JP4328175B2 - 繊維強化プラスチック製車両用フード - Google Patents

Description

本発明は、繊維強化プラスチック製の車両用フードに関するものである。

従来、車両用フードとしては、金属製のものが多く用いられている。この金属製フードは、車体内側に対向するフレームと、フレームの上側に位置するスキンとから構成され、フレームには、車幅方向に延びる溝形状の折れビードが形成されている。衝突時には、フードがこの折れビードを起点として上方向に浮き上がるように折れ曲がることで、衝突時の衝撃力を吸収できるように設計されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。

また、近年、車両重量の軽量化のため、車体を構成する部材として繊維強化プラスチック（以下、「ＦＲＰ」という）、特に炭素繊維強化プラスチックが用いられるようになってきている。ＦＲＰは、ＳＭＣやＢＭＣ等を除き、一般的に強化材である繊維を型に積層した後、繊維に含浸させたマトリックス樹脂を硬化させることによって得られる。成形方法を樹脂の含浸過程で大別すると、樹脂を繊維にあらかじめ含浸させたプリプレグを型に積層して成形する方法と、繊維を型に積層した後に樹脂を含浸させて成形する方法とがある。ＦＲＰは比剛性や比強度が金属等の他の材料に比べ大きいため、軽量で高剛性の製品を得ることができ、車体の外装部品等に使用されている。フードも例外ではなく、アフターマーケット市場などで、純正フードに交換して用いるＦＲＰ製フードが出回るようになっている。
特開平１０−１２９５２９号公報（段落０００７〜００１２、図５等） 特開平１１−１９８８５９号公報（段落００１３等）

しかしながら、ＦＲＰ製フードは引張強度が高く、塑性変形しづらいという性質を有するという特徴がある。このため、車両の衝突時に金属製の車体が大きく塑性変形してもＦＲＰ製のフードは弾性変形するだけで、変形におけるアンバランス（又はミスマッチ）が生じるという問題があった。

前記問題を解決するために、ＦＲＰ製フードのフレームに金属製フードのフレームと同程度の折れビードを形成し、衝突時の変形起点とする方法が考えられる。しかし、この方法では、ＦＲＰ製フードの引張強度が勝り、折れビードを形成されないスキン（フードの外側）が屈曲せず、良好に折れ曲がらせることができないという問題がある。
そして、フードが充分に折れ曲がらないことに起因して、フード後端部においてフードを車体に係合するヒンジや、前端部においてフードを車体に係合するストライカーに過大な荷重が掛かり、これらの部品が損傷するという別の問題も発生する。
折れビードのノッチを大きくすることでＦＲＰ製フードの機械的強度を下げれば、衝突時に、ＦＲＰ製フードを所望の箇所で変形させることもできるが、このようにすると、通常の使用状態でフード自体の機械的強度を満たさなくなるおそれもある。

また、ＦＲＰに用いられる強化用繊維に車幅方向に延びる切れ目を入れて、その部分を折れ曲がりやすくするという方法も考えられる。しかし、この方法では、切れ目を入れた部分の強度が低くなるとともに、強化用繊維を積層してフードを製造する際、切れ目から繊維がほつれてしまい、作業性が悪くなってしまうという問題がある。

そこで、本発明では、前記した問題を解決し、通常の使用状態で充分な強度を有するとともに、衝突時に衝撃力を吸収するように変形するＦＲＰ製車両用フードを提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、複数層の強化用繊維が積層されることで形成されたＦＲＰ製車両用フードにおいて、強化用繊維をクロス状に編み込んだ基材と、複数本の繊維を車幅方向に沿って配列して形成された一方向材とを含み、前記基材は、車幅方向に延在するスリットを有し、前記一方向材は、前記スリットを跨ぐように配設されていることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、複数層の強化用繊維が積層されたＦＲＰ製車両用フードにおいて、少なくとも一層を繊維が車幅方向に沿って配置される一方向材とするため、車両前後方向の引張強度及び曲げ強度が低くなる。そのため、例えば、車両が前面衝突した場合、本発明が適用されたフロントフードは、積層された一方向材及びスリットを起点として車両前後方向に折れ曲がりやすくなっており、このように折れ曲がることで衝突による衝撃力を吸収することができる。
また、本発明のＦＲＰ製車両用フードは、複数層の強化用繊維が積層されていることで、通常の使用状態においても充分な機械的強度を確保することができる。
なお、強化用繊維としては、繊維がクロス状に織り込まれたもの等が挙げられる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のＦＲＰ製車両用フードにおいて、前記強化用繊維の間にコア材を介在させ、前記コア材には前記スリットと車両前後方向で一致する部分に薄肉部が設けられていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載のＦＲＰ製車両用フードによる作用に加え、コア材に薄肉部が設けられているため、その部分の機械的強度が小さくなっている。薄肉部は一方向材及びスリットと一致する部分に設けられているため、薄肉部と一方向材及びスリットが重なった位置を起点としてフードがより折れ曲がりやすくなっており、衝突による衝撃力を吸収することができる。また、コア材を挟み込むことでサンドイッチ構造が形成され、車両用フードの厚みが増し、剛性向上を図ることができる。
なお、‘コア材’とは、フードの核を構成する材であり、例えば、発泡材、ハニカム（紙、アラミド繊維、アルミニウム合金等から成る）、中空成形品（ブロー成形などにより成形されるもの）等が挙げられる。コア材として発泡材を用いれば、フード重量の軽量化を図ることもできる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載のＦＲＰ製車両用フードにおいて、前記一方向材は、外観を構成する最上層よりも下層に設けられていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は請求項２に記載のＦＲＰ製車両用フードによる作用に加え、車両用フードの外観を構成する最上層よりも下層に一方向材が設けられているので、その境目が目視されず、車両用フードの意匠性を損なうことがない。

請求項１に記載のＦＲＰ製車両用フードによれば、一方向材が積層されることで、衝突時に、車両前後方向に塑性変形しやすくなっており、衝撃力を吸収することができる。

請求項２に記載のＦＲＰ製車両用フードによれば、コア材に薄肉部が設けられていることで、薄肉部と一方向材及びスリットが重なった位置でより変形しやすくなっており、衝撃力をより確実に吸収することができる。また、コア材を介在させていることでサンドイッチ構造を形成し、全体的な剛性を向上させることができる。

請求項３に記載の車両用フードによれば、最上層に一方向材が配置されないのでその境目が目視されず、意匠性を損なうことがない。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、スキンを省略したフロントフードの平面図であり、図２は、本実施の形態に係るフロントフードの分解斜視図である。

図１に示すフロントフード１は、車両の前方に装着されて（図４（ａ）参照）、エンジンルーム等を覆うものである。
図２に示すように、フロントフード（車両用フード）１は、スキン１０と、このスキン１０の下面側に位置するフレーム２０と、スキン１０とフレーム２０の間に挟持されるコア材３０と、一方向材を有するソリッド積層部４０と、を一体に成形して構成されている（図４（ａ）参照）。

スキン１０は車両の外観を構成し、フレーム２０はエンジンルーム等に対向する。図２に示すスキン１０及びフレーム２０は、強化用繊維である炭素繊維をクロス状に編み込んだシートに合成樹脂であるエポキシ樹脂を含浸硬化させたＦＲＰから、平面視略台形状に形成されている（図１参照）。
このようにクロス状（二方向）に編み込んだ強化材としての炭素繊維を用いることで、スキン１０及びフレーム２０が、車両前後方向及び車幅方向に対するフード剛性と強度を向上させることができるとともに、軽量化を図ることができる。なお、ＦＲＰに用いられる強化用繊維としては、炭素繊維のほか、例えば、ガラス繊維、ケブラー繊維、ポリエチレン繊維、ポリアミド繊維等が挙げられる。また、ＦＲＰに用いられるマトリックス樹脂としては、エポキシ樹脂のほか、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂等が挙げられる。

なお、フレーム２０の下面に、従来と同様に、後記する一方向材４２の積層位置に沿って、溝形状Ｄ（図４参照）を形成しておくと、車両前方からの外力に対し、その部分を起点として塑性変形しやすくなる。

図２に示すコア材３０は、フード全体の剛性を向上させるために用いられ、発泡ウレタンから形成される。コア材３０は、スキン１０及びフレーム２０と平面視略同一形状を有するが、軽量化のため、中央部に開口部３１を有している。また、コア材３０の車幅方向両端部には、溝形状の薄肉部３２が設けられている。このため、車両前方に外力が加わったときは、薄肉部３２を起点として折れ曲がりやすくなる。なお、コア材３０として用いられる発泡材としては、発泡ウレタンのほか、アクリル、ポリスチレン、ポリイミドからなる発泡材等が挙げられる。発泡材を用いることで、フロントフード１の軽量化を図ることができる。

図２及び図３に示すように、ソリッド積層部４０は、基材４１に車幅方向に延びるスリット４１ａを設けて、このスリット４１ａの上から車幅方向に沿って一方向材４２を配置して構成されている。
基材４１は、前記したスキン１０及びフレーム２０と同様の強化用繊維からなり、コア材３０の開口部３１と合致する形状に形成され、開口部３１に嵌め込まれるようになっている。スリット４１ａは、コア材３０の薄肉部３２と車両前後方向で一致する部分に設けられている。なお、スリット４１ａは、基材４１を完全に分割して形成されるもの（隙間）であってもよいし、基材４１を車幅方向に一部切り欠いて形成されるものであってもよい。

一方向材４２は、複数本の強化用繊維を一方向に揃えてなるものであり、強化用繊維はステッチ等で解れないようになっている。一方向材４２は、強化用繊維と平行な方向では引張強度が高く、強化用繊維と垂直な方向では引張強度及び曲げ強度が低くなる。つまり、一方向材４２は、所定幅の強化用繊維を車幅方向に沿って配置すると、車幅方向の外力に対しては強く、車両前後方向の外力に対しては脆弱となる。なお、強化用繊維及び合成樹脂としては、前記したスキン１０等のＦＲＰに用いられるものを適用することができる。

以上によれば、本実施の形態に係るフロントフード１では、以下の作用効果を得ることができる。
フロントフード１は、一方向材４２を車幅方向に積層させているため、車両前後方向の引張強度及び曲げ強度が低くなっている。そのため、図４（ｂ）に示すように、車両衝突時に衝撃力Ｆが前方から加わると、一方向材４２に応力が集中して、塑性変形しやすくなる。そして、一方向材４２及びスリット４１ａを起点として上方に持ち上がるように折れ曲がることで、衝突による衝撃力を吸収することができる。ちなみに、一方向材４２は、車幅方向の引張強度を高くするため、車幅方向の機械的強度を高くする。
また、フロントフード１は、スキン１０及びフレーム２０にて形成されていることで、通常の使用状態（大きな外力が加わらない状態）においても充分な機械的強度を確保することができる。

さらに、コア材３０をスキン１０とフレーム２０の間に介在させサンドイッチ構造とすることでフロントフード１の厚みが増し、剛性向上を図ることができる。このコア材３０には、薄肉部３２が設けられているため、その部分の機械的強度が低くなっている。薄肉部は一方向材及びスリットと一致する部分に設けられているため、薄肉部と一方向材及びスリットが重なった位置を起点としてフロントフード１が一層折れ曲がりやすくなっており、衝突による衝撃力を吸収することができる。

そして、一方向材４２は、スキン１０とフレーム２０の間に配置されているので、その境目が外観上目視されることがなく、意匠性を損なうことがない。
なお、フロントフード１の製作時には、折れ曲がりの起点として、一方向材４２を車幅方向に配列して積層させるだけでよいので、従来のように強化用繊維のほつれもなく、作業性を向上させることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態には限定されるものではない。
図５は、参考例である。
例えば、本実施形態では、ソリッド積層部４０を基材４１上に所定幅の一方向材４２を配置するように構成したが、図５（ａ）に示すように、全面に一方向材４３を積層するようにしてもよい。このようにすれば、一方向材４２を積層する際の位置合わせ作業が不要となり、作業性が向上する。また、開口部３１を有さないコア材５０では、図５（ｂ）に示すように、フレーム２０に所定幅の一方向材４４を積層してもよいし、図５（ｃ）に示すように、フレーム２０の全面に一方向材４５を積層してもよい。さらに、図５（ｂ），（ｃ）に示す構成において、コア材５０に代えて、開口部３１を有するコア材３０を適用することもできる。

本実施形態では、中間層に位置するソリッド積層部４０に一方向材４２を設けたが、外観を構成するスキン１０上に設けるようにしてもよい。

本実施形態では、スキン１０、フレーム２０、ソリッド積層部４０を各一枚ずつ積層する構成としたが、それぞれ複数枚積層してもよい。複数枚積層することで、所望の剛性を得ることができる。また、一方向材４２を複数枚積層してもよいし、この一方向材は所定幅、あるいは、全面に積層するものであってもよい。
本実施形態では、スキン１０とフレーム２０の間にコア材３０を介在させる構成としたが、コア材３０を介在させなくてもよい。

本実施形態では、成形型上にまずスキン形状形成用の強化用繊維を積層し、次にコア材をセットし、最後にフレーム形状形成用の強化用繊維を積層した後、マトリックス樹脂を含浸硬化させて一体成形にてフロントフード１を製作している。この他に、強化用繊維を積層時にマトリックス樹脂を含浸させたり、またはマトリックス樹脂を含浸させたプリプレグを積層した後に一体成形にてフロントフード１を製作してもよい。
また、スキン１０、フレーム２０並びにソリッド積層部４０等を個別に単品成形した後、これらを接着してフロントフード１を製作することもできる。

なお、本実施形態では、フロントフードに適用したが、リアフードに適用することもできる。リアフードに適用することで、車両後方からの衝突（追突）においても、リアフードが車幅方向に折れ曲がることで衝撃力を吸収することができる。

スキンを省略したフロントフードの平面図である。 実施形態に係るフロントフードの分解斜視図である。 車両前後方向のＦＲＰ積層構造断面図である。 フロントフードの折れ曲がり方を説明する図である。 実施形態のフロントフードの参考例を示す分解斜視図である。

符号の説明

１ フロントフード
１０ スキン
２０ フレーム
３０ コア材
３１ 開口部
３２ 薄肉部
４０ ソリッド積層部
４１ 基材
４１ａ スリット
４２，４３，４４，４５ 一方向材
５０ コア材
Ｄ 溝形状

Claims (5)

1. 複数層の強化用繊維が積層されることで形成された繊維強化プラスチック製車両用フードにおいて、
   強化用繊維をクロス状に編み込んだ基材と、
   複数本の繊維を車幅方向に沿って配列して形成された一方向材と、を含み、
   前記基材は、車幅方向に延在するスリットを有し、
   前記一方向材は、前記スリットを跨ぐように配設されていることを特徴とする繊維強化プラスチック製車両用フード。
2. 前記強化用繊維の間にコア材を介在させ、前記コア材には前記スリットと車両前後方向で一致する部分に薄肉部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の繊維強化プラスチック製車両用フード。
3. 前記一方向材は、外観を構成する最上層よりも下層に設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の繊維強化プラスチック製車両用フード。
4. 前記基材は、２つに分割して形成され、
   前記スリットは、前記２つの基材の間に隙間を設けて形成されていることを特徴する請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の繊維強化プラスチック製車両用フード。
5. 前記コア材は、中央部に開口部を有し、
   前記基材は、前記開口部と合致する形状に形成されるとともに、前記開口部に嵌め込まれていることを特徴する請求項２に記載の繊維強化プラスチック製車両用フード。

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