歩行者保護性に優れた自動車用フードパネル
【課題】フードパネルとエンジン等の剛部材とのクリアランスを小さくしても、ＨＩＣ値を低減することができ、材料の選定に対する制限を緩和することが可能な、歩行者保護性に優れた自動車用フードパネルを提供する。
【解決手段】インナーパネルの、エンジンルーム内の剛部材の位置に相当する剛部材干渉部に凸部と凹部を設け、アウターパネルから遠い側に該凸部を、近い側に該凹部を対向させ、前記インナーパネルと前記アウターパネルが一体化された自動車用フードパネルであって、前記凸部の面積と前記凹部の面積との合計が、前記剛部材干渉部の面積の７０％以上であることを特徴とする歩行者保護性に優れた自動車用フードパネル。
【解決手段】インナーパネルの、エンジンルーム内の剛部材の位置に相当する剛部材干渉部に凸部と凹部を設け、アウターパネルから遠い側に該凸部を、近い側に該凹部を対向させ、前記インナーパネルと前記アウターパネルが一体化された自動車用フードパネルであって、前記凸部の面積と前記凹部の面積との合計が、前記剛部材干渉部の面積の７０％以上であることを特徴とする歩行者保護性に優れた自動車用フードパネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歩行者と自動車の衝突時に、歩行者、特に、歩行者の頭部を保護する性能、即ち、歩行者保護性に優れた自動車用フードパネルに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、歩行者と自動車の衝突時における歩行者の頭部の保護が重要視され、歩行者保護性に優れる自動車用フードパネルの構造の検討が進められている。歩行者保護の性能は、下記式（１）によって計算される頭部障害基準値（Head Injury Criteria、以下「ＨＩＣ値」という。）によって評価される。
【０００３】
例えば、現在の判定基準では、自動車が４０ｋｍ／ｈの速度で衝突した場合、試験領域の２／３以上の部分でのＨＩＣ値が１０００以下であり、それ以外の試験領域でのＨＩＣ値が２０００以下であることが求められている。
【０００４】
【数１】
【０００５】
従来の自動車用フードパネルは、図１３に示すように、金属板をプレス成形したアウターパネル１とインナーパネル２を接合した構造体である。インナーパネル２は、凹凸を有し、凹部２２の一部は軽量化のために打ち抜かれている。凸部２１と綾部２３は、骨材の役割を果たしている。
【０００６】
この自動車用フードパネルに、歩行者の頭部が衝突した際には、まず、アウターパネルが変形し、その後、インナーパネルが変形して、衝突のエネルギーが吸収される。歩行者保護性を確保するためには、歩行者の頭部とエンジン等の剛部材との干渉、接触を防止する必要がある。
【０００７】
しかし、図１３に示す従来のフードパネルでは、インナーパネルの骨材が存在しない部分の凹部に、歩行者の頭部が衝突した場合、フードパネルと剛部材とが干渉、接触し易い。なお、剛部材とは、エンジンやサスペンションの取り付け部など、フードパネルに比較して剛性が高く、頭部と衝突した際に、大きな障害を与える可能性が高い部材の総称である。
【０００８】
したがって、従来、歩行者保護性の観点から、歩行者の頭部がフードパネルに接触した際のフードパネルと剛部材との干渉、接触を防ぐことが重要視されていた。
【０００９】
フードパネルと剛部材との距離、即ち、クリアランスを大きくすれば、衝突時の変形によるフードパネルと剛部材との干渉、接触を防ぐことはできるが、これでは、車体の設計が制限される。
【００１０】
そのため、クリアランスを小さくしても歩行者保護性を確保できる技術として、図１４に示すように、インナーパネル２の断面を波型形状とし、部材としての剛性を高めたフードパネルが提案された（例えば、特許文献１）。
【００１１】
しかし、この技術でも、フードパネルとエンジン等の接触を防ぐには、ある程度のクリアランスを確保しておく必要がある。
【００１２】
これに対して、図１５に示すように、インナーパネル２の凹部２２に、インナーパネルと剛部材とが接触した際に局部的に変形する形状不正部を設け、歩行者の頭部への反力を抑制したコーン型のインナーパネルが提案された（例えば、特許文献２）。
【００１３】
しかし、突起の形状が複雑になると、材料によっては成形が困難になることがある。また、クリアランスが小さい場合には、衝突時にコーンが潰れて、フードパネルと剛部材とが干渉、接触する可能性が大きくなり、材料の選定に制限がある。
【００１４】
【特許文献１】特開２００３−２０５８６６号公報
【特許文献２】特開２００３−５４４４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、フードパネルとエンジン等の剛部材とのクリアランスを小さくしても、ＨＩＣ値を低減することができ、材料の選定に対する制限を緩和することが可能な、歩行者保護性に優れた自動車用フードパネルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成する本発明の要旨は、以下のとおりである。
【００１７】
（１） インナーパネルの、エンジンルーム内の剛部材の位置に相当する剛部材干渉部に凸部と凹部を設け、アウターパネルから遠い側に該凸部を、近い側に該凹部を対向させ、前記インナーパネルと前記アウターパネルを一体化した自動車用フードパネルであって、前記凸部の面積と前記凹部の面積との合計が、前記剛部材干渉部の面積の７０％以上であることを特徴とする歩行者保護性に優れた自動車用フードパネル。
【００１８】
（２） 前記インナーパネルの剛部材干渉部における凸部の面積の合計が、凹部の面積の合計以上であることを特徴とする上記（１）に記載の歩行者保護性に優れた自動車用フードパネル。
【００１９】
（３） 前記インナーパネルの剛部材干渉部の凸部の面積が、剛部材干渉部の面積の１０％以上であることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載に記載の歩行者保護性に優れた自動車用フードパネル。
【００２０】
（４） 前記インナーパネルの剛部材干渉部における凸部と凹部との間の綾部と凹部との垂直断面での角度が、４０〜９０°であることを特徴とする上記（１）〜（３）の何れかに記載の歩行者保護性に優れた自動車用フードパネル。
【００２１】
（５） 前記インナーパネルの剛部材干渉部における凸部の形状が、３以上の頂部と、該頂部を結ぶ辺部からなることを特徴とする上記（１）〜（４）の何れかに記載の歩行者保護性に優れた自動車用フードパネル。
【００２２】
（６） 前記インナーパネルの素材が、鋼、アルミニウム合金、マグネシウム合金、チタン合金の何れか１つであることを特徴とする上記（１）〜（５）の何れかに記載の歩行者保護性に優れた自動車用フードパネル。
【００２３】
（７） 前記インナーパネルの素材が、樹脂又は繊維強化樹脂であることを特徴とする上記（１）〜（５）の何れかに記載の歩行者保護性に優れた自動車用フードパネル。
【００２４】
（８） 前記アルミニウム合金の板厚が、０．６〜１．５ｍｍであることを特徴とする上記（６）に記載の歩行者保護性に優れた自動車用フードパネル。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、自動車用フードパネルとエンジン等の剛部材とのクリアランスを小さくすることができ、自動車の設計上の制限を小さくすることができる。例えば、自動車車体におけるアウターパネルの相対的な高さを低くすることができ、意匠に対する自由度を大きくすることができる。
【００２６】
また、インナーパネルの材料として、若干、成形性の劣る材料でも使用することができるので、例えば、アルミニウム合金板を使用して、フードパネルの軽量化と歩行者保護性を両立させることが可能になる。
【００２７】
本発明によれば、燃費性能及び運動性能、さらに、歩行者保護性に優れた自動車を提供することができ、産業上の貢献が極めて顕著である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
図１に、本発明の自動車用フードパネル（以下「本発明フードパネル」）の一例の断面を模式的に示す。図１に示すパネルの下側がアウターパネル１であり、上側のインナーパネル２は、凹凸を有し、アウターパネル１から遠い側が凸部２１、近い側が凹部２２であり、凸部２１と凹部２２との間は綾部２３である。
【００２９】
アウターパネル１の端部は、曲げ加工され、インナーパネル２と接合されている。図１に示すように、インナーパネル２の凹部２２の底面とアウターパネル１との距離は、凹部２２の深さよりも短くすることが必要であり、接触してもよい。
【００３０】
本発明フードパネルに歩行者の頭部が衝突する際、図２に示す位置（位置Ａという。）、即ち、インナーパネルの凸部に相当する位置に衝突する場合と、図３に示す位置（位置Ｂという。）、即ち、インナーパネルの凹部に相当する位置に衝突する場合が想定される。
【００３１】
図４に、本発明フードパネルの位置Ａ、図５に、本発明の位置Ｂに、それぞれ、歩行者の頭部が衝突した際におけるフートパネルの変形の態様と、エンジン等の剛部材との接触、干渉の態様を模式的に示す。
【００３２】
図４は、歩行者の頭部３が位置Ａに相当する部位のアウターパネル１に衝突し、インナーパネル２の凸部２１が剛部材４に接触した際の断面を、模式的に示すものである。アウターパネル１に歩行者の頭部３が衝突すると、アウターパネル１が変形し、次いで、インナーパネル２も変形する。そして、図４に示すように、エンジン等の剛部材４とインナーパネル２の凸部２１が接触するが、この接触により、綾部２３を通じて、凹部２２とアウターパネル１との間に、強い反力が生じる。
【００３３】
この反力は、凹部の広い範囲に分散し、アウターパネルの過度の変形を抑制する。これにより、歩行者の頭部とエンジン等の剛性の高い構造物との直接干渉を回避することができる。
【００３４】
図５は、歩行者の頭部３が位置Ｂに相当する部位のアウターパネル１に衝突し、インナーパネル２の凸部２１が剛部材４に接触した際の断面を、模式的に示すものである。歩行者の頭部３が位置Ｂに衝突した際のアウターパネル１の変形は、位置Ａに衝突した場合と比較して小さく、エンジン等の剛部材４とインナーパネル２の凸部２１、綾部２３が、ほぼ同時に接触し、凹部２２と綾部２３に、強い反力が生じる。
【００３５】
この反力は凹部を伝播し、位置Ａに衝突した場合に比べて、広い範囲に分散する。そのため、平面上の広範囲で凹部及び綾部が変形し、衝撃を吸収するので、エネルギーの吸収が大きくなる。
【００３６】
従来のフードパネルにおいては、剛性を確保して変形を抑制するか、又は、フードパネルの一部を塑性変形させるかしてエネルギーを吸収し、歩行者の頭部のエンジン等への衝突を防止していた。
【００３７】
これに対し、本発明フードパネルにおいては、インナーパネルと剛部材との干渉によって発生する反力を積極的に利用し、歩行者保護性能の向上を図っている。また、本発明フードパネルの凸部は、従来のフードパネルとは異なり、剛部材との干渉によって生じた反力を凹部に伝達させる機能を有する。
【００３８】
したがって、インナーパネルの剛部材干渉部に設けた凸部の全体を打ち抜いてはならない。なお、剛部材干渉部以外の部位では、重量の軽減や折れ曲がり易くさせるための孔を設けてもよい。また、凹部については、凹部が交差する箇所では、特に剛性が高くなるため、変形が容易になるように孔を設けてもよい。
【００３９】
図６に、自動車用フードパネルの平面態様を模式的に示す。外側の曲線によってアウターパネル１の輪郭が示されている。破線と斜線により区画、特定された部分は、エンジン等の剛部材４であり、実線で示す長方形の部分は、剛部材干渉部５である。剛部材４の配置は設計によって変更されるので、変更に応じて、剛部材干渉部５の位置も変更すればよい。
【００４０】
歩行者保護性を考慮した場合、最も重要な剛部材はエンジンである。そのため、図６に示す自動車用フードパネルの各部位のうち、剛部材干渉部５以外の部位では、エンジン以外の剛部材とフードパネルとのクリアランスを、十分に大きく取ることが可能である。
【００４１】
しかし、剛部材干渉部５において、エンジンと自動車用フードパネルとのクリアランスを大きくすると、設計の自由度が損なわれることが多い。したがって、本発明では、インナーパネルの剛部材干渉部に凹凸を設け、インナーパネルと剛部材とが接触しても、歩行者の頭部への反力を軽減できる構造を採用した。
【００４２】
剛部材干渉部５の大きさは、剛部材４の大きさと同じでもよいが、歩行者保護性を確実に向上させるには、図６に示すように、剛部材干渉部５を、剛部材４よりも大きくすることが好ましい。
【００４３】
剛部材干渉部５の大きさを、剛部材４の平面での面積よりも１０％以上大きくすれば、剛部材の端部に相当する部位でも、確実に、歩行者保護性を確保することができる。エンジン以外の剛部材の配置によっては、インナーパネルの全面を剛部材干渉部５とする。
【００４４】
なお、図６に示す剛部材４及び剛部材干渉部５の平面形状は長方形であるが、剛部材干渉部５の平面形状は、剛部材４の平面形状や材料の成形性に応じて、適宜設計すればよく、多角形、円形、楕円形でもよい。
【００４５】
また、剛部材干渉部５の形状は、金型の製作コストの観点から、長方形又は台形であることが好ましい。長さ方向及び幅方向の大きさを、それぞれ、インナーパネルの長さ方向及び幅方向の大きさの１／２以上とした剛部材干渉部を、インナーパネルの中央部に配置すれば、エンジンの配置が変化しても、剛部材４の位置に相当する部位を、剛部材干渉部５の範囲内の部位とすることができる。
【００４６】
図７に、本発明フードパネルにおけるインナーパネルの一例の平面態様を示す。図７において、縦横の線でハッチングした部分は、インナーパネルの凸部２１であり、斜線でハッチングした部分は、凹部２２である。凸部２１と凹部２２との間の白抜き部分は、綾部２３である。凹部２２の外枠は、剛部材干渉部５である。
【００４７】
本発明フードパネルの最大の特徴は、図７に示すインナーパネルにおいて、凸部２１と凹部２２の面積の合計を、剛部材干渉部５の面積の７０％以上としたことである。インナーパネルが剛部材と接触した際において、凸部に、局部的に大きな変形が生じると、広い範囲の凹部に反力を生じさせることができなくなる。そのため、凸部の合計の面積は、十分に大きいことが必要である。
【００４８】
また、凹部も、アウターパネルの広い範囲における変形を抑制するために、相応の面積を必要とする。そのため、剛部材干渉部における凸部の面積と凹部の面積の合計を、剛部材干渉部の面積の７０％以上とすることが好ましい。
【００４９】
また、剛部材干渉部において、凸部の面積の合計は、凹部の面積の合計以上であることが好ましい。これは、凹部の面積が大きすぎると、凹部で、アウターパネルとインナーパネルが近接又は接触し易くなり、図１３に示す従来のフードパネルと同様に、頭部が剛部材と、直接、干渉、接触する可能性が高くなるからである。
【００５０】
さらに、歩行者の頭部が、剛部材と、直接、干渉、接触する可能性を小さくするために、剛部材干渉部において、各凸部の面積のうちの最小値を、剛部材干渉部の面積の１０％以上とすることが好ましい。
【００５１】
また、剛部材干渉部において、１つの凸部を大きくし、凸部の面積が、剛部材干渉部の面積の５０％を超えると、衝突時の凹部の反力が十分でなくなることがある。
【００５２】
なお、剛部材干渉部以外の部位では、軽量化のために凸部を部分的に打ち抜き、軽減孔を設けてもよい。また、剛部材干渉部の凸部に軽減孔を設ける場合は、凸部の面積を計算する際に、軽減孔の面積を除外する。この場合でも、剛部材干渉部において、凸部の面積と凹部の面積との合計を、剛部材干渉部の面積の７０％以上とすることが必要である。
【００５３】
即ち、凸部の面積の合計を凹部の面積の合計の７０％以上とすることが好ましく、また、各凸部の面積のうちの最小値を、剛部材干渉部の面積の１０％以上とすることが好ましい。
【００５４】
剛部材干渉部、凸部、凹部の面積は、設計平面図から求めることができる。また、実部品の場合には、フードパネルの直上から写真撮影して画像解析すればよい。形状測定装置によってインナーパネルの凹凸の形状を測定し、平面図を作成してもよい。
【００５５】
図８〜図１０に、インナーパネルの剛部材干渉部に設けた凸部の形状例を模式的に示す。図８〜図１０に示す外枠は、剛部材干渉部５であり、太線で示される凹部２２の内側が凸部２１である。図８〜図１０においては、綾部が、凹部及び凸部と直角になるように成形した剛部材干渉部の平面態様が示されていて、綾部は示されていない。
【００５６】
図８〜図１０に示すように、凸部の平面形状は、図８では四角形、図９では三角形、図１０では、剛部材干渉部の端部に近い部分における凸部の形状を三角形及び四角形とし、中央部の凸部の形状を六角形としている。
【００５７】
なお、図８〜図１０では、剛部材干渉部の端部を除く主要部分の凸部の形状を同一としているが、大きさ、形状とも、同じである必要はなく、フードパネルの形状に応じて、台形と大きさの異なる三角形の組合せなどを適宜選択すればよい。
【００５８】
また、四角形については、長方形だけでなく、正方形、平行四辺形、菱形、台形など、どのような四角形でもよく、三角形についても、正三角形だけでなく、二等辺三角形、直角三角形など、どのような三角形であってもよい。
【００５９】
また、凸部の頂部は、応力集中を避けるために、円弧状とすることが可能であり、曲率半径を、１００ｍｍ以上とすることが好ましい。また、凸部の頂部と頂部を結ぶ辺部は、直線状であることが好ましいが、弧状であってもよい。剛部材とインナーパネルとが接触した際に、より大きな反力を得るためには、凸部を、局部的に、剛部材と同一又は相似の形状とすることが好ましい。
【００６０】
なお、曲率が大きすぎると、凸部が、円形、楕円形になるが、凸部の面積と凹部の面積の合計が、剛部材干渉部５の面積の７０％以上であれば問題ない。
【００６１】
図１１ａ及び図１１ｂに、本発明のインナーパネルの断面を拡大して示す。綾部２３の断面形状は、図１１ａに示したように直線状でもよく、図１１ｂに示したように段付きでもよい。図１１ａ及び図１１ｂにおいて、凹部２２と凸部２１の間の綾部２３と、凹部２２の底面とがなす角度θは、４０〜９０°であることが好ましい。これは、歩行者の頭部が凹部２２の直上に衝突した際に、凸部２１と剛部材との接触が不十分となり、凹部２１に十分な反力が生じない可能性があるためである。
【００６２】
このような場合、歩行者の頭部と剛部材との強い干渉を避けるためには、綾部２３が潰れる際の塑性変形によって、衝突の運動エネルギーを十分に吸収することが好ましい。したがって、凹部２２と綾部２３の角度は、９０°であることが好ましい。
【００６３】
しかし、凹部２２と綾部２３の角度が９０°に近くなるほど、材料の成形性を高くすることが必要になる。一方、凹部２２と綾部２３の角度が小さくなると、成形性は向上するものの、綾部２３が潰れる際の塑性変形による運動エネルギーの吸収量が小さくなるため、上記角度は、４０°以上とすることが好ましい。
【００６４】
成形性と塑性変形による運動エネルギーの吸収を両立させるためには、凹部２２と綾部２３の角度を５５〜８０°の範囲とすることが、さらに好ましい。
【００６５】
また、フードパネルと剛部材とのクリアランスが小さい場合には、凹部２２の高さＨが重要になる。例えば、クリアランスが６５ｍｍ以下の場合、凹部２２の高さＨは２０ｍｍ超であることが好ましい。凹部２２の高さＨの上限には、特に制限はないが、インナーパネルをプレス成形する場合は、５０ｍｍ超にすることは難しい。
【００６６】
さらに、フードパネルと剛部材とのクリアランスが小さい場合、凹部２２の幅Ｗにも、制限を設けることが好ましい。これは、凹部２２の幅Ｗが１０ｍｍ未満又は１００ｍｍ超では、歩行者頭部が位置Ｂに衝突した際に、衝撃の吸収が不十分になる可能性があるためである。
【００６７】
インナーパネルの素材は、鋼、アルミニウム合金、マグネシウム合金、チタン合金の何れでもよい。軽量化の観点から、アルミニウム合金、マグネシウム合金、チタン合金の何れかが好ましい。
【００６８】
軽量化、成形性、製造コストを考慮すると、アルミニウム合金が最適である。また、アウターパネルも同様であり、インナーパネルと同じ素材を使用することが好ましい。
【００６９】
アルミニウム合金の場合は、Ａｌ−Ｍｎ系の３０００系合金、Ａｌ−Ｍｇ系の５０００系合金、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系の６０００系合金を使用することが好ましい。成形性が要求される場合には、Ｍｇを３〜６％、好ましくは４〜５％含有する５０００系合金が好ましい。
【００７０】
６０００系合金は、塗装焼付硬化性（ＢＨ性という。）を発現するため、強度が要求される場合には、例えば、Ｍｇを０．２〜１．２％、Ｓｉを０．５〜１．５％含有する６０００系合金が好ましい。６０００系合金は、Ｃｕを０．１〜１．５％含有してもよい。
【００７１】
６０００系合金のＢＨ性を発現させるには、製造工程における最終の溶体化処理を４８０〜５６０℃で行った後、冷却して、７０〜１５０℃で巻取り、その温度範囲で５時間程度保持する予備時効処理を行うことが好ましい。
【００７２】
一方、６０００系合金の成形性を向上させるには、ＢＨ性とは相反するが、溶体化処理後、１０℃／ｓ以上の冷却速度で、室温から７０℃以下までの温度範囲内に冷却し、その温度範囲で１〜１００時間保持することが好ましい。
【００７３】
なお、フードパネルの軽量化が最重要の課題である場合には、インナーパネルの素材を樹脂としてもよく、強度の観点から、繊維強化樹脂であることが好ましい。また、アウターパネルも同様であり、インナーパネルと同じ素材を使用することが好ましい。
【００７４】
本発明フードパネルの素材がアルミニウム合金の場合、インナーパネルの板厚は０．６〜１．５ｍｍの範囲が好ましい。図２に示す位置Ａに歩行者の頭部が衝突する場合は、アウターパネルの変形を抑制するため、インナーパネルの板厚を０．６ｍｍ以上に厚くして、凹部２２及び綾部２３の剛性を増加させることが好ましい。
【００７５】
一方、図３に示す位置Ｂに歩行者の頭部が衝突した場合は、インナーパネルの変形によって衝撃を吸収するため、インナーパネルの板厚が厚くなると、剛性が増すため衝撃吸収性は高まる。しかし、板厚が１．５ｍｍを超えると、変形が小さくなり過ぎてＨＩＣ値が大きくなる可能性があるため、インナーパネルの板厚を１．５ｍｍとすることが好ましい。さらに、インナーパネルの重量を効果的に軽減するためには、インナーパネルの板厚を、１．２ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００７６】
インナーパネルの素材がアルミニウム合金である場合は、アウターパネルの素材もアルミニウム合金とすることが好ましい。アウターパネルの板厚は、薄すぎると変形が大き過ぎ、厚すぎると剛性が大きくなり過ぎることがある。そのため、アウターパネルの板厚は、通常、０．８〜１．５ｍｍである。
【実施例１】
【００７７】
全長が９００〜１２００ｍｍ、全幅が１２００〜１６００ｍｍであり、剛部材干渉部の長さが全長の５０〜１００％、幅が全幅の６０〜１００％であり、剛部材干渉部の位置を、長さ方向で前方及び後方からの距離が全長の２５％以下、幅方向の端部からの距離が全幅の２０％以下となるようにし、表１に示す条件で、インナーパネルに凹凸を設けたフードパネルを想定し、歩行者頭部保護基準の大人用インパクター試験相当の数値解析を実施した。
【００７８】
インナーパネルの一態様を図１２に示す。図１２は、アウターパネル側の面の斜視図であり、窪みが、アウタパネルから遠い側に対向する凸部である。
【００７９】
即ち、直径１６５ｍｍ、重量４．５ｋｇのインパクターを６５°の角度で３２ｋｍ／ｈの速度で衝突させた際の解析を、汎用の動的陽解法の解析コードで行い、式（１）からＨＩＣ値を求めた。各フードパネルのアウターパネルとインナーパネルの凸部の外面間の距離は３２ｍｍで一定とし、材料は、自動車用のボディーパネル用６０００系アルミニウム合金とし、アウターパネルの板厚は１．０ｍｍ、インナーパネルの板厚は０．８ｍｍとした。
【００８０】
ただし、骨構造については軽減孔が大きく、インナー０．８ｍｍでは重量が小さく不利となるので、重量を等価にする意味で、インナー板厚は１．０ｍｍとした。なお、アウターパネルから剛部材までの距離（クリアランス）は、７０から８５まで変化させた。
【００８１】
解析に用いた６０００系アルミニウム合金の特性値は、Ｍｇを０．２〜１．２％、Ｓｉを０．５〜１．５％含有し、残部Ａｌからなるもの、さらにＣｕを０．１〜１．５％含有するものを予め製造し、引張試験を行って求めた。
【００８２】
また、それぞれのフードパネルでの位置による差異を考慮し、それぞれ、図２及び図３の２箇所に衝突させた場合を想定し、解析を行った。図２は、インパクター３を凸部２１に衝突させるもので、この衝突位置を位置Ａとする。図３は、インパクター３を凹部２２に衝突させるもので、この衝突位置を位置Ｂとする。
【００８３】
位置Ａ及び位置ＢにおけるＨＩＣ値を解析した結果を、表１に示す。表１において、面積計欄の数字は、凸部の面積と凹部の面積の合計を、凸部欄の数字は、凸部の面積を、凹部欄の数字は、凹部の面積を、それぞれ、剛部材干渉部の面積で除し、百分率で示したものである。
【００８４】
【表１】
【００８５】
表１において、Ｎｏ．１〜４が本発明のフードパネルであり、比較例のＮｏ．６〜８のフードパネルに比べ、全般に、ＨＩＣ値が小さい。
【００８６】
表１に示すように、Ｎｏ．３及び４は、凸部の面積と凹部の面積の合計の割合が、Ｎｏ．１及び２よりも大きく、ＨＩＣ値が小さい。また、凸部の面積と凹部の面積の合計の割合が同等である場合、凸部の面積が大きい方が、即ち、Ｎｏ．２よりもＮｏ．１の方が、Ｎｏ．４よりもＮｏ．３の方が、ＨＩＣ値が小さい。
【００８７】
また、Ｎｏ．５は、凸部の面積が凹部の面積よりも小さい参考例であり、本発明に比べて、ＨＩＣ値が若干大きくなっている。
【００８８】
特に、ＨＩＣ値の差は、剛部材とのクリアランスが小さくなるほど顕著になる。このように、本発明によれば、クリアランスが小さい場合でも、ＨＩＣ値を小さくすることができる。また、衝突位置によるＨＩＣ値のばらつきについても、波型と同程度に小さい。
【実施例２】
【００８９】
全長、全幅、剛部材干渉部の大きさを、実施例１と同様とし、表２に示す条件で、インナーパネルに凹凸を設けたフードパネルを想定し、実施例１と同様にして、歩行者頭部保護基準の大人用インパクター試験相当の数値解析を実施した。
【００９０】
何れも、本発明のフードパネルであるＮｏ．９〜１３について、位置Ｂに相当する部位、即ち、凹部の直上に衝突させる場合を想定して、数値解析を実施した。この解析結果を表２に示す。
【００９１】
【表２】
【００９２】
いずれも、ＨＩＣ値は基準内となっているが、４５°、５０°、５５°、６０°、６５°と綾部の角度を大きくするに従い、ＨＩＣ値は低減され、５５°以上で効果が大きい。したがって、ＨＩＣ値低減のために、綾部の角度は、５５°以上であることが好ましく、さらに、６０°以上であることが好ましい。
【実施例３】
【００９３】
全長、全幅、剛部材干渉部の大きさを、実施例１と同様とし、表３に示す条件で、インナーパネルに凹凸を設けたフードパネルを想定し、フードパネルと剛部材とのクリアランスを、表３に示した条件とし、実施例１と同様にして、歩行者頭部保護基準の大人用インパクター試験相当の数値解析を実施した。
【００９４】
何れも、本発明のフードパネルであるＮｏ．１４、及び、１５について、位置Ｂに相当する部位、即ち、凹部の直上に衝突させる場合を想定して、数値解析を実施した。この解析結果を、表３に示す。
【００９５】
【表３】
【００９６】
クリアランスが８５ｍｍでは、何れも、ＨＩＣ値は基準内となっている。しかし、クリアランスが６５ｍｍになると、凹部の高さが２０ｍｍの場合、頭部が剛部材に接触した。そのため、表３には「−」を示した。したがって、フードパネルと剛部材とのクリアランスが小さい場合、例えば６５ｍｍ以下の場合には、凹部の高さを２０ｍｍ超とすることが好ましいことがわかる。
【実施例４】
【００９７】
全長、全幅、剛部材干渉部の大きさを、実施例１と同様とし、表４に示す板厚及び材料のアルミニウム合金を用いたフードパネルを想定し、歩行者頭部保護基準の大人用インパクター試験相当の数値解析を実施した。なお、表３に示したインナーパネル及びアウターパネルの素材の０．２％耐力、引張強度及びＢＨ特性を表４に示す。
【００９８】
表５に示すアルミニウム合金の引張性質は、ＪＩＳ Ｚ ２２０１に準拠して作製した引張試験片を用いて、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に準拠して測定したものである。また、ＢＨ後の耐力は、ＪＩＳ Ｇ ３１３５の附属書に記載された塗装焼付硬化試験方法と同様、予歪みを２％、時効温度を１７０℃、時効時間を２０分として測定したＢＨ量である。
【００９９】
なお、６０００系合金の成分組成は、０．６％Ｍｇ、１．０％Ｓｉ、残部Ａｌ及び不可避的不純物であり、３０００系合金の成分組成は、１．２％Ｍｎ、１．０％Ｍｇ、残部Ａｌ及び不可避的不純物であり、５０００系合金の成分組成は、４．５％Ｍｇ、残部Ａｌ及び不可避的不純物である。
【０１００】
６０００系合金は、ＢＨ性を発現させる製造工程と成形性を向上させる製造工程の両者の方法によって製造した。即ち、ＢＨ性を発現させる製造工程は、溶体化処理を４８０〜５６０℃で行なった後、冷却して７０〜１５０℃以下で巻き取り、５時間程度の予備時効処理を行なう方法である。
【０１０１】
また、成形性を向上させる製造工程は、溶体化処理を４８０〜５６０℃で行なった後に、室温以上７０℃以下の温度まで冷却し、保持して１〜１００時間の熱処理をする方法である。なお、３０００系合金及び５０００系合金は常法で製造した。
【０１０２】
【表４】
【０１０３】
【表５】
【０１０４】
表４及び表５における、６０００系合金の「ＢＨ型」及び「高成形型」は、それぞれ、ＢＨ性を発現させる製造工程及び成形性を向上させる製造工程によって製造されたことを意味する。表４に示したように、Ｎｏ．１６、１７、及び、１８の結果を比較すると、インナーパネルの板厚が大きくなると、位置Ａでは、ＨＩＣ値が小さくなり、位置Ｂでは、ＨＩＣ値が大きくなることがわかる。
【０１０５】
即ち、インナーパネルの板厚が増加すると、位置Ａでは、インナーパネルによる支持が強まり、アウターパネルの過度の変形が抑制されて、ＨＩＣ値が減少する。一方、位置Ｂでは、インナーパネルの変形が抑制されて、ＨＩＣ値が増加する。また、アウターパネルの板厚の影響は、インナーパネルの板厚の影響と比較すると、小さいことがわかる。
【０１０６】
パネル材料による影響を比較すると、位置Ａにおいては、３０００系合金のＨＩＣ値が最も高く、次いで５０００系、成形性を向上させた６０００系、ＢＨ性を発現させた６０００系の順となる。位置Ｂにおいては、ＢＨ性を発現させた６０００系合金のＨＩＣ値が最も高く、成形性を向上させた６０００系、５０００系、３０００系の順となる。
【０１０７】
一般に、塗装焼付け後の６０００系アルミニウム合金の強度が最も高く、５０００系、３０００系合金の順となる。したがって、インナーパネルの板厚の影響と同じく、強度が高まることで、位置Ａでは、インナーパネルの支持が強まり、アウターパネルの過度の変形が抑制されて、ＨＩＣ値が減少する。一方、位置Ｂでは、インナーパネルの変形が抑制されて、ＨＩＣ値が増加する。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
本発明によれば、前述したように、燃費性能及び運動性能、さらに、歩行者保護性に優れた自動車を提供することができるので本発明は、自動車産業において、利用可能性が高いものである。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】本発明のフードパネルの一例を模式的に示す図である。
【図２】位置Ａを示す図である。
【図３】位置Ｂを示す図である。
【図４】本発明のフードパネルの位置Ａへの頭部の衝突を模式的に示す図である。
【図５】本発明のフードパネルの位置Ｂへの頭部の衝突を模式的に示す図である。
【図６】本発明のフードパネルの剛部材干渉部を模式的に示す図である。
【図７】本発明のインナーパネルの一例を模式的に示す図である。
【図８】凸部が四角形である本発明のインナーパネルの一例を模式的に示す図である。
【図９】凸部が三角形である本発明のインナーパネルの一例を模式的に示す図である。
【図１０】凸部が多角形の組合せである本発明のインナーパネルの一例を模式的に示す図である。
【図１１ａ】本発明のインナーパネルの一例の断面の一部を模式的に示す図である。
【図１１ｂ】本発明のインナーパネルの別の一例の断面の一部を模式的に示す図である。
【図１２】数値解析に用いた本発明のフードパネルの一例を示す図である。
【図１３】従来のフードパネルの断面を模式的に示す図である。
【図１４】従来の波型フードパネルの断面を模式的に示す図である。
【図１５】従来のコーン型フードパネルの断面を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【０１１０】
１ アウターパネル
２ インナーパネル
３ 頭部（インパクター）
４ 剛部材
５ 剛部材干渉部
２１ 凸部
２２ 凹部
２３ 綾部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歩行者と自動車の衝突時に、歩行者、特に、歩行者の頭部を保護する性能、即ち、歩行者保護性に優れた自動車用フードパネルに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、歩行者と自動車の衝突時における歩行者の頭部の保護が重要視され、歩行者保護性に優れる自動車用フードパネルの構造の検討が進められている。歩行者保護の性能は、下記式（１）によって計算される頭部障害基準値（Head Injury Criteria、以下「ＨＩＣ値」という。）によって評価される。
【０００３】
例えば、現在の判定基準では、自動車が４０ｋｍ／ｈの速度で衝突した場合、試験領域の２／３以上の部分でのＨＩＣ値が１０００以下であり、それ以外の試験領域でのＨＩＣ値が２０００以下であることが求められている。
【０００４】
【数１】
【０００５】
従来の自動車用フードパネルは、図１３に示すように、金属板をプレス成形したアウターパネル１とインナーパネル２を接合した構造体である。インナーパネル２は、凹凸を有し、凹部２２の一部は軽量化のために打ち抜かれている。凸部２１と綾部２３は、骨材の役割を果たしている。
【０００６】
この自動車用フードパネルに、歩行者の頭部が衝突した際には、まず、アウターパネルが変形し、その後、インナーパネルが変形して、衝突のエネルギーが吸収される。歩行者保護性を確保するためには、歩行者の頭部とエンジン等の剛部材との干渉、接触を防止する必要がある。
【０００７】
しかし、図１３に示す従来のフードパネルでは、インナーパネルの骨材が存在しない部分の凹部に、歩行者の頭部が衝突した場合、フードパネルと剛部材とが干渉、接触し易い。なお、剛部材とは、エンジンやサスペンションの取り付け部など、フードパネルに比較して剛性が高く、頭部と衝突した際に、大きな障害を与える可能性が高い部材の総称である。
【０００８】
したがって、従来、歩行者保護性の観点から、歩行者の頭部がフードパネルに接触した際のフードパネルと剛部材との干渉、接触を防ぐことが重要視されていた。
【０００９】
フードパネルと剛部材との距離、即ち、クリアランスを大きくすれば、衝突時の変形によるフードパネルと剛部材との干渉、接触を防ぐことはできるが、これでは、車体の設計が制限される。
【００１０】
そのため、クリアランスを小さくしても歩行者保護性を確保できる技術として、図１４に示すように、インナーパネル２の断面を波型形状とし、部材としての剛性を高めたフードパネルが提案された（例えば、特許文献１）。
【００１１】
しかし、この技術でも、フードパネルとエンジン等の接触を防ぐには、ある程度のクリアランスを確保しておく必要がある。
【００１２】
これに対して、図１５に示すように、インナーパネル２の凹部２２に、インナーパネルと剛部材とが接触した際に局部的に変形する形状不正部を設け、歩行者の頭部への反力を抑制したコーン型のインナーパネルが提案された（例えば、特許文献２）。
【００１３】
しかし、突起の形状が複雑になると、材料によっては成形が困難になることがある。また、クリアランスが小さい場合には、衝突時にコーンが潰れて、フードパネルと剛部材とが干渉、接触する可能性が大きくなり、材料の選定に制限がある。
【００１４】
【特許文献１】特開２００３−２０５８６６号公報
【特許文献２】特開２００３−５４４４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、フードパネルとエンジン等の剛部材とのクリアランスを小さくしても、ＨＩＣ値を低減することができ、材料の選定に対する制限を緩和することが可能な、歩行者保護性に優れた自動車用フードパネルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成する本発明の要旨は、以下のとおりである。
【００１７】
（１） インナーパネルの、エンジンルーム内の剛部材の位置に相当する剛部材干渉部に凸部と凹部を設け、アウターパネルから遠い側に該凸部を、近い側に該凹部を対向させ、前記インナーパネルと前記アウターパネルを一体化した自動車用フードパネルであって、前記凸部の面積と前記凹部の面積との合計が、前記剛部材干渉部の面積の７０％以上であることを特徴とする歩行者保護性に優れた自動車用フードパネル。
【００１８】
（２） 前記インナーパネルの剛部材干渉部における凸部の面積の合計が、凹部の面積の合計以上であることを特徴とする上記（１）に記載の歩行者保護性に優れた自動車用フードパネル。
【００１９】
（３） 前記インナーパネルの剛部材干渉部の凸部の面積が、剛部材干渉部の面積の１０％以上であることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載に記載の歩行者保護性に優れた自動車用フードパネル。
【００２０】
（４） 前記インナーパネルの剛部材干渉部における凸部と凹部との間の綾部と凹部との垂直断面での角度が、４０〜９０°であることを特徴とする上記（１）〜（３）の何れかに記載の歩行者保護性に優れた自動車用フードパネル。
【００２１】
（５） 前記インナーパネルの剛部材干渉部における凸部の形状が、３以上の頂部と、該頂部を結ぶ辺部からなることを特徴とする上記（１）〜（４）の何れかに記載の歩行者保護性に優れた自動車用フードパネル。
【００２２】
（６） 前記インナーパネルの素材が、鋼、アルミニウム合金、マグネシウム合金、チタン合金の何れか１つであることを特徴とする上記（１）〜（５）の何れかに記載の歩行者保護性に優れた自動車用フードパネル。
【００２３】
（７） 前記インナーパネルの素材が、樹脂又は繊維強化樹脂であることを特徴とする上記（１）〜（５）の何れかに記載の歩行者保護性に優れた自動車用フードパネル。
【００２４】
（８） 前記アルミニウム合金の板厚が、０．６〜１．５ｍｍであることを特徴とする上記（６）に記載の歩行者保護性に優れた自動車用フードパネル。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、自動車用フードパネルとエンジン等の剛部材とのクリアランスを小さくすることができ、自動車の設計上の制限を小さくすることができる。例えば、自動車車体におけるアウターパネルの相対的な高さを低くすることができ、意匠に対する自由度を大きくすることができる。
【００２６】
また、インナーパネルの材料として、若干、成形性の劣る材料でも使用することができるので、例えば、アルミニウム合金板を使用して、フードパネルの軽量化と歩行者保護性を両立させることが可能になる。
【００２７】
本発明によれば、燃費性能及び運動性能、さらに、歩行者保護性に優れた自動車を提供することができ、産業上の貢献が極めて顕著である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
図１に、本発明の自動車用フードパネル（以下「本発明フードパネル」）の一例の断面を模式的に示す。図１に示すパネルの下側がアウターパネル１であり、上側のインナーパネル２は、凹凸を有し、アウターパネル１から遠い側が凸部２１、近い側が凹部２２であり、凸部２１と凹部２２との間は綾部２３である。
【００２９】
アウターパネル１の端部は、曲げ加工され、インナーパネル２と接合されている。図１に示すように、インナーパネル２の凹部２２の底面とアウターパネル１との距離は、凹部２２の深さよりも短くすることが必要であり、接触してもよい。
【００３０】
本発明フードパネルに歩行者の頭部が衝突する際、図２に示す位置（位置Ａという。）、即ち、インナーパネルの凸部に相当する位置に衝突する場合と、図３に示す位置（位置Ｂという。）、即ち、インナーパネルの凹部に相当する位置に衝突する場合が想定される。
【００３１】
図４に、本発明フードパネルの位置Ａ、図５に、本発明の位置Ｂに、それぞれ、歩行者の頭部が衝突した際におけるフートパネルの変形の態様と、エンジン等の剛部材との接触、干渉の態様を模式的に示す。
【００３２】
図４は、歩行者の頭部３が位置Ａに相当する部位のアウターパネル１に衝突し、インナーパネル２の凸部２１が剛部材４に接触した際の断面を、模式的に示すものである。アウターパネル１に歩行者の頭部３が衝突すると、アウターパネル１が変形し、次いで、インナーパネル２も変形する。そして、図４に示すように、エンジン等の剛部材４とインナーパネル２の凸部２１が接触するが、この接触により、綾部２３を通じて、凹部２２とアウターパネル１との間に、強い反力が生じる。
【００３３】
この反力は、凹部の広い範囲に分散し、アウターパネルの過度の変形を抑制する。これにより、歩行者の頭部とエンジン等の剛性の高い構造物との直接干渉を回避することができる。
【００３４】
図５は、歩行者の頭部３が位置Ｂに相当する部位のアウターパネル１に衝突し、インナーパネル２の凸部２１が剛部材４に接触した際の断面を、模式的に示すものである。歩行者の頭部３が位置Ｂに衝突した際のアウターパネル１の変形は、位置Ａに衝突した場合と比較して小さく、エンジン等の剛部材４とインナーパネル２の凸部２１、綾部２３が、ほぼ同時に接触し、凹部２２と綾部２３に、強い反力が生じる。
【００３５】
この反力は凹部を伝播し、位置Ａに衝突した場合に比べて、広い範囲に分散する。そのため、平面上の広範囲で凹部及び綾部が変形し、衝撃を吸収するので、エネルギーの吸収が大きくなる。
【００３６】
従来のフードパネルにおいては、剛性を確保して変形を抑制するか、又は、フードパネルの一部を塑性変形させるかしてエネルギーを吸収し、歩行者の頭部のエンジン等への衝突を防止していた。
【００３７】
これに対し、本発明フードパネルにおいては、インナーパネルと剛部材との干渉によって発生する反力を積極的に利用し、歩行者保護性能の向上を図っている。また、本発明フードパネルの凸部は、従来のフードパネルとは異なり、剛部材との干渉によって生じた反力を凹部に伝達させる機能を有する。
【００３８】
したがって、インナーパネルの剛部材干渉部に設けた凸部の全体を打ち抜いてはならない。なお、剛部材干渉部以外の部位では、重量の軽減や折れ曲がり易くさせるための孔を設けてもよい。また、凹部については、凹部が交差する箇所では、特に剛性が高くなるため、変形が容易になるように孔を設けてもよい。
【００３９】
図６に、自動車用フードパネルの平面態様を模式的に示す。外側の曲線によってアウターパネル１の輪郭が示されている。破線と斜線により区画、特定された部分は、エンジン等の剛部材４であり、実線で示す長方形の部分は、剛部材干渉部５である。剛部材４の配置は設計によって変更されるので、変更に応じて、剛部材干渉部５の位置も変更すればよい。
【００４０】
歩行者保護性を考慮した場合、最も重要な剛部材はエンジンである。そのため、図６に示す自動車用フードパネルの各部位のうち、剛部材干渉部５以外の部位では、エンジン以外の剛部材とフードパネルとのクリアランスを、十分に大きく取ることが可能である。
【００４１】
しかし、剛部材干渉部５において、エンジンと自動車用フードパネルとのクリアランスを大きくすると、設計の自由度が損なわれることが多い。したがって、本発明では、インナーパネルの剛部材干渉部に凹凸を設け、インナーパネルと剛部材とが接触しても、歩行者の頭部への反力を軽減できる構造を採用した。
【００４２】
剛部材干渉部５の大きさは、剛部材４の大きさと同じでもよいが、歩行者保護性を確実に向上させるには、図６に示すように、剛部材干渉部５を、剛部材４よりも大きくすることが好ましい。
【００４３】
剛部材干渉部５の大きさを、剛部材４の平面での面積よりも１０％以上大きくすれば、剛部材の端部に相当する部位でも、確実に、歩行者保護性を確保することができる。エンジン以外の剛部材の配置によっては、インナーパネルの全面を剛部材干渉部５とする。
【００４４】
なお、図６に示す剛部材４及び剛部材干渉部５の平面形状は長方形であるが、剛部材干渉部５の平面形状は、剛部材４の平面形状や材料の成形性に応じて、適宜設計すればよく、多角形、円形、楕円形でもよい。
【００４５】
また、剛部材干渉部５の形状は、金型の製作コストの観点から、長方形又は台形であることが好ましい。長さ方向及び幅方向の大きさを、それぞれ、インナーパネルの長さ方向及び幅方向の大きさの１／２以上とした剛部材干渉部を、インナーパネルの中央部に配置すれば、エンジンの配置が変化しても、剛部材４の位置に相当する部位を、剛部材干渉部５の範囲内の部位とすることができる。
【００４６】
図７に、本発明フードパネルにおけるインナーパネルの一例の平面態様を示す。図７において、縦横の線でハッチングした部分は、インナーパネルの凸部２１であり、斜線でハッチングした部分は、凹部２２である。凸部２１と凹部２２との間の白抜き部分は、綾部２３である。凹部２２の外枠は、剛部材干渉部５である。
【００４７】
本発明フードパネルの最大の特徴は、図７に示すインナーパネルにおいて、凸部２１と凹部２２の面積の合計を、剛部材干渉部５の面積の７０％以上としたことである。インナーパネルが剛部材と接触した際において、凸部に、局部的に大きな変形が生じると、広い範囲の凹部に反力を生じさせることができなくなる。そのため、凸部の合計の面積は、十分に大きいことが必要である。
【００４８】
また、凹部も、アウターパネルの広い範囲における変形を抑制するために、相応の面積を必要とする。そのため、剛部材干渉部における凸部の面積と凹部の面積の合計を、剛部材干渉部の面積の７０％以上とすることが好ましい。
【００４９】
また、剛部材干渉部において、凸部の面積の合計は、凹部の面積の合計以上であることが好ましい。これは、凹部の面積が大きすぎると、凹部で、アウターパネルとインナーパネルが近接又は接触し易くなり、図１３に示す従来のフードパネルと同様に、頭部が剛部材と、直接、干渉、接触する可能性が高くなるからである。
【００５０】
さらに、歩行者の頭部が、剛部材と、直接、干渉、接触する可能性を小さくするために、剛部材干渉部において、各凸部の面積のうちの最小値を、剛部材干渉部の面積の１０％以上とすることが好ましい。
【００５１】
また、剛部材干渉部において、１つの凸部を大きくし、凸部の面積が、剛部材干渉部の面積の５０％を超えると、衝突時の凹部の反力が十分でなくなることがある。
【００５２】
なお、剛部材干渉部以外の部位では、軽量化のために凸部を部分的に打ち抜き、軽減孔を設けてもよい。また、剛部材干渉部の凸部に軽減孔を設ける場合は、凸部の面積を計算する際に、軽減孔の面積を除外する。この場合でも、剛部材干渉部において、凸部の面積と凹部の面積との合計を、剛部材干渉部の面積の７０％以上とすることが必要である。
【００５３】
即ち、凸部の面積の合計を凹部の面積の合計の７０％以上とすることが好ましく、また、各凸部の面積のうちの最小値を、剛部材干渉部の面積の１０％以上とすることが好ましい。
【００５４】
剛部材干渉部、凸部、凹部の面積は、設計平面図から求めることができる。また、実部品の場合には、フードパネルの直上から写真撮影して画像解析すればよい。形状測定装置によってインナーパネルの凹凸の形状を測定し、平面図を作成してもよい。
【００５５】
図８〜図１０に、インナーパネルの剛部材干渉部に設けた凸部の形状例を模式的に示す。図８〜図１０に示す外枠は、剛部材干渉部５であり、太線で示される凹部２２の内側が凸部２１である。図８〜図１０においては、綾部が、凹部及び凸部と直角になるように成形した剛部材干渉部の平面態様が示されていて、綾部は示されていない。
【００５６】
図８〜図１０に示すように、凸部の平面形状は、図８では四角形、図９では三角形、図１０では、剛部材干渉部の端部に近い部分における凸部の形状を三角形及び四角形とし、中央部の凸部の形状を六角形としている。
【００５７】
なお、図８〜図１０では、剛部材干渉部の端部を除く主要部分の凸部の形状を同一としているが、大きさ、形状とも、同じである必要はなく、フードパネルの形状に応じて、台形と大きさの異なる三角形の組合せなどを適宜選択すればよい。
【００５８】
また、四角形については、長方形だけでなく、正方形、平行四辺形、菱形、台形など、どのような四角形でもよく、三角形についても、正三角形だけでなく、二等辺三角形、直角三角形など、どのような三角形であってもよい。
【００５９】
また、凸部の頂部は、応力集中を避けるために、円弧状とすることが可能であり、曲率半径を、１００ｍｍ以上とすることが好ましい。また、凸部の頂部と頂部を結ぶ辺部は、直線状であることが好ましいが、弧状であってもよい。剛部材とインナーパネルとが接触した際に、より大きな反力を得るためには、凸部を、局部的に、剛部材と同一又は相似の形状とすることが好ましい。
【００６０】
なお、曲率が大きすぎると、凸部が、円形、楕円形になるが、凸部の面積と凹部の面積の合計が、剛部材干渉部５の面積の７０％以上であれば問題ない。
【００６１】
図１１ａ及び図１１ｂに、本発明のインナーパネルの断面を拡大して示す。綾部２３の断面形状は、図１１ａに示したように直線状でもよく、図１１ｂに示したように段付きでもよい。図１１ａ及び図１１ｂにおいて、凹部２２と凸部２１の間の綾部２３と、凹部２２の底面とがなす角度θは、４０〜９０°であることが好ましい。これは、歩行者の頭部が凹部２２の直上に衝突した際に、凸部２１と剛部材との接触が不十分となり、凹部２１に十分な反力が生じない可能性があるためである。
【００６２】
このような場合、歩行者の頭部と剛部材との強い干渉を避けるためには、綾部２３が潰れる際の塑性変形によって、衝突の運動エネルギーを十分に吸収することが好ましい。したがって、凹部２２と綾部２３の角度は、９０°であることが好ましい。
【００６３】
しかし、凹部２２と綾部２３の角度が９０°に近くなるほど、材料の成形性を高くすることが必要になる。一方、凹部２２と綾部２３の角度が小さくなると、成形性は向上するものの、綾部２３が潰れる際の塑性変形による運動エネルギーの吸収量が小さくなるため、上記角度は、４０°以上とすることが好ましい。
【００６４】
成形性と塑性変形による運動エネルギーの吸収を両立させるためには、凹部２２と綾部２３の角度を５５〜８０°の範囲とすることが、さらに好ましい。
【００６５】
また、フードパネルと剛部材とのクリアランスが小さい場合には、凹部２２の高さＨが重要になる。例えば、クリアランスが６５ｍｍ以下の場合、凹部２２の高さＨは２０ｍｍ超であることが好ましい。凹部２２の高さＨの上限には、特に制限はないが、インナーパネルをプレス成形する場合は、５０ｍｍ超にすることは難しい。
【００６６】
さらに、フードパネルと剛部材とのクリアランスが小さい場合、凹部２２の幅Ｗにも、制限を設けることが好ましい。これは、凹部２２の幅Ｗが１０ｍｍ未満又は１００ｍｍ超では、歩行者頭部が位置Ｂに衝突した際に、衝撃の吸収が不十分になる可能性があるためである。
【００６７】
インナーパネルの素材は、鋼、アルミニウム合金、マグネシウム合金、チタン合金の何れでもよい。軽量化の観点から、アルミニウム合金、マグネシウム合金、チタン合金の何れかが好ましい。
【００６８】
軽量化、成形性、製造コストを考慮すると、アルミニウム合金が最適である。また、アウターパネルも同様であり、インナーパネルと同じ素材を使用することが好ましい。
【００６９】
アルミニウム合金の場合は、Ａｌ−Ｍｎ系の３０００系合金、Ａｌ−Ｍｇ系の５０００系合金、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系の６０００系合金を使用することが好ましい。成形性が要求される場合には、Ｍｇを３〜６％、好ましくは４〜５％含有する５０００系合金が好ましい。
【００７０】
６０００系合金は、塗装焼付硬化性（ＢＨ性という。）を発現するため、強度が要求される場合には、例えば、Ｍｇを０．２〜１．２％、Ｓｉを０．５〜１．５％含有する６０００系合金が好ましい。６０００系合金は、Ｃｕを０．１〜１．５％含有してもよい。
【００７１】
６０００系合金のＢＨ性を発現させるには、製造工程における最終の溶体化処理を４８０〜５６０℃で行った後、冷却して、７０〜１５０℃で巻取り、その温度範囲で５時間程度保持する予備時効処理を行うことが好ましい。
【００７２】
一方、６０００系合金の成形性を向上させるには、ＢＨ性とは相反するが、溶体化処理後、１０℃／ｓ以上の冷却速度で、室温から７０℃以下までの温度範囲内に冷却し、その温度範囲で１〜１００時間保持することが好ましい。
【００７３】
なお、フードパネルの軽量化が最重要の課題である場合には、インナーパネルの素材を樹脂としてもよく、強度の観点から、繊維強化樹脂であることが好ましい。また、アウターパネルも同様であり、インナーパネルと同じ素材を使用することが好ましい。
【００７４】
本発明フードパネルの素材がアルミニウム合金の場合、インナーパネルの板厚は０．６〜１．５ｍｍの範囲が好ましい。図２に示す位置Ａに歩行者の頭部が衝突する場合は、アウターパネルの変形を抑制するため、インナーパネルの板厚を０．６ｍｍ以上に厚くして、凹部２２及び綾部２３の剛性を増加させることが好ましい。
【００７５】
一方、図３に示す位置Ｂに歩行者の頭部が衝突した場合は、インナーパネルの変形によって衝撃を吸収するため、インナーパネルの板厚が厚くなると、剛性が増すため衝撃吸収性は高まる。しかし、板厚が１．５ｍｍを超えると、変形が小さくなり過ぎてＨＩＣ値が大きくなる可能性があるため、インナーパネルの板厚を１．５ｍｍとすることが好ましい。さらに、インナーパネルの重量を効果的に軽減するためには、インナーパネルの板厚を、１．２ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００７６】
インナーパネルの素材がアルミニウム合金である場合は、アウターパネルの素材もアルミニウム合金とすることが好ましい。アウターパネルの板厚は、薄すぎると変形が大き過ぎ、厚すぎると剛性が大きくなり過ぎることがある。そのため、アウターパネルの板厚は、通常、０．８〜１．５ｍｍである。
【実施例１】
【００７７】
全長が９００〜１２００ｍｍ、全幅が１２００〜１６００ｍｍであり、剛部材干渉部の長さが全長の５０〜１００％、幅が全幅の６０〜１００％であり、剛部材干渉部の位置を、長さ方向で前方及び後方からの距離が全長の２５％以下、幅方向の端部からの距離が全幅の２０％以下となるようにし、表１に示す条件で、インナーパネルに凹凸を設けたフードパネルを想定し、歩行者頭部保護基準の大人用インパクター試験相当の数値解析を実施した。
【００７８】
インナーパネルの一態様を図１２に示す。図１２は、アウターパネル側の面の斜視図であり、窪みが、アウタパネルから遠い側に対向する凸部である。
【００７９】
即ち、直径１６５ｍｍ、重量４．５ｋｇのインパクターを６５°の角度で３２ｋｍ／ｈの速度で衝突させた際の解析を、汎用の動的陽解法の解析コードで行い、式（１）からＨＩＣ値を求めた。各フードパネルのアウターパネルとインナーパネルの凸部の外面間の距離は３２ｍｍで一定とし、材料は、自動車用のボディーパネル用６０００系アルミニウム合金とし、アウターパネルの板厚は１．０ｍｍ、インナーパネルの板厚は０．８ｍｍとした。
【００８０】
ただし、骨構造については軽減孔が大きく、インナー０．８ｍｍでは重量が小さく不利となるので、重量を等価にする意味で、インナー板厚は１．０ｍｍとした。なお、アウターパネルから剛部材までの距離（クリアランス）は、７０から８５まで変化させた。
【００８１】
解析に用いた６０００系アルミニウム合金の特性値は、Ｍｇを０．２〜１．２％、Ｓｉを０．５〜１．５％含有し、残部Ａｌからなるもの、さらにＣｕを０．１〜１．５％含有するものを予め製造し、引張試験を行って求めた。
【００８２】
また、それぞれのフードパネルでの位置による差異を考慮し、それぞれ、図２及び図３の２箇所に衝突させた場合を想定し、解析を行った。図２は、インパクター３を凸部２１に衝突させるもので、この衝突位置を位置Ａとする。図３は、インパクター３を凹部２２に衝突させるもので、この衝突位置を位置Ｂとする。
【００８３】
位置Ａ及び位置ＢにおけるＨＩＣ値を解析した結果を、表１に示す。表１において、面積計欄の数字は、凸部の面積と凹部の面積の合計を、凸部欄の数字は、凸部の面積を、凹部欄の数字は、凹部の面積を、それぞれ、剛部材干渉部の面積で除し、百分率で示したものである。
【００８４】
【表１】
【００８５】
表１において、Ｎｏ．１〜４が本発明のフードパネルであり、比較例のＮｏ．６〜８のフードパネルに比べ、全般に、ＨＩＣ値が小さい。
【００８６】
表１に示すように、Ｎｏ．３及び４は、凸部の面積と凹部の面積の合計の割合が、Ｎｏ．１及び２よりも大きく、ＨＩＣ値が小さい。また、凸部の面積と凹部の面積の合計の割合が同等である場合、凸部の面積が大きい方が、即ち、Ｎｏ．２よりもＮｏ．１の方が、Ｎｏ．４よりもＮｏ．３の方が、ＨＩＣ値が小さい。
【００８７】
また、Ｎｏ．５は、凸部の面積が凹部の面積よりも小さい参考例であり、本発明に比べて、ＨＩＣ値が若干大きくなっている。
【００８８】
特に、ＨＩＣ値の差は、剛部材とのクリアランスが小さくなるほど顕著になる。このように、本発明によれば、クリアランスが小さい場合でも、ＨＩＣ値を小さくすることができる。また、衝突位置によるＨＩＣ値のばらつきについても、波型と同程度に小さい。
【実施例２】
【００８９】
全長、全幅、剛部材干渉部の大きさを、実施例１と同様とし、表２に示す条件で、インナーパネルに凹凸を設けたフードパネルを想定し、実施例１と同様にして、歩行者頭部保護基準の大人用インパクター試験相当の数値解析を実施した。
【００９０】
何れも、本発明のフードパネルであるＮｏ．９〜１３について、位置Ｂに相当する部位、即ち、凹部の直上に衝突させる場合を想定して、数値解析を実施した。この解析結果を表２に示す。
【００９１】
【表２】
【００９２】
いずれも、ＨＩＣ値は基準内となっているが、４５°、５０°、５５°、６０°、６５°と綾部の角度を大きくするに従い、ＨＩＣ値は低減され、５５°以上で効果が大きい。したがって、ＨＩＣ値低減のために、綾部の角度は、５５°以上であることが好ましく、さらに、６０°以上であることが好ましい。
【実施例３】
【００９３】
全長、全幅、剛部材干渉部の大きさを、実施例１と同様とし、表３に示す条件で、インナーパネルに凹凸を設けたフードパネルを想定し、フードパネルと剛部材とのクリアランスを、表３に示した条件とし、実施例１と同様にして、歩行者頭部保護基準の大人用インパクター試験相当の数値解析を実施した。
【００９４】
何れも、本発明のフードパネルであるＮｏ．１４、及び、１５について、位置Ｂに相当する部位、即ち、凹部の直上に衝突させる場合を想定して、数値解析を実施した。この解析結果を、表３に示す。
【００９５】
【表３】
【００９６】
クリアランスが８５ｍｍでは、何れも、ＨＩＣ値は基準内となっている。しかし、クリアランスが６５ｍｍになると、凹部の高さが２０ｍｍの場合、頭部が剛部材に接触した。そのため、表３には「−」を示した。したがって、フードパネルと剛部材とのクリアランスが小さい場合、例えば６５ｍｍ以下の場合には、凹部の高さを２０ｍｍ超とすることが好ましいことがわかる。
【実施例４】
【００９７】
全長、全幅、剛部材干渉部の大きさを、実施例１と同様とし、表４に示す板厚及び材料のアルミニウム合金を用いたフードパネルを想定し、歩行者頭部保護基準の大人用インパクター試験相当の数値解析を実施した。なお、表３に示したインナーパネル及びアウターパネルの素材の０．２％耐力、引張強度及びＢＨ特性を表４に示す。
【００９８】
表５に示すアルミニウム合金の引張性質は、ＪＩＳ Ｚ ２２０１に準拠して作製した引張試験片を用いて、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に準拠して測定したものである。また、ＢＨ後の耐力は、ＪＩＳ Ｇ ３１３５の附属書に記載された塗装焼付硬化試験方法と同様、予歪みを２％、時効温度を１７０℃、時効時間を２０分として測定したＢＨ量である。
【００９９】
なお、６０００系合金の成分組成は、０．６％Ｍｇ、１．０％Ｓｉ、残部Ａｌ及び不可避的不純物であり、３０００系合金の成分組成は、１．２％Ｍｎ、１．０％Ｍｇ、残部Ａｌ及び不可避的不純物であり、５０００系合金の成分組成は、４．５％Ｍｇ、残部Ａｌ及び不可避的不純物である。
【０１００】
６０００系合金は、ＢＨ性を発現させる製造工程と成形性を向上させる製造工程の両者の方法によって製造した。即ち、ＢＨ性を発現させる製造工程は、溶体化処理を４８０〜５６０℃で行なった後、冷却して７０〜１５０℃以下で巻き取り、５時間程度の予備時効処理を行なう方法である。
【０１０１】
また、成形性を向上させる製造工程は、溶体化処理を４８０〜５６０℃で行なった後に、室温以上７０℃以下の温度まで冷却し、保持して１〜１００時間の熱処理をする方法である。なお、３０００系合金及び５０００系合金は常法で製造した。
【０１０２】
【表４】
【０１０３】
【表５】
【０１０４】
表４及び表５における、６０００系合金の「ＢＨ型」及び「高成形型」は、それぞれ、ＢＨ性を発現させる製造工程及び成形性を向上させる製造工程によって製造されたことを意味する。表４に示したように、Ｎｏ．１６、１７、及び、１８の結果を比較すると、インナーパネルの板厚が大きくなると、位置Ａでは、ＨＩＣ値が小さくなり、位置Ｂでは、ＨＩＣ値が大きくなることがわかる。
【０１０５】
即ち、インナーパネルの板厚が増加すると、位置Ａでは、インナーパネルによる支持が強まり、アウターパネルの過度の変形が抑制されて、ＨＩＣ値が減少する。一方、位置Ｂでは、インナーパネルの変形が抑制されて、ＨＩＣ値が増加する。また、アウターパネルの板厚の影響は、インナーパネルの板厚の影響と比較すると、小さいことがわかる。
【０１０６】
パネル材料による影響を比較すると、位置Ａにおいては、３０００系合金のＨＩＣ値が最も高く、次いで５０００系、成形性を向上させた６０００系、ＢＨ性を発現させた６０００系の順となる。位置Ｂにおいては、ＢＨ性を発現させた６０００系合金のＨＩＣ値が最も高く、成形性を向上させた６０００系、５０００系、３０００系の順となる。
【０１０７】
一般に、塗装焼付け後の６０００系アルミニウム合金の強度が最も高く、５０００系、３０００系合金の順となる。したがって、インナーパネルの板厚の影響と同じく、強度が高まることで、位置Ａでは、インナーパネルの支持が強まり、アウターパネルの過度の変形が抑制されて、ＨＩＣ値が減少する。一方、位置Ｂでは、インナーパネルの変形が抑制されて、ＨＩＣ値が増加する。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
本発明によれば、前述したように、燃費性能及び運動性能、さらに、歩行者保護性に優れた自動車を提供することができるので本発明は、自動車産業において、利用可能性が高いものである。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】本発明のフードパネルの一例を模式的に示す図である。
【図２】位置Ａを示す図である。
【図３】位置Ｂを示す図である。
【図４】本発明のフードパネルの位置Ａへの頭部の衝突を模式的に示す図である。
【図５】本発明のフードパネルの位置Ｂへの頭部の衝突を模式的に示す図である。
【図６】本発明のフードパネルの剛部材干渉部を模式的に示す図である。
【図７】本発明のインナーパネルの一例を模式的に示す図である。
【図８】凸部が四角形である本発明のインナーパネルの一例を模式的に示す図である。
【図９】凸部が三角形である本発明のインナーパネルの一例を模式的に示す図である。
【図１０】凸部が多角形の組合せである本発明のインナーパネルの一例を模式的に示す図である。
【図１１ａ】本発明のインナーパネルの一例の断面の一部を模式的に示す図である。
【図１１ｂ】本発明のインナーパネルの別の一例の断面の一部を模式的に示す図である。
【図１２】数値解析に用いた本発明のフードパネルの一例を示す図である。
【図１３】従来のフードパネルの断面を模式的に示す図である。
【図１４】従来の波型フードパネルの断面を模式的に示す図である。
【図１５】従来のコーン型フードパネルの断面を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【０１１０】
１ アウターパネル
２ インナーパネル
３ 頭部（インパクター）
４ 剛部材
５ 剛部材干渉部
２１ 凸部
２２ 凹部
２３ 綾部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インナーパネルの、エンジンルーム内の剛部材の位置に相当する剛部材干渉部に凸部と凹部を設け、アウターパネルから遠い側に該凸部を、近い側に該凹部を対向させ、前記インナーパネルと前記アウターパネルを一体化した自動車用フードパネルであって、前記凸部の面積と前記凹部の面積との合計が、前記剛部材干渉部の面積の７０％以上であることを特徴とする歩行者保護性に優れた自動車用フードパネル。
【請求項２】
前記インナーパネルの剛部材干渉部における凸部の面積の合計が、凹部の面積の合計以上であることを特徴とする請求項１に記載の歩行者保護性に優れた自動車用フードパネル。
【請求項３】
前記インナーパネルの剛部材干渉部における凸部の面積が、剛部材干渉部の面積の１０％以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の歩行者保護性に優れた自動車用フードパネル。
【請求項４】
前記インナーパネルの剛部材干渉部における凸部と凹部との間の綾部と凹部との垂直断面での角度が、４０〜９０°であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の歩行者保護性に優れた自動車用フードパネル。
【請求項５】
前記インナーパネルの剛部材干渉部における凸部の形状が、３以上の頂部と、該頂部を結ぶ辺部からなることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の歩行者保護性に優れた自動車用フードパネル。
【請求項６】
前記インナーパネルの素材が、鋼、アルミニウム合金、マグネシウム合金、チタン合金の何れか１つであることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の歩行者保護性に優れた自動車用フードパネル。
【請求項７】
前記インナーパネルの素材が、樹脂又は繊維強化樹脂であることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の歩行者保護性に優れた自動車用フードパネル。
【請求項８】
前記アルミニウム合金の板厚が、０．６〜１．５ｍｍであることを特徴とする請求項６に記載の歩行者保護性に優れた自動車用フードパネル。
【請求項１】
インナーパネルの、エンジンルーム内の剛部材の位置に相当する剛部材干渉部に凸部と凹部を設け、アウターパネルから遠い側に該凸部を、近い側に該凹部を対向させ、前記インナーパネルと前記アウターパネルを一体化した自動車用フードパネルであって、前記凸部の面積と前記凹部の面積との合計が、前記剛部材干渉部の面積の７０％以上であることを特徴とする歩行者保護性に優れた自動車用フードパネル。
【請求項２】
前記インナーパネルの剛部材干渉部における凸部の面積の合計が、凹部の面積の合計以上であることを特徴とする請求項１に記載の歩行者保護性に優れた自動車用フードパネル。
【請求項３】
前記インナーパネルの剛部材干渉部における凸部の面積が、剛部材干渉部の面積の１０％以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の歩行者保護性に優れた自動車用フードパネル。
【請求項４】
前記インナーパネルの剛部材干渉部における凸部と凹部との間の綾部と凹部との垂直断面での角度が、４０〜９０°であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の歩行者保護性に優れた自動車用フードパネル。
【請求項５】
前記インナーパネルの剛部材干渉部における凸部の形状が、３以上の頂部と、該頂部を結ぶ辺部からなることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の歩行者保護性に優れた自動車用フードパネル。
【請求項６】
前記インナーパネルの素材が、鋼、アルミニウム合金、マグネシウム合金、チタン合金の何れか１つであることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の歩行者保護性に優れた自動車用フードパネル。
【請求項７】
前記インナーパネルの素材が、樹脂又は繊維強化樹脂であることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の歩行者保護性に優れた自動車用フードパネル。
【請求項８】
前記アルミニウム合金の板厚が、０．６〜１．５ｍｍであることを特徴とする請求項６に記載の歩行者保護性に優れた自動車用フードパネル。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１ａ】
【図１１ｂ】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１ａ】
【図１１ｂ】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１２】
【公開番号】特開２００８−３０７３２（Ｐ２００８−３０７３２Ａ）
【公開日】平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−６５９（Ｐ２００７−６５９）
【出願日】平成１９年１月５日（２００７．１．５）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１月５日（２００７．１．５）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
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