JP7156400B2 - 車体構造 - Google Patents

Description

本発明は、車体構造［ｖｅｈｉｃｌｅ ｂｏｄｙ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ］に関する。

金属と繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）とで構成された種々の車体構造が開発されている。金属で構成された部分（例えば、車体前部）と炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）で構成された部分（例えば、車室部分）とを接合して構成された車体構造を持つ市販車もある。また、下記特許文献１は、金属と熱可塑性樹脂との複合部材（Ｂピラーやサイドシル）によって構成された車体構造を開示している。特許文献１に開示された車体構造では、金属板上に一体成形された[molded on]樹脂リブによって当該金属板が補強された複合部品を用いて車体が作られる。

米国特許第８，３８３，２４２号明細書

ただし、特許文献１によって開示された複合部品では、複合部品に用いられる補強用樹脂は単なる熱可塑性樹脂であり、繊維強化熱可塑性樹脂ではない。繊維強化熱可塑性樹脂によって金属を補強した複合部材を用いた車体構造に関しては、特許文献１は何らの技術的検討を開示していない。

本発明の目的は、金属と繊維強化熱可塑性樹脂との複合部品を車体の各部に適切に用いることで、好適な強度及び剛性を実現することのできる車体構造を提供することである。

本発明の特徴は、第１複合部材で構成された車体側部と第２複合部材で構成された車体下部とを備えた車体構造を提供する。第１及び第２複合部材は、それぞれ、金属板と不連続繊維を含む繊維強化熱可塑性樹脂部とからなる。第１複合部材の繊維強化熱可塑性樹脂部は、金属板上に形成された複数の補強部を備えている。第２複合部材の繊維強化熱可塑性樹脂部は、金属板に周縁部が一体化された板状部を備えている。第２複合部材の不連続繊維が、第１複合部材の不連続繊維よりも長い。なお、「で構成された[configured of]」の表現は、その他の構成要素を排除するものではない。

上記特徴によれば、金属と繊維強化熱可塑性樹脂との複合部材を車体の各部（車体側部及び車体下部）に適切に用いることで、車体構造に好適な強度及び剛性を付与することができる。

図１は、実施形態に係る車体構造によって構成された車体の分解斜視図である。 図２は、上記車体構造における車体側部の斜視図である。 図３は、上記車体構造におけるサイドシルの拡大分解斜視図である。 図４は、上記サイドシルの概略的な拡大分解断面図である。 図５は、上記車体構造の車体下部の部分斜視図である。 図６は、上記車体下部の拡大断面図である。 図７は、上記車体下部の後部バンパ補強部材の拡大断面図である。

図面を参照しつつ、実施形態に係る車体構造を説明する。図１に示されるように、本実施形態における車体構造は、乗用車の車体構造であり、車体側部［ｂｏｄｙ ｓｉｄｅ ｓｅｃｔｉｏｎｓ］１、車体下部［ｂｏｄｙ ｌｏｗｅｒ ｓｅｃｔｉｏｎ］２、車体上部［ｂｏｄｙ ｕｐｐｅｒ ｓｅｃｔｉｏｎ］３、及び、車体前部［ｂｏｄｙ ｆｒｏｎｔ ｓｅｃｔｉｏｎ］４によって構成されている。

車体側部１、車体下部２及び車体上部３は、それぞれ、金属板と不連続繊維［ｄｉｓｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｆｉｂｅｒｓ］を含む繊維強化熱可塑性樹脂部（以下、ＦＲＴＰ部［ＦＲＴＰ ｐｏｒｔｉｏｎ］とも言う）とからなる複合部材［ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ（ｓ）］とで構成されている。なお、車体前部４は、従来の車体構造と同様に金属で構成されている。本実施形態では、上述したＦＲＴＰ部の強化繊維としてカーボン繊維が用いられている（ＣＦＲＴＰ）。ただし、カーボン以外の繊維がＦＲＴＰ部の強化繊維として用いられてもよい（例えば、ガラス繊維、ボロン繊維、アラミド繊維など）。

上述したように、ＣＦＲＴＰに用いられているカーボン繊維は、不連続繊維として用いられている。即ち、本実施形態では、カーボン繊維は、オートクレーブ法やＲＴＭ法で用いられるような連続繊維［ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｆｉｂｅｒ］としては用いられず、ある程度の長さに切断されて熱可塑性樹脂と混練されて用いられる。不連続繊維としてのカーボン繊維が混練された熱可塑性樹脂は、金属板と一体成形されて［ｉｎｔｅｇｒａｌｌｙ ｍｏｌｄｅｄ ｗｉｔｈ］複合部材を形成する。この複合部材の形成方法は、車体構造の部位によって異なる（追って詳しく説明する）。

まず、車体側部１について説明する。図２は、車体側部１を構成する複合部材の一つであるアウターサイドパネル（第１複合部材）１０を示している。車体側部１は、アウターサイドパネル１０の他に、アウターサイドパネル１０の車室側に接合されるインナーサイドパネル１０ａ（図４に一部のみ表示）も備えている。インナーサイドパネル１０ａも第１複合部材である。アウターサイドパネル１０は、金属板１１と、不連続繊維を含むＦＲＴＰ部１２とで構成されている。インナーサイドパネル１０ａも、金属板１１ａと不連続繊維を含むＦＲＴＰ部１２ａとで構成されている。上述したように、ＦＲＴＰ部１２（１２ａ）は金属板１１（１１ａ）と一体成形されている。

具体的には、第１複合部材では、ＦＲＴＰ部１２は、いわゆるアウトサート成形によって金属板１１と一体化されている。アウトサート成形では、インサート成形と同様に、射出成形機［ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｍｏｌｄｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ］の金型内に予め金属板１１がセットされ、その後、金型内にカーボン繊維が混練された熱可塑性樹脂が射出されてアウターサイドパネル１０が成形される。インサート成形は、樹脂成形品の一部に金属部品（金属挿入物［ｍｅｔａｌ ｉｎｓｅｒｔ（ｓ）］）を埋め込む場合に用いられるのが一般的である。本実施形態のように金属部品の一部を樹脂で覆うような場合に、アウトサート成形の語が用いられる。このように、金属板１１とＦＲＴＰ部１２とは、接着剤を用いることなくアウトサート成形によって直接一体化されているので、第１複合部材（即ち、それを用いている車体側部１）の強度及び剛性が損なわれるようなことはない。

カーボン繊維が混練された熱可塑性樹脂を射出成形するには、カーボン繊維の繊維長がある程度短くなければならない。カーボン繊維の繊維長が長すぎると、射出成形機内で詰まってしまう。本実施形態では、アウトサート成形に用いるカーボン繊維長は０．１～３．０ｍｍとされている。０．１ｍｍ未満であるとＦＲＴＰ部１２（ＣＦＲＴＰ）に所望の強度及び剛性を付加することができないし、３．０ｍｍを超えると上述したように射出成形が難しくなる（あるいは特別な射出成形機が必要になる）。

射出成形機に投入されたカーボン繊維は、熱可塑性樹脂を射出口に送る射出成形機内部のスクリューによって上述した長さとなるように切断される。切断されたカーボン繊維は射出口より上流で熱可塑性樹脂と混練される。アウトサート成形は金型を用いた射出成形であるので、成形された樹脂部の形状自由度（成形自由度）が高く、強度及び（又は）剛性が必要な部分にリブ（補強リブ）１２１を容易に設けることができる。ＦＲＴＰ部１２はリブ１２１を設けるために金属板１１上にライナー層［ｌｉｎｉｎｇ ｌａｙｅｒ］１２０も備えており、リブ１２１はこのライナー層１２０から立設されている（一体形成されている）。

従来は、金属板１１として高張力鋼板や超高張力鋼板を用いたり、多くの金属製の補強部材（補強パッチ）を付加したりすることで、所望部分に強度及び（又は）剛性を付与していた。しかし、本実施形態では、リブ１２１を設けたりライナー層１２０の厚さを調整したりすることで、所望部分に強度及び（又は）剛性を効果的に付与することができる。近年、車体構造の開発にはＣＡＥを用いた構造解析（ＦＥＭ解析など）が一般的に用いられるが、解析結果に基づいてリブ１２１を設けたりライナー層１２０の厚さを調整したりすることで、ＦＲＴＰ部１２によって車体側部１に強度及び（又は）剛性を効果的に付与することができる。

なお、アウターサイドパネル１０には、補強部材として金属部材（金属板）１１０も用いられている。金属部材１１０は、ＦＲＴＰ部１２を介して金属板１１と一体化されており、車体側部１に強度及び（又は）剛性を付与している。金属部材１１０は、ＦＲＴＰ部１２の射出成形時に金型内にインサートされる。また、本実施形態の車体側部１では、車体の下方側に設けられたリブ１２１に用いられている繊維強化熱可塑性樹脂の量が、車体の上方側に設けられたリブ１２１に用いられている繊維強化熱可塑性樹脂の量よりも多い。

ここで、車体搭載状態での車体側部１の高さの中央を境に上方側が「車体側部１（車体）の上方側」であり、中央を境に下方側が「車体側部１（車体）の下方側」である。車体側部１には、いわゆる側突（他車両の側方からの衝突）に対して強固であることが求められる。いわゆる前突（車体前部４から他車両や障害物への衝突）では、車体前部４を圧潰させることで、車体前部４によって衝突エネルギーを吸収できる。しかし、側突では、衝突エネルギーを吸収するスペースはなく、他車両の車室（生存空間）内への侵入を抑えるために、強固な構造が求められる。

このため、図２及び図３に示されるように、特に、Ａピラー、Ｂピラー及びＣピラーの下部を集中的に補強することで、車体側部１に側突に対して強固な構造を与えている。この時、ピラーの下部を集中的に補強するために、リブ１２１を数多く設けると共に、リブ１２１は厚くされる。この結果、側突時の車体側部１の局所変形が抑止され、かつ、側突の荷重を車体下部２に効果的に伝達するマルチロードパスが構築される。

従って、本実施形態では、車体側部１の下方側に設けられたリブ１２１に用いられている繊維強化熱可塑性樹脂の量が、上方側に設けられたリブ１２１に用いられている繊維強化熱可塑性樹脂の量よりも多くされている。また、Ａピラーの下部の補強は、いわゆるスモールオフセット衝突に対しても有効であることも知られている。なお、図に示されるように、ピラーの上部もリブ１２１によって補強されるが、側突に対してはピラーの上部を補強することが有効であることもよく知られている。

なお、ここでの「繊維強化熱可塑性樹脂の量」とは、リブ１２１に用いられているＣＦＲＴＰの量であるが、上方側でも下方側でも同一のＣＦＲＴＰであるので、重量でもよいし体積でもよい。ただし、異なるＣＦＲＴＰ（後述する車体下部２のＣＦＲＴＰなど）が部分的に用いられることも考えられるため、「繊維強化熱可塑性樹脂の量」とは、重量であるとする。

また、上述したように、側突に対してはピラーの下部を集中的に補強することが有効であるが、特に、サイドシルの補強が効果的であることも知られている。図３及び図４を参照しつつ、本実施形態におけるサイドシルの補強構造について説明する。

本実施形態のサイドシルは、図３に示されるように車体側部１の一部であるアウターサイドパネル１０及びインナーサイドパネル１０ａの下部だけでなく、後述する車体下部２の一部であるサイドシルインナーパネル（サイドシル内側部材）２０ａも含んで構築された閉断面構造を有している。サイドシルインナーパネル２０ａは、金属板２１ａと、不連続繊維（カーボン繊維）を含むＦＲＴＰ部２２ａとで構成されている第２複合部材である。第２複合部材の形成方法については、後述する車体下部２と共に詳しく説明する。

ここで、アウターサイドパネル１０の下部がサイドシルアウターパネルであり、インナーサイドパネル１０ａの下部がサイドシルインナーレインフォースであると解釈することができる。また、組み上げられた車体を考慮すると、サイドシルインナーパネル２０ａを車体側部１の一部と解釈することも不可能ではないが、後述する第２複合部材（サイドシルインナーパネル２０ａ）の形成方法を考慮して、本実施形態では、サイドシルインナーパネル２０ａは車体下部２の一部とする。なお、インナーサイドパネル１０ａ（サイドシルインナーレインフォース）は、サイドシルの全長にわたって設けられなくてもよく、部分的に設けられてもよい。

サイドシルにおいて、アウターサイドパネル１０及びインナーサイドパネル１０ａ（第１複合部材）、並びに、サイドシルインナーパネル２０ａ（第２複合部材）は、それらの金属板１１、１１ａ及び２１ａに形成されたフランジ１１１、１１１ａ及び２１１がスポット溶接されることで互いに接合されている。即ち、フランジ１１１、１１１ａ及び２１１で、車体側部１と車体下部２とが溶接接合されている。なお、第１複合部材及び第２複合部材（第１複合部材同士、及び、第２複合部材同士も含む）は、サイドシル以外の部分でも、互いの金属板１１、１１ａ、２１ａに形成されたフランジで溶接接合されている。従って、ＦＲＴＰ部１２、１２ａ及び２２ａが形成されていても、第１複合部材及び第２複合部材は、それらの金属板１１，１１ａ，２１ａで、従来からの接合方法である溶接によって安定かつ確実に接合されている。

そして、サイドシルは、金属板１１、１１ａ及び２１ａによる閉断面構造、インナーサイドパネル１０ａ（サイドシルインナーレインフォース）による補強、アウターサイドパネル１０及びインナーサイドパネル１０ａのリブ１２１による補強、並びに、サイドシルインナーパネル２０ａのＦＲＴＰ部２２ａによる補強によって、強固な構造を構築している。また、アウターサイドパネル１０及びインナーサイドパネル１０ａのライナー層１２０並びにサイドシルインナーパネル２０ａのライナー層２２０も、サイドシルの強固な構造に寄与している（追って詳しく説明する）。

次に、車体下部２について説明する。車体下部２は、より具体的には、車体床部［ｂｏｄｙ ｆｌｏｏｒ ｓｅｃｔｉｏｎ］である。図１に示されるように、車体下部２は、第２複合部材として、フロアパネル２０、上述したサイドシルインナーパネル２０ａ及びリアバンパレインフォース２０ｂを備えている。ここで、車室とモータ（エンジン）コンパートメントとの間のダッシュパネルは、フロアパネル２０の一部である。図４に示されるように、サイドシルインナーパネル２０ａは、フロアパネル２０の両側縁にそれぞれスポット溶接によって接合されている。

フロアパネル２０（第２複合部材）は、金属板２１と、不連続繊維を含むＦＲＴＰ部２２とで構成されている。サイドシルインナーパネル２０ａ（第２複合部材）も、金属板２１ａと、不連続繊維を含むＦＲＴＰ部２２ａとで構成されている（図４参照）。後述するが、リアバンパレインフォース２０ｂも、金属板２１ｂと、不連続繊維を含むＦＲＴＰ部２２ｂとで構成されている（図７参照）。第２複合部材のＦＲＴＰ部２２（２２ａ、２２ｂ：以下省略）は、上述した第１複合部材のＦＲＴＰ部１２（１２ａ：以下省略）とは異なる形成方法によって形成される。

第２複合部材のＦＲＴＰ部２２に含まれるカーボン繊維は、上述した第１複合部材のＦＲＴＰ部１２に含まれるカーボン繊維よりも長い。従って、ＦＲＴＰ部２２は射出成形での形成が難しく、ＬＦＴ－Ｄ成形（Ｌｏｎｇ Ｆｉｂｅｒ－ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ Ｄｉｒｅｃｔ ｉｎｌｉｎｅ ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｍｏｌｄｉｎｇ）によって形成される（Ｄ－ＬＦＴ成形と呼ばれることもある）。具体的には、溶融された熱可塑性樹脂と長い強化繊維とが混練された後に押し出された［ｅｘｔｒｕｄｅｄ］複合物［ｃｏｍｐｏｕｎｄ］がまず形成され、この複合物が成形ライン上で金属板２１と共に金型内にセットされて圧縮成形［ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｍｏｌｄｉｎｇ］によりＦＲＴＰ部２２が形成される。この結果、金属板２１とＦＲＴＰ部２２とが一体成形される。なお、圧縮成形に際して、金属板２１の形状は既にプレス形成によって形成されている。また、複合物の金型内へのセットには、ロボットアームなどが用いられる。

ここで、本実施形態では、金属板２１のＦＲＴＰ部２２が形成される位置には予め開口部２３が形成されており、この開口部２３が圧縮成形されたＦＲＴＰ部２２によって塞がれる。具体的には、図４に示されるように、開口部２３の内縁部分が、ＦＲＴＰ部２２とオーバーラップしており、ＦＲＴＰ部２２は金属板２１によって縁取られた構造となっている。このオーバーラップした部分では、上述した圧縮成形によって金属板２１とＦＲＴＰ部２２とが強固に一体化されている。オーバーラップした部分の内側の、開口部２３に充填されて開口部２３を塞いでいる部分が板状部２４（ＦＲＴＰ部２２の一部）である。

従って、開口部２３を形成することで金属板２１の体積を減らして車体を軽量化することができる。また、軽量化しつつも、金属板２１と一体成形されたＦＲＴＰ部２２（板状部２４）によって、フロアパネル２０として必要な強度及び剛性を確保することもできる。フロアパネル２０として必要な強度及び剛性を確保するために、ＦＲＴＰ部２２のカーボン繊維が長くされている。本実施形態では、ＬＦＴ－Ｄ成形に用いるカーボン繊維長は３．０～３０ｍｍとされている。カーボン繊維長が３．０ｍｍ未満であると、所望の強度及び剛性を得ることができない。一方、カーボン繊維長が３０ｍｍを超えると、カーボン繊維を熱可塑性樹脂に混練させ難くなるので圧縮成形（複合物の形成）が難しくなる。

なお、長い繊維が混練された繊維強化熱可塑性樹脂はＬＦＴ（Ｌｏｎｇ Ｆｉｂｅｒ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃｓ）と呼ばれる（ＬＦＲＴと呼ばれることもある）。これに対して、短い繊維が混練された繊維強化熱可塑性樹脂はＳＦＴ（Ｓｈｏｒｔ Ｆｉｂｅｒ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃｓ）と呼ばれる（ＳＦＲＴと呼ばれることもある）。ＬＦＴとＳＦＴとの境となる繊維長は明確に規定されてはいない。繊維の種類が変わるとその境も変わり得る。本実施形態では、上述したように繊維長３．０ｍｍを境としてＬＦＴとＳＦＴとを区別する。また、上述した繊維長は、成形後のＦＲＴＰ部に含まれる繊維の平均長である。従って、第１複合部材のＦＲＴＰ部１２はＳＦＴで形成されており、第２複合部材のＦＲＴＰ部２２はＬＦＴで形成されている。ＬＦＴ及びＳＦＴは不連続繊維として用いられている。なお、オートクレーブ法やＲＴＭ法で用いられるような連続繊維の長さは、部品の最大長にほぼ等しく、数メートルであることもある。

フロアパネル２０は、最低地上高を確保するために下方への突出部や、車室容積を確保するために上方への突出部を設けられない場合が多い。本実施形態の車体下部２によれば、（リブなどを設けることなく）ＦＲＴＰ部２２を板状に形成しつつも必要な強度及び剛性を確保できる。また、上述した車体下部２の構成は、前突や側突などの衝突時に、衝突荷重をフロアパネル２０で十分に受け止めることができる。また、ＬＦＴ－Ｄ成形であれば、フロアパネル２０のような大型部品を金属とＣＦＲＴＰとの複合部品として容易に形成することができる。

なお、図４では、上述した金属板２１とＦＲＴＰ部２２とのオーバーラップ部分は金属板２１の上面及び下面の両方に形成されているが、十分な接合強度が確保されていれば、上面及び下面の一方のみに形成されてもよい。また、図４では、分かりやすくオーバーラップ部分を厚く示してあるが、オーバーラップ部分は、段差を形成せずに金属板２１からＦＲＴＰ部２２へと面一に形成されている（ただし、段差が形成されてもよい）。

また、本実施形態では、フロアパネル２０の両側縁からサイドシルインナーパネル２０ａにかけては、上述した開口部２３が形成されない別の複合構造が構築されている。まず、サイドシルインナーパネル２０ａのライナー層２２０（図４参照）について説明する。なお、サイドシルインナーパネル２０ａのライナー層２２０は、図６では図示が省略されている。ライナー層２２０は、ＬＦＴ－Ｄ成形によって金属板２１ａと上述したＬＦＴ複合物とが圧縮成形されて、サイドシルインナーパネル２０ａの内面上に形成される。従って、ライナー層２２０（即ち、ＦＲＴＰ部２２ａ）は、金属板２１ａと一体化され、サイドシルインナーパネル２０ａに強度及び剛性を付与している。

ここで、サイドシルインナーパネル２０ａのライナー層２２０のカーボン繊維は車体構造の長手方向［ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ］（前後方向［ｂａｃｋ－ｆｏｒｔｈ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ］）に配向されている［ｏｒｉｅｎｔｅｄ］。カーボン繊維の配向は、ＬＦＴ複合物を押し出す際に制御できる。ＬＦＴ複合物が押出機［ｅｘｔｒｕｄｅｒ］の押出口から押し出されると、（押出口の形状にも依存するが）カーボン繊維は押出口の中心軸に対してほぼ直角となるように配向される。カーボン繊維の配向は、圧縮成形によってはほぼ変化しない。

また、サイドシルインナーパネル２０ａのライナー層２２０のカーボン繊維は、フロアパネル２０のＦＲＴＰ部２２のカーボン繊維よりもさらに長くされている。サイドシルインナーパネル２０ａのライナー層２２０のカーボン繊維を車体構造の長手方向に配向させることで、サイドシルに作用する軸力（例えば前突時）に対して効果的に対抗できると共に、サイドシルを撓ませるように作用する横力（例えば側突時）に対しても効果的に対抗できる。ライナー層２２０のカーボン繊維がＦＲＴＰ部２２のカーボン繊維よりもさらに長くされているので上記の軸力及び横力により効果的に対抗でき、上述したサイドシルの強固な構造をより向上させることができる。

また、サイドシルインナーパネル２０ａには、サイドシルの内部に位置する上述したライナー層２２０（図４参照）だけでなく、フロアパネル２０の両側縁からサイドシルインナーパネル２０ａにかけてもライナー層２２０（図５及び図６参照）が形成されている。ライナー層２２０は、フロアパネル２０の上面上及び底面上に形成されている。これらの図５及び図６に示されるライナー層２２０は、サイドシルの強固な構造をより向上させると共に、フロアパネル２０の強度及び剛性も向上させている。

なお、図５は、車体下部２の左半分のみを示している。また、フロアパネル２０は、フロントパネル（即ち、上述したダッシュパネル）、センターパネル及びリアパネルに区分され得るが、図５には、センターパネルの後部（リアシートに対応する部分）及びリアパネル（後部荷物室に対応する部分）は図示されていない。ＦＲＴＰ部２２は変形され[modified]得る。

また、図５及び図６に示されるライナー層２２０からは、三角リブ（補強リブ）２２１が立設されている。三角リブ２２１も、フロアパネル２０の上面上及び底面上に形成されている。金属板２１の三角リブ２２１が形成される部分には、成形時に上下の三角リブ２２１に樹脂を充填しやすくするために貫通孔２３０が形成されている。図５には、三角リブ２２１は二つしか示されていないが、サイドシルに沿って所望位置に適宜設けられる。三角リブ２２１も、サイドシルの強固な構造をより向上させると共に、フロアパネル２０の強度及び剛性も向上させている。なお、図６には、フロアパネル２０の下面に厚い金属部材が溶接されて形成されたサイドメンバ２０１も図示されている。サイドメンバ２０１を形成する金属部材は、フロアパネル２０の金属板２１に溶接されている（溶接部にはＦＲＴＰ部２２は形成されていない）。

図５及び図６に示されるライナー層２２０及び三角リブ２２１も、ＬＦＴ－Ｄ成形によって形成されている。また、ライナー層２２０のカーボン繊維は車体構造の長手方向に配向されている。さらに、ライナー層２２０のカーボン繊維は、ＦＲＴＰ部２２（板状部２４）のカーボン繊維よりもさらに長くされている。従って、図５及び図６に示されるライナー層２２０及び三角リブ２２１は、サイドシルの強固な構造をより一層向上させると共に、フロアパネル２０の強度及び剛性もより一層向上させている。

言い換えれば、車体下部２では、その周縁部に設けられた補強リブ（三角リブ）２２１に用いられている繊維強化熱可塑性樹脂の量が、その中央部に設けられた補強リブに用いられている繊維強化熱可塑性樹脂の量よりも多い。ここでの「中央部」とは、周縁部の内側のことを指す。ただし、図には、中央部に設けられた補強リブは図示されていない（中央部に補強リブが設けられない場合は、「補強リブに用いられている繊維強化熱可塑性樹脂の量」はゼロとみなせる）。このようにすることで、車体下部２の周縁部の強度及び剛性を向上でき、実質的に板状の車体下部２全体の強度及び剛性を向上させることができる。

さらに、図１に示されるように、車体下部２は、リアバンパレインフォース（後部バンパ補強部材）２０ｂを備えている。リアバンパレインフォース２０ｂも、フロアパネル２０及びサイドシルインナーパネル２０ａと同様に、第２複合部材である。即ち、図７に示されるように、リアバンパレインフォース２０ｂは、金属板２１ｂと、不連続繊維（カーボン繊維）を含むＦＲＴＰ部２２ｂとで構成されている。また、リアバンパレインフォース２０ｂは、上述したＬＦＴ－Ｄ法で形成されている。リアバンパレインフォース２０ｂは、ブラケット又はクラッシュボックスを介して、上述したサイドメンバ２０１の後端に取り付けられる。

リアバンパレインフォース２０ｂのＦＲＴＰ部２２ｂは、金属板２１ｂの内面上に設けられたライナー層２２０と、ライナー層２２０から立設されたリブ（補強リブ）２２１及び三角リブ（補強リブ）２２１とを備えている。ライナー層２２０は、金属板２１ｂの垂直板の内面上に形成されている。ライナー層２２０によってリアバンパレインフォース２０ｂの強度及び剛性が向上されるが、リブ２２１及び三角リブ２２１によって強度及び剛性がさらに向上されている。リブ２２１は、リアバンパレインフォース２０ｂの長手方向に延在している。三角リブ２２１は、垂直板のライナー層２２０から金属板２１ｂの水平上板の内面にかけて設けられている。三角リブ２２１は、垂直板のライナー層２２０から金属板２１ｂの水平下板の内面にかけても設けられている。複数の三角リブ２２１が、リアバンパレインフォース２０ｂの長手方向に沿って設けられている。なお、ライナー層２２０は、垂直板の内面上だけでなく、水平上板及び水平下板の内面上にも形成されてもよい。

ＦＲＴＰ部２２ｂ（ライナー層２２０及びリブ２２１）のカーボン繊維は車体構造の横方向［ｌａｔｅｒａｌ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ］（左右方向［ｌｅｆｔ－ｒｉｇｈｔ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ］）に配向されている。カーボン繊維の配向の制御は、サイドシルインナーパネル２０ａのライナー層２２０と同様である。ＦＲＴＰ部２２ｂのカーボン繊維を車体構造の横方向に配向させることで、リアバンパレインフォース２０ｂを撓ませるように作用する力（例えば後突時）に対しても効果的に対抗できる。なお、リアバンパレインフォース２０ｂのライナー層２２０のカーボン繊維は、フロアパネル２０のＦＲＴＰ部２２のカーボン繊維よりもさらに長くされている。リアバンパレインフォース２０ｂのリブ２２１及び三角リブ２２１は、上述した「車体下部２の周縁部に設けられた補強リブ２２１」に含まれる。

次に、車体上部３について説明する。車体上部３は、より具体的には、車体屋根部[body roof section]である。図１に示されるように、車体上部３は、ルーフパネル３０ａ、ルーフレイル３０ｂ及びルーフボウ３０を備えている。ルーフサイドレイル（図示せず）は、車体構造によるが、車体上部３又は車体側部１に含まれる。ルーフレイル３０ｂ及びルーフボウ３０は、その両端がルーフサイドレイルにボルト締結又は溶接されており、両端の中間部は接着剤によってルーフパネル３０ａの内面と接合されている。中間部とルーフパネル３０ａとを溶接すると、ルーフパネル３０ａの表面に溶接痕が形成されてしまうため接着剤が用いられる。

本実施形態では、ルーフレイル３０ｂ及びルーフボウ３０が第１複合部材であり、図１に示されるように、金属板３１と不連続繊維（カーボン繊維）を含むＦＲＴＰ部３２とで構成されている。ルーフレイル３０ｂ及びルーフボウ３０（第１複合部材）は、車体側部１の第１複合部材と同様にアウトサート成形により形成されている。ここで、ルーフボウ３０だけを第１複合部材として形成して、ルーフレイル３０ｂは金属のみで形成してもよい。また、ＦＲＴＰ部３２のカーボン繊維は車体構造の横方向に配向されている。

ここで、ルーフレイル３０ｂ及びルーフボウ３０（第１複合部材）は、上述したように射出成形によって形成される。射出成形では、金型内面（及び、本実施形態では金属板３１の表面）に接する部分（スキン層）と、接しない部分（コア層）とで強化繊維の配向方向が変わり得る。ＦＲＴＰ部３２のカーボン繊維の配向は、ＦＲＴＰ部３２のコア層でのカーボン繊維の配向である。コア層でのカーボン繊維の配向は、カーボン繊維が混練された熱可塑性樹脂を射出する際に制御できる。

ＳＦＴが射出機の射出口から射出されると、（射出口の形状にも依存するが）コア層のカーボン繊維は射出口の中心軸に対してほぼ直角となるように配向される。即ち、射出口が単一のゲートであれば、射出口を中心とする同心円状にカーボン繊維が配向される。射出口がファンゲートであれば、長い射出口に平行にカーボン繊維が配向される。なお、スキン層のカーボン繊維は、射出口が単一のゲートであれば、射出口から放射状に配向される。射出口がファンゲートであれば、長い射出口に垂直にカーボン繊維が配向される。

車体上部３をルーフレイル３０ｂ及びルーフボウ３０（第１複合部材）で構成することで、車体上部３に強度及び剛性を効果的に付与することができる。特に、本実施形態では、第１複合部材のカーボン繊維を車体構造の横方向に配向させているので、車体上部３に側方から作用する横力（例えば側突時や横転時）に対しても効果的に対抗できる。

車体上部３の変形例について説明する。ルーフパネル３０ａを、アウトサート成形によって、金属板とＦＲＴＰ部とからなる第１複合部材として形成してもよい。この場合、ルーフボウを、ハニカム構造を持つ梁（補強リブの一種）としてＦＲＴＰ部に射出形成することができる。また、ＦＲＴＰ部の成形時に、金属のルーフレイルを金型内にインサートして一体成形することもできる。

ここで、ルーフボウを射出成形による補強リブとして形成するのではなく、予め成形しておいたＣＦＲＴＰのルーフボウを第１複合部材（ルーフパネル３０ａ）の射出成形時に金型内にインサートして一体成形してもよい。この場合、予め成形しておくルーフボウのカーボン繊維を車体構造の横方向に配向させることも容易である。なお、この場合、ルーフボウは、ＳＦＴで成形されてもよいし、ＬＦＴで成形されてもよい。

次に、車体前部４について説明する。車体前部４は、上述したダッシュパネルより前側の部分である。車体前部４には、一般的には、エンジンやモータなどが収容される。車体前部４は、前突時には圧潰（延性的に座屈）して衝突エネルギーを吸収するクラッシャブルゾーンとして機能する。車体骨格構造における車体前部４は、金属によって構成されている。金属は、上述した延性破壊によって衝突エネルギーを吸収するのに適した特性を有している。具体的には、車体前部４は、金属製のサイドメンバ４０及びクラッシュボックス４１を備えている。

サイドメンバ４０は、車体構造の長手方向に延在しており、上述した車体下部２のサイドメンバ２０１へと続いている。クラッシュボックス４１は、サイドメンバ４０の前端に取り付けられており、さらにその前端にはフロントバンパレインフォース（図示せず）が取り付けられる。クラッシュボックス４１は、衝突時に潰れて衝突エネルギーを吸収する。

本実施形態の車体構造は、第１複合部材（アウターサイドパネル１０）で構成された車体側部１と、第２複合部材（フロアパネル２０）で構成された車体下部２とを備えている。第１及び第２複合部材（１０，２０）は、それぞれ、金属板（１１，２１）と不連続繊維を含むＦＲＴＰ部（１２，２２）とで構成されている。

従って、従来、金属製のパッチなどを用いて部分的に補強していた構造を、金属板とＦＲＴＰ部との複合構造を持つ複合部材によって構築でき、部品数を大幅に削減することができる。また、部品数削減に加えて、金属をＦＲＴＰに置き換える（金属パッチをライナー層１２０及び補強リブ１２１／開口部２３内の板状部２４）ことで、軽量化を実現できる。また、金属板と（単なる樹脂ではなく）繊維強化熱可塑性樹脂とからなる複合部材を用いて車体側部１及び車体下部２が形成されるので、車体構造の強度及び剛性を（重量を増加させることなく）向上させることができる。

さらに、第１複合部材のＦＲＴＰ部は、金属板上に形成されたライナー層１２０と、当該ライナー層１２０から立設された補強リブ１２１とを備えて構成されている。従って、車体側部１では、ＦＲＴＰ部の形状自由度が高いので、補強リブ１２１を所望の位置に配置することができ、車体側部１の強度及び剛性を的確に向上させることができる。

一方、第２複合部材のＦＲＴＰ部は、開口部２３に充填されて当該開口部２３を塞ぐ板状部２４を備えて構成されている。従って、第２複合部材は、板形状を維持したまま、車体下部２の強度及び剛性を向上させることができる。

ここで、第２複合部材のＦＲＴＰ部に含まれる不連続繊維が、第１複合部材のＦＲＴＰ部に含まれる不連続繊維よりも長くされている。言い換えれば、第１複合部材のＦＲＴＰ部に含まれる不連続繊維は、第２複合部材のＦＲＴＰ部に含まれる不連続繊維よりも短いので、第１複合部材のＦＲＴＰ部は形状自由度が高く、上述したように補強リブ１２１を所望の位置に配置することができ、車体側部１の強度及び剛性を的確に向上させることができる。

一方、第２複合部材のＦＲＴＰ部に含まれる不連続繊維は長いので、補強リブなどを形成するスペースがなくても、第２複合部材によって車体下部２の強度及び剛性（特に面剛性）を、板形状を維持したまま（第１複合部材よりも）より一層向上することができる。そして、このように特性の異なる第１複合部材（短繊維による高い形状自由度）及び第２複合部材（長繊維による高強度及び高剛性）を、車体側部１及び車体下部２に選択的に用いることで、車体構造の強度及び剛性を（部品数削減及び軽量化を実現した上で）的確に向上させることができる。

また、車体側部１と車体下部２とは、第１複合部材の金属板と第２複合部材の金属板との溶接によって直接接合されている。即ち、ＦＲＴＰ部は車体側部１と車体下部２との接合を阻害することはなく、従来と同様の工法によって車体側部１と車体下部２とを確実に接合することができる。

本実施形態の車体構造では、車体側部１において、車体の下方側に設けられた補強リブ１２１に用いられている繊維強化熱可塑性樹脂の量が、車体の上方側に設けられた補強リブ１２１に用いられている繊維強化熱可塑性樹脂の量よりも多い。従って、補強リブ１２１よって車体構造の下方側（特に、Ｂピラー下部やＡピラーの下部）の強度及び剛性がより重点的に向上されている。この結果、側突時の車体側部１の局所変形が抑止され、かつ、側突の荷重を車体下部２に効果的に分散させるマルチロードパスが構築される。また、車両重心位置を下げられるので、車両の運動性能も向上する。

本実施形態の車体構造では、車体下部２が、（フロアパネル２０に加えて）第２複合部材としてサイドシルインナーパネル（サイドシル内側部材）２０ａも備えている。サイドシルインナーパネル２０ａに沿って形成されるＦＲＴＰ部２２ａは、金属板（２１，２１ａ）上に形成されたライナー層２２０と、当該ライナー層２２０から立設された補強リブ（三角リブ）２２１とを備えている。車体下部２の周縁部に設けられた補強リブ２２１に用いられている繊維強化熱可塑性樹脂の量が、車体下部２の中央部に設けられた補強リブに用いられている繊維強化熱可塑性樹脂の量よりも多い。従って、車体フレーム構造の一部となる車体下部２の周縁部の強度及び剛性がより重点的に向上されている。この結果、車体への様々な静的及び動的入力に対する車体変形を効果的に抑止できる。また、周縁部に重点的に設けられる補強リブ２２１によって衝突荷重を効果的に分散させるマルチロードパスが構築され、衝突荷重を車体下部２全体で十分に受け止めることができる。

ここで、本実施形態の車体構造では、サイドシルインナーパネル２０ａの金属板２１ａ上に、繊維強化熱可塑性樹脂によるライナー層２２０が形成されており、ライナー層２２０の不連続繊維が車体構造の長手方向に配向されている。従って、サイドシルに作用する軸力（例えば前突時）に対して効果的に対抗できると共に、サイドシルを撓ませるように作用する横力（例えば側突時）に対しても効果的に対抗できる。

さらに、サイドシルインナーパネル２０ａのライナー層２２０の不連続繊維が板状部２４の不連続繊維よりも長くされている。従って、サイドシルインナーパネル２０ａのライナー層２２０の強度及び剛性はより効果的に向上されており、衝突荷重を効果的に分散させるマルチロードパスを構築して衝突荷重を車体下部２全体で十分に受け止めることができる。

また、本実施形態の車体構造では、車体下部２が、第２複合部材として（フロアパネル２０及びサイドシルインナーパネル２０ａに加えて）リアバンパレインフォース（後部バンパ補強部材）２０ｂをさらに備えている。リアバンパレインフォース２０ｂの金属板２１ｂ上に形成されたＦＲＴＰ部２２ｂはライナー層２２０を備えており、ライナー層２２０の不連続繊維は車体構造の横方向に配向されている。従って、リアバンパレインフォース２０ｂを撓ませるように作用する力（例えば後突時）に対しても効果的に対抗できる。その結果、リアバンパレインフォース２０ｂの局所変形が抑止され、衝突荷重を車体骨格構造（サイドメンバ２０１）に効果的に伝達することができる。

また、本実施形態の車体構造は、金属で構成された車体前部４をさらに備えており、車体前部４は、車体下部２の金属板２１（及び車体側部１の金属板１１）と直接接合されている。従って、従来と同様の工法によって車体下部２（車体側部１）とを確実に接合することができる。特別な接合構造や接合方法を必要としないため、車体構造の製造コストの上昇を抑止できる。また、車体前部４は、金属で構成されているので、衝突時には延性的に座屈して衝突エネルギーを効率よく吸収できる。更に、車体前部４には内燃機関（モータ及びインバータ）等の発熱源が収容されるが、熱に対して安定している金属で車体前部４が構成されているので、車体構造は上述した発熱源による熱の影響を受けにくい。

本実施形態の車体構造では、車体上部３も第１複合部材（ルーフボウ３０及びルーフレイル３０ｂ／ルーフパネル３０ａ［変形例］）で構成されており、車体側部１と車体上部３とが、第１複合部材の金属板（１１，３１）同士の溶接によって直接接合されている。従って、車体上部３、即ち、車体の屋根に強度及び剛性を効果的に付与することができる。もちろん、用いる金属の量を削減できるので軽量化を実現できる。また、車体上部３の軽量化によって車両重心位置を下げられるので、車両の運動性能も向上する。

ここで、第１複合部材（ルーフボウ３０及びルーフレイル３０ｂ）のＦＲＴＰ部の不連続繊維が車体構造の横方向に配向されている。従って、車体上部３に側方から作用する横力（例えば側突時や横転時）に対しても効果的に対抗できる。

実施形態を参照することで上述のように本発明が説明されたが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、請求の範囲に照らして決定される。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されない。例えば、上記実施形態でのＬＦＴ－Ｄ成形では、予め押し出した複合物を金型内にセットしてから圧縮成形を行った。しかし、ＬＦＴ－Ｄ成形では、複合物を金型内に押し出してから、圧縮成形を行う場合もある。いずれにしても、ＬＦＴ－Ｄ成形では、圧縮成形の直前にＬＦＴ複合物を形成し、その後金型内で金属部品と共にＬＦＴ複合物が圧縮成形される。

１ 車体側部
２ 車体下部
３ 車体上部
４ 車体前部
１０ アウターサイドパネル（第１複合部材）
１０ａ インナーサイドパネル（第１複合部材）
２０ フロアパネル（第２複合部材）
２０ａ サイドシルインナーパネル（サイドシル内側部材：第２複合部材）
２０ｂ リアバンパレインフォース（後部バンパ補強部材：第２複合部材）
３０ ルーフボウ（第１複合部材）
３０ａ ルーフパネル（第１複合部材：変形例）
３０ｂ ルーフレイル（第１複合部材）
１１，１１ａ，２１，２１ａ，２１ｂ，３１ 金属板
１２，１２ａ，２２，２２ａ，２２ｂ，３２ 繊維強化熱可塑性樹脂部（ＦＲＴＰ部）
２３ 開口部
２４ 板状部
１２０，２２０ ライナー層
１２１，２２１ 補強リブ（リブ，三角リブ）

Claims (13)

1. 車体構造であって、
   金属板と不連続繊維を含む繊維強化熱可塑性樹脂部とからなる第１複合部材で構成された車体側部と、
   金属板と不連続繊維を含む繊維強化熱可塑性樹脂部とからなる第２複合部材で構成された車体下部と、を備えており、
   前記第１複合部材の前記繊維強化熱可塑性樹脂部は、前記金属板上に形成された複数の補強部を備えて構成され、
   前記第２複合部材の前記繊維強化熱可塑性樹脂部は、前記金属板に周縁部が一体化された板状部を備えて構成され、
   前記車体側部と前記車体下部とが、前記第１複合部材の前記金属板と前記第２複合部材の前記金属板との接合によって接合されており、
   前記第２複合部材の前記不連続繊維が、前記第１複合部材の前記不連続繊維よりも長い、車体構造。
2. 請求項１に記載の車体構造であって、
   前記板状部が、前記金属板に形成された開口部に充填されて当該開口部を塞いでいる、車体構造。
3. 請求項１又は２に記載の車体構造であって、
   前記車体側部と前記車体下部とが、前記第１複合部材の前記金属板と前記第２複合部材の前記金属板との溶接によって直接接合されている、車体構造。
4. 請求項１～３の何れか一項に記載の車体構造であって、
   前記補強部が補強リブである、車体構造。
5. 請求項２に記載の車体構造であって、
   前記第１複合部材の前記繊維強化熱可塑性樹脂部が、前記金属板上に形成されたライナー層と、当該ライナー層から立設された複数の前記補強リブとを備えて構成されている、車体構造。
6. 請求項４又は５に記載の車体構造であって、
   前記車体側部において、車体の下方側に設けられた前記補強リブに用いられている繊維強化熱可塑性樹脂の量が、前記車体の上方側に設けられた前記補強リブに用いられている繊維強化熱可塑性樹脂の量よりも多い、車体構造。
7. 請求項１～６の何れか一項に記載の車体構造であって、
   前記車体下部が、前記第２複合部材としてサイドシル内側部材を備えており、
   前記サイドシル内側部材の前記繊維強化熱可塑性樹脂部が、前記金属板上に形成されたライナー層と、当該ライナー層から立設された補強リブとを備えて構成され、
   前記サイドシル内側部材を含む前記車体下部の周縁部に設けられた前記補強リブに用いられている繊維強化熱可塑性樹脂の量が、前記車体下部の中央部に設けられた前記補強リブに用いられている繊維強化熱可塑性樹脂の量よりも多い、車体構造。
8. 請求項７に記載の車体構造であって、
   前記サイドシル内側部材の前記ライナー層の前記不連続繊維が前記車体構造の長手方向に配向されている、車体構造。
9. 請求項７に記載の車体構造であって、
   前記サイドシル内側部材の前記ライナー層の前記不連続繊維が、前記板状部を形成する前記繊維強化熱可塑性樹脂部の前記不連続繊維よりも長い、車体構造。
10. 請求項７に記載の車体構造であって、
    前記車体下部が、前記第２複合部材として後部バンパ補強部材をさらに備えており、
    前記後部バンパ補強部材を構成する前記金属板の補強部材内面上に、前記第２複合部材の前記繊維強化熱可塑性樹脂部によるライナー層が形成されており、
    前記後部バンパ補強部材の前記ライナー層を形成する前記繊維強化熱可塑性樹脂部の前記不連続繊維が前記車体構造の横方向に配向されている、車体構造。
11. 請求項１～１０の何れか一項に記載の車体構造であって、
    前記車体構造が、金属で構成された車体前部をさらに備えており、
    前記車体前部が、前記車体下部の前記金属板又は前記車体側部の前記金属板と直接接合されている、車体構造。
12. 請求項１～１１の何れか一項に記載の車体構造であって、
    前記車体構造が、車体の屋根を構成する車体上部をさらに備えており、
    前記車体上部が、前記第１複合部材で構成され、
    前記車体側部と前記車体上部とが、前記第１複合部材の前記金属板同士の溶接によって直接接合されている、車体構造。
13. 請求項１２に記載の車体構造であって、
    前記車体上部の前記第１複合部材の前記繊維強化熱可塑性樹脂部の前記不連続繊維が前記車体構造の横方向に配向されている、車体構造。

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