JP6269613B2 - 車体骨格構造及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、車体骨格構造及びその製造方法に関する。

下記特許文献１には、ピラーインナパネルとピラーアウタパネルとにより閉断面構造とされたフロントピラーと、フロントピラーの内部に挿通された筒状のリインフォースと、を備えたピラー構造が開示されている。

特開２００３− ７２５８９号公報

上記従来のピラー構造において、例えばピラーアウタの板厚を薄くすることで、ピラーインナに対してピラーアウタの強度が低くなることが考えられる。このような構造においても、ピラー全体の強度を確保しつつ、軽量化を図ることが求められる。

本発明は上記事実を考慮し、強度の異なる２枚のパネルにより閉断面構造とされた車体骨格において、車体骨格の強度を効率的に向上させることができ、もって軽量化を図れる車体骨格構造及びその製造方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の車体骨格構造は、第１パネルと、前記第１パネルよりも強度が低い第２パネルと、で閉断面構造とされた骨格本体と、前記骨格本体の内部に前記骨格本体に沿って設けられ、前記骨格本体の断面中心よりも前記第２パネル側の部分が前記骨格本体の断面中心よりも前記第１パネル側の部分よりも全体として厚肉とされた筒状リインフォースと、を備える。

請求項１に記載の車体骨格構造では、第１パネルと第２パネルとで閉断面構造の骨格本体が形成されている。そして、第２パネルは、第１パネルよりも強度が低い。そのため、骨格本体の中立軸（曲げを想定した場合に圧縮ひずみも引張りひずみも生じない中立面と、骨格本体の横断面とが交わる線）は、骨格本体の断面中心よりも第１パネル側に寄っている。

また、骨格本体の内部には、筒状リインフォースが骨格本体に沿って設けられている。このため、骨格本体が筒状リインフォースにより補強され、車体骨格構造の強度が向上されている。

さらに、筒状リインフォースのうち第２パネル側の部分は、第１パネル側の部分よりも全体として厚肉とされている。このため、骨格本体と筒状リインフォースとを合わせた車体骨格構造全体の中立面は、上述の骨格本体の中立面よりも第２パネル側に位置している。すなわち、筒状リインフォースが一定の肉厚である場合と比較して、車体骨格構造全体の中立軸を骨格本体の断面中心に近づけることができる。その結果、車体骨格の強度を効率よく向上させることができ、もって軽量化を図ることができる。

なお、骨格本体の断面中心とは、骨格本体の横断面において、第１パネル及び第２パネルに囲まれる領域の図心をいう。

請求項２に記載の車体骨格構造は、請求項１に記載の車体骨格構造において、前記筒状リインフォースは、前記骨格本体の断面中心よりも第２パネル側の部分が厚肉部とされ、前記骨格本体の断面中心よりも第１パネル側の部分が薄肉部とされている。

請求項２に記載の車体骨格構造では、筒状リインフォースは、骨格本体の断面中心を基準として肉厚に変化が設けられているので、車体骨格構造全体の中立軸を効率的に骨格本体の断面中心に近づけることができる。

請求項３記載の車体骨格構造の製造方法は、請求項１又は請求項２に記載の車体骨格構造を製造する方法であって、前記筒状リインフォースは、横断面形状が部分的に厚肉とされた筒状の偏肉押出材をアルミ押出成形により製作し、前記偏肉押出材を素材としてハイドロフォーミング法により成形することで製造される。

請求項３記載の車体骨格構造の製造方法では、アルミ押出成形により横断面形状が部分的に厚肉とされた筒状の偏肉押出材を製作し、この偏肉押出材を素材としてハイドロフォーミング法により成形することで筒状リインフォースを製造することができる。つまり、請求項１又は請求項２に記載の車体骨格構造を容易に製造することができる。

以上説明したように、請求項１記載の車体骨格構造は、強度の異なる２枚のパネルにより閉断面構造とされた車体骨格において、車体骨格の強度を効率的に向上させることができ、もって軽量化を図れる、という優れた効果を有する。

請求項２記載の車体骨格構造は、車体骨格構造全体の中立軸を効率的に骨格本体の断面中心に近づけることができる、という優れた効果を有する。

請求項３記載の車体骨格構造の製造方法は、車体骨格構造を容易に製造することができる、という優れた効果を有する。

本実施形態に係る車体骨格構造が適用されたフロントピラーアッパの横断面を示し、（Ａ）は図３のＡ−Ａ線断面図であり、（Ｂ）は図３のＢ−Ｂ線断面図である。 本実施形態に係る筒状リインフォースの素材となる偏肉押出材を示す横断面図である。 本実施形態に係る車体骨格構造が適用される一例としての車体側部を示す側面図である。 本実施形態の変形例である車体骨格構造が適用されたロッカを示す横断面図である。

以下、図１〜図３を用いて、本発明の実施形態について説明する。なお、各図に適宜示される矢印ＦＲは車両前方を示しており、又矢印ＵＰは車両上方側を示している。さらに、矢印ＯＵＴは車両幅方向外側を示している。

図３には、本実施形態の車体骨格構造Ｓが一部に適用された車体側部１０（車体左側部）が示されている。この図に示されるように、車体側部１０の下部には、車両前後方向を長手とした車体骨格部材であるロッカ１２が設けられている。また、車体側部１０の上部には、車両前後方向を長手とした車体骨格部材であるルーフサイドレール１４が設けられている。ルーフサイドレール１４の前端から連続するように、車両前方に向かって斜め下方へ傾斜すると共に図示しないフロントシールドガラスの側端を支持するフロントピラーアッパ１６が設けられている。

フロントピラーアッパ１６の前端とロッカ１２の前端とを連結するように、車両上下方向に延びるフロントピラーロア１８が設けられている。また、フロントピラーアッパ１６の後端とロッカ１２の中間部とを連結するように、車両上下方向に延びるセンターピラー２０が設けられている。そして、フロントピラーロア１８、フロントピラーアッパ１６、ロッカ１２及びセンターピラー２０とにより、車両前部座席の乗員が乗降するためフロントサイドドア（図示省略）が配置される前側開口部２２が形成されている。また、センターピラー２０、ルーフサイドレール１４、ロッカ１２及びリアピラー２４とにより、車両後部座席の乗員が乗降するためのリアサイドドア（図示省略）が配置される後側開口部２６が形成されている。

（ピラー本体）
本実施形態の車体骨格構造Ｓは、フロントピラーアッパ１６の前端付近からルーフサイドレール１４の後端付近において適用されている。図１（Ａ）、（Ｂ）には、本実施形態の車体骨格構造Ｓが適用されたフロントピラーアッパ１６の横断面が示されている。これらの図に示されるように、フロントピラーアッパ１６は、閉断面構造とされた「骨格本体」としてのピラー本体２８を含んで構成されている。そして、ピラー本体２８は、車両内側を構成するピラーインナパネル３０と、車両外側を構成すると共にピラーインナパネル３０よりも強度が低いピラーアウタパネル３２と、が接合されることで形成されている。なお、本実施形態のピラーアウタパネル３２は、ピラーインナパネル３０よりも板厚が薄く、かつ材料固有の強度が低い鋼板で形成されている。

具体的には、ピラーインナパネル３０と、ピラーアウタパネル３２とは、それぞれの上側フランジ部３０Ａ、３２Ａと下側フランジ部３０Ｂ、３２Ｂとが重ね合された状態で、スポット溶接やレーザ溶接などで接合されている。これにより、断面形状が閉断面構造とされたピラー本体２８が形成されている。そして、ピラー本体２８の上側フランジ部３０Ａ、３２Ａ側には、図示しないフロントウィンドシールドやルーフパネルが配置され、下側フランジ部３０Ｂ、３２Ｂ側には、図示しないフロントサイドドアやリアサイドドアが配置される。

なお、図１（Ａ）、（Ｂ）に示される矢印＜アウタ側＞及び矢印＜インナ側＞はそれぞれ、ピラー本体２８の横断面における、ピラーアウタパネル３２側及びピラーインナパネル３０側を示している。そして、ピラーアウタパネル３２側及びピラーインナパネル３０側とは、それぞれのパネルが接触している上側フランジ部３０Ａ、３２Ａ付近と下側フランジ部３０Ｂ、３２Ｂ付近とを結ぶ直線（図示省略）を想定し、この直線に垂直な方向のうちのピラーアウタパネル３２側及びピラーインナパネル３０側を意味する。
また、図１に示す断面中心Ｃは、ピラー本体２８の断面中心を示す。そして、ピラー本体２８の断面中心とは、図１に示す横断面において、ピラーインナパネル３０及びピラーアウタパネル３２で囲まれた領域を想定した場合のその領域の図心をいう。

（筒状リインフォース）
ピラー本体２８の内部には、筒状とされた筒状リインフォース４０が設けられている。図３に示されるように、筒状リインフォース４０は、ピラー本体２８の長手方向に沿って、フロントピラーアッパ１６の前端付近から、ルーフサイドレール１４の後端付近（後側開口部２６の後端部付近）まで配置されている。そして、図１（Ａ）、（Ｂ）に示されるフロントピラーアッパ１６の横断面において、筒状リインフォース４０は、ピラー本体２８の断面中心Ｃを囲むような形状とされている。

筒状リインフォース４０は、ピラーインナパネル３０に接合されている。具体的には、ピラーインナパネル３０には、筒状リインフォース４０との接合部分において、ピラー本体２８の内側へ向けて変位した接合面部４２が設けられている。接合面部４２は、筒状リインフォース４０と面で接触する形状とされており、筒状リインフォース４０と面で接触した状態で接合されている。

さらに具体的には、接合面部４２における接合は、スクリュー４４を高速回転させながら、押し込むことにより摩擦熱で母材であるピラーインナパネル３０と筒状リインフォース４０とを溶かし、溶着させることで行われている（所謂、Flow Drill Screw、ＦＤＳ（登録商標））。この接合方法によれば、ピラーインナパネル３０側からの片側アクセスにより接合できるため、筒状リインフォース４０をピラーインナパネル３０に接合することが容易である。

また、筒状リインフォース４０は、横断面形状において部分的に肉厚に変化が付けられている。具体的には、筒状リインフォース４０における、ピラー本体２８の断面中心Ｃよりもアウタパネル側の部分は、断面中心Ｃよりもインナパネル側の部分よりも肉厚とされている。換言すると、筒状リインフォース４０は、ピラー本体２８の断面中心Ｃよりもアウタパネル側の部分が厚肉部４０Ａとされ、ピラー本体２８の断面中心Ｃよりもインナパネル側の部分が薄肉部４０Ｂとされている。

次に、本実施形態の筒状リインフォース４０の製造方法について説明する。

まずは、アルミニウム等の軽量金属材の押出成形により、円筒状の偏肉押出材５０を製造する。偏肉押出材５０は、押出し材であるため異なる横断面においても一定断面となるが、各横断面においてはいわゆる偏肉断面となるように形成される。具体的には、図２に示されるように、横断面形状が部分的に厚肉とされた筒状部材であり、略半分の部分が厚肉部５０Ａとされ、残りの半分の部分が薄肉部５０Ｂとされている。なお、本実施形態の偏肉押出材５０は、円筒状とされているが、横断面において偏肉断面とされていれば円筒状に限られず、筒状であればよい。

次に、この偏肉押出材５０を素材として、ハイドロフォーミング法により、図３のＡ−Ａ線断面及びＢ−Ｂ線断面のような異なる横断面において、異なる断面形状とされた筒状リインフォース４０を製造する。具体的には、円筒状の偏肉押出材５０を所要の断面形状が得られるように形成された金型にセットする。次いで、流体を偏肉押出材５０の内部に高圧力で注入することによって内圧をかけ、それと同時に、偏肉押出材５０を長さ方向で圧縮する。これにより、偏肉押出材５０が金型に沿って膨らみ、筒状リインフォース４０が形成される。

以上のように、ハイドロフォーミング法による成形前の素材として偏肉断面とされた偏肉押出材５０を使用するため、ハイドロフォーミング法によって成形した後の筒状リインフォース４０においても偏肉された断面形状を形成することができる。

＜作用・効果＞
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。

本実施形態では、ピラーインナパネル３０とピラーアウタパネル３２とが接合されて閉断面構造のピラー本体２８が形成されている。そして、ピラーアウタパネル３２は、ピラーインナパネル３０よりも板厚が薄く、かつ材質固有の強度が低い。そのため、ピラー本体２８の中立軸Ｎ１（曲げを想定した場合に圧縮ひずみも引張りひずみも生じない中立面と、ピラー本体２８の横断面とが交わる線）は、ピラー本体２８の断面中心Ｃよりもインナパネル側に寄っている。

また、ピラー本体２８の内部には、筒状リインフォース４０がピラー本体２８に沿って設けられている。このため、ピラー本体２８が筒状リインフォース４０により補強され、フロントピラーアッパ１６の強度が向上され、車室空間が確保されることとなる。

さらに、本実施形態では、筒状リインフォース４０は、ピラー本体２８の断面中心Ｃよりもアウタパネル側の部分が厚肉部４０Ａとされ、ピラー本体２８の断面中心Ｃよりもインナパネル側の部分が薄肉部４０Ｂとされている。このため、ピラー本体２８と筒状リインフォース４０とを備えるフロントピラーアッパ１６の中立軸Ｎ２は、上述のインナパネル側に寄ったピラー本体２８の中立軸Ｎ１よりもアウタパネル側に位置している。すなわち、筒状リインフォースが一定の肉厚である場合と比較して、フロントピラーアッパ１６全体の中立軸Ｎ２をピラー本体２８の断面中心Ｃに近づけることができる。しかも、筒状リインフォース４０は、ピラー本体２８の断面中心Ｃを基準として肉厚に変化が設けられているので、フロントピラーアッパ１６全体の中立軸を効率的にピラー本体２８の断面中心Ｃに近づけることができる。

その結果、各部材の重量に対してフロントピラーアッパ１６の強度を効率よく向上させることができ、もってフロントピラーアッパ１６に必要な強度を確保しつつ軽量化を図ることができる。

また、本実施形態の筒状リインフォース４０は、アルミ押出成形により断面を偏肉させて形成した筒状の素材（偏肉押出材５０）をハイドロフォーミング法により成形して製造される。換言すると、横断面形状が部分的に厚肉とされた筒状の偏肉押出材５０をアルミ押出成形により製作し、この偏肉押出材５０を素材としてハイドロフォーミング法により成形することで筒状リインフォース４０が製造される。このため、インナパネル側とアウタパネル側とで肉厚が異なり、かつピラー本体２８に沿う形状の筒状リインフォース４０を容易に製造することができる。

〔上記実施形態の補足説明〕

また、上記実施形態では、ピラーインナパネル３０及びピラーアウタパネル３２は、鋼板がプレス加工されることで形成されていたが、本発明はこれに限られない。例えば、アルミ合金製の板材により形成されていてもよい。

また、上記実施形態では、ピラーアウタパネル３２が、ピラーインナパネル３０よりも板厚が薄く、かつ材料固有の強度が低い鋼板で形成されることで、ピラーインナパネル３０よりも強度が低くされていたが、本発明はこれに限られない。例えば、ピラーアウタパネルが、ピラーインナパネルと比較して、板厚が薄くかつ材料固有の強度が同一であってもよい。また、例えば、ピラーアウタパネルが、ピラーインナパネルと比較して、板厚が同一でありかつ材料固有の強度が低いものであってもよい。

また、上記実施形態では、筒状リインフォース４０は、アルミニウム等の軽量金属により形成されていたが、本発明の筒状リインフォースはこれに限られない。例えば、鋼材とされていてもよい。

また、上記実施形態では、筒状リインフォース４０は、ハイドロフォーミング法で成形されることで製造されていたが、本発明の筒状リインフォースはこれに限られない。例えば、３次元熱間曲げ焼入れ（３ＤＱ：3 Dimensional Hot Bending and Quench）により製造されてもよい。３次元熱間曲げ焼入れとは、鋼材に焼き入れしながら、３次元加工を行う加工方法（熱処理方法）である。より具体的には、例えば、鋼管（パイプ材）を局部的に加熱し且つ水冷によって焼入れしながら、曲げ加工を連続的に行う加工方法である。

また、上記実施形態では、筒状リインフォース４０とピラーインナパネル３０とがＦＤＳにより接合されていたが、本発明はこれに限られない。例えば、他の機械的接合法により接合されていてもよいし、溶接により接合されていてもよい。

また、上記実施形態では、筒状リインフォース４０は、断面中心Ｃよりもアウタパネル側の部分が厚肉部４０Ａとされ、断面中心Ｃよりもインナパネル側の部分が薄肉部４０Ｂとされていたが、本発明はこれに限られない。例えば、筒状リインフォースのうちピラーインナパネルに接触している部分のみが薄肉部とされ、他の部分が厚肉部とされていてもよい。つまり、筒状リインフォースのうちアウタパネル側の部分が、筒状リインフォースのうちインナパネル側の部分よりも全体として厚肉とされていればよい。換言すると、筒状リインフォースの中立軸が筒状リインフォースの断面中心（図示省略）よりもアウタパネル（第２パネル）側に寄っていればよい。

また、上述した各実施形態では、本発明の車体骨格構造Ｓがフロントピラーアッパ１６及びルーフサイドレール１４に適用された形態の説明をしたが、本発明の車体骨格構造が適用される車体骨格はこれに限られない。例えば、図４に示されるように、ロッカインナパネル６０及びロッカアウタパネル６２を含んで構成されたロッカ１２に適用されていてもよいし、センターピラー２０やフロントピラーロア１８などに適用されていてもよい。さらに言うと、２枚のパネルを接合することにより閉断面構造とされた車体骨格部材に適用されたものであれば本発明に含まれる。

Ｓ 車体骨格構造
１４ ルーフサイドレール
１６ フロントピラーアッパ
２８ ピラー本体（骨格本体）
３０ ピラーインナパネル（第１パネル）
３２ ピラーアウタパネル（第２パネル）
４０ 筒状リインフォース
４０Ａ 厚肉部
４０Ｂ 薄肉部
５０ 偏肉押出材
Ｃ 断面中心
６０ ロッカインナパネル（第１パネル）
６２ ロッカアウタパネル（第２パネル）

Claims (3)

1. 第１パネルと、前記第１パネルよりも強度が低い第２パネルと、で閉断面構造とされた骨格本体と、
   前記骨格本体の内部に前記骨格本体に沿って設けられ、前記骨格本体の断面中心よりも前記第２パネル側の部分が前記骨格本体の断面中心よりも前記第１パネル側の部分よりも全体として厚肉とされた筒状リインフォースと、
   を備える車体骨格構造。
2. 前記筒状リインフォースは、前記骨格本体の断面中心よりも第２パネル側の部分が厚肉部とされ、前記骨格本体の断面中心よりも第１パネル側の部分が薄肉部とされている、
   請求項１に記載の車体骨格構造。
3. 請求項１又は請求項２に記載の車体骨格構造を製造する方法であって、
   前記筒状リインフォースは、
   横断面形状が部分的に厚肉とされた筒状の偏肉押出材をアルミ押出成形により製作し、前記偏肉押出材を素材としてハイドロフォーミング法により成形することで製造される、
   車体骨格構造の製造方法。

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