WO2021210670A1 - 車両用強度部材 - Google Patents

Abstract

車両用強度部材は、天板と一対の縦壁とを備え、断面ハット形状に形成されている。また車両用強度部材は、短手方向に延びる折れ線によって屈曲された折れ部を長手方向に複数備え、全体として湾曲している。前記天板は、中央で前記長手方向に延びる凹部と、この凹部の両側で前記長手方向に延びる一対の突条とを有する。また前記天板は、前記各折れ部と対応する位置に前記凹部内で前記短手方向に延びる少なくとも一つの凸ビードとを備えており、該凸ビードの両端は、前記突条の側部に結合している。

Description

車両用強度部材

　本発明は、車体のルーフセンタリインフォースメント、フロントバンパ等に用いられる車両用強度部材に関する。

　車両のルーフには、おおよそ左右のセンタピラーに挟まれる位置に、ルーフセンタリインフォースメントと呼ばれる強度部材が設けられている（特開２０１９－０７７３８１号公報参照）。このルーフセンタリインフォースメントは、長手方向に直交する断面が概ねハット形状であり、左右のセンタピラー間に延びて形成されている。しかも、ルーフセンタリインフォースメントは、長手方向の複数箇所に折れ部を備え、長手方向の中央部で車両フロアからの高さが高くなるように湾曲形状とされている。

　上記ルーフセンタリインフォースメントは、鋼板をプレス成形することにより形成される。しかし、プレス成形時にスプリングバックが生じ、製品を精度良く製造できない問題があった。したがって、このような強度部材のプレス成形時のスプリングバックを抑制することが望まれる。

　ひとつの態様は車両用強度部材であり、天板と一対の縦壁とを備え、断面ハット形状に形成されている。また車両用強度部材は、短手方向に延びる折れ線によって屈曲された折れ部を長手方向に複数備え、全体として湾曲している。前記天板は、中央で前記長手方向に延びる凹部と、この凹部の両側で前記長手方向に延びる一対の突条とを有する。また前記天板は、前記各折れ部と対応する位置に前記凹部内で前記短手方向に延びる少なくとも一つの凸ビードとを備えており、該凸ビードの両端は、前記突条の側部に結合している。

　実施形態によっては、前記一対の突条のそれぞれは、前記各折れ部と対応する位置に、前記長手方向に沿って延びる凹ビードを備える。

　実施形態によっては、前記各折れ部に対応する前記少なくとも一つの凸ビードは、前記折れ線上に配置された１本の凸ビードである。

　実施形態によっては、前記各折れ部の前記折れ線は対応する前記凸ビードによって分断され、前記凸ビードの天板面は平坦面とされている。

　実施形態によっては、前記各折れ部に対応する前記少なくとも一つの凸ビードは、同じ折れ部に対応する２つの前記凹ビードの間に配置された２本の凸ビードであり、前記２本の凸ビードは、対応する前記折れ線を挟んで配置されている。

　実施形態によっては、前記車両用強度部材は、前記折れ部で屈曲されることにより前記天板が湾曲の内側となるように形成されたルーフセンタリインフォースメントである。

一つの実施形態としてのルーフセンタリインフォースメントを示す斜視図である。 図１のルーフセンタリインフォースメントの拡大斜視図である。 図１のルーフセンタリインフォースメントの折れ部の拡大斜視図である。 図２のルーフセンタリインフォースメントのＩＶ矢視図である。 図２のルーフセンタリインフォースメントのＶ－Ｖ線断面矢視図である。 図３の折れ部のＶＩ－ＶＩ線断面矢視図である。 別の実施形態としてのルーフセンタリインフォースメントの折れ部の図３に対応する拡大斜視図である。 図７の折れ部のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線断面矢視図である。 さらに別の実施形態としてのルーフセンタリインフォースメントの平面図である。 さらに別の実施形態としてのルーフセンタリインフォースメントの折れ部の図３に対応する拡大斜視図である。 図１のルーフセンタリインフォースメントのスプリングバック量を比較例に対比して示す説明図である。 図１のルーフセンタリインフォースメントのスプリングバック量を別の比較例に対比して示す説明図である。 図７のルーフセンタリインフォースメントのスプリングバック量を比較例に対比して示す説明図である。 図９のルーフセンタリインフォースメントのスプリングバック量を比較例に対比して示す説明図である。

＜ルーフセンタリインフォースメント＞
　図１は、一つの実施形態としてのルーフセンタリインフォースメントを示す。以下ではこのルーフセンタリインフォースメントを例として説明するが、以下に説明する様々な特徴は、フロントバンパの強度部材など、車体の種々の強度部材や補強部材に適用できる。図１は、車体上部の骨格構造を示す。図１のように、車両１の左右両側にはそれぞれルーフサイドレール２を備える。左右の各ルーフサイドレール２は、それぞれ左右一対のフロントピラー（図示略）、センタピラー６及びリヤピラー７により下方から支持されている。左右の各ルーフサイドレール２間で、左右のセンタピラー６に挟まれる部位には、ルーフセンタリインフォースメント３と呼ばれる横断部材が固定されている。また、ルーフセンタリインフォースメント３の前後で、左右の各ルーフサイドレール２間には、フロントヘッダ４及びリヤヘッダ５と呼ばれる別の横断部材が固定されている。左右の各ルーフサイドレール２間で、フロントヘッダ４、ルーフセンタリインフォースメント３及びリヤヘッダ５の上には、ルーフパネル８が被せられて固定されている。

　図２～６は、ルーフセンタリインフォースメント３を単品で示す。図２～６では、説明の都合上、ルーフセンタリインフォースメント３を図１とは上下逆転して図示している。図１のように、ルーフセンタリインフォースメント３は、長手を車両の左右方向に向けて配置されており、図２、５のように、断面は概ねハット形状である。したがって、ルーフセンタリインフォースメント３は、天板１０と、天板１０の両縁から延びる一対の縦壁１３と、縦壁１３の端縁から延びる一対のフランジ部１４とを備える。また、天板１０の短手方向中央部には、長手方向に延びる凹部１１が形成されている。これにより、天板１０の凹部１１の両側には長手方向に延びる突条１２が形成されている。ルーフセンタリインフォースメント３は、例えば、長尺の高張力鋼板（例えば引張強度が１１８０ＭＰａ程度で）をプレス成形することにより形成することができる。高張力鋼板の板厚は例えば１．２～１．６ｍｍ程度とすることができる。

＜折れ部＞
　図２、図４に示すように、ルーフセンタリインフォースメント３は、長手方向に間隔を空けた複数の折れ部１５で屈曲することにより、全体として湾曲形状となっている。折れ部の間隔は一定とすることができるが、実施形態によっては一定でない間隔とすることもできる。ルーフセンタリインフォースメント３の湾曲方向は天板１０が湾曲の内側となるような方向とし、天板１０を下方に向けた状態で左右のルーフサイドレール２の間に固定される。その結果、図１のように車体に組み付けられた状態で、ルーフセンタリインフォースメント３は、長手方向の中央部で車両フロアからの高さが最も高くなる。

　図４、図６に示すように、各折れ部１５では、折れ線１８の前後でルーフセンタリインフォースメント３が所定の角度θだけ屈曲している。各折れ部１５における屈曲角度は、ルーフセンタリインフォースメント３が全体として必要な湾曲形状となるように決められる。なお、折れ部１５は角を丸めることにより折れ線１８が一本の明確な線とならない（図面ではＣＡＤによるフィレット処理の結果が三重線で表現されている）ようにすることができる。

＜凹ビード＞
　図３に示すように、各突条１２の各折れ部１５に対応する部位には、所定長さで長手方向に延びる凹ビード１６が形成されている。凹ビード１６は、各突条１２の短手方向の中央部の突出量を少なくする側に窪ませることにより形成されている。凹ビード１６は、ルーフセンタリインフォースメント３の折れ部１５を含む部位の面剛性を高める機能を有する。

＜凸ビード＞
　凹部１１の各折れ部１５に対応する部位には、各突条１２の突出方向と同方向に突出する凸ビード１７が形成されている。凸ビード１７は、各折れ部１５の折れ線１８の延長線上にルーフセンタリインフォースメント３の短手方向に延びて形成され、その両端が各突条１２の側部に結合している。従って、凸ビード１７は対向配置された二つの凹ビード１６の間に挟まれて配置されている。このように凸ビード１７が形成されることにより、ルーフセンタリインフォースメント３の折れ部１５を含む部位の面剛性が更に高められる。図２に示すように、ルーフセンタリインフォースメント３の長手方向の両端部には、折れ部１５は設けられていないが、上記凸ビード１７と同様の凸ビード１７が形成されている。従って、ルーフセンタリインフォースメント３の長手方向の両端部の面剛性が高められている。図３に示すように、各折れ部１５の折れ線１８は凸ビード１７で分断させ、凸ビード１７の天板面は平坦面としている。このように凸ビード１７には折れ線が形成されないようにすることにより、折れ線が形成された場合に比べて、ルーフセンタリインフォースメント３の折れ部１５を含む部位の面剛性は若干高められる。

＜スプリングバック量の試験＞
　ＣＡＥ解析により幾つかの形態のルーフセンタリインフォースメントのプレス成形をシミュレーションし、端部におけるスプリングバック量を比較した。いずれのルーフセンタリインフォースメントも引張強度１１８０ＭＰａの高張力鋼板からプレス成形し、長さ（長手方向）１０００ｍｍ、幅（短手方向）１７５ｍｍ、板厚１．４ｍｍであった。図１１は、比較に用いた二つのルーフセンタリインフォースメントを便宜上合成して描いたものであり、中心線より右側は上述のように構成された実施形態のルーフセンタリインフォースメント３を示し、左側は上述のような凹ビード１６や凸ビード１７を備えない比較例のルーフセンタリインフォースメントを示す。図１１の右端の２箇所に示す数値は、プレス成形後の２つのルーフセンタリインフォースメント３のその箇所におけるスプリングバック量の差を表す。プレス成形は各ルーフセンタリインフォースメント３を中央で固定した状態で行った。各ルーフセンタリインフォースメント３は基本的に左右対称であるため、表示していないが、当然ながら図１１の左端でも右端と同様の数値となる。この数値から、本実施形態のルーフセンタリインフォースメント３では比較例に対してスプリングバック量が２．８ｍｍ程度少なくなることが判る。従って、本実施形態では、比較例に比べてルーフセンタリインフォースメント３を精度良く製造することができる。

　図１２は別のルーフセンタリインフォースメントの組み合わせを合成して描いたものであり、中心線より右側は図１１と同じであるが、左側は折れ線１８が凸ビード１７を貫通した比較例のルーフセンタリインフォースメントを示す。図１２の右端の数値から、本実施形態のルーフセンタリインフォースメント３では比較例に対してスプリングバック量が中心線の片側で０．３５ｍｍ程度少なくなることが判る。従って、凸ビード１７に折れ線が形成されない本実施形態では、凸ビード１７に折れ線が形成された場合に比べてルーフセンタリインフォースメント３を精度良く製造することができる。

＜２本の凸ビード＞
　図７、８に示すように、各凸ビード１７を２本の凸ビード１７Ａ、１７Ｂにより構成することもできる。具体的には、２本の凸ビード１７Ａ、１７Ｂは、ルーフセンタリインフォースメント３の長手方向で折れ部１５を挟んで配置されている。２本の凸ビード１７Ａ、１７Ｂの各端部は、各突条１２の側部に結合している。その結果、２本の凸ビード１７Ａ、１７Ｂが凹部１１上で占有する長手方向の寸法Ｌ１は、凹ビード１６の長手方向の寸法Ｌ２と同程度とされている。

　図１３は、この２本の凸ビードを備えたルーフセンタリインフォースメント３（右側）を、凹ビード１６や凸ビード１７を備えない比較例のルーフセンタリインフォースメント（左側）と合成して描いたものである。図１３の右端に示す数値から、本実施形態のルーフセンタリインフォースメント３では比較例に対してスプリングバック量が中心線の片側で２．３ｍｍ程度少なくなることが判る。従って、本実施形態でも、比較例に比べてルーフセンタリインフォースメント３を精度良く製造することができる。

＜凹ビードの省略＞
　図９に示すように、凹ビード１６を無くすことも可能である。この場合においても前述の図２の実施形態と同様の凸ビード１７を折れ部１５に対応して形成することができる。

　図１４は、この凹ビード１６を省いたルーフセンタリインフォースメント３（右側）を、上述の凹ビード１６や凸ビード１７を備えない比較例のルーフセンタリインフォースメント（左側）と合成して描いたものである。図１４の右端に示す数値から、本実施形態のルーフセンタリインフォースメント３では、比較例に対してスプリングバック量が中心線の片側で０．８ｍｍ程度少なくなることが判る。従って、本実施形態でも、比較例に比べてルーフセンタリインフォースメント３を精度良く製造することができる。

＜Ｘ字形状の凸ビード＞
　図１０に示すように、各凸ビード１７を凹部１１の折れ部１５上で交わるＸ字形状の凸ビード１７Ｃとすることもできる。具体的には、Ｘ字形状の凸ビード１７Ｃは、凹部１１の折れ部１５上で交わるＸ字形状であり、Ｘ字形状の各端部は、各突条１２の側部に結合している。その結果、凸ビード１７Ｃが凹部１１上で占有する長手方向の寸法Ｌ３は、凹ビード１６の長手方向の寸法Ｌ４より僅かに大きいが概ね同程度とされている。

　図９のルーフセンタリインフォースメント３をプレス成形した際のスプリングバック量は、図示を省略したが、図７の実施形態の場合と同程度となった。従って、本実施形態でも、比較例に比べてルーフセンタリインフォースメント３を精度良く製造することができる。

＜実施形態の利点＞
　以上に説明した実施形態は少なくとも以下の利点を有する。

　上述の各実施形態では、折れ部１５に対応して凸ビード１７が形成されるため、折れ部１５を含む部位の面剛性が高められる。そのため、車両用強度部材（ルーフセンタリインフォースメント３）がプレス成形される際のスプリングバック量が、凸ビード１７を形成しない場合に比べて抑制され、しかも、スプリングバック量のばらつき幅が小さくなる。その結果、車両用強度部材を精度良く製造することができる。

　実施形態によっては、折れ部１５に対応して突条１２に凹ビード１６が更に形成されるため、折れ部１５を含む部位の面剛性が更に高められる。そのため、車両用強度部材（ルーフセンタリインフォースメント３）がプレス成形される際のスプリングバック量が、凹ビード１６を形成しない場合に比べて更に抑制され、しかも、スプリングバック量のばらつき幅が小さくなる。その結果、車両用強度部材を更に精度良く製造することができる。

　実施形態によっては、各凹ビード１６間で折れ部１５の折れ線１８の延長線上に１本の凸ビード１７が形成されるため、凸ビード１７が確実に機能して折れ部１５を含む部位の面剛性が確実に高められる。そのため、車両用強度部材（ルーフセンタリインフォースメント３）がプレス成形される際のスプリングバック量が少なくなり、車両用強度部材を精度良く製造することができる。

　実施形態によっては、凸ビード１７の天板面が平坦面とされているため、凸ビード１７の天板面に折れ部１５の折れ線が形成される場合に比べて折れ部１５を含む部位の面剛性が更に高められる。そのため、車両用強度部材（ルーフセンタリインフォースメント３）がプレス成形される際のスプリングバック量が、凸ビード１７の天板面に折れ線が形成される場合に比べて更に抑制され、しかも、スプリングバック量のばらつき幅が小さくなる。その結果、車両用強度部材を更に精度良く製造することができる。

　実施形態によっては、凹部１１に折れ部１５の折れ線が形成される場合でも、この折れ線を挟んで２本の凸ビード１７Ａ、１７Ｂを形成するので、折れ部１５を含む部位の面剛性を高めることができる。そのため、車両用強度部材（ルーフセンタリインフォースメント３）がプレス成形される際のスプリングバック量が、凸ビード１７Ａ、１７Ｂを形成しない場合に比べて抑制され、しかも、スプリングバック量のばらつき幅が小さくなる。その結果、車両用強度部材を精度良く製造することができる。

　実施形態によっては、ルーフセンタリインフォースメント３の折れ部１５に対応して凸ビード１７、１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃが形成されるため、ルーフセンタリインフォースメント３がプレス成形される際のスプリングバック量を抑制して、ルーフセンタリインフォースメント３を精度良く製造することができる。

　以上、特定の実施形態について説明したが、本発明はそれらの実施形態に限定されず、当業者であれば種々の変更、置換、追加、削除が可能である。

Claims (6)

1. 　車両用強度部材であって、
   　天板と一対の縦壁とを備え、断面ハット形状に形成されており、短手方向に延びる折れ線によって屈曲された折れ部を長手方向に複数備え、全体として湾曲しており、
   　前記天板は、中央で前記長手方向に延びる凹部と、この凹部の両側で前記長手方向に延びる一対の突条と、前記各折れ部と対応する位置に前記凹部内で前記短手方向に延びる少なくとも一つの凸ビードとを備えており、
   　該凸ビードの両端は、前記突条の側部に結合している、
   　車両用強度部材。
2. 　請求項１の車両用強度部材であって、
   　前記一対の突条のそれぞれは、前記各折れ部と対応する位置に、前記長手方向に沿って延びる凹ビードを備える、
   　車両用強度部材。
3. 　請求項２の車両用強度部材であって、
   　前記各折れ部に対応する前記少なくとも一つの凸ビードは、前記折れ線上に配置された１本の凸ビードである、
   　車両用強度部材。
4. 　請求項３の車両用強度部材であって、
   　前記各折れ部の前記折れ線は対応する前記凸ビードによって分断され、前記凸ビードの天板面は平坦面とされている、
   　車両用強度部材。
5. 　請求項２の車両用強度部材であって、
   　前記各折れ部に対応する前記少なくとも一つの凸ビードは、同じ折れ部に対応する２つの前記凹ビードの間に配置された２本の凸ビードであり、
   　前記２本の凸ビードは、対応する前記折れ線を挟んで配置されている、
   　車両用強度部材。
6. 　請求項１～５のいずれかの車両用強度部材であって、
   　前記折れ部で屈曲されることにより前記天板が湾曲の内側となるように形成されたルーフセンタリインフォースメントである、
   　車両用強度部材。

Images