(57)【要約】  【課題】繰り返し精度に優れ、良好な寸法精度と軸圧潰性を確保でき、さらに衝突エネルギー吸収性を向上させることができる板ハイドロフォーム製品を提供する。  【解決手段】補強板を中間部に配し長手方向に沿う両側縁部または全周縁部を重ね合わせ溶接した３枚以上の金属板で構成され、長手方向の直角面において断面形状を観察した場合に、前記補強板に面外変形部が形成されていることを特徴とする板ハイドロフォーム製品である。さらに、前記補強板に形成された面外変形部をプレス加工により、またはハイドロフォームの膨出加工により設けることができる板ハイドロフォーム製品、並びに板ハイドロフォーム成形方法およびこれを用いる板ハイドロフォーム成形装置である。【選択図】図７
2007061829.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
補強板を中間部に配し長手方向に沿う両側縁部または全周縁部を重ね合わせ接合した３枚以上の金属板で構成され、長手方向の直角面において断面形状を観察した場合に、前記補強板に、閉断面部材の内部を直線で仕切る平板の断面形状から外れる塑性変形部（以下、「面外変形部」という）が形成されていることを特徴とする板ハイドロフォーム製品。
【請求項２】
前記補強板に形成された面外変形部がプレス加工により設けられていることを特徴とする請求項１に記載の板ハイドロフォーム製品。
【請求項３】
前記補強板に形成された面外変形部がハイドロフォームの膨出加工により設けられていることを特徴とする請求項１に記載の板ハイドロフォーム製品。
【請求項４】
３枚以上の金属板で構成される領域が、長手方向に沿う製品全長の一部分であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の板ハイドロフォーム製品。
【請求項５】
前記金属板の接合箇所がハイドロフォームの膨出加工前に施される重ね合わせ接合される部位に限定されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の板ハイドロフォーム製品。
【請求項６】
自動車の構造用部材として用いられることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の板ハイドロフォーム製品。
【請求項７】
中間部に配した補強板を含む３枚以上の金属板を重ね合わせて被加工用素材とし、これをハイドロフォーム用金型に装入し、重ね合う素材面間に液体を圧入して膨出加工する板ハイドロフォーム加工方法であって、
プレス加工によって前記補強板に面外変形部を形成したのち、前記面外変形部を形成した補強板の形状を維持した状態で膨出加工を行うことを特徴とする板ハイドロフォーム成形方法。
【請求項８】
中間部に配した補強板を含む３枚以上の金属板を重ね合わせて被加工用素材とし、これをハイドロフォーム用金型に装入し、重ね合う素材面間に液体を圧入して膨出加工する板ハイドロフォーム加工方法であって、
初期の膨出加工によって前記補強板に面外変形部を形成したのち、前記面外変形部を形成した補強板の形状を維持した状態で、引き続き膨出加工を行うことを特徴とする板ハイドロフォーム成形方法。
【請求項９】
中間部に配した複数の補強板を含む３枚以上の金属板を重ね合わせて被加工用素材とし、これをハイドロフォーム用金型に装入し、重ね合う素材面間に液体を圧入して膨出加工する板ハイドロフォーム加工方法であって、
プレス加工によって前記補強板に面外変形部を形成し、さらに初期の膨出加工によって一部の補強板に前記面外変形部と異なる形状の面外変形部を形成したのち、これら面外変形部を形成した複数の補強板の形状を維持した状態で、引き続き膨出加工を行うことを特徴とする板ハイドロフォーム成形方法。
【請求項１０】
前記ハイドロフォーム用金型に可動金型を装備し、可動金型を作動させて前記補強板に面外変形部を形成したのち、可動金型を後退させて膨出加工を行うことを特徴とする請求項７〜９にいずれかに記載の板ハイドロフォーム成形方法。
【請求項１１】
前記金属板の接合工程がハイドロフォームの膨出加工前に施される重ね合わせ接合のみに限定されることを特徴とする請求項７〜１０のいずれかに記載の板ハイドロフォーム成形方法。
【請求項１２】
前記請求項７〜１１のいずれかに記載の板ハイドロフォーム成形方法を用いるハイドロフォーム成形装置であって、前記ハイドロフォーム用金型の上金型または／および下金型に液体流入経路が設けられていることを特徴とする板ハイドロフォーム成形装置。
【請求項１３】
さらに、前記ハイドロフォーム用金型には可動金型が装備されていることを特徴とする請求項１２に記載の板ハイドロフォーム成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、板ハイドロフォーム製品と、この成形方法およびこの成形方法を用いる板ハイドロフォーム成形装置に関し、さらに詳しくは衝突時の衝撃吸収性能に優れるとともに、良好な寸法精度を有する板ハイドロフォーム製品、並びに板ハイドロフォーム成形方法およびこれを用いる板ハイドロフォーム成形装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の構造用部材においては、衝突時での安全基準の厳格化にともない、この基準を満たすために、衝突による損傷、衝撃を抑制できる衝突特性の向上が強く要請されている。このような要請に対応するため、自動車の構造用部材として高張力鋼板の使用や複数枚の金属板で構成される多層部材の適用が検討されてきた。
【０００３】
図１は、特許文献１が多層部材として提案する、３枚板で構成されるバンパービームの断面構成を示す図である。提案のバンパービームは、ビーム１の断面内に車体の前後方向と直角をなす上下方向に補強板２を設けるため、ハット型断面を有するビーム１部材（以下、「ハット部材」という）を２つ組み合わせ、その中間に補強用の平板２を配する構成になっている。
【０００４】
図１に示すバンパービームによれば、衝突の際に、平板からなる補強板２が衝突方向に対し直角となる上下方向への開き変形を抑制し、衝突面側のハット部材を効率良く変形させることから、衝撃に対して高い反力を発揮することができる。しかし、通常、ハット部材はプレス加工によって成形されることから、高張力鋼板を使用する場合には、プレス加工後のスプリングバックが大きいことが問題になる。さらに、図１に示すバンパービームでは、各部材を成形した後に溶接により製品成形する方式であるため、作業工程が増加するとともに、溶接時の作業性が悪化するという問題もある。
【０００５】
加工後の寸法精度や作業性に関し、ハイドロフォームを適用することにより、高張力鋼板を使用する場合にもスプリングバックを小さくすることができ、さらに溶接作業を低減できることから作業工程を減少できるという特長を発揮できる。
【０００６】
より詳細にハイドロフォームを区分すれば、金属管を素材としたパイプハイドロフォームと、金属板を素材とした板ハイドロフォームとに分けることができるが、現状においては、パイプハイドロフォームが広く工業化されているといえる。ところが、近年における自動車の構造用部材への適用に際して、加工後の寸法精度や作業性を勘案し、特許文献２〜４に提案されるように、板ハイドロフォームが有効な技術となってきた。
【０００７】
図２は、特許文献２〜４が提案する、板ハイドロフォームを利用した自動車の構造用部材（フロントサイドメンバ）の断面構成を示す図である。図２に示す構造用部材では、閉断面部材１の内部を仕切るように横断する一対の補強板２が配設され、その断面は稜線が多い形状となっていることから強度や剛性に優れ、衝撃に対して高い反力を得られるとしている。
【０００８】
ところが、図２に示す構造用部材のハイドロフォームによる膨出加工では、部材内部に配設される補強板２は、閉断面部材１との接合部２ａを介して引張られ引き延ばされる形態で成形されるため、この補強板２は閉断面部材１の内部を直線で仕切る平板状の形状に限定されることになる。
【０００９】
図３は、特許文献５が提案する、車両用メンバ部品の断面構成を示す図である。前記図２に示す構造用部材では、補強板２は閉断面部材の内部を仕切る平板に限定されるのに対して、図３に示す車両用メンバ部品では、中間板として配される補強板２を平板状ではなく、長手方向の直角面において上下方向に屈曲させる形状にしている。これにより、補強板２を補強用の縦リブとしての役割を持たせることによって、自動車の構造用部材の衝突エネルギー吸収性能を向上させることとしている。
【００１０】
しかしながら、図３に示す車両用メンバ部品では、幅の異なる２つのハット部材を重ねた形状でハイドロフォーム成形した後、補強板２を覆う平板状のクロージング部材３を溶接、接合して製品を成形する方式である。
【００１１】
【特許文献１】特開平６−１７１４４１号公報
【特許文献２】特開２００３−３２０９６０号公報
【特許文献３】特開２００４−８２１４２号公報
【特許文献４】特開２００４−１６０４８５号公報
【特許文献５】特開２００４−１８２０５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
前述の通り、自動車の構造用部材として優れた衝突特性を発揮させるため、高張力鋼板の使用や複数枚の金属板で構成される多層部材の適用が検討されてきたが、高張力鋼板を使用する場合にも寸法精度が十分に確保できることから、多層部材の適用に際し、金属板を素材とした板ハイドロフォームも採用されるようになっている。
【００１３】
板ハイドロフォームで補強板を設けた多層部材を成形する場合に、前記図２に示すように、補強板が閉断面部材の内部を直線で仕切るような平板で構成されると、その断面形状は比較的稜線が多いことから、部材の強度や剛性を確保することができるが、衝突エネルギーの吸収性について一定の制限が生じることになる。
【００１４】
これに対し、補強板が長手方向の直角面において平板で構成される直線の断面形状ではなく、前記図３に示すように、閉断面部材の内部を直線で仕切る平板の断面形状から外れる塑性変形部（以下、「面外変形部」という）を形成する場合には、衝突特性として、軸圧潰と曲げ変形において、特に優れた衝突エネルギー吸収性を発揮することができる。
【００１５】
しかしながら、前記図３に示す車両用メンバ部品のように面外変形部を形成する場合に、従来の板ハイドロフォーム成形方法では、溶接された加工素材から板ハイドロフォームによってハット部材を重ねて成形した後にも、ハット部材の底面にクロージング部材を溶接する必要がある。このため、前記図３に示す車両用メンバ部品は、複数回の溶接工程が必要になるが、特に、板ハイドロフォーム後の溶接は成形製品の接合となるので、溶接時の熱変形によるねじれ発生を解消するため、矯正工程を入れざるを得ない場合もある。
【００１６】
本発明は、上記の板ハイドロフォームの問題点に鑑みてなされたものであり、３枚以上の金属板で構成される多層部材を成形する際に、補強板に面外変形部を設けるとともに、溶接作業を最小限度に留める成形工程を採用することにより、良好な寸法精度を具備し、さらに軸圧潰と曲げ変形における優れた衝突エネルギー吸収性を発揮することができる板ハイドロフォーム製品、並びに板ハイドロフォーム成形方法およびこれを用いる板ハイドロフォーム成形装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明者らは、特に衝突時の衝突エネルギー吸収性を向上させて上記課題を解決するため、溶接工程を少なくして補強板に面外変形部を設ける方法について種々の検討を加えた結果、板ハイドロフォーム成形においては、補強板に面外変形部を成形する工程と、形成された面外変形部の形状を維持した状態で膨出加工する工程とに分離するのが有効であることに着目した。
【００１８】
このとき、面外変形部を成形する工程としては、単層または多層に重ねた金属板素材（以下、「ブランク」という）をプレス加工により成形する方法と、単層または多層に重ねたブランクをハイドロフォームの膨出加工により成形する方法とがあり、それぞれ板ハイドロフォーム成形に適用できる。
【００１９】
そして、この面外変形部の成形工程を含む板ハイドロフォーム成形方法を、プレス加工により面外変形部を成形した後、ハイドロフォームの膨出加工により最終形状の製品を得る「複合成形法」と、ハイドロフォームの膨出加工により面外変形部を成形した後、さらに膨出加工により最終形状の製品を得る「多段階成形法」に区分できる。
【００２０】
本発明は、上記知見に基づいて完成されたものであり、下記（１）、（２）の板ハイドロフォーム製品、並びに（３）〜（６）の板ハイドロフォーム成形方法およびこれを用いる（７）の板ハイドロフォーム成形装置を要旨としている。
（１）補強板を中間部に配し長手方向に沿う両側縁部または全周縁部を重ね合わせ接合した３枚以上の金属板で構成され、長手方向の直角面において断面形状を観察した場合に、前記補強板に面外変形部が形成されていることを特徴とする板ハイドロフォーム製品である。前記補強板に形成された面外変形部は、プレス加工により、またはハイドロフォームの膨出加工により設けることができる。
（２）上記（１）の板ハイドロフォーム製品は、３枚以上の金属板で構成される領域を長手方向に沿う製品全長の一部分とすることができる。また、金属板の溶接箇所をハイドロフォームの膨出加工前に施される重ね合わせ接合される部位に限定するのが望ましい。このように必要な部位のみを補強した板ハイドロフォーム製品は、軽量化の観点から自動車の構造用部材として最適となる。
（３）中間部に配した補強板を含む３枚以上の金属板を重ね合わせて被加工用素材とし、これをハイドロフォーム用金型に装入し、重ね合う素材面間に液体を圧入して膨出加工する板ハイドロフォーム加工方法であって、プレス加工によって前記補強板に面外変形部を形成したのち、前記面外変形部を形成した補強板の形状を維持した状態で膨出加工を行うことを特徴とする板ハイドロフォーム成形方法である。以下の説明では、「複合成形法」という。
（４）中間部に配した補強板を含む３枚以上の金属板を重ね合わせて被加工用素材とし、これをハイドロフォーム用金型に装入し、重ね合う素材面間に液体を圧入して膨出加工する板ハイドロフォーム加工方法であって、初期の膨出加工によって補強板に面外変形部を形成したのち、前記面外変形部を形成した補強板の形状を維持した状態で、引き続き膨出加工を行うことを特徴とする板ハイドロフォーム成形方法である。以下の説明では、「多段階成形法」という。
（５）中間部に配した複数の補強板を含む３枚以上の金属板を重ね合わせて被加工用素材とし、これをハイドロフォーム用金型に装入し、重ね合う素材面間に液体を圧入して膨出加工する板ハイドロフォーム加工方法であって、プレス加工によって前記補強板に面外変形部を形成し、さらに初期の膨出加工によって一部の補強板に前記面外変形部と異なる形状の面外変形部を形成したのち、これら面外変形部を形成した複数の補強板の形状を維持した状態で、引き続き膨出加工を行うことを特徴とする板ハイドロフォーム成形方法である。すなわち、「複合成形法」と「多段階成形法」とを組み合わせた成形方法である。
（６）上記複合成形法および多段階成形法では、ハイドロフォーム用金型に可動金型を装備し、可動金型を作動させて前記補強板に面外変形部を形成したのち、可動金型を後退させて膨出加工を行うことができる。また、一般的には、金属板の接合工程をハイドロフォーム前のみにすると工程が省略されるという利点があるため、金属板の溶接工程がハイドロフォームの膨出加工前に施される重ね合わせ接合のみに限定するのが望ましい。
（７）上記（３）〜（５）のいずれかに記載の板ハイドロフォーム成形方法を用いるハイドロフォーム成形装置であって、前記ハイドロフォーム用金型の上金型または／および下金型に液体流入経路が設けられていることを特徴とする板ハイドロフォーム成形装置である。さらに、前記ハイドロフォーム用金型には可動金型を装備するのが望ましい。
【００２１】
図４は、本発明で規定する「面外変形部」を説明する図であり、（ａ）は「面外変形部」を形成しない断面構成を示し、（ｂ）は「面外変形部」を形成する断面構成を示している。面外変形部は、補強板２が長手方向に沿う両側縁部で閉断面部材１と接合された場合に、長手方向の直角面における補強板２の断面形状として認識される。
【００２２】
したがって、面外変形部を形成しない場合には、図４（ａ）に示すように、補強板２の断面形状は両接合箇所を直線で結ぶ形状となるが、面外変形部を形成する場合には、図４（ｂ）に示すように、閉断面部材の内部を直線で仕切る平板の断面形状から外れる塑性変形部４が設けられる。
【００２３】
本発明で規定する面外変形部４は、図４に示す断面形状に限定されるものではなく、補強板２の中央部に設ける必要がなく、また左右均等に変形させる必要もなく、前記図３に示すように、上下方向に屈曲させる形状であっても、塑性変形部の断面形状が円形、楕円、矩形または多角形等であってもよい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の板ハイドロフォーム製品および板ハイドロフォーム成形方法によれば、３枚以上の金属板で構成される多層部材を成形する際に、中間部に設ける補強板に面外変形部を設けるとともに、接合工程を最小限度に留めることにより、高張力鋼板を用いる場合であっても、加工後のスプリングバック量が少なく、かつバラツキもないことから繰り返し精度に優れ、良好な寸法精度を確保でき、さらに軸圧潰と曲げ変形における衝突エネルギー吸収性を向上させることができる。これにより、最適な自動車の構造用部材を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明の板ハイドロフォーム製品は、自動車の車体構造部品としての多層部材に最適であり、例えば、サイドメンバ、サイドシル、フロントピラー、サイドルーフレール、センターピラー、バンパーなどに適用することができる。この場合に、ブランク（金属板素材）は、衝突特性を改善するため高張力鋼板（例えば、引張強さ４００ＭＰａ以上）を採用するのが望ましい。
【００２６】
本発明が採用する３重ね合わせ接合は、溶接手段に限定されるものではなく、ハイドロフォーム時にシールの役目を果たし、最終製品において十分な結合強度を発揮できるのであれば、ろう付け、接着材といった溶接以外の手段を適用することができる。したがって、以下では、溶接手段を採用する場合に基づいて説明するが、溶接以外の手段であっても同様の作用効果を発揮することができる。以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２７】
図５は、複合成形法による成形過程を説明する図であり、（ａ）および（ｂ）は長手方向の直角面における断面構成を示し、（ｃ）は長手方向に沿う断面構成を示している。複合成形法では、プレス加工によって補強板に面外変形部を成形したのち、内圧付与による膨出加工によって最終形状の板ハイドロフォーム製品を得る。図５では、３枚板で構成された板ハイドロフォーム製品の成形過程を示している。以下の説明では、特に断らない限り、３枚板の構成を前提とする。
【００２８】
図５（ａ）に示すように、重ね合わせ溶接されたブランク１、２は、プレス金型５内でポンチ６を用いて３枚板ともが同時に加工され、面外変形部が形成される。次に、図５（ｂ）、（ｃ）に示すように、内圧付与し膨出加工を施すため、ハイドロフォーム用金型７に装入されて上下の金型が閉じられ（以下、「型締め」という）、液体の圧入によって金型が解放しないように必要な荷重を負荷する。
【００２９】
荷重を負荷した状態で、ハイドロフォーム用金型７に設けた液体流入経路８を通じてブランク１、２間に内圧を付与すると、３枚のブランクのうち上側ブランク１ａと下側ブランク１ｂが膨出変形する。中間部に位置する補強ブランク２は、その上下両側から等しい圧力を受けるために変形せず、面外変形部の形状を維持することができる。
【００３０】
図６は、図５に示す複合成形法に用いるため、重ね合わせ溶接されるブランクの構成を示す図である。３枚のブランク１ａ、１ｂ、２は、膨出加工でのシールを確保するため、溶接ラインＬに沿って全周縁部を溶接する。溶接の種類としては、レーザー溶接、シーム溶接、アーク溶接、フレア溶接およびプラズマ溶接などからを適宜選択することができる。さらに溶接部形態として、貫通溶接および隅肉溶接を適宜選択することができる。
【００３１】
ブランクには注水口９または流路確保のための流通孔１０が貫通されており、図６に示すブランクの構成では、下側ブランク１ｂおよび補強ブランク２に注水口９が設けられ、さらに補強ブランク２に３個の流通孔１０が設けられている。ブランクに設けられる注水口９および流通孔１０の個数、寸法、それらの配置パターンは限定されたものではなく、注水および流路確保という機能を果たす限りにおいて、適宜選択することができる。
【００３２】
また、注水口の形式は、図６に示した形状に限られたものではなく、その他の形式、例えば重ね注入口等（特開２００４−１０５９９８号公報、特許３１７１５４４号公報参照）を採用することができる。
【００３３】
図７は、多段階成形法による成形過程を説明する図であり、（ａ）〜（ｃ）は長手方向の直角面における断面構成を示し、（ｄ）および（ｅ）は長手方向に沿う断面構成を示している。多段階成形法では、ハイドロフォーム用金型７内における初期の膨出加工によって面外変形部を成形したのち、引き続き内圧付与による膨出加工によって最終形状の板ハイドロフォーム製品を得る。
【００３４】
図８は、図７に示す多段階成形法に用いるため、重ね合わせ溶接されるブランクの構成例を示す図である。３枚で重ね合わせ溶接されたブランク１ａ、１ｂ、２のうち、上側ブランク１ａおよび下側ブランク１ｂに注水口９が設けられている。このため、上側ブランク１ａの注水口９から流入する液体は上側ブランク１ａと補強ブランク２の間に充満され、下側ブランク１ｂの注水口９から流入する液体は下側ブランク１ｂと補強ブランク２の間に充満されることになる。
【００３５】
図７（ａ）に示すように、重ね合わせ溶接されたブランクは、面外変形部を成形するため、成形用の突起７ａを有するハイドロフォーム用金型７内に装入されて初期の膨出加工が行われ、図７（ｂ）、（ｄ）に示すように、ハイドロフォーム用金型７に設けた液体流入経路８を通じて上側ブランク１ａの注水口９から高圧液体を注入すると、上側ブランク１ａは膨出変形を受け上金型に張り付くようになる。一方、補強ブランク２および下側ブランク１ｂも膨出変形を受け、金型内で面外変形部を成形する。
【００３６】
次に、図７（ｃ）、（ｅ）に示すように、最終製品を得るためのハイドロフォーム用金型７に装入し、上側ブランク１ａの注水口９と下側ブランク１ｂの注水口９とから同時に同一圧力の液体を注入することにより、下側ブランクが膨出変形し下金型に張り付く。このとき、中間部に位置する補強ブランク２は、その両側から等しい圧力を受けるために変形せず、面外変形部の形状を維持できる。このようにして、補強ブランク２に面外変形部を有する板ハイドロフォーム成形品を得ることができる。
【００３７】
図９は、多段階成形法による成形過程の他の成形例を説明する図であり、（ａ）〜（ｃ）は長手方向の直角面における断面構成を示し、（ｄ）および（ｅ）は長手方向に沿う断面構成を示している。図１０は、図９に示す多段階成形法に用いるため、重ね合わせ溶接されるブランクの構成を示す図である。前記図８の構成に比べ、図１０に示すブランクの構成では、３枚で重ね合わせ溶接されるブランク１ａ、１ｂ、２のうち、下側ブランク１ｂに２個の注水口９ａ、９ｂを設け、溶接されるブランクの注水口が同一面側に設けることを特徴としている。
【００３８】
下側ブランク１ｂに形成された注水口９ａは補強ブランク２にまで及んでいるが、下側ブランクの注水口の周囲は溶接ラインＬに沿って溶接されているので、注水口９ａを流通する高圧液体はシールされる。このため、注水口９ａから流入した高圧液体は、上側ブランク１ａと補強ブランク２の間に充満し、注水口９ｂから流入した高圧液体は、下側ブランク１ｂと補強ブランク２の間に充満する。補強ブランク２は、その両側から等しい圧力を受けるため変形せず、面外変形部の形状を維持することができる。
【００３９】
本発明の板ハイドロフォーム製品では、３枚のブランクで構成される領域を長手方向に沿う製品全長の一部分に設けることによって、所定の箇所で充分な強度や剛性を確保することができ、さらに製品全体としては軽量化を図ることができる。この場合に、成形法としては、複合成形法および多段階成形法のいずれも適用することができる。
【００４０】
図１１は、３枚のブランクで構成される領域を一部分に設ける実施形態を示す図であり、（ａ）は長手方向の直角面における断面構成を、（ｂ）は長手方向に沿う断面構成を、（ｃ）は重ね合わせ溶接されるブランクの構成を示す図である。図１１に示す実施形態では、３枚のブランク１ａ、１ｂ、２はいずれも外形寸法が同一であるが、補強ブランク２に大きな開口部を設けることにより、製品全長のうち必要な領域のみ３枚のブランクで構成することができる。
【００４１】
図１２は、３枚のブランクで構成される領域を一部分に設ける実施形態のその他の例を示す図であり、（ａ）は長手方向の直角面における断面構成を、（ｂ）は長手方向に沿う断面構成を、（ｃ）は重ね合わせ溶接されるブランクの構造を示す図である。図１２に示す実施形態では、補強ブランク２を上側ブランク１ａおよび下側ブランク１ｂより短く構成し、補強ブランク２を長手方向の最適な位置に配置することで、必要な領域のみ３枚のブランクで構成することができる。
【００４２】
図１３は、３枚のブランクで構成される領域を一部分に設ける実施形態のさらに他の例を示す図であり、（ａ）は長手方向の直角面における断面構成を、（ｂ）は長手方向に沿う断面構成を、（ｃ）は重ね合わせ溶接されるブランクの構造を示す図である。図１３に示す実施形態では、下側ブランク１ｂを長手方向に短く構成し、下側ブランク１ｂの配置位置を選択することにより、必要な領域のみ３枚のブランクで構成することができる。
【００４３】
本発明の板ハイドロフォーム製品では、補強ブランク以外のブランク、例えば下側ブランクにも補強ブランクに形成された面外変形部と同様の形状を付与することが可能であり、さらに、必要に応じて、ブランクの幅を変更することができる。
【００４４】
図１４は、多段階成形法により下側ブランクに面外変形部と同様の形状を付与する成形過程を説明する図であり、（ａ）〜（ｃ）は長手方向の直角面における断面構成を示し、（ｄ）は重ね合わせ溶接されるブランクの構造を示す図である。図１４（ａ）、（ｂ）に示すように、初期の膨出加工により補強ブランクに面外変形部を成形した後、図１４（ｃ）に示すように、最終成形の膨出加工で下側ブランクに面外変形部に類似する形状を付与することができる。
【００４５】
図１５は、多段階成形法によりブランクの幅を変更する成形過程を説明する図であり、（ａ）〜（ｃ）は長手方向の直角面における断面構成を示し、（ｄ）は重ね合わせ溶接されるブランクの構造を示す図である。断面形状において上金型の線長が短い場合には、上側ブランク１ａを補強ブランク２および下側ブランク１ｂに比べ、ブランク幅を狭めることができ、部材の軽量化を図ることができる。
【００４６】
本発明の板ハイドロフォーム製品では、３枚板構造を超えて４枚板構造またはそれ以上の多層構造とすることができる。図１６は、複合成形法および多段階成形法を組み合わせて５枚板構造を成形する過程を説明する図であり、（ａ）〜（ｃ）は長手方向の直角面における断面構成を示し、（ｄ）は重ね合わせ溶接されるブランクの構造を示す図である。図１６（ａ）〜（ｃ）に示す５枚板構造の成形例では、複合成形法の適用後に多段階成形法を適用することで、補強ブランク２を中間補強ブランク２ｃ、上補強ブランク２ａおよび下補強ブランク２ｃの３枚で構成し、それぞれに面外変形部を形成する構造としている。このとき、図１６（ｄ）に示す溶接ブランクの構成では３個の注水口を設けるとともに、中間補強ブランク２ｃに流通孔を設けている。
【００４７】
図１６（ａ）に示すように、プレス金型５内で、プレス加工により５枚全てのブランク１、２に変形を与える。次に、図１６（ｂ）に示すように、第一段階のハイドロフォーム用金型７に装入し、上側ブランク１ａおよび下側ブランク１ｂ、並びに上補強ブランク２ａおよび下補強ブランク２ｂの４枚のブランクを膨出変形させる。このとき、中間補強ブランク２ｃは、両側から等しい圧力が付加されるため、面外変形部の形状は維持される。このときの高圧液体の注入は、注水口９ａで行う。
【００４８】
図１６（ｃ）に示すように、第一段階のハイドロフォーム用金型７での膨出加工後に、さらに第二段階のハイドロフォーム用金型７に装入し、上側ブランク１ａおよび下側ブランク１ｂの２枚のブランクを膨出変形させる。このときの高圧液体の注入は、注水口９ａ、９ｂ、９ｃの全てから同時に行い、面外変形部が形成された中間補強ブランク２ｃ、上補強ブランク２ａおよび下補強ブランク２ｂの形状を維持した状態で最終製品を得る。
【００４９】
本発明の板ハイドロフォーム成形方法では、通常のプレス成形法に比較してポンチが不要であるため金型数を半減できるが、ハイドロフォーム用金型に可動金型を装備し、複合成形法においても、また多段階成形法においても可動金型を使用することにより、さらに使用する金型数や成形工程を削減することができる。
【００５０】
図１７は、可動金型を用いた複合成形法による成形過程を説明する図であり、（ａ）、（ｂ）は長手方向の直角面における断面構成を示している。ハイドロフォーム用金型７内で可動金型１１を作動させ、補強ブランク２に面外変形部を形成したのち、可動金型１１を後退させて膨出加工を行うことにより、使用する金型数、さらに成形工程を減少させることができる。
【００５１】
図１８は、可動金型を用いた多段階成形法による成形過程を説明する図であり、（ａ）〜（ｅ）は長手方向の直角面における断面構成を示している。通常の多段階成形法に用いる、ハイドロフォーム用金型７に可動金型１１を装備することにより、使用する金型数、さらに成形工程を減少させることができる。図１８に示す成形過程では、複動式の可動金型１１ａ、１１ｂを適用することにより、金型数を増加させることなく、下側ブランク１ｂにも補強ブランク２に形成された面外変形部と同様の形状を付与することができる。
【００５２】
上述した成型過程では、３枚の板ブランクを成型加工前に全周溶接した例を示した。成型加工前に全周溶接を実施した場合には、複雑な形状の部品をハイドロフォームする場合においても加工液の確実なシールができる。さらに、ハイドロフォーム後の加工品が製品寸法になるように、ブランク寸法を決定すれば、フランジのトリムなどを省略できるとともに、３次元的な部品の溶接を省略できることから、成型加工前に全周溶接をすることは利点が多くなる。
【００５３】
製品によっては、ブランクにプレス加工により面外変形部を成形した後に、重ね合わせ溶接を行い、ハイドロフォームによる変形をさせてもよい。また、浅絞り部品であれば、前記図６や図８に示すように、成型加工前のブランクの溶接ラインＬを全周とせずに、その一部のみ、または溶接を行わなくてもよい場合がある。全周溶接をしない場合には、加工液のシールを目的としたビード部をハイドロフォーム用金型の周縁部に設置することで、加工液の圧力を低下させずハイドロフォームが可能になる。
【実施例】
【００５４】
（実施例１）
実施例１では、本発明の衝撃吸収性能を確認するため、本発明例として本発明１、および比較例として従来例１〜３の供試製品を作製し、比較調査を実施した。各供試製品の作製条件、および比較調査の結果は次の通りである。
（１）供試製品の作製条件
本発明１は、図１９（ｂ）に示す構成からなる溶接ブランクを用いて、複合成形法により、図１９（ａ）に示す断面形状の供試製品を得た。使用した鋼板は引張強さ（以下、ＴＳという）が２７０ＭＰａ、肉厚が１．０９ｍｍとし、ブランクの溶接をレーザー溶接で重ね合わせ溶接を実施した。溶接ブランクはプレス金型内で突起状の面外変形部を形成し、次にハイドロフォーム用金型内で型締め力１８００ｔｏｎｆを加え、高圧水による膨出加工を行った。最高内圧は１００ＭＰａとした。最終製品の断面形状を観察し、補強ブランクに面外変形部が維持されていることを確認した。
【００５５】
従来例１は２枚板構造として、ＴＳが２７０ＭＰa、肉厚が１．２ｍｍの鋼板を用い、プレス成形法により図２０に示す断面形状の供試製品を得た。
【００５６】
従来例２は２枚板構造として、ＴＳが２７０ＭＰa、肉厚が１．２ｍｍの鋼板を用い、ハイドロフォームの膨出加工により図２０に示す断面形状の供試製品を得た。
【００５７】
従来例３は３枚板構造として、本発明１と同じ鋼板を用い、プレス加工により図１９（ａ）に示す断面形状の供試製品を得た。ただし、３枚板構造は、製品全長の一部とした。また、２枚板構造と３枚板構造で板厚を変えたのは、衝撃特性の比較において同一重量同士で比較するためである。
（２）比較調査の結果
図２１は、実施例１で衝撃特性を調査するために用いた３点曲げ試験機の構成を示す図である。同図に示される３点曲げ試験機を用いて、各供試製品の曲げ変形エネルギーの吸収量を調査した。その調査結果を、従来例１の結果を１００として表１に示す。
【００５８】
【表１】
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【００５９】
表１に示されるように、本発明１は、他の比較例に比べ高いエネルギー吸収量を示しており、補強ブランクに面外変形部が形成されていれば、部分的に３枚板構造にする場合であっても、所定箇所でのエネルギー吸収性能は優れる。
【００６０】
さらに、ハイドロフォーム成形法とプレス成形法を比較するため、本発明１と従来例３、または従来例１と従来例２を比べると、ハイドロフォーム成形法による供試製品は、プレス成形法による供試製品よりエネルギー吸収量が多くなる。これは、板ハイドロフォームにおける加工硬化の影響と考えられる。
【００６１】
また、本発明１と従来例３において工程を比較すると、従来例３では各ブランクをプレス成形し、重ねてスポット溶接で接合していることから、工程数が多くなっている。これから、本発明１では成形工程の削減効果もあることが確認できた。
（実施例２）
実施例２では、本発明の寸法精度を確認するため、本発明例として本発明２、３、および比較例として従来例４、５の供試製品を作製し、比較調査を実施した。各供試製品の作製条件、および比較調査の結果は次の通りである。
（１）供試製品の作製条件
本発明２は、図２３（ａ）に示す溶接ブランクを用いて、複合成形法により図２２に示す断面形状の供試製品を得た。使用した鋼板はＴＳが７８０ＭＰａ、肉厚が１．２ｍｍの高張力鋼板とし、レーザー溶接で重ね合わせ溶接を実施した。プレス金型内で面外変形部を形成し、次にハイドロフォーム用金型内で型締め力１８００ｔｏｎｆを加え、高圧水による膨出加工を行った。最高内圧は１００ＭＰａとした。
【００６２】
本発明３は、図２３（ｂ）に示す溶接ブランクを用いて、多段階成形法により図２２に示す断面形状の供試製品を得た。使用した鋼板は本発明２の場合と同様とし、可動金型を用いて成形を実施したが、ハイドロフォームでの成形条件も本発明２の場合と同様とした。
【００６３】
従来法４は、本発明１と同じ鋼板を用い、個別にプレス成形した３枚板を溶接した。
【００６４】
従来法５は、本発明１と同じ鋼板を用い、２枚重ねの溶接ブランクをハイドロフォームで膨出加工した後に、プレス成形したブランクを重ね合わせ溶接した。
（２）比較調査の結果
各供試製品の寸法測定を行い、その調査結果を表２に示す。
【００６５】
【表２】
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【００６６】
プレス成形法による従来例４は、スプリングバックが大きく寸法精度が悪かった。そこで、スプリングバックを見込んだ金型を作製し成形を行ったが、最終の誤差は±０．２５ｍｍと大きかった。
【００６７】
２枚板のハイドロフォーム部材とプレス成形部材とを溶接した従来例５では、プレス成形法による従来例４に比較して、高い寸法精度を示したが、±０．１７ｍｍと大きな値であった。
【００６８】
これに対して、本発明例はいずれも良好な寸法精度を示したが、特に多段階成形法による本発明３は、極めて優れた寸法精度であった。このように、本発明の成形方法によれば、高張力鋼板（ＴＳ＝７８０ＭＰａ）を用いる場合でも、良好な寸法精度が得られることが分かった。また、多段階成形法では、可動金型を用いることにより、金型数を削減できることが確認できた。
（実施例３）
実施例３では、本発明の軸圧潰性を確認するため、本発明４（多段階成形法による製品）と従来例６（２枚板プレス製品）とを供試製品として、軸方向に圧潰させて衝撃特性を比較した。試験体長さを３００ｍｍとし、衝突速度が６４ｋｍ／ｈの条件で試験を実施した。
【００６９】
図２４は、実施例３で用いた供試製品の断面形状を示す図である。図２４（ａ）に示す本発明４は、ＴＳが２７０ＭＰａ、板厚が１．２ｍｍの鋼板を用いて、多段階成形法で成形した３枚板ハイドロフォーム製品である。図２４（ｂ）に示す従来例６は、ＴＳが２７０ＭＰａ、板厚が１．８ｍｍの鋼板を用いて成形した２枚板プレス製品である。同一重量で比較するために、従来例６の板厚を本発明４よりも厚く設定した。その結果を表３に示す。
【００７０】
【表３】
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【００７１】
表３に示す結果から、本発明４は従来例６に比べ、吸収エネルギーが大幅に（６％）向上することが分かる。このことから、本発明による板ハイドロフォーム製品は、曲げ変形と軸方向圧潰のいずれにおいても、優れた衝撃エネルギー吸収性能を発揮することが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明の板ハイドロフォーム製品および板ハイドロフォーム成形方法によれば、中間部に設ける補強板に面外変形部を設けるとともに、溶接工程を最小限度に留めることにより、３枚以上の金属板で構成される多層部材を成形する際に、高張力鋼板を用いる場合であっても、加工後のスプリングバック量が少なく、かつバラツキもないことから繰り返し精度に優れ、良好な寸法精度を確保でき、さらに軸圧潰と曲げ変形における衝突エネルギー吸収性を向上させることができる。これにより、最適な自動車の構造用部材として広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】特許文献１が多層部材として提案する、３枚板で構成されるバンパービームの断面構成を示す図である。
【図２】特許文献２〜４が提案する、板ハイドロフォームを利用した自動車の構造用部材（フロントサイドメンバ）の断面構成を示す図である。
【図３】特許文献５が提案する、車両用メンバ部品の断面構成を示す図である。
【図４】本発明で規定する「面外変形部」を説明する図であり、（ａ）は「面外変形部」を形成しない断面構成を示し、（ｂ）は「面外変形部」を形成する断面構成を示している。
【図５】複合成形法による成形過程を説明する図である。
【図６】前記図５に示す複合成形法に用いるため、重ね合わせ溶接されるブランクの構成を示す図である。
【図７】多段階成形法による成形過程を説明する図である。
【図８】前記図７に示す多段階成形法に用いるため、重ね合わせ溶接されるブランクの構成を示す図である。
【図９】多段階成形法による成形過程の他の成形例を説明する図である。
【図１０】前記図９に示す多段階成形法に用いるため、重ね合わせ溶接されるブランクの構成を示す図である。
【図１１】３枚のブランクで構成される領域を一部分に設ける実施形態を示す図である。
【図１２】３枚のブランクで構成される領域を一部分に設ける実施形態のその他の例を示す図である。
【図１３】３枚のブランクで構成される領域を一部分に設ける実施形態のさらに他の例を示す図である。
【図１４】多段階成形法により下側ブランクに面外変形部と同様の形状を付与する成形過程を説明する図である。
【図１５】多段階成形法によりブランクの幅を変更する成形過程を説明する図である。
【図１６】複合成形法および多段階成形法を組み合わせて５枚板構造を成形する過程を説明する図である。
【図１７】可動金型を用いた複合成形法による成形過程を説明する図である。
【図１８】可動金型を用いた多段階成形法による成形過程を説明する図である。
【図１９】実施例１で用いた供試製品の断面形状および溶接ブランクの構成を示す図である。
【図２０】実施例１で用いた供試製品の断面形状を示す図である。
【図２１】実施例１で衝撃特性を調査するために用いた３点曲げ試験機の構成を示す図である。
【図２２】実施例２で用いた供試製品の断面形状を示す図である。
【図２３】実施例２用いた溶接ブランクの構成を示す図である。
【図２４】実施例３で用いた供試製品の断面形状を示す図である。
【符号の説明】
【００７４】
１：ビーム、閉断面部材、上側ブランク、下側ブランク
２：補強板、補強ブランク、  ３：クロージング部材
４：面外変形部、塑性変形部、  ５：プレス金型
６：ポンチ、  ７：ハイドロフォーム用金型
８：液体流入経路、  ９：注水口
１０：流通孔、  １１：可動金型
Ｌ：溶接ライン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2007061829.tif 000010
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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