特許 6244827 中空断面形状の自動車用構造部材

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6244827

(24)【登録日】2017年11月24日

(45)【発行日】2017年12月13日

(54)【発明の名称】中空断面形状の自動車用構造部材

(51)【国際特許分類】

   B62D 25/04 20060101AFI20171204BHJP

   B62D 25/20 20060101ALI20171204BHJP

【ＦＩ】

   B62D25/04 B

   B62D25/20 F

【請求項の数】5

【全頁数】7

(21)【出願番号】特願2013-230147(P2013-230147)

(22)【出願日】2013年11月6日

(65)【公開番号】特開2015-89721(P2015-89721A)

(43)【公開日】2015年5月11日

【審査請求日】2016年7月6日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】新日鐵住金株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100085523

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 文夫

(74)【代理人】

【識別番号】100078101

【弁理士】

【氏名又は名称】綿貫 達雄

(74)【代理人】

【識別番号】100154461

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 由布

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 泰則

(72)【発明者】

【氏名】小川 寛和

【審査官】 林 政道

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−１２０７５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２８６３５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１６００２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０３８１２０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６２Ｄ １７／００−２５／０８

Ｂ６２Ｄ ２５／１４−２９／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

高強度鋼板からなる自動車用構造部材であって、衝突時に引張応力が発生する側面、衝突時に圧縮応力が発生する側面と、それらに挟まれた中間部材からなり、衝突時に引張応力が発生する側面をＴＲＩＰ鋼板で構成し、衝突時に圧縮応力が発生する側面及び前記中間部材をＤＰ鋼板で構成したことを特徴とする中空断面形状の自動車用構造部材。

【請求項2】

ＤＰ鋼板の引張強度が９００ＭＰａ以上および／またはＴＲＩＰ鋼板の引張強度が９００ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１記載の中空断面形状の自動車用構造部材。

【請求項3】

ＴＲＩＰ鋼板とＤＰ鋼板とを結合した中空断面構造を有することを特徴とする請求項１または２記載の中空断面形状の自動車用構造部材。

【請求項4】

請求項３記載の自動車用構造部材であって、ＴＲＩＰ鋼板とＤＰ鋼板の何れか一方または両方がハット型断面の成形品であることを特徴とする中空断面形状の自動車用構造部材。

【請求項5】

高強度鋼板からなる自動車用センターピラー構造部材であって、センターピラーインナー、センターピラーアウターと、それらに挟まれたセンターピラーリンフォースからなり、センターピラーインナーをＴＲＩＰ鋼板で構成し、センターピラーアウター及びセンターピラーリンフォースをＤＰ鋼板で構成したことを特徴とする中空断面形状の自動車用センターピラー構造部材。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は中空断面形状の自動車用構造部材に関するものであり、特にＴＲＩＰ鋼板を用いた中空断面形状の自動車用構造部材に関するものである。

【背景技術】

【0002】

現在の自動車においては、衝突安全性・乗員保護の観点から車体の高強度化が求められており、またこれと同時に経済性・環境的配慮の観点から、車体の軽量化が求められている。そしてこれらの要求を実現するために、ハイテンと呼ばれる高強度鋼板の採用が進められてきた。

【0003】

従来の自動車用の高強度鋼板としては、特許文献１に示されるように、主としてＤＰ鋼（複合組織鋼）が用いられてきた。ＤＰ鋼は軟質のフェライト組織と硬質のマルテンサイト組織とを鋼板中に分散させた鋼であり、延性と強度とを両立させた鋼材として広く実用化されている。しかしその実用的引張強度は概ね６００ＭＰａ未満のものが多く、最近ではさらに高強度の超ハイテンと呼ばれる９００ＭＰａ以上のＤＰ鋼板を用いることにより、一層の軽量化が試みられている。

【0004】

ところがこのような超ハイテン鋼板は、従来用いられてきた実用的引張強度６００ＭＰａ未満のＤＰ鋼板よりもさらに伸びが少ないため、車両衝突時に大変形、特に引張変形が発生した場合には、伸びがほとんどないまま亀裂が入った後に破断に至ることが懸念され、自動車用構造部材として使い難いという問題があった。そこで超ハイテン鋼板を自動車用構造部材に使用する場合には、周囲に軟質で低強度の鋼板を配置してこれを変形させ、超ハイテン鋼板をなるべく変形させないようにする工夫もなされてきたが、これは自動車用構造部材の厚肉化を招くため、軽量化と相反する結果となっていた。

【0005】

なお、９００ＭＰａ以上の超ハイテン鋼板として、ＴＲＩＰ鋼板も開発されている。これは図１に示すようにプレス成形前には降伏応力が低く伸びが大きいため加工性が良好であり、しかも成形後に加工硬化して高強度を達成する特徴を持つ。しかしこれを自動車用構造部材に用いる場合には、ビード部や稜線に代表される局所プレス加工部において加工硬化が起こっているため、車両衝突時には従来の超ハイテン鋼板（９００ＭＰａ以上のＤＰ鋼板）と同様に加工硬化部を起点とした亀裂や破断が発生し易いという問題があった。

【0006】

また、車両衝突時のような複雑な変形進行状態によっては、一時的な変形をした後に二次的変形が発生する場合があり、この場合にもＴＲＩＰ鋼板は破断が発生し易いという問題があった。衝突時に破断が発生した場合、十分な衝突エネルギー吸収を発揮することが出来ない場合が有り、また衝突エネルギーを吸収し得たとしてもロバスト性の観点から変形が不安定になる可能性があり好ましくない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００４−２１８０６６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

従って本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、９００ＭＰａ以上の超ハイテン鋼板を使用することによる軽量化が可能であり、しかも車両衝突時における亀裂や破断の発生を抑制した中空断面形状の自動車用構造部材を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記の課題を解決するために本発明者等は検討を重ねた結果、ＴＲＩＰ鋼板が持つプレス成形前には降伏応力が低く伸びが大きいという特性を、構造および材料の最適配置を考慮することで、ＴＲＩＰ鋼板のデメリットを回避しつつ、衝突時における変形性能へ活用できるのではないかとの着想に至った。すなわち、この特性はこれまでは専ら成形性の観点から利用されていたのであるが、この特性を構造および材料の最適配置を考慮して衝突時の変形吸収に活用すれば、従来にない高強度の中空断面形状の自動車用構造部材が得られることを見出した。

【0010】

本発明はこのような知見に基づいてなされたものであって、その要旨とするところは、高強度鋼板からなる自動車用構造部材であって、衝突時に引張応力が発生する側面、衝突時に圧縮応力が発生する側面と、それらに挟まれた中間部材からなり、衝突時に引張応力が発生する側面をＴＲＩＰ鋼板で構成し、衝突時に圧縮応力が発生する側面及び前記中間部材をＤＰ鋼板で構成したことを特徴とする中空断面形状の自動車用構造部材である。

【0011】

なお請求項２のように、ＤＰ鋼板の引張強度が９００ＭＰａ以上および／またはＴＲＩＰ鋼板の引張強度が９００ＭＰａ以上であることが好ましい。また請求項３のように、ＴＲＩＰ鋼板とＤＰ鋼板とを結合した中空断面構造を有する自動車用構造部材とすることが好ましく、請求項４のように、ＴＲＩＰ鋼板とＤＰ鋼板の何れか一方または両方がハット型断面の成形品であることが好ましい。さらに本発明は請求項５のように、センターピラーインナー、センターピラーアウターと、それらに挟まれたセンターピラーリンフォースからなり、センターピラーインナーをＴＲＩＰ鋼板で構成し、センターピラーアウター及びセンターピラーリンフォースをＤＰ鋼板で構成したことを特徴とする中空断面形状の自動車用センターピラー構造部材を提供するものである。

【発明の効果】

【0012】

本発明の中空断面形状の自動車用構造部材は、衝突時に引張応力が発生する側面をＴＲＩＰ鋼板で構成したものであるから、ＴＲＩＰ鋼板の伸びが大きいという特性を生かすことができ、従来は使用できなかった箇所への高強度鋼板の使用が可能となった。また衝突時に引張応力が発生する側面の反対面には圧縮応力が発生することが多いが、この部分には圧縮特性に優れたＤＰ鋼板を採用したため、全体として高強度で軽量であり、しかも車両衝突時における亀裂や破断の発生を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】ＴＲＩＰ鋼とＤＰ鋼の応力歪線図である。

【図2】本発明の実施形態のひとつで、ＴＲＩＰ鋼板とＤＰ鋼板の両方がハット型断面の成形品で構成された自動車用構造部材を示す模式図である。

【図3】本発明の自動車用構造部材の使用可能位置を示す説明図である。

【図4】本発明をＢピラーに適用した場合の、破断判定を含んだ荷重と変位の関係を示すグラフおよび状態説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下に本発明の好ましい実施形態を示す。
図２は本発明の実施形態の自動車用構造部材を示す模式図であり、ハット型断面に加工された２枚の鋼板１，２がフランジ部３で接合され、中空断面形状の自動車用構造部材を構成している。鋼板１はＴＲＩＰ鋼板であり、鋼板２はＤＰ鋼板である。

【0015】

ＴＲＩＰ鋼板は衝突時に引張応力が発生する側面、すなわち車体内側となる側面として配置されるものであり、ＤＰ鋼板は衝突時に圧縮応力が発生する側面、すなわち車体外側となる側面として配置されるものである。これらＴＲＩＰ鋼板、ＤＰ鋼板は９００ＭＰａ以上の引張強度を持つものであることが好ましい。

【0016】

前記したようにＤＰ鋼板は軟質のフェライト組織と硬質のマルテンサイト組織とを鋼板中に分散させた鋼であり、強度が６００ＭＰａ未満のＤＰ鋼板は図１に示したように伸びが大きい。しかし９００ＭＰａ以上のＤＰ鋼板は延びが小さく、引張り側に用いると破断のおそれがある。しかし圧縮側に使用すれば破断のおそれがなく、高強度の特性を十分に発揮することができる。

【0017】

一方、ＴＲＩＰ鋼板は図１に示すように破断に至るまでの伸びが大きいので、特に引張強度が９００ＭＰａ以上である場合に引張り側に使用すれば破断しにくく、しかも高強度の特性を十分に発揮することができる。なお、この特性を生かすためにＴＲＩＰ鋼板１は成形段階においてできるだけ局所プレス加工を回避し、加工硬化を抑制しておく必要がある。また、一次的変形による局所硬化の発生後に、二次的変形による破断が生じないようにするため、二次的変形が起こらない部位に使用することが好ましい。さらに、伸び変形が予測される引張り方向と垂直な方向への局所的加工部、例えば折れビード等を設けることは、加工硬化を避けるために好ましくない。

【0018】

このように、本発明の自動車用構造部材は衝突時に引張応力が発生する側面を引張強度がＴＲＩＰ鋼板１（好ましくは引張強度が９００ＭＰａ以上）で構成し、その反対側をＤＰ鋼板（必要に応じ好ましくは引張強度が９００ＭＰａ以上）で構成したので、表裏両面ともに超ハイテン鋼板製とすることができ、軽量化を図ることができる。しかもＴＲＩＰ鋼板の伸びが大きいという特性を生かすことができ、車両衝突時における亀裂や破断の発生を抑制することができる。

【0019】

本発明の自動車用構造部材は、車両側面衝突に対しては、センターピラー（Ｂピラー）インナー、サイドシルインナー等に使用することができる。また車両前面衝突に対しては、ダッシュクロスメンバー、ダッシュロア、フロントバンパーリンフォース等に使用することができる。また車両後面衝突に対して、リアエンドクロスメンバーインナー、リアバンパーリンフォース等に使用することができる。これらの使用部位を図３に示した。図３には破線で囲って示したように、センターピラーインナーをＴＲＩＰ鋼板で構成し、センターピラーアウター及びセンターピラーリンフォースをＤＰ鋼板で構成した自動車用センターピラー構造部材が示されている。なお、使用部位によって衝突時に引張応力が発生する側面であるか、圧縮応力が発生する側面であるかはほとんどの場合、予測可能である。

【0020】

上記した図２の実施形態では、強度を確保するためＴＲＩＰ鋼板とＤＰ鋼板の両方がハット型断面に加工された２枚の鋼板１，２を接合した中空断面構造としたが、断面形状は必ずしもこの実施形態に限定されるものではなく、例えば一方が板状であったり、一方もしくは両方の断面が半円形状の２枚の鋼板１，２を接合しても差し支えない。またその断面形状を自動車用構造部材の長手方向に連続的に、あるいは非連続的に変化させることもできる。さらに各種の取付け部材を、溶接その他の方法により接合一体化したり、穴開け加工等もできることはいうまでもない。

【0021】

図４に本発明をＢピラーに適用した場合の、破断判定を含んだ荷重と変位の関係を示す。引張応力が発生するインナー側にＴＲＩＰ鋼板を配置した場合は破断が発生しなかったが、インナー側にＤＰ鋼板を配置した場合は破断が発生している。

【0022】

以上に説明したように、本発明の中空断面形状の自動車用構造部材は、性質の異なる２種類の高強度鋼板を組み合わせることによって、軽量化が可能であり、しかも車両衝突時における亀裂や破断の発生を抑制することができる利点がある。

【符号の説明】

【0023】

１ 鋼板（ＴＲＩＰ鋼板）
２ 鋼板（ＤＰ鋼板）
３ フランジ部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】