JP6535109B2

JP6535109B2 - 骨格部

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Publication number: JP6535109B2
Application number: JP2017562409A
Authority: JP
Inventors: 竜蔵西村; 健児丹羽; 浩一神田
Original assignee: Futaba Industrial Co Ltd
Current assignee: Futaba Industrial Co Ltd
Priority date: 2016-01-22
Filing date: 2016-01-22
Publication date: 2019-06-26
Anticipated expiration: 2036-01-22
Also published as: US10807648B2; JPWO2017126119A1; CN108463392B; CN108463392A; WO2017126119A1; DE112016006274T5; US20190002030A1

Description

本開示は、車両の骨格に含まれる骨格部に関する。

車両の安全性の向上のため、センターピラー等といった車体の主要な部材の強度の向上が求められている。ここで、複数の部材を重ね合わせて構成された中空のセンターピラーが知られている。このようなセンターピラーは、例えば、部材に設けられたフランジ状の部分であるフランジ部と他の部材とを複数個所でスポット溶接することで構成される。この時、スポット溶接の熱により、フランジ部における溶接個所の周辺は、強度が低下する。

これに対し、特許文献１には、フランジ部における溶接個所及びその周辺以外の部分に、他の部分よりも薄く、強度が低い低強度部を設けることが記載されている。これにより、スポット溶接の熱による歪みが低強度部にも分散し、強度の低下を抑制できる。

特開２０１５−７１３８５号公報

この他にも、センターピラー等に含まれる部材の厚みを増すことで、センターピラーの強度を高めることも考えられる。しかしながら、これにより、各部材の溶接が困難になる恐れがある。

本開示の一側面においては、製造コストを抑えつつ、車体の強度を高めることが望ましい。

本開示の一側面は、車両の車体における骨格の一部である骨格部に含まれる高張力鋼の部材である骨格部材に関する。骨格部材は、車両の他の部材に当接する板状の取付部を有する。取付部は、当該取付部における他の部分よりも薄い部分であって、他の部材に溶接される部分である溶接部を有する。

このような構成によれば、溶接部に対して溶接を行うことで、他の部材と骨格部材とを容易且つ確実に接合できる。このため、骨格部材における溶接部以外の部分をより厚くすることが可能となる。その結果、骨格部材を含む骨格部の強度を向上できる。したがって、車体の強度を高めることができる。

さらに、骨格部材の厚さを増すことで、骨格部に含まれる他の部材の厚さを抑制できる。また、補強用部材を別途設ける必要が無くなり、部品数を低減できる。このため、車体の軽量化が可能となる。さらに、部品数の低減により溶接個所が減る。このため、車両の製造コストを抑制できる。また、部品数が低減した結果、高張力鋼の骨格部材を、他の高張力鋼の部材に溶接するのを回避可能となる。このため、高張力鋼の溶接後、溶接個所の温度が低下した後に生じる遅れ破壊等のリスクを抑制できる。

したがって、製造コストを抑えつつ、車体の強度を高めることができる。
上記構成において、車両の内部の空間のうち、車両に乗っている者が留まる領域を、キャビンとし、骨格部材は、キャビンを取り囲む骨格部に含まれる部材であり、他の部材とは、骨格部材を含む骨格部に含まれる部材であっても良い。

これにより、製造コストを抑えつつ、車体におけるキャビンを取り囲む部分の強度を高めることができる。
上記構成において、骨格部は、車両の側部に設けられた前後方向に並ぶ２つのドアの間に配される柱状の部材であるセンターピラーであり、骨格部材は、細長い溝部を有する部材であり、取付部は、溝部に沿って長手方向に延びる部分であっても良い。

これにより、製造コストを抑えつつ、センターピラーの強度を高めることができる。
また、本開示の一側面は、車両の車体における骨格の一部である骨格部に含まれる高張力鋼の部材である骨格部材の製造方法に関する。該製造方法では、プレス成形により、予め定められた形状の板状部材を骨格部材の形状に加工する。骨格部材は、車両の他の部材に当接する板状の取付部を有する。取付部は、当該取付部における他の部分よりも薄い部分であって、他の部材に溶接される部分である溶接部を有する。そして、プレス成形により板状部材を骨格部材の形状に加工する際に、溶接部を形成する。

このような製造方法により製造された骨格部材は、溶接部に対して溶接を行うことで、他の部材に対し容易且つ確実に接合できる。このため、骨格部材における溶接部以外の部分をより厚くすることが可能となる。その結果、骨格部材を含む骨格部の強度を向上できる。したがって、車体の強度を高めることができる。

さらに、溶接部は、骨格部材における他の形状と同時に形成される。したがって、効率良く骨格部材の形状を加工することができる。
したがって、製造コストを抑えつつ、車体の強度を高めることができる。

上記構成において、車両の内部の空間のうち、車両に乗っている者が留まる領域を、キャビンとし、骨格部材は、キャビンを取り囲む骨格部に含まれる部材であり、他の部材とは、骨格部材を含む骨格部に含まれる部材であっても良い。

これにより、製造コストを抑えつつ、センターピラーの強度を高めることができる。

本実施形態のセンターピラーアウタの斜視図である。図２Ａは、センターピラーアウタ、サイメンアウタ、及びセンターピラーインナによりセンターピラーを構成した状態での図１のＩＩＡ−ＩＩＡ断面図である。図２Ｂは、センターピラーアウタ、サイメンアウタ、及びセンターピラーインナによりセンターピラーを構成した状態での図１のＩＩＢ−ＩＩＢ断面図である。

１…センターピラーアウタ、２…サイメンアウタ、３…センターピラーインナ、１０…底部、１１…側壁、１２…フランジ部、１３…側壁、１４…フランジ部、１５…溝部。

以下、本開示の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本開示の実施の形態は、下記の実施形態に何ら限定されることはなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の形態を採りうる。

［構成の説明］
センターピラーは、車両の車体における骨格の一部に相当する部材である骨格部の１つである。より詳しくは、センターピラーは、車体の骨格におけるキャビンを囲む部分の骨格部（以後、キャビン周辺の骨格部）の１つである。なお、車体の骨格とは、車体の骨組みに相当する部分である。車体の骨格には、車体の外殻をなす部材等が取り付けられる。また、キャビンとは、車両の内部の空間のうちの、車両に乗っている者が留まる領域である。キャビンには、ドライバが座る運転席、ドライバの側方に位置する助手席、及び、運転席及び助手席の後方に位置する後部座席等が設けられる。

センターピラーは、中空の柱状の部材である。センターピラーは、車両の左右の側部にそれぞれ設けられている。センターピラーは、運転席又は助手席のドアと後部座席のドアとの間に位置する。センターピラーは、ドアが閉鎖されると、ドアの縁部に覆われた状態となる。

センターピラー５は、複数の細長い板状部材が重なった構造を有している。具体的には、センターピラー５は、センターピラーアウタ１、サイメンアウタ２、及びセンターピラーインナ３等を有する（図１，２Ａ）。

センターピラーアウタ１は、高張力鋼により構成されている。高張力鋼は、一例として、引張強度が４４０Ｍｐａ以上であっても良い。また、センターピラーアウタ１は、超高張力鋼により構成されていても良い。超高張力鋼は、一例として、引張強度が９８０Ｍｐａ以上であっても良い。

センターピラーアウタ１は、細長い溝状の部材である。センターピラーアウタ１は、長手方向に延びる溝部１５を有する。センターピラーアウタ１は、長手方向の一端（以後、上端）に向かって先細となる形状を有している。換言すれば、上端に向かうにつれ、溝部１５の幅が狭くなる。また、上端に向かうにつれ、溝部１５が浅くなっている。

また、センターピラーアウタ１の上端を含む上端部分１ａ、及び、下端を含む下端部分１ｃは、これらの部分に挟まれた中央部分１ｂに比べ強度が弱くなっている。具体的には、上端部分１ａ及び下端部分１ｃを、中央部分１ｂよりも薄くすることで、これらの部分の強度を調整しても良い。このようにしてセンターピラーアウタ１の強度を調整することで、車両の側部への衝突が生じた際のセンターピラー５の変形が制御される。

そして、センターピラーアウタ１は、細長い帯状の底部１０及び２つの側壁１１，１３を有する（図２Ａ，２Ｂ）。側壁１１，１３は、それぞれ、底部１０における長手方向に延びる端部の各々に設けられている。側壁１１，１３は、これらの端部から同方向に突出している壁状の部分である。底部１０及び側壁１１，１３に囲まれた部分が、溝部１５となる。また、センターピラーアウタ１は、溝部１５の開口に沿って長手方向に延びる２つの細長い板状のフランジ部１２，１４を有している。より詳しくは、フランジ部１２，１４は、それぞれ、溝部１５の開口における長手方向に延びる端部の各々に隣接して配される。また、フランジ部１２，１４は、側壁１１，１３における溝部１５の開口側の端部から外側に突出する板状の部分である。

また、フランジ部１２，１４は、それぞれ、複数の溶接部１２ａ，１４ａを有する。溶接部１２ａ，１４ａは、それぞれ、予め定められた間隔を開けて長手方向に１列に並ぶ。溶接部１２ａ，１４ａは、点状の領域となっている。溶接部１２ａ，１４ａは、フランジ部１２，１４における他の部分よりも薄くなっている。また、溶接部１２ａ，１４ａは、側壁１１，１３及び底部１０よりも薄くなっている。また、換言すれば、溶接部１２ａ，１４ａは、フランジ部１２，１４における溝部１５の開口側の面に設けられた凹部となっている。なお、これとは反対に、溶接部１２ａ，１４ａは、フランジ部１２，１４における溝部１５の底部１０側の面に設けられた凹部となっていても良い。

また、溶接部１２ａ，１４ａの形状は、一例として円形となっている。しかし、これに限らず、溶接部１２ａ，１４ａの形状は、例えば、楕円形状又は多角形状等であっても良い。また、溶接部１２ａ，１４ａは、例えば、外縁に曲線及び直線が含まれている形状であっても良い。具体的には、例えば、溶接部１２ａ，１４ａは、半円状であっても良い。また、例えば、溶接部１２ａ，１４ａは、外縁が、Ｕ字状の区間と、該区間の両端を繋ぐ直線状の区間とから形成された形状であっても良い。また、例えば、溶接部１２ａ，１４ａを、フランジ部１２，１４における長手方向に延びる端部に隣接した状態で設ける場合も想定される。なお、該端部とは、フランジ部１２，１４における溝部１５の反対側に位置する端部であっても良い。このような場合であれば、溶接部１２ａ，１４ａにおける該端部に隣接しない外縁の形状を、例えば、曲線状（例えば、半円状やＵ字状）、又は、折線状としても良い。

一方、サイメンアウタ２は、細長い溝状の部材である。サイメンアウタ２は、長手方向に延びる細長い溝部２０を有する。また、サイメンアウタ２は、２つの外側接合部２１，２２を有する。外側接合部２１，２２は、溝部２０の開口に沿って長手方向に延びる細長い板状の部分である。外側接合部２１，２２は、それぞれ、溝部２０の開口における長手方向に延びる端部の各々に隣接して配される。

また、センターピラーインナ３は、細長い板状の部材である。センターピラーインナ３は、２つの内側接合部３１，３２を有する。内側接合部３１，３２は、センターピラーインナ３における長手方向に延びるそれぞれの端部に沿って配される。内側接合部３１，３２は、長手方向に延びる細長い板状の部分である。そして、内側接合部３１，３２は、それぞれ、複数の凸部３１ａ，３２ａを有する。凸部３１ａ，３２ａは、それぞれ、長手方向に１列に並ぶ。凸部３１ａ，３２ａは、フランジ部１２，１４の溶接部１２ａ，１４ａと嵌合可能になっている。

そして、センターピラーアウタ１、サイメンアウタ２、及び、センターピラーインナ３を重ねた状態で配し、これらを接合することで、センターピラー５が構成される。
この時、センターピラーアウタ１は、サイメンアウタ２とセンターピラーインナ３との間に挟まれた状態となる。センターピラーアウタ１の溝部１５の開口は、センターピラーインナ３により覆われた状態となる。また、センターピラーアウタ１の底部１０及び側壁１１，１３は、溝部１５の外側からサイメンアウタ２に覆われた状態となる。換言すれば、センターピラーアウタ１の底部１０及び側壁１１，１３は、サイメンアウタ２の溝部２０に収容された状態となる。

また、この時、センターピラーアウタ１のフランジ部１２，１４の底部１０側の面は、サイメンアウタ２の外側接合部２１，２２に当接した状態となる。また、フランジ部１２，１４の溝部１５の開口側の面は、センターピラーインナ３の内側接合部３１，３２に当接した状態となる。さらに、フランジ部１２，１４の溶接部１２ａ，１４ａは、センターピラーインナ３の内側接合部３１，３２の凸部３１ａ，３２ａに嵌合した状態となる。

そして、フランジ部１２，１４の溶接部１２ａ，１４ａ、センターピラーインナ３の凸部３１ａ，３２ａ、及びサイメンアウタ２の当接部分２１ａ，２２ａに対し、スポット溶接が行われる。なお、当接部分２１ａ，２２ａとは、サイメンアウタ２の外側接合部２１，２２における溶接部１２ａ，１４ａに当接する部分である。

溶接部１２ａ，１４ａは、当該溶接部１２ａ，１４ａ、サイメンアウタ２の当接部分２１ａ，２２ａ、及びセンターピラーインナ３の凸部３１ａ，３２ａの３つに対してスポット溶接を行った際、これらが十分に接合される厚さに調整されている。換言すれば、溶接部１２ａ，１４ａの厚さは、当接部分２１ａ，２２ａ及び凸部３１ａ，３２ａの厚さに応じて定められる。また、溶接部１２ａ，１４ａの大きさもまた、スポット溶接を行った際、当該溶接部１２ａ，１４ａ、当接部分２１ａ，２２ａ、及び凸部３１ａ，３２ａが十分に接合されるよう調整されていても良い。

なお、センターピラーアウタ１に、センターピラー５に含まれない他の部材に当接した状態となる板状の部分である取付部を設けても良い。また、取付部に、フランジ部１２，１４と同様の溶接部を設けても良い。そして、同様にして、溶接部を対象として他の部材と共にスポット溶接を行うようにしても良い。

さらに、スポット溶接以外の溶接方法により、フランジ部１２，１４を、サイメンアウタ２及びセンターピラーインナ３に接合させても良い。このような場合には、溶接方法に応じて溶接部１２ａ，１４ａの形状等を定めるのが好適である。

また、フランジ部１２，１４を、サイメンアウタ２及びセンターピラーインナ３の一方に当接するようにしても良い。そして、溶接部に対しスポット溶接を行うことで、センターピラーアウタ１と、サイメンアウタ２及びセンターピラーインナ３のうちの一方とを溶接するようにしても良い。なお、このようにしてセンターピラーアウタ１とサイメンアウタ２とを溶接する場合には、サイメンアウタ２に、センターピラーインナ３と同様の凸部を設けるのが好適である。

また、車両には、キャビン周辺の骨格部として、センターピラー５以外にも、例えば、キックリンフォース、ダッシュロアクロス、フロントピラーロア、フロントピラーアッパリンフォース等の部材が設けられている。

キックリンフォースは、運転席及び助手席の下方に位置する。キックリンフォースは、車両の前後方向に延びる細長い部材である。
また、ダッシュロアクロスは、運転席及び助手席の前方におけるキャビンの底部に沿って配される。ダッシュロアクロスは、車両の幅方向に延びる細長い部材である。なお、キックリンフォースの前端は、ダッシュロアクロスに取り付けられる。

また、フロントピラーロアは、運転席及び助手席のドアの前側にそれぞれ設けられた柱状の部材である。フロントピラーロアは、キャビンの底部からフロントガラスの下端にかけて延びている。

また、フロントピラーアッパリンフォースは、フロントピラーロアの上方に設けられる。フロントピラーアッパリンフォースは、フロントガラスの側方の端部に沿って延びる細長い部材である。

ここで、骨格部に含まれる高張力鋼の部材を、骨格部材と記載する。センターピラー５以外のキャビン周辺の骨格部に含まれる骨格部材も、センターピラーアウタ１と同様の溶接部を有していても良い。さらには、キャビン周辺に限らず、車両の骨格全体の中のいずれかの骨格部に含まれる骨格部材も、同様の溶接部を有していても良い。

すなわち、高張力鋼又は超高張力鋼の骨格部材に、取付部を設けても良い。取付部とは、骨格部材と他の部材とを接合した際、他の部材に当接した状態となる板状の部分である。なお、他の部材とは、該骨格部材を含む骨格部に含まれる部材であっても良いし、該骨格部に含まれない部材であっても良い。また、取付部は、センターピラーアウタ１と同様の溶接部を有する。そして、センターピラー５と同様にして、溶接部を対象として他の部材と共にスポット溶接を行っても良い。

さらに、スポット溶接以外の溶接方法により、骨格部材の取付部を他の部材に溶接しても良い。このような場合には、溶接方法に応じて取付部に設けられた溶接部の形状等を定めるのが好適である。

［製造方法の説明］
次に、本実施形態のセンターピラーアウタ１の製造方法について説明する。センターピラーアウタ１は、板状の鋼材に対しホットスタンプ加工（熱間プレス）を行うことで、予め定められた形状に加工される。また、ホットスタンプ加工により、センターピラーアウタ１を構成する鋼材が高張力鋼又は超高張力鋼となる。

まず、板状の鋼材を予め定められた形状に切断し、板状部材を構成する（切断ステップ）。なお、板状部材は、均一な厚さを有していても良い。
次に、加熱炉にて板状部材を予め定められた加熱温度（一例として９００℃）に加熱する（加熱ステップ）。

次に、ホットスタンプ加工装置により、前記加熱温度に加熱された板状部材に対し、予め定められた金型を用いてプレス成形加工を行う（成形ステップ）。これにより、センターピラーアウタ１が、予め定められた形状に加工される。なお、この時、溶接部１２ａ，１４ａが形成される。つまり、溶接部１２ａ，１４ａは、溝部１５及びフランジ部１２，１４等といった、センターピラーアウタ１の他の部分と同時に形成される。すなわち、溶接部１２ａ，１４ａの板の厚さを薄くすることができる。

次に、ホットスタンプ加工装置にて、成形ステップに形成されたセンターピラーアウタ１を急速に冷却する（冷却ステップ）。これにより、センターピラーアウタ１を構成する鋼材が硬化し、高張力鋼又は超高張力鋼となる。

［効果］
本実施形態のセンターピラーアウタ１によれば、溶接部１２ａ，１４ａに対してスポット溶接を行うことで、センターピラーアウタ１とサイメンアウタ２及びセンターピラーインナ３とを容易且つ確実に接合できる。このため、センターピラーアウタ１における溶接部１２ａ，１４ａ以外の部分を、相対的に厚くすることが可能となる。その結果、センターピラーアウタ１の強度を向上できる。したがって、センターピラー５の強度を高めることができる。

さらに、センターピラーアウタ１の厚さを増すことで、センターピラー５に含まれる他の部材の厚さを抑制できる。また、センターピラー５に補強用部材を別途設ける必要が無くなり、部品数を低減できる。このため、車体の軽量化が可能となる。さらに、部品数の低減により溶接個所が減る。このため、車両の製造コストを抑制できる。また、部品数が低減した結果、高張力鋼のセンターピラーアウタ１を、他の高張力鋼の部材に溶接するのを回避可能となる。このため、高張力鋼の溶接後、溶接個所の温度が低下した後に生じる遅れ破壊等のリスクを抑制できる。

また、本実施形態の製造方法によれば、センターピラーアウタ１の溶接部１２ａ，１４ａは、センターピラーアウタ１における溝部１５及びフランジ部１２，１４等と同時に形成される。したがって、効率良くセンターピラーアウタ１の形状を加工することができる。

したがって、製造コストを抑えつつ、車体の強度を高めることができる。
また、センターピラーインナ３は、センターピラー５における車両の内側に位置する。センターピラーインナ３は、通常はユーザの目に留まらない。これに対し、センターピラーアウタ１の溶接部１２ａ，１４ａは、フランジ部１２，１４の溝部１５の開口側に設けられている。そして、センターピラーインナ３に、溶接部１２ａ，１４ａに嵌合する凸部３１ａ，３２ａが設けられている。つまり、ユーザの目に留まらない部分に、溶接を行うための凹凸が設けられている。したがって、見栄えを悪化させること無く、車体の強度を高めることができる。

［他の実施形態］
（１）本実施形態では、ホットスタンプ加工によりセンターピラーアウタ１が製造される。しかしながら、冷間プレスによりセンターピラーアウタ１を製造しても良い。すなわち、まず、成形ステップにてプレス成形加工によりセンターピラーアウタ１の形状を形成しても良い。そして、成形ステップにより形成されたセンターピラーアウタ１に対し、加熱及び冷却（焼入れ）を行っても良い。これにより、センターピラーアウタ１を構成する鋼材を、高張力鋼又は超高張力鋼にしても良い。

（２）本実施形態では、車体の骨格部に含まれるセンターピラーアウタ１等の骨格部材に設けられた接合部に対し溶接を行うことで、骨格部材と他の部材とを接合させている。しかしながら、これに限らず、溶接部に対し加締接合を行うことで、骨格部材と他の部材とを接合させても良い。

［特許請求の範囲との対応］
上記実施形態の説明で用いた用語と、特許請求の範囲の記載に用いた用語との対応を示す。

センターピラーアウタ１が、骨格部材の一例に、サイメンアウタ２及びセンターピラーインナ３が、他の部材の一例に相当する。また、フランジ部１２，１４が、取付部の一例に相当する。

Claims

車両の車体における骨格の一部である部材であって、第１部材と、高張力鋼の部材である骨格部材とを含む部材である骨格部において、
前記骨格部材は、前記第１部材に面接触する板状の骨格部材取付部を有し、
前記骨格部材取付部は、当該骨格部材取付部における他の部分よりも薄い凹部として形成された部分であって、前記第１部材に溶接される部分である骨格部材溶接部を有し、
前記第１部材は、前記骨格部材取付部に面接触する板状の第１部材取付部を有し、
前記第１部材取付部は、当該第１部材取付部の一方の面から突出し、前記骨格部材溶接部に嵌合される凸部として形成されると共に、当該第１部材取付部の他方の面における凹部として形成された第１部材溶接部を有し、
前記骨格部材溶接部と、前記凸部が該骨格部材溶接部に嵌合している前記第１部材溶接部とが溶接されていること、
を特徴とする骨格部。
請求項１に記載の骨格部において、
前記骨格部は、さらに、第２部材を含み、
前記第２部材は、前記骨格部材取付部に面接触する板状の部位であって、前記骨格部材取付部を、前記第１部材取付部と当該部位との間に挟む部位である第２部材取付部を有し、
前記骨格部材溶接部と、前記凸部が該骨格部材溶接部に嵌合している前記第１部材溶接部と、前記第２部材取付部における前記骨格部材取付部に面接触している部分とが溶接されていること、
を特徴とする骨格部。
請求項１又は請求項２に記載の骨格部において、
前記車両の内部の空間のうち、前記車両に乗っている者が留まる領域を、キャビンとし、
前記骨格部は、前記キャビンを取り囲む部材であること、
を特徴とする骨格部。
請求項３に記載の骨格部において、
前記骨格部は、前記車両の側部に設けられた前後方向に並ぶ２つのドアの間に配される柱状の部材であるセンターピラーであり、
前記骨格部材は、細長い溝部を有する部材であり、
前記骨格部材取付部は、前記溝部に沿って長手方向に延びる部分であること、
を特徴とする骨格部。