JP6235384B2 - 自動車の車体構造 - Google Patents

Description

本発明は、閉断面を有する鋼板製の車体フレームの内部にＣＦＲＰ製のバルクヘッドを配置し、前記バルクヘッドの全周を前記車体フレームの内面に発泡性樹脂接着剤で接着した自動車の車体構造に関する。

多数の貫通孔を有するスチフナをアウターパネルおよびインナーパネル間に挟んで自動車のフロントピラーを構成し、インナーパネルおよびスチフナ間の第１閉断面内にＣＦＲＰ製のバルクヘッドを配置し、第１閉断面内で発泡させた発泡硬化樹脂充填材をスチフナの貫通孔を通してアウターパネルおよびスチフナ間の第２閉断面内にはみ出させることで、インナーパネル、スチフナ、発泡硬化樹脂充填材およびバルクヘッドの結合強度を高めるものが、下記特許文献１により公知である。

特許第４７２９０２７号公報

しかしながら、上記従来のものは、バルクヘッドの外形形状がインナーパネルおよびスチフナ間の第１閉断面の形状を考慮していないため、バルクヘッドの外周部と第１閉断面の内面との間に大きな隙間が形成されてしまい、バルクヘッドによるフロントピラーの補強効果が充分に発揮されない可能性があった、
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、閉断面を有する鋼板製の車体フレームをＣＦＲＰ製のバルクヘッドで効率的に補強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、閉断面を有する鋼板製の車体フレームの内部にＣＦＲＰ製のバルクヘッドを配置し、前記バルクヘッドの全周を前記車体フレームの内面に発泡性樹脂接着剤で接着した自動車の車体構造であって、前記バルクヘッドは、衝突荷重の入力による前記車体フレームの断面の変形方向に配向された連続カーボン繊維を備え、前記連続カーボン繊維は、衝突荷重の入力により前記車体フレームの断面が縮小する方向に配向された第１連続カーボン繊維と、前記車体フレームの断面が拡大する方向に配向された第２連続カーボン繊維とからなり、前記第１、第２連続カーボン繊維の量は、それが配向される方向の変形量に比例することを特徴とする自動車の車体構造が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記バルクヘッドは、前記車体フレームに入力する主たる荷重の方向に延びるビードを備えることを特徴とする自動車の車体構造が提案される。

尚、実施の形態のＤピラー１２は本発明の車体フレームに対応し、実施の形態の第１連続カーボン繊維１８Ａおよび第２連続カーボン繊維１８Ｂは本発明の連続カーボン繊維に対応する。

請求項１の構成によれば、閉断面を有する鋼板製の車体フレームの内部にＣＦＲＰ製のバルクヘッドを配置し、バルクヘッドの全周を車体フレームの内面に発泡性樹脂接着剤で接着したので、バルクヘッドで車体フレームの断面の変形を抑制して曲げ剛性を高めることができるだけでなく、バルクヘッドおよび車体フレーム間の隙間を発泡性樹脂接着剤で塞いで騒音の伝達を抑制することができ、しかもバルクヘッドをＣＦＲＰ製としたことで重量の増加を最小限に抑えることができる。

またバルクヘッドは、衝突荷重の入力による車体フレームの断面の変形方向に配向された連続カーボン繊維を備えるので、バルクヘッドによる車体フレームの断面の変形抑制効果を高めることができ、しかも連続カーボン繊維は、衝突荷重の入力により車体フレームの断面が縮小する方向に配向された第１連続カーボン繊維と、車体フレームの断面が拡大する方向に配向された第２連続カーボン繊維とからなるので、車体フレームに入力する曲げ荷重を第１、第２連続カーボン繊維の引張および圧縮で効率的に支持することができるだけでなく、第１、第２連続カーボン繊維の量は、それが配向される方向の変形量に比例するので、高価な連続カーボン繊維の使用量を最小限に抑えながら必要な強度を確保することができる。

また請求項２の構成によれば、バルクヘッドは、車体フレームに入力する主たる荷重の方向に延びるビードを備えるので、衝突荷重の入力により車体フレームの断面が縮小する方向の変形をビードにより抑制し、第１連続カーボン繊維の本数を削減することができる。

５ドア車両の車体後部の斜視図。 図１の２−２線拡大断面図。 図２の３−３線断面図。 図３の４部拡大図。

以下、図１〜図４に基づいて本発明の実施の形態を説明する。尚、本明細書において前後方向、左右方向（車幅方向）および上下方向とは、運転席に着座した乗員を基準として定義される。

図１および図２に示すように、５ドア車両の車体後部に図示せぬテールゲートで開閉される開口部１１が形成されており、開口部１１の車幅方向外端に上下方向に延びるＤピラー１２が配置される。Ｄピラー１２の上端は車体上部のルーフサイドレールの後端に接続され、Ｄピラー１２の下端は車体下部のリヤサイドフレームの後端に接続される。開口部１１の周囲は、サイドアウターパネル１３の後端に接続するリヤアウタパネルで覆われるが、図１はリヤアウタパネルを取り外した状態を示しており、Ｄピラー１２の一部が露出している。

Ｄピラー１２は鋼板製のアウターパネル１４および鋼板製インナーパネル１５を、アウターパネル１４の接合フランジ１４ａ，１４ａとインナーパネル１５の接合フランジ１５ａ，１５ａとを重ね合わせて溶接Ｗすることで、前後方向に長く、車幅方向に短い閉断面に構成される。Ｄピラー１２の下部には，ＣＦＲＰ製の板状部材よりなるバルクヘッド１６が略水平姿勢で配置される。バルクヘッド１６の外周部の形状は、それが固定されるＤピラー１２の断面形状に沿っており、バルクヘッド１６の外周部とＤピラー１２の内面との間には略一定幅の隙間が形成される。

図２〜図４に示すように、バルクヘッド１６は略車幅方向に沿って平行に延びる複数のビード１６ａ…を備える波板状の部材であり、例えば５枚のＣＦＲＰシート１７…を積層して構成される。各ＣＦＲＰシート１７は一方向に引き揃えた多数の連続カーボン繊維１８Ａ…，１８Ｂ…をマトリクス樹脂で固めたものであり、５枚のＣＦＲＰシート１７…のうちの４枚（ａ）、（ｂ）、（ｄ）、（ｅ）は第１連続カーボン繊維１８Ａ…の配向方向が略車幅方向に沿い、残りの１枚（ｃ）は第２連続カーボン繊維１８Ｂ…の配向方向が略前後方向に沿うように配置される（図４参照）。言い換えると、４枚のＣＦＲＰシート１７…は第１連続カーボン繊維１８Ａ…の配向方向がビード１６ａ…の方向と平行であり、１枚のＣＦＲＰシート１７は第２連続カーボン繊維１８Ｂ…の配向方向がビード１６ａ…の方向と直交する。

バルクヘッド１６の一辺には２個の合成樹脂製のクリップ１９，１９が固定されており、これらのクリップ１９，１９の脚部１９ａ，１９ａを例えばアウターパネル１４のクリップ孔１４ｂ，１４ｂ（図３（Ａ）参照）に圧入することで、バルクヘッド１６をＤピラー１２の内部の所定位置に所定姿勢で仮止めすることができる。またバルクヘッド１６の外周部には、その外側に向かってＶ字状に拡開する上下一対の合成樹脂製の発泡方向規制部材２０，２０が接着等により固定される。従って、アウターパネル１４あるいはインナーパネル１５の内面と、発泡方向規制部材２０，２０との間には、バルクヘッド１６の外周部を取り囲む断面三角形の空間が区画される。

次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。

先ず、前処理工程で、バルクヘッド１６に予めクリップ１９，１９および発泡方向規制部材２０，２０を固定するとともに、上下の発泡方向規制部材２０，２０間に未発泡の発泡性樹脂接着剤２１を添付しておく。次に、このバルクヘッド１６をＤピラー１２の内部に挿入してクリップ１９，１９の脚部１９ａ，１９ａをアウターパネル１４のクリップ孔１４ｂ，１４ｂに圧入することで、バルクヘッド１６を所定位置に仮止めする。

この状態で、例えば塗装の乾燥工程で車体を加熱すると、発泡性樹脂接着剤２１が発泡膨張して硬化することで、バルクヘッド１６の外周部をＤピラー１２のアウターパネル１４およびインナーパネル１５の内面に接着する。このとき、Ｄピラー１２の内面に向けて拡開する発泡方向規制部材２０，２０で発泡膨張する発泡性樹脂接着剤２１をバルクヘッド１６およびＤピラー１２の内面の接着部に集中させることで、前記接着部を効率的かつ強固に接着することができる。しかも硬化した発泡性樹脂接着剤２１が接着部を肉盛りする形になることで、接着強度が更に高められる。

さて、車両が側面衝突されてＤピラー１２の下部に車幅方向内向きの衝突荷重が入力したとき、Ｄピラー１２の下部にバルクヘッド１６を配置したので、Ｄピラー１２の内部にスチフナを配置して補強することなく側面衝突の衝突荷重に対するＤピラー１２の曲げ剛性を高めることができ、Ｄピラー１２の重力削減に寄与することができる。このとき、バルクヘッド１６は、Ｄピラー１２に入力する側面衝突の衝突荷重の主たる入力方向である車幅方向に延びるビード１６ａ…を備えるので、衝突荷重の入力によりＤピラー１２の断面が縮小する方向の変形をビード１６ａ…により抑制し、第１連続カーボン繊維１８Ａ…の本数を削減することができる。

側面衝突の衝突荷重によりＤピラー１２は略車幅方向に圧縮変形して略前後方向に引張変形するが、バルクヘッド１６は、それを構成する５枚のＣＦＲＰシート１７…の第１、第２連続カーボン繊維１８Ａ…，１８Ｂ…の配向方向が略車幅方向および略前後方向に沿っているので、第１、第２連続カーボン繊維１８Ａ…，１８Ｂ…でＤピラー１２の圧縮変形および引張変形を効果的に抑制することができる。

このとき、Ｄピラー１２の略車幅方向の圧縮変形量と、略前後方向の引張変形との比は例えば４：１になるが、積層されてバルクヘッド１６を構成する５枚のＣＦＲＰシート１７…のうちの４枚（ａ）、（ｂ）、（ｄ）、（ｅ）は第１連続カーボン繊維１８Ａ…の配向方向が略車幅方向に沿い、残りの１枚（ｃ）は第２連続カーボン繊維１８Ｂ…の配向方向が略前後方向に沿うように配置されるため（図４参照）、バルクヘッド１６の強度を変形量に応じて配分することで、高価な炭素繊維の使用量を最小限に抑えながらバルクヘッド１６の強度を最大限に高めることができる。

またＣＦＲＰ製のバルクヘッド１６の全周をＤピラー１２内面に発泡性樹脂接着剤２１で接着したので、バルクヘッド１６でＤピラー１２の断面の変形を抑制して曲げ剛性を高めることができるだけでなく、バルクヘッド１６およびＤピラー１２間の隙間を発泡性樹脂接着剤２１で塞いで騒音の伝達を抑制することができ、しかもバルクヘッド１６をＣＦＲＰ製としたことで重量の増加を最小限に抑えることができる。更に、バルクヘッド１６の外周部にＤピラー１２の内面に向かって拡開する発泡方向規制部材２０，２０を設けたので、バルクヘッド１６の外周部とＤピラー１２の内面との接着部に発泡性樹脂接着剤２１を効率的に集中させて接着強度を高めることができる。

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、本発明の車体フレームは実施の形態のＤピラー１２に限定されるものではなく、車体外側のアウターパネル１４および車体内側のインナーパネル１５を接合して閉断面に構成した車体フレームであれば良い。

またバルクヘッド１６を仮止めするクリップ１９，１９の数は２個に限定されず、１個あるいは３個以上であっても良い。

またバルクヘッド１６を構成するＣＦＲＰシート１７の積層数は実施の形態の５層に限定されるものではない。

また略車幅方向に配向される第１連続カーボン繊維１８Ａ…と略前後方向に配置される第２連続カーボン繊維１８Ｂ…との比率は実施の形態に４：１に限定されず、第１、第２連続カーボン繊維１８Ａ…，１８Ｂ…が配向される方向の変形量に応じた比率にすれば良い。

１２ Ｄピラー（車体フレーム）
１６ バルクヘッド
１６ａ ビード
１８Ａ 第１連続カーボン繊維（連続カーボン繊維）
１８Ｂ 第２連続カーボン繊維（連続カーボン繊維）
２１ 発泡性樹脂接着剤

Claims (2)

1. 閉断面を有する鋼板製の車体フレーム（１２）の内部にＣＦＲＰ製のバルクヘッド（１６）を配置し、前記バルクヘッド（１６）の全周を前記車体フレーム（１２）の内面に発泡性樹脂接着剤（２１）で接着した自動車の車体構造であって、
   前記バルクヘッド（１６）は、衝突荷重の入力による前記車体フレーム（１２）の断面の変形方向に配向された連続カーボン繊維（１８Ａ，１８Ｂ）を備え、前記連続カーボン繊維（１８Ａ，１８Ｂ）は、衝突荷重の入力により前記車体フレーム（１２）の断面が縮小する方向に配向された第１連続カーボン繊維（１８Ａ）と、前記車体フレーム（１２）の断面が拡大する方向に配向された第２連続カーボン繊維（１８Ｂ）とからなり、前記第１、第２連続カーボン繊維（１８Ａ，１８Ｂ）の量は、それが配向される方向の変形量に比例することを特徴とする自動車の車体構造。
2. 前記バルクヘッド（１６）は、前記車体フレーム（１２）に入力する主たる荷重の方向に延びるビード（１６ａ）を備えることを特徴とする、請求項１に記載の自動車の車体構造。

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