JP7467038B2

JP7467038B2 - 車両用天井パネル及びその製造方法

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Publication number: JP7467038B2
Application number: JP2019119910A
Authority: JP
Inventors: 圭一郎鈴木; 浩行植村
Original assignee: Inoac Corp
Current assignee: Inoac Corp
Priority date: 2019-06-27
Filing date: 2019-06-27
Publication date: 2024-04-15
Anticipated expiration: 2039-06-27
Also published as: JP2021004009A

Description

本開示は、車両のルーフに対応した３次元形状をなし、ルーフの下面に対向配置される車両用天井パネル及びその製造方法に関する。

従来の車両用天井パネルとして、発泡樹脂層を含む多層構造をなしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３－３５２４７号公報（［０００８］、図１）

しかしながら、上記した従来の車両用天井パネルに対し、遮熱性能の向上が求められている。

上記課題を解決するためになされた発明の第１態様は、発泡樹脂層を含む多層構造でかつ車両のルーフに対応した３次元形状をなして、前記ルーフの下面に対向配置される車両用天井パネルであって、最上層に、アルミ及び亜鉛を前記３次元形状に溶射してなる金属溶射層を備える車両用天井パネルである。

発明の第２態様は、最上層の前記金属溶射層を形成するための被溶射面に、前記発泡樹脂層より通気性が低いベース層を備える第１態様に記載の車両用天井パネルである。

発明の第３態様は、少なくともアルミを含む金属を溶射してなる金属溶射層を、前記最上層の金属溶射層に対して前記発泡樹脂層を間に挟んだ下方に備える第１態様又は第２態様に記載の車両用天井パネルである。

発明の第４態様は、最下層に、車両を内装する表皮材を備え、前記表皮材の上面を前記金属溶射層を形成するための被溶射面として、少なくともアルミを含む金属が溶射されて前記金属溶射層が積層されている第３態様に記載の車両用天井パネルである。

発明の第５態様は、前記最上層の金属溶射層に比べて、それより下方の前記金属溶射層の方が通気性が高い第３態様又は第４態様に記載の車両用天井パネルである。

発明の第６態様は、前記金属溶射層は、亜鉛を溶射してなる亜鉛溶射層の上にアルミを溶射してなるアルミ溶射層を備えてなる第１態様乃至第５態様の何れか１の態様に記載の車両用天井パネルである。

発明の第７態様は、前記金属溶射層は、アルミと亜鉛とが混合した状態に溶射してなる第１態様乃至第５態様の何れか１の態様に記載の車両用天井パネルである。

発明の第８態様は、第１態様乃至第７態様の何れか１の態様に記載の車両用天井パネルの製造方法であって、前記車両用天井パネルのうち前記最上層の金属溶射層を除く全体を３次元形状に成形したものの上面に、アルミ及び亜鉛を溶射してなる前記最上層の金属溶射層を積層する車両用天井パネルの製造方法である。

発明の第９態様は、車両を内装する表皮材の上面に、アルミ及び亜鉛を含む金属を溶射して金属溶射層を積層したものを、前記車両用天井パネルのうち前記最上層の金属溶射層を除く全体の最下層に配置してから前記３次元形状に成形する第８態様に記載の車両用天井パネルの製造方法である。

［発明の第１態様、第８態様］
発明の第１態様によれば、車両用天井パネルの最上層にアルミを含む金属層を備えたので、ルーフに伝わった熱を反射することができ、車室内の温度への影響を抑えることができる。また、金属層が溶射により形成されるので、金属層の積層時の発泡樹脂層の形状が制限されない。すなわち、予め３次元形状に成形された発泡樹脂層に金属層を積層することができる(発明の第８態様）。金属層を積層してから３次元形状に成形した場合には、成形時に金属層が部分的に薄くなったり、クラックが生じて損傷する虞があるが、第８態様の製造方法によれば、このような虞がなくなり、遮熱性能の低下を抑制することができる。

［発明の第２態様］
発明の第２態様では、金属溶射層を形成するための被溶射面に、発泡樹脂層より通気性が低いベース層を備えることで、溶射される金属がベース層の内部に浸透することが抑えられ、金属溶射層の厚みの均一化が図られる。これにより、遮熱性能の向上が図られる。

［発明の第３態様～第５態様、第９態様］
発明の第３態様によれば、金属溶射層を車両用天井パネルの最上層だけではなく、発泡樹脂層を間に挟んで車室側にも備えているので、さらに遮熱性能の向上を図ることができる。

しかも、発明の第５態様のように、最上層の金属溶射層よりも車室側に通気性の高い金属溶射層を配置することで、車室内で発生した音が吸音性を有する発泡樹脂層へ透過することを妨げず、発泡樹脂層の吸音性能を維持することができる。ここで、表皮材の上面に金属溶射して金属溶射層を形成し、これを車両用天井パネルの最下層に積層してもよい（発明の第４態様、第９態様）。

［発明の第６態様、第７態様］
発明の第６態様では、アルミ溶射層と被溶射面との間にアルミより融点の低い亜鉛の溶射層を備えることで被溶射面の劣化が抑制され、遮熱性能の向上を図ることができる。また、発明の第７態様のように、アルミと亜鉛とが混合した状態で溶射することでも、金属の融点を下げることができ、被溶射面の劣化を抑制することができる。

（Ａ）本発明の一実施形態に係る車両用天井パネルが取り付けられた車両の斜視図、（Ｂ）車両の天井部の断面図車両用天井パネルの断面図（Ａ）裏側金属溶射層の拡大断面図、（Ｂ）表側金属溶射層の拡大断面図積層工程を示す断面図成形工程を示す断面図成形後溶射工程を示す断面図確認実験の結果を示す表確認実験の装置を示す断面図

以下、本開示の一実施形態を図１～図６に基づいて説明する。図１（Ａ）に示すように、本実施形態の車両用天井パネル１０は、自動車の車両９０のルーフ９１の下側に取り付けられて、車両９０における車室９２の天井部を構成する。なお、車両用天井パネル１０において、車室９２を向く側を表側と呼び、ルーフ９１側を向く側を裏側と呼ぶこととする。

車両用天井パネル１０は、平面視長方形状をなしている。また、図１（Ｂ）に示されるように、車両用天井パネル１０は、ルーフ９１の膨出形状に対応させて、中央部が裏側に膨出した３次元形状をなしている。

図２に示されるように、車両用天井パネル１０は、多層構造をなしている。具体的には、車両用天井パネル１０は、発泡シート１１に、１対の繊維シート１２、ベース層１３、裏側金属溶射層３１、表側金属溶射層３２、表皮材１４が、積層されてなる。なお、発泡シート１１が本開示の「発泡樹脂層」に相当する。

発泡シート１１は、連続気泡構造の発泡体で構成されたシートである。本実施形態では、発泡シート１１は、硬質ポリウレタンフォームである。発泡シート１１の密度は、１０～７０ｋｇ／ｍ^３、発泡シート２１の厚みは、３～２０ｍｍが好ましい。

１対の繊維シート１２は、発泡シート１１の両面にバインダによって接着され、発泡シート１１を補強している。繊維シート１２としては、ガラス繊維がフェルト状に加工されたガラス繊維マットであってもよいし、ガラス繊維が格子状に織られてなるガラス繊維クロスであってもよい。繊維シート１２の成形の観点からガラス繊維マットであることが好ましい。なお、繊維シート１２の目付量は、強度と軽量化を考慮すると、５０～２５０ｇ／ｍ^２であることが好ましい。

ベース層１３は、１対の繊維シート１２のうち裏側の繊維シート１２の表面に貼り合わされて積層されている。ベース層１３としては、通気性を有しない樹脂フィルムで構成されている。樹脂フィルムを構成する樹脂の例としては、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタラート、ナイロン等の樹脂が挙げられる。

表皮材１４は、後述する表側金属溶射層３２を積層した状態で、１対の繊維シート１２のうち表側の繊維シート１２の表面に対して表側金属溶射層３２を挟んでバインダを介して貼り合わされる。表皮材１４は、車室９２の天井面を形成している。表皮材１４としては、例えば、吸音性能や軽量化を考慮すると、不繊布やフェルト等の通気性のあるものが好ましい。

裏側金属溶射層３１は、ベース層１３の裏面に金属が溶射されることで積層されている。金属溶射では、ベース層１３に多数の金属粒子３３を衝突させる。そして、裏側金属溶射層３１は、扁平につぶれた金属粒子３３が堆積することで形成される（図３（Ａ）参照）。本実施形態の裏側金属溶射層３１は、アルミと亜鉛が混合した溶射層（以下、「アルミと亜鉛の混合溶射層」という）となっている。

裏側金属溶射層３１の目付量は、車両用天井パネル１０の遮熱性能の観点から、５０ｇ／ｍ^２以上であることが好ましく、車両用天井パネル１０の軽量化の観点から、３００ｇ／ｍ^２以下であることが好ましい。

同様に、表側金属溶射層３２も、金属が溶射されることで形成され、表皮層１４の裏面に積層される。表側金属溶射層３２もアルミと亜鉛の混合層となっている。

ここで、裏側金属溶射層３１は、通気性を有しないベース層１３に金属が溶射されて形成される一方、表側金属溶射層３２は通気性を有する表皮材１４に金属が溶射されて形成される。これにより、裏側金属溶射層３１は、ベース層１３に溶射される金属粒子３３がベース層１３の内部に浸透することが抑えられて厚みの均一化が図られる（図３（Ａ）参照）のに対して、表側金属溶射層３２は、一部の金属粒子３３が、表皮材１４の内部に進入し、隙間に入り込んでいる(図３（Ｂ）参照）。

次に、車両用天井パネル１０の製造方法について説明する。車両用天井パネル１０の製造方法は、積層工程Ｓ１と、成形工程Ｓ２と、成形後溶射工程Ｓ３とを有する。

積層工程Ｓ１では、発泡シート１１、１対の繊維シート１２、ベース層１３、表皮材１４が張り合わされて成形素材２０が作成される。このとき、表皮材１４には、繊維シート１２が貼り合わされる面に、前もって金属溶射が行われて表側金属溶射層３２が形成されている(図４参照）。

成形工程Ｓ２では、成形素材２０が車両用天井パネル１０の最終形状に成形される。具体的には、成形素材２０が、ルーフパネル９１に応じた長さにカットされ、成形金型４０にて加熱プレス成形される。図５に示されるように、成形金型４０は、車両用天井パネル１０の表面側となる面を成形する上型４１と、裏面側となる面を成形する下型４２とからなり、上型４１と下型４２とで挟持されることにより加熱プレスが行われる。加熱プレス成形が終了すると、成形金型４０から外される。

成形後溶射工程Ｓ３では、最終形状に成形された成形素材２０に金属溶射が行われて、裏側金属溶射層３１が形成される。具体的には、成形された成形素材２０の最上面に配置されるベース層１３にアルミと亜鉛の溶射が行われる（図６参照）。以上により、車両用天井パネル１０が完成する。

ここで、本実施形態では、表側金属溶射層３２及び裏側金属溶射層３１としてどちらもアルミと亜鉛の混合層が形成される。具体的には、アルミと亜鉛のワイヤーを用いて両ワイヤー間にアークを発生させるアーク溶射により形成される。なお、金属溶射としては、電気を熱源とするアーク式溶射の他にも、燃焼ガスを熱源とするフレーム式溶射、高速フレーム式溶射、プラズマ溶射、ＲＦプラズマ溶射、爆発溶射、線爆照射等を用いることができるが、アーク溶射は、金属溶射層の形成速度が速い点と、目付量を精度高く制御できる点で好ましい。

本実施形態の車両用天井パネル１０の構成及びその製造方法に関する説明は以上である。次に、車両用天井パネル１０及びその製造方法の作用効果について説明する。

本実施形態の車両用天井パネル１０によれば、車両用天井パネル１０の最上層にアルミを含む金属層を備えたので、ルーフに伝わった熱を反射することができ、車室内の温度が上昇することを抑えることができる。

ここで、金属層を積層させてから成形した場合、最上層に配置される金属層は、成型時に引き伸ばされることにより厚みが薄くなったり、あるいはクラックが発生することがある。このような場合、成形前の金属層よりも遮熱性能は低下してしまう。しかしながら、本実施形態の金属層は溶射により形成されるので、本実施形態の製造方法のように、裏側金属溶射層３１を積層する前に車両用天井パネル１０を最終形状に成形し、その後（成形後溶射工程Ｓ３）で、裏側金属溶射層３１を積層することができる。この方法によれば、裏側金属溶射層３１が引き伸ばされる工程がないので、裏側金属溶射層３１が薄くなったり、クラックが生じて損傷する虞がなくなり、遮熱性能の低下を抑制することができる。

しかも、裏側金属溶射層３１は通気性の低いベース層１３に溶射されて形成される。ここで、発泡樹脂層のような多孔層上に金属溶射した場合には、多孔層の空孔に起因して、金属溶射層が薄くなったり、金属溶射層に金属が存在しない領域が発生して金属溶射層の厚みが不均一となったりすることがあるが、通気性の低いベース層１３を備えることで、図３（Ａ）に示されるように、溶射される金属粒子３３がベース層１３の内部に浸透することが抑えられ、厚みの均一化が図られる。これにより、遮熱性能の均一化や向上が図られる。

また、本実施形態の裏側金属溶射層３１は、アルミと亜鉛を溶射して溶射層を形成している。アルミは６６０℃と高い融点を有しており、アルミだけで溶射層を形成した場合、溶射されるアルミの熱でベース層１３が溶融し、ベース層１３に孔が開くなど劣化する虞があるが、アルミよりも融点の低い亜鉛と共に溶射することで溶射の熱を下げることができ、ベース層１３の劣化を抑制することができる。

そして、本実施形態では裏側金属溶射層３１だけではなく、表側金属溶射層３２も備えている。これにより、さらに遮熱性能の向上が図られる。

ここで、表側金属溶射層３２は、表側金属溶射層３２は通気性の高い表皮材１４に形成されるため、図３（Ｂ）に示されるように、表側金属溶射層３２の一部は、表皮材１４の内部に進入し、隙間に入り込む。これにより、表側金属溶射層３２は、通気性を有する層となり、車室内で発生した音の発泡樹脂層への透過が妨げられず、発泡樹脂層の吸音性能を維持することができる。また、表側金属溶射層３２の一部が表皮材１４の内部に入り込んでいるため、表側金属溶射層３２が曲げられた場合に金属溶射層が剥離したり、金属溶射層にクラックが発生したりすることが抑制される。従って、成形工程Ｓ２において、発泡シート１１等と一緒に成形することができる。

なお、本実施形態では、表側金属溶射層３２については、裏側金属溶射層３１とは異なり、成形前（積層工程Ｓ１）に形成される。表側金属溶射層３２は、遮熱性能については裏側金属溶射層３１の補助的な役割をなしており、成形時に伸びやクラックが生じたとしても、車両用天井パネル１０全体の遮熱性能としては問題がない。しかも、上述したように、表側金属溶射層３２の一部は、表皮材１４の隙間に入り込んでいるので、表側金属溶射層３２と表皮材１４との密着性が高められ、成形時に表皮材１４が曲げ変形されたとしても、金属粒子３３間でクラックの発生が抑制される。

［確認実験］
上記実施形態の車両用天井パネル１０について、裏側金属溶射層３１及び表側金属溶射層３２を備えることにより遮熱性能が向上することを実験により確認した。具体的には、図７に示されるように、裏側金属溶射層３１を備えた試験サンプル（実験例１～３）と、裏側金属溶射層３１及び表側金属溶射層３２を備えた試験サンプル（実験例４～５）と、従来品と同じ裏側金属溶射層３１を備えない試験サンプル（比較実験例１）とを作成し、各実験例について、遮熱性の評価実験を行った。

各実験例の試験サンプル５０はいずれも、発泡シート１１としての硬質ポリウレタンフォーム（厚み９ｍｍ）の両面に、繊維シート１２としてのガラスマット(目付量１５０ｇ／ｍ^２）を積層し、さらに、ベース層１３としてのＰＰ樹脂フィルム（厚み３０μｍ）と、表皮材１４としての不繊布（厚み１００μｍ）を積層した。

実験例１～３の試験サンプルは、ベース層１３の上に金属溶射により裏側金属溶射層３１を形成した。実験例１，２の試験サンプルは、裏側金属溶射層３１として、１層のアルミ（ＡＬ）と亜鉛（Ｚｎ）の混合溶射層とした。実験例３の試験サンプルは、裏側金属溶射層３１として、ベース層１３に亜鉛を溶射してなる亜鉛溶射層を積層し、さらにその上にアルミを溶射してなるアルミ溶射層を積層した２層構造の金属溶射層とした。実験例４の試験サンプルは、実験例１の裏側金属溶射層３１に加え、実験例１の裏側金属溶射層３１と同じ構成の表側金属溶射層３２を設け、実験例５の試験サンプルは、実験例２の裏側金属溶射層３１に加え、実験例２の裏側金属溶射層３１と同じ構成の表側金属溶射層３２を設けた。

なお、各裏側金属層のアルミと亜鉛の組成比及び膜厚は、図７及び以下の通りである。実験例１のアルミと亜鉛の混合溶射層は、総目付量７９ｇ／ｍ^２（アルミの目付量２２ｇ／ｍ^２、亜鉛の目付量５７ｇ／ｍ^２）とした。実験例２のアルミと亜鉛の混合溶射層は、総目付量２０５ｇ／ｍ^２（アルミの目付量５６ｇ／ｍ^２、亜鉛の目付量１４９ｇ／ｍ^２）とした。実験例３のアルミと亜鉛の各金属の積層溶射層は、総目付量２０３ｇ／ｍ^２（亜鉛の目付量１６１ｇ／ｍ^２（下側層）、アルミの目付量４２ｇ／ｍ^２（上側層））とした。実験例４は、実験例１の裏側金属層（アルミと亜鉛の混合溶射層）に加え、表側金属層として、実験例１の裏側金属層と同じアルミと亜鉛の混合溶射層（総目付量７９ｇ／ｍ^２（アルミの目付量２２ｇ／ｍ^２、亜鉛の目付量５７ｇ／ｍ^２）を設けた。実験例５は、実験例２の裏側金属層（アルミと亜鉛の混合溶射層）に加え、表側金属層として、実験例２の裏側金属層と同じアルミと亜鉛の混合溶射層（総目付量２０５ｇ／ｍ^２（アルミの目付量５６ｇ／ｍ^２、亜鉛の目付量１４９ｇ／ｍ^２）を設けた。なお、実験例４及び５の表側金属層は、表皮材１４の裏側に金属溶射を行って成形したものを成形工程Ｓ２において、発泡シート１１等と一緒に成形した。

遮熱性の評価は、以下の手順で行った。図８に示されるように、まず、長さ５００ｍｍ、幅５００ｍｍ及び高さ５００ｍｍの直方体状である一面が開放した試験用ボックス６０を用意し、試験用ボックス６０の開放面に鉄板７０（厚み０．６ｍｍ）を配置し、２００ｍｍ×３００ｍｍにカットした試験サンプル５０を裏側金属溶射層３１が鉄板７０に対向するように固定した。そして、試験用ボックス６０の外方から鉄板に向けて赤外線を照射し、鉄板の温度が１００℃となるように設定した。

このとき、試験サンプル５０の下面は、鉄板７０の上面から４０ｍｍ（試験サンプル５０の上面は３１ｍｍ）離れた位置に固定され、赤外線を照射して６０分間放置した後、鉄板７０の温度（Ｉ鉄板、図８参照）及び各試験サンプルの下面（ＩＩ鉄板下４０ｍｍ（Ａ）、図８参照）及び鉄板７０から９０ｍｍ離れた位置（ＩＩＩ鉄板下９０ｍｍ（Ｂ）、図８参照）の温度をそれぞれ測定した。なお、鉄板から４０ｍｍ離れた位置での試験サンプル５０の温度と鉄板７０の温度との温度差ΔＴ_１（Ｉ－ＩＩ）、及び、鉄板から９０ｍｍ離れた位置での温度と鉄板７０の温度との温度差ΔＴ_２（Ｉ－ＩＩＩ）を算出して、この値で評価を行った。

図７には、各実験例の評価結果が示されている。評価は、温度差ΔＴ_１が、２５℃以上のものを良好（「〇」）、２５℃より小さいものを不良（「×」）とした。さらに、実験例１～５について従来品（比較実験例１）よりどれくらい良くなったかの評価も行い、各実験例の温度差ΔＴ_２と比較実験例１のΔＴ_２との差をΔＴ_３（各実験例―比較実験例１）として算出し、その差が２℃以上のものを優良（「◎」）、２℃より小さいものを良好（「〇」）とした。

図７の結果から、車両用天井パネルに備えた金属溶射層が遮熱効果を発揮することが確認できた（実験例１～５）。特に、裏側金属溶射層と表側金属溶射層とを備えた車両用天井パネル（実験例４～５）は、裏側金属溶射層のみを備えた車両用天井パネル（実験例１～３）に比べ、遮熱効果の向上が確認できた。また、金属溶射層として、亜鉛とアルミが混合した構成と、亜鉛の層とアルミの層の２層構造の構成を比較した場合、膜厚が略同じであれば、その効果はほとんど変わらないことが分かった。

［他の実施形態］
（１）上記実施形態において、裏側金属溶射層３１及び表側金属溶射層３１はアルミと亜鉛が混合した１層の金属溶射層であったが、ベース層１３に亜鉛を溶射してなる亜鉛溶射層を積層し、さらにその上にアルミを溶射してなるアルミ溶射層を積層した２層構造の金属溶射層としてもよい。このような構成としても、図７の実験例３に示されるように、遮熱性の評価を良好にすることが可能である。

（２）表側金属溶射層３２が設けられていなくてもよい。

（３）上記実施形態では、裏側金属溶射層３１が、車両用天井パネル１０の最外層を構成していたが、裏側金属溶射層３１が例えば、ホットメルト樹脂等の保護層で覆われた構成としてもよい。このような構成にすることで、裏側金属溶射層３１の一部が脱落することを抑えることができる。

（４）上記実施形態において、発泡シート１１が複数枚積層されていてもよい。その際、発泡シート１１同士の樹脂の種類や特性（密度、硬さ、通気性、厚み等）が同じでもよいし、異なっていてもよい。また、複数の発泡シート１１の間に繊維シート１２が挟まれていてもよい。

（５）上記実施形態では、発泡シート１１を挟む繊維シート１２が、１対配置されていたが、２対以上配置されていてもよいし、発泡シート１１に対して厚み方向で一方又は他方にのみ複数枚配置されていてもよい。

（６）発泡シート１１が、非発泡体のシート（例えば、樹脂シートやゴムシート等）であってもよい。また、発泡シート１１は、複数のシートが積層された構成であってもよい。

（７）金属溶射層は、３層以上設けてもよい。この場合、通気性の高い発泡シート１１又は繊維シート１２に金属溶射層を施すことで、成形工程Ｓ２で一体成形することができる。

１０車両用天井パネル
１１発泡シート（発泡樹脂層）
９１ルーフ
３１裏側金属溶射層
３２表側金属溶射層

Claims

車両のルーフに対応した３次元形状をなして、前記ルーフの下面に対向配置される車両用天井パネルであって、
発泡樹脂層を含むコア層と、
前記コア層の前記ルーフ側にアルミ及び亜鉛を溶射してなり、最上層として構成される上側金属溶射層と、
前記コア層の車内側に積層され、車内の内装として構成される表皮材と、
前記表皮材の前記ルーフ側に少なくともアルミを含む金属を溶射してなる下側金属溶射層と、
を備える車両用天井パネル。
発泡樹脂層を含む多層構造でかつ車両のルーフに対応した３次元形状をなして、前記ルーフの下面に対向配置される車両用天井パネルであって、
前記ルーフ側の最上層は、前記多層構造のうち上から２番目の層にアルミ及び亜鉛を溶射してなる金属溶射層であり、
前記金属溶射層は、亜鉛を溶射してなる亜鉛溶射層の上にアルミを溶射してなるアルミ溶射層を備えてなる車両用天井パネル。
発泡樹脂層を含む多層構造でかつ車両のルーフに対応した３次元形状をなして、前記ルーフの下面に対向配置され、前記ルーフ側の最上層が、アルミ及び亜鉛からなる金属溶射層である車両用天井パネルの製造方法であって、
前記最上層の金属溶射層を除く全体を３次元形状に成形したものの上面に、アルミ及び亜鉛を溶射して、前記最上層である金属溶射層を積層する車両用天井パネルの製造方法。