JP2005231618A - 自動車用外板部材 - Google Patents

Abstract

【課題】衝突時における歩行者への衝撃を適切に吸収して小さく抑えることが可能なＦＲＰ製自動車用外板部材を提供する。
【解決手段】表側ＦＲＰ層と裏側ＦＲＰ層とを間隔をもって配置した自動車用外板部材において、表裏ＦＲＰ層間に面剛性差をもたせ、いずれか一方のＦＲＰ層をクラッシャブルな構造としたことを特徴とする自動車用外板部材。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）製自動車用外板部材に関し、とくに、衝撃荷重を効果的に吸収できるようにした、ＦＲＰ製ボンネット等に用いて好適な自動車用外板部材に関する。

近年、自動車には、衝突時等における安全性を高めることが要求されており、とくに、衝撃的な外力が加わった際の乗員側の安全性とともに、事故時の歩行者保護性能を高めることが要求されている。自動車が歩行者に衝突した際には、歩行者は、自動車の前部やボンネット等に対し、脚や頭部に衝撃荷重を受けることになるが、とくに死亡事故の低減には、頭部へのダメージを低減することが不可欠であると言われている。したがって、とくに頭部にダメージを与えやすい自動車側部位、とくにボンネットに対しては、衝突事故時にも極力衝撃力を吸収でき、頭部へのダメージを小さく抑えることが求められている。

このような衝撃吸収性能を持たせるためには、自動車用外板部材や外板支持部材等が、適切に変形あるいは破壊することにより、自動車内部部品の破損や乗員へのダメージを極力小さく抑えつつ、歩行者への衝撃力付与を極力小さく抑える必要がある。つまり、歩行者保護の観点から、衝撃吸収のために適切なクラッシャブル構造とする必要がある。

ＦＲＰ製自動車用パネルとしては、各種の構造が提案されているが、従来の提案は、主として必要な部分の強度や剛性を局部的に向上することを目的としており（例えば、特許文献１）、ＦＲＰ製自動車用パネルとして、上記のような衝撃吸収のために適切なクラッシャブル構造とする提案はほとんど見当たらない。
特開２００３−１４６２５２号公報

そこで本発明の課題は、従来の技術開発指向とは視点を変え、とくに歩行者保護の観点から、衝突時における歩行者への衝撃を適切に吸収して小さく抑えることが可能なＦＲＰ製自動車用外板部材を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る自動車用外板部材は、表側ＦＲＰ層と裏側ＦＲＰ層とを間隔をもって配置した自動車用外板部材において、表裏ＦＲＰ層間に面剛性差をもたせたことを特徴とするものからなる。本発明において「面剛性」とは、初期の所定の面形状を保つための剛性のことを言う。

この自動車用外板部材においては、表裏ＦＲＰ層間にコア材が介在されたサンドイッチ構造を有する構成とすることもでき、表裏ＦＲＰ層間が中空構造に形成されている構成とすることもできる。

上記面剛性差を付与するためには、一方のＦＲＰ層が他方のＦＲＰ層よりも厚く形成されている構成とすることができる。つまり、厚い方のＦＲＰ層の面剛性を高く、薄い方のＦＲＰ層の面剛性を低く設定するのである。

また、面剛性差を付与するために、一方のＦＲＰ層にスチフナが形成されている構成とすることもできる。つまり、スチフナを形成（たとえば、一体形成）することによりそのＦＲＰ層の面剛性を高く設定し、スチフナを設けない方のＦＲＰ層の面剛性を低く設定するのである。スチフナとしては、たとえば、リブ状に外板部材内部に突出している構成とすることができる。また、とくに裏側ＦＲＰ層に対して、自動車用外板部材設置部位の内方に寸法的な余裕が有る場合には、スチフナがリブ状に外板部材外部に突出している構成も採り得る。

また、面剛性差を付与するために、一方のＦＲＰ層の強化繊維の強度または弾性率が他方のＦＲＰ層の強化繊維の強度または弾性率よりも高い構成とすることができる。つまり、強度または弾性率が高い方のＦＲＰ層の面剛性を高く、強度または弾性率が低い方のＦＲＰ層の面剛性を低く設定するのである。

また、面剛性差を付与するために、一方のＦＲＰ層の強化繊維の含有量が他方のＦＲＰ層の強化繊維の含有量よりも高い構成とすることができる。つまり、強化繊維の含有量が高い方のＦＲＰ層の面剛性を高く、含有量が低い方のＦＲＰ層の面剛性を低く設定するのである。

さらに、面剛性差を付与するために、表裏ＦＲＰ層間で強化繊維の主たる配向方向が異なっている構成とすることもできる。たとえば、自動車の進行方向に対し、一方のＦＲＰ層の強化繊維の主たる配向方向を、±４５°配置に対し±２０°の範囲内として撓みやすく面剛性の低い構成とし、他方のＦＲＰ層の強化繊維の主たる配向方向を、０°／９０°配置に対し±２０°の範囲内として撓みにくく面剛性の高い構成とすることができる。

また、本発明に係る自動車用外板部材は、表裏ＦＲＰ層間にコア材が介在されたサンドイッチ構造を有する自動車用外板部材において、コア材の表裏ＦＲＰ層側部位間に硬度差を付与し、実質的に表裏ＦＲＰ層間に外力に対する面剛性差をもたせることもできる。すなわち、表裏ＦＲＰ層自体に面剛性差をもたせるか否かにかかわらず、サンドイッチ構造として、間に介在されるコア材に硬度差を付与することにより、実質的に、表裏ＦＲＰ層間に外力に対する面剛性差をもたせる構成である。ここで、上記サンドイッチ構造とは、コア材と表裏ＦＲＰ層が接着されている場合と接着されていない場合との両方を含み、この本発明に係る自動車用外板部材では、接着されていない場合の方が有効である。

このような自動車用外板部材においては、コア材の硬度が、一方のＦＲＰ層側から他方のＦＲＰ層側にいくにしたがって低くなっている構成とすることもできるし、コア材が、互いに硬度の異なる少なくとも２層の層状部材からなる構成とすることもできる。このような構造の場合、とくに、表側ＦＲＰ層と裏側ＦＲＰ層それぞれの単独の面剛性が実質的に同一である構成とすることもできる。

このような本発明に係る自動車用外板部材においては、表裏いずれのＦＲＰ層を低面剛性のＦＲＰ層とすることも可能であり、車種や、自動車用外板部材と内部搭載物との距離、あるいはボンネット等の自動車用外板部材の曲面形状等によって決めればよい。たとえば、主として表面側で衝撃を吸収したい場合には、低面剛性のＦＲＰ層を表側ＦＲＰ層とし、この表側ＦＲＰ層を適切に衝撃を吸収可能なクラッシャブル構造とすることが好ましい。この場合、裏側ＦＲＰ層の変形や破損等は小さく抑えることができるから、内部搭載物への影響を最小限に抑えることが可能となる。一方、主として裏面側で衝撃を吸収したい場合には、低面剛性のＦＲＰ層を裏側ＦＲＰ層とし、この裏側ＦＲＰ層を適切に衝撃を吸収可能なクラッシャブル構造とすることが好ましい。たとえば、裏側ＦＲＰ層と内部搭載物との距離が小さい場合、衝撃に伴い変形する自動車用外板部材と内部搭載物との衝突や接触は避けがたいから、むしろ裏側ＦＲＰ層を衝撃を適切に吸収できるように破損あるいは破壊させることの方が好ましい場合がある。このような場合には、裏側ＦＲＰ層を低面剛性としておくことにより、より効果的な衝撃吸収が可能になる。

本発明に係る自動車用外板部材の適用部位は特に限定されず、自動車のボンネットや前部フェンダー用に用いることができる。とくに、自動車のボンネット用に用いられる場合、前述したような衝突事故時の歩行者のとくに頭部保護に有効である。

本発明に係る自動車用外板部材によれば、表裏ＦＲＰ層間に面剛性差をもたせて（あるいは、実質的に表裏ＦＲＰ層間に面剛性差をもたせて）衝突事故時等の衝撃に対して面剛性の低い方のＦＲＰ層が適切に変形あるいは破壊してその衝撃を効果的に吸収できるクラッシャブルな構成としたので、近年の衝突事故時等における歩行者保護の要求に対処することが可能になる。これによって、死亡事故等の件数を顕著に低減できることが期待される。

以下に、本発明の望ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係る自動車用外板部材を示しており、とくに本発明を自動車のボンネットに適用した場合の、外側から衝撃荷重（たとえば、歩行者との衝突時の衝撃荷重）がかかった時の様子を示している。図１において、１は自動車用外板部材としてのボンネットを示しており、図示例では、自動車用外板部材１は、間隔をもって配置された表側ＦＲＰ層２と裏側ＦＲＰ層３との間に、弾性体や発泡材からなるコア材４が介在されたサンドイッチ構造を有するものに構成されている。これら表裏ＦＲＰ層２、３間には面剛性差が付与されており、本実施態様では表側ＦＲＰ層２の面剛性の方が低く設定されている。５は内部ボディ等の基本構造体を示しており、６はエンジン等を含む内部搭載物を示している。

図２は、本発明の別の実施態様に係る自動車用外板部材を示しており、ボンネットに用いられた自動車用外板部材１１を、間隔をもって配置された表側ＦＲＰ層１２と裏側ＦＲＰ層１３との間に、弾性体や発泡材からなるコア材１４を介在させたサンドイッチ構造を有するものに構成し、図１に示した例に比べ、裏側ＦＲＰ層１３の面剛性の方を低く設定したものを示している。この態様は、図１に示した例に比べ、とくに自動車用外板部材１１としてのボンネットと内部搭載物６との距離が小さい場合に好適である。なお、図１、図２に示した自動車用外板部材は、前述したように、コア材は介在させずに表裏ＦＲＰ層間を中空構造にしておくことも可能である。

このように、面剛性の低いＦＲＰ層（２または１３）をクラッシャブル層として、歩行者等との衝突の際に、衝撃エネルギーを適切に吸収することができる。クラッシャブル層が外皮側にある場合には、歩行者等と直接接触する側でエネルギー吸収し、逆に、裏側にある場合には、内部搭載物６と接触した際に潰れてエネルギー吸収する。また、衝突時、鉄やアルミニウム等からなる内部搭載物６と外板部材との距離により、衝突時の外板部材が得られるストロークが設定されるが、ストロークが長いエリアには柔らかいコア材を、また、ストロークが短い場合、ストロークが短いエリアには、比較的硬質のコア材を用いるとよく、衝撃吸収性能の局所最適化をはかることも可能である。なお、表裏のＦＲＰ層間の面剛性差の程度はとくに限定されないが、低い方の面剛性を高い方の面剛性に対し、１０〜８０％程度の範囲内で適宜設定すればよい。

本発明における自動車用外板部材のＦＲＰ層とは、強化繊維により強化された樹脂層を指し、強化繊維としては、たとえば、炭素繊維、ガラス繊維等の無機繊維や、ケブラー繊維、ポリエチレン繊維、ポリアミド繊維などの有機繊維からなる強化繊維が挙げられる。面剛性の制御の容易性の面からは、とくに炭素繊維が好ましい。ＦＲＰ層のマトリックス樹脂としては、たとえば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂が挙げられ、さらには、ポリアミド樹脂、ポリオレフィン樹脂、ジシクロペンタジエン樹脂、ポリウレタン樹脂等の熱可塑性樹脂も使用可能である。また、コア材としては、弾性体や発泡材、ハニカム材の使用が可能であり、軽量化のためにはとくに発泡材が好ましい。発泡材の材質としては特に限定されず、たとえば、ポリウレタンやアクリル、ポリスチレン、ポリイミド、塩化ビニル、フェノールなどの高分子材料のフォーム材などを使用できる。ハニカム材としては特に限定されず、たとえばアルミニウム合金、紙、アラミドペーパー等を使用することができる。

本発明における自動車用外板部材がサンドイッチ構造を有する場合には、上記のような面剛性差の付与は、たとえば図３〜図５に示すような構造によって達成される。図３に示す構造においては、面剛性を低く設定したいＦＲＰ層２１を薄く、面剛性を高く設定したいＦＲＰ層２２を厚く設定し、間にコア材２３を介在させている。図４に示す構造においては、面剛性を低く設定するＦＲＰ層３１に対し、面剛性を高く設定するＦＲＰ層３２にコア材３３内に向けて突出するリブ状のスチフナ３４を形成している。このＦＲＰ層３２は同時に増厚してもよい。また、スチフナ３４は、支障がなければ、外部側に突出させてもよい。図５に示す構造においては、たとえば面剛性を低く設定する表側ＦＲＰ層４１の強化繊維の主たる配向方向を、自動車の進行方向Ａに関し、±４５°配置Ｂに対し±２０°の範囲内としてクラッシャブルな構成とし、面剛性を高く設定する裏側ＦＲＰ層４２の強化繊維の主たる配向方向を、０°／９０°配置Ｃに対し±２０°の範囲内として撓みにくくした構成としている。この他、前述したように、表裏ＦＲＰ層間で、強化繊維の強度または弾性率に高低差をもたせたり、強化繊維の含有量に大小差をもたせたりすることによっても面剛性差を付与することができる。さらにこれらの面剛性差付与構造を適宜組み合わせれば、より効率よく所望の面剛性差をもたせることが可能になる。

また、本発明では、自動車用外板部材がサンドイッチ構造を有する場合、前述したように、コア材に厚み方向硬度差をもたせることによっても、実質的に、表裏ＦＲＰ層間で面剛性差をもたせることが可能である。硬度差をもたせる方法は前述した通りである。

また、本発明におけるサンドイッチ構造では、前述したように、コア材と表裏ＦＲＰ層が接着されている場合と接着されていない場合との両方が含まれ、本発明としては、接着されていない場合の方が有効である場合が多い。さらに、コア材に厚み方向に硬度変化をもたせたり、互いに硬度が異なる層状部材からコア材を構成する場合には、そのコア材の硬度変化により実質的に表裏ＦＲＰ層間に面剛性差をもたせることが可能であり、この場合には、表裏ＦＲＰ層それぞれ単独の面剛性が実質的に同一である構成とすることもできる。

本発明の一実施態様に係る自動車用外板部材の縦断面図である。 本発明の別の実施態様に係る自動車用外板部材の縦断面図である。 本発明における自動車用外板部材のサンドイッチ構造の一例を示す部分断面図である。 本発明における自動車用外板部材のサンドイッチ構造の別の例を示す部分断面図である。 本発明における表裏ＦＲＰ層間に面剛性差をもたせる構造例を示す表裏ＦＲＰ層の分解斜視図である。

符号の説明

１、１１ 自動車用外板部材としてのボンネット
２ 表側ＦＲＰ層（面剛性小）
３ 裏側ＦＲＰ層（面剛性大）
４、１４ コア材
５ 内部ボディ等の基本構造体
６ エンジン等を含む内部搭載物
１２ 表側ＦＲＰ層（面剛性大）
１３ 裏側ＦＲＰ層（面剛性小）
２１、３１ 低面剛性のＦＲＰ層
２２、３２ 高面剛性のＦＲＰ層
２３、３３ コア材
３４ スチフナ
４１ 低面剛性の表側ＦＲＰ層
４２ 高面剛性の裏側ＦＲＰ層
Ａ 自動車の進行方向
Ｂ ±４５°配置
Ｃ ０°／９０°配置

Claims (18)

1. 表側ＦＲＰ層と裏側ＦＲＰ層とを間隔をもって配置した自動車用外板部材において、表裏ＦＲＰ層間に面剛性差をもたせたことを特徴とする自動車用外板部材。
2. 表裏ＦＲＰ層間にコア材が介在されたサンドイッチ構造を有する、請求項１の自動車用外板部材。
3. 表裏ＦＲＰ層間が中空構造に形成されている、請求項１の自動車用外板部材。
4. 面剛性差を付与するために、一方のＦＲＰ層が他方のＦＲＰ層よりも厚く形成されている、請求項１〜３のいずれかに記載の自動車用外板部材。
5. 面剛性差を付与するために、一方のＦＲＰ層にスチフナが形成されている、請求項１〜４のいずれかに記載の自動車用外板部材。
6. スチフナがリブ状に外板部材内部に突出している、請求項５の自動車用外板部材。
7. スチフナがリブ状に外板部材外部に突出している、請求項５の自動車用外板部材。
8. 面剛性差を付与するために、一方のＦＲＰ層の強化繊維の強度または弾性率が他方のＦＲＰ層の強化繊維の強度または弾性率よりも高い、請求項１〜７のいずれかに記載の自動車用外板部材。
9. 面剛性差を付与するために、一方のＦＲＰ層の強化繊維の含有量が他方のＦＲＰ層の強化繊維の含有量よりも高い、請求項１〜８のいずれかに記載の自動車用外板部材。
10. 面剛性差を付与するために、表裏ＦＲＰ層間で強化繊維の主たる配向方向が異なっている、請求項１〜９のいずれかに記載の自動車用外板部材。
11. 自動車の進行方向に対し、一方のＦＲＰ層の強化繊維の主たる配向方向が、±４５°配置に対し±２０°の範囲内にあり、他方のＦＲＰ層の強化繊維の主たる配向方向が、０°／９０°配置に対し±２０°の範囲内にある、請求項１０の自動車用外板部材。
12. 表裏ＦＲＰ層間にコア材が介在されたサンドイッチ構造を有する自動車用外板部材において、コア材の表裏ＦＲＰ層側部位間に硬度差を付与し、実質的に表裏ＦＲＰ層間に外力に対する面剛性差をもたせたことを特徴とする自動車用外板部材。
13. コア材の硬度が、一方のＦＲＰ層側から他方のＦＲＰ層側にいくにしたがって低くなっている、請求項１２の自動車用外板部材。
14. コア材が、互いに硬度の異なる少なくとも２層の層状部材からなる、請求項１２の自動車用外板部材。
15. 表側ＦＲＰ層と裏側ＦＲＰ層それぞれの単独の面剛性が実質的に同一である、請求項１３または１４の自動車用外板部材。
16. 低面剛性のＦＲＰ層が表側ＦＲＰ層からなる、請求項１〜１４のいずれかに記載の自動車用外板部材。
17. 低面剛性のＦＲＰ層が裏側ＦＲＰ層からなる、請求項１〜１４のいずれかに記載の自動車用外板部材。
18. 自動車のボンネット用に用いられる、請求項１〜１７のいずれかに記載の自動車用外板部材。

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