JP2014125115A - 車体骨格部材 - Google Patents

Abstract

【課題】高い強度を発揮できる車体骨格部材を提供する。
【解決手段】実施形態の車体骨格部材１０は、第１の鋼材３１と第２の鋼材３２とを備えている。第１の鋼材３１は略ハット形断面を有し、稜線部４３，４５と壁部４２，４４，４６を有している。第２の鋼材３２は、稜線部５３，５５と壁部５２，５４，５６を有している。第１の鋼材３１の対向壁部４２，４６のうち一方の対向壁部４２に、稜線部４３，４５よりも加工度が小さい曲げ加工部７０が形成されている。他方の対向壁部４６にも稜線部４３，４５よりも加工度が小さい曲げ加工部７１が形成されている。稜線部４３，４５と曲げ加工部７０，７１は、それぞれ第１の鋼材３１の長手方向に延びている。稜線部４３，４５は加工硬化部８０を備えている。曲げ加工部７０，７１は焼入硬化部８１を備えている。
【選択図】図３

Description

本発明は、自動車の車体の骨格をなす例えばサイドシルやサイドメンバ、サイドルーフレール、ピラー等の車体骨格部材に関する。

自動車の車体は、サイドシルやピラー、サイドメンバ、サイドルーフレール等の車体骨格部材を含んでいる。例えば車体の下部を構成するサイドシルは、鋼材からなるサイドシルアウタおよびサイドシルインナと、必要に応じて設けるリンフォース部材（補強材）などによって構成されている。前記サイドシルアウタとサイドシルインナとは、互いのフランジ同士をスポット溶接によって結合することにより、閉断面が形成されている。

車体骨格部材は、衝突を想定した場合に入力する荷重に対し所定の衝突性能を有する必要がある。衝突性能を高める手段として、例えば特許文献１，２に記載されているように、車体骨格部材の稜線部に焼入れを行なうことが提案されている。

特開平１０−２５８７６８号公報 特開２０１１−１７８１７９号公報

車体骨格部材の稜線部に焼入れを行なうと、塑性加工によって生じた稜線部の残留ひずみが焼入れの熱によって解放されかつ焼入れ組織によって硬化する。このため焼入れを行なう稜線部では変形が生じてしまう。

従って本発明が解決しようとする課題は、稜線部等への入熱による変形を抑制しつつ、焼入れによる強度アップの相乗効果を発揮することができる車体骨格部材を提供することにある。

本発明は、第１の鋼材と第２の鋼材とを互いにフランジ部において厚さ方向に結合し、これら鋼材間に中空部が形成された車体骨格部材であって、前記第１の鋼材と第２の鋼材とが、それぞれ該車体骨格部材の長手方向に延びる複数の稜線部と各稜線部を境に曲げられた複数の壁部を有している。そしてこれら壁部のうち、互いに向かい合う一対の対向壁部に、該対向壁部の厚さ方向に曲げられかつ前記稜線部よりも加工度が小さく前記稜線部に沿って該車体骨格部材の長手方向に延びる曲げ加工部を備えている。さらに、前記複数の稜線部のうち１以上の稜線部に形成された加工硬化部と、前記複数の曲げ加工部のうち１以上の曲げ加工部に形成された焼入硬化部とを具備している。第１の鋼材の一例は、車体外側に配置される略ハット形の鋼板からなる。第２の鋼材の一例は、車体内側に配置される略ハット形の鋼板からなる。

１つの実施形態では、前記第１の鋼材に形成された一対の対向壁部のうち、一方の対向壁部に設けられた外側に凸の形状の曲げ加工部と、他方の対向壁部に設けられた内側に凹む曲げ加工部とを有し、これら曲げ加工部に前記焼入硬化部が形成されている。他の実施形態では、第１の鋼材に形成された一対の対向壁部のそれぞれに、外側に凸の形状の曲げ加工部と、焼入硬化部が形成されてもよい。あるいは第１の鋼材に形成された一対の対向壁部のそれぞれに、内側に凹む曲げ加工部と、焼入硬化部が形成されていてもよい。他の実施形態では、前記第１および第２の鋼材の互いの対向壁部にそれぞれ前記曲げ加工部が設けられ、前記第２の鋼材の前記曲げ加工部に前記焼入硬化部が形成されていてもよい。またこの実施形態において、前記第１の鋼材の前記曲げ加工部にも焼入硬化部が形成されていてもよい。

本発明によれば、車体骨格部材の稜線部に形成された加工硬化部と、稜線部間の壁部等に形成された曲げ加工部の焼入れによる強度アップの相乗効果により、入熱による変形を抑制しつつ焼入硬化部による強度の高い車体骨格部材を得ることができる。

自動車の車体を示す斜視図。 第１の実施形態に係る車体骨格部材の一部の斜視図。 図２中のＦ３−Ｆ３線に沿う車体骨格部材の断面と焼入れ装置を示す図。 第２の実施形態に係る車体骨格部材の断面図。 第３の実施形態に係る車体骨格部材の断面図。 第４の実施形態に係る車体骨格部材の断面図。 第５の実施形態に係る車体骨格部材の断面図。 第６の実施形態に係る車体骨格部材の断面図。 第７の実施形態に係る車体骨格部材の断面図。

以下に第１の実施形態に係る車体骨格部材について図１から図３を参照して説明する。図１は、自動車の車体１の一例を示している。この車体１は、車体骨格部材１０の一例である左右一対のサイドシル１１（一方のみ示す）と、サイドメンバ１２と、車体１の上部に設けられたサイドルーフレール１３と、フロントピラー１４と、センタピラー１５と、リヤピラー１６と、ルーフ部１７などを含んでいる。

サイドシル１１と、サイドメンバ１２と、サイドルーフレール１３は、それぞれ車体１の前後方向に延びている。図１に示す矢印Ｘは車体１の前後方向、Ｙは車体１の幅方向、Ｚは上下方向である。ルーフ部１７は、ルーフパネル２０と、ルーフパネル２０の下面に沿って車体１の幅方向に延びるルーフボウ２１とを含んでいる。

以下に、サイドシル１１等に適用される車体骨格部材１０の第１の実施形態について、図２と図３を参照説明する。
図２は、車体骨格部材１０を車体外側から見た斜視図である。図３は車体骨格部材１０の断面を示している。この車体骨格部材１０は、第１の鋼材３１と第２の鋼材３２とを備えている。本実施形態の第１の鋼材３１は車体外側に位置する鋼板からなり、例えばサイドシルアウタを構成している。第２の鋼材３２は車体内側に位置する鋼板からなり、例えばサイドシルインナを構成している。これら第１の鋼材３１と第２の鋼材３２は、いずれも焼入れの熱処理によって焼入れ組織（例えばマルテンサイト）を得ることが可能な鋼種である。なお、第１の鋼材３１と第２の鋼材３２は車体１の前後方向に延びている。

図３は、車体骨格部材１０の長手方向と直角な断面を示している。第１の鋼材３１は、上側のフランジ部４０と、このフランジ部４０から稜線部４１を境に車体外側に延びる第１の壁部４２と、この第１の壁部４２から稜線部４３を境に下方に延びる第２の壁部４４と、第２の壁部４４から稜線部４５を境に車体内側に向かう第３の壁部４６と、第３の壁部４６から稜線部４７を境に下方に延びる下側のフランジ部４８とを有している。すなわちこの第１の鋼材３１は、略ハット形に形成されるとともに、第２の壁部４４には、車体骨格部材１０の内側に凹む凹部４９が形成されている。

第１の壁部４２と第２の壁部４４とは、プレス等の塑性加工によって、稜線部４３を境に板厚方向に曲げられている。第２の壁部４４と第３の壁部４６も、塑性加工によって、稜線部４５を境に板厚方向に曲げられている。これら稜線部４３，４５は、車体骨格部材１０の長手方向に延びている。図２において矢印Ｘ１が車体骨格部材１０の長手方向である。

第２の鋼材３２は、上側のフランジ部５０と、このフランジ部５０から稜線部５１を境に車体内側に延びる第４の壁部５２と、第４の壁部５２から稜線部５３を境に下方に延びる第５の壁部５４と、第５の壁部５４から稜線部５５を境に車体外側に向かう第６の壁部５６と、第６の壁部５６から稜線部５７を境に下方に延びる下側のフランジ部５８とを有している。すなわち第２の鋼材３２も略ハット形に形成されている。第５の壁部５４には、この壁部５４の厚さ方向に段差を有する段差部５９が形成されている。

第４の壁部５２と第５の壁部５４とは、プレス等の塑性加工によって、稜線部５３を境に板厚方向に曲げられている。また、第５の壁部５４と第６の壁部５６も、塑性加工によって、稜線部５５を境に板厚方向に曲げられている。これら稜線部５３，５５は、車体骨格部材１０の長手方向に延びている。

第１の鋼材３１と第２の鋼材３２とは、上側のフランジ部４０，５０同士と下側のフランジ部４８，５８同士が、互いにスポット溶接等の結合手段によって厚さ方向に結合されている。第１の鋼材３１と第２の鋼材３２との間に、閉断面をなす中空部６０が形成されている。この閉断面の形状は車体骨格部材１０の長手方向に変化するため、図３に示す形状に限らない。また、車体骨格部材１０の長手方向の一部が開断面であってもよい。

第１の鋼材３１の壁部４２，４４，４６のうち、互いに向かい合う上下一対の対向壁部４２，４６に、それぞれ稜線部４３，４５に沿って曲げ加工部７０，７１が形成されている。これら曲げ加工部７０，７１は、対向壁部４２，４６の厚さ方向に曲げられている。さらに詳しくは、図３に示されるように、一方の壁部４２に設けられた曲げ加工部７０は車体骨格部材１０の外側に凸の形状となっている。他方の壁部４６に設けられた曲げ加工部７１は、車体骨格部材１０の内側に凹んだ形状となっている。これら曲げ加工部７０，７１の先端は、車体骨格部材１０の長手方向に延びる稜線をなしている。

曲げ加工部７０，７１の加工度は稜線部４３，４５の加工度よりも小さい。ここで「加工度」とは、鋼板をプレス等によって塑性加工する際の加工による変形（ひずみ）の大きさの程度を指す。例えば曲げの程度に関し、曲げ加工部７０，７１の曲げ角度は、稜線部４３，４５の曲げ角度よりも小さい。あるいは、曲げ加工部７０，７１の曲率が稜線部４３，４５の曲率よりも小さい。このように曲げ加工部７０，７１の加工度が稜線部４３，４５の加工度よりも小さいため、曲げ加工部７０，７１に生じる残留応力は稜線部４３，４５の残留応力よりも小さい。

曲げ加工部７０，７１を含む領域（図３に２点鎖線Ｒ１，Ｒ２で示す領域）には、焼入れ組織を有する焼入硬化部８１が形成されている。この焼入硬化部８１は、例えばレーザ焼入れ装置９０などによって形成される。レーザ焼入れ装置９０は、車体骨格部材１０の曲げ加工部７０，７１に向けてレーザビーム９１を照射しつつ高速でスキャンすることにより、レーザビーム９１が照射された箇所を焼入れ温度（例えばγ鉄が生じるオーステナイト化温度）まで急速加熱する。そして急速加熱された箇所の熱が周囲の低温部によって急速に奪われることにより、焼入れ組織（例えばマルテンサイト）が生じる温度勾配で急冷される。こうして曲げ加工部７０，７１を含む領域に焼入硬化部８１が形成される。

焼入硬化部８１は、稜線部４１，４３間の壁部４２に形成された稜線を有する曲げ加工部７０と、稜線部４５，４７間の壁部４６に形成された稜線を有する曲げ加工部７１に沿って、車体骨格部材１０の長手方向に延びている。このため曲げ加工部７０，７１に形成された焼入硬化部８１による強度アップと、加工度の大きな断面形状を有する稜線部４３，４５の加工硬化部８０による強度アップの相乗効果により、車体骨格部材１０に入力する荷重に対し車体骨格部材１０の強度を高めることができ、例えば座屈を生じにくくすることができる。

ここで仮に、稜線部４３，４５に焼入硬化部８１を形成したとすると、稜線部４３，４５の加工によって得られたひずみ硬化が焼入の際の熱によって解放されてしまい、変形が起きる。これに対し本実施形態では、加工硬化の度合いが比較的小さい稜線を有する曲げ加工部７０，７１に焼入硬化部８１を形成して強度を高めるとともに、残留ひずみの大きい稜線部４３，４５の加工硬化部８０の残留ひずみが解放されないように、稜線部４３，４５は実質的に入熱による影響を回避しているため、変形を抑制できる。なお、稜線部４３，４５，５３，５５の一部に焼入硬化部が形成されていてもよい。

図４は第２の実施形態に係る車体骨格部材１０Ａを示している。この車体骨格部材１０Ａは、第１の鋼材３１の一対の対向壁部４２，４６のうち、稜線部４１，４３間に形成された一方の対向壁部４２に、外側に凸の形状の曲げ加工部７０ａ，７０ｂを有する凸部７０ｃが形成されている。稜線部４５，４７間に形成された他方の対向壁部４６には、内側に凹む曲げ加工部７１ａ，７１ｂを有する凹部７１ｃが形成されている。これら凸部７０ｃと凹部７１ｃは、それぞれ車体骨格部材１０Ａの長手方向に帯状に延びている。そして凸部７０ｃの曲げ加工部７０ａ，７０ｂを含む領域（図４に２点鎖線Ｒ１で示す領域）と、凹部７１ｃの曲げ加工部７１ａ，７１ｂを含む領域（図４に２点鎖線Ｒ２で示す領域）とに、焼入硬化部８１が形成されている。それ以外の構成について、この車体骨格部材１０Ａは第１の実施形態の車体骨格部材１０と共通であるため、両者に共通の箇所に共通の符号を付して説明を省略する。

図５は第３の実施形態に係る車体骨格部材１０Ｂを示している。この車体骨格部材１０Ｂは、第１の鋼材３１の一対の対向壁部４２，４６のうち、一方の対向壁部４２に、外側に凸の形状の曲げ加工部７０ａ，７０ｂを有する凸部７０ｃが形成されている。他方の対向壁部４６にも、外側に凸の形状の曲げ加工部７１ｄ，７１ｅを有する凸部７１ｆが形成されている。これら凸部７０ｃ，７１ｆは、それぞれ車体骨格部材１０Ｂの長手方向に帯状に延びている。そして一方の凸部７０ｃの曲げ加工部７０ａ，７０ｂを含む領域（図５に２点鎖線Ｒ１で示す領域）と、他方の凸部７１ｆの曲げ加工部７１ｄ，７１ｅを含む領域（図５に２点鎖線Ｒ２で示す領域）とに、それぞれ焼入硬化部８１が形成されている。それ以外の構成について、この車体骨格部材１０Ｂは第１の実施形態の車体骨格部材１０と共通であるため、両者に共通の箇所に共通の符号を付して説明を省略する。

図６は第４の実施形態に係る車体骨格部材１０Ｃを示している。この車体骨格部材１０Ｃは、第１の鋼材３１の一対の対向壁部４２，４６のうち、一方の対向壁部４２に、内側に凹む曲げ加工部７０ｄ，７０ｅを有する凹部７０ｆが形成されている。他方の対向壁部４６にも、内側に凹む曲げ加工部７１ａ，７１ｂを有する凹部７１ｃが形成されている。これら凹部７０ｆ，７１ｃは、それぞれ車体骨格部材１０Ｃの長手方向に帯状に延びている。そして一方の凹部７０ｆの曲げ加工部７０ｄ，７０ｅを含む領域（図６に２点鎖線Ｒ１で示す領域）と、他方の凹部７１ｃの曲げ加工部７１ａ，７１ｂを含む領域（図６に２点鎖線Ｒ２で示す領域）に、それぞれ焼入硬化部８１が形成されている。それ以外の構成について、この車体骨格部材１０Ｃは第１の実施形態の車体骨格部材１０と共通であるため、両者に共通の箇所に共通の符号を付して説明を省略する。

図７は第５の実施形態に係る車体骨格部材１０Ｄを示している。この車体骨格部材１０Ｄは、第１および第２の鋼材３１，３２の対向壁部４４，５４のうち、稜線部４３，４５間に形成された一方の対向壁部４４に、内側に凹む曲げ加工部４９ａ，４９ｂを有する凹部４９ｃが形成されている。稜線部５３，５５間に形成された他方の対向壁部５４にも、内側に凹む曲げ加工部１００ａ，１００ｂを有する凹部１００ｃが形成されている。これらの凹部４９ｃ，１００ｃは、それぞれ車体骨格部材１０Ｄの長手方向に帯状に延びている。そして第２の鋼材３２の凹部１００ｃの曲げ加工部１００ａ，１００ｂを含む領域（図７に２点鎖線Ｒ３で示す領域）に焼入硬化部８１が形成されている。それ以外の構成について、この車体骨格部材１０Ｄは第１の実施形態の車体骨格部材１０と共通であるため、両者に共通の箇所に共通の符号を付して説明を省略する。

図８は第６の実施形態に係る車体骨格部材１０Ｅを示している。この車体骨格部材１０Ｅは、第１および第２の鋼材３１，３２の対向壁部４４，５４のうち、稜線部４３，４５間に形成された一方の対向壁部４４に、内側に凹む曲げ加工部４９ａ，４９ｂを有する凹部４９ｃが形成されている。稜線部５３，５５間に形成された他方の対向壁部５４にも、内側に凹む曲げ加工部１００ａ，１００ｂを有する凹部１００ｃが形成されている。そして一方の凹部４９ｃの曲げ加工部４９ａ，４９ｂを含む領域（図８に２点鎖線Ｒ１で示す領域）と、他方の凹部１００ｃの曲げ加工部１００ａ，１００ｂを含む領域（図８に２点鎖線Ｒ３で示す領域）に、それぞれ焼入硬化部８１が形成されている。それ以外の構成について、この車体骨格部材１０Ｅは第１の実施形態の車体骨格部材１０と共通であるため、両者に共通の箇所に共通の符号を付して説明を省略する。

図９は第７の実施形態に係る車体骨格部材１０Ｆを示している。この車体骨格部材１０Ｆは、第１および第２の鋼材３１，３２の対向壁部４４，５４のうち、稜線部４３，４５間に形成された一方の対向壁部４４に、外側に凸の形状の曲げ加工部４９ｄ，４９ｅを有する凸部４９ｆが形成されている。稜線部５３，５５間に形成された他方の対向壁部５４には、内側に凹む曲げ加工部１００ａ，１００ｂを有する凹部１００ｃが形成されている。凸部４９ｆと凹部１００ｃは、それぞれ車体骨格部材１０Ｆの長手方向に帯状に延びている。そして凹部１００ｃの曲げ加工部１００ａ，１００ｂを含む領域（図９に２点鎖線Ｒ３で示す領域）に焼入硬化部８１が形成されている。それ以外の構成について、この車体骨格部材１０Ｆは第１の実施形態の車体骨格部材１０と共通であるため、両者に共通の箇所に共通の符号を付して説明を省略する。

以上説明した各実施形態は、サイドシルをはじめとして、車体の骨格をなす他の車体骨格部材、例えばサイドメンバやクロスメンバ、ピラー、バックボーンなど、要するに座屈や曲げに対する強度が重視される車体骨格部材に適用することができる。また、引張強度や圧縮強度など焼入れにより強度向上が図れる全ての形態の部材に対して適用されてもよい。さらに焼入硬化部８１は、レーザ焼入れ装置以外の焼入れ手段（例えば高周波焼入れやシーム溶接機を用いた焼入れ等）によって形成されてもよい。また車体骨格部材の形状や配置あるいは焼入硬化部および加工硬化部の配置や形状等の具体的な態様についても種々に変更して実施できることは言うまでもない。

前記各実施形態では、第１の鋼材と第２の鋼材とがそれぞれ鋼板からなるが、これに限ることはなく、例えば押出し材のように一体成形された車体骨格部材に本発明が適用されてもよい。第１および第２の鋼材の形状についても前記各実施形態に限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲で種々の態様で実施できる。また、複数の稜線部のうち一部の稜線部に焼入硬化部を設けてもよいし、焼入硬化部や加工硬化部の形状（パターン）や長さ、幅、配置等の具体的な態様を種々に変更して実施できるものである。

１…車体、１０…車体骨格部材、１１…サイドシル、１２…サイドメンバ、１３…サイドルーフレール、１４…フロントピラー、１５…センタピラー、１６…リヤピラー、２１…ルーフボウ、３１…第１の鋼材、３２…第２の鋼材、４２…壁部、４３…稜線部、４４…壁部、４５…稜線部、４６…壁部、４９ａ，４９ｂ，４９ｄ，４９ｅ…曲げ加工部、５２…壁部、５３…稜線部、５４…壁部、５５…稜線部、５６…壁部、７０，７０ａ，７０ｂ，７０ｄ，７０ｅ…曲げ加工部、７１，７１ａ，７１ｂ，７１ｄ，７１ｅ…曲げ加工部、８０…加工硬化部、８１…焼入硬化部、１００ａ，１００ｂ…曲げ加工部。

Claims (8)

1. 第１の鋼材と第２の鋼材とを互いにフランジ部において厚さ方向に結合し、これら鋼材間に中空部が形成された車体骨格部材であって、
   前記第１の鋼材と第２の鋼材とが、それぞれ該車体骨格部材の長手方向に延びる複数の稜線部と各稜線部を境に曲げられた複数の壁部を有し、
   これら壁部のうち互いに向かい合う一対の対向壁部に、該対向壁部の厚さ方向に曲げられかつ前記稜線部よりも加工度が小さく前記稜線部に沿って該車体骨格部材の長手方向に延びる曲げ加工部を備え、かつ、
   前記複数の稜線部のうち１以上の稜線部に形成された加工硬化部と、
   前記複数の曲げ加工部のうち１以上の曲げ加工部に形成された焼入硬化部と、
   を具備したことを特徴とする車体骨格部材。
2. 前記第１の鋼材が車体外側に配置される略ハット形の鋼板からなり、前記第２の鋼材が車体内側に配置される略ハット形の鋼板からなることを特徴とする請求項１に記載の車体骨格部材。
3. 前記第１の鋼材に形成された一対の対向壁部のうち一方の対向壁部に設けられた外側に凸の形状の曲げ加工部と、他方の対向壁部に設けられた内側に凹む曲げ加工部とを有し、これら曲げ加工部に前記焼入硬化部を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の車体骨格部材。
4. 前記第１の鋼材に形成された一対の対向壁部のそれぞれに設けられた外側に凸の形状の曲げ加工部を有し、これら曲げ加工部に前記焼入硬化部を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の車体骨格部材。
5. 前記第１の鋼材に形成された一対の対向壁部のそれぞれに設けられた内側に凹む曲げ加工部を有し、これら曲げ加工部に前記焼入硬化部を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の車体骨格部材。
6. 前記第１および第２の鋼材の互いの対向壁部にそれぞれ前記曲げ加工部を設け、前記第２の鋼材の前記対向壁部に設けられた前記曲げ加工部に前記焼入硬化部を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の車体骨格部材。
7. 前記第１の鋼材の前記対向壁部に設けられた前記曲げ加工部に前記焼入硬化部を備えたことを特徴とする請求項６に記載の車体骨格部材。
8. 前記第１の鋼材の前記対向壁に外側に凸の形状の前記曲げ加工部を有し、前記第２の鋼材の前記対向壁に内側に凹む前記曲げ加工部を有したことを特徴とする請求項６に記載の車体骨格部材。

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