(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車車体の壁体（１６）が、車体外側に位置するＦＲＰ製のアウタースキン（２４）および車体内側に位置するＦＲＰ製のインナースキン（２５）間にコア（２６）を挟んで構成される自動車車体の壁体構造であって、
前記アウタースキン（２４）および前記インナースキン（２５）は、それらの長手方向に対する連続繊維の繊維配向角を一致あるいは異ならせた状態で積層した複数の連続繊維層を樹脂で固めた板材からなり、前記アウタースキン（２４）は、前記複数の連続繊維層のうちの一対の表層の繊維配向角が、前記一対の表層に挟まれた積層方向中央部の内層の繊維配向角よりも大きく、前記インナースキン（２５）は、前記複数の連続繊維層のうちの一対の表層の繊維配向角が、前記一対の表層間に挟まれた内層の繊維配向角よりも小さいことを特徴とする自動車車体の壁体構造。
【請求項２】
前記アウタースキン（２４）は、前記一対の表層の繊維配向角と、前記一対の表層に隣接する一対の内層の繊維配向角とが、前記長手方向に対して対称であることを特徴とする、請求項１に記載の自動車車体の壁体構造。
【請求項３】
前記コア（２６）は、前記長手方向に直交する方向に一定断面を有するＦＲＰ製の波板からなることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の自動車車体の壁体構造。
【請求項４】
自動車車体の壁体（１６）が、車体外側に位置するＦＲＰ製のアウタースキン（２４）および車体内側に位置するＦＲＰ製のインナースキン（２５）間にコア（２６）を挟んで構成される自動車車体の壁体構造であって、
前記アウタースキン（２４）および前記インナースキン（２５）は、それらの長手方向に対する連続繊維の繊維配向角を一致あるいは異ならせた状態で積層した複数の連続繊維層を樹脂で固めた板材からなり、前記アウタースキン（２４）は、前記複数の連続繊維層のうちの一対の表層の繊維配向角が、前記一対の表層に挟まれた積層方向中央部の内層の繊維配向角よりも大きく、前記コア（２６）は、前記長手方向に直交する方向に一定断面を有するＦＲＰ製の波板からなり、前記コア（２６）は、前記長手方向に直交する方向に沿って配向された連続繊維を含むことを特徴とする自動車車体の壁体構造。
【請求項５】
前記壁体（１６）の周縁部の少なくとも一部は、それと交差する方向に延びる他の壁体（１２，１５）に連続することを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載の自動車車体の壁体構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車車体の壁体が、車体外側に位置するＦＲＰ製のアウタースキンおよび車体内側に位置するＦＲＰ製のインナースキン間にコアを挟んで構成される自動車車体の壁体構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＦＲＰ製のフロア部の後部の立壁の車幅方向両端部に車体後方に向けてハ字状に拡開する傾斜壁を形成するとともに、立壁の後方に配置されたリヤサスペンションメンバの車幅方向両端部に前記傾斜壁に対向する傾斜部を形成し、後面衝突の衝突荷重でリヤサスペンションメンバが立壁に向かって前進し、リヤサスペンションメンバの傾斜部が立壁の傾斜壁に面接触して衝突荷重を伝達するとき、ＦＲＰ製の立壁の内部に車幅方向に配向した連続繊維により車幅方向の引張荷重を効率的に受け止めるものが、下記特許文献１により公知である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】日本特開２０１２−２２４２８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記特許文献１に記載されたものは、リヤサスペンションメンバの前面に突起部が形成されているような場合に、車両の後面衝突時に突起部から入力する局所的な荷重によってＦＲＰ製の立壁が突き破られてしまい、そこが起点となって立壁の破壊が一気に進行する可能性がある。
【０００５】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、集中的な衝突荷重を効果的に分散して破壊を回避し得る自動車車体の壁体構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明によれば、自動車車体の壁体が、車体外側に位置するＦＲＰ製のアウタースキンおよび車体内側に位置するＦＲＰ製のインナースキン間にコアを挟んで構成される自動車車体の壁体構造であって、前記アウタースキンおよび前記インナースキンは、それらの長手方向に対する連続繊維の繊維配向角を一致あるいは異ならせた状態で積層した複数の連続繊維層を樹脂で固めた板材からなり、前記アウタースキンは、前記複数の連続繊維層のうちの一対の表層の繊維配向角が、前記一対の表層に挟まれた積層方向中央部の内層の繊維配向角よりも大きく、前記インナースキンは、前記複数の連続繊維層のうちの一対の表層の繊維配向角が、前記一対の表層間に挟まれた内層の繊維配向角よりも小さいことを第１の特徴とする自動車車体の壁体構造が提案される。
【０００７】
また本発明によれば、前記第１の特徴に加えて、前記アウタースキンは、前記一対の表層の繊維配向角と、前記一対の表層に隣接する一対の内層の繊維配向角とが、前記長手方向に対して対称であることを第２の特徴とする自動車車体の壁体構造が提案される。
【０００８】
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、前記コアは、前記長手方向に直交する方向に一定断面を有するＦＲＰ製の波板からなることを第３の特徴とする自動車車体の壁体構造が提案される。
【０００９】
また本発明によれば、自動車車体の壁体が、車体外側に位置するＦＲＰ製のアウタースキンおよび車体内側に位置するＦＲＰ製のインナースキン間にコアを挟んで構成される自動車車体の壁体構造であって、前記アウタースキンおよび前記インナースキンは、それらの長手方向に対する連続繊維の繊維配向角を一致あるいは異ならせた状態で積層した複数の連続繊維層を樹脂で固めた板材からなり、前記アウタースキンは、前記複数の連続繊維層のうちの一対の表層の繊維配向角が、前記一対の表層に挟まれた積層方向中央部の内層の繊維配向角よりも大きく、前記コアは、前記長手方向に直交する方向に一定断面を有するＦＲＰ製の波板からなり、前記コアは、前記長手方向に直交する方向に沿って配向された連続繊維を含むことを第４の特徴とする自動車車体の壁体構造が提案される。
【００１０】
また本発明によれば、前記第１〜第４の何れか１つの特徴に加えて、前記壁体の周縁部の少なくとも一部は、それと交差する方向に延びる他の壁体に連続することを第５の特徴とする自動車車体の壁体構造が提案される。
【００１１】
尚、実施の形態のフロントフロアパネル部１２およびフロントピラーロア１５は本発明の他の壁体に対応し、実施の形態のダッシュパネル１６は本発明の壁体に対応する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の第１の特徴によれば、自動車車体の壁体は、車体外側に位置するＦＲＰ製のアウタースキンおよび車体内側に位置するＦＲＰ製のインナースキン間にコアを挟んで構成され、アウタースキンおよびインナースキンは、それらの長手方向に対する連続繊維の繊維配向角を一致あるいは異ならせた状態で積層した複数の連続繊維層を樹脂で固めた板材からなる。アウタースキンは、複数の連続繊維層のうちの一対の表層の繊維配向角が、一対の表層に挟まれた積層方向中央部の内層の繊維配向角よりも大きいので、比較的に強度は低いが延性が高くなる。その結果、アウタースキンに局所的な衝突荷重が入力したときに、アウタースキンがコア側に容易に変形して衝突荷重をインナースキンに分散して伝達し、前記局所的な衝突荷重をアウタースキンおよびインナースキンの協働で効率的に吸収して壁体の破壊を抑制することができる。
【００１３】
またインナースキンは、複数の連続繊維層のうちの一対の表層の繊維配向角が、一対の表層間に挟まれた内層の繊維配向角よりも小さいので、長手方向の引張力に対して大きな強度を持つことができ、コアから伝達される衝突荷重を効率良く分散して破壊を防止することができる。
【００１４】
また本発明の第２の特徴によれば、アウタースキンは、一対の表層の繊維配向角と、一対の表層に隣接する一対の内層の繊維配向角とが、長手方向に対して対称であるので、表層とそれに隣接する内層の繊維配向角が共に大きくなることで、衝突荷重の入力時に表層および内層の樹脂にマイクロクラックが発生し易くなり、アウタースキンの延性が確保される。
【００１５】
また本発明の第３の特徴によれば、コアは、長手方向に直交する方向に一定断面を有するＦＲＰ製の波板からなるので、アウタースキンに入力した衝突荷重をコアを介してインナースキンに効率良く分散して吸収することができる。
【００１６】
また本発明の第４の特徴によれば、コアは、長手方向に直交する方向に沿って配向された連続繊維を含むので、アウタースキンの長手方向の延性がコアにより阻害されるのを防止することができる。
【００１７】
また本発明の第５の特徴によれば、壁体の周縁部の少なくとも一部は、それと交差する方向に延びる他の壁体に連続するので、壁体に入力した衝突荷重を他の壁体に分散して吸収することで、壁体だけで衝突エネルギーを吸収する必要をなくして軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１はＣＦＲＰ製の自動車キャビンの斜視図である。（第１の実施の形態）
【図２】図２はアウタースキンおよびインナースキンの断面構造の説明図である。（第１の実施の形態）
【図３】図３はアウタースキンおよびインナースキンの破壊プロセスの説明図である。（第１の実施の形態）
【図４】図４はアウタースキンおよびインナースキンの変形量と曲げ強度との関係を示すグラフである。（第１の実施の形態）
【図５】図５はダッシュパネルに衝突荷重が入力したときの作用説明図である。（第１の実施の形態）
【図６】図６は図５に対応する比較例を示す図である。（第１の実施の形態）
【符号の説明】
【００１９】
１２        フロントフロアパネル部（他の壁体）
１５        フロントピラーロア（他の壁体）
１６        ダッシュパネル（壁体）
２４        アウタースキン
２５        インナースキン
２６        コア
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図１〜図６に基づいて本発明の実施の形態を説明する。本明細書において、前後方向、左右方向（車幅方向）および上下方向とは、運転席に着座した乗員を基準として定義される。
【第１の実施の形態】
【００２１】
図１に示すように、ＣＦＲＰ（カーボン繊維強化樹脂）で一体に成形されたバスタブ状のキャビン１１は、フロントフロアパネル部１２と、リヤフロアパネル部１３と、フロントフロアパネル部１２およびリヤフロアパネル部１３の左右両側部に沿って前後方向に延びる左右一対のサイドシル１４，１４と、左右のサイドシル１４，１４の前端から起立する左右一対のフロントピラーロア１５，１５と、フロントフロアパネル部１２の前端および左右のフロントピラーロア１５，１５の前端を接続するダッシュパネル１６と、リヤフロアパネル部１３の後端および左右のサイドシル１４，１４の後端を接続するリヤクロスメンバ１７とを備える。
【００２２】
ダッシュパネル１６の前面には左右一対のアルミニウム製のダンパーハウジング１８，１８が固定されており、ダンパーハウジング１８，１８には前方に延びる左右一対のフロントサイドフレーム１９，１９が一体に形成される。フロントサイドフレーム１９，１９の前端から左右一対のＣＦＲＰ製のバンパービームイクステンション２０，２０が前方に延びており、左右のバンパービームイクステンション２０，２０の前端がＣＦＲＰ製のバンパービーム２１の車幅方向両端に接続される。また左右のバンパービームイクステンション２０，２０の前端から左右一対のＣＦＲＰ製のロアメンバ２２，２２が後上方に延びており、左右のロアメンバ２２，２２の後端から後上方に延びる左右一対のＣＦＲＰ製のアッパーメンバ２３，２３が、ダンパーハウジング１８，１８の車幅方向外面およびダッシュパネル１６の前面に接続される。
【００２３】
図２（Ａ）はダッシュパネル１６を上下方向に切断した断面を模式的に示すもので、ＣＦＲＰ製のダッシュパネル１６は、前側（エンジンルーム側）に位置するアウタースキン２４と、後側（車室側）に位置するインナースキン２５と、アウタースキン２４およびインナースキン２５間に挟まれた波板状のコア２６とを備える。ＣＦＲＰ製のアウタースキン２４およびインナースキン２５は、カーボンの連続繊維を一方向に引き揃えた連続繊維層を複数層に積層して樹脂で固めたものである。図２（Ｂ）はアウタースキン２４あるいはインナースキン２５をモデル化した板材に荷重が入力した状態を模式的に示すもので、荷重の入力によって板材は湾曲する。アウタースキン２４およびインナースキン２５の長手方向とは、そこに荷重が入力したときに湾曲する方向と定義される。自動車の前面衝突によりエンジンルーム内で後退したエンジンやトランスミッションがダッシュパネル１６を後方に押圧すると、ダッシュパネル１６は車室側に向けて後方に湾曲するが、そのときの湾曲方向（長手方向）は図１に矢印Ａで示される。
【００２４】
図２（Ｃ）には、アウタースキン２４を構成する６層の連続繊維層の連続繊維の長手方向に対する繊維配向角が示される。即ち、アウタースキン２４の６層の連続繊維層のうち、二つの表層は繊維配向角が６０°であり、その内側の二つの内層は繊維配向角が−６０°であり、その内側の二つの内層は繊維配向角が０°である。つまり表層の繊維配向角は長手方向に対して６０°の角度で傾斜しているのに対し、最内層の繊維配向角は長手方向に対して平行である。
【００２５】
図２（Ｄ）には、インナースキン２５を構成する８層の連続繊維層の連続繊維の長手方向に対する繊維配向角が示される。即ち、インナースキン２５の８層の連続繊維層のうち、二つの表層は繊維配向角が０°であり、その内側の二つの内層は繊維配向角が４５°であり、その内側の二つの内層は繊維配向角が９０°であり、その内側の二つの内層は繊維配向角が−４５°である。つまり表層の連続配向角は長手方向に対して平行であるのに対し、全ての内層の繊維配向角は長手方向に対して傾斜している。
【００２６】
アウタースキン２４あるいはインナースキン２５が曲げ変形するとき、内層の変形量に比べて表層の変形量が大きくなるため、表層の繊維配向角がアウタースキン２４あるいはインナースキン２５の強度に大きな影響を及ぼすことになる。
【００２７】
図３（Ａ）はアウタースキン２４に対応するもので、表層の繊維配向角が０°以外であり、積層方向中央の内層の繊維配向角が０°（長手方向と平行）であるため、表層が大きく圧縮変形あるいは引張変形したとき、繊維配向角が０°以外の連続繊維が周囲の樹脂に対して滑ることで樹脂に細かい亀裂（マイクロクラック）が発生する。その結果、表層が比較的に容易に変形することで急激な破断が回避される。よって、図４に示すように、アウタースキン２４全体として強度は低くなるが延性が高くなり、荷重に対して比較的に柔軟な特性を持つことになる。
【００２８】
一方、図３（Ｂ）はインナースキン２５に対応するもので、表層の繊維配向角が０°（長手方向と平行）であり、内層の繊維配向角が０°以外であるため、表層が大きく圧縮変形あるいは引張変形したとき、表層の繊維配向角が０°の連続繊維が強く抵抗することで強度が高められる。しかしながら、表層の連続繊維の応力が局所的に高まって一気に破断すると、それが内層の連続繊維の破断を誘発してしまう可能性がある。よって、図４に示すように、インナースキン２５全体として強度は高くなるが延性が低くなり、荷重に対して比較的に脆い特性を持つことになる。
【００２９】
従って、図５に示すように、自動車の前面衝突によりエンジンルーム内に配置したエンジン２７が後退し、その後面に突出する固い突起物２７ａがダッシュパネル１６の前面に衝突した場合を考えると、ダッシュパネル１６は後方に凸に湾曲することで、前側のアウタースキン２４には全体として圧縮荷重が作用し、後側のインナースキン２５には全体として引張荷重が作用する。このとき、突起物２７ａが最初に衝突するアウタースキン２４は、その一対の表層の繊維配向角が長手方向に対して傾斜しているため、図３（Ａ）で説明したように延性が高くなって破断し難くなり、突起物２７ａに押されて後方に変形する。その結果、アウタースキン２４が後方に変形する荷重はコア２６を介してインナースキン２５に伝達される。
【００３０】
ダッシュパネル１６の湾曲により引張荷重が作用しているインナースキン２５は、一対の表層の繊維配向角が長手方向に対して平行であるため、図３（Ｂ）で説明したようにインナースキン２５はアウタースキン２４に比べて延性が低くなって一気に破断する可能性があるが、インナースキン２５に入力した局所的な荷重は、アウタースキン２４およびコア２６によって広範囲に分散された状態でインナースキン２５に入力し、かつインナースキン２５の破断強度自体がアウタースキン２４に比べて高いため、インナースキン２５は破断することなく持ち堪えてダッシュパネル１６の破壊が回避される。
【００３１】
図６は比較例を示すもので、比較例のダッシュパネル１６はアウタースキン２４およびインナースキン２５の特性が実施の形態と逆になっており、アウタースキン２４は延性が低く強度が高いもので構成され、インナースキン２５は延性が高く強度が低いもので構成される。
【００３２】
従って、自動車の前面衝突により固い突起物２７ａがダッシュパネル１６の前面に衝突した場合、突起物２７ａが最初に衝突するアウタースキン２４は延性が低いため、突起物２７ａから入力する局所的な荷重に耐えきれずに破断してしまい、アウタースキン２４の局所的な破断がコア２６およびインナースキン２５に一気に伝搬してダッシュパネル１６の破壊に至ることになる。
【００３３】
以上のように、本実施の形態によれば、ダッシュパネル１６のアウタースキン２４に局所的な衝突荷重が入力したときに、延性が高いアウタースキン２４がコア２６側に容易に変形することで衝突荷重を強度が高いインナースキン２５に分散して伝達し、前記局所的な衝突荷重をアウタースキン２４およびインナースキン２５の協働で効率的に吸収してダッシュパネル１６の破壊を抑制することができる。しかもアウタースキン２４は、表層の繊維配向角（６０゜）と、その表層に隣接する内層の繊維配向角（−６０゜）とが長手方向に対して対称であるので、それら表層および内層の繊維配向角が共に大きくなって樹脂にマイクロクラックが発生し易くなり、アウタースキン２４の延性が更に高められる。
【００３４】
またコア２６は長手方向（図１の矢印Ａ方向）に直交する車幅方向に一定断面を有するＣＦＲＰ製の波板からなるので、アウタースキン２４に入力した衝突荷重を強度の高いコア２６を介してインナースキン２５に効率良く分散することができる。その際に、コア２６は車幅方向に沿って配向された連続繊維を含むので、アウタースキン２４の長手方向の延性がコア２６の連続繊維により阻害されるのを防止することができる。
【００３５】
しかもダッシュパネル１６は、それと交差する方向に延びるフロントフロアパネル部１２やフロントピラーロア１５，１５に連続するので、ダッシュパネル１６に入力した衝突荷重をフロントフロアパネル部１２やフロントピラーロア１５，１５に分散して吸収することで、ダッシュパネル１６だけで衝突エネルギーを吸収する必要をなくして軽量化を図ることができる。
【００３６】
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。
【００３７】
例えば、本発明の壁体は実施の形態のダッシュパネル１６に限定されるものではなく、また本発明の他の壁体は実施の形態のフロントフロアパネル部１２およびフロントピラーロア１５に限定されるものではない。
【００３８】
またアウタースキン２４およびインナースキン２５の連続繊維層の積層数や、その繊維配向角は実施の形態に限定されるものではない。
【００３９】
またアウタースキン２４の一対の表層の繊維配向角は、全ての内層の繊維配向角よりも大きい必要はなく、少なくとも積層方向中央に位置する内層の繊維配向角よりも大きければ良い。
【００４０】
また実施の形態ではインナースキン２５の一対の表層の繊維配向角が０°になっているが、その繊維配向角は必ずしも０°である必要はなく、一対の表層の繊維配向角が内層の繊維配向角よりも小さければ良い。
【００４１】
また本発明のＦＲＰは実施の形態のＣＦＲＰ製に限定されるものではなく、ガラス繊維強化樹脂のような他種のＦＲＰであっても良い。
【図１】
0006032630.tif 000002
【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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