JPWO2020050422A1 - 自動車構造部材 - Google Patents

Abstract

天壁部と、天壁部に対向する底壁部と、天壁部と底壁部を繋ぐ一対の縦壁部である第１の縦壁部および第２の縦壁部と、を有する中空の自動車構造部材において、一端部が天壁部に接合され、他端部が底壁部に接合された第１の補強部と、一端部が第１の縦壁部および第２の縦壁部のいずれか一方に接合され、他端部が第１の補強部に接合された第２の補強部と、を有し、第２の補強部は、縦壁部の高さ方向に沿って複数設けられている、自動車構造部材。

Description

本発明は、自動車構造部材に関する。

近年、自動車のＣＯ₂排出規制の厳格化を受けて、自動車車体の軽量化が推進されている。一方で、サイドシルやバンパービーム等の構造部材においては、衝突時のエネルギー吸収性能を向上させることが求められている。しかし、構造部材の軽量化に伴い、構造部材の曲げ剛性が低下することから、構造部材の内部に補強部材を配置するといった対策がなされている。

特許文献１には、中空状のサイドシルの内部にインサート部材が設けられたサイドシル構造が開示されている。特許文献１のインサート部材は、車幅方向において部材形状が異なる２つの部分で構成されている。詳述すると、インサート部材は、車幅方向の車外側に位置するクロス部材が設けられた部分と、車幅方向の車内側に位置するクロス部材が設けられていない中空部とを有している。特許文献１のサイドシル構造においては、側突時にクロス部材が設けられた部分を圧潰させてエネルギーを吸収する一方で、中空部を圧潰させないことで、バッテリー等の部品の保護を図っている。なお、インサート部材の車幅方向における一対の縦壁部は、サイドシルの一対の縦壁部には接合されていない。

特許文献２には、ハット形状のサイドシルインナーパネルと、ハット形状のサイドシルアウターパネルとの間に挟み込まれるように配置された板状の補強部材を有する接合構造が開示されている。特許文献２の接合構造においては、サイドシルインナーパネルのフランジ部と、サイドシルアウターパネルのフランジ部との間に補強部材が挟み込まれた状態で、各フランジ部がスポット溶接されて、各部材が互いに接合されている。

特許文献３には、バンパービーム本体の前面側に閉断面を形成するガセットが設けられたバンパービーム構造が開示されている。

特許文献４には、前壁と後壁とを繋ぐリブと、当該リブと上壁または下壁とを繋ぐ他のリブを有するバンパリインホースメントが開示されている。特許文献５には、対向する一対の壁を繋ぐ主ステイと、当該主ステイと短辺壁とを繋ぐ補強ステイとを有する構造部材が開示されている。特許文献６には、左右一対の周壁の間に架設された横リブと、当該横リブと交差して上側の周壁または下側の周壁とを繋ぐ縦リブを有する車両の前部構造が開示されている。特許文献７には、前壁部と後壁部とを繋ぐ横隔壁部と、横隔壁部と上壁部または下壁部とを繋ぐ縦隔壁部とを有する車両用バンパ構造が開示されている。特許文献８には、バンパカバーとバンパリインホースメントとを繋ぐリブと、当該リブとバンパカバーの上側または下側の壁部とを繋ぐ縦壁部とを有する車両用バンパ構造が開示されている。特許文献９には、矩形断面を有する中空部内の空間がＸ字状に区切られた構造部材が開示されている。

米国特許出願公開第２０１３／００８８０４４号明細書 国際公開第２０１６／０３１９６４号 特開２００６−１７６０４５号公報 特開平０９−１０４２９９号公報 特開平１１−２５５０４８号公報 特開２０１０−２２８７２９号公報 特開２００９−０９０７０５号公報 特開昭６３−１４１０５８号公報 特開２００８−２４０９６９号公報

特許文献１のサイドシル構造は、サイドシル内部のインサート部材そのものが圧潰することでエネルギー吸収量を向上させるものであるが、サイドシル全体の材料特性を活かすような構造とはなっておらず、エネルギー吸収性能に関する重量効率の観点では改善の余地がある。また、特許文献２〜９の構造においても、エネルギー吸収効率（エネルギー吸収性能の重量効率）の観点で改善の余地がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、自動車構造部材において、エネルギー吸収効率を向上させ、軽量化とエネルギー吸収性能の向上とを両立させることを目的とする。

上記課題を解決する本発明の一態様は、自動車構造部材であって、天壁部と、前記天壁部に対向する底壁部と、前記天壁部と前記底壁部を繋ぐ一対の縦壁部である第１の縦壁部および第２の縦壁部と、を有する中空の自動車構造部材において、一端部が前記天壁部に接合され、他端部が前記底壁部に接合された第１の補強部と、一端部が前記第１の縦壁部および前記第２の縦壁部のいずれか一方に接合され、他端部が前記第１の補強部に接合された第２の補強部と、を有し、前記第２の補強部は、前記縦壁部の高さ方向に沿って複数設けられていることを特徴としている。

前記第２の補強部の一端部が前記第１の縦壁部に接合され、他端部が前記第１の補強部に接合された、上記自動車構造部材において、一端部が前記天壁部に接合され、他端部が前記底壁部に接合された、前記第１の補強部と前記第２の縦壁部の間に設けられた他の第１の補強部と、一端部が前記第２の縦壁部に接合され、他端部が前記他の第１の補強部に接合された他の第２の補強部と、を更に有し、前記他の第２の補強部は、前記縦壁部の高さ方向に沿って複数設けられていてもよい。

前記天壁部および前記底壁部を介して互いに接合されている２つの前記第１の補強部は、前記天壁部および前記底壁部以外の部分では互いに接合されていないことが好ましい。

前記天壁部と前記底壁部間の距離を部材高さと称し、前記部材高さの中央位置から前記天壁部側の領域を第１の領域と称し、前記部材高さの中央位置から前記底壁部側の領域を第２の領域と称したときに、前記第１の領域内に設けられた前記第２の補強部の個数が前記第２の領域内に設けられた前記第２の補強部の個数よりも多いことが好ましい。

前記縦壁部の高さ方向における前記第２の補強部の間隔をｂとし、前記第２の補強部が接合された前記縦壁部と前記第１の補強部間の距離をａとしたときに、０＜ｂ／ａ≦４．０を満たすことが好ましい。

前記第１の縦壁部と前記第２の縦壁部間の距離を部材幅と称し、前記部材幅の中央位置から、前記第２の補強部の一端部が接合された前記縦壁部までの距離をＷｈ₀とし、前記部材幅の中央位置から、前記第２の補強部の他端部が接合された前記第１の補強部までの距離をＷｈとしたときに、０≦（Ｗｈ／Ｗｈ₀）×１００≦９５を満たすことが好ましい。

前記天壁部と、前記底壁部と、前記第１の縦壁部と、前記第２の縦壁部と、前記第１の補強部と、前記第２の補強部とが一体成形されていてもよい。

前記自動車構造部材の長手方向における前記第１の補強部および第２の補強部の長さは、前記自動車構造部材の長手方向の長さの２％以上であることが好ましい。

前記天壁部に平行な面と、前記第２の補強部とのなす角が６０°以下であることが好ましい。

上記自動車構造部材は、サイドシル、センターピラーあるいはラダーフレームのサイドメンバであってもよい。この場合、前記天壁部は、車幅方向の車外側の壁部であることが好ましい。上記自動車構造部材は、バンパービームあるいはラダーフレームのクロスメンバであってもよい。この場合、前記天壁部は、車長方向の車外側の壁部であることが好ましい。

自動車構造部材において、エネルギー吸収効率を向上させ、軽量化とエネルギー吸収性能の向上とを両立させることができる。

本発明の第１の実施形態に係る自動車構造部材の概略構成を示す斜視図である。 Ｘ方向（部材長手方向）に垂直な自動車構造部材の断面を示す図である。 自動車の車体骨格の一例を示す図である。 ラダーフレームの一例を示す図である。 自動車構造部材の断面形状の一例を示す図である。 自動車構造部材の断面形状の一例を示す図である。 自動車構造部材の断面形状の一例を示す図である。 自動車構造部材の断面形状の一例を示す図である。 第２の補強部の形状例を示す図である。 自動車構造部材の断面形状の一例を示す図である。 自動車構造部材の構造例を示す図である。 縦壁部近傍の拡大図である。 第２の補強部の配置例を示す図である。 第２の補強部の配置例を示す図である。 第２の補強部の配置例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る自動車構造部材の、Ｘ方向（部材長手方向）に垂直な断面を示す図である。 第２の補強部の角度について説明する図である。 本発明の第３の実施形態に係る自動車構造部材の、Ｘ方向（部材長手方向）に垂直な断面を示す図である。 曲げ圧壊シミュレーションの条件を示す図である。 自動車構造部材の解析モデルを示す図である。 シミュレーション（１）における各解析モデルのエネルギー吸収効率を示す図である。 自動車構造部材の解析モデルを示す図である。 シミュレーション（２）における各解析モデルのエネルギー吸収効率を示す図である。 自動車構造部材の解析モデルを示す図である。 シミュレーション（３）における各解析モデルのエネルギー吸収効率を示す図である。 自動車構造部材の解析モデルを示す図である。 シミュレーション（４）における各解析モデルのエネルギー吸収効率を示す図である。 自動車構造部材の解析モデルを示す図である。 シミュレーション（５）における各解析モデルのエネルギー吸収効率を示す図である。 自動車構造部材の解析モデルを示す図である。 シミュレーション（６）における各解析モデルのエネルギー吸収効率を示す図である。 シミュレーション（７）における各解析モデルのエネルギー吸収効率を示す図である。 自動車構造部材の解析モデルを示す図である。 シミュレーション（８）における各解析モデルのエネルギー吸収効率を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜第１の実施形態＞
図１および図２に示すように、本実施形態の自動車構造部材１は、角筒状の中空部１０を有しており、中空部１０は、４つの壁部で構成されている。詳述すると、中空部１０は、天壁部１１と、天壁部１１に対向する壁部である底壁部１２と、天壁部１１と底壁部１２を繋ぐ一対の壁部である縦壁部１３からなる４つの壁部を有している。本明細書においては、説明の便宜のため、図中の左側の縦壁部１３を第１の縦壁部１３ａと称し、右側の縦壁部１３を第２の縦壁部１３ｂと称す。天壁部１１、底壁部１２、第１の縦壁部１３ａおよび第２の縦壁部１３ｂの素材は特に限定されず、例えば鋼材やアルミニウム合金部材、マグネシウム合金部材、繊維強化樹脂等の種々の樹脂素材等が採用され得る。

本実施形態の中空部１０は、自動車構造部材１の部材長手方向であるＸ方向に垂直な断面における閉断面空間の形状が正方形であり、天壁部１１と底壁部１２とが平行であり、第１の縦壁部１３ａと第２の縦壁部１３ｂとが平行となっている。また、第１の縦壁部１３ａおよび第２の縦壁部１３ｂは、それぞれ天壁部１１と底壁部１２に対して垂直になっている。本明細書において、Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向は互いに垂直である。

図３は、自動車の車体骨格の一例を示す図である。自動車構造部材１が、例えばサイドシルである場合、Ｘ方向は車長方向、Ｙ方向は車高方向、Ｚ方向は車幅方向である。自動車構造部材１が、例えばバンパービームである場合、Ｘ方向は車幅方向、Ｙ方向は車高方向、Ｚ方向は車長方向である。自動車構造部材１が、例えばセンターピラーである場合、Ｘ方向は車高方向、Ｙ方向は車長方向、Ｚ方向は車幅方向である。自動車構造部材１が、例えば図４のようなラダーフレームのサイドメンバである場合、Ｘ方向は車長方向、Ｙ方向は車高方向、Ｚ方向は車幅方向である。自動車構造部材１が、例えばラダーフレームのクロスメンバである場合、Ｘ方向は車幅方向、Ｙ方向は車高方向、Ｚ方向は車長方向である。なお、Ｘ方向に垂直な断面における中空部１０の閉断面空間の形状は、例えば長方形であってもよい。また、中空部１０において、平行関係にある壁部同士は厳密に平行でなくてもよいし、垂直関係にある壁部同士は厳密に垂直でなくてもよい。また、中空部１０においては、部分的にビードや穴が設けられてもよい。

天壁部１１と、底壁部１２と、第１の縦壁部１３ａと、第２の縦壁部１３ｂとは、例えば押出成形のような一体成形で製造されていてもよい。また例えば、中空部１０は、図５に示されるようにハット形状に成形されたアウターパネル１５と、ハット形状に成形されたインナーパネル１６が互いに接合されることで構成されていてもよい。図５の例においては、アウターパネル１５は、天壁部１５ａと、縦壁部１５ｂと、フランジ部１５ｃとを有し、インナーパネル１６は、天壁部１６ａと、縦壁部１６ｂと、フランジ部１６ｃとを有している。図５の例では、アウターパネル１５のフランジ部１５ｃとインナーパネル１６のフランジ部１６ｃとが互いに接合されることで中空部１０が構成されている。図５の場合においても、中空部１０は、前述の天壁部１１、底壁部１２、一対の縦壁部１３を有している。詳述すると、図５の例では、アウターパネル１５の天壁部１５ａが中空部１０の天壁部１１に相当し、インナーパネル１６の天壁部１６ａが中空部１０の底壁部１２に相当する。また、アウターパネル１５の縦壁部１５ｂとインナーパネル１６の縦壁部１６ｂによって中空部１０の一対の縦壁部１３ａ、１３ｂが構成される。図５の場合のＸ方向に垂直な断面における閉断面空間の形状も、前述の角筒状の中空部１０の場合と同様に、アウターパネル１５やインナーパネル１６の形状に応じて例えば正方形や長方形となる。

中空部１０は、図６のようにアウターパネル１５の縦壁部１５ｂとインナーパネル１６の縦壁部１６ｂによって中空部１０の天壁部１１および底壁部１２が構成されていてもよい。図６の例では、アウターパネル１５の天壁部１５ａとインナーパネル１６の天壁部１６ａが、中空部１０の一対の縦壁部１３ａ、１３ｂに相当する。中空部１０は、図７のようにハット状のパネル１７のフランジ部１７ｃとプレート１８が互いに接合されることで構成されていてもよい。図７の例では、パネル１７の天壁部１７ａが中空部１０の天壁部１１に相当し、パネル１７の一対の縦壁部１７ｂが中空部１０の一対の縦壁部１３ａ、１３ｂに相当し、プレート１８が中空部１０の底壁部１２に相当する。また、図８の例では、パネル１７の一対の縦壁部１７ｂが中空部１０の天壁部１１および底壁部１２に相当し、パネル１７の天壁部１７ａとプレート１８によって中空部１０の一対の縦壁部１３ａ、１３ｂが構成されている。

図２に示されるように自動車構造部材１は、一端部が天壁部１１に接合され、他端部が底壁部１２に接合された、板状の補強部である“第１の補強部２０”を有している。本実施形態の第１の補強部２０は、Ｙ方向に間隔をおいて２つ設けられている。本明細書では、第１の縦壁部１３ａに近い側にある第１の補強部２０を“第１の補強部２０ａ”と称し、第２の縦壁部１３ｂに近い側にある第１の補強部２０を“第１の補強部２０ｂ”と称す。第１の補強部２０の素材は特に限定されず、例えば鋼材やアルミニウム合金部材、マグネシウム合金部材、繊維強化樹脂等の種々の樹脂素材等が採用され得る。天壁部１１および底壁部１２に対する第１の補強部２０の接合方法は特に限定されない。

なお、エネルギー吸収効率を向上させる観点からは、天壁部１１は、自動車構造部材１の車外側に位置する壁部と車内側に位置する壁部のうち、車外側に位置する壁部であることが好ましい。すなわち、自動車構造部材１が、例えばサイドシルやセンターピラーあるいはラダーフレームのサイドメンバである場合には、天壁部１１は、車幅方向における車外側の壁部であることが好ましい。自動車構造部材１が、例えばフロント側のバンパービームあるいはラダーフレームのフロント側のクロスメンバである場合には、天壁部１１は、車長方向における前側の壁部であることが好ましい。自動車構造部材１が、例えばリア側のバンパービームあるいはラダーフレームのリア側のクロスメンバである場合には、天壁部１１は、車長方向における後側の壁部であることが好ましい。すなわち、自動車構造部材１がバンパービームあるいはラダーフレームのクロスメンバである場合には、天壁部１１は、車長方向における車外側の壁部であることが好ましい。

自動車構造部材１は、一端部が第１の縦壁部１３ａおよび第２の縦壁部１３ｂのいずれか一方に接合され、他端部が第１の補強部２０に接合された、板状の補強部である“第２の補強部３０”をさらに有している。第２の補強部３０は、縦壁部１３の高さ方向に沿って複数設けられている。

本実施形態においては、一端部が第１の縦壁部１３ａに接合され、他端部が第１の補強部２０ａに接合された第２の補強部３０ａと、一端部が第２の縦壁部１３ｂに接合され、他端部が第１の補強部２０ｂに接合された第２の補強部３０ｂといった２つの第２の補強部３０が設けられている。第２の補強部３０の素材は特に限定されず、例えば鋼材やアルミニウム合金部材、マグネシウム合金部材、繊維強化樹脂等の種々の樹脂素材等が採用され得る。

中空部１０および第１の補強部２０に対する第２の補強部３０の接合方法は特に限定されない。例えば、図９のように第２の補強部３０の断面形状がＵ字状となるように、第２の補強部３０のＹ方向の両端部にフランジ部３１を設け、当該フランジ部３１と、縦壁部１３および第１の補強部２０とがスポット溶接されることで、第２の補強部３０が中空部１０と第１の補強部２０とに接合されていてもよい。また、例えば押出成形によって中空部１０と、第１の補強部２０と、第２の補強部３０とが一体成形されることで接合されていてもよい。接合の態様はスポット溶接に限定されず、例えば、アーク溶接等によるＴ字隅肉溶接や、接着剤等による接合であってもよい。

後述の実施例でも示すように、エネルギー吸収効率を向上させる観点においては、２つの第１の補強部２０、すなわち第１の補強部２０ａおよび第１の補強部２０ｂは、天壁部１１および底壁部１２以外の部分では互いに接合されていないことが好ましい。図２の例では、第１の補強部２０ａと第１の補強部２０ｂの、高さ方向（Ｚ方向）の端部が、天壁部１１と底壁部１２を介して互いに接合されているが、それ以外の部分、すなわち中空部１０の内方空間では、第１の補強部２０ａと第１の補強部２０ｂは互いに接合されていない。このような自動車構造部材１は、第１の補強部２０ａ、２０ｂ同士が天壁部１１および底壁部１２以外の部分で互いに接合されている場合よりも、エネルギー吸収効率が向上する。

図１０の例では、第１の補強部２０ａと第１の補強部２０ｂとの間に、２つの第３の補強部４０と、４つの第４の補強部５０が設けられている。第３の補強部４０は、第１の補強部２０と同様に、一端部が天壁部１１に接合され、他端部が底壁部１２に接合されている。第４の補強部５０は、一対の第３の補強部４０の間に設けられ、一端部が一方の第３の補強部４０に接合され、他端部が他方の第３の補強部４０に接合されている。図１０に示される自動車構造部材１においても、天壁部１１および底壁部１２以外の部分では、第１の補強部２０ａと第１の補強部２０ｂが互いに接合されていないことから、エネルギー吸収効率が向上しやすくなる。

第１の補強部２０および第２の補強部３０は、図１のように自動車構造部材１のＸ方向（部材長手方向）の全域にわたって設けられていてもよいが、図１１のように自動車構造部材１のＸ方向における一部の領域に設けられていてもよい。エネルギー吸収効率を効果的に向上させる観点では、Ｘ方向における第１の補強部２０および第２の補強部３０の長さＬは、自動車構造部材１のＸ方向の長さＬ₀の２％以上であることが好ましい。第１の補強部２０および第２の補強部３０の長さＬは、自動車構造部材１の長さＬ₀の５％以上であることが好ましく、１０％以上であることがより好ましく、１５％以上であることがさらに好ましい。また、エネルギー吸収効率を効果的に向上させる観点では、第１の補強部２０および第２の補強部３０の長さＬは、自動車構造部材１の長さＬ₀の８０％以下であることが好ましく、６０％以下であることがより好ましく、４０％以下であることがさらに好ましい。

本実施形態の自動車構造部材１は以上のように構成されている。この自動車構造部材１においては、中空部１０の内方に天壁部１１と底壁部１２の両方に接合された第１の補強部２０と、縦壁部１３と第１の補強部２０の両方に接合された第２の補強部３０が設けられていることで、天壁部１１の面剛性が向上する。特に、第２の補強部３０が縦壁部１３の高さ方向に沿って複数設けられていることにより、天壁部１１の面剛性を効果的に高めることが可能となる。後述の実施例で示すように、本実施形態のような第１の補強部２０と第２の補強部３０が設けられた自動車構造部材１は、エネルギー吸収効率に優れているため、軽量化とエネルギー吸収性能の両立を図ることができる。

エネルギー吸収効率を向上させるという観点では、第１の補強部２０は、縦壁部１３に近すぎないことが好ましい。例えば、図２に示されるように第１の縦壁部１３ａと第２の縦壁部１３ｂ間の距離（Ｙ方向長さ）を部材幅Ｗと称し、部材幅Ｗの中央位置Ｃから、当該中央位置Ｃに対して第１の補強部２０が存在する側の縦壁部１３までの距離をＷｈ₀とし、部材幅Ｗの中央位置Ｃから当該第１の補強部２０までの距離をＷｈとしたとすると、０≦（Ｗｈ／Ｗｈ₀）×１００≦９５を満たすことが好ましい。（Ｗｈ／Ｗｈ₀）×１００の値がこの範囲を満たす場合には、エネルギー吸収効率の向上効果が大きくなる。

本実施形態の場合、第１の縦壁部１３ａおよび第２の縦壁部１３ｂのうち、部材幅Ｗの中央位置Ｃに対して第１の補強部２０ａが存在する側の縦壁部１３は、第１の縦壁部１３ａである。このため、部材幅Ｗの中央位置Ｃから第１の縦壁部１３ａまでの距離Ｗｈ₀と、部材幅Ｗの中央位置Ｃから第１の補強部２０ａまでの距離Ｗｈは、０≦（Ｗｈ／Ｗｈ₀）×１００≦９５を満たすことが好ましい。また、本実施形態の場合、第１の縦壁部１３ａおよび第２の縦壁部１３ｂのうち、部材幅Ｗの中央位置Ｃに対して第１の補強部２０ｂが存在する側の縦壁部１３は、第２の縦壁部１３ｂである。このため、部材幅Ｗの中央位置Ｃから第２の縦壁部１３ｂまでの距離Ｗｈ₀と、部材幅Ｗの中央位置Ｃから第１の補強部２０ｂまでの距離Ｗｈは、０≦（Ｗｈ／Ｗｈ₀）×１００≦９５を満たすことが好ましい。

エネルギー吸収効率を向上させる観点においては、（Ｗｈ／Ｗｈ₀）×１００の値は、９０以下であることが好ましく、８０以下であることがより好ましく、７０以下であることがさらに好ましい。また、（Ｗｈ／Ｗｈ₀）×１００の値は、５以上であることが好ましく、１０以上であることがより好ましく、２０以上であることがさらに好ましい。なお、部材幅Ｗの中央位置Ｃから第１の補強部２０ａまでの距離、および部材幅Ｗの中央位置Ｃから第１の補強部２０ｂまでの距離は互いに異なっていてもよいが、部材幅Ｗの中央位置Ｃと第１の縦壁部１３ａとの間、および部材幅Ｗの中央位置Ｃと第２の縦壁部１３ｂとの間にそれぞれ第１の補強部２０が設けられていることが好ましい。

エネルギー吸収効率を向上させる観点においては、図１２のように第２の補強部３０が接合されている縦壁部１３と第１の補強部２０間の距離を“ａ”とし、縦壁部１３の高さ方向における第２の補強部３０の間隔を“ｂ”としたとき、０＜ｂ／ａ≦４．０を満たすことが好ましい。ｂ／ａは、３．０以下であることが好ましく、２．５以下であることがより好ましく、２．０以下であることがさらに好ましい。また、ｂ／ａは、０．５以上であることが好ましく、０．７以上であることがより好ましく、１．０以上であることがさらに好ましい。

以上の説明においては、高さ方向において隣り合う第２の補強部３０の間隔が等間隔であったが、図１３のように第２の補強部３０の間隔は異なっていてもよい。このように第２の補強部３０の間隔が異なる場合、エネルギー吸収効率を効果的に向上させる観点においては、底壁部１２よりも天壁部１１の近くに、より多くの第２の補強部３０が設けられることが好ましい。例えば、図１３に示されるように天壁部１１と底壁部１２間の距離を部材高さＨと称し、部材高さＨの中央位置Ｃ_Hから天壁部１１側の領域を第１の領域Ａ₁と称し、底壁部１２側の領域を第２の領域Ａ₂と称したときに、縦壁部１３の高さ方向における、第１の領域Ａ₁内に設けられた第２の補強部３０の個数は、縦壁部１３の高さ方向における、第２の領域Ａ₂内に設けられた、第２の補強部３０の個数よりも多いことが好ましい。

図１３は、縦壁部１３の高さ方向に沿って設けられた３つの第２の補強部３０のうち、第１の領域Ａ₁内に２つの第２の補強部３０が設けられ、第２の領域Ａ₂内に残りの１つの第２の補強部３０が設けられた例である。図１４は、縦壁部１３の高さ方向に沿って設けられた２つの第２の補強部３０のうち、第１の領域Ａ₁内に２つの第２の補強部３０が設けられ、第２の領域Ａ₂内には第２の補強部３０が設けられていない例である。なお、第１の領域Ａ₁内または第２の領域Ａ₂内に設けられた第２の補強部３０の個数をカウントする際には、図１５のように部材高さＨの中央位置Ｃ_Hに第２の補強部３０が重なる場合は、当該第２の補強部３０については個数のカウントには含めないこととする。すなわち、図１５の構造は、第１の領域Ａ₁内に１つの第２の補強部３０が設けられ、第２の領域Ａ₂内には第２の補強部３０が設けられていない構造である。

＜第２の実施形態＞
図１６に示すように、第２の実施形態の自動車構造部材１においては、第２の補強部３０が天壁部１１に対して平行ではなく傾斜して設けられている。第２の実施形態における自動車構造部材１のその他の構成は、第１の実施形態と同様である。

第２の実施形態の自動車構造部材１は、前述の第１の実施形態と同様に、天壁部１１と底壁部１２とに接合された第１の補強部２０と、縦壁部１３と第１の補強部２０とに接合された第２の補強部３０とを有した構造であり、天壁部１１の面剛性を向上させることができる。図１７に示す天壁部１１に平行な面Ｐと第２の補強部３０とのなす角θは、要求される重量制限やエネルギー吸収性能等に応じて適宜変更されるが、６０°以下であることが好ましい。また、エネルギー吸収効率を向上させるという観点では、角θは０°に近づくほど好ましい。

＜第３の実施形態＞
前述の第１〜第２の実施形態の自動車構造部材１は、第１の補強部２０が２つ設けられていたが、図１８に示す第３の実施形態の自動車構造部材１においては、第１の補強部２０が１つだけ設けられている。第３の実施形態における自動車構造部材１のその他の構成は、第１の実施形態と同様である。

第３の実施形態の自動車構造部材１は、前述の第１の実施形態と同様に、天壁部１１と底壁部１２とに接合された第１の補強部２０と、縦壁部１３と第１の補強部２０とに接合された第２の補強部３０とを有した構造であり、天壁部１１の面剛性を向上させることができる。なお、第３の実施形態のように第１の補強部２０が１つだけ設けられる場合、第１の補強部２０に一端部が接合された第２の補強部３０の他端部は、第１の縦壁部１３ａおよび第２の縦壁部１３ｂのいずれか一方に接合される。

また、第３の実施形態の自動車構造部材１においても、前述の第１〜第２の実施形態と同様に、部材幅Ｗの中央位置Ｃから、第１の補強部２０が存在する側の縦壁部１３（第３の実施形態では第１の縦壁部１３ａ）までの距離をＷｈ₀とし、部材幅Ｗの中央位置Ｃから当該第１の補強部２０までの距離をＷｈとしたときに、０≦（Ｗｈ／Ｗｈ₀）×１００≦９５を満たすことが好ましい。エネルギー吸収効率を効果的に向上させる観点においては、（Ｗｈ／Ｗｈ₀）×１００の値は、９０以下であることが好ましく、８０以下であることがより好ましく、７０以下であることがさらに好ましい。また、（Ｗｈ／Ｗｈ₀）×１００の値は、５以上であることが好ましく、１０以上であることがより好ましく、２０以上であることがさらに好ましい。なお、第３の実施形態のように第１の補強部２０が１つだけ設けられる自動車構造部材１においては、第２の補強部３０のＹ方向長さが長いことによって、例えば図１８の第１の補強部２０が、部材幅Ｗの中央位置Ｃに対して第２の縦壁部１３ｂ側に設けられる構造も考えられる。そのような構造の場合、Ｗｈの値は負の値となり得るが、縦壁部１３の高さ方向に沿って複数の第２の補強部３０が設けられていれば、エネルギー吸収効率の向上効果を得ることは可能である。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

自動車構造部材の曲げ圧壊シミュレーションを実施した。図１９はシミュレーション条件を示す図であり、中空部材６０の底壁部１２には剛体プレート７０が設けられている。シミュレーションは、天壁部１１にφ２５４のインパクタ７１が押し込まれることで実施されている。中空部材６０は、１００ｍｍ四方の角筒状のアルミ押出材であり、中空部材６０のＸ方向（部材長手方向）の長さは１０００ｍｍ、板厚は３．０ｍｍである。中空部材６０のＸ方向の両端面は完全拘束されている。

［シミュレーション（１）］
図２０に示す構造１〜構造３の解析モデルを作成し、シミュレーションを実施した。構造１は、中空部材６０のＹ方向の中央位置において、天壁部１１と底壁部１２とに接合された板厚７．０ｍｍの補強部８０が１つ設けられたモデルである。構造２は、天壁部１１と底壁部１２とに接合された２つの補強部８０と、一対の補強部８０の各々に接合された複数の補強部９０を有するモデルである。構造３は、構造２に対して第１の補強部２０ａと第１の補強部２０ｂ間の距離が広がっており、第１の縦壁部１３ａと第１の補強部２０ａとに接合された複数の第２の補強部３０ａと、第２の縦壁部１３ｂと第１の補強部２０ｂとに接合された複数の第２の補強部３０ｂが設けられたモデルである。構造２および構造３において、第１の補強部および第２の補強部の板厚は、それぞれ３．０ｍｍである。なお、第１の補強部および第２の補強部は、中空部材６０のＸ方向（部材長手方向）の全域にわたって設けられている。

図２１は、インパクタのストローク５０ｍｍ時における各解析モデルのエネルギー吸収効率（ＥＡ効率）を示す図である。図２１では、エネルギー吸収量を各解析モデルの重量で規格化した、エネルギー吸収効率（エネルギー吸収量／重量）を算出している。図２１に示すように、縦壁部１３と第１の補強部２０が複数の第２の補強部３０を介して接合された構造３においては、構造１および構造２と比較してエネルギー吸収効率が増大しており、第１および第２の補強部はエネルギー吸収量の増大に効果的に寄与している。

［シミュレーション（２）］
図２２に示す構造４〜構造７の解析モデルを作成し、シミュレーションを実施した。構造４は、２つの第１の補強部２０のみが設けられたモデルである。構造５は、構造４に対してさらに第２の補強部３０が設けられたモデルである。なお、構造５では、縦壁部１３の高さ方向における第２の補強部３０は１つのみである。構造６は、構造５に対して第２の補強部３０がさらに設けられ、縦壁部１３の高さ方向における第２の補強部３０が２つ設けられたモデルである。構造７は、構造６のモデルに対し、第１の補強部２０ａと第１の補強部２０ｂとに接合された補強部９０がさらに設けられたモデルである。なお、第１の補強部２０および第２の補強部３０は、中空部材６０のＸ方向（部材長手方向）の全域にわたって設けられている。

図２３は、本シミュレーションにおける各解析モデルのエネルギー吸収効率を示す図である。図２３に示されるように、縦壁部１３の高さ方向に沿って第２の補強部３０が複数設けられた構造６および構造７は、第２の補強部３０が設けられていない構造４、および第２の補強部３０が高さ方向において１つだけ設けられた構造５に対してエネルギー吸収効率が向上している。また、構造６のエネルギー吸収効率は、２つの第１の補強部２０を繋ぐ補強部９０が設けられた構造７のエネルギー吸収効率よりもさらに向上している。本結果に鑑みれば、２つの第１の補強部２０同士は、天壁部１１および底壁部１２以外の部分では互いに接合されていないことが好ましい。

［シミュレーション（３）］
縦壁部１３の高さ方向における第２の補強部３０の間隔ｂと、縦壁部１３と第１の補強部２０の距離との比（ｂ／ａ）が異なる解析モデルを用いてシミュレーションを実施した。図２４に示される構造８および構造９は、それぞれ本シミュレーションにおける解析モデルの１つである。本シミュレーションでは、構造８（ａ＝３０ｍｍ、ｂ＝３３．３ｍｍ）のａの値のみを変えたモデルと、構造９（ａ＝３０ｍｍ、ｂ＝２０ｍｍ）のａの値のみを変えたモデルを複数作成している。なお、第１の補強部２０および第２の補強部３０は、中空部材６０のＸ方向（部材長手方向）の全域にわたって設けられている。

図２５は、本シミュレーションにおける各解析モデルのエネルギー吸収効率を示す図である。図２５の結果が示すように、ｂ／ａの値が４．０以下であれば、エネルギー吸収効率の向上効果が大きいことがわかる。

［シミュレーション（４）］
図２６に示す構造１０〜構造１３の解析モデルを作成し、シミュレーションを実施した。構造１０は、図２２の構造６に対して第２の補強部３０の間隔が広がったモデルである。構造１１は、図２２の構造６に対して第２の補強部３０の間隔が狭まったモデルである。構造１２は、第１の領域Ａ₁内に第２の補強部３０が設けられておらず、第２の領域Ａ₂内に２つの第２の補強部３０が設けられたモデルである。構造１３は、第１の領域Ａ₁内に２つの第２の補強部３０が設けられ、第２の領域Ａ₂内には第２の補強部３０が設けられていないモデルである。なお、第１の補強部２０および第２の補強部３０は、中空部材６０のＸ方向（部材長手方向）の全域にわたって設けられている。

図２７は、本シミュレーションにおける各解析モデルのエネルギー吸収効率を示す図である。図２７の結果が示すように、高さ方向における第２の補強部３０の間隔が異なる場合であっても高いエネルギー吸収効率を得ることができる。特に、第１の領域Ａ₁内に設けられた第２の補強部３０の個数が第２の領域Ａ₂内に設けられた第２の補強部３０の個数よりも多い構造１３は、他の構造よりもエネルギー吸収効率に優れていた。

［シミュレーション（５）］
図２８に示す構造１４の解析モデルを作成し、シミュレーションを実施した。構造１４は、中空部材６０のＹ方向の中央位置を境界として片側にのみ設けられた第１の補強部２０と、複数の第２の補強部３０とを有するモデルである。なお、第１の補強部２０および第２の補強部３０は、中空部材６０のＸ方向（部材長手方向）の全域にわたって設けられている。

図２９は、本シミュレーションにおける各解析モデルのエネルギー吸収効率を示す図である。図２９に示すように、第１の補強部が１つだけ設けられた場合であっても、複数の第２の補強部が縦壁部と第１の補強部とに接合されていれば、エネルギー吸収効率の向上効果を得ることができる。

［シミュレーション（６）］
図３０に示す構造１５および構造１６のように、第１の補強部２０ａと第１の補強部２０ｂとの距離Ｄを変えた解析モデルを複数作成して、シミュレーションを実施した。また、図３０に示す構造１７および構造１８のように、第１の補強部２０が１つだけ設けられる場合の、第１の補強部２０と、第２の縦壁部１３ｂとの距離Ｄを変えた解析モデルを複数作成して、シミュレーションを実施した。なお、第１の補強部２０および第２の補強部３０は、中空部材６０のＸ方向（部材長手方向）の全域にわたって設けられている。

図３１は、本シミュレーションにおける各解析モデルのエネルギー吸収効率を示す図である。図３１に示すように、第１の補強部が２つ設けられた構造であって、距離Ｄが大きい構造１６においては、高いエネルギー吸収効率が得られている。また、構造１６よりも距離Ｄが小さい場合には、エネルギー吸収効率がさらに向上している。構造１６の（Ｗｈ／Ｗｈ₀）×１００の値は９０であるが、本シミュレーション結果では、距離Ｄが６０、すなわち（Ｗｈ／Ｗｈ₀）×１００の値が６０となるときに、エネルギー吸収効率が最も高くなった。

図３１に示すように、第１の補強部が１つ設けられた構造であって、距離Ｄが小さい構造１７、および距離Ｄが大きい構造１８ともに高いエネルギー吸収効率が得られている。また、距離Ｄが中空部材６０のＹ方向の中央位置に近づくほど、エネルギー吸収効率がさらに向上している。

［シミュレーション（７）］
自動車構造部材の長手方向における第１の補強部２０および第２の補強部３０の長さＬを変えた解析モデルを複数作成して、シミュレーションを実施した。第１の補強部２０および第２の補強部３０の断面形状は、図２０の構造３と同一形状である。

図３２は、本シミュレーションにおける各解析モデルのエネルギー吸収効率を示す図である。なお、図３２中の“Ｌ₀”は、中空部材６０（図１９）の長手方向の長さである。図３２の結果によれば、第１の補強部２０および第２の補強部３０の長さＬは、中空部材の長さＬ₀の２％以上の長さであることが好ましい。

［シミュレーション（８）］
第２の補強部３０を中空部材６０の天壁部１１に対して傾斜させた解析モデルを複数作成して、シミュレーションを実施した。解析モデルは、図３３に示す第２の補強部３０の傾斜パターンＡ〜Ｃのそれぞれの場合において、天壁部１１に平行な面Ｐと、第２の補強部３０とのなす角θ（図１７）を変更したモデルである。シミュレーションは、角θが０°、３０°、４５°、６０°の場合について実施されている。なお、第１の補強部２０および第２の補強部３０は、中空部材６０のＸ方向（部材長手方向）の全域にわたって設けられている。

図３４は、インパクタのストローク２５ｍｍ時における各解析モデルのエネルギー吸収効率を示す。図３４に示すように、角θが同一角度である場合の結果を比較すると、パターンＡ〜Ｃでエネルギー吸収効率に大きな違いは生じない。したがって、第２の補強部の傾斜をさせる場合には、傾斜のさせ方は特に限定されない。また、角θが６０°の場合でも、第１の補強部のみが設けられた解析モデルと比較すると、エネルギー吸収効率は向上しており、角θが０°に近づくほど、エネルギー吸収効率がさらに向上している。したがって、天壁部に平行な面と第２の補強部との角θは６０°以下であることが好ましい。

本発明は、例えばサイドシル、バンパービーム、センターピラー、ラダーフレームのサイドメンバあるいはラダーフレームのクロスメンバとして利用することができる。

１ 自動車構造部材
１０ 中空部
１１ 天壁部
１２ 底壁部
１３ 縦壁部
１３ａ 第１の縦壁部
１３ｂ 第２の縦壁部
１５ アウターパネル
１５ａ アウターパネルの天壁部
１５ｂ アウターパネルの縦壁部
１５ｃ アウターパネルのフランジ部
１６ インナーパネル
１６ａ インナーパネルの天壁部
１６ｂ インナーパネルの縦壁部
１６ｃ インナーパネルのフランジ部
１７ パネル
１８ プレート
２０ 第１の補強部
２０ａ 第１の補強部
２０ｂ 第１の補強部
３０ 第２の補強部
３０ａ 第２の補強部
３０ｂ 第２の補強部
３１ 第２の補強部のフランジ部
４０ 第３の補強部
５０ 第４の補強部
６０ 中空部材
７０ 剛体プレート
７１ インパクタ
８０ 補強部
９０ 補強部
Ｃ 部材幅の中央位置
Ｃ_H 部材高さの中央位置
Ｈ 部材高さ
Ｌ 自動車構造部材の長手方向における第１の補強部および第２の補強部の長さ
Ｌ₀ 自動車構造部材の長手方向の長さ
Ｗ 部材幅

Claims (13)

1. 天壁部と、
   前記天壁部に対向する底壁部と、
   前記天壁部と前記底壁部を繋ぐ一対の縦壁部である第１の縦壁部および第２の縦壁部と、を有する中空の自動車構造部材において、
   一端部が前記天壁部に接合され、他端部が前記底壁部に接合された第１の補強部と、
   一端部が前記第１の縦壁部および前記第２の縦壁部のいずれか一方に接合され、他端部が前記第１の補強部に接合された第２の補強部と、を有し、
   前記第２の補強部は、前記縦壁部の高さ方向に沿って複数設けられている、自動車構造部材。
2. 前記第２の補強部の一端部が前記第１の縦壁部に接合され、他端部が前記第１の補強部に接合された、請求項１に記載の自動車構造部材において、
   一端部が前記天壁部に接合され、他端部が前記底壁部に接合された、前記第１の補強部と前記第２の縦壁部の間に設けられた他の第１の補強部と、
   一端部が前記第２の縦壁部に接合され、他端部が前記他の第１の補強部に接合された他の第２の補強部と、を更に有し、
   前記他の第２の補強部は、前記縦壁部の高さ方向に沿って複数設けられている、請求項１に記載の自動車構造部材。
3. 前記天壁部および前記底壁部を介して互いに接合されている２つの前記第１の補強部は、前記天壁部および前記底壁部以外の部分では互いに接合されていない、請求項２に記載の自動車構造部材。
4. 前記天壁部と前記底壁部間の距離を部材高さと称し、前記部材高さの中央位置から前記天壁部側の領域を第１の領域と称し、前記部材高さの中央位置から前記底壁部側の領域を第２の領域と称したときに、前記第１の領域内に設けられた前記第２の補強部の個数が前記第２の領域内に設けられた前記第２の補強部の個数よりも多い、請求項１〜３のいずれか１項に記載の自動車構造部材。
5. 前記縦壁部の高さ方向における前記第２の補強部の間隔をｂとし、前記第２の補強部が接合された前記縦壁部と前記第１の補強部間の距離をａとしたときに、０＜ｂ／ａ≦４．０を満たす、請求項１〜４のいずれか一項に記載の自動車構造部材。
6. 前記第１の縦壁部と前記第２の縦壁部間の距離を部材幅と称し、前記部材幅の中央位置から、前記第２の補強部の一端部が接合された前記縦壁部までの距離をＷｈ₀とし、前記部材幅の中央位置から、前記第２の補強部の他端部が接合された前記第１の補強部までの距離をＷｈとしたときに、０≦（Ｗｈ／Ｗｈ₀）×１００≦９５を満たす、請求項１〜５のいずれか一項に記載の自動車構造部材。
7. 前記天壁部と、前記底壁部と、前記第１の縦壁部と、前記第２の縦壁部と、前記第１の補強部と、前記第２の補強部とが一体成形されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の自動車構造部材。
8. 前記自動車構造部材の長手方向における前記第１の補強部および第２の補強部の長さは、前記自動車構造部材の長手方向の長さの２％以上である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の自動車構造部材。
9. 前記天壁部に平行な面と、前記第２の補強部とのなす角が６０°以下である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の自動車構造部材。
10. サイドシル、センターピラーあるいはラダーフレームのサイドメンバである、請求項１〜９のいずれか一項に記載の自動車構造部材。
11. 前記天壁部は、車幅方向の車外側の壁部である、請求項１０に記載の自動車構造部材。
12. バンパービームあるいはラダーフレームのクロスメンバである、請求項１〜９のいずれか一項に記載の自動車構造部材。
13. 前記天壁部は、車長方向の車外側の壁部である、請求項１２に記載の自動車構造部材。

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