JP6717378B2 - 衝撃吸収部材 - Google Patents

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Description

本発明は、衝撃吸収部材に関する。
従来、自動車の乗員保護のために、衝撃が入力されると予想される箇所を狙って衝撃吸収部材が自動車内部に配置される。このような衝撃吸収部材として、例えば、ドアインパクトバーが知られている。例えば下記の特許文献１には、自動車のドアインパクトバーの構造が記載されている。
特開平５-３１９０９２号公報
しかしながら、衝撃吸収部材は衝撃吸収量を確保するため、太い構造物で構成される。このため、自動車内で配置される箇所には制約がある。また、衝突時の変形を考慮すると、自動車のできるだけ外側（乗員より離れて）に衝撃吸収部材を設ければ、衝撃吸収部材の変形量が大きくても乗員に接触しないため、安全かつ効率よく衝撃吸収できる。
しかしながら、自動車の内部の外側寄りに充分な空間が無いため、太い部材を配置するのは困難である。
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、十分なスペースがなくても衝突時の衝撃吸収を行うことが可能な、新規かつ改良された衝撃吸収部材を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、自動車の外装材に隣接して配置され、延在方向に直交する断面において、前記外装材に対する直交方向の高さは前記外装材に沿う方向の幅よりも大きい補強部材を備え、前記補強部材は、第１の方向に延在する第１の補強部材と、前記第１の方向とは異なる第２の方向に延在し、前記第１の補強部材と交差する第２の補強部材とを備え、前記第１の補強部材と前記第２の補強部材は、外装材に倣った形状である、衝撃吸収部材が提供される。
前記第１の補強部材は２本以上あり、前記第１の補強部材と前記第２の補強部材の交差部は２箇所以上あるものであっても良い。
また前記第１の補強部材と前記第２の補強部材が前記外装材に接合されたものであっても良い。
また、前記第１の補強部材と前記第２の補強部材の交差部において、前記第１の補強部材と前記第２の補強部材の前記外装材に対する直交方向の厚さが減少するものであっても良い。
また、２つの前記第１の補強部材が前記外装材側に配置された前記第１の補強部材と前記第２の補強部材の交差部の間に前記第２の補強部材が前記外装材側に配置された前記第１の補強部材と前記第２の補強部材の交差部があるものであっても良い。
また、前記第１の補強部材又は前記第２の補強部材は前記外装材を横断するものであっても良い。
また、前記第１の補強部材あるいは前記第２の補強部材の長手方向の少なくとも１箇所には、前記外装材と反対側で支持された被支持部があり、前記第１の補強部材あるいは前記第２の補強部材の交差部と前記被支持部の距離は、前記被支持部のある前記第１の補強部材あるいは前記第２の補強部材の長さの１／３以内であっても良い。
また、前記被支持部は前記第１の補強部材あるいは前記第２の補強部材の端部であっても良い。
また、前記被支持部が外装材以外の他部品に接合されたものであっても良い。
また、前記補強部材は、板材が折れ曲がった中空構造であり、前記外装材に隣接する第１の面と、前記延在方向に直交する前記第１の面の幅より大きく前記第１の面から離間して配置される第２の面と、を有するものであっても良い。
また、前記第２の面は前記延在方向に沿って分割されているものであっても良い。
また、前記補強部材は、マルテンサイト組織を備えるものであっても良い。
以上説明したように本発明によれば、十分なスペースがなくても衝突時の衝撃吸収を行うことが可能となる。
本実施形態に係る自動車の外装パネルを裏側から見た状態を示す模式図である。 比較のために従来構造を示す模式図であって、外装材の内側にドアインパクトバーとレインフォースが配置された構成を示す模式図である。 補強部材の配置のバリエーションを示す模式図である。 補強部材の配置のバリエーションを示す模式図である。 補強部材の配置のバリエーションを示す模式図である。 補強部材の配置のバリエーションを示す模式図である。 補強部材の配置のバリエーションを示す模式図である。 外装材の上下方向に第１の補強部材が配置され、外装材１１０の水平方向に第２の補強部材が配置された外装パネル（ドアパネル）を示す模式図である。 図８の矢印Ａ方向から見た状態を示す模式図である。 図８における第１の補強部材と第２の補強部材の交差部を詳細に示す斜視図である。 図８における第１の補強部材と第２の補強部材の交差部を詳細に示す斜視図である。 図８の構成において、第１及び第２の補強部材の長手方向と直交する方向の断面構成を示す模式図である。 図８及び図９について、外装パネルの張り剛性を評価するためのシミュレーションにより得た圧子１４０の負荷荷重と変位量との関係を示す特性図である。 自動車の側面の衝突（側突）を想定し、荷重付与部材で外装パネルに負荷荷重を与えた状態を示す模式図である。 図８の構成において、外装パネルの側面衝突の性能を評価するためのシミュレーションにより得た、荷重付与部材３００によって荷重を加えた場合のストロークと荷重との関係を示す特性図である。 図１２に示す構成に対し、板材の端部のそれぞれを反対側に折り曲げた例を示す模式図である。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。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構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
まず、図１を参照して、本発明の一実施形態に係る自動車の外装パネルの構成について説明する。図１は、本実施形態に係る自動車の外装パネル１００を裏側（自動車の内側）から見た状態を示す模式図である。ここでは、外装パネル１００としてドアパネルを例示するが、外装パネル１００は、フェンダー、ボンネット、ルーフなど、自動車の他の部位のパネルであっても良い。
図１に示すように、外装パネル１００は、外装材１１０と補強部材１２０とから構成される。パネル部材１１２は、一例として厚さが０．４ｍｍ程度の鋼板から構成される。外装材１１０は、表側が凸面となるように湾曲している。また、湾曲の曲率は、上下方向に沿っている。
補強部材１２０は、上下方向に配置された第１の補強部材１２２と、水平方向に配置された第２の補強部材１２４とを含む。第１の補強部材１２２は、外装材１１０の曲率に倣って湾曲していることが望ましい。第２の補強部材１２４は、ほぼ直線状に延在しているが、外装材１１０が湾曲している場合は、湾曲に倣った形状であることが望ましい。第１の補強部材１２２と第２の補強部材１２４は、外装材１１０に倣った形状であれば、外装材１１０に密着し、好ましくは外装材１１０に接合（接着）することができるからである。
図２は、比較のために従来構造を示す模式図である。図２において、外装材１１０の内側にドアインパクトバー３００とレインフォース３１０が配置されている。図３〜図７は、本実施形態に係る自動車のドアパネルを外装パネル１００として示す図である。図３〜図７は、補強部材１２０の配置のバリエーションを示す模式図である。図３に示す例では、外装パネル１００に上下方向に配置された第１の補強部材１２２のみを設けた例を示している。
また、図４に示す例では、外装パネル１００に水平方向に配置された第２の補強部材１２４のみを設けた例を示している。また、図５に示す例では、外装パネル１００に上下方向に配置された第１の補強部材１２２と、水平方向に配置された第２の補強部材１２４を設けた例を示している。また、図６に示す例では、外装パネル１００に補強部材１２０を放射状に配置した例を示している。また、図７に示す例では、外装パネル１００に補強部材１２０を斜めに交差して配置した例を示している。
図１２は、補強部材１２０の構成を示す斜視図である。第１の補強部材１２２と第２の補強部材１２４の基本的な構成は、同一とすることができる。図１２では、補強部材１２０の長手方向と直交する断面構成も示している。補強部材１２０は、中空の矩形(長方形)断面を有している。補強部材１２０は板材１３０を折り曲げて製造される。図１２に示す例では、補強部材１２０は長方形の断面形状であり、その一辺は長辺が１６ｍｍ程度、短辺が１０ｍｍ程度である。また、補強部材１２０を構成する板材１３０の板厚は、一例として０．８ｍｍ程度である。板材１３０としては、鋼板を用いることができる。
図１２に示すように、折り曲げられた板材１３０の端部１３０ａと端部１３０ｂの間には所定の隙間が設けられていてもよい。一方、端部１３０ａと端部１３０ｂは密着していても良い。また、端部１３０ａと端部１３０ｂは、溶接や接着等により接合されても良い。補強部材１２０は、端部１３０ａ，１３０ｂが位置する面、あるいは端部１３０ａ，１３０ｂが位置する面に反対側の面が外装材１１０と密着するように配置される。好適には、端部１３０ａ，１３０ｂが位置する面、あるいは端部１３０ａ，１３０ｂが位置する面に反対側の面が外装材１１０と接合される。ここで、外装材１１０と接合されるあるいは隣接する面を底面と称する。また、底面に反対側の面を頂面と称する。底面の両側に稜線を挟んで位置する面を縦壁と称する。補強部材１２０の断面において、短辺が底面、長辺が縦壁である。端部１３０ａ，１３０ｂが接合されずに頂面に配置される構成では、外装パネル１００の外側方向から押されて補強部材１２０が湾曲した場合に、端部１３０ａ，１３０ｂから断面が開いて断面形状が崩壊しやすい。しかし、端部１３０ａ，１３０ｂが接合されていると、断面形状が崩壊することを防ぐことができるため、外装パネル１００の剛性をより高めることが可能となる。端部１３０ａ，１３０ｂが底面に配置され、底面が外装材１１０に接合されている場合も、外装材１１０により端部１３０ａ，１３０ｂが離れて断面形状が崩壊することを防ぐことができる。なお、補強部材１２０の断面構成は、図１２のような端部１３０ａ，１３０ｂが向かい合う構成に限定されるものではなく、例えば端部１３０ａ，１３０ｂが離れた溝型（チャンネル）形状、あるいは図１６に示すハット形状であっても良い。補強部材１２０の断面が長方形、溝型、ハット形状のいずれの場合においても、補強部材１２０の延在方向に直交する断面の短辺を「幅（Ｄ）」、長辺を「高さ（Ｈ）」とみなす。また、図１６に示すようなハット形状で、フランジを外装材１１０側に配置する場合、フランジと縦壁の間の稜線同士の間隔を「幅（Ｄ）」とみなす。短辺と長辺のなす角が直角では無い場合、短辺の垂直方向の長辺の端部との距離を高さとみなす。以上のように「幅」と「高さ」が定義される本発明に係る補強部材において、補強部材の幅より高さは大きい。外装材１１０に補強部材１２０を接合するためには、補強部材１２０の幅が高さより大きい方が望ましいが、本発明ではあえてその様にはしない。そうするのは、補強部材１２０の曲げに対する断面二次モーメントを高めることを優先するためである。
以上のように、本実施形態では、外装材１１０に隣接して配置される補強部材１２０は、延在方向に直交する断面において、外装材１１０に対する直交方向の高さは外装材１１０に沿う方向の幅よりも大きい。これにより外装パネルの車体外側から内側方向への衝突荷重が負荷される場合に、補強部材１２０の断面二次モーメントを効果的に向上することができるためである。補強部材１２０は、長手方向に対して直交する方向の断面二次モーメントが、１５０００ｍｍ４以下としても良く、より好ましくは、１２０００ｍｍ４以下としても良い。この条件を満たすように、補強部材１２０の板材１３０の材質、板厚及び断面形状が適宜設定される。この条件を満たすことにより、補強部材１２０の塑性座屈限界を高め、衝突荷重の入力を受けた際に容易に塑性座屈を起こさず、弾性変形による反力を耐衝突性能に対して有効に活用することができる。なお、弾性変形による反力は相対的に変形に対する反力増分が大きく、塑性変形では変形に対する反力増分は小さい。従って、弾性変形による反力を、耐衝突性能として有効に活用することができる。なお、断面二次モーメントを大きくすると小さな曲げでも塑性座屈を起こしやすくなる。従来構造では、ドアインパクトバーの断面二次モーメントが１８０００ｍｍ４程度とされており、塑性変形による耐衝突性能を発揮させることを前提としている。一方、本実施形態では、補強部材１２０を弾性変形させて耐衝突機能を発揮させるため、断面二次モーメントの上限値が上記のように設定される。これにより、塑性座屈の発生を抑え、弾性変形により耐衝突機能を発揮させることができる。
補強部材１２０が断面二次モーメントに関する上記条件を満たすことにより、本実施形態に係る外装パネル１００は、耐衝突性能を向上することができる。このため、従来の耐衝突部品の簡略化または省略によって、さらなる軽量化効果を得ることができる。また、従来の耐衝突部品を用いる場合は、さらなる衝突安全性能の向上に寄与することができる。
また、補強部材１２０の降伏応力は、５００ＭＰａ以上としても良い。これにより、補強部材１２０の塑性座屈限界を高め、弾性変形による反力を更に有効に活用することができるため、効果的に衝突性能を確保して軽量化することができる。また、補強部材１２０は、マルテンサイト組織を備えるものであっても良い。これにより、耐衝撃性能を更に向上することができる。
また、補強部材１２０がたとえ細い部材から構成されていても、交差させることで実用的な衝撃吸収部材になる。また、従来構造のようにドアインパクトバー３００が１本のみであると、衝突荷重が付与される位置によっては空振りする可能性がある。また空振り対策としてドアインパクトバー３００を複数本設置すると大幅な重量増加につながる。本実施形態によれば、従来に比べ軽量な補強部材１２０を外装パネル１００の全面に広く配置できるため、重量増加を抑えつつ空振りも回避できる。更に、補強部材１２０として第１及び第２の補強部材１２２，１２４がつながっているため、一方の補強部材に加わった衝突荷重が他方の補強部材にも伝播し、一緒に衝撃を吸収することができる。
さらに、外装材１１０と補強部材１２０とが接合されている場合には、衝突変形時に補強部材１２０の変形が大きい場合の補強部材１２０の倒れ込み（回転）を抑制でき、さらに耐衝突性能を向上できる。また、衝突変形時に隣接する補強部材１２０の間の領域の外装材に張力が発生する点も有効である。外装材１１０を薄くすると剛性が無くなり、容易に凹んで（たわんで）衝撃吸収の役に立たないが、外装材１１０と補強部材１２０を接合して外装材１１０を拘束することで、補強部材１２０が変形した場合、変形した箇所の周りの外装材１１０が面内方向に引っ張られる。外装材１１０は厚さ方向の剛性が無くても面内方向の引張強さはあるため、引張の変形に抵抗し、衝撃吸収部材の性能を向上することができる。
また、補強部材１２０は、ある程度以上の長さは外装材１１０に沿って配置される。具体的に、補強部材１２０は、全長の１／３以上の領域で外装材１１０に密着している。つまり、本実施形態では、補強部材１２０と外装材１１０を密着して接合することで補強部材１２０の倒れを抑え、更に外装材１１０の変形時に外装材１１０に引張力を作用させて耐衝突機能を向上させている。
特に、第１の補強部材１２２は、外装材１１０の曲率の方向に沿って長手方向が上下方向になるよう配置されている。これにより、自動車の外側に向かって張り出すように湾曲した凸湾曲部の耐衝突機能を向上させることができる。
また、補強部材１２０は、外装材１１０を横切る（横断する）ように構成されている。本実施形態では、補強部材１２０の断面二次モーメントが小さく、降伏応力が高い（弾性変形域が大きい）。このため、外装パネル１００の全体で衝突時の荷重や衝撃を部材全体で受け止めるため、補強部材１２０はできるだけ長くする方が好適である。また、補強部材１２０が外装材１１０を横切るように構成することで、衝突荷重を受けた補強部材が反力を得るための支点（従来他部品に対する接触点）の設定自由度を高めることができる。また、補強部材１２０をできるだけ長くすることで、衝突時に衝撃を受け止める範囲を広くすることができる。すなわち、補強部材１２０が空振りすることを避けることができる。
以下では、補強部材１２０を設けたことによる、外装パネル１００の耐衝突機能の向上について説明する。図８は、第１の補強部材１２２の長手方向が外装材１１０の上下方向になるように配置され、第２の補強部材１２４の長手方向が外装材１１０の水平方向になるように配置された外装パネル１００（ドアパネル）を示す模式図であって、図５の構成を詳細に示している。また、図９は、図８の矢印Ａ方向から見た状態を示す模式図である。図８では、外装パネル１００を表側から（自動車の外側から）見た状態を示している。図８では、外装材１１０を透視した状態で第１の補強部材１２２と第２の補強部材１２４の配置を示している。また、図８に示す圧子１４０は、後述する図１３に結果を示す外装パネル１００の張り剛性を評価するためのシミュレーションにおいて、外装パネル１００を押圧する部材である。
図８において、第１の補強部材１２２は、外装パネル１００の上下方向両端に配置された支持部２２０によって支持されている。また、第２の補強部材１２４は、外装パネル１００の水平方向両端に配置された支持部２３０によって支持されている。より具体的には、第１の補強部材１２２は、その両端が外装材１１０と支持部２２０に挟まれて支持されている。同様に、第２の補強部材１２４は、その両端が外装材１１０と支持部２３０に挟まれて支持されている。また、図８において、第１の補強部材１２２と第２の補強部材１２４の交差部の内、車両の上下方向外側または前後方向外側の交差部と、支持部２２０または支持部２３０によって支持される第１の補強部材１２２または第２の補強部材１２４の被支持部との距離は、第１の補強部材１２２または第２の補強部材１２４の長さの１／３以内である。これにより、衝突による荷重が補強部材１２０にかかった場合に、例えば第２の補強部材１２４にかかった荷重が交差部から第１の補強部材１２２にかかり、交差部から支持部２２０によって支持される第１の補強部材１２２の被支持部までの距離が近いことから、衝突による荷重を効率良く弾性変形により受け止めることができる。
図８では、第１の補強部材１２２と第２の補強部材１２４の交差部に凹部１２２ａ，１２４ａを設けて交差させることで、第１の補強部材１２２と第２の補強部材１２４を同一平面に配置した例を示している。また、図８では、第１の補強部材１２２と第２の補強部材１２４を編み込むように配置し、隣接する交差部において、第１の補強部材１２２と第２の補強部材１２４の上下の配置が異なるように構成している。
第１及び第２の補強部材１２２，１２４を編み込むように配置すると、第１の補強部材１２２と第２の補強部材１２４同士の荷重伝達の効率が良くなる。これにより、衝突時に第１及び第２の補強部材１２２，１２４により効果的に衝撃吸収機能を確保することが可能である。
図１０及び図１１は、図８における第１の補強部材１２２と第２の補強部材１２４の交差部を詳細に示す斜視図である。図１０は図８に示す交差部Ｃ１に対応し、図１１は図８に示す交差部Ｃ２に対応している。交差部Ｃ１では第２の補強部材１２４が第１の補強部材１２２に対して車両の外側方向（外装材１１０側）に位置している。これにより、第１及び第２の補強部材１２２，１２４を編み込むように配置することができる。第１の補強部材１２２に凹部１２２ａが設けられ、第２の補強部材１２４に凹部１２４ａが設けられることで、第１の補強部材１２２と第２の補強部材１２４が同一平面に配置される。また、交差部Ｃ２では第１の補強部材１２２が第２の補強部材１２４に対して車両の外側方向に位置している。交差部Ｃ２においても、第１の補強部材１２２に凹部１２２ａが設けられ、第２の補強部材１２４に凹部１２４ａが設けられることで、第１の補強部材１２２と第２の補強部材１２４が同一平面に配置される。
なお、図示は省略するが、第１及び第２の補強部材１２２，１２４は必ずしも編み込むように配置する必要は無く、外装パネル１００への組み付け時の施工上の理由などにより第１の補強部材１２２の全てを第２の補強部材１２４の全てに対して外装パネル側へ配置してもよく、また逆に第２の補強部材１２４の全てを第１の補強部材１２２の全てに対して外装パネル側へ配置してもよい。
また、交差部から伸びる補強部材１２０の長手方向に対して直交する方向の断面二次モーメントは１５０００ｍｍ４以下とされている。交差部を設けることにより、衝突荷重の入力時に補強部材１２０に付与される曲げ変形の支点と作用点の距離を短くできるため、変形に対する反力増分をさらに高めることができる。従って、交差部を設けたことにより、衝突性能が向上する。
また、交差部を２箇所以上としたことにより、衝突荷重の入力時に補強部材１２０に付与される曲げ変形の支点と作用点の距離をさらに短くできるため、変形に対する反力増分をより一層高めることができる。また、衝撃荷重を他の複数の補強部材１２０に伝播させて受け止めることができるため、さらに高い反力を得ることができる。これにより、衝突性能がより一層向上する。
また、交差部において、第１及び第２の補強部材１２２，１２４に凹部１２２ａ，１２４ａを設けたことにより、第１の補強部材１２２と第２の補強部材１２４の外装材１１０に対する直交方向の厚さが減少する。これにより、交差部を含む近傍の領域においても第１及び第２の補強部材１２２，１２４と外装材１１０を密着させて接合することができ、衝突性能を効果的に向上することができる。
更に、交差部を設けたことにより、交差部において第１の補強部材１２２と第２の補強部材１２４が互いに拘束することになる。これにより、例えば補強部材１２０の断面が長方形であり、短辺側が外装材１１０に密着している場合に、衝突を受けた際に補強部材１２０に倒れが生じて長辺側が外装材１１０に接近することを抑止できる。また、第１及び第２の補強部材１２２，１２４を編み込むように配置することにより、衝突を受けた際に補強部材１２０に倒れが生じて長辺側が外装材１１０に接近することを抑止できる。交差部の間隔を短くすれば、短い間隔で回転抑止の拘束が成されるため、第１及び第２の補強部材１２２，１２４がより倒れにくくなる。これにより、補強部材１２０の倒れに起因する断面二次モーメントの低下を抑止することができ、耐衝突性能の低下を抑止できる。
衝撃吸収部材としては、衝撃吸収部材が荷重入力方向に対して剛体移動しないように、何かに支持されて衝撃荷重を受け止める必要がある。荷重は外装材１１０から入力されるため、衝撃荷重を受け止める支持部２２０，２３０は補強部材１２０の外装材１１０と反対側に設けられる。その際、補強部材１２０への荷重入力点（交差部）と支持部２２０，２３０が近い方が、少ない変形で高い反力を得ることが可能である。なお、支持部２２０，２３０は、外装パネル１００がドアパネルの場合、ドアインナーパネル、フロントピラー、センターピラー、サイドシル等に当接する部位が該当する。また、ドア以外の外装パネル１００の場合、他のボディ構造材へ支持部２２０，２３０を当接して支持してもよい。例えばルーフのパネルであれば、ルーフサイドレール、フロントルーフレール、リアルーフレール等に当接する部位が支持部２２０，２３０に相当する。また、これらボディ構造材への支持部２２０，２３０の当接は、別の支持部品を設けてこの支持部品を介して当接し、支持しても良い。
補強部材１２０において、支持部２２０，２３０に支持される被支持部は補強部材１２０の端部である。このように、補強部材１２０の端部を支持することで、補強部材１２０の全体を衝撃吸収に活用できる。また、被支持部を外装材以外の他部品に接合することで、被支持部を荷重入力方向以外の方向にも拘束することができ、衝突性能を向上するとともに補強部材１２０の倒れ込み防止等にも寄与することができる。また、被支持部は補強部材１２０の端部以外に設けられても良い。
図１２は、図８の構成において、第１及び第２の補強部材１２２，１２４の長手方向と直交する方向の断面構成を示す模式図である。図１２に示すように、第１及び第２の補強部材１２２，１２４は長方形の断面形状を有しており、一例として縦１６ｍｍ程度、横１０ｍｍ程度である。
図１２に示す構成において、長方形の断面形状の短辺側が外装材１１０に密着される。これにより、所望の断面二次モーメントを確保するために、最も効率の良い断面形状を有する補強部材１２０を構成することができる。一方、断面二次モーメントを確保するために長辺側を長くすると、衝撃を受けた際に補強部材１２０が軸方向に回転して倒れ込みやすくなる。補強部材１２０が倒れ込むと断面二次モーメントが低下するが、補強部材１２０を外装材１１０に接合することで、補強部材１２０の倒れ込み（回転）を抑止することができる。
図１６は、図１２に示す構成に対し、板材１３０の端部１３０ａと端部１３０ｂのそれぞれを反対側に折り曲げた例を示す模式図である。図１６の形状をハット形状と言う。
図１６に示す構成においても、長方形の断面形状の短辺側が外装材１１０に密着される。この際、端部１３０ａ，１３０ｂを有するフランジ側を底面として外装材１１０に密着しても良いし、端部１３０ａ，１０３ｂを有するフランジ側と反対側を底面として外装材１１０に密着しても良い。これにより、所望の断面二次モーメントを確保するために、最も効率の良い断面形状を有する補強部材１２０を構成することができる。また、補強部材１２０を外装材１１０に接合することで、補強部材１２０の倒れ込み（回転）を抑止することができる。
次に、図１４及び図１５に基づいて、本実施形態に係る外装パネル１００について、衝突時を考慮して曲げ強度を評価した結果について説明する。図１４は、図８の構成において、自動車の側面の衝突（側突）を想定し、荷重付与部材３００で外装パネル１００に負荷荷重を与えた状態を示す模式図である。
図１５は、図８の構成において、荷重付与部材３００によって荷重を加えた場合のストロークと荷重との関係を示す特性図である。図１５では、耐衝突機能を評価するため、図１３よりも大きな荷重をかけ、衝突時に相当するストロークを生じさせた場合を示している。図１５において、破線で示す特性は、比較のため図２に示した従来構造を同じ条件で評価した場合の特性を示している。また、実線で示す特性は第１の補強部材１２２と第２の補強部材１２４を外装材１１０に接合しない発明例１に対応し、二点鎖線で示す特性は第１の補強部材１２２と第２の補強部材１２４を外装材１１０に接合した発明例２に対応している。
図１５に示すように、発明例１の構成では、特にストロークが５０ｍｍ以上の場合に、従来構造よりも荷重が高くなっており、従来構造よりも高い衝撃吸収性能を得ることができた。また、発明例２の構成では、ストロークのほぼ全域において従来構造よりも荷重が高くなっており、発明例１よりも更に高い衝撃吸収性能を得ることができた。上述のように従来構造では、ドアインパクトバー３００などの耐衝撃部材を塑性変形させることを前提としているため、ストロークが大きくなるにつれて塑性変形が生じ、ストロークの増加に伴う荷重の増加率が発明例１、発明例２に比べて低くなっている。一方、本実施形態に係る発明例１、発明例２では、弾性変形の範囲で衝撃吸収するため、ストロークの増加に伴う荷重の増加率が従来構造よりもより大きくなっている。従って、図８の構成例によれば、例えば電柱などがドアパネルに衝突するポール側突が発生した場合であっても、十分な衝撃吸収性能を得ることが可能である。
シミュレーションの結果、図８の構成によれば、発明例１、発明例２のいずれにおいても、７５ｍｍ程度までストロークさせても塑性座屈は発生しなかった。従って、本実施形態によれば、補強部材１２０を弾性部材として衝突の衝撃を吸収することが可能である。なお、発明例１では、ストローク６５ｍｍ程度で一時的に荷重が低下しているが、これは、補強部材１２０を外装材１１０に接合しなかったことにより、補強部材１２０の一部に倒れが生じたためである。しかしながら、このような補強部材１２０の倒れは、発明例２のように補強部材１２０と外装材１１０を接合することにより、あるいは、上述のように補強部材１２０に交差部を設けたり、方向の異なる補強部材１２０を編み込むように配置することで抑制可能である。
なお、第１の補強部材１２２と第２の補強部材１２４は別々の部材でなくても良く、例えば１枚の鋼板を格子状かつ断面が薄型のプレス成型品に加工し、第１及び第２の補強部材１２２，１２４を一体化しても良い。この場合、枝分かれしている箇所が交差部となる。
また、外装材１１０及び補強部材１２０は鋼材に限定されるものではなく、例えばアルミニウムなどの非鉄金属などで構成されても良い。さらに、例えばＣＦＲＰで外装材１１０を形成し、外装材１１０の裏側に第１及び第２の補強部材１２２，１２４に相当するリブを配置しても良い。この場合に、第１及び第２の補強部材１２２，１２４に相当するリブは一体成型されても良い。この場合、枝分かれしている箇所（十字状の箇所）を交差部とみなす。更に、第１及び第２の補強部材１２２，１２４に相当するリブは外装材１１０と一体成形されても良く、この場合に第１及び第２の補強部材１２２，１２４に相当するリブは外装材１１０に接合されているものとみなす。
以上説明したように、本実施形態の補強部材１２０によれば、外装材１１０の耐衝撃性能を確実に向上することができる。更に、本実施形態の補強部材１２０によれば、外装材１１０の張り剛性をも向上することができる。以下では、本実施形態の補強部材１２０による張り剛性の向上について説明する。
上述したように本実施形態では、外装材１１０に第１及び第２の補強部材１２２，１２４が接触している。これにより、第１及び第２の補強部材１２２，１２４、および外装材１１０の輪郭により囲まれた各々の領域の面積は、外装材１１０全体の面積より小さくなるため、外装材１１０に外力が作用した場合に早期に張力が生じやすくなるため、外装材１１０の張り剛性を大幅に高めることが可能となる。さらに、外装材１１０と補強部材１２０を接合することがより好ましく、外装材１１０が変形した際に隣接する補強部材１２０の間の領域の外装材１１０により早期に張力が発生し、張り剛性をより一層向上することができる。
また、上述のように補強部材１２０の降伏応力を５００ＭＰａ以上とすることで、補強部材１２０に外力が作用した場合でも塑性変形が生じることを防ぐことができるため、効果的に張り剛性を確保して軽量化することができる。
また、補強部材１２０は、ある程度以上の長さは外装材１１０に沿って配置される。具体的に、補強部材１２０は、全長の１／３以上の領域で外装材１１０に密着している。補強部材１２０を外装材１１０に密着配置することで、外装材１１０の薄肉化の程度が大きい場合（例えば元厚０．７ｍｍから０．５ｍｍ以下への薄肉化）でも、外装パネル１００の張り剛性を向上することができる。さらに好ましくは、補強部材１２０と外装材１１０を密着して接合することで、外装材１１０の変形時に外装材１１０に引張力を作用させて、外装パネル１００の張り剛性をより高めることができる。
特に、第１の補強部材１２２は、外装材１１０の曲率の方向に沿って上下方向に配置されている。これにより、自動車の外側に向かって張り出すように湾曲した凸湾曲部の張り剛性を向上させることができる。また、外装材１１０は自動車の外側からみて内側に向かって張り出すように湾曲した凹湾曲部を有し、凹湾曲部と重なる補強部材１２０は外装材１１０に密着している。凸湾曲部に比べ凹湾曲部は自動車の外側からの荷重に対する張り剛性が劣るため、当該部位に補強部材１２０を密着配置することで、効果的に外装パネル全体の張り剛性を向上できる。
また、補強部材１２０は、長手方向に対して直交する方向の断面二次モーメントが１５０００ｍｍ４以下としてもよい。補強部材１２０が断面二次モーメントに関する上記条件を満たすことにより、補強部材１２０を小さな断面形状とすることができ、張り剛性を高めるために第１及び第２の補強部材１２２，１２４を複数本配置した場合でも大きな重量増加を招くことなく、効率的に張り剛性を向上することが可能となる。図８に示したような交差部から伸びる補強部材１２０についても、同様に、長手方向に対して直交する方向の断面二次モーメントは１５０００ｍｍ４以下にしてもよい。交差部があると、交差部から伸びる補強部材１２０に挟まれた外装材の領域の面積は外装パネル全面の面積より狭くなり、補強部材１２０に挟まれた面積に対する板厚の比率が相対的に増すため、張り剛性をより向上することができる。従って、交差部を設けたことにより、張り剛性を効果的に向上することが可能である。
また、交差部を２箇所以上とすると、外装材１１０の隣接する補強部材１２０に挟まれる個々の領域がさらに狭くなる。その結果、個々の領域の面積に対する板厚の比率が相対的に増すため、張り剛性をさらに向上できる。これにより、張り剛性を効果的に向上することが可能である。
また、交差部において、第１及び第２の補強部材１２２，１２４に凹部１２２ａ，１２４ａを設けたことにより、第１の補強部材１２２と第２の補強部材１２４の外装材１１０に対する直交方向の厚さが減少する。これにより、交差部を含む近傍の領域においても第１及び第２の補強部材１２２，１２４と外装材１１０を密着または接合することができ、張り剛性を効果的に向上することができる。
図１３は、図８及び図９について、張り剛性を評価するため、シミュレーションにより得た圧子１４０の負荷荷重と変位量との関係を示す特性図である。図１３に示すシミュレーション結果では、外装材１１０の厚さが０．４ｍｍで第１の補強部材１２２と第２の補強部材１２４を外装材１１０に接合しない場合（発明例１、実線で示す特性）と、第１の補強部材１２２と第２の補強部材１２４を外装材１１０に接合した場合（発明例２、二点鎖線で示す特性）を示している。また、図１３に示すシミュレーション結果では、比較のため、外装材１１０の厚さが０．７ｍｍで補強部材が無い場合の特性（一点鎖線）、外装材１１０の厚さが０．４ｍｍで補強部材が無い場合の特性（破線）も示している。
現在用いられている一般的な自動車の外装材、すなわち外装パネルの厚さは０．７ｍｍ程度であり、一点鎖線の特性に相当する。図１３に示すように、第１の補強部材１２２と第２の補強部材１２４を外装材１１０に接合した発明例２（二点鎖線）は、外装材１１０の厚さが０．７ｍｍで補強部材が無い場合の特性（一点鎖線）と比較すると、負荷荷重に対する変位量が同等以上の結果が得られた。特に、発明例２では、荷重が８０［Ｎ］を超えると、負荷荷重に対する変位量が一点鎖線の特性よりも大きく低下している。また、第１の補強部材１２２と第２の補強部材１２４を外装材１１０に接合しない発明例１の特性（実線）は、負荷荷重に対する変位量は一点鎖線の特性よりもやや大きいが、負荷荷重が２００［Ｎ］程度になると一点鎖線の特性と同等であった。従って、本実施形態によれば、外装材１１０の厚さを０．４ｍｍとして現状よりも大幅に薄くした場合であっても、張り剛性が低下してしまうことを確実に抑止することが可能である。これにより、外装材１１０の厚さを例えば０．４ｍｍ程度まで低下させることができ、外装パネル１００を大幅に軽量化することが可能である。
また、図１３中に破線の特性で示すように、外装材１１０の厚さが０．４ｍｍで補強部材が無い場合の特性は、負荷荷重に対する変位量が他の特性に比べて著しく増大している。これは、外装パネルを押すと外装材１１０が大きく変形してしまうことを示している。従って、厚さが０．４ｍｍで補強部材が無い場合は、自動車の外装パネルとして用いることは困難である。
以上説明したように本実施形態によれば、複数の第１の補強部材１２２と複数の第２の補強部材１２４を格子状に配置して外装材１１０に密着させ、衝突荷重を弾性変形主体で吸収するようにしたことにより、耐衝突性能を大幅に向上することができる。従って、軽量化を達成するとともに、耐衝突性能に優れた自動車の外装パネルを提供することが可能となる。
また、０．４ｍｍ程度の薄板から構成される外装材１１０に対して、補強部材１２０を配置して外装材１１０に密着したことにより、張り剛性を大幅に高めることができる。これにより、薄板から構成される外装パネル１００にユーザが触れたり、外装パネル１００をユーザが押したりした場合であっても、外装パネル１００の変形を確実に抑止することができる。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
１００ 外装パネル
１１０ 外装材
１２０ 補強部材
１２２ 第１の補強部材
１２４ 第２の補強部材

Claims (12)

  1. 自動車の外装材に隣接して配置され、延在方向に直交する断面において、前記外装材に対する直交方向の高さは前記外装材に沿う方向の幅よりも大きい補強部材を備え、
    前記補強部材は、
    第１の方向に延在する第１の補強部材と、前記第１の方向とは異なる第２の方向に延在し、前記第１の補強部材と交差する第２の補強部材とを備え、
    前記第１の補強部材と前記第２の補強部材は、外装材に倣った形状である、
    衝撃吸収部材。
  2. 前記第１の補強部材は２本以上あり、前記第１の補強部材と前記第２の補強部材の交差部は２箇所以上ある、請求項１に記載の衝撃吸収部材。
  3. 前記第１の補強部材と前記第２の補強部材が前記外装材に接合された、請求項１に記載の衝撃吸収部材。
  4. 前記第１の補強部材と前記第２の補強部材の交差部において、前記第１の補強部材と前記第２の補強部材の前記外装材に対する直交方向の厚さが減少する、請求項３に記載の衝撃吸収部材。
  5. ２つの前記第１の補強部材が前記外装材側に配置された前記第１の補強部材と前記第２の補強部材の交差部の間に前記第２の補強部材が前記外装材側に配置された前記第１の補強部材と前記第２の補強部材の交差部がある請求項１〜４のいずれか一項に記載の衝撃吸収部材。
  6. 前記第１の補強部材又は前記第２の補強部材は前記外装材を横断する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の衝撃吸収部材。
  7. 前記第１の補強部材あるいは前記第２の補強部材の長手方向の少なくとも１箇所には、前記外装材と反対側で支持された被支持部があり、
    前記第１の補強部材あるいは前記第２の補強部材の交差部と前記被支持部の距離は、前記被支持部のある前記第１の補強部材あるいは前記第２の補強部材の長さの１／３以内である、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の衝撃吸収部材。
  8. 前記被支持部は前記第１の補強部材あるいは前記第２の補強部材の端部である請求項７に記載の衝撃吸収部材。
  9. 前記被支持部が前記外装材以外の他部品に接合された、請求項７または請求項８に記載の衝撃吸収部材。
  10. 前記補強部材は、板材が折れ曲がった中空構造であり、前記外装材に隣接する第１の面と、
    前記延在方向に直交する前記第１の面の幅より大きく前記第１の面から離間して配置される第２の面と、を有する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の衝撃吸収部材。
  11. 前記第２の面は前記延在方向に沿って分割されている請求項１０に記載の衝撃吸収部材。
  12. 前記補強部材は、マルテンサイト組織を備える、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の衝撃吸収部材。
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