JPH07186722A - アルミニウム合金製自動車補強部材 - Google Patents

アルミニウム合金製自動車補強部材

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JPH07186722A
JPH07186722A JP33642193A JP33642193A JPH07186722A JP H07186722 A JPH07186722 A JP H07186722A JP 33642193 A JP33642193 A JP 33642193A JP 33642193 A JP33642193 A JP 33642193A JP H07186722 A JPH07186722 A JP H07186722A
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浩之 山下
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐荷重が従来とほぼ同等であると共に、衝撃
エネルギ吸収量が従来と同等以上であって、更に破断変
位を従来よりも著しく増大させることができるアルミニ
ウム合金製自動車補強部材を提供する。 【構成】 1対のフランジとそれらを連結する少なくと
も1本以上のウェブとを有し、フランジ長手方向の1m
当たりの重量が3kg以下であり、耐力が40kgf/
mm2以上のアルミニウム合金により構成されたアルミ
ニウム合金製自動車補強部材である。この補強部材16
は、長手方向の3カ所以上の部分で局部的に焼き鈍すこ
とによりその耐力を焼き鈍し前の耐力の0.85乃至
0.90倍にした焼き鈍し部を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は自動車のドア等を補強す
る部材として好適のアルミニウム合金製自動車補強部材
に関し、特に、衝突を受けた際のエネルギの吸収量を高
めたアルミニウム合金製自動車補強部材に関する。
【0002】
【従来の技術】近時、自動車の軽量化という要求に対応
して、自動車の各種部材にアルミニウム合金が使用され
るようになってきた。例えば、自動車の側面衝突事故等
において乗員を保護するためのドア用補強部材として
も、このアルミニウム合金が使用されている。
【0003】図1(a),(b)は夫々従来の自動車ド
ア用補強部材4を示す横断面図であり、図2(a)はこ
の補強部材4が設置された自動車を示す図である。この
補強部材4は、図2(a)に示すように、その長手方向
を自動車の進行方向に向けて自動車ドアの内部に設けら
れ、自動車ドアの外側側面用の長手方向に平行なフラン
ジ1と、このフランジ1と平行で同一幅の内側側面用の
フランジ2と、フランジ1及びフランジ2を連結する1
対のウェブ3とにより構成されている。
【0004】このように構成される補強部材4には、自
動車が衝突した際の曲げ強度が高いことが要求される。
一方、この補強部材4は自動車ドアの内部に設置される
ものであるため、図2(b)に示すように、その幅(ウ
ェブ3の長さh)はドアの厚さに制約を受ける。即ち、
補強部材4の幅hは、車種によって異なるが、適用され
る車のドアの厚さ以下に制限されるため、例えば、20
〜35mmが一般的である。また、自動車の軽量化のた
めには、補強部材の重量は軽い方が好ましいが、例えば
鉄の板材により構成されている場合には2ドア車の場合
で1本当たり約4kg、鉄のパイプにより構成されてい
る場合には1本当たり1.5〜2.5Kgとなってい
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】この場合に、この補強
部材の両端部を支持した状態で、フランジ1側から衝撃
力が印加された場合に、補強材が図3に示すように湾曲
し、フランジ1とウェブ3における中立軸よりもフラン
ジ1側の部分には圧縮力が作用し、フランジ2と、ウェ
ブ3における中立軸よりもフランジ2側の部分には引張
力が作用する。そして、特に軽量化のため、材料自体を
高強度化すると共に薄肉化したアルミニウム合金製補強
部材では、この衝撃力が大きい場合、引張応力及び引張
歪みが材料の破断限界値を超えてしまい、図4に示すよ
うに、引張応力が作用する側で破断が生じてしまう。こ
れでは乗員保護という目的を十分に果たすことができな
い。従来の補強部材においては、例えば1050Kgf
以上の耐荷重(破断するまでの最大荷重)を得ようとす
ると、補強部材は150〜170mmの曲げ変位で破断
が生じてしまう。断面積及び重量に制約がある補強部材
において、この破断変位を高めようとすると、材料の伸
びを高くするために材料全体の強度を低下させる必要が
ある。しかし、このように材料自体の強度を低下させる
と、所定の耐荷重(最大荷重)を得ることができなくな
る。
【0006】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、耐荷重が従来とほぼ同等であると共に、衝
撃エネルギ吸収量が従来と同等以上であって、更に破断
変位を従来よりも著しく増大させることができるアルミ
ニウム合金製自動車補強部材を提供することを目的とす
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明に係るアルミニウ
ム合金製自動車補強部材は、1対のフランジとそれらを
連結する少なくとも1本以上のウェブとを有し、フラン
ジ長手方向の1m当たりの重量が3kg以下であり、耐
力が40kgf/mm2以上のアルミニウム合金により
構成されたアルミニウム合金製自動車補強部材におい
て、長手方向の3カ所以上の部分で局部的に焼き鈍すこ
とによりその耐力を焼き鈍し前の耐力の0.85乃至
0.90倍にした焼き鈍し部を有することを特徴とす
る。
【0008】この場合に、前記焼き鈍し部は、長手方向
の4カ所以上であり、フランジ全長をLとした場合に、
フランジ長手方向の端部から0.25L以下の領域に
は、前記長手方向にW=L/50以下の幅を有して設け
られ、前記端部から0.25Lを超える領域には、前記
長手方向にW=L/100以下の幅を有して2カ所以上
設けられていることが好ましい。
【0009】
【作用】本願発明者等は、断面積及び重量に制約がある
自動車補強部材において、十分に高い耐荷重(最大荷
重)を確保しつつ、破断変位を増大させて、破断に至る
までに吸収できるエネルギ量を増大させるべく種々実験
研究を行った。その結果、破断が生じる主原因は、引張
力が印加される内側のフランジの荷重点近傍に応力及び
歪みが集中するためであることを見いだした。
【0010】図5は補強部材の最大荷重及び破断変位を
測定するための曲げ試験方法を示す模式図である。間隔
が例えば950mmの1対の支点14上に補強部材16
を、その荷重を受ける圧縮側フランジ11を上方にし、
引張側フランジ12を下方にし、これらのフランジ1
1、12を連結するウェブ13の面を垂直にして載置す
る。そして、1対の支点14間の中央にて、曲率半径
(曲面半径)が例えば150mmのポンチ15を介して
補強部材16に対して下方に荷重を負荷し、補強部材1
6の荷重負荷点での変位δと荷重Pとの関係を測定す
る。
【0011】この図5に示す装置で補強部材16に荷重
を負荷していくと、従来のように補強部材が均質である
場合(局部的な焼き鈍し部を有しない場合)は、図6に
示すように、補強部材がポンチ15の曲げ半径に沿って
局部的に歪む。
【0012】これに対し、本発明のように、補強部材1
6が局部的な焼き鈍し部を有する場合は、図7に示すよ
うに、補強部材に荷重を負荷していくと、補強部材の全
長にわたって緩やかなたわみ(例えば、正弦波状のたわ
み)が生じる。従って、補強部材がポンチの曲面に沿う
ような小さな曲率半径で曲がることはない。
【0013】図8は図6及び図7の場合の曲げ荷重−変
位曲線を示す。図8において、曲線Aは図6に示すよう
にポンチの曲げ半径に沿って局部的に歪む場合の荷重−
変位曲線を示し、曲線Bは図7に示すように全体にわた
って緩やかな歪み状態を有する場合の荷重−変位曲線を
示す。この図8に示すように、最大荷重は両者でほぼ同
等であるが、破断変位は曲線Bのほうが極めて大きい。
従って、曲線Bの方が吸収エネルギが極めて大きい。
【0014】そこで、本発明においては、局部的な歪み
集中を避けることができるたわみ形状を得るために、焼
きなましにより局部的な強度低下部を積極的に作り、こ
れにより、図7に示すようなたわみ形状を生成する。な
お、焼きなましはレーザビーム又は焼きごて等の手段に
より行うことができる。
【0015】重量を3kg/m以下及び耐力を40kg
f/mm2以上とするのは、本発明がこのような薄肉高
強度材について有効であり、厚肉材及び中強度材の場合
には、曲げたときの挙動が異なるため、特に破断が起こ
りにくいからである。
【0016】耐力の比を0.85乃至0.90にしたの
は、この比が0.85未満であると、焼き鈍し部がやわ
らかになりすぎて挙動を確定することができない。一
方、耐力比が0.90を超えると、焼き鈍しの効果が得
られない。このため、耐力の比は0.85乃至0.90
にする。
【0017】局部焼き鈍し部はフランジ長手方向に3カ
所以上、好ましくは4カ所以上であり、更に、端部から
0.25Lを超える領域に2カ所以上設けられているこ
とが好ましい。これらの要件は曲げたときに所望の理想
的たわみ形状を作り出すためである。
【0018】また、フランジ長手方向の曲げモーメント
を考えた場合、端部から0.25L以下の領域は印加さ
れる曲げモーメントが比較的小さいため、幅Wを若干大
きくすることができ、その限界値がL/50である。W
がこのL/50を超えると、焼き鈍し部が長くなりす
ぎ、その効果を得にくい。
【0019】一方、端部から0.25Lを超える領域
は、荷重を受け持つ部位であるので、幅Wを大きくする
ことができない。このため、幅WはL/100以下とす
る。
【0020】
【実施例】次に、本発明の実施例について、本発明の特
許請求の範囲から外れる比較例と比較して説明する。図
9は図1(a)に示すものと同一の断面形状を有する補
強部材を示し、図中、斜線部は焼き鈍し部を示す。図9
において、補強部材Aは4カ所に焼き鈍し部を有する本
発明の実施例、補強部材Bは5カ所に焼き鈍し部を有す
る本発明の実施例、補強部材Cは2カ所にのみ焼き鈍し
部を有する比較例、補強部材Dは4カ所に焼き鈍し部を
有するが、下記表1に示すように、耐力の比が0.80
と本発明の範囲から外れる比較例、補強部材Eは焼き鈍
し部を有しない従来のものである。なお、これらの補強
部材の材料はいずれもJIS5号引張試験片を使用した
引張試験において10%以上の伸びを有する延性材料で
ある。
【0021】これらの材料の強度(耐力)となまし範囲
が異なる補強部材A〜Eに対して、支持点間距離が95
0mmの3点曲げ試験を行い、最大荷重及び破断変位を
測定した。下記表1は得られた曲げ性能を示し、耐力の
比も併せて示した。なお、曲げ性能は、従来例の補強部
材Eを1.0としたときの比であり、評価基準は夫々最
大荷重比が0.9以上、エネルギ吸収量比が1.0以
上、破断ストローク比が1.5以上のものを○とし、総
合評価欄はこれらの特性が全て○の場合を○とした。耐
力の比は焼きなまし部の耐力をσy1、焼き鈍しする前の
耐力をσy0とし、その比σy1/σy0をとった
【0022】
【表1】
【0023】この表1から明らかなように、本発明の実
施例(補強部材A,B)は、比較例E(従来材)のよう
に焼きなましをいれていない場合に比して強度は0.9
0以上とほぼ同等であると共に、破断変位は1.5倍以
上と極めて大きい。このため、エネルギ吸収量は1.1
以上と増大している。
【0024】これに対して、比較例Cは焼きなまし部が
2カ所と適正でないため、曲げ強度は0.90以上と十
分であるが、破断変位が1.1と低く、このため、エネ
ルギ吸収量が従来(比較例E)より小さい。また、比較
例Dは耐力比が適正でないため、曲げ強度が0.82と
低く、同様にエネルギ吸収量が少ない。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るアル
ミニウム合金製自動車補強部材は、適正な耐力比の範囲
に焼きなました局部的な焼き鈍し部を3カ所以上有する
から、従来の焼き鈍し部を有しない補強部材に比して、
最大荷重が0.9倍以上とほぼ同等でかつエネルギ吸収
量は同等以上であると共に、破断変位が1.5倍以上と
極めて大きいという優れた効果を奏する。このため、本
発明の補強部材は衝突時の衝撃に対する破断発生の抑制
効果が高い。
【図面の簡単な説明】
【図1】自動車補強部材の横断面図である。
【図2】(a)は自動車補強部材の配置位置を示す自動
車の模式図であり、(b)は自動車用補強部材の配置位
置を示すドア内部の模式図である。
【図3】補強部材に衝撃力が加わったときの応力状態を
示す模式図である。
【図4】補強部材の破断状態を示す模式図である。
【図5】補強部材の曲げ試験方法を示す模式図である。
【図6】従来の補強部材を曲げ試験した場合に、歪み荷
重点近傍に局部的に歪みが集中した状態を示す模式図で
ある。
【図7】本発明の補強部材を曲げ試験した場合に、補強
部材が全体的に緩やかにたわみ、歪みが均一化した状態
を示す模式図である。
【図8】最大荷重と曲げ変位との関係を示す荷重−変位
曲線である。
【図9】補強部材における焼き鈍し部を示す図である。
【符号の説明】
1,2,11,12;フランジ 3,13;ウェブ 4;補強部材 14;支点 15;ポンチ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 1対のフランジとそれらを連結する少な
    くとも1本以上のウェブとを有し、フランジ長手方向の
    1m当たりの重量が3kg以下であり、耐力が40kg
    f/mm2以上のアルミニウム合金により構成されたア
    ルミニウム合金製自動車補強部材において、長手方向の
    3カ所以上の部分で局部的に焼き鈍すことによりその耐
    力を焼き鈍し前の耐力の0.85乃至0.90倍にした
    焼き鈍し部を有することを特徴とするアルミニウム合金
    製自動車補強部材。
  2. 【請求項2】 前記焼き鈍し部は、長手方向の4カ所以
    上であり、フランジ全長をLとした場合に、フランジ長
    手方向の端部から0.25L以下の領域には、前記長手
    方向にW=L/50以下の幅を有して設けられ、前記端
    部から0.25Lを超える領域には、前記長手方向にW
    =L/100以下の幅を有して2カ所以上設けられてい
    ることを特徴とする請求項1に記載のアルミニウム合金
    製自動車補強部材。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110395093A (zh) * 2018-04-24 2019-11-01 株式会社神户制钢所 门梁

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