(57)【要約】【課題】  プレス成形離型後の成形品における寸法精度不良の発生を極力低減することができ、必要によって長手方向に対する圧壊強度も十分備えたハットチャンネル型部材の構造を提供する。【解決手段】  軸直角断面が大略コの字状に形成された長尺状本体と、該本体の両端部に長手方向に延びる一対のフランジが形成されて構成されるハットチャンネル型部材において、前記長尺状本体における対向する一対の縦壁の夫々には、縦壁の高さ方向に延びるビード部が、１個若しくは複数個形成されており、且つこのビード部の形態が縦壁の高さや長さと間において所定の関係式を満足する。【選択図】  図４
2005103613.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸直角断面が大略コの字状に形成された長尺状本体と、該本体の両端部に長手方向に延びる一対のフランジが形成されて構成されるハットチャンネル型部材において、前記長尺状本体における対向する一対の縦壁の夫々には、縦壁の高さ方向に延びるビード部が、１個若しくは複数個形成されており、且つ下記（１）式および（２）式を満足するものであることを特徴とする自動車用ハットチャンネル型部材。
（Ｈ／２）≦ｈ≦Ｈ                                ‥（１）
０．０５≦（Ｉ1＋Ｉ2＋Ｉ3＋‥‥＋IN）／Ｌ≦０．６  ‥（２）
但し、Ｈ：縦壁の高さ
ｈ：ビード部の高さ
Ｌ：長尺状本体の長さ
Ｉ1，Ｉ2，Ｉ3，‥IN：各ビード部の長さ（IN≦１．５Ｈ）
Ｎ：縦壁１つ当たりに形成されるビード部の個数
【請求項２】
ビード部が複数形成されたものであり、ビード部の相互の間隔が３０〜２００ｍｍの範囲内にある請求項１に記載の自動車用ハットチャンネル型部材。
【請求項３】
断面形状におけるパンチ肩相当部分および／またはダイ肩相当部分に、長手方向に均一な段形状が形成されたものである請求項１または２に記載の自動車用ハットチャンネル型部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に自動車車体に適用されるハットチャンネル型部材に関するものであり、殊にプレス成形離型後の成形品における寸法精度不良の発生を極力低減することのできる自動車用ハットチャンネル型部材の構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車関連業界では、車体の衝突安全性の向上および環境保護（軽量化による燃費向上）に対する要求の高まりから、特に自動車骨格部材を中心に高強度鋼板を使用するケースが増加しつつある。こうした自動車部材は、高強度鋼板をプレス成形することによって製造されるのが一般的である。
【０００３】
しかしながら、これらの部品をプレス成形によって成形する際には、離型（成形後に金型から取り出すこと）後の弾性回復挙動によって、「壁反り」や「ねじれ」が生じ、成形品の形状（寸法）が設計値から変化し、成形品同士の組み立て時や接合（多くはスポット溶接による接合）時に不具合が生じる場合がある。これらの不具合は、総称して寸法精度不良と呼ばれている。こうした寸法精度の問題は、金型玉成を繰り返して時間とコストをかけることによって、解消しているのが実状である。
【０００４】
図１は、自動車部品としてのハットチャンネル型部材の外観形状例を示す説明図である。図示する様に、ハットチャンネル型部材１は、軸直角断面が大略コの字状に形成される長尺状本体２と、当該本体２の両端部に長手方向に延びる一対のフランジ３ａ、３ｂからなる構成である。尚、図中４ａ，４ｂは、長尺状本体２の一部を構成する一対の縦壁であり、５は該縦壁部を連結する横壁である。こうしたハットチャンネル型部材１を製造する方法としては、図２に示す様な絞り成形方法［図２（ａ）］と、曲げ成形方法［図２（ｂ）］が一般的である。
【０００５】
図２（ａ）に示した金型（絞り成形用金型）を用いて、ハットチャンネル部材を成形したときの寸法精度不良の一例を図３に基づいて説明する。この図３は、７８０ＭＰａ級冷延鋼板（板厚ｔ：１．２ｍｍ）を成形したときの製品断面形状を示したものであるが、プレス成形後の形状［図３（ｂ）］は、目標寸法から大きく外れていることが分かる。即ち、ハットチャンネル部材１の設計（目標）形状（軸直角断面形状）が、図３（ａ）に示されたものとした場合に、他部品とのスポット溶接等により接合されて綿密な寸法精度が要求されるフランジ面が跳ね上がった状態となり、一対に縦壁３ａ，３ｂが反って開口部が広がった状態（この状態を、以下では「口開き」と呼ぶ）。これは、パンチ肩での角度変化不良と、縦壁の壁反り不良の両方の影響であると考えられる［図３（ｂ）］。
【０００６】
こうした寸法精度不良を低減する技術として、これまでにも様々提案されている。こうした技術の一つとして、プレス成形金型におけるダイ肩部での曲げ半径や、ダイ−パンチ間クリアランスの適正化することによって、ダイ肩部での曲げおよび曲げ戻し時の逆曲げを制御して、残留モーメントを打ち消し、寸法精度を改善する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
しかしながらこの方法では、最適な逆曲げ大きさは、ブランク（素材鋼板）の板厚や機械的特性に強く依存し、材料強度度や板厚毎に最適な条件が異なるので、寸法精度向上効果が安定して発揮されるとは限らないという問題がある。
【０００８】
一方、特許文献２には、上記のようなハットチャンネル型部材の寸法精度を向上させる手段として、本体部とフランジ部が連続する角部に簡欠的にビード部を形成することによって、寸法精度を改善する技術が提案されている。
【０００９】
しかしながらこの技術においては、その構成上ビードが本体とフランジ部との間の角部だけに存在するので、ビードを形成することによる寸法精度改善効果が十分でないという問題がある。
【００１０】
また、ハットチャンネル型部材をプレス成形するに際して、パンチ成形工程内においてダイスとブランクホルダーの保持面の間（フランジ部）で、ブランクを局部押圧してブランクにビード部（凸状部分）を形成する方法も提案されている（例えば、特許文献３）。
【００１１】
この技術は、縦壁の張力を増加させて寸法精度を向上させることが示されており、一応の効果が認められるが、十分に寸法精度が向上するとは言いがたく、またフランジ部を局部加圧するために金型構造が複雑になって、金型製造コストが高くなってしまうという問題がある。
【００１２】
一方、上記のようなビードの形成を応用した技術として、自動車用バンパーにおいて、その長さ方向に直交する方向（幅方向）に延びるビードを複数形成した技術も提案されている（例えば、特許文献４）。この技術では、或る曲率をもって形成されるバンパーにおける「しわ」を除去するためのものであり、寸法精度の向上を図ったものではない。また、こうしたバンパーでは、特に幅方向の圧壊強度（曲げモードの強度）が問題となり、幅方向に延びるビードを形成することによってこうした強度が向上したものとなるが、長手方向の強度（軸圧壊モードの強度）については却って低下することになる。
【００１３】
これに対して、ハットチャンネル型部材では、その機械的要求特性として、長手方向の強度（以下、「軸圧壊強度」と呼ぶことがある）も必要になるのであるが、上記のようなビードを形成すれば、この軸圧壊強度は却って低下するが傾向ある。
【特許文献１】特開昭５６―１１７８３１号公報  特許請求の範囲等
【特許文献２】特開２０００−２１９１６２号公報  特許請求の範囲等
【特許文献３】特開平１１−２９０９５１号公報  特許請求の範囲等
【特許文献４】実公平２−８８４９号公報  実用新案登録請求の範囲等
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明はこうした状況の下でなされたものであって、その目的は、プレス成形離型後の成形品における寸法精度不良の発生を極力低減することができ、必要によって長手方向に対する圧壊強度も十分備えた自動車用ハットチャンネル型部材の構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成し得た本発明の自動車用ハットチャンネル型部材とは、軸直角断面が大略コの字状に形成された長尺状本体と、該本体の両端部に長手方向に延びる一対のフランジが形成されて構成されるハットチャンネル型部材において、前記長尺状本体における対向する一対の縦壁の夫々には、縦壁の高さ方向に延びるビード部が、１個若しくは複数個形成されており、且つ下記（１）式および（２）式を満足する点に要旨を有するものである。
（Ｈ／２）≦ｈ≦Ｈ                                ‥（１）
０．０５≦（Ｉ1＋Ｉ2＋Ｉ3＋‥‥＋IN）／Ｌ≦０．６  ‥（２）
但し、Ｈ：縦壁の高さ
ｈ：ビード部の高さ
Ｌ：長尺状本体の長さ
Ｉ1，Ｉ2，Ｉ3，‥IN：各ビード部の長さ（IN≦１．５Ｈ）
Ｎ：縦壁１つ当たりに形成されるビード部の個数
【００１６】
本発明のハットチャンネル型部材においては、ビード部が複数形成されたものであり、ビード部の相互の間隔が３０〜２００ｍｍの範囲内にあるように配置したものであることが好ましい。また、断面形状におけるパンチ肩相当部分および／またはダイ肩相当部分に、長手方向に均一な段形状が形成されたものとすることができ、こうした構成を採用することによって、ハットチャンネル型部材の軸圧壊強度特性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は以上のように構成されており、プレス成形離型後の成形品における寸法精度不良の発生を極力低減することのでき、必要によって長手方向に対する圧壊強度も十分備えたハットチャンネル型部材の構造が実現できた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明者らは、上記課題を解決するべく、様々な角度から検討した。そして、まずハットチャンネル型部材の縦壁に所定形状のビード部を形成すれば、反りや口開き等を発生させることなく、寸法精度が大幅に改善できることが判明した。
【００１９】
図４は、本発明のハットチャンネル型部材におけるビード部の詳細を示した説図であり、ハットチャンネル型部材としての基本的な構造は前記図１に示した構造と類似しており、対応する部分には同一の参照符号を付してある。尚、図中Ｈは縦壁４ａ，４ｂの高さ、Ｌは長尺状本体２の長さを夫々示す。
【００２０】
本発明のハットチャンネル型部材においては、図示するように、縦壁４ａ，４ｂの夫々に、壁の高さ方向に延びるビード部６を形成するものである（図４では説明の便宜上、縦壁４ｂに形成されるビード部は図示せず）。尚、図中ｈはビード部の高さｈ、IN（Ｎ：ビード部の個数）は長さ（長手方向の距離）を、夫々示している。
【００２１】
上記のようなビード部６を形成することによって、縦壁４ａ，４ｂの上下方向に引張応力が作用し、ハットチャンネル型部材の寸法精度の向上が図れることになるのであるが、単純にビードを形成するだけでは寸法精度の改善という観点から依然として不十分であり、更なる改善を図る必要があった。
【００２２】
こうした観点から、本発明者らは寸法精度の更なる改善を目指して、その構造について詳細な検討を進めた。その結果、ビード部の高さｈや長さＩNを、夫々前記高さＨおよび長さＬとの関係で適切に制御すれば寸法精度向上効果をより有効に発揮し得ることを見出した。即ち、ビード形成による寸法精度向上効果を有効に発揮させるためには、ビード部の寸法を適切に制御する必要があり、こうしたことから本発明では、前記（１）式および（２）式を規定したのである。次に、これらの関係式について説明する。
【００２３】
上記（１）式は、ビード部６の高さｈと縦壁の高さＨの関係を規定したものである。この関係がｈ＜２Ｈの場合には、縦壁の残留応力に対するビードの形状剛性が小さくなって寸法精度改善効果が十分でなくなる。これに対して、ｈ＞Ｈの場合には、縦壁にビードが形成できない。
【００２４】
図５は、ビード部の高さｈが壁反り曲率1／ρに与える影響を示したグラフである。この図５は、７８０級鋼板を用い縦壁４ａ，４ｂにビード部６を形成（Ｎ＝１）しつつ高さＨが７０ｍｍのハットチャンネル型部材を成形したときのものである。また、壁反り曲率１／ρとは、壁反り半径（壁反りが生じている部分の断面形状における半径）をρとしたときに１／ρで表わされる値であり、この値が小さいほど壁反りが小さいことを意味する。
【００２５】
図５から明らかなように、ビード長さを３５ｍｍ（ｈ＝Ｈ／２）から７０ｍｍ（ｈ＝Ｈ）の範囲内では、壁反り曲率１／ρが低下していることが分かる。
【００２６】
上記（２）式は長尺状本体の長さＬとビード部の長さの合計（Ｉ1＋Ｉ2＋Ｉ3＋‥‥＋IN）との比を規定したものである。０．０５＞（Ｉ1＋Ｉ2＋Ｉ3＋‥‥＋IN）／Ｌでは、ビード長さＩＮが極めて小さくなってビード部の形成が困難になる。また、ハットチャンネル型部材の長さＬに対する総長さ（Ｉ1＋Ｉ2＋Ｉ3＋‥‥＋IN）が小さくなると部分的には寸法改善効果は発揮するものの、全長に亘ってその効果が有効に発揮されない。これに対して、（Ｉ1＋Ｉ2＋Ｉ3＋‥‥＋IN）／Ｌ＞０．６となると、寸法精度の改善効果は大きいが、軸圧壊強度が大きく劣化する。
【００２７】
図６は、（Ｉ1＋Ｉ2＋Ｉ3＋‥‥＋IN）／Ｌの値が、寸法精度向上率や軸圧壊強度に与える影響について示したものである。図６中「寸法精度向上率」とは、［ビード無しでの口開き（ｍｍ）／ビード付与時の口開き（ｍｍ）］×１００（％）で評価したものであり、軸圧壊強度は、一定速度（１４ｍｍ／ｓｅｃ）で軸方向に圧力を加えて１５０ｍｍ変位させたときに要する総荷重（変位５０〜１５０ｍｍ間の吸収エネルギーで評価した。この結果から明らかなように、寸法精度や軸圧壊強度を向上させる上で、（Ｉ1＋Ｉ2＋Ｉ3＋‥‥＋IN）／Ｌの値を適切に制御することが有効であることが分かる。尚、各ビード部の長さ（Ｉ1，Ｉ2，Ｉ3，‥IN）については、ビード部の形状剛性を劣化防止という観点から、１．５Ｈ（Ｈ：縦壁の高さ）以下とする必要がある。
【００２８】
本発明のハットチャンネル型部材においては、ビード部６は縦壁４ａ，４ｂ夫々１つ当たりに複数個形成することによって、寸法精度向上効果を著しく改善することが可能であるが、こうした場合にはビード部の相互間隔をＰとしたときに、３０≦Ｐ≦２００（ｍｍ）の関係を満足することが好ましい。例えば、図７は、ビード部６の個数を変えて（即ち、Ｐの変化させて）ハットチャンネル型部材１（長尺状本体２の長さＬ：４００ｍｍ）を形成したときに、「口開き量」に与える影響を示したグラフである（他の条件は、前記図５の場合と同じ）。尚、上記「口開き量」とは、成形したハットチャンネル型部材１の開口部の距離Ｌ1［前記図３（ｂ）参照］であり（目標形状における開口部の距離Ｌ0［前記図３（ａ）参照］：８０ｍｍ）、この値が大きいほど壁反りが発生していることを意味している。
【００２９】
この結果から明らかなように、複数個のビード部６を相互の間隔を所定の範囲内にしつつ成形することによって、口開き量が小さくなって寸法精度の改善が図れることが分かる。ビード部６を複数形成することによって寸法精度が改善される機構は、ビード部６自体の形状剛性に加え、ビード部を複数形成することによるビード間の引張張力の作用によって、ビード部６相互間の縦壁における表裏面残留応力の方向が変化することによるものと考えられる。
【００３０】
尚、ビード部６を複数個数形成するに当たっては、相互間の距離Ｐは必ずしも同じにする必要はなく、上記の範囲内であれば多少異なっていても良い。また、一対の縦壁４ａ，４ｂにおけるビード部６の形成位置は必ずしも対向した位置に設ける必要はなく、多少ずれた状態であっても良い。
【００３１】
本発明のハットチャンネル型部材における衝撃特性については、曲げ衝撃特性に関してはビードを形成しない通常のハットチャンネル型部材と同等以上の特性を発揮することになるが、軸圧壊強度に関しては、ビード部６の個数が増加するにつれて若干低下する傾向がある。これは、長さ方向に対する衝撃に対して、ハットチャンネル型部材の稜線部分が、ビード形成部で折れ曲がった構成となるので（前記図４参照）、その部分から初期座屈が発生し、耐荷重が小さくなることが原因であると考えられる。
【００３２】
本発明者らは、ビード部６を形成したハットチャンネル型部材の軸圧壊強度を向上させる構造についても検討した。その結果、断面形状におけるパンチ肩相当部分および／またはダイ肩相当部分に、長手方向に均一な段形状が形成されたものとすれば、ハットチャンネル型部材の軸圧壊強度特性を更に向上させることができることが判明した。尚、「長手方向に均一」とは、後記図８に示すように、軸直角断面形状が長手方向で同一なる面が存在することを意味する。
【００３３】
図８は、本発明のハットチャンネル型部材の一構成例を示す概略説明図である。この構成は、断面形状におけるダイ肩相当部分（前記図３参照）に、長手方向に均一な段形状８を形成したものである。図８では、ダイ肩相当部分に段形状を形成したものであるが、このような段形状は、パンチ肩相当部分（縦壁４ａ，４ｂと横壁５間の稜線部分）に形成しても良く、或は両方に形成しても良い。こうした構成を採用することによって、ビード部を形成したときの折れ曲がりによる耐荷重低下を補強して軸圧壊強度の向上を図ることができる。
【００３４】
図９は、様々な形態のハットチャンネル型部材における軸圧壊強度（吸収エネルギー）を比較して示したものである。この結果から明らかなように、所定の段形状を形成することによって、軸圧壊強度が向上していることがわかる。
【００３５】
本発明のハットチャンネル型部材は、成形するハットチャンネル型部材に対応する形状の金型の形状を用いてプレス成形することによって、一体的に比較的簡単に製造することができる。また前記図８に示した段形状を形成する場合においても、成形品におけるパンチ肩相当部やダイ肩相当部分の金型部分に、段形状に対応した凹溝や凸状を形成することによって製造することができる。
【００３６】
尚、本発明で用いる素材鋼板（ブランク）の種類については、ハットチャンネル型部材の素材として用いられているものであればよく、特に限定するものではないが、例えば冷延鋼板、熱延鋼板、表面処理鋼板などが挙げられる。
【００３７】
以下、本発明を実施例によってその作用効果をより具体的に示すが、下記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前・後記の記載に適合し得る範囲で適宜変更して実施することは、いずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【実施例１】
【００３８】
７８０ＭＰａ級冷延鋼板（板厚ｔ：１．０ｍｍ）を用い、様々な形態のハットチャンネル型部材をプレス成形したときの寸法精度および軸圧壊強度について測定した。このときの、寸法精度は前述した「口開き量」によって評価し、軸圧壊強度については、上記の条件で測定した。
【００３９】
その結果を、下記表１に一括して示す。この結果から明らかなように、本発明で規定する要件を満足するハットチャンネル型部材では、寸法精度が改善されていることが分かる。特に、パンチ肩相当部やダイ肩相当部に段形状を形成したものでは、寸法精度に加えて軸圧壊強度も向上していることが分かる。
【００４０】
【表１】
2005103613.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】ハットチャンネル部材の外観形状例を示す説明図である。
【図２】ハットチャンネル型部材の主な成形方法を示す概略説明図である。
【図３】寸法精度不良の一例を説明する為の図である。
【図４】本発明のハットチャンネル部材の要部を説明するための図である。
【図５】ビード部の高さｈが壁反り曲率ρに与える影響を示したグラフである。
【図６】（Ｉ1＋Ｉ2＋Ｉ3＋‥‥＋IN）／Ｌの値が、寸法精度向上率や軸圧壊強度に与える影響について示したグラフである。
【図７】ビード部６の相互間隔が「口開き量」に与える影響を示したグラフである。
【図８】本発明のハットチャンネル型部材の一構成例を示す概略説明図である。
【図９】様々な形態のハットチャンネル型部材における軸圧壊強度を比較して示した棒グラフである。
【符号の説明】
【００４２】
１  ハットチャンネル型部材
２  長尺状本体
３ａ，３ｂ  フランジ３
４ａ，４ｂ  縦壁
５  横壁
６  ビード部
【図１】
2005103613.tif 000004
【図２】
2005103613.tif 000005
【図３】
2005103613.tif 000006
【図４】
2005103613.tif 000007
【図５】
2005103613.tif 000008
【図６】
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【図７】
2005103613.tif 000010
【図８】
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【図９】
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