JP6265315B1 - 自動車車体用プレス成形部品およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】他部材と接合された際、高い耐荷重と剛性を発揮する部材の提供。【解決手段】天板2,上稜線4,縦壁3,下稜線5および床フランジ9を備える横断面を有し、上稜線4延在方向の少なくとも一方の端部に天板稜線6を介して天板フランジ11と縦壁稜線7を介して縦壁フランジ10を有し、かつ、縦壁フランジ10と床フランジ9が連続し、上稜線4と下稜線5の端部において縦壁のコーナー部の曲率半径の総和ΣRと部材端部における天板２と縦壁３の幅の総和ΣLは、ΣR/ΣL≦0.13の関係である部材1である。部材1は、ブランク26にプレス成形を行ってフランジ稜線8を縮みフランジ形成することにより、少なくともフランジ稜線8を備える中間成形品27を製造する第1工程と、中間成形品27にプレス成形を行って、前記部材1を製造する第２工程とを経て、製造される。【選択図】図３

Description

本発明は、自動車車体の強度と剛性を効果的に高めることができる自動車車体用プレス成形部品およびその製造方法に関する。具体的には、本発明は、天板、縦壁、フランジ、および天板−縦壁、縦壁−フランジの間に形成される稜線を備えるハット型の横断面形状を有する自動車車体用プレス成形部品およびその製造方法に関する。この自動車車体用プレス成形部品は、稜線の延在方向の少なくとも一方の端部に縦壁から部品断面に対して外向きに折れ曲がって形成される外向きフランジを有する。また、この自動車車体用プレス成形部品は、縦壁につながる外向きフランジ（以下、「縦壁フランジ」という）とフランジ（以下、「床フランジ」という）が連続して形成され、かつ、縦壁の、外向きフランジと床フランジに隣接するコーナー部の曲率半径（以下、縦壁角Ｒという）が小さい金属板製のプレス成形部品である。金属板製とは、鋼板性やアルミニウム板製が例示できる。

自動車車体は、通常、多数の成形パネル同士を互いの縁部同士を重ねわせて抵抗スポット溶接により接合して箱体とし、この箱体の要所に補強部材や強度部材を抵抗スポット溶接にて接合することによって構成される。こうしてできた部材を自動車車体用構造部材と称する。このような自動車車体用構造部材として、フロアクロスメンバ、ロッカー（サイドシル）、ベルトライン等がある。以降の説明では、自動車車体用構造部材としてフロアクロスメンバを例にとる。

フロアクロスメンバは、例えばプレス成形された、天板と、天板につながる２つの稜線（以下、「上稜線」という）と、２つの上稜線それぞれにつながる２つの縦壁と、２つの縦壁それぞれにつながる２つの稜線（以下、「下稜線」という）と、２つの下稜線それぞれにつながる２つの床フランジとにより構成される略ハット型の横断面形状を有する。この横断面形状を有する鋼板製の本体における上稜線と下稜線の延在方向の端部に、部品断面に対して外向きに曲げた外向きフランジを形成し、この外向きフランジをサイドシルインナと重ね合わせた後に、抵抗スポット溶接やアーク溶接等によって組立てられる。また、フロアクロスメンバは、車体剛性や、側面衝突時における車室の圧壊抑制に寄与する重要な自動車車体用構造部材である。そのため、これまでにも、部材形状や、部材間の結合部の構造を見直すことにより車体強度を高める発明や、部材の製造方法に関する発明が多数開示されている。

特許文献１には、ハット型の断面のプレス成形品の長手方向の端部に設けられた、天板、縦壁、および上稜線に隣接する外向きフランジを連続して形成することで、部材性能を高める発明が開示されている。特許文献２には、サイドシルインナの側面に開口部を設け、サイドシルの内部に配置されるシルインナーレインフォースとフロアクロスメンバとを溶接することによりサイドシルとフロアクロスメンバとの結合強度を高める発明が開示されている。さらに、特許文献３には、横断面を拡大せずにサイドシルインナを開口すると共に、フロアクロスメンバとの溶接部を複数設けることによりサイドシルとフロアクロスメンバとの結合強度を高める発明が開示されている。

特開２０１５−７４３５４号公報 特許２９９６０３１号公報 特開平２−１４１３７２号公報 特許第５５６９６６１号公報 特許第２５６０４１６号公報 特許第２５５４７６８号明細書 特開平７−１１２２１９号明細書 特開平４−１１８１１８号公報

特許文献１〜３は、側面衝突安全性の向上を目的として発明されたものである。しかしながら、いずれの特許文献においても縦壁角Ｒの大きさに着目した発明はない。例えば、特許文献１では、縦壁角Ｒが大きく、縦壁フランジ−床フランジ間は緩やかに連続して形成されている部材が図示されている。一方、特許文献２では、特許文献１で図示されたものとは異なり、縦壁角Ｒは比較的小さい。特許文献３では、縦壁角Ｒ近傍の様子は不明瞭である。また、いずれの特許文献においても，縦壁角Ｒの寸法について詳細に記載したものはない。以上のことから、部材性能に及ぼす縦壁角Ｒの影響についてはほとんど着目されておらず、詳細な検討がなされていない。

本発明者らは、従来の技術が有するこのような課題に鑑み、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、以下に列記の知見Ａ〜Ｄを得て、本発明を完成した。
（Ａ）縦壁角Ｒの大きさ(曲率半径)を小さくすることで、部材端部における断面線長が増大する。そのため、側面衝突時にフロアクロスメンバに入力されるような軸圧壊変形モードにおいて部材性能（耐荷重性能）が向上する。
（Ｂ）（Ａ）において具体的には、縦壁角Ｒの寸法を、部材端部における断面線長に対して１３％以下にすると良い。
（Ｃ）縦壁角Ｒの縮小に伴って、縦壁フランジおよび床フランジの面積が増大する。そのため、他部材と結合する際は、スポット溶接の打点数、あるいはアーク溶接やレーザー溶接の溶接長を増やすことが可能となり、部材間の結合効率および剛性等の車体性能の向上に繋がる。
（Ｄ）縦壁角Ｒの縮小により、他部材と結合する際に生じる隙間を埋めることができる。部材間の結合効率および剛性等の車体性能の向上に繋がる。
（Ｅ）縦壁角Ｒの縮小に加え、ハット型の断面のプレス成形品の長手方向の端部に設けられた、天板、縦壁、および上稜線に隣接する外向きフランジを連続して形成することで、さらに部材性能を高めることが可能となる。

本発明は以下に列記の通りである。
（１）天板と該天板の両側に上稜線を介して二つの向き合う縦壁を備える部材であって、
前記天板の前記部材の端部側にある天板稜線を介して前記部材の外側に延びる天板フランジと
前記縦壁の前記部材の端部側に延在する縦壁稜線を介して前記部材の外側に延びる二つの縦壁フランジと
前記縦壁フランジに隣接し前記縦壁の端部とは別の前記縦壁の端部に延在する下稜線を介して前記部材の外側に延びる二つの床フランジを備え、
前記縦壁フランジとその端部で隣接する床フランジはそれぞれ連続し、
前記部材の端部において、前記下稜線と前記縦壁稜線の間の前記縦壁の角の曲率半径の総和ΣRと部材端部における天板と縦壁の幅の総和ΣLは、ΣR/ΣL≦0.13の関係になっていることを特徴とする部材。
（２）前記下稜線と前記縦壁稜線の間の前記縦壁の角の曲率半径は20mm以下であることを特徴とする請求項１に記載の部材。
（３）前記天板フランジと前記縦壁フランジが連続している請求項１または請求項２に記載の部材。
（４）前記縦壁が三角形であり、前記床フランジが前記縦壁フランジを兼ねていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の部材。
（５）請求項１から請求項４のいずれかに記載の部材のプレス成形による製造方法であって、ブランクの少なくとも二箇所に床フランジの少なくとも一部と前記床フランジに連続する縦壁フランジの一部をそれぞれ縮みフランジ成形する第１工程と
前記第１工程の次に前記ブランクの前記第１工程における少なくとも二箇所の間の少なくとも二箇所に天板フランジと前記天板フランジに連続する縦壁フランジの残部をそれぞれ伸びフランジ成形する第２工程を備えることを特徴とするプレス成形品の製造方法。

なお、本発明は、図１のフロアクロスメンバのような部材の提供を目的とする。ただし、本発明の対象とする部材は、フロアクロスメンバに限定されるものではなく、縦壁も四角形に限定されるものではない。例えば、図２に示すように縦壁が三角形のプレス成形品でもよい。

しかしながら、本部材をプレス成形にて製造しようとすると、縦壁フランジ‐床フランジの間は縮みフランジ部となるため、肉余りしわが発生する。例えば、特許文献４では、特許文献１に開示された部材の製造方法が示されているが、特許文献４の用いて縦壁フランジ‐床フランジの間の縮みフランジ部をプレス成形すると、プレス成形時に鋼板に張力を付与することができないために肉余りしわが発生する。このため、縦壁フランジと床フランジの間に切欠きを設けたり、縦壁角Ｒを例えば３０ｍｍと大きく設定することで、しわの発生を低減せざるを得なかった。このため、前述の通り、フロアクロスメンバを、縦壁フランジを介してサイドシルインナと接合しても、フロアクロスメンバとサイドシルとの接合部の近傍に上記の切欠きや、縦壁角Ｒが大きいことによって生じる隙間が不可避的に存在し、衝突の際の軸圧壊時等の耐荷重性能が低下していた。このため、外向きフランジを形成する際に、縮みフランジ部のしわの発生を抑制しながら縮みフランジ部の成形を実現する必要がある。これまでにも、縮みフランジ部をしわなくプレス成形する発明が多数開示されている。例えば、特許文献５には、角筒絞り成形における縮みフランジ部に特定形状を付与することによりしわの発生を防止する発明が開示され、特許文献６，７には、サンルーフ用の開口を有するルーフパネルに、縮みフランジ部における過剰線長を吸収する形状を付与する発明が開示され、さらに、特許文献８には、カム構造を用いて縮みフランジ部に押さえ圧を負荷しながら成形することによりしわの発生を抑制する発明が開示されている。

しかしながら、特許文献５により開示された発明は、製品の外観や性能に影響しない場合には実施できるが、例えばフロアクロスメンバのように他部品（サイドシル）と接続する箇所に特定形状が付与されていると接合が困難になり、かつ、衝突変形時の荷重伝達性能も低下する。

特許文献６，７により開示された発明は、しわおよび肉余りの要因となる余剰線長を、予め設定した余肉形状により吸収するものである。このため、この予肉部で抵抗スポット溶接することはもちろんのこと、余肉部が他の部位のスポット溶接の妨げになる場合には、特許文献６、７により開示された発明を実施できない。

さらに、特許文献８により開示された発明は、座屈に伴う面外変形を確かに抑制できるものの、縮み変形が集中して板厚が増大する箇所には変化がない。そのため、過剰な増肉個所では型当たりが強くなり金型の耐久性、ひいては生産性が低下する。

このように、従来の技術では、縦壁フランジ−床フランジの間にしわが生じることなくプレス成形することはできなかったため、衝突の際の軸圧壊時等の荷重伝達特性の低下は避けられなかった。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、以下に列記の知見（Ａ）〜（Ｃ）を得て、本発明を完成した。
（Ａ）第１工程で、ブランクに任意の拘束条件下で縮みフランジ成形を行って縦壁フランジ−床フランジの間の繋ぎ部を成形して中間成形品とする。
（Ｂ）第２工程で、縦壁フランジ−床フランジの間の繋ぎ部を成形された中間成形品にプレス成形を行って、天板、縦壁およびフランジを備える所望の横断面形状を有するプレス成形部品とする。
（Ｃ）第２工程では、後述するインナーパッド成形を用いることにより，天板、縦壁、および上稜線に隣接する外向きフランジ連続した形状を作製できる。

本発明は以下に列記の通りである。
（１）ブランクにプレス成形を行って前記下部フランジ繋ぎ部を縮みフランジ形成することにより、少なくとも前記下部フランジ繋ぎ部を備える中間成形品を製造する第１工程と、該中間成形品にプレス成形を行って、前記横断面を有する前記プレス成形部品を製造する第２工程とを有することを特徴とするプレス成形部品の製造方法。

本発明により他の部材と接合して使用され、部材が衝突荷重を受けた際、接合部に高い耐荷重を備える部材を提供できる。また、この部材をプレス成形で製造する方法を提供できる。

図１は、部材端部の説明図である。 図２は、別の部材の説明図である。 図３は、本発明に係る部材を示す説明図である。 図４は、本発明に係る他の部材を示す説明図である。 図５は、強度の高い部材のコーナー部の説明図である。 図６は、強度の低い部材のコーナー部の説明図である。 図７（ａ）および図７（ｂ）は、部材を、他の部材と外向きフランジを介して接合した状態で上稜線の延在方向へ衝撃荷重を負荷することにより軸圧壊した際の軸圧壊特性に及ぼす下稜線と縦壁稜線の間のコーナー部の曲率半径Ｒ（ｍｍ）の影響をコンピュータシュミレーションにより解析した結果を示すグラフである。 図８は、解析結果を示す説明図である。 図９は、解析結果を示す説明図である。 図１０は、解析結果を示す説明図である。 図１１は、解析結果を示す説明図である。 図１２は、衝撃試験の説明図である。 図１３は、プレス成形による製造工程の説明図である。 図１４は、製造装置２０を示す説明図である。 図１５は、製造装置２０における成形開始前のブランクの配置を示す説明図である。 図１６は、製造装置２０の成形下死点の状況を示す説明図である。 図１７は、製造装置３０を示す説明図である。 図１８は、製造装置３０における予備成形開始前のブランクを示す説明図である。 図１９は、製造装置３０による予備成形終了後のブランクを示す説明図である。 図２０は、製造装置４０を示す説明図である。 図２１は、製造装置４０における成形開始前の予備成形品の配置を示す説明図である。 図２２は、製造装置４０の成形下死点の状況を示す説明図である。 図２３は、製造装置５０の一例の製造装置の構成を示す説明図である。 図２４は、製造装置５０における中間成形品の配置状況を示す説明図である。 図２５は、製造装置５０における成形下死点の状況を示す説明図である。 図２６は、製造装置６０の他の一例の製造装置の構成を示す説明図である。 図２７は、製造装置６０における中間成形品の配置状況を示す説明図である。 図２８は、製造装置６０における稜線パッドのホールド時の状況を示す説明図である。 図２９は、製造装置６０における成形下死点の状況を示す説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

１．本発明に係る部材
(1)部材の形状
図３は、本発明に係る部材１を示す説明図であり、図４は、本発明に係る他の部材１２を示す説明図である。図中で１本線は部材の縁、２本線は稜線、点線は部材の陰に隠れている箇所を意味する。

図３の部材１は、引張強度が４４０ＭＰａ以上、望ましくは５９０ＭＰａ以上、さらに望ましくは９８０ＭＰａ以上であって、板厚が０．７ｍｍ以上２．３ｍｍ以下の高張力鋼板からなる部材である。

図３の部材１は、天板２、２本の上稜線４、２枚の対向する縦壁３、２本の下稜線５および２つの床フランジ９を備えるハット型の横断面を有する。

上稜線４は天板２と縦壁３の間に存在する。下稜線５はそれぞれ縦壁３と床フランジ９の間に存在する。

部材１は、上稜線４の少なくとも片方の端部に稜線を介して外向きフランジを有する。上稜線４の端部の間に延在する天板稜線６を介して部材の外側に天板フランジ１１が延びている。また、天板稜線６に隣接し縦壁３の端部に延在する縦壁稜線７を介して部材の外側に縦壁フランジ１０が延びている。天板フランジ１１と縦壁フランジ１０は連続しており、天板フランジ１１と縦壁フランジ１０から外向きフランジが構成されている。

縦壁フランジ１０の端部と床フランジ９もフランジ稜線８を介して連続し、縦壁稜線７の端部と下稜線５の端部とフランジ稜線８の端部は１点でつながっている。

なお、上稜線４の端部において、天板フランジ１１と縦壁フランジ１０は連続していなくてもよい。ただし、上稜線４の端部において、天板フランジ１１と縦壁フランジ１０は連続していた方が、部材の性能は向上する。天板フランジ１１と縦壁フランジ１０を連続させる場合、成形の難度が上がるため、素材の選定やフランジ幅等に注意が必要である。

図４の部材１２と図３の部材１の相違点は、部材１２の縦壁３が三角形であり、縦壁フランジ１０の無い上稜線４の他方の端部において、上稜線４と下稜線５の端部とがつながっている。その結果、他方の端部において、天板フランジ１１と床フランジ９がつながっていることである。別の観点では、縦壁３が三角形になったため、他方の端部において、床フランジ９と縦壁フランジ１０が兼ねられている。本実施形態では縦壁３が三角形になった場合でも、図３の縦壁が四角形の場合と同様に、天板フランジ１１が床フランジ９や縦壁フランジ１０と連続していないことも許容する。また、縦壁３が三角形とは、縦壁３が、上稜線４と縦壁稜線７が交わるコーナー部、縦壁稜線７と下稜線５が交わるコーナー部、上稜線４と下稜線５が交わるコーナー部、の３つのコーナー部を備えるという意味である。コーナー部が丸かったり、稜線が蛇行していたりして３つの直線の辺からなる三角形より多少逸脱していても許容する。

図５は図１のＢ部の強度が高い場合を示す。図６は図１のＢ部の強度が低い場合を示す。図中の二本線の間で稜線の断面は曲がっている。稜線の断面の曲率半径の小さい範囲を矢印で示す。図５と図６を比較すると、下稜線５と縦壁稜線７の間の縦壁３のコーナー部の曲率半径Rは下稜線５と縦壁稜線７の端部がダレる（稜線の断面の曲げの曲率半径が大きくなる）と大きくなる。下稜線５と縦壁稜線７の端部がダレる、すなわち曲率半径Rが大きいと、下稜線７の端部と縦壁稜線５の端部の強度が低下し、更に縦壁フランジ１０と床フランジ９をフランジ稜線８の近傍まで他の部材と接合できなくなるため、部材の耐荷重と剛性が低下する。

本発明の部材において、下稜線５と縦壁稜線７の間の縦壁３のコーナー部の曲率半径（縦壁角Ｒ）の総和ΣRと、部材端部における天板２の天板稜線６と縦壁３の縦壁稜線７の長さの総和ΣLは、ΣR/ΣL≦0.13の関係になっている。なお、部材端部における天板２と縦壁３の幅の総和は、それぞれ端部の縦壁３あるいは天板２の角がピン角(曲率半径が0)とした場合の長さである。

本発明の部材の自動車用部材としての適用を想定した場合、自動車用部材のΣLは概ね300mmであるから、下稜線５と縦壁稜線７の間の縦壁３の角の曲率半径（縦壁角Ｒ）は概ね20mm以下になる。

(2)部材の効果
図７（ａ）および図７（ｂ）は、部材１の軸圧壊特性をコンピュータシミュレーションにより解析した結果を示すグラフである。部材１を他の部材（サイドシルインナ）と外向きフランジ（縦壁フランジ１０と天板フランジ１１）を介して接合した状態で上稜線４の延在する方向の衝撃荷重を負荷したモデルで解析を行った。図７（ａ）および図７（ｂ）は、軸圧壊した際の軸圧壊特性に及ぼす下稜線５と縦壁稜線７の間の縦壁３のコーナー部の曲率半径Ｒ（縦壁角Ｒ）（ｍｍ）の影響を示す。図７（ａ）は、曲率半径Ｒが２ｍｍと２０ｍｍの場合について、上稜線４の延在方向への圧壊ストロークと荷重との関係を示す。図７（ａ）において、実線は曲率半径Ｒが２ｍｍの場合を示しており、破線は曲率半径Ｒが２０ｍｍの場合を示している。図７（ｂ）は、曲率半径Ｒと最大荷重（耐荷重）との関係を示す。部材１の断面形状は、部材端部における天板２と縦壁３の幅の総和ΣLが300mmである。素材は引っ張り強さ９８０MPa、板厚１．２mmの鋼板を模擬した。なお、下稜線５と縦壁稜線７の間の縦壁３のコーナー部の曲率半径R(縦壁角R)の影響のみに着目するため、他の天板２と縦壁３の角はピン角(角の曲率半径が0)で模擬している。

図７（ａ）のグラフで示すように、曲率半径Ｒが小さいほうが、特に衝突の初期における荷重が大きくなり、また、図７（ｂ）のグラフで示すように、曲率半径Ｒが小さいほど最大荷重（耐荷重）が高まることがわかる。このように、部材１は、下稜線５と縦壁稜線７の間の縦壁３のコーナー部の曲率半径Ｒ（縦壁角Ｒ）（ｍｍ）が小さいほど衝突の際の軸圧壊時等の荷重伝達特性（衝突性能）を向上できる。

図８に図３の部材１の縦壁３の高さ、天板２の幅を変更した場合の耐荷重（最大荷重）の比較を示す。いずれも部材端部における天板２と縦壁３の幅の総和ΣLは300mmである。図８は引っ張り強さ９８０MPa、板厚１．２mmの素材からなる部材１を上稜線４の延在する方向に衝撃荷重を入力した場合を模擬した解析結果である。図８のグラフの横軸のΣR/ΣLは縦壁稜線７と下稜線５の間の縦壁３のコーナー部の曲率半径R（縦壁角Ｒ）を変更した。縦壁稜線７と天板稜線６の長さの総和ΣLを一定のまま、縦壁稜線７と天板稜線６の長さを変更したが、ΣR/ΣL≦0.13で耐荷重が改善する点に変化は見られなかった。

図９に図３の部材１の縦壁稜線７と天板稜線６の長さの比を変えずに断面線長を変更した場合の耐荷重（最大荷重）の比較を示す。図９では縦壁３の高さと天板２の幅は等しい。図９の解析の条件は図８と同じである。部材端部における天板２の幅と縦壁３の幅の比を変えずに断面線長を変更したが、ΣR/ΣL≦0.13で耐荷重が改善する点に変化は見られなかった。

図１０に図３の部材１の縦壁稜線７と下稜線５の間の縦壁３のコーナー部の曲率半径R（縦壁角Ｒ）を変更した解析結果を示す。図１０の解析のモデルは、部材１の部材端部における天板２と縦壁３の幅の総和ΣLが300mm、ΣR/ΣLが0.13のまま、縦壁稜線７と下稜線５の間の縦壁３のコーナー部の曲率半径R（縦壁角Ｒ）を変更した。すなわち一方の縦壁角Rと他方の縦壁角Rの和を一定とし一方の縦壁角Rの曲率半径を変更した。図１０の解析の条件は図８と同じである。図１０のグラフの横軸は、縦壁稜線７と下稜線５の間の縦壁３のコーナー部の曲率半径R（縦壁角Ｒ）を示す。ΣR/ΣLが一定であれば、縦壁３の角の曲率半径が変化しても耐荷重に大きな変化は見られなかった。

図８、図９、図１０の結果から、部材１の横断面形状に係わらず、ΣR/ΣL≦0.13の場合に部材１は高い耐荷重(最大荷重)を備えることが分かる。

図１１に図４の部材１２の端部における縦壁３の幅、天板２の幅を変更した場合の最大荷重の比較を示す。いずれも断面線長Lは300mmである。部材１２の素材は図８の解析と同じである。解析は図１２に示すように、ハット材の中に部材１２を配置し、ハット材の天板面から衝撃荷重を入力した場合を模擬した。その結果、図８と同様にΣR/ΣL≦0.13で耐荷重が改善する結果が得られた。

図４の部材１２について、図９、図１０に相当するモデルでも図１２の解析を行ったが、部材１と同様の結果が得られた。すなわち、図３の部材１と図４の部材１２ではフランジ１１の形状(部材端部における縦壁３の幅、天板２の幅、縦壁角Ｒ)に係わらず、ΣR/ΣL≦0.13の場合に高い耐荷重(最大荷重)を示す。

図３の部材１と図４の部材１２は、形状は相違するものの、ΣR/ΣL≦0.13の場合に高い耐荷重(最大荷重)を示す点は共通である。

２．部材１，１２の製造装置および製造方法
本発明の部材(部材１、部材１２)をプレス成形により製造する場合は、２つの工程によって製造することができる。第１の工程は、床フランジ９とフランジ稜線８を介して床フランジ９に連続する縦壁フランジ１０の一部を縮みフランジ成形する。第２の工程は、第１の工程の次に行われ、天板フランジ１１と天板フランジ１１に連続する第１の工程で成形しなかった縦壁フランジ１０の残部を成形する。本発明の部材をプレス成形で製造する場合の工程の流れを図１３に示す。第１の工程では、ブランク２６，３４から中間成形品２７を製造する。製造方法には製造装置２０を使用するCase1-1と製造装置３０を使用して予備成形品３５を製造し、製造装置４０を使用して予備成形品３５から中間成形品２７を製造するCase1-2が例示されるが、どちらの方法でもよい。第２の工程では中間成形品２７から部材１、部材１２を製造する。製造方法には製造装置５０を使用するCasse2-1と製造装置６０を使用するCase2-2が例示されるが、どちらの方法でもよい。

（１）Case1-1（第１工程，製造装置２０）
装置２０は、ブランク２６にプレス成形を行って床フランジ９とフランジ稜線８を介して床フランジ９に連続する縦壁フランジ１０の一部を縮みフランジ形成し、中間成形品２７を製造する。

図１４は、製造装置２０を示す説明図である。図１５は、製造装置２０における成形開始前のブランク２６の配置を示す説明図である。図１６は、製造装置２０による成形下死点の状況を示す説明図であり、パンチ２１は図面を見易くするために記載を省略する。

製造装置２０は、図１４に示すように、パンチ２１と、突起付きダイ２２と、パッド２３とを有する。突起付きダイ２２は、パンチ２１に対向して配置される。突起付きダイ２２は、突起部２４を備える曲げ工具２５を一体に備える。曲げ工具２５は、ダイ２２とは別体として構成されていてもよい。

製造装置２０は、図１４〜１６に示すように、突起部２４が、ブランク２６におけるフランジ稜線８に相当する部分を、曲げ工具２５における突起部２４以外の部分よりも先に押圧することにより、伸びフランジ成形でフランジ稜線８に成形される箇所をせん断変形させる。このようにして、製造装置２０は、ブランク２６をフランジ稜線８を備える中間成形品２７に成形する。中間成形品２７の天板フランジ１１に成形される予定の部位２８は、製造装置２０により成形しなくてもよい。

この方法によって、フランジ稜線８とその周辺にしわの発生が抑制される理由について、説明する。

突起部２４によってフランジ稜線８に成形される部分の少なくとも一部を先行して押圧することにより、先行して押圧される領域とその他領域とで変形速度差が生じる。このため、フランジ稜線８に成形される部分におけるせん断変形場の要素を確実に高めることができる。

別の言い方をすると、突起部２４を備える曲げ工具２５を用いることにより、フランジ稜線８の変形要素を、縮みフランジ変形場（ひずみ比β（ε２／ε１）＜−１：増肉）からせん断変形場（ひずみ比β（ε２／ε１）≒−１：板厚変化なし）に変化させるためである。あわせて、フランジ稜線８に生じる肉余りを、周囲へと押し出して分散させている。これらにより、フランジ稜線８とその周辺に生じるしわや過大な板厚増加を効果的に抑制できる。

突起部２４による押圧は、フランジ稜線８の周長方向の中央位置に対して行うことが望ましいが、フランジ稜線８の周長方向の中央位置からずれた位置に対して行ってもよい。

曲げ工具２５の表面に設ける突起部２４の高さｈ（ｍｍ）は、フランジ稜線８の折れ曲がりの曲率半径ｒｆ（ｍｍ）に対して下記（１）式を充足することが望ましい。突起部２４の高さｈが、（０．５×ｒｆ）未満であるとフランジ稜線８にせん断変形場を形成して板厚の増加を抑制する効果が小さくなり、また、（３．５×ｒｆ）超であると突起部２４の損傷を招くおそれがあるからである。
０．５×ｒｆ≦ｈ≦３．５×ｒｆ ・・・・・・・（１）

このように、製造装置２０は、第１工程では、ブランク２６を、パンチ２１と、突起付きダイ２２と、パッド２３とを用いて、突起部２４がフランジ稜線８に相当する部分を、突起部２４以外の部分よりも先に押圧することにより、中間成形品２７に成形する。

（２）Case1-2（第１工程，製造装置３０，製造装置４０）
図１７は、Case1-2で使用される製造装置３０を示す説明図である。図１８は、製造装置３０における予備成形開始前のブランク３４を示す説明図である。図１９は、製造装置３０により予備成形されて製造された予備成形品３５を示す説明図である。図１７〜１９は、製造装置３０の半分を図示する。製造装置３０の図１８、図１９では図面を見易くするためにダイ３１の記載を省略する。

製造装置３０は、ダイ３１と、パッド３２と、ダイ３１およびパッド３２に対向して配置されるパンチ３３とを有し、ブランク３４にプレス成形を行うことにより、床フランジ９に相当する部分を成形して、予備成形品３５を製造する。

図２０は、製造装置４０を示す説明図である。図２１は、製造装置４０における成形開始前の予備成形品３５の配置を示す説明図である。図２２は、製造装置４０による成形下死点の状況を示す説明図である。図２１，２２では、パンチ３６は図面を見易くするために記載を省略する。また、図２１の右上図は、パンチ３６を破線で示す。

製造装置４０は、予備成形品３５を中間成形品２７に成形する。製造装置４０を構成する工具は、パンチ３６と、パンチ３６に対向して配置されるダイ３７と、パンチ３６に対向してフランジ稜線８に相当する部分の近傍に配置される面外変形抑制工具３８と、パッド３９である。これらの工具用い、成形開始時にはパンチ３６およびパッド３９により予備成形品３５を押さえて拘束しながら、予備成形品３５のフランジ稜線８に相当する部分を成形して中間成形品２７に成形する。

プレス成形の際には、面外変形抑制工具３８とパンチ３６の側面とにより予備成形品３５の床フランジ９に相当する部分を拘束することにより、成形時におけるこの部分の面外変形を抑制する。

面外変形抑制工具３８は、パンチ３６の側面から、予備成形品３５の板厚の板厚に必要に応じクリアランスを加算して得られるギャップを設けて、配置される。

具体的には、面外変形抑制工具３８は、プレス成形時における予備成形品３５の床フランジ９に相当する部分の表面に対向して、予備成形品３５の板厚方向へ所定の距離ｘの隙間を有して配置されることが望ましい。その結果、床フランジ９に相当する部分の面外変形を確実に抑制することができる。所定の距離ｘは（２）式：１．００×ｔ≦ｘ＜１．４０×ｔ（ただし、ｔ：予備成形品３５の板厚（ｍｍ）、ｘ：距離（ｍｍ）である）により規定される。
加えて、予備成形品３５のプレス成形前の板厚よりも板厚が増加したフランジ稜線８とその周辺の領域における板厚が、最大でも前記プレス成形前の板厚の１．５倍を超えないようにする。なお、成形時の型かじりを抑制するためには僅かに隙間を設けたほうがよい。また、板厚が薄い場合には面外変形の発生が顕著になるため、面外変形抑制工具３８とパンチ３６の間は予備成形品３５の板厚方向へ所定の距離ｘの隙間を有することが望ましい。所定の距離ｘは、（３）式：１．０３×ｔ≦ｘ＜１．３５×ｔ（ただし、ｔ：予備成形品３５の板厚（ｍｍ）、ｘ：距離（ｍｍ）である）により規定される。
また、面外変形抑制工具３８はダイ３７に設けられていてもよいが、この例に限定されるものでない。面外変形抑制工具３８は予備成形品３５における床フランジ９に相当する部分を拘束できればよい。このため、面外変形抑制工具３８の設置位置は特定の位置には限定されない。また、面外変形抑制工具３８は上型に付随してではなく、下型として配置されてもよい。

このように、製造装置３０は、パッド３２、ダイ３１およびパンチ３３を用いてブランク２６にプレス成形を行う。これにより、床フランジ９に相当する部分を成形された予備成形品３５を製造する。次に製造装置４０が、パンチ３６と、ダイ３７と、面外変形抑制工具３８と、パッド３９とを用いて予備成形品３５のフランジ稜線８に相当する部分を成形することにより、中間成形品２７に成形する。
なお、図示していないが、第１工程では、ダイ２２，３１に対向して配置されるブランクホルダにより、ダイ２２，３１とともにブランク２６，３４を押えながらプレス成形を行うようにしてもよい。

（３）Case2-1（第２工程，製造装置５０）
図２３は、製造装置５０の構成を示す説明図である。図２４は、製造装置５０における中間成形品２７の配置状況を示す説明図である。図２５は、製造装置５０における成形下死点の状況を示す説明図である。図２５ではダイ５３の記載を省略する。
図２３〜２５に示すように、製造装置５０は、パンチ頂部５１ａに出入り自在に配置されたインナーパッド５２を備えるパンチ５１と、パンチ５１に対向して配置されるとともにダイパッド５４を支持するダイ５３とを備える。
第２装置５０は、第２工程では、インナーパッド５２とダイパッド５４とを用いて中間成形品２７をパンチ頂部５１ａより離してプレス成形を開始する。より詳細には、インナーパッド５２を突き出した状態で、中間成形品２７，４０をインナーパッド５２とダイパッド５４とで挟持する。次に、ダイ５３を下に移動させ、ダイ５３がダイパッド５４を押し、ダイパッド５４に中間成形品２７，４０とインナーパッド５２が押されて成形が進む。成形下死点では、インナーパッド５２がパンチ５１に収納された状態になる。これにより、部材１，１２における縦壁フランジ１０のうち第１工程で成形されなかった部分と、天板フランジ１１と、上稜線４を成形することができる。

（４）Case2-2（第２工程，製造装置６０）
図２６は、製造装置６０の構成を示す説明図である。図２７は、製造装置６０における中間成形品２７の配置状況を示す説明図である。図２８は、製造装置６０における稜線パッド６３のホールド時の状況を示す説明図である。さらに、図２９は、製造装置６０における成形下死点の状況を示す説明図である。図２９ではダイ６２は省略する。

図２６〜２９に示すように、第２装置６０は、パンチ６１と、パンチ６１に対向して配置されるダイ６２と、天板稜線６と上稜線４と縦壁稜線７それぞれの端部がつながる箇所に成形される部分を押える稜線パッド６３とを備える。

製造装置６０は、第２工程では、稜線パッド６３を用いてプレス成形する。稜線パッド６３は中間成形品２７の天板稜線６と上稜線４と縦壁稜線７それぞれの端部がつながる箇所に成形される部分を押える。このようにして、上稜線４の端部と天板稜線６と天板フランジ１１を成形する。次に、ダイ６２をパンチ６１に向かって移動させて中間成形品２７に上稜線４を成形する。このようにして、部材１，１２を製造する。これにより、部材１，１２における縦壁フランジ１０のうち第１工程で成形されなかった部分と、天板フランジ１１と、上稜線４を成形することができる。

１ 部材
２ 天板
３ 縦壁
４ 上稜線
５ 下稜線
６ 天板稜線
７ 縦壁稜線
８ フランジ稜線
９ 床フランジ
１０ 縦壁フランジ
１１ 天板フランジ
１２ 部材（縦壁が三角形）
２６ 展開ブランク
２７ 中間成形品

Claims (5)

1. 天板と該天板の両側に上稜線を介して二つの向き合う縦壁を備える部材であって、
   前記天板の前記部材の端部側にある天板稜線を介して前記部材の外側に延びる天板フランジと
   前記縦壁の前記部材の端部側に延在する縦壁稜線を介して前記部材の外側に延びる二つの縦壁フランジと
   前記縦壁フランジに隣接し前記縦壁の端部とは別の前記縦壁の端部に延在する下稜線を介して前記部材の外側に延びる二つの床フランジを備え、
   前記縦壁フランジとその端部で隣接する床フランジはそれぞれ連続し、
   前記部材の端部において、前記下稜線と前記縦壁稜線の間の前記縦壁の角の曲率半径の総和ΣRと部材端部における天板と縦壁の幅の総和ΣLは、ΣR/ΣL≦0.13の関係になっていることを特徴とする、部材。
2. 前記下稜線と前記縦壁稜線の間の前記縦壁の角の曲率半径は20mm以下であることを特徴とする、請求項１に記載の部材。
3. 前記天板フランジと前記縦壁フランジが連続していることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の部材。
4. 前記縦壁が三角形であり、前記床フランジが前記縦壁フランジを兼ねていることを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれかに記載の部材。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の部材の製造方法であって、
   ブランクの少なくとも二箇所に床フランジの少なくとも一部と前記床フランジに連続する縦壁フランジの一部をそれぞれ縮みフランジ成形する第１工程と
   前記第１工程の次に前記ブランクの前記第１工程における少なくとも二箇所の間の少なくとも二箇所に天板フランジと前記天板フランジに連続する縦壁フランジの残部をそれぞれ伸びフランジ成形する第２工程を備えることを特徴とする、プレス成形品の製造方法。

Images