JP3866805B2 - 車両用サイドインパクトビーム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、乗員を保護するため、例えば、自動車のドアの内部に取り付けられる車両用の補強部材、とくにサイドインパクトビームの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車においては、一般に、側面から衝突された場合に発生するドアの車室内への陥入を防止して乗員を保護するため、ドアの内部にドア自体を補強するサイドインパクトビームを取り付けている。車両用補強部材としてのサイドインパクトビームは、燃費を向上させるために、所要の品質規格を満足する限りにおいて、軽量かつ安価であることが要求されている。
【０００３】
そこで、本出願人は、特開平７−２１５０５９号公報に開示されているように、軽量化および低コスト化を図るため、高張力鋼板による平板状帯板を使用してビーム部を断面円形状に形成するとともに、ビーム部の両端のドアに対する取付ブラケット部をビーム部と一体にプレス成形したサイドインパクトビームを提案した。これを図９に示す。
このサイドインパクトビーム３０は、そのビーム部３１における鋼板の突き合わせ部３３を溶接しないものとしており、突き合わせ部３３の反対側で負荷を受けるときに最高の剛性を示す。したがって、このサイドインパクトビーム３０の使用に際しては、突き合わせ部３３を車室内側に向けて装着する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ビーム部３１の円形断面から取付ブラケット部３２の平板形状へ変化する断面形状移行部３４は複雑な３次元形状で変化し、たとえば断面形状移行部３４の長さはビーム部３１の外径の４倍程度を必要とする。さらに断面形状移行部３４は、成形時に高い引張り残留応力が生じるため、高張力鋼板を使用する場合には成形後に鋼板表面等に遅れ破壊が発生するおそれがある。
【０００５】
また、上記のビーム部３１においても同様に、高い引張り残留応力が生じているため、高張力鋼板を使用していることから成形の所定時間経過後にビーム部に遅れ破壊が発生するおそれがある。
【０００６】
しかも、上述のように突き合わせ部３３を車室内側に向けて装着するので、ビーム部３１から取付ブラケット部３２への断面形状移行部３４は、互いに突き合わせていた鋼板の縁部ｇが車室内に向いて徐々に開く形となり、上記縁部ｇは車室内に向いて立ち上がるフランジ状となる。このサイドインパクトビーム３０がその取付ブラケット部３２をドアの前後端に固定された状態で実際に車室外からの負荷を受けると、上記縁部ｇに引張り荷重が加わることになる。
このため、ビーム部３１が変形する前に断面形状移行部３４の縁部ｇが裂けて折れ曲がってしまうおそれがある。
【０００７】
また、断面形状移行部３４の加工を容易にし縁部ｇの引張り残留応力を低減するため、断面形状移行部３４の長さを大きくすると、外部からの負荷を受けるべきビーム部３１の長さが短くなってますます断面形状移行部３４で曲がってしまう可能性を大きくしてしまう。とくに、リヤドアのようにホイールハウスにそって切りかかれ、下部の幅が小さいドアの当該下部に設置するような場合には、ビーム部の存在意義がないも同然で実際上採用が困難となる。
【０００８】
したがって本発明は、先に提案したサイドインパクトビームをさらに改良し、ビーム部および断面形状移行部での遅れ破壊の発生を防止するとともに、ビーム部から取付ブラケット部への断面形状移行部における変形のおそれをなくした車両用サイドインパクトビームを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明は、高張力鋼板をプレス加工して形成され、円形の横断面をもつビーム部と該ビーム部の両端に設けられた車体に対する取付ブラケット部とを備える車両用サイドインパクトビームであって、上記高張力鋼板はプレス加工前の平板状態において両端に切り欠きを有してそれぞれ両側縁にそう２つのアームが形成された帯板状であって、上記両側縁を突き合わせ部として切り欠き間をビーム部に形成するとともに、アームを上記両側縁を突き合わせ部としてビーム部側からアーム先端側へ進むに従って切り欠き縁を次第に外方へ開いて断面形状移行部とし、アーム先端部を上記取付ブラケット部としたものである。
【００１０】
上記の高張力鋼板はプレス加工前の平板状態においてビーム成形用の金型で規定される円周寸法よりも大きい幅寸法を有し、ビーム部の形成時に横断面の円周方向に圧縮力を加えられているものとするのが好ましい。
また、取付ブラケット部は、突き合わせ部で連続した平板をなしているものとするのがよい。
さらに、取付ブラケット部は、ビーム部の軸心に対する突き合わせ部の方向に対して略垂直に延びているものとすることができ、また、取付ブラケット部がビーム部の突き合わせ部を車室内に向けてドアに固定されるのが望ましい。
【００１１】
【作用】
帯板状の高張力鋼板に切り欠きで形成した２つのアームを帯板の両側縁を突き合わせて切り欠き縁を次第に外方へ開いて断面形状移行部とし、アーム先端部を取付ブラケット部とするので、断面形状移行部における切り欠きの内側縁部は突き合わせ部と反対方向に向くフランジ状となる。ビーム部の突き合わせ部を車室内に向けてドアなどの車体構造に取り付けると、上記フランジ状部は車室外に向いて立ち上がることになり、車室外からの負荷を受けたときその縁部には裂く方向の負荷を受けない。これにより、フランジ高さを小さくできるから断面形状移行部を短くしても加工容易で、複雑な残留応力を生じないので遅れ破壊のおそれもない。
【００１２】
また、横断面円形のビーム部の成形時に、材料展開幅よりも内周寸法が小さいプレス金型を使用し、材料展開幅寸法から金型の内周寸法への縮寸により横断面の円周方向に圧縮力を加えることにより、板厚の全域において塑性変形が発生し、これによりビーム部における引張り残留応力の絶対値が減少されるので、ビーム部での遅れ破壊の発生が防止される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、実施例により説明する。
図１はサイドインパクトビームの取付け状態を示す図であり、サイドインパクトビーム２は、ドア１の内部の略中央部に地面と平行に取り付けられ、側面からの衝撃に対して、ドア１が車両内側に陥入するのを防止する。
【００１４】
図２はサイドインパクトビーム２の外観斜視図であり、サイドインパクトビーム２は、中央部のビーム部３と、ビーム部３の両端部に形成され、ドア１に対する取付ブラケット部４、５とがそれぞれ一体にプレス成形され、取付ブラケット部４、５が夫々ドア１の前端部および後端部に固定される。そして、ビーム部３は、材料幅寸法が後述する成形用金型の寸法より大きい材料を使用し、図３に示すように、横断面円形状にプレス成形される。そして、ビーム部３における突き合わせ部６は溶接なしとし、この突き合わせ部６を室内側に向けて取り付けられる。以下、ビーム部３の断面の半径をＲ、直径をＤとして、説明する。
【００１５】
次に、ビーム部３の成形工程を、図４により説明する。
まず、図４の（ａ）に示すように、材料として、高張力鋼板の帯板３’を用意する。この帯板３’の幅寸法は、後述する金型の寸法より長く設定されている。
例えば、サイドインパクトビーム２の板厚をｔとし、ビーム部３の直径をＤに成形するときには、展開した帯板の幅寸法Ｌは、Ｌ＝（Ｄ−ｔ）πとなる。金型についてはこのＬを内周寸法と呼ぶ。
これに対して、本実施例では帯板３’の幅寸法Ｌ’を、Ｌ’＝Ｌ（（１００＋α）／１００）とし、ビーム部３をα％の圧縮を加えて成形する。後述する試料における材料の幅寸法Ｌ’は、Ｌ’＝Ｌ×１．０３とし、３％の圧縮が加えられている。
【００１６】
次いで、図４の（ｂ）に示すように、Ｕ曲げ用金型１１を使用してプレス加工により、帯板３’を断面Ｕ字状に折り曲げる。これは、次工程に対する予備曲げ工程であり、以下のような金型１１を使用している。すなわち、金型１１は、先端の曲げ部１２”が完成品としての半径Ｒより小さい半径を有し、帯板３’を断面Ｕ字状に折り曲げたとき、その両面にわたる側面全長Ｋが材料幅寸法より大きい寸法の凸部１２’を備えた上型１２と、曲げ部１２”に略合致した凹部１３’を備えた下型１３とから成る。
【００１７】
次いで、図４の（ｃ）に示すように、成形用金型１４のキャビティ１４’内に、上記予備曲げ工程によりＵ字状に成形した帯板３”を挿入する。ここで、半割状の上型１５と下型１６から成る成形用金型１４は、プレス成形時、断面円形状のビーム部３の寸法が直径Ｄとなるように、そのキャビティ１４’寸法が形成されている。この場合、帯板３”は、上型１５と下型１６との間にプレス方向にＵ字状にセットされる。
【００１８】
次いで、図４の（ｄ）に示すように、成形用金型１４としての上型１５と下型１６とを閉じる。同図は、帯板３”がキャビティ１４’の内面に沿ったように成形された状態を示し、帯板３’の幅寸法Ｌ’とキャビティ１４’の内周寸法Ｌとの差により、上型１５と下型１６との間に隙間ｓが生じた状態を示している。ここで、隙間ｓの寸法Ｓは、Ｓ＝（Ｌ’−Ｌ）／２であり、この長さ分Ｓが圧縮されることとなる。
【００１９】
次いで、図４の（ｅ）に示すように、成形用金型１４としての上型１５と下型１６とを閉じることにより、Ｕ字状に成形した帯板３”を断面円形状にプレス成形する。ここで、帯板３’の幅寸法がキャビティ１４’の内周寸法Ｌより大きいＬ’であるため、ビーム部３は全周に亘って圧縮力が加わった状態でプレス成形される。これにより、断面円形状のビーム部３の全周において、板表面から板内面に亘る板厚の全域で塑性変形が発生するため、板表面と板内面とで発生する応力の差が小さくなり、引張り残留応力の絶対値が減少される。
【００２０】
つぎに、取付ブラケット部について説明する。取付ブラケット部４と５は同様構造であるから、取付ブラケット部４について説明する。図５はサイドインパクトビーム端部の拡大図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。また図６は素材帯板の展開図である。
素材帯板３’の端部には、ビーム部成形前の展開された平板状態において、図６に示すように、ビーム部対応部分Ｂの端部から素材帯板の長手先端部方向へ延びる切り欠き２１により、それぞれ帯板の側縁２２、２３にそう２つのアーム２４、２５が形成される。切り欠き２１はビーム部対応部分Ｂの端部側において大きくえぐられる一方、素材帯板の長手先端側の所定範囲ｗでは参照符号２６で示す単純な切断線状となって、各アーム２４、２５の先端は素材帯板の幅寸法の略半分の幅となっている。これらのアーム２４、２５の外側縁部は、ビーム部対応部分の両側縁から一直線に伸びている。
【００２１】
素材帯板３’のビーム部対応部分Ｂをプレスにより円形断面のビーム部３に成形する際に、同時にアーム２４、２５の外側縁部もビーム部３における縁部と同じく、互いに突き合わせた状態とされ、ビーム部端から素材帯板の端部まで平面図上一直線に伸びる。そして、展開状態時の切り欠き２１の内側縁部ｆが、成形状態では円形断面のビーム部端から次第に外方向に開いて断面形状移行部２８を形成する。そして、両アーム２４、２５の上記先端所定範囲ｗの部分を同一平面上に延在する取付ブラケット部４とし、アームの切り欠きの内側縁部ｆは、取付ブラケット部４の最外側に連なる。
ビーム部３と取付ブラケット部４間の断面形状移行部２８の長さは、ビーム部３の外径Ｄの略２倍に設定されている。
【００２２】
このようにして成形されたサイドインパクトビーム２は、ビーム部３の突き合わせ部６を室内側に向け、取付ブラケット部４においてドア１の前端部および後端部に溶接固定される。これにより、上記切り欠き２１の内側縁部ｆは車室外に向いて立ち上がるフランジ状となる。
【００２３】
本実施例は以上のように構成され、円形状の横断面を形成する材料幅寸法が金型による理論寸法より大きい材料を使用してプレス成形し横断面円形状のビーム部３としているので、円周方向に圧縮力が加わり、板厚の全域に亘って圧縮力による塑性変形が生じる。これにより、板表面部と板内面部とで発生する引張り残留応力の差が小さくなってその絶対値が減少する。これにより、ビーム部の引張り残留応力による遅れ破壊の発生が防止される。
【００２４】
一方、ビーム部３と取付ブラケット部４間の断面形状移行部２８については、上記切り欠きの内側縁部が車室外に向いて立ち上がるフランジ状となっているので、サイドインパクトビーム２がその取付ブラケット部４をドアの前後端に固定された状態で実際に車室外からの負荷を受けると、上記内側縁部ｆ付近には圧縮荷重が加わることになる。 すなわち、フランジ状の内側縁部ｆを裂く方向の負荷を受けないから、当該フランジ高さを大きくする必要がない。このため、上記切り欠き２１を大きくすることができ、短い間で移行するようにしても加工が容易で、かつ複雑な残留応力を生じることもないから、遅れ破壊のおそれがないとともに、ビーム部３と取付ブラケット部４間の断面形状移行部２８の長さはビーム部３の外径の２倍で十分である。したがってまた、断面形状移行部２８の長さを短くできる分だけビーム部３を長くできるから信頼性が一層向上する。
【００２５】
図７に本実施例の荷重−変位特性の測定結果を比較例（従来例）とともに示す。実施例（イ）、比較例（ロ）のいずれも引っ張り強さ１２０ｋｇｆ／ｍｍ² 、板厚１．６ｍｍの高張力鋼板からビーム部は外径３５ｍｍのパイプに形成し、取付ブラケット部は素材帯板の幅と同寸法として全長７５０ｍｍとしたものである。突き合わせ部は溶接されていない。
図８の（ａ）は実施例試料の断面形状移行部の展開図、（ｂ）は比較例の同展開図である。実施例試料では断面形状移行部２８の長さがビーム部外径の２倍、両アーム２４、２５の最小幅ｖ、ｖの合計が素材帯板の幅Ｌ’の２／４倍であり、比較例試料では断面形状移行部２８’の長さがビーム部外径の４倍、最小幅ｖ’が素材帯板の幅の３／４倍である。
なおここでは、比較例のビーム部も円周方向に圧縮力を加えて実施例と同じにし、ビーム部と取付ブラケット部間の断面形状移行部のみが相違するものとしてある。
【００２６】
この測定結果から明らかなように、比較例（ロ）では変位の小さい段階で最大荷重となるのに対して、実施例（イ）では初期に断面形状移行部の変形による変異部があるがその後比較例より大きな変位まで荷重を受け止め、最大荷重も比較例より高い。これにより、変位１００ｍｍまでのエネルギー吸収量は比較例の７００００ｋｇｆ・ｍｍに対して７８０００ｋｇｆ・ｍｍとなっている。
【００２７】
なお、実施例においては、ビーム部３を、２個のプレス金型１１、１４により成形したものを例示したが、鍛造ロールを使用したロールフォーミングにより断面円形状に成形した後、金型によりビーム部３の円周方向に圧縮力を加えることもできる。
また、ビーム部３における突き合わせ部６は溶接しないものを例示したが、突き合わせ部６を溶接しても上記の測定結果と同様の結果が得られる。
【００２８】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明は、高張力鋼板からプレス加工により円形の横断面をもつビーム部とその両端の取付ブラケット部とを一体成形した車両用サイドインパクトビームにおいて、帯板状素材の両端に切り欠きでそれぞれ両側縁にそう２つのアームを形成し、上記両側縁を突き合わせ部として切り欠き間をビーム部とするとともに、アームを同じく両側縁を突き合わせ部としてアーム先端側へ進むに従って切り欠き縁を次第に外方へ開いて断面形状移行部とし、アーム先端部を取付ブラケット部としたので、ビーム部の突き合わせ部を車室内に向けて車体構造に取り付けることにより、ビーム部は最大の剛性とエネルギー吸収量を発揮するとともに、断面形状移行部における切り欠き縁は車室外に向いて立ち上がり、車室外からの負荷を受けたときその縁部には裂く方向の負荷を受けないので、サイドインパクトビーム全体としての最大荷重とエネルギー吸収量が向上する。
したがってまた、切り欠き縁が呈するフランジ状部のフランジ高さを小さくできるから、断面形状移行部を短くしても加工容易で、かつ複雑な残留応力を生じないので遅れ破壊のおそれもない。
【００２９】
また、横断面円形のビーム部の成形時に、材料展開幅よりも内周寸法が小さい金型を使用し、材料展開幅寸法から金型の内周寸法への縮寸により横断面の円周方向に圧縮力を加えることにより、板厚の全域において塑性変形が発生し、これによりビーム部における引張り残留応力の絶対値が減少されるので、ビーム部での残留応力による遅れ破壊の発生が防止される。
【００３０】
また、取付ブラケット部を突き合わせ部で連続した平板となし、さらにはビーム部の軸心に対する突き合わせ部の方向に対して略垂直に延びるものとすることにより、車体構造の縦壁に固定して簡単に精度良く突き合わせ部を車室内に向けて設置することができ、とくにドアに取り付けて車外からの衝撃に対して、ドアが車両内側に陥入するのを防止するのに有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例におけるサイドインパクトビームの取付け状態を示す図である。
【図２】実施例のサイドインパクトビームの外観斜視図である。
【図３】ビーム部の横断面図である。
【図４】ビーム部の成形工程を示す図である。
【図５】サイドインパクトビーム端部の拡大図である。
【図６】素材帯板の展開図である。
【図７】実施例試料の荷重−変位特性の測定結果を示す図である。
【図８】測定試料の断面形状移行部の展開図である。
【図９】従来例を示す図である。
【符号の説明】
１ ドア
２ サイドインパクトビーム
３ ビーム部
３’ 帯板
４、５ 取付ブラケット部
６ 突き合わせ部
１１ 金型
１２ 上型
１３ 下型
１４ 成形用金型
１４’ キャビティ
１５ 上型
１６ 下型
２１ 切り欠き
２２、２３ 側縁
２４、２５ アーム
２８ 断面形状移行部
３０ サイドインパクトビーム
３１ ビーム部
３２ 取付ブラケット部
３３ 突き合わせ部
３４ 断面形状移行部
ｆ 内側縁部
ｇ 縁部
ｓ 隙間
Ｂ ビーム部対応部分

Claims (5)

1. 高張力鋼板をプレス加工して形成され、円形の横断面をもつビーム部と該ビーム部の両端に設けられた車体に対する取付ブラケット部とを備える車両用サイドインパクトビームであって、
   前記高張力鋼板はプレス加工前の平板状態において両端に切り欠きを有してそれぞれ両側縁にそう２つのアームが形成された帯板状であって、
   前記両側縁を突き合わせ部として前記切り欠き間をビーム部に形成するとともに、
   前記アームを前記両側縁を突き合わせ部として前記ビーム部側からアーム先端側へ進むに従って切り欠き縁を次第に外方へ開いて断面形状移行部とし、アーム先端部を前記取付ブラケット部としたことを特徴とする車両用サイドインパクトビーム。
2. 前記高張力鋼板はプレス加工前の平板状態において前記ビーム成形用の金型で規定される円周寸法よりも大きい幅寸法を有し、前記ビーム部の形成時に横断面の円周方向に圧縮力を加えられていることを特徴とする請求項１記載の車両用サイドインパクトビーム。
3. 前記取付ブラケット部は、前記突き合わせ部で連続した平板をなしていることを特徴とする請求項１または２記載の車両用サイドインパクトビーム。
4. 前記取付ブラケット部は、前記ビーム部の軸心に対する突き合わせ部の方向に対して略垂直に延びていることを特徴とする請求項３記載の車両用サイドインパクトビーム。
5. 前記取付ブラケット部が前記ビーム部の突き合わせ部を車室内に向けてドアに固定されるものであることを特徴とする請求項１、２、３または４記載の車両用サイドインパクトビーム。

Images