(57)【要約】【課題】歩行者衝突時に頭部が受ける加速度が衝突場所によらず一定になるように剛性を調整し、頭部に加わるダメージを抑えることができる歩行者保護性能を有した自動車用ボンネットを提供する。【解決手段】ＦＲＰ製のアウターパネルと、その裏面側に接合されるＦＲＰ製のインナーパネルを有する自動車用ボンネットにおいて、アウターパネルが２層以上のＦＲＰシートからなる積層体で、少なくとも2種類の異なる積層数からなる領域を有していることに加えて、ＦＲＰ積層体のアウターパネル裏面側に積層されるＦＲＰシートの面積が外表面側に積層されるＦＲＰシートの面積より小さいことを特徴とする自動車用ボンネット。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＦＲＰ製のアウターパネルと、その裏面側に接合されるＦＲＰ製のインナーパネルとを有する自動車用ボンネットであって、前記アウターパネルが、少なくとも２層以上のＦＲＰシートからなる積層体からなり、該ＦＲＰ積層体が少なくとも２種類の異なる積層数からなる領域を有しているとともに、該ＦＲＰ積層体のアウターパネル裏面側に積層されるＦＲＰシートの面積が外表面側に積層されるＦＲＰシートの面積より小さいことを特徴とする自動車用ボンネット。
【請求項２】
前記ＦＲＰシートの面積が変化するシート間の層間において、ボンネットの外周をなす縁部を除いた周縁部の層間強度がそれよりも内部側にある層間強度より小さくなっていることを特徴とする請求項１に記載の自動車用ボンネット。
【請求項３】
前記アウターパネルにおいて、ＦＲＰシートの積層数が最も少ない領域が前記ボンネットの前記自動車の車体輪郭に沿って測られた車体前縁の直下の地面からの距離が１３５０ｍｍから１７００ｍｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１または２に記載の自動車用ボンネット。
【請求項４】
前記ボンネットにおいて、ＦＲＰシートの積層数が最も多い領域がボンネット周縁部にあることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の自動車用ボンネット。
【請求項５】
前記ＦＲＰシートがＣＦＲＰシートであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の自動車用ボンネット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＦＲＰ（繊維強化プラスチック）化によって、軽量かつ高剛性を有しつつ、優れた歩行者保護性能を得ることができるようにした自動車用ボンネットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車には前面衝突時における安全性を高めることが要求されており、歩行者との衝突事故時には乗員の安全性を確保することに加え、歩行者の安全性も確保することが求められている。歩行者と自動車の衝突事故の際には、歩行者は頭部や腰部に衝撃荷重を受けることになる。とりわけ、頭部へのダメージは、歩行者の死亡や重傷に至る危険性を高めるため、歩行者の頭部が衝突する可能性の高い自動車のボンネットには歩行者の衝突時に高い衝撃吸収性を有し、歩行者への衝撃を抑えた構造であることが求められている。
【０００３】
このような歩行者の頭部衝撃の安全性を評価する基準として、頭部がボンネットとの衝突時に受ける加速度と衝突時間より計算される頭部障害値（Ｈｅａｄ  Ｉｎｊｕｒｙ  Ｃｒｉｔｅｒｉａ：ＨＩＣ）を頭部の衝突する場所に関係なく、所定の値以下に抑えることが要求される。とりわけ、ＨＩＣ値が１０００以下の場合、歩行者衝突時の歩行者の生存確率は極めて高くなる。したがって、ＨＩＣ値を低減するには、頭部が受ける加速度を小さくすることが重要である。
【０００４】
図３はボンネットに頭部が衝突した際の時間と頭部加速度の関係を表した代表的な図であり、頭部がボンネットに衝突した際には、図３のように加速度の履歴には２つのピークが発生する。１つ目のピーク（第１ピーク）は頭部がボンネットに衝突した際に発生する加速度であり、２つ目のピーク（第２ピーク）は衝突によって変形したボンネットがエンジンなどエンジンルーム内の内容物にさらに接触することによる衝撃に起因する加速度である。このように、歩行者の頭部がボンネットへ衝突した際には、ボンネットとの一次衝突に加えて、ボンネットが変形によってエンジンルーム内の内容物に接触する間接的な二次衝突が起こることにより、頭部に大きな加速度が発生することになる。
【０００５】
ＨＩＣ値の定義は時間−加速度線図を積分したものであるため、図３のように２つのピークが発生する履歴では積分値が大きくなるため、要求されるＨＩＣ値を満足することが困難となる。一般的に自動車のボンネット構造は、外表面を構成するアウターパネルと呼ばれる外装板とアウターの剛性を補剛するインナーパネルと呼ばれる内装板の閉断面構造を取っており、頭部衝撃による加速度の第１ピークにはアウターパネルの重量および剛性が、第２ピークにはインナーパネルの剛性が大きな影響を与える。したがって、ＨＩＣ値を所定の規定値以下に抑えるため、ボンネットには、頭部との一次衝突の際の衝撃荷重を緩和して加速度の第１ピークを下げることに加えて、ボンネットの変形量をボンネットとエンジンルーム内の内容物とのクリアランス以下に抑え、第２ピークを起こさぬような構造を取る必要性がある。
【０００６】
従来のアルミニウムや鋼などの金属性のアウターパネルにおいては、車体重量の軽量化から薄い平板構造を採用しているため、アウターパネル単体の曲げや捩り剛性は極めて小さく、剛性を増すためインナーパネルと組み合わせた構造となっている。例えば、アウターパネルとインナーパネル間にコーン形状の補強部品を複数配置した構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このような構造を採用することにより、頭部衝撃時にアウターパネルとインナーパネル間に配置されたコーン補強材が変形することで、発生する加速度の第２ピークを抑えることができる。しかし、同じ歩行者でも、大人と子供を比較すると、頭部重量は大人に比べて子供は軽いことから、頭部衝突時には子供のほうが大人よりも大きい加速度が頭部に発生する。そして、前述のような補強構造を取った場合には、アウターパネルの剛性が過度に増加し、加速度の第１ピークが非常に大きくなってしまい、ＨＩＣ値が逆に１０００を超えてしまう恐れがある。また、このような補強部品はアウターパネル裏面に複数取り付ける必要があり、ボンネット全体の重量増加による、ＨＩＣ値の増加につながることや、取り付けに時間がかかるという問題点もある。更に一方で、金属製アウターパネルは、一定厚みの金属板をプレス加工により成形加工を行うため、弾性率はもちろんのこと、厚みについてもパネル全面においてほぼ一様な分布となっており、局所的な剛性をアウターパネルのみで調整することは極めて困難である。したがって、従来の金属製アウターパネルにおいては、頭部衝突時の加速度が衝突場所によらず一定になるようにアウターパネルの剛性をパネルの場所ごとに微調整した構造を取ることが困難である。
【０００７】
また、ＦＲＰ製の自動車用ボンネットであって、そのフロント縁部と両サイド縁部のみに、これらの部分を実質的に連続して延びる高剛性部を有する自動車用ボンネットが提案されている（例えば、特許文献２参照）。このようなＦＲＰ製の自動車用ボンネットにおいては、ＦＲＰの繊維、樹脂、繊維配向などを目的の要求性能に合わせて、組み合わせることにより同じ厚みの金属製ボンネットよりも、より高剛性で自由度の高い設計が可能である。しかし、金属製アウターパネルと同様に前記ＦＲＰ製自動車用ボンネットの板厚はほぼ一定となっており、頭部衝突時の加速度を衝突場所によらず、一定となるように調整することが困難という問題がある。
【特許文献１】特開２００３−２２６２６４号公報
【特許文献２】特開２００６−３０６３６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって本発明の目的は、上述の課題を解決し、歩行者衝突時に頭部が受ける加速度が衝突場所によらず一定になるように剛性を調整し、頭部に加わるダメージを抑えることができる歩行者保護性能を有した自動車用アウターパネルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は以下の構成を採用する。すなわち、
（１）ＦＲＰ製のアウターパネルと、その裏面側に接合されるＦＲＰ製のインナーパネルとを有する自動車用ボンネットであって、前記アウターパネルが、少なくとも２層以上のＦＲＰシートからなる積層体からなり、該ＦＲＰ積層体が少なくとも２種類の異なる積層数からなる領域を有しているとともに、該ＦＲＰ積層体のアウターパネル裏面側に積層されるＦＲＰシートの面積が外表面側に積層されるＦＲＰシートの面積より小さいことを特徴とする自動車用ボンネット。
【００１０】
（２）前記ＦＲＰシートの面積が変化するシート間の層間において、ボンネットの外周をなす縁部を除いた周縁部の層間強度がそれよりも内部側にある層間強度より小さくなっていることを特徴とする前記（１）に記載の自動車用ボンネット。
【００１１】
（３）前記アウターパネルにおいて、ＦＲＰシートの積層数が最も少ない領域が前記自動車の車体輪郭に沿って測られた車体前縁の直下の地面からの距離が１３５０ｍｍから１７００ｍｍの範囲内にあることを特徴とする前記（１）または（２）に記載の自動車用ボンネット。
【００１２】
（４）前記ボンネットにおいて、ＦＲＰシートの積層数が最も多い領域がボンネット周縁部にあることを特徴とする前記（１）から（３）のいずれかに記載の自動車用ボンネット。
【００１３】
（５）前記ＦＲＰシートがＣＦＲＰシートであることを特徴とする前記（１）から（４）のいずれかに記載の自動車用ボンネット。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る自動車用ボンネットによれば、複雑なボンネット構造にすることなく、歩行者の頭部衝突の際に、衝突位置によらず、同じ加速度応答が発生させることができ、歩行者に与えるダメージが場所に依らず一定となるようなボンネット構造により、歩行者頭部保護性能を向上することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、本発明の一実施様態に係るＦＲＰ製自動車用ボンネットにおけるアウターパネルを示しており、アウターパネルをエンジンルーム側から見た概略構造図であり、図２は、図１のＡ−Ａ’線で示したアウターパネルの横断面図である。
図１、図２の例において、１はアウターパネル全体を示しており、該パネル１はＦＲＰシート２〜５で構成される。ＦＲＰ製のアウターパネル１は、面方向にボンネット全面にわたって広がっており、車種に応じて、必要な曲面形状に形成されている。
【００１６】
本発明においては、上記アウターパネルを構成する少なくとも２層以上のＦＲＰシートの積層体について、アウターパネルの裏面、すなわち、エンジンルーム側に積層されるＦＲＰシートの面積が外表面側に積層されるＦＲＰシートの面積より小さいＦＲＰシートを用いる。このアウターパネルを構成するＦＲＰシートは裏面側に向かって、順次面積の小さいＦＲＰシートを積層していくことが好ましいが、部分的に同じ面積のＦＲＰシートを重ね合わせた部分が存在していても構わない。
【００１７】
なお、外側のＦＲＰシートの面積（Ｓ１）に対する隣接する内側のＦＲＰシートの面積（Ｓ２）の比率（面積比率＝｛（ＳＩ／Ｓ２）×１００｝）は、１０％以上であることが好ましい。また、上限は１００％、すなわち、同形状同面積のＦＲＰシートを重ね合わせた積層体がアウターパネルの部分積層として存在していても構わないが、１０〜９５％の範囲で裏面側に向かって、順次面積の小さいＦＲＰシートを積層していくことがより好ましい。
【００１８】
なお、積層するＦＲＰシートの上限の層数はアウターパネルの重量が３〜５ｋｇとなるような層数であることが、ＦＲＰの軽量性を活かすためにも好ましい。
【００１９】
図１、図２の例においては、ＦＲＰ製のアウターパネル１は、最表面側のＦＲＰシート２に対して、エンジンルーム側に向かって、面積の小さいＦＲＰシート３〜５が順に積層されている。
【００２０】
このＦＲＰシート３〜５は、全体としては外表面側に積層されるＦＲＰシート２のように面方向にボンネット全面にわたって広がっているが、ボンネットの中央部付近が楕円形状に切り欠かれた領域をもっており、この切り欠かれた領域の面積がエンジンルーム側に向かって順次大きくなるように、すなわち、全体の面積が小さいＦＲＰシートを積層して構成されている。このようにすることにより、アウターパネルの中央部付近で最もシート積層数が少なく、厚みが薄い領域となる。
【００２１】
上記の積層数が少なく、厚みの薄い領域は、図４に示すように自動車の車体輪郭に沿って測られた車体前縁の直下の地面からの距離ＷＡＤ（ＷｒａｐＡｒｏｕｎｄ Ｄｉｓｔａｎｃｅ）が１３５０ｍｍから１７００ｍｍの範囲内の領域にあることが好ましい。また、前記最少積層数となる領域は、車体幅方向に車体幅の一端から他端までの間のいかなる位置であってもよいが、車体幅方向の一端を０とし、他端を１００としたときに全幅の１０／１００〜９０／１００の領域の範囲内であることが好ましく、２０／１００〜８０／１００の領域の範囲内であることがさらに好ましい。
なお、図の例では、楕円形状に切り欠かれたＦＲＰシートのみを積層し、積層数の最も少ない領域が一つあるアウターフードの例を示したが、円形、楕円あるいは矩形状の切り欠きを複数有するＦＲＰシートを用いることも可能である。また、切り欠きを有するＦＲＰシート以外にも、矩形状など直線で囲われた形状、あるいは円、楕円などの曲線で囲われた形状のＦＲＰシートを任意のシートの裏面側に複数箇所積層する方法を取ってもかまわない。
【００２２】
上述のようなＦＲＰシートを積層したアウターパネルにおいては、積層されるＦＲＰシートの数が部分的に異なっている領域を持たせることにより、アウターパネルの全体剛性は維持しつつ、局所的な剛性を部分的に変えることが可能となる。その結果、頭部が受ける加速度を衝突位置に応じて調整することができ、衝突場所に依らず一定の加速度応答が発生するようなボンネット構造を提供することが可能となる。
【００２３】
また、積層シートの面積が変化するシート間の層間においては、アウターパネルの外周を成す縁部を除いた周縁部の層間６の層間強度が、それよりも内部側にある層間７に比べて小さくなるようにすることが好ましい。
【００２４】
層間強度とは、単位面積の層間剥離き裂をＦＲＰシート間に発生させるために必要なエネルギー量であり、ＪＩＳＫ ７０８６などに規定されるような試験方法により測定することが可能である。
【００２５】
図１、図２の例においては、積層シートの層間において、切り欠きされた端部側周縁部の層間６における層間強度がそれよりも内部側にある層間７における層間強度よりも小さくなるように構成されている。
【００２６】
層間６のように積層数が変わる領域のＦＲＰシート間の層間強度を下げることで、ボンネットに歩行者が衝突するなど強い衝撃力が作用した際に、積層数の異なる領域では曲げ剛性に差が生じることにより、層間の端部に過度なせん断応力が発生し、ＦＲＰシート間に剥離を発生させることができる。衝突のエネルギーの一部を界面の剥離エネルギーとして消費することができるため、歩行者の頭部へのダメージを緩和することが可能となる。なお、層間６と７には１０％程度の層間強度の差があれば、アウターパネルの静的強度を下げることなく満足しつつ、高い歩行者保護性能を発揮することが可能となる。また、このような層間強度に差を設ける方法としては、例えばナイロンシートのようなＦＲＰシート間と比較して接着性が異なる材料のシートを層間６に積層する方法や、層間６の上下のＦＲＰシートに表面処理等を行い、ＦＲＰシート間の接着性を下げる方法などが挙げられるが、これらの方法に特に限定されるものではない。
【００２７】
また、前記したように、ＦＲＰシートの積層数が最も少ない領域が、ＷＡＤが１３５０ｍｍから１７００ｍｍの範囲内の領域にあるような積層方法を取ったアウターパネルがより好ましい。ＷＡＤが１３５０から１７００となる範囲は、主に歩行者が子供であった場合に頭部が衝突する可能性の高い領域であり、上記のような構成を取ることで、歩行者が子供の場合に、頭部が衝突する領域の局所剛性を下げることになる。その結果、頭部重量が小さいために大きな加速度の第１ピークが発生する子供の場合においても、頭部に発生する加速度が抑えられることで、頭部へのダメージを小さくでき、歩行者を保護することが可能となる。
【００２８】
さらには、アウターパネルの周縁部にＦＲＰシートの積層数が最も多くなるような積層方法を取ったボンネットとすることがより望ましい。ボンネットの周縁部の積層数を増やして厚みを増すことで、ボンネット単体の曲げや捩り剛性を高めることにつながり、インナーパネルの形状を複雑にして、ボンネット全体の剛性を高める必要がない。その結果、インナーパネルの形状を簡略化でき、ボンネット間とエンジンルーム内の内容物とのクリアランスを広く取れるようになるため、２次衝突の際に生じる加速度の第２ピークを抑えることが可能となる。
【００２９】
また、ＦＲＰシートの繊維方向など積層方法についても、同様に要求されるパネルの剛性および歩行者保護性能に応じて、決定することが可能である。本発明で使用するＦＲＰシートとしては、強化繊維から構成される織物（一方向性、二方向性、多軸）、編物、組物、一方向に引き揃えられたシート（一方向シート）、一方向シートを２層以上重ね合わせた多軸シートなどが挙げられる。
また、アウターパネル裏側に接合されるインナーパネルについては、アウターパネルと同様にＦＲＰ製のものを用いる。アウターパネルと同様に、インナーパネルもＦＲＰ製であるため、本発明のボンネットは軽量なものとなる。
【００３０】
本発明におけるＦＲＰシートの強化繊維としては、例えば、炭素繊維、ガラス繊維などの無機繊維や、米国デュポン（株）社製のポリアラミド繊維“ケブラー”（登録商標））、ポリエチレン繊維、ポリアミド繊維などの有機繊維からなる強化繊維を使用することが可能である。中でも、炭素繊維を用いたＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）が、軽量かつ比強度・比剛性に優れており、特に望ましい。また、マトリックス樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂。不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂の樹脂硬化物が挙げられ、さらには、ポリアミド樹脂、ポリオレフィン樹脂、ジクロペンタジエン樹脂、ポリウレタン樹脂などの熱可塑性樹脂も使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の本発明の一実施様態に係るＦＲＰ製自動車ボンネットであり、ボンネットをエンジンルーム側から見た概略構造図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’線で示したボンネットの横断面図である。
【図３】頭部衝突時に頭部が受ける加速度の時刻歴を表す説明図である。
【図４】自動車の車体輪郭に沿って測られた車体前縁の直下の地面からの距離ＷＡＤを表す説明図である。
【符号の説明】
【００３２】
１：自動車用アウターパネル
２〜５：ＦＲＰ積層シート
６，７：ＦＲＰ積層シート間の層間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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