JP2020117039A

JP2020117039A - 車体骨格部品

Info

Publication number: JP2020117039A
Application number: JP2019009075A
Authority: JP
Inventors: 和彦樋貝; Kazuhiko Higai; 塩崎　毅; Takeshi Shiozaki; 毅塩崎
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2019-01-23
Filing date: 2019-01-23
Publication date: 2020-08-06
Anticipated expiration: 2039-01-23
Also published as: KR102629672B1; EP3915859A1; MX2021008719A; CN113365905A; EP3915859A4; US20220081038A1; JP6950871B2; CN113365905B; WO2020152904A1; US11975764B2; KR20210095204A

Abstract

【課題】車体の側方から衝突荷重が入力した際に、折れ曲がることで吸収する衝突エネルギーを向上することができる車体骨格部品を提供する。【解決手段】本発明に係る車体骨格部品１は、車体の側部に設けられ、車体の側方から衝突荷重が入力した際に折れ曲がることで衝突エネルギーを吸収するものであって、天板部３ａと、天板部３ａからパンチ肩Ｒ部３ｂを介して連続する一対の縦壁部３ｃとを有するアウタ部品３と、アウタ部品３の内面に塗布された樹脂７と、を有し、塗布された樹脂７は、パンチ肩Ｒ部３ｂを挟んで両側の天板部３ａ側及び縦壁部３ｃ側の少なくとも所定の範囲に延出し、加熱された後に室温で１０ＭＰａ以上の接着強度で内面に接着されていることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、自動車用の車体骨格部品に関し、特に、車体の側方から衝突荷重が入力した際に、折れ曲がることで衝突エネルギーを吸収する車体骨格部品に関する。

自動車の衝突エネルギー吸収性能を向上させる技術として、自動車部品の形状・構造・材料等を最適化する多くの技術が存在する。さらに、近年では、閉断面構造を有する自動車部品の内部に樹脂（発泡樹脂など）を発泡させて充填することで、該自動車部品の衝突エネルギー吸収性能の向上と軽量化を両立させる技術が数多く提案されている。

例えば、特許文献１には、サイドシル、フロアメンバー、ピラー等のハット断面部品の天板方向を揃えフランジを重ねて内部に閉鎖空間を形成した構造の自動車用構造部材において、その内部に発泡充填材を充填することにより、最小限の重量増で該自動車用構造部材の曲げ強度、ねじり剛性を向上させ、車体の剛性及び衝突安全性を向上させる技術が開示されている。

また、特許文献２には、ハット断面部品を対向させてフランジ部を合わせたピラー等の閉断面構造の内部空間内に高剛性発泡体を充填するに際し、該高剛性発泡体を充填および発泡による圧縮反力により固定し、振動音の伝達を抑制する防振性の向上を図るとともに、強度、剛性、衝撃エネルギー吸収性を向上させる技術が開示されている。

特開２００６−２４０１３４号公報特開２０００−３１８０７５号公報

特許文献１及び特許文献２に開示されている技術によれば、自動車部品の内部に発泡充填材又は発泡体を充填することにより、該自動車部品の曲げ変形に対する強度や衝撃エネルギー吸収性、さらには捻り変形に対する剛性を向上することができ、当該自動車部品の変形を抑制することが可能であるとされている。
しかしながら、ピラー（Ａピラー、Ｂピラーなど）、ロッカ（サイドシル）やルーフレールなどのように、自動車の車体の側方から衝突荷重が入力して部品長手方向に交差する方向に曲げられる際に、曲げ中心部が座屈変形して衝突エネルギーを吸収する車体骨格部品に対しては、該車体骨格部品の内部に発泡樹脂を充填する技術を適用したとしても、部品を構成する部材が衝突により折れ曲がる過程の途中で破断してしまい、衝突エネルギーの吸収性能が想定するほど向上しないという課題があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、車体の側部に設けられ、車体の側方から衝突荷重が入力した際に、折れ曲がることで吸収する衝突エネルギーを向上することができる車体骨格部品を提供することを目的とする。

（１）本発明に係る車体骨格部品は、車体の側部に設けられ、該車体の側方から衝突荷重が入力した際に折れ曲がることで衝突エネルギーを吸収するものであって、天板部と、該天板部からパンチ肩Ｒ部を介して連続する一対の縦壁部とを有する断面ハット型部材又は断面コ字状部材と、該断面ハット型部材又は断面コ字状部材の内面に塗布又は貼付された樹脂と、を有し、該塗布又は貼付された樹脂は、前記パンチ肩Ｒ部を挟んで両側の前記天板部側及び前記縦壁部側の少なくとも所定の範囲に延出し、加熱された後に室温で10MPa以上の接着強度で前記内面に接着されていることを特徴とするものである。

（２）上記（１）に記載のものにおいて、前記樹脂が前記内面から離脱するのを防止するために、前記天板部を跨ぐように配設されて前記樹脂の表面を覆うとともに、両端部が前記一対の縦壁部の内面に接合された離脱防止部材を有し、前記樹脂は、室温で10MPa以上の接着強度で前記離脱防止部材とも接着されていることを特徴とするものである。

本発明によれば、車体の側方から衝突荷重が入力した際に折れ曲がることで衝突エネルギーを吸収する断面ハット型部材又は断面コ字状部材が折れ曲がる過程において、割れが発生するのを防止することができるとともに座屈耐力を向上させて、衝突エネルギーの吸収性能を向上することができる。

本発明の実施の形態１に係る車体骨格部品を示す斜視図である。本発明の実施の形態１に係る車体骨格部品を示す断面図である。車体の側方から車体骨格部品に衝突荷重が入力した際に該車体骨格部品の折れ曲がり部における断面形状を示す図である。鋼板引張強度レベルと、鋼板の破断限界曲げ半径と板厚との比との関係を示すグラフである。本発明の実施の形態１に係る車体骨格部品の他の態様を示す断面図である（その１）。本発明の実施の形態１に係る車体骨格部品の他の態様を示す断面図である（その２）。本発明の実施の形態２に係る車体骨格部品を示す斜視図である。本発明の実施の形態２に係る車体骨格部品を示す断面図である。本発明の実施の形態２に係る車体骨格部品の他の態様を示す断面図である。実施例における実験方法を説明する図である。実施例において発明例として用いた試験体の構造を示す図である（その１）。実施例において発明例として用いた試験体の構造を示す図である（その２）。実施例において発明例として用いた試験体の構造を示す図である（その３）。実施例において発明例として用いた試験体の構造を示す図である（その４）。実施例において比較例として用いた試験体の構造を示す図である。実施例において従来例として用いた試験体の構造を示す図である。実施例において比較例に係る試験体を用いて実験を行ったときの、衝突荷重とストロークの測定結果と、該試験体の変形状態を示す図である。実施例において発明例に係る試験体を用いて実験を行ったときの、衝突荷重とストローク（折れ曲がり変形量）の測定結果と、該試験体の変形状態を示す図である。

本発明の実施の形態１及び２に係る車体骨格部品について、図１〜図９に基づいて以下に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

［実施の形態１］
本発明の実施の形態１に係る車体骨格部品１は、車体の側部に設けられ、該車体の側方から衝突荷重が入力した際に長手方向に交差する方向に折れ曲がることで衝突エネルギーを吸収するものであって、図１及び図２に例示するように、アウタ部品３と、インナ部品５と、アウタ部品３の内面に塗布された樹脂７と、を備えたものである。

アウタ部品３は、金属板から形成された断面ハット型部材であり、天板部３ａと、天板部３ａからパンチ肩Ｒ部３ｂを介して連続する一対の縦壁部３ｃと、各縦壁部３ｃからそれぞれ連続するフランジ部３ｄとを有する。
インナ部品５は、金属板から平板状に形成された平板状部材である。そして、インナ部品５の側端部とアウタ部品３のフランジ部３ｄとが接合され、筒状部材９が形成されている。

アウタ部品３のような断面ハット型部材を有する車体骨格部品１は、自動車の車体骨格の一部を構成するものである。本発明は、車体の側部の左右位置に配設されて前記車体骨格を構成する車体骨格部品１を対象とし、具体的には、車体上下方向に延設されたＡピラー及びＢピラー等や、車体前後方向に延設されたロッカ（サイドシル）やルーフレール、等が挙げられる。

アウタ部品３及びインナ部品５に用いられる金属板の種類としては、冷延鋼板、熱延鋼板、ステンレス鋼板、亜鉛系めっき鋼板、亜鉛合金系めっき鋼板、アルミ合金系めっき鋼板、アルミニウム合金板、が例示できる。

樹脂７は、図１及び図２に示すように、アウタ部品３における天板部３ａ、パンチ肩Ｒ部３ｂ及び縦壁部３ｃの内面に塗布されている。
そして、塗布された樹脂７は、加熱された後の厚みが8mm以下であり、かつ室温で10MPa以上の接着強度でアウタ部品３の内面に接着されている。

樹脂７の種類については、熱可塑系、熱硬化系又はエラストマー系のものが挙げられる。
熱可塑系の樹脂としては、ビニル系（酢酸ビニル、塩化ビニル等）、アクリル系、ポリアミド系、ポリスチレン系、シアノアクリレート系のものが例示できる。
熱硬化系の樹脂としては、エポキシ系、ウレタン系、エステル系、フェノール系、メラミン系、ユリア系のものが例示できる。
エラストマー系の樹脂としては、ニトロゴム系、スチレンブタジエンゴム系、変性シリコン系、ブチルゴム系、ウレタンゴム系、アクリルゴム系のものが例示できる。
いずれの種類の樹脂においても、曲げ変形時に破断・崩壊しないものであることが好ましい。

アウタ部品３の内面に塗布された樹脂７は、加熱処理を行うことで樹脂７自体の接着能によりアウタ部品３に接着させることができる。この場合、樹脂７とアウタ部品３の接着強度は、所定の温度及び時間で加熱処理することで、室温に戻しても10MPa以上とすることができる。加熱処理における温度及び時間は、樹脂７の種類に応じて適宜調整すればよい。

なお、樹脂７とアウタ部品３の接着強度は、金属板と樹脂との界面に作用する最大せん断応力又は平均せん断応力とすることができ、該最大せん断応力又は平均せん断応力は、例えば、金属板（鋼板など）と樹脂とを接着した２層角柱の衝突実験から樹脂７の剥離が生じる境界条件を求めて、当該境界条件に基づく衝突解析により求めることができる。

また、樹脂７とアウタ部品３の接着強度は、接着後の樹脂７とアウタ部品３の一部を切り出し、該切り出した樹脂７とアウタ部品３とを引張試験機に設置して、一方は樹脂７を、他方はアウタ部品３を挟んで、引っ張って求めたものとしてもよい。
あるいは、接着後の樹脂７とアウタ部品３の一部を切り出して引張試験機に設置し、一方は樹脂７を挟み、他方は金属板製のアウタ部品３を折り曲げて形成した掴み部（図示なし）を掴んで引っ張る方法により測定したもの、若しくは、アウタ部品３に掴み部品を接合して、該掴み部品を引張試験機で掴んで引っ張る方法により測定したものを、樹脂７とアウタ部品３の接着強度としてもよい。

なお、本実施の形態１に係る車体骨格部品１のように、アウタ部品３がインナ部品５と接合されて筒状部材９は形成されているものにおいては、樹脂７と筒状部材９の一部を切り出したものを引張試験機に設置し、樹脂７とアウタ部品３の接着強度を測定してもよい。

次に、本実施の形態１に係る車体骨格部品１が車体の側方から衝突荷重が入力して折れ曲がることで吸収する衝突エネルギーの吸収性能が向上する理由について、以下に説明する。

鋼板等の金属板で形成された断面ハット型部材を有する従来の車体骨格部品は、断面ハット型部材の長手方向に交差する方向から衝突荷重が入力し、断面ハット型部材が曲げ変形を開始してから座屈耐力（折れ曲がりが発生する時点における衝突荷重）を越えて、天板部が交差方向及び長手方向に伸ばされ、縦壁部の角度が変化して折れ曲がる過程（曲げ圧壊過程）において衝突エネルギーを吸収する。

図３に、断面ハット型部材であるアウタ部品３の天板部３ａに衝突荷重が入力して車体骨格部品１が折れ曲がる過程において折れ曲がりが生じる部位（後述の実施例で示す図１７（ｂ）参照）の断面形状の模式図を示す。
図３に示すように、天板部３ａに衝突荷重が入力すると、縦壁部３ｃは天板部３ａ側が外方に広がるようにフランジ部３ｄ側に押し潰されるとともに、天板部３ａと縦壁部３ｃとをつなぐパンチ肩Ｒ部３ｂの曲げ半径が著しく小さくなる。

この過程において、アウタ部品３に割れが生じずに折れ曲がりが生じると衝突エネルギーは最も吸収されやすい。しかしながら、折れ曲がる過程においてアウタ部品３に割れが生じると、折れ曲がりの変形抵抗が小さくなって容易に折れ曲がるために衝突エネルギーの吸収が不足し、本来の能力を発揮できなくなる。

断面ハット型部材であるアウタ部品３においては、上記の断面ハット型部材の折れ曲がり過程から衝突エネルギーを吸収する能力が高い部位は天板部３ａと縦壁部３ｃをつなぐパンチ肩Ｒ部３ｂである。しかしながら、パンチ肩Ｒ部３ｂは、図３に示すように、アウタ部品３が折れ曲がる過程においてその曲げ半径が小さくなるため、外面に応力が集中して割れが発生しやすい。殊に、アウタ部品３がプレス成形された断面ハット型部材である場合、パンチ肩Ｒ部３ｂはプレス成形過程において最も塑性変形を受け易く加工硬化している部位でもある。その結果、パンチ肩Ｒ部３ｂにおいては、プレス成形時の加工硬化による延性の低下のため、他の天板部３ａや縦壁部３ｃ等に比べると割れが発生しやすい。

さらには、近年、衝突特性と軽量化の両立を目的として自動車部品に採用されている高強度鋼板は、従来の強度の鋼板に比較して延性が小さいため、表１及び図４に示す鋼板強度レベルと鋼板の破断限界曲げ半径R/板厚tの関係（下記の参考文献１参照）によれば、同じ板厚で鋼板の引張強度TSが大きいほど大きな曲げ半径で破断（割れ）が発生しやすい。

そのため、高強度鋼板を用いた断面ハット型部材を有する車体骨格部品が折れ曲がると、鋼板強度の増加に伴って断面ハット型部材におけるパンチ肩Ｒ部に割れが発生しやすくなる。
（参考文献１）長谷川浩平、金子真次郎、瀬戸一洋、「キャビン周りの車体部品の軽量化に貢献する高強度冷間圧延・合金化溶融亜鉛めっき（GA）鋼板」、JFE技報、No.30（2012年8月）、p.6-12．

その結果、車体骨格部品への高強度鋼板の適用にあたり、鋼板のさらなる高強度化の進展を阻害する要因であった。
そこで、本発明では、断面ハット型部材であるアウタ部品３のパンチ肩Ｒ部３ｂにおける割れが上述した金属板固有の小さな曲げ半径以下となることに起因することに着目し、アウタ部品３が衝突時に折れ曲がる過程においてパンチ肩Ｒ部３ｂの曲げ半径を大きくできれば、割れを防止できることを発想したわけである。

すなわち、アウタ部品３が折れ曲がる過程において、パンチ肩Ｒ部３ｂの金属板と金属板との間に介在する物を挟んで圧縮することにより、パンチ肩Ｒ部３ｂの曲げ半径が破断限界曲げ半径以下になることを防止することができるわけである。
しかし、金属板と金属板との間に介在する物を追加するためには、部品の重量増につながるため、介在させる物はできる限り軽量なものがよい。

そこで、本発明では、アウタ部品３において少なくともパンチ肩Ｒ部３ｂとこれを挟んで両側に延出した部位の内面に樹脂７を接着して、折れ曲がる過程において曲げ半径が小さくなる部位においては金属板と金属板との間に樹脂が挟まるようにする。これにより、樹脂７が介在してパンチ肩Ｒ部３ｂの曲げ半径が金属板固有の破断限界曲げ半径より大きくすることができ、アウタ部品３の折れ曲がり部位に割れが発生することが防止され、その結果、衝突エネルギーの吸収性能を向上することができる。

しかしながら、樹脂７とアウタ部品３の内面との接着強度が小さいと、アウタ部品３に対して衝突荷重が入力して曲げ変形が開始した直後から折れ曲がりの終了に至るまでの過程において、アウタ部品３の内面に塗布された樹脂７が剥離して離脱してしまう。その結果、折れ曲がる過程においてパンチ肩Ｒ部３ｂの金属板と金属板との間に樹脂７が介在できなくなり、割れが発生して変形抵抗が低下し、衝突エネルギー吸収性能を向上させることができなくなってしまう。

そこで、アウタ部品３の内面に塗布された樹脂７の接着強度を変えて調べたところ、室温で10MPa以上の接着強度で接着されていると、アウタ部品３の内面から剥離して脱離することなくアウタ部品３とともに折れ曲がることを見い出した。

このように、樹脂７を塗布し10MPa以上の接着強度にすることで、折れ曲がり過程において、パンチ肩Ｒ部３ｂでは金属板と金属板との間に樹脂７が挟まれる。これにより、パンチ肩Ｒ部３ｂの曲げ半径が金属板固有の破断限界曲げ半径より小さくなることを防ぐことができ、金属板に割れが発生することが防止される。

さらに、アウタ部品３のパンチ肩Ｒ部３ｂは、衝突エネルギーを吸収する能力が高い部位である。そのため、アウタ部品３のパンチ肩Ｒ部３ｂを挟んだ部位の内面に樹脂７を塗布することで、アウタ部品３に折れ曲がりが発生するまでの座屈耐力を向上させることができる。

以上のとおり、本実施の形態１に係る車体骨格部品１においては、側方から入力した衝突荷重により曲げ変形が開始して折れ曲がる過程において、折れ曲がりの変形抵抗が低下するのを防止するとともに座屈耐力を向上させることにより、衝突エネルギーの吸収性能を向上することができる。

なお、本発明は、従来のように、アウタ部品３とインナ部品５とを接合してなる筒状部材９の閉断面空間の全体を樹脂で埋めると、衝突時に筒状部材９の断面が減少して体積が減り、これに対応して樹脂が瞬時に圧縮されないため、樹脂が接合部分を破壊して噴き出し、衝突エネルギーの吸収性能を低下させてしまう。そこで、上述の理由により、断面ハット型部材の内面側に空間を設けて樹脂を存在させればよい。従って、折れ曲がる過程において割れを防ぐためには、図５に示す車体骨格部品１１のように、アウタ部品３の天板部３ａと縦壁部３ｃをつなぐパンチ肩Ｒ部３ｂと、パンチ肩Ｒ部３ｂを挟んで両側の天板部３ａ側と縦壁部３ｃ側に延出した部位に樹脂１３を存在させることが必須である。
ここで、天板部３ａ側と縦壁部３ｃ側に延出する範囲としては、パンチ肩Ｒ部３ｂにおけるＲ止まりから天板部３ａ側及び縦壁部３ｃ側のそれぞれに5〜20mm程度が好ましく、より好ましくは10mm程度とすることが好ましい。

もっとも、図６に示すように、アウタ部品３とインナ部品５の内面の全面に樹脂１７を塗布して筒状部材９における閉断面空間の周壁部の全周を形成した車体骨格部品１５においても、アウタ部品３の座屈耐力の向上と割れを防止する効果が得られる。なお、この場合も上記理由により、閉断面空間全体を樹脂で埋めるのではなく、周壁部のみに樹脂を接着させる。

上記のとおり、本実施の形態１に係る車体骨格部品１は、アウタ部品３の内面に樹脂７が接着後の厚みで8mm以下になるように塗布されたものであるが、本発明は、8mm以下の厚みの板状の樹脂が筒状部材の内面に接着剤を用いて貼付されたものであってもよい。
さらには、ラミネート鋼板におけるラミネート並みに、100μm程度の厚みのフィルム状の樹脂が筒状部材の内面に貼付されたものであってもよい。
そして、板状の樹脂又はフィルム状の樹脂と筒状部材の内面との接着強度は室温で10MPa以上であることが必要である。

また、上記の説明において、本実施の形態１に係る車体骨格部品１は、アウタ部品３のフランジ部３ｄとインナ部品５の側端部とが接合されて筒状に形成された筒状部材９を有するものである。
もっとも、本発明に係る車体骨格部品は、アウタ部品３とインナ部品５とにより筒状部材９が形成されたものに限るものではなく、アウタ部品３のみを有するものであってもよい。
さらに、上記の説明は、アウタ部品３は断面ハット型部材であったが、本発明は、天板部と、該天板部からパンチ肩Ｒ部を介して連続する一対の縦壁部を有する断面コ字状部材であってもよい。

［実施の形態２］
前述の実施の形態１に係る車体骨格部品１は、断面ハット型部材であるアウタ部品３の内面と樹脂７との接着強度を室温で10MPa以上とすることで、衝突荷重が入力して折れ曲がる過程においてアウタ部品３の内面から樹脂７が離脱しないようにするものであったが、衝突による折れ曲げ時に樹脂７が離脱して衝突エネルギーの吸収性能が低下する場合がないように、接着強度に加えて樹脂７の離脱を防止する手段を検討した。

そこで、本発明の実施の形態２に係る車体骨格部品２１は、図７及び図８に示すように、断面ハット型部材のアウタ部品３と、平板状のインナ部品５と樹脂７とを有し、さらに、離脱防止部材２３を有するものである。ここで、アウタ部品３、インナ部品５及び樹脂７は、前述の実施の形態１に係る車体骨格部品１と同様である。

離脱防止部材２３は、金属板製（例えば、鋼板製）であり、図８に示すように、アウタ部品３とインナ部品５との間に天板部３ａを跨ぐように配設されて樹脂７の表面を覆うとともに、両端部がアウタ部品３の一対の縦壁部３ｃの内面に接合（例えばスポット溶接）されている。

なお、樹脂７は少なくとも天板部３ａと縦壁部３ｃをつなぐ部位に必要とされ、しかも、車体骨格部品のみをできるだけ軽量化したいので、樹脂７および離脱防止部材２３の縦壁高さ（縦壁部３ｃに塗布する範囲）を短くしたいことから、離脱防止部材２３はアウタ部品３の縦壁部３ｃに接合させるようにした。

また、樹脂７とアウタ部品３及び離脱防止部材２３の接着強度は、前述の実施の形態１と同様に、金属板（鋼板など）と樹脂とを接着した２層角柱の衝突解析により求めてもよいし、接着後の樹脂と筒状部材及び離脱防止部材の一部を切り出して室温で引張試験機により測定して求めてもよい。

上記のとおり、本実施の形態２に係る車体骨格部品２１は、アウタ部品３の内面に樹脂７が塗布されたものであるが、本発明は、板状の樹脂がアウタ部品の内面に接着剤を用いて貼付されたものであってもよい。
さらには、ラミネート鋼板におけるラミネート並みに、100μm程度の厚みのフィルム状の樹脂がアウタ部品の内面に貼付されたものであってもよい。
そして、板状の樹脂又はフィルム状の樹脂と筒状部材の内面との接着強度が室温で10MPa以上であればよい。

本実施の形態２に係る車体骨格部品２１においては、前述の実施の形態１に係る車体骨格部品１と同様、アウタ部品３が折れ曲がる過程において樹脂７がアウタ部品３の内面から離脱することを防止する。これにより、本実施の形態１に係る車体骨格部品２１は、アウタ部品３における折れ曲がり部位のうちパンチ肩Ｒ部３ｂの内側に樹脂７が確実に挟み込まれて破断限界曲げ半径以下となることを効果的に防止することで、折れ曲がる過程におけるアウタ部品３の割れを防止でき、衝突エネルギー吸収性能を向上することができる。なお、離脱防止部材２３は、樹脂の離脱のみを防止するので材料強度を高くする必要はなく、アウタ部品３やインナ部品５より低強度の部材で良い。

さらに、離脱防止部材２３に高強度部材を用いることにより、前述した実施の形態１に係る車体骨格部品１に加え、離脱防止部材２３が配設されることで、車体骨格部品２１の側方から入力した衝突荷重による曲げ変形に対する剛性を向上させることもできる。

なお、図８の車体骨格部品２１は、アウタ部品３の天板部３ａを跨いでパンチ肩Ｒ部３ｂを含むように樹脂７が塗布されたものであるが、本発明は、図９に示す車体骨格部品２５のように、アウタ部品３のパンチ肩Ｒ部３ｂとその両側の天板部３ａ側と縦壁部３ｃ側に所定の範囲が延出した樹脂１７を塗布したものであってもよい。

このように、アウタ部品３に樹脂１７を塗布して10MPa以上の接着強度でアウタ部品３と離脱防止部材２３とに接着したものであっても、折れ曲がる過程において樹脂１７がアウタ部品３から離脱してパンチ肩Ｒ部３ｂの金属板と金属板の間に樹脂が介在できなくなり、破断限界半径以下に曲げられることが防止され、衝突エネルギーの吸収性能を向上させることができる。

また、上記の説明は、アウタ部品３の内面に樹脂７が塗布された車体骨格部品２１についてのものであったが、断面ハット型部材の内面に板状又はフィルム状の樹脂が貼付され、その接着強度が10MPa以上のものであっても、本実施の形態２に係る車体骨格部品２１と同様の作用効果が得られる。

さらに、本実施の形態２に係る車体骨格部品２１は、アウタ部品３のフランジ部３ｄとインナ部品５の側端部とが接合されて筒状に形成された筒状部材９を有するものであったが、アウタ部品３のみを有するものであってもよい。
また、上記の説明は、アウタ部品３はその断面がハット形状の断面ハット型部材であったが、本発明は、天板部と、該天板部からパンチ肩Ｒ部を介して連続する一対の縦壁部を有し、その断面がコ字状の断面コ字状部材であってもよい。

本発明に係る車体骨格部品の効果を確認するための実験を行ったので、その結果について以下に説明する。

本実施例では、本発明に係る車体骨格部品の車体側面から衝突荷重を与えて折れ曲がる過程での衝突エネルギーの吸収特性を評価する実験を行った。
実験は、図１０に示すように、断面ハット型部材であるアウタ部品３と平板状部材であるインナ部品５とを有してなる試験体３１に対し、アウタ部品３側からインナ部品５側に向けて、R＝125mmのカマボコ型パンチを用いて速度17.8m/sで荷重を入力し、前記カマボコ型パンチを120mm押し込んだ際の荷重と折れ曲がり変形量（ストローク）の関係を示す荷重−ストローク曲線の測定及び高速度カメラによる折れ曲がり変形状態の撮影を行った。さらに、測定した荷重−ストローク曲線から、ストロークが0〜80mmまでの吸収エネルギーを求めた。なお、実験に供した試験体３１は、図１０に示すように、軸方向長さを900mmとし、荷重を入力する際にインナ部品５側を支持する軸方向の支点間距離は720mmとした。

図１１〜図１３に、発明例とした試験体の構造及び形状を示す。
図１１は、前述した本発明の実施の形態２に係る車体骨格部品２１（図７及び図８）を試験体３１としたものである。
試験体３１は、アウタ部品３とインナ部品５とがスポット溶接により接合された筒状部材９と、アウタ部品３における天板部３ａ、パンチ肩Ｒ部３ｂ及び縦壁部３ｃの内面に塗布又は貼付された樹脂７を有し、離脱防止部材２３が天板部３ａを跨ぐように配設されて樹脂７を覆うとともに、両端部が縦壁部３ｃの内面に接合されている。

図１２は、本発明の実施の形態２の他の態様に係る車体骨格部品２５（図９）を試験体３３としたものである。
試験体３３は、試験体３１と同様に、アウタ部品３とインナ部品５とがスポット溶接により接合された筒状部材９を有し、アウタ部品３のパンチ肩Ｒ部３ｂを挟んで両側の天板部３ａ側及び縦壁部３ｃ側に10mm延出した樹脂２７が塗布又は貼付され、離脱防止部材２３が天板部３ａを跨ぐように配設されて樹脂２７の表面を覆うとともに、両端部が縦壁部３ｃの内面に接合されている。

図１３は、前述した本発明の実施の形態１に係る車体骨格部品１（図１及び図２）を試験体３５としたものである。試験体３５は、アウタ部品３とインナ部品５とがスポット溶接により接合された筒状部材９を有し、アウタ部品３における天板部３ａ、パンチ肩Ｒ部３ｂ及び縦壁部３ｃの内面に樹脂７が塗布又は貼付されている。

図１１〜図１３に示す試験体３１、試験体３３及び試験体３５に用いられるアウタ部品３及びインナ部品５は、いずれも同一形状・寸法であり、これらの軸方向の試験体長L₀は900mmとした。

そして、試験体３１、試験体３３及び試験体３５において、樹脂７及び樹脂２７は、エポキシ系及び／又はウレタン系の発泡樹脂とした。ここで、塗布又は貼付する樹脂７又は樹脂２７の厚みを0.1mm、1mm、3mm又は8mm以下とした。図１４（ａ）〜（ｃ）に、樹脂７の厚みを8mm、3mm及び1mmとした試験体３１を示す。

また、試験体３１、試験体３３及び試験体３５において、アウタ部品３の内面と樹脂７又は樹脂２７との接着強度を本発明の範囲内（10MPa以上）とした。なお、本実施例における接着強度は、アウタ部品３に用いた金属板と樹脂とを接着した２層角柱の衝突実験から樹脂の剥離が生じる境界条件を求めて、当該境界条件に基づいて衝突解析を行い、該衝突解析により求めた金属板と樹脂との界面に作用する最大せん断応力又は平均せん断応力とした。

さらに、本実施例では、発明例のアウタ部品３及び離脱防止部材２３と同一形状・同一寸法であって樹脂が塗布又は貼付されていない試験体４１（図１５）を用いたものと、樹脂７又は樹脂２７の接着強度が本発明の範囲よりも小さい10.0MPa未満の試験体３１、試験体３３又は試験体３５を用いたもの比較例とし、また、特許文献１に記載の自動車用構造部材と同一構造とした試験体５１（図１６）を用いたもの従来例１とし発泡樹脂を充填して、発明例と同様に実験を行った。

ここで、従来例１に係る試験体５１は、アウタ部品３とインナ部品５との間にレインフォース５８が配設され、レインフォース５８の両端部がアウタ部品３のフランジ部３ｄとインナ部品５の両側端部に挟まれて接合されるとともに、エポキシ系発泡充填材である樹脂５５がアウタ部品３とレインフォース５８とに5MPaの強度で接着され、ウレタン系発泡充填材である樹脂５７がレインフォース５８とインナ部品５との間に接着せずに充填されたものである。
また、従来例２として、アウタ部品３の鋼板強度を1180MPa級として、レインフォース５８を用いない試験体も用意した。

表２に、発明例、比較例及び従来例とした試験体の構造、樹脂の種類及び接着強度の各条件を示す。なお、表２における樹脂塗布の範囲について、「アウタ」は、アウタ部品３を、「パンチ肩Ｒ」は、アウタ部品３のパンチ肩Ｒ部３ｂを示すものである。

発明例１〜発明例７は、試験体の構造及び接着強度が本発明の範囲内（10MPa以上）の試験体３１、試験体３３又は試験体３５を用いたものである。
また、比較例１〜比較例１０は、樹脂が塗布されていない試験体４１（比較例１〜比較例７）、樹脂の接着強度が本発明の範囲外（10MPa未満）の試験体３１、試験体３３（比較例８〜比較例１０）を用いたものである。
なお、アウタ部品３の内面に樹脂が塗布又は貼付されていない比較例１〜比較例７における塗布樹脂の厚みは、アウタ部品３と離脱防止部材２３との間隔を示すものである。

図１７及び図１８に、比較例３及び発明例１に係る試験体を用いて実験を行ったときの荷重―ストローク曲線の測定結果と試験体の変形状態を示す。
図１７及び図１８において、左側のグラフ（ａ）は、横軸を試験体の長手方向に直交する方向におけるカマボコ型パンチの衝突開始からのストローク（mm）、縦軸を試験体に入力した荷重（kN）とした荷重―ストローク曲線であり、右側の写真（ｂ）は、試験体の変形状態のストロークが80mmの時点における撮像結果である。さらに、荷重―ストローク曲線中に示す吸収エネルギーは、衝突エネルギーの吸収量の推移である。

図１７に示す比較例３は、アウタ部品３の内面に樹脂が塗布されていない試験体４１（図１５）を用いたものである。試験体４１に入力する荷重は、ストローク約10mmにて最大値（約43kN）を示し、その後、アウタ部品３の折れ曲がり過程において荷重の値は変動した。そして、図１７（ｂ）に示すように、試験体４１の上部に割れが見られた。また、ストロークが0〜80mmにおける吸収エネルギーは1.8kJであった。

図１８に示す発明例１は、樹脂７とアウタ部品３及び離脱防止部材２３と接着強度が本発明の範囲内（10.0MPa以上）の11.9MPaである試験体３１を用いたものである。
図１８（ａ）に示す荷重−ストローク曲線において、荷重は、ストローク約10mmで極大値となった後、ストローク約30mmで最大値（約78kN）を示し、アウタ部品３に高強度鋼板を用いた比較例４に比べて大幅に増加した。さらに、荷重は最大値を示した後に低下しているものの、比較例４と比べると高い値で推移した。そして、ストロークが0〜80mmにおける吸収エネルギーは大幅に向上して3.6kJとなった。
また、図１８（ｂ）に示すように、折れ曲がり過程においてアウタ部品３に割れは生じなかった。

このように、発明例１においては、アウタ部品３の内面に樹脂７を塗布するとともに、樹脂７の表面を覆うように離脱防止部材２３を配設し、樹脂７とアウタ部品３及び離脱防止部材２３との接着強度を10MPa以上としたことにより、折れ曲がり過程において樹脂７が剥離して離脱せずに割れの発生を防止し、さらに、折れ曲がりが発生するまでの荷重（座屈耐力）が向上したことにより、衝突エネルギーの吸収性が向上したことが分かる。

次に、試験体の構造、樹脂の種類及び接着強度を変更して実験を行ったときのストロークが0〜80mmにおける吸収エネルギーの結果と試験体重量を前掲した表２に示す。表２に示す試験体重量は、樹脂７又は樹脂２７が塗布されている試験体３１又は試験体３３においてはアウタ部品３、インナ部品５及び離脱防止部材２３と樹脂７又は樹脂２７の各重量の総和であり、樹脂が充填されていない試験体４１においてはアウタ部品３、インナ部品５及び離脱防止部材２３の各重量の総和である。

発明例１は、アウタ部品３に鋼板強度590MPa級の鋼板を用い、樹脂７の厚みが8mm、接着強度が本発明の範囲内（10.0MPa以上）の11.9MPaである試験体３１を用いたものである（図１８）。
発明例１においては、折れ曲がり過程において破断（割れ）は発生せず、吸収エネルギーは、3.6kJであり、比較例１における吸収エネルギー（＝1.6kJ）に比べて大幅に向上した。
また、発明例１における試験体重量は5.76kgであり、樹脂を充填していない同一形状・寸法の比較例１における試験体重量（＝4.77kg）よりも増加したものの、吸収エネルギーを試験体重量で除した単位重量当りの吸収エネルギーである重量効率は0.625kJ/kgであり、比較例１（＝0.335kJ/kg）よりも向上した。

発明例２は、アウタ部品３に鋼板強度590MPa級の鋼板を用い、樹脂７の厚みを1mmとした試験体３１を用いたものである。
発明例２においては、折れ曲がり過程において破断（割れ）は発生せず、吸収エネルギーは2.4kJであり、比較例２における吸収エネルギー（＝1.7kJ）に比べて大幅に向上した。
また、発明例２における試験体重量は5.04kgであり、発明例１における試験体重量5.76kgよりも軽量となった。これにより、発明例２における重量効率は0.476kJ/kgであり、比較例２（＝0.351kJ/kg）よりも向上した。

発明例３は、発明例２と同一形状の試験体３１において、アウタ部品３に鋼板強度1180MPa級の鋼板を用いたものである。
発明例３において、吸収エネルギーは3.1kJであり、比較例３よりも大幅に向上した。
また、発明例３における試験体重量は5.18kgであり、発明例１よりも軽量であった。これにより、発明例３における重量効率は0.598kJ/kgであり、比較例３（＝0.372kJ/kg）よりも向上した。
なお、発明例３と同様にアウタ部品３に1180MPa級の鋼板を用いた比較例３では80mm曲げ圧壊時にアウタ部品３に破断が発生したが、発明例３ではアウタ部品３に破断（割れ）は発生しなかった。これは、樹脂７をアウタ部品３に塗布して接着したことにより、折り曲げ部位の曲げＲが破断限界曲げ半径以下とならなかったためである。

発明例４は、アウタ部品３に鋼板強度590MPa級の鋼板を用い、樹脂７がアウタ部品３のパンチ肩Ｒ部３ｂとその両側の天板部３ａ側と縦壁部３ｃ側に10mm延出するように厚み3mmで塗布された試験体３３を用いたものである。
発明例４においては、折れ曲がり過程において破断（割れ）は発生せず、吸収エネルギーは2.3kJであり、比較例４における吸収エネルギー1.8kJに比べて大幅に向上した。
また、発明例４における試験体重量は5.04kgであり、発明例１よりも軽量であった。これにより、発明例４における重量効率は0.456kJ/kgであり、比較例４（＝0.373kJ/kg）よりも向上した。

発明例５は、発明例１と同一形状の試験体３１において、樹脂７の厚みを3mmとしたものでものである。
発明例５においては、折れ曲がり過程において破断（割れ）は発生せず、吸収エネルギーは2.4kJであり、比較例４よりも大幅に向上した。
また、発明例５における試験体重量は5.36kgであり、発明例１よりも軽量となった。これにより、発明例５における重量効率は0.448kJ/kgであり、比較例４（＝0.373kJ/kg）よりも向上した。

発明例６は、離脱防止部材が設けられていない試験体３５において、厚み1mmの樹脂７を貼付したものである。
発明例６においては、折れ曲がり過程において破断（割れ）は発生せず、吸収エネルギーは2.8kJであり、従来例２（＝1.2kJ）よりも大幅に向上した。
また、発明例６における試験体重量は4.33kgであり、発明例１よりも軽量となった。これにより、発明例６における重量効率は0.647kJ/kgであり、従来例２（＝0.285kJ/kg）よりも向上した。

発明例７は、試験体３１において、厚み0.1mmの樹脂７を貼付したものである。
発明例７においては、折れ曲がり過程において破断（割れ）は発生せず、吸収エネルギーは2.9kJであり、比較例５（＝1.7kJ）よりも大幅に向上した。
また、発明例７における試験体重量は4.86kgであり、発明例１よりも軽量となった。これにより、発明例７における重量効率は0.597kJ/kgであり、比較例５（＝0.351kJ/kg）よりも向上した。

なお、発明例１〜発明例７のいずれにおいても、折れ曲がり過程において割れ（破断）は発生しなかった。

比較例１〜比較例７は、樹脂が塗布されていない試験体４１（図１７）を用いたものであり、吸収エネルギーは1.6kJ〜1.8kJであった。また、重量効率は0.335kJ/kg〜0.377kJ/kgであり、発明例１〜発明例７のいずれよりも低い結果であった。

比較例６は、比較例１と同様に樹脂が塗布されていない試験体４１を用いたものであり、アウタ部品３の板厚を1.2mmから1.4mmに変更したものである。
比較例６においては、吸収エネルギーは1.8kJであり、比較例１よりも増加しているものの、発明例１〜発明例７のいずれよりも低かった。
また、比較例６における重量効率は0.342kJ/kgであり、発明例１〜発明例７のいずれよりも低い結果であった。

比較例７は、比較例１と同一形状の試験体４１において、アウタ部品３を980MPa級の鋼板としたものである。
比較例７においては、吸収エネルギーは1.8kJであり、比較例１よりも増加しているものの、発明例１〜発明例７のいずれよりも低かった。
また、比較例７における重量効率は0.377kJ/kgであり、発明例１〜発明例７のいずれよりも低い結果であった。

比較例８、比較例９及び比較例１０は、それぞれ発明例３、発明例４、発明例５及び発明例６と同一形状の試験体３１、試験体３３又は試験体３５を用いたものであるが、樹脂７又は樹脂２７の接着強度が本発明の範囲外（10.0MPa未満）のものである。
比較例８においては、折れ曲がり過程において割れ（破断）が発生し、吸収エネルギー及び重量効率とも低い結果であった。

従来例１は、特許文献１に記載の自動車用構造部材と同一構造の試験体５１を用いたものであり、吸収エネルギーは2.1kJであり、比較例１（＝1.6kJ）よりも増加した。しかし、試験体重量は5.88kgと発明例１〜発明例７及び比較例１〜比較例１０に比べて最も重かった。そのため、重量効率は0.357kJ/kgであり、発明例１〜発明例７には及ばなかった。

以上より、本発明に係る車体骨格部品によれば、側方から衝突荷重が入力して折れ曲がることで衝突エネルギーを吸収する際に、重量の増加を抑えつつ衝突エネルギーの吸収性能を効率良く向上できることが示された。

１車体骨格部品
３アウタ部品
３ａ天板部
３ｂパンチ肩Ｒ部
３ｃ縦壁部
３ｄフランジ部
５インナ部品
７樹脂
９筒状部材
１１車体骨格部品
１３樹脂
１５車体骨格部品
１７樹脂
２１車体骨格部品
２３離脱防止部材
２５車体骨格部品
２７樹脂
３１試験体（発明例）
３３試験体（発明例）
３５試験体（発明例）
４１試験体（比較例）
５１試験体（従来例）
５５樹脂
５７樹脂
５８レインフォース

Claims

車体の側部に設けられ、該車体の側方から衝突荷重が入力した際に折れ曲がることで衝突エネルギーを吸収する車体骨格部品であって、
天板部と、該天板部からパンチ肩Ｒ部を介して連続する一対の縦壁部とを有する断面ハット型部材又は断面コ字状部材と、
該断面ハット型部材又は断面コ字状部材の内面に塗布又は貼付された樹脂と、を有し、
該塗布又は貼付された樹脂は、前記パンチ肩Ｒ部を挟んで両側の前記天板部側及び前記縦壁部側の少なくとも所定の範囲に延出し、加熱された後に室温で10MPa以上の接着強度で前記内面に接着されていることを特徴とする車体骨格部品。
前記樹脂が前記内面から離脱するのを防止するために、前記天板部を跨ぐように配設されて前記樹脂の表面を覆うとともに、両端部が前記一対の縦壁部の内面に接合された離脱防止部材を有し、
前記樹脂は、室温で10MPa以上の接着強度で前記離脱防止部材とも接着されていることを特徴とする請求項１記載の車体骨格部品。