JP5581404B2 - 車両用フロア構造 - Google Patents
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Description
本発明の車両用フロア構造における繊維強化複合材料とは、強化繊維とマトリックス樹脂とを含むものである。繊維強化複合材料中の強化繊維の形態は、短繊維でも、長繊維でも、連続繊維でも良く、これらのうち2種類以上を組み合わせて用いても良い。短繊維とは繊維長が0.1〜10mm未満、長繊維とは繊維長が10mm〜100mm、連続繊維とは繊維長が100mm以上のものである。短繊維や長繊維の場合は、チョップドストランド等を用いて抄紙されたペーパーであってもよい。連続繊維の場合は、織編物、ストランドの一方方向配列シート状物及び多軸織物等のシート状、または不織布状でマトリックス樹脂中に含有されていることも好ましい。なお、多軸織物とは、一般に、一方向に引き揃えた繊維強化材の束をシート状にして角度を変えて積層したもの(多軸織物基材)を、ナイロン糸、ポリエステル糸、ガラス繊維糸等のステッチ糸で、この積層体を厚さ方向に貫通して、積層体の表面と裏面の間を表面方向に沿って往復しステッチした織物をいう。該繊維強化複合材料成形体を構成する繊維強化材料は、強化繊維がランダムに分散・配向したもの、あるいは特定の繊維配向をしたものでもよく、強化繊維が面配向したものあるいは一軸配向したもの、あるいはそれらの組み合わせ、あるいはそれらの積層体であることが好ましい。なかでも、後述するとおり、本発明の車両用フロア構造における繊維強化複合材料としては、熱可塑性樹脂にチョップド繊維がランダム配向しているランダム繊維強化複合材料であると好ましい。更に、熱可塑性樹脂にチョップド繊維が二次元ランダム配向している二次元ランダム繊維強化複合材料であると、極めて成形性に優れ、パネルを接合させる際に嵌合させる窪みの部分を特に精巧なものとすることができるので、より好ましい。これらランダム繊維強化複合材料を、他の種類の繊維強化複合材料と組み合わせたものや、積層体としたものについても、本発明の車両用フロア構造に好適に用いることができる。
本発明の車両用フロア構造に用いられるマトリックス樹脂は、熱可塑性樹脂またはそれらの組成物である。具体的には、ポリカーボネート樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ポリ乳酸、ポリアミド樹脂、ASA樹脂、ABS樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリフェニレンオキサイド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリアミドイミド樹脂およびこれらの樹脂から選ばれる2種類以上の混合物(樹脂組成物)が挙げられるが特に制限はない。樹脂組成物としては、ポリカーボネート樹脂とポリエステル樹脂の組成物、ポリカーボネート樹脂とABS樹脂との組成物、ポリフェニレンエーテル樹脂とポリアミド樹脂の組成物、ポリアミド樹脂とABS樹脂の組成物、およびポリエステル樹脂とポリアミド樹脂の組成物等からなる群から選択された少なくとも1種が好ましい。
本発明の車両用フロア構造に用いられる強化繊維としては、締結構造の用途に応じた各種の繊維を使用できるが、ガラス繊維、ポリエステル繊維、ポリオレフィン繊維、炭素繊維、パラ系アラミド繊維、メタ系アラミド繊維、ボロン繊維、アゾール繊維、アルミナ繊維等からなる群から選択された少なくとも1種が好ましいものとして挙げられ、特に好ましくは比強度と比弾性に優れる炭素繊維である。
本発明の車両用フロア構造は、主たる構造が熱可塑性繊維強化複合材料で成形された2枚のパネルで構成されたダブルデッキ構造であることを特徴とする。本発明におけるダブルデッキ構造とは、その一部が局所補強部材によって3層以上の構成になっているものも含む。フロア構造の全体がダブルデッキ構造である必要はなく、一部においては2枚のパネルが補強のために接合されていても良く、一部においてはそれぞれのパネルが互いに別の形態や機能を有しても良い。フロアの投影面積の50%以上がダブルデッキ構造となっていることが好ましく、70%以上がダブルデッキ構造となっていることがさらに好ましい。パネルの厚みは特に制限はないが、強度・剛性と軽量性の兼ね合いから0.5〜10mmが好ましく、1〜5mmがさらに好ましい。ダブルデッキ構造の厚みも特に制限はないが、剛性と車内空間の確保の兼ね合いから、10〜300mmが好ましく、50〜200mmがさらに好ましい。パネルの厚み、およびダブルデッキ構造の厚みは、全体が一定でなくても構わず、局所的に変動していても良い。
パネルは熱可塑性繊維強化複合材料で成形されており、少なくとも2本以上の凸型開断面形状を有する連続した補強構造を有することが重要である。補強構造は、フロア構造がダブルデッキ構造を有する範囲内で少なくとも2本以上となっていれば良く、それ以外の部分で2本の補強構造が互いに結合されて1本になっていても良い。それぞれのパネルが持つ補強構造の本数は同じであっても異なっていても良い。凸型開断面形状の断面形状は、ハット形状、U字形状などから選択することが可能であるが、ハット形状が最も好ましい。凸型開断面の高さは特に限定はないが、好ましくは10mm以上、300mm以下、より好ましくは50mm以上、200mm以下である。開断面の幅は10mm以上、300mm以下、より好ましくは50mm以上、200mm以下である。また、開断面形状について、例えば型を用いたプレス成形を行う観点から本発明の目的を損なわない範囲で抜き勾配を任意に加えることもできる。
なお、上記のランダム繊維強化複合材料におけるランダム配向としては二次元ランダム配向が好ましい。ここでいう二次元ランダム配向とは、チョップド繊維を散布して得られる堆積物などに見られる、チョップド繊維が二次元状に絡み合って疑似平面を形成しつつ堆積し、各々のチョップド繊維が当該疑似平面内に配向した状態を意味する。チョップド繊維が二次元ランダムに配向したものであるランダム繊維強化複合材料の板状試料について、その平面内において互いに直行する二方向の引張弾性率を測定し、得られた引張弾性率の値のうち大きいものを小さいもので割って求めた比は2以下となる。
本発明の車両用フロア構造において、2枚のパネルが上記のような、熱可塑性樹脂にチョップド繊維が二次元ランダム配向しているランダム繊維強化複合材料、つまり二次元ランダム繊維強化複合材料で成形されたものであると、特に嵌合および接合に適したものとなり、物性もより優れ、実用性が極めて高いものとなる。
2枚のパネルは互いの窪みを嵌合させた状態で接合されるが、接合方法としては接着、溶着、機械的締結などから選択することが可能である。溶着方法としては、振動溶着、熱板溶着、溶剤接着などが好ましく用いられ、機械的締結方法としては、ボルト結合、リベット結合などが好ましく用いられる。
前述の局所補強部材の接合方法も、接着、溶着、機械的締結などから選択することが可能である。溶着方法としては、振動溶着、熱板溶着、溶剤接着などが好ましく用いられ、機械的締結方法としては、ボルト結合、リベット結合などが好ましく用いられる。
本発明の車両用フロア構造は、任意の車両形式に好適に適用可能であるが、燃料配管や排気管を収納するためのスペースが必要のない電気自動車により好適に使用可能である。なお、2枚のパネルで形成された空間内にバッテリーを格納することも可能であり、車内空間の拡大や車両の低重心化を実現することが可能である。この場合、2枚のパネルの一部にメンテナンス用の開口部を設けることも可能である。
2 サイドメンバ
3 パネル(A)
4 パネル(B)
5 補強構造
6 窪み
7 局所補強部材(平板断面形状)
8 局所補強部材(ハット断面形状)
9 局所補強部材(補強構造内面に接する断面形状)
10 バッテリー
11 メンテナンス用の開口部
12 メンテナンス用開口部のフタ
Claims (11)
- 車両用フロア構造であって、主たる構造が熱可塑性繊維強化複合材料で成形された2枚のパネルで構成されたダブルデッキ構造であり、該ダブルデッキ構造を有する範囲内において、該パネルがそれぞれ少なくとも2本以上の凸型開断面形状を有する連続した補強構造を有しており、該補強構造の少なくとも2箇所に窪みが設けられていて、該パネル同士の補強構造が交差し、かつ、該パネルの補強構造に設けられた窪み同士が嵌合した状態で接合されたことを特徴とする車両用フロア構造。
- 該パネルのうち、一方に設けられた該補強構造が車軸に平行であり、もう一方に設けられた該補強構造が車軸に垂直方向であることを特徴とする請求項1記載の車両用フロア構造。
- 該補強構造の凸型開断面形状がハット形状であることを特徴とする請求項1〜2のいずれかに記載の車両用フロア構造。
- 該補強構造のうち、少なくとも1つの補強構造に局所補強部材が接合され、該補強構造の断面形状が中空閉断面形状となったことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の車両用フロア構造。
- 該パネルを構成する熱可塑性繊維複合材料が、熱可塑性樹脂にチョップド繊維がランダム配向しているランダム繊維強化複合材料であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の車両用フロア構造。
- 該パネルの一部が、熱可塑樹脂中に連続繊維が一方向にそろえて配置された連続繊維強化複合材料で補強されていることを特徴とする請求項5記載の車両用フロア構造。
- 該局所補強部材が、熱可塑性樹脂にチョップド繊維がランダム配向しているランダム繊維強化複合材料からなることを特徴とする請求項4記載の車両用フロア構造。
- 該局所補強部材の一部が、熱可塑樹脂中に連続繊維が一方向にそろえて配置された連続繊維強化複合材料で補強されていることを特徴とする請求項7記載の車両用フロア構造。
- 強化繊維が炭素繊維である請求項1〜8のいずれかに記載の車両用フロア構造。
- 2枚のパネルで形成された空間内にバッテリーを格納したことを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の車両用フロア構造。
- 適用する車両が電気自動車であることを特徴とする請求項10記載の車両用フロア構造。
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