JP2018099947A - ピラー構造 - Google Patents

Abstract

【課題】アウタリインフォースメントとピラーインナパネルとの溶接を容易に行うことができるピラー構造を得る。
【解決手段】センタピラー１０は、アウタパネル２０と、ピラーインナパネル２４と、アウタリインフォースメント３０とを有している。アウタリインフォースメント３０には、アウタ部３２の板厚が所定の厚みＴＨを超える厚板領域ＥＴとフランジ部３６との間に、フランジ部３６の板厚が厚板領域ＥＴの厚みよりも薄い所定の厚み以下となるように、車両前後方向に板厚を除変させた板厚除変領域（連結部３４Ｃ）が形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両のピラー構造に関する。

特許文献１には、センタピラーのアウタリインフォースメントにおいて、車両上下方向で厚みが異なる構成が開示されている。特許文献１では、車両上下方向の端部の板厚は薄く、車両上下方向の中間部の板厚は厚く設定されている。このように、必要な強度に応じて車両上下方向の各領域で厚みを変えることにより、必要な強度と確保しつつ、高強度を必要としない部分の厚みを薄くでき、センタピラーを軽量化することができる。

ところで、センタピラーは、アウタリインフォースメントとピラーインナパネルとが接合されて構成されている。アウタリインフォースメントとピラーインナパネルとは、両者の短手方向の端部同士を重ね合わせて溶接等により接合される。しかしながら、重ね合わせたときの両者の厚みが厚いと、溶接し難い。

欧州特許１９１２８４９号

本発明は、上記事実を考慮し、必要な強度を確保しつつアウタリインフォースメントとピラーインナパネルとの溶接を容易に行うことができるピラー構造を得ることが目的である。

請求項１に記載の本発明に係るピラー構造は、車両側部において車両上下方向に延在するピラーインナパネルと、前記ピラーインナパネルよりも車両外側に配置され、前記ピラーインナパネルと溶接されるフランジ部と、前記フランジ部よりも車両外側に配置され厚みが車両上下方向において異なるアウタ部と、前記フランジ部と前記アウタ部とを連結する連結部と、を有し、前記ピラーインナパネルと閉断面を形成するアウタリインフォースメントと、を備え、前記アウタ部の板厚が所定の厚みを超える厚板領域と前記フランジ部との間に、前記フランジ部の板厚が前記厚板領域の厚み以下となるように、車両前後方向に板厚を除変させた板厚除変領域が形成されている。

請求項１に記載の本発明に係るピラー構造は、インナパネルと、アウタリインフォースメントを有している。インナパネルは、車両側部において車両上下方向に延在している。アウタリインフォースメントは、ピラーインナパネルよりも車両外側に配置され、フランジ部、アウタ部、及び連結部を有している。フランジ部は、ピラーインナパネルと溶接される。アウタ部は、フランジ部よりも車両外側に配置され、厚みが車両上下方向において異なっている。連結部は、フランジ部とアウタ部とを連結する。アウタリインフォースとピラーインナパネルとで閉断面が形成されている。

アウタ部において板厚が所定の厚みを超える厚板領域と、フランジ部との間には、板厚除変領域が形成されている。板厚除変領域は、フランジ部の板厚が厚板領域の厚み以下となるように、車両前後方向に板厚を除変されている。

請求項１に記載のピラー構造によれば、アウタ部の厚みが厚い部分でも、対応するフランジ部の厚みは所定の厚み以下なので、ピラーインナパネルとの接合部分の厚みを溶接に適した所定の厚み以下にすることができる。また、アウタ部については、必要な強度を確保することができる。

請求項２に記載のピラー構造は、前記連結部は、平坦状とされ、前記連結部に前記板厚除変領域が形成され、を構成する前記連結部は前記板厚除変領域を構成する前記連結部は前記アウタ部側端から前記フランジ部側端にかけて厚みが漸減されている。

請求項２に記載のピラー構造によれば、連結部の板厚除変領域においてアウタ部からフランジ部にかけて変位が緩やかなので、衝突の際の応力集中を抑制することができる。

請求項３に記載のピラー構造は、前記フランジ部は、車両前後方向の厚みが一定である。

請求項３に記載のピラー構造によれば、フランジ部の車両前後方向の厚みが一定であるので、溶接の際の入熱量を容易に調整することができる。

請求項４に記載のピラー構造は、前記アウタリインフォースメントは、高張力鋼板で一体形成されている。

請求項４に記載のピラー構造によれば、異なる厚み部分を有するアウタ部を容易に製造することができる。

以上説明したように、請求項１に記載のピラー構造によれば、必要な強度を確保しつつ、アウタリインフォースメントとピラーインナパネルとの溶接を容易に行うことができる。

請求項２に記載のピラー構造によれば、衝突の際の応力集中を抑制することにより、エネルギー吸収性能を向上させることができる。

請求項３に記載のピラー構造によれば、入熱量を容易に調整できるので、アウタリインフォースメントとピラーインナパネルとの溶接を容易に行うことができる。

請求項４に記載のピラー構造によれば、アウタリインフォースメントを容易に製造することができる。

第１実施形態に係るセンタピラーが適用された車両の側面図である。 第１実施形態に係るセンタピラーの図３のＡ−Ａ線の断面図である。 第１実施形態に係るセンタピラーのアウタリインフォースメントの正面図である。 第１実施形態のアウタリインフォースメントの図３のＡ−Ａ線の断面図である。 差厚金属板（差厚鋼板）の製造方法における圧延工程について説明するための斜視図である。 圧延工程について説明するための側面図である。 衝突用移動台車の側突時におけるセンタピラーの上下方向の位置とモーメントの関係を示すグラフである。である。 第２実施形態に係るセンタピラーのアウタリインフォースメントの断面図である。

[第１実施形態]
以下、図１〜図４を参照して、本発明に係る車両側部構造の第１実施形態について説明する。なお、各図に適宜示す矢印ＦＲは車両前方（進行方向）を示しており、矢印ＵＰは車両上方を示しており、矢印ＯＵＴは車両幅方向外側を示している。以下、単に前後、上下、左右の方向を用いて説明する場合は、特に断りのない限り、車両前後方向の前後、車両上下方向の上下、進行方向を向いた場合の車両幅方向の左右を示すものとする。また、図中の×印は、スポット溶接された箇所を意味している。

図１には、車両１０の概略図が示されている。図１には、車両１０が示されている。車両１０は、センタピラー１２、フロントピラー１３、リヤピラー１４と、ルーフサイドレール１５と、ロッカ１６とを含む車体１８を有している。

センタピラー１２は、車両側部に設けられ、上下方向に延在されている。フロントピラー１３は、センタピラー１２よりも前方に設けられ、リヤピラー１４は、センタピラー１２よりも後方に設けられている。ルーフサイドレール１５は、車体１８の車両上部において、車両前後方向に延在されている。ロッカ１６は、車体１８の車両下部において、車両前後方向に延在されている。

図２に示されるように、センタピラー１２は、車両幅方向外側に配置されたアウタパネル２０と、アウタパネル２０よりも車両幅方向内側に配置されたピラーインナパネル２４と、アウタパネル２０とピラーインナパネル２４の間に配置されたアウタリインフォースメント３０（以下「アウタＲ／Ｆ３０」とする）を有している。

アウタパネル２０は、断面がやや開いたハット状とされ、車両幅方向内側に開口している。アウタパネル２０は、基部２０Ａ、縦壁部２０Ｂ、及びフランジ部２０Ｃを有している。基部２０Ａは、アウタパネル２０の前後方向の中間部を構成し、車両前後方向に沿った板状とされ、車両１０の外板を構成している。一対の縦壁部２０Ｂは、基部２０Ａの車両前後方向両端部から車両幅方向内側へ延在されている。一対の縦壁部２０Ｂは、基部２０Ａから離れるにつれて互いの間隔が広くなるように車幅方向に対して傾斜している。フランジ部２０Ｃは、縦壁部２０Ｂの車両幅方向内側端部から車両前後方向に張り出されている。アウタパネル２０は、一例として、普通鋼板で形成されている。

ピラーインナパネル２４は、車両幅方向外側に開口し、基部２４Ａ、縦壁部２４Ｂ、及びフランジ部２４Ｃを有している。基部２４Ａは、ピラーインナパネル２４の中間部を構成しており、基部２４Ａの前後方向の中間部には、車幅方向外側に凸となる凸部２４Ｄが形成されている。一対の縦壁部２４Ｂは、基部２４Ａの車両前後方向両端部から車両幅方向外側へ延在されている。一対の縦壁部２４Ｂは、基部２４Ａから離れるにつれて互いの間隔が広くなるように車幅方向に対して傾斜している。フランジ部２４Ｃは、縦壁部２４Ｂの車両幅方向外側端部から車両前後方向に張り出されている。ピラーインナパネル２４は、一例として、普通鋼板で形成されている。

アウタＲ／Ｆ３０は、断面がやや開いたハット状とされ、車両幅方向内側に開口している。アウタＲ／Ｆ３０は、アウタ部３２、連結部３４、及びフランジ部３６を有している。アウタ部３２は、アウタＲ／Ｆ３０の前後方向の中間部を構成し、車両前後方向に沿って配置されている。一対の連結部３４は、アウタ部３２の車両前後方向両端部から車両幅方向内側へ延在されている。一対の連結部３４は、アウタ部３２から離れるにつれて互いの間隔が広くなるように車幅方向に対して傾斜している。一対の連結部３４は、各々平坦状とされている。フランジ部３６は、連結部３４の車両幅方向内側端部から車両前後方向に張り出されている。一対の連結部３４は、アウタ部３２の前後方向外側端部とフランジ部３６の前後方向内側端部とを連結している。アウタＲ／Ｆ３０は、一例として、高張力鋼板で形成されている。アウタＲ／Ｆ３０は、アウタ部３２の厚みが、アウタパネル２０及びピラーインナパネル２４の各々の厚みよりも厚く設定されている。

アウタパネル２０、ピラーインナパネル２４、及びアウタＲ／Ｆ３０の車両前後方向の前端から後端までの長さは、ほぼ同じ長さとされている。そして、車幅方向外側から順に、アウタパネル２０のフランジ部２０Ｃ、アウタＲ／Ｆ３０のフランジ部３６、ピラーインナパネル２４のフランジ部２４Ｃ、が重ね合わされ、スポット溶接で接合されている。これにより、車両上下方向に見て、アウタＲ／Ｆ３０とピラーインナパネル２４とで閉断面２６が形成されている。

図３に示されるように、アウタＲ／Ｆ３０は、上側が下側よりも狭幅とされている。アウタＲ／Ｆ３０は、上下方向の上から順に、各々アウタ部３２の厚みが異なる第１領域Ａ、第２領域Ｂ、第３領域Ｃ、第４領域Ｄ、及び第５領域Ｅ、で構成されている。以下、第１領域Ａ〜第５領域Ｅの各々のアウタ部３２について、符号３２の末尾にＡ〜Ｅを付し、アウタ部３２Ａ〜３２Ｅと称して区別する。

第１領域Ａのアウタ部３２Ａの厚みをＴ１、第２領域Ｂのアウタ部３２Ｂの厚みをＴ２、第３領域Ｃのアウタ部３２Ｃの厚みをＴ３、第４領域Ｄのアウタ部３２Ｄの厚みをＴ４、第５領域Ｅのアウタ部３２Ｅの厚みをＴ５とする。Ｔ１〜Ｔ５の関係は、
Ｔ５＜Ｔ１≦Ｔ４≦Ｔ２≦Ｔ３、となっている。一例として、Ｔ５は１．６ｍｍ程度、Ｔ１は１．８ｍｍ程度、Ｔ３は２．８ｍｍ程度とすることができる。Ｔ２及びＴ４は、隣接する一方の領域の厚みから隣接する他方の領域の厚みまで除変するように設定されている。すなわち、アウタ部３２Ｂは、アウタ部３２Ａとの境界部分からアウタ部３２Ｃとの境界部分にかけて厚みが漸増し、アウタ部３２Ｄは、アウタ部３２Ｃとの境界部分からアウタ部３２Ｅとの境界部分にかけて厚みが漸減している。

ここで、アウタパネル２０及びピラーインナパネル２４の厚みを一定として、フランジ部２０Ｃ、２４Ｃ、３６を積層した全体でスポット溶接が行われ、当該スポット溶接において容易に接合可能となるときの、フランジ部３６の厚みの上限値をＴＨとする。例えば、厚みＴＨを２．２ｍｍに設定することができる。本実施形態では、第２領域Ｂの境界線Ｌ２よりも第３領域Ｃ側の厚みＴ２Ｄ、第３領域Ｃの厚みＴ３、及び、第４領域Ｄの境界線Ｌ４よりも第３領域Ｃ側の厚みＴ４Ｄが、所定の厚みＴＨよりも厚く、これらの領域が厚板領域ＥＴとなる。

図４には、アウタＲ／Ｆ３０の厚板領域ＥＴのうちの第３領域ＣにおけるＡ−Ａ線の断面図が示されている。アウタ部３２Ｃは、厚みＴ３とされ、当該厚みＴ３は前後方向で略一定とされている。アウタ部３２Ｃの厚みＴ３は、前述した上限値の厚みＴＨを超えている。第３領域Ｃにおけるフランジ部３６Ｃの厚みは、Ｔ３Ｆとされている。当該厚みＴ３Ｆは前後方向で略一定とされている。

第３領域Ｃにおける連結部３４Ｃ（板厚除変領域）は、アウタ部３２Ｃ側の一端部３４Ｃ−ＯＵＴから第３領域Ｃにおけるフランジ部３６Ｃ側の他端部３４Ｃ−ＩＮにかけて、厚みがＴ３からＴ３Ｆまで、徐々に薄くなっている。すなわち、車両幅方向、及び車両前後方向に連結部３４Ｃの厚みが除変されている。

厚板領域ＥＴに含まれる第２領域Ｃ、第４領域Ｄについても、連結部３４Ｃ、３４Ｄでは、第３領域Ｃと同様に厚みが除変されている。

第１領域Ａのアウタ部３２Ａ、連結部３４Ａ、及びフランジ部３６Ｃは、一定の厚みとされている。第５領域Ｅのアウタ部３２Ｅ、連結部３４Ｅ、及びフランジ部３６Ｅについても、一定の厚みとされている。

厚みが異なる領域（第１領域Ａ〜第５領域Ｅ）を有する本実施形態のアウタＲ／Ｆ３０は、金属製とする場合、以下のような差厚金属板の製造方法で製造することができる。

まず、切断工程では、一定板厚の鋼板（金属板）がプレス加工等の手段により所定の形状（圧延工程前のセンタピラー１２の外形をカバーできる形状）に切断され、図５及び図６に示されるブランク材（被圧延板）ＢＢが製造される。

次いで、圧延工程では、上記のブランク材ＢＢが圧延機により圧延されて差厚鋼板ＴＢ１（図５及び図６参照）が製造される。この圧延工程では、１台（単一）の圧延機５０によってブランク材Ｂが圧延されて差厚鋼板ＴＢ１が製造される。この圧延機５０は、２段圧延機とされており、互いに平行な姿勢で上下２段に並んだ一対の略円柱状のワークロール５２を備えている。これらのワークロール５２は、図示しないハウジングによって回転自在に支持されており、図示しない駆動装置によって互いに同期して回転駆動される構成になっている。一対のワークロール５２の間には、規定の隙間（ブランク材ＢＢの板厚よりも狭い隙間）が設定されている。なお、図５及び図６では、説明の都合上、一対のワークロール５２を実際よりも離間させて図示している。

図５及び図６に示されるように、一対のワークロール５２の外周面（加工面）には、ブランク材ＢＢに対して板厚変化（差厚形状）を付与するための凹部（成形面）５２Ａが形成されている。この凹部５２Ａは、圧延工程によって製造される差厚鋼板ＴＢ１の目標形状に相当する形状に成形されている。そして、上記の目標形状は、差厚鋼板ＴＢ１を用いて製造されるセンタピラー１２に要求される板厚変化（差厚形状）に相当する形状とされている。本実施形態では、前述した、センタピラー１２の第１領域Ａ〜第５領域Ｅにおいて形成される差厚形状と、厚板領域ＥＴからフランジ部３６にかけての厚みが除変される形状である。なお、図５及び図６では、便宜上凹部５２Ａの形状は簡略化して示されており、センタピラー１２に要求される差厚形状とは異なっている。

上記の凹部５２Ａは、一対のワークロール５２の外周面における周方向の一部の領域のみに形成されている。このため、各ワークロール５２は、凹部５２Ａが設定された周方向の領域において、凹部５２Ａが設定されていない周方向の領域よりも半径が縮小している。また、凹部５２Ａは、各ワークロール５２の軸方向中央部において凹みの深さが深くなっており、当該深くなった領域において各ワークロール５２の半径が更に縮小している。これにより、各ワークロール５２は、周方向及び軸方向の両方で半径が変化した構成になっている。これらのワークロール５２は、常に上下対称の回転姿勢を維持するように同期して回転駆動される構成になっている（図５及び図６の矢印Ｒ参照）。

上記構成の圧延機５０を用いる圧延工程では、当該圧延機５０における一対のワークロール５２間にブランク材ＢＢが挿入されて圧延され（図５及び図６の矢印ＲＭ参照）、一対のワークロール５２の加工面の形状がブランク材ＢＢに転写される。これにより、板厚方向と直交した異なる二方向で板厚が変化した差厚鋼板ＴＢ１（図５及び図６参照）が製造される。

上記では、一対のワークロール５２の加工面の形状が、板厚方向と直交した異なる二方向で板厚が変化した差厚鋼板ＴＢ１となるようにしたが、複数台の圧延機によってブランク材ＢＢが順次圧延されて差厚鋼板ＴＢ１が製造されるようにしてもよい。例えば、３台の圧延機を用いる場合には、各々の圧延機の各々のワークロールの凹部を異なる形状とし、１台目、２台目、及び３台目の圧延機のワークロール間に順次挿入されて圧延され、３回の異なる形状を転写させることにより、センタピラー１２に要求される板厚変化（差厚形状）に相当する形状を得ることもできる。

上記の圧延工程の後、差厚鋼板ＴＢ１はプレス工程において曲げ加工を施され、所定の形状に成形される。但し、この差厚鋼板ＴＢ１では、圧延加工が施された部位に加工硬化が生じているため、そのままの状態ではその後の塑性加工が困難となる。このため、本実施形態は、圧延工程後の差厚鋼板ＴＢ１に対して熱処理を施す。

具体的には、例えば圧延工程後のプレス工程が熱間プレス工程とされる。この熱間プレス工程では、プレス加工の前に、差厚鋼板ＴＢ１が例えば高周波誘電加熱などの手段により所定の温度まで加熱される。この加熱時に、圧延加工（差厚加工）による加工硬化が除去される構成になっている。

また例えば、圧延工程後のプレス工程が冷間プレス工程とされる場合、冷間プレス工程の前に、差厚鋼板ＴＢ１、ＴＢ２を焼鈍する焼鈍工程が追加される。この焼鈍工程において上記の加工硬化が除去される構成になっている。このように、焼鈍工程が追加されることにより工程数が増加するが、通常の冷間プレス部品としての使用が可能となる。

次に、第１実施形態のセンタピラー１２の作用並びに効果について説明する。

図７には、衝突用移動台車（Ｍｏｖａｂｌｅ Ｄｅｆｏｍａｂｌｅ Ｂａｒｒｉｅｒ）の側突時において、センタピラー１２の上下方向の位置とモーメントの関係が示されている。センタピラー１２の上下方向の中間部において、高いモーメントが作用するため、この部分の強度を高くする必要がある。

本実施形態のセンタピラー１２は、厚板領域ＥＴが上下方向の中間部に配置され、厚板領域ＥＴにおいて、アウタ部３２の厚みが他の部分よりも厚く強度が高いので、車室内へのセンタピラー１２の変形を抑制することができる。

一方、厚板領域ＥＴにおいても、フランジ部３６の厚みは、ＴＨ以下とされているので、ピラーインナパネル２４、アウタＲ／Ｆ３０、及びアウタパネル２０を積層した状態でスポット溶接による接合を容易に行うことができる。

また、強度を確保するための厚板領域ＥＴにおけるアウタ部３２以外の部分では、アウタＲ／Ｆ３０の厚みは薄いので、アウタＲ／Ｆ３０の軽量化を図ることができる。

また、アウタＲ／Ｆ３０の厚板領域ＥＴにおいて、連結部３４は、厚みが除変されている。このように、連結部３４の変位を緩やかにすることにより、衝突の際の応力集中を抑制することができる。

また、アウタＲ／Ｆ３０の厚板領域ＥＴにおいて、フランジ部３６の厚みは一定とされている。したがって、溶接の際の入熱量を容易に調整することができる。

また、アウタＲ／Ｆ３０を、高張力鋼板で形成することにより、ブランク材を用いて容易に製造することができる。

なお、本実施形態では、アウタパネル２０をアウタＲ／Ｆ３０の車幅方向外側に配置したが、アウタパネル２０を省略してもよい。その場合には、アウタＲ／Ｆ３０が車両の外板を構成する。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態では、アウタＲ／Ｆ３０の厚板領域ＥＴの形状が第１実施形態と異なっている。

図８に示されるように、本実施形態のセンタピラー４０は、アウタＲ／Ｆ３０の厚板領域ＥＴに対応する領域（以下「板厚除変領域Ｅ２」と称する）のアウタ部３２の形状が第１実施形態と異なっている。アウタＲ／Ｆ３０の板厚除変領域Ｅ２では、アウタ部３２において、車両前後方向の厚みが最も厚く、前方及び後方へ向かって厚みが漸減している。板厚除変領域Ｅ２のアウタ部３２の平均板厚は、Ｔ３とされている。また、板厚除変領域Ｅ２のアウタ部３２において、前後方向の両端の板厚は、ＴＨよりも厚くなっている。

本実施形態のセンタピラー４０は、板厚除変領域Ｅ２が上下方向の中間部に配置され、板厚除変領域Ｅ２において、アウタ部３２の厚みが他の部分よりも厚く強度が高いので、車室内へのセンタピラー１２の変形を抑制することができる。

一方、板厚除変領域Ｅ２においても、フランジ部３６の厚みは、ＴＨ以下とされているので、ピラーインナパネル２４、アウタＲ／Ｆ３０、及びアウタパネル２０を積層した状態でスポット溶接による接合を容易に行うことができる。

なお、第１、第２実施形態では、連結部３４の板厚を変化させたが、アウタ部３２の板厚のみを変化させてもよいし、連結部３４及びアウタ部３２の両方の板厚を変化させてもよい。

なお、第１、第２実施形態では、センタピラーを例に説明したが、本発明はセンタピラー以外のピラー、例えば、フロントピラーやリヤピラーに適用することもできる。

１２ センタピラー
２４ ピラーインナパネル
２６ 閉断面
３０ アウタリインフォースメント
３２ アウタ部
３４ 連結部
３４Ｃ 連結部（板厚除変領域）
３６ フランジ部
Ｅ２ 板厚除変領域（厚板領域）
ＥＴ 厚板領域

Claims (4)

1. 車両側部において車両上下方向に延在するピラーインナパネルと、
   前記ピラーインナパネルよりも車両外側に配置され、前記ピラーインナパネルと溶接されるフランジ部と、前記フランジ部よりも車両外側に配置され厚みが車両上下方向において異なるアウタ部と、前記フランジ部と前記アウタ部とを連結する連結部と、を有し、前記ピラーインナパネルと閉断面を形成するアウタリインフォースメントと、
   を備え、
   前記アウタ部の板厚が所定の厚みを超える厚板領域と前記フランジ部との間に、前記フランジ部の板厚が前記厚板領域の厚み以下となるように、車両前後方向に板厚を除変させた板厚除変領域が形成された、
   ピラー構造。
2. 前記連結部は、平坦状とされ、前記連結部に前記板厚除変領域が形成され、前記板厚除変領域を構成する前記連結部は前記アウタ部側端から前記フランジ部側端にかけて厚みが漸減されている、請求項１に記載のピラー構造。
3. 前記フランジ部は、車両前後方向の厚みが一定である、請求項１または請求項２に記載のピラー構造。
4. 前記アウタリインフォースメントは、高張力鋼板で一体形成されている、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のピラー構造。