JP6125466B2

JP6125466B2 - 自動車用構造部材

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Publication number: JP6125466B2
Application number: JP2014120658A
Authority: JP
Inventors: 神谷　直樹; 直樹神谷
Original assignee: Toyoda Iron Works Co Ltd
Current assignee: Toyoda Iron Works Co Ltd
Priority date: 2014-06-11
Filing date: 2014-06-11
Publication date: 2017-05-10
Anticipated expiration: 2034-06-11
Also published as: EP3156287A4; US20170113725A1; JP2016000558A; WO2015190122A1; CN106458121B; CN106458121A; EP3156287A1

Description

本発明は自動車用構造部材に係り、特に、外部から加えられる衝突荷重に対する曲げ強度を向上させる技術に関するものである。

(a) １枚の金属板材にて構成されており、長手形状を成しているとともに、(b) その長手形状の長手方向と直角な横断面形状が、谷部を挟んで一対の突出部を有するとともに、その一対の突出部の外側の端部にはそれぞれフランジが設けられ、全体として略Ｍ字形状を成しており、(c) 前記突出部の突出方向が外側向きになる姿勢で自動車に配設されて前記長手方向の両端部で支持される自動車用構造部材が知られている。特許文献１に記載のバンパーリインフォースメントはその一例で、外部から加えられる衝突荷重を受け止めるとともに、曲げ変形等により衝撃を吸収、軽減する機能を有する。

特開２００７−３８７５６号公報特開２００４−９９１７号公報

図６の(a) は、このような従来のバンパーリインフォースメントの横断面形状の一例で、谷部１００を挟んで対称的に一対の突出部１０２、１０４を備えているが、車両衝突時に突出部１０２、１０４の突出方向から衝突荷重Ｆが加えられた場合に、例えば(b) に示すように突出部１０２、１０４の両側の縦壁が外側へ膨らむように撓み変形し、曲げ強度が適切に得られない場合があった。すなわち、突出部１０２、１０４の縦壁の長さをｂ、板厚をｔとすると、降伏応力σに対して次式(1) の関係を満足すれば撓み変形を生じないが、軽量化等のために板厚ｔが小さくなると、(1) 式を満たさなくなって低荷重で撓み変形が生じるようになると考えられる。(1) 式のｋは座屈係数で、ｖはポアソン比で、Ｅはヤング率である。
σ≦ｋ〔（π²Ｅ）／１２（１−ｖ²）〕〔１／（ｂ／ｔ）²〕・・・(1)

一方、特許文献２には、断面が略Ｕ字形状のバンパーリインフォースメントに関し、剛性を確保して座屈を抑制するために、Ｕ字形状の両側の一対の縦壁に段差を設けることが提案されている。そして、この技術をＭ字形断面のバンパーリインフォースメントに適用すれば、例えば図７の(a) に示すように、前記一対の突出部１０２、１０４の各々の両側の縦壁に段差１０６を設けることが考えられる。この場合には、一対の突出部１０２、１０４の縦壁の剛性が高くなって撓み変形が抑制される。

しかしながら、このように突出部１０２、１０４の縦壁に段差１０６を設けた場合、縦壁の低荷重での撓み変形は抑制されるものの、図７の(b) に示すように外側へ開き変形するようになり、力が逃げて曲げ強度の向上効果が十分に得られなかった。

本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、バンパーリインフォースメント等のＭ字形断面を有する自動車用構造部材の曲げ強度を向上させることにある。

かかる目的を達成するために、第１発明は、(a) １枚の金属板材にて構成されており、長手形状を成しているとともに、(b) その長手形状の長手方向と直角な横断面形状が、谷部を挟んで一対の突出部を有するとともに、その一対の突出部の外側の端部にはそれぞれフランジが設けられ、全体として略Ｍ字形状を成しており、(c) 前記突出部の突出方向が外側向きになる姿勢で自動車に配設されて前記長手方向の両端部で支持される自動車用構造部材において、(d) 前記一対の突出部の計４箇所の縦壁のうち、前記谷部側に位置する一対の内壁は平坦であるが、外側に位置する一対の外壁には突出方向の中間部分に段差が設けられていることを特徴とする。

なお、上記略Ｍ字形状とは、上記谷部の深さ寸法ｄが、両側の突出部の突出寸法のうち大きい方の突出寸法Ｈの３０％〜１００％の範囲内の形状を意味し、少なくとも長手方向の中央部分で満足していれば良い。深さ寸法ｄが突出寸法Ｈの３０％未満では、Ｍ字形断面として曲げ強度を高くする効果が適切に得られない。

第２発明は、第１発明の自動車用構造部材において、前記一対の突出部の前記外壁は、前記段差より上部の傾斜角度α１およびその段差よりも下部の傾斜角度α２が、突出方向の先端側へ向かうに従って内側へ傾斜する方向を正として何れも０°〜２０°の範囲内であることを特徴とする。

第３発明は、第１発明または第２発明の自動車用構造部材において、前記横断面形状は、前記谷部を挟んで対称形状を成しているとともに、少なくとも前記長手方向の中央部分では、その谷部の深さ寸法ｄが前記一対の突出部の突出寸法Ｈの４５％〜１００％の範囲内であることを特徴とする。

第４発明は、第１発明〜第３発明の何れかの自動車用構造部材において、(a) 前記自動車用構造部材はバンパーリインフォースメントで、(b) 前記長手方向の中央部分が自動車の外側向きに膨出する湾曲形状を成していることを特徴とする。

このような自動車用構造部材においては、一対の突出部の外壁には段差が設けられているため剛性が高くなる一方、一対の突出部の内壁は平坦なままであるため比較的剛性が低く、それ等の剛性差により一対の外壁の開き変形が抑制され、その外壁が開き変形することなく比較的高荷重で撓み変形させられるようになって曲げ強度が向上する。すなわち、前記図７の場合、谷部１００側の縦壁（内壁）の剛性が外壁と同様に高いため、突っ張り棒のように働いて各縦壁を外側へ押し開く開き変形が促進され、高荷重での撓み変形が生じる前に開き変形してしまうものと考えられる。

第２発明では、一対の突出部の外壁の傾斜角度α１、α２が何れも０°〜２０°の範囲内であるため、その外壁にのみ段差を設けることにより開き変形を抑制して曲げ強度を向上させる第１発明の効果が適切に得られる。

第３発明では、横断面形状が谷部を挟んで対称形状を成しているとともに、少なくとも長手方向の中央部分で谷部の深さ寸法ｄが突出部の突出寸法Ｈの４５％〜１００％の範囲内であるため、外壁にのみ段差を設けることにより開き変形を抑制して曲げ強度を向上させる第１発明の効果が適切に得られる。

本発明の一実施例である車両用バンパーリインフォースメントを示す図で、自動車への配設状態において上方から見た概略平面図である。図１の車両用バンパーリインフォースメントの左側半分（車両の右側半分）を拡大して示した平面図である。図２の車両用バンパーリインフォースメントを図の下側、すなわち車両前側から見た正面図である。図２におけるIV矢視図である。図２におけるＶ矢視図である。従来の車両用バンパーリインフォースメントの横断面形状の一例を示した図で、衝突荷重Ｆによる撓み変形を説明する断面図である。図６の車両用バンパーリインフォースメントの突出部の縦壁に段差を設けた場合で、衝突荷重Ｆによる開き変形を説明する断面図である。

本発明は、車両用バンパーリインフォースメントに好適に適用されるが、センターピラーやロッカーなどの他の自動車用構造部材にも適用され得る。車両用バンパーリインフォースメントは、車両前側に取り付けられるバンパーにも車両後側に取り付けられるバンパーにも適用され得るが、何れか一方のみに適用するだけでも差し支えない。また、バンパーリインフォースメントの長手方向の形状、すなわち車両の上方から見た平面視の形状は、長手方向の中央部分が自動車の外側向きに膨出する湾曲形状が望ましいが、略直線状であっても良い。湾曲形状は、全長に亘って滑らかな円弧形状とすることもできるが、両端部のみ車体側へ傾斜する直線状としても良いし、複数の直線を繋ぎ合わせて全体として湾曲形状を成すものでも良いなど、種々の態様が可能である。

上記自動車用構造部材は、１枚の金属板材に対してプレスによる曲げ加工や絞り加工等が施されることにより、略Ｍ字形状の横断面形状とされる。一対の突出部の外側の端部に設けられるフランジは、Ｍ字形状の内側すなわち互いに接近する方向へ延び出すものでも、Ｍ字形状の外側すなわち互いに離間する方向へ延び出すものでも良い。この自動車用構造部材は、例えば外部から加えられる衝突荷重を受け止めるとともに、曲げ変形等により衝撃を吸収、軽減する機能を有し、単純なＵ字形断面に比較して高い曲げ強度や衝撃吸収性能が得られる。

一対の突出部の外側に位置する一対の外壁には段差が設けられるが、この段差の数は一つでも良いし、複数設けることも可能である。これ等の段差は、例えば突出部の突出方向において外壁を略等間隔に分割するように設けられる。すなわち、段差を一つだけ設ける場合は略２等分するように、フランジから段差までの寸法が突出部の突出寸法Ｈの４０％〜６０％程度の位置に設けられる。また、突出部の突出方向へ向かうに従ってＭ字形断面の幅寸法が狭くなる段差でも、Ｍ字形断面の幅寸法が広くなる段差でも良く、対称的に設けることが望ましい。

一対の突出部の外壁および内壁は、例えば突出方向の先端側へ向かうに従って内側へ傾斜するように設けることが望ましいが、それ等の外壁および内壁の何れか一方或いは両方を、突出部の突出方向と略平行に設けることもできる。第２発明では、外壁の傾斜角度α１、α２が何れも０°〜２０°の範囲内であるが、第１発明の実施に際しては、その角度範囲から外れていても良い。傾斜角度α１、α２は同じであっても良いが、互いに異なっていても良い。内壁の傾斜角度βは、例えば０°〜１５°の範囲内が適当で、外壁の傾斜角度α１以下が望ましい。第３発明では、横断面形状が谷部を挟んで対称形状を成しているとともに、少なくとも長手方向の中央部分では谷部の深さ寸法ｄが突出部の突出寸法Ｈの４５％〜１００％の範囲内であるが、第１発明の実施に際しては、横断面形状が谷部を挟んで非対称形状であっても良いし、谷部の深さ寸法ｄが突出寸法Ｈの４５％未満であっても良い。突出部の突出寸法Ｈや谷部の深さ寸法ｄは、自動車用構造部材の長手方向の全長に亘って略一定であっても良いが、例えば長手方向の中央部分から両端に向かうに従って滑らかに連続的に小さくなるようにしても良い。

以下、本発明の実施例を、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例である車両用バンパーリインフォースメント１０を示す図で、自動車への配設状態において上方から見た概略平面図である。図２は、車両用バンパーリインフォースメント１０の左側半分（車両の右側半分）を拡大して示した平面図で、図３は図２の下側、すなわち車両前側から見た正面図である。また、図４は図２におけるIV矢視図、すなわち車両用バンパーリインフォースメント１０の長手方向の中央部分の横断面図で、図５は図２におけるＶ矢視図、すなわち長手方向の一端部の端面図である。この車両用バンパーリインフォースメント１０は、長方形の１枚の金属板材にて構成されており、本実施例では熱間プレス成形により所定形状に曲げ加工されるとともに、焼入れ硬化により引張強度が１４００ＭＰａ以上まで高強度化される熱間プレス成形用鋼板が用いられている。この金属板材の板厚は約１．６ｍｍである。

車両用バンパーリインフォースメント１０は、図１の左右方向である車幅方向に長い長手形状を成しているとともに、図１に示す平面視において、長手方向である車幅方向の中央部分が車両前側へ膨出する滑らかな湾曲形状を成している。この車両用バンパーリインフォースメント１０は、車幅方向の中心に対して左右対称に構成されており、車幅方向の両端部においてそれぞれバンパーステイ２０を介して車体側部材である左右のサイドメンバ２２に固定されて支持されている。そして、このようなバンパーリインフォースメント１０の外側すなわち前側には、合成樹脂製のバンパー２４が配設される。

上記車両用バンパーリインフォースメント１０の長手方向の中央部分の横断面形状は、図４から明らかなように、谷部３０を挟んで一対の突出部３２、３４を上下に離間して有するとともに、その一対の突出部３２、３４の外側の端部にはそれぞれフランジ３６、３８が設けられ、全体として略Ｍ字形状を成しており、突出部３２、３４の突出方向（図４の左方向）が自動車の外側向き、すなわち本実施例では前側向きになる姿勢で配設される。この横断面形状は、谷部３０を挟んで対称形状を成しているとともに、谷部３０の深さ寸法ｄは突出部の突出寸法Ｈの４５％〜１００％の範囲内で、本実施例では約７６％である。フランジ３６、３８は、Ｍ字形状の外側向きすなわち互いに離間する方向へ延び出すように、上側のフランジ３６は上方へ突き出す一方、下側のフランジ３８は下側へ突き出すように設けられている。

上記一対の突出部３２、３４の計４箇所の縦壁のうち、谷部３０側に位置する一対の内壁４０は何れも平坦であるが、外側に位置する一対の外壁４２には突出方向の中間部分に段差４４が設けられている。この段差４４は、突出部３２、３４の突出方向において外壁４２を略２等分するように設けられており、フランジ３６、３８からの寸法ｈが、突出部３２、３４の突出寸法Ｈの４０％〜６０％の範囲内で、本実施例では約５３％の位置に設けられている。また、一対の突出部３２、３４の外壁４２の段差４４よりも上部の傾斜角度α１、段差４４よりも下部の傾斜角度α２は、突出方向の先端側へ向かうに従って内側へ傾斜する方向を正として何れも０°〜２０°の範囲内で、本実施例では何れも約７°である。一対の突出部３２、３４の内壁４０の傾斜角度βは、０°〜１５°の範囲内で傾斜角度α１以下であり、本実施例では約５°である。本実施例の段差４４は、突出部３２、３４の突出方向の先端側へ向かうに従ってＭ字形断面の幅寸法（図４の上下方向の幅寸法）が狭くなるように、言い換えればフランジ３６、３８側の幅寸法が広くなるように、対称的に設けられている。

図２や、図４に示す長手方向の中央部分の横断面図、および図５に示す長手方向の一端部の端面図から明らかなように、上記一対の突出部３２、３４の突出寸法Ｈは、長手方向の中央部分で最も大きく、長手方向の両端へ向かうに従って滑らかに連続的に小さくされている。谷部３０は、フランジ３６、３８からの寸法が長手方向の全長に亘って略一定であり、突出寸法Ｈが小さくなるのに従って谷部３０の深さ寸法ｄが小さくなる。また、フランジ３６、３８から段差４４までの寸法ｈは、長手方向の全長に亘って略一定である。

このような本実施例の車両用バンパーリインフォースメント１０においては、一対の突出部３２、３４の外壁４２には段差４４が設けられているため剛性が高くなる一方、一対の突出部３２、３４の内壁４０は平坦なままであるため比較的剛性が低く、それ等の剛性差により一対の外壁４２の開き変形が抑制され、車両衝突時に突出部３２、３４の突出方向から衝突荷重が加えられた場合に、その外壁４２が開き変形することなく比較的高荷重で撓み変形させられるようになって曲げ強度が向上する。これにより、衝突荷重を適切に受け止めることができるとともに、曲げ変形等により衝撃を吸収、軽減することができる。

また、一対の突出部３２、３４の外壁４２の傾斜角度α１、α２は何れも約７°であるため、外壁４２にのみ段差４４を設けることにより開き変形を抑制して曲げ強度を向上させる効果が適切に得られる。

また、横断面形状が谷部３０を挟んで対称形状を成しているとともに、長手方向の中央部分では谷部３０の深さ寸法ｄが突出部３２、３４の突出寸法Ｈの約７６％であるため、外壁４２にのみ段差４４を設けることにより開き変形を抑制して曲げ強度を向上させる効果が適切に得られる。

以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更，改良を加えた態様で実施することができる。

１０：車両用バンパーリインフォースメント（自動車用構造部材）３０：谷部３２、３４：突出部３６、３８：フランジ４０：内壁４２：外壁４４：段差Ｈ：突出寸法ｄ：深さ寸法 α１、α２：外壁の傾斜角度

Claims

１枚の金属板材にて構成されており、長手形状を成しているとともに、
該長手形状の長手方向と直角な横断面形状が、谷部を挟んで一対の突出部を有するとともに、該一対の突出部の外側の端部にはそれぞれフランジが設けられ、全体として略Ｍ字形状を成しており、
前記突出部の突出方向が外側向きになる姿勢で自動車に配設されて前記長手方向の両端部で支持される自動車用構造部材において、
前記一対の突出部の計４箇所の縦壁のうち、前記谷部側に位置する一対の内壁は平坦であるが、外側に位置する一対の外壁には突出方向の中間部分に段差が設けられており、この段差が前記内壁と対向する位置にある
ことを特徴とする自動車用構造部材。
前記一対の突出部の前記外壁は、前記段差より上部の傾斜角度α１および該段差よりも下部の傾斜角度α２が、突出方向の先端側へ向かうに従って内側へ傾斜する方向を正として何れも０°〜２０°の範囲内である
ことを特徴とする請求項１に記載の自動車用構造部材。
前記横断面形状は、前記谷部を挟んで対称形状を成しているとともに、少なくとも前記長手方向の中央部分では、該谷部の深さ寸法ｄが前記一対の突出部の突出寸法Ｈの４５％〜１００％の範囲内である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の自動車用構造部材。
前記自動車用構造部材はバンパーリインフォースメントで、
前記長手方向の中央部分が自動車の外側向きに膨出する湾曲形状を成している
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の自動車用構造部材。