(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
６０００系以上の機械的強度を有するアルミニウム合金からなる押出成形材であって、かつ圧縮側フランジと引張側フランジとの間に、３本のウエブが一体に形成されてなり、上記圧縮側フランジと引張側フランジとのいずれか短い方の幅寸法をＷとし、両フランジ間隔をＨとしたときに、Ｈ≦１．２Ｗであって、かつ両側の上記ウエブの中心間隔が０．５Ｗ〜０．９Ｗの範囲であるとともに、上記フランジおよびウエブのうちの一部の板厚が、０．０３Ｗ以上であって０．０５Ｗに満たず、かつ他の上記フランジおよびウエブの板厚が、０．０５Ｗ以上である場合に、上記圧縮側フランジの板厚が０．０６２Ｗ以上、もしくは中央の上記ウエブの板厚が０．０６２Ｗ以上、または外側の上記ウエブの板厚が０．０５Ｗ以上のいずれかであることを特徴とするインパクトビーム。
【請求項２】
上記インパクトビームは、自動車のドアに組込まれるドアインパクトビームであることを特徴とする請求項１に記載のインパクトビーム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車のドア等に介装されて、衝撃を受けた際に車内の安全性を確保するためのインパクトビームに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、各種の自動車の周縁内部には、衝突事故等によって車体が大きな衝撃を受けた際に、当該衝撃を緩和するとともに車内への衝突物の侵入を阻止することにより車内の乗員の安全性を確保するための、さまざまな形状のインパクトビームが介装されている。例えば、自動車のドアには、補強材として側面からの衝突に対処するためのドアインパクトビームが組込まれている。
【０００３】
ところで、従来この種のインパクトビームは、衝突時に作用する外力に対して所定の機械的強度とエネルギー吸収能力とが要求されることから、もっぱら高張力鋼によって形成されている。
しかしながら、このような鋼製のインパクトビームにあっては、上述した機械的強度には優れているものの、加工性に劣るために通常円管が用いられており、このため限られたスペース内に組込む際にも断面形状の自由度が少ないという欠点があった。加えて、上記鋼材は、比重が大きくて重量が嵩むために、近年における燃費向上のための車体軽量化を妨げる一因となっているとともに、環境保護の要請からのリサイクル化にも対応することが難しいという問題点があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、上記インパクトビームを、加工性に優れ、かつ軽量であるとともにリサイクル可能なアルミニウム合金によって形成しようとする各種の提案がなされている。
しかしながら、上記インパクトビームとしてアルミニウム合金を用いた場合には、当該アルミニウム合金が鋼材と比較して機械的強度に劣るために、図８に示すように、鋼材と同一条件で荷重試験を行なうと容易に座屈してしまう。一方、インパクトビームにおけるエネルギー吸収量は、図９に示すように、部材の荷重−変位曲線と横軸の変位とによって囲まれる部分の面積になる。このため、アルミニウム合金を用いた場合には、座屈して塑性変形する際の荷重低下が大きくなり、この結果上記エネルギー吸収量が小さくなってインパクトビームとして満足する機能を奏し得ないという問題点があった。また、上記インパクトビームが座屈すると、当該部分における車内への変形量が大きくなり、乗員に対する安全性の観点からも好ましくない。
【０００５】
このような問題点を解決するものとして、例えば特開平５−３８９４０号公報に見られるようなアルミニウム合金製の自動車ドアのインパクトビームが知られている。
このインパクトビームは、圧縮側フランジと引張側フランジとの間に２本のウエブが形成された、外観略Ｈ型のもので、ウエブ中央において圧縮側フランジ側の部分と、引張側フランジ側の部分とに２分割し、圧縮側を低張力のアルミニウム合金によって形成するとともに、引張側を高張力のアルミニウム合金によって形成し、両者を一体化させたものである。
【０００６】
上記従来のアルミニウム合金製のインパクトビームによれば、圧縮側と引張側との中立軸が上記引張側に偏倚しているために、曲げ変形を受けた際における強度を極めて高く設定することができ、よって側突時の二つ折れの発生を極力抑制することができるとされている。
ところが、上記インパクトビームにあっては、一旦圧縮側と引張側とを異なるアルミニウム合金によって別々に押出成形した後に、さらに得られた２つの部材を加熱して押出治具に挿入し、そのインパクトビームの断面形状に対応した開口部から押出すことにより一体化させる必要があるために、製造工程が複雑化して製造コストが嵩むとともに、上記工法によっても、強度上両部材を均一に一体化させることは難しいため、効果に述べられているような二つ折れの発生を確実に防止することは困難である。
【０００７】
そこで、本発明者等は、鋼材を用いた場合と遜色の無い機械的強度およびエネルギー吸収能力を有するアルミニウム合金製のインパクトビームの形状について鋭意研究を重ねた結果、６０００系以上、望ましくは７０００系のアルミニウム合金によって、圧縮側フランジと引張側フランジとの間に３本以上のウエブを一体に形成した押出成形材を用いることにより、容易に想定される衝突に対して座屈変形を確実に抑制することができ、よって図７に示すように、塑性変形開始後における荷重低下を防止して安定したエネルギー吸収量が得られるインパクトビームを製造することができるとの知見を得るに至った。
【０００８】
ここで、上記ウエブを３本にした場合に、インパクトビームとして最も軽量なものが得られて好適であるが、反面、機械的強度は最も小さくなる。そこで、両フランジ間に３本のウエブが一体に形成された押出成形体について各種の荷重試験を行なったところ、図１に示すように、圧縮側フランジ１と引張側フランジ２とのいずれか短い方の幅寸法をＷとし、両フランジ１、２の間隔をＨとしたときに、Ｈ≦１．２Ｗである場合に、両側のウエブ３、３の中心間隔が０．５Ｗ〜０．９Ｗの範囲であるとともに、すべてのフランジ１、２およびウエブ３、４の板厚を０．０５Ｗ以上に設定すれば、通常想定される衝撃に対して座屈を生じないことが判った。
【０００９】
そこで次に、同様の条件下において、上記フランジ１、２およびウエブ３、４のうちの一部の板厚が、０．０３Ｗ以上であって０．０５Ｗに満たない場合について荷重試験を行なったところ、これを補強するためには、引張側フランジ２の板厚を増加させても相応の効果が無く、圧縮側フランジ１の板厚を０．０６２Ｗ以上、もしくは中央の上記ウエブ４の板厚を０．０６２Ｗ以上、または外側の上記ウエブ３の板厚を０．０５Ｗ以上のいずれを満足するようにした場合に、同様に通常想定される衝撃に対して座屈を生じないインパクトビームが得られることが判明した。
【００１０】
本発明は、かかる知見に基づいてなされたもので、想定される衝突に対して座屈変形を確実に抑制することができ、よって塑性変形開始後における荷重低下を防止して安定したエネルギー吸収量を得ることができるうえ、さらには当該エネルギー吸収量を容易に所望の値に設定することができて設計の自由度を向上させることができる軽量かつリサイクル可能なアルミニウム合金製のインパクトビームを提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明に係るインパクトビームは、６０００系以上の機械的強度を有するアルミニウム合金からなる押出成形材であって、かつ圧縮側フランジと引張側フランジとの間に、３本のウエブが一体に形成されてなり、上記圧縮側フランジと引張側フランジとのいずれか短い方の幅寸法をＷとし、両フランジ間隔をＨとしたときに、Ｈ≦１．２Ｗであって、かつ両側の上記ウエブの中心間隔が０．５Ｗ〜０．９Ｗの範囲であるとともに、上記フランジおよびウエブのうちの一部の板厚が、０．０３Ｗ以上であって０．０５Ｗに満たず、かつ他の上記フランジおよびウエブの板厚が、０．０５Ｗ以上である場合に、上記圧縮側フランジの板厚が０．０６２Ｗ以上、もしくは中央の上記ウエブの板厚が０．０６２Ｗ以上、または外側の上記ウエブの板厚が０．０５Ｗ以上のいずれかであることを特徴とするものである。
【００１４】
そして、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のインパクトビームが、自動車のドアに組込まれるドアインパクトビームであることを特徴とするものである。
【００１５】
【実施例１】
以下、本発明に係るインパクトビームの作用効果を立証するための実施例１〜３について説明する。
以下の実施例１〜３においては、いずれも７０００系のアルミニウム合金を押出成形することによって、圧縮側フランジと引張側フランジとの間に３本ウエブが一体に形成された種々の寸法のドアインパクトビームを得て、図２に示すように、支持台５、５間に４５０ｍｍのスパンで支承し、その中央部を半径６インチ（１５２．４ｍｍ）の圧子６によって３．５ｔｏｎの荷重で押圧する３点曲げ試験を行なうことにより、各々のドアインパクトビームが座屈するか否かを調べた。
【００１６】
先ず、実施例１として、図３に示すような、圧縮側フランジ１と引張側フランジ２の幅寸法Ｗが、それぞれ４０ｍｍであり、かつ上記フランジ１、２間隔Ｈ＝Ｗ＝４０ｍｍであるとともに、両側のウエブ３、３の中心間隔が０．５Ｗ〜０．９Ｗの範囲内である０．７５Ｗ＝３０ｍｍのインパクトビームについて、圧縮側フランジ１、引張側フランジ２、両側のウエブ３、３および中央のウエブ４の板厚をそれぞれ変化させた場合について上記３点曲げ試験を行なった。
上記試験の結果、図４に示すように、両フランジ１、２およびウエブ３、４の全ての板厚が２．０ｍｍ（＝０．０５Ｗ）のものは座屈をすることがなく、逆にこれら全ての板厚が１．５ｍｍ（＝０．０３７５Ｗ）のものにあっては、座屈してしまうことが判る。
【００１７】
また、上記フランジ１、２およびウエブ３、４のうちの大部分の板厚が、１．５ｍｍである場合について、一部の板厚を２．５ｍｍ（＝０．０６２５Ｗ）または２．０ｍｍ（＝０．０５ｗ）に増加させて上記曲げ試験を行なったところ、引張側フランジ２の板厚を増加させた場合には、依然として座屈してしまい、その効果が得られないのに対し、圧縮側フランジ１またはウエブ３、４の板厚を増加させた場合には、座屈しないことが判る。また、エネルギー吸収量の比較からは、圧縮側フランジ１の板厚を増加させた時に最も効果的である。なお、図４以下の図中に示すエネルギー吸収量は、いずれも圧子押込み量１５０ｍｍまでの値を示すものである。
【００１８】
【実施例２】
次に、実施例２として、圧縮側フランジおよび引張側フランジ２の幅寸法Ｗを、それぞれ４０ｍｍとし、かつ両フランジおよびウエブの板厚を全て１．５ｍｍとしたインパクトビームについて、両フランジ間隔Ｈおよび両側のウエブの中心間隔を変化させて同様の３点曲げ試験を行なった。
上記試験の結果、図５に示すように、全ての板厚が１．５ｍｍ（＜０．０５Ｗ）である場合には、両側のウエブ間隔が基準値内である場合においても座屈をしたのに対して、上記フランジ間隔Ｈを３０ｍｍまたは２０ｍｍにした場合には、板厚が基準値以下であっても座屈を生じなかった。
【００１９】
したがって、本発明に係るインパクトビームによれば、圧縮側フランジおよび引張側フランジの間隔Ｈをフランジ幅Ｗに対して小さく設定することにより、板厚およびウエブ間隔を小さくした場合においても、図７に示すように、座屈を抑制してエネルギー吸収量を大きくすることができ、よって車体形状に応じて容易に所望のエネルギー吸収量が得られるドアインパクトビームを得ることができる。
【００２０】
【実施例３】
次いで、実施例３として、圧縮側フランジと引張側フランジの幅寸法Ｗがそれぞれ４０ｍｍであり、かつ両フランジ間隔Ｈ＝Ｗ＝４０ｍｍであるとともに、全ての板厚が２．０ｍｍであるインパクトビームについて、両側のウエブの中心間隔をそれぞれ変化させた場合について上記３点曲げ試験を行なった。
図６に示す試験結果から、両側のウエブ間隔が２０〜３６ｍｍ（＝０．５Ｗ〜０．９Ｗ）の範囲では、座屈しないのに対して、上記間隔が３８ｍｍ（＝０．９５Ｗ）になると、座屈してしまうことが判る。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１または２に記載の本発明に係るインパクトビームによれば、６０００系以上の機械的強度を有するアルミニウム合金によって圧縮側フランジと引張側フランジとの間に３本のウエブを一体に押出成形し、かつ所定の肉厚および両ウエブ間隔とすることにより、この種のインパクトビームに想定される衝突に対して座屈変形を確実に抑制することができ、よって塑性変形開始後における荷重低下を防止して安定したエネルギー吸収量を得ることができる。加えて、両フランジ間隔を所定の範囲内において変化させることにより、容易にエネルギー吸収量を所望の値に設定することができ、よって設計の自由度を大幅に向上させることができる。この結果、従来の鋼製のものに代えた軽量かつリサイクル可能なアルミニウム合金製のインパクトビームを得ることができる。
【００２２】
したがって、請求項１に記載の発明は、請求項２に記載の発明のように、構造上インパクトビームとしての外法寸法に大きな制限があり、よってコンパクトであってかつ所望の強度が要求される自動車のドアに組込まれるドアインパクトビームとして使用した場合に、最も顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るインパクトビームを示す横断面図である。
【図２】本発明の実施例に用いた荷重試験装置を示す側面図である。
【図３】実施例１に用いたドアインパクトビームの形状を示す横断面図である。
【図４】実施例１の試験結果を示す図表である。
【図５】実施例２の試験結果を示す図表である。
【図６】実施例３の試験結果を示す図表である。
【図７】本発明に係るインパクトビームの荷重−押込量曲線を示すグラフである。
【図８】従来のインパクトビームにおける荷重試験状態を示す側面図である。
【図９】従来のインパクトビームの荷重−押込量曲線を示すグラフである。
【符号の説明】
１  圧縮側フランジ
２  引張側フランジ
３  両側のウエブ
４  中央のウエブ
Ｗ  フランジ幅
Ｈ  両フランジ間隔
【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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