(57)【要約】【課題】  射出発泡成形の分野において、成形性が良好で、発泡倍率が高く、発泡成形体の剛性が高いポリプロピレン系発泡成形体を得ることが可能な樹脂組成物を提供し、さらにそれを用いたポリプロピレン系発泡成形体を提供する。【解決手段】    メタロセン触媒により重合された特定のプロピレン系樹脂成分（ア）１００重量部に対して、ガラス繊維及び炭素繊維からなる群から選ばれる少なくとも１種である繊維（イ）８〜１５０重量部を含有することを特徴とする発泡成形用繊維強化ポリプロピレン系樹脂組成物およびそれを発泡成形してなる射出発泡成形体など。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部のステ−部を中心として開閉するポリプロピレン製自動車用バックドアであって、ＣＡＥ手法を用いて設計され、囲い込み型鉄リンフォースを有し、かつインナー及び／又はアウターがポリプロピレン系樹脂を用いてなるポリプロピレン製自動車用バックドア。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＡＥ手法を用いて設計された、囲い込み型鉄リンフォースを有するポリプロピレン製自動車用バックドアに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、自動車の燃費向上を目的として、自動車用部材には軽量化が求められている。特に近年は、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド車（ＨＥＶ）などにおいて、従来のガソリンエンジンやディーゼルエンジンを用いた自動車よりも、より軽量な自動車用部材が求められている。その対応として樹脂製の自動車用部材にも注目が集まっており、特にポリプロピレンは、その機械物性並びに取り扱い及び入手の容易さ等から、自動車用部材への適用が種々検討されている。
【０００３】
一方、近年は自動車に対する安全性が従来以上に重視されている。安全性向上の為には、各自動車用部材の強度を向上させる必要がある。安全性を向上させる為には、一般に、より丈夫な金属を用いて、その厚みを厚くすればよいが、これでは個々の部材の重量が増大し、結果として「自動車の軽量化」は達成できなくなる。
このように、「軽量化」と「安全性の向上（強度の向上）」という、いわば両立することが困難な目的の為に、多くの検討がなされている。しかしながら、全ての想定に基づき、実際にバックドアを試作し、重量及び安全性の評価を行うことは、現実として不可能である。また、すべての試作を行うことは、各種資源の浪費にもつながる。
一方で、各種成形体に対して、実際に成形を行うことなく種々の解析を行う方法として、ＣＡＥ手法を適用することも、従来から行われている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３１８８６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、上記従来技術の問題点に鑑み、「軽量化」と「安全性の向上（強度の向上）」という、両立することが困難な目的を満足することが可能なポリプロピレン製自動車用バックドアを、資源の浪費を行うことなく効率的に設計し、提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、ＣＡＥ手法（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）を用いて設計された、「インナー（パネル）上部ステー取り付け部からインナー（パネル）のショルダー部を経由して両サイドの末端まで延び、さらに両サイド末端からラッチ部（車両本体とバックドアとのロック部）まで延長した構造の鉄リンフォース（以後、「囲い込み型鉄リンフォース」と記載することが有る。）を有するポリプロピレン製自動車用バックドア」が上記課題を解決できることを見出し、これらの知見に基づき、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明の第１の発明によれば、上部のステ−部を中心として開閉するポリプロピレン製自動車用バックドアであって、ＣＡＥ手法を用いて設計され、囲い込み型鉄リンフォースを有し、かつインナー及び／又はアウターがポリプロピレン系樹脂を用いてなるポリプロピレン製自動車用バックドアが提供される。
本発明のポリプロピレン製自動車用バックドアは、従来のバックドアと同等の強度を確保した上で、軽量化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、本発明のバックドアに使用される囲い込み型鉄リンフォースの図である。
【図２】図２は、従来のバックドアに使用されていた門構え型鉄リンフォースの図である。
【図３】図３は、自動車用バックドアの解析に用いる、荷重・固定条件を示す図である。
【図４】図４は、従来の鉄製自動車用バックドアの簡易形状を示す図である。
【図５】図５は、実験結果とＣＡＥによる解析結果との検証結果を示す図である。
【図６】図６は、本発明のポリプロピレン製自動車用バックドアの簡易形状を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明のポリプロピレン製自動車用バックドアは、上部のステ−部を中心として開閉するポリプロピレン製自動車用バックドアであって、ＣＡＥ手法を用いて設計され、囲い込み型鉄リンフォースを有し、かつインナー及び／又はアウターがポリプロピレン系樹脂を用いてなるポリプロピレン製自動車用バックドアである。
前述の通り、本明細書における「囲い込み型鉄リンフォース」とは、「インナー（パネル）上部ステー取り付け部からインナー（パネル）のショルダー部を経由して両サイドの末端まで延び、さらに両サイド末端からラッチ部（車両本体とバックドアとのロック部）まで延長した構造の鉄リンフォース」のことであり、その構造を図１に示した。
一方、従来の「インナー（パネル）上部ステー取り付け部からインナー（パネル）のショルダー部を経由して両サイドの末端まで延びた構造の鉄リンフォース」は、本明細書では以後、「門構え型鉄リンフォース」と記載することが有り、その構造は図２に示したとおりである。
【０００９】
本発明のポリプロピレン製自動車用バックドアはＣＡＥ解析手法を用いて設計されたものであるので、先ず、ＣＡＥ解析精度について説明する。
まず、従来の鉄製自動車用バックドアに対し、図３に示す荷重・固定条件で実験を行い、その結果に基づき検証を行う。例えば、市販車の鉄製自動車用バックドアを用いて、図３に示す各種荷重を負荷する実験を行い、得られた変形量を計測する。即ち、バックドア開閉時に手で加えられる荷重、および車体が傾いた時の自重による負荷を模して、４種類の荷重を想定し、これらの荷重下における鉄製バックドア変形量測定の実験と解析、更に樹脂製バックドア変形量の解析を行う。
荷重１）横引き：傾いた路面に駐車した場合の自重による変形
荷重２）ねじれ：ドアを閉じる時にドア隙間に異物を挟んだ事による変形
荷重３）オーバーハング：ドアを開く時に過大な力を負荷した事による変形
荷重４）３点曲げ：ドアを閉じる時に過大な力を負荷した事による変形
【００１０】
次に、バックドアの概寸、総重量、鉄、ガラス等の部品の肉厚を測定し、これらのデータを基にして、ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｄｅｓｉｇｎ）上で作成した簡易形状を用い、有限要素法（ＦＥＭ：Ｆｉｎｉｔｅ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｍｅｔｈｏｄ）を用いた剛性・強度の力学計算が可能なソフトウェアを使用して得られた解析値を、前記の実験値と比較することにより、解析精度を確認する。図４に示したのが、バックドアの形状を計測し、ＣＡＤに概略形状を入力した結果の例である。
【００１１】
このＣＡＤ形状を用いてＦＥＭによるシミュレーションを行い、得られた解析値を実験地と比較した結果の例を図５に示す。両者の誤差は平均で約５％程度となっており、簡易形状でもシミュレーションは実験を良く再現していると言える。よって、簡易形状を用いたＣＡＥで十分有効性の確認をすることができることが、確認できる。
そこで、このシミュレーションを活用し、鉄製バックドアを樹脂化する際に有効なリンフォース形状の最適化を行う。
【００１２】
鉄製バックドアの外観はそのまま変更せずに、内部構造をリブにより補強して樹脂化した、樹脂製自動車用バックドアの形状の例を図６に示す。インナーに多数のリブが立てられている様子が分かる。バックドアの樹脂化による剛性低下を補うため、鉄製リンフォースが必要となる。リンフォース形状として、門構え型と囲い込み型を考え、両者の効果を比較すると、リンフォースの重量は、囲い込み型の方が大きくなるため、完成品にした時に門構え型と同一重量になるようにする為には、インナーの板厚を減らして調整する必要がある。
【００１３】
この様な方法で、図６に示した鉄リンフォースを有するポリプロピレン製自動車用バックドアの簡易形状と、ＣＡＥ手法とを用いて、ポリプロピレン製自動車用バックドアの鉄リンフォ−スの構造上の違いを相対的に比較し、門構え型鉄リンフォースを有するポリプロピレン製自動車用バックドアと同等の剛性を有していながら、より軽量の囲い込み型鉄リンフォースを有するポリプロピレン製自動車用バックドアを提供することが可能となる。
なお、図６に示した自動車用バックドアの剛性・強度を確認するためには、試作品を作成して試験する方法もあるが、金型や試験冶具作成コストおよび試験の労力などを低減し、開発スピードを上げるには、CAEの活用が好ましい。剛性・強度の力学計算が可能なソフトウェアとしては、市販されているABAQUS、NASTRAN、MARC、ADINA等を用いることが出来る。
【００１４】
本発明に使用される囲い込み型鉄リンフォースは、従来の門構え型鉄リンフォースに比べて剛性が向上しているので、インナ−の材料及びアウタ−の材料に使用可能なポリプロピレン系樹脂の組み合わせの選択幅が広がる。それ故、薄肉化を考慮した材料選定が可能となり、軽量化や成形性向上が達成できる。また、インナー及びアウターの材料をガラス繊維含有ポリプロピレン（ＧＦＰＰ）や炭素繊維含有ポリプロピレン（ＣＦＰＰ）に変更することによって、常温で、従来の自動車用樹脂製バックドアと同等の剛性で、３０％〜３５％程度の軽量化が可能である。また、材料の選択範囲が広がることで、アウタ−の材料にインナ−の材料と同等の低線膨張係数の材料を用いることが出来、インナ−とアウタ−の接着性を向上させ、組立加工が容易にすることも可能である為、自動車バックドア製造全体の総コスト低減への可能性がある。
【実施例】
【００１５】
本発明を実施例により、さらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
ここでは、ADINAを用いたシミュレーションによる解析値から、樹脂製バックドアにおける鉄リンフォースの効果について、比較検討を行った。
１．変形量を同じとした場合の、リンフォースの違いによる重量比較
ポリプロピレン材料として、ポリプロピレンにタルクおよびゴムを配合した複合材を使用した。上記説明の手法に従い、本発明の「囲い込み型鉄リンフォースを有するポリプロピレン製自動車用バックドア」と従来型の「門構え型鉄リンフォースを有するポリプロピレン製自動車用バックドア」について評価を行い、結果を表１に示した。なお、変形量の比較は、同一荷重で最も変形量が大きくなるねじれ荷重において実施し、同一の変形量に換算して比較を行っている。同じ変形量となる時の重量を比較すると、本発明の「囲い込み型鉄リンフォースを有するポリプロピレン製自動車用バックドア」の重量は、従来型の「門構え型鉄リンフォースを有するポリプロピレン製自動車用バックドア」に比べて、１５％軽量化可能であることが分かった。
【００１６】
【表１】
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【００１７】
２．変形量を同じとした場合の、ポリプロピレン樹脂の違いによる重量比較
ポリプロピレン材料として、「ポリプロピレンにタルクおよびゴムを配合した複合材」を使用した場合と、「ポリプロピレンにガラス繊維を配合した複合材」を使用した場合において比較を行った。上記説明の手法に従い、本発明の「囲い込み型鉄リンフォースを有するポリプロピレン製自動車用バックドア」において、ポリプロピレン材料として、「ポリプロピレンにタルクおよびゴムを配合した複合材」を使用した場合と、「ポリプロピレンにガラス繊維を配合した複合材」を使用した場合について評価を行い、結果を表２に示した。なお、変形量の比較は、同一荷重で最も変形量が大きくなるねじれ荷重において実施し、同一の変形量に換算して比較を行っている。同じ変形量となる時の重量を比較すると、本発明の「囲い込み型鉄リンフォースを有するポリプロピレン製自動車用バックドア」において、「ポリプロピレンにタルクおよびゴムを配合した複合材」を使用した場合と比較して、「ポリプロピレンにガラス繊維を配合した複合材」では２７％の軽量化が可能であることが分かった。
【００１８】
【表２】
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【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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