(57)【要約】【課題】剛性とエネルギー吸収性能が調和し、設計自由度の高い合金パネル及び車両用インナパネルを提供する。【解決手段】素材パネルに対する高温域におけるブロー成形によって、補強部とこの補強部と一体に形成された脆弱部とを形成し、この脆弱部はキャビティを１ｍｍ２あたり０．３％以上、１０％未満の面積占有率で分布させ、脆弱部によって機械的強度が精密に調整された合金パネルとなす。係る合金パネルを用いた車両用インナパネルによれば、車両用インナパネルに本来的に求められる性能と歩行者保護機能であるエネルギー吸収能とを適切に調和させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
素材パネルに対する高温域におけるブロー成形によって、補強部とこの補強部と一体に形成された脆弱部とを形成し、この脆弱部はキャビティを１ｍｍ２あたり０．３％以上、１０％未満の面積占有率で分布させてなることを特徴とする合金パネル。
【請求項２】
前記補強部が片面をブロー成形金型によって拘束されて造形された部材であり、前記脆弱部がブロー成形金型による拘束から開放されて前記補強部と一体に造形された部材である請求項１記載の合金パネル。
【請求項３】
素材パネルが５０００系もしくは６０００系アルミニウム合金である請求項１又は請求項２に記載した合金パネル。
【請求項４】
ブロー成形が４００〜５００℃の高温域におけるブロー成形である請求項１及至請求項３のいずれか一に記載した合金パネル。
【請求項５】
請求項１及至請求項４のいずれか一の合金パネルを用いて成る車両用インナパネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は合金パネルに関し、特にはボンネットに衝突する歩行者頭部を保護する車両用インナパネルに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のボンネットはアウターパネルとインナーパネルから構成されており、エンジンルームのカバー、消音などの機能を有する。安定な走行を実現するためにインナーパネルは内部の骨組みとしてアウターパネルを支える剛性を備えることが本来的に求められる。
【０００３】
近年、歩行者と自動車の交通事故において、歩行者頭部がボンネットに衝突後、頭部が直接的又は間接的にエンジンブロックに打ち当てられる状態になることによって、頭部に致命的な損傷を与えることが明らかにされている。
【０００４】
この様に頭部が直接的又は間接的にエンジンブロックに打ち当てられる状態になることを防ぐために、ボンネット内に衝撃吸収装置や跳ね上がり装置を配置することが提案されている。
【０００５】
また、衝突物が破損しない程度のできるだけ大きな反力を発生させて、衝突物の衝突エネルギーを効率的に吸収することができるように構造的な対策をボンネット内に施すことによって頭部がエンジンブロックに打ち当てられる状態になることを防ぐ対策も検討されている。
【０００６】
非特許文献１によれば、係る対策の目安として、ボンネットに衝突した衝突物にボンネットによって加えられる反力として許容される上限値、すなわち歩行者頭部がボンネットから受ける反力として許容される最大加速度として、２２０Ｇという基準値が示されている。
したがって、インナーパネルはアウターパネルを支えるという本来的な機能を充足する強度を備えると共に、アウターパネルに衝撃が加えられた場合には、歩行者頭部に２２０Ｇ以上の加速度を与えない範囲で破損する脆弱性を有することが交通事故の際にアウターパネルへの衝突物が損傷しないようにするためには望ましい。
【０００７】
係る対策として特許文献１にはインナパネルの補強部の交叉部を脆弱部とする円形の貫通孔を穿設してなるエンジンフード構造が示されている。
また、特許文献２にはエンジン上方のアウタパネルの下面側にインナリブを設け、インナリブ内に閉断面Ｎを設けた自動車のフード構造が示されている。
したがってこの特許文献１や特許文献２によれば貫通孔を穿設し、あるいは開口部を設けることによって脆弱部を作り、過大な反力の発生を抑える対策が取られている。
【０００８】
また特許文献３には車両のボンネットフードに配置した発泡金属によってほぼ一定の大きさの衝撃エネルギーを連続的に吸収させる対策が示されている。
【特許文献１】特開平５−１５５３５５号公報
【特許文献２】特開平７−２８５４６５号公報
【特許文献３】２００６−２１７０８号公報
【非特許文献１】Ｏｋａｍｏｔｏ（Ｃｏｎｃｅｐｔ  ｏｆ  ｈｏｏｄ  ｄｅｓｉｇｎ  ｆｏｒ  ｐｏｓｓｉｂｌｅ  ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ｉｎ  ｈｅａｄｉｎｊｕｒｙ、１４ｔｈＥＳＶ  ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、１９９４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１や特許文献２の対策による場合、過剰反力を抑制することができるとはいっても、破壊時のインナーパネルにおける亀裂進展の態様は予測し難く、また部材が全く欠損している部分を設けるため、クッションのように衝撃を吸収することはできず、インナーパネルの強度と衝撃吸収能とを調整するための適正な強度設定が困難である。
特許文献３の対策をとる場合、インナーパネルの構造部と発泡金属体はそれぞれ独立した部材であって発泡金属をインナーパネルの構造及び形状に合わせて予め加工する必要があるだけでなく、インナーパネルにその加工された発泡金属を組み付ける工程も必要となり、生産性低下及びこれに伴うコスト高の要因となるという問題がある。
【００１０】
本発明は以上の従来技術における問題に鑑み、剛性とエネルギー吸収性能が調和し、設計自由度の高い合金パネル及び車両用インナパネル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】
【００１１】
本発明者は切欠きや開口部のような部材の外面形状ではなく、部材内部に生じるキャビティを利用することによって得られる脆弱部によって合金パネルの機械的強度を精密に調整することができれば、合金パネルに求められる強度と衝撃吸収機能を併せ有した合金パネルを高い生産性で作成することができるという観点に立ち本発明に想到した。
【００１２】
すなわち本発明の合金パネルは、素材パネルに対する高温域におけるブロー成形によって、補強部とこの補強部と一体に形成された脆弱部とを形成し、この脆弱部はキャビティを１ｍｍ２あたり０．３％以上、１０％未満の面積占有率で分布させてなることを特徴とする。
【００１３】
本発明合金パネルが備える脆弱部に分布するキャビティとは、加工による変形過程において材料内に発生する空孔のことである。キャビティは通常のプレス加工ではほとんど発生しないが、高温域におけるブロー成形のような大変形過程で、粒界すべりにより結晶粒界に発生し、直径１−１００［μｍ］の大きさで材料内に分布している。
【００１４】
従来の切欠きのような外部脆弱性付与構造は通常１ｍｍ以上の大きさで設置され、亀裂が予想外に進展することもあり得る。しかし、キャビティは直径１−１００［μｍ］の大きさで非常に細かく均一に分散させられているため脆弱部の破壊が円滑に進行する。また、キャビティによる内部脆弱部は部材内に存在する空孔であることから、衝撃荷重に対して空孔が変形、圧潰することでクッションの役割を果たし、これによって衝撃が吸収される。  従って、キャビティが分布する脆弱部とこの脆弱部と一体に形成された補強部とを有して成る本発明の合金パネルは精密に調整された機械的強度と衝撃吸収機能を併せ備える。
また係る合金パネルを用いることによって高い歩行者保護機能を有する車両用インナパネルを効率よく製造することができる。
【００１５】
脆弱部として機能するためには、内部キャビティが単位面積あたり０．３％以上、１０％未満の面積占有率であることが適当である。ここでキャビティの面積占有率とは、キャビティが直径１−１００［μｍ］の大きさであることから、１ｍｍ２あたりに存在するキャビティの面積率である。
【００１６】
以上の本発明の合金パネルにあっては、前記補強部が片面をブロー成形金型によって拘束されて造形された部材であり、前記脆弱部をブロー成形金型による拘束から開放されて前記補強部と一体に造形された部材となすことができる。
【００１７】
また、以上の本発明の合金パネルにおける素材パネルとしては、５０００系もしくは６０００系アルミニウム合金を適用することができ、ブロー成形は４００〜５００℃の高温域におけるブロー成形となすことができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように、本発明では高温域におけるブロー成形で必然的に発生するキャビティを利用し、内部に脆弱部を有した合金パネルを作成することができる。これによりプレス成形が難しいアルミニウム合金板材でも一体で本発明の合金パネルを成形することができ、また係る合金パネルを用いた車両用インナパネルを成形することができ、時間、費用を大幅に節約することができる。
【００１９】
この車両用インナパネルによれば、ボンネットに歩行者頭部が衝突し、特定の反力に達すると、キャビティが分布して成る脆弱部が起点となって円滑な破壊が進展し、インナパネルが変形して衝撃が吸収される。そのため歩行者頭部に過剰な加速度が加えられる様なことはなく、過剰な加速度が加えられることによって致命的な損傷が与えられること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、本発明合金パネル及び車両用インナパネルを実施するための最良の形態を図１〜図９を参照して説明する。
【００２１】
図１は本発明の合金パネル１を示す。合金パネル１は、ブロー成形加圧時に金型２によって押さえられてほとんど変形しない部分Ａと高圧の気体によって金型に素材パネル１ａが押し付けられる補強部３（部分Ｂ）、金型２が開放され、ブロー成形における加圧方向では金型２による拘束を受けない結果として、変形量が大きくなる脆弱部４（部分Ｃ）の３領域を備える。
【００２２】
Ａ部分は素材パネル１ａが押さえられ、変形量はごくわずかである。したがって、板厚減少は少なくまたキャビティもほとんど発生していないため、元の素材パネル１ａの強度を維持している。
Ｂ部分は、高圧の気体によって素材パネル１ａが伸び、金型２へ押付けられ、成形される部分である。素材パネル１ａが伸びて板厚は減少し、キャビティも若干発生するが、材料強度に影響しない範囲に抑制される。Ｂ部分は例えば車両用インナパネルのビードのような剛性部分として機能しパネル剛性への寄与は大きい。
【００２３】
脆弱部４（部分Ｃ）は、ブロー成形における加圧方向には金型２による拘束は受けず任意の変形量を設定することができる。変形量によって、板厚は減少し、キャビティも多数発生し得る。材料強度は落ち、破壊しやすい箇所ではあるが、ブロー成型の特質から曲面の滑らかな表面が得られ、その形状効果による剛性向上が得られる。
【００２４】
以上のことから、図１に示した本発明合金パネルのＡＢＣ各部の特質を表１に示す。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
本発明による合金パネル１は、表１のようにＡＢＣ各部位によってその特質が異なる。実際の設計では上記事実を考慮し、各部分をバランス良く組み合わせることでパネル形状を決定する。
【００２７】
図２、図３は自動車のエンジンルームの上部を覆うエンジンフードを構成するエンジンフードアウタパネル（図示せず）のエンジンルーム内側部に設けられる本発明の車両用インナパネル５を示す。図２は車両用インナパネル５の平面図であり、図３は図２に示す車両用インナパネル５におけるＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
【００２８】
車両用インナパネル５は望ましくは低燃費自動車の構造材として期待されているアルミニウム合金製とされる。アルミニウム合金は軽量で、比剛性が高く、かつリサイクルにも適合している。特にアルミニウム合金の中でも、高成形性と高強度を有する５０００系アルミニウム合金（Ａｌ−Ｍｇ系）と６０００系アルミニウム合金（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系）が望ましい。
【００２９】
図２、図３に示される様に車両用インナパネル５にはビード６が交差する部分に剛性の高い補強部３が形成され、本発明の車両用インナパネル５にあってはこの補強部３に脆弱部４が設けられる。
この脆弱部４は１ｍｍ２あたり０．３％以上、１０％未満のキャビティ（図示せず）が形成されて成る。
【００３０】
したがって、エンジンフードを構成するエンジンフードアウタパネルに対し人頭などが衝突した場合であっても、この脆弱部４において変形が優先的に進展して衝突エネルギーが吸収され、過剰反力の発生が抑制される。
【００３１】
図４及び図５はビード６頂部に脆弱部４を設けた車両用インナパネル５を示す。車両用インナパネル５にはビード６が形成されることによって剛性が高められる。このビード６にあっては形状的な効果からその頂点近傍領域が最も衝突物に対する反力が強められる。この衝突物に対する反力が一番強められるビード６の頂点部に脆弱部４が設けられる。
したがって、エンジンフードを構成するエンジンフードアウタパネルに対し人頭などが衝突した場合であっても、この脆弱部４において変形が優先的に進展して衝突エネルギーが吸収され、過剰反力の発生が抑制される。
すなわち、衝突時には先ず最初ににビード６の頂点で衝突が起こり，その頂点近傍領域に荷重が集中して反力が発生することからそのビード６の頂点に脆弱部４を設けることによって有効に衝撃吸収が行われる。
【００３２】
この場合に、脆弱部４を設ける手法として発泡金属を配置する提案もある。しかし、車両用インナパネル５の本来的に補強を目的とする構造体とクッション性を備えることを目的として製造される発泡金属体はそれぞれ独立した部材と製造され、しかも相互に適合させるために形状に合わせた加工も必要となり生産性の低下は避けることができない。
これに対して以上の、本発明における車両用インナパネル５にあっては脆弱部４はキャビティが材料内部に分布することによって形成され、車両用インナパネル５の成型過程で一体に作成することができるので、生産性は高く、複雑な造形も可能となる。
【００３３】
また内部の骨組みとしてアウターパネルを支える剛性を備えるという車両用インナパネル５に本来的に求められる性能と歩行者保護機能であるエネルギー吸収能とを適切に調和させることは車両用インナパネル５に開口部や切欠きを設ける場合には困難であるのに対し脆弱部４を車両用インナパネル５に設けたことによってこれを簡易に達成することができる。
【００３４】
これにより車両用インナパネル５の造形に当たって、車両用インナパネル５の形状に関する制約が少なくなり、特には開口部や切り欠き部のない全体として滑らかな形状でかつ適正な脆弱性を有する車両用インナパネル５を形成することができる。従って、例えばアウターパネルやエンジンとの空間が非常に狭い場合でも緩衝機能を有する車両用インナパネル５の設置が可能となる。また特には開口部や切り欠き部、さらにはリブ等のない全体として滑らかな形状に車両用インナパネル５を形成することができるので、リブ等の突起形状で起こる局所変形のような衝撃吸収ではなく、車両用インナパネル５全体の変形で衝撃を吸収することができ、これによって衝撃エネルギー吸収量を大きくすることができる。
【００３５】
また車両用インナパネル５の衝撃吸収構造が開口部や切り欠き部、さらにはリブ等の凹凸によって設けられて成る場合には、想定されない方向、例えばエンジンフードアウタパネルに対する斜め方向からの衝突では想定することができない衝撃が加えられることによって充分な緩衝機能を発揮させることはできない可能性がある。
これに対し、本発明の車両用インナパネル５の脆弱部４はその表面が特に方向性のない滑らかな曲面形状にされており、パネルに対して斜めからの衝突にも十分な緩衝作用を発揮することができ、実質的に全方向からの衝突に対して十分な緩衝機能を備えることができる。
【００３６】
また、本発明における車両用インナパネル５はそれ自体の剛性を高めることを目的に円錐、角錐、山脈のような凹凸形状にその全体を造形することができる。その場合に本発明の車両用インナパネル５では剛性補強域内の強度、コスト、安全性に見合った任意の位置に脆弱部４を設置することができる。
【００３７】
以下に本発明の合金パネル１及び車両用インナパネル５の製造方法につき説明する。
本発明の合金パネル１及び車両用インナパネル５は高温域によるブロー成形技術を適用して製造することができる。
【００３８】
高温域におけるブロー成形技術とはアルミニウム合金板材を４００℃以上に加熱して、５−１００気圧の気体でメス側の金型に押し付ける成形技術である。通常３０％前後のアルミニウム合金の伸びを１００％以上に高めることができるため、通常のプレスでは成形することができない複雑な形状も作成することができる。さらに、ブロー成形によって得られた部材内にはキャビティが必然的に発生する。
【００３９】
図６及び図７に５０００系アルミニウム合金を５００℃でブロー成形した際に発生するキャビティの面積占有率と機械的性質を示す。図６はブロー成形時のキャビティの面積占有率と相当伸びを示し、図７は相当伸びと引張強さ、伸び及び耐力の変化を示す。ここで相当伸びとは、二軸引張状態で推移するブロー成形の変形量を単軸引張での伸びに換算した値である。図６及び図７に示される様に相当伸びが大きくなるとキャビティの面積占有率が顕著に高くなり、キャビティの面積占有率が０．３％以上になる相当伸びにおいて機械的性質は著しく低下する。したがってブロー成形による変形量を制御し、キャビティの面積占有率を操作することで本発明における内部に脆弱部４を有した合金パネル１及び車両用インナパネル５の作成が可能となる。
【００４０】
アウターパネルを支える剛性との兼ね合いから、キャビティは１０％未満に抑えることが適切である。キャビティ量の調整で、自由に強度を設定することができるため、アウターパネルを支える剛性を備えるという車両用インナパネル５に本来的に求められる性能と歩行者保護機能であるエネルギー吸収能とを適切に調和させ、高い歩行者保護機能を有した車両用インナパネル５を作成することができる。
【００４１】
また成形時のひずみ速度は１０−３［ｓ−１］以上が望ましい。ひずみ速度が上がるほど成形時間は短縮され、キャビティも発生し易くなるためである。
【００４２】
以下にさらに詳細に本発明の合金パネル１及び車両用インナパネル５における脆弱部４の作製方法につき具体的に説明する。
図８及び図９に示すように脆弱部 ４となす領域の周辺部分を金型２によって押さえ、脆弱部 ４となす領域にブロー成形加圧を行い、任意に伸びを調整し脆弱部 ４となすことができる。
【００４３】
また、脆弱部４を形成したい場所とビードが近接している場合など１工程での成形が難しい場合は、パネル成形と脆弱部４の成形工程を分けても良い。これにより既存の成形パネルに後から脆弱部４を追加することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明の合金パネル及び車両用インナパネルは、自動車のボンネットを構成するアウターパネルとインナーパネルのうち、内部の骨組みとしてアウターパネルを支えるインナーパネルに適用することができるだけではなく、各種機械、建築物などへの応用も必要に応じて可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の合金パネルの断面模式図。
【図２】本発明の車両用インナパネルの一実施の形態の平面図。
【図３】図２ＩＩＩ−ＩＩＩ断面図
【図４】本発明の車両用インナパネルの他の実施の形態の斜視図
【図５】図４に示す車両用インナパネルの斜視図
【図６】ブロー成形時のキャビティの面積占有率と相当伸びを示す説明図
【図７】ブロー成形時の相当伸びと引張強さ、伸び及び耐力の変化を示す説明図
【図８】本発明の合金パネル及び車両用インナパネルにおける脆弱部の作製工程を示す説明図
【図９】本発明の合金パネル及び車両用インナパネルにおける脆弱部の作製工程を示す他の説明図
【符号の説明】
【００４６】
１ａ・・・素材パネル、４・・・脆弱部、３・・・補強部、１・・・合金パネル、５・・・車両用インナパネル、６・・・ビード、２・・・金型。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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