JP6791370B2 - 自動車用の構造部材およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動車用の構造部材およびその製造方法に関する。

自動車の車体は、結合された各種の構造部材によって構成されている。ほとんどの構造部材は、鋼板をプレス成形することによって形成される。近年、自動車の構造部材（特に長尺部材）では、衝突安全性能を高めるため、三点曲げ試験における特性が高いことが求められている。そのため、様々な提案が従来からなされてきた。

たとえば、特許文献１（特開２００８−２６５６０９号公報）および特許文献２（特開２００８−１５５７４９号公報）の図には、鋼板が３重に折り重ねられた部分を含む衝撃吸収部材が開示されている。

特許文献３（特開２０１１−６７８４１号公報）は、衝突安全性が高い部品の例として、断面における稜線の数が多い断面ハット状部品を挙げている。特許文献４（特開２０１３−２７８９４号公報）には、天壁部と縦壁部との連結部に形成された補強部を有するフレーム部品が開示されている。この補強部は、筒状に丸められた重ね合わせ部からなる。

特許文献５（特許第５３７５０８６号公報）は、ロールフォーミングによって成形された中空フレーム体を開示している。この中空フレーム体の圧縮荷重を受ける辺部には、山形に重なるように折りたたまれた内向きリブが設けられる。

特開２００８−２６５６０９号公報 特開２００８−１５５７４９号公報 特開２０１１−６７８４１号公報 特開２０１３−２７８９４号公報 特許第５３７５０８６号公報

三点曲げ試験における特性が高い構造部材を用いることによって、自動車の衝突安全性能を高めたり自動車を軽量化したりすることが可能である。そのため、現在、三点曲げ試験における特性が高い新たな構造部材が求められている。このような状況において、本発明の目的は、三点曲げ試験における特性が高い構造部材を提供することである。

本発明の一実施形態による構造部材は、１枚の鋼板で形成された開断面のプレス成形品を含む自動車用の構造部材である。前記プレス成形品は、２つの縦壁部と、前記２つの縦壁部を結ぶ天板部と、を含む。前記天板部の少なくとも一部には、前記天板部から続く前記鋼板が重ね合わされて突出している突出部が形成されている。前記突出部は、前記プレス成形品の内側に向かうように、且つ、前記プレス成形品の長手方向に沿って延びるように、前記天板部から突出している。

本発明の一実施形態による製造方法は、本実施形態の、自動車用の構造部材の製造方法である。この製造方法は、前記２つの縦壁部となる２つの第１の部分、前記天板部となる２つの第２の部分、および前記突出部となる第３の部分を含む予備成形品を、１枚の素材鋼板を変形させることによって形成する第１工程と、前記予備成形品をプレス成形することによって前記２つの縦壁部と前記天板部と前記突出部とを形成する第２工程とを含む。前記第３の部分は、前記２つの第２の部分の間に配置され、且つ、前記２つの第２の部分よりも前記予備成形品の内側に向かって膨らんでいる。前記第２工程は、前記第３の部分を挟むように、前記予備成形品の内側に２つの可動パンチを配置する工程（ｉ）と、前記２つの可動パンチを前記２つの第１の部分の外側から押すことによって、前記２つの可動パンチで前記第３の部分を挟んで前記突出部を形成する工程（ｉｉ）とを含む。

本発明によれば、三点曲げ試験における特性が高い構造部材が得られる。本発明による構造部材を用いることによって、自動車の衝突安全性能を高めたり自動車を軽量化したりすることが可能である。

図１は、本実施形態の構造部材の一例を模式的に示す斜視図である。 図２は、図１に示した構造部材の断面を模式的に示す図である。 図３は、本実施形態の構造部材の他の一例を模式的に示す断面図である。 図４Ａは、本実施形態の構造部材の他の一例を模式的に示す断面図である。 図４Ｂは、本実施形態の構造部材の他の一例を模式的に示す断面図である。 図４Ｃは、図４Ｂに示した断面を有する本実施形態の構造部材の一例を模式的に示す斜視図である。 図４Ｄは、図４Ｂに示した断面を有する本実施形態の構造部材の他の一例を模式的に示す斜視図である。 図４Ｅは、本実施形態の構造部材の他の一例を模式的に示す断面図である。 図４Ｆは、本実施形態の構造部材の他の一例を模式的に示す断面図である。 図５は、本実施形態の製造方法で製造される予備成形品の一例を模式的に示す断面図である。 図６Ａは、第２工程の開始時の状態を模式的に示す図である。 図６Ｂは、第２工程の途中の状態を模式的に示す図である。 図６Ｃは、第２工程の終了時の状態を模式的に示す図である。 図７Ａは、実施例１のシミュレーションで仮定した本発明例のサンプル２を模式的に示す断面図である。 図７Ｂは、実施例１のシミュレーションで仮定した本発明例のサンプル３を模式的に示す断面図である。 図７Ｃは、実施例１のシミュレーションで仮定した比較例のサンプル１を模式的に示す断面図である。 図７Ｄは、実施例１のシミュレーションで仮定した比較例のサンプル４を模式的に示す断面図である。 図８は、実施例１でシミュレーションした三点曲げ試験を模式的に示す図である。 図９は、実施例１のシミュレーション結果の一例を示すグラフである。 図１０は、実施例１のシミュレーション結果の他の一例を示すグラフである。 図１１Ａは、実施例１の試験におけるサンプル１の変形の一例を模式的に示す断面図である。 図１１Ｂは、実施例１の試験におけるサンプル２の変形の一例を模式的に示す断面図である。

鋭意検討した結果、本願発明者は、特定の構造によって、三点曲げ試験における特性が向上することを新たに見出した。本発明は、この新たな知見に基づくものである。

以下、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の説明では本発明の実施形態について例を挙げて説明するが、本発明は以下で説明する例に限定されない。以下の説明では、具体的な数値や材料を例示する場合があるが、本発明の効果が得られる限り、他の数値や材料を適用してもよい。この明細書において、「断面」という用語は、特に記載がない限り、プレス成形品（Ｐ）が延びる方向（長手方向）に垂直な断面を意味する。

（自動車用の構造部材）
本実施形態の構造部材は、自動車用の構造部材である。この構造部材は、１枚の鋼板で形成された開断面のプレス成形品を含む。これらの構造部材およびプレス成形品をそれぞれ、以下では「構造部材（Ｓ）」および「プレス成形品（Ｐ）」と称する場合がある。

プレス成形品（Ｐ）は、２つの縦壁部と、２つの縦壁部を結ぶ天板部と、を含む。天板部の少なくとも一部には、天板部から続く鋼板が重ね合わされて突出している突出部が形成されている。当該突出部を、以下では「突出部（Ｑ）」と称する場合がある。突出部（Ｑ）は、プレス成形品（Ｐ）の内側に向かうように、且つ、プレス成形品（Ｐ）の長手方向に沿って延びるように、天板部から突出している。

プレス成形品（Ｐ）の内側とは、２つの縦壁部、天板部、および、２つの縦壁部の端部を結ぶ仮想の面によって囲まれた領域を意味する。

プレス成形品（Ｐ）は、１枚の鋼板（素材鋼板）を変形させることによって形成できる。材料となる素材鋼板については後述する。

突出部（Ｑ）を除くプレス成形品（Ｐ）の断面は、底部がほぼ平らなＵ字状の部分を含んでもよい。プレス成形品（Ｐ）が後述するフランジ部を含む場合、突出部（Ｑ）を除くプレス成形品（Ｐ）の断面は、略ハット状であってもよい。

衝突安全性および軽量化の観点から、プレス成形品（Ｐ）を構成する鋼板の引張強度は高いことが好ましい。鋼板の引張強度は３４０ＭＰａ以上（たとえば、４９０ＭＰａ以上、５９０ＭＰａ以上、７８０ＭＰａ以上、９８０ＭＰａ以上、または１２００ＭＰａ以上）であってもよい。引張強度の上限に限定はなく、２５００ＭＰａ以下であってもよい。

通常、プレス成形品（Ｐ）は、全体としては細長い形状を有する。縦壁部、天板部、および後述するフランジ部は、いずれもプレス成形品（Ｐ）の長手方向に沿って延びている。突出部（Ｑ）は、プレス成形品（Ｐ）の長手方向全体にわたって形成されていてもよいし、プレス成形品（Ｐ）の長手方向の一部のみに形成されていてもよい。

天板部は、２つの縦壁部を連結する。別の観点では、天板部は、２つの縦壁部を連結する横壁部である。そのため、この明細書において、天板部を横壁部と読み替えることが可能である。横壁部（天板部）を下方に向けてプレス成形品（Ｐ）を配置した場合、横壁部を底板部と呼ぶことも可能である。しかし、この明細書では、横壁部を上方に配置した場合を基準として、横壁部を天板部と称する。

天板部と縦壁部とがなす角度は、通常、９０°またはその近傍である。当該角度は、９０°未満であってもよいが、通常は９０°以上であり、９０°〜１５０°の範囲にあってもよい。２つの縦壁部のそれぞれと天板部とがなす２つの角度は、異なっていてもよいが、ほぼ同じ（両者の差が１０°以内）であることが好ましく、同じであってもよい。

突出部（Ｑ）で重ね合わされている鋼板同士は通常、密着している。それら鋼板同士の間に隙間があったとしてもごく狭い隙間であり、隙間の間隔はたとえば１ｍｍ以下であり、好ましくは０．５ｍｍ以下である。従来のプレス成形品には、天板部に溝状の凹部が形成されているものがあるが、本実施形態の突出部（Ｑ）は、溝状の凹部とは異なる。

通常、天板部には、突出部（Ｑ）が１つだけ形成される。ただし、複数の突出部（Ｑ）が天板部に形成されてもよい。通常、突出部（Ｑ）は、天板部に対して垂直に突出するように形成される。

突出部（Ｑ）の幅ＷＱは、縦壁部の高さＨＴの０．０５〜０．９５倍の範囲にあってもよいし、０．０５〜１．５０の範囲にあってもよい。当該倍率が１．０より大きい場合は、幅ＷＱが縦壁部の高さＨＴよりも大きい。幅ＷＱおよび高さＨＴについては、図２で説明する。

突出部（Ｑ）は、天板部の幅方向の中央に形成されていてもよい。あるいは、突出部（Ｑ）は、天板部の幅方向の中央ではない位置に形成されていてもよい。

天板部の幅を幅ＷＴとし、突出部（Ｑ）が天板部の幅方向の中央ＣＴから距離Ｌだけ離れているとする。このとき、距離Ｌは、幅ＷＴの０．０５〜０．４５倍の範囲にあってもよい。幅ＷＴおよび距離Ｌについては、図３で説明する。

突出部（Ｑ）で重ね合わされている鋼板同士は固定されていてもよい。たとえば、突出部（Ｑ）で重ね合わされている鋼板同士は溶接されていてもよいし、他の方法で固定されていてもよい。溶接の例には、抵抗スポット溶接、レーザー溶接、およびアーク溶接が含まれる。

プレス成形品（Ｐ）は、２つの縦壁部の端部から延びる２つのフランジ部を含んでもよい。この場合、突出部（Ｑ）を除くプレス成形品（Ｐ）の断面は、たとえば略ハット状である。フランジ部は通常、天板部とほぼ平行な方向に延びる。

本実施形態の構造部材（Ｓ）は、他の部材をさらに含んでもよい。当該他の部材を、以下では、「部材（Ｍ）」または「他の部材（Ｍ）」と称する場合がある。部材（Ｍ）は、プレス成形品（Ｐ）に固定されている。部材（Ｍ）の固定方法に限定はなく、溶接であってもよいし、他の固定方法であってもよい。溶接の例には、上述した例が含まれる。

部材（Ｍ）は、プレス成形品と部材（Ｍ）とが閉断面を構成するように、プレス成形品（Ｐ）に固定されていてもよい。換言すれば、部材（Ｍ）が、開断面のプレス成形品（Ｐ）の開口部を閉じてもよい。たとえば、プレス成形品と部材（Ｍ）とが閉断面を構成するように、部材（Ｍ）がプレス成形品（Ｐ）の２つのフランジ部に固定されていてもよい。別の観点では、プレス成形品（Ｐ）と部材（Ｍ）とが中空体を構成するように、プレス成形品（Ｐ）の２つのフランジ部に部材（Ｍ）が固定されていてもよい。

部材（Ｍ）は、金属板であってもよく、たとえば鋼板であってもよい。部材（Ｍ）は、プレス成形品（Ｐ）を構成する鋼板と同種の鋼板で形成されてもよい。部材（Ｍ）は、裏板と呼ばれるような板状の部材であってもよいし、プレス成形された成形品であってもよい。たとえば、部材（Ｍ）は、２つのフランジ部を有するプレス成形品（Ｐ）と同種の形状を有してもよい。その場合、プレス成形品（Ｐ）の２つのフランジ部と、部材（Ｍ）の２つのフランジ部とを固定できる。

本実施形態の構造部材（Ｓ）は、バンパー、サイドシル、センターピラー、Ａピラー、ルーフレール、ルーフアーチ、ベルトラインレインフォースメント、またはドアインパクトビームであってもよい。あるいは、構造部材（Ｓ）は、自動車用の他の構造部材であってもよい。

（自動車用の構造部材の製造方法）
本実施形態の製造方法について以下に説明する。この製造方法は、本実施形態の構造部材（Ｓ）を製造する方法である。なお、本実施形態の構造部材（Ｓ）について説明した事項は、本実施形態の製造方法に適用できるため、重複する説明を省略する場合がある。同様に、本実施形態の製造方法について説明した事項は、本実施形態の構造部材（Ｓ）に適用できる。

本実施形態の製造方法は、第１工程と第２工程とを含む。第１工程は、２つの縦壁部となる２つの第１の部分、天板部となる２つの第２の部分、および突出部となる第３の部分を含む予備成形品を、１枚の素材鋼板を変形させることによって形成する工程である。典型的には、予備成形品において、第１〜第３の部分の間には明確な境界がない。しかし、それらの間に何らかの境界があってもよい。第１工程に特に限定はなく、公知のプレス成形によって行ってもよい。

第２工程は、予備成形品をプレス成形することによって２つの縦壁部と天板部と突出部とを形成する工程である。第３の部分は、２つの第２の部分の間に配置され、且つ、２つの第２の部分よりも予備成形品の内側に向かって膨らんでいる。ここで、「予備成形品の内側」は、上述したプレス成形品（Ｐ）の内側に対応する領域を意味する。

第２工程は、工程（ｉ）と工程（ｉｉ）とを含む。工程（ｉ）は、第３の部分を挟むように、予備成形品の内側に２つの可動パンチを配置する工程である。一例では、２つの可動パンチは、第１の部分および第２の部分に沿うように配置される。

工程（ｉｉ）は、２つの可動パンチを２つの第１の部分の外側から押すことによって、２つの可動パンチで第３の部分を挟んで突出部を形成する工程である。このようにして第２工程が実施され、プレス成形品（Ｐ）が得られる。第２工程によって得られたプレス成形品（Ｐ）は、さらに後処理されてもよい。

以下では、出発材料である鋼板（素材鋼板）を「ブランク」と称する場合がある。ブランクは通常、平板状の鋼板であり、形成されるプレス成形品（Ｐ）の形状に応じた平面形状を有する。ブランクの厚さおよび物性は、プレス成形品に求められる特性に応じて選択される。ブランクの厚さは、たとえば０．４ｍｍ〜４．０ｍｍの範囲にあってもよく、０．８ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲にあってもよい。プレス成形品（Ｐ）の肉厚は、ブランクの厚さと加工工程とによって決まり、ここで例示したブランクの厚さの範囲にあってもよい。

ブランクは、引張強度が３４０ＭＰａ以上（たとえば、４９０ＭＰａ以上、５９０ＭＰａ以上、７８０ＭＰａ以上、９８０ＭＰａ以上、または１２００ＭＰａ以上）の高張力鋼板（ハイテン材）であることが好ましい。構造部材の軽量化を図るためには、ブランクの引張強度が高いことが好ましく、５９０ＭＰａ以上（たとえば９８０ＭＰａ以上、または１１８０ＭＰａ以上）であることがより好ましい。ブランクの引張強度の上限に限定はなく、一例では２５００ＭＰａ以下である。プレス成形品（Ｐ）の引張強度は、通常はブランクの引張強度と同等かそれよりも高く、ここで例示した範囲にあってもよい。部材（Ｍ）が鋼板からなる場合には、その鋼板の厚さおよび引張強度も、上記の例示範囲から選択することが可能である。

素材鋼板（ブランク）の引張強度が５９０ＭＰａ以上である場合、第２工程がホットスタンピング（熱間プレス）によって行われてもよい。ブランクの引張強度が高い場合、冷間プレスでは突出部の先端部で割れが生じやすくなる。そのため、引張強度が５９０ＭＰａ以上（たとえば７８０ＭＰａ以上）のブランクを用いる場合には、第２工程をホットスタンピングによって行うことが好ましい。もちろん、引張強度が５９０ＭＰａ未満のブランクを用いる場合でも、第２工程をホットスタンピングによって行ってもよい。ホットスタンピングを行う場合、それに適した公知の組成を有するブランクを用いてもよい。

ブランクの引張強度が５９０ＭＰａ以上で肉厚が１．４ｍｍ以上の場合には、突出部で割れが生じることを抑制するために、第２工程をホットスタンピングで行うことが特に好ましい。同様の理由で、ブランクの引張強度が７８０ＭＰａ以上で肉厚が０．８ｍｍ以上である場合には、第２工程をホットスタンピングで行うことが特に好ましい。加熱した鋼板は延性が高くなるため、第２工程をホットスタンピングで行う場合、ブランクの肉厚が３．２ｍｍであっても割れが生じることが少ない。

第１工程での変形は、通常、それほど大きくはない。そのため、ブランクの引張強度とは無関係に、第１工程は、通常、冷間加工（たとえば冷間プレス）で行うことができる。冷間加工を行うことによって、プレス成形品を精度よく成形することができる。また、冷間加工を行うことによって、ブランクを加熱する工程が省略でき、生産効率が高まる。ただし、必要に応じて第１工程を熱間加工（たとえばホットスタンピング）で行ってもよい。第１工程および第２工程のうち少なくとも第２工程がホットスタンプであることが好ましい。好ましい一例では、第１工程を冷間加工で行い、第２工程をホットスタンピングで行う。

ホットスタンピングの一例について以下に説明する。ホットスタンピングを行う場合、まず、被加工物（ブランクまたは予備成形品）を所定の焼入れ温度まで加熱する。焼入れ温度は、被加工物がオーステナイト化するＡ３変態点（より具体的にはＡｃ３変態点）よりも高い温度であり、たとえば９１０℃以上であってもよい。次に、加熱した被加工物を、プレス装置でプレスする。被加工物は加熱されているため、大きく変形させても割れが生じにくい。被加工物をプレスする際に被加工物を急冷する。この急冷によって、プレス加工の際に被加工物が焼入れされる。被加工物の急冷は、金型を冷却したり、金型から被加工物に向けて水を噴出させたりすることによって実施できる。ホットスタンピングの手順（加熱およびプレス等）およびそれに用いられる装置に特に限定はなく、公知の手順および装置を用いてもよい。

以下では、本実施形態について図面を参照しながら説明する。以下で説明する実施形態は例示であり、以下の実施形態の構成の少なくとも一部を、上述した構成に置き換えることができる。以下の図面では、同様の部分に同一の符号を付して重複する説明を省略する場合がある。さらに、以下の図面では、理解を容易にするために突出部で重ね合わされている鋼板の間に隙間を図示する場合があるが、通常、突出部で重ね合わされている鋼板同士は密着している。同様に、固定されている２枚の鋼板の間に隙間を図示する場合がある。

（第１実施形態）
第１実施形態では、構造部材（Ｓ）の一例について説明する。第１実施形態の構造部材１００の斜視図を図１に模式的に示す。さらに、構造部材１００の長手方向に垂直な断面図を、図２に模式的に示す。なお、以下では、図２における上方（天板部側）をプレス成形品の上方と称し、図２における下方（フランジ部側）をプレス成形品の下方と称する場合がある。図１および図２に示す一例では、構造部材（Ｓ）がプレス成形品（Ｐ）のみからなり、プレス成形品（Ｐ）がフランジ部を含む。しかし、本実施形態の構造部材（Ｓ）は、他の部材（Ｍ）を含んでもよいし、フランジ部を含まなくてもよい。

構造部材１００（構造部材（Ｓ））は、プレス成形品１１０（プレス成形品（Ｐ））を含む。プレス成形品１１０は、１枚の鋼板で形成されている。プレス成形品１１０は、２つの縦壁部１１１と、２つの縦壁部を結ぶ天板部１１２と、を含む。天板部１１２には、天板部１１２から続く鋼板が重ね合わされて突出している突出部１１３（突出部（Ｑ））が形成されている。プレス成形品１１０は、さらに、２つの縦壁部１１１の端部から延びる２つのフランジ部１１４を含む。

プレス成形品１１０が２つのフランジ部１１４を含むことで、天板部１１２に荷重が負荷された際、フランジ部１１４近傍の縦壁部１１１の部材外側への倒れ込みを抑制する効果がある。換言すると、プレス成形品１１０にフランジ部１１４が無ければ、縦壁部１１１全体が部材外側に倒れ込み、プレス成形品１１０の強度が高まりにくい。つまり、プレス成形品１１０がサイドシル等である場合、衝突特性が高まりにくい。

突出部１１３は、プレス成形品１１０の内側に向かうように、且つ、プレス成形品１１０の長手方向に沿って延びるように、天板部１１２から突出している。突出部１１３は、天板部１１２の略中央部から、天板部１１２に対して略垂直に突出している。

突出部１１３の幅ＷＱ（天板部１１２から突出部１１３が突出している長さ）と縦壁部１１１の高さＨＴとは、上述した関係（比率）を満たしてもよい。ここで、縦壁部１１１の高さＨＴは、図２に示すように、縦壁部１１１の端部から天板部１１２までの長さである。

図１および図２には、突出部１１３が、天板部１１２の略中央に形成されている一例を示している。しかし、図３に示すように、天板部１１２の中央ではない位置に突出部１１３が形成されていてもよい。図３に示す突出部１１３は、天板部１１２の幅方向の中央ＣＴから距離Ｌだけ離れている。

構造部材１００は、プレス成形品１１０に加えて他の部材１２０（他の部材（Ｍ））を含んでもよい。他の部材１２０を含む構造部材の例を、図４Ａから図４Ｆに示す。図４Ａから図４Ｆに示す構造部材１００では、プレス成形品１１０と部材１２０とが閉断面を構成するように、部材１２０がプレス成形品１１０に固定されている。

図４Ａに示す構造部材１００は、板状の部材１２０を含む。部材１２０は、プレス成形品１１０の２つのフランジ部１１４に固定されている。

図４Ｂに示す構造部材１００は、断面が略ハット状の部材１２０を含む。部材１２０はプレス成形品であり、２つのフランジ部１２４を含む。プレス成形品１１０の内側と部材１２０の内側とが対向するように、プレス成形品１１０のフランジ部１１４と部材１２０のフランジ部１２４とが固定されている。

図４Ｂに示した断面を有する構造部材１００の一例の斜視図を図４Ｃに示し、他の一例の斜視図を図４Ｄに示す。図４Ｃの一例では、突出部１１３が、プレス成形品１１０の長手方向の全体にわたって形成されている。図４Ｄの一例では、突出部１１３が、プレス成形品１１０の長手方向の一部のみに形成されている。

図４Ｅに示す構造部材１００は、２つのプレス成形品１１０を含む。２つのプレス成形品１１０のうちの一方を、他の部材１２０とみなすことが可能である。２つのプレス成形品１１０の内側同士が対向するように、２つのプレス成形品１１０のフランジ部１１４同士が固定されている。

図４Ｆに示す構造部材１００のプレス成形品１１０は、フランジ部１１４を有さない。部材１２０は、２つの縦壁部１２１とそれらの縦壁部を結ぶ天板部１２２とを含む。図４Ｆに示す一例では、縦壁部に対する天板部の方向が同じ方向となるように、プレス成形品１１０の縦壁部１１１と部材１２０の縦壁部１２１とが固定されている。

図４Ａ〜図４Ｆでは、突出部１１３が天板部１１２の中央部に形成されている例を図示した。しかし、図３に示したように、突出部１１３は天板部１１２に中央部以外の位置に形成されてもよい。

（第２実施形態）
第２実施形態では、本実施形態の製造方法の一例について説明する。第２実施形態では図１および図２に示したプレス成形品１１０を製造する一例について説明するが、他のプレス成形品１１０も同様に製造できる。構造部材１００が部材１２０を含む場合には、プレス成形品１１０に任意の方法で部材１２０を固定すればよい。

プレス成形品１１０の製造方法を以下に説明する。まず、１枚の素材鋼板を変形させることによって、図５に示す予備成形品２１０を形成する（第１工程）。予備成形品２１０は、２つの縦壁部１１１となる第１の部分２１１、天板部１１２となる２つの第２の部分２１２、突出部１１３となる第３の部分２１３、および２つのフランジ部１１４となる２つの第４の部分２１４を含む。第３の部分２１３は、２つの第２の部分２１２の間に配置され、且つ、２つの第２の部分２１２よりも予備成形品２１０の内側に向かって膨らんでいる。予備成形品２１０は、一般的なプレス成形によって形成できる。

次に、予備成形品２１０をプレス成形することによって２つの縦壁部１１１と天板部１１２と突出部１１３とを形成する（第２工程）。この第２工程について、以下に説明する。

第２工程で用いられるプレス成形装置３００を、図６Ａに示す。プレス成形装置３００は、２つの可動パンチ３０１、２つのスライド型３０２、上型３０３、およびプレート３０４を含む。可動パンチ３０１は、プレート３０４上を水平方向にスライドする。スライド型３０２も、水平方向に移動する。スライド型３０２は、上型３０３の下降によって駆動されるカム機構によって動かされてもよい。あるいは、スライド型３０２は、油圧シリンダなどのアクチュエータによって動かされてもよい。

第２工程では、まず、図６Ａに示すように、プレス成形装置３００に予備成形品２１０を配置する（工程（ｉ））。工程（ｉ）において、可動パンチ３０１は、第３の部分２１３を挟むように、予備成形品２１０の内側に配置される。図６Ａの一例では、２つの可動パンチ３０１は、第１の部分２１１および第２の部分２１２に沿うように配置されている。

次に工程（ｉｉ）が行われる。工程（ｉｉ）の途中の状態を図６Ｂに示し、工程（ｉｉ）の終了時の状態を図６Ｃに示す。図６Ｂおよび図６Ｃに示すように、２つの可動パンチ３０１を２つの第１の部分２１１の外側から押すことによって、２つの可動パンチ３０１で第３の部分２１３を挟んで突出部１１３を形成する（工程（ｉｉ））。スライド型３０２によって第１の部分２１１を押すことによって、可動パンチ３０１が押される。このとき、第１の部分２１１は、可動パンチ３０１とスライド型３０２とに挟まれた状態で移動する。

図６Ｃに示すように、２つの可動パンチ３０１で挟まれた第３の部分２１３は、重ね合わされて突出部１１３となる。なお、工程（ｉｉ）を実施する際に、図６Ｃに示すように上型３０３を下降させて天板部１１２となる第２の部分２１２を押圧する。

以上のようにして、プレス成形品１１０が製造される。なお、第２工程をホットスタンピングによって行う場合には、第２工程の前に予備成形品２１０を所定の温度まで加熱する。この加熱は、たとえば、予備成形品２１０を加熱装置内で加熱することによって行われる。そして、プレス成形装置３００でプレス成形する際に、予備成形品２１０をプレスするとともに冷却する。このようにして、プレス成形と焼入れとが行われる。この場合、プレス成形装置３００のプレス型には、冷却可能なプレス型が用いられる。そのようなプレス型は公知である。あるいは、プレス型から水を噴出させることによって冷却を行ってもよい。

プレス成形品１１０が複数の突出部１１３を含む場合、予備成形品２１０は、突出部１１３の数に対応する第３の部分２１３を含む。この場合、３つ以上の可動パンチを用いればよい。隣接する２つの可動パンチで挟まれた第３の部分２１３が突出部１１３となる。

本発明について、実施例によってより詳細に説明する。

（実施例１）
実施例１では、本実施形態の構造部材（Ｓ）について、三点曲げ試験のシミュレーションを行った。シミュレーションには、汎用のＦＥＭ（有限要素法）ソフト（ＬＩＶＥＲＭＯＲＥ ＳＯＦＴＷＡＲＥ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ社製、商品名ＬＳ−ＤＹＮＡ）を用いた。

実施例１でシミュレーションに用いた本発明例のサンプル２の断面図を図７Ａに示す。図７Ａの構造部材１００は、プレス成形品１１０と、そのフランジ部１１４に溶接された板状の部材１２０とからなる。図７Ａに示したサンプル２のサイズは以下の通りである。なお、サンプル２において、突出部１１３は、天板部１１２の中央に形成されており、且つ、プレス成形品１１０の長手方向の全体にわたって形成されている。

・突出部の幅ＷＱ：１５ｍｍ
・縦壁部の高さＨＴ：６０ｍｍ
・２つの縦壁部間の距離（天板部の幅）ＷＴ：８０ｍｍ
・部材１２０の幅：１２０ｍｍ
・コーナー部ＲａおよびＲｂにおける曲率半径：５ｍｍ
・長手方向の長さ：８００ｍｍ

本発明例のサンプル３の断面図を、図７Ｂに示す。サンプル３は、突出部１１３を構成する鋼板同士が溶接部１１３ａで溶接されている点のみがサンプル２とは異なる。

また、比較例として、図７Ｃに模式的に示すサンプル１および図７Ｄに模式的に示すサンプル４を仮定した。サンプル１は、プレス成形品１０と、プレス成形品１０のフランジ部１４に溶接された板状の部材２０とからなる。プレス成形品１０は、２つの縦壁部１１と、それらを結ぶ天板部１２と、フランジ部１４とを含む。プレス成形品１０の天板部１２にも、プレス成形品１０の内側に向かって突出している突出部１３が形成されている。しかし、突出部１３を構成する鋼板は重ね合わされておらず、突出部１３は全体として溝状の形状を有する。サンプル１のサイズを図７Ｃに示す。なお、図７Ｃの符号Ｒは、曲率半径を示す。サンプル４は、ロールフォーミングにより成形された中空閉断面の部材を想定した。したがって、サンプル４は、１つの鋼板からなる。ロールフォーミング品４０の天板部１２の中央には突出部１３が形成されており、且つ、ロールフォーミング品４０の長手方向の全体にわたって形成されている。ロールフォーミング品４０の突出部の形状は、本発明例のサンプル２と同じとした。

サンプル１〜４は、厚さが１．４ｍｍで引張強度が１５００ＭＰａである鋼板からなるものであると仮定した。プレス成形品（プレス成形品１１０、１０）のフランジ部と他の部材（部材１２０、２０）とは、スポット溶接（ピッチ：４０ｍｍ）によって固定したと仮定した。そして、スポット溶接部の破壊および材料破断を考慮してシミュレーションを行った。サンプル４（ロールフォーミング品４０）は継目無しとした。

シミュレーションで用いた三点曲げ試験の方法を図８に模式的に示す。三点曲げ試験は、２つの支点１にサンプルを載せ、インパクタ２によって上方から（各サンプルの天板部側から）サンプルを押すことによって行った。インパクタ２の衝突方向を、図７Ａ〜図７Ｄのそれぞれに矢印で示す。

三点曲げ試験において、２つの支点１の間の距離Ｓは４００ｍｍとした。支点１の曲率半径は３０ｍｍとした。インパクタ２の曲率半径は１５０ｍｍとした。インパクタ２の衝突速度は７．５ｋｍ／ｈとした。インパクタ２の幅（図８の紙面に垂直な方向の長さ）は、サンプルの天板部の幅よりも大きくした。

シミュレーション結果を、図９および図１０に示す。なお、サンプル４のシミュレーション結果は図１０にのみ示す。図９の横軸は変位量を示す。ここで、変位量は、インパクタ２がサンプルに接触してからのインパクタ２の移動距離である。図９の縦軸は、インパクタ２に生じた荷重を示す。さらに、図１０には、荷重の最大値を示す。

図１０に示すように、本発明例のサンプル２および３は、比較例のサンプル１および４に比べて、最大荷重が大きかった。これは、衝突に対する耐性が高いことを示している。

変位量が４０ｍｍのときのサンプル１（比較例）およびサンプル２（本発明例）の断面形状を図１１Ａおよび図１１Ｂにそれぞれ示す。図１１Ａに示すサンプル１の断面において、突出部１３の底部と部材２０との距離は２１．６ｍｍであった。図１１Ｂに示すサンプル２の断面において、天板部１１２と部材１２０との距離は２９．５ｍｍであった。この結果は、サンプル２の断面二次モーメントが大きいことを示している。すなわちこの結果は、比較例のサンプル１に比べて本実施例のサンプル２の方が衝突に対する耐性が高いことを示唆している。

本発明は、自動車用の構造部材に利用できる。

１００：構造部材
１１０：プレス成形品
１１１：縦壁部
１１２：天板部
１１３：突出部
１１４：フランジ部
１１５：突出部
１２０：他の部材

Claims (2)

1. １枚の鋼板で形成された開断面のプレス成形品を含む自動車用の構造部材の製造方法であって、
   前記プレス成形品は、
   ２つの縦壁部と、
   前記２つの縦壁部を結ぶ天板部と、を含み、
   前記天板部の少なくとも一部には、前記天板部から続く前記鋼板が重ね合わされて突出している突出部が形成されており、
   前記突出部は、前記プレス成形品の内側に向かうように、且つ、前記プレス成形品の長手方向に沿って延びるように、前記天板部から突出しており、
   前記自動車用の構造部材の製造方法は、
   前記２つの縦壁部となる２つの第１の部分、前記天板部となる２つの第２の部分、および前記突出部となる第３の部分を含む予備成形品を、１枚の素材鋼板を変形させることによって形成する第１工程と、
   前記予備成形品をプレス成形することによって前記２つの縦壁部と前記天板部と前記突出部とを形成する第２工程とを含み、
   前記第３の部分は、前記２つの第２の部分の間に配置され、且つ、前記２つの第２の部分よりも前記予備成形品の内側に向かって膨らんでおり、
   前記第２工程は、
   前記第３の部分を挟むように、前記予備成形品の内側に２つの可動パンチを配置する工程（ｉ）と、
   前記２つの可動パンチを前記２つの第１の部分の外側から押すことによって、前記２つの可動パンチで前記第３の部分を挟んで前記突出部を形成する工程（ｉｉ）とを含む、自動車用の構造部材の製造方法。
2. 前記第１工程および前記第２工程のうち少なくとも前記第２工程がホットスタンプである、請求項１に記載の自動車用の構造部材の製造方法。

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