JP2012061869A - 車両用垂直パネル部品 - Google Patents

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Abstract

【課題】従来の樹脂製パネルに比べ軽量化され、かつ剛性の改善された樹脂製パネルを経済的に提供する。
【解決手段】樹脂成形体および場合により窓部を含むパーツと、比弾性率５０ＧＰａ・ｃｍ３／ｇ以上の強化繊維を含む繊維強化材料の成形体からなる補強構造体とを複合してなり、以下の（１）、および（２）を同時に満たす車両用垂直パネル部品。
構造体の投影面積が最大となる投射角で投影したときの、全構造体の投射面積をＳ１とし、同じ投射角で投影したときの補強構造体のみの投射面積をＳ２とするとき
０．６０＞Ｓ２／Ｓ１＞０．０５ （１）
構造体の投影面積が最大となる投射角で投影したとき、全構造体の投影図の図心に関する極二次モーメントをＪ１、同じ投射角で投影したときの補強構造体のみの投影図の全構造体の図心に関する極二次モーメントをＪ２とするとき
０．９５＞Ｊ２／Ｊ１＞０．２０ （２）
【選択図】図１

Description

本発明は樹脂製車両用パネルの補強構造に関するものである。
近年、車両において板金製のパネルに変わって、車両の軽量化の観点から樹脂製のパネルが数多く提案されている。しかし、樹脂製の車両用パネルでは剛性が不足するし、剛性を上げる為の手段として、樹脂を肉厚にしたり強化材を大量に用いたりすることは本来の目的である軽量化を損なう。例えば特許文献１や特許文献２では樹脂製のリヤゲート構造におけるリンホース構造について提案されているが、樹脂製パネルの軽量化を維持しながら剛性を高める技術ではない。
また、軽量化と剛性の観点から、炭素繊維複合材料を用いる方法が一般に知られているが、従来の方法では大量に高価な炭素繊維を使用するため経済性に難点があった。
特開平８−２５８５６８号公報 特開２００６−１１６９９７号公報
本発明は従来の樹脂製パネルに比べ軽量化され、かつ剛性の改善された樹脂製車両用垂直パネルを経済的に提供することにある。
本発明は車両の垂直パネル部品の限られた部分に、繊維強化材料からなる補強構造を特定の方法で配置をすることで、少量の強化繊維で効率的な補強を行い、軽量化と剛性付与の両面に優れた車両用垂直パネル部品を実現するものである。
すなわち、本発明は、樹脂成形体および場合により窓部を含むパーツと、比弾性率５０ＧＰａ・ｃｍ３/ｇ以上の強化繊維を含む繊維強化材料の成形体からなる補強構造体とを複合してなり、以下の（１）、および（２）を同時に満たす車両用垂直パネル部品である。
構造体の投影面積が最大となる投射角で投影したときの、全構造体の投射面積をＳ１とし、同じ投射角で投影したときの補強構造体のみの投射面積をＳ２とするとき
０．６０>Ｓ２/Ｓ１>０．０５ （１）
構造体の投影面積が最大となる投射角で投影したとき、全構造体の投影図の図心に関する極二次モーメントをＪ１、同じ投射角で投影したときの補強構造体のみの投影図の全構造体の図心に関する極二次モーメントをＪ２とするとき
０．９５>Ｊ２/Ｊ１>０．２０ （２）
ここで該樹脂成形体および窓部を含む部分を構造体、該樹脂成形体、補強構造体、および窓部を含む部分を合わせたものを全構造体とする。窓部が可動式の場合は窓を完全に閉めた状態、あるいはそれに準ずる状態における形態とする。
本発明により軽量かつ剛性に富んだ車両用垂直パネルを経済的に提供する事ができ、実用的な車両の軽量化方法が提供される。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明は軽量化と剛性に優れた車両用垂直パネル部品に関するものである。ここで、車両用垂直パネル部品とは、車両の外装部の地面に対して４５°以上の角度で配置されたパネル状部品であって、例えばバックドア、フエンダー、フロントドア、リアドアなどが含まれる。
本発明の車両用垂直パネル部品は樹脂成型体と、比弾性率５０ＧＰａ・ｃｍ３／ｇ以上の強化繊維を含む繊維強化材料の成形体からなる補強構造体から構成され、場合により窓部を含む。
本発明における樹脂成型体は単一の構造、または複数に分割された構造が複合されたものでも良いが、パネルとして一体状に連結されたものである。例えばドアではアウタパネルとインナパネルから構成され、それらが接合されて部品を構成する場合があるが、このとき樹脂成型体とはアウタパネルとインナパネルをあわせた部分をいう。
本発明において樹脂成形体を構成する樹脂は、熱可塑性樹脂もしくは熱硬化性樹脂であり、好ましくは熱可塑性樹脂及びそれらの組成物である。具体的には、ポリカーボネート樹脂、ポリオレフィン系樹脂、アクリル樹脂、ポリ乳酸、ポリアミド樹脂、ＡＳＡ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリフェニレンオキサイド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂とポリエステル樹脂の組成物、ポリカーボネートとＡＢＳ樹脂との組成物、ポリフェニレンエーテル樹脂とポリアミド樹脂の組成物、ポリアミド樹脂とＡＢＳ樹脂の組成物、ポリエステル樹脂とナイロン樹脂の組成物、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリイミド樹脂等が挙げられるが特に制限はない。
該樹脂成型体は射出成型、ブロー成型、ホットプレス・コールドプレスを含む圧縮成型、真空成型、圧空成型などで成型することができる。
本発明における補強構造体を構成する繊維強化材料に用いられる強化繊維は、比弾性率５０ＧＰａ・ｃｍ３/ｇ以上であって、具体的には炭素繊維、パラ系アラミド繊維、ボロン繊維、アゾール繊維、アルミナ繊維が挙げられる。比剛性率が５０ＧＰａ・ｃｍ３/ｇ以下の繊維を用いた場合には補強繊維重量あたりの補強効率が低く軽量化効果が小さい。なかでもアラミド繊維、炭素繊維が比弾性率の高さから好ましい。
該補強構造体を構成するマトリックス樹脂としては、熱硬化樹脂および熱可塑性樹脂を用いる事が出来る。例えば不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ポリウレタン、シリコン樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ジシクロペンタジエン系樹脂、ポリアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリ乳酸、ポリフェニレンオキサイド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリアミドイミド樹脂等が挙げられる。
該補強構造体を構成する繊維強化材料は、強化繊維がランダムに分散したものあるいは特定の繊維配向をしたものでもよく、繊維が面配向したものあるいは一軸配向したものあるいはそれらの組み合わせ、あるいはそれらの積層体であることが好ましい。
該補強構造体を構成する繊維強化材料中の強化繊維の含有量は、樹脂１００体積部に対し１０から３００体積部が好ましい。さらには４０から１５０体積部が好ましい。
該補強構造体を構成する繊維強化材料は、射出成型、ブロー成型、ホットプレス・コールドプレスを含む圧縮成型、真空成型、圧空成型、スプレーアップ、テーププレースメント、フイラメントワインディング、ハンドレイアップ、レジントランスファーモールディング、レジンフイルムインフュージョン工法などで成型することができる。
該補強構造体は板状の構造、棒状の構造、Ｉ型ビーム、Ｈ型ビーム、Ｃ型ビームなどの中実構造、あるいはそれらを組み合わせた構造をとることができ、また任意断面形状のパイプのような中空構造、ハット断面構造、マルチウエブ構造あるいはそれらの中空部に樹脂または多孔質材を充填した構造、あるいはそれらの組み合わせ、あるいはそれらと前記中実構造を組み合わせた構造をとることができる。
該補強構造体は単一の構造でもまたは複数に分割された構造であってもよく、樹脂成型体に対し、インサート工法、アウトサート工法、接着剤による接合、機械的な結合、嵌め合い、フック、ファスナーなどの方法を用いて複合することができる。ドアのようにアウタパネルとインナパネルから構成されそれらが接合されて部品を構成する場合、補強構造体はアウタパネルとインナパネルの間に設置してもよいし、アウタまたはインナーのいずれか一つに対してその内側あるいは外側に配置してもよい。
本発明の車両用垂直パネル部品は窓部などのガラス部分を有していても良く、パネルにおける窓部の占める割合及び形状は問わない。また車両用垂直パネル部品は樹脂成型体に固定された金属などの部品を有していても良い。
この場合全構造体には固定された金属の部分も含める。
本発明は以下の１）および２）を満たすことを特徴とする車両用垂直パネル部品である。
構造体の投影面積が最大となる投射角で投影したときの、全構造体の投射面積をＳ１とし、同じ投射角で投影したときの補強構造体のみの投射面積をＳ２とするとき
０．６０>Ｓ２/Ｓ１>０．０５ （１）
構造体の投影面積が最大となる投射角で投影したとき、全構造体の投影図の図心に関する極二次モーメントをＪ１、同じ投射角で投影したときの補強構造体のみの投影図の全構造体の図心に関する極二次モーメントをＪ２としたとき
０．９５>Ｊ２/Ｊ１>０．２０ （２）
極二次モーメントは二次極モーメントともいい次式（１）に示すように図心からの距離の二乗ｒ２を対象の全面積に渡って積分したものである。
Ｉｐ＝∫（ｒ２×ｄＡ） ・・・（１）
（Ｉｐは極二次モーメント、ｒは微小面積（ｄＡ）と図心との距離）
実際の計算においては（１）は差分化により求めてもよい。
補強構造体が複数の分離した補強構造体の集合である場合、全ての補強構造体の投影面積を合算したものをＳ２、また全ての補強構造体の全構造体の図心に関する極二次モーメントを合算したものをＪ２とする。
（１）式においてＳ２／Ｓ１が０．６０以上の場合は補強繊維の使用量が多大となり経済性及び軽量性が損なわれる。またＳ２／Ｓ１が０．０５以下の場合は垂直パネル部品の剛性が不足する。Ｓ２/Ｓ１の好ましい範囲は０．２以上０．６以下である。さらには０．３以上０．５以下が好ましい。
（２）式においてＪ２／Ｊ１が０．９５以上の場合は、（１）式のＳ２／Ｓ１が６未満であっても強化繊維が過剰に使用されており経済性において好ましくなく、Ｊ２／Ｊ１が０．２０以下では、Ｓ２／Ｓ１が０．０５より大きい場合であっても、垂直パネル部品の剛性が不足する。Ｊ２/Ｊ１の好ましい範囲は０．２０以上０．９５以下である。特に強化繊維が炭素繊維の場合は０．２５以上０．９５以下であることが好ましい。
以下図１〜６により本発明の好ましい態様である自動車のバックドアを例に挙げて説明する。図はバックドアの概略の正面図であり、１は樹脂成形体からなるパネル部分、２は窓部、３の斜線で表したものが補強構造体である。
Ｓ２／Ｓ１の値は、図１では０．３、図２では０．４、図３では０．２、図４では０．５、図５では０．３、図６では０．３となる。
Ｊ２／Ｊ１の値は、図１では０．４、図２では０．５、図３では０．４、図４では０．７、図５では０．６、図６では０．３となる。
本発明の実施形態を示す概略正面図。 本発明の実施形態を示す概略正面図。 本発明の実施形態を示す概略正面図。 本発明の実施形態を示す概略正面図。 本発明の実施形態を示す概略正面図。 本発明の実施形態を示す概略正面図。 構造体と投影面積の関係を示す図。
符号の説明
１ 車両用垂直パネル
２ 窓部
３ 補強構造体
４ 構造体
５ 投影面積

Claims (2)

  1. 樹脂成形体および場合により窓部を含むパーツと、比弾性率５０ＧＰａ・ｃｍ３／ｇ以上の強化繊維を含む繊維強化材料の成形体からなる補強構造体とを複合してなり、以下の（１）、および（２）を同時に満たす車両用垂直パネル部品。
    構造体の投影面積が最大となる投射角で投影したときの、全構造体の投射面積をＳ１とし、同じ投射角で投影したときの補強構造体のみの投射面積をＳ２とするとき
    ０．６０＞Ｓ２／Ｓ１＞０．０５ （１）
    構造体の投影面積が最大となる投射角で投影したとき、全構造体の投影図の図心に関する極二次モーメントをＪ１、同じ投射角で投影したときの補強構造体のみの投影図の全構造体の図心に関する極二次モーメントをＪ２とするとき
    ０．９５＞Ｊ２／Ｊ１＞０．２０ （２）
    （ここで該樹脂成形体および窓部を含む部分を構造体、該樹脂成形体、補強構造体、および窓部を含む部分を合わせたものを全構造体とする）
  2. 強化繊維が炭素繊維であって、上記Ｊ２/Ｊ１が０．３０以上０．９０以下である請求項１記載の車両用垂直パネル部品。
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