(57)【要約】【課題】曲げ変形に対する最大反力および吸収エネルギー量を高めたハット形断面を有した柱状部材を提供すること。【解決手段】所定の軸線に沿って延設された上壁１２と、該上壁１２の両側縁１２ａ、１２ｂに沿って延設された側壁１４、１６と、該側壁１４、１６において上壁１２とは反対側の縁部１４ａ、１６ａに沿って延設されたフランジ部１８、２０とを有して、軸線Ｏに垂直な断面が略ハット形を呈する柱状部材１０が、側壁１４、１６に設けられた少なくとも一対のビード部を備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の主軸線に沿って延設された上壁と、該上壁の両側縁に沿って延設された側壁と、該側壁において上壁とは反対側の縁部に沿って延設されたフランジ部とを有して、前記軸線に垂直な断面が略ハット形を呈する柱状部材において、
前記上壁および前記主軸線に対して垂直な平面と前記側壁表面との交線により規定される軸線を挟んで線対称に配置された少なくとも一対のビード部が前記側壁に形成されていることを特徴とする柱状部材。
【請求項２】
前記ビード部は、前記軸線に対して前記側壁の表面内で所定の角度を以って傾斜した中心軸線に沿って延設されている請求項１に記載の柱状部材。
【請求項３】
前記軸線と前記中心軸線とが形成する角度が２０°〜７５°である請求項２に記載の柱状部材。
【請求項４】
前記ビード部は、前記側壁の内側に突出している請求項１〜３の何れか１項に記載の柱状部材。
【請求項５】
前記ビード部は、前記側壁の外側に突出している請求項１〜３の何れか１項に記載の柱状部材。
【請求項６】
前記側壁は、複数対の前記ビード部を含んでいる請求項１〜５の何れか１項に記載の柱状部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車のボディー等に用いられる薄肉柱状部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車は、車両の軽量化と高剛性化のために、薄板を断面が所謂ハット形になるように塑性変形させて形成された柱状部材を互いに溶接して車体を形成している。また、自動車の衝突事故に際して客室の生存空間を確保するため、こうした柱状部材は、曲げ変形時の最大反力と吸収エネルギーを高めることが求められている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、対向する一対の側面（壁面部）に複数の凸部を設け、曲げ変形初期の屈曲部における断面外向きの面外変形を抑制して、曲げ抗力特性をより向上させた車両用フレーム構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１６４０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
然しながら、特許文献１に記載の車両用フレーム構造では、凸部を側壁に一様に形成しなければならず、柱状部材に適用するためには、加工が非常に困難である。
【０００６】
本発明は、こうした従来技術の問題を解決することを目的としており、簡単な構成で曲げ変形に対する最大反力および吸収エネルギー量を高めたハット形断面を有した柱状部材を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的を達成するために、本発明によれば、所定の主軸線に沿って延設された上壁と、該上壁の両側縁に沿って延設された側壁と、該側壁において上壁とは反対側の縁部に沿って延設されたフランジ部とを有して、前記軸線に垂直な断面が略ハット形を呈する柱状部材において、
前記上壁および前記主軸線に対して垂直な平面と前記側壁表面との交線により規定される軸線を挟んで線対称に配置された少なくとも一対のビード部が前記側壁に形成されていることを特徴とする柱状部材が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ハット形断面を有した柱状部材の側壁に少なくとも一対のビード部を柱状部材の上壁および柱状部材の長手方向に延びる主軸線に対して垂直な平面と柱状部材の側壁表面との交線により規定される軸線を挟んで線対称に配置することによって、前記軸線方向の外力による曲げ変形に対する最大反力と吸収エネルギーとを高めることが可能となる。
【０００９】
また、特許文献１の発明では、部材側壁の断面外向きの変形を抑制することによってのみ、抵抗力および吸収エネルギーを高めているが、本発明では、ビード部を設けることによって、衝突による変形に対して側壁の断面外向きの変形が抑制され、これによって抵抗力と吸収するエネルギー量が高まるだけではなく、ビード部が潰れずに残り、残ったビード部の端部に位置する部分が互いに接触することによって、そこが支点となって変形に抵抗し抵抗力および吸収エネルギー量が高まる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図２の矢視線I-Iの方向に見た本発明の好ましい実施の形態によるハット形断面を有した柱状部材の端面図である。
【図２】図１の矢視II-IIの方向に見たハット形断面を有した柱状部材の側面図である。
【図３】シミュレーションで用いた柱状部材の概略寸法を説明するための略図である。
【図４】シミュレーションを行った衝突系を説明するための略図である。
【図５】一対のビード部を有した本発明の柱状部材のシミュレーション結果を示す図である。
【図６】ビード部を備えていない比較例の柱状部材のシミュレーション結果を示す図である。
【図７】本発明の柱状部材と比較例の柱状部材とにつきストライカーの変位に対する反力の変化を示すグラフである。
【図８】本発明の柱状部材と比較例の柱状部材とにつきストライカーの変位に対するエネルギー吸収量の変化を示すグラフである。
【図９】ビード部の先端点の位置を変更した複数の本発明の柱状部材について、最大反力の変化を比較した棒グラフである。
【図１０】ビード部の先端点の位置を変更した複数の本発明の柱状部材について、吸収エネルギーの変化を比較した棒グラフである。
【図１１】ビード部の先端点の位置を変更した複数の本発明の柱状部材について、ストライカーの変位に対する反力の変化を示す図７と同様のグラフである。
【図１２】ビード部の先端点の位置を変更した複数の本発明の柱状部材について、ストライカーの変位に対するエネルギー吸収量の変化を示す図８と同様のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図１、２を参照して、本発明の好ましい実施の形態を説明する。
柱状部材１０は、図１の紙面に垂直な直線状の主軸線Ｏmに沿って延びる平板状の上壁１２と、該上壁１２の両側縁部１２ａ、ｂに沿って延設された側壁１４、１６と、各側壁１４、１６の反対側の縁部１４ａ、１６ａに沿って延設されたフランジ部１８、２０とを具備して、該柱状部材１０の主軸線Ｏmの方向である長手方向に対して垂直な平面で切断した断面（横断面）が概ねハット形となっている。
【００１２】
柱状部材１０の側壁１４、１６には、ビード部２２、２４が設けられている。図１、２に示す実施形態では、ビード部２２、２４は、上壁１２および主軸線Ｏmに対して垂直な平面と前記側壁との交線である軸線Ｏを中心として互いに線対称に配置されており、かつ、上壁１２へ向けて互いに接近するように、つまり、外力Ｆとは反対の方向に収斂するように、軸線Ｏに対して角度αを以って傾斜して延びる中心軸線Ｏcに沿って延設されている。また、図１、２に示す実施形態では、ビード部２２、２４は、側壁１４、１６から内側に突出するように形成されている。然しながら、ビード部２２、２４は、図１において二点差線で示すように、側壁１４、１６から外側に突出するように形成してもよい。
【００１３】
本発明を適用したハット形断面を有した柱状部材１０の上壁１２に軸線Ｏ沿いに外力Ｆが作用したときの柱状部材１０の変形挙動のシミュレーション（数値解析）し、これをビードを備えていない比較例と比較した。比較例は、ビードを備えていない点を除いて、本発明の柱状部材１０と同一の形状を有している。
【００１４】
シミュレーションで用いた柱状部材１０の概略寸法を図３に示す。図３において、柱状部材１０は長さ１０００ｍｍ、上壁１２の幅６０ｍｍ、最大幅（フランジ１８、２０の外縁間の距離）１２０ｍｍ、フランジ部１８、２０の各々の幅２０ｍｍ、側壁１４、１６の高さ６０ｍｍとなっている。側壁１４、１６には、図２に示すようなビード２２、２４が形成されている。ビード２２、２４は、軸線Ｏに対して４５°傾斜しており、幅４ｍｍ、長さ約５６．６ｍｍ、高さ約２ｍｍである。
【００１５】
上述の柱状部材１０および比較例の柱状部材を、図４に示すように、支点としての一対の円柱３０、３２間に架け渡し、質量２００Kgの円柱状剛体４０をストライカーとして、矢印で示すように上壁１２に衝突させたときの柱状部材１０の変形挙動をシミュレーションした。なお、支点としての円柱３０、３２は、直径５０ｍｍで、柱状部材１０のフランジ部１８、２０との接点Ｐt1、Ｐt2間の距離（スパン）７００ｍｍを置いて互いに離間させて固定されている、つまりストライカー衝突時に移動しない条件でシミュレーションを行った。上壁１２へのストライカーの衝突速度は１０ｍ／ｓである。
【００１６】
シミュレーション結果を図５、６に示す。図５は、本発明による柱状部材１０の変形挙動を示し、図６は、比較例の柱状部材の変形挙動を示している。ストライカー４０が衝突すると、柱状部材は、本発明の場合でも比較例の場合でも、柱状部材は、軸線Ｏに沿って上壁１２が凹むように曲げ変形を受け、側壁１４、１６は外側に膨出しながら略Ｖ字形に変形し、その結果、柱状部材は矢印Ａの方向に凹むように軸線Ｏを中心として全体的に折れ曲がるように変形する。その際、本発明による柱状部材１０では、ストライカー４０の衝突後に側壁１２が略Ｖ字形に変形する過程で、ビード部２２、２４は、中心軸線Ｏcに垂直な方向に潰れるように変形する。そして、略Ｖ字形に変形した側壁において、潰れたビード部２２、２４の中心軸線Ｏcに近い側の端部に位置する点Ｐが互いに接触し、ここが支点となって、側壁が変形しにくくなると共に、ストライカーの移動（変位）を阻止する。つまり、本発明では、(1)ビード部２２、２４を設けることによって、ストライカー４０の衝突による変形に対して、側壁の断面外向きの変形が抑制され、これによって抵抗力が向上すると共に、吸収するエネルギー量が高まり、(2)それに加えて、潰れずに残ったビード部２２、２４の中心軸線Ｏcに近い側の端部に位置する点Ｐが互いに接触することによって抵抗力および吸収エネルギー量が高まるのである。これに対して比較例では、側壁の変形が進行して、本発明による柱状部材と比較して大きく屈曲する。
【００１７】
図７は、ストライカー４０の軸線Ｏ方向の変位に対する反力の変化を示している。
比較例による柱状部材では、ストライカー４０の変位に対して反力が漸減し、最終段階で柱状部材の略Ｖ字形に変形した側壁が、潰れずに残ったビード部２２、２４の端部に位置する点Ｐで互いに接触するために反力が増加するのに対し、本発明による柱状部材では、側壁が点Ｐで当接した時点で反力が早期に増加し、ストライカー４０の変位も比較例よりも小さくなっている。
【００１８】
図８は、ストライカー４０の軸線Ｏ方向の変位に対する柱状部材１０のエネルギー吸収量を示している。図８から、本発明による柱状部材１０は、比較例による柱状部材よりも小さな変位で同等のエネルギーを吸収していることが理解されよう。
【００１９】
更に、側壁１４、１６に設けたビード２２、２４の軸線Ｏに対する傾斜角度αを変更して、最大反力および吸収エネルギーの変化を比較した。比較結果を表１に示す。
【表１】
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【００２０】
表１からは、ビード２２、２４を側壁１４、１６に設けたことの効果は傾斜角度αの広い範囲で認められるが、α＝２０°〜７５°の範囲で効果が高く、特にα＝４５°のときに最大反力も吸収エネルギーも最大となり、最も高い効果が得られることが理解れよう。
【００２１】
更に、ビード２２、２４の先端点Pfの位置を変更して、最大反力および吸収エネルギーの変化を比較した。比較結果を表２および図９、１０に示す。なお、表２において、Dxは上壁１２に平行な方向への軸線Ｏから先端点Ｐまでの距離であり、Dyは上壁１２に垂直な方向への上壁１２から先端点Ｐまでの距離である。
【表２】
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【００２２】
表２および図９、１０からは、最大反力、吸収エネルギー共に、上壁１２からの距離Dyよりも、軸線Ｏからの距離Dxの変化に対して感受性が高く、Dx＝５mm、Dy＝５mmの場合に両者共に最大となることが理解されよう。
【００２３】
なお、ビード部２２、２４は、柱状部材１０の両側壁１４、１６に形成されているように説明したが、本発明はこれに限定されず、側壁１４、１６の何れか一方にビード部２２、２４を形成しても、最大反力および吸収エネルギーを高めることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明は、自動車の車体に適用可能である。
【符号の説明】
【００２５】
１０    柱状部材
１２    上壁
１４    側壁
１６    側壁
１８    フランジ部
２０    フランジ部
２２    ビード部
２４    ビード部
３０    円柱部材
３２    円柱部材
４０    ストライカー
【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５】
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【図６】
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