(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷重を受ける側のフランジと、該フランジと一体の断面略Ｕ字状の補強本体とからなり、補強本体がフランジに結合される対の離間した側部と、曲部を介して側部に結合される底部を有し、両側部が底部の方向へと側外方へ拡がる形状に傾斜しており、底部の肉厚がフランジの肉厚より大であり、フランジの肉厚が側部の肉厚より大であり、中立軸が断面高さの中央に設定されていることを特徴とする自動車用ドアインパクトビーム。
【請求項２】
フランジの幅と両側部間の最大寸法がほゞ同じである請求項１記載の自動車用ドアインパクトビーム。
【請求項３】
主成分をＭｇ：１〜２mass％，Ｚｎ：７〜９mass％とするアルミニウム合金からなる請求項１記載の自動車用ドアインパクトビーム。
【請求項４】
Ｍｇ：１〜２mass％，Ｚｎ：７〜９mass％，Ｃｕ：０．１〜０．４mass％，Ｍｎ：０．０５〜０．３mass％，Ｃｒ：０．０５〜０．３mass％，Ｚｒ：０．０５〜０．２５mass％，残Ａｌと不可避的不純物のアルミニウム合金からなる請求項１記載の自動車用ドアインパクトビーム。
【請求項５】
Ｍｇ：１〜１．５mass％，Ｚｎ：７〜７．８mass％，Ｃｕ：０．１５〜０．３mass％，Ｍｎ：０．０５〜０．２０mass％，Ｃｒ：０．０５〜０．１５mass％，Ｚｒ：０．１０〜０．２０mass％，残Ａｌと不可避的不純物のアルミニウム合金からなる請求項１記載の自動車用ドアインパクトビーム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車のドアに装備され、側面衝突に対して乗員の安全を保障するためのドアインパクトビーム（ドア補強部材）に関する。好ましくは、ドアインパクトビームは、Ｍｇ：１〜２mass％，Ｚｎ：７〜９mass％を主成分とするアルミニウム合金の押出形材よりなる。尚、以下、金属組成の割合を示す％はmass％（質量％）を意味する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用ドアには、その側面衝突に対して乗員の安全を確保するために、ドアインパクトビーム（ドア補強部材）が配される。ドアインパクトビームは、自動車の軽量化による燃費向上の要望に対応するため、アルミニウム合金、特に、Ｍｇ：０．２〜２．５％，Ｚｎ：４．５〜６．０％を主成分とする７０００系（Al-Zn-Mg系）アルミニウム合金の押出形材が用いられる。
【０００３】
ドアインパクトビームの基本的な断面形状を図５に示す。ドアインパクトビーム１は、上下の平板状のフランジ２，３と、離間した両フランジ２，３を連結する対のウエブ４，５よりなる。代表的な例として、フランジ幅３０〜５０mm、対のウエブ間寸法１５〜２５mm、フランジとウエブの板厚２〜３．５mm、フランジ間寸法３２mm以下の寸法関係が示されよう。
【０００４】
前述したドアインパクトビームに、自動車の側面衝突による荷重がフランジに作用すると、ドアインパクトビームの両端を支持点とする曲げモーメントがドアインパクトビームに生じ、その断面形状を維持したまゝ曲がろうとすることから、荷重が作用する側のフランジに圧縮応力が、その対向フランジ側に引張り応力が作用する。
最終的には、引張り応力が作用するフランジ側が応力限界を超えると破断が生じることは、理論的にもかつ実験でも確認されている。
【０００５】
フランジの破断対策として、特開平５−３３０４５０号公報は、対の離間したウエブの板厚を変え、フランジ方向からの衝撃荷重に対して断面形状を変化させながら変形させることを提案する。
特許第３１０３３３７号公報は、ドアインパクトビームの中立軸（伸び縮みの釣合う位置）を横断面中央よりも引張側フランジ方向へ偏位させ、引張り側のフランジに発生する応力を小さくさせること、そのために、フランジとウエブに孔を穿けることを提案する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前述した従来例では、対の離間したフランジと、両フランジを結合させる対の離間したウエブを図５のように配し、更にウエブの一方の肉厚を他方より薄くして断面形状を非対称形状とさせている。
このような従来例は、自動車の側面衝突時、衝突荷重がフランジの面に直角な方向から入力する場合は予測したドアインパクトビームの変形による衝突エネルギーの吸収を可能とさせている。しかし、衝突荷重の入力方向が、ドアインパクトビームの断面が座屈し倒れようとする方向の場合、薄肉部分の破断という問題が生じる。
さらに、特許第３１０３３３７号公報で中立軸を偏位させること及びウエブに孔を穿けることが教示されるが、中立軸の偏位は断面係数を小さくし、穿孔は加工を煩雑にさせるという不具合の原因となる。
【０００７】
それ故に、本発明は、前述した従来技術の不具合を解消させることを解決すべき課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述した課題を解決するために、断面形状が平板フランジと、該平板は、フランジに底部と側部とを曲部で結合したＵ字状の補強本体とからなるドアインパクトビームを提供する。
本発明によるドアインパクトビームに衝突荷重が作用すると補強本体の底部の引張り応力が増大し、曲部が広がる方向に変形する。この変形は側部を上方から下方に向って広げ、前述の引張り応力を緩和させ、破断を防止するのに役立つ。
【０００９】
本発明によれば、荷重を受ける側のフランジと、該フランジと一体の断面略Ｕ字状の補強本体とからなり、補強本体がフランジに結合される対の離間した側部と、曲部を介して側部に結合される底部を有し、両側部が底部の方向へと側外方へ拡がる形状に傾斜していることを特徴とする自動車用ドアインパクトビームが提供される。
【００１０】
好ましくは、ドアインパクトビームは、Ｍｇ：１〜２％，Ｚｎ：７〜９％，Ｃｕ：０．１〜０．４％，Ｍｎ：０．０５〜０．３％，Ｃｒ：０．０５〜０．３％，Ｚｒ：０．０５〜０．２５％，残Ａｌと不可避的不純物のアルミニウム合金からなる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明の好ましい実施例のドアインパクトビーム６の断面形状を示す。ドアインパクトビーム６はアルミニウム合金の長尺押出形材（長さ約１２００mm）よりなり、上方の平板のフランジ７、Ｕ字状の補強本体８とを一体とした断面形状を有す。
補強本体８は、フランジ７と離間対向しかつフランジ７より肉厚の底部９、フランジ７に一体に結合されかつ上方から下方に向けて側方に広がる側部１０，１０、底部９と側部１０，１０を連結する曲部１１，１１とからなる。
中立軸１２は、断面形数が最大となるよう高さ（Ｈ）の中央（１／２）に設定する。
【００１２】
フランジ７の幅（Ｗ）と側部１０，１０の最大外側面間の寸法をほぼ同じとし、底部９の肉厚（Ｔ２）をフランジ７の肉厚（Ｔ１）の１．２〜１．６倍とする。曲部１１のＲを６〜１０mmとし、側部１０，１０の肉厚（Ｔ３）をフランジ７の肉厚Ｔ１の０．４〜０．８倍とする。
【００１３】
ドアインパクトビーム６のためのアルミニウム合金は、Ｍｇ：１〜２％，Ｚｎ：７〜９％を含む。Ｍｇ：１％以下、Ｚｎ：７％以下の含有はインパクトビームとしての強度不足を招き、Ｍｇ：２％以上、Ｚｎ：９％以上の含有は、本発明のインパクトビームの押出特性、靱性、耐食性の観点から好ましくない。好ましくは、Ｍｇ：１〜１．５％，Ｚｎ：７〜７．８％の含有量とさせる。
【００１４】
アルミニウム合金は、さらに、Ｃｕ：０．１〜０．４％を含み、Ｃｕの微量添加はインパクトビームに必要な強度の確保、耐食性の向上に有効である。好ましくは、Ｃｕの含有量を０．１５〜０．３％とする。
【００１５】
Ｍｎ：０．０５〜０．３％，Ｃｒ：０．０５〜０．３％，Ｚｒ：０．０５〜０．２５％をアルミニウム合金に添加する。これら遷移元素の添加は合金の結晶粒を微細化し、非再結晶組織化し、インパクトビームの負荷時の破断の防止に有用である。好ましくは、Ｍｎ：０．０５〜０．２０％，Ｃｒ：０．０５〜０．１５％，Ｚｒ：０．１０〜０．２０％とする。残部はアルミニウムと不可避的不純物である。
【００１６】
【実施例】
本発明の実施例１と比較例との供試体の負荷実験をなした。試験装置は、図４に示すように、供試体１２（長さ１２００mm）の両端部を８４０mm離間した支持治具１３，１３で支え、供試体１２の中央上方に負荷治具１４を介して負荷（Ｆ）を作用させるものである。負荷治具１４は半径３００mmの半球体である。
実施例１の組成（％）は次の通りである。Ｍｇ：１．２０，Ｚｎ：７．５０，Ｃｕ：０．２０，Ｍｎ：０．１０，Ｃｒ：０．０５，Ｚｒ：０．１５，Ｓｉ：０．０６，Ｆｅ：０．１５，残Ａｌと不可避的不純物。
比較例のアルミニウム合金は、７０００系（Al-Zn-Mg系）の７Ｎ01合金が用いられる。
【００１７】
実施例１と比較例の断面形状は、図１と図５に示すものである。それらの寸法（mm）を表１に示す。
但し、実施例１に係る図１中のＲは８mmであり、ウエブとフランジとを結ぶ内壁部のＲを６mmとしてある。比較例のウエブ間の寸法は２５mmである。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
図３に示すように、負荷を２０００〜１４０００Ｎと変化させると、比較例は、１００００〜１２０００Ｎ、変位４０〜２３０mmの広い塑性域を示しながら、２３０mm前後の変位で破断した。
実施例１は、１２０００Ｎ、４０mm変位の広域の弾性領域を示し、次いで、変位１００mm附近から荷重を下げながら長い塑性領域をとり、エネルギー吸収量の多さを示す。
【００２０】
図２に塑性変形途中のドアインパクトビーム６の断面形状を示す。荷重の作用とともに底部９の引張り応力が増大し、この引張り応力の増大が曲部１１を側外方へ拡げる方向へ変位させる。これが底部９の引張り応力を緩和させ、破断を防止する。
図２からも明らかなように、側部１０，１０がフランジ７側から底部９へと下方に向って拡がる形状であるため、この傾きの角度は負荷の作用とともに大きくなり、フランジ７と底部９とを接近させる。このような変位は側部１０，１０の傾きと曲部１１，１１の半径Ｒが大きな影響を与える。よって曲部１１，１１の半径Ｒは６〜１０mmとするのがよい。
【００２１】
側部１０，１０の上方から下方に向って側外方へと拡がった傾きの形状にすることにより、側部１０，１０の側外方への変形を容易にし、中立軸１２まわりの断面２次モーメントおよび断面係数を大きくすることができる。かくして、本発明のドアインパクトビーム６の強度、剛性を望ましい値とする。
尚、底部９の両端を側部１０，１０より側外方へ延在させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一例のドアインパクトビームの断面図である。
【図２】変形したドアインパクトビームを示す断面図である。
【図３】荷重と変位を示すグラフ図である。
【図４】ドアインパクトビームのテスト装置を示す正面図である。
【図５】従来のドアインパクトビームの断面図である。
【符号の説明】
６  ドアインパクトビーム
７  フランジ
８  補強本体
９  底部
１０  側部
１１  曲部
１２  中立軸
Ｗ  幅
Ｈ  高さ
【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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