JPH0542823A

JPH0542823A - 自動車ドア補強部材用鋼管

Info

Publication number: JPH0542823A
Application number: JP20410791A
Authority: JP
Inventors: Mitsusachi Yamamoto; 三幸山本; Kazuo Toyama; 和男外山
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1991-08-14
Filing date: 1991-08-14
Publication date: 1993-02-23

Abstract

(57)【要約】【目的】強度特性を損なうことなく重量を低減させた自
動車ドア補強部材用の鋼管を提供する。【構成】ドア外板とドア内板の間の空間に架設される鋼
管１（Ｌの長さで使用される）であって、鋼管１の外径
は一定で中央部（Ａ部）が最大の肉厚を有し、鋼管１の
端部と中央部との中間部（Ｂ部）が最小の肉厚を有し、
鋼管１の端部（Ｃ部）が前記鋼管の中央部の肉厚と中間
部の肉厚との間の肉厚を有する鋼管。肉厚を一定とし、
外径をＡ部で最大、Ｂ部で最小、Ｃ部でその中間として
もよいし、肉厚と外径の両方を前記のように変えてもよ
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車の側面衝突時に
おける乗員の保護を目的としてドアの内部に架設される
補強部材の素材となる鋼管に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、自動車の側面衝突時における
乗員の保護を目的として、図３に示すように、鋼管１を
素材とするドア補強部材２がドアの外板３と内板４の間
の空間に架設されている。この例では、ドア内板４への
取り付けのため、別に製作した板状フランジ５が鋼管１
の端部に接合されている。

【０００３】また、別の例として、図４に示すように、
端部に切欠きを設け、その部分を拡開すると共に平板状
に押しつぶして固定用フランジ６を形成した鋼管製ドア
補強部材２が公知である（実開昭62− 78519号公報）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】これらのドア補強部材
に使用される鋼管は、その寸法（外径、肉厚）が鋼管の
全長にわたって一定であり、その値は自動車の側面衝突
の際にドア補強部材に発生するせん断力および曲げモー
メント（以下、これを部材力と呼ぶ）の最大値に応じて
定められている。ところが、部材力は鋼管の全長にわた
って一様ではないため、部材力が最大とならない部位で
はいわゆる過剰設計となっており、その分だけ重量が不
必要に大きくなっている。これは、近年の車体軽量化と
いう要求に相反するものである。

【０００５】本発明は、上述の従来技術の実状に鑑みて
なされたもので、強度特性を損なうことなく重量を低減
させた自動車ドア補強部材用の鋼管を提供することを目
的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、下記
〜の自動車ドア補強部材用鋼管にある。

【０００７】ドア外板とドア内板の間の空間に架設
される鋼管であって、鋼管の中央部が最大の肉厚を有
し、鋼管の端部と中央部との中間部が最小の肉厚を有
し、鋼管の端部が前記鋼管の中央部の肉厚と中間部の肉
厚との間の肉厚を有することを特徴とする自動車ドア補
強部材用鋼管。

【０００８】ドア外板とドア内板の間の空間に架設
される鋼管であって、鋼管の中央部が最大の外径を有
し、鋼管の端部と中央部との中間部が最小の外径を有
し、鋼管の端部が前記鋼管の中央部の外径と中間部の外
径との間の外径を有することを特徴とする自動車ドア補
強部材用鋼管。

【０００９】ドア外板とドア内板の間の空間に架設
される鋼管であって、鋼管の中央部が最大の外径および
肉厚を有し、鋼管の端部と中央部との中間部が最小の外
径および肉厚を有し、鋼管の端部が前記鋼管の中央部の
外径および肉厚と中間部の外径および肉厚との間の外径
および肉厚を有することを特徴とする自動車ドア補強部
材用鋼管。

【００１０】図１は本発明（の発明）の実施例に対応
するドア補強部材用鋼管の軸方向断面形状を示す説明図
で、図中の長さＬの部分が一つのドア補強部材の素材と
して用いられる。この図に示されるように、鋼管１の外
径Ｄは一定で、長さＬの部分の中央部（図中のＡの部
分）が最大の肉厚を有し、鋼管の長さＬの部分の端部と
前記の中央部との中間部（図中のＢの部分）が最小の肉
厚を有し、鋼管の長さＬの部分の端部（図中のＣの部
分）が中央部の肉厚と中間部の肉厚との間の肉厚を有し
ている。

【００１１】図２はの発明の実施例に対応するドア補
強部材用鋼管の軸方向断面形状を示す説明図で、図中の
長さＬの部分が一つのドア補強部材の素材として用いら
れる。この場合は、鋼管１の肉厚ｔが一定で、鋼管の長
さＬの部分の中央部（図中のＡの部分）が最大の外径を
有し、鋼管の長さＬの部分の端部と前記の中央部との中
間部（図中のＢの部分）が最小の外径を有し、鋼管の長
さＬの部分の端部（図中のＣの部分）が中央部の外径と
中間部の外径との間の外径を有している。

【００１２】の発明は、前記の発明との発明とを
合わせた断面形状を有するドア補強部材用鋼管で、鋼管
（図示せず）の中央部が最大の外径および肉厚を有し、
中間部が最小の外径および肉厚を有し、端部がそれらの
中間の外径および肉厚を有する。

【００１３】

【作用】ドア補強部材用の鋼管の寸法（外径、肉厚）を
上記のように規定するのは、以下に述べるように、鋼管
の強度特性を側面衝突によりドア補強部材に発生する部
材力に対応させ、その重量の低減を図るためである。

【００１４】自動車の側面衝突の際、長さＬのドア補強
部材用の鋼管に作用する荷重は、図５(a) に示すよう
に、多くの場合三点曲げ荷重となり、これにより各部に
発生する部材力は次のようになる。

【００１５】(1) 剪断力はドア補強部材用鋼管の長手方
向（ｘ方向）で絶対値として一様な分布となり、その値
はＱ＝Ｐ／２（Ｐは荷重）で与えられる（図５(b) 参
照）。

【００１６】(2) 曲げモーメントは、中央の荷重点で最
大値 (Ｍc)を有し、端部の支持点でＭc に次ぐ二次的な
最大値 (Ｍe)を有する三角形状の分布となる（図５(c)
参照）。曲げモーメントＭc 、Ｍe は端部の拘束条件に
依存しており、回転に対する拘束度をλとすると（λ＝
０：拘束なし、λ＝１：完全拘束、０≦λ≦１）、下記
(1)式で近似することができ、λ＝１のとき｜Ｍc ｜
＝｜Ｍe ｜、λ≠１のとき｜Ｍc ｜＞｜Ｍe ｜とな
る。

【００１７】

【数１】

【００１８】従って、ドア補強部材用鋼管の重量を低減
させるという観点から、鋼管の強度を以下のようにその
部位によって変化させ、適正化することが好ましい。す
なわち、鋼管の中央の荷重点近傍において最大の曲げモ
ーメント (Ｍc)と一様な剪断応力（Ｑ）に対応する高い
強度を有し、端部において二次的な最大曲げモーメント
(Ｍe)と一様な剪断応力（Ｑ）に対応する中央部に次ぐ
２次的に高い強度を有し、さらにそれらの中間部では次
式で計算される、前二者に比べて相対的に低い曲げモー
メント（Ｍ）と一様な剪断応力（Ｑ）に対応する相対的
に低い強度を有するようにする。

【００１９】

【数２】

【００２０】このような強度の適正化を実現する鋼管の
寸法（外径：Ｄ、肉厚：ｔ）は以下のように決定する。
各断面に生じる軸方向の最大引張応力 (σmax)および最
大剪断応力 (τmax)は (3)式で与えられるので、鋼管材
料が有する強度（σ_B：引張強度、τ_B：剪断強度）が
(4)式および (5)式を満足するように、鋼管の寸法を適
切に定めればよい。

【００２１】

【数３】

【００２２】

【数４】

【００２３】

【数５】

【００２４】このとき、 (4)式において左辺と右辺の差
をできるだけ小さくするように鋼管の各断面の寸法を定
めることが、重量を可及的に低減するのに好ましい。

【００２５】本発明のドア補強部材用鋼管は、圧延方向
に板厚分布を有する差厚鋼帯を電縫溶接製管する方法、
あるいは通常の等厚、等径の鋼管を断続的に冷間抽伸す
る方法、バルジング加工する方法、等により製造するこ
とができる。

【００２６】製造に際して、長尺の鋼管の寸法（外径、
肉厚）を上記の規定に基づいて図１あるいは図２に示し
た長さＬを一周期として周期的に変化させ、その周期に
合わせて鋼管を切断すれば、ドア補強部材を何本もまと
めて製造する場合に好適である。

【００２７】の発明のドア補強部材用鋼管は、前記の
ように鋼管の中央部が最大の外径および肉厚を有し、中
間部が最小の外径および肉厚を有し、端部がそれらの中
間の外径および肉厚を有しており、鋼管の重量低減効果
が最大限に発揮される。

【００２８】実用的にはドア内部空間の大きさに制限が
あるため、鋼管の最大外径が規定され、これに対応した
鋼管寸法を (3)式および (4)式から求めることになる。

【００２９】

【実施例】140キロ級鋼材を用いて図１および図２に示
した鋼管を試作した。図１および図２では、鋼管１の長
さＬの部分に対応させて肉厚の変化および外径の変化を
定量的に表すグラフも同時に示している。図１の鋼管は
図中に示した肉厚分布を有する差厚鋼帯を電縫溶接する
ことにより、また、図２の鋼管は通常の鋼管（外径、肉
厚が一定）を液圧バルジング加工することにより、それ
ぞれ製作した。図１の鋼管は外径が一定（Ｄ＝31.8mm）
で肉厚が変化する例（の発明例）であり、図２の鋼管
は肉厚が一定（ｔ＝2.4mm ）で外径が変化する例（の
発明例）である。

【００３０】鋼管１の長さＬの部分の中央部が最大の肉
厚(2.4mm）あるいは外径（32mm）を有し、鋼管１の長さ
Ｌの部分の端部と中央部との中間部が最小の肉厚(0.5m
m）あるいは外径（17mm）を有し、鋼管１の長さＬの部
分の端部が前記鋼管の中央部の肉厚と中間部の肉厚との
間の肉厚(1.1mm）あるいは中央部の外径と中間部の外径
との間の外径（23mm）を有することが示されている。

【００３１】肉厚あるいは外径の変化は、表１に示した
数値に基づいて前記 (1)〜(3) 式から求めた。ただし、
(3) 式において、σ_maxは (4)式の等号条件からσ_Bと
した。また、 (2)式の曲げモーメントについては、各断
面における絶対値がλに対して最大となるように次式で
設定した。なお、次式は (1)式および(2) 式から導いた
ものである。

【００３２】

【数６】

【００３３】このようにして求めた外径あるいは肉厚を
有する鋼管はすべての断面において(5)式を満足してい
る。

【００３４】これらの鋼管および比較のため同一鋼材を
用いて製作した通常の鋼管（外径、肉厚とも一定）につ
いて表２に示す条件で三点曲げ試験を行った。この通常
の鋼管の寸法は外径31.8mm、肉厚 2.4mmであり、実施例
の鋼管の中央部における寸法と同一である。

【００３５】試験結果を表３に示す。試験で得られた最
大荷重はいずれの鋼管についても大差なく、約1500kgf
となっており、強度性能はほぼ等しい。しかしながら、
各鋼管の重量は大きく異なり、本発明の鋼管（No.1およ
びNo.2) ではその重量が大幅に低減している。特に肉厚
を変化させたNo.1の鋼管では約50％もの軽量化が達成で
きた。

【００３６】

【表１】

【００３７】

【表２】

【００３８】

【表３】

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、強度特性を損なうこと
なく、重量を大幅に低減させた、近年の軽量化ニーズに
適した自動車ドア補強部材用の鋼管を提供することがで
きる。

【００４０】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例で、自動車ドア補強部材用鋼
管の軸方向断面形状と肉厚分布を示す説明図である。

【図２】本発明の他の実施例で、自動車ドア補強部材用
鋼管の軸方向断面形状と外径分布を示す説明図である。

【図３】従来技術による自動車ドア補強部材用鋼管とそ
の取付けの一例を示す説明図である。

【図４】従来技術による自動車ドア補強部材用鋼管とそ
の取付けの他の例を示す説明図である。

【図５】自動車ドア補強部材用鋼管に作用する荷重と、
それによって生ずる剪断力および曲げモーメントを示す
説明図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ドア外板とドア内板の間の空間に架設され
る鋼管であって、鋼管の中央部が最大の肉厚を有し、鋼
管の端部と中央部との中間部が最小の肉厚を有し、鋼管
の端部が前記鋼管の中央部の肉厚と中間部の肉厚との間
の肉厚を有することを特徴とする自動車ドア補強部材用
鋼管。
【請求項２】ドア外板とドア内板の間の空間に架設され
る鋼管であって、鋼管の中央部が最大の外径を有し、鋼
管の端部と中央部との中間部が最小の外径を有し、鋼管
の端部が前記鋼管の中央部の外径と中間部の外径との間
の外径を有することを特徴とする自動車ドア補強部材用
鋼管。
【請求項３】ドア外板とドア内板の間の空間に架設され
る鋼管であって、鋼管の中央部が最大の外径および肉厚
を有し、鋼管の端部と中央部との中間部が最小の外径お
よび肉厚を有し、鋼管の端部が前記鋼管の中央部の外径
および肉厚と中間部の外径および肉厚との間の外径およ
び肉厚を有することを特徴とする自動車ドア補強部材用
鋼管。