JP4104530B2

JP4104530B2 - ドアビーム

Info

Publication number: JP4104530B2
Application number: JP2003367108A
Authority: JP
Inventors: 浩之山下
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2003-10-28
Filing date: 2003-10-28
Publication date: 2008-06-18
Anticipated expiration: 2023-10-28
Also published as: JP2005132129A

Description

本発明は、自動車のドア内部に設置されるドアビームに関する。

自動車の緩衝部材として、側面からの衝突の衝撃から乗員を保護するため、ドア内部に補強用の横梁（ドアビーム）が装着されている。ドアビームは主にドアの内側への障害物の侵入を極力防止しようというもので、高剛性で衝突時のエネルギーを吸収する能力の高いことが要求され、また、軽量化の要請もあり、アルミニウム合金製ドアビームが使用されるようになってきた。

現在国内で量産車に使用されているアルミニウム合金製ドアビームは、１つの中空押出形材で構成され、両端の取付部を除いて長手方向に均一な断面形状を有している。しかし、ドアビームを曲げモーメントを受ける梁として捉えた場合、長手方向で均一な断面である必要はなく、両端部の曲げ剛性を中央部の曲げ剛性より小さく設定して重量低減を図る余地がある。例えば下記特許文献１〜５に記載されたドアビームは、このような考えに基づいて提案されたものである。
一方、中空押出形材を押し出す場合、押出速度の低下、材料選択上の制限、冷却の不均一などの問題がある。これを解決するものとして、下記特許文献６には、長さの異なる押出形材を長手方向に沿って嵌合し、嵌合した押出形材同士の間に長手方向に沿って中空閉断面を構成し、さらに長い方の押出形材の端部に取付部を形成したドアビームが記載されている。

特開平４−２６６５２４号公報特開平５−４５１８号公報特開平５−２７０２６３号公報特開平６−２２７２５４号公報実開平７−２３６１７号公報特開平１０−９４８４４号公報

本発明は、特許文献６に記載されたタイプのドアビームにおいて、長さ方向の中央部の曲げ剛性を大きくしドアビーム全体の重量低減を図るとともに、その最適構造を提供することを目的とする。

本発明は、ベースになる長尺形材の長手方向に沿って複数の短尺のアルミニウム合金押出形材が一列に嵌合し、かつ短尺のアルミニウム合金押出形材の端面同士が互いに当接し、嵌合した長尺形材と短尺のアルミニウム合金押出形材の間に中空断面が構成され、さらに前記長尺形材の両端に取付部が形成されたドアビームにおいて、短尺のアルミニウム合金押出形材は互いに斜めに切断された端面で当接し、短尺のアルミニウム合金押出形材の合計長さをＬとしたとき、長さＬの範囲内において両端部の断面形状と中央部の断面形状が異なり、さらに、前記両端部の断面２次モーメントをＩとしたとき、前記中央部の断面２次モーメントがＩより大きく設定されていることを特徴とする。

前記ドアビームの具体的形態として、（１）中央部の断面２次モーメントを大きくするため、ドアの厚み深さ方向にみたときの中央部の高さを両端部の高さより大きく設定すること、（２）短尺のアルミニウム合金押出形材の数は少なくとも３つであること、（３）長尺形材と短尺のアルミニウム合金押出形材を、例えばかしめや接着により接合して長さ方向にずれないようにすること、等が挙げられる。
また、長尺形材としては、形鋼（プレス成形した形鋼や圧延形鋼）又はアルミニウム合金押出形材が望ましく、短尺のアルミニウム合金押出形材の材質、合金種を変えることもできる。

本発明によれば、長さ方向の中央部の曲げ剛性を大きくし、ドアビーム全体の重量低減を図ることができる。

以下、図１〜図４を参照して、本発明に係るドアビームについてより具体的に説明する。
図１（ａ）に示すドアビーム１は、４つのアルミニウム合金押出形材を組み合わせたものであり、両端に取付部２ａが形成された長尺のアルミニウム合金押出形材２（以下、形材２という）、形材２の長手方向に沿って一列に嵌合した短尺のアルミニウム合金押出形材３〜５（以下、それぞれ形材３、形材４、形材５という）からなる。長尺の形材２と短尺の形材３〜５は２カ所で長手方向に沿って嵌合し、この例では４つの形材２〜５は各々はいずれも開断面であるが、嵌合した形材２と形材３〜５により構成される断面は中空の閉断面となる。嵌合後、形材２と形材３〜５をかしめや接着により接合して、長さ方向にずれないようにするのが望ましい。

このドアビーム１において、両端部の形材３，５は同じ断面形状とされ、中央部の形材４の断面形状は両端部の形材３，５と比べドアの厚み深さ方向（水平面内）の高さｈが高く設定される。これにより、両端部の形材の３，５の断面２次モーメントをＩｅとしたとき、中央部の形材４の断面２次モーメントＩｃをＩｅより大きく設定することができる。ただし、Ｉｃは２Ｉｅより小さく設定することが望ましい。これは、中央部の形材４の断面２次モーメントＩｃが高くなるとその曲げ剛性が高くなり初期剛性が高くなるが、これが高すぎると中央部の曲げ剛性に両端部の形材３，５が追随できず、境界部で断面崩壊や破断を生じるからである。なお、Ｉｃ＝Ｉｅでは均一断面と同じになり、結果として重量軽減効果がなくなる。
一方、短尺の形材３〜５の合計長さをＬとしたとき、中央部の形材４の長さＬｃは（３／８〜５／８）Ｌの範囲に設定するのが望ましい。これは、Ｌｃを小さくする方が重量低減を図ることができるが、これが小さすぎると中央部の形材４と両端部の形材３，５との境界部が曲げに耐えられなくなり、断面崩壊や破断を生じるからであり、大きすぎると均一断面に近くなり重量軽減効果が少なくなるからである。

なお、形材４の断面２次モーメントＩｃを高くする方法として、図１のようにドアの厚み深さ方向の高さを高くする方法と、上下方向（鉛直面内）に幅広くする方法がある。前者は、重量増を最小限にしつつ断面２次モーメントを上げる効果が大きく、また、図２及び図３に示すように、均一断面のものに比べ、ドアのアウターパネル６とドアビームのアウター側の距離が縮まる（Ｘ₀→Ｘ_１）ため、衝突時に荷重Ｐが掛かったときのドアビーム１が衝突エネルギーを吸収し始めるまでの距離、すなわち空走距離が縮まり、同じ変位量であればエネルギー吸収量が多くなる。特にドアのアウターパネル６が外向きに凸形状の場合、空走距離を縮める効果が大きい。後者は、側面衝突時に受ける荷重面を大きく取ることになるので、荷重を分散させる効果がある。いずれの方法も適宜個別に又は組み合わせて使うことができる。

図４に示すドアビームは、短尺の押出形材の各種平面視形状を示すもので、（ａ），（ｂ）は形材３と４，形材４と５の当接する端面を斜めに切断したもの、（ｃ）は中央の形材４の突出した箇所の両端を斜めに切断したもの、（ｄ）はその両方を斜めに切断したものである。形材３と４，形材４と５の当接する端面を斜めに切断することにより、両者の接触長さが増し、両者が一体として変形しやすくなる利点がある。また、中央の形材４の突出した箇所の両端を斜めに切断することにより、長手方向の断面２次モーメントの変化、すなわち曲げ剛性の変化を緩和し、境界部での断面崩壊や破断の発生を抑制することができる。（ｄ）のようにすれば、両方の利点を享受できる。

長尺の形材２は、インナー側に位置するので、衝突時は曲げの引張側となり、破断しやすいため、短尺の形材３〜５より延性の高い材料が望ましい。その意味で、アルミニウム合金押出形材であれば繊維状組織を有することが望ましい。あるいは、形材２として絞り性の高い鋼板の成型品にすることもできる。その場合、アルミニウム合金押出形材からなる短尺の形材３〜５との接合には、電食を防止するため、亜鉛メッキ鋼板を用いたり、構造接着剤を塗布して直接接触する部分を少なくすることが望ましい。このような接着剤による接合はせん断部の接合強度を稼ぐ効果もある。

図１に示すように長尺のアルミニウム合金押出形材２を車体側（通常、ドアのインナーパネル側）への取付に直接使用する場合（ブラケットレス）、加工性及び耐ＳＣＣ（対応力腐食）性の観点から６０００系アルミニウム合金からなるのが望ましい。また、人工時効した強度の強い状態（Ｔ５，Ｔ６）より、焼き入れ後状態（Ｔ１，Ｔ４）の方が望ましく、また繊維状組織であることが望ましい。取り付ける車体側がアルミニウムの場合、溶接も考えられるが、溶接性の観点からも繊維状組織の方がよい。
なお、これまで短尺のアルミニウム合金押出形材が３つの例のみ示したが、長さＬの範囲内における中央部の形材４を複数個で形成することも可能である。

ドアビームの平面図（ａ）及び各部の断面図（ｂ）である。ドア内部に装着したドアビームの平面図である。同じくドア内部に装着したドアビームの平面図である。他の形態のドアビームの平面図である。

符号の説明

１ドアビーム
２長尺の形材
３〜５短尺の形材
６ドアのアウターパネル
７ドアのインナーパネル

Claims

ベースになる長尺形材の長手方向に沿って複数の短尺のアルミニウム合金押出形材が一列に嵌合し、かつ短尺のアルミニウム合金押出形材の端面同士が互いに当接し、嵌合した長尺形材と短尺のアルミニウム合金押出形材の間に中空断面が構成され、さらに前記長尺形材の両端に取付部が形成されたドアビームにおいて、短尺のアルミニウム合金押出形材が斜めに切断された端面で互いに当接し、短尺のアルミニウム合金押出形材の合計長さをＬとしたとき、長さＬの範囲内において両端部の断面形状と中央部の断面形状が異なり、さらに、前記両端部の断面２次モーメントをＩとしたとき、前記中央部の断面２次モーメントがＩより大きくされていることを特徴とするドアビーム。
ドアの厚み深さ方向にみたときの中央部の高さが両端部の高さより大きく設定されていることを特徴とする請求項１に記載されたドアビーム。
前記中央部と両端部を形成する合計３つの短尺のアルミニウム合金押出形材を前記長尺形材に嵌合させたことを特徴とする請求項１又は２に記載されたドアビーム。
長尺形材と短尺のアルミニウム合金押出形材を接合して長さ方向のずれを防止したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載されたドアビーム。
長尺形材が形鋼又はアルミニウム合金押出形材からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載されたドアビーム。