JP5087984B2 - 自動車用ボンネットの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動車用ボンネットの製造方法に関し、さらに詳しくは、ＣＦＲＰ製のアウターパネルとインナーパネルとを有する自動車用ボンネットの製造方法に関する。

自動車用ボンネットは、通常車両前方のエンジンルーム上方に位置し、エンジンルーム内のエンジン・補記類等のカバーの役目を果たしている部品である。

ボンネットに必要とされる機能として、ボンネット開閉時やワックス掛けを行う際に、ボンネットを手で押したときのベコ突きによる安価なイメージを持たれないことや、高速走行時の風圧で変形しないアウターパネルの面剛性を確保することがある。

また近年では、事故時の歩行者保護のため、頭部がボンネットに衝突した場合に頭部に与えるダメージを小さくことが求められている。衝突時の衝撃を小さくする方法として、ボンネットを変形しやすい柔らかいものとすることが考えられるが、その場合、前記の面剛性を低下させるだけでなく、ボンネットの下に存在するエンジン等の部品との２次衝突により、頭部の衝撃を悪化させる可能性があることを考慮する必要がある。そのため、特にボンネットとボンネット下にあるエンジン部品等の隙が狭い部分については、頭部に与えられる衝撃を小さくしながら、なおかつボンネットの変形量を小さくすることが重要である。

これらの対策として、例えば、ボンネットの裏面側、すなわち意匠面の反対側に、ボンネットの外周部全周にわたって配置された額縁形状インナーパネルと、その額縁形状インナーパネルの車両内側すなわち額縁開口部に配置された梁形状インナーパネルが一体となったインナーパネルが、アウターパネルと接着することで面剛性を向上させたもの（例えば、特許文献１）が挙げられる。またその際、梁の配置位置については、ボンネット下にあるエンジン部品等のレイアウトを考慮し、例えば、エンジン部品との隙の少ない部分には梁を配置せず、その周辺部に梁を設置するなどの考慮が必要である。

エンジン部品との隙が狭い部分に梁が存在した場合、頭部衝突後すぐに梁とエンジン部品との２次衝突が発生し、頭部に加わる衝撃が大きくなる。そこで頭部が衝突する部分の変形量をできる限り大きく取れるよう、エンジン部品との隙が小さい部分には梁を配置しないことは一般的である。しかし、ボンネットの変形量が大きすぎるとエンジンとの２次衝突が発生してしまうので、打撃点周辺部に梁を設置することで、有る程度アウターパネルが変形すればこれらの梁で変形を押さえ込み、エンジンとの２次衝突を避けることが可能である。

さらに、近年環境への排出ガス削減対策として自動車材料の軽量化が検討されており、自動車用ボンネットにおいても、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）化が種々検討されつつある。そのなかでもＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）は、航空機で使用されるように炭素繊維の高剛性・高強度を利用し、最軽量・高剛性・高強度パネル材として有望視されている。

一般的なＣＦＲＰ製ボンネットとしては、表面意匠側のアウターパネルと、その裏面側に接合され、ボンネット外周部全周にわたって配置される額縁形状インナーパネルから構成される（例えば、特許文献２）。

特許文献２では、アウターパネルとしてコア材をＣＦＲＰ単板で挟み込んだサンドイッチ構成を取っており、アウターパネルのみで高剛性・高強度を確保できるボンネット構造となっている。しかしながら、サンドイッチパネルの製作手間によるコスト増加や、自動車メーカーが要求する高表面品位を確保することが非常に困難な構造となっている。

また、ＣＦＲＰ製ボンネットとして、アウターパネルがＣＦＲＰ単板で構成されるボンネットが考えられる。その場合、アウターパネルの面剛性を確保するには、アウターパネルを増厚するか、特許文献１のように梁構造を持ったインナーパネルや、パネル全面に波形ビードを設けたインナーパネルを設定しなければならない。アウターパネルを増厚した場合、重量が大幅に増加してしまい、ＣＦＲＰによる軽量化効果を相殺してしまう。

それゆえ、ＣＦＲＰ製ボンネットとして、アウターパネルをＣＦＲＰ単板パネル、インナーパネルには特許文献１のような梁を有するパネルを接合した構造が考えられる。しかしながら、特許文献１のように、梁を有したＣＦＰＲ製インナーパネルを成形する場合、まず成形型に炭素繊維の１方向材もしくはクロス材を配置する賦形作業が必要となる。梁形状が複雑な場合、賦形作業が煩雑となり生産性が悪化しコストが上昇する。また、例えばＲＴＭ（レジン・トランスファー・モールディング）成形を実施する場合、最終形状が複雑な場合、樹脂流動性が悪く、成形不良が多発し収率の悪化を招くおそれがある。

さらに、エンジンレイアウトなどの変更が発生した場合は、梁形状の変更を行う必要性があり、ＣＦＲＰ成形型の型修繕が必要となる。インナーパネル用の成形型は非常に大きく、また樹脂硬化のための温度調整機構を有しているため、型修繕に多額の費用と長時間の修正期間が必要となり、さらに温度調整の機構の見直しも必要となれば、ＣＦＲＰ成形型を新規に製作し直すことも予想され、短期開発・試作品製作のニーズに応え切れないことがある。
特開２００５−９６６８５号公報 特開２００２−２８４０３８号公報

そこで本発明の目的は、ＣＦＲＰを用いた自動車用ボンネットにおいて、自動車用ボンネットに必要とされる面剛性や歩行者保護機能を有しながらも、安価でかつ試作・量産に際して、早期に製作が可能となる自動車用ボンネットの製造方法を提供することにある。

上記課題を解決する参考例として、ＣＦＲＰ製のアウターパネルとＣＦＲＰ製の額縁形状インナーパネルと梁形状インナーパネルとを用い、少なくとも前記ＣＦＲＰ製のアウターパネルの裏面側の一部と前記ＣＦＲＰ製の額縁形状インナーパネルの一部とを接着する自動車用ボンネットの製造方法であって、前記梁形状インナーパネルを前記ＣＦＲＰ製の額縁形状インナーパネルの内側に配置し、接合して、接合複合体とした後に、前記接合複合体の最外周端部を前記アウターパネルの最外周端部と重なるよう配置し、前記アウターパネルを前記接合複合体に接着する、自動車用ボンネットの製造方法がある。

上記課題を解決するための方法として、ＣＦＲＰ製のアウターパネルとＣＦＲＰ製の額縁形状インナーパネルと梁形状インナーパネルとを用い、少なくとも前記ＣＦＲＰ製のアウターパネルの裏面側の一部と前記ＣＦＲＰ製の額縁形状インナーパネルの一部とを接着する自動車用ボンネットの製造方法であって、前記ＣＦＲＰ製の額縁形状インナーパネルの断面において最外周端部を形成するフランジ部を前記アウターパネルの最外周端部と重なるよう配置し、接着するとともに、前記最外周端部を形成するフランジ部と反対側に存在するもう一方のフランジ部を接着して、接着複合体とした後に、前記梁形状インナーパネルを前記ＣＦＲＰ製の額縁形状インナーパネルの内側に配置し、前記接着複合体と接合するとともに、前記梁形状インナーパネルのフランジ部を前記アウターパネルに接着する、自動車用ボンネットの製造方法を提供する。

本発明の製造方法により製造された自動車用ボンネットは、例えばエンジン・補機類の配置位置の変更や、面剛性が当初予想していたものより小さかったり、当初見込んでいた歩行者頭部保護性能を達成できなかったりしたことにより、ボンネットの梁形状部分の設計変更が必要になった場合、梁形状インナーパネルの型のみを修正・新設するのみで対応することが可能である。その結果、従来の額縁形状インナーパネルと梁形状インナーパネルが一体となったボンネットより、早期にかつ安価に設計変更の対応がとれ、試作・開発費を低く抑えることが可能となる。

また、本発明の製造方法では、従来のように、額縁形状インナーパネルと梁形状インナーパネルが一体となったボンネットを数体用意し、歩行者頭部保護性能を評価するのではなく、梁形状インナーパネルのみを数体用意するのみで歩行者頭部保護性能を評価することができるので、型制作日数・費用が大幅に減少し、開発費を抑えることができ、結果として安価で軽量化性能を有したボンネットを提供できる。さらに、梁形状インナーパネルをＣＦＲＰより安価な材料、すなわち金属や樹脂で製作することにより、安価な製品を提供することが可能となる。

参考例や本発明の製造方法により得られる自動車用フードについて、図１に従って説明する。

参考例の製造方法により得られる自動車用フードは、図１に示されるように、車両外面、すなわち、自動車に用いられた際に外観として現れる面を構成するＣＦＲＰ製のアウターパネル１と、アウターパネル１の外周部全周にわたって存在する、ＣＦＲＰ製額縁形状インナーパネル２と、該額縁形状インナーパネル２の開口部に配置される梁形状インナーパネル３とで構成されている。ここで、ＣＦＲＰ製額縁形状インナーパネル２がアウターパネル１の外周部全周にわたって存在するとは、ＣＦＲＰ製額縁形状インナーパネル２の最外周端部がアウターパネル１の最外周端部と重なっていることを意味する。なお、ＣＦＲＰ製額縁形状インナーパネル２の最外周端部がアウターパネル１の最外周端部と重なっているとは、文理上、ＣＦＲＰ製額縁形状インナーパネル２の最外周端部により形成される図形とアウターパネル１の最外周端部により形成される図形とが合同であることを意味するが、本発明の目的を損なわない限りにおいて、ＣＦＲＰ製額縁形状インナーパネル２の最外周端部の一部または全部に、アウターパネル１の最外周端部と重なっていない部分があっても良い。

ＣＦＲＰとは、炭素強化繊維により強化された樹脂を指している。ＣＦＲＰのマトリックス樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエチレン樹脂、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ＣＦＲＰの機械特性は、上記のようなマトリックス樹脂の選択や組合せ、強化繊維の配向や体積含有率、積層構成により適宜設定できる。

額縁形状インナーパネル２は、アウターパネル１の外周部全周にわたって存在する額縁形状をした部材である。額縁形状インナーパネル２は、図２に示すようにハット型の断面形状（図示はしないが、断面図の全幅で見ると、少なくとも両端部に２つのハット型の形状を有する断面形状）を有しており、ハット型断面の両端部のフランジ部２ａにおいてアウターパネル１の裏面、すなわち車両下側になる面（自動車に用いられた際に外観として現れない面）に接着することができる構造となっていることが好ましい。

梁形状インナーパネル３は、図６の額縁形状インナーパネル２の額縁開口部内側９に、平面部または曲面部の組み合わせにより構成されており、ハット型断面を有した梁を１本あるいは複数本重ね合わせた構造となっていることが好ましい。重ね合わせる梁の数、梁の形状や梁の配置位置については、車両で必要とされる面剛性や、ボンネットの下側に存在するエンジン等の部品と梁の隙の大きさを考慮して決定されるものである。また、梁形状インナーパネル３はハット型断面の両端部のフランジ部３ａにおいて、アウターパネル１の車両下側になる面に接着することもできる構造となっており、ボンネットの面剛性が必要な部分について、梁形状インナーパネル３をアウターパネル１と接着することができる構造となっている。

梁形状インナーパネル３には、金属製、樹脂製またはＦＲＰ製のものが好ましく用いられる。金属としては、安価で成形性に優れたスチールや、スチールより軽量化が可能であり成形性が良いアルミニウムがあげられる。なお、金属製の梁形状インナーパネル３はプレス成形により成形されることが好ましい。また、樹脂としては、前記マトリックス樹脂として利用できる樹脂のものの他に、ナイロン６、ナイロン６，６、ＡＢＳ（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン）、ポリプロピレン等の熱可塑性樹脂が好ましく用いられるが、自動車外装部品等に一般的に使用され、成形技術が確立していることから、ＡＢＳが特に好ましく用いられる。

さらに、梁形状インナーパネル３にＦＲＰが用いられる場合、強化繊維としては、例えば、炭素繊維、ガラス繊維等の無機繊維や、ケプラー繊維、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好ましく用いられ、中でも、炭素繊維からなる強化繊維が特に好ましく用いられる。ＦＲＰのマトリックス樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエチレン樹脂、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好ましく用いられ、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好ましく用いられる。また、ＦＲＰの機械特性は、上記のようなマトリックス樹脂の選択や組合せ、強化繊維の配向や体積含有率、積層構成により適宜設定できる。

参考例の製造方法は、まず始めに前述した材料で成形された梁形状インナーパネル３を、ＣＦＲＰ製額縁形状インナーパネル２の額縁開口部内側９に配置した後、これらを接合して、接合複合体４を製作する。

ここで接合複合体４とは、額縁形状インナーパネル２と梁形状インナーパネル３とを、ボルトやリベットなどの機械留めや、接着剤を使用した接着接合等にて接合をした部材を意味する。接合複合体４は、図４または図５に示すように、梁形状インナーパネル３と額縁形状インナーパネル２の接触する部分には、両部材を接合できるフランジ部が存在し、ボルトやリベットの機械留めや、接着剤の接着接合ができるようになっていることが好ましい。

ボンネットの軽量化やボンネットの裏面側の見栄えを考慮する場合は、接合複合体４は接着接合にて製作されることが望ましい。なお、ここで言うボンネットの裏面とは、ボンネットの意匠面（自動車に用いられた際に外観として現れる面）の反対の面を意味する。

また接着剤としては、エポキシ樹脂系接着剤、ウレタン樹脂系接着剤、フェノール樹脂系接着剤、アクリル樹脂系接着剤等が好ましく用いられるが、自動車部材に一般的に使われているウレタン樹脂系接着剤を使用することが特に好ましい。

そして、前述の接合複合体４の最外周端部を形成するフランジ部２ａの端部が、アウターパネル１の最外周端部と同じ位置に重なり合うように、かつ接合複合体４をアウターパネル１の裏面、すなわち車両下側になる面（自動車に用いられた際に外観として現れない面）に配置した後、額縁形状インナーパネル２の最外周端部を形成するフランジ部２ａとアウターパネル１を、接着剤を使用して接着接合を行い、自動車用ボンネットを完成させることができる。

ここでボンネットのねじり剛性や曲げ剛性を上げたい場合は、額縁形状インナーパネル２の断面において、最外周端部を形成するフランジ部２ａと反対側に存在する、もう一方のフランジ部２ａをアウターパネル１に接着接合することがより好ましい。

さらに、ボンネットの面剛性向上が必要な場合は、梁形状インナーパネル３に存在するフランジ部３ａをアウターパネル１に接着することがより好ましい。

本発明の形態としては、額縁形状インナーパネル２の最外周端部を形成するフランジ部２ａの端部と、ＣＦＲＰ製アウターパネル１の最外周端部の位置が重なるように、かつ額縁形状インナーパネル２をアウターパネル１の裏面、すなわち車両下側になる面（自動車に用いられた際に外観として現れない面）に配置した後、額縁形状インナーパネル２の最外周端部を形成するフランジ部２ａとアウターパネル１を接着剤にて接着接合して、接着複合体５を製作する。

そして、かかる接着複合体５に、額縁形状インナーパネル２の額縁開口部内部９に、梁形状インナーパネル３を所定の位置に配置した後、額縁形状インナーパネル２と梁形状インナーパネル３の接合部を、ボルトやリベットなどの機械留めや、接着剤を使用した接着接合等にて接合してボンネットを完成させることもできる。

ここでも、ボンネットのねじり剛性等を上げたい場合は、額縁形状インナーパネル２の断面において、最外周端部を形成するフランジ部２ａと反対側に存在する、もう一方のフランジ部２ａをアウターパネル１に接着接合することが重要である。

さらに、ボンネットの面剛性向上が必要な場合は、梁形状インナーパネル３に存在するフランジ部３ａをアウターパネル１に接着することが重要である。

このようにして製造された自動車用ボンネットは、例えばエンジン・補機類の配置位置の変更や、面剛性が当初予想していたものより小さかったり、当初見込んでいた歩行者頭部保護性能を達成できなかったりしたことにより、梁形状の設計変更が必要になった場合、梁形状インナーパネル３の型のみを修正・新設するのみで対応することが可能である。その結果、従来の額縁形状インナーパネルと梁形状インナーパネルが一体となったボンネットより、早期にかつ安価に設計変更の対応がとれ、試作・開発費を低く抑えることが可能となる。

また、本発明の製造方法では、従来のように、額縁形状インナーパネル２と梁形状インナーパネル３が一体となったボンネットを数体用意し、歩行者頭部保護性能を評価するのではなく、梁形状インナーパネル３のみを数体用意するのみで歩行者頭部保護性能を評価することができるので、型制作日数・費用が大幅に減少し、開発費を抑えることができ、結果として安価で軽量化性能を有したボンネットを提供できる。さらに、梁形状インナーパネルをＣＦＲＰより安価な材料、すなわち金属や樹脂で製作することにより、安価な製品を提供することが可能となる。

本発明の自動車用フードの分解斜視図である。 自動車用フードの参考断面図（Ａ−Ａ）である。 本発明の自動車用フードの断面図（Ｂ−Ｂ）である。 額縁形状インナーパネルと梁形状インナーパネルの接着による接合図である。 額縁形状インナーパネルと梁形状インナーパネルのボルトナットによる接合図である。 額縁形状インナーパネルの斜視図である。

符号の説明

１ アウターパネル
２ 額縁形状インナーパネル
２ａ フランジ部
３ 梁形状インナーパネル
３ａ フランジ部
４ 接合複合体
５ 接着複合体
６ 接着剤
７ ボルト
８ ナット
９ 額縁開口部内側

Claims (5)

1. ＣＦＲＰ製のアウターパネルとＣＦＲＰ製の額縁形状インナーパネルと梁形状インナーパネルとを用い、少なくとも前記ＣＦＲＰ製のアウターパネルの裏面側の一部と前記ＣＦＲＰ製の額縁形状インナーパネルの一部とを接着する自動車用ボンネットの製造方法であって、前記ＣＦＲＰ製の額縁形状インナーパネルの断面において最外周端部を形成するフランジ部を前記アウターパネルの最外周端部と重なるよう配置し、接着するとともに、前記最外周端部を形成するフランジ部と反対側に存在するもう一方のフランジ部を接着して、接着複合体とした後に、前記梁形状インナーパネルを前記ＣＦＲＰ製の額縁形状インナーパネルの内側に配置し、前記接着複合体と接合するとともに、前記梁形状インナーパネルのフランジ部を前記アウターパネルに接着する、自動車用ボンネットの製造方法。
2. 前記梁形状インナーパネルの断面がハット型に形成されている、請求項１に記載の自動車用ボンネットの製造方法。
3. 前記梁形状インナーパネルが金属製である、請求項１または２に記載の自動車用ボンネットの製造方法。
4. 前記梁形状インナーパネルが樹脂製である、請求項１または２に記載の自動車用ボンネットの製造方法。
5. 前記梁形状インナーパネルがＣＦＲＰ製である、請求項１または２に記載の自動車用ボンネットの製造方法。

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