JP4051052B2 - 車両のボンネットフード構造 - Google Patents

Description

本発明は歩行者保護性能に優れたボンネットフード構造に関する。

歩行者と車両との前方衝突が発生した際、車体先端部が歩行者の脚部を跳ね上げ、歩行者の頭部が車両のボンネットフードに当たることが考えられる。
ボンネットフードが下方へ変形すれば、衝突エネルギーを良好に吸収するために、歩行者保護性能を確保できる。

一方、車両のコンパクト化やデザイン上の要求等から、ボンネットフードの直下にエンジンを配置し、ボンネットフードとエンジンとが極く接近することがある。この場合は、ボンネットフードの撓み代を稼ぐことができない。
その対策が、各種提案されてきた（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。
特開２００３−２８５７６８公報（図１（Ｂ）） 特開２００３−１９１８６５公報（図５）

特許文献１を次図に基づいて説明する。
図７は従来の技術の基本構造を説明する図であり、ボンネットフード１００は、フードスキン１０１と、このフードスキン１０１の下面に付設するフードフレーム１０２と、このフードフレーム１０２に開けた開口１０３に沿って設けた略Ｓ字断面のフランジ１０４、１０４と、開口１０３の中央の配置した略Ｓ字断面のフランジ１０５とからなる。

フードスキン１０１の中央に上から外力が作用すると、フランジ１０４、１０４、１０５が想像線で示すように変形し、結果、フードスキン１０１が想像線で示すように下方へ撓む。

図８は従来技術におけるストロークと荷重の関係を示すグラフであり、横軸は撓みに伴うストローク、縦軸はボンネットフードで発生する力、すなわち発生荷重を示す。
本発明者らが検討したところ特許文献１の構造は鋼製のフランジ１０４、１０４、１０５や鋼製のフードスキン１０１を塑性変形させるため、始めに発生荷重のピークが現れ、以降、座屈の進行に伴って発生荷重が低下することが分かった。衝撃エネルギーの吸収は発生荷重に比例するため、ピーク以降の領域では衝撃エネルギーの吸収性能が低下する。
したがって、発生荷重がピーク以降でも低下しない構造が求められる。

特許文献２を次図に基づいて説明する。
図９は従来の別の技術の基本構造を説明する図であり、ボンネットフード１１０は、便宜上、天地を逆にしたが、フードスキン１１１と、このフードスキン１１１に付設するフードフレーム１１２と、このフードフレーム１１２からフードスキン１１１へ膨出させた円錐形状のディンプル１１３・・・（・・・は複数個を示す。以下同じ）とからなり、ディンプル１１３・・・を塑性変形させることで衝撃エネルギーを吸収させるというものである。

衝突に伴う外力がディンプル１１３に合致する位置に作用すればよいが、隣り合うディンプル１１３、１１３の中間に作用する場合は、所望のエネルギー吸収性能が得られない。
したがって、衝突に伴う外力の作用位置が何処であっても、同一のエネルギー吸収性能が得られることが望ましい。

本発明は、衝突に伴う外力の作用位置が何処であっても、同一のエネルギー吸収性能が得られるとともに、発生荷重がピーク以降でも低下しない構造のボンネットフードを提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、フードスキンと、このフードスキンを補強するために、フードスキンの下面に付設するフードフレームからなり、前記フードスキンとフードフレームとで形成される空間の全部又は一部に、発泡金属を配置した車両のボンネットフード構造において、前記フードフレームに、発泡金属の小片若しくは粉末を排出させる排出孔を設けると共に、前記排出孔は、発泡金属の小片若しくは粉末が溜まりやすい底や下位の部位に局部的に設けられていることをことを特徴とする。
請求項２に係る発明は、フードスキンと、このフードスキンを補強するために、フードスキンの下面に付設するフードフレームからなり、前記フードスキンとフードフレームとで形成される空間の全部又は一部に、発泡金属を配置した車両のボンネットフード構造において、前記フードフレームに、発泡金属の小片若しくは粉末を排出させる排出孔を設けると共に、前記フードフレームの下方に、前記排出孔から排出される発泡金属の小片若しくは粉末を受ける粉末受け部材が設けられていることをを特徴とする。

請求項３に係る発明では、発泡金属は、アルミニウムを主要元素とする金属であることを特徴とする。

請求項４に係る発明では、発泡金属は、密度を０．０５〜０．６ｇ／ｃｍ３の範囲に調整したことを特徴とする。

請求項１に係る発明は、ボンネットフードに、発泡金属を内蔵した。発泡金属は外力を受けると連続的に崩壊する。連続的な崩壊により、ほぼ一定の大きさの衝撃エネルギーを連続的に吸収させることができる。
また、発泡金属は平板状にしてボンネットフードに配置することができるため、広い面積の何処に外力が加わっても衝撃エネルギーを吸収させることができる。
したがって、請求項１によれば、衝突に伴う外力の作用位置が何処であっても、同一のエネルギー吸収性能が得られるとともに、発生荷重がピーク以降でも低下しない構造のボンネットフードを提供することができる。
さらに、請求項１に係る発明は、フードフレームに、発泡金属の小片若しくは粉末を排出させる排出孔を発泡金属の小片若しくは粉末が溜まりやすい底や下位の部位に局部的に設けた。
崩壊した小片や粉末が存在すると、小片や粉末がフードフレームの撓みを制限する虞がある。一方、排出孔から小片や粉末を排出すれば、フードフレームの撓みを確保することができ、衝撃エネルギー吸収性能を維持することができる。

請求項２に係る発明は、フードフレームの下方に、排出孔から排出される発泡金属の小片若しくは粉末を受ける粉末受け部材が設けられている。排出孔から排出される発泡金属の小片若しくは粉末は、粉末受け部材で受けられる。

請求項３に係る発明では、発泡金属は、アルミニウムを主要元素とする金属とした。アルミニウムは軽金属であるから、ボンネットフードの軽量化を維持することができ、車両の軽量化に寄与する。

請求項４に係る発明では、発泡金属は、密度を０．０５〜０．６ｇ／ｃｍ３の範囲に調整した。
密度が０．０５ｇ／ｃｍ３の発泡金属は、空洞の比率が高いため、必要な衝撃エネルギー吸収性能が得られず、また、大きな振動入力があった場合、例えば路面の凹凸により車両が大きくジャンプしたとき、に粉化が進行し、形状が維持できない虞がある。また、０．６ｇ／ｃｍ３を超えると空洞の比率が小さくなり、衝撃エネルギーの吸収性能が乏しくなる。
密度を０．０５〜０．６ｇ／ｃｍ３の範囲に調整すれば、形状の維持と、衝撃エネルギー吸収性能の維持との双方を達成することができる。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
図１は本発明に係る車両のボンネットフードの断面図であり、車両のボンネットフード１０は、フードスキン１１と、このフードスキン１１を補強するためにフードスキン１１の下面に付設したフードフレーム１２と、フードスキン１１とフードフレーム１２とで形成される空間１３の全部又は一部に配置した発泡金属１４とからなる。

発泡金属１４を構成する金属は、アルミニウム、鉄、マグネシウム、亜鉛及びそれらの合金などが採用できるが、中でもアルミニウムは入手が容易であり、比重が小さいため、ボンネットフードの軽量化を図る上で好適である。

発泡金属１４の製造方法の一例を述べる。
金属粉末として例えば珪素を含むアルミニウム粉末を準備し、発泡剤として例えば水素化チタンを準備する。発泡金属１４に求められる密度が小さいときには多量の発泡剤を混ぜ、逆の場合は少量の発泡剤を混ぜる。
金属粉末と発泡剤とをよく混ぜ、型に入れて、５５０〜６００℃に加熱する。これで、発泡剤がガス化し、全体が膨らみ、目的とする発泡金属１４を得ることができる。

ボンネットフード１０の空間の全てを発泡金属１４で満たす場合は、ボンネットフード１０に直接、金属粉末と発泡剤との混合物を充填し、ボンネットフード１０を加熱することで、発泡させても良い。そうすれば、型を省略することができると共に、取付け工程を省略することができる。
したがって、発泡金属を構成する金属の種類、発泡剤の種類、型の有無など、発泡金属１４の種類、製法は自由に選択することができる。

１５はエンジンであり、フードフレーム１２との隙間ｔについては、エンジンの振動に起因する干渉分を確保すれば、その他は限りなくゼロ（０）に近づけることが可能になる。このことが本発明の特徴の一つである。

図２は図１の２矢視図であり、フードフレーム１２は要部に排出孔１６・・・（・・・は複数を示す。以下同じ）を設ける。これらの排出孔１６はフードフレーム１２の全部に等間隔で開けても良い。このときにはパンチングメタルと称する多孔板を採用することができる。また、局部的に開ける場合は、図１に示すとおりに、発泡金属１４の小片が溜まりやすい部位、すなわち底や下位の部位に開けることが望ましい。

図３は作用説明図であり、白抜き矢印のように外力がボンネットフード１０に作用すると、全体に下方へ撓む。この撓みは次のように進行する。
フードフレーム１２がエンジン１５に当たるまでは、フードスキン１１は撓み弾性変形領域から塑性変形領域に移行しつつ変形が進行する。この間、発泡金属１４は連続的に崩壊が進行する。また、フードフレーム１２は、撓み弾性変形領域から塑性変形領域に移行しつつ変形が進行する。

フードフレーム１２がエンジン１５に当たった後は、フードフレーム１２の変形は止まる。しかし、フードスキン１１は塑性変形領域で変形が進行し、発泡金属１４は連続的に崩壊が進行する。崩壊に伴って発生する発泡金属１４の小片又は粉末１７・・・は、排出孔１６・・・から排出することが望ましい。残存させると、フードスキン１１の撓みを阻害するなどの悪影響を及ぼす可能性があるからである。

エネルギー吸収は、フードスキン１１の塑性変形、フードフレーム１２の塑性変形及び発泡金属１４の崩壊の作用の総和となるが、発泡金属１４の崩壊によるエネルギー吸収が主体となる。エネルギー吸収については実験を行ったので、その詳細を後述する。

ところで、基本的には、発泡金属１４は一定以上の外力を受けたときに崩壊する。しかし、発泡金属１４の特性上、衝突によらなくとも、長い間使用するうちに、表面から小片や粉末が脱落する可能性はある。この崩壊して外部に排出された発泡金属粉が、二次的に歩行者等に害を与えたり、エンジンルーム内に留まって補機等エンジン関連部品の作動に対して悪影響を与えてはならない。そこで、次の改良技術を提供する。

図４は図１の改良図であり、フードフレーム１２の下方に、粉末受け部材１８を設けることが望ましい。粉末受け部材１８は、ごく薄い樹脂又は軽金属で構成することができる。

（実験例）
本発明に係る実験例を以下に述べる。なお、本発明は実験例に限定されるものではない。

図５は実験の原理図であり、（ａ）は比較例図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線断面図、（ｃ）は実施例のための実験原理図、（ｄ）は（ｃ）のｄ−ｄ線断面図である。
（ａ）の比較例では、１．６ｍｍ厚さの鋼板（５９０ＭＰａ級）でフードスキン１１及びフードフレーム１２からなるモデルを作製する。

ただし、（ｂ）において、高さＴ１が３２ｍｍで、幅Ｗ１が５０ｍｍの中空断面とし、（ａ）において、支点間距離Ｌ１が３００ｍｍとなるようにする。そして、ロードセル１９を介して外力を中央に掛け、中央の撓み量（ストローク）及びロードセル１９で検出する発生荷重を計測する。計測結果は図６に示す。

（ｃ）の実施例では、１．６ｍｍ厚さの鋼板（５９０ＭＰａ級）でフードスキン１１、フードフレーム１２及び発泡金属１４からなるモデルを作製する。ただし、（ｄ）において、高さＴ２が２５ｍｍで、幅Ｗ２が５０ｍｍの断面に発泡金属１４を内蔵し、（ｃ）において、支点間距離Ｌ２が３００ｍｍとなるようにする。発泡金属１４は０．６ｇ／ｃｍ^３のアルミニウム製発泡金属であり、その長さＬ３は１００ｍｍとした。
そして、ロードセル１９を介して外力を中央に掛け、中央の撓み量（ストローク）及びロードセル１９で検出する発生荷重を計測する。計測結果は図６に示す。

図６はモデルにおけるストロークと発生荷重の関係を示すグラフである。
細線で示す比較例では、ストロークが１０ｍｍ付近でピークを迎え、以降、発生荷重が激減した。衝撃エネルギーの吸収は発生荷重に比例するため、ピーク以降の領域では衝撃エネルギーの吸収性能が低下し、好ましくない。

太線で示す実施例では、ストロークが８ｍｍ〜６０ｍｍ超まで、発生荷重はほぼ一定であった。衝撃エネルギーの吸収は発生荷重に比例するため、衝撃エネルギーの吸収性能は大きい。

実施例と比較例との差は、発泡金属の有無による。すなわち、発泡金属が連続的に崩壊して連続的にエネルギーを吸収するため、エネルギー吸収性能は極めて良好になる。

尚、本発明は、ボンネットフードの直ぐ下にエンジンを備える乗用車に好適であるが、その他の一般の車両に適用することは差し支えない。

本発明は、ボンネットフードの直ぐ下にエンジンを備える乗用車に好適である。

本発明に係る車両のボンネットフードの断面図である。 図１の２矢視図である。 作用説明図である。 図１の改良図である。 実験の原理図である。 モデルにおけるストロークと発生荷重の関係を示すグラフである。 従来の技術の基本構造を説明する図である。 従来技術におけるストロークと荷重の関係を示すグラフである。 従来の別の技術の基本構造を説明する図である。

符号の説明

１０…ボンネットフード、１１…フードスキン、１２…フードフレーム、１３…空間、１４…発泡金属、１５…エンジン、１６…排出孔、１７…小片又は粉末、１８…粉末受け部材。

Claims (4)

1. フードスキンと、このフードスキンを補強するために、フードスキンの下面に付設するフードフレームからなり、前記フードスキンとフードフレームとで形成される空間の全部又は一部に、発泡金属を配置した車両のボンネットフード構造において、
   前記フードフレームに、発泡金属の小片若しくは粉末を排出させる排出孔を設けると共に、前記排出孔は、発泡金属の小片若しくは粉末が溜まりやすい底や下位の部位に局部的に設けられていることを特徴とする車両のボンネットフード構造。
2. フードスキンと、このフードスキンを補強するために、フードスキンの下面に付設するフードフレームからなり、前記フードスキンとフードフレームとで形成される空間の全部又は一部に、発泡金属を配置した車両のボンネットフード構造において、
   前記フードフレームに、発泡金属の小片若しくは粉末を排出させる排出孔を設けると共に、前記フードフレームの下方に、前記排出孔から排出される発泡金属の小片若しくは粉末を受ける粉末受け部材が設けられていることを特徴とする車両のボンネットフード構造。
3. 前記発泡金属は、アルミニウムを主要元素とする金属であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の車両のボンネットフード構造。
4. 前記発泡金属は、密度を０．０５〜０．６ｇ／ｃｍ３の範囲に調整したことを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３記載の車両のボンネットフード構造。

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