JP6737423B1 - 骨格部材 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2018年10月12日に、日本に出願された特願2018−193175号と、2019年2月15日に、日本に出願された特願2019−025366号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
(1)本発明の第一の態様は、長手方向に延びるコーナ部と、当該コーナ部の短手方向の端部から延在する縦壁部とを含む骨格部材であって、前記コーナ部の曲げ内側または曲げ外側の少なくともいずれか一方の表面から板厚方向に軟化層が設けられ、前記軟化層は、前記コーナ部から前記縦壁部の短手方向長さの1/2以上の長さの領域に亘って前記縦壁部に延在し、前記軟化層が設けられた部分における板厚方向の中心部の硬度は400Hv以上であり、前記軟化層は、前記軟化層が設けられた部分における前記板厚方向の中心部の硬度よりも少なくとも10Hv低い硬度を有する領域であり、前記軟化層の厚さは、前記軟化層が設けられた部分における前記板厚の2%以上20%未満であり、前記表面における前記軟化層の硬度が、前記軟化層が設けられた部分における前記板厚方向の中心部の硬度の0.5倍以上0.9倍未満であり、前記軟化層は、前記板厚方向において、前記表面から前記軟化層の厚さの40%までの領域である第一の硬さ変化領域と、前記軟化層のうち前記第一の硬さ変化領域ではない領域である第二の硬さ変化領域とを有し、前記第一の硬さ変化領域における板厚方向の硬さ変化の絶対値ΔHv1は、前記第二の硬さ変化領域における板厚方向の硬さ変化の絶対値ΔHv2よりも大きく、前記コーナ部の曲げ半径Rが、前記コーナ部の板厚tに対して、R/t≦2.5である骨格部材である。
(2)上記(1)に記載の骨格部材では、前記第一の硬さ変化領域の前記板厚方向の硬さ変化の絶対値ΔHv1は、100Hv以上200Hv未満であってもよい。
(3)上記(1)又は(2)に記載の骨格部材では、前記軟化層は、前記コーナ部の前記曲げ外側に設けられてもよい。
(4)上記(1)〜(3)のいずれか一項に記載の骨格部材では、前記軟化層は、前記コーナ部の前記曲げ内側と前記曲げ外側の両方に設けられてもよい。
(5)上記(1)〜(4)のいずれか一項に記載の骨格部材では、前記縦壁部は、前記コーナ部の一端部から延在され、前記骨格部材は、前記コーナ部の他端部から延在された平板部をさらに含み、前記軟化層は、前記コーナ部から前記平板部の短手方向長さの1/2以上の長さの領域に亘って前記平板部に延在してもよい。
(6)上記(1)〜(5)のいずれか一項に記載の骨格部材では、前記縦壁部は、前記コーナ部の一端部から延在され、前記骨格部材は、前記コーナ部の他端部から延在された平板部をさらに含み、前記平板部の中心の板厚方向において、前記平板部の表面から70μmの深さの位置における硬度が、前記板厚方向の中心部の硬度の0.9倍以下であってもよい。
(7)上記(6)記載の骨格部材では、前記平板部の表面は、前記平板部における、前記コーナ部の曲げ内側と連続する表面であってもよい。
[骨格部材の全体構造]
まず、図1を参照して、本発明の第1の実施形態に係る骨格部材の一例の部分構造について説明する。図1は、本実施形態に係る骨格部材の一例を示す部分斜視図である。骨格部材10は、一例として、図1に示すY方向を長手方向として延在され、長手方向断面(X−Z平面)が、X方向に開口された略ハット形状となっている部材である。骨格部材10は、一例として、平板部11と、平板部11からコーナ部13を介して延在された壁部としての縦壁部15と、縦壁部15のコーナ部13とは反対側の端部から屈曲されたフランジ部17とを含んでいる。また、骨格部材10において、少なくともコーナ部13および縦壁部15は、後述する軟化層20を有する。
次に、図2〜図5、図6A、図6Bを参照して、本実施形態に係るコーナ部13を含む領域の構成について説明する。図2は、本実施形態に係るコーナ部13を含む領域のX−Z平面断面図である。図3〜5は、本実施形態に係る骨格部材のX−Z平面断面図である。コーナ部13は、平板部11と縦壁部15との間に存在する屈曲部であり、後述する所定の曲げ半径Rを有する。コーナ部13は、図2に示すように、X−Z平面断面視で、曲げ内側におけるR止まり点A1、A2、曲げ外側におけるR止まり点A3、A4により区画される領域に形成されている。
尚、引張強度で1470MPa以上(例えば1.5GPa級、1.8GPa級またはそれ以上)の骨格部材10を製造する場合には、R/t≦2.5を満たすコーナ部13を得るために、ホットスタンプ工法を用いることが好ましい。
縦壁部15は、コーナ部13のR止まりを含む端部から板厚方向と直交する方向に延在されている。縦壁部15のコーナ部13と反対側の端部は、外方に屈曲されており、屈曲部を介してフランジ部17が延在されていてもよい。すなわち、骨格部材10は、図1におけるX−Z断面において、略ハット形状に形成され得る。
骨格部材10の表面側において、少なくともコーナ部13および縦壁部15には軟化層20が形成されている。軟化層20は、骨格部材10の長手方向(図1のY方向)に亘って、連続的に形成されていてもよいし、部分的に形成されていてもよい。また、軟化層20は、骨格部材10の表面から板厚方向に所定の深さに亘って形成されている。本実施形態に係る骨格部材10では、軟化層20の厚さは、骨格部材10の板厚の2%以上20%未満である。ここで、板厚とは、軟化層20と後述する板厚方向の中心部30とを含めた、骨格部材10の板厚方向の全体厚さを指す。
一方、軟化層20の厚さが、骨格部材10の板厚の2%未満になると、骨格部材10における軟化層20の割合が少なく、変形能が十分に発揮されない。軟化層20の厚さは、骨格部材10の板厚の5%以上であることが好ましく、8%以上であることが更に好ましい。
一方、表面の硬度が板厚方向の中心部30の硬度に対して0.9倍以上となると、変形能を十分に向上させることが困難となる。軟化層20は、骨格部材10の表面において、板厚方向の中心部30の硬度に対して、0.8倍未満の硬度を有していることが好ましい。
板厚方向の中心部30の硬度の上限は特に規定しないが、骨格部材10の成形性等を鑑みれば、800Hvであることが好ましく、700Hvであることが更に好ましい。
板厚方向の中心部30の硬度の測定方法は以下の通りである。試料の板面に垂直な断面を採取し、測定面の試料調製を行い、硬さ試験に供する。測定面の調製方法は、JIS Z 2244:2009に準じて実施する。#600から#1500の炭化珪素ペーパーを使用して測定面を研磨した後、粒度1μmから6μmのダイヤモンドパウダーをアルコール等の希釈液や純水に分散させた液体を使用して鏡面に仕上げる。硬さ試験は、JIS Z 2244:2009に記載の方法で実施する。マイクロビッカース硬さ試験機を用いて、試料の板厚の1/2位置に、荷重1kgfで、圧痕の3倍以上の間隔で10点測定し、その平均値を板厚方向の中心部30の硬度とする。
Δa:第一の硬さ変化領域における板厚方向の硬さの変化の勾配(Hv/%)
ai:i番目の測定点における表面からの距離が軟化層全体の厚さに占める割合(%)
ci:aiにおけるビッカース硬さ(Hv)
n:第一の表面側第一の硬さ変化領域に含まれる全ての測定点の合計
である。
ΔA:第二の硬さ変化領域における板厚方向の硬さの変化の勾配(Hv/%)
Ai:i番目の測定点における表面からの距離が軟化層全体の厚さに占める割合(%)
Ci:Aiにおけるビッカース硬さ(Hv)
N:第一の表面側第二の硬さ変化領域に含まれる全ての測定点の合計
である。
図8は、本実施形態に係る骨格部材10の作用効果を説明するための荷重−ストローク線図である。
曲線aは、適切な軟化層を設け、R/tを2.0に設定し、絶対値ΔHv1を150Hvに設定した骨格部材を想定した荷重−ストローク線図である。
曲線bは、適切な軟化層を設け、R/tを2.0に設定し、絶対値ΔHv1を70Hvに設定した骨格部材を想定した荷重−ストローク線図である。
曲線cは、適切な軟化層を設け、R/tを5.0に設定し、絶対値ΔHv1を150Hvに設定した骨格部材を想定した荷重−ストローク線図である。
曲線dは、軟化層を設けず、R/tを2.0に設定した骨格部材を想定した荷重−ストローク線図である。
本実施形態に係る骨格部材10によれば、R/tを2.5以下とし、且つ、コーナ部13と、縦壁部15の少なくとも一部とに軟化層20を設けたことで、曲線a又は曲線bに示すように、ストローク初期からストローク後期に亘り、衝突時の曲げ特性が向上し、ストローク後期において緩やかなカーブで荷重を落とすことができる。すなわち、変形能を向上させることができる。
以上、本発明の第1の実施形態に係る骨格部材について説明した。ここから、図9を参照しながら本実施形態の一の変形例について説明する。本変形例では、骨格部材10のコーナ部13の間に延設された平板部11が軟化層20を有する点に特徴がある。
以上、本発明の第1の実施形態に係る一の変形例について説明した。ここから、図10および図11を参照しながら、本実施形態の他の変形例について説明する。本変形例では、コーナ部13の曲げ内側にパッチ材40が取り付けられている点に特徴がある。
以上、本発明の第1の実施形態に係るいくつかの変形例について説明した。ここから、図12A、図12B、図13A、および図13Bを参照しながら、本実施形態のその他の変形例について説明する。本変形例では、平板部11の中心の板厚方向において、表面から70μmの深さの位置において硬度が所定の範囲に設定されている点に特徴がある。
続いて、本発明の第2の実施形態に係る骨格部材について図14および図15を参照しながら説明する。本実施形態に係る骨格部材と第1の実施形態に係る骨格部材とは、骨格部材の短手方向断面の形状で相違する。
以上、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明した。ここから、図16を参照して本発明の実施形態に係る骨格部材の適用例について説明する。図16は、本発明の実施形態に係る骨格部材10、100が適用される一例としての自動車骨格を示す図である。骨格部材10、100は、キャビン骨格または衝撃吸収骨格として自動車骨格を構成し得る。キャビン骨格としての骨格部材10、100の適用例は、ルーフセンタリーンフォース201、ルーフサイドレール203、Bピラー207、サイドシル209、トンネル211、Aピラーロア213、Aピラーアッパー215、キックリーンフォース227、フロアクロスメンバ229、アンダーリーンフォース231、フロントヘッダ233等が挙げられる。
骨格部材10、100の平板部11、151の反対側において、支点間距離を600mmとして骨格部材10、100を支持し、平板部11、151側に対して半径150mmのインパクタを準静的に押し込み、押し込み量と荷重の値を算出し、エネルギー吸収量を得た。また、押し込みの際に、後述するストローク中期において縦壁部に割れが生じたか否かを併せて判定した。耐荷重の指標である荷重特性、および耐荷重と変形能の指標であるエネルギー吸収特性の評価基準は以下のとおりである。
・A:ストローク初期に第1のピークを示し、ストローク中期、ストローク後期にわたって高い耐荷重を維持し、ストローク後期において第2のピークを示す。第2のピーク後は耐荷重が緩やかに低下する。
・B:ストローク初期に第1のピークを示し、ストローク中期、ストローク後期にわたって高い耐荷重を維持し、ストローク後期において、第2のピークを示す。
・C:ストローク中期、ストローク後期に高い荷重を維持し、ストローク後期においてピークを示す。
・D:ストローク中期、ストローク後期に高い荷重を維持する。
・E:いずれの期においても低い荷重を示す、または割れの発生により最大荷重が低い。
尚、A〜Cを合格水準とした。
・A:ストローク全体にわたって高い荷重を維持した結果、十分にエネルギー吸収できる水準。
・B:ストローク全体にわたって高い荷重を維持できなかった結果、十分にエネルギーを吸収できない水準。
・C:ストローク全体にわたって低い荷重を維持、または割れの発生により十分にエネルギーを吸収できない水準。
尚、Aを合格水準とした。
また、実施例9においては、片面側のみに軟化層を設けた場合であっても、十分な荷重特性およびエネルギー吸収特性が得られた。
比較例4においては、軟化層が板厚の1%しか設けられなかったため、最大荷重に到達する前に割れが生じた。このため、十分な荷重特性およびエネルギー吸収特性が得られなかった。
比較例9〜11においては、R/tが2.5超であったため、ストローク初期からストローク後期に亘り高い荷重を維持することができなかった。
比較例12においては、R/tが2.5以下であるものの軟化層を有さないため、ストローク後期において割れが生じ、高い最大荷重を確保することができなかった。その結果、十分な荷重特性およびエネルギー吸収特性が得られなかった。
11 平板部
13 コーナ部
15 縦壁部
17 フランジ部
20 軟化層
21 第一の硬さ変化領域
22 第二の硬さ変化領域
30 板厚方向の中心部
Claims (7)
- 長手方向に延びるコーナ部と、当該コーナ部の短手方向の端部から延在する縦壁部とを含む骨格部材であって、
前記コーナ部の曲げ内側または曲げ外側の少なくともいずれか一方の表面から板厚方向に軟化層が設けられ、
前記軟化層は、前記コーナ部から前記縦壁部の短手方向長さの1/2以上の長さの領域に亘って前記縦壁部に延在し、
前記軟化層が設けられた部分における板厚方向の中心部の硬度は400Hv以上であり、前記軟化層は、前記軟化層が設けられた部分における前記板厚方向の中心部の硬度よりも少なくとも10Hv低い硬度を有する領域であり、
前記軟化層の厚さは、前記軟化層が設けられた部分における前記板厚の2%以上20%未満であり、
前記表面における前記軟化層の硬度が、前記軟化層が設けられた部分における前記板厚方向の中心部の硬度の0.5倍以上0.9倍未満であり、
前記軟化層は、前記板厚方向において、前記表面から前記軟化層の厚さの40%までの領域である第一の硬さ変化領域と、前記軟化層のうち前記第一の硬さ変化領域ではない領域である第二の硬さ変化領域とを有し、
前記第一の硬さ変化領域における板厚方向の硬さ変化の絶対値ΔHv1は、前記第二の硬さ変化領域における板厚方向の硬さ変化の絶対値ΔHv2よりも大きく、
前記コーナ部の曲げ半径Rが、前記コーナ部の板厚tに対して、R/t≦2.5である、
骨格部材。 - 前記第一の硬さ変化領域の前記板厚方向の硬さ変化の絶対値ΔHv1は、100Hv以上200Hv未満である、請求項1に記載の骨格部材。
- 前記軟化層は、前記コーナ部の前記曲げ外側に設けられる請求項1または2に記載の骨格部材。
- 前記軟化層は、前記コーナ部の前記曲げ内側と前記曲げ外側の両方に設けられる、請求項1〜3のいずれか一項に記載の骨格部材。
- 前記縦壁部は、前記コーナ部の一端部から延在され、
前記骨格部材は、前記コーナ部の他端部から延在された平板部をさらに含み、
前記軟化層は、前記コーナ部から前記平板部の短手方向長さの1/2以上の長さの領域に亘って前記平板部に延在する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の骨格部材。 - 前記縦壁部は、前記コーナ部の一端部から延在され、
前記骨格部材は、前記コーナ部の他端部から延在された平板部をさらに含み、
前記平板部の中心の板厚方向において、前記平板部の表面から70μmの深さの位置における硬度が、前記板厚方向の中心部の硬度の0.9倍以下である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の骨格部材。 - 前記平板部の表面は、前記平板部における、前記コーナ部の曲げ内側と連続する表面である、請求項6に記載の骨格部材。
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