JP6049146B2 - 車体骨格構造 - Google Patents

Description

本発明は、骨格部材に補強部材を接合して補強するに際し、骨格部材と補強部材とを複数の溶接線に沿って溶接させることで、この溶接により外力を受けた際の変形モードをコントロールする車体骨格構造に関する。

一般に、自動車等の車両の車体を構成する骨格部（車体骨格部）は、プレス成形機等を用いて所望の形状に曲げ成形されている。これら車体骨格部は、車体に必要な所定の剛性を得るため、強度不足となる箇所には補強鋼板（いわゆる、リンフォース）をスポット溶接等にて接合し、補強する。この車体骨格部は、例えば、フロントピラー、サイドレール、センタピラー、サイドシル等であり、それぞれにおいて、必要とする強度に応じて補強鋼板を適宜溶接する。

又、車体骨格部には、２枚の骨格部材であるアウタパネルとインナパネルを接合して閉断面を形成し、その内部に補強鋼板を介装したものが広く採用されている。各骨格部材は予めプレス成形等で個別に成形し、組立工程において各々を所定に仮止めした状態で、スポット溶接等により順次接合される。

この中で、例えば、センタピラーは、側面衝突等により側面から外力が印加された際に、車体上部は乗員保護のために高強度に補強して最小の変形量とし、一方、車体下部は変形量が最大となるように補強して衝撃エネルギを吸収する構造にする必要がある。

一つの車体骨格部において部位毎に異なる変形モードで変形させる技術として、例えば特許文献１（特開２０１０−１７３５６２号公報）には、センタピラーのアウタパネルに接合した補強鋼板の下側の縦壁部を車幅方向内側に向けて大きく広がるように傾斜して設け、一方、上側については、その縦壁部を下側部分の縦壁部ほど傾斜させないで形成することで、側面から外力が印加された場合に、下部側は縦壁部が車室内に倒伏変形して圧潰されて、衝突エネルギが吸収され、一方、上側の縦へ基部はさほど傾斜されていないので、外力に対して抗力が発生して車室側への大きな変形を防止するようにした技術が開示されている。

特開２０１０−１７３５６２号公報 特開２０１１−８８４８４号公報

しかし、上述した文献に開示されている技術は、補強鋼板の形状により外力を受けた際の変形モードをコントロールするようにしているため、センタピラーアウタの断面形状と補強鋼板の断面形状とが一致せず、従って、この補強鋼板は、両側に形成したフランジをアウタパネルとインナパネルとに形成されているフランジにて挟持した状態で仮止めしてで溶接する必要がある。その結果、溶接作業が煩雑化するばかりでなく、スポット溶接等の溶接ガンを被溶接部位に臨ませることが難しい部位においては、スムーズな溶接作業を行うことができない不都合がある。

この対策として、例えば特許文献２（特開２０１１−８８４８４号公報）には、成形前の平板状のアウタパネルに対し、補強を必要とする部位に、補強鋼板をロウ付けしておき、その後、プレス成形によりアウタパネルと補強鋼板とを一体に曲げ形成するようにした技術が開示されている。

この文献に開示されている技術によれば、補強鋼板を平板の状態でロウ付けした後、プレス成形することで、プレス成形後の溶接作業が省略でき、作業効率を向上させることができる。

しかし、補強鋼板がアウタパネルに接合した状態で一体にプレス成形されるため、補強鋼板を用いて１つのアウタパネルを異なる変形モードで変形させようとするには、複数枚の補強鋼板を、所望の変形モードが得られるように複雑に貼り合わせてプレス成形する必要があり、プレス成形前の段取り工数が嵩んでしまう不都合がある。更に、予め決められた位置に各補強鋼板を配列させる必要性から、変形モードの特性を簡単に変更することができず、汎用性に劣る問題がある。

本発明は、上記事情に鑑み、補強鋼板を複雑に組み合わせることなく、異なる変形モー
ドを容易に設定することができると共に、特性変更に対しても容易に対応することができ
て、汎用性に優れた車体骨格構造を提供することを目的とする。

本発明は、所定に曲げ成形された骨格部材と、前記骨格部材の表面に対し、該表面に沿って曲げ形成された状態で接合されている少なくとも１枚の補強部材とからなり、前記補強部材が前記骨格部材に対し面で接合され、前記補強部材に、複数の溶接線が所定間隔を開けて略平行に設定されている第１領域と第２領域とが設定されて、該第１領域に設定された前記溶接線と該第２領域に設定された前記溶接線とは同一面において異なる方向に延在され、前記補強部材が前記骨格部材に対し前記溶接線に沿って溶接により接合されている車体骨格構造において、前記骨格部材はセンタピラーのアウタパネルで、前記補強部材は該センタピラーのリンフォースであり、前記リンフォースの下部に前記第１領域が設定され、前記リンフォースの中上部に前記第２領域が設定され、前記第１領域に前記溶接線が略水平方向に延在され、前記第２領域に前記溶接線が略垂直方向に延在されている。

本発明によれば、補強部材を骨格部材に対して複数の溶接線に沿って溶接したので、この溶接線上の溶接部位の溶接硬化により、変形モードを容易に設定することができる。その結果、従来のように補強鋼板を複雑に組み合わせる必要がなくなり、又、溶接線の本数、間隔、延在方向等を適宜変更することで、特性変更に対しても容易に対応することができ、優れた汎用性を得ることができる。

車体左側部の斜視図 センタピラーの分解斜視図 センタピラーを構成するアウタパネルに溶接されているリンフォースの透かし図 図１のIV-IV断面図 平板状のアウタパネルに平板状のリンフォースを接合した状態の斜視図 図５の部材をプレス成形した状態の斜視図 （ａ）はセンタピラーに衝撃荷重が印加される前の状態を示す模式図、（ｂ）はセンタピラーに衝撃荷重が印加されて、下部領域と中上部領域とが異なる変形モードで変形する状態を示す模式図

以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。図１の符号１は車両の車体であり、図においては左側部が示されている。尚、車体１の右側部は、左側部と対称形状であるため省略する。

車体１の側部には、前ドアが取付けられる前ドア開口部２、後ドアが取付けられる後ドア開口部３が形成され、この両ドア開口部２，３の上下にサイドレール４とサイドシル５とが配置されている。更に、両ドア開口部２，３間に、上端をサイドレール４に結合し、下端をサイドシル５に結合する、車体骨格部をなすセンタピラー６が架設されている。

図２に示すように、センタピラー６は、骨格部材としてのアウタパネル１１とインナパネル１２とを有し、このアウタパネル１１の内面に補強部材としてのリンフォース１３が接合されている。このアウタパネル１１は断面略ハット形に形成され、一方、インナパネル１２は、アウタパネル１１よりも浅い断面略ハット形に形成されて（図４参照）、両パネル１１，１２の両側に形成されているフランジ１１ａ，１２ａが互いに接合されて、センタピラー６を閉断面のもなか構造に形成している。

又、このセンタピラー６は、上部が下部よりも幅狭に形成されていると共に、上部が車室内方へ湾曲形成されている。リンフォース１３は、アウタパネル１１の下部途中から上部途中まで、アウタパネル１１の内面に沿って接合された断面コの字状に形成されている。この各パネル１１，１２は所定サイズに加工した鋼板を、曲げ成形（プレス成形）して形成されている。又、アウタパネル１１とリンフォース１３とは、プレス成形前の鋼板（板材）の状態で接合された、いわゆるパッチワーク構造を有しており、従って、リンフォース１３はアウタパネル１１の内表面に沿った形状となっている。

すなわち、図５に示すように、アウタパネル１１となる、予め所定サイズ（図においては、上部が除辺された形状）に加工された骨格板材としてのパネル鋼板１１’の内面側に、リンフォース１３となる、所定のサイズ（図においては、上部が除辺された形状）に加工された補強板材としてのパッチ鋼板１３’を所定に位置決めした状態で固定する。

又、このリンフォース１３となるパッチ鋼板１３’の、第１領域としての下部領域Ａには水平方向に延在する複数列（図においては５列）の横溶接線Ｗｐが設定され、又、下部のやや上方から上部にかけての、第２領域としての中上部領域Ｂには略垂直方向に複数列（図においては２列）の縦溶接線Ｗｔが所定間隔を開けて設定されている。尚、この両溶接線Ｗｐ，ＷｔのＸ方向の幅は、アウタパネル１１の車体外側方向に位置する外側面１１ｂ及び車両前後方向の面内に収まるように設定されている。

この各溶接線Ｗｐ，Ｗｔに沿ってアウタパネル１１とリンフォース１３とが溶接される。尚、溶接は、スポット溶接、レーザ溶接、摩擦攪拌接合（ＦＳＷ：Friction Stir Welding）等、何れであっても良く、スポット溶接の場合は各溶接線Ｗｐ，Ｗｔに沿って、所定溶接ピッチの打点列を設定する。又、レーザ溶接、ＦＳＷでは各溶接線Ｗｐ，Ｗｔに沿ってビードを連続形成する。

その結果、各溶接線Ｗｐ，Ｗｔ上が溶接により硬化し、この溶接線Ｗｐ，Ｗｔにほぼ直行する方向を曲げ軸とする曲げ応力に対しては強い耐変形特性となり、各溶接線Ｗｐ，Ｗｔに沿う方向を曲げ軸とする曲げ応力に対しては弱い耐変形特性となる。

従って、図５に示すように、下部領域ＡにおいてはＸ方向（略水平方向）を曲げ軸とする曲げ応力σｘに対しては弱い耐変形特性となり、Ｙ方向（略垂直方向）を曲げ軸とする曲げ応力σｙに対しては強い耐変形特性となる。これに対し、中上部領域Ｂでは、Ｘ方向（略水平方向）を曲げ軸とする曲げ応力σｘに対して強い耐変形特性となり、Ｙ方向（略垂直方向）を曲げ軸とする曲げ応力σｙに対しては弱い耐変形特性となる。

その結果、図６に示すように、互いに接合されている鋼板１１’１３’を一体にプレス成形してアウタパネル１１、及びリンフォース１３を同時形成すると、１つのアウタパネル１１において、その下部領域Ａと中上部領域Ｂとでは変形モードが異なる方向に作用することになる。尚、図７（ａ）に示すように、下部領域Ａは、車両１Ａの車室２１内に設けたフロントシートのシートクッション（図示せず）、及びそれに着座している乗員２２の腰部付近の高さに合わせて設定されている。

次に、このような構成による本実施形態の作用について説明する。図７（ａ）に示すような車体１の構造を有する車両１Ａにおいて、センタピラー６の下部領域Ａは、図３に示すように、アウタパネル１１とその内面に接合されているリンフォース１３とが複数列の横溶接線Ｗｐに沿って溶接されており、又、中上部領域Ｂは縦溶接線Ｗｔに沿って溶接されている。この各溶接線Ｗｐ，Ｗｔ上は溶接硬化しているため、下部領域ＡではＸ方向（略水平方向）を曲げ軸とする曲げ応力σｘに対して弱い耐変形特性となり、Ｙ方向（略垂直方向）を曲げ軸とする曲げ応力σｙに対しては強い耐変形特性となる。これに対し、中上部領域Ｂでは、Ｘ方向を曲げ軸とする曲げ応力σｘに対して強い耐変形特性となる。

その結果、車両１Ａの側面に対して、側面衝突等により、側方から車室２１内へ向かって衝撃荷重Ｆが印加されると、図７（ｂ）に示すように、センタピラー６の下部領域Ａは、Ｘ方向（図３参照）を曲げ軸として屈曲する変形モードとなり、この変形により衝撃エネルギが吸収されると共に、この下部領域Ａが車室２１へ突出することで、インナパネル１２に装着されている腰押しパッド２３がフロントシートのシートクッション、及びそれに着座している乗員２２の腰部を押圧し、フロントシート及び乗員２２を車室２１の中央方向へ押圧して待避させる。

一方、センタピラー６の中上部領域ＢはＸ方向（水平方向）を曲げ軸とする曲げ応力σｘに対して強い耐変形特性を有しているため、車室２１側へ変形し難く、従って、乗員２２の頭部を有効に保護することができる。

このように、本実施形態では、センタピラー６を構成するアウタパネル１１とその内面に接合されているリンフォース１３とをパッチワーク構造とし、プレス成形前のパネル鋼板１１'に対してパッチ鋼板１３’を予め接合した状態でプレス成形したので、各鋼板１１'，１３'を個別にプレス成形後に接合する場合に比し、溶接ガン等の進入が妨げられず、溶接位置を正確に設定することができる。

又、重ね合わせた鋼板１１’，１３’に対して、複数列の溶接線Ｗｐ，Ｗｔを設定し、この各溶接線Ｗｐ，Ｗｔに沿って溶接を行い、当該部位を溶接硬化させることで、プレス成形後のアウタパネル１１に対し、リンフォース１３が接合されている範囲で、耐変形強度に強弱を任意に設定することが可能となる。その結果、従来のように強鋼板を複雑に組み合わせる必要がなくなり、領域毎（本実施形態では、下部領域Ａと中上部領域Ｂ）とで、異なる方向の変形モードを任意、且つ容易に設定することができる。

又、異なる方向の変形モードを、リンフォース１３を接合する際の溶接により実現したので、変形挙動を制御する自由度が増し、乗員保護と側面衝突時の衝撃エネルギ吸収の最適化との双方を実現することができる。更に、プレス成形の際に補強リブを形成する必要が無いため、成形型を簡素化することができるばかりでなく、溶接線の変更は容易であるため、変形モードの特性変更も、成形型を変更することなく、容易に対応することができ、高い汎用性を得ることができる。

尚、本発明は、上述した実施形態に限るものではなく、例えば、溶接線はパッチ鋼板１３’上に斜めに設定したり、筋交い状やマス目状に設定することも可能である。又、上述した実施形態では、１枚のパッチ鋼板１３に対して、異なる方向の溶接線Ｗｐ，Ｗｔを設定しているが、２枚以上のパッチ鋼板を用いて、個々に溶接線を設定するようにしても良い。更に、パッチ鋼板は２枚以上重畳されていても良い。

又、適用する車体骨格部は、センタピラー６に限らず、フロントピラーやリヤピラー、サイドレールやサイドシル等、車体を構成するあらゆる車体骨格部に適用することができる。更に、パッチ鋼板は骨格部材の外表面に接合されていても良い。

１…車体、
１Ａ…車両、
２…前ドア開口部、
３…後ドア開口部、
４…サイドレール、
５…サイドシル、
６…センタピラー、
１１…アウタパネル、
１１’…パネル鋼板、
１１ａ，１２ａ…フランジ、
１１ｂ…外側面、
１２…インナパネル、
１３…リンフォース、
１３’…パッチ鋼板、
２１…車室、
２２…乗員、
２３…腰押しパッド、
Ａ…下部領域、
Ｂ…中上部領域、
Ｗｐ…横溶接線、
Ｗｔ…縦溶接線、
σｘ，σｙ…応力

Claims (2)

1. 所定に曲げ成形された骨格部材と、前記骨格部材の表面に対し、該表面に沿って曲げ形成された状態で接合されている少なくとも１枚の補強部材とからなり、
   前記補強部材が前記骨格部材に対し面で接合され、
   前記補強部材に、複数の溶接線が所定間隔を開けて略平行に設定されている第１領域と第２領域とが設定されて、該第１領域に設定された前記溶接線と該第２領域に設定された前記溶接線とは同一面において異なる方向に延在され、
   前記補強部材が前記骨格部材に対し前記溶接線に沿って溶接により接合されている車体骨格構造において、
   前記骨格部材はセンタピラーのアウタパネルで、前記補強部材は該センタピラーのリンフォースであり、
   前記リンフォースの下部に前記第１領域が設定され、
   前記リンフォースの中上部に前記第２領域が設定され、
   前記第１領域に前記溶接線が略水平方向に延在され、
   前記第２領域に前記溶接線が略垂直方向に延在されている
   ことを特徴とする車体骨格構造。
2. 所定に曲げ成形された骨格部材と、前記骨格部材の表面に対し、該表面に沿って曲げ形成された状態で接合されている少なくとも１枚の補強部材とからなり、
   前記補強部材が前記骨格部材に対し面で接合され、
   前記補強部材に、複数の溶接線が所定間隔を開けて略平行に設定されている第１領域と第２領域とが設定されて、該第１領域に設定された前記溶接線と該第２領域に設定された前記溶接線とは同一面において異なる方向に延在され、
   前記補強部材が前記骨格部材に対し前記溶接線に沿って溶接により接合されている車体骨格構造において、
   前記骨格部材に対して１枚の前記補強部材が接合され、
   前記骨格部材はセンタピラーのアウタパネルで、前記補強部材は該センタピラーのリンフォースであり、
   前記リンフォースの下部に前記第１領域が設定され、
   前記リンフォースの中上部に前記第２領域が設定され、
   前記第１領域に前記溶接線が略水平方向に延在され、
   前記第２領域に前記溶接線が略垂直方向に延在されている
   ことを特徴とする車体骨格構造。

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