JP2008279910A - 骨格部品 - Google Patents

Abstract

【課題】車両を構成する構成ユニットの骨格になる骨格部品に関し、低コストで簡単に得ることができる、十分な強度や剛性を持った骨格部品を提供することを目的とする。
【解決手段】車両を構成する構成ユニット１の骨格になる骨格部品１１において、鋳造成形された鋳造部材１１１と、鋳造部材１１１によって鋳ぐるまれた、鋳造部材１１１の材料よりも機械的性質が優れた金属材料からなる補強部材１１２とを備えたことを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、車両を構成する構成ユニットの骨格になる骨格部品に関する。

車両の衝突時に乗員が傷付くことを少しでも抑えるため、車両には所定の規格で規定された強度が要求される。また、車両の走行時には車両に曲げモーメントやねじりモーメントが加わるため、車両の曲げ剛性やねじり剛性を高めておくことも要求される。さらには、車両のドアモジュールではドアの強度や剛性がドアを閉めたときの音に影響するため、ドアを閉めたときに高級感ある重厚な音が生じるようにドアの強度や剛性を高めておくことが望ましく、ドアモジュール以外の車両を構成する構成ユニットでも、耐久性等の面からしても強度や剛性を高めておくことが望ましい。

ここでは、これまでに提案されている、自動車の側面衝突時を考慮して車両の強度を高める技術を一例として説明する。自動車のドアモジュールは、パネル状のドアと枠状のドアフレームとヒンジ機構等を有する。４ドアの自動車では、前側のドアモジュールにおけるドアフレームは、フロントピラー、センターピラー、フロントピラーとセンターピラーを上方で結ぶ上フレーム、およびそれらのピラーを下方で結ぶ下フレームからなるものである。また、自動車の車体の底面は、アンダーボディで覆われており、アンダーボディの縁の上にドアモジュールが取り付けられている。従来では、自動車の側面衝突時の衝撃の大半をこのアンダーボディの縁で受け止めようとしていた。ところが、近年、自動車の車高は低くなる傾向にあり、アンダーボディと地面との高さ（最低地上高）が低くなってきている。最低地上高が低くなると、自動車の側面衝突時には、ドアモジュールに衝撃が加わりやすくなり、ドアモジュールの強度を高めることが必要になってくる。

そこで、ドアのアウターパネルの外側面に自動車の前後方向に延びる補強部材をネジ止めし、その補強部材をサイドプロテクションモールとしても機能させる技術が提案されている（特許文献１参照）。この特許文献１には、樹脂材料を射出して成形する際に樹脂材料によって金属部材を包み込ませ、樹脂と金属部材を一体化させた補強部材を用いることが開示されている。しかしながら、サイドプロテクションモールとしても機能させるために樹脂材料を用いている点で、強度を高めるといっても一定の限界がある。

また、ドアフレームのフロントピラーには、金属製のパイプ部材（例えば、特許文献２等参照）や、中空になるように金属板を貼り合わせ部材（例えば、特許文献３等参照）が用いられているが、自動車の側面衝突時を考慮して、フロントピラーの強度を高める技術が知られている。

図１は、フロントピラーの強度を高めた従来例を示す図である。

図１に示すフロントピラー９は、プレス加工によって成形されたプレス部材９１と、補強部材９２を有する。プレス部材９１には、補強部材９２を収容する凹部９１１が設けられている。補強部材９２は金属製のパイプであり、プレス部材９１に溶接されている。なお、プレス部材９１と補強部材９２とが互いに異種材料からなるものであると、溶接が困難になることから、プレス部材９１と補強部材９２は同一材料からなるものである。

図１に示す従来例では、補強部材９２をプレス部材９１に、補強部材９２の全長にわたって溶接すると、補強部材９２とプレス部材９１の連続性が高められ強度が向上するがコスト高になり、反対にコストを抑えるためにスポット的な溶接を行うと強度が低下してしまうといった欠点がある。また、凹部９１１の、補強部材９２が収容されて残った隙間が狭いと、溶接作業が困難になるといった欠点もある。
特許第３６９９１８６号公報（段落００２９および段落００３３） 特開昭６１−１８１７２２号公報（第５図） 特開昭６１−１１０６１８号公報（第３図）

本発明は上記事情に鑑み、低コストで簡単に得ることができる十分な強度や剛性を持った骨格部品を提供することを目的とするものである。

上記目的を解決する本発明の骨格部品は、車両を構成する構成ユニットの骨格になる骨格部品において、
鋳造成形された鋳造部材と、
上記鋳造部材によって鋳ぐるまれた、その鋳造部材の材料よりも機械的性質が優れた金属材料からなる補強部材とを備えたことを特徴とする。

ここにいう機械的性質とは、ＪＩＳ Ｚ２２４１（１９９８）に規定された金属材料引張試験方法に基づく引張り強さ、耐力、伸び、これらのパラメータから求まるヤング率（縦弾性係数）、ＪＩＳ Ｚ２２７３（１９７８）に規定された金属材料の疲れ試験方法通則に基づく時間強さ、疲れ強さ、およびＪＩＳ Ｚ２２４２（２００５）に規定された金属材料のシャルピー衝撃試験方法に基づく吸収エネルギーのパラメータのうちの少なくとも一つのパラメータの値によって決まる。

本発明によれば、上記補強部材が上記鋳造部材によって鋳ぐるまれたものであることから、低コストで簡単に得ることができる。また、上記鋳造部材は金属材料からなるものであるため、十分な強度や剛性を持った骨格部品になる。

さらに、抜け勾配さえ考慮しておけば上記鋳造部材の形状を様々な形状にすることができ、本発明の骨格部品の適用範囲は広い。例えば、いわゆるホワイトボディの部品（フレーム状のフロントエンドモジュールや板状のルーフ等）に本発明を適用することもできるし、ドアモジュールといった構成ユニットの骨格になる骨格部品（自動車のフロントピラー（Ａピラー）、センターピラー（Ｂピラー）、又はリアピラー（Ｃピラー）等）に適用することもできるし、シート等の構成ユニットの骨格になる骨格部品に適用することもできる。

ここで、上記鋳造部材は、アルミニウム合金を鋳造成形したものであってもよいしマグネシウム合金を鋳造成形したものであってもよい。

上記補強部材は、鉄合金からなるものであってもよいし、アルミニウム合金からなるものであってもよいし、マグネシウム合金からなるものであってもよい。

また、上記補強部材は、柱状あるいは筒状のものであってもよい。

さらに、上記補強部材は、鋳造成形されたものであってもよいが、鋳造成形とは異なる方法で成形されたものであることが好ましい。

ここにいう鋳造成形とは異なる方法とは、例えば、押し出し成形や、金属板を曲げ加工して成形する方法があげられる。車両の衝突時に、鋳造品は割れやすく、押し出し成形されたものや金属板を曲げ加工して成形されたものは曲がりやすい。そのため、上記鋳造部材と上記補強部材とを成形方法が異なるものにしておくことで車両の衝突時に各部材に生じる損傷の種類が異なり、割れやすい上記鋳造部材が分離することが、上記鋳造部材に鋳ぐるまれた上記補強部材によって抑えられ、乗員の安全性が高められる。

また、本発明の骨格部品において、上記補強部材が、上記鋳造部材によって鋳ぐるまれた部分と、その鋳造部材から突出した突出部とを有するものであることが好ましい。

こうすることで、上記突出部を、他の部品との接続部として用いることができる。

さらに、本発明の骨格部品において、上記鋳造部材は、上記補強部材を鋳ぐるんだ鋳ぐるみ部に連なる補強リブを有するものであることも好ましい態様の一つである。

この態様によれば、より十分な強度や剛性を持った骨格部品になる。しかも、鋳造成形において上記補強リブを一体成形することは容易なことである。

また、本発明の骨格部品において、上記鋳造部材は、開口が設けられた部位におけるその開口のコーナ部近傍に取り付けられるものであって、
上記補強部材は、上記コーナ部近傍を補強するものであってもよい。

上記コーナ部近傍は応力が集中しやすく強度や剛性が不足しがちであるため有益である。

さらにまた、本発明の骨格部品において、上記補強部材が、所定方向に向かって延びた長手部材であり、途中から枝分かれした分岐部を有するものであることも好ましい。

こうすることで、容易に、複数方向に補強を行うことができる。

本発明によれば、低コストで簡単に得ることができる十分な強度や剛性を持った骨格部品が提供される。

以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図２は、本発明の一実施形態を適用したドアモジュールを示す斜視図である。

図２に示すドアモジュール１は、４ドアの自動車を構成する構成ユニットの一つであり、枠状のドアフレーム１０とパネル状のドア２０と不図示のヒンジ機構を有する。この図２には、自動車の室内側（インナー側）から見たドアモジュール１が示されている。

ドアフレーム１０は、フロントピラー（Ａピラー）１１と、センターピラー（Ｂピラー）１２と、フロントピラー１１とセンターピラー１２を上方で結ぶ「く」の字状の上フレーム１３と、それらのピラー１１，１２を下方で結ぶこの図２では図示省略した直線状の下フレームからなるものである。ドアフレーム１０を構成するこれらの構成部品それぞれは、ドアモジュール１の骨格になる骨格部品に相当する。

ドア２０は、ともに金属板であるアウターパネル２１とインナーパネル２２を２枚重ねたものである。これらのアウターパネル２１やインナーパネル２２も、ドアモジュール１の骨格になる骨格部品に相当する。アウターパネル２１とインナーパネル２２それぞれには、窓になる台形状の開口２０ａが設けられている。この開口２０ａの、下側であって自動車の前後方向における前側になるコーナ部近傍には、コーナ部品２３が取り付けられている。すなわち、図２に示すドア２０のインナーパネル２２はコーナ部品２３を有するものであり、このコーナ部品２３はインナーパネル２２に溶接若しくはリベット止めされている。アウターパネル２１の、このコーナ部品２３が溶接された部分の反対側になる部分には、不図示のドアミラーが取り付けられる。

図２に示すフロントピラー１１やセンターピラー１２やインナーパネル２２は、本発明の一実施形態に相当するものである。

ここではまず、図２に示すフロントピラー１１について詳述する。

図３は、図２に示すフロントピラーを拡大して示す図であり、図４は、図３に示すＡ−Ａ’破断線に沿って断面したときの斜視図である。

図３および図４に示すフロントピラー１１は、鋳造部材１１１と補強部材１１２を有する。この鋳造部材１１１は、アルミニウム合金を鋳造成形したものであるが、マグネシウム合金を鋳造成形したものであってもよい。この鋳造部材１１１には、補強部材１１２を収容する凹部１１１１が設けられている。

図３及び図４に示す補強部材１１２はステンレス鋼製のパイプである。この補強部材１１２に用いられたステンレス鋼は、鋳造部材１１１に用いられたアルミニウム合金よりも機械的性質に優れた材料である。すなわち、ＪＩＳ Ｚ２２４１（１９９８）に規定された金属材料引張試験方法に基づく引張り強さ、耐力、伸び、これらのパラメータから求まるヤング率（縦弾性係数）、ＪＩＳ Ｚ２２７３（１９７８）に規定された金属材料の疲れ試験方法通則に基づく時間強さ、疲れ強さ、およびＪＩＳ Ｚ２２４２（２００５）に規定された金属材料のシャルピー衝撃試験方法に基づく吸収エネルギーのパラメータのうちの少なくとも一つのパラメータの値について、上記ステンレス鋼の方が上記アルミニウム合金よりも優れた値である。なお、補強部材１１２に用いる金属材料は、鋳造部材１１１に用いられた材料よりも機械的性質に優れた材料であれば特に限定されず、様々な金属材料（例えば、アルミニウム合金やマグネシウム合金等）を用いることができる。また、補強部材１１２は、パイプ状に限らず、内部が詰まった柱状であってもよく、補強部材１１２には、板材、角材、Ｃ断面材、Ｉ断面材等も使用することができる。

この補強部材１１２は、鋳造部材１１１によって鋳ぐるまれており、鋳造部材１１１と補強部材１１２は一体化している。このため両者（１１１，１１２）の連続性が高められ、フロントピラー１１の強度が向上している。

また、図４に示すように、補強部材１１２は、鋳造部材１１１によって鋳ぐるまれた部分１１２１と、鋳造部材１１１から突出した突出部１１２２を有する。すなわち、パイプ状の補強部材１１２の両端部分は鋳造部材１１１から突出している。ここで、図２に示す上フレーム１３や図示省略した下フレームは、ステンレス鋼板をプレス加工することによって成形された骨格部品である。したがって、上フレーム１３側に突出した突出部１１２２と上フレーム１３は互いに同じ材料であり、両者（１１２２，１３）は溶接されている。また、下フレーム側に突出した図４に示す突出部１１２２と不図示の下フレームも溶接されている。このように、突出部１１２２は、他の部品との接続部として用いることができる。また、上フレーム１３や下フレームの材質が突出部１１２２の材質と仮に異なっていたとしても、上フレーム１３や下フレームが鋳造部材１１１の材質と同じであれば、上フレーム１３や下フレームを鋳造部材１１１に突き合わせることでフロントピラー１１との溶接を行うことができる。したがって、上フレーム１３や下フレームの材質が、突出部１１２２か鋳造部材１１１かのいずれか一方の材質と同じであれば、フロントピラー１１と溶接することができ、上フレーム１３や下フレームの材料選択の余地が拡がる。さらに、上フレーム１３や下フレームの形状を、突出部１１２２と嵌め合う形状にしておくことで、突出部１１２２は上フレーム１３や下フレームの位置決めにも用いることができる。ただし、突出部１１２２は補強部材１１２における必須の構成要素ではなく、補強部材１１２から突出部１１２２を省略し、鋳造部材１１１によって鋳ぐるまれた部分１１２１のみとしてもよい。

また、図４には、鋳造部材１１１における、補強部材１１２を鋳ぐるんだ鋳ぐるみ部１１１２が示されている。この図４に示すように、鋳ぐるみ部１１１２の肉厚は、軽量化のため最低限の厚さに抑えられており、凹部１１１１内の空間が鋳ぐるみ部１１１２によって満たされていない。

図３に示すフロントピラー１１は、補強部材１１２が鋳造部材１１１によって鋳ぐるまれたものであることから、低コストで簡単に得ることができる。また、鋳造部材１１１はアルミニム合金からなるものであるため、フロントピラー１１は、十分な強度や剛性を持った骨格部品になる。

さらに、補強部材は、鋳造成形とは異なる方法で成形されたものであることが好ましく、図２に示す補強部材１１２は、ステンレス鋼板を曲げ加工してパイプ状に溶接したものである。なお、補強部材１１２は、押し出し成形によって成形されたものであってもよい。自動車の側面衝突時に、鋳造品は割れやすく、金属板を曲げ加工して成形されたものや押し出し成形されたものは曲がりやすい。そのため、鋳造部材１１１と補強部材１１２とを成形方法が異なるものにしておくことで、衝突時に各部材１１１，１１２に生じる損傷の種類が異なり、割れやすい鋳造部材１１１が分離することが、鋳造部材１１１に鋳ぐるまれた補強部材１１２によって抑えられ、乗員の安全性が高められる。

次に、図３および図４に示すフロントピラー１１の変形例について説明する。以下の変形例の説明では、これまで説明したことと重複する説明は省略し、図３および図４に示すフロントピラーの構成要素の名称と同じ名称の構成要素には、これまで用いた符号と同じ符号を付して説明する。

図５は、図３および図４に示すフロントピラー１１の変形例を図４と同じように示した図である。

図５にも図４と同様、フロントピラー１１の鋳造部材１１１における、補強部材１１２を鋳ぐるんだ鋳ぐるみ部１１１２が示されている。この変形例における鋳造部材１１１は、この鋳ぐるみ部１１１２に連なる補強リブ１１１３を有する。図５に示す補強リブ１１１３は、凹部１１１１内に鋳ぐるまれた補強部材１１２が延びる方向に向かってジグザグに設けられており、鋳造部材１１１を鋳造成形する際に一体成形されたものである。鋳造成形において図５に示す補強リブ１１１３を一体成形することは容易なことである。この変形例によれば、フロントピラー１１は、この補強リブ１１１３によってより十分な強度や剛性を持った骨格部品になる。

図２に示すセンターピラー１２についても、フロントピラー１１と形状を異にするだけであり、図２に示すように、センターピラー１２も、フロントピラー１１における鋳造部材１１１の材料と同じアルムニウム合金を鋳造成形した鋳造部材１２１と、フロントピラー１１における補強部材１１２の材料と同じステンレス鋼製のパイプである補強部材１２２とを有し、その補強部材１２２は、鋳造部材１２１によって鋳ぐるまれている。したがって、図２に示すセンターピラー１２も、低コストで簡単に得ることができる十分な強度や剛性を持った骨格部品である。

なお、フロントピラー１１から上フレーム１３を介してセンターピラー１２までを、一体の鋳造部材と一本のパイプ状の補強部材とで構成し、この一体の鋳造部材によって一本のパイプ状の補強部材を鋳ぐるんだ態様にしてもよい。また、フロントピラー１１やセンターピラー１２と同様に、リアピラー（Ｃピラー）にも本発明を適用することができる。

続いて、本発明の一実施形態に相当するもう一つの図２に示すインナーパネル２２について説明する。

図６は、図２に示すインナーパネルに取り付けられたコーナ部品の全体を拡大して示した斜視図である。

図６に示すコーナ部品２３は、鋳造部材２３１と補強部材２３２を有する。図６に示す鋳造部材２３１もアルミニウム合金を鋳造成形したものであり、同じく図６に示す補強部材２３２もステンレス鋼製のパイプである。ここで補強部材２３２に用いられたステンレス鋼も、鋳造部材２３１に用いられたアルミニウム合金よりも上述と同様な意味で機械的性質に優れた材料である。また、この補強部材２３２も、鋳造部材２３１によって鋳ぐるまれており、鋳造部材２３１と補強部材２３２も一体化し、このコーナ部品２３が取り付けられた図２に示すインナーパネル２２の強度も向上している。特に、このコーナ部品２３が取り付けられたコーナ部近傍は応力が集中しやすく強度や剛性が不足しがちであるため、図６に示すコーナ部品２３は有益である。

なお、これまで説明したコーナ部品２３と同様な構成の部品を、インナーパネル２２における他のコーナ部近傍に取り付けてもよい。

また、図６に示す鋳造部材２３１は、軽量化のため内部が大きくくり抜かれた容器状の形状をしている。さらに、図６に示す補強部材２３２は分岐部２３２ｓを有する。すなわち、分岐部２３２ｓは、斜めに延びた長尺部２３２ｍの途中から下方に向かって延びている。この長尺部２３２ｍにも分岐部２３２ｓにも、鋳造部材２３１によって鋳ぐるまれた部分２３２１と、鋳造部材２３１から突出した突出部２３２２が設けられている。このため、図２に示すインナーパネル２２は異なる２方向で補強されている。

次に、本発明の適用例をいくつか説明する。

図７は、自動車のいわゆるホワイトボディの一例を示す図である。

図７に示すホワイトボディ５は自動車の骨格であり、様々な骨格部品を組み合わさせて構成されている。本発明は、ホワイトボディ５の中で強度や剛性を高めたい骨格部品に広く適用させることができ、例えば、フレーム構成のフロントエンドモジュール５１を構成する部品や、パネル構成のルーフ５２と称されるもの等にも本発明を適用することができる。

図８は、本発明を、パネル構成のルーフに適用した一例を示す図である。

図８に示すルーフ５２は、図７に示すルーフと上下反対に示されている。すなわち、図８の上方が自動車の室内側（インナー側）になり、下方がアウター側になる。この図８に示すルーフ５２は、パネル状の鋳造部材５２１と、その鋳造部材５２１のインナー側の面５２１ｉに対角線状に設けられた補強部材５２２とを有する。。図８に示すパネル状の鋳造部材５２１もアルミニウム合金を鋳造成形したものであり、同じく図８に示す「Ｘ」字状の補強部材５２２もステンレス鋼製のパイプである。ここでも補強部材５２２に用いられたステンレス鋼は、鋳造部材５２１に用いられたアルミニウム合金よりも上述と同様な意味で機械的性質に優れた材料である。また、この補強部材５２２も、鋳造部材５２１によって鋳ぐるまれており、パネル状の鋳造部材５２１と「Ｘ」字状の補強部材５２２も一体化し、図８に示すパネル５２の強度も向上している。この図８に示す適用例では、鋳造部材５２１に補強部材５２２を収容する凹部を設けることなく、補強部材５２２が鋳造部材５２１に鋳ぐるまれると、鋳造部材５２１のインナー側の面５２１ｉからインナー側に向かって突出した形状になる。

さらに、本発明は、車両を構成する内装ユニットの骨格になる骨格部品にも適用することができる。例えば、シートユニットの骨格になる骨格部品に、本発明を適用してもよい。

以上説明したように、本発明によれば、低コストで簡単に得ることができる十分な強度や剛性を持った骨格部品が提供される。

フロントピラーの強度を高めた従来例を示す図である。 本発明の一実施形態を適用したドアモジュールを示す斜視図である。 図２に示すフロントピラーを拡大して示す図である。 図３に示すＡ−Ａ’破断線に沿って断面したときの斜視図である。 図３および図４に示すフロントピラー１１の変形例を図４と同じように示した図である。 図２に示すインナーパネルに取り付けられたコーナ部品の全体を拡大して示した斜視図である。 自動車のいわゆるホワイトボディの一例を示す図である。 本発明を、パネル構成のルーフに適用した一例を示す図である。

符号の説明

１ ドアモジュール
１０ ドアフレーム
１１ フロントピラー
１２ センターピラー
２０ ドア
２２ インナーパネル
２３ コーナ部品
５２ ルーフ
１１１，１２１，２３１，５２１ 鋳造部材
１１２，１２２，２３２，５２２ 補強部材
１１２２，２３２２ 突出部
１１１３ 補強リブ
２３２ｓ 分岐部

Claims (6)

1. 車両を構成する構成ユニットの骨格になる骨格部品において、
   鋳造成形された鋳造部材と、
   前記鋳造部材によって鋳ぐるまれた、該鋳造部材の材料よりも機械的性質が優れた金属材料からなる補強部材とを備えたことを特徴とする骨格部品。
2. 上記補強部材が、鋳造成形とは異なる方法で成形されたものであることを特徴とする請求項１記載の骨格部品。
3. 前記補強部材が、前記鋳造部材によって鋳ぐるまれた部分と、該鋳造部材から突出した突出部とを有するものであることを特徴とする請求項１記載の骨格部品。
4. 前記鋳造部材は、前記補強部材を鋳ぐるんだ鋳ぐるみ部に連なる補強リブを有するものであることを特徴とする請求項１記載の骨格部品。
5. 前記鋳造部材は、開口が設けられた部位における該開口のコーナ部近傍に取り付けられるものであって、
   前記補強部材は、前記コーナ部近傍を補強するものであることを特徴とする請求項１記載の骨格部品。
6. 前記補強部材が、所定方向に向かって延びた長手部材であり、途中から枝分かれした分岐部を有するものであることを特徴とする請求項１又は５記載の骨格部品。

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