(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
引張強さが１４００Ｍｐａ以上、伸び率が５％以上で断面形状が長方形に内接しかつ各コーナー部を円弧によって角取りした形状を基本とする閉断面構造の高張力鋼管で形成されており、側面衝突方向と一致するように車体に配置される長手方向側の最大寸法をａ、これと直角方向の荷重受け面側の最大寸法をｂ、外周長さをＬ、肉厚をｔとした場合に、断面形状が
【数１】
0003887542.tif 000005
を満足するものであることを特徴とする自動車用構造部材。
【請求項２】
断面形状の辺の少なくとも一箇所に直線部を有している請求項１に記載の自動車用構造部材。
【請求項３】
ドアに取り付けた場合にビーム断面形状において前記長手方向が側面衝突方向と一致し、この長手方向と直角方向が荷重受け面側となるように車体に配置してなるドアインパクトプロテクション用ビームに用いたことを特徴とする請求項１または２に記載の自動車用構造部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、優れた曲げ強度と吸収エネルギー特性を発揮することができ、しかも軽量化も図ることができる自動車用構造部材（例えば、ドア補強部材であるドアインパクトプロテクション用ビーム、ピラー補強部材やバンパー補強部材）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、自動車の側面衝突時に運手者の安全を確保するために自動車用構造部材（例えばドア補強部材であるドアインパクトプロテクション）が広く使用されている。そして、このドアインパクトプロテクションとしては、衝突安全性を確保するとともに軽量化による低燃費化を図るために超高張力鋼管が採用されている。このような鋼管材料としては、引張強さが１４００Ｍｐａ以上のものであって、その断面形状は真円のものが一般的であった。
【０００３】
一方、自動車部品等の軽量化により低燃費を更に図る必要があり、ドアインパクトプロテクションもより軽いものが要求されているので可能な限り肉厚の薄いものが好ましい。しかしながら、ドアインパクトプロテクションは衝突時における安全性を確保するものであり、所定値以上の曲げ強度と吸収エネルギー特性を確保する必要があるが、従来の真円形状のものでは今以上に肉厚を薄くすることは困難であり、従って肉厚の面から軽量化を図ることはほぼ限界にきていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記のような従来の問題点を解決して、自動車衝突時、特に側面衝突時において、従来の円形断面の鋼管に比べほぼ同等あるいはそれ以上の高い曲げ強度と吸収エネルギー特性を有し、しかも従来のものよりも更に軽量化を達成することができる例えば、ドア補強部材であるドアインパクトプロテクション用ビーム、ピラー補強部材やバンパー補強部材等の自動車用構造部材を提供することを目的として完成されたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するためになされた本発明の自動車用構造部材は、引張強さが１４００Ｍｐａ以上、伸び率が５％以上で断面形状が長方形に内接しかつ各コーナー部を円弧によって角取りした形状を基本とする閉断面構造の高張力鋼管で形成されており、側面衝突方向と一致するように車体に配置される長手方向側の最大寸法をａ、これと直角方向の荷重受け面側の最大寸法をｂ、外周長さをＬ、肉厚をｔとした場合に、断面形状が
【数２】
0003887542.tif 000002
を満足するものであり、車体に取り付けた場合に部材断面形状において前記長手方向が側面衝突方向と一致するように配置されることを特徴とするものである。
【０００６】
また、断面形状の辺の少なくとも一箇所に直線部を有しているものを請求項２に係る発明とし、ドアに取り付けた場合にビーム断面形状において前記長手方向が側面衝突方向と一致し、この長手方向と直角方向が荷重受け面側となるように車体に配置してなるドアインパクトプロテクション用ビームに用いたものを請求項３に係る発明とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照しつつ本発明をドアインパクトプロテクション用ビームに用いた場合の好ましい実施の形態を示す。
本発明のドアインパクトプロテクション用ビームは、成分組成が例えば、重量％でＣ：０．２４％、Ｓｉ：０．２５％、Ｍｎ：２．４％、Ｃｒ：０．５％、Ｍｏ：０．７％、Ｔｉ：０．０３％、Ｂ：２０ｐｐｍ、残部はＦｅおよび不可避的元素からなる鋼帯を用いて成形された、引張強さが１４００Ｍｐａ以上、伸び率が５％以上の断面形状が閉断面構造の高張力鋼管で形成されるものである。
そして、長手方向側の最大寸法をａ、これと直角方向の荷重受け面側の最大寸法をｂ、外周長さをＬ、肉厚をｔとした場合に、断面形状が
【数３】
0003887542.tif 000003
を満足するものであり、ドアに取り付けた場合にビーム断面形状において前記長手方向が側面衝突方向と一致するように配置されるものである。
なお、本発明のビーム断面形状は、長方形に内接しかつ各コーナー部を円弧によって角取りした形状を基本とするものであり、各コーナー部を円弧状とすることで衝撃荷重が加えられた場合、各コーナー部の過剰な応力集中により、極端な割れや座屈が発生するのを防止している。
以下に、上記の寸法を制限した理由につき説明する。
【０００８】
（１）ｂ／ａの限定条件について
図１は、同一断面積の鋼管の３点曲げテストをした場合の、最大荷重と吸収エネルギー量の曲げ特性を評価したグラフである。
なお、３点曲げテストの条件は、後述の実施例に示すとおりであり、表１にあるように、外周長さをＬ（１００ｍｍ）、肉厚をｔ（１．６ｍｍ）を一定とし、長手方向側の最大寸法をａ、これと直角方向の荷重受け面側の最大寸法をｂを変えた場合の最大荷重と吸収エネルギー量を測定した。
ｂ／ａを円形（ｂ／ａ＝１）から徐々に小さくしていくと、最大荷重・吸収エネルギーとも増加し、ｂ／ａ＜≦０．７５では、急激に大きくなる。更に、ｂ／ａ＜０．６５でも曲げ特性は向上するが、長辺ａが、短辺ｂに対し大きくなりすぎて形状的に不安定となり、側面衝突時においてビームの捩れ・回転が発生するため、ビーム本来の性能が発揮されず安全性上問題のある可能性がある。また、ドア内へ配置した場合、スペース制約上、配置できない場合がある。
従って、０．６５≦ｂ／ａ≦０．７５の範囲が好ましい。
【０００９】
（２）ｔ／Ｌの限定条件について
有効な断面形状を決定するには、ｂ／ａの他に、板厚ｔと外周長さＬの比ｔ／Ｌが重要なパラメーターである。
図２は、ｂ／ａが上記範囲内におけるｔとＬとの関係を示した例である。
ｔ／Ｌ＜０．０１４の領域では、ｔに対しＬが大きいため、座屈が派生しやすくなり、更に座屈後の割れも大きくなりやすい。一方、ｔ／Ｌ＞０．０２０の領域は、曲げ特性としては良好であるが、Ｌに対しｔが大きいため重量増の方向になり、軽量化を目的としていることに反してくる。
また、実際のドアに取付ける場合は、０．０１４≦ｔ／Ｌ≦０．０２０の範囲以外に、ドア内の取付けスペースからＬが制約され、軽量化等の要求からｔが制約される。更には、Ｌとｔの充分な曲げ性能をもつ領域にある必要があり、Ｌとｔの積Ｌ×ｔ＞Ｋ（Ｋは、ドアの要求性能から決まる定数）で囲まれた領域が最適領域となる（図２の斜線部分、但しＫ＝１４０の場合）。
【００１０】
（３）ドアへの配置について
本発明は、円形断面のように全方位性ではないために、ドア内への配置は、曲げ特性を最大限に発揮するように方向性をもたせる必要がある。即ち、ドアに取り付けた場合にビーム断面形状において長手方向が側面衝突方向と一致するように配置する必要がある。
【００１１】
ビーム断面形状としては、長手方向と直角の方向の中立軸から、質量分布が離れた方が曲げ剛性が向上するため、例えば図４に示されるように、長手方向の２辺に直線部分のある小判形状や、図５〜図６に示されるように、長手方向の２辺とその直角方向の２辺に直線部分のあるほぼ長方形形状のものは、曲げ剛性を大きく向上させることができるため、好ましい。
【００１２】
また、長手方向に直線部がある場合、曲げ剛性は向上するが座屈後に割れが大きくなる傾向にあり、この座屈による割れを軽減させるためには、図７に示されるように、長手方向を外側に凸の湾曲部をもつことが望ましい。
【００１３】
また、図８に示されるように、長手方向とその直角方向が滑らかな湾曲でつながっている楕円形状は、衝突による形状が不安定で、捩れ・曲がりが発生しやすい傾向にあるが、座屈がしにくく、かつ座屈による割れが非常に小さくなるのでビームに採用することができる。
本発明の自動車用構造部材は、前記のドアインパクトプロテクション用ビーム以外にも、ピラー補強部材やバンパー補強部材としても用いることができる。
【００１４】
【実施例】
表１に示される寸法および各比率を有するビームを、スパン９５０ｍｍで３点曲げ試験（速度２ｍｍ／ｓ、押込み変位量２００ｍｍ）を行ったところ、最大荷重および吸収エネルギーともに満足のいくものであった。一方、比較例として、従来タイプのφ３１．８ｍｍ×ｔ１．８ｍｍの円形断面を有するものと、軽量化を図ったφ３１．８ｍｍ×ｔ１．６ｍｍの円形断面を有するものの３点曲げ試験を同様にして行った。なお、実施例１，２，３は、それぞれ図４、図５、図６に相当するものである。
この結果からも明らかなように、本発明のビームは軽量化タイプであるφ３１．８ｍｍ×ｔ１．６ｍｍの円形断面を有するものと同一重量でありながら、最大荷重および吸収エネルギーともにφ３１．８ｍｍ×ｔ１．８ｍｍの円形断面を有するものと同等以上の性能を有するものであり、優れた形状特性を発揮できることが確認できた（図９）。
【００１５】
【表１】
0003887542.tif 000004
【００１６】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明は自動車衝突時、特に側面衝突時において、従来の円形断面の鋼管に比べ、高い曲げ強度と吸収エネルギー特性をもつことにより、自動車用構造部材（例えば、ドア補強部材であるドアインパクトプロテクション用ビーム、ピラー補強部材やバンパー補強部材）の軽量化を可能とするものである。
よって本発明は従来の問題点を一掃した自動車用構造部材として、産業の発展に寄与するところは極めて大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】φ３１．８ｍｍ×ｔ１．６ｍｍの円形断面と同一重量で、ａとｂの比を様々に変えた四辺形形状のビームを、スパン９５０ｍｍで３点曲げ試験をした、ｂ／ａと最大荷重及び吸収エネルギーの関係を表した図である。
【図２】肉厚ｔと外周長さLの関係の例を示す図である。
【図３】スパン９５０ｍｍで３点曲げ試験をした場合の変位と荷重の関係を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態を示す断面図である。
【図５】その他の実施の形態を示す断面図である。
【図６】その他の実施の形態を示す断面図である。
【図７】その他の実施の形態を示す断面図である。
【図８】その他の実施の形態を示す断面図である。
【図９】実施例および比較例の３点曲げ試験をした結果を示すグラフである。
【図１】
0003887542.tif 000006
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0003887542.tif 000010
【図６】
0003887542.tif 000011
【図７】
0003887542.tif 000012
【図８】
0003887542.tif 000013
【図９】
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