JP6069875B2

JP6069875B2 - 車両のドア構造

Info

Publication number: JP6069875B2
Application number: JP2012084775A
Authority: JP
Inventors: 恭兵雪田
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2012-04-03
Filing date: 2012-04-03
Publication date: 2017-02-01
Anticipated expiration: 2032-04-03
Also published as: JP2013212793A

Description

本発明は、ドア本体の内部空間にインパクトバーを備えた車両のドア構造に関し、車体構造の技術分野に属する。

一般に、車両のドア本体の内部空間には、ドア本体の側突耐力を大きくして側突時における乗員の保護性能を向上させる目的で、車両の前後方向に延びるインパクトバーが備えられる。インパクトバーの曲げ強度を大きくするために、形状を工夫する等の試みがなされている。

例えば、特許文献１では、厚さ方向に複数個並設され、ドア外面と略直角に立上がる立上がり壁を備えた車両用ドアの補強ビームが開示されている。また、立上がり壁は、少なくとも一部が焼入れ処理されている。

一方、燃費向上のため、車両の軽量化が求められており、ドアの全体重量を小さくするために、インパクトバーの軽量化も求められている。

特開２００３−０９４９４３号公報

特許文献１記載の補強ビームによれば、立ち上がり壁の数を増やすことで、曲げ強度を確保することは可能である。しかし、立ち上がり壁の数が増えるごとに重量が増加する。また、焼入れ処理を行うことにより、製造過程が複雑化するため、生産性が低下する。

そこで、本発明は、生産性が高く、軽量かつ曲げ強度の大きいインパクトバーを備えた車両のドア構造を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は次のように構成したことを特徴とする。

まず、請求項１に係る発明は、インナパネル及びアウタパネルで形成されたドア本体と、前記ドア本体内部に配設され、車両の前後方向に延びるインパクトバーとを備えた車両のドア構造であって、前記インパクトバーは、前記アウタパネルの内面に対向する第１面部と、該第１面部の上下の端部から前記インナパネル側に向けてそれぞれ延びる上下の第２面部と、該第２面部の端部から前記第１面部と略平行に、上方の第２面部からは上方に、下方の第２面部からは下方にそれぞれ延びる上下の第３面部と、該上下の第３面部の端部から前記インナパネル側に向けてそれぞれ延びる上下の第４面部と、前記上下の第３面部を連結する第５面部と、前記上下の第４面部のインナパネル側の端部を連結する第６面部とを有し、前記第１面部、上下の第２面部及び第５面部によりアウタパネル側の第１閉断面部が形成され、前記上下の第３面部、上下の第４面部、第５面部及び第６面部によりインナパネル側の第２閉断面部が形成され、前記第５面部は、前記インナパネル側から、前記上下の第３面部に、それぞれ溶接部を介して接合され、前記第５面部は、前記インパクトバーに側突荷重が加わったときにおいて、前記上下の第３面部を前記第２閉断面部へ引き込む方向へ力を加える面部であり、前記第６面部は、前記上下の第４面部のインナパネル側の端部に、それぞれ溶接部を介して接合されることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記第５面部及び第６面部は、前記インパクトバーの長手方向において、該インパクトバーが前記ドア本体に接合される領域とは異なる領域に設けられることを特徴とする。

また、請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る発明において、前記第５面部及び第６面部は別体で構成されることを特徴とする。

また、請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか１項に係る発明において、前記第５面部は略平面状に形成されていることを特徴とする。

また、請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれか１項に係る発明において、前記第５面部及び第６面部は、前記インパクトバーの長手方向の略中央部に設けられていることを特徴とする。

また、請求項６に係る発明は、請求項１〜５のいずれか１項に係る発明において、前記第４面部のインナパネル側の端部間の距離Ｂに対する前記第２面部のインナパネル側の端部間の距離Ａの比の値Ａ／Ｂは、０．６５〜０．８０の範囲内にあることを特徴とする。

以上の構成により、本願各請求項の発明によれば、次の効果が得られる。

本願の請求項１に係る発明によれば、アウタパネル側の第１閉断面部及びインナパネル側の第２閉断面部で二重閉断面構造が形成されることにより、荷重入力時にインパクトバーの断面の開きが抑制され、曲げ強度が向上する。また、荷重入力時に第１閉断面部が第２閉断面部に引き込まれるため、第３面部には、第２閉断面部の内側に向かう力が作用する。それゆえ、第３面部と第４面部とで形成される角部の座屈、即ち外方への開きを抑制することができ、インパクトバーの曲げ強度が向上する。これらのインパクトバーの曲げ強度向上により、車両のドア構造の側突耐力を大きくすることができる。

また、請求項２に係る発明によれば、第５面部及び第６面部が、インパクトバーの長手方向において、インパクトバーが前記ドア本体に接合される領域とは異なる領域に設けられることにより、請求項１に記載の効果が具体的に達成される。

また、請求項３に係る発明によれば、第５面部及び第６面部が別体で構成されることにより、荷重入力時の第１閉断面部の第２閉断面部への引き込みを大きくすることができるため、さらにインパクトバーの曲げ強度が向上する。また、別体としたことにより、インパクトバーの長手方向の任意の位置に、第５面部及び第６面部を容易に設けることができ、容易に目的とする特性に応じた構造とすることができる。

また、請求項４に係る発明によれば、第５面部が略平面状に形成されていることにより、荷重入力時の第１閉断面部の第２閉断面部への引き込みを応答よく行うことができるため、さらにインパクトバーの曲げ強度が向上する。つまり、第３面部と第４面部とで形成される両側の角部を最短距離でつなぐことにより、第１閉断面部が第２閉断面部に引き込まれる際に、より早く両側の角部を内方へ引き込むことにより、両側の角部の座屈、即ち外方への開きを抑制することができ、インパクトバーの曲げ強度が向上する。

また、請求項５に係る発明によれば、荷重入力時に最も荷重負担度の高いインパクトバーの中央部に閉断面部を形成することにより、インパクトバーの曲げ強度の質量効率が向上する、即ち曲げ強度を維持しつつ軽量化することができる。

また、請求項６に係る発明によれば、第４面部のインナパネル側の端部間の距離Ｂに対する前記第２面部のインナパネル側の端部間の距離Ａの比の値Ａ／Ｂを、０．４６〜０．８０の範囲内に設定することにより、荷重入力時に第１閉断面部が第２閉断面部へ充分引き込まれるため、インパクトバーの曲げ強度を向上させることができる。つまり、Ａ／Ｂの値が０．４６未満の場合は、荷重の大きさ又は方向によっては、第１閉断面部が横倒れする場合があり、曲げ強度を維持することができない。また、特にＡ／Ｂの値が０．６５以上の場合に、曲げ最大荷重の質量効率が向上する。また、Ａ／Ｂの値が０．８０を超える場合は、即ち第１閉断面部の幅が広すぎる場合は、第１閉断面部の第２閉断面部への引き込み効果が低下する。さらに、Ａ／Ｂの値が０．８０以下の場合は、第５面部を別体としたときに、第５面部を第３面部に溶接する隙間を充分確保でき、溶接を用いてインパクトバーを容易に製造でき、生産性が向上する。

本発明の実施の形態による車両用ドアの側面図である。図１のＡ−Ａ断面図である。図２のＢ−Ｂ断面図である。本発明の実施の形態による車両用ドアが備えるインパクトバーの斜視図である。図４のＣ−Ｃ断面図（図５（ａ））及びＤ−Ｄ断面図である（図５（ｂ））。車両用ドアが備える代替のインパクトバーの、図５（ａ）に対応する断面図である。第１の比較例のインパクトバーに荷重を加えた際の変形の様子を示す図である。第２の比較例のインパクトバーに荷重を加えた際の変形の様子を示す図である。本発明の実施の形態によるインパクトバーに荷重を加えた際の変形の様子を示す図である。最大曲げ荷重の解析条件を説明する図である。最大曲げ荷重の解析に用いた従来技術によるインパクトバー及び本実施形態によるインパクトバーの寸法を示す図である。最大曲げ荷重の解析結果を示す図である。第１閉断面部の横倒れを説明する図である。第２面部のインナパネル側の端部間の距離が小さいインパクトバーに荷重を加えた際の変形の様子を示す図である。

以下、本発明の実施の形態による車両用ドアについて説明する。
図１は、本発明の実施の形態による車両用ドアの側面図である。また、図２は図１のＡ−Ａ断面図であり、図３は図２のＢ−Ｂ断面図である。車両用ドア１は、アウタパネル３及びインナパネル４で形成されたドア本体２と、ドア本体２の内部に配設され、車両の前後方向に延びるインパクトバー１０とを備える。

尚、以下の説明で「上」「下」は、図２を正面と見た場合の上下を指すものとする。

図４は、本発明の実施の形態による車両用ドアが備えるインパクトバーの斜視図である。図５（ａ）（ｂ）は、それぞれ図４のＣ−Ｃ断面図、Ｄ−Ｄ断面図である。インパクトバー１０は、アウタパネル３の内面に対向する第１面部１１と、第１面部の上下の端部から前記インナパネル４側に向けてそれぞれ延びる上下の第２面部１２ａ，１２ｂと、第２面部の端部から第１面部１１と平行に、かつ、上方の第２面部１２ａからは上方に、下方の第２面部１２ｂからは下方にそれぞれ延びる上下の第３面部１３ａ，１３ｂと、上下の第３面部の端部からインナパネル４側に向けてそれぞれ延びる上下の第４面部１４ａ，１４ｂとを有する。

図５（ａ）に示すように、本実施形態によるインパクトバー１０は、断面高さがｈ１，ｈ２の二段階に変化する構成を有する。以下、断面高さ方向とは、アウタパネル３側からインナパネル４側に延び、図５において、ｈ１，ｈ２で示す矢印の方向をいうものとする。

図５（ａ）に示すように、第１面部１１と第２面部１２ａ，１２ｂとの間、第２面部１２ａ，１２ｂと第３面部１３ａ，１３ｂとの間、及び第３面部１３ａ，１３ｂと第４面部１４ａ，１４ｂとの間は、それぞれ滑らかに形成されている。

図４に両矢印（ア）で示す範囲には、図５（ａ）に示すように、上下の第３面部１３ａ，１３ｂを連結する平面状の第５面部１５が設けられている。第１面部１１、上下の第２面部１２ａ，１２ｂ及び第５面部１５により、アウタパネル３側の第１閉断面部Ｃ１が形成される。また、図４の両矢印（ア）で示す範囲には、上下の第４面部１４ａ，１４ｂのインナパネル４側の端部間を連結する第６面部１６が設けられている。上下の第３面部１３ａ，１３ｂ、上下の第４面部１４ａ，１４ｂ、第５面部１５及び第６面部１６により、インナパネル４側の第２閉断面部Ｃ２が形成される。

第５面部１５は、第３面部１３ａ，１３ｂにインナパネル４側からスポット溶接され、第６面部１６は、第４面部１４ａ，１４ｂの下端付近にスポット溶接される。それゆえ、第５面部１５の幅の大きさは、第２面部１２ａ，１２ｂのインナパネル側の端部間の距離に加えて、スポット溶接するのに必要な幅を加えた大きさとする。第５面部１５の幅をさらに大きくすることも可能であるが、スポット溶接に用いるスポット溶接ガンが溶接時に入る隙間は確保する必要がある。

車両用ドア１は、インパクトバー１０の中央部で荷重入力時に最も荷重負担度が高い。それゆえ、本実施形態では、インパクトバー１０の中央部を含む図４に示す（ア）の範囲にのみ、第５面部１５及び第６面部１６が設けられた構成としているが、より広い範囲に第５面部１５及び第６面部１６が設けられる構成でもよい。

また、本実施形態では、第３面部１３ａ，１３ｂが第２面部１２ａ，１２ｂの端部から第１面部１１と平行に延びる構成を有するが、アウタパネル３側又はインナパネル４側に数度傾斜した方向に延びる構成とすることも可能である。

図６は、車両用ドアが備える代替のインパクトバーの、図５（ａ）に対応する断面図である。本実施形態では、第５面部１５は、第３面部１３ａ，１３ｂにインナパネル４側からスポット溶接されている。代替として、図６に示すように、第３面部と第５面部とが一体形成された面２５が設けられ、第２面部１２ａ，１２ｂが、一体形成された面２５にスポット溶接された構成を有してもよい。

次に、本実施形態による車両用ドア１の作用及び効果を、図７〜図１０を用いて説明する。
図７，図８は、比較例のインパクトバーに荷重を加えた際の変形の様子を示す図である。図７（ａ）に示す第１の比較例のインパクトバーは、本実施形態によるインパクトバー１０のように、断面高さが二段階に変化する構成を有しない。

第１の比較例のインパクトバーに側突による荷重が加わると、図７（ｂ）に示すように、壁面と荷重入力面とで形成された角部に荷重が加わりやすいため、壁面と荷重入力面とで形成された角部が座屈しやすい。壁面と荷重入力面とで形成された角部が座屈すると、インパクトバーの曲げ強度が低下する。その結果、車両用ドア１の側突耐力が低下し、側突時に乗員を充分保護することができない。そこで、インパクトバーの曲げ強度を向上させるために、例えばインパクトバーの１)厚みを増加させる、２）断面高さを増加させることが考えられる。

しかし、１)厚みを増加させるとインパクトバーが重量化し、２）断面高さを増加させるとインパクトバーが重量化するだけでなく、壁面と荷重入力面とで形成された角部がさらに座屈しやすくなる。

図８（ａ）に示す第２の比較例のインパクトバーは、本実施形態によるインパクトバーと同様に第１面部〜第４面部を有するが、第５面部、第６面部が設けられていない構成を有する。図８（ａ）に示す比較例の場合、断面高さが二段階に変化する構成としたことで、個々の断面高さｈ１，ｈ２を抑えることができ、その結果、側突時の第２面及び第４面の座屈が生じにくくなる。

しかし、断面高さを抑えた第２の比較例のインパクトバーに、側突による荷重が加わると、図８（ｂ）に矢印で示すように、第２面及び第４面で断面開きが発生しやすくなる。断面開きが発生した場合も、インパクトバーの曲げ強度が低下してしまう。

図９は、本実施形態によるインパクトバーに荷重を加えた際の変形の様子を示す図である。本実施形態によるインパクトバー１０では、図４に（ア）で示す中央部を含む範囲に第５面部１５が設けられ、第１閉断面部Ｃ１が形成されている。それゆえ、図９に矢印（Ａ）で示すように、インパクトバー１０に対して、第２面部１２ａ，１２ｂの断面開きを抑制する方向に力が作用する。同様に、第６面部１６が設けられ、第２閉断面部Ｃ２が形成されていることにより、図９に矢印（Ｂ）で示すように、インパクトバー１０に対して、第４面部１４ａ，１４ｂの断面開きを抑制する方向に力が作用する。

これにより、インパクトバー１０に側突荷重が加わった場合に、第２面部１２ａ，１２ｂ、第４面部１４ａ，１４ｂの断面開きを抑制することができる。それゆえ、インパクトバー１０の曲げ強度が向上し、車両用ドア１の側突耐力を大きくすることができる。

また、側突による荷重を受けると、図９に点線で示すように、第１閉断面部Ｃ１が第２閉断面部Ｃ２へ引き込まれる。その際、第３面部１３ａ，１３ｂには、矢印（Ｃ）で示すように、第３面部１３ａ，１３ｂを第２閉断面部Ｃ１へ引き込む方向へ力が加わる。それゆえ、第４面部１４ａ，１４ｂの断面高さ方向に加わる力を低減することができ、第３面部１３ａ，１３ｂと第４面１４ａ，１４ｂとで形成される両側の角部の座屈、即ち外方への開きを抑制することができる。

これにより、インパクトバー１０に側突荷重が加わった場合に、第３面部１３ａ，１３ｂと第４面１４ａ，１４ｂとで形成される両側の角部の座屈を抑制することができる。それゆえ、インパクトバー１０の曲げ強度が向上し、車両用ドア１の側突耐力を大きくすることができる。

また、本実施形態では、車両用ドア１としての荷重入力時に最も荷重負担度が高いインパクトバー１０の中央部を含む、図４に（ア）で示す範囲に第５面部１５及び第６面部１６を設けることにより、インパクトバーの曲げ強度の質量効率が向上する、即ち曲げ強度を維持しつつ、軽量化することができる。

また、第５面部１５及び第６面部１６が第１面部１１〜第４面部１４ａ，１４ｂと別体で構成されているので、インパクトバー１０に側突荷重が加わった際に、第１閉断面部Ｃ１の第２閉断面部Ｃ２への引き込みをさらに大きくすることができる。それゆえ、さらにインパクトバー１０の曲げ強度を向上させることができる。

さらに、第５面部１５及び第６面部１６が別体で構成されていることにより、長手方向の任意の位置に、かつ、容易に第５面部１５及び第６面部１６を設けることができるため、容易に目的とする特性に応じた構造とすることができる。また、スポット溶接を用いて第５面部１５及び第６面部１６を接合することにより、高い生産性を維持することができる。

また、第５面部１５を平面状に形成しているので、インパクトバー１０に側突荷重が加わった際に、第１閉断面部Ｃ１の第２閉断面部Ｃ２への引き込みをさらに応答よく行うことができる。それゆえ、さらにインパクトバー１０の曲げ強度を向上させることができる。つまり、第３面部１３ａ，１３ｂと第４面部１４ａ，１４ｂとで形成される両側の角部を最短距離でつなぐことにより、第１閉断面部Ｃ１が第２閉断面部Ｃ２に引き込まれる際に、より早く両側の角部を内方へ引き込むことにより、両側の角部の座屈、即ち外方への開きを抑制することができ、インパクトバー１０の曲げ強度が向上する。

次に、図１０ａ〜図１１を用いて、第４面部のインナパネル側の端部間の距離Ｂに対する前記第２面部のインナパネル側の端部間の距離Ａの比の値Ａ／Ｂを変化させた場合の最大曲げ荷重の質量効率の変化について説明する。尚、最大曲げ荷重は、図１０ａに示すようにインパクトバー１０の中央部に圧子１７を用いて荷重を加えた場合に、圧子の押圧ストロークと、外部入力荷重としての押圧荷重（曲げ荷重）との関係において押圧荷重（曲げ荷重）が最大となる荷重である。つまり、押圧荷重の最大値が大きいほど、曲げに対する強度が高いことになる。また、最大曲げ荷重の質量効率は、インパクトバー１０の単位質量当たりの最大曲げ荷重をいう。

下記の表１においては、図１０ｂに示すように、先行技術で示した２つの立上がり壁を有する形状の補強ビームを比較対照とした。図１０ｂに示すように、比較対照の補強ビームの断面高さ（２６．０）と本実施形態のインパクトバー１０の第２閉断面部の断面高さｈ２とを一致させた。また、Ａ／Ｂの値を変化させる際に、Ｂの値は７４．０に固定した。

また、図１０ｃにおいて、下記の表１をグラフ化したものを示す。尚、下記の表１の値は、所定の解析条件の下、コンピュータ解析により算出した値であり、比較対照の補強ビームの解析結果を１００％としている。

以下、Ａ／Ｂの好ましい範囲について検討する。
図１１に示すように、距離Ａが短い、即ちＡ／Ｂの値が小さい場合に、第１面部１１の端部付近に側突荷重が加わると、荷重の大きさ又は方向によっては、矢印（Ｄ）で示すように第１閉断面部Ｃ１が横倒れする場合がある。

また、図１２に示すように、距離Ａが短い、即ちＡ／Ｂの値が小さい場合に、第１面部１１に側突荷重が加わると、第１閉断面部Ｃ１が第２閉断面部Ｃ２へ引き込まれる範囲が小さくなる。それゆえ、第４面部１４ａ，１４ｂの断面高さ方向に加わる力を充分低減することができない場合がある。

図１０（ｃ）及び表１に示すように、Ａ／Ｂの値が０．４６以上の場合に、最大曲げ荷重の質量効率が大きく向上することがわかる。それゆえ、Ａ／Ｂの値が０．４６以上の場合には、第１閉断面部Ｃ１が第２閉断面部Ｃ２へ充分引き込まれると考えられる。さらに、Ａ／Ｂの値が０．４６以上の場合には、第１閉断面部Ｃ１の横倒れの可能性を充分低減できると考えられる。

図１０（ｃ）及び表１に示すように、Ａ／Ｂが０．６５以上の場合に、曲げ最大荷重の質量効率がさらに高くなることがわかる。それゆえ、第１閉断面部Ｃ１が第２閉断面部Ｃ２へ引き込まれる作用は、Ａ／Ｂが０．６５以上の場合に最も大きくなるといえる。

Ａ／Ｂの値が０．８６についても解析したが、Ａ／Ｂの値が０．８０より大きい場合、第５面部１５を第３面部１３ａ，１３ｂに溶接する隙間を充分確保できないため、第５面部１５を第３面部１３ａ，１３ｂにスポット溶接することが難しい。押出成形により第５面部を形成することも考えられるが、生産性は低下する。それゆえ、生産性向上の観点から、Ａ／Ｂの値を０．８０以下にすることが好ましい。

尚、本実施形態において第３面部１３ａ，１３ｂと第５面部１５とが一体形成された構成を有する実施例の場合、請求項における第３面部及び第５面部は、第３面部と第５面部とが一体形成された面２５のうち、第３面部及び第５面部にそれぞれ相当する部分に対応するものとする。

以上、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら説明したが、本発明は、例示された実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計上の変更が可能であることは言うまでもない。

本発明は、車両のドア構造に広く適用することができる。

１車両用ドア、２ドア本体、３アウタパネル、４インナパネル、１０インパクトバー、１１第１面部、１２ａ，１２ｂ第２面部、１３ａ，１３ｂ第３面部、１４ａ，１４ｂ第４面部、１５第５面部、１６第６面部

Claims

インナパネル及びアウタパネルで形成されたドア本体と、
前記ドア本体内部に配設され、車両の前後方向に延びるインパクトバーとを備えた車両のドア構造であって、
前記インパクトバーは、前記アウタパネルの内面に対向する第１面部と、
該第１面部の上下の端部から前記インナパネル側に向けてそれぞれ延びる上下の第２面部と、
該第２面部の端部から前記第１面部と略平行に、上方の第２面部からは上方に、下方の第２面部からは下方にそれぞれ延びる上下の第３面部と、
該上下の第３面部の端部から前記インナパネル側に向けてそれぞれ延びる上下の第４面部と、
前記上下の第３面部を連結する第５面部と、
前記上下の第４面部のインナパネル側の端部を連結する第６面部とを有し、
前記第１面部、上下の第２面部及び第５面部によりアウタパネル側の第１閉断面部が形成され、
前記上下の第３面部、上下の第４面部、第５面部及び第６面部によりインナパネル側の第２閉断面部が形成され、
前記第５面部は、前記インナパネル側から、前記上下の第３面部に、それぞれ溶接部を介して接合され、
前記第５面部は、前記インパクトバーに側突荷重が加わったときにおいて、前記上下の第３面部を前記第２閉断面部へ引き込む方向へ力を加える面部であり、
前記第６面部は、前記上下の第４面部のインナパネル側の端部に、それぞれ溶接部を介して接合されることを特徴とする車両のドア構造。
前記第５面部及び第６面部は、前記インパクトバーの長手方向において、該インパクトバーが前記ドア本体に接合される領域とは異なる領域に設けられる、
請求項１に記載の車両のドア構造。
前記第５面部及び第６面部は、前記第１面部、第２面部、第３面部及び第４面部と別体で構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両のドア構造。
前記第５面部は略平面状に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両のドア構造。
前記第５面部及び第６面部は、前記インパクトバーの長手方向の略中央部に設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の車両のドア構造。
前記第４面部のインナパネル側の端部間の距離Ｂに対する前記第２面部のインナパネル側の端部間の距離Ａの比の値Ａ／Ｂは、０．６５〜０．８０の範囲内にあることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の車両のドア構造。