JP2004168289A - クロスメンバ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 強度が特に必要な部分を高強度に構成でき、且つ、リサイクル性に優れたクロスメンバを提供する。
【解決手段】 車体の車幅方向に沿って配置され、両端が車体のサイド骨格構造体に固定されるクロスメンバ１において、車幅方向に延びるベースフレーム２と、このベースフレーム２の車幅方向の一部範囲で、且つ、ベースフレーム２の外周を覆う補強フレーム部３、４とから一体に構成され、ベースフレーム２と補強フレーム部３、４とが共に同系統樹脂材料でそれぞれ形成された。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車体の車幅方向の骨格構造体として配置されるクロスメンバ及びその製造方法に関する。

例えば、車体のインストルメントパネルの裏面側で、且つ車幅方向に配置されるクロスメンバは、その両端が車両のサイド骨格構造体に固定され、車幅方向の骨格構造体としての役割と、インストルメントパネルやコラムシャフトやエアバックなどの部品の支持部材としての役割を主に有する。この種の従来のクロスメンバとしては、図５及び図６に示すようなものがある（例えば、特許文献１参照。）。

このクロスメンバ５０は、図５及び図６に示すように、車幅方向に延びるメインフレーム５１と、このメインフレーム５１の両端等の適所に固定されたブラケット５２とから一体に構成されている。メインフレーム５１は、繊維強化熱硬化性樹脂材料によって、ブラケット５２は繊維強化熱可塑性樹脂材料によってそれぞれ構成されている。メインフレーム５１は、内部に中空部５３を有するフレーム本体５１ａと、この内面側及び外面側にそれぞれ配置された内皮層５１ｂ及び表皮層５１ｃとから構成され、フレーム本体５１ａが繊維強化熱硬化性樹脂材料によって形成され、内皮層５１ｂ及び表皮層５１ｃはブラケット５２と同様に繊維強化熱可塑性樹脂材料によって形成されている。つまり、クロスメンバ５０を樹脂材料で構成し、且つ、メインフレーム５１の中空部５３を空調ダクトとすることによって軽量化、部品点数の削減化、低コスト化、取り付け工数の削減化、省スペース化等が図られている。
特開平８−２８２３３３号公報、第１頁、図１

しかしながら、上記した従来のクロスメンバ５０では、他の部分に較べて特に強度が必要な部分を高強度に構成できないという問題点がある。例えば、車体のインストルメントパネルの裏面側に配置されるクロスメンバ５０の場合には、コラムシャフトを支持する部分などは特に高強度に構成する必要がある。

また、メインフレーム５１とブラケット５２とが異種系統の樹脂材料で形成されているため、リサイクル性が悪いという問題点がある。さらに、メインフレーム５１自体が２つの異種系統の樹脂材料で形成されているため、この点でもリサイクル性に問題がある。

そこで、本発明の目的は、強度が特に必要な部分を高強度に構成でき、且つリサイクル性に優れたクロスメンバ及びその製造方法を提供することにある。

本発明の第１の特徴は、車体の車幅方向に沿って配置され、両端が車体のサイド骨格構造体に固定されるクロスメンバにおいて、車幅方向に延びるベースフレームと、このベースフレームの車幅方向の一部範囲で、且つ、前記ベースフレームの外周を覆う補強フレーム部とから一体に構成され、前記ベースフレームと前記補強フレーム部とが同系統樹脂材料でそれぞれ形成されたことを要旨とする。

本発明の第２の特徴は、車体の車幅方向に沿って配置され、両端が車体のサイド骨格構造体に固定されるクロスメンバの製造方法において、車幅方向に延びるベースフレームを樹脂成形によって成形し、この成形したベースフレームの車幅方向の一部範囲を前記ベースフレームと同系統樹脂材料で鋳包むことによって補強フレーム部を一体に成形したことを要旨とする。

第１の特徴に係る本発明によれば、補強フレームで覆った部分がベースフレームと補強フレームの２層構造体になるため、他の部分と比較して高い強度が得られる。また、リサイクルのために解体する場合には、ベースフレームと補強フレーム部とが同系統樹脂であることから共通のリサイクル工程などによって解体可能である。以上より、強度が特に必要な部分を高強度に構成でき、且つ、リサイクル性に優れている。

第２の特徴に係る本発明によれば、補強フレームで覆った部分はベースフレームと補強フレームの２層構造体になるため、他の部分と比較して高い強度が得られる。また、リサイクルのために解体する場合には、ベースフレームと補強フレーム部とが同系統樹脂であることから共通のリサイクル工程によって解体可能である。このため、強度が特に必要な部分を高強度に構成でき、且つ、リサイクル性に優れている。

以下、本発明に係るクロスメンバ及びその製造方法の詳細を図面に示す実施の形態に基づいて説明する。

図１〜図４は本発明の実施の形態を示している。図１はクロスメンバ１の斜視図、図２（ａ）は図１のＡ−Ａ線断面図、図２（ｂ）は図１のＢ−Ｂ線断面図、図３はクロスメンバ１の製造工程を説明するものであって、ベースフレーム２の斜視図、図４はクロスメンバ１の製造工程を説明するものであって、第１及び第２の補強フレーム部３、４の斜視図である。

図１及び図２に示すように、クロスメンバ１は、車体のインストルメントパネル（図示せず）の裏面側で、且つ、車幅方向に配置されるベースフレーム２と、このベースフレーム２の車幅方向の運転席の範囲で、且つ、ベースフレーム２の外周を被うように配置された第１の補強フレーム部３と、これとは反対側のほんの一端部で、且つ、ベースフレーム２の外周を被うように配置された第２の補強フレーム部４とから一体に構成されている。

ベースフレーム２は、内部に中空部２ａを有する円筒形状であり、その両端側の側周面には中空部２ａに連通する開口部２ｂがそれぞれ設けられている。この各開口部２ｂにダクト用パイプ（図示せず）が接続されることによって中空部２ａが空調用ダクトの一部として利用される。また、ベースフレーム２の車幅方向の略中央部には空調ダクト（図示せず）を固定するダクト用ブラケット及び部品取り付け用ブラケット（図示せず）が設けられている。

第１の補強フレーム部３には、サイドブラケット部５、コラムシャフト用ブラケット部６、車体締結用ブラケット部７、支持用ブラケット部８等が一体的に設けられている。サイドブラケット部５は第１の補強フレーム部３の一方端に設けられ、車体の一方のサイド骨格構造体（図示せず）に固定される。コラムシャフト用ブラケット部６には相手側ブラケット１０を介してコラムシャフト１１が固定される。車体締結用ブラケット部７には車体フレーム（図示せず）等が固定される。支持用ブラケット部８は、第１の補強フレーム部３の他端側に設けられ、支持部材であるインストステー１２の上端側が固定される。インストステー１２の下端側は車体の構造体に固定され、第１の補強フレーム部３はその両端側で車体に固定される。

第２の補強フレーム部４には、その一端側にサイドブラケット部９のみが設けられており、このサイドブラケット部９に車体の他方のサイド骨格構造体（図示せず）に固定される。

以上の構成により、クロスメンバ１は、その両端を車体のサイド骨格構造体（図示せず）に固定されていると共に、センター部分でインストステー１２を介して車体に固定されている。

次に、ベースフレーム２と第１及び第２の補強フレーム部３、４の材料について説明する。ベースフレーム２と第１及び第２の補強フレーム部３、４とは、同じ系統の樹脂材料であるエンジニアリング・プラスチック（以下、エンプラという）材料で形成されている。具体的には、ベースフレーム２は、絶対乾燥時に曲げ弾性率１０ＧＰａ以上で、吸水時に５ＧＰａ以上の曲げ弾性率を持つガラスファイバーを１５〜５０％含有するエンプラ材料で形成されている。このエンプラ材料には、ポリプロピレン（ＰＰ）、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１２または芳香族ナイロン、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンオキサイド（変性ＰＰＯ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、液晶性ポリエステル（ＬＣＰ）、ポリイミド（ＰＩ）、ＳＭＣ、ポリエステル系など、又はこれらの混合物が用いられる。強化材（充填材）としては、ガラスファイバー以外に、タルク、カーボンファイバー、ケブラー繊維、セラミック繊維、金属繊維（ステンレスなど）、天然繊維（もみ殻、やし殻、ケナフ）等又はこれらの混合物を用いても良い。

第１及び第２の補強フレーム部３、４は、絶対乾燥時に曲げ弾性率２５ＧＰａ以上で、吸水時に１０ＧＰａ以上の曲げ弾性率を持つカーボンファイバーを３０％以上含有するエンプラ材料で形成されており、ベースフレーム２より高剛性材料で構成されている。このエンプラ材料には、上記と同様に、このエンプラ材料には、ポリプロピレン（ＰＰ）、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１２または芳香族ナイロン、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンオキサイド（変性ＰＰＯ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、液晶性ポリエステル（ＬＣＰ）、ポリイミド（ＰＩ）、ＳＭＣ、ポリエステル系など、又はこれらの混合物が用いられる。強化材（充填材）としては、ガラスファイバー以外に、タルク、カーボンファイバー、ケブラー繊維、セラミック繊維、金属繊維（ステンレスなど）、天然繊維（もみ殻、やし殻、ケナフ）等又はこれらの混合物を用いても良い。

また、ベースフレーム２と第１及び第２の補強フレーム部３、４との材料としては、双方の間の密着性やリサイクル性の観点から同系統のベースポリマーを用いてもよい。

本実施の形態によれば、補強フレーム部３、４の箇所を非常に高強度に構成できる。このため、コラムシャフトを固定する必要がある運転席側に補強フレーム３を形成したことにより、樹脂で成形したクロスメンバ１でありながら、ステアリング支持側部材の高剛性化を達成することができる。加えて、サイドブラケットを高強度に作製できる。また、補強フレーム部３、４の両端を車体の骨格構造体に固定できるため、クロスメンバ１自体の強度が向上すると共に、特に補強フレーム部３、４の車体への固定力が増加し、補強フレーム部３、４を介して支持される車載部品を強固に取り付けできる。

次に、クロスメンバ１の製造方法を説明する。先ず、図３に示すように、ベースフレーム２を分割射出成形し、例えば振動溶着、超音波溶着にて溶着固定することにより作製する。次に、ベースフレーム２をインサート品として射出成形により第１及び第２の補強フレーム部３、４の部分を成形する。つまり、図４に示すように、射出成形により第１及び第２の補強フレーム部３、４を付加成形することによりクロスメンバ１を作製する。

以上、上記製造方法により作製されたクロスメンバ１は、第１及び第２の補強フレーム３、４で覆った部分がベースフレーム２と第１及び第２の補強フレーム３、４の２層構造体になるため、他の部分と比較して高い強度が得られる。特に、クロスメンバ１の運転席側が第１の補強フレーム３によって２層構造とされ、この第１の補強フレーム３にコラムシャフト用ブラケット６が設けられているため、コラムシャフト１１等に強固に支持されている。また、クロスメンバ１をリサイクルのために解体する場合には、ベースフレーム２と第１及び第２の補強フレーム部３、４とが同系統樹脂であることから共通のリサイクル工程などによって解体可能である。以上より、強度が特に必要な部分を高強度に構成でき、且つ、リサイクル性に優れている。

上記実施形態では、ベースフレーム２の中空部２ａを空調用ダクトとして利用するため、空調用ダクトの部品点数の削減、組み付け工数の削減となる。また、ベースフレーム２の中空部２ａをワイヤーハーネスの配索空間として利用してもよい。

上記した実施の形態では、第１及び第２の補強フレーム部３、４は、ベースフレーム２より高剛性材料で形成されているので、第１及び第２の補強フレーム部３、４の箇所を非常に高強度に構成できる。従って、コラムシャフト１１等を確実に支持できる。

また、上記した実施の形態では、ベースフレーム２と第１及び第２の補強フレーム部３、４とは、共にエンプラ材料で形成されているが、同じ系統の樹脂材料であればそれ以外の樹脂材料で形成しても良いことはもちろんである。

さらに、上記した実施の形態では、ベースフレーム２の両端側に第１及び第２の補強フレーム部３、４がそれぞれ設けられ、この各補強フレーム部３、４に車体のサイド骨格構造体（図示せず）に固定されるサイドブラケット部５、９が設けられているので、サイドブラケット５、９を高強度に作製でき、車体のサイド骨格構造体（図示せず）との固定を強固にできる。

また、上記した実施の形態では、第１の補強フレーム部３の他端には、インストステー１２を固定する支持用ブラケット部８が設けられているので、第１の補強フレーム部３の両端を車体の骨格構造体（図示せず）に固定できるため、クロスメンバ１自体の強度がアップすると共に、特に第１の補強フレーム部３の車体への固定力がアップし、第１の補強フレーム部３を介して支持される車載部品（例えばコラムシャフト１１）を強固に取り付けできる。

さらに、上記した実施の形態では、ベースフレーム２は、分割射出成形により作製したことにより、複雑な形状のベースフレーム２を容易に作製できる。ベースフレーム２は、分割射出成形以外の成形方法、例えば押し出し成形、ブロー成形、ロストコアなどによって作製してもよい。

また、上記した実施の形態では、第１及び第２の補強フレーム部３、４は、ベースフレーム２の一部をインサートし、閉じた金型内に流動状の材料を加圧注入する一般的な射出成形により作製する例を示したが、例えば射出成形の一種である、わずかに開いた金型内に材料を射出した後に圧縮を加える射出圧縮成形、射出プレス成形等により成形することにより、ベースフレーム２に大きな射出圧力を作用させることなく第１及び第２の補強フレーム部３，４を射出鋳込みを行うことができる。

なお、上記した実施の形態によれば、クロスメンバ１は、車体のインストルメントパネル（図示せず）の裏面側で、且つ、車幅方向に配置されるものについて説明したが、上記以外の場所に設置され、且つ、一部範囲を高強度に構成したいものであれば本発明が適用可能である。

特に、上記した実施の形態では、複雑な形状のベースフレームを容易に作製できる。また、インサートされるベースフレームに大きな射出圧を作用させることなく補強フレーム部を射出鋳包むことができ、補強フレーム部の箇所を非常に高強度に構成できる。

以上、実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、構成の要旨に付随する各種の設計変更が可能である。

本発明に係るクロスメンバの実施の形態を示す斜視図である。 本発明の実施の形態を示し、（ａ）は図１のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ線断面図である。 本発明の実施の形態を示すクロスメンバの製造工程を説明するものであって、ベースフレームの斜視図である。 本発明の実施の形態を示し、クロスメンバの製造工程を説明するものであって、第１及び第２の補強フレーム部の斜視図である。 従来例を示し、クロスメンバの斜視図である。 図５のＣ部の拡大図である。

符号の説明

１ クロスメンバ
２ ベースフレーム
２ａ 中空部
２ｂ 開口部
３ 第１の補強フレーム部
４ 第２の補強フレーム部
５、９ サイドブラケット部
６ コラムシャフト用ブラケット部
７ 車体締結用ブラケット部
８ 支持用ブラケット部
１１ コラムシャフト
１２ インストステー（支持部材）

Claims (24)

1. 車体の車幅方向に沿って配置され、両端が車体のサイド骨格構造体に固定されるクロスメンバ（１）において、
   車幅方向に延びるベースフレーム（２）と、このベースフレーム（２）の車幅方向の一部範囲で、且つ前記ベースフレーム（２）の外周を覆う補強フレーム部（３）、（４）とから一体に構成され、前記ベースフレーム（２）と前記補強フレーム部（３）、（４）とが同系統樹脂材料でそれぞれ形成されたことを特徴とするクロスメンバ（１）。
2. 請求項１記載のクロスメンバ（１）であって、
   前記補強フレーム部（３）、（４）は、前記ベースフレーム（２）より高剛性材料で形成されたことを特徴とするクロスメンバ（１）。
3. 請求項１又は請求項２記載のクロスメンバ（１）であって、
   前記ベースフレーム（２）と前記補強フレーム部（３）、（４）とは、共にエンプラ材料で形成されたことを特徴とするクロスメンバ（１）。
4. 請求項１記載のクロスメンバ（１）であって、
   前記ベースフレーム（２）は、強化材を含有する樹脂材料で形成されたことを特徴とするクロスメンバ（１）。
5. 請求項１記載のクロスメンバ（１）であって、
   前記補強フレーム部（３）、（４）は、強化材を含有する樹脂材料で形成されたことを特徴とするクロスメンバ（１）。
6. 請求項２乃至請求項５のいずれか一項に記載されたクロスメンバ（１）であって、
   前記ベースフレーム（２）の両端側に前記補強フレーム部（３）、（４）がそれぞれ設けられ、この各補強フレーム部（３）、（４）には、車体のサイド骨格構造体に固定されるサイドブラケット部（５）、（９）が設けられたことを特徴とするクロスメンバ（１）。
7. 請求項６に記載のクロスメンバ（１）であって、
   前記補強フレーム部（３）には、ブラケット部（６）、（７）、（８）が設けられたことを特徴とするクロスメンバ（１）。
8. 請求項１記載のクロスメンバ（１）であって、
   前記ベースフレーム（２）は、内部に中空部を有し、空調ダクトの一部として機能することを特徴とするクロスメンバ（１）。
9. 請求項４又は請求項５記載のクロスメンバ（１）であって、
   前記強化材は、ガラスファイバー、タルク、カーボンファイバー、ケブラー繊維、セラミック繊維、金属繊維、天然繊維のうち少なくとも一つを含有することを特徴とするクロスメンバ（１）。
10. 請求項４記載のクロスメンバ（１）であって、
    前記強化材は、絶対乾燥時における曲げ弾性率が１０ＧＰａ以上で、吸水時における曲げ弾性率が５ＧＰａ以上のガラスファイバーを１５〜５０％含有することを特徴とするクロスメンバ（１）。
11. 請求項５記載のクロスメンバ（１）であって、
    前記強化材は、絶対乾燥時における曲げ弾性率が２５ＧＰａ以上で、吸水時における曲げ弾性率が１０ＧＰａ以上のカーボンファイバーを３０％以上含有することを特徴とするクロスメンバ（１）。
12. 請求項７記載のクロスメンバ（１）であって、
    前記ブラケット部は、支持部材（１２）を固定する支持用ブラケット部（８）を含むことを特徴とするクロスメンバ（１）。
13. 車体の車幅方向に沿って配置され、両端が車体のサイド骨格構造体に固定されるクロスメンバ（１）の製造方法において、
    車幅方向に延びるベースフレーム（２）を樹脂成形によって成形し、この成形したベースフレーム（２）の車幅方向の一部範囲を前記ベースフレーム（２）と同系統樹脂材料で鋳包むことによって補強フレーム部（３）、（４）を一体に成形することを特徴とするクロスメンバ（１）の製造方法。
14. 請求項１３記載のクロスメンバ（１）の製造方法であって、
    前記ベースフレーム（２）は、射出成形により作製したことを特徴とするクロスメンバ（１）の製造方法。
15. 請求項１３又は請求項１４記載のクロスメンバ（１）の製造方法であって、
    前記補強フレーム部（３）、（４）は、前記ベースフレーム（２）の一部をインサート成形により作製したことを特徴とするクロスメンバ（１）の製造方法。
16. 請求項１３乃至請求項１５のいずれか一項に記載されたクロスメンバ（１）の製造方法であって、
    前記補強フレーム部（３）、（４）は、前記ベースフレーム（２）より高剛性材料で形成されたことを特徴とするクロスメンバ（１）の製造方法。
17. 請求項１３乃至請求項１６のいずれか一項に記載されたクロスメンバ（１）の製造方法であって、
    前記ベースフレーム（２）と前記補強フレーム部（３）、（４）とは、共にエンプラ材料で形成することを特徴とするクロスメンバ（１）の製造方法。
18. 請求項１３乃至請求項１６のいずれか一項に記載されたクロスメンバ（１）の製造方法であって、
    前記ベースフレーム（２）は、強化材を含有する樹脂材料で形成することを特徴とするクロスメンバ（１）の製造方法。
19. 請求項１３乃至請求項１６のいずれか一項に記載されたクロスメンバ（１）の製造方法であって、
    前記補強フレーム部（３）、（４）は、強化材を含有する樹脂材料で形成することを特徴とするクロスメンバ（１）の製造方法。
20. 請求項１３乃至請求項１６のいずれか一項に記載されたクロスメンバ（１）の製造方法であって、
    前記ベースフレーム（２）は、内部に中空部を有し、空調ダクトの一部として機能することを特徴とするクロスメンバ（１）の製造方法。
21. 請求項１８又は請求項１９に記載されたクロスメンバ（１）の製造方法であって、
    前記強化材は、ガラスファイバー、タルク、カーボンファイバー、ケブラー繊維、セラミック繊維、金属繊維、天然繊維のうち少なくとも一つを含有することを特徴とするクロスメンバ（１）の製造方法。
22. 請求項１８記載のクロスメンバ（１）の製造方法であって、
    前記強化材は、絶対乾燥時における曲げ弾性率が１０ＧＰａ以上で、吸水時における曲げ弾性率が５ＧＰａ以上のガラスファイバーを１５〜５０％含有することを特徴とするクロスメンバ（１）の製造方法。
23. 請求項１９記載のクロスメンバ（１）の製造方法であって、
    前記強化材は、絶対乾燥時における曲げ弾性率が２５ＧＰａ以上で、吸水時における曲げ弾性率が１０ＧＰａ以上のカーボンファイバーを３０％以上含有することを特徴とするクロスメンバ（１）の製造方法。
24. 請求項１４に記載されたクロスメンバ（１）の製造方法であって、
    前記補強フレーム部は、前記ベースフレームの一部をインサートし、射出成形により作製することを特徴とするクロスメンバ（１）の製造方法。

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