(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維質の強化材を含む樹脂材料をもって略ハット型断面形状に形成したアウタパネルの内面側のうち少なくとも長手方向の一部に、アウタパネル自体の断面形状と略相似形をなす金属製のレインフォースを配設するとともに、そのアウタパネルの開放部側に金属製のインナパネルを添設して、上記アウタパネルのフランジ部とインナパネルとを共締め結合することで閉断面構造のものとして形成し、
上記レインフォースの頂部平面のうちアウタパネルとの重合部であって且つ曲げ荷重入力時に当該レインフォースが折れ曲がる部位に、その折れ曲がり方向の曲げ変形容易部としてアウタパネルの外面側から内面側に向かって凸形状となる曲げ変形促進ビード部を形成するとともに、
上記レインフォースの頂部平面のうちアウタパネルとの重合部に、曲げ変形促進ビード部と直交するように断面凹状もしくは凸状の補助ビード部を形成したことを特徴とする自動車のセンターピラー構造。
【請求項２】
アウタパネルの成形時にレインフォースをインサート部材としてインサート成形を行うことにより、そのアウタパネルとレインフォースを一体成形したことを特徴とする請求項１に記載の自動車のセンターピラー構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は樹脂製の車体部品の構造に関し、特に自動車の車体の強度部材として機能する閉断面構造のセンターピラー等において、軽量化を犠牲にすることなく衝突エネルギー吸収特性を十分に考慮した構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車体部品の補強構造、例えば強度部材として機能することになる閉断面構造のセンターピラーの補強構造として特許文献１に記載のものが提案されている。
【０００３】
この従来の構造では、大幅な重量増加を招くことなく十分な補強効果を得ることを目的として、アウタパネルとインナパネルとからなるいわゆる閉断面構造のセンターピラーの内面にカーボン繊維を含む補強シートを密着するように配設するとともに、その内側に補強シートに密着する合成樹脂製の発泡材を充填し、実質的に金属製のアウタパネルやインナパネル以外に補強シートや樹脂材料を併用することで複合構造のものとしてある。
【０００４】
特許文献１に代表されるような従来の技術では、センターピラーの主要素となるアウタパネルおよびインナパネルが共に金属製のものであることに変わりはなく、燃費や動力性能の向上のために車体重量のより一層の軽量化を図ろうとする場合にはなおも改善の余地を残している。
【０００５】
このようなことから、より一層の軽量化と耐衝撃性向上等のために、センターピラーそのものを繊維質の強化材を含む樹脂材料すなわちいわゆる繊維強化樹脂材料で形成することが特許文献２等により提案されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−３８１５７号公報  （図３）
【０００７】
【特許文献２】
特開平１１−６０８８６号公報  （第２頁）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、センターピラーそのものを繊維強化樹脂にて形成した場合、靜的強度は得られたとしても、例えば側面衝突等の際に衝撃による曲げ荷重が加わると、マトリックス樹脂材料そのものの破断伸びが数パーセントであることから、早い時期に折れ点に亀裂が発生してセンターピラーそのものが負担する荷重が激減してしまい、衝撃エネルギーを十分に吸収することができない。すなわち、折れ点にてセンターピラーそのものが破断してしまうことによって、衝撃荷重をそのセンターピラーの上下両端部を介して車体側に伝達することができなくなることから、側面衝突時の衝撃エネルギーを十分に吸収をすることができなくなる。
【０００９】
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、とりわけセンターピラーに代表されるような車体部品を繊維強化樹脂材料で形成することを前提としつつも、必要十分な衝撃エネルギー吸収性能を具備させることができるようにした構造を提供するものである。
【００１０】
請求項１に記載の発明は、繊維質の強化材を含む樹脂材料をもって略ハット型断面形状に形成したアウタパネルの内面側のうち少なくとも長手方向の一部に、アウタパネル自体の断面形状と略相似形をなす金属製のレインフォースを配設するとともに、そのアウタパネルの開放部側に金属製のインナパネルを添設して、上記アウタパネルのフランジ部とインナパネルとを共締め結合することで閉断面構造のものとして形成し、上記レインフォースの頂部平面のうちアウタパネルとの重合部であって且つ曲げ荷重入力時に当該レインフォースが折れ曲がる部位に、その折れ曲がり方向の曲げ変形容易部としてアウタパネルの外面側から内面側に向かって凸形状となる曲げ変形促進ビード部を形成するとともに、上記レインフォースの頂部平面のうちアウタパネルとの重合部に、曲げ変形促進ビード部と直交するように断面凹状もしくは凸状の補助ビード部を形成したことを特徴とする。レインフォースとしては伸び特性に優れた例えば鋼板製のものを用いるものとし、アウタパネルに対するそのレインフォースの配置位置は、アウタパネルへの曲げ荷重入力時に折れ曲がる部位の周辺部とする。
【００１３】
したがって、請求項１に記載の発明では、樹脂製のアウタパネルが伸び特性に優れた金属製のレインフォースを備えていることで、例えば曲げによる入力荷重が作用した場合に、アウタパネルそのものが破断したとしても金属製のレインフォースが曲げ変形容易部をきっかけとして伸び変形を生じ、それによってアウタパネルの材質に依存することなく必要十分な衝撃エネルギー吸収量を確保できることになる。
【００１４】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、樹脂製のセンターピラーでありながら曲げによる入力荷重作用時に意図したエネルギー吸収モードでの変形およびエネルギー吸収量を容易に且つ確実に確保できる効果がある。すなわち、曲げによる入力荷重によって樹脂製のアウタパネルが破断したとしてもレインフォースが変形しながら折れ曲がることになるため、最大荷重が発生してもなおもその荷重の低下が防止され、必要十分な衝撃エネルギー吸収量を確保できる。
【００１５】
図１，２は本発明の好ましい実施の形態を示す図であり、図１０に示すように自動車車体１の強度部材であるセンターピラー２の構造を示している。
【００１６】
車体部品としてのセンターピラー２は、図１の（Ａ），（Ｂ）に示すように、略ハット型断面形状をなす樹脂製のアウタパネル３とそのアウタパネル３の開放部側に配置した金属製（例えば鋼板製）のインナパネル４とをもって閉断面構造のものとして形成されていて、アウタパネル３の内側（内面側）にはアウタパネル３自体とほぼ相似形をなす金属製のレインフォース５が配設されている。
【００１７】
アウタパネル３はガラス繊維やカーボン繊維等を強化材として含有する例えばナイロン（登録商標）あるいはポリプロピレン等のいわゆる繊維強化樹脂にて形成されていて、必要に応じて図３に示すようにその内下面に複数状のリブ６が長手方向に沿って突設される。これらのリブ６は、アウタパネル３を例えば射出成形法にて成形する際に同時成形される。
【００１８】
一方、レインフォース５はその断面形状がアウタパネル３とほぼ相似形となるように例えば鋼板等をプレス成形により曲折成形したものであって、繊維強化樹脂製のアウタパネル３を射出成形する際に、金属製のレインフォース５をインサート部材としてインサート成形を行うことにより、両者が不離一体に一体化されている。
【００１９】
また、レインフォース５は、その頂部平面５ａの長手方向中央部すなわちセンターピラー２への曲げ荷重入力時に折れ曲がる部位の周辺部には、アウタパネル３の外表面側から内面側に向かって断面略Ｖ字状の凸形状となる曲げ変形容易部たる曲げ変形促進ビード部７を形成してある。なお、レインフォース５の曲げ変形促進ビード部７の凹状空間には、そのレインフォース５をインサート部材としてアウタパネル３を射出成形する際に樹脂材料をもって埋められることになる。
【００２０】
そして、アウタパネル３とインナパネル４はそれらのフランジ部３ａに複数のリベット８による締結を施すことによって共締めされるようにして強固に結合されている。
【００２１】
ここで、インナパネル４はアウタパネル３の略ハット型断面形状の開きを防止しつつその強度と剛性の向上を図るために設けられている。また、レインフォース５はアウタパネル３の頂部平面３ｂの長手方向中央部すなわちセンターピラー２への曲げ荷重入力時に折れ曲がる部位の周辺部に相当する位置に配置される。
【００２２】
上記の曲げ変形容易部たる曲げ変形促進ビード部７の形状としては、図１の（Ｂ）に示すように必ずしも略Ｖ字状のものである必要はなく、例えば図４に示すように略台形状の曲げ変形促進ビード部７Ａとしたり、あるいは図５に示すように略半円状の曲げ変形促進ビード部７Ｂとすることもできる。
【００２３】
より望ましくは、曲げ変形促進ビード部７，７Ａ，７Ｂのいずれのタイプを採用する場合であっても、図１の（Ｂ）のほか図４，５に示すように、レインフォース５の頂部平面５ａにはその曲げ変形促進ビード部７，７Ａ，７Ｂと直交するように長手方向に沿って断面略矩形状で且つ内側に向かって凹形状の補助ビード部９を膨出形成するものとする。なお、補助ビード部９の断面形状は凹形状以外にも凸形状等のように任意に設定可能である。
【００２４】
このように構成されたセンターピラー２、例えば図１，２に示したセンターピラー２によれば、図６の（Ａ）に示すようにアウタパネル３の頂部平面３ｂ側を入力側として例えば車両の側面衝突時と同等のエネルギーすなわち曲げ荷重Ｆが入力されると曲げモーメントが発生し、外力である荷重Ｆがセンターピラー２の許容限界以下のものであれば、インナパネル４やレインフォース５にて補強されたセンターピラー２は荷重Ｆに対抗して所定の強度が得られることになる。
【００２５】
その一方、曲げ荷重Ｆが許容限界以上のものである場合、図６の（Ｂ）に示すように引っ張り荷重を受けることになるインナパネル４側の強度が高いことから、圧縮側となるアウタパネル３およびレインフォース５の頂部平面３ｂ，５ａ側には同図に矢印Ｍで示したように圧縮荷重が加わることになる。この際に、アウタパネル３はその樹脂層自体の伸び率が小さい故に荷重入力点に亀裂が入り破断してしまうことになるものの、レインフォース５は曲げ変形促進ビード部７をきっかけとして同図のように座屈変形し、それをもってエネルギー吸収効果を持続することになる。なお、図６の（Ａ），（Ｂ）では、図１の（Ｂ）のほか図４，５に示した補助ビード部９を図示省略してある。
【００２６】
図７は上記のようなセンターピラー２に対する曲げモードでの荷重入力時の荷重と変位との関係を示す図で、破線で示す従来構造のもの、すなわち繊維強化樹脂のみで形成されたセンターピラーの場合には、最大荷重発生後にその荷重が急激に低下して十分なエネルギー吸収効果を発揮しないのに対して、実線で示す本実施の形態のものでは、最大荷重発生後もレインフォース５が破断することなく変形が進行し、その変形に伴いある程度の荷重が持続され、これをもって必要十分なエネルギー吸収効果が得られることになる。つまり、本実施の形態によれば、繊維強化樹脂製のアウタパネル３の採用に伴いセンターピラー２の軽量化を図りながら必要十分な衝撃エネルギー吸収効果が得られることになる。
【００２７】
その上、図１の（Ｂ）のほか図４，５に示すように、レインフォース５に曲げ変形促進ビード部７，７Ａ，７Ｂと直交するような補助ビード部９を予め設定したことにより、その頂部平面５ａ側での圧縮荷重が剛性の高い補助ビード部９を介して確実に曲げ変形促進ビード部７，７Ａ，７Ｂへと伝達され、曲げ変形促進ビード部７，７Ａ，７Ｂでの変形をきっかけとしてレインフォース５を含むセンターピラー２を確実に座屈変形させることができ、より安定したエネルギー吸収特性が得られることになる。
【００２８】
さらに、レインフォース５に曲げ変形容易部として形成される曲げ変形促進ビード部７，７Ａ，７Ｂのほか補助ビード部９は単に曲折成形したものであるから、プレス成形等にて容易に成形することができ、またそれらの機能のために荷重入力時の挙動が安定化し、エネルギー吸収特性の信頼性が一段と高いものとなる。
【００２９】
図８は本発明の第２の実施の形態としてアウタパネル３とレインフォース１５とを一体化する場合の別の例を示す。すなわち、先の第１の実施の形態では、図１に示したようにアウタパネル３とレインフォース５とをいわゆるインサート成形法により一体に形成したものであるのに対して、この第２の実施の形態では、アウタパネル３とインナパネル４同士だけでなく、アウタパネル３とレインフォース１５とについても多数のリベット８にて締結結合するようにしたものである。
【００３０】
すなわち、アウタパネル３とインナパネル４はそれらのフランジ部３ａに複数のリベット８による締結を施すことによって共締めされるようにして強固に結合されているとともに、アウタパネル３とレインフォース１５はフランジ部３ａ以外の頂部平面３ｂ，１５ａや縦壁部３ｃ，１５ｃに複数のリベット８による締結を施すことによって共締めされるようにして強固に結合されている。
【００３１】
また、図９は本発明の第３の実施の形態としてアウタパネル３とレインフォース１５とを一体化する場合のさらに別の例を示す。すなわち、図９は図２のＢ部相当部の拡大図を示しており、予めプレス成形されたレインフォース２５には図８のリベット６による締結位置に相当する部分に複数の穴２１が形成されていて、図示しない射出形成型内にインサート部材となるレインフォース２５を位置決めした上で所定の樹脂材料を充填して成形するようにしたものである。その際に、各穴２１を通して樹脂材料が通流することによりその表裏両面側が樹脂層で埋められ、実質的にいわゆる熱かしめ方式と同じ手法にてかしめ部２２が形成されてアウタパネル３とレインフォース２５とが一体に成形されることになる。
【００３２】
したがって、この第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様にレインフォース２５はそれ自体をインサート部材としてアウタパネル３の射出成形時に一体化したものであるから、アウタパネル３に対するレインフォース２５の組み込みが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の好ましい実施の形態を示す図で、（Ａ）は図１０に示すセンターピラーの要部拡大図、（Ｂ）は同図（Ａ）のレインフォースのみの拡大図。
【図２】図１の（Ａ）の拡大垂直断面図。
【図３】図１の（Ｂ）におけるアウタパネルの変形例を示す要部拡大図。
【図４】図１の（Ｂ）におけるレインフォースの変形例を示す斜視図。
【図５】図１の（Ｂ）におけるレインフォースの別の変形例を示す斜視図。
【図６】  図１のセンターピラーについて曲げモードでの荷重入力時の挙動を示す説明図。
【図７】  図７の荷重入力時の荷重−変位特性を示す特性図。
【図８】  本発明の第２の実施の形態を示す図で、図１０に示すセンターピラーの拡大断面図。
【図９】  本発明の第３の実施の形態を示す図で、図２のＢ部相当部の拡大断面図。
【図１０】  （Ａ）は自動車車体の概略構造を示す斜視図、（Ｂ）は同図（Ａ）のａ部拡大図。
【符号の説明】
２…センターピラー（車体部品）
３…アウタパネル
３ｂ…頂部平面
４…インナパネル
５…レインフォース
５ａ…頂部平面
７…曲げ変形促進ビード部（曲げ変形容易部）
７Ａ…曲げ変形促進ビード部（曲げ変形容易部）
７Ｂ…曲げ変形促進ビード部（曲げ変形容易部）
８…リベット
９…補助ビード部
１３…補助ビード部
１５…レインフォース（インサート部材）
２５…レインフォース（インサート部材）
【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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【図１０】
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