JP3139984B2 - 管状構造部材、車両用ボデーの管状構造部材、およびそのリインフォースメント - Google Patents

管状構造部材、車両用ボデーの管状構造部材、およびそのリインフォースメント

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は管状構造部材に係
り、特に、内部にリインフォースメントが配設される管
状構造部材の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】管形状の本体部を有して自動車に位置固
定に配設される車両用ボデーの管状構造部材には、イン
パクトビーム、サイドドアウェスト、センターピラー、
フロントピラーなど種々のものが存在するが、それぞれ
内部にリインフォースメントを配設することにより機械
的強度を向上させることができる。例えば、乗用自動車
等の車両のサイドドアの内部に配設されるインパクトビ
ームは、側面衝突時等において車両の側方から加えられ
る衝撃荷重に対して、そのサイドドアの凹み変形を抑制
するためのもので、一般に円管形状の本体部と、その本
体部の両端に一体的に設けられた一対の取付部とを有
し、本体部が車両の前後方向となる姿勢で取付部を介し
てサイドドアのフレーム等に一体的に固設されるように
なっている。そして、このようなインパクトビームの一
種に、上記本体部の中央部分の内側にリインフォースメ
ントを配設することにより、重量の増加を抑制しつつ、
中央部分の座屈を防止して曲げ強度を向上させる技術が
提案されている。特開平４−２３８７２７号公報や特開
平６−９１３２５号公報に記載されているインパクトビ
ームはその一例で、リインフォースメントとして円管形
状の部材や中実の円柱形状の部材が用いられている。な
お、この場合の座屈は、横方向すなわち軸心と直角な方
向からの荷重によりインパクトビームが偏平に潰れて折
れ曲がることで、曲げ強度は座屈や破断によって折れ曲
がるまでの最大荷重を意味する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の管状構造部材においては、リインフォースメ
ントの装着によりその両端で曲げ剛性が不連続に変化す
るため、リインフォースメントの端縁付近で応力集中が
生じて本体部に亀裂や破断が生じ易く、曲げ強度の向上
効果が十分に得られないという問題があった。
【０００４】すなわち、図９に示すようにペンデュラム
３０をインパクトビーム１０′（リインフォースメント
無し）の中心位置Ｓに押圧し、その応力分布をＦＥＭ
（有限要素法）によって解析すると、(1) 〜(4) に示す
ように荷重点（中心位置Ｓ）から離間するに従って応力
は次第に低くなり、これを荷重点における応力σmax を
基準にしてグラフにすると図１０のようになる。図１０
の横軸は、荷重点から軸方向（図９では左右方向）への
離間距離で、縦軸はペンデュラム３０が押しつけられた
側（図９では上側）の応力値であり、この図１０から明
らかなように、例えば荷重点から４０ｍｍ離れた位置の
応力σ40は未だ相当に大きく、荷重点位置にリインフォ
ースメントを配置しても、その長さが８０ｍｍ程度（荷
重点から両側へ４０ｍｍずつ）で且つその端部付近で応
力集中が生じると、インパクトビーム１０′は容易に破
断してしまうのである。リインフォースメントの長さ寸
法を十分に大きくすれば、端部付近に作用する応力が低
下するため破断を回避できるものと考えられるが、リイ
ンフォースメントの重量が重くなるとともに材料費が嵩
んでコストが高くなる。
【０００５】なお、特表平７−５０６０６７号公報に
は、幅寸法が曲げモーメントの変化に応じて軸方向の端
縁に向かうに従って減少している長板形状のリインフォ
ースメントを、本体部の外側に溶接等で固設するように
したインパクトビームが記載されているが、リインフォ
ースメントの端部で曲げ剛性が不連続に変化することを
防止するものではなく、端部でも比較的大きな板幅を有
するため、その端縁付近で応力集中により亀裂等が発生
する可能性がある。センターピラーやサイドシルなどで
は、管形状の内部に金属板を溶接して二重板構造とする
ことにより部分的に補強することが行われているが、そ
の場合も同様である。
【０００６】本発明は以上の事情を背景として為された
もので、その目的とするところは、管状構造部材の曲げ
強度（或いは吸収エネルギーや平均荷重）を効果的に向
上させることができる軽量で安価なリインフォースメン
トを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】 かかる目的を達成するた
めに、 第１発明は、管形状の本体部を有して自動車に位
置固定に配設される車両用ボデーの管状構造部材であっ
て、(a) 外周面が前記本体部の内周面と略同一形状を成
し、その本体部の内側の所定位置にその外周面がその内
周面に略密着する状態で配設される管形状のリインフォ
ースメントを有するとともに、(b) そのリインフォース
メントは、(b-1) 軸方向の中央部分に設けられた肉厚が
厚い厚肉部と、(b-2) 軸方向の両側の端縁に連続する所
定範囲において、その端縁で肉厚が略零となるようにそ
の端縁に近づくに従って内周寸法が拡大されることによ
り肉厚が連続的に薄くなる肉厚漸減部とを有するもので
ある一方、(c) 前記厚肉部には隔壁が設けられているこ
とを特徴とする。
【０００８】また、第２発明は、第１発明の車両用ボデ
ーの管状構造部材において、前記隔壁は、管形状の中心
部まで肉が埋まっている中実のものであることを特徴と
する。
【０００９】また、第３発明は、第１発明の車両用ボデ
ーの管状構造部材において、(a) 前記本体部は円管形状
を成しており、(b) 前記リインフォースメントは、外周
面が前記本体部の内周面に略密着する円管形状を成して
おり、(c) 前記隔壁は、円管形状の中心部まで肉が埋ま
っている中実のものであり、(d) 前記肉厚漸減部は、端
縁に向かうに従って内周面がテーパ状に拡大されること
により肉厚が直線的に薄くなっていることを特徴とす
る。
【００１０】第４発明は、管形状の本体部を有して自動
車に位置固定に配設される車両用ボデーの管状構造部材
であって、(a) 外周面が前記本体部の内周面と略同一形
状を成し、その本体部の内側の所定位置にその外周面が
その内周面に略密着する状態で配設される管形状のリイ
ンフォースメントを有するとともに、(b) そのリインフ
ォースメントは、(b-1) 軸方向の中央部分に設けられた
肉厚が厚い厚肉部と、(b-2) 軸方向の両側の端縁に連続
する所定範囲において、その端縁で肉厚が略零となるよ
うにその端縁に近づくに従って内周寸法が拡大されるこ
とにより肉厚が連続的に薄くなる肉厚漸減部とを有する
ものである一方、(c) 前記リインフォースメントの前記
厚肉部における肉厚は、車両衝突時等に前記本体部に加
えられる 荷重の応力分布に基づいて軸方向において非線
形に変化させられていることを特徴とする。
【００１１】また、第５発明は、第１〜第３発明の何れ
か１つの車両用ボデーの管状構造部材において、前記リ
インフォースメントの前記厚肉部における肉厚は、車両
衝突時等に前記本体部に加えられる荷重の応力分布に基
づいて軸方向において非線形に変化させられていること
を特徴とする。
【００１２】また、第６発明は、第３発明の車両用ボデ
ーの管状構造部材において、前記隔壁の両側の面は、円
管形状の中心線上に曲率中心が位置する所定の曲率の部
分球面形状を成していて、前記肉厚漸減部に滑らかに接
続されていることを特徴とする。
【００１３】また、第７発明は、第１〜第３発明の何れ
か１つの車両用ボデーの管状構造部材において、前記隔
壁と前記肉厚漸減部との間には、肉厚が一定の肉厚一定
部が設けられているとともに、その肉厚一定部とその隔
壁との内側角部は所定の曲率のＲ形状を成していること
を特徴とする。
【００１４】また、第８発明は、第１〜第７発明の何れ
か１つのリインフォースメントが前記本体部に一体に設
けられていることを特徴とする。
【００１５】また、第９発明は、第１発明〜第８発明の
何れか１つの車両用ボデーの管状構造部材において、前
記リインフォースメントは、前記本体部の軸方向の中間
部分に配設されるもので、その本体部の両端には、外周
面がその本体部の内周面と略同一形状の管形状を成し、
その外周面がその本体部の内周面に略密着する状態でそ
の本体部の内側に配設されるとともに、軸方向において
その本体部の中央側に位置する内端縁に連続する所定範
囲では、その内端縁で肉厚が略零となるようにその内端
縁に近づくに従って内周寸法が拡大されることにより肉
厚が連続的に薄くされているエンドリインフォースメン
トが設けられていることを特徴とする。
【００１６】また、第１０発明は、第１〜第９発明の何
れか１つの車両用ボデーの管状構造部材において、車両
用ボデーの管状構造部材はサイドドアの内部に車両の前
後方向に配設されるインパクトビームであることを特徴
とする。
【００１７】また、第１１発明は、第１〜第９発明の何
れか１つの車両用ボデーの管状構造部材において、車両
用ボデーの管状構造部材はセンターピラー、サイドドア
ウェスト、サイドシル、フロントピラー、フロントクロ
スメンバ、フロントサイドメンバ、バンパー補強ビーム
の何れかであることを特徴とする。
【００１８】また、第１２発明は、第１〜第７発明の何
れか１つのリインフォースメント。
【００１９】また、第１３発明は、第１〜第３発明の何
れか１つのリインフォースメントであって、(a) 前記厚
肉部を構成しているとともに、一端部に嵌合内周面を有
する第１嵌合部が設けられ、且つ他端部にその第１嵌合
部の嵌合内周面と嵌合可能な嵌合外周面を有する第２嵌
合部が設けられた第１ピースと、(b) 前記肉厚漸減部を
有するとともに、その肉厚漸減部と反対側の端部には、
前記第２嵌合部と同一形状の連結嵌合部が設けられてい
る第２ピースと、(c) 前記肉厚漸減部を有するととも
に、その肉厚漸減部と反対側の端部には、前記第１嵌合
部と同一形状の連結嵌合部が設けられている第３ピース
とを有することを特徴とする。
【００２０】また、第１４発明は、第６発明のリインフ
ォースメントであって、冷間鍛造加工を主体とする加工
方法で製造されていることを特徴とする。
【００２１】第１５発明は、管形状の本体部を有する管
状構造部材であって、(a) 外周面が前記本体部の内周面
と略同一形状を成し、その本体部の内側の所定位置にそ
の外周面がその内周面に略密着する状態で配設される管
形状のリインフォースメントを有するとともに、(b) そ
のリインフォースメントは、(b-1) 軸方向の中央部分に
設けられた肉厚が厚い厚肉部と、(b-2) 軸方向の両側の
端縁に連続する所定範 囲において、その端縁で肉厚が略
零となるようにその端縁に近づくに従って内周寸法が拡
大されることにより肉厚が連続的に薄くなる肉厚漸減部
とを有するものである一方、(c) 前記厚肉部には隔壁が
設けられていることを特徴とする。
【００２２】第１６発明は、第１５発明の管状構造部材
において、前記隔壁は、管形状の中心部まで肉が埋まっ
ている中実のものであることを特徴とする。
【００２３】第１７発明は、管形状の本体部を有する管
状構造部材であって、(a) 外周面が前記本体部の内周面
と略同一形状を成し、その本体部の内側の所定位置にそ
の外周面がその内周面に略密着する状態で配設される管
形状のリインフォースメントを有するとともに、(b) そ
のリインフォースメントは、(b-1) 軸方向の中央部分に
設けられた肉厚が厚い厚肉部と、(b-2) 軸方向の両側の
端縁に連続する所定範囲において、その端縁で肉厚が略
零となるようにその端縁に近づくに従って内周寸法が拡
大されることにより肉厚が連続的に薄くなる肉厚漸減部
とを有するものである一方、(c) 前記リインフォースメ
ントの前記厚肉部における肉厚は、前記本体部に加えら
れる荷重の応力分布に基づいて軸方向において非線形に
変化させられていることを特徴とする。
【００２４】
【発明の効果】第１発明では、軸方向の中央部分に厚肉
部を有するとともに、軸方向の両側の端縁に連続する所
定範囲において、その端縁で肉厚が略零となるようにそ
の端縁に近づくに従って肉厚が連続的に薄くなる肉厚漸
減部を有し、且つ厚肉部に隔壁が設けられたリインフォ
ースメントが用いられているため、その中央部分では十
分な耐座屈性能が得られるとともに端縁付近の応力集中
が防止され、管状構造部材の曲げ強度が効果的に向上す
る。これにより、リインフォースメントによる重量増加
やコスト増をできるだけ抑えつつ、実用上十分な曲げ強
度を得ることができるようになる。また、リインフォー
スメントの材質の選択の自由度が大きくなり、アルミニ
ウム合金などを採用することにより更に軽量化を図るこ
とができる。
【００２５】第２発明では、厚肉部に中実の隔壁が設け
られているため、優れた耐座屈性能が得られる。
【００２６】第３発明では、厚肉部に中実の隔壁が設け
られているため、優れた耐座屈性能が得られるととも
に、肉厚漸減部では肉厚が直線的に変化しているため、
設計や加工などが容易である。
【００２７】第４発明および第５発明は、軸方向の中央
部分に厚肉部を有するとともに、軸方向の両側の端縁に
連続する所定範囲において、その端縁で肉厚が略零とな
るようにその端縁に近づくに従って肉厚が連続的に薄く
なる肉厚漸減部を有するリインフォースメントが用いら
れているため、その中央部分では十分な耐座屈性能が得
られるとともに端縁付近の応力集中が防止され、管状構
造部材の曲げ強度が効果的に向上する。これにより、リ
インフォースメントによる重量増加やコスト増をできる
だけ抑えつつ、実用上十分な曲げ強度を得ることができ
るようになる。また、リインフォースメントの材質の選
択の自由度が大きくなり、アルミニウム合金などを採用
することにより更に軽量化を図ることができる。また、
リインフォースメントの厚肉部における肉厚が、車両衝
突時等に前記本体部に加えられる荷重の応力分布に基づ
いて軸方向において非線形に変化させられているため、
リインフォースメントによる重量増加やコスト増を抑え
つつ最も効果的に曲げ強度を向上させることができる。
【００２８】第６発明では、前記隔壁の両側の面が部分
球面形状を成していて、前記肉厚漸減部に滑らかに接続
されているため、車両衝突時等に前記本体部に加えられ
る荷重の応力分布（図９、図１０参照）に近似する特性
の曲げ剛性が得られるようになり、上記第４発明、第５
発明と同様にリインフォースメントによる重量増加やコ
スト増を抑えつつ最も効果的に曲げ強度を向上させるこ
とができる。この第６発明は第４発明、第５発明の一実
施態様と見做すことができる。また、隔壁の側面は、中
心線上に曲率中心が位置する部分球面形状であるため、
その設計や加工が容易である。更に、隔壁から肉厚漸減
部に滑らかに接続されているため、結局隔壁から端縁ま
で肉厚が漸減させられることになり、第１４発明のよう
に冷間鍛造加工を主体とする加工方法によって容易且つ
安価に製造することが可能である。
【００２９】第７発明では、隔壁と肉厚漸減部との間に
肉厚が一定の肉厚一定部が設けられているとともに、そ
の肉厚一定部とその隔壁との内側角部は所定の曲率のＲ
形状を成しているため、所定の曲げ剛性が得られるよう
に肉厚一定部の長さ寸法を適宜変更することにより、例
えば車種の相違などで本体部の長さ寸法が異なる種々の
車両用ボデーの管状構造部材に容易に対応できる。
【００３０】第８発明によれば、リインフォースメント
が前記本体部に一体に設けられていることから、リイン
フォースメントを固着するための樹脂材料等の接着剤が
不要となり、機械的強度も向上するため、重量が一層低
減させられる。更に、工程数が大幅に減少するため、製
造コストも低減させられる。
【００３１】第９発明では、本体部の両端にエンドリイ
ンフォースメントが配設されているため、その両端、す
なわち管状構造部材に加えられた荷重を取付部などを介
してフレーム部材等に伝える部分の耐座屈性能や曲げ強
度が向上し、軸方向の中間部分を強化するリインフォー
スメントと相まって、管状構造部材の耐衝撃性能、衝撃
吸収性能などが全体として更に向上させられる。また、
内端縁に連続する所定範囲では、内端縁で肉厚が略零と
なるように肉厚が連続的に薄くされているため、その内
端縁付近での応力集中が防止されて亀裂や破断等の発生
が抑制される。
【００３２】第１２発明のリインフォースメントによれ
ば、上記第１発明〜第７発明と同様の作用効果が得られ
る。
【００３３】第１３発明では、第１ピース〜第３ピース
の３種類の部材によってリインフォースメントが構成さ
れるようになっているため、第１ピースの連結数を適当
に定めることにより所望の領域で曲げ剛性を向上させる
ことが可能であり、例えば車種の相違などで本体部の長
さ寸法が異なる種々の車両用ボデーの管状構造部材に容
易に対応できる。
【００３４】第１４発明では、冷間鍛造加工を主体とす
る加工方法で製造されるため、切削加工による削り出し
などに比較して簡単且つ安価に製造できるとともに、機
械的強度が向上するため薄肉化などにより一層の軽量化
を図ることができる。また、隔壁から端縁まで肉厚が漸
減させられているため、鍛造が容易で鍛造型にかかる負
担が小さく、十分な型寿命が得られるとともに、少ない
鍛造回数で円柱形状等の粗材から製品まで成形できる。
【００３５】また、第１５発明、第１６発明、第１７発
明の管状構造部材によれば、それぞれ第１発明、第２発
明、第４発明と実質的に同じ作用効果が得られる。
【００３６】
【発明の実施の形態】ここで、上記管状構造部材の本体
部は、第３発明に記載のように円管形状であることが望
ましいが、断面多角形などであっても良い。第３発明の
円管形状は、断面が略真円であることが望ましいが、楕
円や長円等であっても良い。本体部としては、市販のパ
イプを用いることもできるが、例えば引張強さが１３０
ｋｇｆ／ｍｍ2 程度の高張力鋼板等の金属製の平板を円
管形状に丸めて端部を突き合わせ、その突合せ部をアー
ク溶接などで一体に接合したものを用いることも可能で
ある。なお、１ｋｇｆ／ｍｍ2 ≒９．８Ｎ／ｍｍ2 であ
る。
【００３７】上記管状構造部材のうち、サイドドアのイ
ンパクトビームは、通常は本体部の両端に一体的に設け
られた一対の取付部を介して、本体部が車両の前後方向
となる姿勢でサイドドアのフレーム等に一体的に固設さ
れる。取付部は、本体部と別体に構成して溶接などで一
体的に固設するようにしても良いが、例えば金属製平板
を丸めて本体部を構成する場合、その平板に取付部とす
べき部分を予め一体に設けておいて、曲げ加工などによ
り取付部を一体に形成することも可能である。なお、イ
ンパクトビームも含めて、管形状の本体部が他のフレー
ム部材等と一体に構成されるなどして、特別な取付部を
備えていない管状構造部材にも本発明は適用され得る。
【００３８】リインフォースメントとしては、Ｓ４５Ｃ
（ＪＩＳ規格）等の炭素鋼やＡ５０５６（ＪＩＳ規格）
等のアルミニウム合金など、金属材料が好適に用いられ
るが、ＦＲＰ等の複合材料など種々の材料を採用でき
る。このリインフォースメントは、圧入や接着剤、溶接
などでインパクトビームの所定位置、例えば軸方向の中
心位置に一体的に固設することが望ましい。第９発明の
エンドリインフォースメントについても同様である。
【００３９】リインフォースメントは、管状構造部材に
対する組付性などの点で中心線に対して対称（中心線ま
わりにおいて肉厚が均一）に構成することが望ましい
が、管状構造部材に横（軸心と直角な方向）から荷重を
加えた場合の応力分布は、例えば前記図９に示すように
中心線に対して非対称であるため、その応力分布に合わ
せて、荷重印加側と反対側の肉厚を薄くしたり軸方向長
さを短くしたりすることも可能である。軸方向について
は、基本的には厚肉部を中心として左右対称に構成され
るが、必要に応じて左右非対称とすることも可能であ
る。
【００４０】応力集中による亀裂や破断の発生を防止す
るために、リインフォースメントの端縁の肉厚は可及的
に零とすることが望ましいが、リインフォースメントが
配設された部位に図４に示す装置を用いて荷重を加えた
場合に、２４００ｋｇｆ程度以上、更には２７００ｋｇ
ｆ程度以上など、所定の要求最大荷重に達するまで本体
部に亀裂や破断が生じない程度の極薄い肉厚であれば良
い。また、吸収エネルギーが２００ｋｇｆ・ｍ程度以
上、更には２５０ｋｇｆ・ｍ程度以上など、所定の要求
吸収エネルギーに達するまで本体部に亀裂や破断が生じ
ないように設定したり、平均荷重が１２００ｋｇｆ程度
以上、更には１３５０ｋｇｆ程度以上など、所定の要求
平均荷重に達するまで本体部に亀裂や破断が生じないよ
うに設定したりしても良い。肉厚漸減部における肉厚の
変化率や肉厚漸減部の範囲等についても、上記の条件を
満足するように設定することが望ましく、厚肉部の肉厚
寸法や幅寸法については、同様な条件を満足するまで座
屈が生じないように設定することが望ましい。
【００４１】上記のような条件を満足するように、端縁
の肉厚寸法は、本体部の曲げ剛性（材質や板厚、径寸法
など）等によっても異なるが、例えばリインフォースメ
ントがＳ４５Ｃ（ＪＩＳ規格）等の構造用炭素鋼の場合
には、０．５ｍｍ程度以下、更には０．３ｍｍ程度以下
とすることが望ましく、Ａ５０５６（ＪＩＳ規格）等の
アルミニウム合金の場合には、０．８ｍｍ程度以下、更
には０．６ｍｍ程度以下とすることが望ましい。
【００４２】なお、上記要求最大荷重、要求吸収エネル
ギー、要求平均荷重の具体的な数値や、リインフォース
メントの端縁の具体的な肉厚寸法は、サイドドアのイン
パクトビームの場合の一例であり、それ等の値は車種や
管状構造部材の種類などに応じて適宜定められる。
【００４３】第３発明の肉厚漸減部は、端縁に近づくに
従って内周面がテーパ状に拡大されることにより肉厚が
直線的に薄くされているが、肉厚漸減部についても、管
状構造部材に横から荷重を加えた場合の応力分布に応じ
て肉厚を非線形に変化させるようにしても良い。
【００４４】第６発明では隔壁の両側の面が部分球面形
状を成しており、第４発明、第５発明の一実施態様と見
做すことができるが、第４発明、第５発明の実施に際し
ては、例えば前記図１０に示すような応力分布に合わせ
て更に厳密に隔壁近傍の肉厚を非線形で変化させること
もできる。なお、応力分布は管状構造部材の種類や材
質、肉厚、径寸法、長さ寸法などによってそれぞれ異な
るため、実際に使用する管状構造部材についてＦＥＭ解
析などにより個々に求めることになる。
【００４５】第８発明の実施に際しては、例えば本体部
が略円管形状を成している場合、(a) 管状構造部材を軸
心と平行に切り開いて展開した平板形状を成していると
ともに、前記リインフォースメントの肉厚に対応して一
方の面が盛上げられた盛上部を有する平板状素材を圧延
加工によって製造する圧延工程と、(b) 該平板状素材を
前記盛上部側を内側にして丸め加工できるように、該盛
上部に多数のノッチを形成するノッチ形成工程と、(c)
該ノッチが形成された前記平板状素材を丸めて前記リイ
ンフォースメントが一体に設けられた管状構造部材とす
る丸め工程とを有する製造方法によって好適に製造され
る。但し、鍛造加工や切削加工などを主体とする他の製
造方法で製造することも可能である。
【００４６】第９発明のエンドリインフォースメント
は、例えば有底管形状を成し、底部が本体部の端縁側に
位置するように配設されるとともに、底部から開口端縁
（内端縁）に向かって管状側壁部の肉厚が連続的に薄く
なるように構成される。底部の肉厚は要求強度等に応じ
て適宜定められるとともに、底部に貫通穴などを設けて
軽量化を図ることもできる。また、管形状の肉厚が内端
縁側と外端縁側とで異なるだけの底部を備えていないエ
ンドリインフォースメントを用いることも勿論可能であ
る。なお、本発明におけるリインフォースメントは、本
体部の両端に配設されるエンドリインフォースメントの
間の部分（中間部分）に配設されておれば良い。
【００４７】第１０発明および第１１発明は、本発明が
好適に適用される車両用ボデーの管状構造部材の幾つか
の具体例を示したもので、これ以外の管状構造部材にも
本発明は適用され得る。
【００４８】第１３発明では、リインフォースメントが
３種類のピースを含んで構成されるが、他の発明の実施
に際しては、単体で構成しても良いことは勿論、軸方向
或いは周方向において適宜分割して構成することも可能
である。また、第１３発明では第１ピースの数を適当に
設定することにより、広い領域で所定の曲げ剛性が得ら
れるようになるが、リインフォースメントが単体で構成
されている場合、複数のリインフォースメントを管状構
造部材内に連続して、或いは所定寸法ずつ離間させて配
設することにより、広い領域で所定の曲げ剛性が得られ
るようにすることもできる。更に、複数の部材に分割さ
れている場合、総て同じ材質で構成することもできる
が、例えば軸方向の両端部に位置して肉厚漸減部が設け
られる部材については、中央部の部材よりも曲げ剛性が
低い材質にするなど、部材によって材質を変えることも
可能である。
【００４９】第１４発明では冷間鍛造加工を主体とする
加工方法で製造されるが、他の発明の実施に際しては、
切削加工による削り出しや鋳造（アルミダイキャスト）
などの他の加工方法を主体として製造することも可能で
ある。第１４発明のリインフォースメントは、アルミニ
ウム合金などの比較的流動性に優れた金属材料にて構成
することが望ましい。
【００５０】以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ
詳細に説明する。図１は、本発明の一実施例である車両
用サイドドアのインパクトビーム１０を示す図で、(a)
は正面図、(b) は平面図、(c) は(b) におけるＩｃ−Ｉ
ｃ断面図であり、(c) は(a) 、(b) に比較して２倍の大
きさで図示されている。このインパクトビーム１０は、
円管形状の本体部１２と、その本体部１２の両端部に一
体的に固設された一対の取付部１４と、本体部１２の内
部の所定位置に配設されたリインフォースメント１６と
を備えており、本体部１２が車両の前後方向となり且つ
(a) における上側が車体の外側すなわち側面衝突時等に
荷重が加えられる側となる姿勢で、取付部１４を介して
図示しない車両用サイドドアのフレーム等に一体的に固
設されて使用される。また、全長寸法Ｌ１は略１１０４
ｍｍ、本体部１２の長さ寸法Ｌ２は略９５０ｍｍ、本体
部１２と取付部１４との重なり幅Ｗは略３０ｍｍで、そ
の重なり幅Ｗ≒３０ｍｍのうち略２５ｍｍの範囲がアー
ク溶接などの溶接手段によって一体的に固設されてい
る。
【００５１】本体部１２は、引張強さが１３０ｋｇｆ／
ｍｍ2 程度で板厚が１．６ｍｍの長方形の高張力鋼板、
具体的にはＳＰＦＣ１２７０Ｙ（ＪＩＳ規格）製の平板
を、略真円の円管形状に丸めて端部を突き合わせ、その
突合せ部をアーク溶接などで一体に接合したもので、外
径寸法は約３１．８ｍｍである。溶接長さは、軸方向の
中心位置Ｓから両側へ２００ｍｍずつで計４００ｍｍで
あり、その溶接部１２ａが(a) において下側、すなわち
車載状態において車体の内側になるように、取付部１４
に固設される。取付部１４は、引張強さが４５ｋｇｆ／
ｍｍ2 程度で板厚が１．２ｍｍの溶融亜鉛メッキ鋼板、
具体的にはＳＧＣ４４０（ＪＩＳ規格）で、本体部１２
の外径と略等しい曲率の半円弧形状の凹部１４ａをプレ
ス加工によって形成したものであり、その凹部１４ａに
本体部１２の端部が嵌め合わされ、両側部がアーク溶接
等で一体的に固設される。取付部１４には、プレス加工
用に一対のパイロット穴１４ｂが設けられているが、プ
レス加工後にアーク溶接などで埋められている。上記溶
接部１２ａの長さや溶接位置は適宜変更することが可能
で、本体部１２の全長に亘って溶接するようにしても良
い。
【００５２】図２は、前記リインフォースメント１６を
示す図で、(a) は軸心すなわち中心線Ｏを含む断面図、
(b) は(a) におけるIIｂ−IIｂ断面図、(c) は(a) にお
けるIIｃ−IIｃ断面図である。このリインフォースメン
ト１６は、前記本体部１２の内径寸法と略等しい外径寸
法の円管形状を成しており、外周面が本体部１２の内周
面に密着する状態で配設されるとともに、軸方向の中央
部分には、円管形状の中心部まで肉が埋まっている中実
の隔壁１８が設けられている。この隔壁１８が設けられ
た部分は厚肉部に相当し、その幅寸法は所定の曲げ剛性
が得られるように定められる。また、軸方向において隔
壁１８を中心として左右対称に構成されており、軸方向
の両側の端縁に連続する所定範囲Ｅには、その端縁で肉
厚が略零になるように端縁に向かうに従って内周面がテ
ーパ状に拡大されることにより肉厚が直線的に薄くなる
肉厚漸減部２０が設けられているとともに、その肉厚漸
減部２０と隔壁１８との間には、肉厚が一定の肉厚一定
部２２が設けられている。肉厚漸減部２０における肉厚
の変化率や所定寸法Ｅ、端縁の肉厚寸法は、リインフォ
ースメント１６の端縁付近で応力集中が生じて本体部１
２に亀裂や破断が発生しないように、曲げ剛性が滑らか
に変化してリインフォースメント１６の端縁で略零とな
るように定められる。肉厚一定部２２と隔壁１８との内
側角部も、曲げ剛性の急な変化で応力集中等が生じない
ように、所定の曲率のＲ形状を成している。本実施例の
リインフォースメント１６は、請求項１、２、３、７、
１０、１２、１５、１６に記載のリインフォースメント
の一実施例に相当する。
【００５３】上記リインフォースメント１６は、中心線
Ｏに対して対称（中心線Ｏまわりにおいて肉厚が均一）
に構成されており、中心線Ｏまわりの位相を考慮するこ
となく本体部１２内に配設される。また、リインフォー
スメント１６の各部の肉厚やＲ形状の寸法などは材質に
応じて適宜定められ、本実施例では構造用炭素鋼、具体
的にはＳ４５Ｃ（ＪＩＳ規格）にて構成されているとと
もに、図３に示す寸法（単位：ｍｍ）とされており、重
量Ｗは約１２２ｇｆである。このようなリインフォース
メント１６は、冷間鍛造加工や切削加工などにより製造
することが可能で、本実施例では切削加工によって製造
されており、前記本体部１２に取付部１４を溶接固定す
る前に、その本体部１２の一方の端部から圧入されて一
体的に固定されている。リインフォースメント１６は、
本体部１２の反対側の端部から挿入された位置決め治具
等により、その軸方向の中心位置すなわち隔壁１８部分
が、本体部１２の中心位置Ｓと略一致する位置で位置決
め固定される。本実施例では締り嵌めによる圧入のみで
固定されているが、必要に応じて樹脂材料等の接着剤や
溶接などで強固に固定することも可能である。
【００５４】このように本実施例のインパクトビーム１
０は、軸方向の中央部分に隔壁１８を有するとともに、
軸方向の両側の端縁に連続する所定範囲Ｅには、その端
縁で肉厚が略零になるように端縁に向かうに従って肉厚
が直線的に薄くなる肉厚漸減部２０が設けられているリ
インフォースメント１６が、軸方向の中心位置Ｓ部分に
一体的に配設されているため、本体部１２の中心位置Ｓ
付近では高い耐座屈性能が得られるとともに端縁付近の
応力集中が防止され、インパクトビーム１０の曲げ強度
が効果的に向上する。これにより、リインフォースメン
ト１６による重量増加やコスト増をできるだけ抑えつ
つ、実用上十分な曲げ強度を得ることができるようにな
る。
【００５５】また、本実施例のリインフォースメント１
６は、隔壁１８によって厚肉部が構成されているため、
優れた耐座屈性能が得られるとともに、肉厚漸減部２０
では肉厚が直線的に変化しているため、設計や加工など
が容易である。更に、隔壁１８と肉厚漸減部２０との間
には肉厚が一定の肉厚一定部２２が設けられているとと
もに、その肉厚一定部２２と隔壁１８との内側角部は所
定の曲率のＲ形状を成しているため、所定の曲げ剛性が
得られるように肉厚一定部２２の長さ寸法を適宜変更す
ることにより、例えば車種の相違などで本体部１６の長
さ寸法が異なる種々のインパクトビームに容易に対応で
きる。
【００５６】次に、本発明の効果を更に具体的に明らか
にするために、上記実施例のインパクトビーム１０につ
いて、図４に示す試験装置を用いて曲げ試験を行った結
果を説明する。試験に際しては、先ず一対の取付部１４
をそれぞれ支持金具２４の上面にアーク溶接などで一体
的に固設し、その支持金具２４を曲げ試験機の定盤２６
にボルト２９によって固定する。支持金具２４はコの字
形状を成すもので内向きに配置されているとともに、内
側に補強板２８がアーク溶接によって一体的に固設され
ることにより、今回の試験条件では殆ど変形しない剛体
とされている。また、インパクトビーム１０は車両搭載
状態で車体の内側となる溶接部１２ａが下側となる略水
平な姿勢で取り付けられる。
【００５７】その状態で、曲率半径が１５２ｍｍで厚さ
が４０ｍｍの蒲鉾形状を成すペンデュラム３０を本体部
１２の真上から略垂直に下降させ、軸方向の中心位置Ｓ
に押圧する。そして、その時の中心位置Ｓの変位量すな
わちペンデュラム３０の下方への変位量と、そのペンデ
ュラム３０を下方へ移動させる負荷荷重との関係を測定
する。
【００５８】結果は図５に示す通りで、変位量が２０
２．３ｍｍの図４に示す試験装置のストロークエンドに
達しても破断や座屈を生じることはなく、最大荷重は３
３６７ｋｇｆに達している。また、図２４のNo.1の欄に
示すように、ストロークエンドまでの吸収エネルギーは
３１８．７ｋｇｆ・ｍで、平均荷重は１５７６．９ｋｇ
ｆであった。吸収エネルギーは、所定の変位量（この場
合はストロークエンド）までの荷重の積分値で、平均荷
重は、吸収エネルギーを変位量で割算した値である。な
お、図２４には、変位が１５２ｍｍ（６インチ）の時の
吸収エネルギーおよび平均荷重についても併せて示して
ある。図５の点線は変位が１５２ｍｍの位置である。
【００５９】次に、本発明の他の実施例を説明する。
尚、前述の実施例と同一の構成を有する部分には同一の
符号を付して説明を省略する。
【００６０】図６は、車両用サイドドアのインパクトビ
ーム３２を一部を切り欠いて示す図である。このインパ
クトビーム３２は、図１のインパクトビーム１０と略同
一の構造を有しているが、本体部１２の両端部の内部に
それぞれエンドリインフォースメント３４を備えてお
り、請求項９に記載の発明の一実施例に相当する。
【００６１】図７は、前記エンドリインフォースメント
３４を拡大して示す図で、(a) は軸心すなわち中心線Ｏ
を含む断面図、(b) は(a) におけるVIIb−VIIb断面図、
(c)は(a) におけるVIIc−VIIc断面図である。このエン
ドリインフォースメント３４は、前記本体部１２の内径
寸法と略等しい外径寸法の円管形状を成しており、外周
面が本体部１２の内周面に略密着する状態で配設される
とともに、軸方向の一方の端縁、すなわち本体部１２の
端縁側に位置する外端縁には円管形状の中心部まで肉が
埋められた底部３６が設けられている。その底部３６の
厚み寸法は所定の曲げ剛性が得られるように定められ
る。また、底部３６からその円管形状の軸方向の他方の
端縁、すなわち本体部１２の中央側に位置する内端縁ま
での円管状側壁部分は、その内端縁で肉厚が略零になる
ように内端縁に向かうに従って内周面がテーパ状に拡大
されることにより肉厚が直線的に薄くなる肉厚漸減部３
８とされている。肉厚漸減部３８における肉厚の変化率
や、内端縁の肉厚寸法は、エンドリインフォースメント
３４の内端縁付近で応力集中が生じて本体部１２に亀裂
や破断が発生しないように、曲げ剛性が滑らかに変化し
てエンドリインフォースメント３４の内端縁で略零とな
るように定められる。エンドリインフォースメント３４
は、底部３６が本体部１２の端縁と略一致する位置に配
設され、接着剤などで本体部１２に一体的に固設されて
いるとともに、その長さ寸法は、上記内端縁が前記取付
部１４との固設部分よりも本体部１２の中央側へ所定寸
法だけ突き出すように定められている。材質は、リイン
フォースメント１６と同様に構造用炭素鋼などである。
【００６２】このように、本実施例のインパクトビーム
３２によれば、上記実施例と同様の効果が得られると共
に、一方の端縁に底部３６を有し、その底部３６から他
方の端縁に連続する範囲に他方の端縁で肉厚が略零にな
るように他方の端縁に向かうに従って肉厚が直線的に薄
くなる肉厚漸減部３８が設けられている有底円管形状の
エンドリインフォースメント３４が本体部１２の両端部
の内部に備えられていることから、その両端部、すなわ
ち本体部１２に加えられた荷重を取付部１４からフレー
ム部材等に伝える部分の耐座屈性能や曲げ強度が向上
し、軸方向の中間部分を強化する前記リインフォースメ
ント１６と相まって、インパクトビーム３２の耐衝撃性
能、衝撃吸収性能などが全体として更に向上させられ
る。また、他方の端縁（内端縁）で肉厚が略零となるよ
うに円管状側壁部分の肉厚が連続的に薄くされているた
め、その内端縁付近での応力集中が防止されて亀裂や破
断等の発生が抑制される。
【００６３】図８のリインフォースメント４０は、請求
項１、２、３、４、５、６、１０、１２、１５、１６、
１７に記載のリインフォースメントの一実施例に相当す
るもので、厚肉部を構成している隔壁４２付近の肉厚
が、インパクトビームに荷重を加えた場合の応力分布に
対応して非線形に変化している。具体的には、隔壁４２
の両側の面が、円管形状の中心線Ｏ上に曲率中心が位置
する所定の曲率の部分球面形状を成していて、肉厚が直
線的に変化している肉厚漸減部４４に滑らかに接続され
ている。このリインフォースメント４０も、中心線Ｏま
わりにおいて対称に構成されているとともに、軸方向に
おいて隔壁４２を中心として左右対称に構成されてい
る。
【００６４】図９は、前記本体部１２および取付部１４
から成り且つリインフォースメントを備えていないイン
パクトビーム１０′について、図４と同様にしてペンデ
ュラム３０により本体部１２の中心位置Ｓに荷重を加え
た場合の応力分布をＦＥＭ解析したもので、(1) 〜(4)
に示すように荷重点から離間するに従って応力は次第に
低くなり、これを荷重点（中心位置Ｓ）における応力σ
max を基準にしてグラフにしたものが図１０である。図
１０の横軸は、荷重点（中心位置Ｓ）から軸方向（図９
では左右方向）への離間距離で、縦軸はペンデュラム３
０が押しつけられた側（図９では上側）の応力値であ
り、この図１０から明らかなように荷重点から離間する
に従って応力は非線形に変化している。上記隔壁４２の
側面は部分球面形状を成しており、必ずしも応力分布に
完全に対応するものではないが、リインフォースメント
４０が配設されたインパクトビームの曲げ剛性が、図１
０の応力分布にできるだけ近似するように曲率半径が定
められている。
【００６５】かかるリインフォースメント４０はアルミ
ニウム合金、具体的にはＡ５０５６（ＪＩＳ規格）にて
構成されているとともに、各部の寸法（単位：ｍｍ）は
図８に示す通りであり、重量Ｗは約６３ｇｆである。ま
た、このリインフォースメント４０は、前記リインフォ
ースメント１６と同様に、切削加工によって製造される
とともに前記本体部１２の中心位置Ｓに圧入固定され
る。
【００６６】このようなリインフォースメント４０によ
れば、前記実施例と同様に、本体部１２の中心位置Ｓ付
近では高い耐座屈性能が得られるとともに端縁付近の応
力集中が防止され、インパクトビームの曲げ強度が効果
的に向上する。これにより、リインフォースメント４０
による重量増加やコスト増をできるだけ抑えつつ、実用
上十分な曲げ強度を得ることができるようになる。特
に、本実施例ではアルミニウム合金が用いられているた
め重量が大幅に軽減され、炭素鋼にて構成されている前
記リインフォースメント１６に比較して１／２程度であ
る。また、隔壁４２によって厚肉部が構成されているた
め、優れた耐座屈性能が得られるとともに、肉厚漸減部
４４では肉厚が直線的に変化しているため、設計や加工
などが容易であることも、前記実施例と同様である。
【００６７】一方、隔壁４２の両側の面が部分球面形状
を成していて、肉厚漸減部４４に滑らかに接続されてい
るため、図１０に示す応力分布に近似する特性の曲げ剛
性が得られるようになり、重量増加やコスト増を抑えつ
つ最も効果的に曲げ強度を向上させることができる。ま
た、隔壁４２の側面は、中心線Ｏ上に曲率中心が位置す
る部分球面形状であるため、その設計や加工が容易であ
る。
【００６８】因みに、前記リインフォースメント１６の
代わりに本実施例のリインフォースメント４０を前記本
体部１２に圧入固定したインパクトビームを用いて、図
４と同様にして曲げ試験を行ったところ、図１１に示す
結果が得られた。この場合には、取付部１４のパイロッ
ト穴１４ｂを埋設することなく試験したため、変位量が
１８５．４ｍｍ、荷重が２９４４ｋｇｆのところでパイ
ロット穴１４ｂの部分で破断した。また、図２４のNo.2
の欄に示すように、最大荷重までの吸収エネルギーは２
６５．３ｋｇｆ・ｍで、平均荷重は１４３１．０ｋｇｆ
であった。なお、図２４の最大荷重は曲げ強度に相当す
る。
【００６９】なお、上例では切削加工によってリインフ
ォースメント４０が製造されていたが、図１２に示すよ
うに冷間鍛造加工を主体とする加工方法でリインフォー
スメント４０を製造することも可能である。図１２にお
いて４６は鍛造ダイスで、リインフォースメント４０の
外径と略等しい内径寸法の成形穴４８が形成されている
とともに、その成形穴４８の底部には、前記隔壁４２の
側面および肉厚漸減部４４の内周面形状に対応する成形
面５０が設けられたノックアウト５２が上下方向の移動
可能に配設されている一方、成形穴４８の上方には成形
面５０と同じ成形面５４が設けられたパンチ５６が下向
きに配設され、(b) に示す所定の下降端位置まで成形穴
４８内に挿入されるようになっている。
【００７０】そして、(a) に示すようにパンチ５６が上
方へ離間させられるとともに、ノックアウト５２が下降
端に位置決めされた状態で、外径寸法および容積（質
量）がリインフォースメント４０と略等しい円柱形状を
成すＡ５０５６（ＪＩＳ規格）製の粗材５８を成形穴４
８内に挿入する。粗材５８には、必要に応じてボンデ処
理などが施される。その状態で、パンチ５６を下降端ま
で下降させることにより、(b) に示すようにリインフォ
ースメント４０が鍛造加工され、ノックアウト５２が上
方へ移動させられることによりリインフォースメント４
０が成形穴４８から上方へ押し出される。なお、１回の
鍛造加工で粗材５８からリインフォースメント４０を製
造することもできるが、必要に応じて複数段の工程を経
て目的とするリインフォースメント４０が鍛造加工され
るようにしても良い。また、鍛造加工後のリインフォー
スメント４０に、切削加工等による仕上げ加工を施すこ
とも可能である。尚、本実施例の加工方法は請求項１４
の加工方法に対応している。
【００７１】このように冷間鍛造加工を主体とする加工
方法で製造すれば、切削加工による削り出しなどに比較
し簡単且つ安価に製造できるとともに、機械的強度が向
上するため薄肉化などにより一層の軽量化を図ることが
できる。また、隔壁４２から端縁まで肉厚が漸減させら
れているため、鍛造が容易で鍛造ダイス４６やパンチ５
６等にかかる負担が小さく、十分な型寿命が得られると
ともに、少ない鍛造回数で円柱形状の粗材５８からリイ
ンフォースメント４０を成形することが可能である。特
に、本実施例では流動性に優れたアルミニウム合金が用
いられているため、冷間鍛造加工が一層容易に行われる
利点がある。
【００７２】図１３は、車両用サイドドアのインパクト
ビーム１６０の中心線Ｏを含む断面形状を示している。
このインパクトビーム１６０は、円管形状内周面の長手
方向中央部にリインフォースメント部１６２が一体に設
けられているもので、請求項８に記載の発明の一実施例
に相当する。リインフォースメント部１６２の中央部に
は、断面が半円形状の突起部１６４が内向きフランジ状
に設けられ、突起部１６４からリインフォースメント部
１６２の軸方向の端縁に連続する範囲には、その端縁で
肉厚の増加分が略零となるように端縁に向かうに従って
内周面がテーパ状に拡大されることにより肉厚が直線的
に薄くなる肉厚漸減部１６６が設けられている。本実施
例において、リインフォースメント部１６２の幅寸法は
約１５０ｍｍ、インパクトビーム１６０の外径寸法は約
３１．８ｍｍ、インパクトビーム１６０の外径寸法と内
径寸法との差すなわちリインフォースメント部１６２以
外の部分の肉厚寸法は約１．６ｍｍ、インパクトビーム
１６０の外周面から突起部１６４の先端に至る高さは約
７．０ｍｍ、突起部１６４の曲率半径は約４ｍｍ、リイ
ンフォースメント部１６２の端部の肉厚寸法は約２．０
ｍｍに設定されている。なお、このインパクトビーム１
６０は、前記インパクトビーム１０と同様に高張力鋼板
などで構成される。
【００７３】このようなインパクトビーム１６０の製造
方法の一例を、図１４の工程図に基づいて説明すると、
先ず工程１では、図１５に示されるような所定形状の圧
延ローラ１７０で熱間圧延加工を施すことにより、イン
パクトビーム１６０を軸心と平行に切り開いて展開した
平板形状を成しているとともに、リインフォースメント
部１６２の肉厚変化に対応して一方の面が盛上げられた
盛上部１８０を有する平板状素材１８２を製造する。圧
延ローラ１７０には、中央部に断面が半円形の環状溝１
７２が設けられているとともに、環状溝１７２に連続し
て外周面がテーパ状に拡大された一対のテーパ状部１７
４が設けられている。この工程１は圧延工程に相当す
る。
【００７４】続く工程２では、図１６に示されるよう
に、平板状素材１８２の盛上部１８０に所定間隔で複数
本のノッチ１６８を形成する。このノッチ加工は、例え
ば外周面にノッチ１６８に対応する複数本の刃或いは突
出部が軸心と平行に設けられた図示しないローラを前記
圧延ローラ１７０の下流側に平行に配設し、圧延ローラ
１７０と同期して回転させることにより、熱間圧延加工
に続いて連続して行うことができる。なお、平板状素材
１８２を所定寸法で分断した後に、回転切削工具などで
ノッチ１６８を切削加工するようにしても良い。この工
程２はノッチ形成工程に相当する。
【００７５】続く工程３では、熱間圧延及びノッチ加工
が施された帯状の平板状素材１８２が、長手方向に所定
間隔、たとえば長さ９９．８ｍｍ毎に図示しないカッタ
等を用いて分断される。図１７(a) は、このようにして
分断された平板状素材１８２の正面図で、(b) はその下
側から見た底面図、(c) は(a) のXVIIc −XVIIc 断面図
である。図１７(c) に示されるように、複数本のノッチ
１６８は断面Ｖ字形の溝で、インパクトビーム１６０を
製造するために丸め加工が施された時に対向面が相互に
略密着する角度で設けられている。
【００７６】続く工程４では、短冊状に分断された平板
状素材１８２をプレスによりＵ字形状に曲げ加工した
後、同じくプレスにより円管形状に丸め加工することに
より、ノッチ１６８の対向面が相互に密着させられ且つ
平板状素材１８２の両側部が突き合わされるように丸め
られる。この工程４は丸め工程に相当する。続く工程５
では、丸められた平板状素材１８２の突合せ部の所定範
囲をアーク溶接などで一体に接合する。これにより、円
管形状内周面の長手方向中央部にリインフォースメント
部１６２が一体に設けられたインパクトビーム１６０が
製造される。なお、溶接後には、必要に応じて焼入れ、
焼きなましなどの熱処理が施される。
【００７７】このようなリインフォースメント部１６２
が一体に設けられたインパクトビーム１６０によれば、
リインフォースメント部１６２を固着するための樹脂材
料等の接着剤が不要となり、機械的強度も向上するた
め、重量が一層低減させられる。また、工程数が大幅に
減少するため、製造コストも低減させられる。
【００７８】図１８のリインフォースメント６０は、請
求項１、２、３、７、１０、１２、１５、１６に記載の
リインフォースメントの一実施例に相当するもので、前
記第１実施例のリインフォースメント１６と同様に厚肉
部を構成している隔壁６２、肉厚一定部６４、および肉
厚漸減部６６を備えている。かかるリインフォースメン
ト６０はアルミニウム合金、具体的にはＡ５０５６（Ｊ
ＩＳ規格）にて構成されているとともに、各部の寸法
（単位：ｍｍ）は図１８に示す通りであり、重量Ｗは約
４０ｇｆである。また、このリインフォースメント６０
は、前記リインフォースメント１６と同様に、切削加工
によって製造されるとともに前記本体部１２の中心位置
Ｓに圧入固定される。このリインフォースメント６０
も、中心線Ｏまわりにおいて対称に構成されているとと
もに、軸方向において隔壁６２を中心として左右対称に
構成されている。
【００７９】このようなリインフォースメント６０にお
いても、第１実施例のリインフォースメント１６と同様
な作用効果が得られる。加えて、本実施例ではアルミニ
ウム合金にて構成され、且つ必要な曲げ強度が得られる
範囲で各部の肉厚をできるだけ薄くしたことにより、重
量Ｗが約４０ｇｆと大幅に軽減されている。
【００８０】因みに、前記リインフォースメント１６の
代わりに本実施例のリインフォースメント６０を前記本
体部１２に圧入固定したインパクトビームを用いて、図
４の試験装置により曲げ試験を行ったところ、図１９に
示す結果が得られた。ここでは、支持金具２４を外向き
に固設してボルト２９により定盤２６に固定して曲げ試
験を行ったが、その支持金具２４と補強板２８との溶接
部の破壊により、最大変位量は１９６．７ｍｍ、最大荷
重は２８３３ｋｇｆであった。また、図２４のNo.3の欄
に示すように、最大荷重までの吸収エネルギーは２７
６．５ｋｇｆ・ｍで、平均荷重は１４０５．７ｋｇｆで
あった。なお、この場合の本体部１２の溶接部１２ａの
溶接長さは５００ｍｍである。
【００８１】図２０および図２１は、比較のために用意
したリインフォースメントで、図２０のリインフォース
メント７０は中実の円柱形状を成しており、図２１のリ
インフォースメント７２は円管形状を成している。材質
は何れもＳ４５Ｃ（ＪＩＳ規格）で、各部の寸法（単
位：ｍｍ）は、重量Ｗが前記リインフォースメント１６
と略等しくなるように図２０、図２１に示すように設定
されている。
【００８２】これ等のリインフォースメント７０，７２
についても、それぞれ前記リインフォースメント１６の
代わりに前記本体部１２に圧入固定したインパクトビー
ムを用いて、図４と同様にして曲げ試験を行ったとこ
ろ、図２２、図２３に示す結果が得られた。何れの場合
も、リインフォースメント７０，７２の端縁付近におけ
る応力集中による本体部１２の破断が原因で、リインフ
ォースメント７０の場合の最大変位量は１４３．０ｍ
ｍ、最大荷重は１９５８ｋｇｆであり、リインフォース
メント７２の場合の最大変位量は１２１．９ｍｍ、最大
荷重は１８７６ｋｇｆであった。また、図２４のNo.4
（リインフォースメント７０）、No.5（リインフォース
メント７２）の欄に示すように、最大荷重までの吸収エ
ネルギーはそれぞれ１３１．９ｋｇｆ・ｍ、１１２．３
ｋｇｆ・ｍで、平均荷重は９２２．３ｋｇｆ、９２１．
２ｋｇｆであった。
【００８３】これ等の結果と、同じ材質である前記リイ
ンフォースメント１６（No.1）の場合とを比較すると、
最大荷重は約１．７〜１．８倍になり、吸収エネルギー
は約２．４〜２．８倍になっている。リインフォースメ
ント４０（No.2）および６０（No.3）についても、最大
荷重、吸収エネルギー共に大幅に向上している。
【００８４】図２５のリインフォースメント８０は、請
求項１、２、３、６、１０、１２、１３、１５、１６に
記載のリインフォースメントの一実施例に相当するもの
で、同軸上に互いに嵌合されて連結されている３つの第
１ピース８２、第２ピース８４、第３ピース８６と、そ
の嵌合部に配設された２個の補助ピース８８とから構成
されている。第１ピース８２は、図２６に示されている
ように外径寸法が本体部１２の内径寸法と略等しい円管
形状を成しており、軸方向の中央部分に隔壁９０が設け
られているとともに、一端部に嵌合内周面を有する第１
嵌合部９２が設けられ、且つ他端部にその第１嵌合部９
２の嵌合内周面と嵌合可能な外径寸法の嵌合外周面を有
する第２嵌合部９４が設けられている。隔壁９０の両側
の面は中心線Ｏ上に曲率中心が位置する所定の曲率の部
分球面形状を成しているとともに、その隔壁９０から第
１嵌合部９２、第２嵌合部９４までの内周面は緩やかに
拡径するテーパ面とされている。上記嵌合部９２，９４
の長さ寸法は１０ｍｍ程度で肉厚は２ｍｍ程度であり、
嵌合部９２，９４を含む全長は１２０ｍｍ程度で、隔壁
９０の側面の曲率半径は８ｍｍ程度である。図２６の
(a) は中心線Ｏを含む断面図で、(b) は第１嵌合部９２
側から見た端面図で、(c) は第２嵌合部９４側から見た
端面図である。なお、隔壁９０から第１嵌合部９２、第
２嵌合部９４までの内周面は、径寸法が一定の円管面で
あっても良い。
【００８５】第２ピース８４は、図２７に示されている
ように外径寸法が本体部１２の内径寸法と略等しい円管
形状を成しており、軸方向の中央部分に隔壁９６が設け
られているとともに、一方の端縁に向かうに従って内周
面がテーパ状に拡大されることにより肉厚が直線的に薄
くなり且つその端縁で略零となる肉厚漸減部９８を備え
ている。隔壁９６の両側の面は中心線Ｏ上に曲率中心が
位置する所定の曲率の部分球面形状を成しており、一方
の側面は上記肉厚漸減部９８に滑らかに接続されてい
る。隔壁９６を挟んで肉厚漸減部９８と反対側は、前記
第１ピース８２の第１嵌合部９２側と同一形状を成して
いて、第１嵌合部９２と同一形状の連結嵌合部１００が
設けられており、その第１ピース８２の第２嵌合部９４
の外周面に密着する状態で嵌合可能とされている。
【００８６】第３ピース８６は、図２８に示されている
ように外径寸法が本体部１２の内径寸法と略等しい円管
形状を成しており、軸方向の中央部分に隔壁１０２が設
けられているとともに、一方の端縁に向かうに従って内
周面がテーパ状に拡大されることにより肉厚が直線的に
薄くなり且つその端縁で略零となる肉厚漸減部１０４を
備えている。隔壁１０２の両側の面は中心線Ｏ上に曲率
中心が位置する所定の曲率の部分球面形状を成してお
り、一方の側面は上記肉厚漸減部１０４に滑らかに接続
されている。隔壁１０２を挟んで肉厚漸減部１０４と反
対側は、前記第１ピース８２の第２嵌合部９４側と同一
形状を成していて、第２嵌合部９４と同一形状の連結嵌
合部１０６が設けられており、その第１ピース８２の第
１嵌合部９２の内周面に密着する状態で嵌合可能とされ
ている。
【００８７】また、補助ピース８８は図２９に示すよう
に中実の円板形状を成しており、第２嵌合部９４または
連結嵌合部１０６の内周面に密着する状態で嵌合される
ようになっている。図２９の(a) は補助ピース８８の側
面図で、(b) は中心線Ｏを含む断面図である。
【００８８】上記第１ピース８２、第２ピース８４、第
３ピース８６、および補助ピース８８は、何れもアルミ
ニウム合金、具体的にはＡ５０５６（ＪＩＳ規格）にて
構成されており、冷間鍛造加工や切削加工などによって
製造される。また、このリインフォースメント８０を本
体部１２に取り付ける際には、例えば第３ピース８６を
肉厚漸減部１０４側から本体部１２内に圧入した後、そ
の第３ピース８６の連結嵌合部１０６の内側に補助ピー
ス８８を嵌合するとともに、連結嵌合部１０６の外側に
第１ピース８２の第１嵌合部９２を嵌合して、その第１
ピース８２を第３ピース８６と共に本体部１２内に圧入
する。その後、第１ピース８２の第２嵌合部９４の内側
に補助ピース８８を嵌合するとともに、第２嵌合部９４
の外側に第２ピース８４の連結嵌合部１００を嵌合し
て、その第２ピース８４を第１ピース８２、第３ピース
８６と共に本体部１２内の所定位置まで圧入すれば良
い。なお、サイドドアの幅寸法が大きく、本体部１２の
長さ寸法が大きいインパクトビームに対しては、第１ピ
ース８２を複数連結して挿入することが望ましい。
【００８９】このような本実施例のリインフォースメン
ト８０は、図２５に示す連結状態において、第２ピース
８４の隔壁９６から第３ピース８６の隔壁１０２までの
間の部分が厚肉部として機能し、インパクトビームへの
取付状態において広い範囲で高い耐座屈性能が得られる
とともに、肉厚漸減部９８，１０４の作用によりリイン
フォースメント８０の端縁付近の応力集中が防止される
ため、インパクトビームの曲げ強度が効果的に向上す
る。また、第１ピース８２の連結数を適当に定めること
により所望の領域で曲げ剛性を向上させることが可能
で、例えば車種の相違などで本体部１２の長さ寸法が異
なる種々のインパクトビームに容易に対応できる。
【００９０】図３０のリインフォースメント１１０は、
基本的には前記リインフォースメント４０と同一形状
で、厚肉部としての隔壁１１２および肉厚漸減部１１４
を備えているが、中心線Ｏに対して非対称で、前記図９
の応力分布に対応して図の下側部分、すなわちリインフ
ォースメントへの取付状態において車体の内側となる部
分の長さ寸法が短くされている。これにより、外側（図
３０における上側）からの荷重に対する曲げ剛性を損な
うことなく、一層の軽量化を図ることができる。
【００９１】図３１のリインフォースメント１２０は、
基本的には前記リインフォースメント４０と同一形状
で、厚肉部としての隔壁１２２および肉厚漸減部１２４
を備えているが、隔壁１２２付近の曲げ剛性が必要以上
であるため、その隔壁１２２の中心部に貫通穴１２６を
形成した場合である。
【００９２】図３２のリインフォースメント１３０は、
前記リインフォースメント１６と同様に平坦な隔壁１３
２を厚肉部として備えているが、その隔壁１３２から直
接肉厚漸減部１３４が設けられている場合であり、隔壁
１３２と肉厚漸減部１３４との内側角部は所定の曲率の
Ｒ形状を成している。
【００９３】図３３のリインフォースメント１４０は、
厚肉部としての隔壁１４２、肉厚一定部１４４、および
肉厚漸減部１４６を有するもので、隔壁１４２の両側の
面は中心線Ｏ上に曲率中心が位置する所定の曲率の部分
球面形状を成していて、肉厚一定部１４４に滑らかに接
続されている。
【００９４】図３４のリインフォースメント１５０は、
厚肉部としての隔壁１５２および肉厚漸減部１５４を有
するもので、隔壁１５２から両側の端縁に至るまで、前
記図１０の応力分布に対応させて内周面を拡大させるこ
とにより肉厚を非線形に変化させた場合である。具体的
には、このリインフォースメント１５０が配設されたイ
ンパクトビームの曲げ剛性の特性が、図１０の応力分布
にできるだけ対応するように肉厚が変化させられてい
る。
【００９５】以上は、車両用サイドドアのインパクトビ
ームに関するものであったが、次に、インパクトビーム
以外の種々の車両用ボデーの管状構造部材、具体的に
は、センターピラー、サイドドアウェスト、サイドシ
ル、フロントピラー、フロントクロスメンバ、フロント
サイドメンバ、バンパー補強ビーム等に配設される種々
のリインフォースメントについて、図面を参照しつつ詳
細に説明する。
【００９６】図３５は、車両１９０の側面方向から見た
骨格構造を示す概略図である。図において、センターピ
ラー１９２は車両１９０の側面中央部に上下方向に立設
されており、サイドドアウェスト１９４は車両用サイド
ドアの窓ガラスの下部に略水平に配設されており、サイ
ドシル１９６はセンターピラー１９２の下端と垂直に交
わって水平方向に配設されており、フロントピラー１９
８は車両１９０のフロントウインドゥの側端部に配設さ
れている。
【００９７】図３６(a) は、車両１９０の右側のセンタ
ーピラー１９２を上下方向に切断した断面形状を示して
おり、(b) はそのＡ−Ａ断面を示している。センターピ
ラー１９２は、フロントサイドドア２１０とリヤサイド
ドア２１２との間に上下方向に立設された横断面が略台
形の管状構造を成すもので、前記サイドシル１９６など
と一体に構成されている横断面が略コの字形状のメイン
パネル１９２ａと、車両の内側に向かって開口している
メインパネル１９２ａの開口部を覆蓋するように溶接な
どで一体的に固設されるベルトアンカ取付用の補強パネ
ル１９２ｂとから構成されており、それ等のパネル１９
２ａ、１９２ｂで囲まれた四角形状の空間内にリインフ
ォースメント２０８が一体的に配設されている。リイン
フォースメント２０８は、地面２０２から高さＨ1 、Ｈ
2 の位置にそれぞれ管形状の中心部付近まで肉が埋まっ
ている一対の厚肉部２０４が設けられると共に、それら
一対の厚肉部２０４から上下の端縁で肉厚が略零となる
ように端縁に向かうに従って内周面が拡大されることに
より肉厚が滑らかに薄くなる一対の肉厚漸減部２０６
と、一対の厚肉部２０４の間において中央部で肉厚が極
小となるように中央部に向かうに従って同じく肉厚が滑
らかに薄くなる縦断面が円弧状の肉厚漸減部２０７とを
備えている。上記高さＨ1 は小型車両のバンパーの高さ
と略同じで、高さＨ2 は大型車両のバンパーの高さと略
同じである。また、リインフォースメント２０８の外周
面の形状は断面台形状のセンターピラー１９２の内周面
の形状と略同じで、外周面がセンターピラー１９２の内
周面に密着する状態で配設されている。リインフォース
メント２０８は、比重が小さく且つ引張強度の高い金属
材料〔例えばＡ５０５６（ＪＩＳ規格）等〕で構成され
ており、例えば前記図１４の製造方法と同様にして製造
されるとともに、メインパネル１９２ａのコの字形状内
に配設した状態で補強パネル１９２ｂを溶接固定するよ
うにすれば良い。尚、本実施例のリインフォースメント
２０８は、請求項１、１１、１２、１５に記載のリイン
フォースメントの一実施例に相当する。
【００９８】このようにすれば、小型車両のバンパー高
さに相当する地面２０２から高さＨ1 の位置に設けられ
る厚肉部２０４で小型車両の側面衝突時の衝撃を吸収
し、大型車両のバンパー高さに相当する地面２０２から
高さＨ2 の位置に設けられる厚肉部２０４で大型車両の
側面衝突時の衝撃を吸収するため、それぞれ高い耐座屈
性能が得られると共に、それらの上下に一対の肉厚漸減
部２０６が設けられていることから、リインフォースメ
ント２０８の端縁付近の応力集中も防止され、リインフ
ォースメント２０８による重量増加やコスト増をできる
だけ抑えつつ、センターピラー１９２の荷重点近傍にお
ける圧壊及び破断が抑制される。その結果、例えばセン
ターピラー１９２の耐荷重テストで、最大荷重値が通常
構造と比べて約２倍に増加する上、吸収エネルギー量も
通常構造と比べて２〜３倍に増加する。
【００９９】図３７(a) は、サイドドアウェスト１９４
を長手方向と垂直に切断した断面形状を示す斜視図で、
(b) は(a) のBb−Bb断面を示しており、(c) は(a) のBc
−Bc断面を示している。図において、サイドドアウェス
ト１９４は、平板状のメインパネル１９４ａに板厚がそ
れよりも若干厚くて断面形状が底辺部分を除いた台形状
に曲げ加工が施された補強パネル１９４ｂを幅方向両端
部で固着した管状構造をしており、補強パネル１９４ｂ
側が車両１９０の外側となる姿勢で配設されるととも
に、長手方向の中央部分には内部にリインフォースメン
ト２２０が一体的に配設されている。リインフォースメ
ント２２０は、その外周面の形状がサイドドアウェスト
１９４の内周面の形状と略等しい断面が台形の管状構造
で、サイドドアウェスト１９４の一方の開口から圧入さ
れることにより、外周面がサイドドアウェスト１９４の
内周面に密着する状態で配設されている。また、リイン
フォースメント２２０の長手方向の中央部には内向きフ
ランジ状の厚肉部２１６が設けられていると共に、両側
の端縁で肉厚が略零となるように厚肉部２１６から端縁
に向かうに従って内周面が拡大されることにより肉厚が
直線的に薄くなる肉厚漸減部２１８が設けられている。
厚肉部２１６の突出寸法は、図(b) に示されるように、
車両１９０の外側部分（図(a) の上側部分）が内側部分
（図(a) の下側部分）よりも大きくされている。また、
そのリインフォースメント２２０は、比重が小さく且つ
引張強度の高い金属材料〔例えばＡ５０５６（ＪＩＳ規
格）等〕で構成されており、その長さ寸法は車両諸元に
応じて適切な長さに設定される。なお、厚肉部２１６
は、管形状の中心部まで肉が埋められた完全な隔壁構造
となっていても良い。本実施例のリインフォースメント
２２０は、請求項１、１１、１２、１５に記載のリイン
フォースメントの一実施例に相当する。
【０１００】このようにすれば、厚肉部２１６により高
い耐座屈性能が得られると共に、肉厚漸減部２１８によ
り端縁付近の応力集中も防止されることから、リインフ
ォースメント２２０による重量増加やコスト増をできる
だけ抑えつつサイドドアウェスト１９４の中央部近傍に
荷重を加えた場合の圧壊や破断に対する限界強度が抜本
的に強化される。その結果、例えばサイドドアウェスト
１９４の耐荷重テストで、最大荷重値が通常構造と比べ
て約２倍に増加する上、吸収エネルギー量も通常構造と
比べて２〜３倍に増加する。
【０１０１】図３８(a) は、サイドシル１９６の中心線
Ｏを含む断面形状を示しており、(b) は(a) の C−C 断
面を示している。サイドシル１９６は、前記センターピ
ラー１９２などと一体に構成されている半円管形状に曲
げ加工されたメインパネル１９６ａ（前記メインパネル
１９２ａと同じ部材）と、同じく半円管形状に曲げ加工
された補強パネル１９６ｂとを溶接などで一体的に接合
したもので、略円管形の管状構造を成しており、車外側
には更にロッカーパネル２３０がスポット溶接などで一
体的に固設されている。そして、そのサイドシル１９６
のうち、センターピラー１９２との交差部分であって図
示しないフロアクロスメンバが一体的に溶接固定される
部分には、内部にリインフォースメント２２８が一体的
に配設されている。リインフォースメント２２８は、そ
の外周面の形状がサイドシル１９６の内周面の形状と略
等しい断面が略円形の管状構造で、外周面がサイドシル
１９６の内周面に密着する状態で配設されており、長手
方向の中央部には内向きフランジ状の厚肉部２２４が設
けられていると共に、両側の端縁で肉厚が略零となるよ
うに厚肉部２２４から端縁に向かうに従って内周面が拡
大されることにより肉厚が直線的に薄くなる肉厚漸減部
２２６が設けられている。また、リインフォースメント
２２８は、比重が小さく且つ剛性率の高い軽金属で構成
されている。なお、厚肉部２２４は、円管形状の中心部
まで肉が埋められた完全な隔壁構造となっていても良い
し、リインフォースメント２２８の配設位置は適宜変更
され得る。本実施例のリインフォースメント２２８は、
請求項１、１１、１２、１５に記載のリインフォースメ
ントの一実施例に相当する。
【０１０２】このようにすれば、厚肉部２２４により高
い耐座屈性能が得られると共に、肉厚漸減部２２６によ
り端縁付近の応力集中も防止されることから、リインフ
ォースメント２２８による重量増加やコスト増をできる
だけ抑えつつサイドシル１９６が側面衝突時の衝撃エネ
ルギーを好適に吸収し、荷重点近傍において圧壊や大き
な変形が抑制される。また、このような衝撃吸収効果に
より、二重板構造にして部分的に補強していた従来のサ
イドシル構造の重量と比較して２０〜３０％の軽量化が
可能となる。
【０１０３】図３９(a) は、右側のフロントピラー１９
８を含む車両１９０の骨格構造の一部を示しており、
(b) は(a) のDb−Db断面を示しており、(c) は(b) のDc
−Dc断面を示している。フロントピラー１９８は、車外
側に位置する断面コの字形状の第１パネル１９８ａと、
室内側に位置する平板状の第２パネル１９８ｂとを溶接
などで一体的に接合したもので、断面四角形の管状構造
を成しており、下部よりの略くの字形状に下方へ折れ曲
げられた折れ曲がり部分には、左右のフロントピラー１
９８を相互に結合するようにインストルメントパネル補
強ビーム２４０が車両１９０の幅方向に略水平に配設さ
れているとともに、そのインストルメントパネル補強ビ
ーム２４０との結合部分の内部には所定形状のリインフ
ォースメント２３８が配設されている。そのリインフォ
ースメント２３８は、その外周面の形状がフロントピラ
ー１９８の折れ曲がり部分の内周面の形状と略等しい断
面が略四角形の管状構造で、外周面がフロントピラー１
９８の内周面に密着する状態で配設されており、中央部
には管形状の中心部まで肉が埋まっている隔壁状の厚肉
部２３４が設けられているとともに、両側の端縁で肉厚
が略零となるように厚肉部２３４から端縁に向かうに従
って内周面が拡大されることにより肉厚が直線的に薄く
なる肉厚漸減部２３６が設けられている。また、リイン
フォースメント２３８は、比重が小さく且つ剛性率の高
い軽合金〔例えばＡ５０５６（ＪＩＳ規格）等〕で構成
されている。尚、本実施例のリインフォースメント２３
８は、請求項１、２、１１、１２、１５、１６に記載の
リインフォースメントの一実施例に相当する。
【０１０４】上記フロントピラー１９８の折れ曲がり部
分には、側面衝突時にインストルメントパネル補強ビー
ム２４０を介して衝撃荷重が加えられるが、本実施例で
は、その折れ曲がり部分にリインフォースメント２３８
が配設されているため、側面衝突時のフロントピラー１
９８の圧壊が抑制される。特に、本実施例のリインフォ
ースメント２３８によれば、厚肉部２３４により高い耐
座屈性能が得られると共に、肉厚漸減部２３６により端
縁付近の応力集中も防止されることから、リインフォー
スメント２３８による重量増加やコスト増をできるだけ
抑えつつフロントピラー１９８が側面衝突時の衝撃エネ
ルギーを好適に吸収し、荷重点近傍において圧壊や大き
な変形が抑制される。また、このような衝撃吸収効果に
より、二重板構造や厚板構造などの従来構造の重量と比
較して２０〜３０％の軽量化が可能となる。
【０１０５】図４０(a) は、車両１９０の前部の骨格構
造を示しており、(b) は(a) のEb−Eb断面を示してお
り、(c) は(b) のEc−Ec断面を示しており、(d) は(b)
のEd−Ed断面を示している。図において、一対のフロン
トサイドメンバ２４４は車両１９０の前後方向に互いに
略平行に配設されており、車両１９０の左右方向に配設
されたフロントアッパーサイドフレーム２４６よりも前
方において、車両１９０の左右方向に配設された管形状
のフロントクロスメンバ２４８により互いに結合され、
正面の中心線から右側または左側にずれたオフセット正
面衝突時の衝撃が、そのフロントクロスメンバ２４８を
介して左右のフロントサイドメンバ２４４に分散される
ようになっている。また、フロントサイドメンバ２４４
の中央部は、同じく車両１９０の左右方向に配設された
板状のサスペンションメンバ２５０により互いに結合さ
れている。
【０１０６】上記フロントクロスメンバ２４８の内部に
は、中央部にセンターリインフォースメント２５２が配
設され、両端部に一対のエンドリインフォースメント２
５４がそれぞれ配設されている。センターリインフォー
スメント２５２は、その外周面の形状がフロントクロス
メンバ２４８の内周面の形状と略等しい断面が略四角形
の管状構造で、外周面がフロントクロスメンバ２４８の
内周面に密着する状態で配設されており、中央部には管
形状の中心部まで肉が埋まっている隔壁状の厚肉部２５
６が設けられているとともに、両側の端縁で肉厚が略零
となるように厚肉部２５６から端縁に向かうに従って内
周面が拡大されることにより肉厚が直線的に薄くなる肉
厚漸減部２５８が設けられている。センターリインフォ
ースメント２５２は、比重が小さく且つ剛性率の高い軽
金属〔例えばＡ５０５６（ＪＩＳ規格）等〕で構成され
ている。
【０１０７】一対のエンドリインフォースメント２５４
は、その外周面の形状がフロントクロスメンバ２４８の
内周面の形状と略等しい断面が略四角形の管状構造で、
外周面がフロントクロスメンバ２４８の内周面に密着す
る状態で配設されており、軸方向の一方の端縁、すなわ
ちフロントクロスメンバ２４８の端縁側に位置する外端
縁には中心部まで肉が埋められた底部２６０が設けられ
ているとともに、他方の端縁（内端縁）で肉厚が略零と
なるように底部２６０から内端縁に向かうに従って内周
面が拡大されることにより肉厚が直線的に薄くなる肉厚
漸減部２６２が設けられている。エンドリインフォース
メント２５４も、比重が小さく且つ剛性率の高い軽金属
〔例えばＡ５０５６（ＪＩＳ規格）等〕で構成されてお
り、フロントクロスメンバ２４８は、このエンドリイン
フォースメント２５４が配設された部分でボルトなどに
よりフロントサイドメンバ２４４に固設されている。
尚、本実施例は、請求項１、２、９、１１、１２、１
５、１６に記載の発明の一実施例に相当する。
【０１０８】このようにすれば、センターリインフォー
スメント２５２は、厚肉部２５６により高い耐座屈性能
が得られると共に、肉厚漸減部２５８により端縁付近の
応力集中も防止されることから、センターリインフォー
スメント２５２による重量増加やコスト増をできるだけ
抑えつつ衝突時の衝撃エネルギーを好適に吸収し、フロ
ントクロスメンバ２４８の中央部における圧壊や破断が
抑制される。また、エンドリインフォースメント２５４
も、同じく高い耐座屈性能や端縁付近の応力集中が防止
されることから、エンドリインフォースメント２５４に
よる重量増加やコスト増をできるだけ抑えつつフロント
クロスメンバ２４８の両端部の圧壊又は変形による衝撃
エネルギー吸収量の低下が防止される。このようなリイ
ンフォースメント２５２、２５４の装着による衝撃吸収
効果により、二重板構造や厚板構造などの従来構造と比
較して２０〜３０％の軽量化が可能となる。
【０１０９】図４１(a) は、上記フロントサイドメンバ
２４４の一部を軸心と平行に切り欠いた構造を示してお
り、(b) は(a) の部分拡大図であり、(c) は(b) のFc−
Fc断面を示しており、(d) は(b) のFd−Fd断面を示して
いる。図において、断面矩形状のフロントサイドメンバ
２４４の上面には、車両１９０の左右方向に配設された
板状のサスペンションメンバ２５０がボルト２７０によ
り一体的に締結されている。また、一対のフロントサイ
ドメンバ２４４の前端部には、フロントクロスメンバ２
４８の両側から前方へ突き出すように一対のバンパース
テー２６８がボルト等により一体的に固設され、それら
のバンパーステー２６８の前方にバンパー２６６が配設
されている。
【０１１０】上記フロントサイドメンバ２４４の内部に
は、サスペンションメンバ２５０の締結部分にリインフ
ォースメント２７２が配設されており、前端部にエンド
リインフォースメント２７４が配設されている。リイン
フォースメント２７２は、その外周面の形状がフロント
サイドメンバ２４４の内周面の形状と略等しい断面が略
四角形の管状構造で、外周面がフロントサイドメンバ２
４４の内周面に密着する状態で配設されており、サスペ
ンションメンバ２５０の締結箇所の直前位置に管形状の
中心部まで肉が埋まっている隔壁状の厚肉部２７６が設
けられているとともに、両側の端縁で肉厚が略零となる
ように厚肉部２７６から端縁に向かうに従って内周面が
拡大されることにより肉厚が直線的に薄くなる肉厚漸減
部２７８が設けられている。リインフォースメント２７
２は、厚肉部２７６を中心として非対称で、車両前側の
肉厚漸減部２７８は後側の肉厚漸減部２７８よりも短
い。また、リインフォースメント２７２は、比重が小さ
く且つ剛性率の高い軽合金〔例えばＡ５０５６（ＪＩＳ
規格）等〕によって構成されている。
【０１１１】エンドリインフォースメント２７４は、そ
の外周面の形状がフロントサイドメンバ２４４の内周面
の形状と略等しい断面が略四角形の管状構造で、外周面
がフロントサイドメンバ２４４の内周面に密着する状態
で配設されており、軸方向の一方の端縁、すなわちフロ
ントサイドメンバ２４４の前端縁側に位置する外端縁に
は中心部まで肉が埋められた底部２８０が設けられてい
るとともに、他方の端縁（内端縁）で肉厚が略零となる
ように底部２８０から内端縁に向かうに従って内周面が
拡大されることにより肉厚が直線的に薄くなる肉厚漸減
部２８２が設けられている。エンドリインフォースメン
ト２７４も、比重が小さく且つ剛性率の高い軽合金〔例
えばＡ５０５６（ＪＩＳ規格）等〕によって構成されて
いる。尚、本実施例は、請求項１、２、９、１１、１
２、１５、１６に記載の発明の一実施例に相当する。
【０１１２】ここで、上記フロントサイドメンバ２４４
は、斜め方向の衝突時やオフセット正面衝突時などにサ
スペンションメンバ２５０の締結部位の直前位置で応力
集中が生じて折れ曲がり変形が生じ易いが、本実施例で
は、そのサスペンションメンバ２５０の締結部位にリイ
ンフォースメント２７２が配設されているため、そのフ
ロントサイドメンバ２４４の折れ曲がりが抑制される。
特に、本実施例のリインフォースメント２７２によれ
ば、厚肉部２７６により高い耐座屈性能が得られると共
に、肉厚漸減部２７８により端縁付近の応力集中も防止
されることから、リインフォースメント２７２による重
量増加やコスト増を抑えつつサスペンションメンバ２５
０の締結箇所の直前位置における屈曲変形が好適に防止
される。また、エンドリインフォースメント２７４も、
同じく高い耐座屈性能や端縁付近の応力集中が防止され
ることから、エンドリインフォースメント２７４による
重量増加やコスト増を抑えつつフロントサイドメンバ２
４４の前部の圧壊又は屈曲が防止され、上記リインフォ
ースメント２７２と相まってフロントサイドメンバ２４
４による衝突エネルギー吸収量が安定的に確保される。
更に、これらのリインフォースメント２７２、２７４の
装着により、二重板構造や厚板構造などの従来構造と比
較して２０〜３０％の軽量化が可能となる。
【０１１３】図４２(a) は、バンパー２６６を長手方向
に垂直に切断した断面形状を示しており、(b) は(a) の
バンパー補強ビーム２８６の中心線Ｏを含む断面形状を
示している。図において、バンパー２６６は、車両１９
０の左右方向に配設される管形状のバンパー補強ビーム
２８６と、その前方部に装着されるウレタンフォーム等
の衝撃緩衝材２８８とを備えており、衝撃緩衝材２８８
はバンパーカバー２９０によって覆われている。バンパ
ー補強ビーム２８６は、それぞれ断面が略コの字形状を
成す一対のパネル２８６ａ、２８６ｂを突き合わせて、
ボルトによりバンパーカバー２９０に一体的に固設され
たもので、断面が略四角形の管状構造を成しており、そ
の内部にはリインフォースメント２９２が配設されてい
る。また、バンパー２６６の後方部には、その両端部に
一対のバンパーステー２６８がボルトにより締結されて
いる。
【０１１４】上記リインフォースメント２９２は、その
外周面の形状がバンパー補強ビーム２８６の内周面の形
状と略等しい断面が略四角形の管状構造で、外周面がバ
ンパー補強ビーム２８６の内周面に密着する状態で配設
されており、その中央部には管形状の中心部まで肉が埋
まっている隔壁状の厚肉部２９４が設けられているとと
もに、両側の端縁で肉厚が略零となるように厚肉部２９
４から端縁に向かうに従って内周面が拡大されることに
より肉厚が直線的に薄くなる肉厚漸減部２９６が設けら
れている。リインフォースメント２９２は、比重が小さ
く且つ剛性率の高い軽合金〔例えばＡ５０５６（ＪＩＳ
規格）等〕によって構成されているとともに、本実施例
では、バンパー補強ビーム２８６の中央部と、バンパー
ステー２６８が固設される２箇所の合計３箇所に配設さ
れており、中央部のリインフォースメント２９２は他の
ものと比べて若干長めに設けられている。尚、本実施例
のリインフォースメント２９２は、請求項１、２、１
１、１２、１５、１６に記載のリインフォースメントの
一実施例に相当する。
【０１１５】このようにすれば、リインフォースメント
２９２は、厚肉部２９４により高い耐座屈性能が得られ
ると共に、肉厚漸減部２９６により端縁付近の応力集中
も防止されることから、リインフォースメント２９２に
よる重量増加やコスト増を抑えつつ衝突時の衝撃エネル
ギーを好適に吸収し、バンパー補強ビーム２８６の大変
形や圧壊が防止される。このようなリインフォースメン
ト２９２の装着による衝撃吸収効果により、二重板構造
や厚板構造などの従来構造と比較して３０％以上の軽量
化が可能となる。
【０１１６】以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳
細に説明したが、これ等はあくまでも一実施形態であ
り、例えば図３５以降の各実施例についても、図１〜図
３４において車両用サイドドアのインパクトビームにつ
いて詳しく説明したように、種々の実施形態で実施する
ことができるし、各部の寸法や材質などは適宜変更され
得るなど、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変
更，改良を加えた態様で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である車両用サイドドアのイ
ンパクトビームを示す図で、(a) は正面図、(b) は平面
図、(c) は(b) におけるＩｃ−Ｉｃ断面図である。
【図２】図１の実施例においてリインフォースメントが
配設された中心付近を示す断面図で、(a) は中心線Ｏを
含む断面図、(b) は(a) におけるIIｂ−IIｂ断面図、
(c) は(a) におけるIIｃ−IIｃ断面図である。
【図３】図２のリインフォースメントの各部の寸法を示
す図である。
【図４】図１のインパクトビームに曲げ試験を行う際の
試験方法を説明する図である。
【図５】図１のインパクトビームの曲げ試験結果を示す
図である。
【図６】本発明の他の実施例である車両用サイドドアの
インパクトビームを一部を切り欠いて示す図である。
【図７】図６のエンドリインフォースメントを示す図で
あって、(a) はその拡大図、(b) は(a) のVIIb−VIIb断
面図、(c) は(a) のVIIc−VIIc断面図である。
【図８】本発明の他の実施例におけるリインフォースメ
ントの中心線Ｏを含む断面図である。
【図９】リインフォースメントを備えていないインパク
トビームに荷重を加えた時の応力分布をＦＥＭ解析した
結果を説明する図である。
【図１０】図９の解析結果を荷重点における応力σmax
を基準にしてグラフにした図である。
【図１１】図８のリインフォースメントが配設されたイ
ンパクトビームの曲げ試験結果を示す図である。
【図１２】図８のリインフォースメントを冷間鍛造加工
によって製造する場合の加工方法を説明する図である。
【図１３】本発明の他の実施例であるリインフォースメ
ント部が一体成形された構造の車両用サイドドアのイン
パクトビームの軸心Ｏを含む断面図である。
【図１４】図１３のインパクトビームの製造工程を説明
する図である。
【図１５】図１４の工程１（熱間圧延工程）を説明する
図である。
【図１６】図１４の工程３（分断工程）を説明する図で
ある。
【図１７】図１３のインパクトビームの平板状素材を示
す図であって、(a) は正面図、(b) は(a) の下側から見
た底面図、(c) は(a) のXVIIｃ−XVIIｃ断面図である。
【図１８】本発明の更に別の実施例におけるリインフォ
ースメントの中心線Ｏを含む断面図である。
【図１９】図１８のリインフォースメントが配設された
インパクトビームの曲げ試験結果を示す図である。
【図２０】比較例として重量が図３のリインフォースメ
ントと略等しい円柱形状のリインフォースメントを示す
斜視図である。
【図２１】比較例として重量が図３のリインフォースメ
ントと略等しい円管形状のリインフォースメントを示す
斜視図である。
【図２２】図２０のリインフォースメントが配設された
インパクトビームの曲げ試験結果を示す図である。
【図２３】図２１のリインフォースメントが配設された
インパクトビームの曲げ試験結果を示す図である。
【図２４】図３、図８、図１８、図２０、図２１のリイ
ンフォースメントが配設されたインパクトビームの曲げ
試験結果をまとめて示す図である。
【図２５】本発明の更に別の実施例におけるリインフォ
ースメントの中心線Ｏを含む断面図である。
【図２６】図２５のリインフォースメントの第１ピース
を示す図で、(a) は中心線Ｏを含む断面図、(b) は第１
嵌合部９２側から見た側面図、(c) は第２嵌合部９４側
から見た側面図である。
【図２７】図２５のリインフォースメントの第２ピース
の中心線Ｏを含む断面図である。
【図２８】図２５のリインフォースメントの第３ピース
の中心線Ｏを含む断面図である。
【図２９】図２５のリインフォースメントの補助ピース
を示す図で、(a) は側面図、(b)は中心線Ｏを含む断面
図である。
【図３０】本発明の更に別の実施例におけるリインフォ
ースメントの中心線Ｏを含む断面図である。
【図３１】本発明の更に別の実施例におけるリインフォ
ースメントの中心線Ｏを含む断面図である。
【図３２】本発明の更に別の実施例におけるリインフォ
ースメントの中心線Ｏを含む断面図である。
【図３３】本発明の更に別の実施例におけるリインフォ
ースメントの中心線Ｏを含む断面図である。
【図３４】本発明の更に別の実施例におけるリインフォ
ースメントの中心線Ｏを含む断面図である。
【図３５】車両の側面方向から見た骨格構造を示す図で
ある。
【図３６】センターピラーを示す図で、(a) は軸心と平
行な方向に切断した断面図、(b)は(a) の A−A 断面図
である。
【図３７】サイドドアウェストを示す図で、(a) は軸心
と垂直な切断面が示された斜視図、(b) は(a) のBb−Bb
断面図、(c) は(a) のBc−Bc断面図である。
【図３８】サイドシルを示す図で、(a) は中心線Ｏを含
む断面図、(b) は軸心と垂直な切断面が示された斜視図
である。
【図３９】フロントピラーを示す図で、(a) はフロント
ピラーを含む車両の骨格構造を示す図、(b) は(a) のDb
−Db断面図、(c) は(b) のDc−Dc断面図である。
【図４０】フロントクロスメンバを示す図で、(a) はフ
ロントクロスメンバを含む車両の底部骨格構造を示す
図、(b) は(a) のEb−Eb断面図、(c) は(b) のEc−Ec断
面図、(d) は(b) のEd−Ed断面図である。
【図４１】フロントサイドメンバを示す図で、(a) はフ
ロントサイドメンバを含む車両の骨格構造を示す図、
(b) は(a) の部分拡大図、(c) は(b) のFc−Fc断面図、
(d)は(b) のFd−Fd断面図である。
【図４２】バンパーを構成するバンパー補強ビームを示
す図で、(a) は軸心と垂直に切断した断面図、(b) は中
心線Ｏを含む断面図である。
【符号の説明】
１０、３２、１６０：インパクトビーム（管状構造部
材） １９２：センターピラー（管状構造部材） １９４：サイドドアウェスト（管状構造部材） １９６：サイドシル（管状構造部材） １９８：フロントピラー（管状構造部材） ２４４：フロントサイドメンバ（管状構造部材） ２４８：フロントクロスメンバ（管状構造部材） ２８６：バンパー補強ビーム（管状構造部材） １２：本体部 １４：取付部 １６，４０，６０，８０，１１０，１２０，１３０，１
４０，１５０、２０８、２２０、２２８、２３８、２７
２、２９２：リインフォースメント １６２：リインフォースメント部（リインフォースメン
ト） ２５２：センターリインフォースメント（リインフォー
スメント） １８，４２，６２，１１２，１２２，１３２，１４２，
１５２：隔壁（厚肉部） １６４：突起部（厚肉部） ２０４、２１６、２２４、２３４、２５６、２７６、２
９４：厚肉部 ２０，４４，６６，９８，１０４，１１４，１２４，１
３４，１４６，１５４、１６６、２０６、２１８、２２
６、２３６、２５８、２６２、２７８、２８２、２９
６：肉厚漸減部 ２２，６４，１４４：肉厚一定部 ８２：第１ピース ８４：第２ピース ８６：第３ピース ９２：第１嵌合部 ９４：第２嵌合部 １００，１０６：連結嵌合部 ３４、２５４、２７４：エンドリインフォースメント
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｂ６２Ｄ 25/20 Ｂ６２Ｄ 25/20 Ｆ (56)参考文献 特開 平４−353018（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−38992（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−286538（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−47615（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−268062（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−91325（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−74928（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B60J 5/00 B60R 19/04 B62D 21/02 B62D 25/04 B62D 25/20

Claims (17)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 管形状の本体部を有して自動車に位置固
    定に配設される車両用ボデーの管状構造部材であって、 外周面が前記本体部の内周面と略同一形状を成し、該本
    体部の内側の所定位置に該外周面が該内周面に略密着す
    る状態で配設される管形状のリインフォースメントを有
    するとともに、該リインフォースメントは、 軸方向の中央部分に設けられた肉厚が厚い厚肉部と、 軸方向の両側の端縁に連続する所定範囲において、該端
    縁で肉厚が略零となるように該端縁に近づくに従って内
    周寸法が拡大されることにより肉厚が連続的に薄くなる
    肉厚漸減部とを有するものである一方、 前記厚肉部には隔壁が設けられている ことを特徴とする
    車両用ボデーの管状構造部材。
  2. 【請求項２】 前記隔壁は、管形状の中心部まで肉が埋
    まっている中実のものであることを特徴とする請求項１
    に記載の車両用ボデーの管状構造部材。
  3. 【請求項３】 前記本体部は円管形状を成しており、 前記リインフォースメントは、外周面が前記本体部の内
    周面に略密着する円管形状を成しており、前記隔壁は、 円管形状の中心部まで肉が埋まっている中
    実のものであり、 前記肉厚漸減部は、端縁に向かうに従って内周面がテー
    パ状に拡大されることにより肉厚が直線的に薄くなって
    いることを特徴とする請求項１に記載の車両用ボデーの
    管状構造部材。
  4. 【請求項４】 管形状の本体部を有して自動車に位置固
    定に配設される車両用ボデーの管状構造部材であって、 外周面が前記本体部の内周面と略同一形状を成し、該本
    体部の内側の所定位置 に該外周面が該内周面に略密着す
    る状態で配設される管形状のリインフォースメントを有
    するとともに、該リインフォースメントは、 軸方向の中央部分に設けられた肉厚が厚い厚肉部と、 軸方向の両側の端縁に連続する所定範囲において、該端
    縁で肉厚が略零となるように該端縁に近づくに従って内
    周寸法が拡大されることにより肉厚が連続的に薄くなる
    肉厚漸減部と を有するものである一方、 前記リインフォースメントの前記厚肉部における肉厚
    は、車両衝突時等に前記本体部に加えられる荷重の応力
    分布に基づいて軸方向において非線形に変化させられて
    いる ことを特徴とする車両用ボデーの管状構造部材。
  5. 【請求項５】 前記リインフォースメントの前記厚肉部
    における肉厚は、車両衝突時等に前記本体部に加えられ
    る荷重の応力分布に基づいて軸方向において非線形に変
    化させられていることを特徴とする請求項１〜３の何れ
    か１項に記載の車両用ボデーの管状構造部材。
  6. 【請求項６】 前記隔壁の両側の面は、円管形状の中心
    線上に曲率中心が位置する所定の曲率の部分球面形状を
    成していて、前記肉厚漸減部に滑らかに接続されている
    ことを特徴とする請求項３に記載の車両用ボデーの管状
    構造部材。
  7. 【請求項７】 前記隔壁と前記肉厚漸減部との間には、
    肉厚が一定の肉厚一定部が設けられているとともに、該
    肉厚一定部と該隔壁との内側角部は所定の曲率のＲ形状
    を成していることを特徴とする請求項１〜３の何れか１
    項に記載の車両用ボデーの管状構造部材。
  8. 【請求項８】 請求項１〜７の何れか１項に記載のリイ
    ンフォースメントが前記本体部に一体に設けられている
    ことを特徴とする車両用ボデーの管状構造部材。
  9. 【請求項９】 前記リインフォースメントは、前記本体
    部の軸方向の中間部分に配設されるもので、該本体部の
    両端には、外周面が該本体部の内周面と略同一形状の管
    形状を成し、該外周面が該本体部の内周面に略密着する
    状態で該本体部の内側に配設されるとともに、軸方向に
    おいて該本体部の中央側に位置する内端縁に連続する所
    定範囲では、該内端縁で肉厚が略零となるように該内端
    縁に近づくに従って内周寸法が拡大されることにより肉
    厚が連続的に薄くされているエンドリインフォースメン
    トが設けられていることを特徴とする請求項１〜８の何
    れか１項に記載の車両用ボデーの管状構造部材。
  10. 【請求項１０】 前記車両用ボデーの管状構造部材はサ
    イドドアの内部に車両の前後方向に配設されるインパク
    トビームである請求項１〜９の何れか１項に記載の車両
    用ボデーの管状構造部材。
  11. 【請求項１１】 前記車両用ボデーの管状構造部材はセ
    ンターピラー、サイドドアウェスト、サイドシル、フロ
    ントピラー、フロントクロスメンバ、フロントサイドメ
    ンバ、バンパー補強ビームの何れかである請求項１〜９
    の何れか１項に記載の車両用ボデーの管状構造部材。
  12. 【請求項１２】 請求項１〜７の何れか１項に記載のリ
    インフォースメント。
  13. 【請求項１３】 請求項１〜３の何れか１項に記載のリ
    インフォースメントであって、 前記厚肉部を構成しているとともに、一端部に嵌合内周
    面を有する第１嵌合部が設けられ、且つ他端部に該第１
    嵌合部の嵌合内周面と嵌合可能な嵌合外周面を有する第
    ２嵌合部が設けられた第１ピースと、 前記肉厚漸減部を有するとともに、該肉厚漸減部と反対
    側の端部には、前記第２嵌合部と同一形状の連結嵌合部
    が設けられている第２ピースと、 前記肉厚漸減部を有するとともに、該肉厚漸減部と反対
    側の端部には、前記第１嵌合部と同一形状の連結嵌合部
    が設けられている第３ピースとを有することを特徴とす
    るリインフォースメント。
  14. 【請求項１４】 請求項６に記載のリインフォースメン
    トであって、冷間鍛造加工を主体とする加工方法で製造
    されていることを特徴とするリインフォースメント。
  15. 【請求項１５】 管形状の本体部を有する管状構造部材
    であって、 外周面が前記本体部の内周面と略同一形状を成し、該本
    体部の内側の所定位置に該外周面が該内周面に略密着す
    る状態で配設される管形状のリインフォースメントを有
    するとともに、該リインフォースメントは、 軸方向の中央部分に設けられた肉厚が厚い厚肉部と、 軸方向の両側の端縁に連続する所定範囲において、該端
    縁で肉厚が略零となるように該端縁に近づくに従って内
    周寸法が拡大されることにより肉厚が連続的に薄くなる
    肉厚漸減部と を有するものである一方、 前記厚肉部には隔壁が設けられている ことを特徴とする
    管状構造部材。
  16. 【請求項１６】 前記隔壁は、管形状の中心部まで肉が
    埋まっている中実のものである ことを特徴とする請求項
    １５に記載の管状構造部材。
  17. 【請求項１７】 管形状の本体部を有する管状構造部材
    であって、 外周面が前記本体部の内周面と略同一形状を成し、該本
    体部の内側の所定位置に該外周面が該内周面に略密着す
    る状態で配設される管形状のリインフォースメントを有
    するとともに、該リインフォースメントは、 軸方向の中央部分に設けられた肉厚が厚い厚肉部と、 軸方向の両側の端縁に連続する所定範囲において、該端
    縁で肉厚が略零となるように該端縁に近づくに従って内
    周寸法が拡大されることにより肉厚が連続的に薄くなる
    肉厚漸減部と を有するものである一方、 前記リインフォースメントの前記厚肉部における肉厚
    は、前記本体部に加えられる荷重の応力分布に基づいて
    軸方向において非線形に変化させられている ことを特徴
    とする管状構造部材。
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