JP2010132065A - 車体骨格材構造 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数を抑えながら車体骨格材のねじり剛性を向上させること。
【解決手段】上側インナパネル材１１１、下側インナパネル材１１２、上側アウタパネル材１２１、下側アウタパネル材１２２を結合させて中空柱状に形成されたサイドシル１の構造であって、各パネル材１１１，１１２，１２１，１２２に、高剛性方向が所定方向を向いた異方性材料が用いられ、各パネル材１１１，１１２，１２１，１２２の高剛性方向が、サイドシル１の長手方向である車両前後方向に対して上下方向に斜めに傾けて設定されているとともに、上側インナパネル材１１１および下側アウタパネル１２２の高剛性方向が、下側インナパネル材１１２および上側アウタパネル１２１の高剛性方向に対して交差方向に設定されていることを特徴とする構造とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車の車体骨格材構造に関する。

従来、自動車の車体には、サイドメンバ、サイドシル、センタピラーなどの骨格材が用いられている。このような車体骨格材は、高剛性であることが求められている。
そこで、車体骨格材に補強部材を設けて、ねじり剛性を高める技術が、例えば、特許文献１などにより知られている。
この特許文献１には、サイドシルとセンタピラーとの交差部分に、サイドシルの断面を横断する閉塞断面形状の補強ビームを溶接して、ねじり剛性を高める技術が記載されている。
特開平０８−２０３６３号公報

しかしながら、上述のような車体骨格材の内部に補強部材を設ける技術では、補強部材を設ける分だけ、部品点数増、重量増、製造工程数の増加を招いていた。

本発明は、上述の従来の問題点に着目して成されたもので、部品点数を抑えながら車体骨格材のねじり剛性を向上させることを目的としている。

前記目的を達成するため本発明の車体骨格材構造は、骨格部材を形成する複数の金属パネル材のうちの第１の金属パネル材に、高剛性方向が所定方向を向いた異方性材料を用い、かつ、前記高剛性方向を、骨格部材の長手方向に対して斜めに傾けた方向に設定するとともに、第２の金属パネル材の高剛性方向を、第１の金属パネル材の前記高剛性方向に対して交差方向に設定した。

第１の金属パネル材の高剛性方向と第２の金属パネル材の高剛性方向とを、車体骨格材の長手方向に対して斜めに傾向けたため、車体骨格材に異方性材料を用いないものと比較して、車体骨格材の長手方向を軸としたねじり剛性が向上する。
しかも、第１の金属パネル材の高剛性方向と第２の金属パネル材の高剛性方向とを交差方向に設定したため、前記長手方向を軸とするねじり方向の剛性を、正逆いずれのねじり方向にも向上させることができる。よって、車体骨格材のねじり剛性を、いっそう高くできる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
本発明の実施の形態の車体骨格材構造は、少なくとも第１および第２の金属パネル材を含む複数の金属パネル材（１１１，１１２，１２１，１２２）を結合させて中空柱状に形成された車体骨格材構造であって、前記複数の金属パネル材（１１１，１１２，１２１，１２２）に、高剛性方向が所定方向を向いた異方性材料が用いられ、前記第１の金属パネル材（１１１，１２２）の前記高剛性方向が、前記車体骨格部材の長手方向に沿う方向に対して斜めに傾けて設定されているとともに、前記第２の金属パネル材（１１２，１２１）の前記高剛性方向が、前記第１の金属パネル材（１１１，１２２）の前記高剛性方向に対して交差方向に設定されていることを特徴とする車体骨格材構造である。

図１〜図９に基づき、この発明の最良の実施の形態の実施例１の車体骨格材構造について説明する。

この実施例１の車体骨格材構造は、図２に示す車体ＢＤのサイドシル１に適用されている。このサイドシル１は、フロアパネル２の車幅方向両側縁部において車両前後方向（図において矢印ＦＲが車両前方を示し、矢印ＵＰが車両上方を示し、矢印ＯＵＴが車幅方向で車外方向を示す）に延在された車体骨格材である。

また、車両左右に配置されたサイドシル１の間には、フロアパネル２に沿って複数のクロスメンバ３，３が設けられている。さらに、サイドシル１の車両前後方向中間部から、センタピラー４が立ち上げられている。
このセンタピラー４の下部に、シートベルト装置５の巻取装置５１が内蔵されている。この巻取装置５１から引き出されたウエビング５２は、センタピラー４の上部に設けられたリング部材５３に挿通されて下方に折り返されて、サイドシル１に結合されたシートベルトアンカ（支持部材）５４に連結されている。
また、ウエビング５２には、タング５５が設けられており、図３に示すように、タング５５を、フロアパネル２から延びる別のウエビング５６の先端のバックル５７に係合させて、シートベルト装置５が、乗員ＭＮを拘束した状態となる。

次に、サイドシル１の構造の詳細について説明する。
サイドシル１は、図４に示す断面略ハット状に形成された金属パネル材であるシルインナパネル１１と、図５に示す断面略ハット状に形成された金属パネル材であるシルアウタパネル１２とを、備えている。そして、サイドシル１は、このシルインナパネル１１とシルアウタパネル１２とを、上下両端の結合フランジ部１１ｆ，１２ｆどうしでスポット溶接して形成されている。

シルインナパネル１１は、図１に示すように、上側インナパネル材（第１の金属パネル材）１１１の縦壁部１１１ａ下端縁部と、下側インナパネル材（第２の金属パネル材）１１２の縦壁部１１２ａの上端縁部とを、レーザ溶接部ＬＺ１（図４参照）においてレーザ溶接により結合させて形成されている。
同様に、シルアウタパネル１２も、上側アウタパネル材（第２の金属パネル材）１２１の縦壁部１２１ａの下端縁部と、下側アウタパネル材（第１の金属パネル材）１２２の縦壁部１２２ａの上端縁部とを、レーザ溶接部ＬＺ２（図５参照）においてレーザ溶接により結合させて形成されている。

これら上側インナパネル材１１１、下側インナパネル材１１２、上側アウタパネル材１２１、下側アウタパネル材１２２には、異方性鋼板が用いられている。
この異方性鋼板は、所定方向だけに剛性および強度が高い性質を有した鋼板である。
図６は、この異方性鋼板の剛性および強度の強さの方向の説明図である。通常、鉄の原子ａは、主に体心立方格子構造を有しているが、異方性鋼板では、図示のように、原子ａ，ａ間の距離が密な方向と疎な方向を有した原子配列となっている。
このため、原子ａ，ａ間の距離が密な矢印Ａ方向が最も剛性および強度が高く、次に、矢印Ａ方向に直交する矢印Ｂ方向、矢印Ａ方向に斜めの矢印Ｃ方向の順で、剛性および強度が高くなる。

本実施例１では、シルインナパネル１１を形成する上側インナパネル材１１１は、その最も剛性および強度が高い方向（以下、この方向を高剛性方向と称する）が、縦壁部１１１ａにおいて矢印Ｇ１１方向を向くように設定されている。すなわち、上側インナパネル材１１１の縦壁部１１１ａの高剛性方向は、サイドシル１の長手方向である車両前後方向に対して傾斜した方向である車両前上方向を向くように設定されている。なお、前述したシートベルトアンカ５４は、この上側インナパネル材１１１に結合されている。
一方、下側インナパネル材１１２の縦壁部１１２ａにおける高剛性方向が、矢印Ｇ１２に示す方向、すなわち上側インナパネル材１１１の高剛性方向（Ｇ１）と略直角に交差する方向である車両前下方向に設定されている。

さらに、シルアウタパネル１２では、上側アウタパネル材１２１では、縦壁部１２１ａにおける高剛性方向が、矢印Ｇ２１に示す方向、すなわち上側インナパネル材１１１の高剛性方向と略直角に交差する方向である、車両前下向きに設定されている。
一方、下側アウタパネル材１２２の縦壁部１２２ａにおける高剛性方向は、矢印Ｇ２２に示す方向、すなわち上側アウタパネル材１２１および下側インナパネル材１１２の高剛性方向に略直角に交差する方向である車両前上向きに設定されている。

次に、実施例１の作用について説明する。
（製造時）
シルインナパネル１１およびシルアウタパネル１２と同様の図７（ａ）に示すような略ハット断面状のパネル材Ｐをプレス成形した場合、このパネル材Ｐには、図７（ｂ）に示すように弾性変形で元の状態に戻ろうとするスプリングバックが生じる。
このスプリングバック量は、図８に示すように、ヤング率および強度に比例し、ヤング率および強度が高くなればなるほど大きくなる。

そこで、図７に示すパネル材Ｐとして、異方性鋼板を用い、高剛性方向が矢印Ｐ１を向いていた場合、図９に示すように、上下で開き量の差が生じる。また、高剛性方向の向きを、逆にすると、図９とは逆に、上側の開き量が大きくなる。

よって、パネル材Ｐを、実施例１のシルインナパネル１１とシルアウタパネル１２とに適用し、それぞれ高剛性方向を逆向きに設定した場合、上下の開き量が異なり、上下の結合フランジ部の位置を合わせるのが難しくなる。
この場合、このような変形を考慮したプレス成形型が必要になり、型の製作に手間がかかる。

これに対し、本実施例１では、シルインナパネル１１とシルアウタパネル１２とを、それぞれ、上側インナパネル材１１１、下側インナパネル材１１２、上側アウタパネル材１２１、下側アウタパネル材１２２とに分割した構造とした。さらに、上側インナパネル材１１１と下側インナパネル材１１２とで、高剛性方向を上下対称に設定するとともに、上側アウタパネル材１２１と下側アウタパネル材１２２とで、高剛性方向を上下対称に設定し、さらに、両インナパネル材１１１，１１２とは逆向きに設定した。
このため、プレス時に上下で開き量の差が生じるのを抑制し、高い寸法安定性が得られるとともに、型の製作も容易となる。

（ねじり入力時）
サイドシル１が、その長手方向である車両前後方向を軸としたねじり入力を受けたときには、長手方向に対して斜め方向に主応力が発生する。これに対し、実施例１のサイドシル１は、この斜め方向に各パネル材１１１，１１２，１２１，１２２の高剛性方向を設定しており、かつ、上下および内外で高剛性方向を逆方向に設定しているため、異方性鋼板を用いないものと比較して、このねじりの正逆いずれの方向にも剛性が向上する。
これにより、サイドシル１のねじり剛性を、異方性鋼板を用いないものと比較して、２０％程度向上させることができた。

（シートベルト装置５からの荷重入力時）
急ブレーキ作動時に、乗員ＭＮがシートベルト装置５を装着している場合、サイドシル１では、図１に示すように、シートベルトアンカ５４において、矢印Ｆで示す車両斜め前上方に荷重が加わる。
本実施例１では、このシートベルトアンカ５４が結合されている上側インナパネル材１１１の高剛性方向が、この荷重入力方向に略一致して設定しているため、異方性鋼板を用いないものと比較して、シートベルトアンカ５４の結合部における強度が向上する。

以上説明したように、本実施例１の車体骨格材構造では、以下に列挙する効果が得られる。
ａ） サイドシル１を形成する各パネル材１１１，１１２，１２１，１２２として、異方性鋼材を用い、その高剛性方向を、サイドシル１が長手方向を軸としたねじり入力を受けたときに生じる主応力の方向である上下方向に対し斜め方向に設定した。
したがって、サイドシル１に異方性鋼板を用いないものと比較して、補強部材を設けることなく、ねじり入力に対する剛性を向上させることができた。
しかも、各パネル材１１１，１１２，１２１，１２２の高剛性方向を上下および内外で高剛性方向を逆方向の交差方向に設定しているため、このねじりの正逆いずれの方向にも剛性が向上する。
よって、補強部材を用いてねじり剛性を向上させたものと比較して、部品点数を少なくでき、重量、コスト上有利であり、設計自由度も高くなる。

ｂ）シートベルトアンカ５４の結合位置の高剛性方向を、シートベルト装置５からの荷重が入力される方向である車両前上方に設定した。
したがって、シートベルトアンカ５４からの荷重に対する強度を、補強部材を設けることなく向上でき、補強部材を用いるものと比較して、重量、コスト上有利である。

ｃ）シルインナパネル１１とシルアウタパネル１２とを、上下に分割した構造とし、各パネル材１１１，１１２，１２１，１２２の高剛性方向を上下対称とした。
したがって、プレス成形の際のスプリングバックによる開き量を、上下で差が生じるのを抑制し、高い寸法安定性が得られる。また、型の製作も容易となる。

ｄ）シルインナパネル１１とシルアウタパネル１２とは、それぞれ、上下側インナパネル材１１１，１１２と上下側アウタパネル材１２１，１２２とを結合させるのにあたり、レーザ溶接を用いるようにした。このため、スポット溶接などを用いるものと比較して、シルインナパネル１１、シルアウタパネル１２の剛性を高くできる。

（他の実施例）
以下に、他の実施例について説明するが、これら他の実施例は、実施例１の変形例であるため、その相違点についてのみ説明し、実施例１あるいは他の実施例と共通する構成については共通する符号を付けることで説明を省略する。

図１０、図１１に基づいて実施例２の車体骨格材構造について説明する。
実施例２は、実施例１と同様にサイドシル１に適用した例であって、実施例２では、シルインナパネル２０１とシルアウタパネル２０２とを、それぞれ、１枚の金属パネル材で形成した例である。

この実施例２にあっても、両パネル２０１，２０２を形成する金属パネル材として異方向性鋼材を用いている。そして、シルインナパネル２０１は、縦壁部２１１の高剛性方向を矢印Ｇ２０１に示すように、車両前方上方向に設定している。また、シルアウタパネル２０２は、縦壁部２２２の高剛性方向を、車両前方下方向であって、縦壁部２１１の高剛性方向の交差方向に設定している。

この実施例２にあっても、サイドシル１を構成するシルインナパネル１１とシルアウタパネル１２とで、高剛性方向を交差する方向に向けているため、ねじり剛性を高めることができる。加えて、高剛性方向を、シルインナパネル１１とシルアウタパネル１２とで異ならせているため、ねじり方向が正逆いずれの方向でも、剛性を高めることができる。
さらに、シートベルトアンカ５４からの荷重に対する強度を、補強部材を設けることなく向上できる。

以上、図面を参照して、本発明の実施の形態および実施例１〜２を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態および各実施例１〜２に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。

例えば、実施例１，２では、骨格部材としてサイドシルを示したが、本発明を適用する骨格部材としては、サイドシルに限定されずものではない。例えば、サイドメンバ、クロスメンバ、ピラーなどの他の骨格部材に適用することができる。また、この場合、高剛性方向は、骨格部材の長手方向に対してねじり方向に傾斜させていれば、その方向は実施例で示した方向に限定されるものではない。例えば、長手方向を車両上下方向に向けたピラーの場合、車両上下方向に対して傾斜していればよく、車両前後方向や車両左右方向に傾斜させることになる。また、サイドシルに適用する場合も、高剛性方向は、実施例１で示した方向と異なる方向に設定してもよい。

本発明の最良の実施の形態である実施例１の車体骨格材構造を適用したサイドシル１を示す分解斜視図である。 実施例１の車体骨格材構造を適用したサイドシル１を有した車体ＢＤを示す斜視図である。 実施例１の車体骨格材構造を適用したサイドシル１が支持するシートベルト装置５の装着状態を示す斜視図である。 実施例１の車体骨格材構造を適用したサイドシル１に用いたシルインナパネル１１を示す斜視図である。 実施例１の車体骨格材構造を適用したサイドシル１に用いたシルアウタパネル１２を示す斜視図である。 実施例１の車体骨格材構造を適用したサイドシル１に用いた異方性鋼板の原子構造の概略を示す説明図である。 スプリングバックにより生じるねじれ現象の説明図である。 スプリングバックの発生原理を説明する特性図である。 パネル材Ｐのプレス成形時に生じる開き角度の違いの説明図である。 実施例２の車体骨格材構造を適用したサイドシルに用いたシルインナパネル２０１を示す斜視図である。 実施例２の車体骨格材構造を適用したサイドシルに用いたシルアウタパネル２０２を示す斜視図である。

符号の説明

１ サイドシル（車体骨格材）
５ シートベルト装置
１１ シルインナパネル
１２ シルアウタパネル
５２ ウエビング
５４ シートベルトアンカ（支持部材）
１１１ 上側インナパネル材（第１の金属パネル材）
１１２ 下側インナパネル材（第２の金属パネル材）
１２１ 上側アウタパネル材（第２の金属パネル材）
１２２ 下側アウタパネル材（第１の金属パネル材）
２０１ シルインナパネル（第１の金属パネル材）
２０２ シルアウタパネル（第２の金属パネル材）
ＢＤ 車体

Claims (4)

1. 少なくとも第１および第２の金属パネル材を含む複数の金属パネル材を結合させて中空柱状に形成された車体骨格材構造であって、
   前記複数の金属パネル材に、高剛性方向が所定方向を向いた異方性材料が用いられ、
   前記第１の金属パネル材の前記高剛性方向が、前記車体骨格部材の長手方向に沿う方向に対して斜めに傾けて設定されているとともに、前記第２の金属パネル材の前記高剛性方向が、前記第１の金属パネル材の前記高剛性方向に対して交差方向に設定されていることを特徴とする車体骨格材構造。
2. 前記車体骨格部材が、車体フロアの車幅方向両端部に沿って車両前後方向に延在されたサイドシルであり、
   前記サイドシルは、車内側に配置された前記第１の金属パネル材としてのシルインナパネルと、車外側に配置された前記第２の金属パネル材としてのシルアウタパネルとを備え、
   前記シルインナパネルと前記シルアウタパネルとの一方の高剛性方向が、車両前上方に傾けられ、もう一方の高剛性方向が、車両後下方へ傾けられていることを特徴とする請求項１に記載の車体骨格材構造。
3. 前記シルインナパネルおよびシルアウタパネルは、それぞれ、上下に接合用フランジを有した略ハット断面形状に形成され、
   前記シルインナパネルが、前記第１の金属パネル材としての上側インナパネルと前記第２の金属パネル材としての下側インナパネルとに上下分割され、
   前記シルアウタパネルが、前記第２の金属パネル材としての上側アウタパネルと前記第１の金属パネル材としての下側アウタパネルとに上下分割され、
   前記上側インナパネルおよび前記下側アウタパネルの前記高剛性方向が、車両前上方と車両後下方とのいずれかに傾けられていることを特徴とする請求項１に記載の車体骨格材構造。
4. 前記シルインナパネルに、シートベルト装置のウエビングからの荷重を受け止める支持部材が設けられ、
   前記シルインナパネルにおいて前記支持部材が設置された部分の前記高剛性方向が、前記ウエビングからの荷重入力方向に向けて設定されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の車体骨格材構造。

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