JP6123743B2 - 車両用ドア構造 - Google Patents

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Description

本発明は、車両用ドア構造に関する。
車両用のサイドドアにおけるドアヒンジが取り付けられるドア前面部に補強材を設ける構成が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開2007−216831号公報
ところで、ドアパネルの材料に繊維強化樹脂を用いてドアの軽量化を図る場合、ドアにおけるヒンジ部材の固定部位周りの剛性が不足する懸念があり、この観点から改善の余地がある。
本発明は、ドアパネル及び補強材の板厚増加に頼ることなく、ヒンジ部材の固定部位周りの剛性を確保することができる車両用ドア構造を得ることが目的である。
第1態様の車両用ドア構造は、第1壁と第2壁との間に曲げ部が形成されており、第1壁側にヒンジ部材が設置された繊維強化樹脂製のドアパネルと、前記曲げ部を跨いで前記第1壁及び前記第2壁に接合され、前記ヒンジ部材に対する前記第2壁の側でかつ前記曲げ部の内側に補強断面を形成している補強材と、を備えている。
この車両用ドア構造では、繊維強化樹脂製のドアパネルの第1壁側に、ヒンジ部材が設置されている。例えば、ヒンジ部材は、第1壁に対して、直接的又は補強材を介して間接的に固定されている。ここで、補強材がドアパネルの第1壁及び第2壁に接合されることで、ドアパネルにおける第2壁の側でかつ曲げ部の内側に、補強断面が形成されている。この補強断面によって、例えば過開き時のドアパネルの第1壁への主な荷重入力部は、補強断面の第1壁側の端部近傍となり、曲げ部を跨いで第1及び第2壁に接合される補強材による補強断面がない場合の第2壁側の端部よりもヒンジ部材側に近づく。すなわち、過開き時の外力により第1壁に作用する曲げ荷重(モーメントが)が低減される。
このように、第1態様の車両用ドア構造では、例えば第1壁のみ補強する構成と比較して、ドアパネル及び補強材の板厚増加に頼ることなく、ヒンジ部材の固定部位周りの剛性を確保することができる。
第2態様の車両用ドア構造は、第1態様の構成において、前記補強材は、前記曲げ部を跨いで前記第1壁及び前記第2壁に接合されることで、前記第1壁、前記第2壁及び前記曲げ部とで、前記ヒンジ部材に対する前記第2壁の側に前記補強断面としての閉じ断面を形成している。
この車両用ドア構造では、曲げ部を跨いで第1壁及び第2壁に接合される補強材と、該第1壁、第2壁及び曲げ部とで、補強断面としての閉じ断面が形成されている。この閉じ断面によって、上記の通りドアパネル及び補強材の板厚に頼ることなく、ヒンジ部材の固定部位周りの剛性を確保することができる。
第3態様の車両用ドア構造は、第2態様の構成において、前記補強材は、前記第1壁に接合された部分と、前記第2壁に接合された部分とがコーナ部を介して前記曲げ部の内側で繋がっている金属製の第1補強板と、前記第1補強板における前記第1壁及び第2壁に接合された部分に前記コーナ部を跨いで接合され、前記ドアパネルにおける前記第1補強板が接合された部分とで前記閉じ断面を形成する金属製の第2補強板と、を含んで構成されている。
この車両用ドア構造では、ドアパネルにおける第1補強板が接合された部分と、第2補強板とで、上記した閉じ断面が形成されている。換言すれば、それぞれ金属製の第1補強板と第2補強板とで形成されて閉断面が、繊維強化樹脂製のドアパネルの第1壁及び第2壁に接合されている。これにより、閉じ断面の周方向の一部が繊維強化樹脂のみで形成される構成と比較して、閉じ断面による補強(剛性向上)効果が高い。このため、第1補強板及び第2補強板(の少なくとも一方)を、例えばアルミニウム等の軽量な金属材にて構成しつつ所要の補強効果を得ることができる。
第4態様の車両用ドア構造は、第3態様の構成において、前記第2補強板は、板端側から見て前記第1壁及び第2壁のそれぞれに対し傾斜され、前記第1壁に接合された部分と前記第2壁に接合された部分とを直線状に繋ぐ傾斜壁を有する。
この車両用ドア構造では、第2補強板の傾斜壁は、板端側(閉じ断面の断面方向)から見て、第1壁から第2壁まで直線状(最短距離)に至っている。このため、例えば傾斜壁に代えて、途中に折り曲げ部を有する屈曲壁を有する構成と比較して、最小限の第2補強板(質量)でヒンジ部材の固定部位周りの剛性を確保することができる。
第5態様の車両用ドア構造は、第3又は第4態様の構成において、前記ヒンジ部材は、少なくとも前記第1壁における第1補強板が接合された部分に固定されており、前記第2補強板は、前記第1補強板における前記ヒンジ部材が固定された部位の前記第2壁側の端部と、前記第1補強板における第2壁に接合された部分とを繋いでいる。
この車両用ドア構造では、閉じ断面のヒンジ部材側の端部は、第1補強板におけるヒンジ部材の固定(接触)範囲の第2壁側端部に一致又は極近接している。このため、過開き時の外力により第1壁に作用する曲げ荷重(モーメントが)が著しく低減される。
第6態様の車両用ドア構造は、第3〜第5態様の何れか1態様の構成において、前記ヒンジ部材は、前記第1壁側で前記第1補強板と第2補強板とが重ね合わされた部分に締結具にて締結されており、前記第2補強板は、前記第1壁側で前記第1補強板と重ね合わされた部分と、前記コーナ部を跨ぐ部分との間に形成された屈曲部が、該第2補強板の締結具に対し前記第2壁側に隣接して配置されている。
この車両用ドア構造では、閉じ断面のヒンジ部材側の端部は、第2補強板におけるヒンジ部材を締結する締結具に隣接して配置されている。このため、過開き時の外力により第1壁に作用する曲げ荷重(モーメントが)が著しく低減される。
第7態様の車両用ドア構造は、第3〜第6態様の何れか1態様の構成において、前記第1補強板及び第2補強板における前記閉じ断面の内角又は外角を成す折り曲げ部の少なくとも一部には、補強ビードが形成されている。
この車両用ドア構造では、第1壁及び第2壁における閉じ断面の角部(内角又は外角)を成す折り曲げ部に補強ビードが形成されている。このため、補強ビードがない構成と比較して、閉じ断面の形成部位と被形成部位との境界における曲げ剛性、及び閉じ断面の断面崩れに対する剛性が向上する。
第8態様の車両用ドア構造は、第3〜第7態様の何れか1態様の構成において、前記ドアパネルは、前記第1壁に形成された開口を有し、前記ヒンジ部材は、前記開口を通じて前記第1補強板における前記第1壁に接合された部分に接触した状態で、該第1補強板及び前記第2補強板に締結固定されている。
この車両用ドア構造では、繊維強化樹脂製のドアパネルに締結荷重を作用させない構成と構成において、ドアパネル及び補強材の板厚に頼ることなくヒンジ部材の固定部位周りの剛性を確保することができる。
以上説明したように本発明に係る車両用ドア構造は、ドアパネル及び補強材の板厚増加に頼ることなく、ヒンジ部材の固定部位周りの剛性を確保することができるという優れた効果を有する。
本発明の第1の実施形態に係るサイドドア構造の要部を示す図であって、図2(A)の1−1線に沿った断面図である。 本発明の第1の実施形態に係るサイドドア構造が適用されたサイドドアの概略全体構成を示す図であって、(A)は一部切り欠いた側面図、(B)は図2(A)の2B−2Bに沿った断面図である。 本発明の第1の実施形態に係るサイドドア構造を構成する第2補強板の補強ビードを示すであって、(A)は屈曲部の内側から見た斜視図、(A)は屈曲部の外側から見た斜視図である。 本発明の第1の実施形態に係るサイドドア構造の要部を模式化して示す図1に対応する断面図である。 本発明の実施形態との比較例に係るサイドドア構造の要部を模式化して示す図であって、(A)は変形前の断面図、(B)は変形前の断面図である。 本発明の第2の実施形態に係るサイドドア構造の要部を示す図1に対応する断面図である。 本発明の第3の実施形態に係るバックドア構造の要部を示す側断面図である。 本発明の実施形態の第1変形例に係るサイドドア構造を模式化して示す断面図である。 本発明の実施形態の第2変形例に係るサイドドア構造を模式化して示す断面図である。
本発明の実施形態に係る車両用ドア構造としてのサイドドア構造10について、図1〜図5に基づいて説明する。なお、図中に適宜記す矢印FRは車両前後方向の前方向を、矢印UPは車両上下方向の上方向を、矢印OUTは車幅方向の外側をそれぞれ示す。以下の説明で、特記なく前後、上下の方向を用いる場合は、車両前後方向の前後、車両上下方向の上下を示すものとする。
[サイドドアの概略全体構成]
図2(A) には、サイドドア構造10が適用された自動車のサイドドア12の概略全体構成が側面図にて示されており、図2(B)には、図2(A)の2B−2B線に沿った断面図が示されている。図2(A)に示されるように、サイドドア12は、ドア本体14と、ドア本体14の上端(ベルトライン)上に突出するドアフレーム16とを含んで構成されている。これらドア本体14とドアフレーム16とで囲まれた窓部18にはサイドウインドウガラス20が設けられている。
図2(B)に示されるように、ドア本体14は、ドアパネルとしてのインナパネル22と、アウタパネル24とを含んで構成されている。インナパネル22は、前後方向及び上下方向に沿って延在する側壁22Sと、側壁22Sの周縁から車幅方向外向きに延在する周壁22Rと、周壁22Rの車幅方向外縁から該周壁22Rの外向きに延在するフランジ部22Fとを有する。周壁22Rは、少なくとも、側壁22Sの前縁から車幅方向外向きに延在する前壁22RF、側壁22Sの後縁から車幅方向外向きに延在する後壁22RR、及び側壁22Sの下縁から車幅方向外向きに延在する下壁22RLを有する。なお、図1に拡大して示すように、前壁22RFには、段部22RSが形成されている。
以上説明したインナパネル22は、繊維強化樹脂にて構成されている。この実施形態では、繊維強化樹脂として、炭素繊維強化樹脂(以下、「CFRP」という)が採用されている。
一方、アウタパネル24は、自動車の外側から見た場合のサイドドア12の意匠を形成しており、金属製とされている。この実施形態では、アウタパネル24を構成する金属は、アルミニウム(又はアルミニウム合金)とされている。アウタパネル24は、その周縁部がインナパネル22のフランジ部22Fにヘミング構造によって固定されている。
図1に示されるように、ドア本体14すなわちサイドドア12は、その前部(前壁22RF)に設置されたドアヒンジ26にて図示しない車体に対し開閉動作可能に支持されている。この実施形態では、ドアヒンジ26のヒンジ軸26Aが上下方向に沿っており、サイドドア12は水平方向に回動して乗降用のドア開口を開閉するようになっている。
なお、ドアヒンジ26は、ドア本体14を構成する前壁22RFにおける段部22RSに対する車幅方向の外側部分に配置されている。前壁22RFにおける段部22RSを含む車幅方向の内側部分は、ドア開口の内縁に沿って車体側に設けられた図示しないウェザストリップの当たり面とされている。
(ヒンジ設置構造)
次に、ドアヒンジ26におけるサイドドア12側の部材であるヒンジ部材としてのドア側部材28のドア本体14への設置(固定)構造について説明する。
図1に示されるように、ドア側部材28は、基部28Bと、ヒンジ軸26Aに回転可能に支持される被支持部28Sとを有する。基部28Bは、板状に形成されており、その車幅方向の外側部分から被支持部28Sが前向きに突出されている。基部28Bにおける車幅方向の内側部分には、図示しない締結用のボルト孔が形成されている。
このドア側部材28は、インナパネル22における第1壁としての前壁22RFに固定されている。この実施形態では、ドア側部材28は、補強材30を介して間接的に前壁22RFに固定されている。以下、具体的に説明する。
インナパネル22には、ドア側部材28の取付部(及びその周辺)の剛性を高めるための補強材30が設けられている。この実施形態では、インナパネル22の前壁22RFには、補強材30にて閉止された開口22Hが形成されており、補強材30における開口22Hを閉止している部分にドア側部材28が取り付けられている。換言すれば、ドア側部材28は、開口22Hを通じて補強材30に接触した状態で、前壁22RFにおいてドア側部材28の取付用座面を成す補強材30に固定されている。
より具体的には、補強材30は、第1補強板32と、第2補強板34とを主要部として構成されている。第1補強板32は、平面視で(板端側から見て)インナパネル22の内面に沿って形成されている。具体的には、第1補強板32は、インナパネル22における第2壁としての側壁22Sに車幅方向外側から接触する側壁32Sと、段部22RSを含む第1壁としての前壁22RFに後側から接触する前壁32Fと、を有する。この実施形態では、第1補強板32は、インナパネル22のフランジ部22Fに車幅方向外側から接触するフランジ部32Frをさらに有する。なお、第1補強板32における前壁32Fと側壁32Sとを繋ぐ部分については、コーナ部32Cということとする。
第1補強板32は、側壁32Sにおいて側壁22Sの車幅方向外面に接着固定され、前壁32Fにおいて前壁22RFの後面及び段部22RSの車幅方向外面に接着固定されている。また、第1補強板32は、フランジ部32Frにおいて、フランジ部22Fの車幅方向外面に接着固定されている。
この実施形態では、第1補強板32は、インナパネル22における側壁22Sと前壁22RFとの間に位置する角部22Cの内側に沿うコーナ部32Cを除いて、略全面がインナパネル22に接着固定されている。ここで、インナパネル22の角部22Cは、本発明における曲げ部に相当する。なお、角部22Cの内側とは、前壁32Fと側壁32Sとの成す角の角度が小さい側を意味する。
また、図2(A)に示されるように、側面視における第1補強板32の設置範囲は、ドア本体14の上前部とされている。この実施形態では、サイドドア12を車体に対し支持する上下一対のドアヒンジ26のうち、上側のドアヒンジ26の取付部位に対する補強構造に本発明が採用されている。下側のドアヒンジ26の取付部位については、例えば図示しないインパクトビームの取付構造と共に補強が施されている。
第2補強板34は、第1補強板32の前壁32F(前壁22RF)、側壁32S(側壁22S)に接合されて、角部22C(コーナ部32C)の内側に閉じ断面36を形成している。具体的には、第2補強板34は、前壁32Fの後面に接着や溶接等によって固定された前壁34Fと、側壁32Sの車幅方向外面に接着や溶接等によって固定された側壁34Sと、コーナ部32Cを跨いで前壁34Fと側壁34Sとを繋ぐ傾斜壁34Cとを有する。これにより、第1補強板32の前壁32F(インナパネル22の前壁22RF)と、側壁32S(側壁22S)と、傾斜壁34Cとで、閉じ断面36が形成されている。すなわち、コーナ部32Cを跨いで前壁34Fと側壁34Sとを繋ぐとは、第2補強板34がコーナ部32C(の近傍)を経由することなく、前壁34Fと側壁34Sとを架け渡すことを意味する。
この実施形態における傾斜壁34Cは、前壁34Fと側壁34Sとを平面視で直線状に繋いでおり、平板状に形成されている。図4に示されるように前壁22RF(32F、34F)の段部22RSを省略して模式化すると、閉じ断面36は平面視で三角形状を成すものと捉えることできる。図1の例では、閉じ断面36が段部22RSにより2つの断面に区画されたように形成されている。段部22RSの寸法形状は、車種に応じて異なり、段部22RSが小さい構成では、図1の構成よりも図4の構成に近づく。なお、この実施形態では、第2補強板34は、第1補強板32のフランジ部32Frの車幅方向外面に接着されたフランジ部34Frをさらに有する。
以上説明した補強材30は、第1補強板32の前壁32F、及び第2補強板34の前壁34Fの重ね合わせ部(開口22Hを閉止する部分)において、ボルト38及びナット40による締結にてドア側部材28が固定(設置)されている。この実施形態では、ナット40は、第2補強板34の前壁34Fの後面に接触する板状のリテーナ42に溶接にて固定されたウェルドナットとされている。リテーナ42は、本発明における締結具に相当する。
上記した第2補強板34の傾斜壁34Cは、第1補強板32の前壁32Fにおけるドア側部材28が接触する取付用座面(図4の領域A)の車幅方向内側(側壁22S側)の端部から、第1補強板32における側壁22Sに接合された側壁32Sに至っている。この実施形態では、第2補強板34における前壁34Fと傾斜壁34Cとの境界を成す屈曲部34B1は、締結具としてのリテーナ42における側壁22S側の端部に隣接して配置されている。換言すれば、閉じ断面36の前壁22RF側の基端を成す屈曲部34B1は、第1補強板32の前壁32Fにおけるドア側部材28の取付用座面の範囲内、又は該取付用座面における車幅方向内側の端部の近傍に設定されている。すなわち、第2補強板34においてボルト38、ナット40による締結用に要求される最小限の座面(平坦面)が前壁34Fに確保され、該座面の車幅方向内側の端部が平坦を確保できるギリギリの位置に近づけて屈曲部34B1が設定されている。
なお、傾斜壁34Cと側壁34Sとの境界を成す屈曲部34B2の位置は、前壁34Fと傾斜壁34Cとの成す角α(図1参照)が30°以上60°以下(30°≦α≦60°)となる範囲に設定されている。ここで、屈曲部34B1が本発明の屈曲部に相当し、屈曲部34B1、34B2が本発明の折り曲げ部に相当する。
また、以上説明した補強材30は、第1補強板32、第2補強板34がそれぞれ金属製とされている。この実施形態では、第1補強板32、第2補強板34を構成する金属は、アルミニウム(又はアルミニウム合金)とされている。
さらに、第1補強板32と第2補強板34とは板厚が異なっている。具体的には、第1補強板32の板厚t1は、第2補強板34の板厚t2に対して厚くされている。この実施形態では、板厚t1が2[mm]、板厚t2が1[mm]とされている。また、この実施形態では、リテーナ42の材質がアルミニウム(又はアルミニウム合金)とされており、リテーナ42の板厚t3が3[mm]とされている。なお、板厚を示すt1、t2、t3の符号の図示は省略している。
また、第2補強板34における閉じ断面36の外角を成す屈曲部34B1、34B2には、補強ビード44が形成されている。図3(A)、図3(B)にも示されるように、補強ビード44は、第2補強板34を屈曲部34B1、34B2において外側(角度が大きい側)から内側に向けて凹ませることで形成されている。このため、補強ビード44は、平面視で各屈曲部34B1、34B2の内側に凸の三角形状を成している。補強ビード44は、ドア側部材28(リテーナ42)に対し上下方向にオフセットして配置されており、ドア側部材28(リテーナ42)には干渉しない。
この実施形態では、屈曲部34B1の補強ビード44は、ドア側部材28(リテーナ42)に対する上下両側を含む複数個所に形成されている。また、屈曲部34B2の補強ビード44は、上下方向に離間した複数個所に形成されている。この実施形態では、屈曲部34B1の各補強ビード44と屈曲部34B2の各補強ビード44とは、上下方向において同じ位置(高さ)に配置されている。
[作用]
次に、第1の実施形態の作用を説明する。
サイドドア12は、ドアヒンジ26を介して車体に支持されており、ヒンジ軸26A回りに回動することで、車体のドア開口を開閉する。
ところで、例えば強風等によってサイドドア12に対し開放限を超えて(過度に)開放方向に移動させる荷重が作用する(以下、「過開き」という)場合がある。サイドドア12の後端に荷重F(図2(B)参照)が作用して過開きが生じる場合に、サイドドア12におけるドアヒンジ26のドア側部材28の固定部位周りの部分に大きな荷重が入力される。この荷重によって、サイドドア12には、主に後述するθ1変形、θ3変形の2つの形態の変形が生じ、これらのθ1変形、θ3変形が本サイドドア構造10によって抑制される。以下、具体的に説明する。
(θ1変形)
先ず、θ1変形について、図5(A)、図5(B)に示す比較例を参照しつつ説明する。図5(A)に示される比較例に係るサイドドア100は、補強材30に代えて補強材102を備えている。補強材102は、第1補強板32と、全体的に第1補強板32に重ね合わされた第2補強板104とを主要部として構成されている。すなわち、サイドドア100には、閉じ断面36が形成されていない。第2補強板104の板厚は、第2補強板34の板厚と同等とされている。この点を除き、サイドドア100は、サイドドア12と同様に構成されている。
この変形例に係るサイドドア100において、後端側に開放方向の荷重Fが作用すると、インナパネル22の前壁22RFの車幅方向内端には、側壁22Sから後方に引っ張るような荷重(この荷重についても、便宜上、荷重Fとする)が入力される。この荷重Fによって、前壁22RFは、図5(B)に示されるように、ドア側部材28の締結部位を起点にして後方に倒れるように曲げ変形を受ける。この前壁22RFの曲げ変形量は、ドア側部材28の締結部位を起点とする角変位θ1で表すことができ、以下の説明では、この曲げ変形をθ1変形という。比較例における角変位θ1cは、ドアヒンジ26のドア側部材28の締結点から側壁22Sまでの距離をL1(図5(A)参照)、補強材102の縦弾性係数をE、補強材102の断面2次モーメントをIとすると、以下の通り表される。
θ1c = −F×L12/(2×E×I)
これに対して、本実施形態に係るサイドドア構造10が適用されたサイドドア12は、比較例に係るサイドドア100と比較して、θ1変形が抑制される。以下、サイドドア12のθ1変形の抑制作用について、図4に示すように段部22RS、リテーナ42等を省略して模式化したモデルを用いて説明する。
ここで、サイドドア12に適用されたサイドドア構造10では、ドア側部材28に対する車幅方向内側に側壁22Sまで至る閉じ断面36が形成されている。このため、側壁22Sからの荷重Fは、前壁22RFにおける閉じ断面36の車幅方向外側の基端、すなわち、第2補強板34の屈曲部34B1(の近傍)に入力されることとなる。この屈曲部34B1からドアヒンジ26のドア側部材28の締結点までの距離をL2(図4参照)とすると、本実施形態におけるθ1変形の変形量である角変位θ1eは、以下の通り表される。なお、Eは、補強材30の縦弾性係数であり、Iは屈曲部34B1での曲げに対する断面2次モーメントである。
θ1e = −F×L22/(2×E×I)
そして、L2<L1(本実施形態では、L2≪L1)であるから、本実施形態に係るサイドドア構造10では、比較例と比較してθ1変形が効果的に抑制されることが解る。換言すれば、サイドドア12は、サイドドア構造10によって、比較例に係るサイドドア100に対しθ1変形に対する剛性が向上している。
このように、第1の実施形態に係るサイドドア構造10(サイドドア12)では、上記比較例と比較して、インナパネル22及び補強材30の板厚に頼ることなく、ドアヒンジ26を構成するドア側部材28の固定部位周りの剛性を確保することができる。また、単に前壁22RFのみ補強した構成と比較してもインナパネル22及び補強材30の板厚に頼ることなく、ドアヒンジ26を構成するドア側部材28の固定部位周りの剛性を確保することができることは言うまでもない。
さらに、第2補強板34の屈曲部34B1が第1補強板32の前壁32Fにおけるドア側部材28の取付用座面(図4の領域A)の範囲内、又は該取付用座面における車幅方向内側の端部の近傍に設定されている。この実施形態では、屈曲部34B1は、ドア側部材28の締結荷重を支持するリテーナ42における側壁22S側の端部に隣接して配置されている。これらにより、サイドドア構造10では、上記した距離L2が最小限とされている。このため、サイドドア12のθ1変形が一層効果的に抑制される。
(θ3変形)
また、図5(B)に示されるように、比較例に係るサイドドア100では、過開きの際には、荷重Fによって側壁22Sが前端側(角部22C)を起点として、前壁22RFに対し近づくように変形する。変形後の側壁22Sと前壁22RFとの成す角をθ2、変形前の側壁22Sと前壁22RFとの成す角をθ0(図示例では90°)とすると、側壁22Sの変形量θ3は、以下の通り表される。
θ3 = θ0 − θ2 ( ≒ 90°− θ2)
以下の説明では、この曲げ変形をθ3変形という。
比較例に係るサイドドア100では、縦弾性係数が金属材に比して小さいCFRP製のインナパネル22のθ3変形を抑制するためには、第1補強板32及び第2補強板104の一方又は双方の板厚を増す必要がある。板厚の増加は、補強材102の質量増加をまねき、インナパネル22にCFRPを用いることによる軽量化の効果を軽減する。
これに対して、本実施形態に係るサイドドア構造10が適用されたサイドドア12では、第1補強板32、第2補強板34の厚みに頼ることなくθ3変形が抑制される。以下、サイドドア12のθ3変形抑制作用について、図4に示すように段部22RSを省略して模式化したモデルを用いて説明する。
ここで、閉じ断面36を有する構成においてθ3変形を抑制するには、変形の起点となりやすい断面変化部(剛性の急変部)すなわち閉じ断面36の外角部である屈曲部34B1、34B2での曲げ変形を抑制することが有効である。そして、サイドドア構造10では、第2補強板34の屈曲部34B1、34B2に補強ビード44が形成されている。このため、第2補強板34は、補強ビード44が形成されていない構成と比較して、屈曲部34B1、34B2における曲げ剛性が高い。これにより、サイドドア12は、屈曲部34B1、34B2を起点にした曲げが小さく抑えられる。
また、閉じ断面36を有する構成においてθ3変形を抑制するには、閉じ断面36自体の断面崩れを抑制することが有効である。そして、サイドドア構造10では、第2補強板34の傾斜壁34Cが直線状に前壁34Fと側壁34Sとを繋いでいるため、前壁34Fと側壁34Sとを繋ぐ壁に変形の起点となりやすい屈曲部を有する比較例と比較して、閉じ断面36の断面崩れが抑制される。すなわち本実施形態では、閉じ断面36の断面崩れ(角部22Cの変形)に起因するθ3変形が抑制される。
以上により、サイドドア12において閉じ断面36の外側で前壁22RFと側壁22Sとが成す角であるθ2の変化が小さく、第2補強板34の厚みに頼ることなくθ3変形が抑制される。特に、第2補強板34を凹ませて形成される補強ビード44による質量増加はないので、インナパネル22のCFRP化による軽量化効果を軽減又は阻害することがない。
しかも、ドアヒンジ26に対する上下両側に補強ビード44が形成されているため、ドアヒンジ26に対する上下何れか一方側に補強ビード44が形成された構成と比較して、θ3変形が効果的に抑制される。
(その他の作用効果)
また、サイドドア12では、補強断面として閉じ断面36が形成されているため、例えば、補強断面として閉じ断面36と周縁形状が同じ中実断面を備えた構成(本発明に含まれる構成)と比較して、軽量でありながら同等の補強効果を得ることができる。特に、補強材30を構成する金属材としてアルミニウム(又はその合金)を採用しているため、例えば鉄鋼系の金属材を用いる構成と比較して、インナパネル22のCFRP化による軽量化効果を軽減又は阻害することがない。
しかも、補強材30が第1補強板32と第2補強板34とを主要部として構成されている。このため、補強材30は、その第1補強板32の広い面積でインナパネル22と接合され、該補強材30とインナパネル22との接合強度が確保される。そして、第1補強板32にて補強されたインナパネル22の前壁22RF及び側壁22Sと、第2補強板34とで、閉じ断面36を形成することができる。換言すれば、閉じ断面36が、全周に亘って金属材を含んで形成されており、該閉じ断面36が金属製の第1補強板32及び第2補強板34にて構成されているものと捉えることもできる。
このように、CFRPと比して弾性率の高い金属材(アルミニウム)にて閉じ断面36が形成されるため、閉じ断面の周方向の一部がCFRPのみで形成される構成と比較して、サイドドア12におけるドア側部材28の固定部位周りの剛性が向上する。また、閉じ断面36による補強(剛性向上)効果が高く、第1補強板32及び第2補強板34を、鉄鋼系材料と比較して軽量なアルミニウムにて構成しつつ所要の補強効果を得ることができる。すなわち、軽量化と剛性確保の両立が図られる。また、閉じ断面の周方向の一部がCFRPのみで形成される構成と比較して、サイドドア12を構成する各部の厚み(各層の厚みの和)が薄くても足り、ドア本体14内のスペース効率が高い。
さらに、第2補強板34の傾斜壁34Cが平面視で直線状を成している。これにより、最小限の材料にてサイドドア12におけるドア側部材28の固定部位周りの剛性を確保することができる。
また、サイドドア構造10では、インナパネル22の前壁22RFに形成された開口22Hを通じて、ドア側部材28が補強材30に締結固定されている。このため、CFRP製のインナパネル22に締結荷重を作用させることなく、サイドドア12にドア側部材28を取り付けることができる。
<他の実施形態>
次に、本発明の他の実施形態について説明する。なお、前記第1の実施形態又は先行する実施形態と基本的に同様の構成・作用については、第1の実施形態又は先行する実施形態と同一の符号を付与し、その説明及び図示を省略する場合がある。
<第2の実施形態>
図6には、本発明の第2の実施形態に係る車両用ドア構造としてのサイドドア構造50が適用されたサイドドア12の要部が図1に対応する断面図にて示されている。この図に示されるように、サイドドア構造50は、補強材30が、第1補強板32とで平面視で略三角形状の閉じ断面36を成す第2補強板34に代えて、第2補強板52を備える点で、サイドドア構造10とは異なる。
第2補強板52は、第1補強板32の前壁32F(前壁22RF)、側壁32S(側壁22S)に接合されて、角部22Cの内側に平面視で矩形状を成す閉じ断面54を形成するようになっている。具体的には、第2補強板52は、前壁32Fの後面に接着や溶接等によって固定された前壁52Fと、側壁32Sの車幅方向外面に接着や溶接等によって固定された側壁52Sと、コーナ部32Cを跨いで前壁52Fと側壁52Sとを繋ぐ屈曲壁52Cとを有する。
これにより、第1補強板32の前壁32F(インナパネル22の前壁22RF)と、側壁32S(側壁22S)と、屈曲壁52Cとで、上記の通り平面視で矩形状を成す閉じ断面36が形成されている。ここで、第2補強板52には、前壁52Fと屈曲壁52Cとの境界を成す屈曲部52B1、屈曲壁52Cと側壁52Sとの境界を成す屈曲部52B2、及び屈曲壁52Cの屈曲部52B3が形成されている。屈曲部52B1、52B2の配置は、第1の実施形態における屈曲部34B1、34B2の配置と同様である。
また、この実施形態では、各屈曲部52B1、52B2、52B3には、補強ビード44が形成されている。屈曲部52B1の補強ビード44は、ドア側部材28(リテーナ42)に対する上下両側を含む複数個所に形成されている。また、屈曲部52B2、52B3の補強ビード44は、上下方向に離間した複数個所に形成されている。この実施形態では、屈曲部52B1の各補強ビード44と、屈曲部52B2、52B3の各補強ビード44とは、上下方向において同じ位置(高さ)に配置されている。
さらに、この実施形態では、第1補強板32のコーナ部32Cにも補強ビード44が形成されている。換言すれば、平面視で矩形状を成す閉じ断面54の4つの角部(閉じ断面54の外角を成す屈曲部54B1、54B2、内角を成す屈曲部54B3、コーナ部32C)のそれぞれに、補強ビード44が形成されている。ここで、屈曲部52B1が本発明の屈曲部に相当し、屈曲部52B1〜52B3及びコーナ部32Cが本発明の折り曲げ部に相当する。サイドドア構造50の他の構成は、図示しない部分を含め、サイドドア構造10の対応する構成と同様に構成されている。
したがって、サイドドア構造50によっても、第2補強板34が平面視で直線状を成す傾斜壁34Cを有する(閉じ断面36が平面視で三角形状を成す)ことによる作用効果を除いて、サイドドア構造10と同様の作用によって同様の効果を得ることができる。
また、サイドドア構造50では、矩形状の閉じ断面54を構成する第2補強板52の各屈曲部52B1、52B2、52B3に補強ビード44が形成されている。このため、平面視で三角形状を成す閉じ断面と比較して断面崩れ(所謂マッチ箱変形)を生じやすい断面形状において、断面崩れが抑制される。特に、第2補強板52とで閉じ断面54を成す第1補強板32のコーナ部32Cにも補強ビード44が形成されているため、閉じ断面54の断面崩れが一層効果的に抑制される。これらにより、サイドドア構造50によっても、閉じ断面54の断面崩れ(角部22Cの変形)に起因するθ3変形が抑制される。
<第3の実施形態>
図7には、本発明の第3の実施形態に係る車両用ドア構造としてのバックドア構造60の要部が側断面図にて示されている。この図7には、バックドア構造60が適用された自動車のバックドア62におけるバックウインドウガラス62Gの上端よりも上側部分が主に示されている。この図に示されるように、バックドア62は、その上端部において、バックドアヒンジ64によって、車体Bに対しバックゲートの開閉動作可能に支持されている。この実施形態では、バックドアヒンジ64のヒンジ軸64Aが車幅方向に沿っており、バックドア62は上下方向に回動してバックゲートを開閉するようになっている。
このバックドア62は、ドアパネルとしてのCFRP製のインナパネル66を備えている。インナパネル66は、側断面視で上端側が下端側よりも前方に位置するように上下方向に対し傾斜された側壁66Sと、側壁66Sの上前縁から上向きに延在する前壁66RFと、前壁66RFの上縁から前向きに延在するフランジ部66Fとを有する。前壁66RFが本発明の第1壁に相当し、側壁66Sが本発明の第2壁に相当する。なお、前壁66RFには、段部66RSが形成されている。
また、バックドア62は、金属製のアウタパネル68を備えている。アウタパネル68は、インナパネル66に接合されて該インナパネル66とで閉じ断面構造のバックドア本体を構成している。図7では、バックウインドウガラス62Gの上側に位置する車幅方向に延びる上端側の閉じ断面構造が示されている。アウタパネル68を構成する金属は、アルミニウム(又はアルミニウム合金)とされている。
(ヒンジ取付構造)
次に、バックドアヒンジ64におけるバックドア62側の部材であるヒンジ部材としてのドア側部材28のドア本体14への取付(固定)構造について説明する。
インナパネル66には、バックドアヒンジ64のドア側部材28の取付部(及びその周辺)の剛性を高めるための補強材70が設けられている。この実施形態では、インナパネル66の前壁66RFには、補強材70にて閉止された開口66Hが形成されており、補強材70における開口66Hを閉止している部分にドア側部材28が取り付けられている。この補強材70は、第1補強板72と、第2補強板74とを主要部として構成されている。
第1補強板72は、インナパネル66における第2壁としての側壁66Sの車幅方向外面に接着された側壁72Sと、段部66RSを含む第1壁としての前壁66RFの後面に接着された前壁72Fと、を有する。第1補強板72における側壁72Sと前壁72Fとの間の部分をコーナ部72Cということとする。
この実施形態では、第1補強板72は、インナパネル66における側壁66Sと前壁66RFとの間に位置する角部66Cの内側に沿うコーナ部32Cを除いて、略全面がインナパネル66に接着固定されている。ここで、インナパネル66の角部66Cが本発明における曲げ部に相当する。
第2補強板74は、第1補強板72の前壁72F(前壁66RF)、側壁72S(側壁66S)に接合されて、角部66Cの内側に閉じ断面76を形成している。具体的には、第2補強板74は、前壁72Fの後面に接着や溶接等によって固定された前壁74Fと、側壁72Sの車幅方向外面に接着や溶接等によって固定された側壁74Sと、コーナ部72Cを跨いで前壁74Fと側壁74Sとを繋ぐ傾斜壁74Cとを有する。
これにより、第1補強板72の前壁72F(インナパネル66の前壁66RF)と、側壁72S(側壁66S)と、傾斜壁74Cとで、閉じ断面76が形成されている。この実施形態では、傾斜壁74Cは、インナパネル66の段部66RSとの干渉を避ける要に若干湾曲されているが、全体としては略平板状(板端側から見て直線状)を成している。このため、本実施形態における閉じ断面76は、段部によって、側面視で三角形状を成す2つの閉じ断面に区画されたように形成されている。
以上説明した補強材70の第1補強板72の前壁72F、及び第2補強板74の前壁74Fの重ね合わせ部(開口66Hを閉止する部分)に、ドア側部材28が、ボルト38及びナット40にて締結固定されている。この実施形態では、第1補強板72、第2補強板74を構成する金属は、アルミニウム(又はアルミニウム合金)とされている。
上記した第2補強板74の傾斜壁74Cは、第1補強板72の前壁72Fにおけるドア側部材28が接触する取付用座面の車幅方向内側(側壁66S側)の端部から、第1補強板72における側壁66Sに接合された側壁72Sに至っている。この実施形態では、第2補強板74における前壁74Fと傾斜壁74Cとの境界を成す屈曲部74B1は、締結具としてのリテーナ42における側壁66S側の端部に隣接して配置されている。換言すれば、閉じ断面76の前壁66RF側の基端を成す屈曲部74B1は、第1補強板72の前壁72Fにおけるドア側部材28の取付用座面の範囲内、又は該取付用座面における車幅方向内側の端部の近傍に設定されている。すなわち、第2補強板74において上記したボルト38、ナット40による締結用に要求される最小限の座面(平坦面)が前壁74Fに確保され、該座面の車幅方向内側の端部が平坦を確保できるギリギリの位置に近づけて屈曲部74B1が設定されている。
この閉じ断面76の外角を成す屈曲部74B1には、補強ビード44が形成されている。また、第2補強板74における側壁74Sと傾斜壁74Cとの境界すなわち閉じ断面76の外角を成す屈曲部74B2にも補強ビード44が形成されている。ここで、屈曲部74B1が本発明の屈曲部に相当し、屈曲部74B1、74B2が本発明の折り曲げ部に相当する。
本実施形態に係るバックドア構造60においても、サイドドア構造10に対してヒンジ軸64A回りの開閉動作の方向が異なるものの、基本的にサイドドア構造10と同様の作用(メカニズム)によって同様の効果を得ることができる。
<変形例>
本明細書において、「第1変形例」、「第2変形例」とあるのは、「参考例」と読み替えるものとする。また、その他の変形例における「第1変形例」、「第2変形例」の構成を前提とするものについても、「参考例」と読み替えるものとする。
(第1変形例)
なお、上記した各実施形態では、補強材が第1補強板と第2補強板とを主要部として構成された例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、図8に模式的に示されるように、1枚の補強板80を主要部とする補強材82によって補強断面としての閉じ断面84が形成された構成としても良い。
補強板80は、平面視で第2補強板34と似た形状を成しており、前壁80Fにて前壁22RFに接合され、側壁80Sにて側壁22Sに接合され、傾斜壁80Cにおいて角部22Cを跨いで前壁80Fと側壁80Sとを繋いでいる。これにより本変形例では、CFRP製のインナパネル22の前壁22RF、側壁22Sと、補強板80とで、平面視で略三角形状の閉じ断面84を成している。すなわち、角部22Cを跨いで前壁80Fと側壁80Sとを繋ぐとは、補強板80が角部22C(の近傍)を経由することなく、前壁80Fと側壁80Sとを架け渡すことを意味する。
本変形例によっても、補強材30が第1補強板32と、第2補強板34、52の何れかとを主要部として構成されたことによる作用効果を除いて、サイドドア構造10と同様の作用によって同様の効果を得ることができる。また、補強板80の各屈曲部80Bに補強ビード44を形成することで、サイドドア構造50と同様の作用によって同様の効果を得ることができる。なお、本変形例において、補強板80を第2補強板52と似た形状とし、平面視で矩形状の閉じ断面が形成された構成としても良い。
(第2変形例)
また、上記した各実施形態及び変形例では、補強材30、70、82によって補強断面としての閉じ断面が形成された例を示したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、本発明の補強材は、インナパネル22の角部22Cを跨いで前壁22RF、側壁22Sに接合されて補強断面を成すものであれば足りる。したがって例えば、図9に模式的に示されるように、傾斜壁80Cにインナパネル22の厚肉部22Tが接触(又は接着)されて、補強断面としての中実断面86が形成される構成としても良い。
(その他の変形例)
またさらに、上記した各実施形態及び変形例では、インナパネル22がCFRP製である例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、強化繊維としてガラスやケブラーなどを用いた繊維強化樹脂製のインナパネル22を採用することができる。一方、補強材30、70アルミニウムに限られることはなく、各種の金属材料を採用することができる。補強材30、70が第1、第2補強板を含む構成においては、これらを異種の金属材にて構成しても良い。また、補強材82については、金属材料に限られることもなく、例えば繊維強化樹脂を用いて構成しても良い。
また、上記した各実施形態及び変形例では、本発明が前ヒンジのサイドドア、上ヒンジのバックドアに適用された例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、後ヒンジのサイドドア、上ヒンジのサイドドア(所謂ガルウイングドア)、横ヒンジのバックドア、下ヒンジのバックドア下部等に本発明を適用しても良い。
さらに、上記した各実施形態及び変形例では、閉じ断面36、54、76が各部において中空構造である例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、閉じ断面内にリブが配置された構成としても良い。リブとしては、閉じ断面の全体を塞ぐものであっても良く、例えば閉じ断面を成す複数の壁を繋ぐ(突っ張って変形を抑制する)ものであっても良く、また例えば1つの壁に設けられたもの(断面係数を増すもの)であっても良い。
またさらに、上記した実施形態では、第1壁(前壁22RF、66RF)と第2壁(側壁22S、66S)との間に曲げ部としての角部22C、66Cが形成された例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、第1壁と第2壁との間に曲げ部としてのアール形状部(角部よりも曲率半径の大きい曲げ部)が形成された構成としても良い。
また、上記した実施形態では、閉じ断面36、54、76を構成する各補強材に補強ビード44が形成された例を備えた例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、補強ビード44に代えて、リブ等にてθ3変形を抑制する構成としても良い。但し、θ3変形を抑制する構成としては、質量増加なしでθ3変形に対する剛性を向上する補強ビード44を形成することが好ましい。さらに、補強ビード44の配置、寸法形状、数等については、上記実施形態には限られず、要求に応じて適宜設定することができる。さらに、第1、第3の実施形態において、コーナ部32C、72Cに補強ビードを設けても良いことは言うまでもない。
さらに、上記した各実施形態及び変形例では、閉じ断面36、54、76、84、中実断面86の前壁22RF、66RF側の基端がボルト38、ナット40による締結部位(リテーナ42)に対する側壁22S、66S側に隣接する例を示した。しかしながら、本発明はこれに限定されず、第1壁におけるヒンジ部材よりも第2壁側に、角部22Cを跨ぐ補強材にて補強断面が形成されていれば良い。したがって例えば、ドアパネルとしてのインナパネルの段部22RS、66RSを有する構成において、閉じ断面36、54、76等が第1、第2補強板における段部22RS、66RSにおいて重ね合わされた部分を基端として構成されても良い。なお、上記各実施形態及び変形例において、リテーナ42を備えない構成では、締結具としてボルト38(の頭部)、ナットを基準に閉じ断面36とうの基端(補強材の屈曲部)の配置が決められれば良い。
またさらに、上記した各実施形態及び変形例では、補強材30、70、82(第1補強板32、72、第2補強板34、52、74、補強板80)が専用部品として設けられた例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、補強材30、70、82が他の機能を有して構成されても良く、他の機能部品(例えば、ドアフレーム16の構成部品等)と一体に構成されても良い。
また、サイドドア構造への適用例において、上下のドアヒンジ26のうち上側のドアヒンジ26の取付部に本発明が適用された例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、下側のドアヒンジ26の取付部に本発明が適用されても良く、上下のドアヒンジ26のそれぞれの取付部に本発明が適用されても良い。後者の例では、上下のドアヒンジ26の取付部の補強構造が一体に構成されても良い。
その他、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で各種変更して実施可能であることは言うまでもない。例えば、上記各変形例の構成(要素)を適宜組み合わせて補強構造を構成しても良い。
10 サイドドア構造(車両用ドア構造)
22 インナパネル(ドアパネル)
22C 角部(曲げ部)
22H 開口
22RF 前壁(第1壁)
22S 側壁(第2壁)
28 ドア側部材(ヒンジ部材)
30 補強材
32 第1補強板
32C コーナ部(折り曲げ部)
32F 前壁(第1壁に接合された部分)
32S 側壁(第2壁に接合された部分)
34 第2補強板
34B1 屈曲部(屈曲部、折り曲げ部)
34B2 屈曲部(折り曲げ部)
34C 傾斜壁
36 閉じ断面(補強断面)
42 リテーナ(締結具)
44 補強ビード
50 サイドドア構造(車両用ドア構造)
52 第2補強板
52B1 屈曲部(屈曲部、折り曲げ部)
52B2、52B3 屈曲部(折り曲げ部)
54 閉じ断面(補強断面)
60 バックドア構造(車両用ドア構造)
66 インナパネル(ドアパネル)
66H 開口
66C 角部(曲げ部)
66RF 前壁(第1壁)
66S 側壁(第2壁)
70 補強材
72 第1補強板
72C コーナ部(折り曲げ部)
72F 前壁(第1壁に接合された部分)
72S 側壁(第2壁に接合された部分)
74 第2補強板
74B1 屈曲部(屈曲部、折り曲げ部)
74B2 屈曲部(折り曲げ部)
74C 傾斜壁
76 閉じ断面(補強断面)
80 補強板
82 補強材
84 閉じ断面(補強断面)
86 中実断面(補強断面)

Claims (5)

  1. 第1壁と第2壁との間に曲げ部が形成され、前記第1壁に形成された開口を有する繊維強化樹脂製のドアパネルと、
    前記開口を閉止した状態で第1壁に接合された部分と、前記第2壁に接合された部分とがコーナ部を介して前記曲げ部の内側で繋がっている金属製の第1補強板と、
    前記第1補強板における前記第1壁及び第2壁に接合された部分に前記コーナ部を跨いで接合され、前記ドアパネルにおける前記第1補強板が接合された部分とで閉じ断面を形成する金属製の第2補強板と、
    前記第1補強板における前記開口を閉止する部分に接触した状態で、前記第1補強板及び第2補強板に締結具にて締結固定されているヒンジ部材と、
    を備えた車両用ドア構造。
  2. 前記第2補強板は、前記閉じ断面に交差する方向から見て前記第1壁及び第2壁のそれぞれに対し傾斜され、前記第1補強板における前記第1壁に接合された部分と前記第2壁に接合された部分とを直線状に繋ぐ傾斜壁を有する請求項1記載の車両用ドア構造。
  3. 前記第2補強板は、前記第1補強板における前記ヒンジ部材が固定された部位の前記第2壁側の端部と、前記第1補強板における第2壁に接合された部分とを繋いでいる請求項1又は請求項2記載の車両用ドア構造。
  4. 前記第2補強板は、前記第1壁側で前記第1補強板と重ね合わされた部分と、前記コーナ部を跨ぐ部分との間に形成された屈曲部が、前記締結具に対し前記第2壁側に隣接して配置されている請求項1〜請求項3の何れか1項記載の車両用ドア構造。
  5. 前記第1補強板及び第2補強板における前記閉じ断面の内角又は外角を成す折り曲げ部の少なくとも一部には、補強ビードが形成されている請求項1〜請求項4の何れか1項記載の車両用ドア構造。
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