(57)【要約】【課題】オープンカーに対しても、十分に高い捩り剛性を付与でき、しかもその高い捩り剛性を車両の前部から後部にわたってほぼ均一に理想的な状態で付与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、水平方向に伸延する水平パネル部と上下方向に伸延する上下パネル部との一体化構造を有し、水平パネル部と上下パネル部の伸延幅がそれぞれ車両前後方向において変化されていることにより、パネル構造体の、前後の車軸を含む平面の車両前後方向に延びる中心軸周りの捩り剛性が、車両前後方向における各位置においてほぼ同一になるように構成されてい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パネル構造体であって、繊維強化樹脂からなり水平方向に伸延する水平パネル部と繊維強化樹脂からなり上下方向に伸延する上下パネル部との一体化構造を有し、水平パネル部と上下パネル部の伸延幅がそれぞれ車両前後方向において変化されていることにより、パネル構造体の、前記前後の車軸を含む平面の車両前後方向に延びる中心軸周りの捩り剛性が、車両前後方向における各位置においてほぼ同一になるように構成されていることを特徴とする自動車用パネル構造体。
【請求項２】
前記捩り剛性がほぼ同一とされる車両前後方向における各位置が、少なくとも、前車軸を含む位置と、後車軸を含む位置と、車両前後方向における中央位置とを含む、請求項１に記載の自動車用パネル構造体。
【請求項３】
前記水平パネル部は、車両前後方向における前部位置、後部位置および中央位置において、他の位置よりもより広く伸延されている、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】
前記上下パネル部は、車両前後方向における前部位置および後部位置において、中央位置よりもより広く伸延されている、請求項１〜３のいずれかに記載の自動車用パネル構造体。
【請求項５】
前記水平パネル部および前記上下パネル部の少なくとも一方が、一枚物に成形されている、請求項１〜４のいずれかに記載の自動車用パネル構造体。
【請求項６】
前記水平パネル部および前記上下パネル部の少なくとも一方が、分割パネル成形体の接合構成を有する、請求項１〜４のいずれかに記載の自動車用パネル構造体。
【請求項７】
全体が一体成形されている、請求項１〜４のいずれかに記載の自動車用パネル構造体。
【請求項８】
前記水平パネル部および前記上下パネル部の少なくとも一方を構成する繊維強化樹脂が、炭素繊維を含む、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】
車両走行用の動力源に電気モータを使用した自動車のパネル構造体である、請求項１〜８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、車両前後方向に延びる中心軸周りの捩り剛性を適切に高めるとともにその均一化をはかった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】
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、自動車には、基本的な要求仕様として、燃費改善のために車体の軽量化が求められるので、軽量化を達成しつつ。上述のような高い捩り剛性を実現することが望ましいこととなる。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。
【０００４】
ところが、この特許文献１では、車体骨格部の一部を繊維強化樹脂で形成して衝撃エネルギー吸収等のための構造上の工夫は加えられているものの、上述したような高い捩り剛性の確保については考慮されていない。また、車体骨格部の下部側部分のみを繊維強化樹脂で形成するようにしているので、軽量化効果も十分なものとは言えない。
【０００５】
また、車体フレームの捩り剛性を高めるための構造として、前述したように、オープンカー（ロードスター）においては、ピラーとルーフを使用する構造は採用できず、通常のエンジンを搭載した車種では、設計上先ず、エンジンの搭載位置、その動力伝達機構などを考慮しなければならないため、現実的に捩り剛性を高める設計が困難なことが多い。この点、近年発展しつつある電気自動車や燃料電池車、ハイブリッドカー等では、車両走行用の動力源に電気モータの使用が可能であり、電気モータは車両搭載位置上の自由度が高いことから、車体設計の自由度が大幅に向上する。そのため、車体フレームの捩り剛性を高めようとする場合の、車体フレームの形状や構造の自由度も大きく増大可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【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】
【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、しかもその高い捩り剛性を車両の前部から後部にわたってほぼ均一に無駄なく理想的な状態で付与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パネル構造体であって、繊維強化樹脂からなり水平方向に伸延する水平パネル部と繊維強化樹脂からなり上下方向に伸延する上下パネル部との一体化構造を有し、水平パネル部と上下パネル部の伸延幅がそれぞれ車両前後方向において変化されていることにより、パネル構造体の、前記前後の車軸を含む平面の車両前後方向に延びる中心軸周りの捩り剛性が、車両前後方向における各位置においてほぼ同一になるように構成されていることを特徴とするものからなる。
【０００９】
なお、本発明において、捩り剛性がほぼ同一になるように構成されているとは、パネル構造体における車両の前部から後部にわたって、設計目標として、捩り剛性が実質的に±４０％の範囲に入っていればよく、好ましくは±３０％の範囲に入っていればよく、さらに好ましくは±２０％の範囲に入っていればよい。また、水平パネル部や上下パネル部を構成する繊維強化樹脂としては、繊維強化樹脂のみからなる構成はもちろんのこと、繊維強化樹脂材間に発泡材などのコア材が介装されたサンドイッチ構造の構成まで含む概念である。
【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、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車体フレームとして機能するパネル構造体が繊維強化樹脂からなるので、先ず、繊維強化樹脂の特長を活かして軽量化が達成される。そしてこのパネル構造体は、水平パネル部と上下パネル部との一体化構造に構成されるので、高い捩り剛性を発現できる横断面構造に構成される。さらに、この高い捩り剛性が車両前後方向における各位置において（つまり、パネル構造体における車両の前部から後部にわたる全領域において）ほぼ同一になるように、水平パネル部と上下パネル部の伸延幅がそれぞれ車両前後方向においてバランスよく変化される。したがって、高い捩り剛性が、車両の前部から後部にわたってほぼ均一に、しかも無駄な部位を設けることなく必要最小限の構造材料使用量にて効率よく、理想的な状態にて、付与されることになる。すなわち、とくに均一で高い捩り剛性を達成するという面からみて、繊維強化樹脂にとって最も成形が容易なパネル状の形態にて、理想的な立体構造体が実現されることになる。
【００１１】
上記本発明に係る自動車用パネル構造体においては、上記捩り剛性がほぼ同一とされる車両前後方向における各位置としては、すなわち、捩り剛性がほぼ同一であるか否かのチェックポイントとしては、少なくとも、前車軸を含む位置と、後車軸を含む位置と、車両前後方向における中央位置（つまり、車室に対応する位置）とを含むことが好ましい。これら３つの位置において捩り剛性がほぼ同一であれば、車体フレームとして機能するパネル構造体の全体として、望ましい捩り剛性分布が容易にかつ確実に実現される。
【００１２】
このような望ましい状態で上記捩り剛性がほぼ同一の状態を実現するためには、上記水平パネル部は、車両前後方向における前部位置、後部位置および中央位置において、他の位置よりもより広く伸延されている形態とすることが好ましい。また、上記上下パネル部は、車両前後方向における前部位置および後部位置において、中央位置よりもより広く伸延されている形態とすることが好ましい。このように構成することにより、目標とする、パネル構造体における車両の前部から後部にわたる全領域において捩り剛性がほぼ同一になる状態がより容易に実現される。
【００１３】
また、上記本発明に係る自動車用パネル構造体においては、上記水平パネル部および上記上下パネル部の少なくとも一方が、一枚物に成形されている形態、上記水平パネル部および上記上下パネル部の少なくとも一方が、分割パネル成形体の接合構成を有する形態、
パネル構造体の全体が一体成形されている形態、のいずれの形態も採り得る。また、とくに上下パネル部については、１枚のみ設ける形態、例えば、水平パネル部の車両幅方向中央部に１枚のみ立設する形態、２条以上にて互いに間隔をもって車両前後方向に延びる形態、のいずれの形態も採り得る。いずれの形態を採用するかは、設計しようとする捩り剛性の値や、設置が許容されるスペース等との関連で適宜決めればよい。
【００１４】
上記のようなパネル構造体の全体が一体成形されている形態では、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。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。
【００１６】
また、本発明に係る自動車用パネル構造体は、水平パネル部と上下パネル部との一体化構造により高い捩り剛性を実現しようとするものであり、とくに伸延幅が変化する上下パネル部が車両前後方向に延びることになるので、この上下パネル部を他の部材と干渉させることなく配置することが必要となる。したがって、車両自体に本発明に係る自動車用パネル構造体構成のための適切な設計の自由度が要求されることになるが、前述の如く、とくに車両走行用の動力源に電気モータを使用した自動車では、本質的に高い設計の自由度を有することができるので、容易に上下パネル部を所望の位置に配置することが可能になり、本発明に係る自動車用パネル構造体を容易に採用することができる。
【発明の効果】
【００１７】
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伸延幅が変化する水平パネル部と上下パネル部との一体化構成により、車体フレームとして機能するパネル構造体においてオープンカー（ロードスター）に対しても十分に高い捩り剛性と車両前後方向にほぼ均一な捩り剛性を実現でき、車両の軽量化も併せて達成可能な、理想的な特性を有する自動車用パネル構造体を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【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平面図（Ａ）と側面図（Ｂ）である。
【図３】図１の自動車用パネル構造体における水平パネル部と上下パネル部との接合部構造の一例を示す拡大部分断面図である。
【図４】本発明の別の実施態様に係る自動車用パネル構造体の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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〜図３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、繊維強化樹脂からなり水平方向に伸延する水平パネル部４と、繊維強化樹脂からなり上下方向に伸延する上下パネル部５との一体化構造を有している。水平パネル部４の水平方向における伸延幅と上下パネル部５の上下方向における伸延幅が、それぞれ車両前後方向Ｘ−Ｘにおいて変化されており、それによって、パネル構造体１の、前後の車軸２、３を含む平面の車両前後方向Ｘ−Ｘに延びる中心軸６周りの捩り剛性が、車両前後方向Ｘ−Ｘにおける各位置おいて(少なくとも、前後車軸２、３を含む位置と、車両前後方向Ｘ−Ｘにおける中央位置を含む各位置おいて)ほぼ同一になるように構成されている。なお、図における７は車輪を示している。
【００２０】
水平パネル部４の伸延幅と上下パネル部５の伸延幅の変化は、本実施態様では、図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように行われている。本実施態様では、オープンカー（ロードスター）用の自動車用パネル構造体１として示してあるが、セダンなどの通常の車種に対しても同様の構成を採ることが可能である。自動車用パネル構造体１の水平パネル部４は、図２（Ａ）に示すように、車両前後方向Ｘ−Ｘにおける前部位置４ａ、後部位置４ｂおよび中央位置４ｃにおいて、他の位置よりもより広く伸延されている。上下パネル部５は、図２（Ｂ）に示すように、車両前後方向Ｘ−Ｘにおける前部位置５ａおよび後部位置５ｂにおいて、中央位置５ｃよりもより広く伸延されている。
【００２１】
上記自動車用パネル構造体１における水平パネル部４と上下パネル部５との接合部(一体化部)の構造は、とくに限定されないが、例えば図３に示すように構成できる。図３に示す構造では、上下パネル部５が、水平パネル部４に沿って延びた後水平パネル部４から立ち上がるパネル部８ａと、該パネル部８ａの反対側において水平パネル部４に沿って延びた後水平パネル部４から立ち上がるパネル部８ｂから構成されており、これらパネル部８ａとパネル部８ｂが互いに接合されるとともに、水平パネル部４に対して一体的に接合、あるいは水平パネル部４とともに一体成形されている。
【００２２】
なお、上記実施態様においては、水平パネル部４と上下パネル部５が、それぞれ、車両前後方向Ｘ−Ｘにおいて一体化されたものに形成されているが、少なくとも一方について、分割されたものを接合する構成を採用することも可能である。例えば、水平パネル部４については、前部位置４ａ、後部位置４ｂおよび中央位置４ｃの少なくともいずれかの部分を別部材として形成し、それらを一体に接合した構成を採用することが可能である。また、上下パネル部５については、前部位置５ａ、後部位置５ｂおよび中央位置５ｃの少なくともいずれかの部分を別部材として形成し、それらを一体に接合した構成を採用することが可能である。
【００２３】
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、水平パネル部４と上下パネル部５との互いに垂直方向に伸延するパネル部の一体化構造に構成されているので、とくに横断面構造的に高い捩り剛性を発現でき、パネル構造体１における車両の前後方向全域にわたって高い捩り剛性が達成される。さらに、水平パネル部４と上下パネル部５の伸延幅が、それぞれ車両前後方向においてバランスよく変化されて、上記高い捩り剛性が車両前後方向における各位置において（つまり、パネル構造体における車両の前部から後部にわたる全領域において）ほぼ同一になるように確保されているので、無駄な付加部位を設けずに、必要最小限の材料使用量にて、効率よく各部位における目標とする高い捩り剛性が達成されることになる。すなわち、軽量化と高い捩り剛性、その捩り剛性の望ましい分布がすべて同時に達成されることになる。
【００２４】
上記実施態様では、上下パネル部５は１枚だけ設けられていたが、例えば図４に示すように、複数(図示例では２枚)設けることも可能である。目標とする捩り剛性や、上下パネル部を立設可能なスペース等に応じて適宜決定すればよい。図４に示す例では、実質的に同一形状に形成された上下パネル部１１ａ、１１ｂが、水平パネル部４上に間隔をもって立設されて水平パネル部４と上下パネル部１１ａ、１１ｂが一体化された自動車用パネル構造体１２が構成されている。本実施態様においても、車両前後方向Ｘ−Ｘにおける各位置において捩り剛性がほぼ同一になるように構成されており、軽量化と高い捩り剛性、その捩り剛性の望ましい分布がすべて同時に達成される。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
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）に好適なものであり、また、車両走行用動力源の搭載位置の自由度が高い電気自動車や燃料電池車、ハイブリッドカー等に好適なものである。
【符号の説明】
【００２６】
１、１２  自動車用パネル構造体
２、３  車軸
４  水平パネル部
５  上下パネル部
６  中心軸
７  車輪
８ａ、８ｂ  パネル部
１１ａ、１１ｂ  上下パネル部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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