車両用衝突エネルギ吸収部材の製造方法
【課題】車両用衝突エネルギ吸収部材において衝撃吸収時の潰れ残りを少なくすることである。
【解決手段】エネルギ吸収部材の製造方法は、最初に、オーステナイト相の面積比率Ｐが０．０３以上０．４６以下となる鋼板材を準備する（Ｓ１０）。次に、この鋼板材を用いて、エネルギ吸収部材１０を構成する各壁部材を成形する（Ｓ１２）。そして、各鋼板を組合せ、合わせ面においてレーザ溶接機を用い、レーザ出力Ｅを１ｋＷ以上８ｋＷ以下に設定して線溶接により接合（Ｓ１４）してエネルギ吸収部材を成形する（Ｓ１６）。
【解決手段】エネルギ吸収部材の製造方法は、最初に、オーステナイト相の面積比率Ｐが０．０３以上０．４６以下となる鋼板材を準備する（Ｓ１０）。次に、この鋼板材を用いて、エネルギ吸収部材１０を構成する各壁部材を成形する（Ｓ１２）。そして、各鋼板を組合せ、合わせ面においてレーザ溶接機を用い、レーザ出力Ｅを１ｋＷ以上８ｋＷ以下に設定して線溶接により接合（Ｓ１４）してエネルギ吸収部材を成形する（Ｓ１６）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は車両用エネルギ吸収部材の製造方法に係り、特に車両の衝突時にそのエネルギを吸収する車両用衝突エネルギ吸収部材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車や列車等の車両には、衝突時における乗客、搭載物、構造体等への被害を最小に食い止めるように、衝突エネルギを吸収し衝撃を減少させるエネルギ吸収部材が搭載される。例えば自動車においては、バンパー周辺に衝撃により座屈等で変形し、それにより衝撃エネルギを吸収する部材が配置される。
【０００３】
特許文献１には、衝突エネルギ吸収部材が開示され、そこでは薄鋼板を断面ハット形状または断面半円形状にプレス加工してなるプレス成形品をたとえば２個組み合わせて溶接して閉形状とし、その中に円管または角管を複数挿入する構造が開示される。そして、内挿される円管等の数を増加させるほどエネルギ吸収比が上がることが述べられる。溶接にはスポット溶接、レーザ溶接、アーク溶接等が用いられることが述べられる。
【０００４】
特許文献２には、衝突エネルギ吸収部材が開示され、そこでは隔壁を有する閉断面構造のエネルギ吸収部材を製造するために、２枚以上の曲げ加工された薄鋼板をスポット溶接、アーク溶接等により接合することが述べられる。そして、このようにして製造された隔壁のある閉断面構造のものは、隔壁のない単なる閉断面構造のものより吸収エネルギ比がよいことが述べられる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３１２５３５号公報
【特許文献２】特開２００３−４８５６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように、従来技術においては、薄鋼板を組合せて閉構造を形成し、軸方向の衝撃時に応じて変形させてエネルギを吸収させることが述べられ、その内部にパイプ構造を挿入し、あるいは隔壁を設ける等の工夫等がなされている。この閉構造を形成するのは、薄鋼板をスポット溶接、レーザ溶接、アーク溶接等で接合することが述べられる。
【０００７】
また、近年ではエネルギ吸収部材の高強度化の要求が強まり、例えば高強度鋼の鋼板を用いて構成することが検討されている。高強度鋼板は、強度と成形性とを両立させるため、フェライト相とマルテンサイト相の混在組織を有する２相組織鋼板（デュアルフェーズ鋼板）であり、この鋼板の場合衝撃時の変形が蛇腹状に変形するため、いわゆる潰れ残りが生じる。したがって、潰れ残りを考慮して初期の形状を設計する必要があり、そのために重量が増し、また寸法、体積も大きくなりがちである。従来技術は、上記のように、衝撃を吸収するための変形量増大の工夫に力点があり、潰れ残りについては特に言及されていない。
【０００８】
本発明の目的は、衝撃吸収時の潰れ残りを少なくする車両用衝突エネルギ吸収部材の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、押圧加工によりオーステナイト相がマルテンサイト相に変態可能な鋼板を用いて、衝撃のエネルギでもって鋼材のオーステナイト組織を一瞬のうちにマルテンサイト組織に変態させれば、分離破断あるいは理想的にはこなごなに破壊することができ、潰れ残りを少なくできるのではないかと考え、エネルギ吸収部材の製造方法について、鋼材溶接用のレーザ条件、鋼材組織を見直したことに基づく。
【００１０】
本発明に係る車両用衝突エネルギ吸収部材の製造方法は、押圧加工によりオーステナイト相がマルテンサイト相に変態可能な鋼板を用い、複数の壁部材によって開口を有する立壁閉構造を構成する車両用衝突エネルギ吸収部材の製造方法であって、複数の壁部材を相互にレーザ溶接し、立壁閉構造を形成する接合工程を含み、接合工程は、レーザ出力が１ｋｗ以上８ｋｗ以下であることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る車両用衝突エネルギ吸収部材の製造方法において、鋼板材を各壁部材のそれぞれの形状に成形する工程であって、ミクロ組織のオーステナイト相組織とそれ以外の相組織の面積比率が、オーステナイト相／（フェライト相＋オーステナイト相＋ベイナイト相＋パーライト相）＝Ｐとして、Ｐは０．０３以上０．４６以下の鋼板材を各壁部材の形状に成形する成形工程を含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る車両用衝突エネルギ吸収部材によれば、衝撃吸収時の潰れ残りを少なくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。本発明に係る実施の形態は、押圧加工によりオーステナイト相がマルテンサイト相に変態可能な鋼板を用いるエネルギ吸収部材において、その製造方法におけるレーザ溶接条件、材料組成がエネルギ吸収にどのように関係するかの実験を行い、そのなかで、好適な条件を見出したことに基づく。そこで最初に実験条件と、その結果の評価方法について説明し、その後、エネルギ吸収部材の具体的な製造方法の実施の形態について述べる。
【００１４】
図１は、エネルギ吸収部材１０の評価に用いた落錘試験機１２の様子を示す図である。落錘試験機１２は、地中に埋められた頑丈な土台のうえにコンクリート製の試験土台１４が設置され、その上に荷重を測定するためのロードセル１６が置かれ、その上方に錘１８が吊り下げられている構造を有する。エネルギ吸収部材１０の落錘試験を行うには、ロードセル１６の上に、測定対象のエネルギ吸収部材１０を、その軸方向が錘１８の落下方向となるように設定して置く。そして、ロードセル１６に、エネルギ吸収部材１０に与えられる軸方向の荷重Ｆを測定する荷重測定器２０を接続し、また、エネルギ吸収部材１０に適当なマーカを取り付け、その軸方向の変位であるストロークＳを非接触で測定できるレーザ測定器２２を配置する。そして、エネルギ吸収部材１０の上方から錘１８を落下させ、そのときのエネルギ吸収部材１０に掛かる荷重Ｆと、ストロークＳを高速下で測定する。なお、落錘試験機１２は、衝撃時の速度を調整することができる。
【００１５】
図２は、落錘試験によって得られる、エネルギ吸収部材の代表的な荷重Ｆ−ストロークＳ特性図の例を示す図である。ここには、ダンピングの大きい特性３０と、ダンピングのない特性４０と、その両極の特性の間にある特性３２、３４の４種類の特性が示されている。なお、特性４１は、ダンピングのない特性ではあるが荷重Ｆの最大値が低いものを示している。これらの荷重Ｆ−ストロークＳ特性曲線で、破壊点までの積分値がそのエネルギ吸収部材についての変形によって吸収可能なエネルギの大きさになる。ここで、特性４１を除いて、特性３０、３２、３４、４０は、吸収可能なエネルギの大きさを同じになるように示されている。ここで、ダンピングの大きい特性３０の破壊点５０までのエネルギ吸収量は、図２において斜線で影をつけた部分として示した。ダンピングのない特性４０は、ダンピングがなくいわば矩形特性を示すので、同じ大きさの吸収エネルギの場合、破壊点５２がダンピング大きい特性３０の破壊点５０よりかなり短いストローク側に寄って来る。つまり、ダンピングのない特性の方が、短いストロークで大きな荷重を受けることができる。換言すれば、ダンピングのない特性ほど、ストローク当たりの吸収エネルギが高く、エネルギ吸収部材を効率的に破壊することができることがわかる。
【００１６】
図３は、車両用のエネルギ吸収部材１０の断面斜視図である。エネルギ吸収部材１０は、上下に開口を有する多角形筒状の部材で、複数の立壁部によって閉空間を形成し、底部も天井部も開いている構造である。衝撃を受ける天井部には、別途天井板を設けてもよい。この立壁部による多角形筒状閉構造は、複数の鋼板を用い、その合わせ部分で２つの鋼板を重ね合わせ、レーザにより線溶接することで構成される。図３では溶接部１１が示されている。一般的には溶接部１１は２枚の鋼板が重ね合わせられているので、レーザ溶接の強度が十分であれば、多角形の角部よりむしろ軸方向の衝撃に対し強い傾向にある。図３では多角形の代表として矩形箱型形状のものを示してある。ここで立壁部の長手方向、すなわち衝撃荷重を受ける軸方向の寸法はＬで、長手方向に垂直な断面の最大開口寸法はＨで、板厚はｔである。
【００１７】
ここで、鋼板は、押圧加工によりオーステナイト相がマルテンサイト相に変態可能な鋼板を用いる。この鋼板は、例えばプレス加工においてオーステナイト相をマルテンサイト相に一部変態させることができる。このように、オーステナイト相は、適当な機械的エネルギを与えることでマルテンサイト相に変態させることができるので、強い衝撃を与えると、そのエネルギによってオーステナイト相が一瞬のうちにマルテンサイト相に変態させることができる。つまり、落錘試験で代用している衝突衝撃によって、強度が高く伸びの小さいマルテンサイト相に変態するので、衝撃エネルギと変態速度とのバランスによっては、効率よくマルテンサイトに変態しつつ、その伸びの小ささのためバラバラに破壊することができる。そこで、押圧加工によりオーステナイト相がマルテンサイト相に変態可能な鋼板を用いたエネルギ吸収部材１０の各寸法、鋼材の組織を色々変化させて落錘試験を行い、そのときの荷重Ｆ−ストロークＳ特性の推移を調べた。その結果を次に述べる。
【００１８】
図４は、エネルギ吸収部材１０を形成するときにおいて鋼板溶接のレーザ出力条件を変化させて、落錘試験を行い、そのときの荷重Ｆ−ストロークＳ特性の推移をまとめたものである。線溶接時のレーザ出力をＥとして、Ｅが１ｋＷ未満の場合、十分な溶け込み深さを得ることができず、接合強度が不十分となり、衝撃エネルギを十分に吸収しきれない。一方Ｅが８ｋｗを超えると、その溶接熱で、使用する鋼板の材料組織におけるオーステナイト相がマルテンサイト変態に変態せず、十分なエネルギ吸収ができない。Ｅが１ｋｗ以上８ｋＷ以下であると、衝撃エネルギが鋼板にバランスよく伝達し、マルテンサイト変態が十分に生じ、その変態速度と衝撃エネルギとが釣り合って、図２の特性３２、３４、４０となる。したがって破壊点５２のストロークが短く、潰れ残りが少なく、理想的なバランスの場合、分離破断あるいはこなごなに破壊する。したがって、エネルギ吸収部材１０の製造方法におけるレーザ溶接出力Ｅは、１ｋＷ以上８ｋＷ以下が望ましい。
【００１９】
図５は、エネルギ吸収部材１０の素材鋼材の材質を変化させて、落錘試験を行い、そのときの荷重Ｆ−ストロークＳ特性の推移をまとめたものである。ここで、素材鋼板としては、プレス加工のような押圧加工によってオーステナイト相からマルテンサイト相に一部変態するものを使用している。プレス加工前のミクロ組織は、フェライト相＋オーステナイト相＋ベイナイト相＋パーライト相である。このオーステナイト相が押圧加工に相当する衝撃によってマルテンサイト相に変態する。そこで、使用する鋼材のミクロ組織のオーステナイト相組織とそれ以外の相組織の面積比率＝オーステナイト相／（フェライト相＋オーステナイト相＋ベイナイト相＋パーライト相）をＰとして、Ｐを変化させて、落錘試験を行い、そのときの荷重Ｆ−ストロークＳ特性の推移をまとめたものである。Ｐが３％未満の場合、マルテンサイトに変態するものの、エネルギ吸収が不十分であり、例えば、蛇腹状の変形をする。一方Ｐが４６％を超えると、衝突エネルギ加わってもマルテンサイト変態に変態しきれずオーステナイト相として残存する相があり、十分なエネルギ吸収が得られない。したがって、エネルギ吸収部材１０のミクロ組織に関するＰは、０．０３以上０．４６以下が望ましい。
【００２０】
このようにして、押圧加工によりオーステナイト相がマルテンサイト相に変態可能な鋼板を用いるエネルギ吸収部材において、衝撃エネルギとマルテンサイト変態の速度とのバランスが取れる鋼板溶接時のレーザ出力寸法、鋼板の材料組成を求めることができ、好ましい実施形態は、この好適な条件の中に入るものとして、構成することができる。
【００２１】
図６は、エネルギ吸収部材１０の製造方法の手順を示すフローチャートである。最初に鋼板材を準備する（Ｓ１０）。ここでは、押圧加工によってオーステナイト相からマルテンサイト相に一部変態する鋼板材を用い、図５に関連して説明したように、オーステナイト相の面積比率Ｐが０．０３以上０．４６以下となるものを準備する。板厚は、数ｍｍ程度の一般的厚みでよいが、例えばｔ＝１．６ｍｍのものを用いることができる。
【００２２】
次に、この鋼板材を用いて、エネルギ吸収部材１０を構成する各壁部材を成形する（Ｓ１２）。各壁部材の形状は図３に関連して説明したもので、互いに組合せて閉空間を構成できる形状に鋼板をプレス加工等で成形する。その際に、図３の例では、２枚の鋼板を合わせてレーザ線溶接をするための合わせ面も含んで成形する。長さＬ、最大開口Ｈ、多角形の角の数ｎ等は、衝撃によってオーステナイト相からマルテンサイト相に変態する速度と衝撃エネルギとの釣合いで好ましい範囲がある。例えば、Ｌ／Ｈが２以上２１以下の範囲、Ｈ／ｔが４以上５８以下の範囲、ｎが３以上１０以下の範囲が好ましい。この範囲の中で、車両の仕様等から要求されるエネルギ吸収部材１０の寸法、性能等を考慮して具体的な各壁部材の形状寸法を決めることができる。
【００２３】
そして、各壁部材を図３に関連して説明したように、各鋼板を組合せ、合わせ面においてレーザ溶接機を用いて線溶接により接合する（Ｓ１４）。溶接のレーザ出力Ｅは図４に関連して説明したように、１ｋＷ以上８ｋＷ以下に設定する。このようにしてエネルギ吸収部材が成形される（Ｓ１６）。
【実施例１】
【００２４】
図６の製造方法に従って、Ｓ１２で説明した範囲の中で適当に選んだ寸法のエネルギ吸収部材１０を作成した。ここでは立壁部の長手方向の寸法Ｌ＝２００ｍｍ、板厚ｔ＝１．６ｍｍ、Ｒ＝Ｈ／Ｌ＝１１、Ａ＝Ｈ／ｔ＝３５、角の数ｎ＝４とした。そして、レーザ出力Ｅと、オーステナイト相の面積比率Ｐを、図４、図５の範囲として、２通りの内容の製造方法でエネルギ吸収部材１０を作成し、これを実施例の製造方法とした。また、他の条件を同じにして、Ｅ、Ｐをさらに変化させた内容の製造方法でエネルギ吸収部材１０を作成してこれらを比較例とした。これらの条件を図７に示す。
【００２５】
２つの実施例、及び３つの比較例を、図１に示す落錘試験機１２にかけた。その場合の衝突時の速度はいずれも２０ｋｍ／Ｈｒである。そして、荷重Ｆ−ストロークＳ特性図から、１５０ｍｍ変形までのエネルギ吸収量を求めた。エネルギ吸収量の計算は、図２の説明においてで斜線を付して示したように、Ｆ−Ｓ特性図の積分から求めることができる。また、潰れ残り量は落錘試験終了後の高さをハイトゲージで測定した。図８から理解できるように、実施例の潰れ残り量は、最初のＬの９％未満に過ぎず、また比較例の１／４から１／６と、大幅に減少する。
【００２６】
図８は、実施例のエネルギ吸収部材１０の衝撃による破壊の様子を示す模式図である。エネルギ吸収部材１０は、衝撃を受けると、天井板部分が飛び去り、角部のところが裂ける。その様子が中間状態６０である。衝撃を受け終わった後は、閉空間を形成していた各立壁部が角部のところでほとんど分離し、潰れ残りが僅かなものとなる。その様子が分離破壊状態６２である。実際に、図４、図５に関連して説明したレーザ出力、オーステナイト相面積比率の好適な範囲に入る製造方法の各実施の形態は、図８に示されるように、潰れ残りが少ない破壊モードを示す。
【００２７】
このように、押圧加工によりオーステナイト相がマルテンサイト相に変態可能な鋼板を用い、好適なレーザ出力、材料組成を選ぶことで、衝撃時の潰れ残りが少なくて、軽量かつコンパクトなエネルギ吸収部材を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】エネルギ吸収部材の評価に用いた落錘試験機の様子を示す図である。
【図２】本発明に係る実施の形態におけるエネルギ吸収部材の代表的な荷重Ｆ−ストロークＳ特性図の例を示す図である。
【図３】本発明に係る実施の形態における車両用のエネルギ吸収部材の断面斜視図である。
【図４】本発明に係る実施の形態において、レーザ溶接の出力Ｅを変化させたときの荷重Ｆ−ストロークＳ特性の推移をまとめたものである。
【図５】本発明に係る実施の形態において、エネルギ吸収部材の素材鋼材の材質を変化させたときの荷重Ｆ−ストロークＳ特性の推移をまとめたものである。
【図６】本発明に係る実施の形態におけるエネルギ吸収部材の製造方法の手順を示すフローチャートである。
【図７】実施例と比較例のパラメータと、落錘試験の結果をまとめた図である。
【図８】実施例のエネルギ吸収部材の衝撃による破壊の様子を示す模式図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０ エネルギ吸収部材、１１ 溶接部、１２ 落錘試験機、１４ 試験土台、１６ ロードセル、１８ 錘、２０ 荷重測定器、２２ レーザ測定器、３０，３２，３４，４０，４１ Ｆ−Ｓ特性、５０，５２ 破壊点、６０ 中間状態、６２ 分離破壊状態。
【技術分野】
【０００１】
本発明は車両用エネルギ吸収部材の製造方法に係り、特に車両の衝突時にそのエネルギを吸収する車両用衝突エネルギ吸収部材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車や列車等の車両には、衝突時における乗客、搭載物、構造体等への被害を最小に食い止めるように、衝突エネルギを吸収し衝撃を減少させるエネルギ吸収部材が搭載される。例えば自動車においては、バンパー周辺に衝撃により座屈等で変形し、それにより衝撃エネルギを吸収する部材が配置される。
【０００３】
特許文献１には、衝突エネルギ吸収部材が開示され、そこでは薄鋼板を断面ハット形状または断面半円形状にプレス加工してなるプレス成形品をたとえば２個組み合わせて溶接して閉形状とし、その中に円管または角管を複数挿入する構造が開示される。そして、内挿される円管等の数を増加させるほどエネルギ吸収比が上がることが述べられる。溶接にはスポット溶接、レーザ溶接、アーク溶接等が用いられることが述べられる。
【０００４】
特許文献２には、衝突エネルギ吸収部材が開示され、そこでは隔壁を有する閉断面構造のエネルギ吸収部材を製造するために、２枚以上の曲げ加工された薄鋼板をスポット溶接、アーク溶接等により接合することが述べられる。そして、このようにして製造された隔壁のある閉断面構造のものは、隔壁のない単なる閉断面構造のものより吸収エネルギ比がよいことが述べられる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３１２５３５号公報
【特許文献２】特開２００３−４８５６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように、従来技術においては、薄鋼板を組合せて閉構造を形成し、軸方向の衝撃時に応じて変形させてエネルギを吸収させることが述べられ、その内部にパイプ構造を挿入し、あるいは隔壁を設ける等の工夫等がなされている。この閉構造を形成するのは、薄鋼板をスポット溶接、レーザ溶接、アーク溶接等で接合することが述べられる。
【０００７】
また、近年ではエネルギ吸収部材の高強度化の要求が強まり、例えば高強度鋼の鋼板を用いて構成することが検討されている。高強度鋼板は、強度と成形性とを両立させるため、フェライト相とマルテンサイト相の混在組織を有する２相組織鋼板（デュアルフェーズ鋼板）であり、この鋼板の場合衝撃時の変形が蛇腹状に変形するため、いわゆる潰れ残りが生じる。したがって、潰れ残りを考慮して初期の形状を設計する必要があり、そのために重量が増し、また寸法、体積も大きくなりがちである。従来技術は、上記のように、衝撃を吸収するための変形量増大の工夫に力点があり、潰れ残りについては特に言及されていない。
【０００８】
本発明の目的は、衝撃吸収時の潰れ残りを少なくする車両用衝突エネルギ吸収部材の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、押圧加工によりオーステナイト相がマルテンサイト相に変態可能な鋼板を用いて、衝撃のエネルギでもって鋼材のオーステナイト組織を一瞬のうちにマルテンサイト組織に変態させれば、分離破断あるいは理想的にはこなごなに破壊することができ、潰れ残りを少なくできるのではないかと考え、エネルギ吸収部材の製造方法について、鋼材溶接用のレーザ条件、鋼材組織を見直したことに基づく。
【００１０】
本発明に係る車両用衝突エネルギ吸収部材の製造方法は、押圧加工によりオーステナイト相がマルテンサイト相に変態可能な鋼板を用い、複数の壁部材によって開口を有する立壁閉構造を構成する車両用衝突エネルギ吸収部材の製造方法であって、複数の壁部材を相互にレーザ溶接し、立壁閉構造を形成する接合工程を含み、接合工程は、レーザ出力が１ｋｗ以上８ｋｗ以下であることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る車両用衝突エネルギ吸収部材の製造方法において、鋼板材を各壁部材のそれぞれの形状に成形する工程であって、ミクロ組織のオーステナイト相組織とそれ以外の相組織の面積比率が、オーステナイト相／（フェライト相＋オーステナイト相＋ベイナイト相＋パーライト相）＝Ｐとして、Ｐは０．０３以上０．４６以下の鋼板材を各壁部材の形状に成形する成形工程を含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る車両用衝突エネルギ吸収部材によれば、衝撃吸収時の潰れ残りを少なくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。本発明に係る実施の形態は、押圧加工によりオーステナイト相がマルテンサイト相に変態可能な鋼板を用いるエネルギ吸収部材において、その製造方法におけるレーザ溶接条件、材料組成がエネルギ吸収にどのように関係するかの実験を行い、そのなかで、好適な条件を見出したことに基づく。そこで最初に実験条件と、その結果の評価方法について説明し、その後、エネルギ吸収部材の具体的な製造方法の実施の形態について述べる。
【００１４】
図１は、エネルギ吸収部材１０の評価に用いた落錘試験機１２の様子を示す図である。落錘試験機１２は、地中に埋められた頑丈な土台のうえにコンクリート製の試験土台１４が設置され、その上に荷重を測定するためのロードセル１６が置かれ、その上方に錘１８が吊り下げられている構造を有する。エネルギ吸収部材１０の落錘試験を行うには、ロードセル１６の上に、測定対象のエネルギ吸収部材１０を、その軸方向が錘１８の落下方向となるように設定して置く。そして、ロードセル１６に、エネルギ吸収部材１０に与えられる軸方向の荷重Ｆを測定する荷重測定器２０を接続し、また、エネルギ吸収部材１０に適当なマーカを取り付け、その軸方向の変位であるストロークＳを非接触で測定できるレーザ測定器２２を配置する。そして、エネルギ吸収部材１０の上方から錘１８を落下させ、そのときのエネルギ吸収部材１０に掛かる荷重Ｆと、ストロークＳを高速下で測定する。なお、落錘試験機１２は、衝撃時の速度を調整することができる。
【００１５】
図２は、落錘試験によって得られる、エネルギ吸収部材の代表的な荷重Ｆ−ストロークＳ特性図の例を示す図である。ここには、ダンピングの大きい特性３０と、ダンピングのない特性４０と、その両極の特性の間にある特性３２、３４の４種類の特性が示されている。なお、特性４１は、ダンピングのない特性ではあるが荷重Ｆの最大値が低いものを示している。これらの荷重Ｆ−ストロークＳ特性曲線で、破壊点までの積分値がそのエネルギ吸収部材についての変形によって吸収可能なエネルギの大きさになる。ここで、特性４１を除いて、特性３０、３２、３４、４０は、吸収可能なエネルギの大きさを同じになるように示されている。ここで、ダンピングの大きい特性３０の破壊点５０までのエネルギ吸収量は、図２において斜線で影をつけた部分として示した。ダンピングのない特性４０は、ダンピングがなくいわば矩形特性を示すので、同じ大きさの吸収エネルギの場合、破壊点５２がダンピング大きい特性３０の破壊点５０よりかなり短いストローク側に寄って来る。つまり、ダンピングのない特性の方が、短いストロークで大きな荷重を受けることができる。換言すれば、ダンピングのない特性ほど、ストローク当たりの吸収エネルギが高く、エネルギ吸収部材を効率的に破壊することができることがわかる。
【００１６】
図３は、車両用のエネルギ吸収部材１０の断面斜視図である。エネルギ吸収部材１０は、上下に開口を有する多角形筒状の部材で、複数の立壁部によって閉空間を形成し、底部も天井部も開いている構造である。衝撃を受ける天井部には、別途天井板を設けてもよい。この立壁部による多角形筒状閉構造は、複数の鋼板を用い、その合わせ部分で２つの鋼板を重ね合わせ、レーザにより線溶接することで構成される。図３では溶接部１１が示されている。一般的には溶接部１１は２枚の鋼板が重ね合わせられているので、レーザ溶接の強度が十分であれば、多角形の角部よりむしろ軸方向の衝撃に対し強い傾向にある。図３では多角形の代表として矩形箱型形状のものを示してある。ここで立壁部の長手方向、すなわち衝撃荷重を受ける軸方向の寸法はＬで、長手方向に垂直な断面の最大開口寸法はＨで、板厚はｔである。
【００１７】
ここで、鋼板は、押圧加工によりオーステナイト相がマルテンサイト相に変態可能な鋼板を用いる。この鋼板は、例えばプレス加工においてオーステナイト相をマルテンサイト相に一部変態させることができる。このように、オーステナイト相は、適当な機械的エネルギを与えることでマルテンサイト相に変態させることができるので、強い衝撃を与えると、そのエネルギによってオーステナイト相が一瞬のうちにマルテンサイト相に変態させることができる。つまり、落錘試験で代用している衝突衝撃によって、強度が高く伸びの小さいマルテンサイト相に変態するので、衝撃エネルギと変態速度とのバランスによっては、効率よくマルテンサイトに変態しつつ、その伸びの小ささのためバラバラに破壊することができる。そこで、押圧加工によりオーステナイト相がマルテンサイト相に変態可能な鋼板を用いたエネルギ吸収部材１０の各寸法、鋼材の組織を色々変化させて落錘試験を行い、そのときの荷重Ｆ−ストロークＳ特性の推移を調べた。その結果を次に述べる。
【００１８】
図４は、エネルギ吸収部材１０を形成するときにおいて鋼板溶接のレーザ出力条件を変化させて、落錘試験を行い、そのときの荷重Ｆ−ストロークＳ特性の推移をまとめたものである。線溶接時のレーザ出力をＥとして、Ｅが１ｋＷ未満の場合、十分な溶け込み深さを得ることができず、接合強度が不十分となり、衝撃エネルギを十分に吸収しきれない。一方Ｅが８ｋｗを超えると、その溶接熱で、使用する鋼板の材料組織におけるオーステナイト相がマルテンサイト変態に変態せず、十分なエネルギ吸収ができない。Ｅが１ｋｗ以上８ｋＷ以下であると、衝撃エネルギが鋼板にバランスよく伝達し、マルテンサイト変態が十分に生じ、その変態速度と衝撃エネルギとが釣り合って、図２の特性３２、３４、４０となる。したがって破壊点５２のストロークが短く、潰れ残りが少なく、理想的なバランスの場合、分離破断あるいはこなごなに破壊する。したがって、エネルギ吸収部材１０の製造方法におけるレーザ溶接出力Ｅは、１ｋＷ以上８ｋＷ以下が望ましい。
【００１９】
図５は、エネルギ吸収部材１０の素材鋼材の材質を変化させて、落錘試験を行い、そのときの荷重Ｆ−ストロークＳ特性の推移をまとめたものである。ここで、素材鋼板としては、プレス加工のような押圧加工によってオーステナイト相からマルテンサイト相に一部変態するものを使用している。プレス加工前のミクロ組織は、フェライト相＋オーステナイト相＋ベイナイト相＋パーライト相である。このオーステナイト相が押圧加工に相当する衝撃によってマルテンサイト相に変態する。そこで、使用する鋼材のミクロ組織のオーステナイト相組織とそれ以外の相組織の面積比率＝オーステナイト相／（フェライト相＋オーステナイト相＋ベイナイト相＋パーライト相）をＰとして、Ｐを変化させて、落錘試験を行い、そのときの荷重Ｆ−ストロークＳ特性の推移をまとめたものである。Ｐが３％未満の場合、マルテンサイトに変態するものの、エネルギ吸収が不十分であり、例えば、蛇腹状の変形をする。一方Ｐが４６％を超えると、衝突エネルギ加わってもマルテンサイト変態に変態しきれずオーステナイト相として残存する相があり、十分なエネルギ吸収が得られない。したがって、エネルギ吸収部材１０のミクロ組織に関するＰは、０．０３以上０．４６以下が望ましい。
【００２０】
このようにして、押圧加工によりオーステナイト相がマルテンサイト相に変態可能な鋼板を用いるエネルギ吸収部材において、衝撃エネルギとマルテンサイト変態の速度とのバランスが取れる鋼板溶接時のレーザ出力寸法、鋼板の材料組成を求めることができ、好ましい実施形態は、この好適な条件の中に入るものとして、構成することができる。
【００２１】
図６は、エネルギ吸収部材１０の製造方法の手順を示すフローチャートである。最初に鋼板材を準備する（Ｓ１０）。ここでは、押圧加工によってオーステナイト相からマルテンサイト相に一部変態する鋼板材を用い、図５に関連して説明したように、オーステナイト相の面積比率Ｐが０．０３以上０．４６以下となるものを準備する。板厚は、数ｍｍ程度の一般的厚みでよいが、例えばｔ＝１．６ｍｍのものを用いることができる。
【００２２】
次に、この鋼板材を用いて、エネルギ吸収部材１０を構成する各壁部材を成形する（Ｓ１２）。各壁部材の形状は図３に関連して説明したもので、互いに組合せて閉空間を構成できる形状に鋼板をプレス加工等で成形する。その際に、図３の例では、２枚の鋼板を合わせてレーザ線溶接をするための合わせ面も含んで成形する。長さＬ、最大開口Ｈ、多角形の角の数ｎ等は、衝撃によってオーステナイト相からマルテンサイト相に変態する速度と衝撃エネルギとの釣合いで好ましい範囲がある。例えば、Ｌ／Ｈが２以上２１以下の範囲、Ｈ／ｔが４以上５８以下の範囲、ｎが３以上１０以下の範囲が好ましい。この範囲の中で、車両の仕様等から要求されるエネルギ吸収部材１０の寸法、性能等を考慮して具体的な各壁部材の形状寸法を決めることができる。
【００２３】
そして、各壁部材を図３に関連して説明したように、各鋼板を組合せ、合わせ面においてレーザ溶接機を用いて線溶接により接合する（Ｓ１４）。溶接のレーザ出力Ｅは図４に関連して説明したように、１ｋＷ以上８ｋＷ以下に設定する。このようにしてエネルギ吸収部材が成形される（Ｓ１６）。
【実施例１】
【００２４】
図６の製造方法に従って、Ｓ１２で説明した範囲の中で適当に選んだ寸法のエネルギ吸収部材１０を作成した。ここでは立壁部の長手方向の寸法Ｌ＝２００ｍｍ、板厚ｔ＝１．６ｍｍ、Ｒ＝Ｈ／Ｌ＝１１、Ａ＝Ｈ／ｔ＝３５、角の数ｎ＝４とした。そして、レーザ出力Ｅと、オーステナイト相の面積比率Ｐを、図４、図５の範囲として、２通りの内容の製造方法でエネルギ吸収部材１０を作成し、これを実施例の製造方法とした。また、他の条件を同じにして、Ｅ、Ｐをさらに変化させた内容の製造方法でエネルギ吸収部材１０を作成してこれらを比較例とした。これらの条件を図７に示す。
【００２５】
２つの実施例、及び３つの比較例を、図１に示す落錘試験機１２にかけた。その場合の衝突時の速度はいずれも２０ｋｍ／Ｈｒである。そして、荷重Ｆ−ストロークＳ特性図から、１５０ｍｍ変形までのエネルギ吸収量を求めた。エネルギ吸収量の計算は、図２の説明においてで斜線を付して示したように、Ｆ−Ｓ特性図の積分から求めることができる。また、潰れ残り量は落錘試験終了後の高さをハイトゲージで測定した。図８から理解できるように、実施例の潰れ残り量は、最初のＬの９％未満に過ぎず、また比較例の１／４から１／６と、大幅に減少する。
【００２６】
図８は、実施例のエネルギ吸収部材１０の衝撃による破壊の様子を示す模式図である。エネルギ吸収部材１０は、衝撃を受けると、天井板部分が飛び去り、角部のところが裂ける。その様子が中間状態６０である。衝撃を受け終わった後は、閉空間を形成していた各立壁部が角部のところでほとんど分離し、潰れ残りが僅かなものとなる。その様子が分離破壊状態６２である。実際に、図４、図５に関連して説明したレーザ出力、オーステナイト相面積比率の好適な範囲に入る製造方法の各実施の形態は、図８に示されるように、潰れ残りが少ない破壊モードを示す。
【００２７】
このように、押圧加工によりオーステナイト相がマルテンサイト相に変態可能な鋼板を用い、好適なレーザ出力、材料組成を選ぶことで、衝撃時の潰れ残りが少なくて、軽量かつコンパクトなエネルギ吸収部材を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】エネルギ吸収部材の評価に用いた落錘試験機の様子を示す図である。
【図２】本発明に係る実施の形態におけるエネルギ吸収部材の代表的な荷重Ｆ−ストロークＳ特性図の例を示す図である。
【図３】本発明に係る実施の形態における車両用のエネルギ吸収部材の断面斜視図である。
【図４】本発明に係る実施の形態において、レーザ溶接の出力Ｅを変化させたときの荷重Ｆ−ストロークＳ特性の推移をまとめたものである。
【図５】本発明に係る実施の形態において、エネルギ吸収部材の素材鋼材の材質を変化させたときの荷重Ｆ−ストロークＳ特性の推移をまとめたものである。
【図６】本発明に係る実施の形態におけるエネルギ吸収部材の製造方法の手順を示すフローチャートである。
【図７】実施例と比較例のパラメータと、落錘試験の結果をまとめた図である。
【図８】実施例のエネルギ吸収部材の衝撃による破壊の様子を示す模式図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０ エネルギ吸収部材、１１ 溶接部、１２ 落錘試験機、１４ 試験土台、１６ ロードセル、１８ 錘、２０ 荷重測定器、２２ レーザ測定器、３０，３２，３４，４０，４１ Ｆ−Ｓ特性、５０，５２ 破壊点、６０ 中間状態、６２ 分離破壊状態。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
押圧加工によりオーステナイト相がマルテンサイト相に変態可能な鋼板を用い、複数の壁部材によって開口を有する立壁閉構造を構成する車両用衝突エネルギ吸収部材の製造方法であって、
複数の壁部材を相互にレーザ溶接し、立壁閉構造を形成する接合工程を含み、
接合工程は、レーザ出力が１ｋｗ以上８ｋｗ以下であることを特徴とする車両用衝突エネルギ吸収部材の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用衝突エネルギ吸収部材の製造方法において、
鋼板材を各壁部材のそれぞれの形状に成形する工程であって、ミクロ組織のオーステナイト相組織とそれ以外の相組織の面積比率が、
オーステナイト相／（フェライト相＋オーステナイト相＋ベイナイト相＋パーライト相）＝Ｐとして、Ｐは０．０３以上０．４６以下の鋼板材を各壁部材の形状に成形する成形工程を含むことを特徴とする車両用衝突エネルギ吸収部材の製造方法。
【請求項１】
押圧加工によりオーステナイト相がマルテンサイト相に変態可能な鋼板を用い、複数の壁部材によって開口を有する立壁閉構造を構成する車両用衝突エネルギ吸収部材の製造方法であって、
複数の壁部材を相互にレーザ溶接し、立壁閉構造を形成する接合工程を含み、
接合工程は、レーザ出力が１ｋｗ以上８ｋｗ以下であることを特徴とする車両用衝突エネルギ吸収部材の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用衝突エネルギ吸収部材の製造方法において、
鋼板材を各壁部材のそれぞれの形状に成形する工程であって、ミクロ組織のオーステナイト相組織とそれ以外の相組織の面積比率が、
オーステナイト相／（フェライト相＋オーステナイト相＋ベイナイト相＋パーライト相）＝Ｐとして、Ｐは０．０３以上０．４６以下の鋼板材を各壁部材の形状に成形する成形工程を含むことを特徴とする車両用衝突エネルギ吸収部材の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−３２５８８（Ｐ２００７−３２５８８Ａ）
【公開日】平成１９年２月８日（２００７．２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２１２２０４（Ｐ２００５−２１２２０４）
【出願日】平成１７年７月２２日（２００５．７．２２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年２月８日（２００７．２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年７月２２日（２００５．７．２２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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