JP6213314B2 - ドアインパクトビームおよびその製造法 - Google Patents

Description

本発明は、自動車のドアの内部に配置されるドアインパクトビームおよびその製造法に関する。

自動車のドアは、外観を創出するアウターパネルと、ドアの骨組みを成して強度を主に維持するインナーパネルとを、ヘム加工（１８０度曲げ加工）により組み立てることにより、構成される。アウターパネルとインナーパネルとの間には、ドアロック機構、ドアガラス、ウインドウレギュレータ等のドア構成部品が収容される。

近年の自動車には、側面衝突時の安全性向上を図るため、自動車前後方向へ向けてその両端を固定して配置される長尺の補強部材であるドアインパクトビームを、アウターパネルとインナーパネルとの間に備えることが多い。ドアインパクトビームは、例えば丸パイプを素材とする閉断面型と、例えばハット形の横断面を有する開断面型とに大別される。いずれのタイプのドアインパクトビームも側面衝突による衝撃荷重を負荷されると、衝撃荷重入力位置を作用点とする三点曲げ変形を生じることによって衝撃エネルギーを吸収する。

近年、ハット形の横断面を有する開断面型のドアインパクトビームに関して、自動車車体の軽量化の一環として、引張強度が例えば５９０ＭＰａ以上の高張力鋼板を用いることによる薄肉化・軽量化が推進されている。しかし、開断面型のドアインパクトビームを薄肉化すると剛性が低下する傾向にあるため、ドアインパクトビームの断面寸法を拡大する必要を生じる。しかし、ドアインパクトビームは、アウターパネルとインナーパネルとの間の狭い空間に上述の各種のドア構成部品との干渉を避けて配置されるために、小断面であることが求められる。このため、開断面型のドアインパクトビームの断面寸法の拡大は難しい。

ドアの設計を工夫することにより開断面型のドアインパクトビームの薄肉化や断面寸法の拡大を図れたとしても、衝突時の開断面型のドアインパクトビームの圧潰挙動が変化するおそれがある。特に、ハット形の横断面における平面の幅Ｗと板厚ｔの比（＝Ｗ／ｔ）が大きな面部（例えば天板部）では、衝突後にたわみや座屈といった面外変形が早期に発生し易い。この傾向は、ドアインパクトビームの強度が高い場合に顕著になる。このため、衝突による圧潰時にこの面外変形が発生すると、高強度のドアインパクトビームであっても、十分なせん断変形が導入されなくなり、所望の圧潰荷重や吸収エネルギーを得られない。

例えば特許文献１には、天板部と、この天板部に連続する２つの稜線部と、これら２つの稜線部にそれぞれ連続する２つの縦壁部と、これら２つの縦壁部にそれぞれ連続する２つの曲線部と、これら２つの曲線部にそれぞれ連続する２つのフランジとを有するハット型の開断面形状を有する薄鋼板製のドアインパクトビームにおいて、一方の縦壁部の一部〜一方の稜線部〜天板部〜他方の稜線部〜他方の縦壁部の一部に補強板を配置して、天板部の平面〜稜線部間を部分的に強化することによって、衝突時のハット形の開断面形状の断面崩れを抑制して衝突エネルギーの吸収性能を向上させる発明が開示される。

特開２００９−１９６４８８号公報

しかし、特許文献１により開示されたドアインパクトビームの場合、衝突による曲げ圧潰時に、ハット型の開断面における天板部に過大な量のたわみが発生する。そして、過大な量の天板部のたわみにより、縦壁部が早期に倒れ込んでしまう。このため、縦壁部に発生するせん断変形が減少し、結果として、圧潰荷重や吸収エネルギーが低下する。したがって、ドアインパクトビームのたわみ量を抑制して縦壁部が倒れ込まないようにする必要がある。

本発明は、従来の技術が有するこの課題に鑑みてなされたものであり、引張強度が５９０ＭＰａ以上の高張力鋼板からなるハット形の横断面を有する開断面型のドアインパクトビームであって、衝突による曲げ圧潰時に所望の圧潰荷重や衝撃エネルギーの吸収量を得られるドアインパクトビームを提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、引張強度が５９０ＭＰａ以上の高張力鋼板からなる開断面型のドアインパクトビームにおいて、ドアインパクトビームの本体の稜線部および縦壁部の引張強度に対して天板部の引張強度を低下（低降伏点化）することにより、天板部に生じるたわみ量を抑制でき、これにより、所望の圧潰荷重や衝撃エネルギーの吸収量を得られることを知見し、さらに検討を重ねて本発明を完成した。本発明は、以下に列記の通りである。

（１）引張強度が５９０ＭＰａ以上の単一の鋼板の成形体である長尺の本体を少なくとも一つ有し、前記本体は、長手方向の両端部側にそれぞれ形成される２つのドア取付け部と、該２つのドア取付け部の間に配置される曲げ変形発生部とを有するとともに、曲げ変形発生部は、天板部と、該天板部に連続する２つの稜線部と、該２つの稜線部にそれぞれ連続する２つの縦壁部と、該２つの縦壁部にそれぞれ連続する２つの曲線部と、該２つの曲線部にそれぞれ連続する２つのフランジとを有するハット形の開断面形状を有するドアインパクトビームにおいて、
前記天板部の幅方向の全部または一部の領域の引張強度が前記稜線部および前記縦壁部のいずれの引張強度よりも低いこと
を特徴とするドアインパクトビーム。

（２）前記稜線部および前記縦壁部はいずれも焼入れ組織を有するとともに、前記天板部の全部または一部は非焼入れ組織を有する（１）項に記載されたドアインパクトビーム。

（３）前記天板部の幅方向の全部または一部の領域の幅（Ｌｈ）は、該天板部の幅（Ｌ）に対して、２／３Ｌ≦Ｌｈ≦Ｌの関係を満足する（１）項または（２）項に記載されたドアインパクトビーム。

（４）（１）項から（３）項までのいずれか１項に記載されたドアインパクトビームを製造する方法であって、
単一の鋼板からなるブランクをＡｃ３点以上に加熱する工程と、ブランクを金型で冷却しながらプレス成形する工程とを備え、
前記金型による冷却により、前記稜線部および前記縦壁部に成形される部分は焼入れされ、前記天板部の前記全部または一部の領域は焼入れされないようにすること
を特徴とするドアインパクトビームの製造法。

本発明における「天板部の幅方向の全部の領域」とは、横断面において、天板部における２つの稜線部との会合部である２つのＲ止まりの間の領域を意味する。

本発明により、高張力鋼板からなるハット形の横断面を有する開断面型のドアインパクトビームであって、衝突による曲げ圧潰時に所望の圧潰荷重や衝撃エネルギーの吸収量を得られるドアインパクトビームが得られるようになる。

図１は、本発明に係るドアインパクトビームの一例の断面図である。 図２は、ドアインパクトビームの衝突による３点曲げ圧潰時における変形形態（ひずみ分布）を示す説明図であり、図２（ａ）は天板部、稜線部および縦壁部がいずれも同じ引張強度（１５００ＭＰａ）の場合（比較例）を示し、図２（ｂ）は天板部が５９０ＭＰａ，稜線部および縦壁部がいずれも１５００ＭＰａである場合（本発明例）を示す。 図３は、本発明に係るドアインパクトビームの他の一例の断面図である。 図４は、本発明に係るドアインパクトビームのプレス金型の一例を示す説明図である。 図５は、数値解析の対象としたドアインパクトビームの各部寸法を示す説明図である。 図６は、解析条件を示す説明図である。 図７は、比較例Ａ、本発明例Ｂの数値解析の結果を示すグラフである。

本発明を、添付図面を参照しながら、詳細に説明する。
１．ドアインパクトビーム
図１は、本発明に係るドアインパクトビームの一例の断面図である。

ドアインパクトビーム１は、本体２を少なくとも一つ有する。本体２は、単一の鋼板の成形体である。本体２は、図１の紙面と直交する方向へ延びる長尺の外形を有する。

「単一の鋼板」とは、テーラーウェルドブランクのように複数枚の鋼板を接合したものではなく、一枚の鋼板からなることを意味する。ドアインパクトビーム１の本体２が単一の鋼板から構成されることで、例えば本体がテーラーウェルドブランクからなる場合と比較して、多くの場合コスト面で有利であるだけでなく、衝突時に複数の鋼板の溶接部周辺を起点とする割れを生じるおそれがない。

本体２を構成する鋼板の板厚は、１．４〜２．３ｍｍ程度であることが例示される。
本体２は、長手方向へ２つのドア取付け部（図示しない）と曲げ変形発生部３とを有する。２つのドア取付け部は、本体２の長手方向（図１の紙面と直交する方向）の両端部側にそれぞれ形成される。２つのドア取付け部は、ドアインナーパネルにおける所定の取付け位置へ適宜手段（例えばボルト及びナットを用いる締結等）により固定するための部分であり、ドアインナーパネルにおける自動車前後方向の前端側、及び後端側の所定の位置に固定される。

曲げ変形発生部３は、これら２つのドア取付け部の間に配置される。すなわち、図１は、曲げ変形発生部３における本体２の横断面形状を示す。なお、２つのドア取付け部の横断面形状は、ドアインナーパネルにおける所定の取付け位置へ確実に取り付けることができる形状であればよく、特定の形状には制限されない。

曲げ変形発生部３は、天板部４と、２つの稜線部５ａ，５ｂと、２つの縦壁部６ａ，６ｂと、２つの曲線部７ａ，７ｂと、２つのフランジ８ａ，８ｂとを有する。

天板部４は、Ｒ止まり９‐１，９−２間に平面状に形成される。
２つの稜線部５ａ，５ｂは、それぞれ、Ｒ止まり９−１，９−２を介して、天板部４に連続して曲面状に形成される。

２つの縦壁部６ａ，６ｂは、それぞれ、Ｒ止まり１０−１，１０−２を介して、２つの稜線部５ａ，５ｂに連続して平面状に形成される。

２つの曲線部７ａ，７ｂは、それぞれ、Ｒ止まり１１−１、１１−２を介して、２つの縦壁部６ａ，６ｂに連続して曲面状に形成される。

さらに、２つのフランジ８ａ，８ｂは、それぞれ、Ｒ止まり１２−１，１２−２を介して、２つの曲線部７ａ，７ｂに連続して平面状に形成される。

このように、本体２における曲げ変形発生部３は、天板部４と、２つの稜線部５ａ，５ｂと、２つの縦壁部６ａ，６ｂと、２つの曲線部７ａ，７ｂと、２つのフランジ８ａ，８ｂとにより構成されるハット形の開断面形状を有する。

稜線部５ａ，５ｂおよび縦壁部６ａ，６ｂは、いずれも、焼入れ組織（マルテンサイト）を有する。稜線部５ａ，５ｂおよび縦壁部６ａ，６ｂの引張強度は、いずれも１１８０ＭＰａ以上であり、１４７０ＭＰａ以上であることが望ましい。

天板部４の全部の領域または一部の領域１３は、非焼入れ組織（フェライトーパーライト（または、これらに焼入れ組織であるマルテンサイトが混在する組織であってもよい））を有する。

この領域１３の引張強度は、稜線部５ａ，５ｂや縦壁部６ａ，６ｂの引張強度の２０〜６０％の範囲であることが好ましい。具体的には、稜線部５ａ，５ｂや縦壁部６ａ，６ｂの引張強度が１５００〜１８００ＭＰａ程度の場合には、天板部４での領域１３の引張強度は３９０〜９００ＭＰａ程度、より望ましくは４４０〜７８０ＭＰａ程度である。

ここで、天板部４の一部の領域１３は、天板部４の幅（Ｌ）に対して、２／３Ｌ以上Ｌ以下となる関係を満足する領域を意味する。

このように、ドアインパクトビーム１では、本体２を構成する天板部４の全部の領域または一部の領域１３の引張強度が、稜線部５ａ，５ｂおよび縦壁部６ａ，６ｂのいずれの引張強度よりも低い。

このため、衝突による３点曲げ圧潰時における天板部４のたわみ量が低減され、これにより、縦壁部６ａ，６ｂが倒れることが防止される。このため、縦壁部６ａ，６ｂにせん断変形を十分に発生させることができ、これにより、所望の圧潰荷重や衝撃エネルギーの吸収量を得られる。

図２は、ドアインパクトビーム１の衝突による３点曲げ圧潰時における変形形態（ひずみ分布）を示す説明図である。図２（ａ）は天板部４、稜線部５ａ，５ｂおよび縦壁部６ａ，６ｂがいずれも同じ引張強度（１５００ＭＰａ）の場合（比較例）を示し、図２（ｂ）は天板部４が５９０ＭＰａ，稜線部５ａ，５ｂおよび縦壁部６ａ，６ｂがいずれも１５００ＭＰａである場合（本発明例）を示す。

図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、本発明例は、比較例よりも、ひずみ量が低い範囲がドアインパクトビーム１の長手方向に拡がり、比較例のようにひずみ量が高い範囲が狭い範囲に集中することが抑制される。これにより、縦壁部６ａ，６ｂが早期に倒れることが防止される。このため、縦壁部６ａ，６ｂに十分なせん断変形を発生させることができ、これにより、所望の圧潰荷重や衝撃エネルギーの吸収量を得られる。

なお、図２（ａ）および図２（ｂ）については実施例の欄で詳細に説明する。
本体２の長手方向について、天板部４の全部の領域または一部の領域１３の引張強度を、稜線部５ａ，５ｂおよび縦壁部６ａ，６ｂのいずれの引張強度よりも低くする範囲は、曲げ変形発生部３の長手方向のほぼ全長に形成されることが望ましいが、全ての領域に限定されるものではない。例えば曲げ変形発生部３の長手方向の中央部に，全長の５％以上にわたる範囲に形成されていればよく、さらに、ドア取付け部にかかる範囲に形成されていてもよい。

ドアインパクトビーム１は、図１中の白抜き矢印で示すように、天板部４に衝撃荷重Ｆが入力されるように、すなわち、ドアインパクトビーム１の本体２における天板部４がドアウターパネル側に位置するとともに２つのフランジ８ａ，８ｂがドアインナーパネル側に位置するように、ドアアウターパネルとドアインナーパネルとの間の所定の位置に配置される。

図３は、本発明に係るドアインパクトビームの他の一例の断面図である。
ドアインパクトビーム１−１は、二つの本体２−１，２−２を、天板４の幅方向（図３における左右方向）へ並んで有する。これにより、圧潰荷重や衝撃エネルギーの吸収量を高めることができる。

２．ドアインパクトビーム１の製造法
ドアインパクトビーム１は、如何なる製造法により製造しても構わないが、所望の寸法精度や生産性を高めるために、いわゆるホットスタンプにより製造することが好ましい。

すなわち、Ａｃ_３点以上に加熱された引張強度が５９０ＭＰａ以上のブランク（鋼板）を金型（パンチおよびダイ）で冷却しながらプレス成形することにより、ドアインパクトビーム１を製造する。

この際、金型による、ブランクにおける稜線部５ａ，５ｂおよび縦壁部６ａ，６ｂに成形される部分の冷却速度を、金型による天板部４の全部の領域または一部の領域１３に成形される部分の冷却速度よりも大きくする。このような冷却速度の調整により、稜線部５ａ，５ｂおよび縦壁部６ａ、６ｂに成形される部分が焼き入れされ、前記天板部４の前記全部または一部の領域１３は焼き入れされないようにする。

縦壁部６ａ，６ｂに成形される部分の冷却速度を、金型による天板部４の領域１３に成形される部分の冷却速度よりも大きくするには、例えば、
（ｉ）パンチおよびダイの内部又は表面に冷却水の流路を有する金型の場合には、ブランクにおける稜線部５ａ，５ｂおよび縦壁部６ａ，６ｂに成形される部分に接触する部分の冷却水の流量を、ブランクにおける天板部４の領域１３に成形される部分に接触する部分の冷却水の流量よりも増加することや、
（ｉｉ）図４に例示するように、ブランク２２の天板部４の領域１３に成形される部分に、接触するパンチ２０およびダイ２１に、切り欠きや凹み２０ａ，２１ａ等を形成することにより、天板部４の領域１３に成形される部分の冷却速度を低下すること
等が例示される。

コンピュータを用いた数値解析を行うことにより、本発明の効果を確認した。
図５は、数値解析の対象としたドアインパクトビーム１の各部寸法を示す説明図である。

本発明例および比較例ともに、ドアインパクトビーム１に用いる鋼板の板厚は１．２ｍｍとした。

本発明例では、天板４の幅方向の全部の領域の引張強度を５９０ＭＰａとし、この領域以外は引張強度を１５００ＭＰａとした。これは、例えば図４に示す切り欠きや凹み２０ａ，２１ａ等を形成されたパンチ２０およびダイ２１を用いて鋼板（ブランク）をホットスタンプし、縦壁部及ぶ稜線部を焼入れ天板部を焼入れしない場合を想定したものである。

比較例では、引張強度を１５００ＭＰａとした。これは、ドアインパクトビーム１全体が焼き入れられた場合を想定した。

本発明例および比較例のドアインパクトビームについて、以下に示す解析条件で数値解析を行った。

図６は、解析条件を示す説明図である。
図６に示すように、この解析では、本発明例，比較例のドアインパクトビーム３１それぞれを、半径１５ｍｍの円柱状の支点３０，３０により支点間距離１０００ｍｍで、天板部が衝突面側に位置するとともにフランジが反衝突面側に位置するようにして固定支持し、ドアインパクトビームの長手方向の中央位置に、半径１５０ｍｍのインパクター３２を衝突速度１．８ｋｍ／ｈで衝突させる条件とした。

図７は、比較例Ａ、本発明例Ｂの数値解析の結果を示すグラフであり、変形時の変位量と荷重との関係、および衝撃エネルギー吸収量ＥＡを示す。

また、既に参照した図２は、ドアインパクトビームの衝突による３点曲げ圧潰時における変形形態（ひずみ分布）を示す説明図であり、図２（ａ）は比較例を示し、図２（ｂ）は本発明例を示す。

図７、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、本発明例は、比較例よりも、ひずみ量が低い範囲がドアインパクトビームの長手方向に拡がり、従来例のようにひずみ量が高い範囲が狭い範囲に集中することが抑制された。

これにより、縦壁部が早期に倒れることが防止され、縦壁部６ａ，６ｂにせん断変形を十分発生させることができた。このため、本発明例は比較例に対して、圧潰荷重が７％向上し、衝撃エネルギーの吸収量が１０％向上した。

１ ドアインパクトビーム
２ 本体
３ 曲げ変形発生部
４ 天板部
５ａ，５ｂ 稜線部
６ａ，６ｂ 縦壁部
７ａ，７ｂ 曲線部
８ａ，８ｂ フランジ
１３ 天板部の一部

Claims (4)

1. 引張強度が５９０ＭＰａ以上の単一の鋼板の成形体である長尺の本体を少なくとも一つ有し、前記本体は、長手方向の両端部側にそれぞれ形成される２つのドア取付け部と、該２つのドア取付け部の間に配置される曲げ変形発生部とを有するとともに、曲げ変形発生部は、天板部と、該天板部に連続する２つの稜線部と、該２つの稜線部にそれぞれ連続する２つの縦壁部と、該２つの縦壁部にそれぞれ連続する２つの曲線部と、該２つの曲線部にそれぞれ連続する２つのフランジとを有するハット形の開断面形状を有するドアインパクトビームにおいて、
   前記天板部の幅方向の全部または一部の領域の引張強度が前記稜線部および前記縦壁部のいずれの引張強度よりも低いこと
   を特徴とするドアインパクトビーム。
2. 前記稜線部および前記縦壁部はいずれも焼入れ組織を有するとともに、前記天板部の全部または一部は非焼入れ組織を有する請求項１に記載されたドアインパクトビーム。
3. 前記天板部の幅方向の全部または一部の領域の幅（Ｌｈ）は、該天板部の幅（Ｌ）に対して、２／３Ｌ≦Ｌｈ≦Ｌの関係を満足する請求項１または請求項２に記載されたドアインパクトビーム。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載されたドアインパクトビームを製造する方法であって、
   単一の鋼板からなるブランクをＡｃ_３点以上に加熱する工程と、ブランクを金型で冷却しながらプレス成形する工程とを備え、
   前記金型による冷却により、前記稜線部および前記縦壁部に成形される部分は焼入れされ、前記天板部の前記全部または一部の領域は焼入れされないようにすること
   を特徴とするドアインパクトビームの製造法。