WO2015155943A1 - プレス成形品及びこれを備えた自動車用構造部材、並びにそのプレス成形品の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

　プレス成形品であるバルクヘッド（１０）は、天板部（１１）と、辺フランジ部（１４）と、コーナーフランジ部（１５）と、を備える。辺フランジ部（１４）は天板部（１１）の各辺（１２）からそれぞれ延びる。コーナーフランジ部（１５）は天板部（１１）の各角部（１３）からそれぞれ延びる。コーナーフランジ部（１５）は辺フランジ部（１４）同士をつなぐ。コーナーフランジ部（１５）において、周方向の中央部に板厚の極小値を示す部分が存在し、その両側部に板厚の極大値を示す部分が存在する。その極大値とその極小値との比が１．０を超え１．６以下の範囲内にある。このプレス成形品は、コーナーフランジ部でしわが抑制され、自動車用構造部材の補強材に適する。

Description

プレス成形品及びこれを備えた自動車用構造部材、並びにそのプレス成形品の製造方法及び製造装置

　本発明は、鋼板製のプレス成形品に関し、特に、自動車の車体を構成する構造部材の補強材として好適なプレス成形品に関する。更に、本発明は、そのプレス成形品を備えた自動車用構造部材、並びにそのプレス成形品の製造方法及び製造装置に関する。

　自動車の車体は、各種の構造部材（例：ロッカー（サイドシルとも称される）、クロスメンバー、サイドメンバー、センターピラー等）を含む。構造部材には鋼板製のプレス成形品が多用される。構造部材に用いられるプレス成形品は、例えば、溝形又はハット形の断面形状を有する。溝形断面のプレス成形品は、天板部と、天板部につながる一対のフランジ部とを備える。ハット形断面のプレス成形品は、天板部と、天板部につながる一対の縦壁部と、各縦壁部につながる一対のフランジ部とを備える。通常、複数のプレス成形品の互いの縁部が重ねられ、抵抗スポット溶接により接合される。これにより、中空の構造部材が組み立てられる。

　このような自動車用構造部材において、成形品同士が接合された部分、高荷重が負荷される部分等といった要所には、補強材が抵抗スポット溶接により接合される。補強材にも鋼板製のプレス成形品が多用される。例えば、ロッカーの場合、ロッカーの長手方向の一箇所又は複数箇所に、ロッカーの内部を仕切る補強材が配置される。側面衝突の荷重に対し、ロッカーの３点曲げ圧壊性能を確保するためである。この補強材は、バルクヘッド又はスティフナーと称される。

　図１は、従来のバルクヘッドを内部に備えたロッカーの一例を示す斜視図である。なお、図１には、内部のバルクヘッド１１０を透視した状態が示される。以下の説明では、構造部材がロッカー１である場合を例にとる。

　図１に示すように、ロッカー１は長尺で中空の筒体である。図１に例示するロッカー１の断面形状は概ね矩形である。バルクヘッド１１０は、天板部１１１と、フランジ部１１４と、を備える。天板部１１１の輪郭形状は、ロッカー１の内断面形状とほぼ一致する。フランジ部１１４は、天板部１１１の４つの各辺１１２に形成される。バルクヘッド１１０は、ロッカー１の内部における長手方向の所定位置に配置される。バルクヘッド１１０の各フランジ部１１４がロッカー１の内面に重ねられ、抵抗スポット溶接等によってロッカー１に接合される。自動車車体の軽量化の観点から、ロッカー１及びバルクヘッド１１０には、高張力鋼板から成形されたプレス成形品が用いられる。ここでの高張力鋼板の引張強度は、通常、４４０ＭＰａ以上とされ、要求される性能等に応じてそれ以上とされることもある。

　従来、フランジ部１１４は、天板部１１１の４辺１１２それぞれの縁部を個別に折り曲げて形成される。以下、天板部１１１の各辺１１２から延びる個々のフランジ部１１４を「辺フランジ部」ともいう。この場合、フランジ部１１４は、天板部１１１の隣り合う辺１１２を結ぶ角部１１３で分離し不連続になっている。場合によっては、図１に示すように、辺フランジ部１１４それぞれの両側端部に切欠き１１７が設けられる。

　ところで、ロッカー１（自動車用構造部材）におけるバルクヘッド１１０（補強材）の性能面から言うと、理想的には、図１に示す従来のバルクヘッド１１０のようにフランジ部１１４が天板部１１１の角部１１３で不連続になっているよりも、フランジ部が以下のように構成されることが望ましい。フランジ部が天板部１１１の各角部１１３からも延びる。以下、天板部１１１の各角部１１３から延びる個々のフランジ部を「コーナーフランジ部」ともいう。隣接する辺フランジ部は、コーナーフランジ部を介してつながる。この場合、フランジ部は、天板部１１１のある辺１１２から角部１１３及び隣りの辺１１２にわたって連続する。以下、このように天板部１１１の角部１１３で分離することなく連続するフランジ部を「連続フランジ部」ともいう。

　しかしながら、このような連続フランジ部を備えた製品をプレス成形で得ることは、非常に難しい。もっとも、軟鋼、アルミニウム等の軟らかい板材をプレス成形して缶のフタのような製品を得ることは、従来から可能である。しかし、上記した自動車用構造部材における補強材を得るために、特に高張力鋼板をプレス成形し、連続フランジ部を備えた製品を製造することは、困難である。これは、以下の理由による。

　プレス成形により鋼板から連続フランジ部を備えた製品を製造する際、コーナーフランジ部の成形は、縮みフランジ成形となる。このため、コーナーフランジ部にしわが発生し易い。このしわは、鋼板の強度が高いほど顕著に発生する。

　コーナーフランジ部にしわが発生すると、以下の問題が生じる。図１に示す例を参照すれば、バルクヘッド１１０をロッカー１の内部に配置し、互いの重なり合い部を抵抗スポット溶接によって接合する際、しわに起因して重なり合い部に隙間が生じる。これにより、溶接不良等の不具合が発生し易い。また、ロッカー１内でのバルクヘッド１１０の配置が不安定になり易い。したがって、バルクヘッド１１０のコーナーフランジ部にしわが発生すると、そのバルクヘッド１１０は実際の製品として用いることができない。

　鋼板をプレス成形する際に縮みフランジ成形となる部位においてしわの発生を抑制する従来技術は、下記のものがある。

　例えば、特許第２５５４７６８号公報（特許文献１）及び特開平７－１１２２１９号公報（特許文献２）は、サンルーフ用の開口を有するルーフパネルを成形する技術を開示する。これらの特許文献１及び２の技術では、縮みフランジ成形となる部位の余剰な線長を成形時に吸収するために、予め余肉部を付与する、としている。特許第２５６０４１６号公報（特許文献３）は、角筒絞り成形の技術を開示する。この特許文献３の技術では、縮みフランジ成形となる部位に特定の形状を付与する、としている。特開平４－１１８１１８号公報（特許文献４）は、カム構造を用いたプレス成形の技術を開示する。特許文献４の技術では、縮みフランジ成形となる部位に押さえ圧を与えながら成形を行う、としている。

特許第２５５４７６８号公報 特開平７－１１２２１９号公報 特許第２５６０４１６号公報 特開平４－１１８１１８号公報

　自動車の開発において、構造部材の更なる高機能化及び高付加価値化は常に検討され、衝突時における構造部材の３点曲げ圧壊性能の向上を図る検討も例外ではない。

　そこで、本発明の目的の一つは、例えば、衝突時における構造部材（例：ロッカー等）の３点曲げ圧壊性能の向上に寄与する補強材（バルクヘッド）として好適なプレス成形品、特に、コーナーフランジ部でしわが抑制された連続フランジ部を備えたプレス成形品を提供することである。更に、本発明の他の目的は、そのプレス成形品を補強材として備え、３点曲げ圧壊性能に優れた自動車用構造部材を提供することである。

　前記特許文献１～３の技術では、予め付与した余肉部により、プレス成形時にしわ及び肉余りの要因となる余剰な線長を吸収する。この余肉部はプレス成形後の製品に残存する。このため、その余肉部が余肉部の領域での抵抗スポット溶接の妨げになることはもちろんのこと、余肉部が他の領域での抵抗スポット溶接の妨げになることがある。

　前記特許文献４の技術では、大きな曲率半径（例えば、２１００ｍｍ）の部位を有する製品を成形する場合、縮み率及びカム構造が受ける反力が小さい。このため、大きな曲率半径の部位でしわを抑制することは可能である。しかし、小さな曲率半径（例えば、５ｍｍ）の部位を有する製品を成形する場合、縮み率及びカム構造が受ける反力が大きい。このため、小さな曲率半径の部位でしわを抑制することはできない。特に、高張力鋼板をブランクとするプレス成形では、ブランクの降伏応力が高いため、弾性変形下でのブランクの面外変形が大きくなる。このため、過大なしわが発生する。その上、カム構造が受ける反力が過大になるため、カム構造では対応が困難である。

　このように、連続フランジ部を備えた製品をプレス成形で得ることは、従来技術では困難である。特に、自動車用構造部材の補強材に適したプレス成形品を得るために、４４０ＭＰａ級以上の高張力鋼板をプレス成形して、しわの抑制された製品を製造することは、従来技術では不可能に近い。

　そこで、本発明の更なる目的は、連続フランジを備えたプレス成形品であって、コーナーフランジ部でしわが抑制されたプレス成形品を製造できる製造方法及び製造装置を提供することである。

　本発明の一実施形態によるプレス成形品は、鋼板から成形されたものである。
　前記プレス成形品は、天板部と、フランジ部と、を備える。
　フランジ部は、前記天板部の輪郭を構成する辺のうちの一部の辺又は全部の辺からそれぞれ延びる。
　前記天板部の前記辺のうちで隣り合うとともに前記フランジ部が延びる少なくとも一組の前記辺を結ぶ角部から、コーナーフランジ部が延びる。
　前記一組の前記辺からそれぞれ延びる前記フランジ部が、前記コーナーフランジ部を介してつながっている。
　前記コーナーフランジ部において、
　前記天板部の前記角部の周方向に沿う方向の中央部に、板厚の極小値を示す部分が存在し、
　前記中央部の両側部に、板厚の極大値を示す部分が存在し、
　前記極大値と前記極小値との比が、１．０を超え１．６以下の範囲内にある。

　上記のプレス成形品において、前記コーナーフランジ部の曲率半径が３０ｍｍ以下であることが好ましい。

　上記のプレス成形品において、前記フランジ部の少なくとも一部の幅が１０ｍｍ以上であることが好ましい。

　上記のプレス成形品において、引張強度が４４０ＭＰａ以上であることが好ましい。

　本発明の一実施形態による自動車用構造部材は、自動車の車体を構成する中空の構造部材である。
　前記自動車用構造部材は、
　内部に補強材として上記のプレス成形品を備え、前記フランジ部を接合されたものである。

　本発明の一実施形態によるプレス成形品の製造方法は、鋼板のブランクからプレス成形品を製造するためのものである。
　前記プレス成形品は、天板部と、フランジ部と、コーナーフランジ部と、を備える。
　フランジ部は、前記天板部の輪郭を構成する辺のうちの一部の辺又は全部の辺からそれぞれ延びる。
　コーナーフランジ部は、前記天板部の前記辺のうちで隣り合うとともに前記フランジ部が延びる少なくとも一組の前記辺を結ぶ角部から延びる。コーナーフランジ部は、前記一組の前記辺からそれぞれ延びる前記フランジ部同士をつなぐ。
　前記製造方法は、
　パンチと、前記パンチといずれも対になるダイ、及び前記コーナーフランジ部に対応する位置に配置される凸状工具と、を用い、
　前記パンチに対する前記ダイの相対的な移動により、前記ブランクを折り曲げて、前記フランジ部を成形し、
　前記パンチに対する前記凸状工具の相対的な移動により、前記ダイによる前記ブランクの折り曲げに先行して前記ブランクを折り曲げて、前記コーナーフランジ部を成形する。

　上記の製造方法において、前記凸状工具は、前記ダイと一体又は別体に構成されることが好ましい。

　上記の製造方法において、更に、前記ダイと対になるブランクホルダを用い、
　前記ダイと前記ブランクホルダにより前記ブランクを挟んだ状態で前記コーナーフランジ部及び前記フランジ部の成形を行うことが好ましい。

　本発明の一実施形態によるプレス成形品の製造装置は、鋼板のブランクからプレス成形品を製造するためのものである。
　前記プレス成形品は、天板部と、フランジ部と、コーナーフランジ部と、を備える。
　フランジ部は、前記天板部の輪郭を構成する辺のうちの一部の辺又は全部の辺からそれぞれ延びる。
　コーナーフランジ部は、前記天板部の前記辺のうちで隣り合うとともに前記フランジ部が延びる少なくとも一組の前記辺を結ぶ角部から延びる。コーナーフランジ部は、前記一組の前記辺からそれぞれ延びる前記フランジ部同士をつなぐ。
　前記製造装置は、パンチと、前記パンチといずれも対になるダイ、及び前記コーナーフランジ部に対応する位置に配置される凸状工具と、を備える。
　前記ダイは、前記パンチに対する相対的な移動により、前記ブランクを折り曲げて、前記フランジ部を成形する。
　前記凸状工具は、前記パンチに対する相対的な移動により、前記ダイによる前記ブランクの折り曲げに先行して前記ブランクを折り曲げて、前記コーナーフランジ部を成形する。

　上記の製造装置において、
　前記凸状工具の先端の曲率半径Ｒｔ［ｍｍ］は、下記（ａ）式の条件を満たすことが好ましい。
　Ｒｔ＜ｒｆ×θ　…（ａ）
　上記（ａ）式中、ｒｆ：前記コーナーフランジ部の曲率半径［ｍｍ］、θ：前記コーナーフランジ部によってつながる前記一組の前記フランジ部の挟角［ｒａｄ］。

　上記の製造装置において、前記凸状工具は、前記ダイと一体又は別体に構成されることが好ましい。

　上記の製造装置において、更に、前記ダイに対向して配置され、前記ダイとの間に前記ブランクを挟むブランクホルダを備えることが好ましい。

　本発明のプレス成形品は、コーナーフランジ部でしわが抑制された連続フランジ部を備える。このため、そのプレス成形品を補強材として備えた自動車用構造部材は、３点曲げ圧壊性能に優れる。また、本発明のプレス成形品の製造方法及び製造装置によれば、コーナーフランジ部でしわが抑制されたプレス成形品を製造することができる。

図１は、従来のバルクヘッドを内部に備えたロッカーの一例を示す斜視図である。 図２Ａは、本実施形態による第１例のプレス成形品を示す斜視図である。 図２Ｂは、本実施形態による第２例のプレス成形品を示す斜視図である。 図２Ｃは、本実施形態による第３例のプレス成形品を示す斜視図である。 図２Ｄは、本実施形態による第４例のプレス成形品を示す斜視図である。 図３Ａは、第１実施形態によるプレス成形品の製造装置の全体構成を模式的に示す斜視図である。 図３Ｂは、その製造装置における凸状工具の部分を拡大して示す斜視図である。 図４Ａは、第１実施形態の製造装置によるプレス成形における成形開始直前の状態を示す斜視図である。 図４Ｂは、第１実施形態の製造装置によるプレス成形における成形完了時の状態を示す斜視図である。 図５Ａは、コーナーフランジ部付近のブランクの変形過程を示す斜視図であり、成形前の状態を示す。 図５Ｂは、コーナーフランジ部付近のブランクの変形過程を示す斜視図であり、成形初期の状態を示す。 図５Ｃは、コーナーフランジ部付近のブランクの変形過程を示す斜視図であり、成形中期の状態を示す。 図５Ｄは、コーナーフランジ部付近のブランクの変形過程を示す斜視図であり、成形完了時の状態を示す。 図６は、第２実施形態によるプレス成形品の製造装置の全体構成を模式的に示す斜視図である。 図７Ａは、第２実施形態の製造装置によるプレス成形における成形開始直前の状態を示す斜視図である。 図７Ｂは、第２実施形態の製造装置によるプレス成形における成形中の状態を示す斜視図である。 図７Ｃは、第２実施形態の製造装置によるプレス成形における成形完了時の状態を示す斜視図である。 図８は、本発明例のバルクヘッドのコーナーフランジ部の板厚について周方向の分布を示す図である。 図９は、３点曲げ圧壊試験の概要を模式的に示す斜視図である。 図１０は、実施例の試験結果として、インパクターの進入量とインパクターへの反力との関係を示す図である。

　以下に、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。

　以下では、先ず、特に補強材（バルクヘッド）に適したプレス成形品、及びこのプレス成形品を備えた自動車用構造部材について説明する。続いて、そのプレス成形品の製造方法及び製造装置について説明する。

　［プレス成形品（バルクヘッド）及び自動車用構造部材］
　図２Ａ～図２Ｄは、本実施形態によるプレス成形品の代表例を示す斜視図である。これらの図のうち、図２Ａは第１例のプレス成形品を示す。図２Ｂは第２例のプレス成形品を示す。図２Ｃは第３例のプレス成形品を示す。図２Ｄは第４例のプレス成形品を示す。ここでは、プレス成形品が自動車用構造部材の補強材（バルクヘッド）として用いられる場合を例にとる。

　図２Ａ～図２Ｄに示すように、バルクヘッド１０は、鋼板製のプレス成形品である。バルクヘッド１０は、天板部１１と、天板部１１につながるフランジ部２０と、を備える。

　バルクヘッド１０は、プレス成形によって鋼板から成形される。バルクヘッド１０の部品強度は、鋼板の引張強度に依存する。その鋼板は、引張強度の高い高張力鋼板であることが好ましい。具体的には、引張強度は４４０ＭＰａ以上であることが好ましい。より好ましい引張強度は５９０ＭＰａ以上であり、更に好ましい引張強度は９８０ＭＰａ以上である。鋼板の板厚は、０．８～２．０ｍｍの範囲内である。

　自動車用構造部材の内部にバルクヘッド１０が備えられる。その構造部材としては、ロッカー（サイドシルとも称される）、クロスメンバー、サイドメンバー、センターピラー等が例示される。これらの自動車用構造部材は、衝突時に曲げ圧壊荷重を負荷されることが想定された部材である。バルクヘッド１０を備えた自動車用構造部材の場合、バルクヘッド１０により、構造部材の曲げ圧壊性能が向上する。

　天板部１１は平板状であり、その輪郭形状は概ね矩形である。天板部１１には、必要に応じて凹凸が形成されてもよいし、溶接作業用の穴等が形成されてもよい。天板部１１の輪郭形状は、矩形に限定されず、接合対象の構造部材（例：ロッカー）の内断面形状とほぼ一致する形状であればよい。すなわち、天板部１１の輪郭形状は、構造部材の内断面形状に応じ、３角形、５角形等のように多角形であってもよく、一部の辺が曲線状であってもよい。

　図２Ａ～図２Ｄに示すバルクヘッド１０において、天板部１１の輪郭は、４つの辺１２と、隣り合う各辺１２を結ぶ角部１３と、から構成される。図２Ａに示す第１例のバルクヘッド１０の場合、各角部１３は所定の曲率半径の湾曲線となっているが、例えば点状（隣り合う辺同士の交点）であってもよい。

　［第１例のプレス成形品］
　図２Ａに示す第１例のバルクヘッド１０の場合、４つ全ての辺１２のそれぞれから辺フランジ部１４が延びる。更に、４つ全ての角部１３のそれぞれからコーナーフランジ部１５が延びる。各コーナーフランジ部１５は、隣り合う辺フランジ部１４同士をつなぐ。つまり、第１例のバルクヘッド１０のフランジ部２０は、天板部１１の輪郭全周にわたって連続する連続フランジ部である。

　図２Ａに示す第１例では、天板部１１と各辺フランジ部１４との挟角はほぼ直角をなし、天板部１１と各コーナーフランジ部１５との挟角もほぼ直角をなす。これらの挟角は、直角に限定されず、実際の製品形状に応じた角度にされる。例えば、１つ以上の辺フランジ部１４が天板部１１と鈍角をなしてもよい。

　天板部１１と各辺フランジ部１４との境界が、稜線部１６を形成する。稜線部１６は、天板部１１の各辺１２を含み、通常、天板部１１から各辺フランジ部１４にかけて曲率を有する。

　コーナーフランジ部１５の板厚に関し、天板部１１の角部１３の周方向に沿う方向の板厚分布は、以下のとおりである。後述する本実施形態のプレス成形によれば、コーナーフランジ部１５での板厚の増加量は、周方向の中央部に比べ、その両側部で大きくなる。これにより、コーナーフランジ部１５には、周方向の中央部及びその近傍に板厚の極小値を示す部分が存在し、その部分の両側部に板厚の極大値を示す部分が存在することになる。このため、コーナーフランジ部１５において、その中央部の板厚増加量が極端に増加することはなく、しわの発生が抑制される。

　このとき、コーナーフランジ部１５の中央部及びその近傍における板厚の極小値と、その両側部における板厚の極大値との比（以下、「板厚比」ともいう）は、１．０を超え１．６以下である。要するに、その板厚比が１．０を超え１．６以下の範囲内にあれば、製造時にしわのような成形不良を生じることなく、連続フランジ部を備えたプレス成形品を得ることができる。

　例えば、図１に示すロッカー１（自動車用構造部材）にバルクヘッド１０が備えられる場合、バルクヘッド１０は、ロッカー１の内部における長手方向の少なくとも一箇所の位置に配置される。そして、バルクヘッド１０は、ロッカー１の内面に重ねられたフランジ部２０の一部を抵抗スポット溶接等により接合される。なお、バルクヘッド１０は、ロッカー１の長手方向に沿って配置されても構わない。

　スポット溶接の際に溶接領域を確保するため、フランジ部２０の少なくとも一部の幅は１０ｍｍであることが好ましい。通常、スポット溶接は辺フランジ部１４のいずれかに施される。このため、厳密には、辺フランジ部１４の少なくとも一部の幅が１０ｍｍ以上であることが好ましい。

　なお、図２Ａに示す第１例のバルクヘッド１０において、フランジ部２０の幅、すなわち辺フランジ部１４及びコーナーフランジ部１５の幅は、天板部１１の輪郭全周にわたって一定である。しかし、必要に応じ、フランジ部２０に幅の広い部分又は幅の狭い部分が混在してもよい。

　コーナーフランジ部１５の曲率半径ｒｆ（図２Ｂ参照）は、３０ｍｍ以下であることが好ましい。衝突時における自動車用構造部材の曲げ圧壊性能を高めるためである。より好ましい曲率半径ｒｆは１８ｍｍ以下であり、更に好ましい曲率半径ｒｆは１０ｍｍ以下である。

　［第２例のプレス成形品］
　図２Ｂに示す第２例のバルクヘッド１０は、図２Ａに示す第１例のバルクヘッド１０を変形したものである。図２Ｂに示す第２例のバルクヘッド１０の場合、各コーナーフランジ部１５の幅が、辺フランジ部１４の幅よりも狭い。具体的には、各コーナーフランジ部１５の幅は、辺フランジ部１４につながる両側端部から中央部にかけて、次第に狭まる。その他の構成は、図２Ａに示す第１例と同じである。

　上記のとおり、辺フランジ部１４の少なくとも一部の幅は、１０ｍｍ以上であることが好ましい。一方、コーナーフランジ部１５の幅が広いと、プレス成形時にしわが発生し易い。したがって、バルクヘッド１０としての性能を確保できる限り、コーナーフランジ部１５の幅を辺フランジ部１４の幅よりも狭くした構成が好ましい。

　コーナーフランジ部１５の成形性と、バルクヘッド１０としての性能（例：剛性等）を両立するためには、コーナーフランジ部１５の中央部の幅Ｌｆ［ｍｍ］と、コーナーフランジ部１５の曲率半径ｒｆ［ｍｍ］は、下記（１）式の条件を満たすことが好ましい。
　０．２×ｒｆ≦Ｌｆ≦１．２×ｒｆ　…（１）

　［第３例のプレス成形品］
　図２Ｃに示す第３例のバルクヘッド１０は、図２Ｂに示す第２例のバルクヘッド１０を変形したものである。図２Ｃに示す第３例のバルクヘッド１０の場合、４つの辺１２のうちで隣り合う２つの辺１２からそれぞれ辺フランジ部１４が延びる。また、その一組の辺フランジ部１４が延びる各辺１２を結ぶ角部１３からコーナーフランジ部１５が延びる。それらの一組の辺フランジ部１４及びコーナーフランジ部１５は、互いにつながって連続し、連続フランジ部２０を形成する。

　それ以外の２つの辺１２には、それぞれ、連続フランジ部２０とは逆方向に折り曲げられた辺フランジ部１４が形成される。これらの個別の各辺フランジ部１４の両側端部及び連続フランジ部２０の両側端部に、天板部１１にまで達する切欠き１７が設けられる。連続フランジ部２０と個別の各辺フランジ部１４は互いに分離し、不連続になっている。その他の構成は、図２Ｂに示す第２例と同じである。

　つまり、図２Ｃに示す第３例のバルクヘッド１０は、図２Ｂに示す第２例のバルクヘッド１０とは異なり、一組の隣り合う辺１２にわたってのみ連続フランジ部を備える。このような構成のバルクヘッド１０であっても、図１に示される従来のバルクヘッド１１０と比較すると、自動車用構造部材の曲げ圧壊性能の向上に大きく寄与する。

　要するに、連続フランジ部は、天板部の輪郭全周にわたって形成されなくても、少なくとも一組の隣り合う辺にわたって形成されればよい。そのような構成であれば、天板部の全ての角部で不連続なフランジ部と比較して、性能が向上するからである。したがって、要求される性能を満たすのであれば、そのような構成であってもよい。

　［第４例のプレス成形品］
　図２Ｄに示す第４例のバルクヘッド１０は、図２Ｃに示す第３例のバルクヘッド１０を変形したものである。図２Ｄに示す第４例のバルクヘッド１０の場合、連続フランジ部２０が形成された辺１２以外の２つの辺１２のうちの一つに、辺フランジ部１４が形成されない。つまり、図２Ｄに示す第４例のバルクヘッド１０は、天板部１１の４辺１２のうちの一部の辺１２にフランジ部を有しない。

　第４例のバルクヘッドは、例えば、以下の条件の場合に適用される：
　・天板部のある辺について構造部材と接合する必要がない場合；
　・天板部のある辺について構造部材に接合用の面が存在しない場合。

　以上、図２Ａ～図２Ｄを参照しながら、本実施形態のプレス成形品及び自動車用構造部材について説明した。当然ながら、本実施形態のプレス成形品は、図２Ａ～図２Ｄに示す実施形態に限定されない。また、その用途もバルクヘッド（補強材）に限定されない。

　［プレス成形品の製造方法及び製造装置］
　以下では、前記図２Ｂに示す第２例のプレス成形品であるバルクヘッド１０を製造する場合を例にとって説明する。

　［第１実施形態のプレス成形］
　図３Ａは、第１実施形態によるプレス成形品の製造装置の全体構成を模式的に示す斜視図である。図３Ｂは、その製造装置における凸状工具の部分を拡大して示す斜視図である。図４Ａ及び図４Ｂは、その製造装置によるプレス成形工程を示す斜視図である。これらの図のうち、図４Ａは成形開始直前の状態を示し、図４Ｂは成形完了時の状態を示す。なお、図３Ａ、図３Ｂ、図４Ａ及び図４Ｂには、便宜上、図２Ｂに示すプレス成形品１０の外形のうちの一組の隣り合う２辺１２にわたる連続フランジ部２０に限定し、この部分に対応する構成を抜き出して示す。

　図３Ａ、図３Ｂ、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、製造装置３０は、下型としてパンチ３１を備え、上型としてダイ３２及び凸状工具３３を備える。ダイ３２及び凸状工具３３のいずれもパンチ３１と対になる。パンチ３１の上面形状は、製造対象のバルクヘッドの天板部とほぼ一致した形状である。

　一方、ダイ３２には、パンチ３１を受け入れる凹部が彫り込まれる。凸状工具３３は、ダイ３２と一体に構成され、製造対象のバルクヘッドのコーナーフランジ部に対応する位置に配置される。すなわち、凸状工具３３はダイ３２の一部を構成する。凸状工具３３は突起部３３ａを有する。突起部３３ａは、ダイ３２の下面よりパンチ３１に向く下方に突出する。プレス機の駆動により、ダイ３２及び凸状工具３３がパンチ３１に向けて下降する。すなわち、ダイ３２及び凸状工具３３はパンチ３１に対して相対的に移動する。

　製造装置３０は、パッド３４を備えてもよい。パッド３４は、上型としてパンチ３１と対になり、パンチ３１に対向して配置される。プレス成形中、パッド３４は、パンチ３１との間にブランク３６を挟み、ブランク３６を押える。これにより、プレス成形中にブランク３６の姿勢が安定する。パッド３４は周知慣用の手段によりダイ３２に装着される。

　このような構成の製造装置３０を用いたプレス成形では、パンチ３１に対するダイ３２及び凸状工具３３の相対的な移動により、鋼板のブランク３６の縁部３６ａが次第に折り曲げられる。そして、最終的には、連続フランジ部を備えたプレス成形品１０が製造される。

　プレス成形の際、パンチ３１に対するダイ３２の移動により、天板部の辺に対応する部分でブランク３６が折り曲げられ、辺フランジ部が成形される。その際、パンチ３１に対する凸状工具３３の移動により、ダイ３２によるブランク３６の折り曲げに先行して、天板部の角部に対応する部分でブランク３６が折り曲げられ、コーナーフランジ部１５が成形される。

　図５Ａ～図５Ｄは、コーナーフランジ部付近のブランクの変形過程を示す斜視図である。これらの図のうち、図５Ａは成形前の状態を示す。図５Ｂは成形初期の状態を示す。図５Ｃは成形中期の状態を示す。図５Ｄは成形完了時の状態を示す。なお、図５Ａ～図５Ｄには、パッド３４を備えた例を示し、便宜上、ダイ及び凸状工具の図示は省略する。

　プレス成形の際、先ず、図５Ａに示すように、パンチ３１の上に置かれたブランク３６にパッド３４が接触し、パッド３４とパンチ３１との間にブランク３６を挟む。これにより、ブランク３６を押える。このとき、ブランク３６は、コーナーフランジ部１５（図５Ｄ参照）に成形される予定の部分（以下、「コーナーフランジ予定部分」）３６ａａを含め、何ら変形していない。

　次に、図５Ｂに示すように、凸状工具の突起部が、ブランク３６におけるコーナーフランジ予定部分３６ａａの少なくとも一部に接触し、そのコーナーフランジ予定部分３６ａａを押圧する。これにより、ブランク３６の変形は、先ずコーナーフランジ予定部分３６ａａに限定して始まる。すなわち、パンチ３１及び凸状工具によってブランク３６の折り曲げが始まり、これに伴ってコーナーフランジ部が成形され始める。

　続いて、図５Ｃに示すように、ダイがブランク３６に接触し、パンチ３１及びダイによるブランク３６の折り曲げが始まる。これにより、コーナーフランジ部の成形開始に続いて、辺フランジ部が成形され始める。そして、そのまま凸状工具及びダイによるブランク３６の折り曲げを継続する。すると、図５Ｄに示すように、パンチ３１及び凸状工具によってコーナーフランジ部１５が成形され、パンチ３１及びダイによって辺フランジ部１４が成形される。

　このようにすれば、コーナーフランジ部１５でのしわの発生を抑制しながら、連続フランジ部を備えたプレス成形品１０を製造することができる。以下に、コーナーフランジ部１５でしわの発生が抑制される理由について、説明する。

　凸状工具（厳密には突起部）によってコーナーフランジ予定部分３６ａａの少なくとも一部を先行して押圧することにより、先行して押圧される領域と、その周囲の押圧されない領域とで変形速度差が生じる。このため、コーナーフランジ予定部分３６ａａの変形要素としてせん断変形場の要素が高まる。

　つまり、凸状工具による先行成形により、コーナーフランジ部１５の変形要素が、従来の縮みフランジ変形場（ひずみ比β（ε２／ε１）＜－１：増肉）から、せん断変形場（ひずみ比β（ε２／ε１）≒－１：板厚変化なし）に変化する。これと合わせ、ダイによる折り曲げに伴ってコーナーフランジ部１５に生じる肉余りが、凸状工具による先行成形により、予め、辺フランジ部１４の方に押し出され、分散する。これらにより、コーナーフランジ部１５でのしわの発生及び過剰な板厚増加が効果的に抑制される。

　凸状工具による押圧は、コーナーフランジ部１５の周方向の中央位置に行うことが好ましい。ただし、その押圧は、コーナーフランジ部１５の周方向の中央位置から多少ずれた位置に行ってもよい。

　以下に、凸状工具の好適な寸法条件を示す。

　図３Ｂに示すように、凸状工具３３に設けられる突起部３３ａの高さｈ［ｍｍ］は、下記（２）式の条件を満たすことが好ましい。
　０．５×ｒｆ≦ｈ≦３．５×ｒｆ　…（２）
　上記（２）式中、ｒｆ：コーナーフランジ部の曲率半径［ｍｍ］。

　突起部３３ａの高さｈが「０．５×ｒｆ」未満に低くなると、凸状工具３３による先行成形の量が小さくなる。このため、コーナーフランジ部にせん断変形場が有効に形成されない。その結果、しわの発生及び板厚の増加を抑制する効果が小さくなる。一方、突起部３３ａの高さｈが「３．５×ｒｆ」を超えて高くなると、凸状工具３３とブランクとの接触時間が長くなる。凸状工具３３の面積は、ダイに比べて遙かに小さい。このため、凸状工具３３の損傷を招くおそれがある。

　突起部３３ａの先端（凸状工具３３の先端）の曲率半径Ｒｔ［ｍｍ］は、下記（３）式の条件を満たすことが好ましい。
　Ｒｔ＜ｒｆ×θ　…（３）
　上記（３）式中、ｒｆ：コーナーフランジ部の曲率半径［ｍｍ］、θ：コーナーフランジ部によってつながる一組の辺フランジ部の挟角［ｒａｄ］。

　上記のとおり、凸状工具３３は、ダイに比した先行成形により、コーナーフランジ部に生じる肉余りを辺フランジ部の方に押し出すとともに、板厚増加のないせん断変形場を促進する役割を担う。突起部３３ａの先端の曲率半径Ｒｔが「ｒｆ×θ」を超えて大きくなると、凸状工具３３とダイとの形状の差異が小さくなる。このため、しわの発生及び板厚の増加を抑制する効果が小さくなる。一方、突起部３３ａの先端の曲率半径Ｒｔの下限は特に限定しない。ただし、突起部３３ａの先端の曲率半径Ｒｔがあまりに小さいと、突起部３３ａの先端が損傷し易くなり、また、コーナーフランジ部に疵が発生し易くなる。したがって、突起部３３ａの先端の曲率半径Ｒｔは、１ｍｍ以上であることが好ましい。

　なお、凸状工具による折り曲げ成形が、ダイによる折り曲げ成形に先行する限り、凸状工具はダイと別体に構成されてもよい。この場合、凸状工具が作動した後、ダイが遅れて作動するようにすればよい。

　また、上記の製造装置は、下型としてパンチを配置し、上型としてダイ及び凸状工具を配置した構成であるが、上下の金型の配置が上下で反転した構成であっても構わない。

　［第２実施形態のプレス成形］
　図６は、第２実施形態によるプレス成形品の製造装置の全体構成を模式的に示す斜視図である。図７Ａ～図７Ｃは、その製造装置によるプレス成形工程を示す斜視図である。これらの図のうち、図７Ａは成形開始直前の状態を示し、図７Ｂは成形中の状態を示し、図７Ｃは成形完了時の状態を示す。第２実施形態の製造装置３０は、前記第１実施形態の製造装置３０の構成を基本とする。

　図６、及び図７Ａ～図７Ｃに示すように、第２実施形態の製造装置３０は、下型として、更にブランクホルダ３５を備える。ブランクホルダ３５は、ダイ３２と対になり、ダイ３２に対向して配置される。図７Ｂに示すように、プレス成形中、ブランクホルダ３５は、ダイ３２との間にブランク３６の縁部３６ａ（ただし、コーナーフランジ予定部分３６ａａを除く）を挟み、ブランク３６を押える。これにより、第１実施形態と比較し、プレス成形中にブランク３６の異常な面外変形が抑制される。

　本発明の効果を確認するため、以下の試験を実施した。本発明例として、鋼板をプレス成形することにより、図２Ａに示す第１例のバルクヘッドを製造した。この本発明例のバルクヘッドは、天板部の輪郭全周にわたって連続フランジ部を有する。比較例として、鋼板をプレス成形することにより、図１に示す従来のバルクヘッドを製造した。比較例のバルクヘッドは、コーナーフランジ部を一切有さず、この点のみが本発明例のバルクヘッドと相違する。

　自動車用構造部材を模擬した筒体を複数準備し、各筒体の内部における長手方向の中央部に、本発明例のバルクヘッド及び比較例のバルクヘッドをそれぞれ配置した。そして、辺フランジ部を筒体の内面に抵抗スポット溶接し、これらを供試体とした。いずれの筒体の長さも５００ｍｍであった。

　（１）本発明例の条件
　・鋼板：板厚が１．４ｍｍ、引張強度が５９０ＭＰａ
　・バルクヘッドの外寸法：天板部の一辺の長さが７６ｍｍ、コーナーフランジ部の曲率半径ｒｆが１２ｍｍ、稜線部の曲率半径が４．４ｍｍ
　・辺フランジ部の幅：１５ｍｍ
　・コーナーフランジ部の幅：１５ｍｍ
　・スポット溶接の位置：各辺フランジ部において約３５ｍｍピッチ

　本発明例のバルクヘッドは、次のようにして製造した。上記の板厚及び引張強度を有する鋼板から所定形状のブランクを切り出した。前記第１実施形態の製造装置を用い、そのブランクをバルクヘッドにプレス成形した。その際、凸状工具の突起部の高さｈは１５ｍｍとした。凸状工具の先端（突起部の先端）の曲率半径Ｒｔは３ｍｍとした。ダイの角部の曲率半径Ｒは３ｍｍとした。パンチの外周とダイの凹部の内周との隙間は、鋼板の板厚分の寸法とした。

　得られたバルクヘッドのコーナーフランジ部の板厚を周方向に沿って測定した。

　図８は、本発明例のバルクヘッドのコーナーフランジ部の板厚について周方向の分布を示す図である。図８に示すように、コーナーフランジ部の板厚は、周方向の中央部で極小となり、その両側部で極大となった。その極大値は１．７１ｍｍであり、その極小値は１．６０ｍｍであり、両者の比は約１．１であった。

　このような本発明例のバルクヘッドのコーナーフランジ部には、しわの発生、過剰な板厚増加等といった成形不良は認められなかった。また、その成形に用いた凸状工具の表面に、損傷は認められなかった。

　（２）比較例の条件
　比較例のバルクヘッドは、次のようにして製造した。本発明例と同じ鋼板を用い、プレス成形により、天板部の全ての角部にコーナーフランジ部を有しないバルクヘッドを製造した。その際のブランクとしては、天板部の全ての角部に相当する領域まで切り込みを入れたものを用いた。その他の条件は、本発明例と同じとした。

　（３）筒体の条件
　・鋼板：板厚が０．７ｍｍ、引張強度が５９０ＭＰａ
　・内寸法：一辺の長さが７６ｍｍ、隅部の曲率半径が１２ｍｍ
　つまり、本発明例のバルクヘッドの外寸法は、筒体の内寸法と一致していた。このため、本発明例では、バルクヘッドと筒体との間に隙間がなかった。これに対し、比較例のバルクヘッドは、天板部の角部が欠け、コーナーフランジ部がない形状であった。このため、比較例では、バルクヘッドと筒体との間に一部（天板部の角部に相当する部分）で隙間が存在した。

　これらの供試体について、３点曲げ圧壊試験を実施した。また、筒体単独についても、同様の３点曲げ圧壊試験を実施した。

　図９は、３点曲げ圧壊試験の概要を模式的に示す斜視図である。図９には、供試体（バルクヘッド５１を備えた筒体及び筒体単独）５０と、打撃子（インパクター）５２を示す。試験では、供試体５０の両端部を剛体板（図示省略）にアーク溶接し、その剛体板を剛体台（図示省略）の上に固定した。この状態で、供試体５０の長手方向の中央部（すなわちバルクヘッド５１の装着位置）に、インパクター５２を衝突させた。インパクター５２の衝突速度は６４ｋｍ／ｈであった。その際、供試体５０へのインパクター５２の進入量が３０ｍｍに達するまで、インパクター５２に作用する反力を測定した。

　図１０は、実施例の試験結果として、インパクターの進入量とインパクターへの反力との関係を示す図である。図１０に示すように、本発明例では、辺フランジ部同士をつなぐコーナーフランジ部が存在し、連続フランジ部が形成されているため、バルクヘッド及び筒体の断面形状が崩れ難い。このため、衝突の初期（特に、インパクター進入量が０～１０ｍｍの範囲）において、筒体の壁面が広範囲で変形することから、インパクターへの反力が比較例よりも著しく高くなった。これは、本発明例の筒体の衝撃吸収エネルギが比較例よりも高いことを意味する。したがって、バルクヘッドが連続フランジ部を備えることにより、構造部材の３点曲げ圧壊性能を向上できることが明らかになった。

　その他本発明は上記の実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能であることは言うまでもない。

　　１：自動車用構造部材（ロッカー）、
　　１０：プレス成形品（バルクヘッド）、
　　１１：天板部、　　１２：天板部の辺、　　１３：天板部の角部、
　　１４：辺フランジ部、　　１５：コーナーフランジ部、
　　１６：稜線部、　　１７：切欠き、　　２０：フランジ部、
　　３０：製造装置、　　３１パンチ、　　３２：ダイ、
　　３３：凸状工具、　　３３ａ：突起部、
　　３４：パッド、　　３５：ブランクホルダ、　　３６：ブランク、
　　３６ａ：縁部、　　３６ａａ：コーナーフランジ予定部分

Claims (12)

1. 　鋼板から成形されたプレス成形品であって、
   　前記プレス成形品は、
   　天板部と、
   　前記天板部の輪郭を構成する辺のうちの一部の辺又は全部の辺からそれぞれ延びるフランジ部と、を備え、
   　前記天板部の前記辺のうちで隣り合うとともに前記フランジ部が延びる少なくとも一組の前記辺を結ぶ角部から、コーナーフランジ部が延び、
   　前記一組の前記辺からそれぞれ延びる前記フランジ部が、前記コーナーフランジ部を介してつながっており、
   　前記コーナーフランジ部において、
   　前記天板部の前記角部の周方向に沿う方向の中央部に、板厚の極小値を示す部分が存在し、
   　前記中央部の両側部に、板厚の極大値を示す部分が存在し、
   　前記極大値と前記極小値との比が、１．０を超え１．６以下の範囲内にある、プレス成形品。
2. 　請求項１に記載のプレス成形品において、
   　前記コーナーフランジ部の曲率半径が３０ｍｍ以下である、プレス成形品。
3. 　請求項１又は２に記載のプレス成形品において、
   　前記フランジ部の少なくとも一部の幅が１０ｍｍ以上である、プレス成形品。
4. 　請求項１～３のいずれか１項に記載のプレス成形品において、
   　引張強度が４４０ＭＰａ以上である、プレス成形品。
5. 　自動車の車体を構成する中空の構造部材であって、
   　前記自動車用構造部材は、
   　内部に補強材として請求項１～４のいずれか１項に記載のプレス成形品を備え、前記フランジ部を接合された、自動車用構造部材。
6. 　鋼板のブランクからプレス成形品を製造するための製造方法において、
   　前記プレス成形品は、
   　天板部と、
   　前記天板部の輪郭を構成する辺のうちの一部の辺又は全部の辺からそれぞれ延びるフランジ部と、
   　前記天板部の前記辺のうちで隣り合うとともに前記フランジ部が延びる少なくとも一組の前記辺を結ぶ角部から延びるコーナーフランジ部であって、前記一組の前記辺からそれぞれ延びる前記フランジ部同士をつなぐコーナーフランジ部と、を備え、
   　前記製造方法は、
   　パンチと、前記パンチといずれも対になるダイ、及び前記コーナーフランジ部に対応する位置に配置される凸状工具と、を用い、
   　前記パンチに対する前記ダイの相対的な移動により、前記ブランクを折り曲げて、前記フランジ部を成形し、
   　前記パンチに対する前記凸状工具の相対的な移動により、前記ダイによる前記ブランクの折り曲げに先行して前記ブランクを折り曲げて、前記コーナーフランジ部を成形する、プレス成形品の製造方法。
7. 　請求項６に記載のプレス成形品の製造方法において、
   　前記凸状工具は、前記ダイと一体又は別体に構成される、プレス成形品の製造方法。
8. 　請求項６又は７に記載のプレス成形品の製造方法において、
   　更に、前記ダイと対になるブランクホルダを用い、
   　前記ダイと前記ブランクホルダにより前記ブランクを挟んだ状態で前記コーナーフランジ部及び前記フランジ部の成形を行う、プレス成形品の製造方法。
9. 　鋼板のブランクからプレス成形品を製造するための製造装置であって、
   　前記プレス成形品は、
   　天板部と、
   　前記天板部の輪郭を構成する辺のうちの一部の辺又は全部の辺からそれぞれ延びるフランジ部と、
   　前記天板部の前記辺のうちで隣り合うとともに前記フランジ部が延びる少なくとも一組の前記辺を結ぶ角部から延びるコーナーフランジ部であって、前記一組の前記辺からそれぞれ延びる前記フランジ部同士をつなぐコーナーフランジ部と、を備え、
   　前記製造装置は、
   　パンチと、前記パンチといずれも対になるダイ、及び前記コーナーフランジ部に対応する位置に配置される凸状工具と、を備え、
   　前記ダイは、前記パンチに対する相対的な移動により、前記ブランクを折り曲げて、前記フランジ部を成形し、
   　前記凸状工具は、前記パンチに対する相対的な移動により、前記ダイによる前記ブランクの折り曲げに先行して前記ブランクを折り曲げて、前記コーナーフランジ部を成形する、プレス成形品の製造装置。
10. 　請求項９に記載のプレス成形品の製造装置において、
    　前記凸状工具の先端の曲率半径Ｒｔ［ｍｍ］は、下記（ａ）式の条件を満たす、プレス成形品の製造装置。
    　Ｒｔ＜ｒｆ×θ　…（ａ）
    　上記（ａ）式中、ｒｆ：前記コーナーフランジ部の曲率半径［ｍｍ］、θ：前記コーナーフランジ部によってつながる前記一組の前記フランジ部の挟角［ｒａｄ］。
11. 　請求項９又は１０に記載のプレス成形品の製造装置において、
    　前記凸状工具は、前記ダイと一体又は別体に構成される、プレス成形品の製造装置。
12. 　請求項９～１１のいずれか１項に記載のプレス成形品の製造装置において、
    　更に、前記ダイに対向して配置され、前記ダイとの間に前記ブランクを挟むブランクホルダを備える、プレス成形品の製造装置。

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