特許 6340896 センターピラー用鋼部材

(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】6340896

(24)【登録日】2018年5月25日

(45)【発行日】2018年6月13日

(54)【発明の名称】センターピラー用鋼部材

(51)【国際特許分類】

   B62D 25/04 20060101AFI20180604BHJP

【ＦＩ】

   B62D25/04 B

【請求項の数】3

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2014-90700(P2014-90700)

(22)【出願日】2014年4月24日

(65)【公開番号】特開2015-209042(P2015-209042A)

(43)【公開日】2015年11月24日

【審査請求日】2016年12月5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】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100175802

【弁理士】

【氏名又は名称】寺本 光生

(74)【代理人】

【識別番号】100106909

【弁理士】

【氏名又は名称】棚井 澄雄

(74)【代理人】

【識別番号】100134359

【弁理士】

【氏名又は名称】勝俣 智夫

(74)【代理人】

【識別番号】100188592

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 洋

(72)【発明者】

【氏名】松山 俊太郎

【審査官】 林 政道

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−２７９９０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０４８５６７（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】

車両の外側に向けて配置されるアウター部と、前記アウター部の幅方向両側に接続される一対の側壁面部と、前記一対の側壁面部に接続されるとともに前記アウター部に対向して車両の内側に配置されるインナー部とを備え、
前記アウター部、前記側壁面部及び前記インナー部が鋼板から構成され、
前記アウター部における前記鋼板の降伏強度と板厚の３乗との積が、前記側壁面部及び前記インナー部における前記鋼板の降伏強度と板厚の３乗との積よりも高く、
前記側壁面部における前記鋼板の降伏強度と板厚の３乗との積と、前記インナー部における前記鋼板の降伏強度と板厚の３乗との積が等しい、ことを特徴とするセンターピラー用鋼部材。

【請求項2】

前記アウター部が鋼板で構成され、
前記一対の側壁面部及び前記インナー部が前記鋼板とは別の鋼板を成形加工した成形部材で構成され、
前記アウター部をなす前記鋼板の降伏強度と板厚の３乗との積が、前記成形部材をなす前記別の鋼板の降伏強度と板厚の３乗との積より高いことを特徴とする請求項１に記載のセンターピラー用鋼部材。

【請求項3】

前記一対の側壁面部および前記アウター部が鋼板を成形加工した成形部材で構成され、
前記アウター部の降伏強度が焼き入れによって前記側壁面部の降伏強度より高くされていることを特徴とする請求項１に記載のセンターピラー用鋼部材。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、センターピラー用鋼部材に関する。

【背景技術】

【0002】

燃費向上のために自動車等の車両は軽量化が求められる一方で、搭乗者の安全確保の観点から衝突安全性が求められている。軽量化を実現するには、車両の車体を構成する鋼部材の薄肉化が有効である。しかしながら、単に鋼部材を薄肉化しただけでは、衝突時の安全性を確保できない。そこで、鋼部材を構成する鋼板の高強度化や、鋼部材に補強部材を追加することが検討されている。

【0003】

より具体的には、車両がその側面から衝突を受けた場合には、センターピラーに衝突荷重が加わる可能性がある。衝突時のセンターピラーの変形量が小さければ、搭乗者の安全性が確保される。そこで、センターピラーの対衝突変形量を小さくすることが検討されている。

【0004】

特許文献１には、外側骨格部材、内側骨格部材、補強用骨格部材からなる自動車センターピラーが開示されている。補強用骨格部材は、内側骨格部材に向けて突出する突出部と、外側骨格部材に沿って内側骨格部材に沿って延びる端補強壁部とを有している。

【0005】

また、特許文献２には、リーンフォースメントパネルと、センターピラーインナーパネルと、一方及び他方のリーンフォースメントよりなるセンターピラーが開示されている。２つのリーンフォースメントはセンターピラーを補強するものとされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００８−２３０４５３号公報

【特許文献2】特開２００９−２９２３６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、上記特許文献１、２に記載された技術は、補強部材の追加による重量増が避けられない。よって特許文献１、２に記載の技術では、衝突安全性を確保できたとしても、燃費向上を目的とした軽量化は望めず、軽量化と衝突安全性の両立が困難であった。

【0008】

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、燃費向上のための軽量化と衝突安全性の両立を可能とするセンターピラー用鋼部材の提供を課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

［１］ 車両の外側に向けて配置されるアウター部と、前記アウター部の幅方向両側に接続される一対の側壁面部と、前記一対の側壁面部に接続されるとともに前記アウター部に対向して車両の内側に配置されるインナー部とを備え、
前記アウター部、前記側壁面部及び前記インナー部が鋼板から構成され、
前記アウター部における前記鋼板の降伏強度と板厚の３乗との積が、前記側壁面部及び前記インナー部における前記鋼板の降伏強度と板厚の３乗との積よりも高く、
前記側壁面部における前記鋼板の降伏強度と板厚の３乗との積と、前記インナー部における前記鋼板の降伏強度と板厚の３乗との積が等しい、ことを特徴とするセンターピラー用鋼部材。
［２］ 前記アウター部が鋼板で構成され、
前記一対の側壁面部及び前記インナー部が前記鋼板とは別の鋼板を成形加工した成形部材で構成され、
前記アウター部をなす前記鋼板の降伏強度と板厚の３乗との積が、前記成形部材をなす前記別の鋼板の降伏強度と板厚の３乗との積より高いことを特徴とする請求項１に記載のセンターピラー用鋼部材。
［３］ 前記一対の側壁面部および前記アウター部が鋼板を成形加工した成形部材で構成され、
前記アウター部の降伏強度が焼き入れによって前記側壁面部の降伏強度より高くされていることを特徴とする請求項１に記載のセンターピラー用鋼部材。

【発明の効果】

【0010】

板厚が均一であることを前提にして、アウター部の降伏強度と側壁面部の降伏強度とが同じである場合、アウター部に衝撃が加わると、アウター部がインナー部側に向けて曲げ変形し、この曲げ変形に伴ってアウター部の変形箇所近傍の側壁面部が座屈変形する。座屈変形した側壁面部は、衝撃荷重を吸収せずに折れモードに遷移する。しかしながら、アウター部の降伏強度を側壁面部の降伏強度よりも高くすると、衝突荷重によるアウター部の曲げ変形が衝突箇所のみに集中せず、変形部分がその周囲に広がる。このため、衝突箇所近傍の側壁部が座屈変形しにくくなり、側壁面部が衝撃荷重を吸収するようになり、折れモードへの遷移が抑制される。
これにより、センターピラー用鋼部材のアウター部に衝突荷重が加わった場合であっても、センターピラー用鋼部材が大きく変形することがなく、乗員の安全性を高めることができる。同時に、補強部材が不要なので、センターピラー用鋼部材の軽量化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は本発明の第１の実施形態であるセンターピラー用鋼部材を備えた車両の斜視図である。

【図2】図２は本発明の第１の実施形態であるセンターピラー用鋼部材の断面図である。

【図3】図３はセンターピラー用鋼部材に衝撃が加わった場合の変形状態を説明する図である。

【図4】図４は、センターピラー用鋼部材の吸収エネルギーとストライカーのストローク量との関係を示すグラフである。

【図5】図５は本発明の第２の実施形態であるセンターピラー用鋼部材の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態であるセンターピラー用鋼部材について図面を参照して説明する。

【0013】

本実施形態のセンターピラー用鋼部材１は、図１及び図２に示すように、アウター部２と、アウター部２の幅方向両側に接続される一対の側壁面部３と、一対の側壁面部３に接続されるとともにアウター部２に対向して車両の内側に配置されるインナー部４とを備えている。アウター部２、側壁面部３及びインナー部４は鋼板で構成されている。そして、本実施形態では、アウター部２における鋼板の降伏強度と板厚の３乗との積が、側壁面部３における鋼板の降伏強度と板厚の３乗との積よりも高くなっている。

【0014】

より詳細には、図２に示すように、本実施形態のセンターピラー用鋼部材１は、アウター部２が鋼板１２で構成されている。また、一対の側壁面部３及びインナー部４は、アウター部２をなす鋼板１２とは別の鋼板１３で構成されている。一対の側壁面部３及びインナー部４は、別の鋼板１３を成形部材１３ａに成形加工することによって構成される。成形部材１３ａは、インナー部４と、インナー部４の幅方向両側に接続された一対の側壁面部３と、各側壁面部３に接続されたフランジ部５とから構成される。

【0015】

そして、本実施形態のセンターピラー用鋼部材１は、成形部材１３ａのフランジ部５に、アウター部２をなす鋼板１２を重ね合わせて溶接することで中空状の部材として構成される。

【0016】

図１及び図２に示すように、センターピラー用鋼部材１を自動車の車体に取り付ける際は、アウター部２が車両の外側に配置され、インナー部４が車両の内側に配置されるように取り付けられる。

【0017】

本実施形態においては、アウター部２をなす鋼板１２の降伏強度と板厚の３乗との積が、側壁面部３をなす別の鋼板１３の降伏強度と板厚の３乗との積より高くなっている。これにより、アウター部２における降伏強度と板厚の３乗との積が、側壁面部３における降伏強度と板厚の３乗との積より高くなるように構成される。

【0018】

アウター部２をなす鋼板１２の板厚ｔ_１及び降伏強度Ｍ_１と、側壁面部３及びインナー部４をなす別の鋼板１３の板厚ｔ_２及び降伏強度Ｍ_２は、ｔ_１^３・Ｍ_１＞ｔ_２^３・Ｍ_２の関係を満たすならば、どのような値であってもよいが、好ましくは、板厚ｔ_１、ｔ_２は同じ厚みにするとよい。従って、Ｍ_１＞Ｍ_２になるように、各鋼板１２、１３の材質を選定するとよい。

【0019】

積（ｔ_１^３・Ｍ_１）と積（ｔ_２^３・Ｍ_２）との差は、小さすぎると衝撃吸収の効果が小さくなるので好ましくない。積（ｔ_１^３・Ｍ_１）と積（ｔ_２^３・Ｍ_２）との差が大きいほど、衝撃吸収の効果が大きくなる。しかし、積（ｔ_１^３・Ｍ_１）と積（ｔ_２^３・Ｍ_２）との差が大きすぎると、側壁面部３及びインナー部４をなす別の鋼板１３の板厚ｔ_２及び降伏強度Ｍ_２が極端に小さくなり、センターピラー用鋼部材１自体の強度が低下するので好ましくない。

【0020】

より好ましくは、成形部材１３ａをなす鋼板１３の降伏鋼強度Ｍ_２を５００ＭＰａ以上とし、板厚ｔ_２を１．２ｍｍ以上とし、さらに積（ｔ_１^３・Ｍ_１）と積（ｔ_２^３・Ｍ_２）との差を３００Ｎｍ以上にするとよい。

【0021】

具体的には、アウター部２を構成する鋼板１２の降伏強度Ｍ_１は、７００〜１２００ＭＰａの範囲が好ましく、８５０〜１２００ＭＰａの範囲がより好ましい。また、板厚ｔ_１は１．２〜２．０ｍｍの範囲が好ましく、１．６〜２．０ｍｍの範囲がより好ましい。
また、側壁面部３及びインナー部４を構成する別の鋼板１３の降伏強度Ｍ_２は、５００〜８５０ＭＰａの範囲が好ましく、６００〜７００ＭＰａの範囲がより好ましい。また、板厚ｔ_２は１．０〜１．６ｍｍの範囲が好ましく、１．０〜１．４ｍｍの範囲がより好ましい。

【0022】

次に、衝撃試験の結果を通じて、本実施形態のセンターピラー用鋼部材１の作用を説明する。図３（Ａ）には、本実施形態のセンターピラー用鋼部材１の衝撃試験方法を示し、図３（Ｂ）〜図３（Ｄ）には衝撃試験時のセンターピラー用鋼部材１の変形状態を示す。

【0023】

図３（Ａ）に示すように、センターピラー用鋼部材１の衝撃試験方法は、センターピラー用鋼部材１の長手方向一端１ａと他端１ｂとをそれぞれ試験治具２１に固定した上で、ストライカー２２と呼ばれる半円筒状の治具を、センターピラー用鋼部材１の長手方向中央部分に衝突させる。センターピラー用鋼部材１を試験治具２１に固定する際には、アウター部２が上側を向くように固定する。そして、上方からアウター部２に向けてストライカー２２を落下させることにより、衝撃試験を行う。

【0024】

図３（Ｂ）及び図３（Ｃ）は、アウター部２をなす鋼板１２の板厚ｔ_１及び降伏強度Ｍ_１と、側壁面部３及びインナー部４をなす別の鋼板１３の板厚ｔ_２及び降伏強度Ｍ_２との関係を、ｔ_１^３・Ｍ_１≦ｔ_２^３・Ｍ_２にした例である。図３（Ｂ）及び図３（Ｃ）に示すように、ｔ_１^３・Ｍ_１≦ｔ_２^３・Ｍ_２とした場合は、アウター部２に衝撃が加わると、アウター部２がインナー部４側に向けて曲げ変形し、この曲げ変形に伴って衝撃を受けた箇所の近傍の側壁面部３が座屈変形する。座屈変形した側壁面部３は、衝撃荷重を吸収せずに折れモードに遷移する。

【0025】

一方、図３（Ｄ）は、アウター部２をなす鋼板１２の板厚ｔ_１及び降伏強度Ｍ_１と、側壁面部３及びインナー部４をなす別の鋼板１３の板厚ｔ_２及び降伏強度Ｍ_２との関係を、ｔ_１^３・Ｍ_１＞ｔ_２^３・Ｍ_２にした例である。図３（Ｄ）に示すように、ｔ_１^３・Ｍ_１＞ｔ_２^３・Ｍ_２とした場合は、衝突荷重によるアウター部２の曲げ変形が衝突箇所のみに集中せず、変形部分がその周囲に広がる。このため、衝突箇所近傍の側壁面部３が座屈変形しにくくなり、側壁面部３が衝撃荷重を吸収するようになり、折れモードへの遷移が抑制される。

【0026】

図４に示すように、図３（Ｄ）のごとくｔ_１^３・Ｍ_１＞ｔ_２^３・Ｍ_２とした場合は、図３（Ｂ）または図３（Ｃ）のごとくｔ_１^３・Ｍ_１≦ｔ_２^３・Ｍ_２とした場合に比べて、吸収エネルギーが大きくなっていることが分かる。

【0027】

以上のように、本実施形態によれば、センターピラー用鋼部材１のアウター部２に衝突荷重が加わった場合であっても、センターピラー用鋼部材１が大きく変形することがなく、乗員の安全性を高めることができる。同時に、補強部材が不要なので、センターピラー用鋼部材１の軽量化を図ることができる。

【0028】

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態のセンターピラー用鋼部材３１は、図５に示すように、アウター部３２と、アウター部３２の幅方向両側に接続される一対の側壁面部３３と、一対の側壁面部３３に接続されるとともにアウター部３２に対向して車両の内側に配置されるインナー部３４とを備えている。アウター部３２、インナー部３４及び側壁面部３３は鋼板で構成されている。

【0029】

図５に示すように、本実施形態のセンターピラー用鋼部材３１は、インナー部３４が鋼板４１で構成されている。また、一対の側壁面部３３及びアウター部３２は、インナー部３４をなす鋼板４１とは別の鋼板４２から構成されている。別の鋼板４２は、成形加工されることによって成形部材４２ａとされる。成形部材４２ａは、アウター部３２と、アウター部３２の幅方向両側に接続された一対の側壁面部３３と、各側壁面部３３に接続されたフランジ部３５とから構成される。

【0030】

そして、本実施形態のセンターピラー用鋼部材３１は、成形部材４２ａのフランジ部３５に、インナー部３４をなす鋼板４１を重ね合わせて溶接することで中空状の部材として構成される。

【0031】

センターピラー用鋼部材３１を自動車の車体に取り付ける際は、アウター部３２が車両の外側に配置され、インナー部３４が車両の内側に配置される。

【0032】

本実施形態においては、アウター部３２が焼き入れされており、アウター部３２の降伏強度が側壁面部３３の降伏強度より高くされている。板厚については、アウター部３２及び側壁面部３３は別の鋼板４２が成形加工されることによって形成されたものであるから、ほぼ同じ板厚になる。その結果、アウター部３２における降伏強度と板厚の３乗との積が、側壁面部３３における降伏強度と板厚の３乗との積より高くなる。

【0033】

焼き入れによるアウター部３２の降伏強度の上昇幅は、焼き入れ前の降伏強度に対して２００％以下程度にすることが望ましく、２０〜１４０％程度にすることがより望ましい。降伏強度の上昇幅は、鋼板の材質の選定や、焼入条件を調整することによって制御できる。

【0034】

焼き入れ後のアウター部３２における板厚ｔ_１及び降伏強度Ｍ_１と、側壁面部３３における板厚ｔ_２及び降伏強度Ｍ_２との関係は、ｔ_１^３・Ｍ_１＞ｔ_２^３・Ｍ_２を満たすことが望ましい。積（ｔ_１^３・Ｍ_１）と積（ｔ_２^３・Ｍ_２）との差は、小さすぎると衝撃吸収の効果が小さくなるので好ましくない。積（ｔ_１^３・Ｍ_１）と積（ｔ_２^３・Ｍ_２）との差が大きいほど、衝撃吸収の効果が大きくなるが、焼き入れによる降伏強度の上昇幅には限度があるので、降伏強度以外の特性値が悪化しない範囲で積の差を広げるとよい。
より好ましくは、アウター部３２における降伏強度Ｍ_１を７００ＭＰａ以上とし、側壁面部３３における降伏強度Ｍ_２を５００ＭＰａ以上とし、積（ｔ_１^３・Ｍ_１）と積（ｔ_２^３・Ｍ_２）との差を３００Ｎｍ以上にするとよい。

【0035】

具体的には、アウター部３２における降伏強度Ｍ_１は、７００〜１２００ＭＰａの範囲が好ましく、８５０〜１２００ＭＰａの範囲がより好ましい。また、板厚ｔ_１は１．２〜２．０ｍｍの範囲が好ましく、１．６〜２．０ｍｍの範囲がより好ましい。
また、側壁面部３３における降伏強度Ｍ_２は、５００〜８５０ＭＰａの範囲が好ましく、６００〜７００ＭＰａの範囲がより好ましい。また、板厚ｔ_２は１．０〜１．６ｍｍの範囲が好ましく、１．０〜１．４ｍｍの範囲がより好ましい。

【0036】

更に、インナー部３４を構成する鋼板の降伏強度Ｍ_３及び板厚ｔ_３は特に制限がない。降伏強度Ｍ_３は、５００〜１２００ＭＰａの範囲としてもよく、７００〜１２００ＭＰａの範囲としてもよい。また、板厚ｔ_３は１．０〜２．０ｍｍの範囲としてもよく、１．６〜２．０ｍｍの範囲としてもよい。

【0037】

本実施形態のセンターピラー用鋼部材３１は、第１の実施形態と同様の効果が得られる。

【符号の説明】

【0038】

１、３１…センターピラー用鋼部材、２、３２…アウター部、３、３３…側壁面部、４、３４…インナー部、１２…鋼板、１３…別の鋼板（鋼板）、１３ａ、４２ａ…成形部材。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】