JP2020032601A - 樹脂中空骨格部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】連続繊維材及びランダム材を材料として曲げ強度が高く安価な樹脂中空骨格部材を製造することが可能な樹脂中空骨格部材の製造方法を得る。【解決手段】ランダム繊維部材６１で形成された複数のパイプ材１１８、１２０、１２２及び連続繊維シート材１０６、１０８が、金型１１４のキャビティ部１１６の形状に沿って変形し、かつ一体化されてルーフＲ／Ｆが形成されることにより、曲げ強度の高いルーフＲ／Ｆを安価に形成することが可能となる。【選択図】図６

Description

本発明は、樹脂中空骨格部材の製造方法に関する。

特許文献１には、繊維材がランダムに配向して形成されたランダム繊維材をコア材とし、繊維材が一方向に配向して形成された連続繊維材をスキン層として接着させた積層体を含んで形成された車両骨格部材に関する技術が開示されている。

国際公開ＷＯ２０１２／１０５７１６号公報

一般に、車両骨格部材は、軽量かつ曲げ強度の高い構造が望ましい。このため、車両骨格部材には、軽量化を図る目的で当該車両骨格部材の長手方向に沿って閉断面部（中空部）が設けられているが、曲げ強度の向上については、当該中空部内において、車両骨格部材の長手方向に沿って中空部内を仕切る補強リブが形成されていることが好ましい。

ここで、ランダム繊維材を含む繊維強化樹脂材と連続繊維材を含む繊維強化樹脂材を比較してみると、連続繊維材を含む繊維強化樹脂材は、ランダム繊維材を含む繊維強化樹脂材よりも曲げ強度は高いが、その分高価である。このため、車両骨格部材として連続繊維材を含む繊維強化樹脂材のみで形成するとなると、コストアップは必至である。一方、連続繊維材及びランダム繊維材を材料として樹脂中空骨格部材を製造する方法については前例が無く、一考の余地がある。

本発明は上記事実を考慮し、連続繊維材及びランダム材を材料として曲げ強度が高く安価な樹脂中空骨格部材を製造することが可能な樹脂中空骨格部材の製造方法を得ることが目的である。

請求項１に記載の本発明に係る樹脂中空骨格部材の製造方法は、一方の型と他方の型とを含んで構成された金型で形成されたキャビティ部内に、繊維材がランダムに配向されたランダム繊維材を含んで形成されると共に中空部が設けられた樹脂製の複数の中空部材を配置する第１工程と、前記キャビティ部内に配置される前記複数の中空部材の外側に、当該複数の中空部材の長手方向に沿って連続して繊維材が配向された連続繊維材がシート状に形成された連続繊維シート材を配置する第２工程と、前記金型が閉じた状態で前記複数の中空部材の各中空部内へ流体を送給することで、前記複数の中空部材及び前記連続繊維シート材を前記キャビティ部の形状に沿って変形させ、かつ一体化させて樹脂中空骨格部材を形成する第３工程と、を有している。

請求項１に記載の本発明に係る樹脂中空骨格部材の製造方法では、一方の型と他方の型とを含んで構成された金型が用いられる。第１工程では、この金型で形成されたキャビティ部内に樹脂製の複数の中空部材を配置する。なお、当該複数の中空部材は、繊維材がランダムに配向されたランダム繊維材を含んで形成されたものである。

また、第２工程では、キャビティ部内に配置される複数の中空部材の外側に、連続繊維シート材を配置する。なお、当該連続繊維シート材は、中空部材の長手方向に沿って連続して繊維材が配向された連続繊維材がシート状に形成されたものである。

さらに、第３工程では、金型が閉じた状態で複数の中空部材の各中空部内へ流体を送給する（いわゆる内圧成形）。これにより、複数の中空部材は、各中空部内の流体による内圧によって外側へ向かってそれぞれ押し広げられ、連続繊維シート材と共にキャビティ部を形成する壁面側へ向かって押圧される。その結果、複数の中空部及び連続繊維シート材は、キャビティ部の形状に沿って変形し、かつ一体化されて樹脂中空骨格部材が形成される。

本発明では、樹脂中空骨格部材として、複数の中空部材を含んで構成されている。中空部材には中空部がそれぞれ設けられているため、当該樹脂中空骨格部材では、軽量化を図ることができる。また、樹脂中空骨格部材において、閉断面部（中空部）を形成するために、複数の中空部材を用い、内圧成形により当該複数の中空部材を一体化させることにより、中空部内に補強リブ（区画壁）を形成することが可能となる。これにより、樹脂中空骨格部材自体の曲げ強度の向上を図ることができる。

さらに、本発明では、樹脂製の複数の中空部及び連続繊維シート材が、金型のキャビティ部の形状に沿って変形し、かつ一体化されて樹脂中空骨格部材が形成されるため、複数の中空部材の外側には連続繊維シート材が設けられることとなる。

ここで、連続繊維シート材は、樹脂中空骨格部材の長手方向に沿って連続して繊維材が配向されており、これにより、ランダム繊維材を含む繊維強化樹脂材と比較すると曲げ強度が高くなっている。一方、ランダム繊維材を含む繊維強化樹脂材は、連続繊維シート材よりも安価である。このため、本発明では、樹脂中空骨格部材を構成する中空部材がランダム繊維材を含んで形成され、中空部材の外側に連続繊維シート材が設けられることにより、曲げ強度の高い樹脂中空骨格部材を安価に形成することが可能となる。

なお、本発明では、「ランダム繊維材」は、ガラスやカーボン等の繊維の長さが１００ｍｍよりも短くランダムに配向された繊維材をいい、「連続繊維材」は、樹脂中空骨格部材の長手方向に沿って一方向に連続して配向された繊維材をいう。また、「中空部材の外側」は、中空部材の上面側、下面側、側面側のことである。さらに、「流体」には、空気又は水等の液体が含まれる。また、本発明では、第１工程と第２工程の順番が逆でもよい。

本発明は、曲げ強度の高く安価な樹脂中空骨格部材を製造することができる、という優れた効果を有する。

本実施の形態に係る樹脂中空骨格部材が適用された車両を斜め前方側から見た斜視図である。 本実施の形態に係る樹脂中空骨格部材が適用されたルーフリインフォースメントを斜め前方側から見た斜視図である。 図２で示すＡ−Ａ線に沿って切断したときの断面図である。 （Ａ）は、本実施の形態に係る樹脂中空骨格部材が適用されたルーフリインフォースメントの平面図であり、（Ｂ）は、当該ルーフリインフォースメントの正面図である。 （Ａ）は、図４（Ｂ）で示すＢ−Ｂ線に沿って切断したときの断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の変形例である。 （Ａ）は、本実施の形態に係る樹脂中空骨格部材が適用されたルーフリインフォースメントを成形する前の状態を示す金型の断面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）で示すＣ−Ｃ線に沿って切断したときの断面図である。 （Ａ）は、本実施の形態に係る樹脂中空骨格部材が適用されたルーフリインフォースメントを成形した後の状態を示す金型の断面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）で示すＤ−Ｄ線に沿って切断したときの断面図である。 （Ａ）は、本実施の形態に係る樹脂中空骨格部材が適用されたルーフサイドレールの正面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）で示すＦ−Ｆ線に沿って切断したときの断面図、（Ｃ）は、（Ａ）で示すＥ−Ｅ線に沿って切断したときの断面図である。 （Ａ）は、本実施の形態に係る樹脂中空骨格部材が適用されたフロントサイドメンバを車両上下方向かつ車両幅方向に沿って切断したときの断面図であり、（Ｂ）は、本実施の形態に係る樹脂中空骨格部材が適用されたロッカを車両上下方向かつ車両幅方向に沿って切断したときの断面図である。 （Ａ）は、本実施の形態に係る樹脂中空骨格部材が適用されたフロアクロスメンバを車両上下方向かつ車両前後方向に沿って切断したときの断面図であり、（Ｂ）は、本実施の形態に係る樹脂中空骨格部材が適用されたフロントピラーを車両上下方向かつ車両幅方向に沿って切断したときの断面図である。 本実施の形態に係る樹脂中空骨格部材が適用されたバンパリインフォースメントを車両斜め前方側から見た斜視図である。

以下、図面を用いて本発明の実施形態に係る樹脂中空骨格部材の製造方法によって形成された樹脂中空骨格部材について説明する。なお、各図に適宜記す矢印ＦＲ、矢印ＵＰ、矢印ＯＵＴは、車両の前方向（進行方向）、上方向、外方向をそれぞれ示している。以下、単に前後、左右、上下の方向を用いて説明する場合、特に断りのない限り、車両前後方向の前後、車両左右方向（車両幅方向）の左右、車両上下方向の上下を示すものとする。また、各図においては、図面を見易くする関係から一部の符号を省略している場合がある。

（車両の構成）
まず、車両の構成について説明する。

図１には、車両（車体）１０を斜め前方側から見た斜視図が示されている。この図に示されるように、車両１０の車体前部１２には、車両１０を走行させるための電動モーター等の装置（いわゆるパワーユニット）を収容するためのパワーユニットルーム１４が設けられている。当該パワーユニットルーム１４には、車両１０の車両幅方向の両側部において、左右一対のフロントサイドメンバ１６が車両骨格部材として車両前後方向に沿ってそれぞれ延在されている。

当該左右一対のフロントサイドメンバ１６の前端には、略角筒状に形成され車両前後方向に沿って配置されたクラッシュボックス１８が衝撃吸収部材としてそれぞれ結合されている。そして、当該クラッシュボックス１８の前端には、車両前端における車両骨格部材として、車両幅方向に沿って延在されたバンパリインフォースメント（以下、「バンパＲ／Ｆ」という）２０が結合されている。なお、クラッシュボックス１８は必ずしも別途設ける必要はない。また、本実施形態における「結合」には、ボルトやリベット等の締結による結合以外に溶接等による結合も含まれる。

また、左右一対のフロントサイドメンバ１６の後端には、パワーユニットルーム１４と車室２２とを車両前後に区画するダッシュパネル２４が結合されている。当該ダッシュパネル２４の下端には、ダッシュパネル２４が結合されており、当該ダッシュパネル２４の下端には、車室２２の床部２５を構成するフロアパネル２６が結合されている。なお、図示はしないが、ダッシュパネル２４の下端に、車両幅方向に沿って延在されたダッシュクロスが車両骨格部材として結合されている場合もある。

当該フロアパネル２６の車両幅方向の両端には、左右一対のロッカ２８が車両骨格部材として車両前後方向に沿ってそれぞれ結合されており、左右一対のロッカ２８間には、車両骨格部材としてフロアクロスメンバ３０が車両幅方向に沿って複数架け渡されている。

ここで、ロッカ２８は、車両１０の車体側部３２の下端部に設けられている。一方、車体側部３２の上端部には、車両骨格部材としてルーフサイドレール３４が車両前後方向に沿って延在されている。車体側部３２の前端部には、このルーフサイドレール３４の前端と連続するようにして、車両前方側へ向かって斜め下方へ傾斜すると共に図示しないフロントシールドガラスの側端を支持する、フロントピラーアッパ３６が車両骨格部材として設けられている。

そして、このフロントピラーアッパ３６の前端とロッカ２８の前端の間には、フロントピラーロア３８が車両骨格部材として車両上下方向に沿って延在されている。つまり、フロントピラー４０は、簡単にいうと、フロントピラーアッパ３６によって上部が構成され、フロントピラーロア３８によって下部が構成されている。

また、ロッカ２８の車両前後方向の中央部とルーフサイドレール３４の間には、車両骨格部材としてセンタピラー４２が車両上下方向に沿って架け渡されており、ロッカ２８の車両前後方向の後端とルーフサイドレール３４の後端の間には、車両骨格部材としてリヤピラー４４が車両上下方向に沿って架け渡されている。

そして、ロッカ２８、ルーフサイドレール３４、フロントピラー４０及びセンタピラー４２によって輪郭が囲まれた領域は、図示を省略したフロントサイドドアのドア開口部４６とされている。また、ロッカ２８、ルーフサイドレール３４、センタピラー４２及びリヤピラー４４によって輪郭が囲まれた領域は、同様に図示を省略したリヤサイドドアのドア開口部４８とされている。

さらに、車両１０の車体後部５０には、左右一対のリヤサイドメンバ５２が車両骨格部材として車両前後方向に沿って延在されている。また、左右のリヤサイドメンバ５２には、荷室の床面を構成するリヤパネル５４の左右方向の両端部がそれぞれ接合されており、当該左右のリヤサイドメンバ５２の後端には、図示はしないがリヤバンパリインフォースメントが結合されている。

一方、左右一対のルーフサイドレール３４間には、図示しないルーフパネルの前端部に相当する位置に、車両骨格部材としてフロントルーフヘッダ５６が車両幅方向に沿って架け渡されている。また、左右一対のルーフサイドレール３４間におけるルーフパネルの後端部に相当する位置には、車両骨格部材としてリヤルーフヘッダ５８が車両幅方向に沿って架け渡されている。さらに、左右一対のルーフサイドレール３４間におけるルーフパネルの車両前後方向の中央部に相当する位置には、車両骨格部材としてルーフリインフォースメント（以下、「ルーフＲ／Ｆ」という）６０が車両幅方向に沿って架け渡されている。

ところで、左右一対のルーフサイドレール３４には、車両幅方向の内側へ向かってそれぞれ張り出すブラケット６２がそれぞれ結合されている。このブラケット６２に、ルーフＲ／Ｆ６０の車両幅方向（長手方向）の両端部がそれぞれ結合されている。なお、フロントルーフヘッダ５６とルーフＲ／Ｆ６０、ルーフＲ／Ｆ６０とリヤルーフヘッダ５８の間には、複数のルーフＲ／Ｆ６４が左右一対のルーフサイドレール３４間に架け渡されているが、これらのルーフＲ／Ｆ６４にはブラケット６２は設けられていない。

ここで、本実施の形態に係る樹脂中空骨格部材が適用されたルーフＲ／Ｆ６０について説明する。

（ルーフＲ／Ｆの構成）
以下、本実施の形態に係るルーフＲ／Ｆ６０の構成について説明する。

図１に示されるように、左右一対のルーフサイドレール３４の間には、車両幅方向に延在するルーフＲ／Ｆ６０が配置されている。図２には、ルーフＲ／Ｆ６０を斜め前方側から見た斜視図が示されており、この図に示されるように、ルーフＲ／Ｆ６０は、車両幅方向に沿って上方側へ向かって緩やかに膨らむカーブを描くように形成されている。

一方、図３には、ルーフＲ／Ｆ６０は、車両上下方向かつ車両前後方向（Ａ−Ａ線）に沿って切断したときの断面図が示されている。この図に示されるように、ルーフＲ／Ｆ６０は、車両前方側に位置する前壁部６６と、車両後方側に位置する後壁部６８と、車両上方側に位置する上壁部７０と、車両下方側に位置する下壁部７２と、を含んで構成されている。

そして、前壁部６６、後壁部６８、上壁部７０及び下壁部７２によって囲まれた空間によって閉断面部７４が設けられている。この閉断面部７４内には、当該閉断面部７４を車両前後方向に沿って略均等に３分割する区画壁７６、７８が設けられており、この区画壁７６、７８によって、閉断面部７４は、さらに閉断面部（中空部）７４Ａ、７４Ｂ、７４Ｃに区画されている。また、閉断面部７４Ａ、７４Ｂ、７４Ｃの内壁面８０には、ナイロンやポリエステル等、伸縮性を有する薄膜フィルムで構成された薄膜部８２が当該内壁面８０と一体に設けられている。

また、ルーフＲ／Ｆ６０の上壁部７０には、車両前後方向に沿って前方側へ張り出すフランジ部８４が設けられると共に、車両前後方向に沿って後方側へ向かって張り出すフランジ部８６が設けられている。

一方、前述のように、図１に示される一対のルーフサイドレール３４には、車両幅方向の内側へ向かって延びるブラケット６２がそれぞれ固定されており、当該ブラケット６２によってルーフＲ／Ｆ６０の車両幅方向の両端部が固定されるようになっている。

図２に示すブラケット６２は、車両前後方向に沿って切断したときの断面形状が上方側を開口とするハット型を成しており、前壁部８８、後壁部９０及び下壁部９２を含んで構成されている。当該前壁部８８の上端からは、車両前後方向の前方側へ向かってフランジ部９４が張り出しており、当該後壁部９０の上端からは、車両前後方向の後方側へ向かってフランジ部９６が張り出している。

そして、ブラケット６２の下壁部９２には、ルーフＲ／Ｆ６０の下壁部７２が重なり、ブラケット６２のフランジ部９４、９６には、ルーフＲ／Ｆ６０のフランジ部８４、８６がそれぞれ重なるようになっている。

また、ブラケット６２の下壁部９２には、複数の結合孔９８が形成されており、ルーフＲ／Ｆ６０の下壁部７２には、図示はしないが、当該結合孔９８に対応する位置にそれぞれ結合孔が形成されている。さらに、ブラケット６２のフランジ部９４、９６には、複数の結合孔１００が形成されており、ルーフＲ／Ｆ６０のフランジ部８４、８６には、当該結合孔１００に対応する位置にそれぞれ結合孔１０２が形成されている。

図３に示されるように、当該結合孔１００、１０２には、ボルト等の締結具１０４が挿入可能とされており、この締結具１０４を介して、ルーフＲ／Ｆ６０がブラケット６２に締結（固定）されるようになっている。なお、図示はしないが、結合孔９８（図２参照）も結合孔１００、１０２と同様である。

ここで、ルーフＲ／Ｆ６０は、繊維強化樹脂によって成形されており、繊維材がランダムに配向されて形成されたランダム繊維材を含んで構成されている。なお、本実施形態において樹脂材については、熱硬化系でも熱可塑系でもどちらでも使うことが可能である。

また、当該ルーフＲ／Ｆ６０において、上壁部７０の上部には、フランジ部８４、８６を含んでルーフＲ／Ｆ６０の長手方向に沿って連続して繊維材が配向（いわゆる０°配向）された連続繊維シート材１０６が設けられている。また、ルーフＲ／Ｆ６０の下壁部７２の下部にも、上壁部７０と同様に、連続繊維材が０°配向された連続繊維シート材１０８が設けられている。なお、連続繊維シート材１０６、１０８は、ガラス繊維（ＧＦ）、カーボン繊維（ＣＦ）等の繊維材に樹脂材を含浸させたプリプレグ材である。

一方、ルーフＲ／Ｆ６０のフランジ部８４、８６では、結合孔１０２が形成されている。このため、当該結合孔１０２の周辺部では、ルーフＲ／Ｆ６０の長手方向に対して交叉する方向に沿って連続して繊維材が配向（例えば、９０°配向、＋４５°配向、−４５°配向）された連続繊維シート材（図示省略）が、連続繊維材が０°配向された連続繊維シート材１０６上に積層されてもよい。なお、以下の説明では、０°配向された繊維材に対して交叉する方向に沿って連続して配向された繊維材を便宜上、「交叉配向」という。

このように、連続繊維材が０°配向された連続繊維シート材１０６上に、繊維材が交叉配向された連続繊維シート材が積層されることによって、結合孔１０２の周辺部の強度は向上する。

（ルーフＲ／Ｆの作用及び効果）
まず、本実施の形態に係るルーフＲ／Ｆ６０の製造方法について説明する。なお、説明の便宜上、フランジ部８４、８６の図示は省略する。

図４（Ａ）には、ルーフＲ／Ｆ６０の平面図が示されており、図４（Ｂ）には、ルーフＲ／Ｆ６０の正面図が示されている。また、図５（Ａ）には、図４（Ｂ）に示すＢ−Ｂ線に沿って切断したときの断面図が示されている。さらに、図６（Ａ）には、ルーフＲ／Ｆ６０を成形する前の状態を示す金型１１４の断面図が示されており、図６（Ｂ）には、図６（Ａ）に示すＣ−Ｃ線に沿って切断したときの断面図が示されている。また、図７（Ａ）には、ルーフＲ／Ｆ６０を成形した後の状態を示す金型１１４の断面図が示されており、図７（Ｂ）には、図７（Ａ）に示すＤ−Ｄ線に沿って切断したときの断面図が示されている。

図６（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、本実施形態におけるルーフＲ／Ｆ６０（図５（Ａ）参照）は、上型（一方の型）１１０と下型（他方の型）１１２とを含んで構成された金型１１４によって成形される。この金型１１４が閉じた状態で、上型１１０の内壁面１１０Ａと下型１１２の内壁面１１２Ａとで空間（以下、「キャビティ部」という）１１６が形成される。

第１工程では、例えば、図６（Ｂ）に示されるように、このキャビティ部１１６内における下型１１２の内壁面１１２Ａ側の所定の位置に、ルーフＲ／Ｆ６０（図５（Ａ）参照）の下部の一部を構成する連続繊維シート材１０８を配置する。そして、この連続繊維シート材１０８の上に、ルーフＲ／Ｆ６０の閉断面部７４Ａ、７４Ｂ、７４Ｃ（図５（Ａ）参照）を形成するパイプ材（中空部材）１１８、１２０、１２２を配置する。なお、下型１１２において、パイプ材１１８、１２０、１２２を保持する保持部材がある場合は、当該保持部材によってパイプ材１１８、１２０、１２２は保持される。

ここで、図示はしないが、パイプ材は、ランダム繊維材で形成され、ＳＭＣ（Ｓｈｅｅｔ Ｍｏｌｄｉｎｇ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ）やスタンピング用のシート材（ランダムシート材）を用い、これに内圧をかけて中空部が形成される。このように、内圧をかけるため、ランダム繊維材の内側には、ナイロンやポリエステル等の薄膜フィルムを環状にした薄膜部が設けられるが、所定の径を有する心材に、当該薄膜部をはめてランダムシート材を巻き付けることでパイプ状のランダム繊維材が形成される。

ところで、本実施形態では、図６（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、パイプ材１１８、１２０、１２２は、金型１１４の長手方向に対して略直交する幅方向に沿って３本配置される。当該パイプ材１１８、１２０、１２２は略同じ形状とされており、各パイプ材１１８、１２０、１２２には、中空部１１８Ａ、１２０Ａ、１２２Ａがそれぞれ設けられている。そして、当該中空部１１８Ａ、１２０Ａ、１２２Ａによって閉断面部７４Ａ、７４Ｂ、７４Ｃ（図７（Ｂ）参照）が形成される。

次に、第２工程では、金型１１４のキャビティ部１１６内における上型１１０の内壁面１１０Ａ側の所定の位置に連続繊維シート材１０６を配置する。この場合、連続繊維シート材１０６は、例えば、接着、吸引等により上型１１０の内壁面１１０Ａから離脱しないように保持される。

そして、第３工程では、金型１１４が閉じた状態でパイプ材１１８、１２０、１２２の中空部１１８Ａ、１２０Ａ、１２２Ａ内へ流体（空気、液体）が送給される（いわゆる内圧成形）。このとき、パイプ材１１８、１２０、１２２は、中空部１１８Ａ、１２０Ａ、１２２Ａ内の流体による内圧によって外側（金型１１４の上型１１０の内壁面１１０Ａ及び下型１１２の内壁面１１２Ａ側）へ向かって押し広げられる。

ここで、図６（Ｂ）、図７（Ｂ）に示されるように、パイプ材１１８、１２０、１２２の中空部１１８Ａ、１２０Ａ、１２２Ａ内の内圧を等しくすることで、パイプ材１１８、１２０、１２２に作用する力が略均等になる。これにより、ルーフＲ／Ｆ本体１２４において、閉断面部７４内を略均等に３分割する位置に区画壁７６、７８を形成することができる。

そして、ルーフＲ／Ｆ本体１２４の閉断面部７４内の区画壁７６、７８において、隣接するパイプ材１１８とパイプ材１２０、パイプ材１２０とパイプ材１２２が重なることによって板厚が厚くなり、その根元部７６Ａ、７８Ａの角Ｒを確保し、強度向上を図ることができる。

また、第３工程では、パイプ材１１８、１２０、１２２は、連続繊維シート材１０６と共に、温調された金型１１４のキャビティ部１１６の一部を形成する上型１１０の内壁面１１０Ａ側へ向かって押圧されると共に、連続繊維シート材１０８と共に金型１１４のキャビティ部１１６の他部を形成する下型１１２の内壁面１１２Ａ側へ向かって押圧される（いわゆるプレス成形）。

その結果、パイプ材１１８、１２０、１２２及び連続繊維シート材１０６、１０８は、金型１１４のキャビティ部１１６における上型１１０の内壁面１１０Ａ及び下型１１２の内壁面１１２Ａの形状に沿って変形し、かつ一体化され、図７（Ｂ）に示されるように、樹脂中空骨格部材としてのルーフＲ／Ｆ６０が形成される。

すなわち、図６（Ｂ）に示されるパイプ材１１８、１２０、１２２によって、図７（Ｂ）に示されるルーフＲ／Ｆ本体１２４（ルーフＲ／Ｆ６０の前壁部６６、後壁部６８、上壁部７０、下壁部７２及び区画壁７６、７８）がそれぞれ形成される。また、図６（Ｂ）に示されるパイプ材１１８の中空部１１８Ａ、パイプ材１２０の中空部１２０Ａ、パイプ材１２２の中空部１２２Ａによって、図７（Ｂ）に示されるルーフＲ／Ｆ６０の閉断面部７４Ａ、７４Ｂ、７４Ｃがそれぞれ形成されることとなる。

以上のように、本実施形態では、樹脂中空骨格部材としてのルーフＲ／Ｆ６０は、図６（Ｂ）に示されるように、複数のパイプ材１１８、１２０、１２２を含んで構成されている。パイプ材１１８、１２０、１２２には中空部１１８Ａ、１２０Ａ、１２２Ａがそれぞれ設けられているため、当該ルーフＲ／Ｆ６０（図５（Ａ）参照）では、軽量化を図ることができる。

また、本実施形態では、図６（Ｂ）、図７（Ｂ）に示されるように、ルーフＲ／Ｆ６０において、中空部（閉断面部７４）を形成するために複数のパイプ材１１８、１２０、１２２を用い、内圧成形により当該複数のパイプ材１１８、１２０、１２２を一体化させている。これにより、本実施形態では、ルーフＲ／Ｆ６０の中空部（閉断面部７４）内に区画壁７６、７８を形成することが可能となり、ルーフＲ／Ｆ６０自体の曲げ強度の向上を図ることができる。

さらに、本実施形態では、図５（Ａ）に示されるように、ランダム繊維部材６１で形成されたルーフＲ／Ｆ本体１２４と連続繊維シート材１０６、１０８が一体化されることにより、ルーフＲ／Ｆ６０において、閉断面部７４内に補強リブとしての区画壁７６、７８が形成された強固な樹脂中空骨格部材とすることができる。

また、本実施形態では、図６（Ｂ）、図７（Ｂ）に示されるように、ランダム繊維部材６１で形成された複数のパイプ材１１８、１２０、１２２及び連続繊維シート材１０６、１０８が、金型１１４のキャビティ部１１６の形状に沿って変形し、かつ一体化されてルーフＲ／Ｆ６０が形成される。つまり、当該ルーフＲ／Ｆ６０では、複数のパイプ材１１８、１２０、１２２（ルーフＲ／Ｆ本体１２４）の外側には、連続繊維シート材１０６、１０８が設けられることとなる。

ところで、車両において、衝突等の更なる安全強化に関わる強度向上、操縦安定性等の動的変形を抑制する剛性向上のニーズは昨今も増加している。また、ＣＯ２排出削減、省エネルギの観点から軽量化のニーズも高まっている。これらを両立するため、低比重で比強度、比剛性に優れる、強度の高い、ガラス繊維樹脂（ＧＦＲＰ）やカーボン繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）を使った車体骨格構造も採用されてきている。但し、その採用に当たっては、次の課題がある。

１つ目として、ＧＦＲＰやＣＦＲＰによって成形された部材を閉断面構造の車両骨格部材とするためには、車両骨格部材が２部材で構成され、両者をリベット、ボルト、接着剤等で接合アッセンブリー（ＡＳＳＹ）する必要がある。このため、閉断面構造の車両骨格部材を一部材で構成することが望まれる。

２つ目として、車体骨格部材は、閉断面部の形状が大きく、広くなる（偏平）傾向にあり、車体骨格部材に変形等の荷重が負荷された際、閉断面部は弾性変形を起こし、車体骨格部材が長手方向に沿った全断面に亘って塑性変形する前に、車体骨格部材において、断面座屈、割れ、亀裂破壊が生じる可能性が高い。そのため、閉断面部内に仕切リブ（隔壁リブ）を設定することで、車体骨格部材において、設定された高い材料強度を使い切る（効果的に利用する）ことが可能となる。つまり、材料強度を使い切ることができれば、相対的に肉厚を薄くすることができ、軽量化、材料コストの削減に繋げることができる。

３つ目として、車体骨格部材として使用が望まれる、強度が高いＧＦＲＰやＣＦＲＰの連続繊維材の材料費は高価であるため、使用量を減らしたいという要望がある。また、車両骨格部材に荷重が負荷された際に、その部材に発生する応力は、断面の部位毎に異なった大きさで分布するため、負荷の小さい部位には、材料費が比較的に安価なランダム繊維材を使うことが望ましい。

４つ目として、閉断面部が形成される車両骨格断面を製造する方法として、押し出し工法、両端から入れ子を入れて成形後に引き抜く引抜き工法があるが、これらの工法は長手方向に沿って一定断面であり、ストレート形状である。また、仮に、長手方向に沿って曲率を設けることができたとしても、かなり大きめの一定曲率のものしか作ることはできなかった。このため、車体骨格部材として、設計の自由度を上げ、採用頻度を上げるためには、一定曲率ではなく、任意に曲げられる形状、かつ、閉断面部の可変が可能であることが必要となる。

一方、例えば、ルーフＲ／Ｆでは、車両の側突時において、上下方向の曲げ応力が作用した場合、ルーフＲ／Ｆの下面側が座屈変形する。このため、ルーフＲ／Ｆのように、長手方向の上下曲げの車両骨格部材では、上面と下面を強化する必要がある。また、ＧＦＲＰやＣＦＲＰ等の長繊維強化樹脂材は、引張強度よりも圧縮強度が相対的に低いため、ルーフＲ／Ｆにおいて、下面側の長繊維材の板厚を上面側よりも厚く設定した方がよい。また、強度の高い長繊維材は、断面高さの略中央部にある中立軸よりもできるだけ離れた位置に配置した方がよい。さらに、ルーフＲ／Ｆのように、上下方向の曲げ変形部材においては、上下面（特に下面）の分担荷重が高く、それ以外の前壁、後壁や閉断面部内の仕切りリブ（区画壁）の発生応力は、上下面と比較して相対的に低い応力である。

以上のことから、当該ルーフＲ／Ｆにおいて、上下面の中立軸から離れた部位に、ルーフＲ／Ｆの長手方向に沿って連続して繊維材が配向された連続繊維材が適し、それ以外の箇所は、比較的に安価なランダム繊維が適している。

しかしながら、ランダム繊維を含むＦＲＰを用いた構成では、母材となる樹脂を軟化させる場合の加熱時において、連続繊維を含むＦＲＰを用いた場合に比べて、車両用骨格部材とＦＲＰとを接着する接着材が流れ易くなる場合がある。このように、接着材が流れ易くなると、車両用骨格部材とＦＲＰとの接着性は低下する。

したがって、本実施形態では、図６（Ｂ）、図７（Ｂ）に示されるように、ランダム繊維材を含むＦＲＰ（以下、「ランダム繊維部材」という）６１で形成された複数のパイプ材１１８、１２０、１２２及び連続繊維シート材１０６、１０８を含み、流体による内圧成形及び温調された上下型によるプレス成形により、ルーフＲ／Ｆ６０を成形している。

前述のように、連続繊維シート材１０６、１０８は、長手方向に沿って連続繊維が配向（０°配向）されているため、連続繊維シート材１０６、１０８は、ランダム繊維部材６１と比較すると、曲げ強度が高くなっている。一方、ランダム繊維部材６１は、連続繊維シート材１０６、１０８よりも安価である。

したがって、本実施形態では、ルーフＲ／Ｆ本体１２４を構成する複数のパイプ材１１８、１２０、１２２がランダム繊維部材６１で形成され、複数のパイプ材１１８、１２０、１２２の外側に連続繊維シート材１０６、１０８が設けられることにより、曲げ強度の高いルーフＲ／Ｆ６０を安価に形成することが可能となる。

特に、ルーフＲ／Ｆ６０は、車両１０の側面衝突時において、衝撃荷重が入力されると、ルーフＲ／Ｆ６０の下面６０Ｂ側には、圧縮力が作用し、これによってルーフＲ／Ｆ６０の折れが発生する可能性がある。このため、車両１０の側面衝突時にルーフＲ／Ｆ６０の強度に大きく作用する外側の上面６０Ａ、下面６０Ｂ側を、それぞれ曲げ方向に連続繊維を配向させた連続繊維シート材１０６、１０８とする。

なお、図３では、連続繊維シート材１０８の板厚は、連続繊維シート材１０６の板厚と略同じに設定されているが、前述のように、ルーフＲ／Ｆ６０では、連続繊維シート材１０８の板厚は、連続繊維シート材１０６よりも厚くなるように設定された方がよい。また、ルーフＲ／Ｆ６０において、車両１０の側面衝突時に比較的大きな力が作用しない閉断面部７４Ａ、７４Ｂ、７４Ｃは、ランダム繊維部材６１で形成されたパイプ材１１８、１２０、１２２によって形成される。

なお、本実施形態では、ルーフＲ／Ｆ６０において、パイプ材１１８、１２０、１２２を３本用い、区画壁７６、７８を形成すると共に、閉断面部７４Ａ、７４Ｂ、７４Ｃが形成されている。しかし、樹脂中空骨格部材において、閉断面部が形成されると共に、当該閉断面部内に補強リブを設けることができればよいため、これに限るものではない。例えば、パイプ材を２本用いた場合は、図５（Ｂ）に示されるように、樹脂中空骨格部材１２６の閉断面部１２８内には、補強リブ１３０が１本設けられることになる。

また、ルーフＲ／Ｆ６０において、閉断面部７４は車両前後方向に沿って略均等に３分割されているが、必ずしも均等に分割されなくてもよい。また、パイプ材１１８、１２０、１２２は、略同じ形状とされているが、必ずしも同じ形状である必要はない。

さらに、本実施形態では、中空部１１８Ａ、１２０Ａ、１２２Ａ内には、伸縮性を有するフィルム製の薄膜部８２が設けられている。これにより、中空部１１８Ａ、１２０Ａ、１２２Ａ内に流体が供給された場合、薄膜部８２により流体の漏れは抑制され、パイプ材１１８、１２０、１２２に効率良く内圧が作用することとなる。しかしながら、パイプ材１１８、１２０、１２２は、繊維強化樹脂によって成形されているため、当該薄膜部８２は必ずしも必要ではない。

また、本実施形態では、図５（Ｂ）に示されるように、金型１１４が上型１１０と下型１１２を含んで構成され、下型１１２に対して上型１１０が上下方向に沿って動作する金型１１４で内圧成形するため、樹脂中空骨格部材の断面を可変にしたり、さらに強度が必要な箇所に局所的に連続繊維シート材を追加したりすることも可能である。

さらに、本実施形態では、連続繊維シート材１０６、１０８は、連続繊維材が０°配向された連続繊維シート材が用いられているが、これに限るものではない。例えば、連続繊維材が交叉配向された連続繊維シート材が用いられてもよいし、これらが積層された連続繊維シート材が用いられてもよい。

また、本実施形態では、第１工程の次に第２工程の作業を行うようになっているが、第２工程の次に第１工程の作業を行ってもよい。また、図６（Ｂ）に示されるように、金型１１４は上型１１０と下型１１２を含んで上下に分割されて構成されているが、これに限るものではない。例えば、図示はしないが、左右に分割して構成された金型を用いてもよい。また、これらの金型では、一方の型が他方の型に対して直線移動するようになっているが、これに限るものではない。例えば、一方の型が他方の型に対して、回動移動するように構成された金型でもよい。

（本実施形態の変形例）
以上の本実施形態では、樹脂中空骨格部材として、ルーフＲ／Ｆ６０を例に挙げて説明したが、本実施形態における樹脂中空骨格部材は、ルーフＲ／Ｆ６０に限るものではない。例えば、図１に示すフロントサイドメンバ１６、リヤサイドメンバ５２、フロアクロスメンバ３０、フロントピラー４０、ルーフサイドレール３４、ロッカ２８及びバンパＲ／Ｆ２０等に適用可能とされる。

以下、それぞれ簡単に説明する。

（ルーフサイドレール）
図４（Ｂ）に示されるように、ルーフＲ／Ｆ６０では、車両幅方向（長手方向）に沿って高さ方向（幅方向）の寸法が略一定となっているが、これに限るものではない。本実施形態では、図６（Ｂ）、図７（Ｂ）に示されるように、内圧成形により、パイプ材１１８、１２０、１２２の中空部１１８Ａ、１２０Ａ、１２２Ａ内を外側へ向かって押し広げ、当該パイプ材１１８、１２０、１２２を金型１１４のキャビティ部１１６の形状に沿って変形させる。このため、外形において特に限定されるものではなく、樹脂中空骨格部材において、長手方向に沿って幅方向の寸法が変わるように設定されてもよい。

例えば、図８（Ａ）には、ルーフサイドレール３４の正面図が示されている。この図に示されるように、ルーフサイドレール３４では、車両前後方向の略中央部３４Ａから車両前後方向の両端部３４Ｂへ向かうにつれて徐々に高さ方向の寸法が大きくなるように設定されている。

つまり、ルーフサイドレール３４の車両前後方向の略中央部３４Ａでは、図８（Ｃ）に示されるように、高さ方向の寸法がＨ１となっており、ルーフサイドレール３４の車両前後方向の両端部３４Ｂでは、図８（Ｂ）に示されるように、高さ方向の寸法はＨ２（＞Ｈ１）となっている。

このように、ルーフサイドレール３４では、当該ルーフサイドレール３４の車両前後方向の両端部３４Ｂにおける高さ方向の寸法を、当該ルーフサイドレール３４の車両前後方向の中央部３４Ａよりも大きくすることにより、断面係数を大きくして曲げ強度がより高くなるように設定することができる。

（フロントサイドメンバ）
図９（Ａ）には、フロントサイドメンバ１６を車両上下方向かつ車両幅方向に沿って切断したときの断面図が示されている。この図に示されるように、フロントサイドメンバ１６は、車両幅方向の外側に位置する外壁部１３２と、車両幅方向の外側に位置する内壁部１３４と、車両上方側に位置する上壁部１３６と、車両下方側に位置する下壁部１３８と、を含んで構成されている。

そして、外壁部１３２、内壁部１３４、上壁部１３６及び下壁部１３８によって囲まれた空間によって閉断面部１４０が設けられており、当該閉断面部１４０内には、車両上下方向に沿って３分割する区画壁１４２、１４４が設けられている。

ここで、フロントサイドメンバ１６は、ランダム繊維部材６１を含んで形成されている。また、フロントサイドメンバ１６の外壁部１３２の車両幅方向の外側には、当該フロントサイドメンバ１６の長手方向に沿って配向（０°配向）された連続繊維シート材１４６が設けられている。さらに、フロントサイドメンバ１６の内壁部１３４の車両幅方向の内側には、連続繊維材が０°配向された連続繊維シート材１４８が設けられている。また、フロントサイドメンバ１６の上壁部１３６の上側には、連続繊維材が０°配向された連続繊維シート材１５０が設けられ、フロントサイドメンバ１６の下壁部１３８の下側には、連続繊維材が０°配向された連続繊維シート材１５２が設けられている。

なお、連続繊維シート材１４６、１４８、１５０、１５２の板厚は、同じでもよいし、それぞれ異なっていてもよい。例えば、連続繊維シート材１４６、１４８の板厚を連続繊維シート材１５０、１５２の板厚よりも厚くしてもよい。この場合、フロントサイドメンバ１６において、車両幅方向の曲げ強度をより向上させることができる。さらに、連続繊維シート材１４６、１４８において、連続繊維シート材１４６の板厚を連続繊維シート材１４８の板厚よりも厚くしてもよい。

また、連続繊維シート材１５０、１５２の板厚を連続繊維シート材の板厚よりも厚くすることで、フロントサイドメンバ１６において、車両上下方向の曲げ強度をより向上させることができる。つまり、本実施形態では、フロントサイドメンバ１６の仕様に応じて、連続繊維シート材１４６、１４８、１５０、１５２の板厚は適宜変更可能となる。

また、ここでは、フロントサイドメンバ１６について説明したが、リヤサイドメンバ５２もこれと同様である。

（ロッカ）
図９（Ｂ）には、ロッカ２８を車両上下方向かつ車両幅方向に沿って切断したときの断面図が示されている。この図に示されるように、ロッカ２８は、ランダム繊維部材６１を含んで形成されており、図９（Ａ）に示すフロントサイドメンバ１６と同様に、外壁部１５４と、内壁部１５６と、上壁部１５８と、下壁部１６０と、を含んで構成されている。

そして、外壁部１５４、内壁部１５６、上壁部１５８及び下壁部１６０によって囲まれた空間によって閉断面部１６２が設けられており、当該閉断面部１６２内には、車両上下方向に沿って３分割する区画壁１６４、１６６が設けられている。

また、外壁部１５４の車両幅方向の外側には、ロッカ２８の長手方向に沿って配向（０°配向）された連続繊維シート材１６８が設けられ、内壁部１５６の車両幅方向の内側には、連続繊維材が０°配向された連続繊維シート材１７０が設けられている。これにより、当該ロッカ２８において、車両幅方向の曲げ強度を向上させることができる。

（フロアクロスメンバ）
図１０（Ａ）には、フロアクロスメンバ３０を車両上下方向かつ車両前後方向に沿って切断したときの断面図が示されている。この図に示されるように、フロアクロスメンバ３０は、ランダム繊維部材６１を含んで形成されており、車両前方側に位置する前壁部１７２と、車両後方側に位置する後壁部１７４と、車両上方側に位置する上壁部１７６と、車両下方側に位置する下壁部１７８と、を含んで構成されている。

そして、前壁部１７２、後壁部１７４、上壁部１７６及び下壁部１７８によって囲まれた空間によって閉断面部１８０が設けられており、当該閉断面部１８０には、車両幅方向に沿って３分割する区画壁１８２、１８４が設けられている。

また、フロアクロスメンバ３０は、上壁部１７６の上側には、フロアクロスメンバ３０の長手方向に沿って配向（０°配向）された連続繊維シート材１８６が設けられており、下壁部１７８の下側には、連続繊維材が０°配向された連続繊維シート材１８８が設けられている。これにより、当該フロアクロスメンバ３０において、車両上下方向の曲げ強度を向上させることができる。

（フロントピラー）
図１０（Ｂ）には、フロントピラー４０を車両上下方向かつ車両幅方向に沿って切断したときの断面図が示されている。この図に示されるように、フロントピラー４０は、ランダム繊維部材６１を含んで形成されており、車両幅方向の外側に位置する外壁部１９０と、車両幅方向の外側に位置する内壁部１９２と、車両上方側に位置する上壁部１９４と、車両下方側に位置する下壁部１９６と、を含んで構成されている。

そして、外壁部１９０、内壁部１９２、上壁部１９４及び下壁部１９６によって囲まれた空間によって閉断面部１９８が設けられており、当該閉断面部１９８内には、車両上下方向に沿って２分割する区画壁２００が設けられている。

また、フロントピラー４０は、外壁部１９０の車両幅方向の外側に、フロントピラー４０の長手方向に沿って配向（０°配向）された連続繊維シート材２０２が設けられており、内壁部１９２の車両幅方向の内側には、連続繊維材が０°配向された連続繊維シート材２０４が設けられている。これにより、当該フロントピラー４０において、車両幅方向の曲げ強度を向上させることができる。

（バンパＲ／Ｆ）
図１に示すバンパＲ／Ｆ２０は、左右一対のフロントサイドメンバ１６間では、車両幅方向に沿って延在されており、当該フロントサイドメンバ１６の車両幅方向の外側では、車両幅方向の外側へ向かうにつれて後方側へ向かって傾斜している。

当該バンパＲ／Ｆ２０は、車両前後方向の略中央部２０Ａでは、高い曲げ強度が必要とされるため、車両前後方向に沿った断面形状を大きくした方がよい。一方、バンパＲ／Ｆ２０の車両幅方向の両端部２０Ｂでは、他部品との干渉を抑制するため、車両前後方向に沿った断面形状は小さくなってしまう。

このようなバンパＲ／Ｆ２０の形状であっても本実施形態における樹脂中空骨格部材では適用可能とされる。具体的に説明すると、図１１に示されるように、バンパＲ／Ｆ２０は、車両前方側に位置する前壁部２０６と、車両後方側に位置する後壁部２０８と、車両上方側に位置する上壁部２１０と、車両下方側に位置する下壁部２１２と、を含んで構成されている。

当該前壁部２０６、後壁部２０８、上壁部２１０及び下壁部２１２によって囲まれた空間によって閉断面部２１４が設けられており、当該閉断面部２１４は、車両上下方向に沿って３分割する区画壁２１６、２１８により、閉断面部２２０、２２２、２２４に区画されている。

そして、バンパＲ／Ｆ２０の中央部２０Ａでは、閉断面部２１４は車両前後方向に沿った寸法が大きくなるように形成されており、バンパＲ／Ｆ２０の端部２０Ｂでは、車両前後方向に沿った寸法は小さくなるように形成されている。

すなわち、ここでは、一つのバンパＲ／Ｆ２０において、車両幅方向に沿って閉断面部２１４の形状を変えることが可能となる。これにより、バンパＲ／Ｆ２０において、車両幅方向に沿った位置で曲げ強度を変えることが可能となる。さらに、ここでは、図示はしないが、前壁部２０６、後壁部２０８、上壁部２１０及び下壁部２１２に連続繊維シート材を設けることによって、さらに設計の自由度が向上する。

以上、本発明の実施形態の一例について説明したが、本発明の実施形態は、上記に限定されるものでなく、一実施形態及び各種の変形例を適宜組み合わせて用いても良いし、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

１０ 車両
１６ フロントサイドメンバ（樹脂中空骨格部材）
２０ バンパリインフォースメント（樹脂中空骨格部材）
２８ ロッカ（樹脂中空骨格部材）
３０ フロアクロスメンバ（樹脂中空骨格部材）
３４ ルーフサイドレール（樹脂中空骨格部材）
４０ フロントピラー（樹脂中空骨格部材）
５２ リヤサイドメンバ（樹脂中空骨格部材）
６０ ルーフリインフォースメント（ルーフＲ／Ｆ、樹脂中空骨格部材）
６１ ランダム繊維部材
１０６ 連続繊維シート材
１０８ 連続繊維シート材
１１０ 上型（一方の型）
１１２ 下型（他方の型）
１１４ 金型
１１６ キャビティ部
１１８ パイプ材（中空部材）
１１８Ａ 中空部
１２０ パイプ材（中空部材）
１２０Ａ 中空部
１２２ パイプ材（中空部材）
１２２Ａ 中空部
１２４ ルーフＲ／Ｆ本体（樹脂中空骨格部材）
１２６ 樹脂中空骨格部材
１４６ 連続繊維シート材
１４８ 連続繊維シート材
１５０ 連続繊維シート材
１５２ 連続繊維シート材
１６８ 連続繊維シート材
１７０ 連続繊維シート材
１８６ 連続繊維シート材
１８８ 連続繊維シート材
２０２ 連続繊維シート材
２０４ 連続繊維シート材

Claims (1)

1. 一方の型と他方の型とを含んで構成された金型で形成されたキャビティ部内に、繊維材がランダムに配向されたランダム繊維材を含んで形成されると共に中空部が設けられた樹脂製の複数の中空部材を配置する第１工程と、
   前記キャビティ部内に配置される前記複数の中空部材の外側に、当該複数の中空部材の長手方向に沿って連続して繊維材が配向された連続繊維材がシート状に形成された連続繊維シート材を配置する第２工程と、
   前記金型が閉じた状態で前記複数の中空部材の各中空部内へ流体を送給することで、前記複数の中空部材及び前記連続繊維シート材を前記キャビティ部の形状に沿って変形させ、かつ一体化させて樹脂中空骨格部材を形成する第３工程と、
   を有する樹脂中空骨格部材の製造方法。