(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに板厚の異なる複数の鋼板を突合せ溶接して構成され、後にプレス成形される集合ブランクであって、
一部分のブランク端部が溶接線端部よりも溶接線方向でブランク内側に位置している部分を、板厚の薄い側のブランクにのみ設け、
該一部分のブランク端部が溶接線端部よりも溶接線方向でブランク内側に位置している部分は、溶接線端部を周囲よりも突出させることによって形成されることを特徴とする集合ブランク。
【請求項２】
請求項１に記載の集合ブランクを用いて製造されることを特徴とするサイドメンバー。
【発明の詳細な説明】
【産業上の利用分野】
本発明は、プレス成形に供するブランクに係り、特に複数の鋼板を突合せ溶接し、後に所望の形状にプレス成形される集合ブランクとそれを用いて製造されるサイドメンバーに関する。
【０００１】
【従来の技術】
この種の集合ブランクは、材料の歩留りを向上させたい場合、あるいはプレス成形品に対して部分的に板厚や材質、製品強度等を変えたい場合に有用であり、例えば自動車ボデーのプレス成形に利用されている。
【０００２】
ここで、自動車のボデーのサイドメンバーを例にとって、そのプレス成形に用いる集合ブランクを説明すると図１に示すように、集合ブランク１は、鋼板を外形抜きすることにより各独立に用意されたルーフサイドレール対応部２、ロッカ対応部３、フロントピラー対応部４、センターピラー対応部５及びクォータピラー対応部６などの分割要素を所定の配置で突合せ、各突合せ部分を例えばレーザー溶接にて溶接して一体化した構成とされている。尚、図１中、７ａ、７ｂ…７ｆは各突合せ部分に対応する溶接線を表している。このように構成された集合ブランク１は、図２に示すように、そのままプレス金型にセットされてサイドメンバーＳの成形に供され、更に不要部分が分断、除去される。
【０００３】
ところで、この種のプレス成形に際して、各板厚の異なるブランク同士の溶接部位端縁部が素材のずれや溶接欠陥により伸びフランジ成形となり、該プレス成形時に前記溶接部位端縁部に応力集中に起因して亀裂等が発生することがある。この為に、実開平３−２４３７１号に開示されているように、各鋼板の接合部を予め突状片に構成し、溶接後に該突状片を切り欠いて除去部を形成することにより、プレス成形時の応力集中を緩和するものが知られている（以下、第１従来例という）。
【０００４】
また、溶接された集合ブランクのプレス成形後にトリミング工程のあるワークにおいては、溶接部位端縁部の両側に予め設けられた不要部分に切欠部を形成する（該切欠部はトリミング工程にて除去される）ことによって、該溶接部位端縁部に応力集中が発生することを回避するものが知られている。（以下、第２従来例という）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記第１従来例では、溶接作業後に別の抜き工程によって該切欠部を形成しなくてはいけない為に、工程数が増え、生産性が低下するという問題ある。
【０００６】
また、上記第２従来例では、不要部分が多くなることにより歩留まりが低下すると共に、特に板厚の異なる板材同士を溶接する際に切欠部の位置を設定する作業が困難となるという問題が生じている。
【０００７】
本発明はこの様な問題点に鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、前記問題を回避しつつ、接合部位に応力集中が発生することによって溶接部位に欠陥が生じることを確実に阻止できる集合ブランクとそれを用いて製造されるサイドメンバーを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、本発明の集合ブランクは、互いに板厚の異なる複数の鋼板を突合せ溶接して構成され、後にプレス成形される集合ブランクであって、一部分のブランク端部が溶接線端部よりも溶接線方向でブランク内側に位置している部分を、板厚の薄い側のブランクにのみ設け、該一部分のブランク端部が溶接線端部よりも溶接線方向でブランク内側に位置している部分は、溶接線端部を周囲よりも突出させることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明のサイドメンバーは、前記集合ブランクを用いて製造されることを特徴とする。
【００１０】
【発明の作用と効果】
本発明によると、互いに板厚の異なる複数の鋼板を突合せ溶接して構成され、後にプレス成形される集合ブランクであって、一部分のブランク端部が溶接線端部よりも溶接線方向でブランク内側に位置している部分を、板厚の薄い側のブランクにのみ設け、該一部分のブランク端部が溶接線端部よりも溶接線方向でブランク内側に位置している部分は、溶接線端部を周囲よりも突出させることで、溶接部への応力集中を確実に阻止することができる。特に、突き合せ溶接した集合ブランクの板厚の違いが比較的大きい場合、引っ張り強度の弱い側（同じ材質の場合は、板厚の薄い側）のブランクだけに、プレス成形前に凹部を形成し、引っ張り強度が弱い側を効果的に塑性変形させることによって、溶接部位への応力集中を阻止することができる。
また、本発明の一部分のブランク端部が溶接線端部よりも溶接線方向でブランク内側に位置している部分は、プレス加工前であればどのタイミングで設けても良いため、加工工程の制約を受けることなく実施することが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について図面に基づいて詳細に説明する。
【００１２】
まず、第１の実施の形態について説明する。本発明を実施する対象となる部品は、例えば前記従来技術で説明したようなサイドパネル等の自動車車体の構成部品等であるが、本実施の形態では説明を簡単にするために、図３に示すような簡易的な集合ブランクを用いて説明する。
【００１３】
図３は同一材質で板厚の異なるブランク１０ａ（板厚：ｔａ）、１０ｂ（板厚：ｔｂ）を溶接部７で突き合わせ溶接した集合ブランクを示す図である。板厚の関係はｔａ＞ｔｂである。通常の集合ブランクと異なる点は、溶接線７端部に近接して凹部Ｒａ，Ｒｂが設けられている点である。図３の集合ブランク１０はプレス曲げ成形することにより図４に示すようなプレス製品に成形される。この時の溶接線端部付近の上視図を図５（ａ）に示す。また、この溶接線端部付近の素材端部の応力状態を図５（ｂ）に示す。素材端部の応力状態は、凹部Ｒａ，Ｒｂがあるために、図３に示すような集合ブランクを図４に示すような部品にプレス曲げ加工を施すと、その変形によって生じる内部応力が、切欠き形状効果によって、図５（ｂ）に示すような応力分布となる。図５（ｂ）中の、ＹＰａ，ＹＰｂとは、各ブランク１０ａ，１０ｂそれぞれの降伏点（降伏力）を示す。図５（ｃ）に溶接線端部付近の素材端部の歪量（伸びフランジ量）を示す。素材端部の変形（歪）は、その部分の内部応力が降伏応力より大きくなって塑性変形する部位に発生するため、図５（ｃ）のようになる。また、図５（ｃ）中の、Ｆａ，Ｆｂとは、ブランク１０ａ，１０ｂが破断する最大許容歪量であり、これらＦａ，Ｆｂよりもブランクの歪量が小さければ素材が破断することはない。
【００１４】
また、この第１の実施の形態には以下のような実施例が考えられる。
【００１５】
以下に示す実施例は溶接するブランク同士の板厚比もしくは引張り強度比が大きい集合ブランクを用いる場合についてである。図７に引張り強度比（又は板厚比（ｔ１／ｔ２））を変化させた時の高強度側（又は厚板側）のひずみがどのように変化するかを示している。これは、図６に示すように引張り強度（又は板厚）の異なる２枚の板材を両側から一定圧力Ｐで引張った時の結果である。これより、高強度側（又は厚板側）の最大歪は、強度比（又は板厚比）が増加するに伴って急激に減少し、強度比（又は板厚比）が１．５以上では高強度（又は厚板側）はほとんど伸びない。
【００１６】
図８は板厚の異なるブランク１０ａ’（板厚：ｔａ’），１０ｂ’（板厚：ｔｂ’）を溶接部７で突き合わせ溶接した集合ブランクを示す図である。図３〜図５を用いて説明した実施の形態と異なる点は、両ブランク１０ａ’，１０ｂ’の板厚の関係がｔａ≫ｔｂと比較的板厚の違いが大きいという点である。この様な場合、たとえ図３のように両側に凹部を設けたとしても、図７の関係より厚板側１０ａ’が変形することを見込むことは困難である。この様な場合、厚板側及び薄板側の両方に同じだけの変形を見込むためには、厚板側に比較的大きな凹部を形成する必要がある。しかしながら、製品の形状及び歩留まりの観点から、そのような大きな凹部が形成できない場合で、かつ溶接部分の曲げ成形量が少ない場合、突合せ部分７の両端近傍の引っ張り強度の弱い側（同じ材質の場合は、板厚の薄い側）だけに、プレス成形前に凹部を形成し、引っ張り強度が弱い側を効果的に塑性変形させる（伸ばす）ことによって、溶接部位への応力集中を阻止する。
【００１７】
図８の集合ブランク１０はプレス曲げ成形することにより図９に示すようなプレス製品に成形される。この時の溶接線端部付近の上視図を図１０（ａ）に、この溶接線端部付近の素材端部の応力状態を図１０（ｂ）に示す。素材端部の応力状態は、凹部Ｒｂ’があるために、プレス曲げ加工を行うと、その変形によって生じる内部応力が、切欠き形状効果によって図１０（ｂ）に示すように該凹部に応力が集中する。素材端部の変形（歪）は、その部分の内部応力が降伏応力より大きくなって塑性変形する部位に発生するため、図１０（ｃ）のようになり、引っ張り強度の弱い側により応力が集中して塑性変形が起こる。図１０からも分かるように、切り欠き部を引っ張り強度の弱い側に設けたことにより、応力及び伸びフランジ量が該切り欠き部付近に集中するため、溶接部への応力集中が抑制されている。
【００１８】
このように、溶接線を挟んで両側に一対の凹部を設けるだけではなく、内部応力や歪量が許容値以下であれば、凹部を片側だけに設けることも可能である。また、設計上の理由で凹部の大きさなどに制約を受け、一対の凹部だけでは必要な応力集中（分散）が見込まれない場合、凹部を複数個溶接線端縁部付近に設けることによって問題を解決することも可能である。
【００１９】
次に、第２の実施の形態を説明する。本第２の実施の形態も、基本的には第１の実施の形態の説明で用いたものと同様の集合ブランクに同様のプレス曲げ加工を施す場合を考える。第１の実施の形態と異なる点は、溶接線端縁部付近に凹部を設けるのではなく、溶接線端縁部に図１１に示すように周囲よりも突出させた凸部Ｄを設けることによって第１の実施の形態における凹部を形成した場合とと同様の効果を得ようとしたものである。
【００２０】
図１１は板厚の異なるブランク１０ｃ（板厚：ｔｃ）、１０ｄ（板厚：ｔｄ）を溶接部７で突き合わせ溶接した集合ブランクを示す図である。板厚の関係はｔｃ＞ｔｄである。第１の実施の形態の集合ブランクと異なる点は、溶接線７端部に凸部Ｄを設けた点である。図１１の集合ブランク１０はプレス曲げ成形することにより図１２に示すようなプレス製品に成形される。この時の溶接線端部付近の上視図を図１１（ａ）に、この溶接線端部付近の素材端部の応力状態を図１３（ｂ）に示す。素材端部の応力状態は、凸部Ｄがあるために、該凸部終端部Ｄｅが第１の実施の形態での凹部と類似した形状効果を奏し、プレス曲げ加工を施すと、その変形によって生じる内部応力が、図１３（ｂ）に示すように、該凸部終端部Ｄｅに応力が集中する。図１３（ｂ）中の、ＹＰｃ，ＹＰｄとは、各ブランク１０ｃ，１０ｄそれぞれの降伏点（降伏力）を示す。図１３（ｃ）に溶接線端部付近の素材端部の歪量（伸びフランジ量）を示す。素材端部の変形（歪）は、その部分の内部応力が降伏応力より大きくなって塑性変形する部位に発生するため、図１３（ｃ）のようになる。また、図１３（ｃ）中の、Ｆｃ，Ｆｄとは、ブランク１０ｃ，１０ｄが破断する最大許容歪量であり、これらＦｃ，Ｆｄよりもブランクの歪量が小さければ素材が破断することはない。
【００２１】
尚、本第２の実施の形態の作用ついては、本来図１１の点線で示す外形形状の集合ブランクに第１の実施の形態で示したような凹部を形成したと考えることにより、第１の実施の形態と同じ作用、効果が得られると考えることもできる。
【００２２】
次に、この様に構成される集合ブランクを製造する方法、及びそれを使ったプレス成形方法について説明する。
【００２３】
突合せ溶接については、従来の技術で説明したものと同様に、高強度側であるフロントピラー対応部４、センターピラー対応部５、クウォータピラー対応部６と低強度側であるルーフサイドレール対応部２、ロッカ対応部３等が用意され、各素材端部を互いに突き合わし、図示しない溶接機、例えばレーザ溶接機やマッシュシーム溶接機等によってそれぞれの素材端部の突き合わせ縁が溶接され、溶接線（７ａ、７ｂ…７ｆ）が形成される。次いで、前記溶接線７a〜７ｆ端部近傍で低強度側であるルーフレール対応部２及びロッカ対応部３に凹部が設けられる。なお、この凹部は前記突き合わせ溶接作業が施される前に設けてもよい。
【００２４】
そして、この様に構成された集合ブランクは、図示しないプレス成形装置によって、曲げ加工や絞り加工等により所望の形状に成形される。また、このプレス成形後、不必要な部分がある場合は引き続いて抜き加工が施され、不要部分が分断、除去される。
【００２５】
尚、本発明でいう溶接線端部に近接した一部分のブランク端部が溶接線端部よりも溶接線方向でブランク内側に位置している部分とは、実施の形態にて説明した半円形状のものに限られるものではなく、溶接線端部に近接した一部分のブランク端部が溶接線端部よりも溶接線方向でブランク内側に位置していることによりその部分に応力が集中することによって逆に溶接部位に応力集中を生じないような形状であればよく、本発明の目的を達成する種々の変形が考えられ、本実施の形態に何ら限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に用いる集合ブランクの平面図
【図２】  トリミング後の集合ブランクの正面図
【図３】  プレス加工前の第１の実施の形態の集合ブランク
【図４】  プレス加工後の第１の実施の形態の集合ブランク
【図５】  プレス加工後の第１の実施の形態の集合ブランクの応力状態を示す図
【図６】  引っ張り強度差と厚板側の最大歪との関係を調べるために用いた集合ブランク
【図７】  引っ張り強度差と厚板側の最大歪との関係を示す図
【図８】  プレス加工前の第１の実施の形態の応用例の集合ブランク
【図９】  プレス加工後の第１の実施の形態の応用例の集合ブランク
【図１０】  プレス加工後の第１の実施の形態の集合ブランクの応力状態を示す図
【図１１】  プレス加工前の第２の実施の形態の集合ブランク
【図１２】  プレス加工後の第２の実施の形態の集合ブランク
【図１３】  プレス加工後の第２の実施の形態の集合ブランクの応力状態を示す図
【符号の説明】
１，１０，１１’  集合ブランク
２，３，４，５，６  ブランク
７  溶接線
Ｆａ，Ｆｂ  最大許容歪量
Ｄ  凸部
Ｄｅ  凸部終端部
Ｒａ，Ｒｂ  凹部
ｔａ，ｔｂ  板厚
Ｙａ，Ｙｂ  降伏力
【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】
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【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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