JP2016210398A - 車両用連続繊維複合素材のルーフラック - Google Patents
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Abstract
【課題】従来の一般なアルミニウム合金のルーフラックに比べて軽量化およびコスト削減が可能であり、優れた機械的特性を有して商品価値を向上させることができる車両用連続繊維複合素材のルーフラックを提供する。【解決手段】本発明に係る車両用連続繊維複合素材のルーフラックは、ルーフラック形状に製作されたレジン本体と、前記レジン本体の内面に一体に結合された連続繊維複合素材（ＣＦＴ）のインサート補強層とを含み、前記インサート補強層の一面に一体に連結され、ルーフラックの長さ方向に沿って離隔するように形成された多数個の補強突起をさらに含み、前記レジン本体、インサート補強層および補強突起を含むルーフラックは、一側が開口したＵ字状に形成され、前記ルーフラックの開口した一側がルーフパネル側に設置されてルーフパネルとの間に閉空間を形成することを特徴とする。【選択図】図２
Description
本発明は、車両用連続繊維複合素材のルーフラックに係り、より詳しくは、 軽量化およびコスト削減が可能であり、優れた機械的物性を有する車両用連続繊維複合素材のルーフラックに関する。
一般に、車両を利用した貨物の移送には、車両のトランクを使用するが、トランク空間を使用し難い大きな体積の貨物や長さの長い貨物の場合はルーフラックを使用する。
ルーフラックは、車両に取り付けられる便宜部品の一つであって、車両の屋根の上面であるルーフパネル（ｒｏｏｆ ｐａｎｅｌ）に固定され、比較的かさばる荷物、たとえばキャンプ装備やスキーなどのレジャー装備などを乗せることができるようにするもので、最近はレジャー用車両（ＳＵＶ；Ｓｐｏｒｔ Ｕｔｉｌｉｔｙ Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＲＶ；Ｒｅｃｒｅａｔｉｏｎａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ）の普及に伴って広く用いられている。
一方、車両用ルーフモジュール（Ｒｏｏｆ ｍｏｄｕｌｅ）は、図１に示すように、車両の上部構造物であって、フロントピラー１、センターピラー２、リアピラー３、ルーフレール６、フロントルーフクロスメンバー４、センタールーフクロスメンバー５、リアルーフクロスメンバー７およびルーフパネル８からなる構成において、一対のルーフラック９がルーフパネル８の左右両側に車両の長さ方向に沿って装着される。
最近、自動車産業では、燃費を向上させるために、車体構造にアルミニウム合金、マグネシウム合金、炭素繊維強化プラスチックなどの軽量素材を適用する設計が多くの関心を集めており、多数の関連特許が出願されている。
特に、自動車産業におけるＣＯ２排出量の規制が強化されるにつれて、車両の車体構造にも軽量素材を適用した設計が増加しており、ルーフラックなどの便宜部品についても軽量化のための技術が急激に増加している。
ルーフラックは、車両に取り付けられる便宜部品の一つであって、車両の屋根の上面であるルーフパネル（ｒｏｏｆ ｐａｎｅｌ）に固定され、比較的かさばる荷物、たとえばキャンプ装備やスキーなどのレジャー装備などを乗せることができるようにするもので、最近はレジャー用車両（ＳＵＶ；Ｓｐｏｒｔ Ｕｔｉｌｉｔｙ Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＲＶ；Ｒｅｃｒｅａｔｉｏｎａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ）の普及に伴って広く用いられている。
一方、車両用ルーフモジュール（Ｒｏｏｆ ｍｏｄｕｌｅ）は、図１に示すように、車両の上部構造物であって、フロントピラー１、センターピラー２、リアピラー３、ルーフレール６、フロントルーフクロスメンバー４、センタールーフクロスメンバー５、リアルーフクロスメンバー７およびルーフパネル８からなる構成において、一対のルーフラック９がルーフパネル８の左右両側に車両の長さ方向に沿って装着される。
最近、自動車産業では、燃費を向上させるために、車体構造にアルミニウム合金、マグネシウム合金、炭素繊維強化プラスチックなどの軽量素材を適用する設計が多くの関心を集めており、多数の関連特許が出願されている。
特に、自動車産業におけるＣＯ２排出量の規制が強化されるにつれて、車両の車体構造にも軽量素材を適用した設計が増加しており、ルーフラックなどの便宜部品についても軽量化のための技術が急激に増加している。
本発明は、従来の一般なアルミニウム合金のルーフラックに比べて軽量化およびコスト削減が可能であり、優れた機械的特性を有して商品価値を向上させることができる、車両用連続繊維複合素材のルーフラックを提供することを目的とする。
また、本発明は、レジン本体と連続繊維複合素材のインサート補強層のインサート射出の際にルーフラックの剛性を維持することが可能な補強突起を形成するにあたり、密着力を増大させることができる車両用連続繊維複合素材のルーフラックを提供することを他の目的とする。
また、本発明は、レジン本体と連続繊維複合素材のインサート補強層のインサート射出の際にルーフラックの剛性を維持することが可能な補強突起を形成するにあたり、密着力を増大させることができる車両用連続繊維複合素材のルーフラックを提供することを他の目的とする。
上記目的を達成するための本発明に係る車両用連続繊維複合素材のルーフラックは、ルーフラック形状に製作されたレジン本体と、前記レジン本体の内面に一体に結合された連続繊維複合素材（ＣＦＴ）のインサート補強層とを含んでなることを特徴とする。
前記インサート補強層の一面に一体に連結され、ルーフラックの長さ方向に沿って離隔するように形成された多数個の補強突起をさらに含むことを特徴とする。
前記レジン本体、インサート補強層および補強突起を含むルーフラックは、一側に開口したＵ字状に形成されることを特徴とする。
前記ルーフラックの開口した一側がルーフパネル側に設置されてルーフパネルとの間に閉空間を形成することを特徴とする。
前記補強突起の一端にはレジン本体側に開口した補強突起溝が形成され、前記インサート補強層には補強突起溝内に挿入される結合突起が形成され、前記補強突起溝と前記結合突起との結合によってインサート補強層と補強突起との結合力が強化されることを特徴とする。
前記補強突起溝は、入口側から奥に行くほど直径が漸次減少するテーパー断面に形成され、補強突起溝と結合突起との結合力を強化させることを特徴とする。
前記インサート補強層はレジン本体とは別に製作され、前記別に製作されたインサート補強層を射出成形金型に入れ、インサート補強層の両側にレジン本体と補強突起を一体に射出成形することにより、レジン本体、インサート補強層および補強突起が一体化されたルーフラックを構成することを特徴とする。
前記インサート補強層の一側に補強突起を射出成形する際に、インサート補強層の結合突起が補強突起の補強突起溝内に挿入されるように射出成形することを特徴とする。
前記レジン本体は５０〜７０重量％のナイロン６、３０〜５０重量％のミネラルガラスファイバー（ＭＧＦ）、およびその他の不可避不純物からなることを特徴とする。
前記レジン本体は６０重量％のナイロン６および４０重量％のミネラルガラスファイバー（ＭＧＦ）からなることを特徴とする。
前記連続繊維複合素材のインサート補強層は４０〜６０重量％のナイロン６、４０〜６０重量％のガラスファイバー（ＧＦ）、およびその他の不可避不純物からなることを特徴とする。
前記連続繊維複合素材のインサート補強層は５０重量％のナイロン６および５０重量％のガラスファイバー（ＧＦ）からなることを特徴とする。
前記インサート補強層は０．６〜１．３ｍｍの厚さを有することを特徴とする。
本発明によれば、ルーフラックがレジン本体と、機械的物性に優れた連続繊維複合素材のインサート補強層との結合体からなることにより、軽量化およびコスト削減を図ることができる効果がある。
また、レジン本体および連続繊維複合素材のインサート補強層のインサート射出の際に密着力を増大させて剛性向上を図ることにより、商品価値の向上を図ることができる効果もある。
また、レジン本体および連続繊維複合素材のインサート補強層のインサート射出の際に密着力を増大させて剛性向上を図ることにより、商品価値の向上を図ることができる効果もある。
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な一実施例に係る車両用連続繊維複合素材のルーフラックについて説明する。
本発明に係る車両用連続繊維複合素材のルーフラック１００は、図２〜図４に示すように、ルーフラック形状に製作される金型レジンのレジン本体１１０と、レジン本体１１０のいずれか一側面にインサート射出され、連続繊維複合素材（ＣＦＴ）からなるインサート補強層１２０とを含んでなる。
ここで、ルーフラック１００は、インサート射出された完成品であって、インサート補強層１２０がレジン本体１１０の内側面にインサート射出されて一体化されたものである。
本発明に係る車両用連続繊維複合素材のルーフラック１００は、図２〜図４に示すように、ルーフラック形状に製作される金型レジンのレジン本体１１０と、レジン本体１１０のいずれか一側面にインサート射出され、連続繊維複合素材（ＣＦＴ）からなるインサート補強層１２０とを含んでなる。
ここで、ルーフラック１００は、インサート射出された完成品であって、インサート補強層１２０がレジン本体１１０の内側面にインサート射出されて一体化されたものである。
ルーフラック１００は、一側が開口したＵ字状に形成されて、軽量化ができる。
また、ルーフラック１００の剛性を補強するために、ルーフラック１００の内面には多数の補強突起１０２が備えられる。
レジン本体１１０と連続繊維複合素材のインサート補強層１２０からなる本発明に係るルーフラック１００は、一側が開口したＵ字状を有することにより軽量化に有利である利点があり、また、開口した一側がルーフパネル８側に設置されることによりルーフパネル８との間に閉空間を形成することができ、これによりルーフパネル８への装着の際に剛性を十分に維持することができる。
補強突起１０２は、レジン本体１１０の射出成形時に一緒に射出成形される。
つまり、別に製作されたインサート補強層１２０を射出成形金型に入れ、インサート補強層１２０の両側にレジン本体１１０と補強突起１０２を射出成形することにより、一体化されたレジン本体１１０、インサート補強層１２０および補強突起１０２を備えたルーフラック１００を製作する。
また、ルーフラック１００の剛性を補強するために、ルーフラック１００の内面には多数の補強突起１０２が備えられる。
レジン本体１１０と連続繊維複合素材のインサート補強層１２０からなる本発明に係るルーフラック１００は、一側が開口したＵ字状を有することにより軽量化に有利である利点があり、また、開口した一側がルーフパネル８側に設置されることによりルーフパネル８との間に閉空間を形成することができ、これによりルーフパネル８への装着の際に剛性を十分に維持することができる。
補強突起１０２は、レジン本体１１０の射出成形時に一緒に射出成形される。
つまり、別に製作されたインサート補強層１２０を射出成形金型に入れ、インサート補強層１２０の両側にレジン本体１１０と補強突起１０２を射出成形することにより、一体化されたレジン本体１１０、インサート補強層１２０および補強突起１０２を備えたルーフラック１００を製作する。
補強突起１０２がインサート補強層１２０をレジン本体１１０側へ加圧する役割を果たすことにより、レジン本体１１０とインサート補強層１２０は強い結合力を維持する。
レジン本体１１０には、ガラス繊維（ｇｌａｓｓ ｆｉｂｅｒ）、天然繊維（ｎａｔｕｒａｌ ｆｉｂｅｒ）、炭素繊維（ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒ）、アラミド繊維（ａｒａｍｉｄ ｆｉｂｅｒ）、超高分子量ポリエチレン（ｕｌｔｒａｈｉｇｈ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｗｅｉｇｈｔ ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ：ＵＨＭＷＰＥ）繊維を使用することも可能であるが、５０〜７０重量％のポリアミド、好ましくはナイロン６、ナイロン６６、最も好ましくは単繊維たるナイロン６、３０〜５０重量％のミネラルガラスファイバー（Ｍｉｎｅｒａｌ Ｇｌａｓｓ Ｆｉｂｅｒ）およびその他の不可避不純物からなり、さらに好ましくは、６０重量％のナイロン６および４０重量％のミネラルガラスファイバー（ＭＧＦ）からなる。
レジン本体１１０には、ガラス繊維（ｇｌａｓｓ ｆｉｂｅｒ）、天然繊維（ｎａｔｕｒａｌ ｆｉｂｅｒ）、炭素繊維（ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒ）、アラミド繊維（ａｒａｍｉｄ ｆｉｂｅｒ）、超高分子量ポリエチレン（ｕｌｔｒａｈｉｇｈ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｗｅｉｇｈｔ ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ：ＵＨＭＷＰＥ）繊維を使用することも可能であるが、５０〜７０重量％のポリアミド、好ましくはナイロン６、ナイロン６６、最も好ましくは単繊維たるナイロン６、３０〜５０重量％のミネラルガラスファイバー（Ｍｉｎｅｒａｌ Ｇｌａｓｓ Ｆｉｂｅｒ）およびその他の不可避不純物からなり、さらに好ましくは、６０重量％のナイロン６および４０重量％のミネラルガラスファイバー（ＭＧＦ）からなる。
このようなレジン本体１１０は、断面構造や厚さ、形状などを変化させて様々に製作することができる。参考として、ナイロン６は、ε−カプロラクタムを合成し、これを開環重合させて製造したものであって、炭素数６のε−カプロラクタムがそのまま重合して高分子をなすのでナイロン６と呼び、Ｃ１０Ｈ２０（ＣＯ）２（ＮＨ）２の化学式を有する。
インサート補強層１２０は、レジン本体１１０に比べて剛性を高めたもの、すなわち複合繊維の含量を増加させたものが使用できる。
例えば、インサート補強層は、連続繊維複合素材（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｆｉｂｅｒ Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ：ＣＦＴ）であって、４０〜６０重量％のポリアミド、好ましくはナイロン６、ナイロン６６、最も好ましくは単繊維たるナイロン６、４０〜６０重量％のガラスファイバー（ＧＦ）およびその他の不可避不純物からなり、さらに好ましくは５重量％のナイロン６および５０重量％のガラスファイバー（ＧＦ）からなる。
インサート補強層１２０は、レジン本体１１０に比べて剛性を高めたもの、すなわち複合繊維の含量を増加させたものが使用できる。
例えば、インサート補強層は、連続繊維複合素材（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｆｉｂｅｒ Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ：ＣＦＴ）であって、４０〜６０重量％のポリアミド、好ましくはナイロン６、ナイロン６６、最も好ましくは単繊維たるナイロン６、４０〜６０重量％のガラスファイバー（ＧＦ）およびその他の不可避不純物からなり、さらに好ましくは５重量％のナイロン６および５０重量％のガラスファイバー（ＧＦ）からなる。
また、好ましくは、インサート補強層１２０は０．６〜１．３ｍｍの厚さを有する。
インサート補強層１２０は、ルーフラック１００が十分な剛性を確保できるようにするもので、このためには０．６〜１．３ｍｍの厚さを有することが好ましい。もし０．６ｍｍ以下の厚さに形成されると、ルーフラック１００の剛性を補強させるための効果が低下し、逆に１．３ｍｍ以上の厚さに形成されると、剛性補強の効果に比べて重量増加による燃費悪化やコスト上昇などの欠点がさらに大きくなる。
一方、このようなインサート補強層１２０は、インサート射出前にフローフォーミング工程を経るが、連続繊維複合素材の生地を準備した後、約２２５℃で１次加熱し、加熱された生地を少なくとも２つ積層させる。
積層された生地を再び２２５℃で２次加熱し、続いてインサート補強層１２０の両側にレジン本体１１０および補強突起１０２を一体にインサート射出成形する。
インサート補強層１２０は、ルーフラック１００が十分な剛性を確保できるようにするもので、このためには０．６〜１．３ｍｍの厚さを有することが好ましい。もし０．６ｍｍ以下の厚さに形成されると、ルーフラック１００の剛性を補強させるための効果が低下し、逆に１．３ｍｍ以上の厚さに形成されると、剛性補強の効果に比べて重量増加による燃費悪化やコスト上昇などの欠点がさらに大きくなる。
一方、このようなインサート補強層１２０は、インサート射出前にフローフォーミング工程を経るが、連続繊維複合素材の生地を準備した後、約２２５℃で１次加熱し、加熱された生地を少なくとも２つ積層させる。
積層された生地を再び２２５℃で２次加熱し、続いてインサート補強層１２０の両側にレジン本体１１０および補強突起１０２を一体にインサート射出成形する。
補強突起１０２は、前述したように、レジン本体１１０とインサート補強層１２０との結合力を強化させる役割だけでなく、車両の長さ方向に沿って長く形成されるルーフラック１００の撓みやねじれを防止する役割も果たす。
補強突起１０２の射出成形時に補強突起１０２とインサート補強層１２０との結合力を強化させるために、レジン本体１１０に向かう補強突起１０２の一端には補強突起溝１１２が形成され、補強突起溝１１２内にはインサート補強層１２０の結合突起１２１が挿入される。
また、補強突起溝１１２と結合突起１２１との結合力を強化させるために、補強突起溝１１２は、図４に示すように、入口側から内側に行くほど直径が漸次狭くなるようにテーパーした形状の断面に形成される。
つまり、補強突起溝１１２は、入口側（図４の左側部）から奥側（図４の右側部）に行くほど直径が次第に減少するように形成される。
補強突起１０２の射出成形時に補強突起１０２とインサート補強層１２０との結合力を強化させるために、レジン本体１１０に向かう補強突起１０２の一端には補強突起溝１１２が形成され、補強突起溝１１２内にはインサート補強層１２０の結合突起１２１が挿入される。
また、補強突起溝１１２と結合突起１２１との結合力を強化させるために、補強突起溝１１２は、図４に示すように、入口側から内側に行くほど直径が漸次狭くなるようにテーパーした形状の断面に形成される。
つまり、補強突起溝１１２は、入口側（図４の左側部）から奥側（図４の右側部）に行くほど直径が次第に減少するように形成される。
これにより、別に製作されたインサート補強層１２０を射出成形金型に入れ、インサート補強層１２０の両側にレジン本体１１０と補強突起１０２を一体に射出成形する際に、インサート補強層１２０の結合突起１２１が補強突起溝１１２内に挿入された構造を持つことにより、インサート補強層１２０と補強突起１０２との結合力を強化できるうえ、補強突起１０２によるレジン本体１１０とインサート補強層１２０との結合力もさらに一層強化できる。
したがって、レジン本体１１０と連続繊維複合素材のインサート補強層１２０がインサート射出で製作されたルーフラック１００は、機械的物性に優れるうえ、軽量化およびコスト削減ができる利点がある。
また、長さの長いルーフラック１００の撓みやねじれを防止するために、レジン本体１１０の内面に多数の補強突起１０２が長さ方向に沿って形成されることにより、剛性を向上させることができる効果もある。
したがって、レジン本体１１０と連続繊維複合素材のインサート補強層１２０がインサート射出で製作されたルーフラック１００は、機械的物性に優れるうえ、軽量化およびコスト削減ができる利点がある。
また、長さの長いルーフラック１００の撓みやねじれを防止するために、レジン本体１１０の内面に多数の補強突起１０２が長さ方向に沿って形成されることにより、剛性を向上させることができる効果もある。
また、別に製作されたインサート補強層１２０を射出成形金型に入れ、インサート補強層１２０の両側にレジン本体１１０と補強突起１０２を一体に射出成形する際に、インサート補強層１２０の結合突起１２１が補強突起溝１１２内に挿入された構造を持つことにより、インサート補強層１２０と補強突起１０２との結合力を強化でき、ひいては補強突起１０２によるレジン本体１１０とインサート補強層１２０との結合力もさらに一層強化できるので、剛性の増大および商品価値が向上できる利点もある。
また、本発明のルーフラック１００は、一側が開口したＵ字状を有することにより軽量化に有利な利点があり、また、開口した一側がルーフパネル８側に設置されることによりルーフパネル８との間に閉空間を形成することができ、これによりルーフパネル８への装着時に剛性を十分に維持できる利点がある。
また、本発明のルーフラック１００は、一側が開口したＵ字状を有することにより軽量化に有利な利点があり、また、開口した一側がルーフパネル８側に設置されることによりルーフパネル８との間に閉空間を形成することができ、これによりルーフパネル８への装着時に剛性を十分に維持できる利点がある。
以上、本発明の好ましい実施例を図示して説明したが、本発明は前述した特定の実施例に限定されるものではなく、本発明の属する技術分野を逸脱しない範囲での全ての変更が含まれる。
１００ ルーフラック
１０２ 補強突起
１１０ レジン本体
１１２ 補強突起溝
１２０ インサート補強層
１２１ 結合突起
１０２ 補強突起
１１０ レジン本体
１１２ 補強突起溝
１２０ インサート補強層
１２１ 結合突起
Claims (13)
- ルーフラック形状に製作されたレジン本体と、
前記レジン本体の内面に一体に結合された連続繊維複合素材（ＣＦＴ）のインサート補強層と、
を含んでなることを特徴とする車両用連続繊維複合素材のルーフラック。 - 前記インサート補強層の一面に一体に連結され、ルーフラックの長さ方向に沿って離隔するように形成された多数個の補強突起をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の車両用連続繊維複合素材のルーフラック。
- 前記レジン本体、前記インサート補強層および前記補強突起を含むルーフラックは、一側が開口したＵ字状に形成されることを特徴とする請求項２に記載の車両用連続繊維複合素材のルーフラック。
- 前記ルーフラックの開口した一側がルーフパネル側に設置されてルーフパネルとの間に閉空間を形成することを特徴とする請求項３に記載の車両用連続繊維複合素材のルーフラック。
- 前記補強突起の一端には、レジン本体側に開口した補強突起溝が形成され、
前記インサート補強層には前記補強突起溝内に挿入される結合突起が形成され、
前記補強突起溝と前記結合突起との結合によって前記インサート補強層と前記補強突起との結合力が強化されることを特徴とする請求項３に記載の車両用連続繊維複合素材のルーフラック。 - 前記補強突起溝は、入口側から奥に行くほど直径が漸次減少するテーパー断面に形成されることにより、前記補強突起溝と前記結合突起との結合力を強化させることを特徴とする請求項５に記載の車両用連続繊維複合素材のルーフラック。
- 前記インサート補強層は、前記レジン本体とは別に製作され、
別に製作された前記インサート補強層を射出成形金型に入れ、前記インサート補強層の両側に前記レジン本体と前記補強突起を一体に射出成形することにより、前記レジン本体、前記インサート補強層および前記補強突起が一体化されたルーフラックを構成することを特徴とする請求項５に記載の車両用連続繊維複合素材のルーフラック。 - 前記インサート補強層の一側に前記補強突起を射出成形する際に、前記インサート補強層の結合突起が前記補強突起の補強突起溝内に挿入されるように射出成形することを特徴とする請求項５に記載の車両用連続繊維複合素材のルーフラック。
- 前記レジン本体は、５０〜７０重量％のナイロン６、３０〜５０重量％のミネラルガラスファイバー（ＭＧＦ）、およびその他の不可避不純物からなることを特徴とする請求項３に記載の車両用連続繊維複合素材のルーフラック。
- 前記レジン本体は、６０重量％のナイロン６および４０重量％のミネラルガラスファイバー（ＭＧＦ）からなることを特徴とする請求項３に記載の車両用連続繊維複合素材のルーフラック。
- 前記連続繊維複合素材のインサート補強層は４０〜６０重量％のナイロン６、４０〜６０重量％のガラスファイバー（ＧＦ）、およびその他の不可避不純物からなることを特徴とする請求項３に記載の車両用連続繊維複合素材のルーフラック。
- 前記連続繊維複合素材のインサート補強層は、５０重量％のナイロン６および５０重量％のガラスファイバー（ＧＦ）からなることを特徴とする請求項３に記載の車両用連続繊維複合素材のルーフラック。
- 前記インサート補強層は、０．６〜１．３ｍｍの厚さを有することを特徴とする請求項３に記載の車両用連続繊維複合素材のルーフラック。
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