JPWO2017217538A1 - 自動車構造部材用絞り成形体、自動車構造部材用絞り成形体の製造方法、および自動車構造部材用絞り成形体の製造装置 - Google Patents

自動車構造部材用絞り成形体、自動車構造部材用絞り成形体の製造方法、および自動車構造部材用絞り成形体の製造装置 Download PDF

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Abstract

この自動車構造部材用絞り成形体は、引張強度が９８０ＭＰａ以上であり、２つの第一凸稜線部、第二凸稜線部および凹稜線部は、曲率半径がいずれも３０ｍｍ以下であり、角壁のコーナー半径が３０ｍｍ以下であり、天板部と外向きフランジとの離間距離である成形深さが４０ｍｍ以上である。

Description

本発明は、自動車構造部材用絞り成形体、自動車構造部材用絞り成形体の製造方法、および自動車構造部材用絞り成形体の製造装置に関する。
本願は、２０１６年６月１６日に、日本に出願された特願２０１６−１２０１５７号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
自動車構造部材として、例えばサイドシル、バンパーレインフォース、Ａピラーロアーパネル、Ａピラー、Ｂピラーといった、ハット型断面形状を有する長尺の部材が広く使われている。これらの自動車構造部材の素材としては、自動車の軽量化および衝突安全性向上の観点から、例えば、板厚が１．４ｍｍ以下であり、引張強度が９８０ＭＰａ以上である薄肉高強度鋼板が用いられている。
その一方で、自動車構造部材の薄肉化により車体（ボディシェル）の曲げ剛性やねじり剛性（以下、「剛性」と総称する）の低下が問題になっている。このため、薄肉高強度鋼板をプレス加工することにより得られる自動車構造部材の剛性の向上が強く求められている。
高強度鋼板の成形性は低いため、薄肉高強度鋼板からなる自動車構造部材は、一般的に曲げ成形によるプレス加工によって成形される。しかし、曲げ成形によるプレス加工によって上述の長尺の自動車構造部材を成形すると、曲げ成形中に縮みフランジ成形部にシワが発生し易い。
従って、これらの自動車構造部材は、その長手方向の端部に端壁を有する構造（プレス方向に垂直な断面の形状がＵ字又は矩形である構造）とすることができない。このため、天板部と、天板部の両側に隣接する側壁と、側壁に隣接するフランジとにより構成されるハット型の開断面形状の構造とせざるを得ない。
ハット型の開断面形状を有する自動車構造部材の剛性は、Ｕ字型の断面形状、又は、矩形の断面形状を有する自動車構造部材の剛性よりも低い。仮に、Ｕ字型の断面形状、又は、矩形の断面形状を有する自動車構造部材を成形することができたとしても、特に端壁や側壁におけるシワの発生を回避するために成形深さを浅くせざるを得ず、高い剛性を有する自動車構造部材を得られない。
このように、引張強度が例えば９８０ＭＰａ以上の薄肉高強度鋼板を素材として上述の自動車構造部材を製造しようとすると、板厚が薄いこと、および、成形深さが浅いことの２点に起因して、高い剛性を有する自動車構造部材を製造できない。
特許文献１には、ポンチとダイスとしわ押さえを備えた加工工具を用い、金属板を断面ハット形状に成形するプレス加工を行うに際し、ダイスとしわ押さえとにより前記金属板の幅方向両端部を挟んで挟圧した状態で、始めに前記金属板に向かって凸となる断面半円形状の凸部を頭部に有するポンチを用い、前記断面ハット形状の壁部となる前記金属板部分にポンチの凸部を接触させるとともに前記金属板のハット頭部となる部分が外側に向かって凸となる凸形状に成形する予備加工を前記金属板に施し、次いで予備加工後の金属板に所定の断面ハット形状を得るためのポンチを用い、仕上げ加工を施すことを特徴とする形状凍結性に優れたプレス加工方法が開示されている。
特許文献２には、プレス加工により金属平板から多角形の環状部材を製造する方法であって、平面部と、曲面からなるコーナー部と、前記コーナー部と前記平面部の境界領域にある変形部とからなる側周部を絞り加工により成形する工程と、前記金属平板面から予め定めた高さに前記側周部を成形する工程と、前記側周部の前記高さに亘り、前記環状部材の内側から前記コーナー部を押し出すと共に、前記変形部を形成する金属材料をエッジ部へ補充することにより、前記環状部材の内周面において、前記コーナー部から、前記コーナー部の曲率半径より小さな曲率半径を有する前記エッジ部を成形する工程と、を含む多角形の環状部材の製造方法が開示されている。
日本国特開２００４−１８１５０２号公報 日本国特開２０１１−２４５５０２号公報
特許文献１により開示された発明では、予備加工による成形品の天板部を仕上げ加工で押し潰すため、横断面視の曲げ部の曲率半径を小さくすることはできるものの、平面視のコーナー半径を小さくすることができない。
特許文献２により開示された発明では、エッジ部を成形する工程でコーナー部の内側から押し当てる工具を用いるために、金型等の設備改造を行う必要があるとともにその改造内容が複雑になり、設備費が嵩む。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、軽量化を実現しつつ、高剛性化による耐衝突特性を高めることが可能な自動車構造部材用絞り成形体、自動車構造部材用絞り成形体の製造方法、および自動車構造部材用絞り成形体の製造装置を提供することを目的とする。
本発明は以下に列記の通りである。
（１）本発明の第一態様は、引張強度が９８０ＭＰａ以上の自動車構造部材用絞り成形体であって、第一方向へ延びる天板部と、前記天板部のうち、前記第一方向に直交しかつ前記天板部に沿う第二方向の両側に隣接する２つの第一凸稜線部と、前記天板部の前記第一方向の最端部に隣接するとともに前記２つの第一凸稜線部に連続する第二凸稜線部と、前記２つの第一凸稜線部に隣接する２つの側壁と、前記第二凸稜線部に隣接する端壁と、前記２つの側壁、および、前記端壁に隣接するとともに、前記第一方向及び前記第二方向に直交する方向から見て湾曲した形状を有する２つの角壁と、前記２つの側壁、前記端壁および前記２つの角壁に隣接する凹稜線部と、前記凹稜線部に隣接する外向きフランジと、を備える。
前記２つの第一凸稜線部、前記第二凸稜線部および前記凹稜線部は、それぞれの延在方向に直交する断面の曲率半径がいずれも３０ｍｍ以下であり、前記外向きフランジと前記凹稜線部との境界から、前記角壁に沿って１．０ｍｍ離間した位置における、前記第一方向及び前記第二方向に直交する方向からみた前記角壁の曲率半径であるコーナー半径が３０ｍｍ以下であり、前記天板部に垂直な方向における、前記天板部と前記外向きフランジとの離間距離である成形深さが４０ｍｍ以上である。
（２）上記（１）に記載の自動車構造部材用絞り成形体は、前記第一方向の両端に、前記端壁、前記２つの角壁、前記凹稜線部および前記外向きフランジが形成されてもよい。
（３）上記（１）又は（２）に記載の自動車構造部材用絞り成形体は、サイドシル、バンパービーム、Ａピラーロアーパネル、ＡピラーまたはＢピラーであってもよい。
（４）本発明の第二態様は、上記（１）〜（３）のいずれか一項に記載の自動車構造部材用絞り成形体の製造方法であって、引張強度が９８０ＭＰａ以上のブランクに、第一ダイ、第一パンチおよび第一ブランクホルダを用いて絞り成形によるプレス加工を行うことにより、第一方向へ延びる中間天板部と、前記中間天板部のうち前記第一方向に直交する第二方向の両側に隣接する２つの中間第一凸稜線部と、前記中間天板部の前記第一方向の最端部に隣接するとともに前記２つの中間第一凸稜線部に連続する中間第二凸稜線部と、前記２つの中間第一凸稜線部に連続する２つの中間側壁と、前記中間第二凸稜線部に隣接する中間端壁と、前記２つの中間側壁、および、前記中間端壁に隣接するとともに、前記第一方向及び前記第二方向に直交する方向から見て湾曲した形状を有する２つの中間角壁と、前記２つの中間側壁、前記中間端壁および前記２つの中間角壁に隣接する中間凹稜線部と、前記中間凹稜線部に隣接する中間外向きフランジとを備え、前記２つの中間第一凸稜線部、前記中間第二凸稜線部および前記中間凹稜線部は、それぞれの延在方向に直交する断面の曲率半径が、いずれも、前記絞り成形体の前記２つの第一凸稜線部、前記第二凸稜線部および前記凹稜線部のそれぞれの延在方向に直交する断面の曲率半径よりも大きく、前記中間外向きフランジと前記中間凹稜線部との境界から、前記中間角壁に沿って１．０ｍｍ離間した位置における、前記第一方向及び前記第二方向に直交する方向からみた前記中間角壁の曲率半径である中間コーナー半径が、前記絞り成形体の前記角壁の前記コーナー半径よりも大きく、前記中間天板部に垂直な方向における、前記中間天板部と前記中間外向きフランジとの離間距離である中間成形深さが前記絞り成形体の前記成形深さよりも大きい第一中間絞り成形体を成形する第一工程と、前記第一中間絞り成形体に、第二ダイ、第二パンチおよび第二ブランクホルダを用いて絞り成形によるプレス加工を行い、前記２つの中間第一凸稜線部、前記中間第二凸稜線部および前記中間凹稜線部の、それぞれの延在方向に直交する断面の曲率半径および前記中間成形深さを小さくすることにより、前記絞り成形体の前記２つの第一凸稜線部、前記第二凸稜線部および前記凹稜線部の、それぞれの延在方向に直交する断面の曲率半径および前記成形深さを有する第二中間絞り成形体を成形する第二工程と、前記第二中間絞り成形体を、前記第二ダイ、前記第二パンチおよび前記第二ブランクホルダにより拘束した状態で、前記第二パンチに内蔵されたインナーパッドにより前記第一中間絞り成形体の前記中間端壁の内面を押圧しながら引き締め工具により前記第二中間絞り成形体の中間端壁を前記第一方向へ押圧して前記中間角壁の前記中間コーナー半径を小さくする第三工程と、を備える自動車構造部材用絞り成形体の製造方法。
（５）上記（４）に記載の自動車構造部材用絞り成形体の製造方法では、前記中間成形深さは、前記成形深さの１．１〜２．０倍であり、前記２つの中間第一凸稜線部、前記中間第二凸稜線部および前記中間凹稜線部それぞれの曲率半径は、いずれも、前記２つの第一凸稜線部、前記第二凸稜線部および前記凹稜線部それぞれの曲率半径の１．２〜３０倍であり、前記中間コーナー半径は、前記コーナー半径の１．２〜３０倍であってもよい。
（６）上記（４）又は（５）に記載の自動車構造部材用絞り成形体の製造方法では、前記引き締め工具は、前記第二ダイの外部で前記第一方向へ移動自在に配置されてもよい。
（７）上記（４）又は（５）に記載の自動車構造部材用絞り成形体の製造方法では、前記引き締め工具は、前記第二ダイの外部から内部まで前記第一方向へ移動自在に配置されてもよい。
（８）本発明の第三態様は、上記（１）〜（３）のいずれか一項に記載の自動車構造部材用絞り成形体の製造装置であって、第一ダイ、第一パンチ、及び第一ブランクホルダを有する第一成形金型と、第二ダイ、第二パンチ、及び第二ブランクホルダを有する第二成形金型と、引き締め工具と、を備え、前記第一成形金型は、引張強度が９８０ＭＰａ以上のブランクに絞り成形によるプレス加工を行うことにより、第一方向へ延びる中間天板部と、前記中間天板部のうち前記第一方向に直交する第二方向の両側に隣接する２つの中間第一凸稜線部と、前記中間天板部の前記第一方向の最端部に隣接するとともに前記２つの中間第一凸稜線部に連続する中間第二凸稜線部と、前記２つの中間第一凸稜線部に連続する２つの中間側壁と、前記中間第二凸稜線部に隣接する中間端壁と、前記２つの中間側壁、および、前記中間端壁に隣接するとともに、前記第一方向及び前記第二方向に直交する方向から見て湾曲した形状を有する２つの中間角壁と、前記２つの中間側壁、前記中間端壁および前記２つの中間角壁に隣接する中間凹稜線部と、前記中間凹稜線部に隣接する中間外向きフランジとを備え、前記２つの中間第一凸稜線部、前記中間第二凸稜線部および前記中間凹稜線部は、それぞれの延在方向に直交する断面の曲率半径が、いずれも、前記絞り成形体の前記２つの第一凸稜線部、前記第二凸稜線部および前記凹稜線部のそれぞれの延在方向に直交する断面の曲率半径よりも大きく、前記中間外向きフランジと前記中間凹稜線部との境界から、前記中間角壁に沿って１．０ｍｍ離間した位置における、前記第一方向及び前記第二方向に直交する方向からみた前記中間角壁の曲率半径である中間コーナー半径が、前記絞り成形体の前記角壁の前記コーナー半径よりも大きく、前記中間天板部に垂直な方向における、前記中間天板部と前記中間外向きフランジとの離間距離である中間成形深さが前記絞り成形体の前記成形深さよりも大きい第一中間絞り成形体を成形し、前記第二成形金型は、前記第一中間絞り成形体に絞り成形によるプレス成形を行い、前記２つの中間第一凸稜線部、前記中間第二凸稜線部および前記中間凹稜線部の、それぞれの延在方向に直交する断面の曲率半径および前記中間成形深さを小さくすることにより、前記絞り成形体の前記２つの第一凸稜線部、前記第二凸稜線部および前記凹稜線部の、それぞれの延在方向に直交する断面の曲率半径および前記成形深さを有する第二中間絞り成形体を成形し、前記引き締め工具は、前記第二中間絞り成形体を、前記第二成形金型により拘束した状態で、前記第二パンチに内蔵されたインナーパッドにより前記第一中間絞り成形体の前記中間端壁の内面を押圧しながら前記第二中間絞り成形体の中間端壁を前記第一方向へ押圧して前記中間角壁の前記中間コーナー半径を小さくする、自動車構造部材用絞り成形体の製造装置である。
（９）上記（８）に記載された自動車構造部材用絞り成形体の製造装置では、前記中間成形深さは、前記成形深さの１．１〜２．０倍であり、前記２つの中間第一凸稜線部、前記中間第二凸稜線部および前記中間凹稜線部それぞれの曲率半径は、前記２つの第一凸稜線部、前記第二凸稜線部および前記凹稜線部それぞれの曲率半径の１．２〜３０倍であるとともに、前記中間コーナー半径は、前記コーナー半径の１．２〜３０倍であってもよい。
（１０）上記（８）又は（９）に記載された自動車構造部材用絞り成形体の製造装置では、前記引き締め工具は、前記第二ダイの外部で前記第一方向へ移動自在に配置されてもよい。
（１１）上記（８）又は（９）に記載された自動車構造部材用絞り成形体の製造装置では、前記引き締め工具は、前記第二ダイの外部から内部まで前記第一方向へ移動自在に配置されてもよい。
上記の各態様によれば、引張強さが９８０ＭＰａ以上であり、成形深さが深く、稜線部の曲率半径と角壁のコーナー半径が小さく、長手方向の端部に端壁を有することから、軽量化を実現しつつ、高剛性化による耐衝突特性を高めることが可能な自動車構造部材用絞り成形体を提供することができる。
本発明の一実施形態に係る自動車構造部材用絞り成形体の一部を模式的に示す説明図である。 両端部に端壁を有する場合の自動車構造部材用絞り成形体を模式的に示す説明図である。 本実施形態に係る自動車構造部材用絞り成形体をサイドシルとして用いる場合に、このサイドシルをＡピラーロアーパネルに接合する前の状態を示す説明図である。 サイドシルをＡピラーロアーパネルに接合する態様の第一例を示す説明図である。 サイドシルとＡピラーロアーパネルに接合する態様の第二例を示す説明図である。 第一ダイ、第一パンチおよび第一ブランクホルダにより成形される第一中間絞り成形体を示す説明図である。 第一中間絞り成形体から第二中間絞り成形体を経て絞り成形体を製造するまでの第一段階を示す説明図である。 第一中間絞り成形体から第二中間絞り成形体を経て絞り成形体を製造するまでの第二段階を示す説明図である。 第一中間絞り成形体から第二中間絞り成形体を経て絞り成形体を製造するまでの第三段階を示す説明図である。 カムが第二ダイの外に配置されている場合の成形状況を経時的に示す上面視断面図である。 カムが第二ダイの外に配置されている場合の成形状況を経時的に示す側面視断面図である。 カムが第二ダイの中に配置されている場合の成形状況を経時的に示す説明図である。 実施例で用いた被試験体Ａを示す説明図である。 実施例で用いた被試験体Ｂを示す説明図である。 実施例で用いた被試験体Ｃを示す説明図である。 実施例で用いた被試験体Ｄを示す説明図である。 実施例で用いた被試験体Ｅを示す説明図である。 実施例で用いた被試験体Ｆを示す説明図である。 実施例で用いた被試験体Ｇを示す説明図である。 被試験体Ａに対するねじり剛性の測定条件を示す説明図である。 被試験体Ａ〜Ｇに対するねじり剛性の評価結果を示すグラフである。 被試験体Ａに対する曲げ剛性の測定条件を示す説明図である。 被試験体Ａ〜Ｇに対する曲げ剛性の評価結果を示すグラフである。
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、９８０ＭＰａ以上の引張強度、目標の稜線部の曲率半径、角壁のコーナー半径および成形深さを有する絞り成形体を製造するためには下記（ａ）〜（ｃ）の工程を採用することが有効であることを知見し、さらに検討を重ねて本発明を完成した。
（ａ）第一成形金型を用いて、稜線部の曲率半径や各壁のコーナー半径を目標値よりも大きく成形して第一中間絞り成形体とする。
（ｂ）第二成形金型を用いて、第一中間絞り成形体を、目標の稜線部の曲率半径や成形深さを有する断面形状の第二中間絞り成形体に成形する。
（ｃ）カム等の引き締め工具を用いて、第二中間絞り成形体の長手方向の端部を第二中間絞り成形体の軸方向へ押圧して、角壁のコーナー半径を小さく成形する。
以下、上述の知見に基づきなされた本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
（１．本発明の一実施形態に係る自動車構造部材用絞り成形体１）
図１は、本実施形態に係る自動車構造部材用絞り成形体１（以下、単に「絞り成形体１」という）の構造の一部を模式的に示す説明図である。
絞り成形体１は、板厚が０．７〜３．２ｍｍであり９８０ＭＰａ以上の引張強度を有する高張力鋼板からなる冷間または温間の絞り成形体である。
板厚は、０．８〜１．８ｍｍであることが好ましく、０．８〜１．４ｍｍであることがより好ましい。
引張強度は、１１８０ＭＰａ以上であることが好ましく、１３１０ＭＰａ以上であることがより好ましい。
高張力鋼板の引張強度の上限値としては実用性を確保するため１８００ＭＰａであることが好ましい。
絞り成形体１は、図１に示すように、天板部２、第一凸稜線部３、第二凸稜線部４、側壁５、端壁６、角壁７、凹稜線部８および外向きフランジ９により構成される。
天板部２は、略平面状を有し、図１中に両矢印により示す第一方向ｄ１へ延びて存在する。天板部２は、平面である必要はなく、湾曲していてもよい。２つの第一凸稜線部３，３は、天板部２の幅方向である第二方向ｄ２（図１において両矢印により示す方向であって、第一方向ｄ１と直交しかつ天板部２に沿う方向）の両側にそれぞれ連続して形成される。
第二凸稜線部４は、天板部２の第一方向ｄ１の最端部２ａに隣接するとともに、２つの第一凸稜線部３，３に連続して形成される。２つの側壁５，５は、平面に沿う形状を有し、２つの第一凸稜線部３，３にそれぞれ隣接して形成される。端壁６は、平面に沿う形状を有し、第二凸稜線部４に隣接して形成される。
２つの角壁７，７は、それぞれ２つの側壁５，５と、端壁６とに隣接するとともに、平面視において（すなわち、第一方向ｄ１と第二方向ｄ２とに直交する方向から見て）湾曲して形成される。また、２つの角壁７，７は、それぞれ、第一凸稜線部３と第二凸稜線部４との境界領域に隣接する。凹稜線部８は、２つの側壁５，５、端壁６、および、２つの角壁７，７に隣接して形成される。さらに、外向きフランジ９は、凹稜線部８に隣接して形成される。
図１では、天板部２の第一方向ｄ１の最端部２ａの近傍を抜き出して示すが、図２に示すように、天板部２の第一方向ｄ１のもう一つの最端部２ｂにも、第二凸稜線部４、端壁６、角壁７，７、凹稜線部８および外向きフランジ９が形成されていてもよい。すなわち、端壁６は、天板部２の一端のみに形成されてもよく、天板部２の両端に形成されていてもよい。
また、図示は省略するが、天板部２はＴ字状又はＹ字状であってもよく、その場合、天板部２の一以上の端部に端壁が形成されていればよい。
絞り成形体１では、２つの第一凸稜線部３，３のそれぞれの延在方向に直交する断面の曲率半径Ｒｐｌ２、第二凸稜線部４の延在方向に直交する断面の曲率半径Ｒｐｓ２、および、凹稜線部８の延在方向に直交する断面の曲率半径Ｒｄ２がいずれも３０ｍｍ以下であり、これにより、高い曲げ剛性とねじり剛性を得ることが可能とされている。
曲率半径Ｒｐｌ２、曲率半径Ｒｐｓ２、及び曲率半径Ｒｄ２は、いずれも２０ｍｍ以下であることが好ましく、１０ｍｍ以下であることがより好ましい。
また、絞り成形体１では、外向きフランジ９と凹稜線部８との境界から、角壁７，７に沿って１．０ｍｍ離間した位置における、第一方向ｄ１及び第二方向ｄ２に直交する方向からみた角壁７，７の曲率半径であるコーナー半径Ｒｐｃ２が３０ｍｍ以下であり、これにより、高い曲げ剛性とねじり剛性を得ることが可能とされている。
コーナー半径Ｒｐｃ２は、２０ｍｍ以下であることが好ましく、１０ｍｍ以下であることがより好ましい。
さらに、天板部２に垂直な方向における、天板部２と外向きフランジ９との離間距離である成形深さｈ２が４０ｍｍ以上であり、これにより、高い曲げ剛性とねじり剛性を得ることが可能とされている。
成形深さｈ２は、５０ｍｍ以上であることが好ましく、７０ｍｍ以上であることがより好ましい。
尚、従来では、引張強度が９８０ＭＰａ以上であり、Ｕ字型の断面形状、又は、矩形の断面形状を有する部材を４０ｍｍ以上の成形深さでプレス成形しようとする場合、曲率半径Ｒｐｌ２、曲率半径Ｒｐｓ２、曲率半径Ｒｄ２、及び、コーナー半径Ｒｐｃ２を小さくすることが困難であり、仮に成形できたとしても側壁部等に発生するシワに起因して高い剛性を発揮することが困難とされていた。
本実施形態に係る絞り成形体１では、後述の製造方法及び製造装置を用いることにより、成形深さｈ２を４０ｍｍ以上とした場合であっても、端壁や側壁等へのシワの発生を抑制しつつ、所望の曲率半径及びコーナー半径を得ることが可能とされている。
尚、成形深さが１００ｍｍ以上の場合は曲率半径Ｒｐｌ２、曲率半径Ｒｐｓ２、曲率半径Ｒｄ２、及び、コーナー半径Ｒｐｃ２を成形深さｈ×０．３ｍｍ以下にすることは難しい。
絞り成形体１は、第一方向ｄ１の最端部２ａに端壁６が形成されることにより、ハット型の開断面形状ではなく、端壁６、角壁７，７、凹稜線部８および外向きフランジ９により構成される、Ｕ字型の断面形状、又は、矩形の断面形状を有する。従って、軽量でありながら高い曲げ剛性およびねじり剛性を発揮することができる。したがって、絞り成形体１は高い耐衝突特性を発現することが可能であるため、例えば、サイドシル、バンパービーム、Ａピラーロアーパネル、ＡピラーまたはＢピラーといった自動車構造部材に好適に用いられる。
図３Ａ〜図３Ｃは、絞り成形体１をサイドシルとして用いる場合について模式的に示す説明図である。
図３Ａは、サイドシルとしての絞り成形体１をＡピラーロアーパネル１０に接合する前の状態を示す説明図である。
図３Ｂ及び図３Ｃは、サイドシルとしての絞り成形体１をＡピラーロアーパネル１０に接合する態様の第一例及び第二例を示す説明図である。
図３Ａに示すように、サイドシルとしての絞り成形体１は、端壁６、角壁７、凹稜線部８および外向きフランジ９により構成されることにより、Ｕ字型の断面形状を有する。
このため、図３Ｂに示す第一例のように、サイドシルとしての絞り成形体１の長手方向の最端部２ａを、Ａピラーロアーパネル１０の内面１０ａに突き当て、さらに最端部２ａおよび内面１０ａを溶接することにより、サイドシルとしての絞り成形体１とＡピラーロアーパネル１０との接合体の剛性を高めることができ、Ａピラーロアーパネル１０およびダッシュパネルを介してエンジンコンパートメントの曲げ剛性やねじり剛性を高めることができる。
また、図３Ｂに示す第一例のように、サイドシルとしての絞り成形体１の長手方向の最端部２ａを、Ａピラーロアーパネル１０の内面１０ａに突き当てることなく互いに離間して配置することも可能である。例えば、同３Ｃに示す第二例のように、外向きフランジ９を、Ａピラーロアーパネル１０の外向きフランジ１０ｂと重ね合わせて溶接することにより、サイドシルとしての絞り成形体１とＡピラーロアーパネル１０との接合体の剛性を高めることができ、Ａピラーロアーパネル１０およびダッシュパネルを介してエンジンコンパートメントの曲げ剛性やねじり剛性を高めることができる。
（２．本発明の一実施形態に係る自動車構造部材用絞り成形体の製造装置）
本実施形態に係る製造装置は、絞り成形体１の製造装置であり、第一ダイ、第一パンチおよび第一ブランクホルダと、第二ダイ、第二パンチ、第二ブランクホルダおよび引き締め工具を備える。
（２−１．第一ダイ、第一パンチおよび第一ブランクホルダ）
図４は、第一ダイ、第一パンチおよび第一ブランクホルダを備える第一成形金型により成形される第一中間絞り成形体１１を示す説明図である。なお、図４は、第一中間絞り成形体１１の第一方向ｄ１の中間までの形状を示しており、残りの形状は省略している。
第一ダイ、第一パンチおよび第一ブランクホルダは、引張強度が９８０ＭＰａ以上のブランクまたはその予成形体に絞り成形によるプレス加工を行って、第一中間絞り成形体１１を製造する。
第一中間絞り成形体１１は、図４に示すように、中間天板部１２、２つの中間第一凸稜線部１３、中間第二凸稜線部１４、２つの中間側壁１５、中間端壁１６、２つの中間角壁１７、中間凹稜線部１８および中間外向きフランジ１９により構成される。
中間天板部１２は、略平面状を呈し、図４中に両矢印により示す第一方向ｄ１へ延びて存在する。２つの中間第一凸稜線部１３，１３は、中間天板部１２の幅方向である第二方向ｄ２（図４において両矢印により示す方向であって、第一方向ｄ１と直交しかつ中間天板部１２に沿う方向）の両側にそれぞれ連続して形成される。
中間第二凸稜線部１４は、中間天板部１２の第一方向ｄ１の最端部１２ａに隣接するとともに、２つの中間第一凸稜線部１３，１３に連続して形成される。２つの中間側壁１５，１５は、２つの中間第一凸稜線部１３，１３にそれぞれ隣接して形成される。中間端壁１６は、中間第二凸稜線部１４に隣接して形成される。
２つの中間角壁１７，１７は、それぞれ２つの中間側壁１５，１５と、中間端壁１６とに隣接するとともに平面視において（すなわち、第一方向ｄ１と第二方向ｄ２とに直交する方向から見て）湾曲して形成される。また、２つの中間角壁１７，１７は、それぞれ、中間第一凸稜線部１３と中間第二凸稜線部１４との境界領域に隣接する。中間凹稜線部１８は、２つの中間側壁１５，１５、中間端壁１６および２つの中間角壁１７，１７に隣接して形成される。さらに、中間外向きフランジ１９は、中間凹稜線部１８に隣接して形成される。
第一中間絞り成形体１１では、２つの中間第一凸稜線部１３，１３のそれぞれの延在方向に直交する断面の曲率半径Ｒｐｌ１、中間第二凸稜線部１４の延在方向に直交する断面の曲率半径Ｒｐｓ１、および、中間凹稜線部１８の延在方向に直交する断面の曲率半径Ｒｄ１は、それぞれ、絞り成形体１の２つの第一凸稜線部３，３のそれぞれの延在方向に直交する断面の曲率半径Ｒｐｌ２、第二凸稜線部４の延在方向に直交する断面の曲率半径Ｒｐｓ２、および、凹稜線部８の延在方向に直交する断面の曲率半径Ｒｄ２よりも大きい。
第一中間絞り成形体１１の曲率半径Ｒｐｌ１、曲率半径Ｒｐｓ１、および、曲率半径Ｒｄ１は、それぞれ、絞り成形体１の曲率半径Ｒｐｌ２、曲率半径Ｒｐｓ２、および、曲率半径Ｒｄ２の１．２〜３０倍であることが、第一工程および第二工程において、ワレやシワを生じさせることなく成形するために望ましい。
中間外向きフランジ１９と中間凹稜線部１８との境界から、中間角壁１７，１７に沿って１．０ｍｍ離間した位置における、第一方向ｄ１及び第二方向ｄ２に直交する方向からみた中間角壁１７，１７の曲率半径である中間コーナー半径Ｒｐｃ１が、絞り成形体１のコーナー半径Ｒｐｃ２よりも大きい。中間コーナー半径Ｒｐｃ１は、コーナー半径Ｒｐｃ２の１．２〜３０倍であることが第一工程および第二工程において、ワレやシワを生じさせることなく成形するために望ましい。中間コーナー半径Ｒｐｃ１は、コーナー半径Ｒｐｃ２の１．７〜２．５倍であることがより好ましい。
さらに、中間天板部１２に垂直な方向における、中間天板部１２と中間外向きフランジ１９との離間距離である中間成形深さｈ１が絞り成形体１の成形深さｈ２よりも大きい。中間成形深さｈ１は、成形深さｈ２の１．１〜２．０倍であることが、第二工程において、ワレやシワを生じさせることなく成形するために望ましい。
中間成形深さｈ１は、成形深さｈ２の１．２〜１．５倍であることがより好ましい。
（２−２．第二ダイ、第二パンチおよび第二ブランクホルダ）
図５Ａ〜図５Ｃは、第二ダイ２１、第二パンチ２２、第二ブランクホルダ２３を備える第二成形金型およびカム２４を用いて、第一中間絞り成形体から第二中間絞り成形体を経て絞り成形体を製造するまでの第一段階〜第三段階を示す説明図である。なお、図５Ａ〜図５Ｃでは図面を見易くするため、第二ダイ２１、第二パンチ２２、第二ブランクホルダ２３およびカム２４の作業面を示す。
図５Ａ、図５Ｂに示すように、第二ダイ２１は第一中間絞り成形体１１を内部に収容する。第二ブランクホルダ２３は収容された第一中間絞り成形体１１の外縁部を押さえる。さらに、第二パンチ２２は、型締め方向へ第二ダイ２１に対して相対的に移動することによって第一中間絞り成形体１１に絞り成形によるプレス加工を行う。
これにより、図４に示す第一中間成形体１１の曲率半径Ｒｐｌ１、曲率半径Ｒｄ１、および、成形深さｈ１を小さくすることができ、絞り成形体１と同等の曲率半径Ｒｐｌ２、曲率半径Ｒｄ２、および、成形深さｈ２を有する第二中間成形体３１を製造する。
（２−３．引き締め工具）
以降の説明では、引き締め工具としてカム２４を用いる場合を例にとるが、引き締め工具は、カム２４に限定されるものではなく、第二中間絞り成形体３１の中間端壁１６を第一方向ｄ１へ押圧して中間コーナー半径Ｒｐｃ１を小さくすることができる工具であれば等しく用いることができる。
引き締め工具としてカム２４を用いる場合、カムは、第二パンチ２２や第二ブランクホルダ２３、場合によっては第二ダイ２１が取り付けられる上下方向に移動するプレス機のスライドの動きを機械的な機構を介して横方向の動きに変換されることにより可動する。
カム以外を用いる場合には、プレス機のスライドから独立して稼働する油圧装置や電動装置等に取り付けられるプレートを用いてもよい。
次に、図５Ｃに示すように、カム２４は、第二ダイ２１、第二パンチ２２および第二ブランクホルダ２３が第二中間絞り成形体３１を拘束した状態で、第二中間絞り成形体３１の中間端壁１６を第一方向ｄ１へ押圧して中間コーナー半径Ｒｐｃ１，曲率半径Ｒｐｓ１を小さくすることにより、絞り成形体１のコーナー半径Ｒｐｃ２及び曲率半径Ｒｐｓ２とする。
この時、第二パンチ２２に、プレス方向とは異なる方向へ動くインナーパッド２５を内蔵することにより、第二中間絞り成形体３１の中間端壁１６の内面を押圧し、中間端壁１６に生じるシワを抑制することができる。
図６は、カム２４が第二ダイ２１の外に配置されている場合の成形状況を経時的に示す上面視断面図である。
図７は、カム２４が第二ダイ２１の外に配置されている場合の成形状況を経時的に示す側面視断面図である。
図８は、カム２４が第二ダイ２１の中に配置されている場合の成形状況を経時的に示す説明図である。
図６および図７に示すように、カム（引き締め工具）は、第二ダイ２１の外部で第一方向ｄ１へ移動自在に配置されていてもよいし、あるいは、図８に示すように、第二ダイの外部から内部まで前記第一方向ｄ１へ移動自在に配置されていてもよい。
（３．本発明の一実施形態に係る自動車構造部材用絞り成形体の製造方法）
本実施形態に係る製造方法では、下記の第一工程〜第三工程を経ることにより、絞り成形体１を製造する。
第一工程：引張強度が９８０ＭＰａ以上のブランクに第一ダイ、第一パンチおよび第一ホルダを用いて絞り成形によるプレス加工を行って、図４に示す第一中間絞り成形体１１を成形する。
第二工程：図５Ａ、図５Ｂに示すように、第一中間絞り成形体１１に、第二ダイ２１、第二パンチ２２および第二ブランクホルダ２３を用いてプレス成形を行って、第二中間絞り成形体３１を製造する。
第三工程：図５Ｃに示すように、第二ダイ２１、第二パンチ２２および第二ブランクホルダ２３により第二中間絞り成形体３１を拘束した状態で、カム２４により第二中間絞り成形体３１の中間端壁１６を、第一方向ｄ１へ押圧して中間コーナー半径Ｒｐｃ１，と曲率半径Ｒｐｓ１を小さくすることにより、絞り成形体１のコーナー半径Ｒｐｃ２，曲率半径Ｒｐｓ２とする。
尚、第三工程の後、必要に応じて、絞り成形体１の第二ブランクホルダ２３による押え部を切除してもよい。
（実施例）
板厚が１．０ｍｍの１１８０ＭＰａ級の高張力鋼板を用いて図９Ａ〜図９Ｇに示すプレス成形体４０〜４６を成形した。
図９Ａに示すプレス成形体４０は、従来の曲げ成形工法により製造された成形体であり、端壁を有さない構造である。
図９Ｂ〜図９Ｇに示すプレス成形体４１〜４６は、図５Ａ〜図５Ｃに示す絞り成形工法により製造された成形体であり、一方の端部に端壁を有する構造である。
図９Ａに示すプレス成形体４０では、凸稜線部の曲率半径Ｒｘを５ｍｍとした。
図９Ｂ〜図９Ｇに示すプレス成形体４１〜４６では、凸稜線部の曲率半径Ｒｘをそれぞれ５ｍｍ、１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍ、４０ｍｍ、５０ｍｍとした。
図９Ａ〜図９Ｇに示すように、それぞれのプレス成形体４０〜４６のフランジに対し、板厚が１．０ｍｍ、引張強度が１１８０ＭＰａ級の高張力鋼板を裏板５０（クロージングプレート）として抵抗スポット溶接により取り付けることにより、被試験体Ａ〜Ｇを作成した。図９Ａ〜図９Ｇにおいて黒丸で示される箇所がスポット溶接部であり、溶接ピッチは３０ｍｍ、溶接径は３．３ｍｍである。
図１０は、被試験体Ａに対するねじり剛性の測定条件を示す説明図であり、寸法の単位はｍｍである。
図１０に示すように、被試験体Ａに対して一方の端部を、裏板５０を含んで完全拘束し、図１０における着色領域を矢印方向に変位させて自動車構造部材に対してねじり変位を与えてねじり剛性を調べた。
被試験体Ｂ〜Ｇに対しても同様にねじり剛性を調べ、それぞれの１．５ｄｅｇ．回転時に発生するモーメントを図１１のグラフにまとめて示す。
図１１のグラフに示すように、Ｕ字型の断面形状を有する被試験体Ｂ〜Ｇのねじり剛性は、ハット型の開断面形状を有する被試験体Ａのねじり剛性より大幅に高まるが、被試験体Ｆ、Ｇのように凸稜線部の曲率半径Ｒｘが３０ｍｍを超えると、ねじり剛性は低下することがわかる。
更に、上記と同様に作成した被試験体Ａ〜Ｇを用いて曲げ剛性の測定を行った。
図１２は、被試験体Ａに対する曲げ剛性の測定条件を示す説明図であり、寸法の単位はｍｍである。
図１２に示すように、被試験体Ａにおける、図１２の着色領域に対し、矢印で示す位置に変位を付与して曲げ剛性を調べた。
被試験体Ｂ〜Ｇに対しても同様に曲げ剛性を調べ、それぞれの１．５ｍｍ変位付与時の曲げ荷重を図１３のグラフにまとめて示す。
図１３のグラフに示すように、Ｕ字型の断面形状を有する被試験体Ｂ〜Ｇの曲げ剛性は、ハット型の開断面形状を有する被試験体Ａの曲げ剛性より大幅に高まるが、被試験体Ｆ、Ｇのように凸稜線部の曲率半径Ｒｘが３０ｍｍを超えると、曲げ剛性は低下することがわかる。
尚、比較例として、図９Ｂに示すプレス成形体４１と同様の寸法のプレス成形体を、図５Ａ〜図５Ｃに示すインナーパッド２５を作動させずに絞り成形を行うことで作成したところ、端壁に顕著なシワが発生した。このプレス成形体から上記と同様に被試験体を作成し、上記と同様にねじり剛性及び曲げ剛性を測定したところ、１．５ｄｅｇ．回転時に発生するモーメントは６００Ｎ・ｍ、１．５ｍｍ変位付与時の曲げ加重は５．１ｋＮであり、高いねじり剛性及び曲げ剛性を発揮出来ないことが確認された。
本発明によれば、軽量化を実現しつつ、高剛性化による耐衝突特性を高めることが可能な自動車構造部材用絞り成形体、自動車構造部材用絞り成形体の製造方法および自動車構造部材用絞り成形体の製造装置を提供することができる。
１ 自動車構造部材用絞り成形体
２ 天板部
３ 第一凸稜線部
４ 第二凸稜線部
５ 側壁
６ 端壁
７ 角壁
８ 凹稜線部
９ 外向きフランジ

Claims (11)

  1. 引張強度が９８０ＭＰａ以上の自動車構造部材用絞り成形体であって、
    第一方向へ延びる天板部と、
    前記天板部のうち、前記第一方向に直交しかつ前記天板部に沿う第二方向の両側に隣接する２つの第一凸稜線部と、
    前記天板部の前記第一方向の最端部に隣接するとともに前記２つの第一凸稜線部に連続する第二凸稜線部と、
    前記２つの第一凸稜線部に隣接する２つの側壁と、
    前記第二凸稜線部に隣接する端壁と、
    前記２つの側壁、および、前記端壁に隣接するとともに、前記第一方向及び前記第二方向に直交する方向から見て湾曲した形状を有する２つの角壁と、
    前記２つの側壁、前記端壁および前記２つの角壁に隣接する凹稜線部と、
    前記凹稜線部に隣接する外向きフランジと、
    を備え、
    前記２つの第一凸稜線部、前記第二凸稜線部および前記凹稜線部は、それぞれの延在方向に直交する断面の曲率半径がいずれも３０ｍｍ以下であり、
    前記外向きフランジと前記凹稜線部との境界から、前記角壁に沿って１．０ｍｍ離間した位置における、前記第一方向及び前記第二方向に直交する方向からみた前記角壁の曲率半径であるコーナー半径が３０ｍｍ以下であり、
    前記天板部に垂直な方向における、前記天板部と前記外向きフランジとの離間距離である成形深さが４０ｍｍ以上である
    ことを特徴とする自動車構造部材用絞り成形体。
  2. 前記第一方向の両端に、前記端壁、前記２つの角壁、前記凹稜線部および前記外向きフランジが形成される
    ことを特徴とする請求項１に記載の自動車構造部材用絞り成形体。
  3. サイドシル、バンパービーム、Ａピラーロアーパネル、ＡピラーまたはＢピラーである
    ことを特徴とする請求項１または２に記載の自動車構造部材用絞り成形体。
  4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の自動車構造部材用絞り成形体の製造方法であって、
    引張強度が９８０ＭＰａ以上のブランクに、第一ダイ、第一パンチおよび第一ブランクホルダを用いて絞り成形によるプレス加工を行うことにより、第一方向へ延びる中間天板部と、前記中間天板部のうち前記第一方向に直交する第二方向の両側に隣接する２つの中間第一凸稜線部と、前記中間天板部の前記第一方向の最端部に隣接するとともに前記２つの中間第一凸稜線部に連続する中間第二凸稜線部と、前記２つの中間第一凸稜線部に連続する２つの中間側壁と、前記中間第二凸稜線部に隣接する中間端壁と、前記２つの中間側壁、および、前記中間端壁に隣接するとともに、前記第一方向及び前記第二方向に直交する方向から見て湾曲した形状を有する２つの中間角壁と、前記２つの中間側壁、前記中間端壁および前記２つの中間角壁に隣接する中間凹稜線部と、前記中間凹稜線部に隣接する中間外向きフランジとを備え、前記２つの中間第一凸稜線部、前記中間第二凸稜線部および前記中間凹稜線部は、それぞれの延在方向に直交する断面の曲率半径が、いずれも、前記絞り成形体の前記２つの第一凸稜線部、前記第二凸稜線部および前記凹稜線部のそれぞれの延在方向に直交する断面の曲率半径よりも大きく、前記中間外向きフランジと前記中間凹稜線部との境界から、前記中間角壁に沿って１．０ｍｍ離間した位置における、前記第一方向及び前記第二方向に直交する方向からみた前記中間角壁の曲率半径である中間コーナー半径が、前記絞り成形体の前記角壁の前記コーナー半径よりも大きく、前記中間天板部に垂直な方向における、前記中間天板部と前記中間外向きフランジとの離間距離である中間成形深さが前記絞り成形体の前記成形深さよりも大きい第一中間絞り成形体を成形する第一工程と、
    前記第一中間絞り成形体に、第二ダイ、第二パンチおよび第二ブランクホルダを用いて絞り成形によるプレス加工を行い、前記２つの中間第一凸稜線部、前記中間第二凸稜線部および前記中間凹稜線部の、それぞれの延在方向に直交する断面の曲率半径および前記中間成形深さを小さくすることにより、前記絞り成形体の前記２つの第一凸稜線部、前記第二凸稜線部および前記凹稜線部の、それぞれの延在方向に直交する断面の曲率半径および前記成形深さを有する第二中間絞り成形体を成形する第二工程と、
    前記第二中間絞り成形体を、前記第二ダイ、前記第二パンチおよび前記第二ブランクホルダにより拘束した状態で、前記第二パンチに内蔵されたインナーパッドにより前記第一中間絞り成形体の前記中間端壁の内面を押圧しながら引き締め工具により前記第二中間絞り成形体の中間端壁を前記第一方向へ押圧して前記中間角壁の前記中間コーナー半径を小さくする第三工程と、
    を備える
    ことを特徴とする自動車構造部材用絞り成形体の製造方法。
  5. 前記中間成形深さは、前記成形深さの１．１〜２．０倍であり、
    前記２つの中間第一凸稜線部、前記中間第二凸稜線部および前記中間凹稜線部それぞれの曲率半径は、いずれも、前記２つの第一凸稜線部、前記第二凸稜線部および前記凹稜線部それぞれの曲率半径の１．２〜３０倍であり、
    前記中間コーナー半径は、前記コーナー半径の１．２〜３０倍である
    ことを特徴とする請求項４に記載の自動車構造部材用絞り成形体の製造方法。
  6. 前記引き締め工具は、前記第二ダイの外部で前記第一方向へ移動自在に配置される
    ことを特徴とする請求項４又は５に記載の自動車構造部材用絞り成形体の製造方法。
  7. 前記引き締め工具は、前記第二ダイの外部から内部まで前記第一方向へ移動自在に配置される
    ことを特徴とする請求項４又は５に記載の自動車構造部材用絞り成形体の製造方法。
  8. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の自動車構造部材用絞り成形体の製造装置であって、
    第一ダイ、第一パンチ、及び第一ブランクホルダを有する第一成形金型と、
    第二ダイ、第二パンチ、及び第二ブランクホルダを有する第二成形金型と、
    引き締め工具と、
    を備え、
    前記第一成形金型は、引張強度が９８０ＭＰａ以上のブランクに絞り成形によるプレス加工を行うことにより、第一方向へ延びる中間天板部と、前記中間天板部のうち前記第一方向に直交する第二方向の両側に隣接する２つの中間第一凸稜線部と、前記中間天板部の前記第一方向の最端部に隣接するとともに前記２つの中間第一凸稜線部に連続する中間第二凸稜線部と、前記２つの中間第一凸稜線部に連続する２つの中間側壁と、前記中間第二凸稜線部に隣接する中間端壁と、前記２つの中間側壁、および、前記中間端壁に隣接するとともに、前記第一方向及び前記第二方向に直交する方向から見て湾曲した形状を有する２つの中間角壁と、前記２つの中間側壁、前記中間端壁および前記２つの中間角壁に隣接する中間凹稜線部と、前記中間凹稜線部に隣接する中間外向きフランジとを備え、前記２つの中間第一凸稜線部、前記中間第二凸稜線部および前記中間凹稜線部は、それぞれの延在方向に直交する断面の曲率半径が、いずれも、前記絞り成形体の前記２つの第一凸稜線部、前記第二凸稜線部および前記凹稜線部のそれぞれの延在方向に直交する断面の曲率半径よりも大きく、前記中間外向きフランジと前記中間凹稜線部との境界から、前記中間角壁に沿って１．０ｍｍ離間した位置における、前記第一方向及び前記第二方向に直交する方向からみた前記中間角壁の曲率半径である中間コーナー半径が、前記絞り成形体の前記角壁の前記コーナー半径よりも大きく、前記中間天板部に垂直な方向における、前記中間天板部と前記中間外向きフランジとの離間距離である中間成形深さが前記絞り成形体の前記成形深さよりも大きい第一中間絞り成形体を成形し、
    前記第二成形金型は、前記第一中間絞り成形体に絞り成形によるプレス成形を行い、前記２つの中間第一凸稜線部、前記中間第二凸稜線部および前記中間凹稜線部の、それぞれの延在方向に直交する断面の曲率半径および前記中間成形深さを小さくすることにより、前記絞り成形体の前記２つの第一凸稜線部、前記第二凸稜線部および前記凹稜線部の、それぞれの延在方向に直交する断面の曲率半径および前記成形深さを有する第二中間絞り成形体を成形し、
    前記引き締め工具は、前記第二中間絞り成形体を、前記第二成形金型により拘束した状態で、前記第二パンチに内蔵されたインナーパッドにより前記第一中間絞り成形体の前記中間端壁の内面を押圧しながら前記第二中間絞り成形体の中間端壁を前記第一方向へ押圧して前記中間角壁の前記中間コーナー半径を小さくする
    ことを特徴とする自動車構造部材用絞り成形体の製造装置。
  9. 前記中間成形深さは、前記成形深さの１．１〜２．０倍であり、
    前記２つの中間第一凸稜線部、前記中間第二凸稜線部および前記中間凹稜線部それぞれの曲率半径は、前記２つの第一凸稜線部、前記第二凸稜線部および前記凹稜線部それぞれの曲率半径の１．２〜３０倍であり、
    前記中間コーナー半径は、前記コーナー半径の１．２〜３０倍である
    ことを特徴とする請求項８に記載の自動車構造部材用絞り成形体の製造装置。
  10. 前記引き締め工具は、前記第二ダイの外部で前記第一方向へ移動自在に配置される
    ことを特徴とする請求項８又は９に記載の自動車構造部材用絞り成形体の製造装置。
  11. 前記引き締め工具は、前記第二ダイの外部から内部まで前記第一方向へ移動自在に配置される
    ことを特徴とする請求項８又は９に記載の自動車構造部材用絞り成形体の製造装置。
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