JP2020152257A

JP2020152257A - 車体部材

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Publication number: JP2020152257A
Application number: JP2019053191A
Authority: JP
Inventors: 雅彦阿部; Masahiko Abe; 紘明窪田; Hiroaki Kubota; 孝博相藤; Takahiro Aito
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2019-03-20
Filing date: 2019-03-20
Publication date: 2020-09-24
Anticipated expiration: 2039-03-20
Also published as: JP2023075317A; JP7288183B2; JP7738592B2

Abstract

【課題】より軽量で、かつ高い軸方向圧縮耐力を確保可能な車体部材を提供する。
【解決手段】板厚が１．６ｍｍ以下である鋼板により形成され、曲率半径が最大である基準湾曲部の端に連続する長い基準平面部の両端のうち基準平面部が連続しないほうの端から基準湾曲部の接線方向に延びる直線を第１直線とし、基準平面部の延長線を第２直線とし、第１直線と第２直線の交点と、基準平面部の両端のうち基準湾曲部に連続しないほうの端と、の間の長さをｂ０とし、基準平面部の長さをｂ１とし、基準湾曲部の曲率半径をＲとするとき、以下の式（１）および式（２）を満足する。

【選択図】図１

Description

本発明は、例えば自動車用の車体部材に関する。

従来、車体部材として、鋼板を材料として形成され所定の断面形状を有する中空部材が用いられている。これらの車体部材は、軽量化を実現するとともに、十分な耐荷重を有することが求められる。このため、近年、高い強度を有する高張力鋼板が材料として使用されることがある。

車体に対して衝突等による衝撃が加えられる場合には、車体部材は軸方向の圧縮荷重を受け得る。車体部材の十分な耐荷重を実現するためには、車体部材の高い軸方向圧縮耐力を確保し、例えば座屈を抑制することが求められる。下記の特許文献１には、軸方向圧縮曲げ変形を被る車体構造用部材において、より軽量で、軸方向圧縮曲げ強度が高い部材を実現するため、圧縮変形を受ける面を外側に凸に湾曲させる技術が記載されている。

特開２００５−１８６７７７号公報

上記特許文献１に記載の技術は、部材の断面形状のうち、圧縮変形を受ける面の形状を外側に凸に湾曲させるのみであり、湾曲面に連続する平面も含めた断面形状が部材全体の軸方向圧縮耐力に与える影響を考慮していない。また、車体構造用部材に使用する材料の薄肉化・高強度化は、当該部材の弾性座屈応力を低下させうる。このため、軸方向圧縮荷重を受ける部位において、材料の降伏応力に到達する前に弾性座屈が生じるおそれがあり、これにより軸方向圧縮耐力が低下するおそれがある。しかし、上記特許文献１に記載の技術を含め、従来の技術は、このような観点から車体部材の断面形状を設定するものではなかった。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、より軽量で、かつ高い軸方向圧縮耐力を確保可能な、新規かつ改良された車体部材を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、板厚が１．６ｍｍ以下である鋼板により形成され、軸直角方向断面の形状が、外側または内側に凸の少なくとも１つの湾曲部と、少なくとも１つの平面部とを有し、曲率半径が最大である１つの湾曲部を基準湾曲部とし、基準湾曲部の長手方向両端のうち、一端のみに平面部が連続する場合は当該平面部、両端に平面部が連続する場合は当該平面部のうち長いほうの平面部を、それぞれ基準平面部とし、基準湾曲部の長手方向両端のうち基準平面部が連続しないほうの端から基準湾曲部の接線方向に延びる直線を第１直線とし、基準平面部の延長線を第２直線とし、第１直線と第２直線の交点と、基準平面部の長手方向両端のうち基準湾曲部に連続しないほうの端と、の間の長さをｂ０とし、基準平面部の長さをｂ１とし、基準湾曲部の曲率半径をＲとするとき、以下の式（１）および式（２）を満足する、車体部材が提供される。ただし、基準平面部を形成する部分の鋼板の、板厚をｔ、ヤング率をＥ、ポアソン比をν、降伏応力をσ_ｙとする。

上記鋼板の引張強度が１１８０ＭＰａ以上であってもよい。

上記Ｒが１５ｍｍ以上であってもよい。

上記ｂ１が１０ｍｍ以上であってもよい。

上記基準湾曲部を間に挟んで第１直線と第２直線がなす角度が８０°以上、１５０°以下であってもよい。

上記軸直角方向断面が、閉断面であってもよい。

以上説明したように本発明によれば、より軽量で、かつ高い軸方向圧縮耐力を確保可能な車体部材が提供される。

本発明の第１の実施形態に係る車体部材の一例を示す軸直角方向断面図である。実施例１−１に係る車体部材の基準湾曲部の曲率半径と軸方向圧縮耐力との関係を示すグラフである。実施例１−２に係る車体部材の基準湾曲部の曲率半径と軸方向圧縮耐力との関係を示すグラフである。第１の実施形態の変形例１−１に係る車体部材を示す軸直角方向断面図である。同実施形態の変形例１−２に係る車体部材を示す軸直角方向断面図である。同実施形態の変形例１−３に係る車体部材を示す軸直角方向断面図である。本発明の第２の実施形態に係る車体部材の一例を示す軸直角方向断面図である。同実施形態の変形例２−１に係る車体部材を示す軸直角方向断面図である。同実施形態の変形例２−２に係る車体部材を示す軸直角方向断面図である。同実施形態の変形例２−３に係る車体部材を示す軸直角方向断面図である。同実施形態の変形例２−４に係る車体部材を示す軸直角方向断面図である。実施形態に係る車体部材が適用される一例としての自動車骨格を示す図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜第１の実施形態＞
まず、図１を参照して、第１の実施形態の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る車体部材の一例を示す断面図である。車体部材１は、車体の構造部材、言い換えると骨格部材であってよい。車体は、例えば自動車の車体であってよい。車体部材１は、鋼板により形成された、例えば中空筒状の部材である。以下、車体部材１の軸に沿う長手方向を軸方向ともいう。車体部材１の材料となる鋼板は特に限定されないが、その引張強度が１１８０ＭＰａ以上であってもよい。なお、引張強度は、１．２ＧＰａ級に限らず、１．５ＧＰａ級、１．８ＧＰａ級、２．５ＧＰａ級等であってよい。該鋼板の板厚が１．６ｍｍ以下である場合に、本実施形態に係る車体部材１による後述の効果が発揮される。なお、鋼板の板厚は、車体部材１に求められる衝撃吸収特性等の観点から、例えば０．４ｍｍ以上であってよい。車体部材１は、鋼板に対し公知の種々の加工技術を適用することにより、形成され得る。一例として、ブランク材が、冷間絞りプレス加工により所定の形状に成形されることで、車体部材１が形成されてもよい。また、車体部材１は、例えば、ホットスタンプにより形成されてもよい。

車体部材１は、一例として、角管状であってよい。図１は、角管状である車体部材１の、軸方向に直交する断面（軸直角方向断面）を示す。車体部材１の軸直角方向断面は、閉断面であり、４つの湾曲部１００，１０１，１０２，１０３と、４つの平面部１１０，１１１，１１２，１１３とを有する。湾曲部１００，１０１，１０２，１０３は、車体部材１の外側に凸の円弧状であり、互いに同じ形状および大きさであってよい。平面部１１０，１１１，１１２，１１３は、直線状であり、互いに同じ大きさであってよい。

湾曲部１００，１０１，１０２，１０３のうち、曲率半径が最大である１つの湾曲部を基準湾曲部１０とする。ここで湾曲部の曲率半径は、例えば、以下のようにして得られる。すなわち、軸直角方向断面において、車体部材１の表面における鋼板の曲げの始点または終点（言い換えると曲線と直線との境界点）である２つのＲ止まり点と、上記表面のうち湾曲部において上記２つのＲ止まり点から上記表面に沿って等距離に位置する曲げ中央点と、の３点を求める。これら３点から公知の数学的手法により曲率を求めることで、当該湾曲部の曲率半径が得られる。なお、上記表面は、図１に示すように鋼板の曲げ外側の表面である。図１に示す例では、湾曲部１００，１０１，１０２，１０３の曲率半径は互いに同じであるため、例えば湾曲部１００を基準湾曲部１０とすることができる。また、基準湾曲部１０の曲率半径をＲとする。

軸直角方向断面において、基準湾曲部１０の長手方向両端Ｐ，Ｑに、それぞれ平面部１１０，１１３が連続する。これら両端Ｐ，Ｑは、車体部材１の表面における上記２つのＲ止まり点である。平面部１１０，１１３のうち長いほうの平面部を基準平面部１１とする。図１に示す例では、平面部１１０，１１３の長さは互いに同じであるため、例えば平面部１１０を基準平面部１１とすることができる。なお、基準湾曲部１０の長手方向両端Ｐ，Ｑのうち一端のみに平面部が連続する場合は、当該平面部を基準平面部１１としてよい。

基準湾曲部１０の長手方向両端Ｐ，Ｑのうち基準平面部１１が連続しないほうの端Ｐから基準湾曲部１０の接線方向に延びる直線、言い換えると端Ｐにおける基準湾曲部１０の表面の接線を、第１直線Ｌ１とする。また、基準平面部１１の表面（図１に示す例では、基準湾曲部１０の曲げ外側の表面に連続する表面）の延長線を第２直線Ｌ２とする。

第１直線Ｌ１と第２直線Ｌ２の交点Ｓと、基準平面部１１の長手方向両端Ｑ，Ｔのうち基準湾曲部１０に連続しないほうの端Ｔと、の間の長さをｂ０とする。

基準湾曲部１０を間に挟んで第１直線Ｌ１と第２直線Ｌ２がなす角度をθとする。θは、８０°以上、１５０°以下の範囲内に設定されてよい。図１に示す例では、θは９０°またはその近傍に設定されている。

軸直角方向断面において、基準平面部１１の、長さ（幅）をｂ１とし、板厚をｔとし、ヤング率をＥとし、ポアソン比をνとし、降伏応力をσ_ｙとする。このとき、基準湾曲部１０の曲率半径Ｒは、以下の式（１）を満足するように設定される。なお、このように設定される曲率半径Ｒは、例えば、材料となる鋼板の引張強度が１１８０ＭＰａ以上である場合、１５ｍｍ以上であってよい。また、曲率半径Ｒの上限値は特に限定されず、後述するように基準平面部１１の長さｂ１が０超となるような曲率半径であればよい。

基準平面部１１の長さｂ１は、以下の式（２）を満足するように設定される。なお、このように設定される長さｂ１は、式（２）を満たす範囲において、例えば１０ｍｍ以上であってよい。

次に、本実施形態の作用効果を説明する。車体部材１には、軸方向の圧縮荷重（軸方向圧縮荷重）が作用しうる。車体部材１のうち、湾曲部１００〜１０３に相当する部分は、その形状により、平面部１１０〜１１３に相当する部分に比べ、軸方向圧縮荷重に対して高い剛性を有しており、弾性座屈しにくい。よって、基準湾曲部１０の曲率半径Ｒを所定値以上に設定する。これにより、この基準湾曲部１０を挟む両側の平面部のうち、一方（例えば平面部１１０）が弾性座屈しようとしても、この変形が他方（例えば平面部１１３）へ及ぼす影響、すなわち平面部同士が連動して弾性座屈しようとすることが、基準湾曲部１０により遮断されうる。よって、車体部材１の全体として、弾性座屈を抑制し、軸方向圧縮耐力を向上できる。具体的には、基準湾曲部１０の曲率半径Ｒを、上記式（１）の左辺で規定される下限値以上に設定することで、上記影響を抑制し、車体部材１の全体の弾性座屈を抑制できる。曲率半径Ｒは、鋼板の引張強度が１１８０ＭＰａ以上である場合、例えば１５ｍｍ以上であってよく、この場合、軸方向圧縮耐力を効果的に向上できることを、本発明者らは確かめた（後述の実施例１−１を参照）。

また、基準平面部１１の長さｂ１を、上記式（２）の右辺で規定される上限値以下に設定することにより、基準湾曲部１０に連続する平面部の弾性座屈を抑制できる。式（２）は、本発明者らが鋭意検討した結果得られた式である。かかる式（２）により、高強度かつ板厚が小さい鋼鈑から形成された車体部材１の軸方向圧縮荷重に対する変形モードを考慮した、平面部の有効最大長が算出される。ここで有効最大長は、軸直角方向断面において、平面部の長手方向の所定範囲（例えば全範囲）で弾性座屈応力が降伏応力以上となり、これにより弾性座屈が回避されるような、当該平面部の長さの上限値である。

基準平面部１１の長さｂ１を有効最大長以下に設定することで、基準平面部の長手方向の所定範囲（例えば全範囲）で弾性座屈が抑制される。言い換えると、基準平面部の長手方向の所定範囲で、軸方向圧縮応力が材料の強さ限界に達するまでは、基準平面部に加えられる荷重は、材料の強さによって受け止められ、基準平面部の弾性座屈へと転換されにくい。基準湾曲部を両側で挟む２つの平面部のうち、基準平面部と反対側の平面部の長さは、基準平面部の定義上、基準平面部の長さ以下である。よって、この平面部の長さも、上記式（２）の右辺で規定される上限値以下となるため、当該平面部でも弾性座屈が抑制される。言い換えると、基準湾曲部を挟む両側の平面部で弾性座屈が抑制される。

上記式（１）の左辺で規定される曲率半径Ｒの下限値は、長さｂ０から、平面部の有効最大長を減じた大きさである。言い換えると、基準平面部の長さを有効最大長以下としつつ、基準湾曲部の曲率半径Ｒを可及的に大きく確保できるように、当該曲率半径Ｒの下限値が設定されている。よって、基準湾曲部を挟む両側の平面部で弾性座屈を抑制できるとともに、仮にこれら平面部のいずれか一方が座屈しようとしても、これが他方の平面部へ及ぼし得る影響を、両平面部の間に介在する基準湾曲部により、遮断することができる。このように、曲率半径Ｒの下限値と長さｂ１の上限値との相乗効果により、車体部材１の全体として、軸方向圧縮耐力を向上させ、弾性座屈を抑制することができる。

第１直線Ｌ１と第２直線Ｌ２がなす角度θは、８０°以上、１５０°以下であってよい。角度θが１５０°以下であることで、軸直角方向断面における平面部の長手方向端が、ある程度の角度をもって他部分により支持され、これにより、自由端とならずに単純支持されているとみなすことができる。よって、上記式（２）による基準平面部の有効最大長の規定が有効に機能し、長さｂ１が式（２）を満たすことによる上記作用効果を有効に得ることができる。また、角度θが８０°以上であることで、基準湾曲部の曲率半径Ｒが式（１）を満たすことが容易となる。

車体部材１は、引張強度が所定値以上であって、板厚が所定値以下である鋼板により形成される。このように、車体部材１に使用する材料を薄肉化・高強度化することで、車体部材１の軽量化とともに、耐荷重の向上が図られる。しかし、車体部材１の材料の薄肉化・高強度化は、当該部材の平面部の弾性座屈応力を低下させうる。すなわち、平面部の板厚ｔの低下により、平面部の弾性座屈応力が大きく低下する。また、軸方向圧縮荷重に対する平面部の強度が同じであっても、上記式（２）の右辺からわかるように、板厚ｔが小さくなるほど、また、降伏応力σ_ｙが大きくなるほど、平面部の有効最大長が小さくなる。このため、軸直角方向における平面部の長さを何ら考慮しなければ、圧縮荷重を受ける部位において、材料の降伏応力に到達する前に弾性座屈が生じるおそれが高くなる。

これに対し、基準平面部１１の長さｂ１を、上記式（２）の右辺で規定される上限値（有効最大長）以下に設定することで、材料を薄肉化・高強度化しても、平面部の弾性座屈を抑制できる。また、基準湾曲部１０の曲率半径Ｒを、上記式（１）の左辺で規定される下限値以上に設定することで、材料を薄肉化・高強度化しても、車体部材１の全体としての弾性座屈を効果的に抑制できる。具体的には、車体部材１は、板厚が１．６ｍｍ以下である鋼板により形成されている。このような板厚であるため、上記のような弾性座屈応力の低下という課題が発生しやすい。これに対し上記式（１）（２）を用いて曲率半径Ｒまたは長さｂ１を設定することで、顕著な効果を得ることができる。また、車体部材１は、例えば、引張強度が１１８０ＭＰａ以上である鋼板により形成されてよい。このような引張強度である場合、上記のような弾性座屈応力の低下という課題が発生しやすく、これに対し上記式（１）（２）を用いて曲率半径Ｒまたは長さｂ１を設定することで、顕著な効果を得ることができる。

基準平面部１１の長さｂ１を、上記式（２）の左辺で規定される下限値よりも大きい値に設定することで、車体部材１の曲げや捩じりに対する剛性を向上できる。すなわち、図１に示すように、車体部材１の中立軸Ｎから湾曲部１００，１０１までの距離ｄ１（中立軸Ｎの周りのモーメントアーム）よりも、中立軸Ｎから平面部１１０までの距離ｄ０（中立軸Ｎの周りのモーメントアーム）のほうが大きい。よって、基準平面部１１の長さｂ１を０超に設定することで、言い換えると車体部材１に平面部を設けることで、車体の振動時または縁石乗り上げ時等の車体部材１の比較的小さい揺れに起因する、曲げや捩じり（小荷重）に対する圧縮耐力を向上できる。このような観点からは、長さｂ１は、平面部の有効最大長以下の範囲内で、できるだけ大きいほうがよい。長さｂ１を大きくすることで、すなわち車体部材１の断面形状において平面部が占める割合を大きくすることで、上記剛性をより向上できる。

基準平面部１１の長さｂ１が、０超である所定の下限値以上であってもよい。この場合、大荷重の入力時における車体部材１の（例えば曲げ側の）圧縮面の最大耐荷重を大きくできるため、車体部材１のエネルギ吸収量を増大できる。すなわち、車体部材１の軸直角方向断面が、例えば湾曲部のみから構成される（円形等である）場合よりも、平面部によっても構成される場合のほうが、同じ設計空間で比べると、上記断面における周方向長さ、すなわち断面積Ａが大きくなりうる。車体部材１の強度は、材料の降伏応力σ_ｙと断面積Ａとの積に比例する。断面積Ａを大きくすることで、車体部材１の圧縮面の最大耐荷重（軸方向圧縮耐力）を増加できるため、車体部材１のエネルギ吸収量を増大できる。長さｂ１の上記下限値は、車体部材１の材料となる鋼板の板厚ｔおよび降伏応力σ_ｙとの関係に基づき設定可能である。例えば、長さｂ１が１０ｍｍ以上であってよい。この１０ｍｍという値は、例えば鋼板の板厚ｔ＝０．５ｍｍ、σ_ｙ＝２ＧＰａであるとき、上記断面積Ａの過剰な減少を抑制するのに適切な上記下限値として選択しうる値である。

［実施例］
本発明者らは、図１の断面形状（角度θ＝９０°）を有する試験体（実施例１−１，１−２）に対して軸方向の圧縮荷重を作用させ、基準湾曲部の曲率半径Ｒ（ｍｍ）と試験体の軸方向圧縮耐力Ｐ（ｋＮ）との関係を調べた。実施例１−１の試験体の軸方向寸法は２８８ｍｍ、外形寸法Ｄは７２ｍｍであり、材料とした鋼板の板厚は１．６ｍｍ、ヤング率は２０６０００ＭＰａ、ポアソン比は０．３、引張強度は１２５６ＭＰａ、降伏応力は９４３ＭＰａだった。実施例１−１の試験結果を、長さｂ０、長さｂ１、式（１）の左辺および式（２）の右辺（すなわち平面部の有効最大長）と共に、表１に示す。

実施例１−２の試験体の軸方向寸法は４８０ｍｍ、外形寸法Ｄは１２０ｍｍであり、材料とした鋼板の板厚は１．６ｍｍ、ヤング率は２０６０００ＭＰａ、ポアソン比は０．３、引張強度は４３１ＭＰａ、降伏応力は３１９ＭＰａだった。実施例１−２の試験結果を、長さｂ０、長さｂ１、式（１）の左辺および式（２）の右辺（すなわち平面部の有効最大長）と共に、表２に示す。

基準湾曲部の曲率半径Ｒが小さいとき、長さｂ０と長さｂ１は大きく、式（１）の左辺は大きい。このため、Ｒがある閾値Ｒ＊未満であるとき、Ｒは式（１）の左辺未満であり、式（１）が成り立たない。また、ＲがＲ＊未満であるとき、ｂ１は式（２）の右辺より大きく、式（２）が成り立たない。一方、Ｒが大きいとき、ｂ０とｂ１は小さく、式（１）の左辺は小さい。このため、Ｒが閾値Ｒ＊以上であるとき、Ｒは式（１）の左辺以上であり、式（１）が成り立つ。また、Ｒが閾値Ｒ＊以上であるとき、ｂ１は式（２）の右辺以下であり、式（２）が成り立つ。実施例１−１では、式（２）の右辺は４５．０ｍｍであり、Ｒ＊は１３．５ｍｍであった。実施例１−２では、式（２）の右辺は７７．３ｍｍであり、Ｒ＊は２１．４ｍｍであった。

図２は、実施例１−１の試験結果をグラフとして表す。基準湾曲部の曲率半径Ｒが所定値（＝２４ｍｍ）以下である場合、曲率半径Ｒが閾値Ｒ＊（＝１３．５ｍｍ）未満の範囲では、軸方向圧縮耐力Ｐは３１５ｋＮ未満であり、小さかった。これは、式（１）（２）が成り立たないため、湾曲部の両側を挟む平面部同士が相互作用しやすい等により、弾性座屈が生じやすいからである、と考えられる。曲率半径ＲがＲ＊（＝１３．５ｍｍ）以上の範囲では、軸方向圧縮耐力Ｐは３１５ｋＮ以上であり、大きかった。これは、式（１）（２）が成り立つため、上記相互作用が抑制される等により、弾性座屈の発生が抑制されるからである、と考えられる。なお、曲率半径Ｒが所定値（＝２４ｍｍ）を超えると、曲率半径Ｒの増加に応じて軸方向圧縮耐力Ｐが減少した。これは、断面形状に占める平面部の割合が減少することで、断面積が減少したからである、と考えられる。

図３は、実施例１−２の試験結果をグラフとして表す。基準湾曲部の曲率半径Ｒが所定値（＝４０ｍｍ）以下である場合、曲率半径Ｒが閾値Ｒ＊（＝２１．４ｍｍ）未満の範囲では、軸方向圧縮耐力Ｐは１９７ｋＮ未満であり、小さかった。これは、式（１）（２）が成り立たないため、湾曲部の両側を挟む平面部同士が相互作用しやすい等により、弾性座屈が生じやすいからである、と考えられる。曲率半径ＲがＲ＊（＝２１．４ｍｍ）以上の範囲では、軸方向圧縮耐力Ｐは１９７ｋＮ以上であり、大きかった。これは、式（１）（２）が成り立つため、上記相互作用が抑制される等により、弾性座屈の発生が抑制されるからである、と考えられる。なお、曲率半径Ｒが所定値（＝４０ｍｍ）を超えると、曲率半径Ｒの増加に応じて軸方向圧縮耐力Ｐが減少した。これは、断面形状に占める平面部の割合が減少することで、断面積が減少したからである、と考えられる。

実施例１−１では、実施例１−２に比べ、閾値Ｒ＊以上の曲率半径Ｒの範囲で、大きな軸方向圧縮耐力Ｐが得られただけでなく、曲率半径Ｒを増加することによる軸方向圧縮耐力Ｐの増大代が大きかった。これは、実施例１−１では、引張強度が１１８０ＭＰａ以上である鋼板を用いたため、式（１）を用いて曲率半径Ｒを設定し、または式（２）を用いて長さｂ１を設定することによる上記作用効果を、実施例１−２よりも顕著に得ることができたからである、と考えられる。

［変形例１−１］
図４は、図１に示す断面形状の変形例を示す。湾曲部１０２，１０３の曲率半径は互いに同じであり、湾曲部１００の曲率半径は、湾曲部１０３の曲率半径より大きい。湾曲部１００，１０１の曲率半径は互いに同じであるため、例えば湾曲部１００を基準湾曲部１０としてよい。基準湾曲部１０の長手方向両端にそれぞれ連続する平面部１１０，１１１のうち長いほうの平面部１１０を基準平面部１１とする。基準湾曲部１０の曲率半径Ｒが式（１）を満足し、基準平面部１１の長さｂ１が式（２）を満足するように設定すれば、図１に示す例と同様の作用効果が得られる。例えば、曲率半径Ｒは１５ｍｍ以上であってよく、長さｂ１は１０ｍｍ以上であってよい。

［変形例１−２］
図５は、図１に示す断面形状の変形例を示す。湾曲部１０２，１０３の曲率半径は互いに同じであり、湾曲部１００の曲率半径は、湾曲部１０３の曲率半径より大きい。湾曲部１００，１０１の曲率半径は互いに同じであるため、例えば湾曲部１００を基準湾曲部１０としてよい。基準湾曲部１０の長手方向両端にそれぞれ連続する平面部１１０，１１３のうち長いほうの平面部１１０を基準平面部１１とする。基準湾曲部１０の曲率半径Ｒが式（１）を満足し、基準平面部１１の長さｂ１が式（２）を満足するように設定すれば、図１に示す例と同様の作用効果が得られる。例えば、曲率半径Ｒは１５ｍｍ以上であってよく、長さｂ１は１０ｍｍ以上であってよい。

［変形例１−３］
図６は、図１に示す断面形状の変形例を示す。湾曲部１００，１０１，１０２，１０３のうち、曲率半径が最大である湾曲部１００を基準湾曲部１０とする。基準湾曲部１０の長手方向両端にそれぞれ連続する平面部１１０，１１３のうち長いほうの平面部１１０を基準平面部１１とする。基準湾曲部１０を間に挟んで第１直線Ｌ１と第２直線Ｌ２がなす角度θは、１００°〜１１０°である。基準湾曲部１０の曲率半径Ｒが式（１）を満足し、基準平面部１１の長さｂ１が式（２）を満足するように設定すれば、図１に示す例と同様の作用効果が得られる。例えば、曲率半径Ｒは１５ｍｍ以上であってよく、長さｂ１は１０ｍｍ以上であってよい。

＜第２の実施形態＞
車体部材１は、所定の形状に成形された複数の部材が溶接等により１つに接合することで形成されてもよい。図７は、このように形成された車体部材１の軸直角方向断面の一例を示す。この断面は、閉断面であってよい。車体部材１は、第１部材１Ａと第２部材１Ｂとが溶接により接合することで、筒状に形成されている。第１部材１Ａの軸直角方向断面は、２つの湾曲部１００，１０１と、３つの平面部１１０，１１１，１１２とを有する。平面部１１２は接合用のフランジとして機能する。湾曲部１０１は、平面部１１２を平面部１１１に対して折り曲げ形成するときに通常生じうる比較的小さな湾曲部であってよい。第２部材１Ｂの軸直角方向断面は、２つの湾曲部１０２，１０３と、３つの平面部１１３，１１４，１１５とを有する。平面部１１５は接合用のフランジとして機能する。湾曲部１０３は、平面部１１５を平面部１１４に対して折り曲げ形成するときに通常生じうる比較的小さな湾曲部であってよい。第１部材１Ａの平面部１１２が、溶接部１３１を介して、第２部材１Ｂの平面部１１３の長手方向端部に接合している。第１部材１Ａの平面部１１０の長手方向端部が、溶接部１３２を介して、第２部材１Ｂの平面部１１５に接合している。湾曲部１０１，１０３は、車体部材１の内側に凸である。湾曲部１００，１０１，１０２，１０３のうち、曲率半径が最大である湾曲部１００を基準湾曲部１０とする。基準湾曲部１０の長手方向両端にそれぞれ連続する平面部１１０，１１１のうち長いほうの平面部１１０を基準平面部１１とする。

基準湾曲部１０の曲率半径Ｒが上記式（１）を満足し、基準平面部１１の長さｂ１が上記式（２）を満足するように設定すれば、第１の実施形態と同様の作用効果が得られる。例えば、曲率半径Ｒは１５ｍｍ以上であってよく、長さｂ１は１０ｍｍ以上であってよい。なお、基準平面部１１としての平面部１１０の長さｂ１は、湾曲部１００との接続部位から、溶接部１３２までの長さであり、溶接部１３２よりも先端側における自由端の長さは含まれない。

［変形例２−１］
図８は、図７に示す断面形状の変形例を示す。第１部材１Ａの軸直角方向断面は、４つの湾曲部１００，１０１，１０２，１０３と、５つの平面部１１０，１１１，１１２，１１４，１１５とを有する。平面部１１２，１１４は接合用のフランジとして機能する。湾曲部１０１，１０２は、平面部１１２，１１４をそれぞれ平面部１１１，１１５に対して折り曲げ形成するときに通常生じうる比較的小さな湾曲部であってよい。第２部材１Ｂは平板状であり、その軸直角方向断面は、１つの平面部１１３を有する。第１部材１Ａの平面部１１２，１１４が、それぞれ溶接部１３１，１３２を介して、第２部材１Ｂの平面部１１３の長手方向端部に接合している。湾曲部１０１，１０２の曲率半径は互いに同じであり、湾曲部１００の曲率半径は、湾曲部１０１の曲率半径より大きい。湾曲部１００，１０３の曲率半径は互いに同じであるため、例えば湾曲部１００を基準湾曲部１０としてよい。基準湾曲部１０の長手方向両端にそれぞれ連続する平面部１１０，１１１のうち長いほうの平面部１１０を基準平面部１１とする。基準湾曲部１０の曲率半径Ｒが式（１）を満足し、基準平面部１１の長さｂ１が式（２）を満足するように設定すれば、図７に示す例と同様の作用効果が得られる。例えば、曲率半径Ｒは１５ｍｍ以上であってよく、長さｂ１は１０ｍｍ以上であってよい。

［変形例２−２］
図９は、図７に示す断面形状の変形例を示す。第１部材１Ａの軸直角方向断面は、４つの湾曲部１００，１０１，１０２，１０６と、５つの平面部１１０，１１１，１１２，１１７，１１８とを有する。平面部１１２，１１７は接合用のフランジとして機能する。湾曲部１０２，１０６は、平面部１１２，１１７をそれぞれ平面部１１１，１１８に対して折り曲げ形成するときに通常生じうる比較的小さな湾曲部であってよい。第２部材１Ｂの軸直角方向断面は、３つの湾曲部１０３，１０４，１０５と、４つの平面部１１３，１１４，１１５，１１６とを有する。平面部１１３，１１６は接合用のフランジとして機能する。湾曲部１０３，１０５は、平面部１１３，１１６をそれぞれ平面部１１４，１１５に対して折り曲げ形成するときに通常生じうる比較的小さな湾曲部であってよい。第１部材１Ａの平面部１１２，１１７が、それぞれ溶接部１３１，１３２を介して、第２部材１Ｂの平面部１１３，１１６に接合している。湾曲部１００〜１０６のうち、曲率半径が最大である湾曲部１００を基準湾曲部１０とする。基準湾曲部１０の長手方向両端にそれぞれ連続する平面部１１０，１１８のうち長いほうの平面部１１０を基準平面部１１とする。基準湾曲部１０の曲率半径Ｒが式（１）を満足し、基準平面部１１の長さｂ１が式（２）を満足するように設定すれば、図７に示す例と同様の作用効果が得られる。例えば、曲率半径Ｒは１５ｍｍ以上であってよく、長さｂ１は１０ｍｍ以上であってよい。

［変形例２−３］
図１０は、図７に示す断面形状の変形例を示す。第１部材１Ａの軸直角方向断面は、４つの湾曲部１００，１０１，１０６，１０７と、５つの平面部１１０，１１１，１１２，１１８，１１９とを有する。平面部１１２，１１８は接合用のフランジとして機能する。湾曲部１０１，１０６は、平面部１１２，１１８をそれぞれ平面部１１１，１１９に対して折り曲げ形成するときに通常生じうる比較的小さな湾曲部であってよい。第２部材１Ｂの軸直角方向断面は、４つの湾曲部１０２，１０３，１０４，１０５と、５つの平面部１１３，１１４，１１５，１１６，１１７とを有する。平面部１１３，１１７は接合用のフランジとして機能する。湾曲部１０２，１０５は、平面部１１３，１１７をそれぞれ平面部１１４，１１６に対して折り曲げ形成するときに通常生じうる比較的小さな湾曲部であってよい。第１部材１Ａの平面部１１２，１１８が、それぞれ溶接部１３１，１３２を介して、第２部材１Ｂの平面部１１３，１１７に接合している。湾曲部１００〜１０７のうち、曲率半径が最大である湾曲部１００を基準湾曲部１０とする。基準湾曲部１０の長手方向両端にそれぞれ連続する平面部１１０，１１１のうち長いほうの平面部１１０を基準平面部１１とする。基準湾曲部１０の曲率半径Ｒが式（１）を満足し、基準平面部１１の長さｂ１が式（２）を満足するように設定すれば、図７に示す例と同様の作用効果が得られる。例えば、曲率半径Ｒは１５ｍｍ以上であってよく、長さｂ１は１０ｍｍ以上であってよい。

［変形例２−４］
図１１は、図７に示す断面形状の変形例を示す。車体部材１の軸直角方向断面は、略ハット形状の閉断面である。第１部材１Ａの軸直角方向断面は、８つの湾曲部１００，１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，１０７と、７つの平面部１１０，１１１，１１２，１１３，１１５，１１６，１１７とを有する。平面部１１３，１１５は接合用のフランジとして機能する。湾曲部１０４，１０５は、平面部１１３，１１５をそれぞれ平面部１１２，１１６に対して折り曲げ形成するときに通常生じうる比較的小さな湾曲部であってよい。湾曲部１００と湾曲部１０７は、平面部を介さずに、互いに連続する。湾曲部１０１と湾曲部１０２は、平面部を介さずに、互いに連続する。湾曲部１００，１０１，１０２，１０７および平面部１１０により、平面部１１１，１１７から車体部材１の内側に向かって突出する凹部１２が形成されている。凹部１２は、車体部材１の長手方向（軸方向）に沿って延びる溝状である。第２部材１Ｂは平板状であり、その軸直角方向断面は、１つの平面部１１４を有する。第１部材１Ａの平面部１１３，１１５が、それぞれ溶接部１３１，１３２を介して、第２部材１Ｂの平面部１１３の長手方向端部に接合している。湾曲部１００，１０１は、車体部材１の内側に凸である。湾曲部１００，１０１の曲率半径は、他の湾曲部１０２〜１０７の曲率半径より大きい。湾曲部１００，１０１の曲率半径は互いに同じであるため、例えば湾曲部１００を基準湾曲部１０としてよい。基準湾曲部１０の長手方向両端のうち一端のみに平面部が連続するため、この平面部１１０を基準平面部１１とする。

基準湾曲部１０の曲率半径Ｒが式（１）を満足し、基準平面部１１の長さｂ１が式（２）を満足するように設定すれば、図７に示す例と同様の作用効果が得られる。例えば、曲率半径Ｒは１５ｍｍ以上であってよく、長さｂ１は１０ｍｍ以上であってよい。本変形例では、第１部材１Ａの平面部が３つに分割されているため、軸直角方向断面における各平面部１１０，１１１，１１７の長さが短くなり、上記式（２）の右辺で規定される上限値以下となりやすくなる。これにより、各平面部で弾性座屈が抑制される。また、第１部材１Ａが凹部１２を有することにより、曲げモーメントに対する車体部材１の耐力が向上し、さらに衝撃吸収特性も向上する。

［車体部材の適用例］
以上、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明した。ここから、図１２を参照して実施形態に係る車体部材１の適用例について説明する。図１２は、車体部材１が適用される一例としての自動車骨格２を示す図である。車体部材１は、キャビン骨格または衝撃吸収骨格として自動車骨格２を構成し得る。

キャビン骨格としての車体部材１の適用例は、ルーフセンタリンフォース２０１、ルーフサイドレール２０３、Ｂピラー２０７、サイドシル２０９、トンネル２１１、Ａピラーロア２１３、Ａピラーアッパー２１５、キックリーンフォース２２７、フロアクロスメンバ２２９、アンダーリーンフォース２３１、フロントヘッダ２３３等が挙げられる。また、衝撃吸収骨格としての車体部材１の適用例は、リアサイドメンバー２０５、エプロンアッパメンバ２１７、バンパリーンフォース２１９、クラッシュボックス２２１、フロントサイドメンバー２２３等が挙げられる。上記の他、自動車のドアの内部に設けられた補強材としてのドアインパクトビーム等に車体部材１を適用してもよい。要は、軸方向に圧縮力が作用しうる部位であれば、本実施形態の車体部材１を適用可能である。

このように車体部材１がキャビン骨格または衝撃吸収骨格として使用される場合、車体部材１は高い軸方向圧縮耐力を有するので、衝突時の変形を低減できる。また、変形能も向上して、骨格内部を保護することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、湾曲部は、車体部材の軸直角方向断面に少なくとも１つあればよく、湾曲部が１つであってもよい。また、平面部は、車体部材の軸直角方向断面に少なくとも１つあればよく、平面部が１つであってもよい。車体部材の軸直角方向断面は、閉断面でなくてもよく、開断面であってもよい。例えば、図８〜１１に示す変形例において、第２部材１Ｂが省略され、第１部材１Ａのみが車体部材として用いられてもよい。これらの場合も、軸直角方向断面において基準平面部の長手方向両端が単純支持されているとみなせるため、上記式（１）または式（２）を満足する場合に上記作用効果が得られる。

１車体部材
１０基準湾曲部
１１基準平面部
Ｌ１第１直線
Ｌ２第２直線

Claims

車体部材であり、
板厚が１．６ｍｍ以下である鋼板により形成され、
軸直角方向断面の形状が、
外側または内側に凸の少なくとも１つの湾曲部と、少なくとも１つの平面部とを有し、
曲率半径が最大である１つの前記湾曲部を基準湾曲部とし、
前記基準湾曲部の長手方向両端のうち、一端のみに前記平面部が連続する場合は当該平面部、両端に前記平面部が連続する場合は当該平面部のうち長いほうの前記平面部を、それぞれ基準平面部とし、
前記基準湾曲部の長手方向両端のうち前記基準平面部が連続しないほうの端から前記基準湾曲部の接線方向に延びる直線を第１直線とし、
前記基準平面部の延長線を第２直線とし、
前記第１直線と前記第２直線の交点と、前記基準平面部の長手方向両端のうち前記基準湾曲部に連続しないほうの端と、の間の長さをｂ０とし、
前記基準平面部の長さをｂ１とし、
前記基準湾曲部の曲率半径をＲとするとき、
以下の式（１）および式（２）を満足する、
車体部材。
ただし、前記基準平面部を形成する部分の鋼板の、板厚をｔ、ヤング率をＥ、ポアソン比をν、降伏応力をσ_ｙとする。
前記鋼板の引張強度が１１８０ＭＰａ以上である、請求項１に記載の車体部材。
前記Ｒが１５ｍｍ以上である、請求項１または２に記載の車体部材。
前記ｂ１が１０ｍｍ以上である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の車体部材。
前記基準湾曲部を間に挟んで前記第１直線と前記第２直線がなす角度が８０°以上、１５０°以下である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の車体部材。
前記軸直角方向断面が、閉断面である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の車体部材。