JP2019217542A - 部分的に強度が異なる車体部材の製造方法及びこれに用いる金型 - Google Patents

Abstract

【課題】多段階の異強度を有する自動車構造材を短い製造リードタイムで提供する。【解決手段】部分的に強度が異なる車体部材１の製造方法であって、車体部材のブランク２を所定の形状にプレス成形して成形品４を得るステップＳ１と、前記プレスステップの後に、前記成形品をオーステナイト変態温度（ＡＣ３）度以上に加熱するステップＳ２と、加熱された前記成形品を冷却金型６、６ａ、６ｂにより冷却するステップＳ３とを含み、前記冷却金型の金型面８の一部に、所定の金型面に対して凹設された凹部９が設けられ、前記凹部の開口部に沿って、前記所定の金型面に沿って延在する受熱面１０を備えて、前記凹部の底部９ｂに対して間隔をおいて配置された部分を含み、前記受熱面下の熱貫流抵抗を前記金型面下の熱貫流抵抗よりも大きくする熱保持部材７、７ａ、７ｂ、７ｃが配置されていることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本開示は、部分的に強度が異なる車体部材の製造方法及びこれに用いる金型に関する。

近年、自動車衝突時の安全性確保のため、構造部材へ高張力鋼の採用が進められている。高張力鋼は、１５００ＭＰクラスの強度を持ち安全性の向上に貢献する。反面、冷間プレス直後にスプリングバックと呼ばれる弾性変形が発生するという、寸法精度の確保に問題があった。この問題を解決するため、ホットスタンプが広く行われている。ホットスタンプは、車体部材のブランクをＡＣ_３温度以上に加熱し、オーステナイト化によって軟化させプレス加工を行うと同時にプレス金型との接触によって急冷、焼入れを行い、１５００ＭＰａクラスの引張強さ（以下でＴｓともいう）と高い寸法精度の成形品を提供する。一方、自動車衝突時には、衝突後の部材の変形破壊を設計コントロールするために、部材に低強度部を設けることも広く行われている。

図１３（ａ）に示される、高強度、低強度の二段階強度化は、図１３（ｂ）に示されるように、中強度の配置を含めた多段階強度化並びに低強度部の小領域化及び分散配置へ発展し、異強度部材設計は、複雑度を増していると共に採用部材も拡大している。

このように、異強度化対象部材が増え、異強度部材のプレス設計が多様化するとプレス品試作の数が増加するだけでなく、その再設計によるプレス金型の再製作の繰り返し数が増加する。異強度部材の試作品を量産品と同じ製造方法、低強度部に接する金型の部分の冷却速度を変えて、温度管理によってその部分の強度を低下させるという方法では、金型の冷却構造の設計変更に手間がかかり、製造にも手間取る。これが、異強度部材のない通常金型の製造に比べ、異強度部材用の金型がリードタイムを２倍以上要する原因である。他方、成形品の異強度化には、異強度部材のない通常金型によって成形品を製作し、異強度化部分をレーザー照射によって加熱し部分的な焼き鈍しによってその部分を低強度化する方法もある。しかしながら、この方法では、レーザー照射による局所加熱によって、熱ひずみが生じる難点があった。

特許文献１には、ＡＣ_３温度以上に加熱後、金型内で冷却し、一部分の冷却速度を低下させて他の部位よりも低強度部を設ける異強度部材の製造方法が提案されている。特許文献２には、金型面の一部に断熱用くぼみを設け、冷却速度を他の部分よりも緩やかにし、その部分の焼入れによる硬度上昇を抑制することが提案されている。特許文献３には、成形型による成形品形状毎の焼入れ硬度を部位毎に変化させることが提案されている。

特開２００６−１０４５２７号公報 特開２００７−２３７２０４号公報 特許第４１３５３９７号公報

しかしながら、特許文献１の低強度部位の目的用途は、低強度部位でその部位をせん断加工することであり、金型面に空隙を設ける、あるいは、金型面に断熱材を挟む一面的なものに過ぎず、自動車衝突時の安全性確保のため多段階の多様な異強度化を提供するものではない。特許文献２も外形抜きのためＨ_Ｖ３００以下の低強度部材を提供するに止まり、Ｈ_Ｖ４８０よりも硬い中間領域の異強度部材等、多段階の多様な異強度化を提供するものではない。特許文献３は、低強度化部位に加熱された加熱媒体を付勢機構によって、加熱鋼板のプレス面に接触させるという特別の機構を必要とし、設計変更に対応する試作リードタイム短縮には問題がある。

本発明は、このような背景に鑑み、自動車衝突時の安全性確保のため、多段階の異強度を有する自動車構造材を短い製造リードタイムで提供することを課題とする。

このような課題を解決するために、本発明のある実施形態は、部分的に強度が異なる車体部材（１）の製造方法であって、車体部材のブランク（２）を所定の形状にプレス成形して成形品（４）を得るステップ（Ｓ１）と、前記プレスステップの後に、前記成形品をオーステナイト変態温度（ＡＣ_３）以上に加熱するステップ（Ｓ２）と、加熱された前記成形品を冷却金型（６）により冷却するステップ（Ｓ３）とを含み、前記冷却金型の金型面（８）の一部に、所定の金型面に対して凹設された凹部（９）が設けられ、前記凹部の開口部に沿って、前記所定の金型面に沿って延在する受熱面（１０）を備えて、前記凹部の底部（９ｂ）に対して間隔をおいて配置された部分を含み、前記受熱面下の熱貫流抵抗を前記金型面下の熱貫流抵抗よりも大きくする熱保持部材（７）が配置されていることを特徴とする。

この構成によれば、成形品が冷却金型に挟まれた後、成形品の金型面に接触する部分は急速に熱を奪われ、所定の時間内にマルテンサイト変態するまで冷却されると１５００ＭＰａ級の引張強度となる。他方、少なくとも一方を成形品の熱保持部材に接する部分は、熱保持部材によって受熱面下の熱貫流抵抗が金型面下の熱貫流抵抗よりも大きくされており、少なくとも金型面に接触する成形品の部分の焼入れ度には至らず、マルテンサイト変態しない。受熱面に接触する部分の成形品の硬度は、金型面に接触する部分の成形品の硬度よりも低い。すなわち、金型面に接触する成形品と受熱面に接触する成形品とは異強度である。この場合の金型は、特別の加熱機構も局部を冷却する配管も必要とせず、簡便な構成の金型であり、通常のホットスタンプ金型と同様のリードタイムで提供され得る。

また、上記構成において、前記熱保持部材が板材からなることを特徴とするとよい。

この構成によれば、板材は、厚み方向の熱抵抗が面内で同一であるから、受熱面下の熱貫流は、均一になる。受熱面の熱伝達も理論上板材面上均一であるから、熱貫流抵抗も受熱面下で均一となる。

また、上記構成において、前記熱保持部材が、厚み方向に貫通する複数の孔を有する板材からなることを特徴とするとよい。

熱保持部材の役割は、熱保持部材の蓄えるだけの熱量を成形品から受熱し、その熱量分成形品を冷却することである。この構成によれば、貫通孔有無に関わらず熱保持部材の熱容量を等しくする条件で、厚み方向に貫通する複数の孔に充填されていたとされる熱保持部材の体積分、貫通孔有りの熱保持部材は、貫通孔無しの熱保持部材に比べ厚みを増加できる。その結果、熱保持部材の面外曲げ剛性（以下で、単に「曲げ剛性」あるいは「剛性」ともいう）が高まる。熱保持部材の曲げ剛性が高まれば、温度上昇に伴う受熱面のひずみは減少する。これは、受熱面と成形品との均一な接触面の形成に有効であり、冷却後の異強度部位の性能のばらつきを抑える。また、貫通孔があることによって、熱貫流の流路が狭まるため、熱抵抗が増す。従って、厚み方向に貫通する複数の孔を有する板材は、貫通孔の無い熱保持部材に比し、断熱性能あるいは熱保持の観点からは板厚をもっと薄くできるようになる。すなわち、厚み方向に貫通する複数の孔を持たせることで、熱保持部材の厚みが減ぜられ、薄形化によって加工時間が短縮され得て、リードタイム短縮に効果がある。

また、上記構成において、前記熱保持部材が、平面視蜂の巣状（７ａ）又は格子状（７ｂ）をなすことを特徴とするとよい。

この構成によれば、貫通孔が有る熱保持部材は、面方向に対する強度の指向性が緩くなる。平面視蜂の巣状であれば、面内四方及び斜方に均等な剛性の熱保持部材が構成される。貫通孔が有る熱保持部材の平面視形状が、正方格子状であれば、四方に均等な剛性の熱保持部材が構成される。平面視千鳥格子状であれば、面内四方に均等な剛性の熱保持部材が構成され、格子状に比しスパンが半分の壁構造であるから、更に剛性が高い四方に均等な剛性の熱保持部材が構成される。平面視三角格子状であれば、各辺方向に均等な剛性の熱保持部材が構成される。このような有孔熱保持部材の壁部配置の均等性は、不均等な配置に比べ、熱変形への耐力の指向性についても予測可能な構成であり、受熱面と成形品との接触を均等に保つことに貢献する。

また、上記構成において、前記熱保持部材が、受熱面を天井スラブ（３０）の上面とし、かつ底面を床スラブ（３１）の下面とし、天井スラブ及び床スラブが、両スラブの間に直立する壁体（３２）によって支持されているスラブ構造体（３３）であることを特徴とするとよい。

この構成によれば、一般に面外曲げ剛性は、曲げ方向の高さｈの２乗に比例する。同じ体積の同じ熱容量として、受熱面として最も簡単な構成である単板に比べ、熱保持部材が離隔されて対向する２つの単板を含み、受熱面を天井スラブとし、底面を床スラブとし、壁体によって両スラブが支持されているスラブ構造体は、単板に比し格段に高い剛性を提供し、安定した受熱面と成形品の接触を保ち、強度品質のばらつきの小さな製品を提供する。

また、上記構成において、前記天井スラブが厚み方向に貫通する複数の孔及び床スラブが厚み方向に貫通する複数の孔を有する板材からなることを特徴とするとよい。

熱保持部材の役割は、熱保持部材の蓄えるだけの熱量を成形品から受熱し、その熱量分成形品を冷却することである。この構成によれば、貫通孔有と貫通孔無とで熱保持部材の熱容量を等しくするとなれば、厚み方向に貫通する複数の孔に充填されている熱保持部材体積分、貫通孔が有る熱保持部材のスラブの厚みはもっと厚くされ得る。あるいは、貫通孔が有る熱保持部材の壁部の高さをもっと高くされ得る。その結果、熱保持部材の面外曲げ剛性が高まる。熱保持部材の曲げ剛性が高まれば、温度上昇に伴う受熱面のひずみは減少する。これは、金型面と成形品の均一な接触面の形成に有効であり、冷却後の異強度部位の性能のばらつきを抑える。

また、上記構成において、前記熱保持部材が、金属から成ることを特徴とするとよい。

この構成によれば、熱保持部材は、高温下での熱保持にも好適である。

また、上記構成において、前記凹部が少なくとも部分的に断熱材（１１）により埋められていることを特徴とするとよい。

この構成によれば、熱保持部材と金型凹部の底との間隙は断熱材により埋められ、熱保持部材と金型凹部の底とは熱遮断される。熱保持部材の役割は、熱保持部材の蓄えるだけの熱量を成形品から受熱し、その熱量分成形品を冷却することである。このように熱保持部材と金型凹部の底とは熱遮断されると、所望の熱保持部材の設計に有利である。加えて、熱保持部材に貫通孔が有る場合には、断熱材が貫通孔下にも埋められていれば、加熱された成形品と金型凹部の底との間の直接の熱輻射による熱貫流抵抗の変動を排し、熱保持部材による想定量内の熱保持に有利である。

また、上記構成において、前記受熱面が対面する部分の前記成形品の冷却速度は、前記熱保持部材の熱容量によって所定の範囲の冷却速度とされていることを特徴とするとよい。

この構成によれば、前記受熱面が対面する部分の前記成形品の冷却速度は、前記熱保持部材の熱容量によって所定の範囲の冷却速度と調整される。自動車構造体の部材試作の強度設計に変更が必要な場合、再度の凹部を含む金型製作を不要とし、熱保持部材の厚みの設計変更をするだけで、再試作を可能とする。設計変更に対応する試作リードタイム短縮に有利である。また、ブランクは同じ厚みであるから、場所によって、異なる厚みの熱保持部材を構成し、自動車衝突時の安全性確保のため、多段階の異強度を有する自動車構造材を短い試作リードタイムで提供する。

また、上記構成において、前記冷却速度は、冷却時間３０秒後に前記成形品の冷却温度を５５０℃より高い温度とすることを特徴とするとよい。

この構成によれば、通常の自動車構造体に使用するブランクは、引張強度７８０ＭＰａ級よりも小さい、引張強度５９０ＭＰａ級程度にまで引張強度を低下させるブランクを製造可能であり、自動車衝突時の安全性確保のための多段階の異強度を有する自動車構造材を金型再製作回数がより少なく短い試作リードタイムで提供する。

また、上記構成において、前記冷却速度は、冷却時間３０秒後に前記成形品の冷却温度を４９０℃以上、かつ５５０℃以下の温度とすることを特徴とするとよい。

この構成によれば、通常の自動車構造体に使用するブランクは、引張強度７８０ＭＰａ級以上引張強度９８０ＭＰａ級までの間のうち、引張強度７８０ＭＰａ級寄りに引張強度は構成され、自動車衝突時の安全性確保のための多段階の異強度を有する自動車構造材を試行錯誤なく短い試作リードタイムで提供する。

また、上記構成において、前記冷却速度は、冷却時間３０秒後に前記成形品の冷却温度を４４０℃以上、かつ４９０℃より低い温度とすることを特徴とするとよい。

この構成によれば、通常の自動車構造体に使用するブランクは、引張強度７８０ＭＰａ級以上引張強度９８０ＭＰａ級までの間のうち、引張強度９８０ＭＰａ級寄りの引張強度に構成され、自動車衝突時の安全性確保のための多段階の異強度を有する自動車構造材を試行錯誤なく短い試作リードタイムで提供する。

また、上記構成において、冷却速度を所定の冷却速度とする条件の下に、前記熱保持部材をバルク板材とする場合の所要厚さ及び熱容量及び熱保持部材の充填率によって、当該熱保持部材の所要厚さが決定されることを特徴とするとよい。

この構成によれば、前記熱保持部材の所要厚さは、冷却速度を所定の冷却速度とする条件の下に、前記熱保持部材をバルク板材とする場合の所要厚さ及び熱容量及び熱保持部材の充填率によって決定され、他の設計パラメータの介在を不要とし、設計変更が簡便となり、多段階の異強度を有する自動車構造材を短い試作リードタイムで提供するに有利である。

また、上記構成において、前記熱保持部材の厚さは、冷却速度を所定の冷却速度とする場合のバルク板材の所要厚さの２倍以上であるとよい。

この構成によれば、有孔によって、平面視の熱保持部材の充填率を５０％以下とする。充填率を５０％よりも大きくしても、厚みがさほど増さないため熱保持部材の面外剛性向上は限定的となる。平面視の熱保持部材の充填率を５０％とすれば、厚さをバルク板材の所要厚さの２倍とし、かつ、熱保持部材の壁部の厚みは、孔の仮想円半径の略１／４以上を確保することが可能である。従って、外殻体の曲げ剛性は、孔を中心とする仮想円半径の３乗に比例する曲げ剛性として、｛１−（３／４）^３＝０．５８｝とバルク板材の少なくとも半分が確保される。一方で充填率を５０％とすれば、２倍の厚みが提供され、これも剛性に８倍で寄与し、都合４倍の剛性の改善が提供される。このように、充填率を５０％とすることによる平面視面積の減少は、厚みの増加で補償されて、十分な剛性が提供される。そして、熱保持部材の充填率を５０％以下としても、理論上曲げ剛性の減衰は、充填率の２乗に反比例する一方で、熱保持部材の厚みは、充填率に比例し増加し、かつ、熱保持部材の厚みの増加は曲げ剛性の増加にその３乗の割合で増加する。従って、熱保持部材の充填率を５０％以下としても、上記有利さは変わらず、理論上むしろ、もっと有利である。

また、上記構成において、冷却速度を所定の冷却速度とする条件の下に前記熱保持部材をバルク板材とする場合の所要厚さ及び熱容量及び前記壁体の熱抵抗によって、前記熱保持部材の所要高さが決定されることを特徴とするとよい。

この構成によれば、前記熱保持部材の所要厚さは、冷却速度を所定の冷却速度とする条件の下に、前記熱保持部材をバルク板材とする場合の所要厚さ及び熱容量並びに前記壁体の熱抵抗によって決定され、他の設計パラメータに依らず、設計変更が簡便となり、多段階の異強度を有する自動車構造材を短いリードタイムで提供するのに有利である。

また、上記構成において、部分的に強度が異なる車体部材（１）の製造に用いる金型（６）であって、前記金型の金型面（８）の一部に、所定の金型面に対して凹設された凹部（９）が設けられ、前記凹部の開口部に沿って、前記所定の金型面に沿って延在する受熱面（１０）を備えた、前記凹部の底部（９ｂ）に対して間隔をおいて配置された部分を含む熱保持部材（７）が配置されていることを特徴とするとよい。

この構成によれば、本金型に挟まれた成形品は、金型面の面下では、金型面との接触面から急速に熱を奪われ、所定の時間内にマルテンサイト変態するまで冷却され１５００ＭＰａ級の引張強度となる。他方、少なくとも一方を熱保持部材に接する成形品は、熱保持部材によって、受熱面下の熱貫流抵抗が金型面下の熱貫流抵抗よりも大きくされており、少なくとも金型面に接触する成形品の焼入れ度には至らず、金型面に接触する成形品の硬度よりも低い硬度の部材が提供される。すなわち、金型面に接触する成形品と受熱面に接触する成形品とは異強度である。この場合において、金型は、特別の加熱機構も局部を冷却する配管も必要とせず、簡便な構成の金型で足り、この金型の製作期間は通常のホットスタンプ金型と変わらぬリードタイムで提供可能である。

このように本発明によれば、自動車衝突時の安全性確保のため、多段階の異強度を有する自動車構造材を短いリードタイムで提供することができる。

実施形態に係る部分的に強度が異なる車体部材の製造方法のステップを示すチャートにステップの内容の説明を付す模式チャート図 実施形態に係る製造方法に用いる金型の断面図に冷却時の熱貫流の説明を付す説明図。図２（ａ）は、熱保持部材がない場合を示す説明図、図２（ｂ）は熱保持部材がある場合を示す説明図 実施形態に係る製造方法で用いる金型の模式斜視図 実施形態に係る製造方法で使用する熱保持部材の模式斜視図であり、図４（ａ）は、蜂の巣状の貫通孔を有する熱保持部材、図４（ｂ）は、千鳥格子状の貫通孔を有する熱保持部材、及び図４（ｃ）は、スラブ構成体の熱保持部材を示す模式斜視図であり、図４（ｄ）は、貫通孔が無いバルク平板を示す模式斜視図 一実施形態に係る製造方法で使用するブランク鋼材の冷却速度と金属組織との関係を連続的に示す説明図（冷却時間−温度グラフ図） 実施形態に係る製造方法で引張強度９８０ＭＰａ級の成形品を製作する場合の構成を説明する冷却金型模式断面説明図 実施形態に係る製造方法で引張強度９８０ＭＰａ級の成形品を製作する場合の冷却時間−温度グラフ図 実施形態に係る製造方法で引張強度７８０ＭＰａ級の成形品を製作する場合の構成を説明する冷却金型模式断面説明図 実施形態に係る製造方法で引張強度７８０ＭＰａ級の成形品を製作する場合の冷却時間−温度グラフ図 実施形態に係る製造方法で引張強度５９０ＭＰａ級の成形品を製作する場合の構成を説明する冷却金型模式断面説明図 実施形態に係る製造方法で引張強度５９０ＭＰａ級の成形品を製作する場合の冷却時間−温度グラフ図 実施形態に係る製造方法で引張強度７８０ＭＰａ級の成形品、引張強度９８０ＭＰａ級の成形品が得られる場合を比較表示する冷却時間−温度グラフ図 部分的に強度が異なる車体部材であるセンタピラーの模式斜視図

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。

まず、図１を参照して、実施形態に係る部分的に強度が異なる車体部材１の製造方法のステップＳ１〜Ｓ３について説明する。図１において、図中の左側に示すのは、ステップチャートＳ０であり、部分的に強度が異なる車体部材１の製造方法のステップＳ１〜Ｓ３を示す。図１において、図中の右側に示すのは、ステップＳ１〜Ｓ３毎に主なタスクフローを構造化して示す模式図である。

ステップＳ１で用いる冷間プレス金型３は、予め製作しておく。並行して、冷却金型６を製作しておく。冷間プレス金型３は、製品を冷間プレス製造する場合と同じものであり、この製造には、通常のリードタイムで足りる。冷却金型６についても、冷間プレス金型３と並行して製造を開始できるため、特段のリードタイム増加を見込む必要はない。

＜＜実施形態に係る製造方法の各ステップ＞＞
本実施形態に係る車体部材１の製造方法の成形工程は３段階で構成される。最初の冷間プレスステップＳ１では、車体部材のブランク２が冷間プレス金型３に投入され、所定の製品形状に冷間プレス成形された成形品４が得られる（ステップＳ１）。引き続き、加熱ステップでは、加熱炉５によって、成形品４がオーステナイト変態温度（ＡＣ_３）温度以上に加熱される（ステップＳ２）。次いで、間を置かず、冷却ステップでは、加熱された成形品４は冷却金型６に挟まれて冷却される（ステップＳ３）。ステップＳ３は、冷却金型６によって冷却速度ＣＳを部位毎に変え、部位毎に異強度化する最終工程である。

冷間プレスステップＳ１で使用される冷間成形金型は、製品形状を冷間プレス成形する冷間プレス金型３であり、従来の冷間プレスでも使用される通常の冷間プレス金型３である。冷間プレス金型３の製作のためには、別段のリードタイムは要しない。ステップＳ２で使用される加熱炉５は、従来の焼入れ処理でも使用される通常の加熱炉５であり、特段の追加リードタイムは要しない。

引き続く冷却ステップＳ３では、冷却金型６について、図１に加え、図２も合わせて参照しつつ説明する。ステップＳ３で使用される冷却金型６は、冷間プレス金型３をベースとしながらも異強度化に用いる熱保持部材７を挟むため、冷却金型６の金型面形状は、所定の製品形状から決定される金型面とは異なる。図２（ｂ）に示されているように、冷却金型６の金型面８の一部には、所定の金型面８に対して凹設された凹部９が設けられ、凹部９の開口部に沿って、所定の金型面８に沿って延在する受熱面１０を備えて、凹部９の底部９ｂに対して間隔をおいて配置された部分を含み、受熱面１０下の熱貫流抵抗を金型面８下の熱貫流抵抗よりも大きくする熱保持部材７が配置されている。従って、受熱面１０下の熱貫流ＨＬは、金型面８下の熱貫流ＨＨよりも小さい。

冷却ステップＳ３で、図１が示すように、冷却金型６ａ、６ｂには成形品４が挟まれる。金型面８に接触する部分では金型面８との接触面から急速に熱を奪われる。所定の時間内にマルテンサイト変態するまで急冷却させれば、１５００ＭＰａ級の引張強度も可能である。一方、図２（ｂ）が示すように、凹部９の底部９ｂに対して間隔をおいて配置された熱保持部材７の受熱面１０下の熱貫流抵抗は、前記金型面８下の熱貫流抵抗よりも大きく、この部分は金型面８下に比べて冷却速度ＣＳを低くさせれば、マルテンサイト変態が発生しない熱コントロールをし得る。このように、金型面８と受熱面１０に接する車体部材１の金属組織を異にさせれば、これによって図１の最終出力で示されている車体部材１の部位１ａ，１ｂのように、各々の部位の異強度化を冷却金型６によって行うことが可能となる。

図１に示されているように、本製造方法によれば、金型として、従来のように局所的な加熱制御を必要とする製造装置を要しないから、特別の加熱機構も、積極的な局所冷却を施さないので、特別な冷却設計もその配管の追加までも必要としない。従来同様の簡単な熱設計構成の冷間プレス金型３に、図２が示す凹部９を設け、凹部９に熱抵抗となる熱保持部材７を配置するだけで済む利点がある。冷却金型６の製作期間は通常の冷却金型と変わらぬリードタイムで提供可能である。また、冷間プレス金型３も通常のフルホットスタンプ金型、すなわち、成形品全体を同一の強度とするホットスタンプ用金型と同じリードタイムで提供される。そして、この２種の冷間プレス金型３及び冷却金型６は並行して設計製作可能であるし、熱保持部材７も同様である。従って、異強度化された車体部材１の試作品でも、車体部材１でも、製作リードタイムを従来のホットスタンプ製品と同程度の期間で提供可能である。

＜＜実施形態に係る製造方法に用いる金型＞＞
以下で、一実施形態に係る部分的に強度が異なる車体部材１の製造方法で用いる冷却金型６について、その使用に至るまでの段取りと共に、図１及び図２に加えて図３を参照し詳説する。図３に示す冷却金型６は、図１に示す冷間プレス金型３と同形の金型に、図２に示すように、熱保持部材７を配置する凹部９を設け、その凹部９に熱保持部材７が配設されたものである。図２（ｂ）に示されるように、熱保持部材７は、凹部９の底部９ｂに配置される支持体１３によって支持され、凹部９の底部９ｂに対して間隔をおいて配置されている。図３に示されるように、熱保持部材７の配置後には、冷却金型６は、前記所定の金型面８に沿って延在する受熱面１０を備え、成形品４が図３に示される上下の冷却金型６ａ、６ｂに挟まれると、図２（ｂ）に示されるように成形品４の冷却時には受熱面１０が成形品４に接触し、面接触による伝熱現象が生ずる。凹部９は、少なくとも部分的に断熱材１１により埋められ、凹部９の底部９ｂに対面する熱保持部材７の裏面と冷却金型６の凹部９との間隙は、少なくとも部分が断熱材１１により埋められている。断熱材１１は、セラミックファイバーの粉体を集合体に集成させたものであり、予め熱保持部材７の裏面に仮止めされていてもよく、熱保持部材７を凹部９へ配置する時に、断熱材１１が凹部９へ埋められてもよい。この形態によれば、熱保持部材７と冷却金型６の凹部９の底部９ｂとの間隙は断熱材１１により埋められ、熱保持部材７と冷却金型６とは熱遮断される。このように熱保持部材７と冷却金型６とが熱遮断されると、より確実に、熱保持部材７の受熱面１０下の熱貫流抵抗を金型面８下の熱貫流抵抗よりも大きくさせ、熱貫流抵抗の制御も簡便になるから、試行錯誤も要せず試作回数も減らせ、所望の熱保持部材７製造のリードタイム短縮に有利である。熱貫流設計条件によっては、図２（ｂ）に示すように、熱保持部材７は成形品４の片面のみに用いてもよいし、図２（ａ）に示すように、断熱材１１を用いず、熱保持部材７と冷却金型６との間には空隙１５があってもよい。成形品４の部分の複数の異強度に対して、これらの熱貫流設計バリエーションが適用されれば、それに応じ、成形品４の複数の部分に異なる熱保持部材７及び断熱材１１の配置があってもよい。

＜熱保持部材７の形態＞
熱保持部材７の形態は、熱保持部材７の熱的性質及び曲げ剛性に影響を与える。本実施形態では、図３及び図４（ａ）に示されるように、熱保持部材７は、板厚方向に貫通孔が設けられ、熱保持部材７は、平面視蜂の巣状の熱保持部材７ａであり、平面視蜂の巣状の壁体端面１４は、受熱面１０として所定の金型面８に沿って延在している。

この構成によれば、熱保持部材７は、板状体であるから、厚み方向の熱抵抗が面内で同一である。従って、受熱面１０下の厚さ方向への熱貫流は、面内で均一になる。受熱面１０の熱伝達も理論上、板面上で均一となるから、熱貫流抵抗も受熱面１０下で面内均一となるという効果を得る。この結果、受熱面１０面内でムラのない冷却速度ＣＳを確保する。

本実施形態では、熱保持部材７は、断熱材１１によって冷却金型６の凹部９の底部９ｂに対して熱遮断されている。従って、熱保持部材７は、その熱容量Ｑ_１によって成形品４の熱の移動を促すという役割を担わされることが明瞭となる。すなわち、熱保持部材７の熱容量Ｑ_１は、成形品４の冷却速度ＣＳ制御の重要なパラメータである。従って、熱保持部材７が板材される、材料を変えられない限り、熱保持部材７の形状、すなわち、厚さｔは支配的なパラメータであり、逆にいえば、厚さｔには、冷却速度ＣＳ要件に拘束されるという制約がある。一方で、受熱面１０の剛性がある程度確保されない場合には、成形品４と受熱面１０との平面接触が確保できず、面外変形によって局所的に熱伝達抵抗のムラが発生し、品質のばらつきを生ずる恐れがある。冷却速度ＣＳ要件に拘束され、熱保持部材７の板厚ｔが薄くされると、この問題は顕著になる。本実施形態では、板厚方向に貫通孔が設けられ、貫通孔によって、体積が減ぜられる分、板厚ｔを増加させ所望の熱保持部材７の熱容量Ｑ_１を確保しつつ、板厚ｔの増加によって熱保持部材７の曲げ剛性を高められる。このように、板厚方向に貫通孔が設けられると、冷却速度ＣＳ要件に拘束されて熱保持部材７の板厚が薄くされる場合にも極めて有利である。

本実施形態では、熱保持部材７は平面視蜂の巣状の熱保持部材７ａであり、厚み方向の貫通孔を含む板状体である。平面視蜂の巣状であれば、面内四方及び斜方に垂直な面外曲げ剛性について均等な熱保持部材７が構成され、何らかの要因で熱ひずみが発生しても、曲げ変形に弱い方向は特にないから、所謂、熱ひずみに起因する反り、受熱面１０の変形が生じにくい、という利益がある。また、熱保持部材７の役割は、熱保持部材７の蓄えるだけの熱量を成形品４から受熱し、その熱量分だけ成形品４を冷却することであった。ここで、蜂の巣状の熱保持部材７ａは、複数の六角柱形の空洞を有する。この空洞部は貫通孔である。貫通孔が有る熱保持部材７も貫通孔が無い熱保持部材７も共に熱保持部材７の熱容量Ｑ_１を等しくするとなれば、厚み方向に貫通する複数の貫通孔に充填されていた部分に相当する熱保持部材７がない体積分だけ、貫通孔が無いバルク単板の熱保持部材７の厚みに比べて貫通孔が有る熱保持部材７ａはその厚みを厚くされ得る。充填率を減ずればいくらでも厚くすることは可能であるが、本実施形態では、一形態として、平面視の熱保持部材７ａの充填率を５０％とし、その分厚みを２倍とする。その場合、蜂の巣状の熱保持部材７ａの剛性は増加する。以下に試算する。充填率を５０％とする平面視蜂の巣状の熱保持部材７ａは、同じ厚さの単位円に内接する中空六角柱でモデル化するとバルク板材に比し壁厚が平方根（２）の半分の厚みに相当する。六角柱の曲げ剛性を示す断面２次モーメントＺ_６は、平面視六角形一辺をＲとして、式（１）
Ｚ_６＝５Ｒ^３／８・・・（１）
であり、六角柱の平面視六角形一辺の３乗に比例する。従って、中空六角柱の曲げ剛性は、バルク板材に比し、１−（０．７１）^３≒０．６倍となる。一方で、厚みが２倍となれば、曲げ剛性はその３乗の８倍となる。総じて、平面視の熱保持部材７の充填率を５０％とする中空六角柱の曲げ剛性は、厚みをバルク板材の所要厚さの２倍にすれば、元のバルク板材に比べ、４倍以上の高剛性を得られると見込まれる。構造体を単柱体にモデル化したケースであるから、平面視蜂の巣状の熱保持部材７ａの充填率を５０％とし、安全率を２とすると、略２倍の高剛性が見込まれる。すなわち、単なる平板であれば、０．５ｍｍの板厚とするところを１ｍｍ厚の蜂の巣状の板とし、それは、同平板であれば２ｍｍ厚の板厚に相当する曲げ剛性を提供する。実際、図４（ａ）に掲げる蜂の巣状の板状体はバルク平板２ｍｍ（図４（ｄ））に対し、４ｍｍ厚さの平面視蜂の巣状の熱保持部材７ａであるが、両者の体積は同等の条件で２ｍｍ平板に比べて、１．８倍の剛性とする４ｍｍ厚の平面視蜂の巣状の熱保持部材７ａが得られた。

このように、熱保持部材７の面外曲げ剛性が高まれば、温度上昇に伴う受熱面１０のひずみは減少する。これは、受熱面１０と成形品４の均一な接触面の形成に有効であり、冷却後の異強度部位の性能のばらつきを抑え、リードタイム短縮を実現する熱保持部材７の提供を実質的に提供する。また、貫通孔が有る熱保持部材７によって、熱貫流の流路が狭まるため、熱抵抗が増す。従って、貫通孔が無い熱保持部材７に比し、板厚をもっと薄くできる。すなわち、厚み方向に貫通する複数の孔を持たせることで、熱保持部材７の厚みを減ぜられ、熱保持部材の加工時間を減ぜられ、リードタイムの短縮に貢献し得る。

＜＜金型の熱貫流抵抗＞＞
本実施形態に係る部分的に強度が異なる車体部材１の製造方法で用いる冷却金型６の受熱面１０下の構造は、熱保持部材７と断熱材１１あるいは空隙１５が複層をなし、熱貫流路は金型面８下の金型金属単層の熱貫流路に比して複雑な構造となっている。以下、上述のように構成された冷却金型６の熱貫流抵抗について図２（ｂ）を用い説明する。図２（ｂ）に示されているように、金型面８下は、成形品４と金型面８が面接触し、他に接触面はない。金型面８下の熱貫流抵抗は、以下の、式（２）で表される。
金型面下の熱貫流抵抗＝（成形品から金型への熱貫流）金型面の表面熱伝達抵抗＋金型内の熱伝導抵抗・・・（式２）
例えば、３０秒の所定の冷却時間経過後に成形品４は冷却金型６から取り出されるまで、所定の金型冷却温度と等温に向かい冷却される。

これに対し、受熱面１０下は、熱保持部材７が成形品４と金型面８の凹部９との間に介在されており、さらに、熱保持部材７と金型面８（凹部９）との間隙に断熱材１１が埋められている。受熱面１０下の熱貫流抵抗は、以下に分解される。
受熱面１０下の熱貫流抵抗＝（成形品４の接触面から熱保持部材７の受熱面１０への熱伝達、これは受熱面１０の熱伝達抵抗である）＋熱保持部材７内の熱伝導抵抗＋（熱保持部材７の裏面から断熱材１１接触面への熱伝達、これは断熱材の熱伝達抵抗である）＋断熱材内の熱伝導抵抗＋（断熱材１１の接触面から凹部９の底部９ｂへの熱伝達、これは底部９ｂの熱伝達抵抗）＋金型内の熱伝導抵抗・・・（式３）
従って、図２（ｂ）の小さい方の熱貫流ＨＬで示されるように、熱保持部材７の受熱面１０から下方への熱貫流は、金型面８から下方への熱貫流に比して限定的となる。このように、熱保持部材７の下方の断熱材１１は、熱保持部材７の温度を保持させる。更に、断熱材１１と冷却金型６の凹部９との接触状態から凹部９の表面も熱抵抗として働く。式（３）のうち、｛熱保持部材内の熱伝導抵抗＋断熱材の熱伝達抵抗＋断熱材内の熱伝導抵抗＋金型凹部の熱伝達抵抗｝が追加の熱貫流抵抗となり、熱保持部材によって熱が保持されているかのように見える。３０秒の所定の冷却時間経過後に成形品４が冷却金型６から取り出されるまで、成形品４は熱保持部材７と熱的な一体材として等温に向かい冷却されるように見える。実質的には、受熱面１０に接触する温度Ｔ_０の成形品４の熱容量Ｑ_０に熱保持部材７の熱容量Ｑ_１を加えた一体の熱容量Ｑ_２＝Ｑ_０＋Ｑ_１が重要パラメータとなる。受熱面１０に接触する成形品４と熱保持部材７とが冷却温度で等温になるまで冷却されるのであれば、成形品４の型閉め時温度Ｔ_０から型開け時まで断熱変化とし、熱保持部材７が常温で保有する熱量を無視すれば、型閉め時温度Ｔ_０から型開け時までに、型開け時に以下の温度Ｔ_２に至る。
Ｔ_２≒Ｔ_０Ｑ_０／Ｑ_２＝Ｔ_０Ｑ_０／（Ｑ_０＋Ｑ_１）・・・（式４）

＜熱保持部材７の板厚＞
成形品４も熱保持部材７も同じ鋼板で板厚も同じ厚さｔとすれば、成形品の熱容量Ｑ_０は、熱保持部材７の熱容量Ｑ_１に等しい。式（４）によって成形品温度は、Ｔ_０／２に向かい冷却される。このように、熱保持部材７の板厚ｔによって、受熱面１０に接触する部分の成形品４の冷却目標温度は金型面８に接触する部分との対比でコントロール可能である。熱保持部材７もブランク２と同じ鋼板で板厚ｔをブランク板厚ｔの２倍の２ｔとすれば、Ｑ_０∝ｔ、Ｑ_１∝２ｔであるから、Ｑ_０／（Ｑ_０＋Ｑ_１）＝１／３となり、熱保持部材７による所定の冷却目標温度は、その熱容量比だけでＴ_０／３と決定される。従って、所定の時間で所定の冷却目標温度が定まれば、所定の冷却目標温度比によって、熱容量比を定め、次に板状体の充填率を誘導し、板状体の厚みを定めてもよい。目標を定め、成形品４は所定の冷却速度ＣＳが決定される。成形品４も熱保持部材７も同じ材質の鋼板で熱保持部材７の板厚ｔは成形品４のブランク２の板厚ｔの板厚の半分ｔ／２とすれば、略Ｑ_０＝２Ｑ_１であり、式（４）によって成形品温度は、Ｔ_０（２／３）に向かい冷却される。図２（ａ）に示される、熱保持部材７がない部分については、熱放射によって、別の原理に依る放冷となる。あるいは、熱保持部材７があっても、貫通孔を通じ、底部９ｂと受熱面１０が対面している場合も熱放射によって、別の原理に依る放冷が混じる。

このように、受熱面１０が対面する成形品４の部分の冷却速度ＣＳは、板材の板厚ｔによって所定の範囲の冷却速度ＣＳとされ、板材の板厚ｔによって、冷却速度ＣＳが簡便に制御可能である。この制御は、必ずしも板材の板厚ｔの線形制御とは限らない。製造パラメータには、種々のパラメータが関与し得るが、関与の性質が判明している板材の板厚ｔと、冷却後の製品の引張強度等の材料特性に決定的な金属組織を支配する冷却速度ＣＳを製造パラメータとするのが好適である。

ここで冷却速度ＣＳは、図５に示す冷却時間−温度グラフ図に示される領域１６〜１９に所定の冷却時間で入るように材料の金属属性に従って製造ゴールパラメータとして制御する。図５の領域１６は、急冷によるマルテンサイト組織を多分に与える冷却時間と温度域と示し、領域１７は、第１の中間冷によるベイナイト組織を幾分与える冷却時間と温度域と示し、領域１８は、第２の中間冷によるベイナイト組織を多分に与える冷却時間と温度域と示し、領域１９は、緩冷によるフェライト組織を多分に与える冷却時間と温度域と示している。ここで、第１の中間冷による組織に比べて、第２の中間冷による組織はベイナイトをより多分に与える組織である。これら冷却時間−温度域で定義される領域に入るようにパラメータ制御し各々の金属組織に近い部位の車体部材１（図１参照）を製作すれば、様々な異強度化が実現できる。例えば、熱保持部材がない形態で型閉めすると、図５の上側の点線のように徐冷され、緩冷によるフェライト組織を多分に与える成形品が得られる。このフェライト組織を多分に含む成形品の部分は低強度部位を提供する。図５で一番下側の点線のように金型面８にように急冷される部位は、急冷によるマルテンサイト組織を多分に与える。成形品のこの部分は最高の高強度部位を提供する。両者の中間に位置する楕円曲線内領域は、熱保持部のある形態のように、中間冷によるベイナイト組織を多分又は幾分かが与えられている場合を示し、中強度部位を提供する。中間冷によるベイナイト組織を含む領域の金属組織は冷却速度のコントロールによって、図５の下方側、すなわち高強度部位の金属組織へ偏ったり、図５の上方側、すなわち低強度部位の金属組織へ偏ったりする。以下で、本実施形態で採用する製造パラメータ制御及びそのパラメータ制御を実現する冷却金型６の構成と効果をより詳細に、説明する。

ところで、異強度部材のうち、特に、中間強度の部材を製作する場合、ブランク２の厚みよりも薄い熱保持部材７が適当な場合も生ずる。ところが、熱保持部材７が薄くなると板の曲げ剛性が板厚ｔの３乗に比例して低下し、受熱面１０と成形品４の密着性を確保できなくなる。その場合には、受熱面１０の温度にムラが生じる問題が発生する。上記のとおり、温度は異強度化の重要なパラメータであった。本実施形態は、熱保持部材７、厚み方向に貫通する複数の孔を有する板材からなり、この問題が原理的に解決されることは、上述のとおりである。本実施形態では、図５に示される４つの領域１６〜１９のうち領域１７〜１９に対応する以下の３種類の異強度部位を持つブランク２のプレス製品が製造された。いずれも、ブランク２の厚み１ｍｍ、断面ハット形状の成形品４をターゲット製品とし、ＡＣ_３温度８２０℃以上の９２０℃で十分にオーステナイト化されるように時間をかけ加熱され、図１に示される各ステップＳ１〜Ｓ３が順次実施された。

図６に描かれているような車体部材１が、ブランク２の厚さよりも厚い熱保持部材７を用い製作された（図２（ｂ）も参照）。冷間プレス成形品と金型表面間にはセラミックファイバー断熱材が埋められている。この構成で、型閉め後、冷却時間２０秒〜３０秒で冷却後温度が略４６０℃に収束される冷却時間−温度グラフ図７が得られた。冷却時間３０秒後に型開けされて車体部材１はベイナイトを幾分含む、図５に示される領域１７の第１の中間冷領域に相当する組織に変態し、引張強度１５００Ｍｐ級に比べて約３分の２の強度に低下された引張強度９８０ＭＰａ級の第１の低強度部材が得られた。図７中の一番下の太線破線は、参考のために引張強度１５００ＭＰａ級の急冷の場合の冷却速度線を示している。このように、この実施例では、ブランク２の厚さよりも厚い熱保持部材７を使用して、ブランク２の接触する部材、具体的には熱保持部材７の熱容量を大きくし短時間でのブランク２から熱保持部材７への熱移動がブランク２の厚さがもっと薄いものに比して促進されている。

次に、もう一つの実施例では、図８に描かれているようなブランク２の車体部材１が、ブランク２の厚さよりも薄い熱保持部材７を用い製作された（図２（ｂ）も参照）。冷間プレス成形品と金型表面間にはセラミックファイバー断熱材が埋められている。このような構成で、型閉め後、冷却時間２０秒〜３０秒で冷却後温度が略５２０℃に収束される冷却時間−温度グラフ図９が得られた。３０秒後に型開けされて車体部材１はベイナイトを多分に含む、図５に示される領域１８の第２の中間冷領域に相当する金属組織に変態し、引張強度９８０ＭＰａ級の第１の中間冷強度部材よりも２０％程度強度が低い引張強度７８０ＭＰａ級の第２の中間冷強度部材が得られた。図６中の一番下の破線は、参考のために引張強度１５００ＭＰａ級の急冷の場合の冷却速度線を示している。このように、この実施例では、ブランク２よりも厚みが薄い熱保持部材７を使用してブランク２の接触する部材、具体的には熱保持部材７の熱容量を小さくし、ブランク２から熱保持部材７への熱移動がブランク２の厚みがもっと厚いものに比して小さい。この実施例では、保温効果は、セラミックファイバー断熱材によって、高められている。

このように、熱保持部材７の厚み制御によって、冷却速度を上げ下げし、セラミックファイバー断熱材の使用も相まって、所望の強度を得ている。

次に、もう一つの実施例では、さらに、図１０に描かれているようなブランク２の車体部材１が、熱保持部材７を介在させず、成形品４と底部９ｂの間に空隙１５をおいて製作された（図２（ａ）も参照）。成形品４と金型面８間には、ブランク２の厚さの２倍以上、例えば、２ｍｍ以上の間隔をおいてある。このような構成で、型閉め後、冷却時間２０秒〜３０秒で冷却後温度が略６５０℃に収束される冷却時間−温度グラフ図１１が得られた。冷却時間３０秒後に型開けされて車体部材１は、フェライトを多分に含む組織（図５に示される領域１９参照）を与え、引張強度５９０ＭＰａ級の最も低強度部位を提供することが検証された。引張強度７８０ＭＰａ級第２の低強度部材を与える冷却時間２０秒〜３０秒において冷却後温度が５２０℃よりも高い温度となるような冷却速度の領域に、引張強度５９０ＭＰａへ向けて徐々に低強度化を与える領域があり、これは、熱保持部材７の厚さを段々薄くし、熱保持部材７の熱容量を減ずることよってブランク２から熱保持部材７への熱移動をより小さくすることで与えられる。後述するように、所定のマージンを見込み、冷却時間２０秒〜３０秒において冷却後温度が５５０℃以上の領域を、引張強度７８０ＭＰａ級第２の低強度部材よりも低強度の第３低強度部材を与える冷却温度領域として図１１に斜線領域で示されている。

ところで、型閉め後、冷却時間２０秒〜３０秒で冷却後温度が４６０℃と５２０℃との中間の冷却速度で冷却されたブランク２は、冷却後温度４６０℃の冷却速度で得られた引張強度９８０ＭＰａ級の第１の低強度部材と、冷却後温度５２０℃の冷却速度で得られた引張強度７８０ＭＰ級の第２の低強度部材の中間の遷移強度を持つ。この遷移強度領域には特段の組織変態温度はないから、この間を４６０℃と５２０℃との中央値略４９０℃で２分し、この中央値４９０℃の上下の冷却後温度領域で属性を２分類するのが適当である。

図７には、２分類された９８０級冷却温度曲線と７８０級冷却温度曲線に挟まれた領域のうち、９８０級寄りの領域として、９８０級冷却温度曲線の上側かつ冷却後温度４９０℃よりも低い冷却後温度の領域にハッチングを付してある。

図９には、２分類された９８０級冷却温度曲線と７８０級冷却温度曲線に挟まれた領域のうち、７８０級寄りの領域として冷却温度曲線の下側かつ冷却後温度４９０℃以上の領域にハッチングを付してある。

引張強度９８０ＭＰａ級領域の低温側の外縁部を確定するとき、両冷却後温度の中央値４９０℃から実測値４６０℃への差分温度幅３０℃に相当する温度幅比率６．１％（３０℃／４９０℃の百分率）で実測値４６０℃から低温側へ冷却後温度を拡張する。すなわち、４６０℃の６．１％比率の温度幅で低温側へ拡張して考えてよい。冷却後温度４６０℃の低温側近傍には組織変態温度はないからである。この外縁領域にもっと離れた領域より６．１％の比率の温度幅（４６０℃の６．１％、２８℃の幅）で引張強度９８０ＭＰａ級寄りの領域を把握する。すなわち、引張強度９８０ＭＰａ級は、冷却後温度が４６０℃から２８℃以内で１０℃単位に丸められた冷却後温度４４０℃以上４６０℃までも上記ハッチング領域に加え引張強度９８０ＭＰａ級寄りの領域（図９で砂模様で示す）と把握する。

引張強度７８０ＭＰａ級領域の高温側の外縁部を確定するとき、冷却後温度の中央値４９０℃と実測値５２０℃との温度幅３０℃に相当する温度幅比率６．１％（３０℃／４９０℃の百分率）で実測値５２０℃から高温側へ冷却後を拡張する。すなわち、５２０℃の６．１％比率の温度幅で高温側へ拡張して考えてよい。冷却後温度５２０℃の高温側近傍には組織変態温度はないからである。この外縁部にもっと離れた領域より６．１％の比率の温度幅（５２０℃の６．１％、３２℃の幅）で引張強度７８０ＭＰａ級寄りの領域を把握する。すなわち、引張強度７８０ＭＰａ級は、冷却後温度が５２０℃の上側へ３２℃以内を１０℃単位に丸め冷却後温度５５０℃以下５２０℃までも上記ハッチング領域に加え引張強度７８０ＭＰａ級寄りの領域（図９で砂模様で示す）と把握する。

図１２には、最終的に、上記引張強度９８０ＭＰａ級の第１の低強度部材寄りの領域（図１２で１番下の領域である第１のハッチング領域）及び７８０Ｍｐａ級の第２の低強度部材寄りの領域（図１２で下から２番目の領域である第２のハッチング領域）と引張強度７８０Ｍｐａ級に及ばないもっと低強度の第３の低強度部材領域（図１２で下から３番目の領域である網掛け領域）の３分類された領域を示す。

上記、２種類の熱保持部材７及び熱保持部材７のない形態は、一の自動車構造材の異なる位置に割り当てることができる。従って、多段階の異強度を有する自動車構造材を製作可能であり、ここで用いる金型は特殊な加熱機構も冷却機構も要しない。加えて、ブランク２は同じ厚みであるから、場所によって、異なる厚みの熱保持部材７を構成し、自動車衝突時の安全性確保ため、多段階の異強度を有する自動車構造材を短いリードタイムで提供する。多段階の異強度を有する自動車構造材の例は、図１３（ａ）及び図１３（ｂ）に示されているセンタピラー部材２０の試作にも現れる。図１３（ａ）に示されている２つのハッチング領域が熱保持部材７で熱保持されて異強度化された部位である。更に、図１３（ｂ）は、低強度部位２２及び金型で焼入れされた高強度部材とは独立した島状の中強度部位２３とを設け、これらを合わせて３段階の異強度化をセンタピラー２１へ施したものである。このような、異強度化は低強度部位２２、中強度部位２３に各々対応する、異なる厚みの蜂の巣状の熱保持部材７ａを用意したり、所望の強度に至るまで、充填率を変じたり、断熱材１１の埋め方を変じたり等の対応もされ得て、金型面８の凹部９の深さに差異を設ける必要もない。また、図１３（ａ）と異なり、低強度部位２２、中強度部位２３がセンタピラー２１では島状に配設され、各島に対応する部位にその島状部位の形状に合わせた熱保持部材７を用意してもよい。

更に、自動車構造体の部材試作の強度設計に変更が必要な場合、再度の凹部９を含む冷却金型６の再製作を不要とし、熱保持部材７の厚みの設計変更及び凹部９内の支持高さを調節するだけで、車体部材１の再試作を可能とする。強度の設計変更に対応する試作リードタイム短縮にも有利である。

図４（ａ）は、本実施形態で熱保持部材７を平面視千鳥格子状の熱保持部材７（ｂ）とする変形例を示す。熱保持部材７（ｂ）の部分が変形している他、他の部分は上記のとおりであり、記載を省略する。このように、平面視千鳥格子状であっても、熱保持部材７は、面方向に対する強度の指向性が緩くなる。平面視千鳥格子状であれば、面内左右方向に均等な剛性の熱保持部材７が構成され、正方格子状に比しスパンが半分の壁構造であるから、更に剛性が高い左右方向に均等な剛性の熱保持部材７が構成される。熱保持部材７は、平面視三角格子状であってもよく、各辺方向に均等な剛性の熱保持部材７が構成される。このような規則的な有孔の熱保持部材７の壁部配置の均等性は、不均等な配置に対し、熱変形への耐力の指向性についても予測可能な構成であり、受熱面１０と成形品４との接触を均等に保つことに貢献する。

図４（ｃ）は、本実施形態の熱保持部材７の変形例を示す。熱保持部材７ｃは、その受熱面１０を天井スラブ３０の上面とし、かつその底面を床スラブ３１の下面とし、天井スラブ３０と床スラブ３１とが、両スラブの間でこれらに直立する壁体３２によって支持されるスラブ構造体３３である。他の条件は、上述のとおりであり、記載を省略する。このようなスラブ構造体３３は、壁体３２に沿う方向は、壁体３２自体の断面曲げ剛性に優れ、壁体３２と交わる方向は、天井スラブ３０及び床スラブ３１による２層構造が高曲げ剛性に貢献する。この形態によれば、以下の効果が得られる。一般に面外曲げ剛性は、曲げ方向の高さｈの２乗に比例する。１枚のバルク平板と同じ熱容量として、上下に離隔して対向配置される２層のスラブ構造体３３に構成すれば、スラブ構造体３３の厚さｈの２乗に比例して剛性を高めた熱保持部材７（ｃ）が得られる。スラブに対してこれらに直立する壁体３２が与える剛性を無視しても、天井スラブ３０と床スラブ３１のとの距離をｈ_１とすれば、曲げ剛性は、２枚の梁構造として式（５）が一般に与えられる。式（５）は単位長あたりの断面２次モーメントＺ_ｃである。
Ｚ_ｃ＝（ｈ^３−ｈ_１ ^３）／（６ｈ）・・・式（５）
所要厚さが板厚ｈ_０の単板の熱保持部材７を同じ体積を有する２層のスラブ構造体３３へ変ずる場合、板厚ｈ_０のうち、例えば、１／３部分をｈ_０／３厚の天井スラブ３０へ、１／３部分をｈ_０／３厚の床スラブ３１へ、そして、１／３部分を壁体３２へ割当て、天井スラブ３０と床スラブ３１との距離は、ｈ_１＝（７／３）ｈ_０として、両スラブに対して直立する壁体によって離隔されている形態である。所要厚さｈを、元の板厚ｈ_０の３倍のｈ＝３ｈ_０としてスラブ構造体３３が形成されている。式（５）から当該スラブ構造体３３の曲げ剛性は、元の単板の剛性と比べ（３^３−（７／３）^３）倍に高められている。すなわち、元の単板の曲げ剛性から略１４倍へ向上する。図４に示される熱保持部材７ｃは、同体積の単板に比し桁違いに高い剛性を提供し、安定した受熱面１０と成形品４の接触を保ち、強度品質のばらつきの小さな製品に貢献する。加えて、熱保持部材７ｃのうち、壁体の平面視形状面積を小さくすれば、図２（ｂ）のように熱保持部材７ｃが配設されれば、受熱面１０下から凹部９の底部９ｂへの熱貫流抵抗も増し、天井スラブ３０と床スラブ３１とは温度差が発生するように、熱設計可能である。そうすると、熱貫流ＨＬは減少し熱保持部材７ｃの保温効果が高まるから、熱保持部材７ｃの所要厚さｈはもっと薄く形成することも可能である。加えて、熱保持部材７ｃのうち、天井スラブ３０を平面視蜂の巣状の熱保持部材とし、厚み方向の貫通孔を含む板状体とすれば、上記の熱保持部材７ａについての説明と同様、熱保持部材７ｃの曲げ剛性が総じて向上し、熱保持部材７の曲げ剛性が向上することによって得られる利益がそのまま得られ、受熱面１０と成形品４の均一な接触面の形成に有効であり、冷却後の異強度部位の性能のばらつきを抑え、リードタイム短縮を実現する熱保持部材７ｃの提供を実質的に提供する。また、より材料使用量を減ずる選択をすれば、熱保持部材７ｃの加工時間の低減は、試作リードタイム短縮にも有利である。

本実施形態の熱保持部材７は、金属３Ｄプリンタで製作するとよい。金属粉末をレーザー光で粉末程度の層毎に融着積層する熱保持部材７の形成方法によって、部品形状をその通りに造形可能であり、平面視正方格子状、平面視千鳥格子状及び平面視蜂の巣状も造形可能である。この構成であれば、ＡＣ_３温度以上の加熱にされ、型閉め温度が８００℃を超える成形品４へ面接触し、一時的局所的に同程度に昇温されても支障ない形態になされ得る。融着積層単位は、５０マイクロメータが好ましい。このように熱保持部材７が金属材料の構成は、熱保持部材は、高温下での熱保持にも好適である。また、スラブ構造体３３は、天井スラブ３０と壁体３２及び床スラブ３１と壁体３２とを別体で金属３Ｄプリンタによって製作し、その後締結して熱保持部材７ｃとしてもよい。金属３Ｄプリンタによる製作は、層状に壁体配置を条状に限らず製作可能である利益がある。天井スラブ３０と東西方向の壁体３２及び床スラブ３１と南北方向の壁体３２とを別体とし、これを機械加工によって製作し、その後両スラブを締結して熱保持部材７ｃとしてもよい。このように壁体３２を平面視条状又は平面視格子状と限定し、機械加工によって熱保持部材７ｃを製作してもよい。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態では、一例としてハット形状用として車体部材１の製造方法の説明を行ったが、センタピラーや他の自動車車体構造などにも広く適用することができる。また、プレスステップＳ１工程は、冷間成形でなくとも、例えば、ホットスタンプ成形で行うことも可能であり、ホットスタンプ成形ではスプリングバックがなく、冷却金型６に投入する際も、より精度よく型と接触させられ、より好適である。この他、各部材や部位の具体的構成や配置、数量、角度など、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。一方、上記実施形態に示した各構成要素は必ずしも全てが必須ではなく、適宜選択することができる。

１ ：車体部材
２ ：ブランク
３ ：冷間プレス金型
４ ：成形品
５ ：加熱炉
６ ：冷却金型（６ａ、６ｂ）
７ ：熱保持部材（７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ）
８ ：金型面
９ ：凹部
９ｂ ：底部
１０ ：受熱面
１１ ：断熱材
１３ ：支持体
２２ ：低強度部位
２３ ：中強度部位
３０ ：天井スラブ
３１ ：床スラブ
３２ ：壁体
３３ ：スラブ構造体
ＨＨ ：熱貫流
ＨＬ ：熱貫流
Ｓ０ ：ステップチャート
Ｓ１ ：プレスステップ
Ｓ２ ：加熱ステップ
Ｓ３ ：冷却ステップ

Claims (15)

1. 部分的に強度が異なる車体部材の製造方法であって、
   車体部材のブランクを所定の形状にプレス成形して成形品を得るステップと、
   前記プレスステップの後に、前記成形品をオーステナイト変態温度（ＡＣ_３）以上に加熱するステップと、
   加熱された前記成形品を冷却金型により冷却するステップとを含み、
   前記冷却金型の金型面の一部に、所定の金型面に対して凹設された凹部が設けられ、前記凹部の開口部に沿って、前記所定の金型面に沿って延在する受熱面を備えて、前記凹部の底部に対して間隔をおいて配置された部分を含み、前記受熱面下の熱貫流抵抗を前記金型面下の熱貫流抵抗よりも大きくする熱保持部材が配置されていることを特徴とする車体部材の製造方法。
2. 前記熱保持部材が板材からなることを特徴とする請求項１に記載の車体部材の製造方法。
3. 前記熱保持部材が、厚み方向に貫通する複数の孔を有する板材からなることを特徴とする請求項２に記載の車体部材の製造方法。
4. 前記熱保持部材が、平面視蜂の巣状又は格子状をなすことを特徴とする請求項３に記載の車体部材の製造方法。
5. 前記熱保持部材が、受熱面を天井スラブの上面とし、かつ底面を床スラブの下面とし、天井スラブ及び床スラブが互いに、両スラブに直立する壁体によって支持されるスラブ構造体であることを特徴とする請求項１に記載の車体部材の製造方法。
6. 前記熱保持部材が、金属から成ることを特徴とする請求項２〜請求項５のいずれか１項に記載の車体部材の製造方法。
7. 前記凹部が少なくとも部分的に断熱材により埋められていることを特徴とする請求項２〜請求項６のいずれか１項に記載の車体部材の製造方法。
8. 前記受熱面が対面する部分の前記成形品の冷却速度は、前記熱保持部材の熱容量によって所定の範囲の冷却速度とされていることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の車体部材の製造方法。
9. 前記冷却速度は、冷却時間３０秒後に前記成形品の冷却温度を５５０℃より高い温度とすることを特徴とする請求項８に記載の車体部材の製造方法。
10. 前記冷却速度は、冷却時間３０秒後に前記成形品の冷却温度を４９０℃以上、かつ５５０℃以下の温度とすることを特徴とする請求項８に記載の車体部材の製造方法。
11. 前記冷却速度は、冷却時間３０秒後に前記成形品の冷却温度を４４０℃以上、かつ４９０℃より低い温度とすることを特徴とする請求項８に記載の車体部材の製造方法。
12. 前記熱保持部材は板材とし、冷却速度を所定の冷却速度とする条件の下に、前記熱保持部材をバルク板材とする場合の所要厚さ及び熱容量及び当該熱保持部材の充填率によって、当該熱保持部材の所要厚さが決定されることを特徴とする請求項８に記載の車体部材の製造方法。
13. 前記熱保持部材の厚さは、冷却速度を所定の冷却速度とする場合のバルク板材の所要厚さの２倍以上である請求項３又は請求項４又は請求項１２に記載の車体部材の製造方法。
14. 冷却速度を所定の冷却速度とする条件の下に前記熱保持部材をバルク板材とする場合の所要厚さ及び熱容量及び前記壁体の熱抵抗によって、前記熱保持部材の所要厚さが決定されることを特徴とする請求項５に記載の車体部材の製造方法。
15. 部分的に強度が異なる車体部材の製造に用いる金型であって、
    前記金型の金型面の一部に、所定の金型面に対して凹設された凹部が設けられ、前記凹部の開口部に沿って、前記所定の金型面に沿って延在する受熱面を備えた、前記凹部の底部に対して間隔をおいて配置された部分を含む熱保持部材が配置されていることを特徴とする金型。

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