JP2014141256A

JP2014141256A - ピラー構造及びピラー構造製造方法

Info

Publication number: JP2014141256A
Application number: JP2014081189A
Authority: JP
Inventors: Takeo Mori; 健雄森
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-04-10
Filing date: 2014-04-10
Publication date: 2014-08-07

Abstract

【課題】本発明は、軽量化を可能にした車両の骨格構造、骨格補強構造、ピラー構造及び部品製造方法を提供する。
【解決手段】リーンフォースメント１にあっては、単一の板材をプレス加工によって、伸張させて、板材を伸張させる度合いが大きい程、板材の加工硬化が高められるといった技術を応用したものである。板材のプレス加工による加工硬化を利用し、車両のピラーの補強に利用されているリーンフォースメント１の剛性分布を長手方向で容易に変えることができる。板材が伸張されている度合いを長手方向で変えることは、プレス成形の金型によって容易に行うことができるので、成形性が良好になるといった効果を奏する。しかも、均一な肉厚をもった板材を利用することができるので、コスト低減を可能にし、薄い板材であっても、容易に剛性をもたせることができ、車両のピラー構造の軽量化が可能になる。
【選択図】図１

Description

本発明は、メンバの長手方向で剛性が変更させられている車両の骨格構造、骨格補強構造、ピラー構造及び部品製造方法に関するものである。

従来、このような分野の技術として、特開２００９−１１２１号公報がある。この公報に記載されたセンターピラーの補強部材（リーンフォースメント）は、上部部材と中央部材と下部部材との端面突き合わせ接合により構成され、引張り強度が異なる３種類の鋼板を溶接した後、プレス加工によって成形されている。そして、成形性を良好にするために、上部部材の鋼板の引張強度は、中央部材の鋼板よりも低くなっている。また、下部部材にあっては、上部部材よりも引張強度が小さな鋼板が利用されている。このように、補強部材を３分割することで、超高張力鋼板の利用を可能にし、補強部材の剛性を長手方向において容易に変更することができる。

特開２００９−１１２１号公報

しかしながら、前述した従来のセンターピラー用補強部材にあっては、ピラーの強度を３段階に設定するために利用される超高張力鋼板は、加工が難く、超高張力鋼板を利用しない場合には、部位毎に更なる補強を必要とし、このことが重量の増大を引き起こすといった問題点があった。

本発明は、軽量化を可能にしたピラー構造及びピラー構造製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様では、板材がプレス成形されてなるリーンフォースメントが利用される車両のピラー構造において、リーンフォースメントは、プレス圧により板材の伸張度合いを長手方向で変えて、リーンフォースメントの剛性が長手方向で変えられており、リーンフォースメントのベルトライン部より上側の衝突非変形領域における伸張度合いは、リーンフォースメントのベルトライン部から下側の衝突変形予定領域における伸張度合いに対して高められており、衝突変形予定領域は、アッパーヒンジ座部とロアヒンジ座部とを含み、アッパーヒンジ座部を挟んで且つベルトライン部にまで達する領域Ｂの伸張度合いと、ロアヒンジ座部の上部から離間して且つ領域Ｂまで達する領域Ａの伸張度合いと、衝突非変形領域Ｃの伸張度合いと、の関係は、Ｃ＞Ａ＞Ｂを満足する。

このピラー構造に適用されるリーンフォースメントにあっては、単一の板材をプレス加工によって、伸張させて、板材を伸張させる度合いが大きい程、板材の加工硬化が高められるといった技術を応用したものである。板材のプレス加工による加工硬化を利用し、車両のピラーの補強に利用されているリーンフォースメントの剛性分布を長手方向で容易に変えることができる。本発明のように、板材が伸張されている度合いを長手方向で変えることは、プレス成形の金型によって容易に行うことができるので、成形性が良好になるといった効果を奏する。しかも、均一な肉厚をもった板材を利用することができるので、コスト低減を可能にし、薄い板材であっても、容易に剛性をもたせることができ、車両のピラー構造の軽量化が可能になる。また、従来にあっては、ピラーのリーンフォースメントの剛性を局所的に高めるためには、リーンフォースメントの裏面に別の補強部材を溶接やボルト止め等によって固定させる必要があり、このことは、コスト、作業性、重量などの増加を引き起こしていたが、本発明にあっては、ピラーのリーンフォースメントの剛性を補助するための部品を省略することができ、コスト、作業性、重量などの低減が図られている。特に、ハット形状、断面コ字状、断面Ｕ字状をなすリーンフォースメントにあっては、絞り加工された面をその全体に渡って加工硬化させることができるので、加工硬化面積の増大が図られている。
また、このような構成を採用すると、リーンフォースメントのベルトライン部から下側の衝突変形予定領域で、側突時に確実に変形させて、ベルトライン部より上側の衝突非変形領域での変形を適切に抑制することができる。
衝突変形予定領域において、アッパーヒンジ座部とロアヒンジ座部との間の２箇所に座屈予定部を作り出し、側突時に座屈予定部を座屈させてリーンフォースメントに生じる曲げモーメントを抑制することができ、これによって、衝突非変形領域の部位の変形を低減させることができる。しかも、座屈予定部を時間差をもって下から折るようにしているので、リーンフォースメントにおける衝突非変形領域の部位を立たせるように制御することができ、側突時の居住空間の確保を確実ならしめている。

本発明の他の一態様では、板材の縁部を第１の金型部と第２の金型部とで挟み込んだ状態で、プッシャによって板材を車両のピラー構造に利用されるリーンフォースメントに変形させるようにしたピラー構造製造方法において、板材の縁部を第１の金型部と第２の金型部とで挟み込むための挟持圧を、板材の長手方向で変えることで、プッシャによるプレス圧によって板材の伸張度合いを長手方向で変えるプレス工程を備え、プレス工程では、リーンフォースメントのベルトライン部より上側の衝突非変形領域における伸張度合いを、リーンフォースメントのベルトライン部から下側の衝突変形予定領域における伸張度合いに対して高めるように板材をプレスし、アッパーヒンジ座部とロアヒンジ座部とを含む衝突変形予定領域において、アッパーヒンジ座部を挟んで且つベルトライン部にまで達する領域Ｂの伸張度合いと、ロアヒンジ座部の上部から離間して且つ領域Ｂまで達する領域Ａの伸張度合いと、衝突非変形領域Ｃの伸張度合いと、の関係が、Ｃ＞Ａ＞Ｂを満足するように板材をプレスする。

このピラー構造製造方法にあっては、断面ハット状の成形品がフランジ部をもっているといった形状に着目して発案されたものであり、板材が伸張される度合いを長手方向で変えるにあたって、第１の金型部と第２の金型部とで板材の縁部を挟み込むための挟持圧を、板材の長手方向で段階的又は連続的に変えるといった技術的思想に基づいてなされたものである。
このようなピラー構造を製造することにより、リーンフォースメントのベルトライン部から下側の衝突変形予定領域で、側突時に確実に変形させて、ベルトライン部より上側の衝突非変形領域での変形を適切に抑制することができる。
また、衝突変形予定領域において、アッパーヒンジ座部とロアヒンジ座部との間の２箇所に座屈予定部を作り出し、側突時に座屈予定部を座屈させてリーンフォースメントに生じる曲げモーメントを抑制することができ、これによって、衝突非変形領域の部位の変形を低減させることができる。しかも、座屈予定部を時間差をもって下から折るようにしているので、リーンフォースメントにおける衝突非変形領域の部位を立たせるように制御することができ、側突時の居住空間の確保を確実ならしめている。

また、他の一態様として、板材がプレス成形されてなるメンバが利用される車両の骨格構造において、
メンバは、プレス圧により板材が伸張される度合いを長手方向で変えて、メンバの剛性が長手方向で変えられていることを特徴としてもよい。

この車両の骨格構造に適用されるメンバにあっては、単一の板材をプレス加工によって、伸張させて、板材を伸張させる度合いが大きい程、板材の加工硬化が高められるといった技術を応用したものである。板材のプレス加工による加工硬化を利用し、車両の骨格に利用されているメンバの剛性分布を長手方向で容易に変えることができる。本発明のように、板材が伸張されている度合いを長手方向で変えることは、プレス成形の金型によって容易に行うことができるので、成形性が良好になるといった効果を奏する。しかも、均一な肉厚をもった板材を利用することができるので、コスト低減を可能にし、薄い板材であっても、容易に剛性をもたせることができ、車両の骨格構造の軽量化が可能になる。また、従来にあっては、骨格の剛性を局所的に高めるためには、骨格の剛性を補助するための部品を溶接やボルト止め等によって骨格に固定させる必要があり、このことは、コスト、作業性、重量などの増加を引き起こしていたが、本発明にあっては、骨格の剛性を補助するための部品を省略することができ、コスト、作業性、重量などの低減が図られている。特に、ハット形状、断面コ字状、断面Ｕ字状をなすメンバにあっては、絞り加工された面をその全体に渡って加工硬化させることができるので、加工硬化面積の増大が図られている。

また、他の一態様として、板材がプレス成形されてなる補強部材が利用される車両の骨格補強構造において、
補強部材は、プレス圧により板材が伸張される度合いを長手方向で変えて、補強部材の剛性が長手方向で変えられていることを特徴としてもよい。

この車両の骨格補強構造に適用される補強部材にあっては、単一の板材をプレス加工によって、伸張させて、板材を伸張させる度合いが大きい程、板材の加工硬化が高められるといった技術を応用したものである。板材のプレス加工による加工硬化を利用し、車両の骨格補強に利用されているメンバの剛性分布を長手方向で容易に変えることができる。本発明のように、板材が伸張されている度合いを長手方向で変えることは、プレス成形の金型によって容易に行うことができるので、成形性が良好になるといった効果を奏する。しかも、均一な肉厚をもった板材を利用することができるので、コスト低減を可能にし、薄い板材であっても、容易に剛性をもたせることができ、車両の骨格補強構造の軽量化が可能になる。また、従来にあっては、骨格補強の剛性を局所的に高めるためには、補強部材に別の補強部材を溶接やボルト止め等によって固定させる必要があり、このことは、コスト、作業性、重量などの増加を引き起こしていたが、本発明にあっては、骨格補強構造の剛性を補助するための部品を省略することができ、コスト、作業性、重量などの低減が図られている。特に、ハット形状、断面コ字状、断面Ｕ字状をなす補強部材にあっては、絞り加工された面をその全体に渡って加工硬化させることができるので、加工硬化面積の増大が図られている。

また、他の一態様として、板材の縁部を第１の金型部と第２の金型部とで挟み込んだ状態で、プッシャによって板材を断面ハット状の成形品に変形させるようにした部品製造方法において、
板材の縁部を第１の金型部と第２の金型部とで挟み込むための挟持圧を、板材の長手方向で変えることで、プッシャによるプレス圧によって板材が伸張される度合いを長手方向で変えることを特徴としてもよい。

この部品製造方法にあっては、断面ハット状の成形品がフランジ部をもっているといった形状に着目して発案されたものであり、板材が伸張される度合いを長手方向で変えるにあたって、第１の金型部と第２の金型部とで板材の縁部を挟み込むための挟持圧を、板材の長手方向で段階的又は連続的に変えるといった技術的思想に基づいてなされている。

本発明によれば、軽量化が可能になる。

本発明に係るピラー構造に適用されるリーンフォースメントの一実施形態を示す斜視図である。リーンフォースメントの側突時の変形状態を示す側面図である。板材の伸張度合いを示す図である。金型を示す断面図である。本発明に係る車両の骨格構造に適用されるメンバの一実施形態を示す斜視図である。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る車両の骨格構造、骨格補強構造、ピラー構造及び部品製造方法の好適な実施形態について詳細に説明する。

図１に示されるように、ルーフサイドレール２とロッカ３との間で渡されるセンターピラーのリーンフォースメント１の上部には、ルーフサイドレール２に溶接させるための上部取付部１ｂが設けられ、リーンフォースメント１の下部には、ロッカ３に溶接させるための下部取付部１ｃが設けられている。更に、リーンフォースメント１は、断面ハット状に形成され、上部取付部１ｂと取付部１ｃとの間に延在するリーンフォースメント１の主要部Ｍは、正面部１ａと両側面部１ｄとで断面コ字状に形成され、主要部Ｍの両側には、長手方向にフランジ部１ｅが設けられている。

更に、リーンフォースメント１の正面部１ａには、ドアのヒンジが固定されるアッパーヒンジ座部８とロアヒンジ座部９とが形成されている。そして、センターピラーにあっては、このような構成のリーンフォースメント１の外側は、図示されないサイドアウタパネルで覆われている。

ピラーにおいて、フロントピラーは、正面衝突やオフセット衝突時に居住空間を確保する役目をもち、これに対して、センターピラーは、側突時に居住空間を確保するのに大きく係わっている。側突時にあっては、乗員の頭部を保護するために、センターピラーの上側半分すなわちベルトライン部Ｌより上側が内側に倒れ込むことがないようにして、ルーフの潰れを防止する必要がある。

そして、リーンフォースメント１は、剛性を高めるために板材の絞り加工により成形されるが、センターピラーにあっては、側突時、図２の二点鎖線に示すように、センターピラーの下側を適切に変形させて、センターピラーの上側すなわちベルトライン部Ｌより上側の衝突非変形領域Ｃが内側に倒れ込むことがないようにする必要がある。

そこで、図１に示すように、リーンフォースメント１の主要部Ｍの正面部１ａ及び両側面部１ｄにおいて、衝突非変形領域Ｃは、プレス圧により板材が伸張される度合いが高められ、ベルトライン部Ｌから下側の衝突変形予定領域Ｓでは、ベルトライン部Ｌより上側の衝突非変形領域Ｃよりも板材の伸張度合いが小さくなっている。このような構成を採用すると、リーンフォースメント１のベルトライン部Ｌから下側の衝突変形予定領域Ｓで、側突時に確実に変形させて、ベルトライン部Ｌより上側の衝突非変形領域Ｃでの変形を適切に抑制することができる。

なお、図１において、斜線のピッチ幅が小さいほど、伸張度合い及び加工硬化が大きくなっている。そして、図３に示すように、リーンフォースメント１と板材Ｅとの比較において、板材Ｅに対するリーンフォースメント１の伸び率が大きい部分ほど、大きな加工硬化を受けることになる。

このピラー構造に適用されるリーンフォースメント１にあっては、単一の板材Ｅをプレス加工によって、伸張させて、板材Ｅを伸張させる度合いが大きい程、板材Ｅの加工硬化が高められるといった技術を応用したものである。板材Ｅのプレス加工による加工硬化を利用し、車両のピラーの補強に利用されているリーンフォースメント１の剛性分布を長手方向で容易に変えることができる。本発明のように、板材Ｅが伸張されている度合いを長手方向で変えることは、プレス成形の金型Ｋ（図４参照）によって容易に行うことができるので、成形性が良好になるといった効果を奏する。

しかも、均一な肉厚をもった板材を利用することができるので、コスト低減を可能にし、薄い板材であっても、容易に剛性をもたせることができ、車両のピラー構造の軽量化が可能になる。また、従来にあっては、ピラーのリーンフォースメントの剛性を局所的に高めるためには、リーンフォースメントの裏面に別の補強部材を溶接やボルト止め等によって固定させる必要があり、このことは、コスト、作業性、重量などの増加を引き起こしていたが、本発明にあっては、ピラーのリーンフォースメント１の剛性を補助するための部品を省略することができ、コスト、作業性、重量などの低減が図られている。特に、ハット形状、断面コ字状、断面Ｕ字状をなすリーンフォースメント１にあっては、絞り加工された面をその全体に渡って加工硬化させることができるので、加工硬化面積の増大が図られている。

この衝突変形予定領域Ｓは、アッパーヒンジ座部８とロアヒンジ座部９とを含み、衝突変形予定領域Ｓ内でアッパーヒンジ座部８とロアヒンジ座部９との間で２箇所の座屈予定部Ｒ１，Ｒ２を確保するために、アッパーヒンジ座部８を挟んで且つベルトライン部Ｌにまで達する領域Ｂの伸張度合いと、ロアヒンジ座部９の上部から離間して且つ領域Ｂまで達する領域Ａの伸張度合いと、衝突非変形領域Ｃの伸張度合いと、の関係は、Ｃ＞Ａ＞Ｂを満足している。なお、リーンフォースメント１において、領域Ａ，Ｂ，Ｃ以外は、伸張度合いが最も低い一般領域Ｄをなしている。従って、アッパーヒンジ座部８とロアヒンジ座部９との間で伸張度合い差が存在する下側には一次座屈予定部Ｒ１が作り出され、上側には二次座屈予定部Ｒ２が作り出されている。

よって、図２に示すように、側突時に座屈予定部Ｒ１，Ｒ２を長手方向に対して直交する方向で座屈させてリーンフォースメント１に生じる曲げモーメントを抑制することができ、これによって、衝突非変形領域Ｃの部位の変形を低減させることができる。しかも、リーンフォースメント１にあっては、側突時に一次座屈予定部Ｒ１を最初に座屈させ、次に二次座屈予定部Ｒ２を座屈させるようにしているので、リーンフォースメント１における衝突非変形領域Ｃの部位を立たせるように制御することができ、側突時の居住空間の確保を確実ならしめている。

なお、領域Ａ，Ｂ，Ｃにおける板材の伸張度合い差は、リーンフォースメント１の材質などの諸条件により、適宜決定される。

次に、部品の一例としてのリーンフォースメント１の製造方法について説明する。

図４に示すように、金型Ｋは、キャビティＨを有する第１の金型部２０と、第１の金型部２０のキャビティＨを囲むように配置された合わせ面２０ａにクッション性をもって板材Ｅを押し当てる第２の金型部２１と、第２の金型部２１の開口部２１ａを通ってキャビティＨ内に挿入されるプッシャ２２とで構成されている。

このような金型Ｋの第２の金型部２１の押圧力Ｇは、領域Ｄと領域Ｃとの間の部分と、ベルトライン部Ｌと、一次座屈予定部Ｒ１と、二次座屈予定部Ｒ２とを境にして変えられている。すなわち、第２の金型部２１は、１個の金型部２０に対して５分割されており、それぞれで、押圧力Ｇが異なっている。

従って、押圧力Ｇが小さいほど、板材Ｅの縁部ａからキャビティＨに向かう材料の流入量が増え、押圧力Ｇが大きいほど、板材Ｅの縁部ａからキャビティＨに向かう材料の流入量が減少する。すなわち、板材Ｅの縁部ａを第１の金型部２０と第２の金型部２１とで挟み込むための挟持圧（第２の金型部２１の押圧力Ｇ）を、板材Ｅの長手方向で変えることで、プッシャ２２によるプレス圧Ｆによって板材Ｅが伸張される度合いを長手方向で変えることができる。

図１に示されたリーンフォースメント１にあって、押圧力Ｇは、Ｃ＞Ａ＞Ｂ＞Ｄの順に大きくなっており、これに伴って加工硬化が増大している。なお、プッシャ２２のプレス圧Ｆは、長手方向において一定である。

このような製造方法にあっては、断面ハット状の成形品（リーンフォースメント１）がフランジ部１ｅをもっているといった形状に着目して発案されたものであり、板材Ｅが伸張される度合いを長手方向で変えるにあたって、第１の金型部２０と第２の金型部２１とで板材Ｅの縁部ａを挟み込むための挟持圧（第２の金型部２１の押圧力Ｇ）を、板材Ｅの長手方向で段階的に変えるといった技術的思想に基づいてなされた発明である。なお、挟持圧（第２の金型部２１の押圧力Ｇ）を、板材Ｅの長手方向で連続的に変えてもよい。

本発明は、前述した実施形態に限定されないことは言うまでもない。

本発明は、センターピラーに限らず、フロントピラーやリアピラーにも適用可能である。

また、図５に示すように、本発明は、ルーフサイドレールやロッカなどに利用される車両の骨格のメンバ１０の全てに適用可能であり、屈曲予定部Ｒの採用によって、骨格のメンバ１０の長手方向に剛性の強弱を容易につけることができ、衝突時のエネルギー吸収を確実に行わせるような設計を容易に行うことが可能となる。この作用効果については、リーンフォースメント１と同様である。

また、リーンフォースメント１は、ピラーの補強部材であるが、骨格の他の補強部材にも、本発明の適用可能である。

１…リーンフォースメント、８…アッパーヒンジ座部、９…ロアヒンジ座部、Ａ，Ｂ…領域、Ｃ…衝突非変形領域、Ｄ…一般領域、Ｌ…ベルトライン部、Ｒ，Ｒ１，Ｒ２…座屈予定部、Ｓ…衝突変形予定領域、２０…第１の金型部、２１…第２の金型部、２２…プッシャ、Ｅ…板材、ａ…板材の縁部、Ｋ…金型。

Claims

板材がプレス成形されてなるリーンフォースメントが利用される車両のピラー構造において、
前記リーンフォースメントは、プレス圧により板材の伸張度合いを長手方向で変えて、前記リーンフォースメントの剛性が長手方向で変えられており、
前記リーンフォースメントのベルトライン部より上側の衝突非変形領域における伸張度合いは、前記リーンフォースメントの前記ベルトライン部から下側の衝突変形予定領域における伸張度合いに対して高められており、
前記衝突変形予定領域は、アッパーヒンジ座部とロアヒンジ座部とを含み、前記アッパーヒンジ座部を挟んで且つ前記ベルトライン部にまで達する領域Ｂの伸張度合いと、前記ロアヒンジ座部の上部から離間して且つ前記領域Ｂまで達する領域Ａの伸張度合いと、前記衝突非変形領域Ｃの伸張度合いと、の関係は、Ｃ＞Ａ＞Ｂを満足することを特徴とするピラー構造。
板材の縁部を第１の金型部と第２の金型部とで挟み込んだ状態で、プッシャによって前記板材を車両のピラー構造に利用されるリーンフォースメントに変形させるようにしたピラー構造製造方法において、
前記板材の前記縁部を前記第１の金型部と前記第２の金型部とで挟み込むための挟持圧を、前記板材の長手方向で変えることで、前記プッシャによるプレス圧によって前記板材の伸張度合いを長手方向で変えるプレス工程を備え、
前記プレス工程では、
前記リーンフォースメントのベルトライン部より上側の衝突非変形領域における伸張度合いを、前記リーンフォースメントの前記ベルトライン部から下側の衝突変形予定領域における伸張度合いに対して高めるように前記板材をプレスし、
アッパーヒンジ座部とロアヒンジ座部とを含む前記衝突変形予定領域において、前記アッパーヒンジ座部を挟んで且つ前記ベルトライン部にまで達する領域Ｂの伸張度合いと、前記ロアヒンジ座部の上部から離間して且つ前記領域Ｂまで達する領域Ａの伸張度合いと、前記衝突非変形領域Ｃの伸張度合いと、の関係が、Ｃ＞Ａ＞Ｂを満足するように前記板材をプレスすることを特徴とするピラー構造製造方法。