JP2009517283A - 車両用ボンネットおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

ボンネット（２）は、アウタースキン（１０）と、ＳＭＣからなるインナーライニング（２０）とを備え、前記ライニングは、前記スキンとは実質的に間隔を開けて広がっている。この構造により、前記ボンネットは、ボンネットに衝突する歩行者頭部の保護という点において十分な機械的挙動を示すことができる。ＳＭＣにより、前記ボンネットは破損せず、所定の均一な挙動を示して実質的に弾性的に変形する。

Description

本発明は、車両用ボンネットに関し、特に、自動車用ボンネットおよびその製造方法に関するものである。

本発明は、特に自動車である車両との正面衝突時に歩行者を保護するという一般的な問題に対応するものである。一般に、自動車製造業者および部品メーカーでは、車両に跳ねられた歩行者の頭部がボンネットに当たった時に生じる衝撃度を数値で表すために、頭部障害基準（ＨＩＣ）を用いている。ＨＩＣ基準は、各種ボンネットに固有のものであり、基本的には衝突時に歩行者頭部にかかる最大減速度を考慮して、頭部とボンネットとの間の衝撃強さの指標を示すものである。ＨＩＣ基準を満たすことを目的として、特許文献１には、金属製アウタースキンと、「プレミックス」とも呼ばれるバルク成型コンパウンド（ＢＭＣ）からなるインナーライニングとを備えたハイブリッドボンネット構造が提案されている。ＢＭＣは、樹脂、補強材および充填材等の混合物で構成される脆性複合材料であり、織物状ではなく、通常は使用前に射出成型することによって得られるものである。ＢＭＣを用いることにより、ボンネットと歩行者頭部の衝突の初期段階において歩行者頭部の減速を迅速に行い、次の段階でＢＭＣインナーレイヤーが脆性破壊されることによって頭部の突然完全停止を防止することができる。
ＷＯ−Ａ−０３／０４２６３

しかしながら、ＢＭＣの脆性評価試験では、重要な欠陥が提示されている。すなわち、ＢＭＣの破壊は不規則に生じたり、少なくとも正確に予測することが困難であるため、同一構造の複数のボンネットにおいても、単一のボンネットで複数箇所を測定しても、ＨＩＣ測定のバラツキが非常に大きくなってしまう。

本発明の目的は、歩行者頭部との衝突時に、ＨＩＣに関して満足できる所定の均一な機械的挙動を示すハイブリッド構造のボンネットを提案することである。

この目的を達成するために、本発明は、特に自動車用の、アウタースキンと、複合材料からなるインナーレイヤーとを備えた車両用ボンネットを提供する。このボンネットにおいて、前記レイヤーは、前記スキンとは実質的に間隔を開けて広がっているＳＭＣ製のライニングを形成することを特徴とする。

ＳＭＣは、予備含浸シートとしても知られるシート状成形材料の略語である。ＳＭＣは、織糸、マット、有機繊維織物または鉱物繊維織物に、樹脂を含浸させたものからなる１または複数のシート状プリフォームである。ＳＭＣは、成型に適した一体組成物であり、圧縮変形されることによって、成型時の合成材料のクリープが制限され、最終製品における繊維の損傷や配向が低減される。

本発明のボンネットにおけるＳＭＣライニングは、柔軟性を有しており、ボンネットに均一な機械的挙動を与えている。ボンネットに当たった歩行者頭部の減速中、少なくとも衝突の初期段階において、ボンネットは破損せず、弾性的に撓む。ボンネットが自動車のエンジン部分の硬質部に当たらずに自由に戻ってくる場合には、ボンネットは破損することなく、実質的あるいは限定的に弾性的に撓み、所定の正確な挙動を示す。ボンネットは、スキンおよびＳＭＣライニングの剛性に対応する全体的に均一な剛性を有している。ボンネットが凹んでＳＭＣライニングがエンジン部分の硬質部に当たると、ＳＭＣの柔軟性により、ライニングが硬質部の周囲で局所的に変形するので、歩行者頭部の急停止を防止することができる。したがって、ＳＭＣライニングは、全範囲にわたって変形する時は全体的に座屈しつつ、かつ／または局所的に平坦化しながら撓むことができ、座屈せずに平坦化することで破損する層を有利に形成している。

実際に、ＳＭＣライニングは、スキンの主要部とライニングの主要部との間、つまりスキンとライニングとが互いに接触している外側の小領域、とりわけスキンおよびライニングの外周部分の間に間隔ができるように、金属製スキンに組み付けられる。このスキンとライニングとの間の間隔により、ボンネットの全体構造は、製品に対する各種要求に対応する慣性を生じさせる。これは具体的には、屈曲やねじれに対する静剛性すなわち静抵抗である。また、このように間隔を開けて配置されたＳＭＣライニングにより、本発明のボンネットは、スキンにより形成される全体的な外部形状を変更することなく、エンジンのボンネット下の部分の構造にさらに好適に適応するようになる。また、その他の機能をライニングに付加してもよい。例えば、エンジンバッテリの近傍に開口してエンジンバッテリを空冷するエアダクトを付加してもよい。

この他にも、ＳＭＣを使用することによる利点が挙げられる。ＳＭＣ樹脂は導電性であってもよく、特に組立ラインにおいて、塗装または静電気塗装を施すことが可能である。また、ＳＭＣは約５０００メガパスカル（ＭＰａ）〜４０,０００ＭＰａの弾性率を有するため、特定の用途において、ボンネットのＨＩＣ値および／またはボンネットが凹む際の最大深さを最適化するのにより適した弾性率を有するＳＭＣを選択することができる。さらに、一層のスキンを、弾性率の異なるＳＭＣからなる２つの異なるライニングとともに用いて、歩行者保護レベルの異なる規定または推奨基準を満たす２つのボンネットを得ることも可能である。

第１の実施形態において、ボンネットのアウタースキンは金属製であり、鋼、アルミニウムまたは自動車の車体に用いられるその他の金属合金からなる。

第２の実施形態において、ボンネットのアウタースキンは、熱可塑性材料または例えばＳＭＣ等の複合材料からなる。このようにして得られたボンネットは、金属製スキンを供えたボンネットよりも剛性が低く、例えば、エンジンを後部に配した自動車の前部トランクを覆うために用いることができる。

単独または技術的に実現可能に組み合わせて採用されるボンネットのその他の特徴によれば、
・スキンとライニングとの間の空間は、中空である。

・ライニングは、スキンと反対の方向を向いている面において、自動車のボディの剛性部材に当接する少なくとも１つの面を有している。

・ライニングは、ライニングのその他の部分からスキンとは反対の方向に突出する少なくとも１つの変形領域を有し、この変形領域が当接面を形成している。

・スキンおよびライニングは、スキンのライニングに対向する面と、ライニングのスキンに対向する面との間に介在されるスポット状および／または線状接着剤によって互いに恒久的に固定されている。

・ボンネットは、特にスキンおよびライニングが互いに恒久的に固定される前に、スキンおよびライニングの相対位置を少なくとも一時的に決定するための少なくとも１つの剛性ベースプレートをさらに備えている。

本発明はまた、ボンネット用アウタースキンを設けることを含む、特に自動車用の車両用ボンネットの製造方法を提供する。該方法は、前記スキンを得る工程とは別の工程において、ＳＭＣ層を成型してボンネット用インナーライニングを設け、前記スキンを得る工程および前記ＳＭＣ層を成型する工程の後に、前記スキンが前記ライニングを覆い、前記ライニングが前記スキンとは実質的に間隔を開けて広がるように、前記スキンおよび前記ライニングを恒久的に結合させることを特徴とする。

本発明の方法によれば、上記に説明したボンネットを得ることができる。したがって、この方法によれば、ボンネットのアウタースキンを得る工程とは別に成型されたＳＭＣライニングの柔軟な機械的特性を利用することにより、申し分のないＨＩＣを示すハイブリッド構造のボンネットを得ることができる。

ここで製造されるボンネットのアウタースキンは金属製であり、このスキンを得る工程は、特に金属シートを成形する工程により構成される。アウタースキンが熱可塑性材料または複合材料からなる場合には、スキンを得る工程は、例えば成型工程であってもよい。

本発明のその他の有利な特徴によれば、
・スキンおよびライニングを恒久的に結合させる前に、スキンおよびライニングの間に配置されてその両方に固定された少なくとも１つの剛性ベースプレートを用いて、スキンをライニングに対する固定位置に組み付ける。

・スキンおよびベースプレートが金属製である場合には、ベースプレートは溶接等によってスキンに固定されて両者間に電気を導通させる。

・スキンをライニングに恒久的に結合するために、ベースプレートによってスキンおよびライニングが互いに固定された状態で、好適に架橋されるスポット状接着剤または線状接着剤をスキンとライニングとの間に介在させ、好ましくは自動車のその他の部分に組み付けられたボンネットが電気泳動槽を通過する間に、これらの接着剤を架橋させる。

・ベースプレートは、ボンネットを開けるためのヒンジ等のボンネットの機械的部材を支持するために用いられる。

本発明を、図面に基づき、例示のみを目的とする以下の記載により詳細に説明する。

図１に、フロントボンネット２、自動車のボディの一部を形成するフロントパネル３および左側フロントフェンダ４を有する自動車１を示す。ボンネット２は、自動車１のエンジンを保護するカバーを構成し、ボンネット２の前端部の下に垂直に配置されたパネル３は、ラジエータグリル３１やヘッドライトユニット３２等の部材を支持している。

図２にさらに詳細に示すように、ボンネット２は、アウタースキン１０と、インナーライニング２０とを備えている。ライニング２０はＳＭＣ複合材料層からなる。ＳＭＣは、シート状成形材料の略であり、予備含浸シートとも呼ばれることもある。この材料は、織糸、マット、有機繊維織物または鉱物繊維織物に、樹脂を含浸させたものからなるプリフォームに相当する。例えば、この樹脂は不飽和ポリエステルである。

図に示すボンネットにおいて、スキン１０は、鋼またはアルミニウム等の金属で構成されている。不図示の変形例においては、スキンは熱可塑性材料または複合材料で構成されていてもよい。

図に示すボンネット２は、金属製のアウターレイヤーと複合材料からなるインナーレイヤーとが結合された一般的なハイブリッド構造物である。

スキン１０は、薄くて平坦な板であり、上から見ると実質的に矩形状である。自動車１の前面部の外観に応じて、この基本的な形状に、細かい畝または凹凸を設けてもよい。

ＳＭＣライニング２０は、全体としてスキン１０と同様に構成されている。実際には、ライニングはスキンよりも肉厚で、その外形はスキンよりもわずかに小さくなっているので、外から見た時、つまりボンネット２を図１のように見た時には、ライニングはスキンに完全に覆い隠されるようになっている。

最終的に組み立てられた状態のボンネット２においては、図１および図２に示すように、ＳＭＣライニング２０は、その大部分が金属製スキン１０と間隔を開けて支持されており、ライニングの上面２１とスキンの底面１１との間に中空の空間Ｖ_２が画定されている。図２のｅは、この２つの面の間の間隔を示している。スキン１０およびライニング２０は、それぞれの周辺端部と、それぞれの主要部の所定の領域とにおいて、互いに恒久的に固定されている。

より正確に言えば、図２の左側部分に示すスキンおよびライニングの前端部において、スキンはライニングの前端部２２を収容するように折り曲げられた前端部１２を備えている。つまり、前端部１２は、ライニングを機械的に保持するフックを形成している。この部分は、例えば周辺部に線状に設けられた接着剤３６等の構造用接着剤または類似の手段を介在させることによって有利に補強されている。

中空の空間Ｖ_２によって隔てられたスキン１０およびライニング２０の主要部１３および２３において、面１１および２１は、スポット状または線状に形成されたマスチック等のほとんど収縮しない接着剤によって、恒久的に結合されている。この接着剤は、図２の右側部分にスポット３７として図示されている。スポット状または線状の接着剤はそれぞれ、ライニングの局所的に変形した領域２８に設けられる。この領域は、主要部２３以外の部分からスキンに向かって突出している。この変形領域２８は、上記スポット状または線状の接着剤が介在された状態で、各変形領域の上端部がスキンの面１１に並列となるように、スキンおよびライニング間の間隔ｅと略同一の高さを有している。各変形領域２８の高さ以外の２つの寸法のうちの一方または他方は、図２に示すように、空間Ｖ_２が実質的に中空となるように、空間Ｖ_２の対応する２つの寸法よりも小さい。

自動車１に跳ねられた歩行者の頭部がボンネット２に当たると、ボンネットは、ＨＩＣ値を好適に制限する比較的柔軟な機械的挙動を示す。例えば、図２の右側部分に矢印４０で示す衝撃について検討すると、歩行者頭部の減速度は、図３に示すように、時間に応じて変化する。ＨＩＣ値は図３の曲線の下側領域に相当する。

時間がたつにつれて、この曲線はボンネット２の全体的な変形に対応する第１ピーク強度Ａを示す。これはスキン１０の比較的剛性の変形とＳＭＣライニング２０の弾性変形とに対応するピークである。その後、ボンネットの構造により、ライニングが実質的に弾性的に撓むため、ボンネットの全体的な剛性は中程度にとどまる。

第１ピーク強度Ａの後、図３の曲線は第２ピーク強度Ｂを示す。これは、ＳＭＣライニング２０が歩行者頭部との衝突の影響下で変形した時に、ライニングが当たる硬質部があることに対応するものである。より詳細に言えば、図２の右側部分に示すように、ライニング２０の一部２３Ａは、例えばエンジンボックス等の、自動車１の剛性エンジン部材で形成される硬質部５に重なっている。矢印４０で示す衝撃の影響下において、ボンネット２は、ライニング２０の底面２４が硬質部５に押し付けられるまで矢印４１の方向に変形する。その結果、歩行者頭部の減速度は図３の曲線のピーク強度Ｂまで増加する。ＳＭＣにより、硬質部に対応する減速度の強度Ｂは中程度にとどまり、硬質部に接触しないボンネットの全体的な変形に対応する減速度の強度Ａより低くなる。この好都合なボンネット２の挙動は、主としてＳＭＣライニングの弾性的挙動によるものであり、より少ない程度にはライニングとスキンとの間の間隔によるものである。実際に、硬質部５に押し付けられると、ライニングは硬質部の周囲で局所的に変形し、硬質部への衝撃によるエネルギーの相当分を吸収する。不図示の変形例において、ライニングの一部２３Ａの幾何学的形状、特に厚さを変更することも可能である。

間隔ｄにより、ライニングの一部２３Ａの底面と硬質部５の上端部とが隔てられている。ボンネット２は、小さい間隔だけでなく、一般的に３５ｍｍより大きい標準的な間隔ｄに対しても有利な挙動を示す。

しかしながら、ボンネット２の前端部においては、ＳＭＣライニング２０とパネル３の剛性部材３３との間隔は、上記間隔ｄよりも小さい。許容可能なＨＩＣ値を維持しつつ、ボンネット２の凹部のストローク（indentation stroke）を制限するために、ライニング２０の主要部２３の前端部２３Ｂには、局所的に変形した領域２５が設けられている。この領域は、図２の左側部分に示すように、主要部２３のその他の部分から、スキン１０と反対側の方向に突出している。この領域２５は、衝撃時にはパネル部材３３の上端部に当接し、実質的に点状の当接面２５Ａを形成するように構成されている。領域２５とパネル部材３３との間には遊びがあるが、これは衝撃の初期段階において吸収される。

図２の左側部分に矢印４２で示すように、歩行者の頭部がボンネット２の前端部に当たった時は、ボンネット２は、図２の右側部分を参照して上記で説明したように変形する。しかしながら、衝撃が与えられている間、応力を受けるライニングの一部２３Ｂは面２５Ａを介してパネル部材３３に当接するため、ボンネットの凹部のストロークは中程度にとどまる一方、ＨＩＣ値は、ＳＭＣの弾性的挙動によって所定の制限値よりも小さくなる。

次に、ボンネット２の製造方法について説明する。

ボンネット２を得るためには、まず金属シートを用意し、次いでＳＭＣ層を用意する。この２つを得るために必要な作業は、それぞれ独立して行われる。例えば、シートを打ち抜き加工および／または折り曲げ加工によって成型してスキン１０とする。また、ライニング２０の最終的な幾何学的形状を得ることができる金型を用いてＳＭＣを成型する。

このようにして得られたスキン１０およびライニング２０を、図２に示すようにスキンがライニングを覆い隠すようにして組み合わせる。この時、これらの間に介在する中空の空間Ｖ_２の範囲を決定する。スキンおよびライニングを相対的に適切な位置となるように組み合わせた後は、接着部材３６および３７または類似の手段を用いて互いに固定する。

この組み立てを容易に行うには、図４および図５に示すように、金属製のベースプレート５０を用いることが有利である。図示したベースプレートは、ボンネット２の右側後方の角部に配置されているが、実際には複数のベースプレートを用いることが有利である。特に、ボンネット後方の２つの角部に１つずつ用いることが有利である。

ベースプレート５０は通常、プレートと一体化してプレートの一辺から伸びる折り曲げタブ５２を有する平板５１である。ベースプレート５０は、ライニングをスキン１０に組み付ける前に、ライニング２０の上面２２に配置する。平板５１を面２１の上に水平に置き、タブ５２をライニングの右側端部２７に形成された実質的に相補形の開口２６に挿入する。この状態のベースプレートにおいて、平板５１を、例えば領域５３をクリンチナット等（図示せず）でリベット締めすることによって、ライニングの主要部２３に固定する。このナットにより、例えばボンネット２を開けるためのヒンジといった自動車１のボディのその他の部材を、ベースプレートに支持させることができる。そして、ベースプレート５０が図５に示すように空間Ｖ_２の内側に配置されるように、スキン１０をライニングに組み付ける。タブ５２は、スキン１０に固定される。より正確には、タブ５２は、スキンの右側の折り曲げ端部１４にスポット溶接箇所５４で溶接される。

ベースプレート５０を使うと、ベースプレートの剛性によってスキン１０とライニング２０とが相対的に移動するのを防止することができ、自動車１のボディへの取り付けの際に、ボンネット２を容易に取り扱うことができる。その後、ボディを電気泳動槽に浸漬するか、または類似の熱処理を行うと、処理熱により、接着部材３６および３７ならびにその他類似のスポット状または線状接着剤が架橋される。これにより、最終的に、スキンとライニングとが互いに恒久的に結合される。スポット溶接箇所５４およびリベット箇所５３は、ボンネット２が部材３６、３７を介して恒久的に結合される前に、ボンネット２を取り扱う際に十分な強度を与えるためにのみ設けられたものである。

例えば、ライニング２０を構成するＳＭＣが、非導電性であったり、導電性が不十分である場合、ベースプレートの平板５１にボンネットを開けるための上記ヒンジ等のボディ部材が支持されている時は、１つ以上のベースプレート５０を用いることにより、ボンネット２のスキン１０と自動車１のボディのその他の金属部材との間に電気を導通させることができる。この導電性により、ボンネットを静電塗装材料で塗装することができ、さらに／またはスキンを干渉防止部材として用いることができる。また、特別な装置を使用しなくても、電気泳動および／または塗装作業において、ボンネット２を適切な電気位置とすることができる。

上記ボンネット２およびその製造方法もまた、様々に改変または変更してもよい。例えば
・スポット３１および３２に用いた接着剤を、自動車１のボディ全体の電気泳動中に架橋させるかわりに、ボディのその他の部分の加工とは関係なく、ボンネットを自動車のその他の部分に取り付ける前に架橋を行ってもよい。この方法は、スキンが熱可塑性材料または複合材料からなる場合に好ましい。
・介在空間Ｖ_２は、ＳＭＣライニング２０の弾性的挙動、特に、金属製スキン１０に対する挙動を阻害するものでない限り、充填材料で充填されていてもよい。さらに／または
・ボンネットの塗装作業は、特にボディの塗装作業後にボンネットを取り付ける場合には、自動車にボンネットを取り付ける前に行ってもよい。

図１は、本発明のボンネットを有する自動車を正面から見た時の概略斜視図である。 図２は、図１の面IIにおける概略断面図である。 図３は、図１および図２のボンネットのＨＩＣを示すグラフである。 図４は、図１の円IVで囲まれた箇所を拡大して示す部分切断斜視図である。 図５は、図４の面Vにおける断面図である。

Claims (10)

1. 特に自動車（１）用の、アウタースキン（１０）と、複合材料からなるインナーレイヤーとを備えた車両用ボンネット（２）であって、
   前記レイヤーは、前記スキンとは実質的に間隔を開けて広がっているＳＭＣ製のライニング（２０）を形成し、前記スキン（１０）と前記ライニング（２０）との間の空間（Ｖ_２）は、中空であることを特徴とするボンネット。
2. 請求項１のボンネットにおいて、
   前記スキン（１０）は金属製であることを特徴とするボンネット。
3. 請求項１のボンネットにおいて、
   前記スキンは熱可塑性材料または複合材料からなることを特徴とするボンネット。
4. 請求項１〜３のいずれか１つのボンネットにおいて、
   前記ライニング（２０）は、前記スキン（１０）と反対の方向を向いている面（２４）において、前記自動車（１）のボディの剛性部材（３３）に当接する少なくとも１つの面（２５Ａ）を有していることを特徴とするボンネット。
5. 請求項１〜４のいずれか１つのボンネットにおいて、
   前記ライニング（２０）に対する前記スキン（１０）の位置を少なくとも一時的に決定するのに適した、少なくとも１つの剛性ベースプレート（５０）をさらに備えることを特徴とするボンネット。
6. ボンネット用アウタースキン（１０）を設けることを含む、特に自動車（１）用の車両用ボンネット（２）の製造方法であって、
   前記スキンを得る工程とは別の工程において、ＳＭＣ層を成型してボンネット用インナーライニング（２０）を設け、前記スキンを得る工程および前記ＳＭＣ層を成型する工程の後に、前記スキンが前記ライニングを覆い、前記ライニングが前記スキンとは実質的に間隔を開けて広がるように、前記スキンおよび前記ライニングを恒久的に結合させることを特徴とする方法。
7. 請求項６の方法において、
   前記スキンおよび前記ライニングを恒久的に結合させる前に、前記スキンおよび前記ライニングの間に配置されてその両方に固定された少なくとも１つの剛性ベースプレート（５０）を用いて、前記スキン（１０）を前記ライニング（２０）に固定することを特徴とする方法。
8. 請求項７の方法において、
   前記スキン（１０）および前記ベースプレート（５０）は金属製であり、前記ベースプレートは溶接等によって前記スキンに固定されることにより、両者間に電気を導通させることを特徴とする方法。
9. 請求項７または８の方法において、
   前記スキン（１０）を前記ライニング（２０）に恒久的に結合するために、前記ベースプレート（５０）によって前記スキン（１０）および前記ライニング（２０）が互いに固定された状態で、好適に架橋されるスポット状接着剤（３７）または線状接着剤（３６）を前記スキンと前記ライニングとの間に介在させ、好ましくは自動車（１）のその他の部分に組み付けられたボンネット（２）が電気泳動槽を通過する間に、前記接着剤を架橋させることを特徴とする方法。
10. 請求項７〜９のいずれか１つの方法において、
    ベースプレート（５０）は、ボンネットを開けるためのヒンジ等のボンネット（２）の機械的部材を支持するために用いられることを特徴とする方法。

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