JP7846438B2

JP7846438B2 - 構造部品

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Publication number: JP7846438B2
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Inventors: 諒漆畑
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Description

本開示は、構造部品に関する。

例えば自動車の車体等といった構造物は、構造部品を用いて形成される。構造部品には、入力される荷重に対する耐久性が要求される。

例えば、特許文献１には、自動車用のサスペンションアームが開示されている。特許文献１のサスペンションアームは、板状の本体部と、本体部の両側縁に設けられたパイプ状の補強部とを含む。特許文献１には、この構造により、本体部の図心を通り本体部に直交する軸線に関する断面二次モーメントが大きくなるため、曲げ荷重に耐え得る十分な剛性をサスペンションアームに持たせることができると記載されている。

例えば、特許文献２には、自動車用のクロスメンバーが開示されている。特許文献２のクロスメンバーは、鞍型に折り曲げられたウェブと、ウェブの両側縁に設けられた一対の側壁と、各側壁の先端に設けられたフランジ部とを備える。このクロスメンバーでは、ウェブの長手方向の両端部から折り曲げ部位に向かって、ウェブの幅が徐々に大きくなっている。特許文献２には、ウェブの長手方向の両端部において一対の側壁のフランジ側の先端がウェブ側の基端よりも開くようにすることで、クロスメンバーをサイドメンバーに連結して使用する際の側突強度を向上することができると記載されている。

特開平８－１８８０２２号公報特開２０１２－１１１３７７号公報

ところで、構造部品の中には、自動車用のサスペンションアームの１つであるリアアッパーアームのように、側面視で湾曲領域を含むものがある。このような構造部品は、閉断面構造を有することが多い。例えば、凹状の部材同士を向かい合わせてアーク溶接で接合することにより、モナカ構造と呼ばれる閉断面構造の構造部品が形成される。しかしながら、アーク溶接部では錆が生じやすいため、発錆を防止するための対処が必要となる。また、構造部品の製造プロセスにおいてアーク溶接を行うことで、構造部品の製造コストが上昇する可能性がある。

構造部品をアーク溶接部のない開断面構造とした場合、アーク溶接部における発錆を回避し、構造部品の製造コストを低減することができる。しかしながら、構造部品を単純に開断面構造とすると、構造部品の剛性が低くなり、入力された荷重に対する構造部品の反力が小さくなるという問題がある。

本開示は、開断面構造を有するにもかかわらず、入力された荷重に対して高い反力を発揮することができる構造部品を提供することを課題とする。

本開示に係る構造部品は、天板と、２つの側壁とを備える。２つの側壁は、互いに対向するように配置されている。２つの側壁は、それぞれ天板に連続する。構造部品は、湾曲領域を含む。湾曲領域は、側壁側から見て、天板側を湾曲の内側とし、天板の反対側を湾曲の外側として湾曲している。湾曲領域において、湾曲の内側では２つの側壁が天板によって接続される。湾曲領域は、湾曲の外側で開口する。天板は、湾曲領域において、構造部品の両端側における天板の幅よりも大きい最大幅を有する。天板の幅は、湾曲領域を横断面で見て、２つの側壁のうち一方の側壁と天板との境界部と、他方の側壁と天板との境界部とを結ぶ直線の長さである。湾曲領域を横断面で見たとき、２つの側壁の長さの合計は、天板の幅よりも大きい。

本開示に係る構造部品は、開断面構造を有するにもかかわらず、入力された荷重に対して高い反力を発揮することができる。

図１は、第１実施形態に係る構造部品の斜視図である。図２は、第１実施形態に係る構造部品の平面図である。図３は、第１実施形態に係る構造部品の側面図である。図４は、第１実施形態に係る構造部品の横断面図である。図５は、第１実施形態に係る構造部品の別の横断面図である。図６は、第２実施形態に係る構造部品の斜視図である。図７は、第３実施形態に係る構造部品の斜視図である。図８は、第３実施形態に係る構造部品の平面図である。図９は、第３実施形態に係る構造部品の横断面図である。図１０は、第３実施形態の変形例に係る構造部品の斜視図である。図１１は、第３実施形態の他の変形に係る構造部品の横断面図である。図１２は、構造部品の天板の幅増加率と２０ｍｍストローク時の反力との関係を示すグラフである。図１３は、構造部品の天板の幅増加率と最大反力との関係を示すグラフである。

実施形態に係る構造部品は、天板と、２つの側壁とを備える。２つの側壁は、互いに対向するように配置されている。２つの側壁は、それぞれ天板に連続する。構造部品は、湾曲領域を含む。湾曲領域は、側壁側から見て、天板側を湾曲の内側とし、天板の反対側を湾曲の外側として湾曲している。湾曲領域において、湾曲の内側では２つの側壁が天板によって接続される。湾曲領域は、湾曲の外側で開口する。天板は、湾曲領域において、構造部品の両端側における天板の幅よりも大きい最大幅を有する。天板の幅は、湾曲領域を横断面で見て、２つの側壁のうち一方の側壁と天板との境界部と、他方の側壁と天板との境界部とを結ぶ直線の長さである。湾曲領域を横断面で見たとき、２つの側壁の長さの合計は、天板の幅よりも大きい（第１の構成）。

第１の構成に係る構造部品は、構造部品の側壁側から見て湾曲する湾曲領域を含んでいる。このように湾曲領域を有する構造部品に対して圧縮荷重が付与される場合、荷重は主に湾曲領域の内側を伝達する。そのため、第１の構成に係る構造部品では、天板が湾曲領域の内側に配置されている。湾曲領域は、湾曲内側で２つの側壁が天板で接続されている一方、湾曲外側では開口する開断面構造を採っている。湾曲領域では、天板が構造部品の両端側と比較して大きな幅（最大幅）を有するため、天板に連続する両側壁も構造部品の両端側と比較して幅方向外側に膨らんでいる。ここで、第１の構成に係る構造部品に対して両端部間を圧縮する圧縮荷重が入力されたとき、湾曲内側にある天板において圧縮変形が生じ、湾曲外側にある両側壁の端部では引張変形が生じる。具体的には、両側壁の端部は、天板の幅方向外側に膨らんでいた状態から構造部品の長手方向に引っ張られ、結果として天板の幅方向内側へと移動する。両側壁の端部が幅方向内側に移動すると、例えば両側壁の端部同士が接触し、構造部品の湾曲領域で両側壁に互いに押し合う力が作用する。この場合、入力された圧縮荷重に対して構造部品の反力がピークを迎えた後も、反力の低下が抑制されやすくなる。したがって、変形の後期であっても構造部品が高い反力を発揮することができる。

このように、第１の構成に係る構造部品は、開断面構造を有するにもかかわらず、入力された荷重に対して高い反力を発揮することができる。

第１の構成に係る構造部品において、天板は、構造部品の両端側に配置され、一定の幅を有する区間を含んでいてもよい（第２の構成）。

第１又は第２の構成に係る構造部品において、天板の最大幅は、天板の最小幅の１１０％以上２２０％以下であることが好ましい（第３の構成）。

第３の構成によれば、天板の最大幅が最小幅の１１０％以上２２０％以下となっている。この場合、構造部品に対して圧縮荷重が入力されたとき、変形の後期における反力がより高くなりやすい。

第１から第３のいずれかの構成に係る構造部品は、さらに、フランジを備えることができる。フランジは、２つの側壁の少なくとも一方に対して天板の反対側で連続する。フランジは、少なくとも一方の側壁から当該側壁と交差する方向に突出する。フランジは、湾曲の外側で、湾曲領域の底部を通り湾曲領域に沿って延びていることが好ましい（第４の構成）。

第４の構成に係る構造部品では、湾曲領域の少なくとも底部の位置において、２つの側壁の一方又は双方の端部にフランジが設けられている。これにより、構造部品の湾曲領域の剛性が高くなるため、圧縮荷重に対する反力のピークが大きくなる。

第４の構成に係る構造部品において、フランジは、２つの側壁の各々に設けられていてもよい（第５の構成）。

第５の構成に係る構造部品において、天板の最大幅は、天板の最小幅の１５４％以下であってもよい（第６の構成）。

第５の構成では、２つの側壁のそれぞれにフランジが連続して設けられ、且つ、天板の最大幅が天板の最小幅の１５４％以下となっている。これにより、圧縮荷重に対する構造部品のピーク反力をより高めることができる。

第１から第６のいずれかの構成に係る構造部品において、湾曲領域を横断面で見たとき、２つの側壁は、天板の中央に対して対称に設けられていてもよい（第７の構成）。

第７の構成では、構造部品の湾曲領域の横断面において、天板の中央に対して２つの側壁が対称に設けられている。この場合、構造部品に対して圧縮荷重が入力されたとき、湾曲領域においてねじれ変形が生じにくくなる。

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。各図において同一又は相当の構成については同一符号を付し、同じ説明を繰り返さない。

［第１実施形態］
（構造部品の構成）
図１は、第１実施形態に係る構造部品１００を模式的に示す斜視図である。構造部品１００は、例えば自動車の車体に使用される。構造部品１００は、例えば、サスペンションアーム等のシャシー部品であってもよい。本実施形態では、構造部品１００がサスペンションアームの一種であるアッパーアームである例について説明する。

図１を参照して、構造部品１００は、天板１０と、側壁２１，２２とを備えている。

天板１０は、アッパーアームである構造部品１００が自動車に取り付けられた状態で、実質的に又は概ね自動車の左右方向に延在する。以下、天板１０が延在する方向を構造部品１００の長手方向という。

側壁２１，２２は、互いに対向するように配置される。側壁２１は、天板１０に連続している。側壁２２は、側壁２１の反対側で天板１０に連続している。側壁２１，２２は、天板１０に沿って構造部品１００の長手方向に延在している。

構造部品１００は、湾曲領域３０を含んでいる。湾曲領域３０は、側壁２１側から見て、天板１０側を湾曲の内側とし、天板１０の反対側を湾曲の外側として湾曲している。湾曲領域３０は、側壁２１と反対の側壁２２側から見たときも、天板１０側を湾曲の内側とし、天板１０の反対側を湾曲の外側として湾曲している。湾曲領域３０において、側壁２１，２２は、湾曲の内側で天板１０によって接続されている。一方、湾曲領域３０は、湾曲の外側で開口している。すなわち、湾曲領域３０の湾曲外側では、構造部品１００が分断され、側壁２１と側壁２２とが離隔している。

本実施形態のように構造部品１００が自動車の車体に使用される場合、湾曲領域３０は、例えば、構造部品１００が自動車に取り付けられた状態で下方に凹となるように湾曲する。湾曲領域３０は、底部３１を含んでいる。湾曲領域３０は、例えば、曲率半径４００ｍｍ以下で構造部品１００の長手方向に延在する。湾曲領域３０は、曲率半径２００ｍｍ以下で構造部品１００の長手方向に延在していてもよい。湾曲領域３０は、曲率半径１５０ｍｍ以下で構造部品１００の長手方向に延在することが好ましい。湾曲領域３０の曲率半径は、例えば２０ｍｍ以上であり、好ましくは５０ｍｍ以上である。このときの曲率半径は、湾曲領域３０の湾曲内側の曲率半径である。

構造部品１００の長手方向の両端部には、取付け部４１，４２が設けられている。取付け部４１，４２は、構造部品１００を他の部品に取り付けるための部分である。天板１０は、一方の取付け部４１の近傍から他方の取付け部４２の近傍まで延在している。取付け部４１，４２は、例えば、側壁２１，２２に形成されたバーリング部であってもよい。この場合、取付け部４１，４２には、それぞれブッシュ５１，５２が圧入される。ただし、取付け部４１，４２の態様はこれに限定されるものではない。

図２は、構造部品１００を天板１０側から見た図（平面図）である。図２を参照して、天板１０の幅は、構造部品１００の長手方向に沿って変化している。すなわち、天板１０の幅は、構造部品１００の全体にわたって一定ではない。天板１０の幅とは、構造部品１００の平面視で、天板１０と側壁２１（図１）との境界線Ｌ１と、天板１０と側壁２２（図１）との境界線Ｌ２とのちょうど中間に位置する幅中央線ＣＬ１に直交する直線を引いたとき、当該直線と境界線Ｌ１との交点から当該直線と境界線Ｌ２との交点までの距離である。この直線が延びる方向を構造部品１００又は天板１０の幅方向という。図２に示す例において、境界線Ｌ１，Ｌ２及び幅中央線ＣＬ１は、構造部品１００の平面視でそれぞれ直線状である。ただし、境界線Ｌ１，Ｌ２及び幅中央線ＣＬ１は、構造部品１００の平面視でその少なくとも一部が曲線状となっていてもよい。

天板１０は区間Ｓ１，Ｓ２を含んでいる。区間Ｓ１，Ｓ２は、構造部品１００の長手方向の両端側に配置されている。区間Ｓ１は、一方の取付け部４１に隣接して配置されている。区間Ｓ２は、他方の取付け部４２に隣接して配置されている。天板１０は、区間Ｓ１，Ｓ２において幅Ｗ_０を有する。本実施形態の例では、区間Ｓ１，Ｓ２のそれぞれにおいて、天板１０の幅Ｗ_０が実質的に一定となっている。区間Ｓ１における天板１０の幅Ｗ_０は、区間Ｓ２における天板１０の幅Ｗ_０と等しくてもよいし、異なっていてもよい。

湾曲領域３０は、区間Ｓ１と区間Ｓ２との間に配置されている。天板１０は、湾曲領域３０において最大幅Ｗ_ｍａｘを有する。言い換えると、天板１０と側壁２１，２２（図１）との境界線Ｌ１，Ｌ２のうち、曲率中心が天板１０側に位置する範囲であって、構造部品１００の長手方向の一端側の変曲点から他端側の変曲点までの範囲内において、天板１０の幅が最大幅Ｗ_ｍａｘとなる部分が存在する。天板１０は、少なくとも湾曲領域３０の底部３１（図１）の位置で最大幅Ｗ_ｍａｘを有することが好ましい。

天板１０の最大幅Ｗ_ｍａｘは、例えば、天板１０の最小幅Ｗ_ｍｉｎの１０１％以上である。最大幅Ｗ_ｍａｘは、最小幅Ｗ_ｍｉｎの１０５％以上であることが好ましく、最小幅Ｗ_ｍｉｎの１１０％以上であることがより好ましい。さらに好ましくは、最大幅Ｗ_ｍａｘが最小幅Ｗ_ｍｉｎの１１３％以上である。最大幅Ｗ_ｍａｘは、最小幅Ｗ_ｍｉｎの２２０％以下であってもよく、最小幅Ｗ_ｍｉｎの２１７％以下であることが好ましい。湾曲領域３０における天板１０の最大幅Ｗ_ｍａｘは、当然ながら区間Ｓ１，Ｓ２における天板１０の幅Ｗ_０よりも大きい。区間Ｓ１及び／又は区間Ｓ２における天板１０の幅Ｗ_０は、典型的には天板１０の最小幅Ｗ_ｍｉｎである。ただし、天板１０は、区間Ｓ１，Ｓ２以外の部分で最小幅Ｗ_ｍｉｎを有していてもよい。天板１０は、湾曲領域３０に対して構造部品１００の長手方向の端側で最小幅Ｗ_ｍｉｎを有することができる。

本実施形態の例では、天板１０のうち最大幅Ｗ_ｍａｘを有する区間Ｓ３が構造部品１００の長手方向に延在する。最大幅Ｗ_ｍａｘを有する区間Ｓ３は、湾曲領域３０内に配置されていてもよいし、湾曲領域３０を超えて延びていてもよい。

図３は、構造部品１００を側壁２１側から見た図（側面図）である。本実施形態の例では、天板１０が幅広となっている区間Ｓ３が幅狭の区間Ｓ１，Ｓ２の間で構造部品１００の長手方向に延びている（図２）。そのため、側壁２１において、区間Ｓ３に連続する部分と、区間Ｓ１，Ｓ２に連続する部分との境界にそれぞれ段差２３，２４が形成されている。段差２３，２４は、構造部品１００の使用時の状態で水平となるように側壁２１に形成されていてもよいし、構造部品１００の使用時の状態で水平方向に対して角度を持つように側壁２１に形成されていてもよい。図示を省略するが、反対側の側壁２２にも、側壁２１と同様に段差２３，２４が形成されている。

図４及び図５は、構造部品１００を長手方向に垂直な平面で切断したときの断面（横断面）を示す図である。図４は、図３のＩＶ－ＩＶ断面、より具体的には湾曲領域３０の底部３１の位置での構造部品１００の横断面を示す。図５は、図３のＶ－Ｖ断面、すなわち、構造部品１００の長手方向の両端部に設けられた取付け部４１，４２のうち一方の取付け部４１の近傍の位置における構造部品１００の横断面を示す。

図４を参照して、天板１０は、天板本体１１と、稜線部１２１，１２２とを含む。天板本体１１は、構造部品１００の横断面で見て、実質的に平坦な形状を有する。稜線部１２１，１２２は、天板本体１１の両側縁に連続して設けられている。稜線部１２１は、天板本体１１と一方の側壁２１との間のコーナー部である。稜線部１２２は、天板本体１１と他方の側壁２２との間のコーナー部である。稜線部１２１，１２２は、例えば、構造部品１００の横断面視で実質的に円弧状を有する。

側壁２１，２２は、それぞれ天板１０の稜線部１２１，１２２に連続して設けられている。湾曲領域３０において、天板１０の反対側に位置する側壁２１，２２の端部２１１，２２１は、開放端部となっている。すなわち、構造部品１００は、少なくとも湾曲領域３０の範囲では開断面構造を有する。構造部品１００は、長手方向の全体又はほぼ全体にわたって開断面構造を有することもできる。開断面構造とは、側壁２１の端部２１１と側壁２２の端部２２１とが離れて配置され、端部２１１，２２１側で構造部品１００自身が連続構造となっていないことをいう。

湾曲領域３０の横断面視で、天板１０の最大幅Ｗ_ｍａｘは、天板１０と側壁２１との境界部２１２と、天板１０と側壁２２との境界部２２２とを結ぶ直線の長さである。境界部２１２は、天板１０の稜線部１２１の側壁２１側のＲ止まりである。境界部２２２は、天板１０の稜線部１２２の側壁２２側のＲ止まりである。境界部２１２を構造部品１００の長手方向に沿って繋いでいくと、天板１０と側壁２１との境界線Ｌ１（図２）となる。境界部２２２を構造部品１００の長手方向に沿って繋いでいくと、天板１０と側壁２２との境界線Ｌ２（図２）となる。

湾曲領域３０の横断面において、側壁２１，２２の長さ（高さ）Ｈ_１，Ｈ_２の合計：Ｈ_１＋Ｈ_２は、天板１０の最大幅Ｗ_ｍａｘよりも大きい。側壁２１の高さＨ_１は、湾曲領域３０の横断面において、側壁２１と天板１０との境界部２１２から端部２１１までの直線距離である。側壁２２の高さＨ_２は、湾曲領域３０の横断面において、側壁２２と天板１０との境界部２２２から端部２２１までの直線距離である。側壁２１，２２の高さＨ_１，Ｈ_２の合計は、天板１０の最大幅Ｗ_ｍａｘの１００％超であればよいが、好ましくは最大幅Ｗ_ｍａｘの２００％以上であり、より好ましくは４００％以上である。側壁２１，２２の高さＨ_１，Ｈ_２の合計は、少なくとも天板１０が最大幅Ｗ_ｍａｘを有する区間Ｓ３（図２）において最大幅Ｗ_ｍａｘよりも大きくなっている。

図５を参照して、構造部品１００の長手方向の端部における天板１０の幅Ｗ_０は、湾曲領域３０における天板１０の幅よりも小さい。区間Ｓ１，Ｓ２（図２）において構造部品１００を横断面で見たとき、幅Ｗ_０は、天板１０と側壁２１との境界部２１２と、天板１０と側壁２２との境界部２２２とを結ぶ直線の長さである。区間Ｓ１，Ｓ２において、側壁２１，２２の高さＨ_１，Ｈ_２の合計：Ｈ_１＋Ｈ_２は、天板１０の幅Ｗ_０よりも大きくてもよいが、幅Ｗ_０以下であってもよい。本実施形態の例では、側壁２１，２２の高さＨ_１，Ｈ_２が構造部品１００の長手方向の両端部において湾曲領域３０よりも小さくなっている。すなわち、構造部品１００の長手方向に沿って側壁２１，２２の高さＨ_１，Ｈ_２が変化している。しかしながら、側壁２１，２２の高さＨ_１，Ｈ_２は、構造部品１００の全長にわたって一定であってもよい。

本実施形態の例において、湾曲領域３０を横断面で見たとき、側壁２１，２２は、天板１０の中央に対して対称に設けられている。より詳細には、湾曲領域３０の横断面において、側壁２１の天板１０に対する境界部２１２と、側壁２２の天板１０に対する境界部２２２とを結ぶ直線の中点を通り、当該直線に垂直な天板１０の幅中央線ＣＬ２に対し、側壁２１，２２が対称に設けられている。側壁２１，２２は、少なくとも湾曲領域３０の全長にわたり、天板１０の中央に対して対称であることが好ましい。側壁２１，２２は、構造部品１００の全長にわたり、天板１０の中央に対して対称であってもよい。

（効果）
本実施形態に係る構造部品１００は、側壁２１，２２側から見て湾曲する湾曲領域３０を含んでいる。湾曲領域３０は、湾曲外側で開口する開断面構造を採っている。言い換えると、湾曲領域３０では、側壁２１，２２の端部２１１，２２１同士が離れて配置されている。湾曲領域３０では、天板１０が構造部品１００の長手方向の両端側と比較して大きな幅（最大幅）Ｗ_ｍａｘを有するため、天板に連続する両側壁２１，２２も構造部品１００の両端側と比較して幅方向外側に膨らんでいる。この構造部品１００に対して取付け部４１，４２間を圧縮する圧縮荷重が入力されたとき、湾曲内側にある天板１０、及び天板１０と側壁２１，２２との境界部２１２，２２２では圧縮変形が生じ、湾曲外側にある側壁２１，２２の端部２１１，２２１では引張変形が生じる。すなわち、構造部品１００が圧縮荷重を受けると、側壁２１，２２の端部２１１，２２１は構造部品１００の長手方向に引っ張られ、幅方向外側に膨らんでいた状態から引き伸ばされて幅方向内側へと移動する。これにより、端部２１１，２２１間に介在物が存在しない場合、側壁２１の端部２１１と側壁２２の端部２２１とが直接接触し、湾曲領域３０の横断面が疑似的に閉断面となって側壁２１，２２同士に押し合う力が作用する。端部２１１，２２１間に介在物が存在する場合、端部２１１，２２１が介在物に対して両側から接触し、側壁２１，２２同士に押し合う力が作用する。そのため、圧縮荷重に対して構造部品１００の反力がピークを迎えた後も、反力の低下が抑制される。よって、変形の後期であっても構造部品１００が高い反力を発揮することができる。

このように、本実施形態に係る構造部品１００は、側壁２１の端部２１１と側壁２２の端部２２１とが幅方向に離隔した開断面構造を有するにもかかわらず、入力された圧縮荷重に対して高い反力を発揮することができる。本実施形態の構造部品１００では、側壁２１と側壁２２との間の開口が塞がれていない。しかしながら、構造部品１００に圧縮荷重が入力されたときに側壁２１，２２同士に押し合う力を作用させることができれば、側壁２１と側壁２２との間の開口が塞がれていてもよい。例えば、構造部品１００とは別体の部品により、側壁２１と側壁２２とが接続されていてもよい。

本実施形態に係る構造部品１００において、天板１０の最大幅Ｗ_ｍａｘは、好ましくは天板１０の最小幅Ｗ_ｍｉｎの１１０％以上２２０％以下である。この場合、構造部品１００に対して圧縮荷重が入力されたとき、変形の後期における反力がより高くなりやすい。

本実施形態では、湾曲領域３０を横断面で見たとき、側壁２１，２２が天板１０の中央に対して対称に設けられている。これにより、構造部品１００に対して圧縮荷重が入力されたとき、湾曲領域３０におけるねじれ変形の発生が抑制される。ただし、湾曲領域３０の横断面において、側壁２１，２２は、必ずしも天板１０の中央に対して対称でなくてもよい。

［第２実施形態］
図６は、第２実施形態に係る構造部品２００を模式的に示す斜視図である。本実施形態に係る構造部品２００は、第１実施形態に係る構造部品１００（図１～図５）と基本的に同一の構成を有する。ただし、第１実施形態では、天板１０のうち最大幅Ｗ_ｍａｘを有する区間Ｓ３（図２）が構造部品１００の長手方向に延在していたのに対し、本実施形態では、湾曲領域３０内の一点で天板１０が最大幅Ｗ_ｍａｘを有している。

図６を参照して、本実施形態においても、天板１０は、湾曲領域３０において、構造部品２００の長手方向の両端側の幅Ｗ_０（図２）よりも大きい最大幅Ｗ_ｍａｘを有する。天板１０の幅は、第１実施形態と異なり、構造部品２００の長手方向の両端から離れるにつれて徐々に大きくなり、湾曲領域３０内の一点で最大幅Ｗ_ｍａｘとなる。天板１０は、湾曲領域３０の底部３１又はその近傍で最大幅Ｗ_ｍａｘを有することが好ましい。天板１０は、構造部品２００の長手方向の端側で最小幅Ｗ_ｍｉｎを有することができる。本実施形態に係る構造部品２００であっても、第１実施形態に係る構造部品１００と同様の効果を奏することができる。

［第３実施形態］
図７は、第３実施形態に係る構造部品３００を模式的に示す斜視図である。本実施形態に係る構造部品３００は、第１実施形態に係る構造部品１００（図１～図５）と基本的に同一の構成を有する。ただし、構造部品３００は、フランジ６１，６２を備える点で第１実施形態に係る構造部品１００と異なっている。

構造部品３００において、フランジ６１，６２は、側壁２１，２２のそれぞれに対して天板１０の反対側で連続する。一方のフランジ６１は、側壁２１に連続して設けられている。他方のフランジ６２は、側壁２２に連続して設けられている。本実施形態において、フランジ６１，６２は、側壁２１，２２からこれらの外側に突出している。

フランジ６１，６２は、湾曲領域３０の湾曲の外側で、底部３１を通り湾曲領域３０に沿って延びていることが好ましい。フランジ６１，６２は、構造部品３００の長手方向の全体にわたって延びていてもよいし、構造部品３００の一部に設けられていてもよい。本実施形態の例では、フランジ６１，６２は、構造部品３００の長手方向の両端近傍まで延びている。フランジ６１，６２のうち構造部品３００の両端側の部分は、構造部品１００の両端に向かうにつれて徐々に消失してもよい。

図８は、構造部品３００を天板１０側から見た図（平面図）である。図８を参照して、天板１０の最大幅Ｗ_ｍａｘは、第１実施形態と同様、例えば天板１０の最小幅Ｗ_ｍｉｎの１０１％以上である。本実施形態のように構造部品３００にフランジ６１，６２が設けられている場合、最大幅Ｗ_ｍａｘは、最小幅Ｗ_ｍｉｎの１５４％以下であることが好ましく、１４８％以下であることがより好ましい。最大幅Ｗ_ｍａｘは、最小幅Ｗ_ｍｉｎの１０７％以上１４１％以下であることがさらに好ましい。

図９は、構造部品３００を長手方向に垂直な平面で切断したときの断面（横断面）を示す図である。図９では、湾曲領域３０の底部３１の位置での構造部品３００の横断面を示す。図９を参照して、フランジ６１は、一方の側壁２１に対して天板１０の反対側で連続している。すなわち、フランジ６１は、側壁２１の端部２１１に連続して設けられている。フランジ６１は、側壁２１から、当該側壁２１と交差する方向に突出している。本実施形態では、フランジ６１は、側壁２１の端部２１１から構造部品３００の外側に向かって突出している。

フランジ６２は、他方の側壁２２に対して天板１０の反対側で連続している。すなわち、フランジ６２は、側壁２２の端部２２１に連続して設けられている。フランジ６２は、側壁２２から、当該側壁２２と交差する方向に突出している。本実施形態では、フランジ６２は、側壁２２の端部２２１から構造部品３００の外側に向かって突出している。フランジ６２は、フランジ６１と逆側に向かって突出している。

フランジ６１，６２は、少なくとも湾曲領域３０の底部３１（図７）を含む範囲において側壁２１，２２の端部２１１，２２１に沿って延在している。フランジ６１，６２は、湾曲領域３０の全長にわたり、側壁２１，２２の端部２１１，２２１に沿って延在していてもよい。フランジ６１，６２は、例えば取付け部４１，４２（図７）の近傍まで側壁２１，２２の端部２１１，２２１に沿って延在していてもよい。

湾曲領域３０の横断面において、フランジ６１，６２は、天板１０の中央に対して対称であることが好ましい。すなわち、湾曲領域３０を横断面で見たとき、フランジ６１，６２は、天板１０の幅中央線ＣＬ２に対して対称に設けられていることが好ましい。フランジ６１，６２は、少なくとも湾曲領域３０の全長にわたり、天板１０の中央に対して対称であることが好ましい。フランジ６１，６２は、構造部品３００の全長にわたり、天板１０の中央に対して対称であってもよい。

図９の例では、湾曲領域３０の横断面視で、フランジ６１，６２が天板本体１１と実質的に平行となっている。ただし、フランジ６１，６２は、湾曲領域３０の横断面視で天板本体１１に対して傾いていてもよい。

構造部品３００の幅方向におけるフランジ６１，６２の長さ（幅）は、フランジ６１，６２の全長にわたって一定であってもよいが、フランジ６１，６２の延在方向に沿って変化してもよい。例えば、湾曲領域３０の底部３１（図７）では、構造部品３００の長手方向の両端部と比較してフランジ６１，６２の幅が大きくなっていてもよい。この場合、フランジ６１，６２の幅は、湾曲領域３０の底部３１で最大であることが好ましい。また、フランジ６１，６２の幅は、構造部品３００の長手方向の両端側で当該両端に向かうにつれて徐々に小さくなり、緩やかに消失することが好ましい。ただし、フランジ６１，６２の幅は、構造部品３００の長手方向の両端側で急変していてもよい。

本実施形態に係る構造部品３００も、第１実施形態と同様に、取付け部４１，４２間を圧縮する圧縮荷重が入力されたときに側壁２１，２２の端部２１１，２２１同士が直接又は間接的に接触して側壁２１，２２に押し合う力を作用させることができ、変形の後期であっても高い反力を発揮することができる。また、構造部品３００にフランジ６１，６２が設けられていることにより、圧縮荷重に対する構造部品３００の剛性が大きくなる。よって、構造部品３００は、開断面構造を有するにもかかわらず、圧縮荷重が入力されたときに高いピーク反力を発揮することができる。

本実施形態の構造部品３００では、他の実施形態と同様、天板１０が湾曲領域３０で最大幅Ｗ_ｍａｘを有する。側壁２１，２２にフランジ６１，６２が連続して設けられている場合、天板１０の最大幅Ｗ_ｍａｘが最小幅Ｗ_ｍｉｎの１５４％以下であることが好ましい。これにより、圧縮荷重に対する構造部品３００のピーク反力をより高めることができる。

本実施形態において、天板１０の最大幅Ｗ_ｍａｘは、最小幅Ｗ_ｍｉｎの１０１％以上１４８％以下であることがより好ましく、最小幅Ｗ_ｍｉｎの１０７％以上１４１％以下であることがさらに好ましい。これにより、構造部品３００は、圧縮荷重に対してさらに高いピーク反力を発揮することができる。

本実施形態に係る構造部品３００は、第１実施形態に係る構造部品１００にフランジ６１，６２を設けたものである。同様に、図１０に示す構造部品４００のように、第２実施形態に係る構造部品２００にもフランジ６１，６２を設けることができる。構造部品４００においても、フランジ６１，６２は、湾曲領域３０の少なくとも一部に沿って延在していることが好ましい。

構造部品４００において、天板１０の最大幅Ｗ_ｍａｘは、第３実施形態に係る構造部品３００と同様に最小幅Ｗ_ｍｉｎの１５４％以下であることが好ましい。最大幅Ｗ_ｍａｘは、例えば最小幅Ｗ_ｍｉｎの１０１％以上である。最大幅Ｗ_ｍａｘは、最小幅Ｗ_ｍｉｎの１０１％以上１４８％以下であることが好ましく、最小幅Ｗ_ｍｉｎの１０７％以上１４１％以下であることがより好ましい。これにより、第３実施形態と同様、圧縮荷重に対する構造部品３００のピーク反力をより高めることができる。

本実施形態に係る構造部品３００では、湾曲領域３０を横断面で見たとき、フランジ６１，６２が天板１０の中央に対して対称に設けられている。これにより、構造部品３００に対して圧縮荷重が入力されたとき、湾曲領域３０においてねじれ変形が発生しにくくなる。しかしながら、フランジ６１，６２は、天板１０の中央に対して必ずしも対称に設けられていなくてもよい。同様に、図１０に示す構造部品４００においても、湾曲領域３０を横断面で見たとき、フランジ６１，６２は、天板１０の中央に対して対称に設けられていてもよいし、対称に設けられていなくてもよい。

本実施形態に係る構造部品３００及び図１０に示す構造部品４００は、側壁２１，２２のそれぞれに対し、天板１０の反対側で連続するフランジ６１，６２を備えている。しかしながら、構造部品３００，４００は、フランジ６１，６２のいずれかを備えていなくてもよい。

本実施形態において、フランジ６１，６２は、側壁２１，２２から構造部品３００の外側に向かって突出している。しかしながら、図１１に示すように、フランジ６１，６２は、側壁２１，２２から構造部品３００の内側に向かって突出することもできる。あるいは、フランジ６１，６２の一方が構造部品３００の外側に向かって突出し、フランジ６１，６２の他方が構造部品３００の内側に向かって突出していてもよい。構造部品３００がフランジ６１，６２のいずれか一方のみを備える場合、このフランジは、構造部品３００の外側に向かって突出していてもよいし、構造部品３００の内側に向かって突出していてもよい。

同様に、図１０に示す構造部品４００においても、フランジ６１，６２は、側壁２１，２２から内側に突出することもできる。あるいは、フランジ６１，６２の一方が側壁２１，２２から外側に突出し、フランジ６１，６２の他方が側壁２１，２２から内側に突出していてもよい。構造部品４００がフランジ６１，６２のいずれか一方のみを備える場合、このフランジは、構造部品４００の外側に向かって突出していてもよいし、構造部品４００の内側に向かって突出していてもよい。

以上、本開示に係る実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

以下、実施例によって本開示をさらに詳しく説明する。ただし、本開示は、以下の実施例に限定されるものではない。

［第１実施例］
本開示による効果を確認するため、第１実施形態に係る構造部品１００（図１～図５）と同一の形状を有する構造部品について、市販の構造解析ソフトウェア（Ａｂａｑｕｓ，ダッソー・システムズ社製）を用いた数値解析を実施した。本解析では、構造部品に対して取付け部間（締結点間）を圧縮する圧縮荷重を入力した際の反力、より詳細には、変形後期の反力として、荷重方向の変位ストロークが２０ｍｍのとき（２０ｍｍストローク時）の反力を評価した。比較のため、通常の開断面構造を有する構造部品、すなわちその全長にわたって天板の幅が変化しない構造部品についても同様の解析を行った。

図１２は、本解析の結果を示すグラフである。図１２では、天板の幅増加率（％）と２０ｍｍストローク時の反力（ｋＮ）との関係が示されている。天板の幅増加率とは、天板の最大幅をＷ_ｍａｘ、最小幅をＷ_ｍｉｎとして１００×｛（Ｗ_ｍａｘ－Ｗ_ｍｉｎ）／Ｗ_ｍｉｎ｝によって得られる値である。図１２からわかるように、天板の幅が変化し、湾曲領域において天板の幅が最大幅Ｗ_ｍａｘとなる構造部品（幅増加率＞０％）では、通常の開断面構造を有する構造部品（幅増加率＝０％）と比較して２０ｍｍストローク時の反力が有意に増加した。本解析では、天板の幅増加率が１０％以上１２０％以下（天板の最大幅Ｗ_ｍａｘが最小幅Ｗ_ｍｉｎの１１０％以上２２０％以下）の範囲において、２０ｍｍストローク時の反力が特に大きくなることが確認された。

［第２実施例］
第３実施形態に係る構造部品３００（図７～図９）と同一の形状を有する構造部品について、市販の構造解析ソフトウェア（Ａｂａｑｕｓ，ダッソー・システムズ社製）を用いた数値解析を実施した。本解析では、構造部品に対して取付け部間（締結点間）を圧縮する圧縮荷重を入力した際の最大反力（ピーク反力）を評価した。比較のため、通常の開断面構造を有する構造部品、すなわちその全長にわたって天板の幅が変化せず、且つ両側壁にフランジが設けられていない構造部品（比較例１）についても同様の解析を行った。また、両側壁にフランジが設けられているが、全長にわたって天板の幅が変化しない構造部品（比較例２）についても同様の解析を行った。

図１３は、本解析の結果を示すグラフである。図１３では、天板の幅増加率（％）と最大反力（ｋＮ）との関係が示されている。図１３に示すように、両側壁にフランジが設けられている構造部品の場合、天板の幅増加率を０％超５４％以下とすることにより、比較例１に係る構造部品（幅増加率０％、フランジなし）よりも最大反力が増加した。比較例１の最大反力は３５．８０ｋＮであり、天板の幅増加率が５４％の場合の最大反力は３５．９４ｋＮであった。

また、両側壁にフランジが設けられている構造部品の場合、天板の幅増加率を１％以上４８％以下とすることにより、比較例２に係る構造部品（幅増加率０％、フランジあり）よりも最大反力が増加した。比較例２の最大反力は３７．９２ｋＮであり、天板の幅増加率が１％の場合の最大反力は３８．２６ｋＮ、天板の幅増加率が４８％の場合の最大反力は３７．９７ｋＮであった。

さらに、天板の幅増加率が７％以上４１％以下である場合、比較例１と比べると約５ｋＮ以上も最大反力が増加した。

本解析により、両縦壁にフランジを設けるとともに天板の幅増加率を０％超５４％以下（最大幅Ｗ_ｍａｘを最小幅Ｗ_ｍｉｎの１００％超１５４％以下）とすることで、圧縮荷重に対し、構造部品が高い最大反力を発揮することが確認された。また、天板の幅増加率を１％以上４８％以下（最大幅Ｗ_ｍａｘを最小幅Ｗ_ｍｉｎの１０１％以上１４８％以下）とすることでより最大反力が向上し、天板の幅増加率を７％以上４１％以下（最大幅Ｗ_ｍａｘを最小幅Ｗ_ｍｉｎの１０７％以上１４１％以下）とすることでさらに最大反力が向上することが確認された。

１００，２００，３００，４００：構造部品
１０：天板
２１，２２：側壁
２１２，２２２：境界部
３０：湾曲領域
３１：底部
６１，６２：フランジ
Ｓ１，Ｓ２：区間

Claims

構造部品であって、
天板と、
互いに対向するように配置され、それぞれ前記天板に連続する２つの側壁と、
を備え、
前記構造部品は、前記側壁側から見て、前記天板側を湾曲の内側とし、前記天板の反対側を湾曲の外側として湾曲し、前記湾曲の内側で前記２つの側壁が前記天板によって接続されるとともに前記湾曲の外側で開口する湾曲領域、を含み、
前記湾曲領域を横断面で見て、前記２つの側壁のうち一方の側壁と前記天板との境界部と、他方の側壁と前記天板との境界部とを結ぶ直線の長さを前記天板の幅としたとき、前記天板は、前記構造部品の両端側における前記天板の幅よりも大きい最大幅を前記湾曲領域において有し、
前記湾曲領域を横断面で見たとき、前記２つの側壁の長さの合計は、前記天板の幅よりも大きく、
前記構造部品は、少なくとも前記湾曲領域の範囲で開断面構造を有する、構造部品。
請求項１に記載の構造部品であって、
前記天板は、前記構造部品の両端側に配置され、一定の幅を有する区間を含む、構造部品。
請求項１に記載の構造部品であって、
前記最大幅は、前記天板の最小幅の１１０％以上２２０％以下である、構造部品。
請求項１に記載の構造部品であって、さらに、
前記２つの側壁の少なくとも一方に対して前記天板の反対側で連続し、前記少なくとも一方の側壁から当該側壁と交差する方向に突出するフランジ、
を備え、
前記フランジは、前記湾曲の外側で、前記湾曲領域の底部を通り前記湾曲領域に沿って延びている、構造部品。
請求項４に記載の構造部品であって、
前記フランジは、前記２つの側壁の各々に設けられている、構造部品。
請求項５に記載の構造部品であって、
前記最大幅は、前記天板の最小幅の１５４％以下である、構造部品。
請求項１～６のいずれか１項に記載の構造部品であって、
前記湾曲領域を横断面で見たとき、前記２つの側壁は、前記天板の中央に対して対称に設けられている、構造部品。