(57)【要約】【課題】  より軽量で、軸圧縮曲げ強度の高い車体構造用部材を提供することにある。【解決手段】  軸圧縮曲げ変形を被る部材において、曲げ変形を受ける二つの面の、部材の長手方向と平行な二つの端部に、部材の長手方向と平行な外側に凸の張出部を有することを特徴とする、車体構造用部材であり、さらに、外側に凸の張出部の高さをｈ、幅をｗ、圧縮面の幅をＢｃ、曲げ面の幅をＢｂとし下記数式を満足するように、その断面形状を設定することを特徴とする、車体構造用部材、である。        ０＜ｈ≦Ｂｃ／３    かつ    ０＜ｗ≦Ｂｂ／３【選択図】  図１                                                                
2005186776.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸圧縮曲げ変形を被る部材において、曲げ変形を受ける二つの面の、部材の長手方向と平行な二つの端部に、部材の長手方向と平行な外側に凸の張出部を有することを特徴とする、車体構造用部材。
【請求項２】
請求項１記載の車体構造用部材であって、外側に凸の張出部の高さをｈ、幅をｗ、圧縮面の幅をＢｃ、曲げ面の幅をＢｂとし下記数式を満足するように、その断面形状を設定することを特徴とする、車体構造用部材。
０＜ｈ≦Ｂｃ／３    かつ    ０＜ｗ≦Ｂｂ／３
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車体の衝突強度を確保するための車体構造部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、乗員保護の観点から自動車の衝突安全性向上、が社会的に要求されている。この点から、自動車の衝突安全性を向上させる車体構造部材が重要とされている。自動車を構成する構造部材は、それぞれの機能に応じ、所定の剛性、強度、エネルギー吸収能が要求される。その要求を達成するために、色々な形状的工夫がなされている。
【０００３】
その中の代表的なものとして、局所的な凹または凸の張り出し部であるビードがある。〔特許文献１〕特開平4-126677は、フロントサイドメンバの側面に車体前後方向に伸びるビードを設け、このビードを後方に向けて徐々に増加させることにより、軸圧縮変形を受けた際に、フロントサイドメンバを前方から後方へ順に圧縮変形させ、部材の折れ変形を抑制し、安定した圧縮変形とし、エネルギー吸収量の向上図ったものである。
【０００４】
また〔特許文献２〕特開平８-183473は、フランジを有するチャンネル材と平板からなる部材が軸圧縮変形を被る際に、平板に適切なビードを設定することにより、平板のスポット溶接間で起こる座屈を防止し、エネルギー吸収量を増加させるようにしたものである。
【０００５】
また、〔特許文献３〕特開2003-139180 は、圧縮面フランジ面に外側向きの張出部を設けることにより、曲げ変形した圧縮フランジ面が接触するとともに、互いの曲げ変形を阻止するように干渉し合うようにし、エネルギー吸収量を高めるようにしたものである。
【０００６】
以上に述べたように、局所的な凹または凸の張り出し部であるビードに関し、各種の工夫がなされているが、何れもエネルギー吸収量の向上を目的としたものである。また、対象とする変形モードが、〔特許文献１〕特開平４-126677および〔特許文献２〕特開平８-183473は、軸圧縮曲げ変形であり、〔特許文献３〕特開2003-139180 は、曲げ変形である。 
【特許文献１】特開平４−１２６６７７号公報
【特許文献２】特開平８−１８３４７３号公報
【特許文献３】特開２００３−１３９１８０公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
衝突安全性の観点から見ると、自動車を構成する部材は、大別すると、エネルギー吸収をさせるための壊す部材と、後方に力を伝えたり、乗員を保護するための、壊さない部材に分けられる。一般に、壊す部材に要求されるのは、エネルギー吸収量であり、壊さない部材に要求されるのは、強度である。また一般に、壊さない部材は、フロントサイドメンバ・キック部、Ａピラ、ロッカーに代表されるように、軸圧縮曲げ変形を受けるものが多い。従って、より軽量で、軸圧縮曲げ変形を被る際の強度が高い車体構造用部材が求められている。本発明の目的は、より軽量で、軸圧縮曲げ強度の高い車体構造用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】
本発明者らは、車体構造用部材の軸圧縮曲げ強度を向上させるために、閉断面を有する車体構造用部材が軸圧縮曲げ変形を被る場合の部材の崩壊現象をについて種々研究を行った。その結果、断面変形を抑制することにより、部材の軸圧縮曲げ強度を向上させ得ることを見出した。本発明は、その知見に基づいてなされたものである。すなわち、
１）軸圧縮曲げ変形を被る部材において、曲げ変形を受ける二つの面の、部材の長手方向と平行な二つの端部に、部材の長手方向と平行な外側に凸の張出部を有することを特徴とする、車体構造用部材であり、
２）さらに、外側に凸の張出部の高さをｈ、幅をｗ、圧縮面の幅をＢｃ、曲げ面の幅をＢｂとし下記数式を満足するように、その断面形状を設定することを特徴とする、車体構造用部材、である。
０＜ｈ≦Ｂｃ／３    かつ    ０＜ｗ≦Ｂｂ／３
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、重量増を伴うことなく車体の衝突強度を上昇させることが可能である。従って、自動車の衝突安全性向上、軽量化に寄与するところが大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を詳細に説明する。口形の閉断面を有する車体構造用部材が、軸圧縮曲げ変形を被ると、図２に示すように、断面の曲げ面M1に、図中の矢印の圧縮荷重がかかる。その結果、点線で示したように、断面が変形する。鋭意研究を行った結果、この断面変形を抑制すれば、部材の軸圧縮曲げ強度を向上し得ることが明らかになった。曲げ面M1の変形を図３に示した長柱の圧縮変形に置き換え考えると、長柱に圧縮荷重（Ｆ）を加えた時、長柱の長さ（Ｂｂ）が小さいほど、Ｘ方向の最大たわみ量（δ）は小さくなる。従って、曲げ面の幅（Ｂｂ）を小さくすれば、断面変形の程度が小さくなる。しかし、曲げ面の幅（Ｂｂ）を小さくすると、ここで考えているＸ軸回りの曲げに対する圧縮側の断面係数（Ｚ）が小さくなり、軸圧縮曲げ強度が低下する。この理由については、後述する（３）式より明らかである。
【００１１】
さらに、鋭意検討した結果、図１に示すように、曲げ変形を受ける二つの面の、部材の長手方向と平行な二つの端部に、部材の長手方向と平行な外側に凸の張出部を設定することにより、曲げ面の幅（Ｂｂ）を小さくせず、曲げ面の直線部長さ（Ｂｂ−２ｗ）を小さくできることに思い至った。
【００１２】
そこで、各種実験を行った結果が図４である。このように、張出部の無い口形形状に比べ、張出部の有る本発明の最大荷重（Ｆｍａｘ）が、１０〜２０％程度大きくなっていることがわかる。横軸の意味は以下の通りである。材料力学の考えかたに従うと、軸圧縮曲げ変形を被る部材の最大圧縮応力（σ）は、一般に（１）式で表される。
σ＝Ｆ／Ａ＋Ｍ／Ｚ＝Ｆ／Ａ＋（Ｆ・Ｌ）／Ｚ  ・・・（１）
ここで、Ｆは部材に負荷された軸圧縮荷重、Ａは部材の断面積、Ｍは部材に負荷された曲げモーメント、Ｌはモーメントアーム、Ｚは圧縮側の断面係数である。
【００１３】
一般に、部材に生じる最大圧縮応力（σ）が、降伏応力（σy ）と等しくなった時に軸圧縮荷重は最大値（Fmax) となるので、（１）式にて、σ＝σy 、Ｆ＝Ｆｍａｘとし、Ｆｍａｘについて解くと（２）式が得られる．
Fmax＝[ （Ａ・Ｚ・σy ）／（Ｚ―Ａ・Ｌ）]   ・・・（２）
＝[ （Ａ・σy ）／（１―Ａ・Ｌ／Ｚ）]   ・・・ (３) 
実験値と単位を合わせるために（２）式の右辺を１０００で除したものが、図４の横軸である。比較例である断面形状が口形の部材では、実験で得られた最大荷重（Ｆ実ｍａｘ）が［（Ａ・Ｚ・σy ）／（Ｚ―Ａ・Ｌ）］の８０％程度である．材料力学の考え方に従い導出された（２）式は、断面変形の影響が考慮されていない。一方、Ｆ実ｍａｘは、断面変形の影響を受ける。その結果、Ｆ実ｍａｘが[ （Ａ・Ｚ・σy ）／（Ｚ―Ａ・Ｌ）] の８０％程度となった。一方、張出部を有する部材では、前記のメカニズムにより断面変形が抑制され、Ｆ実ｍａｘが[ （Ａ・Ｚ・σy ）／（Ｚ―Ａ・Ｌ）] の９０〜１００％程度になった。  
【００１４】
張出部の設定による断面変形の抑制効果の一例を図５〜図７に示す。図５の断面形状を有する部材の断面変形の進行状況を図７に示す。断面変形の程度を評価するために、図６に示した断面高さ変化率を測定した。図７に示すように、張出部有は、口形に比べ、断面変形し難いことがわかる。
【００１５】
次に、限定理由について述べる。張出部の設定する位置を、曲げ面の部材の長手方向と平行な二つの端部としたのは、この位置に設定することにより、Ｘ軸回りの曲げに対する断面係数（Ｚ）が最も大きくなるためである。張出部を外側に凸としたのは、凹とするよりもＹ軸回りの曲げに対する断面係数（Ｚ）が最も大きくなるためである。０＜ｈおよび０＜ｗとしたのは、前述した技術思想に基づけば、張出部が存在すれば効果が認められる、と考えられるためである。実質上は、０．０３×Ｂｃ≦ｈおよび０．０３×Ｂｂ≦ｗとするのが好ましい。また、ｈ≦Ｂｃ／３としたのは、ｈ＞Ｂｃ／３であると、Ｙ軸回りの曲げに対する断面係数（Ｚ）の低下が顕著となるためである。ｗ≦Ｂｂ／３としたのは、ｗ＞Ｂｂ／３であると、張出部の断面変形抑制効果が低下するためである。また、図１０に本発明例の斜視図を示す。
【００１６】
以上に、口形断面形状の部材への好適な張り出し部設定形態について説明したが、本発明は様々な設計変更が可能である。例えば、図８に示すようなフランジ付形状や図９に示すような台形形状に張出部を設定しても良い。また、張出部は、軸圧縮曲げを被る部材の一部分部のみに設定しても良い。さらに、張出部の形状は、円弧状でも台形でも良い。
【実施例】
【００１７】
直径６３．５ｍｍ、板厚１．８ｍｍの鋼管を加工し図１１に示す評価部品とした。断面形状を図１２に示す。図１１に示す評価部品の右端を固定し、左端に右向きに、１００ｍｍ／ｍｉｎの変位速度で、変位を与えた。そして、評価部品の耐え得る最大荷重（Ｆｍａｘ）を求めた。得られた結果を図１３に示す。張出部を設定することにより、最大荷重（Ｆｍａｘ）は１１．３ｋＮから１３．２ｋＮに増加し、１７％の増加率となった。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】断面の説明図である。
【図２】断面変形の説明図である。
【図３】長柱の圧縮変形の説明図である。
【図４】張出部の効果を示す試験結果である。
【図５】断面変形の進行比較を行った断面形状の説明図である。
【図６】断面高さ変化率の説明図である。
【図７】断面変形の進行状況比較の試験結果である。
【図８】フランジ付形状への本発明の適用例を示した図である。
【図９】台形形状への本発明の適用例を示した図である。
【図１０】本発明の斜視図である。
【図１１】実施例における試験方法の説明図である。
【図１２】実施例における評価部品の断面形状の説明図である。
【図１３】実施例の試験結果を示した図である。
【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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