(57)【要約】【課題】軽量化を考慮しつつ衝突安全性能を向上させることができるような車両用ピラー構成部材を得る。【解決手段】車両用ピラー構成部材１２であって、長手形状であり、長手方向を横切る少なくとも１本の接合線１１０ａ〜ｄで複数の鋼板１２０Ａ〜Ｅが溶接されて構成されており、この接合線それぞれについてその上下両側の鋼板の強度が異なっている。また、少なくとも１本の接合線のうちには車両用ピラー構成部材１２の長手方向の直交方向に対して傾斜した第一接合線１１０ａ、１１０ｃが１本以上含まれている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両用ピラー構成部材であって、長手形状であり、長手方向を横切る少なくとも１本の接合線で複数の鋼板が溶接されて構成されており、この接合線それぞれについてその上下両側の鋼板の強度が異なっており、車両用ピラー構成部材の長手方向の直交方向に対して傾斜した第一接合線が１本以上含まれている、車両用ピラー構成部材。
【請求項２】
請求項１の車両用ピラー構成部材であって、接合線それぞれについてその上下両側の鋼板の板厚が異なっている、車両用ピラー構成部材。
【請求項３】
請求項１または２の車両用ピラー構成部材であって、車両用ピラー構成部材の上下両端の少なくとも一方において長手方向に実質直交する方向に沿った第二接合線が含まれており、この第二接合線の外側の鋼板の強度が内側の鋼板よりも小さくなっている、車両用ピラー構成部材。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかの車両用ピラー構成部材であって、第一接合線が２本含まれており、最も上側の第一接合線及び最も下側の第一接合線のすぐ外側の２枚の鋼板の強度がいずれもその間の鋼板の強度よりも小さくなっている、車両用ピラー構成部材。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかの車両用ピラー構成部材であって、最も強度の大きい鋼板が車両用ピラー構成部材の長手方向長さの中央を含むように配置されている、車両用ピラー構成部材。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかの車両用ピラー構成部材であって、少なくとも２本の隣り合う第一接合線についてその上側の第一接合線の下側の端点が下側の第一接合線の上側の端点よりも上になっている、車両用ピラー構成部材。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかの車両用ピラー構成部材であって、少なくとも２本の第一接合線が平行になっている、車両用ピラー構成部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はテーラードブランク材を用いて製造する車両用ピラー構成部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車の骨格を構成するピラーなどの構造部材は、例えば、鋼板をプレス成形で様々な立体的形状に加工することによって製造される。例えば特開２００９−１１２１号公報には、センターピラーの補強部材において上部、中央部、下部で引張強度の異なる鋼板を溶接して構成したブランク材から製造したものが開示されている。このように異なる種類の鋼板を組み合わせたプレス用のブランク材は一般にテーラードブランク材と呼ばれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１１２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
自動車に用いる構造部材は軽量なほど燃費性能の観点で有利である。上述のようなテーラードブランク材を利用して部分的に軽量な鋼板を用いることは軽量化のための一つの方法である。一方で、衝突安全性能の観点からは、衝突時に車体骨格が変形しても車室内に乗員の生存空間を確保できるようにする必要がある。一般に、両端が固定された長手形状の部材は強度が一定であれば横荷重を受けたときに長さの中央で撓みが大きくなり、そこで曲がったり折れたりしやすい傾向にある。側面衝突時にピラーが中央でくの字に折れ曲がると、生存空間を脅かす可能性が高まる。本発明の目的は軽量化を考慮しつつ衝突安全性能を向上させることができるような車両用ピラー構成部材を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のひとつの態様は、車両用ピラー構成部材である。この車両用ピラー構成部材は長手形状であり、長手方向を横切る少なくとも１本の接合線で複数の鋼板が溶接されて構成されており、この接合線それぞれについてその上下両側の鋼板の強度が異なっている。また、少なくとも１本の接合線のうちには車両用ピラー構成部材の長手方向の直交方向に対して傾斜した第一接合線が１本以上含まれている。こうすることで、傾斜している第一接合線の上下の鋼板の間で車両用ピラー構成部材の実質的な強度が徐々に変化するようにし、側方から力を受けてもその第一接合線でピラーが折れにくくなるようにできる。
【０００６】
好ましい実施例では、第一接合線を含む接合線それぞれについてその上下両側の鋼板の板厚が異なっている。接合線に対して片側の鋼板を従来より薄くすることにより、必要な領域の強度を保ったままピラーを軽量化できる。
【０００７】
別の好ましい実施例では、車両用ピラー構成部材の上下両端の少なくとも一方において長手方向に実質直交する方向に沿った第二接合線が含まれており、この第二接合線の外側の鋼板の強度が内側の鋼板よりも小さくなっている。こうすることにより、ピラーが側方から力を受けたときに第二接合線の両側の鋼板のうち強度が弱い方の鋼板が接合線の付近で折れるような折れモードを意図的に誘起し、ピラーの中央部での折れを抑制することができる。
【０００８】
別の好ましい実施例では、第一接合線が２本含まれており、最も上側の第一接合線及び最も下側の第一接合線のすぐ外側の２枚の鋼板の強度がいずれもその間の鋼板の強度よりも小さくなっている。これにより２本の第一接合線の間の鋼板を中心として上下両方向に強度を段階的に変化させられる。
【０００９】
別の好ましい実施例では、最も強度の大きい鋼板が車両用ピラー構成部材の長手方向長さの中央を含むように配置されている。これによりピラーが大きくくの字に折れて乗員の生存空間を侵すのを防ぐことができる。
【００１０】
別の好ましい実施例では、少なくとも２本の隣り合う第一接合線についてその上側の第一接合線の下側の端点が下側の第一接合線の上側の端点よりも上になっている。これによりその２本の接合線によってそれぞれ生じる強度の遷移領域が重複しない。したがって、特に最も強度の大きい鋼板の両側の接合線についてこの条件を満たすようにすれば、ピラーをその鋼板の箇所で一層折れにくくすることができる。
【００１１】
別の好ましい実施例では、少なくとも２本の第一接合線が平行になっている。これにより、二つの固定した溶接電極やレーザー源を用い、鋼板を送りながら２本の接合線を同時に溶接することが可能となる。
【００１２】
本発明の別の態様は、上記のいずれかの車両用ピラー構成部材の製造に用いるブランク材である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明のひとつの実施例としてのセンターピラーの外側部材を示す斜視図である。
【図２】側面衝突時の図１のピラーの変形を模式的に示すＩＩ−ＩＩ線におけるピラーの断面図である。
【図３】図１のピラーの外側部材の製造に用いることのできる本発明のひとつの実施例としてのブランク材を示す平面図である。
【図４】本発明の別の実施例としてのブランク材を示す平面図である。
【図５】本発明のさらに別の実施例としてのブランク材を示す平面図である。
【図６】本発明のさらに別の実施例としてのブランク材を示す平面図である。
【図７】本発明のさらに別の実施例としてのブランク材を示す平面図である。
【図８】本発明のさらに別の実施例としてのブランク材を示す平面図である。
【図９】本発明のさらに別の実施例としてのブランク材を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の各種実施例について図面を参照しながら説明する。本発明の各種実施例としてのブランク材は、自動車等の車両の側部に配置されるピラーの構成部材をプレス成形により形成するための実質平坦なテーラード（ウェルド）ブランク材である。ピラーは例えば、前側ドアの前に位置するフロントピラー（Ａピラー）、前側ドアと後側ドアの間に位置するセンターピラー（Ｂピラー）、後側ドアの後に位置するリアピラー（Ｃピラー）であってもよい。通常、ピラーは長手形状の外側部材と内側部材を組み合わせて閉断面を成すように構成され、外側部材はフランジを有するハット型断面とされる。ピラーの内部には外側部材に近い側に同様のハット型断面をした補強部材が配置されることもある。本発明の各種実施例のブランク材は、例えば、このピラーの外側部材や補強部材をプレス成形により製造するために用いることができる。
【００１５】
図１は本発明のひとつの実施例としてのセンターピラー１０の外側部材１２を示す。この外側部材１２は上下端の取り付け部１４、１８と中間の梁部１６を有しており、取り付け部１４、１８でルーフ２０とサイドシル（ロッカーパネル）３０とに接合される。なお、通常、取り付け部１４、１８はルーフ２０やサイドシル３０との結合面積を広くとるためにＴ字形状に形成され、絞りなどの複雑な形状を有する一方、中間の梁部１６は比較的単純な形状を有する。
【００１６】
図３〜９の様々な実施例に示すように、ブランク材１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００は長手方向１０２を横切る少なくとも１本の接合線１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０、７１０（それぞれ英小文字を付して区別する）で複数の鋼板１２０、２２０、３２０、４２０、５２０、６２０、７２０（それぞれ英大文字を付して区別する）を溶接して構成する。図３は、図１のセンターピラーの外側部材のプレス成形に用いることのできるブランク材１００を示しており、図４〜９は図３とは異なる実施例のブランク材を示している。図３と図４の実施例では、ブランク材は長手方向１０２を横切る方向の４本の接合線１１０ａ〜ｄ、２１０ａ〜ｄに沿って５枚の鋼板を溶接することによって構成されている。同様に、図５、６、７は３本の接合線３１０ａ〜ｃ、４１０ａ〜ｃ、５１０ａ〜ｃを含む４枚構成、図８は２本の接合線６１０ａ〜ｂを含む３枚構成、図９は１本の接合線７１０ａを含む２枚構成のブランク材の実施例である。各接合線での鋼板の溶接方法は、レーザー溶接、プラズマ溶接、（マッシュ）シーム溶接など、任意の適切な方法を用いることができる。鋼板は端どうしを突き合わせた状態、あるいは重ね合わせた状態で溶接することができる。各接合線は溶接を容易にするために直線状とすることもできる。
【００１７】
各接合線について、その上下両側にある（接合線を挟んで隣り合う）鋼板の強度（あるいは耐力）は異なるものとする。鋼板の強度は材料自体の（焼き入れ後の）引張強度や鋼板の厚さに依存するため、当業者は材料や厚さを変えることによってピラー構成部材中の各部の強度（あるいは耐力）を所望の値に調節することができる。ひとつの実施例として、強度の最も大きい鋼板がブランク材の長手方向長さＬのちょうど中央を含むように設計することができる。例えば図３のブランク材１００において、中央の鋼板１２０Ａの強度を最も大きくするとともにブランク材１００の長手方向長さＬのちょうど中央（端から距離Ｌ／２の箇所）を含むようにする。こうすることにより、横方向の力を受けたときにピラーが大きくくの字に折れて乗員の生存空間を侵すのを防ぐようにすることができる（図２）。また、ピラー構成部材の取り付け部１４、１８を含む末端の鋼板（例えば図１の１２０Ｃ、Ｅ）は、他の鋼板よりも強度を小さくすることにより、絞りを含む複雑な形状を成形しやすくすることもできる。さらに、最も強い鋼板から両端の鋼板に向かって段階的に強度を小さくしていくことにより、接合線を跨いで急激な強度差が生じないようにすることもできる。したがって、図３や図４に示す実施例では、中央の鋼板１２０Ａ、２２０Ａと端の鋼板１２０Ｃ、Ｅ、２２０Ｃ、Ｅを繋ぐ中間の鋼板１２０Ｂ、Ｄ、２２０Ｂ、Ｄは中間的な強度とするのが好ましい（Ａ＞Ｂ＞Ｃ、Ａ＞Ｄ＞Ｅ）。図５、６に示すような４枚構成の実施例でも、最も強い鋼板と端の鋼板の間に他の鋼板がある場合はその中間の鋼板の強度を中間的な強度とすることができる（つまり図５ではＡ＞Ｂ＞Ｃ、Ａ＞Ｄ、図６ではＡ＞Ｂ、Ａ＞Ｃ＞Ｄ）。
【００１８】
本発明の各種実施例では、ブランク材の接合線として、長手方向１０２の直交方向に対して傾斜した接合線（例えば図３では第一接合線１１０ａ、ｃ）を少なくとも１本以上設ける。これにより、その第一接合線の両側の鋼板の間で長手方向に沿ってブランク材の実質的な強度が徐々に変化するようにし、側方から力を受けてもその接合線で折れにくくすることができる。
【００１９】
第一接合線は少なくとも１本あればよいが、好ましくは１本または２本である。例えば、図５、６、９に示すように第一接合線３１０ａ、４１０ｂ、７１０ａを１本とすることもできる。この場合、第一接合線は長手方向長さＬのちょうど中央を避けるように配置し、長手方向長さＬの中央を含む方の鋼板３２０Ａ、４２０Ａ、７２０Ａを強度の最も大きいものとするのが好ましい。そして、この鋼板から両端の鋼板に向かって段階的に強度の小さな鋼板とするのが好ましい。あるいは別の実施例として、図示しないが、第一接合線は３本以上含めてもよい。この場合も、前述の２本の場合と同様に、長手方向長さＬの中央を含む鋼板の強度を最も大きいものとし、そこから両端の鋼板に向かって段階的に強度の小さな鋼板とするのが好ましい。しかし、目的に応じて、長手方向長さＬの中央以外の鋼板の強度を最も大きいものとしてもよい。
【００２０】
第一接合線それぞれの傾斜方向は右上がりと左上がりのどちらでもよい。例えば、図３のブランク材１００の第一接合線１１０ａ、１１０ｃはいずれも右上がりである。また、図４のブランク材２００の上側の第一接合線２１０ｃは右上がりであるが、下側の第一接合線２１０ａは左上がりである。また、第一接合線は長手方向１０２に直交する直線１３１、１３２に対して３０度以上６０度以下の角度θを成すようにするのが好ましく、４５度程度の角度θを成すようにするのがさらに好ましい（図３）。
【００２１】
第一接合線が２本以上ある実施例では、図３、７、８に示すようにそれらの第一接合線１１０ａ、ｃ、５１０ａ、ｃ、６１０ａ、ｂを平行にするのが好ましい。このようにすれば、二つの固定した溶接電極やレーザー源（図示せず）を用い、鋼板を送りながら２本の接合線を同時に溶接することができる。しかし、図４に示すように２本の第一接合線２１０ａ、ｃはハの字配置にし、自動車に対してピラーの前側と後側で強度が異なるようにすることもできる。
【００２２】
また、第一接合線が２本ある実施例では、図３、７、８に示すように２本の第一接合線について、上側の第一接合線１１０ｃ、５１０ｃ、６１０ｂの下側の端点（例えば図３の１１２ｃ）が下側の第一接合線１１０ａ、５１０ａ、６１０ａの上側の端点（図３の１１４ａ）よりも上にくるようにするのが好ましい。言い換えれば、第一接合線の各端点を通りブランク材の長手方向１０２に直交する直線（例えば図３の１３０〜１３３）でブランク材を分けたとき、それぞれの第一接合線に対応する区間１１６ａ、ｃが互いに重複しないようにするのが好ましい。このようにすれば、複数の接合線によってそれぞれ生じる強度の遷移領域が重複しない。したがって、特に最も強度の大きい鋼板の両側の接合線についてこの条件を満たすようにすれば、ピラーをその鋼板の箇所で一層折れにくくすることができる。なお、第一接合線が３本以上ある実施例でも任意の隣り合う２本の第一接合線について上記と同様にするのが好ましい。
【００２３】
図３〜７に示すように、ブランク材には、上述の第一接合線とは別の接合線として、ブランク材の長手方向１０２に実質直交した方向の接合線（例えば図３では第二接合線１１０ｂ、ｄ）をブランク材の上下端の少なくとも一方に設けることもできる。図２は、本発明のひとつの実施例としてのピラー１０が自動車の側面衝突で側方から力Ｆを受けて折れ曲がった様子を模式的に示している。ピラーは自動車が側突を受けると折れて車室内に侵入してくるが、このときピラーが長手方向長さＬの中央付近で折れると座席に座った乗員に当たる可能性が高まる。一方、図２に示すようにピラー１０ができるかぎり上下端付近（主に図１の取り付け部１４、１８）で折れてくれれば、中間部（梁部）が車室内に向けてほとんど屈曲することなく侵入してくるためピラーが乗員に当たりにくく、乗員の生存空間を確保しやすい。長手方向に実質直交する第二接合線では、その両側の鋼板にある程度の強度差がある場合、横荷重を受けると弱い側の鋼板が接合線の付近で折れる傾向にあると考えられる。このことを利用して、側突時のピラーの折れモードを制御して自動車の安全性能を高めることができる。具体的には、図２に示すように上下の第二接合線１１０ｂ、ｄそれぞれについてその外側（ピラーの末端に近い側）の鋼板１２０Ｃ、Ｅの強度を内側の鋼板１２０Ｂ、Ｄよりも小さくすることで、ピラー１０が末端近くで折れるような破壊モードを意図的に誘起することができる。通常、ピラーの下部には乗員のための座席が隣接して配置されるため、ピラー１０が下端近くで折れてもその侵入を座席で阻止することができる。また、上側の第二接合線１１０ｄはピラーが乗員の頭を避けてほぼ天井近くで折れるような位置に設定することができる。
【００２４】
当業者であれば理解していることであろうが、これらの第二接合線はブランク材の長手方向に対して正確に直交している必要はない。ブランク材から製造されたピラー構成部材は長手方向を鉛直方向から若干傾けた状態で車体に取り付けられることもある。その場合はさらに、ピラーが自動車に取り付けられた状態で第二接合線が実質的に水平になるようにすることもできる。一方、前述の第一接合線はブランク材の長手方向の直交方向に対して十分傾斜している必要があるため、第二接合線に対しても傾斜していることになると理解できる。
【００２５】
別の実施例として、傾斜していない第二接合線はブランク材のいずれか一方の端のみに設けてもよい。図７のブランク材５００では下端のみに第二接合線５１０ｂが設けられている。さらに別の実施例として、傾斜していない第二接合線は図８、９に示すようにブランク材のいずれの端にも設けなくてもよい。図８は傾斜した第一接合線が２本、図９は１本の場合の例である。
【００２６】
第二接合線をブランク材の両端それぞれに含む実施例では、図３〜６に示すようにそれらの接合線を平行にするのが好ましい。このようにすれば、二つの溶接電極やレーザー源（図示せず）を固定した状態で関係する複数の鋼板を送りながら２本の接合線を同時に溶接することができ、生産効率が高まる。
【００２７】
ひとつの具体的な実施例として、図３の実施例のように５枚の鋼板を組み合わせたブランク材１００において、鋼板１２０Ｅ、Ｄ、Ａ、Ｂ、Ｃの材料の引張強度はそれぞれ（上から下へ）５９０ＭＰａ、９８０ＭＰａ、１１８０ＭＰａ、９８０ＭＰａ、４４０ＭＰａとし、板厚はすべて一定とすることができる。あるいは別の実施例として、材料の引張強度は上記と同様にしたうえで、さらに鋼板１２０Ｅ、Ｄ、Ａ、Ｂ、Ｃの厚みをそれぞれ１．６ｍｍ、２．０ｍｍ、２．３ｍｍ、２．０ｍｍ、１．８ｍｍとすることもできる。またさらに別の実施例として、一部あるいは全部の接合線についてその両側の鋼板の材料の引張強度を同じとし、板厚のみを異なるようにしてもよい。たとえば、１２０Ｅ、Ｄ、Ａ、Ｂ、Ｃの板厚をそれぞれ５９０ＭＰａ、１１８０ＭＰａ、１１８０ＭＰａ、１１８０ＭＰａ、４４０ＭＰａとし、板厚は上記と同様に段階的に変化させることもできる。これらはあくまでも例であり、図３のブランク材には車種に応じて他にも様々な板厚と引張強度のパターンが考えられる。図４〜９のブランク材２００、３００、４００、５００、６００、７００についても同様に様々な板厚と引張強度のパターンが考えられる。
【００２８】
完成したブランク材１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００は熱間プレス、温間プレス、冷間プレスなどのプレス成形を経て目的の立体的形状にし、ピラーの外側部材などの構成部材を製造することができる。例えば、熱間プレス加工の場合、焼き入れ用鋼板を用いたブランク材を９００度等の高温に加熱してから低温の金型に挟んでプレスすることにより、目的の形状に成形すると同時に急冷して焼き入れ硬化する。
【００２９】
以上、本発明の各種実施例を具体的な構造や数値を用いて説明したが、当業者であれば本発明の趣旨を逸脱しない範囲で様々な置換、改良、変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００３０】
１０   センターピラー
１２   外側部材
１４、１８    取り付け部
１６   梁部
２０   ルーフ
３０   サイドシル
１００ ブランク材
１１０ａ〜ｄ  接合線
１２０Ａ〜Ｅ  鋼板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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