JPWO2020153473A1 - 構造部材及び車体構造 - Google Patents

Abstract

閉断面部と閉断面部の内部に第１の壁と第２の壁を備え、閉断面部は、第１の面と第２の面を備え、第１の面と第２の面は、対向し、第１の壁と第２の壁は、第２の面から第１の面に向かって延在し、第１の壁と第２の壁は、閉断面部の軸方向に延在し、第１の壁は、第２の壁に向かって突出した、軸方向に延在する第１の溝部を備え、第２の壁は、第１の壁に向かって突出した、軸方向に延在する第２の溝部を備え、第１の壁の第１の面側の端部と第２の壁の第１の面側の端部は、連結部を介して繋がっている、構造部材。

Description

本開示は、構造部材及び車体構造に関する。

従来の構造部材及び車体構造においては、安全性の向上のため、衝突時の衝撃吸収特性をさらに向上させることが求められる。特に、自動車の側面衝突時には、サイドシル等の車両側部に配置された構造部材が、塑性変形し、衝撃を吸収する。

下記特許文献１にはサイドシルの閉断面内に補強部材、ガイド棒およびダンパーといった複数の機構または部材を組み合わせて配置し、衝撃吸収性能を高める技術が開示されている。

特開平１０−２３０８７０号公報

しかし、上記特許文献１に記載の技術では、複数の機構または部材を組み合わせた結果、構造が複雑になり、重量も増大するという問題があった。また、上記特許文献１の技術では、衝撃吸収特性の中でも塑性変形時の構造部材の車体内部への侵入量を抑制することについては考慮されていなかった。

そこで、本開示は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本開示の目的とするところは、複雑な機構部材を必要とせず、高い質量効率を実現しながら、構造部材における要求特性の一つである衝撃吸収性能をさらに向上させることが可能な、新規かつ改良された構造部材および車体構造を提供することにある。

上記課題を解決するために、本開示のある観点によれば、閉断面部と前記閉断面部の内部に第１の壁と第２の壁を備え、前記閉断面部は第１の面と第２の面を備え、前記第１の面と前記第２の面は対向し、前記第１の壁と前記第２の壁は前記第２の面から前記第１の面に向かって延在し、前記第１の壁と前記第２の壁は前記閉断面部の軸方向に延在し、前記第１の壁は前記第２の壁に向かって突出した前記軸方向に延在する第１の溝部を備え、前記第２の壁は前記第１の壁に向かって突出した前記軸方向に延在する第２の溝部を備え、前記第１の壁の前記第１の面側の端部と前記第２の壁の前記第１の面側の端部は連結部を介して繋がっている、構造部材が提供される。

また、上記課題を解決するために、本開示の別の観点によれば、上記の構造部材を備え、前記第１の面が車外側に配置され、前記第２の面が車内側に配置されている、車体構造が提供される。

以上説明したように本開示によれば、衝撃吸収性能をさらに向上させることが可能な、新規かつ改良された構造部材および車体構造が提供される。

第１の実施形態に係る構造部材とその周辺構造の一例を示す斜視図である。 同実施形態に係る構造部材の断面構造の一例を示す、図１におけるＩ−Ｉ’断面図である。 同実施形態に係る構造部材の断面構造の一例を示す、図１におけるＩ−Ｉ’断面図である。 同実施形態に係る構造部材の断面構造の一例を示す、図１におけるＩ−Ｉ’断面図である。 同実施形態に係る構造部材に荷重がかかったときの変形の様子を模式的に示す図である。 同実施形態に係る構造部材に荷重がかかったときの変形の様子を模式的に示す図である。 同実施形態に係る構造部材の一の変形例を示す断面図である。 第２の実施形態に係る構造部材とその周辺構造の一例を示す斜視図である。 同実施形態に係る構造部材の断面構造の一例を示す、図７におけるＩＩ−ＩＩ’端面図である。 同実施形態に係る構造部材の断面構造の一例を示す、図７におけるＩＩＩ−ＩＩＩ’端面図である。 同実施形態に係る構造部材に荷重がかかったときの変形の様子を模式的に示す図である。 第３の実施形態に係る構造部材の軸方向に垂直な断面構造の一例を示す図である。 同実施形態に係る構造部材の断面構造の一例を示す、図１１におけるＩＶ−ＩＶ’端面図である。 シミュレーション解析の条件の一例を説明するための図である。 シミュレーション解析の条件の一例を説明するための図である。 ３点曲げシミュレーションにおける構造部材のポール変位と背面侵入量比の関係を示すグラフである。 ３点曲げシミュレーションにおける構造部材のポール変位と荷重比の関係を示すグラフである。 構造部材の軸方向に垂直な断面構造の一例を示す図である。 構造部材の軸方向に垂直な断面構造の一例を示す図である。 構造部材の軸方向に垂直な断面構造の一例を示す図である。

以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜１．第１の実施形態＞
［車体構造の構成例］
まず、図１を参照して、第１の実施形態に係る構造部材１００の概略構成について説明する。図１は、本実施形態に係る構造部材１００とその周辺構造の一例を示す斜視図である。図１に示すように、構造部材１００は、図１におけるＹ方向を軸方向とし、軸方向を法線方向とする断面視（Ｘ−Ｚ平面視）したときに、閉断面となっている部材である。構造部材１００は、第１の部材１１０と、第２の部材１２０とを含んで構成されている。構造部材１００の閉断面部１０１の内部には、補強部（図示せず。図２で後述する第１の壁１３１と第２の壁１３３に相当）が設けられている。

図１に示すように、構造部材１００は、外部から荷重Ｆを受ける場合がある。構造部材１００は、第１の部材１１０が当該荷重Ｆを受けるように配置される。補強部は、当該荷重Ｆによる構造部材１００の変形を抑制しつつ、衝撃吸収特性を向上させるために、設けられる。補強部についての詳細は後述する。

また、図１に示すように、構造部材１００は、車体構造２００の一部として構成されてもよい。車体構造２００は、構造部材１００と、第１のクロス部材２０１と、第２のクロス部材２０３とを有する。また、車体構造２００は、板状部材２０５を有してもよい。なお、後述する構造部材１００の第１の面１１１は、車体構造２００における車外側と車内側のうち車外側に配置され、第２の面１２１は車内側に配置される。

図１に示すように、第１のクロス部材２０１は、構造部材１００に対して荷重Ｆが入力される側とは反対側の面において、構造部材１００の軸方向と略直交する方向（図１におけるＸ方向）に取り付けられている。また、第２のクロス部材２０３は、構造部材１００へ荷重Ｆが入力される側とは反対側の面において、第１のクロス部材２０１と平行な方向に取り付けられている。さらに、第２のクロス部材２０３は、構造部材１００の軸方向において、第１のクロス部材２０１とは異なる位置に取り付けられている。補強部は、構造部材１００の軸方向において、少なくとも第１のクロス部材２０１と第２のクロス部材２０３との間に設けられている。

車体構造２００は、自動車のフロア構造であることが好ましい。図１の例におけるフロア構造は、構造部材としてのサイドシル１００’と、第１のクロス部材としての第１のフロアクロスメンバ２０１’と、第２のクロス部材としての第２のフロアクロスメンバ２０３’と、板状部材としてのフロア２０５’とを有する。構造部材がサイドシルである場合、後述の第１の面１１１は車幅方向（図１におけるＸ方向）の車外側の面であり、第２の面１２１は車幅方向の車内側の面である。

構造部材１００は、キャビン骨格または衝撃吸収骨格として自動車骨格を構成し得る。キャビン骨格としての適用例は、特にクロス部材により支持されて曲げ入力が想定される、ルーフサイドレール、Ｂピラー、Ａピラーロア、Ａピラーアッパーが挙げられる。また、その他に、構造部材１００は、ルーフセンタリンフォース、トンネル、キックリーンフォース、アンダーリーンフォース、フロントヘッダ等に適用されてもよい。

また、衝撃吸収骨格としての構造部材１００の適用例は、特にクロス部材により支持されて曲げ入力が想定される、バンパリーンフォースが挙げられる。また、その他に、構造部材１００は、リアサイドメンバー、エプロンアッパメンバ、バンパリーンフォース、クラッシュボックス、フロントサイドメンバー等に適用されてもよい。

［構造部材の構成例］
次に、図２を参照して、本実施形態に係る構造部材１００の断面構造について説明する。図２は、本実施形態に係る構造部材１００の断面構造の一例を示す、図１におけるＩ−Ｉ’断面図である。図２に示すように、構造部材１００は、第１の部材１１０と、第２の部材１２０と、第１の壁１３１と、第２の壁１３３とを備えている。構造部材１００は、第１の部材１１０と第２の部材１２０とにより、Ｘ−Ｚ平面の断面において、閉断面部１０１が形成されている。構造部材１００は、当該閉断面部１０１の内部に第１の壁１３１と第２の壁１３３を備えている。

第１の部材１１０は、Ｘ−Ｚ平面の断面視でハット形状の部材である。詳述すると、第１の部材１１０は、閉断面部１０１の第１の面としての天板部１１１と、天板部１１１の短手方向（Ｚ方向）の端部に屈曲部を挟んで隣接する縦壁部１１３と、縦壁部１１３の天板部１１１と反対側において別の屈曲部を挟んで隣接するフランジ部１１５とを有する。第１の部材１１０は、例えば鋼板のプレス加工等により製造される。

天板部１１１には、構造部材１００の外方から荷重Ｆが入力され得る。荷重Ｆの入力によって、まず第１の部材１１０が変形する。このとき、天板部１１１とともに縦壁部１１３が面外変形する。このように縦壁部１１３により、荷重Ｆが入力された際の、第１の部材１１０の変形能が向上される。

第２の部材１２０は、Ｘ−Ｚ平面の断面視でハット形状の部材である。詳述すると、第２の部材１２０は、閉断面部１０１の第２の面としての天板部１２１と、天板部１２１の短手方向（Ｚ方向）の端部に屈曲部を挟んで隣接する縦壁部１２３と、縦壁部１２３の天板部１２１と反対側において別の屈曲部を挟んで隣接するフランジ部１２５とを有する。第２の部材１２０は、例えば鋼板のプレス加工等により製造される。

第１の部材１１０と第２の部材１２０とが、それぞれのフランジ部１１５、１２５で互いに接合されるので、構造部材１００が閉断面構造になる。接合方法は、レーザ溶接、スポット溶接などの公知の接合技術が用いられ、特に限定されない。

第１の部材１１０と、第２の部材１２０の材質は、例えば、引張強度で９８０ＭＰａ級の鋼材である。また、その他の材質として、例えば、その他の引張強度クラスの鋼材であってもよいし、アルミニウム基合金、マグネシウム基合金等の軽金属合金、ＣＦＲＰ（Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃ）等の繊維強化樹脂であってもよい。また、第１の部材１１０と、第２の部材１２０とは、上記材料を組み合わせて、構成されてもよい。また、第１の部材１１０、および第２の部材１２０の板厚は、例えば、１．６ｍｍであるが、特に限定されない。第１の部材１１０および第２の部材１２０の材質および板厚は、構造部材１００の使用目的、用途等に応じて適宜選択され得る。

［第１の壁と第２の壁］
引き続き、図２を参照しながら、本実施形態に係る第１の壁１３１と第２の壁１３３について説明する。図２に示すように、第１の壁１３１と第２の壁１３３は、構造部材１００の閉断面部１０１の内部において第１の部材１１０の天板部１１１と第２の部材１２０の天板部１２１の間に設けられている。第１の壁１３１は、第２の部材１２０の天板部１２１から第１の部材１１０の天板部１１１に向かって延在している。同様に、第２の壁１３３は、第２の部材１２０の天板部１２１から第１の部材１１０の天板部１１１に向かって延在している。これらの第１の壁１３１と第２の壁１３３は、構造部材１００の軸方向（図１におけるＹ方向）に延在している。衝撃吸収特性を向上させる観点からは、第１の壁１３１と第２の壁１３３は、構造部材１００の軸方向（図１におけるＹ方向）の少なくとも一部において、設けられていればよい。

構造部材１００は、第１の壁１３１の、第１の部材１１０の天板部１１１側端部と、第２の壁１３３の、第１の部材１１０の天板部１１１側端部の間を繋ぐ連結部１３５を有する。すなわち、Ｘ−Ｚ平面断面視で、一対の第１の壁１３１と第２の壁１３３は、それぞれのＺ方向端部で、連結部１３５により繋がっている。

第１の壁１３１は、第１の部位１３１ａと、第２の部位１３１ｂと、第１の部位１３１ａおよび第２の部位１３１ｂよりも第２の壁１３３に向かって突出した第１の溝部１３１ｃを有している。第１の溝部１３１ｃは、構造部材１００の軸方向（Ｙ方向）に延在している。また、第１の壁１３１は、図２のように第２の部位１３１ｂの端部から、第２の壁１３３と反対側へ屈曲された第１のフランジ１３１ｄを有してもよい。

第２の壁１３３は、第１の部位１３３ａと、第２の部位１３３ｂと、第１の部位１３３ａおよび第２の部位１３３ｂよりも第１の壁１３１に向かって突出した第２の溝部１３３ｃを有している。第２の溝部１３３ｃは、構造部材１００の軸方向（Ｙ方向）に延在している。また、第２の壁１３３は、第２の部位１３３ｂの端部から、第１の壁１３１と反対側へ屈曲された第２のフランジ１３３ｄを有してもよい。

第１の壁１３１と第２の壁１３３の間の距離は、例えば第１の部材１１０の天板部１１１の短手方向（Ｚ方向）距離の１／４程度である。

第１の壁１３１の第１の部位１３１ａは、第１の部材１１０の天板部１１１側にある平板状の部位である。第２の壁１３３の第１の部位１３３ａは、第１の部材１１０の天板部１１１側にある平板状の部位である。また、第１の壁１３１の第２の部位１３１ｂは、第２の部材１２０の天板部１２１側にある平板状の部位である。第２の壁１３３の第２の部位１３３ｂは、第２の部材１２０の天板部１２１側にある平板状の部位である。

第１の溝部１３１ｃは、第１の壁１３１の、第１の部位１３１ａと第２の部位１３１ｂの間に設けられている。第２の溝部１３３ｃは、第２の壁１３３の、第１の部位１３３ａと第２の部位１３３ｂの間に設けられている。第１の溝部１３１ｃと第２の溝部１３３ｃは、図２におけるＸ方向で第１の壁１３１と第２の壁１３３の略中央に設けられていることが好ましい。換言すると、第１の溝部１３１ｃと第２の溝部１３３ｃは、中間面１０１ａを横切る位置に設けられていることが好ましい。中間面１０１ａとは、閉断面部１０１の第１の面（本実施形態では天板部１１１）と、第２の面（本実施形態では天板部１２１）の中間に位置する面である。より詳述すると、中間面１０１ａは、第１の面に垂直な方向の第１の面と第２の面の間隔をＤとしたときに、Ｄ／２の位置にある面である。

第１の溝部１３１ｃと第２の溝部１３３ｃが中間面１０１ａを横切るように設けられていることで、第１の溝部１３１ｃと第２の溝部１３３ｃを起点として第１の壁１３１と第２の壁１３３が変形する際に、第１の壁１３１と第２の壁１３３の天板部１１１側の変形可能な部分を残しつつ、第１の壁１３１と第２の壁１３３の天板部１２１側の部分によって、背面侵入量を抑制することができる。なお、第１の壁１３１と第２の壁１３３の変形の詳細については後述する。

第１の溝部１３１ｃの深さ（第１の壁１３１の第１の部位１３１ａからのＺ方向距離）は、少なくとも６ｍｍであることが好ましい。第２の溝部１３３ｃの深さ（第２の壁１３３の第１の部位１３３ａからのＺ方向距離）は、少なくとも６ｍｍであることが好ましい。第１の溝部１３１ｃの幅（Ｘ方向距離）は、第１の壁１３１のＸ方向距離に対して、１／４〜１／３であることが好ましい。第２の溝部１３３ｃの幅（Ｘ方向距離）は、第２の壁１３３のＸ方向距離に対して、１／４〜１／３であることが好ましい。

また、第１の溝部１３１ｃと第２の溝部１３３ｃの形状は、図２に示したような形状に限定されない。例えば第１の部材１１０の天板部１１１への荷重入力後、第１の壁１３１と第２の壁１３３の変形開始に伴って、第１の溝部１３１ｃと第２の溝部１３３ｃ同士が接触する形状であればよい。

本実施形態のように閉断面部１０１の内部に第１の壁１３１と第２の壁１３３が設けられていることにより、構造部材１００の変形開始直後から、連結部１３５を介して第１の壁１３１と第２の壁１３３の変形も開始される。従って、第１の壁１３１と第２の壁１３３による耐荷重向上や衝撃吸収特性の向上効果が、変形開始初期から発揮される。

連結部１３５は、図２のように第１の部材１１０の天板部１１１に接触していてもよい。この場合、連結部１３５は、構造部材１００の閉断面部１０１の内側に溶接等により接合されていてもよい。また、第１の壁１３１と第２の壁１３３は、図３のように第１の部材１１０の天板部１１１に直接接触または接合されていてもよい。この場合の連結部１３５とは、第１の部材１１０の天板部１１１である。また、連結部１３５は、図４のように第１の部材１１０の天板部１１１に当接していない、天板部１１１に平行な面であってもよい。図３および図４のような場合であっても、天板部１１１への荷重入力時には連結部１３５を介して第１の壁１３１と第２の壁１３３が変形することから、第１の壁１３１と第２の壁１３３が設けられていない場合に比べて衝撃吸収特性が向上する。

第１の壁１３１は、連結部１３５に繋がっている端部とは反対側の端部に連続する第１のフランジ１３１ｄを有していてもよい。第２の壁１３３は、連結部１３５に繋がっている端部とは反対側の端部に連続する第２のフランジ１３３ｄを有していてもよい。図２の例において、第１の壁１３１と第２の壁１３３は、第２の部材１２０の天板部１２１の内側に、第１のフランジ１３１ｄと第２のフランジ１３３ｄを介して溶接等により取り付けられている。第１の壁１３１と第２の壁１３３が第１のフランジ１３１ｄと第２のフランジ１３３ｄを介して構造部材１００の閉断面部１０１の内側に接合されていることにより、荷重入力時に第１の壁１３１と第２の壁１３３が安定して変形できる。

なお、第１の壁１３１と第２の壁１３３は、第１のフランジ１３１ｄと第２のフランジ１３３ｄを介さずに、第１の壁１３１と第２の壁１３３の端部が第２の部材１２０の閉断面部１０１の内側に直接突き当てられた状態で、溶接等によって接合されていてもよい。

第１の壁１３１と第２の壁１３３の材質は、衝撃吸収特性、変形特性に応じて、適宜変更でき、特に限定されない。例えば、引張強度で９８０ＭＰａ級の鋼材や、その他の引張強度クラスの鋼材であってもよいし、アルミニウム基合金、マグネシウム基合金等の軽金属合金、ＣＦＲＰ等の繊維強化樹脂であってもよい。また、第１の壁１３１と第２の壁１３３の材質は、第１の部材１１０または第２の部材１２０と同一の材料であってもよいし、異なる材質であってもよい。

また、第１の壁１３１と第２の壁１３３の板厚についても、衝撃吸収特性、変形特性に応じて、適宜変更でき、特に限定されない。例えば、第１の壁１３１と第２の壁１３３の板厚は、１．６ｍｍ程度である。また、例えば、第１の壁１３１と第２の壁１３３の板厚は、第１の部材１１０または第２の部材１２０と同一または異なる板厚であってもよい。以上、本実施形態に係る構造部材１００の構成例について説明した。

［構造部材の変形］
次に、図５Ａ、図５Ｂを参照して、本実施形態に係る構造部材１００に荷重がかかったときの変形の様子について説明する。図５Ａは、本実施形態に係る構造部材１００に荷重がかかったときの変形の様子を模式的に示す図である。図５Ｂは、本実施形態に係る構造部材１００に荷重がかかったときの変形の様子を模式的に示す図である。図５Ａに示すように、例えば荷重Ｆが、構造部材１００の天板部１１１に対して入力される。このとき、第１の部材１１０の縦壁部１１３が面外変形するとともに、第１の壁１３１と第２の壁１３３が変形する。

具体的には、第１の壁１３１と第２の壁１３３に第１の部材１１０の天板部１１１から荷重が伝達されると、第１の壁１３１と第２の壁１３３の第１の部位１３１ａ、１３３ａ、および連結部１３５が外方に膨らむようにして変形する。また、第１の壁１３１の第１の溝部１３１ｃと、第２の壁１３３の第２の溝部１３３ｃ同士が接触する方向に変形する。その後、第１の壁１３１と第２の壁１３３は、連結部１３５側から次第に押し潰されるように変形する。このとき、第１の溝部１３１ｃと第２の溝部１３３ｃ同士は接触しているので、第１の壁１３１と第２の壁１３３の第１の部材１１０側（第１の部位１３１ａ、１３３ａ、連結部１３５）での変形が主に進行する。すなわち、第１の溝部１３１ｃと第２の溝部１３３ｃ同士が接触することにより、入力荷重に対して第１の部位１３１ａ、１３３ａが図５ＡにおけるＸ方向に支持され、当該部位のみを選択的に変形させることができる。

この結果、図５Ａに示すように、第１の部材１１０側の変形が進む一方で、第２の部材１２０側では、大きな変形が生じない。このように、構造部材１００の衝撃吸収特性が向上しつつ、第１の部材１１０側という特定部位のみで変形を進行させることができる。

さらに、変形が進むと、図５Ｂに示すように、第１の部材１１０は、大きく変形し、特に縦壁部１１３が著しく面外変形している。一方、第２の部材１２０も大きく変形しているが、第１の部材１１０と比較すれば、変形はある程度抑制されている。また、第１の壁１３１と第２の壁１３３の第１の部材１１０側は、ほぼ圧潰し、第１の壁１３１と第２の壁１３３の第２の部材１２０側も部分的に変形している。さらに、第１の壁１３１と第２の壁１３３が全体として図５Ｂ中のＺ方向へ倒れるように変形している（図中矢印参照）。これは、第１の壁１３１と第２の壁１３３に生じた荷重Ｆによる曲げモーメントとの影響と考えられる。以上、本実施形態に係る構造部材１００の変形の様子について説明した。

（作用効果）
本実施形態によれば、構造部材１００の第１の溝部１３１ｃと第２の溝部１３３ｃ同士の接触により、第１の壁１３１と第２の壁１３３の変形が部分的に抑制され、耐荷重が向上するとともに、一方、第１の部材１１０側の変形が進行し、変形能が向上する。この結果、構造部材１００の衝撃吸収特性が向上する。

特に、近年普及が進んでいる電気自動車やハイブリッド自動車等に搭載されているＬｉイオンバッテリモジュールは、自動車のフロア構造内に配置されていることがある。この場合、側面衝突により、フロア側方の構造部材（サイドシル等）が大きく変形すると構造内部へ侵入することがある。そこで、バッテリモジュールの安全性をさらに向上させるため、構造部材の侵入量（背面侵入量）を抑制することが求められる。

本実施形態に係る構造部材１００によれば、上述の様に、第１の部材１１０側を変形させて、第２の部材１２０側の変形を抑制できるので、背面侵入量を抑制することができる。特に、本実施形態に係る車体構造２００が、フロア構造である場合に、構造内部への背面侵入量を抑制することができる。これにより、フロア構造内に配置されるＬｉイオンバッテリモジュール等の部品を保護し、安全性をさらに向上できる。

［変形例］
次に、図６を参照しながら、上記実施形態の一の変形例について説明する。図６は、本実施形態に係る構造部材１００の一の変形例を示す断面図である。図２の例では、第１の壁１３１と第２の壁１３３の、天板部１２１側の端部に第１のフランジ１３１ｄと第２のフランジ１３３ｄが設けられていたが、図６のように第１のフランジ１３１ｄと第２のフランジ１３３ｄは設けられていなくてもよい。本変形例によれば、図６におけるＸ−Ｚ平面断面視で、第１の壁１３１と第２の壁１３３の形状が、第１の部材１１０側と第２の部材１２０側とで対称となっている。

＜２．第２の実施形態＞
次に、図７〜図９を参照しながら、第２の実施形態に係る構造部材１００について説明する。図７は、第２の実施形態に係る構造部材１００とその周辺構造の一例を示す斜視図である。図８は、本実施形態に係る構造部材１００の第１の溝部１３１ｃと第２の溝部１３３ｃの断面構造の一例を示す、図７におけるＩＩ−ＩＩ’端面図である。図９は、本実施形態に係る構造部材１００の断面構造の一例を示す、図７におけるＩＩＩ−ＩＩＩ’端面図である。本実施形態の構造部材１００は、補強部材１４０を有している。本実施形態の構造部材１００は、第１の溝部１３１ｃと第２の溝部１３３ｃ同士が接触するまでの第１の壁１３１と第２の壁１３３の変形が抑制される点で、上述した第１の実施形態と相違する。なお、本実施形態において、第１の実施形態と共通する構成については説明を省略することがある。

図７〜図９に示すように、本実施形態に係る構造部材１００は、第１の壁１３１の第１の溝部１３１ｃと第２の壁１３３の第２の溝部１３３ｃとの間に、補強部材１４０を備えている。

図８に示すように、補強部材１４０は、第１の壁１３１の第１の溝部１３１ｃと、第２の壁１３３の第２の溝部１３３ｃとの間に配置された、複数の壁部１４１を有する。壁部１４１は、第１の溝部１３１ｃと第２の溝部１３３ｃ同士の接触方向（図８におけるＺ方向）が、壁部１４１の面内方向に略一致するまたは、所定の角度を有するように延在されている。すなわち、壁部１４１は、第１の壁１３１の第１の溝部１３１ｃと、第２の壁１３３の第２の溝部１３３ｃとの間を架け渡すように配置されている。これにより、第１の溝部１３１ｃと第２の溝部１３３ｃ同士が接触するように変形する際の第１の壁１３１と第２の壁１３３の耐荷重を向上できる。

本実施形態の補強部材１４０は、第１の平面部１４３ａと、第２の平面部１４３ｂと、第１の接合部１４５ａと、第２の接合部１４５ｂを備えている。第１の平面部１４３ａと第２の平面部１４３ｂの間には壁部１４１がある。第１の接合部１４５ａでは、第１の平面部１４３ａと第１の壁１３１の第１の溝部１３１ｃが接合され、第２の接合部１４５ｂでは、第２の平面部１４３ｂと第２の壁１３３の第２の溝部１３３ｃが接合されている。なお、第１の平面部１４３ａと第２の平面部１４３ｂは設けられていなくてもよく、その場合、第１の接合部１４５ａでは、補強部材１４０の第１面と第１の溝部１３１ｃが接合され、第２の接合部１４５ｂでは、補強部材１４０の第１面とは反対側の第２面と第２の溝部１３３ｃが接合されていることが好ましい。

第１の平面部１４３ａは、第１の溝部１３１ｃに溶接によって取り付けられ、第２の平面部１４３ｂは、第２の溝部１３３ｃに溶接によって取り付けられてもよい。このとき、溶接個所に対向する第１の溝部１３１ｃと第２の溝部１３３ｃには、当該溶接個所に対応する位置に第１の孔部１３９ａと第２の孔部１３９ｂが設けられていてもよい。詳述すると、補強部材１４０は、図８に示すように第２の平面部１４３ｂと向き合う第１の溝部１３１ｃに第１の孔部１３９ａを備え、第１の平面部１４３ａと向き合う第２の溝部１３３ｃに第２の孔部１３９ｂを備えていてもよい。第１の孔部１３９ａと第２の孔部１３９ｂは、溶接用の工具（例えば、スポット溶接の際の溶接ガン）が通過できる程度の開口面積を有している。第１の孔部１３９ａと第２の孔部１３９ｂにより、スポット溶接の際の施工性が向上し、補強部材１４０が、簡便に第１の壁１３１と第２の壁１３３に取り付けられる。

また、補強部材１４０は、図８におけるＸ方向視で波形状を有していてもよい。すなわち、補強部材１４０は、第１の壁１３１の第１の溝部１３１ｃと、第２の壁１３３の第２の溝部１３３ｃが対向する方向（図８のＺ方向）に沿って振幅を有する波形状を有していてもよい。これにより、壁部１４１と第１の平面部１４３ａと第２の平面部１４３ｂの数を多くすることができ、補強部材１４０による、第１の溝部１３１ｃと第２の溝部１３３ｃ同士の連結を効率的かつ強固に行うことができる。このとき、補強部材１４０の溶接個所Ｗは、補強部材１４０の所定の波長Ｌの半分に対応する間隔で形成されてもよい。すなわち、補強部材１４０は、振幅が最大となる半波長位置であるＬ／２ごとに、第１の壁１３１の第１の溝部１３１ｃと、第２の壁１３３の第２の溝部１３３ｃと交互に溶接されている。

さらに、第１の孔部１３９ａは、第２の接合部１４５ｂの間隔に対応するように第１の溝部１３１ｃに設けられている。また、第２の孔部１３９ｂは、第１の接合部１４５ａの間隔に対応するように第２の溝部１３３ｃに設けられている。すなわち、第１の孔部１３９ａと第２の孔部１３９ｂは、補強部材１４０の振幅が最大となる半波長位置であるＬ／２ごとに、第１の壁１３１の第１の溝部１３１ｃと、第２の壁１３３の第２の溝部１３３ｃに交互に設けられている。

［構造部材の変形］
次に、図１０を参照して、本実施形態に係る構造部材１００に荷重がかかったときの変形の様子について説明する。図１０は、本実施形態に係る構造部材１００に荷重がかかったときの変形の様子を模式的に示す図である。図１０に示すように、例えば荷重Ｆが第１の部材１１０の天板部１１１に入力され、変形が進むと、第１の部材１１０は、大きく変形し、特に縦壁部１１３が著しく面外変形している。一方、第２の部材１２０も大きく変形しているが、第１の部材１１０と比較すれば、変形はある程度抑制されている。また、第１の壁１３１と第２の壁１３３の第１の部材１１０側は、ほぼ圧潰し、第１の壁１３１と第２の壁１３３の第２の部材１２０側も部分的に変形している。

ここで、本実施形態においては、第１の壁１３１と第２の壁１３３は、図５Ｂに示したような第１の壁１３１と第２の壁１３３が全体としてＺ方向へ倒れるような変形を示していない。これは、第１の孔部１３９ａが、第２の接合部１４５ｂに対応する位置に一定の間隔で設けられ、第２の孔部１３９ｂが第１の接合部１４５ａに対応する位置に一定の間隔で設けられていることによる。すなわち、第１の孔部１３９ａと第２の孔部１３９ｂが、均等に設けられていることで、荷重Ｆにより第１の壁１３１と第２の壁１３３に生じる曲げモーメントの影響が、第１の壁１３１と、第２の壁１３３との間で互いに打ち消し合うと考えられる。すなわち、荷重Ｆにより第１の壁１３１に生じる曲げモーメントと、第２の壁１３３に生じる曲げモーメントとが互いに反対であり、打ち消し合うように働く。この結果、第１の壁１３１と第２の壁１３３において、図９におけるＺ方向に倒れる変形が抑制され、変形が安定化する効果が生じたと考えられる。

（作用効果）
本実施形態によれば、補強部材１４０により、第１の溝部１３１ｃと第２の溝部１３３ｃ同士が接触するまでの第１の壁１３１と第２の壁１３３の変形が抑制される。これにより、第１の壁１３１と第２の壁１３３の変形が部分的に抑制され、耐荷重が向上するとともに、一方、第１の部材１１０側の変形が進行し、変形能が向上する。この結果、構造部材１００の衝撃吸収特性が向上する。以上、第２の実施形態に係る構造部材１００について説明した。

なお、補強部材１４０の形状は、第１の溝部１３１ｃと第２の溝部１３３ｃ同士が接触するまでの第１の溝部１３１ｃと第２の溝部１３３ｃの変形を抑制できればよく、特に限定されない。例えば、補強部材１４０は、中空もしくは中実の棒状、板状、または中空もしくは中実の箱形状の部材であり、第１の溝部１３１ｃと第２の溝部１３３ｃの間に構造部材１００の軸方向（図６におけるＹ方向）に沿って設けられてもよい。すなわち、補強部材１４０が、第１の溝部１３１ｃと第２の溝部１３３ｃの間に配置され、かつ、第１の溝部１３１ｃまたは第２の溝部１３３ｃに接合されていれば、第２の実施形態のように衝撃吸収特性を向上させることができる。また、補強部材１４０の材質は、鋼材、軽金属、繊維強化樹脂、または、軟質もしくは硬質樹脂等であってもよい。

なお、補強部材１４０の波形状は、矩形波状に限定されない。例えば、補強部材１４０の波形状は、変形特性に応じて、種々の波長、位相または振幅を有する波形状を採り得る。

＜３．第３の実施形態＞
次に、図１１〜図１２を参照しながら、第３の実施形態に係る構造部材１００について説明する。図１１は、第３の実施形態に係る構造部材の軸方向の断面構造の一例を示す図である。図１２は、同実施形態に係る構造部材の断面構造の一例を示す、図１１におけるＩＶ−ＩＶ’端面図である。本実施形態の構造部材１００は、第１の壁１３１と、第２の壁１３３と、二つの第３の壁１５０を備えている。第３の壁１５０は、構造部材１００の軸方向（Ｙ方向）に延在している。本実施形態の第３の壁１５０は板形状である。本実施形態においては、第３の壁１５０のＺ方向の端部１５０ａ、１５０ｂのうち、端部１５０ａは第１の溝部１３１ｃに接合されることで互いに繋がっており、端部１５０ｂは第２の溝部１３３ｃに接合されることで互いに繋がっている。第１の溝部１３１ｃと第２の溝部１３３ｃに対する第３の壁１５０の接合方法は特に限定されない。

本実施形態の構造部材１００においては、第３の壁１５０が設けられていることによって、第２の実施形態の構造部材１００と同様に第１の溝部１３１ｃと第２の溝部１３３ｃが接触するまでの第１の壁１３１と第２の壁１３３の変形が抑制される。これにより、第１の壁１３１と第２の壁１３３の変形が部分的に抑制され、耐荷重を向上させることができ、衝撃吸収特性が向上する。

構造部材１００は、図１１のように第３の壁１５０を複数備えていることが好ましい。第３の壁１５０が一つだけ設けられている場合には、構造部材１００への荷重入力時に、例えば第３の壁１５０の端部１５０ａを回転中心とした曲げモーメントが発生し、第１の溝部１３１ｃと第２の溝部１３３ｃ同士が接触するまでの変形を抑制する効果が小さい。一方、第３の壁１５０が二つ以上設けられていれば、一つの第３の壁１５０で生じる上記のような曲げモーメントによる変形を他の第３の壁１５０で抑制することができる。これにより、第１の溝部１３１ｃと第２の溝部１３３ｃが接触するまでの第１の壁１３１と第２の壁１３３の変形強度が大きくなり、耐荷重が向上する。

本実施形態の第３の壁１５０は、構造部材１００の第１の面に対して傾斜していたが、第１の面に平行であってもよい。また、本実施形態の第３の壁１５０の形状が板形状であったが、第３の壁１５０の形状は特に限定されない。第３の壁１５０の材質は、鋼材、軽金属、繊維強化樹脂、または、軟質もしくは硬質樹脂等であってもよい。

構造部材１００について性能を確認するため、構造部材１００に対し、３点曲げのシミュレーションを実施した。比較例１は、第１の部材１１０と第２の部材１２０のみからなる構造部材とした。また、比較例２は、溝部を有さない第１の壁と第２の壁を有する構造部材とした。実施例１は、前述の第１の実施形態に係る構造部材１００とした。

比較例１の第１の部材と第２の部材とは、いずれも引張強度で９８０ＭＰａ級の板厚１．８ｍｍの鋼板とした。比較例２の第１の部材と第２の部材とは引張強度で９８０ＭＰａ級の板厚１．４ｍｍの鋼板とし、補強部材は引張強度で９８０ＭＰａ級の板厚１．６ｍｍの鋼板とした。実施例は、比較例２と同じ鋼板で構成されるものとした。

３点曲げ試験のシミュレーション条件について、図１３Ａおよび図１３Ｂを参照しながら説明する。図１３Ａおよび図１３Ｂは、シミュレーション解析の条件の一例を説明するための図である。すなわち、図１３Ａに示すように、３点曲げの圧子Ｐ（ポール）の直径φは、２５４ｍｍとし、ポールを所定の速度で構造部材の第１の部材１１０の荷重入力面１１１に向けて移動させた（図中矢印参照）。構造部材の第２の部材１２０側の２つの剛体支持点Ｇ１、Ｇ２の間隔ｔは３００ｍｍとし、２つの剛体支持点Ｇ１、Ｇ２の中間点にポールを衝突させた。ポールと構造部材との間に発生する荷重およびポール中央位置での第１の部材１１０への背面侵入量（δｂ）を計測した。

ここで、背面侵入量δｂは構造部材の荷重入力面とは反対側への侵入量の評価値であり、この値が小さいほど、構造部材の荷重入力面とは反対側への侵入量が抑制されていることを意味する。具体的には、図１３Ｂに示すように、ポール衝突前の第２の部材１２０の天板部（２つの剛体支持点で支持される面）の荷重入力方向の初期位置と、変形に伴う第２の部材１２０の天板部の荷重入力方向の位置との差である。

図１４Ａは、３点曲げシミュレーションにおける構造部材のポール変位と背面侵入量比の関係を示すグラフである。背面侵入量（δｂ）比は、各測定結果を比較例１の背面侵入量δｂの最大値で規格化した値である。図１４Ａに示すように、比較例１に比べ、凹部のない補強部材を有する比較例２は、背面侵入量（δｂ）比が２倍程度になっており、荷重入力面と反対側に構造部材が大きく侵入した。一方、本実施形態に係る第１の壁１３１と第２の壁１３３を有する実施例１は、比較例１と同程度の背面侵入量（δｂ）比であった。従って、本実施形態に係る構造部材１００は、荷重入力面１１１と反対側への侵入量が抑制されることが示された。さらに、実施例の構造部材１００の板厚が、１．６ｍｍであり、比較例１の板厚は１．８ｍｍであったことから、本実施形態に係る構造部材１００は、軽量化を実現できることも示された。

また、図１４Ｂは、３点曲げシミュレーションにおける構造部材のポール変位と荷重比の関係を示すグラフである。荷重比は、ポール衝突時の入力荷重の測定結果を、比較例１の荷重の最大値で規格化したものである。図１４Ｂに示すように、実施例１の荷重比は、比較例１に比べ高く、耐荷重が向上した。さらに、実施例１は、溝部のない第１の壁と第２の壁を有する比較例２と同程度である。このことから本実施形態に係る構造部材１００は高い荷重で変形することが示された。

次に、構造部材のエネルギー吸収量（ＥＡ）について評価した。ここで、エネルギー吸収量ＥＡはポール変位に対する荷重の積分値とした。エネルギー吸収量ＥＡを構造部材の質量で除し、さらに背面侵入量δｂで除したＥＡ／質量／δｂという値を評価値とし、比較する。この指標が大きいほど、高い衝撃吸収性能の質量効率と構造部材の侵入量抑制を両立した構造を意味する。比較結果を表１に示した。表１中の値は比較例１の値で規格化している。

表１に示すように、ＥＡ／質量／δｂ比の値は、比較例１、２と比較して、実施例１が著しく高かった。このことから、本実施形態に係る構造部材１００は、高い衝撃吸収性能の質量効率と背面侵入量δｂの抑制を両立していることが示された。

次に、構造部材１００の衝撃吸収特性に第１の壁１３１と第２の壁１３３が与える影響を評価するため、実施例１〜３を比較した。実施例２は、補強部材１４０を備える構造部材１００とした。また、実施例３は、補強部材１４０を有し、さらに溶接個所に対応する位置に第１の孔部１３９ａと第２の孔部１３９ｂを備える構造部材１００とした。実施例１〜３について、エネルギー吸収量（ＥＡ）比、背面侵入量（δｂ）比で比較した結果を表２に示す。ＥＡ比、δｂ比のいずれも測定結果を比較例１の値で規格化したものである。

実施例２と実施例３の背面侵入量（δｂ）比は、実施例１と同程度であった。一方で、実施例２と実施例３は、実施例１に比べエネルギー吸収量（ＥＡ）比が高かった。このことから、補強部材１４０によって、構造部材１００の衝撃吸収性能が高まることが示された。また、実施例２と実施例３とを比較すると、実施例３の背面侵入量（δｂ）比が、実施例２に対して低減された。これは、第１の孔部１３９ａと第２の孔部１３９ｂが均等に配置された結果、第１の壁１３１と第２の壁１３３が倒れるように変形する曲げモーメントが抑制され、衝撃吸収効果が向上したためと考えられる。このように、第１の孔部１３９ａと第２の孔部１３９ｂを備える構造部材１００により、背面侵入量がより抑制されることが示された。

以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示はかかる例に限定されない。本開示の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、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得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施形態では、第１の部材１１０をハット形状としたが、第１の部材１１０はかかる例に限定されない。第１の部材１１０は、構造部材１００を形成するための形状を有していればよく、断面視でコの字形状、円弧形状等でもよい。また、第１の部材１１０は、断面視で部分的に屈曲されてもよいし、ビード形状等の凹凸を有してもよい。

また、上記実施形態では、第２の部材１２０をハット形状としたが、第２の部材１２０はかかる例に限定されない。第２の部材１２０は、板状部材でもよい。すなわち、第１の部材が、断面視略ハット形状を有し、第２の部材がクロージングプレートである、いわゆる片ハット形状の構造部材１００でもよい。また、第２の部材１２０は、断面視で部分的に屈曲されてもよいし、ビード形状等の凹凸を有してもよい。

また、上記実施形態では、第１の部材１１０と第２の部材１２０とがフランジ部１１５、１２５を介して溶接されるとしたが、第１の部材１１０と第２の部材１２０の溶接位置はかかる例に限定されない。例えば、第１の部材１１０と第２の部材１２０とは、略ハット形状の縦壁部１１３、１２３の端部付近で溶接されるようにしてもよい。

また、上記実施形態において、第１の部材１１０と、第２の部材１２０の他に、構造部材１００の外形を成す部材が含まれてもよい。さらに、第１の部材１１０と第２の部材１２０との間に別の部材が、設けられてもよい。また、カバー部材により、第１の部材１１０と、第２の部材１２０とが外方から覆われてもよい。

上記実施形態では、構造部材１００の閉断面部１０１が第１の部材１１０と第２の部材１２０で構成されていたが、閉断面部１０１は、図１５に示すように例えば角筒状の中空部材１０５で構成されていてもよい。図１５の例においては、第１の壁１３１と第２の壁１３３は構造部材１００の第１の面１１１と第２の面１２１に繋がっている。図１５の例においては、第１の壁１３１と第２の壁１３３を繋ぐ連結部１３５は、第１の面１１１である。このような構造部材１００は例えば押出成形によって製造される。中空部材１０５の材質は、例えば、引張強度で９８０ＭＰａ級の鋼材である。また、その他の材質として、例えば、その他の引張強度クラスの鋼材であってもよいし、アルミニウム基合金、マグネシウム基合金等の軽金属合金、ＣＦＲＰ等の繊維強化樹脂であってもよい。

閉断面部１０１が中空部材１０５で構成される場合、構造部材１００は、例えば図１６や図１７等に示す構造であってもよい。図１６の例における構造部材１００は、第１の壁１３１と第２の壁１３３が第１の面１１１に繋がっておらず、第１の壁１３１と第２の壁１３３は閉断面部１０１の第１の面１１１に平行な面である連結部１３５を介して繋がっている。図１７の例における構造部材１００は、図１１に示す構造と同様に第１の壁１３１と、第２の壁１３３と、複数の第３の壁１５０を備えている。

以上のように、閉断面部１０１が中空部材１０５で構成される場合であっても、閉断面部１０１内の構造は第１〜第３の実施形態のような構造が適用され得る。

１００ 構造部材
１０１ 閉断面部
１０１ａ 中間面
１０５ 中空部材
１１０ 第１の部材
１１１ 天板部（閉断面部の第１の面）
１２０ 第２の部材
１２１ 天板部（閉断面部の第２の面）
１３１ 第１の壁
１３３ 第２の壁
１３１ｃ 第１の溝部
１３３ｃ 第２の溝部
１３１ｄ 第１のフランジ
１３３ｄ 第２のフランジ
１３５ 連結部
１３９ａ 第１の孔部
１３９ｂ 第２の孔部
１４０ 補強部材
１４１ 壁部
１４３ａ 第１の平面部
１４３ｂ 第２の平面部
１４５ａ 第１の接合部
１４５ｂ 第２の接合部
１５０ 第３の壁

Claims (11)

1. 閉断面部と前記閉断面部の内部に第１の壁と第２の壁を備え、
   前記閉断面部は、第１の面と第２の面を備え、
   前記第１の面と前記第２の面は、対向し、
   前記第１の壁と前記第２の壁は、前記第２の面から前記第１の面に向かって延在し、
   前記第１の壁と前記第２の壁は、前記閉断面部の軸方向に延在し、
   前記第１の壁は、前記第２の壁に向かって突出した、前記軸方向に延在する第１の溝部を備え、
   前記第２の壁は、前記第１の壁に向かって突出した、前記軸方向に延在する第２の溝部を備え、
   前記第１の壁の前記第１の面側の端部と前記第２の壁の前記第１の面側の端部は、連結部を介して繋がっている、構造部材。
2. 前記連結部は、前記第１の面である、請求項１の構造部材。
3. 前記連結部は、前記第１の面に平行な面である、請求項１の構造部材。
4. 前記連結部は、前記第１の面と接触している、請求項３の構造部材。
5. 前記第１の壁の前記第２の面側の端部に連続している第１のフランジを備え、
   前記第２の壁の前記第２の面側の端部に連続している第２のフランジを備え、
   前記第１のフランジと前記第２のフランジは、それぞれ前記第２の面と接合している、請求項１〜４のいずれかの構造部材。
6. 前記第１の溝部と前記第２の溝部は、前記第１の面と前記第２の面の中間面を横切る、請求項１〜５のいずれかの構造部材。
7. 補強部材を備え、
   前記補強部材は、前記第１の溝部と前記第２の溝部の間に配置され、
   前記補強部材は、前記第１の溝部に接合される、請求項１〜６のいずれかの構造部材。
8. 前記補強部材は、板形状であり、
   前記補強部材の第１面と前記第１の溝部を接合している第１の接合部を備え、
   前記補強部材の第２面と前記第２の溝部を接合している第２の接合部を備える、請求項７の構造部材。
9. 前記第１の接合部は、前記補強部材の第１の平面部と前記第１の溝部を接合し、
   前記第２の接合部は、前記補強部材の第２の平面部と前記第２の溝部を接合し、
   前記第１の平面部と向き合う前記第２の溝部には第２の孔部があり、
   前記第２の平面部と向き合う前記第１の溝部には第１の孔部がある、請求項８の構造部材。
10. 複数の第３の壁を備え、
    前記第３の壁は、前記軸方向に延在し、
    前記第３の壁の端部は、前記第１の溝部と前記第２の溝部に繋がっている、請求項１〜６のいずれかの構造部材。
11. 請求項１〜１０のいずれかの構造部材を備え、
    前記第１の面が車外側に配置され、
    前記第２の面が車内側に配置されている、車体構造。

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