(57)【要約】【課題】硬質発泡ウレタンまたは同等の素材を用いてモノコックフレームとボンネットやドアの相対的な位置が変化しないようにしてボンネットやドアの剛性を利用できるようにすることで走行中に生じる車体モノコックフレームの捻じれや曲がりを低減させる。【解決手段】ドアが閉じた状態で車体モノコックフレームとドアとボンネットとフロントサスペンションを支えるフレームが重なり合う部位に生じる隙間を硬質発泡ウレタンまたは同等の素材を用いて開閉に支障を及ぼさない範囲で埋め密着させる。また硬質発泡ウレタンまたは同等の素材を用いてモノコックフレームの鋼板が重なり合う部位の隙間、補強用凹凸またはピラー等の中空部分を埋めることでサンドイッチ構造を形成させる。【選択図】図１
2017132445.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドアが閉じた状態で車体モノコックフレームとドアが重なり合う部位にできる前後または上下方向の隙間を、ドアの開閉に支障を及ぼさない範囲で硬質発泡ウレタンまたは同等の素材を用いて埋めて密着させ走行中に生じる車体モノコックフレームとドアの相対的な位置の変化を押さえることによって、ドアの剛性を利用して走行中に生じる車体モノコックフレーム全体のねじれや曲がりを低減させる構造を特徴とする乗用車。
【請求項２】
ボンネットが閉じた状態でフロントサスペンションをサポートするフレームとボンネットが重なり合う部位にできる左右及び上下方向の隙間を、ボンネットの開閉に支障を及ぼさない範囲で硬質発泡ウレタンまたは同等の素材を用いて埋めて密着させ走行中に生じるフロントサスペンションをサポートするフレームとボンネットの相対的な位置の変化を押さえることによって、ボンネットの剛性を利用して走行中に生じるフロントサスペンションをサポートするフレームのねじれや曲がりを低減させる構造を特徴とする乗用車。
【請求項３】
ドアシールの中空部分に硬質発泡ウレタンまたは同等の硬質発泡素材を充てんしてドアを閉じた状態で発泡及び硬化させる作業手段を特徴とし、従来から装備される内外方向の隙間を埋めて密着させるドアシールとは別または一体化させてドアが閉じた状態で車体モノコックフレームとドアが重なり合う部位にできる前後または上下方向の隙間に装着することにより、ドアを閉じた状態で車体モノコックフレームとドアが重なり合う部位にできる前後または上下方向の隙間を埋めて密着させることを目的とする請求項１の構造を特徴とする乗用車に装着するドアシール。
【請求項４】
重ね合わせた鋼板の間に生じる隙間、鋼板の凹凸または中空部分に硬質発泡ウレタンまたは同等の硬質発泡素材を充てんして発泡及び硬化させ、隙間、凹凸または中空部分を埋めると同時に鋼板通しまたは強化繊維を付加して接着することにより硬質発泡ウレタンまたは同等の素材をコアとするサンドイッチ構造を形成させることにより、走行中に生じる車体モノコックフレームのねじれや曲がりを低減させる構造を特徴とする乗用車。
【請求項５】
閉じた状態で車体モノコックフレームとドア及びフロントサスペンションをサポートするフレームとボンネットが重なり合う部位に生じる隙間、または車体モノコック自体の結合部の隙間及びピラー内の中空部分を埋め密着または接着させることを目的とし、その隙間を埋める素材として硬質発泡ウレタンまたは同等の素材を使って施工する作業手段
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、閉じた状態でボンネットやドアと車体モノコック重なり合う部位に生じる隙間を硬質発泡ウレタンまたは同等の素材で埋めて密着させることによりボンネットやドアの剛性を利用して走行中に生じる車体の捻じれや曲がりを減少させる構造を特徴とする乗用車のモノコックフレーム構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】近年、多くの乗用車がモノコックフレーム構造を採用するようになった。モノコックフレーム構造を採用している乗用車のボンネットやドアは２か所のヒンジと１か所のロックによって閉じた状態に保持されている。乗用車の車体フレームはモノコック構造と呼ばれており名称が似ていることから航空機のセミモノコック構造と同じように外側の板が強度部材になっている構造になっているように見えるが、実際は内側に隠されたモノコックフレームだけで強度を受け持つ構造となっており外形を形作るフロントフェンダー、ボンネット、ドアなどは車体モノコックフレームを支える補強部材としては利用されていない。【０００３】車体中央部は乗員が乗降するドアを取り付けるためにモノコックを大きく４角形または５角形に近い形に切欠いたような形状をしており、Ａピラー。Ｂピラー、Ｃピラーと呼ばれる柱状のフレームによって支えている。各ピラーで支える構造は外側の板やドアが強度部材となっているっている航空機のセミモノコック構造とは全く異なり、建築物のラーメン構造に近い構造になっている。
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】ボンネットやドアは２か所のヒンジと１つのロックで保持されている。ボンネットやドアは閉じられた状態でも車体モノコックフレームと重なる部位には隙間があり、車体モノコックフレームに大きな力が加わりわずかな捻じれや曲がりが生じた時に車体フレームとボンネットやドア間の隙間が変化することを許容する構造になっていた。この隙間を埋めて走行中に車体モノコックに大きな力が加わった時でもモノコックフレームとボンネットやドアの相対的な位置が変化しないようにすることによってボンネットやドアの剛性を利用して走行中に生じる車体モノコックフレームの捻じれや曲がりを低減させ走行性能を向上させる。
【０００５】また、モノコック構造は薄い鋼板を重ね合わせスポット溶接等により結合することで一体構造としているため鋼板を重ね合わせた部位には数多くの隙間や空間が存在する。この隙間や空間を埋めて接着することで車体モノコック自体の剛性も高め走行中に生じる車体モノコックフレームの捻じれや曲がりを低減させて走行性能を向上させる。本発明は車体の車体構造に変更を加えるものではなく、組み立てられた車体に対し車体フレーム、ボンネット、ドアなどが重なり合う部位に生じる隙間を埋めて密着または接着させるという作業手段を追加することによって走行中に生じるモノコックフレーム全体の捻じれや曲がりを低減させ走行性能を向上させようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】ドアが閉じた状態で車体モノコックフレームとドアが重なり合う部位にできる前後または上下方向の隙間を、ドアの開閉に支障を及ぼさない範囲で硬質発泡ウレタンまたは同等の素材を用いて埋め密着させ走行中に生じる車体モノコックフレームとドアの相対的な位置の変化を押さえることによって、ドアの剛性を利用して走行中に生じる車体モノコックフレーム全体のねじれや曲がりを低減させる。
【０００７】ボンネットが閉じた状態でフロントサスペンションをサポートするフレームとボンネットが重なり合う部位にできる左右及び上下方向の隙間を、ボンネットの開閉に支障を及ぼさない範囲で硬質発泡ウレタンまたは同等の素材を用いて埋めて密着させることにより走行中に生じるフロントサスペンションをサポートするフレームとボンネットの相対的な位置の変化を押さえることによって、ボンネットの剛性を利用して走行中に生じる車体モノコックフレーム全体のねじれや曲がりを低減させる。
【０００８】硬質発泡ウレタンまたは同等の素材を利用して施工する手段には隙間に直接施工する手段と、車体モノコックフレームとドアが重なり合う部位にできる前後または上下方向の隙間を埋めることを目的とするドアシールを装着してそのドアシールの中空部分に硬質発泡ウレタンまたは同等の素材を充てんして施工する手段がある。
【０００９】現在の乗用車のフレームは多くがフレームとボディを一体構造としたモノコック構造を採用しており車体モノコックフレームはフロントサスペンションを支えるフレームと座席を取り付ける車内空間と荷物を載せる空間を持つモノコック部分を組み合わせた一体構造である。フロントサスペンションを支えるフレームはボンネットとフロントフェンダーによって覆われ、座席を取り付ける車内空間を形作るモノコックフレームはドアが取付けられる部分が大きく４角形または５角形に近い形状にくり抜かれているため、ドア周辺は柱のような形状をした各ピラーによって支えられ床及び屋根に結合されている。オープンカーは屋根が取り外せるためドアの切欠き部分は床部分だけで支えられる構造になっている。
【００１０】ボンネットは２か所のヒンジと１か所のラッチによって閉じた状態フロントサスペンションを支えるフレームの上に保持され容易に開閉できる構造になっている。ボンネットは閉じられた状態では外側に開かないようにするラッチとラッチ部分に取り付けられたばねによってボンネットを持ち上げる方向に力が加える。ボンネット本体はこの力によってフロントサスペンションを支えるフレームとの間に隙間が保たれた状態で保持されている。ボンネット左右の端の部分には隙間を塞ぐようなシールは取り付けられておらずボンネットとフロントサスペンションを支えるフレームが重なり合う部位には左右及び上下方向に動くことが可能な隙間がある状態で保持されている。
【００１１】車体に取り付けられるドアには乗員が乗降するためのドアと荷物を収納するトランク用のドアがある。これらのドアは２か所のヒンジと１か所のラッチによって閉じた状態に保持される。ドアは外側に開かないようにするラッチとドアシールの反発力でドア本体と車体モノコックフレームが直接接しないよう隙間を保った状態で閉じた状態に保持される。ドアが閉じた状態で車体モノコックとドアが重なり合う部位に生じる隙間のうちドアを内外に開閉する方向の隙間はドアシールによって埋められ雨風が車内に進入しないようにしている。車体に対して前後及び上下方向には隙間がある状態で保持されている。ドアはこのような構造になっており車内に雨風が進入しないようにする機能と外形を形作るフェアリングとしての機能をはたしているだけで車体フレームの捻じれや曲がりを防ぐような構造にはなっていない。
【００１２】ドアシールには中空のゴム製のシールが採用され、ドアが閉じられた状態でドア内側の平らな面によって押しつぶされることでドアと車体モノコックフレーム間の隙間を埋め密着させている。ドアシールが当たるドアの内側部分はおりドアシールを均一に潰して密着させやすいように平面になっている。ドアシールは柔らかく変形しやすいゴム製なので車体に対して前後及び上下の隙間が動かないように押さえつける力は大きくない。ドアはこのような構造なので車内に雨風が進入しないようにする機能と外形を形作るフェアリングとしての機能をはたしているだけで車体フレームの捻じれや曲がりが生じてもその動きを許容しドアシールが密着状態を保てるような構造になっている。
【００１３】乗用車のモノコックフレームは薄い板を折り曲げて組み合わせてスポット溶接によって結合した一体構造なのでモノコック構造と呼ばれているが、座席が取り付けられる中央部分は開閉できるドアを取り付けるために大きく切りかかれた形状になっており幅広い床面と天井の間を左右のＡピラー、Ｂピラー、Ｃピラーと呼ばれる柱のような形をしたフレームで支える一体構造である。この構造は航空機のセミモノコック構造とは全く異なっており建造物にみられるラーメン構造に近いものとなっている。ラーメン構造では柱を太くしたり柱と床面や天井部分との結合部の強度を増すことでねじれや曲げに対する剛性を上げているが、乗用車のモノコックフレームも建築物のラーメン構造と同じように各ピラーの強度を上げたりフロアとの結合部の強度を増すことで捻じれや曲がりに対する剛性を高める手段がとられてきた。
【００１４】乗降用ドアが取りつく車体モノコックの中央部分はドアの形状に合わせて４角形または５角形に近い形状に切りかかれた形状になっておりピラーと呼ばれる柱状のフレームによってモノコックが支えられている。しかし４角形または５角形に近い形状は角の部分に大きな力が加わると各辺の長さが伸び縮みしなくても角度が変化することで変形しやすい形状である。角の部分を対角線状にトラス構造のように支えれば４角形または５角形でも変形しにくくなるが乗降用ドアの切欠き部分ではそれができない。オープンカーの場合は天井が着脱式になっているためドアの切欠き部分はＵ字型になってしまうので床面だけでモノコックの剛性を確保しようとすると屋根付きの車より重量が増えてしまう欠点があった。
【００１５】建造物のラーメン構造には柱だけで支えるのではなく、柱と柱の間にある壁を強度部材として利用することで耐震性が向上させる壁式ラーメン構造がある。壁を利用して耐震性を向上させる壁式ラーメン構造の考え方を車のモノコック構造に応用し、ボンネットやドアの剛性を利用してフロントサスペンションを支えるフレームや車体モノコックのピラー周辺を支えるようにすれば建築物の壁式ラーメン構造のように車体モノコック全体の捻じれや曲がりを大幅に減少させることができる。
【００１６】フロントサスペンションを支えるフレームは２本の柱を車体モノコックのＡピラーの前方に伸したような形状になっている。フロントサスペンションを支えるフレームはそれぞれが独立して前方に伸びた形状をしているため捻じれや曲がりが生じやすい形状になっている。フレームの剛性を高める手法は基本的にピラーと同じ太く分厚くすることであるが、衝突時に前方を潰れやすくして衝撃を吸収したいという考えもあるためフロントサスペンションを支えるフレームは十分な剛性を確保しにくくなっている。フレームだけでは十分な剛性が確保できないと判断した車はストラットタワーバーで補強している。
【００１７】乗降用ドア単体でその構造を見ると側面からの衝突安全性を高めるためにドアの内側には補強材が組み込まれており高い剛性を有している。ボンネットもフロントサスペンションを支えるフレームとの間に隙間がある状態で形状が維持できるよう裏側に補強材を重ね合わせた構造になっておりフレームを支えるのに十分な剛性を有している。ドアもボンネットも単体で見ればモノコックを支え変形を防ぐ補助的な部品としては十分すぎる剛性が確保されている。ドアとボンネットの剛性を有効に利用できればピラーやフレームを補強しなくても車体モノコックのＡ，Ｂ，Ｃピラー周辺とフロントサスペンションを支えるフレームの捻じれや曲がりを押さえることができる。
【００１８】ドアと車体モノコックの相対的な位置が変化しないように固定して一体化させればドアの剛性を利用して車体モノコックを支えられるようにすることができる。一体化させる手段として一番確実な手段は機械的に結合することである。考えられる手段としてテーパー状のピンを動かしピンの形状に合わせたキャッチと合体するように電気的に動く機構を追加装備する手段や手動でドアと車体モノコックを機械的に締結する手段などが考えられる。しかし、ボンネットやドアは容易に開閉できることが求められているのでドアの開閉に悪影響を及ぼさないことを考慮する必要がある。電磁石を利用すればドアを閉じた後にスイッチ操作だけでピンをキャッチに結合させることができる。この手段であれば開閉操作に支障を感じることはないと思うが、新たに装備を追加する必要があり、装備が故障した時はドアの開閉ができなくなってしまう恐れもある。
【００１９】本発明では新たに装備を加える手段ではなく、作業工程を追加してドアやボンネットと車体フレームの隙間を埋め密着させる手段を採用する。ドアが閉じられた状態で車体モノコックフレームとドアが重なり合う部位の前後または上下方向の隙間をドアの場合は開閉に支障を及ぼさない範囲で硬質発泡ウレタンまたは同等の素材を用いて埋めることにより密着させる。ボンネットの場合はボンネットが閉じられた状態でフロントサスペンションをサポートするフレームとボンネットが重なり合う部位の左右方向の隙間を開閉に支障を及ぼさない範囲で硬質発泡ウレタンまたは同等の素材を用いて埋めることにより密着させる。
【００２０】ドアと車体モノコック又はボンネットとフロントサスペンションを支えるフレームの隙間を埋める素材として最も適すると思われる素材は現状では硬質発泡ウレタンである。発泡スチロールも同等の素材と考え製造会社では利用可能であるが市販の車を購入後に施工することは困難である。将来的には硬質発泡ウレタンよりも優れた素材が開発されことも予想されるので本発明では以下のような特性を持つ素材であれば硬質発泡ウレタンと同等の素材と考える。
【００２１】硬質発泡ウレタンは施工後２倍以上に膨張するので隙間の形状に関係なくその隙間を容易に埋めることができる。硬化後は適度な硬さがあり、一つ一つの気泡が独立しているためスポンジのように水を吸い込むことがない。素材自体に耐水性がある。素材自体に接着力がある。発泡材であるためとても軽量である。発泡して硬化した後は適度な弾力性が有り指で強く押せば凹むが、広い範囲で支えれば独立した空気の泡と素材の反発力によって殆ど変形することなく支えることができる。小さな凹凸の変化に対しては柔軟に対応できる特性と広い面積に加わる力に対しては大きな抵抗力を有する。従って加わる力の大きさに合わせて施工面積を広くしてやれば硬質発泡ウレタンで車体モノコックフレームとボンネットの相対的な位置が変化しないように押さえることが可能となる。硬質発泡ウレタンは耐水性があるのでドアシールの内側と外側のどちらにも施工することが可能である。硬化後切削加工や後塗装ができる。硬質発泡ウレタンは水分に反応して硬化するため、予め水分供給して施工面を水で濡らしておけばドアシールの中空部分のような閉ざされた空間でも充てんするだけで発泡及び硬化させることができる。ハンディに使えるスプレー缶タイプのものが市販されている。このように硬質発泡ウレタンは隙間を埋めて密着させる素材として適する数多くの特性を有している。
【００２２】ドアが閉じられた状態ではドアには厚みがあるため車体モノコックと重なり合う部位には内外方向だけでなく前後上下方向にも隙間がある。内外方向の隙間はドアシールによって埋められているが前後及び上下方向の隙間はドアの全周にわたって存在したままである。この前後及び上下方向の隙間を硬質発泡ウレタンまたは同等の素材で埋めて密着させればドアの剛性を利用して車体モノコックの捻じれや曲がりを押さえることができるようになる。
【００２３】ドアが閉じた状態で車体モノコックとドアが重なり合う部位にできる前後及び上下方向の隙間を硬質発泡ウレタンで埋め密着させる手段では、前後及び上下方向の隙間を埋めることによってドアの開閉に支障をきたすことがないように施工する必要がある。ドアの開閉に支障をきたさないように施工するには埋めた隙間の表面の勾配がどうなるか考慮する必要がある。技術的には鋳造品やＦＲＢ部品を製作する際に型から簡単に取り外せるように勾配をつけておく技術がそのまま応用できる。
【００２４】一般的な乗用車の乗降用ドアは上下２か所のヒンジ部分を回転中心として右または左に回転しながら開閉する。その回転中心に対する接線方向に対して内側は狭く外側は広くなるように勾配をつけておくことによってドアが閉じた時に隙間なく密着させても引っかかることなくドアを開閉することができる。この原則さえ守れば隙間の形状や隙間の大きさに制限されることはない。接線に対して内側の方が外側より広くなってしまう場合は、硬質発泡ウレタンをその部分に施工することを避けるか、予めその隙間を接線に対して外側の方が内側より広くなるように勾配が付くように埋めて成形しておく。成形された形状に合わせて隙間を埋め密着させるように硬質発泡ウレタンを施工すればよい。
【００２５】前後、上下方向の隙間を埋め密着させる部位はその面を車体の前後または上下に対して直角に近いほうが相対的な位置の変化を押さえやすくなるが、ドアがヒンジを回転中心として回転しながら開閉することを考慮して勾配をつける必要がある。勾配が大きく広範囲に施工する場合は勾配の大きい平らな面を予め階段状に埋めておくことによって直角に近い面を増安ことができる。
【００２６】硬質発泡ウレタンを施工する範囲はドアが閉じた状態で車体モノコックとドアが重なり合う部位にできる前後及び上下方向の隙間全周に渡って施工することで最も大きな効果が得られるが、範囲を限定して局部的に隙間を埋めるように施工してもよい。車体モノコックのドアが取りつく部分の切欠きは４角形または５角形に近い形状をしているのでこの角の部分の隙間を埋め、角の部分の相対的な位置が前後上下に動かないようにすることが最も効率よく動きを押さえる手段と考えられる。４角形または５角形は各辺の長さが伸び縮みするより各辺が交わる角度が変化することで変形しやすいので角の部分の位置と角度がずれないように施工することが基本である。従って前後及び上下方向のいずれかと角の隙間、上下方向と角の隙間、前後方向と角の隙間、角の隙間だけという組合わせが考えられるがこれらは限定されるものではなく任意の範囲に限定して施工してよい。
【００２７】硬質発泡ウレタンまたはその同等の素材を施工する時、ドアの開閉に支障がないようにする必要があるのと同時にドアの開閉操作で脱落や損傷がないようにしなくてはならない。隙間を埋める硬質発泡ウレタンまたはその同等の素材は片面を接着し、反対の面は固定されないようにする必要がある。隙間を埋める硬質発泡ウレタンまたはその同等の素材を固定する部位は車体モノコック、ボンネットまたはドアのいずれでもよい。隙間を埋める硬質発泡素材又はその同等の素材を接着したくない側は、型を使ったＦＲＰ製作時にＦＲＰが型に接着されないようにする使用されている離型剤やノウハウを応用して施工する。接着したくない側は、ＦＲＰの製作で使用する離型剤を塗布するかビニールなど硬化後簡単に剥がせる素材を利用できる。
【００２８】硬質発泡ウレタンにはデッドニング効果があるためできるだけ広範囲に施工することで静粛性を高めオーディオの音響効果を改善することができる。ドアシールの外側の隙間を埋めれば風切音を低減させることができる。車体モノコックの捻じれや曲がりが低減すれば車内のきしみ音の発生も抑えられる。
【００２９】硬質発泡ウレタンは硬化後カッター等で容易に切削加工することができる。表面を切り取ると気泡の穴が表面に露出してしまうが気泡はそれぞれが独立しているため機能的には支障がない。美観を考慮する場合は表面を塗料するか、フェルトなどの伸び縮みしやすい布状の素材を使って表面を覆い隠すことにより美観を維持または向上させることができる。施工時に硬質発泡ウレタンの上から繊維製品で覆いかぶせるようにして発泡及び硬化させればかぶせた繊維製品をそのまま表面材として使用することも可能である。布などの繊維製品を利用すれば布に水分を含ませておくことで発泡と硬化を促進させることもできる。
【００３０】ボンネットが閉じた状態でフロントサスペンションとボンネットが重なり合う部位の左右方向の隙間を硬質発泡ウレタンで埋め密着させる手段は基本的な施工方法はドアの隙間を埋める手段とおなじである。違いはボンネットとドアの開閉方向の違いによる隙間の向きの違いだけである。基本的には同じ考え方を使って施工できる。隙間を埋める範囲はボンネット左右の端がフロントサスペンションを支えるフレームと重なり合う部位に対してできるだけ広範囲に施工することが望ましいが、ボンネットの持つ剛性を利用してストラットタワーバーと同じ効果を得ることに限定して考えればフロントサスペンションの取付部に近い範囲に限定して隙間を埋めてもよい。フロントサスペンションを支えるフレームの捻じれを低減させたい場合は左右の隙間だけでなく上下の隙間も埋める。トランク用ドアも施工手段は基本的にドアと同じ考え方で施工する。トランク用ドアは大きさも形状も様々なので車体モノコックとドアの位置が変化しやすい方向を考慮しその方向に動きにくいように隙間を埋め密着させる。
【００３１】硬質発泡ウレタンによって隙間を埋める方法として隙間に直接硬質発泡ウレタンを施工する手段と隙間を埋めるために装着したドアシール中空部分に硬質発泡ウレタンまたは同等の素材を充てんしてドアを閉じた状態で発泡及び硬化させる手段がある。硬質発泡ウレタンは水分によって発泡及び硬化するため予めドアシールの中空部分に水またはスチームによって水分を供給してから硬質発泡ウレタンを充てんすることによりドアシールの中空部分のように密閉状態に近い環境でも発泡及び硬化させることができる。
【００３２】車体モノコックとドアの位置が変化しないように隙間を埋めるドアシールは、中空部分に硬質発泡ウレタンまたは同等の素材を充てんしてドアを閉じた状態で発泡及び硬化させることを前提として装着するので中空部分に充てんした硬質発泡ウレタンが発泡して膨張しやすいようにゴムの厚さを薄くし、前後または上下方向の隙間に合わせて広範囲に施工できるように幅広い断面形状にする工夫が必要である。
【００３３】上下または前後方向の隙間を埋めるドアシールは従来のドアシールと合体させてもよい。合体させれば従来から装備されるドアシールと交換するだけで装着できる。合体したドアシールを装着した後中空部分に水分を流し、その後硬質発泡ウレタンを充てんしてドアを閉じた状態で発泡及び硬化をさせることで上下及び前後の隙間を埋めることができる。
【００３４】上下または前後方向の隙間を埋めるドアシールの効果を更に高める手段として中空部分を追加しその中空部分に液体または気体を導いて圧力を高めることによって密着した状態から更に膨張させる手段がある。この手段では圧縮空気を送る仕組みを追加装備する必要があるが、剛性を確保しにくいオープンカーの車体フレームドア周りの剛性を高める手段としてはドアシールを密着させるだけでなく加圧することで更に剛性を高めることができる。
【００３５】製造会社においては車体に対して前後または上下の隙間とその隙間を埋めるドアシールの断面形状が均一のものを使用できるように車体モノコックの形状を設計することが可能である。断面形状が同じドアシールを使うことができればドアの隙間を埋める作業はとても容易になり、ドアシールのコストも安くできる。
【００３６】重なり合う部位に生じる隙間はボンネットやドアと車体モノコックフレームとの間に生じる隙間だけでなく車体モノコックフレーム自体にも数多く存在する。モノコック構造は薄い鋼板を複雑な形に成形したものを組み合わせ主にスポット溶接によって結合している。スポット溶接によって結合されているためその周囲には隙間が生じている。また補強材を重ね合わせている部位もあり、結合部の周辺には隙間が生じている。ピラーの外見は柱状になっているが成形された２枚の鋼板を重ね合わせることで柱状の形を作り出しており中空構造になっている。
【００３７】硬質発泡ウレタンまたは同等の素材で埋めこのように車体モノコック自体も数多くの隙間と中空部分が存在しておりその隙間や中空部分を硬質発泡ウレタンまたは同等の素材で埋めて接着することにより車体モノコック自体の剛性も捻じれや曲がりに対して大きな抵抗力を持つ構造にすることができる。参考になる構造としてハニカムサンドウィッチ構造がある。ハニカムサンドウィッチ構造は薄いシート状の素材を折り曲げたものを重ね合わせ６角柱を横に重ね合わせたような構造をしたハニカムコアの両側に繊維によって補強された薄い樹脂を貼り合わせたものである。
【００３８】この構造は航空機には以前から軽量化のために採用されてきた構造である。重なり合った薄い鋼板の間を硬質発泡ウレタンまたは同等の素材で埋めて接着すると硬質発泡ウレタンがハニカムコアと同じように機能するようになる。このことで薄い鋼板がそれぞれ別々に力を受け持っていたものが硬質発泡ウレタンまたは同等の素材で埋められた中空部分の厚さを持つ一体構造の部品として機能するようになり捻じれや曲がりに対する抵抗力は飛躍的に大きくなり走行中に生じるモノコックフレームの捻じれや曲がりを低減して走行性能を向上させることができる。
【００３９】また、硬質発泡ウレタンには接着力とデッドニング効果があるため結合強度を高めると同時に音や振動を伝えやすいモノコック構造の欠点を補うことができる。
【発明を実施するための形態】
【００４０】本発明の実施形態を図面に示して説明する。
【００４１】図１及び図２に示すように、ドア１が閉じた状態で車体モノコックフレーム２とドア１が重なり合う部位にできる前後または上下方向の隙間３を、ドアの開閉に支障を及ぼさない範囲で硬質発泡ウレタンまたは同等の素材４を用いて埋めて密着させ走行中に生じる車体モノコックフレーム２とドア１の相対的な位置の変化を押さえることによって、ドア１の剛性を利用して走行中に生じる車体モノコックフレーム２全体のねじれや曲がりを低減させる。
【００４２】図３及び図４に示すように、ボンネット５が閉じた状態でフロントサスペンションをサポートするフレーム６とボンネット５が重なり合う部位にできる左右及び上下方向の隙間を、ボンネット５の開閉に支障を及ぼさない範囲で硬質発泡ウレタンまたは同等の素材４を用いて埋めて密着させ走行中に生じるフロントサスペンションをサポートするフレーム６とボンネット５の相対的な位置の変化を押さえることによって、ボンネットの剛性を利用して走行中に生じるフロントサスペンションをサポートするフレーム６のねじれや曲がりを低減させる。
【００４３】図５に示すように、ドア１が閉じた状態で車体モノコックフレーム２とドア１が前後または上下方向に重なり合う部位の隙間３を埋めて密着させるドアシール７を従来から装着される内外方向の隙間を埋めて密着させるドアシール８とは別に装着し、ドア１が閉じた状態で車体モノコックフレーム２とドア１が前後または上下方向に重なり合う部位の隙間３を埋めて密着させるドアシール７の中空部分９に硬質発泡ウレタンまたは同等の硬質発泡素材４を充てんしてドア１を閉じた状態で発泡及び硬化させる。
【００４４】図６に示すように、ドア１が閉じた状態で車体モノコックフレーム２とドア１が前後または上下方向に重なり合う部位の隙間３を埋めて密着させるドアシール７を従来から装着される内外方向の隙間を埋めて密着させるドアシール９と一体化させて装着し、ドア１が閉じた状態で車体モノコックフレーム２とドア１が前後または上下方向に重なり合う部位の隙間３を埋めて密着させるドアシール７の中空部分９に硬質発泡ウレタンまたは同等の硬質発泡素材４を充てんしてドア１を閉じた状態で発泡及び硬化させる。
【００４５】ドア１と車体モノコック２又はボンネット５とフロントサスペンションを支えるフレーム６の隙間を埋める素材４として最も適していると考える素材は現状では硬質発泡ウレタンである。発泡スチロールも同等の素材と考え製造会社では利用可能であるが市販の車を購入後に施工することは困難である。将来的には硬質発泡ウレタンよりも優れた素材が開発されことも予想されるが本発明では以下のような特性を持つ素材であれば硬質発泡ウレタンと同等の素材と考える。
【００４６】硬質発泡ウレタンは施工後２倍以上に膨張するので隙間の形状に関係なくその隙間を容易に埋めることができる。硬化後は適度な硬さがあり、一つ一つの気泡が独立しているためスポンジのように水を吸い込むことがない。素材自体に耐水性がある。素材自体に接着力がある。発泡材であるためとても軽量である。発泡して硬化した後は適度な弾力性が有り指で強く押せば凹むが、広い範囲で支えれば独立した空気の泡と素材の反発力によって殆ど変形することなく支えることができる。小さな凹凸の変化に対しては柔軟に対応できる特性と広い面積に加わる力に対しては大きな抵抗力を有する。従って加わる力の大きさに合わせて施工面積を広くしてやれば硬質発泡ウレタンで車体モノコックフレームとボンネットの相対的な位置が変化しないように押さえることが可能となる。硬質発泡ウレタンは耐水性があるのでドアシールの内側と外側のどちらにも施工することが可能である。硬化後切削加工や後塗装ができる。硬質発泡ウレタンは水分に反応して硬化するため、予め水分供給して施工面を水で濡らしておけばドアシールの中空部分のような閉ざされた空間でも充てんするだけで発泡及び硬化させることができる。ハンディに使えるスプレー缶タイプのものが市販されている。このように硬質発泡ウレタンは隙間を埋めて密着させる素材として適する数多くの特性を有している。
【００４７】ドアの開閉に支障をきたすことがないようにドアが閉じた状態で車体モノコックとドアが重なり合う部位にできる前後及び上下方向の隙間を硬質発泡ウレタンで埋め密着させるドアの開閉に支障をきたさないように施工するには埋めた隙間の表面の勾配がどうなるか考慮する必要がある。技術的には鋳造品やＦＲＢ部品を製作した後に型から簡単に取り外せるように勾配をつけておく技術がそのまま応用する。
【００４８】一般的な乗用車の乗降用ドアは上下２か所のヒンジ部分を回転中心として右または左に回転しながら開閉する。その回転中心に対する接線方向に対して内側は狭く外側は広くなるように勾配をつける。この原則さえ守れば隙間の形状や隙間の大きさに制限されることはない。接線に対して内側の方が外側より広くなってしまう場合は、硬質発泡ウレタンをその部分に施工することを避けるか、予めその隙間を接線に対して外側の方が内側より広くなるように勾配が付くように埋めて成形しておく。硬化後、成形された形状に合わせて隙間を埋め密着させるように硬質発泡ウレタンを施工する。
【００４９】前後または上下方向の隙間を埋め密着させる部位はその面を車体の前後または上下に対して直角に近いほうが相対的な位置の変化を押さえやすくなるドアはヒンジを回転中心として回転しながら開閉するため接線に対して内側の方が外側より広くなってしまう場合は勾配をつける。勾配が大きく広範囲になる場合は平らな面が広範囲に接するよりも勾配の大きい平らな面を予め階段状に埋めておくと直角に近い面が増えて支える効果は大きくすることができる。
【００５０】硬質発泡ウレタンを施工する範囲はドアが閉じた状態で車体モノコックとドアが重なり合う部位にできる前後及び上下方向の隙間全周に渡って施工することで最も大きな効果が得られるが、変形を押さえやすい部分に限定して局部的に隙間を埋めるように施工してもよい。角の部分の相対的な位置が前後上下に動かないようにすることが最も効率よく動きを押さえられる。角の部分の位置と角度がずれないように施工することが基本である。最大限の効果を得たい場合は開閉に支障がない範囲で全周に渡って隙間を埋め密着させる。コストや作業性を重視する場合は角の部分や車体モノコックの変形が大きいと予想される直線部分に限定して施工してもよい。
【００５１】硬質発泡ウレタンまたはその同等の素材を施工する時、ドアの開閉に支障がないようにする。同時にドアの開閉操作で脱落したり損傷しないように車体モノコック、ボンネットまたはドアのいずれかに接着または他の手段で固定し、反対側は接着されないようにする。隙間を埋める硬質発泡ウレタンまたはその同等の素材を固定する部位は車体モノコック、ボンネットまたはドアのいずれでもよい。隙間を埋める硬質発泡素材又はその同等の素材を接着したくない側は、型を使ったＦＲＰ製作時にＦＲＰが型に接着されないようにする使用されている離型剤やノウハウを応用する。接着したくない側は、ＦＲＰの製作で使用する離型剤を塗布するかビニールなど硬化後簡単に剥がせる素材を利用して施工する。
【００５２】硬質発泡ウレタンにはデッドニング効果を重視する場合はできるだけ広範囲に施工する。風切音を低減させたい場合はドアシールの外側の隙間を埋める。車内のきしみ音の発生を押さえたい場合はできるだけ広範囲に施工し車体モノコックの捻じれや曲がりを押さえる。
【００５３】施工後余分にはみ出した硬質発泡ウレタンはカッター等で切削加工し仕上げる。表面を切り取ると気泡の穴が表面に露出してしまうが気泡はそれぞれが独立しているため機能的には支障がない。美観を考慮する場合は表面を塗料するか、フェルトなどの伸び縮みしやすい布状の素材を使って表面を覆い隠すことにより美観をよくする。
【００５４】ボンネットが閉じた状態でフロントサスペンションとボンネットが重なり合う部位の左右方向の隙間を硬質発泡ウレタンで埋め密着させる手段は基本的な施工方法はドアの隙間を埋める手段と同じである。違いはボンネットとドアの開閉方向の違いによる隙間の向きの違いだけである。基本的には同じ考え方を使って施工する。隙間を埋める範囲はボンネット左右の端がフロントサスペンションを支えるフレームと重なり合う部位に対してできるだけ広範囲に施工することが望ましい。ボンネットの持つ剛性を利用してストラットタワーバーと同じ効果を得ることに限定して考える場合はフロントサスペンションの取付部に近い範囲に限定して隙間を埋める。トランク用ドアも施工手段は基本的に同様でトランク用ドアと車体モノコックの位置が変化しやすい方向の隙間を埋め密着させる。
【００５５】硬質発泡ウレタンによって隙間を埋める方法として隙間に直接硬質発泡ウレタンを施工する手段と隙間を埋めるために装着したドアシール中空部分に硬質発泡ウレタンまたは同等の素材を充てんしてドアを閉じた状態で発泡及び硬化させる手段がある。ドアが閉じた状態で車体モノコックとドアが重なり合う部位の上下または前後方向の隙間を埋めるドアシールを装着できる場合はドアシールの中空部分に充てんする方が作業性が良い。ドアシールを装着できない場合は直接隙間に施工する。硬質発泡ウレタンは水分によって発泡及び硬化するため予めドアシールの中空部分に水またはスチームによって水分を流してから硬質発泡ウレタンを充てんすることによりドアシールの中空部分のように密閉状態に近い環境でも発泡及び硬化させることができる。
【００５６】車体モノコックとドアの位置が変化しないように隙間を埋めるドアシールは、中空部分に硬質発泡ウレタンまたは同等の素材を充てんしてドアを閉じた状態で発泡及び硬化させることを前提として装着するので中空部分に充てんした硬質発泡ウレタンが発泡して膨張しやすいようにゴムの厚さを薄くし、前後または上下方向の隙間に合わせて広範囲に施工できるように幅広い断面形状にする。
【００５７】上下または前後方向の隙間を埋めるドアシールと従来のドアシールと合体できる場合は合体させる。合体させれば従来から装着されているドアシールと交換するだけで装着することができる。合体したドアシールを装着した後中空部分に水分を流し、その後硬質発泡ウレタンを充てんしてドアを閉じた状態で発泡及び硬化をさせることで上下及び前後の隙間を埋めることができる。
【００５８】剛性を確保しにくいオープンカーの車体フレームドア周りの剛性を高めたい場合は上下または前後方向の隙間を埋めるドアシールの効果を更に高めるために中空部分を追加しその中空部分にオイル等の液体または空気などの気体を導いて加圧し密着した状態から更に膨張させてドアの前後の面をシールによって加圧する。この手段ではシールに圧力をかける仕組みを追加装備する必要があるが、シールを密着させるだけでなくシールによって好きば部分を加圧することによって更に剛性を高めることができる。
【００５９】製造会社においては車体に対して前後または上下の隙間とその隙間を埋めるドアシールの断面形状が均一のものを使用できるように車体モノコックの形状を設計し、断面形状が同じドアシールを使うことができるようにすれば作業性とコストを改善することができる。
【００６０】車体モノコック自体にも数多くの隙間と中空部分が存在しているのでその隙間や中空部分を硬質発泡ウレタンまたは同等の素材で埋めて接着することにより車体モノコック自体の捻じれや曲がりを低減できる。スポット溶接部周辺の隙間やピラー内の中空部分に硬質発泡ウレタンまたは同等の素材を充てんして隙間を埋め、重なり合う鋼板通しを接着することにより、硬質発泡ウレタンをコアとするサンドイッチ構造として機能させることができる。
【００６１】図６に示すように、ピラー等の中空部１０、ドアが取りつく切欠き部分周辺に存在する車体モノコック結合部１１、鋼板を折り曲げることにより成形された補強用凹凸１２の隙間及び中空部分に施工する。施工方法は結合部に対しては直接硬質発泡ウレタンで隙間を埋めるように塗布し、その上から薄い繊維で覆う。繊維は強度が高いカーボン繊維、アラミド繊維、ガラス繊維などを使うと更に強度を高めることができる。ピラー内の空間に充てんする場合は密閉空間となるためスチームなどで水分を供給した後に下から上に向かって充てんしていく。ピラーに充てん用の穴を設けることで施工可能である。
【発明の効果】
【００６２】ドアと車体モノコックの隙間を硬質発泡ウレタンまたは同等品でドアの開閉を妨げない範囲で埋めて密着させることで車体モノコックを変形させようとする力に対しドアの剛性と硬質発泡ウレタンの反発力を利用して車体モノコックを支えることができるようになり車体モノコック全体の捻じれや曲がりを低減させ走行性能を高めることができる。
【００６３】車体モノコック自体も鋼板を重ね合わせスポット溶接した構造なので硬質発泡ウレタンまたは同等の素材でスポット溶接部周辺の隙間やピラー内の中空部分を埋めて接着することで充てんした硬質発泡ウレタンをコアとするサンドイッチ構造を形成させ車体モノコック自体の捻じれや曲がりを低減させ走行性能を高めることができる。
【００６４】硬質発泡ウレタンにはデッドニング効果があるため振動や騒音を伝えやすいというモノコックフレーム構造の欠点を補い静粛性を高めることができる。特に前側ドアの前側と下側の隙間を広範囲に硬質発泡ウレタンで密着させることによりエンジンルームから伝わってくる騒音が減少する。硬質発泡ウレタンにはデッドニング効果もあるためできるだけ広範囲に施工することで静粛性を高めオーディオの音響効果を改善する効果が大きくなる。ドアシールの外側の隙間を埋めれば風切音を低減させることができる。車体モノコックの捻じれや曲がりが低減すれば車内のきしみ音の発生を防げる。
【００６５】ボンネットを閉じた状態でフロントサスペンションを支えるフレームとボンネットが重なり合う部位の左右の隙間を硬質発泡ウレタンで埋めて密着させることによりストラットタワーバーと同等の効果を得ることができる。ストラットタワーバーは左右の距離が変わらないように固定しているだけなので捻じれに対してはあまり大きな効果が期待できないがボンネットボンネット全体で支えれば面で支えるので捻じれに対して大きな抵抗力を持たせることができる。
【００６６】硬質発泡ウレタンはその体積に対して非常に軽量であるためグラム単位の重量増加だけで車体の捻じれや曲がりを低減させることができる。特に屋根を持たずフロア部分だけで剛性を保たなければならないオープンカーではドアと車体モノコックの前後及び下側の隙間の剛性を利用することによる車体モノコックの捻じれや曲がりを押さえる効果が大きい。ドアの前端および後端の形状を直線的な形状から丸みを持たせた形状にすることにより上下方向にも動かなくすることが可能となり従来のモノコック構造に比べ大幅な剛性アップが期待できる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】本発明は組み立て工程完了後の新車及びユーザーが使用中の車に対してもどちらにも施工することが可能であるため、産業上の利用可能性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】車体モノコックとドアの前後及び上下の隙間を埋める部位を示す側面図である。
【図２】車体モノコックとドアの前後及び上下の隙間を埋める部位を示す断面図である。
【図３】フロントサスペンションを支えるフレームとボンネットの隙間を埋める部位を示す平面図である
【図４】フロントサスペンションを支えるフレームとボンネットの隙間を埋める部位を示す断面図である。
【図５】中空部分に硬質発泡ウレタンを充てんして隙間を埋めるドアシールのイメージを示した断面図である。
【図６】硬質発泡ウレタンまたは同等の素材で埋めることにより車体モノコックを補強するイメージを示す断面図である。
【符号の説明】
【００６９】１．    ドア
２．    車体モノコックフレーム
３．    ドアを閉じた状態でドアと車体モノコックの間にできる隙間
４．    硬質発泡ウレタンまたは同等の素材
５．    ボンネット
６．    フロントサスペンションを支えるフレーム
７．    上下または前後の隙間を埋めて密着させるドアシール
８．    内外方向の隙間を埋めるドアシール
９．    ドアシールの中空部分
１０．  ピラー等の中空部
１１．  モノコックの結合部
１２．  補強用凹凸
【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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