試験の結果を示すグラフである。図４は、実施例１，２の中空部材についての３点曲げ試験の結果を示すグラフである。

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るハット型成形品を用いた中空部材の斜視図である。図２は、図１に示される中空部材の端面図である。

中空部材１は、矩形平板状の鋼板からなる底板２の一方面に断面ハット形状の鋼板からなるハット型成形品３を接合して形成される中空棒状の部材であり、たとえば、自動車のサイドインパクトビームなどに用いられる。底板２およびハット型成形品３の素材である鋼板としては、たとえば、４４０〜１５００Ｍｐａ級鋼板が用いられる。

ハット型成形品３は、矩形状の鋼板のプレス加工により得られる成形品である。ハット型成形品３は、互いに間隔を空けて対向する１対の縦壁部４と、各縦壁部４の一端縁間に架設される天井部５と、各縦壁部４の一端縁と反対側の他端縁から１対の縦壁部４の対向方向（以下、「幅方向」という。）の外側に延びるフランジ部６とを一体的に備え、幅方向において対称に形成されている。

天井部５は、矩形平板状をなしている。

各フランジ部６は、天井部５と平行に延びる矩形平板状をなしている。各フランジ部６の裏面（天井部５側と反対側の面）は、底板２の一方面に接している。そして、各フランジ部６は、底板２に溶接されている。これにより、底板２およびハット型成形品３は、互いに固定され、それらの間には、底板２ならびにハット型成形品３の縦壁部４および天井部５に囲まれる空間が形成されている。

各縦壁部４の途中部には、フランジ部６側の端部が幅方向の外側に膨出するようにクランク状に屈曲することにより、天井部５の表面およびフランジ部６の表面と平行をなす段差面７が形成されている。より具体的には、各縦壁部４は、天井部５の幅方向の端縁からフランジ部６側に延びる天井側部分８と、天井側部分８のフランジ部６側の端縁から幅方向の外側に延び、天井部５およびフランジ部６と平行をなす平行部分９と、平行部分９の幅方向の外側の端縁からフランジ部６側に延び、フランジ部６に接続されるフランジ側部分１０とを一体的に有している。天井側部分８は、天井部５および平行部分９と直交している。フランジ側部分１０は、フランジ部６および平行部分９と直交している。

そして、図２に示されるように、ハット型成形品３の素材である鋼板の厚さをｔとし、段差面７の幅方向の幅をｃとし、天井部５の表面と段差面７との高低差をｅとし、天井部５の表面（フランジ部６側と反対側の面）とフランジ部６の裏面との高低差をＨとしたときに、ハット型成形品３は、次式（３），（４）を満たすように設計されている。

０．１ｔ√（Ｅ／σｙ）≦ｃ≦１０・・・（３）
１／５＜ｅ／Ｈ＜４／１０・・・（４）
ただし、Ｅ：ヤング率
σｙ：鋼板の降伏強度
ハット型成形品３は、ハット型成形品３と同様な形状をなし、式（３），（４）を満たさないものと比較して、天井部５に加わる衝撃荷重に対する高い耐力（曲げ変形に対する高い抵抗）を有する。そのため、ハット型成形品３では、従来のハット型成形品に用いられている鋼板よりも薄い鋼板を用いて、従来のハット型成形品と同等以上の耐力を確保することができる。よって、ハット型成形品３が自動車のサイドインパクトビームに用いられる場合、自動車の側面衝突安全性を維持しながら、サイドインパクトビームの軽量化および低コスト化を図ることができる。

また、縦壁部４におけるクランク状に屈曲した部分、つまり天井側部分８と平行部分９とがなす角部および平行部分９とフランジ側部分１０とがなす角部が焼き入れされている。この焼き入れにより、縦壁部４の強度をさらに増すことができ、ハット型成形品３の耐力（曲げ変形に対する抵抗）を一層向上させることができる。

以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明は、その実施形態に限定されるものではない。

たとえば、縦壁部４の天井側部分８は、天井部５と直交しているとしたが、天井部５となす角度（内角）が９０°以上１２０°以下となるように、天井部５に対して傾斜していればよい。

また、縦壁部４のフランジ側部分１０は、平行部分９と直交しているとしたが、平行部分９となす角度（内角）が９０°以上１２０°以下となるように、平行部分９に対して傾斜していればよい。

また、各縦壁部４に段差面７が形成されているとしたが、一方の縦壁部４のみに段差面７が形成されていてもよい。

その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

次に、本発明を、実施例および比較例に基づいて説明するが、本発明は、以下の実施例によって限定されるものではない。
＜実施例１＞
プレス加工により、９８０Ｍｐａ級鋼板を断面ハット形状に成形して、図１，２に示される形状で、段差面の幅方向の幅ｃがそれぞれ１ｍｍ、２ｍｍ、４ｍｍ、６ｍｍ、８ｍｍ、１０ｍｍ、１２ｍｍ、１４ｍｍおよび１６ｍｍである９個のハット型成形品を作製した。各ハット型成形品の幅ｃ以外の部分の寸法（図２参照）は、
天井部の表面と段差面との高低差ｅ＝１５（ｍｍ）
鋼板の厚さｔ＝１．２（ｍｍ）
天井部の表面とフランジ部の裏面との高低差Ｈ＝５０（ｍｍ）
フランジ部の裏面の幅方向の幅ｄ＝２０（ｍｍ）
天井部の幅方向の幅ｂ＝６０−ｃ（ｍｍ）
である。

また、９８０Ｍｐａ級鋼板を切断して、ハット型成形品と平面視で同形状の底板を９枚作製した。底板の厚さｓは、１．２ｍｍである。その後、９個のハット型成形品をそれぞれ底板の一方面に溶接して、底板およびハット型成形品からなる９個の中空部材を作製した。
＜比較例１＞
プレス加工により、９８０Ｍｐａ級鋼板を断面ハット形状に成形して、図１，２に示される形状とは異なり、縦壁部がクランク状に屈曲していない（段差面の幅方向の幅ｃおよび天井部の表面と段差面との高低差ｅが０ｍｍである）１個のハット型成形品を作製した。このハット型成形品の各部の寸法（図２参照）は、
鋼板の厚さｔ＝１．２（ｍｍ）
天井部の表面とフランジ部の裏面との高低差Ｈ＝５０（ｍｍ）
フランジ部の裏面の幅方向の幅ｄ＝２０（ｍｍ）
天井部の幅方向の幅ｂ＝６０（ｍｍ）
である。

また、９８０Ｍｐａ級鋼板を切断して、ハット型成形品と平面視で同形状の底板を１枚作製した。底板の厚さｓは、１．２ｍｍである。その後、ハット型成形品を底板の一方面に溶接して、底板およびハット型成形品からなる１個の中空部材を作製した。
＜比較例２＞
プレス加工により、９８０Ｍｐａ級鋼板を断面ハット形状に成形して、図１，２に示される形状で、段差面の幅方向の幅ｃがそれぞれ１ｍｍ、２ｍｍ、４ｍｍおよび６ｍｍである４個のハット型成形品を作製した。各ハット型成形品の幅ｃ以外の部分の寸法（図２参照）は、
天井部の表面と段差面との高低差ｅ＝５（ｍｍ）
鋼板の厚さｔ＝１．２（ｍｍ）
天井部の表面とフランジ部の裏面との高低差Ｈ＝５０（ｍｍ）
フランジ部の裏面の幅方向の幅ｄ＝２０（ｍｍ）
天井部の幅方向の幅ｂ＝６０−ｃ（ｍｍ）
である。

また、９８０Ｍｐａ級鋼板を切断して、ハット型成形品と平面視で同形状の底板を４枚作製した。底板の厚さｓは、１．２ｍｍである。その後、４個のハット型成形品をそれぞれ底板の一方面に溶接して、底板およびハット型成形品からなる４個の中空部材を作製した。
＜比較例３＞
プレス加工により、９８０Ｍｐａ級鋼板を断面ハット形状に成形して、図１，２に示される形状で、段差面の幅方向の幅ｃがそれぞれ１ｍｍ、２ｍｍ、４ｍｍ、６ｍｍ、８ｍｍおよび１０ｍｍである６個のハット型成形品を作製した。各ハット型成形品の幅ｃ以外の部分の寸法（図２参照）は、
天井部の表面と段差面との高低差ｅ＝１０（ｍｍ）
鋼板の厚さｔ＝１．２（ｍｍ）
天井部の表面とフランジ部の裏面との高低差Ｈ＝５０（ｍｍ）
フランジ部の裏面の幅方向の幅ｄ＝２０（ｍｍ）
天井部の幅方向の幅ｂ＝６０−ｃ（ｍｍ）
である。

また、９８０Ｍｐａ級鋼板を切断して、ハット型成形品と平面視で同形状の底板を６枚作製した。底板の厚さｓは、１．２ｍｍである。その後、６個のハット型成形品をそれぞれ底板の一方面に溶接して、底板およびハット型成形品からなる６個の中空部材を作製した。
＜比較例４＞
プレス加工により、９８０Ｍｐａ級鋼板を断面ハット形状に成形して、図１，２に示される形状で、段差面の幅方向の幅ｃがそれぞれ１ｍｍ、２ｍｍ、４ｍｍ、６ｍｍ、８ｍｍ、１０ｍｍ、１２ｍｍ、１４ｍｍ、１６ｍｍ、１８ｍｍおよび２０ｍｍである１１個のハット型成形品を作製した。各ハット型成形品の幅ｃ以外の部分の寸法（図２参照）は、
天井部の表面と段差面との高低差ｅ＝２０（ｍｍ）
鋼板の厚さｔ＝１．２（ｍｍ）
天井部の表面とフランジ部の裏面との高低差Ｈ＝５０（ｍｍ）
フランジ部の裏面の幅方向の幅ｄ＝２０（ｍｍ）
天井部の幅方向の幅ｂ＝６０−ｃ（ｍｍ）
である。

また、９８０Ｍｐａ級鋼板を切断して、ハット型成形品と平面視で同形状の底板を１１枚作製した。底板の厚さｓは、１．２ｍｍである。その後、１１個のハット型成形品をそれぞれ底板の一方面に溶接して、底板およびハット型成形品からなる１１個の中空部材を作製した。
＜比較例５＞
プレス加工により、９８０Ｍｐａ級鋼板を断面ハット形状に成形して、図１，２に示される形状で、段差面の幅方向の幅ｃがそれぞれ１ｍｍ、２ｍｍ、４ｍｍ、６ｍｍ、８ｍｍ、１０ｍｍ、１２ｍｍ、１４ｍｍ、１６ｍｍ、１８ｍｍおよび２０ｍｍである１１個のハット型成形品を作製した。各ハット型成形品の幅ｃ以外の部分の寸法（図２参照）は、
天井部の表面と段差面との高低差ｅ＝２５（ｍｍ）
鋼板の厚さｔ＝１．２（ｍｍ）
天井部の表面とフランジ部の裏面との高低差Ｈ＝５０（ｍｍ）
フランジ部の裏面の幅方向の幅ｄ＝２０（ｍｍ）
天井部の幅方向の幅ｂ＝６０−ｃ（ｍｍ）
である。

また、９８０Ｍｐａ級鋼板を切断して、ハット型成形品と平面視で同形状の底板を１１枚作製した。底板の厚さｓは、１．２ｍｍである。その後、１１個のハット型成形品をそれぞれ底板の一方面に溶接して、底板およびハット型成形品からなる１１個の中空部材を作製した。
＜比較例６＞
プレス加工により、９８０Ｍｐａ級鋼板を断面ハット形状に成形して、図１，２に示される形状で、段差面の幅方向の幅ｃがそれぞれ１ｍｍ、２ｍｍ、４ｍｍ、６ｍｍ、８ｍｍ、１０ｍｍ、１２ｍｍ、１４ｍｍ、１６ｍｍ、１８ｍｍおよび２０ｍｍである１１個のハット型成形品を作製した。各ハット型成形品の幅ｃ以外の部分の寸法（図２参照）は、
天井部の表面と段差面との高低差ｅ＝３０（ｍｍ）
鋼板の厚さｔ＝１．２（ｍｍ）
天井部の表面とフランジ部の裏面との高低差Ｈ＝５０（ｍｍ）
フランジ部の裏面の幅方向の幅ｄ＝２０（ｍｍ）
天井部の幅方向の幅ｂ＝６０−ｃ（ｍｍ）
である。

また、９８０Ｍｐａ級鋼板を切断して、ハット型成形品と平面視で同形状の底板を１１枚作製した。底板の厚さｓは、１．２ｍｍである。その後、１１個のハット型成形品をそれぞれ底板の一方面に溶接して、底板およびハット型成形品からなる１１個の中空部材を作製した。
＜比較例７＞
プレス加工により、９８０Ｍｐａ級鋼板を断面ハット形状に成形して、図１，２に示される形状で、段差面の幅方向の幅ｃがそれぞれ１ｍｍ、２ｍｍ、４ｍｍ、６ｍｍ、８ｍｍ、１０ｍｍ、１２ｍｍ、１４ｍｍ、１６ｍｍ、１８ｍｍおよび２０ｍｍである１１個のハット型成形品を作製した。各ハット型成形品の幅ｃ以外の部分の寸法（図２参照）は、
天井部の表面と段差面との高低差ｅ＝３５（ｍｍ）
鋼板の厚さｔ＝１．２（ｍｍ）
天井部の表面とフランジ部の裏面との高低差Ｈ＝５０（ｍｍ）
フランジ部の裏面の幅方向の幅ｄ＝２０（ｍｍ）
天井部の幅方向の幅ｂ＝６０−ｃ（ｍｍ）
である。

また、９８０Ｍｐａ級鋼板を切断して、ハット型成形品と平面視で同形状の底板を１１枚作製した。底板の厚さｓは、１．２ｍｍである。その後、１１個のハット型成形品をそれぞれ底板の一方面に溶接して、底板およびハット型成形品からなる１１個の中空部材を作製した。
＜比較例８＞
プレス加工により、９８０Ｍｐａ級鋼板を断面ハット形状に成形して、図１，２に示される形状で、段差面の幅方向の幅ｃがそれぞれ１ｍｍ、２ｍｍ、４ｍｍ、６ｍｍ、８ｍｍ、１０ｍｍ、１２ｍｍ、１４ｍｍ、１６ｍｍ、１８ｍｍおよび２０ｍｍである１１個のハット型成形品を作製した。各ハット型成形品の幅ｃ以外の部分の寸法（図２参照）は、
天井部の表面と段差面との高低差ｅ＝４０（ｍｍ）
鋼板の厚さｔ＝１．２（ｍｍ）
天井部の表面とフランジ部の裏面との高低差Ｈ＝５０（ｍｍ）
フランジ部の裏面の幅方向の幅ｄ＝２０（ｍｍ）
天井部の幅方向の幅ｂ＝６０−ｃ（ｍｍ）
である。

また、９８０Ｍｐａ級鋼板を切断して、ハット型成形品と平面視で同形状の底板を１１枚作製した。底板の厚さｓは、１．２ｍｍである。その後、１１個のハット型成形品をそれぞれ底板の一方面に溶接して、底板およびハット型成形品からなる１１個の中空部材を作製した。
＜３点曲げ試験＞
実施例１および比較例１〜８の各中空部材について、３点曲げ試験を行い、天井部の曲げ変形に耐え得る荷重の大きさ（ピーク荷重）を求めた。３点曲げ試験では、図１に仮想線で示されるように、中空部材の底板の長手方向の両端部を裏面側（下方）から支持し、ハット型成形品の天井部における長手方向の中央部を底板側に押圧した。

実施例１の各中空部材についての３点曲げ試験の結果を表１および図３に曲線Ｊで示す。

比較例１の中空部材についての３点曲げ試験の結果を表２および図３に点Ｋで示す。

比較例２の各中空部材についての３点曲げ試験の結果を表３および図３に曲線Ｌで示す。

比較例３の各中空部材についての３点曲げ試験の結果を表４および図３に曲線Ｍで示す。

比較例４の各中空部材についての３点曲げ試験の結果を表５および図３に曲線Ｎで示す。

比較例５の各中空部材についての３点曲げ試験の結果を表６および図３に曲線Ｏで示す。

比較例６の各中空部材についての３点曲げ試験の結果を表７および図３に曲線Ｐで示す。

比較例７の各中空部材についての３点曲げ試験の結果を表８および図３に曲線Ｑで示す。

比較例８の各中空部材についての３点曲げ試験の結果を表９および図３に曲線Ｒで示す。

図３および表１〜９に示される３点曲げ試験の結果から、ハット型成形品の段差面の幅方向の幅ｃが０．１ｔ√（Ｅ／σｙ）≦ｃ≦１０の関係を満たし、かつ、天井部の表面と段差面との高低差ｅが１０ｍｍよりも大きく２０ｍｍよりも小さければ（１／５＜ｅ／Ｈ＜４／１０の関係を満たしていれば）、幅ｃの値にかかわらず、２３．５ｋＮよりも大きいピーク荷重を得ることができ、それらの関係を満たさないもの（比較例１〜８）と比較して、天井部に加わる衝撃荷重による曲げ変形に対する高い抵抗を有することが確認された。
＜実施例２＞
実施例１と同一の９個のハット型成形品を作製し、縦壁部における天井側部分と平行部分とがなす角部および平行部分とフランジ側部分とがなす角部に焼き入れを施した。焼き入れ手法としては、高周波焼き入れを採用した。そして、実施例１と同様に、９個のハット型成形品を用いた中空部材を作製した。

実施例２の各中空部材について、３点曲げ試験を行い、天井部の曲げ変形に耐え得る荷重の大きさ（ピーク荷重）を求めた。その結果を表１０および図４に曲線Ｖで示す。また、図４には、実施例１の各中空部材についての３点曲げの結果が曲線Ｊで示されている。

図４および表１，１０に示される３点曲げ試験の結果から、焼き入れにより、縦壁部の強度をさらに増すことができ、ハット型成形品の耐力が高まることが確認された。

３ハット型成形品
４縦壁部
５天井部
６フランジ部
７段差面

Claims

鋼板を断面ハット形状に成形したハット型成形品であって、
互いに間隔を空けて対向する１対の縦壁部と、
各前記縦壁部の一端縁間に架設される天井部と、
各前記縦壁部の前記一端縁と反対側の他端縁から前記１対の縦壁部の対向方向の外側に延びるフランジ部とを備え、
少なくとも一方の前記縦壁部の途中部には、前記フランジ部側の端部が前記対向方向の外側に膨出するようにクランク状に屈曲することにより、前記天井部の表面と平行をなす段差面が形成されており、
０．１ｔ√（Ｅ／σｙ）≦ｃ≦１０
１／５＜ｅ／Ｈ＜４／１０
ただし、ｔ：前記鋼板の厚さ
Ｅ：ヤング率
σｙ：前記鋼板の降伏強度
ｃ：前記段差面の前記対向方向の幅
ｅ：前記天井部の表面と前記段差面との高低差
Ｈ：前記天井部の表面と前記フランジ部の裏面との高低差
を満たす、ハット型成形品。
前記縦壁部におけるクランク状に屈曲した部分が焼き入れされている、請求項１に記載のハット型成形品。