(57)【要約】【課題】  軽量化効果を損なわず、振動・音響特性を向上させた樹脂フタ構造体を提供する。【解決手段】  車両部材に締結される締結部を備えたフランジ部と、前記フランジ部の内周部に接続されるフタ本体部とを有し、少なくとも前記フタ本体部のフランジ部との近傍に補強部を有する樹脂フタ構造体であって、前記フランジ部の内周部に最近似の前記補強部の一端（最近似端）の総長さが、前記フランジ部の内周部の周長の１／３以上であり、前記補強部の表面積が前記フタ本体部の表面積の２／３以下の面積を有し、内表面と外表面の少なくとも片面に、一方向に連続する強化繊維を含有する繊維強化樹脂からなるシートが１層または複数層積層され、前記シートの全層または半分以上の繊維方向が、前記最近似端に対向する前記フランジ部に含まれる任意の隣接する２つの締結部中心をつなぐ直線と±５°以内に直交する方向に設置されている樹脂フタ構造体。【選択図】図１
2019073045.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両部材に締結される締結部を備えたフランジ部と、前記フランジ部の内周部に接続されるフタ本体部とを有し、少なくとも前記フタ本体部のフランジ部との近傍に補強部を有する樹脂フタ構造体であって、
前記フランジ部の内周部に最近似の前記補強部の一端（最近似端）の総長さが、前記フランジ部の内周部の周長の１／３以上であり、
前記補強部の表面積が前記フタ本体部の表面積の２／３以下の面積を有し、
内表面と外表面の少なくとも片面に、一方向に連続する強化繊維を含有する繊維強化樹脂からなるシートが１層または複数層積層され、
前記シートの全層または半分以上の繊維方向が、前記最近似端に対向する前記フランジ部に含まれる任意の隣接する２つの締結部中心をつなぐ直線と±５°以内に直交する方向に設置されていることを特徴とする樹脂フタ構造体。
【請求項２】
前記補強部は、前記フタ本体部の投影面内における任意の中心線に対向してなる領域に配置されている、請求項１に記載の樹脂フタ構造体。
【請求項３】
前記補強部は、前記フタ本体部の長手方向に沿って配置されてなる、請求項１または２に記載の樹脂フタ構造体。
【請求項４】
前記補強部に加え、対向するフランジ部近傍に配置した前記補強部間の中心に沿って配置される追加補強部を有し、前記追加補強部が内表面と外表面の少なくとも片面に、一方向に連続する強化繊維を含有する繊維強化樹脂からなるシートが１層または複数層積層され、前記シートの全層または半分以上の繊維方向が、対向するフランジ部近傍の前記補強部の中心方向の±５°以内に一致して設置される請求項１〜３のいずれかに記載の樹脂フタ構造体。
【請求項５】
前記フタ本体部の前記フランジ部との近傍は、前記フランジ部の内周部と前記最近似端との離間距離が前記フタ本体部の長手方向の長さの５％以内の範囲である請求項１〜４のいずれかに記載の樹脂フタ構造体。
【請求項６】
前記補強部に積層されたシートの少なくとも一部の層の繊維方向が一方向である、請求項１〜５のいずれかに記載の樹脂フタ構造体。
【請求項７】
前記補強部に積層されたシートの少なくとも一部の層の繊維方向が少なくとも二方向以上である、請求項１〜５のいずれかに記載の樹脂フタ構造体。
【請求項８】
前記車両部材と締結部とが、ボルト、溶接、接着剤、溶着の少なくとも１つの手段で締結される、請求項１〜７のいずれかに記載の樹脂フタ構造体。
【請求項９】
前記シートの強化繊維が炭素繊維、ガラス繊維の少なくとも１つである、請求項１〜８のいずれかに記載の樹脂フタ構造体。
【請求項１０】
前記シートの樹脂が熱可塑性樹脂である、請求項１〜９のいずれかに記載の樹脂フタ構造体。
【請求項１１】
前記フランジ部と前記フタ本体部が、炭素繊維強化複合樹脂、ガラス繊維強化樹脂、樹脂単体の少なくとも１つで構成されている、請求項１〜１０のいずれかに記載の樹脂フタ構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に取り付けられる樹脂フタ構造であって、締結部を備えたフランジ部と前記フランジ部の内周部に接続されフタの役割を果たすフタ本体部とを有する樹脂フタ構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
締結部を備えたフランジ部を有するフタ構造体は自動車の様々な部品で使用されており、エンジンシリンダーブロックやトランスミッションなど内部の冷却・潤滑のためのオイルを貯溜するためのオイルパンや、自動車の天井部分にあたるルーフパネルなどが同様のフタ構造を有している。
【０００３】
しかし、これまでの自動車部品のフタ構造体の多くは鉄製であり、鉄は剛性がありかつ重い素材であるため、振動の発生や音の透過が起こりにくく、特別な設計をしなくても振動・音響特性を確保することは可能であった。しかし、近年では、オイルパンに限らず車両用の各種構造体において、車両の軽量化のため、衝撃吸収部材など各種車両用部品の樹脂や繊維強化複合材料への置き換えが検討されている。このような素材からなる構造体の振動・音響特性を向上させるためには、一般的にリブ構造を設けたり、肉厚を上げたりすることで剛性を上げ、振動・音響特性を上げる設計をすることが多い。
【０００４】
また、リブを立てる以外にも、一方向に連続する強化繊維シートを組み合わせることで剛性を向上させる構造は各種知られている。例えば特許文献１には、一方向に連続する強化繊維を含有する熱可塑性樹脂からなるシート材を積層してあらかじめ成形して金型上のフランジ部にセットし、その後、上記金型に上記強化繊維を含まない熱可塑性樹脂を注入して一体成形するオイルパンが開示されている。
【０００５】
また、特許文献３には、パネル構造体である先進グリッド構造体として、外周部に位置するリブを炭素繊維と制振材との積層体とした構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０７−００１５０３号公報
【特許文献２】特開平０７−０２７０１６号公報
【特許文献３】特開２００８−２７３３２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記のような従来技術には以下のような問題点が残されている。特許文献１に記載の構造はフランジ部の強化を目的としたもので、フタ本体部は実質的な補強がなされておらず、振動・音響対策が十分でない。
【０００８】
また、特許文献２に記載の構造では、オイルが貯溜される側である内表面を第１層部として、オイルパン全体を補強しているため、振動・音響性能向上に影響のない箇所まで補強されており、材料コストが高くなる。
【０００９】
また、特許文献３に記載の構造では、外周部に位置するリブを炭素繊維と制振材との積層体として構成しているため、外周部の剛性が弱くなっており、振動・音響対策として剛性をあげる効果が薄い。
【００１０】
上述した従来技術における問題点に鑑み、本発明の目的は、軽量化効果を損なわず、振動・音響特性を向上させた樹脂フタ構造体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明は、車両部材に締結される締結部を備えたフランジ部と、前記フランジ部の内周部に接続されるフタ本体部とを有し、少なくとも前記フタ本体部のフランジ部との近傍に補強部を有する樹脂フタ構造体であって、前記フランジ部の内周部に最近似の前記補強部の一端（最近似端）の総長さが、前記フランジ部の内周部の周長の１／３以上であり、前記補強部の表面積が前記フタ本体部の表面積の２／３以下の面積を有し、内表面と外表面の少なくとも片面に、一方向に連続する強化繊維を含有する繊維強化樹脂からなるシートが１層または複数層積層され、前記シートの全層または半分以上の繊維方向が、前記最近似端に対向する前記フランジ部に含まれる任意の隣接する２つの締結部中心をつなぐ直線と±５°以内に直交する方向に設置されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の前記補強部は、前記フタ本体部の投影面内における任意の中心線に対向してなる領域に配置されているとよい。
【００１３】
また、前記補強部は、前記フタ本体部の長手方向に沿って配置されているとなおよい。
【００１４】
また、本発明の前記補強部に加え、対向するフランジ部近傍に配置した前記補強部間の中心に沿って配置される追加補強部を有し、前記追加補強部が内表面と外表面の少なくとも片面に、一方向に連続する強化繊維を含有する繊維強化樹脂からなるシートが１層または複数層積層され、前記シートの全層または半分以上の繊維方向が、対向するフランジ部近傍の前記補強部の中心方向の±５°以内に一致して設置されているとなおよい。
【００１５】
また、前記フタ本体部の前記フランジ部との近傍は、前記フランジ部の内周部と前記最近似端との離間距離が前記フタ本体部の長手方向の長さの５％以内の範囲とするとよい。
【００１６】
前記補強部に積層されたシートの少なくとも一部の層の繊維方向が一方向であるとよい。
【００１７】
また、前記補強部に積層されたシートの少なくとも一部の層の繊維方向が少なくとも二方向以上であってもよい。
【００１８】
前記車両部材と締結部とが、ボルト、溶接、接着剤、溶着の少なくとも１つの手段で締結されていてもよい。
【００１９】
前記シートの強化繊維が炭素繊維、ガラス繊維の少なくとも１つであるとよい。
【００２０】
前記シートの樹脂が熱可塑性樹脂であるとよい。
【００２１】
前記フランジ部と前記フタ本体部が、炭素繊維強化複合樹脂、ガラス繊維強化樹脂、樹脂単体の少なくとも１つで構成されていてもよい。
【００２２】
また、前記樹脂フタ構造体と前記補強部のシートを型内で一体に成形し、成形時の工数を削減し、効率的に製造してもよい。
【００２３】
また、前記樹脂フタ構造体の型作成後に振動・音響の問題が発生し、対策が必要になった場合は、前記樹脂フタ構造体を成形後、前記補強部のシートを接着して、製造してもよい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれは、フタ本体部の剛性を上げ、振動・音響特性の高い樹脂フタ構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る（ａ）樹脂フタ構造体の平面図および（ｂ）樹脂フタ構造体の上半分の部分拡大図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る（ａ）樹脂フタ構造体の平面図および（ｂ）樹脂フタ構造体の補強部の中心方向と追加補強部の繊維方向を示す平面図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る樹脂フタ構造体の平面図である。
【図４】本発明の第４の実施形態に係る樹脂フタ構造体の平面図である。
【図５】樹脂フタ構造体の１次固有振動モードの斜視図の一例である。
【図６】樹脂フタ構造体のフランジ部周辺の断面図の一例である。
【図７】樹脂フタ構造体のフランジ部周辺の断面図の一例である。
【図８】樹脂フタ構造体のフランジ部周辺の断面図の一例である。
【図９】樹脂フタ構造体のフランジ部周辺の断面図の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２７】
図１は、（ａ）本発明の第１の実施形態に係る樹脂フタ構造体を正面から見た平面図、（ｂ）樹脂フタ構造体の上半分の部分拡大図である。樹脂フタ構造体１００は、フランジ部１０１に締結部１０２が設けられており、フランジ部１０１の内周部に接続されるフタ本体部１０３とからなり、フタ本体部１０３のフランジ部１０１との近傍に補強部１０４が形成されていることが重要である。
【００２８】
本実施形態では、フランジ部１０１の内周部に最近似の補強部１０４の一端を最近似端１１０とし、最近似端１１０の総長さが、フランジ部１０１の内周部の周長の１／３以上であり、かつ補強部１０４の表面積がフタ本体部１０３の表面積の２／３以下の面積を有している。ここで表面積とは、フタ本体部１０３の形状に沿って算出した面積である。
【００２９】
また、補強部１０４の内表面と外表面のどちらか一方の面、あるは両方の面に、熱可塑性樹脂を含浸させた一方向連続繊維強化シートを１層または複数層積層させたものである。また、図１（ｂ）に示すように、補強部１０４の一方向連続繊維強化シートの全層または半分以上の繊維方向が、最近似端１１０に対向するフランジ部１０１の領域に含まれる任意の隣接する２つの締結部１０２の中心をつなぐ直線と±５°以内に直交する方向に設置されていることが重要である。
【００３０】
なお、このような構成は樹脂フタ構造１００と補強部１０４の一方向連続繊維強化シートとを成形型内で一体に成形することで実現することができるし、また、樹脂フタ構造体１００を成形した後で、補強部１０４に方向連続繊維強化シートを接着することでも実現することができる。
【００３１】
上記のような樹脂フタ構造体１００においては、振動の１次固有振動モードは、通常、図５に示す１次固有振動モード５００のような振動モードとなり、フタ本体部１０３の中央が大きく振動し、逆にフランジ部１０１に近い部分は振動が小さくなる振動モードとなる。このような振動モードでは、フタ本体部１０３の中でフランジ部１０１に近い補強部１０４が最もひずみが大きくなるため、ひずみが大きな箇所を補強することで効果的に振動を抑制することができる。さらに、一方向連続繊維強化シートは繊維の方向に剛性が高く、繊維直交方向には剛性が低い特性があり、補強部１０４の一方向連続繊維強化シートの繊維方向を、近傍２つの締結部１０２の中心をつなぐ直線と±５°以内に直交する方向に向けることで、振動モードの変形方向に沿って剛性を高めることができるため、効率的にフタ本体部１０３の剛性を向上でき、振動・音響対策として有効である。
【００３２】
また、樹脂フタ構造体１００が中心線１２０に対して対象の構造を有している場合、補強部１０４が、フタ本体部１０１の投影面内における任意の中心線１２０に対向してなる領域に配置されることで、バランスよくひずみが大きな箇所を補強できるため、１次固有振動モード５００のような振動をより効率的に抑制することができる。
【００３３】
図２は、本発明の第２の実施形態に係る樹脂フタ構造体の平面図である。第１の実施形態と同様に、樹脂フタ構造体２００は、フランジ部２０１に締結部２０２が設置されており、フランジ部２０１の内周部に接続されるフタ本体部２０３とからなり、フタ本体部２０３のフランジ部２０１との近傍領域に補強部２０４が形成されている。加えて、対向するフランジ部２０１近傍の補強部２０４の中心に沿って配置される追加補強部２０５を有している。
【００３４】
本実施形態では、追加補強部２０５の内表面と外表面のどちらか一方の面、あるは両方の面に、熱可塑性樹脂を含浸させた一方向連続繊維強化シートを１層または複数層積層させたものである。また、図２（ｂ）に示すように、追加補強部２０５の一方向連続繊維強化シートの全層または半分以上の繊維方向が、対向するフランジ部近傍の補強部２０４の中心方向の±５°以内に一致して設置されている。フタ構造体補強部２０４に加えて、追加補強部２０５が配置されている点が第１の実施形態と異なる。追加補強部２０５をこのように構成することで、より効果的にフタ本体部２０３の剛性を向上させることが可能となる。
【００３５】
ここで、フタ本体部１０３のフランジ部１０１との近傍、フタ本体部２０３のフランジ部２０１との近傍とは、フランジ部１０１、２０１との離間距離Ｌが、フタ本体部の長手方向の長さの５％以内の範囲に隣接する領域を示す。
【００３６】
ここで繊維方向とは、一方向連続繊維強化シートに含まれる強化繊維がもっとも多く配向している方向を指す。
【００３７】
また、補強部は、フタ本体部の長手方向に沿って配置されることが好ましい。図１や図２に示すようなフタ本体部が矩形の場合には、長辺に沿った方向に補強部を配置すればよいが、図３や図４に例示する矩形以外の場合は、フタ本体部の長手方向に沿って配置するとは、以下詳述するように、フランジ部の延在方向に沿って補強部を配置する態様として取り扱うことが好ましい。
【００３８】
図３は、本発明の第３の実施形態に係る樹脂フタ構造体の平面図である。第１の実施形態と同様に、樹脂フタ構造体３００は、フランジ部３０１に締結部３０２が設置されており、フランジ部３０１の内周部に接続されるフタ本体部３０３とからなり、フタ本体部３０３のフランジ部３０１との近傍領域に補強部３０４、３０５が形成されている。樹脂フタ構造体３００は、第１の実施形態の樹脂フタ構造体１００とは異なり、中心線３２０に対して非対称の構造を有している。第１の実施形態の樹脂フタ構造体１００では中心線１２０に対して対称の構造を有していたため、補強部１０４が任意の中心線１２０に対向してなる領域に配置できていた。しかし、第３の実施形態３００では、補強部３０５は中心線３２０に対向してなる領域に配置できるが、補強部３０４は中心線３２０に対向して配置できないため、補強部の一部を補強部３０４のようにフランジ部３０１の延在方向に沿って配置してもよい。
【００３９】
図４は、本発明の第４の実施形態に係る樹脂フタ構造体の平面図である。第１の実施形態と同様に、樹脂フタ構造体４００は、フランジ部４０１に締結部４０２が設置されており、フランジ部４０１の内周部に接続されるフタ本体部４０３とからなり、フタ本体部４０３のフランジ部４０１との近傍領域に補強部４０４、４０５が形成されている。樹脂フタ構造体４００は、第１の実施形態の樹脂フタ構造体１００とは異なり、全体が円形である。フタ本体部４０３の外縁が円形などの曲線の場合、補強部４０４の最近似端４１４の様に直線としてもよいし、補強部４０５の最近似端４１５の様に曲線としてもよい。
【００４０】
次に、樹脂フタ構造体全体の構成について図６〜図９を用いて説明する。
【００４１】
図６は、樹脂フタ構造体のフランジ部周辺の断面図の一例である。樹脂フタ構造体６００は、フランジ部６０１に締結部６０２が設置されており、フランジ部６０１の内縁のフタ本体部６０３とから構成されている。本構造における、フランジ部６０１は、車両部材６１０との締結時に車両部材６１０が樹脂フタ構造体６００と接触する部分をフランジ部６０１としてもよい。
【００４２】
図７は、樹脂フタ構造体のフランジ部周辺の断面図の一例である。樹脂フタ構造体７００は、フランジ部７０１に締結部７０２が設置されており、フランジ部７０１の内縁のフタ本体部７０３とから構成されている。本構造における、フランジ部７０１は、締結部７０２周辺の厚みが一定の部分をフランジ部７０１としてもよい。
【００４３】
図８は、樹脂フタ構造体のフランジ部周辺の断面図の一例である。樹脂フタ構造体８００は、フランジ部８０１に締結部８０２とパッキン溝部８２０が設置されており、フランジ部８０１の内縁のフタ本体部８０３とから構成されている。本構造における、フランジ部８０１は、締結部８０２周辺の厚みが一定の部分と組立時パッキンが設置されるパッキン溝部８２０を含む一体をフランジ部としてもよい。
【００４４】
図９は、樹脂フタ構造体のフランジ部周辺の断面図の一例である。樹脂フタ構造体９００は、フランジ部９０１に締結部９０２とパッキン溝部９２０が設置されており、フランジ部９０１の内縁のフタ本体部９０３とから構成されている。本構造における、フランジ部９０１は、組立時パッキンが設置されるパッキン溝部９２０を含む一体車両部材９１０との締結時に車両部材９１０が樹脂フタ構造体９００と接触する部分をフランジ部９０１としてもよい。
【００４５】
また、車両部材に締結するための締結部は、締結方法に特に限定されるものではないが、一般的にボルト、溶接、接着材、溶着等がよく用いられており、いずれかの方法単独であっても、いくつかの方法を併用してもよい。
【００４６】
また、一方向連続繊維強化シート各層の繊維配向方向を同一方向に揃えることによって、繊維配向方向が多方向に向く場合に比べて、一方向連続繊維強化シートを積層する際に、一方向のみ積層すればよく、成形が容易になる。
【００４７】
一方向連続繊維強化シートに用いる強化繊維は特に限定されるものではなく、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、金属繊維、ＰＢＯ（ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール）繊維、あるいはこれらを組み合わせたものが挙げられる。中でも、一方向連続繊維強化シートの強化繊維を炭素繊維とすることによって、炭素繊維の高剛性・高強度の特徴を生かすことで、一方向連続繊維強化シートの積層量を少なくすることが出来る。
【００４８】
一方、一方向連続繊維強化シート各層の繊維配向方向を二方向以上としてもよい。フタ本体部の剛性を上げるため、前述した同一方向だけでなく、直交方向、±４５°方向等に配置することにより、ねじり剛性等の向上も同時に実現可能になる。
【００４９】
また、一方向連続繊維強化シートに含まれる熱可塑性樹脂は特に限定されるものではなく、ポリエステル、ポリアミド、ポリオレフィン等の熱可塑性樹脂が使用できる。
【００５０】
フランジ部とフタ本体部とを繊維強化複合材料で構成することで、フランジ部とフタ本体部の薄肉化が可能となり、補強部の一方向連続繊維強化シートの範囲を狭めることが出来る。繊維強化複合材料としては特に限定されるものではなく、一方向連続繊維強化シートと同様の材料を使用することができる。ここで、フタ本体部と一方向連続繊維強化シートとを熱可塑性樹脂同士で一体化する場合は、同種の熱可塑性樹脂を用いることが好ましい。
【００５１】
また、フタ自体に強度や剛性が求められない場合は、フランジ部とフタ本体部とを安価に製造できるガラス繊維強化複合材料で構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、車両用のオイルパンやルーフパネルに限らず、車両のフタ構造全般に好適に用いられる。
【符号の説明】
【００５３】
１００  樹脂フタ構造体
１０１  フランジ部
１０２  締結部
１０３  フタ本体部
１０４  補強部
１１０  最近似端
１２０  中心線
２００  樹脂フタ構造体
２０１  フランジ部
２０２  締結部
２０３  フタ本体部
２０４  補強部
２０５  追加補強部
３００  樹脂フタ構造体
３０１  フランジ部
３０２  締結部
３０３  フタ本体部
３０４  補強部
３０５  補強部
３２０  中心線
４００  樹脂フタ構造体
４０１  フランジ部
４０２  締結部
４０３  フタ本体部
４０４  補強部
４０５  補強部
４１４  補強部４０４の最近似端
４１５  補強部４０５の最近似端
５００  樹脂フタ構造体の１次固有振動モード
６００  樹脂フタ構造体
６０１  フランジ部
６０２  締結部
６０３  フタ本体部
６１０  車両部材
７００  樹脂フタ構造体
７０１  フランジ部
７０２  締結部
７０３  フタ本体部
８００  樹脂フタ構造体
８０１  フランジ部
８０２  締結部
８０３  フタ本体部
８２０  パッキン溝部
９００  樹脂フタ構造体
９０１  フランジ部
９０２  締結部
９０３  フタ本体部
９１０  車両部材
９２０  パッキン溝部
【図１】
2019073045.tif 000003
【図２】
2019073045.tif 000004
【図３】
2019073045.tif 000005
【図４】
2019073045.tif 000006
【図５】
2019073045.tif 000007
【図６】
2019073045.tif 000008
【図７】
2019073045.tif 000009
【図８】
2019073045.tif 000010
【図９】
2019073045.tif 000011