JP5205758B2 - 自動車用ボンネット - Google Patents

Description

本発明は、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）製の自動車用ボンネットに関し、とくに、全体として軽量に保ちながら、必要な剛性と優れた表面の意匠性とが得られる自動車用ボンネットに関する。

近年、軽量化を第１目的として、ＦＲＰ製の自動車用ボンネットが開発されつつあり、主として必要な部分の強度や剛性を向上することを目的とした各種の構造が提案されている（例えば、特許文献１）。ＦＲＰ製ボンネットは、通常、表面側の高剛性のアウターと、その裏面側に接合され、例えばハット形の横断面のスチフナ構造を有するインナーとから構成される。アウターの高剛性は、例えば、厚肉にするか、ＦＲＰスキン板間にコア材を介在させたサンドイッチ構造に構成することで得られる。

ところが、アウターを厚肉にした場合、重量増加が大きくなり、ボンネットをＦＲＰ化する場合の軽量化の利点が損なわれてしまう。一方、サンドイッチ構造を採用すると、高い軽量化効果は得られるものの、ボンネットのような大きな面積を有する部材を実質的に全体にわたってサンドイッチ構造に成形する際、コア材が薄い場合は比較的容易に成形できるが、高剛性を得るためにはコア材を厚くする必要があり、コア材の形状賦型やコア材加工等の面から相当の困難性を伴う。

また、ＦＲＰ製インナーの剛性を高く設計し、インナーにボンネットの主剛性を担わせることで、アウターを薄くすることも考えられるが、この場合には、薄板のアウターと高剛性のインナーとの接合部位に相当するアウターの表面側意匠面に、剛性差による筋状の変形、いわゆるボンディングラインが現れることが多く、表面の意匠性が損なわれるおそれがある。

ところで、上記のようなＦＲＰ製ボンネットにおける軽量化、必要な剛性付与、成形の容易性、ボンディングライン等に関する問題とは別に、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、衝突事故時等の歩行者保護性能を高めることが要求されており、この機能を極力高めるために、ボンネットには優れた衝撃吸収機能が望まれている。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。この頭部へのダメージの低減に関しては、ボンネットの衝撃緩和性能として規制値が規格化されつつあり、とくに、頭部が受ける加速度とその持続時間で計算される頭部傷害値（ＨＩＣ）を所定のレベル以下に抑えることが望まれる。
特開２００３−１４６２５２号公報

そこで本発明の課題は、上記のような実情に鑑み、ボンネットのＦＲＰ化による軽量化の利点を活かしつつ、成形性を損なうことなく効率よく必要な部位の剛性を高め、かつ、表面の意匠性も良好に保つことができ、しかも、衝突事故時等における歩行者保護に関する性能も十分に高めることが可能な、ＦＲＰ製の自動車用ボンネットを提供することにある。

本発明では、ＦＲＰ製ボンネットの外縁に沿った部分の剛性を高めることで、上記課題を解決できることを見出した。本発明は、一枚物のＦＲＰ製ボンネットにも適用できるし、ＦＲＰ製アウターとＦＲＰ製インナーとの接合構造を有するＦＲＰ製ボンネットにも適用できる。とくに後者のＦＲＰ製ボンネットに適用することにより、一層優れた効果が得られる。

すなわち、本発明に係る自動車用ボンネットは、少なくともアウターとインナーとを有するＦＲＰ製ボンネットであって、前記アウター中央部の剛性よりも高い剛性を有する高剛性部を前記アウター外縁に沿って設けるとともに、前記高剛性部を含めて前記アウター全体を一体成形し、かつ、前記インナーを前記高剛性部に接合したことを特徴とするものからなる。

この自動車用ボンネットにおいては、上記高剛性部を含めてＦＲＰ製ボンネット全体が一体成形されている構成とすることが可能である。

また、上記高剛性部は、アウター外縁に沿って全周にわたって設けられている構成としてもよく、アウター外縁に沿って部分的に設けられている構成としてもよい。

上記高剛性部は、例えば、ＦＲＰの強化繊維層の積層枚数を増大させた増厚部に構成することができる。あるいは、ＦＲＰスキン板間にコア材を介在させたサンドイッチ構造に構成することもできる。

また、上記アウターの少なくとも上記高剛性部以外の部分がＦＲＰ単板から構成されている構造とすることもできるし、ＦＲＰスキン板間に薄いコア材を介在させたサンドイッチ構造に構成することもできる。

本発明では、ＦＲＰ製ボンネットとしては、例えば全体として容易に所定の剛性を持たせるために、炭素繊維強化プラスチックからなる。また、衝突事故時等に歩行者の頭部に加わる加速度を軽減し、望ましい衝撃吸収性能を持たせるために、さらに、炭素繊維強化プラスチックに、高伸度の炭素繊維の織物が使用されている。

この自動車用ボンネットにおいても、例えばボンネット全体として容易に所定の剛性を持たせるために、少なくともＦＲＰ製アウターが炭素繊維強化プラスチックからなる。また、衝突事故時等に歩行者の頭部に加わる加速度を軽減し、望ましい衝撃吸収性能を持たせるために、さらに、炭素繊維強化プラスチックに、高伸度の炭素繊維の織物が使用されている。

上記インナーとしては、高剛性部に沿ってアウター全周にわたって延びている構成とすることもできるし、高剛性部に沿って部分的に延びている構成とすることもできる。

インナーは、例えば、ハット形の横断面形状に形成されたスチフナ構造とすることができる。

なお、本発明においては、自動車用ボンネットの基本構造としての取付け剛性、ねじり剛性および／または面剛性等の向上のため、ボンネット中央部の低剛性部についても、その中で、さらに、相対的に剛性の高い部分と低い部分とを設けるようにしてもよい。ここで、ボンネットの基本剛性としての取付け剛性、ねじり剛性、面剛性とは、以下のような意味である。

取付け剛性：
ボンネットは、車体に取り付けられる時に、ストライカの引き込み力やシール類からの反力を受けて変形することがある。その変形が、ボンネットと隣り合う他部品との寸法取り合いの不具合（クリアランスの不足や干渉の発生、規定寸法以上の外表面の段差や隙間発生など）や、外板意匠面の不整（意匠面の歪みなど）などを起こさないように、所定の剛性を具備する必要がある。この剛性を取付け剛性と称する。ボンネットは後端部でヒンジ部品を介して車体に取付られ、前端部でストライカなどの開閉部品によって取付け荷重を負荷されるので、取付け剛性はボンネットの縦方向の曲げ剛性が主体となる。

ねじり剛性：
ボンネットは、開けた時に所定の開位置で留め置けるように、ボンネットの片側をサポートロッドなどで支える構造になっている。この時に、人の手あるいは突風などでボンネットにねじり力が加わっても大きく変形してサポートロッドなどの留め具が外れないように、所定のねじり剛性が必要である。また、車体取付け時に左右の取付け反力（ストライカの引き込み力やシール類からの反力など）が同一であるとは限らないので、車体取付け時に左右にねじる力（モーメント）が発生する。したがって、ねじり剛性は、取付け剛性の一部としても必要な特性である。

面剛性：
ボンネット面の剛性が不足していると、ボンネット上面を手で押した様な時にその場所が大きく変形する。また、高速走行時の風圧変動でボンネット上面が波を打つように変形する。したがって、このような不具合が生じないように、ボンネット上面には所定の面剛性が必要である。

このようなＦＲＰ製の自動車用ボンネットにおいては、全体として軽量性を保ちながら、ＦＲＰ製ボンネットの外縁に沿って高剛性部を額縁状に設けるので、全体として必要な剛性が容易に確保される。とくにＦＲＰ製アウターとＦＲＰ製インナーとの接合構成では、アウターに高剛性部を設けるので、アウターの中央部、つまり、アウターの主構成部分を実質的に全面にわたってＦＲＰ単板構成またはＦＲＰスキン板間に薄いコア材を介在させたサンドイッチ構造等とすることが可能になり、大面積でも容易に成形できるようになるとともに、軽量化の利点を最大限発揮できるようになる。さらに、この場合、インナーの接合を高剛性部で行うので、いわゆるボンディングラインがアウター表面側に現れることを容易に防止できるようになり、アウター表面の意匠性を向上することができる。さらにまた、周縁の高剛性部によりボンネット全体の形態を良好に保持させながら、ＦＲＰ製ボンネットの中央部、とくにＦＲＰ製アウターの中央部を適度な低剛性に構成できるので、この中央部に衝撃荷重が加わった際に、一種のハンモックのように変位しながら衝撃エネルギーを吸収できる構造となり、衝突事故時等に歩行者の頭部をより適切に保護することが可能となる。

本発明に係る自動車用ボンネットによれば、ボンネットの外縁に沿って高剛性部を額縁状に設けることにより、全体として軽量性を確保しつつ必要な剛性を効率よく付与することができる。そして、ＦＲＰ製ボンネットの中央部、とくにアウターの中央部に対してはＦＲＰ単板構成やＦＲＰスキン板間に薄いコア材を介在させたサンドイッチ構造等の成形しやすい構造を採用可能となり、大面積を有するＦＲＰ製ボンネット部材の成形を容易化できる。また、アウター／インナー接合構造では、高剛性部にて接合することによりボンディングラインの発生を防止してアウター表面の意匠性を向上することができる。さらに、ボンネット中央部に衝撃エネルギー吸収性能上最適な構造を容易に採用できるので、より確実に、衝突事故時等における歩行者保護性能の向上をはかることも可能となる。

本発明の一実施態様に係る自動車用ボンネットの分解斜視図である。 図１の自動車用ボンネットの高剛性部における構造例を示す部分断面図である。 図１の自動車用ボンネットの高剛性部における別の構造例を示す部分断面図である。 高剛性部以外の部分の構造例を示す自動車用ボンネットの部分断面図である。 高剛性部以外の部分の別の構造例を示す自動車用ボンネットの部分断面図である。 低剛性部に相対的な高剛性部を設ける各種構造例を示す自動車用ボンネットの平面図である。

符号の説明

１、２１ 自動車用ボンネット
２、２ａ、２ｂ ＦＲＰ製のアウター
３、３ａ、３ｂ ＦＲＰ製のインナー
４、４ａ、４ｂ、１２、２２ 高剛性部
５ａ、５ｂ ＦＲＰスキン板
６、１１、１４ コア材
１３ ＦＲＰ単板構造部
１５ サンドイッチ構造部
２３ 低剛性部
２４、２５、２６、２７ 相対的な高剛性部

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は、本発明の一実施態様に係る自動車用ボンネットを示しており、とくに、ＦＲＰ製のアウターと、その裏面側に接合されるＦＲＰ製のインナーとを有する自動車用ボンネットに本発明を適用した場合の一例を示している。図１において、１は自動車用ボンネット全体を示しており、該ボンネット１は、表面側に位置するＦＲＰ製のアウター２と、その裏面側に接合されるＦＲＰ製のインナー３とからなる。ＦＲＰ製のアウター２は、面方向にボンネット全面にわたって広がっており、車種に応じて、必要な曲面形状に形成されている。このアウター２は、本実施態様の如くＦＲＰの単板構造に構成されてもよく、ＦＲＰスキン板間にコア材（例えば、発泡体からなるコア材）が介在されたサンドイッチ構造に構成されてもよい。

ＦＲＰ製のアウター２には、その中央部における剛性よりも高い剛性を有する高剛性部４が、アウター２の外縁に沿って設けられている。本実施態様では、高剛性部４はアウター２の全周にわたって額縁状に形成されているが、アウター２の外縁に沿って必要な部位に部分的に設けられていてもよい。この高剛性部４に対応させて、ＦＲＰ製のインナー３が設けられており、インナー３は、本実施態様では、高剛性部４と同様アウター２の外縁に沿って全周にわたって額縁状に設けられている。そして、このＦＲＰ製のインナー３が、上記高剛性部４において、ＦＲＰ製のアウター２に接合される。

上記高剛性部４は、例えば、図２、図３に示すように構成できる。図２に示す構造においては、高剛性部４ａは、ＦＲＰ単板からなるアウター２ａを、その外縁部において、例えばＦＲＰの強化繊維層の積層枚数を部分的に増大させることによって形成された増厚部とすることにより構成されている。図３に示す構造においては、高剛性部４ｂは、基本的にＦＲＰ単板からなるアウター２ｂを、その外縁部において、部分的に、ＦＲＰスキン板５ａ、５ｂ間にコア材６を介在させたサンドイッチ構造に形成することにより構成されている。

そして、図２、図３に示すように、上記のような高剛性部４ａ、４ｂにおいて、ＦＲＰ製のインナー３ａ、３ｂがＦＲＰ製のアウター２ａ、２ｂに、それぞれ接合されている。これらインナー３ａ、３ｂは、例えば図示のようなハット形の横断面形状を有するスチフナ構造に構成されている。また、前述の如く、これらインナー３ａ、３ｂは、高剛性部４ａ、４ｂに沿ってアウター２ａ、２ｂの全周にわたって延びていてもよく、部分的に延びていてもよい。

本発明においては、少なくとも上記のような高剛性部以外の部分は、例えば、ＦＲＰ単板構成またはＦＲＰスキン板間に薄いコア材を介在させたサンドイッチ構造等とすることができる。例えば図４、図５に示すように、ＦＲＰ製のボンネット（アウターとインナーの接合構造の場合にはＦＲＰ製のアウター）において、例えばコア材１１を備えた高剛性部１２を設ける場合、高剛性部１２以外の部分をＦＲＰ単板構造部１３や、ＦＲＰスキン板間に薄いコア材１４を介在させたサンドイッチ構造部１５に構成することができる。

図１〜図３に示すように構成された自動車用ボンネットにおいては、基本的にＦＲＰ単板構造を有するＦＲＰ製のアウター２の外縁に沿って高剛性部４を額縁状に設けることにより、全体として軽量性を確保しつつ必要な剛性を効率よく付与することができるとともに、広い面積を有するアウターであっても、容易に成形することができるようになる。また、薄肉のアウター２として軽量化の利点を最大限発現させつつ、インナー３との接合部に選択的に高剛性部４を設けることにより、剛性差の大きな部材同士の接合であってもアウター２の表面にボンディングラインが現れないようにすることが可能になり、ボンネット表面の意匠性を向上することができる。さらに、額縁状に高剛性部４を設けることで、アウター２の中央部を適度な低剛性に構成して、一種のハンモックのような構造にすることができ、効率よく、外部からの衝撃エネルギーの吸収性能の向上をはかることが可能になる。とくに、アウター２のＦＲＰの強化繊維を炭素繊維とすることで、軽量化、剛性確保を良好に行うことができるとともに、高伸度の炭素繊維を使用することで、中でも高伸度の炭素繊維織物を使用することで、上記衝撃エネルギーの吸収性能の一層の向上をはかることが可能になる。

なお、前述の如く、自動車用ボンネットの基本剛性としての取付け剛性、ねじり剛性および／または面剛性等の向上のため、ボンネット中央部の低剛性部についても、その中で、さらに、相対的に剛性の高い部分と低い部分とを設けるようにしてもよい。具体的には、例えば図６に示すような構成を採用できる。

例えば、図６（Ａ）に示すような、縁部の高剛性部２２と中央部の低剛性部２３とを有する自動車用ボンネット２１に対し、図６（Ｂ）に示すように、低剛性部２３に車体前後方向に延びる相対的な高剛性部２４を設けることにより、取付け剛性を向上させることが可能である。また、図６（Ｃ）または（Ｄ）に示すように、低剛性部２３に斜めに延びる相対的な高剛性部２５または２６を設けることにより、ねじり剛性を向上させることが可能である。さらに、図６（Ｅ）に示すように、低剛性部２３に車体前後方向および幅方向に延びる相対的な高剛性部２７を設けることにより、面剛性を向上させることが可能である。

なお、本発明に係る自動車用ボンネットにおけるＦＲＰとは、強化繊維により強化された樹脂を指し、強化繊維としては、とくに炭素繊維を使用している。アウター等面剛性の制御の容易性の面からも、とくに炭素繊維の使用が好ましい。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、サンドイッチ構造を採用する場合のコア材としては、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、例えば、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、例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。

実施例１
市販されている車体に取り付けられているボンネットの形状（縦横比＝１：約１．５）で、前縁の中央がストライカ、後縁の両角がヒンジ取付位置となるように、計３点を支持点とするボンネットを成形した。ボンネットアウターの中央部分を東レ社製炭素繊維Ｔ３００を強化繊維に用いた織物（平織）の単板構造とし、その外縁全周部分はフォームコア（積水化学社製”フォーマック”）を上記Ｔ３００織物（平織）で挟んだサンドイッチ構造とし、中央部分より高剛性とした。ボンネットインナーはＴ３００織物（平織）を用いて単板構造のハット型インナーとした。アウターおよびインナーは、Ｔ３００織物にエポキシ樹脂（東レ社製ＴＲ−Ｃ３５）をＲＴＭ（Ｒｅｓｉｎ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｍｏｌｄｉｎｇ）成形法で含浸させ、加熱硬化させ、外周をトリミングして、アウターとインナーを接着し、ＣＦＲＰ製ボンネットを得た。得られたボンネット表面の意匠性を確認したところ、アウター表面にはインナーとの接着によるボンディングラインは見られなかった。このボンネットの中央に、重さ３．５ｋｇの人体頭部を模擬したヘッドインパクターを時速３４ｋｍで衝突させ、ヘッドインパクター内に設置されている加速度計により、ヘッドインパクターすなわち人体頭部に生じる加速度とその持続時間を測定し、そこから頭部傷害値（ＨＩＣ）の大きさを算出した。結果を表１に示す。

実施例２
ボンネットアウターに用いる強化繊維が東レ社製炭素繊維Ｔ７００を強化繊維に用いた織物（平織）である以外は、実施例１と同じボンネットを成形した。実施例１と同様に意匠面の確認をしたろころ、問題はなかった。同様に、加速度とその持続時間を測定し、そこから頭部傷害値（ＨＩＣ）の大きさを算出した。結果を表１に示す。

比較例１
ボンネットアウター全体にわたって、フォームコア（積水化学社製”フォーマック”）をＴ３００織物（平織）で挟んだサンドイッチ構造とする以外は、実施例１と同じボンネットを成形した。ボンネット表面にはコアが曲面に沿っていない部分があり良好な表面意匠は得られなかった。このボンネットにヘッドインパクターの衝突試験を行い、加速度とその持続時間を測定し、そこから頭部傷害値（ＨＩＣ）の大きさを算出した。結果を表１に示す。

比較例２
外縁全周が中央部と同様の単板構造となる以外は、実施例１と同じボンネットを得た。得られたボンネットの意匠性を確認したところ、アウター表面にインナーとの接着によるボンディングラインが見られた。結果を表１に示す。

表１より、実施例１において、本発明の構成、すなわち中央部の剛性よりも高い剛性を有する高剛性部をボンネット外縁に沿って設けることで、成形性を損なうことなく効率よく必要な部位の剛性を高め、かつ、表面の意匠性も良好に高めることができ、しかも衝突事故時等における歩行者保護性能を高めることが可能になることが確認できた。また実施例２において、高伸度な炭素繊維を用いることで、さらに衝突事故時等における歩行者保護性能を高めることが可能になることが確認できた。

本発明に係るＦＲＰ製自動車用ボンネットは、全体として軽量性が求められるとともに、必要な剛性と優れた表面の意匠性に加え、優れた衝撃吸収性能が求められるあらゆる自動車用ボンネットに適用することができる。

Claims (11)

1. 少なくともアウターとインナーとを有するＦＲＰ製ボンネットであって、前記アウター中央部の剛性よりも高い剛性を有する高剛性部を前記アウター外縁に沿って設けるとともに、前記高剛性部を含めて前記アウター全体を一体成形し、かつ、前記インナーを前記高剛性部に接合したことを特徴とする自動車用ボンネット。
2. 前記高剛性部が、前記アウター外縁に沿って全周にわたって設けられている、請求項１の自動車用ボンネット。
3. 前記高剛性部が、前記アウター外縁に沿って部分的に設けられている、請求項１の自動車用ボンネット。
4. 前記高剛性部が、ＦＲＰの強化繊維層の積層枚数を増大させた増厚部に構成されている、請求項１〜３のいずれかに記載の自動車用ボンネット。
5. 前記高剛性部が、ＦＲＰスキン板間にコア材を介在させたサンドイッチ構造に構成されている、請求項１〜３のいずれかに記載の自動車用ボンネット。
6. 前記アウターの少なくとも前記高剛性部以外の部分が、ＦＲＰ単板から構成されている、請求項１〜５のいずれかに記載の自動車用ボンネット。
7. 前記アウターの少なくとも前記高剛性部以外の部分が、ＦＲＰスキン板間にコア材を介在させたサンドイッチ構造に構成されている、請求項１〜５のいずれかに記載の自動車用ボンネット。
8. 前記インナーが、前記高剛性部に沿って前記アウター全周にわたって延びている、請求項１〜７のいずれかに記載の自動車用ボンネット。
9. 前記インナーが、前記高剛性部に沿って部分的に延びている、請求項１〜７のいずれかに記載の自動車用ボンネット。
10. 前記インナーが、ハット形の横断面形状に形成されている、請求項８または９に記載の自動車用ボンネット。
11. 前記高剛性部を含めてＦＲＰ製ボンネット全体が一体成形されている、請求項１〜１０のいずれかに記載の自動車用ボンネット。

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