JP2004330849A - 樹脂製車体部品の構造 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】繊維を強化材として含んだ樹脂製で且つハット型断面形状のアウタパネル3の内側に、これとほぼ相似形の金属製のレインフォース5をインサート成形をもって一体的に配設する。アウタパネル3はリベット6にてインナパネル4と締結し、閉断面構造のセンターピラー2とする。レインフォース5の縦壁部5aには、曲げ荷重入力時にレインフォース5の曲がり変形を許容しつつ縦壁部5aの展開延伸を許容する変形容易部として複数のエンボス部8a,8bを予め曲折形成する。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は樹脂製の車体部品の構造に関し、特に自動車の車体の強度部材として機能する閉断面構造のセンターピラー等において、軽量化を犠牲にすることなく衝突エネルギー吸収特性を十分に考慮した構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
車体部品の補強構造、例えば強度部材として機能することになる閉断面構造のセンターピラーの補強構造として特許文献1に記載のものが提案されている。
【0003】
この従来の構造では、大幅な重量増加を招くことなく十分な補強効果を得ることを目的として、アウタパネルとインナパネルとからなるセンターピラーの内面にカーボン繊維を含む補強シートを密着するように配設するとともに、その内側に補強シートに密着する合成樹脂製の発泡材を充填し、実質的に金属製のアウタパネルやインナパネル以外に補強シートや樹脂材料を併用することで複合構造のものとしてある。
【0004】
特許文献1に代表されるような従来の技術では、センターピラーの主要素となるアウタパネルおよびインナパネルが金属製のものであることに変わりはなく、燃費や動力性能の向上のために車体重量のより一層の軽量化を図ろうとする場合にはなおも改善の余地を残している。
【0005】
このようなことから、より一層の軽量化と耐衝撃性向上等のためにセンターピラーそのものを繊維質の強化材を含む樹脂材料すなわちいわゆる繊維強化樹脂材料で形成することが特許文献2等により提案されている。
【0006】
【特許文献1】
特開2000−38157号公報 (図3)
【0007】
【特許文献2】
特開平11−60886号公報 (第2頁)
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、センターピラーそのものを繊維強化樹脂にて形成した場合、靜的強度は得られたとしても、例えば側面衝突等の際に衝撃による曲げ荷重が加わると、マトリックス樹脂材料そのものの破断伸びが数パーセントであることから、早い時期に折れ点に亀裂が発生してセンターピラーそのものが負担する荷重が激減してしまい、衝撃エネルギーを十分に吸収することができない。すなわち、折れ点にてセンターピラーそのものが破断してしまうことによって、衝撃荷重をそのセンターピラーの上下両端部を介して車体側に伝達することができなくなることから、側面衝突時の衝撃エネルギーを十分に吸収をすることができなくなる。
【0009】
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、とりわけセンターピラーに代表されるような車体部品を繊維強化樹脂材料で形成することを前提としつつも、必要十分な衝撃エネルギー吸収性能を具備させることができるようにした構造を提供するものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、繊維質の強化材を含む樹脂材料をもって略ハット型断面形状に形成したパネルのうち少なくとも長手方向の一部にパネル自体の断面形状と相似形をなす金属製のレインフォースを配設し、レインフォースの縦壁部には、パネルへの曲げ荷重入力時にレインフォースの曲がり変形を許容しつつ縦壁部の展開延伸を許容する変形容易部を形成したことを特徴する。
【0011】
レインフォースとしては伸び特性に優れた例えば鋼板製のものを用いるとともに、変形容易部は、例えば請求項2に記載のように、パネルへの曲げ荷重入力時に展開延伸可能なように縦壁部の一部を凸状もしくは凹状に折り曲げたエンボス部であることが望ましく、曲げによる意図したエネルギー吸収モードでの変形および吸収量となるようにその位置や個数等を適宜設定するものとする。また、レインフォースは、請求項3に記載のように、略ハット型断面形状で且つ曲げ荷重入力時と同等の反りを持たせた形状に予備成形した上で、縦壁部に変形容易部を曲折成形することにより上記反りを復元した形状のものとして形成することが望ましい。
【0012】
さらに、車体部品は単一パネル状のものでもよいが、センターピラーに代表されるような閉断面構造のもの、すなわち、請求項4に記載のようにアウタパネルとインナパネルとをもって閉断面構造のものとして形成したものであることが望ましい。
【0013】
したがって、請求項1に記載の発明では、樹脂製のパネルが伸び特性に優れた金属製のレインフォースを備えていることで、例えば曲げによる入力荷重が作用した場合に、パネルそのものが破断したとしても金属製のレインフォースが変形容易部をきっかけとして伸び変形を生じ、それによってパネルの材質に依存することなく必要十分な衝撃エネルギー吸収量を確保できることになる。
【0014】
【発明の効果】
請求項1に記載の発明によれば、樹脂製の車体部品でありながら曲げによる入力荷重作用時に意図したエネルギー吸収モードでの変形およびエネルギー吸収量を容易に且つ確実に確保できる効果がある。
【0015】
【発明の実施の形態】
図1以下の図面は本発明の好ましい実施の形態を示す図であり、図2に示すように自動車車体1の強度部材であるセンターピラー2に適用した場合の例を示している。
【0016】
車体部品としてのセンターピラー2は、図1の(A),(B)に示すように略ハット型断面形状をなす樹脂製のアウタパネル3と金属製(例えば鋼板製)のインナパネル4とをもって閉断面構造のものとして形成されていて、アウタパネル3の内側にはアウタパネル3自体とほぼ相似形をなす金属製のレインフォース5が埋設されている。そして、アウタパネル3とインナパネル4はアウタパネル3側のフランジ部3aに複数のリベット6による締結を施すことによって強固に結合されている。なお、インナパネル4はアウタパネル3の略ハット型断面形状の開きを防止しつつその強度と剛性の向上を図るために設けられている。
【0017】
アウタパネル3は例えばガラス繊維やカーボン繊維を強化材として含有する例えばナイロン(登録商標)あるいはポリプロピレン等のいわゆる繊維強化樹脂にて形成されていて、その内下面には複数状のリブ7が突設されているとともに、アウタパネル3を例えば射出成形法にて成形する際にレインフォース5をインサート部材として成形することでそのアウタパネル3内にレインフォース5が一体的に埋設されている。そして、レインフォース5の両側の縦壁部5aには、アウタパネル3の頂部平面3b側からフランジ部3a側に向かって漸次幅広となる断面略山形状(凸状)の複数(本実施の形態では3個)のエンボス部8a,8bを変形容易部として曲折形成してある。これらのエンボス部8a,8bは、後述するようにセンターピラー2自体がアウタパネル3の頂部平面3b側を圧縮変形側(内側)としインナパネル4側を引張変形側(外側)とするような曲げ変形を起こした場合にレインフォース5の縦壁部5aでの延伸展開を積極的に許容するために設けられている。なお、一つの縦壁部5aにつき三箇所に形成されたエンボス部8a,8bのうち中央部に位置するもの以外のもの8a,8aはいずれもセンターピラー2の長手方向で所定角度だけ傾斜させて形成してある。
【0018】
ここで、上記アウタパネル3とインナパネル4とのリベット6による締結に代えて、図3に示すようにフランジ部3a側に予め形成した突起部3cをインナパネル4側の穴4aに挿入した上でかしめ加工を施すいわゆる熱かしめ方式で締結するようにしてもよい。また、上記の断面山形状(凸状)のエンボス部8a,8bに代えて断面凹状となるエンボス部としてもよい。
【0019】
上記のようなセンターピラー2を成形するにあたっては、図4の(A),(B)に示すように所定の鋼板10を用いて略ハット型断面形状もしくは断面略コ字状のものとして曲折成形してレインフォース5の予備成形体11とする。この予備成形体11を成形する際に、予備成形体11のうちハット型断面形状の頂部5bおよび縦壁部5aに相当する部分にそれぞれ後述する曲げ荷重入力時と同等の反りを具備させておくものとする。そして、予備成形に続く整形加工として、同図(C)に示すようにハット型断面形状の縦壁部5aに相当する部分にあたかも積極的にしわ寄り部を成形するような形態で断面略山形状の複数のエンボス部8a,8bを成形し、先に頂部5bおよび縦壁部5aに積極的に付与した反りを吸収しつつこれを復元することでハット型断面形状の頂部5bに相当する部分を平面状のものとし、これをもってレインフォース5とする。
【0020】
続いて、上記レインフォース5をインサート部材として用いて射出成形を施し、同図(D)に示すようにレインフォース5と一体化されたハット型断面形状のアウタパネル3を成形する。この後、同図(E)および図1に示すように、成形されたアウタパネル3と鋼板製のインナパネル4とをリベット6にて一体的に締結してセンターピラー2とする。
【0021】
このように構成されたセンターピラー2によれば、図5の(A)に示すようにアウタパネル3の頂部平面3b側を入力側として例えば車両の側面衝突時と同等のエネルギーすなわち曲げ荷重Fが入力された場合、その外力である荷重Fがセンターピラー2の許容限界以下のものであれば、インナパネル4やレインフォース5にて補強されたセンターピラー2は外力Fに対抗して所定の強度が得られることになる。
【0022】
その一方、曲げ荷重Fが許容限界以上のものである場合、同図(B)に示すようにアウタパネル3はその樹脂層自体の伸び率が小さい故に荷重入力点に亀裂が入り破断してしまうことから、早い時期にエネルギー吸収効果が激減してしまうことになる。これに対して、レインフォース5は先に述べたように曲げ荷重入力時と同等の反りを予め与えた上でこれを復元したものであるから、曲げ荷重入力時にはその荷重入力点から折れ曲がるきっかけとなり、曲げモードでの変形を安定化させる役目をする。そして、同図(B),(C)に示すように、レインフォース5はアウタパネル3の樹脂層が破断した以降も予め縦壁部5aに形成してあるエンボス部8a,8bを徐々に延伸展開させながら、すなわちエンボス部8a,8bを消去するような形態で当初付与した反りの方向に変形し、そのエネルギー吸収効果を持続することになる。この後、レインフォース5の曲げに対する許容限界を越えるようになると、同図(D)示すようにアウタパネル3の樹脂層やインナパネル4とともにレインフォース5もやがては破断することになる。
【0023】
図6は上記のようなセンターピラー2に対する曲げモードでの荷重入力時の荷重と変位との関係を示す図で、破線で示す従来構造のものでは最大荷重発生後にその荷重が急激に低下して十分なエネルギー吸収効果を発揮しないのに対して、実線で示す本実施の形態のものでは最大荷重発生後もレインフォース5の変形に伴いある程度の荷重が持続され、これをもって必要十分なエネルギー吸収効果が得られることになる。
【0024】
このように本実施の形態によれば、樹脂製のアウタパネル3の採用に伴いセンターピラー2の軽量化を図りながら必要十分な衝撃エネルギー吸収効果が得られることになる。
【0025】
ここで、発明の効果の欄に記載した以外の本実施の形態の主要な効果をその発生要因とともに記載すれば下記のとおりである。
【0026】
(1)レインフォース5に変形容易部として形成されるエンボス部8a,8bは単に曲折成形したものであるから、プレス成形等にて容易に成形することができる。
【0027】
(2)レインフォース5は荷重入力時と同方向の反りを予め与えた上でこれを復元させるようにして成形したものであるから、荷重入力時の挙動が安定化し、エネルギー吸収特性の信頼性が一段と高いものとなる。
【0028】
(3)レインフォース5はそれ自体をインサート部材としてアウタパネル3の射出成形時に一体化したものであるから、アウタパネル3に対するレインフォースの組み込みが容易となる。
【0029】
なお、上記実施の形態では車体の強度部材として機能することになるセンターピラーに適用した場合の例を示したが、センターピラー以外の同等機能部材であれば本発明を適用可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の好ましい実施の形態を示す図で、(A)は図2に示すセンターピラーの要部拡大図、(B)は同図(A)の拡大断面図。
【図2】(A)は自動車車体の概略構造を示す斜視図、(B)は同図(A)のa部拡大図。
【図3】図1の(B)の変形例を示す要部拡大図。
【図4】図1のセンターピラーの製造手順を概略的に示した工程説明図。
【図5】図1のセンターピラーについて曲げモードでの荷重入力時の挙動を示す説明図。
【図6】図5の荷重入力時の荷重−変位特性を示す特性図。
【符号の説明】
2…センターピラー(車体部品)
3…アウタパネル
4…インナパネル
5…レインフォース(インサート部材)
5a…縦壁部
6…リベット
8a,8b…エンボス部(変形容易部)
11…予備成形体
Claims (7)
- 繊維質の強化材を含む樹脂材料をもって略ハット型断面形状に形成したパネルのうち少なくとも長手方向の一部にパネル自体の断面形状と相似形をなす金属製のレインフォースを配設し、
レインフォースの縦壁部には、パネルへの曲げ荷重入力時にレインフォースの曲がり変形を許容しつつ縦壁部の展開延伸を許容する変形容易部を形成したことを特徴する樹脂製車体部品の構造。 - 変形容易部は、パネルへの曲げ荷重入力時に展開延伸可能なように縦壁部の一部を凸状もしくは凹状に折り曲げたエンボス部であることを特徴とする請求項1に記載の樹脂製車体部品の構造。
- レインフォースは、略ハット型断面形状で且つ曲げ荷重入力時と同等の反りを持たせた形状に予備成形した上で、縦壁部に変形容易部を曲折成形することにより上記反りを復元した形状のものとして形成したことを特徴とする請求項1または2に記載の樹脂製車体部品の構造。
- 車体部品はアウタパネルとインナパネルとにより閉断面構造のものとして形成するとともに、そのアウタパネルおよびインナパネルのうち少なくともいずれか一方のパネルを繊維質の強化材を含む樹脂材料をもって略ハット型断面形状に形成したことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の樹脂製車体部品の構造。
- レインフォースは、略ハット型断面形状のパネルの内面に配設したことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の樹脂製車体部品の構造。
- 略ハット型断面形状のパネルを成形する際にレインフォースをインサート部材として一体成形したものであることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の樹脂製車体部品の構造。
- 車体部品は自動車の車体のセンターピラーであることを特徴とする請求項4に記載の樹脂製車体部品の構造。
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