JP3688002B2 - 自動車のドアガードバー - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、自動車の側面衝突に対して、自動車ドアを補強するために配設されるドアガードバーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の側面衝突に対して自動車ドアを補強し、乗車人を保護するために、従来から、自動車ドアにはドアガードバーが配設されている。
【０００３】
すなわち、図５中符号Ｔは、自動車のドアであり、このドアＴのインナパネル５１とアウタパネル５２との間に、ほぼ水平にドアガードバー５３が配設されているものである（図６参照）。
【０００４】
このドアガードバー５３は、図７（ａ）に示すように、一枚の板材から曲げ加工された一体成形品であり、その胴部５３ａは、図７（ｂ）に示すように、円環状に曲げ成形され、その両端部は非成形とすることで、平板状の取付部５３ｂを形成したものである。
【０００５】
そして、図６に示すように、取付部５３ｂがインナパネル５１にスポット溶接（図中符合Ｗ１）され、胴部５３ａによって側面衝突Ｓを受けるようにしたものである。
【０００６】
なお、曲げ成形された胴部５３ａの両曲げ端縁５３ｃは（図７（ｂ）参照）、解放されたままである場合と、溶接されている場合とがある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような従来のドアガードバー５３では、側面衝突Ｓを受ける胴部５３ａの垂直断面が円環状であるため、この胴部５３ａの耐衝突性（耐座屈性など）には異方性がない（どの方向からの衝突にたいしても同程度の耐衝突性を有する）といえる。
【０００８】
しかしながら、ドアガードバー５３として要求されるのは、図６中符号Ｓで示す方向からの側面衝突に対する耐衝突性であり、この側面衝突Ｓにどのくらい耐えられるかは、実際には、側面衝突Ｓによって圧縮応力を受ける側壁５３ｄ側（図７（ｂ）参照）の耐衝突性（耐座屈性）にかかっている。すなわち、圧縮応力を受ける側壁５３ｄが、大きな耐座屈性を有することが好ましいのである。
【０００９】
このように考察してゆくと、従来のドアガードバー５３では耐座屈性に異方性がないため、より大きな側面衝突Ｓに耐えらるようにするには、垂直断面の円径を大きくするか、あるいは肉厚を大きくすることによって、垂直断面全体の断面係数を大きくするしかない。このため、材料費がかさむばかりでなく、インナパネル５１とアウタパネル５２との間に大きな配設スペースを確保しなければならない、という問題があった。
【００１０】
この発明は、このような事情に基づいてなされたもので、より大きな側面衝突に耐えられる垂直断面を有する自動車のドアガードバーを提供することを課題としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明は、このような課題に着目してなされたもので、請求項１に記載された発明は、自動車ドアのインナパネルとアウタパネルとの間にほぼ水平に配設されて、自動車の側面衝突に対して前記自動車ドアを補強する自動車のドアガードバーにおいて、前記側面衝突を受ける垂直断面をほぼ長方形状として、その長側壁を水平方向に設定すると共に、車内側すなわち前記側面衝突による引張応力の発生側の角Ｒを、車外側すなわち前記側面衝突による圧縮応力の発生側の角Ｒよりも大きくすることにより、前記側面衝突によって伸び縮みが生じない中立軸の中央である前記垂直断面の図心を、前記側面衝突によって圧縮応力を受ける被圧縮側壁側に偏心させたことを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載された発明は、前記垂直断面は、ほぼ環状に曲げ成形されたものであることを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載された発明は、前記垂直断面の両曲げ端縁を、前記側面衝突による引張応力の発生側に設定したことを特徴とする。
【００１４】
請求項４に記載された発明は、自動車ドアのインナパネルとアウタパネルとの間にほぼ水平に配設されて、自動車の側面衝突に対して前記自動車ドアを補強する自動車のドアガードバーにおいて、前記側面衝突を受ける垂直断面をほぼ長方形状として、その長側壁を水平方向に設定すると共に、前記垂直断面をほぼ環状に曲げ成形し、さらにこの両曲げ端縁の間隔を大きくすることにより、前記側面衝突によって伸び縮みが生じない中立軸の中央である前記垂直断面の図心を、前記側面衝突によって圧縮応力を受ける被圧縮側壁側に偏心させたことを特徴とする。
【００１５】
請求項５に記載された発明は、前記垂直断面の両曲げ端縁を、前記側面衝突による引張応力の発生側に設定したことを特徴とする。
【００１６】
【作用】
請求項１に記載された発明によれば、垂直断面の図心が被圧縮側壁側に偏心しているため、図心（中立軸）から被圧縮側壁の表面までの距離が短くなっている。このため、圧縮断面係数（中立軸を境にして圧縮応力を受ける側の断面係数）が大きくなり、大きな側面衝突による曲げモーメントに耐えられ、耐座屈性が向上される。
【００１７】
しかも、垂直断面の図心を被圧縮側壁側に偏心させるものであるため、従来と同等の断面積を有する垂直断面であっても耐座屈性が向上し、従って、材料費がかさむこともない。
また、垂直断面がほぼ長方形状で、しかも、その長側壁が水平方向に設定されているため、側面衝突による曲げモーメントに対する断面二次モーメントが大きくなり、さらに耐座屈性が向上される。
【００１８】
請求項２に記載された発明によれば、垂直断面がほぼ環状に曲げ成形されたものであるため、同等の断面積を有する中実の垂直断面のものよりも断面係数が大きくなり、耐座屈性が向上される。
【００１９】
しかも、曲げ成形であるため、その加工が容易であり、生産性の向上による生産コストの低減を図ることができる。
【００２０】
請求項３に記載された発明によれば、圧縮応力に弱い（耐座屈性が低い）垂直断面の両曲げ端縁が、引張応力が発生する側（車内側）に設定されているため、側面衝突による圧縮応力をこの端縁に対向する側壁で受け、耐座屈性がより向上される。
【００２１】
請求項４に記載された発明によれば、垂直断面がほぼ長方形状で、しかも、その長側壁が水平方向に設定されているため、側面衝突による曲げモーメントに対する断面二次モーメントが大きくなり、さらに耐座屈性が向上される。
さらに、両曲げ端縁の間隔を大きくすることで図心を偏心させているため、その分材料費が節約され、生産コストの低減を図ることができる。
また、垂直断面がほぼ環状に曲げ成形されたものであるため、同等の断面積を有する中実の垂直断面のものよりも断面係数が大きくなり、耐座屈性が向上される。
しかも、曲げ成形であるため、その加工が容易であり、生産性の向上による生産コストの低減を図ることができる。
【００２２】
また、請求項５に記載された発明では、圧縮応力に弱い（耐座屈性が低い）垂直断面の両曲げ端縁が、引張応力が発生する側（車内側）に設定されているため、側面衝突による圧縮応力をこの端縁に対向する側壁で受け、耐座屈性がより向上される。
【００２３】
【実施例】
以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００２４】
第１実施例
この実施例における自動車のドアガードバー１は、前述した従来のドアガードバー５３と基本的には同様な構造となっている。
【００２５】
すなわち、一枚の板材から曲げ加工された一体成形品であり、その胴部がほぼ環状に曲げ成形され、その両端部は非成形とすることで、平板状の取付部が形成されたものである。
【００２６】
そして、その取付方法も従来と同様であって、両端の取付部をインナパネルにスポット溶接することで、自動車ドアのインナパネルとアウタパネルとの間に、ほぼ水平にドアガードバー１を配設するものである（図６参照）。
【００２７】
また、板材としては、１００〜１３０ｋｇｆ級の高張力鋼（ハイテン材）が用いられている。
【００２８】
ただし、ドアガードバー１が側面衝突Ｓを受ける部位の垂直断面Ｄ１の形状が、従来のドアガードバー５３と異なっているものである。
【００２９】
この垂直断面Ｄ１は、図１に示すように、ほぼ環状の長方形をしており、その長側壁１ａが水平方向に向けられている。
【００３０】
その曲げ端縁１ｂは、車内側すなわち側面衝突Ｓによって引張応力が発生する側に向けられ、この曲げ端縁１ｂに対向する側壁１ｃが、側面衝突Ｓによって圧縮応力を受ける被圧縮側壁とされている。
【００３１】
また、側面衝突Ｓによって引張応力が発生する側の角Ｒ２が、圧縮応力が発生する側の角Ｒ１よりも大きくされている。この結果、図心Ｃ１が、長側壁１ａの中心軸ＣＬ１よりも偏心量ｄ１だけ被圧縮側壁１ｃ側に偏心している。
【００３２】
図中符合ＣＬ２は、側面衝突Ｓによって伸び縮みが生じない中立軸であって、この中立軸ＣＬ２は、図心Ｃ１を通っているものである。
【００３３】
次に、このような垂直断面Ｄ１を有するドアガードバー１の作用について説明する。
【００３４】
まず、数式による解析を行なう。
【００３５】
垂直断面Ｄ１の中立軸ＣＬ２に関する断面二次モーメントをＩ、圧縮断面係数（中立軸ＣＬ２を境にして圧縮応力を受ける側の断面係数）をＺ１、引張断面係数（中立軸ＣＬ２を境にして引張応力を受ける側の断面係数）をＺ２とすると、以下の式が成り立つ。
【００３６】
Ｚ１ ＝ Ｉ／ｅ１
Ｚ２ ＝ Ｉ／ｅ２
ここで、ｅ１は、中立軸ＣＬ２から被圧縮側壁１ｃの表面までの距離であり、ｅ２は、中立軸ＣＬ２から曲げ端縁１ｂの先端までの距離であり、
ｅ２ ＝ ｅ１＋２×ｄ１
が成り立つ。
【００３７】
また、側面衝突Ｓによる曲げモーメントをＭとし、この曲げモーメントＭによって被圧縮側壁１ｃの表面および、曲げ端縁１ｂに生じる応力を、それぞれ圧縮応力σ１、引張応力σ２とすると、以下の式が成り立つ。
【００３８】
σ１ ＝ Ｍ／Ｚ１ ＝ Ｍ×ｅ１／Ｉ
σ２ ＝ Ｍ／Ｚ２ ＝ Ｍ×ｅ２／Ｉ ＝ Ｍ×（ｅ１＋２×ｄ１）／Ｉ
このことから、側面衝突Ｓによって生じる圧縮応力σ１は、引張応力σ２よりも小さいことがわかる。
【００３９】
ところで、上記のように、側面衝突Ｓにどのくらい耐えられるかは、この側面衝突Ｓによる圧縮応力に耐えられるか否かにかかっており、このドアガードバー１では、図心Ｃ１を偏心させることによって圧縮応力σ１を小さく抑えているため、より大きな側面衝突Ｓによる曲げモーメントＭに耐えられ、耐座屈性が向上されることとなる。
【００４０】
また、垂直断面Ｄ１がほぼ長方形状で、しかも、その長側壁１ａが水平方向に向けられているため、側面衝突Ｓによる曲げモーメントＭに対する断面二次モーメントＩが大きくなり（断面二次モーメントＩは、長側壁１ａの長さｈの３乗に比例する）、さらに耐座屈性が向上されることとなる。
【００４１】
このような数式による解析に対し、実際に耐座屈性が向上されているか否かを確認するために、図２に示すような押曲げ試験を行なった。
【００４２】
すなわち、ドアガードバー１を２つのささえ２に載せ、その中央部に押金具３を当てて、荷重Ｆを徐々に加え、そのときのたわみδを見るというものである。なお、図中符合ｐは、ささえ２、２間のスパンである。
【００４３】
この試験結果を図３に示す（実際の数値は省略する）。
【００４４】
図中実線Ｋ１で示されているのが、本ドアガードバー１における履歴曲線であり、破線Ｋ２で示されているのが、従来のドアガードバー５３における履歴曲線である。
【００４５】
この図によると、従来のドアガードバー５３では、荷重ＦがＦ２に達した時点で座屈を起こし、このときのたわみがδ２であることがわかる。
【００４６】
一方、本ドアガードバー１では、最大荷重Ｆ１に達した後もこの最大荷重Ｆ１状態がしばらく続き、たわみがδ１に達した時点ごろから緩やかに荷重Ｆが下降してゆくのがわかる。
【００４７】
すなわち、本ドアガードバー１では、従来のドアガードバー５３に見られるような急激な座屈は起こらず、耐座屈性が高いといえる。
【００４８】
また、図から明かなように、本ドアガードバー１の立ち上がり角度θ１および最大荷重Ｆ１が、従来のドアガードバー５３の立ち上がり角度θ２および最大荷重Ｆ２に比べて大きく、かつ、最大荷重を経過した後の荷重が高い。このため、全吸収エネルギーが従来のドアガードバー５３に比べて大きく、この点からも、より大きな側面衝突Ｓに耐えられることとなる。
【００４９】
このように、実際にも本ドアガードバー１は、従来のドアガードバー５３に比べて、耐衝突性（耐座屈性）が大きいといえる。
【００５０】
これは、上記の数式の解析のところで説明した垂直断面Ｄ１の図心Ｃ１を偏心させたこと、垂直断面Ｄ１をほぼ長方形状としたことなどによる相乗効果であると考えられる。
【００５１】
一方、数式による解析では、最大荷重は、塑性断面係数に比例し、たわみ量は、断面二次モーメントＩに比例することが知られている。また、同一断面積（配設スペースの大きさが同一）の下では、この実施例のように、環状で長方形の垂直断面の方が、円環状のものよりも断面二次モーメントＩおよび、断面係数がともに大きいことが知られており、これらのことは、上記の試験結果とも一致している。
【００５２】
この実施例におけるドアガードバー１では、このような耐衝突性（耐座屈性）の向上に加え、以下のような効果を得ることができる。
【００５３】
すなわち、垂直断面Ｄ１の図心Ｃ１を被圧縮側壁１ｃ側に偏心させるものであるため、従来と同等の断面積を有する垂直断面Ｄ１であっても耐座屈性が向上し、従って、材料費がかさむこともない。
【００５４】
さらに、垂直断面Ｄ１は曲げ成形されたものであるため、その加工が容易であり、生産性の向上による生産コストの低減を図ることができる。
【００５５】
また、被圧縮側壁１ｃ側に曲げ端縁１ｂを設けたドアガードバー（曲げ端縁１ｂ側に圧縮応力が発生するように設定する）と、本ドアガードバー１とを上記の試験を行なって比べたところ、本ドアガードバー１の方が耐衝突性（耐座屈性）が大きいことが確かめられた。従って、曲げ端縁１ｂ側は、圧縮応力に弱い（耐座屈性が低い）といえ、両曲げ端縁１ｂを引張応力が発生する側に設定した本ドアガードバー１は、側面衝突に有効であるといえる。
【００５６】
なお、曲げ端縁１ｂ側が圧縮応力に弱いのは、曲げ端縁１ｂの剛性、強度が低いためと、２つの曲げ端縁１ｂのどちらか一方に大きな応力がかかってしまい、部分的な変形が進んで早期に座屈が生じるためであると考えられる。
【００５７】
この実施例では、両曲げ端縁１ｂを溶接していないが、溶接してもよいことは勿論である。しかし、溶接をしない場合と溶接をした場合とでは、耐座屈性にさほどの違いがないことが、出願人の試験によって確かめられている。
【００５８】
このことからも、耐座屈性は、垂直断面のうち圧縮応力を受ける部分に大きく依存するといえ、圧縮応力を受ける部分の耐座屈性を高めた（側面衝突Ｓによる圧縮応力を低く抑えるようにした）この発明は、座屈に対して有効な手段であるといえる。
【００５９】
第２実施例
この実施例における自動車のドアガードバーの垂直断面Ｄ２を図４に示す。
【００６０】
この垂直断面Ｄ２では、両曲げ端縁４ｂの間隔ｄ３を大きくすることによって、図心Ｃ２を長側壁４ａの中心軸ＣＬ３よりも偏心量ｄ２だけ被圧縮側壁４ｃ側に偏心させている点で、第１実施例におけるドアガードバー１の垂直断面Ｄ１とはその構成を異にしている。
【００６１】
また、図中符合ＣＬ４は、この垂直断面Ｄ２の中立軸であって、全ての角Ｒ３は、同寸法となっている。
【００６２】
両曲げ端縁４ｂの間隔ｄ３は、偏心させたい偏心量Ｄ２だけ図心Ｃ２が偏心し、かつ、側面衝突Ｓによる引張応力に耐えられるように決定されている。
【００６３】
この垂直断面Ｄ２では、両曲げ端縁４ｂの間隔ｄ３を大きくすることで図心Ｃ２を偏心させているため、その分材料費が節約され、生産コストの低減を図ることができるものである。
【００６４】
すなわち、上記のように、耐座屈性は、垂直断面Ｄ２のうち圧縮応力を受ける部分に大きく依存し、引張応力を受ける部分の強度はさほどに必要とされないという点に着目して、材料費の節約を図ったものである。
【００６５】
その他の構成および作用は、第１実施例における垂直断面Ｄ１と同様であるため、説明を省略する。
【００６６】
以上、この発明の実施例を図面に基づいて説明してきたが、具体的な構成は、上記両実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、この発明に含まれる。
【００６７】
例えば、上記両実施例では、両端部に取付部を有する一体成形タイプのドアガードバー（図７（ａ）参照）が説明されているが、全長にわたって同一の垂直断面である棒状のドアガードバーとし、その両端部に別部品である取付ブラケットを取り付けて、インナパネルにスポット溶接するようなものでもよい。
【００６８】
また、垂直断面の形状は、自動車ドアのインナパネルとアウタパネルとの空間の大きさ、材料費、加工性などを考慮して決定されるものであるため、これらの条件によっては上記両実施例に示された断面形状以外のものとなりえるが、図心を被圧縮側壁側に偏心させる限り、この発明に含まれるものである。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明してきたように、請求項１に記載された発明によれば、垂直断面の図心が被圧縮側壁側に偏心しているため、図心（中立軸）から被圧縮側壁の表面までの距離が短くなっている。このため、圧縮断面係数（中立軸を境にして圧縮応力を受ける側の断面係数）が大きくなり、大きな側面衝突による曲げモーメントに耐えられ、耐座屈性が向上される。
【００７０】
しかも、垂直断面の図心を被圧縮側壁側に偏心させるものであるため、従来と同等の断面積を有する垂直断面であっても耐座屈性が向上し、従って、材料費がかさむこともない。
また、垂直断面がほぼ長方形状で、しかも、その長側壁が水平方向に設定されているため、側面衝突による曲げモーメントに対する断面二次モーメントが大きくなり、さらに耐座屈性が向上される。
【００７１】
請求項２に記載された発明によれば、垂直断面がほぼ環状に曲げ成形されたものであるため、同等の断面積を有する中実の垂直断面のものよりも断面係数が大きくなり、耐座屈性が向上される。
【００７２】
しかも、曲げ成形であるため、その加工が容易であり、生産性の向上による生産コストの低減を図ることができる。
【００７３】
請求項３に記載された発明によれば、圧縮応力に弱い（耐座屈性が低い）垂直断面の両曲げ端縁が、引張応力が発生する側（車内側）に設定されているため、側面衝突による圧縮応力をこの端縁に対向する側壁で受け、耐座屈性がより向上される。
【００７４】
請求項４に記載された発明によれば、垂直断面がほぼ長方形状で、しかも、その長側壁が水平方向に設定されているため、側面衝突による曲げモーメントに対する断面二次モーメントが大きくなり、さらに耐座屈性が向上される。
さらに、両曲げ端縁の間隔を大きくすることで図心を偏心させているため、その分材料費が節約され、生産コストの低減を図ることができる。
また、垂直断面がほぼ環状に曲げ成形されたものであるため、同等の断面積を有する中実の垂直断面のものよりも断面係数が大きくなり、耐座屈性が向上される。
しかも、曲げ成形であるため、その加工が容易であり、生産性の向上による生産コストの低減を図ることができる。
【００７５】
また、請求項５に記載された発明では、圧縮応力に弱い（耐座屈性が低い）垂直断面の両曲げ端縁が、引張応力が発生する側（車内側）に設定されているため、側面衝突による圧縮応力をこの端縁に対向する側壁で受け、耐座屈性がより向上される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施例における自動車のドアガードバーの図７（ｂ）に相当する断面図である。
【図２】押曲げ試験の試験方法を示す概念図である。
【図３】押曲げ試験結果を示す荷重−たわみ曲線図である。
【図４】この発明の第２実施例における自動車のドアガードバーの図７（ｂ）に相当する断面図である。
【図５】自動車のドアを示す正面図である。
【図６】従来例を示し、図５中Ａ−Ａ線に沿う断面図である。
【図７】同従来例における自動車のドアガードバーを示し、（ａ）は、その斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）中Ｂ−Ｂ線に沿う断面図（垂直断面図）である。
【符号の説明】
１ ドアガードバー
１ａ 長側壁
１ｂ 曲げ端縁
１ｃ 被圧縮側壁
Ｓ 側面衝突
Ｄ１ 垂直断面
Ｃ１ 図心
ＣＬ１ 長側壁の中心軸
ＣＬ２ 中立軸
ｄ１ 偏心量
ｈ 長側壁の長さ
ｂ 被圧縮側壁の長さ
R1、R2 角Ｒ
【産業上の利用分野】
この発明は、自動車の側面衝突に対して、自動車ドアを補強するために配設されるドアガードバーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の側面衝突に対して自動車ドアを補強し、乗車人を保護するために、従来から、自動車ドアにはドアガードバーが配設されている。
【０００３】
すなわち、図５中符号Ｔは、自動車のドアであり、このドアＴのインナパネル５１とアウタパネル５２との間に、ほぼ水平にドアガードバー５３が配設されているものである（図６参照）。
【０００４】
このドアガードバー５３は、図７（ａ）に示すように、一枚の板材から曲げ加工された一体成形品であり、その胴部５３ａは、図７（ｂ）に示すように、円環状に曲げ成形され、その両端部は非成形とすることで、平板状の取付部５３ｂを形成したものである。
【０００５】
そして、図６に示すように、取付部５３ｂがインナパネル５１にスポット溶接（図中符合Ｗ１）され、胴部５３ａによって側面衝突Ｓを受けるようにしたものである。
【０００６】
なお、曲げ成形された胴部５３ａの両曲げ端縁５３ｃは（図７（ｂ）参照）、解放されたままである場合と、溶接されている場合とがある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような従来のドアガードバー５３では、側面衝突Ｓを受ける胴部５３ａの垂直断面が円環状であるため、この胴部５３ａの耐衝突性（耐座屈性など）には異方性がない（どの方向からの衝突にたいしても同程度の耐衝突性を有する）といえる。
【０００８】
しかしながら、ドアガードバー５３として要求されるのは、図６中符号Ｓで示す方向からの側面衝突に対する耐衝突性であり、この側面衝突Ｓにどのくらい耐えられるかは、実際には、側面衝突Ｓによって圧縮応力を受ける側壁５３ｄ側（図７（ｂ）参照）の耐衝突性（耐座屈性）にかかっている。すなわち、圧縮応力を受ける側壁５３ｄが、大きな耐座屈性を有することが好ましいのである。
【０００９】
このように考察してゆくと、従来のドアガードバー５３では耐座屈性に異方性がないため、より大きな側面衝突Ｓに耐えらるようにするには、垂直断面の円径を大きくするか、あるいは肉厚を大きくすることによって、垂直断面全体の断面係数を大きくするしかない。このため、材料費がかさむばかりでなく、インナパネル５１とアウタパネル５２との間に大きな配設スペースを確保しなければならない、という問題があった。
【００１０】
この発明は、このような事情に基づいてなされたもので、より大きな側面衝突に耐えられる垂直断面を有する自動車のドアガードバーを提供することを課題としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明は、このような課題に着目してなされたもので、請求項１に記載された発明は、自動車ドアのインナパネルとアウタパネルとの間にほぼ水平に配設されて、自動車の側面衝突に対して前記自動車ドアを補強する自動車のドアガードバーにおいて、前記側面衝突を受ける垂直断面をほぼ長方形状として、その長側壁を水平方向に設定すると共に、車内側すなわち前記側面衝突による引張応力の発生側の角Ｒを、車外側すなわち前記側面衝突による圧縮応力の発生側の角Ｒよりも大きくすることにより、前記側面衝突によって伸び縮みが生じない中立軸の中央である前記垂直断面の図心を、前記側面衝突によって圧縮応力を受ける被圧縮側壁側に偏心させたことを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載された発明は、前記垂直断面は、ほぼ環状に曲げ成形されたものであることを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載された発明は、前記垂直断面の両曲げ端縁を、前記側面衝突による引張応力の発生側に設定したことを特徴とする。
【００１４】
請求項４に記載された発明は、自動車ドアのインナパネルとアウタパネルとの間にほぼ水平に配設されて、自動車の側面衝突に対して前記自動車ドアを補強する自動車のドアガードバーにおいて、前記側面衝突を受ける垂直断面をほぼ長方形状として、その長側壁を水平方向に設定すると共に、前記垂直断面をほぼ環状に曲げ成形し、さらにこの両曲げ端縁の間隔を大きくすることにより、前記側面衝突によって伸び縮みが生じない中立軸の中央である前記垂直断面の図心を、前記側面衝突によって圧縮応力を受ける被圧縮側壁側に偏心させたことを特徴とする。
【００１５】
請求項５に記載された発明は、前記垂直断面の両曲げ端縁を、前記側面衝突による引張応力の発生側に設定したことを特徴とする。
【００１６】
【作用】
請求項１に記載された発明によれば、垂直断面の図心が被圧縮側壁側に偏心しているため、図心（中立軸）から被圧縮側壁の表面までの距離が短くなっている。このため、圧縮断面係数（中立軸を境にして圧縮応力を受ける側の断面係数）が大きくなり、大きな側面衝突による曲げモーメントに耐えられ、耐座屈性が向上される。
【００１７】
しかも、垂直断面の図心を被圧縮側壁側に偏心させるものであるため、従来と同等の断面積を有する垂直断面であっても耐座屈性が向上し、従って、材料費がかさむこともない。
また、垂直断面がほぼ長方形状で、しかも、その長側壁が水平方向に設定されているため、側面衝突による曲げモーメントに対する断面二次モーメントが大きくなり、さらに耐座屈性が向上される。
【００１８】
請求項２に記載された発明によれば、垂直断面がほぼ環状に曲げ成形されたものであるため、同等の断面積を有する中実の垂直断面のものよりも断面係数が大きくなり、耐座屈性が向上される。
【００１９】
しかも、曲げ成形であるため、その加工が容易であり、生産性の向上による生産コストの低減を図ることができる。
【００２０】
請求項３に記載された発明によれば、圧縮応力に弱い（耐座屈性が低い）垂直断面の両曲げ端縁が、引張応力が発生する側（車内側）に設定されているため、側面衝突による圧縮応力をこの端縁に対向する側壁で受け、耐座屈性がより向上される。
【００２１】
請求項４に記載された発明によれば、垂直断面がほぼ長方形状で、しかも、その長側壁が水平方向に設定されているため、側面衝突による曲げモーメントに対する断面二次モーメントが大きくなり、さらに耐座屈性が向上される。
さらに、両曲げ端縁の間隔を大きくすることで図心を偏心させているため、その分材料費が節約され、生産コストの低減を図ることができる。
また、垂直断面がほぼ環状に曲げ成形されたものであるため、同等の断面積を有する中実の垂直断面のものよりも断面係数が大きくなり、耐座屈性が向上される。
しかも、曲げ成形であるため、その加工が容易であり、生産性の向上による生産コストの低減を図ることができる。
【００２２】
また、請求項５に記載された発明では、圧縮応力に弱い（耐座屈性が低い）垂直断面の両曲げ端縁が、引張応力が発生する側（車内側）に設定されているため、側面衝突による圧縮応力をこの端縁に対向する側壁で受け、耐座屈性がより向上される。
【００２３】
【実施例】
以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００２４】
第１実施例
この実施例における自動車のドアガードバー１は、前述した従来のドアガードバー５３と基本的には同様な構造となっている。
【００２５】
すなわち、一枚の板材から曲げ加工された一体成形品であり、その胴部がほぼ環状に曲げ成形され、その両端部は非成形とすることで、平板状の取付部が形成されたものである。
【００２６】
そして、その取付方法も従来と同様であって、両端の取付部をインナパネルにスポット溶接することで、自動車ドアのインナパネルとアウタパネルとの間に、ほぼ水平にドアガードバー１を配設するものである（図６参照）。
【００２７】
また、板材としては、１００〜１３０ｋｇｆ級の高張力鋼（ハイテン材）が用いられている。
【００２８】
ただし、ドアガードバー１が側面衝突Ｓを受ける部位の垂直断面Ｄ１の形状が、従来のドアガードバー５３と異なっているものである。
【００２９】
この垂直断面Ｄ１は、図１に示すように、ほぼ環状の長方形をしており、その長側壁１ａが水平方向に向けられている。
【００３０】
その曲げ端縁１ｂは、車内側すなわち側面衝突Ｓによって引張応力が発生する側に向けられ、この曲げ端縁１ｂに対向する側壁１ｃが、側面衝突Ｓによって圧縮応力を受ける被圧縮側壁とされている。
【００３１】
また、側面衝突Ｓによって引張応力が発生する側の角Ｒ２が、圧縮応力が発生する側の角Ｒ１よりも大きくされている。この結果、図心Ｃ１が、長側壁１ａの中心軸ＣＬ１よりも偏心量ｄ１だけ被圧縮側壁１ｃ側に偏心している。
【００３２】
図中符合ＣＬ２は、側面衝突Ｓによって伸び縮みが生じない中立軸であって、この中立軸ＣＬ２は、図心Ｃ１を通っているものである。
【００３３】
次に、このような垂直断面Ｄ１を有するドアガードバー１の作用について説明する。
【００３４】
まず、数式による解析を行なう。
【００３５】
垂直断面Ｄ１の中立軸ＣＬ２に関する断面二次モーメントをＩ、圧縮断面係数（中立軸ＣＬ２を境にして圧縮応力を受ける側の断面係数）をＺ１、引張断面係数（中立軸ＣＬ２を境にして引張応力を受ける側の断面係数）をＺ２とすると、以下の式が成り立つ。
【００３６】
Ｚ１ ＝ Ｉ／ｅ１
Ｚ２ ＝ Ｉ／ｅ２
ここで、ｅ１は、中立軸ＣＬ２から被圧縮側壁１ｃの表面までの距離であり、ｅ２は、中立軸ＣＬ２から曲げ端縁１ｂの先端までの距離であり、
ｅ２ ＝ ｅ１＋２×ｄ１
が成り立つ。
【００３７】
また、側面衝突Ｓによる曲げモーメントをＭとし、この曲げモーメントＭによって被圧縮側壁１ｃの表面および、曲げ端縁１ｂに生じる応力を、それぞれ圧縮応力σ１、引張応力σ２とすると、以下の式が成り立つ。
【００３８】
σ１ ＝ Ｍ／Ｚ１ ＝ Ｍ×ｅ１／Ｉ
σ２ ＝ Ｍ／Ｚ２ ＝ Ｍ×ｅ２／Ｉ ＝ Ｍ×（ｅ１＋２×ｄ１）／Ｉ
このことから、側面衝突Ｓによって生じる圧縮応力σ１は、引張応力σ２よりも小さいことがわかる。
【００３９】
ところで、上記のように、側面衝突Ｓにどのくらい耐えられるかは、この側面衝突Ｓによる圧縮応力に耐えられるか否かにかかっており、このドアガードバー１では、図心Ｃ１を偏心させることによって圧縮応力σ１を小さく抑えているため、より大きな側面衝突Ｓによる曲げモーメントＭに耐えられ、耐座屈性が向上されることとなる。
【００４０】
また、垂直断面Ｄ１がほぼ長方形状で、しかも、その長側壁１ａが水平方向に向けられているため、側面衝突Ｓによる曲げモーメントＭに対する断面二次モーメントＩが大きくなり（断面二次モーメントＩは、長側壁１ａの長さｈの３乗に比例する）、さらに耐座屈性が向上されることとなる。
【００４１】
このような数式による解析に対し、実際に耐座屈性が向上されているか否かを確認するために、図２に示すような押曲げ試験を行なった。
【００４２】
すなわち、ドアガードバー１を２つのささえ２に載せ、その中央部に押金具３を当てて、荷重Ｆを徐々に加え、そのときのたわみδを見るというものである。なお、図中符合ｐは、ささえ２、２間のスパンである。
【００４３】
この試験結果を図３に示す（実際の数値は省略する）。
【００４４】
図中実線Ｋ１で示されているのが、本ドアガードバー１における履歴曲線であり、破線Ｋ２で示されているのが、従来のドアガードバー５３における履歴曲線である。
【００４５】
この図によると、従来のドアガードバー５３では、荷重ＦがＦ２に達した時点で座屈を起こし、このときのたわみがδ２であることがわかる。
【００４６】
一方、本ドアガードバー１では、最大荷重Ｆ１に達した後もこの最大荷重Ｆ１状態がしばらく続き、たわみがδ１に達した時点ごろから緩やかに荷重Ｆが下降してゆくのがわかる。
【００４７】
すなわち、本ドアガードバー１では、従来のドアガードバー５３に見られるような急激な座屈は起こらず、耐座屈性が高いといえる。
【００４８】
また、図から明かなように、本ドアガードバー１の立ち上がり角度θ１および最大荷重Ｆ１が、従来のドアガードバー５３の立ち上がり角度θ２および最大荷重Ｆ２に比べて大きく、かつ、最大荷重を経過した後の荷重が高い。このため、全吸収エネルギーが従来のドアガードバー５３に比べて大きく、この点からも、より大きな側面衝突Ｓに耐えられることとなる。
【００４９】
このように、実際にも本ドアガードバー１は、従来のドアガードバー５３に比べて、耐衝突性（耐座屈性）が大きいといえる。
【００５０】
これは、上記の数式の解析のところで説明した垂直断面Ｄ１の図心Ｃ１を偏心させたこと、垂直断面Ｄ１をほぼ長方形状としたことなどによる相乗効果であると考えられる。
【００５１】
一方、数式による解析では、最大荷重は、塑性断面係数に比例し、たわみ量は、断面二次モーメントＩに比例することが知られている。また、同一断面積（配設スペースの大きさが同一）の下では、この実施例のように、環状で長方形の垂直断面の方が、円環状のものよりも断面二次モーメントＩおよび、断面係数がともに大きいことが知られており、これらのことは、上記の試験結果とも一致している。
【００５２】
この実施例におけるドアガードバー１では、このような耐衝突性（耐座屈性）の向上に加え、以下のような効果を得ることができる。
【００５３】
すなわち、垂直断面Ｄ１の図心Ｃ１を被圧縮側壁１ｃ側に偏心させるものであるため、従来と同等の断面積を有する垂直断面Ｄ１であっても耐座屈性が向上し、従って、材料費がかさむこともない。
【００５４】
さらに、垂直断面Ｄ１は曲げ成形されたものであるため、その加工が容易であり、生産性の向上による生産コストの低減を図ることができる。
【００５５】
また、被圧縮側壁１ｃ側に曲げ端縁１ｂを設けたドアガードバー（曲げ端縁１ｂ側に圧縮応力が発生するように設定する）と、本ドアガードバー１とを上記の試験を行なって比べたところ、本ドアガードバー１の方が耐衝突性（耐座屈性）が大きいことが確かめられた。従って、曲げ端縁１ｂ側は、圧縮応力に弱い（耐座屈性が低い）といえ、両曲げ端縁１ｂを引張応力が発生する側に設定した本ドアガードバー１は、側面衝突に有効であるといえる。
【００５６】
なお、曲げ端縁１ｂ側が圧縮応力に弱いのは、曲げ端縁１ｂの剛性、強度が低いためと、２つの曲げ端縁１ｂのどちらか一方に大きな応力がかかってしまい、部分的な変形が進んで早期に座屈が生じるためであると考えられる。
【００５７】
この実施例では、両曲げ端縁１ｂを溶接していないが、溶接してもよいことは勿論である。しかし、溶接をしない場合と溶接をした場合とでは、耐座屈性にさほどの違いがないことが、出願人の試験によって確かめられている。
【００５８】
このことからも、耐座屈性は、垂直断面のうち圧縮応力を受ける部分に大きく依存するといえ、圧縮応力を受ける部分の耐座屈性を高めた（側面衝突Ｓによる圧縮応力を低く抑えるようにした）この発明は、座屈に対して有効な手段であるといえる。
【００５９】
第２実施例
この実施例における自動車のドアガードバーの垂直断面Ｄ２を図４に示す。
【００６０】
この垂直断面Ｄ２では、両曲げ端縁４ｂの間隔ｄ３を大きくすることによって、図心Ｃ２を長側壁４ａの中心軸ＣＬ３よりも偏心量ｄ２だけ被圧縮側壁４ｃ側に偏心させている点で、第１実施例におけるドアガードバー１の垂直断面Ｄ１とはその構成を異にしている。
【００６１】
また、図中符合ＣＬ４は、この垂直断面Ｄ２の中立軸であって、全ての角Ｒ３は、同寸法となっている。
【００６２】
両曲げ端縁４ｂの間隔ｄ３は、偏心させたい偏心量Ｄ２だけ図心Ｃ２が偏心し、かつ、側面衝突Ｓによる引張応力に耐えられるように決定されている。
【００６３】
この垂直断面Ｄ２では、両曲げ端縁４ｂの間隔ｄ３を大きくすることで図心Ｃ２を偏心させているため、その分材料費が節約され、生産コストの低減を図ることができるものである。
【００６４】
すなわち、上記のように、耐座屈性は、垂直断面Ｄ２のうち圧縮応力を受ける部分に大きく依存し、引張応力を受ける部分の強度はさほどに必要とされないという点に着目して、材料費の節約を図ったものである。
【００６５】
その他の構成および作用は、第１実施例における垂直断面Ｄ１と同様であるため、説明を省略する。
【００６６】
以上、この発明の実施例を図面に基づいて説明してきたが、具体的な構成は、上記両実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、この発明に含まれる。
【００６７】
例えば、上記両実施例では、両端部に取付部を有する一体成形タイプのドアガードバー（図７（ａ）参照）が説明されているが、全長にわたって同一の垂直断面である棒状のドアガードバーとし、その両端部に別部品である取付ブラケットを取り付けて、インナパネルにスポット溶接するようなものでもよい。
【００６８】
また、垂直断面の形状は、自動車ドアのインナパネルとアウタパネルとの空間の大きさ、材料費、加工性などを考慮して決定されるものであるため、これらの条件によっては上記両実施例に示された断面形状以外のものとなりえるが、図心を被圧縮側壁側に偏心させる限り、この発明に含まれるものである。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明してきたように、請求項１に記載された発明によれば、垂直断面の図心が被圧縮側壁側に偏心しているため、図心（中立軸）から被圧縮側壁の表面までの距離が短くなっている。このため、圧縮断面係数（中立軸を境にして圧縮応力を受ける側の断面係数）が大きくなり、大きな側面衝突による曲げモーメントに耐えられ、耐座屈性が向上される。
【００７０】
しかも、垂直断面の図心を被圧縮側壁側に偏心させるものであるため、従来と同等の断面積を有する垂直断面であっても耐座屈性が向上し、従って、材料費がかさむこともない。
また、垂直断面がほぼ長方形状で、しかも、その長側壁が水平方向に設定されているため、側面衝突による曲げモーメントに対する断面二次モーメントが大きくなり、さらに耐座屈性が向上される。
【００７１】
請求項２に記載された発明によれば、垂直断面がほぼ環状に曲げ成形されたものであるため、同等の断面積を有する中実の垂直断面のものよりも断面係数が大きくなり、耐座屈性が向上される。
【００７２】
しかも、曲げ成形であるため、その加工が容易であり、生産性の向上による生産コストの低減を図ることができる。
【００７３】
請求項３に記載された発明によれば、圧縮応力に弱い（耐座屈性が低い）垂直断面の両曲げ端縁が、引張応力が発生する側（車内側）に設定されているため、側面衝突による圧縮応力をこの端縁に対向する側壁で受け、耐座屈性がより向上される。
【００７４】
請求項４に記載された発明によれば、垂直断面がほぼ長方形状で、しかも、その長側壁が水平方向に設定されているため、側面衝突による曲げモーメントに対する断面二次モーメントが大きくなり、さらに耐座屈性が向上される。
さらに、両曲げ端縁の間隔を大きくすることで図心を偏心させているため、その分材料費が節約され、生産コストの低減を図ることができる。
また、垂直断面がほぼ環状に曲げ成形されたものであるため、同等の断面積を有する中実の垂直断面のものよりも断面係数が大きくなり、耐座屈性が向上される。
しかも、曲げ成形であるため、その加工が容易であり、生産性の向上による生産コストの低減を図ることができる。
【００７５】
また、請求項５に記載された発明では、圧縮応力に弱い（耐座屈性が低い）垂直断面の両曲げ端縁が、引張応力が発生する側（車内側）に設定されているため、側面衝突による圧縮応力をこの端縁に対向する側壁で受け、耐座屈性がより向上される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施例における自動車のドアガードバーの図７（ｂ）に相当する断面図である。
【図２】押曲げ試験の試験方法を示す概念図である。
【図３】押曲げ試験結果を示す荷重−たわみ曲線図である。
【図４】この発明の第２実施例における自動車のドアガードバーの図７（ｂ）に相当する断面図である。
【図５】自動車のドアを示す正面図である。
【図６】従来例を示し、図５中Ａ−Ａ線に沿う断面図である。
【図７】同従来例における自動車のドアガードバーを示し、（ａ）は、その斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）中Ｂ−Ｂ線に沿う断面図（垂直断面図）である。
【符号の説明】
１ ドアガードバー
１ａ 長側壁
１ｂ 曲げ端縁
１ｃ 被圧縮側壁
Ｓ 側面衝突
Ｄ１ 垂直断面
Ｃ１ 図心
ＣＬ１ 長側壁の中心軸
ＣＬ２ 中立軸
ｄ１ 偏心量
ｈ 長側壁の長さ
ｂ 被圧縮側壁の長さ
R1、R2 角Ｒ
Claims (5)
- 自動車ドアのインナパネルとアウタパネルとの間にほぼ水平に配設されて、自動車の側面衝突に対して前記自動車ドアを補強する自動車のドアガードバーにおいて、
前記側面衝突を受ける垂直断面をほぼ長方形状として、その長側壁を水平方向に設定すると共に、車内側すなわち前記側面衝突による引張応力の発生側の角Ｒを、車外側すなわち前記側面衝突による圧縮応力の発生側の角Ｒよりも大きくすることにより、前記側面衝突によって伸び縮みが生じない中立軸の中央である前記垂直断面の図心を、前記側面衝突によって圧縮応力を受ける被圧縮側壁側に偏心させたことを特徴とする自動車のドアガードバー。 - 前記垂直断面は、ほぼ環状に曲げ成形されたものであることを特徴とする請求項１に記載の自動車のドアガードバー。
- 前記垂直断面の両曲げ端縁を、前記側面衝突による引張応力の発生側に設定したことを特徴とする請求項２に記載の自動車のドアガードバー。
- 自動車ドアのインナパネルとアウタパネルとの間にほぼ水平に配設されて、自動車の側面衝突に対して前記自動車ドアを補強する自動車のドアガードバーにおいて、
前記側面衝突を受ける垂直断面をほぼ長方形状として、その長側壁を水平方向に設定すると共に、前記垂直断面をほぼ環状に曲げ成形し、さらにこの両曲げ端縁の間隔を大きくすることにより、前記側面衝突によって伸び縮みが生じない中立軸の中央である前記垂直断面の図心を、前記側面衝突によって圧縮応力を受ける被圧縮側壁側に偏心させたことを特徴とする自動車のドアガードバー。 - 前記垂直断面の両曲げ端縁を、前記側面衝突による引張応力の発生側に設定したことを特徴とする請求項４に記載の自動車のドアガードバー。
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|---|---|---|---|---|
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1995
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Also Published As
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| JPH08238996A (ja) | 1996-09-17 |
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