JP4783946B2 - 金属板補強構造 - Google Patents

Description

本発明は、車両の意匠面を有する金属板を、その意匠面の裏面側から補強する金属板補強構造に関する。

近年、車両のドアパネルやクォータパネル等を構成している金属板は、成型性を高めるとともに軽量化を図るといった観点から薄板状に形成されている。このように薄板状に形成された金属板では、車両の軽量化を図ることができる一方で、剛性の低下によって耐デント性が部分的に不足する場合がある。そうした耐デント性を高めるために、金属板の裏面に補強層を設ける対策が行われている。この種の補強層は、金属板の裏面に補強材を塗布することによって形成されている。すなわち、補強材は熱硬化性樹脂を基材として構成されることで、加熱によって硬化した補強層が金属板の裏面に接合される。そして、硬化した補強層によって金属板が補強される。

ところが、こうした補強層の硬化は、熱硬化性樹脂の特性によって収縮を伴うことがある。そして、補強層の収縮によって生じる収縮力が金属板に伝達されることで、その金属板に歪みが生じるおそれがあった。こうした実情から、金属板の歪みを低減させるべく、補強層を積層するとともに補強層の中央部を厚く形成する構成が提案されている（特許文献１参照）。
特開２００３−１２７８９７号公報

ところで、単一の補強層によって金属板を補強しようとした場合、補強層の面積や厚さの増大に伴って金属板の歪みは発生し易くなる。すなわち、単一の補強層によって金属板を補強する構成を採用した場合、金属板の歪みが発生し易い傾向になることを回避することは非常に困難である。そこで、本発明者は、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、金属板３１を、複数の層に分割した補強層３２によって補強することを試みた。こうした場合、補強層３２による補強機能を好適に発揮させるとともに、補強層３２の硬化に伴う収縮力は複数の層に分散されるようになる。従って、金属板３１に伝達される収縮力も分散されるため、金属板３１の歪みを好適に抑制することができる。ところが、補強層３２を複数の層に分割した場合、補強層３２と補強層３２との間には凹部３３が形成されるため、車両の使用において、こうした凹部３３には水滴が滞留し易くなる。さらに、補強層３２と金属板３１との境界部分となる凹部３３の内側隅部３４では、水滴の乾燥が遅くなる傾向にあるため、内側隅部３４には水分が残留し易い。そして残留した水分は、車両の長期にわたる使用において、金属板３１の腐食等の不具合を発生する一因になるおそれがあった。このように補強層３２を複数の層に分割することは、水分が残留し易い箇所である内側隅部３４を増加させてしまう。

この発明は、こうした従来の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、車両の意匠面を形成する金属板の歪みを抑制した状態で、水分を要因とする金属板の不具合を抑制することができる金属板補強構造を提供することにある。

上記の目的を達成するために請求項１に記載の発明は、車両の意匠面を有するとともに電着塗装された金属板と、補強材を塗布して形成される補強層とを備え、前記補強材は熱硬化性樹脂を基材とする金属板補強構造において、前記意匠面の裏面には、該裏面を水分から保護する保護層が設けられ、前記補強層は、前記保護層上にて前記補強材を離間して塗布されてなる複数の層から構成されていること要旨とする。

この構成によれば、補強層は、離間して塗布された複数の層から構成されているため、補強層の硬化に伴って同補強層が収縮したとしても、その収縮によって生じる収縮力が分散される。このため、補強層から金属板に伝達される収縮力も分散されるため、金属板に伝達する収縮力が集中することを回避することができる。さらに、複数の補強層は保護層上に形成されている。すなわち、補強層と補強層との間に形成される凹部には、保護層が存在している。そして、金属板の裏面は保護層によって水分から長期にわたって保護される。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記保護層が、ウレタン系樹脂を基材として形成されているとともに、前記熱硬化性樹脂が、エポキシ系樹脂であることを要旨とする。

この構成によれば、保護層の基材となるウレタン樹脂は、硬度の調整における自由度が高い。すなわち、保護層を軟質化することが容易であるため、保護層の硬化時における収縮力が金属板へ影響することを回避することができる。さらに、こうした保護層によれば補強層が硬化する際の収縮力を吸収させることも可能である。一方、補強層の基材となるエポキシ樹脂は、補強機能が得られ易いため、意匠面の耐デント性をさらに向上することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記補強層を、車両の前後方向に沿って延びる帯状に形成したことを要旨とする。
この構成によれば、車両の前後方向を長手方向として装着される金属板に対して、その長手方向に沿って補強層を帯状に形成することで、個々の補強層の長さをより長く形成することができるため、個々の補強層によって、より広い範囲を補強することができる。このため、複数形成される補強層の数を削減することが可能である。

本発明によれば、車両の意匠面を形成する金属板の歪みを抑制した状態で、水分を要因とする金属板の不具合を抑制することができる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図１に基づいて詳細に説明する。
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、金属板補強構造において、補強する対象となる金属板１１は、車両に備えられる各種パネルを構成するものであって、車両の外壁を形成する意匠面１１ａを有している。金属板補強構造は、その金属板１１において剛性が不足している部位を、補強材を塗布して形成された補強層１２によって補強する構造であって、こうした構造によって意匠面１１ａの耐デント性が高められる。補強層１２を形成する補強材は、熱硬化性樹脂を基材として構成されている。

意匠面１１ａの裏面１１ｂには、同裏面１１ｂを水分から保護する保護層１３が設けられている。保護層１３を構成する基材としては、合成樹脂、エラストマー、及びゴムが挙げられる。合成樹脂としては、オレフィン系、エポキシ系、ウレタン系、アクリル系、エステル系等が挙げられる。エラストマーとしては、ＳＢＳ（スチレン／ブタジエン／スチレンブロックコポリマー）等が挙げられる。ゴムとしては、ＮＲ（天然ゴム）、スチレン／ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、ポリブタジエン（ＰＢ）等が挙げられる。補強層１２を構成する基材の中でも、硬化反応を利用することで、意匠面１１ａの裏面１１ｂに対して保護層１３を強固に接着することができるという観点から、フェノール系樹脂、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂等の熱硬化性樹脂が好ましい。さらに、熱硬化性樹脂の中でも、保護層１３の硬度の調整における自由度が高いため、硬化時における収縮力の金属板１１への影響を回避することが容易であるという観点から、ウレタン系樹脂が最も好ましい。

こうした保護層１３は、裏面１１ｂに塗布材を塗布することによって形成することができる。保護層１３を形成するための塗布材には、上述した基材の他に、炭酸カルシウム、タルク、マイカ等の充填剤、酸化カルシウム等の水分除去剤、アミン系硬化剤等の硬化剤等を必要に応じて含有させることができる。

保護層１３の厚さは、保護機能を十分に発揮させるという観点から、例えば０．１ｍｍ以上であることが好適である。また、保護層１３の厚さは、塗布時の作業性を維持するという観点から、例えば１０ｍｍ以下であることが好適である。こうした保護層１３は、塗布材を周知の塗装方法によって塗布した後、その塗布材を硬化させることによって形成される。塗装方法としては、例えばスプレー塗装、押し出し塗装、ダイコート法等が挙げられる。

保護層１３上には補強層１２が設けられ、同補強層１２は補強材を離間して塗布されてなる複数の層から構成されている。このように本実施形態の補強層１２は、複数に分割して構成されている。

図１（ａ）には、車両の前後方向を矢印で示している。金属板１１は車両の前後方向を長手方向として構成されることが多い。本実施形態の各補強層１２は、車両の前後方向に沿って延びる帯状にそれぞれ形成されている。このため、分割して構成した複数の補強層１２であっても、車両の前後方向を長手方向とする金属板１１を効率よく補強することができる。

複数の補強層１２を構成する補強材としては、熱硬化性樹脂を基材とするとともに保護層１３上に塗布可能であれば、特に限定されない。熱硬化性樹脂としては、フェノール系樹脂、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂等が挙げられる。熱硬化性樹脂の中でも、得られた補強層１２において優れた補強機能が発揮され易いという観点から、エポキシ系樹脂が好ましい。補強材には、基材の他に、アミン系硬化剤、酸無水物系硬化剤、イミダゾール系硬化剤等の硬化剤、炭酸カルシウム、タルク、マイカ等の充填剤、有機ベントナイト等の垂れ止め剤、チタネート系カップリング剤、シラン系カップリング剤等のカップリング剤等を必要に応じて含有させることができる。

複数の補強層１２の間隔は、特に限定されないが、補強材の流動による密着を回避するという観点から、例えば０．５ｍｍ以上の間隔を設けて補強材を塗布することが好適である。

補強層１２の厚さは、補強機能を十分に発揮させるという観点から、例えば１ｍｍ以上であることが好適である。また、補強層１２の厚さは、塗布時の作業性を維持するという観点から、例えば１０ｍｍ以下であることが好適である。

こうした補強層１２は、補強材を周知の塗装方法によって塗布した後、その補強材を硬化させることによって形成される。塗装方法としては、例えばスプレー塗装、押し出し塗装等が挙げられる。

本実施形態の金属板補強構造を構成するには、まず保護層１３を形成するための塗布材を金属板１１の裏面１１ｂにおける所定領域に塗布することにより、保護層１３を形成する。なお、薄板状の金属板１１の厚さは、車両の軽量化を図る、又は金属板１１の成型性を高めるといった観点から、例えば０．５〜１．０ｍｍ程度に設定されている。次に、保護層１３上にて補強材を離間して塗布することにより、複数の補強層１２を形成した後、補強層１２及び保護層１３を硬化させる。なお、補強層１２及び保護層１３の硬化条件は、塗布材及び補強材の組成によって適宜設定される。このとき、補強層１２の硬化に伴って同補強層１２が収縮したとしても、その収縮によって生じる収縮力が分散されるため、金属板１１に伝達する収縮力が集中することを回避することができる。

ところで、金属板１１を有するパネルは車両ボディの一部を構成し、この車両ボディの製造工程では、電着塗装、焼付塗装等の塗装が車両ボディに施される。こうした塗装工程では、車両ボディが乾燥炉内で加熱される乾燥工程が行われる。保護層１３を構成する基材として、熱硬化性樹脂を適用することにより、乾燥工程において車両ボディが加熱される際の熱を利用して補強層１２とともに保護層１３も硬化することができる。

このようにして補強層１２が設けられた金属板１１は、車両に備えられる各種パネルを構成する。そして、金属板１１の意匠面１１ａの耐デント性は、裏面１１ｂ側に設けられた補強層１２によって高められている。

一方、車両の使用において、金属板１１の裏面１１ｂ側には結露等によって水滴が付着することがある。こうした水滴は、補強層１２と補強層１２の間に形成されている凹部１４に滞留し易い。さらに、凹部１４の内側隅部１５では、水滴の乾燥が遅くなる傾向にあるため、そうした内側隅部１５には水分が残留し易い。従って、補強層１２を複数の層に分割して構成することは、水分が残留し易い箇所を増加させてしまう。こうした実情から、本実施形態の補強層１２は保護層１３上に形成されている。すなわち、水分が残留し易い箇所（凹部１４の内側隅部１５）には、金属板１１を被覆する保護層１３が存在し、この保護層１３によって、金属板１１の裏面１１ｂは水分から長期にわたって保護される。

本実施形態によって発揮される効果について、以下に記載する。
（１） 補強層１２は、離間して塗布された複数の層から構成されているため、補強層１２の硬化時に、同補強層１２が収縮したとしても、そうした収縮力が分散される。よって、補強層１２から金属板１１に伝達される収縮力も分散されるため、金属板１１に伝達する収縮力が集中することを回避することができる。この結果、金属板１１の歪みを抑制することができるため、意匠面１１ａの美観を高めることができる。一方、車両の使用において、凹部１４の内側隅部１５には水分が残留し易い。そして、上述のように補強層１２を複数の層に分割して構成することは、内側隅部１５の数を増加してしまうため、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示される従来の補強構造では、金属板に腐食等の不具合が発生し易い状況になる。図１（ａ）及び図１（ｂ）に示される本実施形態の補強構造では、複数の補強層１２は保護層１３上に形成されている。そして、この保護層１３によって、金属板１１の裏面１１ｂは水分から長期にわたって保護される。従って、水分を要因とする金属板１１の不具合を抑制することができる。よって、この金属板補強構造によれば、車両の意匠面１１ａを形成する金属板１１の歪みを抑制した状態で、水分を要因とする金属板１１の不具合を抑制することができる。

また、補強層１２は補強材を離間して塗布することによって複数の層から構成されているため、補強が要求される部分に応じて、補強層１２の態様を適宜設定することができる。こうした補強層１２の態様としては、例えば金属板１１に対する位置、補強層１２の厚さ、補強層１２の面積等が挙げられる。そして、こうした補強層１２の態様は、例えば塗装装置に備えられた塗布ノズルの作動制御等を利用して、補強材の塗布態様を適宜変更することで、容易に設定することができる。従って、この金属板補強構造によれば、その設計の自由度を高めることができる。

（２） 保護層１３の基材としてウレタン系樹脂を使用した場合、保護層１３の硬度の調整における自由度が高い。すなわち、保護層１３を軟質化することが容易であるため、保護層１３の硬化時における収縮力が金属板１１へ影響することを回避することができる。さらに、こうした保護層１３によれば補強層１２が硬化する際の収縮力を吸収させることも可能である。従って、意匠面１１ａを形成する金属板１１の歪みをさらに抑制することができる。一方、補強層１２の基材としてエポキシ樹脂を使用した場合、補強機能が得られ易いため、意匠面１１ａの耐デント性をさらに向上することができる。

（３） 車両に備えられるパネルは、一般に車両の前後方向を長手方向として形成されている。こうしたパネルを構成する金属板１１において、補強層１２を車両の前後方向に延びる帯状に形成することにより、金属板１１の長手方向に沿って帯状の補強層１２が形成されるため、個々の補強層１２の長さをより長く形成することができる。すなわち、個々の補強層１２によって、より広い範囲を補強することができるため、複数形成される補強層１２の数を削減することが可能である。この結果、車両の前後方向を長手方向とするパネルを効率よく補強することができる。また、補強層１２が帯状であることから、補強層１２の形状について簡略化が図られるため、補強材の塗布についての自動化が容易である。よって、パネルの製造効率を高めることができる。また、金属板１１では例えば絞り加工等によって、車両の前後方向に延びる凹条が形成されている場合がある。こうした金属板１１においては、補強層１２を車両の前後方向に延びる帯状に形成することにより、凹条の延びる方向と交差した補強層１２の形成を回避することができる。よって、そうした金属板１１においても、補強材の塗布についての自動化が容易である。

なお、前記実施形態を次のように変更して構成してもよい。
・ 補強層１２の数は複数であれば特に限定されず、補強層１２の補強機能、補強層１２の硬化時における収縮力、金属板１１の厚さ等に応じて、適宜設定すればよい。

・ 各補強層１２の形状は、特に限定されず、円弧状、Ｖ字状、コ字状等の帯状の他に、円形状、四角形状、三角形状等の形状に変更してもよい。さらに、形状の異なる補強層１２を組み合わせて、複数の補強層１２を構成してもよい。

・ 金属板１１の意匠面１１ａ及び裏面１１ｂは平面でもよいし、曲面でもよい。
・ 補強材の塗布は、保護層１３が硬化した後に実施してもよいし、保護層１３が硬化する前に実施してもよい。

・ 保護層１３の硬化は、車両ボディの乾燥工程以外の加熱手段によって実施してもよい。例えば保護層１３を形成する塗布材の特性に応じて、湿気、紫外線等を利用して硬化させてもよい。

・ 補強層１２の硬化は、車両ボディの乾燥工程以外の加熱手段によって実施してもよい。
・ 保護層１３は金属板１１の裏面１１ｂにおいて全体に設けてもよいし、部分的に設けてもよい。

・ 金属板１１が構成するパネルは、特に限定されず、例えばドアパネル、ルーフ、クウォータパネル、バックドアパネル、フロントフードパネル等が挙げられる。
上記実施形態から把握できる技術的思想について以下に記載する。

・ 車両の意匠面を有する金属板を、熱硬化性樹脂を基材とする補強材を塗布して形成される補強層によって補強する金属板補強方法において、前記意匠面の裏面に対して、該裏面を水分から保護する保護層を設けた後、該保護層上にて前記補強材を離間して塗布することにより、前記補強層を複数形成する金属板補強方法。

（ａ）は本実施形態の金属板補強構造の一部を切り欠いて示す斜視図、（ｂ）は金属板補強構造の断面図。 （ａ）は従来の金属板補強構造の一部を切り欠いて示す斜視図、（ｂ）は従来の金属板補強構造の断面図。

符号の説明

１１…金属板、１１ａ…意匠面、１１ｂ…裏面、１２…補強層、１３…保護層、１４…凹部、１５…内側隅部。

Claims (3)

1. 車両の意匠面を有するとともに電着塗装された金属板と、補強材を塗布して形成される補強層とを備え、前記補強材は熱硬化性樹脂を基材とする金属板補強構造において、
   前記意匠面の裏面には、該裏面を水分から保護する保護層が設けられ、
   前記補強層は、前記保護層上にて前記補強材を離間して塗布されてなる複数の層から構成されていることを特徴とする金属板補強構造。
2. 前記保護層が、ウレタン系樹脂を基材として形成されているとともに、
   前記熱硬化性樹脂が、エポキシ系樹脂である請求項１に記載の金属板補強構造。
3. 前記補強層を、車両の前後方向に沿って延びる帯状に形成した請求項１又は請求項２に記載の金属板補強構造。

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