JP2008162478A - 結合部材断面構造 - Google Patents

Abstract

【課題】結合が容易で、且つ、強度、剛性、衝突エネルギーの吸収性能を向上する。
【解決手段】フロントサイドメンバ１０のアッパパネル２０において一対の縦壁部２６の板厚Ｔ２が横壁部２４の板厚Ｔ１より厚くなっており、アンダパネル２２において一対の縦壁部３６の板厚Ｔ３が横壁部３４の板厚Ｔ２より厚くなっている。このため、一対の縦壁部２６、３６の板厚と横壁部２４、３４の板厚とを同じ板厚（Ｔ２）にした場合に比べて、フロントサイドメンバ１０の重量を変えずに、フロントサイドメンバ１０の曲げ最大荷重を大きくできると共に変形荷重の低下も小さくできるようになっている。また、アッパパネル２０とアンダパネル２２とに同種の金属を使用することができるため、アッパパネル２０のフランジ３２とアンダパネル２２のフランジ４２を対向させフロアパネル５０を挟んで容易に結合できるようになっている。
【選択図】図１

Description

本発明は結合部材断面構造に係り、特に、自動車等に適用される結合部材断面構造に関する。

従来から、自動車等に適用される結合部材断面構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。この技術では、ハット断面形状のアウタパネルとインナパネルとが互いに結合されたパネル構造体を車体側面側に配置することで、軽量化と強度、剛性、衝突エネルギーの吸収性能などの特性を両立させている。
特開２００５−３４３３２９号公報

しかしながら、特許文献１の技術においては、パネル構造体におけるアウタパネルが高張力鋼板からなり、インナパネルがアルミニウム合金板からなっている。この結果、異種材料を結合するため、溶接方向や機械的な結合方向に工夫が必要となる。

本発明は上記事実を考慮し、結合が容易で、且つ、強度、剛性、衝突エネルギーの吸収性能を向上できる結合部材断面構造を提供することが目的である。

請求項１記載の本発明は、横壁部と該横壁部の両端に連結された一対の縦壁部とを備えた２つのハット型断面部材の各開口部を対向させ板部材を挟んで互いに結合した結合部材断面構造であって、前記２つのハット型断面部材の双方において、それぞれ一対の縦壁部の板厚が横壁部の板厚より厚いことを特徴とする。

横壁部と横壁部の両端に連結された一対の縦壁部とを備えた２つのハット型断面部材の各開口部を対向させ板部材を挟んで互いに結合した結合部材断面構造に、結合部材断面中心となる軸線方向の荷重が作用し、結合部材断面構造が何れか一方の横壁部側に軸曲げ変形する際には、軸曲げ変形の方向が略面方向となる一対の縦壁部が、軸曲げ変形の方向が略面垂直方向となる横壁部に比べて、曲げ耐力の増加に有効となる。

このため、本発明では２つのハット型断面部材の双方において、それぞれ一対の縦壁部の板厚を横壁部の板厚より厚くすることで、一対の縦壁部の板厚と横壁部の板厚とを同じにした場合に比べて、重量を変えずに、軸線に沿った曲げ最大荷重を大きくできると共に変形荷重の低下も小さくできる。また、２つのハット型断面部材に同種の金属を使用することができるため、２つのハット型断面部材に異種の金属を使用する場合に比べて、２つのハット型断面部材の各開口部を対向させ板部材を挟んで容易に結合できる。

請求項２記載の本発明は、請求項１に記載の結合部材断面構造において、前記板部材を挟んだ結合部は、結合部材断面中心に対して一方の横壁部に近い位置に設けられており、前記結合部と前記横壁部とが遠い側の縦壁部の板厚が、前記結合部と前記横壁部とが近い側の縦壁部の板厚に比べて厚いことを特徴とする。

板部材を挟んだ結合部を結合部材断面中心に対して一方の横壁部に近い位置に設け、結合部と横壁部とが遠い側の縦壁部の板厚を、結合部と横壁部とが近い側の縦壁部の板厚に比べて厚くする。この結果、曲げ耐力の増加に有効な縦壁部において、板厚が厚い部分が板厚が薄い部分に比べて大きくなり、曲げ耐力が更に増加する。

請求項３記載の本発明は、請求項１、２の何れかに記載の結合部材断面構造において、前記横壁部の板厚と前記縦壁部に板厚との差を差厚材で構成したことを特徴とする。

横壁部の板厚と前記縦壁部に板厚との差を差厚材で構成することで、板厚の異なる複数の単一板厚部材を結合することで板厚差を設ける必要が無い。このため、製造工程を少なくすることができる。

請求項１記載の本発明は、結合が容易で、且つ、強度、剛性、衝突エネルギーの吸収性能を向上できる。

請求項２記載の本発明は、曲げ耐力を更に増加できる。

請求項３記載の本発明は、生産性を向上できる。

本発明における結合部材断面構造の第１実施形態を図１〜図３に従って説明する。

なお、図中矢印ＵＰは車両上方方向を示し、図中矢印ＦＲは車両前方方向を示し、図中矢印ＩＮは車幅内側方向を示している。

図２には、本発明の一実施形態に係る結合部材断面構造を適用した自動車車両のフロントサイドメンバ１０が側面図で示されている。

図２に示される如く、本実施形態の自動車車体では、車体前部となるエンジンルームの車幅方向両端部下部に左右一対のフロントサイドメンバ１０の前部１０Ａが長手方向を車両前後方向に沿って配置されている。また、フロントサイドメンバ１０の前部１０Ａは車両前後方向に延びる閉断面構造なっている。

なお、図２では車両左側のフロントサイドメンバ１０の一部を示している。また、閉断面構造とは、対象とする断面の開口外周部が実質的に連続して高強度及び高剛性になっている断面構造であって、実質的にとは、対象とする断面が外周長に比べて小さな孔等が部分的に形成されていても、断面の直角方向の手前側又は奥側では孔等が無く、開口部周囲の部材が連続している構成も含むことを意味する。

フロントサイドメンバ１０の車両後部側には、車両前方上側から車両後方下側に向って傾斜した傾斜部１０Ｂが形成されており、前部１０Ａの後端と繋がる傾斜部１０Ｂの上端部（前端部）が上側屈曲部１０Ｃとなっている。また、傾斜部１０Ｂの下端からは車両後方側へ向かって長手方向を車両前後方向とする延設部１０Ｄが形成されており、傾斜部１０Ｂの下端部（後端部）は延設部１０Ｄに繋がる下側屈曲部（キック部）１０Ｅとなっている。

従って、車両前突時（車両の前方側が他車両等に衝突した時）に、フロントサイドメンバ１０の前部１０Ａに車両前方側から車両後方側へ向かって衝突荷重（図２の矢印Ｆ１）が作用すると、フロントサイドメンバ１０の長手方向に沿った結合部材断面中心となる軸線Ｌ１上における上側屈曲部１０Ｃの屈曲点Ｐ１には、屈曲点Ｐ１に対して車両下方側へ距離Ｋ１オフセットした下側屈曲部１０Ｅの屈曲点Ｐ２を中心に傾斜部１０Ｂを車両後方（図２の矢印Ｍ方向）へ回転しようとする（折り曲げようとする）モーメント（Ｍ＝Ｆ１・Ｋ１）が発生するようになっている。

図１には、図２の１−１断面線に沿った拡大断面図が示されている。

図１に示される如く、フロントサイドメンバ１０の下側屈曲部１０Ｅを含む軸線Ｌ１に沿った所定の範囲においては、フロントサイドメンバ１０がフロントサイドメンバ１０の上部を構成するハット型断面部材としてのアッパパネル２０と、フロントサイドメンバ１０の下部を構成するハット型断面部材としてのアンダパネル２２とを備えている。

アッパパネル２０は、横壁部２４と横壁部２４の両端に連結された一対の縦壁部２６とを備えたハット型断面部材となっており、横壁部２４の板厚Ｔ１に比べて縦壁部２６の板厚Ｔ２が厚く（Ｔ１＜Ｔ２）なっている。なお、横壁部２４と縦壁部２６との角部２８の板厚はＴ２となっている。

左右の縦壁部２６の下端からはハット型断面の開口部３０の外側となる車幅方向に向かってそれぞれフランジ３２が延設されており、フランジ３２の板厚もＴ２となっている。

アンダパネル２２は、横壁部３４と横壁部３４の両端に連結された一対の縦壁部３６とを備えたハット型断面部材となっており、横壁部３４の板厚Ｔ２に比べて縦壁部３６の板厚Ｔ３が厚く（Ｔ２＜Ｔ３）なっている。なお、横壁部３４と縦壁部３６との角部３８の板厚はＴ３となっている。

左右の縦壁部３６の上端からはハット型断面の開口部４０の外側となる車幅方向に向かってそれぞれフランジ４２が延設されており、フランジ４２の板厚もＴ２となっている。なお、縦壁部３６とフランジ４２との角部４４の板厚はＴ３となっている。

即ち、アッパパネル２０は横壁部２４の板厚Ｔ１と縦壁部２６の板厚Ｔ２とに差がある差厚材で構成されており、アンダパネル２２は横壁部３４の板厚Ｔ２と縦壁部３６の板厚Ｔ３とに差がある差厚材で構成されている。

なお、差厚材とは、板厚の異なる部位を有する押出し成形鋼板や、プレス成形前に異なる板厚の鋼板などをレーザ・シーム溶接などで接合した板材であって、板を何枚か重ねて板厚差を設けた板材ではない。

アッパパネル２０とアンダパネル２２とは開口部３０と開口部４０とを対向させ板部材としてのフロアパネル５０を挟んで互いに結合されている。より具体的に説明すると、アッパパネル２０の左右のフランジ３２と、アンダパネル２２の左右のフランジ４２とが、フロアパネル５０を挟んで、レーザ、シーム、アークなどの連続溶接によって結合されている。

このため、アッパパネル２０とアンダパネル２２とで閉断面構造５４が形成されており、閉断面構造５４はフロアパネル５０によって上側閉断面構造５４Ａと下側閉断面構造５４Ｂとに分割されている。

従って、図２に示される如く、車両の前突等によって、フロントサイドメンバ１０の前部１０Ａに車両前方側から車両後方側へ向かって衝突荷重Ｆ１が作用した場合には、図２に二点鎖線で示すように、フロントサイドメンバ１０の前部１０Ａが車両後方側へ移動する（ストロークＳ）と共に、傾斜部１０Ｂが下端部の屈曲点Ｐ２を中心に車両後方（図２の矢印Ｍ方向）へ回転しようとする。

この際、図１に示される如く、軸曲げ変形の方向（図２の矢印Ｍ方向）が略面方向となる一対の縦壁部２６、３６が、軸曲げ変形の方向（図２の矢印Ｍ方向）が略面垂直方向となる横壁部２４、３４に比べて、曲げ耐力の増加に有効となる。このため、本実施形態では、アッパパネル２０における一対の縦壁部２６の板厚Ｔ２を横壁部２４の板厚Ｔ１より厚くし（Ｔ２＞Ｔ１）、アンダパネル２２において一対の縦壁部３６の板厚Ｔ３を横壁部３４の板厚Ｔ２より厚くしている（Ｔ３＞Ｔ２）。

図１に示される如く、フロアパネル５０の厚さＴ４は横壁部３４の板厚Ｔ２より小さくなっている（Ｔ１＞Ｔ４）となっている。

また、本実施形態では、アッパパネル２０の高さ、即ち、横壁部２４の上面とフランジ３２の下面との車両上下方向に沿った長さＨ１が、アンダパネル２２の高さ、即ち、横壁部３４の下面とフランジ４２の上面との車両上下方向に沿った長さＨ２に比べて小さくなっている（Ｈ１＜Ｈ２）。なお、フロントサイドメンバ１０の高さ、即ち、アッパパネル２０の横壁部２４の上面と、アンダパネル２２の横壁部３４の下面との車両上下方向に沿った長さはＨとなっている。

また、アンダパネル２２側の縦壁部３６の板厚Ｔ３がアッパパネル２０側の縦壁部２６の板厚Ｔ２に比べて厚く（Ｔ３＞Ｔ２）となっている。

従って、曲げ耐力の増加に有効な縦壁部３６、２６における板厚が厚い部分である縦壁部３６が、板厚が薄い部分である縦壁部２６より大きく（広く）なるため、曲げ耐力が更に増加するようになっている。

次に、本実施形態の作用を説明する。

図２に示される如く、車両の前突等によって、フロントサイドメンバ１０の前部１０Ａに車両前方側から車両後方側へ向かって衝突荷重Ｆ１が作用した場合には、図２に二点鎖線で示すように、フロントサイドメンバ１０の前部１０Ａが車両後方側へ移動する（ストロークＳ）と共に、傾斜部１０Ｂが下端部の屈曲点Ｐ２を中心に車両後方（図２の矢印Ｍ方向）へ回転しようとする。

この際、図１に示される如く、軸曲げ変形の方向（図２の矢印Ｍ方向）が略面方向となる一対の縦壁部２６、３６が、軸曲げ変形の方向（図２の矢印Ｍ方向）が略面垂直方向となる横壁部２４、３４に比べて、曲げ耐力の増加に有効となる。

このため、本実施形態では、アッパパネル２０において一対の縦壁部２６の板厚Ｔ２を横壁部２４の板厚Ｔ１より厚くし（Ｔ２＞Ｔ１）、アンダパネル２２において一対の縦壁部３６の板厚Ｔ３を横壁部３４の板厚Ｔ２より厚くしている（Ｔ３＞Ｔ２）。

この結果、図３に実線で示す、本実施形態における変形ストロークＳに対する変形荷重Ｇの変化は、一対の縦壁部２６、３６の板厚と横壁部２４、３４の板厚とを同じ板厚Ｔ２にした場合の図３に破線で示す変形ストロークＳに対する変形荷重Ｇの変化に比べて、フロントサイドメンバ１０の重量を変えずに、図２の矢印Ｍ方向の曲げ最大荷重（ピーク値Ｇ１）を大きくできると共に、ストロークＳの増加にともなう変形荷重Ｇの低下も小さくできる。

また、アッパパネル２０とアンダパネル２２とに同種の金属を使用することができるため、アッパパネル２０とアンダパネル２２とに異種の金属を使用する場合に比べて、アッパパネル２０の左右のフランジ３２とアンダパネル２２の左右のフランジ４２を対向させ、フロアパネル５０を挟んで容易に結合できる。

従って、本実施形態では、アッパパネル２０とアンダパネル２２との結合が容易で、且つ、強度、剛性、衝突エネルギーの吸収性能を向上できる。

また、本実施形態では、アッパパネル２０の高さＨ１が、アンダパネル２２の高さＨ２に比べて小さくなっており（Ｈ１＜Ｈ２）、アンダパネル２２側の縦壁部３６の板厚Ｔ３をアッパパネル２０側の縦壁部２６の板厚Ｔ２に比べて厚く（Ｔ３＞Ｔ２）している。

この結果、曲げ耐力の増加に有効な縦壁部３６、２６において、板厚が厚い部分である縦壁部３６が、板厚が薄い部分である縦壁部２６より大きく（広く）なるため、曲げ耐力が更に増加する。

また、本実施形態では、アッパパネル２０が横壁部２４の板厚Ｔ１と縦壁部２６の板厚Ｔ２とに差がある差厚材で構成されており、アンダパネル２２が横壁部３４の板厚Ｔ２と縦壁部３６の板厚Ｔ３とに差がある差厚材で構成されている。このため、板厚の異なる複数の単一板厚板材を結合することで板厚差を設ける必要が無い。この結果、製造工程を少なくすることができ、生産性を向上できる。

以上に於いては、本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態が可能であることは当業者にとって明らかである。例えば、上記実施形態では、アッパパネル２０の高さＨ１を、アンダパネル２２の高さＨ２に比べて小さくし（Ｈ１＜Ｈ２）、アンダパネル２２側の縦壁部３６の板厚Ｔ３をアッパパネル２０側の縦壁部２６の板厚Ｔ２に比べて厚くし（Ｔ３＞Ｔ２）たが、これに代えて、アッパパネル２０の高さＨ１とアンダパネル２２の高さＨ２とを等しくし（Ｈ１＝Ｈ２）、アンダパネル２２側の縦壁部３６の板厚Ｔ３とアッパパネル２０側の縦壁部２６の板厚Ｔ２とを等しく（Ｔ３＝Ｔ２）してもよい。

また、上記実施形態では、アッパパネル２０の左右のフランジ３２と、アンダパネル２２の左右のフランジ４２とを、フロアパネル５０を挟んで溶接によって結合したが、溶接に代えて、ボルト等の締結部材や、リベット等の他の結合部材でアッパパネル２０の左右のフランジ３２と、アンダパネル２２の左右のフランジ４２とを、フロアパネル５０を挟んで結合してもよい。

また、上記実施形態では、横壁部２４と縦壁部２６との角部２８の板厚をＴ２としたが、これに代えて、角部２８を板厚Ｔ１と板厚Ｔ２の境としてもよいし、角部２８の板厚をＴ１としてもよい。また、横壁部３４と縦壁部３６との角部３８の板厚をＴ３としたが、これに代えて、角部３８を板厚Ｔ２と板厚Ｔ３の境としてもよいし、角部３８の板厚をＴ２としてもよい。更に、縦壁部３６とフランジ４２との角部４４の板厚をＴ３としたが、これに代えて、角部４４を板厚Ｔ２と板厚Ｔ３の境としてもよいし、角部４４の板厚をＴ２としてもよい。

また、上記実施形態では、アッパパネル２０を横壁部２４の板厚Ｔ１と縦壁部２６の板厚Ｔ２とに差がある差厚材で構成し、アンダパネル２２を横壁部３４の板厚Ｔ２と縦壁部３６の板厚Ｔ３とに差がある差厚材で構成したが、これに代えて、アッパパネル２０とアンダパネル２２とを、板を何枚か重ねて板厚差を設けた板材で構成してもよい。

また、上記実施形態では、本発明の結合部材断面構造をフロントサイドメンバ１０に適用したが、本発明の結合部材断面構造はフロントサイドメンバ１０以外にもリヤサイドメンバ等の他の車両骨格部材にも適用可能である。また、板部材もフロアパネル５０に限定されない。

図２の１−１線に沿った拡大断面図である。 本発明の一実施形態に係る結合部材断面構造が適用されたフロアサイドメンバの一部を示す側面図である。 変形ストロークＳに対する変形荷重Ｇの変化を示すグラフである。

符号の説明

１０ フロントサイドメンバ
１０Ａ フロントサイドメンバの前部
１０Ｂ フロントサイドメンバの傾斜部
１０Ｃ フロントサイドメンバの上側屈曲部
１０Ｄ フロントサイドメンバの延設部
１０Ｅ フロントサイドメンバの下側屈曲部
２０ フロントサイドメンバのアッパパネル（ハット型断面部材）
２２ フロントサイドメンバのアンダパネル（ハット型断面部材）
２４ アッパパネルの横壁部
２６ アッパパネルの縦壁部
３０ アッパパネルの開口部
３２ アンダパネルのフランジ
３４ アンダパネルの横壁部
３６ アンダパネルの縦壁部
４０ アンダパネルの開口部
４２ アンダパネルのフランジ
５０ フロアパネル（板部材）
５４ 閉断面構造
Ｔ１ 板厚
Ｔ２ 板厚
Ｔ３ 板厚
Ｌ１ 結合部材断面中心

Claims (3)

1. 横壁部と該横壁部の両端に連結された一対の縦壁部とを備えた２つのハット型断面部材の各開口部を対向させ板部材を挟んで互いに結合した結合部材断面構造であって、
   前記２つのハット型断面部材の双方において、それぞれ一対の縦壁部の板厚が横壁部の板厚より厚いことを特徴とする結合部材断面構造。
2. 前記板部材を挟んだ結合部は、結合部材断面中心に対して一方の横壁部に近い位置に設けられており、前記結合部と前記横壁部とが遠い側の縦壁部の板厚が、前記結合部と前記横壁部とが近い側の縦壁部の板厚に比べて厚いことを特徴とする請求項１に記載の結合部材断面構造。
3. 前記横壁部の板厚と前記縦壁部に板厚との差を差厚材で構成したことを特徴とする請求項１、２の何れかに記載の結合部材断面構造。

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