JP7184064B2 - 自動車用構造部材、及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、天板部の両側にそれぞれ側壁部及びフランジ部が連続する断面ハット形状からなる２つのハット断面部材で閉断面形状を構成する自動車用の構造部材（中空部材）に係るものである。本発明は、２つの天板部の対向方向に沿った方向から入力される衝突荷重による曲げ変形に対し、特に耐衝突性能を有する構造部材を提供する技術である。

近年、自動車分野では、乗員保護の観点から衝突安全基準の厳格化が進められており、高強度鋼の適用拡大や衝突安全性能に優れる車両開発が強く求められている。
ここで、衝突の形態としては、軸圧壊する衝突形態と、曲げ変形する衝突形態とがある。軸圧壊する衝突形態では、自動車前面から入力される衝突荷重を受けるクラッシュボックスやフロントサイドメンバのように、部材の長手方向が衝突方向と一致して軸圧壊が発生する。曲げ変形する衝突形態では、側面衝突におけるＢピラーやサイドシルのように、構造部材の側面に衝突荷重が負荷されて部材が曲げ変形する。両方の形態は、いずれも、部材が座屈変形することで衝突エネルギーを吸収し、耐衝突性能を発揮する。

耐衝突性能を向上させる技術の１つとして、補強部材を取り付けることで構造部材の強度を向上させる技術が提案されている。例えば、特許文献１には、構造部材の内部に複数個のバルクヘッドを設けると共にバルクヘッドの間に補強材を設けることで、変形を抑制する技術が挙げられている。また、特許文献２には、構造部材の形状に沿った断面がＬ字状あるいはコの字状の補強部材を、構造部材の内側あるいは外側に配置することで、構造部材の稜線を中心に底板部と側壁部を補強する技術が挙げられている。更に特許文献３、４には、構造部材の内側に発泡材を充填する、あるいは発砲充填した補強部材を衝突時に変形しやすい屈曲部に配置することで、変形を抑制する技術が挙げられている。

特開平９－２０２６７号公報 ＷＯ２０１７－０３０１９１号公報 特開２００２－３６４１３号公報 特開２０１７－１５９８９６号公報

しかしながら、構造部材に対し、単純に補強部材を取り付けた場合、耐衝突性能は向上するが、部品点数の増加を招いて必要以上に重量が増加したり、金型の増加を招いたりして、コスト面の課題がある。
またこのような方法では、特に、広い領域を補強部材で補強するにつれて、重量増加が顕著となる。また耐衝突性能の観点から、構造部材や補強部材には高強度鋼板が適用される傾向にあるため、寸法精度の確保や溶接性の低下など、生産性やコスト面に課題がある。
一方で、発泡充填材による補強は、生産工程の複雑化が懸念され、リサイクル性の観点からも課題がある。また、部分的に発砲充填部材を取り付ける場合、部材取付けに接着が用いられるが、変形途中でのはく離や経年劣化などの接着性に課題があり、安定した耐衝突性能の確保が困難であると考えられる。
本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、補強による重量の増加を抑えつつ、簡便に耐衝突性能を向上させることが可能な自動車用構造部材を提供することを目的とする。

本発明者は、上記のような課題に対して、プレス加工による補強部材の部品点数を増加させずに、簡便に耐衝突性能を向上させる構造部材について、鋭意検討した結果、以下発明をなした。
課題解決のために、本発明の一態様は、天板部の両側にそれぞれ側壁部及びフランジ部が連続する断面ハット形状からなる２つのハット断面部材における、対向するフランジ部同士をそれぞれ接合して閉断面形状を構成する中空部材を有し、上記中空部材は、２つの天板部の対向する方向を高さ方向とした場合、一方のフランジ部同士の接合面である第１合わせ面の高さ方向の位置と、他方のフランジ部同士の接合面である第２合わせ面の高さ方向の位置と、が異なり、更に、上記中空部材の一方の壁部を構成する上記２つのハット断面部材の側壁部のうちの一方のハット断面部材側の側壁部の外壁面、及び、上記中空部材の他方の壁部を構成する上記２つのハット断面部材の側壁部のうちの他方のハット断面部材側の側壁部の外壁面に、それぞれ当接する一対の板材と、上記一対の板材を連結して上記一対の板材間の距離が広がることを拘束する連結部材と、を備える１以上の補強部材を有することを要旨とする。

また、本発明の他の態様は、閉断面形状の自動車用構造部材の製造方法であって、天板部の両側にそれぞれ側壁部及びフランジ部が連続する断面ハット形状からなる２つのハット断面部材における、対向するフランジ部同士をそれぞれ接合した閉断面形状を形成し、２つの天板部の対向する方向を高さ方向とした場合、一方のフランジ部同士の接合面である第１合わせ面の高さ方向の位置と、他方のフランジ部同士の接合面である第２合わせ面の高さ方向の位置と、が異なる中空部材を作製し、軸方向両端部の少なくとも一方の端部に雄ねじ部が形成された軸部材と、上記軸部材の雄ねじ部に螺合可能なナット部材を用意し、上記中空部材の一方の壁部を構成する上記２つのハット断面部材の側壁部のうちの一方のハット断面部材側の側壁部、及び、上記中空部材の他方の壁部を構成する上記２つのハット断面部材の側壁部のうちの他方のハット断面部材側の側壁部に対し、上記軸部材が貫通可能な貫通穴をそれぞれ開口し、その対をなす２つの貫通穴に上記軸部材を貫通させ、上記貫通穴を設けた側壁部から突出した上記軸部材の端部に対し、板材としてのワッシャ部材を取り付けると共に、ナット部材を螺合し締め付けることを要旨とする。

本発明の態様によれば、補強による重量の増加を抑えつつ、簡便に耐衝突性能を向上させることが可能な自動車用構造部材を提供することが可能となる。
すなわち、本発明の態様によれば、構造部材（中空部材）の対向する２つの壁部を、一対の板材と連結部材で連結する。これによって、本発明の態様によれば、衝突時の部材断面変形を抑制し、特に曲げ変形における衝突荷重を向上させることが可能となる。
また、本発明の態様によれば、例えば、高強度化による溶接性の低下を懸念し、溶接による接合手法を回避しつつ、簡便な手法で衝突性能を向上させることが可能となる。
更に、本発明の態様によれば、プレスや曲げなどの加工によって得られる補強部材を用いないため、部品点数の増加による重量増加や、金型増加によるコスト増加を避けるという効果もある。

本発明に基づく実施形態に係る中空部材を示す斜視図である。 本発明に基づく実施形態に係る中空部材の断面図である。 本実施形態における補強部材の配置を説明する図である。 本発明に基づく実施形態に係る板材を構成するワッシャ部材を示す斜視図である。 本実施形態における補強部材の別例を示す図である。 実施例における３点曲げ解析条件を説明する側面図である。 実施例における３点曲げ解析条件を説明する斜視図である。 上側の天板部から下側の天板部に向かう方向に荷重を負荷した際の挙動を示す図である。 荷重負荷のストローク（押込み量）と荷重との関係の一例を示す図である。 板材（プレート）と連結部材の軸の配置の基準を示す側面図である。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
（構成）
本実施形態では、図１及び図２に示すような天板部１０Ａ、１１Ａの両側にそれぞれ側壁部１０Ｂ、１１Ｂ及びフランジ部１０Ｃ、１１Ｃが連続する断面ハット形状からなる２つのハット断面部材１０、１１について、左右の対向するフランジ部１０Ｃ、１１Ｃ同士を接合して閉断面形状を作成して中空部材とする。その中空部材を、補強すべき自動車用構造部材１（以下、単に構造部材１とも記載する。）とする。フランジ部１０Ｃ、１１Ｃ同士の接合は、例えば、スポット溶接にて行われる。

中空部材（構造部材１）の左側の壁部（一方の壁部）は、２つのハット断面部材１０、１１の左側の側壁部１０Ｂ、１１Ｂ及びフランジ部１０Ｃ、１１Ｃで構成され、右側の壁部（他方の壁部）は、２つのハット断面部材１０、１１の右側の側壁部１０Ｂ、１１Ｂ及びフランジ部１０Ｃ、１１Ｃで構成される。
ここで、右側で対応するフランジ部１０Ｃ、１１Ｃ同士の接合面を、第１合わせ面Ｓ２と、左側で対向するフランジ部１０Ｃ、１１Ｃ同士の接合面を、第２合わせ面Ｓ１と記載する。

本明細書では、図１及び図２に示すように、２つのハット断面部材１０、１１の天板部１０Ａ、１１Ａ同士が上下で対向配置させた状態の姿勢で説明する。本実施形態では、上側のハット断面部材１０側の天板部１０Ａに対し構造部材１側方からの衝撃が入力しやすい場合とする。
また、本明細書では、２つの天板部１０Ａ、１１Ａの対向する方向を、高さ方向と呼ぶ。
そして、本実施形態では、２つの天板部１０Ａ、１１Ａのうちの一方の天板部を基準とした、右側の第１合わせ面Ｓ２の高さＬ２と、左側の第２合わせ面Ｓ１の高さＬ１とが異なるように設定する。

対向する２つの天板部１０Ａ、１１Ａ間の距離をＨとし、第１合わせ面Ｓ２の高さＬ２と第２合わせ面Ｓ１の高さＬ１との差をｈ（＝｜Ｌ１－Ｌ２｜）とした場合、本実施形態では、右側の第１合わせ面Ｓ２の高さＬ２の高さ方向の位置と、左側の第２合わせ面Ｓ１の高さＬ１の高さ方向の位置とが異なる。この場合、下記（１）式を満足することが好ましい。
０ ＜ ｈ ≦ ０．５５Ｈ ・・・（１）
ここで、第１合わせ面Ｓ２と第２合わせ面Ｓ１との間の高さの差ｈが、天板部間の高さＨの０．５５倍より大きくなった場合は、衝突荷重が負荷されていくと、衝突過程における変形のバランスが大きく崩れ、断面が左右の一方向に折れ曲がる（平行四辺形を押しつぶすイメージ）ため、変形抵抗が大きく低下すると考えられる。

本実施形態では、２つのハット断面部材１０、１１として、同一断面形状の部材を採用し、２つのハット断面部材１０、１１のうち一方の天地を逆にして接合することで、閉断面形状の中空部材としている。このため、近位の天板部１０Ａに対する右側の第１合わせ面Ｓ２の高さと、近位の天板部１１Ａに対する左側の第２合わせ面Ｓ１の高さが等しくなっている。また、中空部材の高さ方向中央位置に対する左右の合わせ面Ｓ１、Ｓ２の高さａ、ｂが等しくなっている。これらの値は左右で異なっていてもよい。

もっとも、この２つのハット断面部材１０、１１は、同じ寸法である必要はない。例えば、上側のハット断面部材１０の高さに比べて、下側のハット断面部材１１の高さの方が低くても構わない。ハット断面部材１０、１１の高さは、天板部に対する左右のフランジ部の高さの平均値位置での高さとする。２つのハット断面部材１０、１１の高さ比は、例えば高さが大きい方のハット断面部材１０、１１と高さが低い方のハット断面部材１０、１１との高さの比を、１：１～１：０．５とする。

また、対向する２つの天板部１０Ａ、１１Ａは互いに平行でなくてもよく、一方の天板部に対し他方の天板部が傾斜していても良い。
なお、各天板部１０Ａ、１１Ａや側壁部１０Ｂ、１１Ｂに、長手方向に向けて延びる１又は２以上のビードが形成されていても良い。
また、図１やその他の図面には、実施例における部材の寸法を併記しているが、この寸法は、本発明を何ら限定するものではない。

本実施形態では、上記のような形状の中空部材からなる構造部材１に対し補強部材を設けることで、曲げ変形する衝突形態について、構造部材１の耐衝突性能を向上させる。
本実施形態の補強部材は、図３のように、一対の板材２２と、その一対の板材２２を連結して、一対の板材間の距離が広がることを拘束する連結部材とを有する。
一対の板材は、中空部材の左側の壁部を構成する２つのハット断面部材の側壁部のうちの一方のハット断面部材の側壁部の外壁面、及び、中空部材の右側の壁部を構成する２つのハット断面部材の側壁部のうちの他方のハット断面部材の側壁部の外壁面に、それぞれ当接する。

すなわち、本実施形態では、一対の板材２２と連結部材とで、一方のハット断面部材１０の側壁部１０Ｂと他方のハット断面部材１１の側壁部１１Ｂとを連結する。
本実施形態では、２つの天板部１０Ａ、１１Ａのうちの一方の天板部１０Ａからの、右側のフランジ部同士の接合面である第１合わせ面Ｓ２の高さＬ２と、左側のフランジ部同士の接合面である第２合わせ面Ｓ１の高さＬ１と、が異なる。このため、板材２２が当接する２つの側壁部は、左側の壁部を構成する２つの側壁部のうちの高さ方向の長さが相対的に大きい側の側壁部、及び、右側の壁部を構成する２つの側壁部のうちの高さ方向の長さが相対的に大きい側の側壁部としている。

連結部材は、一対の板材２２を連結して一対の板材２２間の距離が広がることを拘束する。連結部材が、一対の板材２２間の距離を拘束することで、天板部１０Ａ、１１Ａへの衝突荷重の入力に対し、構造部材１における対向する２つ壁部の面外方向への膨らみ（座屈）を抑制する。すなわち、本実施形態の補強部材を用いることで、衝突時の部材断面変形を効果的に抑制し、特に曲げ変形における荷重を向上させることが可能となる。
ここで、本実施形態のように、相対的に高さが大きい側壁部同士を、一対の板材２２及び連結部材で連結することで、左右の２つの合わせ面Ｓ１、Ｓ２の高さＬ１、Ｌ２が異なる場合でも、中空部材の左右の壁部を最短距離で連結できる。そして、より有効に、構造部材１の対向する２つ壁部が面外方向へ膨らむ（座屈する）ことを抑制する。

図３中、符号Ｐは連結部材の軸位置を示す。
軸部材２０は、対向する２つ側壁部１０Ｂ、１１Ｂ間の距離よりも長く、且つ軸方向両端部にそれぞれ雄ねじ部が形成されている。雄ねじ部は、例えば側壁部１０Ｂ、１１Ｂよりも内側の位置から先端２０ａに向けて形成されている。
ここで、板材２２は、側壁部１１Ｂの外面に当接する面積が、板材２２に当接するナット部材２１の面積よりも大きい方が好ましい。また、ナット部材２１の面が大きい場合には、ナット部材２１自体を板材２２の代わりとしても良い。

また、対向する２つ側壁部１１Ｂに、軸部材２０を貫通可能な貫通穴が同軸に開口している。
そして、軸部材２０は、対向する２つ側壁部１１Ｂに開口した貫通穴にそれぞれ端部を貫通させるように配置される。なお、軸部材２０は、中空部材を作製した後でも、例えば、一方の側壁部１１Ｂ側の貫通穴から通すことで簡単に取り付けることができる。
そして、各側壁部１１Ｂから外方に突出した各軸部材２０の端部（雄ねじ部）に対し、ワッシャ部材が取り付けられていると共に、ナット部材２１が螺合している。そして、ナット部材２１を締め付けることで、各板材２２を構成するワッシャ部材は側壁部１１Ｂの外面に当接する。ナット部材２１からはみ出す軸部材２０の端部の部分は、予め切断、若しくはナット部材２１を締め込んだ後に切断してもよい。

ワッシャ部材における側壁部１１Ｂに対向する面は、当該側壁部１１Ｂに全面が接触するように構成する。このため、図４に示すように、天板部１１Ａに対する側壁部１１Ｂの傾き角に応じた傾斜角（図４では傾斜角＝９５度）を、ワッシャ部材の側壁部１１Ｂと対向する面に付与する。なお、側壁部が平行に配置される場合は一対の板材２２を除いて、ナット部材２１のみで側壁部１１Ｂを挟み込むことが可能であることは言うまでもない。
上記説明では、軸部材２０の両端部に、それぞれワッシャ部材とナット部材２１を取付け、ナット部材２１を締め込む構成で説明したが、補強部材の構成はこれに限定されない。

例えば、軸部材２０を長軸のボルトから構成して、ボルトの頭を、一方のナット部材２１（又は板材２２）の代わりとしても良い。
また、図５に示すように、軸部材２０の一端部に片方のワッシャ部材と同形状の大径部２０Ａが予め固定されている軸部材２０を使用しても良い。図５の大径部２０Ａは、左右のナット部材２１のうちの一方のナット部材２１とワッシャ部材の両方を兼ねる。
ここで、図３中、符号Ｇ１で記載する方向に沿って、相対的に高さが小さい側壁部同士を、一対の板材２２及び連結部材で連結しても良いが、この場合、連結部材が斜めに配置されることから、その分、一対の板材２２及び連結部材での拘束力が相対的に小さくなる。

本実施形態の連結部材は、図３に示すように、軸部材２０（ネジ棒）と１個のナット部材２１とからなり、一対の板材２２は、それぞれワッシャ部材から構成される。図３の例では、軸部材２０の右端部に対し、大径部２０Ａを当該軸部材２０と一体に形成する場合を例示しているが、軸部材２０の右端部側も雄ねじとナット部材２１で構成してもよい。下記説明は軸部材２０の両端部にそれぞれナット部材２１が螺合可能な構成の場合で説明する。

また、図３では、構造部材１の長手方向（延在方向）の一カ所だけに上記構成の補強部材を設ける場合が例示されているが、これに限定されない。構造部材１の長手方向や高さ方向に沿って、側壁部１０Ｂ、１１Ｂにおける複数の箇所に、上記構成の補強部材を取り付けても良い。
なお、軸部材２０は、天板部１０Ａ、１１Ａの幅方向に軸を向けて配置されるが、平面視で、構造部材１の長手方向と直交していなくても良い。補強部材は、構造部材１の長手方向と交差する方向（例えば垂直方向）で、衝突荷重が負荷される可能性が高いと推定される位置の近傍に設けることが好ましい。

また、ハット断面部材１０、１１の高さに関係なく、一対の板材２２（ワッシャ部材）を設ける位置は、衝撃が入力される上側の天板部１０Ａに近位の合わせ面から高さ方向に向けて２０ｍｍ以内の側壁部１０Ｂ、１１Ｂ領域に、板材２２の少なくとも一部が入るように当該板材２２を配置することが好ましい。衝撃が入力しやすい上側の天板部１０Ａに近位の合わせ面に近づけて補強部材を設けた方が、より効果的に補強できるからである。
また、一対の板材２２（ワッシャ部材）を設ける位置は、例えば、２つの天板部１０Ａ、１１Ａが対向する方向に沿って衝突荷重が負荷される可能性が高いと推定される側の天板部１０Ａ、１１Ａにおける面位置と、対向する２つ側壁部１０Ｂ、１１Ｂの対向方向からみて、板材２２の一部が上下（２つの天板部１０Ａ、１１Ａの対向方向）で重なるような位置に配置する。

又は、一対の板材２２を設ける位置は、例えば、２つの天板部１０Ａ、１１Ａの対向方向に向かう衝突荷重が負荷される可能性が高いと推定される天板部１０Ａ、１１Ａにおける面位置に、予め設定した衝突荷重を負荷した際に側壁部１０Ｂ、１１Ｂが変形する変形領域に、板材２２の中心位置（軸部材２０の位置）が位置するように配置する。
衝突荷重が負荷される可能性が高いと推定される天板部１０Ａにおける面位置は、例えば、その構造部材１を配置する車両位置に基づき、過去の事故情報などから、車両の側面衝突によって、対象とする構造部材１のどの部分に衝突荷重が入力され易いかよって推定する。

また、変形領域の特定は、例えば、ＦＥＭ解析によって、部材の変形位置を解析して求める。予め設定した衝突荷重は、構造部材１を使用する位置で耐衝突性能として要求される許容の衝突荷重を採用する。
上記の補強部材を備えた構造部材１にあっては、左右の合わせ面の高さを異にすることによる効果に加えて、対向する２つ側壁部１１Ｂに当接する一対の板材２２を連結部材で連結させることで、２つの天板部１０Ａ、１１Ａの対向方向に入力される衝突荷重による対向する２つ壁部の外方への膨らみ（座屈）を、連結部材での軸方向に沿った引張力で抑える。このため、少ない重量の補強部材で衝突時の変形を抑制することが可能となる。すなわち、本実施形態によれば、衝突時の部材断面変形を効果的に抑制し、特に曲げ変形における最大荷重を向上させることが可能となる。

また本実施形態によれば、軸部材２０（ネジ棒）にナット部材２１を螺合させることで補強部材を構成する一対の板材２２が構造部材１に取り付けられる。このため、構造部材１への補強部材の取付けに溶接作業が不要となる。この結果、本実施形態によれば、構造部材１の高強度化による溶接性の低下を懸念し、溶接による接合手法を回避しつつ、螺合という簡便な取付け方法で耐衝突性能を向上させることが可能となる。
例えば、構造部材１を作製後に、簡易に、補強部材にて補強を行うことが可能となる。
なお、軸部材２０の端部に対し各板材２２を溶接にて固定しても良いが、螺合による取付けの方が簡易な構造となる。
更に、本実施形態によれば、プレスや曲げなどの加工によって補強部材を設けないため、部品点数の増加による重量増加や、金型の増加によるコスト増加を避けるという効果もある。

（効果）
本実施形態では、次のような効果を奏する。
（１）本実施形態は、天板部の両側にそれぞれ側壁部及びフランジ部が連続する断面ハット形状からなる２つのハット断面部材における、対向するフランジ部同士をそれぞれ接合して閉断面形状を構成する中空部材を有し、上記中空部材は、２つの天板部の対向する方向を高さ方向とした場合、一方のフランジ部同士の接合面である第１合わせ面の高さ方向の位置と、他方のフランジ部同士の接合面である第２合わせ面の高さ方向の位置と、が異なり、更に、上記中空部材の一方の壁部を構成する上記２つのハット断面部材の側壁部のうちの一方のハット断面部材側の側壁部の外壁面、及び、上記中空部材の他方の壁部を構成する上記２つのハット断面部材の側壁部のうちの他方のハット断面部材側の側壁部の外壁面に、それぞれ当接する一対の板材と、上記一対の板材を連結して上記一対の板材間の距離が広がることを拘束する連結部材と、を備える１以上の補強部材を有する。

この構成によれば、補強による重量の増加を抑えつつ、簡便に耐衝突性能を向上させることが可能な自動車用構造部材を提供することが可能となる。
すなわち、本実施形態では、構造部材（中空部材）の対向する２つの壁部を、一対の板材と連結部材で連結する。これによって、本発明の態様によれば、衝突時の部材断面変形を抑制し、特に曲げ変形における衝突荷重を向上させることが可能となる。
また、この構成によれば、例えば、高強度化による溶接性の低下を懸念し、溶接による接合手法を回避しつつ、簡便な手法で衝突性能を向上させることが可能となる。
更に、この構成によれば、プレスや曲げなどの加工によって得られる補強部材を用いないため、部品点数の増加による重量増加や、金型増加によるコスト増加を避けるという効果もある。

（２）本実施形態では、上記連結部材は、上記天板部の幅方向に延在して上記板材当接する２つの側壁部及び上記一対の板材を貫通すると共に軸方向端部に雄ねじ部が形成された軸部材と、上記軸部材の雄ねじ部に螺合し上記側壁部の外壁面に上記板材を挟んで対向するナット部材と、からなる。
この構成によれば、軸部材２０（ネジ棒）にナット部材２１を螺合させることで補強部材を構成する一対の板材２２が構造部材１に取り付けられる。このため、構造部材１への補強部材の取付けに溶接作業が不要となる。この結果、本実施形態によれば、構造部材１の高強度化による溶接性の低下を懸念し、溶接による接合手法を回避しつつ、螺合という簡便な取付け方法で耐衝突性能を向上させることが可能となる。
更に、この構成によれば、２つのハット断面部材の側壁部同士を連結部で連結して補強する場合であっても、構造部材１を作製して閉断面形状とした後でも、簡易に、補強部材で補強を行うことが可能となる。

（３）本実施形態では、上記連結部材は、一端部が上記一対の板材のうちの一方の板材と一体に構成され、上記天板部の幅方向に延在して上記板材が当接する２つの側壁部及び上記一対の板材のうちの他方の板材を貫通すると共に上記他方の板材側の軸方向端部に雄ねじ部が形成された軸部材と、上記軸部材の雄ねじ部に螺合し上記側壁部に外壁面に上記他方の板材を挟んで対向するナット部材と、からなる。
この構成によれば、軸部材２０（ネジ棒）にナット部材２１を螺合させることで補強部材を構成する一対の板材２２が構造部材１に取り付けられる。このため、構造部材１への補強部材の取付けに溶接作業が不要となる。この結果、本実施形態によれば、構造部材１の高強度化による溶接性の低下を懸念し、溶接による接合手法を回避しつつ、螺合という簡便な取付け方法で耐衝突性能を向上させることが可能となる。
更に、この構成によれば、２つのハット断面部材の側壁部同士を連結部で連結して補強する場合であっても、構造部材１を作製して閉断面形状とした後でも、簡易に、補強部材で補強を行うことが可能となる。

（４）本実施形態は、閉断面形状の自動車用構造部材の製造方法であって、天板部の両側にそれぞれ側壁部及びフランジ部が連続する断面ハット形状からなる２つのハット断面部材における、フランジ部同士を接合して閉断面形状の中空部材を作製し、軸方向両端部の少なくとも一方の端部に雄ねじ部が形成された軸部材と、上記軸部材の雄ねじ部に螺合可能なナット部材を用意し、上記中空部材の左側の壁部を構成する上記２つのハット断面部材の側壁部のうちの一方のハット断面部材の側壁部、及び、上記中空部材の右側の壁部を構成する上記２つのハット断面部材の側壁部のうちの他方のハット断面部材の側壁部に対し、上記軸部材が貫通可能な貫通穴をそれぞれ開口し、その対をなす２つの貫通穴に上記軸部材を貫通させ、上記貫通穴を設けた側壁部から突出した上記軸部材の端部に対し、板材としてのワッシャ部材を取り付けると共に、ナット部材を螺合し締め付ける。
この構成によれば、補強による重量の増加を抑えつつ、簡便に耐衝突性能を向上させることが可能な自動車用構造部材を提供することが可能となる。

［実施例１］
発明者らは、ＦＥＭ解析により、図１及び図２に示すような形状を有する合わせハット断面部材からなる中空部材を用いて、３点曲げ試験での部品変形挙動を詳細に解析した。３点曲げ試験条件を図６、図７に示す。すなわち、３点曲げの解析条件は、構造部材１における長手方向に離れた下面の２点を支持部材３１で支持し、長手方向中央部に上側からパンチ３０によって荷重を負荷するという条件である。
上下のハット断面部材１０、１１として、厚さ１．２ｍｍ、引張強度１１８０ＭＰａの鋼板を使用した。

＜比較例＞
比較部品として、図２に示すような、左右の両フランジ部の合わせ面Ｓ１、Ｓ２の高さ方向の配置（合わせ面間の高さ方向の差h＝４０ｍｍ）とした中空部材を用いた。なお、各合わせ面は、構造部材の高さ方向中央位置からの高さ方向の距離ａ、ｂが等しい値となっている。ただし、比較部品では、一対の板材及び連結部材で補強は実行していない。
衝突時の変形挙動を図８に、荷重とストロークの関係を図９に示す。
比較部品では、図８の左側に示すように、衝撃が負荷され、ストローク（押込み量）の増加に伴い、部材長手方向の中央部であるパンチ接触部での変形が開始し、衝突荷重が増加した。なお、ストローク量は、パンチが天板部に接触した状態を０ｍｍとし、下方に向けた押込み量である。そして、ストロークの増加に伴い、側壁部が開きながら断面変形が進み、最大荷重に到達した後、大きく断面が開きながら荷重が低下した。

＜発明例＞
発明部品は、図３に示すように、上記の比較部品を、補強部材（一対の板材及び連結部材）を構成するネジ棒２０、ナット部材２１及び板材２２で補強した部品である。
補強部材を構成するネジ棒及びナット部材２１には、Ｍ６のＳＳ４００からなる鋼材を使用した。板材２２には、ＳＳ４００からなる鋼材をした。板材２２の寸法は、図４のように、側壁部１０Ｂ、１１Ｂよりも厚い板材２２とした。板材２２は、側壁部１０Ｂ、１１Ｂよりも曲げ剛性が高くなるように設定することが好ましい。

補強部材の配置位置は、パンチ３０の下方であって、中空部材の高さ方向中央にネジ棒の軸Ｐが配置されるように設定した、
この発明例での衝突時の挙動を見てみると、図８の右側に示すように、比較例と比較して、側壁部の開きが小さく抑えられながら、断面変形が進行し、衝突時の荷重は増加していることが判明した。この検討により、発明者らは、衝突時の変形荷重を向上させるためには、側壁部の開き（外方への膨らみ）による断面形状の変化を抑制することが有効であることを見出した。

ここで、比較例のように左右の合わせ面の高さ位置が異なる部品で断面が大きく開く箇所は、２つのハット断面部材の双方のハット断面部材における、対向する２つの側壁部に掛かるため、２つのハット断面部材の変化を制御する必要がある。例えば補強部材で拘束する場合、２つのハット断面部材を接合し中空部材とした後に、内側から溶接で補強部材を接合することは極めて困難となり、また左右フランジ部の合わせ面Ｓ１、Ｓ２に３枚重ねで補強部材を接合させると断面形状の抑制効果が低下、あるいは補強部品の形状が複雑化や大型化してしまう。よって簡便に２部品の変化を制御する手法として、本発明に基づく補強方法による断面制御技術が有効であることが判明した。更にこの補強方法では、高強度材で課題となる溶接性の低下を考慮する必要がないこともメリットと考えられる。

［実施例２］
次に、パンチ３０による荷重負荷位置と板材２２の取付け位置（板材２２の中心位置（軸部材２０の軸Ｐの位置））を、表１のように変更して、最大荷重及び平均荷重を求めてみた。
ここで、ストロークを１００ｍｍまでとした。また、表１中、平均荷重は、全ストロークでの荷重の平均値であり、衝撃に対するエネルギー吸収能に相当する。
また、荷重方向をｙ軸として、図７や図１０のようなｘ－ｙ座標軸を設定し、ｙ＝０の位置を構造部材の高さ方向中央位置に、ｘ＝０をパンチによる荷重方向直下に設定した。

表１のＮｏ．１、６、７から分かるように、側面視で、荷重負荷の直下（ｘ＝０）の長手方向近傍に板材２２を設けることで、比較例に比べ最大荷重及び平均荷重が向上していることが分かる。また、Ｎｏ．４、５のように、荷重負荷の直下から長手方向に６０ｍｍまでずらして板材２２を配置しても、比較例に比べ、平均荷重が向上することが分かった。
以上のように、左右の合わせ面Ｓ１、Ｓ２の高さを異にすると共に、一対の板材及び連結部材を設けることで、比較例に比べ、エネルギー吸収能を高く設定できることが分かった。
また、本発明では、２つのハット断面部材間に跨がるように連結部材を設ける構成であるが、連結部材をネジ棒とナット部材とで構成することで、２つのハット断面部材を接合して構造部材１（中空部材）とした後でも、簡便に取り付けされて、補強調整が容易である。

１ 自動車用構造部材（中空部材）
１０、１１ ハット断面部材
１０、１１ ハット断面部材
１０Ａ、１１Ａ 天板部
１０Ｂ、１１Ｂ 側壁部
１０Ｃ、１１Ｃ フランジ部
２０ 軸部材（ネジ棒）
２０Ａ 大径部
２０ａ 先端
２１ ナット部材
２２ 板材
Ｐ 軸
Ｓ１ 第２合わせ面
Ｓ２ 第１合わせ面
ｈ 合わせ面間の差

Claims (4)

1. 天板部の両側にそれぞれ側壁部及びフランジ部が連続する断面ハット形状からなる２つのハット断面部材における、対向するフランジ部同士をそれぞれ接合して閉断面形状を構成する中空部材を有し、
   上記中空部材は、２つの天板部の対向する方向を高さ方向とした場合、一方のフランジ部同士の接合面である第１合わせ面の高さ方向の位置と、他方のフランジ部同士の接合面である第２合わせ面の高さ方向の位置と、が異なり、
   更に、
   上記中空部材の一方の壁部を構成する上記２つのハット断面部材の側壁部のうちの一方のハット断面部材側の側壁部の外壁面、及び、上記中空部材の他方の壁部を構成する上記２つのハット断面部材の側壁部のうちの他方のハット断面部材側の側壁部の外壁面に、それぞれ当接する一対の板材と、
   上記一対の板材を連結して上記一対の板材間の距離が広がることを拘束する連結部材と、
   を備える１以上の補強部材を有することを特徴とする自動車用構造部材。
2. 上記連結部材は、上記天板部の幅方向に延在して上記板材が当接する２つの側壁部及び上記一対の板材を貫通すると共に軸方向端部に雄ねじ部が形成された軸部材と、上記軸部材の雄ねじ部に螺合し上記側壁部の外壁面に上記板材を挟んで対向するナット部材と、からなることを特徴とする請求項１に記載した自動車用構造部材。
3. 上記連結部材は、一端部が上記一対の板材のうちの一方の板材と一体に構成され、上記天板部の幅方向に延在して上記板材が当接する２つの側壁部及び上記一対の板材のうちの他方の板材を貫通すると共に上記他方の板材側の軸方向端部に雄ねじ部が形成された軸部材と、上記軸部材の雄ねじ部に螺合し上記側壁部に外壁面に上記他方の板材を挟んで対向するナット部材と、からなることを特徴とする請求項１に記載した自動車用構造部材。
4. 閉断面形状の自動車用構造部材の製造方法であって、
   天板部の両側にそれぞれ側壁部及びフランジ部が連続する断面ハット形状からなる２つのハット断面部材における、対向するフランジ部同士をそれぞれ接合した閉断面形状を形成し、２つの天板部の対向する方向を高さ方向とした場合、一方のフランジ部同士の接合面である第１合わせ面の高さ方向の位置と、他方のフランジ部同士の接合面である第２合わせ面の高さ方向の位置と、が異なる中空部材を作製し、
   軸方向両端部の少なくとも一方の端部に雄ねじ部が形成された軸部材と、上記軸部材の雄ねじ部に螺合可能なナット部材を用意し、
   上記中空部材の一方の壁部を構成する上記２つのハット断面部材の側壁部のうちの一方のハット断面部材側の側壁部、及び、上記中空部材の他方の壁部を構成する上記２つのハット断面部材の側壁部のうちの他方のハット断面部材側の側壁部に対し、上記軸部材が貫通可能な貫通穴をそれぞれ開口し、
   その対をなす２つの貫通穴に上記軸部材を貫通させ、上記貫通穴を設けた側壁部から突出した上記軸部材の端部に対し、板材としてのワッシャ部材を取り付けると共に、ナット部材を螺合し締め付けることを特徴とする自動車用構造部材の製造方法。

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