JP6660482B2 - 自動車用フロアパネルおよび自動車用フロアパネルの製造方法 - Google Patents

自動車用フロアパネルおよび自動車用フロアパネルの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、金属製のハニカムコアを２枚のＣＦＲＰ板の間に挟んで接着した自動車用フロアパネルと、その自動車用フロアパネルの製造方法とに関する。
構造物等の壁面パネルとして使用されるハニカムパネルを、アルミニウム等の金属板に絞り加工あるいはプレス加工で多数の凸型部分を形成したハニカムコアと、このハニカムコアの両面に接着されるウレタン樹脂あるいはエポキシ樹脂等の表面材とで構成したものが、下記特許文献１により公知である。
日本 特開平６−３１６０１５号公報
ところで、この種のハニカムパネルは、ハニカムコアの面に直角な方向に入力する荷重に対しては大きな強度を有するが、ハニカムコアの面に平行な方向に入力する荷重に対しては充分な強度を有しておらず、従って上記従来のハニカムパネルを自動車用フロアパネルとして使用すると、ハニカムコアの面に平行な方向の衝突荷重が入力した場合に充分なエネルギー吸収効果が得ら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、生産が容易でハニカムコアの面に平行な方向に入力する荷重に対して高い強度を有する自動車用フロアパネル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、本発明によれば、金属製のハニカムコアを２枚のＣＦＲＰ板の間に挟んで接着した自動車用フロアパネルであって、前記ハニカムコアは、多角形状に形成された多数のコア単体を該多角形の辺を共有するように一平面内で連続させたものであり、該ハニカムコアは、前記辺を有する頂面と、一対の側面と、一対のフランジ面とでハット状断面部を構成し、前記一対のフランジ面に一枚の前記ＣＦＲＰ板を接着して構成されて前記辺に沿って直線状に延びる閉断面部が、隣接する前記コア単体の前記多角形の頂点において相互に連続し、一対の前記ハニカムコアを、前記ハット状断面部の頂面においてエポキシ系接着剤で相互に接着すると共に、前記ハット状断面部のフランジ面を、弾性率が１０〜１２０ＭＰａのウレタン系接着剤で前記ＣＦＲＰ板に接着したことを第１の特徴とする自動車用フロアパネルが提案される。
また本発明によれば、前記第１の特徴に加えて、前記２枚のＣＦＲＰ板の端部どうしをエポキシ系接着剤で接着したことを第２の特徴とする自動車用フロアパネルが提案される。
また本発明によれば、前記第１または第２の特徴に記載の自動車用フロアパネルの製造方法であって、前記ハニカムコアをＩＨヒータで誘導過熱することで接着剤を硬化させることを第３の特徴とする自動車用フロアパネルの製造方法が提案される。
また本発明によれば、前記第１〜第８の何れか１つの特徴に記載の自動車用フロアパネルの製造方法であって、アルミニウム板をブロー成形により深絞りして前記ハニカムコアを製造することを第１０の特徴とする自動車用フロアパネルの製造方法が提案される。
本発明の第１の特徴によれば、２枚のＣＦＲＰ板の間に挟まれて接着される金属製のハニカムコアは、多角形状に形成された多数のコア単体を多角形の辺を共有するように一平面内で連続させたものである。前記ハニカムコアは、前記辺を有する頂面、一対の側面および一対のフランジ面とでハット状断面部を構成し、一対のフランジ面に一枚のＣＦＲＰ板を接着して構成されて前記辺に沿って直線状に延びる閉断面部が、隣接するコア単体の多角形の頂点において相互に連続するので、多角形状のコア単体の内部を開口させて軽量化を図ることができるだけでなく、直線状に延びる閉断面部よりなる高強度の荷重伝達経路がコア単体の多角形の頂点において他の複数の荷重伝達経路に連続することで、フロアパネルの一方向に入力した衝突荷重を他の複数の方向に分散・伝達してエネルギー吸収性能を高めることができる。しかも金属製のハニカムコアはプレス加工が可能なので、短時間で安価に製造することができる。
また、一対のハニカムコアを、ハット状断面部の頂面においてエポキシ系接着剤で相互に接着したので、深絞りが困難なために厚さが小さいプレス製のハニカムコアであってもそれを２枚重ねにすることで必要な板厚のフロアパネルを得ることができると共に、高強度のエポキシ系接着剤で一対のハニカムコアを強固に接着することができ、しかも同種材料どうしの接着なので接着強度を一層向上させることができる。
また、一対のハニカムコアのハット状断面部のフランジ面を弾性率が１０〜１２０ＭＰａのウレタン系接着剤でＣＦＲＰ板に接着したので、硬くて振動伝達し易いＣＦＲＰ板の振動を柔軟なウレタン系接着剤層で抑制することができる。即ち、硬いＣＦＲＰ板は弾性率が２３０〜６５０ＭＰａもあって振動を伝達し易いという問題があるが、一対のハニカムコアのハット状断面部のフランジ面を、弾性率が１０〜１２０ＭＰａという低い弾性率のウレタン系接着剤でＣＦＲＰ板に接着したことで、フロアパネルの振動・騒音を抑制することができる。
また本発明の第２の特徴によれば、２枚のＣＦＲＰ板の端部どうしをエポキシ系接着剤で接着したので、高強度のエポキシ系接着剤でＣＦＲＰ板を強固に接着することができ、しかも同種材料どうしの接着なので接着強度が一層向上する。
また本発明の第３の特徴によれば、ハニカムコアをＩＨヒータで誘導過熱することで接着剤を硬化させるので、接着剤の硬化時間を短縮して生産効率を高めることができる。
また本発明の第４の特徴によれば、アルミニウム板をブロー成形により深絞りしてハニカムコアを製造するので、同じ板厚のアルミニウム板をプレス成形する場合に比べて深絞りが可能になり、ハニカムコアを２層にしなくても必要な板厚のフロアパネルを得ることが可能になって部品点数および製造コストが削減される。
図１はハニカムパネルの断面図（図２の１−１線断面図）である。（第１の参考形態） 図２は図１の２−２線矢視図である。（第１の参考形態） 図３はハニカムコアの斜視図である。（第１の参考形態） 図４はハニカムコアの荷重と変形量との関係を示すグラフである。（第１の参考形態） 図５は図２に対応する図である。（第２の参考形態） 図６は図１に対応する図である。（実施の形態）
１２ ハニカムコア
１３ ＣＦＲＰ板
１４ コア単体
１４ａ 頂面
１４ｂ 側面
１４ｃ フランジ面
１５ 接着剤
１６ 接着剤
１７ 接着剤
１８ 閉断面部
Ｐ 多角形
Ｓ 辺
Ｖ 頂点
添付図面に基づいて、本発明の実施の形態及び参考形態を説明する。
第１の参考形態
以下、図１〜図４に基づいて本発明の第１参考形態を説明する。
図１〜図３に示すように、自動車のフロアパネルとして用いられるハニカムパネル１１は、アルミニウム合金製のハニカムコア１２と、このハニカムコア１２の両面に接着され
る一対のＣＦＲＰ板１３，１３とで構成される。ＣＦＲＰ板１３，１３は基材としての樹脂の内部に補強材としてのカーボン繊維を埋設したもので、本実施の形態では、ハニカムコア１２の外側で一対のＣＦＲＰ板１３，１３の端部が直角に折り曲げられた状態で、相互に重ね合わされて接着剤１５で接着される。
ハニカムコア１２は、アルミニウム合金製の素材をブロー成形したもので、正六角形のコア単体１４が一平面内で繰り返し連続している（図２参照）。コア単体１４の基本形状は、６個の辺Ｓと６個の頂点Ｖとを備える多角形（正六角形）Ｐであり、一つの多角形Ｐの周囲に６個の辺Ｓを共有する６個の多角形Ｐが連続して配置され、各頂点Ｖにおいて３個の辺Ｓが１２０°の角度で交差する。多角形Ｐの一つの辺Ｓを共有する二つのコア単体１４，１４の横断面はハット状断面であり（図１参照）、一つの頂面１４ａと、二つの側面１４ｂ，１４ｂと、二つのフランジ面１４ｃ，１４ｃとを備える。ハニカムコア１２の内周側のフランジ面１４ｃの内側は正六角形状に開口しているため、その開口の分だけハニカムコア１２が軽量化される。
ハニカムコア１２は、ハット状断面部の頂面１４ａが接着剤１６で一方のＣＦＲＰ板１３に接着され、ハット状断面部のフランジ面１４ｃ，１４ｃが接着剤１７で他方のＣＦＲＰ板１３に接着される。その結果、二つのコア単体１４，１４が接する多角形Ｐの辺Ｓに対応する位置で、頂面１４ａ、一対の側面１４ｂ，１４ｂおよび他方のＣＦＲＰ板１３により辺Ｓに沿って直線状に延びる台形状断面の閉断面部１８が構成され、多角形Ｐの頂点Ｖにおいて三つの閉断面部１８…が１２０°の交差角で集合する。
多角形Ｐの頂点Ｖにおいて集合する二つの辺Ｓの側面１４ｂ，１４ｂどうしは、シャープな角部を形成することなく、滑らかに湾曲しながら連続する（図２参照）。
次に、上記構成を備えた本発明の参考形態の作用を説明する。
自動車のフロアパネルとして用いられるハニカムパネル１１に乗員の足から面と直角な方向の荷重が加わったとき、通常のハニカムパネルと同様に、一方のＣＦＲＰ板１３からハニカムコア１２に入力した荷重がハット状断面部の側面１４ｂ…を介して他方のＣＦＲＰ板１３に伝達されて分散されることで、軽量でありながら高い強度を発揮する。
ハニカムパネル１１に面と平行な方向の衝突荷重が加わったとき、ハニカムコア１２の強度の高い直線状の一つの閉断面部１８よりなる荷重伝達経路を介して伝達された衝突荷重が、多角形Ｐの頂点Ｖにおいて交差する二つの閉断面部１８，１８よりなる他の荷重伝達経路に分散されて伝達され、これが順次繰り返されてハニカムパネル１１の全体に衝突荷重が分散されることで、ハニカムパネル１１の局所的破壊が防止されてエネルギー吸収性能が向上する。
このとき、多角形Ｐの頂点Ｖにおいて交差するハット状断面部の側面１４ｂ…どうしは滑らかに湾曲しながら連続するので（図２参照）、一つの荷重伝達経路を介して伝達された衝突荷重を他の二つの荷重伝達経路に一層効率的に伝達して分散することができる。
しかもハニカムコア１２は多数の正六角形状のコア単体１４…を連続的に組み合わせて構成されるために等方性を有しており、前面衝突の衝突荷重であっても側面衝突の衝突荷重であっても変わらぬエネルギー吸収性能を発揮することができる。
またハニカムコア１２はＣＦＲＰ製に比べて延性に富むアルミニウム合金製であるため、図４に示すように、入力荷重が増加したときに急激に破断することなく、継続的に塑性変形して高いエネルギー吸収性能を発揮する。またハニカムコア１２をブロー成形したことにより、プレス成形した場合に比べて深絞りが可能になることから、１層のハニカムコア１２だけでハニカムパネル１１に充分な厚さを与えることが可能となり、部品点数の削減によるコストダウンを図ることができる。またハニカムコア１２はアルミニウム合金製であるため、ＣＦＲＰ製に比べて安価であるばかりか、ＩＨヒータを用いて誘導加熱することができるため、製造時に接着剤１５，１６，１７をＩＨヒータで加熱して硬化時間を短縮することができ、しかも溶接加工やアルミニウム合金の延性を利用したカシメ加工が可能になる。
第２の参考形態
次に、図５に基づいて本発明の第２の参考形態を説明する。
第１の参考形態はコア単体１４が正六角形であるが、第２の参考形態はコア単体１４が正方形である点で相違している。本参考形態によれば、第１の参考形態の作用効果に加えて、連続する複数のハット状断面部の頂面１４ａ…およびフランジ面１４ｃ…が直線状に整列するので、そこにロボットを用いて接着剤１６，１７を塗布する作業を行うとき、ロボットアームをジグザグに移動させることなく直線状に移動させることが可能になって作業効率が向上するという、更なる作用効果を達成することができる。
実施の形態
次に、図６に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
実施の形態は、第１の参考形態のハニカムパネル１１において、ブロー成形ではなくプレス成形した２個のハニカムコア１２，１２を２層に積層し、ハット状断面部の頂面１４ａ…において接着剤１６で接着したものである。このとき、ハニカムコア１２のハット状断面部のフランジ面１４ｃ…をＣＦＲＰ板１３，１３に接着する接着剤１７として、弾性率が１０〜１２０ＭＰａのウレタン系の弾性接着剤が使用される。また２個のハニカムコア１２，１２のハット状断面部の頂面１４ａ…どうしを接着する接着剤１６と、ＣＦＲＰ板１３，１３の端部どうしを接着する接着剤１５とには、エポキシ系接着剤が使用される。
本実施の形態によれば、ハニカムコア１２を２層に積層したことで、各層のハニカムコア１２を第１の実施の形態に比べて薄くできるため、ハニカムコア１２を深絞りが困難なプレス成形で製造することが可能となり、製造コストの更なる削減が達成される。また固いＣＦＲＰ板１３，１３は弾性率が２３０〜６５０ＭＰａもあって振動を伝達し易いという問題があるが、ハニカムコア１２のハット状断面部のフランジ面１４ｃ…とＣＦＲＰ板１３，１３とを弾性率が低いウレタン系の接着剤１７で接着したことにより、ハニカムパネル１１の振動・騒音を低減することができる。またハット状断面部の頂面１４ａ…どうしを接着するエポキシ系の接着剤１６と、ＣＦＲＰ板１３，１３の端部どうしを接着するエポキシ系の接着剤１５とは、ウレタン系接着剤に比べて接着強度が高いので接着部の強度を高めることができ、しかも同種部材どうしの接着であるので接着強度が更に向上する。
以上、本発明の実施の形態および参考形態を説明したが、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、コア単体１４の多角形Ｐの形状は正六角形や正方形に限定されず、正三角形であっても良い。

Claims (4)

  1. 金属製のハニカムコア（１２）を２枚のＣＦＲＰ板（１３）の間に挟んで接着した自動車用フロアパネルであって、
    前記ハニカムコア（１２）は、多角形（Ｐ）状に形成された多数のコア単体（１４）を該多角形（Ｐ）の辺（Ｓ）を共有するように一平面内で連続させたものであり、該ハニカムコア（１２）は、前記辺（Ｓ）を有する頂面（１４ａ）と、一対の側面（１４ｂ）と、一対のフランジ面（１４ｃ）とでハット状断面部を構成し、前記一対のフランジ面（１４ｃ）に一枚の前記ＣＦＲＰ板（１３）を接着して構成されて前記辺（Ｓ）に沿って直線状に延びる閉断面部（１８）が、隣接する前記コア単体（１４）の前記多角形（Ｐ）の頂点（Ｖ）において相互に連続し、
    一対の前記ハニカムコア（１２）を、前記ハット状断面部の頂面（１４ａ）においてエポキシ系接着剤（１６）で相互に接着すると共に、前記ハット状断面部のフランジ面（１４ｃ）を、弾性率が１０〜１２０ＭＰａのウレタン系接着剤（１７）で前記ＣＦＲＰ板（１３）に接着したことを特徴とする自動車用フロアパネル。
  2. 前記２枚のＣＦＲＰ板（１３）の端部どうしをエポキシ系接着剤（１５）で接着したことを特徴とする、請求項１に記載の自動車用フロアパネル。
  3. 請求項１または請求項２に記載の自動車用フロアパネルの製造方法であって、 前記ハニカムコア（１２）をＩＨヒータで誘導過熱することで接着剤を硬化させることを特徴とする自動車用フロアパネルの製造方法。
  4. 請求項１または請求項２に記載の自動車用フロアパネルの製造方法であって、 アルミニウム板をブロー成形により深絞りして前記ハニカムコア（１２）を製造することを特徴とする自動車用フロアパネルの製造方法。
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