(57)【要約】【課題】熱処理によりフランジ部の破壊強度を低下させて溶接性を向上させることができ、かつ軽量化と安全性の両立が可能な車両用ピラーの製造方法を提供する。【解決手段】試験片の引張試験を行う試験工程Ｓ１１と、グラフを作成して破壊強度ひずみ曲線を求めるグラフ化工程Ｓ１２と、車両の側面衝突時におけるフランジ部のひずみ量を決定するひずみ量決定工程Ｓ１３と、破壊強度ひずみ曲線の近傍の破壊強度の値をフランジ部の熱処理後の目標強度として決定する目標強度決定工程Ｓ１４と、フランジ部の破壊強度が目標強度となるように熱処理を行う熱処理工程Ｓ１５と、を有する車両用ピラーの製造方法Ｍ１０。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピラー本体と、該ピラー本体に設けられたフランジ部とを備えた車両用ピラーの製造方法であって、
前記フランジ部と同一の材料からなり、熱処理によって破壊強度を異ならせた複数の試験片の引張試験を行う試験工程と、
前記複数の試験片の破壊強度と破断ひずみとの関係を示すグラフを作成して破壊強度ひずみ曲線を求めるグラフ化工程と、
車両の側面衝突時における前記フランジ部のひずみ量を決定するひずみ量決定工程と、
前記グラフに前記ひずみ量を当てはめ、前記破壊強度ひずみ曲線によって画定された前記試験片に破断を生じない範囲内で、前記破壊強度ひずみ曲線の近傍の破壊強度の値を前記フランジ部の熱処理後の目標強度として決定する目標強度決定工程と、
前記フランジ部の破壊強度が前記目標強度となるように熱処理を行って、該フランジ部の破壊強度を前記ピラー本体の破壊強度よりも低下させる熱処理工程と、を有することを特徴とする車両用ピラーの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、車両用ピラーの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から車両用Ｂピラーに関する発明が知られている（下記特許文献１を参照）。特許文献１に記載されたＢピラーは、中央フランジ、２つのウェブ部分、および２つのサイド・フランジを含んでなるハット形状セクションを備えた、主セクションを含んでいる。この車両用のＢピラーは、少なくとも、ハット形状セクションがプレス硬化され、１４００［ＭＰａ］を超える破壊強度を有すること、およびハット形状セクションのサイド・フランジが、そのサイド・フランジの長さの少なくとも一部に沿って、１１００[ＭＰａ]未満の破壊強度を有することを特徴としている（同文献、請求項１等を参照）。
【０００３】
この構成により、側面衝突時には、例えば、他の車両がＢピラーに衝突する場合に、フランジのより低い強度と、より大きい延性が、塑性変形によって最大のエネルギ量を吸収する以前に、Ｂピラーが破壊する危険性を減少し、被災乗客の保護を改善する（同文献、第００１６段落等を参照）。上記のように、Ｂピラーのハット形状セクションの破壊強度に対してサイド・フランジの破壊強度を低下させる方法の一例として、特許文献１は、製品を支える工具対の表面を加熱し、一方で、工具対の残りの部分を冷却することを開示している（同文献、第００１１段落を参照）。
【０００４】
また、上記従来のＢピラーのように、異強度部分を持つ金属加工品に関する発明が知られている（下記特許文献２を参照）。この従来の金属加工品は、特許文献２に記載された製造方法により製造された金属板を用いている。この従来の金属加工品は、近赤外線を発生させる輻射伝熱加熱装置にて加熱した後に、ホットスタンプによる成形、焼入れを行い、その後に冷却することで、金属加工品内のビッカース硬さの差をＨＶ１８０以上にすることができる（同文献、請求項８等を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２０１３-５１３５１４号公報
【特許文献２】特開２０１２-１４４７７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
側面衝突時に乗客を保護するＢピラーなどの車両用ピラーに対しては、軽量化と安全性向上という背反する要求がある。たとえば、前記特許文献１の車両用Ｂピラーにおいて、軽量化を目的として、主セクションの一部であるハット形状セクションの破壊強度を１８００［ＭＰａ］以上かつ２５００［ＭＰａ］以下に高強度化して薄肉化したとする。
【０００７】
しかし、上記従来の車両用Ｂピラーは、ハット形状セクションの一部であるサイド・フランジの破壊強度が１１００[ＭＰａ]未満の低強度である。そのため、サイド・フランジは、他の部材との溶接性が良好である反面、フランジ部の強度を低下させた分だけ板厚を上げる必要がある。その結果Ｂピラーの全体の重量が増加し、ハット形状セクションを高強度化して薄肉化したことによる軽量化効果が減少するおそれがある。
【０００８】
本開示は、熱処理によりフランジ部の破壊強度を低下させて溶接性を向上させることができ、かつ軽量化と安全性の両立が可能な車両用ピラーの製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示の一態様は、ピラー本体と、該ピラー本体に設けられたフランジ部とを備えた車両用ピラーの製造方法であって、前記フランジ部と同一の材料からなり、熱処理によって破壊強度を異ならせた複数の試験片の引張試験を行う試験工程と、前記複数の試験片の破壊強度と破断ひずみとの関係を示すグラフを作成して破壊強度ひずみ曲線を求めるグラフ化工程と、車両の側面衝突時における前記フランジ部のひずみ量を決定するひずみ量決定工程と、前記グラフに前記ひずみ量を当てはめ、前記破壊強度ひずみ曲線によって画定された前記試験片に破断を生じない範囲内で、前記破壊強度ひずみ曲線の近傍の破壊強度の値を前記フランジ部の熱処理後の目標強度として決定する目標強度決定工程と、前記フランジ部の破壊強度が前記目標強度となるように熱処理を行って、該フランジ部の破壊強度を前記ピラー本体の破壊強度よりも低下させる熱処理工程と、を有することを特徴とする車両用ピラーの製造方法である。
【００１０】
上記態様の車両用ピラーの製造方法は、たとえば、試験工程に先立って、試験片準備工程を有してもよい。試験片準備工程では、たとえば、車両用ピラーと同一のフランジ幅と材料、すなわちフランジ部と同一の材料からなる複数の試験片を用意する。そして、用意した各試験片の破壊強度を異ならせるように、各試験片に対して異なる熱処理を施す。なお、各試験片には、フランジ部を他の部材に溶接する際に形成する溶接部を模擬した溶接部を設けてもよい。
【００１１】
また、試験片準備工程では、たとえば、あらかじめ熱処理等によって破壊強度を異ならせたフランジ部と同一の複数の材料から、破壊強度の異なる複数の試験片を作製してもよい。なお、熱処理前の車両用ピラーの材料、すなわちピラー本体およびフランジ部の材料としては、たとえば、高強度化による軽量化を目的として、１８００［ＭＰａ］以上、２５００［ＭＰａ］以下の破壊強度を有する材料が使用される。
【００１２】
試験工程では、前記したように、フランジ部と同一の幅と同一の材料からなり、熱処理によって破壊強度を異ならせた複数の試験片の引張試験を行う。これにより、熱処理後の強度が異なる試験片毎に、実際の破壊強度と破断ひずみ量が得られる。各試験片が溶接部を有する場合には、熱処理後の強度が異なりかつ溶接部を含む試験片毎に、実際の破壊強度と破断ひずみ量が得られる。なお、破壊強度とは、破断時に材料に生じる公称応力である。
【００１３】
グラフ化工程では、前記したように、複数の試験片の破壊強度と破断ひずみとの関係を示すグラフを作成して破壊強度ひずみ曲線を求める。より具体的には、たとえば、縦軸を応力［ＭＰａ］とし、横軸をひずみ量［％］とするグラフを作成し、各試験片の破壊強度と破断ひずみのデータをグラフにプロットする。そして、たとえばカーブフィッティングにより、グラフ中にプロットされた各試験片のデータに基づく近似曲線を求めることで、破壊強度ひずみ曲線が得られる。
【００１４】
ひずみ量決定工程では、前記したように、車両の側面衝突時におけるフランジ部のひずみ量を決定する。このひずみ量は、たとえば、実車を用いた側面衝突実験によって求めたり、コンピュータプロフラムを用いた衝突解析によって求めたりすることができる。このフランジ部のひずみ量は、車両の側面衝突時のエネルギを吸収して安全を確保するために極めて重要である。すなわち、フランジ部の破断限界ひずみ量が小さすぎると、車両の側面衝突時にフランジ部が破断して安全性が低下するおそれがある。一方、フランジ部の限界ひずみ量が大きすぎると、フランジ部の強度を必要以上に低下させているため、その分板厚をあげるなどで補った分だけ軽量化効果が減少するおそれがある。フランジ部のひずみ量は、たとえば、２％以上、６％以下の範囲で決定することができる。
【００１５】
目標強度決定工程では、前記したように、グラフ化工程で得られたグラフに、ひずみ量決定工程で得られたひずみ量を当てはめる。そして、グラフにおいて、破壊強度ひずみ曲線によって画定された試験片に破断を生じない範囲内で、破壊強度ひずみ曲線の近傍の応力の値を、フランジ部の熱処理後の破壊強度である目標強度として決定する。また、試験片が溶接部を有する場合には、グラフにおいて、試験片の溶接部で破断を生じない範囲内で、破壊強度ひずみ曲線の近傍の応力の値を、フランジ部の熱処理後の破壊強度である目標強度として決定する。
【００１６】
熱処理工程では、前記したように、フランジ部の破壊強度が、目標強度決定工程で決定された目標強度となるように、フランジ部に熱処理を行って、フランジ部の破壊強度をピラー本体の破壊強度よりも低下させる。このように製造された車両用ピラーは、フランジ部の他の部材に対する溶接性が向上する。また、車両の側面衝突時に、フランジ部がひずみ量決定工程で決定された所定のひずみを生じ、フランジ部および溶接部の破断が防止される。
【００１７】
さらに、熱処理後のフランジ部の破壊強度を、目標強度決定工程で決定された目標強度とすることで、フランジ部に破断が生じない範囲で、熱処理後のフランジ部の破壊強度を可及的に高くすることができる。したがって、上記態様の製造方法によって製造された車両用ピラーは、ピラー本体およびフランジ部を高強度化することで車両用ピラーの安全性を確保しつつ、ピラー本体およびフランジ部を薄肉化して車両用ピラーの軽量化を図ることが可能になる。
【発明の効果】
【００１８】
本開示によれば、熱処理によりフランジ部の破壊強度を低下させて溶接性を向上させることができ、かつ軽量化と安全性の両立が可能な車両用ピラーの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】車両用ピラーの一例を示す平面図。
【図２】本開示の一実施形態に係る車両用ピラーの製造方法のフロー図。
【図３】図２に示す試験工程で用いられる試験片の一例を示す斜視図。
【図４】図２に示す試験工程の試験片の応力ひずみ線図の一例。
【図５】図２に示すグラフ化工程において作成されるグラフの一例。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本開示の一実施形態に係る車両用ピラーの製造方法を説明する。
【００２１】
図１は、車両用ピラー１０の一例を示す平面図である。車両用ピラー１０は、自動車の車体を構成する構造体であり、たとえば、高張力鋼をプレス加工することによって、所望の立体形状に成形されている。車両用ピラー１０は、特に限定はされないが、たとえば車両の側面の中央部に配置されたセンターピラーまたはＢピラーである。
【００２２】
車両用ピラー１０は、ピラー本体１１と、ピラー本体１１に設けられたフランジ部１２とを備えている。ピラー本体１１は、フランジ部１２から車両の外側方向へ向けて突出する立体形状を有している。フランジ部１２は、ピラー本体１１の周縁部に設けられた比較的に平坦な部分であり、ピラー本体１１から車両の前後方向へ張り出すように設けられている。すなわち、車両用ピラー１０は、たとえば横断面で、両端部に平坦なフランジ部１２を有し、中央部に立体的に膨出されたピラー本体１１を有する、断面形状が帽子形のハット部材である。
【００２３】
車両用ピラー１０は、軽量化と安全性を両立させる観点から、たとえば、熱処理前の破壊強度が１８００［ＭＰａ］以上かつ２５００［ＭＰａ］以下の高張力鋼などの材料によって製作されている。このような高強度の材料を使用することで、車両用ピラー１０に必要な強度を確保し、安全性を低下させることなく、車両用ピラー１０を薄肉化して軽量化することができる。
【００２４】
しかし、上記のような高強度の材料は、他の部材との溶接性が低下するおそれがある。そのため、他の部材と溶接される車両用ピラー１０のフランジ部１２は、部分的に焼き戻しなどの熱処理が施され、ピラー本体１１よりも破壊強度が低くされている。たとえば、フランジ部１２の材料が高張力鋼であり、熱処理前の破壊強度が１８００［ＭＰａ］以上かつ２５００［ＭＰａ］以下である場合、フランジ部１２の破壊強度は、熱処理によって１２００［ＭＰａ］以上かつ１５００［ＭＰａ］以下にされている。
【００２５】
図１に示す例では、フランジ部１２において熱処理が施された部分である熱処理部１２Ｈを、ドット状のハッチングが施された領域によって示している。フランジ部１２は、熱処理によって破壊強度が低下されて溶接性が向上した熱処理部１２Ｈにおいて、他の部材に対して溶接され、熱処理部１２Ｈに溶接接合部である溶接部ＷＰが形成される。溶接部ＷＰは、たとえば、フランジ部１２と他の部材との溶接時に、スポット溶接によってフランジ部１２の一部が溶融および凝固した部分である。
【００２６】
図２は、本開示の一実施形態に係る車両用ピラーの製造方法Ｍ１０のフロー図である。本実施形態の車両用ピラーの製造方法Ｍ１０は、たとえば、図１に示すようなピラー本体１１とそのピラー本体１１に設けられたフランジ部１２とを備えた車両用ピラー１０を製造する方法である。車両用ピラーの製造方法Ｍ１０は、たとえば、試験工程Ｓ１１と、グラフ化工程Ｓ１２と、ひずみ量決定工程Ｓ１３と、目標強度決定工程Ｓ１４と、熱処理工程Ｓ１５と、を有している。
【００２７】
図３は、図２に示す試験工程Ｓ１１で用いられる試験片ＴＰの一例を示す斜視図である。試験工程Ｓ１１では、車両用ピラー１０のフランジ部１２と同一の材料からなり、熱処理によって破壊強度を異ならせた複数の試験片ＴＰの引張試験を行う。試験片ＴＰは、たとえばフランジ部１２とおおむね等しい板厚を有する板状の試験片ＴＰを用いることができる。また、試験片ＴＰの両端部のつかみの間の平行部の幅Ｗは、たとえば、車両用ピラー１０のフランジ部１２の幅とおおむね等しい。
【００２８】
試験片ＴＰは、たとえば平行部の中央部にフランジ部１２の溶接部ＷＰを模擬した溶接部ＷＰを有してもよい。試験片ＴＰの溶接部ＷＰは、たとえば、フランジ部１２の溶接部ＷＰと同様の条件で、試験片ＴＰの一部を溶融および凝固させることによって形成することができる。
【００２９】
図４は、試験工程Ｓ１１における試験片ＴＰの応力ひずみ線図の一例である。図４は、たとえば、熱処理後の破壊強度が１５００［ＭＰａ］である試験片ＴＰの応力ひずみ線図である。試験工程Ｓ１１において複数の試験片ＴＰの引張試験を行うことで、熱処理後の強度の異なる試験片ＴＰ毎に、実際の破壊強度［ＭＰａ］と破断ひずみγ［％］が得られる。
【００３０】
また、各試験片ＴＰが溶接部ＷＰを有する場合には、熱処理後の強度が異なり、溶接部ＷＰを含む試験片ＴＰ毎に、実際の破壊強度［ＭＰａ］と破断ひずみγ［％］が得られる。なお、破壊強度とは、破断時に材料に生じる公称応力である。以下の表１に、各試験片ＴＰ１、ＴＰ２、ＴＰ３の熱処理後の破壊強度と破断ひずみγの一例を示す。なお、試験片ＴＰ４は、熱処理を行っていない。試験工程Ｓ１１の終了後は、図２に示すように、グラフ化工程Ｓ１２が実施される。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
図５は、グラフ化工程Ｓ１２において作成されるグラフの一例である。グラフ化工程Ｓ１２では、複数の試験片ＴＰの熱処理後の破壊強度と破断ひずみγとの関係を示すグラフを作成して破壊強度ひずみ曲線Ｃを求める。より具体的には、たとえば、縦軸を応力［ＭＰａ］とし、横軸をひずみ量［％］とするグラフを作成する。
【００３３】
そして、各試験片ＴＰの熱処理後の破壊強度[ＭＰａ]および破断ひずみγ[％]のデータをグラフにプロットし、たとえばカーブフィッティングにより、グラフ中にプロットされた各試験片ＴＰのデータに基づく近似曲線を求めることで、破壊強度ひずみ曲線Ｃが得られる。グラフ化工程Ｓ１２の終了後は、図２に示すように、ひずみ量決定工程Ｓ１３が実施される。
【００３４】
ひずみ量決定工程Ｓ１３では、車両の側面衝突時におけるフランジ部１２のひずみ量を決定する。このフランジ部１２のひずみ量は、たとえば、実車を用いた側面衝突実験によって求めたり、コンピュータを用いたシミュレーションによって求めたりすることができる。このフランジ部１２のひずみ量は、車両の側面衝突時のエネルギを吸収して安全を確保するために極めて重要である。
【００３５】
すなわち、フランジ部１２のひずみ量が小さすぎると、車両の側面衝突時にフランジ部１２が破断して安全性が低下するおそれがある。一方、フランジ部１２のひずみ量が大きすぎると、フランジ部１２が大きく変形して安全性が低下するおそれがある。したがって、フランジ部１２のひずみ量は、たとえば、２％以上、６％以下の範囲で決定することができる。ひずみ量決定工程Ｓ１３の終了後は、図２に示すように、目標強度決定工程Ｓ１４が実施される。
【００３６】
目標強度決定工程Ｓ１４では、グラフ化工程Ｓ１２で得られたグラフに、ひずみ量決定工程Ｓ１３で得られたフランジ部１２のひずみ量を当てはめる。そして、グラフにおいて、破壊強度ひずみ曲線Ｃによって画定された試験片ＴＰに破断を生じない範囲Ｒ内で、破壊強度ひずみ曲線Ｃの近傍の応力［ＭＰａ］の値を、フランジ部１２の熱処理後の破壊強度である目標強度［ＭＰａ］として決定する。
【００３７】
また、試験片ＴＰが溶接部ＷＰを有する場合には、グラフにおいて、試験片ＴＰの溶接部ＷＰで破断を生じない範囲Ｒ内で、破壊強度ひずみ曲線Ｃの近傍の応力［ＭＰａ］の値を、フランジ部１２の熱処理後の破壊強度である目標強度［ＭＰａ］として決定する。より具体的には、たとえば、フランジ部１２のひずみ量が２％より大で６％より小の場合に、目標強度を１２００［ＭＰａ］以上、１５００［ＭＰａ］以下とすることができる。目標強度決定工程Ｓ１４での終了後は、図２に示すように、熱処理工程Ｓ１５が実施される。
【００３８】
熱処理工程Ｓ１５では、フランジ部１２の破壊強度が、目標強度決定工程Ｓ１４で決定された目標強度となるように、フランジ部１２に熱処理を行って、フランジ部１２の破壊強度をピラー本体１１の破壊強度よりも低下させる。フランジ部１２の熱処理は、特に限定されず、公知の方法によって行うことができる。
【００３９】
本実施形態の車両用ピラーの製造方法Ｍ１０によって製造された車両用ピラー１０は、フランジ部１２の破壊強度がピラー本体１１の破壊強度よりも低いため、フランジ部１２の他の部材に対する溶接性が向上する。また、車両の側面衝突時に、フランジ部１２がひずみ量決定工程Ｓ１３で決定された所定のひずみ、たとえば、２[％]より大きく６[％]より小さいひずみ量が生じ、フランジ部１２および溶接部ＷＰの破断が防止される。
【００４０】
さらに、熱処理後のフランジ部１２の破壊強度を、目標強度決定工程Ｓ１４で決定された目標強度とすることで、フランジ部１２に破断が生じない範囲Ｒで、熱処理後のフランジ部１２の破壊強度を可及的に高くすることができる。より具体的には、ピラー本体１１の破壊強度が１８００[ＭＰａ]以上である場合に、熱処理後のフランジ部１２の破壊強度を１２００［ＭＰａ］以上、１５００［ＭＰａ］以下とすることができる。
【００４１】
これにより、車両用ピラー１０は、ピラー本体１１およびフランジ部１２を高強度化することで安全性を確保しつつ、ピラー本体１１およびフランジ部１２を薄肉化して軽量化を図ることが可能になる。以上説明したように、本実施形態によれば、熱処理によりフランジ部１２の破壊強度を低下させて溶接性を向上させることができ、かつ軽量化と安全性の両立が可能な車両用ピラーの製造方法Ｍ１０を提供することができる。
【００４２】
最後に、実車での実部品評価の結果について説明する。以下の表２は、車両用ピラー１０のフランジ部１２の熱処理後の破壊強度毎に、実部品評価においてフランジ部１２に発生したひずみ量とフランジ部１２の破断の有無を示している。なお、図５に、実部品評価においてフランジ部１２の破断がなかった車両用ピラー１０を丸印で示し、実部品評価においてフランジ部１２の破断があった車両用ピラー１０をＸ印で示している。
【００４３】
【表２】
2019147455.tif 000004
【００４４】
表２および図５に示すように、フランジ部１２の熱処理後の破壊強度を１５００［ＭＰａ］とした車両用ピラー１０は、実部品評価において１．４［％］のひずみ量を発生させても、破断することはなかった。また、フランジ部１２の熱処理後の破壊強度を１５００［ＭＰａ］とした車両用ピラー１０は、実部品評価において２．６［％］のひずみ量を発生させると破断した。また、フランジ部１２の熱処理後の破壊強度を１２００［ＭＰａ］とした車両用ピラー１０は、実部品評価において５．５［％］のひずみ量を発生させても、破断することはなかった。
【００４５】
すなわち、ひずみ量決定工程Ｓ１３において決定したひずみ量に応じて、図５に示すグラフに基づいて、フランジ部１２の熱処理後の破壊強度を決定することで、車両用ピラー１０のフランジ部１２の破断を防止しつつ、フランジ部１２の破壊強度を可及的に向上させることができる。したがって、本実施形態の車両用ピラーの製造方法Ｍ１０によれば、熱処理によりフランジ部１２の破壊強度を低下させて溶接性を向上させることができ、かつ軽量化と安全性の両立が可能な車両用ピラー１０を製造することができる。
【００４６】
以上、図面を用いて本開示の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本開示に含まれるものである。
【符号の説明】
【００４７】
１０    車両用ピラー
１１    ピラー本体
１２    フランジ部
Ｃ      破壊強度ひずみ曲線
Ｍ１０  車両用ピラーの製造方法
Ｒ      破断を生じない範囲
Ｓ１１  試験工程
Ｓ１２  グラフ化工程
Ｓ１３  ひずみ量決定工程
Ｓ１４  目標強度決定工程
Ｓ１５  熱処理工程
ＴＰ    試験片
【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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