JP7364225B2 - インパネ補強メンバ - Google Patents

Description

本発明は、自動車のインストルメントパネルの内部に配設されるインパネ補強メンバに関する。

一般に、自動車のインストルメントパネルの内部にはインパネ補強メンバが配設されている。インパネ補強メンバは、インストルメントパネルの内部において左右方向に延びており、左端部が左フロントピラーに固定され、右端部が右フロントピラーに固定されている。インパネ補強メンバにおける運転席側には、ステアリングコラムが固定されるようになっており、これに伴い、インパネ補強メンバの運転席側が助手席側に比べて大径に形成されている場合がある。

このようなインパネ補強メンバは、例えば特許文献１、２に開示されているように、運転席側の大径部と、主に助手席側の小径部と、これら大径部と小径部との間に形成され、大径部から小径部まで次第に縮径する縮径部とを有するパイプからなるものが知られている。特許文献１では、大径部、縮径部及び小径部の一部が第１の部材で形成され、小径部の他の部分が第２の部材で形成されている。製造時には、始めに平板状の第１の部材及び第２の部材を用意し、第１の部材と第２の部材の長手方向の一部を互いに重ねて固定しておく。その後、第１の部材及び第２の部材をダイ上に載せてからパンチを用いて成形し、これをダイ及びパンチの形状を変えて複数回繰り返すことで、円筒状にする。そして、突き合わされた端部同士を溶接することで、大径部、縮径部及び小径部を有するインパネ補強メンバが得られる。

また、特許文献２では、大径部と小径部とが縮径部においてレーザー溶接等の手段により互いに接合されている。また、特許文献２のインパネ補強メンバにおけるステアリングコラムよりも車幅方向外側には、周方向に延びる長尺な脆弱部が設けられており、この脆弱部によってステアリングコラムを破断または屈曲しやすくしている。

特開２０１６－５９９３８号公報 特開２０１４－２１０５４８号公報

ところで、自動車では軽量化が求められており、特許文献１、２のようにパイプ構造のインパネ補強メンバを用いることで強度と軽量化とを両立させることが試みられている。しかしながら、特許文献１では、大径部、縮径部及び小径部の一部を形成する第１の部材と、小径部の他の部分を形成する第２の部材とを互いに重ね合わせているので、インパネ補強メンバの重量が嵩んでしまう。特許文献２もレーザー溶接のための溶接代を確保するために、大径部と小径部とを重ね合わせる必要があることから、同様に重量が嵩んでしまう。

また、インパネ補強メンバには、自動車の正面衝突時のようにステアリングコラムや車体のダッシュパネル等を介して前方からの衝撃力が作用する場合がある。この場合、インパネ補強メンバの左右両端部がそれぞれ左右のフロントピラーに固定された状態でインパネ補強メンバの左右方向中間部に前方からの衝撃力が作用するので、インパネ補強メンバは大きな曲げ力を受けることになる。このとき、一般的にステアリングにはエアバッグが内蔵されているので、このエアバッグの展開方向が設計通りとなるように、ステアリングコラムの移動は最小限に抑えるべく、インパネ補強メンバができるだけ曲がらないようにしたいという要求がある。

この点、特許文献２の場合、ステアリングコラムよりも車幅方向外側に周方向に延びる長尺な脆弱部が設けられているので、この脆弱部によってステアリングコラムが破断または屈曲しやすくなり、その結果、ステアリングコラムの移動量が増加するものと考えられる。

また、自動車の側方から物体が衝突する側突時を考えると、インパネ補強メンバに対して軸方向の圧縮力が作用することになる。このとき、乗員保護のメインは座席に内蔵されたサイドエアバックやルーフ部等から展開するカーテンエアバッグであるため、インパネ補強メンバの変形は正面衝突時に比べて許容される。むしろ、インパネ補強メンバを変形させて衝撃エネルギーの吸収に役立てることで、乗員保護性能の向上を図ることが可能になると考えられる。

しかしながら、特許文献１では、大径部、縮径部及び小径部の一部を形成する第１の部材と、小径部の他の部分を形成する第２の部材とを点溶接しているだけなので、側突時のような軸方向の大きな圧縮力が作用した瞬間に分離してしまうおそれがある。また、特許文献２では、大径部と小径部とをレーザー溶接しているが、溶接部は破断しやすいものなので、特許文献１と同様に、側突時のような軸方向の大きな圧縮力が作用した瞬間に分離してしまうおそれがある。インパネ補強メンバを構成する部材が側面衝突の瞬間に分離してしまうと、インパネ補強メンバが発生する反力が小さくなり、衝撃エネルギーの吸収量が低下する。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、インパネ補強メンバの軽量化を図りながら、正面衝突時の曲げ変形を抑制しつつ、側面衝突時の衝撃エネルギーの吸収量を増大させ、ひいては乗員の保護性能を向上させることにある。

上記目的を達成するために、本発明では、左端部から右端部まで連続した１枚の板材によって大径筒部、縮径筒部及び小径筒部を有するパイプ状のインパネ補強メンバを得て、縮径筒部または小径筒部における縮径筒部寄りの部分に軸方向の圧縮変形の起点を設けるようにした。

第１の発明は、自動車の左フロントピラーから右フロントピラーまで延びるとともに、運転席側に配設されるステアリングコラムを支持するインパネ補強メンバにおいて、前記左フロントピラーに固定される左端部から前記右フロントピラーに固定される右端部まで連続した１枚の板材により形成されるとともに、運転席側に位置する大径筒部と、助手席側に位置し、前記大径筒部よりも小径な小径筒部と、前記大径筒部と前記小径筒部との間に位置し、前記大径筒部から前記小径筒部まで縮径しながら延びる縮径筒部とを有するパイプ状に形成され、前記縮径筒部または前記小径筒部における前記縮径筒部寄りの部分には、径方向内方へ窪む凹部と、径方向外方へ膨らむ凸部とのうち、少なくとも一方が形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、インパネ補強メンバの左端部が自動車の左フロントピラーに固定され、インパネ補強メンバの右端部が自動車の右フロントピラーに固定された状態で、大径筒部によってステアリングコラムが支持される。これにより、ステアリングコラムの支持剛性が高まる。また、左端部から右端部まで連続した１枚の板材により形成されているので、板材を接合するための溶接代は不要になるとともに、板材が厚み方向に重なる部分が無くなり、インパネ補強メンバが軽量になる。

自動車の正面衝突時に、例えばステアリングコラムや車体のダッシュパネル等を介して後向きの力が入力した際、相対的に高強度な大径筒部に対して曲げ力が直接的に作用することになるので、インパネ補強メンバの曲げ変形が抑制される。これにより、ステアリングコラムの変位量が少なくなる。

一方、自動車の側面衝突時には、左右方向の一方から衝撃力が作用することになる。このとき、インパネ補強メンバは、左端部から右端部まで連続した１枚の板材により形成されているので、従来例のように左右方向に分割された部材を溶接したものに比べて、衝突初期における左右方向の突っ張り力が高まり、この初期段階における衝撃エネルギーの吸収量が多くなる。そして、縮径筒部または小径筒部における縮径筒部寄りの部分には、凹部または凸部が形成されているので、この凹部または凸部が軸方向の圧縮変形の起点になり、インパネ補強メンバは圧縮変形を始める。

つまり、軸方向に圧縮力が作用したときに、仮にインパネ補強メンバが折れ曲がってしまうとインパネ補強メンバの耐力が一気に低下し、その結果、衝撃エネルギーの吸収量が低下してしまうが、本発明では、折れ曲がる前に軸方向の圧縮変形を開始させることが可能になる。これにより、折れ曲がり変形に比べてインパネ補強メンバの耐力の低下が緩やかになるので、インパネ補強メンバによる衝撃エネルギーの吸収量が多くなる。

第２の発明は、前記凹部は、前記インパネ補強メンバの周方向に連続しており、また、前記凸部は、前記インパネ補強メンバの周方向に連続していることを特徴とする。

すなわち、凹部または凸部が周方向に連続していることで、軸方向に圧縮力が作用したときに、凹部または凸部が軸方向の圧縮変形の起点になり易く、インパネ補強メンバを確実に圧縮変形させることができる。

第３の発明は、前記凹部は、前記インパネ補強メンバの周方向に連続して環状に延びており、また、前記凸部は、前記インパネ補強メンバの周方向に連続して環状に延びていることを特徴とする。

この構成によれば、環状の凹部にすることで、縮径筒部または小径筒部の周方向の全体に凹部が存在することになり、軸方向に圧縮力が作用したインパネ補強メンバを確実に圧縮変形させることができる。同様に、環状の凸部にすることで、軸方向に圧縮力が作用したインパネ補強メンバを確実に圧縮変形させることができる。

第４の発明は、前記縮径筒部における前記小径筒部側の端部に、前記凹部または前記凸部が形成されていることを特徴とする。

すなわち、縮径筒部は小径筒部側の端部に向けて徐々に縮径した部分であるため、縮径筒部における小径筒部側の端部の径は、縮径部分の中で最も小径になる。この最も小径な部分に凹部または凸部を形成することで、軸方向に圧縮力が作用した時、最も小径な部分が変形の起点となって変形し始め、その変形が縮径部分における相対的に大径な部分や小径筒部に広がり、衝撃エネルギーの吸収が効果的に行われる。凸部を形成した場合も同様である。

第５の発明は、前記小径筒部における前記縮径筒部側の端部に、前記凹部または前記凸部が形成されていることを特徴とする。

すなわち、小径筒部に凹部または凸部を形成することで、軸方向に圧縮力が作用した時、変形の起点となりやすく、軸方向の圧縮変形を起こすことができる。これにより、衝撃エネルギーの吸収が効果的に行われる。凸部を形成した場合も同様である。

第６の発明は、前記凹部は前記板材を径方向内方へ曲げることによって形成され、前記凸部は前記板材を径方向外方へ曲げることによって形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、板材をパイプ形状に曲げる時に凹部も一緒に形成することが可能になる。凸部も同様である。

第７の発明は、前記凹部は、当該凹部の左右方向の縁部から中央部に向かって徐々に深くなるように形成され、前記凸部は、当該凸部の左右方向の縁部から中央部に向かって徐々に高くなるように形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、インパネ補強メンバにおける凹部が形成された部分の断面形状の急激な変化が回避されるので、凹部がインパネ補強メンバの折れ曲がりを誘発しにくくなり、狙い通りに軸方向の圧縮変形を起こさせることができる。

本発明によれば、左端部から右端部まで連続した１枚の板材によりインパネ補強メンバを形成し、縮径筒部または小径筒部における縮径筒部寄りの部分には、凹部と凸部との少なくとも一方を形成したので、インパネ補強メンバの軽量化を図りながら、正面衝突時の曲げ変形を抑制しつつ、側面衝突時の衝撃エネルギーの吸収量を増大させることができる。

本発明の実施形態に係るインパネ補強メンバを備えた車両前部補強構造の平面図である。 インパネ補強メンバの斜視図である。 インパネ補強メンバの縮径筒部と小径筒部の境界の断面図である。 インパネ補強メンバの縮径筒部と小径筒部の境界の拡大図である。 実施形態の変形例に係る図３相当図である。 正面衝突シミュレーションの開始前の状態を示す説明図である。 正面衝突シミュレーション後の状態を示す図６Ａ相当図である。 右側面衝突シミュレーションの開始前の状態を示す説明図である。 比較例に係る右側面衝突シミュレーション後の状態を示す図６Ｂ相当図である。 本発明の構造例に係る右側面衝突シミュレーション後の状態を示す図６Ｂ相当図である。 右側面衝突シミュレーションにおける反力と変位との関係を示すグラフである。 左側面衝突シミュレーションの開始前の状態を示す説明図である。 比較例に係る左側面衝突シミュレーション後の状態を示す図６Ｂ相当図である。 本発明の構造例に係る左側面衝突シミュレーション後の状態を示す図６Ｂ相当図である。 左側面衝突シミュレーションにおける反力と変位との関係を示すグラフである。 凹部の大きさと衝撃エネルギー吸収量との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１は、本発明の実施形態に係るインパネ補強メンバ１を備えた車両前部補強構造Ａの平面図である。この車両前部補強構造Ａは、自動車の車室内の前端部に設けられている。自動車の車室内の前端部には、計器盤を有するインストルメントパネル（図示せず）が設けられており、車両前部補強構造Ａはインストルメントパネルの内部に位置している。この自動車の車室内には、左側に運転席が設けられ、右側に助手席が設けられているが、これは一例であり、運転席が右側に設けられ、助手席が左側に設けられていてもよい。運転席が右側に設けられている場合には、図示しないが、車両前部補強構造Ａを左右対称に構成すればよい。

この自動車の車体には、左フロントピラー１００と右フロントピラー１０１とが設けられている。左フロントピラー１００は、車体のフロア（図示せず）の前部における左端部近傍から上方へ延びている。右フロントピラー１０１は、車体のフロアの前部における右端部近傍から上方へ延びている。左フロントピラー１００及び右フロントピラー１０１は、いわゆるＡピラーと呼ばれている部材であり、高い強度を持っている。左フロントピラー１００及び右フロントピラー１０１には、それぞれ例えば左右のフロントドア（図示せず）がヒンジを介して開閉可能に取り付けられる。左フロントピラー１００及び右フロントピラー１０１の上側部分は自動車のルーフ（図示せず）へ向けて延びている。

車両前部補強構造Ａは、インパネ補強メンバ１と、ステアリングコラム（図示せず）が取り付けられるコラムブラケット２、２と、中間ブラケット３とを備えている。インパネ補強メンバ１は、左フロントピラー１００から右フロントピラー１０１まで延びるとともに、運転席側に配設されるステアリングコラムを支持する高強度な部材である。インパネ補強メンバ１の左端部１ａは、左フロントピラー１００の上下方向中間部に固定され、また、インパネ補強メンバ１の右端部１ｂは、右フロントピラー１０１の上下方向中間部に固定されている。インパネ補強メンバ１の左端部１ａと左フロントピラー１００との間、インパネ補強メンバ１の右端部１ｂと右フロントピラー１０１との間には、例えばブラケットや板材等が介在していてもよい。インパネ補強メンバ１により、左フロントピラー１００の上下方向中間部と右フロントピラー１０１の上下方向中間部とが連結されることになる。

インパネ補強メンバ１は、左端部１ａから右端部１ｂまで連続した１枚の板材により形成されている。すなわち、インパネ補強メンバ１を構成する板材は、インパネ補強メンバ１の左端部１ａと右端部１ｂとの間に厚み方向に重なる継ぎ目がなく、点溶接やレーザー溶接等による重ね合わせ溶接部を有しない板材である。このような板材としては、例えば重ね合わされた部分の無い１枚の鋼板を挙げることができる。上記板材の厚みは特に限定されないが、例えば１．０ｍｍ以上３．０以下の範囲で設定することができる。また、上記板材としては、熱間圧延高張力鋼板を用いることができる。

インパネ補強メンバ１は、大径筒部１１と、小径筒部１２と、縮径筒部１３とを有するパイプ状に形成されている。インパネ補強メンバ１の左端部１ａ及び右端部はそれぞれ開口している。このようなパイプ状のインパネ補強メンバ１は、上記板材をプレス成形するとともに、突き合わせ溶接することによって得ることができる。例えば、平板状の板材を用意し、複数組の金型によって複数段階のプレス成形を経ることで筒状にし、板材の端部同士を突き合わせて突き合わせ溶接することでパイプ状のインパネ補強メンバ１を得ることができる。このようなパイプの成形方法は、例えば特許文献１等にも開示されているように、従来から周知の方法を用いることができる。

大径筒部１１は、インパネ補強メンバ１の左側に形成されており、従って運転席側に位置することになる。大径筒部１１は、インパネ補強メンバ１の左端部１ａから当該インパネ補強メンバ１の左右方向中央部よりも左寄りの部分まで連続して形成されている。大径筒部１１の左右方向中間部の外周面には、コラムブラケット２、２が取り付けられている。コラムブラケット２、２は、大径筒部１１に溶接してもよいし、締結部材によって締結固定してもよい。大径筒部１１の右端部近傍の外周面には、中間ブラケット３の上端部が取り付けられている。中間ブラケット３は、大径筒部１１に溶接してもよいし、締結部材によって締結固定してもよい。中間ブラケット３は下方へ延びており、下端部は例えば車体のフロアパネル等（図示せず）に固定されている。

小径筒部１２は、大径筒部１１よりも小径に形成されており、例えば大径筒部１１の最小外径に対して２０ｍｍ～４０ｍｍ程度、小さな外径を有している。小径筒部１２は、インパネ補強メンバ１の右側に形成されており、従って助手席側に位置することになる。小径筒部１２は、インパネ補強メンバ１の右端部１ａから当該インパネ補強メンバ１の左右方向中央部よりも左寄りの部分まで連続して形成されている。小径筒部１２の軸芯と、大径筒部１１の軸芯とは、共に左右方向に延びる同一直線上に位置している。

小径筒部１２の左端部は、大径筒部１１の右端部から右側へ離れており、小径筒部１２の左端部と、大径筒部１１の右端部との間に縮径筒部１３が設けられている。したがって、縮径筒部１３の左端部は大径筒部１１の右端部と連続し、縮径筒部１３の右端部は小径筒部１２の左端部と連続することになる。大径筒部１１と小径筒部１２との間に縮径筒部１３を介在させることで、大径筒部１１から小径筒部１２に向けて径を徐々に変化させることができる。尚、大径筒部１１から小径筒部１２に向けては径を縮小する方向であるため、縮径筒部１３と呼ぶが、小径筒部１２から大径筒部１１に向けては径が拡大する方向であるため、大径筒部１１と小径筒部１２との間の部分を拡径筒部と呼んでもよい。

縮径筒部１３は、大径筒部１１の右端部から小径筒部１２の左端部まで縮径しながら延びている。このため、縮径筒部１３の外周面及び内周面は、右側へ行くほど小径になるテーパー面で構成される。縮径筒部１３の左右方向の寸法は、大径筒部１１と小径筒部１２との径の差によって変えることができ、例えば、５０ｍｍ以上１００ｍｍ以下の範囲で設定することができる。縮径筒部１３の軸芯は、小径筒部１２の軸芯と大径筒部１１の軸芯と一致している。

大径筒部１１の径は、当該大径筒部１１の左端部から右端部まで同一であってもよいが、図２に示すように部位によって変えてもよい。図２に示すように、大径筒部１１は、最も左に位置する第１筒部１１ａと、第１筒部１１ａの右側に位置する第２筒部１１ｂと、第２筒部１１ｂの右側に位置する第３筒部１１ｃと、第３筒部１１ｃの右側に位置する第４筒部１１ｄと、第４筒部１１ｄの右側に位置する第５筒部１１ｅとを有している。第１筒部１１ａの径が最も大きく設定されている。第４筒部１１ｄの径が最も小さく設定されている。また、第２筒部１１ｂ、第３筒部１１ｃ、第５筒部１１ｅの順で径が小さくなっている。

第１筒部１１ａと第２筒部１１ｂとの間には、第２筒部１１ｂに向けて縮径する第１縮径部１１ｆが設けられている。また、第２筒部１１ｂと第３筒部１１ｃとの間には、第３筒部１１ｃに向けて縮径する第２縮径部１１ｇが設けられている。また、第３筒部１１ｃと第４筒部１１ｄとの間には，第４筒部１１ｄに向けて縮径する第３縮径部１１ｈが設けられている。また、第４筒部１１ｄと第５筒部１１ｅとの間には、第４筒部１１ｄに向けて縮径する第４縮径部１１ｉが設けられている。

このように、大径筒部１１の径を部位によって変えることで、大径筒部１１の強度を部位によって変えることができる。つまり、高い強度が必要な部分のみ大径にし、相対的に強度が低くてもよい部分は小径にすることで、材料の使用量を減らしてインパネ補強メンバ１の軽量化を図ることができる。第１筒部１１ａ、第２筒部１１ｂ、第３筒部１１ｃ、第４筒部１１ｄ及び第５筒部１１ｅのうち、任意の１つまたは複数を省略してもよく、この筒部の省略に対応して縮径部も省略できる。尚、大径筒部１１と同様に、小径筒部１２も部位によって径を変えることができる。

図３に示すように、小径筒部１２における縮径筒部１３側の端部には、径方向内方へ窪む凹部１４が形成されている。凹部１４は、インパネ補強メンバ１に対して軸方向（左右方向）の圧縮力が作用した際に圧縮変形の起点となる部分であり、圧縮変形を起こさせる変形起点部または圧縮変形を誘発する変形誘発部と呼ぶこともできる。凹部１４は、インパネ補強メンバ１の周方向に連続している。具体的には、凹部１４は、インパネ補強メンバ１の周方向に連続して環状に延びる凹条部で構成されている。凹部１４は、環状に延びていなくてもよく、インパネ補強メンバ１の周方向に断続していてもよい。この場合、複数の凹部１４がインパネ補強メンバ１の周方向に互いに間隔をあけて設けられることになる。凹部１４は、インパネ補強メンバ１を構成している板材を径方向内方へ曲げることによって形成されている。上記板材をプレス成形する時に、凹部１４も一緒に成形することができる。

図４は凹部１４が形成された部分を拡大して示している。凹部１４の幅Ｗ（左右方向の寸法）は、例えば１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下の範囲で設定することができる。また、凹部１４は、当該凹部１４の左縁部１４ａ及び右縁部１４ｂから左右方向の中央部に向かって徐々に深くなるように形成されている。凹部１４の最も深い部分の深さＤは、０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下に設定することができる。凹部１４の深さＤの測定基準は、小径筒部１２の外周面であり、この小径筒部１２の外周面の延長線４００の垂線を引いたとき、延長線４００から凹部１４の内面までの垂線の長さを凹部１４の深さＤとすることができる。凹部１４の内面は湾曲面で構成することができる。

凹部１４は、小径筒部１２における縮径筒部１３寄りの部分に形成されていればよく、小径筒部１２における左端部近傍に形成することもできる。また、凹部１４は、縮径筒部１３に形成することもでき、この場合、縮径筒部１３における小径筒部１２寄りの部分または縮径筒部１３の右端部に形成することもできる。凹部１４の形成位置は、後述する側面衝突時に軸方向の圧縮変形を、縮径筒部１３における小径筒部１２側の部分または小径筒部１２における縮径筒部１３側の部分から起こすことが可能であればよく、例えばシミュレーションや試験等によって設定することができる。複数の凹部１４を左右方向に間隔をあけて形成することができる。

図５は、本発明の実施形態の変形例に係る図３相当図である。この変形例では、凹部１４の代わりに、小径筒部１２における縮径筒部１３側の端部に、径方向外方へ膨らむ凸部１５を形成している。凸部１５の左右方向の寸法は凹部１４の幅Ｗと同様に設定することができる。凸部１５の高さは、小径筒部１２の外周面を基準として０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下に設定することができる。この凸部１５も凹部１４と同様に、縮径筒部１３における左端部近傍、縮径筒部１３における小径筒部１２寄りの部分、縮径筒部１３の右端部に形成することができる。複数の凸部１５を左右方向に間隔をあけて形成することができる。凸部１５もインパネ補強メンバ１の周方向に連続した凹条部で構成することができ、この凹条部は環状であってもよいし、インパネ補強メンバ１の周方向に断続していてもよい。凸部１５は、インパネ補強メンバ１を構成する板材を径方向外方へ曲げることによって形成されている。凸部１５は、当該凸部１５の左右方向の縁部から中央部に向かって徐々に高くなるように形成されている。

尚、図示しないが、凹部１４と凸部１５の両方を形成することもでき、この場合、凹部１４と凸部１５を左右方向に間隔をあけて形成することができる。

（衝突シミュレーション）
図６Ａは、正面衝突シミュレーションの開始前の状態を示す説明図である。インパネ補強メンバ１の左端部１ａは、左フロントピラー１００に固定され、インパネ補強メンバ１の右端部１ｂは、右フロントピラー１０１に固定された状況を作り出している。また、中間ブラケット３の下端部は車体１０２に固定された状況を作り出している。符号２００は、正面衝突時にインパネ補強メンバ１の運転席側、即ち大径筒部１１に対して衝撃力を入力させる衝撃入力部を示している。衝撃入力部材２００とインパネ補強メンバ１の大径筒部１１との間には運転席側ブラケット４が配設されている。インパネ補強メンバ１を構成する板材は、厚み１．４ｍｍ、引っ張り強度が５９０ＭＰａの高張力鋼板に相当するものである。大径筒部１１の最も径の大きな部分の外径は９０ｍｍであり、小径筒部１２の外径は４３ｍｍである。縮径筒部１３の左右方向の寸法は７０ｍｍである。また、図３及び図４に示す凹部１４がインパネ補強メンバ１に形成されている。凹部１４の幅Ｗは１８ｍｍであり、凹部１４の深さＤは１．０ｍｍである。凹部１４は環状である。

正面衝突シミュレーションでは、自動車の正面衝突時を再現すべく、矢印３００で示すように衝撃入力部材２００を前方から後方へ向けて速度５５ｋｍ／時で１３０ｍｍ移動させる。衝撃入力部材２００は剛体と仮定している。正面衝突シミュレーション後の状態を図６Ｂに示す。この図に示すように、相対的に高強度な大径筒部１１に対して曲げ力が直接的に作用することになるので、曲げ変形が抑制される。これにより、ステアリングコラムの変位量が少なくなる。

図７Ａは、右側面衝突シミュレーションの開始前の状態を示す説明図である。インパネ補強メンバ１の左端部１ａは、左フロントピラー１００に固定され、インパネ補強メンバ１の右端部１ｂには、右フロントピラー１０１の代わりに衝撃入力部材２０１が配置されている。衝撃入力部材２０１がインパネ補強メンバ１の右端部１ｂに対して左方向の衝撃力を入力する部分である。また、中間ブラケット３の下端部は車体１０２に固定されている。

右側面衝突シミュレーションでは、自動車の右から障害物が衝突した場合を再現すべく、矢印３０１で示すように衝撃入力部材２０１を右から左へ向けて速度５５ｋｍ／時で１２５ｍｍ移動させる。つまり、インパネ補強メンバ１に対して軸方向の圧縮力を作用させる。衝撃入力部材２０１は剛体と仮定している。

図７Ｂは比較例に係る右側面衝突シミュレーションの結果を示している。比較例は、上記正面衝突シミュレーションで使用したインパネ補強メンバ１の凹部１４が形成されていない例である。この比較例の場合、軸方向の圧縮力を受けたインパネ補強メンバ１は、相対的に低強度な小径筒部１２が折れ曲がるので、インパネ補強メンバ１が軸方向に圧縮変形する部分は殆どない。

一方、図７Ｃは、上記正面衝突シミュレーションで使用したインパネ補強メンバ１（本発明の構造例）を用いた場合を示しており、軸方向の圧縮力を受けたインパネ補強メンバ１は、凹部１４を起点にして軸方向に圧縮変形する。主に圧縮変形する部分は、縮径筒部１３と、小径筒部１２の左側部分である。

図７Ｄは、比較例と本発明の構造例との衝撃入力部材の変位量と衝撃入力部材が衝撃吸収部材から受ける反力との関係を示すグラフである。グラフの横軸は変位であり、この場合、衝撃入力部材２０１の左方向への変位量（単位：ｍｍ）を示している。横軸の「０」は右側面衝突シミュレーション開始直前の衝撃入力部材２０１の位置に対応している。縦軸は反力（単位：ｋＮ）を示している。比較例では、右側面衝突の直後（変位量が少ない段階）で反力が大きく立ち上がり、その後、反力が急激にかつ大幅に低下して、反力が低下したままで変位量が増加していく。このように反力が急激にかつ大幅に低下したのは、図７Ｂに示すように小径筒部１２が折れ曲がったためである。つまり、比較例の場合、インパネ補強メンバ１が一瞬突っ張るものの、その直後に折れ曲がることによって反力が低下してしまうので、衝撃エネルギーの吸収量が小さくなってしまう。

これに対し、本発明の構造例の場合、インパネ補強メンバ１が一瞬突っ張り、その後、反力が急激に低下するものの、変位量が大きくなると反力が増大し、その後、再び低下した後、さらに増加する。このように変位量が大きくなっても反力を増大させることができるのは、インパネ補強メンバ１を折り曲げることなく、軸方向に圧縮変形させてその変形に要する力を大きく確保しているためである。これにより、本発明の構造例の場合、衝撃エネルギーの吸収量は比較例に比べて３倍以上になる。

図８Ａは、左側面衝突シミュレーションの開始前の状態を示す説明図である。インパネ補強メンバ１の右端部１ｂは、右フロントピラー１０１に固定され、インパネ補強メンバ１の左端部１ａには、左フロントピラー１００の代わりに衝撃入力部材２０２が配置されている。衝撃入力部材２０２がインパネ補強メンバ１の左端部１ａに対して右方向の衝撃力を入力する部分である。また、中間ブラケット３の下端部は車体１０２に固定されている。

左側面衝突シミュレーションでは、自動車の左から障害物が衝突した場合を再現すべく、矢印３０２で示すように衝撃入力部材２０２を左から右へ向けて速度５５ｋｍ／時で１２５ｍｍ移動させる。つまり、インパネ補強メンバ１に対して軸方向の圧縮力を作用させる。衝撃入力部材２０２は剛体と仮定している。

図８Ｂは比較例に係る左側面衝突シミュレーションの結果を示している。比較例は、上記右側面衝突シミュレーションと同様なインパネ補強メンバ１を用いた例である。この比較例の場合、軸方向の圧縮力を受けたインパネ補強メンバ１は、右側面衝突シミュレーションと同様に小径筒部１２が折れ曲がる。

一方、図８Ｃは、上記右側面衝突シミュレーションで使用したインパネ補強メンバ１を用いた場合を示しており、軸方向の圧縮力を受けたインパネ補強メンバ１は、凹部１４を起点にして軸方向に圧縮変形する。主に圧縮変形する部分は、縮径筒部１３と、小径筒部１２の左側部分である。

図８Ｄは、比較例と本発明の構造例との衝撃入力部材の変位量と衝撃入力部材が衝撃吸収部材から受ける反力との関係を示すグラフであり、横軸及び縦軸は図７Ｄのグラフと同じである。比較例では、上記右側面衝突時と同様に、左側面衝突の直後（変位量が少ない段階）で反力が大きく立ち上がり、その後、反力が急激にかつ大幅に低下して、反力が低下したままで変位量が増加していく。したがって、衝撃エネルギーの吸収量が小さくなってしまう。

これに対し、本発明の構造例の場合、インパネ補強メンバ１が一瞬突っ張り、その後、反力が急激に低下するものの、変位量が大きくなると反力が増大し、反力が大きな状態が継続される。このように変位量が大きくなっても反力を増大させることができるのは、インパネ補強メンバ１を折り曲げることなく、軸方向に圧縮変形させてその変形に要する力を大きく確保しているためである。これにより、本発明の構造例の場合、衝撃エネルギーの吸収量は比較例に比べて２．５倍以上になる。

尚、正面衝突シミュレーション、左右側面衝突シミュレーションでは、例えば凹部１４の代わりに図５に示す凸部１５を形成した場合も凹部１４と同様な結果になった。また、凹部１４及び凸部１５の幅を変化させたり、凹部１４の深さ及び凸部１５の高さを変化させた場合も、同様な結果になった。

図９は、凹部１４の大きさと衝撃エネルギー吸収量比（右側面衝突時）との関係を示すグラフである。横軸は凹部１４の幅Ｗ×深さＤを示し、縦軸は凹部無しに対する衝撃エネルギー吸収量の比を示している。グラフ中、「湾曲凹部」は図４に示すような湾曲面で構成された凹部であり、「角型凹部」は例えば矩形断面を有する凹部である。「幅変化」とは幅Ｗを変化させた場合であり、「深さ変化」とは深さＤを変化させた場合である。「湾曲凹部」及び「角型凹部」のいずれの凹部も、幅を変化させたとしても高い衝撃エネルギー吸収量が得られる。また、「角型凹部」の場合、深さＤを変化させたとしても高い衝撃エネルギー吸収量が得られる。「湾曲凹部」の場合、深さを深くしていくと、インパネ補強メンバ１が折れ曲がってしまうので、凹部が無い場合と同程度の衝撃エネルギー吸収量になる。よって、側面衝突時にインパネ補強メンバ１が折れ曲がらないように、かつ、圧縮変形を起こすように、凹部の深さＤを設定するのが好ましい。凸部の場合も同様である。

したがって、凹部または凸部は、側面衝突時にインパネ補強メンバ１が折れ曲がることなく、圧縮変形が起こるように深さや高さを設定しておく。

（実施形態の作用効果）
以上説明したように、この実施形態によれば、インパネ補強メンバ１の左端部１ａが自動車の左フロントピラー１００に固定され、インパネ補強メンバ１の右端部１ｂが自動車の右フロントピラー１０１に固定された状態で、大径筒部１１によってステアリングコラムを支持することができるので、所望の支持剛性を得ることができる。

また、インパネ補強メンバ１は、その左端部１ａから右端部１ｂまで連続した１枚の板材により形成されているので、板材を接合するための溶接代は不要になるとともに、板材が厚み方向に重なる部分が無くなり、インパネ補強メンバ１が軽量になる。

自動車の正面衝突時には、例えばステアリングコラムや車体のダッシュパネル等を介して後向きの力がインパネ補強メンバ１に入力することがある。この場合、相対的に高強度な大径筒部１１に対して曲げ力が直接的に作用することになるので、曲げ変形が抑制される。これにより、ステアリングコラムの変位量が少なくなる。

一方、自動車の側面衝突時には、左右方向の一方から衝撃力が作用することになる。このとき、インパネ補強メンバ１は、左端部１ａから右端部１ｂまで連続した１枚の板材により形成されているので、従来例のように左右方向に分割された部材を溶接したものに比べて、衝突初期における左右方向の突っ張り力が高まり、この初期段階における衝撃エネルギーの吸収量が多くなる。そして、縮径筒部１３または小径筒部１２における縮径筒部１３寄りの部分には、凹部１４が形成されているので、この凹部１４が軸方向の圧縮変形の起点になり、インパネ補強メンバ１は圧縮変形を始める。

つまり、軸方向に圧縮力が作用したときに、仮にインパネ補強メンバ１が折れ曲がってしまうとインパネ補強メンバ１の耐力が一気に低下し、その結果、衝撃エネルギーの吸収量が低下してしまうが、本実施形態では、折れ曲がる前に軸方向の圧縮変形を開始させることが可能になる。これにより、折れ曲がり変形に比べてインパネ補強メンバ１の耐力の低下が緩やかになるので、インパネ補強メンバ１による衝撃エネルギーの吸収量が多くなる。

上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

以上説明したように、本発明に係るインパネ補強メンバは、例えば自動車のインストルメントパネルの内部に配設することができる。

１ インパネ補強メンバ
１ａ 左端部
１ｂ 右端部
１１ 大径筒部
１２ 小径筒部
１３ 縮径筒部
１４ 凹部
１５ 凸部
１００ 左フロントピラー
１０１ 右フロントピラー

Claims (7)

1. 自動車の左フロントピラーから右フロントピラーまで延びるとともに、運転席側に配設されるステアリングコラムを支持するインパネ補強メンバにおいて、
   前記左フロントピラーに固定される左端部から前記右フロントピラーに固定される右端部まで連続した１枚の板材により形成されるとともに、運転席側に位置する大径筒部と、助手席側に位置し、前記大径筒部よりも小径な小径筒部と、前記大径筒部と前記小径筒部との間に位置し、前記大径筒部から前記小径筒部まで縮径しながら延びる縮径筒部とを有するパイプ状に形成され、
   前記縮径筒部または前記小径筒部における前記縮径筒部寄りの部分には、径方向内方へ窪む凹部と、径方向外方へ膨らむ凸部とのうち、少なくとも一方が形成されていることを特徴とするインパネ補強メンバ。
2. 請求項１に記載のインパネ補強メンバにおいて、
   前記凹部は、前記インパネ補強メンバの周方向に連続しており、また、前記凸部は、前記インパネ補強メンバの周方向に連続していることを特徴とするインパネ補強メンバ。
3. 請求項２に記載のインパネ補強メンバにおいて、
   前記凹部は、前記インパネ補強メンバの周方向に連続して環状に延びており、また、前記凸部は、前記インパネ補強メンバの周方向に連続して環状に延びていることを特徴とするインパネ補強メンバ。
4. 請求項１から３のいずれか１つに記載のインパネ補強メンバにおいて、
   前記縮径筒部における前記小径筒部側の端部に、前記凹部または前記凸部が形成されていることを特徴とするインパネ補強メンバ。
5. 請求項１から３のいずれか１つに記載のインパネ補強メンバにおいて、
   前記小径筒部における前記縮径筒部側の端部に、前記凹部または前記凸部が形成されていることを特徴とするインパネ補強メンバ。
6. 請求項１から５のいずれか１つに記載のインパネ補強メンバにおいて、
   前記凹部は前記板材を径方向内方へ曲げることによって形成され、
   前記凸部は前記板材を径方向外方へ曲げることによって形成されていることを特徴とするインパネ補強メンバ。
7. 請求項１から６のいずれか１つに記載のインパネ補強メンバにおいて、
   前記凹部は、当該凹部の左右方向の縁部から中央部に向かって徐々に深くなるように形成され、
   前記凸部は、当該凸部の左右方向の縁部から中央部に向かって徐々に高くなるように形成されていることを特徴とするインパネ補強メンバ。

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