JP5062956B2 - 自動車用外板部材 - Google Patents

Description

本発明は、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）製自動車用外板部材に関し、とくに、衝撃荷重を効果的に吸収できるようにした、自動車のボンネット用に用いられる自動車用外板部材に関する。

近年、自動車には、衝突時等における安全性を高めることが要求されており、とくに、衝撃的な外力が加わった際の乗員側の安全性とともに、事故時の歩行者保護性能を高めることが要求されている。自動車が歩行者に衝突した際には、歩行者は、自動車の前部やボンネット等に対し、脚や頭部に衝撃荷重を受けることになるが、とくに死亡事故の低減には、頭部へのダメージを低減することが不可欠であると言われている。したがって、とくに頭部にダメージを与えやすい自動車側部位、とくにボンネットに対しては、衝突事故時にも極力衝撃力を吸収でき、頭部へのダメージを小さく抑えることが求められている。

このような衝撃吸収性能を持たせるためには、自動車用外板部材や外板支持部材等が、適切に変形あるいは破壊することにより、自動車内部部品の破損や乗員へのダメージを極力小さく抑えつつ、歩行者への衝撃力付与を極力小さく抑える必要がある。つまり、歩行者保護の観点から、適切な衝撃吸収構造とする必要がある。

ＦＲＰ製自動車用パネルとしては、各種の構造が提案されているが、従来の提案は、主として必要な部分の強度や剛性を局部的に向上することを目的としており（例えば、特許文献１）、ＦＲＰ製自動車用パネルとして、上記のような衝撃吸収のために適切なクラッシャブル構造とする提案はほとんど見当たらない。
特開２００３−１４６２５２号公報

そこで本発明の課題は、従来の技術開発指向とは視点を変え、とくに歩行者保護の観点から、衝突時における歩行者への衝撃を適切に吸収して小さく抑えることが可能な自動車のボンネット用に用いられるＦＲＰ製自動車用外板部材を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る自動車用外板部材は、自動車のボンネット用に用いられるＦＲＰ製自動車用外板部材であって、その下面に溝状の凹部または丘状の凸部が設けられており、前記外板部材は、その上面と下面との間の距離が一様でなく、その上面と内蔵物との距離が相対的に大きい箇所と小さい箇所を有し、前記凹部は前記外板部材の上面と内蔵物との距離が大きい箇所に設けられて、該箇所の強度、剛性が局部的に弱められているとともに、前記凸部は前記外板部材の上面と内蔵物との距離が小さい箇所に設けられて、該箇所の強度、剛性が局部的に高められていることを特徴とするものからなる。この溝状の凹部または丘状の凸部は、たとえばほぼ直線状に延びる形状を有することができる。

すなわち、本発明においては、ＦＲＰ製自動車外板部材の外面に凹凸を設けることにより、外板部材の剛性保持を司る部分と衝撃吸収性を司る部分に機能分離、最適化したものである。すなわち、剛性が必要な箇所は凸部として剛性や強度を高め、逆に部材の撓みを大きくしたり、衝突安全の面から意識的に外板部材が破断したり、変形する状態を設けたい場合には、凹部を設けて剛性を低下させ、また部材が変形する起点を設けることができる。

更に、凸部をほぼ直線状に配設することにより、高剛性となる梁の様な構造を設けて、外板部材全体の剛性を効率的に向上、維持しつつ、相対的に剛性が低い他の部分やほぼ直線状とした凹部のＦＲＰ層により、歩行者が外板部品に衝突する様な、局所的な荷重が入力される際には、外板部材が撓んだり、破断することにより衝撃エネルギーを効率的に吸収、伝播する機能を持ち、全体剛性の向上と局所衝突時の衝撃吸収機能の両方を持たせることもできる。

また、この外板部材に用いられる凹凸部は外板と内部搭載物との距離の大小等によっても、任意に設定できる。とくに本発明では、外板と内蔵物との距離が大きい箇所は凹部として、剛性または強度を低下させ、大変形や外板の破断によりエネルギーを吸収し、距離が小さい場所は、内蔵物との接触を回避するために、凸部を設けて高剛性とするようにしている。本凹凸箇所の配置、各部位での選択は、歩行者保護の衝突等、衝撃エネルギーを吸収、緩和に最も効果的となる様に選択し、車種や、内部搭載物との距離等に応じて、凹部、凸部のいずれを形成するかを決定すればよく、本発明では、双方が混在した形態を採る。

このような本発明に係る自動車用外板部材においては、表裏ＦＲＰ層間にコア材が介在されたサンドイッチ構造を有し、ボンネットの裏面を形成するＦＲＰ層に上記凹部または凸部が設けられている構造とすることができる。

また、表裏ＦＲＰ層間に空間を設けた中空構造に形成されており、ボンネットの裏面を形成するＦＲＰ層に上記凹部または凸部が設けられている構造とすることもできる。

さらに、ＦＲＰ単板に形成されており、該ＦＲＰ単板のボンネットの裏面を形成する面に上記凹部または凸部が設けられている構造とすることもできる。

溝状の凹部を設ける場合には、該凹部に適当な充填材（フィラー）が埋設されている構造とすることもできる。この充填材の埋設により、見掛け上は、外面に凹部が存在しないようにすることができ、外観上問題が生じるおそれを除去できる。また、凹部に充填材を埋設することにより、圧縮剛性は高めるが、衝突等の衝撃エネルギーが加わる場合には、凹部の引張強度、剛性は、衝撃エネルギー吸収上好適な値に維持できる。

上記凹部または凸部は、たとえばボンネット等のように比較的広い面積を有する部材の場合には、複数条設け、各部位にそれぞれ最適な強度、剛性を持たせることが好ましい。すなわち、外部からの衝撃に対して素早く破壊し衝撃エネルギーの効率のよい吸収が望まれる部位に対しては適切に強度、剛性を弱め、一方、比較的高い強度、剛性に維持して内部搭載物との衝突を回避することが望まれる部位に対しては、凹部の配設密度を低くするか凹部を設けないでおく構造、あるいは凸部を設ける構造とすることができる。

凹部または凸部を複数条設ける場合には、衝撃が加わりやすい方向、たとえば自動車の進行方向に対して、凹部による強度、剛性の局部的低下、あるいは凸部による強度、剛性の局部的増大をはかることができる。たとえば、上記凹部または凸部が、自動車の進行方向に関し、０°／９０°の方向に対し±２０°の範囲内の方向に延びている構造を採用することができる。この場合には、複数の凹部または凸部により、格子状に略矩形エリアに区画されている構造とすることもできる。

あるいは、上記凹部または凸部が、自動車の進行方向に関し、±４５°の方向に対し±２０°の範囲内の方向に延びている構造を採用することができる。この場合には、複数の凹部または凸部により、格子状に略菱形エリアに区画されている構造とすることもできる。

また、本発明に係る自動車用外板部材においては、表裏ＦＲＰ層間にコア材が介在されたサンドイッチ構造を有し、上記凹部または凸部により自動車用外板部材が複数のエリアに区画されており、該エリアによってコア材の硬度が異なっている構造とすることもできる。たとえば、このようにコア材の硬度を調整して、自動車用外板部材と内部搭載物との距離（ストローク）が短い箇所では硬いコア材、長い箇所では柔らかいコア材を配置する構造とし、内部搭載物の保護を適切にはかりつつ、衝撃エネルギーの効率のよい吸収をはかることができる。逆に内部搭載物との距離に依らず、ほぼ均一の撓みストロークを確保するために、距離が短い箇所に、柔らかいコア材、長い箇所では硬いコア材を配置することもできる。これらコア材の硬柔の選択は、前述の凹凸箇所の選択と同様に、車種や、必要とされる衝撃吸収性能、内蔵物との距離などを勘案して決定すればよく、場合によっては、双方が混在した形態も採り得る。

本発明に係る自動車用外板部材は、とくに、自動車のボンネット用に用いられ、前述したような衝突事故時の歩行者のとくに頭部保護に有効である。

本発明に係る自動車用外板部材によれば、外面に溝状の凹部および丘状の凸部を設けて、ＦＲＰ部材について必要な箇所の強度、剛性を適切に強めたり、ＦＲＰ部材の強度、剛性を局部的に弱めて衝撃に対する破壊や変形の起点を意図的に形成し、衝撃を効果的に吸収できる構造を実現可能としたので、近年の衝突事故時等における歩行者保護の要求に対処することが可能になる。これによって、死亡事故等の件数を顕著に低減できることが期待される。

以下に、本発明の望ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１および図２は、本発明の一実施態様に係る、自動車のボンネット用に用いられる自動車用外板部材を示している。図１および図２において、１は自動車用外板部材としてのボンネットを示しており、図示例では、自動車用外板部材１は、表側ＦＲＰ層２と裏側ＦＲＰ層３との間に、弾性体や発泡材等からなるコア材４が介在されたサンドイッチ構造に構成されており、本実施態様では、この部材１の外面、とくに裏面側に設けられたほぼ直線状に延びる溝状の凹部５についての例が図示されている。本実施態様では、凹部５は、自動車の進行方向Ａに関し、ほぼ０°／９０°の方向に延設されており、両方向に延びる複数の凹部５により、自動車用外板部材１は格子状に複数の略矩形エリア６に区画されている。この凹部５の延設方向は、効率のよい衝撃エネルギー吸収の点から、０°／９０°の方向に対し、±２０°の範囲内にあることが好ましい。上記のような溝状の凹部５を設けることにより、ボンネットの幅方向中央部での、自動車の進行方向に延びる中心面０ＢＬにおける断面は、たとえば図２に示すようになる。

なお、本発明は、サンドイッチ構造に構成された部分を有する自動車用外板部材の、サンドイッチ構造部分の範囲が、図４、図５に示すように、部材の外周部と中央部分に分かれている構成も含む。すなわち、図４、図５に示すように、自動車用外板部材１ａは、表側ＦＲＰ層２ａと裏側ＦＲＰ層３ａとの間に、弾性体や発泡材等からなるコア材４ａが介在されたサンドイッチ構造部分を有しており、このサンドイッチ構造部分が部材の外周部と中央部分に分かれて配置されているとともに、両サンドイッチ構造部分間が凹部５ａに形成されている。また、図１、図２に示した態様も含めて、凹部５、５ａは、ＦＲＰの単板構造、すなわちコア材４、４ａが介在しない構造のものを含む。さらに、凹部５、５ａの幅は、必要に応じて任意の幅に設定することができる。

本発明における自動車用外板部材のＦＲＰ層とは、強化繊維により強化された樹脂層を指し、強化繊維としては、たとえば、炭素繊維、ガラス繊維等の無機繊維や、ケブラー繊維、ポリエチレン繊維、ポリアミド繊維などの有機繊維からなる強化繊維が挙げられる。面剛性の制御の容易性の面からは、とくに炭素繊維が好ましい。ＦＲＰ層のマトリックス樹脂としては、たとえば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂が挙げられ、さらには、ポリアミド樹脂、ポリオレフィン樹脂、ジシクロペンタジエン樹脂、ポリウレタン樹脂等の熱可塑性樹脂も使用可能である。また、コア材としては、弾性体や発泡材、ハニカム材の使用が可能であり、軽量化のためにはとくに発泡材が好ましい。発泡材の材質としては特に限定されず、たとえば、ポリウレタンやアクリル、ポリスチレン、ポリイミド、塩化ビニル、フェノールなどの高分子材料のフォーム材などを使用できる。ハニカム材としては特に限定されず、たとえばアルミニウム合金、紙、アラミドペーパー等を使用することができる。

図１、２および図４、５に示した態様に関し、図１、３に示した態様について説明するに、前記のように、ＦＲＰ製自動車用外板部材１の外面にほぼ直線状に延びる溝状の凹部５が設けることにより、その部位の強度、剛性を適切に局部的に弱めて衝撃に対する破壊や変形の起点を意図的に形成でき、衝撃エネルギーを効果的に吸収できるクラッシャブル構造を実現できる。とくに自動車の進行方向に関してこのようなクラッシャブル構造を適切な部位に形成できるので、前述したような、近年の衝突事故時等における歩行者保護の要求に応えることが可能になる。

上記溝状の凹部の断面形状は、自動車用外板部材１の部位に応じて適宜変更することもできる。つまり、部位に応じて、強度、剛性を調整できる。また、内部搭載物までの距離に応じて部材の厚みを最適化することもできる。たとえば、図３に示す自動車用外板部材としてのボンネット７において、その０ＢＬ、１ＢＬ、−１ＢＬ（幅方向に位置の異なる断面で、０ＢＬは幅方向の中心面、１ＢＬ、−１ＢＬはその左右における断面）での形状を、たとえば図６に示すように異なる形状にすることが可能である。この例では、ボンネット７は表裏のＦＲＰ層８、９間にコア材１０を介在させたサンドイッチ構造に構成され、その裏面側に凹部１１と凸部１２１が設けられており、外板部材の凹凸が、内部搭載物１２０の凸凹に沿うように、形状が形成されている。また、コア材１０の硬度は、箇所に応じて硬度を変えることもできる。たとえば、前述したように、コア材１０の硬度を調整して、内部搭載物までの距離（ストローク）が短い箇所では硬いコア材を、長い箇所では柔らかいコア材を、それぞれ配置することができる。

また、本発明に係る自動車用外板部材においては、上記のような溝状の凹部とともに異なる部位に、丘状の凸部を設け、凸部を設けた部位の強度、剛性を局部的に高めるとともに、相対的に、凸部を設けない部位の強度、剛性を局部的に弱める構成とすることができる。たとえば図７に、表裏のＦＲＰ層１２、１３間にコア材１４を介在させたサンドイッチ構造の自動車用外板部材１５を示すように、たとえば下面側に凸部１６を設け、この部位の強度、剛性を局部的に高めるとともに、相対的に、凸部を設けない標準部１７（本発明における凹部に相当）の強度、剛性を局部的に弱める構成とすることができる。

また、本発明に係る自動車用外板部材においては、上記のようなサンドイッチ構造部材にかぎらず、ＦＲＰの単板構成とすることも可能である。たとえば図８に示すように、強化繊維基材１８の積層構成を有するＦＲＰ板１９とし、このＦＲＰ板１９のたとえば裏面側に溝状の凹部２０を設ける構造とすることができる。

さらに、本発明に係る自動車用外板部材においては、上記のような凹部をそのまま凹部として残してもよいが、外観上好ましくない場合等には、凹部に充填材（フィラー）を埋設することもできる。たとえば図８に示すように、凹部２０にフィラー２１を埋設し、外観上はあたかも凹部２０が存在しないかの如く見せかけることも可能である。このような充填材は、凹部２０における圧縮剛性は高め、部材が所定の形状を維持するのに役立つとともに、表面側から衝撃荷重がかかった際には、この充填材埋設凹部２０には引張荷重が加わることになるが、その際の引張強度、剛性は実質的に充填材を埋設しない場合と同程度に維持され、所望の衝撃エネルギー吸収性能が損なわれることはない。

本発明に係る自動車用外板部材においては、上記のような溝状の凹部あるいは丘状の凸部を、図９〜図１４に示すような各種形態にて設けることができる。なお、図１０〜図１３においては、自動車のボンネットにおける上下を逆にして示してある。図９は、内部に向けて突出した丘状の凸部を設けた内凸型の形態を示しており、とくに、ＦＲＰ単板３１の裏面（内面）側に凸部３２を設けた形態を示している。

図１０は、外部に対しては溝状に凹み、内部に対しては突出するように形成された内凸型の溝状の凹部を有する形態を示しており、（Ａ）は、表裏ＦＲＰ層４４、４５間にコア材４６を介在させたサンドイッチ構造の自動車用外板部材４７の、表側ＦＲＰ層４４の表面側に凹部４８を設けた形態、（Ｂ）は、表裏ＦＲＰ層４９、５０間を中空部５１に形成した中空構造の自動車用外板部材５２の、表側ＦＲＰ層４９の表面側に凹部５３を設けた形態を、それぞれ示している。

図１１は、層厚みを局部的に増加させ、外部に対して突出するように形成された丘状の凸部を有する外凸型の形態を示している。図１１（Ａ）は、ＦＲＰ単板５４の表面側に凸部５５を設けた形態、（Ｂ）は、表裏ＦＲＰ層５６、５７間にコア材５８を介在させたサンドイッチ構造の自動車用外板部材５９の、表側ＦＲＰ層５６の表面側に凸部６０を設けた形態、（Ｃ）は、表裏ＦＲＰ層６１、６２間を中空部６３に形成した中空構造の自動車用外板部材６４の、表側ＦＲＰ層６１の表面側に凸部６５を設けた形態を、それぞれ示している。

図１２は、層厚みは基本的に変化させず、層を湾曲させることにより、外部に対して突出するように形成された丘状の凸部を有する外凸型の形態を示している。凸部の反対面は、必然的に溝状に形成される。図１２（Ａ）は、表裏ＦＲＰ層６８、６９間にコア材７０を介在させたサンドイッチ構造の自動車用外板部材７１の、表側ＦＲＰ層６８の表面側に凸部７２を設けた形態、（Ｂ）は、表裏ＦＲＰ層７３、７４間を中空部７５に形成した中空構造の自動車用外板部材７６の、表側ＦＲＰ層７３の表面側に凸部７７を設けた形態を、それぞれ示している。

図１３は、層厚みを局部的に増加させ、外部に対して局部的に凹むように形成された溝状の凹部を有する外凹型の形態を示している。図１３（Ａ）は、ＦＲＰ単板９０の表面側に凹部９１を設けた形態、（Ｂ）は、表裏ＦＲＰ層９２、９３間にコア材９４を介在させたサンドイッチ構造の自動車用外板部材９５の、表側ＦＲＰ層９２の表面側に凹部９６を設けた形態、（Ｃ）は、表裏ＦＲＰ層９７、９８間を中空部９９に形成した中空構造の自動車用外板部材１００の、表側ＦＲＰ層９７の表面側に凹部１０１を設けた形態を、それぞれ示している。

図１４は、ＦＲＰ単板１０２の裏面側に凹部１０３を設けた形態において、凹部１０３内にフィラー１０４を埋設した構造を示している。

本発明の一実施態様に係る自動車用外板部材の概略斜視図である。 図１の自動車用外板部材の縦断面図である。 本発明の別の実施態様に係る自動車用外板部材の概略斜視図である。 図１とは別の実施態様に係る自動車用外板部材の概略斜視図である。 図４の自動車用外板部材の縦断面図である。 図３の自動車用外板部材の各断面における部分縦断面図である。 本発明のさらに別の実施態様に係る自動車用外板部材の部分縦断面図である。 本発明のさらに別の実施態様に係る自動車用外板部材の部分縦断面図である。 本発明における一形態例を示す自動車用外板部材の部分縦断面図である。 本発明における別の形態例を示す、各種構造の自動車用外板部材の部分縦断面図である。 本発明におけるさらに別の形態例を示す、各種構造の自動車用外板部材の部分縦断面図である。 本発明におけるさらに別の形態例を示す、各種構造の自動車用外板部材の部分縦断面図である。 本発明におけるさらに別の形態例を示す、各種構造の自動車用外板部材の部分縦断面図である。 本発明におけるさらに別の形態例を示す自動車用外板部材の部分縦断面図である。

符号の説明

１、１ａ、７ 自動車用外板部材（ボンネット）
２、２ａ、３、３ａ、８、９、１２、１３、４４、４５、４９、５０、５６、５７、６１、６２、６８、６９、７３、７４、９２、９３、９７、９８ ＦＲＰ層
４、４ａ、１０、１４、４６、５８、７０、９４ コア材
５、５ａ、１１、２０、４８、５３、９１、９６、１０１、１０３ 凹部
１５、４７、５９、７１ サンドイッチ構造の自動車用外板部材
１６、３２、５５、６０、６５、７２、７７、１２１ 凸部
１７ 標準部
１８ 強化繊維基材
１９、３１、５４、９０、１０２ ＦＲＰ単板
２１、１０４ 充填材（フィラー）
５１、６３、７５、９９ 中空部
５２、６４、７６、１００ 中空構造の自動車用外板部材
１２０ 内部搭載物
Ａ 自動車の進行方向

Claims (8)

1. 自動車のボンネット用に用いられるＦＲＰ製自動車用外板部材であって、その下面に溝状の凹部または丘状の凸部が設けられており、前記外板部材は、その上面と下面との間の距離が一様でなく、その上面と内蔵物との距離が相対的に大きい箇所と小さい箇所を有し、前記凹部は前記外板部材の上面と内蔵物との距離が大きい箇所に設けられて、該箇所の強度、剛性が局部的に弱められているとともに、前記凸部は前記外板部材の上面と内蔵物との距離が小さい箇所に設けられて、該箇所の強度、剛性が局部的に高められていることを特徴とするＦＲＰ製自動車用外板部材。
2. 表裏ＦＲＰ層間にコア材が介在されたサンドイッチ構造を有し、ボンネットの裏面を形成するＦＲＰ層に前記凹部または凸部が設けられている、請求項１の自動車用外板部材。
3. 表裏ＦＲＰ層間に空間を設けた中空構造に形成されており、ボンネットの裏面を形成するＦＲＰ層に前記凹部または凸部が設けられている、請求項１の自動車用外板部材。
4. ＦＲＰ単板に形成されており、該ＦＲＰ単板のボンネットの裏面を形成する面に前記凹部または凸部が設けられている、請求項１の自動車用外板部材。
5. 前記凹部に充填材が埋設されている、請求項１〜４のいずれかに記載の自動車用外板部材。
6. 前記凹部または凸部が複数条設けられている、請求項１〜５のいずれかに記載の自動車用外板部材。
7. 前記凹部または凸部が、自動車の進行方向に関し、０°／９０°の方向に対し±２０°の範囲内の方向に延びている、請求項６の自動車用外板部材。
8. 前記凹部または凸部が、自動車の進行方向に関し、±４５°の方向に対し±２０°の範囲内の方向に延びている、請求項６の自動車用外板部材。

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