JP7041556B2 - 車体のセンターピラー - Google Patents

Description

本発明は、車体のセンターピラーに関する。

乗用車等の車体の構造には、車体側部の下部に位置するサイドシルに接続されて上下方向に延びるセンターピラーが備えられている。従来の車体側部の構造は、鋼板等の鉄鋼から構成されている。鉄鋼製のセンターピラーは、車体の外側に位置するアウタパネルと、車体の内側に位置するインナパネルとを有し、これらのアウタパネル及びインナパネルが互いに接合されて構成されている。また、センターピラーの強度を高めるために、例えばアウタパネルの内面に接合された鉄鋼製のリンフォースが備えられている。

一方、近年では、車体の軽量化を目的として、センターピラー等の構造材を、炭素繊維等の強化繊維を含有する繊維強化樹脂を用いて構成することが検討されている（例えば、特許文献１を参照。）。繊維強化樹脂製の部材は、比較的高い剛性を有し、特に繊維の配向方向に作用する圧縮応力あるいは引張応力に対して高い強度を発揮する。このため、繊維強化樹脂製の部材は、繊維の配向方向に応じて所望の特性を得ることができる。繊維強化樹脂製の構造材は、例えばブレーディング法を利用することによって、筒状に一体成形することができることが知られている。

特開２０１３－１９３６３７号公報

ここで、センターピラーは、車体の前後方向（車体Ｘ軸方向）の少なくとも一方側に張り出したフランジ部を有している。フランジ部は、例えばフロントドアあるいはリアドアの戸当たりとしても機能する。フランジ部を含むセンターピラー全体を筒状に一体成形しようとした場合、フランジ部の折返し部分で繊維が折れて破断し、繊維強化樹脂の特性を活用できなくなるおそれがある。具体的には、図９に示すように、筒状に形成した半溶融状態の繊維強化樹脂を成形型等を用いて成形し、センターピラー９１を製造する場合、フランジ部９３，９４の先端で繊維が３６０°折り返され、当該繊維が破断するおそれがある。

これに対して、フランジ部以外のピラー本体部を筒状に一体成形した後、フランジ部を接合することも考えられるが、フランジ部を単にピラー本体部に接合した場合、フランジ部の接合部分がピラー本体部の外周面から盛り上がり、従来の鉄鋼製のセンターピラーと同様の外形とすることが困難になる。具体的には、図１０に示すように、繊維強化樹脂により筒状に成形されたピラー本体部９５に対してフランジ部９７，９８を接合した場合、接合部分の厚さ分、ピラー本体部９５の外形の一部が盛り上がることとなる（一点鎖線で囲んだ領域を参照。）。これでは、設計空間に影響を与えずに、従来の鉄鋼製のセンターピラーを繊維強化樹脂製のセンターピラーに置き換えることができない。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、設計空間に与える影響を少なくして鉄鋼製のセンターピラーから繊維強化樹脂製のセンターピラーへの置き換えを可能とする車体のセンターピラーを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、中空の筒状に形成された繊維強化樹脂製のピラー本体部と、ピラー本体部の両側面のうちの少なくとも一方に接合されたフランジ形成部材と、を備え、フランジ形成部材は、ピラー本体部に接合される基部と、基部から立設したフランジ部と、を有し、基部は、ピラー本体部に設けられた凹部内に配置され、基部及び凹部が互いに嵌まり合う係合構造を有する車体のセンターピラーが提供される。

上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、中空の筒状に形成された繊維強化樹脂製のピラー本体部と、ピラー本体部の両側面のうちの少なくとも一方に接合されたフランジ形成部材と、を備え、フランジ形成部材は、ピラー本体部に接合される基部と、基部から立設したフランジ部と、を有し、基部は、ピラー本体部に設けられた凹部内に配置され、ピラー本体部の繊維強化樹脂からなる第１の層に形成された凹部に基部が配置され、基部及び第１の層の外周側が繊維強化樹脂からなる第２の層により被覆されている車体のセンターピラーが提供される。

フランジ形成部材が、金属材料又は繊維強化樹脂からなってもよい。

以上説明したように本発明によれば、設計空間に与える影響を少なくして鉄鋼製のセンターピラーから繊維強化樹脂製のセンターピラーへの置き換えが可能になる。

本発明の実施の形態に係るセンターピラーを示す斜視図である。 同実施形態に係るセンターピラーを車体Ｙ軸方向に見た模式図である。 同実施形態に係るセンターピラーを車体Ｘ軸方向に見た模式図である。 同実施形態に係るセンターピラーのピラー本体部の断面図である。 基部と凹部との係合構造の例を示す説明図である。 基部と凹部との係合構造の別の例を示す説明図である。 第１の変形例に係るセンターピラーのピラー本体部の断面図である。 第２の変形例に係るセンターピラーのピラー本体部の断面図である。 参考例に係るセンターピラーのピラー本体部の断面図である。 参考例に係るセンターピラーのピラー本体部の断面図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜センターピラーの全体構成＞
図１は、本発明の実施の形態に係る車体のセンターピラー３を適用可能な車体側部構造１の外観を示す模式図である。図１に示す車体側部構造１は、乗用車の前方に向かって左側部の構造の一部を概略的に示している。なお、図１に示すように、本明細書において、車両の前後方向（車長方向）を車体Ｘ軸方向とも言い、車幅方向を車体Ｙ軸方向とも言い、車両の高さ方向を車体Ｚ軸方向とも言う。

車体側部構造１は、ルーフピラー５と、リアピラー４と、フロントピラー２と、センターピラー３と、サイドシル６等により構成されている。ルーフピラー５は、車両の車室空間の上部に、車体Ｘ軸方向に沿って延在し、車両の屋根のサイド部分を形成している。サイドシル６は、車両の側部の下部に、車体Ｘ軸方向に沿って延在する。

フロントピラー２は、下端がサイドシル６の前端に接続され、上端がルーフピラー５の前端に接続されている。フロントピラー２は、車両の車室空間を構成する前部を形成し、フロントガラスのサイドを支持するように配置される。リアピラー４は、下端がサイドシル６の後端に接続され、上端がルーフピラー５の後端に接続される。センターピラー３は、下端がサイドシル６の車体Ｘ軸方向中央部に接続され、上端がルーフピラー５の車体Ｘ軸方向中央部に接続される。

サイドシル６、ルーフピラー５、フロントピラー２及びセンターピラー３の間には、フロントドア用の開口部が形成されている。また、サイドシル６、ルーフピラー５、リアピラー４及びセンターピラー３の間には、リアドア用の開口部が形成されている。車体側部構造１を構成する各部材は、それぞれ複数の部材から構成されてもよい。例えば、各部材は、車幅方向の外側のアウタパネルと、車幅方向の内側のインナパネルとが接合されて構成されていてもよい。

かかる車体側部構造１において、センターピラー３は、車両の上下方向に沿う長手方向を有し、中空の筒状に形成されている。センターピラー３は、上端に設けられたルーフピラー接続部１６と、下端に設けられたサイドシル接続部１４と、ルーフピラー接続部１６とサイドシル接続部１４との間に位置するピラー本体部１２とを有する。センターピラー３は、例えば繊維強化樹脂により一体に成形された構造物であってもよい。

図２～図３は、本実施形態に係るセンターピラー３の概略構成を示す説明図である。図２は、車両の外側から車体Ｙ軸方向に沿ってセンターピラー３を見た図である。図３は、車両の前方側から車体Ｘ軸方向に沿ってセンターピラー３を見た図である。

本実施形態に係るセンターピラー３において、ピラー本体部１２は、軸方向が車体上下方向に沿って配置された中空の筒状を有する。ルーフピラー接続部１６及びサイドシル接続部１４は、いずれも軸方向が車体Ｘ軸方向に沿って配置された中空の筒状を有する。かかるセンターピラー３は、中空の筒状に形成された繊維強化樹脂製のピラー本体部１２と、ピラー本体部１２の両側面のうちの少なくとも一方に形成されたフランジ部２１，２３とを備える。本実施形態では、フランジ部２１，２３は、ピラー本体部１２の長手方向（車体Ｚ軸方向）に交差する車体Ｘ軸方向の両側面に、長手方向に沿って形成されている。

かかるセンターピラー３は、中空の筒状のピラー本体部１２に、フランジ部２１，２３及び基部３１，３３を有するフランジ形成部材２０ａ，２０ｂが接合されて構成されている。ピラー本体部１２及びフランジ形成部材２０ａ，２０ｂは、例えば炭素繊維等の強化繊維に熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂を含浸させた繊維強化樹脂を用いて形成される複合材料製の構造体であり、高強度、かつ、軽量化を実現可能になっている。中空の筒状に形成されたピラー本体部１２は、例えばブレーディング法を利用して筒状に一体成形された成形体であってよい。なお、フランジ形成部材２０ａ，２０ｂは、金属材料から構成されていてもよい。

ピラー本体部１２及びフランジ形成部材２０ａ，２０ｂを繊維強化樹脂から構成する場合、使用可能な連続繊維としては、例えば炭素繊維が挙げられるが、他の繊維であってもよく、さらには、複数の繊維が組み合わせられて用いられてもよい。ただし、炭素繊維は、機械特性に優れていることから、強化繊維が炭素繊維を含むことが好ましい。

繊維強化樹脂のマトリックス樹脂には、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂が用いられる。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ＡＢＳ樹脂（アクリロニトリル－ブタジエン－スチレン共重合合成樹脂）、ポリスチレン樹脂、ＡＳ樹脂（アクリロニトリル－スチレン共重合合成樹脂）、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂、フッ素樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、又はポリイミド樹脂等が例示される。

マトリックス樹脂としては、これらの熱可塑性樹脂のうちの１種類、あるいは２種類以上の混合物が使用され得る。あるいは、マトリックス樹脂は、これらの熱可塑性樹脂の共重合体であってもよい。熱可塑性樹脂が混合物である場合には、さらに相溶化剤が併用されてもよい。さらに、熱可塑性樹脂には、難燃剤として臭素系難燃剤、シリコン系難燃剤、赤燐などが加えられてもよい。

また、熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコン樹脂等が例示される。マトリックス樹脂としては、これらの熱硬化性樹脂のうちの１種類、あるいは２種類以上の混合物が使用され得る。これらの熱硬化性樹脂が用いられる場合、熱硬化性樹脂に、適宜の硬化剤や反応促進剤が加えられてもよい。

ピラー本体部１２の連続繊維の配向方向は、一方向に揃っていてもよく、異なっていてもよい。ただし、センターピラー３の耐荷重性に異方性を持たせるためには、例えば、強化繊維の配向方向が車体の上下方向（車体Ｚ軸方向）に対して０°、９０°、４５°、－４５°である繊維強化樹脂層を積層して、ピラー本体部１２を成形することが好ましい。

なお、センターピラー３のピラー本体部１２の内部空間には、図示しないリンフォースが備えられていてもよい。この場合、繊維強化樹脂製のリンフォースを備えることで、車両の重量の増加を抑制しつつ、センターピラー３の強度を高めることができる。

＜フランジ形成部材の取付構造＞
次に、ピラー本体部１２に接合されるフランジ形成部材２０ａ，２０ｂの取付構造について詳細に説明する。
図４は、センターピラー３のピラー本体部１２の断面の模式図である。図４に示す断面図は、図２に一点鎖線で示したＩ－Ｉ断面を矢印方向から見た図である。

ピラー本体部１２の幅方向の両端側には、フランジ形成部材２０ａ，２０ｂが接合されている。本実施形態において、ピラー本体部１２は、閉断面の筒状を有し、長手方向に交差する方向（以下、「幅方向」ともいう。）の断面形状が略Ｏ字状となっている。図４では詳細な図示を省略しているが、ピラー本体部１２は、例えば強化繊維の配向方向が異なる複数の繊維強化樹脂層からなる積層構造を有する。ピラー本体部１２の断面形状が略Ｏ字状であることにより、強化繊維を破断させることなくピラー本体部１２を形成することができ、繊維強化樹脂製のセンターピラー３の特性を発揮することができる。

フランジ形成部材２０ａ，２０ｂは、それぞれフランジ部２１，２３と基部３１，３３とを有している。フランジ部２１，２３は、ピラー本体部１２への接合部分となる基部３１，３３から立設した構成部分となっている。本実施形態において、フランジ形成部材２０ａ，２０ｂは、繊維強化樹脂からなる成形体である。フランジ形成部材２０ａ，２０ｂもピラー本体部１２と同様に、例えば強化繊維の配向方向が異なる複数の繊維強化樹脂層からなる積層構造を有する。

ピラー本体部１２は、幅方向の両端側の側面に、それぞれ凹部４１，４３を有する。フランジ形成部材２０ａ，２０ｂの基部３１，３３は、凹部４１，４３内に配置されている。フランジ部２１，２３が正しい位置に配置されるように、凹部４１，４３の平面形状は、基部３１，３３の平面形状に略一致していることが好ましい。図４に示した例では、基部３１，３３は、接着層５１，５３を介して凹部４１，４３内に接合されている。これにより、基部３１，３３が接合された領域の、ピラー本体部１２の外周面からの盛り上がりを低減することができる。

例えば、凹部４１，４３の深さは、基部３１，３３の厚さと、接着層５１，５３の厚さの和と一致していてもよい。この場合、凹部４１，４３内に基部３１，３３が接合された状態で、基部３１，３３の表面と、ピラー本体部１２の外周面とを滑らかにつなげることができる。ピラー本体部１２の凹部４１，４３は、積層する繊維強化樹脂シートの数を減らすことにより形成されていてもよく、切削加工等により形成されていてもよい。

なお、図４に示した例では、フランジ形成部材２０ａ，２０ｂの基部３１，３３は、フランジ部２１，２３から車幅方向外側に延びているが、基部３１，３３は、フランジ部２１，２３から車幅方向内側に延びていてもよい。また、２つの基部３１，３３が延びる方向が、逆向きであってもよい。

また、ピラー本体部１２に対するフランジ形成部材２０ａ，２０ｂの位置決めをより確実にするために、あるいは、フランジ形成部材２０ａ，２０ｂの位置ずれを防ぐために、基部３１，３３及び凹部４１，４３は、互いに嵌まり合う係合構造を有していてもよい。

図５及び図６は、基部３１と凹部４１とが互いに嵌まり合う係合構造の例を示す模式図である。図５に示す例では、基部３１の一部の端部と、凹部４１の一部の縁部とを相似形とすることで、基部３１と凹部４１とが互いに嵌まり合う係合構造４９が構成されている。図５に示す係合構造４９は、基部３１の一部の端部と、凹部４１の一部の縁部とをそれぞれ蛇行させることで、基部３１と凹部４１とが互いに嵌まり合うようになっている。

図６に示す例では、基部３１の端部に、ボルト等が挿入される孔部３５を有する張出部３７が設けられ、凹部４１の縁部に、同じくボルト等が挿入される孔部４５を有する受容部４７が設けられている。基部３１の張出部３７と、凹部４１の受容部４７とにより、基部３１と凹部４１とが互いに嵌まり合う係合構造５７が構成されている。かかる係合構造５７では、２つの孔部３５，４５を貫通してボルト等が挿入されることによって、ピラー本体部１２とフランジ形成部材２０ａとの位置ずれをさらに抑制することができる。

なお、基部３１と凹部４１とが互いに嵌まり合う係合構造は、図５及び図６の例に限られない。

＜変形例＞
以下、本実施形態に係るセンターピラー３の変形例の幾つかを説明する。

図７は、本実施形態の第１の変形例に係るセンターピラーの説明図である。図７は、図４に示したピラー本体部１２の断面図に相当する図である。第１の変形例では、フランジ形成部材３０ａの基部３１，３２が、フランジ部２１の基端から車幅方向外側及び内側のそれぞれに延びている。基部３１，３２は、ピラー本体部１２に形成された凹部４１内に配置され、接着層５１を介して接合されている。また、フランジ形成部材３０ｂの基部３３，３４も同様に、フランジ部２３の基端から車幅方向外側及び内側のそれぞれに延びている。基部３３，３４は、ピラー本体部１２に形成された凹部４３内に配置され、接着層５１を介して接合されている。第１の変形例では、フランジ部２１，２３を中心に両側に配置された基部３１，３２，３３，３４によりフランジ部２１，２３が支持される。したがって、ピラー本体部１２に接合されるフランジ形成部材２０ａ，２０ｂの安定性を向上させることができる。

図８は、本実施形態の第２の変形例に係るセンターピラーの説明図である。図８は、図４に示したピラー本体部１２の断面図に相当する図である。第２の変形例では、上記の実施形態にかかるセンターピラー３のピラー本体部１２及び基部３１，３３の外周側が、さらに繊維強化樹脂層６１，６３により被覆されている。つまり、第２の変形例では、ピラー本体部１２の繊維強化樹脂からなる第１の層４０に形成された凹部４１，４３に基部３１，３３が配置され、基部３１，３３及び第１の層４０の外周側が繊維強化樹脂からなる第２の層（繊維強化樹脂層）６１により被覆されている。これにより、基部３１，３３の接合部分を含むピラー本体部１２の外周面をより滑らかにつなぐことができる。

なお、第２の変形例において、フランジ部２１，２３よりも車幅方向内側の、基部３１，３３が配置されていない領域を被覆する第２の層（繊維強化樹脂層）６１は省略されていてもよい。

以上説明したように、本実施形態に係るセンターピラー３は、中空の筒状に形成された繊維強化樹脂製のピラー本体部１２と、ピラー本体部１２に接合されたフランジ形成部材２０ａ，２０ｂとを備える。フランジ形成部材２０ａ，２０ｂの基部３１，３３は、ピラー本体部１２に形成された凹部４１，４３内に配置されている。このため、基部３１，３３の接合部分の、ピラー本体部１２の外周面からの盛り上がりを低減することができる。また、ピラー本体部１２が中空の筒状であることにより、強化繊維を破断させることなくピラー本体部１２を形成することができ、繊維強化樹脂製のセンターピラー３の特性を発揮することができる。したがって、設計空間に与える影響を少なくして、鉄鋼製のセンターピラーから繊維強化樹脂製のセンターピラーへの置き換えを容易にすることができる。

一実施形態において、ピラー本体部１２の凹部４１，４３にフランジ形成部材２０ａ，２０ｂの基部３１，３３を配置し、当該基部３１，３３及びピラー本体部１２の外周側が、繊維強化樹脂層６３により被覆されていてもよい。これにより、ピラー本体部１２の外周面をより滑らかにつなぐことができる。

また、本実施形態に係るセンターピラー３は、フランジ形成部材２０ａ，２０ｂの基部３１，３３が互いに嵌まり合う係合構造を有していてもよい。これにより、フランジ形成部材２０ａ，２０ｂの位置決めの確実性が向上するとともに、フランジ形成部材２０ａ，２０ｂの位置ずれを抑制することができる。

また、本実施形態に係るセンターピラー３は、ピラー本体部１２と併せてフランジ形成部材２０ａ，２０ｂが繊維強化樹脂から構成されていてもよい。これにより、車体側部構造１をより軽量化することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は係る例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。また、上記の実施形態及び各変形例を互いに組み合わせた態様も、当然に本発明の技術的範囲に属する。

３ センターピラー
１２ ピラー本体部
２０ａ，２０ｂ フランジ形成部材
２１，２３ フランジ部
３１，３３ 基部
４１，４３ 凹部
４９，５７ 係合構造
５１，５３ 接着層

Claims (3)

1. 中空の筒状に形成された繊維強化樹脂製のピラー本体部と、
   前記ピラー本体部の両側面のうちの少なくとも一方に接合されたフランジ形成部材と、を備え、
   前記フランジ形成部材は、
   前記ピラー本体部に接合される基部と、前記基部から立設したフランジ部と、を有し、
   前記基部は、前記ピラー本体部に設けられた凹部内に配置され、
   前記基部及び前記凹部が互いに嵌まり合う係合構造を有する、車体のセンターピラー。
2. 中空の筒状に形成された繊維強化樹脂製のピラー本体部と、
   前記ピラー本体部の両側面のうちの少なくとも一方に接合されたフランジ形成部材と、を備え、
   前記フランジ形成部材は、
   前記ピラー本体部に接合される基部と、前記基部から立設したフランジ部と、を有し、
   前記基部は、前記ピラー本体部に設けられた凹部内に配置され、
   前記ピラー本体部の繊維強化樹脂からなる第１の層に形成された前記凹部に前記基部が配置され、
   前記基部及び前記第１の層の外周側が繊維強化樹脂からなる第２の層により被覆されている、車体のセンターピラー。
3. 前記フランジ形成部材が、金属材料又は繊維強化樹脂からなる、請求項１又は２に記載の車体のセンターピラー。

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