JP2009035193A - Ｆｒｐ製自動車用フード - Google Patents

Abstract

【課題】衝突の際の歩行者頭部保護性能を効果的に高めることが可能なＦＲＰ製自動車用フードを提供する。
【解決手段】自動車の前部上面を形成するＦＲＰ製のアウター部材の内側に、該アウター部材の外周縁に沿う部位に配置され、スティフナ断面構造部とフランジ部とを有するＦＲＰ製のインナー部材を接合したＦＲＰ製自動車用フードにおいて、インナー部材における自動車前部側にて自動車幅方向に延びるインナー部材前構造部分の少なくともスティフナ断面構造部の全てを、地表からの自動車の前面に沿う距離であるＷＡＤにて１０００ｍｍ以下の箇所に配置したことを特徴とするＦＲＰ製自動車用フード。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＦＲＰ（繊維強化樹脂）製自動車用フードに関し、とくに、衝突の際の歩行者頭部保護性能を高めるようにしたＦＲＰ製自動車用フードに関する。

近年、軽量化を第１の目的として、ＦＲＰ製の自動車用フードが開発されつつあり、必要部位の強度や剛性を向上するための各種構造が提案されている。中でも、強度や剛性向上の面から、とくに炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）製の自動車用フードの検討が進められている（例えば、特許文献１）。

ＦＲＰ製自動車用フードは、通常、外表面（自動車の前部上面）を形成する面状のＦＲＰ製アウター部材の内側（裏面側）に、フード全体の要求強度、剛性を確保するために、スティフナ断面構造部を有するＦＲＰ製インナー部材が、アウター部材の外周縁に沿う部位に接着等によって接合されることにより構成されている。とくに、アウター部材を全体にわたって補強するために、中央部が開口した額縁状のインナー部材を用いることが多い。

このように形成されたインナー部材は、自動車前部側にて自動車幅方向に延びるインナー部材前構造部分を有することになり、主としてそのインナー部材前構造部分により、アウター部材の自動車前部側部分が補強されることになる。

一方、上記のようなＦＲＰ製自動車用フードにおける軽量化、必要な剛性付与とは別に、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、衝突事故時等の歩行者保護性能を高めることが要求されており、この機能を極力高めるために、フードに優れた衝撃吸収機能を持たせることが望まれている。自動車が歩行者に衝突した際には、歩行者は、自動車の前部やフード等に対し、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。この頭部へのダメージの低減に関しては、フードの衝撃緩和性能として規制値が規格化されつつあり、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ことが望まれる。

頭部傷害値（ＨＩＣ）の測定については、インパクターを用いて所定の条件で行うことが可能であり、ヨーロッパで先行して規格化され、日本でも規格化が進められつつある。乗員については、シートベルトやエアバッグが普及していることから、ＨＩＣは一般に１０００以下に抑えることが求められているが、シートベルトやエアバッグによる効果が期待できない歩行者に対するＨＩＣについては必ずしも明確な要求は定まっていないものの、歩行者側のＨＩＣについても乗員側のＨＩＣと同等レベル以下、例えばＨＩＣ１０００以下に抑えることができれば、望ましいと考えられる。
特開２００３−１４６２５２号公報

ところが、従来のＦＲＰ製自動車用フードにおいては、軽量化や剛性向上に関する技術開発が先行しており、高い歩行者頭部保護性能の実現に関する技術が確立されているとは必ずしも言えない。これは、次のような理由によると考えられる。

前述の如く、従来のＦＲＰ製自動車用フードは、ＦＲＰ製アウター部材の内側に額縁状のＦＲＰ製インナー部材を接合することにより、フード全体として目標とする剛性になるように設計されることが多いが、インナー部材の前構造部分が比較的広い領域にわたって存在しているため、そのフード部位の剛性が高くなりすぎるおそれがある。上述の歩行者に対するＨＩＣは、衝突の際に歩行者の頭部が当たる可能性の高い、ＷＡＤ（Wrap Around Distance：地表からの自動車の前面に沿う距離）が１０００ｍｍ以上のフード領域について測定することが定められているが、従来のＦＲＰ製自動車用フードでは、このＷＡＤ１０００ｍｍ以上の領域にインナー部材前構造部分が配置されていたため、とくにその配置場所に歩行者頭部が衝突した場合には、ＨＩＣ値が高くなり、十分に高い歩行者頭部保護性能が得られないおそれがある。

そこで本発明の課題は、上記のような従来技術における問題点に着目し、とくに、衝突の際に現実に発生する可能性の高い歩行者頭部のフードへの衝突状態を考慮して、歩行者頭部保護性能を効果的に高めることが可能なＦＲＰ製自動車用フード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ＦＲＰ製自動車用フードは、自動車の前部上面を形成するＦＲＰ製のアウター部材の内側に、該アウター部材の外周縁に沿う部位に配置され、スティフナ断面構造部とフランジ部とを有するＦＲＰ製のインナー部材を接合したＦＲＰ製自動車用フードにおいて、前記インナー部材における自動車前部側にて自動車幅方向に延びるインナー部材前構造部分の少なくとも前記スティフナ断面構造部の全てを、地表からの自動車の前面に沿う距離であるＷＡＤにて１０００ｍｍ以下の箇所に配置したことを特徴とするものからなる。

このようなＦＲＰ製自動車用フードにおいては、フードの前部側部分において、ＷＡＤが１０００ｍｍを越える場所にはインナー部材前構造部分の少なくともスティフナ断面構造部が配置されないことになるので、ＷＡＤが１０００ｍｍ以上のフード部位の剛性が高くなりすぎることが確実に防止される。したがって、たとえ、このＷＡＤが１０００ｍｍ以上のアウター部材外面に歩行者頭部が衝突したとしても、この部位のアウター部材の剛性、ひいてはフード剛性が適切に弱められているので、衝突の際に発生する加速度が適切に低減され、低いＨＩＣ値が達成されて、歩行者の頭部が適切に保護される。

より低いＨＩＣ値を実現し、より歩行者頭部保護性能を高めるためには、上記インナー部材前構造部分の全てが（つまり、スティフナ断面構造部とフランジ部の全てが）、ＷＡＤにて１０００ｍｍ以下の箇所に配置されていることが好ましい。

また、上記インナー部材前構造部分の形状、とくに横断面形状としては、例えば、略コ字状横断面形状のスティフナ断面構造部と、その略コ字状横断面形状の両腕部から両側に向けて延びるフランジ部を有する、略ハット形横断面形状に形成することができる。このような略ハット形横断面形状にすることにより、フランジ部でアウター部材との良好な接合性能を確保しつつ、スティフナ断面構造部でフードとしての要求剛性を満たすことができる。

また、上記インナー部材前構造部分には、少なくとも一つの金属部材を取り付けることができる。金属部材としては、例えば、フック形状を有するものを採用できる。このような金属部材は、例えば、フード開閉時のフード係止用部材として機能させることが可能である。とくに、フード内面側に取り付けられる金属部材は、フード内の搭載物や車両構造部材との、干渉を回避した取り合い関係が重要になるので、自動車の幅方向に延びるインナー部材前構造部分の適切な位置に金属部材を取り付けることが必要である。

このような本発明に係るＦＲＰ製自動車用フードは、とくにインナー部材前構造部分をとくにＷＡＤの小さい特定の限られたフード領域に配置することにより、ＷＡＤのより大きい領域におけるフード剛性を意図的に低下させることを狙ったものであり、フードの領域に応じて剛性に大小関係を持たせることを狙ったものであるから、元々面積の小さすぎるＦＲＰ製自動車用フードに対しては適用が難しくなる。この観点から、本発明は、とくに、アウター部材が２５００ｃｍ² 以上の上面を有するフードに対して有効である。

また、小さすぎる曲率半径にて湾曲されたアウター部材は、アウター部材自体が高い剛性を持ちやすいので、インナー部材の有無のみでは、上記のように特定のフード領域の剛性を所望レベル以下にまで低下させることが困難になる可能性がある。したがって、この観点からは、本発明は、アウター部材における面の最大曲率半径が５０ｍｍ以上である場合にとくに有効である。

本発明におけるアウター部材およびインナー部材を構成するＦＲＰとしては、周知の種々のＦＲＰを使用可能である。とくに、軽量化、フード全体としての要求強度、剛性を容易に確保するためには、ＦＲＰの強化繊維として炭素繊維を含むもの、つまり炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）を採用することが好ましい。ただし、炭素繊維とともに、他の強化繊維を使用した、ハイブリッド構成も可能である。

本発明に係るＦＲＰ製自動車用フードによれば、ＦＲＰ製アウター部材とインナー部材との接合構成からなるフードにおいて、インナー部材前構造部分をＷＡＤの小さい特定の限られたフード領域に配置することにより、低いＨＩＣを実現でき、実際の衝突状態に則して、歩行者頭部保護性能を効果的に高めることができる。

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、本発明の規定に使用したＷＡＤ（Wrap Around Distance）について説明する。図１に示すように、ＷＡＤとは、地表１からの自動車２の前面に沿う距離を指す。このＷＡＤは、歩行者の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）の規定にも使用されており、ＨＩＣは、ＷＡＤが１０００ｍｍ以上のフード領域（つまり、衝突の際には歩行者の頭部はこのフード領域に当たることが多いと考えられている。）について測定することが定められている。

本発明の一実施態様に係るＦＲＰ製自動車用フードの概略構成を図２に、比較のための従来技術に係るＦＲＰ製自動車用フードの概略構成を図３に、それぞれ示す。図２において、ＦＲＰ製自動車用フード３は、自動車の前部上面を形成するＦＲＰ製のアウター部材４の内側に（裏面側に）、アウター部材４の外周縁に沿う部位に配置され、スティフナ断面構造部８とフランジ部９とを有するＦＲＰ製のインナー部材５を接合したものからなる。アウター部材４とインナー部材５を構成するＦＲＰとしては、例えばＣＦＲＰが用いられる。インナー部材５は、本実施態様では、後述の図４にも示すように、アウター部材４の外周縁に沿った額縁状の形状に形成され、該インナー部材５は、自動車前部側にて自動車幅方向に延びるインナー部材前構造部分６を有している。このインナー部材前構造部分６の少なくともスティフナ断面構造部８の全てが、本実施態様では、インナー部材前構造部分６の全てが、地表１からの自動車の前面に沿う距離であるＷＡＤにて１０００ｍｍ以下の箇所に配置されている。アウター部材４は、２５００ｃｍ² 以上の上面を有する部材からなり、アウター部材４における面の最大曲率半径は５０ｍｍ以上とされている。

本実施態様では、インナー部材前構造部分６の横断面形状は、略コ字状横断面形状のスティフナ断面構造部８と、その略コ字状横断面形状の両腕部から両側に向けて延びるフランジ部９を有する、略ハット形横断面形状１０に形成されている。略ハット形横断面形状により、フランジ部９でアウター部材４との良好な接合性能が確保されつつ、スティフナ断面構造部８でフードとしての要求剛性が満たされる。また、インナー部材前構造部分６には、少なくとも一つの金属部材７が取り付けられており、金属部材７は、フック形状に形成されてフード開閉時のフード係止用部材として機能できるようになっている。

図３に比較のために示した従来技術に係るＦＲＰ製自動車用フード１１においては、ＦＲＰ製アウター部材１２とＦＲＰ製インナー部材１３でフード１１が構成されるが、インナー部材前構造部分１４は、ＷＡＤが１０００ｍｍ以上のフード領域にわたって設置されている。したがって、図２に示した本発明の一実施態様に係るＦＲＰ製自動車用フード３に比べ、インナー部材前構造部分の設置領域に関して明確な差異がある。

この差異を、さらに、インナー部材５のみを取り出して示した図５を用いて説明するに、図３に示したような従来技術においては、インナー部材前構造部分がＷＡＤ１０００ｍｍ以上のフード領域にまで延在しているのに対し、本発明では、インナー部材前構造部分６の少なくともスティフナ断面構造部８の全てが、上記実施態様では、インナー部材前構造部分６の全てが、ＷＡＤ１０００ｍｍ以下のフード領域に納められている。

このようなＦＲＰ製自動車用フード３においては、フードの前部側部分において、ＷＡＤが１０００ｍｍを越える場所にはインナー部材前構造部分６の少なくともスティフナ断面構造部８が配置されていないので（本実施態様では、インナー部材前構造部分６の全てが配置されていないので）、ＷＡＤが１０００ｍｍ以上のフード部位の剛性が高くなりすぎることが確実に防止されている。このＷＡＤが１０００ｍｍ以上のフード領域は、前述の如く、ＨＩＣの測定領域であるから、該ＨＩＣ測定領域におけるフード３の剛性が適切に弱められ、衝突の際に発生する加速度が適切に低減され、低いＨＩＣ値が達成されて、歩行者頭部保護性能の高いフード３が得られる。

ちなみに、アウター部材とインナー部材の肉厚条件やアウター部材の表面積等を同一として所定のインパクターで歩行者頭部衝突の際の衝撃を与えた場合のＨＩＣを解析した結果、図３に示したような従来技術に係るＦＲＰ製自動車用フードのインナー部材前構造部分を、図２の矢印で示したように、ＷＡＤ１０００ｍｍ以下のフード領域に納めた場合、従来構造ではＨＩＣが１３４０程度であったものが、ＨＩＣ９４０程度まで低下させることができるという解析結果が得られた。

なお、本発明に係る自動車用フードにおける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、前述の炭素繊維の他、例えば、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、ボロン繊維、ＰＢＯ繊維などの有機繊維からなる強化繊維を使用することも可能である。アウター部材等の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、ジシクロペンタジエン樹脂、ポリウレタン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、ポリプロピレン樹脂等の熱可塑性樹脂も使用可能である。また、コア材の少なくとも片面にＦＲＰスキン層を配置した構造の採用も可能であり、その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。

本発明は、歩行者頭部保護性能を高めることが要求されるあらゆるＦＲＰ製自動車用フードに適用可能である。

本発明におけるＷＡＤについての説明図である。 本発明の一実施態様に係るＦＲＰ製自動車用フードの概略構成図である。 従来技術におけるＦＲＰ製自動車用フードの概略構成図である。 図２のＦＲＰ製自動車用フードのインナー部材の概略斜視図である。

符号の説明

１ 地表
２ 自動車
３ ＦＲＰ製自動車用フード
４ アウター部材
５ インナー部材
６ インナー部材前構造部分
７ 金属部材
８ スティフナ断面構造部
９ フランジ部
１０ 略ハット形横断面形状

Claims (8)

1. 自動車の前部上面を形成するＦＲＰ製のアウター部材の内側に、該アウター部材の外周縁に沿う部位に配置され、スティフナ断面構造部とフランジ部とを有するＦＲＰ製のインナー部材を接合したＦＲＰ製自動車用フードにおいて、前記インナー部材における自動車前部側にて自動車幅方向に延びるインナー部材前構造部分の少なくとも前記スティフナ断面構造部の全てを、地表からの自動車の前面に沿う距離であるＷＡＤにて１０００ｍｍ以下の箇所に配置したことを特徴とするＦＲＰ製自動車用フード。
2. 前記インナー部材前構造部分の全てが、前記ＷＡＤにて１０００ｍｍ以下の箇所に配置されている、請求項１に記載のＦＲＰ製自動車用フード。
3. 前記インナー部材前構造部分が、略ハット形横断面形状を有している、請求項１または２に記載のＦＲＰ製自動車用フード。
4. 前記インナー部材前構造部分に、少なくとも一つの金属部材が取り付けられている、請求項１〜３のいずれかに記載のＦＲＰ製自動車用フード。
5. 前記金属部材がフック形状を有する、請求項４に記載のＦＲＰ製自動車用フード。
6. 前記アウター部材が、２５００ｃｍ² 以上の上面を有する、請求項１〜５のいずれかに記載のＦＲＰ製自動車用フード。
7. 前記アウター部材における面の最大曲率半径が５０ｍｍ以上である、請求項１〜６のいずれかに記載のＦＲＰ製自動車用フード。
8. ＦＲＰの強化繊維として炭素繊維を含む、請求項１〜７のいずれかに記載のＦＲＰ製自動車用フード。

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