JP2019166855A - 車両用構造部材及び車両 - Google Patents

Abstract

【課題】軽量化と部材性能向上の両立を達成することができる車両用構造部材を提供する。【解決手段】車両用構造部材１０は、天板１ａと、２つの縦壁１ｂと、２つのフランジ１ｃと、天板１ａと縦壁１ｂの境界に位置する２つの第１稜線１ａｂと、縦壁１ｂとフランジ１ｃの境界に位置する２つの第２稜線１ｂｃと、フランジ１ｃの少なくとも一部に形成され、縦壁１ｂの中間位置の肉厚の１．５倍以上の肉厚を有するフランジ増肉部１２と、天板１ａの少なくとも一部から第１稜線１ａｂを通って縦壁１ｂの一部にかけて形成され、縦壁１ｂの中間位置の肉厚の１．５倍以上の肉厚を有する第１稜線増肉部１１とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、耐衝撃性を有する車両用構造部材及びそれを用いた車両に関する。

車両用構造部材には、耐衝撃性が求められる。また、車両用構造部材は、軽量であることが好ましい。耐衝撃性及び軽量化の双方の要求を満たすための車両用構造部材として、断面形状において開口部を有するハット材が提案されている。

例えば、国際公開第WO2016/204130号（特許文献１）には、本体部材と支持構造を有するバンパリインフォースメント構造が開示されている。本体部材は、自動車車体の内側方向に開口するハット型断面形状を有する。ハット型断面の開口上下端部のそれぞれに補強板が設けられる。各補強板は、別部材であって、相互に離間している。これにより、重量増加を抑制しつつ曲げ耐力を得ることができる。

また、特開2005−178695号公報（特許文献２）には、一対のウェブ（側壁部）と、これらウェブの前端同士をつなぐ中央フランジを具備する車両用衝突補強材が開示されている。中央フランジは、衝突面を構成する。この補強材は、中央フランジの反対側に開口した開放断面形状を有する。ウェブの前部又は一部の厚みは、中央フランジの厚みより大きい。これにより、重量増加を抑制しつつ、衝突時のウェブの座屈を極力防止可能となる。

国際公開第WO2016/204130号 特開2005-178695号公報

ハット部材のように開断面部材は、閉断面の場合に比べて部品数が少なくなる。そのため、開断面部材は、閉断面部材と比較して重量を削減しやすい。一方、開断面部材は、部材の剛性が小さくなりやすい。上記の従来技術のように、開断面部材で衝突性能の向上が図られている。しかし、衝突性能の大幅な向上が困難な可能性がある。そこで、軽量化と部材性能向上の両立を高次元で達成するためには、さらなる工夫が必要となる。

そこで、本願は、従来とは異なる構成により、軽量化と部材性能向上の両立を達成することができる車両用構造部材を開示する。

本発明の１つの観点による車両用構造部材は、長手方向に延在する天板と、前記天板の両端に隣接し、前記長手方向に延在する２つの縦壁と、前記縦壁の前記天板と反対側の端部に隣接し、前記長手方向に延在する２つのフランジと、前記天板と前記縦壁の間にある、前記長手方向に延在する２つの第１稜線と、前記縦壁と前記フランジの間にある、前記長手方向に延在する２つの第２稜線と、前記フランジの少なくとも一部にある、前記第１稜線と前記第２稜線との中間位置における前記縦壁の肉厚の１．５倍以上の肉厚を有するフランジ増肉部と、前記天板の少なくとも一部から前記第１稜線を通って前記縦壁の一部にかけてある、前記第１稜線と前記第２稜線の中間位置における前記縦壁の肉厚の１．５倍以上の肉厚を有する第１稜線増肉部とを備える。

本願開示によれば、従来とは異なる構成により、軽量化と部材性能向上の両立を達成することができる車両用構造部材を提供することができる。

本実施形態における構造部材の構成を示す側面図である。 図１に示す構造部材の上面図である。 構造部材の変形について説明するための図である。 構造部材の変形について説明するための図である。 本実施形態の変形例における構造部材の断面図である。 他の変形例における構造部材の断面図である。 図６に示す構造部材の上面図である。 図７の構造部材の変形例を示す上面図である。 他の変形例における構造部材の断面図である。 他の変形例における構造部材の断面図である。 シミュレーションによる解析結果を示すグラフである。 シミュレーションのモデルとして用いた構造部材の断面形状を示す図である。 シミュレーションによる解析結果であるエネルギー吸収量／質量を示す表である。

発明者らは、ハット材のみで構成される開断面部材と、ハット材とクロージングプレートで構成される開断面部材の曲げ変形挙動を比較した。一般的に、開断面部材及び閉断面部材の曲げ変形時の荷重は、部材の断面が崩壊する直前で最大となり、断面崩壊後は、徐々にもしくは急激に低下する。断面が崩壊すると、断面の高さが大幅に減少する。荷重は、部材に生じる引張力もしくは圧縮力と断面高さに依存する。このため、断面高さが減少すれば、荷重は低下する。断面崩壊の起因は、圧縮側稜線の座屈である。ここで、開断面部材と閉断面部材とで、最大荷重までにフランジに発生する引張応力を比較すると、開断面部材のほうが大きいことが判明した。

発明者らは、上記の変形メカニズムを考慮して、開断面部材の様々な構成を検討した。試行錯誤の結果、曲げ変形時に引張応力が発生するフランジを厚肉化し、さらに、圧縮応力が発生する稜線及びその周辺部を厚肉化する構成に想到した。

この構成により、圧縮側の稜線を厚肉化することで、断面崩壊を遅延させることが可能となる。断面崩壊が遅延すると、部材に生じる引張応力がより増大する。ここで、フランジを厚肉化すると、フランジにより大きな引張力が生じる。この結果、曲げ変形時の最大荷重は大幅に向上する。この知見に基づいて、以下の実施形態に想到した。

（構成１）
本発明の実施形態における車両用構造部材は、長手方向に延在する天板と、前記天板の両端に隣接し、前記長手方向に延在する２つの縦壁と、前記縦壁の前記天板と反対側の端部に隣接し、前記長手方向に延在する２つのフランジと、前記天板と前記縦壁の間にある、前記長手方向に延在する２つの第１稜線と、前記縦壁と前記フランジの間にある、前記長手方向に延在する２つの第２稜線と、前記フランジの少なくとも一部にある、前記第１稜線と前記第２稜線との中間位置における前記縦壁の肉厚の１．５倍以上の肉厚を有するフランジ増肉部と、前記天板の少なくとも一部から前記第１稜線を通って前記縦壁の一部にかけてある、前記第１稜線と前記第２稜線の中間位置における前記縦壁の肉厚の１．５倍以上の肉厚を有する第１稜線増肉部とを備える。

上記構成１では、第１稜線増肉部により、天板に衝撃が入力された場合の第１稜線の座屈が抑制される。これにより、構造部材の断面崩壊が遅延する。断面崩壊の遅延により、フランジの引張応力が増大する。フランジ増肉部により、フランジはより大きな引張力が生じる。この結果、最大荷重が向上する。このように、上記構成１では、第１稜線の座屈抑制による断面高さ変化の抑制及びフランジに生じる引張力の増大が要因となり、最大荷重を向上させる。すなわち、第１稜線増肉部及びフランジ増肉部の組み合わせによる相乗効果によって、最大荷重が大幅に向上する。これにより、部分的に増肉部を含む開断面形状の構造部材で、高い耐衝撃性能を実現できる。これにより、軽量化と部材性能向上の両立を達成することができる。

（構成２）
上記構成１において、前記フランジ増肉部は、前記フランジの少なくとも一部から前記第２線部を通り前記縦壁の一部にかけてあることが好ましい。これにより、最大荷重をより向上させることができる。

（構成３）
上記構成１又は２において、前記天板は、前記長手方向に延在する溝部を含んでもよい。この場合、前記車両用構造部材は、前記溝部の前記長手方向に垂直な方向の両端に位置し、前記長手方向に延在する２つの第３稜線と、前記溝部の少なくとも一部から前記第３稜線を通り前記天板の前記溝部以外の部分にかけて形成され、前記第１稜線と前記第２稜線の中間位置における前記縦壁の肉厚の１．５倍以上の肉厚を有する第３稜線増肉部を備えることが好ましい。これにより、耐衝撃性能をより向上させることができる。

（構成４）
上記構成１〜３のいずれかにおいて、前記フランジ増肉部及び前記第１稜線増肉部は、前記長手方向の中央に形成されることが好ましい。構造部材の長手方向の両端部が支持された状態では、長手方向中央において天板の面に垂直な方向の衝撃が構造部材に加わった場合に、曲げモーメントが最も大きくなる。そのため、長手方向中央にフランジ増肉部及び第１稜線増肉部を配置することで、耐衝撃性能をより向上させることができる。

（構成５）
上記構成１〜４のいずれかにおいて、前記第１稜線増肉部の前記長手方向の寸法は、前記車両用構造部材の前記長手方向の寸法の２０％以上であることが好ましい。これにより、耐衝撃性能の向上効果がより得やすくなる。

（構成６）
上記構成３において、前記第１稜線増肉部の前記長手方向の端の位置と、前記第３稜線増肉部の前記長手方向の端の位置は、前記長手方向においてずれていることが好ましい。天板に垂直な方向の衝撃が構造部材に加わった場合、第１稜線増肉部の長手方向の端は、断面崩壊の起点となりやすい。そのため、第１稜線増肉部の長手方向の端と、第３稜線増肉部の長手方向の端の位置をずらすことで、断面崩壊を起こりにくくすることができる。

（構成７）
上記構成６において、前記第１稜線増肉部の前記長手方向の寸法は、前記第３稜線増肉部の前記長手方向の寸法より大きいことが好ましい。これにより、天板に垂直な方向の衝撃が構造部材に加わった場合に、断面崩壊をより起こりにくくすることができる。

（構成８）
上記構成１〜７のいずれかの車両用構造部材を備える車両も、本発明の実施形態に含まれる。

［実施形態］
図１は、本実施形態における車両用の構造部材１０の構成を示す断面図である。図２は、図１に示す構造部材１０の上面図である。図１は、図２に示す構造部材１０のＡ−Ａ線における断面を示す断面図である。図１、及び図２に示すように、構造部材１０は、ハット型の開断面を有するハット材で構成される。

図１に示すように、構造部材１０は、天板１ａと、天板の両端から延びる２つの縦壁１ｂと、２つの縦壁１ｂから延びる２つのフランジ１ｃとを有する。２つの縦壁１ｂは、互いに対向して延びる。２つのフランジ１ｃは、２つの縦壁１ｂの天板１ａとは反対側の端部からそれぞれ互いに離れる方向へ延びて形成される。構造部材１０は、天板１ａと反対側が開口した開断面構造を有する。

天板１ａと２つの縦壁１ｂの間に、第１稜線１ａｂがある。天板１ａの両端に第１稜線１ａｂが位置する。また、２つの縦壁１ｂのそれぞれとフランジ１ｃとの間には、それぞれ、第２稜線１ｂｃがある。第２稜線１ｂｃは、２つのフランジ１ｃの互いに対向する端部すなわち内側端部に位置する。縦壁１ｂは、第１稜線１ａｂと第２稜線１ｂｃの間に位置する。すなわち、縦壁１ｂの一方端は、第１稜線１ａｂに隣接し、縦壁１ｂの他方端は、第２稜線１ｂｃに隣接する。第１稜線１ａｂは、天板１ａ側（ハットの開口と反対側）から見て凸部となる部分の稜線（凸稜線）を形成する。第２稜線１ｂｃは、天板１ａ側から見て凹部となる部分の稜線（凹稜線）を形成する。

第１稜線１ａｂ及び第２稜線１ｂｃは、いずれも構造部材１０の長手方向（ｙ方向）に延びる。図１及び図２に示す例では、第１稜線１ａｂ及び第２稜線１ｂｃは、互いに平行に直線状に延びる。第１稜線１ａｂ及び第２稜線１ｂｃの少なくとも一部は、互いに平行でなくてもよい。また、第１稜線１ａｂ及び第２稜線１ｂｃの少なくとも一部は、湾曲していてもよい。例えば、第１稜線１ａｂ及び第２稜線１ｂｃは、ハットの開口から天板１ａへ向かう方向に凸となるよう湾曲していてもよい。

なお、構造部材１０の長手方向は、構造部材の寸法が最も長くなる方向とする。図１及び図２に示す例では、ｙ方向が長手方向である。

２つの縦壁１ｂのそれぞれと天板１ａとの境界部分には、湾曲部（Ｒ）が形成されてもよい。すなわち、長手方向に垂直な断面において、縦壁１ｂと天板１ａの間の角は丸みを帯びていてもよい。この場合、縦壁１ｂと天板１ａとの境界におけるハット部材の肩部の表面は、曲面になる。この湾曲部（Ｒ）は、縦壁１ｂの一部であるとして、縦壁１ｂの、天板１ａに垂直な方向における高さＨが決定される。また、湾曲部（Ｒ）の天板１ａ側の端のＲ境界（Ｒ止まり）を、縦壁１ｂと天板１ａの境界である第１稜線１ａｂとする。

２つの縦壁１ｂのそれぞれとフランジ１ｃとの境界部分には、湾曲部（Ｒ）が形成されてもよい。すなわち、長手方向に垂直な断面において、縦壁１ｂとフランジ１ｃの間の角は丸みを帯びていてもよい。この場合、縦壁１ｂとフランジ１ｃとの境界におけるハット部材の角部の表面は、曲面になる。この湾曲部（Ｒ）は、縦壁１ｂの一部であるとして、縦壁１ｂの、天板１ａに垂直な方向における高さＨが決定される。また、湾曲部（Ｒ）のフランジ１ｃ側の端のＲ境界（Ｒ止まり）を、縦壁１ｂとフランジ１ｃの境界である第２稜線１ｂｃとする。

図１に示すように、構造部材１０は、第１稜線増肉部１１と、フランジ増肉部１２を含む。第１稜線増肉部１１は、天板１ａの一部から第１稜線１ａｂを通って縦壁１ｂの一部にかけて形成される。第１稜線増肉部１１の肉厚（板厚）ｔ２は、第１稜線１ａｂと第２稜線１ｂｃとの中間位置における縦壁１ｂの肉厚ｔ０の１．５倍以上である（ｔ２≧１．５×ｔ０）。軽量化の観点からは、第１稜線増肉部１１の肉厚ｔ２は、縦壁１ｂの中央の肉厚ｔ０の３倍以下（ｔ２≦３×ｔ０）とすることが好ましい。

図１に示す例では、第１稜線増肉部１１は、天板１ａの両端に形成され、天板１ａの中央部には形成されない。天板１ａの中央部の肉厚ｔ１は、縦壁１ｂの中央の肉厚ｔ０と同じである。このように、第１稜線増肉部１１を天板１ａの一部に形成することで、天板１ａ全体に増肉部を形成する場合に比べて、構造部材１０を軽量にできる。なお、第１稜線増肉部１１は、天板１ａ全体に形成されてもよい。

また、図１に示す例では、第１稜線増肉部１１は、縦壁１ｂの一部に形成される。これにより、縦壁１ｂ全体に肉厚を増やす場合に比べて、構造部材１０を軽量にできる。

フランジ増肉部１２は、フランジ１ｃの少なくとも一部に形成される。フランジ増肉部１２の肉厚（板厚）ｔ３は、第１稜線１ａｂと第２稜線１ｂｃの中間位置における縦壁１ｂの肉厚ｔ０の１．５倍以上である（ｔ３≧１．５×ｔ０）。軽量化の観点からは、フランジ増肉部１２の肉厚ｔ３は、縦壁１ｂの中間位置の肉厚ｔ０の３倍以下（ｔ３≦３×ｔ０）とすることが好ましい。

図２において、第１稜線増肉部１１及びフランジ増肉部１２が形成される領域をドットで示している。図２に示す例では、第１稜線増肉部１１及びフランジ増肉部１２は、構造部材１０の長手方向全体にわたって形成される。これに限らず、第１稜線増肉部１１及びフランジ増肉部１２は、構造部材１０の長手方向の一部に形成してもよい。これにより、軽量化を図ることができる。

この場合、第１稜線増肉部１１及びフランジ増肉部１２は、構造部材１０の長手方向の中央Ｃ１を含む領域に形成されることが好ましい。これにより、構造部材１０に加わるｚ方向の衝撃による曲げモーメントが最も大きくなる長手方向中央の最大荷重を向上させることができるからである。すなわち、増肉による耐衝撃性能向上の効率をよくすることができる。

第１稜線増肉部１１の構造部材１０の長手方向（ｙ方向）における寸法は、構造部材１０の長手方向の寸法の２０％以上であることが好ましい。これにより、増肉による耐衝撃性能向上の効率をよくすることができる。

（曲げ変形のメカニズム）
次に、図３及び図４を参照して、構造部材１０に、天板１ａに垂直な方向の衝撃が加わった場合の構造部材１０の変形について説明する。なお、図４では、構造部材１０の肉厚の図示を省略している。

図３に示すように、天板１ａに垂直な方向の衝撃Ｇが構造部材１０に加わった場合、構造部材１０に曲げ変形が生じる。曲げ変形時に、天板１ａには長手方向に圧縮応力Ｆａが発生し、フランジ１ｃには、長手方向に引張応力Ｆｈが発生する。

また、図４に示すように、衝撃Ｇにより構造部材１０の断面が崩壊すると、断面の高さが減少する（Ｈ→Ｈ１）。曲げ変形時の荷重は、構造部材１０の断面が崩壊する直前で最大となる。断面が崩壊すると、断面の高さが大幅に減少する。荷重は、構造部材に生じる引張応力、圧縮応力及び断面の高さに依存することがわかっている。断面高さが減少すれば、荷重は低下する。そのため、断面崩壊後は、荷重が、徐々に若しくは急激に低下する。断面崩壊の起因は、衝撃が加わった時に圧縮応力が発生する稜線の座屈である。

発明者らは、構造部材の衝撃による曲げ変形及び断面崩壊を注意深く観察した。その結果、構造部材１０のような開断面部材は、ハット材とクロージングプレートを組み合わせて構成される閉断面部材に比べて、フランジに、高い引張応力が発生しやすいことがわかった。これらの知見に基づいて、発明者らは、以下の構成に想到した。

衝撃が加わった時に圧縮応力が発生する第１稜線１ａｂを厚肉化（増肉）することで、第１稜線の座屈を抑制する構成になる。発明者らは、第１稜線の座屈を抑制することで、断面崩壊が遅延し、フランジ１ｃの引張ひずみがより増大することに着目し、フランジを厚肉化した。これにより、フランジ１ｃは、大きな引張力が発生するようになる。その結果、構造部材１０の最大荷重が大幅に向上する。すなわち、第１稜線増肉部１１とフランジ増肉部１２により、衝撃を受けた構造部材１０において、断面崩壊が遅延し、断面高さの変化が小さくなると、フランジに発生する引張力が増大する。その結果、構造部材１０の最大荷重が大幅に向上する。

（変形例）
図５は、本実施形態の変形例における構造部材１０ａの断面図である。図５に示す例では、フランジ増肉部１２は、フランジ１ｃの少なくとも一部から第２稜線１ｂｃを通り縦壁１ｂの一部にかけて形成される。縦壁１ｂの第２稜線１ｂｃに接する部分の肉厚（板厚）ｔ３は、第１稜線１ａｂと第２稜線１ｂｃの中間位置における縦壁１ｂの肉厚ｔ０の１．５倍以上である。図５に示す例では、フランジ１ｃの全体において、肉厚ｔ３が、縦壁１ｂの中間位置の肉厚ｔ０の１．５倍以上である。フランジ１ｃの一部の肉厚ｔ３を、縦壁１ｂの中間位置の肉厚ｔ０の１．５倍以上としてもよい。

図５に示すように、フランジ１ｃから第２稜線１ｂｃを通って縦壁１ｂに至るまでの部分を増肉することで、最大荷重をより向上させることができる。縦壁１ｂにおけるフランジ増肉部１２の端は、縦壁１ｂの第１稜線１ａｂと第２稜線１ｂｃとの中間位置よりフランジ１ｃに近い位置に設けることが好ましい。これにより、増肉量に対する耐荷重性能の向上の効率をよくすることができる。

図６は、他の変形例における構造部材１０ｂの断面図である。図６に示す例では、天板１ａは、溝部１ｄを含む。溝部１ｄは、天板１ａにおいてフランジ１ｃの方に凹んだ部分である。溝部１ｄは、構造部材１０ｂの長手方向（ｙ方向）に延びる。溝部１ｄの縁には、第３稜線１ａｄがある。すなわち、第３稜線１ａｄは、溝部１ｄの長手方向に垂直な方向における両端にある。第３稜線１ａｄは、構造部材１０ｂの長手方向（ｙ方向）に延びる。溝部１ｄは、溝の底面を形成する底部１ｄａと、底部１ｄａと第３稜線１ａｄとの間の側部１ｄｂを含む。溝部１ｄの幅（ｘ方向の長さ）は、天板１ａの幅の１／４〜３／４程度としてもよい。

なお、図６に示す例では、縦壁１ｂは、天板１ａに垂直な方向に対して傾いている。すなわち、縦壁１ｂと天板１ａの角度は直角ではない。また、フランジ１ｃと縦壁１ｂの角度も直角ではない。また、天板１ａと縦壁１ｂの境界の角部（肩部）には、湾曲部（Ｒ）が形成される。縦壁１ｂとフランジ１ｃの境界の角部には、湾曲部（Ｒ）が形成される。溝部１ｄの縁の角部には、湾曲部（Ｒ）が形成される。

図６に示す構造部材１０ｂは、第１稜線増肉部１１及びフランジ増肉部１２に加えて、第３稜線増肉部１３を備える。第３稜線増肉部１３は、溝部１ｄの少なくとも一部から第３稜線１ａｄを通り天板１ａの溝部１ｄ以外の部分にかけて形成される。第３稜線増肉部１３の肉厚は、第１稜線１ａｂと第２稜線１ｂｃとの中間位置における縦壁１ｂの肉厚の１．５倍以上である。第３稜線増肉部１３により、天板１ａに対して衝撃が加わった場合の断面崩壊を抑制する効果が高まる。

図７は、図６に示す構造部材１０ｂの上面図である。図７において、第１稜線増肉部１１、フランジ増肉部１２及び第３稜線増肉部１３が形成される領域をドットで示している。図７に示す例では、第１稜線増肉部１１、フランジ増肉部１２及び第３稜線増肉部１３は、構造部材１０の長手方向全体にわたって形成される。これに対して、第１稜線増肉部１１、フランジ増肉部１２及び第３稜線増肉部１３の少なくとも１つは、構造部材１０の長手方向の一部に形成してもよい。これにより、軽量化を図ることができる。

図８は、第１稜線増肉部１１、フランジ増肉部１２及び第３稜線増肉部１３の構造部材１０ｃの長手方向における配置の変形例を示す上面図である。図８に示す構造部材１０ｃにおいて、第１稜線増肉部１１、フランジ増肉部１２及び第３稜線増肉部１３は、構造部材１０の長手方向の全体ではなく一部の領域に形成される。第１稜線増肉部１１、フランジ増肉部１２及び第３稜線増肉部１３は、いずれも、構造部材１０の長手方向の中央Ｃ１を含む領域に形成される。

第１稜線増肉部１１の長手方向の端１１ａの位置と、第３稜線増肉部１３の長手方向の端１３ａの位置は、長手方向においてずれている。第１稜線増肉部１１の端１１ａ及び第３稜線増肉部１３の端１３ａは、いずれも、天板１ａに衝撃が加わった場合に、断面崩壊の起点となりやすい。そこで、これらの端１１ａ、１３ａを長手方向にずらして配置することで、断面崩壊の起点となりやすい部分を分散できる。そのため、断面崩壊抑制の効果が高まる。

第１稜線増肉部１１の長手方向の寸法Ｌ１は、第３稜線増肉部１３の長手方向の寸法Ｌ３より大きい。このように、第１稜線増肉部１１の長手方向の寸法を大きくすることで、第１稜線１ａｂ及び第３稜線１ａｄの一部を増肉することによる断面崩壊抑制効果の効率がよくなる。すなわち、構造部材の軽量化と断面崩壊抑制の観点から効率のよい増肉部の配置が可能となる。

なお、図８に示す例では、第１稜線増肉部１１の長手方向の端１１ａは、第３稜線増肉部１３の長手方向の端１３ａよりも外側に位置している。また、フランジ増肉部１２の長手方向の寸法は、第１稜線増肉部１１の長手方向の寸法より大きくしてもよい。

図９及び図１０は、他の変形例を示す断面図である。図９に示す構造部材１０ｄは、第３稜線増肉部が無く、第１稜線増肉部１１及びフランジ増肉部１２がある。すなわち、第３稜線１ａｄのある、溝部１ｄから天板１ａにかけての領域は増肉されず、第１稜線１ａｂ及び第２稜線１ｂｃのある領域が増肉される。フランジ増肉部１２は、フランジ１ｃから第２稜線１ｂｃを通って縦壁１ｂに至る領域に形成される。第１稜線増肉部１１及びフランジ増肉部１２の組み合わせによって、軽量化しつつも、耐衝撃性能を大幅に向上することができる。

図１０に示す構造部材１０ｅは、フランジ増肉部１２が、第２稜線１ｂｃ無く、フランジ１ｃの一部に形成されている。すなわち、第２稜線１ｂｃ及び第２稜線１ｂｃに隣接する縦壁１ｂの部分は増肉されていない。このように、フランジ増肉部１２をフランジ１ｃの一部に限定した場合も、構造部材１０を軽量化しつ、且つ耐衝撃性能を向上させることができる。

（車両への取り付け）
本実施形態における構造部材１０、１０ａ〜１０ｅ（以下、特に区別しない場合は、構造部材１０で総称する）は、車両用の構造部材である。構造部材１０は、例えば、バンパービーム又はドアインパクトビーム等として用いられる。構造部材１０は、例えば、長手方向に離間した２つの支持部材によって支持された状態で車両に取り付けられる。その場合、構造部材１０は、長手方向に離間した２箇所の支持部で支持部材に支持される。構造部材１０がバンパービームである場合、支持部材は、例えば、サイドメンバー又はクラッシュボックスとしてもよい。構造部材１０は、支持部において、例えば、ボルト等の締結部材又は溶接により、支持部材に固定される。

（製造方法）
構造部材１０は、例えば、部分的に肉厚（板厚）が異なる差厚板をプレス成形することで製造できる。或いは、肉厚が均一の板をプレス成形した後、増肉する部分に補強部材を接合することで、構造部材１０を製造してもよい。差厚板は、肉厚の異なる複数の板をテーラードブランクによりつなぎ合わせて作製することができる。或いは、板を圧延、切削、又は鍛造することにより、差厚板を作製できる。或いは、板の一部に補強部材を重ね合わせて接合することで、差厚板を作製できる。補強部材は、鋼等の金属に限られず、例えば、繊維強化樹脂（ＦＲＰ）を用いてもよい。補強部材の接合は、点接合又は面接合が用いられる。点接合の例として、溶接、ボルト、ねじ、リベット等の機械接合が挙げられる。面接合の例として、接着、ろう付け等が挙げられる。

（解析結果）
図１１は、シミュレーションによる解析結果を示すグラフである。本シミュレーションでは、天板、縦壁及びフランジを有する構造部材をモデルに用いた。モデルの構造部材は、天板と反対側が開口する開断面構造を有する。天板に垂直な方向に、天板に対して圧子（インパクタ）を衝突させた場合の変形挙動を解析した。

図１２は、シミュレーションのモデルとして用いた構造部材の断面形状を示す図である。図１２において、Ａ＋Ｂ＋Ｃのモデルの構造部材には、フランジ増肉部Ａ、第１稜線増肉部Ｂ、及び第３稜線増肉部Ｃが形成されている。フランジ増肉部Ａは、フランジから、フランジと縦壁の間の稜（第２稜線）を通り縦壁の一部にかけて形成される。第１稜線増肉部Ｂは、縦壁の一部から縦壁と天板の間の稜（第１稜線）を通り天板の一部にかけて形成される。第３稜線増肉部Ｃは、天板の一部から溝部の縁（第３稜線）を通り溝部の一部にかけて形成される。Ａ＋Ｂのモデル構造部材では、フランジ増肉部Ａ及び第１稜線増肉部Ｂが形成されている。Ａ’＋Ｂのモデル構造部材では、フランジ増肉部Ａ’及び第１稜線増肉部Ｂが形成されている。フランジ増肉部Ａ’は、フランジの一部で、第２稜線に達しない領域に形成される。

図１１に示すグラフにおいて、縦軸は、荷重を構造部材の質量で割った値（荷重／質量）を示す。横軸は、圧子の侵入量（ストローク）を示す。図１１に示すグラフでは、Ａ＋Ｂ＋Ｃ、Ａ＋Ｂ、Ａ’＋Ｂのモデルの解析結果を示す線が表示されている。また、フランジ増肉部Ａのみを有するモデル（Ａ）、第１稜線増肉部Ｂのみを有するモデル（Ｂ）、第３稜線増肉部Ｃのみを有するモデル（Ｃ）及び増肉部を有さないモデル（ｂａｓｅ）の解析結果の線が表示されている。

図１１に示す解析結果から、Ａ＋Ｂ＋Ｃ、Ａ＋Ｂ、Ａ’＋Ｂのモデルの最大荷重／質量が、その他のモデルＡ、Ｂ、Ｃ、ｂａｓｅの最大荷重／質量に比べて大きくなっている。特に、Ａ＋Ｂのモデルの最大荷重／質量が大きい。

図１３は、モデルＡ＋Ｂ＋Ｃ、Ａ＋Ｂ、Ａ’＋Ｂ、Ａ、Ｂ、Ｃ、ｂａｓｅのそれぞれにおける２００ｍｍまでのエネルギー吸収量を構造部材の質量で割った値（エネルギー吸収量／質量）を示している。図１３の解析結果では、Ａ＋Ｂ＋Ｃのエネルギー吸収量／質量が他に比べて高くなっている。

以上、本発明の一実施形態を説明したが、上述した実施形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施形態を適宜変形して実施することが可能である。例えば、本明細書の実施形態では、ハット材の内側を増肉した例を示した。これに限らず、ハット材の外側を増肉してもよい。また、ハット材の内側と外側の両方を増肉してもよい。

１ａ：天板
１ｂ：縦壁
１ｃ：フランジ
１０、１０ａ〜１０ｅ：構造部材

Claims (8)

1. 長手方向に延在する天板と、
   前記天板の両端に隣接し、前記長手方向に延在する２つの縦壁と、
   前記縦壁の前記天板と反対側の端部に隣接し、前記長手方向に延在する２つのフランジと、
   前記天板と前記縦壁の間にある、前記長手方向に延在する２つの第１稜線と、
   前記縦壁と前記フランジの間にある、前記長手方向に延在する２つの第２稜線と、
   前記フランジの少なくとも一部にある、前記第１稜線と前記第２稜線との中間位置における前記縦壁の肉厚の１．５倍以上の肉厚を有するフランジ増肉部と、
   前記天板の少なくとも一部から前記第１稜線を通って前記縦壁の一部にかけてある、前記第１稜線と前記第２稜線の中間位置の前記縦壁の肉厚の１．５倍以上の肉厚を有する第１稜線増肉部とを備える、車両用構造部材。
2. 前記フランジ増肉部は、前記フランジの少なくとも一部から前記第２稜線を通り前記縦壁の一部にかけてある、請求項１に記載の車両用構造部材。
3. 前記天板は、前記長手方向に延在する溝部を含み、
   前記溝部の前記長手方向に垂直な方向の両端にある、前記長手方向に延在する２つの第３稜線と、
   前記溝部の少なくとも一部から前記第３稜線を通り前記天板の前記溝部以外の部分にかけてある、前記第１稜線と前記第２稜線との中間位置における前記縦壁の肉厚の１．５倍以上の肉厚を有する第３稜線増肉部を備える、請求項１又は２に記載の車両用構造部材。
4. 前記フランジ増肉部及び前記第１稜線増肉部は、前記長手方向の中央にある、請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両用構造部材。
5. 前記第１稜線増肉部の前記長手方向の寸法は、前記車両用構造部材の前記長手方向の寸法の２０％以上である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の車両用構造部材。
6. 前記第１稜線増肉部の前記長手方向の端の位置と、前記第３稜線増肉部の前記長手方向の端の位置は、前記長手方向においてずれている、請求項３に記載の車両用構造部材。
7. 前記第１稜線増肉部の前記長手方向の寸法は、前記第３稜線増肉部の前記長手方向の寸法より大きい、請求項６に記載の車両用構造部材。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の車両用構造部材を備える車両。

Images