JP4181898B2

JP4181898B2 - 自動車のフード

Info

Publication number: JP4181898B2
Application number: JP2003051055A
Authority: JP
Inventors: 秀雄水越
Original assignee: Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Priority date: 2003-02-27
Filing date: 2003-02-27
Publication date: 2008-11-19
Anticipated expiration: 2023-02-27
Also published as: JP2004256056A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車のフードに関するものであり、衝突時の歩行者保護に対応した軽量且つ高剛性なフードに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、自動車前部に設けられるフードは、例えば図５（ａ）および同図（ｂ）に示すフード９１のように、車体外側部を構成するアウターパネル９３と、このアウターパネル９３の内側に設けられたインナーパネル９５とを備えた構造になっている。インナーパネル９５は、フード９１の骨格を形成する補強部材として設けられており、これにより、フード９１の剛性を確保している。
【０００３】
また、この種のフードにおいて、アウターパネルの内側にエキスパンドメタルやハニカム材が配設された構造のものも、既に提案されている。エキスパンドメタルとは、金属（例えば、アルミニウム等）で形成された押出形材の全面に、直線上に一列に並ぶように形成された複数の切り目を、各切り目が隣り合う列とは千鳥状配列となるような位置関係で複数列分形成しておき、各切り目の形状がほぼ菱形ないし亀甲形の開口となるように押出形材を引っ張って塑性変形させ、全体が網目状になるように構成したものである。
【０００４】
例えば、下記特許文献１には、上述のようなエキスパンドメタルを、自動車のボンネットの芯材として使用できる旨が記載されている（特許文献１の段落［０００１］参照。）。
また、アウターパネルの内側にハニカム材を配設する例として、下記特許文献２には、エンジンフードアウタパネルとインシュレータとを備えたエンジンフード構造が開示されている。このエンジンフード構造において、エンジンフードアウタパネルとインシュレータとの間には、アルミハニカム材、硬質ウレタン、グラスウール等が充填される（特許文献２の段落［００２４］参照。）。
【０００５】
また、下記特許文献３にも、アルミニウムにて形成されるボンネットアウターパネルとボンネットインナーパネルとからなるボンネットフードが記載されている。このボンネットフードにおいて、ボンネットアウターパネルとボンネットインナーパネルとの間に形成される閉断面には、ハニカムが配設されている（特許文献３の段落［００２３］参照。）。
【０００６】
また、下記特許文献４には、フロントフード・アウターパネル、フロントフード・インナーパネル、車両用音波吸収制御装置、音波吸収材、および内張り材を積層した構造が開示されている。そして、音波吸収材として、ハニカム材、エクスパンドメタルが記載されている（特許文献４の段落［００１９］参照。）。
【０００７】
また、下記特許文献５には、アウター・シェルおよび補強シェルを有するエンジン・フードが開示されている。このエンジン・フードにおいて、アウター・シェルと補強シェルとの間に、プラスチック発泡体や金属製ハニカム構造体などからなる支持シェルを設ける旨が記載されている（特許文献５の段落［００１８］参照。）。
【０００８】
また、下記特許文献６には、アルミニウム合金板とＦＲＰ材とによって構成されたＦＲＰ補強自動車用水平パネル材が開示され、アルミニウム合金板とＦＲＰ材との間にハニカム材を介在させる旨が記載されている（特許文献６の段落［００２１］参照。）。
【０００９】
なお、この他、ハニカム材は、自動車のフード以外の部分を構成する際にも利用されており、例えば、下記特許文献７には、乗員の保護のために自動車のドアの内部にハニカム構造部材を配設する旨が記載されている（下記特許文献７の段落００８１参照。）。
【００１０】
一方、歩行者の頭部が自動車のフードに衝突した時の衝撃を吸収、緩和する技術としては、以下のようなものがある。
例えば、下記特許文献８には、ストラットタワーとフードアウタパネルとの間に空洞部を設け、この空洞部に衝撃吸収体を設けた自動車のフード構造が記載されている（特許文献８の要約書参照。）。
【００１１】
また、下記特許文献９には、フードインナパネルの内部力骨に孔部を穿設することにより、内部力骨を変形しやすくして衝撃を吸収する技術が開示されている（特許文献９の要約書参照。）。
【００１２】
【特許文献１】
特開平４−３６１８４２号公報
【特許文献２】
特開平５−１５５３５６号公報
【特許文献３】
特開平５−２７０４４０号公報
【特許文献４】
特開平８−１５６７１２号公報
【特許文献５】
特開２００１−１５１１５９号公報
【特許文献６】
特開２００１−１９１９６２号公報
【特許文献７】
特開平６−１１５３５１号公報
【特許文献８】
特開平７−２８５４６６号公報
【特許文献９】
特開２００２−３３７７４２号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、自動車には、歩行者が交通事故に遭遇した場合に歩行者が受ける被害を可能な限り軽減できるような対策が求められており、そのために、車体の剛性を損なうことなく軽量で衝撃吸収能力に優れた構造が必要とされている。
【００１４】
特に、歩行者が頭部に重大な被害を受けると死亡や重傷に至る危険性が高くなることから、歩行者の頭部が衝突するケースが多いと考えられる自動車のフードについては、その衝撃吸収能力を高めることが重要視されている。
このような背景の下、発明者は、自動車のフードを構成する際に、特定のハニカム材を用いることにより、歩行者の頭部が自動車のフードに衝突することによって受ける被害を軽減できることを見いだし、本発明を完成させるに至った。
【００１５】
なお、エキスパンドメタルやハニカム材を自動車のフードに採用する事例は、上述した通り、従来から存在している。
しかし、これらのエキスパンドメタルやハニカム材は、例えば、剛性確保と軽量化とを両立させるために採用されたものや、騒音の抑制のために採用されたものもあり、歩行者の頭部が自動車のフードに衝突することによって受ける被害を十分に軽減できるかどうかは、不明なものばかりであった。
【００１６】
例えば、上記特許文献１には、エキスパンドメタルを自動車のボンネットに用いる旨の記載はあるものの、交通事故時の歩行者頭部保護という観点から見た場合に、どのような物性のエキスパンドメタルを採用すべきかについては、まったく言及されていない。
【００１７】
また、上記特許文献２には、当接物への衝撃を緩和する旨の記載があるものの、衝撃緩和のための主要な構成としては、アルミハニカム材とは別の構成であるインシュレータを採用している。また、アルミハニカム材を用いる旨の記載はあるものの、硬質ウレタンやグラスウールで代替できる程度のものとして記載されているに過ぎず、特に、交通事故時の歩行者頭部保護という観点から見た場合に、どのような物性のアルミハニカム材を採用すべきかについては、上記特許文献２には何ら記載されていない。
【００１８】
また、上記特許文献３には、ハニカムを配設した理由として、「軽量化、ボンネット自体の騒音防止（透過音を減らす）のためである。」との理由が明示されている。すなわち、上記特許文献３においては、交通事故時の歩行者頭部保護のためにハニカムを配設した訳ではなく、それ故当然ながら、どのような物性のハニカムを採用すると交通事故時に歩行者の頭部を保護できるのかという点については、まったく記載されていない。
【００１９】
また、上記特許文献４においても、ハニカム材やエクスパンドメタルは、音波吸収材として採用されているに過ぎず、交通事故時の歩行者頭部保護という観点から、どのような物性のハニカム材やエクスパンドメタルを採用すべきかについては、何ら言及されていない。
【００２０】
また、上記特許文献５には、歩行者保護、特にフードへの頭部衝突についての言及がある。また、金属製ハニカム構造体との記載もあり、この金属製ハニカム構造体に関し、「エンジン・フードの中央部は主に低密度、荷重受部隣接部は主に高密度、そして、荷重受部の間に位置する縁部、及び荷重受部とエンジン・フード中央部は中間の密度、である。」との記載はある。しかし、同文献でいう低密度、高密度、中間の密度については、それ以上具体的な記述がなく、しかも、ハニカムの衝撃吸収能力と密度とは、必ずしも相関がある訳ではない。例えば、密度が同じであっても、コア板厚やセルサイズが変われば、ハニカムの衝撃吸収能力は異なってくる。そのため、密度の高低のみに着目してハニカムを選定しても、交通事故時の歩行者頭部保護という観点から見た場合には、必ずしも適切なハニカムを選定することはできない。
【００２１】
さらに、上記特許文献６においても、「ハニカム材の介在により、パネル材の剛性をより高めて、耐変形性能をより向上することが可能になるとともに、ＦＲＰ材で補強した部分の補強効果をより高めて、アルミニウム合金板の耐熱変形性能をより向上することが可能になる。」との記載ならあるものの、交通事故時の歩行者頭部保護という観点から見た場合に、どのような物性のハニカム材を採用すべきかについては、何ら説明がない。
【００２２】
つまり、上記特許文献１〜６には、自動車のフードを構成する際にアイデアとしてエキスパンドメタルやハニカム材を用いる事例が記載されているものの、交通事故時の歩行者頭部保護という観点から見た場合に、具体的にどのような物性のエキスパンドメタルやハニカム材を採用すべきかという点については、いずれの文献にも開示されていない。
【００２３】
さらに、特許文献７には、衝撃吸収体としてのハニカム構造部材が記載されているが、やはり、ハニカム構造部材の具体的な物性については記載されていない。しかも、このハニカム構造部材は、そもそも自動車のドアに採用されているものであることから、自動車の側面衝突時の乗員保護などを想定して採用したものであると考えられるので、仮に具体的な物性が記載されていたとしても、交通事故時の歩行者頭部保護という観点から見た場合には、同じ物性のハニカムを採用すればよいというものでもない。
【００２４】
また、特許文献８，９には、上述の通り、そもそもエキスパンドメタルやハニカム材についての記載がない。
以上のことから、これらの従来技術では、歩行者が交通事故に遭遇し、歩行者の頭部が自動車のフードに衝突することを想定した場合に、衝突によって歩行者が受ける被害を十分に軽減できないおそれがあった。
【００２５】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、その目的は、歩行者の頭部が自動車のフードに衝突することによって受ける被害を、十分に軽減できる自動車のフードを提供することにある。
【００２６】
【課題を解決するための手段、および発明の効果】
上記目的を達成するため、本発明においては、次のような特徴的構成を採用した。
上記請求項１に記載した自動車のフードは、
車体外側部を構成するアウターパネルと、該アウターパネルの内側に設けられたインナーパネルとを備えてなる自動車のフードであって、
前記インナーパネルの一部または全部を、最大圧壊応力が０．５２Ｎ／ｍｍ²以上かつ１４．１２Ｎ／ｍｍ² 以下のハニカムコアを有するアルミハニカムパネルで構成したことを特徴とする。
【００２７】
この自動車のフードにおいて、アルミハニカムパネルは、請求項２に記載の通り、接着ハニカムパネルであるとよく、接着ハニカムパネルの場合は、請求項３に記載の通り、セルサイズ６．３５ｍｍ〜２５．４ｍｍ、コア板厚０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍとされていると望ましい。
【００２８】
また、アルミハニカムパネルは、請求項４に記載の通り、ろう付けハニカムパネルであってもよく、ろう付けハニカムパネルの場合は、請求項５に記載の通り、セルサイズ１０ｍｍ〜７０ｍｍ、コア板厚０．２ｍｍ〜０．３ｍｍとされていると望ましい。
【００２９】
このように構成されたフードによれば、インナーパネルの一部または全部を、最大圧壊応力が０．５２Ｎ／ｍｍ²以上かつ１４．１２Ｎ／ｍｍ² 以下のハニカムコアを有するアルミハニカムパネルで構成したので、当該アルミハニカムパネルを備えた部分に歩行者の頭部が衝突することを想定した場合に、その衝撃吸収能力がきわめて良好なものとなり、歩行者が頭部に受ける被害を軽減することができる。
【００３０】
すなわち、類似のアルミハニカムパネルを設けた場合でも、その最大圧壊応力が０．５Ｎ／ｍｍ²を下回る場合には、衝撃吸収能が低下しすぎる一方、最大圧壊応力が２０Ｎ／ｍｍ²以上となる場合には、衝撃吸収材としての効果がなく、いずれにしても歩行者が頭部に受ける被害を軽減することは困難になる。
【００３１】
つまり、歩行者が頭部に受ける被害を軽減する上では、アルミハニカムパネルの密度や剛性を最適化するだけでは不十分であり、最大圧壊応力の最適化が重要となるのである。
接着ハニカムパネルの場合、セルサイズは６．３５ｍｍ〜２５．４ｍｍが好適であり、６．３５ｍｍより小さい場合には、最大圧壊応力が大きくなりすぎる傾向が現れ、逆に２５．４ｍｍより大きい場合には、最大圧壊応力が小さくなりすぎる傾向が現れるので好ましくない。また、接着ハニカムパネルの場合、コア板厚は０．０７６ｍｍが標準的な厚さであり、０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍが好適である。コア板厚が０．０５ｍｍより小さい場合には、剛性が低くなりすぎる傾向が現れ、０．１ｍｍより大きい場合には、剛性が高くなりすぎる傾向が現れるので好ましくない。
【００３２】
ろう付けハニカムパネルの場合、セルサイズは１０ｍｍ〜７０ｍｍが好適であり、１０ｍｍより小さい場合には、最大圧壊応力が大きくなりすぎる傾向が現れ、逆に７０ｍｍより大きい場合には、最大圧壊応力が小さくなりすぎる傾向が現れるので好ましくない。また、ろう付けハニカムパネルの場合、コア板厚は０．２ｍｍ〜０．３ｍｍが好適であり、コア板厚が０．２ｍｍより小さい場合には、剛性が低くなりすぎる傾向が現れ、０．３ｍｍより大きい場合には、剛性が高くなりすぎる傾向が現れるので好ましくない。
【００３３】
以上のようなハニカムコアを有するアルミハニカムパネルで、インナーパネルの一部または全部を構成すれば、当該部分の剛性が均一で軽量なものとなり、特に、当該部分に歩行者の頭部が衝突した場合でも、歩行者が頭部に受ける被害を軽減できるようになる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について一例を挙げて説明する。
図１は、本発明の実施形態として例示するフードを示す図であり、図１（ａ）はフードをインナーパネル側から見た概略構造図、同図（ｂ）はＡ−Ａ線で示した切断面における端面図である。
【００３９】
このフード１は、車体外側部を構成するアウターパネル３と、このアウターパネル３の内側に設けられたインナーパネル５とを備えた構造になっている。
アウターパネル３は、アルミニウム製の平板をプレス加工することにより、自動車のデザインに応じた曲面をなすように成形したものである。
【００４０】
インナーパネル５は、アルミ製のハニカムコアの上下両端面に、厚さ０．８ｍｍのアルミ製の面板を接合してなるアルミハニカムパネルによって構成されている。インナーパネル５の端部は、ヘミング（あるいはヘミングと代替可能な任意の接合方法）により、アウターパネル３の外周縁部と接合され、アウターパネル３とインナーパネル５の互いに対向する面の間は、複数箇所において部分的に接着剤で接着されている。
【００４１】
また、ハニカムコアの上下両端に設けた面板のうち、ハニカムコアを挟んでアウターパネル３とは反対側の位置にある面板には、ハニカムコアのセル中央に対応する位置に、直径３ｍｍのキリ穴を全てのセルに穿設した。このようなキリ穴を設けることにより、ハニカムパネルによる吸音効果が生じ、フード１が騒音（例えばエンジン音）を吸収するようになる。
【００４２】
なお、図１（ａ）および同図（ｂ）においては、インナーパネル５の位置を図示する都合上、インナーパネル５の見える範囲に網を描いてあるが、実際は、フード１をインナーパネル５側から見ると、キリ穴が多数穿設された面板が見えることになる。
【００４３】
以上のように構成されるフード１において、ハニカムコアの構造（接着ハニカム／ろう付けハニカム）、セルサイズ２ｂ（１＋ｃｏｓ（α／２））（図２参照）、コア板厚ｔ（図２参照）、最大圧壊応力σｍａｘを、下記表１の通りに変更して、１１通りのフードを試作した（表１中のＮｏ．１〜１１）。また、インナーパネル５として、図５（ａ）および同図（ｂ）に示すような梁状構造のものを採用したフードも試作した（表１中のＮｏ．１２）。
【００４４】
なお、最大圧壊応力σｍａｘは、下記数式１によって求められる値である。
【００４５】
【数１】

ただし、上記数式１中、Ｅ：縦弾性係数（Ｎ／ｍｍ²）、ν：ポアソン比、σｙ：コア材の耐力（Ｎ／ｍｍ²）、Ａ：単位要素の受圧面積（ｍｍ²）≒４ｂ²ｓｉｎ（α／２）（１＋ｃｏｓ（α／２））である。
【００４６】
これらの試作品１〜１２について、歩行者頭部障害値計測試験を実施した。
歩行者頭部障害値計測試験は、２００２年９月９日国土交通省発表の乗用車等の歩行者頭部保護に係る基準案に準じて実施される試験であり、その概要は以下のようなものである。
【００４７】
フード１を自動車に装着して、図３に示すように、地面から車両形状に沿って測定した長さＷＡＤ（ＷｒａｐＡｒｏｕｎｄＤｉｓｔａｎｃｅ）により、子供頭部インパクター試験エリアＴＡ１：１０００≦ＷＡＤ≦１７００（ｍｍ）、および大人頭部インパクター試験エリアＴＡ２：１７００≦ＷＡＤ≦２１００（ｍｍ）を決定する。そして、子供頭部インパクターＨ１（直径：１６５ｍｍ、質量：３．５ｋｇの球体）を、衝突速度：３２（ｋｍ／ｈ）、衝突角度α：６５（ｄｅｇ）で、子供頭部インパクター試験エリアＴＡ１に衝突させ、また、大人頭部インパクターＨ２（直径：１６５ｍｍ、質量：４．５ｋｇの球体）を、衝突速度：３２（ｋｍ／ｈ）、衝突角度α：６５（ｄｅｇ）で、大人頭部インパクター試験エリアＴＡ２に衝突させて、下記数式２によって定義される頭部障害値ＨＩＣを測定する。この頭部障害値ＨＩＣは、その値が小さいほど頭部に作用する衝撃が小さいことを示す指数であり、その値が１０００未満であれば良好な結果と考えることができる。
【００４８】
【数２】

歩行者頭部障害値計測試験の結果を、下記表１に併せて示す。
【００４９】
【表１】

以上の試験結果において、頭部障害値ＨＩＣは複数回にわたって測定し、そのすべての測定結果が１０００未満になったものについて、表１中に「＜１０００」と表記し、１度でも測定結果が１５００を超えたものについては、表１中に「＞１５００」と表記した。
【００５０】
この測定結果からは、インナーパネル５をアルミハニカムパネルで構成するだけでは、必ずしも頭部障害値ＨＩＣを１０００未満に抑制することができないことがわかる。ただし、頭部障害値ＨＩＣを１０００未満に抑制可能なアルミハニカムパネルは、ハニカムコアの最大圧壊応力σｍａｘが０．５Ｎ／ｍｍ²以上、２０Ｎ／ｍｍ²未満のものに集中している。したがって、ハニカムコアの最大圧壊応力σｍａｘに基づいてアルミハニカムパネルを選定することにより、頭部障害値ＨＩＣを１０００未満に抑制可能なフード１を構成できるものと推察される。
【００５４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の具体的な一実施形態に限定されず、この他にも種々の形態で実施することができる。
例えば、上記実施形態では、インナーパネル５全体をアルミハニカムパネルで構成していたが、フードの一部の範囲についてのみ頭部障害値ＨＩＣを１０００未満に抑制したい場合には、例えば図４に示すフード１１のように、車体外側部を構成するアウターパネル１３と、このアウターパネル１３の内側に設けられたインナーパネル１５とを備えた構造とし、インナーパネル１５の一部として、アルミハニカムパネル１７，１９を設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態として例示した自動車のフードを示す図であり、（ａ）はフードをインナーパネル側から見た概略構造図、（ｂ）はＡ−Ａ線で示した切断面における端面図である。
【図２】ハニカムコアのセルを示す斜視図である。
【図３】歩行者頭部障害値計測試験の試験方法を説明するための説明図である。
【図４】インナーパネルの一部をアルミハニカムパネルで構成したフードをインナーパネル側から見た概略構造図である。
【図５】従来の鋼製梁構造のインナーパネルを備えたフードを示す図であり、（ａ）はフードをインナーパネル側から見た概略構造図、（ｂ）はＢ−Ｂ線で示した切断面における端面図である。

Claims

車体外側部を構成するアウターパネルと、該アウターパネルの内側に設けられたインナーパネルとを備えてなる自動車のフードであって、
前記インナーパネルの一部または全部を、最大圧壊応力が０．５２Ｎ／ｍｍ²以上かつ１４．１２Ｎ／ｍｍ² 以下のハニカムコアを有するアルミハニカムパネルで構成したことを特徴とする自動車のフード。
前記アルミハニカムパネルが、接着ハニカムパネルであることを特徴とする請求項１に記載の自動車のフード。
前記接着ハニカムパネルが、セルサイズ６．３５ｍｍ〜２５．４ｍｍ、コア板厚０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍとされていることを特徴とする請求項２に記載の自動車のフード。
前記アルミハニカムパネルが、ろう付けハニカムパネルであることを特徴とする請求項１に記載の自動車のフード。
前記ろう付けハニカムパネルが、セルサイズ１０ｍｍ〜７０ｍｍ、コア板厚０．２ｍｍ〜０．３ｍｍとされていることを特徴とする請求項４に記載の自動車のフード。