JP2007069832A - 車両用樹脂製部品及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数を増加させることなくエネルギ吸収性能に優れ、また塗料焼付け時の熱変形も防止できる車両用樹脂製部品を提供する。
【解決手段】車両２を構成する樹脂製フロントフェンダ１であって、車両に組付けた状態において負荷が作用する取り付け部１ａに、当該負荷方向に沿って配向した強化繊維を含有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両用樹脂製部品及びその製造方法に関する。

車両を軽量化するために車両を構成する金属製部品を樹脂化することが検討され、一部が実施されている。

特に車両の外板を構成するフェンダ、ドア、フード、トランクリッドなどのエネルギ吸収性能はＨＩＣ値（頭部障害基準値、Head Injury Criteria）に大きく影響することから、歩行者保護の観点からエネルギ吸収性能が高い樹脂製部品の開発が望まれている。

そこで、こうしたエネルギ吸収性能を高めるために、エネルギ吸収部材を別部品で構成して、樹脂製フロントフェンダに後付けすることも提案されている(特許文献１参照)。

しかしながら、エネルギ吸収部材を別部品で構成して後付けすると、そのぶんだけ部品費が増加し、また部品点数の増加にともない組付け工数も増加するといった問題があった。

一方、この種の樹脂製外板部品は、他の外板部品と同じ塗色の塗料が塗布されて１４０℃前後の温度で焼き付けられるので、塗装焼付け時の熱変形を防止しなければならないが、塗装時の樹脂製外板部品を支持する箇所の強度が弱かったり、支持する姿勢次第では熱変形が生じたりするおそれがあった。
特開２００１-７１９４２号

本発明は、部品点数を増加させることなくエネルギ吸収性能に優れ、また塗料焼付け時の熱変形も防止できる車両用樹脂製部品及びその製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の車両用樹脂製部品は、車両を構成する樹脂製部品であって、前記車両に組付けた状態において負荷が作用する部位に、当該負荷方向に沿って配向した強化繊維を含有することを特徴とする。

また、上記目的を達成するために、本発明の車両用樹脂製部品の製造方法は、強化繊維を含有する第１の部位と強化繊維を含有しない第２の部位とを有する車両用樹脂製部品の製造方法であって、前記第１の部位が当該車両用樹脂製部品を車両に組付けた状態において負荷が作用する部位であり、前記第１の部位と第２の部位とを２色成形法により成形することを特徴とする。

本発明では、樹脂製部品の負荷が作用する部位に強化繊維を含有するので、この部位による破断が防止されるので樹脂製部品のエネルギ吸収性能が高くなる。また、強化繊維を含有させることで同一材料系であっても耐熱温度が高くなり、塗料焼付け時の熱変形を防止することができる。

発明の実施の形態

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の車両用樹脂製部品の実施形態を示す斜視図、図２は図１のフロントフェンダをボディに組付けた状態におけるII-II線に沿う断面図、図３は図２のＸ部拡大図である。

本実施形態では、本発明に係る車両用樹脂製部品としてフロントフェンダ１を適用した具体例を挙げて本発明を説明する。ただし、本発明に係る車両用樹脂製部品はフロントフェンダに限定されるという趣旨ではなく、リヤフェンダ、ドア、フード、トランクリッドなど、優れたエネルギ吸収性能が要求される他の樹脂製部品にも適用することができる。

図１に示すように、本例のフロントフェンダ１は自動車ボディ２の左側のカウルサイドメンバ３Ｌに取り付けられる。同図には左側のフロントフェンダ１のみを示すが、右側のフロントフェンダも同様にして右側のカウルサイドメンバ３Ｒに取り付けられる。以下、左側のカウルサイドメンバ３Ｌを代表的にカウルサイドメンバ３と称する。

カウルサイドメンバ３は、図２の断面図に示すようにカウルサイドメンバアッパ３ａとカウルサイドメンバロア３ｂとを重ね合わせてスポット溶接等で接合して構成されるが、フロントフェンダ１は、カウルサイドメンバアッパ３ａの上面にボルト等の締結手段を用いて取り付けられる。このフロントフェンダ１のカウルサイドメンバアッパ３ａの上面への取り付け部１ａは、車両の前後方向に沿って形成されている。この取り付け部１ａが、本発明に係る「車両に組付けた状態において負荷が作用する部位」に相当する。

すなわち、フロントフェンダ１を自動車ボディ１のカウルサイドメンバ３に組付けた状態において、当該フロントフェンダ１の一般面１ｂに何かの物が衝突して外力（負荷）が作用すると、フロントフェンダ１の一般面１ｂは自己弾性によって撓もうとするが、同時にその外力はフロントフェンダ１の取り付け部１ａに伝達される。このため、取り付け部１ａの強度・剛性が低いと外力によって取り付け部１ａが破断するので、一般面１ｂの変位量(負荷が作用したときのストローク)が小さくなり、エネルギ吸収性能が低くなる。

これに対して、取り付け部１ａの強度・剛性を高くすると、一般面１ｂに外力が作用して当該一般面１ｂが撓んでも取り付け部１ａは破断し難いので、一般面１ｂの変位量が大きくなり、エネルギ吸収性能が高くなる。

たとえば、歩行者保護の観点からエネルギ吸収性能を評価するために、フロントフェンダ１に図３に矢印で示す方向から負荷ｆをかけ、このときのフロントフェンダ１の変位量ｍを評価することが行われている。図９はこの評価において負荷荷重と変位量との関係を示すグラフである。同図において、取り付け部１ａに強化繊維を含有させない従来のフロントフェンダ１にあっては、負荷荷重ｆを加えることにより一般面１ｂが撓んで変位量がｍ_１〜ｍ_２まで増加するが、この時点で負荷荷重ｆによりフロントフェンダ１の取り付け部１ａが破断し、それ以上変位しない(撓まない)。これに対して、取り付け部１ａに強化繊維を含有する本実施形態に係るフロントフェンダ１にあっては、負荷荷重ｆを加えると一般面１ｂが撓んで変位量がｍ_１まで増加し、さらに、取り付け部１ａは強度・剛性が高く負荷荷重ｆによっては破断しないので、これ以降も変位量は増加する。したがって、フロントフェンダ１全体のエネルギ吸収性能が従来例に比べて高くなる。

本実施形態では、フロントフェンダ１の取り付け部１ａに強化繊維を含有させた樹脂で構成し、一般面１ｂは強化繊維を含有させない同一または同種類の樹脂で構成する。フロントフェンダ１を構成する樹脂としては特に限定されず、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂などの熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタンなどの熱硬化性樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアセタール、ポリカーボネートなどのエンジニアリングプラスチックなどが好適に用いられる。

また、取り付け部１ａに含有させる強化繊維はたとえばガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、ビニロン繊維、アルミナ繊維などが好適に用いられる。ここで、強化繊維の残存繊維長は３ｍｍ以上の長繊維であることが好ましい。残存繊維長が１ｍｍ以下の短繊維で強化すると、後述する取り付け部１ａのスキン層においても配向性が悪くランダムな配向となって強度・剛性を高めることが不充分となる。

強化繊維を含有させる範囲は、図３に示すようにカウルサイドメンバ３への取り付け部１ａを構成するフロントフェンダ１の端部の面１１ａと１１ｂである。この取り付け部１ａ以外の一般面１ｂについては外力が作用したときの自己弾性を確保するために強化繊維を含有しない樹脂とする。ただし、強化繊維を含有させるフロントフェンダ１の端部の面１１ｂと、強化繊維を含有させない一般面１ｂとの境界部は厳密でなくても良く、多少の誤差があっても本実施形態の作用効果は期待できる。

こうした強化繊維を含有する部分と含有しない部分とを有する樹脂製フロントフェンダ１は、たとえば２色成形法を利用して製造することができる。図４はフロントフェンダ１の製造方法の第１工程を示す成形型の（Ａ）正面図、（Ｂ）要部断面図、図５は同じく第２工程を示す成形型の（Ａ）正面図、（Ｂ）要部断面図、図６は図５のＹ部拡大図、図７は図６のＺ矢視図、図８は図５及び図６に示すゲート内の溶融樹脂の流れ状態を説明するための断面図である。

本例のフロントフェンダ１は、取り付け部１ａ（本発明の第１の部位に相当する。）には強化繊維を含有する一方でこれ以外の一般面１ｂ（本発明の第２の部位に相当する。）は強化繊維を含有しないので、たとえば射出成形により成形するに際し、２色成形法を利用して取り付け部１ａと一般面１ｂとをそれぞれ成形する。

強化繊維を含有しない一般面１ｂを成形する第１工程では、図４（Ａ）（Ｂ）に示すように、内部にフロントフェンダ１の一般面１ｂに相当するキャビティ６が形成される金型４，５と、何れか一方の金型（本例では金型４）からキャビティ６内に溶融樹脂を注入する射出機７とを有する。金型４，５は成形時に型締めされ、この状態でキャビティ６内に、強化繊維を含有しない溶融樹脂が注入される。

これにより、フロントフェンダ１の取り付け部１ａ以外の一般部１ｂが成形されることになるが、次の第２工程では、第１工程で成形したフロントフェンダ１の一般面１ｂを保持する金型（ここでは金型４）から当該フロントフェンダ１の一般面１ｂを離型することなく、他方の金型５を別の金型８に交換する。この状態を図５（Ａ）（Ｂ）に示す。

第２工程の金型４，８には、さらに入れ子（駒型）９が設けられ、同図（Ｂ）の要部断面図に示す位置に入れ子９をセットすることで、金型４，８と入れ子９との間にフロントフェンダ１の取り付け部１ａに相当するキャビティ１０が形成されることになる。そして、射出機７から強化繊維を含有する溶融樹脂をキャビティ１０内に注入することで、既に成形済みのフロントフェンダの一般面１ｂに取り付け部１ａが接合されて成形されることになる。

なお、入れ子９は同図（Ｂ）に矢印で示すように、成形後に成形品を脱型する際に同図の下方に移動する。この入れ子９を設けることで、フロントフェンダ１の取り付け部１ａのようにインバースが大きい形状であっても成形品を容易に脱型することができる。

図６は図５（Ｂ）のＹ部（ゲート近傍）を拡大した断面図、図７はそのゲートの平面図（図６のＺ矢視図）、図８はゲート内の溶融樹脂の流れ状態を示す断面概念図である。成形時には、金型４，８を型締めし、入れ子９を図５（Ｂ）に示す位置にセットした状態で、一方の金型（ここでは金型８）から強化繊維を含有する溶融樹脂を注入するが、このとき金型８のゲート１２は図６に示すようにフィルムゲートで構成され、図７に示すようにフロントフェンダ１の取り付け部１ａの長手方向（車両において前後方向）に沿って複数設けられている。キャビティ１０へ強化繊維を含有する溶融樹脂を注入するに当たり、フィルムゲート１２を介することで、図８に示すように溶融樹脂が金型８，９によって急冷されて固化するスキン層１３ａ（１３ｂは固化しない流動層）において長繊維である強化繊維が流動方向、すなわちフロントフェンダ１の負荷方向に配向することになり、異方性による成形時の寸法制度の低下が防止できるとともに取り付け部１ａの強度が向上することになる。

このように、本実施形態のフロントフェンダ１では、外部からの負荷が作用する取り付け部１ａに強化繊維を含有し、その他の一般面１ｂには強化繊維を含有しないので、取り付け部１ａによる破断が防止されるとともに一般面１ｂの柔軟性が発揮され、その結果、フロントフェンダ１のエネルギ吸収性能が高くなってＨＩＣ値に有利なものとなる。また、塗装時に支持されることが多い取り付け部１ａに強化繊維を含有させることで、同一材料系であっても耐熱温度が高くなり、塗料焼付け時の熱変形を防止することができる。さらに、２色成形法により一体的に成形できるので部品点数を増加させることなく簡便に製造することができる。

なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

本発明の車両用樹脂製部品の実施形態を示す斜視図である。 図１のフロントフェンダをボディに組付けた状態におけるII-II線に沿う断面図である。 図２のＸ部拡大図である。 本発明に係る車両用樹脂製部品の製造方法の実施形態（第１工程）を示す成形型の（Ａ）正面図、（Ｂ）要部断面図である。 本発明に係る車両用樹脂製部品の製造方法の実施形態（第２工程)を示す成形型の（Ａ）正面図、（Ｂ）要部断面図である。 図５のＹ部拡大図である。 図６のＺ矢視図である。 図５及び図６に示すゲート内の溶融樹脂の流れ状態を説明するための断面図である。 本発明に係る車両用樹脂部品と比較例の、荷重に対する変位を示すグラフである。

符号の説明

１…フロントフェンダ
１ａ…取り付け部
１ｂ…一般面
１１ａ，１１ｂ…フロントフェンダの端部の面
２…自動車ボディ
３，３Ｌ，３Ｒ…カウルサイドメンバ
３ａ…カウルサイドメンバアッパ
３ｂ…カウルサイドメンバロア
４，５，８…金型
６，１０…キャビティ
７…射出機
９…入れ子
１２…ゲート
１３ａ…スキン層

Claims (10)

1. 車両を構成する樹脂製部品であって、前記車両に組付けた状態において負荷が作用する部位に、当該負荷方向に沿って配向した強化繊維を含有することを特徴とする車両用樹脂製部品。
2. 前記負荷が作用する部位の表面にスキン層が形成され、当該スキン層において前記強化繊維が負荷方向に沿って配向することを特徴とする請求項１記載の車両用樹脂製部品。
3. 前記強化繊維の繊維長が２ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１または２記載の車両用樹脂製部品。
4. 前記負荷が作用する部位が、前記車両への取り付け部であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の車両用樹脂製部品。
5. 前記樹脂製部品がフロントフェンダであって、前記負荷が作用する部位が当該フロントフェンダのカウルサイドメンバへの取り付けフランジ部であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の車両用樹脂製部品。
6. 強化繊維を含有する第１の部位と強化繊維を含有しない第２の部位とを有する車両用樹脂製部品の製造方法であって、前記第１の部位が当該車両用樹脂製部品を車両に組付けた状態において負荷が作用する部位であり、前記第１の部位と第２の部位とを２色成形法により成形することを特徴とする車両用樹脂製部品の製造方法。
7. 前記第１の部位を成形するに際し、当該車両用樹脂製部品を車両に組付けた状態において前記第１の部位に負荷が作用する方向に沿って、強化繊維を含有する溶融樹脂を当該第１の部位に射出することを特徴とする請求項６記載の車両用樹脂製部品の製造方法。
8. 前記第１の部位に強化繊維を含有する溶融樹脂を射出するゲートがフィルムゲートであることを特徴とする請求項６または７記載の車両用樹脂製部品。
9. 前記強化繊維の繊維長が２ｍｍ以上であることを特徴とする請求項６〜８の何れかに記載の車両用樹脂製部品の製造方法。
10. 前記樹脂製部品がフロントフェンダであって、前記第１の部位が当該フロントフェンダのカウルサイドメンバへの取り付けフランジ部であることを特徴とする請求項６〜９の何れかに記載の車両用樹脂製部品の製造方法。
    
    

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