JP2004337980A - チャンネル部品およびそのステップ形状の決定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 チャンネル部品において、歩留まりの悪化を回避しつつ、部品精度の向上、衝突性能の向上、重量の軽量化を何れも高いレベルで実現する。
【解決手段】 まず、チャンネル部品１のステップ形状２は、その断面における成形前の線長Ｌｂと成形後の線長Ｌａとの差（線長差）と、複数箇所の成形アールの半径Ｒｄ１、Ｒｐ、Ｒｄ２とから求められるパラメータに基づき、その形状が決定されることで、ステップ形状２に、必要な機能を持たせることが可能となる。パラメータｘの具体的算出方法は、線長差と、半径Ｒｄ１、Ｒｐ、Ｒｄ２の総和の平方根とを掛け合わせることが好ましい。そして、線長差と各半径Ｒｄ１、Ｒｐ、Ｒｄ２とを適宜変更することによって、ステップ形状２に必要な機能を持たせるためのパラメータｘを得ることが可能となる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、製品形状にステップ形状を有するチャンネル部品に関するものである。

従来から、自動車の衝突安全性の向上や、車体重量の軽量化を図る手段として、図２２に示すように、自動車の強度メンバーであるチャンネル部品１に、ステップ形状２を追加して稜線３を形成する手法や（例えば、非特許文献１参照。）、段絞り成形を実施する手法（例えば、非特許文献２参照。）等、種々の工夫を加えたものが、従来から用いられている。また、自動車の車体パネルのプレス成形時におけるシワ等の発生を防ぎ、車体パネルの品質向上を図るために、車体パネルの製品形状にステップ形状を設けた例がある（例えば、特許文献１参照。）。

綾 紀元，高橋 邦弘，車体のエネルギ吸収特性（第１報），自動車技術会論文集，１９７４，Ｎｏ．７，ｐ６０−６６ 小林 敏郎ほか，段絞り法についての基礎的検討と実用例，塑性と加工，１９６２，３−２１，ｐ７１７ 特開平４−１８７３２１号公報（請求項１、図１）

しかしながら、上記従来技術は、以下の点で解決すべき問題を包含していた。まず、チャンネル部品の製品形状に稜線を追加する手法は、稜線の追加による利点として、衝突性能は向上するが、欠点として稜線の追加の仕方によっては寸法精度を悪化および重量を増加させてしまう場合がある。また、部品組み付け上の制約により、製品形状に稜線を追加すること自体が困難な場合が多い。
一方、チャンネル部品に段絞り成形を実施する手法は、寸法精度の向上といった点ではその効果が知られているが、衝突性能の向上を図ることは知られていない。しかも、製品形状外にステップ形状を有する場合には余分な材料が必要となり、歩留まりの悪化を招くといった欠点もある。

他方、車体パネルの製品形状にステップ形状を設けた例は、自動車の衝突安全性の向上と部品精度の向上とを、高いレベルで実現し得るものではなかった。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、チャンネル部品において、歩留まりの悪化を回避しつつ、部品精度の向上、衝突性能の向上、重量の軽量化を何れも高いレベルで実現することにある。

上記課題を解決するための、本発明の請求項１に係るチャンネル部品は、製品形状にステップ形状を含むチャンネル部品であって、前記ステップ形状は、その断面における成形前後の線長差と複数箇所の成形アールの半径とから求められるパラメータに基づき、その形状が決定されていることを特徴とするものである。
本発明によれば、製品形状に含まれるステップ形状が、その断面における成形前後の線長差と複数箇所の成形アールの半径とから求められるパラメータに基づき決定されることとし、前記パラメータを制御することによって、当該ステップ形状に必要な機能を持たせることが可能となる。

また、本発明の請求項２に係るチャンネル部品は、請求項１記載のチャンネル部品において、前記パラメータは、前記線長差と、前記半径の総和の平方根とを掛け合わせた値としたものである。
本発明によれば、前記パラメータを前記線長差と、前記半径の総和の平方根とを掛け合わせた値とすることで、前記ステップ形状に必要な機能を持たせるためのパラメータを、前記線長差と前記半径とを変更することによって得ることが可能となる。

また、本発明の請求項３に係るチャンネル部品は、請求項１または２記載のチャンネル部品において、前記パラメータは、衝突性能および寸法精度の向上に関するものとしたものである。
本発明によれば、製品形状に含まれるステップ形状が、その断面における成形前後の線長差と複数箇所の成形アールの半径とから求められるパラメータに基づき決定されることで、前記パラメータを制御することによって、当該ステップ形状に衝突性能および寸法精度の向上を図るための機能を持たせることが可能となる。

また、本発明の請求項４に係るチャンネル部品は、請求項３記載のチャンネル部品において、前記衝突性能は、軸圧壊または３点曲げでの吸収エネルギーの増大に係るものとしたものである。
本発明によれば、前記パラメータを制御することによって、チャンネル部品の、軸圧壊または３点曲げでの吸収エネルギーの増大と寸法精度の向上とを、同時に達成することが可能となる。

また、本発明の請求項５に係るチャンネル部品は、請求項３または４記載のチャンネル部品において、前記衝突性能は、軸圧壊または３点曲げでの最大荷重の増大に係るものとしたものである。
本発明によれば、前記パラメータを制御することによって、チャンネル部品の、軸圧壊または３点曲げでの最大荷重の増大と寸法精度の向上とを、同時に達成することが可能となる。

また、本発明の請求項６に係るチャンネル部品は、請求項１から５のいずれか１項記載のチャンネル部品において、前記ステップ形状は、縦壁部とフランジ部との間に形成したものである。
本発明によれば、チャンネル部品の縦壁部とフランジ部との間に形成した前記ステップ形状に、衝突性能および寸法精度の向上等、必要な機能を持たせたチャンネル部品を提供することが可能となる。

また、本発明の請求項７に係るチャンネル部品は、請求項１から６のいずれか１項記載のチャンネル部品において、前記パラメータを表すxが、前記断面形状における成形前の線長Ｌｂと、成形後の線長Ｌａと、前記ステップ形状を構成する三つの成形アールの半径Ｒｄ１、Ｒｐ、Ｒｄ２とに対し、ｘ＝ΔＬ×√（Ｒｄ１＋Ｒｐ＋Ｒｄ２）かつΔＬ＝Ｌａ―Ｌｂの関係を有することとして、上記作用を得るものである。

また、本発明の請求項８に係るチャンネル部品は、請求項７記載のチャンネル部品において、前記パラメータを表すｘが、6.19＜ｘ＜14.37を満足させるものである。
そして、この構成により、例えば板厚をゲージダウンさせた場合の衝突性能低下分を補うための、吸収エネルギーの向上が図られる。

さらに、本発明の請求項９に係るチャンネル部品は、ストレートチャンネル部品であることとし、当該ストレートチャンネル部品において、上記各作用を得るものである。
一方、本発明の請求項１０に係るチャンネル部品は、屈曲チャンネル部品であることとし、当該屈曲チャンネル部品において、上記各作用を得るものである。

また、上記課題を解決するための、本発明の請求項１１に係るチャンネル部品のステップ形状の決定方法は、製品形状にステップ形状を含むチャンネル部品において、前記ステップ形状の、断面形状における成形前後の線長差と複数箇所の成形アールの半径とから求められるパラメータに基づき、前記ステップ形状を決定したことを特徴とするものである。
本発明によれば、製品形状に含まれるステップ形状が、その断面における成形前後の線長差と複数箇所の成形アールの半径とから求められるパラメータに基づき決定されることとし、前記パラメータを制御することによって、当該ステップ形状に必要な機能を持たせることが可能となる。

また、本発明の請求項１２に係るチャンネル部品のステップ形状の決定方法は、請求項１１記載のチャンネル部品のステップ形状の決定方法において、前記パラメータを、前記線長差と前記半径の総和の平方根とを掛け合わせて求めることとしたものである。
本発明によれば、前記パラメータを前記線長差と、前記半径の総和の平方根とを掛け合わせた値とすることで、前記ステップ形状に必要な機能を持たせるためのパラメータを、前記前記線長差と前記半径とを変更することによって得ることが可能となる。

また、本発明の請求項１３に係るチャンネル部品のステップ形状の決定方法は、請求項１１または１２記載のチャンネル部品のステップ形状の決定方法において、前記パラメータは、衝突性能および寸法精度の向上に関するものとしたものである。
本発明によれば、製品形状に含まれるステップ形状が、その断面における成形前後の線長差と複数箇所の成形アールの半径とから求められるパラメータに基づき決定されることで、前記パラメータを制御することによって、当該ステップ形状に衝突性能および寸法精度の向上を図るための機能を持たせることが可能となる。

また、本発明の請求項１４に係るチャンネル部品のステップ形状の決定方法は、請求項１３記載のチャンネル部品のステップ形状の決定方法において、前記衝突性能は、軸圧壊または３点曲げでの吸収エネルギーの増大に係るものとしたものである。
本発明によれば、前記パラメータを制御することによって、チャンネル部品の、軸圧壊または３点曲げでの吸収エネルギーの増大と寸法精度の向上とを、同時に達成することが可能となる。

また、本発明の請求項１５に係るチャンネル部品のステップ形状の決定方法は、請求項１３または１４記載のチャンネル部品のステップ形状の決定方法において、前記衝突性能は、軸圧壊または３点曲げでの最大荷重の増大に係るものとしたものである。
本発明によれば、前記パラメータを制御することによって、チャンネル部品の、軸圧壊または３点曲げでの最大荷重の増大と寸法精度の向上とを、同時に達成することが可能となる。

また、本発明の請求項１６に係るチャンネル部品のステップ形状の決定方法は、請求項１３から１５のいずれか１項記載のチャンネル部品のステップ形状の決定方法において、前記ステップ形状を縦壁部とフランジ部との間に形成するものである。
本発明によれば、チャンネル部品の縦壁部とフランジ部との間に形成した前記ステップ形状に、衝突性能および寸法精度の向上等、必要な機能を持たせたチャンネル部品を提供することが可能となる。

また、本発明の請求項１７に係るチャンネル部品のステップ形状の決定方法は、請求項１１から１６のいずれか１項記載のチャンネル部品において、前記パラメータを表すxが、前記断面形状における成形前の線長Ｌｂと、成形後の線長Ｌａと、前記ステップ形状を構成する三つの成形アールの半径Ｒｄ１、Ｒｐ、Ｒｄ２とに対し、ｘ＝ΔＬ×√（Ｒｄ１＋Ｒｐ＋Ｒｄ２）かつΔＬ＝Ｌａ―Ｌｂの関係を有することとして、上記作用を得るものである。

また、本発明の請求項１８に係るチャンネル部品のステップ形状の決定方法は、請求項１７記載のチャンネル部品において、前記パラメータを表すxが、6.19＜ｘ＜14.37を満足させるものである。
そして、この構成により、例えば板厚をゲージダウンさせた場合の衝突性能低下分を補うための、吸収エネルギーの向上が図られる。

さらに、本発明の請求項１９に係るチャンネル部品のステップ形状の決定方法は、ストレートチャンネル部品であることとし、当該ストレートチャンネル部品において、上記各作用を得るものである。
一方、本発明の請求項２０に係るチャンネル部品のステップ形状の決定方法は、屈曲チャンネル部品であることとし、当該屈曲チャンネル部品において、上記各作用を得るものである。

本発明はこのように構成したので、チャンネル部品において、歩留まりの悪化を回避しつつ、部品精度の向上、自動車の衝突安全性の向上、車体重量の軽量化を何れも高いレベルで実現することが可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて説明する。ここで、従来技術と同一部分若しくは相当する部分については同一符号で示し、詳しい説明を省略する。

図１には、本発明の実施の形態に係る、いわゆるハット断面形状を有するチャンネル部品１の、ステップ形状２の断面を示している。まず、このステップ形状２の断面において、成形前の断面の線長を符号Ｌｂで表し、成形後の断面の線長を符号Ｌａで表す。また、ステップ形状２を構成する三つの成形アールの半径を、夫々、Ｒｄ１、Ｒｐ、Ｒｄ２と表す。さらに、半径Ｒｄ１の成形アールと半径Ｒｐの成形アールとをつなぐ平面部分の幅を符号Ｗｓで表し、半径Ｒｐの成形アールと半径Ｒｄ２の成形アールとをつなぐ平面部分の高さを符号Ｈｓで表す。なお、チャンネル部品１の板の厚さをｔとする。

ステップ形状２の断面における成形前後の線長差をΔＬとすると、
ΔＬ＝Ｌａ―Ｌｂ ‥‥（１）
で表される。また、成形後の線長Ｌａは、図１より幾何学的に求められ、
Ｌａ＝π×｛（Ｒｄ１＋ｔ/２）＋２×（Ｒｐ＋ｔ/２）＋（Ｒｄ２＋ｔ/２）｝/４＋Ｗｓ＋Ｈｓ ‥‥（２）
となる。一方、成形前の線長Ｌｂも、図１より幾何学的に求められ、
Ｌｂ＝√（Ｌｂｘ²＋Ｌｂｙ²） ‥‥（３）
ここで、Ｌｂｘ、Ｌｂｙは各々、
Ｌｂｘ＝（Ｒｄ１＋ｔ/２）/√２＋Ｗｓ＋（Ｒｐ＋ｔ/２）＋（Ｒｄ２＋ｔ/２）×（１−１/√２） ‥‥（４）
Ｌｂｙ＝（１−１/√２）×（Ｒｄ１＋ｔ/２）＋（Ｒｐ＋ｔ/２）＋Ｈｓ＋（Ｒｄ２＋ｔ/２）/√２ ‥‥（５）
と表される。

ところで、絞り成形、曲げ成形等、成形方法を問わず、図１に示すステップ形状２を、チャンネル部品１の長手方向全体若しくは一部に形成したとき、
ｘ＝ΔＬ×√（Ｒｄ１＋Ｒｐ＋Ｒｄ２） ‥‥（６）
の関係が成り立つパラメータｘの値を制御することにより、チャンネル部品１の衝突性能および寸法精度を、何れも向上させることが可能となることが、本発明者らによって明らかにされている。以下に、具体的数値例を挙げて説明する。

まず、チャンネル部品の場合には、前提条件として、各成形アールの半径Ｒ（ＲにはＲｄ１、Ｒｐ、Ｒｄ２の全てを含む）を何れも0.5ｍｍ＜Ｒ＜5.0ｍｍとし、かつ、各成形アールに挟まれた平面部分を０＜Ｗｓ＜10ｍｍ好ましくは０＜Ｈｓ＜10ｍｍとするのが良い。
なお、以上のように段寸法を限定した理由は、以下の通りである。すなわち、従来は、段形状が比較的大きい領域（段幅15ｍｍ以上）のみ検討しており、寸法精度を良くするために、線長を長くする（段形状を大きくする方向）対策が行われていたところ、本実施の形態では、歩留まり、他部品との干渉を避けるために、従来検討されていないような段形状が小さい領域に着目し、小さな段形状でも、寸法の適正化により、寸法精度および衝突性能の向上を可能とするものであることによる。

かかる範囲内で、パラメータｘの値を変化させたときの、寸法精度（ｍｍ）と軸圧壊または３点曲げでの吸収エネルギー（ＫＪ）の変化の様子の一例を、図２にまとめている。なお、軸圧壊または３点曲げの何れの衝突性能を検討する場合であっても、同様の手順となることから、本説明では、軸圧壊での吸収エネルギー（ＫＪ）の変化の様子を例示して、以下に説明する。
図２において、菱形の点は寸法精度（スプリングバックに起因した、ハット断面形状の縦壁部における「壁反り」不良が生じた時の、開き量に関する。）の変化の様子を、正方形の点は軸圧壊での吸収エネルギーの変化の様子を、各々示している。
ここで、パラメータｘの値が０のとき（成形前後の線長差ΔＬが０のとき）の寸法精度を基準（点線Ｌ₀）として考えたとき、14.37＞ｘの範囲では、寸法精度の向上が見られる。一方、パラメータｘが０のときの軸圧壊での吸収エネルギーを基準（点線Ｌ₁）として考えたとき、16.94＞ｘの範囲では、吸収エネルギーの増大が見られる。さらに、寸法精度を低下させることなくかつ軽量化を図るために、例えば板厚ｔ＝2.0ｍｍから1.8ｍｍへとゲージダウンさせた場合の衝突性能低下分を補うための、約15％の吸収エネルギーの向上が可能な範囲は、6.19＜ｘ＜14.37である。

なお、図２の例では、縦軸をｙとした時、寸法精度を表す多項式は、
ｙ＝0.0212ｘ³−0.3443ｘ²＋0.5691ｘ＋20.914
となっている。また、吸収エネルギーを表す多項式は、
ｙ＝−0.005ｘ³＋0.0995ｘ²−0.251ｘ＋5.3595
となっている。

また、前述のＲ、Ｗｓ、Ｈｓの範囲内で、パラメータｘの値を変化させたときの、寸法精度（ｍｍ）と軸圧壊での最大荷重（ｋＮ）の変化の様子の一例を、図３にまとめている。図３においても、菱形の点は寸法精度（スプリングバックによる開き量）の変化の様子を示している。一方、丸の点は軸圧壊での最大荷重の変化の様子を示している。
ここで、パラメータｘが０のとき（成形前後の線長差ΔＬが０のとき）の寸法精度を基準（点線Ｌ₀）として、14.37＞ｘの範囲では、寸法精度の向上が見られるのは、図２と同様である。一方、パラメータｘが０のときの軸圧壊での最大荷重を基準（点線Ｌ₂）として、寸法精度を悪化させることなく最大荷重の増大が可能な範囲は、０＜ｘ＜14.37である。参考までに、寸法精度を悪化させることなく最大荷重の増大が可能な範囲０＜ｘ＜14.37において、軸圧壊での最大荷重が最も増大するパラメータｘの値はｘ＝5.50であり、このときの最大荷重の向上率は約８％である。

なお、図３の例では、縦軸をｙとした時、寸法精度を表す多項式は、図２と同じく、
ｙ＝0.0212ｘ³−0.3443ｘ²＋0.5691ｘ＋20.914
となっている。一方、最大荷重を表す多項式は、
ｙ＝0.0391ｘ³−1.0394ｘ²−7.8927ｘ＋210.72
となっている。

以上の数値例から理解されるように、チャンネル部品１に求められる衝突性能として、例えば、軸圧壊での吸収エネルギーの増大を重視する場合には、吸収エネルギーの増大に適したパラメータｘの値となるように、ステップ形状を決定すれば良い。また、軸圧壊での最大荷重の増大を重視する場合には、最大荷重の増大に適したパラメータｘの値となるように、ステップ形状を決定すれば良い。その際、0.5ｍｍ＜Ｒ＜5.0ｍｍ、０＜Ｗｓ＜10ｍｍ、０＜Ｈｓ＜10ｍｍの範囲内で、Ｒｄ１、Ｒｐ、Ｒｄ２、Ｗｓ、Ｈｓの各寸法を変更するものとする。

図４には、本発明の実施の形態の応用例を示している。図４（ａ）は、縦壁部とフランジ部との間に、複数段のステップ形状２を形成したものである。この例によれば、チャンネル部品１の断面に現われる稜線の数の増加、チャンネル部品１の断面積の増加を図ることができ、しかも、段絞り成形の態様をなすことから、チャンネル部品１の衝突性能および縦壁寸法精度の向上を図ることが可能となる。
図４（ｂ）は、パンチ肩部にステップ形状２を形成した例である。この例によれば、チャンネル部品１の断面に現われる稜線の数の増加に加え、成形ストローク末期にパンチ肩部を押し込むことになるので、チャンネル部品１の衝突性能の向上に加え、縦壁寸法精度の更なる向上を図ることが可能となる。
図４（ｃ）は、チャンネル部品１のウェブ面にステップ形状２を形成した例である。この例によれば、チャンネル部品１の断面に現われる稜線の数の増加に加え、成形ストローク末期にウェブ面を押し込むことになるので、チャンネル部品１の衝突性能の向上に加え、縦壁寸法精度の更なる向上を図ることが可能となる。

さらに、上記ステップ形状の決定方法は、ストレートチャンネル部品の衝突性能および寸法精度の向上を図るのみならず、屈曲チャンネル部品においても同様の効果を発揮するものである。図５には、屈曲チャンネル部品４を示している。この屈曲チャンネル部品４の断面形状は、その全長にわたって図６に示すハット断面形状を有し、なおかつ、中間部がく字状に屈曲した部品である。
この屈曲チャンネル部品４は、壁反り不良のみならず、図７に示すようなキャンバー不良を生じるといった問題が指摘されている。このキャンバー不良は、固定点５、５を基準として、図中に点線で示すプレス成形時の下死点形状に対し、図中に実線で示す離型後の形状が、断面Ｃ−Ｃにおいて、高さΔＨだけ反りかえる現象である。その発生メカニズムは、成形過程において、部品の長手方向に生じる引張り応力と圧縮応力との不均一が、金型の拘束を解かれた時点で屈曲部に縮み変形および伸び変形を引き起こし、キャンバー不良として現われるものである。

そこで、このキャンバー不良を解消するため、図８および図９に示すように、屈曲チャンネル部品４にも、ステップ形状２を形成する。図示の例では、ステップ形状２は、角度θの範囲に設けられた屈曲部に係る部分２ａと、その前後の一定長さの部分２ｂとが図９に示すステップ形状を有し、部分２ｂのさらに先の部分２ｃが、図９のステップ形状を徐変させて、ステップ形状を備えない一般的なハット断面形状（図６参照）へと収束するものである。したがって、図８に示すステップ形状２を有する屈曲チャンネル部品６も、その端部の（図８のＢ―Ｂ線の部分）断面形状は、図６に示すハット断面形状と同様である。
そして図５に示す屈曲チャンネル部品４と、図８に示す屈曲チャンネル部品６との寸法精度を比較すると、図８に示すステップ形状２を有する屈曲チャンネル部品６は、図５に示すステップ形状を備えない屈曲チャンネル部品６に比べ、寸法精度においてはキャンバー量ΔＨを５０％低減させ、衝突性能においては吸収エネルギーを２０％増大させた事例が、発明者らによって報告されている。

上記構成をなす、本発明の実施の形態によれば、次のような作用効果を得ることができる。
まず、チャンネル部品１のステップ形状２は、その断面における成形前後の線長差ΔＬと複数箇所の成形アールの半径Ｒｄ１、Ｒｐ、Ｒｄ２とから求められるパラメータｘに基づき、その形状が決定されることで、ステップ形状２に必要な機能を持たせることが可能となる。
パラメータｘの具体的算出方法は、式（６）のごとく、線長差ΔＬと、半径Ｒｄ１、Ｒｐ、Ｒｄ２の総和の平方根とを掛け合わせた値を用いることが好ましい。そして、線長差ΔＬと各半径Ｒｄ１、Ｒｐ、Ｒｄ２とを適宜変更することによって、ステップ形状２に必要な機能を持たせるためのパラメータｘを得ることが可能となる。

ここで、パラメータｘは、衝突性能および寸法精度の向上に関するものとしたものである。よって、本発明の実施の形態によれば、チャンネル部品１の製品形状に含まれるステップ形状２が、その断面における成形前後の線長差ΔＬと複数箇所の成形アールの半径Ｒｄ１、Ｒｐ、Ｒｄ２とから求められるパラメータｘに基づき決定されることで、ステップ形状２に、衝突性能および寸法精度の向上を図るための機能を持たせることが可能となる。
さらに、前記衝突性能としては、軸圧壊での吸収エネルギーの増大と、軸圧壊での最大荷重の増大とが考慮されており、必要に応じてパラメータｘの値を制御することによって、寸法精度と共に衝突性能を向上させることが可能となる。

なお、本発明の実施の形態では、パラメータxが、ハット断面形状における成形前の線長Ｌｂと、成形後の線長Ｌａと、前記ステップ形状を構成する三つの成形アールの半径Ｒｄ１、Ｒｐ、Ｒｄ２とに対し、
ｘ＝ΔＬ×√（Ｒｄ１＋Ｒｐ＋Ｒｄ２）‥‥（６）
かつ
ΔＬ＝Ｌａ―Ｌｂ ‥‥（１）
の関係を有することとして、上記作用効果を得るものである。
そして、パラメータｘの値が、6.19＜ｘ＜14.37を満足させることとすることによって、例えば板厚をゲージダウンさせた場合の衝突性能低下分を補うための、吸収エネルギーの向上が図られる。

しかも、本発明の実施の形態に係るチャンネル部品１のステップ形状２を、縦壁部とフランジ部との間に形成した場合には、縦壁部とフランジ部との間に形成したステップ形状に、上記作用効果を持たせたチャンネル部品を提供することが可能となる。
加えて、本発明の実施の形態では、プレス金型の型締め完了前の段階で、素材が成形アールを形成する２つの稜線（半径Ｒｄ１、Ｒｄ２の成形アール）に跨ってプレス成形が進行することから（図１参照）、この間、ダイスＲが擬似的に大きくなる。この点も、割れの発生等、成形性を損なうことを防ぐことにつながり、チャンネル部品１の品質向上に貢献するものとなる。また、製品形状にステップ形状２を有することから、従来の製品外での段絞り成形に比べて、材料歩留まりを向上させることが可能となる。
しかも、従来の型構造に大きな変更を加えるものでもなく、工数の増加を来すものでもないことは明らかである。

さらに、本発明の実施の形態を屈曲チャンネル部品６に適用した場合においても、ストレートチャンネル部品への適用例と同様に、六つの課題を解決することができる。すなわち、（１）通常の金型構造を採用すれば良く、特殊構造の金型を使用する必要を無くすことができる。また、段幅Ｗを１５ｍｍ未満とすることを可能とし、（２）必要材料の削減、（３）歩留まり悪化防止、（４）他部品との干渉の虞の回避を実現することができる。（従来は段幅Ｗを１５ｍｍ以上確保していた。）。さらに、ステップ形状の適正化（段寸法と成形アールの組み合わせ）により、段サイズが小さくても、（５）寸法精度向上効果および（６）衝突性能向上効果をいずれも高次元で達成することができる。

ここで、ストレートチャンネル部品および屈曲チャンネル部品の、衝突性能および寸法精度の向上効果の具体的評価方法を、以下に例示する。
まず、ストレートチャンネル部品の評価方法について説明する。ここで、寸法精度の向上効果を評価するために用いられる供試材は、５９０ＭＰａ級冷延鋼鈑であり、板厚は１．２ｍｍである。また、供試体寸法は、図１０に示すように、ウェブ面の幅（板内）Ｄ_Wを４８ｍｍ、縦壁部の高さ（板内）Ｈを６７ｍｍ、フランジ部の幅Ｄ_Fを、段部を備えない供試体で４２ｍｍ、段部を備える供試体で５８ｍｍとする。また、パンチ肩部の板内半径Ｒｉ、縦壁部とフランジ部との間の板外半径Ｒｏを、共に５ｍｍとする。さらに、供試体の全長を３９．５ｍｍとする。
さらに、供試体の縦壁部とフランジ部との間（図１０の円で囲んだ部分）に、図１１に示すステップ形状２を与える。ステップ形状の各部の具体的寸法例は、図１５に示す図表の通りである。なお、ステップ形状２を備える供試体の成形時には、ダイ−パンチ間のクリアランスを板厚ｔ＋０．２ｍｍに設定し、かつ、ダイとブランクホルダーとによるフランジ部のシワ押さえ力は、トータルで３０ｋＮとする。

そして、ストレートチャンネル部品の壁反り不良の評価指標は、図１２（ａ）、（ｂ）に点線で示す各供試体の狙い形状の口開き量Ｗ０と、供試体の実際の形状の口開き量Ｗ１との差の値ΔＷ（ΔＷ＝Ｗ１−Ｗ０）を用いる。なお、図１２（ａ）には、比較対象であるステップ形状を備えない供試体８を、図１２（ｂ）には、本発明の実施の形態に係るステップ形状２を備える供試体１０を示している。

一方、衝突性能の向上効果を評価するために用いられる供試材は、５９０ＭＰａ級冷延鋼鈑であり、板厚は１．２ｍｍである。また、供試体寸法は、図１０に示す、ウェブ面の幅（板内）Ｄ_Wを７０ｍｍ、縦壁部の高さ（板内）Ｈを７０ｍｍ、フランジ部の幅Ｄ_Fを、段部を備えない供試体で２２ｍｍ、段部を備える供試体で３４ｍｍとする。また、パンチ肩部の板内半径Ｒｉ、縦壁部とフランジ部との間の板外半径Ｒｏを、共に５ｍｍとする。さらに、図１３に示すように、供試体１２の全長を４００ｍｍとし、フランジ部に裏板１４（４４０ＭＰａ級冷延鋼鈑、ｔ＝１．２）をスポット溶接したものの両端部に、図１４に示すように、１５０ｍｍ角の板厚１０ｍｍの天板１６をアーク溶接している。なお、スポット溶接のピッチは５０ｍｍである。

そして、供試体１２の天板１６に対し、２９０ｋｇの重錘を１１ｍの高さから落下させることによって、供試体の軸圧壊試験を行う。かかる評価指標としては、重錘による押し込み量が０〜１５０ｍｍの間の吸収エネルギー量で評価する。なお、吸収エネルギー量は、荷重−変位線図（図２１参照）の、曲線と縦横の軸線とで囲まれる範囲の面積として求める。そして、吸収エネルギーが高いほど、衝突性能が良好であると判断する。

図１５には、従来の段無し形状の供試体と、本発明の実施の形態に係る、様々なステップ部寸法を形成した供試材１０、１２との、寸法精度向上効果および衝突性能向上効果をまとめた図表を示している。また、図１６には、課題の総合評価を示している。そして、図１６に示すように、（１）〜（６）の課題を同時に解決できるステップ形状（段形状）が存在することが明らかとなった。
なお、図１６中、「従来技術１−１」は、ステップ形状を構成する三つの成形アールの少なくとも二つを鋭角にした金型を使用した例である。また、「従来技術１−２」は、複数のスライドを備える複雑な構造の金型を使用した例である。何れの従来技術も、その総合評価は、本発明の実施の形態に係る好適例に劣るものである。

さて、図１６に示すステップ形状のうち、特に好評価が得られた形状例の、具体的評価を図１７、図１８に示している。まず図１７は、ステップ形状２の各部寸法Ｒｄ１、Ｒｐ、Ｒｄ２、Ｗｓ、Ｈｓに、図１９に示す具体的数値（段形状１１）を設定した場合における、軸圧壊での変形量（変位）と、最大荷重または吸収エネルギーとの関係を、従来のチャンネル部品（ステップ形状を設けず単純絞りを行ったもの）と比較したものである。図中、図１９のチャンネル部品に関するデータを点線で、従来のチャンネル部品に関するデータを実線で示している。また、図１８には、図１９に示すステップ形状を設けたチャンネル部品１と、ステップ形状を設けず単純絞りを行った従来のチャンネル部品とに生じるスプリングバックによる開き量（壁反り不良）を、パンチ形状と共に図示したものである。図１８においても、図１９の「段形状１１」を備えるチャンネル部品の形状を点線で示し、従来のチャンネル部品の形状を実線で示している。
これらの結果からも明らかなように、本発明の実施の形態によれば、最大荷重、吸収エネルギー共に従来のストレートチャンネル部品よりも増大させることが可能であり、かつ、スプリングバックによる開き量を減少させて、寸法精度を向上させることが可能である。

さらに、屈曲チャンネル部品の、衝突性能および寸法精度の向上効果の具体的評価方法を、以下に例示する。
まず、衝突性能の向上効果を評価するために用いられる供試材は、５９０ＭＰａ級冷延鋼鈑であり、板厚は１．６ｍｍである。そして、供試体の具体的寸法を、図５、図６、図８、図９を参照しながら説明すると、Ｒ１は２１０ｍｍ、Ｒ２は１５０ｍｍ、θは４６°、Ｌは２００ｍｍ、Ｗ_pは８０ｍｍ、Ｗ_fは２０ｍｍ、ｈは６０ｍｍ、ｔは２．３ｍｍ、ｒｐは５ｍｍ、ｒｄは５ｍｍである。また、ステップ形状２のＲｄ１は２ｍｍ、Ｒｐは２ｍｍ、Ｒｄ２は２ｍｍ、Ｈｓは４ｍｍ、Ｗｓは４ｍｍである。さらに、屈曲部に係る部分２ａの前後の一定長さの部分２ｂの長さは３０ｍｍ、部分２ｂのさらに先の、ステップ形状２を徐変させて収束させる部分２ｃの長さは４０ｍｍ、段幅Ｗは９．６ｍｍである。
さらに、供試体の縦壁部とフランジ部との間（図１０の円で囲んだ部分に、図１１に示すステップ形状２を与える。ステップ形状の各部の具体的寸法例は、図１５に示す図表の通りである。なお、ダイ−パンチ間のクリアランスを板厚ｔ＋０．２ｍｍに設定し、かつ、ダイとブランクホルダーとによるフランジ部のシワ押さえ力は、トータルで３００ｋＮとする。

以上の条件に基き、図５、図６に示す屈曲チャンネル部品４と、図８、図９に示す屈曲チャンネル部品６との寸法精度を比較した事例では、部品上の特定の比較点において、Ｙ方向（図６、図９の左右方向）の変位が、屈曲チャンネル部品４で１．０７ｍｍのところ、屈曲チャンネル部品６では０．７７ｍｍに抑えられ、Ｚ方向（図６、図９の上下方向）の変位が、屈曲チャンネル部品４で４．４８ｍｍのところ、屈曲チャンネル部品６では２．２０ｍｍに抑えられることが確認された。
すなわち、図８に示すステップ形状２を有する屈曲チャンネル部品６は、図５に示すステップ形状を備えない屈曲チャンネル部品４に比べ、寸法精度においてはキャンバー量ΔＨを５０％程度低減させることが可能となる。その改善メカニズムは、屈曲チャンネル部品６の断面の上部に発生した引張り応力と下部に発生した圧縮応力とが、金型の拘束を解かれた時点で屈曲部に縮み変形および伸び変形を引き起こすことを、ステップ形状２によって阻止することによるものである。

また、衝突性能評価においては、供試体１２に裏板（４４０ＭＰａ級冷延鋼鈑 ｔ＝１．２ｍｍ）をスポット溶接した後（スポット溶接ピッチ：５００ｍｍ）、図２０に示すように、供試体１２の一端部を完全拘束し、他端部の５０ｍｍの領域を剛体（変形しない）と仮定して、当該剛体部に矢印で示す強制変位を与えた。荷重は、強制変位点にかかる反力を示す。そして、その際の吸収エネルギを、数値解析を用いて評価した。具体的には、図２１に示す荷重−変位線図の、曲線と縦横の軸線とで囲まれる範囲の面積として求めるものである。
その結果、図８に示すステップ形状２を有する屈曲チャンネル部品６は、図５に示すステップ形状を備えない屈曲チャンネル部品６に比べ、衝突性能においては吸収エネルギーを２０％程度増大させることが可能となった。その改善メカニズムは、屈曲チャンネル部材６が、歪（変形）を、ステップ形状２を設けた範囲に広く分散させ、局部的に折れにくい（応力集中が生じにくい）ものとすることによるものであり、最大荷重後も高い荷重を受け止め得る状態が維持され、吸収エネルギーの増大が図られる。

本発明の実施の形態に係るチャンネル部品の、ステップ形状を示す断面図である。 衝突性能および寸法精度の向上に係るパラメータを変化させたときの、寸法精度と軸圧壊での吸収エネルギーの変化の様子を例示する図である。 衝突性能および寸法精度の向上に係るパラメータを変化させたときの、寸法精度と軸圧壊での最大荷重の変化の様子を例示する図である。 本発明の実施の形態に係るチャンネル部品の応用例を示す部分断面図である。 本発明の実施の形態に係る屈曲チャンネル部品の比較対象となる、ステップ形状を備えない屈曲チャンネル部材の側面図である。 図５のＡ―Ａ線、Ｂ―Ｂ線における断面図である。 図５に示す屈曲チャンネル部材にキャンバー不良を生じた状態を示す図であり、（ａ）は（ｂ）のＣ―Ｃ線における断面図であり、（ｂ）は屈曲チャンネル部材の側面図である。 本発明の実施の形態に係る屈曲チャンネル部品の側面図である。 図８のＡ―Ａ線における断面図およびそのステップ形状の拡大図である。 本発明の実施の形態に係るストレートチャンネル部品において、寸法精度の向上効果を評価するために用いられる供試材の断面図である。 図１０の円で囲んだ部分に与えるステップ形状を示す拡大断面図である。 ストレートチャンネル部材の壁反り不良を示す断面図であり、（ａ）は、本発明の実施の形態に係るストレートチャンネル部品との比較対象であるステップ形状を備えない供試体を、（ｂ）は、本発明の実施の形態に係るステップ形状を備える供試体を示している。 本発明の実施の形態に係るストレートチャンネル部品において、衝突性能の向上効果を評価するために用いられる供試材の構造を示す立体図である。 図１３に示す供試材の最終形状を示す側面図である。 本発明の実施の形態に係る、様々なステップ部寸法を形成した供試材と、従来の段無し形状の供試体との、寸法精度向上効果および衝突性能向上効果をまとめた図表である。 図１５に示す図表に基いてなされた総合評価をまとめた図表である。 チャンネル部品の、ステップ形状の各部寸法に、図１９に示す具体的数値を設定した場合における、軸圧壊での変形量（変位）と、最大荷重または吸収エネルギーとの関係を、従来のチャンネル部品と比較した図である。 チャンネル部品の、ステップ形状の各部寸法に、図１９に示す具体的数値を設定したチャンネル部品と、従来のチャンネル部品とに生じるスプリングバックによる開き量を、パンチ形状と共に図示したものである。 チャンネル部品の、ステップ形状の各部寸法に、具体的数値を設定した物を例示する図である。 屈曲チャンネル部品の、衝突性能および寸法精度の向上効果の具体的評価を行う手法を示す図である。 図２０に示す評価方法によって得られた、屈曲チャンネル部品の荷重−変位線図である。 ステップ形状を備えるチャンネル部品の、一部斜視図である。

符号の説明

１：チャンネル部品、２：ステップ形状、３：稜線、６：屈曲チャンネル部品、Ｌａ：成形後の線長、Ｌｂ：成形前の線長、 Ｒｄ１、Ｒｐ、Ｒｄ２：成形アールの半径、Ｗｓ：半径Ｒｄ１の成形アールと半径Ｒｐの成形アールとをつなぐ平面部分の幅、Ｈｓ：半径Ｒｐの成形アールと半径Ｒｄ２の成形アールとをつなぐ平面部分の高さ、ｔ：チャンネル部品の板の厚さ

Claims (20)

1. 製品形状にステップ形状を含むチャンネル部品であって、前記ステップ形状は、その断面における成形前後の線長差と複数箇所の成形アールの半径とから求められるパラメータに基づき、その形状が決定されていることを特徴とするチャンネル部品。
2. 前記パラメータは、前記線長差と前記半径の総和の平方根とを掛け合わせた値であることを特徴とする請求項１記載のチャンネル部品。
3. 前記パラメータは、衝突性能および寸法精度の向上に関するものであることを特徴とする請求項１または２記載のチャンネル部品。
4. 前記衝突性能は、軸圧壊または３点曲げでの吸収エネルギーの増大に係るものであることを特徴とする請求項３項記載のチャンネル部品。
5. 前記衝突性能は、軸圧壊または３点曲げでの最大荷重の増大に係るものであることを特徴とする請求項３または４記載のチャンネル部品。
6. 前記ステップ形状は、縦壁部とフランジ部との間に形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載のチャンネル部品。
7. 前記パラメータを表すxが、前記断面形状における成形前の線長Ｌｂと、成形後の線長Ｌａと、前記ステップ形状を構成する三つの成形アールの半径Ｒｄ１、Ｒｐ、Ｒｄ２とに対し、
   ｘ＝ΔＬ×√（Ｒｄ１＋Ｒｐ＋Ｒｄ２）
   かつ
   ΔＬ＝Ｌａ―Ｌｂ
   の関係を有することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載のチャンネル部品。
8. 前記パラメータを表すxが、6.19＜ｘ＜14.37を満たすことを特徴とする請求項７記載のチャンネル部品。
9. 前記チャンネル部品がストレートチャンネル部品であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項記載のチャンネル部品。
10. 前記チャンネル部品が屈曲チャンネル部品であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項記載のチャンネル部品。
11. 製品形状にステップ形状を含むチャンネル部品において、前記ステップ形状の、断面形状における成形前後の線長差と複数箇所の成形アールの半径とから求められるパラメータに基づき、前記ステップ形状を決定したことを特徴とするチャンネル部品のステップ形状の決定方法。
12. 前記パラメータを、前記線長差と前記半径の総和の平方根とを掛け合わせて求めることを特徴とする請求項１１記載のチャンネル部品のステップ形状の決定方法。
13. 前記パラメータは、衝突性能および寸法精度の向上に関するものであることを特徴とする請求項１１または１２記載のチャンネル部品のステップ形状の決定方法。
14. 前記衝突性能は、軸圧壊または３点曲げでの吸収エネルギーの増大に係るものであることを特徴とする請求項１３記載のチャンネル部品のステップ形状の決定方法。
15. 前記衝突性能は、軸圧壊または３点曲げでの最大荷重の増大に係るものであることを特徴とする請求項１３または１４記載のチャンネル部品のステップ形状の決定方法。
16. 前記ステップ形状を縦壁部とフランジ部との間に形成することを特徴とする請求項１１から１５のいずれか１項記載のチャンネル部品のステップ形状の決定方法。
17. 前記パラメータを表すxが、前記断面形状における成形前の線長Ｌｂと、成形後の線長Ｌａと、前記ステップ形状を構成する三つの成形アールの半径Ｒｄ１、Ｒｐ、Ｒｄ２とに対し、
    ｘ＝ΔＬ×√（Ｒｄ１＋Ｒｐ＋Ｒｄ２）
    かつ
    ΔＬ＝Ｌａ―Ｌｂ
    の関係を有することを特徴とする請求項１１から１６のいずれか１項記載のステップ形状の決定方法。
18. 前記パラメータを表すxが、6.19＜ｘ＜14.37を満たすことを特徴とする請求項１７記載のステップ形状の決定方法。
19. 前記チャンネル部品がストレートチャンネル部品であることを特徴とする請求項１１から１８のいずれか１項記載のステップ形状の決定方法。
20. 前記チャンネル部品が屈曲チャンネル部品であることを特徴とする請求項１１から１８のいずれか１項記載のステップ形状の決定方法。
    

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