JP2017154719A - 視界を遮らない透明素材で作られ、芯材を内包する乗り物のフロントピラー、及その製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】運転者の視界を大きくさせるフロントピラーを提供する。【解決手段】視界を確保するためにフロントピラー１を透明素材とする。樹脂などの有機物を用いた場合、その特性上、急激な劣化や破損が起こる危険があるため、透明素材の中に金属棒、金属ワイヤー、あるいは樹脂線材などを用いて芯材１４を設けてその両側にゴムなどの緩衝材１２、１３を介して金属キャップをつけその外側でビス１５止めして緊張することで、強度を持たせ、ユニット化する。上記を本体接続プレート２２を介して本体にビス止めすることで、部分的な着脱交換ができるようにする。【選択図】図４

Description

車両用フロントウンドーシールドの端部にあるフロントピアーの構造に関する。
詳しくは、構造的な耐久性を有しながら、透明素材で形成することで、運転者の視界を従来よりも大きくするフロントピラーの構造に関する。

従来自動車の金属製フロントピラーをなくして、透明素材にする提案が何度もされている。
（特許文献１、２，３）

棒状の剛性部材を透明素材に内包し、フロントウインドーシールドと合わせて成形する案もある
（特許文献４）

図１−１は従来のフロントピラーの断面を示す図である。フロントピラーはインナー部材１０１、補強部材１０２、アウター部材１０３で構成される。それぞれの端部に接合のための平坦部（フランジ部）があり、それを溶接して筒状の構造体にして強度を持たせている。例示の図では、前部フランジ部にフロントウンドーシールド１０のガラスを張り付けるための接着剤が施され、その部分が見えないようにガラスの当該部に黒色セラミック塗装がされる。フロントピラーの後方にフロントサイドウインドウが設けられるが、上記と同様に、構造体の後部フランジ部に接着剤と黒色セラミック塗装が施されている。

実開昭６４−２１０７０号公報 特開２００１−２６２８３号公報 特開２０１３−７５６６１号公報 特開２００７−１９６７４９号公報

従来技術で説明したように、フロントピラーの前部にフロントウインドーシールド後方に、フロントサイドウインドウあるいは前部扉のウエザーストリップ、あるいはガラスレールなどを隙間なく、かつ確実に接続するために、接着部分と、それを隠ぺいする黒色セラミック塗装が必要で、フロントピラーを透明素材としてもその部分は視界が遮られ、大きく視界を広げることは困難である。

また、ポリカーボネートなど樹脂は有機材であるため、ガラス、鋼材に比べて耐候性に劣り、特に車両の外装材に使うとき、走行に伴う振動、衝撃、あるいは紫外線による劣化により、細かい網状のひび割れ、突然の破断、黄ばみなど生ずる可能性があり、荷重のかかる構造材としての信頼性が、鋼材に比べて劣る。樹脂のフロントピラーが車両の走行の振動で破断した場合、形状を保つ方策がなく、薄いフロントウインドーシールドが変形して、それの全崩壊が起こり、走行の安全性を著しく損なう危険がある。

文献１から３の提案について、フロントピラーに付属する部分の接続部が小さく、接着だけで行われているので、剥がれの問題が懸念され、止水性と構造の安全性問題がある。

文献４の提案では、図１−２に示すように上記構造上の問題は考慮されているが、樹脂部１０５の過重負担はないため、剛性部材１０４は大きく視野の拡大が充分ではない。また視野拡大のために前提となっている、フロントピラー（１０４＋１０５）とフロントウインドーシールド１０６の一体成型が可能なのか疑問が残る。さらにそれに耐候性向上のためにガラス１０５を透明素材１０９で貼りつけることになっているが、別々に成形された大型の樹脂とガラスの板を密着することが可能なのかの問題が残る。

課題を解決する手段

（１）車両のフロントウインドーシールドの左右にフロントピラーがある構造体において、内部に補強のために芯材が一体成型され、透明素材で作られたフロントピラー構造体。

（１）の発明によれば、ピラー部が透視可能になり、運転者の視野の拡大が計れる，また芯材と透明素材が一体成型することで、建築の鉄筋コンクリートと同様圧縮力に強い透明素材と引っ張り力に強い芯材が総合的に各種外力に対抗し、車両の走行による振動、衝撃に対抗できる。

（２）車両用フロントピラー構造体について、補強のための芯材が、あらかじめ透明素材成型時に一体成型されたサヤ管に挿入されて形成された請求項１のフロントピラー構造体。

（２）の発明によれば、請求項１では一体成型するために、透明素材と芯材が密着して熱などによる変化に部分的な負荷がかかるのを防ぐことができる。

（３）請求項１ないし２のフロントピラー構造体の透明素材の両端に緩衝のための弾性体を置き、金属製のキャップをし、そのキャップに穴をあけて、構造体に通した芯材の端部を突出させ、それを両端からビス止めしたフロントピラー構造体。

（３）の発明によれば、図２−３のように、透明素材をその両端で弾性体を介して金属キャップの外側から締めるようになる。透明素材は外力によって破断することはありうるが、両端で止めてない時は、図２−２芯材が透明素材の中でずれて、形状を保てないが、図２−３のように両側で止めてあれば、芯材が破断しない限り、透明素材が圧縮力に対抗し、芯材が引張力を負担して、外形をとどめることができる。

（４）請求項１ないし２ないし３のフロントピラー構造体について、フロントピラーに接続すべきフロントウインドーシールドや、前扉とのウエザーストリップ、あるいはガラスレールなどの付属品を、フロントピラーの中の芯材から支持材を取り、接着だけでなく機械的に止めるようにしたフロントピラー構造体。

（４）の発明によれば、接着剤で止めるより、少ない面積で確実に止められるので接続部分は止水のためのコーキング材を施すことで視野を阻害する部分を小さくできる。

（５）透明素材の両端に設けた金属キャップに金属の板を付属させ、そこにビス穴を設けて車両本体の構造体に締結されることを特徴としたフロントピラー構造体。

（５）の発明によれば、フロントピラーのみの着脱交換が可能になる。視野を拡大するために有機材である樹脂などを使うため耐候性に問題が生ずる可能性が大きくなる。また自動車最前部の部位であるため、傷つきやすく、また透明素材であるため、従来のような研磨、再塗装などの修理はできない。文献４のようにフロントウインドウシールドまで一体にすると、交換は容易でないが、本発明のようにピラー部だけの交換であれば、シールのうち直しだけで済むので軽便である。

（６）請求項１から５までのフロントピラー構造体において、透明素材の断面を、概略凹面レンズにしたフロントピラー構造体

（６）図１０のように芯材から前方の部分の車両内側を凹曲面にし、プリズム状にすることで、平板ガラスより広い部分の視野を屈折により集めることができる。芯材などで欠損した視野を一部回復することができる。

フロントウインドウ―シールドは、車両前部の運転席の前にあり、フロントピラーはその左右両端にある、今回発明はこの部分を芯材を内包する透明素材で作ることで運転者の視界を、従来より大きくすることを目的としている。

図３のセンターピラー６とそれに続くルーフ下地９を補強する。それに相対する前部扉下７から、運転席前部のカウルトップ１１までの下地を補強する。フロントピラーの荷重の負担分が従来より減ずるが、それに見合う分、上記の前扉周りのコの字型の下地を補強する。

図４は運転席の横を見た展開図であり、図５はその断面図である。透明素材は略台形の断面形状しており、ルーフ下部からカウルトップまで、まで、斜めにほぼ同断面で連続する。前方にはフロントウインドーシールド１０に接続しており、後方は前扉の前方枠２１と、止水のためのウエザーストリップを介して接している。

フロントピラーは透明素材で作られている。透明素材は透明なポリカーボネ―トなどを想定するが、ガラス材も成形性は困難を伴うものの、表面の堅牢性や、部材の透明性から素材としてよい。

フロントピラーの芯材は 金属棒、金属ワイヤーあるいは樹脂の棒状部材でもよい。圧縮力を負担する透明素材に対して、引張力を負担する部材となる。

ここに、鉄筋コンクリートの考え方を説明する。鉄筋コンクリートの柱では、コンクリート部分は圧縮力を、鉄筋が引張力を負担し、総合的に圧縮、引張等の外力に対応する。詳しくは、図２−１のように鉄筋コンクリートの柱を折ろうとする外力Ａに対して、折れの内側はコンクリートが圧縮力に対し内側が崩壊しないように抵抗ＢＢし、外側は鉄筋が引張力ＣＣに対抗し、鉄筋が破断して曲げ方向に大きく口が開かないようにする。

今回も鉄筋コンクリートと同様に透明素材だけでは一度ひびが入って損傷しても形状を保てるように、また逆に細い芯材だけでは大きな力がかかった場合、曲がってしまい形状が潰れてしまうことのないように総合的な構造材として働くように考える。その部分今回の提案は、文献４の提案とは内容が異なる。文献４の場合は荷重を剛性部材で負担し、透明素材は荷重を負担してない。芯材が圧縮力を負担するために断面は大きなものになり、視界を拡大することの効果が乏しい。重量物を下から支えると大きな断面の剛性体が必要であるが、引っ張り上げるためには細い線材で十分であるのと同じ考えによる。

フロントピラーの構成について図４及び図５に基づき説明する。フロントピラー１は芯材１４を内包した透明素材で作られている。芯材は成形の時に型枠にセットして一体成形しても良いし、透明な鞘プラスチックを成形時に仕込んで、ピラーあるいは前枠作成後に芯材を挿入しても良い。

図４においてフロントピラーの両端に７ｍｍほどの硬質ゴム（上部１２、下部１３）での緩衝材を配し、７０ｍｍほどの金属製キャップ（上部２，下部３）をかぶせる。金属製キャップに穴をあけ、芯材の両端をそこからだし、ねじ止め１５する。それによって多少の外圧はゴムが吸収して樹脂材の破損を防ぐことになる。

金属製キャップをつけて、芯材の両端をその外側からビス止めする理由は、図２―２のように芯材を両端で止めないと、透明素材が損傷した時に芯材がずれて、本来発揮されるべき芯材の引張力が効かない恐れがあるからである。透明素材が破損した場合、破片が飛び散るのを防ぐため、あるいは表面の傷つきを防ぐため、フィルムで表面を覆うことも良い。

この金属キャップにプレート（上部２２、下部２３）を付けて上部はルーフ下地、下部はカウル部上部へとビス止めされ、交換を容易にできるようにしてある。今回視野拡大のために樹脂製のフロントピラーを提案するものあり、素材としては従来の金属製のピラーより損傷やすく、また傷ついた場合研磨などの修復、再塗装などできないものになっている。そのため、容易に交換でき、他の部分の接続も接着でなく、後述するように機械的に止めるようにして、取り合い部の止水のためのシール材のうち替えだけで対処する。

図７は前扉上枠の取り付け金物の取り合い図である。フロントピラーの取り付け金物２２はルーフの下地９に取り付けられる。それに相対するように前扉枠にスペーサー２６と止水のためのウエザーストリップ２７が設置される。

フロントピラーの前方にはフロントウインドシールド１０のガラスの接続のための切欠きがある。芯材１４から支持材１７を取って、図５−１のようにガラスに穴をあけて止め金具を設置する。あるいは図５−３のようにガラスの端部を部分的に抑えるプレートをビス止めする。接着よりガラスを機械的に止めることができ、接着面よりガラス端部の隠ぺい部を小さく抑えられる。いずれも線状に連絡するのではなく、数センチ角の板状の金物になり、フロントピラーに対し２から３か所程度とする。その概略の姿を図９に示す。

支持材１７はステンレス線あるいは金属板などを透明素材成形時にあらかじめ仕込んで一体成形する。芯材１４にプレート状の部材を巻きつけてビスで固定しても良く。また芯材に穴をあけてビス止めしても良い。

後部のウエザーストリップは、上記と同じ支持材を設け、表面近くでＬ型にまげてその裏にビス穴のあるプレート張り付けて、その裏のビスが伸びる部分に樹脂の角材をあらかじめ仕込んで、一体成型する。筒状にしたウエザーストリップの底の方でビス止めする。ゴム材の歪みを矯正するために、ウエザーストリップ筒状の底の部分に線状の鋼材を設置しても良い。

透明素材をポリカーボネートを使用した時、屈折率が１．５９程で、図１０のように表面で素材内に入るとき１５０〜１７０°ほどの屈折が生じる。これを利用して、芯材の近傍ではフロントピラーの屋外と屋内の表面は楔（くさび）状になるように角度を持たせ、最前部のフロントウインドーシールドの部分ではそれらがほぼ平行になるように、車両内の表面を、内側から外側に張り出すように円弧状にし、フロントピラーの芯材より前の部分が概略凹レンズのようにすることで芯材にさえぎられた視野を、凸面鏡のように縮小して視覚することができる。図１０にその概略を示す。

従来フロントピラー図、及び文献４の提案内容 フロントピラーの透明素材と芯材の関係説明図 フロントピラー全体図 フロントピラー展開図 フラントピラー断面図 フロントピラー構成説明図 ルーフ下部、前扉上枠取り合い図 フロントウインドウーシールド等支持金物 フロントウインドウーシールド等支持金物概略図 フロントピラーでの屈折図

１、透明フロントピラー
２、フロントピラー上部取付金具
３、フロントピラー下部取付金具
４、前扉
５、前扉窓枠
６、センターピラー
７、前扉下下地
８、ルーフ
９、ルーフ下地
１０、フロントウインドーシールド
１１、カウルトップ
１２、硬質ゴムクッション（上部）
１３、硬質ゴムクッション（下部）
１４、フロントピラー金属棒等芯材
１５、ビス
１６、フロントガラス止め金物（ガラス穴あけ）
１７、フロントガラス止め金物支持材
１８、フロントピラーウエザーストリップ
１９、フロントピラーウエザーストリップ支持材
２０、フロントガラス止め金物（ガラス端部押さえ）
２１、前扉前方枠
２２、本体接続プレート（上部）
２３、本体接続プレート（下部）
２４、ルーフ前扉上スペーサー
２５、ルーフ前扉上ウエザーストリップ
２６、前扉上枠スペーサー
２７、前扉上枠ウエザーストリップ
２８、フロントピラーの屈折がない場合の運転者からの視線
２９、フロントピラーの屈折による運転者からの視線
３０、フロントピラーの屈折により回復した視界

（１）車両のフロントウインドーシールドの左右にフロントピラーがある構造体において、前フロントピラーを支持する引っ張り力に強い線材からなる芯材を内蔵し、透明素材で形成したフロントピラー構造体。

（１）の発明によれば、ピラー部が透視可能になり、運転者の視野の拡大が計れる，また芯材と透明素材が一体成型することで圧縮力に強い透明素材と引っ張り力に強い芯材が総合的に係り合い、各種外力に対抗し、車両の走行による振動、衝撃に対抗できる。

（２）前記芯材はサヤ管に一体成型されていることを特徴とする請求項１のフロントピラー構造体。

（４）請求項１ないし２ないし３のフロントピラー構造体について、フロントピラーに接続すべきフロントウインドーシールドや、前扉とのウエザーストリップ、あるいはガラスレールなどの付属品を、フロントピラーの中の芯材に支持体を取り付け、接着だけでなく機械的に止めるようにしたフロントピラー構造体。

このフロントピラーは、透明素材の両端に設けた金属キャップに金属の板を付属させ、そこにビス穴を設けて車両本体の構造体に締結されるようにする。

それにより、フロントピラーのみの着脱交換が可能になる。視野を拡大するために有機材である樹脂などを使うため耐候性に問題が生ずる可能性が大きくなる。また自動車最前部の部位であるため、傷つきやすく、また透明素材であるため、従来のような研磨、再塗装などの修理はできない。文献４のようにフロントウインドウシールドまで一体にすると、交換は容易でないが、本発明のようにピラー部だけの交換であれば、シールのうち直しだけで済むので軽便である。

（５）請求項１から４のいずれかのフロントピラー構造体において、透明素材の断面を、概略凹面レンズにしたフロントピラー構造体。

（５）図１０のように芯材から前方の部分の車両内側を凹曲面にし、プリズム状にすることで、平板ガラスより広い部分の視野を屈折により集めることができる。芯材などで欠損した視野を一部回復することができる。

Claims (6)

1. 車両のフロントウインドーシールドの左右にフロントピラーがある構造体において、内部に補強のために芯材が一体成型され、透明素材で作られたフロントピラー構造体。
2. 車両用フロントピラー構造体について、補強のための芯材が、あらかじめ透明素材成型時に一体成型されたサヤ管に挿入されて形成された請求項１のフロントピラー構造体。
3. 請求項１ないし２のフロントピラー構造体の透明素材の両端に緩衝のための弾性体を置き、金属製のキャップをし、そのキャップに穴をあけて、構造体に通した芯材の端部を突出させ、それを両端からビス止めしたフロントピラー構造体。
4. 請求項１ないし２ないし３のフロントピラー構造体について、フロントピラーに接続すべきフロントウインドーシールドや、前扉とのウエザーストリップ、あるいはガラスレールなどの付属品を、フロントピラーの中の芯材から支持材を取り、接着だけでなく機械的に止めるようにしたフロントピラー構造体。
5. 透明素材の両端に設けた金属キャップに金属の板を付属させ、そこにビス穴を設けて車両本体の構造体に締結されることを特徴としたフロントピラー構造体。
6. 請求項１から５までのフロントピラー構造体において、透明素材の断面を、概略凹面レンズにしたフロントピラー構造体。

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