(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
四角形の断面を有し、前記四角形の外周から外側へ突出するフランジを有しない管状の構造部材であって、
前記断面の四角形の辺のうち一辺に相当する頂面部と、
前記頂面部の両端から連続して延び、互いに対向する一対の側壁と、
前記頂面部に対向する底部であって、前記一対の側壁の前記頂面部と連続する一方端部とは反対側の他方端部の間に、前記他方端部と連続して形成される底部と、を備え、
前記一対の側壁の各々は、板厚が均一であり、前記頂面部に垂直な方向における前記側壁の中央を含む高強度領域と、前記側壁の中央の降伏強度の６０〜８５％の降伏強度の低強度領域とを含み、前記低強度領域は、前記頂面部に垂直な方向において、前記側壁の前記頂面部と連続する前記一方端部から前記他方端部へ向かって前記側壁の高さの２０〜３５％の距離の位置に至るまで、かつ、前記側壁の長手方向において、前記側壁の高さ以上の距離に渡って形成され、前記高強度領域は、前記低強度領域より降伏強度が高く、前記他方端から前記低強度領域と前記高強度領域の境界に至るまでの領域に、前記側壁の長手方向において、前記側壁の高さ以上の距離に渡って設けられる、構造部材。
【請求項２】
四角形の断面を有し、前記四角形の外周から外側へ突出するフランジを有しない管状の構造部材であって、
前記断面の四角形の辺のうち一辺に相当する頂面部と、
前記頂面部の両端部にある２つの第１の稜線と、
前記頂面部に対向する底部と、
前記底部の両端部にある２つの第２の稜線と、
前記２つの第１の稜線と前記２つの第２の稜線の間に、それぞれ位置する、前記頂面部及び底部と連続する２つの側壁とを備え、
前記２つの側壁の各々は、板厚が均一であり、
連続する前記頂面部と前記側壁の間の前記第１の稜線から前記第２の稜線に向かって、前記頂面部に垂直な方向における前記第１の稜線と前記第２の稜線の距離の２０〜３５％まで、かつ前記第１の稜線の延在方向に、前記頂面部に垂直な方向における前記第１稜線と前記第２の稜線との距離以上の長さの領域に設けられ、前記頂面部に垂直な方向における前記側壁の中央の降伏強度の６０〜８５％の降伏強度を有する、低強度領域と、前記低強度領域より降伏強度の高い高強度領域であって、前記第２の稜線から前記低強度領域と前記高強度領域の境界に至るまでの領域であって、前記第１の稜線の延在方向に、前記頂面部に垂直な方向における前記第１稜線と前記第２の稜線との距離以上の長さの領域に設けられる高強度領域とを備える、構造部材。
【請求項３】
四角形の断面を有する管状の構造部材であって、
前記断面の四角形の辺のうち一辺に相当する頂面部と、
前記頂面部の両端から延び、互いに対向する一対の側壁と、
前記頂面部に対向する底部であって、前記一対の側壁の前記頂面部側の一方端部とは反対側の他方端部の間に形成される底部と、を備え、
前記一対の側壁の各々は、板厚が均一であり、前記頂面部に垂直な方向における前記側壁の中央を含む高強度領域と、前記側壁の中央の降伏強度の６０〜８５％の降伏強度の低強度領域とを含み、前記低強度領域は、前記頂面部に垂直な方向において、前記側壁の前記一方端部から前記他方端部へ向かって前記側壁の高さの２０〜３５％の距離の位置に至るまで、かつ、前記側壁の長手方向において、前記側壁の高さ以上の距離に渡って形成され、
前記低強度領域は、前記側壁の長手方向において、前記側壁の高さの４倍以下の長さの領域に設けられる、構造部材。
【請求項４】
前記一対の側壁のうち一方の側壁の降伏強度分布と、他方の側壁の降伏強度分布とは、互いに鏡像関係にある、請求項１〜３のいずれか１項に記載の構造部材。
【請求項５】
前記頂面部に垂直な方向における前記側壁の中央の位置における引張強度は、９８０ＭＰａ以上である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の構造部材。
【請求項６】
前記構造部材は、長手方向において前記頂面部側へ凸となるように湾曲している、請求項１〜５のいずれか１項に記載の構造部材。
【請求項７】
前記低強度領域は、前記側壁の長手方向中央に配置される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の構造部材。
【請求項８】
前記頂面部又は前記底部は、前記側壁の長手方向において互いに離れた位置において他の部材と連結される少なくとも２つの連結部を含み、
前記低強度領域は、前記側壁の長手方向において前記少なくとも２つの連結部の間の中央に配置される、請求項１〜７のいずれか１項に記載の構造部材。
【請求項９】
板厚が均一な前記側壁において、前記低強度領域以外の領域は、前記低強度領域より降伏強度が高い、請求項１〜８のいずれか１項に記載の構造部材。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の構造部材を備える車両であって、
前記構造部材は、前記頂面部が前記車両の外側に、前記底部が前記車両の内側になるよう配置される、車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐衝撃性を有する構造部材及びそれを用いた車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の補強用部材として用いられる構造部材は、高強度及び軽量化が求められる。例えば、国際公開２００５／０５８６２４号（特許文献１）には、耐衝撃用として、自動車の車体に両端支持の構造で装着される金属管が開示されている。この金属管は、全長又は部分的に曲がり部を有する。曲がり部の外周側が車体に加わる衝撃方向に略合致するよう配置される。この金属管は、真直管を用いた補強部材に比べ、車体補強用として優れた耐衝撃性を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開２００５／０５８６２４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
構造部材の軽量化のために薄肉化を行う場合、通常は、あわせて高強度化も行う。構造部材は、降伏強度を超える衝撃を受けると折れ曲がり、折れ曲がり部が突出する。構造部材を薄肉化すると、衝撃で折れたときの突出度合いが大きくなりやすい。これに対して、例えば、車両に構造部材を用いる場合は、衝突による衝撃で変形した構造部材が折れ曲がって突出する度合いは、より小さいことが好ましい。なぜなら、折れ曲がり部が大きく突出するということは、局所的にエネルギー吸収が発生していることであり、部材全体としてのエネルギー吸収能が小さいことを意味するからである。衝撃エネルギーを構造部材がより効率よく吸収することで、車両内の乗員に加わる衝撃エネルギーをより抑えることができる。
【０００５】
そこで、本願は、衝撃エネルギーを効率よく吸収することができる構造部材及びそれを用いた車両を開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態における構造部材は、四角形の断面を有する管状の構造部材である。前記構造部材は、前記断面の四角形の辺のうち一辺に相当する頂面部と、前記頂面部の両端から延び、互いに対向する一対の側壁と、前記頂面部に対向する底部であって、前記一対の側壁の前記頂面部側の一方端部とは反対側の他方端部の間に形成される底部と、を備える。前記一対の側壁の各々は、前記側壁の一方端部から所定距離の位置に至るまでの領域に、低強度領域を有する。前記所定距離は、前記側壁の高さの２０〜４０％である。前記低強度領域の降伏強度は、前記側壁の高さの２分の１の位置における降伏強度の６０〜８５％である。
【発明の効果】
【０００７】
本願開示によれば、衝撃を受けたとき、効率良く衝撃エネルギーを吸収することができる構造部材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の実施形態の構造部材の断面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａに示す構造部材の平面図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、図１Ａに示す構造部材の側面図である。
【図２】図２は、衝突試験の様子を模式的に示す図である。
【図３】図３は、一様な強度分布を持つ構造部材に衝撃を加えたときの変形を示す図である。
【図４】図４は、低強度領域を有する構造部材に衝撃を加えたときの変形を示す図である。
【図５】図５は、一様な強度分布を持つ構造部材の変形挙動を説明するための図である。
【図６】図６は、低強度領域を有する構造部材の変形挙動を説明するための図である。
【図７Ａ】図７Ａは、構造部材が、衝撃荷重を受けて変形する様子を示す図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、構造部材が、衝撃荷重を受けて変形する様子を示す図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、低強度領域を有する構造部材の変形挙動を説明するための図である。
【図８Ａ】図８Ａは、肩部にＲを形成した場合の、Ｈ及びＳｈの例を示す図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、側壁の両端部に、凹部（溝）を形成した場合の、Ｈ及びＳｈの例を示す図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、頂面部が傾いている場合の側壁の高さ方向を説明するための図である。
【図９Ａ】長手方向において湾曲した構造部材の例を示す側面図である。
【図９Ｂ】長手方向において湾曲した構造部材の例を示す側面図である。
【図９Ｃ】長手方向において湾曲した構造部材の例を示す側面図である。
【図９Ｄ】長手方向において湾曲した構造部材の例を示す側面図である。
【図１０】図１０は、車両に配置される構造部材の一例を示す図である。
【図１１】図１１は、本実施形態における構造部材によって構成されたＢピラーを示す図である。
【図１２】図１２は、スペースフレーム構造の車体を有する車両の一例を示す図である。
【図１３】図１３は、シミュレーションにおける解析モデルの構成を模式的に示す図である。
【図１４】図１４は、シミュレーションに用いた構造部材の各寸法を示すである。
【図１５】図１５は、低強度領域と他の領域の強度比を変えて衝撃を与えた場合の、曲げ変形による変形量を示すグラフである。
【図１６Ａ】図１６Ａは、解析に用いた構造部材の断面形状を示す図である。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、解析に用いた構造部材の側面形状を示す図である。
【図１７】図１７は、解析結果を示すグラフである。
【図１８】図１８は、変形挙動の解析結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の実施形態における第１の構成の構造部材は、四角形の断面を有する管状の構造部材である。前記構造部材は、前記断面の四角形の辺のうち一辺に相当する頂面部と、前記頂面部の両端から延び、互いに対向する一対の側壁と、前記頂面部に対向する底部であって、前記一対の側壁の前記頂面部側の一方端部とは反対側の他方端部の間に形成される底部と、を備える。前記一対の側壁の各々は、前記頂面部に垂直な方向における前記側壁の中央を含む高強度領域と、前記側壁の中央の降伏強度の６０〜８５％の降伏強度の低強度領域とを含み、前記低強度領域は、前記頂面部に垂直な方向において、前記側壁の前記一方端部から前記他方端部へ向かって前記側壁の高さの２０〜４０％の距離の位置に至るまで、かつ、前記側壁の長手方向において、前記側壁の高さ以上の距離に渡って形成される。
【００１０】
すなわち、前記一対の側壁の各々における前記低強度領域は、前記側壁の一方端部から所定距離（前記側壁の高さの２０〜４０％の距離）の位置に至るまでの領域に形成される。すなわち、前記低強度領域は、前記側壁の一方端部から、前記強強度領域と前記低強度領域との境界にわたって形成される。前記側壁の一方端部から、前記境界のうち前記側壁の高さ方向の境界との距離は、側壁の高さの２０〜４０％である。
【００１１】
また、前記一対の側壁各々における前記低強度領域の前記各側壁の長手方向における幅は、各側壁の高さ方向の幅（すなわち側壁の高さ）以上である。
【００１２】
なお、第１の構成において、前記各側壁の高さ方向は、前記頂面部に垂直な方向である。また、前記側壁の高さは、前記頂面部に垂直な方向における前記側壁の一方端部から他方端部までの距離である。なお、後述の第２及び第４の構成においても、側壁の高さ方向は、前記頂面部に垂直な方向である。
【００１３】
各側壁の長手方向は、構造部材の長手方向であり、頂面部の長手方向でもある。構造部材は、長手方向（長軸）を持つ細長い部材である。各側壁の長手方向は、各側壁と頂面部との間に形成される稜線（第１の稜線）の延在方向と同じとする。側壁の長手方向は、側壁の高さ方向と概ね垂直になる。
【００１４】
前記一対の側壁各々における前記低強度領域の降伏強度は、前記頂面部に垂直な方向における側壁の中央の降伏強度の６０〜８５％である。ここで、頂面部に垂直な方向における側壁の中央は、前記側壁の高さの２分の１の位置である。
【００１５】
前記高強度領域は、前記側壁の高さ方向において、前記低強度領域と前記高強度領域との境界から前記側壁の他方端部（前記底部側の端部）にわたって設けられる。
【００１６】
上記第１の構成は、下記の第２の構成に言い換えることができる。第２の構成における構造部材は、四角形の断面を有する管状の構造部材である。前記構造部材は、前記断面の四角形の辺のうち一辺に相当する頂面部と、前記頂面部の両端部にある２つの第１の稜線と、前記頂面部に対向する底部と、前記底部の両端部にある２つの第２の稜線と、前記２つの第１の稜線と前記２つの第２の稜線の間に、それぞれ位置する２つの側壁とを備える。前記２つの側壁の各々は、前記第１の稜線から前記第２の稜線に向かって、前記頂面部に垂直な方向における前記第１の稜線と前記第２の稜線の距離の２０〜４０％まで、かつ前記第１の稜線の延在方向に、前記頂面部に垂直な方向における前記第１稜線と前記第２の稜線との距離以上の長さの領域に設けられ、前記頂面部に垂直な方向における前記側壁の中央の降伏強度の６０〜８５％の降伏強度を有する、低強度領域を備える。なお、前記第１の稜線と前記第２の稜線の中央は、前記頂面部に垂直な方向における側壁の中央と同じである。
【００１７】
前記２つの側壁の各々は、前記低強度領域と、前記低強度領域より降伏強度の高い高強度領域を備える。前記高強度領域は、前記各側壁の前記頂面部に垂直な方向において、前記第２の稜線から前記低強度領域と前記高強度領域の境界に至るまでの領域に設けられる。前記頂面部に垂直な方向における側壁の中央の側壁は、高強度領域に含まれる。
【００１８】
上記第１、及び第２の構成において、構造部材において互いに対向する２つの側壁は、側壁の高さ方向の中央を含む高強度領域と、高強度領域より低い降伏強度を持つ低強度領域とを備える。低強度領域は、各側壁の頂面部側の一方端部（第１の稜線）から、各側壁の高さの２０〜４０％の距離の位置に至るまで、かつ、低強度領域の各側壁の長手方向（すなわち第１の稜線の延在方向）において、各側壁の高さ（すなわち第１の稜線から第２の稜線までの頂面部に垂直な方向における距離）以上の距離にわたって形成される。発明者らは、このような低強度領域によって、頂面部に衝撃が加わった場合の構造部材の衝撃エネルギーの吸収効率を高められることを見出した。具体的には、頂面部に対して垂直方向に衝撃が加わった場合、各側壁の頂面部側２０〜４０％の領域に形成された低強度領域において、衝撃による応力を衝撃方向に垂直な方向（側壁の長手方向）に分散させるとともに、各側壁の高さ方向中央を含む高強度領域の剛性を生かして、構造部材の変形を抑えることができることが見出された。さらに、各側壁の低強度領域の降伏強度を、各側壁の高さ方向の中央の位置における降伏強度の６０〜８５％とすることで、構造部材の衝撃エネルギー吸収効率を、要求されるレベルに高められることが見出された。すなわち、上記第１及び第２の構成の構造部材では、衝撃を受けたとき、効率良く衝撃エネルギーを吸収することができる。
【００１９】
上記第１又は第２の構成において、前記一対の側壁のうち一方の側壁の降伏強度分布と、他方の側壁の降伏強度分布とは、互いに鏡像関係にある構成とすることが望ましい。なぜなら、四角管において互いに対向する一対の側壁の強度分布を鏡像関係に形成することで、頂面部から衝撃を受けたときの衝撃エネルギー吸収効率をより高めることができるからである。
【００２０】
上記第１〜第３の構成において、前記頂面部に垂直な方向における前記側壁の中央の位置における引張強度は、９８０ＭＰａ以上とすることが望ましい。なぜなら、このような高強度の構造部材において、衝撃エネルギーの吸収効率向上の効果が好適に得られるからである。
【００２１】
上記第１〜第４の構成において、前記構造部材は、長手方向において前記頂面部側へ凸となるように湾曲している構成としてもよい。この構成では、湾曲していない場合に比べて、頂面部へ衝撃荷重が入力された際に、構造部材が折れ曲がりにくくなる。
【００２２】
上記第１〜第５の構成において、前記低強度領域は、前記側壁の長手方向中央に配置されることが望ましい。その理由は次の通りである。側壁の長手方向中央は、長手方向両端部から離れている。これら両端部の付近は、他の部材に連結される支持されることが多い。両端部が支持された状態で中央に荷重が作用した場合、曲げモーメントが大きくなる。低強度領域を、側壁の長手方向中央に配置することにより、衝撃による変形が大きくなりやすい位置に低強度領域が配置される。その結果、衝撃エネルギーの吸収効率をより高めることができる。側壁の長手方向は、側壁と頂面部の間の第１の稜線の延在方向とする。
【００２３】
上記第１〜第６の構成において、前記頂面部又は前記底部は、前記側壁の長手方向において互いに離れた位置において他の部材と連結される少なくとも２つの連結部を含んでも良い。前記低強度領域は、前記側壁の長手方向において前記少なくとも２つの連結部の間の中央に配置されることが望ましい。その理由は次の通りである。２つの連結部の中央は、他の部材に支持される位置から離れている。２つの連結部の中央に荷重が作用した場合、曲げモーメントが大きくなる。そのため、少なくとも２つの連結部で支持された構造部材において、少なくとも２つの連結部の中央に低強度領域を設けることで、衝撃による変形が大きくなりやすい位置に低強度領域が配置される。その結果、衝撃エネルギーの吸収効率をより高めることができる。
【００２４】
上記第１〜第７の構成のいずれかの構造部材を備える車両も、本発明の実施形態に含まれる。このような車両において、前記構造部材は、前記頂面部が前記車両の外側に、前記底部が前記車両の内側になるよう配置されることが望ましい。これにより、車両の外側から、構造部材の頂面部に対して衝撃が加わった場合に、構造部材によって効率よく衝撃を吸収することができる。
【００２５】
［実施形態］
図１Ａは、本発明の実施形態の構造部材の断面図であり、図１Ｂは、図１Ａに示す構造部材の平面図、図１Ｃは、図１Ａに示す構造部材の側面図である。
【００２６】
図１Ａ〜図１Ｃに示す構造部材１０は、四角形の断面を有する。構造部材１０は、長手方向を軸方向とする管状に形成される。構造部材１０は、断面の四角形の各辺に相当する４つの壁を有する。
【００２７】
図１Ａに示すように、構造部材１０は、上記４つの壁として、頂面部１ａ、一対の側壁１ｂ及び底部１ｃを有する。頂面部１ａは、断面の四角形の４辺のうち一辺に相当する。一対の側壁１ｂは、頂面部１ａの両端から延び、互いに対向する。底部１ｃは、頂面部１ａに対向し、一対の側壁１ｂの頂面部１ａ側の一方端部とは反対側の他方端部の間に形成される。すなわち、一対の側壁１ｂのうち一方の側壁１ｂの他方端部と、他方の側壁１ｂの他方端部との間に、底部１ｃが形成される。
【００２８】
図１に示す構成では、頂面部１ａ、一対の側壁１ｂ、底部１ｃの４つの壁いずれにおいても、両端部が、隣接する壁の端部と連続している。すなわち、これら４つ壁は、連続した１つの部材で構成される。例えば、構造部材１０の４つの壁は、１枚の板材を変形して形成された溶接管とすることができる。この場合、１枚の板材を折り曲げて形成された四角管が構造部材１０となる。構造部材１０は、この四角管の外周から外側へ突出する部材（例えば、フランジ等）を有しない。
【００２９】
図１Ｂに示すように、頂面部１ａと一対の側壁１ｂとの境界部分（肩部）１ａｂは、長手方向に延びる稜を形成する（以下、第１の稜線１ａｂと称する。）。第１の稜線１ａｂは、構造部材１０の屈曲している部分（屈曲部）である。頂面部１ａの長手方向に垂直な方向（ｘ方向）における両端が一対の第１の稜線１ａｂとなる。一対の第１の稜線１ａｂから一対の側壁１ｂがそれぞれ延びる。一対の側壁１ｂは、同じ方向（ｚ方向）へ延びる。すなわち、構造部材１０において、頂面部１ａと一対の側壁１ｂで形成される稜（第１の稜線１ａｂ）の延びる方向すなわち管の軸方向（ｙ方向）における寸法は、一対の側壁１ｂが互いに対向する方向（ｘ方向）における寸法より長くなっている。構造部材１０の長手方向は、頂面部１ａと側壁１ｂとの間に形成される第１の稜線１ａｂの延在方向と同じになっている。
【００３０】
図１Ａ及び図１Ｃに示すように、底部１ｃと一対の側壁１ｂの各々との境界部分１ｂｃは、長手方向に延びる稜（以下、第２の稜線１ｂｃと称する。）を形成する。第２の稜線１ｂｃは、構造部材１０の屈曲している部分（屈曲部）である。一対の側壁１ｂの各々において、各側壁１ｂの両端部のうち頂面部１ａ側の一方端とは反対側の他方端に第２の稜線１ｂｃが形成される。すなわち、一対の側壁１ｂの各他方端における一対の第２の稜線１ｂｃの間に、底部１ｃが形成される。
【００３１】
図１Ａ及び図１Ｃに示すように、一対の側壁１ｂの各々は、側壁１ｂの一方端部から距離Ｓｈの位置に至るまでの領域に、低強度領域１ｓを有する。低強度領域１ｓは、周辺よりも強度が低い領域である。一対の側壁１ｂにおいて、低強度領域１ｓ以外の部分は、低強度領域１ｓより強度が高い高強度領域となる。各側壁１ｂの高さ方向（頂面部１ａに垂直な方向）において、低強度領域１ｓは、頂面部１ａ側の一方端部（第１の稜線１ａｂ）から、第１の稜線１ａｂから距離Ｓｈの位置に至るまでの部分に形成される。すなわち、第１の稜線１ａｂから距離Ｓｈの位置に低強度領域１ｓと高強度領域の境界１ｓｋがある。この境界１ｓｋと、第１の稜線ａｂとの側壁１ｂの高さ方向における距離が距離Ｓｈである。低強度領域１ｓと高強度領域の境界１ｓｋから第２の稜線１ｂｃ（底部１ｃ）に至るまでの部分は、高強度領域となる。
【００３２】
また、図１Ｃに示すように、低強度領域１ｓは、側壁１ｂの長手方向（第１の稜線１ａｂの延在方向（ｙ方向））において、側壁１ｂの高さＨ以上の距離に渡って形成される。すなわち、低強度領域１ｓの側壁１ｂの長手方向の長さＳｎは、側壁１ｂの高さＨ以上である。ここで、側壁１ｂの高さは、頂面部１ａに垂直な方向（ｚ方向）における第１の稜線１ａｂ（側壁１ｂの一方端部）から第２の稜線１ｂｃ（側壁１ｂの他方端部）までの距離とする。このように、低強度領域１ｓは、第１の稜線１ａｂから側壁１ｂの高さ方向に距離Ｓｈの位置まで、かつ、側壁１ｂの長手方向において、側壁１ｂの高さＨ以上の距離にわたって設けられる。
【００３３】
このように、構造部材１０において、側壁１ｂの頂面部１ａ側の一部に低強度領域１ｓを設けることで、構造部材１０に衝撃が加わった場合の、曲げ方向の変形の度合いをより小さくすることができる。これは、発明者らが構造部材の衝撃による変形の様子を注意深く観察した結果得られた、下記の知見に基づくものである。発明者らは、断面四角形の管状に構成される構造部材に圧子を衝突させる衝突試験（シミュレーション）を行い、構造部材の変形挙動を観察した。図２は、衝突試験の様子を模式的に示す図である。衝突試験では、構造部材１０ａを２つの台１２に掛け渡して配置する。２つの台１２の中間の位置において、構造部材１０ａに対して圧子１１を衝突させる。
【００３４】
図３は、一様な強度分布を持つ構造部材１０ｂに衝撃を加えたときの変形を示す図である。図４は、図１Ａ〜図１Ｃと同様の低強度領域を有する構造部材１０ｃに図３と同様の衝撃を加えたときの変形を示す図である。図３に示すように、強度分布が一様な構造部材１０ｂの場合、折れ曲がる箇所が、鋭く突出するように折れ曲がる。この変形モードを折れと称する。これに対して、側壁に低強度部を有する構造部材１０ｃの場合、図４に示すように、衝撃を受けた頂面部とその両端部から延びる側壁の一部が衝撃によりつぶれる。この変形モードを断面潰れと称する。図３の場合に比べて、図４の場合の方が、同じ衝撃荷重を受けた際に変形して衝撃吸収に貢献する部材の領域が広く、その結果、構造部材の変形部分の曲げ方向への突出度合いが小さい。
【００３５】
図５は、一様な強度分布を持つ構造部材１０ｂの変形挙動を説明するための図である。図６は、図１Ａ〜図１Ｃに示すような低強度領域を有する構造部材１０ｃの変形挙動を説明するための図である。図５及び図６は、構造部材の側面、すなわち側壁側から見た構成を示す。
【００３６】
図５に示すように、一様な強度分布を持つ構造部材１０ｂでは、衝撃により、曲げ変形起点Ｐで発生した変形は、頂面部及び側壁が側面視でくさび状になるように、側壁の高さ方向に進行する。その結果、曲げ方向（側壁の高さ方向）に鋭く突出するように折れ曲がる。場合によっては、側壁にひびが入ることもある。
【００３７】
図６に示すように、側壁の頂面部側に低強度領域１ｓｃ（図６ではドットで示される領域）を有する構造部材１０ｃでは、曲げ変形起点Ｐから内側へ進行する変形は、低強度領域１ｓｃの境界に達すると、低強度領域１ｓｃよりも強度が強い領域へ向かわずに、比較的強度の低い横方向（構造部材１０ｃの長手方向）に進行しやすくなる。そのため、変形は長手方向に広がり、曲げ方向（側壁の高さ方向）への変形度合いが小さくなる。
【００３８】
また、断面四角形の管状に構成される構造部材が、頂面部に垂直な方向に曲げ変形する場合、側壁の高さ方向の中央付近が折れやすい。すなわち、側壁の高さの２分の１の位置付近が折れ変形の起点となりやすい。図７Ａ及び図７Ｂは、頂面部１ｄａとその両端から延びる側壁１ｄｂと、頂面部１ｄａに対向し、側壁１ｄｂと連続する底部１ｄｃを有する構造部材１０ｄが、衝撃荷重を受けて変形する様子を示す図である。頂面部１ｄａに衝撃荷重が入力されると、構造部材１０ｄの肩部（頂面部１ｄａと側壁１ｄｂの境界の折れ曲がり部）の角度が変形し、側壁１ｄｂの高さ方向の中央域が折れ曲がり、その結果、構造部材１０ｄが潰れる。この側壁１ｄｂの折れ曲がりが容易に発生するのを避けるため、図１Ａ〜図１Ｃに示す構造部材１０では側壁１ｂの高さ方向の中央域の強度を高強度化している。
【００３９】
すなわち、構造部材１０では、側壁１ｂの高さの中央（２分の１）の位置１ｍｉｄの強度をある程度強くして、側壁１ｂの高さ方向中央の位置１ｍｉｄよりも頂面部１a側に、中央の位置１ｍｉｄより強度の低い低強度領域１ｓを設ける。低強度領域１ｓの範囲及び、高さ方向中央の位置１ｍｉｄに対する低強度領域１ｓの強度比を適切に設定することにより、中央の位置１ｍｉｄでの側壁１ｂの折れが容易に発生しないようにし、さらに、中央の位置１ｍｉｄより頂面部１ａ側での側壁１ｂの長手方向のつぶれの度合を大きくすることができる。その結果、図６に示すように、曲げ方向への変形度合が小さくなるような変形挙動とすることができる。
【００４０】
なお、図７Ａ及び図７Ｂに示す変形挙動は、圧子を構造部材の頂面部に衝突させた場合に限られない。例えば、構造部材を長手方向に圧縮する軸力により曲げ変形する場合や、３点曲げ試験のように、頂面部に圧子を押し付けて長手方向に垂直な方向の力を静的に加えたときの曲げ変形も、同様の変形挙動となり得る。
【００４１】
また、図６のように、曲げ方向への変形度合が小さくするには、低強度領域１ｓの長手方向（第１の稜線２の延在方向）の幅も重要であることが発明者らによって見出されている。図７Ｃは、低強度領域１ｓｃの長手方向の長さＳｎを、側壁１ｂの高さＨの２分の１（Ｈ／２）より短くした場合の変形挙動を説明するための図である。図７Ｃに示すように、低強度領域の長手方向の幅が狭い場合、曲げ変形起点Ｐから内側へ進行する変形が、長手方向における低強度領域１ｓｃと高強度領域の境界に達するのが早くなる。その結果、長手方向のつぶれが制限され、高さ方向の変形が進行しやすくなる。
【００４２】
発明者らは、様々な条件で構造部材の曲げ試験及び解析を行った結果、構造部材が曲げ変形する際、長手方向の変形の範囲は、側壁の高さと同程度になることを見出した。さらに、発明者らは、低強度領域１ｓｃの長手方向の幅を、側壁の高さ以上にすることで、衝撃による変形を長手方向に分散させ、曲げ方向への変形度合を小さくできることを見出した。
【００４３】
発明者らは、上記の知見に基づき、以下のように構造部材１０を構成することに想到した。図１Ａ及び図１Ｃに示す一対の側壁１ｂの各々は、側壁１ｂの一方端部から距離Ｓｈの位置に至るまでの領域に、低強度領域１ｓを有する。側壁１ｂの低強度領域１ｓの距離Ｓｈは、側壁１ｂの高さＨの２０〜４０％とすることができる。低強度領域１ｓの降伏強度は、側壁１ｂの高さＨの２分の１の位置１ｍｉｄ（すなわち、高さ方向中央の位置１ｍｉｄ）における降伏強度の６０〜８５％とすることができる。
【００４４】
すなわち、構造部材１０の断面において、側壁１ｂのうち頂面部１ａ側端部から側壁１ｂの高さＨの２０〜４０％の長さまでの間、側壁１ｂの高さＨの５０％（すなわち側壁１ｂの高さ方向中央）の位置の箇所より降伏強度が６０〜８５％の低強度領域が連続している。言い換えれば、低強度領域１ｓは、第１の稜線１ａｂから第２の稜線１ｂｃに向かって、頂面部１ａに垂直な方向における第１の稜線１ａｂと第２の稜線１ｂｃの間の距離の２０〜４０％の位置まで設けられる。低強度領域１ｓの降伏強度は、第１の稜線１ａｂと第２の稜線１ｂｃの中央における側壁１ｂの降伏強度の６０〜８５％である。
【００４５】
これにより、例えば、頂面部１ａに衝撃が加わった場合の変形挙動が、図４に示すような断面つぶれになりやすくなる。その結果、頂面部１ａに垂直な方向への曲げ変形の度合を小さくすることができる。このように、構造部材１０は、衝撃を受けたとき、小さい変形でより大きい衝撃エネルギーを吸収することができる。すなわち、構造部材１０は、衝撃エネルギーを効率よく吸収することができる。
【００４６】
また、図１Ａ〜図１Ｃに示す構成では、構造部材１０の対向する一対の側面１ｂの両方に上記の低強度領域１ｓが設けられる。そのため、頂面部１ａに衝撃が加わった場合、一対の側面１ｂのうち一方の側面１ｂだけが折れ曲がる可能性が低くなる。
【００４７】
なお、低強度領域１ｓの距離Ｓｈは、側壁１ｂの高さＨの３５％以下であるとより好ましく、３０％以下だとなお好ましい。また、距離Ｓｈは、側壁１ｂの高さＨの２５％以上であるとより好ましい。側壁１ｂにおける低強度領域１ｓの強度と、高さ方向中央の位置１ｍｉｄの強度との比（強度比）は、８３％以下であると好ましく、８０％以下であるとより好ましい。また、この強度比は、７０％以上であるとより好ましい。
【００４８】
一対の側壁１ｂのうち一方の側壁の強度分布と、他方の側壁の強度分布とは、互いに鏡像関係にある構成とすることが望ましい。これにより、一対の側壁１ｂのうちどちらか片方が先に潰れてしまう可能性がより低くなる。
【００４９】
例えば、図１に示す例では、一対の側壁１ｂのうち一方の側壁１ｂの低強度領域１ｓの距離Ｓｈと、対向する他方の側壁１ｂの低強度領域１ｓの距離Ｓｈは同じである。また、一対の側壁１ｂは、互いに同じ高さであり、頂面部１ａとの角度も同じである。そのため、図１に示す長手方向に垂直な断面において、頂面部１ａの垂直二等分線Ａを軸として、構造部材１０の強度分布は、左右対称となっている。これにより、衝撃による応力の偏りが少なくなる。
【００５０】
また、低強度領域１ｓは、側壁１ｂの長手方向において、側壁１ｂの高さＨ以上の距離に渡って形成されることが好ましい。すなわち、低強度領域１ｓは、第１の稜線１ａｂの延在方向に、頂面部１ａに垂直な方向における第１稜線１ａｂと第２の稜線１ｂｃの間の距離以上の長さの領域に設けられる。これにより、長手方向への変形を進行させやすくして、曲げ方向への変位をより抑えることができる。低強度領域１ｓの第１の稜線１ａｂの延在方向の寸法は、側壁１ｂの高さの１．５倍（３Ｈ／２）以上とすることが好ましく、側壁１ｂの高さの２倍（２Ｈ）以上とすることがさらに好ましい。
【００５１】
側壁１ｂの高さ方向中央の位置１ｍｉｄにおける引張強度は、例えば、９８０ＭＰａ以上（降伏強度５００ＭＰａ以上）とすることが望ましい。これにより、側壁１ｂの高さ方向中央の位置１ｍｉｄの強度を確保し、この位置１ｍｉｄで側壁１ｂが折れにくくすることができる。なお、構造部材１０の低強度領域１ｓ以外の領域は、この高さ方向中央の位置１ｍｉｄと同様の強度にすることができる。
【００５２】
第１の稜線１ａｂと第２の稜線１ｂｃの間において、低強度領域１ｓの端部から第２の稜線１ｂｃ（フランジ１ｃ）までの領域は、高強度領域である。高強度領域の降伏強度は、低強度領域１ｓの降伏強度より高い。なお、高強度領域における強度分布は、均一でなくてもよい。
【００５３】
頂面部１ａの少なくとも一部に低強度領域を設けてもよいし、頂面部１ａに低強度領域を設けなくてもよい。構造部材１０の折れ曲がり変形では、側壁１ｂの強度の影響が支配的であることが発明者らによって見いだされた。頂面部１ａの強度は、側壁１ｂの強度に比べて、折れ曲がり変形に与える影響が少ない。
【００５４】
図１Ａに示すように、構造部材１０は、頂面部１ａ、頂面部１ａの両端から折れ曲がって縦に延びる一対の側壁１ｂ、及び、一対の側壁１ｂの頂面部１ａ側の一方端部とは反対側の他方端部から内側に折れ曲がって、当該一対の側壁１ｂの他方端部の間をつなぐ底部１ｃを備える。図１Ａに示す例では、側壁１ｂは頂面部１ａ及び底部１ｃに対して垂直となっている。すなわち、構造部材１０の長手方向に垂直な面の断面は、長方形となっている。
【００５５】
構造部材１０の構成は、図１Ａに示す例に限られない。例えば、側壁１ｂと底部１ｃとの角度は、９０度（直角）でなくてもよい。同様に、側壁１ｂと頂面部１ａとの角度も９０度（直角）に限られない。例えば、構造部材１０の長手方向に垂直な断面は、台形であってもよい。この場合、断面形状は、左右対称の台形として、一対の側壁１ｂの強度分布を互いに鏡像関係とすることができる。なお、断面形状を左右対称でない台形としてもよい。例えば、一対の側壁１ｂは、長さが互いに異なっていてもよい。その結果、頂面部１ａと底部１ｃは、平行でなくてもよい。
【００５６】
また、側壁１ｂと頂面部１ａの境界となる角（肩部）の断面形状には、Ｒ（丸みすなわち湾曲部）を形成してもよい。同様に、側壁１ｂと底部１ｃの境界の角（肩部）の断面形状に、Ｒ（丸みすなわち湾曲部）を形成してもよい。また、頂面部１ａ、側壁１ｂ及び底部１ｃのすくなくとも１つの表面は、平面でなく曲面とすることができる。すなわち、頂面部１ａ、側壁１ｂ及び底部１ｃの少なくとも１つは、湾曲していてもよい。なお、側壁１ｂと頂面部１ａの角におけるＲの曲率半径が大きすぎると、側壁１ｂが高さ方向の荷重を支える機能が低下する。そのため、側壁１ｂと頂面部１ａの角のＲ（湾曲）の内側の曲率半径は、例えば、１５ｍｍ以下とする。或いは、側壁１ｂと頂面部１ａの角のＲ（湾曲）の内側の曲率半径を、例えば、側壁１ｂの高さＨの３分の１以下、（Ｒ≦Ｈ／３）とする。
【００５７】
一対の側壁１ｂの少なくとも一方に、凹部（溝）、凸部（稜）、段差又は孔が設けられてもよい。頂面部１ａ又は底部１ｃに、凹部（溝）、凸部（稜）、段差又は孔が設けられてもよい。但し、これらの頂面部１ａ、側壁１ｂ又は底部１ｃに設けられる凹部（溝）、凸部（稜）、段差又は孔は、構造部材１０の変形挙動に重大な影響を与えない程度の大きさとする必要がある。例えば、頂面部１ａに凸部を形成してもよい。
【００５８】
側壁１ｂと頂面部１ａの境界の角又は側壁１ｂと底部１ｃの境界の角にＲ（丸みすなわち湾曲部）を形成した場合、長手方向に垂直な断面において、Ｒが形成された部分のうち、側壁１ｂの高さ方向中央の位置１ｍｉｄから遠い方のＲ止まり（湾曲部の端）部分を側壁１ｂの端部として、上記側壁１ｂの高さＨ及び低強度領域の距離Ｓｈを決定する。
【００５９】
すなわち、側壁１ｂと頂面部１ａの間の湾曲した部分（湾曲部）の頂面部１ａ側の端（Ｒ止まり）を側壁１ｂの一方端部として、側壁１ｂの高さＨ及び低強度領域１ｓの高さ方向の距離Ｓｈを決定する。また、側壁１ｂとフランジ１ｃの間の湾曲した部分（湾曲部）のフランジ１ｃ側の端（Ｒ止まり）を側壁１ｂの他方端部として、側壁１ｂの高さＨ及び低強度領域１ｓの高さ方向の距離Ｓｈを決定する。
【００６０】
同様にして、第１の稜線１ａｂ及び第２の稜線１ｂｃを基準に、側壁１ｂの高さＨ及び低強度領域１ｓの高さ方向の距離Ｓｈを決定する。この場合、具体的には、第１の稜線１ａｂは、側壁１ｂと頂面部１ａとの間のＲ（湾曲部）の頂面部１ａ側の端（Ｒ止まり）、すなわち、Ｒ（湾曲部）の側壁１ｂの高さ方向中央の位置１ｍｉｄから遠い方のＲ止まり（湾曲部の端）とする。第２の稜線１ｂｃは、側壁１ｂとフランジ１ｃとの間のＲ（湾曲部）のフランジ１ｃ側の端（Ｒ止まり）、すなわち、Ｒ（湾曲部）の側壁１ｂの高さ方向中央の位置１ｍｉｄから遠い方のＲ止まり（湾曲部の端）とする。
【００６１】
ここで、側壁１ｂの高さは、側壁１ｂの一方端部から他方端部までの高さ方向における寸法である。言い換えれば、側壁１ｂの高さは、側壁１ｂの第１の稜線１ａｂから第２の稜線１ｂｃまでの頂面部１ａに垂直な方向における寸法である。低強度領域１ｓの距離Ｓｈは、側壁１ｂの一方端部から側壁１ｂの低強度領域１ｓの境界までの高さ方向における寸法である。すなわち、低強度領域１ｓの距離Ｓｈは、第１の稜線１ａｂから側壁１ｂの低強度領域１ｓと高強度領域との境界までの頂面部１ａに垂直な方向における寸法である。側壁１ｂの高さの２分の１の位置１ｍｉｄは、側壁１ｂの高さ方向における中央の位置である。すなわち、側壁１ｂの高さの２分の１の位置１ｍｉｄは、頂面部１ａに垂直な方向における第１の稜線１ａｂと第２の稜線１ｂｃの中央の側壁１ｂの位置である。
【００６２】
側壁１ｂの高さ方向は、頂面部１ａに垂直な方向とする。頂面部１ａに垂直な方向とは、具体的には、頂面部１ａの表面の平面に垂直な方向とする。頂面部１ａが、長手方向に垂直な断面において、凹部、凸部、段差又は湾曲部を含む場合、２つの第１の稜線１ａｂを結ぶ仮想平面に垂直な方向を、頂面部に垂直な方向とする。
【００６３】
図８Ａは、肩部にＲを形成した場合の、側壁１ｂの高さＨ及び低強度領域１ｓの距離Ｓｈの例を示す図である。図８Ａに示す例では、側壁１ｂの高さＨは、構造部材１０の断面における側壁１ｂの一方端部から他方端部までの、ｚ方向（底部１ｃに垂直な方向）における寸法（高さ）とし、低強度領域１ｓの距離Ｓｈは、側壁１ｂの低強度領域１ｓのｚ方向における寸法（高さ）とする。
【００６４】
側壁１ｂに凹部、凸部、段差又は孔（以下、凹部等と称する）がある場合も、長手方向に垂直な断面において、凹部等が形成された部分のうち、側壁１ｂの中央の位置１ｍｉｄから遠い方のＲ止まり（湾曲部の端）を側壁１ｂの端部として、側壁１ｂの高さＨ及び低強度領域の距離Ｓｈを決定する。図８Ｂは、側壁１ｂの両端部に、凹部（溝）を形成した場合の、側壁１ｂの高さＨ及び低強度領域の距離Ｓｈの例を示す図である。この場合、長手方向に垂直な断面において、凹部等が形成された部分のうち、側壁１ｂの中央の位置１ｍｉｄから最も遠い部分（凹部の端）を側壁１ｂの端部とする。図８Ｂに示す例では、側壁１ｂの一方端部から他方端部までのｚ方向の寸法すなわち、側壁１ｂの最も低い位置から最も高い位置までの高さをＨとし、側壁１ｂの低強度領域１ｓの最も低いから最も高い位置までの高さをＳｈとする。
【００６５】
図８Ｃは、頂面部１ａが傾いている場合の側壁１ｂの高さ方向を説明するための図である。図８Ｃに示す構造部材１０において、頂面部１ａと、底部１ｃは、平行でない。また、一方の側壁１ｂｒと他方の側壁１ｂｈのｚ方向の長さは異なる。側壁１ｂｒ、１ｂｈの高さ方向は、頂面部１ａに垂直な方向とする。各側壁１ｂｒ、１ｂｈの高さＨＬ、ＨＲ及び、各低強度領域１ｓｒ、１ｓｈの一方端部（第１の稜線１ｂｃｒ、１ｂｃｈ）から境界１ｓｋｒ、２ｓｋｈまでの距離ＳｈＲ、ＳｈＬは、側壁１ｂｒ、１ｂｈの高さ方向を基準として決められる。そのため、側壁１ｂｒ、１ｂｈの表面における一方端部（第１の稜線１ａｂｒ、１ａｎｈ）から他方端部（第２の稜線１ｂｃｒ、１ｂｃｈ）までの距離と、高さＨＲ、ＨＬとは異なっている。
【００６６】
上記実施形態において、第１の稜線及び第２の稜線の少なくとも一方は、曲線であってもよい。例えば、第１の稜線及び第２の稜線の少なくとも一方は、側壁の高さ方向に湾曲してもよいし、側壁に垂直な方向に湾曲してもよい。また、側壁の高さ（第１の稜線と第２の稜線の距離）が、長手方向（第１の稜線の延在方向）において変化していてもよい。側壁の高さが長手方向の位置によって異なる場合、低強度領域の高さ方向の距離Ｓｈ及び長手方向の距離Ｓｎの基準となる側壁の高さは、低強度領域が形成される部分における側壁の高さの平均値とする。
【００６７】
図１Ｂに示す例では、構造部材１０は、長手方向に直線状に延びて形成される。これに対して、構造部材１０は、長手方向において湾曲していてもよい。例えば、側面（ｘ方向）から見て、頂面部１ａ側（ｚ＋方向）に凸となるよう湾曲した形状にすることができる。また、上（ｚ方向）から見て構造部材１０を湾曲させてもよい。また、頂面部１ａの幅（長手方向に垂直な方向（ｘ方向）の長さ）は、一様でなくてもよい。側壁１ｂの高さ（ｚ方向の長さ）も一様でなくてもよい。
【００６８】
図９Ａ〜図９Ｄは、長手方向において湾曲した構造部材１０の例を示す側面図である。図９Ａ〜図９Ｄに示す例では、構造部材１０は、側面（ｘ方向）から見て、頂面部１ａ側（ｚ＋方向）に凸となるよう湾曲している。すなわち、構造部材１０は、長手方向において頂面部１ａへ凸となるように湾曲している。図９Ａでは、構造部材１０の長手方向全体にわたって一定の曲率で湾曲している。図９Ｂ及び図９Ｃでは、構造部材１０の長手方向の位置に応じて曲率が変化している。図９Ｄでは、構造部材１０は、長手方向の一部において湾曲している。
【００６９】
底部１ｃから頂面部１ａへ向かって凸となるように、構造部材１０を湾曲させることで、頂面部１ａへ衝撃荷重が入力された際に、湾曲していない場合（長手方向に直線状の構成）に比べて、構造部材１０が折れ曲がりにくくなる。
【００７０】
［車両への適用例］
上記の構造部材１０を備える車両も、本発明の実施形態に含まれる。車両において、構造部材１０は、頂面部１ａが車両の外側に、底部１ｃが車両の内側になるよう配置することができる。すなわち、衝撃入力面が車両の外側になるように構造部材１０が取り付けられる。これにより、車両の外側から衝撃を受けた場合に、構造部材１０が車両の内側へ突出する度合が小さくなる。そのため、車両内の装置又人に構造部材１０が接触する可能性がより低くなる。例えば、構造部材が、衝突時に客室内に向かって折れることが避けられる。これにより、安全性がより向上する。
【００７１】
構造部材１０は、上記のように、頂面部１ａ側へ向かって凸となるように湾曲していてもよい。この場合、頂面部１ａを外側に配置し、構造部材１０の両端部を支持する構成とすることができる。これにより、車両の外側から衝撃を受けた場合に、構造部材１０を折れにくくすることができる。
【００７２】
また、構造部材１０は、長手方向に離間した２箇所で支持された状態で用いることもある。この場合、構造部材１０は、他の部材に連結される部分である連結部を２つ有する。すなわち、構造部材１０は、連結部において他の部材に支持される。連結部は、支持部と称することもある。連結部は、側壁１ｂ、頂面部１ａ及び底部１ｃの少なくとも１つに設けられる。
【００７３】
連結部では、構造部材１０は、他の部材に対して固定される。構造部材１０の連結部は、例えば、締結部材又は溶接により他の部材と接合される。なお、連結部は、３つ以上であってもよい。
【００７４】
また、連結部は、構造部材１０の内部空間に挿入された状態で、構造部材１０を支持する構成であってもよい。例えば、構造部材１０の場合、底部１ｃに貫通孔をあけ、貫通孔から他の部材を挿入して、他の部材の端部を頂面部１ａの内側の面に接合してもよい。このように、構造部材１０の頂面部１ａの部材内側に連結部を設けてもよい。或いは、頂面部１ａに貫通孔をあけ、貫通孔から他の部材を挿入して、他の部材の端部を底部１ｃの内側の面に接合してもよい。このように、構造部材１０の底部１ｃの部材内側に連結部を設けてもよい。
【００７５】
低強度領域１ｓは、２つの連結部の間に設けることが好ましい。すなわち、２つの連結部の間の側壁１ｂに低強度領域１ｓの少なくとも一部が形成されることが好ましい。これにより、連結部により支持されていない構造部材の部分に衝撃が加わった場合の曲げ変形を少なくすることができる。また、低強度領域１ｓは、２つの連結部の中央に設けられることが望ましい。すなわち、２つの連結部の中央における側壁１ｂに、低強度領域１ｓが形成されることが好ましい。これにより、強い衝撃がかかる可能性の高い位置の衝撃エネルギー吸収効率を高めることができる。その結果、衝撃による構造部材の曲げ変形の度合を小さくすることができる。
【００７６】
また、構造部材１０の長手方向中央に低強度領域１ｓを配置することが望ましい。なぜなら、構造部材１０は、長手方向中央から離れた両端部付近で他の部材と連結されるからである。これにより、連結部が有る場合とない場合のいずれの場合においても、構造部材１０において、衝撃によるモーメントが最も大きくなり折れ易い箇所（構造部材の長手方向中央或いは連結部間の中間箇所）の折れ変形を効果的に抑えることができる。
【００７７】
このように、構造部材１０は、高強度の車両用構造部材に用いることができる。車両用構造部材には、例えば、Ａピラー、Ｂピラー、サイドシル、ルーフレール、フロアメンバー、フロントサイドメンバーといった車体を構成する部材、及び、ドアインパクトビームやバンパーといった車体に取り付けられ、外部からの衝撃から車両内の装置や乗員を守る部材が含まれる。車両用構造部材は、車両の衝突時の衝撃エネルギーを吸収する。
【００７８】
図１０は、車両に配置される構造部材の一例を示す図である。図１０に示す例では、Ａピラー１５、Ｂピラー１６、サイドシル１７、ルーフレール１８、バンパー１９、フロントサイドメンバー２０、ドアインパクトビーム２１、フロアメンバー２２、及び、リアサイドメンバー２３が車両用構造部材として用いられる。これらの車両用構造部材の少なくとも１つに、上記の構造部材１０のように低強度領域１ｓを設けることができる。
【００７９】
図１１は、本実施形態における構造部材によって構成されたバンパー１９を示す図である。図１１に示す例では、パンパ−１９は、頂面部１９ａ、一対の側壁１９ｂ、底部１９ｃを有する。頂面部１９ａの長手方向に垂直な方向における両端から一対の側壁１９ｂが互いに対向して延びる。一対の側壁１９ｂの頂面部１９ａ側の一方端とは反対側の他方端の間に底部１９ｃが形成される。頂面部１９ａ、一対の側壁１９ｂ及び底部１９ｃは、連続した１枚の板材で構成される。車両の外側に頂面部１９ａが配置される。底部１９ｃは、車両の内側に配置される。側壁１９ｂの頂面部１９ａ側の一部には低強度領域１９ｓが設けられる。低強度領域１９ｓは、頂面部１９ａと側壁１９ｂの境界から、側壁１９ｂの一方端部から他方端部までの間の長さの２０〜４０％の距離の位置までの領域に設けられる。低強度域１９ｓの降伏強度は、その他の領域の降伏強度（側壁１９ｂの高さ方向中央位置の降伏強度)の６０〜８５％である。
【００８０】
構造部材１０は、モノコック構造の車両のみならず、フレーム構造の車体に適用することもできる。図１２は、特開２０１１−３７３１３に開示されたスペースフレーム構造の車体を有する車両である。スペースフレーム構造の車体は、複数のパイプ３１と、パイプ３１を連結するジョイント３２を備える。パイプ３１は、車体の表面を覆うボディ３０の内部に配置される。複数のパイプ３１は、上下方向に延びるパイプ、前後方向に延びるパイプ、及び、左右方向に延びるパイプを含む。複数のパイプ３１の少なくとも一部を、上記の鋼管１で形成することができる。このように、スペースフレーム構造の車体を構成するパイプ（管材）に上記の鋼管１を適用すると、パイプが、乗員やエンジンのある車体内側に深く折れ曲がることが無いため、効果的である。
【００８１】
衝撃エネルギーを吸収する車両用構造部材は、軸圧縮変形する物と折れ曲がり変形する物の２種類に大別される。折れ曲がり変形する物は、折れや断面潰れ変形により衝撃エネルギーを吸収する。Ｂピラー、サイドシル等の部材は高強度材を用いることで衝撃エネルギー吸収効率を高めることが求められる。そのため、本実施形態の構造部材１０に、側壁１ｂの高さ方向中央の位置１ｍｉｄの引張強度（低強度領域以外の領域の引張強度）が９８０ＭＰａ以上（降伏強度５００Ｍｐａ以上）の超高強度鋼を適用すると、上記の効果が顕著に現れる。また、構造部材１０の側壁１ｂの中央の位置１ｍｉｄの強度（低強度領域１ｓ以外の領域の強度）を、引張強度で１ＧＰａ以上とすることで、より効果を奏することができる。
【００８２】
なお、構造部材１０は、図１０に示す自動車のような４輪車両に限られず、例えば、二輪車両の構造部材として用いることができる。また、構造部材１０の用途は、車両用に限られない。例えば、耐衝撃性容器、建築物、船舶、又は、航空機等の構造部材として、構造部材１０を用いることができる。
【００８３】
［製造工程］
構造部材１０は、全体を同一素材で形成することができる。構造部材１０は、例えば、鋼板で形成することができる。１枚の鋼板を折り曲げて、鋼板の一方の端部と、対向する他方の端部とを溶接等により接合することで、四角形の断面を有する管状の構造部材（四角管）を形成することができる。四角管を湾曲させる場合は、例えば、プレス曲げ、引張り曲げ、圧縮曲げ、ロール曲げ、押し通し曲げ、又は偏心プラグ曲げ等の曲げ加工方法を用いることができる。
【００８４】
構造部材１０の製造工程には、素材に低強度領域を形成する工程が含まれる。低強度領域を形成する方法は、特に限定されないが、例えば、レーザー又は高周波加熱等の方法で、材料を局所的に加熱、焼き入れを行うことで、硬化領域を含む構造部材１０を作り出すことができる。この場合、焼き入れを行わない領域が、相対的に強度が低い低強度領域となる。また、焼き入れを行って四角管の全体を強化した後に、部分的に焼鈍処理を行って低強度領域を形成することもできる。
【００８５】
或いは、管状部材を、軸方向に移動させながら、加熱、曲げモーメント付与、及び冷却を順次施すことで、長手方向において湾曲した構造部材１０を作製することができる。この方法では、管状部材の外周に、誘導加熱コイルを配置して、管状部材を局部的に塑性変形可能温度に加熱する。この加熱部を管状方向に移動させながら、誘導加熱コイルより下流の管状部材に設けられた可動ローラダイス等の可動把持手段を動かすことにより、曲げモーメントを付与する。このようにして湾曲させた部分を、誘導加熱コイルと可動把持手段との間の冷却装置により冷却する。この工程において、例えば、加熱及び冷却の条件を管状部材の外周方向において異ならせることで、管状部材に低強度領域を形成することができる。
【００８６】
なお、構造部材１０の製造方法は、上記例に限られない。テーラードブランク、その他公知の方法を用いて、低強度領域を有する構造部材１０を形成することができる。
【実施例】
【００８７】
本実施例では、四角形の断面を有する管状の構造部材に圧子を衝突させた場合の構造部材の変形をシミュレーションで解析した。図１３は、シミュレーションにおける解析モデルの構成を模式的に示す図である。本シミュレーションでは、構造部材３０を２つの台１２０に架け渡した状態で、構造部材３０の長手方向の中央部に、圧子１１０を、衝突させた場合の変形挙動を解析した。圧子１１０の曲率半径は１５０ｍｍとし、圧子の初速度は、４ｍ／秒とした。
【００８８】
図１４は、シミュレーションに用いた構造部材３０の長手方向に垂直な断面における各寸法を示すである。構造部材３０は、頂面部３ａ、一対の側壁３ｂ及び底部３ｃを有する。一対の側壁３ｂは、頂面部３ａの両端から延び、互いに対向する。底部３ｃは、頂面部３ａに対応し、一対の側壁３ｂの頂面部３ａ側の一方端部とは反対側の他方端部の間に形成される。一対の側壁３ｂの各々は、側壁３ｂの一方端部から距離Ｓｈの位置に至るまでの領域に、低強度領域３ｓを有する。
【００８９】
図１４において、側壁の高さＨ＝５０ｍｍ、頂面部（底部）の幅Ｗ１＝５０ｍｍ、板厚ｔ＝１．４ｍｍとした。低強度領域３ｓの距離Ｓｈを変化させて、衝突シミュレーションを行った。また、低強度領域３ｓと、その他の領域の強度を変化させて、衝突シミュレーションを行った。なお、低強度領域３ｓの長手方向の長さＳＬ（図１３参照）は、Ｈ／２とした。
【００９０】
図１５は、Ｓｈ＝（２／５）Ｈとして、低強度領域３ｓと他の領域の強度比を変えて衝撃荷重を入力した場合の、曲げ変形による変形量を示すグラフである。図１５において、縦軸は、頂面部３ａに垂直な方向（ｚ方向）の構造部材の侵入量（突出量）を示す。横軸は、低強度領域３ｓの強度の他の高強度領域（＝側壁３ｂの中央の位置３ｍｉｄ）の強度に対する比（強度比＝低強度領域の強度／高強度領域の強度）を示す。図１５のグラフでは、ひし形のプロットは、高強度領域の降伏強度を１２０ｋｇｆとした場合の結果を示し、四角のプロットは、高強度領域の降伏強度を１４５ｋｇｆとした場合の結果を示す。
【００９１】
強度比が、０．６０〜０．８５の区間では、強度比の増加に伴って侵入量は減少している（矢印Ｙ１）。この区間では、変形モードは、図４に示す断面潰れとなっている。この区間では、低強度領域の強度が低い(強度比が０．６０以下)場合、断面潰れの変形になるものの、侵入量が大きく、強度比が０．８５を越える場合の侵入量と略同じとなった。強度比が０．８５を超えると、侵入量は、急激に増加した（矢印Ｙ２）。さらに、強度比０．８５以上で強度比を増やすと、侵入量は、強度比の増加に応じて大きくなった（矢印Ｙ３）。これは、強度比０．８５を境に、変形モードが、図４に示す断面つぶれから、図３に示す折れに変化したためと考えられる。このように、低強度領域の強度が高すぎる(強度比が高い)と折れ曲がって変形し、侵入量が大きくなった。図１５の結果から、衝撃による曲げ変形の侵入量を少なくする観点から、強度比は６０〜８５％が好ましく、強度比は７０〜８５％がより好ましいことが確認された。
【００９２】
下記表１は、上記強度比を０．８３（低強度領域の降伏強度を、ＹＰ１００ＭＰａ、その他の領域の降伏強度を、ＹＰ１２０ＭＰａ）とし、低強度領域の高さＳｈを変化させた場合の変形挙動を示す。表１において、上矢印は、直上の欄と同じ値を表す。変形挙動欄の丸（○）は、図４に示す断面潰れを示し、ばつ（×）は、図３に示す折れを示す。
【００９３】
【表１】
0006790697.tif 000002
【００９４】
上記表１に示す結果では、低強度領域を設けない場合（Ｓｈ＝０）、Ｓｈ＝Ｈ／２（ＳｈがＨの５０％）、及び、Ｓｈ＝Ｈ／１０（ＳｈがＨの１０％）の場合に、変形挙動は、折れ（図３参照）となった。Ｓｈ＝２Ｈ／５（ＳｈがＨの４０％）、Ｓｈ＝Ｈ／３（ＳｈがＨの約３３％）、及び、Ｓｈ＝Ｈ／５（ＳｈがＨの２０％）の場合は、変形挙動は、断面つぶれ（図４）となった。この結果から、低強度領域３ｓの側壁３ｂの頂面部３ａ側の一方端部からの距離Ｓｈを、側壁３ｂの高さＨの２０〜４０％とすることで、変形挙動を断面つぶれとして、侵入量を小さくできることが確認された。
【００９５】
さらに、図１３に示す解析モデルにおいて、構造部材の強度分布をさらに変えて、圧子１１０を、衝突させた場合の変形挙動を解析した。具体的には、低強度領域３ｓの長手方向（ｙ方向）の寸法を変えて解析を行った。図１６Ａは、解析に用いた構造部材３０の断面形状を示す図である。図１６Ｂは、解析に用いた構造部材３０の側面形状を示す図である。図１６Ａに示すように、構造部材３０の断面形状は台形とした。図１６Ａにおいて、側壁の高さＨ＝５０ｍｍ、頂面部の幅Ｗ１＝７０ｍｍ、底部の幅Ｗ２＝９０ｍｍ、板厚ｔ＝１．４ｍｍ、第１の稜線のＲの内側の曲率半径Ｒ＝５ｍｍとした。図１６Ｂに示すように、低強度領域３ｓの高さ方向（ｚ方向）の寸法を、Ｈ／５とした。低強度領域３ｓの長手方向（ｙ方向）の寸法を、０、２Ｈ／３、４Ｈと変えて解析を行った。すなわち、下記ｃａｓｅ１〜ｃａｓｅ３の条件でシミュレーションを行った。なお、低強度領域３ｓの降伏応力は、１１００ＭＰａとした。低強度領域以外の領域すなわち高強度領域の降伏応力は、１４００ＭＰａとした。
ｃａｓｅ１：ＳＬ＝０、Ｓｈ＝０（低強度領域なし）
ｃａｓｅ２：ＳＬ＝Ｈ／３、Ｓｈ＝Ｈ／５
ｃａｓｅ３：ＳＬ＝２Ｈ、Ｓｈ＝Ｈ／５
【００９６】
図１７は、ｃａｓｅ１〜ｃａｓｅ３の解析結果を示すグラフである。図１７は、ｃａｓｅ１〜ｃａｓｅ３の荷重−ストローク線（Ｆ−Ｓ線）のグラフである。図１７の解析結果について説明する。ｃａｓｅ１〜ｃａｓｅ３何れの条件でも、ストローク０ｍｍから２０ｍｍまではストロークに対する荷重の値はほぼ同じである。しかし、Ｃａｓｅ２では、ストローク２０ｍｍの辺りから、他の条件より荷重が低くなる。Ｃａｓｅ２では、ストローク２５ｍｍ辺りで荷重がピークになり、その後、ストロークが大きくなるに従い荷重が低下する。これは、Ｃａｓｅ２では、ストローク２５ｍｍ辺りで、構造部材が、折れてしまったからである。Ｃａｓｅ１とＣａｓｅ３では、Ｃａｓｅ３の方が荷重のピークのストロークが大きい。これはＣａｓｅ１よりＣａｓｅ３の方が高いストロークで折れたからである。Ｃａｓｅ３では他の条件に比べ、荷重のピークが高く、荷重のピークが現れるストロークが大きいのは、構造部材が、断面潰れしながら荷重に耐えた後折れるからである。構造部材の衝撃エネルギー吸収性能を意味する荷重のストロークでの積分は、Ｃａｓｅ３が最も高い。この事から、低強度領域３ｓの長手方向の幅を、側壁の高さ４Ｈとした方が、２Ｈ／３とするよりも、衝撃エネルギー吸収効率が高く、折れが抑制されることがわかった。
【００９７】
図１８は、ｃａｓｅ２及びｃａｓｅ３の変形挙動の解析結果を示す。図１８に示す解析結果においては、ＳＬ＝２Ｈとしたｃａｓｅ３の場合に、ＳＬ＝Ｈ／３としたｃａｓｅ２の場合に比べて、変形が長手方向に広がり、折れが抑制されている。すなわち、ｃａｓｅ３とｃａｓｅ２の変形モードは、異なる。ｃａｓｅ３の変形モードは、断面潰れである。ｃａｓｅ２の変形モードは、折れである。
【００９８】
以上、本発明の一実施形態を説明したが、上述した実施形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施形態を適宜変形して実施することが可能である。
【符号の説明】
【００９９】
１ａ：頂面部
１ｂ：側壁
１ｃ：底部
１ｓ：低強度領域
１０：構造部材
【図１Ａ】
0006790697.tif 000003
【図１Ｂ】
0006790697.tif 000004
【図１Ｃ】
0006790697.tif 000005
【図２】
0006790697.tif 000006
【図３】
0006790697.tif 000007
【図４】
0006790697.tif 000008
【図５】
0006790697.tif 000009
【図６】
0006790697.tif 000010
【図７Ａ】
0006790697.tif 000011
【図７Ｂ】
0006790697.tif 000012
【図７Ｃ】
0006790697.tif 000013
【図８Ａ】
0006790697.tif 000014
【図８Ｂ】
0006790697.tif 000015
【図８Ｃ】
0006790697.tif 000016
【図９Ａ】
0006790697.tif 000017
【図９Ｂ】
0006790697.tif 000018
【図９Ｃ】
0006790697.tif 000019
【図９Ｄ】
0006790697.tif 000020
【図１０】
0006790697.tif 000021
【図１１】
0006790697.tif 000022
【図１２】
0006790697.tif 000023
【図１３】
0006790697.tif 000024
【図１４】
0006790697.tif 000025
【図１５】
0006790697.tif 000026
【図１６Ａ】
0006790697.tif 000027
【図１６Ｂ】
0006790697.tif 000028
【図１７】
0006790697.tif 000029
【図１８】
0006790697.tif 000030