JP6597693B2 - 車両用パネル構造及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、車両用パネル構造及びその製造方法に関し、特に１対のベースパネルが粘弾性体を介して結合された車両用パネル構造及びその製造方法に関する。

従来から、車体フレーム間に掛け渡されたルーフパネルやフロアパネル等の車体の広い面を構成するパネル部材が使用されている。このようなパネル部材には、車両走行時に路面から伝達される振動等に伴う車体変形に起因して低周波数帯域（例えば、２０〜５０Ｈｚ）の振動がパネル面に平行方向に伝播され、乗員の室内快適性、所謂車両の乗心地を損なっている。このパネル部材に発生する振動を減衰するため、パネル部材の剛性を増加させると車両の乗心地を改善することができるが、車体重量の増加や生産コストの増加を招く虞がある。

また、ゴム等の粘弾性体は、クリープ変形や応力緩和現象等の挙動を示すことから、振動減衰性能を有することが知られている。クリープ変形は、一定力に対する粘弾性的変形であり、応力緩和現象は、所定因子により力学的平衡状態からずれた場合に平衡状態に戻ろうとする現象である。振動に伴って粘弾性体が伸張されたとき、粘弾性体が有するエントロピーが減少することから、粘弾性体は、減少したエントロピーを増大するために収縮方向に変化する。この伸張によるエントロピー減少量に相当する熱量が外部に放出され、その結果、粘弾性体は初期状態に戻るように動く。

以上を踏まえ、車体重量の増加を回避しつつ振動減衰性能を向上することを目的として、この粘弾性体の特性を利用した種々の提案がなされている。例えば特許文献１の炭素繊維強化プラスチック成形体は、第１のＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics）層と、第２のＣＦＲＰ層と、第１，第２ＣＦＲＰ層の間において面平行方向に離隔された粘弾性体からなる１対の制振弾性層と、第１，第２ＣＦＲＰ層の間において１対の制振弾性層の間に挟着された高剛性樹脂領域とを備えている。制振弾性層によって制振性を確保し、高剛性樹脂領域によって第１，第２ＣＦＲＰ層の長手方向の曲げ剛性を確保している。

特開２０１１−１８３５６２号公報

特許文献１の炭素繊維強化プラスチック成形体は、粘弾性体（制振弾性層）をベースパネル（ＣＦＲＰ層）の振動に追随して歪変形させることにより振動エネルギーの一部を熱エネルギーに変換し、ベースパネルの振動エネルギーを低減して制振性を向上している。ここで、更なる機能向上を図るため、ベースパネルにウレタン等の発泡体を接合し、この発泡体に粘弾性体を接合することが考えられる。このような構成を採用することにより、軽量化及び振動減衰性の改善に加え、遮音性向上を期待することができる。

しかし、本発明者が検討した結果、１対のベースパネルに夫々発泡体を接合し、この１対の発泡体の間に複数の粘弾性体を挟着したパネル部材では、期待通りの振動減衰性能を発揮できない虞があることが判明した。具体的には、振動がベースパネルのパネル面に平行方向に伝わると、粘弾性体を挟む１対の発泡体が相対的にパネル面に平行方向に変位するが、発泡体と粘弾性体の間で滑りが生じて粘弾性体の歪変形が阻害され、振動減衰性能が発揮されない虞がある。また、滑りにより粘弾性体が初期位置からずれて歪変形が解消されなくなり、振動減衰性能が低下する虞がある。

本発明の目的は、軽量化を図りつつ、振動減衰性能を向上可能な車両用パネル構造及びその製造方法を提供することである。

請求項１の発明は、離隔状に対向させた１対のベースパネルと、この１対のベースパネルの相対向する内面に夫々設けられ且つ略一様な厚さに形成された１対の充填材部と、この１対の充填材部間の一部に設けられた粘弾性体を備え、この粘弾性体を介して前記１対の充填材部が結合された車両用パネル構造において、少なくとも一方のベースパネルに、外面側へ膨出するように形成された膨出部を設け、平面視にて前記粘弾性体が前記膨出部に囲まれた位置に配設されたことを特徴としている。

上記構成により、車両用パネル構造の振動を歪変形により減衰させる粘弾性体の滑りにより位置ずれを発生し難くして期待される振動減衰性能を発揮させることができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記粘弾性体は、前記１対の充填材部間に互いに離隔する状態に複数配設されたことを特徴としている。

上記構成により、複数の粘弾性体により車両用パネル構造の振動減衰性能を向上させることができると共に、粘弾性体が車両用パネル構造に部分的に配設されているので車両用パネル構造の軽量化と製造コストの削減をすることができる。

請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記ベースパネルは繊維強化熱可塑性樹脂材料により形成され、前記充填材部は熱可塑性発泡樹脂材料により形成されたことを特徴としている。

上記構成により、ベースパネルを高剛性化して車両用パネル構造の剛性を向上させることができると共に、車両用パネル構造を軽量化することができる。

請求項４の発明は、請求項１〜３の何れかの発明において、前記膨出部は、１対のベースパネルのうちの一方のベースパネルにのみ形成されたことを特徴としている。

上記構成により、車両用パネル構造の振動減衰性能とデザイン性を両立することができる。

請求項５の発明は、請求項１〜４の何れかの発明において、前記車両のルーフパネル、フロアパネル、サイドパネルの１又は複数に組み込まれることを特徴としている。

上記構成により、振動減衰性能を向上させた車両を構成することができる。

請求項６の発明は、１対のベースパネルを対向状に結合して形成される車両用パネル構造の製造方法において、前記１対のベースパネルの一方に他方から離隔する方向へ膨出する膨出部を形成する膨出部形成工程と、前記１対のベースパネルの相対向する内面に夫々充填材部を形成する充填材部形成工程と、金型内に前記充填材部が対面するように前記１対のベースパネルを粘弾性体を介して離隔状に配置すると共に、前記粘弾性体を前記膨出部に対応する位置に配置する部材配置工程と、前記１対のベースパネルと前記充填材部と前記粘弾性体を加熱して前記粘弾性体に前記充填材部を接合することにより前記粘弾性体を介して前記１対のベースパネルを結合する結合工程と、結合された前記１対のベースパネルを前記膨出部に対応する凹部を備えた成型用金型により成型する成型工程とを有することを特徴としている。

上記構成により、車両用パネル構造の製造時に粘弾性体の位置ずれを発生し難くして、振動減衰性能とデザイン性を両立可能な車両用パネル構造を形成することができる。

本発明によれば、軽量化を図りつつ、振動減衰性能を向上可能な車両用パネル構造及びその製造方法を提供することができる。

本発明の車両用パネル構造をルーフパネルに適用した車両の要部斜視図である。 ルーフパネルの平面図である。 図２のIII −III 線断面模式図である。 ベースパネルの断面図である。 膨出部が形成されたベースパネルの断面図である。 充填材層が形成されたベースパネルの断面図である。 充填材層が形成された膨出部を有するベースパネルの断面図である。 部材配置工程を示す断面図である。 成型用金型内に配置された部材を示す断面図である。 成型工程を示す断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。

最初に、車両１の全体構成について説明する。
図１に示すように、車両１には、左右１対のフロントピラー２がフロントウィンドシールドの左右両側に位置するように設けられ、これら１対のフロントピラー２の下部は上下に延びるヒンジピラー（図示略）に夫々連結されている。１対のフロントピラー２の上端部には、後方に延びるルーフサイドレール３が夫々連結されている。図示を省略するが、１対のルーフサイドレール３の前端部間にはフロントヘッダが架設され、後端部間にはリヤヘッダが架設されている。

１対のルーフサイドレール３、フロントヘッダ及びリヤヘッダによって囲まれた領域は、車体上部において前後及び左右に広がるように配設されたルーフパネル４によって覆われている。このルーフパネル４は、図２，図３に示すように、平面視にて略矩形状に形成され、側面視にて前部及び後部が中間部よりも下方に位置する緩湾曲状に形成されている。尚、図３は上下方向スケールを拡大して示している。

次に、本発明の車両用パネル構造を有するルーフパネル４について説明する。
図１〜図３に示すように、ルーフパネル４は、離隔状に対向させた第１ベースパネル１０及び第２ベースパネル２０（１対のベースパネル）と、第１ベースパネル１０及び第２ベースパネル２０の相対向する内面に第１充填材部１２及び第２充填材部２２（１対の充填材部）と、第１充填材部１２及び第２充填材部２２の間に粘弾性体３１〜３４を備えている。この粘弾性体３１〜３４を介して第１，第２充填材部１２，２２が結合され、第１，第２充填材部１２，２２が夫々第１，第２ベースパネル１０，２０に接合されてルーフパネル４が形成されている。

第１ベースパネル１０は、前後に延びるように配置された炭素繊維と左右に延びるように配置された炭素繊維とを夫々強化材とした炭素繊維強化熱可塑性樹脂（熱可塑性ＣＦＲＰ）材によって構成され、優れた剛性を備えている。また、短繊維を強化材として熱可塑性樹脂母材に配合した繊維強化熱可塑性樹脂材により第１，第２ベースパネル１０，２０を構成することもできる。強化材としてはガラス繊維やアラミド繊維、セルロースナノファイバ等を使用することもできる。また、第１，第２ベースパネル１０，２０は、アルミ合金等の金属材料により構成することもできる。

第１充填材部１２は、第１ベースパネル１０の下面（内面）に設けられ、第１ベースパネル１０よりも剛性の低い材料、例えば、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリエチレン、ポリエステル等の発泡体によって構成されている。

第２ベースパネル２０は、第１ベースパネル１０と同様の材料により構成され、粘弾性体３１〜３４の夫々に対応する位置に第２ベースパネル２０の下面側（外面側）に膨出する膨出部２５〜２８が形成されている。膨出部２５〜２８の高さ（深さ）は例えば１ｍｍである。第２ベースパネル２０の上面（内面）に第１充填材部１２と同様の第２充填材部２２が形成されている。

図２に示すように、粘弾性体３１〜３４は、平面視にて同一の略矩形状に夫々形成され、ルーフパネル４の中心Ｐを通る仮想的な前後方向ラインＸ及び車幅方向ラインＹに対して夫々線対称になるように前後及び左右に所定距離離隔して配置されている。

図３に示すように、粘弾性体３１，３４は、第１，第２充填材部１２，２２の厚さ（例えば１〜２ｍｍ）と略同じ厚さになるように夫々パネル状に形成されている。図示を省略するが粘弾性体３２，３３も同様である。これら粘弾性体３１〜３４は、上面が第１充填材部１２の下面（内面）に接着され、下面が第２充填材部２２の上面（内面）に接着されている。粘弾性体３１〜３４は、例えば、スチレン・ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、ニトリルゴムやエチレンプロピレンゴム等のゴム材料から構成されている。また、上記ゴム材料に代えて、ポリエステル樹脂ビニルエステル樹脂、ポリウレタン樹脂や他のエストラマ樹脂を用いても良い。

次に、本発明の車両用パネル構造の製造方法について、ルーフパネル４の製造工程に沿って説明する。尚、説明に用いる断面図は上下方向スケールを拡大して示している。
図４に示す平板状の第１ベースパネル１０と、図５に示す下面側に膨出する膨出部２５，２８及び図示外の膨出部２６，２７を設けた第２ベースパネル２０を用意する。膨出部２５〜２８は、膨出部形成工程において第１ベースパネル１０と同様の平板状の熱可塑性ＣＦＲＰ材を例えば加熱プレスすることにより形成される。

次に、充填材部形成工程において、図６に示すように第１ベースパネル１０に第１充填材部１２を形成する。また、図７に示すように、第２ベースパネル２０に第２充填材部２２を形成する。このとき、シート状に形成された第１，第２充填材部１２，２２を夫々第１，第２ベースパネル１０，２０に接合して形成し、第１，第２充填材部１２，２２の表面は略平坦になっている。膨出部２５〜２８において、第２充填材部２２と第２ベースパネル２０は離隔しているが、第２充填材部２２が第２ベースパネル２０の膨出形状に沿って接合されていてもよい。また、第１，第２充填材部１２，２２は、第１，第２ベースパネル１０，２０の一方の面側を発泡させて形成してもよい。

次に、部材配置工程において、図８に示すように第２充填材部２２を上側にした第２ベースパネル２０を例えばワークパレット３５に載置すると共に、位置決めのための金型３６をワークパレット３５に装着する。金型３６により位置決めをして粘弾性体３１〜３４を配置し、その上に第１ベースパネル１０の外縁が第２ベースパネル２０の外縁に揃うように第１ベースパネル１０を配置する。このとき、第１ベースパネル１０は、第１充填材部１２を下側にして第１，第２充填材部１２，２２が粘弾性体３１〜３４を介して対面するように配置する。

次に、結合工程において、配置された部材をヒータ３８等により接合温度（例えば１００℃〜１２０℃）に加熱して、第１充填材部１２を粘弾性体３１〜３４の上面部に接合すると共に、第２充填材部２２を粘弾性体３１〜３４の下面部に接合する。こうして第１ベースパネル１０と第２ベースパネル２０が結合した平板状のパネル部材４０を形成する。この結合工程において、パネル面に垂直方向に圧縮するように加圧してもよい。

次に、成型工程において、図９，図１０に示すように平板状のパネル部材４０を金型４２，４３により構成される成型用金型内に配置し、接合温度より高い成型温度（例えば１３０℃〜１５０℃）で加熱プレスして緩湾曲状に成型する。一部図示を省略するが、金型４２には第２ベースパネル２０の膨出部２５〜２８に対応する凹部４５〜４８が設けられている。

成型時には、粘弾性体３１〜３４を介して伝達される圧力により膨出部２５〜２８内に第２充填材部２２が押し込まれ、第２充填材部２２と第２ベースパネル２０の離隔していた部分が接合される。このとき、粘弾性体３１〜３４の周縁部分には、成型の圧力が粘弾性体３１〜３４の中央部に向かう方向にも作用し、粘弾性体３１〜３４が周縁部分から外方に逃げ出ることを規制する。従って、成型の圧力による粘弾性体３１〜３４の位置ずれが抑制される。

次に、金型４２，４３を冷却して取り外し、図３に示す車両用パネル構造であるルーフパネル４を得る。尚、上記厚さや温度は１例を示すものであって、これに限定されるものではない。

次に、本発明の作用、効果について説明する。
車両用パネル構造に粘弾性体３１〜３４に対応するように膨出部２５〜２８が設けられたので、車両用パネル構造の製造時及び歪変形時の粘弾性体３１〜３４の位置ずれを発生し難くすることができ、期待される振動減衰性能を発揮させることができる。また、複数の粘弾性体３１〜３４が互いに離隔する状態に設けられたので、車両用パネル構造の振動減衰性能を向上させることができると共に、車両用パネル構造の軽量化と製造コストの低減をすることができる。

その上、第１，第２ベースパネル１０，２０が繊維強化熱可塑性樹脂材料により形成され、第１，第２充填材部１２，２２が熱可塑性発泡樹脂材料により形成されるので、第１，第２ベースパネル１０，２０を高剛性化できると共に、軽量な車両用パネル構造を構成することができる。さらに、膨出部２５〜２８が第１，第２ベースパネル１０，２０のうちの第２ベースパネル２０にのみ形成され、第１ベースパネル１０が平滑面を有するので、振動減衰性能とデザイン性を両立することができる。

振動減衰性能を備えた車両用パネル構造が車両１のルーフパネル４、フロアパネル、サイドパネルのうちの１又は複数に組み込まれるので、振動減衰機能を向上させた車両１を構成することができる。

その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施形態に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態を包含するものである。

４ ルーフパネル
１０ 第１ベースパネル
１２ 第１充填材部
２０ 第２ベースパネル
２２ 第２充填材部
２５〜２８ 膨出部
３１〜３４ 粘弾性体
３６ 金型
３８ ヒータ
４０ パネル部材
４２，４３ 金型
４５〜４８ 凹部

Claims (6)

1. 離隔状に対向させた１対のベースパネルと、この１対のベースパネルの相対向する内面に夫々設けられ且つ略一様な厚さに形成された１対の充填材部と、この１対の充填材部間の一部に設けられた粘弾性体を備え、この粘弾性体を介して前記１対の充填材部が結合された車両用パネル構造において、
   少なくとも一方のベースパネルに、外面側へ膨出するように形成された膨出部を設け、
   平面視にて前記粘弾性体が前記膨出部に囲まれた位置に配設されたことを特徴とする車両用パネル構造。
2. 前記粘弾性体は、前記１対の充填材部間に互いに離隔する状態に複数配設されたことを特徴とする請求項１に記載の車両用パネル構造。
3. 前記ベースパネルは繊維強化熱可塑性樹脂材料により形成され、前記充填材部は熱可塑性発泡樹脂材料により形成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用パネル構造。
4. 前記膨出部は、１対のベースパネルのうちの一方のベースパネルにのみ形成されたことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の車両用パネル構造。
5. 前記車両のルーフパネル、フロアパネル、サイドパネルの１又は複数に組み込まれることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の車両用パネル構造。
6. １対のベースパネルを対向状に結合して形成される車両用パネル構造の製造方法において、
   前記１対のベースパネルの一方に他方から離隔する方向へ膨出する膨出部を形成する膨出部形成工程と、
   前記１対のベースパネルの相対向する内面に夫々充填材部を形成する充填材部形成工程と、
   金型内に前記充填材部が対面するように前記１対のベースパネルを粘弾性体を介して離隔状に配置すると共に、前記粘弾性体を前記膨出部に対応する位置に配置する部材配置工程と、
   前記１対のベースパネルと前記充填材部と前記粘弾性体を加熱して前記粘弾性体に前記充填材部を接合することにより前記粘弾性体を介して前記１対のベースパネルを結合する結合工程と、
   結合された前記１対のベースパネルを前記膨出部に対応する凹部を備えた成型用金型により成型する成型工程とを有することを特徴とする車両用パネル構造の製造方法。