JP6144158B2 - 車両のロアスチフナおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、連続繊維強化プラスチックを用いた車両のロアスチフナ(lower stiffener)およびその製造方法に関する。
車両に設けられる安全装置の数が増えるにつれて、最近は、運転者中心の安全設計に加えて、車両と歩行者との衝突の際に衝突する歩行者の安全を考慮した歩行者中心安全装置が登場している。
このような安全装置には、衝突の際に車両の外部に展開されるエアバッグ、曲線形状のバンパー、およびバンパーの下端に設置されるロアスチフナが含まれる。
特に、ロアスチフナは、歩行者が車両のバンパーに衝突したときにその衝撃を一部吸収して歩行者の膝への荷重を減衰させる歩行者安全装置であって、バンパーの長さに相応するバーを備え、バーの両端部にマウンティングを備えることにより、車体と連結される方式で構成されている。
ところが、従来のロアスチフナは、その素材がスチールからなっており、歩行者との衝突の際に適切な弾性を発揮することができないため、衝撃を効果的に吸収することができないという問題点だけでなく、スチール棒材に加えて、棒材を固定するマウンティングもスチール材質からなっており、重量が増大するという問題点があった。さらに、スチールの特性上、形状の形成にあたって自由度が低下するという問題点もあった。
上述の背景技術として説明された事項は、本発明の背景に対する理解増進のためのものに過ぎず、当該技術分野における通常の知識を有する者に既に知られている従来の技術に該当することを認めるものとして受け入れられてはならない。
本発明は、かかる問題点を解決するためになされたもので、その目的は、スチールまたはアルミニウムの代わりにプラスチック複合素材を使用し、棒材を車両に固定するマウンティング部が棒材と一体に形成される車両のロアスチフナおよびその製造方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明に係る車両のロアスチフナおよびその製造方法は、バンパーの下部にバンパーの長手方向に沿って設置されたコアカバーと、コアカバーよりさらに高い密度を持つように形成されてコアカバーよりさらに大きい剛性を有し、コアカバーの長手方向に沿ってコアカバーの内側に位置する内部コアとを含んでなる。
コアカバーと車体フレームとを連結するために、コアカバーに一体に備えられたマウンティング部をさらに含んでもよい。
コアカバーと内部コアはプラスチック複合素材から一体に形成されてもよい。
内部コアは全長がひねり揚げ状に捩れるように形成され、コアカバーは内部コアを被覆するように形成されてもよい。
コアカバーとマウンティング部とを連結するように設けられた補強リブをさらに含んでもよい。
プラスチック複合素材は連続繊維強化熱可塑性プラスチックであってもよい。
前記マウンティング部および補強リブはガラス繊維強化複合素材から形成されてもよい。
請求項１の車両のロアスチフナの製造方法は、第１プラスチック複合素材を用いて全長がひねり揚げ状に捩れた内部コアを製作する内部コア製作段階と、内部コアを被覆するように第２プラスチック複合素材を配置した状態で前記第２プラスチック複合素材を加圧し、前記内部コアと一体に結合したコアカバーを製作するコアカバー製作段階とを含んでなる。
前記内部コアは、第１プラスチック複合素材からなる複数の第１プラスチックバーを互いにひねり揚げ状に捩じって製作してもよい。
前記コアカバーは、第２プラスチック複合素材からなる複数の第２プラスチックバーを内部コアの周りに積層した後、加圧して製作してもよい。
前記内部コア製作段階の前に、第１プラスチックバーと第２プラスチックバーを所定の温度に予熱する予熱段階を行ってもよい。
前記予熱段階の前に、広く伸ばした複数の繊維糸条に、溶融されたプラスチック樹脂を含浸させた後、これを成形機に入れてバー状に射出して第１プラスチックバーおよび第２プラスチックバーを製作するプラスチックバー製作段階を行ってもよい。
上述したような構造を持つ車両のロアスチフナおよびその製造方法によれば、プラスチック複合素材を用いてロアスチフナの強度は向上したが、弾性力が大幅増加するため、歩行者との衝突の際に衝撃を効果的に吸収することができる。
また、プラスチック素材を用いることにより既存のスチールに比べて軽量化を図ることができ、プラスチックとプラスチックに混合される素材との配合比率によって衝撃吸収率を調整することができ、スチールに比べて形状の形成にあたってさらに大きい自由度を有するためバンパーのデザイン可能幅を増大させることができる。
また、別途のマウンティング装置を備えず、マウンティング部を棒材に一体に形成することにより、マウンティング装置の具備による追加費用が発生することなく、マウンティング部の形状も自由に変更することができるという利点がある。
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施例に係る車両のロアスチフナ及びその製造方法について説明する。
図１は本発明の一実施例に係る車両のロアスチフナの構成図である。図１を参照すると、本発明の一実施例に係る車両のロアスチフナは、バンパーの下部にバンパーの長手方向に沿って設置されたコアカバー１００と、コアカバー１００よりさらに高い密度を持つように形成されてコアカバー１００よりさらに大きい剛性を有し、コアカバー１００の長手方向に沿ってコアカバー１００の内側に位置する内部コア２００とを含んでなる。
具体的には、前記内部コア２００は全長がひねり揚げ状に捩れるように形成され、コアカバー１００は内部コア２００を被覆するように形成されるが、このように内部コア２００をまるで綱を縒るようにひねり揚げ状に形成することにより、内部コア２００が一層強い引張力を持つことになり、全体的な剛性が向上するので、衝撃発生の際に吸収可能な衝撃量が増加する。これに加えて、コアカバー１００は、内部コア２００とは異なり、ひねり揚げ状をせず内部コア２００を被覆するように形成されることにより、相対的に内部コア２００より弱い剛性を持つことになるが、逆に、柔軟性の観点からは内部コアよりさらに優秀になるので、上述のように内部コア２００とコアカバー１００が互いに異なる形状を持つようにして、剛性と柔軟性の両方とも向上させることができる。
また、前記内部コア２００と前記コアカバー１００は、互いに同一の素材を用いて形状だけが違うようにすることができるが、互いに異なる素材を用いてもよく、ひねり揚げ状だけでなく、剛性を向上させることが可能な多様な形状にしてもよい。
一方、コアカバー１００と車体フレームとを連結するために、コアカバー１００に一体として形成されたマウンティング部３００を備える。前記マウンティング部３００は、コアカバー１００の形成の際に一緒に一体として形成され、別途のマウンティング装置を設けることなく、コアカバー１００が車体に取り付けられるようにすることが好ましい。別途のマウンティング装置を設ける必要がないので、製作工程が単純になるうえ、装置の追加による費用が節減されるという利点がある。
前記マウンティング部３００と共に、コアカバー１００とマウンティング部３００とを連結するための補強リブ４００をさらに設けてもよい。図２は本発明の一実施例に係る車両のロアスチフナの補強リブ４００を示す図である。図２によれば、両側に設けられた補強リブ４００により、衝撃発生の際にマウンティング部３００とコアカバー１００とが連結される部分における応力集中を防止することができるとともに、マウンティング部３００とコアカバー１００との接触面積がさらに広くなることにより、マウンティング部３００のみ設置した場合よりさらに多くの衝撃エネルギーを吸収することができる。また、補強リブ４００の長さおよび形状をどのようにするかによって衝撃エネルギーの吸収程度が異なるので、別途のコアカバー１００及び内部コア２００の剛性設計なしで補強リブ４００の設計変更のみでも一定の範囲内でロアスチフナの変形程度を調節することができる。
一方、前記コアカバー１００と内部コア２００は、プラスチック複合素材から一体に形成されることが好ましい。ここで、プラスチック複合素材は、連続繊維強化熱可塑性プラスチック（Continuous Fiber-reinforced Thermoplastic、ＣＦＴ）であってもよいが、ポリプロピレン（Polypropylene、ＰＰ）にガラス繊維を加えた素材から製作されることにより、ガラス繊維の強い引張強度とポリプロピレンの弾性力を全て備えることになり、衝突の際に内部コア２００とコアカバー１００に加わる引張力を効果的に吸収することができる。
また、前記ガラス繊維の利点を有すると共にプラスチックの利点も含むから、スチールに比べて著しい重量節減、成形の自由性および衝撃吸収力などの利点が発生し、マウティング部３００を多様な形状にコアカバー１００に一体として形成し、或いは多様な形状の補強リブ３００を備えることが可能となる。
以上、ポリプロピレンにガラス繊維を加えた連続繊維強化熱可塑性プラスチックを紹介しているが、必ずしもこれに限定されるのではなく、ポリアミド、ポリアセタール、ポリエチレンなどの熱可塑性樹脂またはエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂にガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維などの連続繊維を加えて製作してもよい。
一方、前記マウンティング部３００および補強リブ４００は、ガラス繊維強化複合素材から形成されることが好ましい。
具体的に、ここで、ガラス繊維強化複合素材（Glass Fiber Mat reinforced Thermoplastics、ＧＭＴ）は、ポリプロピレンにガラス繊維を混ぜて製造するものであって、強度は鉄に劣らないが、重量は鉄の７０％に過ぎない。前記ＣＦＴは長繊維からなるが、これに対し、ＧＭＴは、短繊維からなって、小さい部品の材料として使用できるので、マウンティング部３００または補強リブ４００の構成に適した素材になれる。
また、ＧＭＴは、錆び付くおそれもなく、リサイクルが可能であるうえ、騒音も減らすことができるので、ロアスチフナの全体的な重量節減に寄与すると共に車体とマウンティング部からの騒音も除去するという効果がある。
一方、図３は本発明の一実施例に係る車両のロアスチフナ製作方法の順序図である。図３を参照すると、本発明の一実施例に係る車両のロアスチフナ製作方法は、第１プラスチック複合素材を用いて、全長がひねり揚げ状に捩れた内部コア２００を製作する内部コア製作段階（Ｓ３００）と、内部コア２００を被覆するように第２プラスチック複合素材を配置した状態で前記第２プラスチック複合素材を加圧し、前記内部コア２００と一体に結合したコアカバー１００を製作するコアカバー製作段階（Ｓ４００、Ｓ５００）とを含んでなる。
さらに詳しくは、前記内部コア２００は、第１プラスチック複合素材からなる複数の第１プラスチックバーを互いにひねり揚げ状に捩じって製作するが、ここで、第１プラスチック複合素材は前述したＣＦＴであることが好ましい。
また、前記コアカバー１００は、第２プラスチック複合素材からなる複数の第２プラスチックバーを内部コア２００の周りに積層した後、加圧して製作することが好ましい。ここで、第２プラスチック複合素材は第１プラスチック複合素材と同一のＣＦＴであることが好ましい。
すなわち、第１プラスチック複合素材と第２プラスチック複合素材を同一の素材とすることにより、第１プラスチックバーと第２プラスチックバーを生産するにあたって、一つの生産過程のみを行えば済むので、工程短縮の効果が発生する。また、内部コア２００は第１プラスチックバーを捩じって形成するだけでもコアカバー１００より剛性が向上できるため、第１プラスチック複合素材と第２プラスチック複合素材として同一の素材を用いても剛性設計の際に困難さがない。
ところが、必ずしも同一の素材を使用しなければならないのではなく、互いに異なる素材を用いてもよい。
次に、全体的な車両のロアスチフナ製作過程について説明する。
まず、第１段階として、広く伸ばした複数本の繊維糸条に、溶融されたプラスチック樹脂を含浸させ、これを成形機に入れてバー状に射出して第１プラスチックバーおよび第２プラスチックバーを製作するプラスチックバー製作段階（Ｓ１００）を行う。
これをさらに詳しく説明するために図４を参考する。図４は本発明の一実施例に係る車両のロアスチフナ製作方法におけるプラスチックバー製作段階を示す図である。図４に示すように、まず、複数本の繊維糸条を一箇所に集めて広く伸ばし（Ｓ１１０）、伸ばされた繊維糸条に、溶融されたプラスチック樹脂、すなわち溶融されたポリプロピレン樹脂を含浸させる（Ｓ１２０）。その後、プラスチック樹脂に含浸された繊維糸条を冷却させて一つのフィルムに製作する（Ｓ１３０）、製作されたフィルムはプーラーによって引っ張られ（Ｓ１４０）、最終成形機を通過してバー状に射出される（Ｓ１５０）。ここで、射出されるバーは棒状であることが好ましい。
前記第１プラスチックバーと第２プラスチックバーはいずれも前記プラスチックバー製作段階（Ｓ１００）によって生産される。前記射出されるプラスチックバーを内部コア２００に使用するか、コアカバー１００に使用するかによって第１プラスチックバーまたは第２プラスチックバーに区分されることが好ましい。
一方、前記プラスチックバー製作段階（Ｓ１００）の後、射出された第１プラスチックバーと第２プラスチックバーを所定の温度に予熱する予熱段階（Ｓ２００）を行うが、予熱段階（Ｓ２００）は、冷却して硬化した第１プラスチックバーと第２プラスチックバーをそれぞれ内部コア２００およびコアカバー１００に成形し得るように準備する作業である。
前記予熱段階（Ｓ２００）の後、第１プラスチックバーをひねり揚げ状に成形する内部コア製作段階（Ｓ３００）を行う。その後、内部コア２００を中心として周辺を被覆しながら第２プラスチックバーを積層した後（Ｓ４００）、これをプレスで加圧して最終形状に成形（Ｓ５００）するコアカバー製作段階（Ｓ４００、Ｓ５００）を行う。
ここで、最終形状は軸方向断面円形の棒状であるが、全体的に弓の如く曲線をなすように撓んで形成されることが好ましい。
上述したような構造を持つ車両のロアスチフナおよびその製造方法によれば、図５に示すように、ロアスチフナ６００が棒状に形成されることにより、バンパー６３０の下部において空間を占める程度が大きくなく、弓状に曲線をなしているので、車両内部フレーム６５０との十分な距離を保つことができる。したがって、障害物６１０との衝突が発するときにロアスチフナ６００の変形が発生するとしても、車両内部フレーム６５０に接触しない可能性が増大するので、衝突の際に車体修理費用が大幅節減できる。
また、前記バンパー６３０に比べてさらに突出しているので、バンパー６３０に優先して衝撃を１次的に十分に吸収するので歩行者の膝負傷の程度を低めることができる。
一方、図６は、本発明の一実施例に係る車両のロアスチフナ６０５が板状であるときの様子を示す図であって、図５と比較するとき、さらに多くの空間を占めるにも拘らず、車両内部フレーム６５０との空間が殆どないことが分かる。この場合、衝突が発生したとき、車両内部フレーム６５０によってロアスチフナ６０５が十分に変形しなくなって衝撃吸収能力が顕著に低下するうえ、バンパー６３０より内部に位置することにより、歩行者が１次的にロアスチフナ６０５に衝突するのではなく、バンパー６３０に衝突するので、歩行者の膝負傷の程度がさらに大きくなる。
一方、上述したような構造を持つ車両のロアスチフナを用いて、実際に歩行者が衝突した場合に歩行者の膝への衝撃程度についての実験を行い、その結果を下記表１に示す。
Tibia Accelerationは、歩行者がロアスチフナに衝突した場合、歩行者の膝に加えられある重力加速度であって、１５０Ｇを基準として１５０Ｇ以下の重力加速度が得られると適切であると判断することができる。
また、Bending Angleは、衝突の際に歩行者の膝が曲げられる程度であって、１５Ｄｅｇを基準としてそれ以下であることが好ましい。
また、Shear Displacementは、衝突の際に膝のせん断変位、すなわち膝靱帯の変形量であって、５ｍｍ以下であることが好ましい。
表１を参照すると、総６回の相異なる地点における実験がいずれも各要素別基準値を満たしていることが分かる。表１に示した値がいずれも各項目別最大値であるときの値を示したにも拘らず、すべて基準値以下の値を示すことにより、本発明の構成に対する優れた効果が現れており、目標の性能を十分に満足していることが分かる。
一方、この他にも、プラスチック複合素材を用いてロアスチフナの強度が向上すると同時に弾性力も大きく増加することにより、歩行者との衝突の際に衝撃を効果的に吸収することができる。
また、プラスチック素材を用いることにより、既存のスチールに比べて軽量化を図ることができ、プラスチックとプラスチックに混合される素材との配合比率によって衝撃吸収率を調整することができ、スチールに比べて形状の形成にあたってさらに大きい自由度を有するためバンパーのデザイン可能幅を増大させることができる。
また、別途のマウンティング装置を備えず、マウンティング部を一体に形成することにより、マウンティング装置の具備による追加費用が発生しないうえ、マウンティング部の形状も自由に変更することができるという利点がある。
以上、本発明の特定の実施例について図示及び説明したが、特許請求の範囲によって提供される本発明の技術的思想を外れない限度内において、本発明に多様な改良及び変化を加え得るのは当業界における通常の知識を有する者には自明であろう。
１００ コアカバー
２００ 内部コア
３００ マウンティング部
４００ 補強リブ
６００ ロアスチフナ
６１０ 障害物
６３０ バンパー
６５０ 内部車体フレーム
Ｓ１００ プラスチックバー製作段階
Ｓ２００ 予熱段階
Ｓ３００ 内部コア製作段階
Ｓ４００、Ｓ５００ コアカバー製作段階
２００ 内部コア
３００ マウンティング部
４００ 補強リブ
６００ ロアスチフナ
６１０ 障害物
６３０ バンパー
６５０ 内部車体フレーム
Ｓ１００ プラスチックバー製作段階
Ｓ２００ 予熱段階
Ｓ３００ 内部コア製作段階
Ｓ４００、Ｓ５００ コアカバー製作段階
Claims (10)
- バンパーの下部にバンパーの長手方向に沿って設置されたコアカバーと、
コアカバーよりさらに高い密度を持つように形成されてコアカバーよりさらに大きい剛性を有し、コアカバーの長手方向に沿ってコアカバーの内側に位置する内部コアとを含み、
コアカバーと内部コアはプラスチック複合素材から一体に形成され、
内部コアは全長がひねり揚げ状に捩れるように形成され、コアカバーは内部コアを被覆するように形成される、車両のロアスチフナ。 - コアカバーと車体フレームとを連結するために、コアカバーに一体に備えられたマウンティング部をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の車両のロアスチフナ。
- コアカバーとマウンティング部とを連結するように設けられた補強リブをさらに含むことを特徴とする、請求項２に記載の車両のロアスチフナ。
- プラスチック複合素材は連続繊維強化熱可塑性プラスチックであることを特徴とする、請求項１に記載の車両のロアスチフナ。
- 前記マウンティング部および補強リブはガラス繊維強化複合素材から形成されたことを特徴とする、請求項３に記載のロアスチフナ。
- 請求項１に記載の車両のロアスチフナの製造方法であって、
第１プラスチック複合素材を用いて全長がひねり揚げ状に捩れた内部コアを製作する内部コア製作段階と、
内部コアを被覆するように第２プラスチック複合素材を配置した状態で前記第２プラスチック複合素材を加圧し、前記内部コアと一体に結合したコアカバーを製作するコアカバー製作段階とを含んでなることを特徴とする、車両のロアスチフナの製造方法。 - 前記内部コアは、第１プラスチック複合素材からなる複数の第１プラスチックバーを互いにひねり揚げ状に捩じって製作することを特徴とする、請求項６に記載の車両のロアスチフナの製造方法。
- 前記コアカバーは、第２プラスチック複合素材からなる複数の第２プラスチックバーを内部コアの周りに積層した後、加圧して製作することを特徴とする、請求項６に記載の車両のロアスチフナの製造方法。
- 前記内部コア製作段階の前に、第１プラスチックバーと第２プラスチックバーを所定の温度に予熱する予熱段階を行うことを特徴とする、請求項６に記載の車両のロアスチフナの製造方法。
- 前記予熱段階の前に、広く伸ばした複数本の繊維糸条に、溶融されたプラスチック樹脂を含浸させた後、これを成形機に入れてバー状に射出して第１プラスチックバーおよび第２プラスチックバーを製作するプラスチックバー製作段階を行うことを特徴とする、請求項９に記載の車両のロアスチフナの製造方法。
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