KR102295407B1

KR102295407B1 - 자동차용의 구조 부재

Info

Publication number: KR102295407B1
Application number: KR1020197032897A
Authority: KR
Inventors: 겐이치로 오쓰카
Original assignee: 닛폰세이테츠 가부시키가이샤
Priority date: 2017-04-10
Filing date: 2018-04-10
Publication date: 2021-08-30
Also published as: JP6485603B1; BR112019019574A2; KR20190133253A; JPWO2018190312A1; EP3611058A1; US20200031208A1; WO2018190312A1; CN110494328A; CN110494328B; CA3059156A1; MX2019012092A; US11400800B2; EP3611058A4

Abstract

개시되는 자동차용의 구조 부재(100)는, 1장의 강판으로 형성된 프레스 성형품(110)과, 프레스 성형품(110)에 고정된 보강 부재(120)를 포함한다. 프레스 성형품(110)은, 2개의 세로벽부(111)와 2개의 세로벽부(111)를 연결하는 천판부(112)를 포함한다. 보강 부재(120)는, 제1 판형상부(121)와 제2 판형상부(122)를 포함하는, 단면이 L자형인 부재이다. 천판부(112)를 따라 제2 판형상부(122)가 세로벽부(111)측으로부터 외측의 방향을 향해 돌출되도록, 제1 판형상부(121)가 세로벽부(111)에 고정되어 있다. 이러한 구조 부재에 의하면, 3점 굽힘 시험에 있어서의 특성이 높다.

Description

자동차용의 구조 부재

본 발명은, 자동차용의 구조 부재에 관한 것이다.

자동차의 차체는, 각종 구조 부재에 의해 구성되어 있다. 대부분의 구조 부재는, 강판을 프레스 성형함으로써 형성된다. 충돌 안전 성능을 높이기 위해, 자동차의 구조 부재(특히 장척 부재)에 관해, 종래부터 여러 가지 제안이 이루어져 왔다.

예를 들면, 특허문헌 1(일본국 특허공개 2011-178327호 공보), 특허문헌 2(일본국 특허공개 2013-189173호 공보), 특허문헌 3(일본국 특허공개 2014-087848호 공보), 및 특허문헌 4(일본국 특허공개 2011-067841호 공보)는, 자동차에 이용되는 구조 부재를 보강하는 기술을 개시하고 있다.

특허문헌 1은, 관형상의 프레임 본체를 포함하는 프레임 구조를 개시하고 있다. 그 프레임 본체의 모서리부의 내측에는, 보강 부재가 장착되어 있다.

특허문헌 2는, 제1 성형체와 제2 성형체(보강 부재)를 포함하는 구조 부재를 개시하고 있다. 제1 성형체는 해트형의 단면 형상을 가지며, 제2 성형체는 홈형의 단면 형상을 갖는다. 특허문헌 2에는, 제1 성형체의 내면 또는 외면에, 제2 성형체(보강 부재)가 접합되어 있는 구조 부재가 개시되어 있다.

특허문헌 3은, 하나의 면과 다른 하나의 면을 연결하는 능선부를 갖는 성형 부재를 개시하고 있다. 그 능선부에는, 보강 부재가 접합된다. 특허문헌 3은, 능선부와 동일한 형상을 갖는 보강 부재를 개시하고 있다.

특허문헌 4는, 천벽부, 천벽부의 양단 각각과 연결되는 세로벽부, 및 바닥벽부로 중공 단면을 형성하는 구조 부재를 개시하고 있다. 천벽부와 세로벽부의 연결 영역에는, 바깥쪽으로 튀어나온 돌출부가 설치된다.

일본국 특허공개 2011-178327호 공보 일본국 특허공개 2013-189173호 공보 일본국 특허공개 2014-087848호 공보 일본국 특허공개 2011-067841호 공보

3점 굽힘 시험에 있어서의 특성이 높은 구조 부재를 이용함으로써, 자동차의 충돌 안전 성능을 높이거나 자동차를 경량화하거나 하는 것이 가능하다. 그 때문에, 현재, 3점 굽힘 시험에 있어서의 특성이 높은 새로운 구조 부재가 요구되고 있다. 이러한 상황에 있어서, 본 발명의 목적은, 3점 굽힘 시험에 있어서의 특성이 높은 구조 부재를 제공하는 것이다.

본 발명의 한 실시형태에 의한 구조 부재는, 자동차용의 구조 부재이다. 이 구조 부재는, 1장의 강판으로 형성된 프레스 성형품과, 상기 프레스 성형품에 고정된 보강 부재를 포함한다. 상기 프레스 성형품은, 2개의 세로벽부와 상기 2개의 세로벽부를 연결하는 천판부를 포함한다. 상기 보강 부재는, 제1 판형상부와 제2 판형상부를 포함하는, 단면이 L자형인 부재이다. 상기 천판부를 따라 상기 제2 판형상부가 상기 세로벽부 측으로부터 외측의 방향을 향해 돌출되도록 상기 제1 판형상부가 상기 세로벽부에 고정되어 있다.

본 발명에 의하면, 3점 굽힘 시험에 있어서의 특성이 높은 구조 부재가 얻어진다. 본 발명에 의한 구조 부재를 이용함으로써, 자동차의 충돌 안전 성능을 높이거나 자동차를 경량화하거나 하는 것이 가능하다.

도 1은, 본 실시형태의 구조 부재의 일례를 모식적으로 나타낸 사시도이다.
도 2는, 도 1에 나타낸 구조 부재의 단면도이다.
도 3은, 본 실시형태의 구조 부재의 다른 일례를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 4는, 본 실시형태의 구조 부재의 다른 일례를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 5는, 도 4에 나타낸 구조 부재의 투영도이다.
도 6a는, 본 실시형태의 구조 부재의 다른 일례를 모식적으로 나타낸 사시도이다.
도 6b는, 본 실시형태의 구조 부재의 다른 일례를 모식적으로 나타낸 사시도이다.
도 7a는, 본 실시형태의 구조 부재의 다른 일례를 모식적으로 나타낸 사시도이다.
도 7b는, 본 실시형태의 보강 부재의 단면 형상이 U자형인 경우의 단면도이다.
도 7c는, 본 실시형태의 보강 부재의 단면 형상이 삼각형상인 경우의 단면도이다.
도 7d는, 본 실시형태의 보강 부재의 단면 형상이 사각형상인 경우의 단면도이다.
도 8a는, 실시예에서 이용한 본 발명예의 샘플 3의 구조를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 8b는, 실시예에서 이용한 비교예의 샘플 1의 구조를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 8c는, 실시예에서 이용한 비교예의 샘플 2의 구조를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 8d는, 실시예에서 이용한 비교예의 샘플 4의 구조를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 9는, 실시예에 있어서의 3점 굽힘 시험의 조건을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 10은, 실시예 1의 결과의 일례를 나타낸 그래프이다.
도 11은, 실시예 1의 결과의 다른 일례를 나타낸 그래프이다.
도 12는, 실시예 1의 결과의 다른 일례를 나타낸 그래프이다.
도 13은, 실시예 1의 결과의 다른 일례를 나타낸 그래프이다.
도 14a는, 실시예 1의 3점 굽힘 시험에 있어서의 샘플 1의 변형 상태를 나타낸 단면도이다.
도 14b는, 실시예 1의 3점 굽힘 시험에 있어서의 샘플 2의 변형 상태를 나타낸 단면도이다.
도 14c는, 실시예 1의 3점 굽힘 시험에 있어서의 샘플 3의 변형 상태를 나타낸 단면도이다.
도 15는, 실시예 1의 결과의 다른 일례를 나타낸 그래프이다.
도 16은, 실시예 1의 결과의 다른 일례를 나타낸 그래프이다.
도 17은, 실시예 1의 결과의 다른 일례를 나타낸 그래프이다.
도 18은, 실시예 1의 결과의 다른 일례를 나타낸 그래프이다.
도 19는, 실시예 2의 결과의 다른 일례를 나타낸 그래프이다.
도 20은, 실시예 2의 결과의 다른 일례를 나타낸 그래프이다.
도 21은, 실시예 2의 결과의 다른 일례를 나타낸 그래프이다.
도 22는, 실시예 2의 결과의 다른 일례를 나타낸 그래프이다.
도 23은, 실시예 2의 결과의 다른 일례를 나타낸 그래프이다.
도 24는, 실시예 2의 결과의 다른 일례를 나타낸 그래프이다.

예의 검토한 결과, 본원 발명자는, 특정 구조에 의해, 3점 굽힘 시험에 있어서의 특성이 향상되는 것을 새롭게 찾아내었다. 본 발명은, 이 새로운 지견에 의거한 것이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대해 설명한다. 또한, 이하의 설명에서는 본 발명의 실시형태에 대해 예를 들어 설명하는데, 본 발명은 이하에서 설명하는 예에 한정되지 않는다. 이하의 설명에서는, 구체적인 수치나 재료를 예시하는 경우가 있는데, 본 발명의 효과가 얻어지는 한, 다른 수치나 재료를 적용해도 된다. 본 명세서에 있어서, 「단면」이라는 용어는, 특별히 기재가 없는 한, 프레스 성형품(P)이 연장되는 방향(길이 방향)에 수직인 단면을 의미한다.

(자동차용의 구조 부재)

본 실시형태의 구조 부재는, 자동차용의 구조 부재이다. 이 구조 부재는, 1장의 강판으로 형성된 프레스 성형품과, 프레스 성형품에 고정된 보강 부재를 포함한다. 이들 프레스 성형품 및 보강 부재를 각각, 「프레스 성형품(P)」 및 「보강 부재(R)」라고 칭하는 경우가 있다. 또한, 본 실시형태의 구조 부재를, 「구조 부재(S)」라고 칭하는 경우가 있다.

프레스 성형품(P)은, 2개의 세로벽부와, 당해 2개의 세로벽부를 연결하는 천판부를 포함한다. 보강 부재(R)는, 제1 판형상부와 제2 판형상부를 포함하는 부재로서, 단면이 L자형인 부재이다. 천판부를 따라 제2 판형상부가 세로벽부 측으로부터 외측을 향해 돌출되도록, 제1 판형상부는 세로벽부에 고정되어 있다.

프레스 성형품(P)은, 1장의 강판(소재 강판)을 변형시킴으로써 형성할 수 있다. 프레스 성형품(P)의 단면은, 바닥부가 거의 평평한 U자형의 부분을 포함해도 된다. 프레스 성형품(P)이 후술하는 플랜지부를 포함하는 경우, 그 단면은 대략 해트형이어도 된다.

충돌 안전성 및 경량화의 관점에서, 프레스 성형품(P)을 구성하는 강판의 인장 강도가 높은 것이 바람직하다. 강판의 인장 강도는 340MPa 이상(예를 들면, 490MPa 이상, 590MPa 이상, 780MPa 이상, 980MPa 이상, 또는 1200MPa 이상)이어도 된다. 인장 강도의 상한에 한정은 없고, 2000MPa 이하여도 된다.

통상, 프레스 성형품(P)은, 전체적으로는 가늘고 긴 형상을 갖는다. 세로벽부, 천판부, 및 후술하는 플랜지부는, 모두 프레스 성형품(P)의 길이 방향을 따라 연장되어 있다. 보강 부재(R)는, 프레스 성형품(P)의 길이 방향 전체에 걸쳐 배치되어 있어도 되고, 프레스 성형품(P)의 길이 방향의 일부에만 배치되어 있어도 된다.

이하에서는, 2개의 세로벽부, 2개의 세로벽부의 단부를 연결하는 가상의 면, 및 천판부에 의해 둘러싸인 영역을 「프레스 성형품(P)의 내측」이라고 칭하는 경우가 있다. 또한, 세로벽부 및 천판부를 사이에 두고 당해 내측과는 반대측을 「프레스 성형품(P)의 외측」이라고 칭하는 경우가 있다. 또한, 프레스 성형품(P)의 내측으로부터 멀어지는 방향을, 「외측의 방향」이라고 칭하는 경우가 있다.

천판부는, 2개의 세로벽부를 연결한다. 보다 상세하게는, 세로벽부와 천판부는, 능선부(모서리부)를 통해 연속되어 있다. 다른 관점에서는, 천판부는, 2개의 세로벽부를 연결하는 가로벽부이다. 그 때문에, 본 명세서에 있어서, 천판부를 가로벽부로 바꿔 이해하는 것이 가능하다. 가로벽부(천판부)를 아래쪽을 향해 프레스 성형품(P)을 배치한 경우, 가로벽부를 바닥판부라고 부르는 것도 가능하다. 그러나, 본 명세서에서는, 가로벽부를 위쪽에 배치한 경우를 기준으로 하여, 가로벽부를 천판부라고 칭한다.

천판부와 세로벽부가 이루는 각도 Y는, 통상 90°또는 그 근방이다. 각도 Y는, 90° 미만이어도 되지만, 통상은 90°이상이며, 90°~150°의 범위에 있어도 된다. 2개의 각도 Y는, 상이해도 되고, 거의 동일해도(양자의 차가 10° 이내) 된다. 각도 Y에 대해서는 도 3에서 설명한다.

제1 판형상부는, 제2 판형상부가 연결되어 있는 쪽이 위쪽(천판부 측)에 배치되도록 프레스 성형품(P)에 고정된다. 보강 부재(R)의 제1 판형상부를 프레스 성형품(P)에 고정하는 방법에 한정은 없고, 상황에 따라 고정 방법을 선택하면 된다. 제1 판형상부는, 용접, 접착제, 납땜, 리벳, 및 마찰 교반 접합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1개에 의해 프레스 성형품(P)에 고정되어 있어도 된다. 용접의 예에는, 저항 스폿 용접 및 레이저 용접이 포함된다. 고정부의, 형상, 범위, 및 수 등은, 상황에 따라 적절히 선택하면 된다. 고정부의 위치에 관해서는, 가능한 한 되도록 천판부 측에 가까운 것이 바람직하다. 천판부 측에 가까운 위치에서 고정함으로써, 제1 판형상부가 프레스 성형품의 세로벽부를 내측으로 누르는 모멘트가 발생하기 쉽기 때문이다. 제1 판형상부 중, 프레스 성형품의 세로벽부와 접하는 부분을 평면 C로 한 경우, 고정부의 중심 위치는, 평면 C의 제2 판형상부 측에 가까운 쪽의 절반면 내에 있는 것이 바람직하다. 또한, 고정 강도에 관해서는 충돌 변형 시에 접합부가 파단되지 않으면 된다.

천판부와 제2 판형상부는 전형적으로는 평행하다. 단, 천판부에 대해 제2 판형상부가 기울어져 있어도 된다. 천판부와 제2 판형상부가 이루는 각도 X는, 150°~200°의 범위에 있어도 된다. 이 각도를, 이하에서는 「각도 X」라고 칭하는 경우가 있다. 각도 X는, 예를 들면 180°이하이다. 바람하게는, 각도 X는 150°~180°이다. 각도 X에 대해서는 도 3에서 설명한다.

보강 부재(R)에서는, 제1 판형상부와 제2 판형상부에 의해, L자형의 단면을 갖는 형상이 구성된다. 제1 판형상부와 제2 판형상부가 이루는 각도 Z는, 70°~120°의 범위에 있어도 된다. 바람직하게는, 각도 Z는 80°~100°이다. 또한, 각도 Z는 각도 X, 각도 Y에 대응하여 정해지는 각도이다. 각도 Z에 대해서는 도 3에서 설명한다.

보강 부재(R)의 단면에 있어서, 제1 판형상부와 제2 판형상부의 경계의 모서리부는, 둥글려져 있는 것이 바람직하다. 당해 모서리부를 둥글려진 형상으로 함으로써, 충돌 시에 보강 부재의 모서리부에 응력이 집중되는 것에 의한 소성 변형을 억제할 수 있다. 보강 부재(R)의 단면에 있어서, 당해 모서리부의 곡률 반경은, 1.0mm~15.0mm의 범위에 있어도 된다.

길이 방향에 수직이며 또한 제1 판형상부에 평행한 방향에 있어서의 보강 부재(R)의 길이를 폭 W1로 한다. 또한, 길이 방향에 수직이며 천판부에 평행한 방향에 있어서의 보강 부재(R)의 길이를 폭 W2로 한다. 본 발명의 효과가 얻어지는 한, 폭 W1과 폭 W2의 비인 W1/W2의 값은, 0.5~2의 범위에 있어도 된다. 바람직하게는, W1/W2의 값은 0.7~1.4의 범위이다. 폭 W1 및 폭 W2에 대해서는, 도 8a에서 설명한다.

폭 W1은, 2.5mm 이상이어도 된다. 바람직하게는, 폭 W1은 5mm 이상이며, 더욱 바람직하게는, 폭 W1은 7.5mm 이상이다. 폭 W1의 상한에 대해서는 특별히 한정은 없지만, 폭 W1을 너무 크게 하면, 단위 질량당 특성이 저하한다. 폭 W1은, 30mm 이하여도 된다.

폭 W2는, 5mm 이상이어도 된다. 바람직하게는, 폭 W2는 10mm 이상이며, 더욱 바람직하게는, 폭 W2는 15mm 이상이다. 폭 W2의 상한에 대해서는 특별히 한정은 없지만, 폭 W2를 너무 크게 하면, 단위 질량당 특성이 저하한다. 폭 W2는, 30mm이하여도 된다.

보강 부재(R)는, 프레스 성형품(P)에만 고정되어 있어도 된다. 즉, 보강 부재(R)는, 프레스 성형품(P) 이외의 부재에 고정되어 있지 않아도 된다. 이는, 구조 부재(S)가 자동차에서 이용되고 있는 상태에 있어서도 동일하다. 즉, 본 실시형태의 구조 부재(S)를 포함하는 자동차에 있어서, 보강 부재(R)가 프레스 성형품(P)에만 고정되어 있어도 된다.

본 실시형태의 구조 부재(S)에 있어서, 세로벽부와 천판부의 경계의 단면은, 둥글려진 라운드 형상이어도 된다. 그 경우, 세로벽부에 있어서의 라운드 형상의 개시 위치보다 천판부 측에, 제2 판형상부가 배치되어 있어도 된다. 이 구성에 의하면, 천판부 측으로부터의 충돌에 의해 세로벽부가 외측으로 쓰러지는 것을 억제하는 것이 가능하다. 세로벽부가 외측으로 쓰러지는 것을 억제함으로써, 천판부 측으로부터의 충돌에 대한 특성을 향상시킬 수 있다고 생각된다.

여기서, 천판부를 포함하는 제1 평면을 가정한다. 또한, 세로벽부에 있어서의 라운드 형상의 개시 위치를 통과하여 제1 평면에 평행한 제2 평면을 가정한다. 제2 판형상부는, 제1 평면, 제1 평면과 제2 평면의 사이, 및 제2 평면으로 구성되는 영역 내에 배치되어도 된다. 예를 들면, 제2 판형상부는, 제1 평면과 동일 평면 상에 있어도 된다. 이 구성에 의하면, 천판부 측으로부터의 충돌에 의해 세로벽부가 외측으로 쓰러지는 것을 억제하는 것이 가능하다.

천판부를 포함하는 제1 평면과 제2 판형상부의 거리 D는, 0mm~20mm의 범위에 있어도 된다. 거리 D에 대해서는, 도 4에서 설명한다.

본 실시형태의 구조 부재(S)에서는, 구조 부재를 측면에서 투영했을 때에, 보강 부재(R)의 투영 영역이, 프레스 성형품(P)의 투영 영역의 범위 내에 존재해도 된다. 또한, 「프레스 성형품(P)의 투영 영역의 범위 내」에는, 프레스 성형품(P)의 투영 영역의 외연부도 포함된다. 측면으로부터의 투영의 의미에 대해서는, 도 5에서 설명한다.

보강 부재(R)는, 보강 부재로서 이용하는 것이 가능한 금속판으로 이루어지는 것이어도 되고, 보강 부재의 재료로서 이용하는 것이 가능한 다른 재료로 이루어지는 것이어도 된다. 금속판은, 강판이어도 되고, 알루미늄 등의 다른 금속 재료로 이루어지는 판이어도 된다. 즉, 보강 부재(R)는, 강판으로 이루어지는 것이어도 된다. 보강 부재(R)를 구성하는 강판에는, 프레스 성형품(P)을 구성하는 강판으로서 예시한 강판을 이용할 수 있다. 보강 부재(R)의 일례는, 강판을 프레스 성형함으로써 형성된다.

본 실시형태의 구조 부재(S)는, 보강 부재(R)를 2개 포함해도 된다. 이 경우, 2개의 세로벽부의 각각에 보강 부재(R)가 고정되어 있다. 이 구성에 의하면, 3점 굽힘 시험에 있어서의 특성을 보다 높일 수 있다. 본 실시형태의 구조 부재(S)의 일례는, 보강 부재(R)를 1개만 포함하고, 한쪽의 세로벽부에만 보강 부재(R)가 고정되어 있다. 또, 이 2개의 보강 부재의 폭 W2는 상이해도 된다.

프레스 성형품(P)은, 2개의 세로벽부의 단부로부터 연장되는 2개의 플랜지부를 포함해도 된다. 본 실시형태의 구조 부재(S)는, 강판으로 이루어지는 다른 부재를 더 포함해도 된다. 이 다른 부재를, 이하에서는, 「다른 부재(M)」 또는 「부재(M)」라고 칭하는 경우가 있다. 프레스 성형품(P)과 다른 부재(M)가 폐단면을 구성하도록, 다른 부재(M)가, 프레스 성형품(P)의 2개의 플랜지부에 고정되어 있어도 된다. 즉, 프레스 성형품(P)과 부재(M)가 중공체를 구성해도 된다. 이 구성에 의하면, 3점 굽힘 시험에 있어서의 특성을 보다 높일 수 있다.

부재(M)는, 금속판이어도 되고, 예를 들면 강판이어도 된다. 부재(M)는, 프레스 성형품(P)을 구성하는 강판과 동종의 강판으로 형성되어도 된다. 부재(M)는, 이면판이라고 불리는 판형상의 부재여도 되고, 프레스 성형된 성형품이어도 된다. 예를 들면, 부재(M)는, 2개의 플랜지부를 갖는 프레스 성형품(P)과 동종의 형상을 가져도 된다. 그 경우, 프레스 성형품(P)의 2개의 플랜지부와, 부재(M)의 2개의 플랜지부를 고정할 수 있다.

본 실시형태의 구조 부재(S)에서는, 보강 부재(R)에 의한 효과를 높이기 위해, 보강 부재(R)와 프레스 성형품(P)은, 이하의 식 (1)을 만족하는 것이 바람직하다.

[보강 부재(R)의 판두께(mm)]×[보강 부재(R)의 인장 강도(MPa)]×0.8≥[프레스 성형품(P)의 판두께(mm)]×[프레스 성형품(P)의 인장 강도(MPa)] …(1)

간결하게 서술하면, 식 (1)은, 보강 부재(R)의 강도가 어느 정도 높은 것이 바람직한 것을 의미하고 있다. 식 (1)의 좌변이 우변보다 작으면, 보강 부재(R)의 강도가 프레스 성형품(P)보다 현저하게 낮아지므로, 천판부 측으로부터의 충돌 시에, 프레스 성형품의 세로벽부를 내측으로 쓰러뜨리기 어려워진다.

본 실시형태의 구조 부재(S)는, 범퍼 빔, 사이드 실, 센터 필러, A 필러, 루프 레일, 도어 임팩트 빔, 벨트라인 리인포스먼트, 또는 루프 아치여도 된다. 혹은, 구조 부재(S)는, 자동차용의 다른 구조 부재로서 이용되어도 된다. 구조 부재(S)는, 충돌 시에 굽힘 변형되는 부품이어도 된다.

본 실시형태의 구조 부재(S)는, 보강 부재(R)에 더하여 다른 보강 부재를 포함해도 된다. 예를 들면, 프레스 성형품(P)의 모서리부(천판부와 세로벽부의 경계의 모서리부)의 내측을 따르도록, 단면이 L자형인 보강 부재가 프레스 성형품(P)에 고정되어 있어도 된다.

본 실시형태의 구조 부재(S)의 제조 방법에 특별히 한정은 없고, 공지의 방법으로 제조하는 것이 가능하다. 예를 들면, 프레스 성형품(P) 및 보강 부재(R)는, 공지의 프레스 성형에 의해 형성할 수 있다. 다른 부재(M)가 프레스 성형품인 경우도, 동일하게 공지의 프레스 성형에 의해 형성할 수 있다. 그들을 고정하는 방법에는, 상술한 방법을 적용할 수 있다. 본 실시형태의 구조 부재(S)는, 기존의 프레스 성형품(P)의 외측으로부터 보강 부재(R)를 고정하기만 하면 실현할 수 있다. 그 때문에, 구조 부재(S)는 제조가 용이하다.

이하에서는, 본 발명의 실시형태에 대해 도면을 참조하면서 설명한다. 이하에서 설명하는 실시형태는 예시이며, 이하의 실시형태의 구성의 적어도 일부를, 상술한 구성으로 치환할 수 있다. 이하의 설명에서는, 동일한 부분에 동일한 부호를 붙여 중복되는 설명을 생략하는 경우가 있다. 또한, 이하에서는, 도 2에 있어서의 위쪽(천판부 측)을 구조 부재(S)의 위쪽이라고 칭하고, 도 2에 있어서의 아래쪽(플랜지부 측)을 구조 부재(S)의 아래쪽이라고 칭하는 경우가 있다.

(구조 부재(S)의 일례)

본 실시형태의 구조 부재(S)의 일례의 사시도를, 도 1에 모식적으로 나타낸다. 도 1의 구조 부재(100)는, 프레스 성형품(110)과, 프레스 성형품(110)에 고정된 2개의 보강 부재(120)를 포함한다. 프레스 성형품(110)은, 상술한 프레스 성형품(P)의 일례이다. 보강 부재(120)는, 상술한 프레스 보강 부재(R)의 일례이다.

구조 부재(100)의 단면(구조 부재(100)의 길이 방향에 수직인 단면)을, 도 2에 모식적으로 나타낸다. 프레스 성형품(110)은, 2개의 세로벽부(111)와, 2개의 세로벽부(111)를 연결하는 천판부(112)를 포함한다. 이하에서는, 세로벽부(111)와 천판부(112)의 경계의 능선부를, 모서리부(113)라고 칭하는 경우가 있다. 프레스 성형품(110)은, 2개의 세로벽부(111)의 단부로부터 연장되는 2개의 플랜지부(114)를 더 포함한다. 이하의 예에서 나타내는 바와 같이, 플랜지부(114)에는, 다른 부재(M)가 고정되어도 된다. 도 2에 나타내는 일례에서는, 2개의 플랜지부(114)는, 2개의 세로벽부(111)의 하단부로부터, 외측을 향해 거의 수평으로 연장되어 있다. 즉, 플랜지부(114)는, 천판부(112)와 거의 평행하다.

보강 부재(120)는, 제1 판형상부(121)와 제2 판형상부(122)를 포함한다. 보강 부재(120)의 단면(보강 부재(120)의 길이 방향에 수직인 단면)은, L자형이다. 제1 판형상부(121)는, 상술한 방법(용접 그 외의 방법)에 의해 세로벽부(111)에 고정되어 있다. 여기서, 제2 판형상부(122)는, 천판부(112)를 따라, 세로벽부(111)측으로부터 외측의 방향(수평 방향)을 향해 돌출되어 있다. 제2 판형상부(122)가 이와 같이 배치되도록, 제1 판형상부(121)가 세로벽부(111)에 고정되어 있다. 이하의 도면에서는, 제1 판형상부(121)와 세로벽부(111)의 고정부(118)(및 후술하는 고정부(119))를 모식적으로 나타내는 경우가 있다.

제1 판형상부(121)와 제2 판형상부(122)의 경계의 모서리부(능선부)(123)가 천판부(112)측에 배치되도록, 제1 판형상부(121)는 세로벽부(111)에 고정되어 있다. 그 결과, 제2 판형상부(122)와 천판부(112)는 근접하고 있다.

보강 부재(120)는, 프레스 성형품(110) 이외의 부재에 고정되어 있지 않다. 즉, 보강 부재(120)는, 프레스 성형품(110)에만 고정된다.

제1 판형상부(121)와 세로벽부(111)의 고정부(118)는, 천판부(112)(하중이 입력되는 위치)에 가까운 위치에 설치되는 것이 바람직하다. 고정부(118)가 천판부(112)에 가까울수록, 제1 판형상부(121)가 프레스 성형품(110)의 세로벽부(111)를 내측으로 누르는 모멘트가 발생하기 쉽기 때문이다.

구조 부재(100)의 다른 일례의 단면도를 도 3에 모식적으로 나타낸다. 도 3에서는, 플랜지부(114)에 다른 부재(130)가 고정되어 있는 일례를 나타낸다. 다른 부재(130)는, 상술한 다른 부재(M)의 일례이다. 또한, 도 3에서는, 천판부(112)와 제2 판형상부(122)가 이루는 각도 X가, 180°가 아닌 일례를 나타낸다. 플랜지부(114)와 부재(130)는, 고정부(119)로 고정되어 있다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 각도 X는, 천판부(112)를 포함하는 평면(112s)과, 제2 판형상부(122)를 포함하는 평면(122s)이 이루는 각도 중, 도 3에 나타내어지는 각도이다. 보다 구체적으로는, 평면(112s)과 평면(122s)이 이루는 각도 중, 도 3에 있어서, 천판부(112) 및 제2 판형상부(122)의 위쪽에 위치하는 각도이다. 각도 X는, 상술한 범위에 있어도 된다.

또한, 천판부(112)에 요철이 존재하는 경우, 천판부의 주요한 평면(이 평면은 세로벽부의 단부를 연결하는 가상의 평면과 대략 평행한 평면이다)을, 천판부(112)를 포함하는 평면(112s)으로 간주하는 것이 가능하다.

도 3에, 세로벽부(111)와 천판부(112)가 이루는 각도 Y를 나타낸다. 각도 Y는, 세로벽부(111)와 천판부(112)가 이루는 각도 중, 프레스 성형품(110)의 내측의 각도이다. 각도 Y는, 상술한 범위에 있어도 된다.

또한, 도 3에, 제1 판형상부(121)와 제2 판형상부(122)가 이루는 각도 Z를 나타낸다. 각도 Z는, 제1 판형상부(121)와 제2 판형상부(122)가 이루는 각도 중, 작은 쪽의 각도이다. 각도 Z는, 상술한 범위에 있어도 된다.

구조 부재(100)의 일례의 일부의 확대도를 도 4에 나타낸다. 도 4는, 모서리부(113)의 근방을 나타내는 단면도이다.

도 4에 나타내는 일례에서는, 제2 판형상부(122)가, 천판부(112)보다 아래쪽(세로벽부(111)의 단부 측)에 위치하고 있다. 세로벽부(111)와 천판부(112)의 경계에 있는 모서리부(113)의 단면은, 2개의 개시 위치(113a 및 113b)의 사이에서 둥글려진 라운드 형상을 갖는다. 라운드 형상의 개시 위치(113a)는 세로벽부(111)측의 개시 위치이며, 개시 위치(113b)는 천판부(112)측의 개시 위치이다. 도 4에 나타낸 일례에서는, 세로벽부(111)에 있어서의 라운드 형상의 개시 위치(113a)보다 천판부(112)측에, 제2 판형상부(122)가 배치되어 있다.

제1 판형상부(121)와 제2 판형상부(122)의 경계에 있는 모서리부(123)의 단면은, 2개의 개시 위치(123a 및 123b)의 사이에서 둥글려진 라운드 형상을 갖는다. 라운드 형상의 개시 위치(123a)는 제1 판형상부(121)측의 개시 위치(라운드 부분의 끝)이며, 개시 위치(123b)는 제2 판형상부(122)측의 개시 위치(라운드 부분의 끝)이다.

여기서, 천판부(112)를 포함하는 평면을 제1 가상 평면(112s)으로 한다. 또한, 개시 위치(113a)를 통과하여 천판부(112)에 평행한 평면을 제2 가상 평면(113as)으로 한다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 제2 판형상부(122)는, 제1 가상 평면(112s)과 동일, 혹은 그보다 가상 평면(113as)측에 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 제2 판형상부(122)는, 제2 가상 평면(113as)보다 천판부(112)측에 배치되는 것이 바람직하다. 프레스 성형품(110)이 자동차용 구조 부재인 경우, 프레스 성형품(110)의 모서리부(113)의 곡률 반경은 20mm 이하인 경우가 많다. 따라서, 제1 가상 평면(112s)과 제2 판형상부(122)의 거리 D는 20mm 이하인 것이 바람직하다.

또한, 보강 부재(120)의 모서리부(123)의 라운드 형상의 개시 위치(123a)는, 제2 가상 평면(113as) 상에 배치되는 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 다음과 같은 효과가 얻어진다. 천판부(112)측으로부터 하중이 가해졌을 때에, 프레스 성형품(110)의 모서리부(113)는 외측의 방향을 향해 변형되려고 한다. 그러나, 프레스 성형품(110)의 모서리부(113)의 외측에는, 보강 부재(120)의 모서리부(123)가 존재한다. 그 때문에, 프레스 성형품(110)의 모서리부(113)의 외측의 방향을 향하는 변형이, 보강 부재(120)의 모서리부(123)에 의해 억제된다. 이에 따라, 프레스 성형품(110)의 세로벽부(111)는 외측의 방향으로 변형되기 어려워져, 세로벽부(111)가 내측으로 쓰러지기 쉬워진다.

이 효과를 얻기 위해서는, 보강 부재(120)의 제2 판형상부(122)는 제1 가상 평면(112s)에 가까운 것이 바람직하다. 환언하면, 제1 가상 평면(112s)과 제2 판형상부(122)의 거리 D는, 0에 가까운 것이 바람직하다. 거리 D가 0이면, 프레스 성형품(110)의 모서리부(113)의 전역이 보강 부재(120)의 모서리부(123)와 대향한다. 그 때문에, 천판부(112)측으로부터 하중이 가해졌을 때에, 프레스 성형품(110)의 모서리부(113)의 외측의 방향으로의 변형을 억제하기 쉽다.

거리 D는, 바람직하게는 0~10mm, 보다 바람직하게는 0~5mm, 더욱 바람직하게는 0~3mm, 가장 바람직하게는 0~1mm이다. 거리 D가 짧을수록, 충돌 시에 보강 부재(120)가 조기에 충돌물(임팩터)에 접촉할 수 있다. 이에 따라, 세로벽부(111)가 외측으로 쓰러지기 전에 보강 부재(120)에 의해 세로벽부(111)를 내측으로 누르는 힘이 빠른 단계에서 발생하게 할 수 있으므로, 내충돌 특성이 향상된다.

보강 부재(120)의 모서리부(123)의 곡률 반경은, 보강 부재(120)의 단면에서 볼 때 전체 길이의 5%보다 큰 것이 바람직하다. 모서리부(123)의 곡률 반경이, 보강 부재(120)의 단면에서 볼 때 전체 길이의 5% 이하이면, 모서리부(123)가 예리해진다. 모서리부(123)가 프레스 성형품(110)의 모서리부(113)와 접촉하면 응력 집중이 발생하기 쉽다. 이 응력 집중을 완화하는 관점에서, 보강 부재(120)의 모서리부(123)의 곡률 반경의 바람직한 하한은, 보강 부재(120)의 단면에서 볼 때 전체 길이의 5%보다 큰 것이다.

또, 보강 부재(120)의 모서리부(123)의 곡률 반경은, 보강 부재(120)의 단면에서 볼 때 전체 길이의 50% 미만인 것이 바람직하다. 모서리부(123)의 곡률 반경이, 보강 부재(120)의 단면에서 볼 때 전체 길이의 50% 이상이면, 보강 부재(120)의 제1 판형상부(121) 및 제2 판형상부(122)의 단면에서 볼 때 길이가 충분히 확보되기 어렵다. 그 때문에, 보강 부재(120)의 모서리부(123)의 곡률 반경의 바람직한 상한은, 보강 부재(120)의 단면에서 볼 때 전체 길이의 50%이다.

보강 부재(120)의 모서리부(123)의 곡률 반경의 바람직한 범위를 보다 구체적으로 말하면, 프레스 성형품(110)이 자동차용의 구조 부재인 경우, 보강 부재(120)의 모서리부(123)의 곡률 반경은, 3mm보다 큰 것이 바람직하다. 또, 보강 부재(120)의 모서리부(123)의 곡률 반경은, 10mm 미만인 것이 바람직하다.

또한, 도 4에서는 보강 부재(120)의 모서리부(123)의 단면이 라운드 형상인 경우에 대해 설명하였다. 그러나, 보강 부재(120)의 모서리부(123)의 단면은, 라운드 형상의 개시 위치(123a와 123b)가 직선으로 연결된 형상이어도 된다. 이 경우, 단면에서 볼 때 모서리부(123)의 직선 부분의 길이는, 보강 부재(120)의 단면에서 볼 때 전체 길이의 5%보다 큰 것이 바람직하고, 보강 부재(120)의 단면에서 볼 때 전체 길이의 50% 미만인 것이 바람직하다. 프레스 성형품(110)이 자동차용의 구조 부재인 경우, 단면에서 볼 때 모서리부(123)의 직선 부분의 길이는, 3mm보다 큰 것이 바람직하고, 10mm 미만인 것이 바람직하다.

또, 각도 X가 180°가 아닌 경우는, 제1 가상 평면(112s)과 제2 판형상부(122)의 거리 D는, 모서리부(123)의 제2 판형상부(122)측의 라운드 형상의 개시 위치(라운드 부분의 끝)(123b)와 제1 가상 평면(112s)의 가상 평면 수직 방향의 거리로 한다.

도 4에 나타낸 구조 부재(100)를 측면에서 투영했을 때의 투영도를, 도 5에 모식적으로 나타낸다. 여기서, 측면으로부터의 투영도란, 도 4의 화살표로 나타내는 방향에서 투영했을 때의 투영도를 의미한다. 이 투영 방향은, 구조 부재(100)의 길이 방향에 수직이며 또한 천판부(112)와 평행하다.

도 5에 나타낸 일례에서는, 보강 부재(120)의 투영 영역이, 프레스 성형품(110)의 투영 영역의 범위 내에 존재하고 있다. 제2 판형상부(122)는, 평면(112s)과 평면(113as)의 사이에 배치되어 있다. 이러한 구성에 의하면, 구조 부재(100)가 콤팩트해지므로, 구조 부재(100)가 다른 부품과 간섭하기 어려워진다. 구조 부재(100)가 다른 부품과 간섭하기 어려운 것은, 보강 부재(120)가 다른 부품과 간섭하기 어려운 것을 의미한다. 구조 부재에 하중이 부하되었을 때, 보강 부재(120)가 다른 부재에 접촉하면 보강 부재(120)가 프레스 성형품(110)의 세로벽부(111)를 내측으로 쓰러뜨리는 힘이 약해진다. 따라서, 보강 부재(120)의 투영 영역은, 프레스 성형품(110)의 투영 영역의 범위 내에 존재하는 것이 바람직하다.

본 실시형태의 구조 부재가 사이드 실인 경우의 일례를, 도 6a 및 도 6b의 사시도에 의해 모식적으로 나타낸다. 이해를 용이하게 하기 위해, 도 6a, 도 6b, 및 후술하는 도 7a에서는, 보강 부재(120)를 그레이로 표시한다. 도 6a 및 도 6b에 나타내는 구조 부재(사이드 실)(100)는 각각, 프레스 성형품(110), 2개의 보강 부재(120), 및 다른 부재(130)를 포함한다. 도 6a에 나타내는 일례에서는, 보강 부재(120)는, 프레스 성형품(110)의 길이 방향의 전체에 걸쳐 배치되어 있다. 도 6b에 나타낸 바와 같이, 보강 부재(120)는, 프레스 성형품(110)의 길이 방향의 일부에만 배치되어 있어도 된다.

그 외에도, 본 실시형태의 구조 부재가 범퍼 빔인 경우여도, 보강 부재(120)는 프레스 성형품(110)의 길이 방향의 일부에만 배치되어도 된다. 범퍼 빔은, 길이 방향의 2개의 단부가 크래시 박스 등에 장착된다. 그 때문에, 범퍼 빔의 길이 방향의 중앙은 가장 휘어지기 쉽다. 도 6b에 나타내는 사이드 실과 동일하게, 보강 부재(120)를 구조 부재(100)의 중앙에만 설치하면, 가장 강도가 필요한 범퍼 빔의 중앙을 보강할 수 있다. 또한, 보강이 반드시 필요하지 않은 범퍼 빔의 길이 방향의 2개의 단부는, 보강 부재(120)가 설치되지 않은 만큼 경량화할 수 있다. 요컨대, 보강 부재(120)를 강도가 필요한 장소에 한정하여 설치함으로써, 구조 부재(100)의 강도의 향상 및 경량화의 양쪽 모두를 도모할 수 있다.

프레스 성형품(110)의 길이 방향의 일부에 보강 부재(120)을 설치하는 경우, 프레스 성형품(110)의 길이 방향의 전체 길이를 L로 하면, 보강 부재(120)는 프레스 성형품(110)의 길이 방향의 중앙으로부터 양측으로 L/6까지의 영역(전체적으로는 L/3의 영역)에 설치되는 것이 바람직하다.

본 실시형태의 구조 부재가 센터 필러인 경우의 일례를, 도 7a의 사시도에 의해 모식적으로 나타낸다. 도 7a에 나타내는 구조 부재(센터 필러)(100)는 각각, 프레스 성형품(110), 및 2개의 보강 부재(120)를 포함한다. 도 7a에 나타내는 일례에서는, 보강 부재(120)는, 프레스 성형품(110)의 길이 방향의 일부에만 배치되어 있다.

본 실시형태의 보강 부재(120)의 단면 형상의 예를 도 7b~도 7d에 나타낸다. 도 7b에 나타낸 바와 같이, 보강 부재(120)의 단면 형상은, 직선형의 3개의 변을 연결하여 U자형으로 한 형상이어도 된다. 도 7c에 나타낸 바와 같이, 보강 부재(120)의 단면 형상은, 삼각형상이어도 된다. 도 7d에 나타낸 바와 같이, 보강 부재(120)의 단면 형상은, 사각형상이어도 된다. 즉, 보강 부재(120)는, 제1 판형상부(121) 및 제2 판형상부(122) 이외의 다른 판형상부를 포함해도 되고, 당해 다른 판형상부를 포함하지 않아도 된다. 도 7b~도 7d의 어느 경우여도, 상술한 바와 같이, 프레스 성형품(110)의 천판부(112)에 하중이 부하되었을 때, 보강 부재(120)에 의해 프레스 성형품(110)의 세로벽부(111)를 내측으로 쓰러뜨릴 수 있어, 본 실시형태의 구조 부재에 의한 효과가 얻어진다.

[실시예]

실시예에 의해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

(실시예 1)

실시예 1에서는, 본 실시형태의 구조 부재(본 발명예)와, 비교예의 구조 부재에 대해, 3점 굽힘 시험의 시뮬레이션을 행하였다. 시뮬레이션에는, 범용의 FEM(유한 요소법) 소프트(LIVERMORE SOFTWARE TECHNOLOGY사제, 상품명 LS-DYNA)를 이용하였다. 시뮬레이션에 이용한 샘플 3(본 발명예)의 단면도를, 도 8a에 모식적으로 나타낸다. 도 8a의 구조 부재(100)는, 프레스 성형품(110), 2개의 보강 부재(120), 및 구조 부재(100)의 플랜지부(114)에 용접된 다른 부재(이면판)(130)로 이루어진다. 도 8a에 나타낸 샘플 3의 사이즈는 이하와 같다. 단, 이하의 사이즈에 있어서 강판의 두께는 고려하고 있지 않다. 샘플 3에서는, 천판부(112)와 제2 판형상부(122)가 동일 평면 상에 있다. 샘플 3에 있어서, 제1 판형상부(121)는, 스폿 용접(피치 : 40mm)에 의해 세로벽부(111)에 고정되어 있다고 가정하였다.

·각도 X(천판부와 제2 판형상부의 각도) : 180°

·각도 Y(천판부와 세로벽부의 각도) : 90°

·각도 Z(제1 판형상부와 제2 판형상부의 각도) : 90°

·구조 부재를 구성하는 강판의 인장 강도 : 1180MPa

·구조 부재를 구성하는 강판의 두께 : 1.4mm

·L자부의 높이(폭 W1) : 20mm

·L자부의 폭(폭 W2) :　20mm

·세로벽부의 높이 HP : 60mm

·2개의 세로벽부간의 거리(천판부의 폭 WP) : 80mm

·이면판의 폭 WB : 120mm

·모서리부(113, 123), 및 Rc에 있어서의 곡률 반경 : 5mm

·길이 방향의 길이 : 1000mm

폭 W1은, 구조 부재(100)의 길이 방향에 수직이며 제1 판형상부(121)에 평행한 방향에 있어서의 보강 부재(120)의 길이이다. 폭 W2는, 구조 부재(100)의 길이 방향에 수직이며 천판부(112)에 평행한 방향에 있어서의 보강 부재(120)의 길이이다. 폭 W2는, 보강 부재(120)가 세로벽부(111)로부터 수평 방향으로 튀어나와 있는 길이에 대응한다.

시뮬레이션에 이용한 샘플 1(비교예)의 단면도를 도 8b에 모식적으로 나타내고, 샘플 2(비교예)의 단면도를 도 8c에 나타내며, 샘플 4(비교예)의 단면도를 도 8d에 나타낸다. 샘플 1은, 샘플 3의 구조 부재(100)로부터 보강 부재(120)를 제거한 구조를 갖는 샘플이다. 샘플 2는, L자형의 보강 부재(120)를, 프레스 성형품(110)의 모서리부(113)의 내측에 스폿 용접한 샘플이다. 샘플 4는, 샘플 3의 구조 부재(100)로부터 보강 부재(120)를 제거하고, 천판부(112) 및 2개의 세로벽부(111) 각각의 일부분을 내측으로 오목하게 들어가게 하여, 천판부(112)와 세로벽부(111)의 연결 영역에 돌출부(124)를 형성한 샘플이다. 샘플 4의 돌출부(124)에 있어서, 강판은 서로 겹쳐 있지 않다.

샘플 2에 있어서, 보강 부재(120)를 프레스 성형품(110)을 따르게 하기 위해, 보강 부재(120)의 모서리부(123)에 있어서의 곡률 반경은 3.6mm로 하였다. 또, 샘플 2의 보강 부재(120)의 폭 W1 및 W2를 각각 18.6mm로 하였다. 샘플 2 및 3의 프레스 성형품(110) 및 부재(130)는, 샘플 1의 그들과 동일하다.

샘플 4에 있어서, 천판부(112) 및 2개의 세로벽부(111) 각각의 내측으로의 패임량 W3은 14mm로 하였다. 천판부(112)의 패임의 폭 W4는, 50mm로 하고, 천판부의 형상이 좌우 대칭이 되도록 설치하였다. 한쪽의 세로벽부(111)의 패임의 폭 W5는, 30mm로 하고, 세로벽부의 형상이 상하 대칭이 되도록 설치하였다. 다른 쪽의 세로벽부도 동일하다.

시뮬레이션에서 이용한 3점 굽힘 시험의 방법을 도 9에 모식적으로 나타낸다. 3점 굽힘 시험은, 2개의 지점(支點)(1)에 샘플을 올려놓고, 임팩터(2)에 의해 위쪽에서 샘플을 누름으로서 행하였다. 실시예 1의 시험에 있어서, 2개의 지점(1) 사이의 거리 S는 400mm 또는 700mm로 하였다. 지점(1)의 곡률 반경은 30mm로 하였다. 임팩터(2)의 곡률 반경은 150mm로 하였다. 임팩터(2)의 충돌 속도는 7.5km/h로 하였다. 임팩터(2)의 폭(도 9의 지면(紙面)에 수직인 방향의 길이)은, 샘플 3의 천판부(112) 및 보강부(120)의 폭의 합계(120mm)보다 크게 하였다.

3점 굽힘 시험의 시뮬레이션에서는, 각 샘플의 천판부(112)측으로부터 임팩터(2)를 충돌시킨다고 가정하였다. 지점 간의 거리 S가 700mm인 경우의 시뮬레이션 결과를 도 10~도 13에 나타낸다. 또한, 샘플 4의 시뮬레이션 결과는 도 12에만 나타낸다. 도 10의 가로축은 변위량을 나타낸다. 여기서, 변위량은, 임팩터(2)가 샘플에 접촉한 후의 임팩터(2)의 이동 거리이다. 도 10의 세로축은, 임팩터(2)에 발생한 하중을 나타낸다.

변위량이 30mm인 시점에 있어서의 각 샘플의 에너지 흡수량을 도 11에 나타낸다. 또한, 변위량이 30mm인 시점에 있어서의 각 샘플의 에너지 흡수량에 대해, 각 샘플의 질량을 고려하여 평가한 결과를 도 12에 나타낸다. 도 12의 세로축은, 도 11의 세로축의 에너지 흡수량을 각 샘플의 질량으로 나눈 값을 나타낸다. 또한, 도 13에는, 변위량이 20mm인 시점까지 가해진 하중의 최대치를 나타낸다.

도 10 및 도 11에 나타낸 바와 같이, 본 발명예의 샘플 3은, 충돌 초기의 영역(변위량이 약 30mm 이하인 영역)에 있어서, 비교예의 샘플 1 및 2에 비해, 하중 및 에너지 흡수량이 컸다. 하중 및 에너지 흡수량이 큰 것은, 충돌에 대한 내성이 높은 것을 의미한다. 또한, 도 12의 결과는, 동일 질량의 구조 부재여도, 본 발명예의 샘플 3의 특성이 비교예의 샘플 1, 2 및 4에 비해 높은 것을 나타내고 있다. 그 때문에, 본 발명에 의하면, 충돌 안전 성능을 유지한 채로 구조 부재를 경량화하는 것이 가능하다.

지점 간의 거리 S가 700mm인 경우에 있어서, 변위량이 20mm일 때의 각 샘플의 단면 형상의 시뮬레이션 결과를 도 14a~도 14c에 나타낸다. 도 14a에 나타낸 샘플 1 및 도 14b에 나타낸 샘플 2에서는, 세로벽부가 외측으로 쓰러져 있다. 한편, 도 14c에 나타낸 샘플 3에서는, 세로벽부가 내측으로 쓰러져 있다. 샘플 3의 특성이 높은 이유는 현재로서는 명확하지 않지만, 세로벽부가 내측으로 쓰러짐으로써 하중을 지지하고 있을 가능성이 있다.

상기의 결과는, 정성적으로는, 샘플 1 및 2에서는 변형 중에 단면 2차 모멘트가 크게 감소하는데 반해, 샘플 3에서는 단면 2차 모멘트의 감소가 작기 때문이라고 생각된다. 어느 쪽이든, 세로벽부가 외측으로 쓰러지는 것보다도 내측으로 쓰러지는 것이, 내충돌 특성이 우수하다. 여기서는, 세로벽부를 내측으로 쓰러뜨리기 위해 보강 부재의 단면 형상을 L자형으로 하여 능선부(세로벽부와 천판부의 경계)에 접합한 실시예를 나타내었다. 단면 L자형의 보강 부재를 이와 같이 접합함으로써, 하중이 가해졌을 때에 보강 부재가 세로벽부를 내측으로 누르도록 회전 변형된다. 즉, 본 실시예에서는 능선부에 단면 L자형의 보강 부재를 접합하였지만, 보강 부재의 형상은, 세로벽부를 내측으로 쓰러뜨리도록 변형될 수 있는 형상이면 된다.

지점 간의 거리 S가 400mm인 경우의 시뮬레이션 결과를 도 15~도 18에 나타낸다. 도 15~도 18은 각각, 도 10~도 13에 대응하는 도면이다. 도 13과 동일하게, 도 18은, 변위량이 20mm인 시점까지 가해진 하중의 최대치를 나타낸다. 거리 S가 700mm인 경우와 동일하게, 거리 S가 400mm인 경우여도, 본 발명예의 샘플 3은, 비교예의 샘플 1 및 2보다 높은 특성을 나타내었다.

(실시예 2)

실시예 2에서는, 샘플 3의 폭 W2를 변화시켜 시뮬레이션을 행하였다. 구체적으로는, 샘플 3의 폭 W2를, 20mm(샘플 3), 15mm(샘플 3a), 10mm(샘플 3b), 및 5mm(샘플 3c)로 변화시켰다. 샘플 3 및 3a~3c는 본 발명예이다. 그들 샘플 및 비교예의 샘플 1 및 2에 대해, 실시예 1과 동일한 평가를 행하였다. 비교예의 샘플 1 및 2는, 실시예 1에서 설명한 샘플 1 및 2와 동일하다.

지점 간의 거리 S가 400mm인 경우의 시뮬레이션 결과를 도 19~도 21에 나타낸다. 도 19~도 21은 각각, 도 11~도 13에 대응하는 도면이다. 또한, 지점 간의 거리 S가 400mm인 경우에서는, 샘플 4의 시뮬레이션 결과는 나타내고 있지 않다.

도 19 및 도 20에 나타낸 바와 같이, 본 발명예의 샘플은, 비교예의 샘플에 대해, 3점 굽힘 시험에 있어서의 특성이 높았다. 거리 S가 400mm인 경우, L자 폭이 5mm 이상이면, 비교예와 동등 이상의 특성이 얻어졌다. 또한, 본 발명예의 샘플은 모두, 임팩터의 충돌에 의해 세로벽부가 내측으로 쓰러졌다.

지점 간의 거리 S가 700mm인 경우의 시뮬레이션 결과를 도 22~도 24에 나타낸다. 도 22~도 24는 각각, 도 11~도 13에 대응하는 도면이다.

도 23에 나타낸 바와 같이, L자 폭이 10mm 이상인 본 발명예의 샘플은, 비교예의 샘플에 비해, 단위 질량당 특성이 높았다. 도 24에 나타낸 바와 같이, L자 폭이 10mm 이상인 본 발명예의 샘플은, 비교예의 샘플에 비해, 변위량이 20mm인 시점까지 가해진 하중의 최대치가 컸다. 또한, L자 폭이 15mm 이상인 본 발명예의 샘플은, 어느 시험에 있어서나 비교예에 비해 특성이 높았다.

이상의 결과는, L자 폭은, 바람직하게는 5mm 이상이고, 보다 바람직하게는 10mm 이상이며, 더욱 바람직하게는 15mm 이상인 것을 나타내고 있다.

[산업상의 이용 가능성]

본 발명은, 자동차용의 구조 부재에 이용할 수 있다.

100 : 구조 부재
110 : 프레스 성형품
111 : 세로벽부
112 : 천판부
113 : 모서리부
114 : 플랜지부
120 : 보강 부재
121 : 제1 판형상부
122 : 제2 판형상부
130 : 다른 부재

Claims

자동차용의 구조 부재로서,
1장의 강판으로 형성된 프레스 성형품과, 상기 프레스 성형품에 고정된 보강 부재를 포함하고,
상기 프레스 성형품은, 2개의 세로벽부와 상기 2개의 세로벽부를 연결하는 천판부를 포함하고,
상기 보강 부재는, 제1 판형상부와 제2 판형상부를 포함하는, 단면이 L자형인 부재이며,
상기 천판부를 따라 상기 제2 판형상부가 상기 세로벽부 측으로부터 외측의 방향을 향해 돌출되도록 상기 제1 판형상부가 상기 세로벽부에 고정되어 있고,
상기 세로벽부와 상기 천판부의 경계의 단면이 둥글려진 라운드 형상이고,
상기 세로벽부에 있어서의 상기 라운드 형상의 개시 위치보다 상기 천판부 측에, 상기 제2 판형상부가 배치되어 있는, 자동차용의 구조 부재.
청구항 1에 있어서,
상기 보강 부재가, 상기 프레스 성형품에만 고정되어 있는, 자동차용의 구조 부재.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 구조 부재를 측면에서 투영했을 때에, 상기 보강 부재의 투영 영역이, 상기 프레스 성형품의 투영 영역의 범위 내에 존재하는, 자동차용의 구조 부재.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 보강 부재가 강판으로 이루어지는, 자동차용의 구조 부재.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 보강 부재를 2개 포함하고,
상기 2개의 세로벽부의 각각에 상기 보강 부재가 고정되어 있는, 자동차용의 구조 부재.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 프레스 성형품은, 상기 2개의 세로벽부의 단부로부터 연장되는 2개의 플랜지부를 포함하고,
상기 구조 부재는, 강판으로 이루어지는 다른 부재를 더 포함하며,
상기 프레스 성형품과 상기 다른 부재가 폐단면을 구성하도록, 상기 다른 부재가 상기 2개의 플랜지부에 고정되어 있는, 자동차용의 구조 부재.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 보강 부재와 상기 프레스 성형품이, 이하의 식,
[상기 보강 부재의 판두께(mm)]×[상기 보강 부재의 인장 강도(MPa)]×0.8≥[상기 프레스 성형품의 판두께(mm)]×[상기 프레스 성형품의 인장 강도(MPa)]를 만족하는, 자동차용의 구조 부재.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 천판부와 상기 제2 판형상부의 거리는 0mm~20mm인, 자동차용의 구조 부재.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 보강 부재의 제1 판형상부와 제2 판형상부의 사이의 모서리부의 곡률 반경은, 상기 보강 부재의 단면에서 볼 때 전체 길이의 5%~50%인, 자동차용의 구조 부재.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 프레스 성형품의 길이 방향의 전체 길이를 L로 하면, 상기 보강 부재는 상기 프레스 성형품의 길이 방향의 중앙으로부터 양측으로 L/6까지의 영역에 설치되는, 자동차용의 구조 부재.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 제1 판형상부와 상기 제2 판형상부가 이루는 각도는 70°~120°인, 자동차용의 구조 부재.
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