JP2018122318A - 車両骨格部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】車両骨格部材の軽量化と高強度化を両立することができる車両骨格部材の製造方法を得る。【解決手段】センタピラー１６のピラーアウタパネル３２は、対向する一対の側壁部３２Ｂ、３２Ｃと、該側壁部３２Ｂ、３２Ｃの対向縁部同士を繋ぐ底壁部３２Ａと、を備え、稜線３６Ａ、３６Ｂを除く一部の領域を該一部の領域以外の一般部４０よりも薄肉とする。このピラーアウタパネル３２の製造方法は、鋼板の一部を圧延により薄板化して一部の領域に薄肉部を形成する圧延工程と、圧延工程によって薄肉化された薄肉部３８以外の部位を再結晶温度未満の温度にて屈曲させることにより、一対の側壁部３２Ｂ、３２Ｃと底壁部３２Ａを形成する冷間加工工程と、を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、車両骨格部材の製造方法に関する。

下記特許文献１には、断面ハット状の車両骨格部材の製造方法として、異種材料を溶接して一体化するテーラーウェルドブランク（ＴＷＢ：tailor welded blank）によって形成された金属板をプレスする方法が開示されている。この方法では、金属板をプレスすることで、対向する縦壁を繋ぐ底壁の一部の領域の強度を他の領域の強度よりも小さくし、又は底壁の一部の領域の板厚を他の領域の板厚よりも薄くしている。なお、断面ハット状の車体構成部材において、稜線部分の肉厚を他の領域である一般部よりも厚くした構造として、特許文献２に記載されたものがある。

特許５２２１８６１号公報 特開２０１５−１２３４９２号公報

上記特許文献１に記載の構造では、対向する縦壁を繋ぐ底壁の一部の領域の強度を他の領域の強度よりも小さくし、又は底壁の一部の領域の板厚を他の領域の板厚よりも薄くしているが、車両骨格部材の軽量化と高強度化を両立する観点から改善の余地がある。

本発明は上記事実を考慮し、軽量化と高強度化を両立することができる車両骨格部材の製造方法を得ることが目的である。

請求項１に係る発明は、対向する一対の側壁部と、該一対の側壁部の対向縁部同士を繋ぐ底壁部とを備え、稜線を除く一部の領域を該一部の領域以外の一般部よりも薄肉とした車両骨格部材の製造方法であって、鋼板の一部を圧延により薄板化して前記一部の領域に薄肉部を形成する圧延工程と、前記圧延工程によって薄板化された前記薄肉部以外の部位を再結晶温度未満の温度にて屈曲させることにより、前記一対の側壁部と前記底壁部を形成する冷間加工工程と、を有する。

請求項１記載の本発明によれば、圧延工程で鋼板の稜線を除く一部の領域を薄板化して薄肉部を形成することで、車両骨格部材の重量を低減、すなわち車両骨格部材を軽量化することができる。また、薄板化された薄肉部は、圧延によって加工硬化されている。さらに、圧延工程の後に冷間加工を行い、薄板化された薄肉部以外の部位を再結晶温度未満の温度にて屈曲させることにより、一対の側壁部と底壁部を形成する。この車両骨格部材の製造方法では、薄肉部は、圧延によって加工硬化され、その後に冷間加工を行うことで、熱間加工のように歪みが開放されることがなく、薄板化しつつも車両骨格部材の高強度化を図ることができる。

本発明に係る車両骨格部材の製造方法によれば、車両骨格部材の軽量化と高強度化を両立することができる。

第１実施形態に係る車両骨格部材の製造方法により製造されたセンタピラーが用いられる車両の側部を示す側面図である。 図１に示すセンタピラーのセンタピラーアウタパネルとセンタピラーインナパネルとを示す断面図（図１中の２−２線に沿った断面図）である。 第１実施形態に係る車両骨格部材の製造方法により形成された圧延工程後のセンタピラーアウタパネルを示す断面図である。 第１実施形態に係る車両骨格部材の製造方法により形成された冷間加工工程後のセンタピラーアウタパネルを示す断面図である。 差厚鋼板を製造する圧延工程を説明するための斜視図である。 第２実施形態に係る車両骨格部材の製造方法により製造されたロッカのアウタパネルを示す斜視図である。

本発明の実施の形態について、図面を基に詳細に説明する。なお、これらの図において適宜示される矢印ＦＲは車両前方側を示しており、矢印ＵＰは車両上方側を示しており、矢印ＯＵＴは車両幅方向外側を示している。

以下、図１〜図４を用いて、第１実施形態に係る車両骨格部材の製造方法について説明する。第１実施形態では、車両骨格部材としてのセンタピラーの構成及びセンタピラーの製造方法について説明する。

図１には、センタピラー１６を備えた車両１０の側部１２が模式的な側面図にて示されている。図１に示されるように、車両１０の側部１２には、車両前方側から順にフロントピラー１４、センタピラー１６、及びリアピラー１８が配設されている。なお、フロントピラー１４、センタピラー１６、及びリアピラー１８は、車両１０の両サイドに左右一対で設けられている。センタピラー１６は、車両１０の側部１２に形成されたフロントドア用開口部２０Ａとリアドア用開口部２０Ｂとの間に配置され、略車両上下方向に沿って延在されている。すなわち、センタピラー１６は、略車両上下方向を長手方向とする車体骨格部材とされている。

センタピラー１６の上部側には、略車両前後方向に延在されるルーフサイドレール２２が設けられている。センタピラー１６の上端部１６Ａは、ルーフサイドレール２２における車両前後方向の中間部２２Ａに結合されている。ルーフサイドレール２２は、車両上部に略車両幅方向及び略車両前後方向に配置されたルーフパネル（図示省略）の両サイドにおいて、略車両前後方向を長手方向として配置された車体骨格部材とされている。すなわち、ルーフサイドレール２２は、フロントドア用開口部２０Ａ及びリアドア用開口部２０Ｂの上縁に沿って略車両前後方向に配置されている。センタピラー１６とルーフサイドレール２２との結合部は略Ｔ字状に形成されている。また、ルーフサイドレール２２の前端部は、フロントピラー１４に結合されており、ルーフサイドレール２２の後端部は、リアピラー１８に結合されている。

また、センタピラー１６の下端部１６Ｂは、ロッカ２４における車両前後方向の中間部２４Ａに結合されている。ロッカ２４は、車両１０の下部の両サイドにおいて略車両前後方向を長手方向として配置された車体骨格部材とされている。すなわち、ロッカ２４は、フロントドア用開口部２０Ａ及びリアドア用開口部２０Ｂの下縁に沿って略車両前後方向に配置されている。

図２には、センタピラー１６が断面図（図１中の２−２線に沿った断面図）にて示されている。なお、図２では、車両背面視にて車両１０の幅方向左側のセンタピラー１６が示されているが、車両１０の幅方向右側のセンタピラーは、左右対称であるため、図示を省略する。図２に示されるように、センタピラー１６は、車両幅方向内側に配置されたセンタピラーインナパネル（以下、「ピラーインナパネル」と略称する）３０と、ピラーインナパネル３０の車両幅方向外側に配置されたセンタピラーアウタパネル（以下、「ピラーアウタパネル」と略称する）３２と、を備えている。

ピラーインナパネル３０は、略車両上下方向を長手方向として配置されている（図１中のセンタピラー１６を参照）。ピラーインナパネル３０は、水平方向（略車両幅方向及び略車両前後方向）に沿った断面形状が車両幅方向外向きに開口された略ハット形状とされている。より具体的には、ピラーインナパネル３０は、車両幅方向内側に略車両前後方向に沿って配置された内側底壁部３０Ａと、内側底壁部３０Ａの車両前後方向の前端部から略車両幅方向外側に延びた側壁部３０Ｂと、内側底壁部３０Ａの車両前後方向の後端部から略車両幅方向外側に延びた側壁部３０Ｃと、を備えている。さらに、ピラーインナパネル３０は、側壁部３０Ｂの車両幅方向の外側端部から車両前方側に延びたフランジ部３０Ｄと、側壁部３０Ｃの車両幅方向の外側端部から車両後方側に延びたフランジ部３０Ｅと、を備えている。前後一対の側壁部３０Ｂ、３０Ｃは、車両幅方向外側に向かって車両前後方向の間隔が広くなるように車両幅方向に対して斜め方向に配置されている。

ピラーアウタパネル３２は、略車両上下方向を長手方向として配置されている（図１中のセンタピラー１６を参照）。ピラーアウタパネル３２は、水平方向（略車両幅方向及び略車両前後方向）に沿った断面形状が車両幅方向内向きに開口された略ハット形状とされている。より具体的には、ピラーアウタパネル３２は、車両幅方向外側に略車両前後方向に沿って配置された底壁部３２Ａと、底壁部３２Ａの車両前後方向の前端部から略車両幅方向内側に延びた側壁部３２Ｂと、底壁部３２Ａの車両前後方向の後端部から略車両幅方向内側に延びた側壁部３２Ｃと、を備えている。すなわち、底壁部３２Ａは、対向する一対の側壁部３２Ｂ、３２Ｃの対向縁部（本実施形態では、車両幅方向外側端部）同士を繋ぐ構成とされている。さらに、ピラーアウタパネル３２は、側壁部３２Ｂの車両幅方向の内側端部から車両前方側に延びたフランジ部３２Ｄと、側壁部３２Ｃの車両幅方向の内側端部から車両後方側に延びたフランジ部３２Ｅと、を備えている。

前後一対の側壁部３２Ｂ、３２Ｃは、車両幅方向内側に向かって車両前後方向の間隔が広くなるように車両幅方向に対して斜め方向に配置されている。底壁部３２Ａと側壁部３２Ｂとの間には、略車両上下方向に沿って稜線３６Ａが形成されており、底壁部３２Ａと側壁部３２Ｃとの間には、略車両上下方向に沿って稜線３６Ｂが形成されている。底壁部３２Ａの車両幅方向の中間部には、底壁部３２Ａの前側部分及び後側部分よりも板厚が小さい薄肉部３８が形成されている。言い換えると、薄肉部３８は、側壁部３２Ｂ、３２Ｃ、底壁部３２Ａの前側部分及び後側部分を構成するピラーアウタパネル３２の一般部４０よりも薄肉となるように底壁部３２Ａの一部を薄板化した構成とされている。すなわち、当該薄肉部３８は、底壁部３２Ａにおけるピラーアウタパネル３２の稜線３６Ａ、３６Ｂを除く一部の領域を一般部４０よりも薄板化している。ここで、一般部４０は、ピラーアウタパネル３２の側壁部３２Ｂ、３２Ｃ、底壁部３２Ａの前側部分及び後側部分であり、薄肉部３８以外の領域をいう。薄肉部３８は、底壁部３２Ａの車両上下方向に沿って形成されている。薄肉部３８と底壁部３２Ａの一般部４０との境界部分は、薄肉部３８から底壁部３２Ａの一般部４０に向かって板厚が徐々に厚くなるように形成されている。薄肉部３８は、後述する圧延工程により形成されている。

ピラーアウタパネル３２のフランジ部３２Ｄは、ピラーインナパネル３０のフランジ部３０Ｄに重ね合わされて溶接（本実施形態ではスポット溶接）により接合されている。ピラーアウタパネル３２のフランジ部３２Ｅは、ピラーインナパネル３０のフランジ部３０Ｅに重ね合わされて溶接（本実施形態ではスポット溶接）により接合されている。これにより、センタピラー１６は、ピラーアウタパネル３２とピラーインナパネル３０とで閉断面構造とされている。

ピラーインナパネル３０は、一例として、普通鋼板で形成されている。また、ピラーアウタパネル３２は、例えば、高張力鋼板（High Tensile Strength Steel Sheets）、又は超高張力鋼板により形成されている。ここで、高張力鋼板とは、普通鋼板よりも引張強さが高い鋼板の意味であり、主として引張強さが４４０ＭＰａ以上の鋼板を指している。また、超高張力鋼板とは、引張強さが９８０ＭＰａ以上の高張力鋼板を指している。

図示を省略するが、ピラーアウタパネル３２の車両幅方向外側には、ピラーアウタパネル３２を覆うようにサイドアウタパネル（「サイメンアウタ」という場合がある）が設けられている。サイドアウタパネルは、車両幅方向内側に開口する断面略ハット形状とされており、サイドアウタパネルの前後一対のフランジ部が、ピラーアウタパネル３２のフランジ部３２Ｄ、フランジ部３２Ｅに重ね合わされて溶接等により接合されている。

次に、センタピラー１６に用いられるピラーアウタパネル３２の製造方法について説明する。

まず切断工程により、一定の板厚の鋼板が所定の形状（圧延工程前のセンタピラー１６の外形をカバーできる形状）に切断され、図５に示すブランク材Ｂが形成される。

次いで、圧延工程では、上記のブランク材Ｂが圧延機により圧延されて差厚鋼板ＴＢ１が製造される。この圧延工程では、１台の圧延機５０によりブランク材Ｂが圧延されて差厚鋼板ＴＢ１が製造される。この圧延機５０は、２段圧延機とされており、互いに平行な姿勢で上下２段に並んだ一対の略円筒状のワークロール５２、５４を備えている。これらのワークロール５２、５４は、図示しないハウジングによって回転可能に支持されており（図５の矢印Ｒ参照）、図示しない駆動装置によって互いに同期して回転駆動される構成とされている。一対のワークロール５２、５４の間には、規定の隙間（例えば、ブランク材Ｂの板厚とほぼ同じ隙間）が設定されている。なお、図５では、説明の都合上、一対のワークロール５２を実際よりも離間させて模式的に図示している。

一対のワークロール５２、５４のうち、一方のワークロール５２の外周面（加工面）には、ブランク材Ｂに対して板厚変化（差厚形状）を付与するための凸部５２Ａが形成されている。凸部５２Ａは、ワークロール５２の外周面の軸方向の中央部に半径方向外側に突出するように形成されており、周方向の一部の領域のみに形成されている。この凸部５２Ａは、圧延工程によって製造される差厚鋼板ＴＢ１の薄肉部３８の目標形状に相当する形状に成形されている。

上記構成の圧延機５０を用いる圧延工程では、一対のワークロール５２、５４の間にブランク材Ｂが挿入されて圧延され（図５の矢印ＲＭ参照）、一方のワークロール５２の加工面の形状がブランク材Ｂに転写される。すなわち、図３に示されるように、ワークロール５２の凸部５２Ａによってブランク材Ｂの一部の領域がつぶされて薄板化されることで、薄肉部３８を備えた差厚鋼板ＴＢ１が製造される。ブランク材Ｂの薄板化により薄肉部３８が加工硬化し、元のブランク材Ｂの強度に比べて薄肉部３８の強度が上昇する。

上記の圧延工程の後、冷間加工工程では、図４に示されるように、差厚鋼板ＴＢ１の薄肉部３８以外の部位を再結晶温度未満の温度にて屈曲させることにより、対向する一対の側壁部３２Ｂ、３２Ｃと底壁部３２Ａとを形成する。これにより、底壁部３２Ａの稜線３６Ａ、３６Ｂを除く一部の領域を一般部４０よりも薄板化した薄肉部３８を備えたピラーアウタパネル３２が製造される。この製造方法では、薄肉部３８の部分は、加工硬化して成形性が悪いため、薄肉部３８以外の部位を冷間加工工程により屈曲させることで、稜線３６Ａ、３６Ｂを形成する。

次に、第１実施形態の作用及び効果について説明する。

ピラーアウタパネル３２の製造方法では、圧延工程によりピラーアウタパネル３２の稜線３６Ａ、３６Ｂを除く部分に対応するブランク材Ｂの一部の領域を薄板化することで、薄肉部３８を備えた差厚鋼板ＴＢ１を形成する。薄肉部３８を形成することで、ピラーアウタパネル３２の重量を低減、すなわちピラーアウタパネル３２全体を軽量化することができる。また、薄肉部３８は、圧延によって加工硬化されるため、元のブランク材Ｂの強度に比べて薄肉部３８の強度が上昇する。そして、圧延工程の後に冷間加工を行うことで、差厚鋼板ＴＢ１の薄肉部３８以外の部位を再結晶温度未満の温度にて屈曲させ、対向する一対の側壁部３２Ｂ、３２Ｃと底壁部３２Ａとを形成する。

上記のピラーアウタパネル３２の製造方法では、薄肉部３８は、圧延によって加工硬化され、その後に冷間加工を行うことで、熱間加工のように歪みが開放されることがない。すなわち、熱間加工では、ピラーアウタパネルに熱を加えるため、圧延による薄板化の工程で入った加工硬化がキャンセルされることになる。このため、上記のピラーアウタパネル３２の製造方法では、熱間加工を行う場合に比べて、ピラーアウタパネル３２を薄板化しつつも高強度化を図ることができる。

次に、図６を用いて、第２実施形態に係る車両骨格部材の製造方法について説明する。第２実施形態では、車両骨格部材としてのロッカの構成及びロッカの製造方法について説明する。なお、第２実施形態において、第１実施形態と同一の構成要素、部材等を有する場合は、同一符号を付して、詳細な説明を省略する。

図６に示されるように、ロッカ６０は、車両幅方向内側に配置されたロッカインナパネル（図示省略）と、ロッカインナパネルの車両幅方向外側に配置されたロッカアウタパネル６２と、を備えている。

ロッカアウタパネル６２は、ロッカ６０の車両幅方向外側の部位を構成し、車両下部で車両前後方向を長手方向として配置されている。ロッカアウタパネル６２は、略車両上下方向及び略車両幅方向に沿った断面視にて断面が略ハット形状とされると共に、車両幅方向内向きに開口されている。ロッカアウタパネル６２は、車両幅方向外側に略車両上下方向に沿って配置された底壁部６２Ａと、底壁部６２Ａの車両上下方向の上端部から略車両幅方向内側に延びた側壁部としての横壁部６２Ｂと、底壁部６２Ａの車両上下方向の下端部から略車両幅方向内側に延びた側壁部としての横壁部６２Ｃと、を備えている。すなわち、ロッカアウタパネル６２は、対向する一対の横壁部６２Ｂ、６２Ｃと、横壁部６２Ｂ、６２Ｃの対向縁部（本実施形態では、車両幅方向外側端部）同士を繋ぐ底壁部６２Ａと、を備えている。さらに、ロッカアウタパネル６２は、横壁部６２Ｂの車両幅方向の内側端部から車両上方側に延びたフランジ部６２Ｄと、横壁部６２Ｃの車両幅方向の内側端部から車両下方側に延びたフランジ部６２Ｅと、を備えている。

上下一対の横壁部６２Ｂ、６２Ｃは、車両幅方向内側に向かって車両上下方向の間隔が広くなるように車両幅方向に対して斜め方向に配置されている。底壁部６２Ａと横壁部６２Ｂとの間には、略車両前後方向に沿って稜線６４Ａが形成されており、底壁部６２Ａと横壁部６２Ｃとの間には、略車両前後方向に沿って稜線６４Ｂが形成されている。底壁部６２Ａの車両上下方向の中間部には、底壁部６２Ａにおける上側部分及び下側部分よりも板厚が小さい薄肉部６６が形成されている。言い換えると、薄肉部６６は、横壁部６２Ｂ、６２Ｃ、底壁部６２Ａの上側部分及び下側部分を構成する一般部６８よりも薄肉となるように底壁部６２Ａの一部を薄板化した構成とされている。すなわち、当該薄肉部６６は、底壁部６２Ａにおけるロッカアウタパネル６２の稜線６４Ａ、６４Ｂを除く一部の領域を一般部６８よりも薄板化している。薄肉部６６と底壁部６２Ａの一般部６８との境界部分は、薄肉部６６から底壁部６２Ａの一般部６８に向かって板厚が徐々に厚くなるように形成されている。薄肉部６６は、圧延工程により形成されている。

図示を省略するが、ロッカインナパネルは、略車両上下方向及び略車両幅方向に沿った断面視にて断面が略ハット形状とされると共に、車両幅方向外向きに開口されている。ロッカインナパネルの上下一対のフランジ部は、例えば、ロッカアウタパネル６２のフランジ部６２Ｄ、フランジ部６２Ｅに溶接により接合されている。

次に、ロッカアウタパネル６２の製造方法について説明する。

まず切削工程により、第１実施形態と同様に、一定の板厚の鋼板が所定の形状（圧延工程前のロッカ６０の外形をカバーできる形状）に切断され、ブランク材（図示省略）が形成される。

次いで、圧延工程によりロッカアウタパネル６２の稜線６４Ａ、６４Ｂを除くブランク材（図示省略）の一部の領域を薄板化することで、薄肉部６６を備えた差厚鋼板（図示省略）を形成する。

上記の圧延工程の後、冷間加工工程により、差厚鋼板の薄肉部６６が形成された部位以外の部位を再結晶温度未満の温度にて屈曲させることで、対向する一対の横壁部６２Ｂ、６２Ｃと底壁部６２Ａとを形成する。これにより、底壁部６２Ａの稜線６４Ａ、６４Ｂを除く一部の領域を一般部６８よりも薄板化した薄肉部６６を備えたロッカアウタパネル６２が製造される。

ロッカアウタパネル６２の製造方法では、圧延工程によりロッカアウタパネル６２の稜線６４Ａ、６４Ｂを除くブランク材の一部の領域を薄板化することで、薄肉部６６を形成する。これにより、ロッカアウタパネル６２の重量を低減、すなわちロッカアウタパネル６２全体を軽量化することができる。また、差厚鋼板の薄肉部６６は、圧延によって加工硬化されるため、元のブランク材の強度に比べて薄肉部６６の強度が上昇する。そして、圧延工程の後に冷間加工を行うことで、差厚鋼板の薄肉部６６以外の部位を再結晶温度未満の温度にて屈曲させる。

上記のロッカアウタパネル６２の製造方法では、薄肉部６６は、圧延によって加工硬化され、その後に冷間加工を行うことで、熱間加工のように歪みが開放されることがなく、ロッカアウタパネル６２を薄板化しつつも高強度化を図ることができる。

なお、第１実施形態及び第２実施形態において、ピラーアウタパネル３２、ロッカアウタパネル６２の断面形状及び板厚、底壁部３２Ａ、６２Ａにおける薄肉部３８、６６の位置及び板厚は、変更が可能である。また、第１実施形態及び第２実施形態では、ピラーアウタパネル３２、ロッカアウタパネル６２の断面が略ハット形状とされているが、他の断面形状の車両骨格部材でも本発明を適用可能である。

また、第１実施形態及び第２実施形態では、ピラーアウタパネル３２、ロッカアウタパネル６２の側に薄肉部３８、６６が設けられているが、これに代えて、又はこれに加えて、ピラーインナパネル３０、ロッカインナパネル（図示省略）の側にも、薄肉部３８、６６と同様の薄肉部を形成してもよい。

また、第１実施形態は、センタピラーの製造方法について説明し、第２実施形態では、ロッカの製造方法について説明したが、本発明は、例えば、サイドレールなどの他の車両骨格部材の製造方法にも適用可能である。

１０ 車両
１６ センタピラー（車両骨格部材）
３２ ピラーアウタパネル（車両骨格部材）
３２Ａ 底壁部
３２Ｂ 側壁部
３２Ｃ 側壁部
３６Ａ 稜線
３６Ｂ 稜線
３８ 薄肉部
４０ 一般部
６０ ロッカ（車両骨格部材）
６２ ロッカアウタパネル（車両骨格部材）
６２Ａ 底壁部
６２Ｂ 横壁部（側壁部）
６２Ｃ 横壁部（側壁部）
６４Ａ 稜線
６４Ｂ 稜線
６６ 薄肉部
６８ 一般部
Ｂ ブランク材（鋼板）
ＴＢ１ 差厚鋼板（薄板化された鋼板）

Claims (1)

1. 対向する一対の側壁部と、該一対の側壁部の対向縁部同士を繋ぐ底壁部とを備え、稜線を除く一部の領域を該一部の領域以外の一般部よりも薄肉とした車両骨格部材の製造方法であって、
   鋼板の一部を圧延により薄板化して前記一部の領域に薄肉部を形成する圧延工程と、
   前記圧延工程によって薄板化された前記薄肉部以外の部位を再結晶温度未満の温度にて屈曲させることにより、前記一対の側壁部と前記底壁部を形成する冷間加工工程と、
   を有する車両骨格部材の製造方法。