JP7020492B2 - 構造部材 - Google Patents
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Description
1.15≦S in /S out ≦2.65
3/7≦α/β≦7/3
まず、図1~図6に基づいて、本発明の一実施形態に係る自動車の構造部材について説明する。図1は、本実施形態に係る自動車の構造部材の形状の概要を示す斜視図である。図2~図6は、図1のA-A切断線における切断面の模式図であって、自動車の構造部材の構成例を示す。
本実施形態に係る自動車の構造部材100は、図1に示すように湾曲形状を有する。このような構造部材100としては、例えば、シャシ部品が挙げられる。シャシ部品としては、例えば、サスペンション部品のアームあるいはリンク部品であり、具体的にはロアアーム、フロントアッパーアーム、リアアッパーアーム、トレーリングアーム等がある。本実施形態に係る構造部材100の形状は、サスペンション部品に限定されるものではなく、ボディ部品に対しても適用可能である。具体的には、ボディ部品の車両骨格として、ルーフサイドレール、Bピラー、Aピラーロア、Aピラーアッパー、キックリーンフォース等がある。また、ボディ部品の衝撃吸収骨格としては、リアサイドメンバー、フロントサイドメンバー等が挙げられる。特に、一般的なボディ部品と比較して板厚が厚く、かつ、断面サイズが小さい湾曲形状を有する部品に対し、本実施形態に係る構造部材100の形状を適用することで、部品の軽量化及び面外変形の抑制の効果を有効に発揮できる。
構造部材100の具体的な構成例を図2~図6に示す。
図2に示す構造部材100Aは、1つの鋼板から天板部101、壁部103及び閉断面部105が形成されている。天板部101の湾曲外側の縁部となる一端側からは、壁部103が天板部101の下面101d側へ延びている。すなわち、壁部103は、天板部101が折り曲げられて、天板部101の板厚方向(天板部101の上面101c側から下面101d側へ向かう方向)に延びている。天板部101の湾曲内側の縁部となる他端側には、閉断面部105が天板部101の下面101d側に突出するように形成されている。閉断面部105は、鋼板を折り曲げて形成された4つの面105a~105dによって構成された、例えば矩形状の閉じた部分である。このとき、鋼板の端部を含む面105dは、天板部101の上面101cに溶接され固定される。面105dと天板部101の上面101cとを溶接することで、溶接部Pwが設けられ、閉断面部105の内部空間は完全に閉じられる。
図3に示す構造部材100Bは、2つの鋼板から形成される。具体的には、第1の部材としての第1の鋼板110Bにより天板部101、壁部103及び閉断面部105の一部が形成され、第2の部材としての第2の鋼板120Bにより閉断面部105の一部が形成される。壁部103は、図2の構成例Aと同様、第1の鋼板110Bを折り曲げ、天板部101の湾曲外側の縁部となる一端側から天板部101の下面101d側へ延びるように形成される。一方、天板部101の湾曲内側の縁部となる他端側には、第1の鋼板110Bを折り曲げ、面105eと面105fとの2面が形成される。面105eは、天板部101の下面101d側へ延びる面である。面105fは、面105eから壁部103と反対側(すなわち、湾曲内側)へ延びる面である。さらに面105fの壁部103と反対側(すなわち、湾曲内側)を面105eと面105fとの間の屈曲部の曲げ外側(天板部101と反対側)へ折り曲げ、溶接面105gが形成される。
図4に示す構造部材100Cは、2つの鋼板から形成される。具体的には、第1の部材としての第1の鋼板110Cにより天板部101、壁部103及び閉断面部105の一部が形成され、第2の部材としての第2の鋼板120Cにより閉断面部105の一部が形成される。壁部103は、図2の構成例Aと同様、第1の鋼板110Cを折り曲げ、天板部101の湾曲外側の縁部となる一端側から、天板部101の下面101d側へ延びるように形成される。一方、天板部101の湾曲内側の縁部となる他端側には、第1の鋼板110Cを折り曲げ、天板部101の下面101d側へ延びる面105lが形成される。
図5に示す構造部材100Dも、2つの鋼板から形成される。具体的には、第1の鋼板110Dにより天板部101、壁部103が形成され、第2の鋼板120Dにより閉断面部105が形成される。すなわち、第1の鋼板110Dを、構造部材100Dの天板部101の湾曲外側の縁部となる線に沿って折り曲げて、天板部101及び壁部103が形成される。また、閉断面部105は、例えば矩形断面を有する中空部材により形成してもよい。閉断面部105は、天板部101の湾曲内側の縁部付近において、外表面105qを天板部101の下面101dに溶接することで固定される。このようにして湾曲内側に閉断面部105を有する構造部材100Dを形成することもできる。
本実施形態に係る自動車の構造部材100は、図2~図6に示したように、天板部101の中立線に対して直交する、湾曲外側と湾曲内側とを結ぶ直線に沿って切断したときの断面は、全体としては開断面であるが、湾曲内側に閉断面となる部分が存在する。かかる形状は、構造部材100の形状と面外変形の発生との関係に基づき決定されたものである。以下、本実施形態に係る構造部材100の構成について、詳細に説明する。
まず、図10~図12に基づいて、湾曲形状を有する構造部材100の形状と面外変形との関係について説明する。図10は、本実施形態に係る湾曲形状を有する構造部材100のアーム長W及び構造部材幅Wpを示す説明図である。
本願発明者は、天板部101の面積が大きくなるほど、湾曲内部に発生した圧縮応力の影響を受けて構造部材100が面外変形しやすいという上記知見に基づき、面外変形を低減できる構造部材100の構造を検討した。その結果、図2~図6に示したような、構造部材幅方向の断面が開断面であり、かつ、湾曲内側に閉断面部105を設けた湾曲形状の構造部材100を想到した。かかる構造部材100の構造部材幅方向の断面は、非対称である。以下、本実施形態に係る構造部材100の形状的特徴である構造部材100の断面非対称性について説明する。
本実施形態に係る構造部材100は、構造部材幅方向の断面が開断面であり、かつ、湾曲内側に閉断面部105を有する形状を有する。かかる構成は、面外変形が生じにくく、かつ、部品重量も低減できるという特徴がある。ここで、図13に、構造部材幅方向の断面が閉断面である場合と開断面である場合とについて、面外変形の発生しやすさを模式的に示す。構造部材幅方向の断面が開断面である場合については、図12に示した構造部材幅方向の断面が略U字形状の構造部材10のような断面対称の構造部材と、本実施形態に係る構造部材100である断面非対称の構造部材とについて示している。面外変形の発生しやすさについては、図10に基づき説明したように、構造部材10、100の湾曲する天板部10a、101の一端側の点(図10では点P1)に荷重を加えたときの状態を考える。
以下、図15~図18に基づいて、本実施形態に係る構造部材の詳細について説明する。
まず、図15及び図16に基づいて、本実施形態に係る構造部材幅方向の断面の非対称性について説明する。構造部材幅方向の断面の非対称性は、当該断面の断面積に基づき規定される。図15は、本実施形態に係る湾曲形状を有する構造部材200の一例を示す概略平面図である。図16は、図15のB-B切断線における断面の模式図である。
Sin=(L1in+L3)×t ・・・(1-1)
Sout=(L1out+L2)×t ・・・(1-2)
Sout=(L1out+L2)×t1 ・・・(2-2)
Sout=(L1out+L2)×t1 ・・・(2-4)
本実施形態に係る構造部材200は、面外変形が生じやすい形状である場合に、特に面外変形抑制の効果を発揮する。具体的には、構造部材200を構成する鋼板の板厚、部品寸法、強度が、以下のような範囲にあるとき、構造部材幅方向の断面が開断面であり、かつ、湾曲内側に閉断面部205を設けた湾曲形状の構造部材形状とするとよい。
101、201 天板部
101a、201a 第1の縁部
101b、201b 第2の縁部
101c 上面
101d 下面
103、203 壁部
105、105’、205 閉断面部
110B、110C、110D、210 第1の鋼板
120B、120C、120D、220 第2の鋼板
130 樹脂充填剤
Z1 第1の領域
Z2 第2の領域
Claims (17)
- 構造部材であって、
前記構造部材は、
第1の縁部および前記第1の縁部に対向する第2の縁部を有する天板部と、
前記第2の縁部から前記天板部と交差する方向に延びる壁部と、
前記第1の縁部に設けられる閉断面部と、
を有し、
前記第1の縁部は、前記天板部に対する平面視で前記天板部の内側に向かって湾曲し、
前記構造部材の前記第1の縁部から前記第2の縁部までの距離を構造部材幅としたとき、
前記閉断面部は、前記天板部の湾曲内側に設けられ前記構造部材幅の方向に沿った前記構造部材の垂直切断面において閉断面を形成し、
前記構造部材幅の方向に沿った前記構造部材の垂直切断面は開断面を有し、
前記閉断面部を含む前記構造部材の前記垂直切断面の形状は、前記構造部材幅の長さ中央に対して非対称であり、
前記構造部材は、前記垂直切断面において、前記構造部材幅の長さ中央より前記第1の縁部側の第1の領域と、前記構造部材幅の中央より前記第2の縁部側の第2の領域とを有し、
前記閉断面部を含む前記垂直切断面では、前記第2の領域の断面積S out に対する前記第1の領域の断面積S in の断面積比S in /S out は、以下の関係式を満たす、構造部材。
1.15≦S in /S out ≦2.65 - 前記天板部と、前記壁部と、前記閉断面部とは、1つの部材から形成される、請求項1に記載の構造部材。
- 前記閉断面部は、前記天板部を形成する部材とは異なる1つの部材にて形成される、請求項1に記載の構造部材。
- 前記閉断面部は、前記天板部に隣接して設けられる、請求項1に記載の構造部材。
- 前記閉断面部は、複数の部材から形成される、請求項1に記載の構造部材。
- 前記構造部材は、
前記天板部と、前記壁部と、前記閉断面部の一部とを形成する第1の部材と、
前記第1の部材とともに前記閉断面部を形成する第2の部材と、
により形成され、
前記第2の部材の両端は、前記第1の部材に溶接されている、請求項5に記載の構造部材。 - 前記垂直切断面において、前記閉断面部における前記構造部材幅の方向の最長長さをαとし、前記閉断面部における前記構造部材幅の方向と垂直な方向の最長長さをβとしたとき、α/βが以下の関係式を満たす、請求項1~6のいずれか1項に記載の構造部材。
3/7≦α/β≦7/3 - 前記閉断面部の断面形状は矩形である、請求項1~7のいずれか1項に記載の構造部材。
- 前記閉断面部は、中空部材からなる、請求項1~8のいずれか1項に記載の構造部材。
- 前記閉断面部の中空部分には樹脂充填剤が充填されている、請求項9に記載の構造部材。
- 前記閉断面部は、中実部材からなる、請求項1~8のいずれか1項に記載の構造部材。
- 前記構造部材は、自動車の構造部材である、請求項1~11のいずれか1項に記載の構造部材。
- 前記構造部材は、自動車サスペンション部品である、請求項1~11のいずれか1項に記載の構造部材。
- 前記構造部材の引張強度は、780MPa以上である、請求項1~13のいずれか1項に記載の構造部材。
- 前記構造部材の板厚は、2.9mm以下である、請求項1~14のいずれか1項に記載の構造部材。
- 前記構造部材のアーム長は、350mm以上である、請求項1~15のいずれか1項に記載の構造部材。
- 前記構造部材の前記構造部材幅は、70mm以上である、請求項1~16のいずれか1項に記載の構造部材。
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