JP5771019B2 - 車両用シートバックフレーム構造 - Google Patents

Description

本発明は繊維強化複合材料を用いた車両用シートバックフレーム構造に関する。

自動車用リアシートバックフレームとしては、金属製のパイプ材を外周部に配し、このパイプ材によって囲まれた領域内に鋼鈑などの金属製板材を配置したものが一般的であるが、車両重量の軽減に関する要望から、シートバックフレームについても軽量化が求められており、シートバックフレームを樹脂で製作することが考えられている。例えば、特許文献１には、ブロー成形による中空シートバックフレームの一体成形技術が開示されている。また、より一層の軽量化を実現するため、強度・剛性に優れた繊維強化複合材料を用いたシートバックフレームが考案されている。特許文献２には熱可塑性マトリクスと補強ファイバーを備えた複合材料によるシートバックフレームの一体成形技術が開示されている。特許文献３には繊維強化複合材料製シートに過大な入力があった際に、非露出部分で破壊させるための脆弱部が設けられたシートバックフレームの構造が開示されている。

ところで、近年においては自動車の衝突安全性を向上すべく種々の対策が実施されており、これまで２点式が主流だったリアシート中央座席のシートベルトが、乗員安全性向上のため３点式へと移行しつつあり、リアシートバックフレームにシートベルトのリトラクタを固定したシートバックフレーム構造が提案されている。また、フロントシートにおいても、車体のＣピラーをなくして乗降性を向上させた車両において、リトラクタをシートバックフレームに固定したものが提案されている。これらのケースにおいては、ECE-R14に定められたシートベルトのアンカレッジ荷重に対して、シートバックフレームが十分な強度を保持することが求められるとともに、リトラクタをシートバックフレームに確実に固定する方法が求められる。特許文献４には樹脂製フレーム体と２つの金属製フレームを併用したシートバックフレームにおいて、リトラクタ支持ブラケットを介して金属フレームと樹脂フレーム体に接合する方法が開示されている。

しかしながら、特許文献１〜３においては、リトラクタを固定する必要がないシートを対象にしているため、リトラクタの固定方法については何の言及もされていない。また、特許文献４では荷重の大部分を金属フレームが負担する構造となっており、リトラクタに入力される荷重も大部分が金属フレームによって負担されている。したがって、金属の使用部位が多くなることから、軽量化に限界があることは明白である。

特開平０３−０６１０２０号公報 特開２００３−１８２４１７号公報 特開２００５−３３４３６４号公報 特開２００６−２４７０６６号公報

リトラクタをシートバックフレームに固定するにあたっては、リトラクタをボルト等でシートバックフレームの固定ポイントへ締結するのが一般的であり、シートベルトはリトラクタからシート上方へ巻きだされた後、巻き出し用ガイドを介して車両前方方向へ引き出される。この際、シートベルトに加わる張力は、前述の固定ポイントに上方向への引張力として作用するとともに、巻き出し用ガイドに対する車両前方への引張荷重、および、巻き出し用ガイドを下方向へと押し下げる荷重として作用する。図１にシートベルト、リトラクタ、巻き出し用ガイドにかかる荷重を模式的に示す。

繊維強化複合材料をシートバックフレームに適用するにあたっては、リトラクタや巻き出し用ガイドは金属製のインサートなどを介してシートバックフレームに固定することになるが、前述の荷重は局所的な大荷重としてシートバックフレームに作用するため、締結部分に荷重が集中する。特に、リトラクタの固定ポイントと巻き出し用ガイドの間に作用する荷重は、巻き出し用ガイドの取り付け部に大きな応力を発生させる。その結果、インサート金属の大型化や繊維強化複合材料フレームの厚肉化が必要となり、軽量化の妨げとなる。

本発明は、繊維強化複合材料をシートバックフレームに適用して大幅な軽量化を図るにあたって、大幅な重量増を生じることなくリトラクタを繊維強化複合材料部材に固定できる車両用のシートバックフレーム構造を提供することを目的とする。

かかる課題を解決するため、本発明者らは鋭意検討の結果、本発明に到達した。すなわち本発明は、主たる構造が繊維強化複合材料からなるシートバックフレームと、金属製のリトラクタ支持ブラケットとを備え、リトラクタが該リトラクタ支持ブラケットを介して該シートバックフレームに取り付けられた車両用シートバックフレーム構造であって、該リトラクタ支持ブラケットにシートベルト巻き出し用ガイドが一体化されている車両用シートバックフレーム構造である。また、本発明は、繊維強化複合材料からなるパネル体、及び該パネル体とは別体として形成され、かつ該パネル体の外周部に配置された繊維強化複合材料からなるフレーム体を有するシートバックフレームと、金属製のリトラクタ支持ブラケットとを備え、リトラクタが該リトラクタ支持ブラケットを介して該シートバックフレームに取り付けられた車両用シートバックフレーム構造であって、該リトラクタ支持ブラケットが該パネル体と該フレーム体とに挟み込まれて固定されており、かつ該リトラクタ支持ブラケットにシートベルト巻き出し用ガイドが一体化されたことを特徴とする車両用シートバックフレーム構造も提供するものである。

本発明に記載のシートバックフレーム構造によれば、シートベルトに作用する張力を繊維強化複合材料部材に局所的に集中させることなく効率的に伝達することが可能となるため、シートバックフレーム構造の大幅な軽量化が可能となる。

シートベルト、リトラクタ、巻き出し用ガイドにかかる荷重を示した模式図である。 本発明のシートバックフレーム構造の第１実施形態を示す斜視図である。 本発明のシートバックフレーム構造の第１実施形態の部品構成を示す図である。 本発明のシートバックフレーム構造の第１実施形態を示す三面図である。 本発明のシートバックフレーム構造の第１実施形態を示す拡大図である。 本発明のシートバックフレーム構造の第２実施形態を示す斜視図である。 本発明のシートバックフレーム構造の第２実施形態の部品構成を示す図である。 本発明のシートバックフレーム構造の第２実施形態を示す三面図である。 本発明のシートバックフレーム構造の第２実施形態を示す拡大図である。 本発明のシートバックフレーム構造の第３実施形態を示す斜視図である。 本発明のシートバックフレーム構造の第３実施形態の部品構成を示す図である。 本発明のシートバックフレーム構造の第３実施形態を示す三面図である。 本発明のシートバックフレーム構造の第３実施形態を示す拡大図である。 シートバックフレーム構造のフレーム体の断面形状例。

以下、本発明のシートバックフレーム構造をワゴン型車両やハッチバック型車両のリアシートバックに適用した場合について、図面も参照の上説明するが、本発明はこれらに制限されるものではない。

［繊維強化複合材料］
本発明のシートバックフレーム構造における繊維強化複合材料とは、強化繊維とマトリックス樹脂とを含むものである。繊維強化複合材料中の強化繊維の形態は、短繊維でも、長繊維でも、連続繊維でも良く、これらのうち２種類以上を組み合わせて用いても良い。短繊維とは繊維長が０．１〜１０ｍｍ未満、長繊維とは繊維長が１０ｍｍ〜１００ｍｍ、連続繊維とは繊維長が１００ｍｍ以上のものである。短繊維や長繊維の場合は、チョップドストランド等を用いて抄紙されたペーパーであってもよい。連続繊維の場合は、織編物、ストランドの一方方向配列シート状物及び多軸織物等のシート状、または不織布状でマトリックス樹脂中に含有されていることも好ましい。なお、多軸織物とは、一般に、一方向に引き揃えた繊維強化材の束をシート状にして角度を変えて積層したもの（多軸織物基材）を、ナイロン糸、ポリエステル糸、ガラス繊維糸等のステッチ糸で、この積層体を厚さ方向に貫通して、積層体の表面と裏面の間を表面方向に沿って往復しステッチした織物をいう。該繊維強化複合材料成形体を構成する繊維強化材料は、強化繊維がランダムに分散したものあるいは特定の繊維配向をしたものでもよく、強化繊維が面配向したものあるいは一軸配向したもの、あるいはそれらの組み合わせ、あるいはそれらの積層体であることが好ましい。

本発明のシートバックフレーム構造における繊維強化複合材料は、繊維強化複合材料の部分と樹脂のみの部分との積層体やサンドイッチ構造にすることもできる。サンドイッチ構造の場合は、コア部材が複合材料であって表皮部材が樹脂であっても良く、逆にコア部材が樹脂のみの部分であって、表皮部材が複合材料であっても良い。

［マトリックス樹脂］
本発明のシートバックフレーム構造に用いられるマトリックス樹脂は、熱可塑性樹脂もしくは熱硬化性樹脂であり、好ましくは熱可塑性樹脂またはそれらの組成物である。具体的には、ポリカーボネート樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ポリ乳酸、ポリアミド樹脂、ＡＳＡ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリフェニレンオキサイド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、およびこれらの樹脂から選ばれる２種類以上の混合物（樹脂組成物）等からなる群から選択された少なくとも１種が挙げられるが特に制限はない。上記の樹脂組成物としては、ポリカーボネート樹脂とポリエステル樹脂の組成物、ポリカーボネートとＡＢＳ樹脂との組成物、ポリフェニレンエーテル樹脂とポリアミド樹脂の組成物、ポリアミド樹脂とＡＢＳ樹脂の組成物、およびポリエステル樹脂とナイロン樹脂の組成物等からなる群から選択された少なくとも１種が好ましい。

［強化繊維］
本発明のシートバックフレーム構造に用いられる強化繊維としては、ガラス繊維、ポリエステル繊維、ポリオレフィン繊維、炭素繊維、パラ系アラミド繊維、メタ系アラミド繊維、ボロン繊維、アゾール繊維、アルミナ繊維等からなる群から選択された少なくとも１種が好ましいものとして挙げられ、特に好ましくは比強度と比弾性に優れる炭素繊維である。

［シートバックフレーム構造］
本発明のシートバックフレーム構造は、主たる構造が繊維強化複合材料からなるシートバックフレーム１と金属製のリトラクタ支持ブラケット６を備え、リトラクタ２が金属製のリトラクタ支持ブラケット６を介してシートバックフレーム１に取り付けられたシートバックフレーム構造であって、リトラクタ支持ブラケット６にシートベルト巻き出し用ガイド３が一体化されたものである。シートバックフレーム構造の好ましい第１の実施形態としては、パネル体とその外周部に配置されたフレーム体を有するもの、好ましい第２の実施形態としてはモノコック形状体からなるもの、好ましい第３の実施形態としてはパネル体とその外周部に配置されたフレーム体に加えリトラクタの周囲に一体的に配置されたフレーム体を有するものが挙げられる。第３の実施形態におけるリトラクタの周囲に一体的に配置されたフレーム体は、リトラクタを確実に保持する機能を担うものであり、またリトラクタ支持ブラケットをシートバックフレームに嵌合を含む方法で接合する場合には、嵌合部としての機能も有する。

本発明のシートバックフレーム構造の好ましい実施形態例について図面も参照の上詳細説明するが、本発明はこれらに制限されるものではない。
シートバックフレーム１は、第１または第３の実施形態（図２〜５および図１０〜１３）に示すようにパネル体１Ｂとその外周部に配置されたフレーム体１Ａを有してもよく、第２の実施形態（図６〜９）に示すようにモノコック形状体１Ｃであっても良く、それ以外の形状であっても良い。また、一体成形されていても良く、複数の部材が組み合わされて構成されていても良い。

シートバックフレーム１は、シートバックフレーム１を回転自在に取り付けるためのヒンジ機構７を有していても良く、また、シートバックフレーム１をほぼ直立した状態に保つための保持機構８を有しても良い。ヒンジ機構７と保持機構８は一般的には金属で製造されるが、樹脂や繊維強化複合材料で製造することも可能である。

シートバックフレーム１の主たる構造とは荷重の大部分を受け持つ構造のことであり、例として、第１または第３の実施形態（図５または図１３参照）においてはフレーム体１Ａ、第２の実施形態（図９参照）においてはスキン体１Ｄ（図９参照）が挙げられる。主たる構造以外の部分については、作用する荷重の度合いに応じて、繊維強化複合材料であっても良く、樹脂であっても良く、金属であっても良い。

［フレーム体］
本発明のシートバックフレーム構造におけるシートバックフレーム１が、例えば第１または第３の実施形態のようにパネル体１Ｂとその外周部に配置されたフレーム体１Ａを有している場合、フレーム体１Ａは、繊維強化複合材料で構成されていることが好ましく、その形状はシートバックフレーム構造に応じたものになり、例えば略方形、台形、逆台形などが挙げられる。角部の形状は曲率を有していても、直線を基調としたものでも良い。フレーム体１Ａの形状としては開断面形状もしくは閉断面形状が挙げられる。ここで開断面形状とは断面が開いた形状のものであり、閉断面形状とは断面が閉じた形状のものである。開断面形状としては、ハット形状、Ｕ字形状、Ｖ字形状などが挙げられ、パネル体１Ｂとの接合部を有した構造とすることが好ましい。開断面形状としては、丸パイプ形状、角パイプ形状などが挙げられ、一体成形されていてもよく、複数の開断面形状を接合して閉断面形状としていても良い。フレーム体１Ａの断面形状がハット形状の例（図１４）をとり、厚みなどの定義を説明する。フレーム体１Ａの厚み（記号１２）は特に限定はないが、強度と軽量化のバランスから、１〜６ｍｍ程度が望ましい。５ｍｍ以下とすることが好ましく、より好ましくは４ｍｍ以下である。開断面の高さ（記号１３）は特に限定はないが、好ましくは１０ｍｍ以上、１００ｍｍ以下、より好ましくは４０ｍｍ以上、６０ｍｍ以下である。開断面の幅（記号１４）は１０ｍｍ以上、１００ｍｍ以下、より好ましくは２０ｍｍ以上、４０ｍｍ以下である。接合部の幅（記号１５）は接合が可能であれば良いが、具体的には５ｍｍ以上、５０ｍｍ以下、より好ましくは１０ｍｍ以上、３０ｍｍ以下である。これらはフレーム体において一様であっても、フレームの部位によって適宜選択しても良い。このような形状とすることにより、フレーム体の変形性を高めることができるため、効率的なエネルギー吸収が可能となる。

断面形状について、例えば型を用いたプレス成形を行う観点から本発明の目的を損なわない範囲で抜き勾配を任意に加えることもできる。フレーム体１Ａの内部には、ハニカム材、発泡樹脂、紙などを充填することも可能である。

［パネル体］
本発明のシートバックフレーム構造におけるシートバックフレーム１が、例えば第１または第３の実施形態のようにパネル体１Ｂとその外周部に配置されたフレーム体１Ａを有している場合、パネル体１Ｂは軽量でエネルギー吸収に優れていれば良く、金属、樹脂などから選択できる。金属の場合は高張力鋼鈑やアルミなどが好ましい。樹脂の場合は、成形性、生産性、加工性に優れる点から熱可塑性樹脂であることが好ましい。さらにパネル体１Ｂは繊維強化複合材料であってもよく、強化繊維として有機長繊維、マトリックスとして熱可塑性樹脂を含む繊維強化複合材料とすることが好ましい。

パネル体１Ｂは略平板形状であり、一枚板であっても積層体であっても良い。積層体の場合は、同種部材の積層であっても、異種部材の積層体やサンドイッチ構造であっても良い。また、必要に応じてリブを設けることも出来る。パネル体１Ｂの厚みはとくに限定はないが、強度と軽量化のバランスから、１〜５ｍｍ程度が望ましい。

［モノコック形状体］
本発明のシートバックフレーム構造におけるシートバックフレーム１が例えば第２の実施形態のようにモノコック形状体１Ｃである場合、モノコック形状体１Ｃはコア体１Ｅの周囲にスキン体１Ｄを配置した構造体であることが好ましい。（図６〜９に具体例を示す。）スキン体１Ｄはコア体１Ｅを完全に被覆していることが好ましいが、一部が露出していても良い。スキン体１Ｄは繊維強化複合材料で構成するのが好ましく、コア体１Ｅはハニカム材、発泡樹脂、紙など低比重の材料で構成するのが好ましい。スキン体１Ｄとコア体１Ｅは型内で一体成形されていてもよく、複数に分割されたスキン体１Ｄとコア体１Ｅが組み合わされて構成されていても良い。モノコック形状体１Ｃの厚みはとくに限定はないが、強度と軽量化のバランスから、１０〜１００ｍｍ程度が望ましい。スキン体１Ｅの厚みもとくに限定はないが、強度と軽量化のバランスから、１〜６ｍｍ程度が望ましい。スキン体１Ｅの厚みは、５ｍｍ以下とすることが好ましく、より好ましくは４ｍｍ以下である。

［リトラクタ支持ブラケット］
リトラクタ支持ブラケット６は、リトラクタ２を固定するためのリトラクタ締結部４をもつ金属製の部材であり、鉄やアルミが好ましく用いられる。リトラクタ２の締結方法として、ボルト・ナット接合が好ましく用いられる。製造方法としては、切削加工、プレス加工方法、鋳造方法などが好ましく用いられ、複数の金属部材が溶接、リベット、ボルト・ナット、接着などの方法によって接合されていても良い。厚みは特に限定は無いが、５ｍｍ以下の金属板で製造されるのが好ましく、厚み１〜３ｍｍが特に好ましい。必要な強度を確保した上で、軽量化のための肉抜き加工や減肉加工が施されていても良い。

リトラクタ締結部４は少なくとも１つ以上があればよく、リトラクタ２のガタつきを抑えるための補助的な締結部４Ｂがあっても良い。この場合、補助的な締結部４Ｂに作用する荷重は主たる締結部４に比べて小さくなるため、補助的な締結部４Ｂはリトラクタ支持ブラケット６上に一体化されても良いし、リトラクタ支持ブラケット６以外の部位、例えばシートバックフレーム１上に設けられても良い。本発明で重要なのは、主たるリトラクタ締結部４がリトラクタ支持ブラケット６上に設けられているということである。

リトラクタ支持ブラケット６の上端には、シートベルト５を任意の位置から巻きだすための巻き出し用ガイド３が一体化される。巻き出し用ガイド３の形状は任意であり、図２〜図５に示すようにリトラクタ支持ブラケット６の一部がその機能を有するものであっても良く、図６〜図１３に示すように別体型のガイドバー形状のものがリトラクタ支持ブラケット６に溶接、接着、機械的締結などの方法によって接合されて一体化されていても良い。ここで重要なのは、リトラクタのボルト・ナット締結部４と巻き出し用ガイド３の間に作用するシートベルト５による張力を、金属製のリトラクタ支持ブラケット６が負担することである。

リトラクタ支持ブラケット６は図２〜図５に示すようにシートベルト５を通す中空構造（Ａ）９を有しても良く、この場合は前述のシートベルト５による張力を効率的に受け止めることができるため、リトラクタ支持ブラケット６の板厚を減らすことが可能となり、一層の軽量化が実現できる。この場合、中空構造の幅と高さはシートベルトのタングの寸法よりも大きくするのが好ましく、高さ１０〜３０ｍｍ程度、幅６０〜９０ｍｍ程度とするのが好ましい。

リトラクタ支持ブラケット６は図２〜図５に示すように締結部補強のための中空構造（Ｂ）１０を有していても良く、この場合も前述のシートベルト５による張力を効率的に受け止めることができるため、リトラクタ支持ブラケット６の板厚を減らすことが可能となり、一層の軽量化が実現できる。この場合、中空構造の高さと幅は任意で選択可能であるが、幅１０〜７０ｍｍ程度、高さ１〜２０ｍｍ程度とするのが好ましい。

［リトラクタ支持ブラケットのシートバックフレームへの取り付け方法］
リトラクタ支持ブラケット６のシートバックフレーム１への取り付け方法としては、接着、溶着、機械的締結などによって接合することが可能である。また、あらかじめ製造したリトラクタ支持ブラケット６をインサート部品として型内に挿入し、インサート成形によって型内で接合することも可能である。この際、リトラクタ支持ブラケット６に接合強度を高めるための表面処理を施すことも可能である。

リトラクタ支持ブラケット６には、シートベルト５の張力に起因する大荷重が作用することから、上記の接合方法に加え、嵌合による接合を併用することが好ましい。この場合、図５に示すように開断面形状を有するフレーム体１Ａの内面にリトラクタ支持ブラケット６の一部１１を嵌合させても良く、図９や図１３に示すように凹部を有するモノコック形状体１Ｃやフレーム体１Ａにリトラクタ支持ブラケットの一部１１を嵌合させても良い。リトラクタ支持ブラケット６をシートバックフレーム１に確実に固定するためには、リトラクタ支持ブラケットがシートバックフレームを構成する部材の一部に挟み込まれて固定されていることが好ましく、さらにはシートバックフレーム１が接合された複数の部材で構成されており、リトラクタ支持ブラケット６が該部材のうち少なくとも２つに挟み込まれていることも好ましい。この場合、シートバックフレーム１がパネル体１Ｂとその外周部に配置されたフレーム体１Ａを有し、リトラクタ支持ブラケット６がパネル体１Ｂとフレーム体１Ａとに挟み込まれた構造とすることもできる。このような構造とすることにより、車両衝突時にシートベルト５に作用する車両進行方向への荷重を高強度なフレーム体１Ａに効率的に伝達することが可能となる。

［本発明が適用可能な部位］
本発明のシートバックフレーム構造は、ワゴン型車両やハッチバック型車両のリアシートに好適に適用することが可能だが、それ以外の車両、例えばセダン型車両に適用しても良い。また、フロントシートに適用することも可能である。

１ シートバックフレーム
１Ａ フレーム体
１Ｂ パネル体
１Ｃ モノコック形状体
１Ｄ スキン体
１Ｅ コア体
２ リトラクタ
３ 巻き出し用ガイド
４ リトラクタ締結部
４Ｂ リトラクタ締結部（補助）
５ シートベルト
６ リトラクタ支持ブラケット
７ ヒンジ機構取り付け部
８ 保持機構取り付け部
９ 中空構造（Ａ）
１０ 中空構造（Ｂ）
１１ 嵌合部
１２ フレーム体の厚み
１３ 開断面の高さ
１４ 開断面の幅
１５ 開断面の接合部の幅

Claims (8)

1. 繊維強化複合材料からなるパネル体、及び該パネル体とは別体として形成され、かつ該パネル体の外周部に配置された繊維強化複合材料からなるフレーム体を有するシートバックフレームと、金属製のリトラクタ支持ブラケットとを備え、リトラクタが該リトラクタ支持ブラケットを介して該シートバックフレームに取り付けられた車両用シートバックフレーム構造であって、該リトラクタ支持ブラケットが該パネル体と該フレーム体とに挟み込まれて固定されており、かつ該リトラクタ支持ブラケットにシートベルト巻き出し用ガイドが一体化されたことを特徴とする車両用シートバックフレーム構造。
2. 前記リトラクタ支持ブラケットの周囲に一体的に配置されたフレーム体を備える、請求項１に記載の車両用シートバックフレーム構造。
3. 該リトラクタ支持ブラケットが該シートバックフレームに少なくとも嵌合を含む接合方法で取り付けられている請求項１又は２記載の車両用シートバックフレーム構造。
4. 該リトラクタ支持ブラケットがシートベルトを通す中空構造（Ａ）を有している請求項１〜３のいずれかに記載の車両用シートバックフレーム構造。
5. 該リトラクタ支持ブラケットがリトラクタ締結部補強のための中空構造（Ｂ）を有している請求項１〜４のいずれかに記載の車両用シートバックフレーム構造。
6. 該繊維強化複合材料の強化繊維が炭素繊維である請求項１〜５のいずれかに記載の車両用シートバックフレーム構造。
7. 該繊維強化複合材料のマトリックス樹脂が熱可塑性樹脂である請求項１〜６のいずれかに記載の車両用シートバックフレーム構造。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の車両用シートバックフレーム構造を有するワゴン型車両またはハッチバック型車両のリアシート。

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