(57)【要約】【課題】  軽量で強度の高いフロントエンド部材で車体剛性を高める。【解決手段】  カーボン繊維で補強した合成樹脂で構成されたフロントエンド部材１６を、車体中央部で車体左右方向に配置されて左右のフロントサイドフレーム１２の前端に接続される第１部分１７と、この第１部分１７の左右両端から左右外側後方に延びて左右のアッパーメンバ１４の中間部に接続される左右一対の第２部分１８とを備えて平面視でアーチ状に構成するとともに、前記カーボン繊維の主要な配列方向を前記アーチに沿う方向とする。このフロントエンド部材１６はガラス繊維を用いた従来のものに比べて軽量で高強度であるだけでなく、左右のフロントサイドフレーム１２および左右のアッパーメンバ１４を強固に接続して車体剛性を高め、旋回時等における車体の捩じれを防止して走行安定性を高めることができる。【選択図】        図１
2008006873.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボン繊維（２２）で補強した合成樹脂で構成されたフロントエンド部材（１６）で、左右のフロントサイドフレーム（１２）間と、フロントサイドフレーム（１２）の上方に配置された左右のアッパーメンバ（１４）間とを接続する車両の前部車体構造であって、
前記フロントエンド部材（１６）は、車体中央部で車体左右方向に配置されて前記左右のフロントサイドフレーム（１２）の前端に接続される第１部分（１７）と、第１部分（１７）の左右両端から左右外側後方に延びて前記左右のアッパーメンバ（１４）の中間部に接続される左右一対の第２部分（１８）とを備えて平面視でアーチ状に構成されており、前記カーボン繊維（２２）の主要な配列方向を前記アーチに沿う方向としたことを特徴とする車両の前部車体構造。
【請求項２】
前記第１部分（１７）は、概ね水平な上壁（１７ａ）と、上壁（１７ａ）の前縁から概ね下向きに延びる前壁（１７ｂ）と、前記上壁（１７ａ）および前壁（１７ｂ）の左右の側縁に連なって概ね車体前後方向に延びる左右一対の側壁（１７ｃ）とを有するボックス構造であることを特徴とする、請求項１に記載の車両の前部車体構造。
【請求項３】
前記第２部分（１８）は、概ね水平な上壁（１８ａ）および下壁（１８ｂ）と、上壁（１８ａ）および下壁（１８ｂ）の前縁間を概ね上下方向に接続する前壁（１８ｃ）とを有し、前記上壁（１８ａ）は前記下壁（１８ｂ）よりも車体前後方向の幅が広く、かつ前記上壁（１８ａ）は前記アッパーメンバ（１４）との接続部から前記第１部分（１７）との接続部に向かって車体前後方向の幅が増加することを特徴とする、請求項１に記載の車両の前部車体構造。
【請求項４】
前記フロントエンド部材（１６）の表層のカーボン繊維（２２）は、該フロントエンド部材（１６）を成形する金型（２４）の型閉め方向に沿って配置されることを特徴とする、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の車両の前部車体構造。
【請求項５】
前記第１部分（１７）の前壁（１７ｂ）の下縁に沿う前記カーボン繊維（２２）の主要な配列方向は、前記フロントサイドフレーム（１２）の前端を指向することを特徴とする、請求項２に記載の車両の前部車体構造。
【請求項６】
前記第１部分（１７）の左右両端に、カーボン繊維（２２）で補強した合成樹脂でＵ字状に形成されたラジエータサポート部（１９）の左右両端を接続し、前記カーボン繊維（２２）の主要な配列方向を該ラジエータサポート部（１９）の長手方向としたことを特徴とする、請求項１に記載の車両の前部車体構造。
【請求項７】
前記フロントエンド部材（１６）は、カーボン繊維（２２）を平行に配列したシート（２３）を多層に積層したものを金型（２４）で成形して構成され、カーボン繊維（２２）の配列方向を揃えて積層された少なくとも２層のシート（２３）に、カーボン繊維（２２）の配列方向が異なる中間層のシート（２３）が積層されることを特徴とする、請求項１〜請求項６の何れか１項に記載の車両の前部車体構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カーボン繊維で補強した合成樹脂で構成されたフロントエンド部材で、左右のフロントサイドフレーム間と、フロントサイドフレームの上方に配置された左右のアッパーメンバ間とを接続する車両の前部車体構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の車体の前端に配置されてラジエータやヘッドライトを支持するフロントエンド部材を、ガラス繊維で補強した熱可塑性樹脂で構成することで、振動疲労特性および耐衝撃性の向上とコストダウンとを図るものが、下記特許文献１により公知である。
【特許文献１】特開平１１−１５２０６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで上記従来のフロントエンド部材は、合成樹脂の補強にガラス繊維を用いているので、重量が大きいだけでなく機械的な強度も充分ではなかった。また上記従来のフロントエンド部材は、ラジエータやヘッドライトのような部品を支持することを主眼に形状が決定されており、車体のフロントサイドフレーム等のフレーム部材との協働により車体剛性を高めるための形状の工夫がなされていなかった。
【０００４】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、軽量で強度の高いフロントエンド部材で車体剛性を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、カーボン繊維で補強した合成樹脂で構成されたフロントエンド部材で、左右のフロントサイドフレーム間と、フロントサイドフレームの上方に配置された左右のアッパーメンバの間とを接続する車両の前部車体構造であって、前記フロントエンド部材は、車体中央部で車体左右方向に配置されて前記左右のフロントサイドフレームの前端に接続される第１部分と、第１部分の左右両端から左右外側後方に延びて前記左右のアッパーメンバの中間部に接続される左右一対の第２部分とを備えて平面視でアーチ状に構成されており、前記カーボン繊維の主要な配列方向を前記アーチに沿う方向としたことを特徴とする車両の前部車体構造が提案される。
【０００６】
また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記第１部分は、概ね水平な上壁と、上壁の前縁から概ね下向きに延びる前壁と、前記上壁および前壁の左右の側縁に連なって概ね車体前後方向に延びる左右一対の側壁とを有するボックス構造であることを特徴とする車両の前部車体構造が提案される。
【０００７】
また請求項３に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記第２部分は、概ね水平な上壁および下壁と、上壁および下壁の前縁間を概ね上下方向に接続する前壁とを有し、前記上壁は前記下壁よりも車体前後方向の幅が広く、かつ前記上壁は前記アッパーメンバとの接続部から前記第１部分との接続部に向かって車体前後方向の幅が増加することを特徴とする車両の前部車体構造が提案される。
【０００８】
また請求項４に記載された発明によれば、請求項１〜請求項３の何れか１項の構成に加えて、前記フロントエンド部材の表層のカーボン繊維は、該フロントエンド部材を成形する金型の型閉め方向に沿って配置されることを特徴とする車両の前部車体構造が提案される。
【０００９】
また請求項５に記載された発明によれば、請求項２の構成に加えて、前記第１部分の前壁の下縁に沿う前記カーボン繊維の主要な配列方向は、前記フロントサイドフレーム前端を指向することを特徴とする車両の前部車体構造が提案される。
【００１０】
また請求項６に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記第１部分の左右両端に、カーボン繊維で補強した合成樹脂でＵ字状に形成されたラジエータサポート部の左右両端を接続し、前記カーボン繊維の主要な配列方向を該ラジエータサポート部の長手方向としたことを特徴とする車両の前部車体構造が提案される。
【００１１】
また請求項７に記載された発明によれば、請求項１〜請求項６の何れか１項の構成に加えて、前記フロントエンド部材は、カーボン繊維を平行に配列したシートを多層に積層したものを金型で成形して構成され、カーボン繊維の配列方向を揃えて積層された少なくとも２層のシートに、カーボン繊維の配列方向が異なる中間層のシートが積層されることを特徴とする車両の前部車体構造が提案される。
【００１２】
尚、実施の形態のカーボン糸２２は本発明のカーボン繊維に対応する。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の構成によれば、カーボン繊維で補強した合成樹脂で構成されたフロントエンド部材を、車体中央部で車体左右方向に配置されて左右のフロントサイドフレームの前端に接続される第１部分と、この第１部分の左右両端から左右外側後方に延びて左右のアッパーメンバの中間部に接続される左右一対の第２部分とを備えて平面視でアーチ状に構成するとともに、前記カーボン繊維の主要な配列方向を前記アーチに沿う方向としたので、従来のガラス繊維を用いたフロントエンド部材に比べて軽量で高強度であるだけでなく、フロントエンド部材で左右のフロントサイドフレームおよび左右のアッパーメンバを強固に接続して車体剛性を高め、旋回時等における車体の捩じれを防止して走行安定性を高めたり、車両の衝突時の荷重をフロントエンド部材からフロントサイドフレームおよびアッパーメンバに効果的に伝達して衝撃吸収効果を高めたりすることができる。
【００１４】
また請求項２の構成によれば、フロントエンド部材の第１部分が上壁、前壁および左右一対の側壁とを有するボックス構造であるため、特に車体の捩じり剛性を効果的に高めることができる。
【００１５】
また請求項３の構成によれば、フロントエンド部材の第２部分が上壁、下壁および前壁で構成され、上壁は下壁よりも車体前後方向の幅が広く、かつ上壁はアッパーメンバとの接続部から第１部分との接続部に向かって車体前後方向の幅が増加するので、第２部分により車体剛性を効果的に高めることができる。
【００１６】
また請求項４の構成によれば、フロントエンド部材の表層のカーボン繊維を該フロントエンド部材を成形する金型の型閉め方向に沿って配置したので、金型の型閉め時に表層のカーボン繊維が引っ掛かって成形不良が発生するのを防止することができる。
【００１７】
また請求項５の構成によれば、フロントエンド部材の第１部分の前壁の下縁に沿うカーボン繊維の主要な配列方向がフロントサイドフレーム前端を指向するので、フロントエンド部材を介してアッパーメンバおよびフロントサイドフレームを強固に一体化して車体剛性を高めることができる。
【００１８】
また請求項６の構成によれば、Ｕ字状に形成されてフロントエンド部材の第１部分の左右両端に接続されるラジエータサポート部は、その長手方向がカーボン繊維の主要な配列方向とされるので、該ラジエータサポート部の剛性を高めることができる。
【００１９】
また請求項７の構成によれば、カーボン繊維を平行に配列したシートを多層に積層したものを金型で成形してフロントエンド部材を構成する際に、カーボン繊維の配列方向を揃えて積層された少なくとも２層のシートに、カーボン繊維の配列方向が異なる中間層のシートを積層するので、成形を終えたフロントエンド部材を金型から取り出したときにバックリングによる変形が発生するのを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて説明する。
【００２１】
図１〜図７は本発明の実施の形態を示すもので、図１は自動車の車体前部の骨格の斜視図、図２は図１の２方向矢視図、図３は図２の３方向矢視図、図４はフロントエンド部材のカーボン糸の配列方向を示す模式図、図５はフロントエンド部材の素材となるシートの斜視図、図６はフロントエンド部材の素材となるシートの積層状態を示す模式図、図７はフロントエンド部材の表層のカーボン糸の配列方向を示す模式図である。
【００２２】
図１は自動車の前部のフレーム構造を示すもので、エンジンルーム１１の左右両側に左右のフロントサイドフレーム１２，１２が車体前後方向に配置されており、左右のフロントピラー１３，１３の前端から左右のアッパーメンバ１４，１４が車体前方に延出する。フロントサイドフレーム１２，１２の左右方向外側に配置されたアッパーメンバ１４，１４は、フロントサイドフレーム１２，１２よりも高い位置から前下りに傾斜し、その前端がフロントサイドフレーム１２，１２の前端に連結部材１５，１５により連結される。
【００２３】
エンジンルーム１１の前方には、カーボン繊維で補強した合成樹脂で一体に成形したフロントエンド部材１６が配置される。フロントエンド部材１６は、左右方向に延びて前記フロントサイドフレーム１２，１２の前端に固定される第１部分１７と、第１部分１７の左右両端から左右外側後方に斜めに延びて前記アッパーメンバ１４，１４の中間部上面に固定される左右の第２部分１８，１８と、第１部分１７の左右両端から下方にＵ字状に垂下してラジエータ２０（図２参照）を支持するラジエータサポート部１９とで構成される。
【００２４】
図１〜図３から明らかなように、フロントエンド部材１６の第１部分１７は、概ね水平に延びる上壁１７ａと、上壁１７ａの前縁から概ね下方に延びる前壁１７ｂと、上壁１７ａおよび前壁１７ｂの左右の端縁に接続されて概ね前後方向に延びる左右の側壁１７ｃ，１７ｃとで、捩じり荷重に対する剛性が高いボックス構造に構成される。またフロントエンド部材１６の第１部分１７の中央には、ボンネットフードのフードロック（図示せず）を支持するフードロック支持部１７ｄが設けられる。
【００２５】
フロントエンド部材１６の各第２部分１８は、概ね水平かつ平行に延びる上壁１８ａおよび下壁１８ｂと、上壁１８ａおよび下壁１８ｂの前縁間を接続するように概ね上下方向に延びる前壁１８ｃとで構成されており、上壁１８ａの前後幅は下壁１８ｂの前後幅よりも広く、従って第２部分１８は横断面はＪ字状に形成される。
【００２６】
第１部分１７の上壁１７ａは左右方向中央部の前後幅が最も細く、そこから左右方向外側に向かって後方に幅が広がっている。また左右の第２部分１８，１８の上壁１８ａ，１８ａは第１部分１７の側壁１７ｃ，１７ｃに連なる部分の前後幅が最も広く、そこから左右のアッパーメンバ１４，１４に連なる部分に向かって前後幅が次第に減少する。第１部分１７の上壁１７ａおよび第２部分１８，１８の上壁１８ａ，１８ａは同一面上で連なっており、その形状は平面視で中央部が前方に突出するアーチ状をなしている。
【００２７】
第１部分１７の前壁１７ｂの下縁は逆Ｕ字状に湾曲しており、従って前壁１７ｂの上下幅は中央部で最も狭く、側壁１７ｃ，１７ｃに連なる左右両端部で最も広くなっている。また第１部分１７の側壁１７ｃ，１７ｃの形状は、上壁１７ａの後縁および前壁１７ｂの下縁を結ぶ辺が斜辺をなす概ね直角三角形となる。そして第１部分１７は、前壁１７ａの左右下端と、側壁１７ｃ，１７ｃの前下端と、ラジエータサポート部１９の左右両端とが交差する部分で、左右のフロントサイドフレーム１２，１２の前端に固定される。
【００２８】
フロントエンド部材１６に用いられるカーボン繊維は長さが２０ｍｍ〜５００ｍｍの長繊維であり、予め糸状に編まれたカーボン糸の状態で使用される。図４はフロントエンド部材１６の各部のカーボン糸（カーボン繊維）の主要な配列方向を模式的に示すもので、何れの部分もその長手方向にカーボン糸が沿うように配置される。特に重要なのは、第１部分１７の上壁１７ａと、第１部分１７の前壁１７ｂの上部と、左右の第２部分１８，１８とにおけるカーボン糸の配列方向が、それらの長手方向に沿っていることである（符号Ａ参照）。また第１部分１７の前壁１７ａの下縁に沿うように、つまり左右のフロントサイドフレーム１２，１２の前端との接続部を指向するようにカーボン糸が配列される（符号Ｂ参照）。更に、Ｕ字状のラジエータサポート部１９は、その長手方向にカーボン糸が沿うように配置される（符号Ｃ参照）。
【００２９】
図５および図６はフロントエンド部材１６の製造方法を示すものである。
【００３０】
先ず、図５に示すように合成樹脂フィルム２１に多数のカーボン糸２２を平行に縫い付けてたシート２３を準備し、このシート２３を所定形状に切断したものを、図６に示すように所定枚数積層する。このとき、カーボン糸２２の方向が主要な配列方向に沿うメインシート２３（１）が最も多い枚数積層され、その所定枚数（実施の形態では３枚）毎に、カーボン糸２２の方向が前記主要な配列方向と交差する第１、第２中間シート２３（２），２３（３）が挟まれるように積層される。第１、第２中間シート２３（２），２３（３）のカーボン糸２２は、メインシート２３（１）のカーボン糸２２に対し、それぞれ右４５°方向および左４５°方向に交差している。またフロントエンド部材１６の表面に位置する表層シート２３（４）は、そのカーボン糸２２の方向が金型の型閉め方向に沿うように配置される。
【００３１】
即ち、積層されたシート２３を金型のキャビティ内に挿入した状態で合成樹脂を射出成形してフロントエンド部材１６を製造するが、金型を型閉めする際に、キャビティ面と擦れる部分のカーボン糸２２を前記型閉め方向と平行に配置する。
【００３２】
これを図７に基づいて具体的に説明する。図７はフロントエンド部材１６の第１部分１７を成形する金型の一部を模式的に示すもので、金型２４の下型２５および上型２６のうち、矢印Ｐで示す型閉め方向と平行な第１部分１７の前壁１７ｂは、型閉め時に下型２５のキャビティ面２５ａおよび上型２６のキャビティ面２６ａに擦れることになる。このとき、カーボン糸２２の配列方向が型閉め方向に対して平行でないと、カーボン糸２２がキャビティ面２５ａ，２６ａに引っ掛かってシート２３の積層が崩れてしまう可能性がある。
【００３３】
しかしながら本実施の形態によれば、表層シート２３（４）を、そのカーボン糸２２の方向が金型２４の型閉め方向に沿うように配置することで、型閉め時にカーボン糸２２がキャビティ面２５ａ，２６ａに引っ掛かかるのを防止してカーボン糸２２の乱れを防止することができる。図７における実線の矢印は表層のカーボン糸２２の配列方向であり、破線の矢印は主要なカーボン糸２２の配列方向である。
【００３４】
また前記第１、第２中間シート２３（２），２３（３）をメインシート２３（１）間に介在させないと、成形したフロントエンド部材１６を金型２４から取り出したときにバックリングによる変形が発生する可能性があるが、第１、第２中間シート２３（２），２３（３）を介在させることで前記バックリングを防止してフロントエンド部材１６の成形精度を高めることができる。
【００３５】
このようにして成形されたフロントエンド部材１６は、その補強にカーボン繊維を用いたことで、ガラス繊維を用いたものに比べて軽量でありながら強度が高くなる。しかも、前記カーボン繊維は２０ｍｍ〜５００ｍｍの長繊維であるため、一層の強度向上が可能になる。
【００３６】
しかして、左右のアッパーメンバ１４，１４の中間部には左右のサスペンション装置のダンパーから上下方向の荷重が入力し、この荷重は左右がアンバランスであるために車体を捩じり変形させて走行性能を低下させる問題があるが、本実施の形態によればフロントエンド部材１６が左右のアッパーメンバ１４，１４間および左右のフロントサイドフレーム１２，１２間を強固に接続しているため、車体剛性を増加させて車体の捩じり変形を防止することで走行性能を高めることができる。
【００３７】
このとき、フロントエンド部材１６の第１部分１７がボックス構造を有していることと、前後方向の幅が広い第２部分１８の上壁１８ａが筋交いとして機能することとで、車体剛性を一層効果的に増加させることができる。
【００３８】
また車両が正面衝突してフロントエンド部材１６の第１部分１７の前壁１７ｂに車体後方に向かう衝突荷重が作用したときに、その荷重を第１部分１７の前壁１７ｂから左右のフロントサイドフレーム１２，１２の前端に直接伝達するとともに、第１部分１７および第２部分１８を介して左右のアッパーメンバ１４，１４の中間部に伝達し、フロントサイドフレーム１２，１２およびアッパーメンバ１４，１４を衝突荷重で効果的に圧壊して衝撃吸収性能を高めることができる。
【００３９】
このとき、フロントエンド部材１６の第１部分１７の前壁１７ｂの下縁に沿うカーボン糸２２の主要な配列方向はフロントサイドフレーム１２，１２を指向しており、かつフロントエンド部材１６は平面視で前方に向かって突出するアーチ状に形成され、そのアーチに方向にカーボン糸２２の主要な配列方向が沿っているので、衝突荷重をフロントサイドフレーム１２，１２およびアッパーメンバ１４，１４に一層効果的に伝達することができる。
【００４０】
また正面衝突時にボンネットフードが上方に折れ曲がるように変形すると、フードロック支持部１７ｄが設けられた第１部分１７の中央に大きな上向きの荷重が作用するが、前記アーチに沿うカーボン糸２２の配列によりフードロック支持部１７ｄの上方への変形を抑制することができる。
【００４１】
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。
【００４２】
例えば、フロントエンド部材１６を構成するメインシート２３（１）および中間シート２３（２），２３（３）の数やカーボン糸２２の方向は、実施の形態に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】自動車の車体前部の骨格の斜視図
【図２】図１の２方向矢視図
【図３】図２の３方向矢視図
【図４】フロントエンド部材のカーボン糸の配列方向を示す模式図
【図５】フロントエンド部材の素材となるシートの斜視図
【図６】フロントエンド部材の素材となるシートの積層状態を示す模式図
【図７】フロントエンド部材の表層のカーボン糸の配列方向を示す模式図
【符号の説明】
【００４４】
１２        フロントサイドフレーム
１４        アッパーメンバ
１６        フロントエンド部材
１７        第１部分
１７ａ      上壁
１７ｂ      前壁
１７ｃ      側壁
１８        第２部分
１８ａ      上壁
１８ｂ      下壁
１８ｃ      前壁
１９        ラジエータサポート部
２２        カーボン糸（カーボン繊維）
２３        シート
２４        金型
【図１】
2008006873.tif 000003
【図２】
2008006873.tif 000004
【図３】
2008006873.tif 000005
【図４】
2008006873.tif 000006
【図５】
2008006873.tif 000007
【図６】
2008006873.tif 000008
【図７】
2008006873.tif 000009