JPH0612137U - 自動車の車体補強用部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】衝撃吸収能力が高くかつ加工が容易な車体補強
用部材を提供することを目的とする。 【構成】ドアインパクトビーム３は、鋼製の中空材２０
からなるビ−ム本体１０と、ビーム本体１０の両端に設
けられる端末取付部１１，１２とを有している。ビーム
本体１０に高周波焼入れによる熱処理部３０が設けられ
ている。端末取付部１１，１２を含む領域は非熱処理部
３１としている。ビーム本体１０の断面はコーナー部が
丸みのある四辺形であり、コーナー部の曲率半径をＲ、
一辺の長さをＤで表すと、0.15≦Ｒ／Ｄ≦0.25なる関係
を満足する値に設定されている。熱処理部３０はその引
張り強度の下限を 150kgｆ／mm² としかつ結晶粒度番号
９以上に調質されている。非熱処理部３１の引張り強度
の上限は70kgｆ／mm² である。移行部３２の強度勾配は
1mm当り 5kgｆ／mm² 以上である。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、ドアインパクトビ−ム等の車体補強用部材に関する。

【０００２】

【従来の技術】

自動車のドアを補強するための手段として、ドアインパクトビ−ムが知られて いる。ドアインパクトビ−ムはドアパネル構造体の内部に前後方向に配置され、 ドアの側面方向から加わる荷重に対してドアの剛性を高める役目を担っている。 側面衝突時にドアに働くエネルギ−は、ドアインパクトビ−ムが塑性変形するこ とによって吸収される。

【０００３】 鋼管を用いたドアインパクトビームの場合には、鋼管の両端部に設けられた端 末取付部を介してドアのインナパネルに溶接するのが一般的である。また、特開 平 4-78720号公報（先行技術１）に記載されているように、丸パイプからなるビ ーム本体の端部に、ビーム本体とは別に加工された端末部材を摩擦圧接等によっ て接合するものもある。あるいは特開平 4-75715号公報（先行技術２）に見られ るように、四辺形断面のパイプを用いる場合に、断面の一辺の長さＤとコーナー 部の曲率半径Ｒとの関係を、１／４≦Ｒ／Ｄ≦３／８としたものも提案されてい る。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

近時、ドアインパクトビームの軽量化を目的として丸パイプから角パイプへの 変更が提案されているが、角パイプを用いたドアインパクトビームは、その長手 方向中央部に側面衝突に相当する荷重が加わった時に、撓みがある程度進行した 時点で丸パイプに比べて明瞭な座屈点を生じるといった定性的傾向がある。

【０００５】 これに対して丸パイプは断面二次モ−メントが同一断面積の角パイプよりも小 さいため、撓みと荷重の関係を示す特性曲線の初期の立上がり勾配が角パイプよ り緩くなり、衝突の瞬間に必要以上の撓みを許すことになる。このため、先行技 術１に記載されているような丸パイプで所望の強度を得るには角パイプよりも大 きな断面積を必要とし、重量増を招くなどの問題を生じる。

【０００６】 また先行技術２のドアインパクトビームも、丸パイプに近い断面形状となり、 座屈しにくい反面、撓み初期におけるエネルギー吸収効率が悪くなるため角パイ プの優位性が薄れる。また、通常の熱処理パイプを用いた場合、パイプの全長に わたって高強度化されているため、端末取付部の加工（例えば切断，孔開け、切 削等）を行いにくいといった問題もある。 従って本考案の目的は、衝撃吸収能力が高くかつ加工が容易な車体補強用部材 を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

上記目的を果たすために開発された本考案は、車体のパネル構造体の内部に配 置される車体補強用部材であって、上記パネル構造体の前後方向に沿って配置さ れる鋼製の中空材からなるビ−ム本体と、上記ビーム本体の両端にそれぞれ設け られかつパネル構造体に固定される端末取付部とを有し、上記ビーム本体はコー ナー部に丸みのある四辺形断面を有し、コーナー部の曲率半径をＲ、一辺の長さ をＤで表すと、0.15≦Ｒ／Ｄ≦0.25なる関係を満足し、かつビーム本体の長手方 向中央部を含む所定長さ範囲に、高周波焼入れによる引張り強度 150kgｆ／mm² 以上でかつ結晶粒度番号９以上の熱処理部を設けるとともに、上記端末取付部を 含む領域は引張り強度が70kgｆ／mm² 以下の非熱処理部とし、かつ上記熱処理部 と非熱処理部との間に、強度勾配が 1mm当り 5kgｆ／mm² 以上の移行部を設けた ことを特徴とするものである。なお本考案は、ドア以外にも車体を補強する必要 のある箇所であれば適用できる。

【０００８】

【作用】

本考案の車体補強用部材は、荷重と撓みの関係を示す特性曲線の初期の立上が りが丸パイプよりも急であり、撓み初期からエネルギーを効果的に吸収できると ともに、撓みが進行しても座屈しにくく、大きな変形領域でも高い曲げ・引張り 特性を発揮できる。このため、軽量でありながら衝撃吸収能力が優れている。ま た、端末取付部を設ける中空材の端部は実質的に非熱処理部であるから、切断や 孔開けあるいは切削等の加工が容易である。

【０００９】

【実施例】

以下にこの考案の一実施例について、図１ないし図６を参照して説明する。 図１に示されるように、自動車のドア１を構成するドアパネル構造体２の内部 に、車体補強用部材の一例としてのドアインパクトビ−ム３が設けられている。 ドアパネル構造体２は、周知の鋼製アウタパネル５とインナパネル６とを組合わ せたものである。

【００１０】 ドアインパクトビ−ム３は、ドアパネル構造体２の前後方向に沿って配置され るビ−ム本体１０と、ビ−ム本体１０の長手方向両端部に形成された端末取付部 １１，１２とを備えている。図２，３に示されるように図示例のビーム本体１０ と端末取付部１１，１２は、１本の中空材２０から作られた一体物である。図示 例の場合、鋼製の中空材２０の両端部を所定長さにわたって切り開き、かつ偏平 に成形することにより、端末取付部１１，１２を形成するとともに、端末取付部 １１，１２の間にビーム本体１０を中空材２０のまま残すようにしている。

【００１１】 図３に示されるように、端末取付部１１，１２は、ビーム本体１０の中心軸Ｍ からオフセットした位置に設けられている。但し、端末取付部１１，１２が中心 軸Ｍ上に位置するようにしてもよい。なお、端末取付部１１，１２を成形する場 合、中空材２０の両端部を拡管加工することにより両端部の肉厚を薄くしたのち にプレスで偏平に潰すか、あるいはプレスによって両端部を偏平に潰したのち、 圧延によって肉厚を薄くしてもよい。

【００１２】 図１に示されるように、一方の端末取付部１１はインナパネル６のリヤ側フレ ーム部６ａに溶接によって固定される。他方の端末取付部１２はインナパネル６ のフロント側フレーム部６ｂに溶接される。図２に示した符号２１，２２はそれ ぞれスポット溶接する場合の溶接部を示している。なお、上記端末取付部１１， １２は、ドアパネル構造体２に固定された適宜の補強部材（図示せず）に溶接す るようにしてもよい。

【００１３】 図４に一方の端末取付部１１を代表して示したように、端末取付部１１，１２ の厚みＴ2 をビーム本体１０の肉厚Ｔ1 よりも薄くすることにより、通常のスポ ット溶接機の溶接条件を変えることなくドアパネル構造体２へのスポット溶接が 行えるようにしてもよい。その場合、端末取付部１１，１２の厚みＴ2 は 1.6mm 以下にするとよい。

【００１４】 図５に示されるように、中空材２０の断面は、互いに長さが等しい４つの平坦 な辺２５と、丸みをつけた４つのコーナー部２６とからなり、おおむね正方形に 似た形状をなしている。肉厚Ｔ1 は、中空材２０の長手方向（軸線方向）に一定 である。なお、中空材２０の断面は長辺と短辺をもつ四辺形であってもよい。

【００１５】 上記コ−ナ−部２６の曲率半径をＲ、肉厚をＴ1 とした時、曲率半径Ｒは、 1.5ｔ≦Ｒ≦ 3.5Ｔ1 なる関係を満足するような値に設定されている。実用上、 一辺の長さＤは20mm〜40mm、肉厚Ｔ1 は 2.0mm〜4.0mm 、曲率半径Ｒは 4mm〜 6 mmである。

【００１６】 中空材２０の材料の一例はボロンが添加された炭素鋼である。この中空材２０ は、その長手方向中央部を含む領域に熱処理が施されている。すなわち、中空材 ２０の長さＬ1 にわたる範囲に高周波焼入れによる熱処理部３０が設けられてお り、端末取付部１１，１２を含む長さＬ2 の範囲が、非熱処理部３１となってい る。また、熱処理部３０と非熱処理部３１との間に、長さＬ3 の移行部３２があ る。なお、必要に応じて、焼入れ後に焼戻しが行われてもよい。中空材２０の端 部に非熱処理部３１を設けておくことによって、端末取付部１１，１２の加工を 容易に行うことができる。端末取付部１１，１２の加工は、中空材２０の端部を 局部的に加熱した状態で熱間で行ってもよい。

【００１７】 上述の熱処理は、図６に示されるような周知の高周波焼入れ装置４０を用いて 実施される。すなわち中空材２０の両端をチャック４１，４２によって保持し、 高周波誘導コイル４３を矢印Ｆ方向に移動させながら、誘導加熱によって所定の 焼入れ温度まで急速加熱するとともに、コイル４３の後方に設けられた冷却装置 ４５によって冷媒を作用させることにより急冷し、熱処理部３０の焼入れと金属 組織の微細化・調質および移行部３２の強度勾配付与を行う。

【００１８】 非熱処理部３１の必要強度は、ドアパネル構造体２に対する取付け方法と端末 取付部１１，１２の長さ等に左右されるが、加工が容易でかつ造管後に特別な熱 処理を必要としない安価に入手可能な材料を使用できるようにするために、引張 り強度の上限を70kgｆ／mm² とする。 一方、熱処理部３０の必要強度は、高周波焼入れ装置４０等を用いて工業的に 安定して強度アップ可能な引張り強度 150kgｆ／mm² を下限とする。

【００１９】 移行部３２は、強度勾配が急なほど、ビーム全長に対する熱処理部３０の実質 的長さを長くとることができるので、信頼性の点からいうと強度勾配は急なほど 好ましい。このような急勾配処理を行うには、上述した高周波誘導加熱による処 理が適している。高周波焼入れ装置４０を用いる場合、コイル４３への供給電力 の大きさおよび送り速度Ｆを制御することにより、通常の高周波焼入れ技術でコ ストアップを生じることなしに 1mm当り 5kgｆ／mm² 以上の強度勾配が得られる ことから、本考案では移行部３２の強度勾配の下限値を 5kgｆ／mm² とする。

【００２０】 ドアインパクトビ−ムの強度の評価は、北米安全規格（FMVSS.NO.214）に準拠 する場合、図７に示されるような試験装置を用いて行われている。この試験装置 は、押圧部材４７を用いて、被試験物としてのビ−ム３の長手方向中央部に、側 面衝突時のエネルギ−に相当する荷重Ｗを負荷するようにしている。この場合、 荷重Ｗの増加に伴って、ビ−ム３の中央部が押されて撓み、Ｕ状に塑性変形が進 行する。この場合、ビーム３に生じる曲げモーメントは実質的に両端部に作用し ないので、端末取付部１１，１２に熱処理が施されていなくても強度的に問題は 生じない。

【００２１】 図８に、結晶粒の差異による荷重−撓み特性の違いを示す。結晶粒が細かくな ると吸収エネルギーが大きくなることがわかる。同図において、結晶粒度９のも のは、結晶粒度７のものに比べて、変位 200mmまでの吸収エネルギーＥが10％ほ ど高くなっている。結晶粒の微細化処理は、コストおよび品質の安定性から高周 波焼入れが望ましい。この明細書でいう結晶粒度は、ＪＩＳＧ0551に準拠する値 である。実用の範囲で結晶粒度を９以上とすることは、通常の高周波熱処理技術 でコストアップなしに達成できる。

【００２２】 角パイプは同一断面積の丸パイプに比べて断面二次モーメントが大きいため、 荷重と撓みの関係を示す特性曲線の初期の立上がり勾配が急となり、所望強度を 得るのに有利である。角パイプの断面のコーナー部の曲率半径Ｒが小さくなるほ ど上記特性曲線における最大荷重は大きくなるが、その一方で座屈しやすくなる ため、ある撓みを越えたところで急激に荷重が小さくなる傾向がある。逆に、Ｒ が大きいと、丸パイプの特性に近付き、最大荷重は小さいが座屈は生じにくくな る。

【００２３】 本考案者らの研究によると、上述の荷重−撓み特性、特に座屈を生じる時機は 中空材２０の熱処理状態にも大きく依存し、本実施例で述べたような熱処理中空 材２０を用いることにより、従来は座屈しやすいと考えられていたＲ／Ｄ値0.25 以下のパイプであっても実用上十分な特性が得られることが確認された。

【００２４】 実用的なパイプサイズ（Ｄ＝30mm，厚みＴ1 ＝ 2.8mm）について、Ｒ／Ｄを変 えた場合の吸収エネルギーとエネルギー吸収効率（吸収エネルギー／ビーム断面 積）を実験で求めた結果を、それぞれ図９と図１０に示す。これにより、Ｒ／Ｄ の最適範囲が0.15≦Ｒ／Ｄ≦0.25の範囲に存在することがわかる。Ｒ／Ｄが0.25 を越えると丸パイプに近い特性となり、断面が四辺形のパイプを採用した意味が なくなる。また、Ｒ／Ｄが0.15より小さいと撓みの初期に座屈が生じ、エネルギ ー吸収効率が悪化する。

【００２５】 上述の熱処理分布をもつドアインパクトビーム３は、0.15≦Ｒ／Ｄ≦0.25の断 面をもつ非熱処理状態の中空材２０を所望長さに切断後、高周波誘導加熱による 熱処理部３０の焼入れと、移行部３２の強度勾配を付与することによって得られ る。高周波焼入れは酸化スケールが出にくいので、熱処理後にスケールオフ工程 を実施する必要がなくなるといった副次的効果もある。

【００２６】 図１１ないし図１３は本考案の第２実施例を示すものであり、この実施例のド アインパクトビーム５０は、ビーム本体５１の端部に端末取付部の一例として、 ブラケット５２，５３が設けられている。この場合もビーム本体５１の長さＬ1 にわたる範囲に、高周波焼入れによる熱処理部３０が設けられている。ブラケッ ト５２，５３を含む長さＬ2 にわたる範囲は、非熱処理部３１である。熱処理部 ３０と非熱処理部３１との間は、長さＬ3 にわたって前記強度勾配の移行部３２ となっている。ブラケット５２，５３は、例えば熱処理されていない高張力鋼板 からなる。

【００２７】 図１３に一方のブラケット５２とビーム本体５１の端部を代表して示したよう に、ビーム本体５１の端部５５は斜めにカットされており、この端部５５に応じ た嵌合可能な形状にブラケット５２が成形されている。ブラケット５２は、溶接 部５６においてビーム本体５１に溶接されている。

【００２８】 また図１４および図１５に示される第３実施例のドアインパクトビーム６０の 場合、ビーム本体６１の両端に設けられた端末取付部６２，６３は、中空材２０ の両端部を斜めにカットするとともに、ボルトまたはリベット等の固定用部品を 挿通させるための孔６４，６５を設けたものである。このドアインパクトビーム ６０は、孔６４，６５に挿入された上記固定用部品によってドアパネル構造体に 固定される。

【００２９】 この第３実施例の場合も、ビーム本体６１の長さＬ1 にわたる範囲に、高周波 焼入れによる熱処理部３０が設けられている。端末取付部６２，６３を含む長さ Ｌ2 にわたる範囲は、非熱処理部３１である。熱処理部３０と非熱処理部３１と の間は、長さＬ3 にわたる移行部３２となっている。

【００３０】 また、上記ビーム本体６１は、前記各実施例と同様の四辺形の断面を有し、コ ーナー部の曲率半径をＲ、一辺の長さをＤで表すと、0.15≦Ｒ／Ｄ≦0.25なる関 係を満足する値としてある。また、熱処理部３０は引張り強度が 150kgｆ／mm² 以上でかつ結晶粒度番号９以上となるように高周波焼入れによる調質処理がなさ れている。非熱処理部３１の引張り強度の上限は70kgｆ／mm² である。

【００３１】

【考案の効果】

本考案によれば、端末取付部の加工性が良く、しかもエネルギー吸収効率に優 れた車体補強用部材が得られ、例えばドアインパクトビームの軽量化および低コ スト化を図る上で大きな効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の第１実施例を示すドアインパクトビ−
ムを備えたドアを一部省略して示す斜視図。

【図２】図１に示されたドアインパクトビ−ムの正面
図。

【図３】図１に示されたドアインパクトビ−ムの平面
図。

【図４】図２中のIV−IV線に沿う断面図。

【図５】図２中のＶ−Ｖ線に沿う断面図。

【図６】高周波焼入れを実施する装置の概略図。

【図７】ビ−ムの強度を評価する際に用いる試験装置の
概要を示す正面図。

【図８】互いに結晶粒度が異なる２種類のビームの変位
と荷重との関係を示す図。

【図９】Ｒ／Ｄ値と吸収エネルギーとの関係を示す図。

【図１０】Ｒ／Ｄ値とエネルギー吸収効率との関係を示
す図。

【図１１】本考案の第２実施例を示すドアインパクトビ
−ムの正面図。

【図１２】図１１に示されたドアインパクトビ−ムの側
面図。

【図１３】図１１に示されたドアインパクトビ−ムの端
部の斜視図。

【図１４】本考案の第３実施例を示すドアインパクトビ
−ムの正面図。

【図１５】図１４に示されたドアインパクトビ−ムの端
部の斜視図。

【符号の説明】

１…ドア、２…ドアパネル構造体、３…ドアインパクト
ビーム（車体補強用部材）、６…インナパネル、１０…
ビーム本体、１１，１２…端末取付部、２０…中空材、
３０…熱処理部，３１…非熱処理部、３２…移行部、５
０…ドアインパクトビーム、５１…ビーム本体、５２，
５３…ブラケット（端末取付部）、６０…ドアインパク
トビーム、６１…ビーム本体、６２，６３…端末取付
部。

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】車体のパネル構造体の内部に配置される車
   体補強用部材であって、上記パネル構造体の前後方向に
   沿って配置される鋼製の中空材からなるビ−ム本体と、
   上記ビーム本体の両端にそれぞれ設けられかつ上記パネ
   ル構造体に固定される端末取付部とを有し、 上記ビーム本体は、コーナー部に丸みのある四辺形断面
   を有し、上記コーナー部の曲率半径をＲ、一辺の長さを
   Ｄで表すと、0.15≦Ｒ／Ｄ≦0.25なる関係を満足し、か
   つ上記ビーム本体の長手方向中央部を含む所定長さ範囲
   に、高周波焼入れによる引張り強度 150kgｆ／mm² 以上
   でかつ結晶粒度番号９以上の熱処理部を設けるととも
   に、上記端末取付部を含む領域は引張り強度が70kgｆ／
   mm² 以下の非熱処理部とし、かつ上記熱処理部と非熱処
   理部との間に、強度勾配が 1mm当り5kgｆ／mm² 以上の
   移行部を設けたことを特徴とする自動車の車体補強用部
   材。
2. 【請求項２】上記端末取付部は、上記中空材の端部の非
   熱処理部を所定長さに切り開きかつ偏平に成形したもの
   である請求項１記載の車体補強用部材。
3. 【請求項３】上記端末取付部は、ビーム本体の両端に非
   熱処理材からなるブラケットを溶接したものである請求
   項１記載の車体補強用部材。
4. 【請求項４】上記端末取付部は、上記中空材の端部の非
   熱処理部にビーム固定用部品を挿通させるための孔を設
   けたものである請求項１記載の車体補強用部材。