(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
横断面をほぼ円形とする管の一部に対向する内向きの彎曲部を形成し、円形部と連続一体化して管内に凹部を形成した異形断面形状であり、該異形断面形状の円形部と凹部に挟まれる突起部の局部的な断面曲率半径Ｒと板厚ｔとの関係が（１）式を満たし、ロール成形による成形で、異形断面形状とした部材の強度が、焼入れ後の強度で１２００ＭＰａ以上であることを特徴とする初期ピーク荷重の高い衝突特性に優れた自動車用強度部材。
Ｒ／ｔ≦３ （１）
【請求項２】
請求項１に記載の自動車用強度部材に用いる異形断面鋼管が、断面の突起部に垂直に衝突荷重が負荷されるような方向に配置されていることを特徴とする初期ピーク荷重の高い衝突特性に優れた自動車用強度部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、衝突特性に優れた自動車用強度部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年自動車の側突に対する基準が益々厳しくなりつつあり、車体構造設計の思想も変化してきている。自動車のドアにはドアガードバーが装備されているが、このドアガードバーは従来は衝突エネルギー吸収部材として考えられてきた。しかし、最近では側突時の衝突エネルギーはドア全体で吸収させる車体構造設計となりつつあり、ドアガードバーは衝突エネルギーをドアガードバー周辺の他部材へ伝達させる衝突エネルギー伝達部材としての機能も重要になってきている。衝突エネルギーを他部材へ伝達させるためには、初期ピーク荷重が高く、ドアガードバー自身が衝突初期に変形し難いことが必要である。ここで初期ピーク荷重とは、衝突後０．５ｍｍ変位付近で示す荷重のピーク値である。ドアガードバー用部材は、吸収エネルギーが高く、かつ初期ピーク荷重共に優れた断面形状のものが望ましい。
【０００３】
現在は丸型鋼管がドアガードバーとして多く使われているが、丸型鋼管の曲げ変形挙動は、負荷直下部に荷重が集中し、局部座屈により断面が偏平し易く、吸収エネルギー、初期ピーク荷重ともに高くないという問題がある。
【０００４】
特許文献1に示される図２のような、丸型鋼管の一部を内側へ凹ませて下端部が丸型鋼管内壁の近傍に位置し、上端部を開口部とする凹部を形成した断面形状（以降異形断面Ａと呼ぶ）のドアガードバー用部材が提案されている。この形状は衝突後、図２ａ部とｂ部が接触して衝突による荷重を確実に支え、荷重に対して安定な形状となるため耐反力の低下を抑制し、衝突時にエネルギーの吸収を高める断面形状である。しかし、この形状は吸収エネルギーは高いが、初期ピーク荷重は高くない。
【０００５】
図３に示されるような角型鋼管の自動車用強度部材も現在使用されている。角型鋼管は初期ピーク荷重は高いが座屈が起こりやすく、一度座屈をおこすと急激に耐反力が低下するために吸収エネルギーは高くない。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２７８０５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記したように、ドアガードバー用部材は吸収エネルギーが高く、かつ初期ピーク荷重共に優れた断面形状のものが望ましいが、未だこうした断面形状のドアガードバー用部材は提案されていない。本発明は、吸収エネルギーが高くかつ初期ピーク荷重共に優れた断面形状を有する自動車用強度部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記したようにドアガードバー部材は吸収エネルギーが高くかつ初期ピーク荷重共に優れた断面形状のものが望ましい。
【０００９】
図２に示す異形断面Ａ形状は、ａ部とｂ部が接触して衝突による荷重を確実に支え、荷重に対して安定な形状となるため耐反力の低下を抑制できるために吸収エネルギーが高いことが知られている。しかし、荷重入力方向と平行な面が少ないために荷重に対し断面変形をおこし易く、初期ピーク荷重は高くない。
【００１０】
図３に示すような角型鋼管は、初期ピーク荷重が高いことが知られている。しかし、角型鋼管は座屈しやすく、一度座屈をおこすと急激に耐反力が低下するために吸収エネルギーは高くない。
【００１１】
静的に荷重を加えるような低歪速度での変形の場合、部材は力の釣り合い条件下で最弱箇所から変形が開始するが、自動車の衝突のような高歪速度での変形の場合、部材は衝突物の慣性を考慮しなければならず、衝突箇所から変形が開始する。また、速度が速ければ速いほどこの現象は顕著になり、変形は衝突箇所により局所化する。つまり、自動車の衝突に対しては衝突箇所の局部的な断面剛性を上げることで、衝突初期に部材自身の断面変形を抑えることができ、初期ピーク荷重が高くなることが予測された。
【００１２】
本発明者らは、断面の衝突箇所に突起部を形成して、突起部の局部的な断面曲率半径Ｒの条件を特定することで局部的な断面剛性が上昇し、初期ピーク荷重を大幅に向上できることを見出した。
【００１３】
また、吸収エネルギーの高い異形断面Ａ形状の突起部の局部的な断面曲率半径Ｒの条件を特定することで、吸収エネルギーが高く、かつ初期ピーク荷重共に優れた断面形状となることを見出した。
【００１４】
これらの知見から得られた本発明は以下の構成を要旨とするものである。
【００１５】
（１）横断面をほぼ円形とする管の一部に対向する内向きの彎曲部を形成し、円形部と連続一体化して管内に凹部を形成した異形断面形状であり、該異形断面形状の円形部と凹部に挟まれる突起部の局部的な断面曲率半径Ｒと板厚ｔとの関係が（１）式を満たし、ロール成形による成形で、異形断面形状とした部材の強度が、焼入れ後の強度で１２００ＭＰａ以上であることを特徴とする初期ピーク荷重の高い衝突特性に優れた自動車用強度部材。
Ｒ／ｔ≦３ （１）
（２）（１）に記載の自動車用強度部材に用いる異形断面鋼管が、断面の突起部に垂直に衝突荷重が負荷されるような方向に配置されていることを特徴とする初期ピーク荷重の高い衝突特性に優れた自動車用強度部材。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、衝突荷重を周辺の他部材に伝達して車両全体で効率良くエネルギー吸収することが可能となり、自動車の衝突安全がより図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本願発明を詳細に説明する。
まず、第１の発明について説明する。
前記したように衝突荷重を周辺の他部材へ効率的に伝達するためには、衝突箇所の局部的な剛性を大きくして、断面変形に対する抵抗を大きくすることが重要である。そのためには衝突箇所の局部的な断面曲率半径Ｒを小さくする必要がある。
【００１８】
本発明者らは丸型鋼管のｔ及びＲ（φ）を変化させた衝突解析を行った結果次のような事実が判明した。衝突箇所の局部的な断面曲率半径Ｒが小さく板厚ｔが大きくなるほど断面変形に対する抵抗は大きくなる。また、断面曲率半径Ｒが比較的大きい場合には板厚ｔをも大きくしないと十分な断面変形抵抗は得られない。一方、板厚ｔが小さい場合には断面曲率半径Ｒをも小さくしないと十分な断面変形抵抗は得られない。これらの事実よりＲ／ｔの値が小さいほど初期ピーク荷重が大きくなることが予測される。本発明者らが行った解析結果を図４に示す。図４から解るように、断面曲率半径Ｒと板厚ｔとの関係Ｒ／ｔが３以下であると十分高い初期ピーク荷重を示しており、この図４を基に（１）式の条件を設定した。
【００１９】
吸収エネルギー、初期ピーク荷重共に高めるためには部材の強度を高めることが有効である。十分な吸収エネルギー、初期ピーク荷重を得るためには、引張り強度ＴＳを１２００ＭＰａ以上とすることが好ましい。現在ドアガードバー用部材としては、引張り強度ＴＳが１２００ＭＰａ以上のものが一般的である。現行品以上の特性を得るためには、引張り強度ＴＳを現行品と同等以上とすることが必要であるため、上述の条件とした。この強度レベルの部材を作製する方法として、鋼管の焼入れ前の強度が低い間にロール成形等で本発明で特定する形状に成形して、その後高周波焼入れ等で１２００ＭＰａ以上の強度を得る方法が、コスト及び生産性を考慮した際に最も有効である。
【００２０】
本発明の自動車用強度部材を形成する材料としては、コスト的には鋼材が最も有利であり一般的であるが、本発明の条件を満たすのであれば、アルミニウム、チタン、マグネシウムやそれぞれの合金の軽金属材料等の軽量材料を用いることもできる。
【００２１】
次に第二の発明について説明する。
本発明による自動車用強度部材を自動車に設置する際には、衝突特性を最大限に発揮するように方向性を持たせる必要がある。即ち、断面の突起部に垂直に衝突荷重が負荷されるような方向に配置すると、吸収エネルギー、初期ピーク荷重共に高くなり、最も効果的な自動車用強度部材となる。
【００２２】
本発明の自動車用強度部材は、自動車のドア、バンパー、ルーフ、ピラー、ロッカー等の衝突時における衝突特性の向上を目的に様々な箇所に設置可能である。
【００２３】
本発明による部材は必ずしも長手方向全てにわたって同じ断面形状である必要はない。例えば、ドアビームに本発明部材を適用した場合、最も曲げモーメントの大きい長手方向中心部のみ断面の局部剛性を大きくして、衝突時の反力に大きな影響を及ぼさない長手方向端部は軽量化のために断面を小さくすることも可能である。このような作製方法としては、例えばハイドロフォームで上記のような断面形状分布とすることが可能である。
【００２４】
また、本発明による部材は必ずしも長手方向全てにわたって同じ板厚である必要はない。例えばドアビームに本発明部材を適用した場合、最も曲げモーメントの大きい長手方向中心部のみ断面の板厚を厚くして、衝突時の反力に大きな影響を及ぼさない長手方向端部は軽量化のために板厚を薄くすることも可能である。このような作製方法としては、テーラードブランクで厚さの異なる異形鋼管を溶接して上述したような板厚分布とすることが可能である。
【実施例１】
【００２６】
本発明の自動車用強度部材は、吸収エネルギーと初期ピーク荷重が重要である。ドアガードバーの実際の変形モードである図５に示すような３点曲げを、ＦＥＭ解析にて行った。解析条件は試験体の長手方向長さＬ＝１０００ｍｍで、半径１５０ｍｍの半円柱状の負荷子を５ｍ／ｓｅｃで衝突させた。スパン長さＬ＝６００ｍｍとし、変位−荷重、変位−吸収エネルギーの関係を調査した。
【００２７】
試験体は４種類用意し、従来ドアガードバーとして使われている丸型鋼管（φ３５．０ｍｍ×ｔ２．０ｍｍ）と外径、強度、断面積がほぼ同じとなるような本発明部材（図１）、異形断面Ａ型鋼管（図２）、角型鋼管（図３）の３点曲げ解析結果を比較した。ここで異形断面Ａ型鋼管と本発明部材は衝突方向によって結果が異なるが、どちらも衝突特性が最も良い方向から衝突させた。解析結果を表１に示す。
【００２８】
まず初期ピーク荷重であるが、異形断面Ａ型鋼管や丸型鋼管に比べて角型鋼管は初期ピーク荷重が高い。本発明部材は板厚に対して局部的な断面曲率半径Ｒが十分に小さいために、局部的な断面剛性が高く変形抵抗が大きい。結果初期ピーク荷重は角型鋼管よりも高くなり、４種類の断面形状の中で最も高い値となった。
【００２９】
次に吸収エネルギーであるが、丸型鋼管に対して角型鋼管は座屈をおこしやすいため吸収エネルギーは低い。一方、異形断面Ａ型鋼管は座屈を起こし難く、しかも図２のａ部とｂ部が接触して耐反力の低下を抑制するために吸収エネルギーは高い。本発明部材は異形断面Ａ型鋼管の初期ピーク荷重がさらに高くなった形状であり、衝突初期反力が上昇した分吸収エネルギーは異形断面Ａ型鋼管よりも高くなり、４種類の断面形状の中で最も高い値となった。
【表１】
0004734129.tif 000002
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本願発明品の断面形状を表した図である。
【図２】異形断面Ａ型鋼管の断面形状を表した図である。
【図３】角型鋼管の断面形状を表した図である。
【図４】Ｒ／ｔと丸型鋼管の初期ピーク荷重との関係を示した図である。
【図５】３点曲げ解析条件を表した図である。
【符号の説明】
【００３１】
Ｒ    曲率半径Ｒ（ｍｍ）
ａ    異形断面Ａ最下部
ｂ    異形断面Ａベロ部
【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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