JP6177751B2

JP6177751B2 - 車両用構造部材

Info

Publication number: JP6177751B2
Application number: JP2014230424A
Authority: JP
Inventors: 洋康小坂; 和章北口
Original assignee: Toyoda Iron Works Co Ltd
Current assignee: Toyoda Iron Works Co Ltd
Priority date: 2014-11-13
Filing date: 2014-11-13
Publication date: 2017-08-09
Anticipated expiration: 2034-11-13
Also published as: WO2016076053A1; JP2016094063A

Description

本発明は車両用構造部材に係り、特に、ハット断面部材に中空部形成部材が一体的に接合された中空構造の車両用構造部材の改良に関するものである。

(a) 長手形状を成しているとともに、その長手形状の長手方向と直角な断面がハット（鍔付き帽子）断面形状を成していて、第１突出壁部と、その第１突出壁部の両端から同じ側へ曲げられた一対の第１立て壁部と、その第１立て壁部の先端からそれぞれ外側へ延びる一対のフランジ部とを備えているハット断面部材と、(b) 長手形状を成しているとともに、前記ハット断面部材との間に中空部が形成されるように、そのハット断面部材に一体的に固設された中空部形成部材と、を有し、(c) 前記第１突出壁部が車両外方側へ突出する姿勢で車両に配設されて長手方向の両端部で支持されることにより、車両外方側から加えられる荷重を受け止める中空構造の車両用構造部材が知られている。特許文献１に記載の車両用センターピラーのリインフォースメントはその一例で、ハット断面部材（第１リインフォースメント３）の開口側に中空部形成部材（センターピラーインナ６４）が配設されて、フランジ部（フランジ１４）に一体的に溶接されている。また、特許文献２の図４には、断面がＵ字形状の中空部形成部材（第２リインフォース４）をハット断面部材（第１リインフォース３）の内側に配設する技術が記載されている。

特開２００９−１１２１号公報特開２００９−２６２６１４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の車両用構造部材においては、長手方向の中間部分に車両外側から荷重が加えられると、その中間部分が車両内方側へ凹むように撓み変形させられる際に、ハット断面形状における第１突出壁部の中央部分が内側へ折れ曲がってＭ字形を成すように変形する場合があり、その場合にはフランジ部が中空部形成部材から浮き上がるように引き剥がし力が作用して接合部分が破断し、耐荷重性能が損なわれる恐れがあった。図４は、従来の車両用センターピラーリインフォースメントの一例を示す横断面図で、この車両用センターピラーリインフォースメント１００は、ハット断面部材１０２の開口側に中空部形成部材１０４が一体的に固設されている場合であり、「×」印で示す接合部Ｐでスポット溶接等によりフランジ部１０６に溶接されている。そして、この車両用センターピラーリインフォースメント１００の長手方向の中間部分（例えば図４に示す横断面部分）に、側突バリア１０８によって車両外方側から側面衝突荷重Ｆが加えられると、その中間部分が車両内側（図４における下方側）へ撓み変形させられる際に、ハット断面部材１０２は、第１突出壁部１１０側に圧縮応力が作用して図４(b) に示すようにその第１突出壁部１１０の中央部分が内側へ折れ曲がってＭ字形断面を成すように変形させられ、フランジ部１０６が中空部形成部材１０４から浮き上がって接合部Ｐが破断する可能性がある。

一方、特許文献２に記載の車両用構造部材においては、第１突出壁部と中空部形成部材との間に中空部が設けられているものの、ハット断面部材が変形して中空部形成部材に当接するまでの衝突初期には、基本的にハット断面部材のみで荷重が受け止められるため、中空部形成部材による耐荷重性能の向上効果が適切に得られない可能性がある。

本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、ハット断面部材に中空部形成部材が一体的に接合された中空構造の車両用構造部材において、ハット断面部材と中空部形成部材との接合部の破断が抑制されるようにして、中空部形成部材による耐荷重性能の向上効果が衝突初期から適切に得られるようにすることにある。

かかる目的を達成するために、第１発明は、(a) 長手形状を成しているとともに、その長手形状の長手方向と直角な断面がハット断面形状を成していて、第１突出壁部と、その第１突出壁部の両端から同じ側へ曲げられた一対の第１立て壁部と、その第１立て壁部の先端からそれぞれ外側へ延びる一対のフランジ部とを備えているハット断面部材と、(b) 長手形状を成しているとともに、前記ハット断面部材との間に中空部が形成されるように、そのハット断面部材に一体的に固設された中空部形成部材と、を有し、(c) 前記第１突出壁部が車両外方側へ突出する姿勢で車両に配設されて長手方向の両端部で支持されることにより、車両外方側から加えられる荷重を受け止める中空構造の車両用構造部材において、(d) 前記中空部形成部材は、前記ハット断面部材よりも高強度であるとともに、長手方向と直角な断面がＵ字形状を成していて、第２突出壁部と、その第２突出壁部の両端から同じ側へ曲げられた一対の第２立て壁部とを備えており、(e) その一対の第２立て壁部の内側に前記第１突出壁部および前記一対の第１立て壁部が入り込んで、その一対の第１立て壁部とその一対の第２立て壁部とがそれぞれ重なるように、前記中空部形成部材が前記ハット断面部材よりも車両外方側に位置する状態でそれ等の中空部形成部材とハット断面部材とが同じ向きに重ね合わされており、(f) 前記第２突出壁部および前記一対の第２立て壁部と前記第１突出壁部とによって前記中空部が形成される状態で、互いに重ね合わされたその一対の第２立て壁部と前記一対の第１立て壁部とがそれぞれ一体的に接合されていることを特徴とする。

第２発明は、第１発明の車両用構造部材において、前記車両用構造部材は、車両側面に上下方向に沿って配設されて上下方向の両端部で支持されるとともに、前記ハット断面部材の前記一対のフランジ部にセンターピラー外板が取り付けられる車両用センターピラーリインフォースメントであることを特徴とする。

このような車両用構造部材においては、断面がＵ字形状の中空部形成部材が用いられるとともに、その中空部形成部材の一対の第２立て壁部の内側に第１突出壁部および一対の第１立て壁部が入り込むように、ハット断面部材よりも車両外方側に中空部形成部材が位置する状態で重ね合わされ、第２突出壁部および一対の第２立て壁部と第１突出壁部とによって中空部が形成される状態で、一対の第１立て壁部と一対の第２立て壁部とがそれぞれ一体的に接合されているため、中空構造によって高い剛性を確保しつつ薄肉化等による軽量化を図ることができる。一方、一対の第１立て壁部と一対の第２立て壁部とがそれぞれ一体的に接合されているため、車両外方側から荷重が加えられた場合には、その接合部にせん断方向の荷重が作用するようになり、引き剥がしが抑制されて接合部の接合状態が良好に維持され、所定の耐荷重性能が安定して得られる。また、ハット断面部材よりも高強度の中空部形成部材が車両外方側に配設されているため、衝突初期からその中空部形成部材によって荷重が適切に受け止められるようになり、中空部形成部材による耐荷重性能の向上効果が適切に得られる。

第２発明は、車両用センターピラーリインフォースメントに関するもので、本発明が好適に適用され、側面衝突荷重に対する耐荷重性能が安定して得られるとともに、比較的高強度の中空部形成部材がハット断面部材よりも車両外方側に配設されていることから、側面衝突荷重を適切に受け止めて車室内への侵入を抑制し、乗員の安全性能を適切に確保することができる。また、ハット断面部材のフランジ部にセンターピラー外板が取り付けられるが、中空部形成部材はハット断面部材の第１立て壁部に接合されるため、例えば特許文献１のように中空部形成部材をフランジ部に重ね合わせて同時に溶接接合する場合に比較して溶接性が向上し、センターピラー外板をフランジ部に対して容易且つ適切に溶接接合できるなど、センターピラー外板の取付作業性が向上する。

本発明の一実施例である車両用センターピラーリインフォースメントを車両内方側から見た正面図である。図１におけるII−II矢視部分の拡大断面図である。図１の車両用センターピラーリインフォースメントを構成しているハット断面部材および中空部形成部材を重ね合わせて接合する前の斜視図である。従来の車両用センターピラーリインフォースメントに側面衝突荷重Ｆが加えられた場合の形状変化を説明する図で、図２に対応する断面図である。

本発明は車両用センターピラーリインフォースメントに好適に適用されるが、フロントピラーやリヤピラー等の他のピラーのリインフォースメントに適用することもできるし、バンパーリインフォースメントやロッカー等のピラーリインフォースメント以外の車両用構造部材に適用することもできる。車両用構造部材は、ハット断面部材および中空部形成部材を有して構成されるが、更にハット断面部材の開口部分を閉塞する板状或いはハット断面形状等の閉塞部材をフランジ部等に固設することもできる。

一対の第１立て壁部および第２立て壁部は、例えば第１突出壁部や第２突出壁部から略直角に曲げられて略平行に延び出すように設けられるが、徐々に幅寸法が広くなるように拡開方向へ傾斜させて設けることも可能である。第１立て壁部と第２立て壁部とを一体的に接合する接合手段としてはスポット溶接が適当であるが、レーザー溶接やアーク溶接等の他の溶接手段、或いはリベット、カシメなど種々の手段を採用できる。ハット断面部材および中空部形成部材は、車両用構造部材の種類によっては長手方向の全長に亘って略同じ断面形状とすることもできるが、長手方向の中間部分のみを本発明構造とするだけでも良いし、長手方向において断面形状を連続的に変化させて、例えば両端部では第１突出壁部と第２突出壁部とを密着させることもできるし、中空部形成部材をハット断面部材の長手方向の一部に設けるだけでも良いなど、種々の態様が可能である。

中空部形成部材はハット断面部材よりも高強度で、例えば引張強度が９８０ＭＰａ程度以上の超高張力鋼板にて構成することが望ましい。高強度の中空部形成部材は、引張強度が高い鋼板を用いるだけでなく、板厚を厚くすることで高強度化することも可能である。ハット断面部材としては、例えば引張強度が４４０ＭＰａ程度以上の高張力鋼板が好適に用いられる。

第１立て壁部および第２立て壁部は、互いに密着するように平行に重ね合わされるようにすることが望ましいが、加工誤差を考慮して僅かな隙間を有する状態で重ね合わせ、溶接等の接合手段で接合する際に互いに密着させるようにしても良い。第２立て壁部の先端（第２突出壁部と反対側の端縁）が、第１立て壁部とフランジ部とのコーナー部に達するようにすれば、中空部形成部材とハット断面部材とを重ね合わせる際の位置合わせが容易になるとともに、中空部形成部材に加えられた荷重の一部がコーナー部で受け止められるようになり、接合部の負担が軽減されて接合状態が一層良好に維持される。

以下、本発明の実施例を、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例において、図は説明のために適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも正確に描かれていない。

図１は、本発明の一実施例である車両用センターピラーリインフォースメント１０を示す図で、車両内方側から見た正面図であり、図２は、図１におけるII−II矢視部分、すなわち車両の上下方向に配設される車両用センターピラーリインフォースメント１０の中間部分で長手方向と略直角な水平方向に切断した拡大断面図である。また、図３は、車両用センターピラーリインフォースメント１０を構成している２部材を分離して示した斜視図で、具体的には接合前のハット断面部材１２および中空部形成部材１４を個別に示した斜視図である。そして、ハット断面部材１２の凸側に中空部形成部材１４が重ね合わされて一体的に接合されることにより、車両用センターピラーリインフォースメント１０が構成されている。この車両用センターピラーリインフォースメント１０は、車両右側部に上下方向に沿って配設され、上下両端部がルーフサイドレールやサイドシル等に固定されて支持されることにより、車両横方向の外方側から加えられる側面衝突荷重等を受け止めて車室内の乗員の安全性能を確保するためのもので、車両用構造部材に相当する。

ハット断面部材１２は、長手形状を成しているとともに、その長手形状の長手方向と直角な断面、すなわち図２に示す略水平な断面がハット断面形状を成していて、車両外方側へ突き出している第１突出壁部２０と、その第１突出壁部２０の両端からそれぞれ車両内方側へ曲げられた一対の第１立て壁部２２と、その第１立て壁部２２の先端からそれぞれ外側、すなわち車両前後方向へ延びる一対のフランジ部２４とを備えている。一対の第１立て壁部２２は、第１突出壁部２０の両端からそれぞれ略９０°の曲げ角度で曲げられているが、第１突出壁部２０から離間するに従って拡開するように僅かに外側へ傾斜させられている。中空部形成部材１４は、長手形状を成しているとともに、その長手形状の長手方向と直角な断面、すなわち図２に示す略水平な断面が角張ったＵ字形状を成していて、車両外方側へ突き出している第２突出壁部３０と、その第２突出壁部３０の両端からそれぞれ車両内方側へ曲げられた一対の第２立て壁部３２とを備えている。一対の第２立て壁部３２は、第２突出壁部３０の両端からそれぞれ略９０°の曲げ角度で曲げられているが、上記第１立て壁部２２と同様に、第２突出壁部３０から離間するに従って拡開するように僅かに外側へ傾斜させられている。

上記ハット断面部材１２は中空部形成部材１４よりも低強度で、例えば引張強度が４４０ＭＰａ以上の高張力鋼板にて構成されているとともに、板厚は２ｍｍ以下で比較的薄く、冷間プレス加工による曲げ成形や絞り成形を主体として製造される。一方、中空部形成部材１２は、例えば引張強度が１１８０ＭＰａ程度以上の超高張力鋼板にて構成されているとともに、板厚は上記ハット断面部材１２の板厚よりも厚く、焼入れ性を有する熱間プレス用鋼板を用いて熱間プレス加工による曲げ成形や絞り成形を主体として製造される。

そして、上記ハット断面部材１２および中空部形成部材１４は、一対の第１立て壁部２２と一対の第２立て壁部３２とがそれぞれ略平行に重なるように、ハット断面およびＵ字断面の開口側が車両内側向きになる同じ姿勢で重ね合わされ、互いに一体的に接合されている。具体的には、第１突出壁部２０および一対の第１立て壁部２２が一対の第２立て壁部３２の内側へ入り込むように、中空部形成部材１４がハット断面部材１２よりも車両外方側に位置する状態で、ハット断面部材１２が第１突出壁部２０側から中空部形成部材１４の内側に挿入されて重ね合わされている。一対の第２立て壁部３２の先端すなわち第２突出壁部３０と反対側の端縁が、ハット断面部材１２の第１立て壁部２２とフランジ部２４とのコーナー部に達する状態で、その第２突出壁部３０と第１突出壁部２０との間には所定の寸法の空間があり、第２突出壁部３０および一対の第２立て壁部３２と第１突出壁部２０とによって囲まれた略矩形断面の中空部３４が形成される。第２立て壁部３２の長さすなわち中空部形成部材１４の突出高さ寸法は、第１立て壁部２２の長さすなわちハット断面部材１２の突出高さ寸法の約２倍で、第１突出壁部２０は、車両用センターピラーリインフォースメント１０の全体の突出高さ寸法の約半分（４０％〜６０％程度の範囲内）の高さに位置しており、十分な大きさの中空部３４が確保される。そして、その状態で、互いに略平行に密着するように重ね合わされた一対の第１立て壁部２２と一対の第２立て壁部３２とが、それぞれ図２に「×」印で示す接合部Ｐ１でスポット溶接により一体的に溶接接合され、これにより目的とする車両用センターピラーリインフォースメント１０が得られる。所定の接合強度を確保する上で、第１立て壁部２２および第２立て壁部３２の重なり高さ寸法は１０ｍｍ以上が適当で、本実施例では１３ｍｍ〜１７ｍｍ程度であるとともに、接合部Ｐ１は車両用センターピラーリインフォースメント１０の長手方向に所定の間隔を隔てて多数設定されている。

このような車両用センターピラーリインフォースメント１０は、第１突出壁部２０および第２突出壁部３０が車両外方側へ突出する姿勢で、車両の右側部に上下方向に沿って配設される。そして、図２に一点鎖線で示すように、中空部形成部材１４よりも一回り大きいハット断面形状のセンターピラー外板４０が、その中空部形成部材１４を覆蓋するように配設されて、その両側部のフランジ部がハット断面部材１２の一対のフランジ部２４にスポット溶接等によって一体的に溶接接合される。図２に「×」印で示す接合部Ｐ２は、センターピラー外板４０とフランジ部２４との溶接部である。

ここで、本実施例の車両用センターピラーリインフォースメント１０は、断面がＵ字形状の中空部形成部材１４が用いられるとともに、その中空部形成部材１４の一対の第２立て壁部３２の内側に第１突出壁部２０および一対の第１立て壁部２２が入り込むように、ハット断面部材１２よりも車両外方側に中空部形成部材１４が位置する状態で重ね合わされ、第２突出壁部３０および一対の第２立て壁部３２と第１突出壁部２０とによって中空部３４が形成される状態で、一対の第１立て壁部２２と一対の第２立て壁部３２とがそれぞれ一体的に接合されているため、中空構造によって高い剛性を確保しつつ薄肉化等による軽量化を図ることができる。

一方、一対の第１立て壁部２２と一対の第２立て壁部３２とが接合部Ｐ１で一体的に接合されているため、前記側突バリア１０８によって車両外方側から側面衝突荷重Ｆが加えられた場合には、その接合部Ｐ１にせん断方向の荷重が作用するようになり、引き剥がしが抑制されて接合部Ｐ１の接合状態が良好に維持され、所定の耐荷重性能が安定して得られる。

また、ハット断面部材１２よりも高強度の中空部形成部材１４が車両外方側に配設されているため、衝突初期からその中空部形成部材１４によって側面衝突荷重Ｆが適切に受け止められるようになり、車室内への侵入を抑制して乗員の安全性能を適切に確保することができるなど、中空部形成部材１４による耐荷重性能の向上効果が適切に得られる。

また、ハット断面部材１２のフランジ部２４にセンターピラー外板４０が取り付けられるが、中空部形成部材１４はハット断面部材１２の第１立て壁部２２に接合されるため、特許文献１のように中空部形成部材をフランジ部２４に重ね合わせて同時に溶接接合する場合に比較して溶接性が向上し、センターピラー外板４０をフランジ部２４に対して容易且つ適切に溶接接合できるなど、センターピラー外板４０の取付作業性が向上する。

また、本実施例では、第２立て壁部３２の先端が、第１立て壁部２２とフランジ部２４とのコーナー部に達する状態で、ハット断面部材１２と中空部形成部材１４とが重ね合わされて一体的に接合されているため、それ等のハット断面部材１２および中空部形成部材１４を重ね合わせる際の位置合わせが容易であるとともに、中空部形成部材１４に加えられた側面衝突荷重Ｆの一部がコーナー部で受け止められるため、接合部Ｐ１の負担が軽減されて接合状態が一層良好に維持される。

以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。

１０：車両用センターピラーリインフォースメント（車両用構造部材）１２：ハット断面部材１４：中空部形成部材２０：第１突出壁部２２：第１立て壁部２４：フランジ部３０：第２突出壁部３２：第２立て壁部３４：中空部４０：センターピラー外板Ｆ：側面衝突荷重Ｐ１：接合部

Claims

長手形状を成しているとともに、該長手形状の長手方向と直角な断面がハット断面形状を成していて、第１突出壁部と、該第１突出壁部の両端から同じ側へ曲げられた一対の第１立て壁部と、該第１立て壁部の先端からそれぞれ外側へ延びる一対のフランジ部とを備えているハット断面部材と、
長手形状を成しているとともに、前記ハット断面部材との間に中空部が形成されるように、該ハット断面部材に一体的に固設された中空部形成部材と、
を有し、前記第１突出壁部が車両外方側へ突出する姿勢で車両に配設されて長手方向の両端部で支持されることにより、車両外方側から加えられる荷重を受け止める中空構造の車両用構造部材において、
前記中空部形成部材は、前記ハット断面部材よりも高強度であるとともに、長手方向と直角な断面がＵ字形状を成していて、第２突出壁部と、該第２突出壁部の両端から同じ側へ曲げられた一対の第２立て壁部とを備えており、
該一対の第２立て壁部の内側に前記第１突出壁部および前記一対の第１立て壁部が入り込んで、前記第２立て壁部の先端が前記第１立て壁部とフランジ部の間のコーナー部の第１立て壁部側の端に一致した状態で、該一対の第１立て壁部と該一対の第２立て壁部とがそれぞれ重なるように、前記中空部形成部材が前記ハット断面部材よりも車両外方側に位置する状態で該中空部形成部材と該ハット断面部材とが同じ向きに重ね合わされており、
前記第２突出壁部および前記一対の第２立て壁部と前記第１突出壁部とによって前記中空部が形成される状態で、互いに重ね合わされた該一対の第２立て壁部と前記一対の第１立て壁部とがそれぞれ一体的に接合されている
ことを特徴とする車両用構造部材。
前記車両用構造部材は、車両側面に上下方向に沿って配設されて上下方向の両端部で支持されるとともに、前記ハット断面部材の前記一対のフランジ部にセンターピラー外板が取り付けられる車両用センターピラーリインフォースメントである
ことを特徴とする請求項１に記載の車両用構造部材。