(57)【要約】【課題】ボデー骨格部材の曲げ変形時に縫合部から破壊されることを防止又は抑制するボデー骨格補強部材を提供する。【解決手段】ボデー骨格補強部材１０では、３枚の炭素繊維織物２４、２６、２８を積層方向に縫い合わせることによって閉断面構造の炭素繊維織物構造体３２とし、炭素繊維織物構造体３２に樹脂を含浸させてＣＦＲＰとし、所定の強度を確保している。ところで、ＣＦＲＰは引張応力よりも圧縮応力に対して強度が低い。このボデー骨格部材は、曲げ変形の中立面ＮＳよりも引張の曲げ応力が作用する側に全ての縫合部３０Ａ〜３０Ｃを設けているため、車両の側面衝突時に縫合部３０Ａ〜３０Ｃに圧縮の曲げ応力が作用することで破壊の起点となり、ボデー骨格部材１０が所定の強度が確保できないことを防止又は抑制できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数枚の炭素繊維織物を積層して、複数枚の炭素繊維織物を積層方向に縫い合わせた縫合部によって閉断面構造とされた炭素繊維織物構造体に樹脂を含浸させて一体化されたボデー骨格補強部材であって、
前記縫合部は前記ボデー骨格補強部材の曲げ変形時の中立面よりも引張の曲げ応力が作用する側にのみ設けられているボデー骨格補強部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボデー骨格補強部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のボデー骨格補強部材に繊維強化プラスチック等の複合材の採用が進められている。例えば、特許文献１には、一方の接合部から他方の接合部まで第１分岐部と第２分岐部で接続された菱形の閉断面を有する炭素繊維織物がプラスチック材に内包されたルーフサイドレール本体が提案されている。
【０００３】
この炭素繊維織物は、接合部において分岐部側の織密度が分岐部と離間する側の織密度よりも高くされていることによって、接合部が破壊起点として破壊されることが抑制されるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−７５７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、車両が障害物に衝突した場合に、ボデー骨格部材が延在方向において曲げ変形し、ボデー骨格部材の一軸曲げ変形時において中立面よりも圧縮の曲げ応力が作用する側に接合部が位置していると、曲げ応力の作用によって接合部から破壊され、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）からなるボデー骨格補強部材は所定の曲げ強度を確保することが困難であった。
【０００６】
すなわち、上記先行技術では、ボデー骨格部材の曲げ変形時に接合部からの破壊を防止又は抑制する観点では改善の余地があった。
【０００７】
本発明は、上記事実を考慮して、ボデー骨格部材の曲げ変形時に縫合部から破壊されることを防止又は抑制するボデー骨格補強部材を提供することが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１記載の発明に係るボデー骨格補強部材は、複数枚の炭素繊維織物を積層して、複数枚の炭素繊維織物を積層方向に縫い合わせた縫合部によって閉断面構造とされた炭素繊維織物構造体に樹脂を含浸させて一体化されたボデー骨格補強部材であって、前記縫合部は前記ボデー骨格補強部材の曲げ変形時の中立面よりも引張の曲げ応力が作用する側にのみ設けられている。
【０００９】
このように構成されたボデー骨格補強部材では、複数枚の炭層繊維織物を積層方向に縫い合わせることによって閉断面構造とした炭素繊維織物構造体に樹脂を含浸させてＣＦＲＰとし、所定の強度を確保している。
【００１０】
ところで、ＣＦＲＰは引張応力よりも圧縮応力に対して強度が低い。このボデー骨格部材が車両の衝突等によって曲げ変形する場合、このボデー骨格部材は、曲げ変形の中立面よりも引張の曲げ応力が作用する側にのみ縫合部が設けられているため、縫合部に圧縮の曲げ応力が作用することで縫合部が破壊の起点となり、ボデー骨格部材が所定の強度を確保できないことを防止又は抑制できる。
【００１１】
換言すれば、ボデー骨格部材は、曲げ変形の中立面よりも引張の曲げ応力が作用する側のみに縫合部を設けることで、所定の強度を確保することができる。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１記載の発明に係るボデー骨格補強部材は、上記構成としたので、ボデー骨格部材の曲げ変形時に縫合部から破壊されることを防止又は抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図２】一実施形態に係るボデー骨格補強部材が適用されたルーフ骨格形状を示す斜視図である。
【図３】第１実施形態の他の例に係るボデー骨格補強部材の図１に相当する断面図である。
【図４】第１実施形態の他の例に係るボデー骨格補強部材の図１に相当する断面図である。
【図５】第１実施形態の他の例に係るボデー骨格補強部材の図１に相当する断面図である。
【図６】第１実施形態の他の例に係るボデー骨格補強部材の図１に相当する断面図である。
【図７】第１実施形態の他の例に係るボデー骨格補強部材の図１に相当する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の一実施形態に係るボデー骨格補強部材について図１〜図７を参照して説明する。なお、各図において矢印ＦＲは車両前方、矢印ＵＰは車両上方、矢印ＬＨは車幅方向左側をそれぞれ示す。
【００１５】
（構成）
本実施形態では自動車のボデー骨格補強部材１０としてルーフセンターリインフォース（以下、「ルーフセンターＲＦ」という）に適用した例を示す。
【００１６】
先ず、ルーフセンターＲＦを含むルーフの骨格について説明する。
【００１７】
図２に示すように、車体１２のルーフ側の骨格としては、車両前後方向に延在する一対のルーフサイドレール１４Ａ、１４Ｂを備えている。ルーフサイドレール１４Ａ、１４Ｂは、フロントピラー１６Ａ、１６Ｂ等と一体的に形成されているものである。
【００１８】
また、ルーフサイドレール１４Ａ、１４Ｂ間には、車幅方向に延在するフロントヘッダ１８、ルーフセンターＲＦ２０、リヤヘッダ２２が、車両前方側から順に配設されている。
【００１９】
このルーフセンターＲＦ２０にボデー骨格補強部材１０が適用されたものである。以下、ボデー骨格補強部材１０をルーフセンターＲＦ２０として説明する。
【００２０】
ルーフセンターＲＦ２０は、車幅方向に延在する部材であり、その車両前後方向断面（図２、Ａ−Ａ線断面）を図１に示す。ルーフセンターＲＦ２０は、図１に示すように、３枚の炭素繊維織物２４、２６、２８が積層されて形成されている。
【００２１】
炭素繊維織物２４は、炭素繊維の平織物である。また、炭素繊維織物２４は、車両前後方向に延在する底部２４Ａと、底部の両端部から車両上方に延在する縦壁部２４Ｂ、２４Ｃと、縦壁部２４Ｂ、２４Ｃの上端から車両前方又は車両後方に延在するフランジ部２４Ｄ、２４Ｅと、を有する断面ハット形状に形成されている。
【００２２】
炭素繊維織物２４上に配置される炭素繊維織物２６は、多層織である。また、炭素繊維織物２６は、炭素繊維織物２４に略倣った形状であり、炭素繊維織物２４と同様に底部２６Ａ、縦壁部２６Ｂ、２６Ｃ、フランジ部２６Ｄ、２６Ｅを有する。ただし、底部２６Ａの車両前後方向の中央で車両上方に曲げられて折り返された折り返し部２６Ｆが形成されている。この折り返し部２６Ｆの車両上下方向高さは、フランジ部２６Ｄ、２６Ｅと同じ高さに設定されている。
【００２３】
この炭素繊維織物２６上に配置される炭素繊維織物２８は、多層織である。また、炭素繊維織物２８は、平板状であり、車両前後方向の両端部２８Ａ、２８Ｂと中央部２８Ｃがそれぞれ炭素繊維織物２６のフランジ部２６Ｄ、２６Ｅ、折り返し部２６Ｆ上に位置することにより、炭素繊維織物２６上に積層されている。
【００２４】
このように積層されている炭素繊維織物２４、２６、２８は、フランジ部２４Ｄ、２６Ｄ、端部２８Ａが縫い合わされている。また、同様に、フランジ部２４Ｅ、２６Ｅ、端部２８Ｂが縫い合わされている。さらに、炭素繊維織物２６、２８は折り返し部２６Ｆ、中央部２８Ｃが縫い合わされている。この縫い合わされた部分をそれぞれ縫合部３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃという。
【００２５】
なお、ルーフセンターＲＦ２０は、車両の側面衝突時に車幅方向（軸方向）に沿って車両上方側に曲げ変形する（撓む）ことが想定されている場合（図２、モーメントＭ参照）には、図心Ｃを通る曲げの中立面ＮＳ（中立軸）よりも車両上方側に全ての縫合部３０Ａ〜３０Ｃを位置させている。
【００２６】
なお、ルーフセンターＲＦ２０（ボデー骨格補強部材１０）は、炭素繊維織物２４、２６、２８が積層されて縫い合わされて炭素繊維織物構造体３２とされた後に、炭素繊維織物構造体３２に樹脂が含浸されることで製造されている。
【００２７】
（作用）
このように構成されたルーフセンターＲＦ２０の作用について説明する。
【００２８】
ルーフセンターＲＦ２０が配置された自動車の側面衝突によって、ルーフセンターＲＦ２０は車幅方向に沿って車両上方側に撓むように曲げ変形する（図２、モーメントＭ参照）ため、中立面ＮＳ（中立軸）よりも車両上方側に引張の曲げ応力、車両下方側に圧縮の曲げ応力が作用することになる。
【００２９】
ここで、ルーフセンターＲＦ２０は、中立面ＮＳよりも車両上方側に全ての縫合部３０Ａ〜３０Ｃが配置されているため、全ての縫合部３０Ａ〜３０Ｃに引張の曲げ応力が作用する。したがって、縫合部３０Ａ〜３０Ｃに圧縮の曲げ応力が作用する場合と比較して、縫合部３０Ａ〜３０Ｃのいずれもが破壊の起点となることが防止又は抑制され、ルーフセンターＲＦ２０が所定の曲げ強度を確保できないことが回避される。
【００３０】
すなわち、複数枚の炭素繊維織物２４、２６、２８を積層方向に縫い合わせて樹脂を含浸させることにより閉断面構造を有するボデー骨格補強部材１０を製造してルーフセンターＲＦ２０に適用した場合であっても、ルーフセンターＲＦ２０が所定の曲げ強度を確保することができる。
【００３１】
（バリエーション）
なお、ルーフセンターＲＦ２０（ボデー骨格補強部材１０）の断面形状は、本実施形態に限定するものではない。以下、他の例に係るボデー骨格補強部材を示す。なお、これらのボデー骨格補強部材において、ボデー骨格補強部材１０と同様の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００３２】
例えば、図３に示すボデー骨格補強部材１０Ａのように、炭素繊維織物２６の底部２６Ａに２つの折り返し部２６Ｆ、２６Ｇを設け、炭素繊維織物２８の両端部２８Ａ、２８Ｂと炭素繊維織物２６のフランジ部２６Ｄ、２６Ｅとをそれぞれ縫い合わせられる（縫合部３０Ａ、３０Ｂ）と共に、炭素繊維織物２８の中央部２８Ｃと炭素繊維織物２６の折り返し部２６Ｆ、２６Ｇとを縫い合わせた（縫合部３０Ｃ、３０Ｄ）構成としても良い。
【００３３】
あるいは、図４に示すボデー骨格補強部材１０Ｂのように、炭素繊維織物２６のフランジ部２６Ｄ、２６Ｅを折り返し部２６Ｆ側（内側）に折り曲げる構成として、このフランジ部２６Ｄ、２６Ｅと炭素繊維織物２８の両端部２８Ａ、２８Ｂとを縫い合わせた（縫合部３０Ａ、３０Ｂ）構成としても良い。
【００３４】
さらに、図５に示すボデー骨格補強部材１０Ｃのように、炭素繊維織物２８を炭素繊維織物２６と同様の形状として、折り返し部２８Ｉが折り返し部２６Ｆと対向するように炭素繊維織物２６、２８を反対向きで積層した形状が考えられる。
【００３５】
この場合には、炭素繊維織物２６のフランジ部２６Ｄ、２６Ｅと炭素繊維織物２８のフランジ部２８Ｇ、２８Ｈとがそれぞれ縫い合わされ（縫合部３０Ａ、３０Ｂ）、炭素繊維織物２６の折り返し部２６Ｆと炭素繊維織物２８の折り返し部２８Ｉがそれぞれ縫い合わされた構造（縫合部３０Ｃ）となる。
【００３６】
さらに、図６に示すボデー骨格補強部材１０Ｄのように、炭素繊維織物２６をフランジ部２６Ｄ、２６Ｅを折り返し部２６Ｆ側（内側）に折り曲げる構成とすると共に、炭素繊維織物２８も炭素繊維織物２６と略同様に底部２８Ｄ、縦壁部２８Ｅ、２８Ｆ、内側に折り返されたフランジ部２８Ｇ、２８Ｈを有する構成としている。但し、このボデー骨格補強部材１０Ｄでは、炭素繊維織物２６の折り返し部２６Ｆが炭素繊維織物２８の底部２８Ｄまで延びており、折り返し部２６Ｆと底部２８Ｄが縫い合わされた縫合部３０Ｃとされることで、閉断面構造が形成されている。
【００３７】
また、図７に示すボデー骨格補強部材１０Ｅのように、断面ハット形状の炭素繊維織物２６と平板状の炭素繊維織物２８から構成されており、炭素繊維織物２６のフランジ部２６Ｄ、２６Ｅと炭素繊維織物２８の両端部２８Ａ、２８Ｂが縫いを合わされて縫合部３０Ａ、３０Ｂとされている。このように、ボデー骨格補強部材１０Ｅを折り返し部のない構成で閉断面構造とすることもできる。
【００３８】
（その他）
本実施形態では、ボデー骨格補強部材がルーフセンターＲＦに適用された例について説明したが、これに限定されるものではない。ボデー骨格補強部材がルーフセンターＲＦ以外のボデー骨格部品でも良い。例えば、ドアインパクトビーム、ドアベルトラインリインフォース、フロアクロスメンバ、バンパリインフォース、Ａピラー等が考えられる。
【００３９】
また、本実施形態では、車両の側面衝突時にルーフセンターＲＦ２０が車両上方側に曲げ変形する（撓む）場合について説明したので、ルーフセンターＲＦ２０の中立面ＮＳよりも車両上方側に縫合部３０Ａ〜３０Ｃを全て配置したが、曲げ（撓み）方向が、例えば車両下方の場合には中立面ＮＳよりも車両下方側に全ての縫合部が位置することになる。
【００４０】
同様に、他のボデー骨格部品にボデー骨格補強部材が適用されている場合に、曲げ（撓み）方向が例えば車両後方の場合には、ボデー骨格補強部材の中立面よりも車両後方側にのみ縫合部が位置することになる。
【００４１】
さらに、本実施形態では、ボデー骨格補強部材に使用される強化織物を炭素繊維織物としたが、炭素繊維以外の強化織物でも良い。
【００４２】
さらに、強化織物が不織布やＵＤテープをであっても良い。
【符号の説明】
【００４３】
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ  ボデー骨格補強部材
２０  ルーフセンターＲＦ（ボデー骨格補強部材）
２４  炭素繊維織物
２６  炭素繊維織物
２８  炭素繊維織物
３０Ａ〜３０Ｃ  縫合部
ＮＳ  中立面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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