JP7357250B2 - 車両用外装材及び構造体 - Google Patents

Description

本発明は、車両用外装材及び構造体に関する。

近年、ドライバーが運転する手動モードと、機械が自動で運転する自動運転モードを備えた車輌が知られている。

Rapid deployment of curved surfaces via programmable auxetics. ACM Transactions on Graphics (TOG). Volume 37 Issue 4, Article No. 106. 2018.

歩行者からすると、自分に近づいている車輌が手動モードと自動運転モードのどちらの走行モードで走行しているのかを知りたい場合があるが、車輌がどの走行モードで走行しているのかは、外部からは分かりにくい。

車輌の外観が変化すれば、歩行者は、走行モードの識別が容易になるが、現状は、車輌の外観を変化させることは容易ではない。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、車輌の外観を容易に変化させることが可能な車両用外装材を提供するものである。

本発明によれば、変形層を有する、車両用外装材であって、前記変形層は、前記変形層に加わる圧力の変化、又は前記変形層によって構成される密閉空間内のエアー量の変化に従って外形が変形可能に構成される、外装材が提供される。

本発明の車両用外装材は、変形層に加わる圧力又は変形層によって構成される密閉空有内のエアー量を変化させることによって、その外形を変形可能であるので、車輌の外観を容易に変化させることができる。

以下、本発明の種々の実施形態を例示する。以下に示す実施形態は互いに組み合わせ可能である。

好ましくは、前記記載の外装材であって、前記変形層は、前記圧力の変化又は前記エアーの変化に従って前記外形が３以上の状態の立体形状に変形する、外装材である。
好ましくは、前記記載の外装材であり、前記変形層は、オーセティック構造を有する、外装材である。
好ましくは、前記記載の外装材であり、前記オーセティック構造は、エラストマーで構成される、外装材である。
好ましくは、前記記載の外装材であって、前記変形層は、前記オーセティック構造と、これを被覆する被覆層を備える、外装材である。
好ましくは、前記記載の外装材であって、前記被覆層は、前記オーセティック構造よりも伸縮性が高い材料で構成される、外装材である。
好ましくは、前記記載の外装材であって、前記変形層は、平面シートによって構成される、外装材である。
好ましくは、低伸縮構造部と高伸縮構造部が一体に形成された構造体であって、前記低伸縮構造部と前記高伸縮構造部は、それぞれ、線状樹脂が走査されて構成されており、前記高伸縮構造部は、前記低伸縮構造部よりも伸縮性が高い材料で構成される、構造体である。
好ましくは、前記記載の構造体であって、前記高伸縮構造部は、前記低伸縮構造部を被覆するように構成される、構造体である。
好ましくは、前記記載の構造体であって、前記低伸縮構造部は、オーセティック構造を有する、構造体である。
好ましくは、オーセティック構造を有する、構造体であって、前記オーセティック構造は、線状樹脂が走査されて構成されている、構造体である。

本発明の一実施形態の外装材１の平面写真である。 外装材１を車輌２のボディ２ａに装着した状態を示す模式図であり、図２Ａ～図２Ｃは、それぞれ、変形層１ａが状態Ａ～Ｃの形状になっている状態を示す。 図３Ａ～図３Ｃは、それぞれ、図１の外装材１の変形層１ａを状態Ａ～Ｃの形状にした状態を示す写真である。 変形層１ａの分解斜視図である。オーセティック構造３は、模式的に図示している。 オーセティック構造のうち三角形の密集度が比較的高い部位を示し、図５Ａは、オーセティック構造が平面状態であるときの配置を示し、図５Ｂはオーセティック構造が立体形状であるときの配置を示す。 オーセティック構造のうち三角形の密集度が比較的低い部位を示し、図６Ａは、オーセティック構造が平面状態であるときの配置を示し、図６Ｂはオーセティック構造が立体形状であるときの配置を示す。 図７Ａ～図７Ｃは、オーセティック構造の設計方法の説明図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。以下に示す実施形態中で示した各種特徴事項は、互いに組み合わせ可能である。また、各特徴について独立して発明が成立する。

＜変形層１ａを有する外装材１＞
図１に示すように、本発明の一実施形態の車両用外装材１は、変形層１ａを有する。変形層１ａは、平面シートによって構成されており、図２Ａに示すように、車輌２のボディ２ａを覆うように装着することによって車輌２の外装を構成する。

図２Ａに示すように、外装材１は、その周縁部１ｂがボディ２ａに気密に接合されており、変形層１ａとボディ２ａの間に密閉空間Ｓが形成されている。密閉空間Ｓは、図示しない圧力制御装置に接続されており、この装置を用いて、密閉空間Ｓ内のエアーの圧力やエアー量が制御可能になっている。また、密閉空間Ｓ内のエアーの圧力の変化に伴って、変形層１ａに加わる圧力が制御可能になっている。

変形層１ａは、変形層１ａに加わる圧力の変化、又は変形層１ａによって構成される密閉空間Ｓ内のエアー量の変化に従って外形が変形可能に構成されている。このため、密閉空間Ｓ内のエアー量を変化させ、これによって密閉空間Ｓ内のエアーの圧力を変化させることによって、変形層１ａの外形を変形させることができる。

外装材１は、主に、セミ自動運転車輌に装着されることが想定されている。セミ自動運転車輌は、走行モードとして、ドライバーが運転する手動モードと、機械が自動で運転する自動運転モードを備えており、セミ自動運転車輌がどの走行モードで走行しているのかを外部から容易に識別可能にすることが重要である。

本実施形態の外装材１を用いると、走行モードに応じて車輌の外観を大きく変化させることができるので、走行モードを外部から識別することが容易になる。例えば、手動モードでは、図２Ａ及び図３Ａに示すように、変形層１ａをボディ２ａに沿った形状の状態（状態Ａ）にし、自動運転モードでは、図２Ｂ及び図３Ｂに示すように、変形層１ａを全体に丸みを帯びた形状の状態（状態Ｂ）に変形させることができる。状態Ａから状態Ｂへの変形は、密閉空間Ｓ内にエアーを注入することによって行うことができる。状態Ｂから状態Ａへの変形は、密閉空間Ｓ内のエアーを抜くことによって行うことができる。

また、変形層１ａが状態Ｂになっている状態で、密閉空間Ｓ内にエアーをさらに注入して、密閉空間Ｓ内のエアーの圧力を高めると、図２Ｃ及び図３Ｃに示すように、変形層１ａがさらに変形して、予め定めた立体形状の状態（状態Ｃ）となる。状態Ｃの立体形状は、状態Ｂの相似形状ではなく、状態Ｂの形状とは識別容易な形状である。状態Ｃの立体形状は、好ましくは、全体が一様に膨らんだ形状ではなく、局所的に膨らみが大きくなった凸部１ａ１と、局所的に凹んだ凹部１ａ２の少なくとも一方（好ましくは両方）を有する形状である。状態Ｂから状態Ｃへの変形は、密閉空間Ｓ内にエアーを注入することによって行うことができる。状態Ｃから状態Ｂへの変形は、密閉空間Ｓ内のエアーを抜くことによって行うことができる。

例えば、車輌が歩行者に近接したときに、変形層１ａを状態Ｃにすることができる。これによって、車輌が近接したことを歩行者が認識しやすくなり、安全性が向上する。このように変形層１ａが３以上（好ましくは３）の状態の立体形状に変形することによって、外装材１が外部に提供可能な情報を増やすことができる。

一例では、変形層１ａの状態と、密閉空間Ｓ内のエアー圧力の関係は以下の通りである。第１閾値以下の圧力は負圧であってもよい。
状態Ａ：密閉空間Ｓ内のエアー圧力が第１閾値以下
状態Ｂ：密閉空間Ｓ内のエアー圧力が第１閾値超、第２閾値以下
状態Ｃ：密閉空間Ｓ内のエアー圧力が第２閾値超

＜変形層１ａの層構成＞
変形層１ａが状態Ｃの形状となることを実現するように、本実施形態では、図１及び図４に示すように、変形層１ａは、オーセティック（auxetic）構造３を有する。図１中の白い部分がオーセティック構造３に相当する。変形層１ａがオーセティック構造３を有することによって、連続性のある多段階な変形が可能になる。

オーセティック構造とは、負のポアソン比を持つ幾何学構造のことである。オーセティック構造のうち、所定の圧力を印加したときに所望の立体形状が構成されるように設計された平面のメッシュ構造をプログラマブルオーセティック構造と呼ぶ。オーセティック構造３は、プログラマブルオーセティック構造であることが好ましい。

一例では、オーセティック構造３は、図５～図６に示すように、多数の三角形の頂点同士が相対回転可能に連結された構造を有する。オーセティック構造３が図１に示すように平面状態になっているときは、オーセティック構造３には、図５Ａに示すように三角形の密集度が比較的高い部位と、図６Ａに示すように三角形の密集度が比較的低い部位が存在している。オーセティック構造３に圧力が加わって立体形状になる際に、図５Ｂ及び図６Ｂに示すように隣接する三角形同士の距離ができるだけ離れるように、隣接する三角形がほぼ正対するように広がる。図５～図６において、オーセティック構造３を構成する三角形を取り囲む円Ｃの大きさは、図５Ａと図５Ｂでは図５Ｂの方が遥かに大きいのに対し、図６Ａと図６Ｂとでは大きさがあまり変わらない。このことは、オーセティック構造３が立体形状になる際に、図５Ａの部位が大きく広がるのに対し、図６Ａの部位はあまり広がらないことを意味している。広がりやすい部位が凸部１ａ１になりやすく、広がりにくい部位が凹部１ａ２になりやすい。

このように、オーセティック構造３には、圧力が加わったときに、広がりやすい部位と広がりにくい部位が存在しているので、オーセティック構造３によって構成される立体形状は単なる球形とはならず、予め設計された形状となる。

図２及び図３に示す例では、オーセティック構造３は、以下のように機能する。

まず、図２Ａ及び図３Ａに示す状態Ａでは、変形層１ａがボディ２ａに沿った形状になっており、オーセティックが機能していない。密閉空間Ｓ内にエアーを注入すると、全体的に通常の風船のように膨らんで変形していき、図２Ｂ及び図３Ｂに示す状態Ｂとなる。この状態では、凸部１ａ１となる以外の部位ではオーセティック構造３がほぼ伸びきっている状態（三角形の間の空間が六角形になっている状態が伸びきっている状態）であるが、凸部１ａ１となる部位ではオーセティック構造３が伸び切っておらず、「伸びしろ」がある。密閉空間Ｓ内にエアーをさらに注入すると、凸部１ａ１となる部位が集中的に変形していき、図２Ｃ及び図３Ｃに示す状態Ｃとなる。

オーセティック構造３は、エラストマーによって形成可能である。この場合、オーセティック構造３に圧力が加わったときに、オーセティック構造３を構成するメッシュ自体が湾曲するので、形成される立体形状が丸く愛らしい形状となる。

所望の立体形状を構成するオーセティック構造３は、例えば非特許文献１に開示されている方法に基づいて形成することができる。但し、同様の機能が実現可能であれば、別の方法によりオーセティック構造３を形成してもよい。

例えば、図７Ａに示す立体形状を構成するオーセティック構造は、図７Ａの立体形状を図７Ｂに示すように近似平面の集合に分割し、これを図７Ｃに示すように平面上に展開することによって形成することができる。

オーセティック構造３はメッシュ構造であるので、変形層１ａがオーセティック構造３のみで構成されていると、変形層１ａによって密閉空間Ｓを形成することができない。また、変形層１ａがオーセティック構造３のみで構成されていると、変形層１ａの機械的な強度が十分でない場合がある。このため、図１及び図４に示すように、オーセティック構造３を被覆層４，５で被覆することによって、変形層１ａを気密にすると共に、変形層１ａの機械的強度を高めている。図１中の黒い部分（被覆層４，５が透明なので黒い背景が見えている部分）が被覆層４，５に相当する。被覆層４は、オーセティック構造３の外面側を被覆し、変形層１ａの外面を構成する。被覆層５は、オーセティック構造３の内面側を被覆し、変形層１ａの内面を構成する。オーセティック構造３を被覆層４，５で被覆することによって、オーセティック構造３が外部に露出しない滑らかな表面が得られる。また、オーセティック構造３が変形層１ａの内部に配置されるので、負圧（吸引）によるマイナス方向の変形から、プラス方向の変形の両方向の変形が可能になっている。

ところで、オーセティック構造３の構成材料の伸縮性が高すぎると、オーセティック構造３によって形成される立体形状が安定的に保持されにくくなるので、オーセティック構造３は、伸縮性が小さい材料で形成することが好ましい。また、被覆層４，５の伸縮性が低すぎると、オーセティック構造３に基づく変形が阻害されやすくなるので、被覆層４，５は、伸縮性が大きい材料で形成することが好ましい。従って、被覆層４，５は、オーセティック構造３よりも伸縮性が高い材料で構成することが好ましい。

オーセティック構造３及び被覆層４，５は、何れもエラストマーで形成することが好ましい。従って、被覆層４，５は、オーセティック構造３よりも伸縮性が高いエラストマーで構成することが好ましい。これによって、構造としての安定性が向上し、かつ面自体が湾曲することで丸く愛らしい形状が実現される。

＜外装材１の変形層１ａの製造方法＞
外装材１の変形層１ａの製造方法は、限定されないが、３Ｄプリントによる製造が好ましい。３Ｄプリントでは、ヘッドから溶融樹脂を押し出すことによって形成した線状樹脂を走査（好ましくは二次元走査）し、線状樹脂の隣接部位を互いに溶着することによって構造部を形成することができる。ヘッドには、樹脂をフィラメントの形態で供給してもよく、ペレットの形態で供給してもよい。３Ｄプリントでは、異なる樹脂によって形成された複数の構造部を一体に形成することができる。また、３Ｄプリントでは、複雑な形状を有するオーセティック構造３であっても、線状樹脂を走査することによって容易に形成可能である。

伸縮性が高い材料で構成された被覆層４，５によってオーセティック構造３が被覆された構成の変形層１ａは、高伸縮性樹脂を用いて被覆層５（高伸縮構造部）を形成し、その上に低伸縮性樹脂を用いてオーセティック構造３（低伸縮構造部）を形成し、その上に高伸縮性樹脂を用いて被覆層４（高伸縮構造部）を形成することによって形成可能である。高伸縮性樹脂は、低伸縮性樹脂よりも伸縮性が高い樹脂（好ましくはエラストマー）である。これによって、オーセティック構造３と被覆層４，５が一体に形成された変形層１ａ（構造体）が得られる。

低伸縮性樹脂の１００％伸び引張応力は、例えば、１～２０ＭＰａであり、具体的には例えば、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１５、２０ＭＰａであり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。高伸縮性樹脂の１００％伸び引張応力は、例えば、０．０１～０．９ＭＰａであり、具体的には例えば、０．０１、０．０２、０．０５、０．１、０．２、０．５、０．９ＭＰａであり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。高伸縮性樹脂の３００％伸び引張応力は、例えば、０．０２～２ＭＰａであり、具体的には例えば、０．０２、０．０５、０．１、０．２、０．５、１、１．５、２ＭＰａであり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。１００％伸び引張応力及び３００％伸び引張応力は、ＪＩＳ Ｋ６２５１に従って、ダンベル状３号形の試験片を引張速度５００ｍｍ／分の条件で引張試験を行うことによって測定することができる。

（低伸縮性樹脂の１００％伸び引張応力／高伸縮性樹脂の１００％伸び引張応力）の値は、３以上であることが好ましく、１０以上であることがさらに好ましい。この値は、例えば３～１００であり、具体的には例えば、３、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。

（高伸縮性樹脂の３００％引張応力／高伸縮性樹脂の１００％引張応力）の値は、５．０以下が好ましく、例えば、０．５～５．０であり、具体的には例えば、０．５、１．０、１．５、２．０、２．５、３．０、３．５、４．０、４．５、５．０であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。

低伸縮性樹脂の硬さは、例えば、２０～２００であり、具体的には例えば、２０、４０、６０、８０、１００、１２０、１４０、１６０、１８０、２００であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。高伸縮性樹脂の硬さは、例えば、０．１～１０であり、具体的には例えば、０．１、０．２、０．５、１、２、５、１０であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。「硬さ」は、ＪＩＳ Ｋ６２５３に従ってタイプＡのデュロメータを用いて測定することができる。

（低伸縮性樹脂の硬さ／高伸縮性樹脂の硬さ）の値は、１０以上であることが好ましく、３０以上であることがさらに好ましい。この値は、例えば１０～２００であり、具体的には例えば、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、１８０、１９０、２００であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。

低伸縮性樹脂としては、例えば、三菱ケミカル株式会社製のラバロン ＳＪ７３００Ｃが利用可能であり、高伸縮性樹脂としては、例えば、クラレプラスチックス株式会社製のアーネストンＪＳ２０Ｎが利用可能である。

＜その他実施形態＞
上記実施形態では、オーセティック構造３を被覆層４，５で被覆しているが、被覆層４，５を設ける代わりに、オーセティック構造３のメッシュの隙間を、オーセティック構造３を構成する樹脂よりも伸縮性が高い樹脂で埋めてもよい。この場合、変形層１ａは、一層構成となる。このような構成の変形層１ａは、低伸縮性樹脂を用いてオーセティック構造３（低伸縮構造部）を形成し、高伸縮性樹脂を用いてオーセティック構造３のメッシュの隙間を埋める構造（高伸縮構造部）を形成することによって製造可能である。

変形層１ａは、３Ｄプリントによってオーセティック構造３を形成し、オーセティック構造３の片面又は両面にフィルムを貼り付けることによって形成してもよい。この場合、フィルムは、オーセティック構造３よりも伸縮性が高い材料で形成されたものであることが好ましい。変形層１ａは、被覆層となるフィルム上にオーセティック構造３を３Ｄプリントによって形成することによって形成してもよい。

オーセティック構造３は、例えば、エラストマーシートを加工（例：プレス打ち抜き加工）して形成してもよい。

被覆層４，５の一方を省略してもよい。

上記実施形態では、外装材１は、平面シート状の変形層１ａによって構成されていて袋状になっていない。このため、変形層１ａとボディ２ａの間に形成された密閉空間Ｓ内のエアーの流量又は圧力を変化させることによって変形層１ａを変形させている。一方、外装材１を袋状に形成して外装材１自体が密閉空間Ｓを有するように構成し、この密閉空間Ｓ内のエアーの流量又は圧力を変化させることによって変形層１ａを変形させるように構成してもよい。この場合、外装材１とボディ２ａを気密に接合する必要がないので、外装材１の車輌への装着が容易になる。

３Ｄプリントによって形成される、低伸縮構造部と高伸縮構造部が一体に形成された構造体は、車両用外装材以外の用途で用いてもよい。

外装材１を構成する、オーセティック構造３、被覆層４，５は、互いに接着されていなくても良い。接着されていない場合、外圧などによるオーセティック構造３の回転変形を、被覆層４，５が妨害しないため、より低圧力で、稼動範囲が大きい形状変形が可能となる。この場合、被覆層４，５のオーセティック構造３との接触面側に、摩擦抵抗を低減させることを目的とする層を配置しても良い。

１ ：車両用外装材
１ａ ：変形層
１ａ１：凸部
１ａ２：凹部
１ｂ ：周縁部
２ ：車輌
２ａ ：ボディ
３ ：オーセティック構造
４ ：被覆層
５ ：被覆層
Ｓ ：密閉空間

Claims (8)

1. 変形層を有する、車両用外装材であって、
   前記変形層は、前記変形層に加わる圧力の変化、又は前記変形層によって構成される密閉空間内のエアー量の変化に従って外形が変形可能に構成され、
   前記変形層は、３Ｄプリントによって形成されたオーセティック構造を有する、外装材。
2. 請求項１に記載の外装材であり、
   前記オーセティック構造は、エラストマーで構成される、外装材。
3. 請求項１又は請求項２に記載の外装材であって、
   前記オーセティック構造は、線状樹脂が走査されて構成されている、外装材。
4. 請求項１～請求項３の何れか１つに記載の外装材であって、
   前記変形層は、前記オーセティック構造と、これを被覆する被覆層を備える、外装材。
5. 請求項４に記載の外装材であって、
   前記被覆層は、前記オーセティック構造よりも伸縮性が高い材料で構成される、外装材。
6. 請求項４又は請求項５に記載の外装材であって、
   前記被覆層は、３Ｄプリントによって形成され、
   前記被覆層は、線状樹脂が走査されて構成されている、外装材。
7. 請求項１～請求項３の何れか１つに記載の外装材であって、
   前記変形層は、前記オーセティック構造のメッシュの隙間を、前記オーセティック構造を構成する樹脂よりも伸縮性が高い樹脂で埋めて構成される、外装材。
8. 請求項１～請求項７の何れか１つに記載の外装材であって、
   前記変形層は、平面シートによって構成される、外装材。