特許 7273355 構造部材及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-05-02

(45)【発行日】2023-05-15

(54)【発明の名称】構造部材及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   B21D 22/26 20060101AFI20230508BHJP

   B21D 22/20 20060101ALI20230508BHJP

【ＦＩ】

B21D22/26 D

B21D22/20 H

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2023513360

(86)(22)【出願日】2022-11-14

(86)【国際出願番号】 JP2022042159

【審査請求日】2023-02-24

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】日本製鉄株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001553

【氏名又は名称】アセンド弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】久保 雅寛

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 利哉

【審査官】永井 友子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－３５０６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－３６２１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１５２１７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／２２５６６１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１５／１７４３５３（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２１Ｄ ２２／２６

Ｂ２１Ｄ ２２／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

自動車用の構造部材の製造方法であって、
金属板からなる素材を加熱する加熱工程と、
金型を用い、加熱された前記素材を前記構造部材に成形する成形工程と、
を備え、
前記金型は、
頂面本体、及び前記頂面本体の側縁から外側に張り出した張出部を含む頂面と、前記頂面本体の前記側縁及び前記張出部に連続する肩部と、前記肩部を介して前記頂面本体及び前記張出部に接続される側面と、前記頂面の反対側で前記側面に接続されるフランジ面と、を含む下型と、
前記頂面本体に対向するパッドと、
前記パッドの側方に配置される上型と、
を含み、
前記成形工程では、前記頂面本体と前記パッドとで前記素材を挟持する一方、前記張出部と前記上型及び前記パッドとで前記素材を挟持しない状態で、前記上型と前記下型とを相対的に接近させて、前記上型と、前記肩部、前記側面、及び前記フランジ面とで前記素材をプレスする、製造方法。

【請求項2】

請求項１に記載の製造方法であって、
前記下型は、第１下型と、前記第１下型に隣接して配置され、前記張出部を含む第２下型と、を含み、
前記第１下型と前記第２下型との間に予め段差を生じさせておくことにより、前記上型と前記下型とを相対的に接近させたとき、前記第１下型が前記第２下型に先行して前記上型との間で前記素材をプレスする、製造方法。

【請求項3】

請求項２に記載の製造方法であって、
前記第１下型は、クッション機構によって昇降可能に構成されており、
前記成形工程では、前記上型を前記第１下型及び前記第２下型に向かって下降させる、製造方法。

【請求項4】

自動車用のホットスタンピング構造部材であって、
天板本体、及び前記天板本体の側縁から外側に張り出した張出部を含む天板と、
前記天板本体の前記側縁及び前記張出部に連続する稜線部と、
前記稜線部を介して前記天板本体及び前記張出部に接続される縦壁と、
前記天板の反対側で前記縦壁に接続され、前記縦壁から前記ホットスタンピング構造部材の外側に張り出したフランジと、
を備え、
前記天板本体の板厚を基準とする板厚減少率をＴ［％］としたとき、前記縦壁のうち前記張出部に連続する部分の端縁において、以下の式を満たす板厚減少率Ｔを有する領域の長さは、前記板厚の２．０倍以上である、ホットスタンピング構造部材。
０．９×Ｔｍａｘ≦Ｔ≦Ｔｍａｘ
ただし、Ｔｍａｘ［％］は、前記縦壁のうち前記張出部に連続する部分の前記端縁における板厚減少率の最大値である。

【請求項5】

請求項４に記載のホットスタンピング構造部材であって、
前記縦壁のうち前記張出部に連続する部分の前記端縁における算術平均粗さＲａは、３．００μｍ以下である、ホットスタンピング構造部材。

【請求項6】

請求項４又は５に記載のホットスタンピング構造部材であって、
当該ホットスタンピング構造部材は、３２５Ｈｖ以上のビッカース硬さを有する、ホットスタンピング構造部材。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、自動車用の構造部材、及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

自動車は、多数の構造部材によって構成されている。構造部材には、例えば、ピラー、サイドメンバ、サイドシル、クロスメンバ、フロアパネル、ルーフパネル等が含まれる。構造部材は、例えば、金属板にプレス加工を施すことによって製造される。特許文献１～３は、上型及び下型を含む金型を用い、金属板を構造部材に成形する製造方法を開示している。

【0003】

特許文献１の製造方法では、まず、金属板を下型上に載置し、この金属板をパッドによって加圧する。次に、上型を下型に接近させ、金属板の長手方向の一端縁を面内移動させながら、上型及び下型によって金属板を挟持して構造部材に成形する。特許文献１では、この製造方法で製造される構造部材として、センターピラー（Ｂピラー）が例示されている。

【0004】

特許文献２は、サイドメンバ、サイドシル、及びクロスメンバ等の構造部材に適した製造方法を開示する。特許文献２において製造対象とされる構造部材は、概略ハット形状の横断面を有する。すなわち、構造部材は、天板と、２つの縦壁と、２つのフランジとを含んでいる。構造部材の長手方向の端部には、天板及び各縦壁から立ち上がる外向きフランジが設けられている。特許文献２では、外向きフランジとその他の部分とが共通の下型によって成形される。特許文献２では、金属板のうち、少なくとも外向きフランジとなる領域及びその近傍の領域が下型の頂面から離れた状態となるようにして、構造部材の成形が開始される。

【0005】

特許文献３は、例えばクロスメンバ等、Ｔ字形状を有する構造部材（Ｔ字形状部品）を対象とした製造方法を開示する。Ｔ字形状部品は、Ｔ字形状を有する天板と、天板に連続する縦壁と、縦壁の下端に連続するフランジとを含む。天板は、縦辺部と、縦辺部に接続された横辺部とを含む。

【0006】

特許文献３の製造方法は、金属板を中間形状部品に成形する第１成形工程と、中間形状部品をトリミングしてトリミング部品を得るトリミング工程と、上型及び下型を含む金型を用いてトリミング部品をＴ字形状部品に成形する第２成形工程とを含んでいる。第１成形工程では、天板の縦辺部のうち横辺部に隣接する部分に、凸形状部が形成される。また、第１成形工程では、縦壁のうち天板の横辺部に連続する部分とフランジとの接続箇所を持ち上げるように、湾曲Ｒ部が形成される。凸形状部及び湾曲Ｒ部は、第２成形工程において上型で押し潰される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特許第６４３６１６６号公報

【文献】特許第５９５８６４４号公報

【文献】特開２０１９－０１３９５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

例えば特許文献１及び特許文献３に記載されているように、自動車用の構造部材には、平面視でＴ字形状を有するものがある。この構造部材の天板は、構造部材の長手方向に延びる天板本体と、天板本体から構造部材の幅方向に張り出す張出部とを含んでいる。構造部材の縦壁は、天板本体及び張出部に連続するように設けられる。構造部材には、縦壁から構造部材の幅方向に張り出すフランジも設けられる。フランジは、天板の反対側で縦壁に接続される。

【0009】

このような構造部材をプレス加工によって製造する場合、縦壁において割れが発生することがある。より具体的には、プレス加工の際、縦壁のうち、天板の張出部に連続し且つ構造部材の高さ方向に延びる部分の端縁で割れが発生しやすい。また、縦壁のうち構造部材の高さ方向に延びる部分とフランジとの接続部分で割れが発生することもある。プレス加工時における割れは、引張強度が大きい鋼板から構造部材を成形する場合に特に発生しやすくなる。

【0010】

本開示は、自動車用の構造部材の製造において割れの発生を抑制すること、特に、縦壁のうち構造部材の高さ方向に延びる部分の端縁、及び縦壁とフランジとの接続部分での割れの発生を抑制することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本開示に係る製造方法は、自動車用の構造部材の製造方法である。この製造方法は、金属板からなる素材を加熱する加熱工程と、金型を用い、加熱された素材を構造部材に成形する成形工程とを備える。金型は、下型と、パッドと、上型とを含む。下型は、頂面と、肩部と、側面と、フランジ面とを含む。頂面は、頂面本体及び張出部を含む。張出部は、頂面本体の側縁から外側に張り出している。肩部は、頂面本体の側縁及び張出部に連続する。側面は、肩部を介して頂面本体及び張出部に接続される。フランジ面は、頂面の反対側で側面に接続される。パッドは、頂面本体に対向する。上型は、パッドの側方に配置される。成形工程では、頂面本体とパッドとで素材を挟持する一方、張出部と上型及びパッドとで素材を挟持しない状態で、上型と下型とを相対的に接近させて、上型と、肩部、側面、及びフランジ面とで素材をプレスする。

【発明の効果】

【0012】

本開示によれば、自動車用の構造部材の製造において割れの発生を抑制することができる。本開示によれば、自動車用の構造部材の製造において、特に、縦壁のうち構造部材の高さ方向に延びる部分の端縁、及び縦壁とフランジとの接続部分での割れの発生を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、第１実施形態に係る構造部材の斜視図である。

【図2】図２は、図１に示す構造部材の横断面図である。

【図3A】図３Ａは、上記構造部材の製造方法を説明するための模式図である。

【図3B】図３Ｂは、上記構造部材の製造方法を説明するための模式図である。

【図3C】図３Ｃは、上記構造部材の製造方法を説明するための模式図である。

【図3D】図３Ｄは、上記構造部材の製造方法を説明するための模式図である。

【図3E】図３Ｅは、上記構造部材の製造方法を説明するための模式図である。

【図3F】図３Ｆは、上記構造部材の製造方法を説明するための模式図である。

【図3G】図３Ｇは、上記構造部材の製造方法を説明するための模式図である。

【図3H】図３Ｈは、上記構造部材の製造方法を説明するための模式図である。

【図4】図４は、図１に示す構造部材の部分拡大図である。

【図5】図５は、図１に示す構造部材の部分拡大図である。

【図6】図６は、第２実施形態に係る構造部材の斜視図である。

【図7】図７は、第２実施形態の変形例に係る構造部材の斜視図である。

【図8】図８は、第３実施形態に係る構造部材の斜視図である。

【図9】図９は、図８に示す構造部材のプレス成形で用いられる素材の平面図である。

【図10】図１０は、第４実施形態に係る製造方法で用いられる金型の斜視図である。

【図11】図１１は、図１０に示す金型の横断面図である。

【図12】図１２は、上記各実施形態の変形例に関する金型の斜視図である。

【図13】図１３は、解析によって得られたグラフであり、構造部材に含まれる縦壁の端縁について、天板側の端からの距離と板厚減少率との関係を示すグラフである。

【図14】図１４は、解析の条件を説明するための模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

実施形態に係る製造方法は、自動車用の構造部材の製造方法である。この製造方法は、金属板からなる素材を加熱する加熱工程と、金型を用い、加熱された素材を構造部材に成形する成形工程とを備える。金型は、下型と、パッドと、上型とを含む。下型は、頂面と、肩部と、側面と、フランジ面とを含む。頂面は、頂面本体及び張出部を含む。張出部は、頂面本体の側縁から外側に張り出している。肩部は、頂面本体の側縁及び張出部に連続する。側面は、肩部を介して頂面本体及び張出部に接続される。フランジ面は、頂面の反対側で側面に接続される。パッドは、頂面本体に対向する。上型は、パッドの側方に配置される。成形工程では、頂面本体とパッドとで素材を挟持する一方、張出部と上型及びパッドとで素材を挟持しない状態で、上型と下型とを相対的に接近させて、上型と、肩部、側面、及びフランジ面とで素材をプレスする（第１の構成）。

【0015】

第１の構成に係る製造方法では、上型と、下型と、パッドとを含む金型を用いて素材から構造部材を成形する。下型の頂面には、頂面本体と、頂面本体から外側に張り出す張出部とが設けられている。成形工程では、下型の頂面本体とパッドとで素材が挟持される一方、下型の頂面の張出部とパッドとで素材が挟持されない状態で、上型及び下型によって加熱された素材がプレスされる。この場合、素材のうち下型の頂面の張出部に対応する部分、言い換えると構造部材の天板の張出部に成形される部分が金型によって拘束されない。これにより、素材のうち天板の張出部に成形される部分が金型によって冷却されにくくなり、また、構造部材の成形中に当該部分で材料を流動させることができる。材料は、天板の張出部となる部分から縦壁となる部分（下型の側面に沿って成形される部分）に向かって流入する。これにより、構造部材における割れの発生を抑制することができる。特に、縦壁のうち、天板の張出部に連続し構造部材の高さ方向に延びる部分の端縁や、縦壁とフランジとの接続部分において割れが発生するのを抑制することができる。

【0016】

例えば、成形工程において縦壁の端縁で割れが発生する場合、成形工程後にトリム工程を実施し、成形品の外周部をレーザ切断して割れが生じた部分を除去する必要がある。これに対して、第１の構成に係る製造方法では、天板の張出部を金型によって拘束しないことにより、成形工程において縦壁の端縁での割れが発生するのを抑制することができる。そのため、成形工程後のトリム工程が不要となる。トリム工程が不要である場合、トリム工程を行う場合と比較して、成形工程に投入する素材の量を減少させることができる。よって、構造部材の製造における歩留まりを向上させることができる。また、素材の投入量が減少し、トリム工程が行われないことにより、構造部材の製造における輸送量や電力量等が低減されるため、温室効果ガスの排出量を低減することもできる。

【0017】

下型は、第１下型と、第２下型とを含んでいてもよい。第２下型は、第１下型に隣接して配置される。第２下型は、頂面の張出部を含む。第１下型と第２下型との間に予め段差を生じさせておくことにより、上型と下型とを相対的に接近させたとき、第１下型が第２下型に先行して上型との間で素材をプレスすることができる（第２の構成）。

【0018】

第２の構成において、下型は、第１金型と、第１金型と別体の第２金型とを含んでいる。第１金型と第２金型との間には予め段差が生じているため、構造部材を成形する際、頂面の張出部を含む第２金型よりも先に第１金型が素材に接触する。この場合、素材のうち下型の頂面の張出部に対応する部分、すなわち構造部材の天板の張出部に成形される部分及びその近傍がより拘束されにくくなり、天板側から縦壁側への材料の流動をより促進させることができる。そのため、縦壁のうち高さ方向に延びる部分の端縁や、縦壁とフランジとの接続部分における割れの発生をより抑制することができる。

【0019】

第１下型は、クッション機構によって昇降可能に構成されていてもよい。この場合、成形工程では、上型を第１下型及び第２下型に向かって下降させることができる（第３の構成）。

【0020】

実施形態に係る構造部材は、自動車用の構造部材である。構造部材は、天板と、稜線部と、縦壁と、フランジとを備える。天板は、天板本体及び張出部を含む。張出部は、天板本体の側縁から外側に張り出している。稜線部は、天板本体の側縁及び張出部に連続する。縦壁は、稜線部を介して天板本体及び張出部に接続される。フランジは、天板の反対側で縦壁に接続される。フランジは、縦壁から構造部材の外側に張り出している。天板本体の板厚を基準とする板厚減少率をＴ［％］としたとき、縦壁のうち張出部に連続する部分の端縁において、以下の式を満たす板厚減少率Ｔを有する領域の長さは、天板本体の板厚の２．０倍以上である（第４の構成）。
０．９×Ｔｍａｘ≦Ｔ≦Ｔｍａｘ
ただし、Ｔｍａｘ［％］は、縦壁のうち張出部に連続する部分の端縁における板厚減少率の最大値である。

【0021】

第４の構成に係る構造部材では、縦壁のうち天板の張出部に連続する部分の端縁において、上記式を満たす領域の長さが天板本体の板厚の２．０倍以上となっている。これは、縦壁のうち天板の張出部に連続する部分、言い換えると、縦壁のうち構造部材の高さ方向に延びる部分の端縁の板厚分布が比較的均一化されていることを意味している。この場合、構造部材の使用時において、縦壁の端縁にある板厚減少部への応力集中が起こりにくくなり、縦壁の端縁から割れが生じるのを抑制することができる。すなわち、構造部材に優れた耐久性能を持たせることができる。

【0022】

第４の構成に係る構造部材では、縦壁の端縁において割れが生じにくくなっている。そのため、例えばスポット溶接によって構造部材を他の部材と接合する際に、縦壁の端縁近傍にスポット溶接の打点を形成することができる。これにより、構造部材を他の部材と強固に接合することができ、構造部材と他の部材との間の荷重伝達能を向上させることができる。

【0023】

縦壁のうち張出部に連続する部分の端縁における算術平均粗さＲａは、３．００μｍ以下であってもよい（第５の構成）。

【0024】

構造部材は、３２５Ｈｖ以上のビッカース硬さを有していてもよい（第６の構成）。

【0025】

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。各図において同一又は相当の構成については同一符号を付し、同じ説明を繰り返さない。

【0026】

＜第１実施形態＞
［構造部材の構成］
図１は、第１実施形態に係る構造部材１０の斜視図である。図２は、構造部材１０の横断面図（ＩＩ－ＩＩ断面図）である。構造部材１０は、自動車用の構造部材として使用される。構造部材１０は、例えば、フロアパネル上又はフロアパネル裏に配置されるクロスメンバや、クロスメンバの端部に設けられるクロスエクステンション等である。

【0027】

図１を参照して、構造部材１０は、天板１１と、２つの稜線部１２と、２つの縦壁１３と、２つのフランジ１４とを備える。

【0028】

天板１１は、天板本体１１１と、２つの張出部１１２とを含む。本実施形態において、天板本体１１１は、構造部材１０の平面視で長尺形状を有している。以下、天板本体１１１が延びる方向を構造部材１０の長手方向といい、構造部材１０の平面視で長手方向に対して実質的に垂直な方向を構造部材１０の幅方向という。また、長手方向及び幅方向に実質的に垂直な方向を構造部材１０の高さ方向という。

【0029】

天板本体１１１は、２つの側縁１１１ａを含む。側縁１１１ａは、それぞれ、構造部材１０の長手方向に延びている。側縁１１１ａの各々には、張出部１１２が隣接して設けられている。

【0030】

張出部１１２は、天板本体１１１の側縁１１１ａから構造部材１０の幅方向で外側に張り出している。張出部１１２は、天板本体１１１の長手方向の一端部に設けられている。天板１１は、天板本体１１１及び２つの張出部１１２を含むことにより、構造部材１０の平面視で実質的にＴ字形状を有している。張出部１１２は、例えば、天板本体１１１と実質的に又は概ね同一平面上に位置する。

【0031】

稜線部１２は、それぞれ、天板本体１１１の側縁１１１ａに連続する。各稜線部１２は、天板１１の張出部１１２にも連続している。各稜線部１２は、天板本体１１１から張出部１１２にわたって延在している。各稜線部１２は、主として天板本体１１１に対応する部分と張出部１１２に対応する部分との間にコーナー部１２１を有する。構造部材１０の平面視で、コーナー部１２１は、例えば５．０ｍｍ以上、１００．０ｍｍ以下の曲率半径を有する。構造部材１０の平面視におけるコーナー部１２１の曲率半径は、５．０ｍｍ以上、５０．０ｍｍ以下であることが好ましく、５．０ｍｍ以上、２５．０ｍｍ以下であることがより好ましい。図２を参照して、各稜線部１２は、例えば、構造部材１０の横断面視で実質的に円弧状を有する。

【0032】

図１及び図２を参照して、縦壁１３は、それぞれ、第１部分１３１及び第２部分１３２を含む。第１部分１３１は、稜線部１２を介して天板本体１１１の側縁１１１ａに接続されている。第１部分１３１は、天板本体１１１に沿って構造部材１０の長手方向に延在する。一方の縦壁１３の第１部分１３１は、他方の縦壁１３の第１部分１３１と構造部材１０の幅方向に対向している。第２部分１３２は、稜線部１２を介して天板１１の張出部１１２に接続されている。第２部分１３２は、天板１１の張出部１１２からフランジ１４まで、構造部材１０の高さ方向に延びている。

【0033】

図１及び図２を参照して、フランジ１４は、それぞれ、天板１１の反対側で縦壁１３に接続されている。各フランジ１４は、稜線部１５を介して縦壁１３に接続されている。各稜線部１５は、縦壁１３の第１部分１３１及び第２部分１３２に沿って延在している。各稜線部１５は、例えば、構造部材１０の横断面視で実質的に円弧状を有する。

【0034】

各フランジ１４は、縦壁１３から構造部材１０の外側に張り出している。より詳細には、各フランジ１４は、縦壁１３の第１部分１３１から構造部材１０の幅方向において外側に張り出している。各フランジ１４は、縦壁１３の第１部分１３１に沿って構造部材１０の長手方向に延在し、縦壁１３の第２部分１３２に接続されている。

【0035】

［構造部材の製造方法］
以下、構造部材１０の製造方法について、図３Ａ～図３Ｈを参照しつつ説明する。図３Ａ～図３Ｈは、構造部材１０の製造方法を説明するための模式図である。構造部材１０の製造方法は、素材Ｍを準備する工程と、素材Ｍを加熱する工程と、加熱された素材Ｍを構造部材１０に成形する工程とを備える。構造部材１０は、熱間成形（ホットスタンピング）によって製造される。

【0036】

（準備工程）
図３Ａを参照して、準備工程では、金属板からなる素材Ｍを準備する。素材Ｍは、鋼板で構成されてもよい。素材Ｍは、例えば、構造部材１０（図１及び図２）を展開した形状のブランクである。このようなブランクは、目的の形状の型を用い、金属帯（コイル）に打ち抜き加工を施して形成することができる。あるいは、レーザによるくり抜き加工をコイルに施すことにより、ブランクが形成されてもよい。

【0037】

（加熱工程）
加熱工程は、準備された素材Ｍを加熱する工程である。加熱工程において、素材Ｍは、ホットスタンピングに適した温度に加熱される。素材Ｍは、例えば公知の加熱炉によって加熱される。

【0038】

（成形工程）
加熱された素材Ｍは、図３Ｂ～図３Ｄに示す金型２０に搬送される。成形工程では、金型２０を用い、加熱された素材Ｍを構造部材１０（図１及び図２）に成形する。まず、図３Ｂ～図３Ｄを参照して、金型２０の構成について説明する。図３Ｂは、金型２０の斜視図である。図３Ｃは、金型２０の横断面図（ＩＩＩＣ－ＩＩＩＣ断面図）である。図３Ｄは、金型２０の縦断面図（ＩＩＩＤ－ＩＩＩＤ断面図）である。

【0039】

図３Ｂを参照して、金型２０は、下型２１と、２つの上型２２と、パッド２３とを含む。下型２１は、パンチであり、上型２２は、下型２１に対応するダイである。成形工程を開始するに際し、下型２１は、上型２２及びパッド２３に対向して配置される。下型２１は、例えば、上型２２及びパッド２３の下方に配置される。下型２１、上型２２、及びパッド２３は、例えば、公知のプレス機（図示略）に取り付けられる。

【0040】

図３Ｂ及び図３Ｃを参照して、下型２１は、頂面２１１と、２つの肩部２１２と、２つの側面２１３と、２つのフランジ面２１４とを含む。

【0041】

頂面２１１は、パッド２３に対向する上向きの面である。頂面２１１は、構造部材１０の天板１１（図１及び図２）を成形するための面である。そのため、頂面２１１は、天板１１に対応する形状を有する。頂面２１１は、天板１１に対応し、下型２１の平面視で実質的にＴ字形状を有している。

【0042】

頂面２１１は、頂面本体２１１Ａと、２つの張出部２１１Ｂとを含む。頂面本体２１１Ａは、構造部材１０の天板本体１１１（図１及び図２）に対応して、下型２１の平面視で長尺形状を有している。以下、頂面本体２１１Ａが延びる方向を金型２０の長手方向といい、金型２０の平面視で長手方向に対して実質的に垂直な方向を金型２０の幅方向という。また、長手方向及び幅方向に実質的に垂直な方向を金型２０の高さ方向という。金型２０の長手方向、幅方向、及び高さ方向は、それぞれ構造部材１０の長手方向、幅方向、及び高さ方向と一致する。

【0043】

頂面本体２１１Ａは、２つの側縁２１１ａを含む。これらの側縁２１１ａは、頂面本体２１１Ａの長手方向に延びる側縁である。側縁２１１ａの各々には、張出部２１１Ｂが隣接して設けられている。

【0044】

張出部２１１Ｂは、それぞれ、構造部材１０の天板１１の張出部１１２（図１及び図２）に対応し、頂面本体２１１Ａの側縁２１１ａから外側に張り出している。張出部２１１Ｂは、頂面本体２１１Ａの長手方向の一端部に設けられている。張出部２１１Ｂは、例えば、頂面本体２１１Ａと実質的に又は概ね同一平面上に位置する。

【0045】

肩部２１２は、それぞれ、頂面本体２１１Ａの側縁２１１ａに連続する。各肩部２１２は、頂面２１１の張出部２１１Ｂにも連続している。各肩部２１２は、構造部材１０の稜線部１２（図１及び図２）に対応し、頂面本体２１１Ａから張出部２１１Ｂにわたって延在している。

【0046】

図３Ｃ及び図３Ｄを参照して、側面２１３は、構造部材１０の縦壁１３の第１部分１３１及び第２部分１３２（図１及び図２）に対応し、第１部分２１３Ａ及び第２部分２１３Ｂを含んでいる。第１部分２１３Ａは、肩部２１２を介して頂面本体２１１Ａの側縁２１１ａに接続され、金型２０の長手方向に延在している。第２部分２１３Ｂは、肩部２１２を介して頂面２１１の張出部２１１Ｂに接続されている。第２部分２１３Ｂは、頂面２１１の張出部２１１Ｂからフランジ面２１４まで、下型２１の高さ方向に延びている。

【0047】

フランジ面２１４は、それぞれ、頂面２１１の反対側で側面２１３に接続されている。各フランジ面２１４は、構造部材１０のフランジ１４に対応して、側面２１３から下型２１の外側に張り出している。より詳細には、各フランジ面２１４は、側面２１３の第１部分２１３Ａから金型２０の幅方向において外側に張り出している。各フランジ面２１４は、側面２１３の第１部分２１３Ａに沿って金型２０の長手方向に延在し、側面２１３の第２部分２１３Ｂに接続されている。

【0048】

引き続き図３Ｃ及び図３Ｄを参照して、２つの上型２２は、例えば、プレス機（図示略）において昇降可能なスライドに取り付けられる。上型２２は、それぞれ成形面２２１を含んでいる。成形面２２１は、下型２１の肩部２１２、側面２１３、及びフランジ面２１４に対応する形状を有する。２つの上型２２の間には、パッド２３が配置される。すなわち、パッド２３の両側方に上型２２が配置されている。これらの上型２２は、別体であってもよいが、一体的に形成されていてもよい。

【0049】

パッド２３は、例えば、伸縮可能な弾性部材２４を介し、プレス機（図示略）のスライドに接続される。パッド２３は、下型２１の頂面本体２１１Ａに対向する。パッド２３は、下型２１の頂面２１１の張出部２１１Ｂには対向しない。すなわち、下型２１の肩部２１２のうち張出部２１１Ｂに連続している部分よりも、金型２０の幅方向において内側にパッド２３が配置される。パッド２３は、例えば、金型２０の平面視で実質的にＩ字形状を有する。

【0050】

成形工程では、このように構成された金型２０を用い、素材Ｍを構造部材１０（図１及び図２）に成形する。成形工程では、下型２１の頂面本体２１１Ａとパッド２３とで素材Ｍを挟持する一方、下型２１の頂面２１１に設けられた張出部２１１Ｂと上型２２及びパッド２３とでは実質的に素材Ｍを挟持しない状態で、上型２２と下型２１とを相対的に接近させて、上型２２と、下型２１の肩部２１２、側面２１３、及びフランジ面２１４とで素材Ｍをプレスする。以下、成形工程についてより詳細に説明する。

【0051】

図３Ｃ及び図３Ｄに示すように、成形工程を開始する際、プレス機（図示略）のスライドに取り付けられた上型２２及びパッド２３は、上死点に位置する。この状態で、加熱工程において加熱された素材Ｍを下型２１の頂面２１１上に載置する。その後、プレス機のスライドとともに上型２２及びパッド２３を下型２１に向かって下降させ、上型２２及びパッド２３を下型２１に対して接近させる。

【0052】

上型２２及びパッド２３を下型２１に対して接近させると、図３Ｅに示すように、まず、下型２１上の素材Ｍがパッド２３によって押さえられる。より具体的には、素材Ｍのうち下型２１の頂面本体２１１Ａ上に位置する部分が、下型２１とパッド２３とによって挟持される。一方、素材Ｍのうち下型２１の頂面２１１の張出部２１１Ｂ上に位置する部分は、下型２１とパッド２３とによって挟持されない。

【0053】

図３Ｆは、素材Ｍ（図３Ｅ）のうちパッド２３によって拘束される部分をより詳細に説明するための模式図である。図３Ｆに示すように、下型２１において、各肩部２１２は、主として頂面本体２１１Ａに対応する部分と張出部２１１Ｂに対応する部分との間にコーナー部２１２Ａを有する。下型２１は、プレス方向に沿って見てコーナー部２１２Ａに隣接する領域Ａを含んでいる。領域Ａは、図３Ｆにおいてハッチングで示すように、コーナー部２１２Ａから頂面２１１の内側へ素材Ｍ（図３Ｅ）の板厚の１０倍までの領域である。パッド２３は、プレス方向（高さ方向）に沿って見たとき、領域Ａの少なくとも一部と重なるように配置される。すなわち、素材Ｍのうち、コーナー部２１２Ａに隣接する領域Ａとプレス方向に対向している範囲の少なくとも一部は、パッド２３によって押さえられる。一方、素材Ｍのうち、コーナー部２１２Ａに隣接する領域Ａよりも下型２１の幅方向において外側に位置する部分は、パッド２３によって押さえられない。すなわち、パッド２３は、成形工程において、素材Ｍのうち、コーナー部２１２Ａの張出部２１１Ｂ側の端よりも幅方向で外側に位置する部分を拘束しない。

【0054】

図３Ｅに戻り、下型２１の頂面本体２１１Ａとパッド２３とで素材Ｍを挟持する一方、下型２１の頂面２１１の張出部２１１Ｂとパッド２３とで素材Ｍを挟持しない状態のまま、プレス機（図示略）のスライドをさらに下降させる。これにより、パッド２３をスライドに接続する弾性部材２４が縮み、上型２２がパッド２３に対して相対的に下降する。その結果、上型２２が下型２１にさらに接近し、上型２２及び下型２１による素材Ｍのプレス成形が開始される。図３Ｇに示すように、素材Ｍのうち下型２１の頂面２１１の張出部２１１Ｂに位置する部分は、成形途中において張出部２１１Ｂから若干離れた状態となる。

【0055】

図３Ｈに示すように、上型２２を下死点まで到達させると、上型２２と下型２１とが完全に素材Ｍをプレスし、構造部材１０が成形される。構造部材１０は、金型２０との接触によって抜熱（焼入れ）され、高強度化される。

【0056】

図４を参照して、成形工程後の構造部材１０において、各縦壁１３の第２部分１３２の端縁１３２ａは、変形領域Ｒ１を含む。変形領域Ｒ１は、天板１１の張出部１１２の端縁１１２ａと縦壁１３の第２部分１３２の端縁１３２ａとを接続する稜線部１２の端縁１２ａのＲ止まり（縦壁１３側）から、縦壁１３の第２部分１３２の端縁１３２ａとフランジ１４の端縁１４ａとを接続する稜線部１５の端縁１５ａのＲ止まり（縦壁１３側）までの範囲内にある。

【0057】

変形領域Ｒ１は、その全体にわたり、以下の式（１）を満たす板厚減少率Ｔ［％］を有する。
０．９×Ｔｍａｘ≦Ｔ≦Ｔｍａｘ （１）

【0058】

上記式（１）のＴｍａｘ［％］は、各縦壁１３の第２部分１３２の端縁１３２ａにおける板厚減少率Ｔの最大値である。板厚減少率Ｔは、天板本体１１１の板厚を基準とする板厚減少率である。天板本体１１１の板厚をｔ０、各縦壁１３の端縁１３２ａにおいて任意で選択した位置の板厚をｔ１としたとき、当該位置の板厚減少率Ｔ［％］は、（ｔ０－ｔ１）／ｔ０×１００によって得ることができる。天板本体１１１の板厚ｔ０は、天板本体１１１のうち、成形による歪みが実質的に生じていない部分の板厚である。すなわち、板厚ｔ０は、成形前の素材Ｍの板厚と実質的に等しい。板厚ｔ０は、天板本体１１１の中央部分であり、且つ平坦な形状を有する部分で測定される。板厚ｔ０は、例えば、稜線部１２や天板本体１１１の長手方向の端部から５ｍｍ以上離れた位置で測定された天板本体１１１の板厚である。天板本体１１１に段差や隆起部、貫通孔が設けられている場合は、稜線部１２及び天板本体１１１の長手方向の端部だけでなく、段差、隆起部、及び貫通孔からも５ｍｍ以上離れた位置で測定された天板本体１１１の板厚を板厚ｔ０とする。

【0059】

各縦壁１３の第２部分１３２の端縁１３２ａにおいて、変形領域Ｒ１の長さは、天板本体１１１の板厚ｔ０の２．０倍以上となっている。変形領域Ｒ１の長さは、好ましくは天板本体１１１の板厚ｔ０の２．５倍以上である。変形領域Ｒ１の長さは、天板本体１１１の板厚ｔ０の６．０倍以下であってもよい。

【0060】

構造部材１０は、３２５Ｈｖ以上のビッカース硬さを有することができる。構造部材１０のビッカース硬さＨＶは、天板１１のビッカース硬さで評価することができる。例えば、市販の測定器（全自動ビッカース硬さ試験機 ＨＶ‐１００，株式会社ミツトヨ製）を用い、ＪＩＳ Ｚ ２２４４：２００９に準拠したビッカース硬さ試験を実施して、天板１１において任意の５箇所のビッカース硬さ［Ｈｖ］を測定する。この５箇所のビッカース硬さの平均値を構造部材１０のビッカース硬さＨＶとすることができる。天板１１のビッカース硬さは、例えば、試験力を２９４．２Ｎ（ＨＶ３０の数値）とし、試験力の保持時間を１５ｓとして測定される。

【0061】

［効果］
本実施形態では、下型２１と、上型２２と、パッド２３とを含む金型２０を用いて素材Ｍから構造部材１０を成形する。成形工程では、素材Ｍのうち下型２１の頂面本体２１１Ａに位置する部分をパッド２３で押さえる一方、素材Ｍのうち下型２１の張出部２１１Ｂに位置する部分をパッド２３で押さえない状態で、上型２２及び下型２１によって加熱された素材Ｍをプレスする。この場合、素材Ｍのうち下型２１の張出部２１１Ｂに位置する部分、つまり構造部材１０の天板１１の張出部１１２となる部分が金型２０によって拘束されない。素材Ｍのうち天板１１の張出部１１２となる部分は、成形中、金型２０から離れた状態となる。そのため、成形過程において、天板１１の張出部１１２が冷却されにくくなり、張出部１１２において材料の流動を生じさせることができる。材料は、天板１１の張出部１１２から縦壁１３の第２部分１３２に向かい、構造部材１０の高さ方向に流動する。これにより、構造部材１０における割れの発生を抑制することができる。特に、縦壁１３のうち、天板１１の張出部１１２に連続する第２部分１３２の端縁１３２ａや、縦壁１３の第２部分１３２とフランジ１４との接続部分において割れが発生するのを抑制することができる。

【0062】

例えば、成形工程において縦壁の端縁で割れが発生する場合、その対策として余肉を付与したブランク材を用いて、製品外の形状を緩和して成形品を製造する。この場合、成形工程後にトリム工程を実施し、成形品の外周部をレーザ切断して製品形状とする必要がある。これに対して、本実施形態では、天板１１の張出部１１２を金型２０によって拘束しないことにより、成形工程において縦壁１３の端縁での割れが発生するのを抑制することができる。そのため、成形工程後のトリム工程が不要となる。トリム工程が不要である場合、トリム工程を行う場合と比較して、成形工程に投入する素材Ｍの量を減少させることができる。よって、構造部材１０の製造における歩留まりを向上させることができる。また、素材Ｍの投入量が減少し、トリム工程が行われないことにより、構造部材１０の製造における輸送量や電力量等が低減されるため、温室効果ガスの排出量を低減することもできる。

【0063】

上述したように、本実施形態の製造方法で構造部材１０を製造する場合、成形工程後に構造部材１０の外周部をレーザ切断する必要がない。よって、完成した構造部材１０の端縁は、レーザ切断を行うトリム工程を経て完成した構造部材の端縁と比較して滑らかになる。

【0064】

成形工程（ホットスタンピング）後に構造部材のレーザ切断を行った場合において、レーザ切断によって生じた端縁部（レーザ切断面）の算術平均粗さＲａを計測したところ、レーザ切断面の算術平均粗さＲａは、最小でも４．２０μｍであった。その他の自動車部品においても、レーザ切断によって生じた端縁部（レーザ切断面）の算術平均粗さＲａを計測したところ、レーザ切断面の算術平均粗さＲａは、３．００μｍを超えていた。

【0065】

これに対して、本実施形態では、成形工程後の構造部材１０において、縦壁１３の第２部分１３２の端縁１３２ａ、及び縦壁１３を天板１１に接続する稜線部１２の端縁１２ａにはレーザ切断が施されていない。そのため、端縁１３２ａ，１２ａにおける算術平均粗さＲａは、成形工程後にレーザ切断した面の算術平均粗さＲａよりも有意に小さくなる。より具体的には、構造部材１０において、縦壁１３の第２部分１３２の端縁１３２ａにおける算術平均粗さＲａは、３．００μｍ以下となる。同様に、稜線部１２の端縁１２ａにおける算術平均粗さＲａは、３．００μｍ以下となる。

【0066】

図５を参照して、縦壁１３の第２部分１３２の端縁１３２ａ、及び稜線部１２の端縁１２ａにおける算術平均粗さＲａは、市販の表面粗さ測定器を用いて測定することができる。より具体的には、表面粗さ測定器（レーザーマイクロスコープ，株式会社キーエンス製）を用い、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２０１３に準拠して、縦壁１３の端縁１３２ａ及び稜線部１２の端縁１２ａで構成される領域（図５の太線領域）において、板表面から０．１ｍｍの位置での粗さ曲線を作成し、粗さ曲線の評価長さを１２．５ｍｍ、基準長さを２．５ｍｍとして算術平均粗さＲａを求めることができる。同様に、上記表面粗さ測定器を用い、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２０１３に準拠して、縦壁１３の端縁１３２ａ及び稜線部１２の端縁１２ａで構成される領域において、板厚中心及び板裏面から０．１ｍｍの位置での粗さ曲線を作成し、粗さ曲線の評価長さを１２．５ｍｍ、基準長さを２．５ｍｍとして算術平均粗さＲａを求めることができる。得られた算術平均粗さＲａは、いずれも３．００μｍ以下となる。

【0067】

本実施形態に係る構造部材１０において、縦壁１３の第２部分１３２は、上記式（１）を満たす変形領域Ｒ１を端縁１３２ａに有する。変形領域Ｒ１の長さは、天板本体１１１の板厚ｔ０の２．０倍以上となっている。これは、各縦壁１３において第２部分１３２の端縁１３２ａの板厚分布が均一化されていることを意味している。この場合、構造部材１０の使用時において、各縦壁１３の第２部分１３２の端縁１３２ａでの板厚減少部への応力集中が起こりにくくなり、端縁１３２ａにおいて割れが生じるのを抑制することができる。すなわち、構造部材１０に優れた耐久性能を持たせることができる。

【0068】

本実施形態に係る構造部材１０では、縦壁１３の第２部分１３２の端縁１３２ａにおいて局所的な板厚減少が低減され、端縁１３２ａでの割れが生じにくくなっている。そのため、例えばスポット溶接によって構造部材１０と他の部材とを接合する際に、縦壁１３の端縁１３２ａの近傍にスポット溶接の打点を形成することができる。これにより、構造部材１０を他の部材と強固に接合することができ、構造部材１０と他の部材との間の荷重伝達能を向上させることができる。

【0069】

本実施形態に係る製造方法によれば、素材Ｍを構造部材１０に成形する際、縦壁１３の第２部分１３２及びその近傍において割れが発生するのを抑制することができる。そのため、構造部材１０の材料として、高強度材を採用することができる。例えば、ホットスタンピング後の引張強度が１０００ＭＰａ以上、又は２０００ＭＰａ以上となる鋼板によって構造部材１０を構成することができる。高強度材で構造部材１０を構成することにより、構造部材１０の強度を確保しつつ、構造部材１０を薄肉軽量化することができる。

【0070】

一般に、ホットスタンピングによって成形された構造部材は、成形時に板厚減少が生じなかった箇所で硬く、板厚減少が生じた箇所では硬さが不足するという特徴を有する。そのため、一般的な構造部材の場合、板厚減少部に変形が集中し、変形集中の程度によっては割れが発生する可能性が考えられる。しかしながら、本実施形態に係る構造部材１０では、上述したように板厚分布が均一化されている。すなわち、構造部材１０の場合、板厚減少が分散され、局所的な硬さの低下が抑制されている。そのため、構造部材１０の使用時における変形集中を低減することができ、構造部材１０の耐久性を向上させることができる。

【0071】

本実施形態に係る構造部材１０を天板１１側から見たとき、稜線部１２のコーナー部１２１の曲率半径は、例えば１００．０ｍｍ以下であり、好ましくは５０．０ｍｍ以下、より好ましくは２５．０ｍｍ以下である。コーナー部１２１の曲率半径が小さい場合、稜線部１２に連続する縦壁１３の第１部分１３１と第２部分１３２との交差角度を、例えば略直角とすることができる。これにより、構造部材１０をスペース効率に優れたものとすることができる。すなわち、他部品との空間的な取り合いの自由度を増加させることができ、構造部材１０又は他の部品の設計上の寸法制約を低減することができる。また、構造部材１０が配置される領域が狭い場合であっても、構造部材１０の荷重伝達能を確保することができる。具体的には、狭い領域に配置された構造部材１０に対して長手方向の荷重が入力されたとき、当該荷重を縦壁１３の第２部分１３２が面で受け止めることができ、第２部分１３２からその他の部分へと荷重が伝達されやすくなる。そのため、長手方向の荷重について、構造部材１０が良好な伝達能を発揮することができる。

【0072】

＜第２実施形態＞
図６は、第２実施形態に係る構造部材１０Ａの斜視図である。本実施形態に係る構造部材１０Ａの基本的な構成は、第１実施形態に係る構造部材１０と構成と同一である。ただし、構造部材１０Ａは、天板１１の形状において、第１実施形態に係る構造部材１０と異なる。

【0073】

図６に示すように、構造部材１０Ａでは、天板本体１１１の一部が他の部分と比較して上方に隆起している。縦壁１３の高さは、天板本体１１１の形状に応じ、部分的に変化している。

【0074】

本実施形態に係る構造部材１０Ａも、第１実施形態において説明した製造方法で製造することができる。構造部材１０Ａを製造する際には、成形工程の前に、金属板（ブランク）から中間成形品を成形する予備成形工程を実施してもよい。予備成形工程では、例えば絞り加工により、金属板から中間成形品を成形する。中間成形品は、例えば、天板本体１１１の隆起部が形成されたものであってもよい。中間成形品は、天板１１の張出部１１２及び縦壁１３の第２部分１３２の形状が緩やかに付けられたものであってもよい。予備成形工程は、典型的には冷間で実施される。この場合、予備成形工程で得られた中間成形品が加熱され、加熱された中間成形品が素材として成形工程に供される。

【0075】

図７に示すように、構造部材１０Ａは、例えば、縦壁１３の第２部分１３２とフランジ１４との接続部分において切欠き１６を有していてもよい。切欠き１６は、構造部材１０Ａにおいて幅方向の一方側にのみ設けられていてもよいし、幅方向の両側に設けられていてもよい。切欠き１６は、構造部材１０Ａに成形される前の素材に対し、予め形成しておくことができる。図示を省略するが、第１実施形態に係る構造部材１０（図１及び図２）も、切欠き１６を有することができる。

【0076】

ただし、構造部材１０，１０Ａの使用時において応力集中を生じにくくするため、構造部材１０，１０Ａは切欠きを有しないことが好ましい。すなわち、天板１１の張出部１１２、縦壁１３、及びフランジ１４の端縁は、滑らかに連続していることが好ましい。この場合、応力集中の抑制に加え、自動車の衝突時における構造部材１０，１０Ａの荷重伝達能を向上させることができる。また、切欠きから構造部材１０，１０Ａ内に水が浸入するのを防止することができ、構造部材１０，１０Ａの発錆を抑制することができる。

【0077】

＜第３実施形態＞
図８は、第３実施形態に係る構造部材１０Ｂの斜視図である。本実施形態の構造部材１０Ｂは、上記実施形態に係る構造部材１０，１０Ａと異なる形状を有する。上記実施形態に係る構造部材１０，１０Ａは、例えば、フロアパネル上又はフロアパネル裏に配置されるクロスメンバや、クロスメンバの端部に設けられるクロスエクステンション等として使用することができる。一方、本実施形態に係る構造部材１０Ｂは、例えば、Ｂピラーとして使用することができる。

【0078】

図８を参照して、構造部材１０Ｂは、上記実施形態に係る構造部材１０，１０Ａと同様、天板本体１１１及び張出部１１２を含む天板１１を備えている。また、構造部材１０Ｂは、構造部材１０，１０Ａと同様、第１部分１３１及び第２部分１３２を含む縦壁１３を備える。構造部材１０Ｂにおいて、縦壁１３の第１部分１３１及び第２部分１３２は、稜線部１２，１５を介して天板１１及びフランジ１４に接続されている。フランジ１４は、縦壁１３の第１部分１３１及び第２部分１３２に対して天板１１の反対側に設けられている。

【0079】

本実施形態に係る構造部材１０Ｂも、第１実施形態において説明した製造方法で製造することができる。構造部材１０Ｂを製造する際には、図９に示すように、構造部材１０Ｂを展開した形状のブランクを素材Ｍとして準備することができる。上記実施形態で説明したように、ブランクは、金属帯（コイル）に対して型による打ち抜き加工を施すことで形成されてもよいし、レーザによるくり抜き加工を施すことで形成されてもよい。

【0080】

構造部材１０Ｂは、第１実施形態で説明した製造方法によって製造されるため、上記実施形態に係る構造部材１０，１０Ａと同様、成形工程において縦壁１３の端縁等での割れが生じにくい。そのため、構造部材１０Ｂについても、成形工程後のトリム工程は不要である。すなわち、成形工程後、構造部材１０Ｂの外周部をレーザ切断する必要はない。よって、構造部材１０Ｂにおいても、上記実施形態に係る構造部材１０，１０Ａと同様、縦壁１３の第２部分１３２の端縁、及び稜線部１２の端縁における算術平均粗さＲａは、３．００μｍ以下となる。

【0081】

構造部材１０Ｂにおいて、各縦壁１３の第２部分１３２の端縁は、上記実施形態に係る構造部材１０，１０Ａと同様の変形領域Ｒ１を有することができる。構造部材１０Ｂは、上記実施形態に係る構造部材１０，１０Ａと同様、３２５Ｈｖ以上のビッカース硬さを有することができる。

【0082】

本実施形態に係る構造部材１０Ｂにおいて、稜線部１２は、上記実施形態に係る構造部材１０，１０Ａと同様にコーナー部１２１を含んでいる。構造部材１０Ｂの平面視で、コーナー部１２１の曲率半径は、例えば２０．０ｍｍ以上、３００．０ｍｍ以下である。構造部材１０Ｂの平面視におけるコーナー部１２１の曲率半径は、１５．０ｍｍ以上、２００．０ｍｍ以下であることが好ましく、１５．０ｍｍ以上、１００．０ｍｍ以下であることがより好ましい。コーナー部１２１の曲率半径が小さい場合、他の実施形態に係る構造部材１０，１０Ａと同様の効果を奏することができる。すなわち、稜線部１２に連続する縦壁１３の第１部分１３１と第２部分１３２との交差角度を直角又は直角に近い角度とすることができるため、狭い領域に構造部材１０Ｂを配置することが可能となる。よって、他部品との空間的な配置の関係で構造部材１０Ｂの寸法が制約されることが少なくなる。また、構造部材１０Ｂに対して長手方向の荷重が入力されたとき、当該荷重を縦壁１３の第２部分１３２が面で受け止めることができるため、長手方向の荷重について、構造部材１０Ｂが良好な伝達能を発揮することができる。

【0083】

＜第４実施形態＞
図１０は、本実施形態に係る製造方法で使用される金型２０Ａの斜視図である。図１１は、金型２０Ａの横断面図（ＸＩ－ＸＩ断面図）である。金型２０Ａは、下型２１の構成においてのみ、第１実施形態において説明した金型２０と異なる。上記実施形態に係る構造部材１０，１０Ａ，１０Ｂは、金型２０Ａを用いて成形することもできる。

【0084】

図１０を参照して、下型２１は、第１下型２１５と、第２下型２１６とを含む。第１下型２１５及び第２下型２１６は、別体であり、独立して動作することができる。第２下型２１６は、頂面２１１の張出部２１１Ｂを含んでいる。第２下型２１６は、側面２１３の第２部分２１３Ｂも含んでいる。第２下型２１６は、第１下型２１５に隣接して配置されている。

【0085】

図１１を参照して、第１下型２１５は、クッション機構２５によって昇降可能に構成されている。クッション機構２５は、公知のプレス機（図示略）において一般に使用されるものでよく、例えば、ダイクッションやクッションピン等を含んでいる。

【0086】

金型２０Ａの動作は、上記実施形態における金型２０と同様である。ただし、金型２０Ａにおいて、第１下型２１５と第２下型２１６との間には予め段差が生じている。より具体的には、第１下型２１５は、クッション機構２５に支持され、成形工程開始前において第２下型２１６よりもわずかに上方に位置づけられている。そのため、上型２２を第１下型２１５及びと第２下型２１６に向かって下降させたとき、第１下型２１５が第２下型２１６に先行して上型２２との間で素材Ｍをプレスする。上型２２と第１下型２１５とによって素材Ｍがプレスされた時点では、第２下型２１６は素材Ｍをプレスしない。

【0087】

第１下型２１５とともに素材Ｍを挟持した状態の上型２２を第２下型２１６に対してさらに接近させると、上型２２により、クッション機構２５で支持された第１下型２１５が押し下げられる。これにより、第１下型２１５と第２下型２１６との間の段差が徐々に小さくなる。上型２２が下死点に到達したとき、第１下型２１５と第２下型２１６との間の段差は消失し、第１下型２１５に加え、第２下型２１６と上型２２の間でも素材Ｍがプレスされる。

【0088】

本実施形態では、第１下型２１５と第２下型２１６との間に予め段差を生じさせているため、上記実施形態に係る構造部材１０，１０Ａ，１０Ｂを成形する際、頂面２１１の張出部２１１Ｂを含む第２下型２１６よりも先に第１下型２１５が素材Ｍに接触する。この場合、素材Ｍのうち下型２１の頂面２１１の張出部２１１Ｂに対応する部分、すなわち構造部材１０，１０Ａ，１０Ｂの天板１１の張出部１１２となる部分及びその近傍がより拘束されにくくなり、天板１１の張出部１１２から縦壁１３の第２部分１３２への材料の流動をより促進させることができる。そのため、縦壁１３のうち高さ方向に延びる第２部分１３２の端縁や、縦壁１３とフランジ１４との接続部分における割れの発生をさらに抑制することができる。

【0089】

以上、本開示に係る実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

【0090】

例えば、上記第１～第３実施形態では、構造部材１０，１０Ａ，１０Ｂの長手方向の一端部にのみ、天板１１の張出部１１２が設けられている。しかしながら、張出部１１２は、構造部材１０，１０Ａ，１０Ｂの長手方向の両端部に設けられていてもよい。この場合も、各張出部１１２をパッド２３で押さえることなく、構造部材１０，１０Ａ，１０Ｂのホットスタンピングが行われる。

【0091】

構造部材１０，１０Ａ，１０Ｂの長手方向の両端部に天板１１の張出部１１２を設けた場合、成形工程後に構造部材１０，１０Ａ，１０Ｂを二分割することもできる。これにより、長手方向の一端部にのみ張出部１１２を有する構造部材１０、構造部材１０Ａ、又は構造部材１０Ｂを一度の成形工程で２つ製造することができる。

【0092】

上記実施形態では、プレス機に金型２０又は金型２０Ａを取り付けた状態で、上型２２が下型２１の上方に配置される。また、素材Ｍを構造部材１０，１０Ａ，１０Ｂに成形する際には、下型２１に向かって上型２２を移動させることで、上型２２と下型２１とを接近させている。しかしながら、上記実施形態とは逆に、上型２２が下型２１の下方に配置されてもよい。また、上型２２に向かって下型２１を移動させることで、上型２２を下型２１に対して相対的に接近させてもよい。

【0093】

上記実施形態では、金型２０又は金型２０Ａの幅方向におけるパッド２３の長さ（幅）が実質的に一定となっている。しかしながら、パッド２３の幅は、必ずしもその全体にわたって一定である必要はない。例えば図１２に示すように、パッド２３の幅が下型２１の張出部２１１Ｂ側で広がっていてもよい。ただし、この場合も、パッド２３は、下型２１においてコーナー部２１２Ａに隣接する領域Ａよりも幅方向外側では、素材を押さえることがないように構成される。

【実施例】

【0094】

以下、実施例によって本開示をさらに詳しく説明する。ただし、本開示は、以下の実施例に限定されるものではない。

【0095】

［第１実施例］
本開示による効果を確認するため、第１実施形態に係る構造部材１０（図１及び図２）のプレス成形について、市販のソフトウェア（プレス成形シミュレーションシステムＪＳＴＡＭＰ ｖｅｒ２．１８，株式会社ＪＳＯＬ製、及び ＬＳ－ＤＹＮＡ ｖｅｒ９７１ ｒｅｖ７．１２，ＡＮＳＹＳ社製）を使用してＣＡＥ解析を実施した。解析の条件及び結果を表１に示す。

【0096】

【表1】

【0097】

表１において、クッション設定が「無し」である実施例は、第１実施形態の金型２０（図３Ｂ～図３Ｇ）を用いて構造部材１０（図１及び図２）を成形したものである。一方、クッション設定が「有り」である実施例は、第４実施形態の金型２０Ａ（図１０及び図１１）を用いて構造部材１０（図１及び図２）を成形したものである。クッションストローク（クッションＳｔ．）は、クッション機構２５による第１下型２１５の下降距離であり、第１下型２１５と第２下型２１６との段差の大きさと等しい。比較例は、金型２０とパッドの形状のみが異なる金型を用いて構造部材１０を成形したものである。金型２０におけるパッド２３が平面視でＩ字形状を有し、構造部材１０の天板１１の張出部１１２を押圧しないように構成されているのに対し、比較例で用いられたパッドは、平面視でＴ字形状を有し、天板１１のほぼ全面を押圧するように構成されている。すなわち、比較例では、天板本体１１１だけでなく、張出部１１２をパッドで押さえた状態で、構造部材１０の成形が行われている。

【0098】

表１に示すように、平面視でＴ字形状のパッドを用い、天板１１の張出部１１２をパッドで押さえながら構造部材１０を成形した比較例１～４では、縦壁１３のうち構造部材１０の高さ方向に延びる第２部分１３２で割れが発生した。一方、平面視でＩ字形状のパッド２３を用い、天板１１の張出部１１２をパッド２３で押さえずに構造部材１０を成形した実施例１～１１では、構造部材１０に割れが発生しなかった。

【0099】

実施例１～１１では、比較例１～４と比べて、縦壁１３の第２部分１３２の端縁１３２ａの最大板厚減少率が有意に小さい。実施例１～１１の最大板厚減少率は、２０％未満となった。また、実施例１～１１では、上記式（１）を満たす変形領域Ｒ１の長さが素材の板厚ｔの２．０倍以上確保されていた。この結果より、平面視でＩ字形状のパッド２３を用い、天板１１の張出部１１２をパッド２３で押さえずに構造部材１０を成形すれば、縦壁１３の第２部分１３２の端縁１３２ａにおける板厚減少を抑制して割れを回避することができ、且つ、端縁１３２ａの板厚分布を均一化できるといえる。

【0100】

図１３は、縦壁１３の第２部分１３２の端縁１３２ａにおいて、稜線部１２の端縁１２ａ側のＲ止まりからの距離と、板厚減少率Ｔとの関係を示すグラフである。図１３に示すように、実施例１～４では、比較例１と比べて板厚減少率Ｔの変化が緩やかである。また、図１３より、実施例１～４の最大板厚減少率は、比較例１の最大板厚減少率よりも顕著に小さいことがわかる。すなわち、実施例１～４では、縦壁１３の第２部分１３２の端縁１３２ａにおける板厚減少が抑制され、且つ、端縁１３２ａの板厚分布が均一化されていることがわかる。

【0101】

本解析では、実施例及び比較例のそれぞれについて、上記第１実施形態で説明した方法により、構造部材１０のビッカース硬さＨＶを測定した。ビッカース硬さＨＶは、天板１１のうち張出部１１２側のエッジから内側に５ｍｍの位置で、幅方向の中心点、幅方向の両端から５ｍｍの点、及びそれらの中間点の５箇所を測定して得られたビッカース硬さ［Ｈｖ］の平均値とした。表１に示すように、構造部材１０はホットスタンピングによって成形されたものであるため、実施例及び比較例のいずれにおいても、構造部材１０のビッカース硬さが３２５Ｈｖ以上となった。

【0102】

また、本解析では、実施例１及び比較例１のそれぞれについて、板厚減少率が最大となった部分（最大板厚減少部）及び板厚減少が生じなかった部分（通常部）のビッカース硬さを測定した。実施例１に関しては、最大板厚減少部のビッカース硬さが３６０Ｈｖであり、通常部のビッカース硬さが４１０Ｈｖであった。一方、比較例１に関しては、最大板厚減少部のビッカース硬さが３０６Ｈｖであり、通常部のビッカース硬さが４１４Ｈｖであった。この結果より、本開示に係る製造方法によって構造部材１０を成形した場合、板厚減少の分散によって局所的な硬さの低下が抑制されるといえる。このため、衝突による構造部材１０の変形時において、変形の集中が抑制されるという効果が見込まれる。よって、本開示に係る製造方法によって成形した構造部材１０は、耐衝突性能に優れると想定される。

【0103】

［第２実施例］
上記実施例５について、構造部材１０の重量（ｋｇ）をプレス成形の素材としてのブランクを切り出す前の金属帯（コイル）の重量（ｋｇ）で除し、歩留まりを計算した。参考例として、パンチ、ダイ、及びブランクホルダを含む金型を用いた絞り成形によって構造部材１０を成形する場合について、上記と同様のＣＡＥ解析を実施し、歩留まりを計算した。また、実施例５及び参考例について、部品のＬＣＡ（Ｌｉｆｅ Ｃｙｃｌｅ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ：ライフサイクルでの評価）ツール（ＷＡＳ：Ｗｏｒｌｄ Ｓｔｅｅｌ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎの自動車分科会提唱のライフサイクル温室効果ガスの排出量の解析ができるツールであり、ＷＡＳのホームページ（https://www.worldautosteel.org/life-cycle-thinking/case-studies/comparing-material-usage-in-production-vehicle-efficient-designs/）からダウンロードした、エクセル形式の解析用のソフトウェア）を使用し、構造部材１０の製造時における温室効果ガスの排出量（ＣＯ_２－ｅｑ）を計算した。計算結果を表２に示す。

【0104】

【表2】

【0105】

絞り成形によって構造部材１０を成形した参考例では、構造部材１０に割れは発生しなかったものの、実施例５と比較して歩留まりが大きく低下した。これは、絞り成形ではブランクホルダとダイとで掴むための余肉がブランクに必要であり、ブランクが切り出されるコイルも大きくなるためである。参考例では、絞り成形後に成形品の余肉をレーザ切断し、構造部材１０の形状に整えている。よって、構造部材１０の重量に対してブランク及びコイルの重量が大きく、歩留まりが５８％と低くなった。

【0106】

一方、平面視でＩ字形状のパッド２３を含む金型２０を用い、パッド曲げ成形を行った実施例５では、高い歩留まりを確保することができた。実施例５では、ブランクホルダとダイとで掴むためのブランクの余肉が不要であり、構造部材１０に割れも発生しないため、パッド曲げ成形後にレーザ切断を行う必要がない。そのため、コイルから切り出すブランクを構造部材１０の展開形状とすることができ、参考例と比較してコイルの寸法を小さくすることができた。実施例５では、構造部材１０の重量に対してブランク及びコイルの重量が小さく、歩留まりが８２％と高くなった。

【0107】

実施例５では、参考例と比較してコイルの重量が小さく、レーザ切断を行う必要もない。そのため、実施例５では、構造部材１０の製造時における温室効果ガスの排出量も、参考例と比べて低減することができた。

【0108】

実施例５及び参考例１について、上記第１実施形態で説明した方法により、縦壁１３の端縁１３２ａの算術平均粗さＲａを算出した。本実施例では、縦壁１３の端縁１３２ａの中心から高さ方向に±６．２５ｍｍの範囲において算術平均粗さＲａを算出した。表２に示すように、成形後にレーザ切断を行わなかった実施例５では、算術平均粗さＲａが最小で１．９１μｍであり、最大でも２．１０μｍであった。一方、成形後にレーザ切断を行った参考例では、算術平均粗さＲａは最小でも４．２７μｍであった。したがって、ホットスタンピング後に縦壁１３の端縁１３２ａにレーザ切断を施さない場合、縦壁１３の端縁１３２ａの算術平均粗さＲａが３．００μｍ以下となることが確認された。

【0109】

［第３実施例］
第３実施形態に係る構造部材１０Ｂ（図８）のプレス成形について、第１実施例と同じソフトウェアを使用し、第１実施例と同様のＣＡＥ解析を実施した。解析の条件及び結果を表３に示す。

【0110】

【表3】

【0111】

表３に示すように、平面視でＴ字形状のパッドを用い、天板１１の全面（天板本体１１１及び張出部１１２）をパッドで押さえながら構造部材１０Ｂを成形した比較例５では、縦壁１３のうち構造部材１０の高さ方向に延びる第２部分１３２で割れが発生した。一方、平面視でＩ字形状のパッド２３を用い、天板１１の張出部１１２をパッド２３で押さえずに構造部材１０Ｂを成形した実施例１２では、構造部材１０Ｂに割れが発生しなかった。

【0112】

また、実施例１２では、比較例５と比べて、縦壁１３の第２部分１３２の端縁の最大板厚減少率が有意に小さく、且つ、上記式（１）を満たす変形領域Ｒ１の長さが素材の板厚ｔの２．０倍以上確保されている。すなわち、構造部材１０Ｂを成形した実施例１２においても、構造部材１０を成形した上記実施例１～１１と同様、縦壁１３の第２部分１３２の端縁における板厚減少を抑制することができ、且つ、当該端縁の板厚分布を均一化することができた。

【0113】

実施例１２及び比較例５のそれぞれについて、第１実施例と同様の方法により、構造部材１０Ｂのビッカース硬さＨＶを測定した。また、実施例１２及び比較例５のそれぞれについて、第２実施例と同様の方法により、縦壁１３の端縁１３２ａの算術平均粗さＲａを算出した。

【0114】

表３に示すように、構造部材１０Ｂはホットスタンピングによって成形されたものであるため、実施例１２及び比較例５のいずれにおいても、構造部材１０Ｂのビッカース硬さが３２５Ｈｖ以上となった。実施例１２の算術平均粗さＲａは、最小で２．８７μｍであり、最大でも３．００μｍを超えなかった。比較例５の算術平均粗さＲａは、最小で６．４１μｍであった。

【0115】

［第４実施例］
第１実施形態に係る構造部材１０（図１及び図２）のプレス成形について、パッド２３によって素材を押さえる範囲を変更しながら、第１実施例と同様のＣＡＥ解析を実施した。解析の条件及び結果を図１４及び表４に示す。

【0116】

【表4】

【0117】

図１４を参照して、実施例１３及び１４では、成形工程の間、下型２１の肩部２１２のコーナー部２１２Ａに隣接する領域Ａの少なくとも一部において、パッド２３が素材を押さえていた。実施例１３及び１４において、領域Ａよりも下型２１の幅方向の外側では、パッド２３によって素材が押さえられなかった。一方、比較例６では、下型２１の長手方向において領域Ａの手前側にパッド２３が配置され、成形工程の間、領域Ａに位置する素材をパッド２３が押さえることがなかった。比較例７では、下型２１の幅方向において領域Ａよりも外側までパッド２３が配置され、成形工程の間、領域Ａに加え、領域Ａの幅方向外側でもパッド２３が素材を押さえていた。

【0118】

表４に示すように、実施例１３及び１４では、割れ及びしわを発生させることなく構造部材１０を成形することができた。実施例１３及び１４では、ネッキング等の成形不良も生じなかった。これに対して、比較例７では、構造部材１０の成形中に割れが発生した。比較例６では、割れやネッキングは発生しなかったものの、構造部材１０にしわが発生した。

【0119】

したがって、下型２１のコーナー部２１２Ａに隣接する領域Ａの少なくとも一部においてパッド２３で素材を押さえる一方、下型２１の幅方向において領域Ａよりも外側ではパッド２３で素材を押さえないようにすることで、構造部材１０の成形性が向上することが確認された。

【符号の説明】

【0120】

１０，１０Ａ，１０Ｂ：構造部材
１１：天板
１１１：天板本体
１１１ａ：側縁
１１２：張出部
１１２ａ：端縁
１２：稜線部
１３：縦壁
１３２ａ：端縁
１４：フランジ
２０，２０Ａ：金型
２１：下型
２１１：頂面
２１１Ａ：頂面本体
２１１ａ：側縁
２１１Ｂ：張出部
２１２：肩部
２１３：側面
２１４：フランジ面
２１５：第１下型
２１６：第２下型
２２：上型
２３：パッド
２５：クッション機構

【要約】

構造部材（１０，１０Ａ，１０Ｂ）の製造方法は、金属板からなる素材（Ｍ）を加熱する加熱工程と、金型（２０）を用い、加熱された素材（Ｍ）を構造部材（１０，１０Ａ，１０Ｂ）に成形する成形工程とを備える。金型（２０）は、下型（２１）と、パッド（２３）と、上型（２２）とを含む。下型（２１）の頂面（２１１）は、頂面本体（２１１Ａ）及び張出部（２１１Ｂ）を含む。パッド（２３）は、頂面本体（２１１Ａ）に対向する。成形工程では、頂面本体（２１１Ａ）とパッド（２３）とで素材（Ｍ）を挟持する一方、張出部（２１１Ｂ）と上型（２２）及びパッド（２３）とで素材（Ｍ）を挟持しない状態で、上型（２２）と下型（２１）とを相対的に接近させて素材（Ｍ）をプレスする。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図3E】

【図3F】

【図3G】

【図3H】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】