JP2009178997A

JP2009178997A - 繊維強化樹脂補強鋼板の製造方法及び繊維強化樹脂補強鋼板

Info

Publication number: JP2009178997A
Application number: JP2008021825A
Authority: JP
Inventors: Masato Miyamoto; 真人宮本
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2008-01-31
Filing date: 2008-01-31
Publication date: 2009-08-13

Abstract

【課題】少ない工程で短時間に製造することができる繊維強化樹脂補強鋼板の製造技術を提供することを課題とする。
【解決手段】鋼板１２に繊維強化樹脂を貼り合せて補強した繊維強化樹脂補強鋼板の製造方法において、硬化させる前の未硬化繊維強化樹脂１１の少なくとも一面に鋼板１２を貼合せ未硬化樹脂鋼板１３を得る工程と、得られた未硬化樹脂鋼板１２を所定の形状に成形する工程と、未硬化樹脂鋼板１３に被溶接材を載せ、この被溶接材と鋼板１２とで未硬化繊維強化樹脂１１を挟んだ形態で被溶接材を鋼板１２に溶接する工程と、得られた溶接物を硬化させる工程とからなることを特徴とする。
【効果】未硬化樹脂鋼板を所定の形状に加工する。繊維強化樹脂が未硬化であるため、１の工程で繊維強化樹脂及び鋼板を成形することができる。工程数を削減することができ繊維強化樹脂補強鋼板を短時間で製造することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、鋼板に繊維強化樹脂を貼り合せて補強した繊維強化樹脂補強鋼板の製造技術に関する。

鋼板の強度、剛性を高めること及び軽量化を目的として、鋼板に繊維強化樹脂を貼り合せて補強した繊維強化樹脂補強鋼板が用いられる。

従来繊維強化樹脂補強鋼板としてＦＲＰ材補強複合材料が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平９−１６４６３２号公報（第２頁）

特許文献１の請求項１によれば、このＦＲＰ材補強複合材料は「チタン製又はジルコニウム製の金属薄板の一面に、アクリル樹脂系接着剤を介してＦＲＰ材の積層体を設けてなる複合材料。」とある。

このようなＦＲＰ材補強複合材料によれば、「チタン板又はジルコニウム板の補強材としてＦＲＰ材を使用することにより強度の大きい複合材料が得られる。」（特許文献１段落番号［００２０］第２行〜第４行）。

ところで、このようなＦＲＰ材補強複合材料を製造するには、所定の形状に成形した金属板及び所定の形状に成形し硬化させたＦＲＰ材を貼合わせる必要があり、最終製品が製造されるまでに多数の工程及び多くの時間を必要とする。

少ない工程で短時間に製造することができる繊維強化樹脂補強鋼板の製造技術が望まれる。

本発明は、少ない工程で短時間に製造することができる繊維強化樹脂補強鋼板の製造技術を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、鋼板に繊維強化樹脂を貼り合せて補強した繊維強化樹脂補強鋼板の製造方法において、
硬化させる前の未硬化繊維強化樹脂の少なくとも一面に前記鋼板を貼合せ未硬化樹脂鋼板を得る準備工程と、
得られた未硬化樹脂鋼板を所定の形状に成形するプレス工程と、
前記未硬化樹脂鋼板に被溶接材を載せ、この被溶接材と前記鋼板とで前記未硬化繊維強化樹脂を挟んだ形態で被溶接材を前記鋼板に溶接する溶接工程と、
得られた溶接物を硬化させる硬化工程と、からなることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、繊維強化樹脂に用いられる補強繊維は、炭素繊維又は金属繊維であることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２記載の方法で製造されたことを特徴とする。

請求項１に係る発明では、未硬化樹脂鋼板を所定の形状に加工する。繊維強化樹脂が未硬化であるため、１の工程で繊維強化樹脂及び鋼板を成形することができる。工程数を削減することができ繊維強化樹脂補強鋼板を短時間で製造することができる。

請求項２に係る発明では、繊維強化樹脂に用いられる補強繊維は、炭素繊維又は金属繊維である。炭素繊維及び金属繊維は通電性を有する。溶接に電気抵抗溶接を用いる場合に、炭素繊維及び金属繊維が溶接に寄与し強く接合された繊維強化樹脂補強鋼板を得ることができる。即ち、せん断方向にかかる力に対して、高い強度を持つ繊維強化樹脂補強鋼板を製造することができる。

請求項３に係る発明では、繊維強化樹脂補強鋼板は、請求項１又は請求項２記載の方法で製造される。即ち、未硬化樹脂鋼板を所定の形状に加工する。未硬化繊維強化樹脂を成形するため、得られる繊維強化樹脂補強鋼板の形状の自由度が高い。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
図１は本発明に係る繊維強化樹脂補強鋼板の製造方法を説明する図であり、繊維強化樹脂補強鋼板を製造するには、まず（ａ）に示すように硬化させる前の未硬化繊維強化樹脂１１と、鋼板１２とを準備し未硬化繊維強化樹脂１１及び鋼板１２とを貼合わせ未硬化樹脂鋼板１３を得る。

次に（ｂ）に示すように上型１４及び下型１５から構成される成形機１６に未硬化樹脂鋼板１３をセットし、（ｃ）に示すように成形機１６を作動させることにより未硬化樹脂鋼板１３を所定の形状に成形する。

図２は本発明に係る溶接工程を説明する図であり、（ａ）に示すように未硬化繊維強化樹脂１１に被溶接材１８を載せ、上部電極２１及び下部電極２２により鋼板１２、未硬化繊維強化樹脂１１及び被溶接材１８を挟んだ上で、上部電極２１から下部電極２２に電気を流し溶接を行うことにより溶接物２３を得る。

（ｂ）は（ａ）のｂ部拡大図であり、電気を流した際にはその抵抗熱により鋼板１２、未硬化繊維強化樹脂１１及び被溶接材１８の一部が溶融しナゲット２４が形成される。溶接物２３の接合にナゲット２４が寄与している。

なお、スポット溶接を例に溶接工程を説明したが、スポット溶接を含む抵抗溶接の他、高エネルギービーム溶接や超音波溶着を用いても溶接工程を行うことができる。即ち、溶接工程に用いられる溶接方法はスポット溶接に限られず様々な溶接方法を用いることができる。

溶接工程に電気抵抗溶接を用いる場合には、未硬化繊維強化樹脂１１に用いられる補強繊維は、炭素繊維又は金属繊維であることが望ましい。炭素繊維及び金属繊維は通電性を有する。溶接に電気抵抗溶接を用いる場合に、炭素繊維及び金属繊維が溶接に寄与し強く接合された繊維強化樹脂補強鋼板を得ることができる。即ち、せん断方向にかかる力に対して、高い強度を持つ繊維強化樹脂補強鋼板を製造することができる。

図３は本発明に係る硬化工程を説明する図であり、溶接物２３を硬化させるには例えばオートクレーブ２５内に溶接物２３を配置し、熱を加えることにより溶接物２３を硬化させる。

図４は本発明に係る繊維強化樹脂補強鋼板の斜視図であり、溶接物（図３の溶接物２３）を硬化させると、鋼板１２に繊維強化樹脂２７を貼合わせて補強した繊維強化樹脂補強鋼板３０を得ることができる。

未硬化樹脂鋼板を所定の形状に加工する。繊維強化樹脂が未硬化であるため、１の工程で繊維強化樹脂及び鋼板を成形することができる。工程数を削減することができ繊維強化樹脂補強鋼板３０を短時間で製造することができる。

加えて、未硬化繊維強化樹脂を成形するため、得られる繊維強化樹脂補強鋼板３０の形状の自由度が高い。
このようにして製造した繊維強化樹脂補強鋼板３０のせん断方向にかかる力に対しての強度を計測する実験を行った。次図以降で実験について説明する。

本発明に係る実験例を以下に述べる。なお、本発明は実験例に限定されるものではない。
図５は本発明に係る繊維強化樹脂補強鋼板の実験に用いたテストピースについて説明する図であり、まず（ａ）に示されるように、テストピースの基となる鋼板１２、未硬化繊維強化樹脂１１及び被溶接材１８を準備した。テストピースは複数の異なる条件で製造する。準備した鋼板１２等の条件は以下の通りである。

○共通条件：
鋼板の厚さ：ｔ１＝０．５ｍｍ
鋼板の種類：２７０ＭＰａ級鋼板
未硬化繊維強化樹脂の厚さ：ｔ２＝０．３ｍｍ
被溶接材の厚さ：ｔ３＝０．５ｍｍ
被溶接材の種類：２７０ＭＰａ級鋼板

○比較例：
補強繊維：ガラス繊維
樹脂：エポキシ

○実施例１：
補強繊維：炭素繊維
樹脂：エポキシ

○実施例２：
補強繊維：炭素繊維
樹脂：エポキシ
添加物：カーボンブラック

○参考例：
繊維：ガラス繊維及び炭素繊維

比較例では補強繊維にガラス繊維を用い、実施例１及び２では炭素繊維を用いた。
実施例２の場合のみ樹脂にカーボンブラックを添加した。
参考例では樹脂を用いず、繊維のみを配置した。

次に（ｂ）に示されるように鋼板１２及び未硬化繊維強化樹脂１１を貼合わせた上で被溶接材１８を載せ、（ｃ）に示されるように電極２１、２２で加圧しながらスポット溶接を以下に示す条件で行った。

○スポット溶接の条件
電極：銅電極
電極径：Ｄ１＝Ｄ２＝１６ｍｍ
溶接電流：１０ｋＡ
加圧力：２５０ｋｇ
通電サイクル：１０サイクル

次に溶接体を図３に示されるようにオートクレーブで熱硬化させテストピースを得た。
図６は本発明に係る繊維強化樹脂補強鋼板の実験を説明する図であり、まず（ａ）に示される様にテストピース３２を準備し、（ｂ）に示されるようにせん断方向にＦの力でテストピース３２に荷重をかけ続ける。

（ｃ）に示すように破綻した際のテストピース３２に掛かっていた荷重を、せん断強さＦｍａｘ（Ｎ）として計測した。
以上の実験の結果を表１に示す。

補強繊維にガラス繊維を用いた比較例では、鋼板、被溶接材及び繊維強化樹脂が溶接されず、せん断強さＦｍａｘを計測することができなかった。
一方、補強繊維に炭素繊維を用いた実施例１及び２並びに樹脂を用いずガラス繊維及び炭素繊維のみからなる参考例は、溶接することができ、せん断強さＦｍａｘを計測することができた。

実施例１及び２では、カーボンブラックを添加した実施例２の方がせん断強さＦｍａｘの値が５１６３（Ｎ）とＦｍａｘが９５０（Ｎ）である実施例１よりも大きかった。炭素は通電性を有するため、カーボンブラックが添加された実施例２の方が通電量が大きく、結果としてせん断強さＦｍａｘの値が大きくなったものと思われる。

これは実施例１及び２の未硬化繊維強化樹脂の厚さ方向の電気抵抗Ｒの値を比較してもいうことができる。実施例１では抵抗Ｒが２７０（Ω）であり実施例２の４０（Ω）よりも大きかった。即ち、Ｒの値が小さかった実施例２の方がより多くの電流が流れたということができる。

このことは参考例、実施例１及び２を比較すると更に顕著である。即ち、参考例において抵抗Ｒは１３（Ω）で最小であり、せん断強さＦｍａｘは６０６１（Ｎ）で最高であった。

炭素繊維及び金属繊維は通電性を有する。溶接に電気抵抗溶接を用いる場合に、炭素繊維及び金属繊維が溶接に寄与し、強く接合された繊維強化樹脂補強鋼板を得ることができる。即ち、せん断方向にかかる力に対して、高い強度を持つ繊維強化樹脂補強鋼板を製造することができる。

尚、本発明に係る繊維強化樹脂補強鋼板は、車両の他二輪車、船体、自転車にも適用可能であり、用途はこれらのものに限られない。

本発明の繊維強化樹脂補強鋼板は、車体ボディに好適である。

本発明に係る繊維強化樹脂補強鋼板の製造方法を説明する図である。本発明に係る溶接工程を説明する図である。本発明に係る硬化工程を説明する図である。本発明に係る繊維強化樹脂補強鋼板の斜視図である。本発明に係る繊維強化樹脂補強鋼板の実験に用いたテストピースについて説明する図である。本発明に係る繊維強化樹脂補強鋼板の実験を説明する図である。

符号の説明

１１…未硬化繊維強化樹脂、１２…鋼板、１３…未硬化樹脂鋼板、１８…被溶接材、２３…溶接物、２７…繊維強化樹脂、３０…繊維強化樹脂補強鋼板。

Claims

鋼板に繊維強化樹脂を貼り合せて補強した繊維強化樹脂補強鋼板の製造方法において、
硬化させる前の未硬化繊維強化樹脂の少なくとも一面に前記鋼板を貼合せ未硬化樹脂鋼板を得る準備工程と、
得られた未硬化樹脂鋼板を所定の形状に成形するプレス工程と、
前記未硬化樹脂鋼板に被溶接材を載せ、この被溶接材と前記鋼板とで前記未硬化繊維強化樹脂を挟んだ形態で被溶接材を前記鋼板に溶接する溶接工程と、
得られた溶接物を硬化させる硬化工程と、からなることを特徴とする繊維強化樹脂補強鋼板の製造方法。
前記繊維強化樹脂に用いられる補強繊維は、炭素繊維又は金属繊維であることを特徴とする請求項１記載の繊維強化樹脂補強鋼板の製造方法。
請求項１又は請求項２記載の方法で製造されたことを特徴とする繊維強化樹脂補強鋼板。