WO2022138810A1 - 車両用センターピラー部材とその製造法 - Google Patents

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Abstract

実施形態によっては、長手方向に複数の部材が少なくとも一つの接合ラインに沿って接合されて形成されたテーラードブランク材がプレス成形によりハット型断面となるように形成されてなる車両用センターピラー部材であって、天板部と、両側の縦壁部とを有し、前記縦壁部における前記テーラードブランク材の前記少なくとも一つの接合ラインがプレス成形時におけるプレス方向と同一方向となっている。実施形態によっては、前記少なくとも一つの接合ラインは、前記テーラードブランク材の状態において、前記天板部において前記テーラードブランク材を成す両側の部材が凹凸嵌合されるような形状に曲がっている。

Description

車両用センターピラー部材とその製造法
 本願に開示する実施形態は、車両用センターピラー部材とその製造法に関する。特に、テーラードブランク材を用いて、ハット型断面の車両用センターピラー部材をプレス成形により形成する技術に関する。
 自動車等の車両には、車体の側部の構造部材としてセンターピラー(通称Bピラー)が設けられる。センターピラーは車体の側部に長手方向を車高方向に向けて配置される。通常、センターピラーは外側部材と内側部材で構成され、外側部材は長手方向に直交する断面がハット型形状となっている。このハット型断面は、中央の天板部と、その両側の縦壁部とを有する。縦壁部は車両の車幅方向に配設される部材となっている。天板部と縦壁部との境界は屈曲して長手方向に稜線が形成される。両側に形成される2本の稜線間の距離、すなわち天板部の幅は、通常、長手方向で変化している。通常、上方から下方に向けて広がっている。
 通常、車両用センターピラー部材は鋼板製とされ、プレスにより成形される。そして、センターピラー部材の軽量化を図るために、複数の鋼板部材を接合して形成されるテーラードブランク材を利用することにより、強度が要求される部位のみ鋼板の板厚を大きくしたり、引張強度が高い鋼板を用いたりしている(特開2018-122733号公報参照)。
 ところで、テーラードブランク材は複数の部材が溶接等により接合されて形成されるものであるので、接合される隣接する部材間には接合ラインが形成される。テーラードブランク材を用いてハット型断面形状のセンターピラー部材をプレス成形する場合には、縦壁部にもプレス荷重が作用して加工される。従来、プレス方向とテーラードブランク材の接合ラインの方向との相対配置は何ら考慮されておらず、現実には一致しない方向となっている。
 図13は従来のセンターピラー外側部材110の縦壁部124におけるテーラードブランク材TBの接合ラインWとプレス方向Yとを示す。図13に示すように、従来の場合は、プレス方向Yはテーラードブランク材TBの接合ラインWの方向と異なった方向となっている。
 テーラードブランク材TBの接合ラインWの両側の鋼板部材は引張強度や板厚が異なるため、図13に示すようにプレス方向Yと接合ラインWの形成方向が異なっていると、接合ラインWの両側の強度差によってプレス成形時に接合ラインWに沿って割れが生じる恐れがある。図13ではテーラードブランク材TBのA部位TB9の材料強度が高く、B部位TB8の材料強度が低い場合に強度差により割れが生じる恐れがある領域を斜線で示した。
 詳細には、材料強度の高いA部位TB9はプレス成形時にプレス方向Yに鋼板の肉が動きにくく、材料強度の低いB部位TB8はプレス成形時にプレス方向Yに鋼板の肉が動き易い。このようにA部位TB9とB部位TB8の接合ラインWに材料の強度差があると、材料強度の高い側が動かず低い側が動くため、材料強度の低い側がプレス方向Yに引っ張られて、A部位TB9とB部位TB8の接合ラインWに割れが生じる恐れがある。
 したがって、ハット型断面のセンターピラー部材をテーラードブランク材を用いてプレス成形する際に縦壁部の接合ラインから割れが生じるのを防止ないし抑制することが望まれる。
 ひとつの態様は、長手方向に複数の部材が少なくとも一つの接合ラインに沿って接合されて形成されたテーラードブランク材がプレス成形によりハット型断面となるように形成されてなる車両用センターピラー部材であって、天板部と、両側の縦壁部とを有し、前記縦壁部における前記テーラードブランク材の前記少なくとも一つの接合ラインがプレス成形時におけるプレス方向と同一方向となっている。
 実施形態によっては、前記少なくとも一つの接合ラインは、前記テーラードブランク材の状態において、前記天板部において前記テーラードブランク材を成す両側の部材が凹凸嵌合されるような形状に曲がっている。
 実施形態によっては、前記少なくとも一つの接合ラインは、前記テーラードブランク材の状態において、前記両側の縦壁部に形成された接合ラインから前記天板部まで直線状に延びており、前記天板部において1つの角を成して接続されている。
 実施形態によっては、前記少なくとも一つの接合ラインは、前記テーラードブランク材の状態において、前記両側の縦壁部から前記天板部まで直線状に延びており、前記天板部において弧状部分を介して接続されている。
 実施形態によっては、前記少なくとも一つの接合ラインは、前記テーラードブランク材の状態において、前記両側の縦壁部から前記天板部まで直線状に延び、前記天板部において他の直線部分を介して接続されて、この直線部分の両端に2つの角を形成している。
 実施形態によっては、下側ドアヒンジ取付部と、車体のサイドシルへの接合部と、これらの間の拡幅領域とを有しており、前記少なくとも一つの接合ラインのうちの一つが前記拡幅領域に位置する。
 別の態様は、上述した車両用センターピラー部材を製造する方法であって、前記縦壁部における前記少なくとも一つの接合ラインがプレス方向と同一方向となるように前記テーラードブランク材を形成し、前記テーラードブランク材を前記プレス方向にプレスすることにより前記車両用センターピラー部材を成形する。
ひとつの実施形態としてのセンターピラー外側部材の外観構成を示す斜視図である。 図1のセンターピラー外側部材のII-II線断面の基本構成を模式的に示す断面図である。 センターピラー外側部材のプレス成形工程における上死点から上刃が下降してブランクホルダと上刃でテーラードブランク材に接触した時点を示す図である。 センターピラー外側部材のプレス成形工程における成形途中の状態を示す図である。 センターピラー外側部材のプレス成形工程における成形後(下死点)の状態を示す図である。 車両の側方から見たセンターピラー外側部材の側面図である。 図6のセンターピラー外側部材のVII矢視図である。 ひとつの実施形態としてのテーラードブランク材に形成する第2接合ラインを示す図である。 別の実施形態としての第2接合ラインを示す図である。 さらに別の実施形態としての第2接合ラインを示す図である。 車両側方から見た従来のセンターピラー外側部材の図6に対応する側面図である。 図11のセンターピラー外側部材のXII矢視図である。 従来の縦壁部におけるテーラードブランク材の接合ラインと成形時のプレス方向を示す図である。
 以下、各種実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、図を用いた説明における上下、前後、左右等の方向は、当該図における方向を示したものである。但し、個別に特に示した方向は、当該表示による。また、左右に対応する構成部品が存在する場合において、その左右の部品を個別に指称する場合は、当該部品を示す符号の後尾に、左側の部品にはLを付し、右側の部品にはRを付す。
<センターピラー外側部材の基本構成>
 図1は、一つの実施形態としての、乗用自動車の車体の側部に配設されるセンターピラーの斜視図を示す。詳細には、センターピラーは、通常、外側部材と内側部材とから閉断面構造部材として構成されるが、図1はセンターピラー外側部材10のみを示している。センターピラー外側部材10は、長手方向を車両の車高方向(図1で見て上下方向)に向けて配設されており、上下端の取付部12、14と、中間の梁部16とからなっている。上端の取付部12はルーフ18に接合され、下端の取付部14はサイドシル20に接合されている。なお、通常、上下端の取付部12、14は、ルーフ18やサイドシル20との結合面積を広くとるためにT字状に形成され、絞り加工などにより複雑な形状となっている。中間の梁部16は比較的単純な形状となっている。
<ハット型断面>
 図2は図1のセンターピラー外側部材10のII-II線断面の基本形状を模式的に示している。センターピラー外側部材10は断面がハット型形状に形成されている。ハット型断面は、概して、中央の天板部22と、天板部22の両側に位置する縦壁部24と、縦壁部24の更に両側に位置するフランジ部26とにより形成されている。なお、縦壁部24は車両前方側(図2で見て左側)の縦壁部24Lと後方側(右側)の縦壁部24Rとからなっており、フランジ部26も左側のフランジ部26Lと右側のフランジ部26Rとからなっている。図1に示すように、天板部22と縦壁部24との境界は稜線27が形成され、左右の稜線27L、27R間の幅は長手方向で幅が変化している。例えば、梁部16は上方から下方に向けて幅が広がっている。
<後部ドア用のヒンジ取付部>
 図1に示すように、中間の梁部16における天板部22には、センターピラー外側部材10の後方側(図2で見て右側)に配設される後部ドアのヒンジ(不図示)を取付けるためのドアヒンジ取付部28U、28Dが上下二箇所に設定されている。なお、図1に示されるセンターピラー外側部材10は、長手方向に複数の部材が接合されて形成されるテーラードブランク材TBからプレス成形により形成されるが、図1ではテーラードブランク材TBを形成する接合ラインは省略されている。
<プレス成形>
 図3~図5はセンターピラー外側部材10のプレス成形工程を示す。図3は上死点から上刃30が下降してブランクホルダ34と上刃30でテーラードブランク材TBに接触した時点を示す。図4は成形途中の状態を示す。図5は成形後(下死点)の状態を示す。具体的にはこのプレス成形工程は絞り加工を行うものであり、可動型である上刃30を下方のポンチ32に向かって移動させることによりテーラードブランク材TBを絞り成形して、図1に示すハット型断面のセンターピラー外側部材10に成形する。なお、可動配置される上刃30を移動させる方向が、プレス成形時におけるプレス方向である。
 図3に示す成形前(上死点)の状態は、テーラードブランク材TBを上刃30とブランクホルダ34とにより挟持して、ポンチ32の上方にセットした成形前の状態である。なお、上刃30とブランクホルダ34は、この状態から一体的状態で下降移動する。
 図4に示す成形途中の状態は、図3の状態から上刃30を下降移動させてポンチ32の上面でテーラードブランク材TBの中央部を押し上げて絞り成形している成形途中の状態を示す。なお、図4において破線で示すテーラードブランク材TBの位置は、図3に示す成形前のテーラードブランク材TBの位置を示している。
 図5に示す成形後(下死点)の状態は、上刃30がプレス成形の下死点まで移動した状態で、ハット型断面のセンターピラー外側部材10に成形し終えた状態を示す。なお、図5に破線で示すテーラードブランク材TBの位置は、図4の場合と同様に、図3に示す成形前のテーラードブランク材TBの位置を示している。なお、本実施形態のプレス成形における上刃30は上型と称されることもあり、同様に、ポンチ32およびブランクホルダ34は下型と称されることもある。
<センターピラー外側部材の詳細構成>
 次に、センターピラー外側部材10の詳細な構成を、図6及び図7に基づいて説明する。図6は車両の側面方向から見た側面図を示し、図7は図6のVII矢視図を示す。なお、図6及び図7において、実線はプレス成形後のセンターピラー外側部材10を示し、二点鎖線はプレス成形前のテーラードブランク材TBの状態を示している。したがって、二点鎖線で示すテーラードブランク材TBの状態が、プレス成形により実線で示すセンターピラー外側部材10となる。
 図6に二点鎖線で示すように、テーラードブランク材TBは、長手方向に3つの板部材が接合されて長尺形状に形成されている。この3つの板部材は上部部材TB1と中央部材TB2と下部部材TB3とからなっており、上部部材TB1と中央部材TB2は第1接合ライン36で一体的に接合されており、中央部材TB2と下部部材TB3は第2接合ライン38で一体的に接合されている。この一体的接合は通常は溶接で行われる(テーラードウェルドブランク)。なお、上部部材TB1は上述した上端の取付部12に相当する部位であり、下部部材TB3は下端の取付部14に相当する部位である。一般的には、中央部材TB2は、上部部材TB1及び下部部材TB3より強い部材とされている。
 本実施形態では、第1接合ライン36は、上端の取付部12と梁部16との間に形成されており、第2接合ライン38は、梁部16と下端の取付部14との間に形成されている。詳細には、第2接合ライン38は、後部ドアの下側のヒンジを取付けるためのドアヒンジ取付部28Dと、サイドシル20(図1参照)への接合部との間に形成されている。なお、接合されるテーラードブランク材TBの組み合わせには、例えば、強度が同じで板厚が厚い部材と板厚の薄い部材の組み合わせと、同じ板厚で強度が異なる部材の組み合わせと、強度も板厚も異なる部材の組み合わせとがある。材質は一般的には鋼板同士の組み合わせであるが、鋼とアルミ等の異質材料との組み合わせもある。
<縦壁部における接合ラインの方向>
 テーラードブランク材TBの接合ライン36、38の形状は、成形後の縦壁部24L、24Rを通る部分L1、L2、R1、R2が図7に示すように成形時のプレス方向Yと同じ方向になるように形成する。図7には、第1接合ライン36のうち車両前方側(図6で見て左側)の縦壁部24Lに形成される部分が符号L1、車両後方側(右側)の縦壁部24Rに形成される部分が符号R1で示されている。同様に、第2接合ライン38のうち車両前方側(図6で見て左側)の縦壁部24Lに形成される部分が符号L2、車両後方側(右側)の縦壁部24Rに形成される部分が符号R2で示されている。なお、図7においては、理解の便宜上、第2接合ライン38のうち図7の視線方向(図6の矢印VII)からは見えないはずの右側部分R2も実線で示した。また、図7にはプレス方向が矢印Yで示されている。したがって、このプレス方向Yと、接合ライン36、38のうち前述した左側の縦壁部24Lに形成される部分L1、L2とが同じ方向となる。同様に、このプレス方向Yと、接合ライン36、38のうち前述した右側の縦壁部24Rに形成される部分R1、R2も同じ方向となる。
 一つの実施形態として、プレス方向Yは、プレス成形後のセンターピラー外側部材10のスプリングバックを考慮して設定される。例えば、センターピラー外側部材10の上部(L1側)と下部(L2側)とのスプリングバック量が、プレス方向Yにおいて、鋼板の引張強度により5%~10%の範囲内となるようにプレス方向Yが設定される。
 接合ライン36、38のうち左側の縦壁部24Lに形成される部分L1、L2と右側の縦壁部24Rに形成される部分R1、R2とを、プレス方向Yと同一方向とするのは、上述したプレス成形工程において、特に縦壁部24L、24Rに絞り加工のプレス荷重が作用することを考慮したものである。プレス成形においては、図3に示すようにテーラードブランク材TBがセットされた後、図4及び図5に示すように絞り加工が行われて、実線で示すセンターピラー外側部材10に成形される。そして、この絞り加工時において、接合ライン36、38のうち縦壁部24L、24Rに形成される部分L1、L2、R1、R2の方向は、図7に示すようにプレス成形方向Yと同一方向を向いている。
<第2接合ラインの位置>
 次に、上記実施形態における、センターピラー外側部材10を形成するテーラードブランク材TBの下部に設定される第2接合ライン38の位置や形状について説明する。図6に示すように、接合ライン36、38はテーラードブランク材TBを構成する複数の板部材TB1、TB2、TB3を接合する接合ラインであり、そのうちの第2接合ライン38は梁部16と下端の取付部14とを接合するラインである。第2接合ライン38は、後部ドアの下側のヒンジを取り付けるためのドアヒンジ取付部28Dと車体のサイドシル20(図1参照)への接合部との間の拡幅領域に形成される。
<天板部における第2接合ラインの形状>
 第2接合ライン38は、テーラードブランク材TBの状態において、センターピラー外側部材10における両側の縦壁部24L、24Rに形成される部分L2、R2が天板部22まで延長されて、天板部22において互いに接続される。天板部22では梁部16の下縁が凸、下端の取付部14の上縁が凹となっており、長手方向に凹凸嵌合52される。
<第2接合ラインの具体例1:弧状に接続>
 図8に示すように、一つの実施形態として、テーラードブランク材TBの状態において、第2接合ライン38は、縦壁部24L、24Rに形成された部分L2、R2からそのまま直線状に天板部22まで延び、天板部22において弧状40に接続された形態とすることができる。このように第2接合ライン38の凹凸嵌合52の形態を弧状40とすると、センターピラー外側部材10のプレス成形時、又は車両が側面衝突を受けた時に天板部22の第2接合ライン38に応力集中が生じるのを避けることができる。
<第2接合ラインの具体例2:他の直線で接続>
 図9に示すように、別の実施形態として、テーラードブランク材TBの状態において、第2接合ライン38は、縦壁部24L、24Rに形成された部分L2、R2から直線状に天板部22まで延びた延長部分50、51を有し、天板部22においてその延長部分50、51同士が他の直線部分42を介して接続することができる。これにより、この直線部分42と前述の延長部分50、51との交点(直線部分42の両端)に角44、46が形成される。この形態によれば、センターピラー外側部材10を形成するために組み合わせるテーラードブランク材TBの1個の部材の長手方向の長さを、上述した第1の形成例及び後述する第3の形成例の場合に比べ短くすることができる。これにより、歩留まりを良くすることができる。
<第2接合ラインの具体例3:一つの角で接続>
 図10に示すように、さらに別の実施形態として、テーラードブランク材TBの状態において、第2接合ライン38は、縦壁部24L、24Rに形成された部分L2、R2からそのまま直線状に天板部22まで延びており、1点で角48が形成された形態とすることができる。なお、図6に二点鎖線で描かれた第2接合ライン38は、この図10のテーラードブランク材TBの第2接合ライン38を仮想的に示したものである。第2接合ライン38をこのような単純な形状とすれば、第2接合ライン38が形成し易い。
<上記実施形態の利点>
 図11及び図12は従来のセンターピラー外側部材110を示す。図11は先に説明した実施形態の図6に対応し、図12は図7に対応する。従来の一般的な接合ライン138は、図11から分かるように、テーラードブランク材TBの状態において直線状に形成されている。このため、プレス成形時には、接合ライン138の縦壁部24L、24Rに位置する部分L3、R3の方向は、図12に示すように、成形時のプレス方向Yとは異なった方向となっている。このように接合ライン138の縦壁部24L、24Rに位置する部分L3、R3がプレス方向Yと異なった方向であると、本明細書の冒頭でも説明したように、その部分L3、R3の両側の強度差に起因して、接合ライン138に沿って割れが生じる恐れがある。
 これに対して、上述した実施形態によれば、図7に示したように、接合ライン36、38の縦壁部24L、24Rに形成される部分L1、L2、R1、R2は、成形時のプレス方向Yと同一方向となるように形成される。これにより、第1接合ライン36及び第2接合ライン38に割れが生じるようなことを防止ないし抑制することができる。
 特に、上記実施形態において、第2接合ライン38が形成されるセンターピラー外側部材10の下部は、後部ドアの下側のヒンジを取り付けるためのドアヒンジ取付部28Dと車体のサイドシル20への接合部との間の拡幅領域となっている。このような領域に接合ラインが形成される場合には、その接合ラインに沿って割れが生じやすいので、接合ラインの方向をプレス方向と揃えることの効果が大きい。
<その他の実施形態>
 上記実施形態ではテーラードブランク材TBを構成する部材が3部材であり、その接合ラインが2本であったが、これに限らない。
 また、天板部22における接合ラインの形態は、図8~図10の形態に限らず、その他の形態であってもよい。
 また、別の実施形態として、以上に説明したセンターピラー外側部材の特徴はセンターピラー内側部材に適用することも可能である。
<実施形態の利点>
 最後に上記実施形態の利点を付記しておく。
 上記の実施形態では、縦壁部におけるテーラードブランク材の少なくとも一つの接合ラインがプレス成形時におけるプレス方向と同一方向となっている。これにより、テーラードブランク材の隣接する部位に強度差があったとしても、プレス成形時に接合ラインに生じる引張応力が小さく、センターピラー部材の縦壁部の接合ラインから割れが生じるのを防止ないし抑制することができる。
 実施形態によっては、少なくとも一つの接合ラインは、テーラードブランク材の状態において、天板部において前記テーラードブランク材を成す両側の部材が凹凸嵌合されるような形状に曲がっている。これにより、幅方向の組み合わせが精度良く行われる。
 実施形態によっては、少なくとも一つの接合ラインは、テーラードブランク材の状態において、両側の縦壁部に形成された接合ラインから天板部まで直線状に延びており、天板部において1つの角を成して接続されている。この形態によれば、接合ラインは単純な形態であるので、接合ラインが形成し易い。
 実施形態によっては、少なくとも一つの接合ラインは、テーラードブランク材の状態において、両側の縦壁部から天板部まで直線状に延びており、天板部において弧状部分を介して接続されている。この形態によれば、センターピラー部材のプレス成形時、又は車両の側面衝突時(側突時)における応力集中を避けることができる。
 実施形態によっては、少なくとも一つの接合ラインは、テーラードブランク材の状態において、両側の縦壁部から天板部まで直線状に延び、天板部において他の直線部分を介して接続されて、この直線部分の両端に2つの角を形成している。この形態によれば、上述した一つの角や弧状部分で接続する形態と比べて、センターピラー部材を形成するために組み合わせるテーラードブランク材の1個の部材の長手方向の長さを短くすることができる。これにより、歩留まりを良くすることができる。
 実施形態によっては、下側ドアヒンジ取付部と、車体のサイドシルへの接合部と、これらの間の拡幅領域とを有しており、少なくとも一つの接合ラインのうちの一つがセンターピラー部材の拡幅領域に位置する。この拡幅領域の縦壁部に形成される接合ラインは、特に、プレス成形時に割れが生じ易いので、上記の割れを抑制することの効果が大きい。
 以上、特定の実施形態について説明したが、本技術はそれらの実施形態に限定されず、当業者であれば各種の変形、置換、改善を施すことができる。

Claims (7)

  1.  長手方向に複数の部材が少なくとも一つの接合ラインに沿って接合されて形成されたテーラードブランク材がプレス成形によりハット型断面となるように形成されてなる車両用センターピラー部材であって、
     天板部と、両側の縦壁部とを有し、
     前記縦壁部における前記テーラードブランク材の前記少なくとも一つの接合ラインがプレス成形時におけるプレス方向と同一方向となっている、車両用センターピラー部材。
  2.  請求項1に記載の車両用センターピラー部材であって、
     前記少なくとも一つの接合ラインは、前記テーラードブランク材の状態において、前記天板部において前記テーラードブランク材を成す両側の部材が凹凸嵌合されるような形状に曲がっている、車両用センターピラー部材。
  3.  請求項2に記載の車両用センターピラー部材であって、
     前記少なくとも一つの接合ラインは、前記テーラードブランク材の状態において、前記両側の縦壁部に形成された接合ラインから前記天板部まで直線状に延びており、前記天板部において1つの角を成して接続されている、車両用センターピラー部材。
  4.  請求項2に記載の車両用センターピラー部材であって、
     前記少なくとも一つの接合ラインは、前記テーラードブランク材の状態において、前記両側の縦壁部から前記天板部まで直線状に延びており、前記天板部において弧状部分を介して接続されている、車両用センターピラー部材。
  5.  請求項2に記載の車両用センターピラー部材であって、
     前記少なくとも一つの接合ラインは、前記テーラードブランク材の状態において、前記両側の縦壁部から前記天板部まで直線状に延び、前記天板部において他の直線部分を介して接続されて、この直線部分の両端に2つの角を形成している、車両用センターピラー部材。
  6.  請求項1~5の何れかに記載の車両用センターピラー部材であって、
     下側ドアヒンジ取付部と、車体のサイドシルへの接合部と、これらの間の拡幅領域とを有しており、
     前記少なくとも一つの接合ラインのうちの一つが前記拡幅領域に位置する、車両用センターピラー部材。
  7.  請求項1~6の何れかに記載の車両用センターピラー部材を製造する方法であって、
     前記縦壁部における前記少なくとも一つの接合ラインがプレス方向と同一方向となるように前記テーラードブランク材を形成し、前記テーラードブランク材を前記プレス方向にプレスすることにより前記車両用センターピラー部材を成形する、方法。
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