JP2018162004A

JP2018162004A - 車両用パネル構造の製造方法

Info

Publication number: JP2018162004A
Application number: JP2017060919A
Authority: JP
Inventors: 長尾　邦昭; Kuniaki Nagao; 邦昭長尾; 陽一郎北原; Yoichiro Kitahara; 興也中川; Okiya Nakagawa; 力田中; Tsutomu Tanaka; 吉昭村上; Yoshiaki Murakami; 隆之木村; Takayuki Kimura
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2017-03-27
Filing date: 2017-03-27
Publication date: 2018-10-18
Anticipated expiration: 2037-03-27
Also published as: JP6477761B2

Abstract

【課題】軽量化を図りつつ、振動減衰性能を向上可能な車両用パネル構造の製造方法を提供すること。【解決手段】１対のベースパネルを対向状に結合した車両用パネル構造の製造方法において、前記１対のベースパネルの相対向する内面に夫々充填材部を形成する充填材部形成工程と、金型内に前記１対のベースパネルを前記充填材部が対向するように離隔配置すると共に、前記充填材部間に粘弾性体と接着防止材を配置する部材配置工程と、加熱して前記１対のベースパネルの夫々の前記充填材部を前記粘弾性体に接合することにより前記粘弾性体を介して前記１対のベースパネルを結合する結合工程とを有する。【選択図】図３

Description

本発明は、車両用パネル構造の製造方法に関し、特に１対のベースパネルが粘弾性体を介して結合された車両用パネル構造の製造方法に関する。

従来から、車体フレーム間に掛け渡されたルーフパネルやフロアパネル等の車体の広い面を構成するパネル部材が使用されている。このようなパネル部材には、車両走行時に路面から伝達される振動等に伴う車体変形に起因して低周波数帯域（例えば、２０〜５０Ｈｚ）の振動がパネル面に平行方向に伝播され、乗員の室内快適性、所謂車両の乗心地を損なっている。このパネル部材に発生する振動を減衰するため、パネル部材の剛性を増加させると車両の乗心地を改善することができるが、車体重量の増加や生産コストの増加を招く虞がある。

また、ゴム等の粘弾性体は、クリープ変形や応力緩和現象等の挙動を示すことから、振動減衰性能を有することが知られている。クリープ変形は、一定力に対する粘弾性的変形であり、応力緩和現象は、所定因子により力学的平衡状態からずれた場合に平衡状態に戻ろうとする現象である。振動に伴って粘弾性体が伸張されたとき、粘弾性体が有するエントロピーが減少することから、粘弾性体は、減少したエントロピーを増大するために収縮方向に変化する。この伸張によるエントロピー減少量に相当する熱量が外部に放出され、その結果、粘弾性体は初期状態に戻るように動く。

以上を踏まえ、車体重量の増加を回避しつつ振動減衰性能を向上することを目的として、この粘弾性体の特性を利用した種々の提案がなされている。例えば特許文献１の炭素繊維強化プラスチック成形体は、第１のＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics）層と、第２のＣＦＲＰ層と、第１，第２ＣＦＲＰ層の間において面平行方向に離隔された粘弾性体からなる１対の制振弾性層と、第１，第２ＣＦＲＰ層の間において１対の制振弾性層の間に挟着された高剛性樹脂領域とを備えている。制振弾性層によって制振性を確保し、高剛性樹脂領域によって第１，第２ＣＦＲＰ層の長手方向の曲げ剛性を確保している。

特開２０１１−１８３５６２号公報

特許文献１の炭素繊維強化プラスチック成形体は、粘弾性体（制振弾性層）をベースパネル（ＣＦＲＰ層）の振動に追随して歪変形させることにより振動エネルギーの一部を熱エネルギーに変換し、ベースパネルの振動エネルギーを低減して制振性を向上している。ここで、更なる機能向上を図るため、ベースパネルにウレタン等の発泡体を接合し、この発泡体に粘弾性体を接合することが考えられる。このような構成を採用することにより、軽量化及び振動減衰性の改善に加え、遮音性向上を期待することができる。

しかし、本発明者が検討した結果、１対のベースパネルに夫々発泡体を接合し、この１対の発泡体の間に複数の粘弾性体を挟着したパネル部材では、期待通りの振動減衰性能を発揮できない虞があることが判明した。具体的には、このパネル部材を形成する際に、粘弾性体を配置しない部分で発泡体同士が接触して接合する虞がある。この場合、１対の発泡体のパネル面に平行方向の相対的な変位が制限されて粘弾性体を歪変形させることができず、振動減衰性能を発揮することができない。

本発明の目的は、軽量化を図りつつ、振動減衰性能を向上可能な車両用パネル構造の製造方法を提供することである。

請求項１の発明は、１対のベースパネルを対向状に結合して形成する車両用パネル構造の製造方法において、前記１対のベースパネルの相対向する内面に夫々充填材部を形成する充填材部形成工程と、金型内に前記１対のベースパネルを前記充填材部が対向するように離隔配置すると共に、前記充填材部間に粘弾性体と接着防止材を配置する部材配置工程と、加熱して前記１対のベースパネルの夫々の前記充填材部を前記粘弾性体に接合することにより前記粘弾性体を介して前記１対のベースパネルを結合する結合工程とを有することを特徴としている。

上記構成により、対向する１対の充填材部の接合を接着防止材により規制して、振動減衰性能を備えた車両用パネル構造を形成することができる。

請求項２の発明は、１対のベースパネルを対向状に結合して形成する車両用パネル構造の製造方法において、金型内に前記１対のベースパネルを対向状に離隔配置すると共に、前記１対のベースパネル間に粘弾性体と接着防止材とが一体化されたパネル状部材を前記１対のベースパネルから夫々間隔を空けて配置する部材セット工程と、前記１対のベースパネルと前記パネル状部材の間に溶融状態の充填材料を充填して前記１対のベースパネルに接合された充填材部を夫々形成すると共に、前記１対のベースパネルの夫々の前記充填材部を前記粘弾性体に接合することにより前記粘弾性体を介して前記１対のベースパネルを結合するベースパネル結合工程を有することを特徴としている。

請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記充填材部形成工程において発泡完了前の充填材中間体又は未発泡充填材により前記充填材部を形成し、前記結合工程において前記充填材部を発泡させることを特徴としている。

上記構成により、充填材部を発泡させる工程と結合工程を同時に行って工程を簡略化することができる。

請求項４の発明は、請求項１〜３の何れかの発明において、前記結合工程又は前記ベースパネル結合工程の後に、前記１対のベースパネルの充填材部が互いにパネル面に平行方向に容易に変位することができるように前記接着防止材を処理する接着防止材処理工程を備えたことを特徴としている。

上記構成により、１対のベースパネルの充填材部をパネル面に平行方向に容易に変位可能にすることができ、粘弾性体の歪変形を利用して振動減衰性能を発揮させることができる。

請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記接着防止材処理工程においては、前記結合工程又は前記ベースパネル結合工程における接合温度よりも高い処理温度で前記接着防止材を融解させることを特徴としている。

上記構成により、対向する１対の充填材部の接合を接着防止材により規制した後、接着防止材を融解させることにより除去してパネル面に平行方向に容易に変位可能にすることができ、粘弾性体の歪変形を利用して振動減衰性能を発揮させることができる。

請求項６の発明は、請求項５の発明において、前記結合工程又は前記ベースパネル結合工程の後、前記接着防止材処理工程の前にパネル成型工程を備え、このパネル成型工程の成型温度が前記結合工程又は前記ベースパネル結合工程の前記接合温度より高温且つ前記接着防止材処理工程の前記処理温度より低温であることを特徴としている。

上記構成により、車両用パネル構造の成型を容易に行うことができる。

本発明によれば、軽量化を図りつつ、振動減衰性能を向上可能な車両用パネル構造の製造方法を提供することができる。

本発明の車両用パネル構造の製造方法により形成した車両用パネル構造をルーフパネルに適用した車両の要部斜視図である。ルーフパネルの平面図である。図２のIII −III 線断面図である。ベースパネルの断面図である。図４のベースパネルに充填材部形成工程により充填材部が形成されたベースパネルの断面図である。部材配置工程及び結合工程を示す断面図である。１対のベースパネルと充填材部と粘弾性体が結合した平板状のパネル部材の断面図である。成型工程を示す断面図である。接着防止材処理工程を示す断面図である。粘弾性体と接着防止材が一体化されたパネル状部材を示す断面図である。ベースパネル結合工程を示す断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。

最初に、車両１の全体構成について説明する。
図１に示すように、車両１には、左右１対のフロントピラー２がフロントウィンドシールドの左右両側に位置するように設けられ、これら１対のフロントピラー２の下部は、上下に延びるヒンジピラー（図示略）に夫々連結されている。１対のフロントピラー２の上端部には、後方に延びるルーフサイドレール３が夫々連結されている。図示を省略するが、１対のルーフサイドレール３の前端部間にはフロントヘッダが架設され、後端部間にはリヤヘッダが架設されている。

１対のルーフサイドレール３、フロントヘッダ及びリヤヘッダによって囲まれた領域は、車体上部において前後及び左右に広がるように配設されたルーフパネル４によって覆われている。このルーフパネル４は、図２，図３に示すように、平面視にて略矩形状に形成され、側面視にて前部及び後部が中間部よりも下方に位置する緩湾曲状に形成されている。尚、図３は上下方向スケールを拡大して示している。

次に、ルーフパネル４について説明する。
図１〜図３に示すように、ルーフパネル４は、離隔状に対向させた第１ベースパネル１０及び第２ベースパネル２０（１対のベースパネル）と、第１ベースパネル１０及び第２ベースパネル２０の相対向する内面に第１充填材部１２及び第２充填材部２２（１対の充填材部）と、第１充填材部１２及び第２充填材部２２の間に粘弾性体３１〜３４を備えている。この粘弾性体３１〜３４を介して第１，第２充填材部１２，２２が結合され、第１，第２充填材部１２，２２が夫々第１，第２ベースパネル１０，２０に接合されてルーフパネル４が形成されている。

第１，第２ベースパネル１０，２０は、前後に延びるように配置された炭素繊維と左右に延びるように配置された炭素繊維とを夫々強化材とした炭素繊維強化熱可塑性樹脂（熱可塑性ＣＦＲＰ）材によって構成されている優れた剛性を備えている。また、短繊維を強化材として熱可塑性樹脂母材に配合した繊維強化熱可塑性樹脂材により第１，第２ベースパネル１０，２０を構成することもできる。強化材としてはガラス繊維やアラミド繊維、セルロースナノファイバ等を使用することもできる。また、第１，第２ベースパネル１０，２０は、アルミ合金等の金属材料により構成することもできる。

第１充填材部１２は第１ベースパネル１０の下面（内面）に設けられ、第２充填材部２２は第２ベースパネル２０の上面（内面）に設けられている。第１，第２充填材部１２，２２は、第１，第２ベースパネル１０，２０よりも剛性の低い材料、例えば、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリエステル等の発泡体によって構成されている。

図２に示すように、粘弾性体３１〜３４は、平面視にて同一の略矩形状に夫々形成され、ルーフパネル４の中心Ｐを通る仮想的な前後方向ラインＸ及び車幅方向ラインＹに対して夫々線対称になるように前後及び左右に所定距離離隔して配置されている。

図３に示すように、粘弾性体３１，３４は、第１，第２充填材部１２，２２の厚さ（例えば１〜２ｍｍ）と略同じ厚さになるように夫々パネル状に形成されている。図示を省略するが粘弾性体３２，３３も同様である。これら粘弾性体３１〜３４は、上面が第１充填材部１２の下面（内面）に接合され、下面が第２充填材部２２の上面（内面）に接合されている。粘弾性体３１〜３４は、例えば、スチレン・ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、ニトリルゴムやエチレンプロピレンゴム等のゴム材料から構成されている。また、上記ゴム材料に代えて、ポリエステル樹脂ビニルエステル樹脂、ポリウレタン樹脂や他のエストラマ樹脂を用いても良い。

次に、本発明の車両用パネル構造の製造方法について、ルーフパネル４の製造工程に沿って説明する。尚、説明に用いる断面図は厚さ方向スケールを拡大して示している。
図４に示す平板状の第１ベースパネル１０を用意する。この第１ベースパネル１０のルーフパネル４の内面となる面に、図５に示すように充填材部形成工程において第１充填材部１２を形成する。具体的には、発泡体により形成されたパネル状の第１充填材部１２を第１ベースパネル１０に接合する。これと同様に、同じサイズの第２ベースパネル２０のルーフパネル４の内面となる面に第２充填材部２２を形成する。

次に、部材配置工程において、図６に示すように位置決めのための金型３６を例えばワークパレット３５に装着すると共に、第２充填材部２２を上側にした第２ベースパネル２０をワークパレット３５に載置する。金型３６により位置決めをして接着防止材３７と粘弾性体３１〜３４を配置し、その上に第１ベースパネル１０の外縁が第２ベースパネル２０の外縁に揃うように第１ベースパネル１０を配置する。このとき、第１ベースパネル１０は、第１充填材部１２を下側にして第１，第２充填材部１２，２２が対向するように配置する。

次に、結合工程において、配置された部材をヒータ３８等の加熱手段により接合温度（例えば１００℃〜１２０℃）に加熱して、第１充填材部１２を粘弾性体３１〜３４の上面部に接合すると共に、第２充填材部２２を粘弾性体３１〜３４の下面部に接合する。こうして第１ベースパネル１０と第２ベースパネル２０が結合した図７に示す平板状のパネル部材４０を形成する。この結合工程において、パネル面に垂直方向に圧縮するように加圧してもよい。

次に、成型工程において、図８に示すように平板状のパネル部材４０を金型４２，４３により形成される成型用金型内に配置し、接合温度より高い成型温度（例えば１３０℃〜１５０℃）に加熱しながら圧力を加えて緩湾曲状に成型する。このとき、第１，第２ベースパネル１０，２０の間には第１，第２充填材部１２，２２と粘弾性体３１〜３４と接着防止材３７が配設されているので成型用金型４２，４３の形状に沿ってパネル部材４０を成型することができる。また、接着防止材３７は、第１充填材部１２と第２充填材部２２の接合を防いでいる。

次に、接着防止材処理工程において、図９に示すように成型温度より高い接着防止材３７の処理温度（例えば１６０℃〜２５０℃）に加熱して接着防止材３７を熱により融解して外部に排出する。これにより第１充填材部１２と第２充填材部２２の間に空間ができ、第１充填材部１２と第２充填材部２２のパネル面に平行な方向の相対的な変位が容易になる。それ故、粘弾性体３１〜３４の歪変形が容易になる。尚、接着防止材３７は、衝撃等により粉砕して又は溶剤等により溶解して除去可能であってもよく、第１，第２充填材部１２，２２の面に平行方向の変位を妨げない場合には除去しなくてもよい。接着防止材３７としては、粉砕可能なパラフィン、熱で融解する合成ワックス等が挙げられ、接着防止材３７応じて処理方法が適宜選択される。

次に、金型４２，４３を冷却して取り外し、図３に示す車両用パネル構造であるルーフパネル４を得る。尚、上記厚さや温度は１例を示すものであって、これに限定されるものではない。

実施例１と異なる本発明の車両用パネル構造の製造方法について、ルーフパネル４の製造工程に沿って説明する。ルーフパネル４を構成する部材や得られるルーフパネル４の構造は実施例１と同等なので、同じ符号を付して説明を省略する。
図４に示す平板状の第１，第２ベースパネル１０，２０を用意する。また、図１０に示すように、パネル状の接着防止材３７に粘弾性体３１〜３４配置して一体化したパネル状部材３９を用意する。例えば、パネル状の接着防止材３７を厚さ方向に貫通する粘弾性体３１〜３４に対応する開口部に粘弾性体３１〜３４を嵌め込んでパネル状部材３９が形成される。接着防止材３７の厚さは粘弾性体３１〜３４の厚さと同等である。

次に、部材セット工程において、図１１に示すように、射出成形用の金型４４内に第１，第２ベースパネル１０，２０を対向状に離隔配置し、その間にパネル状部材３９を第１，第２ベースパネル１０，２０から夫々所定距離離隔して配置する。金型４４には充填材料１３を導入するための通路４５，４６が設けられている。

次に、ベースパネル結合工程において、第１，第２ベースパネル１０，２０とパネル状部材３９の間に、通路４５，４６から溶融状態の充填材料１３を充填する。充填材料１３は発泡剤を含み、発泡しながら充填され、充填された発泡体が冷却され硬化して図７に示す第１，第２充填材部１２，２２を形成する。発泡剤は充填時に全て発泡し、第１，第２充填材部１２，２２は発泡が完了した発泡体により形成される。

発泡体は、第１，第２ベースパネル１０，２０又は粘弾性体３１〜３４に接触して冷却され硬化する際に、接触した第１，第２ベースパネル１０，２０又は粘弾性体３１〜３４に接合する。金型４４は、発泡体が硬化することができる接合温度（例えば１００℃〜１２０℃）に維持される。充填完了後、冷却し金型４４を外して図７の平板状のパネル部材４０が得られる。この後は、実施例１と同様の成型工程及び接着防止材処理工程を経て、図３のルーフパネル４が形成される。

次に、本発明の作用、効果について説明する。
実施例１の車両用パネル構造の製造方法は、充填材部形成工程において第１，第２ベースパネル１０，２０に夫々第１，第２充填材部１２，２２を形成し、部材配置工程において粘弾性体３１〜３４と接着防止材３７を介して第１，第２充填材部１２，２２が対向するように第１，第２ベースパネル１０，２０を配置し、結合工程において接合温度に加熱して第１，第２充填材部１２，２２を粘弾性体３１〜３４に接合する。粘弾性体３１〜３４が配設されていない部分は、接着防止材３７もより第１充填材部１２と第２充填材部２２の接合が規制される。従って、振動減衰性能を備えた車両用パネル構造を形成することができる。

実施例２の車両用パネル構造の製造方法は、部材セット工程において、金型４４内に粘弾性体３１〜３４と接着防止材３７とが一体化されたパネル状部材３９から離隔して第１，第２ベースパネル１０，２０を対向状に配置し、ベースパネル結合工程において、溶融状態の充填材料１３を充填して第１，第２充填材部１２，２２を形成する。第１充填材部１２は、第１ベースパネル１０と粘弾性体３１〜３４に接合し、第２充填材部２２は、第２ベースパネル２０と粘弾性体３１〜３４に接合する。粘弾性体３１〜３４が配設されていない部分は、接着防止材３７により第１充填材部１２と第２充填材部２２の接合が規制される。従って、振動減衰性能を備えた車両用パネル構造を形成することができる。

結合工程又はベースパネル結合工程の後の接着防止材処理工程において、第１，第２充填材部１２，２２が互いにパネル面に平行方向に容易に変位することができるように接着防止材３７を処理するので、粘弾性体３１〜３４の歪変形を利用して振動減衰性能を発揮させることができる。

接着防止材処理工程において、結合工程又はベースパネル結合工程における接合温度よりも高い温度で接着防止材３７を融解させるので、第１，第２充填材部１２，２２の接合を接着防止材３７により規制した後、この接着防止材３７を融解させて排出することにより、パネル面に平行方向に容易に変位可能にすることができ、粘弾性体３１〜３４の歪変形を利用して振動減衰性能を発揮させることができる。

次に、前記実施例を部分的に変更した例について説明する。
［１］実施例１の充填材部形成工程において、第１，第２ベースパネル１０，２０に未発泡充填材又は発泡完了前の充填材中間体により第１，第２充填材部１２，２２を形成し、結合工程において第１，第２充填材部１２，２２の発泡を完了させるようにしてもよい。充填材部の発泡と接合のための加熱を同時に行うことができ、工程を簡略化できると共に、車両用パネル構造の形成を容易にすることができる。また、接着防止材３７の厚さを粘弾性体３１〜３４より小さくして粘弾性体３１〜３４の側面の一部も第１，第２充填材部１２，２２に接合し、粘弾性体３１〜３４と第１，第２充填材部１２，２２の間の滑りを規制するようにしてもよい。

［２］実施例１において、車両用パネル構造の成型後の湾曲が小さいため部材の位置ずれが発生し難い場合には、成型用の金型４２，４３内で部材配置工程と結合工程とパネル成型工程と接着防止材処理工程を連続処理してもよい。工程を簡略化して車両用パネル構造の形成を容易にすることができる。
［３］実施例２の部材セット工程において、パネル状部材３９の接着防止材３７から突出して第１ベースパネル１０又は第２ベースパネル２０に当接する突起状又は柱状のスペーサ部材を設けてもよい。第１，第２ベースパネル１０，２０との間隔を維持することができ、第１，第２充填材部１２，２２の厚さのばらつきを抑えることができる。

［４］形成された車両用パネル構造は、ルーフパネル以外にフロアパネルやサイドパネル等に適用することができ、剛性と振動吸収性能を備えた車両を構成することができる。
［５］その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施形態に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態を包含するものである。

４ルーフパネル
１０第１ベースパネル
１２第１充填材部
１３充填材料
２０第２ベースパネル
２２第２充填材部
３１〜３４粘弾性体
３６金型
３７接着防止材
３８ヒータ
３９パネル状部材
４０パネル部材
４２〜４４金型

Claims

１対のベースパネルを対向状に結合して形成する車両用パネル構造の製造方法において、
前記１対のベースパネルの相対向する内面に夫々充填材部を形成する充填材部形成工程と、
金型内に前記１対のベースパネルを前記充填材部が対向するように離隔配置すると共に、前記充填材部間に粘弾性体と接着防止材を配置する部材配置工程と、
加熱して前記１対のベースパネルの夫々の前記充填材部を前記粘弾性体に接合することにより前記粘弾性体を介して前記１対のベースパネルを結合する結合工程とを有することを特徴とする車両用パネル構造の製造方法。
１対のベースパネルを対向状に結合して形成する車両用パネル構造の製造方法において、
金型内に前記１対のベースパネルを対向状に離隔配置すると共に、前記１対のベースパネル間に粘弾性体と接着防止材とが一体化されたパネル状部材を前記１対のベースパネルから夫々間隔を空けて配置する部材セット工程と、
前記１対のベースパネルと前記パネル状部材の間に溶融状態の充填材料を充填して前記１対のベースパネルに接合された充填材部を夫々形成すると共に、前記１対のベースパネルの夫々の前記充填材部を前記粘弾性体に接合することにより前記粘弾性体を介して前記１対のベースパネルを結合するベースパネル結合工程を有することを特徴とする車両用パネル構造の製造方法。
前記充填材部形成工程において発泡完了前の充填材中間体又は未発泡充填材により前記充填材部を形成し、前記結合工程において前記充填材部を発泡させることを特徴とする請求項１に記載の車両用パネル構造の製造方法。
前記結合工程又は前記ベースパネル結合工程の後に、前記１対のベースパネルの充填材部が互いにパネル面に平行方向に容易に変位することができるように前記接着防止材を処理する接着防止材処理工程を備えたことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の車両用パネル構造の製造方法。
前記接着防止材処理工程においては、前記結合工程又は前記ベースパネル結合工程における接合温度よりも高い処理温度で前記接着防止材を融解させることを特徴とする請求項４に記載の車両用パネル構造の製造方法。
前記結合工程又は前記ベースパネル結合工程の後、前記接着防止材処理工程の前にパネル成型工程を備え、このパネル成型工程の成型温度が前記結合工程又は前記ベースパネル結合工程の前記接合温度より高温且つ前記接着防止材処理工程の前記処理温度より低温であることを特徴とする請求項５に記載の車両用パネル構造の製造方法。