JP6308231B2

JP6308231B2 - 樹脂製ピラーの製造方法

Info

Publication number: JP6308231B2
Application number: JP2016033474A
Authority: JP
Inventors: 真寺田; 毅典山田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-02-24
Filing date: 2016-02-24
Publication date: 2018-04-11
Anticipated expiration: 2036-02-24
Also published as: JP2017149268A; US20170239883A1; US10618269B2

Description

本発明は、樹脂製ピラーの製造方法に関する。

下記特許文献１には、ピラー等の自動車用外装部品を、樹脂材の射出成形によって製造する方法が記載されている。なお、樹脂製のピラーとしては、下記特許文献２に記載されたものがある。

特開平０９−２０１８２５号公報特開２０１３−７５６６１号公報

ところで、車室の前部（又は、後部）に配置されたピラーでは、車両の前面衝突時（又は、後面衝突時）に車両後側（前側）への衝突荷重がピラーの前端部（後端部）に入力される。このため、ピラーの前端部（後端部）が車両後側（前側）へ変位して、ピラーの長手方向中間部が車両外側へ凸に折れ曲がるように作用する。これにより、ピラーの車両外側部分にピラーの長手方向の引張力が作用する。したがって、樹脂製ピラーの製造方法では、樹脂製のピラーを、長手方向における引張強度の高い構造に成形することが望ましい。

本発明は、上記事実を考慮し、樹脂製のピラーを引張強度の高い構造に成形できる樹脂製ピラーの製造方法を提供することが目的である。

請求項１に記載の樹脂製ピラーの製造方法は、車両のウィンドシールドガラスの車幅方向外側端部に沿って延在されたピラーを３Ｄプリンタによって製造する方法であって、
前記ピラーの長手方向から見て、前記ウィンドシールドガラスの板厚方向に直交する方向を前記ピラーの幅方向とし、前記３Ｄプリンタの第１ノズル及び第２ノズルを前記ピラーの長手方向に対応する方向へ移動させながら前記ピラーを構成する樹脂材を前記第１ノズルから吐出すと共に前記第２ノズルからサポート材を吐出して樹脂層を形成する第１工程と、前記第１工程後に、前記第１ノズル及び前記第２ノズルを前記ピラーの幅方向に対応する方向で且つ前記樹脂層に対して離間する方向へ相対的に移動させる第２工程と、を備え、前記第１工程及び前記第２工程を繰り返すことで、前記ピラーの幅方向に対応する方向に前記樹脂層を積層して前記ピラーを製造する。

請求項１に記載の樹脂製ピラーの製造方法では、３Ｄプリンタによってピラーを製造する。具体的には、樹脂製ピラーの製造方法は、第１工程と第２工程とを有している。第１工程では、３Ｄプリンタの第１ノズル及び第２ノズルをピラーの長手方向に対応する方向へ移動させながら、ピラーを構成する樹脂材を第１ノズルから吐出すと共に、第２ノズルからサポート材を吐出して、樹脂層を形成する。また、第２工程では、第１工程後に、第１ノズル及び第２ノズルをピラーの幅方向に対応する方向で且つ樹脂層に対して離間する方向へ相対的に移動させる。そして、第１工程及び第２工程を繰り返すことで、ピラーの幅方向に対応する方向に樹脂層を積層して、ピラーが製造される。

このため、ピラーの長手方向に延在された複数の樹脂層がピラーの幅方向に積層された構造を成す樹脂製のピラーを成形することができる。したがって、成形後のピラーの長手方向における引張強度を高くすることができる。

請求項２に記載の樹脂製ピラーの製造方法は、請求項１に記載の発明において、前記第１工程では、前記サポート材として水溶性の材料を用いて前記樹脂層を形成する。

請求項２に記載の樹脂製ピラーの製造方法では、第１工程において、サポート材として水溶性の材料を用いられている。このため、成形後のピラーを水中に浸水させることで、サポート材を容易に除去することができる。これにより、例えば、中空構造を成すピラーを成形することが比較的困難とされる射出成形と比べて、ピラーを容易に成形することができる。

請求項３に記載の樹脂製ピラーの製造方法は、請求項２に記載の発明において、前記ピラーを、透明の樹脂材で成形する。

請求項３に記載の樹脂製ピラーの製造方法では、成形後のピラーが透明の前記樹脂材によって構成される。このため、ピラーを車両に搭載したときに、車室内の乗員がピラーを通して車両外側を視認可能とするように、ピラーを構成することができる。

請求項４に記載の樹脂製ピラーの製造方法は、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の発明において、前記樹脂材が、繊維強化樹脂とされている。

請求項４に記載の樹脂製ピラーの製造方法では、樹脂材が、繊維強化樹脂とされているため、仮にピラーを射出成形によって成形する場合と比べて、成形後のピラーの長手方向における引張強度を効果的に高くすることができる。すなわち、射出成形によって繊維強化樹脂製の成形品を成形するときには、成形上の制約によって、繊維強化樹脂の繊維の長さを所定長さ以上にすることができない。そして、射出成形によって繊維強化樹脂製の成形品を成形する場合と比べて、３Ｄプリンタを用いて繊維強化樹脂製の成形品を成形する場合の方が、繊維強化樹脂の繊維の長さを長くできることが知られている。このため、３Ｄプリンタを用いて繊維強化樹脂製のピラーを成形することで、仮にピラーを射出成形によって成形する場合と比べて、長さの長い繊維を繊維強化樹脂に含有させることができる。これにより、成形後のピラーの長手方向における引張強度を効果的に高くすることができる。

請求項５に記載の樹脂製ピラーの製造方法は、請求項２に記載の発明において、前記ピラーの一部を、透明の前記樹脂材、ガラス繊維強化樹脂の前記樹脂材、及び炭素繊維強化樹脂の前記樹脂材の何れかで成形し、前記ピラーの他の部分を、前記ピラーの一部を構成する前記樹脂材とは異なる透明の前記樹脂材、ガラス繊維強化樹脂の前記樹脂材、及び炭素繊維強化樹脂の前記樹脂材の何れかで成形する。

請求項５に記載の樹脂製ピラーの製造方法では、ピラーの一部における樹脂材が、透明の樹脂材、ガラス繊維強化樹脂、及び炭素繊維強化樹脂の何れかとされて、ピラーの他の部分の樹脂材が、ピラーの一部を構成する樹脂材とは異なる透明の樹脂材、ガラス繊維強化樹脂、及び炭素繊維強化樹脂の何れかとされる。これにより、各種車両の仕様に対応したピラーを成形することができる。

請求項１に記載の樹脂製ピラーの製造方法によれば、樹脂製のピラーを引張強度の高い構造に成形できる。

請求項２に記載の樹脂製ピラーの製造方法によれば、例えば、中空構造を成す樹脂製のピラーを容易に成形することができる。

請求項３に記載の樹脂製ピラーの製造方法によれば、成形後のピラーを車両に搭載したときに、車室内の乗員がピラーを通して車両外側を視認可能とするようにピラーを構成することができる。

請求項４に記載の樹脂製ピラーの製造方法によれば、ピラーの長手方向における引張強度を効果的に高くすることができる。

請求項５に記載の樹脂製ピラーの製造方法によれば、各種車両の仕様に対応したピラーを成形することができる。

図１は、本実施の形態に係る樹脂製ピラーの製造方法に用いられる３Ｄプリンタの要部を示す模式的な正面図である。図２は、図１に示される３Ｄプリンタを用いて製造されたフロントピラーを備えた自動車のキャビン内の前部を示す模式的な平面図である。図３は、図２に示される自動車の全体を示す右側から見た側面図である。図４は、図３に示される車両右側のフロントピラーを示す長手方向から見た拡大断面図である。図５は、図４に示されるフロントピラーを示す車両上側から見た平面図である。図６は、図４に示されるフロントピラーを示す車幅方向中央側から見た側面図である。図７は、図４に示されるフロントピラーを示す車両前側から見た正面図である。図８は、図１に示される成形後におけるフロントピラーを示す長手方向から見た断面図である。図９は、図４に示されるフロントピラーの他の例を示す断面図である。

本実施の形態では、樹脂製ピラーの製造方法によって、自動車（車両）Ｖに搭載される「ピラー」としてのフロントピラー３０を製造する。以下、始めに、フロントピラー３０が搭載された自動車（車両）Ｖの概略について説明し、次いで、フロントピラー３０の構成について説明する。そして、その後に、樹脂製ピラーの製造方法に用いられる３Ｄプリンタ６０の構成について説明する。なお、図２〜図７において、適宜示される矢印ＦＲは、自動車Ｖの車両前側を示し、矢印ＵＰは車両上側を示し、矢印ＲＨは車両右側を示している。以下、単に前後、上下、左右の方向を用いて説明する場合は、特に断りのない限り、車両前後方向の前後、車両上下方向の上下、車両左右方向（車幅方向）の左右、を示すものとする。

図２には、自動車ＶにおけるキャビンＣ内（車室内）の前部が模式的な平面図にて示されている。この図に示されるように、キャビンＣの前部における右側部には、運転席用の車両用シート１０が配設されている。この車両用シート１０は、乗員Ｐが着座するシートクッション１０Ａと、乗員Ｐの背部を支えるシートバック１０Ｂと、を含んで構成されており、シートバック１０Ｂの下端部がシートクッション１０Ａの後端部に連結されている。

また、キャビンＣの前部における左側部には、助手席用の車両用シート１２が配設されている。この車両用シート１２は、車両用シート１０と同様に、シートクッション１２Ａと、シートバック１２Ｂと、を含んで構成されている。以上により、自動車Ｖは、右ハンドル仕様の車両とされている。

自動車ＶのキャビンＣの前端部には、ウィンドシールドガラス１４（以下、「ＷＳガラス１４」という）が設けられている。このＷＳガラス１４は、透明板状に形成されると共に、側面視で上側へ向かうに従い後側へ傾斜して配置されている（図３参照）。また、ＷＳガラス１４は、車幅方向の中央部が前側へ凸に若干膨らむ湾曲形状に形成されている。そして、ＷＳガラス１４の車幅方向外側端部１４Ａが、後述するフロントピラー３０の第１側壁４０に保持されている。また、ＷＳガラス１４の下端部は、車幅方向に沿って延在されたカウル１６に接着剤（図示省略）によって固定されている。なお、カウル１６は、キャビンＣの前部を構成する図示しないダッシュパネルの上端部に沿って配設されている。また、ＷＳガラス１４の上端部は、キャビンＣの上部を構成するルーフ１８の前端部において、車幅方向に沿って配設されたフロントヘッダ２０に接着剤（図示省略）によって固定されている。

また、図３に示されるように、キャビンＣの側部には、透明板状のサイドドアガラス２２が設けられている。そして、サイドドアガラス２２の前端部２２ＡとＷＳガラス１４の車幅方向外側端部１４Ａとの間に、フロントピラー３０が配設されている。

次に、フロントピラー３０について説明する。図２に示されるように、フロントピラー３０は、ＷＳガラス１４の車幅方向両側にそれぞれ設けられている。そして、運転席側（右側）のフロントピラー３０と助手席側（左側）のフロントピラー３０とは、左右対称に構成されている。このため、以下の説明では、右側のフロントピラー３０について説明し、左側のフロントピラー３０についての説明は省略する。

フロントピラー３０は樹脂製とされている。また、上述のように、フロントピラー３０は、ＷＳガラス１４の車幅方向外側に配置されて、ＷＳガラス１４の車幅方向外側端部１４Ａに沿って延在されている。そして、フロントピラー３０の上端部が、フロントヘッダ２０にブラケット等を介して固定されている。また、フロントピラー３０の下端部が、略上下方向に延在された金属製のフロントピラーロア（図示省略）の上端部に固定されている。

フロントピラー３０は、上述のように、ＷＳガラス１４の車幅方向外側端部１４Ａに沿って延在されている。このため、フロントピラー３０は、側面視で上側へ向かうに従い後側へ傾斜して配置されると共に、乗員Ｐから見て、前側且つ車幅方向外側（右側）に配置されている。これにより、フロントピラー３０に対して前側且つ車幅方向外側の乗員Ｐの視界がフロントピラー３０によって遮られるが、後述するように、フロントピラー３０は透明の樹脂材によって構成されているため、乗員Ｐがフロントピラー３０を通して車両外側を視認できるように構成されている。

図４に示されるように、フロントピラー３０は、フロントピラー３０の長手方向から見た断面視で、略車幅方向を長手方向とする略楕円形状の閉断面３４を有する中空構造に構成されている。そして、図５〜図７にも示されるように、閉断面３４（フロントピラー３０の中空部分）の面積が、フロントピラー３０の下端側（前端側）へ向かうに従い、大きくなるように構成されている。換言すると、フロントピラー３０が、下端側（前端側）へ向かうに従い末広がりに形成されている。また、フロントピラー３０は、フロントピラー３０における車両外側の壁部を構成する外側壁３６と、フロントピラー３０におけるキャビンＣ側の壁部を構成する内側壁３８と、を含んで構成されている。また、フロントピラー３０は、外側壁３６及び内側壁３８を連結する一対の第１側壁４０及び第２側壁４２を有している。

外側壁３６は、フロントピラー３０の長手方向から見た断面視で、車両外側（詳しくは、前斜め右側）へ凸に若干膨らむ湾曲状に形成されている。一方、内側壁３８は、フロントピラー３０の長手方向から見た断面視で、キャビンＣ側（詳しくは、後斜め左側）へ凸に若干膨らむ湾曲状に形成されている。そして、外側壁３６及び内側壁３８の曲率半径が、フロントピラー３０の下端側（前端側）へ向かうに従い大きくなるように設定されている。

また、フロントピラー３０における車幅方向内側（換言すると、ＷＳガラス１４側）を構成する第１側壁４０は、フロントピラー３０の長手方向から見て、前側且つ車幅方向内側へ開放された略逆Ｌ字形状に形成されている。換言すると、第１側壁４０が、外側壁３６及び内側壁３８の車幅方向内側端に対してフロントピラー３０の閉断面３４の内側へ張出されている。そして、第１側壁４０における外側壁３６に接続される壁部（車両外側の部分を構成する壁部）が第１アウタ側壁４０Ａとされており、第１側壁４０における内側壁３８に接続される壁部（キャビンＣ側の部分を構成する壁部）が第１インナ側壁４０Ｂとされている。第１アウタ側壁４０Ａは、ＷＳガラス１４に対して車幅方向外側において、長手方向から見た断面視でＷＳガラス１４の板厚方向に対して直交方向する方向を板厚方向として配置されている。換言すると、第１アウタ側壁４０Ａは、ＷＳガラス１４の車幅方向外側端部１４Ａの端面と略平行に配置されている。一方、第１インナ側壁４０Ｂは、ＷＳガラス１４の車幅方向外側端部１４Ａに対してキャビンＣ側（後側）に配置されて、ＷＳガラス１４の板厚方向においてＷＳガラス１４と対向して配置されている。

ここで、フロントピラー３０は、ＷＳガラス１４の車幅方向外側端部１４Ａに沿って延在されているため、フロントピラー３０の長手方向とは、ＷＳガラス１４の車幅方向外側端部１４Ａの延在方向とされている。換言すると、第１側壁４０の延在方向が、フロントピラー３０の長手方向とされている。また、フロントピラー３０の幅方向とは、フロントピラー３０の長手方向から見て、ＷＳガラス１４の板厚方向に対して直交する方向とされている（図４の矢印Ａ方向及び矢印Ｂ方向を参照）。換言すると、フロントピラー３０の幅方向は、第１アウタ側壁４０Ａの板厚方向とされている。そして、図４に示される矢印Ａ方向側をフロントピラー３０の幅方向一方側と称し、矢印Ｂ方向側をフロントピラー３０の幅方向他方側と称す。

フロントピラー３０の構成に戻って、第１インナ側壁４０ＢにおけるＷＳガラス１４と対向する面には、ウレタンシーラント等の接着剤５０が直接塗布されており、当該接着剤５０を介して、ＷＳガラス１４の車幅方向外側端部１４Ａが第１インナ側壁４０Ｂに保持されている。この接着剤５０は、伸縮性を有しており、ＷＳガラス１４とフロントピラー３０との間をシールすると共に伸縮性を利用して気温の変化によるＷＳガラス１４とフロントピラー３０との伸縮差を吸収するようになっている。さらに、ＷＳガラス１４の車幅方向外側端部１４Ａと第１インナ側壁４０Ｂとの間には、接着剤５０に対して車幅方向外側の位置において、モールディング５２が配設されている。そして、当該モールディング５２によってＷＳガラス１４と第１インナ側壁４０Ｂとの隙間が埋められるようになっている。

一方、フロントピラー３０における車幅方向外側（換言すると、サイドドアガラス２２側）を構成する第２側壁４２は、フロントピラー３０の長手方向から見て、後側且つ車幅方向外側へ開放された略Ｌ字形状に形成されている。換言すると、第２側壁４２は、外側壁３６及び内側壁３８の車幅方向外側端に対してフロントピラー３０の閉断面３４の内側へ張出されている。そして、第２側壁４２における外側壁３６に接続される壁部が第２アウタ側壁４２Ａとされており、第２側壁４２における内側壁３８に接続される壁部が第２インナ側壁４２Ｂとされている。

また、第２側壁４２には、帯状のステンレス鋼等を折り曲げて形成されたリテーナ５４が設けられており、当該リテーナ５４は平断面視で車幅方向外側且つ後側へ開口された略Ｕ字状に形成されている。そして、当該リテーナ５４の底壁が、図示しないネジ等の締結部材によって第２アウタ側壁４２Ａに固定されている。また、リテーナ５４には、ドアシール５６が装着されている。このドアシール５６は、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）等の弾性部材で形成されている。これにより、ドアシール５６が、リテーナ５４を介して第２側壁４２に保持されると共に、サイドドアガラス２２の前端部２２Ａがドアシール５６を介して第２側壁４２に保持される構成になっている。

ここで、フロントピラー３０（フロントピラー３０）は、透明樹脂（本実施の形態では、例えば、繊維強化樹脂であって、アクリル等の紫外線硬化樹脂にガラス繊維を含有したもの）で構成されている。これにより、乗員Ｐが、フロントピラー３０（外側壁３６及び内側壁３８）を通して車両外側を視認できるように構成されている。このため、外側壁３６及び内側壁３８が、乗員Ｐ（運転者）から見て互いにラップして配置されている。

すなわち、図示は省略するが、乗員ＰのアイポイントＥＰ（図２に示される、乗員Ｐの両眼の中間点であり、乗員Ｐの両眼を結ぶ線の中央点）の位置における平断面視で、アイポイントＥＰとフロントピラー３０との対向方向において、外側壁３６及び内側壁３８が対向して配置されている。これにより、乗員Ｐが、フロントピラー３０におけるモールディング５２とリテーナ５４との間に位置する部分を通して、車両外側を視認できるように構成されている。なお、乗員ＰのアイポイントＥＰの位置は、例えば、ダミー（一例として、欧米人型男性の体格の小さいほうから５０％をカバーするＡＭ５０のダミー）を用いて、車両用シート１０に着座したダミーの運転姿勢におけるアイポイントＥＰの位置に基づいて設定される。さらに、乗員Ｐが、フロントピラー３０を通して車両外側を視認できるよう、ガラス繊維強化樹脂で構成された外側壁３６及び内側壁３８の透過率が、一例として５０％以上に設定されている。

次に、フロントピラー３０の製造方法に用いられる３Ｄプリンタ６０の概略構成について説明する。

図１には、３Ｄプリンタ６０の要部が模式的な正面図にて示されている。なお、図１の矢印Ｃは３Ｄプリンタ６０の装置上側を示しており、図１の矢印Ｄは３Ｄプリンタ６０の装置下側を示している。また、図１に示される矢印Ｅ及び矢印Ｆは、３Ｄプリンタ６０の装置幅方向を示している。そして、装置上下方向が、３Ｄプリンタ６０による成形後のフロントピラー３０の幅方向と一致し、装置幅方向が、成形後のフロントピラー３０の長手方向と一致している。なお、図１では、３Ｄプリンタ６０内における成形後のフロントピラー３０の配置状態を理解し易くするために、成形後のフロントピラー３０を２点鎖線にて図示している。また、図１では、後述するサポート材８２を図示省略している。

３Ｄプリンタ６０は、略長尺プレート状の台座６２を備えている。この台座６２は、装置上下方向を板厚方向として配置されると共に、装置幅方向に延在されている。そして、台座６２が、図示しない位置において、３Ｄプリンタ６０の筐体に固定されている。台座６２の装置上側には、第１レール６４が設けられており、第１レール６４は、装置幅方向に延在されている。第１レール６４の長手方向一端部は、装置上下方向に延在された第２レール６６Ａに、移動装置６８を介して移動可能に連結されており、第１レール６４の長手方向他端部は、装置上下方向に延在された第２レール６６Ｂに、移動可能に支持されている。そして、移動装置６８は制御部７０に電気的に接続されており、制御部７０によって移動装置６８が作動することで、第１レール６４が第２レール６６Ａ、６６Ｂの長手方向に沿って装置上下方向に移動するように構成されている（図１に示される２点鎖線の第１レール６４を参照）。

第１レール６４には、ノズルヘッド７２が移動可能に連結されている。これにより、移動装置６８が作動して、第１レール６４が第２レール６６Ａ、６６Ｂに沿って移動されることで、ノズルヘッド７２が装置上下方向（すなわち、成形後のフロントピラー３０の幅方向に対応する方向）に沿って移動するように構成されている。このノズルヘッド７２は、ノズルヘッド７２を第１レール６４の長手方向に沿って移動させる駆動部（図示省略）を有しており、駆動部は制御部７０に電気的に接続されている。そして、制御部７０の制御によって駆動部が作動して、ノズルヘッド７２が第１レール６４の長手方向（すなわち、成形後のフロントピラー３０の長手方向に対応する方向）に沿って往復移動するように構成されている。

また、ノズルヘッド７２には、複数の第１ノズル７４Ａが設けられている（図１には、１箇所の第１ノズル７４Ａのみが図示されている）。この第１ノズル７４Ａは、ノズルヘッド７２から装置下側へ突出されると共に、３Ｄプリンタ６０の前後方向（図１の紙面垂直方向）に並んで配置されている。この第１ノズル７４Ａは、液状の透明樹脂８０を吐出してフロントピラー３０を成形するためのものであり、制御部７０の制御によって、第１ノズル７４Ａから透明樹脂８０が装置下側（台座６２側）へ適宜吐出されるようになっている。

また、ノズルヘッド７２には、第１ノズル７４Ａに対して装置幅方向一方側（図１の矢印Ｅ方向側）の位置において、複数の第２ノズル７４Ｂが設けられている（図１には、１箇所の第２ノズル７４Ｂのみが図示されている）。第２ノズル７４Ｂは、ノズルヘッド７２から装置下側へ突出されると共に、３Ｄプリンタ６０の前後方向に並んで配置されている。この第２ノズル７４Ｂは、サポート材８２を吐出すように構成されており、サポート材８２は、後述する樹脂層８４（図８参照）を積層するときに樹脂層８４における透明樹脂８０によって形成された部分を装置下側から支持（サポート）するためのものである。そして、制御部７０の制御によって、第２ノズル７４Ｂからサポート材８２が装置下側（台座６２側）へ適宜吐出されるようになっている。なお、サポート材８２は、水溶性の材料（例えば、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）等の材料）で構成されている。

また、ノズルヘッド７２の装置幅方向両側には、一対のＵＶランプ７６Ａ、７６Ｂが設けられている。これにより、ノズルヘッド７２と共に、ＵＶランプ７６Ａ、７６Ｂが第１レール６４に沿って往復移動する構成になっている。ＵＶランプ７６Ａ、７６Ｂは、制御部７０に電気的に接続されており、制御部７０の制御によってＵＶランプ７６Ａ、７６Ｂが紫外線を装置下側へ露光するように構成されている。

さらに、制御部７０には、フロントピラー３０の３次元形状データが格納されており、当該３次元形状データに基づいて、制御部７０が、ノズルヘッド７２（の駆動部）、第１ノズル７４Ａ、第２ノズル７４Ｂ、及び移動装置６８を作動させて、フロントピラー３０を成形するようになっている。より詳しくは、制御部７０は、３次元形状データをフロントピラー３０の複数の断面形状データ（スライスデータ）に変換して、当該スライスデータに基づいて、制御部７０が、ノズルヘッド７２（の駆動部）、第１ノズル７４Ａ、第２ノズル７４Ｂ、及び移動装置６８を作動させるようになっている。なお、スライスデータは、フロントピラー３０の幅方向に対して直交する直交面ＶＳ（図８において実線で示される２箇所の直交面ＶＳを参照）でフロントピラー３０を切断したときの断面形状データである。また、スライスデータは、フロントピラー３０の幅方向において、フロントピラー３０を所定の間隔（一例として、４０μｍ）毎に切断したときのデータとなっており、以下の説明においてフライスデータに付された数字は、フロントピラー３０の幅方向一方側からのフライスデータの順番を示している。なお、図８では、便宜上、直交面ＶＳの間隔を誇張して図示している。

次に、フロントピラー３０の製造方法について説明しつつ、本実施の形態の作用及び効果について説明する。

フロントピラー３０の製造方法では、ノズルヘッド７２を第１レール６４の長手方向（すなわち、成形後のフロントピラー３０の長手方向に対応する方向）に往復移動させる。そして、フライスデータに基づいて、第１ノズル７４Ａから透明樹脂８０を吐出すと共に第２ノズル７４Ｂからサポート材８２を吐出して樹脂層８４を形成し、当該樹脂層８４を装置上側（すなわち、成形後のフロントピラー３０の幅方向に対応する方向）に積層することで、フロントピラー３０を成形するようになっている。

具体的には、制御部７０は、ノズルヘッド７２の駆動部を駆動させて、ノズルヘッド７２、第１ノズル７４Ａ、及び第２ノズル７４Ｂを、第１レール６４の長手方向に沿って装置幅方向一方側（図１の矢印Ｅ方向側であり、成形後のフロントピラー３０の長手方向に対応する方向の一方側）へ移動させる。このとき、制御部７０は、スライスデータ１に基づいて、第１ノズル７４Ａから、フロントピラー３０の断面形状に対応する部分に液状の透明樹脂８０を吐出すと共に、第２ノズル７４Ｂから、フロントピラー３０の断面形状以外の部分にサポート材８２を吐出す。また、ノズルヘッド７２の移動時には、制御部７０は、ＵＶランプ７６Ａを作動させて、吐出した透明樹脂８０に紫外線を露光させて、透明樹脂８０を硬化させる。これにより、１層目の樹脂層８４（図８参照）が形成される（第１工程）。なお、第１工程では、樹脂層８４の厚みが４０μｍになるように、第１ノズル７４Ａから透明樹脂８０を吐出す共に、第２ノズル７４Ｂからサポート材８２を吐出すように設定されている。

そして、第１工程の終了後に、制御部７０が移動装置６８を作動させて、ノズルヘッド７２を装置上側へ移動させる（第２工程）。なお、第２工程では、ノズルヘッド７２の装置上側への移動量（送りピッチ）は、樹脂層８４の厚みと同じに設定されている。

そして、第２工程の終了後に、第１工程に戻って、制御部７０が、ノズルヘッド７２の駆動部を駆動させて、ノズルヘッド７２、第１ノズル７４Ａ、及び第２ノズル７４Ｂを、第１レール６４の長手方向に沿って装置幅方向他方側（図１の矢印Ｆ方向側であり、成形後のフロントピラー３０の長手方向に対応する方向の他方側）へ移動させる。このとき、制御部７０は、スライスデータ２に基づいて、第１ノズル７４Ａから、フロントピラー３０の断面形状に対応部分に液状の透明樹脂８０を吐出すと共に、第２ノズル７４Ｂから、フロントピラー３０の断面形状以外の部分にサポート材８２を吐出す。また、このときには、制御部７０は、ＵＶランプ７６Ｂを作動させて、吐出した透明樹脂８０に紫外線を露光させて、透明樹脂８０を硬化させる。これにより、１層目の樹脂層８４の装置上側に２層目の樹脂層８４が形成される。そして、第１工程の終了後に、第２工程に移って、ノズルヘッド７２を装置上側へ移動させる。

そして、第１工程及び第２工程を繰り返し行うことで、図８に示されるように、装置上下方向に積層された複数の樹脂層８４（図８では、４箇所の樹脂層８４のみを図示している）を有するフロントピラー３０が成形される。具体的には、フロントピラー３０が、車幅方向内側の第１側壁４０及び内側壁３８から順次成形されて、フロントピラー３０が成形される。また、このときには、樹脂層８４における透明樹脂８０で形成された部分が、樹脂層８４におけるサポート材８２で形成された部分によって装置下側から支持される。すなわち、３Ｄプリンタ６０によるフロントピラー３０の成形後の状態では、フロントピラー３０の外周部及び内周部には、サポート材８２（図８においてドットで示される部分を参照）が結合されている。このため、例えば、フロントピラー３０を水中に浸水させて、サポート材８２を溶かしてフロントピラー３０から除去する。これにより、中空構造を成すフロントピラー３０が成形される。

このように、本実施の形態では、第１工程において、３Ｄプリンタ６０の第１ノズル７４Ａ及び第２ノズル７４Ｂを３Ｄプリンタ６０の幅方向（すなわち、フロントピラー３０の長手方向に対応する方向）に移動させながら、第１ノズル７４Ａから透明樹脂８０を吐出すと共に第２ノズル７４Ｂからサポート材８２を吐出して樹脂層８４を形成する。また、第２工程では、第１工程後に、第１ノズル７４Ａ及び第２ノズル７４Ｂを３Ｄプリンタ６０の装置上方向（フロントピラー３０の幅方向に対応する方向）に樹脂層８４に対して相対的に移動させる。そして、第１工程と第２工程とを繰り返し行うことで、フロントピラー３０の幅方向に対応する方向に樹脂層８４を積層して、フロントピラー３０が製造される。このため、フロントピラー３０の長手方向に延在された複数の樹脂層８４がフロントピラー３０の幅方向に積層された構造を成す樹脂製のフロントピラー３０を成形することができる。したがって、成形後のフロントピラー３０の長手方向における引張強度を高くすることができる。

また、上述のように、樹脂層８４がフロントピラー３０の幅方向に積層されて、フロントピラー３０が成形される。このため、仮に樹脂層８４をフロントピラー３０の長手方向に積層して、フロントピラー３０を成形する場合と比べて、フロントピラー３０の成形時間を短くすることができる。

また、フロントピラー３０は、閉断面３４を有する中空構造を成しており、第１工程において、水溶性のサポート材８２を用いて、樹脂層８４を形成し且つ積層している。このため、上述のように、フロントピラー３０を水中に浸水させることで、サポート材８２をフロントピラー３０から容易に除去することができる。したがって、通常、射出成形では成形が困難とされる中空構造を成すフロントピラー３０を容易に成形することができる。

また、フロントピラー３０が、透明のガラス繊維強化樹脂によって構成されている。換言すると、フロントピラー３０の外側壁３６及び内側壁３８が透明のガラス繊維強化樹脂によって構成されている。このため、キャビンＣ内の乗員Ｐが、外側壁３６及び内側壁３８を通して車両外側を視認することができる。

また、繊維強化樹脂製のフロントピラー３０を、３Ｄプリンタ６０を用いて成形している。このため、仮に繊維強化樹脂製のフロントピラー３０を射出成形によって成形する場合と比べて、フロントピラー３０の引張強度を効果的に高くすることができる。すなわち、射出成形によって繊維強化樹脂製の成形品を成形するときには、成形上の制約によって、繊維強化樹脂の繊維の長さを所定長さ以上にすることができない。そして、射出成形によって繊維強化樹脂製の成形品を成形する場合と比べて、３Ｄプリンタ６０を用いて繊維強化樹脂製の成形品を成形する場合の方が、繊維強化樹脂の繊維の長さを長くできることが知られている。これにより、３Ｄプリンタ６０を用いて繊維強化樹脂製のフロントピラー３０を成形することで、仮にフロントピラー３０を射出成形によって成形する場合と比べて、長さの長い繊維を繊維強化樹脂に含有させることができる。これにより、成形後のフロントピラー３０の長手方向における引張強度を効果的に高くすることができる。

しかも、上述のように、フロントピラー３０の製造方法における第１工程では、第１ノズル７４Ａをフロントピラー３０の長手方向に対応する方向に移動させて、樹脂層８４を形成している。このため、仮にフロントピラー３０を射出成形によって成形する場合と比べて、繊維強化樹脂の繊維の方向をフロントピラー３０の長手方向に一致させ易くすることができる。つまり、フロントピラー３０を射出成形によって成形する場合には、繊維強化樹脂の繊維は、溶融された樹脂の流動方向に沿った方向に配置される傾向にある。そして、樹脂の流動方向は、金型のゲート位置や個数などに起因される。このため、金型構造上の影響を受けて、繊維強化樹脂の繊維の方向が、設定したい方向（すなわち、フロントピラー３０の長手方向）にならない場合がある。換言すると、射出成形では、繊維強化樹脂の繊維の方向を所定の方向に制御させることが比較的難しい。

これに対して、繊維強化樹脂製のフロントピラー３０を、３Ｄプリンタ６０を用いて成形する場合には、第１ノズル７４Ａが移動されながら第１ノズル７４Ａから繊維強化樹脂が吐出されるため、繊維強化樹脂の繊維が第１ノズル７４Ａの略移動方向に沿って配置される傾向にある。このため、繊維強化樹脂の繊維の方向として設定したい方向に、第１ノズル７４Ａを移動させることで、繊維強化樹脂の繊維を設定したい方向に配置させることができる。これにより、仮にフロントピラー３０を射出成形によって成形する場合と比べて、繊維強化樹脂の繊維の方向をフロントピラー３０の長手方向に一致させ易くすることができる。そして、本実施の形態では、上述のように、第１ノズル７４Ａをフロントピラー３０の長手方向に対応する方向に移動させて樹脂層８４を形成しているため、フロントピラー３０の引張強度に対して、繊維強化樹脂の繊維を有効に寄与させる方向に繊維を配置させることができる。したがって、長手方向におけるフロントピラー３０の引張強度を一層効果的に高くすることができる。

なお、本実施の形態では、フロントピラー３０が閉断面３４を有する中空構造に構成されているが、フロントピラー３０を中実構造に構成してもよい。

また、本実施の形態では、３Ｄプリンタ６０の台座６２が移動不能に構成されており、ノズルヘッド７２（第１ノズル７４Ａ及び第２ノズル７４Ｂ）が装置上下方向に移動可能に構成されている。これに代えて、台座６２を装置上下方向に移動可能に構成すると共に、ノズルヘッド７２（第１ノズル７４Ａ及び第２ノズル７４Ｂ）を装置上下方向に移動不能に構成してもよい（換言すると、第１レール６４を第２レール６６Ａ、６６Ｂに固定してもよい）。この場合には、フロントピラー３０の製造方法における第２工程において、台座６２をノズルヘッド７２（第１ノズル７４Ａ及び第２ノズル７４Ｂ）に対して装置下側へ移動させる。これにより、この場合においても、ノズルヘッド７２（第１ノズル７４Ａ及び第２ノズル７４Ｂ）が樹脂層８４に対して装置上側（離間する方向）へ相対的に移動される。

また、本実施の形態では、第１工程において、ノズルヘッド７２（第１ノズル７４Ａ及び第２ノズル７４Ｂ）が装置幅方向に往復移動される毎に、樹脂層８４が積層されるようになっている。これに代えて、ノズルヘッド７２（第１ノズル７４Ａ及び第２ノズル７４Ｂ）が装置幅方向一方側（又は装置幅方向他方側）へ移動されるときのみ、第１ノズル７４Ａから透明樹脂８０を吐出すと共に、第２ノズル７４Ｂからサポート材８２を吐出して、樹脂層８４を積層させてもよい。この場合には、第１工程において、ノズルヘッド７２（第１ノズル７４Ａ及び第２ノズル７４Ｂ）を装置幅方向一方側（又は装置幅方向他方側）へ移動させて樹脂層８４を形成した後に、ノズルヘッド７２を移動開始前の初期位置に移動させて、その後に、第２工程へ移行してもよい。したがって、本発明における「第１ノズル及び第２ノズルをピラーの長手方向に対応する方向へ移動させながら樹脂材を第１ノズルから吐出すと共に第２ノズルからサポート材を吐出して樹脂層を形成する」とは、以下の２つの場合を含んでいる。すなわち、第１ノズル７４Ａ及び第２ノズル７４Ｂをフロントピラー３０の長手方向に対応する方向へ往復移動させながら、第１ノズル７４Ａから透明樹脂８０を吐出すと共に、第２ノズル７４Ｂからサポート材８２を吐出す場合、及び第１ノズル７４Ａ及び第２ノズル７４Ｂをフロントピラー３０の長手方向に対応する方向の一方側又は他方側へ移動させながら、第１ノズル７４Ａから透明樹脂８０を吐出すと共に、第２ノズル７４Ｂからサポート材８２を吐出す場合を含んでいる。

また、本実施の形態では、フロントピラー３０の全体が透明のガラス繊維強化樹脂によって構成されている。これに代えて、フロントピラー３０の一部を、透明の樹脂材、透明のガラス繊維強化樹脂、黒色の炭素繊維強化樹脂の何れかで構成して、フロントピラー３０の他の部分を、フロントピラー３０の一部とは異なる透明の樹脂材、透明のガラス繊維強化樹脂、黒色の炭素繊維強化樹脂の何れかで構成してもよい。例えば、図９に示されるように、外側壁３６及び内側壁３８における幅方向中間部（外側壁３６及び内側壁３８における幅方向両端部を除く部分）をガラス繊維強化樹脂によって構成して、フロントピラー３０の他の部分を黒色の炭素繊維強化樹脂によって構成してもよい。この場合には、３Ｄプリンタ６０のノズルヘッド７２には、炭素繊維強化樹脂を吐出す「ノズル」としての第３ノズルが設けられるようになる。また、フロントピラー３０の全体を黒色の炭素繊維強化樹脂によって構成してもよい。さらに、フロントピラー３０の全体を、繊維を含まない透明の樹脂等によって構成してもよい。

また、本実施の形態では、樹脂製ピラーの製造方法を、キャビンＣの前部に配置されたフロントピラー３０に適用した例として説明したが、樹脂製ピラーの製造方法の適用はこれに限らない。例えば、図示は省略するが、キャビンＣの後部に設けられたリヤのウィンドシールドガラスと、キャビンＣの側部に設けられたサイドドアガラスとの間に配設されたリヤピラーに、樹脂製ピラーの製造方法を適用させてもよい。この場合には、リヤピラーにおける長手方向の引張強度を高くすることができる。

１４ウィンドシールドガラス
１４Ａウィンドシールドガラスの車幅方向外側端部
３０フロントピラー（ピラー）
３４閉断面
３６外側壁
３８内側壁
４０第１側壁（側壁）
４２第２側壁（側壁）
６０３Ｄプリンタ
７４Ａ第１ノズル
７４Ｂ第２ノズル
８０透明樹脂（樹脂材）
８２サポート材
８４樹脂層

Claims

車両のウィンドシールドガラスの車幅方向外側端部に沿って延在されたピラーを３Ｄプリンタによって製造する方法であって、
前記ピラーの長手方向から見て、前記ウィンドシールドガラスの板厚方向に直交する方向を前記ピラーの幅方向とし、
前記３Ｄプリンタの第１ノズル及び第２ノズルを前記ピラーの長手方向に対応する方向へ移動させながら前記ピラーを構成する樹脂材を前記第１ノズルから吐出すと共に前記第２ノズルからサポート材を吐出して樹脂層を形成する第１工程と、
前記第１工程後に、前記第１ノズル及び前記第２ノズルを前記ピラーの幅方向に対応する方向で且つ前記樹脂層に対して離間する方向へ相対的に移動させる第２工程と、
を備え、
前記第１工程及び前記第２工程を繰り返すことで、前記ピラーの幅方向に対応する方向に前記樹脂層を積層して前記ピラーを製造する樹脂製ピラーの製造方法。
前記第１工程では、前記サポート材として水溶性の材料を用いて前記樹脂層を形成する請求項１に記載の樹脂製ピラーの製造方法。
前記ピラーを、透明の前記樹脂材で成形する請求項２に記載の樹脂製ピラーの製造方法。
前記樹脂材が、繊維強化樹脂とされている請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の樹脂製ピラーの製造方法。
前記ピラーの一部を、透明の前記樹脂材、ガラス繊維強化樹脂の前記樹脂材、及び炭素繊維強化樹脂の前記樹脂材の何れかで成形し、
前記ピラーの他の部分を、前記ピラーの一部を構成する前記樹脂材とは異なる透明の前記樹脂材、ガラス繊維強化樹脂の前記樹脂材、及び炭素繊維強化樹脂の前記樹脂材の何れかで成形する請求項２に記載の樹脂製ピラーの製造方法。