JP2016153298A - ドアビーム - Google Patents

Abstract

【課題】アルミニウム合金押出形材からなるドアビームの単位重量当たりの衝撃吸収能力を高める。
【解決手段】インナーフランジ２とアウターフランジ３、及びこれらを連結する一対のウエブ４，５を有するドアビームにおいて、インナーフランジ２の幅Ｈｉが６５〜１００ｍｍ、肉厚ｔｆｉが１．０〜５．０ｍｍであり、断面の中立軸９の高さｈが断面高さＷの２０〜５０％の範囲内である。さらに、アウターフランジ３の突出部長さｄｏ、一対のウエブ４，５の間隔Ｄ、前記ウエブの高さをｄｗ、及び前記ウエブの肉厚ｔｗが以下の関係にある。１＜Ｄ／ｄｏ＜３．５・・・（１）６＜ｄｗ／ｔｗ＜２２・・・（２）
【選択図】図１

Description

本発明は、車両のドアのインナーパネルに取り付けるドアビームに関する。

アルミニウム合金形材からなるドアビームは、一般に、車体幅方向外側に向けられるアウターフランジ、及び車体幅方向内側に向けられるインナーフランジと、両フランジを連結する一対のウエブを有する。このドアビームは、車両のドアのインナーパネルに、ブラケットなしで直接、又はブラケットを介して取り付けられる（特許文献１〜３参照）。なお、形材とは、長手方向の全長にわたり実質的に同じ断面形状を有する部材を意味し、アルミニウム合金形材は主として押出形材からなる。

特開平９−５８３８６号公報 特開２００１−３０１４６２号公報 特開２０１０−３０４６３号公報

ドアビームは、車両のドアの内部空間に設置する必要から、ウエブの高さを余り大きくすることができない。また、車体軽量化の要請もあり、側面衝突におけるドアビームの曲げ強度及び曲げ剛性を高くするため各部位を厚肉化することもできず、その結果、側面衝突時のエネルギー吸収量が十分とはいえない。
従って、本発明は、このようなアルミニウム合金形材からなるドアビームにおいて、重量を増やすことなく、側面衝突時のエネルギー吸収量を大きくすることを目的とする。

本発明に係るドアビームはアルミニウム合金形材からなり、インナーフランジ及びアウターフランジと、これらを連結する一対のウエブを有し、前記インナーフランジの幅が６５〜１００ｍｍ、肉厚が１．０〜５．０ｍｍであり、断面の中立軸の高さが断面高さの２０〜５０％の範囲内であり、前記アウターフランジの突出部長さをｄｏ、前記一対のウエブの間隔をＤ、前記ウエブの高さをｄｗ、前記ウエブの肉厚をｔｗとしたとき、下記不等式（１），（２）を満たすことを特徴とする。
１＜Ｄ／ｄｏ＜３．５・・・（１）
６＜ｄｗ／ｔｗ＜２２・・・（２）

上記ドアビームは、前記インナーフランジの突出部長さをｄｉとし、前記インナーフランジの肉厚をｔｆｉとしたとき、好ましくは、さらに下記不等式（３）又は／及び（４）を満たす。
ｄｉ／ｔｆｉ≦１５・・・（３）
ｄｉ−ｄｏ≧１０ｍｍ・・・（４）

本発明に係るドアビームは、上記不等式（１），（２）を満たし、好ましくはさらに上記不等式（３）を満たすことにより、これらの不等式を満たさない場合に比べて、側面衝突時における単位重量当たりのエネルギー吸収量が高くなる。
また、上記不等式（４）を満たす場合、インナーフランジの突出部がアウターフランジの突出部より１０ｍｍ以上長く設定されるため、インナーフランジの突出部（上下一対）にインナーパネル又はブラケットとの取付点を設定できる。ドアビームは、前記取付点において、ボルト−ナットやリベット、スポット溶接等の公知の手段により、インナーパネル又はブラケットに取り付けることができ、その取り付け作業の際、アウターフランジの突出部が妨げにならない。そして、インナーパネル又はブラケットへの取付点を、互いに間隔を置いた位置に複数設定できるため、取付点がウエブ間の一点しかない従来のドアビームに比べ、側面衝突の際にインナーパネル又はブラケットが取付点で破損しにくい。また、そのことによりドアビームによる衝撃の吸収が支障なく行われる。

本発明に係るドアビームの断面形状を説明する図である。 ドアビームを曲げ変形させたときの断面の変形を説明する図である。 ドアビームを曲げ変形させたときの断面の変形を説明する図である。 ドアビームを曲げ変形させたときの断面の変形を説明する図である。 本発明に係るドアビームとインナーパネルの取付構造を示す平面図（５Ａ）及び断面図（５Ｂ）である。 三点曲げ試験の方法を説明する図である。 三点曲げ試験の結果得られた各試験材の荷重−ストローク線図である。 三点曲げ試験の結果得られた各試験材の荷重−ストローク線図である。 三点曲げ試験の結果得られた各試験材の荷重−ストローク線図である。 三点曲げ試験の結果得られた各試験材の荷重−ストローク線図である。

以下、図１〜１０を参照して、本発明に係るドアビーム（本例ではブラケットレスドアビームを想定）について説明する。
図１に、本発明に係るドアビームの断面の一例を示す。図１に示すドアビーム１は、アルミニウム合金押出材からなり、互いに平行なインナーフランジ２とアウターフランジ３、及び両フランジに垂直な一対のウエブ４，５からなり、両フランジに垂直な軸６を中心として線対称の形状を有する。

図１において、Ｈｉはインナーフランジ２の幅、Ｈｏはアウターフランジ３の幅、ｔｆｉはインナーフランジ２の肉厚、ｔｆｏはアウターフランジ３の肉厚、Ｗはドアビーム１の高さ、ｄｗはウエブ４，５の高さ、ｔｗはウエブ４，５の肉厚である。また、ｄｉはインナーフランジ２の突出部２ａ，２ｂの長さ、ｄｏはアウターフランジ３の突出部３ａ，３ｂの長さ、Ｄはウエブ４，５の間隔である。ただし、高さＷはインナーフランジ２の外側の面とアウターフランジ３の外側の面の間隔、高さｄｗはインナーフランジ２の内側の面とアウターフランジの内側の面の間隔、長さｄｉはウエブ４，５の肉厚の中心を通る中心線７，８から突出部２ａ，２ｂの先端までの距離、長さｄｏは前記中心線７，８から突出部３ａ，３ｂの先端までの距離、間隔Ｄは前記中心線７，８の間隔とする。さらに、図１に、ドアビーム１の曲げの中立軸９（インナーフランジ２に平行）を示す。ｈは中立軸９の高さであり、インナーフランジ２の外側の面から中立軸９までの高さ（距離）である。

ドアビーム１において、インナーフランジ２の幅Ｈｉは６５〜１００ｍｍの範囲、インナーフランジ２の肉厚ｔｆｉは１．０〜５．０ｍｍの範囲、中立軸９の高さｈはドアビーム１の高さＷの２０〜５０％の範囲に設定される。
インナーフランジ２の幅Ｈｉが６５ｍｍより小さいと、側面衝突時にインナーフランジ２に割れが生じやすくなる。一方、幅Ｈｉが１００ｍｍより大きいと、ドアビーム１の重量増加につながり、側面衝突時における単位重量当たりのエネルギー吸収量が少なくなる。このため、インナーフランジ２の幅Ｈｉは上記の範囲とする。なお、ドア内にドアビーム１の設置スペースを確保するためにも、インナーフランジ２の幅Ｈｉは１００ｍｍ以下であることが好ましい。

インナーフランジ２の肉厚ｔｆｉが１．０ｍｍより薄いと、ドアビーム１の製造（押出加工）が困難となる。一方、肉厚ｔｆｉが５．０ｍｍより厚いと、ドアビーム１の重量増加につながり、側面衝突時における単位重量当たりのエネルギー吸収量が少なくなる。このため、インナーフランジ２の肉厚ｔｆｉは上記の範囲とする。なお、同様の観点から、アウターフランジ３の肉厚ｔｆｏは、インナーフランジ２と同じく１．０〜５．０ｍｍ、ウエブ４，５の肉厚ｔｗは、１．０〜３．０ｍｍの範囲が好ましい。

中立軸９の高さｈをドアビーム１の高さＷの５０％以下（ｈ≦０．５Ｗ）に設定するのは、中立軸９をドアビーム１の高さの中心からインナーフランジ２側に近づけ、側面衝突（曲げ変形）時にインナーフランジに掛かる引張荷重を低減するためである。一方、中立軸９がドアビーム１の高さの中心から離れるほど、同じ重量であれば断面二次モーメントが低下し、側面衝突時のエネルギー吸収量が低下する。その点を勘案し、中立軸９の高さｈは、ドアビーム１の高さＷの２０％以上（ｈ≧０．２Ｗ）に設定することが好ましい。

ドアビーム１において、ウエブ４，５の間隔Ｄとアウターフランジ３の突出部３ａ，３ｂの長さｄｏの比（Ｄ／ｄｏ）は、１を超えかつ３．５未満（１＜Ｄ／ｄｏ＜３．５）に設定される。この比（Ｄ／ｄｏ）が小さいほど、図２Ａに示すように、側面衝突（曲げ変形）時にアウターフランジ３の突出部３ａ，３ｂの変形（インナーフランジ２側への変形）が誘発されやすい。逆に、この比（Ｄ／ｄｏ）が大きいほど、図２Ｂに示すように、側面衝突（曲げ変形）時にアウターフランジ３の中央部（ウエブ４，５間）の変形（インナーフランジ２側への変形）が誘発されやすい。側面衝突時にアウターフランジ３がこのように変形すると、ドアビーム１のエネルギー吸収量が低下するため、この比（Ｄ／ｄｏ）を上記の範囲に設定する。

ドアビーム１において、ウエブ４，５の幅厚比（ｄｗ／ｔｗ）は、６を超え、２２未満（６＜ｄｗ／ｔｗ＜２２）に設定される。この幅厚比（ｄｗ／ｔｗ）が大きいほど、図３に示すように、側面衝突（曲げ変形）時にウエブ４，５が曲げ変形しやすく、それがドアビーム１のエネルギー吸収量の損失につながる。逆に、この幅厚比（ｄｗ／ｔｗ）が小さいと、ドアビーム１の重量増加につながり、側面衝突時における単位重量当たりのエネルギー吸収量が少なくなる。このため、ウエブ４，５の幅厚比（ｄｗ／ｔｗ）は上記の範囲に設定する。

ドアビーム１において、インナーフランジ２の突出部２ａ，２ｂの幅厚比（ｄｉ／ｔｆｉ）は、好ましくは１５以下（ｄｉ／ｔｆｉ≦１５）に設定される。これは、この幅厚比（ｄｉ／ｔｆｉ）が大きいほど、図４に示すように、側面衝突（曲げ変形）時に突出部２ａ，２ｂがアウターフランジ３側に変形しやすく、それに伴いエネルギー吸収量が低下するためである。

ドアビーム１において、インナーフランジ２の突出部２ａ，２ｂの長さｄｉは、好ましくはアウターフランジ３の突出部３ａ，３ｂの長さｄｏより１０ｍｍ以上長く（ｄｉ−ｄｏ≧１０ｍｍ）設定される。これにより、従来のようにウエブ４，５の間ではなく、インナーフランジ２の突出部２ａ，２ｂに、それぞれ、ドアのインナーパネルとの取付点を設定することができる。ドアビーム１のインナーフランジ２の幅Ｈｉを６５ｍｍ以上に設定したことにより、突出部２ａ，２ｂの長さｄｉを上記のように設定することができる。

図５に、ドアビーム１とドアのインナーパネル１１を示す。ドアビーム１には、インナーフランジ２の突出部２ａ，２ｂに設定された取付点１２，１３に穴１４が形成され、ボルト・ナットやリベット等の機械的な固定手段１５により、インナーパネル１１に直接取り付けられている。突出部２ａ，２ｂの長さｄｉが、突出部３ａ，３ｂの長さｄｏより１０ｍｍ以上長いことにより、突出部２ａ，２ｂに穴１４をプレス成形したり、工具を用いて固定手段１５によりドアビーム１をインナーパネル１１に固定する際に、突出部３ａ，３ｂが妨げにならない。なお、ドアビーム１をインナーパネル１１に固定する際に、スポット溶接等の他の固定手段を用いることもできる。

なお、上記の例では、ドアビーム１の断面形状を軸６を中心として線対称としたため、インナーフランジ２の左右の突出部２ａ，２ｂの長さ、アウターフランジ３の左右の突出部３ａ，３ｂの長さ、及び左右のウエブ４，５の肉厚は、それぞれ同じであった。しかし、これらの長さ及び肉厚は、共に本発明の規定を満たす限り、左右で異なっていてもよい。また、インナーフランジ２とアウターフランジ３は互いに平行で、ウエブ４，５は両フランジに対し垂直であったが、その点は必須ではない。
また、上記の例では、ドアビームの端部が直接ドアのインナーパネルに固定されるブラケットレスドアビームを挙げたが、本発明は、ドアビームの端部がブラケットを介してインナーパネルに固定されるブラケット付きドアビームにも適用される。

本発明に係るドアビームの素材として、特に限定されないが、６０００（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ（−Ｃｕ））系又は７０００（Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ（−Ｃｕ））系の熱処理型アルミニウム合金押出材を用いることが好ましい。しかし、その他の系の熱処理型アルミニウム合金押出材、又は非熱処理型アルミニウム合金押出材を用いることもできる。

ＪＩＳ７０００系アルミニウム合金（Ａｌ−６．５質量％Ｚｎ−１．３質量％Ｍｇ−０．１５質量％Ｃｕ−０．０３質量％Ｃｒ）を、表１のＮｏ．１〜１０に示す種々の断面形状に押出成形し、それぞれ長さ１３００ｍｍに切断して、後述する３点曲げ試験の供試材（ドアビーム）とした。各押出形材の基本形状は図１に示されたとおりであり、互いに平行なインナーフランジとアウターフランジ、及び両フランジに垂直な一対のウエブからなり、両フランジに垂直な軸を中心として線対称の断面形状を有する。表１において、インナーフランジの幅Ｈｉ、アウターフランジの幅Ｈｏ、インナーフランジの肉厚ｔｆｉ、アウターフランジの肉厚ｔｆｏ、インナーフランジの突出部長さｄｉ、アウターフランジの突出部長さｄｏ、ドアビームの全高さＷ、ウエブ高さｄｗ、ウエブ肉厚ｔｗ、ウエブ間隔Ｄ、中立軸高さｈの意味は、図１に記載されたとおりである。

表１に記載した数値に基づいて、ウエブ間隔とアウターフランジの突出部の長さの比（Ｄ／ｄｏ）、ウエブの幅厚比（ｄｗ／ｔｗ）、断面高さ（全高さ）に対する中立軸の高さの割合（ｈ／Ｗ）、インナーフランジの突出部の幅厚比（ｄｉ／ｔｆｉ）、インナーフランジの突出部長さとアウターフランジの突出部長さの差（ｄｉ−ｄｏ）を計算した。計算結果を表２に示す。

（３点曲げ試験）
Ｎｏ．１〜１０の各供試材（ドアビーム）を、図６Ａに示すように、１０００ｍｍの間隔をあけた一対のローラ台２１，２１（φ３０ｍｍ）上に、アウターフランジ側が上側になるように、かつ左右が均等な長さとなるように載置した。続いて、ローラ台２１，２１の中心位置に、直径３００ｍｍの圧子２２を下降させ、図６Ｂに示すように、供試材を曲げ変形させた。圧子２２が供試材に接触してからの変位量（ストローク）は３００ｍｍとした。この３点曲げ試験により得られた曲げ荷重−ストローク線図を図７〜１０に示し、変位量３００ｍｍまでのエネルギー吸収量を表２に示す。また、各供試材の単位長さ（１ｍ）当たりの重量と、エネルギー吸収量／重量比（供試材のエネルギー吸収量を当該供試材の単位長さ当たりの重量で除したもの）を表２に示す。

表１，２及び図７に示すように、断面形状が本発明の規定を満たすＮｏ．２，３，４は、エネルギー吸収量／重量比が大きい（何れも１．６Ｊ／（ｇ／ｍ）以上）。これに対し、インナーフランジの幅Ｈｉが本発明の規定より小さいＮｏ．１は、曲げ試験の途中でインナーフランジに割れが発生し、エネルギー吸収量／重量比が小さくなった。また、インナーフランジの幅Ｈｉが本発明の規定より大きく、インナーフランジの突出部の幅厚比（ｄｉ／ｔｆｉ）が本発明の規定範囲から外れるＮｏ．５は、曲げ試験の途中の荷重低下が比較的大きく、エネルギー吸収量／重量比が小さくなった。

表１，２及び図８に示すように、断面形状が本発明の規定を満たすＮｏ．３，６は、エネルギー吸収量／重量比が大きい（何れも１．６Ｊ／（ｇ／ｍ）以上）。
表１，２及び図９に示すように、断面形状が本発明の規定を満たすＮｏ．３は、エネルギー吸収量／重量比が大きい（１．６Ｊ／（ｇ／ｍ）以上）。これに対し、ウエブ間隔とアウターフランジ突出部の長さの比（Ｄ／ｄｏ）が本発明の規定範囲から外れるＮｏ．７は、エネルギー吸収量／重量比が小さくなった。また、ウエブ間隔とアウターフランジ突出部の長さの比（Ｄ／ｄｏ）、及びインナーフランジの幅厚比（ｄｉ／ｔｆｉ）が本発明の規定範囲から外れるＮｏ．８は、エネルギー吸収量／重量比が小さくなった。

表１，２及び図１０に示すように、断面形状が本発明の規定を満たすＮｏ．３は、エネルギー吸収量／重量比が大きい（１．６Ｊ／（ｇ／ｍ）以上）。これに対し、ウエブの幅厚比（ｄｗ／ｔｗ）が本発明の規定範囲から外れるＮｏ．９は、エネルギー吸収量／重量比が小さくなった。また、ウエブの幅厚比（ｄｗ／ｔｗ）、及び全高さに対する中立軸の高さの割合（ｈ／Ｗ）が本発明の規定範囲から外れるＮｏ．１０は、エネルギー吸収量／重量比が小さくなった。

１ ドアビーム
２ インナーフランジ
２ａ，２ｂ インナーフランジの突出部
３ アウターフランジ
３ａ，３ｂ アウターフランジの突出部
４，５ ウエブ
９ 曲げの中立軸

Claims (3)

1. アルミニウム合金形材からなるドアビームであり、インナーフランジ及びアウターフランジと、これらを連結する一対のウエブを有し、前記インナーフランジの幅が６５〜１００ｍｍ、肉厚が１．０〜５．０ｍｍであり、中立軸の高さが断面高さの２０〜５０％の範囲内であり、前記アウターフランジの突出部長さをｄｏ、前記一対のウエブの間隔をＤ、前記ウエブの高さをｄｗ、前記ウエブの肉厚をｔｗとしたとき、下記不等式（１），（２）を満たすことを特徴とするドアビーム。
   １＜Ｄ／ｄｏ＜３．５・・・（１）
   ６＜ｄｗ／ｔｗ＜２２・・・（２）
2. 前記インナーフランジの突出部長さをｄｉとし、前記インナーフランジの肉厚をｔｆｉとしたとき、さらに下記不等式（３）を満たすことを特徴とする請求項１に記載されたドアビーム。
   ｄｉ／ｔｆｉ≦１５・・・（３）
3. さらに下記不等式（４）を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載されたドアビーム。
   ｄｉ−ｄｏ≧１０ｍｍ ・・・（４）

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