JP4398834B2 - 自動車ドア用インナパネル - Google Patents

Description

本発明は、軽量で組み立てが容易な自動車ドア用アルミニウム合金製インナパネルに関するものである。

近年、排気ガス等による地球環境問題に対して、自動車などの輸送機の車体の軽量化による燃費の向上が追求されている。このため、特に、自動車の車体に対し、従来から使用されている鋼材に代わって、圧延板や押出形材など、より軽量なアルミニウム合金材の適用が増加しつつある。

この内、自動車ドアなどのパネル構造体のアウタパネル (外板) やインナパネル (内板) にも、Al-Mg-Si系のAA乃至JIS 6000系 (以下、単に6000系と言う) やAl-Mg 系のAA乃至JIS 5000系 (以下、単に5000系と言う) などのアルミニウム合金板の使用が検討されている。

従来、軽量化のために、自動車のドアにアルミニウム合金板を適用した例としては、自動車のサイドドア構造として、前部が車体にヒンジを介して開閉可能に枢着されたフロントドアと、後部が車体にヒンジを介して開閉可能に枢着されたリヤドアの、インナパネルとアウタパネルとをアルミニウム合金板とした例がある（例えば、特許文献１参照）。

また、超軽量化されたオールアルミドアとして、自動車のサイドドア全体の枠体をアルミニウム合金管製のスペースフレームとし、これに、アルミニウム合金製の薄板(1mm以下) のインナパネルとアウタパネルとを貼りつけた例もある（例えば、特許文献２参照）。
特開２００４−１２２８７４号公報 (図1 、段落0014) 特開２００４−５０４２１５号公報 (図1 、段落0009、0027)

しかし、これらインナパネルとアウタパネルとをアルミニウム合金板とした例では、軽量化のために、例えば1mm 以下に板厚を薄くしており、ドアの剛性や強度を確保するために、多くの補強材を必要とする。

図7 、8 に、これらインナパネルとアウタパネルとをアルミニウム合金板としたドアの例を示す。図7 は従来の、アルミニウム合金製のドアインナパネルの正面図、図8 は図7 のインナパネルとアルミニウム合金製アウタパネルとを接合したドアの断面図である。

図7 の例は、ドア窓部の枠体23やドア本体部24を含めて、アルミニウム合金板を一体成形したドアインナパネルである。この場合、アルミニウム合金板自体が薄板であるので、ドアの剛性や強度を確保するために、また、衝突安全性確保のために、前記した通り、多くの補強材を必要とする。

この図7 の例では、図7 、8 に示す通り、ドア本体部24の両側部には、車体上下方向や車体前後方向に延在するアルミニウム合金板を成形した板リインフォース27、28が設置されている。ドア本体部24の上部には、車体の前後方向の衝突安全性確保のために、車体前後方向に延在する押出中空形材製のリインフォース26が設置されている。更に、ドア本体部24の下部には、側突安全性確保のために、車体前後方向に延在する押出中空形材製のドアビーム25が設置されている。

このため、このような補強材の設置に伴う、溶接、セルフピアシングリベットなどの接合箇所は膨大となり、その接合のための手間も多くなる。また、補強材の設置に伴う重量増加も、アルミニウム合金使用の軽量化の利点を損なう。

また、インナパネルやアウタパネル、特に、形状が複雑なインナパネルは、アルミニウム合金板の板厚が薄いほど、プレス成形が困難となる。一般的に、アルミニウム合金板は、鋼板に比して成形性が劣るために、前記1mm 以下などへの薄肉化は、鋼板の場合のプレス成形条件や、インナパネルの設計条件などを大幅に変更する必要も生じる。

したがって、本発明の目的は、軽量で、かつ成形や組み立てが容易な、また、必要強度や剛性を満たした自動車ドア用アルミニウム合金製インナパネルを提供しようとするものである。

この目的を達成するために、本発明の自動車ドア用インナパネルの要旨は、成形アルミニウム合金薄板からなるドアアウタパネルと接合されるとともに、ドア上部の窓部を構成するアルミニウム合金枠体と組み合わせられて自動車のドアを構成するドア下部構造用のインナパネルであって、インナパネルは1.6 〜4mm の厚みの成形アルミニウム合金厚板からなり、インナパネル中央部は略矩形状の中抜き部とされる一方、ドアアウタパネルと接合されてドアパネルを構成するインナパネル周縁部は、この中抜き部を囲む平坦な内縁部と、この内縁部を囲むとともに、内縁部と側壁を介してつながる外縁部とからなり、これらのインナパネル要素が前記アルミニウム合金厚板のインナパネルへのプレス成形による一体成形によって設けられていることである。

本発明は、インナパネルとして、オールアルミドアを含め、アウタパネルなどをアルミニウム合金とした自動車ドアに適用できる。また、鋼板製アウタパネルとのハイブリッド構造とした自動車ドアにも適用できる。そして、自動車のサイドドア、バックドアなどのインナパネルに適用できる。

本発明では、自動車ドア用インナパネルの内、ドア上部の窓部を構成する枠体を除くドア下部構造を、1.6 〜4mm の厚みの成形アルミニウム合金厚板から構成することによって、ドア用インナパネルとして必要な強度や剛性を満たす。また、素材アルミニウム合金板の肉厚を比較的厚くすることによって、前記したプレス成形上の不利を解消して、素材アルミニウム合金板のプレス成形性を向上させる。

そして、ドア用インナパネルとしての必要な強度や剛性を低下させない範囲で、インナパネル中央部に、略矩形状の中抜き部（空間部）を設けて、ドア用インナパネルの軽量化を図る。この中抜き部は、アウタパネルとインナパネルとの空間に、ドア駆動用モータ、ドアラッチ機構等を収容するための作業スペースも提供する。

更に、前記素材アルミニウム合金厚板をプレス成形することによって、ドアアウタパネルや、ドア上部の窓部を構成する枠体などとの接合に必要な、インナパネル周縁部の取り付け構造 (インナパネル要素) を一体に設ける。この結果、インナパネルや自動車ドアの組み立てが容易となる。

本発明の実施の形態について、図を用いて、以下に詳細に説明する。先ず、本発明インナパネルの実施態様を、図1 、2 を用いて説明する。図1 は本発明インナパネルの一実施態様を示す斜視図、図2 は本発明インナパネルの別の実施態様を示す斜視図である。なお、図1 、2 は、自動車ドア用インナパネルの内、主として、サイドドア用インナパネルを示す。

図1 において、本発明ドアインナパネル本体（下部構造）1aは、1.6 〜4mm の厚みの成形アルミニウム合金厚板から構成されている。このようなアルミニウム合金厚板とすることによって、前記図7 のようなリインフォースを用いて補強せずとも、ドアインナパネルとして必要な強度や剛性は確保できる。

アルミニウム合金厚板の厚みが1.6mm 未満、より厳密には2mm 未満では、前記した従来の薄板と大差なくなり、ドア用インナパネルとして必要な強度や剛性が満たせない。また、インナパネルへのプレス成形性も低下する。一方、アルミニウム合金厚板の厚みが4mm を超えた場合、重量が大きくなり、薄鋼板に比べた軽量化の利点が無くなり、また、曲げ性などの成形性も逆に低下する。したがって、アルミニウム合金厚板の厚みは1.6 〜4mm 、好ましくは2 〜4mm の範囲の厚みとする。

ドアインナパネル本体1aには、パネル中央部に、略矩形状の中抜き部（空間部）5 を設ける。この中抜き部5 は、ドアインナパネル本体1aの必要な強度や剛性を低下させない範囲で、ドア用インナパネルの軽量化を図るために必要な大きさ (面積) とする。また、この中抜き部5 は、アウタパネルとインナパネルとの間の空間に、ドア駆動用モータ、ドアラッチ機構等を収容するための、作業スペースも提供するので、この点からも大きさを考慮する。この中抜き部5 は、内縁部3 や外縁部2 、側壁4 などのインナパネル周縁部のプレス成形時に、中抜き加工される。

この中抜き部5 の周縁部であるドアインナパネル本体1aとして、先ず、この中抜き部5 を囲む平坦な内縁部3 が形成されている。内縁部3 は、車体前側の内縁部3a、車体下部側の内縁部3b、車体後部側の内縁部3c、車体上部側の内縁部3dとからなる。

この内縁部の外周側には、内縁部3 を囲むとともに、内縁部3 と側壁4 を介してつながる外縁部 (フランジ部)2が、側壁4 の長さ (高さ) 分だけ内縁部3 よりも外方 (図の上方) に張り出して形成されている。外縁部2 は、車体前側の内縁部3aと側壁4aを介してつながる外縁部2a、車体下部側の内縁部3bと側壁4bを介してつながる外縁部2b、車体後部側の内縁部3cと側壁4cを介してつながる外縁部2c、とからなる。これら外縁部2 の頂部は、各々平坦な取り付け縁部 (フランジ)6a 、6b、6cとされている。

これら外縁部2 、内縁部3 、側壁4 は、ドアアウタパネルや、ドア上部の窓部を構成する枠体などとの接合に必要なインナパネル周縁部の取り付け構造 (インナパネル要素) として、素材アルミニウム合金厚板をプレス成形することによって、一体に形成されている。

図1 において、車体前側の内縁部3aと車体後部側の内縁部3cとには、各々上方 (車体側方) に、かつ互いに向き合う方向 (車体前後方向) に張り出したブラケット7 、8 が、更に設けられている。このブラケット7 、8 は、後述する通り、ドアビームを取り付ける場合に選択的に形成されて好適である。各々ドアビーム取り付け用の平坦な板状取付部7a、8aを先端部に有し、これを支持して内縁部から張り出す腕部7b、8bからなる。そして、これらのブラケット7 、8 も、素材アルミニウム合金厚板をプレス成形することによって、前記インナパネル周縁部の取り付け構造 (インナパネル要素) と同様に、一体に形成されている。

図2 のドアインナパネル本体1bは、図1 におけるドアインナパネル本体1aに比して、車体上部側の内縁部3dが無く、ドアインナパネル本体1bが上方に開いた略コの字状の形状を有している点のみが相違する。図2 のドアインナパネル本体1bは、図1 におけるドアインナパネル本体1aに比して、車体上部側の内縁部3dが無い分、より軽量化が図れる。

次ぎに、図1 のドアインナパネル本体1aを自動車サイドドアに組み立てる態様を、図3 、4 を用いて説明する。図3 は本発明ドアインナパネルの一実施態様を示す斜視図、図4 は本発明に係る自動車サイドドアを示す断面図である。

図3 は、ドアインナパネル本体1aに、ドア上部の窓部を構成する枠体10と、ドアビーム11とを接合した態様を示している。枠体10の各先端部10a 、10b は、例えば、各々車体前側の内縁部3aと側壁4a、車体後部側の内縁部3cと側壁4c、の各2 箇所に溶接あるいは機械的接合により接合される。

ドア上部の窓部を構成する枠体10は、鋼製でも良いが、ドア軽量化のためにはアルミニウム合金製であることが好ましい。アルミニウム合金製枠体10の場合は、例えば、ハイドロフォームによりアルミニウム合金の管や中空形材を成形するか、アルミニウム合金板を成形して製作される。

ドアビーム11も、鋼製でも良いが、ドア軽量化のためにはアルミニウム合金製であることが好ましい。この点、ドアビーム11が、略矩形断面のアルミニウム合金押出中空形材であれば、車体衝突時 (側突時) の衝突エネルギ吸収能が高い点からも好ましい。ドアビーム11は、その両端部が、各々ブラケット7 、8 の平坦な板状取付部7a、8aに溶接あるいは機械的接合により接合され、車体前後方向に延在させられる。ドアビーム11は、車体の側突に対応する。側突荷重を受けて乗員保護のためのエネルギ吸収を行なうためには、車体の側方側により突出して延在し、側突荷重をより早く受ける必要がある。このために、ブラケット7 、8 は、各々上方 (車体側方) に張り出されている。

図4 は、ドアパネルとして、ドア外壁面を構成するアウタパネル9 とドア内壁面を構成するインナパネル1aとを組み合わせて構成した態様を示している。アウタパネル9 は鋼板製であっても良いが、ドア軽量化のためには、アルミニウム合金板をプレス成形したパネル (成形アルミニウム合金板からなるパネル) であることが好ましい。

図4 において、ドアガラスの昇降機構であるウインドレギュレータ等を保持するためのレギュレータ基盤12は、予め、ドア駆動用モータ、ドアラッチ機構等を一体にセットした状態で、アウタパネル9 とインナパネル1aとの間の空間に収容される。中抜き部5 は、この際の作業穴 (作業空間) となる。そして、その周縁のフランジ部12a 、12b などにおいて、ドアインナパネル本体1aの中抜き部5 を囲む平坦な内縁部3(図では、車体下部側の内縁部3b、車体上部側の内縁部3d) と接合される。

本発明ドアインナパネルにおいては、以上説明した態様に、更に、衝突安全性確保のためのリインフォースを設けることを許容する。例えば、車体の前後方向の衝突安全性確保のために、前記した図7 のような、車体前後方向に延在する押出中空形材製のリインフォース26を設置して、パネル上部の車体前後方向を補強してもよい。

ただ、本発明ドアインナパネルにおいては、前記した通り、アルミニウム合金厚板とすることによって、ドアインナパネルとして必要な強度や剛性は確保できている。したがって、このような衝突安全性確保のためのリインフォースを除き、ドアインナパネル自体の全体剛性や強度を上げるためのリインフォースは不要である。ただ、ドアとして、ドア開閉用のヒンジなどのドア部品の局部的な補強用に取り付けられるリインフォース設置は必要に応じて許容される。

このため、このような補強材の設置に伴う、溶接、セルフピアシングリベットなどの接合箇所は比較的少なくて済み、その接合のための手間も少なくなる。また、補強材の設置に伴う重量増加も、アルミニウム合金使用の軽量化の利点を損なわない。

また、本発明インナパネルはアルミニウム合金板の板厚が厚いので、前記した従来の前記1mm 以下の薄板よりも、図１、２のような形状が複雑なインナパネルへのプレス成形が可能である。この結果、所望のインナパネル形状に素材アルミニウム合金厚板をプレス成形することによって、前記他部材との接合に必要な、インナパネル周縁部の取り付け構造 (インナパネル要素) を一体に成形できる。この結果、インナパネルや自動車ドアの組み立て自体が容易となる。

以上、ドア下部のドアインナパネル本体1aをアルミニウム合金厚板とした態様を説明したが、更に、ドア上部の窓部を構成する枠体も含めて一体化乃至一体に成形した態様を図5 、6 に示す。図5 はドア上部の窓部を構成する枠体も含めて一体化した本発明ドアインナパネルの態様を示す斜視図、図6 は図5 のA-A 線断面図である。

図5 において、ドア下部のドアインナパネル本体1c自体は、図3 のドアインナパネル本体1aと同じ構造である。この図5 では、ドア上部の窓部を構成する枠体10も、ドアインナパネル本体1cと同じアルミニウム合金厚板をプレス成形して、一体に製作している。即ち、前記図1 、2 のドアインナパネル本体1a用の素材アルミニウム合金厚板よりも、更に、枠体10分だけ広幅の素材アルミニウム合金厚板を準備し、インナパネル本体1cと枠体10の金型を併せ設けたプレスにより成形する。その際、ドア上部の窓部10a 用の空間はトリムされ、一方、図5 や図6 に示す枠体10のドア窓部枠体としてのインナパネルの周方向の凹凸断面が形成される。そして、ドアの組み立ての際には、インナパネル枠体10に対し、ドア窓部枠体としてのアウタパネル9aが装着される。

この場合、ドア窓部10a 用の空間分のトリム代がでるため、素材アルミニウム合金厚板としての歩留りは低下するものの、ドアインナパネル本体1cと枠体10とが一体化されるため、図3 の場合のような互いの接合に要する手段や、手間ひまが省略できる。

(素材アルミニウム合金)
2 〜4mm の厚みの成形アルミニウム合金厚板を用いて、ドアインナパネルの強度を確保するためには、素材アルミニウム合金厚板の耐力が180MPa以上の高強度であることが好ましい。これら強度やプレス成形性などの特性を満足するアルミニウム合金としては、通常、この種構造部材用途に汎用される 5000 系、6000系等の汎用合金であって、必要により調質したアルミニウム合金が適宜選択される。ただ、下記するような特性があるため、6000系アルミニウム合金板を用いることが好ましい。

6000系アルミニウム合金板は、基本的には、Si、Mgを必須として含み、優れた時効硬化能を有しているため、プレス成形や曲げ加工時には低耐力化により成形性を確保するとともに、成形後のパネルの塗装焼付処理などの、比較的低温の人工時効( 硬化) 処理時の加熱により時効硬化して耐力が向上し、必要な強度を確保できるBH性 (ベークハード性、人工時効硬化能、塗装焼付硬化性) がある。

また、6000系アルミニウム合金板は、Mg量などの合金量が多い、他の5000系のAl合金などに比して、合金元素量が比較的少ない。このため、これら6000系Al合金板のスクラップを、Al合金溶解材 (溶解原料) として再利用する際に、元の6000系Al合金鋳塊が得やすく、リサイクル性にも優れている。

本発明によれば、軽量で、かつ成形や組み立てが容易な、また、必要強度や剛性を満たした自動車ドア用アルミニウム合金製インナパネルを提供することができる。したがって、本発明は、オールアルミドアを含め、アウタパネルなどをアルミニウム合金とした自動車ドアのインナパネルや、アウタパネルを鋼板製とした自動車ドアのインナパネルに適用できる。そして、自動車のサイドドア、バックドアなどのインナパネルに適用できる。

本発明インナパネルの一実施態様を示す斜視図である。 本発明インナネルの別の実施態様を示す斜視図である。 本発明ドアインナパネルの一実施態様を示す斜視図である。 本発明に係る自動車サイドドアを示す断面図である。 ドア上部の窓部を構成する枠体も含めて一体化した本発明ドアインナパネルの態様を示す斜視図である。 図5 のA-A 線断面図である。 従来のアルミニウム合金製ドアインナパネルの正面図である。 従来のアルミニウム合金製インナパネルとアウタパネルとを接合したドアの断面図である。

符号の説明

1:ドアインナパネル本体、2:外縁部、3:内縁部、4:側壁、5:中抜き部、
6:取り付け縁部、7 、8:ブラケット、9:アウタパネル、10: 枠体、
11: ドアビーム、12: レギュレータ基盤

Claims (6)

1. 自動車ドアの下部構造を構成するインナパネルであって、インナパネルは1.6 〜4mm の厚みの成形アルミニウム合金厚板からなり、インナパネル中央部は略矩形状の中抜き部とされる一方、ドアアウタパネルと接合されてドアパネルを構成するインナパネル周縁部は、この中抜き部を囲む平坦な内縁部と、この内縁部を囲むとともに、内縁部と側壁を介してつながる外縁部とからなり、これらのインナパネル要素が前記アルミニウム合金厚板のインナパネルへのプレス成形による一体成形によって設けられていることを特徴とする自動車ドア用インナパネル。
2. 前記インナパネルが、ドア上部の窓部を構成する枠体と組み合わせられて、自動車ドアを構成する請求項１に記載の自動車ドア用インナパネル。
3. 前記ドアアウタパネルが成形アルミニウム合金薄板からなるとともに、前記ドア上部の窓部を構成する枠体がアルミニウム合金からなる請求項２に記載の自動車ドア用インナパネル。
4. 前記内縁部にはドアビーム取り付け用のブラケットが設けられており、このブラケットも前記アルミニウム合金厚板のインナパネルへの一体成形によって設けられている請求項１乃至３のいずれか１項に記載の自動車ドア用インナパネル。
5. 前記インナパネルが上方に開いた略コの字状の形状を有している請求項１乃至４のいずれか１項に記載の自動車ドア用インナパネル。
6. 前記インナパネル用のアルミニウム合金厚板が6000系アルミニウム合金からなる請求項１乃至５のいずれか１項に記載の自動車ドア用インナパネル。

Images