JP2005001615A - 樹脂製車体部品の構造 - Google Patents

Abstract

【課題】軽量化を阻害することなく、エネルギー吸収特性に優れた複合構造のセンターピラーを提供する。
【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の外側に、これとほぼ相似形の金属製のレインフォース５を配置する。アウタパネル３はレインフォース５とともにリベット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の頂部平面５ａには、曲げ荷重入力時に座屈変形のきっかけとなる曲げ変形促進ビード部９を形成するとともに、それと直交するように補助ビード部１０を形成する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【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いわゆる閉断面構造の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共に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外面側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略相似形をなす金属製のレインフォースを配設したことを特徴とする。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ものとし、パネルに対するそのレインフォースの配置位置は、請求項２に記載のようにパネルへの曲げ荷重入力時に折れ曲がる部位の周辺部とする。
【００１１】
また、請求項３に記載のように、レインフォースにそれ自体が折れ曲がる方向に曲げ変形容易部を形成することが望ましく、より具体的には請求項４に記載のように、レインフォースの曲げ変形容易部は、パネルの外面側から内面側に向かって凸形状となる曲げ変形促進ビード部とする。
【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７，８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曲げ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。すなわち、曲げによる入力荷重によって樹脂製のパネルが破断したとしてもレインフォースが変形しながら折れ曲がることになるため、最大荷重が発生してもなおもその荷重の低下が防止され、必要十分な衝撃エネルギー吸収量を確保できる。
【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とそのアウタパネル３の開放部側に配置した金属製（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の外側（外面側）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が配設されている。そして、アウタパネル３とインナパネル４およびレインフォース５はそれらのフランジ部３ａ，５ａに複数のリベット６による締結を施すことによって共締めされるようにして強固に結合されているとともに、アウタパネル３とレインフォース５はフランジ部３ａ，５ａ以外の頂部平面３ｂ，５ｂや縦壁部３ｃ，５ｃにも複数のリベット６による締結を施すことによって共締めされるようにし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、外表面側には長手方向に沿って単一のビード部８が形成されている。これらのリブ７およびビード部８は、アウタパネル３を例えば射出成形法にて成形する際に同時成形される。
【００１８】
レインフォース５はその断面形状がアウタパネル３とほぼ相似形となるように例えばプレス成形により曲折成形したものであって、頂部平面５ｂの長手方向中央部すなわちセンターピラー２への曲げ荷重入力時に折れ曲がる部位の周辺部には、アウタパネル３の外表面側から内面側に向かって断面略半円状の凸形状となる曲げ変形容易部たる曲げ変形促進ビード部９を形成してある。さらに、レインフォース５にはその曲げ変形促進ビード部９と直交するように長手方向に沿って断面略矩形状で且つ凸形状の補助ビード部１０を膨出形成してあり、補助ビード部１０はアウタパネル３側のビード部８と整合合致している。なお、曲げ変形促進ビード部９や補助ビード部１０の断面形状は任意に設定可能である。また、アウタパネル３側には上記曲げ変形促進ビード部９を受容するための凹部が形成される。
【００１９】
ここで、上記アウタパネル３のフランジ部３ａ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１１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。これらのことは、アウタパネル３とインナパネル４に加えてレインフォース５までもが重合する部分、もしくはアウタパネル３とレインフォース５とが重合する部分においても同様である。
【００２０】
このように構成されたセンターピラー２によれば、図１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が入力されると曲げモーメントが発生し、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は荷重Ｆに対抗して所定の強度が得られることになる。
【００２１】
その一方、曲げ荷重Ｆが許容限界以上のものである場合、図４に示すように引っ張り荷重を受けることになるインナパネル４側の強度が高いことから、圧縮側となるアウタパネル３およびレインフォース５の頂部平面３ｂ，５ｂ側には矢印Ｍで示したように圧縮荷重が加わることになる。この際に、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になるものの、レインフォース５は曲げ変形促進ビード部９をきっかけとして同図のように座屈変形し、それをもってエネルギー吸収効果を持続することになる。
【００２２】
図５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、すなわち繊維強化樹脂のみで形成されたセンターピラーの場合には、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が破断することなく変形が進行し、そ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。つまり、本実施の形態によれば、繊維強化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。
【００２３】
その上、レインフォース５には曲げ変形促進ビード部９と直交するように補助ビード部１０を予め設定してあることから、その頂部平面５ｂ側での圧縮荷重が剛性の高い補助ビード部１０を介して確実に曲げ変形促進ビード部９へと伝達され、曲げ変形促進ビード部９での変形をきっかけとしてレインフォース５を含むセンターピラー２を確実に座屈変形させることができ、より安定したエネルギー吸収特性が得られることになる。
【００２４】
さらに、レインフォース５に曲げ変形容易部として形成される曲げ変形促進ビード部９のほか補助ビード部１０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、またそれらの機能のために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。
【００２５】
図６は本発明の第２の実施の形態としてアウタパネル３とレインフォース１５とを一体化する場合の別の例を示す。すなわち、先の第１の実施の形態では、図１に示したようにアウタパネル３とレインフォース５とをリベット６にて締結しているのに対して、この第２の実施の形態では、繊維強化樹脂製のアウタパネル３を射出成形する際に、金属製のレインフォース１５をインサート部材としてインサート成形を行うことにより、両者を不離一体に一体化するようにしたものである。
【００２６】
図６から明らかなように、予めプレス成形されたレインフォース１５には図１のリベット６による締結位置に相当する部分に複数のエンボス部１２が膨形成されているとともに、補助ビード部１３も内側に向かって凸形状となるようにエンボス状のものとして膨出形成されていて、エンボス部１２および補助ビード部１３には貫通穴１４が形成されている。そして、コアブロック１６とキャビティブロック１７とからなる金型２０内にインサート部材となるレインフォース１５を位置決めした上で両者を型締めし、そのキャビティＲ内にゲート部１８を通して所定の樹脂材料を充填して成形する。その際に、各エンボス部１２および補助ビード部１３での貫通穴１４を通して樹脂材料が通流することによりエンボス部１２および補助ビード部１３の表裏両面側が樹脂層で埋められ、実質的に図３に示した熱かしめと同じ手法にてアウタパネル３とレインフォース１５とが一体に成形されることになる。
【００２７】
したがって、この第２の実施の形態によれば、レインフォース１５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１５の組み込みが容易となる。
【００２８】
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２に適用した場合の例を示したが、センターピラー２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５】図４の荷重入力時の荷重−変位特性を示す特性図。
【図６】本発明の第２の実施の形態としてレインフォースをインサート部材としてアウタパネルをインサート成形するための金型の断面図。
【符号の説明】
２…センターピラー（車体部品）
３…アウタパネル
３ｂ…頂部平面
４…インナパネル
５…レインフォース
５ｂ…頂部平面
６…リベット
９…曲げ変形促進ビード部（曲げ変形容易部）
１０…補助ビード部
１３…補助ビード部
１５…レインフォース（インサート部材）

Claims (8)

1. 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外面側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略相似形をなす金属製のレインフォースを配設したことを特徴とする樹脂製車体部品の構造。
2. パネルに対するレインフォースの配置位置は、そのパネルへの曲げ荷重入力時に折れ曲がる部位の周辺部とした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。
3. レインフォースにそれ自体が折れ曲がる方向に曲げ変形容易部を形成したことを特徴とする請求項２に記載の樹脂製車体部品の構造。
4. レインフォースの曲げ変形容易部を、パネルの外面側から内面側に向かって凸形状となる曲げ変形促進ビード部としたことを特徴とする請求項３に記載の樹脂製車体部品の構造。
5. レインフォースに、曲げ変形促進ビード部と直交するようにパネルの内面側から外面側に向かって凸形状となる補助ビード部を形成した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。
6. パネルの成形時にレインフォースをインサート部材としてインサート成形を行うことにより、そのパネルとレインフォースを一体成形した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。
7. 車体部品は、略ハット型断面形状に形成したパネルをアウタパネルとして、そのアウタパネルの開放部側に金属製のインナパネルを添設することにより閉断面構造のものとして形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の樹脂製車体部品の構造。
8. 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１〜７のいずれかに記載の樹脂製車体部品の構造。

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