WO2024201769A1 - センターピラー - Google Patents

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Subaru Corp
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    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D25/00—Superstructure or monocoque structure sub-units; Parts or details thereof not otherwise provided for
    • B62D25/04—Door pillars ; windshield pillars
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D29/00—Superstructures, understructures, or sub-units thereof, characterised by the material thereof
    • B62D29/04—Superstructures, understructures, or sub-units thereof, characterised by the material thereof predominantly of synthetic material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D29/00—Superstructures, understructures, or sub-units thereof, characterised by the material thereof
    • B62D29/04—Superstructures, understructures, or sub-units thereof, characterised by the material thereof predominantly of synthetic material
    • B62D29/043—Superstructures

Definitions

  • the technology disclosed herein relates to a center pillar made of a fiber-reinforced plastic composite material.
  • CFRP carbon fiber reinforced resin
  • Structural materials made of fiber-reinforced resins have high rigidity, and in particular demonstrate high strength against compressive or tensile stress acting in the direction of the fiber orientation.
  • Patent Documents 1 and 2 disclose center pillars that use CFRP materials as part of their components.
  • the center pillar in order to reduce the weight of the vehicle body, it is desirable for many of the components of the center pillar to be made from CFRP materials.
  • CFRP materials even when the center pillar is mainly made of CFRP materials, it is required to have the same functionality as a conventional steel center pillar. Specifically, in the event of a side collision of the vehicle, the upper part of the center pillar needs to be prevented from breaking in order to protect the heads of the occupants, and the lower part of the center pillar needs to absorb the collision energy.
  • the technology disclosed herein has been developed in consideration of the above problems, and the purpose of this disclosure is to provide a center pillar made of fiber-reinforced resin that is capable of absorbing collision energy at the bottom of the center pillar in the event of a side collision while maintaining the structural continuity of the center pillar.
  • a center pillar made of a fiber-reinforced resin composite material A plurality of tubular members made of fiber reinforced resin are continuous from an upper portion to a lower portion of the center along a longitudinal direction of the center pillar; and an outer layer portion made of a fiber-reinforced resin including reinforcing fibers arranged around the plurality of tubular members and wound around the tubular members,
  • the plurality of fiber-reinforced resin tubular members include a first tubular member and a second tubular member aligned in a front-rear direction of the vehicle body, In a first region of the upper portion of the center pillar, the first tubular member and the second tubular member are in contact with the outer layer portion located on the outer side in the vehicle width direction, while in a second region of the lower portion of the center pillar, the first tubular member and the second tubular member are spaced apart from the outer layer portion located on the outer side in the vehicle width direction.
  • a center pillar made of a fiber-reinforced resin composite material, A
  • the technology disclosed herein can provide a center pillar made of fiber-reinforced resin that can absorb impact energy at the bottom of the center pillar during a side impact while maintaining the structural continuity of the center pillar.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of a vehicle body side structure according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining the configuration of a center pillar according to the embodiment.
  • 4 is an explanatory diagram showing a cross-sectional configuration of a first region of an upper portion of the center pillar according to the embodiment;
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing a cross-sectional configuration of a second region of a lower portion of the center pillar according to the embodiment;
  • FIG. 13 is an explanatory diagram showing an example in which a third cylindrical member is disposed in the cavity of the second region.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram showing a cross-sectional configuration of a first region of an upper portion of a center pillar according to a modified example of the embodiment.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram showing a cross-sectional configuration of a second region of a lower part of a center pillar according to a modified example of the embodiment.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram showing a cross-sectional configuration of a first region of an upper portion of a center pillar according to a modified example of the embodiment.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram showing a cross-sectional configuration of a second region of a lower part of a center pillar according to a modified example of the embodiment.
  • Fig. 1 is a schematic diagram showing the appearance of a vehicle body side structure 1.
  • the vehicle body side structure 1 shown in Fig. 1 shows a schematic view of a part of the structure of the left side of a vehicle.
  • the vehicle width direction may be expressed as the X direction, the front-rear direction of the vehicle body as the Y direction, and the height direction of the vehicle body as the Z direction.
  • the vehicle body side structure 1 is composed of a roof pillar 5, a rear pillar 4, a front pillar 2, a center pillar 3, and a side sill 6.
  • the roof pillar 5 extends in the fore-and-aft direction of the vehicle body in the upper part of the vehicle interior space, and forms the side part of the vehicle roof.
  • the side sill 6 extends in the fore-and-aft direction of the vehicle body in the lower part of the side of the vehicle.
  • the front pillar 2 has its lower end connected to the front end of the side sill 6 and its upper end connected to the front end of the roof pillar 5.
  • the front pillar 2 forms the front part that constitutes the interior space of the vehicle, and is positioned to support the side of the windshield.
  • the rear pillar 4 has its lower end connected to the rear end of the side sill 6 and its upper end connected to the rear end of the roof pillar 5.
  • the center pillar 3 has its lower end connected to the center of the side sill 6 in the fore-aft direction of the vehicle body, and its upper end connected to the center of the roof pillar 5 in the fore-aft direction of the vehicle body.
  • Each member constituting the vehicle body side structure 1 may be composed of a plurality of members.
  • each member may be composed of an outer panel on the outside in the vehicle width direction and an inner panel on the inside in the vehicle width direction joined together.
  • the center pillar 3 has a longitudinal direction along the height direction and is formed in a columnar shape.
  • the center pillar 3 has a roof pillar connection part 16 provided at the upper end, a side sill connection part 14 provided at the lower end, and a pillar main body part 12 located between the roof pillar connection part 16 and the side sill connection part 14.
  • the center pillar 3 is made of a carbon fiber reinforced resin composite material.
  • Figures 2 to 4 are diagrams for explaining the configuration of the center pillar 3.
  • the center pillar 3 shown in Figures 2 to 4 is a simplified version of the center pillar 3 of the vehicle body side structure 1 shown in Figure 1.
  • Figure 2 shows the center pillar 3 as viewed from the outside in the vehicle width direction.
  • Figure 3 shows a cross-sectional view taken along line II of the first region 12a of the pillar main body portion 12 shown in Figure 2.
  • Figure 4 shows a cross-sectional view taken along line II-II of the second region 12b of the pillar main body portion 12 shown in Figure 2.
  • the center pillar 3 has a roof pillar connection portion 16, a side sill connection portion 14, a pillar body portion 12, and flanges 17, 19.
  • Each of these components is made of CFRP material, but some may include metal components for connection or reinforcement (not shown).
  • the roof pillar connection portion 16 and the side sill connection portion 14 are connected to the upper and lower ends of the pillar main body portion 12, respectively, and form grooves extending in the fore-and-aft direction of the vehicle body that fit into the roof pillar 5 and the side sill 6.
  • the shapes of the roof pillar connection portion 16 and the side sill connection portion 14 are not limited to groove shapes.
  • the flanges 17, 19 are provided on both sides of the pillar main body portion 12 in the fore-and-aft direction of the vehicle body. The flanges 17, 19 function, for example, as door stops.
  • the pillar body 12 is columnar in shape with the axial direction extending along the height direction.
  • the pillar body 12 has a plurality of CFRP tubular members 21, 22 and a CFRP outer layer 24 that is arranged around the plurality of tubular members 21, 22 and includes reinforced fibers wound around the tubular members 21, 22 around the Z axis.
  • the pillar body 12 has a first tubular member 21 and a second tubular member 22 that are continuous from above the center to below along the longitudinal direction of the center pillar 3 as the plurality of tubular members 21, 22.
  • the first tubular member 21 and the second tubular member 22 are arranged side by side in the vehicle front-rear direction (Y direction).
  • the first tubular member 21, the second tubular member 22 and the outer layer 24 are formed using fiber-reinforced resin in which carbon fibers are impregnated with a thermoplastic resin or a thermosetting resin as a matrix resin.
  • thermoplastic resins include polyethylene resin, polypropylene resin, polyvinyl chloride resin, ABS resin (acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer synthetic resin), polystyrene resin, AS resin (acrylonitrile-styrene copolymer synthetic resin), polyamide resin, polyacetal resin, polycarbonate resin, polyester resin, PPS (polyphenylene sulfide) resin, fluororesin, polyetherimide resin, polyetherketone resin, and polyimide resin.
  • the thermoplastic resin may be one of the above resins, or a mixture of two or more of them.
  • the thermoplastic resin may be a copolymer of the above resins.
  • a compatibilizer may be used in combination.
  • a flame retardant such as a bromine-based flame retardant, a silicon-based flame retardant, or red phosphorus may be added to the thermoplastic resin.
  • thermosetting resins examples include epoxy resins, unsaturated polyester resins, vinyl ester resins, phenolic resins, polyurethane resins, and silicone resins.
  • the thermosetting resin may be one of the above resins, or a mixture of two or more of them. Appropriate curing agents and reaction accelerators may also be added to the thermosetting resin.
  • the carbon fibers may contain an appropriate ratio of continuous fibers oriented in the longitudinal direction of the center pillar 3 and continuous fibers oriented in a direction intersecting the longitudinal direction.
  • the amount of continuous fibers oriented in the longitudinal direction can adjust the tensile stress generated when a load is input due to a side collision.
  • the amount of continuous fibers oriented in a direction intersecting the longitudinal direction can adjust the rigidity against the input load during a side collision, and the amount of energy absorption can be adjusted.
  • the carbon fibers may contain short fibers in addition to the continuous fibers, and may contain fibers other than carbon fibers as reinforcing fibers.
  • the first cylindrical member 21, the second cylindrical member 22, and the outer layer 24 are molded bodies each having a cylindrical shape and a closed cross-sectional shape, so that the continuity of the fibers can be maintained not only in the axial direction (longitudinal direction) but also in the circumferential direction around the axis, thereby increasing the rigidity against the input load during a side collision.
  • the first cylindrical member 21 and the second cylindrical member 22 may be hollow tubular members, or may be solid members filled with resin or other appropriate materials inside.
  • the first tubular member 21 and the second tubular member 22 are in contact with the surface 24a of the outer layer 24 located on the outer side in the vehicle width direction (the upper side in the figure). Therefore, in the first region 12a, the boundary portion 23 where the first tubular member 21 and the second tubular member 22 are in contact with each other is connected to the surface 24a of the outer layer 24.
  • the first region 12a includes at least the expected range of the height of the occupant's head. In the first region 12a, it is required to suppress the bending of the center pillar 3 in the event of a side collision of the vehicle.
  • the first tubular member 21 and the second tubular member 22 are configured to be in contact with the surfaces 24a, 24b of the outer layer portion 24 on both sides in the vehicle width direction. Therefore, in the first region 12a, a load input from the outside of the center pillar 3 in the vehicle width direction during a side collision is quickly transmitted from the surface 24a of the outer layer portion 24 through the first tubular member 21 and the second tubular member 22 to the surface 24b on the inside in the vehicle width direction (the lower side in the figure) of the outer layer portion 24. This allows the input load to be received by the entire first tubular member 21, the second tubular member 22, and the outer layer portion 24, and makes it possible to suppress bending of the center pillar 3 in the first region 12a.
  • the first region 12a has the first tubular member 21 and the second tubular member 22 aligned in the fore-and-aft direction of the vehicle body, and the boundary portion 23 where the first tubular member 21 and the second tubular member 22 come into contact with each other is connected to the surfaces 24a, 24b on both sides of the outer layer portion 24 in the vehicle width direction. Therefore, in the first region 12a, the boundary portion 23 functions as a reinforcing rib, increasing the rigidity against the input load due to a side collision. This increases the reliability of preventing the center pillar 3 from breaking in the first region 12a.
  • the first tubular member 21 and the second tubular member 22 are spaced apart from the surface 24a of the outer layer 24 located on the outer side in the vehicle width direction (upper side in the figure), forming a cavity 25. Therefore, in the second region 12b, the boundary portion 23 where the first tubular member 21 and the second tubular member 22 contact each other is spaced apart from the surface 24a of the outer layer 24.
  • the second region 12b includes at least the expected range of bumper heights of other vehicles such as passenger cars. The second region 12b is required to absorb the energy input during a side collision of the vehicle and to mitigate the impact on the passenger compartment, etc.
  • the first tubular member 21 and the second tubular member 22 are in contact with the surface 24b of the outer layer 24 on the inner side in the vehicle width direction, while being spaced apart from the surface 24a of the outer layer 24 on the outer side in the vehicle width direction. Therefore, in the second region 12b, when a load is input from the outside of the center pillar 3 in the vehicle width direction during a side collision, the outer layer 24 can be easily crushed by the width of the cavity 25 up to the position where the surface 24a of the outer layer 24 contacts the first tubular member 21 and the second tubular member 22, and the collision energy can be absorbed.
  • the first tubular member 21, the second tubular member 22, and the outer layer 24 can receive the load as a whole, and the center pillar 3 can be prevented from entering the passenger compartment.
  • the energy absorption characteristics can be designed as desired by adjusting the width (length L) of the cavity 25. Also, in the second region 12b, by having the first tubular member 21 and the second tubular member 22 aligned in the fore-and-aft direction of the vehicle body, the boundary portion 23 where the first tubular member 21 and the second tubular member 22 come into contact with each other functions as a reinforcing rib, increasing the rigidity against the input load due to a side collision. This increases the reliability of preventing the center pillar 3 from entering the vehicle interior.
  • first tubular member 21 and the second tubular member 22 are arranged continuously from the top to the bottom in the longitudinal direction of the center pillar 3. This provides continuity in the entire longitudinal direction of the center pillar 3, which prevents the center pillar 3 from breaking and prevents the center pillar 3 from entering the vehicle cabin. Furthermore, since the center pillar 3 according to this embodiment has a closed cross-sectional structure with the outer layer portion 24 provided around it, it is less likely to break at the joint or the like, even if a collision load is input during a side collision, and this makes it possible to prevent the center pillar 3 from breaking and from entering the vehicle cabin.
  • the length L1 at the boundary 23 between the first and second cylindrical members 21 and 22 and the surface 24a of the outer layer 24 of the cavity 25 is longer than the length L2 at both sides in the vehicle front-rear direction. Therefore, the cross-sectional shape of the surface of the first and second cylindrical members 21 and 22 facing the cavity 25 is gently concave, and when another vehicle collides with the side of the vehicle body, the load from the bumper of the other vehicle, which has a gently curved surface, can be easily received by the surfaces of the first and second cylindrical members 21 and 22. This distributes the collision load and suppresses the center pillar 3 from breaking.
  • the first tubular member 21 and the second tubular member 22 are formed by a conventional braiding method, a filament winding method, a sheet winding method, a lay-up method, cold press molding, hot press molding, etc.
  • the method for forming the first tubular member 21 and the second tubular member 22 is not particularly limited.
  • the water-soluble mold may be, for example, a salt core, but is not particularly limited as long as it can be washed with water and removed in a later process.
  • the outer layer 24 is formed around the first tubular member 21, the second tubular member 22, and the water-soluble mold.
  • the outer layer 24 can be formed, for example, by winding continuous fibers using a winding method, impregnating the fibers with a matrix resin, and curing the fibers. With the winding method, the outer layer 24 can be formed by continuously winding a transition between areas where the water-soluble mold is not placed and areas where it is placed.
  • the water-based mold is removed by washing with water, etc., and the roof pillar connection part 16, the side sill connection part 14, and the flanges 17, 19 are joined in the appropriate positions to obtain the center pillar 3 according to this embodiment.
  • center pillar 3 according to one embodiment of the present disclosure, but the center pillar 3 according to the above embodiment can be modified in various ways. Some of the modified examples will be described below.
  • a material having a lower rigidity than at least the fiber-reinforced resin constituting the first tubular member 21 and the second tubular member 22 and a high energy absorption characteristic against a collision load may be disposed between the first tubular member 21 and the second tubular member 22 and the surface 24a of the outer layer portion 24.
  • the third tubular member 26 may be a member made of fiber-reinforced resin containing short fibers such as glass fiber or aramid fiber.
  • the third tubular member 26 which has a relatively low rigidity, is crushed first, and the collision energy can be reliably absorbed.
  • the member placed in cavity 25 does not have to be a cylindrical member. It may be a member that fills the entire cavity, or a member that is placed partially within the cavity.
  • the number of multiple cylindrical members that run continuously from the top to the bottom of the center pillar 3 is not limited to two, but is not limited to any number as long as it includes at least two cylindrical members that are aligned in the fore-and-aft direction of the vehicle body.
  • FIGS. 6 and 7 are diagrams shown to explain the configuration of a center pillar with a modified number of tubular members.
  • FIG. 6 shows a cross-sectional view of the first region of the upper part of the center pillar of the modified example, and corresponds to the cross-sectional view taken along the arrows I-I of the first region 12a of the pillar main body 12 shown in FIG. 2.
  • FIG. 7 shows a cross-sectional view of the second region of the lower part of the center pillar of the modified example, and corresponds to the cross-sectional view taken along the arrows II-II of the second region 12b of the pillar main body 12 shown in FIG. 2.
  • the center pillar according to the modified example has four cylindrical members 31, 32, 33, 34 that are continuous from the upper part to the lower part along the longitudinal direction of the center pillar, and an outer layer 35 made of CFRP containing reinforced fibers that is arranged around the cylindrical members 31, 32, 33, 34 and wound around the Z axis around the cylindrical members 31, 32, 33, 34.
  • the first cylindrical member 31 and the second cylindrical member 32 are arranged side by side in the vehicle width direction (X direction)
  • the third cylindrical member 33 and the fourth cylindrical member 34 are arranged side by side in the vehicle width direction (X direction).
  • the first cylindrical member 31 and the third cylindrical member 33 are arranged side by side in the vehicle front-rear direction (Y direction)
  • the second cylindrical member 32 and the fourth cylindrical member 34 are arranged side by side in the vehicle front-rear direction (Y direction).
  • the first tubular member 31 and the third tubular member 33 are in contact with the surface 24a of the outer layer 24 located on the outer side in the vehicle width direction (the upper side in the figure). Therefore, in the first region, the boundary portions 36 where the first tubular member 31 and the second tubular member 32 and the third tubular member 33 and the fourth tubular member 34 are in contact with each other are connected to the surface 35a of the outer layer 35.
  • the first tubular member 31 and the third tubular member 33 are spaced apart from the surface 35a of the outer layer 35 located on the outer side in the vehicle width direction (upper side in the figure), forming a cavity 37. Therefore, in the second region, the boundary portions 36 where the first tubular member 31 and the second tubular member 32 and the third tubular member 33 and the fourth tubular member 34 contact each other are spaced apart from the surface 35a of the outer layer 35.
  • a material having a lower rigidity than the fiber-reinforced resin constituting at least the four cylindrical members 31, 32, 33, 34 and a high energy absorption characteristic against a collision load may also be disposed in the cavity between the four cylindrical members 31, 32, 33, 34 and the surface 35a of the outer layer portion 35.

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Abstract

センターピラーの構造的連続性を保持しつつ、側面衝突に対してセンターピラーの下部で衝突エネルギを吸収可能にする。 繊維強化樹脂複合材製のセンターピラーは、センターピラーの長手方向に沿って中央よりも上部から下部に亘って連続する複数の繊維強化樹脂製の筒状部材と、複数の筒状部材の周囲に配置されて筒状部材の周囲に巻回された強化繊維を含む繊維強化樹脂製の外層部と、を有し、複数の繊維強化樹脂製の筒状部材は、車体前後方向に並ぶ第１の筒状部材及び第２の筒状部材を含み、センターピラーの上部の第１の領域では第１の筒状部材及び第２の筒状部材が車幅方向外側に位置する外層部に接する一方、センターピラーの下部の第２の領域では第１の筒状部材及び第２の筒状部材が車幅方向外側に位置する外層部から離間する。

Description

センターピラー
　本開示の技術は、繊維強化樹脂複合材製のセンターピラーに関する。
　近年、乗用車等の自動車の車体の軽量化を目的として、炭素繊維強化樹脂（以下、ＣＦＲＰと表記する）に代表される繊維強化樹脂を用いて車体の構造材を製造することが検討されている。繊維強化樹脂製の構造材は、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。例えば特許文献１及び２には、構成部材の一部にＣＦＲＰ部材を用いたセンターピラーが開示されている。
特開２０１９－１８２１６８号公報 特開２０１５－４７８９５号公報
　ここで、車体の軽量化のためには、センターピラーの構成部材の多くをＣＦＲＰ部材により構成することが望ましい。一方で、ＣＦＲＰ部材を主たる部材としてセンターピラーを構成する場合であっても、従来のスチール製のセンターピラーと同等の機能が要求される。具体的に、車両の側面衝突に対して、センターピラーの上部は乗員の頭部を保護するために折れを抑制することが必要であり、センターピラーの下部は衝突エネルギを吸収することが必要とされる。
　そこで、本開示の技術は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本開示の目的とするところは、センターピラーの構造的連続性を保持しつつ、側面衝突に対してセンターピラーの下部で衝突エネルギを吸収可能な繊維強化樹脂製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、本開示の技術のある観点によれば、
　繊維強化樹脂複合材製のセンターピラーであって、
　前記センターピラーの長手方向に沿って中央よりも上部から下部に亘って連続する複数の繊維強化樹脂製の筒状部材と、
　前記複数の筒状部材の周囲に配置されて前記筒状部材の周囲に巻回された強化繊維を含む繊維強化樹脂製の外層部と、を有し、
　前記複数の繊維強化樹脂製の筒状部材は、車体前後方向に並ぶ第１の筒状部材及び第２の筒状部材を含み、
　前記センターピラーの前記上部の第１の領域では前記第１の筒状部材及び前記第２の筒状部材が車幅方向外側に位置する前記外層部に接する一方、前記センターピラーの前記下部の第２の領域では前記第１の筒状部材及び前記第２の筒状部材が前記車幅方向外側に位置する前記外層部から離間する、
　センターピラーが提供される。
　以上説明したように本開示の技術によれば、センターピラーの構造的連続性を保持しつつ、側面衝突に対してセンターピラーの下部で衝突エネルギを吸収可能な繊維強化樹脂製のセンターピラーを提供することができる。
本実施形態に係る車体側部構造の全体構成を示す模式図である。 本実施形態に係るセンターピラーの構成を説明するために示す説明図である。 本実施形態に係るセンターピラーの上部の第１領域の断面構成を示す説明図である。 本実施形態に係るセンターピラーの下部の第２領域の断面構成を示す説明図である。 第２領域の空洞に第３の筒状部材を配置した例を示す説明図である。 本実施形態の変形例に係るセンターピラーの上部の第１領域の断面構成を示す説明図である。 本実施形態の変形例に係るセンターピラーの下部の第２領域の断面構成を示す説明図である。
　以下に添付図面を参照しながら、本開示の技術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。
　まず、本実施形態に係るセンターピラーを備えた車体構造の概略を説明する。
　図１は、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、車両の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、車幅方向をＸ方向、車体の前後方向をＹ方向、車体の高さ方向をＺ方向と表記する場合がある。
　車体側部構造１は、ルーフピラー５、リアピラー４、フロントピラー２、センターピラー３及びサイドシル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前後方向に沿って延在し、車両の屋根のサイド部分を形成する。サイドシル６は、車両の側部の下部に車体前後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の車体前後方向中央部に接続され、上端がルーフピラー５の車体前後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いてよい。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、高さ方向に沿う長手方向を有し、柱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。本実施形態において、センターピラー３は、炭素繊維強化樹脂複合材により構成されている。
　続いて、本実施形態に係るセンターピラー３の構成を詳細に説明する。
　図２～図４は、センターピラー３の構成を説明するために示す図である。図２～図４に示したセンターピラー３は、図１に示した車体側部構造１のセンターピラー３を簡略化して示したものである。図２は、センターピラー３を車幅方向外側から見た図を示す。図３は、図２に示すピラー本体部１２の第１の領域１２ａのＩ－Ｉ断面の矢視図を示す。図４は、図２に示すピラー本体部１２の第２の領域１２ｂのＩＩ－ＩＩ断面の矢視図を示す。
　センターピラー３は、ルーフピラー接続部１６、サイドシル接続部１４、ピラー本体部１２及びフランジ１７，１９を有している。これらの各部材はＣＦＲＰ部材により構成されるが、一部に図示しない接続用あるいは補強用の金属部材を含んでいてもよい。
　ルーフピラー接続部１６及びサイドシル接続部１４は、それぞれピラー本体部１２の上端部及び下端部に接続され、ルーフピラー５及びサイドシル６に嵌まり合う、車体前後方向に延びる溝状を成している。ただし、ルーフピラー接続部１６及びサイドシル接続部１４の形状は、溝状に限定されるものではない。フランジ１７，１９は、ピラー本体部１２の車体前後方向両側に設けられている。フランジ１７，１９は、例えば戸当たりとしての機能を有する。
　ピラー本体部１２は、軸方向が高さ方向に沿って延びる柱状を成している。ピラー本体部１２は、複数のＣＦＲＰ製の筒状部材２１，２２と、複数の筒状部材２１，２２の周囲に配置されて筒状部材２１，２２の周囲にＺ軸周りに巻回された強化繊維を含むＣＦＲＰ製の外層部２４とを有する。図３及び図４に示した例では、ピラー本体部１２は、複数の筒状部材２１，２２として、それぞれセンターピラー３の長手方向に沿って中央よりも上部から下部に亘って連続する第１の筒状部材２１と第２の筒状部材２２とを有する。第１の筒状部材２１と第２の筒状部材２２とは、車体前後方向（Ｙ方向）に並んで配置されている。
　第１の筒状部材２１、第２の筒状部材２２及び外層部２４は、炭素繊維に、マトリックス樹脂として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ている。
　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。
　熱可塑性樹脂は、上記の樹脂のうちの１種類、あるいは２種類以上の混合物であってもよい。あるいは、熱可塑性樹脂は、上記の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。熱硬化性樹脂は、上記の樹脂のうちの１種類、あるいは２種類以上の混合物であってもよい。また、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。
　炭素繊維は、センターピラー３の長手方向に配向する連続繊維と、長手方向に対して交差する方向に配向する連続繊維とを適宜の割合で含んでいてよい。長手方向に配向する連続繊維の量により、側面衝突による荷重の入力時に発生する引張応力を調節することができる。長手方向に対して交差する方向に配向する連続繊維の量により、側面衝突時の入力荷重に対する剛性が調節され、エネルギ吸収量を調節することができる。また、炭素繊維は、連続繊維以外にも短繊維を含んでいてもよく、強化繊維として炭素繊維以外の他の繊維を含んでいてもよい。
　第１の筒状部材２１、第２の筒状部材２２及び外層部２４が、それぞれ筒状及び閉断面形状を有する成形体であることにより、軸方向（長手方向）に繊維の連続性を保持できるだけでなく、軸回りの周方向にも繊維の連続性を保持することができ、側面衝突時の入力荷重に対する剛性を高めることができる。第１の筒状部材２１及び第２の筒状部材２２は、中空の管状の部材であってもよく、内部に樹脂その他の適宜の材料が詰められた中実の部材であってもよい。
　図３に示すように、センターピラー３の上部の第１の領域１２ａでは、第１の筒状部材２１及び第２の筒状部材２２が、車幅方向外側（図示の上側）に位置する外層部２４の面２４ａに接している。このため、第１の領域１２ａでは、第１の筒状部材２１と第２の筒状部材２２とが互いに接する境界部２３が外層部２４の面２４ａに接続されている。第１の領域１２ａは、少なくとも想定される乗員の頭部の高さの範囲を含む。当該第１の領域１２ａでは、車両の側面衝突時にセンターピラー３の折れを抑制することが求められる。
　第１の領域１２ａでは、第１の筒状部材２１及び第２の筒状部材２２が、車幅方向両側の外層部２４の面２４ａ，２４ｂにそれぞれ接して構成される。このため、第１の領域１２ａでは、側面衝突時にセンターピラー３の車幅方向外側から入力される荷重が、外層部２４の面２４ａから第１の筒状部材２１及び第２の筒状部材２２を介して、外層部２４の車幅方向内側（図示の下側）の面２４ｂまで速やかに伝達される。これにより、入力荷重を第１の筒状部材２１、第２の筒状部材２２及び外層部２４の全体で受け止めることができ、第１の領域１２ａでのセンターピラー３の折れを抑制することができる。
　また、第１の領域１２ａでは、車体前後方向に並んだ第１の筒状部材２１及び第２の筒状部材２２を有することで、第１の筒状部材２１及び第２の筒状部材２２が互いに接する境界部２３が、外層部２４の車幅方向両側の面２４ａ，２４ｂにそれぞれ接続されている。このため、第１の領域１２ａでは、境界部２３が補強リブとして機能し、側面衝突による入力荷重に対する剛性が高められている。これにより、第１の領域１２ａでのセンターピラー３の折れを抑制する確実性が高められる。
　一方、図４に示すように、センターピラー３の下部の第２の領域１２ｂでは、第１の筒状部材２１及び第２の筒状部材２２が車幅方向外側（図示の上側）に位置する外層部２４の面２４ａから離間し、空洞２５が形成されている。このため、第２の領域１２ｂでは、第１の筒状部材２１と第２の筒状部材２２とが互いに接する境界部２３が外層部２４の面２４ａから離間している。第２の領域１２ｂは、少なくとも想定される乗用車等の他の車両のバンパの高さの範囲を含む。当該第２の領域１２ｂでは、車両の側面衝突時に入力されるエネルギを吸収し、車室内等への衝撃を緩和することが求められる。
　第２の領域１２ｂでは、第１の筒状部材２１及び第２の筒状部材２２が、車幅方向内側の外層部２４の面２４ｂに接する一方、車幅方向外側の外層部２４の面２４ａから離間して構成される。このため、第２の領域１２ｂでは、側面衝突時にセンターピラー３の車幅方向外側から入力される荷重によって、外層部２４の面２４ａが第１の筒状部材２１及び第２の筒状部材２２に接する位置まで、空洞２５の幅の分、外層部２４が容易に圧潰して衝突エネルギを吸収することができる。また、外層部２４の面２４ａが第１の筒状部材２１及び第２の筒状部材２２に接した後は、第１の筒状部材２１、第２の筒状部材２２及び外層部２４の全体で荷重を受け止めることができ、センターピラー３が車室内へ進入することを抑制することができる。
　第２の領域１２ｂでは、空洞２５の幅（長さＬ）によって、エネルギ吸収特性を任意に設計することができる。また、第２の領域１２ｂにおいても、車体前後方向に並んだ第１の筒状部材２１及び第２の筒状部材２２を有することで、第１の筒状部材２１及び第２の筒状部材２２が互いに接する境界部２３が補強リブとして機能し、側面衝突による入力荷重に対する剛性が高められている。これにより、センターピラー３が車室内へ進入することを抑制する確実性が高められる。
　また、第１の筒状部材２１及び第２の筒状部材２２は、センターピラー３の長手方向の上部から下部に亘って連続して配置されている。このため、センターピラー３の長手方向全体での連続性が得られ、センターピラー３の折れを抑制するとともに、センターピラー３が車室内へ進入することを抑制することができる。さらに、本実施形態に係るセンターピラー３は、周囲に外層部２４が設けられた閉断面の構造を有するために、側面衝突時に衝突荷重が入力された場合であっても、継目等を基点として破断しにくくなっており、センターピラー３の折れや車室内への進入を抑制することができる。
　また、図４に示した第２の領域１２ｂの構成では、第１の筒状部材２１及び第２の筒状部材２２と外層部２４の面２４ａとの間の空洞２５のうち、第１の筒状部材２１と第２の筒状部材２２との境界部２３の位置での長さＬ１が、車体前後方向の両側の位置での長さＬ２よりも長くなっている。したがって、空洞２５に面する第１の筒状部材２１及び第２の筒状部材２２の表面の断面形状が緩やかな凹状となり、他車両が車体側面に衝突したときに、緩やかな曲面を有する他車両のバンパからの荷重を第１の筒状部材２１及び第２の筒状部材２２の面で受け止めるやすくなる。これにより、衝突荷重が分散され、センターピラー３の折れを抑制することができる。
　続いて、本実施形態に係るセンターピラー３の製造方法の一例を説明する。
　まず、従来のブレーディング法、フィラメントワインディング法、シートワインディング法、レイアップ法やコールドプレス成形又はホットプレス成形等により第１の筒状部材２１及び第２の筒状部材２２を成形する。第１の筒状部材２１及び第２の筒状部材２２の成形方法については特に限定されるものではない。
　次いで、第１の筒状部材２１及び第２の筒状部材２２を、長手方向に交差する方向に並べて配置するとともに、第２の領域１２ｂに相当する領域に、形成する空洞の形状に対応する溶水性の型を配置する。溶水性の型は、例えば塩中子であってよいが、後の工程で水洗されて除去可能なものであれば特に限定されるものではない。
　次いで、第１の筒状部材２１、第２の筒状部材２２及び溶水性の型の周囲に外層部２４を形成する。外層部２４は、例えばワインディング法により連続繊維を巻回するとともに、マトリックス樹脂を繊維に含侵させ、硬化させることによって形成することができる。ワインディング法によれば、用水性の型が配置されていない領域と配置されている領域とに亘って連続的に遷移を巻回させながら外層部２４を形成することができる。
　次いで、用水性の型を水洗等により除去し、ルーフピラー接続部１６、サイドシル接続部１４及びフランジ１７，１９を適宜の位置に接合することにより、本実施形態に係るセンターピラー３を得ることができる。
　ここまで、本開示の一実施形態に係るセンターピラー３を説明したが、上記実施形態に係るセンターピラー３は種々変形することができる。以下、変形例の幾つかを説明する。
　第２の領域１２ｂにおいて、第１の筒状部材２１及び第２の筒状部材２２と外層部２４の面２４ａとの間に、少なくとも第１の筒状部材２１及び第２の筒状部材２２を構成する繊維強化樹脂よりも剛性が低く、かつ、衝突荷重に対するエネルギ吸収特性が高い部材が配置されてもよい。
　図５は、第２の領域１２ｂにおいて、第１の筒状部材２１及び第２の筒状部材２２と外層部２４の面２４ａとの間に上記条件を満たす第３の筒状部材２６が配置された構成例を示す。第３の筒状部材２６は、例えばガラス繊維やアラミド繊維等の短繊維を含む繊維強化樹脂製の部材であってよい。空洞２５に第３の筒状部材２６を配置することにより、空洞２５のみの状態と比較して外層部２４の面２４ａが第１の筒状部材２１及び第２の筒状部材２２に接する位置まで圧潰する間の剛性が高められ、エネルギ吸収量を増加させることができる。ただし、当該剛性は、第１の筒状部材２１及び第２の筒状部材２２の剛性よりも低いため、第２の領域１２ｂの車幅方向外側から衝突荷重が入力されたときには、まず相対的に剛性の低い第３の筒状部材２６が圧潰し、衝突エネルギを確実に吸収させることができる。
　なお、空洞２５に配置される部材は筒状部材でなくてもよい。空洞全体に充填される部材であってもよく、空洞内に部分的に配置される部材であってもよい。
　また、センターピラー３の上部から下部に亘って連続する複数の筒状部材の数は２つに限られるものではなく、車体前後方向に並ぶ少なくとも２つの筒状部材を含むものであれば、その数は限定されない。
　図６～図７は、筒状部材の数を変更したセンターピラーの構成を説明するために示す図である。図６は、変形例のセンターピラーの上部の第１領域の断面図を示し、図２に示すピラー本体部１２の第１の領域１２ａのＩ－Ｉ断面の矢視図に相当する。図７は、変形例のセンターピラーの下部の第２領域の断面図を示し、図２に示すピラー本体部１２の第２の領域１２ｂのＩＩ－ＩＩ断面の矢視図に相当する。
　変形例に係るセンターピラーでは、センターピラーの長手方向に沿って中央よりも上部から下部に亘って連続する４つの筒状部材３１，３２，３３，３４と、複数の筒状部材３１，３２，３３，３４の周囲に配置されて筒状部材３１，３２，３３，３４の周囲にＺ軸周りに巻回された強化繊維を含むＣＦＲＰ製の外層部３５とを有する。図６及び図７に示した例では、第１の筒状部材３１と第２の筒状部材３２とが、車幅方向（Ｘ方向）に並んで配置され、第３の筒状部材３３と第４の筒状部材３４とが、車幅方向（Ｘ方向）に並んで配置されている。第１の筒状部材３１と第３の筒状部材３３とは、車体前後方向（Ｙ方向）に並んで配置され、第２の筒状部材３２と第４の筒状部材３４とは、車体前後方向（Ｙ方向）に並んで配置されている。
　図６に示すように、センターピラーの上部の第１領域では、第１の筒状部材３１及び第３の筒状部材３３が、車幅方向外側（図示の上側）に位置する外層部２４の面２４ａに接している。このため、第１の領域では、第１の筒状部材３１及び第２の筒状部材３２と第３の筒状部材３３及び第４の筒状部材３４とがそれぞれ互いに接する境界部３６が外層部３５の面３５ａに接続されている。
　一方、図７に示すように、センターピラーの下部の第２領域では、第１の筒状部材３１及び第３の筒状部材３３が車幅方向外側（図示の上側）に位置する外層部３５の面３５ａから離間し、空洞３７が形成されている。このため、第２の領域では、第１の筒状部材３１及び第２の筒状部材３２と第３の筒状部材３３及び第４の筒状部材３４とがそれぞれ互いに接する境界部３６が外層部３５の面３５ａから離間している。
　このように４つの筒状部材３１，３２，３３，３４を有する構成であっても、センターピラーの長手方向全体での連続性が得られるとともに、第１の領域でのセンターピラーの折れを抑制するとともに、第２の領域で衝突エネルギを吸収し、センターピラーが車室内へ進入することを抑制することができる。また、４つの筒状部材３１，３２，３３，３４を有することにより、センターピラーの断面の構造部分の数が増え、衝突荷重に対するセンターピラーの剛性を高めることができる。
　なお、変形例に係るセンターピラーにおいても、４つの筒状部材３１，３２，３３，３４と外層部３５の面３５ａとの間の空洞に、少なくとも４つの筒状部材３１，３２，３３，３４を構成する繊維強化樹脂よりも剛性が低く、かつ、衝突荷重に対するエネルギ吸収特性が高い部材が配置されてもよい。
　以上、添付図面を参照しながら本開示の技術の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術は係る例に限定されない。本開示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、当然に本開示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、当然に本開示の技術的範囲に属する。
１：車体側部構造、３：センターピラー、５：ルーフピラー、６：サイドシル、１２：ピラー本体部、１２ａ：第１の領域、１２ｂ：第２の領域、２１：第１の筒状部材、２２：第２の筒状部材、２３：境界部、２４：外層部、２４ａ・２４ｂ：面、２５：空洞、２６：第３の筒状部材、３１：第１の筒状部材、３２：第２の筒状部材、３３：第３の筒状部材、３４：第４の筒状部材、３５：外層部、３５ａ：面、３６：境界部、３７：空洞
 

Claims (4)

  1. 　繊維強化樹脂複合材製のセンターピラーにおいて、
    　前記センターピラーの長手方向に沿って中央よりも上部から下部に亘って連続する複数の繊維強化樹脂製の筒状部材と、
    　前記複数の筒状部材の周囲に配置されて前記筒状部材の周囲に巻回された強化繊維を含む繊維強化樹脂製の外層部と、を有し、
    　前記複数の繊維強化樹脂製の筒状部材は、車体前後方向に並ぶ第１の筒状部材及び第２の筒状部材を含み、
    　前記センターピラーの前記上部の第１の領域では前記第１の筒状部材及び前記第２の筒状部材が車幅方向外側に位置する前記外層部に接する一方、前記センターピラーの前記下部の第２の領域では前記第１の筒状部材及び前記第２の筒状部材が前記車幅方向外側に位置する前記外層部から離間する、
    　センターピラー。
  2. 　前記第１の領域では、前記第１の筒状部材と前記第２の筒状部材とが互いに接する境界部が、前記車幅方向外側に位置する前記外層部に接続される一方、
    　前記第２の領域では、前記境界部が、前記車幅方向外側に位置する前記外層部から離間する、
    　請求項１に記載のセンターピラー。
  3. 　前記第２の領域における、前記第１の筒状部材及び前記第２の筒状部材と前記車幅方向外側に位置する前記外層部との間に空洞を有する、請求項１に記載のセンターピラー。
  4. 　前記第２の領域における、前記第１の筒状部材及び前記第２の筒状部材と前記車幅方向外側に位置する前記外層部との間に、前記複数の筒状部材を構成する繊維強化樹脂よりも剛性が低く、かつ、衝突荷重に対するエネルギ吸収特性が高い部材が配置される、請求項１に記載のセンターピラー。
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