KR20210127976A - 골격 부재 및 차체 구조 - Google Patents

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KR20210127976A
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유리 도다
히로아키 구보타
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닛폰세이테츠 가부시키가이샤
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Abstract

이 골격 부재는, 긴 변 방향을 따라서 연장되는 코너부와, 코너부의 짧은 변 방향의 단부로부터 연장되는 제1 벽부와, 코너부의, 상기 단부와는 반대측의 단부로부터 연장되는 제2 벽부를 갖고, 코너부에, 코너부의 굽힘 내측 또는 굽힘 외측으로 볼록해지는 형상을 갖고, 골격 부재의 긴 변 방향으로 하중이 입력되었을 때 변형 기점이 되는 변형 기점부가 형성되고, 변형 기점부의 긴 변 방향의 단부로부터, 긴 변 방향을 따라서 변형 기점부의 외측으로 10㎜의 거리만큼 이격되고, 또한 표면으로부터 골격 부재의 판 두께의 1/4의 깊이의 제1 위치에 있어서의 경도의 평균값 H(K1)이 비커스 경도로 330Hv 이상이고, 또한 제1 위치에 있어서의 경도 빈도 분포의 표준 편차 σ에 대하여, 3σ≥60의 관계를 충족한다.

Description

골격 부재 및 차체 구조
본 발명은, 골격 부재 및 차체 구조에 관한 것이다.
본원은, 2019년 3월 28일에, 일본에 출원된 특허 출원 제2019-063420호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
종래, 자동차의 차체 구조의 골격 부재로서, 금속제의 판형 부재를 소정의 단면 형상으로 가공한 부재가 사용되고 있다. 이들 골격 부재는, 경량화를 실현함과 함께, 충분한 내하중을 가질 것이 요구된다. 이 때문에, 근년, 고장력 강판 등의 높은 강도를 갖는 재료가 사용되는 경우가 있다. 한편, 골격 부재를 갖는 제품에 대하여, 충돌에 의한 충격이 가해진 경우에는, 골격 부재가 원하는 변형 모드를 실현하면서, 변형되어, 충격을 효율적으로 흡수할 것이 요구된다.
하기 특허문헌 1에는, 자동차의 충격 흡수 부재에 있어서, 변형 모드를 제어하기 위해, 충격 흡수 부재를 부분적으로 저강도로 하여, 변형의 기점으로 하는 기술이 기재되어 있다. 즉, 충격 흡수 부재에 있어서, 코너부로부터 벽부에 걸쳐, 단면으로 보아 쐐기 형상의 오목부를 형성하여, 변형의 기점으로 하고 있다.
일본 특허 공개 제2013-43562호 공보
그러나, 경량화에 수반하여 고강도재를 골격 부재로서 사용하는 경우, 골격 부재의 변형에 대한 연신성을 고려할 필요가 있다. 예를 들어, 변형 기점부를 갖는 골격 부재에 있어서, 충돌에 의해 변형될 때, 변형 기점부 및 그 주위에 있어서 변형이 집중되기 쉬워진다. 그렇게 되면, 종래의 고강도재에서는, 상정되었던 변형 모드가 발생하기 어려워져, 상정된 에너지 흡수 특성을 발휘하는 것이 곤란해진다.
그래서, 본 발명은, 상기 문제를 감안하여 이루어진 것이며, 본 발명의 목적으로 하는 바는, 고강도재를 골격 부재에 사용하는 경우에 있어서, 충돌 시에 있어서의 변형 기점부를 기점으로 하는 꺾임 변형 모드를 확실하게 제어하여, 골격 부재의 충격 흡수 특성을 보다 향상시키는 것이 가능한, 신규이면서도 개량된 골격 부재 및 차체 구조를 제공하는 것에 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 하기의 구성을 채용한다.
(1) 본 발명의 일 양태는, 긴 변 방향으로 연장되는 골격 부재이며, 상기 긴 변 방향을 따라서 연장되는 코너부와, 상기 코너부의 짧은 변 방향의 단부로부터 연장되는 제1 벽부와, 상기 코너부의, 상기 단부와는 반대측의 단부로부터 연장되는 제2 벽부를 갖고, 상기 코너부에, 상기 코너부의 굽힘 내측 또는 굽힘 외측으로 볼록해지는 형상을 갖고, 상기 골격 부재의 긴 변 방향으로 하중이 입력되었을 때 변형 기점이 되는 변형 기점부가 형성되고, 상기 변형 기점부의 상기 긴 변 방향의 단부로부터, 상기 긴 변 방향을 따라서 상기 변형 기점부의 외측으로 10㎜의 거리만큼 이격되고, 또한 표면으로부터 상기 골격 부재의 판 두께의 1/4의 깊이의 제1 위치에 있어서의 경도의 평균값 H(K1)이, 비커스 경도로 330Hv 이상이고, 또한 상기 제1 위치에 있어서의 경도 빈도 분포의 표준 편차 σ에 대하여, 3σ≥60의 관계를 충족하는 골격 부재이다.
(2) 상기 (1)에 기재된 골격 부재에서는, 상기 제1 벽부 중, 상기 변형 기점부의 외측으로 50㎜ 이상 이격된 평면부이며, 표면으로부터 상기 골격 부재의 판 두께의 1/4의 깊이의 제2 위치에 있어서의 경도의 평균값을 H(K2)로 하였을 때, 1.06×H(K2)<H(K1)의 관계를 충족해도 된다.
(3) 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 골격 부재에서는, 상기 경도 빈도 분포에 있어서의 표준 편차 σ에 대하여, 3σ≤200의 관계를 더 충족해도 된다.
(4) 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 한 항에 기재된 골격 부재에서는, 상기 변형 기점부의 긴 변 방향에 있어서의 일단과 타단 사이의 거리는, 50㎜ 이하여도 된다.
(5) 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 한 항에 기재된 골격 부재에서는, 상기 변형 기점부의 볼록 형상의 돌출 방향 거리는, 15㎜ 이하여도 된다.
(6) 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 한 항에 기재된 골격 부재에서는, 상기 코너부를 형성하는 부재의 인장 강도는 1470㎫ 이상이어도 된다.
(7) 본 발명의 제2 양태는, 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 한 항에 기재된 골격 부재를 구비하는 차체 구조이며, 상기 골격 부재의 긴 변 방향은, 상기 차체 구조의 차 길이 방향을 따르고 있는 차체 구조이다.
본 발명에 따르면, 골격 부재의 충격 흡수 특성을 보다 향상시키는 것이 가능한 골격 부재 및 차체 구조가 제공된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 골격 부재의 외관예를 도시하는 사시도이다.
도 2는 도 1에 있어서의 I-Ｉ' 단면도이다.
도 3은 본 실시 형태에 관한 골격 부재의 제1 코너부의 근방을 확대한 도면이다.
도 4는 본 실시 형태에 관한 골격 부재의 변형 기점부의 변형의 모습을 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 5는 본 실시 형태에 관한 골격 부재의 소정의 위치의 경도 빈도 분포의 일례를 도시하는 도면이다.
도 6은 2상 조직과 복합 조직의 경도 분포의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 골격 부재의 외관예를 도시하는 사시도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 골격 부재의 외관예를 도시하는 사시도이다.
도 9는 본 발명의 실시 형태에 관한 골격 부재가 적용되는 일례로서의 차체 구조를 도시하는 도면이다.
이하에 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 적합한 실시 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일한 번호를 부여함으로써 중복 설명을 생략한다.
<1. 제1 실시 형태>
[골격 부재의 외관예]
먼저, 도 1을 참조하여, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 골격 부재(100)의 개략 구성에 대하여 설명한다. 도 1은 본 실시 형태에 관한 골격 부재(100)의 외관예를 도시하는 사시도이다. 골격 부재(100)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 도 1에 있어서의 Y 방향을 긴 변 방향으로 하고, 긴 변 방향을 법선 방향으로 하는 단면으로 보았을(X-Z 평면으로 보았을) 때, 폐단면이 되어 있는 부재이다. 골격 부재(100)는, 제1 부재(110)와, 제2 부재(120)를 포함하여 구성되어 있다. 골격 부재(100)에는, 골격 부재(100)의 긴 변 방향(도 1에 있어서의 Y 방향)을 따라서, 하중이 입력되는 경우가 있다.
제1 부재(110)는, X-Z 평면의 단면으로 보아 대략 해트 형상의 부재이다. 즉, 제1 부재(110)는, 천장판부(111)와, 천장판부(111)의 짧은 변 방향(Z 방향)의 단부로부터 코너부(113)를 개재하여, 연장된 종벽부(115)와, 종벽부(115)의 천장판부(111)와 반대측으로부터 외측으로 굴곡된 플랜지부(117)를 갖는다.
코너부(113)는, 골격 부재(100)의 긴 변 방향(도 1에 있어서의 Y 방향)으로 연장되어 있다. 코너부(113)의 짧은 변 방향의 하나의 단부로부터는, 제1 벽부로서의 천장판부(111)가 연장되어 있다. 또한, 코너부(113)의 짧은 변 방향의 다른 단부(제1 벽부로서의 천장판부(111)가 연장된 단부와는 반대측의 단부)로부터는, 제2 벽부로서의 종벽부(115)가 연장되어 있다. 또한, 적어도 코너부(113)의 일부에는, 후술하는 변형 기점부(130)가 마련되어 있다.
제1 부재(110)는, 예를 들어 강판을 프레스 성형 등에 의해, 소정의 형상으로 성형함으로써 얻어진다. 또한, 제1 부재(110)를 구성하는 강재는, 인장 강도로 1470㎫ 이상의 강도를 갖는 고장력강이어도 된다. 이러한 제1 부재(110)는, 코너부(113)를 형성하는 부재의 일례이다.
제2 부재(120)는, 소위 클로징 플레이트로서의 판형 부재이다. 제2 부재(120)는, 강판을 소정의 크기의 판 형상으로 성형함으로써 얻어진다. 제2 부재(120)의 폭 방향(도 1에 있어서의 Z 방향)의 양단부는, 제1 부재(110)의 플랜지부(117)와 용접되어 있다. 이에 의해, 골격 부재(100)는, X-Z 평면 단면으로 보아, 폐단면으로 되어 있다. 제2 부재(120)를 구성하는 강재는 특별히 한정되지 않는다.
[변형 기점부]
계속해서, 도 1 및 도 2를 참조하면서, 변형 기점부(130)에 대하여 설명한다. 도 2는 도 1에 있어서의 I-Ｉ' 단면도이며, 변형 기점부(130)의 단면 구조를 설명하는 도면이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 변형 기점부(130)는, 코너부(113)의 긴 변 방향의 일부에, 코너부(113)의 짧은 변 방향을 따라서, 마련되어 있다. 골격 부재(100)에 대하여, 골격 부재(100)의 긴 변 방향으로 하중이 입력된 경우, 변형 기점부(130)가 변형됨으로써, 소정의 변형 모드에서 골격 부재(100)를 축 방향으로 압축 변형(좌굴 변형)시켜, 충격을 흡수한다. 변형 기점부(130)는, 코너부(113)의 굽힘 내측을 향하여 볼록해진 형상을 갖고 있다. 예를 들어, 변형 기점부(130)는, 코너부(113)에 있어서 직사각형의 홈 형상으로 마련되어 있다.
변형 기점부(130)는, 제1 부재(110)가 대략 해트 형상으로 냉간 프레스 형성될 때, 동시에 성형되어도 된다. 또한, 변형 기점부(130)는, 제1 부재(110)가 성형된 후, 추가 공정에서 냉간 프레스 가공에 의해 성형되어도 된다.
도 2에 도시한 바와 같이, 변형 기점부(130)는, 한 쌍의 벽부(133a, 133b)와 저부(135)를 갖는다. 제1 벽부(133a)는, 천장판부(111)로부터 제1 코너부(131a)를 통해 굴곡되고, 골격 부재(100)의 폐단면 내측을 향하여 돌출되어 있다. 또한, 제2 벽부(133b)는, 천장판부(111)로부터 제2 코너부(131b)를 개재하여 굴곡되고, 골격 부재(100)의 폐단면 내측을 향하여 돌출되어 있다. 저부(135)는, 한 쌍의 벽부(133a, 133b)의, 폐단면 내측을 향하는 연장 방향의 선단부 사이를 접속하도록 연장되어 있다. 변형 기점부(130)는, 골격 부재(100)의 긴 변 방향을 따른, 변형 기점부(130)의 단부간의 거리인 소정의 폭 W, 및 변형 기점부(130)의 볼록 형상 돌출 방향 거리인 소정의 깊이 d를 포함한 소정의 치수를 갖는다.
여기서, 변형 기점부(130)의 폭 W 및 깊이 d는, 이하와 같이, 변형 기점부(130) 및 천장판부(111)의 폐단면 외측에 있어서의 각 표면 위치로부터 기하학적으로 구해진다. 구체적으로는, 천장판부(111)의 표면 위치를 천장판부(111)의 연장 방향으로 연장시킨 가상 직선 L1과, 제1 벽부(133a)의 표면 위치를 제1 벽부(133a)의 연장 방향으로 연장시킨 가상 직선 L2의 교점을 점 A로 한다. 또한, 저부(135)의 표면 위치를 저부(135)의 연장 방향으로 연장시킨 가상 직선 L3과, 가상 직선 L2의 교점을 점 B로 한다. 가상 직선 L3과, 제2 벽부(133b)의 표면 위치를 제2 벽부(133b)의 연장 방향으로 연장시킨 가상 직선 L4의 교점을 점 C로 한다. 가상 직선 L1과, 가상 직선 L4의 교점을 점 D로 한다.
이때, 점 A와 점 D 사이의 거리를 W로 한다. 또한, 가상 직선 L1과 가상 직선 L3을, 폭 W의 중간의 위치에 있어서 변형 기점부(130)의 돌출 방향으로 연결하는 직선 L5의 길이를 홈 깊이 d로 한다.
골격 부재(100)의 단면 화상으로부터, 공지의 화상 해석 방법에 기초하여 변형 기점부(130) 및 천장판부(111)의 폐단면 외측의 각 표면 위치를 연장시킨 가상 직선을 산출하고, 그것들의 교점을 산출함으로써, 상기 교점이 구해진다.
예를 들어, 변형 기점부(130)의 폭 W(변형 기점부(130)의 골격 부재(100)의 긴 변 방향에 있어서의 일단과 타단 사이의 거리)는, 50㎜ 이하로 된다. 또한, 예를 들어 변형 기점부(130)의 깊이 d(볼록 형상의 돌출 방향 거리)는, 15㎜ 이하로 된다.
변형 기점부(130)의 단면 형상(치수)이, 상기 범위와 같이, 비교적 작게 설정되면, 변형 기점부(130)의 변형능이 충분히 확보되지 않아, 변형 기점부(130)에서의 균열의 발생이 생기기 쉬운 경우가 있었다. 또한, 특히, 변형 기점부(130)가 고장력 강판 등의 고강도재로 형성되는 경우, 변형 기점부(130)에서의 균형의 발생이 현저해졌다. 그러나, 본 실시 형태에 관한 골격 부재(100)의 변형 기점부(130)에 있어서는, 후술하는 바와 같이 변형 기점부(130)의 주변에서 적절한 경도의 분포를 갖기 때문에, 변형 기점부(130)의 치수가 상기 범위로 설정되어 있어도, 균열의 발생이 억제된다.
또한, 변형 기점부(130)의 폭 W의 하한은 특별히 한정되지 않지만, 1㎜ 이상인 것이 바람직하다. 변형 기점부(130)의 폭 W는 20㎜ 이상인 것이 보다 바람직하고, 30㎜ 이하인 것이 보다 바람직하다. 이에 의해, 충돌 시의 변형 기점으로서 보다 확실하게 기능을 발휘시킬 수 있다. 또한, 변형 기점부(130)의 깊이 d의 하한은 특별히 한정되지 않지만, 1㎜ 이상인 것이 바람직하다. 변형 기점부(130)의 깊이 d는 2㎜ 이상인 것이 보다 바람직하고, 3㎜ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 이에 의해, 충돌 시의 변형 기점으로서 보다 확실하게 기능을 발휘시킬 수 있다.
또한, 변형 기점부(130)의 단면 형상이 상기 범위로 설정되면, 변형 기점부(130)의 강성이 높아져, 골격 부재(100)의 내하중이 향상된다. 이 결과, 골격 부재(100)의 충격 흡수 특성이 향상된다.
[변형 기점부 주변의 경도]
계속해서, 도 3 내지 도 6을 참조하면서, 본 실시 형태에 관한 골격 부재(100)의 변형 기점부(130)의 경도에 대하여 설명한다.
도 3은 본 실시 형태에 관한 골격 부재(100)의 변형 기점부(130)의 근방을 확대한 도면이다.
도 4는 본 실시 형태에 관한 골격 부재(100)의 변형 기점부(130)의 변형 모습을 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 5는 본 실시 형태에 관한 골격 부재(100)의 변형 기점부(130)의 긴 변 방향의 단부로부터, 긴 변 방향을 따라서 변형 기점부의 외측으로 10㎜의 거리만큼 이격되고, 또한 표면으로부터 골격 부재(100)의 판 두께의 1/4의 깊이의 제1 위치 K1과, 천장판부(111) 중, 변형 기점부(130)의 외측으로 50㎜ 이상 이격된 평면부이며, 표면으로부터 골격 부재(100)의 판 두께의 1/4의 깊이의 제2 위치 K2에 관한, 각각의 경도 빈도 분포의 일례를 도시하는 도면이다.
도 6은 페라이트, 마르텐사이트의 2상 조직의 강판의 경도 빈도 분포와, 프레시 마르텐사이트, 템퍼링 마르텐사이트, 페라이트, 베이나이트, 잔류 오스테나이트가 미세 분산된 복합 조직의 강판의 경도 빈도 분포를 일례로서 도시하는 도면이다.
상술한 바와 같이, 제1 코너부(131a)는, 천장판부(111)와, 변형 기점부(130)의 제1 벽부(133a) 사이에 마련되어 있다. 구체적으로는, 도 3에 도시한 바와 같이, 제1 코너부(131a)는, 각각 천장판부(111)측의 굽힘 종료점 R1, R2와, 제1 벽부(133a)측의 굽힘 종료점 R3, R4 사이에 형성되어 있다.
여기서, 본 발명자들이, 변형 기점부(130)의 변형에 대하여 예의 검토한 결과, 변형 기점부(130)의 외측의 소정의 위치에 있어서의 변형이, 변형 기점부(130)에서의 거동에 크게 영향을 미치는 것을 알아냈다. 즉, 골격 부재(100)의 긴 변 방향(도 1에 있어서의 Y 방향)을 따라서, 하중이 입력된 경우, 변형 기점부(130) 및 그 주변에 있어서의 변형이 발생한다. 구체적으로는, 도 4에 도시한 바와 같이, 변형 기점부(130)의 골격 부재(100)의 긴 변 방향의 단부끼리가 접근하도록, 변형 기점부(130)가 변형된다. 이때, 변형 기점부(130)의 변형 단계 중, 특히 변형 후기에 있어서, 도 4에 도시한 바와 같이, 변형 기점부(130)의 주변에서 크게 면외 변형되어, 제1 위치 K1에 있어서 내부 응력이 높아진다. 이 결과, 골격 부재(100)의 변형 기점부(130) 또는 그 주변에 있어서 균열이 발생하기 쉬워지는 경우가 있다.
특히, 변형 기점부(130)가 고강도재로 구성되어 있는 경우, 변형 기점부(130)에 변형이 발생하였을 때 파단이 일어나기 쉬워진다. 이 결과, 변형 기점부(130)에서의 변형에 있어서, 예기치 못한 변형 모드가 된다. 이에 의해, 상정하였던 에너지 흡수량을 충분히 확보할 수 없을 가능성이 있다.
변형 기점부(130)의 주변에서 응력이 높아지는 제1 위치 K1은, 변형 기점부(130)의 단부로부터, 골격 부재(100)의 긴 변 방향을 따라서 변형 기점부(130)의 외측으로 10㎜의 거리만큼 이격된 위치로 한다. 구체적으로는, 제1 위치 K1은, 도 3에 도시한 바와 같이, 제1 코너부(131a)의 천장판부(111)측의 굽힘 종료점 R1, R2로부터, 변형 기점부(130)의 외방측으로, 골격 부재(100)의 긴 변 방향을 따라서, 거리 L=10㎜만큼 이격된 위치로 한다. 또한, 제1 위치 K1은, 제1 코너부(131a)의 굽힘 외측과 연속한 면(골격 부재(100)의 폐단면 외측의 면)으로부터 판 두께 방향으로 골격 부재(100)의 판 두께 t의 1/4의 깊이 위치로 한다.
또한, 상술한 바와 같이 특정된 제1 위치 K1에 관해, 본 발명자들은, 당해 제1 위치 K1에 있어서의 경도가 소정의 분포를 가짐으로써, 변형 기점부(130)에서의 균열의 발생을 억제할 수 있음에 상도하였다. 이하에, 본 실시 형태에 관한 골격 부재(100)의 변형 기점부(130)의 주변에 있어서의 경도에 대하여 설명한다.
즉, 본 실시 형태에 관한 골격 부재(100)의 변형 기점부(130)의 주변에 있어서의 경도에 대하여, 제1 위치 K1에 있어서의 비커스 경도의 빈도 분포가 소정의 조건을 충족하는 것이 유효한 것을 본 발명자들은 상도하였다. 구체적으로는, 도 5에 도시한 바와 같이, 제1 위치 K1의 경도 빈도 분포에 있어서, 경도의 평균값 H(K1)은, 비커스 경도로, 330Hv 이상으로 하고, 또한, 비커스 경도의 표준 편차 σ에 대하여, 3σ≥60의 관계를 갖는 것으로 한다. 이와 같은 경도 빈도 분포는, 예를 들어 페라이트, 베이나이트, 프레시 마르텐사이트, 템퍼링 마르텐사이트, 잔류 오스테나이트를 갖는 복상 조직에 있어서, 구오스테나이트 입자를 미세화하고 또한 각 조직의 석출 순서를 조정하여, 비커스 경도 측정 시험의 압흔 중에 다양한 비율로 미세하게 분산시킴으로써 실현되어도 된다.
도 6에 도시한 바와 같이, 페라이트와 마르텐사이트의 2상 조직의 강판의 경도 빈도 분포는 3σ의 범위가 좁은 분포로 되지만, 프레시 마르텐사이트, 템퍼링 마르텐사이트, 페라이트, 베이나이트, 잔류 오스테나이트를 미세 분산한 복합 조직의 강판의 경도 빈도 분포는 각 상의 경도가 다름으로써 3σ의 범위가 넓은 분포로 된다. 따라서, 제1 위치 K1의 금속 조직을 적절하게 조정함으로써, 3σ≥60의 관계를 실현할 수 있다.
또한, 변형 기점부(130)에 있어서, 가공 유기 변태에 의한 경화에 의해 금속 조직을 국소적으로 조정해도 된다. 이 경우, 도 1에 도시한 천장판부(111)의 제2 위치 K2에 있어서의 평균 경도를 H(K2)로 하였을 때, 도 5에 도시한 바와 같이, H(K2)보다도 H(K1)이 커져, H(K2)×1.06<H(K1)로 할 수 있다. 제2 위치 K2는, 천장판부(111) 중, 변형 기점부(130)의 외측으로 50㎜ 이상 이격된 평면부이며, 표면으로부터 상기 골격 부재의 판 두께의 1/4의 깊이 위치이면 된다.
이와 같이, H(K2)×1.06<H(K1)의 관계를 충족하는 경도 분포로 하는 경우, 내부 응력이 높아져 균열이 발생하기 쉬운 변형 기점부(130) 또는 그 주변에 있어서만, 균열을 억제하면서, 충돌 시에 있어서의 변형 기점부를 기점으로 하는 꺾임 변형 모드를 합리적인 설계로 확실하게 제어하여, 골격 부재의 충격 흡수 특성을 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 도시는 생략하지만, 종벽부(115) 중, 변형 기점부(130)의 외측으로 50㎜ 이상 이격된 평면부이며, 표면으로부터 골격 부재의 판 두께의 1/4의 깊이의 위치를 제3 위치 K3이라 하고, 그 평균 경도를 H(K3)로 하였을 때, H(K3)×1.06<H(K1)의 관계를 더 충족해도 된다. 이 경우에도, 내부 응력이 높아져 균열이 발생하기 쉬운 변형 기점부(130) 또는 그 주변에 있어서만, 균열을 억제하면서, 충돌 시에 있어서의 변형 기점부를 기점으로 하는 꺾임 변형 모드를 합리적인 설계로 확실하게 제어하여, 골격 부재의 충격 흡수 특성을 보다 향상시킬 수 있기 때문에, 바람직하다.
제1 위치 K1에 있어서의 경도 빈도 분포에 있어서, 비커스 경도의 평균값 H(K1)을 330Hv 이상으로 함으로써, 변형 기점부(130)의 주변을 포함한 골격 부재(100) 전체의 강도가 충분히 확보되므로, 내하중이 향상된다. 이 결과, 골격 부재(100)의 충격 흡수 특성이 보다 향상된다.
또한, 제1 위치 K1에 있어서의 경도 빈도 분포에 있어서, 비커스 경도의 표준 편차 σ에 대하여, 3σ≥60의 관계를 가짐으로써, 변형 기점부(130)의 주변의 경도 분포가 일정한 폭을 갖는다. 즉, 변형 기점부(130)의 주변에 있어서, 골격 부재(100)는, 경도에 관한 특성에 대하여, 경도의 비교적 낮은 값부터, 경도의 비교적 높은 값까지 폭넓게 갖고 있다. 이 결과, 골격 부재(100)에 하중이 부여되어, 변형 기점부(130)를 기점으로 하여 변형 기점부(130) 주변을 포함한 변형이 발생한 경우, 당해 변형에 수반되는 스트레인의 발생이, 골격 부재(100)의 내부 응력에 따른 연속적인 것이 된다. 즉, 변형 기점부(130)의 주변에 있어서의 변형 발생 시에 연속적으로 항복 현상이 발생하여, 골격 부재(100)의 변형능이 보다 향상된다.
여기서, 본 실시 형태에 관한 골격 부재(100)의 경도 빈도 분포는, 비커스 경도 시험에 의해 취득된다.
먼저, 측정 위치를 포함하는 임의의 위치로부터 샘플을 잘라낸다. 샘플의 사이즈는, 측정 장치에도 의하지만, 10㎜×10㎜ 정도이면 된다.
당해 샘플에 있어서, 판 두께의 1/4의 위치까지 기계 연삭에 의해 제거한다.
그리고, JIS Z 2244:2009에 준하여 측정면을 조정한 시료에 대해, JIS Z 2244:2009 기재의 방법에 준하여 마이크로 비커스 경도 시험기를 사용하여 측정을 실시한다.
구체적으로는, 하중 0.98N으로, 압흔의 3배 이상의 간격으로 500점 측정한다.
또한, 상술한 비커스 경도 시험의 결과 얻어진, 본 실시 형태에 관한 골격 부재(100)의 경도 빈도 분포에 있어서, 평균값 H(K1), 표준 편차 σ 등을 구하는 데에는, 공지의 통계학적 방법이 사용된다.
또한, 제1 위치 K1에 있어서의 경도 빈도 분포에 있어서, 비커스 경도의 표준 편차 σ는, 1σ≤20의 관계를 더 갖고 있어도 된다. 이에 의해, 제1 위치 K1에 있어서의 경도 빈도 분포에 있어서, 경도의 변동이 소정의 범위 내에 수렴되므로, 극단적인 경도의 차에 의한 균열의 발생 등이 억제된다.
또한, 제1 위치 K1에 있어서의 경도 빈도 분포에 있어서, 비커스 경도의 표준 편차 σ는, 3σ≤200의 관계를 더 갖고 있어도 된다. 이에 의해, 제1 위치 K1에 있어서의 경도 빈도 분포에 있어서, 경도의 변동이 소정의 범위 내에 수렴되므로, 극단적인 경도의 차에 의한 균열의 발생 등이 억제된다.
본 실시 형태에 따르면, 변형 기점부(130)를 갖는 골격 부재(100)에 있어서, 변형 기점부(130) 주변의 제1 위치 K1에 있어서, 경도가 소정의 분포를 갖는다. 즉, 제1 위치 K1에 있어서의 경도 빈도 분포에 있어서, 경도의 표준 편차 σ에 대하여, 3σ≥60으로 되어 있다. 또한, 당해 경도 빈도 분포에 있어서, 평균값 H(K1)이 330Hv 이상으로 되어 있다. 이에 의해, 본 실시 형태에 관한 골격 부재(100)의 경도의 분포는, 평균값을 중심으로 하여, 경도의 비교적 낮은 값부터, 경도의 비교적 높은 값까지, 소정의 폭을 갖고 있다. 이 결과, 변형 기점부(130)가 기점이 되는 변형 시에, 골격 부재(100)는 충분한 내하중을 가지면서, 경도의 차나 국소적인 스트레인 집중에 의한 균열이 발생하기 어려워져, 골격 부재(100)의 에너지 흡수량이 증대된다. 따라서, 골격 부재(100)의 충격 흡수 특성이 보다 향상된다.
또한, 본 실시 형태에 따르면, 변형 기점부(130)가, 코너부(113)의 굽힘 내측으로 볼록해지는 형상이라는, 구조적인 저강도 부위로 되고, 또한 변형 기점부(130)의 주변의 제1 위치 K1의 경도가 소정의 분포를 갖는다. 이에 의해, 변형 기점부(130)를 단순히 연화시켜 저강도로 한 경우와 비교하여, 축 압궤에 의한 저하중에서의 좌굴 현상이 발생하지 않아, 변형 기점부(130)에 있어서의 변형에 있어서, 소정의 변형 모드가 실현된다. 이 결과, 본 실시 형태의 골격 부재(100)는, 에너지 흡수량을 충분히 확보할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에 있어서, 제1 위치 K1에 있어서의 경도 분포는, 변형 기점부(130)의 제1 코너부(131a)로부터, 골격 부재(100)의 긴 변 방향을 따라서, 외측으로 L=10㎜만큼 이격된 위치에 있어서의 예를 나타냈지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다.
예를 들어, 제1 위치 K1에 있어서의 경도 분포는, 변형 기점부(130)의 제2 코너부(131b)로부터, 골격 부재(100)의 긴 변 방향을 따라서, 외측으로 L=10㎜만큼 이격된 위치에서 나타나도 된다.
또한, 제1 위치 K1은, 변형 기점부(130)의 제1 코너부(131a)와 제2 코너부(131b)의 각각으로부터 골격 부재(100)의 긴 변 방향을 따라서, 외측으로 L=10㎜만큼 이격된 위치여도 된다.
<2. 제2 실시 형태>
계속해서, 도 7을 참조하면서, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 골격 부재(100)에 대하여 설명한다. 도 7은 본 실시 형태에 관한 골격 부재(100)의 외관 예를 도시하는 사시도이다. 본 실시 형태에 관한 골격 부재(100)는, 상술한 제1 실시 형태와 비교하여, 변형 기점부(130A)의 형상이, 코너부(113)의 굽힘 외측으로 볼록해지도록 마련되어 있는 점에서 상이하다. 또한, 본 실시 형태의 설명에 있어서, 제1 실시 형태와 공통되는 구성에 대해서는, 설명을 생략한다.
도 7에 도시한 바와 같이, 변형 기점부(130A)는, 코너부(113)의 긴 변 방향의 일부에, 짧은 변 방향을 따라서, 마련되어 있다. 변형 기점부(130A)는, 코너부(113)의 굽힘 외측을 향하여 볼록해진 형상을 갖고 있다.
본 실시 형태에 관한 골격 부재(100)의 변형 기점부(130A)에 있어서도, 변형 기점부(130A)의 주변의 제1 위치 K1에서 경도가 소정의 분포를 갖는다. 구체적으로는, 변형 기점부(130A)에 있어서의, 골격 부재(100)의 긴 변 방향(도 7에 있어서의 Y 방향)의 코너부의 굽힘 종료점으로부터, 외측으로 거리 L=10㎜만큼 이격된 위치에 있어서, 판 두께 방향으로 골격 부재(100)의 판 두께의 1/4의 깊이의 위치를, 제1 위치 K1로 한다. 판 두께 방향의 깊이는, 코너부의 굽힘 외측과 연속한 면(골격 부재(100)의 폐단면 내측의 면)로부터의 깊이로 한다.
또한, 본 실시 형태에 관한 골격 부재(100)의 변형 기점부(130A)의 주변에 있어서의 경도에 대하여, 제1 위치 K1에 있어서의 경도가, 소정의 경도 빈도 분포로 된다. 구체적으로는, 경도 빈도 분포에 있어서, 경도의 평균값 H(K1)은 330Hv 이상으로 한다. 또한, 당해 경도 빈도 분포에 있어서, 경도의 표준 편차 σ에 대하여, 3σ≥60의 관계를 갖는 것으로 한다.
본 실시 형태에 따르면, 변형 기점부(130A)가, 코너부(113)의 굽힘 외측을 향하여 볼록해진 형상을 갖고 있어도, 변형 기점부(130A) 주변의 제1 위치 K1에 있어서, 경도가 적절한 경도 빈도 분포로 되어 있다. 이 결과, 변형 기점부(130A)를 기점으로 한 변형 시에, 골격 부재(100)는 충분한 내하중을 가지면서, 경도의 차나 국소적인 스트레인 집중에 의한 균열이 발생하기 어려워져, 상정하였던 변형 모드가 실현되어, 골격 부재(100)의 에너지 흡수량이 증대된다. 따라서, 골격 부재(100)의 충격 흡수 특성이 보다 향상된다.
<3. 제3 실시 형태>
계속해서, 도 8을 참조하면서, 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 골격 부재(200)에 대하여 설명한다. 도 8은 본 실시 형태에 관한 골격 부재(200)의 외관 예를 도시하는 사시도이다. 본 실시 형태에 관한 골격 부재(200)는, 상술한 제1 실시 형태와 비교하여, 각통 형상으로 되어 있는 점에서 상이하다. 또한, 본 실시 형태의 설명에 있어서, 다른 실시 형태와 공통되는 구성에 대해서는, 설명을 생략한다.
도 8에 도시한 바와 같이, 골격 부재(200)는, 일례로서, 도 8에 도시한 Y 방향을 긴 변 방향으로 하여 연장되어 있다. 도 8에 도시한 바와 같이, 골격 부재(200)는, 골격 부재(200)의 긴 변 방향을 법선 방향으로 하는 단면(X-Z 평면)이, 폐단면인 중공의 직사각 형상으로 되어 있는 부재이다. 골격 부재(200)는, 한 쌍의 제1 벽부(211)와, 제1 벽부(211)의 짧은 변 방향(도 8에 있어서의 X 방향)의 단부에 마련된 코너부(213)와, 코너부(213)로부터 제1 벽부(211)와 직교하는 방향으로 마련된, 한 쌍의 제2 벽부(215)를 갖는다.
변형 기점부(230)는, 코너부(213)의 긴 변 방향의 일부에, 코너부(213)의 짧은 변 방향을 따라서, 마련되어 있다. 변형 기점부(230)는, 코너부(213)의 굽힘 내측을 향하여 볼록해진 형상을 갖고 있다. 즉, 변형 기점부(230)는, 코너부(213)에 있어서, 홈 형상으로 마련되어 있다.
변형 기점부(230)의 주변의 제1 위치 K1에 있어서, 경도 빈도 분포가 소정의 분포로 되어 있다. 구체적으로는, 경도 빈도 분포에 있어서, 경도의 평균값 H(K1)은 330Hv 이상으로 한다. 또한, 당해 경도 빈도 분포에 있어서, 경도의 표준 편차 σ에 대하여, 3σ≥60의 관계를 갖는 것으로 한다.
본 실시 형태에 따르면, 각통 형상인 골격 부재(200)라도, 변형 기점부(230)를 기점으로 한 변형 시에, 골격 부재(200)는 충분한 내하중을 가지면서, 경도의 차나 국소적인 스트레인 집중에 의한 균열이 발생하기 어려워져, 상정하였던 변형 모드가 실현되어, 골격 부재(200)의 에너지 흡수량이 증대된다. 따라서, 골격 부재(200)의 충격 흡수 특성이 보다 향상된다.
[본 발명의 실시 형태에 관한 골격 부재의 적용예]
이상, 본 발명의 적합한 실시 형태에 대하여 상세하게 설명하였다. 여기에서, 도 9를 참조하여 본 발명의 실시 형태에 관한 골격 부재의 적용예에 대하여 설명한다. 도 9는 본 발명의 실시 형태에 관한 골격 부재(100, 200)가 적용되는 일례로서의 차체 구조(300)를 도시하는 도면이다. 골격 부재(100, 200)는, 충격 흡수 골격으로서 차체 구조(300)를 구성할 수 있다. 골격 부재(100, 200)의 긴 변 방향은, 차체 구조(300)의 차 길이 방향(전후 방향)을 따라서, 마련되어 있다. 또한, 골격 부재(100, 200)는, 차체 구조(300)에 있어서, 충격 흡수 골격으로서 사용되어도 된다. 구체적인 충격 흡수 골격으로서의 골격 부재(100, 200)의 적용예는, 리어 사이드 멤버(301), 에이프런 어퍼 멤버(303), 크래쉬 박스(305), 프론트 사이드 멤버(307) 등을 들 수 있다.
실시예
본 발명에 관한 골격 부재의 성능에 대하여 평가하기 위해, 도 1에 도시한 형상의 골격 부재를 성형하여 축 압축 시험을 행하였다.
비교예 1은, 변형 기점부의 주변의 제1 위치 K1에 있어서의 경도에 대하여, 표준 편차 σ로, 3σ=40이 되는 경도 빈도 분포였다. 실시예 1은, 마찬가지로 표준 편차 σ에 대하여, 3σ=76이 되는 경도 빈도 분포였다. 또한, 실시예 2는, 마찬가지로 표준 편차 σ에 대하여, 3σ=151이 되는 경도 빈도 분포였다. 또한, 비교예, 실시예 모두, 경도 빈도 분포에 있어서의 평균값은, 330Hv 이상이었다.
제1 위치 K1은, 제1 코너부(131a)의 굽힘 종료점 R1, R2로부터, 외측으로 거리 L=10㎜만큼 이격된 위치에 있어서, 판 두께 방향으로 골격 부재(100)의 판 두께의 1/4의 깊이 위치로 하였다.
골격 부재의 긴 변 방향(도 1에 도시한 Y 방향)으로부터 임팩터를 50㎜ 압입함으로써 하중을 입력하고, 그 후의 골격 부재의 변형 기점부에 있어서의 변형의 모습이나 균열의 유무에 대하여 평가하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.
Figure pct00001
표 1에 나타내는 바와 같이, 비교예 1에 있어서는, 경도 빈도 분포에 있어서의 표준 편차 σ에 대하여, 3σ가 60보다 작았기 때문에, 변형 기점부에 있어서, 스트레인이 많이 발생하고, 또한 변형 기점부에서 균열이 발생하였다. 한편, 실시예 1에 있어서는, 3σ=76이며, 3σ≥60의 관계를 충족하였기 때문에, 변형 기점부에서의 스트레인 발생이 억제되고, 변형 기점부에서의 균열도 발생하지 않았다. 실시예 2에 대해서도 마찬가지로, 3σ=151이며, 변형 기점부에서의 스트레인이 억제되고, 균열도 발생하지 않았다. 이와 같이, 변형 기점부(130)의 주변에 있어서의 제1 위치 K1에 있어서, 적절한 경도 빈도 분포를 가짐으로써, 변형 기점부(130)에서의 균열 발생이 억제되는 것이 나타났다.
이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 적합한 실시 형태에 대하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술의 분야에 있어서의 통상의 지식을 갖는 자라면, 특허 청구 범위에 기재된 기술적 사상의 범주 내에서, 각종 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있음은 명백하고, 이들에 대해서도, 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 이해해야 한다.
예를 들어, 상기 실시 형태에서는, 변형 기점부(130, 130A, 230)는, 코너부(113, 213)에 마련되는 것으로 하였지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 예를 들어, 변형 기점부(130, 130A, 230)는, 코너부(113, 213)로부터 제1 벽부로서의 천장판부(111, 211)로 연장 설치되어도 된다. 또한, 변형 기점부(130, 130A, 230)는, 코너부(113, 213)로부터 제2 벽부로서의 종벽부(115, 215)로 연장 설치되어도 된다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 변형 기점부(130, 130A, 230)는, 코너부(113, 213)에 하나 마련되는 예를 나타냈지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 예를 들어, 골격 부재(100, 200)의 긴 변 방향에 있어서, 코너부(113, 213)에 변형 기점부(130, 130A, 230)가 복수 마련되어도 된다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 변형 기점부(130, 130A, 230)는, 골격 부재(100, 200)의 긴 변 방향을 따른 단면으로 보아 직사각 형상의 구조인 예를 나타냈지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 예를 들어, 변형 기점부(130, 130A, 230)는, 골격 부재(100, 200)의 긴 변 방향을 따른 단면으로 보아, 원호 형상, 또는, 쐐기 형상(삼각 형상)이어도 된다. 또한, 이 경우, 변형 기점부(130, 130A, 230)의 볼록 형상의 돌출 방향 거리(깊이) d는, 가장 거리가 길어지는 부위와 골격 부재(100, 200)의 표면의 거리이다.
본 발명에 따르면, 골격 부재의 충격 흡수 특성을 보다 향상시키는 것이 가능한 골격 부재 및 차체 구조가 제공된다.
100, 200: 골격 부재
110: 제1 부재
111, 211: 천장판부(제1 벽부)
113, 213: 코너부
115, 215: 종벽부(제2 벽부)
117: 플랜지부
120: 제2 부재
130, 130A, 230: 변형 기점부
300: 차체 구조

Claims (7)

  1. 긴 변 방향으로 연장되는 골격 부재이며,
    상기 긴 변 방향을 따라서 연장되는 코너부와,
    상기 코너부의 짧은 변 방향의 단부로부터 연장되는 제1 벽부와,
    상기 코너부의, 상기 단부와는 반대측의 단부로부터 연장되는 제2 벽부를 갖고,
    상기 코너부에, 상기 코너부의 굽힘 내측 또는 굽힘 외측으로 볼록해지는 형상을 갖고, 상기 골격 부재의 긴 변 방향으로 하중이 입력되었을 때 변형 기점이 되는 변형 기점부가 형성되고,
    상기 변형 기점부의 상기 긴 변 방향의 단부로부터, 상기 긴 변 방향을 따라서 상기 변형 기점부의 외측으로 10㎜의 거리만큼 이격되고, 또한 표면으로부터 상기 골격 부재의 판 두께의 1/4의 깊이의 제1 위치에 있어서의 경도의 평균값 H(K1)이, 비커스 경도로 330Hv 이상이고, 또한 상기 제1 위치에 있어서의 경도 빈도 분포의 표준 편차 σ에 대하여, 3σ≥60의 관계를 충족하는 것을 특징으로 하는 골격 부재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 벽부 중, 상기 변형 기점부의 외측으로 50㎜ 이상 이격된 평면부이며, 표면으로부터 상기 골격 부재의 판 두께의 1/4의 깊이의 제2 위치에 있어서의 경도의 평균값을 H(K2)로 하였을 때, 1.06×H(K2)<H(K1)의 관계를 충족하는 것을 특징으로 하는 골격 부재.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 경도 빈도 분포에 있어서의 표준 편차 σ에 대하여, 3σ≤200의 관계를 더 충족하는 것을 특징으로 하는 골격 부재.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 변형 기점부의 긴 변 방향에 있어서의 일단과 타단 사이의 거리는, 50㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 골격 부재.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 변형 기점부의 볼록 형상의 돌출 방향 거리는, 15㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 골격 부재.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코너부를 형성하는 부재의 인장 강도는 1470㎫ 이상인 것을 특징으로 하는 골격 부재.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 골격 부재를 구비하는 차체 구조이며,
    상기 골격 부재의 긴 변 방향은, 상기 차체 구조의 차 길이 방향을 따르고 있는 것을 특징으로 하는 차체 구조.
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