(57)【要約】構造部材であって、構造部材は、第１の縁部および第１の縁部に対向する第２の縁部を有する天板部と、第２の縁部から天板部と交差する方向に延びる壁部と、第１の縁部に設けられる閉断面部と、を有し、第１の縁部は、天板部に対する平面視で天板部の内側に向かって湾曲し、構造部材の第１の縁部から第２の縁部までの距離を構造部材幅としたとき、閉断面部は構造部材幅の方向に沿った構造部材の垂直切断面において閉断面を形成し、構造部材幅の方向に沿った構造部材の垂直切断面は開断面を有し、閉断面部を含む構造部材の垂直切断面の形状は、構造部材幅の長さ中央に対して非対称である。【選択図】図１６
2019103152.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造部材であって、
前記構造部材は、
第１の縁部および前記第１の縁部に対向する第２の縁部を有する天板部と、
前記第２の縁部から前記天板部と交差する方向に延びる壁部と、
前記第１の縁部に設けられる前記閉断面部と、
を有し、
前記第１の縁部は、前記天板部に対する平面視で前記天板部の内側に向かって湾曲し、
前記構造部材の前記第１の縁部から前記第２の縁部までの距離を構造部材幅としたとき、
前記閉断面部は、前記天板部の湾曲内側に設けられ前記構造部材幅の方向に沿った前記構造部材の垂直切断面において閉断面を形成し、
前記構造部材幅の方向に沿った前記構造部材の垂直切断面は開断面を有し、
前記閉断面部を含む前記構造部材の前記垂直切断面の形状は、前記構造部材幅の長さ中央に対して非対称である、構造部材。
【請求項２】
前記構造部材は、前記垂直切断面において、前記構造部材幅の長さ中央より前記第１の縁部側の第１の領域と、前記構造部材幅の中央より前記第２の縁部側の第２の領域とを有し、
前記閉断面部を含む前記垂直切断面では、前記第２の領域の断面積Ｓｏｕｔに対する前記第１の領域の断面積Ｓｉｎの断面積比Ｓｉｎ／Ｓｏｕｔは、以下の関係式を満たす、請求項１に記載の構造部材。
１．１５≦Ｓｉｎ／Ｓｏｕｔ≦２．６５
【請求項３】
前記天板部と、前記壁部と、前記閉断面部とは、１つの部材から形成される、請求項１または２に記載の構造部材。
【請求項４】
前記閉断面部は、前記天板部を形成する部材とは異なる１つの部材にて形成される、請求項１または２に記載の構造部材。
【請求項５】
前記閉断面部は、前記天板部に隣接して設けられる、請求項１または２に記載の構造部材。
【請求項６】
前記閉断面部は、複数の部材から形成される、請求項１または２に記載の構造部材。
【請求項７】
前記構造部材は、
前記天板部と、前記壁部と、前記閉断面部の一部とを形成する第１の部材と、
前記第１の部材とともに前記閉断面部を形成する第２の部材と、
により形成され、
前記第２の部材の両端は、前記第１の部材に溶接されている、請求項６に記載の構造部材。
【請求項８】
前記垂直切断面において、前記閉断面部における前記構造部材幅の方向の最長長さをαとし、前記閉断面部における前記構造部材幅の方向と垂直な方向の最長長さをβとしたとき、α／βが以下の関係式を満たす、請求項１〜７のいずれか１項に記載の構造部材。
３／７≦α／β≦７／３
【請求項９】
前記閉断面部の断面形状は矩形である、請求項１〜８のいずれか１項に記載の構造部材。
【請求項１０】
前記閉断面部は、中空部材からなる、請求項１〜９のいずれか１項に記載の構造部材。
【請求項１１】
前記閉断面部の中空部分には樹脂充填剤が充填されている、請求項１０に記載の構造部材。
【請求項１２】
前記閉断面部は、中実部材からなる、請求項１〜９のいずれか１項に記載の構造部材。
【請求項１３】
前記構造部材は、自動車の構造部材である、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の構造部材。
【請求項１４】
前記構造部材は、自動車サスペンション部品である、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の構造部材。
【請求項１５】
前記構造部材の引張強度は、７８０ＭＰａ以上である、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の構造部材。
【請求項１６】
前記構造部材の板厚は、２．９ｍｍ以下である、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の構造部材。
【請求項１７】
前記構造部材のアーム長は、３５０ｍｍ以上である、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の構造部材。
【請求項１８】
前記構造部材の前記構造部材幅は、７０ｍｍ以上である、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の構造部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造部材に関し、より詳細には自動車の構造部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の構造部材であるサスペンション部品は、自動車の操縦安定性に影響する重要な部品である。例えば、フロントロアアーム（以下、「ロアアーム」ともいう。）は、タイヤの位置及び向きの保持、車両旋回時の横力保持、衝撃入力時のボディ側への衝撃伝達遮断、縁石乗り上げ時の強度保持等の役割を担っている。これらの役割に関し高い性能を実現するために、様々な検討がなされている。【０００３】
例えば特許文献１には、衝撃入力時のボディ側への衝撃伝達遮断に関する技術として、アッパー部材とロア部材とにより中空状の大略矩形の閉断面部を構成し、後上コーナー部の断面積を減少させるとともに後下コーナー部の断面積を増加させる自動車用ロアアームの衝撃吸収構造が開示されている。かかる構成により、サスペンションメンバ側に変形代を確保することなく車輪からの衝突荷重の入力を吸収する。【０００４】
特許文献２には、３つの支持部をメインフレームによって連結して略三角形の中空のサスペンションアーム本体を形成し、サスペンションアーム本体の中空部に複数のサブフレームを主応力方向に沿って配設して構成された、サスペンションアームが開示されている。かかる構成により、サスペンションから伝達される応力に対する十分な強度を確保しながら軽量化を図っている。【０００５】
特許文献３には、車体への取付状態で略水平方向に延びる第１水平部と、第１水平部の周縁を下向きに折り曲げた鉛直部と、鉛直部の下縁を内向きに折り曲げたリバースフランジと、第１水平部から上方に突出する第２水平部とを備える、金属板をプレス加工した自動車用のサスペンションアームが開示されている。第１水平部から上方に突出する第２水平部を設けたことにより、上下方向の曲げ荷重に対する曲げ中心の高さを高くして該曲げ中心からリバースフランジまでの距離を増加させ、リバースフランジに作用する引張荷重および圧縮荷重を低減させている。【０００６】
特許文献４には、荷重の入力面と略平行に配置される板状の本体部と、本体部の少なくとも一側縁に沿って連設された略パイプ状の補強部とを備えてなる車両用サスペンションアームが開示されている。かかる構成により、サスペンションアームの曲げ剛性を高め、路面の凹凸、車両の旋回、車輪の制動等により入力される大きな荷重に耐え得る充分な剛性を確保する。【０００７】
特許文献５には、一枚の板材をプレス成形して開断面形状に形成されたサスペンションアームであって、第１アーム部の内側端末部及び外側端末部と、第２アーム部の内側端末部及び外側端末部とが互いに接近する方向へ屈曲される構成が開示されている。かかる構成により、重量を増加させることなく十分な剛性を確保する。【０００８】
特許文献６には、金属板製のサスペンションアームであって、金属板の外周を成す辺の少なくとも一部に金属板の端部を折り返してパイプ状に形成した補強部を備え、金属板の端部は補強部の内側に巻き込まれて金属板に重ねられる構成が開示されている。補強部が二重板構造の巻き込み部を有していることにより、単に金属板の端部を折り返して巻き込み部を有さない補強部を形成した場合に比べて、溶接を行わなくても十分に高い剛性を実現できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１６−１２４３２０号公報
【特許文献２】特開平９−３１５１２３号公報
【特許文献３】特許第３７２５０３１号公報
【特許文献４】特開平８−１８８０２２号公報
【特許文献５】特開平８−３１８７２２号公報
【特許文献６】特開平１０−２６４６２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
近年、自動車車体の軽量化への要求が高まり、自動車の構造部材には、その役割を達成するだけでなく自動車車体の軽量化との両立が求められる。しかし、一般にこれらは背反するものであり、例えば、サスペンション部品のロアアーム等のように湾曲形状を有する構造部材においては、自動車車体の軽量化のために構造部材の板厚を薄くすると、面外変形が生じやすくなる。この面外変形の発生は、タイヤとボディとの位置関係を保持するための車体前後方向曲げ強度（以下、「前後曲げ強度」ともいう。）を不足させることになる。前後曲げ強度が不足すると、車体が縁石に乗り上げた際にホイールより生じる力へ抵抗することができず、タイヤとボディとの位置関係が崩れてしまう。【００１１】
湾曲形状を有するサスペンション部品に関しては、上記特許文献１〜６に示したように、部品に求められる役割を保持するために様々な検討がなされているが、前後曲げ強度についてはほとんど検討されていない。これは、自動車の構造部材の板厚を十分に大きくすることが可能であった従来においては、面外変形がほとんど発生せず、その影響を考慮する必要がなかったためである。【００１２】
しかしながら、近年では、自動車車体の軽量化による鋼板の薄肉化により、構造部材の面外変形が生じやすくなっている。また、例えば上記特許文献３のように湾曲形状の内側と外側とを結ぶ線に沿って切断したときの断面が開断面である構造部材は、上記特許文献１のような閉断面である構造部材に比べ、部品を軽量化できる。しかし、断面が開断面である構造部材は、湾曲形状の内側、特に湾曲部において局所的に圧縮応力が高くなった際に、面外変形が生じやすい。【００１３】
さらに、自動車車体の軽量化及び衝突安全性の向上の観点から、構造部材の素材として高強度鋼板が用いられるようになったが、高強度の材料ほど弾性域が長く、面外変形が生じやすい。【００１４】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、湾曲形状を有する構造部材において、構造部材の軽量化を図るとともに面外変形を抑制することが可能な、新規かつ改良された自動車の構造部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、構造部材であって、構造部材は、第１の縁部および第１の縁部に対向する第２の縁部を有する天板部と、第２の縁部から天板部と交差する方向に延びる壁部と、第１の縁部に設けられる閉断面部と、を有し、第１の縁部は、天板部に対する平面視で天板部の内側に向かって湾曲し、構造部材の第１の縁部から第２の縁部までの距離を構造部材幅としたとき、閉断面部は構造部材幅の方向に沿った構造部材の垂直切断面において閉断面を形成し、構造部材幅の方向に沿った構造部材の垂直切断面は開断面を有し、閉断面部を含む構造部材の垂直切断面の形状は、構造部材幅の長さ中央に対して非対称である、構造部材が提供される。【００１６】
構造部材は、垂直切断面において、構造部材幅の長さ中央より第１の縁部側の第１の領域と、構造部材幅の中央より第２の縁部側の第２の領域とを有し、閉断面部を含む垂直切断面では、第２の領域の断面積Ｓｏｕｔに対する第１の領域の断面積Ｓｉｎの断面積比Ｓｉｎ／Ｓｏｕｔは、以下の関係式を満たしてもよい。
１．１５≦Ｓｉｎ／Ｓｏｕｔ≦２．６５【００１７】
構造部材の天板部と、壁部と、閉断面部とは、１つの部材から形成してもよい。【００１８】
また、構造部材の閉断面部は、天板部を形成する部材とは異なる１つの部材にて形成してもよい。【００１９】
閉断面部は、天板部に隣接して設けられてもよい。【００２０】
あるいは、閉断面部は、複数の部材から形成してもよい。【００２１】
構造部材は、天板部と、壁部と、閉断面部の一部とを形成する第１の部材と、第１の部材とともに閉断面部を形成する第２の部材と、により形成され、第２の部材の両端は、第１の部材に溶接されていてもよい。【００２２】
垂直切断面において、閉断面部における構造部材幅の方向の最長長さをαとし、閉断面部における構造部材幅の方向と垂直な方向の最長長さをβとしたとき、α／βが以下の関係式を満たしてもよい。
３／７≦α／β≦７／３【００２３】
閉断面部の断面形状は矩形であってもよい。【００２４】
閉断面部は、中空部材から形成してもよい。【００２５】
閉断面部の中空部分には樹脂充填剤を充填してもよい。【００２６】
閉断面部は、中実部材から形成してもよい【００２７】
構造部材は、例えば自動車の構造部材であってもよい。【００２８】
あるいは、構造部材は、自動車サスペンション部品であってもよい。【００２９】
構造部材の引張強度は７８０ＭＰａ以上であってもよい。【００３０】
構造部材の板厚は、２．９ｍｍ以下としてもよい。【００３１】
構造部材のアーム長は、３５０ｍｍ以上であってもよい。【００３２】
構造部材の構造部材幅は、７０ｍｍ以上であってもよい。
【発明の効果】
【００３３】
以上説明したように本発明によれば、湾曲形状を有する構造部材において、構造部材の軽量化を図るとともに面外変形を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態に係る自動車の構造部材の形状の概要を示す斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ切断線における切断面の模式図であって、自動車の構造部材の一構成例を示す。
【図３】図１のＡ−Ａ切断線における切断面の模式図であって、自動車の構造部材の他の構成例を示す。
【図４】図１のＡ−Ａ切断線における切断面の模式図であって、自動車の構造部材の他の構成例を示す。
【図５】図１のＡ−Ａ切断線における切断面の模式図であって、自動車の構造部材の他の構成例を示す。
【図６】図１のＡ−Ａ切断線における切断面の模式図であって、自動車の構造部材の他の構成例を示す。
【図７】閉断面部の縦横比の一例を示す説明図である。
【図８】閉断面部の縦横比の他の例を示す説明図である。
【図９】アーク溶接による鋼板の溶接部を示す説明図である。
【図１０】同実施形態に係る湾曲形状を有する構造部材のアーム長Ｗ及び構造部材幅Ｗｐを示す説明図である。
【図１１】ロアアームの重量と比例限強度との関係を示すグラフである。
【図１２】構造部材幅方向の断面が略Ｕ字形状の構造部材を示す概略断面図である。
【図１３】構造部材幅方向の断面が閉断面である場合と開断面である場合とについて、面外変形の発生しやすさを模式的に示す説明図である。
【図１４】同実施形態に係る自動車の構造部材の形状の一変形例を示す概略斜視図である。
【図１５】同実施形態に係る湾曲形状を有する構造部材の一例を示す概略平面図である。
【図１６】図１５のＢ−Ｂ切断線における断面の模式図である。
【図１７】構造部材の板厚と比例限強度の性能向上比との関係を示すグラフである。
【図１８】引張強度ＴＳと単位部品重量当たりの比例限強度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００３６】
＜１．自動車の構造部材＞
まず、図１〜図６に基づいて、本発明の一実施形態に係る自動車の構造部材について説明する。図１は、本実施形態に係る自動車の構造部材の形状の概要を示す斜視図である。図２〜図６は、図１のＡ−Ａ切断線における切断面の模式図であって、自動車の構造部材の構成例を示す。
【００３７】
［１−１．全体構成］
本実施形態に係る自動車の構造部材１００は、図１に示すように湾曲形状を有する。このような構造部材１００としては、例えば、シャシ部品が挙げられる。シャシ部品としては、例えば、サスペンション部品のアームあるいはリンク部品であり、具体的にはロアアーム、フロントアッパーアーム、リアアッパーアーム、トレーリングアーム等がある。本実施形態に係る構造部材１００の形状は、サスペンション部品に限定されるものではなく、ボディ部品に対しても適用可能である。具体的には、ボディ部品の車両骨格として、ルーフサイドレール、Ｂピラー、Ａピラーロア、Ａピラーアッパー、キックリーンフォース等がある。また、ボディ部品の衝撃吸収骨格としては、リアサイドメンバー、フロントサイドメンバー等が挙げられる。特に、一般的なボディ部品と比較して板厚が厚く、かつ、断面サイズが小さい湾曲形状を有する部品に対し、本実施形態に係る構造部材１００の形状を適用することで、部品の軽量化及び面外変形の抑制の効果を有効に発揮できる。
【００３８】
かかる構造部材１００は、天板部１０１と、天板部１０１と交差する方向に延びる壁部１０３と、閉断面部１０５と、を有する。特に、構造部材１００は、湾曲形状の天板部１０１と、天板部１０１の湾曲外側に沿って設けられた壁部１０３と、天板部１０１の湾曲内側の少なくとも一部に設けられた閉断面部１０５と、を有する。なお、構造部材１００について、湾曲形状の曲率半径の大きい側を湾曲外側、湾曲形状の曲率半径の小さい側を湾曲内側とする。
【００３９】
天板部１０１は、第１の縁部１０１ａと、第１の縁部１０１ａに対向する第２の縁部１０１ｂとを有する面である。第１の縁部１０１ａは、天板部１０１に対する平面視で天板部１０１の内側に向かって湾曲している。特に、天板部１０１は、天板部１０１を構成する鋼板の板厚方向に対して直交する面内において一方向に湾曲している面である。すなわち、天板部１０１は、天板部１０１に対する平面視で湾曲した形状を有している。天板部１０１の面形状は、平坦でなくともよく、図１に示すように凹凸があってもよい。また、天板部１０１の面内に貫通孔（図示せず。）等が形成されていてもよい。
【００４０】
壁部１０３は、天板部１０１の第２の縁部１０１ｂ側（湾曲外側）の縁部から天板部１０１に対して交差する方向に延設して形成された面である。例えば、壁部１０３は、天板部１０１に対して略直交する方向に延設して形成されている。
【００４１】
閉断面部１０５は、天板部１０１の第１の縁部１０１ａ側（湾曲内側）であって、天板部１０１、壁部１０３とともに開断面を形成するように、天板部１０１に対して設けられている。閉断面部１０５は、一または複数の部材によって、閉断面を形成する。また、閉断面部１０５が単独で閉断面を形成してもよいし、閉断面部１０５は天板部１０１とともに閉断面を形成してもよい。
【００４２】
閉断面部１０５は、天板部１０１に隣接して設けられていてもよい。ここで、閉断面部１０５が天板部１０１に隣接しているとは、閉断面部１０５を形成する部分が、天板部１０１に直接的または間接的に接続されている状態を指す。
【００４３】
具体的には、閉断面部１０５が天板部１０１に直接的に隣接しているとは、後述する図５、６の構成例Ｄ、Ｄ’のように閉断面部１０５が、天板部１０１の下面１０１ｄに取り付けられた状態を指す。なお、閉断面部１０５が天板部１０１に直接的に隣接しているとは、閉断面部１０５が、天板部１０１の湾曲内側の端面に取り付けられた状態を含む。または、閉断面部１０５が天板部１０１に直接的に隣接しているとは、後述する図２〜４の構成例Ａ〜Ｃのように、閉断面部１０５の一部もしくは全部が、天板部１０１を形成する部材を利用して形成され、天板部１０１と閉断面部１０５とが連続している状態を含む。
【００４４】
また、閉断面部１０５が天板部１０１に間接的に隣接しているとは、閉断面部１０５と天板部１０１の間に部材が設けられ、当該部材を介して閉断面部１０５と天板部１０１とが接続されている状態を指す。
【００４５】
なお、閉断面部１０５は、構造部材１００の湾曲内側において、補強効果を発揮できる態様で設けられていればよく、閉断面部１０５の一部が、天板部１０１の上面１０１ｃよりも上側に存在してもよい。
【００４６】
このような構造部材１００は、天板部１０１の中立線に対して直交する、湾曲外側と湾曲内側とを結ぶ直線に沿って切断したとき（すなわち、図１のＡ−Ａ切断線にて切断したとき）、その断面（垂直切断面）は、天板部１０１の下面側が開口する開断面となる。一方で、当該断面において、構造部材１００の閉断面部１０５は閉じている。すなわち、構造部材１００は、全体としては開断面形状であるが、湾曲内側に閉断面となる部分が存在する。このように、本実施形態に係る構造部材１００は、湾曲内側のみに閉断面部１０５を設けることで、構造部材１００の重量増加を抑制しつつ湾曲内側を補強し、前後曲げ強度を高めている。また、閉断面部１０５が、天板部１０１に隣接して設けられていることにより、閉断面部１０５による湾曲内側の補強効果がより向上する。なお、構造部材１００のより詳細な幾何形状についての説明は後述する。
【００４７】
ここで、構造部材１００の垂直切断面が有する開断面とは、天板部１０１と壁部１０３と閉断面部１０５とにより一体として形成される開断面を意味する。すなわち、当該垂直切断面は、部分的に閉断面部１０５により形成される閉断面を含むものの、構造部材１００全体として天板部１０１の下面側に開口しているため、開断面を有する。
【００４８】
［１−２．構成例］
構造部材１００の具体的な構成例を図２〜図６に示す。
【００４９】
（構成例Ａ）
図２に示す構造部材１００Ａは、１つの鋼板から天板部１０１、壁部１０３及び閉断面部１０５が形成されている。天板部１０１の湾曲外側の縁部となる一端側からは、壁部１０３が天板部１０１の下面１０１ｄ側へ延びている。すなわち、壁部１０３は、天板部１０１が折り曲げられて、天板部１０１の板厚方向（天板部１０１の上面１０１ｃ側から下面１０１ｄ側へ向かう方向）に延びている。天板部１０１の湾曲内側の縁部となる他端側には、閉断面部１０５が天板部１０１の下面１０１ｄ側に突出するように形成されている。閉断面部１０５は、鋼板を折り曲げて形成された４つの面１０５ａ〜１０５ｄによって構成された、例えば矩形状の閉じた部分である。このとき、鋼板の端部を含む面１０５ｄは、天板部１０１の上面１０１ｃに溶接され固定される。面１０５ｄと天板部１０１の上面１０１ｃとを溶接することで、溶接部Ｐｗが設けられ、閉断面部１０５の内部空間は完全に閉じられる。
【００５０】
（構成例Ｂ）
図３に示す構造部材１００Ｂは、２つの鋼板から形成される。具体的には、第１の部材としての第１の鋼板１１０Ｂにより天板部１０１、壁部１０３及び閉断面部１０５の一部が形成され、第２の部材としての第２の鋼板１２０Ｂにより閉断面部１０５の一部が形成される。壁部１０３は、図２の構成例Ａと同様、第１の鋼板１１０Ｂを折り曲げ、天板部１０１の湾曲外側の縁部となる一端側から天板部１０１の下面１０１ｄ側へ延びるように形成される。一方、天板部１０１の湾曲内側の縁部となる他端側には、第１の鋼板１１０Ｂを折り曲げ、面１０５ｅと面１０５ｆとの２面が形成される。面１０５ｅは、天板部１０１の下面１０１ｄ側へ延びる面である。面１０５ｆは、面１０５ｅから壁部１０３と反対側（すなわち、湾曲内側）へ延びる面である。さらに面１０５ｆの壁部１０３と反対側（すなわち、湾曲内側）を面１０５ｅと面１０５ｆとの間の屈曲部の曲げ外側（天板部１０１と反対側）へ折り曲げ、溶接面１０５ｇが形成される。
【００５１】
また、第２の鋼板１２０Ｂは、構造部材１００Ｂの天板部１０１の湾曲内側の縁部に沿って折り曲げられる。これにより、閉断面部１０５を構成する２つの面１０５ｈ、１０５ｉが形成される。このように、断面がＬ字形状とされた第２の鋼板１２０Ｂは、面１０５ｈの端部が溶接面１０５ｇに溶接され、面１０５ｉの端部が天板部１０１の上面１０１ｃに溶接される。すなわち、第２の鋼板１２０Ｂの両端が、第１の鋼板１１０Ｂに溶接されている。これにより、構造部材１００Ｂの閉断面部１０５が４つの面１０５ｅ、１０５ｆ、１０５ｈ、１０５ｉにより形成される。
【００５２】
（構成例Ｃ）
図４に示す構造部材１００Ｃは、２つの鋼板から形成される。具体的には、第１の部材としての第１の鋼板１１０Ｃにより天板部１０１、壁部１０３及び閉断面部１０５の一部が形成され、第２の部材としての第２の鋼板１２０Ｃにより閉断面部１０５の一部が形成される。壁部１０３は、図２の構成例Ａと同様、第１の鋼板１１０Ｃを折り曲げ、天板部１０１の湾曲外側の縁部となる一端側から、天板部１０１の下面１０１ｄ側へ延びるように形成される。一方、天板部１０１の湾曲内側の縁部となる他端側には、第１の鋼板１１０Ｃを折り曲げ、天板部１０１の下面１０１ｄ側へ延びる面１０５ｌが形成される。
【００５３】
また、第２の鋼板１２０Ｃは、構造部材１００Ｃの天板部１０１の湾曲内側の縁部に沿って折り曲げられる。これにより、閉断面部１０５を構成する２つの面１０５ｊ、１０５ｋが形成される。さらに、断面がＬ字形状とされた第２の鋼板１２０Ｃにおいて、面１０５ｊ、１０５ｋの端部が、それぞれ第２の鋼板１２０Ｃの曲げ外側方向へ屈曲されることにより、溶接面１０５ｎ、１０５ｐが形成される。溶接面１０５ｎは、天板部１０１の下面１０１ｄに溶接され、溶接面１０５ｐは、面１０５ｌに溶接される。すなわち、第２の鋼板１２０Ｃの両端が、第１の鋼板１１０Ｃに溶接されている。これにより、構造部材１００Ｃの閉断面部１０５が４つの面１０５ｊ、１０５ｋ、１０５ｌ、１０５ｍにより形成される。
【００５４】
構成例Ｂおよび構成例Ｃでは、第２の鋼板１２０Ｂ、１２０Ｃの両端が第１の鋼板１１０Ｂ、１１０Ｃに溶接されることにより、閉断面部１０５が形成される。このような比較的簡便な方法により、様々な構成の閉断面部１０５が形成される。従って、構造部１００において必要とされる強度、形状に応じて、様々な閉断面部１０５が提供される。さらに、第１の鋼板１１０Ｂ、１１０Ｃと第２の鋼板１２０Ｂ、１２０Ｃとは、面接触された状態で溶接されている。これにより、接合強度をより高めることができ、閉断面部１０５による湾曲内側の補強効果がより向上される。
【００５５】
（構成例Ｄ）
図５に示す構造部材１００Ｄも、２つの鋼板から形成される。具体的には、第１の鋼板１１０Ｄにより天板部１０１、壁部１０３が形成され、第２の鋼板１２０Ｄにより閉断面部１０５が形成される。すなわち、第１の鋼板１１０Ｄを、構造部材１００Ｄの天板部１０１の湾曲外側の縁部となる線に沿って折り曲げて、天板部１０１及び壁部１０３が形成される。また、閉断面部１０５は、例えば矩形断面を有する中空部材により形成してもよい。閉断面部１０５は、天板部１０１の湾曲内側の縁部付近において、外表面１０５ｑを天板部１０１の下面１０１ｄに溶接することで固定される。このようにして湾曲内側に閉断面部１０５を有する構造部材１００Ｄを形成することもできる。
【００５６】
構造部材１００の変形例として、例えば、構造部材１００の閉断面部１０５は、必ずしも図２〜図５に示したように中空でなくともよく、中実にしてもよい。例えば、図６に、図５に示した構造部材１００Ｄの変形例として、閉断面部１０５’を中実とした構造部材１００Ｄ’を示す。構造部材１００Ｄ’の閉断面部１０５’には、図５の閉断面部１０５の中空部分に樹脂充填剤１３０が充填されている。また、閉断面部１０５’は、重量は増加するが、中実の角柱部材等により形成してもよい。このように、閉断面部１０５を中実としても、前後曲げ強度を高めるための補強機能を達成することはできる。図２の構成例Ａ、図３の構成例Ｂ及び図４の構成例Ｃについても、同様に閉断面部１０５を中実としてもよい。
【００５７】
また、閉断面部１０５の断面形状は矩形に限定されない。例えば、閉断面部１０５の断面形状は、多角形、円形、楕円形等であってもよい。すなわち、閉断面部１０５により閉じられた空間が形成されれば、その形状は特に限定されない。これらの閉断面部１０５は、例えば、角筒または円筒等により実現され得る。
【００５８】
さらに、閉断面部１０５の断面形状は、図７に示すように、閉断面部１０５における構造部材幅方向（横方向）の最長長さをαとし、閉断面部１０５における構造部材幅方向と垂直な方向（縦方向）の最長長さをβとしたとき、α／βが、３／７≦α／β≦７／３の関係式を満たすようにしてもよい。図７は、図３と同様であり、構成例Ｃの垂直切断面（すなわち、図１のＡ−Ａ切断線にて切断したときの断面）を示す。閉断面部１０５における縦横比α／βがかかる関係を有することで、閉断面部１０５の断面形状が、縦長または横長の偏平形状となって平らな面と等価になってしまうことを抑制できる。これにより、閉断面部１０５が、構造部材１００において湾曲内側の補強効果を十分に発揮することができる。
【００５９】
さらに、閉断面部１０５の断面形状の縦横比α／βは、２／３以上３／２以下となるように設定されてもよい。これにより、閉断面部１０５が、構造部材１００において湾曲内側の補強効果をさらに発揮することができる。
【００６０】
閉断面部１０５の断面形状が、多角形形状の場合には、図８に示すように、当該多角形における構造部材１００の幅の方向（横方向）の最長長さをαとし、閉断面部１０５における幅の方向と垂直な方向（縦方向）の最長長さをβとすればよい。また、閉断面部１０５の断面形状が、円形、楕円形等の場合にも同様である。
【００６１】
また、図２〜図６に示した構造部材１００Ａ〜１００Ｄ’、及び、後述する図１６の溶接部Ｐｗは、溶接箇所を模式的に示したものである。実際の溶接は、例えばアーク溶接等より行われる。アーク溶接を行った場合、鋼板Ｓ１と鋼板Ｓ２との溶接部Ｐｗは、例えば図９に示すような形状となる。また、構成例Ａ〜Ｄ’の溶接部については、溶接以外の接合方法により接合された接合部であってもよい。
【００６２】
なお、本実施形態において、構造部材１００を構成する各部材の材質は特に限定されない。本実施形態に係る構造部材１００を構成する天板部１０１、壁部１０３および閉断面部１０５は、鋼、アルミニウム合金もしくはマグネシウム合金等の金属材料、またはガラス繊維もしくは炭素繊維等の樹脂材料により形成されてもよい。また、当該部材は、金属材料および樹脂材料の複合材料等により形成されてもよい。
【００６３】
＜２．構造部材の形状＞
本実施形態に係る自動車の構造部材１００は、図２〜図６に示したように、天板部１０１の中立線に対して直交する、湾曲外側と湾曲内側とを結ぶ直線に沿って切断したときの断面は、全体としては開断面であるが、湾曲内側に閉断面となる部分が存在する。かかる形状は、構造部材１００の形状と面外変形の発生との関係に基づき決定されたものである。以下、本実施形態に係る構造部材１００の構成について、詳細に説明する。
【００６４】
［２−１．面外変形との関係］
まず、図１０〜図１２に基づいて、湾曲形状を有する構造部材１００の形状と面外変形との関係について説明する。図１０は、本実施形態に係る湾曲形状を有する構造部材１００のアーム長Ｗ及び構造部材幅Ｗｐを示す説明図である。
【００６５】
構造部材１００の一例として図１０ではフロントロアアームを示している。フロントロアアームは、ホイールを回転自在に支持するナックルの下部を自動車車体に接続するためのサスペンション部品である。構造部材１００の湾曲する天板部１０１の一端側の点Ｐ１は、ホイールを懸架するボールジョイント設置位置を示している。また、天板部１０１の湾曲部分の点Ｐ２及び天板部１０１の他端側の点Ｐ３はボディ部品と接続されている位置である。構造部材１００は、点Ｐ２及び点Ｐ３に設けられた例えばブッシュジョイントを介してボディ部品に固定される。
【００６６】
例えば、構造部材１００の点Ｐ２の部位は車体取付部１０７である。車体取付部１０７は、構造部材１００の湾曲外側において、天板部１０１及び壁部１０３から自動車車体の前後方向に直交する方向に突出している。車体取付部１０７は、断面略Ｕ字形状を有している。車体取付部１０７は、天板部１０１から延設された天壁部１０７ａと、壁部１０３から延設された一対の縦壁部１０７ｂ、１０７ｃを有する。
【００６７】
かかる構造部材１００について、図１０に示すように、アーム長Ｗ及び構造部材幅Ｗｐを規定する。アーム長Ｗは、自動車車体の前後方向に直交する方向における構造部材１００の長さである。言い換えると、アーム長Ｗは、湾曲形状の構造部材１００に対して荷重が加えられる方向に直交する方向における構造部材１００の長さである。構造部材幅Ｗｐは、天板部１０１の中立線Ｌｃに対して直交する方向における、構造部材１００の湾曲内側から湾曲外側までの距離である。
【００６８】
このような構造部材１００において、本願発明者は検討の結果、構造部材１００の天板部１０１の面積が大きくなるほど天板部１０１の剛性が低下するとの知見を得た。言い換えると、構造部材１００の天板部１０１の面積が大きくなるほど面外変形が生じやすくなる。図１０に示すように、構造部材１００の点Ｐ１において自動車車体の前後方向に荷重Ｆがかかると、湾曲形状の構造部材１００には、湾曲外側では湾曲部において点Ｐ２から点Ｐ１及び点Ｐ３に向かう引張応力が生じる一方、湾曲内側では点Ｐ１及び点Ｐ３側から湾曲部に向かって圧縮応力が生じる。この湾曲内側の圧縮応力により面外変形は発生する。そして、天板部１０１の面積が大きくなるほど、湾曲内部に発生した圧縮応力の影響を受けて構造部材１００が面外変形しやすくなる。一般に、車体重量が大きい自動車の方が車体重量の小さい自動車に比べて構造部材１００の天板部１０１の面積が大きく、面外変形が生じやすい。
【００６９】
構造部材１００の面外変形の発生によって、前後曲げ強度不足が生じる。前後曲げ強度は、比例限強度により評価される。比例限強度は、永久歪みの発生有無を表し、タイヤとボディとの位置関係を保持するアライメント性能への影響を表す指標として用いられる。具体的には、比例限強度は、例えば図１１に示したように構造部材１００の点Ｐ１に荷重Ｆを加えたときの、荷重Ｆと当該荷重Ｆによる変位量（ストローク）との関係が線形を維持する限界点での強度をいう。
【００７０】
ここで、図１１に、ロアアームの重量と比例限強度との一関係例を表すグラフを示す。図１１では、簡単のため、図１２に示すような構造部材幅方向の断面が略Ｕ字形状の構造部材１０について、構造部材の重量と比例限強度との関係を示している。図１２に示す略Ｕ字形状断面の構造部材１０は、外形は本実施形態に係る構造部材１００と同様に図１に示すような湾曲形状を有しており、湾曲形状の天板部１０ａと、湾曲外側の外壁部１０ｂと、湾曲内側の内壁部１０ｃとからなる。かかる構造部材１０は、図２〜図６に示した構造部材幅方向の断面と比較すると、湾曲内側に閉断面部１０５を有していないが、全体として開断面であることは共通する。
【００７１】
図１１では、一例として、ロアアームについて、引張強度９８０ＭＰａの鋼板で、板厚を２．３ｍｍ、３．６ｍｍとした場合の比例限強度をそれぞれ調べた。その結果、図１１に示すように、板厚が小さくなり、ロアアームの重量（すなわち、部品重量）が小さいほど、比例限強度は小さくなった。
【００７２】
［２−２．断面非対称性を有する構造部材］
本願発明者は、天板部１０１の面積が大きくなるほど、湾曲内部に発生した圧縮応力の影響を受けて構造部材１００が面外変形しやすいという上記知見に基づき、面外変形を低減できる構造部材１００の構造を検討した。その結果、図２〜図６に示したような、構造部材幅方向の断面が開断面であり、かつ、湾曲内側に閉断面部１０５を設けた湾曲形状の構造部材１００を想到した。かかる構造部材１００の構造部材幅方向の断面は、非対称である。以下、本実施形態に係る構造部材１００の形状的特徴である構造部材１００の断面非対称性について説明する。
【００７３】
（１）形状比較
本実施形態に係る構造部材１００は、構造部材幅方向の断面が開断面であり、かつ、湾曲内側に閉断面部１０５を有する形状を有する。かかる構成は、面外変形が生じにくく、かつ、部品重量も低減できるという特徴がある。ここで、図１３に、構造部材幅方向の断面が閉断面である場合と開断面である場合とについて、面外変形の発生しやすさを模式的に示す。構造部材幅方向の断面が開断面である場合については、図１２に示した構造部材幅方向の断面が略Ｕ字形状の構造部材１０のような断面対称の構造部材と、本実施形態に係る構造部材１００である断面非対称の構造部材とについて示している。面外変形の発生しやすさについては、図１０に基づき説明したように、構造部材１０、１００の湾曲する天板部１０ａ、１０１の一端側の点（図１０では点Ｐ１）に荷重を加えたときの状態を考える。
【００７４】
まず、構造部材幅方向の断面が閉断面である場合には、荷重がかかっても断面形状は崩れにくいが、部品重量は増加する。一方、構造部材幅方向の断面が開断面である場合、閉断面の場合よりも部品重量を低下させることができるが、断面対称であると、荷重が加わった際に湾曲内側の内壁部が開き、断面形状が崩れやすい。このため、構造部材幅方向の断面を幅方向の長さ中央で対称な開断面とすると、面外変形が発生しやすくなる。
【００７５】
そこで、本実施形態に係る構造部材１００のように、構造部材幅方向の断面は開断面として軽量化を図るとともに、湾曲内側に生じる圧縮応力に耐え得るように湾曲内側に閉断面部１０５を設ける。構造部材の湾曲内側に閉断面部１０５を設けることで、構造部材幅方向の断面は幅方向の長さ中央で非対称な開断面となり、非対称的に発生する圧縮応力を効果的に抑制することが可能となる。
【００７６】
なお、本実施形態では、図１の構造部材１００のように、構造部材１００の湾曲内側の全領域に閉断面部１０５が形成された例を示したが、構造部材１００の湾曲内側に閉断面部１０５を形成する領域はかかる例に限定されない。例えば、閉断面部１０５は、構造部材１００の湾曲内側の一部の領域に形成されてもよい。図１４は、本実施形態に係る自動車の構造部材１００の形状の一変形例を示す概略斜視図である。図１４に示すように、本変形例に係る構造部材１００Ｅの閉断面部１０５Ｅは、構造部材１００Ｅの湾曲内側の一部の領域に形成されてもよい。構造部材１００Ｅは、湾曲形状の天板部１０１Ｅと、天板部１０１Ｅの湾曲外側に沿って設けられた壁部１０３Ｅと、天板部１０１Ｅの湾曲内側の一部に設けられた閉断面部１０５Ｅと、を有する。このように構造部材１００Ｅにおいて部分的に閉断面部１０５Ｅを形成することによっても、面外変形の発生を抑制することは可能である。特に、図１４に示すように、構造部材１００Ｅの湾曲内側のうち、湾曲方向中間部分の湾曲外側に向かって窪んだ部分は、面外変形の影響が他の部分より相対的に大きくなる部分である。そこで、かかる領域に閉断面部１０５Ｅを形成することで、面外変形の発生の抑制をより確実に抑制することができる。また、図３〜図５等に示したように他の部材を用いて閉断面部１０５Ｅを形成する場合、閉断面部１０５Ｅを形成するために必要な他の部材の使用量も少なくすることができるので、構造部材１００Ｅの重量増加を抑えることもできる。
【００７７】
（２）具体的構成
以下、図１５〜図１８に基づいて、本実施形態に係る構造部材の詳細について説明する。
【００７８】
（断面積による断面非対称性の規定）
まず、図１５及び図１６に基づいて、本実施形態に係る構造部材幅方向の断面の非対称性について説明する。構造部材幅方向の断面の非対称性は、当該断面の断面積に基づき規定される。図１５は、本実施形態に係る湾曲形状を有する構造部材２００の一例を示す概略平面図である。図１６は、図１５のＢ−Ｂ切断線における断面の模式図である。
【００７９】
図１５及び図１６に示すように、構造部材２００は、湾曲形状の天板部２０１と、天板部２０１の湾曲外側に沿って設けられた壁部２０３と、天板部２０１の湾曲内側に設けられた閉断面部２０５とからなる。構造部材２００は、図５に示した構造部材１００Ｄの構成を有する。すなわち、天板部２０１及び壁部２０３は、第１の鋼板２１０から構成され、閉断面部２０５は第２の鋼板２２０から構成されている。閉断面部２０５は、矩形断面を有しており、その外表面の一部が天板部２０１の下面２０１ｄと溶接により固定されている。本例では、第１の鋼板２１０と第２の鋼板２２０とは、同一の板厚ｔであるとする。
【００８０】
このような構造部材２００において、構造部材幅方向の断面の断面積は、鋼板の板厚ｔと総線長Ｌとの積により表される。総線長Ｌは、構造部材２００を構成する天板部２０１の線長Ｌ１、壁部２０３の線長Ｌ２及び閉断面部２０５の線長Ｌ３の合計となる。また、構造部材２００は、構造部材幅方向に沿った垂直切断面（Ｂ−Ｂ切断面）において、構造部材幅Ｗｐの中央より第１の縁部２０１ａ側（湾曲内側）の第１の領域Ｚ１と、構造部材幅Ｗｐの中央より第２の縁部２０１ｂ側（湾曲外側）の第２の領域Ｚ２とを有する。そして、構造部材幅方向の断面が非対称であるとは、第２の領域Ｚ２の断面積Ｓｏｕｔに対する第１の領域Ｚ１の断面積Ｓｉｎの比Ｓｉｎ／Ｓｏｕｔが、下記式（１）を満たすときであるとする。このとき、断面積Ｓｉｎと断面積Ｓｏｕｔとは、下記式（１−１）、式（１−２）により表される。なお、Ｌ１ｉｎは、天板部２０１の線長Ｌ１のうち、構造部材幅Ｗｐの中央より湾曲内側の線長を示し、Ｌ１ｏｕｔは、天板部２０１の線長Ｌ１のうち、構造部材幅Ｗｐの中央より湾曲外側の線長を示している。
【００８１】
１．１５≦Ｓｉｎ／Ｓｏｕｔ≦２．６５      ・・・（１）
Ｓｉｎ＝（Ｌ１ｉｎ＋Ｌ３）×ｔ        ・・・（１−１）
Ｓｏｕｔ＝（Ｌ１ｏｕｔ＋Ｌ２）×ｔ      ・・・（１−２）
【００８２】
図１６にて示したように、構造部材幅方向の断面が開断面であり、かつ、湾曲内側に閉断面部２０５を設けた湾曲形状の構造部材２００において、上記式（１）を満たす断面非対称性を持たせることで、中立線Ｌｃ（図１０参照）より湾曲外側と比較して、中立線Ｌｃより湾曲内側の方に多くの質量が配置される。これにより、構造部材２００の面外変形の発生を抑制し、前後曲げ強度が高めることができる。また、構造部材２００において、上記式（１）を満たす断面非対称性を持たせることで、湾曲外側と比較して、湾曲内側に質量が多く配置され過ぎないようにし、中立線Ｌｃが湾曲内側に移動して重量効率が低下することを抑制できる。
【００８３】
さらに、好ましくは、構造部材幅方向の断面が非対称であるとは、第２の領域Ｚ２の断面積Ｓｏｕｔに対する第１の領域Ｚ１の断面積Ｓｉｎの比Ｓｉｎ／Ｓｏｕｔが、下記式（１’）を満たすときである。
【００８４】
１．１５≦Ｓｉｎ／Ｓｏｕｔ≦２．３５      ・・・（１’）
【００８５】
図１６にて示したように、構造部材幅方向の断面が開断面であり、かつ、湾曲内側に閉断面部２０５を設けた湾曲形状の構造部材２００において、上記式（１’）を満たす断面非対称性を持たせることで、上記式（１）を満たす場合と同様の効果が得られるだけでなく、構造部材２００の質量がさらに低減される。この結果、構造部材２００がより軽量化される。
【００８６】
なお、断面積について、構造部材２００の閉断面部２０５に樹脂が充填されている場合や閉断面部２０５が中実部材からなる場合には、その部分も断面積に含めて上記式（１−１）は算出される。また、上記説明では、第１の鋼板２１０と第２の鋼板２２０とは同一の板厚ｔであるとしたが、第１の鋼板２１０と第２の鋼板２２０との板厚は異なってもよい。例えば、図１６の構造部材２００において、第１の鋼板２１０の板厚がｔ１、第２の鋼板２２０の板厚がｔ２であるとき、下記式（２−１）、式（２−２）より断面積Ｓｉｎ及び断面積Ｓｏｕｔを算出し、上記式（１）または（１’）に基づき断面積比Ｓｉｎ／Ｓｏｕｔを算出すればよい。
【００８７】
Ｓｉｎ＝（Ｌ１ｉｎ×ｔ１）＋（Ｌ３×ｔ２）      ・・・（２−１）
Ｓｏｕｔ＝（Ｌ１ｏｕｔ＋Ｌ２）×ｔ１            ・・・（２−２）
【００８８】
なお、図２の構成例Ａのように、閉断面部１０５が、天板部１０１を形成する鋼板と同じ鋼板によって形成される場合も、上記と同様に、断面積比Ｓｉｎ／Ｓｏｕｔを求めることができる。具体的には、総線長Ｌは、構造部材１００Ａを構成する天板部１０１の線長Ｌ１、壁部１０３の線長Ｌ２及び閉断面部１０５の線長Ｌ３の合計となる。さらに、Ｌ１ｉｎは、天板部１０１の線長Ｌ１のうち、構造部材幅の中央より湾曲内側の線長を示し、Ｌ１ｏｕｔは、天板部１０１の線長Ｌ１のうち、構造部材幅の中央より湾曲外側の線長を示している。このとき、上記式（１−１）、（１−２）を用いて、断面積Ｓｉｎと断面積Ｓｏｕｔとが表され、さらに断面積比Ｓｉｎ／Ｓｏｕｔは、上記式（１）または（１’）を満たすように構造部材１００Ａの構造部材幅方向の断面が非対称とされる。また、図３、図４の構成例Ｂ、Ｃのように、閉断面部１０５が、複数の部材から形成される場合も、上記と同様に、断面積比Ｓｉｎ／Ｓｏｕｔが上記式（１）または（１’）を満たすように、構造部材１００Ｂ、Ｃの構造部材幅方向の断面が非対称とされる。
【００８９】
また、上記構成例Ｂ、Ｃの説明では、第１の鋼板１１０Ｂ、Ｃと第２の鋼板１２０Ｂ、Ｃとは同一の板厚ｔであるとしたが、第１の鋼板１１０Ｂ、Ｃと第２の鋼板１２０Ｂ、Ｃとの板厚は異なってもよい。例えば、図３の構造部材１００Ｂにおいて、第１の鋼板１１０Ｂの板厚がｔ１、第２の鋼板１２０Ｂの板厚がｔ２であるとき、下記式（２−３）、式（２−４）より断面積Ｓｉｎ及び断面積Ｓｏｕｔを算出し、上記式（１）または（１’）に基づき断面積比Ｓｉｎ／Ｓｏｕｔを算出すればよい。なお、線長Ｌ３−１は、閉断面部１０５の線長Ｌ３の内、第１の鋼板１１０Ｂに沿った部分の線長であり、線長Ｌ３−２は、閉断面部１０５の線長Ｌ３の内、第２の鋼板１２０Ｂに沿った部分の線長である。
【００９０】
Ｓｉｎ＝（Ｌ１ｉｎ×ｔ１）＋（Ｌ３−１×ｔ１）＋（Ｌ３−２×ｔ２）    ・・・（２−３）
Ｓｏｕｔ＝（Ｌ１ｏｕｔ＋Ｌ２）×ｔ１            ・・・（２−４）
【００９１】
（面外変形抑制が効果的に発揮される構造部材）
本実施形態に係る構造部材２００は、面外変形が生じやすい形状である場合に、特に面外変形抑制の効果を発揮する。具体的には、構造部材２００を構成する鋼板の板厚、部品寸法、強度が、以下のような範囲にあるとき、構造部材幅方向の断面が開断面であり、かつ、湾曲内側に閉断面部２０５を設けた湾曲形状の構造部材形状とするとよい。
【００９２】
構造部材２００の板厚がｔ≦２．９ｍｍであるとき、本実施形態に係る構造部材形状とするのが望ましい。この理由は、図１１に示したように、板厚が薄く、面外変形が生じやすい場合には、比例限強度の値が小さくなってしまうためである。
【００９３】
図１７に、構造部材２００の板厚と、比例限強度の性能向上比との関係を示す。同一板厚において、構造部材２００の形状を図３に示す構造例Ｂとした場合の比例限強度をＰ１とし、構造部材２００の形状を図１２に示す略Ｕ字形状断面とした場合の比例限強度をＰ２とするとき、比例限強度の性能向上比は、（Ｐ１−Ｐ２）／Ｐ２で求められる。比例限強度の性能向上比の値が大きいほど、本実施形態に係る構造部材形状を適用した場合の比例限強度の上昇効果が高い。
【００９４】
図１７に示すように、板厚が厚くなるほど比例限の性能向上比は小さく、構造部材２００の断面形状を構造例Ｂの断面形状としても比例限はそれほど向上していないことが分かる。具体的には、板厚が３．６ｍｍのとき、比例限強度の性能向上比は０．６３であった。一方で、板厚が薄くなるほど比例限の性能向上比は大きく、構造部材２００の断面形状を構造例Ｂの断面形状にすることで比例限が向上する。特に、薄肉材である板厚が２．９ｍｍ以下となる場合に、比例限の性能向上比が大きくなっている。具体的には、板厚が２．９ｍｍのとき、比例限強度の性能向上比は０．９６であった。また、板厚が２．３ｍｍのとき、比例限強度の性能向上比は１．５８であった。したがって、構造部材２００の板厚ｔが２．９ｍｍ以下であるとき、本実施形態に係る構造部材形状とするのが望ましい。
【００９５】
さらに、構造部材２００に要求される比例限強度を確保するためには板厚を厚くする必要があるが、板厚を厚くすると部品重量も増加する。板厚ｔを２．９ｍｍ以下とできれば２０％以上の部品重量を低減することができることから、構造部材２００の板厚ｔが２．９ｍｍ以下の場合に本実施形態に係る構造部材形状とするのが望ましい。なお、ここでの構造部材２００の板厚は、構造部材２００を構成する各部材の板厚のうち最大のものを考えればよい。
【００９６】
構造部材２００は、天板部２０１の面積が大きいほど面外変形が大きくなる。天板部２０１の面積は、構造部材２００のアーム長Ｗ及び構造部材幅Ｗｐによって算出可能である。すなわち、アーム長Ｗが大きいほど、また、構造部材幅Ｗｐが大きいほど、本実施形態に係る構造部材形状とすることで、構造部材２００における面外変形の発生を効果的に抑制できる。
【００９７】
ここで、図１８に、２つの異なる部品寸法を有する構造部材Ａ、Ｂについての、引張強度と単位部品重量当たりの比例限強度との一関係を示す。構造部材Ａは、アーム長Ｗ３２０ｍｍ、構造部材幅Ｗｐ６０ｍｍの形状を有し、構造部材Ｂは、アーム長Ｗ３５０ｍｍ、構造部材幅Ｗｐ７０ｍｍの形状を有する。板厚は、構造部材Ａ、Ｂともに３．６ｍｍである。すなわち、天板部２０１の面積は、構造部材Ａより構造部材Ｂの方が大きく、面外変形が生じやすくなっている。
【００９８】
図１８をみると、構造部材Ａについては、引張強度の増加に伴い単位部品重量当たりの比例限強度も増加している。一方、構造部材Ａに比べて天板部２０１の面積の大きい構造部材Ｂについては、引張強度が増加してもある単位部品重量当たりの比例限強度の値は超えず、一定の値を示している。すなわち、天板部２０１の面積が大きく面外変形の大きい構造部材では、鋼板の強度を高めても比例限強度は増加しないといえる。したがって、構造部材Ｂのように面外変形が生じやすい構造部材に関しては、本実施形態に係る構造部材形状とすることで構造部材における面外変形の発生を効果的に抑制できる。例えば、アーム長Ｗについては、Ｗ≧３５０ｍｍ、特にＷ≧３７０ｍｍであるとき、本実施形態に係る構造部材形状とするのが望ましい。また、構造部材幅Ｗｐについては、Ｗｐ≧７０ｍｍ、特にＷｐ≧７５ｍｍであるとき、本実施形態に係る構造部材形状とするのが望ましい。
【００９９】
また、構造部材２００は、当該構造部材２００を形成する鋼板が高強度材料であるほど、弾性域が長く、面外変形しやすい。図１８より、構造部材Ａ、Ｂともに引張強度が大きくなるにつれて単位部品重量当たりの比例限強度が大きくなることがわかる。したがって、構造部材２００を形成する鋼板が高強度材料である場合には、本実施形態に係る構造部材形状とすることで、構造部材２００における面外変形の発生を効果的に抑制できる。例えば、図１８より、引張強度Ｔｓは、面外変形が生じやすい構造部材Ｂについて、鋼板の強度を高めても比例限強度が増加しなくなるとき、すなわち、Ｔｓ≧７８０ＭＰａのとき、本実施形態に係る構造部材形状とするのが望ましい。
【実施例】
【０１００】
本発明に係る構造部材１００について、比例限強度２５ｋＮの性能を確保するために必要な構造部材の質量（部品質量）を調べた。本発明の構造部材１００については、図５に示した構成例Ｄの構造部材１００Ｄを実施例１、２、５〜７、図２に示した構成例Ａの構造部材１００Ａを実施例３、図３に示した構成例Ｂの構造部材１００Ｂを実施例４として、比例限強度２５ｋＮの性能を確保するために必要な構造部材１００の質量（部品質量）を算出した。また、比較例１として、図１３に示した湾曲外側及び湾曲内側に壁部を有する閉断面形状の構成について、自動車に必要とされる値の一例として比例限強度２５ｋＮの性能を確保するために必要な構造部材の質量（部品質量）を算出した。その結果を下記表１に示す。表１には、上記式（１）、式（１−１）及び式（１−２）または上記式（１）、式（２−１）及び式（２−２）に基づき算出した断面積Ｓｏｕｔと断面積Ｓｉｎとの断面積比Ｓｉｎ／Ｓｏｕｔも示している。【０１０１】
【表１】
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【０１０２】
表１より、実施例１〜７の構造部材の形状とすることで、比例限強度２５ｋＮの性能を確保するために必要な構造部材１００の質量（部品質量）が、比較例１に対して２０〜３０％程度低減された。また、実施例１〜６に示すように、断面積比が２．６５以下となる場合、部品質量が２．０ｋｇより小さくなり、軽量化効果が得られた。さらに、実施例１〜５に示すように、断面積比が２．３５以下となる場合、部品質量が１．９ｋｇよりも小さくなり、より高い軽量化効果が得られた。これより、本発明の構造部材１００の構成とすることで、構造部材１００の重量効率を確保しつつ、要求される比例限強度を達成できることが示された。【０１０３】
また、本実施形態に係る構造部材１００について、閉断面部１０５の縦横比α／βと面外変形量の関係を調査した。具体的には、構造部材１００の図１０における点Ｐ１に対して荷重を与えて、自動車車体の前後方向に１０ｍｍ変形させた場合の面外変形量を調べた。表２に、構造部材１００閉断面部１０５における構造部材幅方向（横方向）の最長長さをαとし、閉断面部１０５における構造部材幅方向と垂直な方向（縦方向）の最長長さをβとしたときの縦横比α／βの値と、面外変形量との関係をまとめた。【０１０４】
【表２】
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【０１０５】
表２より、実施例８〜１２の閉断面部１０５の縦横比α／βとすることで、面外変形量が、所定の基準範囲内である７．０ｍｍ以下となり、閉断面部１０５による補強効果が十分に発揮されることが示された。一方、比較例２、３の縦横比α／βでは、閉断面部１０５が、縦長または横長の扁平形状となった結果、面外変形量が、所定の基準範囲を超え、閉断面部１０５による補強効果が十分得られないことが示された。これより、本発明の構造部材１００の閉断面部１０５を所定の縦横比に設定することで、十分な補強効果が発揮されることが示された。【０１０６】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【０１０７】
１００、１００Ａ〜１００Ｄ’、２００  構造部材
１０１、２０１                        天板部
１０１ａ、２０１ａ                    第１の縁部
１０１ｂ、２０１ｂ                    第２の縁部
１０１ｃ                              上面
１０１ｄ                              下面
１０３、２０３                        壁部
１０５、１０５’、２０５                閉断面部
１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄ、２１０  第１の鋼板
１２０Ｂ、１２０Ｃ、１２０Ｄ、２２０  第２の鋼板
１３０                                樹脂充填剤
Ｚ１                                  第１の領域
Ｚ２                                  第２の領域
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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