(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の第１壁部と、前記一対の第１壁部に接続される一対の第２壁部とから構成される閉断面構造を有する車両用骨格部材構造であって、
前記一対の第１壁部に、前記閉断面構造の周方向に沿う凸ビードである第１ビードが設けられ、
前記一対の第２壁部のうちのいずれか一方に、前記閉断面周方向に沿う凹ビードである第２ビードが前記第１ビードの前記周方向の延長上に設けられ、
前記第１壁部と前記第２壁部との間の２つの角部において前記第１ビードと前記第２ビードとが接続され、
前記第１ビードが、前記第１壁部の面と平行な第１平坦面を有し、
前記第２ビードが、前記第２壁部の面と平行な第２平坦面を有し、
少なくとも一方の前記角部における前記第１ビードの前記第１平坦面と前記第２ビードの前記第２平坦面との接続箇所に、凹形状のエンボス部が設けられ、
前記エンボス部における板厚が、前記第１壁部または前記第２壁部の板厚よりも厚くされている
ことを特徴とする車両用骨格部材構造。
【請求項２】
前記エンボス部が、三角形状の２つの壁面によって構成される
ことを特徴とする請求項１に記載の車両用骨格部材構造。
【請求項３】
前記２つの角部のうち、衝突時に前記車両用骨格部材構造に印加される曲げモーメントによって生じるたわみの内周側の角部のみに、前記エンボス部が設けられている
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用骨格部材構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐衝突性能に優れた車両用骨格部材構造に関する。  本願は、２０１２年６月４日に、日本に出願された特願２０１２−１２７４４１号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のフロントサイドメンバ等の骨格部材は、衝突荷重が加わったときにその骨格部材の最大反力が適切な値になるように設計する必要がある。骨格部材の最大反力は、部材の材質や形状によって変化するので、骨格部材を設計する際には数多くのパラメータを考慮する必要がある。【０００３】
例えば、車両の軽量化を図るために、骨格部材を構成する鋼板の板厚を薄くすると、骨格部材の最大反力が低下して構造部材が座屈しやすくなる。このため、鋼板の板厚を薄くして軽量化を図りつつ、高い最大反力を有する骨格部材を設計する必要がある。【０００４】
下記特許文献１には、互いに向かい合う壁部に設けられた凹条と、この壁部に挟まれた一方の壁部に設けられた凸条とが、角部を通って連続する構成の閉断面構造を有する車両用骨格部材が開示されている。この車両用骨格部材に圧縮方向の入力荷重が入力されると、凹条及び凸条に応力集中が起こり、角部での潰れ変形が促進されて凹条及び凸条を中心に壁部が潰れ変形するようになっている。【０００５】
また、下記特許文献２には、多角形閉断面形状の各辺を構成する壁部のうち少なくとも１つの壁部に所定の間隔で複数配設された第１ビードと、第１ビードが設けられた壁部に隣接する壁部に、第１ビードの軸方向位置とは重ならない位置に複数配設された第２ビードとを有する骨格部材構造が開示されている。この骨格部材構造では、第１ビードと第２ビードの双方を起点にした安定した軸圧縮変形が得られるため、初期座屈荷重が高められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】日本国特開平４−２３１２６８号公報
【特許文献２】日本国特開２００１−１５８３７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、例えば骨格部材としてフロントサイドメンバを例にすると、フロントサイドメンバには、エンジンマウントを介してエンジンが搭載されており、常にエンジン等の荷重が加わっている。また、フロントサイドメンバの先端には連結部材を介してフロントクロスメンバが接続されており、衝突時にはフロントクロスメンバを介して荷重が加わる。このため、フロントサイドメンバの軸線方向とは多少ずれた方向から衝突時の入力荷重が加わる場合がある。更にフロントサイドメンバは、車両の長手方向に対してやや傾斜した角度で取り付けられる場合があり、この点においてもフロントサイドメンバの軸線方向とは多少ずれた方向から衝突時の入力荷重が加わる場合がある。【０００８】
以上のように、フロントサイドメンバには常に荷重が入力され、更に衝突時の入力荷重がフロントサイドメンバの軸線方向とは多少ずれた方向から加わる場合があるので、衝突時には曲げモーメントが加わることがある。このため、特許文献１または２に記載の骨格部材をフロントサイドメンバに適用すると、凸条、凹条または第１、第２ビードの形成位置において閉断面周方向に沿って均一に衝突荷重が加わらない。このため、フロントサイドメンバが十分に座屈変形して衝突エネルギーを吸収する前に、凸条、凹条または第１、第２ビードの形成位置においてフロントサイドメンバが屈曲し、衝突エネルギーを十分に吸収できない事態が想定される。【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、耐衝突性能に優れた車両用骨格部材構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の要旨は以下のとおりである。
（１）本発明の第一の態様は、一対の第１壁部と、前記一対の第１壁部に接続される一対の第２壁部とから構成される閉断面構造を有する車両用骨格部材構造であって、前記一対の第１壁部に、前記閉断面構造の周方向に沿う凸ビードである第１ビードが設けられ、前記一対の第２壁部のうちのいずれか一方に、前記閉断面周方向に沿う凹ビードである第２ビードが前記第１ビードの前記周方向の延長上に設けられ、前記第１壁部と前記第２壁部との間の２つの角部において前記第１ビードと前記第２ビードとが接続され、前記第１ビードが、前記第１壁部の面と平行な第１平坦面を有し、前記第２ビードが、前記第２壁部の面と平行な第２平坦面を有し、少なくとも一方の前記角部における前記第１ビードの前記第１平坦面と前記第２ビードの前記第２平坦面との接続箇所に、凹形状のエンボス部が設けられ、前記エンボス部における板厚が、前記第１壁部または前記第２壁部の板厚よりも厚くされている車両用骨格部材構造である。
（２）上記（１）に記載の車両用骨格部材構造では、前記エンボス部が、三角形状の２つの壁面によって構成されてもよい。
（３）上記（１）または（２）に記載の車両用骨格部材構造では、前記２つの角部のうち、衝突時に前記車両用骨格部材構造に印加される曲げモーメントによって生じるたわみの内周側の角部のみに、前記エンボス部が設けられてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
上記（１）に記載の車両用骨格部材構造によれば、少なくとも一方の角部における第１ビードと第２ビードとの接続箇所に、凹形状のエンボス部が設けられているので、第１ビード及び第２ビードの周辺の第１壁部及び第２壁部の抗折力が向上して曲げモーメントによるたわみ変形に対する反力が向上し、耐衝突性能を高めることができる。更には、エンボス部における板厚が、第１壁部または第２壁部の板厚よりも厚くされているので、第１ビード及び第２ビードの周辺の第１壁部及び第２壁部の剛性が高まって抗折力が更に向上する。従って、曲げモーメントによるたわみ変形に対する反力がより一層向上するので、耐衝突性能をより高めることができる。【００１２】
また、前記第１ビードが、前記第１壁部の面と平行な第１平坦面を有し、前記第２ビードが、前記第２壁部の面と平行な第２平坦面を有し、前記エンボス部が、前記第１平坦面と前記第２平坦面との接続箇所に設けられているため、第１ビード及び第２ビードの周辺の第１壁部及び第２壁部の抗折力がより一層向上する。従って、曲げモーメントによるたわみ変形に対する反力が向上し、耐衝突性能を高めることができる。
更に、第１ビード及び第２ビードの何れか一方が凸ビードであり、何れか他方が凹ビードなので、第１ビード及び第２ビードに応力集中が起こり、角部での潰れ変形が促進されて第１ビード及び第２ビードを中心に第１壁部及び第２壁部が潰れ変形し、衝突エネルギーを効率よく吸収できる。
【００１３】
上記（２）に記載の車両用骨格部材構造によれば、エンボス部が三角形状の２つの壁面によって構成されるので、エンボス部の形状が単純でプレス成形が容易であり、かつ板厚減少を伴う歪みが小さな形状になり、第１ビード及び第２ビードの周辺の第１壁部及び第２壁部の抗折力の低下を防止できる。
【００１４】
また、上記（３）に記載の車両用骨格部材構造によれば、２つの角部のうち、曲げモーメントによって車両用骨格部材構造に生じるたわみの内周側の角部のみにエンボス部が設けられるので、第１ビード及び第２ビードの周辺の第１壁部及び第２壁部の抗折力が更に向上し、曲げモーメントによるたわみ変形に対する反力がより一層向上して、耐衝突性能をより高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１Ａ】本発明の第１の実施形態に係る車両用骨格部材構造を示す側面図である。
【図１Ｂ】図１Ａの側面図に対応する平面図である。
【図１Ｃ】図１Ａの側面図に対応する斜視図である。
【図２Ａ】本発明の第１の実施形態に係る車両用骨格部材構造を示す斜視図である。
【図２Ｂ】同構造のエンボス部の拡大斜視図である。
【図２Ｃ】図２ＢのＺ−Ｚ’線に対応するエンボス部の拡大断面図である。
【図３Ａ】従来の車両用骨格部材構造の一例を示す側面図である。
【図３Ｂ】図３Ａの側面図に対応する平面図である。
【図３Ｃ】図３Ａの側面図に対応する斜視図である。
【図４Ａ】従来例の板厚分布を示す斜視図である。
【図４Ｂ】本発明例のエンボス部の板厚分布を示す斜視図である。
【図５】実施例１及び比較例１の衝撃吸収試験方法を説明する模式図である。
【図６】実施例１及び比較例１の衝撃吸収試験の結果を示す図であって、車両用骨格部材構造の圧潰変形量とロードセル荷重との関係を示すグラフである。
【図７Ａ】衝撃吸収試験時の落錘衝突後１ミリ秒経過後の部材変形の状態を示す図であって、比較例１の変形の状態を示す正面図である。
【図７Ｂ】図７Ａの正面図に対応する斜視図である。
【図７Ｃ】衝撃吸収試験時の落錘衝突後１ミリ秒経過後の部材変形の状態を示す図であって、実施例１の変形の状態を示す正面図である。
【図７Ｄ】図７Ｃの正面図に対応する斜視図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る車両用骨格部材構造を示す分解斜視図である。
【図９Ａ】本発明の第２の実施形態に係る車両用骨格部材構造を示す側面図である。
【図９Ｂ】図９Ａの側面図に対応する平面図である。
【図９Ｃ】図９Ａの側面図に対応する斜視図である。
【図１０Ａ】従来の車両用骨格部材構造の別の例を示す側面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａの側面図に対応する平面図である。
【図１０Ｃ】図１０Ａの側面図に対応する斜視図である。
【図１１Ａ】実施例２、３及び比較例２、３の衝撃吸収試験方法を説明する模式図である。
【図１１Ｂ】衝撃吸収試験時の車両用骨格部材構造のたわみ曲線を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［第１の実施形態］
以下、本発明の第１の実施形態及び実施例について、図面を参照して説明する。
図１Ａ〜図１Ｃ及び図２Ａ〜図２Ｃに示すように、本実施形態に係る車両用骨格部材構造１は、一対の第１壁部（以下、横壁部２，３という）と、一対の横壁部２，３に接続される一対の第２壁部（以下、縦壁部４，５という）とからなる閉断面構造で構成されている。この車両用骨格部材構造１は、例えば、一対の横壁部２，３と一方の縦壁部４とからなる断面ハット形状の第１部材８と、他方の縦壁部５を構成する板状の第２部材９とで構成される。第１部材８の一対の横壁部２，３にはそれぞれ、フランジ部６，７が設けられている。そして、第１部材８のフランジ部６，７に第２部材９がスポット溶接されることによって、第１部材８と第２部材９とが一体化され、これにより横壁部２，３及び縦壁部４，５からなる閉断面構造が構成されている。
【００１８】
第１部材８は、鋼板を断面視ハット状にプレス成形することによって製造される。第１部材８を構成する鋼板は、自動車用の高強度鋼板が好適に用いられ、特に加工硬化が起きやすいＴＲＩＰ鋼などの高強度薄鋼板が好ましく用いられる。第２部材９も同様に自動車用の高強度鋼板が好適に用いられる。
【００１９】
第１部材８の一対の横壁部２，３と縦壁部４は角部１１，１２を介して接続されている。また、第１部材８の一対の横壁部２，３には、閉断面周方向に沿う凸ビードからなる第１ビード２１が設けられている。この第１ビード２１は、横壁部２，３から傾斜する一対の傾斜面と、一対の傾斜面の中央に位置し、横壁部２，３の面に平行な平坦面とにより構成されている。更に、第１部材８の縦壁部４には、閉断面周方向に沿う凹ビードからなる第２ビード２２が設けられている。第２ビード２２は、第１ビード２１の閉断面周方向の延長上に設けられている。この第２ビード２２は、縦壁部４から傾斜する一対の傾斜面と、一対の傾斜面の中央に位置し、縦壁部４の面と平行な平坦面とにより構成されている。そして、第１ビード２１と第２ビード２２が、２つの角部１１，１２においてそれぞれ接続されている。第１、第２ビード２１，２２の接続箇所２３は、第１ビード２１及び第２ビード２２によって構成される角部である。この接続箇所２３は、横壁部２，３及び縦壁部４を接続する角部１１，１２に対して、第１ビード２１の高さ分及び第２ビード２２の深さ分だけシフトした位置にある。なお、図１Ａ〜図１Ｃ及び図２Ａ〜図２Ｃに示す第１ビード２１は凸ビードであり、第２ビード２２は凹ビードであるが、本発明はこれに限らない。例えば、第１ビード２１が凹ビードで第２ビード２２が凸ビードである構成や、第１ビード２１及び第２ビード２２が共に凸ビード又は凹ビードである構成であってもよい。
【００２０】
次に、図１Ａ〜図１Ｃ及び図２Ａ〜図２Ｃに示すように、各角部１１,１２における第１ビード２１と第２ビード２２との接続箇所２３には、凹形状のエンボス部２４が設けられている。エンボス部２４は、三角形状の２つの壁面２４ａ、２４ｂによって構成され、三角形の底辺同士が接合した形になっていることが好ましい。この場合、エンボス部２４全体の平面視形状は菱形に近い矩形となっている。また、２つの三角形状の壁面２４ａ、２４ｂが接続する箇所は、閉断面周方向に沿う谷折り部２４ｃとなっている。
【００２１】
エンボス部２４は、鋼板をプレス成形して第１部材８に加工する際に、横壁部２，３と縦壁部４との間に形成されつつある角部１１，１２を凹ませることで形成される。このような形成工程を経るために、エンボス部２４は周囲の鋼材が肉寄せされた肉厚部として形成される。従って、エンボス部２４における板厚は、横壁部２，３または縦壁部４の板厚よりも厚くされている。好ましくは、エンボス部２４における板厚は、横壁部２，３または縦壁部４の板厚よりも１．１倍〜１．４倍、より好ましくは１．１５〜１．２倍程度厚くされている。また、エンボス部２４は、その周囲に比べて加工量が大きいことから加工硬化が促進されることで、横壁部２，３または縦壁部４よりも高い硬度を有している。
【００２２】
また、エンボス部２４は、一対の横壁部２，３に設けた２つの第１ビード２１，２１と、縦壁部４に設けた第２ビード２２との２箇所の接続箇所のいずれか一方だけに設けられても良い。特に、骨格部材構造１に衝突時の曲げモーメントが加わることが想定される場合に、曲げモーメントにより生じるたわみの内周側に相当する箇所だけにエンボス部２４が設けることが好ましい。骨格部材構造１に曲げモーメントが加わると、たわみの内周側に圧縮応力が集中するが、内周側にエンボス部２４を設けることで第１、第２ビード２１，２２を補強できる。また、図１Ａ〜図１Ｃ及び図２Ａ〜図２Ｃに示すように、エンボス部２４を第１ビード２１と第２ビード２２との２箇所の接続箇所の両方に設けても良い。接続箇所の両方に設けることで、衝突荷重入力時の応力集中を分散できる。
【００２３】
本実施形態に係る骨格部材構造１は、例えば、自動車のフロントサイドメンバのような、軸方向から衝突荷重を受ける構造部材に適用される。フロントサイドメンバは、車幅方向外側に配置されるアウタパネルと、車幅方向内側に配置されるインナパネルとから構成される。本実施形態に係る骨格部材構造１は例えば、第１部材８をインナパネルとし、第２部材９をアウタパネルとするフロントサイドメンバに適用できる。
【００２４】
また、フロントサイドメンバは、自動車に衝突荷重が加わった際にその軸方向に荷重が加わり、軸方向中間部で折れ曲がることなく確実に軸圧縮変形して衝突時の衝撃エネルギーを確実に吸収する必要がある。衝撃荷重に対する反力が小さいと小さな衝突荷重で容易に座屈してしまうので、衝撃荷重に対する反力を所定の大きさ以上にする必要がある。
【００２５】
このような課題に対して本実施形態に係る骨格部材構造１によれば、衝突荷重が加わった場合に第１ビード２１及び第２ビード２２が軸圧縮変形の起点となり、第１ビード２１及び第２ビード２２を中心にして横壁部２，３及び縦壁部４の潰れ変形を促し、これにより衝突エネルギーを吸収させることができる。また、衝突荷重が入力された際に骨格部材構造１に曲げモーメントが印加された場合であっても、第１ビード２１及び第２ビード２２の接続箇所にエンボス部２４が設けられているので、曲げモーメントの応力が比較的集中しやすい第１ビード２１及び第２ビード２２の抗折力を高めることが出来る。このため、骨格部材構造１が衝突エネルギーを十分吸収するまで骨格部材構造１の屈曲を防止できる。
【００２６】
また、エンボス部２４における板厚が、横壁部２，３または縦壁部４の板厚よりも厚くなっているので、第１ビード２１及び第２ビード２２周辺の横壁部２，３及び縦壁部４の剛性が高まって抗折力が更に向上し、曲げモーメントによるたわみ変形に対する反力がより一層向上し、耐衝突性能をより高めることができる。
【００２７】
更に、エンボス部２４が三角形状の２つの壁面２４ａ、２４ｂによって構成される場合、エンボス部２４の形状が単純でプレス成形が容易である。そして、板厚減少を伴う歪みが小さな形状になり、第１ビード２１及び第２ビード２２の周辺の横壁部２，３及び縦壁部４の抗折力の低下を防止できる。
【００２８】
また、２つの角部１１，１２のうち、曲げモーメントによって車両用骨格部材構造１に生じるたわみの内周側の角部のみにエンボス部を設ける場合、第１ビード２１及び第２ビード２２の周辺の横壁部２，３及び縦壁部４の抗折力が更に向上する。このため、曲げモーメントによるたわみ変形に対する反力がより一層向上して、耐衝突性能をより高めることができる。
【００２９】
［第１実施形態の実施例１及び比較例１］
図１Ａ〜図１Ｃ、図２Ａ〜図２Ｃ、図３Ａ〜図３Ｃに示す骨格部材構造を製造して衝突性能の評価を行った。図１Ａ〜図１Ｃ及び図２Ａ〜図２Ｃに示す骨格部材構造１は実施例１であり、図３Ａ〜図３Ｃに示す骨格部材構造１’は比較例１である。図３Ａ〜図３Ｃに示す比較例１は、エンボス部が設けられていないこと以外は、図１Ａ〜図１Ｃ及び図２Ａ〜図２Ｃの実施例１と同じ構成である。
【００３０】
図１Ａ〜図１Ｃ、図２Ａ〜図２Ｃ、図３Ａ〜図３Ｃに示す骨格部材構造の製作に際しては、表１に示す鋼板をプレス成形して断面視ハット状の第１部材を成形した。また、表１に示す鋼板から板状の第２部材を成形した。そして、第１部材と第２部材とをスポット溶接して閉断面構造の車両用骨格部材構造を製造した。スポット溶接の長手方向間隔は上下両端のみ１５ｍｍであり、それ以外は３０ｍｍであった。
【００３１】
【表１】
0005549964.tif 000002
【００３２】
図１Ａ〜図１Ｃ、図２Ａ〜図２Ｃ、図３Ａ〜図３Ｃの車両用骨格部材構造の軸長Ｌは３００ｍｍ、全幅Ｗ１は１００ｍｍ、横壁部２，３の幅Ｗ２は６０ｍｍ、縦壁部４の幅Ｗ３は６０ｍｍ、閉断面周方向に対する第１ビード２１の全幅は５０ｍｍ、第１ビード２１の突出高さは３ｍｍ、閉断面周方向に対する第２ビード２２の全幅は５０ｍｍ、第２ビード２２の深さは３ｍｍである。
【００３３】
また、図１Ａ〜図１Ｃ及び図２Ａ〜図２Ｃに示す実施例１では、一端部１ａから６０ｍｍの距離にエンボス部２４が設けられている。閉断面周方向に対するエンボス部２４の全幅Ｗ４は３０ｍｍ、横壁部２，３における閉断面周方向に沿うエンボス部２４の長さＨ１は１５ｍｍ、縦壁部４における閉断面周方向に沿うエンボス部２４の長さＨ２は１５ｍｍである。
【００３４】
ここで、エンボス部の板厚の測定結果について図４Ａ、図４Ｂを参照して説明する。図４Ａは比較例１の板厚分布を示す斜視図であり、図４Ｂは実施例１のエンボス部の板厚分布を示す斜視図である。図４Ａに示すように、比較例１では、実施例１のエンボス部の形成箇所に対応する位置における最大板厚が１．６ｍｍ程度であり、鋼板の板厚１．５ｍｍと大差がないことがわかる。一方、図４Ｂに示すように、実施例１では鋼板の板厚１．５ｍｍに対して、エンボス部の最大板厚が１．７２ｍｍを超えており、エンボス部の肉厚が厚くなっている。
【００３５】
次に、実施例１及び比較例１について、図５に示すように、質量４００ｋｇの落錘１００を高さ３ｍから自由落下させて衝突試験を行った。このとき落錘１００の衝突速度は７．６７ｍ／ｓ、落錘１００によって骨格部材構造に投入されるエネルギーは１１．８ｋＪであった。また、骨格部材構造の直下に加重計（ロードセル）を設置して落錘１００が骨格部材構造に接触した後の荷重履歴を計測した。また同時に、レーザー変位計によって落錘の変位履歴も計測した。
【００３６】
測定結果を図６及び図７Ａ〜図７Ｄに示す。図６に示すように、比較例１では初期ピーク反力が２０５ｋＮであるのに対し、実施例１では初期ピーク反力が２３０ｋＮとなり、実施例１の初期ピーク反力が比較例１よりも大きくなっている。また、圧潰変形量１００ｍｍにおける部材の吸収エネルギーを比較すると、比較例１が７７９９Ｊであるのに対し、実施例１で７０７７Ｊとなり、吸収エネルギーが大きくなっている。
【００３７】
また、図７Ａ〜図７Ｄには、落錘衝突から１ミリ秒経過した後の部材変形の様子を示している。図７Ａ〜図７Ｄのコンターは塑性ひずみ量を表わしている。なお、骨格部材構造の成形時に導入された塑性ひずみ量は除算して表示している。すなわち図７Ａ〜図７Ｄでは、落錘の衝突によって導入された塑性ひずみ量のみを表わしている。
【００３８】
図７Ａ及び図７Ｂに示すように、比較例１では、第１ビードと第２ビードが接続する角部の上端に変形が集中しており、衝突直後にこの部位が変形することで反力が規定されていることがわかる。一方、図７Ｃ及び図７Ｄに示すように、実施例１では、設置したエンボス部同士を結ぶ線上に変形が集中しており、衝突直後にエンボス部が変形することで反力が規定されていることがわかる。図４Ａ、図４Ｂの板厚分布と見比べると、比較例１の反力規定位置は部材成形時にそれほど顕著な板厚増加がみられない。これに対して実施例１の反力規定位置（エンボス部）には著しい板厚増加が見られる。実施例１ではエンボス部の成形時に板厚が増加し、さらにその板厚増加加工に伴って導入される加工硬化量が大きいために、エンボス部の変形抵抗が高く、初期ピーク反力が上昇したものと考えられる。
【００３９】
また、吸収エネルギーが増加した理由については、上述した初期ピーク反力上昇と同じ原理により、第１、第２ビード部位での圧潰が完了する、圧潰変形量６０ｍｍまでの反力が高まっていることが図６から読みとれる。吸収エネルギーは図６の反力履歴を積分したものであるから、上述した初期ピーク反力上昇と同じ原理によって吸収エネルギーも増大したものと考えられる。
【００４０】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態及び実施例について、図面を参照して説明する。なお、本実施形態における構成要素のうち、第１の実施形態において説明した構成要素と同一の構成要素については、第１の実施形態の説明において使用した符号と同一の符号を付して説明する。
【００４１】
図８及び図９Ａ〜図９Ｃに示す本実施形態に係る車両用骨格部材構造３１は、一対の横壁部２，３と、一対の横壁部２，３に接続される一対の縦壁部４，３５とからなる閉断面構造を主体として構成されている。この車両用骨格部材構造３１は、例えば、一対の横壁部２，３，と一方の縦壁部４とからなる断面ハット形状の第１部材８と、他方の縦壁部３５を構成する板状の第２部材３９と、第１部材８の先端側に取り付けられる第１接続部材４１及び第２接続部材４２と、第１接続部材４１及び第２接続部材４２に取り付けられる板状の第３部材４３とで構成される。
【００４２】
第１部材８の一対の横壁部２，３にはそれぞれ、フランジ部６，７が設けられている。そして、第１部材８のフランジ部６，７に、第２部材３９がスポット溶接されることによって第１部材８と第２部材３９とが一体化され、これにより横壁部２，３及び縦壁部４，３５からなる閉断面構造が構成されている。
【００４３】
また、第１接続部材４１は、第１部材８と第３部材４３とを接合する。この第１接続部材４１は、第１部材８の上下の横壁部２，３及び縦壁部４の端部に接合される第１接合部４１ａと、第１接合部４１aから折り曲げられて形成されて第３部材４３に接合される第２接合部４１ｂと、から構成されている。
【００４４】
更に、第２接続部材４２は、第１部材８、第２部材３９及び第３部材４３を相互に接合するものである。この第２接続部材４２は、箱状の本体部４２ａと、第３接合部４２ｂと、第４接合部４２ｃと、第５接合部４２ｄと、第６接合部４２ｅと、から構成されている。第３接合部４２ｂは、本体部４２ａから折り曲げられて形成されて第１部材８の下側の横壁部３に接合される。第４接合部４２ｃは、本体部４２ａから延長して形成されて第１部材８の縦壁部４に接合される。第５接合部４２ｄは、本体部４２ａから折り曲げられて形成されて第２部材３９に接合される。第６接合部４２ｅは、本体部４２ａから折り曲げられて形成されて第３部材４３に接合される。
【００４５】
そして、第３部材４３は、第１、第２部材８，３９で構成される閉断面開口と、第２接続部材４２の箱状の本体部４２ａからなる開口とを覆うように、第１、第２接続部材４１，４２に取り付けられている。また、第３部材４３は、第２部材３９のフランジ部３９ａに接合されている。
【００４６】
第１部材８は、鋼板を断面視ハット状にプレス成形することによって製造される。第１部材８を構成する鋼板は、第１の実施形態と同様に自動車用の高強度鋼板が好適に用いられ、特に加工硬化が起きやすいＴＲＩＰ鋼などの高強度薄鋼板が好ましく用いられる。また、第２部材３９、第１、第２接続部材４１，４２、第３部材４３も同様に自動車用の高強度鋼板が好適に用いられる。
【００４７】
第１部材８の一対の横壁部２，３と縦壁部４は角部１１，１２を介して接続されている。また、第１部材８の一対の横壁部２，３には、閉断面周方向に沿う凸ビードからなる第１ビード２１が設けられている。この第１ビード２１は、横壁部２，３から傾斜する一対の傾斜面と、一対の傾斜面の中央に位置し、横壁部２，３の面に平行な平坦面とにより構成されている。更に、第１部材８の縦壁部４には、閉断面周方向に沿う凹ビードからなる第２ビード２２が設けられている。第２ビード２２は、第１ビード２１の閉断面周方向の延長上に設けられている。そして、第１ビード２１と第２ビード２２が、２つの角部１１，１２においてそれぞれ接続されている。第１、第２ビード２１，２２の接続箇所２３は、第１ビード２１及び第２ビード２２によって構成される角部である。この接続箇所２３は、横壁部２，３及び縦壁部４を接続する角部１１，１２に対して、第１ビード２１の高さ分及び第２ビード２２の深さ分だけシフトした位置にある。
なお、図８及び図９Ａ〜図９Ｃに示す第１ビード２１は凸ビードであり、第２ビード２２は凹ビードであるが、本発明はこれに限らない。例えば、第１ビード２１が凹ビードで第２ビード２２が凸ビードである構成や、第１ビード２１及び第２ビード２２が共に凸ビード又は凹ビードである構成であってもよい。
【００４８】
次に、図８及び図９Ａ〜図９Ｃに示すように、各接続箇所２３における第１ビード２１と第２ビード２２との接続箇所には、凹形状のエンボス部２４が設けられている。エンボス部２４は、三角形状の２つの壁面２４ａ、２４ｂによって構成され、三角形の底辺同士が接合した形になっていることが好ましい。この場合、エンボス部２４全体の平面視形状は菱形に近い矩形となっている。また、２つの三角形状の壁面２４ａ、２４ｂが接続する箇所は、閉断面周方向に沿う谷折り部２４ｃとなっている。
【００４９】
エンボス部２４は、鋼板をプレス成形して第１部材８に加工する際に、横壁部２，３と縦壁部４との間に形成されつつある角部１１，１２を凹ませることで形成され、これによりエンボス部２４は、周囲の鋼材が肉寄せされた肉厚部として形成される。従って、エンボス部２４における板厚は、横壁部２，３または縦壁部４の板厚よりも厚くされている。好ましくは、エンボス部２４における板厚は、横壁部２，３または縦壁部４の板厚よりも１．１倍〜１．４倍、より好ましくは１．１５〜１．２倍程度厚くされている。また、エンボス部２４は、その周囲に比べて加工量が大きいことから加工硬化が促進されることで、横壁部２，３または縦壁部４よりも高い硬度を有している。
【００５０】
また、エンボス部２４は、一対の横壁部２，３に設けた２つの第１ビード２１，２１と、縦壁部４に設けた第２ビード２２との２箇所の接続箇所のいずれか一方だけに設けられても良い。特に、骨格部材構造１に曲げモーメントが加わることが想定される場合に、曲げモーメントにより生じるたわみの内周側に相当する箇所だけにエンボス部２４が設けることが好ましい。本実施形態ではたわみの内周側になる横壁部３側にエンボス部２４が設けられることが好ましい。骨格部材構造３１に曲げモーメントが加わると、たわみの内周側に圧縮応力が集中するため、内周側にエンボス部２４を設けることで第１、第２ビード２１，２２を補強できる。また、エンボス部２４は、第１ビード２１と第２ビード２２との２箇所の接続箇所の両方に設けても良い。接続箇所の両方に設けることで、応力集中を分散できる。
【００５１】
本実施形態に係る骨格部材構造３１は、例えば、自動車のフロントサイドメンバのような、軸方向から衝突荷重を受ける構造部材に適用される。フロントサイドメンバは、車幅方向外側に配置されるアウタパネルと、車幅方向内側に配置されるインナパネルとから構成される。本実施形態に係る骨格部材構造３１においては、第１部材８をインナパネルとし、第２部材３９をアウタパネルとするフロントサイドメンバに適用できる。また、第３部材４３は、フロントクロスメンバの一部として適用できる。
【００５２】
また、フロントサイドメンバは、自動車に衝突荷重が加わった際にその軸方向に荷重が加わり、軸方向中間部で折れ曲がることなく確実に軸圧縮変形して衝突時の衝撃エネルギーを確実に吸収する必要がある。衝撃荷重に対する反力が小さいと小さな衝突荷重で容易に座屈してしまうので、衝撃荷重に対する反力が所定の大きさ以上にする必要がある。
【００５３】
このような課題に対して本実施形態に係る骨格部材構造３１によれば、衝突荷重が加わった場合に第１ビード２１及び第２ビード２２が軸圧縮変形の起点となり、第１ビード２１及び第２ビード２２を中心にして横壁部２，３及び縦壁部４の潰れ変形を促し、これにより衝突エネルギーを吸収させることができる。
【００５４】
また、本実施形態に係る骨格部材構造３１においては、第３部材４３に入力された衝突荷重が、第１、第２接続部材４１，４２を介して第１部材８に入力されるが、この衝突荷重の入力の際に、第２接続部材４２が先に潰れ易く、そのため第１部材８には曲げモーメントが印加される場合がある。このような場合であっても、第１ビード２１及び第２ビード２２の接続箇所にエンボス部２４が設けられているので、曲げモーメントの応力が比較的集中しやすい第１ビード２１及び第２ビード２２の抗折力を高めることが出来る。このため、骨格部材構造３１が衝突エネルギーを十分吸収するまで骨格部材構造３１の屈曲を防止できる。
【００５５】
また、エンボス部２４における板厚が、横壁部２，３または縦壁部４の板厚よりも厚くなっているので、第１ビード２１及び第２ビード２２周辺の横壁部２，３及び縦壁部４の剛性が高まって抗折力が更に向上する。このため、曲げモーメントによるたわみ変形に対する反力がより一層向上し、耐衝突性能をより高めることができる。
【００５６】
更に、エンボス部２４が三角形状の２つの壁面２４ａ、２４ｂによって構成されるので、エンボス部２４の形状が単純でプレス成形が容易であり、かつ板厚減少を伴う歪みが小さな形状になり、第１ビード２１及び第２ビード２２の周辺の横壁部２，３及び縦壁部４の抗折力の低下を防止できる。
【００５７】
また、２つの角部１１，１２のうち、曲げモーメントによって車両用骨格部材構造３１に生じるたわみの内周側の角部にエンボス部を設けることで、第１ビード２１及び第２ビード２２の周辺の横壁部２，３及び縦壁部４の抗折力が更に向上する。このため、曲げモーメントによるたわみ変形に対する反力がより一層向上して、耐衝突性能をより高めることができる。
【００５８】
［実施例２、３及び比較例２、３］
実施例２として、図８、図９Ａ〜図９Ｃに示す骨格部材構造を製造して衝突性能の評価を行った。図８及び図９Ａ〜図９Ｃに示す骨格部材構造３１は実施例２であり、図１０Ａ〜図１０Ｃに示す骨格部材構造３１’は比較例２である。図１０Ａ〜図１０Ｃに示す比較例２は、エンボス部が設けられていないこと以外は、図８及び図９Ａ〜図９Ｃの実施例２と同じ構成である。
【００５９】
図８、図９Ａ〜図９Ｃ、図１０Ａ〜図１０Ｃに示す骨格部材構造の製作に際しては、上記の表１に示す鋼板をプレス成形して断面視ハット状の第１部材を成形した。また、表１に示す鋼板から第２部材、第３部材、第１接続部材及び第２接続部材を成形した。そして、各部材をスポット溶接して図８〜図１０Ｃに示す車両用骨格部材構造を製造した。
【００６０】
図８〜図１０Ｃに示す車両用骨格部材構造の軸長Ｌは３００ｍｍ、第１部材８及び第２部材３９の全幅Ｗ１は１００ｍｍ、縦壁部４の幅Ｗ２は６０ｍｍ、横壁部２，３の幅Ｗ３は６０ｍｍ、閉断面周方向に対する第１ビード２１の全幅は５０ｍｍ、第１ビード２１の突出高さは３ｍｍ、閉断面周方向に対する第２ビード２２の全幅は５０ｍｍ、第２ビード２２の深さは３ｍｍである。また、第１部材８の下側の横壁部３からの第２接続部材４２の本体部４２ａの突出長さは６０ｍｍ、本体部４２ａの軸方向の長さは６０ｍｍ、本体部４２ａの幅は６０ｍｍである。
【００６１】
また、図８及び図９Ａ〜図９Ｃに示す実施例２では、一端部３１ａから６０ｍｍの距離にエンボス部２４が設けられている。閉断面周方向に対するエンボス部２４の全幅は３０ｍｍ、横壁部２，３における閉断面周方向に沿うエンボス部２４の長さは１５ｍｍ、縦壁部４における閉断面周方向に沿うエンボス部２４の長さは１５ｍｍである。
【００６２】
次に、実施例２及び比較例２について、図１１Ａに示すように、質量４００ｋｇの落錘１０１を高さ３ｍから自由落下させて衝突試験を行った。このとき落錘１０１の衝突速度は７．６７ｍ／ｓ、落錘１０１によって骨格部材構造に投入されるエネルギーは１１．８ｋＪであった。また、落錘１０１の形状は図１１Ａに示すように構造体と接触する面が８度傾斜しており、これによって構造体と落錘１０１が衝突した際に曲げモーメントが作用するようにした。更に、骨格部材構造の直下に加重計（ロードセル）を設置して落錘１０１が骨格部材構造に接触した後の荷重履歴を計測した。また同時に、レーザー変位計によって落錘１０１の変位履歴も計測した。
【００６３】
また、図１１Ａにおいて、図中左右両側にエンボス部２４がある例が実施例２であり、エンボス部２４を設けないものが比較例２であるが、更に、図中右側のみにエンボス部２４がある例として実施例３を用意し、第１、第２ビード２１，２２及びエンボス部２４を設けない例として比較例３を用意した。これら実施例３及び比較例３についても図１１Ａに示す衝突試験を行った。なお、実施例３のエンボス部の位置は、曲げモーメントが印加された場合のたわみの内周側の位置に相当する。
【００６４】
得られた荷重−変位線図からピーク反力を算出し、衝撃吸収能の評価指標とした。また、落錘が構造体に接触してから１００ｍｍ変位するまでの荷重−変位線図を積分して、吸収エネルギーを算出し、衝撃吸収能の評価値とした。結果を表２に示す。
【００６５】
表２に示すように、実施例２及び３では、曲げモーメントの作用によって生じる部材のたわみ曲線の曲率中心側（図１１Ｂ参照）にエンボス部があることで、ピーク反力及び吸収エネルギーとも良好な値を示した。
【００６６】
また、比較例２では、第１、第２ビードによって変形モードは軸圧潰変形を実現し、吸収エネルギーは高くなったが、ピーク反力が１２６ｋＮに低下した。
【００６７】
更に、比較例３では、ピーク反力は１３８ｋＮと良好な値を示したが、落錘衝突によって入力された曲げモーメントによって折れてしまい、吸収エネルギーを稼ぐことができなかった。
【００６８】
【表２】
0005549964.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明によれば、耐衝突性能に優れた車両用骨格部材構造を提供することができる。
【符号の説明】
【００７０】
１、３１  車両用骨格部材構造
２，３  第１壁部（横壁部）
４，５  第２壁部（縦壁部）
２１  第１ビード
２２  第２ビード
１１，１２  角部
２４  エンボス部
２４ａ、２４ｂ  壁面
【図１Ａ】
0005549964.tif 000004
【図１Ｂ】
0005549964.tif 000005
【図１Ｃ】
0005549964.tif 000006
【図２Ａ】
0005549964.tif 000007
【図２Ｂ】
0005549964.tif 000008
【図２Ｃ】
0005549964.tif 000009
【図３Ａ】
0005549964.tif 000010
【図３Ｂ】
0005549964.tif 000011
【図３Ｃ】
0005549964.tif 000012
【図５】
0005549964.tif 000013
【図６】
0005549964.tif 000014
【図８】
0005549964.tif 000015
【図９Ａ】
0005549964.tif 000016
【図９Ｂ】
0005549964.tif 000017
【図９Ｃ】
0005549964.tif 000018
【図１０Ａ】
0005549964.tif 000019
【図１０Ｂ】
0005549964.tif 000020
【図１０Ｃ】
0005549964.tif 000021
【図１１Ａ】
0005549964.tif 000022
【図１１Ｂ】
0005549964.tif 000023
【図４Ａ】
0005549964.tif 000024
【図４Ｂ】
0005549964.tif 000025
【図７Ａ】
0005549964.tif 000026
【図７Ｂ】
0005549964.tif 000027
【図７Ｃ】
0005549964.tif 000028
【図７Ｄ】
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