WO2016158647A1 - 車体シャーシ部材 - Google Patents

Abstract

車体シャーシ部材（１１）を開放断面の鉄製部材（１２）の開放部にＣＦＲＰ製部材（１３）を接着して閉断面に構成したので、全体が鉄製のものに比べて車体シャーシ部材（１１）が軽量で高剛性になることで、その共振周波数を高めることができる。よって、車体シャーシ部材（１１）を粘弾性接着剤（１５）で車体パネル部材（１６）に接着することで、車体シャーシ部材（１１）により車体パネル（１６）の共振を効果的に防止することができる。

Description

車体シャーシ部材

　本発明は、鉄製部材にＣＦＲＰ製部材を組み合わせた車体シャーシ部材に関する。

　自動車のルーフパネルの前縁下面にフロントヘッダを結合することでルーフパネルおよびフロントヘッダ間に閉断面部を構成するとともに、ルーフパネルの前縁に前記閉断面部の内部に位置する空洞補強部を一体に形成することで、ＮＶ性能および衝突性能を高めるものが、下記特許文献１により公知である。

　また自動車のルーフパネルの下面に質量付加部を接着剤で固定することで、ルーフパネルの共振周波数を変化させて騒音の発生を抑制するものが、下記特許文献２により公知である。

日本特開２０１３－３５２９５号公報 日本特開２００６－２１６９６号公報

　ところで、上記特許文献１、２に開示されているように、ルーフパネルのような車体パネル部材にルーフアーチのような車体シャーシ部材を結合することにより、車体パネル部材の固有振動数を共振周波数領域の外側へと変化させ、車体パネル部材の共振を防止して騒音の発生を抑制することができる。

　この場合、車体パネル部材の固有振動数を充分に高めて共振を防止するには、車体パネル部材に結合される車体シャーシ部材の剛性を高めながら重量を最小限に抑えることが必要である。しかしながら、車体シャーシ部材の剛性向上と重量低減とはトレードオフの関係にあるため、車体シャーシ部材には軽量であって剛性が高いことが要求される。

　本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、軽量で高剛性であって共振周波数が高い車体シャーシ部材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、開放断面の鉄製部材の開放部にＣＦＲＰ製部材を接着して閉断面に構成したことを第１の特徴とする車体シャーシ部材が提案される。

　また本発明によれば、前記第１の特徴に加えて、前記ＣＦＲＰ製部材は、その長手方向に配向した多数の一方向繊維にエポキシ樹脂を含浸して構成され、エポキシ系接着剤で前記鉄製部材に接着されることを第２の特徴とする車体シャーシ部材が提案される。

　また本発明によれば、前記第１または第２の特徴に加えて、前記鉄製部材は少なくとも一対のフランジ部を有するハット状断面であり、前記一対のフランジ部に前記ＣＦＲＰ製部材が接着されることを第３の特徴とする車体シャーシ部材が提案される。

　また本発明によれば、前記第１～第３の何れか１つの特徴に加えて、前記車体シャーシ部材は粘弾性接着剤で車体パネル部材に接着されることを第４の特徴とする車体シャーシ部材が提案される。

　また本発明によれば、前記第４の特徴に加えて、前記車体シャーシ部材はルーフアーチであり、前記車体パネル部材はルーフパネルであり、前記ルーフアーチの車幅方向両端が左右のピラーの上端に接続されるとともに、前記ＣＦＲＰ製部材が前記ルーフパネルの下面に前記粘弾性接着剤で接着されることを第５の特徴とする車体シャーシ部材が提案される。

　尚、実施の形態のルーフアーチ１１は本発明の車体シャーシ部材に対応し、実施の形態のウレタン系接着剤１５は本発明の粘弾性接着剤に対応し、実施の形態のルーフパネル１６は本発明の車体パネル部材に対応し、実施の形態のセンターピラー１７は本発明のピラーに対応する。

　本発明の第１の特徴によれば、車体シャーシ部材を開放断面の鉄製部材の開放部にＣＦＲＰ製部材を接着して閉断面に構成したので、全体が鉄製のものに比べて車体シャーシ部材が軽量で高剛性になることで、その共振周波数を高めることができる。

　また本発明の第２の特徴によれば、ＣＦＲＰ製部材は、その長手方向に配向した多数の一方向繊維にエポキシ樹脂を含浸して構成され、エポキシ系接着剤で鉄製部材に接着されるので、鉄製のものに比べて比剛性が高いＣＦＲＰ製部材で車体シャーシ部材の固有振動数を高めることができる。

　また本発明の第３の特徴によれば、鉄製部材は少なくとも一対のフランジ部を有するハット状断面であり、一対のフランジ部にＣＦＲＰ製部材が接着されるので、鉄製部材の高さを増加させることなく車体シャーシ部材の剛性を高めることができ、車体シャーシ部材の高さを減少させた分だけ車室空間を増加させることができる。

　また本発明の第４の特徴によれば、車体シャーシ部材は粘弾性接着剤で車体パネル部材に接着されるので、車体シャーシ部材により車体パネルの共振を効果的に防止することができる。

　また本発明の第５の特徴によれば、車体シャーシ部材はルーフアーチであり、車体パネル部材はルーフパネルであり、ルーフアーチの車幅方向両端が左右のピラーの上端に接続されるとともに、ＣＦＲＰ製部材がルーフパネルの下面に粘弾性接着剤で接着されるので、ルーフアーチによりルーフパネルの共振を効果的に防止することができる。

図１は車体パネル部材に接着された車体シャーシ部材の断面形状を模式的に示す図である。（第１の実施の形態） 図２は自動車の車体上部の斜視図である。（第１の実施の形態） 図３は図２の３－３線断面図である。（第１の実施の形態） 図４は車体シャーシ部材の重量と固有振動数との関係を示すグラフである。（第１の実施の形態） 図５は車体シャーシ部材の重量と剛性との関係を示すグラフである。（第１の実施の形態） 図６は本実施の形態によるこもり音の低減効果を示すグラフである。（第１の実施の形態） 図７は車体パネル部材に接着された車体シャーシ部材の断面形状を模式的に示す図である。（第２の実施の形態） 図８は図３に対応する図である。（第２の実施の形態）

１１　　　　車体シャーシ部材（ルーフアーチ）
１２　　　　鉄製部材
１２ｃ　　　フランジ部
１３　　　　ＣＦＲＰ製部材
１４　　　　エポキシ系接着剤
１５　　　　ウレタン系接着剤（粘弾性接着剤）
１６　　　　車体パネル部材（ルーフパネル）
１７　　　　センターピラー（ピラー）

　以下、添付図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。

第１の実施の形態

　先ず、図１～図６に基づいて本発明の第１の実施の形態を説明する。

　図１に示すように、本実施の形態の自動車の車体シャーシ部材１１は例えばルーフアーチ１１として用いられるもので、底壁１２ａ、一対の側壁１２ｂ，１２ｂおよび一対のフランジ部１２ｃ，１２ｃを有するハット状断面の鉄製部材１２と、平坦な帯板状のＣＦＲＰ（カーボン繊維強化樹脂）製部材１３とからなり、鉄製部材１２の一対のフランジ部１２ｃ，１２ｃにＣＦＲＰ製部材１３の両側部をエポキシ系接着剤１４で接着することで矩形状の閉断面に構成される。ＣＦＲＰ製部材１３は、その長手方向と平行に配向した多数のカーボン連続繊維（ＵＤ）にエポキシ系樹脂を含浸して硬化させたものである。

　このような構造の車体シャーシ部材１１は、ＣＦＲＰ製部材１３における前記エポキシ系接着剤１４で接着された面と反対側の面が、粘弾性を有するウレタン系接着剤１５で自動車の車体パネル部材１６であるルーフパネル１６の下面に接着される。

　図２および図３は、図１で模式的に示した車体シャーシ部材１１（ルーフアーチ１１）を具体的に示すもので、その鉄製部材１２は３個のハット状断面が連続することで、３個の底壁１２ａ…、６個の側壁１２ｂ…および４個のフランジ部１２ｃ…を備える。鉄製部材１２にエポキシ系接着剤１４で接着された平坦な帯板状のＣＦＲＰ製部材１３は鉄製部材１２よりも僅かに短く、その両端部から鉄製部材１２が車幅方向外側に突出する。自動車の左右一対のセンターピラー１７，１７の上端部に鉄製部材１２の両端部と車体パネル部材１６であるルーフパネル１６の両側縁とが重ね合わされ、溶接により一体に接合される。そしてＣＦＲＰ製部材１３がウレタン系接着剤１５でルーフパネル１６の下面に接着される。

　図４のグラフは、種々の材料で構成した車体シャーシ部材１１（ルーフアーチ１１）について、重量と固有振動数との関係を示すもので、●印はアルミニウム製のハット状断面のもの、×印は鉄製のハット状断面のものある。何れのものも、板厚を増加させると重量が増加するが、固有振動数は殆ど増加せず、目標とする高さの固有振動数を達成することはできない。

　また▲印はハット状断面の鉄製部材に平坦なアルミニウム製部材を結合して閉断面に構成したもの、◆印はハット状断面の鉄製部材に平坦な鉄製部材を結合して閉断面に構成したものであり、何れのものも、閉断面化したことで固有振動数が増加するが、目標とする高さの固有振動数を達成することはできない。また＊印はＣＦＲＰで開断面に構成したものであり、極めて軽量であって固有振動数も増加するが、目標とする高さの固有振動数を達成することはできない。

　それに対し、■印はハット状断面の鉄製部材１２に平坦なＣＦＲＰ製部材１３を結合して閉断面に構成した本実施の形態のものであり、アルミニウム製のハット状断面のもの（●印参照）や、鉄製の薄肉ハット状断面のもの（×印参照）に対して僅かに重量が増加するだけで、固有振動数が大幅に増加して目標とする高さの固有振動数を達成することができる。

　図５のグラフは、種々の材料で構成した車体シャーシ部材１１（ルーフアーチ１１）について、重量と剛性との関係を示すものである。剛性を重要視する場合、ハット状断面の鉄製部材に平坦な鉄製部材を結合して閉断面に構成したもの（◆印参照）でも、本実施の形態（■印参照）と同等の剛性を確保することができるが、鉄製であって重量が大きいために固有振動数を増加させることができない。

　即ち、長尺部材であるルーフアーチ１１の両端のセンターピラー１７，１７の上端との接続部に振動が入力し、ルーフアーチ１１の長手方向中央部が共振するとき、ルーフアーチ１１の固有振動数ｆ0 は、ルーフアーチ１１の剛性をｋとし、ルーフアーチ１１の質量をｍとすると、
　　　　　　　　　　　　ｆ0 ＝（１／２π）・√（ｋ／ｍ）
で与えられる。ｋ／ｍは比剛性であり、鉄製部材１２にＣＦＲＰ製部材１３を組み合わせた本実施の形態（■印参照）は、全体が鉄製部材のもの（◆印参照）に比べて比剛性ｋ／ｍが大きいため、その分だけルーフアーチ１１の固有振動数ｆ0 を増加させることができる。

　図６は、鉄製の開放断面の薄板（ｔ＝１．０ｍｍ）で構成した車体シャーシ部材１１（実線参照）と、鉄製の開放断面の厚板（ｔ＝１．８ｍｍ）で構成した車体シャーシ部材１１（鎖線参照）と、ｔ＝１．０ｍｍの鉄製部材１２にＣＦＲＰ製部材１３を組み合わせた本実施の形態の車体シャーシ部材１１（破線参照）とについて、入力周波数と部材の応答レベルとの関係を示すものである。本実施の形態によれば、ｔ＝１．０ｍｍの薄板を用いているにも関わらず、ｔ＝１．８ｍｍの厚板を用いた鉄製の開放断面の車体シャーシ部材１１（鎖線参照）と同等の応答レベルが得られることが分かる（楕円で囲んだ周波数領域参照）。部材（実施の形態ではルーフアーチ１１）の応答レベルが低減することにより、付随する周辺部品（実施の形態ではルーフパネル１６）の発生音圧が低減可能となる。

　以上のように、本実施の形態によれば、車体シャーシ部材１１を開放断面の鉄製部材１２の開放部にＣＦＲＰ製部材１３を接着して閉断面に構成したので、全体が鉄製のものに比べて車体シャーシ部材１１が軽量で高剛性になることで、その共振周波数を高めることができる。またＣＦＲＰ製部材１３は、その長手方向に配向した多数の一方向繊維にエポキシ樹脂を含浸して構成され、エポキシ系接着剤１４で鉄製部材１２に接着されるので、鉄製のものに比べて比剛性が高いＣＦＲＰ製部材１３で車体シャーシ部材１１の固有振動数を高めることができる。

　また鉄製部材１２は少なくとも一対のフランジ部１２ｃ，１２ｃを有するハット状断面であり、一対のフランジ部１２ｃ，１２ｃにＣＦＲＰ製部材１３が接着されるので、鉄製部材１２の高さを増加させることなく車体シャーシ部材１１の剛性を高めることができ、車体シャーシ部材１１の高さを減少させた分だけ車室空間を増加させることができる。しかも車体シャーシ部材１１は粘弾性接着剤であるウレタン系接着剤１５で車体パネル部材１６に接着されるので、車体シャーシ部材１１により車体パネル部材１６の共振を効果的に防止することができる。

　また車体シャーシ部材１１をルーフアーチ１１とし、車体パネル部材１６をルーフパネル１６とした場合、ルーフアーチ１１の車幅方向両端が左右のセンターピラー１７，１７の上端に接続されるとともに、ＣＦＲＰ製部材１３がルーフパネル１６の下面に粘弾性接着剤であるウレタン系接着剤１５接着されるので、ルーフアーチ１１によりルーフパネル１６の共振を効果的に防止することができる。

第２の実施の形態

　次に、図７および図８に基づいて本発明の第２の実施の形態を説明する。

　第１の実施の形態の車体シャーシ部材１１は、そのＣＦＲＰ製部材１３がウレタン系接着剤１５で車体パネル部材１６の下面に接着されるが、第２の実施の形態の車体シャーシ部材１１は上下が反転し、底壁１２ａがウレタン系接着剤１５で車体パネル部材１６に接着される。

　この第２の実施の形態によっても、第１の実施の形態と同様の作用効果を達成することができる。

　以上、本発明の実施の形態を説明したが、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、本発明の車体シャーシ部材１１は実施の形態のルーフアーチに限定されるものではなく、また本発明の車体パネル部材１６は実施の形態のルーフパネルに限定されるものではない。

　また鉄製部材１２の断面は必ずしもハット状断面である必要はなく、開放断面であれば良い。

　またＣＦＲＰ製部材１３の断面は必ずしも平坦である必要はない。

Claims (5)

1. 　開放断面の鉄製部材（１２）の開放部にＣＦＲＰ製部材（１３）を接着して閉断面に構成したことを特徴とする車体シャーシ部材。
2. 　前記ＣＦＲＰ製部材（１３）は、その長手方向に配向した多数の一方向繊維にエポキシ樹脂を含浸して構成され、エポキシ系接着剤（１４）で前記鉄製部材（１２）に接着されることを特徴とする、請求項１に記載の車体シャーシ部材。
3. 　前記鉄製部材（１２）は少なくとも一対のフランジ部（１２ｃ）を有するハット状断面であり、前記一対のフランジ部（１２ｃ）に前記ＣＦＲＰ製部材（１３）が接着されることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の車体シャーシ部材。
4. 　前記車体シャーシ部材（１１）は粘弾性接着剤（１５）で車体パネル部材（１６）に接着されることを特徴とする、請求項１～請求項３の何れか１項に記載の車体シャーシ部材。
5. 　前記車体シャーシ部材（１１）はルーフアーチであり、前記車体パネル部材（１６）はルーフパネルであり、前記ルーフアーチの車幅方向両端が左右のピラー（１７）の上端に接続されるとともに、前記ＣＦＲＰ製部材（１３）が前記ルーフパネルの下面に前記粘弾性接着剤（１５）で接着されることを特徴とする、請求項４に記載の車体シャーシ部材。

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