JP2005178695A

JP2005178695A - 車輌用衝突補強材

Info

Publication number: JP2005178695A
Application number: JP2003426003A
Authority: JP
Inventors: Ryozo Wada; 亮造和田
Original assignee: Aisin Takaoka Co Ltd
Current assignee: Aisin Takaoka Co Ltd
Priority date: 2003-12-24
Filing date: 2003-12-24
Publication date: 2005-07-07

Abstract

【課題】重量増加を最小限に抑えつつ衝突時におけるウエブの座屈を極力防止可能な開放断面型の車輌用衝突補強材を提供する。
【解決手段】車輌用衝突補強材としてのバンパーリインフォースメントは、部分的に板厚の異なる金属板材１０をプレス成形して得られる。バンパーリインフォースメントは、一対のウエブ２２と、これらウエブ２２の前端部同士をつなぐ中央フランジ２１とを少なくとも具備し、その中央フランジ２１と反対側に開口した開放断面形状を有する。部分的に板厚の異なる金属板材１０をプレス成形したことで、各ウエブ２２の厚みｔ２は中央フランジ２１の厚みｔ１よりも大きくなっている。
【選択図】図２

Description

本発明は、バンパーリインフォースメントやドアビームに代表される車輌用衝突補強材に関するものである。

例えば特許文献１は、車輌用衝突補強材の一種であるバー構造体（安全バー）を開示する。そのバー構造体は、衝突面を構成する中央フランジと、その中央フランジを抱く形の二つのウエブ（側壁部）と、各ウエブに連結して当該バー構造体の各側部から外方に延出する二つの側部フランジとを備え、中央フランジとは反対側が開口した概略台形状の横断面形状を有している。このような開放断面型のバー構造体は、例えば均一な板厚の鋼板をプレス成形することにより少ない工程で製造できるため、閉断面形状のバー構造体に比べて製造コスト面等で有利である。その一方で、開放断面であるが故に、強度確保のための特別な配慮も必要となる。

中央フランジ及び一対のウエブにより開放断面が構成される車輌用衝突補強材の強度向上には、補強材を構成する板要素の厚み（即ち板厚）を増すことや、横断面形状を工夫することによる補強材の曲げ剛性（断面性能ともいう）の向上を図ることが考えられる。ただし、単に板厚を増して断面性能の向上を図ると重量の増加を招いてしまう。それ故、横断面形状を工夫して断面性能の向上を図ることが好ましく、この種の車輌用衝突補強材にあっては、ウエブの高さｈ（図５参照）、即ち想定衝突軸方向へのウエブの長さを大きくすることが効果的である。

しかしながら、比較的薄肉な鋼板をプレス成形して得られる車輌用衝突補強材のウエブの高さｈを安易に大きく設定すると、ウエブの薄さが災いして衝突時にウエブが例えば蛇腹状に座屈する虞れがある。衝突時にウエブが容易に座屈してしまうと、断面性能向上の効果が得られず、耐荷重性能や衝突エネルギー吸収量がかえって不足してしまう。

特表平８−５０２００３号公報（要約、図４Ａ）

本発明の目的は、重量増加を最小限に抑えつつ衝突時におけるウエブの座屈を極力防止可能な開放断面型の車輌用衝突補強材を提供することにある。

請求項１の発明は、一対のウエブ及びこれらウエブの前端部同士をつなぐ中央フランジを具備すると共にその中央フランジと反対側に開口した開放断面形状を有する、金属板材をプレス成形して得られる車輌用衝突補強材であって、部分的に板厚の異なる金属板材をプレス成形することで、前記ウエブの全部又は一部の厚みを前記中央フランジの厚みよりも大きくしたことを特徴とする車輌用衝突補強材である。また、請求項２の発明は、請求項１に記載の車輌用衝突補強材において、前記ウエブの各々の後端部には、外方に延出する側部フランジが設けられていることを特徴とする。更に、請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の車輌用衝突補強材において、前記部分的に板厚の異なる金属板材は、差厚鋼板、又は、板厚の異なる複数の鋼板を溶接で連結してなるテーラードブランク材であることを特徴とする。

請求項４の発明は、一対のウエブ及びこれらウエブの前端部同士をつなぐ中央フランジを具備すると共にその中央フランジと反対側に開口した開放断面形状を有する、金属板材をプレス成形して得られる車輌用衝突補強材であって、部分的に板厚の異なる金属板材をプレス成形することで、前記ウエブの各々における後端部の厚みを、各ウエブの前端部の厚み及び前記中央フランジの厚みよりも大きくしたことを特徴とする車輌用衝突補強材である。また、請求項５の発明は、請求項４に記載の車輌用衝突補強材において、前記部分的に板厚の異なる金属板材は、差厚鋼板、又は、板厚の異なる複数の鋼板を溶接で連結してなるテーラードブランク材であることを特徴とする。

請求項１、２及び３に記載の車輌用衝突補強材によれば、ウエブの全部又は一部の厚みを相対的に大きくすることで衝突時におけるウエブの座屈が極力防止されると共に、中央フランジの厚みを相対的に小さくすることで軽量化が図られるため、開放断面型の車輌用衝突補強材であっても、重量増加を最小限に抑えつつ衝突時におけるウエブの座屈を極力防止することが可能となる。

請求項４及び５に記載の車輌用衝突補強材によれば、各ウエブの後端部の厚みを中央フランジの厚みよりも相対的に大きくすることで衝突時におけるウエブの座屈が極力防止されると共に、中央フランジの厚みを相対的に小さくすることで軽量化が図られるため、開放断面型の車輌用衝突補強材であっても、重量増加を最小限に抑えつつ衝突時におけるウエブの座屈を極力防止することが可能となる。加えて、各ウエブの後端部の厚みを前端部の厚みよりも大きくすることで、側部フランジを設けなくても、衝突時におけるウエブの高さ方向全体における応力分布の均一化が図られる。このため、車輌用衝突補強材の占有断面積を減少でき、車体への取り付け性を改善することが可能となる。

車輌用衝突補強材の一種であるバンパーリインフォースメントに具体化した第１実施形態及び第２実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

（第１実施形態）：
第１実施形態のバンパーリインフォースメントは、金属板材としての鋼板１０をプレス成形して得たものである。図１（Ａ）及び図２（Ａ）に示すように、出発材料となる鋼板１０は、正面形状又は平面形状が矩形状をなし、例えば長手方向長さが８００〜１２００ｍｍ、幅方向長さが１３０〜１５０ｍｍといった寸法を有する。この鋼板１０は部分的に板厚が異なっており、幅方向断面において中央部１１及び二つの端部１３の板厚ｔ１よりも、中央部１１と各端部１３との間の中間部１２の板厚ｔ２が厚くなっている（ｔ１＜ｔ２）。但し、中央部１１、二つの中間部１２及び二つの端部１３はいずれも当該鋼板１０の長手方向においては一定の厚みを保っている。板厚ｔ１は１〜２ｍｍの範囲に、板厚ｔ２は２〜５ｍｍの範囲にそれぞれ設定されることは好ましい。このように部分的に板厚の異なる鋼板１０は、市販の差厚鋼板として、又は、互いに板厚の異なる複数の鋼板を溶接で連結してなるテーラードブランク材として入手可能である。なお、板厚ｔ１の中央部１１及び二つの端部１３はプレス成形後にバンパーリインフォースメントの中央フランジ２１及び側部フランジ２３を構成し、板厚ｔ２の中間部１２はバンパーリインフォースメントのウエブ２２を構成する。

図１（Ａ）及び図２（Ａ）に示すような鋼板１０をプレス機で成形することにより、図１（Ｂ）及び図２（Ｂ）に示すようなバンパーリインフォースメントが得られる。プレス成形の手法は冷間プレス又は熱間プレスのいずれでもよいが、プレス直前に鋼板１０を所定の高温度まで加熱しその高温状態の鋼板１０に対して相対的に冷えたプレス型でプレス加工を施す熱間プレスの方が好ましい。一般に熱間プレスによれば、ダイクエンチ効果による引張り強度の飛躍的向上や成形後の寸法安定性の向上等を図ることができる。

上記鋼板１０のプレス成形により得られたバンパーリインフォースメントは、中央フランジ２１、一対のウエブ２２及び一対の側部フランジ２３を具備する。中央フランジ２１はその前面が主たる衝突面を提供すると共に、両ウエブ２２の前端部同士を連結する。各ウエブ２２は中央フランジ２１に対し直角よりもやや大きな角度で連結しており、両ウエブ２２は後端側ほど互いに遠ざかるような非平行の関係にある。それ故、このバンパーリインフォースメントは、中央フランジ２１と反対側に開口した略台形の開放断面形状を有する比較的長尺な部材となっている。また、各ウエブ２２の後端部に連結した側部フランジ２３はそれぞれの外方に延出し、中央フランジ２１と略平行となっている。図１（Ｂ）及び図２（Ｂ）のバンパーリインフォースメントでは、中央フランジ２１及び側部フランジ２３の厚みはｔ１であり、ウエブ２２の厚みはｔ２である。また、ウエブ２２の高さｈは４０〜６０ｍｍ、中央フランジ２１の幅は約５０ｍｍ、各側部フランジ２３の幅は約２０ｍｍである。

なお、かかる開放断面型のバンパーリインフォースメントにおいて、各ウエブ２２の後端部からそれぞれの外方に延出する側部フランジ２３を設ける意味は、曲げの中立軸（図２（Ｂ）参照）を各ウエブ２２の高さｈ方向中程に位置させることにある。即ち一般に、厚さが均一なウエブを具備するバンパーリインフォースメントにあっては、衝突時、ウエブの前端側（衝突面側、圧縮側）の応力よりも後端側（引張側）の応力の方が大きくなる傾向にあり、その結果、曲げの中立軸の位置が衝突面側に片寄り易い。これに対し、この第１実施形態のように各ウエブ２２の後端部に側部フランジ２３を設けることで、圧縮側応力と引張側応力との差を小さくでき、曲げの中立軸を各ウエブ２２の高さｈ方向中程に設定可能となる。

第１実施形態のバンパーリインフォースメントでは、各ウエブ２２の厚みｔ２が中央フランジ２１の厚みｔ１よりも大きくなっている。このように、ウエブ２２の厚みｔ２を相対的に厚くすることで、ウエブ高さｈをある程度高く設定しても、衝突時におけるウエブ２２の座屈を極力防止でき、断面性能の効率的な増大を図ることができる。また、中央フランジ２１の厚みｔ１を相対的に薄くすることで、バンパーリインフォースメントの軽量化を図ることができる。従って、この第１実施形態によれば、バンパーリインフォースメントの重量増加を抑えつつ衝突時におけるウエブ２２の座屈を極力防止可能となる。

（第１実施形態の変更例）：
図３に示すように、各ウエブ２２の一部（高さｈ方向の中程部分）の厚さｔ２だけを、当該ウエブ２２の他部位、中央フランジ２１及び側部フランジ２３の各厚みｔ１よりも大きく設定してもよい。図３の構成では、相対的な厚肉化によるウエブ２２の補強範囲は限定的ではあるが、上記第１実施形態と同様、バンパーリインフォースメントの重量増加を抑えつつ衝突時におけるウエブ２２の座屈を極力防止可能となる。

（第２実施形態）：
図４に示す第２実施形態のバンパーリインフォースメントは、第１実施形態と同様、部分的に板厚の異なる金属板材としての鋼板をプレス成形して得られる。ここで使用する部分的に板厚の異なる鋼板（図示略）は、その中央部の板厚ｔ１が当該中央部を挟む二つの端部の板厚ｔ２よりも薄くなった鋼板である（ｔ１＜ｔ２）。板厚ｔ１は１〜２ｍｍの範囲に、板厚ｔ２は２〜５ｍｍの範囲にそれぞれ設定されることは好ましい。このように部分的に板厚の異なる鋼板は、市販の差厚鋼板として、又は、互いに板厚の異なる複数の鋼板を溶接で連結してなるテーラードブランク材として入手可能である。

図４のバンパーリインフォースメントは、中央フランジ３１及び一対のウエブ３２を具備する。中央フランジ３１はその前面が主たる衝突面を提供すると共に、両ウエブ３２の前端部同士を連結する。各ウエブ３２は中央フランジ３１に対し直角よりもやや大きな角度で連結しており、両ウエブ３２は後端側ほど互いに遠ざかるような非平行の関係にある。それ故、このバンパーリインフォースメントは、中央フランジ３１と反対側に開口した略台形の開放断面形状を有する比較的長尺な部材となっている。

第２実施形態では、各ウエブ３２の高さｈ方向中程よりも前端部３２ａの厚みｔ１は、中央フランジ３１の厚みｔ１に等しいのに対し、各ウエブ３２の高さｈ方向中程よりも後端部３２ｂの厚みｔ２は、前記前端部３２ａ及び中央フランジ３１の厚みｔ１よりも大きく設定されている。各ウエブの前端部３２ａ及び後端部３２ｂの厚みを図４のように設定することで、少なくとも次の二つの利点が生ずる。

第１に、前記第１実施形態と同様、各ウエブの後端部３２ｂの厚みｔ２を相対的に厚くすることで、ウエブ高さｈをある程度高く設定しても、衝突時におけるウエブ３２の座屈を極力防止でき、断面性能の効率的な増大を図ることができる。また、中央フランジ３１の厚みｔ１を相対的に薄くすることで、バンパーリインフォースメントの軽量化を図ることができる。従って、この第２実施形態によれば、バンパーリインフォースメントの重量増加を抑えつつ衝突時におけるウエブ３２の座屈を極力防止可能となる。

第２に、各ウエブ３２の後端部３２ｂの厚みｔ２を前端部３２ａの厚みｔ１よりも大きくすることで、衝突時にウエブ３２の前端側（衝突面側、圧縮側）の応力と後端側（引張側）の応力とをほぼ等しくしてウエブ３２の高さｈ方向全体における応力分布の均一化を図ることができ、その結果、曲げの中立軸をウエブ３２の高さ方向中程に位置させることが可能となる。つまり、第１実施形態のように側部フランジ２３を設けなくても、各ウエブ３２の厚肉化された後端部３２ｂに側部フランジ２３と同じ機能を担わせることができる。側部フランジ２３が不要になることで、バンパーリインフォースメントの占有断面積が減少し、車体への取り付け性を改善することができる。

尚、本発明はバンパーリインフォースメントへの適用に限定されるものではなく、ドアビームその他の車輌用衝突補強材にも適用可能である。

第１実施形態を示し、（Ａ）はプレス前の金属板材の一部破断正面図、（Ｂ）はプレス成形によって得られたバンパーリインフォースメントの一部破断正面図。（Ａ）は図１のＡ−Ａ線での拡大横断面図、（Ｂ）は図１のＢ−Ｂ線での拡大横断面図。第１実施形態の変更例たるバンパーリインフォースメントの横断面図。第２実施形態のバンパーリインフォースメントの横断面図。従来例の横断面図。

符号の説明

１０…金属板材としての鋼板、２１…中央フランジ、２２…ウエブ、２３…側部フランジ、３１…中央フランジ、３２…ウエブ、３２ａ…ウエブの前端部、３２ｂ…ウエブの後端部。

Claims

一対のウエブ及びこれらウエブの前端部同士をつなぐ中央フランジを具備すると共にその中央フランジと反対側に開口した開放断面形状を有する、金属板材をプレス成形して得られる車輌用衝突補強材であって、
部分的に板厚の異なる金属板材をプレス成形することで、前記ウエブの全部又は一部の厚みを前記中央フランジの厚みよりも大きくしたことを特徴とする車輌用衝突補強材。
前記ウエブの各々の後端部には、外方に延出する側部フランジが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の車輌用衝突補強材。
前記部分的に板厚の異なる金属板材は、差厚鋼板、又は、板厚の異なる複数の鋼板を溶接で連結してなるテーラードブランク材であることを特徴とする請求項１又は２に記載の車輌用衝突補強材。
一対のウエブ及びこれらウエブの前端部同士をつなぐ中央フランジを具備すると共にその中央フランジと反対側に開口した開放断面形状を有する、金属板材をプレス成形して得られる車輌用衝突補強材であって、
部分的に板厚の異なる金属板材をプレス成形することで、前記ウエブの各々における後端部の厚みを、各ウエブの前端部の厚み及び前記中央フランジの厚みよりも大きくしたことを特徴とする車輌用衝突補強材。
前記部分的に板厚の異なる金属板材は、差厚鋼板、又は、板厚の異なる複数の鋼板を溶接で連結してなるテーラードブランク材であることを特徴とする請求項４に記載の車輌用衝突補強材。