JP6488487B2 - 構造部材 - Google Patents

Description

本発明は、構造部材に関する。

従来、電車や自動車、船舶等の構造体の胴体部分は、複数の構造部材を組み合わせることによって補強されている。例えば、自動車車体のフロア（以下、単に「フロア」という）は、車両走行時に、車体の捻じり剛性や曲げ剛性を第一義的に担うだけではなく、車両の衝突時に、衝撃荷重の伝達を担う。また、フロアは、自動車車体の重量にも大きく影響する。このように、フロアには、高剛性かつ軽量という二律背反の特性を兼ね備えることが要求される。フロアは、互いに溶接されて接合される平板状のパネルと、車幅方向へ向けて平板状のパネルに固定配置される略溝型断面を有する車幅部材と、車体前後方向へ向けて平板状のパネルに固定配置される略溝型断面を有する車長部材とを備える。

平板状のパネルとしては、例えば、ダッシュパネル、フロントフロアパネル又はリアフロアパネル等が例示される。車幅部材は、溶接等により、これら平板状のパネルの車幅方向へ向けて固定配置されて、フロアの剛性や強度を高める構造部材である。車幅部材としては、例えば、フロアクロスメンバやシートクロスメンバ等が例示される。車長部材は、溶接等により、車体前後方向へ向けて固定配置されてフロアの剛性や強度を高める構造部材である。車長部材としては、例えば、サイドシルやサイドメンバ等が例示される。

このうち、車幅部材や車長部材等の構造部材は、通常、その端部に形成される外向きフランジを介して他の部材に接合される。例えば、車幅部材の一例であるフロアクロスメンバは、その両端部に形成される外向きフランジを介して、フロントフロアパネルのトンネル部及びサイドシル等の他の部材に接合される。

図２７及び図２８は、長手方向の両端部に形成される外向きフランジ４を介して他部材に接合される部材の代表例であるフロアクロスメンバ１を示している。図２７はフロアクロスメンバ１の斜視図であり、図２８は図２７におけるＡ矢視図である。

フロントフロアパネル２は、例えば、フロントフロアパネル２の上面（室内側の面）に接合されるトンネル部（図示せず）、サイドシル３及びフロアクロスメンバ１によって補強される。トンネル部は、フロントフロアパネル２の幅方向の略中心に沿って、室内側に膨出する構造部材である。サイドシル３は、フロントフロアパネル２の車幅方向の両側部においてフロントフロアパネル２の上面にスポット溶接される。フロアクロスメンバ１の両端は、長手方向の両端部に形成される外向きフランジ４を介して、トンネル部及びサイドシル３にそれぞれスポット溶接される。これにより、フロアの剛性及び衝撃荷重負荷時の荷重伝達特性が向上する。

例えば、特許文献１及び２には、自動車の車幅方向に沿って配置される構造部材であって、溝底部、稜線部及び縦壁部を備えた略溝型の横断面形状を有する自動車車体用構造部材が開示されている。このうち、特許文献１に記載の構造部材は、溝型の横断面の開口側に接合される部材の形状に対応させて、縦壁部の高さが、端部に向かうにつれて高くなる形状を有している。また、特許文献２に記載の構造部材は、溝底部の幅が、端部に向かうにつれて大きくなる形状を有している。

国際公開第２０１０／０７３３０３号 特開２００９−１２２７号公報

例えば、構造部材としてのフロアクロスメンバは、自動車車体の剛性向上や側面衝突時の衝撃荷重を吸収する役目を担う重要な構造部材である。このため、近年では、軽量化及び衝突安全性の向上の観点から、より薄くかつより強度の高い高張力鋼板、例えば引張強度が３９０ＭＰａ以上の高張力鋼板（高強度鋼板又はハイテン）がフロアクロスメンバの素材として用いられている。しかしながら、フロアクロスメンバには、衝撃荷重負荷時の荷重伝達特性のさらなる向上も強く求められている。このため、単に材料強度を高めることだけではなく、フロアクロスメンバの形状を工夫することによって、衝撃荷重負荷時の荷重伝達特性を向上させることが必要となっている。

上記の特許文献１及び２に開示された構造部材は、縦壁部あるいは溝底部が、端部に向かうにつれて大きくなる形状を有しているが、これらの形状は、荷重伝達特性を向上させる観点から採用されているものではない。自動車車体用の構造部材に限らず、他の構造体に備えられる構造部材においても同様に、その形状を工夫することによって、衝撃荷重負荷時の荷重伝達特性を向上させることが望まれる。

そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、略溝型の横断面形状を有する長尺の構造部材において、軽量化が可能であるとともに、衝撃荷重負荷時の荷重伝達特性に優れた構造部材を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、所定方向に延びる長尺に形成され、溝底部と、溝底部の幅方向の両端に連続する二つの稜線部と、稜線部にさらに連なる二つの縦壁部とを有する金属製の構造部材において、所定方向の端部に、少なくとも溝底部、稜線部及び縦壁部に亘って連続して形成された外向きフランジを有し、溝底部の幅が、外向きフランジを有する端部から離れるにつれて縮小しており、下記式（１）で定義される溝底部の幅の縮小度合いを示す値Ｓ（ｍｍ ^−１ ）が０．０００２〜０．００１８の範囲内の値である、構造部材が提供される。
Ｓ（ｍｍ ^−１ ）＝｛（Ｗａ−Ｗｂ）／Ｗａ｝／Ｌ … （１）
Ｗａ：外向き連続フランジを有する端部の根元部分における溝底部の幅
Ｗｂ：溝底部の幅が縮小している範囲における根元部分からの任意の距離Ｌの位置における溝底部の幅

稜線部は直線状であってもよい。

外向き連続フランジを有する端部から１００ｍｍ以上の長さの範囲において、溝底部の幅が縮小してもよい。

自動車車体用構造部材は、外向き連続フランジを介して、抵抗スポット溶接、レーザ貫通溶接、隅肉アーク溶接又は接着剤による接着、あるいはこれらを併用した接合により、他の部材に接合されてもよい。

構造部材が、引張強度が３９０ＭＰａ以上の高張力鋼板からなってもよい。

構造部材が、車両用構造部材であってもよい。

構造部材が、フロアクロスメンバ、サイドシル、フロントサイドメンバ又はフロアトンネルブレースであってもよい。

本発明によれば、構造部材が所定方向の端部に外向き連続フランジを有することにより、軸方向への圧壊の初期に、稜線部の端部への応力集中が抑制され、応力を他の部分へと分散させることができる。したがって、稜線部の端部の歪みが小さくなって荷重伝達特性が高められる。また、構造部材において、溝底部の幅が、外向き連続フランジを有する端部から離れるにつれて縮小することにより、軸方向への圧壊の中期以降における座屈ピッチが小さくなる。したがって、圧壊の中期以降においても良好な荷重伝達特性が維持され、衝撃エネルギ吸収量を増加させることができる。さらに、溝底部の幅が、外向き連続フランジを有する端部から離れるにつれて縮小することにより、構造部材の軽量化が図られる。このようにして、本発明によれば、軽量、かつ、衝撃荷重負荷時の荷重伝達特性に優れた構造部材を得ることができる。

本実施形態にかかる構造部材（第１の部材）の構成例を示す説明図である。 第１のプレス成形装置の一例を示す断面図である。 第１のプレス成形装置の一例を示す斜視図である。 第１のパッドにより溝底部に成形される部分が拘束される様子を示す断面図である。 第１のパッドにより溝底部に成形される部分が拘束される様子を示す斜視図である。 第２のパッドにより稜線部に成形される部分が拘束される様子を示す断面図である。 第２のパッドにより稜線部に成形される部分が拘束される様子を示す斜視図である。 第２のパッドによる稜線部に成形される部分の押圧範囲と、稜線部の端部のフランジのエッジにおける板厚減少率の最大値との関係を示す特性図である。 第２のパッドによる稜線部に成形される部分の押圧範囲と、稜線部の端部のフランジの根元付近における板厚減少率の最小値との関係を示す特性図である。 ダイ及びパンチにより成形素材がプレス成形される様子を示す断面図である。 溝底部及び稜線部に成形される部分を同時に押えるパッドを用いた例を示す斜視図である。 溝底部及び稜線部に成形される部分を同時に押えるパッド用いてプレス成形を行う場合の成形素材について説明するための図である。 実施例１及び比較例１，２にかかる解析モデルを示す説明図である。 実施例１及び比較例１，２にかかる解析モデルの軸方向荷重に関する解析結果を示すグラフである。 圧壊ストローク１０ｍｍの場合における、衝撃エネルギの吸収量に関する解析結果を示すグラフである。 圧壊ストローク２０ｍｍの場合における、衝撃エネルギの吸収量に関する解析結果を示すグラフである。 実施例２〜１０及び比較例３〜１３の評価方法を示す説明図である。 圧壊ストローク５ｍｍの場合における、溝底部の幅の縮小度合いと衝撃エネルギ吸収量との関係を示すグラフである。 圧壊ストローク２０ｍｍの場合における、溝底部の幅の縮小度合いと衝撃エネルギ吸収量との関係を示すグラフである。 圧壊ストローク２０ｍｍの場合における、実施例６及び比較例３，８の解析モデルの座屈の様子を示す説明図である。 縦壁部のみを縮小させた解析モデルと、縦壁部及び溝底部を縮小させた解析モデルを示す説明図である。 圧壊ストローク５ｍｍの場合における、溝底部の幅あるいは縦壁部の高さの縮小度合いと衝撃エネルギ吸収量との関係を示すグラフである。 圧壊ストローク２０ｍｍの場合における、溝底部の幅あるいは縦壁部の高さの縮小度合いと衝撃エネルギ吸収量との関係を示すグラフである。 圧壊ストローク２０ｍｍの場合における、各解析モデルの座屈の様子を示す説明図である。 プレス成形体の板厚減少率の解析位置を示す説明図である。 板厚減少率の解析結果を示す説明図である。 従来の構造部材としてのフロアクロスメンバを示す斜視図である。 図２７のＡ矢視図である。

以下、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．構造部材＞
（１−１．構成例）
図１は、本実施形態にかかる構造部材（以下、「第１の部材」ともいう。）１０の一例を示す説明図である。図１は、第１の部材１０と第２の部材１８とを接合して構成された接合構造体１００の斜視図である。

本発明を適用し得る構造部材としては、例えば、自動車や電車、自動二輪車等に代表される車両の車台、又は、船舶の船体その他の構造物の補強部材が例示される。これらの補強部材は、衝撃荷重負荷時に圧壊することにより衝撃エネルギを吸収し、乗員等への衝撃を緩和するものであってもよい。以下では、自動車車体用の構造部材を例に採って、構造部材（第１の部材）１０について説明する。

第１の部材１０は、例えば、フロアクロスメンバ、サイドシル、フロントサイドメンバ、あるいはフロアトンネルブレースに用いられ得る。第１の部材１０が、フロアクロスメンバ、サイドシル、フロントサイドメンバ又はフロアトンネル等の自動車車体用の補強部材として使用される場合、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に準拠した引張試験により測定される引張強度が３９０ＭＰａ以上の高張力鋼板が成形素材として用いられてもよい。高張力鋼板の引張強度は、５９０ＭＰａ以上であってもよく、さらに７８０ＭＰａ以上であってもよい。

なお、本明細書においては、構造部材は第１の部材１０自体を指し、第１の部材１０に第２の部材１８が接合された複合構造体を接合構造体１００という。例えば、第１の部材１０がフロアクロスメンバの場合、フロアパネルが第２の部材１８に相当する。一方、第１の部材１０がサイドシルに用いられる場合、第１の部材１０を、クロージングプレートや、第１の部材と類似した略溝型断面を有する第２の部材１８と接合した接合構造体１００がサイドシルとして構成される。

さらに、第１の部材１０がフロントサイドメンバに用いられる場合、一般的にはサイドシルと同様に、第１の部材１０と第２の部材１８とからなる筒状の接合構造体がフロントサイドメンバとして構成される。ただし、フロントサイドメンバの場合、例えばフードリッジパネルが第２の部材１８に相当するものとして、フードリッジパネルに接合される第１の部材１０自体がフロアサイドメンバと呼ばれる場合もある。

第１の部材１０は、図１中に矢印Ｘで示す所定方向（以下、「軸方向」ともいう。）へ延びて形成された長尺の部材である。第１の部材１０は、溝底部１１と、稜線部１２ａ，１２ｂと、縦壁部１３ａ，１３ｂと、曲面部１４ａ，１４ｂと、フランジ部１５ａ，１５ｂとを有する。二つの稜線部１２ａ，１２ｂは、溝底部１１の幅方向の両端に連続して形成される。二つの縦壁部１３ａ，１３ｂは、それぞれ二つの稜線部１２ａ，１２ｂに連続して形成される。二つの曲面部１４ａ，１４ｂは、それぞれ二つの縦壁部１３ａ，１３ｂに連続して形成される。二つのフランジ部１５ａ，１５ｂはそれぞれ二つの曲面部１４ａ，１４ｂに連続して形成される。

また、二つのフランジ部１５ａ，１５ｂは、例えばクロージングプレートや自動車車体を構成する成形パネル（例えばフロアパネル）といった第２の部材１８に接合される。これにより、第１の部材１０と第２の部材１８とにより、閉じた横断面形状が形成される。ただし、本実施形態にかかる構造部材において、縦壁部１３ａ，１３ｂに連続する曲面部１４ａ，１４ｂや、曲面部１４ａ，１４ｂに連続するフランジ部１５ａ，１５ｂは省略されていてもよい。

かかる第１の部材１０において、稜線部１２ａ，１２ｂは、第１の部材１０に対する軸方向への衝撃荷重負荷時に、荷重を担う部分となる。そのため、第１の部材１０の端部にかかる荷重を効率的に稜線部１２ａ，１２ｂに伝達することが必要とされる。また、第１の部材１０によって効率的に衝撃エネルギを吸収させるためには、衝撃エネルギ吸収量を安定させることが必要となる。そのためには、軸方向への圧壊による第１の部材１０の座屈ピッチが小さくなることが望ましい。

第１の部材１０と第２の部材１８との、フランジ部１５ａ，１５ｂを介した接合方法は、強度が担保できる限り特に限定されない。実用的には、接合構造体１００の長手方向に沿って、複数箇所をスポット溶接により接合する方法が一般的である。ただし、例えば、フランジ幅等によっては、レーザ溶接による接合方法であってもよく、その他の接合方法であってもよい。

（１−２．外向き連続フランジ）
本実施形態にかかる第１の部材１０は、長手方向の端部に外向き連続フランジ１６を有する。外向き連続フランジ１６は、第１の部材１０の長手方向の端部に、曲率半径ｒ（ｍｍ）を有する立ち上がり曲面部１７を介して形成される。図１に示した第１の部材１０では、長手方向の端部において、溝底部１１から稜線部１２ａ，１２ｂ、さらに縦壁部１３ａ，１３ｂに亘って、断面周方向に連続して、外向き連続フランジ１６が形成されている。なお、本明細書において、略溝型の横断面を有する第１の部材１０の端部を、溝の外側へ折り曲げたフランジを「外向きフランジ」といい、溝底部１１から少なくとも稜線部１２ａ，１２ｂに亘って連続する外向きフランジを「外向き連続フランジ」という。

外向き連続フランジ１６は、第１の部材１０を、図示しない他の部材への接合に利用される。第１の部材１０は、軸方向の端部において、外向き連続フランジ１６を介して、例えば、鋼板製のプレス成形体からなる他の部材に対してスポット溶接等により接合される。例えば、第１の部材１０は、抵抗スポット溶接、レーザによる貫通溶接、又はアークによる隅肉溶接、あるいはそれらの組み合わせにより、他の部材に接合される。第１の部材１０と他の部材との接合は、接着剤による接着であってもよいし、上記溶接と接着とが併用されてもよい。

第１の部材１０が、かかる外向き連続フランジ１６を有することにより、第１の部材１０に対する軸方向への圧壊の初期（例えば、圧壊ストローク５ｍｍ以下）において、第１の部材１０の端部における稜線部１２ａ，１２ｂへの応力集中が抑制される。したがって、稜線部１２ａ，１２ｂの端部に生じる歪みが小さくなり、衝撃荷重負荷時の第１の部材１０の軸方向への荷重伝達特性が高められている。

外向き連続フランジ１６は、第１の部材１０の長手方向の端部のうち、少なくとも溝底部１１から稜線部１２ａ，１２ｂに亘って形成されていればよい。または、外向き連続フランジ１６は、第１の部材１０の長手方向の端部において、溝底部１１から縦壁部１３ａ，１３ｂに亘って形成されてもよい。また、外向き連続フランジ１６は、第１の部材１０の長手方向の端部において、溝底部１１に相当する位置で分割されていてもよい。

さらに、外向き連続フランジ１６は、溝底部１１や縦壁部１３ａ，１３ｂに相当する位置の全体に亘って形成される必要はなく、少なくとも稜線部１２ａ，１２ｂから連続する溝底部１１や縦壁部１３ａ，１３ｂに相当する位置に形成されていればよい。かかる外向き連続フランジ１６であれば、稜線部１２ａ，１２ｂに負荷される荷重が分散されやすくなって、稜線部１２ａ，１２ｂへの応力集中を抑制することができる。

外向き連続フランジ１６のフランジ幅に関し、後で説明する構造部材の製造方法によれば、フランジ幅が２５ｍｍ以上であっても、高張力鋼板を用いて、しわが少なく、割れが抑制された外向き連続フランジ１６を形成し得る。なお、例えば外向き連続フランジ１６を利用して他の部材にスポット溶接を行うことを容易にする観点からは、フランジ幅が１３ｍｍ以上であってもよい。

ただし、外向き連続フランジ１６は、稜線部１２ａ，１２ｂに相当する位置に切欠きを有しないフランジである。そのため、外向き連続フランジ１６のフランジ幅が１３ｍｍ以下であっても、第１の部材１０の剛性や衝突安全特性を維持することができる。また、衝突安全特性を維持する観点からは、外向き連続フランジ１６と溝底部１１あるいは縦壁部１３ａ，１３ｂとが成す角度であるフランジの立上り角度が６０°以上であってもよい。なお、「フランジに切欠きを設ける」とは、切欠きがフランジの幅方向の全体にわたって設けられ、フランジが不連続となることをいう。また、フランジの幅は、フランジの高さと同じ意味で用いられる。したがって、フランジの幅が部分的に小さくされ、一部のフランジが残される場合には、フランジに切欠きを設けていないものと理解される。

また、外向き連続フランジ１６の幅は、全周に亘って均一でなくてもよい。例えば、外向き連続フランジ１６のうち、稜線部１２ａ，１２ｂに相当する領域でのフランジ幅が、他の領域に比べて小さくなっていてもよい。稜線部１２ａ，１２ｂの端部における外向き連続フランジ１６は、プレス成形時に、フランジ端部の割れやフランジ根元のしわが発生しやすい。そのため、稜線部１２ａ，１２ｂに相当する領域では、フランジ幅が狭い程、成形が容易になる。ただし、後で説明する構造部材の製造方法は、稜線部１２ａ，１２ｂに相当する領域でのフランジ幅が比較的大きい場合であっても、当該しわや割れを抑制することができる。

（１−３．先拡がり部）
また、本実施形態にかかる第１の部材１０は、溝底部１１の幅Ｗが、軸方向に沿って、外向き連続フランジ１６を有する端部から離れるにつれて縮小する形状を有する先拡がり部Ｔを備える。第１の部材１０が先拡がり部Ｔを備えることにより、第１の部材１０の端部側から順に座屈を生じさせることができる。また、第１の部材１０が先拡がり部Ｔを備えることにより、第１の部材１０に対する軸方向への圧壊の中期以降（例えば、圧壊ストローク５ｍｍ超）において、第１の部材１０の圧壊に伴う座屈ピッチが小さくなり、座屈数が増加して、衝撃エネルギ吸収量を安定させることができる。

これにより、衝撃荷重負荷時の荷重伝達特性がさらに高められる。また、第１の部材１０が先拡がり部Ｔを備えることにより、外向き連続フランジ１６を有する端部の断面の長さ（以下、「断面周長」ともいう。）が同じ場合、第１の部材１０を軽量化し得る。さらに、第１の部材１０が先拡がり部Ｔを備えることにより、車体に曲げや捻じりが負荷された場合に、他の部品との接合部となる、外向き連続フランジ１６を有する端部の応力集中を緩和させることができる。これにより、車体の曲げや捻じり剛性を向上させることができる。

ここで、溝底部１１の幅Ｗの縮小度合いが小さすぎると、衝撃エネルギ吸収量の安定効果や軽量化の効果が得られにくい。一方、溝底部１１の幅Ｗの縮小度合いが大きすぎると、第１の部材１０はより軽量化されるものの、第１の部材１０の断面周長が小さくなりすぎて、衝撃エネルギ吸収量が小さくなるおそれがある。したがって、第１の部材１０において、下記式（１）で定義される溝底部１１の幅Ｗの縮小度合いを示す値Ｓ（ｍｍ^−１）が、０．０００２〜０．００１８の範囲内であってもよく、さらに、０．０００４〜０．００１５の範囲内であってもよい。

Ｓ（ｍｍ^−１）＝｛（Ｗａ−Ｗｂ）／Ｗａ｝／Ｌ … （１）
Ｗａ：外向き連続フランジ１６を有する端部の根元部分における溝底部１１の幅
Ｗｂ：溝底部１１の幅が縮小している範囲における根元部分からの任意の距離Ｌの位置における溝底部１１の幅

なお、溝底部１１の幅Ｗの縮小率が軸方向に変化する場合、上記の縮小度合いを示す値Ｓは、複数の距離Ｌにより求められる縮小度合いを示す値Ｓの平均値として定義される。縮小度合いを示す値Ｓの平均値は、例えば、先拡がり部Ｔが設けられる範囲の中で、距離Ｌを１０ｍｍ間隔で大きくし、各距離Ｌにおいて上記式（１）により算出された値Ｓの平均値とすることができる。

また、第１の部材１０の軸方向に沿う方向において、先拡がり部Ｔが設けられる範囲は、衝撃荷重負荷時における第１の部材１０の軸方向の変形量に応じて設定し得る。例えば、第１の部材１０がフロアクロスメンバである場合、第１の部材１０の最大変形量が１００ｍｍであるとすると、先拡がり部Ｔが設けられる範囲は、溝底部１１と立ち上がり曲面部１７との境界部分から１００ｍｍ以上の範囲とすることができる。

また、先拡がり部Ｔが設けられる範囲が長すぎると、外向き連続フランジ１６が設けられた端部から離れた位置における第１の部材１０の断面周長が短くなって、衝撃荷重に耐えられないおそれがある。したがって、例えば、第１の部材１０がフロアクロスメンバである場合、先拡がり部Ｔが設けられる範囲は、３００ｍｍ以下であってもよい。

＜２．構造部材の製造方法＞
以上、本実施形態にかかる自動車車体用構造部材としての第１の部材１０の構成について説明した。第１の部材１０の製造方法や製造装置は、特に限定されない。ただし、第１の部材１０を金属板、特に高張力鋼板を用いて製造する場合、成形上の制約から、外向き連続フランジ１６における、稜線部１２ａ，１２ｂの端部に連続して形成されるフランジのエッジの割れや、稜線部１２ａ，１２ｂの端部近傍におけるフランジの根元付近にしわが発生しやすい。

これらの成形時の不具合は、成形素材の材料強度が高いほど、また、稜線部に対応する位置におけるフランジの成形時の伸びフランジ率が高い形状であるほど（図２８における稜線部１ａの折れ曲がり角度θが急峻であるほど）発生しやすい。また。これらの成形時の不具合は、第１の部材１０の高さ（図２８における高さｈ）が高いほど、発生しやすい。特に、先拡がり部Ｔを有する第１の部材１０の場合、前述のしわがより発生しやすくなる。

以下、かかるエッジの割れやしわを抑制しつつ、第１の部材１０を、高張力鋼板を用いてプレス成形により製造することが可能な構造部材の製造方法の一例について説明する。以下、構造部材の製造方法の概略を説明した後に、プレス成形装置の構成例及び構造部材の製造方法の例について詳細に説明する。

（２−１．製造方法の概略）
まず、プレス成形による構造部材の製造方法の一例の概略を説明する。以下に説明する構造部材の製造方法の例は、第１のプレス成形装置を用いて行われる第１の工程と、第２のプレス成形装置を用いて行われる第２の工程とを含む。

（２−１−１．第１の工程の概略）
第１の工程は、第１のプレス成形装置を用いて行われる。第１の工程では、第１のパッドにより、成形素材のうち溝底部に成形される部分の少なくとも一部が押圧される。これにより、溝底部に成形される部分に連続する成形素材の端部が、第１のパッドの押圧方向とは反対の方向に立ち上げられる。さらに、第１のパッドにより成形素材が第１のパンチに押し当てられて、第１のパッド及び第１のパンチにより、溝底部に成形される部分の少なくとも一部が拘束される。

第１のパッドにより成形素材における溝底部に成形される部分が拘束された後、第１のパッドとは異なる第２のパッドにより、成形素材のうち稜線部に成形される部分の長手方向の端部の少なくとも一部が押圧される。これにより、稜線部に成形される部分に連続する成形素材の端部が、第２のパッドの押圧方向とは反対の方向に立ち上げられる。さらに、第２のパッドにより、成形素材における稜線部に成形される部分を第２のパッドの押圧方向に曲げながら、第２のパッド及び第１のパンチにより、稜線部に成形される部分の少なくとも一部が拘束される。

そして、第１のパッド及び第２のパッドと第１のパンチとにより成形素材が拘束された状態で、第１のダイが第１のパンチに近接させられ、成形素材がプレス成形される。かかる第１の工程により、長手方向の端部に、割れが抑制された外向き連続フランジを有するとともに、稜線部の端部近傍でのしわが抑制された中間成形体が成形される。

（２−１−２．第２の工程の概略）
第２の工程は、第１のプレス成形装置とは異なる第２のプレス成形装置を用いて行われる。第１の工程では、溝底部に成形される部分を拘束する第１のパッド及び稜線部に成形される部分を拘束する第２のパッドを使用するため、第１のダイと第１のパンチによって、完全にはプレスしきれない成形素材の部分が存在する。したがって、第２の工程では、第２のパンチ及び第２のダイによって中間成形体をプレス成形することにより、構造部材が成形される。

第２のプレス成形装置は、第１のプレス成形装置では成形しきれない部分をプレス成形できるものであればよい。具体的には、第２のプレス成形装置は、溝底部、稜線部及び縦壁部に成形される部分のうち、第１のパッドあるいは第２のパッドによって拘束されない領域をプレス成形できるものであればよい。さらに、第２のプレス成形装置は、第１のプレス成形装置では成形しきれない外向き連続フランジの部分をプレス成形するものであってもよい。かかる第２のプレス成形装置は、ダイ及びパンチを備えた公知のプレス成形装置により構成することができる。

（２−２．製造装置）
次に、プレス成形装置の構成例について説明する。図２及び図３は、第１のプレス成形装置３０の一例を示す概略構成図である。図２は、第１のプレス成形装置３０における、中間成形体の端部の領域を成形する部分を概略的に示す断面図であり、図３は、第１のプレス成形装置３０を概略的に示す斜視図である。図３では、第１のパンチ３１及び第１のパッド３４−１を、成形する中間成形体の長手方向に沿う中心線で分割した半分の部分が示されている。

第１のプレス成形装置３０は、第１のパンチ３１と、第１のダイ３２と、第１のパンチ３１に対向する第１のパッド３４−１及び第２のパッド３４−２とを備えている。かかる第１のプレス成形装置３０は、基本的に、第１のパッド３４−１及び第２のパッド３４−２と第１のパンチ３１とにより成形素材を拘束した状態で、第１のダイ３２を第１のパンチ３１に近づけることにより、成形素材をプレス成形する装置として構成されている。

第１のパンチ３１は、第１のダイ３２、第１のパッド３４−１及び第２のパッド３４−２に対向する側にパンチ面を有している。第１のパンチ３１は、上面３１ａと、中間成形体の稜線部を成形するための肩部３１ｂと、フランジ成形部３１ｃとを備えている。

第１のパッド３４−１は、拘束面３４−１ａと、フランジ成形部３４−１ｂとを有する。第１のパッド３４−１の拘束面３４−１ａは、パンチ３１の上面３１ａに対向して配置され、パンチ３１の上面３１ａに対して成形素材を押し当てて成形素材を拘束する。拘束面３４−１ａ及び上面３１ａによって拘束される成形素材の部分は、溝底部に成形される部分である。拘束される成形素材の部分は、溝底部に成形される部分の全部であってもよいし、一部であってもよい。ただし、溝底部に形成される部分のうちの、少なくとも外向き連続フランジが成形される側の端部近傍が拘束されるようにする。第１のパッド３４−１のフランジ成形部３４−１ｂは、パンチ３１のフランジ成形部３１ｃに対して成形素材を押圧する。これにより、成形素材における溝底部の端部に形成されるフランジ部分が立ち上げられる。

第２のパッド３４−２は、拘束面３４−２ａと、フランジ成形部３４−２ｂとを有する。第２のパッド３４−２は、プレス成形時において、第１のパッド３４−１に干渉しないように配置される。第２のパッド３４−２の拘束面３４−２ａは、パンチ３１の肩部３１ｂに対向して配置され、パンチ３１の肩部３１ｂに対して成形素材を押し当てて成形素材を拘束する。拘束面３４−２ａ及び肩部３１ｂによって拘束される成形素材の部分は、稜線部に成形される部分の端部領域の少なくとも一部である。第２のパッド３４−２のフランジ成形部３４−２ｂは、パンチ３１のフランジ成形部３１ｃに対して成形素材を押圧する。これにより、成形素材における稜線部の端部に形成されるフランジ部分が立ち上げられる。

かかる第２のパッド３４−２は、第１のパッド３４−１により溝底部に成形される部分が拘束された状態で、外向き連続フランジの近傍の領域で稜線部に成形される部分を拘束する。そのため、外向き連続フランジの近傍の領域での稜線部の形状が、概ね第２のパッド３４−２によって押圧される部分の材料を張り出させることによって形成される。したがって、第２のパッド３４−２が当接する部分の周辺の材料の移動が抑制されて、しわや割れの原因となる周辺の材料の伸びや縮み変形が抑制される。これにより、外向き連続フランジにおける、稜線部に対応するフランジ部分での伸びフランジ割れや、稜線部の端部近傍での稜線部におけるフランジの根元付近のしわの発生を抑制することができる。

また、第２のパッド３４−２は、外向き連続フランジの近傍において、当該領域の材料を張り出させて稜線部を成形することによる周辺材料の移動の抑制効果を狙ったものである。そのため、第２のパッド３４−２は、外向き連続フランジに成形される部分の近傍における、稜線部に成形される部分と溝底部に成形される部分との接続部を起点として、稜線部に成形される部分の全域を拘束してもよい。

具体的には、第２のパッド３４−２の拘束面３４−２ａにより拘束される成形素材の部分は、溝底部に成形される部分と稜線部に成形される部分との接続部を含むことが好ましい。特に、稜線部１２ａ，１２ｂに成形される部分のうち、上記接続部を起点とする断面周長の少なくとも１／３の長さの部分が、第２のパッド３４−２により押圧されてもよい。第２のパッド３４−２が当該部分を押圧することにより、周辺の鋼板材料の移動を抑制しつつ、第２のパッド３４−２の拘束面３４−２ａにより押圧する部分の鋼板材料を張り出させて稜線部１２ａ，１２ｂの一部を形成することができる。なお、第２のパッド３４−２は、稜線部に加えて、縦壁部の一部、例えば、稜線部に連続する縦壁部のうちの２０ｍｍ以下の長さの部分を押さえるようになっていてもよい。

これ以外の、第１のパッド３４−１及び第２のパッド３４−２の寸法や材質等の他の要素は、公知のパッドと同じ構成とすることができる。

第１のダイ３２は、第１のパッド３４−１及び第２のパッド３４−２により成形素材を拘束した状態で、第１のパンチ３１に近接され、成形素材をプレス成形する。第１のダイ３２は、プレス成形時において、第１のパッド３４−１及び第２のパッド３４−２に干渉しないように配置される。好ましくは、第１のパッド３４−１、第２のパッド３４−２及び第１のダイ３２が、押圧方向に対して最小限の隙間で配置されるとよい。

ここで、第１のプレス成形装置３０では、第１のパッド３４−１、第２のパッド３４−２及び第１のダイ３２が、この順に成形素材を押圧するよう構成される。すなわち、第２のパッド３４−２は、溝底部に成形される部分の少なくとも一部が第１のパッド３４−１によって拘束された後に、稜線部に成形される部分の端部の領域を拘束する。また、第１のダイ３２は、第１のパッド３４−１及び第２のパッド３４−２により成形素材が拘束された状態で、成形素材をプレス成形する。

例えば、ダイ３２に、コイルスプリングを介して、第１のパッド３４−１及び第２のパッド３４−２を懸架させることにより、かかる構成を実現し得る。このとき、プレス成形前の状態において、第１のパッド３４−１の拘束面３４−１ａ、第２のパッド３４−２の拘束面３４−２ａ及び第１のダイ３２の押圧面が、第１のパンチ３１側からこの順に位置するように配置される。そして、第１のダイ３２を第１のパンチ３１に向けて移動させることにより、第１のパッド３４−１及び第２のパッド３４−２が、この順に、成形素材に当接して成形素材を拘束した後に、第１のダイ３２が成形素材をプレス成形する。

ただし、第１のパッド３４−１、第２のパッド３４−２及び第１のダイ３２のうちの一つあるいはすべてが、個別に、第１のパンチ３１に向けて移動可能に構成されていてもよい。この場合、それぞれの第１のパッド３４−１、第２のパッド３４−２及び第１のダイ３２の移動を制御することで、成形素材に当接する順序が制御される。

なお、第１のパッド３４−１又は第２のパッド３４−２が存在することにより、第１のダイ３２によっても成形素材を第１のパンチ３１に押し当てることができない領域が存在する。例えば、押圧方向において、第２のパッド３４−２と重なる縦壁部やフランジ部分は、第１のダイ３２によってプレス成形することはできない。かかる領域は、第２のプレス成形装置を用いて行われる第２の工程においてプレス成形される。第２のプレス成形装置は、公知のプレス成形装置により構成することができるため、ここでの説明を省略する。

（２−３．製造方法）
次に、構造部材の製造方法の一例について具体的に説明する。以下に説明する構造部材の製造方法の例は、図１に例示した、外向き連続フランジ１６及び先拡がり部Ｔを有する第１の部材１０の製造方法の例である。

（２−３−１．第１の工程）
図４〜図１０は、既に説明した第１のプレス成形装置３０を用いて行われる第１の工程を示す説明図である。図４及び図５は、第１のパッド３４−１により成形素材３３が拘束される様子を模式的に示す断面図及び斜視図である。また、図６及び図７は、第２のパッド３４−２により成形素材３３が拘束される様子を模式的に示す断面図及び斜視図である。図１０は、第１のダイ３２により成形素材３３がプレス成形される様子を模式的に示す断面図である。

なお、図４〜図１０は、先拡がり形状の第１の部材１０を製造する際の第１の工程の様子を示している。また、図４、図６及び図１０は、第１の工程において、成形素材３３のうち、外向き連続フランジ１６が形成される長手方向の端部の領域を成形する様子を示している。また、図５及び図７では、第１のパンチ３１、第１のパッド３４−１及び成形素材３３を、成形する中間成形体の長手方向に沿う中心線で分割した半分の部分が示されている。さらに、以下に説明する製造方法では、第１のパッド３４−１及び第２のパッド３４−２が第１のダイ３２に懸架された第１のプレス成形装置３０が用いられている。

第１の工程では、まず、図４及び図５に示すように、第１のダイ３２が第１のパンチ３１に向けて移動することに伴って、第１のパッド３４−１が、成形素材３３における溝底部１１に成形される部分を拘束する。このとき、図５に示すように、成形素材３３における溝底部１１に成形される部分の少なくとも一部が、第１のパッド３４−１の拘束面３４−１ａにより拘束される。同時に、成形素材３３の長手方向の端部が、押圧方向とは反対の方向に立ち上げられ、第１のパッド３４−１のフランジ成形部３４−１ｂと第１のパンチ３１のフランジ成形部３１ｃとにより拘束される。

次いで、図６及び図７に示すように、第１のダイ３２が第１のパンチ３１に向けてさらに移動することに伴って、第２のパッド３４−２が、成形素材３３における稜線部１２ａ，１２ｂに成形される部分を拘束する。このとき拘束される成形素材３３の部分は、稜線部１２ａ，１２ｂに成形される部分の端部近傍の部分である。すなわち、図７に示すように、成形素材３３のうちの稜線部１２ａ，１２ｂに成形される部分の端部が、第２のパッド３４−２の拘束面３４−２ａにより拘束される。同時に、稜線部１２ａ，１２ｂに成形される部分から連続してフランジに成形される部分が、押圧方向とは反対の方向にさらに立ち上げられ、第２のパッド３４−２のフランジ成形部３４−２ｂと第１のパンチ３１のフランジ成形部３１ｃとにより拘束される。

このとき、稜線部１２ａ，１２ｂに成形される部分のうち、上記接続部を起点とする断面周長の少なくとも１／３の長さの部分が、第２のパッド３４−２により押圧されてもよい。第２のパッド３４−２が当該部分を押圧することにより、周辺の鋼板材料の移動を抑制しつつ、第２のパッド３４−２の拘束面３４−２ａにより押圧する部分の鋼板材料を張り出させて稜線部１２ａ，１２ｂの一部を形成することができる。

図８は、第２のパッド３４−２による稜線部に成形される部分の押圧範囲と、形成される外向き連続フランジ１６における稜線部１２ａ，１２ｂに連続するフランジ部分のエッジにおける板厚減少率の最大値との関係を示す説明図である。かかる図８において、押圧範囲は、稜線部に成形される部分と溝底部に成形される部分との接続部を０°として第２のパッド３４−２が拘束する部分の中心角度を意味する押さえ角度により示されている。押さえ角度が０°とは、稜線部に成形される部分が拘束されない状態を意味する。

かかる図８に示すように、稜線部に成形される部分が拘束されない場合には、フランジのエッジにおける板厚減少率の最大値が３６％程度になっており、伸びフランジ割れが発生する可能性が高いことが分かる。一方、押さえ角度が２３°以上、すなわち、接続部を起点とする断面周長の少なくとも１／３の稜線部が拘束されていれば、フランジのエッジにおける板厚減少率の最大値が２５％未満に抑えられる。したがって、フランジのエッジの割れが抑制されることが分かる。

また、図９は、第２のパッド３４−２による稜線部に成形される部分の押圧範囲と、形成される稜線部１２ａ，１２ｂの端部近傍のフランジの根元付近における板厚減少率の最小値との関係を示す特性図である。かかる図９においても、押圧範囲は、図８と同様に押さえ角度によって示されている。かかる図９に示すように、稜線部に成形される部分が拘束されない場合には、フランジの根元付近における板厚減少率の最小値が−６５％程度になっており、明らかにしわが発生することが分かる。一方、押さえ角度が２３°以上、すなわち、接続部を起点とする断面周長の少なくとも１／３の稜線部が拘束されていれば、フランジの根元付近における板厚減少率の最小値が−３５％以上に抑えられる。したがって、フランジの根元付近のしわが抑制されることが分かる。

次いで、図１０に示すように、第１のダイ３２が第１のパンチ３１に向けてさらに移動することに伴って、第１のパッド３４−１及び第２のパッド３４−２により成形素材３３が拘束された状態で、第１のパンチ３１及び第１のダイ３２により１段階目のプレス成形が行われる。これにより、押圧方向に沿って、第２のパッド３４−２の下方に位置する部分（図１０の３３Ａ）等を除き、成形素材３３がプレス成形され、中間成形体が成形される。

第１のパンチ３１及び第１のダイ３２を用いた１段階目のプレス成形は、第１のダイ３２により成形素材３３を押圧して折り曲げ、第１のパンチ３１に押し当てる曲げ成形であってよい。あるいは、かかる１段階目のプレス成形は、第１のダイ３２及びブランクホルダにより、成形素材３３における縦壁部に成形される部分を挟持するとともに、第１のダイ３２及びブランクホルダを第１のパンチ３１に向けて移動させて成形する、深絞り成形であってもよい。

このとき、第２のパッド３４−２によって、稜線部１２ａ，１２ｂに成形される部分の端部近傍（稜線部１２ａ，１２ｂと外向き連続フランジ１６との会合部付近）が拘束されていることから、当該領域におけるしわの発生が抑制される。また、第２のパッド３４−２によって当該領域が拘束されていることから、稜線部１２ａ，１２ｂの端部に連続して形成されるフランジの伸びフランジ率が低減し、外向き連続フランジ１６の割れを抑制することができる。なお、図４〜図１０には示されていないが、図１に例示した第１の部材１０における曲面部１４ａ，１４ｂ及びフランジ部１５ａ，１５ｂの一部は、第１の工程において、第１のパンチ３１及び第１のダイ３２によってプレス成形される。

かかる構造部材の製造方法により、稜線部１２ａ，１２ｂの端部領域のフランジの根元付近のしわや、外向き連続フランジ１６のエッジの割れが抑制される理由を、以下に説明する。図１１及び図１２は、第１のパッド及び第２のパッドが分割されておらず、溝底部に成形される部分及び稜線部に成形される部分を同時に拘束するパッド１３４を用いたプレス成形の様子を示す説明図である。製造する構造部材は、図１に例示した先拡がり部Ｔを有する構造部材である。図１１は、図７に対応する図であって、パンチ１３１及びパッド１３４により、成形素材１３３における溝底部に成形される部分及び稜線部に成形される部分が拘束された状態を示す斜視図である。また、図１２は、ダイにより押圧される際の成形素材１３３を上方から見た図である。

かかるパッド１３４を用いた場合、パッド１３４によって成形素材１３３をパンチ１３１に押し当てて拘束しようとすると、最初に、稜線部に成形される部分がパッド１３４により押圧される。この状態では、溝底部に成形される部分とパッド１３４との間に隙間が生じ、溝底部に成形される部分はパッドにより押圧されない。また、先拡がり形状を有する構造部材の場合、溝底部に成形される部分の端部の近傍では、長手方向の位置よって断面周長差が存在する。すなわち、図１１に示すように、位置Ｚ₁での断面周長は、位置Ｚ₂での断面周長よりも長い。

そうすると、図１１に示すように、パッド１３４によって、溝底部に成形される部分及び稜線部に成形される部分がともに拘束されるまでの間、溝底部に成形される部分から稜線部に成形される部分にかけて、外向き連続フランジに成形される部分の鋼板材料が移動することとなる。

さらに、先拡がり部を有する構造部材の場合、ダイによって曲げ成形される、縦壁部に成形される部分は、図１２に示すように、稜線部に成形される部分１１２に対して垂直方向に、すなわち、外向き連続フランジに成形される部分１１６から離れる方向に向けて曲げられる。そのため、外向き連続フランジに成形される部分の鋼板材料が、さらに稜線部に成形される部分に向けて移動しやすくなる。したがって、稜線部に成形される部分において、過剰なしわや増肉がより発生しやすくなる。このような理由から、溝底部に成形される部分及び稜線部に成形される部分を同時に拘束するパッド１３４を用いた場合には、溝底部に成形される部分の端部や稜線部に成形される部分の端部にしわが発生しやすい。

これに対し、例示した製造方法では、図５及び図７に示すように、第１のパッド３４−１により溝底部に成形される部分が拘束された後に、第２のパッド３４−２により稜線部に成形される部分の端部が押圧されて拘束される。したがって、第２のパッド３４−２により稜線部に成形される部分の端部が押圧される間、溝底部に成形される部分への鋼板材料の移動が抑制される。そのため、溝底部に成形される部分の端部（外向き連続フランジの近傍）における長手方向の位置によって断面周長差が存在する場合であっても、外向き連続フランジに成形される部分の鋼板材料が、溝底部に成形される部分及び稜線部に成形される部分に移動することが抑制される。

また、第１のパッド３４−１によって溝底部に成形される部分が拘束された状態で、第２のパッド３４−２によって稜線部に成形される部分の端部が押圧されることから、稜線部に成形される部分の端部は、当該押圧される部分の鋼板材料を張り出させることにより成形される。さらに、第１のパッド３４−１及び第２のパッド３４−２により成形素材３３が拘束された状態で、図１０に示すように、第１のパンチ３１と第１のダイ３２とにより成形素材３３がプレス成形される。したがって、稜線部に成形される部分に対して過剰に鋼板材料が移動することが抑制される。その結果、形成される稜線部１２ａ，１２ｂの端部における過剰な増肉やしわが抑制される。

（２−３−２．第２の工程）
以上のようにして第１の工程において１段階目のプレス成形を行った後、第２の工程では２段階目のプレス成形が行われる。第１の工程では、押圧方向に沿って、第２のパッド３４−２の下方に相当する部分のうち、第２のパッド３４−２に重なる縦壁部１３ａ，１３ｂに成形される部分は、第１の部材１０としての最終形状に成形することができない。また、第１の部材１０における曲面部１４ａ，１４ｂ及びフランジ部１５ａ，１５ｂに成形される部分の全部又は一部についても、第１の工程において、最終形状に成形できない場合がある。

さらに、成形素材３３に対して、第１のパッド３４−１及び第２のパッド３４−２が押圧する領域によっては、稜線部１２ａ，１２ｂに成形される部分の一部についても、第１の工程において、最終形状に成形できない場合がある。例えば、第１の工程において、稜線部１２ａ，１２ｂに成形される部分のうち、稜線部１２ａ，１２ｂに成形される部分と溝底部１１に成形される部分との接続部を起点とする断面周長の１／３が第２のパッド３４−２により成形された場合には、断面周長の残りの２／３を成形する必要がある。

したがって、第２の工程では、第２のプレス成形装置を用いて、第２のパンチ及び第２のダイにより中間成形体に対して２段階目のプレス成形を行い、最終形状としての第１の部材１０を成形する。第２の工程は、最終形状に成形したい部分の形状に対応する押圧面を有する第２のパンチ及び第２のダイを用いて、公知のプレス成形により行うことができる。また、第２の工程においても最終形状としての第１の部材１０に成形できない場合には、さらに別の成形工程を追加してもよい。

なお、第２の工程は、パッドを用いないで行われる、ダイ及びパンチのみによるスタンピングプレス成形でもよく、パッドを用いて行われる通常のプレス成形でもよい。

＜３．効果＞
以上説明したように、本実施形態にかかる第１の部材１０は、先拡がり部Ｔを有するとともに、その端部に外向き連続フランジ１６を有することにより、軸方向への圧壊時の荷重伝達特性及び衝撃エネルギ吸収量を向上させることができる。具体的に、第１の部材１０は、端部に外向き連続フランジ１６を有することにより、軸方向への圧壊の初期に、稜線部１２ａ，１２ｂの端部への応力集中が抑制され、応力を他の部分へと分散させることができる。したがって、稜線部１２ａ，１２ｂの端部の歪みが小さくなって、荷重伝達特性が高められる。また、第１の部材１０が先拡がり部Ｔを有することにより、軸方向への圧壊の中期以降において座屈ピッチを小さくすることができる。したがって、荷重伝達特性が高められていることと相俟って、衝撃エネルギ吸収量を増加させることができる。また、第１の部材１０が、先拡がり部Ｔを有することにより、外向き連続フランジ１６を有する端部から離れるにつれて溝底部１１の幅が縮小し、第１の部材１０の断面周長が小さくなる。したがって、本実施形態によれば、第１の部材１０を軽量化することができる。

以下、本実施形態の実施例について説明する。なお、以下の実施例の説明においては、本実施形態にかかる自動車車体用構造部材としての第１の部材１０を、プレス成形体１０として説明する。

（１）衝撃エネルギ吸収特性評価
まず、上述の構造部材の製造方法の例により製造されるプレス成形体１０における外向き連続フランジ１６を有する端部側から軸方向へ衝撃荷重を与え、衝撃エネルギの吸収量を評価した。

図１３は、解析に使用した構造部材の解析モデルを示す説明図である。図１３は、上から、比較例１にかかる解析モデル５０、比較例２にかかる解析モデル６０、及び実施例１にかかる解析モデル７０を示す。いずれの解析モデル５０，６０，７０も、略溝型の横断面を有するプレス成形体１０，５１，６１が、曲面部１４ａ，１４ｂを介して縦壁部１３ａ，１３ｂに連続するフランジ部１５ａ，１５ｂを介して、平板状の第２の部材１８に接合されている。

比較例１にかかる解析モデル５０は、軸方向の端部に、切欠きのない外向き連続フランジ２３を有する。ただし、解析モデル５０は、溝底部の幅が一定な形状を有する。溝底部の幅Ｗａ，Ｗｂは１００ｍｍである。プレス成形体５１の高さは１００ｍｍである。また、立ち上がり曲面部１７と溝底部との境界部分から、外向きフランジを有しない端部までの長さＬｘは３００ｍｍである。上記式（１）で定義される溝底部の幅の縮小度合いを示す値Ｓは０である。かかる解析モデル５０のプレス成形体５１は、溝底部に成形される部分及び稜線部に成形される部分を同時に拘束するパッド（図１１のパッド１３４）を用いたプレス成形により成形されるものである。

比較例２にかかる解析モデル６０は、軸方向の端部に、稜線部１２ａ，１２ｂの端部に達する切欠きを有する不連続な外向きフランジ２４を有する。また、解析モデル６０は、外向きフランジ２４を有する端部から離れるにつれて溝底部の幅が縮小する形状を有する。溝底部の幅の最小値（幅Ｗｂ）は１００ｍｍであり、最大値（幅Ｗａ）は１３０ｍｍである。プレス成形体６１の高さは１００ｍｍである。また、立ち上がり曲面部１７と溝底部との境界部分から、外向きフランジ２４を有しない端部までの長さＬｘは３００ｍｍである。上記式（１）で定義される溝底部の幅の縮小度合いを示す値Ｓは０．０００７７である。かかる解析モデル６０のプレス成形体６１は、溝底部に成形される部分のみを拘束するパッドを用いたプレス成形により成形されるものである。

実施例１にかかる解析モデル７０は、軸方向の端部に、切欠きのない外向き連続フランジ１６を有する。また、解析モデル７０は、比較例２と同様に、外向きフランジ２４を有する端部に向かうにつれて溝底部の幅が増大する形状を有する。溝底部の幅の最小値（幅Ｗｂ）は１００ｍｍであり、最大値（幅Ｗａ）は１３０ｍｍである。プレス成形体１０の高さは１００ｍｍである。また、立ち上がり曲面部１７と溝底部との境界部分から、外向き連続フランジ１６を有しない端部までの長さＬｘは３００ｍｍである。上記式（１）で定義される溝底部の幅の縮小度合いを示す値Ｓは０．０００７７である。かかる解析モデル７０のプレス成形体１０は、図４〜図１０に示す第１のパッド３４−１及び第２のパッド３４−２を用いたプレス成形により成形されるものである。

上記以外の解析条件は、解析モデル５０，６０，７０すべて同一とした。共通する解析条件は以下に列記したとおりである。
・使用した鋼板：引張強度９８０ＭＰａ級高張力鋼板、板厚１．４ｍｍ
・稜線部の曲率半径：１２ｍｍ
・フランジ部１５ａ，１５ｂに連続する曲面部１４ａ，１４ｂの曲率半径：５ｍｍ
・外向き連続フランジ１６、２３及び外向きフランジ２４の幅：１４ｍｍ
・立ち上がり曲面部１７の曲率半径ｒ：３ｍｍ

解析を行うにあたり、比較例１において図示したように、剛体壁２９を、外向き連続フランジ１６，２３、あるいは外向きフランジ２４が形成された端部側から軸方向へ、衝突速度２０ｋｍ／ｈで衝突させて、解析モデル５０，６０，７０に対して軸方向変位を与えた。そして、実施例１及び比較例１，２それぞれにおいて、衝突時に発生する軸方向荷重（ｋＮ）と、衝撃エネルギの吸収量（ｋＪ）を算出した。

図１４は、解析モデル５０，６０，７０それぞれの、軸方向荷重に関する解析結果を示すグラフである。なお、解析モデル５０，６０，７０の端部の断面周長の影響を排除するために、図１４のグラフの縦軸は、軸方向荷重を、立ち上がり曲面部１７と溝底部との境界部分の断面周長で除した値（軸方向荷重／周長：ｋＮ／ｍｍ）とした。この場合の断面周長とは、第２の部材１８を含まないプレス成形体１０，５１，６１それぞれの断面の板厚中心の長さを意味する。

圧壊ストロークが５ｍｍ以下の、軸方向への圧壊の初期の領域Ｓｔ１において、切欠きのない外向き連続フランジ１６，２３を有する実施例１及び比較例１の解析モデル５０，７０は、切欠きのある外向きフランジ２４を有する比較例２の解析モデル６０に比べて、軸方向荷重（ｋＮ／ｍｍ）が高められている。また、圧壊ストロークが５ｍｍ超の領域Ｓｔ２において、先拡がり部を有する実施例１及び比較例２の解析モデル６０，７０は、溝底部の幅が一定である比較例１の解析モデル５０に比べて、軸方向荷重（ｋＮ／ｍｍ）が概ね高められている。

外向き連続フランジ１６及び先拡がり部を有するプレス成形体１０を備えた実施例１にかかる解析モデル７０は、軸方向への圧壊の初期から後期にかけて、高い軸方向荷重が実現されている。特に、実施例１にかかる解析モデル７０は、圧壊ストロークが１５ｍｍ超の、軸方向への圧壊の後期においても高い軸方向荷重を維持している。

また、図１５及び図１６は、解析モデル５０，６０，７０それぞれの、衝撃エネルギの吸収量（Ｅ．Ａ．）に関する解析結果を示すグラフである。図１５は、圧壊ストロークＳｔが１０ｍｍの場合の解析結果を示し、図１６は、圧壊ストロークＳｔが２０ｍｍの場合の解析結果を示している。

図１５に示すように、軸方向の端部に、切欠きのない外向き連続フランジ１６，２３を有する解析モデル５０，７０は、切欠きのある外向きフランジ２４を有する解析モデル６０に比べて、圧壊ストロークＳｔが１０ｍｍの場合の衝撃エネルギ吸収量が増加することが分かる。また、図１６に示すように、先拡がり部を有する解析モデル７０は、溝底部の幅が一定の解析モデル５０に比べて、圧壊ストロークＳｔが２０ｍｍの場合の衝撃エネルギ吸収量が増加することが分かる。

このように、実施例１にかかる解析モデル７０の荷重伝達特性は、衝突の初期及び後期のいずれの時期においても、比較例１にかかる解析モデル５０及び比較例２にかかる解析モデル６０よりも、衝撃エネルギ吸収特性に優れていることが分かる。

（２）縮小度合いの影響評価
次に、上述の実施例１及び比較例２の解析モデル６０，７０のプレス成形体１０，６１における溝底部の幅の縮小度合いを変化させ、衝撃エネルギ吸収量に対する縮小度合いの影響を評価した。実施例２〜１０及び比較例３は、上述した実施例１のプレス成形体１０における、外向き連続フランジ１６を有する端部とは反対側の端部の溝底部の幅Ｗｂを変化させて、縮小度合いを変化させたものである。また、比較例４〜１３は、比較例２のプレス成形体６１における、外向きフランジ２４を有する端部とは反対側の端部の溝底部の幅Ｗｂを変化させて、縮小度合いを変化させたものである。

実施例２及び比較例４では、溝底部の幅Ｗｂは５５ｍｍ、縮小度合いを示す値Ｓは０．００１９２である。実施例３及び比較例５では、溝底部の幅Ｗｂは６０ｍｍ、縮小度合いを示す値Ｓは０．００１７９である。実施例４及び比較例６では、溝底部の幅Ｗｂは６５ｍｍ、縮小度合いを示す値Ｓは０．００１６６である。実施例５及び比較例７では、溝底部の幅Ｗｂは７０ｍｍ、縮小度合いを示す値Ｓは０．００１５４である。実施例６及び比較例８では、溝底部の幅Ｗｂは８５ｍｍ、縮小度合いを示す値Ｓは０．００１１５である。実施例７及び比較例９では、溝底部の幅Ｗｂは１００ｍｍ、縮小度合いを示す値Ｓは０．０００７７である。実施例８及び比較例１０では、溝底部の幅Ｗｂは１１５ｍｍ、縮小度合いを示す値Ｓは０．０００３８である。実施例９及び比較例１１では、溝底部の幅Ｗｂは１２０ｍｍ、縮小度合いを示す値Ｓは０．０００２５である。実施例１０及び比較例１２では、溝底部の幅Ｗｂは１２５ｍｍ、縮小度合いを示す値Ｓは０．０００１３である。比較例３及び比較例１３では、溝底部の幅Ｗｂは１３０ｍｍ、縮小度合いを示す値Ｓは０である。

また、実施例２〜１０及び比較例３〜１３すべてにおいて、図１７に示すように、溝底部に対応する部分のフランジ部分で４箇所、縦壁部に対応するフランジ部分でそれぞれ２箇所、スポット溶接することによって、プレス成形体１０，６１の端部を他の部材に接合した。

図１８及び図１９は、それぞれ圧壊ストロークＳｔが５ｍｍ、２０ｍｍのときの、外向き連続フランジ１６を備えたプレス成形体１０及び稜線部に対応する位置に切欠きを有する外向きフランジ２４を備えたプレス成形体６１の縮小度合いを示す値Ｓと衝撃エネルギ吸収量との関係を示す。

図１８に示すように、圧壊ストロークＳｔが５ｍｍでは、いずれの解析モデル６０，７０も、縮小度合いを示す値Ｓの違いによって衝撃エネルギ吸収量に大きな変化は見られなかった。また、同じ縮小度合いを示す値Ｓでそれぞれの解析モデル６０，７０を比較すると、外向き連続フランジ１６を含む解析モデル７０の衝撃エネルギ吸収量が、切欠きを有する外向きフランジ２４を含む解析モデル６０の衝撃エネルギ吸収量を上回っている。この結果は、切欠きを有する外向きフランジ２４を有するプレス成形体６１では、稜線部の端部に応力集中して、プレス成形体６１の端部の歪みが大きくなったことによる。

また、図１９に示すように、圧壊ストロークＳｔが２０ｍｍでは、縮小度合いを示す値Ｓが０．０００２〜０．００１８の範囲内において、外向き連続フランジ１６を含む解析モデル７０の衝撃エネルギ吸収量が、切欠きを有する外向きフランジ２４を含む解析モデル６０の衝撃エネルギ吸収量を上回っている。この結果は、外向き連続フランジ１６によって、稜線部以外にも応力が適切に分散されるとともに、先拡がり部によって、端部側から順に、小さい座屈ピッチで座屈が発生したことによる。特に、縮小度合いを示す値Ｓが０．０００２５〜０．００１５の範囲内においては、外向き連続フランジ１６を含む解析モデル７０の衝撃エネルギ吸収量が、安定的に増加する傾向を示している。

図２０は、実施例６及び比較例３，８の解析モデル６０，７０それぞれの、圧壊ストロークＳｔが２０ｍｍのときの座屈の様子を示す。かかる図２０に示すように、端部に外向き連続フランジ１６を有するとともに、先拡がり部Ｔを有するプレス成形体１０を備えた実施例６の解析モデル７０は、座屈の発生位置が端部側に近く、かつ、座屈ピッチが小さくなっている。

以上のように、プレス成形体１０が、端部に外向き連続フランジ１６を有し、かつ、先拡がり部の縮小度合いを示す値Ｓが０．０００２〜０．００１８の範囲内であれば、圧壊ストロークの初期から中期以降に亘って、衝撃荷重負荷時の荷重伝達特性が高められ、衝撃エネルギ吸収量が増加することが分かった。また、プレス成形体１０が先拡がり部Ｔを有することにより、プレス成形体１０の断面周長が短くなって、軽量化し得ることも容易に理解し得る。

ただし、先拡がり部の縮小度合いが小さいほど、溝底部に連続する外向き連続フランジ１６の立上り角度が大きくなって、稜線部の端部に形成されるフランジの割れやしわが発生しやすくなる。したがって、成形性及び生産効率を考慮した場合、先拡がり部の縮小度合いを示す値Ｓが０．０００５〜０．００１８の範囲内であることが好ましい。

（３）縦壁部の高さの縮小の影響評価
次に、プレス成形体における溝底部ではなく、縦壁部の高さ（幅）を、外向き連続フランジを有する端部から離れるにつれて縮小させたときの衝撃エネルギ吸収量について評価した。図２１は、縦壁部のみを縮小させたプレス成形体を備えた解析モデル８０，８５と、溝底部及び縦壁部をそれぞれ縮小させたプレス成形体を備えた解析モデル９０，９５とを示す。解析モデル８０，９０が、稜線部に対応する位置に切欠きの無い外向き連続フランジを備え、解析モデル８５，９５が、稜線部に対応する位置に切欠きを有する外向きフランジを備える。

これらの解析モデル８０，８５，９０，９５は、溝底部あるいは縦壁部を縮小させている点以外は、すべて上記の解析モデル５０，６０，７０と同一の構成である。また、衝撃エネルギ吸収量の評価方法も、（２）の評価における評価方法と同じである。ただし、プレス成形体の倒れ込みを抑制するために、剛体壁２９（図１３を参照）による軸方向の変位以外の変位が生じないように、プレス成形体を拘束して評価を行った。

図２２及び図２３は、それぞれ圧壊ストロークＳｔが５ｍｍ、２０ｍｍのときの、各解析モデル８０，８５，９０，９５の縮小度合いを示す値Ｓと衝撃エネルギ吸収量との関係を示す。なお、溝底部の幅を一定として縦壁部のみを縮小させた場合の縮小度合いを示す値Ｓは、各縦壁部の高さの縮小度合いを示す。また、溝底部及び縦壁部をそれぞれ縮小させた場合の縮小度合いを示す値Ｓは、縦壁部の高さ及び溝底部の幅それぞれの縮小度合いを示す。すなわち、解析モデル８０，９０の縮小度合いを示す値Ｓが同じであっても、外向き連続フランジを有する端部とは反対側の端部における断面周長は、溝底部の幅の差に相当する分、異なることになる。

図２２に示すように、圧壊ストロークＳｔが５ｍｍでは、外向き連続フランジを備えた解析モデル８０，９０の衝撃エネルギ吸収量が、縮小度合いにかかわらず、切欠きを有する外向きフランジを備えた解析モデル８５，９５の衝撃エネルギ吸収量よりも大きくなっていた。また、外向き連続フランジを備えた解析モデル８０，９０では、縮小度合いの違いによって衝撃エネルギ吸収量に大きな変化は見られなかった。また、同じ縮小度合いでそれぞれ解析モデル８０，９０を比較しても、各解析モデル８０，９０の衝撃エネルギ吸収量に大きな差は見られなかった。

一方、図２３に示すように、圧壊ストロークＳｔが２０ｍｍでは、外向き連続フランジを備えた解析モデル８０，９０の衝撃エネルギ吸収量が、縮小度合いにかかわらず、切欠きを有する外向きフランジを備えた解析モデル８５，９５の衝撃エネルギ吸収量よりも小さくなっていた。また、外向き連続フランジを備えた解析モデル８０，９０では、縮小度合いが大きいほど衝撃エネルギ吸収量が小さくなった。また、縮小度合いを示す値Ｓが０．００１１５前後の範囲を除き、縦壁部のみを縮小した解析モデル８０の衝撃エネルギ吸収量に比べて、溝底部及び縦壁部をともに縮小した解析モデル９０の衝撃エネルギ吸収量が大きくなっていた。

なお、図２２及び図２３において、縮小度合いを示す値Ｓが０の場合、外向き連続フランジを有する解析モデル８０と解析モデル９０の衝撃エネルギ吸収量は等しくなるはずである。同様に、縮小度合いを示す値Ｓが０の場合、フランジに切欠きを有する解析モデル８５と解析モデル９５の衝撃エネルギ吸収量は等しくなるはずである。ただし、上述のとおり、本評価においては、剛体壁２９（図１３を参照）による軸方向の変位以外の変位が生じないように、プレス成形体が拘束されていることから、縮小度合いを示す値Ｓが０の場合の各衝撃エネルギ吸収量に差が生じている。

図２４は、解析モデル８０，９０それぞれの、圧壊ストロークＳｔが２０ｍｍのときの座屈の様子を示す。かかる図２４に示すように、いずれの解析モデル８０，９０においても、生じる座屈ピッチが大きくなっていることが分かる。

以上のように、溝底部の幅の縮小の有無にかかわらず、縦壁部の高さを、外向き連続フランジを有する端部から離れるにつれて縮小させた場合には、稜線部が担う荷重が低くなって、衝撃エネルギ吸収量が低下することが分かった。したがって、縦壁部を縮小させた場合には、プレス成形体の端部に外向き連続フランジを設ける効果を活かすことができないことが分かった。

（４）外向き連続フランジの成形性（参考）
参考として、上述のプレス成形体の製造方法により製造されるプレス成形体１０における稜線部の端部における板厚減少率を評価した。参考例１では、第１のパッド３４−１及び第２のパッド３４−２を用いて、上述したプレス成形体の製造方法によりプレス成形体１０を製造した。また、参考例２では、第１のパッド及び第２のパッドの代わりに、溝底部のみを押さえるパッドを用いる以外は参考例１と同じ条件で、プレス成形体を製造した。さらに、参考例３では、第１のパッド及び第２のパッドの代わりに、溝底部及び稜線部を同時に押さえるパッドを用いる以外は参考例１と同じ条件で、プレス成形体を製造した。

使用した成形素材３３は、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に準拠した引張試験により測定される引張強度が９８０ＭＰａ級の板厚１．４ｍｍの鋼板である。また、プレス成形体における、略溝型の横断面の高さは１００ｍｍ、外向きフランジを有する端部における溝底部の幅の最大値（幅Ｗａ）は１４８ｍｍ、溝底部の幅の最小値（幅Ｗｂ）は７６ｍｍ、溝底部の幅Ｗの縮小度合いを示す値Ｓ０．００２７、外向き連続フランジの幅は１４ｍｍであった。また、使用したパンチの肩部の曲率半径は１２ｍｍであった。

図２５及び図２６は、参考例１〜３のプレス成形体の板厚減少率の解析結果を示す説明図である。図２５は、板厚減少率の解析位置Ａを示す図であり、軸方向（ｘ方向）に沿う中心線により分割した一方のプレス成形体１０が示されている。図２６は、参考例１〜３それぞれのプレス成形体の解析結果である。解析には、汎用解析ソフトであるＬＳ−ＤＹＮＡを用いた。

溝底部のみを押さえるパッドを用いた参考例２にかかるプレス成形体は、外向き連続フランジのうち、稜線部の端部に連続して形成されるフランジにおける位置Ｉでの板厚減少率が２４．８％であった。かかる板厚減少率では、成形不具合（割れ）の発生が懸念される。また、溝底部及び稜線部を同時に押さえるパッドを用いた参考例３にかかるプレス成形体は、外向き連続フランジのうち、稜線部の端部に連続して形成されるフランジにおける位置Ｈ１の板厚減少率は１１．２％に低下していた。一方、参考例３にかかるプレス成形体は、稜線部の端部と、外向き連続フランジとの間の立ち上がり曲面部における位置Ｈ２の板厚減少率が−１５．５％となっており、許容範囲を超えるしわや増肉の発生が懸念される。このように、プレス成形体の端部に設けるフランジを外向き連続フランジとする場合、稜線部の端部に形成されるフランジの端部の割れや、フランジの根元のしわが発生しやすく、従来、実製品への適用は行われていなかった。

これに対し、第１のパッド及び第２のパッドを用いた参考例１にかかるプレス成形体は、外向き連続フランジ１６のうち、稜線部の端部に連続して形成されるフランジにおける位置Ｊ１の板厚減少率は１５．４％であり許容される値であった。また、稜線部の端部と、外向き連続フランジ１６との間の立ち上がり曲面部における位置Ｊ２の板厚減少率は−１３．９％であり、生じるしわや増肉は許容される範囲であった。すなわち、上述したプレス成形体の製造方法により、本実施形態にかかる構造部材としての第１の部材１０を製造する際に、外向き連続フランジ１６のフランジ端部における割れや、フランジの根元におけるしわが抑制されることが分かった。したがって、本実施形態にかかる構造部材を、高張力鋼板を用いて実現することも可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記の実施形態では、鋼板をプレス成形することにより得られたプレス成形体からなる構造部材の例を説明したが、構造部材の構成材料はかかる例に限定されない。例えば、構造部材は、鉄、アルミニウム、チタン、ステンレス等の鋼板以外の金属板をプレス成形することにより得られたプレス成形体であってもよい。

また、軸方向圧壊時の荷重伝達特性を高め、衝撃エネルギ吸収量を増加させることができるという効果を得るには、プレス成形以外の方法によって成形された金属製の構造部材であってもよい。さらに、かかる効果を得るには、構造部材が樹脂材料や炭素繊維等の強化繊維を含有する繊維強化樹脂からなっていてもよい。

また、上記の実施形態では、構造部材の用途として自動車や電車、自動二輪車等の車両の車台や、船舶の船体を例示したが、本発明はかかる例に限定されない。構造部材は、軸方向に衝撃荷重が負荷され得る構造体であれば、その他の機械や建物等の構造物に用いられてもよい。

１０ 第１の部材（自動車車体用構造部材、プレス成形体）
１１ 溝底部
１２ａ，１２ｂ 稜線部
１３ａ，１３ｂ 縦壁部
１４ａ，１４ｂ 曲面部
１５ａ，１５ｂ フランジ部
１６ 外向き連続フランジ
１７ 立ち上がり曲面部
１８ 第２の部材
２３ 外向き連続フランジ
２４ 外向きフランジ
２９ 剛体壁
５０，６０，７０，８０，９０ 解析モデル
５１，６１ プレス成形体
１００ 接合構造体
Ｔ 先拡がり部
Ｗ 溝底部の幅
Ｗａ 外向き連続フランジの根元部分の溝底部の幅
Ｗｂ 根元部分から任意の距離の位置の溝底部の幅

Claims (7)

1. 所定方向に延びる長尺に形成され、溝底部と、前記溝底部の幅方向の両端に連続する二つの稜線部と、前記稜線部にさらに連なる二つの縦壁部とを有する金属製の構造部材において、
   前記所定方向の端部に、少なくとも前記溝底部、前記稜線部及び前記縦壁部に亘って連続して形成された外向き連続フランジを有し、
   前記溝底部の幅が、前記外向き連続フランジを有する端部から離れるにつれて縮小しており、
   下記式（１）で定義される前記溝底部の幅の縮小度合いを示す値Ｓ（ｍｍ ^−１ ）が０．０００２〜０．００１８の範囲内の値である、構造部材。
   Ｓ（ｍｍ ^−１ ）＝｛（Ｗａ−Ｗｂ）／Ｗａ｝／Ｌ … （１）
   Ｗａ：前記外向き連続フランジを有する端部の根元部分における前記溝底部の幅
   Ｗｂ：前記溝底部の幅が縮小している範囲における前記根元部分からの任意の距離Ｌの位置における前記溝底部の幅
2. 前記稜線部は直線状である、請求項１に記載の構造部材。
3. 前記外向き連続フランジを有する端部から１００ｍｍ以上の長さの範囲において、前記溝底部の幅が縮小する、請求項１又は２に記載の構造部材。
4. 前記構造部材は、前記外向き連続フランジを介して、抵抗スポット溶接、レーザ貫通溶接、隅肉アーク溶接又は接着剤による接着、あるいはこれらを併用した接合により、他の部材に接合される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の構造部材。
5. 前記構造部材が、引張強度が３９０ＭＰａ以上の高張力鋼板からなる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の構造部材。
6. 前記構造部材が、車両用構造部材である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の構造部材。
7. 前記車両用構造部材が、フロアクロスメンバ、サイドシル、フロントサイドメンバ又はフロアトンネルブレースである、請求項６に記載の構造部材。