JP2020044929A - 車両用センターピラー - Google Patents

Abstract

【課題】センターピラーに繊維強化樹脂構造体を適用した場合であっても、所望の特性を発揮させることを可能とする。【解決手段】車両用センターピラーにおいて、長手方向に中空の筒状を有する繊維強化樹脂構造体の車長方向の前後に位置する側面部は、繊維の配向方向が異なる第１、第２、第３及び第４の繊維強化樹脂シートの少なくとも２つ以上が重ね合わせられて形成され、側面部の長手方向の一部の領域は、車幅方向の車室側に形成される第１の領域と、車幅方向の車外側に形成される第２の領域と、を有し、第２の領域に占める第３及び第４の繊維強化樹脂シートの割合は、第１の領域に占める第３及び第４の繊維強化樹脂シートの割合よりも高く、側面部の車高方向の下部領域に、車幅方向の長さ全体に占める第２の領域の長さの割合が、側面部の車高方向の上部領域における車幅方向の長さ全体に占める第２の領域の長さの割合よりも高い変形領域を備える。【選択図】図５

Description

本発明は、車両用センターピラーに関する。

乗用車等の車体の構造には、車体側部の下部に位置するサイドシルに接続されて上下方向に延びるセンターピラーが備えられている。従来の車体側部の構造は、鋼板等の鉄鋼から構成されている。鉄鋼製のセンターピラーは、車体の外側に位置するアウタパネルと、車体の内側に位置するインナパネルとを有し、これらのアウタパネル及びインナパネルが互いに接合されて構成されている。また、センターピラーの強度を高めるために、例えばアウタパネル及びインナパネルの間に鉄鋼製のリンフォースが備えられている。

一方、近年では、車体の軽量化を目的として、センターピラー等の構造材を、炭素繊維等の強化繊維を含有する繊維強化樹脂を用いて構成することが検討されている（例えば、特許文献１を参照。）。繊維強化樹脂製の部材は、比較的高い剛性を有し、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。このため、繊維強化樹脂製の部材は、繊維の配向方向に応じて所望の特性を得ることができる。

特開２０１３−１９３６３７号公報

ここで、車両の側面衝突時において搭乗者を保護するためには、搭乗者の頭部に対応するセンターピラーの上部を変形しにくくすることが有効である。一方、衝突エネルギを吸収するためには、乗用車等のバンパの位置に対応するセンターピラーの下部を変形しやすくすることが有効である。従来は、鉄鋼製のリンフォースを必要に応じて複数枚重ねるなどして、センターピラーの強度を部分的に異ならせていた。しかし、鋼鉄製のリンフォースを複数枚重ねた場合には、部品の点数が増え、車両が重量化し得る。

車両の軽量化のためには、リンフォースあるいはセンターピラー本体を繊維強化樹脂製の構造体として形成することが考えられる。繊維強化樹脂製のリンフォースあるいはセンターピラー本体を用いる場合であっても、鉄鋼製のリンフォースを用いる場合と同様に、センターピラーの下部を変形しやすくし、上部を変形しにくくすることで、搭乗者を保護することが求められる。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、センターピラーに繊維強化樹脂構造体を適用した場合であっても、所望の特性を発揮させることができる車両用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、本発明のある観点によれば、長手方向に中空の筒状を有する繊維強化樹脂構造体を備えた車両用センターピラーにおいて、繊維強化樹脂構造体の車長方向の前方側及び後方側に位置する側面部は、繊維の配向方向が長手方向に対して０°の方向である第１の繊維強化樹脂シート、繊維の配向方向が長手方向に対して９０°の方向である第２の繊維強化樹脂シート、繊維の配向方向が長手方向に対して４５°の方向である第３の繊維強化樹脂シート及び繊維の配向方向が長手方向に対して−４５°の方向である第４の繊維強化樹脂シートの少なくとも２つ以上が重ね合わせられて形成され、側面部の長手方向の少なくとも一部の領域は、車幅方向の車室側に形成される第１の領域と、車幅方向の車外側に形成される第２の領域と、を有し、第２の領域に占める第３の繊維強化樹脂シート及び第４の繊維強化樹脂シートの割合は、第１の領域に占める第３の繊維強化樹脂シート及び第４の繊維強化樹脂シートの割合よりも高く、側面部の車高方向の下部領域に、車幅方向の長さ全体に占める第２の領域の長さの割合が側面部の車高方向の上部領域における車幅方向の長さ全体に占める第２の領域の長さの割合よりも高い変形領域を備える、車両用センターピラーが提供される。

前記上部領域から前記下部領域にかけて、前記車幅方向の長さ全体に占める前記第２の領域の長さの割合が漸増してもよい。

第１の領域及び第２の領域の境界付近には、繊維強化樹脂構造体の第１の領域側の構成部分及び第２の領域側の構成部分が重なり合うオーバーラップ部が形成されてもよい。

オーバーラップ部は、第１の領域を構成する複数の繊維強化樹脂シート及び第２の領域を構成する複数の繊維強化樹脂シートが交互に重なり合うことで形成されてもよい。

繊維強化樹脂構造体は、第１の領域及び第２の領域に渡って側面部に積層されるカバー層を備えてもよい。

カバー層は、側面部、車幅方向の車室側に位置するインナ部及び車幅方向の車外側に位置するアウタ部の内周面又は外周面の少なくともいずれかに渡って形成されてもよい。

繊維強化樹脂構造体は、センターピラー本体部であってもよい。

繊維強化樹脂構造体は、リンフォースであってもよい。

以上説明したように本発明によれば、センターピラーに繊維強化樹脂構造体を適用した場合であっても、所望の特性を発揮させることができる。

本発明の第１の実施形態に係るセンターピラーを備えた車体側部構造を示す斜視図である。 同実施形態に係るセンターピラーを車体Ｘ軸方向に見た模式図である。 同実施形態に係るセンターピラーにおける繊維強化樹脂構造体の断面図である。 同実施形態に係るセンターピラーにおける繊維強化樹脂構造体の積層構造を示す説明図である。 同実施形態に係るセンターピラーにおける繊維強化樹脂構造体の側面構造を示す説明図である。 第１の領域及び第２の領域の境界付近を示す断面図である。 第１の領域及び第２の領域の境界付近を示す断面図である。 第１の領域及び第２の領域の境界付近を示す断面図である。 第１の領域及び第２の領域の境界付近を示す断面図である。 同実施形態に係るセンターピラーにおける繊維強化樹脂構造体のカバー層を示す断面図である。 側面衝突時の繊維強化樹脂構造体の様子を示す模式図である。 側面衝突時の繊維強化樹脂構造体の様子を示す模式図である。 本発明の第２の実施形態に係るセンターピラーにおける繊維強化樹脂構造体の構成の一例を示す断面図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明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。また、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複数の構成要素を、同一の符号の後に異なるアルファベットを付して区別する場合もある。

＜１．第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態に係るセンターピラーについて説明する。

［１−１．センターピラーの全体構成］
図１及び図２を用いて、本実施形態に係るセンターピラー３の全体構成を説明する。図１は、センターピラー３を備えた車体側部構造１を示す斜視図である。図１に示す車体側部構造１は、乗用車の前方に向かって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、車両の前後方向（車長方向）を車体Ｘ軸方向とも言い、車幅方向を車体Ｙ軸方向とも言い、車両の高さ方向を車体Ｚ軸方向とも言う。図２は、車両の前方側から車体Ｘ軸方向に沿ってセンターピラー３を見た模式図である。

車体側部構造１は、ルーフピラー５と、リアピラー４と、フロントピラー２と、センターピラー３と、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Ｘ軸方向に沿って延在し、車両の屋根のサイド部分を形成している。サイドシル６は、車両の側部の下部に、車体Ｘ軸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Ｘ軸方向中央部に接続され、上端がルーフピラー５の車体Ｘ軸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。図示しないフロントドアは、例えばヒンジ部材によりフロントピラー２に取り付けられる。また、図示しないリアドアは、例えばヒンジ部材によりセンターピラー３に取り付けられる。

かかる車体側部構造１において、センターピラー３は、車両の上下方向に沿う長手方向を有し、中空の筒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との間に位置するセンターピラー本体部１２とを有する。センターピラー本体部１２は、車体Ｚ軸方向に沿う長手方向に中空の筒状を有し、ルーフピラー接続部１６及びサイドシル接続部１４は、いずれも車体Ｘ軸方向に沿う長手方向に中空の筒状を有する。センターピラー本体部１２は、車両の側面衝突時において、搭乗者を保護しつつ、衝突エネルギを吸収する機能を備える。

本実施形態において、センターピラー本体部１２、ルーフピラー接続部１６及びサイドシル接続部１４は、例えば炭素繊維等の強化繊維に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る複数層の複合材料からなる構造体である。繊維強化樹脂製のセンターピラー３は、高強度、かつ、軽量化を実現可能になっている。センターピラー本体部１２、ルーフピラー接続部１６及びサイドシル接続部１４は、一体的に形成されてもよく、それぞれ別部材として形成されてもよい。別部材として形成される場合には、各部材は、例えば接着剤により互いに接合される。

なお、本実施形態に係るセンターピラー３において、少なくともセンターピラー本体部１２が繊維強化樹脂製の構造体であればよく、ルーフピラー接続部１６又はサイドシル接続部１４の少なくとも一方が鉄鋼等により構成されていてもよい。以下、本実施形態では、センターピラー３全体が繊維強化樹脂から成る例を説明する。

センターピラー３は、例えば連続繊維を含む繊維強化樹脂シートを積層した成形体であってよい。連続繊維を含む繊維強化樹脂シートは、連続する繊維にマトリックス樹脂を含浸させて形成される。使用可能な連続繊維としては、例えば炭素繊維が挙げられるが、他の繊維であってもよく、さらには、複数の繊維が組み合わせられて用いられてもよい。ただし、炭素繊維は、機械特性に優れていることから、強化繊維が炭素繊維を含むことが好ましい。

繊維強化樹脂のマトリックス樹脂には、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂が用いられる。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。

マトリックス樹脂としては、これらの熱可塑性樹脂のうちの１種類、あるいは２種類以上の混合物が使用され得る。あるいは、マトリックス樹脂は、これらの熱可塑性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。

熱可塑性樹脂及び連続繊維からなる繊維強化樹脂シートを用いてセンターピラー３を成形する場合、例えばプレス成形法が採用されてもよい。センターピラー３をプレス成形する場合、例えば繊維強化樹脂シートを複数枚積層して所定の厚さのプリプレグを形成した後、かかるプリプレグを、熱可塑性樹脂の融点以上に加熱して成形型に投入し、さらにプリプレグを熱可塑性樹脂の融点未満に冷却することで複数の構成部品を成形する。得られた構成部品を互いに接合することにより、センターピラー３が形成される。なお、熱可塑性樹脂を用いる場合のセンターピラー３の成形方法は、プレス成形法に限られない。

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。マトリックス樹脂としては、これらの熱硬化性樹脂のうちの１種類、あるいは２種類以上の混合物が使用され得る。これらの熱硬化性樹脂が用いられる場合、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。

熱硬化性樹脂及び連続繊維からなる繊維強化樹脂シートを用いてセンターピラー３を成形する場合、例えばオートクレーブ成形法が採用されてもよい。センターピラー３をオートクレーブ成形する場合、例えば繊維強化樹脂シートを複数枚積層して所定の厚さのプリプレグを形成した後、成形型上にプリプレグを載置してバッギングした後、オートクレーブ装置内で、バッグ内を真空状態にしながらプリプレグを加熱し硬化させることで、複数の構成部品を成形する。得られた構成部品を互いに接合することにより、センターピラー３が形成される。なお、熱硬化性樹脂を用いる場合のセンターピラー３の成形方法は、オートクレーブ成形法に限られない。

［１−２．センターピラー本体部］
本実施形態に係るセンターピラー３のセンターピラー本体部１２について詳細に説明する。図３は、センターピラー本体部１２の断面図である。図３に示す断面図は、図２に一点鎖線で示したＩ−Ｉ断面を矢印方向から見た図である。

図３に示すように、センターピラー本体部１２は、車幅方向（車体Ｙ軸方向）の車室側に位置するインナ部２０と、車幅方向の車外側に位置するアウタ部３０と、車長方向（車体Ｘ軸方向）の前方側に位置する側面部４０ａと、車長方向の後方側に位置する側面部４０ｂとを有する。インナ部２０、アウタ部３０及び側面部４０ａ，４０ｂは、一体的に形成されている。インナ部２０、アウタ部３０及び側面部４０ａ，４０ｂにより、中空の筒状の閉空間が形成される。

センターピラー本体部１２は、複数枚の繊維強化樹脂シートを積層した積層構造を有する。より具体的には、センターピラー本体部１２のインナ部２０、アウタ部３０及び側面部４０ａ，４０ｂは、繊維の配向方向が異なる複数枚の繊維強化樹脂シートを積層して形成される。

例えば、図４に示すように、側面部４０ａ，４０ｂは、繊維の配向方向がセンターピラー本体部１２の長手方向に対して０°をなす第１の繊維強化樹脂シート（第１の層５１）、９０°をなす第２の繊維強化樹脂シート（第２の層５３）、４５°をなす第３の繊維強化樹脂シート（第３の層５５）、及び−４５°をなす第４の繊維強化樹脂シート（第４の層５７）の少なくとも２つ以上が積層して成形される。図４には４層の繊維強化樹脂シートが示されているが、それぞれの繊維強化樹脂シートは、適宜の枚数積層される。また、図４では、第１の層５１、第２の層５３、第３の層５５及び第４の層５７が上から順に重ねられているが、積層される順序は特に限定されない。

このうち、繊維の配向方向が０°の繊維強化樹脂シート（第１の層５１）及び９０°の繊維強化樹脂シート（第２の層５３）の組み合わせは、側面衝突時に高い圧縮強度及び引張強度を発現し、変形しにくくなっている。一方、繊維の配向方向が４５°の繊維強化樹脂シート（第３の層５５）及び−４５°の繊維強化樹脂シート（第４の層５７）の組み合わせは、側面衝突時において、０°、９０°の繊維強化樹脂シートの組み合わせに比べて変形しやすく、衝突エネルギを吸収する。

センターピラー本体部１２の側面部４０ａ，４０ｂは、側面衝突時に高い圧縮強度及び引張強度を発現し、変形しにくくなっている第１の領域Ａと、第１の領域Ａよりも変形しやすく、衝突エネルギを吸収する第２の領域Ｂとを有する。第１の領域Ａは、第１の層５１及び第２の層５３が相対的に多い領域であり、第２の領域Ｂは、第３の層５５及び第４の層５７が相対的に多い領域である。より具体的には、第１の領域Ａに占める第１の層５１及び第２の層５３の割合は、第２の領域Ｂに占める第１の層５１及び第２の層５３の割合よりも高く、第２の領域Ｂに占める第３の層５５及び第４の層５７の割合は、第１の領域Ａに占める第３の層５５及び第４の層５７の割合よりも高くなっている。

例えば、それぞれの繊維強化樹脂シートが同じ厚さであり、第１の領域Ａ及び第２の領域Ｂの積層数が同じである場合、第２の領域Ｂにおける第３の層５５及び第４の層５７の合計枚数を、第１の領域Ａにおける第３の層５５及び第４の層５７の合計枚数よりも多くすることで、第２の領域Ｂに占める第３の層５５及び第４の層５７の割合を、第１の領域Ａに占める第３の層５５及び第４の層５７の割合よりも高くすることができる。

あるいは、それぞれの繊維強化樹脂シートの厚さが異なり、第１の領域Ａ及び第２の領域Ｂの積層方向の厚さが同じである場合、第２の領域Ｂにおける第３の層５５及び第４の層５７の厚さの和を、第１の領域Ａにおける第３の層５５及び第４の層５７の厚さの和よりも大きくすることで、第２の領域Ｂに占める第３の層５５及び第４の層５７の割合を、第１の領域Ａに占める第３の層５５及び第４の層５７の割合よりも高くすることができる。

図５は、センターピラー本体部１２の側面部４０ａを車長方向の前方側から見た説明図である。図中の左側は車幅方向の車室側を示し、右側は車幅方向の車外側を示す。また、図中の上側は車高方向（長手方向に相当）の上側を示し、下側は車高方向の下側を示す。なお、以下説明では、側面部４０ａを例として説明するが、側面部４０ｂについても構成及び効果は同様である。

図５に示すように、センターピラー本体部１２の側面部４０ａは、車幅方向の車室側に形成される第１の領域Ａと、車幅方向の車外側に形成される第２の領域Ｂとを有する。車幅方向に第１の領域Ａ及び第２の領域Ｂをともに有する領域は、側面部４０ａの長手方向の全体に渡って設けられてもよく、長手方向の一部の領域のみに設けられてもよい。車室側に形成される第１の領域Ａにより、側面部４０ａの車室側は変形しにくくなり、側面衝突時において搭乗者を保護することができる。一方、車外側に形成される第２の領域Ｂにより、側面部４０ａの車外側は変形しやすくなり、入力される衝突エネルギを吸収することができる。

側面部４０ａの車高方向の下部領域には、変形しやすく、衝突エネルギを吸収する変形領域Ｄが設けられる。変形領域Ｄは、車幅方向の長さ全体に占める第２の領域Ｂの長さの割合が、相対的に高い領域である。より具体的には、変形領域Ｄにおいて、車幅方向の長さ全体に占める第２の領域Ｂの長さの割合は、車高方向の上部領域における車幅方向の長さ全体に占める第２の領域Ｂの長さの割合よりも高くなっている。例えば、変形領域Ｄにおいて、第２の領域Ｂの車幅方向の長さが車幅方向の長さ全体の半分の長さより長く、変形領域Ｄ以外において、第２の領域Ｂの車幅方向の長さが車幅方向の長さ全体の半分の長さより短くなっていてよい。

変形領域Ｄは、乗用車のバンパの高さに対応する側面衝突想定部位に相当する位置を含むように配置される。それにより、側面衝突時に、変形領域Ｄが設けられるセンターピラー本体部１２の下部領域は変形しやすくなり、入力される衝突エネルギを吸収することができる。一方、変形領域Ｄが存在しないセンターピラー本体部１２の上部領域は変形しにくくなり、側面衝突時において搭乗者の頭部を保護することができる。

第１の層５１、第２の層５３、第３の層５５及び第４の層５７の構成比率を異ならせる場合において、側面部４０ａの上部領域と下部領域とが明確に区分されている場合、境界部分で強度が急激に変化するために、側面衝突時にセンターピラー本体部１２が折れ易くなるおそれがある。このため、上部領域から下部領域にかけて、車幅方向の長さ全体に占める第２の領域の長さの割合を漸増させてもよい。同様に、変形領域Ｄとそれ以外の領域との境界部分について、車幅方向の長さ全体に占める第２の領域の長さの割合を漸増又は漸減させてもよい。

筒状のセンターピラー本体部１２をブレーディング法により成形する場合には、繊維の配向方向を比較的自由に調節することができる。かかるブレーディング法を用いる場合、上部領域と下部領域、又は、変形領域Ｄとそれ以外の領域とが明確に区分されることなく、繊維の配向方向の比率を異ならせることができる。

第１の層５１、第２の層５３、第３の層５５及び第４の層５７の構成比率を異ならせる場合において、第１の領域Ａと第２の領域Ｂとが明確に区分されている場合、境界部分で強度が急激に変化するために、側面衝突時にセンターピラー本体部１２が折れ易くなるおそれがある。このため、第１の領域Ａと第２の領域Ｂとの境界付近において、第１の領域Ａ側の構成部分と第２の領域Ｂ側の構成部分とをオーバーラップさせてもよい。

図６、図７、図８Ａ及び図８Ｂは、第１の領域Ａと第２の領域Ｂとの境界付近のセンターピラー本体部１２の断面を示している。図６に示した例では、第１の領域Ａと第２の領域Ｂとの境界付近において、第１の領域Ａ側の層と第２の領域Ｂ側の層とが互いにオーバーラップしている。例えば、センターピラー本体部１２の成形時に、端部を交互に重ね合わせながら繊維強化樹脂シートを積層することによって、第１の領域Ａ側の層と第２の領域Ｂ側の層とを互いにオーバーラップさせることができる。

また、図７に示した例では、第１の領域Ａと第２の領域Ｂとの境界付近において、第１の領域Ａ側の端部と第２の領域Ｂ側の端部とがオーバーラップしている。例えば、センターピラー本体部１２を製造する際に、第１の領域Ａ側の部材と、第２の領域Ｂ側の部材とをそれぞれ成形した後に、端部を重ね合わせて接着剤等により接合することによって、第１の領域Ａ側の端部と第２の領域Ｂ側の端部とをオーバーラップさせることができる。

また、図８Ａに示した例では、第１の領域Ａと第２の領域Ｂとの境界付近において、第１の領域Ａ側の層と第２の領域Ｂ側の層とが互いに同じ位置でオーバーラップしている。例えば、センターピラー本体部１２の成形時に、端部を同じ位置で交互に重ね合わせながら繊維強化樹脂シートを積層することによって、第１の領域Ａ側の層と第２の領域Ｂ側の層とを互いにオーバーラップさせることができる。

繊維強化樹脂シートの厚さが厚い場合、図８Ｂに示すように第１の領域Ａ側の層の端部及び第２の領域Ｂ側の層の端部の周辺に比較的大きな空隙Ｓが形成されるおそれがある。一方、繊維強化樹脂シートの厚さが薄い場合、図８Ａに示すように第１の領域Ａ側の層の端部及び第２の領域Ｂ側の層の端部の周辺に形成される空隙Ｓを小さくすることができる。空隙Ｓを小さくすることにより、繊維強化樹脂シートが剥離するおそれを低減することができる。ゆえに、繊維強化樹脂シートの厚さは薄い方が好ましい。繊維強化樹脂シートの厚さは、例えば、０．０３〜１ｍｍの範囲内の値とすることができる。

このように、第１の領域Ａと第２の領域Ｂとの境界付近において、第１の領域Ａ側の構成部分と第２の領域Ｂ側の構成部分とがオーバーラップしていることによって、側面衝突時に、当該境界付近でセンターピラー本体部１２が折れるおそれを低減することができる。

第１の領域Ａと第２の領域Ｂとが明確に区分されていない場合であっても、境界部分で強度が変化することにより、側面衝突時に第１の領域Ａと第２の領域Ｂとが断裂され、センターピラー本体部１２が所望の特性を発揮できないおそれがある。このため、センターピラー本体部１２の外周面又は内周面の少なくともいずれかに、第１の領域Ａ及び第２の領域Ｂに渡ってカバー層を設けてもよい。

図９は、センターピラー本体部１２に設けられるカバー層を示す断面図である。図９は、図３に示したセンターピラー本体部１２の断面図に相当する図である。図９に示す例では、センターピラー本体部１２は、側面部４０ａ，４０ｂの第１の領域Ａ及び第２の領域Ｂに渡って積層されるカバー層７０，７２を備える。カバー層７０は、センターピラー本体部１２の外周面側に積層される層であり、カバー層７２は、センターピラー本体部１２の内周面側に積層される層である。カバー層７０，７２は、例えば、１つ以上の繊維強化樹脂シートから形成される。

カバー層７０は、センターピラー本体部１２の外周面側における第１の領域Ａ及び第２の領域Ｂの境界に生じる引っ張り力又は圧縮力に対する剛性を強化する。カバー層７２は、センターピラー本体部１２の内周面側における第１の領域Ａ及び第２の領域Ｂの境界に生じる引っ張り力又は圧縮力に対する剛性を強化する。それにより、側面衝突時に、第１の領域Ａと第２の領域Ｂとが断裂され、センターピラー本体部１２が所望の特性を発揮できないおそれを低減することができる。

また、カバー層７０は、センターピラー本体部１２のインナ部２０、アウタ部３０及び側面部４０ａ，４０ｂの外周面の全体に渡って形成されてもよい。カバー層７２は、センターピラー本体部１２のインナ部２０、アウタ部３０及び側面部４０ａ，４０ｂの内周面の全体に渡って形成されてもよい。それにより、側面衝突時に、第１の領域Ａと第２の領域Ｂとが断裂され、センターピラー本体部１２が所望の特性を発揮できないおそれを一層低減することができる。

次に、側面衝突時のセンターピラー本体部１２の作用について説明する。図１０Ａ及び図１０Ｂは、側面衝突時のセンターピラー本体部１２の側面部４０ａの様子を示す模式図である。図１０Ａは、車両の側面に他車両が衝突する直前の側面部４０ａの様子を示し、図１０Ｂは、車両の側面に他車両が衝突した後の側面部４０ａの様子を示す。

車両の側面に他の乗用車（他車両）が衝突する場合、図１０Ａに示すように、側面部４０ａの下部領域に設けられた変形領域Ｄに対して他車両のバンパ６０が接触する。バンパ６０の接触位置は、例えば、路面からの高さが３００〜６００ｍｍの範囲内の領域となる。本実施形態に係るセンターピラー３のセンターピラー本体部１２では、図１０Ｂに示すように、他車両のバンパ６０が変形領域Ｄに衝突すると、変形領域Ｄが設けられるセンターピラー本体部１２の下部領域は変形しやすくなっており、衝突によって入力されるエネルギが吸収される。一方、変形領域Ｄが設けられないセンターピラー本体部１２の上部領域は変形しにくくなっており、搭乗者の頭部が保護される。

このように、センターピラー本体部１２として繊維強化樹脂構造体を適用した場合であっても、本実施形態に係るセンターピラー３は、鉄鋼製のリンフォースを用いる場合と同様に、センターピラー本体部１２の下部を変形しやすくし、上部を変形しにくくすることで、搭乗者を保護することができる。

＜２．第２の実施形態＞
続いて、本発明の第２の実施形態に係るセンターピラーについて説明する。

図１１は、本実施形態に係るセンターピラーの構成の一例を示す断面図である。図１１に示す断面図は、図２に一点鎖線で示したＩ−Ｉ断面を矢印方向から見た図である。図１１に示すように、本実施形態に係るセンターピラーのセンターピラー本体部１１２は、車室側に配置されるインナパネル１８２と、車外側に配置されるアウタパネル１８４と、インナパネル１８２及びアウタパネル１８４により形成された閉空間の内部に配置されるリンフォース１８０とを有する。リンフォース１８０は、車両の側面衝突時において、搭乗者を保護しつつ、衝突エネルギを吸収する機能を備える。本実施形態において、リンフォース１８０が、繊維強化樹脂構造体に相当する。

本実施形態において、インナパネル１８２における、センターピラー本体部１１２の長手方向に交差する方向の断面形状は、アウタパネル１８４側に開放された略Ｕ字型の開断面形状を有する。また、アウタパネル１８４における、センターピラー本体部１１２の長手方向に交差する方向の断面形状は、インナパネル１８２側に開放された略Ｕ字型の開断面形状を有する。インナパネル１８２及びアウタパネル１８４の車長方向の両端は、例えば接着剤により互いに接合される。それにより、インナパネル１８２及びアウタパネル１８４の間に閉空間が形成される。リンフォース１８０は、かかる閉空間の内部に配置され、インナパネル１８２又はアウタパネル１８４の少なくとも一部と接合される。

ただし、インナパネル１８２及びアウタパネル１８４の断面形状は上記の例に限定されない。インナパネル１８２及びアウタパネル１８４は、リンフォース１８０と共にセンターピラー本体部１１２を形成するようになっていればよい。あるいは、インナパネル１８２及びアウタパネル１８４が一体化されて筒状に形成され、リンフォース１８０が筒状の内部に接合されることによりセンターピラー本体部１１２が形成されてもよい。

インナパネル１８２及びアウタパネル１８４は、例えば炭素繊維等の強化繊維に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る複数層の複合材料であり、高強度、かつ、軽量化を実現可能になっている。ただし、インナパネル１８２及びアウタパネル１８４の素材は上記の例に限定されず、例えば、鉄鋼製のインナパネル１８２及びアウタパネル１８４が、溶接により互いに接合されていてもよい。

リンフォース１８０は、第１の実施形態におけるセンターピラー本体部１２と同様の構成を有する。リンフォース１８０におけるインナ部１２０、アウタ部１３０及び側面部１４０ａ，１４０ｂは、センターピラー本体部１２におけるインナ部２０、アウタ部３０及び側面部４０ａ，４０ｂとそれぞれ対応する。ゆえに、側面衝突時に、リンフォース１８０の下部領域は変形しやすくなり、入力される衝突エネルギを吸収することができる。一方、リンフォース１８０の上部領域は変形しにくくなり、側面衝突時において搭乗者の頭部を保護することができる。

このように、リンフォース１８０として繊維強化樹脂構造体を適用した場合であっても、本実施形態に係るセンターピラー３は、鉄鋼製のリンフォースを用いる場合と同様に、センターピラー本体部１１２の下部を変形しやすくし、上部を変形しにくくすることで、搭乗者を保護することができる。

＜３．まとめ＞
以上説明したように、本実施形態に係るセンターピラー３は、長手方向に中空の筒状を有する繊維強化樹脂構造体を備える。かかる繊維強化樹脂構造体の側面部は、繊維の配向方向が長手方向に対して０°の方向である第１の層５１、繊維の配向方向が長手方向に対して９０°の方向である第２の層５３、繊維の配向方向が長手方向に対して４５°の方向である第３の層５５及び繊維の配向方向が長手方向に対して−４５°の方向である第４の層５７の少なくとも２つ以上が重ね合わせられて形成される。また、側面部の長手方向の少なくとも一部の領域は、車幅方向の車室側に形成される第１の領域Ａと、車幅方向の車外側に形成される第２の領域Ｂとを有する。また、第２の領域Ｂに占める第３の層５５及び第４の層５７の割合は、第１の領域Ａに占める第３の層５５及び第４の層５７の割合よりも高い。また、側面部の車高方向の下部領域に、車幅方向の長さ全体に占める第２の領域Ｂの長さの割合が、側面部の車高方向の上部領域における車幅方向の長さ全体に占める第２の領域Ｂの長さの割合よりも高い変形領域Ｄを備える。

それにより、側面衝突時において、変形領域Ｄが設けられない繊維強化樹脂構造体の上部領域は変形しにくくなっており、搭乗者の頭部が保護される。一方、変形領域Ｄが設けられる繊維強化樹脂構造体の下部領域は変形しやすくなっており、衝突によって入力されるエネルギが吸収される。

また、本実施形態に係るセンターピラー３における繊維強化樹脂構造体は、構成部品を複数にするのではなく、一体的に形成された繊維強化樹脂構造体を構成する繊維強化樹脂中の繊維の配向方向の比率を異ならせることによって、第１の領域Ａと第２の領域Ｂとで特性を異ならせている。したがって、センターピラー３を比較的容易に製造することができるとともに、より車両の軽量化に資することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は係る例に限定されない。本発明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、当然に本発明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、当然に本発明の技術的範囲に属する。

例えば、第３の層５５及び第４の層５７の割合が相対的に低い第１の領域Ａにおいて、各層の構成比率が全体に渡って同じであってもよく、異なっていてもよい。第１の領域Ａにおいて、第３の層５５及び第４の層５７の割合が相対的に高くされた部分が一部に含まれていてもよい。同様に、第３の層５５及び第４の層５７の割合が相対的に高い第２の領域Ｂにおいて、各層の構成比率が全体に渡って同じであってもよく、異なっていてもよい。第２の領域Ｂにおいて、第３の層５５及び第４の層５７の割合が相対的に低くされた部分が一部に含まれていてもよい。

３ センターピラー
１２，１１２ センターピラー本体部
２０，１２０ インナ部
３０，１３０ アウタ部
４０ａ，４０ｂ，１４０ａ，１４０ｂ 側面部
５１ 第１の層
５３ 第２の層
５５ 第３の層
５７ 第４の層
７０，７２ カバー層
１８０ リンフォース
１８２ インナパネル
１８４ アウタパネル
Ａ 第１の領域
Ｂ 第２の領域
Ｄ 変形領域
Ｓ 空隙

Claims (8)

1. 長手方向に中空の筒状を有する繊維強化樹脂構造体を備えた車両用センターピラーにおいて、
   前記繊維強化樹脂構造体の車長方向の前方側及び後方側に位置する側面部は、
   繊維の配向方向が前記長手方向に対して０°の方向である第１の繊維強化樹脂シート、繊維の配向方向が前記長手方向に対して９０°の方向である第２の繊維強化樹脂シート、繊維の配向方向が前記長手方向に対して４５°の方向である第３の繊維強化樹脂シート及び繊維の配向方向が前記長手方向に対して−４５°の方向である第４の繊維強化樹脂シートの少なくとも２つ以上が重ね合わせられて形成され、
   前記側面部の前記長手方向の少なくとも一部の領域は、
   車幅方向の車室側に形成される第１の領域と、
   前記車幅方向の車外側に形成される第２の領域と、を有し、
   前記第２の領域に占める前記第３の繊維強化樹脂シート及び前記第４の繊維強化樹脂シートの割合は、前記第１の領域に占める前記第３の繊維強化樹脂シート及び前記第４の繊維強化樹脂シートの割合よりも高く、
   前記側面部の車高方向の下部領域に、前記車幅方向の長さ全体に占める前記第２の領域の長さの割合が、前記側面部の前記車高方向の上部領域における前記車幅方向の長さ全体に占める前記第２の領域の長さの割合よりも高い変形領域を備える、
   車両用センターピラー。
2. 前記上部領域から前記下部領域にかけて、前記車幅方向の長さ全体に占める前記第２の領域の長さの割合が漸増する、請求項１に記載の車両用センターピラー。
3. 前記第１の領域及び前記第２の領域の境界付近には、前記繊維強化樹脂構造体の前記第１の領域側の構成部分及び前記第２の領域側の構成部分が重なり合うオーバーラップ部が形成される、請求項１又は２に記載の車両用センターピラー。
4. 前記オーバーラップ部は、前記第１の領域を構成する複数の前記繊維強化樹脂シート及び前記第２の領域を構成する複数の前記繊維強化樹脂シートが交互に重なり合うことで形成される、請求項３に記載の車両用センターピラー。
5. 前記繊維強化樹脂構造体は、前記第１の領域及び前記第２の領域に渡って前記側面部に積層されるカバー層を備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の車両用センターピラー。
6. 前記カバー層は、前記側面部、前記車幅方向の前記車室側に位置するインナ部及び前記車幅方向の前記車外側に位置するアウタ部の内周面又は外周面の少なくともいずれかに渡って形成される、請求項５に記載の車両用センターピラー。
7. 前記繊維強化樹脂構造体は、センターピラー本体部である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の車両用センターピラー。
8. 前記繊維強化樹脂構造体は、リンフォースである、請求項１〜６のいずれか１項に記載の車両用センターピラー。
   

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