KR20200108032A

KR20200108032A - 골격 부재

Info

Publication number: KR20200108032A
Application number: KR1020207023013A
Authority: KR
Inventors: 유리 도다; 히로아키 구보타; 히로유키 가와타; 다이스케 마에다
Original assignee: 닛폰세이테츠 가부시키가이샤
Priority date: 2018-10-12
Filing date: 2019-10-09
Publication date: 2020-09-16
Also published as: EP3730388A4; JP6737423B1; EP3730388B1; CN111727149A; CN111727149B; US20210070368A1; JPWO2020075739A1; MX2021003897A; US11801897B2; WO2020075739A1; EP3730388A1; KR102359704B1

Abstract

이 골격 부재는, 연화층이 마련된 부분에 있어서의 판 두께 방향의 중심부의 경도가 400Hv 이상이며, 연화층은, 연화층이 마련된 부분에 있어서의 판 두께 방향의 중심부의 경도보다도 적어도 10Hv 낮은 경도를 갖고, 연화층의 두께는, 판 두께의 2％ 이상 20％ 미만이고, 표면에 있어서의 연화층의 경도가, 판 두께 방향의 중심부의 경도의 0.5배 이상 0.9배 미만이고, 연화층은 제1 경도 변화 영역과 제2 경도 변화 영역을 갖고, 제1 경도 변화 영역에 있어서의 판 두께 방향의 경도 변화의 절댓값 ΔHv1은, 제2 경도 변화 영역에 있어서의 판 두께 방향의 경도 변화의 절댓값 ΔHv2보다도 크고, 코너부의 굽힘 반경 R이, 코너부의 판 두께 t에 대하여, R/t≤2.5이다.

Description

골격 부재

본 발명은, 골격 부재에 관한 것이다.

본원은, 2018년 10월 12일에, 일본에 출원된 특허 출원 제2018-193175호와, 2019년 2월 15일에, 일본에 출원된 특허 출원 제2019-025366호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

종래, 자동차의 골격 부재로서, 금속제의 판상 부재를 소정의 단면 형상으로 가공한 부재가 사용되고 있다. 이들 골격 부재는, 경량화를 실현함과 함께, 충분한 내하중을 가질 것이 요구된다. 이 때문에, 근년, 고장력 강판 등의 높은 강도를 갖는 재료가 사용되는 경우가 있다. 한편, 골격 부재를 갖는 제품에 대하여, 충돌에 의한 충격이 가해진 경우에는, 골격 부재가 원하는 변형 모드를 실현하여 충격을 효율적으로 흡수할 것이 요구된다.

고장력 강판과 같은 고강도 재료를 사용하는 골격 부재에 있어서, 변형능과 내하중의 향상을 양립시킬 것이 요구된다. 예를 들어, 특허문헌 1에는, 부재의 경도를 부분적으로 변화시키는 기술을 이용하여, 시트 메탈로 이루어지는 제품에 있어서 저경도 영역과 고경도 영역을 마련하는 것이 기재되어 있다.

국제 공개 제2012/118223호

그러나, 상기 특허문헌 1과 같은 부분적으로 경도를 변화시킨 골격 부재에 있어서, 변형능을 향상시키는 연화층을 단순히 마련한 경우, 변형능은 담보되지만 내하중의 한층 더한 향상을 도모하기 위해서는 한계가 있었다. 즉, 골격 부재에 있어서, 고강도 강판을 적용함에 있어서 변형능과 내하중의 한층 더한 높은 레벨에서의 양립이 요구된다.

그래서, 본 발명은, 상기 문제를 감안하여 이루어진 것이며, 본 발명의 목적으로 하는 바는, 충돌 시의 변형능의 담보와 내하중의 향상을 양립시키는 것이 가능한, 신규이면서도 개량된 골격 부재를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 요지는 하기와 같다.

(1) 본 발명의 제1 양태는, 긴 변 방향으로 연장되는 코너부와, 당해 코너부의 짧은 변 방향의 단부로부터 연장되는 종벽부를 포함하는 골격 부재이며, 상기 코너부의 굽힘 내측 또는 굽힘 외측 중 적어도 어느 한쪽의 표면으로부터 판 두께 방향으로 연화층이 마련되고, 상기 연화층은, 상기 코너부로부터 상기 종벽부의 짧은 변 방향 길이의 1/2 이상의 길이의 영역에 걸쳐 상기 종벽부로 연장되고, 상기 연화층이 마련된 부분에 있어서의 판 두께 방향의 중심부의 경도는 400Hv 이상이며, 상기 연화층은, 상기 연화층이 마련된 부분에 있어서의 상기 판 두께 방향의 중심부의 경도보다도 적어도 10Hv 낮은 경도를 갖는 영역이고, 상기 연화층의 두께는, 상기 연화층이 마련된 부분에 있어서의 상기 판 두께의 2％ 이상 20％ 미만이고, 상기 표면에 있어서의 상기 연화층의 경도가, 상기 연화층이 마련된 부분에 있어서의 상기 판 두께 방향의 중심부의 경도의 0.5배 이상 0.9배 미만이고, 상기 연화층은, 상기 판 두께 방향에 있어서, 상기 표면으로부터 상기 연화층의 두께의 40％까지의 영역인 제1 경도 변화 영역과, 상기 연화층 중 상기 제1 경도 변화 영역이 아닌 영역인 제2 경도 변화 영역을 갖고, 상기 제1 경도 변화 영역에 있어서의 판 두께 방향의 경도 변화의 절댓값 ΔHv1은, 상기 제2 경도 변화 영역에 있어서의 판 두께 방향의 경도 변화의 절댓값 ΔHv2보다도 크고, 상기 코너부의 굽힘 반경 R이, 상기 코너부의 판 두께 t에 대하여, R/t≤2.5인 골격 부재이다.

(2) 상기 (1)에 기재된 골격 부재에서는, 상기 제1 경도 변화 영역의 상기 판 두께 방향의 경도 변화의 절댓값 ΔHv1은, 100Hv 이상 200Hv 미만이어도 된다.

(3) 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 골격 부재에서는, 상기 연화층은, 상기 코너부의 상기 굽힘 외측에 마련되어도 된다.

(4) 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 한 항에 기재된 골격 부재에서는, 상기 연화층은, 상기 코너부의 상기 굽힘 내측과 상기 굽힘 외측의 양쪽에 마련되어도 된다.

(5) 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 한 항에 기재된 골격 부재에서는, 상기 종벽부는, 상기 코너부의 일단부로부터 연장되고, 상기 골격 부재는, 상기 코너부의 타단부로부터 연장된 평판부를 더 포함하고, 상기 연화층은, 상기 코너부로부터 상기 평판부의 짧은 변 방향 길이의 1/2 이상의 길이의 영역에 걸쳐 상기 평판부로 연장되어도 된다.

(6) 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 한 항에 기재된 골격 부재에서는, 상기 종벽부는, 상기 코너부의 일단부로부터 연장되고, 상기 골격 부재는, 상기 코너부의 타단부로부터 연장된 평판부를 더 포함하고, 상기 평판부의 중심의 판 두께 방향에 있어서, 상기 평판부의 표면으로부터 70㎛의 깊이의 위치에 있어서의 경도가, 상기 판 두께 방향의 중심부의 경도의 0.9배 이하여도 된다.

(7) 상기 (6)에 기재된 골격 부재에서는, 상기 평판부의 표면은, 상기 평판부에 있어서의, 상기 코너부의 굽힘 내측과 연속하는 표면이어도 된다.

본 발명에 따르면, 충돌 시의 변형능의 향상과 내하중의 향상을 양립시킨 골격 부재가 제공된다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 골격 부재의 일례를 도시하는 부분 사시도이다.
도 2는 동 실시 형태에 관한 골격 부재의 코너부를 포함하는 영역의 X-Z 평면 단면도이다.
도 3은 동 실시 형태에 관한 골격 부재의 X-Z 평면 단면도이다.
도 4는 동 실시 형태에 관한 골격 부재의 X-Z 평면 단면도이다.
도 5는 동 실시 형태에 관한 골격 부재의 X-Z 평면 단면도이다.
도 6a는 동 실시 형태에 관한 골격 부재의 3점 굽힘 시뮬레이션의 형상을 도시하는 단면도이다.
도 6b는 동 실시 형태에 관한 골격 부재의 3점 굽힘 시뮬레이션의 형상을 도시하는 단면도이다.
도 7은 동 실시 형태에 관한 골격 부재의 연화층의 도 2에 있어서의 B-B'간의 경도 변화의 일례를 도시하는 도면이다.
도 8은 본 실시 형태에 관한 골격 부재의 효과를 설명하기 위한 하중-스트로크 선도이다.
도 9는 동 실시 형태의 일 변형예에 관한 코너부를 포함하는 영역의 X-Z 평면 단면도이다.
도 10은 동 실시 형태의 다른 변형예에 관한 골격 부재의 일례를 도시하는 부분 사시도이다.
도 11은 동 실시 형태의 그 밖의 변형예에 관한 골격 부재의 X-Z 평면 단면도이다.
도 12a는 동 변형예에 관한 골격 부재의 X-Z 평면 단면도이다.
도 12b는 도 12a의 P 부분의 확대도이다.
도 13a는 동 변형예에 관한 골격 부재의 변형의 모습의 일례를 도시하는 도면이다.
도 13b는 도 13a의 I-I' 단면도이다.
도 14는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 골격 부재의 일례를 도시하는 부분 사시도이다.
도 15는 동 실시 형태에 관한 골격 부재의 X-Z 평면 단면도이다.
도 16은 본 발명의 실시 형태에 관한 골격 부재가 적용되는 일례로서의 자동차 골격을 도시하는 도면이다.
도 17은 본 실시예에 관한 시뮬레이션의 결과 얻어진 하중-스트로크 선도의 예를 도시한다.
도 18은 본 실시예에 관한 시뮬레이션의 결과 얻어진 하중-스트로크 선도의 예를 도시한다.

이하에 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 적합한 실시 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일한 번호를 부여함으로써 중복 설명을 생략한다.

<1. 제1 실시 형태>

[골격 부재의 전체 구조]

먼저, 도 1을 참조하여, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 골격 부재의 일례의 부분 구조에 대하여 설명한다. 도 1은 본 실시 형태에 관한 골격 부재의 일례를 도시하는 부분 사시도이다. 골격 부재(10)는, 일례로서, 도 1에 도시한 Y 방향을 긴 변 방향으로 하여 연장되고, 긴 변 방향 단면(X-Z 평면)이, X 방향으로 개구된 대략 해트 형상으로 되어 있는 부재이다. 골격 부재(10)는, 일례로서, 평판부(11)와, 평판부(11)로부터 코너부(13)를 통해 연장된 벽부로서의 종벽부(15)와, 종벽부(15)의 코너부(13)와는 반대측의 단부로부터 굴곡된 플랜지부(17)를 포함하고 있다. 또한, 골격 부재(10)에 있어서, 적어도 코너부(13) 및 종벽부(15)는, 후술하는 연화층(20)을 갖는다.

골격 부재(10)는, 다른 부재와 고정 또는 연결됨으로써, 제품 전체 또는 일부의 골격을 형성한다. 예를 들어, 골격 부재(10)에는, 긴 변 방향에 수직인 방향(도 1에 있어서의 X 방향 또는 Z 방향)으로 하중이 가해지면, 굽힘 변형이 발생할 수 있다. 또한, 예를 들어 골격 부재(10)에는, 긴 변 방향(도 1에 있어서의 Y 방향)으로 축 방향의 하중이 가해지면, 축 압궤에 수반되는 변형이 발생할 수 있다.

골격 부재(10)는, 다양한 금속제 판상 부재로 구성될 수 있다. 특히, 골격 부재(10)는, 강판으로 구성될 수 있다. 일례로서는, 인장 강도로 1470㎫ 이상(예를 들어 1.5㎬급, 1.8㎬급 또는 그것 이상)의 강재를 들 수 있다. 골격 부재(10)에 사용되는 강판의 판 두께로서는, 0.5 내지 3.5㎜ 정도, 또는 1.0 내지 2.9㎜ 정도를 들 수 있다. 골격 부재(10)는, 금속제 판상 부재(블랭크재)에 대해 공지의 기술인 다양한 가공 기술을 적용함으로써, 형성될 수 있다.

[골격 부재의 코너부의 구성]

다음에, 도 2 내지 도 5, 도 6a, 도 6b를 참조하여, 본 실시 형태에 관한 코너부(13)를 포함하는 영역의 구성에 대하여 설명한다. 도 2는 본 실시 형태에 관한 코너부(13)를 포함하는 영역의 X-Z 평면 단면도이다. 도 3 내지 도 5는 본 실시 형태에 관한 골격 부재의 X-Z 평면 단면도이다. 코너부(13)는, 평판부(11)와 종벽부(15) 사이에 존재하는 굴곡부이며, 후술하는 소정의 굽힘 반경 R을 갖는다. 코너부(13)는, 도 2에 도시한 바와 같이, X-Z 평면 단면으로 보아, 굽힘 내측에 있어서의 R 종지부점 A1, A2, 굽힘 외측에 있어서의 R 종지부점 A3, A4에 의해 구획되는 영역에 형성되어 있다.

굽힘 반경 R은, 코너부(13)에 있어서의 판 두께 t에 대하여, R/t≤2.5의 관계식을 만족시키는 값으로 설정된다. R/t≤2.5 이하이면, 충돌 시의 굽힘 변형 시에 종벽부(15)가 휘기 어려워져, 특히 스트로크 초기에 있어서의 코너부(13)의 내하중이 상승한다. 또한, 이것에 수반하여, 스트로크 중기, 스트로크 후기에 있어서도 높은 내하중을 유지할 수 있다. 또한, 후술하는 연화층(20)이 코너부(13)에 형성되는 효과와 더불어, 특히 스트로크 후기에 있어서 우수한 내하중을 발현할 수 있어, 충돌 시의 변형능과 내하중의 향상이 가능해진다.

또한, R/t의 하한값은 특별히 한정되지 않지만, 성형성의 관점에서, R/t≥0.5인 것이 바람직하고, R/t≥0.9인 것이 더욱 바람직하다. 굽힘 반경 R은, 굽힘 내측에 있어서, 코너부(13)의 단면의 화상으로부터, R 종지부점 A1, A2와, 코너부(13)의 굽힘 중앙점(코너부(13)에 있어서 R 종지부점 A1과 A2의 거리의 절반에 위치하는 점)의 3점을 구하고, 당해 3점으로부터 공지의 수학적 방법에 의해 곡률을 구함으로써 얻어진다.

또한, 인장 강도로 1470㎫ 이상(예를 들어 1.5㎬급, 1.8㎬급 또는 그것 이상)의 골격 부재(10)를 제조하는 경우에는, R/t≤2.5를 만족시키는 코너부(13)를 얻기 위해, 핫 스탬프 공법을 사용하는 것이 바람직하다.

코너부(13)는, 연화층(20)을 갖는다. 연화층(20)은, 골격 부재(10)의 표면측이며, 코너부(13)의 굽힘 내측 혹은 굽힘 외측 중 어느 한쪽 또는, 굽힘 내측과 굽힘 외측의 양쪽에 마련될 수 있다. 특히, 도 4에 도시한 바와 같이, 연화층(20)은, 코너부(13)의 굽힘 외측에 마련될 수 있다. 또한, 도 5에 도시한 바와 같이, 연화층(20)은, 골격 부재(10)의 전역에 걸치는 표면에 마련될 수 있다.

[골격 부재의 종벽부의 구성]

종벽부(15)는, 코너부(13)의 R 종지부를 포함하는 단부로부터 판 두께 방향과 직교하는 방향으로 연장되어 있다. 종벽부(15)의 코너부(13)와 반대측의 단부는, 외측으로 굴곡되어 있고, 굴곡부를 통해 플랜지부(17)가 연장되어 있어도 된다. 즉, 골격 부재(10)는, 도 1에 있어서의 X-Z 단면에 있어서, 대략 해트 형상으로 형성될 수 있다.

종벽부(15)는, 코너부(13)와 마찬가지로, 연화층(20)을 갖는다. 도 3에 도시한 바와 같이, 종벽부(15)에 있어서, 연화층(20)은, 코너부(13)의 종벽부(15)와의 접속 부분인 R 종지부로부터, 종벽부(15)의 짧은 변 방향 길이의 1/2 이상의 길이의 영역에 걸쳐 연장되어 있다. 연화층(20)을, 종벽부(15)의 짧은 변 방향 길이의 1/2 이상의 길이의 영역으로 한 이유는, 도 6a 및 도 6b에 도시한, 본 발명자들에 의한 골격 부재(10)의 3점 굽힘 시뮬레이션의 결과에 기초한다. 즉, 도 6a의 초기 상태로부터 3점 굽힘 시뮬레이션을 행한 경우, 도 6b에 도시한 바와 같이 코너부(13)와, R 종지부로부터 종벽부(15)의 짧은 변 방향 길이의 1/2의 길이의 영역에 있어서, 다른 부위보다도 높은 최대 주변형을 나타냄을 알 수 있었다. 그 때문에, 적어도 R 종지부로부터 종벽부(15)의 짧은 변 방향 길이의 1/2의 길이의 영역에 연화층(20)을 마련함으로써, 충돌 시에 이 영역에서의 갈라짐이 발생하기 어렵게 할 수 있다.

또한, 종벽부(15)의 짧은 변 방향이란, 골격 부재(10)의 긴 변 방향(도 1의 Y 방향)을 종벽부(15)의 긴 변 방향으로 한 경우의 종벽부(15)의 연장된 방향이며, 긴 변 방향과 직교하는 방향(도 1의 대략 X 방향)이다. 또한, 종벽부(15)의 짧은 변 방향 길이란, X-Z 평면 단면에 있어서의 코너부(13)의 종벽부(15)측의 R 종지부로부터, 종벽부(15)와 플랜지부(17) 사이의 굴곡부의 종벽부(15)측의 R 종지부 사이의 거리를 가리킨다.

[연화층의 구성]

골격 부재(10)의 표면측에 있어서, 적어도 코너부(13) 및 종벽부(15)에는 연화층(20)이 형성되어 있다. 연화층(20)은, 골격 부재(10)의 긴 변 방향(도 1의 Y 방향)에 걸쳐, 연속적으로 형성되어 있어도 되고, 부분적으로 형성되어 있어도 된다. 또한, 연화층(20)은, 골격 부재(10)의 표면으로부터 판 두께 방향으로 소정의 깊이에 걸쳐 형성되어 있다. 본 실시 형태에 관한 골격 부재(10)에서는, 연화층(20)의 두께는, 골격 부재(10)의 판 두께의 2％ 이상 20％ 미만이다. 여기서, 판 두께란, 연화층(20)과 후술하는 판 두께 방향의 중심부(30)를 포함한, 골격 부재(10)의 판 두께 방향의 전체 두께를 가리킨다.

연화층(20)의 두께가, 골격 부재(10)의 판 두께의 20％ 이상이 되면, 골격 부재(10)에 있어서의 연화층(20)이 차지하는 비율이 많아져, 골격 부재(10)에 요구되는 내하중을 유지할 수 없게 된다. 연화층(20)의 두께는, 골격 부재(10)의 판 두께 17％ 이하인 것이 바람직하고, 14％ 이하인 것이 더욱 바람직하다.

한편, 연화층(20)의 두께가, 골격 부재(10)의 판 두께의 2％ 미만으로 되면, 골격 부재(10)에 있어서의 연화층(20)의 비율이 적어, 변형능이 충분히 발휘되지 않는다. 연화층(20)의 두께는, 골격 부재(10)의 판 두께의 5％ 이상인 것이 바람직하고, 8％ 이상인 것이 더욱 바람직하다.

골격 부재(10)의 판 두께 방향의 중심측(골격 부재(10)의 연화층(20)을 제외한 판 두께 방향의 영역)은, 판 두께 방향의 중심부(30)로 되어 있다. 연화층(20)은, 판 두께 방향의 중심부(30)의 경도보다도 적어도 10Hv 낮은 경도를 갖는 영역이다.

연화층(20)은, 골격 부재(10)의 표면에 있어서, 판 두께 방향의 중심부(30)의 경도에 대하여, 0.5배 이상 0.9배 미만의 경도를 갖고 있다. 여기서, 골격 부재(10)의 표면이란, 도막이나 도금층을 제외한 골격 부재(10)의 모재 표면을 말한다. 골격 부재(10)의 표면의 경도는, 모재 단면에 대하여, JIS Z 2244:2009에 기재된 비커스 경도 시험에 의해 측정된다. 그때, 측정점은 모재 표면으로부터 깊이 20㎛ 이내로 하고, 또한, 압흔이 10㎛ 이하가 되도록 측정한다. 표면의 경도가 판 두께 방향의 중심부(30)의 경도에 대하여 0.5배 미만이 되면, 부재 표층 부분이 너무 유연해져, 충돌 시의, 특히 스트로크 후기에 있어서의 내하중을 향상시킬 수 없게 된다. 연화층(20)은, 골격 부재(10)의 표면에 있어서, 판 두께 방향의 중심부(30)의 경도에 대하여, 0.6배 이상의 경도를 갖고 있는 것이 바람직하다.

한편, 표면의 경도가 판 두께 방향의 중심부(30)의 경도에 대하여 0.9배 이상이 되면, 변형능을 충분히 향상시키는 것이 곤란해진다. 연화층(20)은, 골격 부재(10)의 표면에 있어서, 판 두께 방향의 중심부(30)의 경도에 대하여, 0.8배 미만의 경도를 갖고 있는 것이 바람직하다.

판 두께 방향의 중심부(30)의 경도는 비커스 경도로 400Hv 이상이다. 비커스 경도가 400Hv 이상인 강재에 있어서, 충돌 시에 있어서의 변형능의 유지가 곤란해진다. 즉, 골격 부재(10)의 판 두께 방향의 중심부(30)의 비커스 경도가 400Hv 이상인 경우에, 본 실시 형태에 관한 연화층(20)에 의한 변형능의 향상의 효과가 현저해진다. 골격 부재(10)의 판 두께 방향의 중심부(30)의 비커스 경도가 500Hv 이상인 것이 바람직하고, 600Hv 이상인 것이 더욱 바람직하다.

판 두께 방향의 중심부(30)의 경도의 상한은 특별히 규정되지 않지만, 골격 부재(10)의 성형성 등을 감안하면, 800Hv인 것이 바람직하고, 700Hv인 것이 더욱 바람직하다.

예를 들어, 상술한 판 두께 방향의 중심부(30)의 경도의 범위에 있어서, 골격 부재(10)의 표면에 있어서의 연화층(20)의 경도는, 비커스 경도로 250Hv 이상 으로 할 수 있다. 또한, 상술한 판 두께 방향의 중심부(30)의 경도의 범위에 있어서, 골격 부재(10)의 표면에 있어서의 연화층(20)의 경도는, 비커스 경도로 500Hv 이하로 할 수 있다. 또한, 골격 부재(10)의 연화층(20)의 영역의 표면, 및 판 두께 방향의 중심부(30)의 경도의 측정 방법의 상세에 대해서는 후술한다.

연화층(20)은, 공지의 기술인 다양한 표면 처리, 표면 가공 또는 열처리 기술을 적용함으로써, 골격 부재(10)의 표면측에 형성될 수 있다. 연화층(20)을 형성하는 방법의 일례로서, 코너부(13), 종벽부(15)에 상당하는 영역에 대한 레이저 가열이나 고주파 가열에 의한 부분 템퍼링 등을 들 수 있다. 또한, 상술한 연화층이 미리 표층에 형성된 블랭크재에 대해, 가공을 실시함으로써, 연화층(20)을 소정의 영역에 갖는 골격 부재(10)가 형성될 수 있다.

도 7은 본 실시 형태에 관한 골격 부재(10)의 연화층(20)의 도 2에 있어서의 B-B'간의 경도 변화의 일례를 도시하는 도면이다. 도 7은 본 실시 형태에 관한 골격 부재(10)를, 핫 스탬프용 강재를 사용하여 열간 프레스로 인장 강도 2.0㎬급의 해트 형상으로 성형하여 제작하고, 연화층(20)의 판 두께 방향의 비커스 경도를 플롯한 결과이다. 도 7에 도시한 바와 같이, 연화층(20)은, 골격 부재(10)의 표면측에 존재하는 제1 경도 변화 영역(21)과, 제1 경도 변화 영역(21)과 판 두께 방향의 중심부(30) 사이에 존재하는 제2 경도 변화 영역(22)을 갖는다. 제2 경도 변화 영역(22)은, 연화층(20) 중, 제1 경도 변화 영역(21)이 아닌 영역이다. 제1 경도 변화 영역(21)과 제2 경도 변화 영역(22)은, 모두 소정의 구배로 판 두께 방향의 경도가 변화되어 있는 영역이며, 제1 경도 변화 영역(21)과 제2 경도 변화 영역(22)은, 각각 다른 경도 변화의 절댓값 ΔHv1과 ΔHv2를 갖는다.

도 7에 도시한 바와 같이, 제1 경도 변화 영역(21)은, 골격 부재(10)의 표면으로부터 연화층(20) 전체의 두께의 40％까지이다. 또한, 제2 경도 변화 영역(22)은, 연화층(20)의 제1 경도 변화 영역(21)으로부터 연속하고, 골격 부재(10)의 판 두께 방향의 중심부(30)까지이다. 즉, 제2 경도 변화 영역(22)은, 연화층(20) 중 제1 경도 변화 영역(21)이 아닌 영역이다.

또한, 도 7에 도시한 바와 같이, 제1 경도 변화 영역(21)에 있어서의 경도 변화의 절댓값 ΔHv1은, 제2 경도 변화 영역(22)에 있어서의 경도 변화의 절댓값 ΔHv2보다도 크다. ΔHv2가 ΔHv1보다도 크면, 골격 부재(10)가 너무 연화되어 버려, 충분한 하중 특성이 얻어지지 않기 때문이다.

또한, 제1 경도 변화 영역(21)에 있어서의 경도 변화의 절댓값 ΔHv1은, 100Hv 이상 200Hv 미만이다. ΔHv1이 100Hv 이상이면, 굽힘 변형 시의 응력 집중을 보다 완화할 수 있어, 굽힘 특성을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, ΔHv1이, 200Hv 미만이면, 굽힘 변형 시의 응력 집중을 완화하는 효과가 더욱 높아져, 보다 양호한 굽힘 특성이 얻어진다. 따라서, ΔHv1이 100Hv 이상 200Hv 미만이 되는 경우에, 양호한 굽힘 특성이 얻어져, 골격 부재(10)의 변형능을 향상시킬 수 있다. 구체적으로는, 충돌 시의 스트로크 후기에 있어서, 하중 피크 직후로부터의 하중의 낙하를 완만하게 할 수 있다. 그래서, 상기와 같이, 제1 경도 변화 영역(21)에 있어서의 경도 변화의 절댓값 ΔHv1은, 100Hv 이상 200Hv 미만으로 하는 것이 바람직하다.

[경도 측정 방법 및 경도 변화 산출 방법]

판 두께 방향의 중심부(30)의 경도의 측정 방법은 이하와 같다. 시료의 판면에 수직인 단면을 채취하고, 측정면의 시료 조제를 행하여, 경도 시험에 제공한다. 측정면의 조제 방법은, JIS Z 2244:2009에 준하여 실시한다. #600 내지 #1500의 탄화규소 페이퍼를 사용하여 측정면을 연마한 후, 입도 1㎛ 내지 6㎛의 다이아몬드 파우더를 알코올 등의 희석액이나 순수에 분산시킨 액체를 사용하여 경면으로 마무리한다. 경도 시험은, JIS Z 2244:2009에 기재된 방법으로 실시한다. 마이크로 비커스 경도 시험기를 사용하여, 시료의 판 두께의 1/2 위치에, 하중 1kgf로, 압흔의 3배 이상의 간격으로 10점 측정하고, 그의 평균값을 판 두께 방향의 중심부(30)의 경도로 한다.

다음에, 제1 경도 변화 영역(21) 및 제2 경도 변화 영역(22)의 경도의 측정 방법에 대하여 설명한다. 시료의 판면에 수직인 단면이 채취되어, 측정면의 시료 조제가 행해진 후, 경도 시험에 제공된다. 측정면의 조제는, 시료의 표면 근방의 경도를 정확하게 측정하기 위해, 최대한 요철이 작고, 표면 근방에 늘어짐이 발생하지 않도록 실시한다. 여기에서는, 니혼덴시제의 크로스 섹션 폴리셔를 사용하여, 아르곤 이온빔에 의해 측정면이 스퍼터링된다. 이때, 측정면에 스트라이프상의 요철이 발생하는 것을 억제할 목적으로, 니혼덴시제의 시료 회전 홀더를 사용하여, 360도 방향으로부터 측정면에 아르곤 이온빔을 조사한다.

측정면이 조제된 시료에 대해, 마이크로 비커스 경도 시험기를 사용하여, 경도의 측정이 실시된다. 시료의 표면으로부터 당해 시료의 연화층에 상당하는 영역을, 판면과 직각인 방향(판 두께 방향)으로, 하중 1kgf로, 압흔의 3배 이상의 간격으로 측정한다. 이때, 시료의 판 두께에 의존하여 측정점의 합계가 다르지만, 후술하는 ΔHv1 및 ΔHv2를 산출하기 위한 측정점수에 대해서는, JIS Z 2244:2009의 기재에 기초하여, 압흔에 의한 영향이 없을 정도의 간격을 확보하면서, 가능한 한 많은 측정점을 설정한다. 시료의 가장 표면측에 있어서의 측정 위치는, 판면(도금층이 존재하는 경우에는, 도금층의 바로 아래 또는 도금층과 모재 사이의 합금층의 바로 아래)으로부터 20㎛ 이내까지의 영역에서 행하는 것으로 한다. 모재 표면의 최표면 부분은, 연질상의 조직이 많기 때문이다.

판 두께 방향의 중심부(30)의 양측에 연화층(20)이 배치된 시료의 경우에는, 마찬가지의 측정을 시료의 제1 표면측으로부터 행하고, 또한 제1 표면과 반대측의 제2 표면측으로부터도 행한다.

다음에, ΔHv1의 산출 방법에 대하여 설명한다. 즉, 시료의 표면으로부터 연화층 전체의 두께 40％까지의 영역(제1 경도 변화 영역(21))에 포함되는 모든 측정점으로부터, 식(1)에 의해 제1 경도 변화 영역(21)의 경도 구배 Δa를 산출한다. 여기서, a_i는, i번째의 측정점에 있어서의 표면으로부터의 거리가 연화층 전체의 두께에 차지하는 비율(％), c_i는 a_i에 있어서의 비커스 경도(Hv), n은 표면으로부터 연화층 전체의 두께 40％까지의 영역(제1 경도 변화 영역(21))에 포함되는 모든 측정점의 합계이다.

여기서,

Δa: 제1 경도 변화 영역에 있어서의 판 두께 방향의 경도의 변화의 구배(Hv/％)

a_i: i번째의 측정점에 있어서의 표면으로부터의 거리가 연화층 전체의 두께에 차지하는 비율(％)

c_i: a_i에 있어서의 비커스 경도(Hv)

n: 제1 표면측 제1 경도 변화 영역에 포함되는 모든 측정점의 합계

이다.

판 두께 방향의 중심부(30)의 양측에 연화층(20)이 배치된 시료의 경우에는, 제1 표면측으로부터의 경도 측정 결과를 기초로, 제1 표면측의 Δa1을 산출하고, 또한, 제2 표면측으로부터의 경도 측정 결과를 기초로, 제2 표면측의 Δa2를 산출한다. Δa1과 Δa2의 산술 평균을 Δa로 할 수 있다.

식(1)에 의해 구한 Δa에 연화층 전체의 두께에 차지하는 제1 경도 변화 영역(21)의 판 두께 방향 두께의 비율을 승산하여 ΔHv1을 구할 수 있다.

다음에, ΔHv2의 산출 방법에 대하여 설명한다. 즉, 시료의 표면측에 있어서의 연화층 전체의 두께 40％부터 100％까지의 영역(제2 경도 변화 영역(22))에 포함되는 모든 측정점으로부터, 식(2)에 의해 제2 경도 변화 영역(22)의 경도 구배 ΔA를 산출한다. 여기서, A_i는, i번째의 측정점에 있어서의 표면으로부터의 거리가 연화층 전체의 두께에 차지하는 비율(％), C_i는 A_i에 있어서의 비커스 경도(Hv), N은 표면측에 있어서의 연화층 전체의 두께 40％부터 100％까지의 영역(제2 경도 변화 영역(22))에 포함되는 모든 측정점의 합계이다.

여기서,

ΔA: 제2 경도 변화 영역에 있어서의 판 두께 방향의 경도의 변화의 구배(Hv/％)

C_i: A_i에 있어서의 비커스 경도(Hv)

N: 제1 표면측 제2 경도 변화 영역에 포함되는 모든 측정점의 합계

이다.

식(2)에 의해 구한 ΔA에 연화층 전체의 두께에 차지하는 제2 경도 변화 영역(22)의 판 두께 방향 두께의 비율을 승산하여 ΔHv2를 구할 수 있다.

(작용 효과)

도 8은 본 실시 형태에 관한 골격 부재(10)의 작용 효과를 설명하기 위한 하중-스트로크 선도이다.

곡선 a는, 적절한 연화층을 마련하고, R/t를 2.0으로 설정하고, 절댓값 ΔHv1을 150Hv로 설정한 골격 부재를 상정한 하중-스트로크 선도이다.

곡선 b는, 적절한 연화층을 마련하고, R/t를 2.0으로 설정하고, 절댓값 ΔHv1을 70Hv로 설정한 골격 부재를 상정한 하중-스트로크 선도이다.

곡선 c는, 적절한 연화층을 마련하고, R/t를 5.0으로 설정하고, 절댓값 ΔHv1을 150Hv로 설정한 골격 부재를 상정한 하중-스트로크 선도이다.

곡선 d는, 연화층을 마련하지 않고, R/t를 2.0으로 설정한 골격 부재를 상정한 하중-스트로크 선도이다.

본 실시 형태에 관한 골격 부재(10)에 의하면, R/t를 2.5 이하로 하고, 또한, 코너부(13)와, 종벽부(15)의 적어도 일부에 연화층(20)을 마련함으로써, 곡선 a 또는 곡선 b로 나타내는 바와 같이, 스트로크 초기부터 스트로크 후기에 걸쳐, 충돌 시의 굽힘 특성이 향상되어, 스트로크 후기에 있어서 완만한 커브로 하중을 떨어뜨릴 수 있다. 즉, 변형능을 향상시킬 수 있다.

또한, 판 두께 방향의 중심부(30)의 경도를 비커스 경도로 400Hv 이상으로 함으로써, 특히 스트로크 후기에 있어서 높은 내하중이 유지된다. 또한, 제1 경도 변화 영역의 경도 변화의 절댓값 ΔHv1을, 제2 경도 변화 영역의 경도 변화의 절댓값 ΔHv2보다도 크게 하였으므로, 골격 부재(10)의 표면측에서의 연화 부분이 확보되어, 굽힘 특성이 향상된다. 또한, ΔHv2를, ΔHv1보다도 작게 함으로써, 판 두께 방향의 경도 변화의 급격한 구배의 변화를 없애, 응력 집중이 완화되어 갈라짐이나 균열이 억제된다. 이에 의해, 스트로크 후기의 피크 직후로부터의 내하중의 낙하를 완만하게 할 수 있다. 따라서, 골격 부재(10)는 우수한 내충격 특성을 얻을 수 있다.

또한, ΔHv1이 100Hv 내지 200Hv인 경우에는, 골격 부재(10)의 표면측에서의 연화 부분이 충분히 확보되기 때문에, 연화층(20)에 의한 굽힘 특성의 향상이 충분히 발휘된다. 즉, ΔHv1이 150Hv인 곡선 a와, ΔHv1이 70Hv인 곡선 b를 비교하면, 곡선 a에서는 ΔHv1을 100Hv 내지 200Hv의 범위로 하고 있음으로써, 스트로크 후기에 있어서의 피크 직후로부터의 내하중의 낙하를 더욱 완만하게 할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 관한 골격 부재(10)에 의하면, 코너부(13)의 R/t를 2.5 이하로 함으로써, 스트로크 초기부터 스트로크 후기에 걸쳐 높은 내하중을 유지할 수 있다. 특히, 스트로크 후기에 있어서는, 상술한 연화층(20)이 코너부(13)에 형성되는 효과와 더불어, 특히 우수한 내하중을 발현할 수 있어, 충돌 시의 변형능과 내하중의 향상이 가능해진다.

따라서, 본 실시 형태에 관한 골격 부재(10)는, 충돌에 대한 내하중을 높게 유지하면서, 충돌에 의한 갈라짐이 발생하기 어렵고, 또한 변형능을 충분히 확보할 수 있다. 이에 의해, 종래의 골격 부재와 비교하여, 내하중과 굽힘 특성의 높은 레벨에서의 양립을 실현 가능하게 하였다.

여기서, 골격 부재(10)에 외부로부터 도 1에 있어서의 X 방향 성분을 포함하는 방향의 입력이 이루어진 경우 즉 평판부(11), 또는 플랜지부(17)에 접합된 클로징 플레이트 등에 대하여 충돌이 있었던 경우, 종벽부(15)는 좌굴 변형하는 경우가 있다. 이때, 종벽부(15)에 있어서, 연화층(20)이, 코너부(13)로부터, 종벽부(15)의 짧은 변 방향 길이의 1/2 이상의 길이의 영역에 걸쳐 연장되어 있으면, 종벽부(15)가 효과적으로 변형된다. 즉, X 방향 성분을 포함하는 방향의 충돌에 의해 골격 부재(10)에 외력이 가해지면, 종벽부(15)의 코너부(13)측의 부분이 굴곡 변형된다. 당해 부분은, 연화층(20)이 마련된 영역을 포함한다. 따라서, 당해 영역에 연화층(20)이 마련되어 있으면, 골격 부재(10)는 연화층(20)에 의해 유연하게 구부러지기 때문에, 종벽부(15)의 소피치로의 좌굴 변형을 촉진시킨다. 이에 의해, 골격 부재(10)의 변형능을 향상시켜, 충격 흡수 에너지를 증가시킬 수 있다.

또한, 코너부(13)의 굽힘 내측과 외측의 양쪽에 연화층(20)을 마련함으로써, 굽힘 특성이 더욱 향상되어, 변형능을 향상시킬 수 있다.

(변형예 1)

이상, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 골격 부재에 대하여 설명하였다. 여기에서, 도 9를 참조하면서 본 실시 형태의 일 변형예에 대하여 설명한다. 본 변형예에서는, 골격 부재(10)의 코너부(13) 사이에 연장 설치된 평판부(11)가 연화층(20)을 갖는 점에 특징이 있다.

도 9는 본 실시 형태의 일 변형예에 관한 코너부를 포함하는 영역의 X-Z 평면 단면도이다. 도 9에 도시한 바와 같이, 코너부(13)에 있어서, 제1 벽부로서의 종벽부(15)가 연장된 일단부와는 반대측의 타단부로부터, 제2 벽부로서의 평판부(11)가 연장되고, 당해 평판부(11)에도 연화층(20)이 형성되어 있다. 본 변형예에서는, 평판부(11)에도 연화층(20)이 존재함으로써, 평판부(11)에 있어서도, 표면 부분이 연화되어 있기 때문에, 충돌 시의 굽힘 특성이 향상되어, 변형능을 향상시킬 수 있다.

또한, 평판부(11)에 있어서, 연화층(20)은 평판부(11)의 전역에 걸쳐 형성되어도 된다. 이에 의해, 평판부(11)의 굽힘 특성이 향상되므로, 골격 부재(10)의 변형능을 더욱 향상시킬 수 있다.

또한, 연화층(20)이 평판부(11)의 전역에 걸쳐 마련되는 구성은, 골격 부재(10)가 충격 흡수 골격으로서 사용되는 경우에도 유효하다. 특히, 골격 부재(10)에 대한 입력이 축 압축인 경우에 유효하다. 이 경우, 긴 변 방향(도 1에 도시한 Y 방향)의 하중에 의해, 골격 부재(10)는, 압궤되게 되지만, 평판부(11)가 전체에 연화층(20)을 가짐으로써 평판부(11)에 있어서 좌굴이 발생하여, 평판부(11)의 갈라짐이 발생하기 어렵게 할 수 있다.

또한, 연화층(20)은, 평판부(11)와, 종벽부(15)와, 플랜지부(17)의 전역에 걸쳐 마련되어도 된다. 이에 의해, 골격 부재(10) 전체의 굽힘 특성이 향상되므로, 골격 부재(10)의 변형능을 더욱 향상시킬 수 있다.

(변형예 2)

이상, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 일 변형예에 대하여 설명하였다. 여기에서, 도 10 및 도 11을 참조하면서, 본 실시 형태의 다른 변형예에 대하여 설명한다. 본 변형예에서는, 코너부(13)의 굽힘 내측에 패치재(40)가 설치되어 있는 점에 특징이 있다.

도 10은 본 변형예에 관한 골격 부재의 일례를 도시하는 부분 사시도이다. 도 11은 본 변형예에 관한 골격 부재의 X-Z 평면 단면도이다. 도 10에 도시한 바와 같이, 본 변형예에서는, 코너부(13)의 굽힘 내측에 골격 부재(10)와는 별체의 부품인 패치재(40)가 설치되어 있다. 도 11에 도시한 바와 같이, 패치재(40)는, L자상 단면의 부재이다. 패치재(40)는 골격 부재(10)와 동일한 재료로 구성되어도 되고, 다른 재료로 구성되어도 된다. 패치재(40)의 긴 변 방향 길이는, 골격 부재(10)와 동등해도 되고, 짧아도 된다. 패치재(40)는, 적어도 코너부(13)의 굽힘 내측 부분을 덮도록 설치되어 있다. 패치재(40)는, 다양한 공지 기술에 의해, 코너부(13)의 굽힘 내측에 설치할 수 있다.

본 변형예에서는, 패치재(40)가 골격 부재(10)의 코너부(13)의 굽힘 내측에 설치되어 있음으로써, 골격 부재(10)의 내하중을 더욱 향상시킬 수 있다.

(변형예 3)

이상, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 몇 가지의 변형예에 대하여 설명하였다. 여기에서, 도 12a, 도 12b, 도 13a 및 도 13b를 참조하면서, 본 실시 형태의 그 밖의 변형예에 대하여 설명한다. 본 변형예에서는, 평판부(11)의 중심의 판 두께 방향에 있어서, 표면으로부터 70㎛의 깊이의 위치에 있어서 경도가 소정의 범위로 설정되어 있는 점에 특징이 있다.

도 12a는 본 변형예에 관한 골격 부재(10)의 X-Z 평면 단면도이다. 또한, 도 12b는 본 변형예에 관한 골격 부재(10)의 X-Z 평면 단면에 있어서, 평판부(11)의 중심 위치 S를 포함하는 부분(즉, 도 12a의 P의 부분)의 확대도이다. 도 13a는 본 변형예에 관한 골격 부재(10)의 변형의 모습의 일례를 도시하는 도면이다. 도 13b는 도 13a의 I-I' 단면도이다. 도 12a에 도시한 바와 같이, 본 변형예에서는, 평판부(11)의 골격 부재의 짧은 변 방향(도 12a에 있어서의 X 방향)의 중심 위치 S에 있어서, 경도가 소정의 범위로 설정되어 있다. 여기서, 중심 위치 S란, 평판부(11)의 짧은 변 방향의 양단으로부터, 각각 동등한 거리 L만큼 이격된 위치이다. 또한, 중심 위치 S에 있어서 표면으로부터 소정의 깊이의 위치에 있어서, 경도가 소정의 범위로 되어 있다. 도 12b에 도시한 바와 같이, 경도가 소정의 범위로 설정된 위치 C의 평판부(11)의 표면으로부터의 깊이(판 두께 방향의 거리) d는, 70㎛로 되어 있다. 또한, 당해 위치 C의 경도는, 평판부(11)의 판 두께 방향의 중심부(30)의 경도에 대하여, 0.9배 이하가 되도록 설정되어 있다.

여기서, 도 13a에 도시한 바와 같이, 골격 부재(10)의 평판부(11)에 대하여 하중이 입력된 경우, 평판부(11)의 중심 위치 S의 주변으로부터 변형이 개시된다. 이때, 평판부(11)에 있어서 균열이 발생, 진전되어, 최종적으로 골격 부재(10)의 변형 중에 갈라짐이 발생하는 경우가 있다. 변형 중의 갈라짐의 발생은, 골격 부재(10)의 에너지 흡수량을 저하시켜, 충격 흡수 특성에 영향을 준다.

특히, 도 13b에 도시한 바와 같이, 골격 부재(10)의 평판부(11)에 대하여 하중이 입력되면, 평판부(11)가 국소적으로 오목 형상으로 되는 변형이 발생한다. 이때, 평판부(11)에 있어서의, 코너부(13)의 굽힘 내측과 연속하는 표면측에 있어서, 인장 하중이 발생하고(도 13b 중의 화살표 참조), 균열이 진전되어, 갈라짐이 발생하기 쉬워진다.

그래서, 본 발명자들이 예의 검토한 결과, 평판부(11)의 중심 위치 S의 표면으로부터 깊이 70㎛의 위치를 포함한 영역에 있어서, 균열이 발생하기 쉽다는 것이 명백해졌다. 본 변형예에 있어서는, 평판부(11)의 중심 위치 S의 표면으로부터 깊이 70㎛의 위치에 있어서의 경도가 판 두께 방향의 중심부(30)의 경도에 대하여, 0.9배 이하가 되도록 설정되어 있다. 이에 의해, 평판부(11)의 중심 위치 S에 있어서, 경도가 저감되어 있으므로, 균열의 진전이 억제된다. 이 결과, 골격 부재(10)의 변형 중에 있어서의 갈라짐의 발생이 억제되어, 골격 부재(10)의 에너지 흡수량이 증가되어, 충격 흡수 특성이 더욱 향상된다.

특히, 평판부(11)에 있어서의, 코너부(13)의 굽힘 내측과 연속하는 표면으로부터의 깊이 70㎛의 위치에 있어서, 경도가, 판 두께 방향의 중심부(30)의 경도에 대하여, 0.9배 이하로 되어 있다. 이에 의해, 평판부(11)에 있어서, 균열을 진전시키는 인장 하중이 발생하는 코너부(13)의 굽힘 내측으로부터 연속하는 면의 경도가 제어된다. 이 결과, 골격 부재(10)의 변형 중에 있어서의 갈라짐의 발생이 억제되어, 골격 부재(10)의 에너지 흡수량이 증가되어, 충격 흡수 특성이 더욱 향상된다.

또한, 경도가 제어된 위치 C의 경도는, 평판부(11)의 판 두께 방향의 중심부(30)의 경도에 대하여, 0.1배 이상이 되도록 설정되어도 된다. 이에 의해, 평판부(11)에 있어서의 경도비가 소정의 값 이상으로 되어 있음으로써, 높은 내하중을 유지할 수 있다.

<2. 제2 실시 형태>

계속해서, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 골격 부재에 대하여 도 14 및 도 15를 참조하면서 설명한다. 본 실시 형태에 관한 골격 부재와 제1 실시 형태에 관한 골격 부재는, 골격 부재의 짧은 변 방향 단면의 형상에서 상이하다.

도 14는 본 실시 형태에 관한 골격 부재의 일례를 도시하는 부분 사시도이다. 도 15는 본 실시 형태에 관한 골격 부재의 X-Z 평면 단면도이다. 도 14에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 골격 부재(100)는, 골격 부재(100)의 짧은 변 방향의 단면(X-Z 평면)이 폐단면으로 된 형상이다. 일례로서는, 골격 부재(100)가 소위 각통상의 부재이며, 단면 형상이 중공의 직사각형으로 된 형상을 들 수 있다.

골격 부재(100)는, 일례로서, 도 14에 도시한 Y 방향을 긴 변 방향으로 하여 연장되어 있다. 도 15에 도시한 바와 같이, 골격 부재(100)는, 짧은 변 방향 단면(X-Z 평면)이, 폐단면인 중공의 직사각형으로 되어 있는 부재이다. 골격 부재(100)는, 평판부(151)와, 종벽부(153)와, 평판부(151)와 인접하는 종벽부(153)를 연결하도록 굴곡된 코너부(130)를 갖는다. 즉, 골격 부재(100)는, 코너부(130)의 R 종지부를 갖는 일단부로부터 연장된 종벽부(153)와, 코너부(130)의 R 종지부를 갖는 타단부로부터 연장된 평판부(151)를 포함하여 구성된다.

본 실시 형태에 있어서, 적어도 코너부(130)는, 연화층(200)을 갖는다. 또한, 연화층(200)은 모든 코너부(130)에 마련되어 있을 필요는 없고, 적어도 하나의 코너부(130)에 마련될 수 있다.

또한, 연화층(200)은, 코너부(130)로부터 종벽부(153)에 걸쳐 연장되어 있다. 연화층(200)은, 종벽부(153)의 짧은 변 방향 길이의 1/2 이상의 길이에 걸쳐 연장된다. 또한, 연화층(200)은, 종벽부(153)의 전역에 걸쳐 형성되어도 된다.

또한, 연화층(200)은, 평판부(151)의 짧은 변 방향 길이의 1/2 이상의 길이에 걸쳐 연장되어도 된다. 또한, 연화층(200)은, 평판부(151)의 전역에 걸쳐 형성되어도 된다.

골격 부재(100)에 있어서, 연화층(200)이, 골격 부재(100)의 표면 전체에 형성되어 있어도 된다.

본 실시 형태에 관한 골격 부재(100)는, 연화층(200)을 코너부(130)와, 종벽부(153)에 가짐으로써, 내하중을 확보하면서, 또한 변형능을 향상시킬 수 있다. 연화층(200)을 마련하는 부분은, 골격 부재(100)의 적용 대상에 따라서 선택된다.

[본 발명의 실시 형태에 관한 골격 부재의 적용예]

이상, 본 발명의 적합한 실시 형태에 대하여 상세하게 설명하였다. 여기에서, 도 16을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 관한 골격 부재의 적용예에 대하여 설명한다. 도 16은 본 발명의 실시 형태에 관한 골격 부재(10, 100)가 적용되는 일례로서의 자동차 골격을 도시하는 도면이다. 골격 부재(10, 100)는, 캐빈 골격 또는 충격 흡수 골격으로서 자동차 골격을 구성할 수 있다. 캐빈 골격으로서의 골격 부재(10, 100)의 적용예는, 루프 센터 리인포스(201), 루프 사이드 레일(203), B 필러(207), 사이드 실(209), 터널(211), A 필러 로어(213), A 필러 어퍼(215), 킥 리인포스(227), 플로어 크로스 멤버(229), 언더 리인포스(231), 프론트 헤더(233) 등을 들 수 있다.

또한, 충격 흡수 골격으로서의 골격 부재(10, 100)의 적용예는, 리어 사이드 멤버(205), 에이프런 어퍼 멤버(217), 범퍼 리인포스(219), 크래쉬 박스(221), 프론트 사이드 멤버(223) 등을 들 수 있다.

골격 부재(10, 100)가 캐빈 골격 또는 충격 흡수 골격으로서 사용됨으로써, 골격 부재(10, 100)는 충분한 내하중을 가지므로, 충돌 시의 변형을 저감할 수 있다. 또한, 골격 부재(10, 100)는, 변형능도 향상되어 있어, 자동차 골격에 측면 충돌 등의 입력이 있었던 경우에도 충분한 변형에 의해 충격을 흡수하여, 골격 내부를 보호할 수 있다.

실시예

자동차 구조 부재의 3점 굽힘 압괴 시뮬레이션을 실시하였다. 시뮬레이션에 사용한 해석 모델의 조건과 평가 결과를 하기 표 1에 나타낸다.

해석 모델의 형상은, 「해트재」와 「각통」으로 하였다. 「해트재」는, 도 1 및 도 4에 도시한 골격 부재(10)의 플랜지부(17)에 클로징 플레이트를 접합함으로써 폐단면을 갖는 폐단면 해트 부재를 의미한다. 「각통」은, 도 14 및 도 15에 도시한 바와 같은 각상 부재를 의미한다. 이들 「해트재」와 「각통」의 긴 변 방향의 길이는 500㎜로 하였다. 각 모델의 높이(종벽부(15, 153)의 높이에 상당함)는 60㎜, 폭 방향의 길이(평판부(11, 151)의 폭 방향 길이에 상당함)는 80㎜로 하였다. 또한, 판 두께는 1.6㎜로 하였다.

각 모델의 인장 강도는, 1.5㎬, 1.8㎬, 2.0㎬로 하였다. 연화층이 마련되는 영역에 대하여, 「코너부」는, 「해트재」에 있어서는, 코너부(13, 130)에 상당하는 영역을 의미한다. 또한, 「종벽」은, 도 3에 도시한 바와 같이, 코너부(13)의 R 종지부로부터 종벽부(15)의 짧은 변 방향 길이의 1/2의 길이 영역을 의미한다. 또한, 「평판」은, 코너부(130)의 R 종지부로부터 평판부(151)의 짧은 변 방향 길이의 1/2의 길이의 영역을 의미한다. 또한, 「전체」는, 코너부를 포함하고, 전체면에 연화층이 마련되어 있음을 의미한다. 「양면」은, 연화층이 양면에 마련되어 있음을 의미하고, 「편면」은, 연화층이 코너부의 굽힘 외측의 면에 마련되어 있음을 의미한다.

R/t, 연화층의 두께, ΔHv1, ΔHv2, 중심부의 경도에 대한 표면측 경도의 비율은 표 1에 나타내는 바와 같다.

이들 해석 모델에 대하여, 3점 굽힘 압궤 시뮬레이션을 행하였다. 그 결과를 표 1에 아울러 나타낸다.

골격 부재(10, 100)의 평판부(11, 151)의 반대측에 있어서, 지점간 거리를 600㎜로 하여 골격 부재(10, 100)를 지지하고, 평판부(11, 151)측에 대하여 반경 150㎜의 임팩터를 준정적으로 압입하여, 압입량과 하중의 값을 산출하고, 에너지 흡수량을 얻었다. 또한, 압입 시에, 후술하는 스트로크 중기에 있어서 종벽부에 갈라짐이 발생하였는지 여부를 아울러 판정하였다. 내하중의 지표인 하중 특성, 및 내하중과 변형능의 지표인 에너지 흡수 특성의 평가 기준은 이하와 같다.

하중 특성:

·A: 스트로크 초기에 제1 피크를 나타내고, 스트로크 중기, 스트로크 후기에 걸쳐 높은 내하중을 유지하고, 스트로크 후기에 있어서 제2 피크를 나타낸다. 제2 피크 후에는 내하중이 완만하게 저하된다.

·B: 스트로크 초기에 제1 피크를 나타내고, 스트로크 중기, 스트로크 후기에 걸쳐 높은 내하중을 유지하고, 스트로크 후기에 있어서, 제2 피크를 나타낸다.

·C: 스트로크 중기, 스트로크 후기에 높은 하중을 유지하고, 스트로크 후기에 있어서 피크를 나타낸다.

·D: 스트로크 중기, 스트로크 후기에 높은 하중을 유지한다.

·E: 어느 기에 있어서도 낮은 하중을 나타내거나, 또는 갈라짐의 발생에 의해 최대 하중이 낮다.

또한, A 내지 C를 합격 수준으로 하였다.

에너지 흡수 성능:

·A: 스트로크 전체에 걸쳐 높은 하중을 유지한 결과, 충분히 에너지 흡수할 수 있는 수준.

·B: 스트로크 전체에 걸쳐 높은 하중을 유지할 수 없었던 결과, 충분히 에너지를 흡수할 수 없는 수준.

·C: 스트로크 전체에 걸쳐 낮은 하중을 유지, 또는 갈라짐의 발생에 의해 충분히 에너지를 흡수할 수 없는 수준.

또한, A를 합격 수준으로 하였다.

표 1에 나타내는 바와 같이, 실시예 1 내지 9에 있어서는, 스트로크 초기 및 후기에 피크가 얻어져, 전체적으로 충분한 하중 특성 및 에너지 흡수 특성이 나타났다.

또한, 실시예 9에 있어서는, 편면측에만 연화층을 마련한 경우라도, 충분한 하중 특성 및 에너지 흡수 특성이 얻어졌다.

도 17은 본 실시예에 관한 시뮬레이션의 결과 얻어진 하중-스트로크 선도의 예를 도시한다. 도 17에 도시한 바와 같이, 예를 들어 실시예 2에 있어서는, 스트로크 초기에 제1 피크를 나타내고, 스트로크 중기, 스트로크 후기에 걸쳐 높은 하중을 유지하고, 스트로크 후기에 있어서, 제2 피크를 나타냈다. 비교예 11은, R/t가 5.0이기 때문에, 스트로크 초기에 피크는 보이지 않았다. 또한, 연화층이 존재하지만, 스트로크 후기에 있어서의 제2 피크는, 실시예 2와 비교하여 낮다.

한편, 비교예 1 및 2에 있어서는, 연화층이 마련되지 않았기 때문에, 이론상 상정한 최대 하중에 도달하기 전에 갈라짐이 발생하였기 때문에, 충분한 하중 특성 및 에너지 흡수 특성이 얻어지지 않았다.

비교예 3에 있어서는, 코너부에만 연화층이 마련되었기 때문에, 최대 하중에 도달하기 전에 종벽부에 있어서 갈라짐이 발생하였다. 그 결과, 충분한 하중 특성 및 에너지 흡수 특성이 얻어지지 않았다.

비교예 4에 있어서는, 연화층이 판 두께의 1％만 마련되었기 때문에, 최대 하중에 도달하기 전에 갈라짐이 발생하였다. 이 때문에, 충분한 하중 특성 및 에너지 흡수 특성이 얻어지지 않았다.

비교예 5 내지 7에 있어서는, 연화층에 있어서의 연화량이 크기 때문에, 갈라짐은 발생하지 않았지만, 충분한 하중을 유지할 수 없고, 결과로서 충분한 에너지 흡수 특성이 얻어지지 않았다.

비교예 8에 있어서는, 표면 경도가 중심부의 경도보다도 충분히 작지 않았기 때문에, 최대 하중에 도달하기 전에 종벽부에 있어서 갈라짐이 발생하였다. 그 결과, 충분한 하중 특성 및 에너지 흡수 특성이 얻어지지 않았다.

비교예 9 내지 11에 있어서는, R/t가 2.5 초과였기 때문에, 스트로크 초기부터 스트로크 후기에 걸쳐 높은 하중을 유지할 수 없었다.

비교예 12에 있어서는, R/t가 2.5 이하이지만 연화층을 갖지 않기 때문에, 스트로크 후기에 있어서 갈라짐이 발생하여, 높은 최대 하중을 확보할 수 없었다. 그 결과, 충분한 하중 특성 및 에너지 흡수 특성이 얻어지지 않았다.

도 17을 참조하면, 비교예 1에 있어서는, 스트로크 중기에 있어서 갈라짐이 발생하였기 때문에, 최대 하중이 얻어지지 않았다. 또한, 비교예 5에 있어서는, 스트로크 후기까지 갈라짐은 발생하지 않았지만, 충분한 하중을 유지할 수 없었음이 나타났다.

또한, 중심 위치 S에 있어서의 경도를 제어한 골격 부재의 성능을 평가하기 위해, 자동차 구조 부재의 3점 굽힘 압괴 시뮬레이션을 실시하였다. 시뮬레이션에 사용한 해석 모델의 조건을 하기 표 2에 나타낸다.

표 2에 있어서의, 형상, 인장 강도, R/t, 연화층에 관한 기재는, 표 1의 기재와 마찬가지이다. 표 2에 있어서, 중심 위치 S의 경도 분포에 대하여, 표면으로부터의 깊이는, 도 12b에 있어서의 깊이 d의 값을 나타내고 있다. 또한, 코너부의 굽힘 내측에 연속하는 면으로부터의 소정 깊이의 위치에서 경도를 제어한 경우, 표면을 「내측」으로 하고, 코너부의 굽힘 외측에 연속하는 면으로부터의 소정 깊이의 위치에서 경도를 제어한 경우, 표면을 「외측」으로 한다. 또한, 양쪽의 표면으로부터 소정의 깊이 위치에서 경도를 제어한 경우, 「양측」으로 한다. 또한, 중심 위치 S에 있어서의 소정의 깊이 위치 C의 경도와, 판 두께 방향의 중심부(30)의 경도의 비는, 표 2에 나타내는 바와 같다.

이들 해석 모델에 대하여, 표 1의 해석 모델에 대하여 행한, 3점 압궤 시뮬레이션과 마찬가지의 조건에서 시뮬레이션을 행하였다. 평가 결과를 표 2에 아울러 나타낸다. 또한, 평가 기준에 대해서는, 표 1에 있어서의 평가 기준과 마찬가지이다.

표 2에 나타낸 바와 같이, 실시예 10 내지 12는, 평판부(11)의 중심 위치 S의 소정 깊이에 있어서, 경도를 제어하였기 때문에, 평판 갈라짐이 발생하지 않았다. 한편, 참고예 1 및 참고예 2에 있어서는, 평판부(11)의 중심 위치 S에 있어서, 경도 제어를 행하지 않았기 때문에, 변형 후기에 있어서 평판부(11)에 갈라짐이 발생하였다.

도 18은 표 2에 나타낸 실시예에 관한 시뮬레이션의 결과 얻어진 하중-스트로크 선도의 예를 도시한다. 도 18에 도시한 바와 같이, 실시예 10에 있어서는, 스트로크 후기에 걸쳐 높은 하중을 유지하고, 스트로크 후기에 있어서, 제2 피크를 나타냈다.

한편, 참고예 1에 있어서는, 스트로크 후기에 높은 피크를 나타내기는 하지만, 실시예 10과 비교하여, 스트로크 후기의 도중에 평판부(11)로부터 파단되어, 스트로크 후기의 최후까지 높은 하중을 유지할 수 없었다. 그 때문에, 중심 위치 S에 있어서의 경도를 제어한 골격 부재에서는, 스트로크 후기의 최후까지 높은 하중을 유지할 수 있어, 보다 높은 충격 흡수 특성이 얻어지는 것이 나타났다.

이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 적합한 실시 형태에 대하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 갖는 자라면, 특허 청구 범위에 기재된 기술적 사상의 범주 내에서, 각종 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있음은 명백하고, 이들에 대해서도, 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 이해된다.

10 : 골격 부재
11 : 평판부
13 : 코너부
15 : 종벽부
17 : 플랜지부
20 : 연화층
21 : 제1 경도 변화 영역
22 : 제2 경도 변화 영역
30 : 판 두께 방향의 중심부

Claims

긴 변 방향으로 연장되는 코너부와, 당해 코너부의 짧은 변 방향의 단부로부터 연장되는 종벽부를 포함하는 골격 부재이며,
상기 코너부의 굽힘 내측 또는 굽힘 외측 중 적어도 어느 한쪽의 표면으로부터 판 두께 방향으로 연화층이 마련되고,
상기 연화층은, 상기 코너부로부터 상기 종벽부의 짧은 변 방향 길이의 1/2 이상의 길이의 영역에 걸쳐 상기 종벽부로 연장되고,
상기 연화층이 마련된 부분에 있어서의 판 두께 방향의 중심부의 경도는 400Hv 이상이며, 상기 연화층은, 상기 연화층이 마련된 부분에 있어서의 상기 판 두께 방향의 중심부의 경도보다도 적어도 10Hv 낮은 경도를 갖는 영역이고,
상기 연화층의 두께는, 상기 연화층이 마련된 부분에 있어서의 상기 판 두께의 2％ 이상 20％ 미만이고,
상기 표면에 있어서의 상기 연화층의 경도가, 상기 연화층이 마련된 부분에 있어서의 상기 판 두께 방향의 중심부의 경도의 0.5배 이상 0.9배 미만이고,
상기 연화층은, 상기 판 두께 방향에 있어서, 상기 표면으로부터 상기 연화층의 두께의 40％까지의 영역인 제1 경도 변화 영역과, 상기 연화층 중 상기 제1 경도 변화 영역이 아닌 영역인 제2 경도 변화 영역을 갖고,
상기 제1 경도 변화 영역에 있어서의 판 두께 방향의 경도 변화의 절댓값 ΔHv1은, 상기 제2 경도 변화 영역에 있어서의 판 두께 방향의 경도 변화의 절댓값 ΔHv2보다도 크고,
상기 코너부의 굽힘 반경 R이, 상기 코너부의 판 두께 t에 대하여, R/t≤2.5인, 골격 부재.
제1항에 있어서,
상기 제1 경도 변화 영역의 상기 판 두께 방향의 경도 변화의 절댓값 ΔHv1은, 100Hv 이상 200Hv 미만인, 골격 부재.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 연화층은, 상기 코너부의 상기 굽힘 외측에 마련되는, 골격 부재.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연화층은, 상기 코너부의 상기 굽힘 내측과 상기 굽힘 외측의 양쪽에 마련되는, 골격 부재.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 종벽부는, 상기 코너부의 일단부로부터 연장되고,
상기 골격 부재는, 상기 코너부의 타단부로부터 연장된 평판부를 더 포함하고,
상기 연화층은, 상기 코너부로부터 상기 평판부의 짧은 변 방향 길이의 1/2 이상의 길이의 영역에 걸쳐 상기 평판부로 연장되는, 골격 부재.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 종벽부는, 상기 코너부의 일단부로부터 연장되고,
상기 골격 부재는, 상기 코너부의 타단부로부터 연장된 평판부를 더 포함하고,
상기 평판부의 중심의 판 두께 방향에 있어서, 상기 평판부의 표면으로부터 70㎛의 깊이의 위치에 있어서의 경도가, 상기 판 두께 방향의 중심부의 경도의 0.9배 이하인, 골격 부재.
제6항에 있어서,
상기 평판부의 표면은, 상기 평판부에 있어서의, 상기 코너부의 굽힘 내측과 연속하는 표면인, 골격 부재.