JP5928881B2 - 自動車のｃｆｒｐ製キャビンおよび自動車のｃｆｒｐ製キャビンの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、少なくともフロアパネル部および左右のサイドシル部を備える自動車のキャビンをＣＦＲＰで構成した自動車のＣＦＲＰ製キャビンと、自動車のＣＦＲＰ製キャビンの製造方法とに関する。

自動車のキャビンをＣＦＲＰ（カーボン繊維強化樹脂）で構成するときに、上壁部、縦壁部および下壁部を有して車幅方向内側に開口するロッカ（サイドシル）アウタパネルに、フロアパネルの車幅方向外縁を車幅方向内側から挿入して下壁部に接合した後、ロッカ（サイドシル）アウタパネルの車幅方向内側の開口をロッカ（サイドシル）インナパネルで閉塞することで、閉断面のロッカ（サイドシル）を構成するものが、下記特許文献１により公知である。

特開２０１０−１２５８７０号公報

ところで、上記従来のものは、ロッカアウタパネルにフロアパネルの車幅方向外縁を車幅方向内側から挿入して接合した後、ロッカアウタパネルの車幅方向内側の開口をロッカインナパネルで閉塞する構造であるため、組立工程での各部材の位置決めが面倒なために製造が困難であり、しかも完成したキャビンの寸法精度を確保するのが困難であるという問題があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、簡単で組み立てが容易な構造でありながら軽量で剛性の高いＣＦＲＰ製キャビンと、その製造方法と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、請求項１に記載された発明によれば、少なくともフロアパネル部および左右のサイドシル部を備える自動車のキャビンをＣＦＲＰで構成した自動車のＣＦＲＰ製キャビンであって、前記キャビンの車内側の面を構成するアッパーパネルと、前記キャビンの車外側の面を構成するロアパネルとが、前記キャビンの外周を囲む接合フランジで接合され、前記接合フランジは、前後方向に対して上下に傾斜する前後方向位置決め部を備えることを特徴とする自動車のＣＦＲＰ製キャビンが提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記アッパーパネルは車幅方向に延びて上向きに隆起するクロスメンバを一体に備え、前記ロアパネルは平坦に構成されることを特徴とする自動車のＣＦＲＰ製キャビンが提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項１または請求項２の構成に加えて、前記サイドシル部における前記接合フランジは、前記サイドシル部の断面の図心の高さに沿って形成されることを特徴とする自動車のＣＦＲＰ製キャビンが提案される。

また請求項４に記載された発明によれば、請求項１〜請求項３の何れか１項の構成に加えて、前記左右のサイドシル部の後端から略同一断面形状で上方に屈曲して後方に延びる左右のリヤサイドフレーム部と、前記左右のリヤサイドフレーム部の後端間を車幅方向に接続するリヤクロスメンバ部とからなるＵ字状の後部フレームを備え、前記フロアパネル部は前記左右のサイドシル部の下部間を接続するフロントフロアパネル部と、前記フロントフロアパネル部の後端から立ち上がるキックアップ部と、前記キックアップ部の上端から後方に延びて前記リヤサイドフレーム部および前記リヤクロスメンバ部の高さ方向中間部に接続するリヤフロアパネル部とを備えることを特徴とする自動車のＣＦＲＰ製キャビンが提案される。

また請求項５に記載された発明によれば、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の自動車のＣＦＲＰ製キャビンの製造方法であって、前記アッパーパネルおよび前記ロアパネルの素材となるプリフォームを支持プレート上に支持する工程と、前記プリフォームを前記支持プレート上に支持した状態でプレス金型内に挿入して加熱プレス成形する工程とを含むことを特徴とする自動車のＣＦＲＰ製キャビンの製造方法が提案される。

尚、実施の形態のフロントフロアパネル部２４、キックアップ部２５およびリヤフロアパネル部２６は本発明のフロアパネル部に対応する。

請求項１の構成によれば、少なくともフロアパネル部および左右のサイドシル部を備える自動車のＣＦＲＰ製キャビンが、キャビンの車内側の面を構成するアッパーパネルと、キャビンの車外側の面を構成するロアパネルとを、キャビンの外周を囲む接合フランジで接合して構成されるので、軽量で剛性の高い構造でありながら、上壁部、縦壁部および下壁部を有するサイドシルアウタパネルの下壁部にフロアパネルの車幅方向外縁を接合した後に、サイドシルアウタパネルの車幅方向内側の開口部をサイドシルインナパネルで閉じる従来のキャビンに比べて、その生産性を大幅に高めることができる。しかも接合フランジは前後方向に対して上下に傾斜する前後方向位置決め部を備えるので、アッパーパネルの接合フランジおよびロアパネルの接合フランジを接合したときに、前後方向位置決め部によってアッパーパネルおよびロアパネルを前後方向に位置決めして精度良く接合することができる。

また請求項２の構成によれば、アッパーパネルは車幅方向に延びて上向きに隆起するクロスメンバを一体に備えるので、クロスメンバによって側面衝突時のフロアパネル部の変形を防止することができるだけでなく、ロアパネルは平坦に構成されるので、ロアパネルの下方に特別のアンダーカバーを設けることなく、車体下面における空気の流れを整流して空気抵抗を低減することができる。

また請求項３の構成によれば、サイドシル部における接合フランジは、サイドシル部の断面の図心の高さに沿って形成されるので、サイドシル部の内部に特別のバルクヘッドを設けることなく、サイドシル部の車幅方向外側面の剛性を接合フランジによって効果的に高め、前面衝突時における前記外側面の面外変形を抑制することができる。

また請求項４の構成によれば、左右のサイドシル部の後端から略同一断面形状で上方に屈曲して後方に延びる左右のリヤサイドフレーム部と、左右のリヤサイドフレーム部の後端間を車幅方向に接続するリヤクロスメンバ部とからなるＵ字状の後部フレームを備えるので、中空構造のサイドシル部と中空構造の後部フレームとを一体に連結して軽量でありながら剛性の高いキャビンを得ることができる。

しかもフロアパネル部は左右のサイドシル部の下部間を接続するフロントフロアパネル部と、フロントフロアパネル部の後端から立ち上がるキックアップ部と、キックアップ部の上端から後方に延びてリヤサイドフレーム部およびリヤクロスメンバ部の高さ方向中間部に接続するリヤフロアパネル部とを備えるので、後部フレームの車室側の側面の高さ方向中間部の剛性をリヤフロアパネル部によって効果的に高めることが可能となり、車両の旋回時や後面衝突時における前記車室側の側面の面外変形を抑制することができる。

また請求項５の構成によれば、自動車のキャビンのアッパーパネルおよびロアパネルの素材となるプリフォームを支持プレート上に支持した状態でプレス金型内に挿入して加熱プレス成形するので、剛性が小さいためにプレス金型内への搬送作業やプレス金型内へのセット作業が困難なプリフォームを、プレス金型内に簡単に搬送およびセットすることが可能となり、ＣＦＲＰ製のキャビンの生産性が向上する。

自動車のＣＦＲＰ製のキャビンの斜視図。 図１の２方向矢視図。 図２の３Ａ方向および３Ｂ方向矢視図。 図３Ａの４−４線断面図。 図３Ａの５−５線断面図。 アッパーパネルおよびロアパネルの製造工程の説明図。

以下、図１〜図６に基づいて本発明の実施の形態を説明する。尚、本明細書における前後方向、左右方向（車幅方向）および上下方向は、運転席に着座した運転者を基準としている。

図１および図２に示すように、自動車の車体フレームはカーボン繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）製のキャビン１１と、キャビン１１の前端に接続されたアルミニウム合金の鋳造部品である左右一対のサスペンション支持モジュール１２，１２と、アルミニウム合金の押出し材を所定長さに切断した左右一対のフロントサイドフレーム前部１３，１３と、ＣＦＲＰ製のフロントエンドモジュール１４と、ＣＦＲＰ製の左右一対のロアメンバ１５，１５と、ＣＦＲＰ製の左右一対のアッパーメンバ１６，１６とを備える。キャビン１１の後部上面には、２本のステーで補強されたＣＦＲＰ製のロールバー１７が立設される。

キャビン１１はアッパーパネル１８およびロアパネル１９を上下に接合した中空構造であり、前端のダッシュパネル部２０と、ダッシュパネル部２０の車幅方向両端から後方に延びる左右一対のサイドシル部２１，２１と、サイドシル部２１，２１の後端から後上方に延びる左右一対のリヤサイドフレーム部２２，２２と、リヤサイドフレーム部２２，２２の後端間を車幅方向に接続するリヤクロスメンバ部２３と、ダッシュパネル部２０および左右のサイドシル部２１，２１を接続するフロントフロアパネル部２４と、フロントフロアパネル部２４の後端から立ち上がるキックアップ部２５と、キックアップ部２５の上端から後方に延びてリヤサイドフレーム部２２，２２およびリヤクロスメンバ部２３に接続するリヤフロアパネル部２６とを備える。

フロントエンドモジュール１４は、車幅方向に延びるバンパービーム２７と、バンパービーム２７の車幅方向両端部から後方に延びてフロントサイドフレーム前部１３，１３の前端に接続される左右一対のバンパービームエクステンション２８，２８と、バンパービームエクステンション２８，２８間に支持された枠状のフロントバルクヘッド２９とを備える。各々のサスペンション支持モジュール１２は、フロントサイドフレーム前部１３の後端とダッシュパネル部２０の前面とに接続されたフロントサイドフレーム後部３０と、フロントサイドフレーム後部３０から車幅方向外側かつ上方に延びてダッシュパネル部２０の前面に接続されたダンパーハウジング３１とを一体に備える。ロアメンバ１５，１５はバンパービーム２７の車幅方向両端部から車幅方向外側に延び、そこから後上方に屈曲してアッパーメンバ１６，１６の前端に接続され、アッパーメンバ１６，１６の後端はダッシュパネル部２０の車幅方向両端上部に接続される。

次に、図１〜図５に基づいてキャビン１１の構造を詳細に説明する。

キャビン１１を構成するアッパーパネル１８およびロアパネル１９は、その外周を取り囲むように延びる接合フランジ１８ａ，１９ａを備えており、両接合フランジ１８ａ，１９ａは接着、溶着、リベット等で接合される。接合フランジ１８ａ，１９ａは大部分の位置で概ね水平方向に延びているが、リヤサイドフレーム部２２，２２の前部、つまりサイドシル部２１，２１の後端から上方に立ち上がる部分で、後方側が前方側よりも高くなるように前後方向に傾斜しており、またサイドシル部２１，２１の前部、つまりサイドシル部２１，２１がダッシュパネル部２０に連なるフロントピラーロア部で、前方側が後方側よりも高くなるように前後方向に傾斜している。接合フランジ１８ａ，１９ａのうち、これらの傾斜した部分は、アッパーパネル１８およびロアパネル１９を接合する際に前後方向の位置決めを行うための前後方向位置決め部１１ａ…（図２参照）を構成する。

サイドシル部２１，２１およびリヤサイドフレーム部２２，２２の車幅方向外側面における接合フランジ１８ａ，１９ａは、サイドシル部２１，２１およびリヤサイドフレーム部２２，２２の断面の図心Ｇ（図５参照）の高さに概ね沿うように、つまり前記車幅方向外側面の高さ方向の略中央部に沿うように形成される。同様に、リヤクロスメンバ部２３の後側面における接合フランジ１８ａ，１９ａは、リヤクロスメンバ部２３の断面の図心Ｇの高さに概ね沿うように、つまり前記後側面の高さ方向の略中央部に沿うように形成される。

フロントフロアパネル部２４を構成するアッパーパネル１８およびロアパネル１９の車幅方向中央部には、前後方向に延びるフロアトンネル２４ａが上向きに隆起するように形成される。ロアパネル１９は、フロアトンネル２４ａとサイドシル部２１，２１との間が平坦であるのに対し、アッパーパネル１８はフロアトンネル２４ａとサイドシル部２１，２１とを車幅方向に接続する前後２本のクロスメンバ１８ｂ，１８ｂを備える。一方、リヤフロアパネル部２６は、アッパーパネル１８およびロアパネル１９が共に平坦に形成される。

次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。

図６に示すように、キャビン１１のアッパーパネル１８およびロアパネル１９は、カーボン繊維のシートを所定形状に裁断して製品の形状に賦形したプリフォーム４２に樹脂を含浸させた後、プレス金型４３を用いて圧縮および加熱することで成形される。プリフォーム４２はそれ自体が殆ど剛性を持たないため、プリフォーム４２をプレス金型４３まで搬送してプレス金型４３の内部にセットする作業が困難であり、カーボン繊維がほつれて形崩れし易いという問題がある。

本実施の形態では、製品形状と同形の支持プレート４１を金属あるいはＣＦＲＰの板材で製造し、この支持プレート４１上に賦形後のプリフォーム４２を載置して樹脂を含浸させた状態のまま、プレス金型４３内にセットして圧縮および加熱を行う。よって、支持プレート４１がプリフォーム４２を支持する支持面は、プレス金型４３の凸型および凹型の何れか一方の成形面として利用されることになる。成形完了後に支持プレート４１および製品はプレス金型４３から取り出され、支持プレート４１から製品であるアッパーパネル１８あるいはロアパネル１９が分離される。

これにより、プリフォーム４２の搬送、樹脂の含浸およびプレス金型４３へのセットが容易になり、作業性が大幅に向上する。

このようにして製造されたアッパーパネル１８およびロアパネル１９は、それらの外周に突設した接合フランジ１８ａ，１９ａにおいて接着、溶着、リベット等により接合される。このとき、アッパーパネル１８およびロアパネル１９の接合フランジ１８ａ，１９ａが一平面内にあると仮定すると、アッパーパネル１８およびロアパネル１９を前後方向に位置決めすることができず、接合時に位置ずれが発生する可能性がある。しかしながら、本実施の形態によれば、接合フランジ１８ａ，１９ａは前後方向に対して上下に傾斜する前後方向位置決め部１１ａ…（図５参照）を備えるので、アッパーパネル１８の接合フランジ１８ａおよびロアパネル１９の接合フランジ１９ａを接合したときに、前後方向位置決め部１１ａ…によってアッパーパネル１８およびロアパネル１９を自動的に前後方向に位置決めすることができる。従って、接合作業を行うときに、アッパーパネル１８およびロアパネル１９が左右方向（車幅方向）に位置ずれしないように注意するだけで、アッパーパネル１８およびロアパネル１９を精度良く接合することが可能となって作業性が向上する。

このように、ＣＦＲＰ製のキャビン１１は、その車内側の面を構成するアッパーパネル１８と、その車外側の面を構成するロアパネル１９とを接合フランジ１８ａ，１９ａで接合して構成されるので、軽量で剛性の高い構造でありながら、上壁部、縦壁部および下壁部を有するサイドシルアウタパネルの下壁部にフロアパネルの車幅方向外縁を接合した後に、サイドシルアウタパネルの車幅方向内側の開口部をサイドシルインナパネルで閉じる従来のキャビンに比べて、その生産性を大幅に高めることができる。

特に、サイドシル部２１，２１、リヤサイドフレーム部２２，２２およびリヤクロスメンバ部２３における接合フランジ１８ａ，１９ａは、それらの断面の図心Ｇの高さに沿って形成されるので、それらの外側面の剛性を接合フランジ１８ａ，１９ａによって効果的に高め、前面衝突時や後面衝突時における前記外側面の面外変形を抑制することができる。その結果、それらの内部に補強用のバルクヘッドを設ける必要がなくなり、キャビン１１を更に軽量化することができる。

またフロントフロアパネル部２４を構成するアッパーパネル１８は車幅方向に延びて上向きに隆起するクロスメンバ１８ｂ，１８ｂを一体に備えるので、クロスメンバ１８ｂ，１８ｂによって側面衝突時におけるフロントフロアパネル部２４の変形を防止することができる。またロアパネル１９は平坦に構成されるので、ロアパネル１９の下方に特別のアンダーカバーを設けることなく、車体下面における空気の流れを整流して空気抵抗を低減することができる。

また左右のサイドシル部２１，２１の後端から略同一断面形状で上方に屈曲して後方に延びる左右のリヤサイドフレーム部２２，２２と、左右のリヤサイドフレーム部２２，２２の後端間を車幅方向に接続するリヤクロスメンバ部２３とからなるＵ字状の後部フレームを備えるので、中空構造のサイドシル部２１，２１と中空構造の後部フレームとを一体に連結して軽量でありながら剛性の高いキャビン１１を得ることができる。

しかもキャビン１１のフロア部は左右のサイドシル部２１，２１の下部間を接続するフロントフロアパネル部２４と、フロントフロアパネル部２４の後端から立ち上がるキックアップ部２５と、キックアップ部２５の上端から後方に延びてリヤサイドフレーム部２２，２２およびリヤクロスメンバ部２３の高さ方向中間部に接続するリヤフロアパネル部２６とを備えるので、後部フレームの車室側の側面の高さ方向中間部の剛性をリヤフロアパネル部２６によって効果的に高めることが可能となり、車両の旋回時や後面衝突時における前記外側面の面外変形を抑制することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施の形態ではキャビン１１をアッパーパネル１８およびロアパネル１９の二つの部材で構成しているが、アッパーパネル１８およびロアパネル１９以外の部材を付加することも可能である。

１１ キャビン
１１ａ 前後方向位置決め部
１８ アッパーパネル
１８ａ 接合フランジ
１８ｂ クロスメンバ
１９ ロアパネル
１９ａ 接合フランジ
２１ サイドシル部
２２ リヤサイドフレーム部
２３ リヤクロスメンバ部
２４ フロントフロアパネル部（フロアパネル部）
２５ キックアップ部（フロアパネル部）
２６ リヤフロアパネル部（フロアパネル部）
４１ 支持プレート
４２ プリフォーム
４３ プレス金型

Claims (5)

1. 少なくともフロアパネル部（２４，２５，２６）および左右のサイドシル部（２１）を備える自動車のキャビン（１１）をＣＦＲＰで構成した自動車のＣＦＲＰ製キャビンであって、
   前記キャビン（１１）の車内側の面を構成するアッパーパネル（１８）と、前記キャビン（１１）の車外側の面を構成するロアパネル（１９）とが、前記キャビン（１１）の外周を囲む接合フランジ（１８ａ，１９ａ）で接合され、前記接合フランジ（１８ａ，１９ａ）は、前後方向に対して上下に傾斜する前後方向位置決め部（１１ａ）を備えることを特徴とする自動車のＣＦＲＰ製キャビン。
2. 前記アッパーパネル（１８）は車幅方向に延びて上向きに隆起するクロスメンバ（１８ｂ）を一体に備え、前記ロアパネル（１９）は平坦に構成されることを特徴とする、請求項１に記載の自動車のＣＦＲＰ製キャビン。
3. 前記サイドシル部（２１）における前記接合フランジ（１８ａ，１９ａ）は、前記サイドシル部（２１）の断面の図心の高さに沿って形成されることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の自動車のＣＦＲＰ製キャビン。
4. 前記左右のサイドシル部（２１）の後端から略同一断面形状で上方に屈曲して後方に延びる左右のリヤサイドフレーム部（２２）と、前記左右のリヤサイドフレーム部（２２）の後端間を車幅方向に接続するリヤクロスメンバ部（２３）とからなるＵ字状の後部フレームを備え、
   前記フロアパネル部は前記左右のサイドシル部（２１）の下部間を接続するフロントフロアパネル部（２４）と、前記フロントフロアパネル部（２４）の後端から立ち上がるキックアップ部（２５）と、前記キックアップ部（２５）の上端から後方に延びて前記リヤサイドフレーム部（２２）および前記リヤクロスメンバ部（２３）の高さ方向中間部に接続するリヤフロアパネル部（２６）とを備えることを特徴とする、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の自動車のＣＦＲＰ製キャビン。
5. 請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の自動車のＣＦＲＰ製キャビンの製造方法であって、
   前記アッパーパネル（１８）および前記ロアパネル（１９）の素材となるプリフォーム（４２）を支持プレート（４１）上に支持する工程と、前記プリフォーム（４２）を前記支持プレート（４１）上に支持した状態でプレス金型（４３）内に挿入して加熱プレス成形する工程とを含むことを特徴とする自動車のＣＦＲＰ製キャビンの製造方法。
   

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