JP2015174607A - Vehicle body structure - Google Patents
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Description
本発明は、閉断面を有する鋼板製の車体フレームの内部にバルクヘッドを配置した自動車の車体構造に関する。 The present invention relates to an automobile body structure in which a bulkhead is disposed inside a steel body frame having a closed cross section.
多数の貫通孔を有するスチフナをアウターパネルおよびインナーパネル間に挟んで自動車のフロントピラーを構成し、インナーパネルおよびスチフナ間の第1閉断面内にCFRP製のバルクヘッドを配置し、第1閉断面内で発泡させた発泡硬化樹脂充填材をスチフナの貫通孔を通してアウターパネルおよびスチフナ間の第2閉断面内にはみ出させることで、インナーパネル、スチフナ、発泡硬化樹脂充填材およびバルクヘッドの結合強度を高めるものが、下記特許文献1により公知である。 A front pillar of an automobile is constructed by sandwiching a stiffener having a large number of through holes between an outer panel and an inner panel, a bulk head made of CFRP is arranged in a first closed section between the inner panel and the stiffener, and a first closed section The foam-cured resin filler that has been foamed inside is projected into the second closed cross-section between the outer panel and the stiffener through the stiffener through-hole, thereby increasing the bond strength of the inner panel, stiffener, foam-cured resin filler, and bulkhead. What is enhanced is known from Patent Document 1 below.
しかしながら、上記従来のものは、バルクヘッドの外形形状がインナーパネルおよびスチフナ間の第1閉断面の形状を考慮していないため、バルクヘッドの外周部と第1閉断面の内面との間に大きな隙間が形成されてしまい、バルクヘッドによるフロントピラーの補強効果が充分に発揮されない可能性があった、
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、閉断面を有する鋼板製の車体フレームをCFRP製のバルクヘッドで効率的に補強することを目的とする。
However, in the above-described conventional one, the outer shape of the bulkhead does not take into account the shape of the first closed cross section between the inner panel and the stiffener, so that the bulkhead is large between the outer periphery of the bulkhead and the inner surface of the first closed cross section. A gap was formed, and there was a possibility that the reinforcing effect of the front pillar by the bulkhead could not be fully demonstrated,
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to efficiently reinforce a steel body frame having a closed cross section with a CFRP bulkhead.
上記目的を達成するために、請求項1に記載された発明によれば、閉断面を有する鋼板製の車体フレームの内部にバルクヘッドを配置した自動車の車体構造であって、前記バルクヘッドはCFRP製であり、その全周を前記車体フレームの内面に発泡性樹脂接着剤で接着したことを特徴とする自動車の車体構造が提案される。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, there is provided a vehicle body structure in which a bulkhead is disposed inside a steel plate body frame having a closed cross section, wherein the bulkhead is a CFRP. A vehicle body structure is proposed, which is manufactured and has its entire periphery bonded to the inner surface of the vehicle body frame with a foaming resin adhesive.
また請求項2に記載された発明によれば、請求項1の構成に加えて、前記バルクヘッドは、衝突荷重の入力による前記車体フレームの断面の変形方向に配向された連続カーボン繊維を備えることを特徴とする自動車の車体構造が提案される。
According to the invention described in
また請求項3に記載された発明によれば、請求項2の構成に加えて、前記連続カーボン繊維は、衝突荷重の入力により前記車体フレームの断面が縮小する方向に配向された第1連続カーボン繊維と、前記車体フレームの断面が拡大する方向に配向された第2連続カーボン繊維とからなり、前記第1、第2連続カーボン繊維の量は、それが配向される方向の変形量に比例することを特徴とする自動車の車体構造が提案される。
According to the invention described in
また請求項4に記載された発明によれば、請求項1〜請求項3の何れか1項の構成に加えて、前記バルクヘッドの外周部に前記車体フレームの内面に向かって拡開する発泡方向規制部材を設けたことを特徴とする自動車の車体構造が提案される。
According to the invention described in
また請求項5に記載された発明によれば、請求項1〜請求項4の何れか1項の構成に加えて、前記車体フレームは車体上部および車体下部を接続するピラーであり、前記ピラーの下部に前記バルクヘッドを配置したことを特徴とする自動車の車体構造が提案される。 According to the invention described in claim 5, in addition to the structure of any one of claims 1 to 4, the vehicle body frame is a pillar that connects the vehicle body upper portion and the vehicle body lower portion. A vehicle body structure is proposed in which the bulkhead is arranged at the bottom.
また請求項6に記載された発明によれば、請求項3の構成に加えて、前記バルクヘッドは、前記車体フレームに入力する主たる荷重の方向に延びるビードを備えることを特徴とする自動車の車体構造が提案される。 According to a sixth aspect of the present invention, in addition to the configuration of the third aspect, the bulkhead includes a bead that extends in a direction of a main load that is input to the body frame. A structure is proposed.
尚、実施の形態のDピラー12は本発明の車体フレームに対応し、実施の形態の第1連続カーボン繊維18Aおよび第2連続カーボン繊維18Bは本発明の連続カーボン繊維に対応する。
The
請求項1の構成によれば、閉断面を有する鋼板製の車体フレームの内部にCFRP製のバルクヘッドを配置し、バルクヘッドの全周を車体フレームの内面に発泡性樹脂接着剤で接着したので、バルクヘッドで車体フレームの断面の変形を抑制して曲げ剛性を高めることができるだけでなく、バルクヘッドおよび車体フレーム間の隙間を発泡性樹脂接着剤で塞いで騒音の伝達を抑制することができ、しかもバルクヘッドをCFRP製としたことで重量の増加を最小限に抑えることができる。 According to the configuration of the first aspect, the CFRP bulkhead is disposed inside the steel plate body frame having a closed cross section, and the entire circumference of the bulkhead is bonded to the inner surface of the body frame with the foaming resin adhesive. In addition to suppressing the deformation of the cross section of the body frame with the bulkhead and increasing the bending rigidity, the gap between the bulkhead and the body frame can be blocked with foaming resin adhesive to suppress the transmission of noise. Moreover, the increase in weight can be minimized by making the bulkhead made of CFRP.
また請求項2の構成によれば、バルクヘッドは、衝突荷重の入力による車体フレームの断面の変形方向に配向された連続カーボン繊維を備えるので、バルクヘッドによる車体フレームの断面の変形抑制効果を高めることができる。 According to the second aspect of the present invention, the bulkhead includes continuous carbon fibers oriented in the deformation direction of the cross section of the vehicle body frame due to the input of the collision load, so that the effect of suppressing the deformation of the cross section of the vehicle body frame by the bulkhead is enhanced. be able to.
また請求項3の構成によれば、連続カーボン繊維は、衝突荷重の入力により車体フレームの断面が縮小する方向に配向された第1連続カーボン繊維と、車体フレームの断面が拡大する方向に配向された第2連続カーボン繊維とからなるので、車体フレームに入力する曲げ荷重を第1、第2連続カーボン繊維の引張および圧縮で効率的に支持することができるだけでなく、第1、第2連続カーボン繊維の量は、それが配向される方向の変形量に比例するので、高価な連続カーボン繊維の使用量を最小限に抑えながら必要な強度を確保することができる。 According to the third aspect of the present invention, the continuous carbon fiber is oriented in the direction in which the cross section of the body frame is expanded in the direction in which the cross section of the body frame is reduced by the input of the collision load. The second continuous carbon fiber can be used to efficiently support the bending load input to the vehicle body frame by the tension and compression of the first and second continuous carbon fibers, as well as the first and second continuous carbon fibers. Since the amount of fiber is proportional to the amount of deformation in the direction in which it is oriented, the required strength can be ensured while minimizing the amount of expensive continuous carbon fiber used.
また請求項4の構成によれば、バルクヘッドの外周部に車体フレームの内面に向かって拡開する発泡方向規制部材を設けたので、バルクヘッドの外周部と車体フレームの内面との接着部に発泡性樹脂接着剤を効率的に集中させて接着強度を高めることができる。 According to the fourth aspect of the present invention, since the foam direction regulating member that expands toward the inner surface of the vehicle body frame is provided on the outer peripheral portion of the bulkhead, the adhesive portion between the outer peripheral portion of the bulkhead and the inner surface of the vehicle body frame is provided. The adhesive strength can be increased by efficiently concentrating the foamable resin adhesive.
また請求項5の構成によれば、車体フレームは車体上部および車体下部を接続するピラーであり、ピラーの下部にバルクヘッドを配置したので、スチフナで補強することなく側面衝突の衝突荷重に対するピラーの曲げ剛性を高めることができる。 According to the fifth aspect of the present invention, the vehicle body frame is a pillar that connects the upper part of the vehicle body and the lower part of the vehicle body, and the bulkhead is arranged at the lower part of the pillar. Bending rigidity can be increased.
また請求項6の構成によれば、バルクヘッドは、車体フレームに入力する主たる荷重の方向に延びるビードを備えるので、衝突荷重の入力により車体フレームの断面が縮小する方向の変形をビードにより抑制し、第1連続カーボン繊維の本数を削減することができる。 According to the sixth aspect of the present invention, the bulkhead includes a bead that extends in the direction of the main load that is input to the vehicle body frame. Therefore, deformation in a direction in which the cross section of the vehicle body frame is reduced due to the input of the collision load is suppressed by the bead. The number of first continuous carbon fibers can be reduced.
以下、図1〜図4に基づいて本発明の実施の形態を説明する。尚、本明細書において前後方向、左右方向(車幅方向)および上下方向とは、運転席に着座した乗員を基準として定義される。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. In the present specification, the front-rear direction, the left-right direction (vehicle width direction), and the up-down direction are defined with reference to an occupant seated in the driver's seat.
図1および図2に示すように、5ドア車両の車体後部に図示せぬテールゲートで開閉される開口部11が形成されており、開口部11の車幅方向外端に上下方向に延びるDピラー12が配置される。Dピラー12の上端は車体上部のルーフサイドレールの後端に接続され、Dピラー12の下端は車体下部のリヤサイドフレームの後端に接続される。開口部11の周囲は、サイドアウターパネル13の後端に接続するリヤアウタパネルで覆われるが、図1はリヤアウタパネルを取り外した状態を示しており、Dピラー12の一部が露出している。
As shown in FIGS. 1 and 2, an
Dピラー12は鋼板製のアウターパネル14および鋼板製インナーパネル15を、アウターパネル14の接合フランジ14a,14aとインナーパネル15の接合フランジ15a,15aとを重ね合わせて溶接Wすることで、前後方向に長く、車幅方向に短い閉断面に構成される。Dピラー12の下部には,CFRP製の板状部材よりなるバルクヘッド16が略水平姿勢で配置される。バルクヘッド16の外周部の形状は、それが固定されるDピラー12の断面形状に沿っており、バルクヘッド16の外周部とDピラー12の内面との間には略一定幅の隙間が形成される。
The D-
図2〜図4に示すように、バルクヘッド16は略車幅方向に沿って平行に延びる複数のビード16a…を備える波板状の部材であり、例えば5枚のCFRPシート17…を積層して構成される。各CFRPシート17は一方向に引き揃えた多数の連続カーボン繊維18A…,18B…をマトリクス樹脂で固めたものであり、5枚のCFRPシート17…のうちの4枚(a)、(b)、(d)、(e)は第1連続カーボン繊維18A…の配向方向が略車幅方向に沿い、残りの1枚(c)は第2連続カーボン繊維18B…の配向方向が略前後方向に沿うように配置される(図4参照)。言い換えると、4枚のCFRPシート17…は第1連続カーボン繊維18A…の配向方向がビード16a…の方向と平行であり、1枚のCFRPシート17は第2連続カーボン繊維18B…の配向方向がビード16a…の方向と直交する。
As shown in FIGS. 2 to 4, the
バルクヘッド16の一辺には2個の合成樹脂製のクリップ19,19が固定されており、これらのクリップ19,19の脚部19a,19aを例えばアウターパネル14のクリップ孔14b,14b(図3(A)参照)に圧入することで、バルクヘッド16をDピラー12の内部の所定位置に所定姿勢で仮止めすることができる。またバルクヘッド16の外周部には、その外側に向かってV字状に拡開する上下一対の合成樹脂製の発泡方向規制部材20,20が接着等により固定される。従って、アウターパネル14あるいはインナーパネル15の内面と、発泡方向規制部材20,20との間には、バルクヘッド16の外周部を取り囲む断面三角形の空間が区画される。
Two
次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。 Next, the operation of the embodiment of the present invention having the above configuration will be described.
先ず、前処理工程で、バルクヘッド16に予めクリップ19,19および発泡方向規制部材20,20を固定するとともに、上下の発泡方向規制部材20,20間に未発泡の発泡性樹脂接着剤21を添付しておく。次に、このバルクヘッド16をDピラー12の内部に挿入してクリップ19,19の脚部19a,19aをアウターパネル14のクリップ孔14b,14bに圧入することで、バルクヘッド16を所定位置に仮止めする。
First, in the pretreatment step, the
この状態で、例えば塗装の乾燥工程で車体を加熱すると、発泡性樹脂接着剤21が発泡膨張して硬化することで、バルクヘッド16の外周部をDピラー12のアウターパネル14およびインナーパネル15の内面に接着する。このとき、Dピラー12の内面に向けて拡開する発泡方向規制部材20,20で発泡膨張する発泡性樹脂接着剤21をバルクヘッド16およびDピラー12の内面の接着部に集中させることで、前記接着部を効率的かつ強固に接着することができる。しかも硬化した発泡性樹脂接着剤21が接着部を肉盛りする形になることで、接着強度が更に高められる。
In this state, for example, when the vehicle body is heated in a coating drying process, the
さて、車両が側面衝突されてDピラー12の下部に車幅方向内向きの衝突荷重が入力したとき、Dピラー12の下部にバルクヘッド16を配置したので、Dピラー12の内部にスチフナを配置して補強することなく側面衝突の衝突荷重に対するDピラー12の曲げ剛性を高めることができ、Dピラー12の重力削減に寄与することができる。このとき、バルクヘッド16は、Dピラー12に入力する側面衝突の衝突荷重の主たる入力方向である車幅方向に延びるビード16a…を備えるので、衝突荷重の入力によりDピラー12の断面が縮小する方向の変形をビード16a…により抑制し、第1連続カーボン繊維18A…の本数を削減することができる。
Now, when the vehicle is collided to the side and a collision load inward in the vehicle width direction is input to the lower part of the
側面衝突の衝突荷重によりDピラー12は略車幅方向に圧縮変形して略前後方向に引張変形するが、バルクヘッド16は、それを構成する5枚のCFRPシート17…の第1、第2連続カーボン繊維18A…,18B…の配向方向が略車幅方向および略前後方向に沿っているので、第1、第2連続カーボン繊維18A…,18B…でDピラー12の圧縮変形および引張変形を効果的に抑制することができる。
The D-
このとき、Dピラー12の略車幅方向の圧縮変形量と、略前後方向の引張変形との比は例えば4:1になるが、積層されてバルクヘッド16を構成する5枚のCFRPシート17…のうちの4枚(a)、(b)、(d)、(e)は第1連続カーボン繊維18A…の配向方向が略車幅方向に沿い、残りの1枚(c)は第2連続カーボン繊維18B…の配向方向が略前後方向に沿うように配置されるため(図4参照)、バルクヘッド16の強度を変形量に応じて配分することで、高価な炭素繊維の使用量を最小限に抑えながらバルクヘッド16の強度を最大限に高めることができる。
At this time, the ratio of the amount of compressive deformation in the substantially vehicle width direction of the
またCFRP製のバルクヘッド16の全周をDピラー12内面に発泡性樹脂接着剤21で接着したので、バルクヘッド16でDピラー12の断面の変形を抑制して曲げ剛性を高めることができるだけでなく、バルクヘッド16およびDピラー12間の隙間を発泡性樹脂接着剤21で塞いで騒音の伝達を抑制することができ、しかもバルクヘッド16をCFRP製としたことで重量の増加を最小限に抑えることができる。更に、バルクヘッド16の外周部にDピラー12の内面に向かって拡開する発泡方向規制部材20,20を設けたので、バルクヘッド16の外周部とDピラー12の内面との接着部に発泡性樹脂接着剤21を効率的に集中させて接着強度を高めることができる。
Further, since the entire circumference of the
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。 The embodiments of the present invention have been described above, but various design changes can be made without departing from the scope of the present invention.
例えば、本発明の車体フレームは実施の形態のDピラー12に限定されるものではなく、車体外側のアウターパネル14および車体内側のインナーパネル15を接合して閉断面に構成した車体フレームであれば良い。
For example, the vehicle body frame of the present invention is not limited to the D-
またバルクヘッド16を仮止めするクリップ19,19の数は2個に限定されず、1個あるいは3個以上であっても良い。
Further, the number of
またバルクヘッド16を構成するCFRPシート17の積層数は実施の形態の5層に限定されるものではない。
Further, the number of
また略車幅方向に配向される第1連続カーボン繊維18A…と略前後方向に配置される第2連続カーボン繊維18B…との比率は実施の形態に4:1に限定されず、第1、第2連続カーボン繊維18A…,18B…が配向される方向の変形量に応じた比率にすれば良い。
Further, the ratio of the first
12 Dピラー(車体フレーム)
16 バルクヘッド
16a ビード
18A 第1連続カーボン繊維(連続カーボン繊維)
18B 第2連続カーボン繊維(連続カーボン繊維)
20 発泡方向規制部材
21 発泡性樹脂接着剤
12 D pillar (body frame)
16
18B 2nd continuous carbon fiber (continuous carbon fiber)
20 Foaming
Claims (6)
前記バルクヘッド(16)はCFRP製であり、その全周を前記車体フレーム(12)の内面に発泡性樹脂接着剤(21)で接着したことを特徴とする自動車の車体構造。 A vehicle body structure for an automobile in which a bulkhead (16) is disposed inside a steel body frame (12) having a closed cross section,
The bulkhead (16) is made of CFRP, and the entire circumference of the bulkhead (16) is bonded to the inner surface of the vehicle body frame (12) with a foaming resin adhesive (21).
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