JP2006069270A

JP2006069270A - 自動車用ボンネット

Info

Publication number: JP2006069270A
Application number: JP2004252336A
Authority: JP
Inventors: Kosaku Hashimoto; 幸作橋本; Masayuki Kiyama; 公志木山; Shogo Matsushima; 彰吾松島
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2004-08-31
Filing date: 2004-08-31
Publication date: 2006-03-16

Abstract

【課題】ボンネット全体として衝突事故時等において望ましいエネルギー吸収性能を発揮できるようにしたＦＲＰ製の自動車用ボンネットを提供する。
【解決手段】ＦＲＰ製のアウターと、その裏面側に接合されるＦＲＰ製のインナーとを有する自動車用ボンネットであって、インナーが、ハット形のスチフナ構造の横断面を有しており、かつ、該インナーの少なくとも一部が、ハット形の立ち上がり面部が上下方向の荷重に対して大変形可能な構造に構成された大変形可能断面部を有していることを特徴とする自動車用ボンネット。
【選択図】図４

Description

本発明は、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）製の自動車用ボンネットに関し、とくに、ボンネット本体のエネルギー吸収性能を向上させた自動車用ボンネットに関する。

自動車のボンネットは、衝突事故時等に歩行者の頭部等が衝突した際、上下に変形して衝突エネルギーを吸収し、衝撃を緩和するように設計される。その際、ボンネットの下方にある車体やエンジン等の剛体搭載物にボンネットの裏面が接触すると、その時点でボンネットの上下方向の変形が止まり、その結果、歩行者の頭部等に大きな加速度が発生してしまう。この頭部へのダメージの低減に関しては、ボンネットの衝撃緩和性能を規定する歩行者頭部保護基準の導入が決定しており、とくに、頭部が受ける加速度とその持続時間で計算される頭部傷害値（ＨＩＣ）を所定のレベル以下に抑える必要がある。

最近、金属製のボンネットに関しては、ボンネットの裏面側中央部に配されるインナーの形状を工夫し、下方の剛体障害物にインナーが接触してもボンネットの変形を止めずに衝突エネルギーを吸収させるようにした技術が開発されつつある。しかしこの場合にあっても、アウターの外縁に沿って配設されるインナーとしては、ボンネットとしての構造を維持できるだけの剛性を確保するために、従来通りのハット形のスチフナ構造の横断面に構成する必要があった。

一方、近年、軽量化を第１目的として、ＦＲＰ製の自動車用ボンネットが開発されつつあり、主として必要な部分の強度や剛性を向上することを目的とした各種の構造が提案されているが（例えば、特許文献１）、ＦＲＰ製の軽量、高剛性アウターを有するボンネットの場合、アウターに接合されるインナーはアウターの外縁に沿って配置され、中央部分には配されない場合が多く、この場合には、上記ボンネット中央部におけるインナー形状の工夫は適用できないことになる。とくに炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）からなるアウターの場合には、その高剛性のため、ボンネット全体がある形状を保持したまま上下に移動するため、アウター外縁に沿って配置したインナーが車体や内部搭載物に接触した時にエネルギー吸収性能が急激に阻害され、歩行者へのダメージが大きくなるといった問題がある。
特開２００３−１４６２５２号公報

そこで本発明の課題は、高剛性のＦＲＰ製アウターを備えた自動車用ボンネットにおいて、インナーの構造を工夫することにより、ボンネット本体のエネルギー吸収性能が、インナーが車体や剛体搭載物と接触した際にも急激に損なわれないようにし、ボンネット全体として衝突事故時等において望ましいエネルギー吸収性能を発揮できるようにした、ＦＲＰ製の自動車用ボンネット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ボンネットは、ＦＲＰ製のアウターと、その裏面側に接合されるＦＲＰ製のインナーとを有する自動車用ボンネットであって、前記インナーが、ハット形のスチフナ構造の横断面を有しており、かつ、該インナーの少なくとも一部が、ハット形の立ち上がり面部が上下方向の荷重に対して大変形可能な構造に構成された大変形可能断面部を有していることを特徴とするものからなる。

この自動車用ボンネットにおいては、上記インナーが、アウターの外縁に沿って配置されている構造とすることができる。

上記大変形可能断面部においては、ハット形の両側の立ち上がり面部を上下方向の荷重に対して大変形可能な構造に構成することもできるし、ハット形の片側の立ち上がり面部だけを上下方向の荷重に対して大変形可能な構造に構成することもできる。

また、上記大変形可能断面部は、車体の幅方向に延びるインナーに対してインナーの延設方向に部分的に設けられている構成とすることもできるし、延設方向の全長にわたって設けられている構成とすることもできる。

また、上記大変形可能断面部は、アウターの外縁に沿って延びるインナーに対してインナーの延設方向に部分的に設けられている構成とすることもできるし、延設方向の全長にわたって設けられている構成とすることもできる。

また、上記インナーが、前記大変形可能断面部と、ハット形の立ち上がり面部が上下方向の荷重に対して大変形可能な構造に構成されていない通常断面部との両方を有しており、大変形可能断面部と通常断面部との間で断面構造が徐々に変化している構成とすることもできる。

上記大変形可能断面部は、各種の構造により構成可能である。例えば、大変形可能断面部を、ハット形の立ち上がり面部を折れ線状に形成することにより構成することができる。あるいは、大変形可能断面部を、ハット形の立ち上がり面部を段付き形状に形成することにより構成することもできる。あるいは、大変形可能断面部を、ハット形の立ち上がり面部を湾曲折れ曲がり形状に形成することにより構成することもできる。あるいは、大変形可能断面部を、ハット形の立ち上がり面部を部分的に厚みを薄くすることにより構成することもできる。あるいは、大変形可能断面部を、ハット形の立ち上がり面部のＦＲＰ積層構成を部分的に変化させることにより構成することもできる。

また、上記ハット形のスチフナ構造の横断面を有するインナーとしては、ＦＲＰ板構造（ＦＲＰ単板からなる構造）に構成することができる。アウターとしては、ＦＲＰ単板構造に構成することもできるが、アウター全体に高い剛性を持たせるためには、アウターの少なくとも一部が、ＦＲＰのスキン板間にコア材を介在させたサンドイッチ構造を有することが好ましい。

とくに、少なくともアウターのＦＲＰの強化繊維として炭素繊維が使用されていると、容易に高剛性を付与できる。ただし、本発明に係るＦＲＰ製自動車用ボンネットにおける強化繊維は特に限定されず、他の強化繊維の使用や、それらと炭素繊維の併用も可能である。

このような本発明に係るＦＲＰ製の自動車用ボンネットにおいては、全体として軽量性を保ちながら、基本的に、ＦＲＰ製のアウターによって必要な剛性を有する構造部材としての機能を担われ、そのアウターにおける剛性不足部分に対してＦＲＰ製のインナーが接合され、全体として必要な剛性を有するボンネットが構成される。

そして、高剛性のアウターを備えたボンネットが、衝突事故時等に頭部等からの衝撃を、上下方向に変形して衝突エネルギーとして吸収しようとするときに、インナーが車体側に接触した際、インナーに設けた大変形可能断面部が突っ張ることなく変形を開始することで上下方向の移動を円滑にし、急激なエネルギー吸収性能の低下が防止される。また、インナー自身が変形することにより、エネルギー吸収性能を発揮することも可能である。

本発明に係る自動車用ボンネットによれば、インナーに大変形可能断面部を設けたことにより、アウターの上下方向変形時にインナーが車体側と接触しても、ボンネット全体のエネルギー吸収性能の急激な低下を防止でき、衝突事故時等における歩行者に与える衝撃を小さく抑えて、適切な歩行者保護もはかることが可能になる。

また、大変形可能断面部を有するインナー自身が変形することにより、エネルギー吸収性能を発揮することが可能であることから、ボンネット全体のエネルギー吸収性能の向上をはかることもできる。

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。
まず、図１および図２を参照して、本発明におけるインナーへの大変形可能断面部設置の意義について説明する。図１は、従来のＦＲＰ製の自動車用ボンネットの車体前部側の通常設置状態を示している。図示例のＦＲＰ製自動車用ボンネット１では、ＦＲＰ製のアウター２が、ＦＲＰスキン板３、４間にコア材５が介在するサンドイッチ構造に構成されており、周縁部がＦＲＰスキン板３の延長部としてのＦＲＰ板の単板構造に構成されている。ただし、ＦＲＰ製のアウターとしては、実質的に全体にわたってＦＲＰ板の単板構造に構成することも可能である。このＦＲＰ製のアウター２の裏面側の必要な部位に、ＦＲＰ製のインナー６が接合されている。インナー６は、アウター２の剛性不足部分を補強するスチフナとして機能しており、例えば図示の如く、ハット形のスチフナ構造の横断面形状を有している。このＦＲＰ製自動車用ボンネット１は、通常設置時には、図１に示すように、インナー６と（とくに、インナー６の底面と）、内部搭載物を含む車体側７（以下、図示例の７’、７”等の構造も含めて車体側と呼ぶ。）との間に、所定寸法の隙間が開けられている。

この状態で、例えば衝突事故時等に歩行者の頭部８が上方から衝突すると、図２に示すように、ボンネット１の全体が沈み込み、その挙動によって、頭部８に加わる衝撃はある程度吸収される。やがて、インナー６が剛体の車体側７に接触すると、車体側７からの反力が発生し、頭部８に加わる加速度が急激に増加し、エネルギー吸収性能は急激に低下する。ＦＲＰ製のインナー６は、実質的に全長にわたって、図３に示すような、ハット形の両側にストレートな立ち上がり面部９、１０を有する断面形状となっているので、上記接触時に、これら立ち上がり面部９、１０が突っ張って、大きな反力を生じさせることになる。

そこで本発明においては、上記のような急激に増加する反力を軽減すべく、ＦＲＰ製のインナー６の少なくとも一部を、上下方向の荷重に対して大変形可能な大変形可能断面部に構成する。とくに、ＦＲＰの強化繊維として炭素繊維を使用している場合には、アウターの剛性が極めて高いので、ＦＲＰ製のインナー６に大変形可能断面部を設定することにより、上記反力の軽減効果は大きい。このハット形のスチフナ構造の横断面形状を大変形可能な構造とするために、本発明では、以下のような種々の構成を採ることができる。

まず、横断面形状的に大変形可能断面部を構成するには、例えば図４の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）に示すように構成できる。図４（Ａ）に示すインナー横断面構造では、ハット形の両側の立ち上がり面部１１、１２が外側に凸状となる折れ線状に形成された断面構造１３とされており、図４（Ｂ）に示す構造では、ハット形の両側の立ち上がり面部１４、１５が内側に凸状となる折れ線状に形成された断面構造１６とされている。このような断面形状とすることにより、前述の如くＦＲＰ製のインナーが車体側７に接触した後、図４（Ａ）、（Ｂ）の破線で示すように容易に大きな変形を生じることができ、それによって、ボンネットに衝突した歩行者の頭部等に加わる加速度の急激な増加が抑えられ、接触がソフトになって、衝撃力が緩和される。また、このとき大変形するインナー自身もエネルギーを吸収できることから、ボンネット全体としてのエネルギー吸収性能も向上される。

また、図４（Ｃ）に示すインナー横断面構造では、ハット形の両側の立ち上がり面部１７、１８が段付き形状に形成された断面構造１９とされており、図４（Ｄ）に示す構造では、ハット形の両側の立ち上がり面部２０、２１が湾曲折れ曲がり形状に形成された断面構造２２とされている。このような断面形状によっても、上記の図４の（Ａ）、（Ｂ）に示したのと同様に、優れたエネルギー吸収性能が得られる。

また、図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、ハット形の両側の立ち上がり面部に、上記のような大変形可能な横断面形状を任意に組み合わせることも可能であり、また、ハット形の片側の立ち上がり面部のみに、大変形可能な横断面形状を形成することも可能である。図５（Ａ）に示すインナー横断面構造では、ハット形の一方の立ち上がり面部２３が外側に凸状となる折れ線状に形成され、他方の立ち上がり面部２４が内側に凸状となる折れ線状に形成された断面構造２５とされており、図５（Ｂ）に示す構造では、ハット形の一方の立ち上がり面部２６がストレート状のままとされ、他方の立ち上がり面部２７のみが内側に凸状となる折れ線状に形成された断面構造２８とされている。図５（Ｃ）に示す構造では、ハット形の一方の立ち上がり面部２９がストレート状のままとされ、他方の立ち上がり面部３０のみが段付き形状に形成された断面構造３１とされており、図５（Ｄ）に示す構造では、ハット形の一方の立ち上がり面部３２が内側に向けて湾曲された形状とされ、他方の立ち上がり面部３３が湾曲折れ曲がり形状に形成された断面構造３４とされている。このような断面構造では、前記同様の優れたエネルギー吸収性能を持たせるとともに、図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）の図の右側へ向けて回転するような変形がより行われやすくなり、インナーの変形に指向性を持たせたり、大変形する際に変形したインナーが内部搭載重要機器を破損させたりしないようにすることも可能になる。

図４、図５には断面形状的に大変形可能断面部を構成したが、他の方法によっても同様の機能を持たせた大変形可能断面部を構成することが可能である。例えば、ＦＲＰ製インナーのハット形の立ち上がり面部を部分的に厚みを薄くすることにより構成することもでき、ハット形の立ち上がり面部のＦＲＰ積層構成を部分的に変化させることにより構成することもできる。部分的に厚みを薄くする方法としては、例えば、立ち上がり面部の強化繊維層の積層枚数を部分的に減らす方法を採用でき、ＦＲＰ積層構成を部分的に変化させる方法としては、例えば、立ち上がり面部に積層される強化繊維層の強化繊維の配向の角度を部分的に変形しやすい角度の変更する方法や、強化繊維の種類を部分的に変える方法等を採用できる。

上記のような大変形可能断面部は、アウターに対して複数部位にインナーが接合される場合には、必要とされる部位に部分的に設定することができる。例えば、ボンネットのフロント（車体前部側）部分には、ストライカ等が設けられ、また、リア（車体後部側）部分には、ヒンジ取付金具等が設けられ、ともに、インナー接合により高い剛性を付与せざるを得ない場合が多いが、サイド部分では、このような高剛性は要求されないので、フェンダーとの接触がソフトになることが好ましく、上記のような大変形可能断面部を適用することが好ましい。これによって、ボンネット全体としてみた場合、高性能な頭部等の保護性能を備えた面積を拡大することが可能になる。また、リア部分においても、ヒンジ取付金具設置部分以外については、上記のような大変形可能断面部を適用することにより車体側との接触をソフトにすることができる。

さらに、例えばインナーがアウターの外縁等に沿って所定長延びている場合、そのインナーの延設方向において、必要とされる部位に部分的に上記のような大変形可能断面部を設定することも可能である。インナーが、大変形可能断面部と、ハット形の立ち上がり面部が上下方向の荷重に対して大変形可能な構造に構成されていない通常断面部（例えば、図３に示したような通常のハット形断面部）との両方を有している場合、大変形可能断面部と通常断面部との間で断面構造が徐々に変化している構成とすることもできる。これにより、両者の境界部に望ましくない応力集中等を発生させることなく、各インナー部位に、必要な剛性付与性能、必要な変形性能を与えることができる。

なお、本発明に係る自動車用ボンネットにおけるＦＲＰとは、強化繊維により強化された樹脂を指し、強化繊維としては、例えば、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く、そのような高剛性のボンネットに対して本発明は特に有効である。ＦＲＰのマトリックス樹脂としては、例えば、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、サンドイッチ構造を採用する場合のコア材としては、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、例えば、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、例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。

従来のＦＲＰ製自動車用ボンネットの概略部分断面図である。図１のボンネットにおける、反力発生時の様子を示す概略断面図である。図１のボンネットのハット形断面を有するインナー（本発明における通常断面部）の拡大横断面図である。本発明におけるインナーの大変形可能断面部の例を示す概略横断面図である。本発明におけるインナーの大変形可能断面部の別の例を示す概略横断面図である。

符号の説明

１自動車用ボンネット
２ＦＲＰ製のアウター
３、４ＦＲＰスキン板
５コア材
６ＦＲＰ製のインナー
７車体側
８衝突事故時等に歩行者の頭部
９、１０ハット形のストレートな立ち上がり面部
１１、１２、１４、１５、１７、１８、２０、２１、２３、２４、２６、２７、２９、３０、３２、３３ハット形の立ち上がり面部
１３、１６、１９、２２、２５、２８、３１、３４ハット形のインナー断面構造

Claims

ＦＲＰ製のアウターと、その裏面側に接合されるＦＲＰ製のインナーとを有する自動車用ボンネットであって、前記インナーが、ハット形のスチフナ構造の横断面を有しており、かつ、該インナーの少なくとも一部が、ハット形の立ち上がり面部が上下方向の荷重に対して大変形可能な構造に構成された大変形可能断面部を有していることを特徴とする自動車用ボンネット。
前記インナーが、アウターの外縁に沿って配置されている、請求項１の自動車用ボンネット。
前記大変形可能断面部において、ハット形の両側の立ち上がり面部が上下方向の荷重に対して大変形可能な構造に構成されている、請求項１または２の自動車用ボンネット。
前記大変形可能断面部において、ハット形の片側の立ち上がり面部が上下方向の荷重に対して大変形可能な構造に構成されている、請求項１または２の自動車用ボンネット。
前記大変形可能断面部が、車体の幅方向に延びるインナーに対してインナーの延設方向に部分的に設けられている、請求項１〜４のいずれかに記載の自動車用ボンネット。
前記大変形可能断面部が、アウターの外縁に沿って延びるインナーに対してインナーの延設方向に部分的に設けられている、請求項１〜４のいずれかに記載の自動車用ボンネット。
前記インナーが、前記大変形可能断面部と、ハット形の立ち上がり面部が上下方向の荷重に対して大変形可能な構造に構成されていない通常断面部との両方を有しており、大変形可能断面部と通常断面部との間で断面構造が徐々に変化している、請求項１〜６のいずれかに記載の自動車用ボンネット。
前記大変形可能断面部が、ハット形の立ち上がり面部を折れ線状に形成することにより構成されている、請求項１〜７のいずれかに記載の自動車用ボンネット。
前記大変形可能断面部が、ハット形の立ち上がり面部を段付き形状に形成することにより構成されている、請求項１〜７のいずれかに記載の自動車用ボンネット。
前記大変形可能断面部が、ハット形の立ち上がり面部を湾曲折れ曲がり形状に形成することにより構成されている、請求項１〜７のいずれかに記載の自動車用ボンネット。
前記大変形可能断面部が、ハット形の立ち上がり面部を部分的に厚みを薄くすることにより構成されている、請求項１〜７のいずれかに記載の自動車用ボンネット。
前記大変形可能断面部が、ハット形の立ち上がり面部のＦＲＰ積層構成を部分的に変化させることにより構成されている、請求項１〜７のいずれかに記載の自動車用ボンネット。
前記ハット形のスチフナ構造の横断面を有するインナーがＦＲＰ板構造に構成されている、請求項１〜１２のいずれかに記載の自動車用ボンネット。
前記アウターの少なくとも一部が、ＦＲＰのスキン板間にコア材を介在させたサンドイッチ構造を有する、請求項１〜１３のいずれかに記載の自動車用ボンネット。
少なくともアウターのＦＲＰの強化繊維として炭素繊維が使用されている、請求項１〜１４のいずれかに記載の自動車用ボンネット。