JP2009096312A

JP2009096312A - 車体構成部材

Info

Publication number: JP2009096312A
Application number: JP2007269315A
Authority: JP
Inventors: Shohei Matsuyama; 昇平松山
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2007-10-16
Filing date: 2007-10-16
Publication date: 2009-05-07
Also published as: CN101423071A; CN101423071B

Abstract

【課題】より高い機械的性能が得られ、軽量化と剛性の向上を図ることが可能で、且つ状況を観察することができる構造を提供することを課題とする。
【解決手段】車体構成部材１０は、長尺で板状の平板部１１と、この平板部１１の両端から下げた壁部１２、１２と、前記平板部１１に開けられ、長手方向に沿って延びる多数個の長穴１５とからなる。前記長穴１５は、車体構成部材１０の長手方向の長径をａ、クロス方向の短径をｂとすれば、長径ａ／短径ｂが、２．０〜５．０の範囲となるように設定することが望ましい。ｔは板厚である。
【効果】引張り応力を下げることができ、割れの発生を解消することができる。すなわち、長穴を巧みに配置することで、高い強度が得られる。さらに、長穴を有する板を折り曲げて部品形状としたとき、軽量化と剛性の向上を両立できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、車体に使用される薄い板状の車体構成部材の改良に関するものである。

近年、自動車の燃費向上対策として、車体重量を軽量化する対策が講じられている。
車体重量の軽量化を実現するためには、車体を構成する部材自体を軽量化する対策が有効であり、長尺で板状の車体構成部材が実用に供されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平４−８９２３５号公報（第１頁）

特許文献１を次図に基づいて説明する。
図７は従来の技術の基本構成を説明する図であり、（ａ）に示すように、車体構成部材１００は、複数の貫通穴１０１を有する長尺で板状の中心層１０２と、この中心層１０２を両側から挟みこむように重ねられる表面層１０３、１０３とからなる。

中心層１０２の貫通穴１０１は、高速パンチ、レーザなどで開けられる。
そして、中心層１０２に表面層１０３、１０３が、接着剤を用いる方法やホットプレスによる圧着接合などの方法で矢印のように張り合わせられ、（ｂ）に示すような車体構成部材１００を得る。

ところで、特許文献１の特許請求の範囲第１項には「・・・前記中心層が、複数の貫通穴を有し、該貫通穴の板面方向の面積率２０〜８０％であり・・・」と記載されている。

面積率が大きいほど、図７（ａ）に示すｗが小さくなる。ｗは貫通穴の縁と隣の貫通穴の縁との間に距離であり、薄板の長さを示す。
面積率が８０％に近づくと、このｗはごく小さなものとなる。このようなｗがごく小さな中心層１０２に引張り力Ｆが作用することを検討する。ｗにおける引張り応力σｆは、引張り力がＦ、板厚がＴ、ｗの数がｎであるとすると、σｆ＝Ｆ／（ｎ・ｗ・Ｔ）で求めることができる。ｗがごく小さいと、Ｆが作用したときに、σｆは、薄板の引張り強さ（限界強さ）を簡単に超えてしまう。この結果、貫通穴１０１と隣の貫通穴１０１との間（ｗの部分）に割れが入る。

すなわち、特許文献１の技術では、第１に高い強度が得られないという問題がある。
また、図７（ｂ）に示されるように、中心層１０２が目視できないため、仮に、中心層１０２に割れが入ったとしても、そのことを検出することができない。
すなわち、特許文献１の技術は、第２に割れを検出することができないという問題がある。
また、穴のサイズを小さくすることで剛性が向上することが示されているが、部品形状での比較はされておらず、板状態での比較しかない。すなわち、車体部品など成形後の実際の部品性能としてのメリットが不明である。

そこで、穴が多数個開けられている車体構成部材において、部品形状として、軽量、且つ機械的性能が高い構造が求められる。そして、それらは穴の状態を容易に確認できることが部品の品質管理上望ましい。

本発明は、穴が多数個開けられている車体構成部材において、より高い機械的性能が得られ、軽量化と剛性の向上を図ることが可能で、且つ状況を観察することができる構造を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、長尺で板状の車体構成部材であって、この車体構成部材には、長手方向に沿って延びる長穴が、多数個開けられていることを特徴とする。

請求項２に係る発明では、長穴は、長径／短径が、２．０〜５．０の範囲であることを特徴とする。

請求項３に係る発明では、車体構成部材は、平板部と、この平板部の両端から下げた壁部とを含み、長穴は、前記平板部に開けられていることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、車体構成部材に長手方向に延びる長穴を開けた。長穴であるため、従来の技術で述べたｗは必然的に大きくなり、この結果、引張り応力を下げることができ、割れの発生を解消することができる。すなわち、長穴を巧みに配置することで、高い強度が得られる。
さらに、長穴を有する板を折り曲げて部品形状としたとき、軽量化と剛性の向上を両立できる。
また、このような車体構成部材を別部材で覆わなければ、穴の状況を容易に観察することができる。

請求項２に係る発明では、長穴の長径／短径を、２．０〜５．０の範囲とする。長穴の大きさ、配置の間隔を調整することで、開口面積率の設定と、強度の維持とを容易に達成することができる。

請求項３に係る発明では、車体構成部材は、長穴が開けられている平板部と、この平板部の両端から下げた壁部を有する。車体構成部材の断面がコの字形状であるので、車体の部材として用いた場合に、通常の板材に対して剛性を高めつつ、同時に軽量化を図ることができる。
また、車体には、一般に電着塗装を施すが、部材がコの字断面であると、電着液が回りにくくなる。この点、平板部に多数の穴を開けておけば、電着液の流通を促し、液回りを確保することができる。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
図１は本発明に係る車体構成部材の斜視図であり、（ａ）に示すように、本発明に係る車体構成部材１０は、長尺で板状の平板部１１と、この平板部１１の両端から下げた壁部１２、１２と、前記平板部１１に開けられ、長手方向に沿って延びる多数個の長穴１５とからなる。

前記長穴１５は、車体構成部材１０の長手方向の長径をａ、クロス方向の短径をｂとすれば、長径ａ／短径ｂが、２．０〜５．０の範囲となるように設定することが望ましい。ｔは板厚である。

図２は長穴と丸穴との比較図であり、（ａ）に示すように、実施例では、２つの長穴１５、１５のピッチがｐ（ただし、長手方向と直交する方向）で、長穴１５の縁と隣の長穴１５の縁との距離がｗ１である。なお、ｗ１は、ｗ１＝（ｐ−ｂ）で計算することができる。
次に、（ｂ）に示す穴１０１は、長穴１５と同一面積の丸穴（直径ｄ）である。この比較例では、２つの穴１０１、１０１のピッチがｐで、穴１０１の縁と隣の穴１０１の縁との距離がｗ２である。なお、ｗ２は、ｗ２＝（ｐ−ｄ）で計算することができる。
ｂ＜ｄであるから、ｗ１＞ｗ２となり、図左又は右に引張り力が作用した場合には、（ａ）の方が、（ｂ）より格段に強度が高いことが分かる。

図１に戻って、次に行う比較実験のために、（ｂ）に示すように、穴が開いていない車体構成部材１１０を準備する。
比較例に係る車体構成部材１１０は、長尺で板状の平板部１１１と、この平板部１１１の両端から下げた壁部１１２、１１２と、からなる。
また、車体構成部材１１０の板厚をｔとし、材質、長手方向の大きさ、横幅、壁部の高さは、（ａ）に示す実施例と同じである。

図３は実験の概念図であり、長さがＬの車体構成部材１０又は１１０の一端を固定し、他端に下向きにＷの荷重を作用させたときに、ｖだけ撓んだとする。このときに、次の等式が成立することが構造力学的に知られている。ｖ＝Ｗ・Ｌ^３／（３ＥＩ）。Ｅはヤング率、Ｉは断面二次モーメントである。
この式を変形すると、Ｉ＝Ｗ・Ｌ^３／（３Ｅｖ）となる。すなわち、撓みｖを実験で求めることで、剛性指標であるＩを求めることができる。

図４は比較例の実験結果を示す図であり、図１（ｂ）に示す車体剛性部材１１０の長さをＬとし、板厚ｔは、０．８ｍｍ、０．９ｍｍ、１．０ｍｍ、１．１ｍｍ、１．２ｍｍとした。すなわち、５種類の車体剛性部材１１０を準備した。
そして、板厚が０．８ｍｍのものについて、図３に示す要領で撓みを求め、剛性指標を求めた。その結果を、図４（ａ）に示す。

次に、板厚が０．９ｍｍのものを同様に実験した。ただし、Ｗ、Ｌ、Ｅは変更ない。板厚が増加したため、重量は増加した。一方、撓みは小さくなった。撓みの逆数で表される剛性は増加した。この結果を、加えたものを図４（ｂ）に示す。
続いて、板厚ｔが１．０ｍｍ、１．１ｍｍ、１．２ｍｍであるものを実験した。全実験の結果を図４（ｃ）に示す。

図５は実施例の実験結果を示す図であり、図１（ａ）に示す車体剛性部材１０の長さをＬとし、板厚ｔは、０．９ｍｍ、１．０ｍｍ、１．２ｍｍ、１．４ｍｍとした。すなわち、４種類の車体剛性部材１０を準備した。
そして、板厚が０．９ｍｍのものについて、図３に示す要領で撓みを求め、剛性指標を求めた。その結果を、図５（ａ）に示す。

次に、板厚が１．０ｍｍのものを同様に実験した。ただし、Ｗ、Ｌ、Ｅは変更ない。板厚が増加したため、重量は増加した。一方、撓みは小さくなった。撓みの逆数で表される剛性は増加した。この結果を、加えたものを図５（ｂ）に示す。
続いて、板厚ｔが１．２ｍｍ、１．４ｍｍであるものを実験した。全実験の結果を図５（ｃ）に示す。

図６は図４（ｃ）と図５（ｃ）とを合成したグラフである。
この図では比較例の任意の重量を基準１．０とし、このときの剛性を１．０として結果を比で表している。なお、重量を変更することにより、板厚ｔのみが変更され、その他の条件である材質、長手方向の大きさ、横幅、壁部の高さ、長穴の形状などは同じである。

この図から分かるように、実施例、比較例共に、重量を増やすことで剛性が向上する。具体的には、任意の基準から重量を１０％増やすと、剛性が約１０％向上する。

ここで、重量が等しい場合における、実施例と比較例の剛性に着目すると、実施例の方が比較例よりも剛性が優れている。具体的には、任意の重量１．０における比較例の剛性を１．０としたとき、実施例の剛性は約１．０８となり、剛性が約８％向上している。

また、剛性が等しい場合における、実施例と比較例の重量に着目すると、実施例の方が重量が小さい。具体的には、任意の剛性１．０における比較例の重量を１．０としたとき、実施例の重量は約９．２となり、約８％重量が小さくて済む。なお、このときの板厚ｔは実施例の方が大きい。

すなわち、本発明に係る実施例では、必要とされる剛性を維持しつつ、車体構成部材全体としては軽量化を図ることができる。

尚、本発明の車体構成部材は、実施の形態では車体構成部材の長穴は、長径／短径が３．０のものに適用したが、長径／短径が２．０、５．０など任意の倍率でもよく、長穴の配列も長手方向、横幅方向に整列されたものではなく、不規則に配置されたものでも適用可能である。

本発明の車体構成部材は、車体に使用する補強部材に好適である。

本発明に係る車体構成部材の斜視図である。長穴と丸穴との比較図である。実験の概念図である。比較例の実験結果を示す図である。実施例の実験結果を示す図である。図４（ｃ）と図５（ｃ）とを合成したグラフである。従来の技術の基本構成を説明するである。

符号の説明

１０…車体構成部材、１１…平板部、１２…壁部、１５…長穴。

Claims

長尺で板状の車体構成部材であって、
この車体構成部材には、長手方向に沿って延びる長穴が、多数個開けられていることを特徴とする車体構成部材。
前記長穴は、長径／短径が、２．０〜５．０の範囲であることを特徴とする請求項１記載の車体構成部材。
前記車体構成部材は、平板部と、この平板部の両端から下げた壁部とを含み、前記長穴は、前記平板部に開けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の車体構成部材。