(57)【要約】【課題】十分に高い捩り剛性を付与でき、かつ、衝突時等の衝撃荷重に対する好ましい柔構造を構成できる車体フレームを、軽量化も併せて達成可能な繊維強化樹脂のパネル構造体として実現する。【解決手段】自動車の前後の車軸からの荷重を支持可能な、車両前後方向に延びる繊維強化樹脂からなるパネル構造体であって、平面的に見て該構造体の前後部にわたって８の字状の閉ループ形状に延びるスチフナを有することを特徴とする自動車用パネル構造体。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車の前後の車軸からの荷重を支持可能な、車両前後方向に延びる繊維強化樹脂からなるパネル構造体であって、平面的に見て該構造体の前後部にわたって８の字状の閉ループ形状に延びるスチフナを有することを特徴とする自動車用パネル構造体。
【請求項２】
前記スチフナによる８の字状の閉ループ形状の少なくとも内側の構造体部分が、面構造を有する、請求項１に記載の自動車用パネル構造体。
【請求項３】
前記スチフナによる８の字状の閉ループ形状の８の字中央部が、交差形状部または接近・離反形状部に形成されている、請求項１または２に記載の自動車用パネル構造体。
【請求項４】
前記スチフナの少なくとも前記８の字中央部の前記交差形状部または接近・離反形状部では、スチフナを構成する繊維強化樹脂の強化繊維の少なくとも一部がスチフナ延設方向に沿って延びている、請求項３に記載の自動車用パネル構造体。
【請求項５】
前記スチフナを構成する繊維強化樹脂の強化繊維の少なくとも一部がスチフナ延設方向に沿って連続的に延びている、請求項４に記載の自動車用パネル構造体。
【請求項６】
前記スチフナによる８の字状の閉ループ形状の８の字中央部が、車両幅方向中央部に位置されている、請求項１〜５のいずれかに記載の自動車用パネル構造体。
【請求項７】
前記８の字状の閉ループ形状に延びるスチフナを有する構造体部分全体が一体成形されている、請求項１〜６のいずれかに記載の自動車用パネル構造体。
【請求項８】
前記８の字状の閉ループ形状に延びるスチフナを有する構造体部分の車両幅方向側面に、上下方向に伸延する、繊維強化樹脂からなる別の構造体が接合されている、請求項１〜７のいずれかに記載の自動車用パネル構造体。
【請求項９】
前記別の構造体が、前記８の字状の閉ループ形状に延びるスチフナを有する構造体部分のスチフナに接合されている、請求項８に記載の自動車用パネル構造体。
【請求項１０】
前記別の構造体が、閉ループ形状に延びるスチフナを有する、請求項８または９に記載の自動車用パネル構造体。
【請求項１１】
少なくとも前記８の字状の閉ループ形状に延びるスチフナを有する構造体部分を構成する繊維強化樹脂が、炭素繊維を含む、請求項１〜１０のいずれかに記載の自動車用パネル構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用パネル構造体に関し、とくに、車体フレームとして高い捩り剛性と衝突荷重等に対する優れた柔構造を実現可能な繊維強化樹脂製の自動車用パネル構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在の自動車構造は、通常、フレームとパネルが基本的には井桁状の構造に組み上げられている。また、一般に、自動車の車体フレームには、通常、車両前後方向に延びる中心軸周りの、つまり、車体中心に沿った軸周りの高い捩り剛性が必要とされることが多い。とくに、前後の車軸から受ける荷重による捩りに対し、十分に耐え得る剛性が必要とされる。このような捩り剛性を確保するために、セダンなどの通常の車種では、ピラーとルーフを使って車体中央部分の捩り剛性を確保している。しかし、とくにオープンカー（ロードスター）ではこのような手法が採れないので、従来、車体にフレームを付加して捩り剛性を高めるようにしているが、十分に高めることは通常構造的に困難である。
【０００３】
一方で、自動車には、基本的な要求仕様として、衝突時等の乗員の安全性を確保するための構成が求められ、併せて、燃費改善等のための車体の軽量化と、優れた量産性や製造コスト低減等が求められる。乗員の安全性向上のための構造としては、上記の如き車体フレームの高い捩り剛性とともに、例えば、車室内の乗員を衝突時等の衝撃荷重から適切に保護するために、とくに前後からの衝撃荷重に対して車体フレームに柔構造を持たせることも望ましい構成である。
【０００４】
燃費改善のために車体の軽量化の要求を満たす構造として、構成材料の少なくとも一部を繊維強化樹脂とする検討が進められつつある。例えば特許文献１には、車体の軽量化とともに衝突時等の乗員の安全性を確保するための構成として、車体骨格部の一部を繊維強化樹脂で構成した構造が提案されている。この特許文献１に開示されている構造は、車体の下部を構成する車体骨格部と車室部を独立に形成し、車体骨格部を繊維強化樹脂で形成してその部分に衝撃エネルギー吸収性能を持たせるようにしたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２３７０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
車体フレームの少なくとも一部を繊維強化樹脂で構成することを検討する場合、前述したように現在の自動車構造が基本的にはフレームとパネルが井桁状に組み上げられた構造であるため、その構造をそのまま踏襲したのでは、分岐形状部が多数存在すること、応力集中部が多いこと、荷重の伝達経路が繊維強化樹脂材にとって不適切な箇所が多くなること等により、繊維強化樹脂化は難しい。一方で、繊維強化樹脂は基本的に異方性の材料であるから、適切な構造設計を行えば、特定の方向に高い特性を比較的容易に持たせることが可能である。したがって、前述したような高い捩り剛性の付与や、衝突時等の衝撃荷重に対する好ましい柔構造への構成等も可能となる。しかし、このような望ましい形態を達成するためには、従来の通常の車体フレームの構造に捉われない、特別の技術思想や設計思想が求められることになる。前述の特許文献１には、捩り剛性の向上に関する技術思想はない。
【０００７】
そこで本発明の課題は、上記のような実情に鑑み、セダンなどの通常の車種はもちろんのこと、オープンカー（ロードスター）に対しても、十分に高い捩り剛性を付与でき、かつ、衝突時等の衝撃荷重に対する好ましい柔構造を構成できる車体フレームを、軽量化も併せて達成可能な繊維強化樹脂のパネル構造体として実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る自動車用パネル構造体は、自動車の前後の車軸からの荷重を支持可能な、車両前後方向に延びる繊維強化樹脂からなるパネル構造体であって、平面的に見て該構造体の前後部にわたって８の字状の閉ループ形状に延びるスチフナを有することを特徴とするものからなる。
【０００９】
この本発明に係る自動車用パネル構造体においては、上記スチフナによる８の字状の閉ループ形状の少なくとも内側の構造体部分が、面構造を有することが好ましい。もちろん、スチフナによる８の字状の閉ループ形状の外側の構造体部分にも面構造部を設けることができる。また、上記スチフナによる８の字状の閉ループ形状の８の字中央部は、交差形状部または接近・離反形状部に形成できる。
【００１０】
このような本発明に係る自動車用パネル構造体においては、スチフナ部分と面構造部分とでパネル構造体が形成されるが、スチフナ部分が８の字状の閉ループ形状に構成されるため、主として８の字中央部のスチフナの交差形状部(交差するように延びる部分)または接近・離反形状部（交差するように延びるが、実際には交差せずに、接近・離反するように延びる部分)がパネル構造体全体に加わる捩り力に対し高い引張あるいは圧縮抗力を発現できることにより、高い捩り剛性が付与される。同時に、８の字の輪状部分は、輪状形状を保ちながらその全体形状としては変形しやすい構造となり、この部分が柔構造を実現しやすい構造部分となるから、このスチフナ部分によってパネル構造体全体としての柔構造も実現されることになる。そして、パネル構造体は繊維強化樹脂からなるので、本来の特性である軽量性も発現できる。その結果、十分に高い捩り剛性を発現でき、かつ、衝突時等の衝撃荷重に対する好ましい柔構造を構成でき、しかも軽量化も併せて達成できる自動車用パネル構造体が実現される。
【００１１】
上記本発明に係る自動車用パネル構造体においては、上記スチフナの少なくとも上記８の字中央部の上記交差形状部または接近・離反形状部では、スチフナを構成する繊維強化樹脂の強化繊維の少なくとも一部がスチフナ延設方向に沿って延びていることが好ましい。とくに、上記スチフナを構成する繊維強化樹脂の強化繊維の少なくとも一部がスチフナ延設方向に沿って連続的に延びていることが好ましい。このように構成すれば、上記８の字中央部において、スチフナがパネル構造体全体に加わる捩り力に対しより高い引張あるいは圧縮抗力を発現できるようになり、パネル構造体全体としてより高い捩り剛性が達成される。
【００１２】
また、上記スチフナによる８の字状の閉ループ形状の８の字中央部は、車両前後方向にはほぼ中央部に位置することになるが、この閉ループ形状の８の字中央部は、車両幅方向においてもほぼ中央部に位置されていることが好ましい。このように構成すれば、パネル構造体全体としてバランスのとれた捩り剛性を発現できるようになる。また、８の字の輪状部分による柔構造も、パネル構造体全体に対しバランスのとれたものとなる。
【００１３】
また、本発明に係る自動車用パネル構造体においては、上記８の字状の閉ループ形状に延びるスチフナを有する構造体部分全体が一体成形されていることが好ましい。一体成形により、目標とする剛性をより容易に発現できるようになるとともに、生産性を大幅に向上することが可能になる。
【００１４】
上記一体成形により、次のような利点が得られる。まず、構造上の利点として、（１）強化繊維自体の連続性と、（２）外力に対する強化繊維間のひずみの連続性が得られるので、高い構造上の特性が発現すること、特性が安定して発現すること、等の利点が得られる。また、成形性(作りやすさ)についての利点として、（１）コストに関して、個々の部品を作る型や工程、それらを組み上げる工程が不要となるので、コストを低減できる、（２）精度に関して、構造体の寸法精度が、他部品組み立て時の誤差累積がないので、高精度で成形できる、（３）ＲＴＭ成形性に関して、強化繊維を樹脂含浸前に成形型に充填するので、形状（特に曲面）に沿った方向に強化繊維を配置しやすく、出来上がった成形品は、形状と強化繊維の方向が適合しているので、外力に対して安定して高い特性を発現させることができる、等の利点が得られる。
【００１５】
本発明に係る自動車用パネル構造体の基本構造部分は、上述の如く８の字状の閉ループ形状に延びるスチフナを有する構造体部分であるが、本発明では、この８の字状の閉ループ形状に延びるスチフナを有する構造体部分の車両幅方向側面に、上下方向に伸延する、繊維強化樹脂からなる別の構造体が接合されている構造を採用することもできる。例えば後述の実施態様に示すように、上記本発明に係る自動車用パネル構造体の基本構造部分で車体フレームのフロア側部分を構成し、その構造体部分に対し、車体フレームの側面パネル相当部分に、上下方向に伸延する、繊維強化樹脂からなる別の構造体が接合されている構造に構成できる。このように構成すれば、車体フレームの必要基本構成部分の大部分を構成でき、車体フレームの軽量化、捩り剛性の向上が効果的に実現されることになる。
【００１６】
上記別の構造体は、前記８の字状の閉ループ形状に延びるスチフナを有する構造体部分のスチフナに接合されていることが好ましい。このようにすれば、両構造体部分同士の接合強度を高く維持できる。また、上記別の構造体も、閉ループ形状に延びるスチフナを有する構造であることが好ましい。これにより、別の構造体部分も高い捩り剛性を有することになり、両構造体が接合された自動車用パネル構造体全体としても、高い捩り剛性を発現できる。
【００１７】
本発明において、使用される繊維強化樹脂の強化繊維としては、とくに限定されず、炭素繊維やガラス繊維、アラミド繊維などを使用でき、さらにこれら強化繊維を組み合わせたハイブリッド構成の採用も可能である。高い捩り剛性実現の観点からは、剛性、強度が高く、成形が容易で、構造設計も行いやすい炭素繊維を含む形態が好ましい。とくに、少なくとも上記８の字状の閉ループ形状に延びるスチフナを有する構造体部分を構成する繊維強化樹脂が、炭素繊維を含むことが好ましい。また、繊維強化樹脂のマトリックス樹脂としても、とくに限定されず、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂のいずれも使用可能である。使用可能な熱硬化性樹脂としては、代表的にはエポキシ樹脂が挙げられる。熱硬化性樹脂を用いる場合の成形には、ＲＴＭ（Resin Transfer Molding）やプリプレグを用いたプレス成形等の成形方法の適用が可能である。熱可塑性樹脂の場合には、上記成形法に加えて、射出成形の適用も可能である。使用可能な熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリアミド（ナイロン６、ナイロン６６等）、ポリオレフィン（ポリエチレン、ポリプロピレン等）、ポリエステル（ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等）、ポリカーボネート、ポリアミドイミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンオキシド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリスチレン、ＡＢＳ、液晶ポリエステルや、アクリロニトリルとスチレンの共重合体等を用いることができる。これらの混合物でもよい。また、ナイロン６とナイロン６６との共重合ナイロンのように共重合したものであってもよい。さらに得たい成形品の要求特性に応じて、難燃剤、耐候性改良剤、その他酸化防止剤、熱安定剤、紫外線吸収剤、可塑剤、滑剤、着色剤、相溶化剤、導電性フィラー等を添加しておくことができる。
【発明の効果】
【００１８】
このように、本発明に係る自動車用パネル構造体によれば、繊維強化樹脂からなり、８の字状の閉ループ形状に延びるスチフナを有する構成とすることにより、車体フレームの軽量化とともに、オープンカー（ロードスター）に対しても十分に高い捩り剛性の発現および衝突時等の衝撃荷重に対する好ましい柔構造を実現でき、自動車用パネル構造体として望ましい構造を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施態様に係る自動車用パネル構造体の斜視図である。
【図２】図１の自動車用パネル構造体の８の字状の閉ループ形状部分の斜視図である。
【図３】図２とは異なる形態の８の字状の閉ループ形状部分の斜視図である。
【図４】図１の自動車用パネル構造体の８の字状の閉ループ形状部分に接合される別の構造体部分の斜視図である。
【図５】図２のＡ−Ａ線に沿う断面図であって、スチフナの各種断面形状例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明の望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。
図１は、本発明の一実施態様に係る自動車用パネル構造体を示している。図１において、１は、自動車用パネル構造体を示しており、パネル構造体１は、車両前後方向Ｘ−Ｘに延びており、自動車の前後の車輪４の回転軸である車軸２、３からの荷重を支持可能に構成されている。このパネル構造体１は、車両前後方向Ｘ−Ｘに延びる繊維強化樹脂からなるパネル構造体からなる。本実施態様では、パネル構造体１は、主として車体フレームのフロア側部分を構成し、主として水平方向に伸延する水平パネル部５と、水平パネル部５の車両幅方向Ｙ−Ｙの両側に接合された上下方向に伸延する別の構造体としての上下パネル部６との一体化構造に構成されている。この水平パネル部５が、本発明における、平面的に見てパネル構造体１の前後部にわたって８の字状の閉ループ形状に延びるスチフナ７を有する部分に構成されており、両側の上下パネル部６は、水平パネル部５のスチフナ７に接合されている。この水平パネル部５における、スチフナ７による８の字状の閉ループ形状の少なくとも内側の構造体部分が、面構造を有する面構造部８として構成されている。
【００２１】
上記水平パネル部５は、図２に示すように構成されている。スチフナ７による８の字状の閉ループ形状部９の８の字中央部１０は、スチフナ７が交差して延びる交差形状部に構成されている。この８の字中央部は、パネル構造体１の車両前後方向Ｘ−Ｘにおける中央部に位置されているとともに、車両幅方向Ｙ−Ｙにおいても中央部に位置されている。
【００２２】
上記８の字状の閉ループ形状部の８の字中央部の構造に関しては、図２に示した構造の他に、例えば図３に示すような構造も採り得る。図３に示す水平パネル部１１においては、スチフナ１２による８の字状の閉ループ形状部１３の８の字中央部１４は、その両側で延びているスチフナ１２が交差はせずに互いに接近、離反する接近・離反形状部に形成されている。
【００２３】
上下方向に伸延する別の構造体としての上下パネル部６は、例えば図４に示すように構成されている。この上下パネル部６もまた、スチフナ２１が、８の字状に延びる閉ループ形状部２２として形成されており、その８の字状の閉ループ形状部２２の８の字中央部２３は、その両側で延びているスチフナ２１が交差はせずに互いに接近、離反する接近・離反形状部に形成されている。そして、スチフナ２１による８の字状の閉ループ形状の少なくとも内側の構造体部分が、面構造を有する面構造部２４として構成されている。
【００２４】
上記水平パネル部５および上下パネル部６におけるスチフナの断面構造としては、各種形態の採用が可能である。例えば、図２のＡ−Ａ線に沿って見た断面形態にて、図５に例示するような各種形態を採り得る。図５（Ａ）に示す形態では、横断面形状が６角形の中空のスチフナ部３１に形成され、スチフナ部３１間に面構造部３２が形成されている。図５（Ｂ）に示す形態では、横断面形状が４角形のスチフナ部３３に形成され、スチフナ部３３間に面構造部３４が形成されている。図５（Ｃ）に示す形態では、横断面形状が円形のスチフナ部３５に形成され、スチフナ部３５間に面構造部３６が形成されている。図５（Ｄ）に示す形態では、横断面形状がＩ形のスチフナ部３７に形成され、スチフナ部３７間に面構造部３８が形成されている。図５（Ｅ）に示す形態では、横断面形状が６角形のスチフナ部３９に形成されるが、繊維強化樹脂からなる６角形のスチフナ部３９内に、コア材４０(例えば、発泡樹脂等からなるコア材)が充填されてスチフナ部が構成され、これらスチフナ部間に面構造部４１が形成されている。図５（Ｆ）に示す形態では、横断面形状が６角形の中空のスチフナ部４２に形成されるが、スチフナ部４２の中空部内を面構造部４３が貫通して延びる形態とされている。図５（Ｇ）に示す形態では、横断面形状が台形状の４角形の中空のスチフナ部４４(上記６角形の中空のスチフナ部の半分の形態)に形成され、スチフナ部４４が面構造部４５の片面側のみに配置された形態とされている。図示例以外にも、各種の形態を採り得る。どのようなスチフナ断面形状を選択するかは、パネル構造体に要求される機能や機械的特性、表面形態等に応じて適宜決定すればよい。
【００２５】
上記のように構成された本実施態様に係る自動車用パネル構造体１においては、一体化構造のパネル構造体１が繊維強化樹脂からなるので、先ず、車体フレームが軽量化できる。そして、このパネル構造体１が、とくにその水平パネル部５が、スチフナ７が８の字状の閉ループ形状部９に構成されるため、主として８の字中央部１０のスチフナ７の交差形状部において（図３に示した構造では、スチフナ１２の接近・離反形状部において）、斜めに延びるスチフナ７がパネル構造体全体に加わる捩り力(両方向の捩り力)に対して、高い引張あるいは圧縮抗力を発現できる。したがって、パネル構造体１全体には、高い捩り剛性が与えられる。この高い捩り剛性の付与とともに、８の字の輪状部分は、前部側８の字の輪状部分、後部側８の字の輪状部分ともに、輪状形状を保ちながらその全体形状としては変形しやすい構造となる。すなわち、これらの部分が、周囲からの荷重に対して変形されやすい柔構造として構成されることになる。したがって、衝突時等の衝撃荷重に対し、適切な変形により衝撃エネルギーを吸収可能な、望ましい自動車用パネル構造体の柔構造が実現されることとなる。
【００２６】
スチフナ２１が８の字状に延びる閉ループ形状部２２として形成された上下パネル部６を水平パネル部５に接合することにより、水平パネル部５による上記のような柔構造を実質的に損なうことなく、閉ループ形状部２２の８の字の輪状部分により、主として上下方向の柔構造も形成されることになり、この方向にも望ましい自動車用パネル構造体の柔構造が実現されることとなる。さらに、上下パネル部６の付加により、パネル構造体１全体としての捩り剛性が一層向上され、さらに高い捩り剛性が実現される。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明に係る自動車用パネル構造体は、あらゆる車種の自動車に適用可能であるが、とくに、従来適用が困難であったオープンカー（ロードスター）にも適用できる。
【符号の説明】
【００２８】
１  自動車用パネル構造体
２、３  車軸
４  車輪
５  水平パネル部
６  上下パネル部
７  スチフナ
８  面構造部
９  ８の字状の閉ループ形状部
１０  ８の字中央部
１１  水平パネル部
１２  スチフナ
１３  ８の字状の閉ループ形状部
１４  ８の字中央部
２１  スチフナ
２２  ８の字状に延びる閉ループ形状部
２３  ８の字中央部
２４  面構造部
３１、３３、３５、３７、３９、４２、４４  スチフナ部
３２、３４、３６、３８、４１、４３、４５  面構造部
４０  コア材
【図１】
2012171533.tif 000003
【図２】
2012171533.tif 000004
【図３】
2012171533.tif 000005
【図４】
2012171533.tif 000006
【図５】
2012171533.tif 000007