JP7456836B2 - 車両 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも一部が繊維強化樹脂部材からなる車体を有する車両に関する。

近年、車両のプラットフォームの軽量化を目的として、炭素繊維強化樹脂を用いて車体構造を構成することが検討されている。例えば特許文献１には、炭素繊維強化樹脂製のセンターピラー構造が開示されている。この特許文献１では、車両の側方側からの衝突（側突とも称する）時等において衝撃力が集中することが予測されるセンターピラーとサイドシルとの連結箇所において、アルミニウム鋳造品の連結部材を介在させることが示されている。これにより特許文献１では、車両の側面衝突時の衝撃吸収効果を高め、車室の変形を最小限に抑えることが開示されている。

特開２０１３－１９３６３７号公報

上記特許文献１は、アルミニウム鋳造品の連結部材が衝突荷重によって車幅方向内側に湾曲するように延性変形しながら大きな反力を発生し、その延性によって衝突荷重を効果的に吸収する旨を開示している。

しかしながら、繊維強化樹脂部材と金属部材との衝撃力に対する挙動が著しく異なることや、一般的に繊維強化樹脂部材における破壊モードが脆性的であること等の理由により、上記特許文献１のように金属部材を介して連結を行った場合には、衝突力の方向や大きさによっては、金属部材が予想通りに延性変形せずに、金属部材の周囲の繊維強化樹脂部材が予想外の脆性破壊を生ずる可能性がある。

本発明は上記した課題を一例に鑑みて為されたものであり、側突時に衝撃力が集中すると予測される箇所において、衝撃吸収性を向上させつつ繊維強化樹脂部材の意図しない脆性破壊を回避可能な構造の車両を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一実施形態における車両は、（１）少なくとも一部において脆弱部を有する繊維強化樹脂部材と、前記脆弱部を覆うとともに前記脆弱部を補強するために設けられた補強部材と、前記補強部材を前記繊維強化樹脂部材に固定する固定部と、を有する。

なお上記した（１）に記載の車両においては、（２）前記脆弱部は、衝突時における衝撃応力が前記繊維強化樹脂部材の中において相対的に高い領域に設けられてなることが好ましい。

また、上記した（１）又は（２）に記載の車両においては、（３）前記脆弱部は、繊維強化樹脂部材の製造時においてしわ発生率が相対的に高い領域に設けられてなることが好ましい。

また、上記した（１）～（３）のいずれかに記載の車両においては、（４）前記補強部材によって、複数の前記繊維強化樹脂部材が連結されることが好ましい。

また、上記した（１）～（４）のいずれかに記載の車両においては、（５）前記脆弱部とは異なる箇所に、前記脆弱部と対となる予備脆弱部をさらに設けてなることが好ましい。

本発明によれば、車両の側突時における衝撃力吸収性を向上させつつ、繊維強化樹脂部材の意図しない脆性破壊を回避することが可能となる。

本実施形態の繊維強化樹脂部材を備えた車両を部分的に示す模式図である。 図１のうちＡ－Ａ断面の構造を示す模式図である。 繊維強化樹脂部材が異なる複数の箇所に配備された車両の外観を部分的に示す模式図である。 変形例１における繊維強化樹脂部材を備えた車両を部分的に示す模式図である。 変形例２における繊維強化樹脂部材を備えた車両を部分的に示す模式図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。また、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成要素を、同一の符号の後に異なるアルファベットを付して区別する場合もある。ただし、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成要素の各々を特に区別する必要がない場合、同一符号のみを付する。

＜実施形態＞
まず本発明の好適な実施形態における係る車両１００の構成について、図１～３を参照しながら説明する。本実施形態における車両１００は図１に示すように、乗用車の車体の一部（ピラー）を概略的に示している。なお、図示するように、本明細書において、車両の前後方向（車長方向）をＸ方向とし、車幅方向をＹ方向とし、車両の高さ方向をＺ方向としてそれぞれ設定する。

車両１００は、図３に代表的な部分が例示されるように、フロントピラー、センターピラー、ルーフピラー、サイドシル、ルーフトップ部材等からなる車体によって構成されている。このうち、本実施形態の車両１００は、上記した車体の少なくとも一部において、繊維強化樹脂部材１０が用いられている。

なお本実施形態では、車両の車体への繊維強化樹脂部材１０の適用箇所としてフロントピラー（Ａピラー）を例示する。しかしながら本発明は、上記したフロントピラーが繊維強化樹脂部材１０で構成される例に限られず、例えばセンターピラー、サイドシルなど上記した車体の各部位において断片的に適用されていてもよいし、車体全体が繊維強化樹脂部材１０で構成されていてもよい。

すなわち図１及び図２などに示されるように、本実施形態の車両１００は、繊維強化樹脂部材１０、補強部材２０、および固定部３０を少なくとも含んで構成されている。
繊維強化樹脂部材１０は、例えば炭素繊維で樹脂を強化した炭素強化プラスチック（ＣＦＲＰ）であり、少なくともその一部において脆弱部１１を有して構成されている。

なお、繊維強化樹脂部材１０は、上記したＣＦＲＰに限られず、例えばガラス繊維で樹脂を強化したＧＦＲＰの他、ＢＦＲＰ（ボロン繊維強化プラスチック）、ＫＦＲＰ（ケブラー繊維強化プラスチック）、あるいはＡＦＲＰ（アラミド繊維強化プラスチック）など公知の種々の繊維強化樹脂を適用してもよい。

そして図１などに例示されるとおり、本実施形態の繊維強化樹脂部材１０は、他の領域に比して相対的に強度を低下させた脆弱部１１を有している。
脆弱部１１は、例えば上記した側突時の衝撃力によって、繊維強化樹脂部材１０において優先的に破壊される機能を備えた部位である。かような脆弱部１１の具体的な構造としては、上記した機能を発揮する限りにおいて公知の種々の構造が適用できるが、本例では肉抜きされた矩形の開孔とされている。

また、上述のとおり本例ではフロントピラーとして繊維強化樹脂部材１０が用いられていることから、ピラーの長手方向（Ｚ軸方向）と交差する方向に沿って長辺が向くように脆弱部１１が形成されている。これにより、上記した側突時において脆弱部１１を介してフロントピラー（繊維強化樹脂部材１０）が折れ曲がることになる。換言すれば、本実施形態では、かような脆弱部１１を設けることで、車両１００の側突時におけるフロントピラーの変形態様を予め規定していると言える。

補強部材２０は、前記した脆弱部１１を覆うとともに、この脆弱部１１付近の領域を補強するために設けられている。このように本実施形態の車両１００では、脆弱部１１付近の構造強化などを目的として補強部材２０が配設される。かような補強部材２０の具体的な材料は、繊維強化樹脂部材１０よりも強度を有する限りにおいて特に制限はなく、例えば炭素鋼板やアルミニウム、チタン等の公知の種々の金属材が適用できる。

固定部３０は、上記した補強部材２０を繊維強化樹脂部材１０に固定する機能を有する。かような固定部３０の具体例としては、例えばボルト締結、接着剤による固着あるいは溶接など公知の種々の固定手段を適用してもよい。本実施形態では、固定部３０の一具体例として、ボルト締結によって補強部材２０を繊維強化樹脂部材１０に固定している。

次に図２も参照しつつ、本実施形態における補強部材２０および固定部３０の設置態様について説明する。同図から理解されるとおり、本実施形態では、繊維強化樹脂部材１０に対して複数の側から固定部３０によって補強部材２０が配設されている。より具体的には、フロントピラー（繊維強化樹脂部材１０）を挿通するように脆弱部１１が形成される。そしてこの脆弱部１１（開孔）を覆うように、繊維強化樹脂部材１０の車体内側と外側とにそれぞれ補強部材２０が設けられている。

このとき、図２に示すように、フロントピラー（繊維強化樹脂部材１０）を挟むように一対の補強部材２０が設けられるとともに、この補強部材２０の上端部および下端部にそれぞれ固定部３０（ボルト締結）が配設されることが好ましい。このような構成とすることにより、フロントピラー（繊維強化樹脂部材１０）に脆弱部１１が形成されることで相対的に低下した強度を補強部材２０によって補うことが可能となっている。
本実施形態の車両においては、衝突時において繊維強化樹脂部材１０に衝撃力が車体外側から入力された場合、脆弱部１１が優先的（一次的）に破断・破壊されるが、脆弱部１１を覆うように設けられている補強部材２０が固定部３０を介して繊維強化樹脂部材１０に固定されているため、繊維強化樹脂部材１０の破断端部が可動となることは回避される。

なお図２では、車高方向における一対の補強部材２０の大きさはほぼ同じとなるように図示されているが、例えば車体の外側における補強部材２０を内側のものに比して大きくするなど、互いに異なる形状としてもよい。また、フロントピラー（繊維強化樹脂部材１０）を挟む一対の補強部材２０の厚みについても、図示ではほぼ同等としたが、例えば車体の外側における補強部材２０の厚みを内側のものに比して厚くするなど、互いに異なる厚みとしてもよい。

＜車両１００における脆弱部１１の配設箇所＞
次に図３も参照しつつ、繊維強化樹脂部材１０に形成される脆弱部１１の設置位置について説明する。同図から明らかなとおり、本実施形態の車両１００では、フロントピラーの下端がサイドシルの前端に接続され、フロントピラーの上端がルーフピラーの前端に接続される。このようにフロントピラーは、車両の車室空間（車体）を構成する前部を形成し、フロントガラスの両側を支持するように配置されている。

一方、本実施形態の車両１００では、センターピラーは、その下端がサイドシルのＸ方向中央部に接続され、その上端がルーフピラーのＸ方向中央部に接続されている。そしてルーフピラーは、上記した車体の上部においてＸ方向に沿って延在し、車両１００のルーフの両側を構成している。また、サイドシルは、車両の側部の下部に、Ｘ方向に沿って延在する。

上述したとおり、本実施形態の脆弱部１１は、例えば側突時の衝撃力などによって優先的に破断・破壊される部位として設けられている。したがって、同図に示されるように、本実施形態の脆弱部１１は、衝突（側突、横転等）の時における衝撃応力が繊維強化樹脂部材１０の中において相対的に高い領域Ｐ１に設けられてなることが望ましい。

かような領域Ｐ１の具体例としては、一例として例えば図３に示されるフロントピラーの根元の他、ルーフピラーの先端または後端、あるいはセンターピラーの上端部や根元部、サイドシル両端などが例示できる。

また、本実施形態の脆弱部１１は、繊維強化樹脂部材１０の製造時においてしわ発生率が相対的に高い領域Ｐ２に設けられてなることが望ましい。すなわち、しわが発生した部位は他の部位に比して相対的に強度が低下するため、かような領域Ｐ２は、そもそも本実施形態の脆弱部１１としての機能を内包していると言える。なお、一般的に繊維強化樹脂部材１０の形状においてカーブ（Ｒ）を有する箇所はしわ発生率が高い傾向である。

かような領域Ｐ２の具体例としては、例えば図３に示されるセンターピラーの下端とサイドシルとの連結部位、センターピラーの上端または下端、あるいはフロントピラー下端などが例示できる。

また、図３の領域Ｐ２で示すように、前記した補強部材２０によって、複数の繊維強化樹脂部材１０が連結されることが望ましい。すなわち、この領域Ｐ２では、センターピラー下端とサイドシルとが補強部材２０によって連結されている。このように本実施形態の補強部材２０は、異なる複数の繊維強化樹脂部材１０同士（上記例ではフロントピラーとサイドシル）を連結する機能を有していてもよい。

また、図３に示すように、本実施形態の車両１００においては、前記した脆弱部１１とは異なる領域（領域Ｐ３）に、この脆弱部１１と対となる予備脆弱部１２をさらに設けてなることが望ましい。ここで、「対となる」とは、上記した衝突（側突）時において脆弱部１１に続いて衝撃が伝わる部位を言う。すなわち本実施形態では、フロントピラーの下端に脆弱部１１が配置されていることから、逆サイドのフロントピラーの上端に予備脆弱部１２が配置される。なお、予備脆弱部１２が設けられる領域Ｐ３の具体例としてはルーフピラーの先端または後端、サイドシルの両側、あるいはセンターピラーの上端または下端などが例示できる。

これにより、例えば車両１００の側突時に脆弱部１１が優先的（一次的）に破断・破壊した後に、この予備脆弱部１２が二次的に破断・破壊されることになる。あるいは、何らかの要因で車両１００の側突時に脆弱部１１が優先的（一次的）に破断・破壊されなかったとしても、次に脆弱なこの予備脆弱部１２が補完的に破断・破壊されることになるので、他の部位における意図しない脆性破壊を回避することが可能となる。

以上説明した本実施形態の車両１００によれば、例えば側突時に脆弱部１１に衝撃力が集中するようにしたので、上記側突時にこの脆弱部１１が優先的に破断・破壊されることで衝突による衝撃力を吸収させることができる。これに加え、さらに本実施形態では予め脆弱部１１を形成しておくことで優先的（一次的）に当該箇所が破断・破壊されるため、繊維強化樹脂部材１０においてこの脆弱部１１以外で破断や破壊が生じることを抑制できる。これにより、他の部位で意図しない脆性破壊を回避することが可能となっている。

＜変形例１＞
次に図４を参照しつつ、上記した実施形態を変形した変形例１における車両１１０について説明する。なお以下では、上記した実施形態の構成と同一の機能を有する部材については、同一の参照番号を付してその説明は適宜省略する（後述する変形例２でも同様）。

すなわち上記した実施形態では繊維強化樹脂部材１０の一面側を覆う補強部材２０は、単一の部材によって構成されていた。これに対して本変形例１では、同図に示されるように、複数の補強部材２０ａ及び２０ｂによって繊維強化樹脂部材１０の一面側を覆っている。

このように、本発明では、単一の補強部材２０を用いて繊維強化樹脂部材１０の一面側（例えば車体の外側）の脆弱部１１をカバーするだけでなく、複数の補強部材２０を用いて脆弱部１１の少なくとも一部をカバーしてもよい。

このとき、複数の補強部材２０ａ及び２０ｂは、互いに同じ材質でもよいし、例えば鋼板とアルミ板で構成されるなど互いに異なる強度を有して構成されていてもよい。また、複数の補強部材２０ａ及び２０ｂは、互いに同じ形状であっても異なる形状であってもよいし、異なる厚みを有していても同じ厚みを有していてもよい。

＜変形例２＞
次に図５を参照しつつ、上記した実施形態を変形した変形例２における車両１２０について説明する。

すなわち上記した実施形態や変形例１では固定部３０としてボルト締結が用いられていた。これに対して本変形例２では、同図に示されるように、接着剤による固定部３１によって補強部材２０が繊維強化樹脂部材１０の一面側に固着されている。かような接着剤としては、自動車に用いられる公知の種々の接着剤を適用できる。

また、本変形例２における脆弱部１１は、肉抜きされた開孔となっておらず、他の部位に比して相対的に厚みが薄い部位で構成されている。すなわち、図５に示すとおり、変形例２における繊維強化樹脂部材１０は、車高方向に関して異なる厚み（ｄ１～ｄ３）を有しており、このうち最も薄い厚みｄ１の領域が脆弱部１１として設定されている。
このように本発明の脆弱部１１は、必ずしも肉抜きによって脆弱化することを要せず、厚みを他の部位と異ならせて脆弱化してもよい。

また、同図から理解されるとおり、繊維強化樹脂部材１０の一面側と他面側の双方（本例では車体の内外）に補強部材２０が配設されず、繊維強化樹脂部材１０の一面側（例えば車体の外側面）だけに補強部材２０が配設されている。
このように本発明の補強部材２０は、必ずしも一対となって繊維強化樹脂部材１０における双方の面に配設されることを要せず、繊維強化樹脂部材１０における少なくとも一方の面に補強部材２０が配設される形態であってもよい。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態および変形例について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、これら実施形態や変形例に対して更なる修正を試みることは明らかであり、これらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１００ 車両
１０ 繊維強化樹脂部材
１１ 脆弱部
２０ 補強部材
３０ 固定部

Claims (6)

1. 少なくとも一部において、ピラー長手方向と交差する方向に長辺が向くように形成され、他の領域に比して相対的に強度が低い脆弱部を有する繊維強化樹脂ピラーと、
   前記脆弱部の少なくとも一部を車体内側又は外側から覆うとともに前記脆弱部を補強する補強部材と、
   前記補強部材の上端部および下端部に配設され、前記補強部材を前記繊維強化樹脂ピラーに固定する固定部と、
   を有する、車両。
2. 前記脆弱部は、衝突時における衝撃応力が前記繊維強化樹脂ピラーの中において相対的に高い領域に設けられてなる、請求項１に記載の車両。
3. 前記脆弱部は、前記繊維強化樹脂ピラーの製造時においてしわ発生率が相対的に高い領域に設けられてなる、請求項１又は２に記載の車両。
4. 前記補強部材によって、複数の前記繊維強化樹脂ピラーが連結される、請求項１～３のいずれか一項に記載の車両。
5. 前記脆弱部とは異なる箇所に、前記脆弱部と対となる予備脆弱部をさらに設けてなり、前記予備脆弱部が、前記脆弱部よりも強度が高い、請求項１～４のいずれか一項に記載の車両。
6. 前記補強部材を複数備え、複数の前記補強部材は、前記脆弱部の少なくとも一部を覆う、請求項１～５のいずれか一項に記載の車両。