JP7238412B2 - 鋼板部材重ね合わせ構造、車体構造 - Google Patents
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Description
自動車車体の軽量化に高強度鋼板を適用するのは、高強度鋼板の強度に応じて鋼板板厚が薄肉化できるからであるが、薄肉化にともない自動車車体の剛性の低下を招くことになる。
そこで、構造部材を構成する鋼板部材と鋼板部材の間や、構造部材の間に樹脂を充填することにより、構造部材の剛性を向上させる技術が提案されている(例えば、特許文献1~3参照。)。
しかしながら、特許文献1~3に記載されるような樹脂を充填して剛性を向上させる技術は、新たな設備の導入が必要となることから生産技術や製造コスト面での課題が多く、適用対象の範囲は限定的である。
そこで、自動車車体の軽量化を実現するために、車体骨格を構成する部材の板厚を薄肉化するのに応じて、ヤング率が高い鋼板を適用することにより剛性を維持することが検討されている。
また、ヤング率が圧延方向に対して交差角度45°~70°の範囲で230GPa以上とする技術が開示されている(例えば、特許文献5参照。)。
図15A、図15Bは、曲げ剛性及びねじり剛性の評価に用いた供試体の概略構成を示す図であり、図15Aは供試体の斜視図を、図15Bは図15Aにおける矢視XVB‐XVB示した断面図である。
また、図16Aは、曲げ剛性の評価結果を示す図であり、図16Bは、ねじり剛性の評価結果を示す図である。
また、供試品は、以下に示す鋼板(A、B)を圧延直交方向に切り出してブランクを形成し、そのブランクを曲げ加工により成形し、フランジ部にスポット溶接をして45mm間隔の溶接部を形成して接合した。
鋼板B(板厚1.2mm:板面内全ての方向のヤング率が205GPaで一定とされている。)
ねじり剛性は、図15Aに示すように、供試体の一端を固定して、他端に0.5kNmのトルクを負荷したときのねじり角を計測して評価した。
一方、ねじり剛性については、図16Bに示すように、鋼板Bから形成した供試体が鋼板Aから形成した供試体がよりも大きい値を示すことがわかる。
すなわち、ヤング率の面内異方性が強い鋼板は、曲げ剛性とねじり剛性を同時に高めることが困難であり、曲げ力とねじりモーメントが同時に作用する構造部材には適していないといえ、一方向の応力が作用するような構造部材への適用に限定される。
請求項1に記載の発明は、複数の鋼板部材が重ね合わせられて閉断面をなす中空部を隔てて形成された重ね合わせ部が溶接部によって接合された鋼板部材重ね合わせ構造であって、鋼板の面内における圧延方向のヤング率及び前記圧延方向と交差角度90°で交差する圧延直交方向のヤング率が、前記面内において前記圧延方向と交差角度45°で交差する圧延45°交差方向のヤング率に比べて高くかつ前記面内におけるヤング率の最大値と最小値の比が1.1以上とされるヤング率の面内異方性を示す第1の鋼板と、鋼板の面内において圧延方向と交差角度45°で交差する圧延45°交差方向におけるヤング率が、前記圧延方向のヤング率及び前記圧延方向と交差角度90°で交差する圧延直交方向のヤング率に比べて高くかつ前記面内におけるヤング率の最大値と最小値の比が1.1以上とされたヤング率の面内異方性を示す第2の鋼板と、を備え、前記第1の鋼板と前記第2の鋼板が対向するように組合せられていることを特徴とする。
このとき、第1の鋼板は、圧延45°交差方向におけるヤング率が圧延方向のヤング率及び圧延直交方向のヤング率に比べて高くかつ面内におけるヤング率の最大値と最小値の比が1.1以上とされるので、ヤング率は、圧延45°交差方向又はその近傍で最大値を示す。
また、第2の鋼板は、圧延方向のヤング率及び圧延直交方向のヤング率が、圧延45°交差方向のヤング率に比べて高くかつ面内におけるヤング率の最大値と最小値の比が1.1以上とされるので、ヤング率は、圧延方向又はその近傍、及び圧延直交方向又はその近傍で最大値を示す。
したがって、閉断面において対向する二つの壁部は、一方が圧延方向及び圧延直交方向のひずみ(変形)が発生しにくく、他方が圧延45°交差方向のひずみ(変形)が発生しにくい。
その結果、種々の方向から作用する外力に対して、鋼板部材重ね合わせ構造の曲げ剛性とねじり剛性の双方を向上することができる。
また、第1の鋼板に係るV字形の面内異方性は、面内において圧延方向及び圧延直交方向のヤング率が圧延45°交差方向に比べて高く形成されていれてばよく、圧延45°交差方向においてヤング率が最低値を示す必要はない。
また、第2の鋼板に係る逆V字形の面内異方性は、面内において圧延45°交差方向のヤング率が圧延方向及び圧延直交方向に比べて高く形成されていれてばよく、圧延45°交差方向においてヤング率が最高値を示す必要はない。
また、第3の鋼板部材を、第1の鋼板部材の内方及び外方に接合する場合も含むものとする。
その結果、鋼板部材重ね合わせ構造及び車体構造の曲げ剛性とねじり剛性を確保しつつ鋼板板厚を薄肉化することが可能となり、鋼板部材重ね合わせ構造及び車体構造を効率的に軽量化することができる。
以下、図1、図2、図3A,3Bを参照して、本発明の第1実施形態について説明する。
図1、図2は、本発明の第1実施形態に係る鋼板部材重ね合わせ構造の概略構成を説明する図であり、図1は斜視図を示しており、図2は、図1において矢視II-IIで示す断面図である。また、図3A、図3Bは、第1実施形態に係る第1の鋼板、第2の鋼板の概略構成を説明する図であり、それぞれ圧延方向に対する交差角度とヤング率との関係を示す図ある。図1、図2において、符号10は、鋼板部材重ね合わせ構造を示している。
そして、鋼板部材重ね合わせ構造10は、第1の鋼板部材11と第2の鋼板部材12とが対向する閉断面10Sを構成している。
また、例えば、第1の鋼板部材11は第1の鋼板により形成され、第2の鋼板部材12は第2の鋼板により形成されている。
主壁部110と立上壁部111、立上壁部111とフランジ壁部113、主壁部110と立上壁部112、立上壁部112とフランジ壁部114は、それぞれR形状を介して接続されている。
また、第2の鋼板部材12の長手方向は、図3Bに示すような第2の鋼板の圧延方向と対応させて形成されている。
また、第1の鋼板は、図3Aに示すように、例えば、鋼板の面内における圧延方向及び圧延直交方向のヤング率が、圧延45°交差方向におけるヤング率に比べて高く構成されたV字形の面内異方性を有している。ここで、V字形とは、ヤング率を、圧延方向(交差角度θ=0°を原点)と対応させて、圧延方向(圧延方向に対する交差角度θ=0°)と圧延直交方向(圧延方向に対する交差角度=90°)の範囲で表したときにV字形になることをいう。
また、第2の鋼板は、図3Bに示すように、例えば、鋼板の面内における圧延45°交差方向におけるヤング率が、圧延方向及び圧延直交方向のヤング率に比べて高く構成された逆V字形の面内異方性を有している。ここで、逆V字形とは、ヤング率を、圧延方向(交差角度θ=0°を原点)と対応させて、圧延方向(圧延方向に対する交差角度θ=0°)と圧延直交方向(圧延方向に対する交差角度=90°)の範囲で表したときに逆V字形となることをいう。
鋼板のヤング率は、一般的に約205GPaであり、ヤング率は板面内において等方性であるものとして取り扱われている。このヤング率は、結晶粒の方位が板面内で偏っていない状態で得られるものであり、実用鋼材のヤング率は約195GPa~215GPaの範囲であると考えられており±5%程度の偏りが存在する。
ヤング率は、結晶方位と強い相関を有しており、例えば、結晶方位<111>方向に集合組織を発達させるとヤング率は280GPaを超える程度まで高くなり、結晶方位<100>方向に集合組織を発達させるとヤング率は約130GPa程度まで低下する。
また、結晶方位<110>方向に集合組織を発達させるとヤング率は約220GPaとなり、結晶方位<113>に集合組織を発達させるとヤング率は約205GPaとなる。
また、特定の結晶方位に配向を有さない場合には、鋼板のあらゆる方向でヤング率は平均値が約205GPaとなる。
このような特定の結晶方位に沿った集合組織を鋼板の特定の方向に発達させることにより、鋼板の圧延方向に対するヤング率を制御することができる。
以下、第1の鋼板の具体的構成及び製造方法の一例について説明する。
第1の鋼板は、圧延45°交差方向のヤング率を圧延方向及び圧延直交方向より高くすることによりV字形の面内異方性を備えている。
第1の鋼板は、圧延45°交差方向のヤング率を高くするために、板面方位が{211}、圧延方向が<110>方位の集合組織を発達させてRD//<110>方位群であるα-fiberの集積度を高くした鋼板である。なお、圧延直交方向(幅方向)は<111>である。
また、第1の鋼板がV字形の面内異方性を有するかどうかは{211}<110>方位のX線ランダム強度比によって確認することが可能であり、例えば、{211}<110>方位のX線ランダム強度比が5以上である場合にヤング率の最大値E11と最小値E12の比(E11/E12)は1.1以上である。
なお、X線ランダム強度比とは、特定の方向への集積を持たない標準試料と供試材のX線強度を同条件でX線回折により測定し、得られた供試材のX線強度を標準試料のX線強度で除した値である。
次に、引張強さ440MPa級~1180MPa級でかつ{211}<110>方位のX線ランダム強度比5以上の面内異方性を有する第1の鋼板の製造方法の一例について説明する。
(1)鋼板組成
第1の鋼板は、結晶方位{211}<110>の集合組織を発達させるために、例えば、Ti、Nbの少なくともいずれかを添加した材料を用いる。
Ti、Nbは、集合組織の再結晶を抑制する元素であり、Ti、Nbを添加することによって、熱間圧延または冷間圧延中に形成された集合組織が再結晶によって破壊されるのを抑制することができる。なお、Ti、Nbの添加量は、Tiについては0.005%以上、Nbについては0.001%以上が好適である。
(2)熱間圧延
仕上げ温度をAr3変態点以上950℃以下で熱間圧延する。
仕上げ温度をAr3変態点以上することで、好ましくない集合組織の発達が抑制される。また、仕上げ温度をAr3変態点以上とするためには、スラブの加熱温度を1100℃以上とすることが好適である。
また、仕上げ温度を950℃以下とすることは、熱間圧延中の再結晶の進行を抑制して{211}<110>方位のX線ランダム強度比が5以上の面内異方性を得るうえで有効である。
(3)冷間圧延
冷間圧延は、圧下率40%以上で行うことが好適である。
冷間圧延における圧下率を40%以上とすることは、集合組織を充分に発達させて{211}<110>方位のX線ランダム強度比が5以上の面内異方性を得るうえで有効である。
(4)焼鈍
焼鈍は、焼鈍温度700℃以上900℃以下で行うことが好適である。
焼鈍温度を700℃以上とすることは、焼鈍後に未再結晶粒が残存するのを抑制して加工性が劣化しないようにするために有効であり、焼鈍温度を900℃以下とすることは、オーステナイト化により集合組織が劣化するのを抑制するうえで好適である。
なお、生産性の観点から連続焼鈍することが好適である。
以下、第2の鋼板の具体的構成及び製造方法の一例について説明する。
第2の鋼板は、例えば、圧延方向に対して交差角度45°方向のヤング率を高くすることにより逆V字形の面内異方性を備えている。
第2の鋼板は、圧延方向に対して交差角度45°方向のヤング率を高くするために{110}<001>方位の集合組織を発達させた鋼板である。
また、第2の鋼板が逆V字形の面内異方性を有するかどうかは{110}<001>方位のX線ランダム強度比によって確認することが可能であり、例えば、{110}<001>方位のX線ランダム強度比が5以上である場合にヤング率の最大値E21と最小値E22の比(E21/E22)は1.1以上である。
次に、{110}<001>方位のX線ランダム強度比が5以上とされた引張強さ440MPa級~1180MPa級の第2の鋼板の製造方法の一例について説明する。
(1)鋼板組成
第2の鋼板は、結晶方位{110}<001>の集合組織を発達させる際には、例えば、C及びMnを添加した材料を用いる。
Cは強度を高める元素であり0.005%以上の添加が好適である。また、Mnは固溶強化元素として有効であり、強度レベルに応じた量を添加する。
なお、Mnについては、強度が高くなりすぎて延性が低下すること、及びめっきの密着性が低下するのを抑制するため2.5%以下とすることが好適である。
(2)熱間圧延
仕上げ温度850℃以上で熱間圧延する。
熱間圧延は、仕上げ温度を800℃以上とすることは、ひずみが過剰に導入されるのを抑制するうえで好適である。また、900℃以下での総圧下量を50%未満とすることがさらに好適である。
また、スラブの加熱温度を1000℃以上とすることが、圧延荷重が過大になるのを抑制して生産性を向上する点で好適である。
(3)冷間圧延
冷間圧延は、圧下率20%以上80%以下で行うことが好適である。
圧下率を20%以上とすることでひずみを充分に導入させることが可能となり、圧下率を80%以下とすることでひずみの導入が過剰となるのを抑制することが可能となり、{110}<001>方位のX線ランダム強度比を5以上とすることができる。
また、第1の鋼板からブランクを形成する場合に、圧延方向に代えて、圧延直交方向を鋼板部材の長手方向に対応させてもよい。
次に、図4、図5を参照して、本発明の第2実施形態について説明する。
図4、図5は、本発明の第2実施形態に係る鋼板部材重ね合わせ構造の概略構成を説明する図であり、図4は斜視図を示しており、図5は、図4において矢視V‐Vで示す断面図である。図4、図5において、符号20は、鋼板部材重ね合わせ構造を示している。
また、第3の鋼板部材23は、第1の鋼板部材21の内方に重ね合わせられ、複数のスポット溶接部25によって第1の鋼板部材21と接合されている。
そして、鋼板部材重ね合わせ構造20は、第1の鋼板部材21と第2の鋼板部材22とが対向する閉断面20Sを構成している。
主壁部210と立上壁部211、立上壁部211とフランジ壁部213、主壁部210と立上壁部212、立上壁部212とフランジ壁部214は、それぞれR形状を介して接続されている。
また、第2の鋼板部材22の長手方向は、例えば、第2の鋼板の圧延方向と対応させて形成されている。
主壁部230と立上壁部231、主壁部230と立上壁部232は、それぞれR形状を介して接続されている。
また、第1の鋼板からブランクを形成する場合に、圧延方向に代えて、圧延直交方向を鋼板部材の長手方向に対応させてもよい。
次に、図6を参照して、本発明の第3実施形態について説明する。
図6は、本発明の第3実施形態に係る鋼板部材重ね合わせ構造の概略構成を説明する断面図である。図6において、符号30は、鋼板部材重ね合わせ構造を示している。
そして、鋼板部材重ね合わせ構造30は、第1の鋼板部材31と第2の鋼板部材32とが対向する閉断面30Sを構成している。
主壁部310と立上壁部311、立上壁部311とフランジ壁部313、主壁部310と立上壁部312は、それぞれR形状を介して接続されている。
また、第2の鋼板部材32の長手方向は、例えば、第2の鋼板の圧延方向と対応させて形成されている。
また、第1の鋼板からブランクを形成する場合に、圧延方向に代えて、圧延直交方向を鋼板部材の長手方向に対応させてもよい。
第3実施形態の変形例は、鋼板部材重ね合わせ構造30が、図6に二点鎖線で示すような第1の鋼板部材31と内方又は外方で重ね合わせられる第3の構造部材33(内方)、34(外方)の少なくともいずれか一方と、長手方向に沿って複数形成され第1の鋼板部材31と第3の構造部材33、34とを接続する複数のスポット溶接部(溶接部)36を備えることにより構成されている。また、第3の構造部材33、34は、第2の鋼板により形成されている。
また、第1の鋼板部材31、第2の鋼板部材32、第3の鋼板部材33、34のうち、予め選択したいずれかの対向する壁部に関して、第1の鋼板と第2の鋼板を異なる組み合わせとして、その他の鋼板部材を、第1の鋼板、第2の鋼板、ヤング率が板面内で一定とされた等方向性鋼板のいずれかから任意に選択して組み合わせる構成としてもよい。
次に、図7を参照して、本発明の第4実施形態について説明する。
図7は、本発明の第4実施形態に係る鋼板部材重ね合わせ構造の概略構成を説明する断面図である。図7において、符号40は、鋼板部材重ね合わせ構造を示している。
そして、鋼板部材重ね合わせ構造40は、第1の鋼板部材41と第2の鋼板部材42とが対向する閉断面40Sを構成している。
主壁部410と立上壁部411、413、立上壁部411とフランジ壁部413、立上壁部412とフランジ壁部414は、それぞれR形状を介して接続されている。
主壁部420と立上壁部421、423、立上壁部421とフランジ壁部423、立上壁部422とフランジ壁部424は、それぞれR形状を介して接続されている。
また、第1の鋼板からブランクを形成する場合に、圧延方向に代えて、圧延直交方向を鋼板部材の長手方向に対応させてもよい。
第4実施形態の変形例は、鋼板部材重ね合わせ構造40が、図7に二点鎖線で示すような第1の鋼板部材41と内方又は外方で重ね合わせられる第3の構造部材431(内方)、432(外方)、第2の鋼板部材42と内方又は外方で重ね合わせられる第3の構造部材441(内方)、442(外方)のうち、少なくともいずれか一つと、長手方向に沿って間隔をあけて複数形成され第1の鋼板部材41と第3の構造部材431、432、第2の鋼板部材42と第3の構造部材441、442のいずれかを接続する複数のスポット溶接部(溶接部)46を備えることにより構成されている。
この場合、第3の構造部材431、432は第2の鋼板により形成され、第3の構造部材441、442は第1の鋼板により形成されている。
次に、図8を参照して、本発明の第5実施形態について説明する。
図8は、本発明の第5実施形態に係る鋼板部材重ね合わせ構造の概略構成を説明する断面図である。図8において、符号50は、鋼板部材重ね合わせ構造を示している。
そして、鋼板部材重ね合わせ構造50は、第1の鋼板部材51と第2の鋼板部材52とが対向する閉断面50Sを構成している。
主壁部510と立上壁部511、513は、それぞれR形状を介して接続されている。
主壁部520と重ね合わせ壁部521、523は、それぞれR形状を介して接続されている。
また、第2の鋼板部材52は、主壁部520が第1の鋼板部材51の主壁部510と間隔をあけて対向するとともに、重ね合わせ壁部(重ね合わせ部)521、522が第1の鋼板部材51の重ね合わせ壁部(重ね合わせ部)513、514と略密着して対向するように、第1の鋼板部材51に挿入されている。
また、第1の鋼板からブランクを形成する場合に、圧延方向に代えて、圧延直交方向を鋼板部材の長手方向に対応させてもよい。
第5実施形態の変形例は、鋼板部材重ね合わせ構造50が、図8に二点鎖線で示すような第1の鋼板部材51と内方又は外方で重ね合わせられる第3の構造部材531(内方)、532(外方)の少なくともいずれか一方と、長手方向に沿って間隔をあけて複数形成され第1の鋼板部材51と第3の構造部材531、532を接続する複数のスポット溶接部(溶接部)56を備えることにより構成されている。
この場合、第3の構造部材531、532は第2の鋼板により形成されている。
次に、図9を参照して、本発明の第6実施形態について説明する。
図9は、本発明の第6実施形態に係る鋼板部材重ね合わせ構造の概略構成を説明する断面図である。図9において、符号60は、鋼板部材重ね合わせ構造を示している。
そして、鋼板部材重ね合わせ構造60は、第1の鋼板部材61と第2の鋼板部材62とが対向する閉断面60Sを構成している。
主壁部610とフランジ壁部611、主壁部610と立上壁部612は、それぞれR形状を介して接続されている。
主壁部620と立上壁部621、主壁部620とフランジ壁部622は、それぞれR形状を介して接続されている。
また、第1の鋼板からブランクを形成する場合に、圧延方向に代えて、圧延直交方向を鋼板部材の長手方向に対応させてもよい。
第6実施形態の変形例は、鋼板部材重ね合わせ構造60が、図9に二点鎖線で示すような第1の鋼板部材61と内方又は外方で重ね合わせられる第3の構造部材631(内方)、632(外方)、第2の鋼板部材62と内方又は外方で重ね合わせられる第3の構造部材641(内方)、642(外方)のうち、少なくともいずれか一つと、長手方向に沿って間隔をあけて複数形成され第1の鋼板部材61と第3の構造部材631、632、第2の鋼板部材62と第3の構造部材641、642のいずれかを接続する複数のスポット溶接部(溶接部)66を備えることにより構成されている。
この場合、第3の構造部材631、632は第2の鋼板により形成され、第3の構造部材641、642は第1の鋼板により形成されている。
第1の適用例は、自動車車体構造90のサイドシル91に対する適用例である。
サイドシル91は、図10に示すように、例えば、車体フロア90Fの幅方向両側部において車体前後方向に延在され車体外方に位置されるサイドシルアウター(外側鋼板部材)91Aと、サイドシルアウター91Aの内方に配置されるサイドシルインナー(内側鋼板部材)(不図示)とを備え、サイドシルアウター91Aとサイドシルインナーとはスポット溶接の溶接部(不図示)によって接合されている。
第2の適用例は、自動車車体構造90のフロントサイドメンバー92に対する適用例である。
フロントサイドメンバー92は、図10に示すように、例えば、車体の前後方向に延在して形成された内側鋼板部材(不図示)と、内側鋼板部材の外方側に配置された外側鋼板部材92Aとを備え、外側鋼板部材92Aと内側鋼板部材とはスポット溶接の溶接部(不図示)によって接合されている。
第3の適用例は、自動車車体構造90のリアサイドメンバー93に対する適用例である。
リアサイドメンバー93は、図10に示すように、例えば、車体の前後方向に延在して形成された内側鋼板部材(不図示)と、内側鋼板部材の外方側に配置された外側鋼板部材93Aとを備え、外側鋼板部材93Aと内側鋼板部材とはスポット溶接の溶接部(不図示)によって接合されている。
第4の適用例は、自動車車体構造90のクロスメンバー94に対する適用例である。
クロスメンバー94は、図10に示すように、例えば、車体幅方向両側部にわたって形成されており、車体フロア90Fにスポット溶接の溶接部(不図示)によって接合され、いる。
第5の適用例は、自動車車体構造90のセンターピラー95に対する適用例である。
センターピラー95は、図10に示すように、例えば、車体フロアの車幅方向量端部に配置され車体高さ方向に延在されたアウターパネル95Aと、インナーパネル(不図示)と、アウターパネル95Aとインナーパネルが接続されて形成された閉断面の中空部においてアウターパネル95Aの内方又は外方に接合される補強部材(不図示)とを備えている。
また、アウターパネル95Aとインナーパネル、及びアウターパネル95Aと補強部材は、それぞれスポット溶接の溶接部(不図示)によって接合されている。
なお、アウターパネル95Aを第2の鋼板により形成し、補強部材を第1の鋼板により形成してもよい。
第6の適用例は、自動車車体構造90のアウターパネルとインナーパネルにより構成される中空部に対する適用例である。
図10に示すように、例えば、アウターパネル96Aと、インナーパネル(不図示)と、アウターパネル96Aとインナーパネルを接続して形成された閉断面の中空部(不図示)においてアウターパネル96Aの内方に接合される補強部材(不図示)とを備えて構成された部位について、アウターパネル96Aを第1の鋼板により形成し、補強部材(不図示)を第2の鋼板により形成すると好適である。
また、アウターパネル96Aとインナーパネル、及びアウターパネル96Aと補強部材は、それぞれスポット溶接による溶接部により接続されている。
なお、アウターパネル96Aを第2の鋼板により形成し、補強部材を第1の鋼板により形成してもよい。
なお、第2の鋼板におけるヤング率の最大値及び最小値と圧延交差方向との関わりについても同様である。
また、第1鋼板、第2鋼板の板厚、引張強さ等については、任意に設定することができる。
実施例1は、図11A、図11Bに示す供試体の曲げ剛性及びねじり剛性を測定して評価した。
図11A~図11Dは、本発明の実施例1に係る供試体(重ね合わせ構造部材)を説明する図であり、図11Aは供試体の斜視図を、図11Bは供試体の図11Aにおいて矢視XIB‐XIBで示す断面図である。図11A、図11Bにおいて、符号T10は実施例1で用いた供試体を、符号T11は第1の鋼板部材を、符号T12は第2の鋼板部材を示している。
第1の構成部材T11は、60mm×60mmの凹部断面を有する長さ450mmのハット状とされ、鋼板を切り出したブランクを成形して形成した。
第2の鋼板部材T12は、鋼板を切出して平板状に形成されている。
第1の鋼板部材T11、第2の鋼板部材T12の形成に用いた鋼板は、それぞれ圧延直交方向を第1の鋼板部材T11、第2の鋼板部材T12の長手方向と対応させて切り出した。そして、第1の鋼板部材T11のフランジ部と第2の鋼板部材T12とを重ね合わせて接合し、供試体T10を作成した。なお、第1の鋼板部材T11と第2の鋼板部材T12の接合は、45mm間隔でスポット溶接を行って接合した。
鋼板A、鋼板Bのヤング率の面内異方性は、図11C、図11Dに示すとおりであり、鋼板Cは等方向性の鋼板である。実施例において、鋼板A、鋼板B、鋼板Cのヤング率の面内異方性を示す際に、圧延方向に対する交差角度θ:0(deg)、45(deg)、90(deg)におけるヤング率(E1-E2-E3)[GPa]で示す場合があるものとする。
鋼板B(第2の鋼板)は、図11Dに示すように、圧延方向に対して交差角度θ:0(deg)、45(deg)、90(deg)におけるヤング率が(205-230-205)[GPa]とされた逆V字形のヤング率の面内異方性を示す板厚1.2(mm)の鋼板である。
鋼板Cは、圧延方向に対して交差角度θ:0(deg)、45(deg)、90(deg)のヤング率が(205-205-205)[GPa]とされた等方向性の板厚1.2(mm)の鋼板である。
なお、鋼板A、鋼板B、鋼板Cのヤング率は、圧延方向に対して交差角度θ=0(deg)~90(deg)の範囲で、15(deg)おきに、長さ60mm、幅10mmの試験片を採取して、これら試験片を自由共振式弾性率測定装置(JISZ2280に準拠)を用いて測定した。
また、供試体T10のねじり剛性は、図11Aに示すように、供試体T10の一端部Pを固定したうえで、他端に0.5(kNm)のトルクを負荷したときのねじり角を測定して評価した。
<本発明例1>
第1の鋼板部材T11を鋼板Bで形成し、第2の鋼板部材T12を鋼板Aで形成した本発明例1は、曲げ剛性1.56(kN/mm)、ねじり剛性0.82(kN/deg)である。本発明例1は、図12に示すように、下記比較例1~3と比べて、曲げ剛性とねじり剛性の双方を備えていることが確認できた。
<本発明例2>
第1の鋼板部材T11を鋼板Aで形成し、第2の鋼板部材T12を鋼板Bで形成した本発明例2は、曲げ剛性1.61(kN/mm)、ねじり剛性0.77(kN/deg)である。本発明例2は、図12に示すように、下記比較例1~3と比べて、曲げ剛性とねじり剛性の双方を備えていることが確認できた。
<比較例1>
第1の鋼板部材T11、第2の鋼板部材T12を、ともに鋼板Bで形成した比較例1は、曲げ剛性1.48(kN/mm)、ねじり剛性0.84(kN/deg)である。
<比較例2>
第1の鋼板部材T11、第2の鋼板部材T12を、ともに鋼板Aで形成した比較例2は、曲げ剛性1.62(kN/mm)、ねじり剛性0.69(kN/deg)である。
<比較例3>
第1の鋼板部材T11、第2の鋼板部材T12を、ともに鋼板Cで形成した比較例3は、曲げ剛性1.48(kN/mm)、ねじり剛性0.69(kN/deg)である。
実施例2は、図13A、図13Bに示す供試体の曲げ剛性及びねじり剛性を測定して評価した。
図13A、図13Bは、本発明の実施例2に係る供試体(重ね合わせ構造部材)を説明する図であり、図13Aは供試体の斜視図を、図13Bは供試体の図13Aにおいて矢視XIIIB‐XIIIBで示す断面図である。図13A、図13Bにおいて、符号T20は実施例2で用いた供試体を、符号T21は第1の鋼板部材を、符号T22は第2の鋼板部材を、符号T23は第3の鋼板部材を示している。
第1の鋼板部材T21、第2の鋼板部材T22の形状、寸法については、実施例1に係る第1の鋼板部材T11と、第2の鋼板部材T12と同様である。
第3の構成部材T23は、60mm×60mmの凹部断面を有する長さ450mmのチャネル状とされている。また、第3の鋼板部材T23の形成に用いた鋼板は、圧延直交方向を第3の鋼板部材T23の長手方向と対応させて切り出した。
また、実施例2では、これらを表2に示すように組み合わせて、本発明例3、4、比較例4~6を作成した。
そして、第1の鋼板部材T21の内方に第3の鋼板部材T23を重ね合わせて、第1の板部材T21と第3の鋼板部材T23とを接合した。
その後、第1の板部材T21のフランジ部を第2の鋼板部材T22と重ね合わせて接合して供試体T20を作成した。
また、第1の板部材T21と第3の鋼板部材T23、第1の板部材T21と第2の鋼板部材T22の接合は、45mm間隔でスポット溶接により接合した。
なお、供試体T20に用いた鋼板A、鋼板B、鋼板Cは、実施例1と同様であるので説明を省略する。
また、供試体T20のねじり剛性は、図13Aに示すように、供試体T20の一端部Pを固定したうえで、他端に0.5(kNm)のトルクを負荷したときのねじり角を測定して評価した。
<本発明例3>
第1の鋼板部材T21を鋼板Bで形成し、第3の鋼板部材T23を鋼板Aで形成した本発明例3は、曲げ剛性2.24(kN/mm)、ねじり剛性1.01(kN/deg)である。本発明例3は、図14に示すように、下記比較例4~6と比べて、曲げ剛性とねじり剛性の双方を備えていることが確認できた。
<本発明例4>
第1の鋼板部材T21を鋼板Aで形成し、第3の鋼板部材T23を鋼板Bで形成した本発明例4は、曲げ剛性2.30(kN/mm)、ねじり剛性0.96(kN/deg)である。本発明例4は、図12に示すように、下記比較例4~6と比べて、曲げ剛性とねじり剛性の双方を備えていることが確認できた。
<比較例4>
第1の鋼板部材T21、第3の鋼板部材T23を、ともに鋼板Bで形成した比較例4は、曲げ剛性2.17(kN/mm)、ねじり剛性1.03(kN/deg)である。
<比較例5>
第1の鋼板部材T21、第3の鋼板部材T23を、ともに鋼板Aで形成した比較例5は、曲げ剛性2.31(kN/mm)、ねじり剛性0.91(kN/deg)である。
<比較例6>
第1の鋼板部材T21、第3の鋼板部材T23を、ともに鋼板Cで形成した比較例6は、曲げ剛性2.17(kN/mm)、ねじり剛性0.91(kN/deg)である。
10S、20S、30S、40S、50S、60S 閉断面
11、21、31、41、51、61 第1の鋼板部材
12、22、32、42、52、62 第2の鋼板部材
23、33、34、431、432、441、442、531、532、631、632、641、642 第3の鋼板部材
113、114、213、214、313、322、413、414、423、424、611、622 フランジ壁部(フランジ部、重ね合わせ部)
121、123、221、223、314、321、513、514、614、623 重ね合わせ壁部(重ね合わせ部)
35、35、36、45、46、55、56、65、66 スポット溶接部(溶接部)
90 自動車車体構造(車体構造)
90F フロア
91 サイドシル
91A サイドシルアウター(外側鋼板部材)
92 フロントサイドメンバー
92A 外側鋼板部材
93 リアサイドメンバー
93A 外側鋼板部材
94 クロスメンバー
95 センターピラー
95A アウターパネル
96A アウターパネル
Claims (9)
- 複数の鋼板部材が重ね合わせられて閉断面をなす中空部を隔てて形成された重ね合わせ部が溶接部によって接合された鋼板部材重ね合わせ構造であって、
鋼板の面内における圧延方向のヤング率及び前記圧延方向と交差角度90°で交差する圧延直交方向のヤング率が、前記面内において前記圧延方向と交差角度45°で交差する圧延45°交差方向のヤング率に比べて高くかつ前記面内におけるヤング率の最大値と最小値の比が1.1以上とされるヤング率の面内異方性を示す第1の鋼板と、
鋼板の面内において圧延方向と交差角度45°で交差する圧延45°交差方向におけるヤング率が、前記圧延方向のヤング率及び前記圧延方向と交差角度90°で交差する圧延直交方向のヤング率に比べて高くかつ前記面内におけるヤング率の最大値と最小値の比が1.1以上とされたヤング率の面内異方性を示す第2の鋼板と、
を備え、
前記第1の鋼板と前記第2の鋼板が対向するように組合せられていることを特徴とする鋼板部材重ね合わせ構造。 - 請求項1に記載の鋼板部材重ね合わせ構造であって、
ハット形断面が長尺に形成された第1の鋼板部材と、
前記ハット形断面のフランジ部で接続される第2の鋼板部材と、
を備え、
前記第1の鋼板部材は、前記第1の鋼板と前記第2の鋼板のいずれか一方により形成され、
前記第2の鋼板部材は、前記第1の鋼板と前記第2の鋼板の他方により形成されていることを特徴とする鋼板部材重ね合わせ構造。 - 請求項1に記載の鋼板部材重ね合わせ構造であって、
ハット形断面が長尺に形成された第1の鋼板部材と、
前記ハット形断面のフランジ部で接続される第2の鋼板部材と、
チャネル形断面が長尺に形成され前記第1の鋼板部材と重ね合わせて接合される第3の鋼板部材と、
を備え、
前記第1の鋼板部材は、前記第1の鋼板と前記第2の鋼板のいずれか一方により形成され、
前記第3の鋼板部材は、前記第1の鋼板と前記第2の鋼板の他方により形成されていることを特徴とする鋼板部材重ね合わせ構造。 - 請求項1~3のいずれか1項に記載の鋼板部材重ね合わせ構造を用いた車体構造であって、
車体フロアの幅方向両側部において車体前後方向に延在され外側鋼板部材と前記外側鋼板部材の内方に配置される内側鋼板部材とを有するサイドシルを備え、
前記外側鋼板部材は、
前記第1の鋼板と前記第2の鋼板のいずれか一方により形成され、
前記内側鋼板部材は、
前記第1の鋼板と前記第2の鋼板の他方により形成されていることを特徴とする車体構造。 - 請求項1~3のいずれか1項に記載の鋼板部材重ね合わせ構造を用いた車体構造であって、
車体の前後方向に延在して形成された内側鋼板部材と、前記内側鋼板部材の外方側に配置された外側鋼板部材と、
を有するフロントサイドメンバーを備え、
前記内側鋼板部材は、
前記第1の鋼板と前記第2の鋼板のいずれか一方により形成され、
前記外側鋼板部材は、
前記第1の鋼板と前記第2の鋼板の他方により形成されていることを特徴とする車体構造。 - 請求項1~3のいずれか1項に記載の鋼板部材重ね合わせ構造を用いた車体構造であって、
車体の前後方向に延在して形成された内側鋼板部材と、前記内側鋼板部材の外方側に配置された外側鋼板部材と、
を有するリアサイドメンバーを備え、
前記内側鋼板部材は、
前記第1の鋼板と前記第2の鋼板のいずれか一方により形成され、
前記外側鋼板部材は、
前記第1の鋼板と前記第2の鋼板の他方により形成されていることを特徴とする車体構造。 - 請求項1~3のいずれか1項に記載の鋼板部材重ね合わせ構造を用いた車体構造であって、
車体フロアと、
前記車体フロアに接続され車体幅方向両側部に延在するクロスメンバーと、
を備え、
前記車体フロアは、前記第1の鋼板と前記第2の鋼板のいずれか一方により形成され、
前記クロスメンバーは、前記第1の鋼板と前記第2の鋼板の他方により形成されていることを特徴とする車体構造。 - 請求項1~3のいずれか1項に記載の鋼板部材重ね合わせ構造を用いた車体構造であって、
車体フロアの車幅方向量端部に配置され車体高さ方向に延在されたアウターパネルと、インナーパネルと、前記アウターパネルと前記インナーパネルが接続されて形成された閉断面の中空部において前記アウターパネルの内方に接合される補強部材と、
を有するセンターピラーを備え、
前記アウターパネルは、前記第1の鋼板と前記第2の鋼板のいずれか一方により形成され、
前記補強部材は、前記第1の鋼板と前記第2の鋼板の他方により形成されていることを特徴とする車体構造。 - 請求項1~3のいずれか1項に記載の鋼板部材重ね合わせ構造を用いた車体構造であって、
アウターパネルと、
インナーパネルと、
前記アウターパネルと前記インナーパネルを接続して形成された閉断面の中空部において前記アウターパネルの内方に接合される補強部材と、
を備え、
前記アウターパネルは、前記第1の鋼板と前記第2の鋼板のいずれか一方により形成され、
前記補強部材は、前記第1の鋼板と前記第2の鋼板の他方により形成されていることを特徴とする車体構造。
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