JP2006273272A - エネルギ吸収構造及びそれを用いた自動車用ドア - Google Patents

Abstract

【課題】軽量化を図ると共に荷重印加時に十分な反力を維持することが可能な自動車用ドアを提供する。
【解決手段】自動車用ドア１ａは、繊維強化複合材料から構成されるインナパネル２０ａと、外部から印加された荷重のエネルギを吸収するためのドアガードビーム１０と、金属材料から構成され、ドアガードビーム１０をインナパネル２０ａに取り付けるための取付部材３０ａと、インナパネル２０ａが取り付けられるアウタパネル４０と、を備え、取付部材３０ａは、インナパネル２０ａの外周部の一部と重なり合ってインナパネル２０ａに固定されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ドアガードビームをインナパネルに取り付け、当該インナパネルをアウタパネルに取り付けた自動車用ドアに用いて好ましいエネルギ吸収構造及びそれを用いた自動車用ドアに関する。

ドアガードビームをインナパネルに取り付け、当該インナパネルをアウタパネルに取り付けた自動車用ドアが従来から知られている（例えば、特許文献１参照）。このような自動車用ドアでは、自動車の外部から荷重が印加された際に、ドアガードビームが反力を発生しながら変形することにより、そのエネルギが吸収される。

一方、自動車の軽量化を図るために、通常金属材料で構成されている自動車ドアのインナパネルを、ＦＲＰ等の繊維強化複合材により構成することが有効と考えられる。しかしながら、外部から荷重が印加された際には、インナパネルにおけるドアガードビームが取り付けられた取付部にも非常に大きな力が作用するため、以下のような繊維強化複合材料に特有の破壊が発生し、必要とされる反力を維持することが出来ない場合がある。

即ち、例えばインナパネルとドアガードビームとをボルト締結により固定した場合には、外部から荷重が印加された際にＦＲＰ製のインナパネルに面圧破壊（ベアリング破壊、Bearing Failure）が発生し、必要とされる反力を十分に維持することが出来ない場合がある。また、インナパネルとドアガードビームとを接着により固定した場合にも、外部から荷重が印加された際にＦＲＰ層間に剥離が発生するため、この場合にも必要とされる反力を十分に維持することが出来ない場合がある。
特開平７−２５２３９号公報

本発明は、軽量化を図ると共に荷重印加時に十分な反力を維持することが可能なエネルギ吸収構造及びそれを用いた自動車用ドアを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明によれば、繊維強化複合材料から構成されるパネル部材と、外部から印加された荷重のエネルギを吸収するためのエネルギ吸収部材と、金属材料から構成され、前記エネルギ吸収部材を前記パネル部材に取り付けるための取付部材と、を備え、前記取付部材は、前記パネル部材の外周部の少なくとも一部と重なり合って前記パネル部材に固定されているエネルギ吸収構造が提供される。

また、上記目的を達成するために本発明によれば、ドアガードビームをインナパネルに取り付け、前記インナパネルをアウタパネルに取り付けた自動車用ドアであって、繊維強化複合材料から構成されるパネル部材と、外部から印加された荷重のエネルギを吸収するためのエネルギ吸収部材と、金属材料から構成され、前記エネルギ吸収部材を前記パネル部材に取り付けるための取付部材と、を備え、前記取付部材は、前記パネル部材の外周部の少なくとも一部と重なり合って前記パネル部材に固定されているエネルギ吸収構造の前記パネル部材を前記インナパネルとして用い、前記エネルギ吸収構造の前記エネルギ吸収部材を前記ドアガードビームとして用いた自動車用ドアが提供される。

本発明では、自動車用ドアに適用される際にインナパネルに用いられるパネル部材を繊維強化複合材料により構成するので、軽量化が図られる。また、本発明では、このパネル部材にエネルギ吸収部材を取り付けるために、金属材料から構成される取付部材を用い、この取付部材をパネル部材の外周部の少なくとも一部と重ね合わせてパネル部材に固定しているので、外部から荷重が印加された際に、パネル部材に繊維強化複合材料特有の破壊を引き起こすことなく、必要とされる反力を十分に維持することが出来る。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の第１実施形態に係る自動車用ドアを示す分解斜視図、図２は本発明の第１実施形態に係る自動車用ドアを示す断面図、図３は図２のIII部の拡大図である。

本発明の第１実施形態に係る自動車用ドア１ａは、図１及び図２に示すように、自動車の外部から印加された荷重のエネルギを吸収するためのドアガードビーム１０と、ドアビームガード１０が取り付けられたインナパネル２０ａと、ドアガードビーム１０をインナパネル２０ａに取り付けるための取付部材３０ａと、インナパネル２０ａが取り付けられるアウタパネル４０と、を備えている。

ドアガードビーム１０は、同図に示すように、円筒部１１の両端にフランジ部１２が設けられたスチール製の部材である。なお、本発明においては、ドアガードビームを構成する材料は、スチール製に限定されず、スチール以外の金属材料で構成しても良く、繊維強化複合材料を併用しても良い。また、本発明においては、ドアガードビームの形状も円筒形状に限定されず、例えば角筒形状であっても良い。

インナパネル２０ａは、繊維強化複合材料（ＦＲＰ：Fiber Reinforced Plastic）から構成されている。一般的にインナパネルは金属材料により構成されているが、本実施形態では、繊維強化複合材料により構成することにより、インナパネル２０ａの大幅な軽量化を図ることが可能となっている。

インナパネル２０ａを構成する繊維強化複合材料のマトリクス（母材）としては、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、及び、ビニルエステル樹脂等の熱硬化性樹脂材料や、例えば、ナイロン、ポリカーボネート、及び、熱可塑性ポリイミド等の熱可塑性樹脂材料を挙げることが出来る。

また、インナパネル２０ａを構成する繊維強化複合材料の強化繊維としては、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、及び、ポリエステル繊維等を挙げることが出来る。これらの中でも高剛性であるという観点から炭素繊維を強化材として用いたＣＦＲＰが特に好ましい。

取付部材３０ａは、金属材料で構成されている。特にその中でも、繊維強化複合材料との接着性が良好でありアルミニウム等のような複雑な表面処理が不要であることから、スチールで構成されていることが好ましい。この取付部材３０ａは、図１〜図３に示すような略Ｕ字形状の断面を有しており、インナパネル２０ａの外周部の一部をその両主面側から挟み込むと共に、当該挟み込んだインナパネル２０ａの外周部の端面をも覆っている。

この取付部材３０ａは、インナパネル２０ａが例えばＲＴＭ（Resin Transfer Molding）法等を用いて繊維強化複合材料により成形された後に、ドアガードビーム１０やアウタパネル４０の位置決めを行いながら、インナパネル２０ａに固定されている。一般的に繊維強化複合材料は寸法バラツキや反り等の問題により所望される形状を効率的に高精度で成形することは困難であるが、本実施形態では、インナパネル２０ａを成形した後に、他の部材との位置関係を考慮しながら、取付部材３０ａをインナパネル２０ａに固定するので、各部材１０〜４０間の接合を円滑に行うことが出来る。

本実施形態では、取付部材３０ａとインナパネル２０ａの外周部の一部とは接着により固定されている。これにより、ドアガードビーム１０から入力された荷重を、取付部材３０ａからインナパネル２０ａに対して大きな面積で伝達することが出来る。

取付部材３０ａとドアガードビーム１０との接合は、何れも金属材料により構成されているので、例えば、溶接や接着、ボルト締結或いはこれらの組み合わせを用いることが出来るが、図３に示すように、本実施形態では接着剤３１を用いて接合されている。

以上のようにドアガードビーム１０及び取付部材３０ａが接合されたインナパネル２０ａは、例えば、その外周部に接着剤が塗布されてアウタパネル４０に重ね合わせた後に、アウタパネル４０の外周部がヘミング加工されることにより、アウタパネル４０に固定されている。なお、取付部材３０ａとアウタパネル４０とは、アウタパネル４０がヘミング加工された後に、さらにスポット溶接されても良い。

次に作用について説明すると、本実施形態に係る自動車用ドア１に対して外部から（図２に示す矢印方向から）荷重が印加されると、ドアガードビーム１０が反力を発生しながら変形し、これにより当該荷重のエネルギが吸収される。この際、取付部材３０ａが金属材料で構成されており、しかも、インナパネル２０ａの外周部の一部に重ね合わせられていると共にその端面をも覆うようにインナパネル２０ａに固定されているので、インナパネル２０ａに繊維強化複合材料特有の破壊を引き起こすことなく、必要とされる反力を十分に維持することが出来る。

また、本実施形態では、取付部材３０ａがインナパネル２０ａの外周部の一部を挟み込んでいるので、取付部材３０ａからインナパネル２０ａに伝達される荷重が、繊維強化複合材料の最も強固な面内方向に沿って伝達され、繊維強化複合材料特有の脆性破壊がインナパネル２０ａに発生するのを防止することが出来る。

さらに、取付部材３０ａによりインナパネル２０ａの外周部の一部を挟み込むことにより、インナパネル２０ａを構成する繊維強化複合材料が層間で剥離するのを防止することが出来る。

図４は本発明の第２実施形態に係る自動車用ドアを示す拡大断面図、図５は図４に示す自動車用ドアのドアガードビーム、取付部材及びインナパネルを固定した部分の正面図である。図４は第１実施形態で説明した図３に相当する図である。

本発明の第２実施形態に係る自動車用ドア１ｂは、図４に示すように、ドアガードビーム１０と、インナパネル２０ｂの外周部の一部と、取付部材３０ｂとが、ボルト３２及びナット３３で締結されることにより固定されている。

このように、取付部材３０ｂとインナパネル２０ｂとをボルト締結することにより、当該固定部の高い信頼性を確保することが出来る。また、本実施形態では、ドアガードビーム１０、インナパネル２０ｂ及び取付部材３０ｂをボルト締結することにより、一度にこれらを固定することが出来るので、作業性の観点からも優れている。

本実施形態に係る自動車用ドア１ｂでは、図５に示すように、インナパネル２０ｂの外周縁部から取付部材３０ｂが外側に突出するように、取付部材３０ｂがインナパネル２０ｂに取り付けられている。

図６は本発明の第３実施形態に係る自動車用ドアのドアガードビーム、取付部材及びインナパネルを固定した部分の正面図であり、第２実施形態において説明した図５に相当する図である。

本発明の第３実施形態に係る自動車用ドア１ｃは、図６に示すように、インナパネル２０ｃの外周部の一部に切り込み２１が形成されており、当該切り込み２１に取付部材３０ｃを入り込ませた状態で、取付部材３０ｃとインナパネル２０ｃとが固定されている。

第２実施形態の図５に示す構成と、第３実施形態の図６に示す構成とを、レイアウト上の制約等に応じて何れかを選択することにより、設計の自由度が増す。

図７は本発明の第４実施形態に係る自動車用ドアを示す拡大断面図であり、第１実施形態の図３に相当する図である。

本発明の第４実施形態に係る自動車用ドア１ｄでは、図７に示すように、取付部材３０ｄが、インナパネル２０ｄの外周部の一部に挟み込まれた状態で、インナパネル２０ｄに固定されている。このように、取付部材３０ｄをインナパネル２０ｄに挟み込むことにより、インナパネル２０ｄの面内方向の荷重伝達効率を良好にすることが出来る。

本実施形態に係る自動車用ドア１ｄでは、同図に示すように、取付部材３０ｄにおいてインナパネル２０ｄの外周部の一部と重なり合っている部分で、ボルト３２及びナット３３により、ドアガードビーム１０、インナパネル２０ｄ及び取付部材３０ｄが固定されている。

図８は本発明の第５実施形態に係る自動車用ドアを示す拡大断面図であり、第１実施形態における図３に相当する図である。

本発明の第５実施形態に係る自動車用ドア１ｅは、図８に示すように、第４実施形態に係る自動車用ドア１ｄと同様に、取付部材３０ｅが、インナパネル２０ｅの外周部の一部に挟み込まれた状態で、インナパネル２０ｅに固定されている。しかしながら、本実施形態では、同図に示すに、取付部材３０ｅにおいてインナパネル２０ｅの外周部の一部と重なり合っていない部分で、ボルト３２及びナット３３により、ドアガードビーム１０、インナパネル２０ｅ及び取付部材３０ｅが固定されている点で第４実施形態と相違する。

第４実施形態の図７に示す構成を採用する場合には、ドアガードビーム１０、インナパネル２０ｄ及び取付部材３０ｄを一度に固定することが出来るので作業性に優れている。これに対し、第５実施形態の図８に示す構成を採用する場合には、インナパネル２０ｅにボルト３２が接していないので、インナパネル２０ｅにベアリング破壊がより生じ難くなる。

図９は本発明の第６実施形態に係る自動車用ドアを示す拡大断面図、図１０は本発明の第７実施形態に係る自動車用ドアを示す拡大断面図であり、何れも第１実施形態における図３に相当する図である。

本発明の第６実施形態に係る自動車用ドア１ｆでは、図９に示すように、インナパネル２０ｆの外周部の一部が取付部材３０ｆに対してドアガードビーム１０側に位置した状態で、ボルト３２及びナット３３により、取付部材３０ｆとインナパネル２０ｆとが固定されている。

これに対し、本発明の第７実施形態に係る自動車用ドア１ｇでは、図１０に示すように、取付部材３０ｇが、インナパネル２０ｇの外周部の一部に対してドアガードビーム１０側に位置した状態で、ボルト３２及びナット３３により、インナパネル２０ｇに固定されている。

以上のような第６及び第７実施形態に係る自動車用ドア１ｆ、１ｇは、簡素な構造であるので、生産性やコストの点で優れている。

図１１は本発明の第８実施形態に係る自動車用ドアを示す拡大断面図であり、第１実施形態における図３に相当する図である。

本発明の第８実施形態に係る自動車用ドア１ｈは、第７実施形態に係る自動車用ドア１ｇと同様に、図１１に示すように、取付部材３０ｈが、インナパネル２０ｈの外周部の一部に対してドアガードビーム１０側に位置した状態で、ボルト３２及びナット３３により、インナパネル２０ｈに固定されている。しかしながら、同図に示すように、取付部材３０ｈとドアガードビーム１０との接触面が、インナパネル２０ｈの外周部と取付部材３０ｈとの接触面に対して、ドアガードビーム１０の軸方向に沿って内側に向かって相対的に大きくなっている点で第７実施形態と相違する。

このように、取付部材３０ｈとドアガードビーム１０との接触面をドアガードビーム１０の軸方向に沿って大きくすることにより、ドアガードビーム１０との接合位置を最適化することが出来る。また、ドアガードビーム１０、インナパネル２０ｈ及び取付部材３０ｈを接着により固定する場合には、取付部材３０ｈとドアガードビーム１０との接触面を広くすることにより、接合面積を広く確保することが出来る。

図１２は本発明の第９実施形態に係る自動車用ドアを示す拡大断面図であり、第１実施形態における図３に相当する図である。

本発明の第９実施形態に係る自動車用ドア１ｉでは、図１２に示すように、取付部材２０ｉが、インナパネル２０ｉの外周部と交互に積層された状態で、インナパネル２０ｉに固定されている。このように、取付部材３０ｉとインナパネル２０ｉとの固定部分を積層構造とすることにより、インナパネル２０ｉへの荷重伝達がよりスムーズとなる。

図１３は本発明の第１０実施形態に係る自動車用ドアを示す分解斜視図である。

本発明の第１０実施形態に係る自動車用ドア１ｊでは、図１３に示すように、取付部材３０ｊが、インナパネル２０ｊの外周部全周を包囲するように設けられている。

一般的に繊維強化複合材料から構成されるパネル部材は効率的な端部処理が困難であり、当該端部がクラックや剥離の起点となる場合があるが、本実施形態のように取付部材３０ｊがインナパネル２０ｊの外周部全周を包囲するように設けられていることにより、端部を起点とした破壊が発生し難くなる。また、取付部材３０ｊによりインナパネル２０ｊの外周部全周を覆うことにより、当該インナパネル２０ｊのトリミング加工等の端部処理が不要となる。

さらに、インナパネル２０ｊの外周部全周が金属材料から成る取付部材３０ｊにより覆われていることにより、取付部材３０ｊをアウタパネル４０に溶接することによりインナパネル２０ｊをアウタパネル４０に取り付けることが出来るので、インナパネル２０ｊのアウタパネル４０への取付が容易となる。

以上に説明した第１〜第１０実施形態では、取付部材が、重なり合っているインナパネルの外周部の端面に係合している方が、インナパネルに対して面内方向に荷重を直接的に伝達出来るために好ましい。しかしながら、必ずしもこれに限定されず、例えば、図３に示すように、取付部材によりインナパネルの両面を挟み込みと共にこれらが接着により固定しているような場合には、重なり合っているインナパネルの外周部の端面に取付部材を厳密に密着させなくても、せん断力により十分に荷重伝達を行うことが出来る場合もある。この場合には、繊維強化複合材料から成るインナパネルの外形寸法公差を大きくし得る利点がある。

なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

例えば、上述の実施形態では、エネルギ吸収構造を自動車用ドアに適用するように説明したが、本発明においては特にこれに限定されず、自動車用ドア以外の車輌用のエネルギ吸収構造として適用することが出来る。

また、上述の実施形態では、取付部材とインナパネルとを固定する方法として、接着やボルト締結をそれぞれ独立して設けるように説明したが、本発明においては特にこれに限定されず、接着とボルト締結を併用しても良い。

図１は、本発明の第１実施形態に係る自動車用ドアを示す分解斜視図である。 図２は、本発明の第１実施形態に係る自動車用ドアを示す断面図である。 図３は、図２のIII部の拡大図である。 図４は、本発明の第２実施形態に係る自動車用ドアを示す拡大断面図である。 図５は、図４に示す自動車用ドアのドアガードビーム、取付部材及びインナパネルを固定した部分の正面図である。 図６は、本発明の第３実施形態に係る自動車用ドアのドアガードビーム、取付部材及びインナパネルを固定した部分の正面図である。 図７は、本発明の第４実施形態に係る自動車用ドアを示す拡大断面図である。 図８は、本発明の第５実施形態に係る自動車用ドアを示す拡大断面図である。 図９は、本発明の第６実施形態に係る自動車用ドアを示す拡大断面図である。 図１０は、本発明の第７実施形態に係る自動車用ドアを示す拡大断面図である。 図１１は、本発明の第８実施形態に係る自動車用ドアを示す拡大断面図である。 図１２は、本発明の第９実施形態に係る自動車用ドアを示す拡大断面図である。 図１３は、本発明の第１０実施形態に係る自動車用ドアを示す分解斜視図である。

符号の説明

１ａ〜１ｊ…自動車用ドア
１０…ドアガードビーム
１１…円筒部
１２…フランジ部
２０ａ〜２０ｊ…インナパネル
２１…切り込み
３０ａ〜３０ｊ…取付部材
３１…接着剤
３２…ボルト
３３…ナット
４０…アウタパネル

Claims (17)

1. 繊維強化複合材料から構成されるパネル部材と、
   外部から印加された荷重のエネルギを吸収するためのエネルギ吸収部材と、
   金属材料から構成され、前記エネルギ吸収部材を前記パネル部材に取り付けるための取付部材と、を備え、
   前記取付部材は、前記パネル部材の外周部の少なくとも一部と重なり合って前記パネル部材に固定されているエネルギ吸収構造。
2. 前記取付部材は、前記重なり合っているパネル部材の外周部の端面をも覆った状態で前記パネル部材に固定されている請求項１記載のエネルギ吸収部材。
3. 前記取付部材は、前記重なり合っているパネル部材の外周部を挟み込んだ状態で前記パネル部材に固定されている請求項１又は２記載のエネルギ吸収構造。
4. 前記取付部材は、前記重なり合っているパネル部材の外周部に挟み込まれた状態で前記パネル部材に固定されている請求項１又は２記載のエネルギ吸収構造。
5. 前記重なり合っているパネル部材の外周部が前記取付部材に対して前記エネルギ吸収部材側に位置した状態で、前記取付部材が前記パネル部材に固定されている請求項１又は２記載のエネルギ吸収構造。
6. 前記取付部材は、前記重なり合っているパネル部材の外周部に対して前記エネルギ吸収部材側に位置した状態で前記パネル部材に固定されている請求項１又は２記載のエネルギ吸収構造。
7. 前記取付部材と前記エネルギ吸収部材との接触面は、前記パネル部材の外周部と前記取付部材との接触面に対して、前記エネルギ吸収部材の軸方向に沿って相対的に大きくなっている請求項３又は６記載のエネルギ吸収構造。
8. 前記取付部材は、前記重なり合っているパネル部材の外周部と交互に積層された状態で前記パネル部材に固定されている請求項１又は２記載のエネルギ吸収構造。
9. 前記エネルギ吸収部材は、前記取付部材において前記パネル部材の外周部と重なり合っている部分に固定されている請求項１〜８の何れかに記載のエネルギ吸収構造。
10. 前記エネルギ吸収部材は、前記取付部材において前記パネル部材の外周部と重なり合っていない部分に固定されている請求項１〜８の何れかに記載のエネルギ吸収構造。
11. 前記取付部材と前記パネル部材とは、接着、ボルト締結、又は、これらの組み合わせにより固定されている請求項１〜１０の何れかに記載のエネルギ吸収構造。
12. 前記エネルギ吸収部材と前記取付部材とは、溶接、接着、ボルト締結、又は、これらの組み合わせにより固定されている請求項１〜１１の何れかに記載のエネルギ吸収構造。
13. 前記取付部材を構成する金属材料はスチールを含む請求項１〜１２の何れかに記載のエネルギ吸収構造。
14. 前記パネル部材を構成する繊維強化複合材料は、炭素繊維を強化材として含有している請求項１〜１３の何れかに記載のエネルギ吸収構造。
15. 前記取付部材は、前記パネル部材の外周部全周を包囲するように設けられている請求項１〜１４の何れかに記載のエネルギ吸収構造。
16. ドアガードビームをインナパネルに取り付け、前記インナパネルをアウタパネルに取り付けた自動車用ドアであって、
    請求項１〜１５の何れかに記載のエネルギ吸収構造の前記パネル部材を前記インナパネルとして用い、前記エネルギ吸収構造の前記エネルギ吸収部材を前記ドアガードビームとして用いた自動車用ドア。
17. 前記取付部材は、前記繊維強化複合材料により前記インナパネルが成形された後に、前記ドアガードビームと前記アウタパネルとの相対的な位置関係に基づいて、前記インナパネルの外周部の少なくとも一部に固定されている請求項１６記載の自動車用ドア。
    
    

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