(57)【要約】【課題】動的な大変形領域において高い曲げ反力を確保し、且つ大変形に至るまでの高い吸収エネルギー特性が要求される車体補強用部材では、曲げ反力と吸収エネルギー特性の両方を充分に満足させることが困難であり、改善が要望されていた。【解決手段】中空状の多角断面を有する車体補強用部材であって、その多角断面において荷重入力方向に対して垂直な面の両角部に丸みを設けると共に、角部の板厚方向外側の曲率半径Ｒ（ｍｍ）が１≧Ｒ＞０の範囲である車体補強用部材１Ａ〜１Ｃとし、曲げ反力と吸収エネルギー特性の両方を最適化した。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空状の多角断面を有する車体補強用部材であって、その多角断面において荷重入力方向に対して垂直な面の両角部に丸みを設けると共に、角部の板厚方向外側の曲率半径Ｒ（ｍｍ）が１≧Ｒ＞０の範囲であることを特徴とする車体補強用部材。
【請求項２】
多角断面に対する荷重入力方向を下方向とした場合に、多角断面の底面長さＬ（ｍｍ）と縦壁長さＨ（ｍｍ）の比Ｌ／Ｈが１．０≧Ｌ／Ｈ≧０．４の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の車体補強用部材。
【請求項３】
板厚Ｔ（ｍｍ）が３≧Ｔ≧１の範囲であることを特徴とする請求項１または２に記載の車体補強用部材。
【請求項４】
角部に、板厚を減少させずに１０％以上の加工硬化を施してあることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の車体補強用部材。
【請求項５】
降伏比０．８以下の鋼板や鋼管を用いると共に、多角断面が、無底凸形の開口部同士を連結した形状または凸形状であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の車体補強用部材。
【請求項６】
角部を１０％以上増肉したことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の車体補強用部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動的な曲げ変形を受けた場合に高い曲げ反力と高い吸収エネルギー特性が要求される車体補強用部材に関し、より具体的には、自動車のドアガードバー、シートフレーム、バンパーレインフォースおよびウエストガードバーなどに用いられる車体補強用部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、自動車の側面衝突時に乗員の安全性を確保するためのドアガードバーやシートフレーム、前面衝突時に乗員の安全性を確保するためのバンパーレインフォースおよびウエストガードバー等の車体補強用部材には、高張力鋼板を用いたプレス成形品や高張力鋼管が用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記したような車体補強用部材は、車体重量の抑制や車内スペースの確保といった観点から、さらなる軽量化や小型化が図られていると共に、衝撃を受けた際に、大変形領域に至るまで高い動的引張強度や高い曲げ反力を確保できる材料と形状が求められており、例えば特開平４−７５７１５号公報において最適形状の検討が成されているものの、曲げ反力と吸収エネルギー特性の両方を充分に満足させるものではなく、改善が要望されていた。
【０００４】
【発明の目的】
本発明は、上記従来の状況に鑑みて成されたもので、動的な大変形領域においても高い曲げ反力を確保し、且つ大変形に至るまでの高い吸収エネルギー特性が要求される車体補強用部材において、曲げ反力と吸収エネルギー特性をともに最適化することができる車体補強用部材を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる車体補強用部材は、中空状の多角断面を有する車体補強用部材であって、その多角断面において荷重入力方向に対して垂直な面の両角部に丸みを設けると共に、角部の板厚方向外側の曲率半径Ｒ（ｍｍ）が１≧Ｒ＞０の範囲であることを特徴としており、その材料には例えば鋼板や鋼管を用いる。
【０００６】
【発明の効果】
本発明に係わる車体補強用部材によれば、高い曲げ反力と高い吸収エネルギー特性の両方を備えたものとすることができ、当該部材自体の小型軽量化も可能となって、車体の軽量化や車内スペースの拡大を図ることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１（ａ）に示す車体補強用部材１Ａは、正方形の多角断面を長手方向にわたって有しており、図１（ｂ）に示す車体補強用部材１Ｂは、無底凸形の開口部同士を連結することで四方に突出した形状の多角断面を長手方向にわたって有しており、図１（ｃ）に示す車体補強用部材１Ｃは、凸形の多角断面を長手方向にわたって有している。
【０００８】
これらの車体補強用部材１Ａ〜１Ｃは、各々の多角断面において、図中で下方向となる荷重入力方向に対して垂直な全ての面（図中で水平な面）の両角部に丸みを設けると共に、角部の板厚方向外側の曲率半径Ｒ（ｍｍ）が１≧Ｒ＞０の範囲となっている。
【０００９】
また、各車体補強用部材１Ａ〜１Ｃは、上述の如く多角断面に対する荷重入力方向を下方向とした場合に、多角断面の底面長さＬ（ｍｍ）と縦壁長さＨ（ｍｍ）の比Ｌ／Ｈが１．０≧Ｌ／Ｈ≧０．４の範囲であると共に、板厚Ｔ（ｍｍ）が３≧Ｔ≧１の範囲であり、より望ましくは、角部に、板厚を減少させずに１０％以上の加工硬化を施してある。さらに、車体補強用部材１は、降伏比０．８以下の鋼板あるいは鋼管を用いて形成してあり、より望ましくは、角部を１０％以上増肉したものとなっている。
【００１０】
ここで、各車体補強用部材１Ａ〜１Ｃを上記の構成とした理由は、以下の通りである。
図２は長尺状部材の３点曲げ試験を説明する図である。３点曲げ試験は、長尺状部材１の下部両端側を支持体Ｆ，Ｆで支持すると共に、長尺状部材１の上部中央にストライカＳで負荷を与え、この負荷に基づいて同部材１が塑性変形に至るまでの吸収エネルギー特性や曲げ反力を評価するものである。
【００１１】
３点曲げ試験において、長尺状部材１は、ストライカＳの直下（Ａ点）でモーメントが最大となって局部的に変形する。この際、長尺状部材１の強度は、長手方向の変形に対して局所的集中に相当する座屈にて最大となり、その後、断面の周方向の座屈にて低下する。そして、長尺状部材１の断面については、周方向の座屈に対して角部に丸みがある形状が安定であり、角部の曲率半径が小さくなるほど直線辺部が座屈し易くなる。
【００１２】
また、長尺状部材１では、角部の曲率半径の増大とともに断面形状が真円に近づくと、断面２次モーメントが小さくなって最大荷重が小さくなることから、吸収エネルギー特性と曲げ反力には、図３に示すような共存領域があることが既に知られている。なお、図３において、白丸は吸収エネルギーであり、黒角は曲げ反力である。
【００１３】
そこで、本発明では、長尺状部材として自動車等に使用される車体補強用部材を考え、動的な３点曲げ試験において、ストライカＳの直下で荷重を受けた際の初期における現象に着目した。
【００１４】
動的な３点曲げ試験の初期において、ストライカＳの直下で荷重を受ける多角断面の縦壁は、荷重の入力に対して局部的な座屈が起る。この際、長手方向の変形に対して局所的集中に相当する座屈にて最大強度となり、その後、断面の周方向の座屈にて強度低下を生じることから、初期の断面座屈に対する最適な断面形状を検討したところ、図４に示すように、角部の曲率半径Ｒが０に近づく領域において、これまでの吸収エネルギー特性を大きく上回り、且つ曲げ反力も大きく上回ることを見出した。
【００１５】
そして、角部の曲率半径Ｒが０に近づく領域をより仔細に検討したところ、図５に示すように、図３に示すこれまでの共存領域を大きく上回る領域を見出し、これに基づいて、車体補強用部材１Ａ〜１Ｃの多角断面における角部の板圧方向外側の曲率半径Ｒを１≧Ｒ＞０の範囲とした。
【００１６】
次に、図６に示すように、曲げ方向に対して多角断面の底面長さＬが大きくなると、断面２次モーメントが同じにもかかわらず質量が大きくなり、また、底面長さＬが小さ過ぎる領域では、ねじれや倒れに対して優位ではなくなることから、図６に基づいて、車体補強用部材１Ａ〜１Ｃの多角断面における底面長さＬと縦壁長さＨの比Ｌ／Ｈを１．０≧Ｌ／Ｈ＞０．４の範囲とした。
【００１７】
次に、車体補強用部材１Ａ〜１Ｃの多角断面における板厚Ｔにあっては、Ｔ≧１の領域では座屈強度が低くなり、吸収エネルギー特性および曲げ反力は共に優位ではない。また、板厚Ｔが３≧Ｔの領域では、効果に対する重量比が不利になる。したがって、車体補強用部材１Ａ〜１Ｃの多角断面における板厚Ｔは３≧Ｔ≧１の範囲とした。
【００１８】
上記のように構成した車体補強用部材１Ａ〜１Ｃは、動的な大変形領域においても高い曲げ反力を確保し、且つ大変形に至るまでの高い吸収エネルギー特性が要求される車体補強用部材において、曲げ反力と吸収エネルギー特性をともに最適化し得るものである。
【００１９】
そして、このような効果は主として形状による効果であり、材料強度によらないが、より望ましくは、例えば板厚Ｔを減少することなく角部に１０％以上の加工硬化を施し、この加工硬化による降伏強度の上昇を利用して性能をより高めるようにするのが良く、この際の工法としては引き抜き工法のほか、縮管ハイドロ成形など加工による歪みを積極的に誘起できる工法が有効である。
【００２０】
また、材料としては降伏比０．８以下の鋼管または鋼板が望ましく、断面形状としては、四辺形断面も有効であるが、多角断面や偏肉を有する多角断面、とくに角部を１０％以上増肉した多角断面などのように、四辺形断面に比べて曲げ反力や吸収エネルギー特性に優位な断面形状とするのが望ましく、これにより、曲げ反力と吸収エネルギー特性をともに最適化し得る効果をより高めることができる。
【００２１】
【実施例】
表１に示す車体補強用部材としての試験片Ａ〜Ｉを引き抜き加工により作製した。このとき、長手方向の長さＬｓは９００ｍｍ、断面における縦壁長さＨは１００ｍｍ、底面長さＬは９０ｍｍであり、多角断面における角部の板圧方向外側の曲率半径Ｒを異ならせた。そして、図２に示す落錘式の３点曲げ試験機において、ストライカＳの落下速度を７．８ｍ／ｓｅｃ、ストライカＳの先端部の曲率半径を１３５ｍｍ、支持体Ｆ，Ｆ間の距離Ｌｆを７００ｍｍとし、試験片の両端を自由端として動的な３点曲げ試験を行った。なお、吸収エネルギーは、変位−荷重曲線を測定し、この曲線の積分値として求めた。また、表１に示す吸収エネルギーは変位７ｓｅｃまでの値であり、曲げ反力は最大荷重の値である。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
表１から明らかなように、多角断面における角部の板圧方向外側の曲率半径Ｒを１≧Ｒ＞０の範囲とした試験片Ａ〜Ｃでは、それ以外の試験片Ｄ〜Ｉに比べて高い曲げ反力で且つ高い吸収エネルギー特性が得られることを確認した。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる車体補強用部材の断面形状の３例を説明する各々断面図（ａ）〜（ｃ）である。
【図２】長尺状部材の３点曲げ試験を示す説明図である。
【図３】断面における角部の曲率半径に対する吸収エネルギーおよび曲げ反力の関係を示すグラフである。
【図４】０に近い領域の曲率半径に対する吸収エネルギーおよび曲げ反力の関係を示すグラフである。
【図５】図４よりもさらに０に近い領域の曲率半径に対する吸収エネルギーおよび曲げ反力の関係を示すグラフである。
【図６】断面の底面長さと縦壁長さの比に対する吸収エネルギーおよび曲げ反力の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１Ａ〜１Ｃ　　車体補強用部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
2004026080.tif 000006
【図４】
2004026080.tif 000007
【図５】
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【図６】
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