特開 2024-113864 自動車車体用重ね合わせ構造部材およびその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024113864

(43)【公開日】2024-08-23

(54)【発明の名称】自動車車体用重ね合わせ構造部材およびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   B62D 25/04 20060101AFI20240816BHJP

【ＦＩ】

B62D25/04 Z

【審査請求】有

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023019109

(22)【出願日】2023-02-10

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2024-03-06

(71)【出願人】

【識別番号】000001258

【氏名又は名称】ＪＦＥスチール株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001542

【氏名又は名称】弁理士法人銀座マロニエ特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】澄川 智史

【テーマコード（参考）】

3D203

【Ｆターム（参考）】

3D203AA01

3D203BB53

3D203CA02

3D203CA25

3D203CA29

3D203CA39

3D203CA53

3D203CA64

3D203CA67

3D203CA73

3D203CA88

3D203CB04

(57)【要約】

【課題】冷間プレス成形中の部品同士の接合部の破断を抑制するとともに成形後の部品同士の密着性を向上させる自動車車体用重ね合わせ構造部材を提供することにある。
【解決手段】金属板からなる第１のブランクから冷間プレス成形した第１の部品と、第１のブランクに重ね合わせた状態で部分的に接合した金属板からなる第２のブランクから第１の部品と一緒に冷間プレス成形した第２の部品とを互いに重ね合わせた状態でさらに接合してなる自動車車体用重ね合わせ構造部材において、第１の部品および第２の部品が、それらの部品の前記冷間プレス成形からスプリングバックした部分同士が自由状態で互いに密着するように、第１のブランクの強度グレードおよび板厚と、第２のブランクの強度グレードおよび板厚との組み合わせを選択されたものであることを特徴としている。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属板からなる第１のブランクから冷間プレス成形した第１の部品と、前記第１のブランクに重ね合わせた状態で部分的に接合した金属板からなる第２のブランクから前記第１の部品と一緒に冷間プレス成形した第２の部品とを備え、前記第１の部品と前記第２の部品とを互いに重ね合わせた状態でさらに接合してなる自動車車体用重ね合わせ構造部材において、
前記第１の部品および前記第２の部品が、それらの部品の前記冷間プレス成形からスプリングバックした部分同士が自由状態で互いに密着するように、前記第１のブランクの強度グレードおよび板厚と、前記第２のブランクの強度グレードおよび板厚との組み合わせを選択されたものであることを特徴とする自動車車体用重ね合わせ構造部材。

【請求項2】

前記第１の部品と前記第２の部品の板厚をそれぞれｔ_１，ｔ_２、前記第１の部品と前記第２の部品のヤング率をそれぞれＥ_１，Ｅ_２、前記第１の部品と前記第２の部品の降伏強度をそれぞれσ_１，σ_２とし、前記冷間プレス成形用の金型のパンチの半径をＲ_Ｐとするとき、前記第１の部品と前記第２の部品は、

の関係を満たすことを特徴とする請求項１記載の自動車車体用重ね合わせ構造部材。

【請求項3】

前記第１の部品は天板部およびその天板部の両側端に繋がる縦壁部を有し、
前記第２の部品は天板部およびその天板部の少なくとも一側端に繋がる縦壁部を有することを特徴とする請求項１記載の自動車車体用重ね合わせ構造部材。

【請求項4】

前記第１のブランクと前記第２のブランクとの引張強度の強度グレードはともに５９０ＭＰａ級以上であることを特徴とする請求項１から３までの何れか一項記載の自動車車体用重ね合わせ構造部材。

【請求項5】

金属板からなる第１のブランクから冷間プレス成形した第１の部品と、前記第１のブランクに重ね合わせた状態で部分的に接合した金属板からなる第２のブランクから前記第１の部品と一緒に冷間プレス成形した第２の部品とを備え、前記第１の部品と前記第２の部品とを互いに重ね合わせた状態でさらに接合してなる自動車車体用重ね合わせ構造部材を製造する方法において、
互いに重ね合わせた状態の前記第１の部品および前記第２の部品の、前記冷間プレス成形からスプリングバックした部分同士が自由状態で互いに密着するように、前記第１のブランクの強度グレードおよび板厚と、前記第２のブランクの強度グレードおよび板厚との組み合わせを選択し、
前記選択した強度グレードおよび板厚の組み合わせの前記第１のブランクおよび前記第２のブランクを互いに重ね合わせて部分的に接合し、
前記互いに重ね合わせて部分的に接合した第１のブランクおよび第２のブランクから前記冷間プレス成形により、互いに重ね合わせて部分的に接合した状態の前記第１の部品および前記第２の部品を一緒に、それらの部品のスプリングバックした部分同士が自由状態で互いに密着するように形成し、
前記第１の部品および前記第２の部品の少なくとも前記互いに密着した部分同士をさらに接合することを特徴とする自動車車体用重ね合わせ構造部材の製造方法。

【請求項6】

前記第１の部品と前記第２の部品の板厚をそれぞれｔ_１，ｔ_２、前記第１の部品と前記第２の部品の材料強度としてのヤング率をそれぞれＥ_１，Ｅ_２、前記第１の部品と前記第２の部品の材料強度としての降伏強度をそれぞれσ_１，σ_２とし、前記冷間プレス成形用の金型のパンチの半径をＲ_Ｐとするとき、前記第１の部品と前記第２の部品は、

の関係を満たすことを特徴とする請求項５記載の自動車車体用重ね合わせ構造部材の製造方法。

【請求項7】

前記第１の部品は天板部およびその天板部の両側端に繋がる縦壁部を有し、
前記第２の部品は天板部およびその天板部の少なくとも一側端に繋がる縦壁部を有することを特徴とする請求項５記載の自動車車体用重ね合わせ構造部材の製造方法。

【請求項8】

前記第１のブランクと前記第２のブランクとの引張強度の強度グレードはともに５９０ＭＰａ級以上であることを特徴とする請求項５から７までの何れか一項記載の自動車車体用重ね合わせ構造部材の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、各々金属板からなるブランクから冷間プレス成形した第１の部品と第２の部品とを互いに重ね合わせた状態で互いに接合してなる自動車車体用重ね合わせ構造部材およびその製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

自動車車体の乗員保護の観点で、自動車車体には衝突安全性の向上が求められている。一方で、二酸化炭素排出量の削減のため、自動車車体を軽量化し燃費を向上させることも重要である。これら衝突安全性能と車体の軽量化を両立するために、自動車車体の骨格部品への高強度材の適用が年々増えている。例えば、自動車車体のキャビンを形成するフロントピラーやセンタピラーなどのピラー部品は、自動車の衝突時にキャビン内の乗員を保護するために重要な骨格部品である。そのためピラー部品には、衝突荷重に耐え得る強度が要求され、引張強度の強度グレードが１４７０ＭＰａ級以上の高張力鋼板も適用されている。

【0003】

また、自動車の衝突安全性基準は年々厳格さを増す傾向にあり、自動車車体はその基準を満たす必要がある。そのため、強度の必要な骨格部品に対し補強部品を重ね合わせて、衝突特性に大きく影響する車体の部位を部分的に補強した重ね合わせ構造部材が、上記ピラー部品などの骨格部品の構成に採用されている。

【0004】

図１に、自動車車体用重ね合わせ構造部材の一例を示す。図中符号１で示す本体部品は本例ではハット状断面を有し、天板部１ａと縦壁部１ｂとフランジ部１ｃとこれらを繋ぐ稜線部１ｄとからなる。図中符号２で示す補強部品は本体部品１の内側に配置され、本例ではコ字状断面を有し、天板部２ａと縦壁部２ｂとこれらを繋ぐ稜線部２ｄとからなる。本体部品１と補強部品２とは互いに抵抗スポット溶接で接合され、天板部１ａ，２ａと縦壁部１ｂ，２ｂとに接合部５が配置される。

【0005】

このような自動車車体用重ね合わせ構造部材を製造する従来の方法としては、例えば図２（ａ）に示すように二枚のブランク３，４を準備して、先ず図２（ｂ）に示すようにそれらのブランク３，４から本体部品１と補強部品２とをそれぞれプレス成形する。そしてその後に図２（ｃ）に示すように本体部品１と補強部品２とを互いに重ね合わせて接合部５で電極６を用いた抵抗スポット溶接により接合する方法が一般的である。

【0006】

また自動車車体用重ね合わせ構造部材を製造する他の方法としては、パッチワーク法といわれる方法がある。この方法では、例えば図３（ａ）に示すように二枚のブランク３，４を準備し、先ず図３（ｂ）に示すように本体部品１および補強部品２への成形前のブランク３，４を互いに重ね合わせて、接合部５で電極６を用いた抵抗スポット溶接によりあらかじめ接合する。そして図３（ｃ）に示すようにこの互いに接合されたブランク３，４を１つのプレス金型で同時にプレス成形する。このパッチワーク法を用いれば、一回のプレス工程で本体部品１と補強部品２とを成形するのでプレス金型に掛かる費用を抑えることができる。また、パッチワーク法による構造では材料同士が密着しているため、衝突時に外力を受けた際に高い耐荷重を発揮する。

【0007】

パッチワーク法を適用した部材は、主にホットプレスにより製造されている（特許文献１～３参照）。ホットプレスとは、ブランクを高温に加熱し、これをプレス金型の互いに上下方向に対向する上型と下型とで挟んで、部品を熱間プレス成形する成形方法である。下死点（上型の最下点）でブランクはプレス金型により急冷され、金属組織がマルテンサイトに変態することによって部品強度を確保できる。また、ブランクから部品が高温で成形されることから、成形中にブランクに生じる応力が小さいため、プレス金型から外した際に部品に生じるスプリングバックが少ないので、形状凍結性に優れるという利点を有している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２０１３－１８４２２１号公報

【特許文献2】特開２０２０－１３１２２６号公報

【特許文献3】特開２０２１－０９８４５１号公報

【非特許文献】

【0009】

【非特許文献1】戸沢 康寿：日本機械学会誌 塑性と加工、第６８巻、第５５９号、昭和４０年８月、ｐ１０９０－１０９７、「薄板のスプリングバックに関する理論解析」

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

ところで近年は、引張強度の強度グレードが１４７０ＭＰａ級の超高張力鋼板を用いることで、常温のままのブランクをプレス成形する冷間プレス成形でもホットプレスと同等の部品強度が得られるようになってきている。冷間プレス成形はホットプレスにおけるようなブランクの加熱工程を必要としないため、ホットプレスに比べて生産性に優れ、部品の製造コストを安価に抑えることができる。

【0011】

しかしながら、パッチワーク法に冷間プレス成形を適用して自動車車体用重ね合わせ構造部材を成形する場合、特にパンチ肩部などの曲げ成形部位において、曲げ半径方向内側のブランクと外側のブランクとで横断方向の線長が異なるものとなる。そのため、重ね合わせたブランクの間でプレス成形中に部分的にずれが生じて、あらかじめブランク同士を接合した接合部がそのずれにより破断する可能性がある。

【0012】

また、両ブランクにおいて成形後のスプリングバック角度が相違して、重ね合わせた部品のスプリングバックした部分同士が密着せず離れてしまう。そして、スプリングバックに抗して挟圧して接合しても、スプリングバックによる反発力で接合部に引張り残留応力が生じて接合部の強度低下を招く。

【0013】

本発明は、自動車車体用重ね合わせ構造部材をパッチワーク法で製造する際の、プレス成形中のブランク同士の接合部の破断を防止することを目的としている、また本発明は、上記の自動車車体用重ね合わせ構造部材をパッチワーク法で製造する際の、冷間プレス成形、特に曲げ成形した部分同士の密着性を改善してその部分の接合部の強度低下を防止することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0014】

上記課題を有利に解決する本発明の自動車車体用重ね合わせ構造部材は、
金属板からなる第１のブランクから冷間プレス成形した第１の部品と、前記第１のブランクに重ね合わせた状態で部分的に接合した金属板からなる第２のブランクから前記第１の部品と一緒に冷間プレス成形した第２の部品とを備え、前記第１の部品と前記第２の部品とを互いに重ね合わせた状態でさらに接合してなる自動車車体用重ね合わせ構造部材において、
前記第１の部品および前記第２の部品が、それらの部品の前記冷間プレス成形からスプリングバックした部分同士が自由状態で互いに密着するように、前記第１のブランクの強度グレードおよび板厚と、前記第２のブランクの強度グレードおよび板厚との組み合わせを選択されたものであることを特徴としている。

【0015】

また、上記課題を有利に解決する本発明の自動車車体用重ね合わせ構造部材の製造方法は、
金属板からなる第１のブランクから冷間プレス成形した第１の部品と、前記第１のブランクに重ね合わせた状態で部分的に接合した金属板からなる第２のブランクから前記第１の部品と一緒に冷間プレス成形した第２の部品とを備え、前記第１の部品と前記第２の部品とを互いに重ね合わせた状態でさらに接合してなる自動車車体用重ね合わせ構造部材を製造する方法において、
互いに重ね合わせた状態の前記第１の部品および前記第２の部品の、前記冷間プレス成形からスプリングバックした部分同士が自由状態で互いに密着するように、前記第１のブランクの強度グレードおよび板厚と、前記第２のブランクの強度グレードおよび板厚との組み合わせを選択し、
前記選択した強度グレードおよび板厚の組み合わせの前記第１のブランクおよび前記第２のブランクを互いに重ね合わせて部分的に接合し、
前記互いに重ね合わせて部分的に接合した第１のブランクおよび第２のブランクから前記冷間プレス成形により、互いに重ね合わせて部分的に接合した状態の前記第１の部品および前記第２の部品を一緒に、それらの部品のスプリングバックした部分同士が自由状態で互いに密着するように形成し、
前記第１の部品および前記第２の部品の少なくとも前記互いに密着した部分同士をさらに接合することを特徴としている。

【発明の効果】

【0016】

本発明の自動車車体用重ね合わせ構造部材およびその製造方法にあっては、第１の部品および第２の部品の冷間プレス成形からスプリングバックした部分同士が自由状態で互いに密着するように、第１のブランクと第２のブランクとの強度グレードおよび板厚の組み合わせを選択している。

【0017】

またパッチワーク法に冷間プレス成形を適用し、互いに重ね合わせて部分的に接合した状態の第１の部品および第２の部品を一つの金型で一緒にプレス成形、特に曲げ成形する際に、上記の強度グレードおよび板厚の組み合わせの選択により、それらの部品のスプリングバックした部分同士が自由状態で互いに密着するので、それらの部分同士を接合する接合部に引張残留応力が殆どもしくは全く生じなくなる。

【0018】

従って、本発明の自動車車体用重ね合わせ構造部材およびその製造方法によれば、各々金属板からなるブランクから冷間プレス成形した二つの部品を互いに重ね合わせた状態で互いに接合してなる重ね合わせ構造部材をパッチワーク法で製造する際の、成形中のブランク同士の接合部の破断を防止することができる。

【0019】

また、その重ね合わせ構造部材をパッチワーク法で製造する際の、成形した部品同士のスプリングバックした部分の密着性を改善してその部分の接合部の強度低下を防止することができる。

【0020】

なお、本発明の自動車車体用重ね合わせ構造部材およびその製造方法においては、
前記第１の部品と前記第２の部品の板厚をそれぞれｔ_１，ｔ_２、前記第１の部品と前記第２の部品のヤング率をそれぞれＥ_１，Ｅ_２、前記第１の部品と前記第２の部品の降伏強度をそれぞれσ_１，σ_２とし、前記冷間プレス成形用の金型のパンチの半径をＲ_Ｐとするとき、前記第１の部品と前記第２の部品は、

の関係を満たすものであってもよい。このようにすれば、前記冷間プレス成形からスプリングバックした部分同士が自由状態で互いに確実に密着するので好ましい。

【0021】

また、本発明の自動車車体用重ね合わせ構造部材およびその製造方法においては、
前記第１の部品は天板部およびその天板部の両側端に繋がる縦壁部を有し、
前記第２の部品は天板部およびその天板部の少なくとも一側端に繋がる縦壁部を有するものであってもよい。このようにすれば、第１の部品を第２の部品で補強したチャンネル状の重ね合わせ構造部材を構成できるので好ましい。

【0022】

さらに、本発明の自動車車体用重ね合わせ構造部材およびその製造方法においては、前記第１のブランクと前記第２のブランクとの引張強度の強度グレードはともに５９０ＭＰａ級以上であってもよい。このようにすれば、軽量で高強度の重ね合わせ構造部材を構成することができるので好ましい。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】（ａ）および（ｂ）は、自動車車体用重ね合わせ構造部材を例示する斜視図および断面図である。

【図2】（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記例の自動車車体用重ね合わせ構造部材を従来のプレス成形方法で製造する際の手順を模式的に示す説明図である。

【図3】（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記例の自動車車体用重ね合わせ構造部材をパッチワーク法で製造する際の従来の製造方法の手順を模式的に示す説明図である。

【図4】（ａ），（ｂ），（ｃ）および（ｄ）は、本発明の一実施形態の自動車車体用重ね合わせ構造部材をパッチワーク法で製造する際の、本発明の一実施形態の製造方法の手順を模式的に示す説明図である。

【図5】（ａ）は、自動車車体用重ね合わせ構造部材をパッチワーク法で製造する際の、上記実施形態の製造方法での冷間プレス成形前の接合ブランクの形状を示す説明図である。また、（ｂ）は、その接合ブランクを冷間プレス成形した際の下死点の形状を示す説明図である。そして（ｃ１）および（ｃ２）は、自動車車体用重ね合わせ構造部材をパッチワーク法で製造する際の、上記実施形態の製造方法および従来の製造方法での冷間プレス成形後の本体部品および補強部品のスプリングバックした形状を示す説明図である。

【図6】（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、一枚の金属板からなるブランクを冷間プレス成形する際の、冷間プレス成形前、冷間プレス成形中および、冷間プレス成形後の形状を示す断面図である。

【図7】（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、パッチワーク法において二枚の金属板からなるブランクを冷間プレス成形する際の、冷間プレス成形前、冷間プレス成形中および、冷間プレス成形後の形状を示す断面図である。

【図8】（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、本発明の一実施形態の自動車車体用重ね合わせ構造部材の実施例および比較例を示す斜視図、断面図および平面図である。

【図9】（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、上記実施例および比較例の自動車車体用重ね合わせ構造部材をパッチワーク法で二枚の鋼板から冷間プレス成形する手順並びにその冷間プレス成形中の二枚の鋼板およびプレス金型の一部断面を拡大して示す断面図である。

【図10】上記実施例および比較例の自動車車体用重ね合わせ構造部材の衝突性能を確認する試験方法を示す説明図である。

【図11】（ａ）および（ｂ）は、本発明の自動車車体用重ね合わせ構造部材の他の一実施形態を示す斜視図および断面図である。

【図12】（ａ）および（ｂ）は、本発明の自動車車体用重ね合わせ構造部材のさらに他の一実施形態を示す斜視図および断面図である。

【図13】（ａ）および（ｂ）は、本発明の自動車車体用重ね合わせ構造部材のさらに他の一実施形態を示す斜視図および断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、本発明の実施形態につき図面に基づき詳細に説明する。図４（ａ），図４（ｂ），図４（ｃ）および図４（ｄ）は、本発明の一実施形態の自動車車体用重ね合わせ構造部材をパッチワーク法で製造する際の、本発明の一実施形態の製造方法の手順を模式的に示す説明図である。なお、図中、同様の部分は同一の符号にて示す。

【0025】

＜第１接合工程＞
はじめに、図４（ａ）に示すように、第１の部品としての本体部品１になる例えば鋼板からなる第１のブランクとしてのブランク３と、第２の部品としての補強部品２になる例えば鋼板からなる第２のブランクとしてのブランク４を準備する。なお、これらのブランク３，４の強度グレードおよび板厚の組み合わせ（以下、「板組み」とも呼称する）の決定方法は後に詳述する。続いて、図４（ｂ）に示すように、両ブランク３，４を接合部５で仮接合することで、接合ブランクを作成する。本工程での接合箇所としては、本体部品１の天板部１ａと補強部品２の天板部２ａとになる両ブランク３，４の幅方向中央部同士が、ブランクの動きが比較的小さいので好ましい。接合部５での仮接合は、図示のような電極６を用いた抵抗スポット溶接の他、アーク溶接、レーザー溶接、シーム溶接、機械接合など、金属板であるブランク３，４を接合する方法であればいずれも適用できる。

【0026】

＜成形工程＞
次いで、図４（ｃ）に示すように、その接合ブランクから目標形状の、ハット状断面を有する本体部品１とコ字状断面を有する補強部品２とを一体で冷間プレス成形する。ここでの本体部品１と補強部品２とは各々概ね直線状をなしているので、これら本体部品１と補強部品２との冷間プレス成形は主に曲げ成形であるが、この成形工程での冷間プレス成形は、絞り成形や、曲げ成形と絞り成形との組み合わせであってもよい。また、目標形状が例えば直線状と曲線状とを組み合わせた形状のような場合は、形状の異なる部分ごとの複数工程のプレス成形を実施してもよい。

【0027】

＜第２接合工程＞
最後に、図４（ｄ）に示すように、本体部品１および補強部品２の、未だ接合していない部分、ここでは縦壁部１ｂ，２ｂ同士を、例えば電極６を用いた抵抗スポット溶接により形成する接合部５で接合する。

【0028】

このように本実施形態の製造方法によれば、二枚のブランク３，４の仮接合していない部分同士は冷間プレス成形後に接合部５で接合するので、例え冷間プレス成形中に曲げ半径の相違に起因してブランク３，４の仮接合していない部分間でずれが生じても、接合部５が破断するという問題が生じることはない。しかしながら、このパッチワーク法における冷間プレス成形で懸念されるのが曲げ成形部分のスプリングバックである。

【0029】

図５（ａ）は、自動車車体用重ね合わせ構造部材をパッチワーク法で製造する際の、上記実施形態の製造方法での冷間プレス成形前の接合ブランクの形状を示す説明図である。また、図５（ｂ）は、その接合ブランクを冷間プレス成形した際の下死点の形状を示す説明図である。そして図５（ｃ１）および図５（ｃ２）は、自動車車体用重ね合わせ構造部材をパッチワーク法で製造する際の、上記実施形態の製造方法および従来の製造方法での冷間プレス成形後の本体部品および補強部品のスプリングバックした形状を示す説明図である。

【0030】

図５（ａ）に示すような、ブランク３とブランク４を重ね合わせて接合部５で部分的に接合した接合ブランクを一体で、図５（ｂ）に部分的に示すように本体部品１および補強部品２に冷間プレス成形、特に曲げ成形すると、その曲げ成形の稜線部が離型後に元に戻る方向にわずかに変形する。そのため、本体部品１および補強部品２の稜線部に繋がる縦壁部１ｂ，２ｂにそれらの角度が変化するスプリングバックが生じる。

【0031】

ここで、内側の補強部品２よりも外側の本体部品１のスプリングバックが小さい場合、もしくは両部品１，２のスプリングバックが同程度である場合は、図５（ｃ１）に示すように、本体部品１と補強部品２との縦壁部１ｂ，２ｂ同士は密着した状態となる。その一方で、内側の補強部品２よりも外側の本体部品１のスプリングバックが大きい場合は、図５（ｃ２）に示すように、縦壁部１ｂ，２ｂは異なる角度となり、本体部品１と補強部品２との間に隙間が生じてしまう。この隙間は、その後の接合工程で縦壁部１ｂ，２ｂ同士の接合不可もしくは接合困難の原因となり、縦壁部１ｂ，２ｂ同士をスプリングバックに抗して接合しても、縦壁部１ｂ，２ｂの反発力で接合部に引張残留応力が生じて接合部の強度低下を招く結果となる。したがって、冷間プレス成形でパッチワーク法を実施するためには、それぞれのブランクに生じるスプリングバックを考慮して板組みを選定する必要がある。

【0032】

そこで本発明の発明者が鋭意検討した結果、パッチワーク法に用いる二つのブランクの引張強度の強度グレードおよび板厚の組み合わせである板組みを適切に選定すれば、上記図５（ｃ）に示すケースを実現できることを見出した。本発明の実施形態の自動車車体用重ね合わせ構造部材およびその製造方法は、かかる知見に基づくものである。

【0033】

図６は、金属板からなる一枚のブランクＢを冷間プレス金型のパンチ肩部Ｓ_Ｐで曲げ成形した際にブランクＢの曲げ稜線部に生じるスプリングバックを模式的に示す断面図であり、図６（ａ）は、プレス成形前，図６（ｂ）はプレス成形中、図６（ｃ）は、プレス成形後の形状を示している。

【0034】

非特許文献１の式（１９），（２０）’によると、角度θで板材を曲げた際の角度変化Δθは下記のように表せる。

ここで、ｔはブランクの板厚、Ｅはブランクのヤング率、σはブランクの降伏強度、Ｒはブランクの板厚中心Ｃ_Ｂにおける曲率半径である。

【0035】

さらに、プレス金型のパンチ肩部の曲げ半径をＲ_ｐとするとＲは

となるので、角度変化Δθは

となる。
この式（３）から、高強度で板厚が薄い材料ほど角度変化が大きくなることがわかる。

【0036】

図７は、各々金属板からなる二枚のブランクを曲げ成形した際にそれらのブランクの曲げ稜線部に生じるスプリングバックを模式的に示す断面図であり、曲げ外側のブランクをブランクＢ１、曲げ内側のブランクをブランクＢ２とする。ブランクＢ１とブランクＢ２とのそれぞれの板厚をｔ_１，ｔ_２、ヤング率をＥ_１，Ｅ_２、降伏強度をσ_１，σ_２、プレス金型のパンチ肩部Ｓ_Ｐの曲げ半径をＲ_ｐとすると、ブランクＢ１とブランクＢ２とに生じる角度変化Δθ_１およびΔθ_２は、以下の式（４），式（５）のように表せる。

【0037】

なお、図７中のＲ_１はブランクＢ１の板厚中心Ｃ_Ｂ１における曲率半径であって、Ｒ_１＝Ｒ_Ｐ＋ｔ_２＋ｔ_１／２であり、Ｒ_２はブランクＢ２の板厚中心Ｃ_Ｂ２における曲率半径であって、Ｒ_２＝Ｒ_Ｐ＋ｔ_２／２である。

【0038】

ここで、Δθ_１＞Δθ_２の場合、つまり曲げ外側のブランクＢ１の角度変化が曲げ内側のブランクＢ２より大きい場合、成形品の間に隙間が生じ、後の接合工程での接合不良となってしまう。これに対し、Δθ_１≦Δθ_２の場合、つまり曲げ外側のブランクＢ１の角度変化が曲げ内側のブランクＢ２より小さいかそれと同程度である場合、ブランク同士は密着した状態となる。この状態となるための条件は上記の式（４）および式（５）より、

となる。この条件を満たすブランクＢ１，Ｂ２の板組みを選定することで、形状品質が優れ、後の工程での接合困難や接合不良の懸念がない自動車車体用重ね合わせ構造部材が得られる。

【0039】

＜実施例＞
本実施形態の自動車車体用重ね合わせ構造部材およびその製造方法の作用効果を確認するために行った実施例および比較例について、以下に説明する。図８（ａ），図８（ｂ）および図８（ｃ）は、本実施形態の実施例の製造方法およびそれとブランクの板組みのみが異なる比較例の製造方法でそれぞれ製造した本実施形態の自動車車体用重ね合わせ構造部材の実施例および比較例の斜視図、断面図および平面図である。本体部品１はハット状断面を有し、天板部１ａ、縦壁部１ｂ、フランジ部１ｃ、およびこれらを繋ぐ稜線部１ｄからなる。補強部品２は本体部品１の内側に重ね合わせて配置され、本実施例および比較例ではコの字断面を有し、天板部２ａと縦壁部２ｂ、およびこれらを繋ぐ稜線部２ｄからなる。

【0040】

本体部品１と補強部品２とは接合部５で抵抗スポット溶接により接合され、接合部５は天板部１ａ，２ａと縦壁部１ｂ，２ｂとに配置している。接合部５の長手方向間隔は４０ｍｍピッチとした。本体部品１になるブランク３と補強部品２になるブランク４とに用いた鋼板の材料は、引張強度の強度グレードを５９０ＭＰａ級、７８０ＭＰａ級、９８０ＭＰａ級、１１８０ＭＰａ級、および１４７０ＭＰａ級の５水準、板厚を１．０ｍｍ、１．２ｍｍ、１．４ｍｍ、１．６ｍｍ、１．８ｍｍ、および２．０ｍｍの６水準とした。

【0041】

図９（ａ），図９（ｂ）および図９（ｃ）は、上記実施例および比較例の自動車車体用重ね合わせ構造部材をパッチワーク法で二枚の鋼板から冷間プレス成形する手順並びに、その冷間プレス成形中の二枚の鋼板およびプレス金型の一部断面を拡大して示す断面図である。また図１０は、上記実施例および比較例の自動車車体用重ね合わせ構造部材の衝突性能を確認する試験方法を示す説明図である。

【0042】

まず、図１０に示すように、図８（ａ）～（ｃ）に示す上記実施例および比較例の自動車車体用重ね合わせ構造部材と同一の形状および寸法の試験体Ｔ（各部を本体部品１におけると同一の符号で示す）を通常のコンピュータ上で作成し、その試験体Ｔについて、両端部付近の二箇所を支持部Ｓで下から支持するとともに中央部をパンチＰ_Ｔで押し下げる３点曲げのシミュレーションを上記コンピュータ上で実施した。そして、目標の衝突性能（パンチ反力）となる強度グレードと板厚の組み合わせすなわち板組みを全１２通り選定した。

【0043】

次いで、その選定した板組みにより、図９に示す工程で上記実施例および比較例の自動車車体用重ね合わせ構造部材を製造した。すなわち、まず、ブランク３とブランク４とを準備して互いに重ね合わせ、それらの幅方向中央部を抵抗スポット溶接の接合部５で仮溶接した接合ブランクを作成した。続いて、この接合ブランクから、図９（ａ）および図９（ｂ）に示すようにプレス成形金型で、主に曲げ成形により重ね合わせた状態の本体部品１と補強部品２とを一体で冷間プレス成形した。

【0044】

その際、図９（ａ）に示すように、プレス成形中のブランク３，４を安定させるためにそれらの幅方向中央部をパッドＰＤとパンチＰとで挟持して固定し、次いで図９（ｂ）に示すように、ダイＤを下降させてブランク３，４をパンチＰとで挟圧することにより、天板部１ａ、縦壁部１ｂおよびフランジ部１ｃと、天板部２ａおよび縦壁部２ｂとを成形した。ここで、二枚の鋼板およびプレス金型の一部断面Ｓを図９（ｃ）に示すように、本体部品１および補強部品２の稜線部１ｄ，２ｄの、パンチＰの肩部Ｓ_Ｐによる曲げ半径は７ｍｍ（Ｒ７）、縦壁部１ｂ，２ｂの曲げ成形角度は８０°とした。そしてこのプレス成形後に、スプリングバックした縦壁部１ｂおよび縦壁部２ｂを抵抗スポット溶接の接合部５で互いに接合した。

【0045】

このプレス成形後の成形品である自動車車体用重ね合わせ構造部材について、上述した式（６）を満足する板組み条件のものを本実施例、満足しない板組み条件のものを比較例とし、その縦壁部１ｂおよび縦壁部２ｂの相互間に生じる乖離の有無を評価した。なお、式（６）のヤング率Ｅは５種類の強度グレードの全てについて２０５ＧＰａとした。以下の表１に各板組み条件における評価結果を示す。比較例１～６では、本体部品１の稜線部１ｄの角度変化が補強部品２の稜線部２ｄの角度変化より大きくなり、縦壁部１ｂ，２ｂの間に乖離が生じた。一方、本実施例１～６では、本体部品１と補強部品２との間に乖離は生じなかった。

【0046】

【表1】

【0047】

上述のように本実施形態によれば、成形中の接合部の破断を抑制し、かつ部品同士の密着性に優れた自動車車体用重ね合わせ構造部材を得ることができることが判明した。それゆえ本実施形態の自動車車体用重ね合わせ構造部材は、フロントピラー、センタピラー、フロアクロスメンバなどの超高強度材からなる耐衝突部品の冷間プレス成形に好適に適用することができる。

【0048】

本発明が適用可能な自動車車体用重ね合わせ構造部材の他の実施形態としては、図１１に示すように、本体部品１と補強部品２とが共にコ字状断面を有する形状であってもよいし、図１２に示すように、補強部品２がＬ字状断面を有する形状であってもよい。さらに、図１３に示すように、本体部品１の外側に補強部品２が配置されていてもよい。

【0049】

さらに、本発明に使用するブランクの材料としては、鋼板のみならず、例えば、アルミニウム合金板、マグネシウム合金板、チタン合金板などの金属板が挙げられる。また、本発明に使用するブランクの強度においても、自動車車体用重ね合わせ構造部材に適するものであれば特に制限はない。

【0050】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の自動車車体用重ね合わせ構造部材およびその製造方法は、上記の実施形態に限定されるものでなく、特許請求の範囲の記載範囲内で適宜変更し得るものであり、例えば、前記第１の部品および前記第２の部品は共に、全体的に円弧状などの曲線状をなす断面形状を有するものであってもよい。

【産業上の利用可能性】

【0051】

かくして本発明の自動車車体用重ね合わせ構造部材およびその製造方法によれば、各々金属板からなるブランクから冷間プレス成形した二つの部品を互いに重ね合わせた状態で互いに接合してなる重ね合わせ構造部材をパッチワーク法で製造する際の、成形中のブランク同士の接合部の破断を防止することができる。また、その重ね合わせ構造部材をパッチワーク法で製造する際の、成形した部品同士のスプリングバックした部分の密着性を改善してその部分の接合部の強度低下を防止することができる。

【符号の説明】

【0052】

１ 本体部品
１ａ 天板部
１ｂ 縦壁部
１ｃ フランジ部
１ｄ 稜線部
２ 補強部品
２ａ 天板部
２ｂ 縦壁部
２ｄ 稜線部
３，４ ブランク
５ 接合部
６ 電極
Ｂ，Ｂ１，Ｂ２ ブランク
Ｄ ダイ
ＰＤ パッド
Ｐ パンチ
Ｐ_Ｔ パンチ
Ｓ 支持部
Ｓ_Ｐ パンチ肩部
Ｔ 試験体
ｔ_１，ｔ_２ 板厚

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】