KR20120138785A

KR20120138785A - 자동차용 부품

Info

Publication number: KR20120138785A
Application number: KR1020127025602A
Authority: KR
Inventors: 마사오 기네후찌; 도모까즈 나까가와; 미에 다찌바나
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2010-03-30
Filing date: 2011-03-25
Publication date: 2012-12-26
Also published as: JP5420462B2; CN102791532A; JP2011207330A; EP2554438A4; CN102791532B; KR101501816B1; WO2011122492A1; US20130017406A1; EP2554438A1

Abstract

본 발명의 목적은, 편심 압축 하중이 작용하는 자동차용 부품을, 성능을 저하시키는 일 없이 경량화하는 것이다. 본 발명에서는, 아우터 패널(2)과, 외측으로 볼록한 플랜지(3a)를 중앙에 갖는 이너 패널(3)을 구비하는 자동차용 부품(1)에 있어서, 이너 패널(3)을 구성하는 재료의 밀도 ρ, 판 두께 t, 영률 E, 항복 응력 σy, 및 플랜지(3a)의 폭 B가, 이하의 수학식 1, 2, 3을 만족시키고 있다.
[수학식 1]

[수학식 2]

[수학식 3]

Description

자동차용 부품{VEHICLE COMPONENT}

본 발명은, 범퍼 빔이나 도어 빔, 프레임 부재 등의 자동차용 부품에 관한 것이다.

자동차의 골격 부재에는, 차량 충돌시의 충격력에 대해, 변형하여 에너지를 흡수하는 부품과, 차체의 변형을 방지하기 위해 강도/강성을 확보하기 위한 부품이 있다. 이들은, 축 하중, 굽힘 하중, 비틀림 하중 등, 각종 충격 하중에 대해 필요한 성능을 확보하도록 설계되어 있다.

특허문헌 1은, 차량용 도어의 벨트 라인 보강 구조를 개시하고 있다. 여기서는, 아우터 리인포스(outer reinforcement)와 이너 리인포스(inner reinforcement)를 접합함으로써, 단독의 폐단면을 갖는 벨트 라인 리인포스(belt line reinforcement)가 형성된다. 이 벨트 라인 리인포스와 도어 이너 패널에 의해, 도어 본체의 전후 방향 전체 길이에 걸쳐 연장되는 제1, 제2 폐단면을 형성함으로써, 차량 충돌시의 충격력에 대한 도어 본체의 강성이 높아져 있다.

이 구조에서는, 전방으로부터 충격력을 받아도 도어가 크게 변형되지 않도록, 길이 방향으로 작용하는 충격 하중(축 방향 하중)에 대한 강도가 필요하다. 이것에 더하여, 충격 하중에 의해 도어가 변형되어도, 변형된 도어가 캐빈 내에 침입하지 않도록, 도어가 차체 외측으로 절곡되는 것이 요구된다. 따라서, 이 구조는, 절곡 방향을 제어하기 위해, 부재 단면의 중심보다도 캐빈측으로 하중의 작용점을 편심시킴으로써, 축 하중과 함께 편심된 굽힘 하중을 부재에 작용시키고 있다. 이렇게 하면, 차체 내측에 굽힘 압축 응력이 발생하기 때문에, 내측이 외측보다도 높은 압축 응력을 부담하여, 도어가 차체 외측으로 볼록해지도록 변형된다.

또한, 특허문헌 2는, 자동차의 벨트 라인부 구조를 개시하고 있다. 여기서는, 프론트 필러(front pillar)의 필러 아우터의 후방 세로벽의, 벨트 라인 리인포스에 대향하는 부분에, 다른 일반면으로부터 도어 본체측으로 돌출되는 팽출부가 형성되어 있다. 이에 의해, 차량 충돌시에, 필러 부재에의 벨트 라인 리인포스의 꽂힘이 확실해진다. 이 구조에 따르면, 벨트 라인 리인포스에 전방으로부터의 충돌 하중이 확실하게 전달된다.

이와 같이, 강도와 함께 변형의 방향도 제어되는 부품에는, 단순한 축 압괴 부품(프론트 사이드 멤버 등), 굽힘 압괴 부품(범퍼, 임팩트 빔)과는 달리, 압축력과 굽힘 모멘트가 동시에 작용한다. 그로 인해, 이 부품 특유의 설계상의 고안이 이루어지고 있다.

특허문헌 3은, 차량용 도어 및 패널 부재 하중 흡수 구조를 개시하고 있다. 여기서는, 하중 흡수부에 접촉한 압박부가 또한 하중 흡수부를 압박하였을 때에, 이너 패널 본체의 두께 방향을 따른 다른 쪽 측으로 패널측 능선부가 이동하도록, 하중 흡수부를 변형시킨다. 이에 의해, 차량의 차폭 방향을 따른 하중이 흡수되어, 차량 전후 방향을 따른 외력에 대한 강성이 확보ㆍ향상되어 있다.

또한, 특허문헌 4는, 차체 측면 구조를 개시하고 있다. 여기서는, 이너 패널의 판 두께가 아우터 패널의 판 두께보다도 두껍고, 이너측 팽출부에는, 폐단면부의 굽힘 중립축보다도 차폭 방향 외측에 위치하는 볼록부가 설치되어 있다. 이에 의해, 차폭 방향 및 차량 전후 방향의 하중의 양쪽에 대해, 변형이 억제되어 있다.

이들 부품은, 통상, 프레스 성형된 강 박판을 스폿 용접함으로써 조립된다. 예를 들어, 도어 숄더 리인포스는, 1 내지 2㎜의 판 두께를 갖는 강판에 의해 형성되는 경우가 많고, 더블 햇형 부재(double hat shaped material)에 가까운 형상을 갖고 있다. 특히, 큰 하중을 담당할 필요가 있는 경우에는, 2㎜ 정도의 판 두께를 갖는 강판이 사용되고 있다.

그러나, 오늘날의 CO₂ 삭감/자동차 경량화의 필요성으로부터, 보다 경량이며 고성능인 자동차용 부품이 요구되고 있다. 따라서, 강판의 단면 형상의 고안뿐만 아니라, 새로운 관점에서의 경량화 대책이 채용되어 있다.

특허문헌 5는, 에너지 흡수량을 높인 자동차용 충격 흡수 부재를 개시하고 있다. 여기서는, 충격을 받는 빔재에, 경량ㆍ고강도인 CFRP재를 사용함으로써, 경량화되는 동시에 에너지 흡수량이 높게 되어 있다.

또한, 특허문헌 6은, 굽힘 강도 부재를 개시하고 있다. 여기서는, 굽힘 하중이 작용할 때에 인장측으로 되는 플랜지면에 FRP재가 설치되는 동시에, 굽힘 하중이 작용할 때에 압축측으로 되는 플랜지의 폭 b와 두께 t의 비(b/t)가, 12 이하로 설정되어 있다. 이에 의해, 충돌 등의 굽힘 하중이 커진 경우라도, 에너지 흡수량이 높게 되어 있다.

또한, 특허문헌 7은, 차량의 복합 구조 부재를 개시하고 있다. 여기서는, 폐단면의 박육 강관 내에, 경합금제 또는 합성 수지제의 보강관이 삽입되어 있다. 이 보강관은, 강관의 내벽을 거의 따른 외측 형상을 갖고, 내부에 리브가 형성되어 있다. 이에 의해, 장기적으로 충분한 강도와 경량화가 실현되어 있다.

또한, 특허문헌 8은, 자동차용 범퍼 빔을 개시하고 있다. 여기서는, 알루미늄 형재의 전방측 플랜지 및 후방측 플랜지에 외측으로부터 강판이 부착되어 있다. 이 강판의 항복 응력 σy1과, 강판의 비중 ρ1과, 알루미늄 형재의 항복 응력 σy2와, 알루미늄 형재의 비중ρ2가, σy1/ρ1＞σy2/ρ2의 관계를 만족시킴으로써, 중량 증가를 최소한으로 그치게 하면서, 굽힘 강도가 향상되어 있다.

또한, 특허문헌 9는, 범퍼 구조를 개시하고 있다. 여기서는, 금속제의 범퍼 본체에, 금속제의 제1 보강판이 장착되어 있다. 또한, 범퍼 본체의 영률 Est와, 범퍼 본체의 밀도 ρst와, 제1 보강판의 영률 E2와, 제1 보강판의 밀도 ρ2가, (Est/ρst³)＜(E2/ρ2³)의 관계를 만족시키고 있다. 이에 의해, 중량 증가를 최소한으로 억제하면서, 굽힘 강도가 향상되어 있다.

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그런데, 양단부끼리가 각각 접합된 아우터 패널과 이너 패널을 갖는 자동차용 부품에 있어서는, 단면의 중심으로부터 이너 패널측으로 편심된 편심 압축 하중이 작용하는 경우가 있다. 이러한 자동차용 부품의 강도를 결정하는 요인으로서, 굽힘 압축측(이너 패널)의 좌굴(buckling), 이너 패널의 항복, 굽힘 인장측(아우터 패널)의 항복이 상정된다. 즉, 이러한 자동차용 부품에는, 압축 하중에 더하여 편심 하중에 의한 굽힘 모멘트가 작용하기 때문에, 이너 패널에는 압축 응력이, 아우터 패널에는 인장 응력이 작용한다. 압축 응력의 절대값은 인장 응력의 절대값보다도 크므로, 이너 패널과 아우터 패널을 동일한 재료/판 두께로 구성한 경우, 이너 패널에 작용하는 압축 응력의 영향이 커진다. 따라서, 자동차용 부품의 강도는, 이너 패널의 좌굴, 혹은 이너 패널의 항복에 의해 결정된다.

따라서, 편심 압축 하중이 작용하는 자동차용 부품에는, 성능을 저하시키는 일 없이 경량화하는 것이 요망된다.

본 발명의 목적은, 편심 압축 하중이 작용하는 자동차용 부품을, 성능을 저하시키는 일 없이 경량화하는 것이다.

본 발명에 있어서의 자동차용 부품은, 양단부끼리에서 각각 접합된 아우터 패널과 이너 패널을 구비하는 자동차용 부품이며,

상기 아우터 패널이 철강 재료로 이루어지고,

상기 이너 패널이, 외측으로 볼록한 플랜지를 중앙에 갖고 있고, 상기 이너 패널을 구성하는 재료의 밀도 ρ, 판 두께 t, 영률 E, 항복 응력 σy, 및 상기 이너 패널의 상기 플랜지의 폭 B가, 이하의 수학식 1, 2, 3을 만족시키고 있는 것을 특징으로 한다.

상기한 구성에 따르면, 자동차용 부품의 단면의 중심으로부터 이너 패널측으로 편심된 편심 압축 하중이 자동차용 부품에 작용하는 경우, 굽힘 인장측인 아우터 패널에는 인장 응력이 작용하고, 굽힘 압축측인 이너 패널에는 압축 응력이 작용한다. 이때, 자동차용 부품의 강도는, 이너 패널의 좌굴, 또는 이너 패널의 항복에 의해 결정된다. 본 발명에서는, 이너 패널을 구성하는 재료가 상기한 3개의 수학식 1, 2, 3을 모두 만족시키고 있으므로, 자동차용 부품의 중량을 증가시키는 일이 없고, 또한 자동차용 부품의 성능도, 아우터 패널 및 이너 패널이 동일한 강판으로 제작된 경우와 동등 이상으로 된다. 즉, 이너 패널이 좌굴되기 어려워져, 이너 패널의 항복에 의한 최대 하중의 저하가 억제된다. 따라서, 자동차용 부품에 편심 압축 하중이 작용하는 경우에, 자동차용 부품을, 성능을 저하시키는 일 없이 경량화할 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서의 자동차용 부품에 있어서, 상기 이너 패널을 구성하는 재료는, 5000계, 6000계 또는 7000계의 알루미늄 합금이면 좋다. 상기한 구성에 따르면, 성능을 저하시키는 일 없이 이너 패널을 경량화할 수 있다.

본 발명의 자동차용 부품에 따르면, 이너 패널을 구성하는 재료가 상기한 3개의 수학식 1, 2, 3을 모두 만족시키고 있으므로, 자동차용 부품의 중량을 증가시키는 일 없이, 이너 패널이 좌굴되기 어려워져, 이너 패널의 항복에 의한 최대 하중의 저하가 억제된다. 따라서, 본 발명은, 자동차용 부품의 단면의 중심으로부터 이너 패널측으로 편심된 편심 압축 하중이 작용하는 자동차용 부품을, 성능을 저하시키는 일 없이 경량화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 자동차용 부품을 도시하는 개략 단면도이다.
도 2는 실시예에 있어서의 해석에 사용한 자동차용 부품을 도시하는 개략 단면도이다.
도 3은 좌굴과 최대 하중의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4는 (E×t²×σy)의 값의 변화와 최대 하중의 변화율의 관계를 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명의 적합한 실시 형태에 대해, 도면을 참조하면서 설명한다.

(자동차용 부품의 구성)

본 실시 형태에 따른 자동차용 부품(1)은, 범퍼 빔이나 도어 빔, 프레임 부재 등이며, 도 1에 도시되는 바와 같이, 차량의 외측에 배치되는 아우터 패널(2)과, 차량의 내측에 배치되는 이너 패널(3)을 갖고 있다. 아우터 패널(2)과 이너 패널(3)은, 양단부끼리에 있어서 각각 접합되어 있다. 아우터 패널(2)은, 철강 재료로 구성되어 있고, 차량의 외측에 대해 볼록한 플랜지(2a)를 중앙에 갖고 있다. 이너 패널(3)은, 5000계, 6000계 또는 7000계의 알루미늄 합금으로 구성되어 있고, 차량의 내측에 대해 볼록한 플랜지(3a)를 중앙에 갖고 있다.

자동차용 부품(1)에, 자동차용 부품(1)의 단면의 중심으로부터 이너 패널(3)측에 거리 C로 편심된 편심 압축 하중 D가 작용한 경우, 아우터 패널(2)은 굽힘 인장측으로 되고, 이너 패널(3)은 굽힘 압축측으로 된다. 굽힘 인장측인 아우터 패널(2)에는 인장 응력이 작용하고, 굽힘 압축측인 이너 패널(3)에는 압축 응력이 작용한다.

자동차용 부품(1)의 단면 형상이 변화되지 않는 경우, 아우터 패널(2) 및 이너 패널(3)의 중량은, 판 두께 t와 밀도 ρ의 곱에 비례한다. 여기서, 이너 패널(3)이 철강 재료로 구성되는 경우의 당해 철강 재료의 밀도, 판 두께를 각각 ρ1, t1로 한다. 또한, 이너 패널(3)이 5000계, 6000계 또는 7000계의 알루미늄 합금으로 구성되는 경우의 당해 알루미늄 합금의 밀도, 판 두께를 각각 ρ2, t2로 한다. 이때, 상기 ρ1, t1, ρ2, t2는, 이하의 수학식 4를 만족시키고 있다.

즉, 이너 패널(3)이 알루미늄 합금으로 구성되는 경우의 이너 패널(3)의 중량은, 이너 패널(3)을 철강 재료가 구성되는 경우의 이너 패널(3)의 중량 이하이다. 이와 같이, 이너 패널(3)이 알루미늄 합금으로 구성됨으로써, 자동차용 부품(1)의 중량의 증가가 억제된다.

여기서, 이너 패널(3)을 구성하는 5000계, 6000계 또는 7000계의 알루미늄 합금의 판 두께, 영률 및 항복 응력을 각각 t, E, σy로 한다. 또한, 아우터 패널(2) 및 이너 패널(3)의 플랜지 폭을 B로 한다. 이때, 상기 t, E, σy, B는, 이하의 수학식 5를 만족시키고 있다.

여기서, (B/t)√(σy/E)의 값은, 강 구조의 분야에서 일반적으로 사용되고 있는 좌굴 파라미터이다. 또한, 자동차용 부품(1)의 단면 형상이 변화되지 않는 경우, B는 일정하다. 상기한 편심 압축 하중 D를 자동차용 부품(1)에 작용시킨 경우, 굽힘 압축측인 이너 패널(3)의 항복에 의해 최대 하중이 결정된다. 상기 좌굴 파라미터의 값이 1.5 이하이면, 최대 하중이 이론 해석 결과의 90％ 이상으로 되므로, 이너 패널(3)이 좌굴되기 어렵다.

여기서, 이너 패널(3)이 철강 재료로 구성되는 경우에 있어서의 당해 철강 재료의 판 두께, 영률, 단면적 및 항복 응력을, 각각 t1, E1, A1, σy1로 한다. 또한, 이너 패널(3)이 5000계, 6000계 또는 7000계의 알루미늄 합금으로 구성되는 경우에 있어서의 당해 알루미늄 합금의 판 두께, 영률, 단면적 및 항복 응력을, 각각 t2, E2, A2, σy2로 한다. 이때, t1, E1, A1, σy1, t2, E2, A2, 및 σy2는, 이하의 수학식 6을 만족시키고 있다.

여기서, 자동차용 부품(1)의 단면 형상을 변경하지 않는 경우, 단면적 A1, A2의 대표값은 판 두께 t1, t2이므로, 상기한 수학식 6은, 이하의 수학식 7과 같이 치환할 수 있다.

이너 패널(3)의 항복에 의한 최대 하중을 정하는 인자는, 이너 패널(3)의 항복 강도와, 자동차용 부품(1)의 굽힘 강성이다. 자동차용 부품(1)의 단면 형상이 변화되지 않는 경우, 이너 패널(3)의 강도의 대표값은, 판 두께 t2와 항복 응력 σy2의 곱이다. 또한, 이너 패널(3)의 재료 변경 및 판 두께 변경에 수반되는 자동차용 부품(1)의 굽힘 강성에의 기여는, 영률 E2와 단면적 A2의 곱에 의해 나타내어진다. 또한, 상술한 바와 같이, 단면 형상을 변경하지 않는 경우에는, 단면적 A의 대표값은 판 두께 t이므로, 이너 패널(3)의 재료 변경 및 판 두께 변경에 수반되는 자동차용 부품(1)의 굽힘 강성에의 기여는, 영률 E와 판 두께 t의 곱에 의해 나타내어진다. 수학식 7을 만족시킴으로써, 자동차용 부품(1)의 최대 하중이 90％ 이상으로 되어, 이너 패널(3)의 항복에 의한 최대 하중의 저하가 억제된다. 또한, E2×t2²×σy2의 실질상의 상한값은, E1×t1²×σy1의 약 3배이다.

자동차용 부품(1)에, 자동차용 부품(1)의 단면의 중심으로부터 이너 패널(3)측으로 편심된 편심 압축 하중이 작용하는 경우, 자동차용 부품(1)의 강도는, 이너 패널(3)의 좌굴, 또는 이너 패널(3)의 항복에 의해 결정된다. 이때, 이너 패널(3)을 구성하는 재료가 수학식 4, 5, 7의 3개의 관계를 모두 만족시키고 있으므로, 자동차용 부품(1)의 중량을 증가시키는 일이 없고, 또한 자동차용 부품의 성능도, 아우터 패널(2) 및 이너 패널(3)이 동일한 강판으로 제작된 경우와 동등 이상으로 된다.

즉, 이너 패널(3)이 좌굴되기 어려워져, 이너 패널(3)의 항복에 의한 최대 하중의 저하가 억제된다. 따라서, 자동차용 부품(1)에 편심 압축 하중이 작용하는 경우에 있어서도, 성능을 저하시키는 일 없이, 자동차용 부품(1)을 경량화할 수 있다.

또한, 이너 패널(3)을 구성하는 재료가, 5000계, 6000계 또는 7000계의 알루미늄 합금이므로, 성능을 저하시키는 일 없이 이너 패널(3)을 경량화할 수 있다.

또한, 상기한 요건을 적용할 수 있는 자동차 부품의 단면 사이즈는, 통상 100㎜×100㎜ 정도이며, 최대라도 200㎜×200㎜이다. 또한, 자동차 부품의 길이는, 통상 1m 전후나, 그 이하, 최대라도 2m 정도이다.

(해석)

도 2에 도시하는 자동차용 부품(11)을 사용하여, 단면의 중심으로부터 이너 패널(13)측으로 거리 C＝8㎜ 편심된 편심 압축 하중 D를 작용시켜, 재료 역학에 의한 이론 해석(압축력과 편심에 의한 굽힘 모멘트를 중첩시킨 응력 계산)과 유한 요소법(FEM) 해석을 실시하였다. 여기서, 자동차용 부품(11)의 깊이 방향의 길이는 900㎜이고, 단면 폭은 100㎜이고, 단면 높이는 29㎜이다. 또한, 도 2 중, R5는, 곡률 반경이 5㎜인 것을 의미한다. 자동차용 부품(11)은, 양단부끼리가 각각 접합된 아우터 패널(12)과 이너 패널(13)을 갖고, 아우터 패널(12) 및 이너 패널(13)의 플랜지 폭 B는 각각 54㎜이다. 또한, 자동차용 부품(11)의 아우터 패널(12)에는, 판 두께 t가 2.0㎜인 590㎫급 냉연 강판이 사용된다. 또한, 자동차용 부품(11)의 단면 형상은 일정하고, 폭 방향으로는 단면 형상이 변화되지 않는 것으로 하였다. 그 결과, 이론 해석의 결과와 FEM 해석의 결과가 거의 일치하여, 이 조건에서는, 최대 하중이, 이너 패널(13)의 항복에 의해 결정되는 것을 알 수 있었다.

따라서, 좌굴 한계를 확인하기 위해, 형상을 변화시키지 않고, 재료는 2종류의 철강 재료를 상정하여, 판 두께를 감소시킨 단면에서 이론 해석과 FEM 해석을 실시하였다. 그리고, 이론 해석의 결과[이너 패널(13)의 항복에 의해 결정되는 최대 하중]와 FEM 해석의 결과를 비교함으로써, 좌굴에 의한 강도 저하의 비율을 확인하였다. 도 3은 그 결과를 나타낸다. 도 3은, 좌굴이 최대 하중에 미치는 영향을 나타내고 있다.

도 3에 있어서, 횡축의 좌굴 파라미터는, 강 구조의 분야에서 일반적으로 사용되고 있는 (B/t)√(σy/E)의 값이다. 여기서는, B＝54㎜, t＝1.2 내지 2.0㎜, σy＝480, 780㎫, E＝205800㎫(강의 영률)로 한 결과를 사용하였다. 이것에 따르면, 좌굴 파라미터의 값이 커짐에 따라서, 이론 해석에 의해 얻어진 최대 하중보다도, FEM 해석에 의해 얻어진 최대 하중의 쪽이 작아진다. 즉, 이너 패널(13)의 좌굴에 의해, 단면에 구비된 성능보다도, 최대 하중이 저하되어 있다. 결과의 편차(도 3중, 파선으로 나타내어짐)를 고려하면, 상기한 수학식 5와 같이, 좌굴 파라미터의 값을 1.5 이하로 함으로써, 최대 하중을 이론 해석 결과의 90％ 이상으로 할 수 있는 것을 알 수 있다.

또한, 이너 패널(13)의 항복에 의한 자기 최대 하중을 정하는 인자는, 이너 패널(13)의 항복 강도와, 자동차용 부품(11)의 굽힘 강성이다. 후자는, 편심에 의한 굽힘 모멘트에 의해 발생하는 굽힘 압축 응력의 크기에 막대한 영향을 미친다. 자동차용 부품(11)의 형상에 변경이 없으면, 이너 패널(13)의 강도의 대표값은, 판 두께 t와 항복 응력 σy의 곱이다. 또한, 자동차용 부품(11)의 굽힘 강성은, 영률 E와 단면 2차 모멘트의 곱으로 부여되므로, 이너 패널(13)과 아우터 패널(12)을 분리하여 표현하면, 이하의 수학식 8과 같은 함수로 된다.

여기서, Eo는 아우터 패널(12)의 영률, Ei는 이너 패널(13)의 영률, ho는 아우터 패널(12)의 단면 높이, hi는 이너 패널(13)의 단면 높이, Ao는 아우터 패널(12)의 단면적, Ai는 이너 패널(13)의 단면적을 나타낸다. 또한, 도 2에 있어서, 아우터 패널(12)의 단면 높이 ho는 12.5㎜이다. 따라서, 단면 형상이 변경되지 않는 경우, 이너 패널(13)의 재료 변경과 판 두께 변경에 수반되는 자동차용 부품(11)의 굽힘 강성에의 기여는, 영률 E와 단면적 A의 곱에 의해 나타내어진다. 또한, 상술한 바와 같이 단면 형상이 변경되지 않는 경우, 단면적 A의 대표값은 판 두께 t이므로, 이너 패널(13)의 재료 변경과 판 두께 변경에 수반되는 자동차용 부품(11)의 굽힘 강성에의 기여는, 영률 E와 판 두께 t의 곱에 의해 나타내어진다.

상기한 2개의 인자를 사용하여, 표 1에 나타내어지는 다양한 재료에 의해 구성된 이너 패널(13)을 갖는 비교예 1 내지 7 및 실시예 1 내지 4를 제작하여, 각각의 최대 하중을 산출하였다. 표 1은 이들 결과를 나타낸다. 또한, 비교예 1의 590㎫급 강판은, 최대 하중을 비교할 때의 기준 단면이다.

도 4는, 이너 패널(13)의 재료를 치환하였을 때의 (E×t²×σy)의 값의 변화와, 최대 하중의 변화율의 관계를 나타낸다. 횡축의 (E×t²×σy)의 값이 380kN²/㎟ 이상일 때의 최대 하중은, 비교예 1(기준 단면)의 90％ 이상으로 된다. 따라서, 이너 패널(13)의 재료가 상기한 수학식 7을 만족시키면, 강판으로만 구성된 종래의 자동차용 부품과 비교하여, 90％ 이상의 최대 하중을 얻을 수 있는 것을 알 수 있다.

비교예 2, 3, 7에서는, 좌굴 파라미터 ((B/t)√(σy/E))의 값이 1.5 이상으로, 이너 패널(13)이 좌굴되기 쉽다. 비교예 4, 6에서는, E×t²×σy의 값이 380kN²/㎟보다도 작아, 이너 패널(13)의 항복에 의한 최대 하중의 저하가 크다. 비교예 5에 있어서는, 기준 단면보다도 중량이 증가하고 있다. 이에 대해, 실시예 1 내지 4에서는, 상기한 수학식 4, 5, 7이 모두 만족되어 있으므로, 기준 단면보다도 중량이 가벼워, 좌굴되기 어렵게 되어 있는 동시에, 이너 패널(13)의 항복에 의한 최대 하중의 저하가 억제되어 있다.

여기서, 상기한 해석에서는, 판 두께 t＝2.0㎜로 하여 해석을 행하고 있다. 이너 패널(13)이 강재로 제작되는 경우에는, 판 두께 t＝2㎜ 전후인 것이 일반적이다. 이 경우, 상기한 수학식 4에 있어서의 철강 재료의 밀도 ρ1＝7.8㎏/㎥, 판 두께 t＝2.0㎜로 하여 ρ1×t1을 계산하면, 그 값은, 표 1의 비교예 1에 나타내어져 있는 바와 같이, 15.6㎏/㎡로 된다. 이 값을 고려하면, 이너 패널(13)측에 채용하는 재료의 밀도 ρ, 판 두께 t가, ρ×t≤15.0(㎏/㎡)을 만족시킴으로써, 이너 패널(13)의 재료를 강판으로부터 치환해도 중량이 증가하지 않게 된다.

또한 마찬가지로, 이너 패널(13)이 강재로 제작되는 경우에는, 판 두께 t＝2㎜ 전후인 것이 일반적인 것을 생각하면, 수학식 7의 우변의 계산 결과는, 마찬가지로 표 1의 비교예 1에 나타내어져 있는 바와 같이, 395N²/㎡로 된다. 이 값을 고려하면, 이너 패널(13)측에 채용하는 재료의 영률 E, 판 두께 t, 항복 응력 σy가, E×t²×σy≥380(kN²/㎟)을 만족시킴으로써, 이너 패널(13)의 재료를 치환해도, 강판과 거의 동등(90％ 이상)한 최대 하중을 얻을 수 있다.

(본 실시 형태의 변형예)

이상, 본 발명의 실시 형태를 설명하였지만, 이들은 구체예의 예시에 불과하며, 특히 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 구체적 구성 등은, 적절하게 설계 변경 가능하다. 또한, 발명의 실시 형태에 기재된 작용 및 효과는, 본 발명으로부터 발생하는 가장 적합한 작용 및 효과를 열거한 것에 불과하며, 본 발명에 따른 작용 및 효과는, 본 발명의 실시 형태에 기재된 것에 한정되지 않는다.

예를 들어, 이너 패널(3)을 구성하는 재료는, 5000계, 6000계 또는 7000계의 알루미늄 합금에 한정되지 않고, 상기한 수학식 4, 5, 7을 모두 만족시키는 재료이면 된다.

본 출원은 2011년 3월 30일에 출원된 일본 특허 출원(일본 특허 출원 제2010-076665호)에 기초하는 것이며, 그 내용은 여기에 참조로서 포함된다.

1 : 자동차용 부품
2 : 아우터 패널
2a : 플랜지
3 : 이너 패널
3a : 플랜지
11 : 자동차용 부품
12 : 아우터 패널
13 : 이너 패널
B : 플랜지 폭
D : 편심 압축 하중

Claims

양단부끼리에서 각각 접합된 아우터 패널과 이너 패널을 구비하는 자동차용 부품이며,
상기 아우터 패널이 철강 재료로 이루어지고,
상기 이너 패널이, 외측으로 볼록한 플랜지를 중앙에 갖고 있고,
상기 이너 패널을 구성하는 재료의 밀도 ρ, 판 두께 t, 영률 E, 항복 응력 σy, 및 상기 이너 패널의 상기 플랜지의 폭 B가, 이하의 수학식 1, 2, 3을 만족시키고 있는 것을 특징으로 하는, 자동차용 부품.
[수학식 1]

[수학식 2]

[수학식 3]
제1항에 있어서, 상기 이너 패널을 구성하는 재료가, 5000계, 6000계 또는 7000계의 알루미늄 합금인 것을 특징으로 하는, 자동차용 부품.