(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造部材の衝突変形挙動を有限要素法を用いて数値解析し、
前記数値解析結果から、相当塑性ひずみが所定値以上となる要素を抽出し、
前記構造部材の変形前の前記抽出した要素の座標値を求め、
該座標値に対してクラスター解析を行い、前記抽出された要素を１または複数のクラスターに分類し、
前記１または複数のクラスター内において前記要素の各々を結ぶ線分のうち、最長となる線分を抽出し、
該線分に沿ってレーザー焼入れを行うようにした熱処理方法。
【請求項２】
前記クラスター解析が最短距離法である請求項１に記載の熱処理方法。
【請求項３】
前記クラスター解析がウォード法である請求項１に記載の熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車のフロントサイドメンバやリアサイドメンバ等の構造部材の衝撃吸収能力を高める部分熱処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
衝突時の乗員保護が自動車の最重要性能として認識され、それに対応するための高い衝撃吸収性能を持つ材料が要求されている。例えば、自動車の車体前部の両サイドの部材であるフロントサイドメンバと称される部材は、正面からの衝突時に効率よく潰れて衝突のエネルギーを吸収し乗員の安全を確保するようになっている。より高い衝突エネルギーを吸収するためには、部材の耐力を高めると共に部材が良好に圧潰するようにしなければならない。
【０００３】
その一方では、近時の自動車に関連しては、燃費に対する要求が非常に厳しくなってきており、車両の軽量化のニーズも高くなっている。車両の軽量化には、車体材料である鋼板を薄くすることが非常に有効であるので、使用する鋼板の厚さを低減しながら、衝突エネルギーを効果的に吸収できるようにした構造部材が必要となっている。
【０００４】
衝撃エネルギーを吸収する構造部材に関連して、特開２００４−１０８５４１号公報には、自動車の構造部材のように、衝突時に軸方向に圧縮の衝撃荷重を受けた際に変形して衝撃エネルギを吸収する衝撃エネルギ吸収部材が開示されている。この衝撃エネルギ吸収部材は、鋼製管体の中空部にアルミニウムの多孔質体を充填し、鋼製管体の外周面に圧縮荷重の負荷方向に沿って線状にレーザー熱処理部を複数設けられている。
【０００５】
レーザー焼入れについては、特開平６−７３４３９号公報には、レーザー光線を鋼板表面に照射し、該鋼板の板厚を貫通させて凝固域を形成した高強度、高加工性鋼板を開示されている。特開平４−７２０１０号公報には、強度が必要とされる部位にレーザー光線を照射して、所定間隔で離間した複数のビード状焼入れ硬化部を形成したプレス成形品を開示されている。特開昭６１−９９６２９号公報には、プレスまたはロールによって冷間成形された成形品にレーザー光線を縞状または格子状に照射して強度を高める冷間成形品の強化方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１０８５４１号公報
【特許文献２】特開平６−７３４３９号公報
【特許文献３】特開平４−７２０１０号公報
【特許文献４】特開昭６１−９９６２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本願発明は、特に、自動車のフロントサイドメンバやリアサイドメンバ等に利用可能な、圧潰することで衝突エネルギーを吸収する構造部材において、効率的に鋼板を薄くしながら、可及的に高い衝突エネルギーを吸収可能とする効果的な部分熱処理方法を提供することを技術課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の本願発明は、構造部材の衝突変形挙動を有限要素法を用いて数値解析し、前記数値解析結果から、相当塑性ひずみが所定値以上となる要素を抽出し、前記構造部材の変形前の前記抽出した要素の座標値を求め、該座標値に対してクラスター解析を行い、前記抽出された要素を１または複数のクラスターに分類し、前記１または複数のクラスター内において前記要素の各々を結ぶ線分のうち、最長となる線分を抽出し、該線分に沿ってレーザー焼入れを行うようにした熱処理方法を要旨とする。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明を適用すべき構造部材の一例を示す斜視図である。
【図２】図１の構造部材の端面図である。
【図３】本発明による熱処理方法の１つの実施形態を示すフローチャートである。
【図４】クラスターを示す模式図である。
【図５】図１、２に示す衝撃吸収部材に関連して作成した有限要素法解析モデルの実施例である。
【図６】図５の解析モデルにつき行った有限要素法による衝突変形挙動の数値解析結果である。
【図７】図６の解析結果の相当塑性歪のコンター図である。
【図８】図６の解析結果から、相当塑性歪が所定値以上となる要素を抽出した図である。
【図９】相当塑性歪が所定値以上となる要素の変形前の配置を示す図である。
【図１０】図９に示した要素の座標値に基づきクラスター解析を行った結果を示す図である。
【図１１】各クラスター内において、各要素を結ぶ線分のうち最長となる線分を抽出（ステップＳ１８）した結果を示す図である。
【図１２】図１１の線分に沿うレーザー焼入部位を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を説明する。
先ず、図１、２を参照すると、本発明を適用可能な構造部材の一例として、乗用車のフロントサイドメンバまたはリアサイドメンバ等に利用可能な衝撃吸収部材１０が図示されている。衝撃吸収部材１０は、第１の鋼板１２と、平板状の第２の鋼板１４とを有している。第１の鋼板１２は、プレス加工により、図１、２において上方に矩形状に突き出た膨出部１２ａと、該膨出部１２ａから側方へ貼り出したフランジ部１２ｂとを有して、ハット形断面形状に成形されている。第１の鋼板１２は、フランジ部１２ｂにおいて、第２の鋼板１４にスポット溶接されている。衝撃吸収部材１０は、後述するように、レーザー光線によって焼入れされ、以下の式で決定される基準硬度よりも高い高度を有した熱処理部を有するようになる。
０．８×（８８４Ｃ（１−０．３Ｃ2）＋２９４）
ここで、Ｃは炭素含有量（重量％）である。
【００１１】
次に、図３を参照すると、本発明による方法を実施するためのフローチャートが示されている。
先ず、ステップＳ１０において、有限要素法を用いて衝撃吸収部材１０の衝突時の変形挙動を数値解析する。次いで、数値解析結果に基づいて、相当塑性ひずみが所定値以上となる要素Ｅを抽出する（ステップＳ１２）。つまり、塑性変形量が大きい部位が、部材のエネルギー吸収作用に大きく寄与していると考えられるのである。次いで、抽出した要素の各々につき、該要素の変形前の座標値を求める（ステップＳ１４）。
【００１２】
更に、図４に示すように、変形前の座標値を基にクラスター解析を行い、ステップＳ１２において抽出した要素を１または複数のクラスターCi(i=1, 2, …, n)に分類する（ステップＳ１６）。クラスター解析としては、ウォード法や最短距離法を用いることができる。各クラスター内で、各要素を結ぶ線分のうち、最長と成る線分Ｌi(i=1, 2, …, n)を与える２つの要素を抽出する（ステップＳ１８）。つまり、クラスター内では、この線分を中心に変形が生じていると考えることができるので、本実施形態では、各クラスター内で抽出された２つの要素を結ぶ線分に沿ってレーザー焼入れを行うようにした（ステップＳ２０）。
【実施例】
【００１３】
以下、本発明による方法の１つの実施例を説明する。本実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
【００１４】
実施例として、図１、２に示す衝撃吸収部材１０につき平均辺長は６０ｍｍとしてFEM（有限要素法）解析モデルを製作した（図５）。なお、解析モデルに用いた鋼板の材料特性を表１に示す。
【表１】
0005392204.tif 000002
【００１５】
ステップＳ１０において、有限要素法により衝撃吸収部材１０の衝突変形挙動の数値解析結果を図６に示す。このとき衝撃吸収部材１０の変形量は５０ｍｍである。図７は、図６の解析結果の相当塑性歪のコンター図である。図８は、図６の解析結果から、相当塑性歪が所定値(0.07)以上となる要素を抽出（ステップＳ１２）した図である。
【００１６】
次に、図８に示すステップＳ１２において抽出した相当塑性歪が所定値(0.07)以上となる要素の変形前の配置を図９（ステップＳ１４）に示す。図１０は、ステップＳ１６において、図９に示した要素の座標値に基づきクラスター解析を行った結果を示している。本実施例では６つのクラスターC1〜C6に分類された（図１０）。該６つのクラスターC1〜C6の各々内において、各要素を結ぶ線分のうち最長となる線分L1〜L6を抽出（ステップＳ１８）した結果を図１１に示す。
【００１７】
次に、図１１の結果に基づいて、図１、２の衝撃吸収部材１０に、出力５ｋＷ、処理速度、つまり、衝撃吸収部材１０上のレーザー光線のスポットの移動速度１２m/minでレーザー焼入れを行った（ステップＳ２０）。レーザー焼入れした部位を図１２に示す。
【００１８】
次に、レーザー光線によって焼入れした熱処理部についてビッカース硬度の測定を行った。焼入れ前の鋼板のビッカース硬度が１４０であったに対して、焼入れ後のビッカース硬度３０６となっており、十分に焼入れ硬化されている。
【００１９】
このようにしてレーザー焼入れを行った衝撃吸収部材１０について衝撃試験を行い、未処理の同様の部材と比較した。未処理の部材は、レーザー焼入れを行っていな点を除いて、レーザー焼入れを行った衝撃吸収部材１０と同様に構成されている。衝突試験は、レーザー焼入れを行った衝撃吸収部材１０と、未処理の部材（以下、双方を総称して構造部材と記載する）を、軸方向が鉛直方向となるように設置し、構造部材の下端面にロードセルを配置した。そして、３００ｋｇの落錘を高さ２ｍから落下させて構造部材の上端に衝突させ、構造部材の変形を観察すると共に、落錘が構造体に接触してから５０ｍｍ変位するまでの荷重-変位線図を積分して、吸収エネルギーを算出し、衝撃吸収能の評価値とした。落錘によって構造体に投入されるエネルギーは５．８８ｋＪとなる。こうした試験結果から、レーザー焼入れを行った衝撃吸収部材１０は約３６６４Ｊのエネルギーを吸収できたが、未処理の部材では、約３０７２Ｊのエネルギーしか吸収できず、レーザー焼入れを行った部材は衝撃吸収能が高まっていることがわかった。
【００２０】
本実施形態によれば、所定値以上の相当塑性ひずみを有する要素を抽出して、該要素を複数のクラスターに分類し、各要素を結ぶ線分のうち最長となる線分を与える２つの要素を結ぶ線分に沿ってレーザー焼入れを行うようにしたので、非常に効果的に衝撃吸収部材１０の衝撃吸収エネルギー量を高めることが可能となる。
【００２１】
また、既述の実施形態では、構造部材としてハット形断面を有した衝撃吸収部材１０が示されているが、本発明がこの衝撃吸収部材１０に限定されず、種々の形状を有した構造部材に有効であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００２２】
１０    衝撃吸収部材（構造部材）
１２    第１の鋼板
１２ａ    膨出部
１２ｂ    フランジ部
１４    第２の鋼板
【図１】
0005392204.tif 000003
【図２】
0005392204.tif 000004
【図３】
0005392204.tif 000005
【図４】
0005392204.tif 000006
【図５】
0005392204.tif 000007
【図６】
0005392204.tif 000008
【図７】
0005392204.tif 000009
【図８】
0005392204.tif 000010
【図９】
0005392204.tif 000011
【図１０】
0005392204.tif 000012
【図１１】
0005392204.tif 000013
【図１２】
0005392204.tif 000014