JP2014169003A - サイドパネル - Google Patents

Abstract

【課題】サイドパネルの軽量化を図りつつ、バックリングに抗する強度が十分なものとする。
【解決手段】例えば、サイドシル２０には、車体の内方から外方に向かって陥没するとともに、車体内方で開口し且つ開口近傍に第１縦フランジ部２８及び第２縦フランジ部３０が設けられた凹部２６が形成される。この凹部２６は、第１縦フランジ部２８、第２縦フランジ部３０の各々から折曲して車体内方から外方に向かう下方側壁３２、上方側壁３４と、これら下方側壁３２及び上方側壁３４に連なる底壁３６とを有する。そして、下方側壁３２における第１縦フランジ部２８に連なる部位と、上方側壁３４における第２縦フランジ部３０に連なる部位は、底壁３６の前記側壁に比して厚みが大きく設定されている。すなわち、前記部位は厚肉部３８ａ、３８ｂである。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動車車体の側部を構成するサイドパネルに関する。

繊維強化樹脂（繊維強化プラスチック）は、熱可塑性樹脂等の樹脂にガラス繊維や炭素繊維を含浸させた複合材である。近時、この種の樹脂複合材から自動車車体の構成部材を作製することが試みられている。

例えば、特許文献１においては、サイドボディ（サイドパネル）やルーフレール等を、繊維強化樹脂からなるアウタパネル及びインナパネルを組み合わせて構成することが提案されている。なお、アウタパネルは車体外方側の部材、インナパネルは車体内方側の部材であり、これらが接着剤を介して互いに接合されることにより、閉塞中空体としてのサイドパネルが得られる。また、内部空間にはリブが設けられる。

特開平６−２７８６６０号公報

特許文献１記載の技術を実施する場合、接着剤によるアウタパネルとインナパネルとの接合作業が不可欠である。また、この場合、サイドパネルの構成部材の個数が多く、該構成部材を個々に作製した後でなければサイドパネルを組み立てられない。以上のような理由から、サイドパネルの生産効率を向上させることが容易ではないという不具合が顕在化している。

また、構成部材の個数が多いことから、サイドパネルの軽量化を図ることが困難である。

そこで、サイドパネルを、閉塞中空体ではなく、サイドシルと、ルーフレールと、前記サイドシルから前記ルーフレールに橋架されたピラーとを一体的に有するパネル形状、すなわち、中空体の一端が開口したようないわゆる開断面形状の単一部材として構成することが想起される。

しかしながら、このサイドパネルには、車体の前方向及び後方向から車体を圧潰するような荷重が付加されたとき、荷重の付加方向に対して直交する方向への変形、すなわち、バックリングが生じる懸念がある。

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、開断面形状の単一部材でありながら、バックリングに抗する強度（バックリング応力）が十分なサイドパネルを提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、サイドシルと、ルーフレールと、前記サイドシルから前記ルーフレールに橋架されたピラーとを一体的に有する単一部材からなり、且つ全部位が繊維強化プラスチックからなるサイドパネルであって、
前記サイドシル、前記ルーフレール又は前記ピラーの少なくともいずれか１つに、車体の内方から外方に向かって陥没するとともに、車体内方で開口し且つ開口近傍にフランジ部が設けられた凹部が形成され、
前記凹部は、前記フランジ部から折曲して車体内方から外方に向かう２つの側壁と、前記２つの側壁に連なる底壁とを有し、
前記側壁中、前記フランジ部に連なる部位は、前記底壁に比して厚みが大きく設定されていることを特徴とする。

凹部の開口近傍にフランジ部を設けるとともに、凹部を形成する２つの側壁及び底壁の厚みを上記のように設定することにより、バックリング応力や許容曲げモーメントが大きくなる。このため、車体を前後方向に沿って圧潰するような圧縮荷重が付加されたときにバックリングが生じ難いサイドパネルとすることができる。

なお、サイドシル、ルーフレール、ピラーの中では、バックリングはサイドシルで起こり易い。従って、上記構成の凹部は、少なくともサイドシルに形成することが好ましい。

サイドシルに対しては、該サイドシルから折曲するようにしてフロントフェンダが連なる。この場合、前記凹部を、サイドシルからフロントフェンダにわたって延在させるとともに、前記凹部内の、サイドシルとフロントフェンダとの境界である折曲部にリブを形成することが好ましい。

上記した圧縮荷重がフロントアッパメンバーやタイヤ等を通ってＡピラーポストに付加されたとき、サイドシルとフロントフェンダとの折曲部において折れ曲がるような力が作用するので、前記側壁及びフランジが変形する懸念がある。前記リブを設けることによりこの変形が緩和され、荷重が効率よく伝達される。

サイドシル、ルーフレール及びピラーは、個々の部材として作製するようにしてもよい。この場合、これらを互いに接合することで、サイドパネルを単一部材として設けるようにすればよい。このような構成とすることにより、サイドパネルを当初から単一部材として作製する場合に比して、成形装置の小規模化を図ることが可能となる。

なお、サイドシルとルーフレールとの間に配設されて該サイドシル及び該ルーフレールに接合されるリアフェンダをさらに別部材として作製し、これを接合するようにしてもよい。

以上の場合において、サイドシル及びフロントフェンダは、当初から単一部材として設けることが可能である。この構成では、サイドシルにピラーを接合するとともに、フロントフェンダ及びピラーにルーフレールを接合するようにすればよい。

本発明によれば、例えば、サイドシルに、車体の内方から外方に向かって陥没するとともに、車体内方で開口し且つ開口近傍にフランジ部が設けられた凹部を形成するとともに、該凹部を形成する２つの側壁と底壁の厚みが所定の条件を満たすように設定している。このような構成の凹部を設けることにより、バックリング応力及び許容曲げモーメントが大きく、このためにバックリングが生じ難いサイドパネルを構成することができる。

本発明の実施の形態に係るサイドパネルを構成部材ごとに分解して示した分解平面図である。 図１中のＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。 図２に示すサイドシルの近似的な形状を示す縦断面図である。 開口近傍にフランジ部が存在せず、且つ側壁に厚みが大きな部位が設けられていないサイドシルの概略縦断面図である。 図４に示すサイドシルの近似的な形状を示す縦断面図である。 図６Ａ〜図６Ｃは、サイドシル部材とピラー部材を接合する過程をフローとして示した平面図である。 重畳箇所の近傍を拡大して示した要部拡大平面図である。

以下、本発明に係るサイドパネルにつき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本実施の形態に係るサイドパネル１０を構成部材ごとに分解して示した分解平面図であり、図２は、図１中のＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。なお、図１及び図２における矢印Ｆ、矢印Ｒ、矢印Ｉ、矢印Ｏ、矢印Ｄ及び矢印Ｕは、それぞれ、車体前方方向、車体後方方向、車幅方向内方、車幅方向外方、鉛直下方及び鉛直上方を表す。

このサイドパネル１０は、サイドシル部材１２、ピラー部材１４、リアフェンダ部材１６及びルーフレール部材１８を有する。本実施の形態では、これらの部材１２、１４、１６、１８はいずれも、熱可塑性樹脂からなる母材中に不連続繊維（チョップド繊維）がランダムに分散した繊維強化樹脂（繊維強化プラスチック）からなる。不連続繊維はガラス繊維であってもよいが、耐熱性や強度、剛性に優れることから、炭素繊維が一層好適である。

この中、サイドシル部材１２は、サイドシル２０とフロントフェンダ２２とが一体的に連なった単一部材である。サイドシル２０は車体前後方向に沿って延在し、一方、フロントフェンダ２２は車体上下方向に沿って延在する。サイドシル２０とフロントフェンダ２２との境界は、鈍角に屈曲した屈曲部２４（折曲部）として形成される。

サイドシル部材１２には、サイドシル２０からフロントフェンダ２２にわたって、車幅方向内方（矢印Ｉ方向）から車幅方向外方（矢印Ｏ方向）に指向して陥没する凹部２６が形成される。該凹部２６は、サイドシル２０の鉛直下方から鉛直上方に向かう途中、フロントフェンダ２２の車体前方から車体後方に向かう途中で陥没しているため、サイドシル２０の凹部２６の開口近傍には、図２に示すように、該凹部２６の車体下方側の開口縁部から略鉛直下方に向かう第１縦フランジ部２８と、車体上方側の開口縁部から略鉛直上方に向かう第２縦フランジ部３０が形成される。

凹部２６は、第１縦フランジ部２８、第２縦フランジ部３０の各々から略垂直に折曲して車体内方から外方に向かう下方側壁３２、上方側壁３４と、これら下方側壁３２及び上方側壁３４に連なる底壁３６とを有する。

下方側壁３２における第１縦フランジ部２８に連なる部位、上方側壁３４における第２縦フランジ部３０に連なる部位の厚みは、互いに等しい。以下、両部位を厚肉部と表記し、各々の参照符号を３８ａ、３８ｂとするとともに、これら厚肉部３８ａ、３８ｂの厚みをｔ１とする。

一方、底壁３６の厚みはｔ２で略一定である。そして、ｔ２とｔ１との間には、ｔ１＞ｔ２の関係が成り立つ。すなわち、厚肉部３８ａ、３８ｂの厚みは、底壁３６の厚みに比して大きく設定されている。

また、フロントフェンダ２２の凹部２６の開口近傍には、該凹部２６の車体前方側の開口縁部から車体前方に向かう前フランジ部４０と、車体後方側の開口縁部から車体後方に向かう後フランジ部４２とが形成される。第１縦フランジ部２８と前フランジ部４０は、略直角に折曲した屈曲部４４を介して互いに連なる。一方、第２縦フランジ部３０と後フランジ部４２も互いに連なり、両者の間には緩やかに湾曲された湾曲部４５が介在する。

以上のように構成されるサイドシル部材１２の凹部２６には、複数本のリブ４６が設けられる。リブ４６は、サイドシル２０の凹部２６では第１縦フランジ部２８から第２縦フランジ部３０に向かうようにして延在し、フロントフェンダ２２の凹部２６では、前フランジ部４０から後フランジ部４２に向かうようにして延在する。

リブは、サイドシル２０とフロントフェンダ２２との境界にも設けられる。すなわち、このリブは、第１縦フランジ部２８と前フランジ部４０との境界から、第２縦フランジ部３０と後フランジ部４２との境界に向かうようにして延在する。以下、このリブを、他のリブ４６との区別を容易にするべく「境界リブ」と表記し、その参照符号を４８とする。

残余のリアフェンダ部材１６及びルーフレール部材１８にも、車体内方から車体外方に向かって陥没する凹部５２、５４がそれぞれ形成されている。これら凹部５２、５４の開口近傍にもフランジ部を設けるとともに、該凹部５２、５４を構成する２つの側壁におけるフランジ部に連なる部位を厚肉部として設定するようにしてもよい。

この中のリアフェンダ部材１６及びルーフレール部材１８の各凹部５２、５４内にも、リブ５８、６０が設けられる。

本実施の形態に係るサイドパネル１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、その作用効果につき説明する。

本実施の形態に係るサイドパネル１０は、上記から諒解されるように開断面形状であり、アウタパネルとインナパネルが接合されることなく構成される。このため、アウタパネルとインナパネルの接合作業を行う必要がない。このことと、サイドパネル１０の構成部材の個数が低減することとが相俟って、サイドパネル１０の生産効率を向上させることが可能となる。その上、サイドパネル１０の軽量化を図ることが容易である。

このサイドパネル１０は、フロントフロアパネルやダッシュパネル（いずれも図示せず）等と組み合わされて組立体を構成する。さらに、この組立体に対してシャシやドア等が取り付けられ、車体が構成される。

このような車体を有する自動車に対し、車体を前後方向に沿って圧潰する方向の荷重（圧縮荷重）が付加されたとき、サイドシル２０にバックリングが生じることを回避することができる。この理由につき詳述する。

図２に示すサイドシル２０の縦断面形状は、概ね、図３に示す断面形状に近似し得る。この場合において、サイドシル２０に圧縮荷重が付与されると、上方側壁３４には圧縮応力が作用する。

サイドシル２０の圧縮強度が２００ＭＰａであるとすると、バックリング応力は、圧縮強度又は下記の式（１）で示されるＦｃｃｒ’の中の値が小さい方である。
Ｆｃｃｒ’＝Ｋ×π²×［Ｅ／｛１２（１−ｎ²）｝］×（ｔ１／ｂ）² …（１）
ここで、式（１）中のＫ、π、Ｅ、ｎ、ｔ１及びｂは、それぞれ、座屈係数、円周率、ヤング率、ポアソン比、上方側壁３４の厚み、上方側壁３４の長さである。

近似的な断面形状が図３に示されるサイドシル２０では、第１縦フランジ部２８と第２縦フランジ部３０を１辺とし、凹部２６の下方側壁３２、上方側壁３４及び底壁３６の３辺を加えた４辺によって荷重を受けることができる。すなわち、４辺支持である。この場合、Ｋ＝４．０である。

そして、π＝３．１４、Ｅ＝５０ＧＰａ、ｎ＝０．３３、ｔ１＝３ｍｍ、ｂ＝９０ｍｍである場合、これらの値を式（１）に代入してＦｃｃｒ’を算出すると、２０５ＭＰａとなる。上記したように、バックリング応力は、圧縮強度又はＦｃｃｒ’のいずれか小さい方であるから、この場合のバックリング応力は２００ＭＰａである。

また、許容曲げモーメントＭ_ALLOWは、厚肉部３８ａ、３８ｂの合計断面積をＡ_FL、許容応力をＦ、厚肉部３８ａ、３８ｂの重心位置同士の離間距離をＬとするとき、下記の式（２）によって求められる。
Ｍ_ALLOW＝Ａ_FL×Ｆ×Ｌ …（２）

Ｆはバックリング応力と等しいので、２００ＭＰａを代入すればよい。この場合において、Ａ_FL＝２４８ｍｍ²、Ｌ＝１１２ｍｍであるとき、Ｍ_ALLOWは５．５５５ｋＮ−ｍである。

一方、図４は、第１縦フランジ部２８及び第２縦フランジ部３０が存在せず、且つ厚肉部３８ａ、３８ｂが設けられていないサイドシル７０の概略縦断面である。この縦断面形状は、概ね、図５に示す断面形状に近似し得る。

このサイドシル７０で荷重を受けることが可能であるのは、凹部２６の下方側壁３２、上方側壁３４及び底壁３６の３辺のみである。すなわち、３辺支持であり、この場合のＫの値は０．４である。

このようなサイドシル７０では、下方側壁３２及び上方側壁３４の厚みがｔ１に置き換えられる。そして、Ｅ及びｎを上記と同一値とするとともに、ｔ１＝５．４ｍｍ、ｂ＝１００ｍｍとして上記の場合よりもｔ１（厚み）及びｂ（長さ）を大きく設定したときであっても、式（１）によってＦｃｃｒ’を算出すると、その値は５４ＭＰａである。バックリング応力は圧縮強度又はＦｃｃｒ’のいずれか小さい方であるから、圧縮強度が上記と同じく２００ＭＰａであったとしても、バックリング応力は５４ＭＰａである。

従って、下方側壁３２及び上方側壁３４の断面積及び重心位置同士の離間距離をＡ_FL、Ｌとするとともにこれらの値を５４０ｍｍ²、９６ｍｍとし、さらに、５４ＭＰａを式（２）にＦとして代入すると、Ｍ_ALLOW＝２．７９９ｋＮ−ｍである。この値から、図４（図５）に示す形状のサイドシル７０の曲げ強度が、図２（図３）に示す形状のサイドシル２０の曲げ強度の半分であることが分かる。なお、比曲げ剛性は、サイドシル２０を１とするとき、サイドシル７０では０．７５２である。

以上から諒解されるように、凹部２６の開口近傍に第１縦フランジ部２８及び第２縦フランジ部３０を設けるとともに、凹部２６の下方側壁３２中の第１縦フランジ部２８に連なる部位、上方側壁３４中の第２縦フランジ部３０に連なる部位の厚みを底壁３６に比して大きくする（厚肉部３８ａ、３８ｂを設ける）ことにより、バックリング応力及び許容曲げモーメントが大きなサイドシル２０を構成することができる。このため、サイドシル２０に圧縮荷重が付加された場合であっても、該サイドシル２０にバックリングが生じることが回避される。

また、サイドシル部材１２には、サイドシル２０とフロントフェンダ２２との境界に境界リブ４８が設けられている（図１参照）。圧縮荷重がフロントアッパメンバーやタイヤ等を通ってピラー部材１４（Ａピラーポスト）に付加されたとき、サイドシル２０とフロントフェンダ２２との間の屈曲部２４において、車体後方側に折れ曲がろうとする力が作用するので、下方側壁３２、上方側壁３４、第１縦フランジ部２８、第２縦フランジ部３０、前フランジ部４０及び後フランジ部４２が変形する懸念があるが、境界リブ４８が存在することにより、このような変形が緩和される。また、圧縮荷重が効率よく伝達される。

なお、ピラー部材１４やリアフェンダ部材１６、ルーフレール部材１８は、サイドシル２０のように構成しなくともバックリングが生じ難いが、サイドシル２０に準拠した構成を採用することにより、バックリングを一層生じ難くすることができる。

以上とは別に、車体幅方向に沿って車体を圧潰するような圧縮荷重が付加された場合には、サイドシル部材１２、ピラー部材１４、リアフェンダ部材１６及びルーフレール部材１８の各々に設けられたリブ５８、６０等により、該圧縮荷重が緩和される。

サイドパネル１０は、例えば、以下のようにして作製することができる。

図６Ａ〜図６Ｃは、接合前後におけるサイドシル部材１２とピラー部材１４の接合部近傍を拡大し、フローとして示した平面図である。図６Ａに示すように、サイドシル部材１２及びピラー部材１４の各接合部には、凹部８０と凸部８２からなる波形状部８４ａ、８４ｂがそれぞれ形成される。波形状部８４ａ、８４ｂは、例えば、サイドシル部材１２とピラー部材１４の接合部切削加工（カッティング）を施したり、又は、サイドシル部材１２やピラー部材１４を成形加工する際に同時に成形したりすることによって形成することができる。図示しないが、リアフェンダ部材１６、ルーフレール部材１８の各接合部にも同様にして、波形状部８４ａ、８４ｂが設けられる。

なお、波形状部８４ａと波形状部８４ｂの位相は同一である。また、この場合、凸部８２は略二等辺三角形状に突出し、その頂角は略９０°である。従って、波形状部８４ａ、８４ｂは、歯形形状をなす。

次に、波形状部８４ａ、８４ｂを含む端部を加熱するとともに加圧する。加熱と加圧は同一工程として行ってもよいが、別工程としても特に差し支えはない。以降では、加熱と加圧を別工程とする場合につき説明する。

先ず、図示しない加熱装置に、サイドシル部材１２の波形状部８４ａ、ピラー部材１４の波形状部８４ｂを個別に載置する。この状態で、前記加熱装置に設けられた加熱機構を付勢し、波形状部８４ａ、８４ｂを加熱する。これにより、波形状部８４ａ、８４ｂが軟化する。

次に、サイドシル部材１２及びピラー部材１４をプレス装置に移す。この際には、図６Ｂに示すように、波形状部８４ａ、８４ｂの凸部８２、８２同士を重畳する。このため、互いに対向する凹部８０、８０同士の間には非重畳空間８６が形成される。

この場合、非重畳空間８６は、図７に拡大して示すように略菱形形状をなす。本実施の形態では、この非重畳空間８６の面積Ｓ１と、凸部８２、８２同士の重畳された部位の面積Ｓ２とが同等となるように、凸部８２、８２同士が重畳される。すなわち、Ｓ１／Ｓ２＝１が成立する。

この状態で、前記プレス装置の作用下に、重畳された波形状部８４ａ、８４ｂが圧潰される。この圧潰に際しては、重畳された凸部８２を構成していた母材（熱可塑性樹脂）が、図７に矢印で示すように流動する。その結果、非重畳空間８６が母材及び不連続繊維で充填されるとともに、凸部８２、８２同士の重畳による段差が解消される。その結果、図６Ｃに示すように、波形状部８４ａ、８４ｂ、ひいてはサイドシル部材１２とピラー部材１４が接合一体化するとともに、接合部が平坦部として形成される。

その後、接合部を冷却硬化することにより、サイドシル部材１２とピラー部材１４が互いに堅牢に接合する。リアフェンダ部材１６及びルーフレール部材１８も同様にして接合され、その結果、サイドパネル１０が単一部材として得られるに至る。

なお、波形状部として歯形形状をなすものを例示しているが、特にこれに限定されるものではない。例えば、正弦波形状をなすものであってもよい。

本発明は、上記した実施の形態に特に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、サイドパネル１０を、当初からサイドシル２０、フロントフェンダ２２、ピラー、リアフェンダ及びルーフレールを一体的に有する単一部材として成形加工するようにしてもよい。

また、境界リブ４８は、２本以上設けるようにしてもよいし、略Ｙ字形状型をなすものとして設けるようにしてもよい。

１０…サイドパネル １２…サイドシル部材
１４…ピラー部材 １６…リアフェンダ部材
１８…ルーフレール部材 ２０、７０…サイドシル
２２…フロントフェンダ ２４…屈曲部
２６、５２、５４…凹部 ２８…第１縦フランジ部
３０…第２縦フランジ部 ３２…下方側壁
３４…上方側壁 ３６…底壁
３８ａ、３８ｂ…厚肉部 ４６、５８、６０…リブ
４８…境界リブ ８０…凹部
８２…凸部 ８４ａ、８４ｂ…波形状部
８６…非重畳空間

Claims (6)

1. サイドシルと、ルーフレールと、前記サイドシルから前記ルーフレールに橋架されたピラーとを一体的に有する単一部材からなり、且つ全部位が繊維強化プラスチックからなるサイドパネルであって、
   前記サイドシル、前記ルーフレール又は前記ピラーの少なくともいずれか１つに、車体の内方から外方に向かって陥没するとともに、車体内方で開口し且つ開口近傍にフランジ部が設けられた凹部が形成され、
   前記凹部は、前記フランジ部から折曲して車体内方から外方に向かう２つの側壁と、前記２つの側壁に連なる底壁とを有し、
   前記側壁中、前記フランジ部に連なる部位は、前記底壁に比して厚みが大きく設定されていることを特徴とするサイドパネル。
2. 請求項１記載のサイドパネルにおいて、前記サイドシルに前記凹部が形成されていることを特徴とするサイドパネル。
3. 請求項１又は２記載のサイドパネルにおいて、前記サイドシルに対して該サイドシルから折曲したフロントフェンダが連なるとともに、前記凹部が前記サイドシルから前記フロントフェンダにわたって延在し、
   前記凹部内には、前記サイドシルと前記フロントフェンダとの境界である折曲部にリブが形成されていることを特徴とするサイドパネル。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のサイドパネルにおいて、少なくとも前記サイドシル、前記ルーフレール及び前記ピラーが個々の部材として設けられるとともに、前記サイドシル及び前記ルーフレールに対して前記ピラーが互いに接合されることで単一部材として設けられたことを特徴とするサイドパネル。
5. 請求項４記載のサイドパネルにおいて、前記サイドシルと前記ルーフレールとの間に配設されて該サイドシル及び該ルーフレールに接合されるリアフェンダをさらに有することを特徴とするサイドパネル。
6. 請求項３〜５のいずれか１項に記載のサイドパネルにおいて、前記サイドシル及び前記フロントフェンダが単一部材として設けられるとともに、前記サイドシルに前記ピラーが接合され、且つ前記フロントフェンダ及び前記ピラーに前記ルーフレールが接合されたことを特徴とするサイドパネル。

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