JP5880012B2 - 車体骨格部材 - Google Patents

Description

本発明は、自動車の車体の一部を構成する車体骨格部材に関する。

自動車の車体（ボディ）は、サイドメンバやクロスメンバあるいはピラーなどの車体骨格部材を含んでいる。例えば車体の側部を構成するピラーは、アウタパネルおよびインナパネルと、必要に応じて設けるリンフォース（補強材）などによって構成されている。リンフォースはアウタパネルとインナパネルとの間に配置されている。

車体骨格部材は、曲げや圧縮あるいはねじりの荷重に対して強度を有することが望まれている。特にピラーのように車体の側部を構成する車体骨格部材は、車体側方から入力する衝突荷重だけでなく、例えば横転等を想定したときのルーフ部からの入力に対する強度も重要である。

このため従来は、例えば特許文献１に記載されているように、センタピラーのリンフォースを高周波焼入れ装置によって熱処理することにより、所望の硬度分布を得るようにすることが提案されている。あるいは特許文献２に記載されているように、車体骨格部材の一部、例えばリンフォース等の平面部や稜線部に焼入れを行なうことも提案されている。これら従来技術のように、焼入れによって車体骨格部材の強度を高くすることが可能である。

特許第３３０５９５２号公報 特開２００３−４８５６７号公報

車体骨格部材を構成するインナパネルやリンフォース等には、種々の理由から孔が形成されている。例えば、何らかの部品を取付けるためのクリップやボルト等を挿入する孔が形成されたり、パネルの位置決めのための基準孔が形成されたりすることもある。しかしこのような孔が車体骨格部材に形成されていると、衝突荷重が入力したときに、孔部を起点として車体骨格部材が折れ曲がったり破損したりする可能性が考えられた。

前記孔部を補強するために、リンフォースを設けるなどの補強構造も考えられるが、このような補強構造は車体骨格部材の重量や部品数が増加する原因となるだけでなく、コストアップの原因ともなる可能性がある。孔部の強度を高める手段として、孔部に焼入れを行なうことも有効であるが、孔部の内周縁は非拘束で変形しやすい状態となっているため、焼入れの際の熱歪みによって孔部付近が大きく変形したり、孔部の位置がずれたりすることがあった。

従って本発明の目的は、孔部を有する車体骨格部材において、強度が高くかつ孔部の精度を維持できるような車体骨格部材を提供することにある。

本発明は、リンフォース等の第１のパネルとインナパネル等の第２のパネルとを有し、少なくとも一部が閉断面をなす車体骨格部材であって、前記第１のパネルと第２のパネルの少なくとも一方は焼入れによる熱処理部を有し、前記第１のパネルと第２のパネルの少なくとも一方に孔が形成され、前記孔の内周縁を含み、部品が挿入されかつ固定される孔部と、前記内周縁の周りに形成され前記孔部に対し板厚方向に段差を有する段差部と、前記内周縁の周りで前記段差部を境として前記内周縁とは反対側の領域に形成された焼入れによる熱処理部とを具備している。

前記車体骨格部材の一例は、前記車体のセンタピラー等のピラーを構成する車体骨格部材であり、該車体骨格部材のインナパネルに前記孔と前記段差部と前記熱処理部が形成されている。また前記インナパネルの縦壁部と稜線部を含む領域に、焼入れによる前記熱処理部が形成されていてもよい。本発明の１つの実施形態では、前記段差部が前記孔部の全周にわたって連続している。他の実施形態では、前記段差部が前記孔部の全周のうちの一部に形成されていてもよい。

本発明によれば、第１のパネルあるいは第２のパネルの少なくとも一方に孔部が形成された車体骨格部材において、焼入れによる前記熱処理部と前記段差部とを設けたことにより、強度が高くかつ孔部の精度を維持することが可能な車体骨格部材を提供できる。本発明は、センタピラーをはじめとして車体各部を構成する車体骨格部材に適用することができる。また熱処理部を焼入れする際の熱歪によって内周縁が変形することを抑制でき、前記孔部が許容限度以上に変形したり孔の内周縁の位置が基準位置からずれてしまうなどの不具合を抑制できる。

自動車の車体の一部を示す斜視図。 本発明の第１の実施形態に係る車体骨格部材の側面図。 図２中のＦ３−Ｆ３線に沿う車体骨格部材の断面とレーザ焼入れ装置とを示す図。 自動車のルーフ部に荷重を負荷する装置の一部と車体の正面図。 図２に示された車体骨格部材の一部と該車体骨格部材に取付ける部品とを示す斜視図。 本発明の第２の実施形態に係る車体骨格部材の断面図。 本発明の第３の実施形態に係る車体骨格部材の断面図。

以下に本発明の第１の実施形態に係る車体骨格部材について、図１から図５を参照して説明する。
図１は自動車の車体１０の一部を示している。車体１０は、フロアパネル１１と、サイドシル１２と、ルーフパネル１３と、サイドルーフレール１４と、フロントピラー１５およびセンタピラー１６などを含んでいる。サイドシル１２とサイドルーフレール１４およびピラー１５，１６等の車体骨格部材によって、フロント側のドア開口部１７と、リヤ側のドア開口部１８が構成されている。ルーフパネル１３とサイドルーフレール１４は、車体１０のルーフ部１９を構成している。

以下に、センタピラー１６を例に挙げて、車体骨格部材２０の補強構造について説明する。図２は、センタピラー１６を構成する車体骨格部材２０の一部を車体外側から見た側面図である。この車体骨格部材２０は、前記サイドシル１２とサイドルーフレール１４との間において上下方向に延びている。車体骨格部材２０の下部２０ａはサイドシル１２に結合され、車体骨格部材２０の上部２０ｂはサイドルーフレール１４に結合される。図３に車体骨格部材２０の断面の一例が示されている。図３において、矢印Ｘは車体１０の前後方向、矢印Ｙは車体１０の幅方向を示している。

図３に示されるように車体骨格部材２０は、車体１０の外側に配置されるリンフォース３０と、車体１０の内側に配置されるインナパネル４０とを含んでいる。リンフォース３０の車体外側には、アウタパネル（図示せず）が配置されている。少なくともリンフォース３０とインナパネル４０は、焼入れにより強度が高められる鋼板からなる。リンフォース３０はこの発明で言う第１のパネルの一例であり、インナパネル４０は第２のパネルの一例である。

リンフォース３０は、車体の前後方向Ｘに関して前側に位置する縦壁３１と、後側に位置する縦壁３２と、これら縦壁３１，３２間に形成された外側壁３３と、フランジ３４，３５などを有し、概ねハット形断面をなしている。外側壁３３は、車体の幅方向Ｙに関してフランジ３４，３５よりも車体外側に位置している。

インナパネル４０は、車体の前後方向Ｘに関して前側に位置する縦壁４１と、後側に位置する縦壁４２と、これら縦壁４１，４２間に形成された内側壁４３と、フランジ４４，４５などを有し、概ねハット形断面をなしている。内側壁４３は、車体の幅方向Ｙに関してフランジ４４，４５よりも車体内側に位置している。縦壁４１，４２と内側壁４３との間には、インナパネル４０の長手方向（上下方向）に沿う稜線部（角部）４６，４７が形成されている。

この車体骨格部材２０は、リンフォース３０のフランジ３４，３５とインナパネル４０のフランジ４４，４５とを例えばスポット溶接によって互いに結合することにより、図３に示すような閉断面４８が形成されている。ただしこの閉断面４８の形状は、車体骨格部材２０の長手方向（上下方向）に沿って変化するため、図３に示す形状に限らないことは言うまでもない。

車体骨格部材２０の強度を高めるために、リンフォース３０あるいはインナパネル４０の長手方向の少なくとも一部（例えば図２にハッチングで模式的に示す領域Ｓ等）に、焼入れによる熱処理部が形成されている。例えばインナパネル４０の縦壁４１，４２や稜線部４６，４７を含む領域に焼入れによる熱処理部を形成することにより、ルーフクラッシュ等の入力に対する車体骨格部材２０の強度を高めることが可能である。

図３にレーザ焼入れ装置５０の一例が模式的に示されている。レーザ焼入れ装置５０によってインナパネル４０にレーザビーム５５を照射しつつ高速でスキャンすることにより、レーザビーム５５が照射された箇所が焼入温度（例えばγ鉄が生じるオーステナイト化温度）まで急速加熱される。そして急速加熱された箇所の熱が周囲の低温部によって急速に奪われることにより、焼入れ組織（例えばマルテンサイト）が生じる温度勾配で急冷される。こうして前記熱処理部が形成される。

図４は、ルーフクラッシュを想定した場合に荷重装置６０によってルーフ部１９に負荷される荷重Ｗを示している。図４に示されるようにセンタピラー１６は、車体１０の前後方向から見て、車体１０の外側に凸となるような湾曲した形状をなしている。このためルーフ部１９に荷重Ｗが加わると、センタピラー１６を上方から圧縮する荷重Ｗがセンタピラー１６に入力し、その結果、センタピラー１６の長手方向中間部が２点鎖線Ｚで示すように外側に突き出るように曲がる傾向がある。

前記荷重Ｗによってセンタピラー１６の車体骨格部材２０が変形すると、車体骨格部材２０を構成しているリンフォース３０に引張りの応力が作用するとともに、インナパネル４０に圧縮の応力が作用する傾向がある。本実施形態の車体骨格部材２０は、インナパネル４０の縦壁４１，４２や稜線部４６，４７を含む領域が焼入れによって硬化しているため、曲げの内側のインナパネル４０に生じる圧縮の力に対して座屈を生じにくくすることができる。インナパネル４０のみに焼入れを行なうことにより、焼入れに消費されるエネルギーを少なくすることができる。なお、リンフォース３０とインナパネル４０の双方に、前記熱処理部を形成してもよい。

図５は、インナパネル４０の一部を示している。このインナパネル４０に孔７０が形成されている。孔７０はインナパネル４０を厚さ方向に貫通している。この明細書では、孔７０の周りの領域（内周縁７０ａを含む領域）を孔部７０ｂと称している。この孔７０に部品７１が挿入され、部品７１が孔部７０ｂに固定される。部品７１の一例はハーネスクリップであるが、それ以外の部品であっても構わない。図３に示すリンフォース３０には、インナパネル４０の前記孔７０と対応した位置に、部品７１を通す際に利用される開口７２が形成されていてもよい。

図５に示すように、孔部７０ｂの周りには内周縁７０ａを囲むように段差部７５が形成されている。段差部７５は、縦壁４１，４２やフランジ４４，４５と共にプレス加工によって形成することができる。このような段差部７５が孔部７０ｂの周りに形成されているため、孔部７０ｂは内側壁４３（図３に示す）に対して板厚方向に段差Ｈ１の分だけ閉断面４８の内側に位置している。

前記孔部７０ｂの周囲には、段差部７５を境に内周縁７０ａとは反対側の領域（内周縁７０ａを含まない領域）に、前記レーザ焼入れ装置５０によって、焼入れ組織からなる熱処理部８０（図５にハッチングで模式的に示す）が形成されている。なお、熱処理部８０の一部が段差部７５にかかっていてもよい。また熱処理部８０は、孔部７０ｂの全周にわたっていてもよいし、あるいは孔部７０ｂの全周の一部に形成されていてもよい。このような熱処理部８０が孔部７０ｂ付近に形成されていることにより、孔部７０ｂの強度を高めることができ、例えばルーフクラッシュ等の衝突荷重が車体骨格部材２０に入力した際に、孔部７０ｂを起点として車体骨格部材２０が曲がったり折れたりすることを抑制することができる。

前記熱処理部８０は孔７０の内周縁７０ａには及んでいないため、熱処理部８０を焼入れする際の熱歪によって内周縁７０ａが変形することを抑制できる。しかも内周縁７０ａを囲む領域に段差部７５が形成されているため、焼入れ時に生じる熱歪によって孔部７０ｂが許容限度以上に変形したり、内周縁７０ａの位置が基準位置からずれてしまうなどの不具合を抑制できるものである。

図６は、本発明の第２の実施形態に係る車体骨格部材２０Ａを示している。この車体骨格部材２０Ａの段差部７５は、内側壁４３に対して孔部７０ｂが板厚方向の外側に突き出る段差Ｈ２を有する形状となっている。それ以外の構成について、この車体骨格部材２０Ａは第１の実施形態の車体骨格部材２０と共通であるため、両者に共通の箇所に共通の符号を付して説明を省略する。

図７は、本発明の第３の実施形態に係る車体骨格部材２０Ｂを示している。この車体骨格部材２０Ｂの段差部７５は、内側壁４３に対して孔部７０ｂが板厚方向外側に突き出る段差Ｈ２を有する段差部７５ａと、孔部７０ｂが周囲の壁部４３ａよりも低くなるような段差Ｈ３を有する段差部７５ｂとを含んでいる。それ以外は第１の実施形態の車体骨格部材２０と共通であるため、互いに共通の箇所に共通の符号を付して説明を省略する。

なお本発明は、ピラー以外の車体骨格部材、例えばルーフサイドレールやルーフボウなど、曲げ強度が重視される車体骨格部材に適用することもできる。また段差部７５は孔部７０ｂの全周に形成されていてもよいし、孔部７０ｂの周方向の一部にのみ形成されていてもよい。また熱処理部８０は、レーザ焼入れ装置以外の焼入れ手段（例えば高周波焼入れやシーム溶接機を用いた焼入れ等）によって形成されてもよい。孔７０の形状や配置あるいは熱処理部８０の配置や焼入れパターン等の具体的な態様についても種々に変更して実施できることは言うまでもない。

１０…車体、１６…センタピラー、２０，２０Ａ，２０Ｂ…車体骨格部材、３０…リンフォース（第１のパネルの一例）、４０…インナパネル（第２のパネルの一例）、４８…閉断面、７０…孔、７０ａ…内周縁、７０ｂ…孔部、７１…部品、７５…段差部、８０…熱処理部。

Claims (6)

1. 第１のパネルと第２のパネルとを有し、少なくとも一部が閉断面をなす車体骨格部材であって、
   前記第１のパネルと第２のパネルの少なくとも一方は焼入れによる熱処理部を有し、
   前記第１のパネルと第２のパネルの少なくとも一方に孔が形成され、
   前記孔の内周縁を含み、部品が挿入されかつ固定される孔部と、
   前記内周縁の周りに形成され前記孔部に対し板厚方向に段差を有する段差部と、
   前記内周縁の周りで前記段差部を境として前記内周縁とは反対側の領域に形成された焼入れによる熱処理部と、
   を具備したことを特徴とする車体骨格部材。
2. 前記車体骨格部材は、前記車体のピラーを構成する車体骨格部材であり、該車体骨格部材のインナパネルに前記孔と前記段差部と前記熱処理部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の車体骨格部材。
3. 前記インナパネルの縦壁と稜線部を含む領域に、焼入れによる熱処理部が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の車体骨格部材。
4. 前記段差部が前記孔部の全周にわたって連続していることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の車体骨格部材。
5. 前記段差部が前記孔部の全周のうちの一部に形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の車体骨格部材。
6. 前記内周縁の周りの前記熱処理部が前記孔部の内周縁を含まない領域に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の車体骨格部材。

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