WO2013021484A1

WO2013021484A1 - 自動車用シートバックフレーム

Info

Publication number: WO2013021484A1
Application number: PCT/JP2011/068269
Authority: WO
Inventors: 佐野　淳; 穣八木
Original assignee: ジョンソンコントロールズテクノロジーカンパニ－; 帝人株式会社
Priority date: 2011-08-10
Filing date: 2011-08-10
Publication date: 2013-02-14

Abstract

　補強用繊維材をインサートしたシート状の樹脂材を複数枚積層させたシートフレーム材料で両サイドフレーム（２，２）とアッパーフレーム（３）とが形成されている。両サイドフレーム（２，２）の前後に、フランジ部（２ａ、２ｂ）が形成されている。両サイドフレーム（２，２）の上端部に、アッパーフレーム（３）に嵌合可能な受け部（４，４）及びフランジ部（２ａ、２ｂ）と受け部（４，４）とを連続させる絞り部（５，５）が形成されている。アッパーフレーム（３）の両側部（３ａ、３ｂ）に、受け部（４，４）に覆われる嵌入部が形成されている。受け部（４，４）と嵌入部とが接合されることでシートバックフレーム（１）が形成される。

Description

自動車用シートバックフレーム

　本発明は、自動車用シートバックフレーム、特に繊維強化複合材料を用いた軽量な自動車用シートバックフレームに関する。

　特許文献１は、支持部と少なくとも一つの強化複合層とを有する自動車用シートバックフレームの複合部材を開示している。

特表２０１０－５００１９８号公報

　しかしながら、上記のような自動車用シートバックフレームは、原価が高く、製造原価高騰の一原因になるばかりか、重量的に重く、自動車の燃費を悪くし、自動車内に搭載する作業性が良くないなどの課題を有する。

　本発明は、低コストで、軽量な自動車用シートバックフレームを提供することを目的とする。

　本発明のアスペクトは、両サイドフレームと、アッパーフレームと、を備え、前記両サイドフレーム及び前記アッパーフレームは、熱可塑性マトリックスと強化繊維を備えてなる繊維強化複合材料で形成され、前記両サイドフレームの前後に、フランジ部が形成され、前記両サイドフレームの上端部に、前記アッパーフレームに嵌合可能な受け部が形成されると共に、前記フランジ部と前記受け部とを連続させる絞り部が形成され、前記アッパーフレームの両側部に、前記受け部に覆われる嵌入部が形成され、前記受け部と前記嵌入部とが接合されることでシートバックフレームが形成される自動車用シートバックフレームであることを要旨とする。

　前記アスペクトによれば、前記両サイドフレームの前後にはフランジ部が形成され、前記両サイドフレームの上端部には、前記アッパーフレームに嵌合可能な受け部が形成されると共に前記フランジ部と前記受け部とを連続させる絞り部が形成され、前記アッパーフレームの両側部には、前記受け部に覆われる嵌入部が形成され、前記受け部と前記嵌入部とが接合されることでシートバックフレームが形成される。このため、前記シートバックフレームが両サイドフレームとアッパーフレームとに三分割されていることにより、成形型を小さくできる。また、フレーム形状の自由度が増す。両サイドフレームのフランジ部から受け部まで絞り部を介した連続的な形状となっているので、特別な成形型が不要であり、アッパーフレームから両サイドフレームへの衝撃荷重の伝達がスムーズになり、サイドフレームの剛性が向上する。なお、嵌合可能な受け部の構造としては、例えば、三角形状、台形形状、かまぼこ形状等の断面を有する立体形状などが挙げられる。本実施形態では受け部の構造として台形形状の断面を有する立体を例示したが、本発明はこれに限られるものではない。

　また、前記受け部は、前記アッパーフレームの頂部を覆う壁を含んでもよい。

　前記構成によれば、前記受け部には、前記アッパーフレームの頂部を覆う壁が形成されている。このため、前記アッパーフレームを上から支持可能であり、サイドフレームの開きが防止できる。

　また、前記アッパーフレームは、ヘッドレストホルダーブラケットを挟持可能であってもよい。

　前記構成によれば、前記アッパーフレームは、ヘッドレストホルダーブラケットを挟持可能である。このため、前記ヘッドレストホルダーブラケットの変形が防止され、ヘッドレストの上下動がスムーズになる。

　また、前記繊維強化複合材料の強化繊維は、炭素繊維であってもよい。

　また、前記繊維強化複合材料に含まれる強化繊維の形態が、ランダムマットであってもよい。

　また、前記繊維強化複合材料に含まれる強化繊維の形態として、さらに連続繊維がマトリックス中に一方向にそろえて配置されている一方向材からなる層を含んでもよい。前記フランジ部表面には、このような一方向材が積層されていてもよい。

　また、前記自動車用シートバックフレームは、フロントシート用であってもよい。

　前記構成によれば、前記両サイドフレームのフランジ部表面には、一方向材が積層されている。このため、前記両サイドフレームの部分的な強度向上が可能となる。

図１は、本発明の実施形態１に係る自動車用シートバックフレームの斜視図である。図２は、図１の左右反対側から示す図１相当の斜視図である。図３は、本発明の実施形態２に係る自動車用シートバックフレームの斜視図である。図４は、図３の左右反対側から示す図２相当の斜視図である。図５は、図３及び図４に設けられるアッパーフレームを説明するための図である。

　低コストで、軽量な自動車用シートバックフレームを提供するという目的を、熱可塑性マトリックスと強化繊維を備えてなる繊維強化複合材料で両サイドフレームとアッパーフレームとが少なくとも形成された自動車用シートバックフレームであって、前記サイドフレームの前後には、フランジ部が形成され、該サイドフレーム上端部には、前記アッパーフレームに嵌合可能な受け部が形成されると共に前記フランジ部と前記受け部とを連続させる絞り部が形成され、前記アッパーフレームの両側部には、前記サイドフレームの受け部に覆われる嵌入部が形成され、前記受け部と前記嵌入部とが接合されることでシートバックフレームが形成されることで、実現した。

（実施形態１）
　以下、本発明の実施形態１を図１及び図２に基づいて説明する。図１は、ワンボックスタイプの自動車に搭載されるシートバックフレーム１を示す。シートバックフレーム１は、両サイドフレーム２、２とアッパーフレーム３とを含み、熱可塑性マトリックスと強化繊維を備えてなる繊維強化複合材料で形成されている。

［繊維強化複合材料］
　本発明の実施形態に係るシートバックフレーム１における繊維強化複合材料とは、強化繊維と熱可塑性マトリックス樹脂とを含むものである。繊維強化複合材料中の強化繊維の形態は、短繊維でも、長繊維でも、連続繊維でも良く、これらのうち２種類以上を組み合わせて用いても良い。短繊維とは繊維長が０．１～１０ｍｍ、長繊維とは繊維長が１０ｍｍ～１００ｍｍ、連続繊維とは繊維長が１００ｍｍ以上のものである。短繊維や長繊維の場合は、チョップドストランド等を用いて抄紙されたペーパーであってもよい。連続繊維の場合は、織編物、ストランドの一方方向配列シート状物及び多軸織物等のシート状、または不織布状でマトリックス樹脂中に含有されていることも好ましい。なお、多軸織物とは、一般に、一方向に引き揃えた繊維強化材の束をシート状にして角度を変えて積層したもの（多軸織物基材）を、ナイロン糸、ポリエステル糸、ガラス繊維糸等のステッチ糸で、この積層体を厚さ方向に貫通して、積層体の表面と裏面との間を表面方向に沿って往復しステッチした織物をいう。

　シートバックフレーム１を構成する繊維強化複合材料は、強化繊維がランダムに分散したもの、あるいは特定の繊維配向をしたものでもよく、強化繊維が面配向したものあるいは一軸配向したもの、あるいはそれらの組み合わせ、あるいはそれらの積層体であることが好ましい。

　シートバックフレーム１における繊維強化複合材料は、繊維強化複合材料の部分と樹脂のみの部分との積層体やサンドイッチ構造にすることもできる。サンドイッチ構造の場合は、コア部材が複合材料であって表皮部材が樹脂であっても良く、逆にコア部材が樹脂のみの部分であって、表皮部材が複合材料であっても良い。

［熱可塑性マトリックス］
　本発明の実施形態に係るシートバックフレーム１を構成する繊維強化複合材料における熱可塑性樹脂の存在量は、強化繊維１００重量部に対し、５０～１０００重量部であることが好ましい。より好ましくは、強化繊維１００重量部に対し、熱可塑性樹脂５５～５００重量部、更に好ましくは、強化繊維１００重量部に対し、熱可塑性樹脂６０～３００重量部である。

　成形体を構成する熱可塑性樹脂としては、特に制限はないが、塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリロニトリル－スチレン樹脂（ＡＳ樹脂）、アクリロニトリル－ブタジエン－スチレン樹脂（ＡＢＳ樹脂）、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド６樹脂、ポリアミド１１樹脂、ポリアミド１２樹脂、ポリアミド４６樹脂、ポリアミド６６樹脂、ポリアミド６１０樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ボリブチレンテレフタレート樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリ乳酸樹脂、およびこれらの樹脂から選ばれる２種類以上の混合物（樹脂組成物）等からなる群から選択された少なくとも１種が好ましく挙げられる。上記の樹脂組成物としては、ポリカーボネート樹脂とポリエステル樹脂の組成物、ポリカーボネートとＡＢＳ樹脂との組成物、ポリフェニレンエーテル樹脂とポリアミド樹脂の組成物、ポリアミド樹脂とＡＢＳ樹脂の組成物、およびポリエステル樹脂とナイロン樹脂の組成物等からなる群から選択された少なくとも１種が、より好ましい。

　なお、本発明の目的を損なわない範囲で、繊維強化複合材料に熱可塑性樹脂に機能性の充填材や添加剤を含有させても良い。例えば、有機／無機フィラー、難燃剤、耐ＵＶ剤、顔料、離型剤、軟化剤、可塑剤、界面活性剤などが挙げられるが、この限りではない。

［強化繊維］
　本発明の実施形態に係るシートバックフレーム１に用いられる強化繊維としては、ガラス繊維、ポリエステル繊維、ポリオレフィン繊維、炭素繊維、パラ系アラミド繊維、メタ系アラミド繊維、ボロン繊維、アゾール繊維、アルミナ繊維等からなる群から選択された少なくとも１種が好ましいものとして挙げられ、特に好ましくは比強度と比弾性に優れる炭素繊維である。本発明のシートバックフレーム１に用いられる繊維強化複合材料の強化繊維は、必ずしも１種である必要はなく、部分的に異なる強化繊維が使い分けられても良く、同じ部分に異なる強化繊維を有する繊維強化複合材料からなる層が積層されていても良い。

［強化繊維の形態］
　本発明の実施形態に係るシートバックフレーム１における強化繊維は、連続長のものでも不連続のものでも良い。不連続繊維の場合の平均繊維長に特に規定は無いが、平均繊維長１０～１００ｍｍとすることが、成形性／生産性／物性発現性のバランスのバランスという観点から好ましい。

　不連続繊維の場合、成形性／生産性／物性発現性のバランスという観点から、不連続の繊維がランダムに面配向したランダムマットの形態であることが好ましい。

　連続繊維の場合の形態は、織物や連続繊維がマトリックス中に一方向にそろえて配置されている一方向材が挙げられる。一方向材はシートバックフレームの強度・剛性を向上させるため、シートバックフレーム１の補強を目的として好ましく用いられる。

　すなわち、繊維強化複合材料に含まれる強化繊維の形態として、ランダムマットに加えて、連続繊維がマトリックス中に一方向にそろえて配置されている一方向材からなる層を含むことがより好ましい。

　サイドフレーム２、２の前後ＦＲ、ＲＲには、フランジ部２ａ、２ｂが形成されている。サイドフレーム２、２の上側ＵＰの端部には、アッパーフレーム３に嵌合可能な受け部４、４が形成されていると共に、フランジ部２ａ、２ｂと受け部４、４とを連続させる絞り部５、５が形成されている。

　アッパーフレーム３の両側部３ａ、３ｂには、サイドフレーム２、２の受け部４、４に覆われる嵌入部（図示省略）が形成されており、受け部４、４と前記嵌入部（図示省略）とが接合されることで、シートバックフレーム１が形成されている。アッパーフレーム３は、一体に成形されている。アッパーフレーム３の強度・剛性を高めるため、アッパーフレーム３の断面形状は中空閉断面であることが好ましい。ヘッドレストホルダを支持するためのブラケットは、アッパーフレーム３と一体に成形されてもよいし、別体であってもよい。

　ロアフレーム６は、サイドフレーム２、２の下端部間に架橋している。スプリング７は、サイドフレーム２、２の間に設けられてＳ字状をなす。ＵＤテープ８は、サイドフレーム２、２の前側ＦＲのフランジ部２ａ及び後側ＲＲのフランジ部２ｂの適宜の位置に貼付されている。ＵＤテープ８は、上記で述べた強化繊維、例えば、炭素繊維を束ねたテープであり、サイドフレーム２、２を補強して、シートバックフレーム１全体の強度・剛性を高める働きをする。

　次に、本実施形態の作用を説明する。

　サイドフレーム２、２の前後にはフランジ部２ａ、２ｂが形成されている。サイドフレーム２、２の上端部には、アッパーフレーム３に嵌合可能な受け部４が形成されていると共に、フランジ部２ａ、２ｂと受け部４とを連続させる絞り部５が形成されている。アッパーフレーム３の両側部３ａ、３ｂには、サイドフレーム２、２の受け部４に覆われる嵌入部（図示省略）が形成されている。受け部４と前記嵌入部とが接合されることで、シートバックフレーム１が形成されている。このため、シートバックフレーム１が両サイドフレーム２、２とアッパーフレーム３とに三分割されていることにより、図示しない成形型を小さくでき、原価を低減できる。

　また、絞り部５が形成されることにより、シートバックフレーム１の形状の自由度が増す。サイドフレーム２、２のフランジ部２ａ、２ｂから受け部４、４まで絞り部５、５を介した連続的な形状となっているので、特別な成形型が不要であり、アッパーフレーム３からサイドフレーム２、２への衝撃荷重の伝達がスムーズになり、サイドフレーム２、２の剛性が向上する。

　また、サイドフレーム２、２の受け部４、４には、アッパーフレーム３の頂部を覆う壁が形成されているため、アッパーフレーム３を上側ＵＰから支持可能であり、サイドフレーム２、２の開きが防止できる。

　更に、サイドフレーム２、２のフランジ部２ａ、２ｂの表面には、強化繊維を束ねてできたＵＤテープ８が積層されているため、サイドフレーム２、２の部分的な強度向上が可能となる。

（実施形態２）
　本発明の実施形態２を図３～図５に基づいて説明する。図３は、ワンボックスタイプの自動車に搭載されるシートバックフレーム１０を示す。シートバックフレーム１０は、両サイドフレーム１１、１１と、アッパーフレーム１２とを含み、熱可塑性マトリックスと強化繊維を備えてなる繊維強化複合材料で形成されている。

　サイドフレーム１１、１１の前後ＦＲ、ＲＲには、フランジ部１１ａ、１１ｂが形成されている。サイドフレーム１１、１１の上側ＵＰの端部には、アッパーフレーム１２に嵌合可能な受け部１３、１３が形成されていると共に、フランジ部１１ａ、１１ｂと受け部１３、１３とを連続させる絞り部１４、１４が形成されている。

　アッパーフレーム１２の両側部１２ａ、１２ｂには、サイドフレーム１１、１１の受け部１３、１３に覆われる嵌入部（図示省略）が形成されており、受け部１３、１３と前記嵌入部（図示省略）とが接合されることで、シートバックフレーム１０が形成されている。

　貫通孔１５、１５が、サイドフレーム１１、１１の下端部に形成されており、図示しないロアフレームを支持する。

　図５は、アッパーフレーム１２の構成を説明するためのである。アッパーフレームアッパーフレーム１２は、前後に分割して形成されたアッパーフレーム部材１６、１７を接合して形成され、かつヘッドレストホルダーブラケット１８を挟持している。ヘッドレストホルダーブラケット１８の形状や材質に特に制限はないが、車両衝突時などにヘッドレストに大きな荷重が加わった際に、ヘッドレストホルダーブラケット１８には高い強度と剛性が要求されるため、金属製の筒形状であることが好ましく、高強度鋼板製であることがさらに好ましい。一般的には、アッパーフレーム１２に挟持されたヘッドレストホルダーブラケット１８に、ヘッドレストの高さ方向位置調整のための部品であるヘッドレストホルダーが挿入され、その部品を介してヘッドレストの支持部材が取り付けられる。

　アッパーフレーム部材１６、１７の形状に特に制限はないが、ヘッドレストホルダーブラケット１８を挟持する必要があることから、ヘッドレストホルダーブラケット１８の保持部１９を有することが好ましい。保持部１９はヘッドレストホルダーブラケット１８の全域を保持しても良く、一部を保持しても良いが、一部を保持する場合には、ヘッドレストホルダーブラケット１８に作用するモーメントを効率的にアッパーフレーム１２に伝達するため、上端と下端を少なくとも５ｍｍ以上の長さにわたって保持するのが好ましい。

アッパーフレーム１の強度・剛性を高めるため、アッパーフレーム１２の断面形状は中空閉断面であることが好ましい。したがって、アッパーフレーム部材１６、１７の断面形状は概略で凸型であることが好ましく、補強用リブとしての効果を有する凹凸形状２０を有することがさらに好ましい。アッパーフレーム部材１６、１７の断面形状は、例えば型を用いたプレス成形を行う観点から、本発明の目的を損なわない範囲で抜き勾配を任意に加えることも可能である。

　アッパーフレーム部材１６、１７の厚みは任意に選択可能であるが、０．５～５ｍｍが好ましく、１．０～３ｍｍがさらに好ましい。厚みは部材全体にわたって、均一であっても部分的に異なっていても良い。局所的な面剛性の補強を目的とした微小なビードが形成されていても良い。

　前後に分割して形成されたアッパーフレーム部材１６、１７は、互いに接合されてアッパーフレーム１２を形成する。アッパーフレーム部材１６、１７の接合部形状に特に制限はなく、つき合わせ接合やラップ接合など様々な接合部形状の中から任意に選択可能であるが、接合部の接合強度を高める目的から、アッパーフレーム部材１６、１７に接合のためのフランジ部１６a、１７aを形成することが好ましい。フランジ部１６a、１７aの幅は５～５０ｍｍであることが好ましく、１０～２０ｍｍであることがさらに好ましい。フランジ部１６a、１７aの幅は全体で均一である必要はなく、部分的に異なっていても良い。

　次に、本実施形態の作用を説明する。

　サイドフレーム１１、１１の前後にはフランジ部１１ａ、１１ｂが形成されている。サイドフレーム１１、１１の上端部には、アッパーフレーム１２に嵌合可能な受け部１３が形成されていると共に、フランジ部１１ａ、１１ｂと受け部１３とを連続させる絞り部１４、１４が形成されている。アッパーフレーム１２の両側部１２ａ、１２ｂには、サイドフレーム１１、１１の受け部１３に覆われる嵌入部（図示省略）が形成されており、受け部１３と前記嵌入部とが接合されることで、シートバックフレーム１０が形成されている。このため、シートバックフレーム１０が、両サイドフレーム１１、１１とアッパーフレーム１２とに三分割されていることにより、図示しない成形型を小さくでき、原価が低減できる。

　また、絞り部１４、１４が形成されることにより、シートバックフレーム１０形状の自由度が増す。サイドフレーム１１、１１のフランジ部１１ａ、１１ｂから受け部１３、１３まで絞り部１４、１４を介した連続的な形状となっているので、特別な成形型が不要であり、アッパーフレーム１２からサイドフレーム１１、１１への衝撃荷重の伝達がスムーズになり、サイドフレーム１１、１１の剛性が向上する。

　また、サイドフレーム１１、１１の受け部１３、１３には、アッパーフレーム１２の頂部を覆う壁が形成されているため、アッパーフレーム１２を上側ＵＰから支持可能であり、サイドフレーム１１、１１の開きが防止できる。

　更に、サイドフレーム１１、１１のフランジ部１１ａ、１１ｂの表面には、強化繊維を束ねてできたＵＤテープ８が積層されているため、サイドフレーム２、２の部分的な強度向上が可能となる。

　アッパーフレーム１２の箱状の部材１６、１７は、ヘッドレストホルダーブラケット１８、１８を挟持可能なため、ヘッドレストホルダーブラケット１８の変形が防止され、ヘッドレスト（図示省略）の上下動がスムーズになる。

　本発明の実施形態に係るシートバックフレーム１は、高い強度と剛性を有するとともに軽量であるため、高い強度が求められて軽量化の難しい自動車のフロントシートに特に有用である。

　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず、種々の変形が可能である。

　本発明の自動車用シートバックフレーム１は、自動車のフロントシートに好適に適用することが可能であり、量産型の自動車に適用可能なレベルの生産タクトで供給することが可能となる。

Claims

　両サイドフレームと、
　アッパーフレームと、を備え、
　　前記両サイドフレーム及び前記アッパーフレームは、熱可塑性マトリックスと強化繊維を備えてなる繊維強化複合材料で形成され、
　　前記両サイドフレームの前後に、フランジ部が形成され、
　　前記両サイドフレームの上端部に、前記アッパーフレームに嵌合可能な受け部が形成されると共に、前記フランジ部と前記受け部とを連続させる絞り部が形成され、
　　前記アッパーフレームの両側部に、前記受け部に覆われる嵌入部が形成され、
　　前記受け部と前記嵌入部とが接合されることでシートバックフレームが形成される
自動車用シートバックフレーム。
　前記受け部は、前記アッパーフレームの頂部を覆う壁を含む
請求項１に記載の自動車用シートバックフレーム。
　前記アッパーフレームは、ヘッドレストホルダーブラケットを挟持可能である
請求項１に記載の自動車用シートバックフレーム。
　前記フランジ部表面には、強化繊維からなるＵＤテープが積層されている
請求項１に記載の自動車用シートバックフレーム。
　前記繊維強化複合材料の強化繊維は、炭素繊維である
請求項１～４のいずれかに記載の自動車用シートバックフレーム。
　前記繊維強化複合材料に含まれる強化繊維の形態が、ランダムマットである
請求項１～５のいずれかに記載の自動車用シートバックフレーム。
　前記繊維強化複合材料に含まれる強化繊維の形態として、さらに連続繊維がマトリックス中に一方向にそろえて配置されている一方向材からなる層を含む
請求項６に記載の自動車用シートバックフレーム。
　前記自動車用シートバックフレームは、フロントシート用である
請求項１～６のいずれかに記載の自動車用シートバックフレーム