JP4985783B2 - テーラードブランク材およびそれを用いた構造部材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、テーラードブランク材に関し、特にサスペンションアームなどの構造部材に好適なテーラードブランク材に関する。

近年、自動車等に用いられる構造部材は、所望の強度を維持しつつ更なる軽量化が求められている。また、一つの構造部材に求められる性能も年々多様化しており、部位によって求められる特性も大きく異なる場合がある。このような構造部材は、単一の部材（材料）から加工されて製造される場合、通常は、最も応力を受ける部位や求められる特性のレベルが最も高い部位を基準に板厚や形状が決められることとなる。その結果、部分的には過剰な強度や特性を持った構造部材が製造されることになる。

そこで、溶接により複数の鋼板を目的に合わせて接合したプレス素材としてテーラードブランク材が開発されている。例えば、自動車のシャーシには、車体重量の軽減および車体強度の向上の観点からサブフレームとしてテーラードブランク材の適用が検討されている。特許文献１には、テーラードブランク材同士の溶接部近傍にノッチを設けることで溶接部の応力集中を緩和するとされる溶接構造部材が開示されている。

特開２００６−３０６２１１号公報 特開平１０−１７５０２７号公報 特開２０００−２９０７４９号公報

上述のように、自動車等に用いられる構造部材は、所望の強度と軽量化の両立が求められている。軽量化を図るためには、例えば、高強度材を用いることで部材の厚みを薄くすることが考えられるが、一般的に高強度材は伸びが少なく加工性という観点からは更なる改良が求められている。特に、自動車に用いられるサスペンションアームのような部品は形状が複雑なため、例えば、このような部品の材料として高強度材を用い、深絞り加工等により精度の高い成形を行うのは困難である。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、成形性に優れたテーラードブランク材を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様のテーラードブランク材は、複数の圧延部材が溶接されて構成されているテーラードブランク材であって、複数の圧延部材のうち少なくとも一つの圧延部材は、その圧延方向が、他の圧延部材の圧延方向と異なるように該他の圧延部材と溶接されている。

この態様によると、溶接する複数の圧延部材の圧延方向を考慮することで、その後の絞りや曲げなどの成形工程において、例えば成形によって製造される構造部材が部位によって変形方向や変形量が異なる複雑な形状の場合であっても、良好な成形性が得られる。

前記複数の圧延部材のうち少なくとも一つの圧延部材は、その厚みが、他の圧延部材の厚みと異なってもよい。これにより、強度が比較的必要なく成形による変形量が他の部位より小さい部位に相当する圧延部材はその厚みを薄く、一方、強度は必要であり成型による変形量が多い複雑な形状の部位に相当する圧延部材はその厚みを厚くすることができる。そのため、強度と軽量化を高い次元で両立した構造部材の製造が可能となる。

前記複数の圧延部材のうち少なくとも一つの圧延部材は、その材質が、他の圧延部材の材質と異なってもよい。これにより、求められる強度や変形量が異なる部位毎に適切な材質の圧延部材を選択することで、強度と軽量化を高い次元で両立した構造部材の製造が可能となる。

本発明の別の態様は、複数の圧延部材が溶接されて構成されているテーラードブランク材を用いた構造部材の製造方法であって、複数の圧延部材のうち少なくとも一つの圧延部材の圧延方向が、他の圧延部材の圧延方向と異なるように溶接されたテーラードブランク材を準備する工程と、前記複数の圧延部材のそれぞれの圧延方向への変形量が圧延方向と交差する方向の変形量より多くなるように前記テーラードブランク材を成形する工程と、を含む構造部材の製造方法である。

この態様によると、成形時の変形量や求められる特性が部位毎に異なる構造部材であっても、成形性を損なわずに製造することができる。

本発明によれば、成形性に優れたテーラードブランク材を提供することができる。

本実施の形態に係る構造部材の製造に用いるテーラードブランク材を模式的に示した上面図である。 本実施の形態に係る構造部材を用いたサスペンションアームの斜視図である。 図３（ａ）は、図２に示すサスペンションアームのＡ−Ａ断面図、図３（ｂ）は、図２に示すサスペンションアームのＢ−Ｂ断面図、図３（ｃ）は、図２に示すサスペンションアームのＣ−Ｃ断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。

図１は、本実施の形態に係る構造部材の製造に用いるテーラードブランク材を模式的に示した上面図である。図２は、本実施の形態に係る構造部材を用いたサスペンションアームの斜視図である。図３（ａ）は、図２に示すサスペンションアームのＡ−Ａ断面図、図３（ｂ）は、図２に示すサスペンションアームのＢ−Ｂ断面図、図３（ｃ）は、図２に示すサスペンションアームのＣ−Ｃ断面図である。

本実施の形態に係るテーラードブランク材１０は、図１に示すように、３つの板状の鋼板１２，１４，１６を互いに溶接し、成形後のサスペンションアームの形状を考慮して余分な部分を切断したものである。鋼板１２，１４，１６は、それぞれの圧延方向１２ａ，１４ａ，１６ａが異なるように溶接されている。鋼板としては、ハイテン（自動車用高強度鋼板）が好適である。鋼板１２，１４，１６の厚みは成形後の構造部材の用途によって適宜設定すればよいが、例えば、１〜１０ｍｍ、好ましくは２〜５ｍｍ程度であれば軽量化と強度、成形性を高いレベルで両立し得る。

鋼板として前述の高強度鋼板を用いた場合、所望の強度を満たすために板厚を薄くすることができるが、例えば、絞り加工における深絞り部の成形性に改良の余地がある。これは、高強度鋼板の伸び（変形量）が通常の鋼板よりも小さいため、絞り加工のように局所的に大きな変形を伴う加工には余り適さないためである。

しかしながら、本実施の形態に係るテーラードブランク材を構成する鋼板１２，１４，１６は圧延部材であるため、それぞれの鋼板において、種々の方向に同じ応力がかかった場合、圧延された方向（圧延方向）への変形量が圧延された方向と交差する方向の変形量より大きい。そのため、溶接する複数の鋼板１２，１４，１６の圧延方向１２ａ，１４ａ，１６ａを考慮することで、その後の絞りや曲げなどの成形工程において、例えば成形によって製造される構造部材が部位によって変形方向や変形量が異なる複雑な形状の場合であっても、良好な成形性が得られる。

以下では、上述のテーラードブランク材を用いて製造した構造部材の一例として、自動車のフロントサスペンションに用いられるロワーアームについて具体的に説明する。

本実施の形態では、図１に示すようなテーラードブランク材１０を準備し、ロワーアームの形状に応じて加工されている型によって、絞りや曲げ成形が行われる。ロワーアーム１８は、図２に示すように、鋼板１２，１４，１６が成形された部位１２ｂ，１４ｂ，１６ｂによってその形状や変形量が異なっている。具体的には、本実施の形態に係る成形工程では、複数の鋼板のそれぞれの圧延方向への変形量が圧延方向と交差する方向の変形量より多くなるようにテーラードブランク材１０が成形される。

ロワーアーム１８において、図２に示す部位１２ｂでの変形が最も大きい方向は、図３（ａ）に示す圧延方向１２ａとほぼ同じ方向となっている。つまり、テーラードブランク材１０は、圧延方向１２ａと同じ方向へは他の方向と比べると変形しやすいため、精度の高い成形が可能となる。その結果、鋼板の材料として所望の強度を満たす程度の高強度材を用いた場合でも、十分な成形性が確保できるため、薄板化、軽量化も同時に図られる。なお、ロワーアーム１８の他の部位１４ｂ，１６ｂについても、図３（ｂ）、図３（ｃ）に示すように成形時の変形が多い方向と圧延方向１４ａ，１６ａとがほぼ同じ方向となっている。

なお、上述のテーラードブランク材１０は、鋼板１２，１４，１６の厚みが同じ場合に限らず、複数の鋼板のうち少なくとも一つの鋼板は、その厚みが、他の鋼板の厚みと異なっていてもよい。これにより、強度が比較的必要ない、あるいは、成形による変形量が他の部位より小さい部位に相当する鋼板の厚みを薄く、一方、強度は必要ない、あるいは、成型による変形量が多い複雑な形状の部位に相当する鋼板の厚みを厚くしたテーラードブランク材を用いることで、強度と軽量化を高い次元で両立し得るロワーアームを製造することができる。換言すれば、本実施の形態に係るテーラードブランク材を用いることで、成形時の変形量や求められる特性が部位毎に異なる構造部材であっても、成形性を損なわずに製造することができる。

上述のように、本実施の形態に係るテーラードブランク材を用いてサスペンションアームのような構造部材を製造する場合、成形性のよい、すなわち比較的変形しやすい圧延方向とアーム形状を考慮してテーラードブランク材を構成する各鋼板の溶接方向を決めればよい。つまり、鋼板の圧延方向を成形時に最も変形する方向に合わせることで、例えば軽量化のための薄い高強度材を用いても成形性が確保される。このように、溶接される複数の鋼板の圧延方向を異ならせることで、サスペンションアームをはじめとする構造部材の強度と軽量化の両立を図ることができる。

以上、本発明を上述の実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて実施の形態における処理の組合せや順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。

なお、テーラードブランク材を構成する圧延部材の数は、本実施の形態のように３つに限られるものではなく、２以上であればよい。テーラードブランク材を構成する圧延部材の数や大きさ、厚みは、その後の成形方法や製造する構造部材を考慮して適宜選択すればよい。また、テーラードブランク材を構成する圧延部材の材質は、全て同じである必要はなく、成型時の変形や必要な強度を考慮して適宜異なる材質の圧延部材を組み合わせてもよい。

１０ テーラードブランク材、 １２ 鋼板、 １２ａ 圧延方向、 １４ 鋼板、 １４ａ 圧延方向、 １６ 鋼板、 １６ａ 圧延方向、 １８ ロワーアーム。

Claims (4)

1. 複数の圧延部材が溶接されて構成されているテーラードブランク材であって、
   複数の圧延部材のうち少なくとも一つの圧延部材は、その圧延方向が、他の圧延部材の圧延方向と異なるように該他の圧延部材と溶接されていることを特徴とするテーラードブランク材。
2. 前記複数の圧延部材のうち少なくとも一つの圧延部材は、その厚みが、他の圧延部材の厚みと異なることを特徴とする請求項１に記載のテーラードブランク材。
3. 前記複数の圧延部材のうち少なくとも一つの圧延部材は、その材質が、他の圧延部材の材質と異なることを特徴とする請求項１または２に記載のテーラードブランク材。
4. 複数の圧延部材が溶接されて構成されているテーラードブランク材を用いた構造部材の製造方法であって、
   複数の圧延部材のうち少なくとも一つの圧延部材の圧延方向が、他の圧延部材の圧延方向と異なるように溶接されたテーラードブランク材を準備する工程と、
   前記複数の圧延部材のそれぞれの圧延方向への変形量が圧延方向と交差する方向の変形量より多くなるように前記テーラードブランク材を成形する工程と、
   を含む構造部材の製造方法。

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