WO2020075739A1 - 骨格部材 - Google Patents

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WO2020075739A1
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hardness
softening layer
plate thickness
skeleton member
thickness direction
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由梨 戸田
紘明 窪田
裕之 川田
前田　大介
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日本製鉄株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a skeleton member.
  • the present application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2018-193175 filed in Japan on October 12, 2018 and Japanese Patent Application No. 2019-025366 filed on February 15, 2019 in Japan. , The contents of which are incorporated herein.
  • a metal plate-shaped member processed into a predetermined cross-sectional shape has been used as a frame member of an automobile.
  • These skeletal members are required to have a light weight and a sufficient load resistance. Therefore, in recent years, a material having high strength such as a high-tensile steel plate may be used.
  • the skeleton member is required to realize a desired deformation mode and efficiently absorb the impact.
  • Patent Document 1 describes that a technique of partially changing the hardness of a member is used to provide a low hardness region and a high hardness region in a product made of sheet metal.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to be able to achieve both the guarantee of deformability at the time of collision and the improvement of load resistance, which is new and improved.
  • a first aspect of the present invention is a skeleton member including a corner portion extending in a longitudinal direction and a vertical wall portion extending from an end portion in the lateral direction of the corner portion, wherein A softening layer is provided in the plate thickness direction from at least one surface of the bending inner side and the bending outer side, and the softening layer has a length of 1 ⁇ 2 or more of a short-side direction length of the vertical wall portion from the corner portion.
  • the hardness of the central portion in the plate thickness direction in the portion where the softening layer is provided is 400 Hv or more, and the softening layer is the portion where the softening layer is provided.
  • the thickness of the softening layer is 2% or more and less than 20% of the plate thickness in the portion where the softening layer is provided.
  • the hardness of the softening layer on the surface is 0.5 times or more and less than 0.9 times the hardness of the central portion in the plate thickness direction in the portion where the softening layer is provided, and the softening layer is the thickness of the softening layer from the surface in the plate thickness direction.
  • a first hardness change region which is a region of up to 40% of the hardness
  • a second hardness change region which is a region of the softening layer which is not the first hardness change region
  • the absolute value ⁇ Hv1 of the hardness change in the plate thickness direction in the one hardness change region is larger than the absolute value ⁇ Hv2 of the hardness change in the plate thickness direction in the second hardness change region, and the bending radius of the corner portion is larger.
  • R is a skeleton member with R / t ⁇ 2.5 with respect to the plate thickness t of the corner portion.
  • the absolute value ⁇ Hv1 of the hardness change in the plate thickness direction of the first hardness change region may be 100 Hv or more and less than 200 Hv.
  • the softening layer may be provided outside the bend of the corner portion.
  • the softening layer may be provided on both the inside and the outside of the bend of the corner portion.
  • the vertical wall portion extends from one end of the corner portion, and the skeleton member includes other corner portions.
  • the softening layer further includes a flat plate portion extending from an end portion, and the softening layer extends from the corner portion to the flat plate portion over a region having a length of 1 ⁇ 2 or more of a short-side length of the flat plate portion.
  • the vertical wall portion extends from one end of the corner portion, and the skeleton member includes other corner portions.
  • the hardness at a position at a depth of 70 ⁇ m from the surface of the flat plate part further includes a flat plate part extending from an end, and the hardness of the center part in the plate thickness direction is It may be 0.9 times or less.
  • the surface of the flat plate portion may be a surface that is continuous with the inside of the corner portion of the flat plate portion that is bent.
  • a skeletal member that has both improved deformability at the time of collision and improved load bearing capacity.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line XZ of a region including a corner portion of the skeleton member according to the same embodiment.
  • FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line XZ of the skeleton member according to the same embodiment.
  • FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line XZ of the skeleton member according to the same embodiment.
  • FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line XZ of the skeleton member according to the same embodiment.
  • FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line XZ of the skeleton member according to the same embodiment.
  • FIG. 6 is a load-stroke diagram for explaining the effect of the skeleton member according to the present embodiment.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view taken along the line XZ of a region including a corner portion according to a modified example of the same embodiment. It is a partial perspective view showing an example of a frame member concerning other modifications of the embodiment.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view taken along the line XZ of a skeleton member according to another modification of the same embodiment.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line XZ of a skeleton member according to the modification. It is an enlarged view of the portion P of FIG. 12A. It is a figure which shows an example of the mode of deformation
  • FIG. 13B is a cross-sectional view taken along the line I-I ′ of FIG. 13A. It is a partial perspective view which shows an example of the skeleton member which concerns on the 2nd Embodiment of this invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line XZ of a skeleton member according to the modification. It is an enlarged view of the portion P of FIG. 12A. It is a figure which shows an example of the mode of deformation
  • 3B is a cross-sectional view taken along the line XZ of the skeleton member according to the same embodiment. It is a figure showing an automobile skeleton as an example to which a skeleton member concerning an embodiment of the present invention is applied. An example of a load-stroke diagram obtained as a result of the simulation according to the present embodiment is shown. An example of a load-stroke diagram obtained as a result of the simulation according to the present embodiment is shown.
  • FIG. 1 is a partial perspective view showing an example of a skeleton member according to the present embodiment.
  • the skeleton member 10 is, for example, a member that extends in the Y direction shown in FIG. 1 as the longitudinal direction and has a substantially hat-shaped cross-section in the longitudinal direction (XZ plane) opened in the X direction.
  • the skeleton member 10 includes a flat plate portion 11, a vertical wall portion 15 as a wall portion extending from the flat plate portion 11 via a corner portion 13, and a corner portion 13 of the vertical wall portion 15 on the opposite side. And a flange portion 17 bent from the end portion. Further, in the skeleton member 10, at least the corner portion 13 and the vertical wall portion 15 have a softening layer 20 described later.
  • the skeleton member 10 forms a skeleton of the whole or a part of the product by being fixed or connected with other members. For example, when a load is applied to the skeleton member 10 in a direction perpendicular to the longitudinal direction (X direction or Z direction in FIG. 1), bending deformation may occur. Further, for example, when an axial load is applied to the skeleton member 10 in the longitudinal direction (Y direction in FIG. 1), deformation due to axial crushing may occur.
  • the skeleton member 10 may be composed of various metal plate-shaped members.
  • the skeleton member 10 may be composed of a steel plate.
  • a steel material having a tensile strength of 1470 MPa or higher for example, 1.5 GPa class, 1.8 GPa class or higher
  • the plate thickness of the steel plate used for the skeleton member 10 is about 0.5 to 3.5 mm, or about 1.0 to 2.9 mm.
  • the skeleton member 10 can be formed by applying various known processing techniques to a metal plate-shaped member (blank material).
  • FIG. 2 is an XZ plane sectional view of a region including the corner portion 13 according to the present embodiment.
  • 3 to 5 are XZ plane cross-sectional views of the skeleton member according to the present embodiment.
  • the corner portion 13 is a bent portion existing between the flat plate portion 11 and the vertical wall portion 15, and has a predetermined bending radius R described later.
  • the corner portion 13 is formed in a region defined by the R stop points A1 and A2 on the inner side of the bend and the R stop points A3 and A4 on the outer side of the bend in the XZ plane sectional view.
  • the bending radius R is set to a value that satisfies the relational expression of R / t ⁇ 2.5 with respect to the plate thickness t in the corner portion 13.
  • R / t ⁇ 2.5 or less the vertical wall portion 15 is less likely to bend during bending deformation at the time of collision, and the withstand load of the corner portion 13 particularly increases at the beginning of the stroke.
  • a high withstand load can be maintained in the middle of the stroke and the latter half of the stroke.
  • the softening layer 20 described later is formed in the corner portion 13, it is possible to exhibit an excellent load resistance particularly in the latter stage of the stroke, and it is possible to improve the deformability and the load resistance at the time of collision. Become.
  • the lower limit of R / t is not particularly limited, but from the viewpoint of moldability, R / t ⁇ 0.5 is preferable, and R / t ⁇ 0.9 is more preferable.
  • the bending radius R is determined from the image of the cross section of the corner portion 13 on the inner side of the bending to the R stop points A1 and A2 and the bending center point of the corner portion 13 (half the distance between the R stop points A1 and A2 in the corner portion 13). It can be obtained by obtaining three points (positioned points) and obtaining the curvature from the three points by a known mathematical method.
  • the skeletal member 10 having a tensile strength of 1470 MPa or higher (for example, 1.5 GPa class, 1.8 GPa class or higher), in order to obtain the corner portion 13 satisfying R / t ⁇ 2.5, It is preferable to use the hot stamping method.
  • the corner portion 13 has a softening layer 20.
  • the softening layer 20 may be provided on the front surface side of the skeleton member 10 on either the bending inner side or the bending outer side of the corner portion 13, or on both the bending inner side and the bending outer side. In particular, as shown in FIG. 4, the softening layer 20 may be provided outside the bend of the corner portion 13. Further, as shown in FIG. 5, the softening layer 20 may be provided on the entire surface of the skeleton member 10.
  • the vertical wall portion 15 extends from the end portion including the R stop of the corner portion 13 in a direction orthogonal to the plate thickness direction.
  • An end portion of the vertical wall portion 15 opposite to the corner portion 13 may be bent outward, and the flange portion 17 may extend through the bent portion. That is, the skeleton member 10 can be formed in a substantially hat shape in the XZ section in FIG.
  • the vertical wall portion 15 has the softening layer 20.
  • the softening layer 20 is a half of the length in the lateral direction of the vertical wall portion 15 from the R stop which is a connection portion of the corner portion 13 with the vertical wall portion 15. It extends over the region of the above length.
  • the reason why the softening layer 20 is a region having a length of 1 ⁇ 2 or more of the length in the lateral direction of the vertical wall portion 15 is that the skeleton member 10 by the present inventors shown in FIGS. 6A and 6B has three points. Based on the results of bending simulation. That is, when the three-point bending simulation is performed from the initial state of FIG. 6A, as shown in FIG.
  • the corner portion 13 and the region from the R stop to the half of the length in the lateral direction of the vertical wall portion 15 are obtained. It was found that the maximum principal strain was higher than that in other regions. Therefore, by providing the softening layer 20 at least in a region having a length from the R stop to half the length in the short-side direction of the vertical wall portion 15, cracking in this region can be less likely to occur at the time of collision.
  • the lateral direction of the vertical wall portion 15 is the extending direction of the vertical wall portion 15 when the longitudinal direction of the skeletal member 10 (Y direction in FIG. 1) is the longitudinal direction of the vertical wall portion 15. Is a direction orthogonal to the longitudinal direction (generally the X direction in FIG. 1).
  • the length in the lateral direction of the vertical wall portion 15 means the R stop on the vertical wall portion 15 side of the corner portion 13 in the XZ plane cross section, and the vertical wall of the bent portion between the vertical wall portion 15 and the flange portion 17. It indicates the distance between the R stops on the part 15 side.
  • a softening layer 20 is formed on at least the corner portion 13 and the vertical wall portion 15 on the front surface side of the skeleton member 10.
  • the softening layer 20 may be formed continuously or partially over the longitudinal direction (Y direction in FIG. 1) of the skeleton member 10.
  • the softening layer 20 is formed from the surface of the skeletal member 10 to a predetermined depth in the plate thickness direction.
  • the thickness of the softening layer 20 is 2% or more and less than 20% of the plate thickness of the skeleton member 10.
  • the plate thickness refers to the total thickness of the skeleton member 10 in the plate thickness direction, including the softening layer 20 and the center portion 30 in the plate thickness direction described later.
  • the thickness of the softening layer 20 is preferably 17% or less, more preferably 14% or less of the plate thickness of the skeleton member 10.
  • the thickness of the softening layer 20 is preferably 5% or more, and more preferably 8% or more of the plate thickness of the skeleton member 10.
  • the center side in the plate thickness direction of the skeleton member 10 (the region in the plate thickness direction excluding the softening layer 20 of the skeleton member 10) is a center portion 30 in the plate thickness direction.
  • the softening layer 20 is a region having a hardness that is at least 10 Hv lower than the hardness of the central portion 30 in the plate thickness direction.
  • the softening layer 20 has a hardness of 0.5 times or more and less than 0.9 times the hardness of the central portion 30 in the plate thickness direction on the surface of the skeleton member 10.
  • the surface of the skeleton member 10 refers to the surface of the base material of the skeleton member 10 excluding the coating film and the plating layer.
  • the hardness of the surface of the skeleton member 10 is measured by the Vickers hardness test described in JIS Z 2244: 2009 on the cross section of the base material. At that time, the measurement point is within a depth of 20 ⁇ m from the surface of the base material and the indentation is 10 ⁇ m or less.
  • the softening layer 20 has a hardness of 0.6 times or more the hardness of the central portion 30 in the plate thickness direction on the surface of the skeleton member 10.
  • the softening layer 20 preferably has a hardness less than 0.8 times the hardness of the central portion 30 in the plate thickness direction on the surface of the skeleton member 10.
  • the hardness of the central portion 30 in the plate thickness direction is 400 Hv or more in Vickers hardness.
  • the Vickers hardness of the central portion 30 of the skeleton member 10 in the plate thickness direction is preferably 500 Hv or more, and more preferably 600 Hv or more.
  • the upper limit of the hardness of the central portion 30 in the plate thickness direction is not particularly specified, but considering the formability of the skeleton member 10 and the like, it is preferably 800 Hv, and more preferably 700 Hv.
  • the hardness of the softening layer 20 on the surface of the skeleton member 10 can be set to Vickers hardness of 250 Hv or more.
  • the hardness of the softening layer 20 on the surface of the skeleton member 10 can be 500 Vv or less in Vickers hardness. The details of the method for measuring the hardness of the surface of the softened layer 20 of the skeleton member 10 and the center portion 30 in the plate thickness direction will be described later.
  • the softening layer 20 can be formed on the surface side of the skeleton member 10 by applying various surface treatments, surface treatments, or heat treatment techniques which are known techniques. As an example of a method of forming the softened layer 20, laser heating to a region corresponding to the corner portion 13 and the vertical wall portion 15 or partial tempering by high frequency heating can be given. Further, the skeleton member 10 having the softening layer 20 in a predetermined region can be formed by processing the blank material having the softening layer previously formed on the surface layer.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of a change in hardness between B-B ′ in FIG. 2 of the softening layer 20 of the skeletal member 10 according to the present embodiment.
  • FIG. 7 shows the skeleton member 10 according to the present embodiment, which is formed by hot-pressing a steel material for hot stamping into a hat shape having a tensile strength of 2.0 GPa, and the softening layer 20 in the plate thickness direction. It is the result of plotting the Vickers hardness.
  • the softening layer 20 is provided between the first hardness change region 21 existing on the surface side of the skeleton member 10, the first hardness change region 21 and the center portion 30 in the plate thickness direction. And a second hardness change region 22 existing in the.
  • the second hardness change region 22 is a region of the softening layer 20 that is not the first hardness change region 21. Both the first hardness change region 21 and the second hardness change region 22 are regions in which the hardness in the plate thickness direction changes at a predetermined gradient, and the first hardness change region 21 and the second hardness change region 21 The second hardness change region 22 has different absolute values ⁇ Hv1 and ⁇ Hv2 of hardness change.
  • the first hardness change region 21 extends from the surface of the skeletal member 10 to 40% of the total thickness of the softening layer 20.
  • the second hardness change region 22 is continuous from the first hardness change region 21 of the softening layer 20 and extends to the central portion 30 of the skeleton member 10 in the plate thickness direction. That is, the second hardness change region 22 is a region of the softening layer 20 that is not the first hardness change region 21.
  • the absolute value ⁇ Hv1 of hardness change in the first hardness change region 21 is larger than the absolute value ⁇ Hv2 of hardness change in the second hardness change region 22. This is because if ⁇ Hv2 is larger than ⁇ Hv1, the skeleton member 10 is excessively softened and sufficient load characteristics cannot be obtained.
  • the absolute value ⁇ Hv1 of the hardness change in the first hardness change region 21 is 100 Hv or more and less than 200 Hv.
  • ⁇ Hv1 is 100 Hv or more
  • stress concentration during bending deformation can be further alleviated, and bending characteristics can be further improved.
  • ⁇ Hv1 is less than 200 Hv
  • the effect of relaxing the stress concentration during bending deformation is further enhanced, and better bending characteristics can be obtained. Therefore, when ⁇ Hv1 is 100 Hv or more and less than 200 Hv, good bending characteristics are obtained, and the deformability of the skeleton member 10 can be improved.
  • the absolute value ⁇ Hv1 of the hardness change in the first hardness change region 21 is preferably 100 Hv or more and less than 200 Hv.
  • the method of measuring the hardness of the central portion 30 in the plate thickness direction is as follows. A cross section perpendicular to the plate surface of the sample is taken, the sample of the measurement surface is prepared, and the hardness test is performed.
  • the method for preparing the measurement surface is according to JIS Z 2244: 2009. After polishing the measurement surface using # 600 to # 1500 silicon carbide paper, a diamond surface having a particle size of 1 ⁇ m to 6 ⁇ m is mirror-finished using a liquid such as alcohol diluted with pure water or pure water.
  • the hardness test is performed by the method described in JIS Z 2244: 2009.
  • a cross section perpendicular to the plate surface of the sample is sampled, and a sample for the measurement surface is prepared, and then subjected to a hardness test.
  • the measurement surface is prepared so that the hardness in the vicinity of the surface of the sample is accurately measured so that the unevenness is as small as possible and no sagging occurs in the vicinity of the surface.
  • the measurement surface is sputtered with an argon ion beam using a cross-section polisher manufactured by JEOL.
  • a sample rotation holder manufactured by JEOL is used to irradiate the measurement surface with an argon ion beam from the 360-degree direction.
  • the hardness of the sample whose measurement surface has been prepared is measured using the Micro Vickers hardness tester.
  • a region corresponding to the softened layer of the sample is measured from the surface of the sample in a direction perpendicular to the plate surface (plate thickness direction) with a load of 1 kgf at intervals of three times or more the indentation.
  • the total number of measurement points differs depending on the plate thickness of the sample, but the number of measurement points for calculating ⁇ Hv1 and ⁇ Hv2 described later is based on the description in JIS Z 2244: 2009 and is not affected by the indentation. Set as many measurement points as possible while ensuring the intervals.
  • the measurement position on the outermost surface side of the sample should be within 20 ⁇ m from the plate surface (immediately below the plating layer or immediately below the alloy layer between the plating layer and the base metal, if a plating layer exists). To do. This is because the outermost surface portion of the base material surface has many soft phase structures.
  • the same measurement is performed from the first surface side of the sample, and the second surface side opposite to the first surface side. Also do from.
  • ⁇ Hv1 a method of calculating ⁇ Hv1 will be described. That is, from all the measurement points included in the region (first hardness change region 21) from the surface of the sample to the thickness of the entire softened layer of 40%, the first hardness change region 21 The hardness gradient ⁇ a is calculated.
  • a i is the ratio (%) of the distance from the surface at the i-th measurement point to the total thickness of the softened layer
  • c i is the Vickers hardness (Hv) at a i
  • n the softened layer from the surface. It is the total of all the measurement points included in the region (first hardness change region 21) up to the total thickness of 40%.
  • ⁇ a Gradient (Hv /%) of change in hardness in the plate thickness direction in the first hardness change region
  • a i Ratio of the distance from the surface at the i-th measurement point to the total thickness of the softening layer (%)
  • c i Vickers hardness (Hv) at a i n: Total of all measurement points included in the first surface side first hardness change region.
  • ⁇ a1 on the first surface side is calculated based on the hardness measurement result from the first surface side, and further, Based on the hardness measurement result from the second surface side, ⁇ a2 on the second surface side is calculated.
  • the arithmetic average of ⁇ a1 and ⁇ a2 can be set to ⁇ a.
  • ⁇ Hv1 can be calculated by multiplying ⁇ a calculated by the equation (1) by the ratio of the thickness of the first hardness change region 21 in the thickness direction of the entire softened layer.
  • the second hardness is calculated by the formula (2).
  • the hardness gradient ⁇ A of the change area 22 is calculated.
  • a i is the ratio (%) of the distance from the surface at the i-th measurement point to the total thickness of the softening layer
  • C i is the Vickers hardness (Hv) in A i
  • N is the softening on the surface side. It is the sum of all the measurement points contained in the area
  • ⁇ A Gradient (Hv /%) of change in hardness in the plate thickness direction in the second hardness change region
  • a i Ratio of the distance from the surface at the i-th measurement point to the total thickness of the softening layer (%)
  • C i Vickers hardness (Hv) at A i N: Total of all measurement points included in the first surface side second hardness change region.
  • ⁇ A1 on the first surface side is calculated based on the hardness measurement result from the first surface side, and further, Based on the hardness measurement result from the second surface side, ⁇ A2 on the second surface side is calculated.
  • the arithmetic average of ⁇ A1 and ⁇ A2 can be set to ⁇ A.
  • ⁇ Hv2 can be calculated by multiplying ⁇ A calculated by the equation (2) by the ratio of the thickness of the second hardness change region 22 in the plate thickness direction to the total thickness of the softened layer.
  • FIG. 8 is a load-stroke diagram for explaining the function and effect of the skeleton member 10 according to the present embodiment.
  • Curve a is a load-stroke diagram assuming a skeleton member in which an appropriate softening layer is provided, R / t is set to 2.0, and absolute value ⁇ Hv1 is set to 150 Hv.
  • a curve b is a load-stroke diagram assuming a skeleton member provided with an appropriate softening layer, R / t set to 2.0, and absolute value ⁇ Hv1 set to 70Hv.
  • a curve c is a load-stroke diagram assuming a skeleton member in which an appropriate softening layer is provided, R / t is set to 5.0, and absolute value ⁇ Hv1 is set to 150 Hv.
  • a curve d is a load-stroke diagram assuming a skeleton member in which R / t is set to 2.0 without providing a softening layer.
  • the R / t is set to 2.5 or less, and the corner portion 13 and at least a part of the vertical wall portion 15 are provided with the softening layer 20, whereby the curve a
  • the curve b the bending characteristic at the time of collision is improved from the early stage of the stroke to the latter stage of the stroke, and the load can be reduced with a gentle curve in the latter stage of the stroke. That is, the deformability can be improved.
  • the hardness of the center portion 30 in the plate thickness direction is set to 400 Hv or more in Vickers hardness, a high load resistance is maintained especially in the latter part of the stroke.
  • the absolute value ⁇ Hv1 of the hardness change in the first hardness change region is made larger than the absolute value ⁇ Hv2 of the hardness change in the second hardness change region, the softened portion on the surface side of the skeletal member 10 Is ensured and the bending characteristics are improved.
  • ⁇ Hv2 smaller than ⁇ Hv1
  • ⁇ Hv1 is 100 Hv to 200 Hv
  • the softened portion on the surface side of the skeleton member 10 is sufficiently secured, so that the softening layer 20 can sufficiently improve the bending characteristics. That is, comparing the curve a with ⁇ Hv1 of 150 Hv and the curve b with ⁇ Hv1 of 70 Hv, by setting ⁇ Hv1 in the range of 100 Hv to 200 Hv in the curve a, the drop of the withstand load from immediately after the peak in the latter part of the stroke is reduced. It can be made more gradual.
  • the skeleton member 10 by setting the R / t of the corner portion 13 to be 2.5 or less, it is possible to maintain a high withstand load from the initial stroke to the latter stroke.
  • the latter part of the stroke in combination with the effect that the softening layer 20 is formed in the corner portion 13 described above, a particularly excellent load resistance can be exhibited, and the deformability and the load resistance at the time of collision can be improved. It will be possible.
  • the skeleton member 10 according to the present embodiment can maintain a high withstand load against a collision, can be less likely to be cracked by a collision, and can sufficiently secure the deformability. This makes it possible to achieve both high levels of load resistance and bending characteristics compared to conventional frame members.
  • the wall portion 15 may be buckled and deformed.
  • the softening layer 20 extends from the corner portion 13 over a region having a length of 1 ⁇ 2 or more of the length in the lateral direction of the vertical wall portion 15, The vertical wall portion 15 is effectively deformed. That is, when an external force is applied to the skeletal member 10 due to a collision in a direction including the X-direction component, the corner portion 13 side portion of the vertical wall portion 15 is bent and deformed.
  • the portion includes a region where the softening layer 20 is provided. Therefore, when the softening layer 20 is provided in the region, the skeleton member 10 is flexibly bent by the softening layer 20, and thus the buckling deformation of the vertical wall portion 15 at a small pitch is promoted. Thereby, the deformability of the skeleton member 10 can be improved and the impact absorption energy can be increased.
  • the softening layer 20 both inside and outside the bend of the corner portion 13, the bending characteristics can be further improved and the deformability can be improved.
  • Modification 1 The skeleton member according to the first embodiment of the present invention has been described above. From here, a modification of the present embodiment will be described with reference to FIG. 9. This modification is characterized in that the flat plate portion 11 extending between the corner portions 13 of the skeleton member 10 has the softening layer 20.
  • FIG. 9 is an XZ plane cross-sectional view of a region including a corner portion according to a modified example of the present embodiment.
  • the flat plate portion 11 As shown in FIG. 9, in the corner portion 13, from the other end portion on the opposite side to the one end portion where the vertical wall portion 15 as the first wall portion extends, the flat plate portion 11 as the second wall portion. Is extended, and the softening layer 20 is also formed on the flat plate portion 11.
  • the softening layer 20 since the softening layer 20 is also present in the flat plate portion 11, the surface portion of the flat plate portion 11 is also softened, so that the bending characteristics at the time of collision can be improved and the deformability can be improved. it can.
  • the softening layer 20 may be formed over the entire flat plate portion 11. Thereby, the bending characteristics of the flat plate portion 11 are improved, so that the deformability of the skeleton member 10 can be further improved.
  • the configuration in which the softening layer 20 is provided over the entire area of the flat plate portion 11 is also effective when the skeleton member 10 is used as a shock absorbing skeleton. This is particularly effective when the input to the skeleton member 10 is axial compression. In this case, the skeletal member 10 is crushed by the load in the longitudinal direction (Y direction shown in FIG. 1), but since the flat plate portion 11 has the softening layer 20 as a whole, the flat plate portion 11 is buckled. It is possible to prevent the flat plate portion 11 from cracking.
  • the softening layer 20 may be provided over the entire area of the flat plate portion 11, the vertical wall portion 15, and the flange portion 17. This improves the bending characteristics of the skeleton member 10 as a whole, so that the deformability of the skeleton member 10 can be further improved.
  • Modification 2 Heretofore, one modification example according to the first embodiment of the present invention has been described. From here, another modification of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 10 and 11. This modification is characterized in that the patch material 40 is attached to the inside of the bend of the corner portion 13.
  • FIG. 10 is a partial perspective view showing an example of a skeleton member according to this modification.
  • FIG. 11 is an XZ plane sectional view of a skeleton member according to the present modification.
  • the patch member 40 which is a component separate from the skeleton member 10
  • the patch material 40 is a member having an L-shaped cross section.
  • the patch material 40 may be made of the same material as the skeleton member 10 or may be made of a different material.
  • the length of the patch material 40 in the longitudinal direction may be equal to or shorter than that of the skeleton member 10.
  • the patch material 40 is attached so as to cover at least the bending inner side portion of the corner portion 13.
  • the patch material 40 can be attached to the bending inner side of the corner portion 13 by various known techniques.
  • Modification 3 (Modification 3)
  • the hardness is set in a predetermined range at a position of a depth of 70 ⁇ m from the surface in the plate thickness direction at the center of the flat plate portion 11.
  • FIG. 12A is a cross-sectional view taken along the line XZ of the skeleton member 10 according to this modification.
  • 12B is an enlarged view of a portion including the central position S of the flat plate portion 11 (that is, a portion P of FIG. 12A) in the XZ plane cross section of the skeleton member 10 according to the present modification.
  • FIG. 13A is a diagram showing an example of how the skeleton member 10 according to the present modification is deformed.
  • 13B is a cross-sectional view taken along the line I-I ′ of FIG. 13A. As shown in FIG.
  • the hardness is set in a predetermined range at the center position S of the flat plate portion 11 in the lateral direction of the skeleton member (X direction in FIG. 12A).
  • the center position S is a position separated from both ends of the flat plate portion 11 in the lateral direction by the same distance L.
  • the hardness is within a predetermined range at a position at a predetermined depth from the surface at the center position S.
  • the depth (distance in the plate thickness direction) d from the surface of the flat plate portion 11 at the position C where the hardness is set within a predetermined range is 70 ⁇ m.
  • the hardness at the position C is set to 0.9 times or less the hardness of the central portion 30 of the flat plate portion 11 in the plate thickness direction.
  • the hardness at a position of a depth of 70 ⁇ m from the surface of the center position S of the flat plate portion 11 is set to be 0.9 times or less the hardness of the center portion 30 in the plate thickness direction. .
  • the hardness is reduced at the center position S of the flat plate portion 11, so that the progress of cracks is suppressed.
  • the occurrence of cracks during deformation of the skeleton member 10 is suppressed, the amount of energy absorbed by the skeleton member 10 is increased, and the impact absorption characteristics are further improved.
  • the hardness of the flat plate portion 11 is set to be 0.9 times or less the hardness of the central portion 30 in the plate thickness direction at a position of a depth of 70 ⁇ m from the surface continuous with the bending inner side of the corner portion 13.
  • the hardness of the surface that is continuous from the inside of the bend of the corner portion 13 where a tensile load that propagates a crack is generated is controlled.
  • the occurrence of cracks during deformation of the skeleton member 10 is suppressed, the amount of energy absorbed by the skeleton member 10 is increased, and the impact absorption characteristics are further improved.
  • the hardness at the position C where the hardness is controlled may be set to be 0.1 times or more the hardness of the central portion 30 of the flat plate portion 11 in the plate thickness direction.
  • the hardness ratio in the flat plate portion 11 is set to a predetermined value or more, so that a high load resistance can be maintained.
  • a skeleton member according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 14 and 15.
  • the skeleton member according to the present embodiment and the skeleton member according to the first embodiment differ in the shape of the cross-section in the lateral direction of the skeleton member.
  • FIG. 14 is a partial perspective view showing an example of the skeleton member according to the present embodiment.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view taken along the XZ plane of the skeleton member according to this embodiment.
  • the skeleton member 100 according to the present embodiment has a shape in which the cross-section (XZ plane) in the lateral direction of the skeleton member 100 is a closed cross section.
  • the skeleton member 100 is a so-called rectangular tube-shaped member, and the cross-sectional shape is a hollow rectangular shape.
  • the skeleton member 100 extends, for example, with the Y direction shown in FIG. 14 as the longitudinal direction. As shown in FIG. 15, the skeleton member 100 is a member having a hollow rectangular cross-section in the lateral direction (XZ plane).
  • the skeletal member 100 has a flat plate portion 151, a vertical wall portion 153, and a corner portion 130 that is bent so as to connect the vertical wall portion 153 adjacent to the flat plate portion 151. That is, the skeletal member 100 includes a vertical wall portion 153 extending from one end of the corner portion 130 having an R stop and a flat plate portion 151 extending from the other end of the corner portion 130 having an R stop. Composed of.
  • At least the corner portion 130 has the softening layer 200.
  • the softening layer 200 does not need to be provided in all the corner portions 130, but may be provided in at least one corner portion 130.
  • the softening layer 200 extends from the corner portion 130 to the vertical wall portion 153.
  • the softening layer 200 extends over a length of 1 ⁇ 2 or more of the length of the vertical wall portion 153 in the lateral direction.
  • the softening layer 200 may be formed over the entire area of the vertical wall portion 153.
  • the softening layer 200 may extend over a length of 1 ⁇ 2 or more of the length of the flat plate portion 151 in the widthwise direction. Further, the softening layer 200 may be formed over the entire area of the flat plate portion 151.
  • the softening layer 200 may be formed on the entire surface of the skeleton member 100.
  • the skeletal member 100 has the softening layer 200 in the corner portion 130 and the vertical wall portion 153, so that it is possible to further improve the deformability while ensuring a load bearing capacity.
  • the portion where the softening layer 200 is provided is selected according to the application target of the skeleton member 100.
  • FIG. 16 is a diagram showing an automobile skeleton as an example to which the skeleton members 10 and 100 according to the embodiment of the present invention are applied.
  • the skeleton members 10, 100 may constitute an automobile skeleton as a cabin skeleton or a shock absorbing skeleton.
  • Examples of application of the skeleton members 10 and 100 as the cabin skeleton are roof center reinforcements 201, roof side rails 203, B pillars 207, side sills 209, tunnels 211, A pillar lowers 213, A pillar uppers 215, kick clean forces 227, floors.
  • the cross member 229, the under lean force 231, the front header 233, etc. are mentioned.
  • examples of application of the skeleton members 10 and 100 as a shock absorbing skeleton include a rear side member 205, an apron upper member 217, a bumper reinforcement 219, a crash box 221, and a front side member 223.
  • the skeleton members 10 and 100 are used as a cabin skeleton or a shock absorbing skeleton, the skeleton members 10 and 100 have a sufficient load resistance, and thus deformation during collision can be reduced. Further, the skeleton members 10 and 100 have improved deformability, and even when an input such as a side collision is applied to the skeleton of the automobile, the skeleton members can absorb the impact by sufficient deformation and protect the inside of the skeleton.
  • the shape of the analysis model is "hat material” and "square tube".
  • the “hat material” means a closed cross-section hat member having a closed cross section by joining a closing plate to the flange portion 17 of the skeleton member 10 shown in FIGS. 1 and 4.
  • “Square tube” means a rectangular member as shown in FIGS. 14 and 15.
  • the length of the "hat material” and the “square tube” in the longitudinal direction was 500 mm.
  • the height of each model (corresponding to the height of the vertical wall portions 15 and 153) was 60 mm, and the length in the width direction (corresponding to the length of the flat plate portions 11 and 151 in the width direction) was 80 mm.
  • the plate thickness was 1.6 mm.
  • the “corner portion” means a region corresponding to the corner portions 13 and 130 in the “hat material”.
  • the “vertical wall” means a region having a length of 1 ⁇ 2 of the lateral length of the vertical wall portion 15 from the R stop of the corner portion 13.
  • the “flat plate” means a region having a length that is 1 ⁇ 2 of the lateral length of the flat plate portion 151 from the R stop of the corner portion 130.
  • “entire” means that the softening layer is provided on the entire surface including the corner portion.
  • Double-sided means that the softening layers are provided on both sides, and “single-sided” means that the softening layers are provided on the bending outside surface of the corner portion.
  • Table 1 shows R / t, the thickness of the softening layer, ⁇ Hv1, ⁇ Hv2, and the ratio of the surface hardness to the central hardness.
  • Load characteristics A first peak is shown in the early stage of the stroke, a high withstand load is maintained in the middle of the stroke and the second half of the stroke, and a second peak is shown in the latter half of the stroke. After the second peak, the withstand load gradually decreases.
  • B The first peak is shown in the early stage of the stroke, the high withstand load is maintained in the middle of the stroke and the latter period of the stroke, and the second peak is shown in the latter stage of the stroke.
  • -C A high load is maintained in the middle of the stroke and the latter part of the stroke, and a peak is shown in the latter part of the stroke.
  • ⁇ D Maintains high load in the middle of the stroke and the latter part of the stroke.
  • E Low load is shown in any period, or maximum load is low due to cracking. In addition, A to C were regarded as acceptable levels.
  • ⁇ A A level where sufficient energy can be absorbed as a result of maintaining a high load over the entire stroke.
  • B A level at which high energy cannot be absorbed as a result of being unable to maintain a high load over the entire stroke.
  • ⁇ C A level at which a low load is maintained over the entire stroke or energy is not sufficiently absorbed due to cracking. In addition, A was made into the acceptance level.
  • Example 9 As shown in Table 1, in Examples 1 to 9, peaks were obtained in the early and late stages of the stroke, and overall sufficient load characteristics and energy absorption characteristics were shown. Further, in Example 9, sufficient load characteristics and energy absorption characteristics were obtained even when the softening layer was provided only on one side.
  • FIG. 17 shows an example of the load-stroke diagram obtained as a result of the simulation according to this embodiment.
  • the first peak was exhibited at the early stage of the stroke, the high load was maintained during the middle period of the stroke and the latter period of the stroke, and the second peak was exhibited at the latter stage of the stroke.
  • Comparative Example 11 since R / t was 5.0, no peak was seen at the beginning of the stroke.
  • the softening layer is present, the second peak in the latter half of the stroke is lower than that in Example 2.
  • Comparative Example 3 since the softening layer was provided only at the corners, the vertical wall portion was cracked before reaching the maximum load. As a result, sufficient load characteristics and energy absorption characteristics could not be obtained. In Comparative Example 4, since the softening layer was provided only at 1% of the plate thickness, cracking occurred before reaching the maximum load. Therefore, sufficient load characteristics and energy absorption characteristics could not be obtained.
  • Comparative Example 8 since the surface hardness was not sufficiently lower than the hardness of the central portion, cracking occurred in the vertical wall portion before reaching the maximum load. As a result, sufficient load characteristics and energy absorption characteristics could not be obtained.
  • Comparative Examples 9 to 11 since R / t was more than 2.5, it was not possible to maintain a high load from the initial stroke to the latter stroke.
  • Comparative Example 12 although R / t was 2.5 or less, it did not have a softening layer, so cracking occurred in the latter half of the stroke, and a high maximum load could not be secured. As a result, sufficient load characteristics and energy absorption characteristics could not be obtained.
  • Comparative Example 1 the maximum load could not be obtained because cracking occurred in the middle of the stroke. Further, in Comparative Example 5, it was shown that although a crack did not occur until the latter half of the stroke, a sufficient load could not be maintained.
  • the depth from the surface indicates the value of the depth d in FIG. 12B.
  • the surface is defined as "inside” and the hardness is determined at the position of a predetermined depth from the surface that is continuous to the outside of the bend of the corner. If is controlled, the surface is “outside”.
  • the hardness is controlled at a predetermined depth position from both surfaces, it is defined as "both sides”.
  • the ratio of the hardness at the predetermined depth position C at the center position S to the hardness of the center portion 30 in the plate thickness direction is as shown in Table 2.
  • FIG. 18 shows an example of the load-stroke diagram obtained as a result of the simulation according to the embodiment shown in Table 2. As shown in FIG. 18, in Example 10, a high load was maintained over the latter part of the stroke, and the second peak was exhibited in the latter part of the stroke.
  • a skeleton member that has both improved deformability at the time of collision and improved load bearing capacity.

Landscapes

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Abstract

この骨格部材は、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が４００Ｈｖ以上であり、軟化層は、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よりも少なくとも１０Ｈｖ低い硬度を有し、軟化層の厚さは、板厚の２％以上２０％未満であり、表面における軟化層の硬度が、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、軟化層は第一の硬さ変化領域と第二の硬さ変化領域とを有し、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、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、コーナ部の曲げ半径Ｒが、コーナ部の板厚ｔに対して、Ｒ／ｔ≦２．５である。

Description

骨格部材
　本発明は、骨格部材に関する。
　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。
　従来、自動車の骨格部材として、金属製の板状部材を所定の断面形状に加工した部材が使用されている。これらの骨格部材は、軽量化を実現するとともに、十分な耐荷重を有することが求められる。このため、近年、高張力鋼板等の高い強度を有する材料が使用されることがある。一方、骨格部材を有する製品に対して、衝突による衝撃が加えられた場合には、骨格部材が所望の変形モードを実現して衝撃を効率的に吸収することが求められる。
　高張力鋼板のような高強度材料を用いる骨格部材において、変形能と耐荷重の向上を両立することが求められる。例えば、特許文献１には、部材の硬度を部分的に変える技術を利用し、シートメタルから成る製品において低硬度領域と高硬度領域を設けることが記載されている。
国際公開第２０１２／１１８２２３号
　しかし、上記特許文献１のような部分的に硬度を変化させた骨格部材において、変形能を向上させる軟化層を単に設けた場合、変形能は担保されるものの耐荷重のさらなる向上を図るには限界があった。すなわち、骨格部材において、高強度鋼板を適用するにあたり変形能と耐荷重のさらなる高いレベルでの両立が求められる。
　そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、衝突時の変形能の担保と耐荷重の向上を両立することが可能な、新規かつ改良された骨格部材を提供することにある。
　本発明の要旨は下記の通りである。
（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。
　本発明によれば、衝突時の変形能の向上と耐荷重の向上を両立した骨格部材が提供される。
本発明の第１の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。 同実施形態に係る骨格部材のコーナ部を含む領域のＸ－Ｚ平面断面図である。 同実施形態に係る骨格部材のＸ－Ｚ平面断面図である。 同実施形態に係る骨格部材のＸ－Ｚ平面断面図である。 同実施形態に係る骨格部材のＸ－Ｚ平面断面図である。 同実施形態に係る骨格部材の三点曲げシミュレーションの形状を示す断面図である。 同実施形態に係る骨格部材の三点曲げシミュレーションの形状を示す断面図である。 同実施形態に係る骨格部材の軟化層の図２におけるＢ－Ｂ’間の硬さ変化の一例を示す図である。 本実施形態に係る骨格部材の効果を説明するための荷重－ストローク線図である。 同実施形態の一の変形例に係るコーナ部を含む領域のＸ－Ｚ平面断面図である。 同実施形態の他の変形例に係る骨格部材の一例を示す部分斜視図である。 同実施形態のその他の変形例に係る骨格部材のＸ－Ｚ平面断面図である。 同変形例に係る骨格部材のＸ－Ｚ平面断面図である。 図１２ＡのＰの部分の拡大図である。 同変形例に係る骨格部材の変形の様子の一例を示す図である。 図１３ＡのＩ－Ｉ’断面図である。 本発明の第２の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。 同実施形態に係る骨格部材のＸ－Ｚ平面断面図である。 本発明の実施形態に係る骨格部材が適用される一例としての自動車骨格を示す図である。 本実施例に係るシミュレーションの結果得られた荷重－ストローク線図の例を示す。 本実施例に係るシミュレーションの結果得られた荷重－ストローク線図の例を示す。
　以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
　＜１．第１の実施形態＞
　［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。
　骨格部材１０は、他の部材と固定または連結されることにより、製品全体または一部の骨格を形成する。例えば、骨格部材１０には、長手方向に垂直な方向（図１におけるＸ方向またはＺ方向）に荷重が加えられると、曲げ変形が生じうる。また、例えば、骨格部材１０には、長手方向（図１におけるＹ方向）に軸方向の荷重が加えられると、軸圧潰に伴う変形が生じ得る。
　骨格部材１０は、種々の金属製板状部材から構成され得る。特に、骨格部材１０は、鋼板から構成され得る。一例としては、引張強度で１４７０ＭＰａ以上（例えば１．５ＧＰａ級、１．８ＧＰａ級またはそれ以上）の鋼材が挙げられる。骨格部材１０に使用される鋼板の板厚としては、０．５～３．５ｍｍ程度、又は１．０～２．９ｍｍ程度が挙げられる。骨格部材１０は、金属製板状部材（ブランク材）に対し公知の技術である種々の加工技術を適用することにより、形成され得る。
　［骨格部材のコーナ部の構成］
　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。
　曲げ半径Ｒは、コーナ部１３における板厚ｔに対して、Ｒ／ｔ≦２．５の関係式を満たす値に設定される。Ｒ／ｔ≦２．５以下であれば、衝突時の曲げ変形の際に縦壁部１５がたわみにくくなり、特にストローク初期におけるコーナ部１３の耐荷重が上昇する。また、これに伴い、ストローク中期、ストローク後期においても高い耐荷重を維持することができる。更に、後述する軟化層２０がコーナ部１３に形成される効果と相俟って、特にストローク後期において優れた耐荷重を発現することができ、衝突時の変形能と耐荷重の向上が可能となる。
　なお、Ｒ／ｔの下限値は特に限定しないが、成形性の観点から、Ｒ／ｔ≧０．５であることが好ましく、Ｒ／ｔ≧０．９であることが更に好ましい。曲げ半径Ｒは、曲げ内側において、コーナ部１３の断面の画像から、Ｒ止まり点Ａ１、Ａ２と、コーナ部１３の曲げ中央点（コーナ部１３においてＲ止まり点Ａ１とＡ２との距離の半分に位置する点）の３点を求め、当該３点から公知の数学的手法により曲率を求めることで得られる。
　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。
　コーナ部１３は、軟化層２０を有する。軟化層２０は、骨格部材１０の表面側であって、コーナ部１３の曲げ内側もしくは曲げ外側のいずれか一方または、曲げ内側と曲げ外側の両方に設けられ得る。特に、図４に示すように、軟化層２０は、コーナ部１３の曲げ外側に設けられ得る。また、図５に示すように、軟化層２０は、骨格部材１０の全域に亘る表面に設けられ得る。
　［骨格部材の縦壁部の構成］
　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。
　縦壁部１５は、コーナ部１３と同様、軟化層２０を有する。図３に示すように、縦壁部１５において、軟化層２０は、コーナ部１３の縦壁部１５との接続部分であるＲ止まりから、縦壁部１５の短手方向長さの１／２以上の長さの領域に亘って延在している。軟化層２０を、縦壁部１５の短手方向長さの１／２以上の長さの領域とした理由は、図６Ａおよび図６Ｂに示した、本発明者らによる骨格部材１０の３点曲げシミュレーションの結果に基づく。すなわち、図６Ａの初期状態から３点曲げシミュレーションを行った場合、図６Ｂに示すようにコーナ部１３と、Ｒ止まりから縦壁部１５の短手方向長さの１／２の長さの領域において、他の部位よりも高い最大主ひずみを示すことが分かった。そのため、少なくともＲ止まりから縦壁部１５の短手方向長さの１／２の長さの領域に軟化層２０を設けることにより、衝突時にこの領域での割れを生じにくくすることができる。
　なお、縦壁部１５の短手方向とは、骨格部材１０の長手方向（図１のＹ方向）を縦壁部１５の長手方向とした場合の縦壁部１５の延在された方向であって、長手方向と直交する方向（図１の略Ｘ方向）である。また、縦壁部１５の短手方向長さとは、Ｘ－Ｚ平面断面におけるコーナ部１３の縦壁部１５側のＲ止まりから、縦壁部１５とフランジ部１７の間の屈曲部の縦壁部１５側のＲ止まりの間の距離を指す。
　［軟化層の構成］
　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。
　軟化層２０の厚さが、骨格部材１０の板厚の２０％以上となると、骨格部材１０における軟化層２０の占める割合が多くなり、骨格部材１０に求められる耐荷重が維持できなくなる。軟化層２０の厚さは、骨格部材１０の板厚の１７％以下であることが好ましく、１４％以下であることが更に好ましい。
　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。
　骨格部材１０の板厚方向の中心側（骨格部材１０の軟化層２０を除いた板厚方向の領域）は、板厚方向の中心部３０とされている。軟化層２０は、板厚方向の中心部３０の硬度よりも少なくとも１０Ｈｖ低い硬度を有する領域である。
　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、０．５倍以上０．９倍未満の硬度を有している。ここで、骨格部材１０の表面とは、塗膜やめっき層を除いた骨格部材１０の母材表面をいう。骨格部材１０の表面の硬度は、母材断面に対して、ＪＩＳ　Ｚ　２２４４：２００９に記載のビッカース硬さ試験により測定される。その際、測定点は母材表面から深さ２０μｍ以内とし、かつ、圧痕が１０μｍ以下となるように測定する。表面の硬度が板厚方向の中心部３０の硬度に対して０．５倍未満となると、部材表層部分が柔らかくなりすぎて、衝突時の、特に、ストローク後期における耐荷重を向上させることができなくなる。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、０．６倍以上の硬度を有していることが好ましい。
　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の硬度はビッカース硬さで４００Ｈｖ以上である。ビッカース硬さが４００Ｈｖ以上の鋼材において、衝突時における変形能の維持が困難となる。すなわち、骨格部材１０の板厚方向の中心部３０のビッカース硬さが４００Ｈｖ以上である場合に、本実施形態に係る軟化層２０による変形能の向上の効果が顕著となる。骨格部材１０の板厚方向の中心部３０のビッカース硬さが５００Ｈｖ以上であることが好ましく、６００Ｈｖ以上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。
　例えば、上述した板厚方向の中心部３０の硬度の範囲において、骨格部材１０の表面における軟化層２０の硬度は、ビッカース硬さで２５０Ｈｖ以上とすることができる。また、上述した板厚方向の中心部３０の硬度の範囲において、骨格部材１０の表面における軟化層２０の硬度は、ビッカース硬さで５００Ｈｖ以下とすることができる。なお、骨格部材１０の軟化層２０の領域の表面、および板厚方向の中心部３０の硬度の測定方法の詳細については後述する。
　軟化層２０は、公知の技術である種々の表面処理、表面加工または熱処理技術を適用することにより、骨格部材１０の表面側に形成され得る。軟化層２０を形成する方法の一例として、コーナ部１３、縦壁部１５に相当する領域へのレーザ加熱や高周波加熱による部分焼き戻し等が挙げられる。また、上述する軟化層が予め表層に形成されたブランク材に対し、加工を施すことで、軟化層２０を所定の領域に有する骨格部材１０が形成され得る。
　図７は、本実施形態に係る骨格部材１０の軟化層２０の図２におけるＢ－Ｂ’間の硬さ変化の一例を示す図である。図７は、本実施形態に係る骨格部材１０を、ホットスタンプ用鋼材を用いて熱間プレスにて引張強度２．０ＧＰａ級のハット形状に成形して作製し、軟化層２０の板厚方向のビッカース硬さをプロットした結果である。図７に示すように、軟化層２０は、骨格部材１０の表面側に存在する第一の硬さ変化領域２１と、第一の硬さ変化領域２１と板厚方向の中心部３０との間に存在する第二の硬さ変化領域２２とを有する。第二の硬さ変化領域２２は、軟化層２０のうち、第一の硬さ変化領域２１ではない領域である。第一の硬さ変化領域２１と第二の硬さ変化領域２２は、いずれも所定の勾配で板厚方向の硬さが変化している領域であり、第一の硬さ変化領域２１と第二の硬さ変化領域２２は、それぞれ異なる硬さ変化の絶対値ΔＨｖ１とΔＨｖ２を有する。
　図７に示すように、第一の硬さ変化領域２１は、骨格部材１０の表面から軟化層２０全体の厚さの４０％までである。また、第二の硬さ変化領域２２は、軟化層２０の第一の硬さ変化領域２１から連続し、骨格部材１０の板厚方向の中心部３０までである。すなわち、第二の硬さ変化領域２２は、軟化層２０のうち第一の硬さ変化領域２１ではない領域である。
　また、図７に示すように、第一の硬さ変化領域２１における硬さ変化の絶対値ΔＨｖ１は、第二の硬さ変化領域２２における硬さ変化の絶対値ΔＨｖ２よりも大きい。ΔＨｖ２がΔＨｖ１よりも大きいと、骨格部材１０が軟化しすぎてしまい、十分な荷重特性が得られないためである。
　また、第一の硬さ変化領域２１における硬さ変化の絶対値ΔＨｖ１は、１００Ｈｖ以上２００Ｈｖ未満である。ΔＨｖ１が１００Ｈｖ以上であれば、曲げ変形時の応力集中をより緩和でき、曲げ特性をさらに向上させることができる。また、ΔＨｖ１が、２００Ｈｖ未満であれば、曲げ変形時の応力集中を緩和する効果がさらに高められ、より良好な曲げ特性が得られる。従って、ΔＨｖ１が１００Ｈｖ以上２００Ｈｖ未満となる場合に、良好な曲げ特性が得られ、骨格部材１０の変形能を向上できる。具体的には、衝突時のストローク後期において、荷重ピーク直後からの荷重の落下を緩やかにすることができる。そこで、上記の通り、第一の硬さ変化領域２１における硬さ変化の絶対値ΔＨｖ１は、１００Ｈｖ以上２００Ｈｖ未満とすることが好ましい。
［硬さ測定方法および硬さ変化算出方法］
　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。
　次に、第一の硬さ変化領域２１および第二の硬さ変化領域２２の硬さの測定方法ついて説明する。試料の板面に垂直な断面が採取されて、測定面の試料調製が行われた後、硬さ試験に供される。測定面の調製は、試料の表面近傍の硬さを正確に測定するために、極力凹凸が小さく、表面近傍にだれが生じないように実施する。ここでは、日本電子製のクロスセクションポリッシャを用いて、アルゴンイオンビームにより測定面がスパッタリングされる。この際、測定面に筋状の凹凸が発生することを抑制する目的で、日本電子製の試料回転ホルダを用いて、３６０度方向から測定面にアルゴンイオンビームを照射する。
　測定面が調製された試料に対し、マイクロビッカース硬さ試験機を用いて、硬さの測定が実施される。試料の表面から当該試料の軟化層に相当する領域を、板面と直角な方向（板厚方向）に、荷重１ｋｇｆで、圧痕の３倍以上の間隔で測定する。この際、試料の板厚に依存して測定点の合計が異なるが、後述のΔＨｖ１及びΔＨｖ２を算出するための測定点数については、ＪＩＳ　Ｚ　２２４４：２００９の記載に基づき、圧痕による影響がない程度の間隔を確保しつつ、可能な限り多くの測定点を設定する。試料の最も表面側における測定位置は、板面（めっき層が存在する場合は、めっき層の直下又はめっき層と母材との間の合金層の直下）から２０μｍ以内までの領域で行うこととする。母材表面の最表面部分は、軟質相の組織が多いためである。
　板厚方向の中心部３０の両側に軟化層２０が配置された試料の場合は、同様の測定を試料の第一の表面側から行い、さらに第一の表面と反対側の第二の表面側からも行う。
　次に、ΔＨｖ１の算出方法について説明する。すなわち、試料の表面から軟化層全体の厚さ４０％までの領域（第一の硬さ変化領域２１）に含まれる全ての測定点から、式（１）により第一の硬さ変化領域２１の硬さ勾配Δａを算出する。ここで、ａｉは、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はａｉにおけるビッカース硬さ（Ｈｖ）、ｎは表面から軟化層全体の厚さ４０％までの領域（第一の硬さ変化領域２１）に含まれる全ての測定点の合計である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
  
　ここで、
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。
　板厚方向の中心部３０の両側に軟化層２０が配置された試料の場合は、第一の表面側からの硬さ測定結果を元に、第一の表面側のΔａ１を算出し、さらに、第二の表面側からの硬さ測定結果を元に、第二の表面側のΔａ２を算出する。Δａ１とΔａ２の算術平均をΔａとすることができる。
　式（１）により求めたΔａに軟化層全体の厚さに占める第一の硬さ変化領域２１の板厚方向厚さの割合を乗算してΔＨｖ１を求めることができる。
　次に、ΔＨｖ２の算出方法について説明する。すなわち、試料の表面側における軟化層全体の厚さ４０％から１００％までの領域（第二の硬さ変化領域２２）に含まれる全ての測定点から、式（２）により第二の硬さ変化領域２２の硬さ勾配ΔＡを算出する。ここで、Ａｉは、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はＡｉにおけるビッカース硬さ（Ｈｖ）、Ｎは表面側における軟化層全体の厚さ４０％から１００％までの領域（第二の硬さ変化領域２２）に含まれる全ての測定点の合計である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
  
　ここで、
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。
　板厚方向の中心部３０の両側に軟化層２０が配置された試料の場合は、第一の表面側からの硬さ測定結果を元に、第一の表面側のΔＡ１を算出し、さらに、第二の表面側からの硬さ測定結果を元に、第二の表面側のΔＡ２を算出する。ΔＡ１とΔＡ２の算術平均をΔＡとすることができる。
　式（２）により求めたΔＡに軟化層全体の厚さに占める第二の硬さ変化領域２２の板厚方向厚さの割合を乗算してΔＨｖ２を求めることができる。
　（作用効果）
　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。
　また、板厚方向の中心部３０の硬度をビッカース硬さで４００Ｈｖ以上としたことで、特にストローク後期において高い耐荷重が維持される。さらに、第一の硬さ変化領域の硬さ変化の絶対値ΔＨｖ１を、第二の硬さ変化領域の硬さ変化の絶対値ΔＨｖ２よりも大きくしたので、骨格部材１０の表面側での軟化部分が確保され、曲げ特性が向上する。また、ΔＨｖ２を、ΔＨｖ１よりも小さくすることで、板厚方向の硬さ変化の急激な勾配の変化をなくし、応力集中が緩和されて割れや亀裂が抑制される。これにより、ストローク後期のピーク直後からの耐荷重の落下を緩やかにすることができる。従って、骨格部材１０は優れた耐衝撃特性を得ることができる。
　尚、ΔＨｖ１が１００Ｈｖ～２００Ｈｖである場合には、骨格部材１０の表面側での軟化部分が十分確保されるため、軟化層２０による曲げ特性の向上が十分に発揮される。すなわち、ΔＨｖ１が１５０Ｈｖである曲線ａと、ΔＨｖ１が７０Ｈｖである曲線ｂとを比較すると、曲線ａではΔＨｖ１を１００Ｈｖ～２００Ｈｖの範囲としていることにより、ストローク後期におけるピーク直後からの耐荷重の落下を更に緩やかにすることができる。
　更に、本実施形態に係る骨格部材１０によれば、コーナ部１３のＲ／ｔを２．５以下とすることで、ストローク初期からストローク後期に亘り高い耐荷重を維持することができる。特に、ストローク後期においては、上述した軟化層２０がコーナ部１３に形成される効果と相俟って、特に優れた耐荷重を発現することができ、衝突時の変形能と耐荷重の向上が可能となる。
　したがって、本実施形態に係る骨格部材１０は、衝突に対する耐荷重を高く維持しつつ、衝突による割れが生じにくく、かつ変形能を十分確保することができる。これにより、従来の骨格部材と比較して、耐荷重と曲げ特性の高いレベルでの両立を実現可能にした。
　ここで、骨格部材１０に外部から図１におけるＸ方向成分を含む方向の入力がなされた場合つまり平板部１１、またはフランジ部１７に接合されたクロージングプレート等に対して衝突があった場合、縦壁部１５は座屈変形することがある。この際に、縦壁部１５において、軟化層２０が、コーナ部１３から、縦壁部１５の短手方向長さの１／２以上の長さの領域に亘って延在されていると、縦壁部１５が効果的に変形される。すなわち、Ｘ方向成分を含む方向の衝突により骨格部材１０に外力が加えられると、縦壁部１５のコーナ部１３側の部分が屈曲変形する。当該部分は、軟化層２０が設けられた領域を含む。従って、当該領域に軟化層２０が設けられていると、骨格部材１０は軟化層２０により柔軟に曲げられるため、縦壁部１５の小ピッチでの座屈変形を促進させる。これにより、骨格部材１０の変形能を向上させ、衝撃吸収エネルギーを増加させることができる。
　さらに、コーナ部１３の曲げ内側と外側の両方に軟化層２０を設けることで、曲げ特性がさらに向上し、変形能を向上させることができる。
　(変形例１)
　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。
　図９は、本実施形態の一の変形例に係るコーナ部を含む領域のＸ－Ｚ平面断面図である。図９に示すように、コーナ部１３において、第一の壁部としての縦壁部１５の延在された一端部とは反対側の他端部から、第二の壁部としての平板部１１が延在されて、当該平板部１１にも軟化層２０が形成されている。本変形例では、平板部１１にも軟化層２０が存在することにより、平板部１１においても、表面部分が軟化しているから、衝突時の曲げ特性が向上し、変形能を向上させることができる。
　また、平板部１１において、軟化層２０は平板部１１の全域に亘って形成されてもよい。これにより、平板部１１の曲げ特性が向上するので、骨格部材１０の変形能をさらに向上させることができる。
　また、軟化層２０が平板部１１の全域に亘って設けられる構成は、骨格部材１０が衝撃吸収骨格として用いられる場合にも有効である。特に、骨格部材１０に対する入力が軸圧縮の場合に有効である。この場合、長手方向（図１に示すＹ方向）の荷重により、骨格部材１０は、圧潰されることになるが、平板部１１が全体に軟化層２０を有することで平板部１１において座屈が生じ、平板部１１の割れを生じにくくすることができる。
　また、軟化層２０は、平板部１１と、縦壁部１５と、フランジ部１７の全域に亘って設けられてもよい。これにより、骨格部材１０全体の曲げ特性が向上するので、骨格部材１０の変形能をさらに向上させることができる。
（変形例２）
　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。
　図１０は、本変形例に係る骨格部材の一例を示す部分斜視図である。図１１は、本変形例に係る骨格部材のＸ－Ｚ平面断面図である。図１０に示すように、本変形例では、コーナ部１３の曲げ内側に骨格部材１０とは別体の部品であるパッチ材４０が取り付けられている。図１１に示すように、パッチ材４０は、Ｌ字状断面の部材である。パッチ材４０は骨格部材１０と同一の材料で構成されてもよいし、異なる材料で構成されてもよい。パッチ材４０の長手方向長さは、骨格部材１０と同等であってもよいし、短くてもよい。パッチ材４０は、少なくともコーナ部１３の曲げ内側部分を覆うように取り付けられている。パッチ材４０は、種々の公知技術によって、コーナ部１３の曲げ内側へ取り付けることができる。
　本変形例では、パッチ材４０が骨格部材１０のコーナ部１３の曲げ内側に取り付けられていることで、骨格部材１０の耐荷重をさらに向上できる。
（変形例３）
　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。
　図１２Ａは、本変形例に係る骨格部材１０のＸ－Ｚ平面断面図である。また、図１２Ｂは、本変形例に係る骨格部材１０のＸ－Ｚ平面断面において、平板部１１の中心位置Ｓを含む部分（すなわち、図１２ＡのＰの部分）の拡大図である。図１３Ａは、本変形例に係る骨格部材１０の変形の様子の一例を示す図である。図１３Ｂは、図１３ＡのＩ－Ｉ’断面図である。図１２Ａに示すように、本変形例では、平板部１１の骨格部材短手方向（図１２ＡにおけるＸ方向）の中心位置Ｓにおいて、硬度が所定の範囲に設定されている。ここで、中心位置Ｓとは、平板部１１の短手方向の両端から、それぞれ等しい距離Ｌだけ離れた位置である。また、中心位置Ｓにおいて表面から所定の深さの位置において、硬度が所定の範囲とされている。図１２Ｂに示すように、硬度が所定の範囲に設定された位置Ｃの平板部１１の表面からの深さ（板厚方向の距離）ｄは、７０μｍとなっている。さらに、当該位置Ｃの硬度は、平板部１１の板厚方向の中心部３０の硬度に対して、０．９倍以下となるように設定されている。
　ここで、図１３Ａに示すように、骨格部材１０の平板部１１に対して荷重が入力された場合、平板部１１の中心位置Ｓの周辺から変形が開始される。このとき、平板部１１において亀裂が発生、進展し、最終的に骨格部材１０の変形中に割れが生じることがある。変形中の割れの発生は、骨格部材１０のエネルギー吸収量を低下させ、衝撃吸収特性に影響を与える。
　特に、図１３Ｂに示すように、骨格部材１０の平板部１１に対して荷重が入力されると、平板部１１が局所的に凹形状となる変形が生じる。このとき、平板部１１における、コーナ部１３の曲げ内側と連続する表面側において、引張荷重が生じ（図１３Ｂ中の矢印参照）、亀裂が進展し、割れが発生しやすくなる。
　そこで、本発明者らが鋭意検討した結果、平板部１１の中心位置Ｓの表面から深さ７０μｍの位置を含んだ領域において、亀裂が発生しやすいことが明らかとなった。本変形例においては、平板部１１の中心位置Ｓの表面から深さ７０μｍの位置における硬度が板厚方向の中心部３０の硬度に対して、０．９倍以下となるように設定されている。これにより、平板部１１の中心位置Ｓにおいて、硬度が低減されているので、亀裂の進展が抑制される。この結果、骨格部材１０の変形中における割れの発生が抑制され、骨格部材１０のエネルギー吸収量が増加し、衝撃吸収特性がさらに向上される。
　特に、平板部１１における、コーナ部１３の曲げ内側と連続する表面からの深さ７０μｍの位置において、硬度が、板厚方向の中心部３０の硬度に対して、０．９倍以下とされている。これにより、平板部１１において、亀裂を進展させる引張荷重の生じるコーナ部１３の曲げ内側から連続する面の硬度が制御される。この結果、骨格部材１０の変形中における割れの発生が抑制され、骨格部材１０のエネルギー吸収量が増加し、衝撃吸収特性がさらに向上される。
　また、硬度が制御された位置Ｃの硬度は、平板部１１の板厚方向の中心部３０の硬度に対して、０．１倍以上となるように設定されてもよい。これにより、平板部１１における硬度比が所定の値以上とされていることで、高い耐荷重を維持できる。
＜２．第２の実施形態＞
　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。
　図１４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。図１５は、本実施形態に係る骨格部材のＸ－Ｚ平面断面図である。図１４に示すように、本実施形態に係る骨格部材１００は、骨格部材１００の短手方向の断面（Ｘ－Ｚ平面）が閉断面となった形状である。一例としては、骨格部材１００がいわゆる角筒状の部材であり、断面形状が中空の矩形となった形状が挙げられる。
　骨格部材１００は、一例として、図１４に示すＹ方向を長手方向として延在されている。図１５に示すように、骨格部材１００は、短手方向断面（Ｘ－Ｚ平面）が、閉断面である中空の矩形状となっている部材である。骨格部材１００は、平板部１５１と、縦壁部１５３と、平板部１５１と隣接する縦壁部１５３を繋ぐように屈曲されたコーナ部１３０とを有する。すなわち、骨格部材１００は、コーナ部１３０のＲ止まりを有する一端部から延在された縦壁部１５３と、コーナ部１３０のＲ止まりを有する他端部から延在された平板部１５１とを含んで構成される。
　本実施形態において、少なくともコーナ部１３０は、軟化層２００を有する。なお、軟化層２００は全てのコーナ部１３０に設けられている必要はなく、少なくとも一つのコーナ部１３０に設けられ得る。
　また、軟化層２００は、コーナ部１３０から縦壁部１５３に亘って延在されている。軟化層２００は、縦壁部１５３の短手方向長さの１／２以上の長さに亘って延在する。また、軟化層２００は、縦壁部１５３の全域に亘って形成されてもよい。
　また、軟化層２００は、平板部１５１の短手方向長さの１／２以上の長さに亘って延在してもよい。また、軟化層２００は、平板部１５１の全域に亘って形成されてもよい。
　骨格部材１００において、軟化層２００が、骨格部材１００の表面全体に形成されていてもよい。
　本実施形態に係る骨格部材１００は、軟化層２００をコーナ部１３０と、縦壁部１５３に有することで、耐荷重を確保しつつ、さらに変形能を向上できる。軟化層２００を設ける部分は、骨格部材１００の適用対象に応じて選択される。
　［本発明の実施形態に係る骨格部材の適用例］
　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。
　また、衝撃吸収骨格としての骨格部材１０、１００の適用例は、リアサイドメンバー２０５、エプロンアッパメンバ２１７、バンパリーンフォース２１９、クラッシュボックス２２１、フロントサイドメンバー２２３等が挙げられる。
　骨格部材１０、１００がキャビン骨格または衝撃吸収骨格として使用されることで、骨格部材１０、１００は十分な耐荷重を有するので、衝突時の変形を低減できる。また、骨格部材１０、１００は、変形能も向上されており、自動車骨格へ側面衝突等の入力があった場合にも十分な変形により衝撃を吸収し、骨格内部を保護することができる。
　自動車構造部材の３点曲げ圧壊シミュレーションを実施した。シミュレーションに用いた解析モデルの条件と評価結果を下記表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
  
　解析モデルの形状は、「ハット材」と「角筒」とした。「ハット材」は、図１および図４に示す骨格部材１０のフランジ部１７にクロージングプレートを接合することによって閉断面を有する閉断面ハット部材を意味する。「角筒」は、図１４および図１５に示すような角状部材を意味する。これら「ハット材」と「角筒」の長手方向の長さは５００ｍｍとした。各モデルの高さ（縦壁部１５、１５３の高さに相当する）は６０ｍｍ、幅方向の長さ（平板部１１、１５１の幅方向長さに相当する）は８０ｍｍとした。また、板厚は１．６ｍｍとした。
　各モデルの引張強度は、１．５ＧＰａ、１．８ＧＰａ、２．０ＧＰａとした。軟化層が設けられる領域について、「コーナ部」は、「ハット材」においては、コーナ部１３、１３０に相当する領域を意味する。また、「縦壁」は、図３に示すように、コーナ部１３のＲ止まりから縦壁部１５の短手方向長さの１／２の長さの領域を意味する。また、「平板」は、コーナ部１３０のＲ止まりから平板部１５１の短手方向長さの１／２の長さの領域を意味する。また、「全体」は、コーナ部を含み、全面に軟化層が設けられていることを意味する。「両面」は、軟化層が両面に設けられていることを意味し、「片面」は、軟化層がコーナ部の曲げ外側の面に設けられていることを意味する。
　Ｒ／ｔ、軟化層の厚さ、ΔＨｖ１、ΔＨｖ２、中心部硬度に対する表面側硬度の割合は表１に示すとおりである。
　これらの解析モデルに対して、３点曲げ圧潰シミュレーションを行った。その結果を表１に合わせて示す。
　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。
荷重特性：
・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。
エネルギー吸収性能：
・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。
　表１に示すように、実施例１～９においては、ストローク初期および後期にピークが得られ、全体的に十分な荷重特性およびエネルギー吸収特性が示された。
　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。
　図１７は、本実施例に係るシミュレーションの結果得られた荷重－ストローク線図の例を示す。図１７に示すように、例えば実施例２においては、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のピークを示した。比較例１１は、Ｒ／ｔが５．０であるため、ストローク初期にピークは見られなかった。また、軟化層が存在するものの、ストローク後期における第２のピークは、実施例２と比べて低い。
　一方、比較例１および２においては、軟化層が設けられなかったため、理論上想定していた最大荷重に到達する前に割れが生じたため、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３においては、コーナ部しか軟化層が設けられなかったため、最大荷重に到達する前に縦壁部において割れが生じた。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。
　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５～７においては、軟化層における軟化量が大きいため、割れは生じなかったものの、十分な荷重を維持することができず、結果として十分なエネルギー吸収特性が得られなかった。
　比較例８においては、表面硬度が中心部硬度よりも十分小さくなかったため、最大荷重に到達する前に縦壁部において割れが生じた。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。
　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。
　図１７を参照すると、比較例１においては、ストローク中期において割れが発生したため、最大荷重が得られなかった。また、比較例５においては、ストローク後期まで割れは生じなかったものの、十分な荷重を維持することができなかったことが示された。
　さらに、中心位置Ｓにおける硬度を制御した骨格部材の性能を評価するため、自動車構造部材の３点曲げ圧壊シミュレーションを実施した。シミュレーションに用いた解析モデルの条件を下記表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
  
　表２における、形状、引張強度、Ｒ／ｔ、軟化層に関する記載は、表１の記載と同様である。表２において、中心位置Ｓの硬度分布について、表面からの深さは、図１２Ｂにおける深さｄの値を示している。また、コーナ部の曲げ内側に連続する面からの所定深さの位置で硬度を制御した場合、表面を「内側」とし、コーナ部の曲げ外側に連続する面からの所定深さの位置で硬度を制御した場合、表面を「外側」とする。また、両方の表面から所定の深さ位置で硬度制御した場合、「両側」とする。さらに、中心位置Ｓにおける所定の深さ位置Ｃの硬度と、板厚方向の中心部３０の硬度の比は、表２に示すとおりである。
　これらの解析モデルに対して、表１の解析モデルに対して行った、３点圧潰シミュレーションと同様な条件でシミュレーションを行った。評価結果を表２に合わせて示す。なお、評価基準については、表１における評価基準と同様である。
　表２に示したように、実施例１０～１２は、平板部１１の中心位置Ｓの所定深さにおいて、硬度を制御したため、平板割れが生じなかった。一方、参考例１および参考例２においては、平板部１１の中心位置Ｓにおいて、硬度制御を行わなかったため、変形後期において平板部１１に割れが生じた。
　図１８は、表２に示した実施例に係るシミュレーションの結果得られた荷重－ストローク線図の例を示す。図１８に示すように、実施例１０においては、ストローク後期にわたって高い荷重を維持し、ストローク後期において、第２のピークを示した。
　一方、参考例１においては、ストローク後期に高いピークを示すものの、実施例１０と比較して、ストローク後期の途中で平板部１１から破断し、ストローク後期の最後まで高い荷重を維持することができなかった。そのため、中心位置Ｓにおける硬度を制御した骨格部材では、ストローク後期の最後まで高い荷重を維持することができ、より高い衝撃吸収特性が得られることが示された。
　以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
　この発明によれば、衝突時の変形能の向上と耐荷重の向上を両立した骨格部材が提供される。
１０　骨格部材
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)

  1. 　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。
  2. 　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。
  3. 　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。
  4. 　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。
  5. 　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。
  6. 　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。
  7. 　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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