特許 7311830 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】2023-07-11

(45)【発行日】2023-07-20

(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 20060101AFI20230712BHJP

   B21D 22/20 20060101ALI20230712BHJP

【ＦＩ】

B21D22/26 D

B21D22/20 E

B21D22/20 H

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2023512036

(86)(22)【出願日】2022-08-30

(86)【国際出願番号】 JP2022032517

【審査請求日】2023-02-16

(31)【優先権主張番号】P 2021143894

(32)【優先日】2021-09-03

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【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

【審査官】永井 友子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－０３５０６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１７５０８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１５２１７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０５４７８５９６（ＣＮ，Ａ）

(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準備する準備工程と、
金型を用いて前記素材を前記構造部材に成形する成形工程と、
を備え、
前記構造部材は、
前記構造部材の長手方向に延び、且つ前記構造部材の幅方向に対向する２つの側部を有する天板と、前記側部の各々に稜線部を介して接続される縦壁と、を含む部材本体と、
前記天板の反対側で前記縦壁に接続され、前記縦壁から前記幅方向に張り出す第１フランジと、
前記長手方向における前記部材本体の端部に連続して設けられる第２フランジであって、前記天板から前記幅方向に張り出す横フランジ部と、前記横フランジ部の前記部材本体側の端部に前記稜線部を介して接続され、前記横フランジ部から前記第１フランジへと延びる縦フランジ部と、を含む第２フランジと、
を含み、
前記金型は、
上型と、
前記上型に対向して配置され、前記部材本体及び前記第１フランジを成形するための第１下型と、
前記第１下型の隣において前記上型に対向して配置され、前記第２フランジを成形するための第２下型と、
を含み、
前記成形工程は、
前記上型と前記第１下型とで前記素材を挟持する一方、前記上型と前記第２下型とで前記素材を挟持しない第１工程と、
前記第１工程の後、前記上型と前記第２下型とで前記素材を挟持して前記第２フランジを成形する第２工程と、
を含む、製造方法。

【請求項2】

請求項１に記載の製造方法であって、
前記金型は、さらに、パッドを含み、
前記第１工程では、前記パッドで前記素材を押さえた後で、前記上型と前記第１下型とで前記素材を挟持する、製造方法。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の製造方法であって、
前記第１下型の成形面と前記第２下型の成形面との間に予め段差を生じさせておくことにより、前記第１工程において、前記上型を前記第１下型及び前記第２下型に対して相対的に接近させたときに、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挟持し、
前記第２工程では、前記第１下型とともに前記素材を挟持した状態の前記上型を前記第２下型に対してさらに接近させることにより、前記段差が消失して前記第２下型が前記上型との間で前記素材を挟持し、
前記第１工程の開始前における前記段差の大きさは、前記素材の板厚以上、前記板厚の５．０倍以下である、製造方法。

【請求項4】

請求項３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5】

請求項１に記載の製造方法であって、さらに、
金属板から中間成形品を成形する予備成形工程を備え、
前記成形工程では、前記中間成形品を前記素材として、当該素材から前記構造部材を成形する、製造方法。

【請求項6】

請求項１に記載の製造方法であって、さらに、
前記素材を加熱する加熱工程を備え、
前記成形工程では、前記加熱工程で加熱された前記素材を前記構造部材に成形する、製造方法。

【請求項7】

請求項１に記載の製造方法であって、
前記金属板は、５９０ＭＰａ以上の引張強度を有する鋼板である、製造方法。

【請求項8】

自動車用の構造部材であって、
前記構造部材の長手方向に延び、且つ前記構造部材の幅方向に対向する２つの側部を有する天板と、前記側部の各々に稜線部を介して接続される縦壁と、を含む部材本体と、
前記天板の反対側で前記縦壁に接続され、前記縦壁から前記幅方向に張り出す第１フランジと、
前記長手方向における前記部材本体の端部に連続して設けられる第２フランジであって、前記天板から前記幅方向に張り出す横フランジ部と、前記横フランジ部の前記部材本体側の端部に前記稜線部を介して接続され、前記横フランジ部から前記第１フランジへと延びる縦フランジ部と、を含む第２フランジと、
を備え、
前記稜線部は、前記天板から前記横フランジ部に向かって延在するコーナー部を含み、
前記コーナー部は、前記構造部材の平面視で２５．０ｍｍ以下の曲率半径の円弧状であり、
前記天板の板厚を基準とする板厚減少率をＴ［％］としたとき、前記縦フランジ部の端縁において以下の式（１）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、６．０倍以下である、構造部材。
０．９×Ｔｍａｘ≦Ｔ≦Ｔｍａｘ （１）
ただし、Ｔｍａｘ［％］は、前記縦フランジ部の前記端縁における前記板厚減少率の最大値である。

【請求項9】

請求項８に記載の構造部材であって、
前記縦フランジ部の前記端縁において以下の式（２）を満たすビッカース硬さＨＶ［ＨＶ］を有する領域の長さは、前記板厚の５．０倍以上、１０．０倍以下である、構造部材。
ＨＶ_Ｔｍａｘ－１０．０≦ＨＶ≦ＨＶ_Ｔｍａｘ＋１０．０ （２）
ただし、ＨＶ_Ｔｍａｘ［ＨＶ］は、前記縦フランジ部の前記端縁のうち、前記板厚減少率の最大値Ｔｍａｘを有する部分のビッカース硬さである。

【請求項10】

請求項８に記載の構造部材であって、
前記縦フランジ部の表面において互いに前記板厚以上離れている３０箇所で測定されるビッカース硬さの平均値は３００．０Ｈｖ以上であり、当該ビッカース硬さの標準偏差は７０．０Ｈｖ以下である、構造部材。

【請求項11】

請求項８に記載の構造部材であって、
当該構造部材は、５９０ＭＰａ以上の引張強度を有する鋼板で形成されている、構造部材。

【請求項12】

請求項８から１１のいずれか１項に記載の構造部材であって、
前記コーナー部は、前記構造部材の平面視で２０．０ｍｍ以下の曲率半径を有する、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。例えば、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、この金属板の所定領域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】

特許文献３の構造部材において、縦壁の下端に連続するフランジは、例えば、当該構造部材をフロアパネルに接合する第１フランジとして使用される。天板の横辺部、及び縦壁のうち天板の横辺部に連続する部分は、例えば、構造部材をサイドシルに接合する第２フランジとして使用される。天板の横辺部、及び縦壁のうち天板の横辺部に連続する部分は、構造部材の側面視で概略Ｌ字形状を有している。

【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、第２フランジにおいて割れが発生することがある。例えば、平面視でＴ字形状を有する継手構造（Ｔ字継手構造）の場合、コーナーＲ部を比較的シャープに成形できれば、他部品との空間的な取り合いの自由度が増して設計上寸法制約が少なくなり、さらに、部材剛性が向上するため望ましいが、そのコーナーＲ部の曲率半径が２０．０ｍｍ以下の場合、第２フランジのうち構造部材の高さ方向に延びる部分の端縁や、第１フランジと第２フランジとの接続部分で割れが発生しやすい。第２フランジの割れは、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。また、全伸びが比較的大きい６０００系アルミニウム合金板を用い、冷間プレス又はホットスタンピングにより、同様の構造部材を製造しようとする際、そのアルミニウム合金板の一様伸びが小さいために、歪集中部において局部的に板厚の急激な減少が生じ、割れが発生しやすい。

【0010】

本開示は、自動車用の構造部材を製造するに際し、フランジにおける割れの発生を抑制することを課題とする。また、本開示は、自動車用の構造部材を製造するに際し、フランジの中間トリム工程を不要とすることを課題とする。さらに、本開示は、自動車用の構造部材として長年渇望されてきた、高強度で且つコーナーＲ部の曲率半径が小さく設計上寸法制約が少ない、一体Ｔ字継手構造等の構造部材を提供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。当該製造方法は、金属板からなる素材を準備する準備工程と、金型を用いて素材を構造部材に成形する成形工程とを備える。構造部材は、部材本体と、第１フランジと、第２フランジとを含む。部材本体は、天板と、縦壁とを含む。天板は、２つの側部を有する。２つの側部は、構造部材の長手方向に延びる。２つの側部は、構造部材の幅方向に対向する。縦壁は、側部の各々に稜線部を介して接続される。第１フランジは、天板の反対側で縦壁に接続され、縦壁から構造部材の幅方向に張り出す。第２フランジは、長手方向における部材本体の端部に連続して設けられる。第２フランジは、横フランジ部と、縦フランジ部とを含む。横フランジ部は、天板から構造部材の幅方向に張り出す。縦フランジ部は、横フランジ部の部材本体側の端部に稜線部を介して接続され、横フランジ部から第１フランジへと延びる。金型は、上型と、部材本体及び第１フランジを成形するための第１下型と、第２フランジを成形するための第２下型とを含む。第１下型は、上型に対向して配置される。第２下型は、第１下型の隣において上型に対向して配置される。成形工程は、上型と第１下型とで素材を挟持する一方、上型と第２下型とで素材を挟持しない第１工程と、第１工程の後、上型と第２下型とで素材を挟持して第２フランジを成形する第２工程とを含む。

【発明の効果】

【0012】

本開示に係る自動車用の構造部材の製造方法によれば、フランジにおける割れの発生を抑制することができる。また、本開示に係る自動車用の構造部材の製造方法によれば、フランジの中間トリム工程を不要とすることができる。さらに、本開示によれば、自動車用の構造部材として長年渇望されてきた、高強度で且つコーナーＲ部の曲率半径が小さく設計上寸法制約が少ない、一体Ｔ字継手構造等の構造部材を提供することができる。

【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3I】図３Ｉ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、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フランジ部の端縁について、横フランジ部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。

【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。当該製造方法は、金属板からなる素材を準備する準備工程と、金型を用いて素材を構造部材に成形する成形工程とを備える。構造部材は、部材本体と、第１フランジと、第２フランジとを含む。部材本体は、天板と、縦壁とを含む。天板は、２つの側部を有する。２つの側部は、構造部材の長手方向に延びる。２つの側部は、構造部材の幅方向に対向する。縦壁は、側部の各々に稜線部を介して接続される。第１フランジは、天板の反対側で縦壁に接続され、縦壁から構造部材の幅方向に張り出す。第２フランジは、長手方向における部材本体の端部に連続して設けられる。第２フランジは、横フランジ部と、縦フランジ部とを含む。横フランジ部は、天板から構造部材の幅方向に張り出す。縦フランジ部は、横フランジ部の部材本体側の端部に稜線部を介して接続され、横フランジ部から第１フランジへと延びる。金型は、上型と、部材本体及び第１フランジを成形するための第１下型と、第２フランジを成形するための第２下型とを含む。第１下型は、上型に対向して配置される。第２下型は、第１下型の隣において上型に対向して配置される。成形工程は、上型と第１下型とで素材を挟持する一方、上型と第２下型とで素材を挟持しない第１工程と、第１工程の後、上型と第２下型とで素材を挟持して第２フランジを成形する第２工程とを含む（第１の構成）。

【0015】

第１の構成に係る製造方法では、部材本体及び第１フランジを成形するための第１下型と、部材本体の長手方向の端部に連続する第２フランジを成形するための第２下型とを用いて、素材から構造部材を成形する。成形の第１工程では、上型と第１下型とで素材が挟持される一方、上型と第２下型とで素材が挟持されない。すなわち、成形途中までは、素材のうち第２フランジとなる部分が金型によって拘束されない。これにより、素材のうち第２フランジとなる部分で材料の流動が生じる。材料は、主に、部材本体の天板に連続する横フランジ部から、横フランジ部に接続され第１フランジへと延びる縦フランジ部へと流入する。そのため、縦フランジ部の端縁や、縦フランジ部と第１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】

第１の構成に係る製造方法において、金型は、さらに、パッドを含んでいてもよい。この場合、第１工程では、パッドで素材を押さえた後で、上型と第１下型とで素材を挟持することが好ましい（第２の構成）。

【0017】

第２の構成によれば、成形の第１工程において、パッドによって素材が押さえられた後で、上型及び第１下型によって素材が挟持される。これにより、素材を構造部材に成形する際、素材の位置ずれが発生するのを防止することができる。

【0018】

第１又は第２の構成に係る製造方法では、第１下型の成形面と第２下型の成形面との間に予め段差を生じさせておくことにより、第１工程において、上型を第１下型及び第２下型に対して相対的に接近させたときに、第１下型が第２下型に先行して上型との間で素材を挟持してもよい。第２工程では、第１下型とともに素材を挟持した状態の上型を第２下型に対してさらに接近させることにより、段差が消失して第２下型が上型との間で素材を挟持してもよい。第１工程の開始前における段差の大きさは、素材の板厚以上、当該板厚の５．０倍以下であることが好ましい（第３の構成）。

【0019】

第３の構成では、第１下型の成形面と第２下型の成形面との間に予め段差を設けておくことにより、第２フランジを成形するための第２下型に先行して、第１下型が上型との間で素材を挟持する。この段差が小さすぎる場合、素材のうち第２フランジとなる部分が第２下型によって早期に拘束され、材料の流動が不十分になるため、第２フランジの縦フランジ部や、縦フランジ部と第１フランジとの接続部分で割れが発生しやすくなる。一方、段差が大きすぎる場合、第２フランジの横フランジ部と部材本体の天板との境界部分においてしわが発生しやすくなる。しかしながら、第３の構成では、上記段差が適切な大きさに設定されている。すなわち、段差の大きさが素材の板厚以上、当該板厚の５．０倍以下となっている。そのため、第２フランジ及びその近傍における割れやしわの発生を抑制することができる。

【0020】

第１から第３のいずれかの構成に係る製造方法において、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４の構成）。

【0021】

第１から第４のいずれかの構成に係る製造方法は、さらに、金属板から中間成形品を成形する予備成形工程を備えていてもよい。この場合、成形工程では、中間成形品を素材として、当該素材から構造部材を成形することができる（第５の構成）。

【0022】

第１から第５のいずれかの構成に係る製造方法は、さらに、素材を加熱する加熱工程を備えていてもよい。この場合、成形工程では、加熱工程で加熱された素材を構造部材に成形することができる（第６の構成）。

【0023】

第１から第６のいずれかの構成に係る製造方法において、素材を構成する金属板は、５９０ＭＰａ以上の引張強度を有する鋼板であってもよい（第７の構成）。

【0024】

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、部材本体と、第１フランジと、第２フランジとを含む。部材本体は、天板と、縦壁とを含む。天板は、２つの側部を有する。２つの側部は、構造部材の長手方向に延びる。２つの側部は、構造部材の幅方向に対向する。縦壁は、側部の各々に稜線部を介して接続される。第１フランジは、天板の反対側で縦壁に接続され、縦壁から構造部材の幅方向に張り出す。第２フランジは、長手方向における部材本体の端部に連続して設けられる。第２フランジは、横フランジ部と、縦フランジ部とを含む。横フランジ部は、天板から構造部材の幅方向に張り出す。縦フランジ部は、横フランジ部の部材本体側の端部に稜線部を介して接続され、横フランジ部から第１フランジへと延びる。天板の板厚を基準とする板厚減少率をＴ［％］としたとき、縦フランジ部の端縁において以下の式（１）を満たす板厚減少率Ｔを有する領域の長さは、天板の板厚の２．０倍以上、６．０倍以下である（第８の構成）。
０．９×Ｔｍａｘ≦Ｔ≦Ｔｍａｘ （１）
ただし、Ｔｍａｘ［％］は、縦フランジ部の端縁における板厚減少率の最大値である。

【0025】

第８の構成に係る構造部材では、第２フランジの縦フランジ部の端縁において、上記式（１）を満たす領域の長さが天板の板厚の２．０倍以上、６．０倍以下となっている。これは、縦フランジ部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、縦フランジ部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、縦フランジ部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。

【0026】

第８の構成に係る構造部材では、縦フランジ部の端縁において以下の式（２）を満たすビッカース硬さＨＶ［ＨＶ］を有する領域の長さは、天板の板厚の５．０倍以上、１０．０倍以下であってもよい（第９の構成）。
ＨＶ_Ｔｍａｘ－１０．０≦ＨＶ≦ＨＶ_Ｔｍａｘ＋１０．０ （２）
ただし、ＨＶ_Ｔｍａｘ［ＨＶ］は、縦フランジ部の端縁のうち、板厚減少率の最大値Ｔｍａｘを有する部分のビッカース硬さである。ＨＶ及びＨＶ_Ｔｍａｘは、試験力２９４．２Ｎの場合のビッカース硬さである。

【0027】

第９の構成のように、第２フランジの縦フランジ部の端縁において、上記式（２）を満たす領域の長さが天板の板厚の５．０倍以上、１０．０倍以下である場合、縦フランジ部の端縁の硬度分布が比較的均一化されていることを意味する。この場合、縦フランジ部の端縁において応力集中が起こりにくくなり、割れの発生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。

【0028】

第８又は第９の構成に係る構造部材では、縦フランジ部の表面において互いに天板の板厚以上離れている３０箇所で測定されるビッカース硬さの平均値が３００．０Ｈｖ以上であり、当該ビッカース硬さの標準偏差が７０．０Ｈｖ以下であってもよい（第１０の構成）。このときのビッカース硬さは、試験力１０ｋｇｆ（９８．０７Ｎ）でのビッカース硬さである。

【0029】

第８から第１０のいずれかの構成に係る構造部材は、５９０ＭＰａ以上の引張強度を有する鋼板で形成されていてもよい（第１１の構成）。

【0030】

第８から第１１のいずれかの構成に係る構造部材において、稜線部は、天板から横フランジ部に向かって延在するコーナー部を含むことができる。コーナー部は、例えば、構造部材の平面視で２０．０ｍｍ以下の曲率半径を有する（第１２の構成）。

【0031】

稜線部のコーナー部の曲率半径が２０．０ｍｍ以下と比較的小さい場合、稜線部に各々連続する縦壁と縦フランジ部との交差角度を、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、構造部材が配置される領域が狭い場合であっても、構造部材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、当該荷重を縦フランジ部が面で受け止めることができ、縦フランジ部から部材本体へと荷重が伝達されやすくなる。そのため、構造部材は、長手方向の荷重について、良好な伝達能を発揮することができる。

【0032】

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。

【0033】

＜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。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、典型的には、自動車の左右方向に延びるフレームである。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。

【0034】

図１を参照して、構造部材１０は、部材本体１１と、２つの第１フランジ１２と、第２フランジ１３とを備える。

【0035】

部材本体１１は、天板１１１と、２つの縦壁１１２とを含む。天板１１１及び各縦壁１１２は、実質的に構造部材１０の長手方向（自動車の左右方向）に延びている。

【0036】

天板１１１は、２つの側部１１１ａを含んでいる。これらの側部１１１ａは、それぞれ、構造部材１０の長手方向に延びている。２つの側部１１１ａは、構造部材１０の幅方向（自動車の前後方向）において対向している。側部１１１ａの各々には、稜線部１４を介して縦壁１１２が接続されている。稜線部１４は、部材本体１１から第２フランジ１３にわたって延在している。

【0037】

図２は、構造部材１０の横断面図（ＩＩ－ＩＩ断面図）である。図２を参照して、２つの縦壁１１２は、構造部材１０の幅方向において対向している。縦壁１１２の各々は、構造部材１０の横断面視で、概ね構造部材１０の高さ方向（自動車の上下方向）に延びている。各縦壁１１２に連続する稜線部１４は、構造部材１０の横断面視で実質的に円弧状をなす。

【0038】

第１フランジ１２は、天板１１１の反対側で縦壁１１２に接続されている。第１フランジ１２の各々は、図２の紙面において縦壁１１２の下端に接続されている。各第１フランジ１２は、稜線部１５を介して縦壁１１２に接続される。稜線部１５は、構造部材１０の横断面視で実質的に円弧状をなす。

【0039】

第１フランジ１２は、縦壁１１２から構造部材１０の幅方向に張り出している。第１フランジ１２は、例えば、自動車のフロアパネルの上面又は下面に固定される。第１フランジ１２の各々は、天板１１１及び縦壁１１２と同様に、実質的に構造部材１０の長手方向に延びている。各第１フランジ１２は、開放端縁１２ａを有する。

【0040】

第２フランジ１３は、構造部材１０の長手方向において、部材本体１１の一端部に連続して設けられている。第２フランジ１３は、２つの第１フランジ１２にも連続する。第２フランジ１３は、例えば、自動車のサイドシルに固定される。第２フランジ１３は、横フランジ部１３１と、２つの縦フランジ部１３２とを含む。

【0041】

図１を再度参照して、横フランジ部１３１は、部材本体１１の天板１１１に連続して設けられている。横フランジ部１３１は、天板１１１の長手方向の一端部に連続している。横フランジ部１３１は、例えば、天板１１１と実質的に又は概ね同一平面上に位置する。横フランジ部１３１は、天板１１１と面一であってもよいが、天板１１１に対して若干傾いていてもよい。横フランジ部１３１は、天板１１１から構造部材１０の幅方向に張り出している。すなわち、構造部材１０の幅方向において、横フランジ部１３１の長さは、天板１１１の長さよりも大きい。そのため、横フランジ部１３１及び天板１１１は、構造部材１０の平面視で概略Ｔ字状をなす。横フランジ部１３１は、天板１１１の両側の稜線部１４それぞれに含まれるコーナー部１４１により、天板１１１とつながっている。各コーナー部１４１は、天板１１１から横フランジ部１３１に向かって延在する。各コーナー部１４１は、構造部材１０の平面視で、実質的に円弧状を有する。各コーナー部１４１の曲率半径は、構造部材１０の平面視で、例えば２０．０ｍｍ以下である。天板１１１からの横フランジ部１３１の張出量（フランジ長さ）は、例えば２５．０ｍｍ以下である。

【0042】

縦フランジ部１３２の各々は、横フランジ部１３１の部材本体１１側の端部１３１ａに対し、稜線部１４を介して接続されている。端部１３１ａは、横フランジ部１３１のうち、天板１１１から幅方向両側に張り出している部分の部材本体１１側の端部である。各縦フランジ部１３２は、部材本体１１から第２フランジ１３まで延在する稜線部１４により、横フランジ部１３１に接続される。

【0043】

縦フランジ部１３２の各々は、横フランジ部１３１から第１フランジ１２へと延びている。すなわち、各縦フランジ部１３２は、横フランジ部１３１の端部１３１ａから第１フランジ１２へと向かい、概ね構造部材１０の高さ方向に延びている。各縦フランジ部１３２は、横フランジ部１３１、部材本体１１の縦壁１１２、及び第１フランジ１２と一体となっている。縦フランジ部１３２と縦壁１１２とのコーナー部は、例えば、２０．０ｍｍ以下の曲率半径を有する。

【0044】

各縦フランジ部１３２は、開放端縁１３２ａを有している。端縁１３２ａは、概ね構造部材１０の高さ方向に延びている。各縦フランジ部１３２の端縁１３２ａは、接続縁１６１を介し、横フランジ部１３１の側縁１３１ｂに接続されている。また、各縦フランジ部１３２の端縁１３２ａは、接続縁１６２を介し、第１フランジ１２の端縁１２ａに接続されている。接続縁１６１，１６２は、構造部材１０の側面視で実質的に円弧状をなす。

【0045】

［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３Ｉを参照しつつ説明する。図３Ａ～図３Ｉ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を構造部材１０に成形する工程とを備える。

【0046】

（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、例えば、構造部材１０（図１及び図２）を展開した形状となるように打ち抜き加工されたブランクである。素材Ｍを構成する金属板は、例えば鋼板である。この鋼板は、例えば、５９０ＭＰａ以上の引張強度を有する。鋼板は、７８０ＭＰａ以上の引張強度を有していてもよいし、９８０ＭＰａ以上の引張強度を有していてもよい。素材Ｍの板厚は、例えば、１．０ｍｍ以上、５．０ｍｍ以下である。

【0047】

（成形工程）
図３Ｂ～図３Ｄに示すように、成形工程では、素材Ｍを構造部材１０（図１及び図２）に成形するため、金型２０を使用する。まず、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。

【0048】

図３Ｂを参照して、金型２０は、第１下型２１と、第２下型２２と、２つの上型２３と、パッド２４とを含む。下型２１，２２は、パンチであり、上型２３は、下型２１，２２に対応するダイである。成形工程を開始するに際し、下型２１，２２は、上型２３及びパッド２４に対向して配置される。下型２１，２２は、例えば、上型２３及びパッド２４の下方に配置される。第１下型２１、第２下型２２、上型２３、及びパッド２４は、例えば、公知のプレス機（図示略）に取り付けられる。

【0049】

図３Ｃを参照して、第１下型２１は、主に、部材本体１１及び第１フランジ１２（図１及び図２）を成形する。第１下型２１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、プレス機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。

【0050】

第１下型２１は、成形面２１１を有する。成形面２１１は、上方に凸の形状を有する。成形面２１１は、頂面２１１ａと、２つの側面２１１ｂと、２つのフランジ面２１１ｃとを含む。頂面２１１ａは、パッド２４に対向する上向きの面である。２つの側面２１１ｂは、頂面２１１ａの両側に配置されている。フランジ面２１１ｃは、それぞれ、側面２１１ｂの下端に接続され、側面２１１ｂから側方に突出している。

【0051】

第２下型２２は、第１下型２１と別体の金型である。第２下型２２は、金型２０の長手方向において第１下型２１の隣に配置される。第２下型２２は、主に、第２フランジ１３（図１及び図２）を成形する。第２下型２２は、成形面２２１を有する。

【0052】

図３Ｃ及び図３Ｄを参照して、第２下型２２の成形面２２１は、頂面２２１ａと、側面２２１ｂとを含む。頂面２２１ａは、パッド２４に対向する上向きの面である。側面２２１ｂは、第１下型２１側で頂面２２１ａに接続され、頂面２２１ａから下方へと延びている。

【0053】

成形工程を開始する前は、第１下型２１の成形面２１１と第２下型２２の成形面２２１との間に段差が生じている。初期状態では、第２下型２２の成形面２２１は、第１下型２１の成形面２１１よりも下方に位置している。より詳細には、第２下型２２の頂面２２１ａが第１下型２１の頂面２１１ａよりも下方に位置することで、頂面２１１ａ，２２１ａ間に段差が生じている。また、第２下型２２の側面２２１ｂの下端部が第１下型２１のフランジ面２１１ｃよりも下方に位置し、第２下型２２の側面２２１ｂと第１下型２１のフランジ面２１１ｃとの境界部分で段差が生じている。第１下型２１の成形面２１１と第２下型２２の成形面２２１との段差の大きさＳは、素材Ｍの板厚以上であることが好ましい。段差の大きさＳは、例えば、素材Ｍの板厚の５．０倍以下である。段差の大きさＳは、クッション機構２５のストローク（クッションストローク）と実質的に同一である。

【0054】

引き続き図３Ｃ及び図３Ｄを参照して、上型２３の成形面２３１は、第１下型２１の成形面２１１及び第２下型２２の成形面２２１に対応する形状を有する。上型２３の間には、パッド２４が配置される。上型２３及びパッド２４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。パッド２４は、例えば、伸縮可能な弾性部材２６を介してスライドに接続される。

【0055】

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。成形工程は、第１工程と、第２工程とを含んでいる。第１工程では、上型２３と第１下型２１とで素材Ｍを挟持する一方、上型２３と第２下型２２とで素材Ｍを挟持しない。第２工程では、上型２３と第２下型２２とで素材Ｍを挟持して第２フランジ１３（図１及び図２）を成形する。以下、各工程について具体的に説明する。

【0056】

（第１工程）
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２３及びパッド２４は、上死点に位置する。この状態で、素材Ｍを第１下型２１の頂面２１１ａ上に載置する。その後、プレス機のスライドとともに上型２３及びパッド２４を下型２１，２２に向かって下降させ、上型２３及びパッド２４を下型２１，２２に対して接近させる。

【0057】

上型２３及びパッド２４を下型２１，２２に対して接近させると、図３Ｅに示すように、まず、第１下型２１上の素材Ｍがパッド２４によって押さえられる。すなわち、第１下型２１の頂面２１１ａとパッド２４とによって素材Ｍが挟持される。一方、第２下型２２の頂面２２１ａは第１下型２１の頂面２１１ａよりも若干下方に位置するため、第２下型２２の頂面２２１ａと、パッド２４との間で素材Ｍは挟持されない。第１下型２１とパッド２４とで素材Ｍが挟持された時点では、第２下型２２と素材Ｍとの間に隙間が存在する。

【0058】

パッド２４で第１下型２１上の素材Ｍを押さえた後、プレス機（図示略）のスライドをさらに下降させることにより、上型２３を下型２１，２２に対してさらに接近させる。パッド２４によって第１下型２１上の素材Ｍを押さえたままでスライドを下降させることにより、パッド２４をスライドに接続する弾性部材２６が縮み、上型２３がパッド２４に対して相対的に下降する。これにより、図３Ｆ及び図３Ｇに示すように、上型２３と第１下型２１とによって素材Ｍがプレスされる。

【0059】

上述したように、第１下型２１の成形面２１１と第２下型２２の成形面２２１との間には、予め段差が生じている。そのため、上型２３を下型２１，２２に対して接近させたとき、第１下型２１が第２下型２２に先行して上型２３とともに素材Ｍを挟持する。上型２３と第１下型２１とによって素材Ｍがプレスされた時点では、第２下型２２は素材Ｍをプレスしない。この時点では、素材Ｍと第２下型２２との間に隙間が存在する。

【0060】

（第２工程）
第１下型２１とともに素材Ｍを挟持した状態の上型２３を第２下型２２に対してさらに接近させると、上型２３により、クッション機構２５で支持された第１下型２１が押し下げられる。これにより、第１下型２１の成形面２１１と第２下型２２の成形面２２１との段差が徐々に小さくなっていく。図３Ｈ及び図３Ｉを参照して、上型２３が下死点に到達したとき、第１下型２１と第２下型２２との間の段差は消失し、上型２３と第２下型２２との間で素材Ｍが挟持（プレス）される。また、パッド２４と第２下型２２とによって素材Ｍが挟持される。

【0061】

上型２３が下死点に到達したとき、素材Ｍは構造部材１０に成形される。素材Ｍのうち、パッド２４と第１下型２１の頂面２１１ａとの間でプレスされた部分は、部材本体１１の天板１１１となる。素材Ｍのうち、上型２３と第１下型２１の側面２１１ｂとの間でプレスされた部分は、部材本体１１の縦壁１１２となる。素材Ｍのうち、上型２３と第１下型２１のフランジ面２１１ｃとの間でプレスされた部分は、第１フランジ１２となる。素材Ｍのうち、パッド２４と第２下型２２の頂面２２１ａとの間でプレスされた部分は、主に、第２フランジ１３の横フランジ部１３１となる。素材Ｍのうち、上型２３と第２下型２２の側面２２１ｂとの間でプレスされた部分は、主に、第２フランジ１３の縦フランジ部１３２となる。

【0062】

図４を参照して、成形工程後の構造部材１０において、各縦フランジ部１３２の端縁１３２ａは、変形領域Ｒ１を含む。変形領域Ｒ１は、横フランジ部１３１と縦フランジ部１３２とを結ぶ接続縁１６１のＲ止まり（縦フランジ部１３２側）から、縦フランジ部１３２と第１フランジ１２とを結ぶ接続縁１６２のＲ止まり（縦フランジ部１３２側）までの範囲内にある。

【0063】

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）

【0064】

上記式（１）のＴｍａｘ［％］は、縦フランジ部１３２の各々の端縁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、部材本体１１の天板１１１の板厚を基準とする板厚減少率である。天板１１１の板厚をｔ０、各縦フランジ部１３２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１１１の板厚ｔ０は、天板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１４や天板１１１の長手方向の端部から５．０ｍｍ以上離れた位置で測定された天板１１１の板厚である。天板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１４及び天板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５．０ｍｍ以上離れた位置で測定された天板１１１の板厚を板厚ｔ０とする。板厚ｔ０は、例えば、１．０ｍｍ以上、５．０ｍｍ以下である。

【0065】

各縦フランジ部１３２の端縁１３２ａにおいて、変形領域Ｒ１の長さは、天板１１１の板厚ｔ０の２．０倍以上、６．０倍以下となっている。

【0066】

［効果］
本実施形態では、部材本体１１及び第１フランジ１２を成形するための第１下型２１と、第２フランジ１３を成形するための第２下型２２とを用いて、素材Ｍから構造部材１０を成形する。成形の第１工程では、上型２３及びパッド２４と第１下型２１との間で素材Ｍが挟持される一方、上型２３及びパッド２４と第２下型２２との間では素材Ｍが挟持されない。すなわち、成形途中までは、素材Ｍのうち第２フランジ１３となる部分が金型２０によって拘束されない。これにより、素材Ｍのうち第２フランジ１３となる部分で材料の流動が生じる。材料は、主に、横フランジ部１３１側から縦フランジ部１３２側へと流入する。そのため、各縦フランジ部１３２の端縁１３２ａや、縦フランジ部１３２と第１フランジ１２との接続部分（コーナー部）において割れが発生するのを抑制することができる。

【0067】

本実施形態では、成形の第１工程においてパッド２４で素材Ｍを押さえた後、上型２３と第１下型２１とで素材Ｍを挟持する。すなわち、第１下型２１の頂面２１１ａ上の素材Ｍがパッド２４によって押さえられた状態で、上型２３及び第１下型２１による素材Ｍの成形が行われる。また、成形の第２工程における第２フランジ１３の成形も、素材Ｍがパッド２４によって押さえられた状態で行われる。これにより、素材Ｍを構造部材１０に成形する間、素材Ｍの位置ずれが発生するのを防止することができる。そのため、構造部材１０を精度よく成形することができる。

【0068】

本実施形態では、素材Ｍの成形を開始する前の状態で、第１下型２１の成形面２１１と第２下型２２の成形面２２１との間に段差が生じている。この段差の大きさＳは、素材Ｍの板厚以上、且つ当該板厚の５．０倍以下に設定されることが好ましい。これにより、第２フランジ１３及びその近傍における割れやしわの発生を抑制することができる。

【0069】

本実施形態に係る構造部材１０において、第２フランジ１３の各縦フランジ部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、部材本体１１の天板１１１の板厚ｔ０の２．０倍以上、６．０倍以下となっている。これは、各縦フランジ部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、縦フランジ部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、縦フランジ部１３２の端縁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。

【0070】

本実施形態に係る製造方法において、成形工程は、冷間成形工程であってもよいし、熱間成形工程（ホットスタンピング）であってもよい。ホットスタンピングによって素材Ｍから構造部材１０を成形する場合、本実施形態に係る製造方法は、さらに、素材Ｍを加熱する加熱工程を備える。成形工程では、加熱工程でホットスタンピングに適した温度に加熱された素材Ｍを、金型２０によって構造部材１０に成形すればよい。成形後の構造部材１０は、金型２０との接触によって抜熱（焼入れ）される。そのため、構造部材１０を高強度化することができる。

【0071】

図５を参照して、ホットスタンピングによって素材Ｍを構造部材１０に成形した場合、各縦フランジ部１３２の端縁１３２ａは、低硬度領域Ｒ２を含む。低硬度領域Ｒ２は、横フランジ部１３１と縦フランジ部１３２とを結ぶ接続縁１６１のＲ止まり（縦フランジ部１３２側）から、縦フランジ部１３２と第１フランジ１２とを結ぶ接続縁１６２のＲ止まり（縦フランジ部１３２側）までの範囲内にある。

【0072】

低硬度領域Ｒ２は、各縦フランジ部１３２の端縁１３２ａにおいて他の箇所よりも硬度が低い領域である。低硬度領域Ｒ２は、その全体にわたり、以下の式（２）を満たすビッカース硬さＨＶ［ＨＶ］を有する。式（２）のＨＶ_Ｔｍａｘ［ＨＶ］は、各縦フランジ部１３２の端縁１３２ａにおいて、上述した板厚減少率の最大値Ｔｍａｘを有する部分のビッカース硬さである。各縦フランジ部１３２の端縁１３２ａにおいて、低硬度領域Ｒ２の長さは、天板１１１の板厚ｔ０の５．０倍以上、１０．０倍以下となっている。
ＨＶ_Ｔｍａｘ－１０．０≦ＨＶ≦ＨＶ_Ｔｍａｘ＋１０．０ （２）

【0073】

各縦フランジ部１３２の端縁１３２ａのビッカース硬さは、次のようにして調べることができる。すなわち、まず、レーザー切断により、横フランジ部１３１の側縁１３１ｂ、接続縁１６１、及び縦フランジ部１３２の端縁１３２ａを含む部分を構造部材１０から採取する。さらに、採取した部分を水中カッターで切断し、構造部材１０の端面（横フランジ部１３１の側縁１３１ｂ、接続縁１６１、及び縦フランジ部１３２の端縁１３２ａ）が表面に配置されるように樹脂埋め及び研磨を行い、硬さ調査用の試験片を作製する。そして、この試験片及び市販の測定器（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にしたがってビッカース硬さ試験を実施する。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。

【0074】

本実施形態に係る製造方法において、鋼板を用い、成形工程をホットスタンピングとした場合、各縦フランジ部１３２の端縁１３２ａにおいて、低硬度領域Ｒ２が生じる。低硬度領域Ｒ２の長さは、部材本体１１の天板１１１の板厚ｔ０の５．０倍以上、１０．０倍以下となっている。これは、各縦フランジ部１３２の端縁１３２ａの硬度分布が均一化されていることを意味する。この場合、構造部材１０の使用時において、各縦フランジ部１３２の端縁１３２ａでの応力集中が生じにくくなり、割れの発生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。

【0075】

ホットスタンピングによって素材Ｍを構造部材１０に成形した場合、各縦フランジ部１３２は、均一に高強度化される。例えば、各縦フランジ部１３２の表面におけるビッカース硬さの平均値は３００．０Ｈｖ以上となり、標準偏差は７０．０Ｈｖ以下となる。縦フランジ部１３２の表面におけるビッカース硬さの平均値及び標準偏差は、次のようにして得ることができる。すなわち、構造部材１０から採取された縦フランジ部１３２の表面を試験面とし、この試験面において互いに天板１１１の板厚ｔ０以上離れた任意の３０箇所について、市販の測定器を用いてＪＩＳ Ｚ ２２４４に規定されるビッカース試験を実施する。縦フランジ部１３２の表面のビッカース硬さは、例えば、試験力を１０ｋｇｆ（９８．０７Ｎ）とし、試験力の保持時間を１０ｓとして測定される。そして、ビッカース試験で得られたビッカース硬さから、これらの平均値及び標準偏差を算出することができる。

【0076】

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、第２フランジ１３及びその近傍において割れやしわ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、高張力鋼板を採用することができる。例えば、５９０ＭＰａ以上の引張強度を有する鋼板で構造部材１０を形成することができる。鋼板の引張強度は、７８０ＭＰａ以上であってもよいし、９８０ＭＰａ以上であってもよい。ホットスタンピングによって構造部材１０を製造する場合、鋼板の引張強度を１０００ＭＰａ以上、又は２０００ＭＰａ以上とすることもできる。このように高張力鋼板を採用することにより、構造部材１０の強度が向上するため、構造部材１０を薄肉化することができる。よって、構造部材１０を軽量化することができる。なお、鋼板の成形工程をホットスタンピングとした場合、前述の低硬度領域Ｒ２についても引張強度が１０００ＭＰａ以上となる。

【0077】

本実施形態に係る構造部材１０において、稜線部１４のコーナー部１４１は、天板１１１に垂直な方向に沿って見て、例えば２０．０ｍｍ以下の曲率半径を有する。また、縦フランジ部１３２と縦壁１１２とのコーナー部も、例えば２０．０ｍｍ以下の曲率半径を有する。そのため、構造部材１０は、スペース効率に優れた部材となっている。より具体的には、これらのコーナー部の曲率半径が２０．０ｍｍ以下と比較的小さいことにより、縦壁１１２に対して縦フランジ部１３２が直角又は直角に近い角度でコンパクトに配置されるため、狭い領域に構造部材１０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１０の寸法が制約されることが少なくなる。また、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、当該荷重を縦フランジ部１３２が面で受け止めることができ、縦フランジ部１３２から部材本体１１へと荷重が伝達されやすくなる。したがって、構造部材１０は、長手方向の荷重について、良好な伝達能を発揮することができる。

【0078】

＜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、部材本体１１の天板１１１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。

【0079】

図６に示すように、天板１１１において、第２フランジ１３の近傍部分１１１ｂは他の部分と比較して上方に隆起している。また、天板１１１のうち第２フランジ１３の近傍部分１１１ｂは、第２フランジ１３の横フランジ部１３１と比較して上方に隆起している。縦壁１１２の高さは、天板１１１の形状に応じて変化している。

【0080】

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１１１の隆起部１１１ｂが形成されたものであってもよい。中間成形品は、第２フランジ１３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。予備成形工程後の成形工程は、冷間成形工程であってもよいし、熱間成形工程（ホットスタンピング）であってもよい。

【0081】

図７に示すように、構造部材１０Ａは、例えば、第２フランジ１３の縦フランジ部１３２と第１フランジ１２との接続部分において、切欠き１７を有していてもよい。切欠き１７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１７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１７を有することができる。

【0082】

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、第１フランジ１２及び第２フランジ１３は、切欠きを有しないことが好ましい。すなわち、第１フランジ１２の端縁１２ａ、縦フランジ部１３２の端縁１３２ａ、及び横フランジ部１３１の側縁１３１ｂ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、構造部材１０，１０Ａがフロアパネルの下面に設けられている場合は、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。

【0083】

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。

【0084】

例えば、上記実施形態では、部材本体１１の長手方向の一端部にのみ、第２フランジ１３が設けられている。しかしながら、部材本体１１の長手方向の両端部に第２フランジ１３が設けられていてもよい。この場合、構造部材の製造に際し、第２フランジ１３を成形するための第２下型２２を２つ準備し、これらの第２下型２２を第１下型２１の両側に配置すればよい。上型２３の形状は、第１下型２１及び２つの第２下型２２に対応するように適宜変更すればよい。

【0085】

部材本体１１の長手方向の両端部に第２フランジ１３を有する構造部材を成形した場合、この構造部材を成形工程後に二分割することもできる。これにより、部材本体１１の長手方向の一端部にのみ第２フランジ１３を有する構造部材１０又は構造部材１０Ａを一度の成形工程で２つ製造することができる。

【0086】

上記実施形態において、パッド２４は、金型２０の平面視で概略Ｔ字状を有している。言い換えると、パッド２４は、構造部材１０の成形時において、天板１１１及び横フランジ部１３１のほぼ全体を押さえることができるように構成されている。しかしながら、パッド２４の形状はこれに限定されるものではない。構造部材１０のうち成形時にパッド２４によって押さえられる部分は、適宜変更することができる。

【0087】

上記実施形態では、第２下型２２は、クッション機構２５によって昇降可能に支持されている。ただし、第２下型２２は、必ずしもクッション機構２５によって支持されていなくてもよい。

【0088】

上記実施形態では、成形工程の開始前において、第１下型２１の成形面２１１が第２下型２２の成形面２２１よりも上方に位置し、第１下型２１の成形面２１１と第２下型２２の成形面２２１との間に段差が生じている。しかしながら、第１下型２１と第２下型２２との位置関係は、特にこれに限定されるものではない。下型２１，２２は、第１下型２１が第２下型２２に先行して上型２３との間で素材Ｍを挟持するように配置されていればよい。例えば、成形の第１工程において上型２３及び第２下型２２が素材Ｍを挟持しないように、初期状態において、第２下型２２を第１下型２１から金型２０の長手方向に離間させていてもよい。

【0089】

上記実施形態では、プレス機に金型２０を取り付けた状態で、上型２３が下型２１，２２の上方に配置される。また、素材Ｍを構造部材１０，１０Ａに成形する際には、下型２１，２２に向かって上型２３を移動させることで、上型２３と下型２１，２２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２３が下型２１，２２の下方に配置されてもよい。また、上型２３に向かって下型２１，２２を移動させることで、上型２３を下型２１，２２に対して相対的に接近させてもよい。

【実施例】

【0090】

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。

【0091】

本開示による効果を確認するため、上記実施形態に係る製造方法で構造部材１０（図１及び図２）を成形する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１－１、表１－２、表２－１、及び表２－２に示す。

【0092】

【表1-1】

【0093】

【表1-2】

【0094】

【表2-1】

【0095】

【表2-2】

【0096】

上記表における実施例、比較例、及び参考例のうち、素材がホットスタンプ用鋼板、アルミニウム合金板であるものについては、成形方法をホットスタンピングとし、その他のものは成形方法を冷間成形とした。実施例１～３１、各比較例、及び各参考例は、素材である金属板のうち、天板１１１及び横フランジ部１３１となる部分のほぼ全体をパッド２４で押さえながら成形を行ったものである。一方、実施例３２～４８は、素材である金属板のうち、天板１１１及び横フランジ部１３１となる部分の一部をパッド２４で押さえながら、構造部材１０の成形を行ったものである。すなわち、実施例３２～４８では、実施例１～３１と異なる形状のパッド２４を使用して構造部材１０を成形した。

【0097】

各表において、稜線Ｒは、稜線部１４のうち、横フランジ部１３１と縦フランジ部１３２とを接続する部分の部材横断面視での曲率半径である。コーナーＲは、縦フランジ部１３２と縦壁１１２との間のコーナー部の曲率半径である。コーナーＲは、稜線部１４のうち、天板１１１から横フランジ部１３１へと延在する部分であるコーナー部１４１の部材平面視での曲率半径と概ね等しい。稜線Ｒ及びコーナーＲは、いずれも、構造部材１０の内側（下型２１，２２側）から測定された曲率半径である。フランジ長さは、部材本体１１からのフランジ１２，１３の張出量であり、稜線部１４のコーナー部１４１のＲ止まり（幅方向外側）から構造部材１０の幅方向の端部までの距離とした。

【0098】

表１に示すように、各実施例では、第１下型２１と第２下型２２との間の段差の大きさＳ（図３Ｄ）が素材である金属板の板厚ｔの１．０倍以上確保されている。そのため、各実施例では、上型２３と第１下型２１とによって確実に素材が挟持された後で、上型２３と第２下型２２とによる素材の挟持が開始され、第２フランジ１３が成形された。よって、各実施例では、第２フランジ１３における材料の流動が促進され、第２フランジ１３の割れは発生しなかった。

【0099】

各比較例では、第１下型２１と第２下型２２との間の段差の大きさＳが素材の板厚ｔの１．０倍未満となっている。そのため、各比較例では、上型２３と第１下型２１とによる素材の挟持が完了する前に、上型２３と第２下型２２とによる素材の挟持が開始された。よって、各比較例では、第２フランジ１３における材料の流動が生じにくく、第２フランジ１３に割れが発生した。

【0100】

したがって、第１下型２１と第２下型２２との間に予め段差を生じさせる場合、当該段差の大きさＳを素材の板厚以上とすれば、成形工程において第２フランジ１３に割れが発生するのを防止することができる。この効果は、鋼板の成形だけでなく、アルミニウム合金板を用いたホットスタンピングにおいても確認できた。

【0101】

実施例７、実施例２２、及び実施例３０では、第１下型２１と第２下型２２との間の段差の大きさＳが素材の板厚ｔの５．０倍超となっている。実施例７、実施例２２、及び実施例３０では、第２フランジ１３又はその近傍においてしわが発生した。一方、段差の大きさＳが素材の板厚ｔの５．０倍以下である他の実施例では、しわは発生しなかった。したがって、第１下型２１と第２下型２２との間に予め段差を生じさせる場合、当該段差の大きさＳを素材の板厚の５．０倍以下とすれば、第２フランジ１３及びその近傍のしわの発生を抑制することができる。

【0102】

ところで、第２フランジ１３の割れは、フランジ部に切欠きがなく、フランジ長さが比較的小さい場合、又はコーナーＲが比較的小さい場合に発生しやすい。例えば、フランジ長さが０．０ｍｍ以上２５．０ｍｍ以下である場合や、コーナーＲが２０．０ｍｍ以下である場合、縦フランジ部１３２の端縁１３２ａにおいて、接続縁１６１のＲ止まり近傍に変形が集中しやすくなる。例えば、引張強度が５９０ＭＰａ以上の鋼板を用い、部材本体１１及び第１フランジ１２と、第２フランジ１３とを同時に成形する従来工法によって構造部材１０を製造すると、第２フランジ１３に割れが生じる。そのため、参考例１及び参考例４のように、フランジ部を切り欠くこと（表２－１ではフランジ長さを負の値として表現）で割れ対策が必要である。前述の通り、フランジ部を切り欠くと、応力集中が生じやすく部品性能が低下するため、望ましくない。一方、参考例３のようにフランジ長さが５０．０ｍｍ以上である場合や、参考例５のようにコーナーＲが２０．０ｍｍよりも大きい場合、従来工法で構造部材１０を成形したとしても、第２フランジ１３の割れは生じにくい。しかしながら、このような形状は、スペースの制約や部品重量の増加の観点から望ましくない。また、成形後に、フランジ部を切断してフランジ長さを短くするとしても、歩留まりが悪くなり、切断コストの増加を招くため望ましくない。

【0103】

各表を参照して、参考例１の条件は、フランジ長さを除き、比較例１の条件と同一である。比較例１では、フランジ長さが正の値であり、フランジ部に切欠きが形成されていないのに対し、参考例１では、フランジ長さが－２０．０ｍｍであり、フランジ部に切欠きが追加されている。参考例４の条件は、フランジ長さを除き、比較例６の条件と同一である。比較例６では、フランジ長さが正の値であり、フランジ部に切欠きが形成されていないのに対し、参考例４では、フランジ長さが－１５．０ｍｍであり、フランジ部に切欠きが追加されている。そのため、参考例１及び参考例４では、比較例１及び比較例６と異なり、第２フランジ１３に割れが発生しなかった。

【0104】

参考例５の条件は、コーナーＲを除き、比較例２の条件と同一である。参考例５のコーナーＲは４０．０ｍｍであり、比較例２のコーナーＲ：１５．０ｍｍよりも顕著に大きい。そのため、参考例５では、比較例２と異なり、第２フランジ１３に割れが発生しなかった。

【0105】

本開示に係る製造方法は、第２フランジ１３の割れを抑制するものである。そのため、本開示に係る製造方法は、第２フランジ１３に割れが発生しやすい構造部材１０、すなわち、フランジ長さが２５．０ｍｍ以下であり、あるいは、稜線部１４のコーナー部１４１の曲率半径や縦フランジ部１３２と縦壁１１２との間のコーナーＲが２０．０ｍｍ以下である構造部材１０の製造に好適である。本開示に係る製造方法であれば、稜線部１４のコーナー部１４１の曲率半径や縦フランジ部１３２と縦壁１１２との間のコーナーＲが２０．０ｍｍ以下であっても、第２フランジ１３における割れを抑制することができる。また、フランジ長さが２５．０ｍｍ以下であっても、第２フランジ１３における割れを抑制することができる。したがって、予めフランジ長さを長くしておくことで成形時の割れを抑制し、成形後にフランジ１２，１３をトリムする必要はない。すなわち、フランジ１２，１３の中間トリム工程が不要となる。

【0106】

図８は、縦フランジ部１３２の端縁１３２ａについて、横フランジ部１３１と縦フランジ部１３２とを結ぶ接続縁１６１のＲ止まり（縦フランジ部１３２側）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８に示すように、実施例４及び実施例６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。すなわち、実施例４及び実施例６では、比較例１と比べて、縦フランジ部１３２の端縁１３２ａの板厚分布が均一化されている。

【0107】

図８及び表１－２に示すように、実施例４及び実施例６では、縦フランジ部１３２の端縁１３２ａの変形領域Ｒ１、つまり上記式（１）を満たす領域の長さが比較例１と比べて長い。実施例４における変形領域Ｒ１の長さは、４．０ｍｍであり、素材の板厚ｔ：２．０ｍｍの２．０倍であった。実施例６における変形領域Ｒ１の長さは、６．０ｍｍであり、素材の板厚ｔ：２．０ｍｍの３．０倍であった。一方、比較例１における変形領域Ｒ１の長さは、２．０ｍｍであり、素材の板厚ｔ：２．０ｍｍの１．０倍であった。

【0108】

表１－２に示すように、実施例４及び実施例６以外の実施例でも、変形領域Ｒ１の長さが素材の板厚ｔの２．０倍以上となった。各実施例では、変形領域Ｒ１の長さが素材の板厚ｔの６．０倍以下となっている。一方、各比較例では、変形領域Ｒ１の長さが素材の板厚ｔの２．０倍未満である。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を製造すれば、変形領域Ｒ１の長さが素材の板厚ｔ（天板１１１の板厚ｔ０）の２．０倍以上、６．０倍以下となり、第２フランジ１３の板厚分布が均一化されるといえる。

【0109】

実施例２０、実施例１９、及び比較例５の条件で、ホットスタンピングによって構造部材１０を成形すると、縦フランジ部１３２の端縁１３２ａにおいて上記式（２）を満たす低硬度領域Ｒ２が発生した。実施例２０における低硬度領域Ｒ２の長さは、１０．０ｍｍであり、素材の板厚ｔの５．０倍であった。実施例１９における低硬度領域Ｒ２の長さは、２０．０ｍｍであり、素材の板厚ｔの１０．０倍であった。一方、比較例５における低硬度領域Ｒ２の長さは、８．０ｍｍであり、素材の板厚ｔの４．０倍であった。この結果より、本開示に係る製造方法においてホットスタンピングで構造部材１０を成形すれば、低硬度領域Ｒ２の長さが素材の板厚ｔの５．０倍以上、１０．０倍以下となり、第２フランジ１３の硬度分布が均一化されるといえる。

【符号の説明】

【0110】

１０，１０Ａ：構造部材
１１：部材本体
１１１：天板
１１１ａ：側部
１１２：縦壁
１２：第１フランジ
１３：第２フランジ
１３１：横フランジ部
１３１ａ：端部
１３２：縦フランジ部
１３２ａ：端縁
１４：稜線部
１４１：コーナー部
２０：金型
２１：第１下型
２１１：成形面
２２：第２下型
２２１：成形面
２３：上型
２４：パッド
２５：クッション機構
Ｍ：素材

【要約】

構造部材（１０）の製造方法は、素材（Ｍ）を準備する準備工程と、金型（２０）を用いて素材（Ｍ）を構造部材（１０）に成形する成形工程とを備える。構造部材（１０）は、部材本体（１１）と、第１フランジ（１２）と、第２フランジ（１３）とを含む。金型（２０）は、上型（２３）と、部材本体（１１）及び第１フランジ（１２）を成形するための第１下型（２１）と、第２フランジ（１３）を成形するための第２下型（２２）とを含む。成形工程は、上型（２３）と第１下型（２１）とで素材（Ｍ）を挟持する一方、上型（２３）と第２下型（２２）とで素材（Ｍ）を挟持しない第１工程と、第１工程の後、上型（２３）と第２下型（２２）とで素材（Ｍ）を挟持して第２フランジ（１３）を成形する第２工程とを含む。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図3E】

【図3F】

【図3G】

【図3H】

【図3I】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】