JP5695556B2 - 自動車のキャビン構造 - Google Patents

Description

本発明は、繊維強化樹脂製のキャビン下殻部およびキャビン上殻部間に繊維強化樹脂製のコア材を挟んで結合することでキャビンを構成する自動車のキャビン構造に関する。

自動車の車体フロアに用いるカーボン繊維強化樹脂製のフロアクロスを、車体前後方向に延びる縦メンバと、縦メンバから車幅方向外側に延びる複数のＥＡクロスと、縦メンバから車幅方向内側に延びる複数の横クロスと、縦メンバ、ＥＡクロスおよび横クロスを上下から挟む一対のサンドイッチパネルとで構成したものが、下記特許文献１により公知である。

また繊維強化樹脂製のパネルの補強方法として、ハニカムサンドイッチ構造が公知である。

特開２００８−６８７２０号公報

しかしながら上記特許文献１に記載されたものは、その構造が複雑であるために部品点数が多く、重量が増加して生産性が低くなる問題があるだけでなく、複数のＥＡクロスおよび複数の横クロスが車幅方向に配置されているため、側突に対しては充分な強度が得られるものの、前突に対しては充分な強度が得られない可能性があった。

またハニカムサンドイッチ構造のパネルは曲面形状に成形することが難しく、接着に手間がかかるために量産性が低く、高コストになる問題があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、簡単な構造で側突および前突の両方に対して充分な強度を有する自動車のキャビン構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、繊維強化樹脂製のキャビン下殻部およびキャビン上殻部間に繊維強化樹脂製のコア材を挟んで結合することでキャビンを構成する自動車のキャビン構造であって、前記コア材は、前記キャビンの前壁部側の端部では前後方向の強度が車幅方向の強度よりも高く設定され、前記キャビンのサイドシル部側の端部では車幅方向の強度が前後方向の強度よりも高く設定され、前記キャビンのサイドシル部内に配置された板状のスチフナを備え、前記スチフナの車幅方向外端部を前記キャビン下殻部の接合フランジおよび前記キャビン上殻部の接合フランジ間に挟んで結合し、前記スチフナの車幅方向内端部を前記キャビン下殻部に結合し、前記スチフナの車幅方向中間部を前記キャビン上殻部に結合したことを特徴とする自動車のキャビン構造が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、繊維強化樹脂製のキャビン下殻部およびキャビン上殻部間に繊維強化樹脂製のコア材を挟んで結合することでキャビンを構成する自動車のキャビン構造であって、前記コア材は、前記キャビンの前壁部側の端部では前後方向の強度が車幅方向の強度よりも高く設定され、前記キャビンのサイドシル部側の端部では車幅方向の強度が前後方向の強度よりも高く設定され、前記コア材は波形、Ｚ字形あるいはＣ字形の断面を有しており、前記コア材の波形、Ｚ字形あるいはＣ字形の断面の軸線の一端側は、前記キャビンの前壁部および前記キャビンのサイドシル部に直交するとともに、前記軸線の他端側は、前記サイドシル部および前記前壁部の交点と、フロアトンネルおよびフロアパネル部のキックアップ部の交点とを接続する対角線上で相互に交差することを特徴とする自動車のキャビン構造が提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項２の構成に加えて、前記コア材の波形、Ｚ字形あるいはＣ字形の断面の軸線は平行線状に延びることを特徴とする自動車のキャビン構造が提案される。

また請求項４に記載された発明によれば、繊維強化樹脂製のキャビン下殻部およびキャビン上殻部間に繊維強化樹脂製のコア材を挟んで結合することでキャビンを構成する自動車のキャビン構造であって、前記コア材は、前記キャビンの前壁部側の端部では前後方向の強度が車幅方向の強度よりも高く設定され、前記キャビンのサイドシル部側の端部では車幅方向の強度が前後方向の強度よりも高く設定され、前記コア材は波形、Ｚ字形あるいはＣ字形の断面を有しており、前記コア材の波形、Ｚ字形あるいはＣ字形の断面の軸線の一端側および他端側は、前記キャビンの前壁部およびサイドシル部に直交するように同心円状に延びることを特徴とする自動車のキャビン構造が提案される。

請求項１、請求項２あるいは請求項４の構成によれば、繊維強化樹脂製のキャビン下殻部およびキャビン上殻部間に繊維強化樹脂製のコア材を挟んで結合することで自動車のキャビンが構成される。コア材は、キャビンの前壁部側の端部では前後方向の強度が車幅方向の強度よりも高く設定され、キャビンのサイドシル部側の端部では車幅方向の強度が前後方向の強度よりも高く設定されるので、自動車の前面衝突時にキャビンの前壁部に入力した前突荷重は前後方向の強度が車幅方向の強度よりも高く設定されたコア材により支持され、自動車の側面衝突時にキャビンのサイドシル部に入力した前突荷重は車幅方向の強度が前後方向の強度よりも高く設定されたコア材により支持されることで、キャビンの変形を最小限に抑えることができる。

特に請求項１の構成によれば、キャビンのサイドシル部内に配置された板状のスチフナは、車幅方向外端部がキャビン下殻部の接合フランジおよびキャビン上殻部の接合フランジ間に挟んで結合され、車幅方向内端部がキャビン下殻部に結合され、車幅方向中間部がキャビン上殻部に結合されるので、軽量な板状のスチフナでキャビンのサイドシル部を強固に補強することができる。

特に請求項２の構成によれば、コア材は波形、Ｚ字形あるいはＣ字形の断面を有するので、その軸線に平行な方向の荷重に対して高い強度を得ることができるだけでなく、コア材の波形、Ｚ字形あるいはＣ字形の断面の軸線の一端側をキャビンの前壁部およびキャビンのサイドシル部に直交させ、前記軸線の他端側をサイドシル部および前壁部の交点と、フロアパネル部のフロアトンネルおよびキックアップ部の交点とを接続する対角線上で相互に交差させたので、キャビンの前壁部に入力する前突荷重をフロアトンネルに伝達し、キャビンのサイドシル部に入力する側突荷重をフロアパネルのキックアップ部に伝達することで高い強度を得ることができる。

また請求項３の構成によれば、コア材の波形、Ｚ字形あるいはＣ字形の断面の軸線は平行線状に延びるので、前壁部の近傍で前記軸線を前後方向に配置し、サイドシル部の近傍で前記軸線を車幅方向に配置することで、前後方向および車幅方向の衝突荷重の両方に対して高い強度を得ることができる。

特に請求項4 の構成によれば、コア材は波形、Ｚ字形あるいはＣ字形の断面を有するので、その軸線に平行な方向の荷重に対して高い強度を得ることができるだけでなく、コア材の波形、Ｚ字形あるいはＣ字形の断面の軸線の一端側および他端側は、キャビンの前壁部およびサイドシル部に直交するように同心円状に延びるので、前後方向および車幅方向の衝突荷重の両方に対して高い強度を得ることができる。

自動車のＣＦＲＰ製のキャビンの斜視図。（第１の実施の形態） 図１の２方向矢視図。（第１の実施の形態） 図２の３−３線断面図。（第１の実施の形態） 図２の４−４線断面図。（第１の実施の形態） 図４の円内に対応するサイドシル部の横断面図。（第２の実施の形態） 図２に対応する図。（第３の実施の形態） コア材の他の実施の形態を示す図。（第４〜第７の実施の形態）

以下、図１〜図４に基づいて本発明の第１の実施の形態を説明する。

図１に示すように、ＣＦＲＰ（カーボン繊維強化樹脂）製の自動車のキャビン１１は、フロアパネル部１２と、フロアパネル部１２の左右両側縁に沿って車体前後方向に延びる左右一対のサイドシル部１３，１３と、フロアパネル部１２および左右のサイドシル部１３，１３に前縁に沿って車幅方向に延びる前壁部１４Ａと、フロアパネル部１２および左右のサイドシル部１３，１３に後縁に沿って車幅方向に延びる後壁部１４Ｂとを備えており、全体としてバスタブ状に形成される。フロアパネル部１２には、一段低くなった前側のフロントフロアパネル部１２ａと、一段高くなった後側のリヤフロアパネル部１２ｂとが、車幅方向に延びるキックアップ部１２ｃを挟んで形成される。フロントフロアパネル部１２ａの前端からは前壁部１４Ａの下端に向かってトーボード部１２ｄが斜め上方に立ち上がり、フロントフロアパネル部１２ａの車幅方向中央部には前壁部１４Ａおよびキックアップ部１２ｃを接続するようにフロアトンネル１２ｅが形成される。

図２〜図４に示すように、キャビン１１は、ＣＦＲＰ製の板材よりなるキャビン下殻部１５と、ＣＦＲＰ製の板材よりなるキャビン上殻部１６と、それらのキャビン下殻部１５およびキャビン上殻部１６間に挟まれたＣＦＲＰ製のコア材１７とを備える。キャビン下殻部１５およびキャビン上殻部１６の外周には接合フランジ１５ａ，１６ａが形成されており、それらの接合フランジ１５ａ，１６ａが接着、溶着あるいはリベット等を用いて結合される。このとき、キャビン１１の左右両側部においてキャビン下殻部１５およびキャビン上殻部１６の上下間隔を増加させることで左右のサイドシル部１３，１３が形成され、キャビン１１の前後両端部においてキャビン下殻部１５およびキャビン上殻部１６の上下間隔を増加させることで前壁部１４Ａおよび後壁部１４Ｂが形成される。

キャビン下殻部１５およびキャビン上殻部１６間に挟まれたコア材１７の断面形状は、台形が交互に反転して連続する波板状であり、一方向を向く台形群の上底部分がキャビン下殻部１５の上面に接着や溶着で結合され、他方向を向く台形群の上底部分がキャビン上殻部１６の下面に接着や溶着で結合される。コア材１７の軸線Ａの方向、つまりコア材１７の畝状の突部や溝状の凹部が延びる方向は、フロアパネル部１２の部分毎に異なっている。

即ち、フロアトンネル１２ｅの左右両側に位置する各々のフロントフロアパネル部１２ａでは、サイドシル部１３の前端とフロアトンネル１２ｅの後端とを結ぶ対角線Ｌを基準とし、その前側の三角形部分でコア材１７の軸線Ａが前後方向を向くように配置され、その後側の三角形部分でコア材１７の軸線Ａが車幅方向を向くように配置される。またリヤフロアパネル部１２ｂ、キックアップ部１２ｃおよび前壁部１４Ａでは、コア材１７の軸線Ａが車幅方向を向くように配置され、トーボード部１２ｄでは、コア材１７の軸線Ａが前後方向を向くように配置される。

軸線Ａを車幅方向に向けたフロントフロアパネル部１２ａの前記後側の三角形部分のコア材１７の車幅方向外端と、軸線Ａを車幅方向に向けたリヤフロアパネル部１２ｂのコア材１７の車幅方向外端とは、左右のサイドシル部１３の内部に延出して該サイドシル部１３の車幅方向外端付近まで達している。

以上のように本実施の形態によれば、キャビン１１のＣＦＲＰ製のフロアパネル部１２のキャビン下殻部１５およびキャビン上殻部１６間に挟まれるコア材１７を単純な波板で構成したので、それを複雑な形状のハニカム材で構成した従来のハニカムパネルに比べて軽量で低コストである。しかもハニカム材を採用した場合には、ハニカム材の端部をキャビン下殻部１５あるいはキャビン上殻部１６に結合する部分が線接触になって結合強度が低くなる問題があるが、本実施の形態によれば、波板の下面および上面がそれぞれキャビン下殻部１５およびキャビン上殻部１６に面接触するため、それらを強固に結合してキャビン１１の強度を高めることができる。

また軸線Ａを有する波板状のコア材１７は、軸線Ａ方向の圧縮強度が高く、軸線Ａに直交する方向の圧縮強度が低くなる特性を有するが、本実施の形態では前記特性を利用して衝突時のフロアパネル部１２の強度を高めている。即ち、フロントフロアパネル部１２ａは、サイドシル部１３の前端とフロアトンネル１２ｅの後端とを結ぶ対角線Ｌを基準とし、その前側の三角形部分でコア材１７の軸線Ａが前後方向を向くように配置し、かつ前記三角形部分の前方のトーボード部１２ｄでもコア材１７の軸線Ａが前後方向を向くように配置したので、前突の荷重がキャビン１１の前壁部１４Ａからフロアパネル部１２の前端に入力したとき、軸線Ａ方向に入力する前突荷重を対角線Ｌに沿って高強度のフロアトンネル１２ｅに収束させることで、前突荷重に対するフロアパネル部１２の強度を高めることができる。

一方、フロントフロアパネル部１２ａの前記対角線Ｌを基準とし、その後側の三角形部分でコア材１７の軸線Ａが車幅方向を向くように配置したので、側突の荷重がキャビン１７のサイドシル部１３に入力したとき、軸線Ａ方向に入力する側突荷重を対角線Ｌに沿って高強度のキックアップ部１２ｃに収束させることで、側突荷重に対するフロアパネル部１２の強度を高めることができる。

次に、図５に基づいて本発明の第２の実施の形態を説明する。

第１の実施の形態では、コア材１７の車幅方向両端部を左右のサイドシル部１３，１３の内部に挿入することで、フロアパネル部１２およびサイドシル部１３，１３を強固に一体化してキャビン１１の強度を高めているが、第２の実施の形態では、サイドシル部１３，１３の内部にコア材１７の代わりに板状のスチフナ１８を配置することで、更なる軽量化を図りながらサイドシル部１３，１３の強度を高めるものである。

即ち、前後方向に帯状に延びるＣＦＲＰ製のスチフナ１８は、その車幅方向外端部１８ａがキャビン下殻部１５の接合フランジ１５ａとキャビン上殻部１６の接合フランジ１６ａとの間に挟まれて結合され、その車幅方向内端部１８ｂがコア材１７の下面とキャビン下殻部１５の上面との間に挟まれて結合される。そしてスチフナ１８の車幅方向中間部１８ｃが、キャビン上殻部１６がフロアパネル部１２からサイドシル部１３へと立ち上がる角部の内面に結合される。その組み立て順序は、先ずキャビン下殻部１５にスチフナ１８を結合し、続いてキャビン下殻部１５およびスチフナ１８上にコア材１７を結合し、最後にスチフナ１８およびコア材１７上にキャビン上殻部１６を結合すれば良い。

このように、スチフナ１８によってサイドシル部１３の内部が二つの閉断面に分割されるため、サイドシル部１３の強度が高められる。しかもスチフナ１８はコア材１７よりも軽量であるため、第１の実施の形態に比べて軽量化を図ることができる。

次に、図６に基づいて本発明の第３の実施の形態を説明する。

第１の実施の形態の波形断面のコア材１７は直線状の軸線Ａを有しているが、第３の実施の形態の波形断面のコア材１７は同心円状（波紋状）の軸線Ａを有している。コア材１７は同心円の中心はサイドシル部１３の前端付近および後端付近にあり、従って、フロントフロアパネル部１２ａは、各々が９０°の中心角を有する４個の同心円群でカバーされる。その結果、フロントフロアパネル部１２ａの前端では、同心円状に延びるコア材１７の波形の軸線Ａが前壁部１４Ａに直角に交差し、かつフロントフロアパネル部１２ａの側端では、同心円状に延びるコア材１７の波形の軸線Ａがサイドシル部１３に直角に交差することになり、前突および側突の両方に対してフロアパネル部１２の強度を高めることができる。

次に、図７に基づいて本発明の第４〜第７の実施の形態を説明する。

上述した第１〜第３の実施の形態のコア材１７の断面形状は台形が交互に反転して連続する波形であるが、それを図７（Ａ）に示す第４の実施の形態のように、正弦波状の波形にしても良い。

また上述した第１〜第４の実施の形態のコア材１７は、相互に平行な軸線Ａを有する連続する複数の波が一体に形成されているが、多数の棒状のコア材１７…を軸線Ａが相互に平行になるように並置しても同様の作用効果を達成することができる。

図７（Ｂ）に示す第５の実施の形態は、Ｃ字状（コ字状）の断面を有するコア材１７…を、それらの軸線Ａが相互に平行になるように並置して、キャビン下殻部１５およびキャビン上殻部１６間に結合したものである。また図７（Ｃ）に示す第６の実施の形態は、Ｚ字状（Ｓ字状）の断面を有するコア材１７…を、それらの軸線Ａが相互に平行になるように並置して、キャビン下殻部１５およびキャビン上殻部１６間に結合したものである。

また横方向の強度よりも剛性を重視する場合には、コア材１７…は必ずしも棒状に連続している必要はなく、多数のコア材１７…を平面内で６０°ピッチや９０°ピッチで均一に分布させたり、あるいは不均一に分布させたりすることができる。図７（Ｄ）に示す第７の実施の形態は、各々が裁頭円錐状のコア材１７…を列状に配置したものであり、このようにすれば、一列のコア材１７…に第５、第６の実施の形態の１本のコア材１７と同様の機能を持たせることができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、コア材１７の断面形状は実施の形態に限定されるものではない。

また図７（Ｄ）に示す離散的に配置されるコア材１７…の断面形状も裁頭円錐状に限定されず、裁頭角錐状等の他の形状であっても良い。

またキャビン１１の材質は実施の形態のＣＦＲＰに限定されず、任意のＦＲＰで置き換えることができる。

１１ キャビン
１２ フロアパネル部
１２ｃ キックアップ部
１２ｅ フロアトンネル
１３ サイドシル部
１４Ａ 前壁部
１５ キャビン下殻部
１５ａ 接合フランジ
１６ キャビン上殻部
１６ａ 接合フランジ
１７ コア材
１８ スチフナ
１８ａ 車幅方向外端部
１８ｂ 車幅方向内端部
１８ｃ 車幅方向中間部
Ａ 軸線
Ｌ 対角線

Claims (4)

1. 繊維強化樹脂製のキャビン下殻部（１５）およびキャビン上殻部（１６）間に繊維強化樹脂製のコア材（１７）を挟んで結合することでキャビン（１１）を構成する自動車のキャビン構造であって、
   前記コア材（１７）は、前記キャビン（１１）の前壁部（１４Ａ）側の端部では前後方向の強度が車幅方向の強度よりも高く設定され、前記キャビン（１１）のサイドシル部（１３）側の端部では車幅方向の強度が前後方向の強度よりも高く設定され、前記キャビン（１１）のサイドシル部（１３）内に配置された板状のスチフナ（１８）を備え、前記スチフナ（１８）の車幅方向外端部（１８ａ）を前記キャビン下殻部（１５）の接合フランジ（１５ａ）および前記キャビン上殻部（１６）の接合フランジ（１６ａ）間に挟んで結合し、前記スチフナ（１８）の車幅方向内端部（１８ｂ）を前記キャビン下殻部（１５）に結合し、前記スチフナ（１８）の車幅方向中間部（１８ｃ）を前記キャビン上殻部（１６）に結合したことを特徴とする自動車のキャビン構造。
2. 繊維強化樹脂製のキャビン下殻部（１５）およびキャビン上殻部（１６）間に繊維強化樹脂製のコア材（１７）を挟んで結合することでキャビン（１１）を構成する自動車のキャビン構造であって、
   前記コア材（１７）は、前記キャビン（１１）の前壁部（１４Ａ）側の端部では前後方向の強度が車幅方向の強度よりも高く設定され、前記キャビン（１１）のサイドシル部（１３）側の端部では車幅方向の強度が前後方向の強度よりも高く設定され、前記コア材（１７）は波形、Ｚ字形あるいはＣ字形の断面を有しており、前記コア材（１７）の波形、Ｚ字形あるいはＣ字形の断面の軸線（Ａ）の一端側は、前記キャビン（１１）の前壁部（１４Ａ）および前記キャビン（１１）のサイドシル部（１３）に直交するとともに、前記軸線（Ａ）の他端側は、前記サイドシル部（１３）および前記前壁部（１４Ａ）の交点と、フロアトンネル（１２ｅ）およびフロアパネル部（１２）のキックアップ部（１２ｃ）の交点とを接続する対角線（Ｌ）上で相互に交差することを特徴とする自動車のキャビン構造。
3. 前記コア材（１７）の波形、Ｚ字形あるいはＣ字形の断面の軸線（Ａ）は平行線状に延びることを特徴とする、請求項２に記載の自動車のキャビン構造。
4. 繊維強化樹脂製のキャビン下殻部（１５）およびキャビン上殻部（１６）間に繊維強化樹脂製のコア材（１７）を挟んで結合することでキャビン（１１）を構成する自動車のキャビン構造であって、
   前記コア材（１７）は、前記キャビン（１１）の前壁部（１４Ａ）側の端部では前後方向の強度が車幅方向の強度よりも高く設定され、前記キャビン（１１）のサイドシル部（１３）側の端部では車幅方向の強度が前後方向の強度よりも高く設定され、前記コア材（１７）は波形、Ｚ字形あるいはＣ字形の断面を有しており、前記コア材（１７）の波形、Ｚ字形あるいはＣ字形の断面の軸線（Ａ）の一端側および他端側は、前記キャビン（１１）の前壁部（１４Ａ）およびサイドシル部（１３）に直交するように同心円状に延びることを特徴とする自動車のキャビン構造。

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