JP2013123873A - 繊維強化樹脂部材および繊維強化樹脂部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 閉断面を有する高強度で軽量な繊維強化樹脂部材を低コストで提供する。
【解決手段】 第１底部１３ａおよび一対の第１側部１３ｂを有するカップ状断面の本体部材１３と、第２底部１４ａおよび前記一対の第１側部１３ｂの一部と同一形状の一対の第２側部１４ｂを有するカップ状断面の蓋部材１４とを繊維強化樹脂のプリプレグから金型で成形し、一対の第１側部１３ｂの内面の先端部に一対の第２側部１４ｂの外面を結合することで、閉断面を有する高強度で軽量な繊維強化樹脂部材１２を得ることができる。また本体部材１３および蓋部材１４は同一の金型で成形されるので、金型の費用を節減してコストダウンが可能になる。しかも本体部材１３の一対の第１側部１３ｂの開口部が蓋部材１４の第２底部１４ａで直接接続されるので、二つのハット状断面の部材の開口部どうしを結合して閉断面を構成する場合に比べて、本体部材１３の口開きを抑制して剛性を高めることができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、繊維強化樹脂部材よりなる本体部材および蓋部材を結合して閉断面に構成した繊維強化樹脂部材と、その繊維強化樹脂部材の製造方法とに関する。

車体前方に向けて突出する複数の段付きテーパー状の凸部を有するを同一形状の３個の樹脂シートを、前方の樹脂シートの凸部の内面に後方の樹脂シートの凸部の外面を嵌合することで相互に結合してバンパーリインフォースメントを構成するものが、下記特許文献１により公知である。

特開平１１−１１２３９号公報

ところで上記特許文献１に記載された技術を、合成樹脂製のロールバーのような単純な閉断面を有する部材に適用した場合、結合する複数の樹脂シートが同一形状であると性能に寄与する度合いが低い部分が発生することが避けられないため、ロールバーの重量や寸法に無駄が発生する可能性がある。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、閉断面を有する高強度で軽量な繊維強化樹脂部材を低コストで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、繊維強化樹脂のプリプレグから成形型で第１底部および一対の第１側部を有するカップ状断面の本体部材を成形するとともに、繊維強化樹脂のプリプレグから前記成形型と同一の成形型で前記第１底部と同一形状の第２底部および前記一対の第１側部の一部と同一形状の一対の第２側部を有するカップ状断面の蓋部材を成形し、前記一対の第１側部の内面の先端部に前記一対の第２側部の外面を結合して閉断面に構成したことを特徴とする繊維強化樹脂部材が提案される。 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、前記繊維強化樹脂部材は、前記本体部材が開口する方向に対して直交する方向に湾曲することを特徴とする繊維強化樹脂部材が提案される。

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、前記蓋部材は、前記成形型で成形した部材の一対の側部の一部を切断したものであることを特徴とする繊維強化樹脂部材が提案される。

また請求項４に記載された発明によれば、請求項１または請求項２の構成に加えて、前記蓋部材は、前記本体部材を成形するプリプレグよりも小さいプリプレグを前記成形型で成形したものであることを特徴とする繊維強化樹脂部材が提案される。

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項の構成に加えて、前記繊維強化樹脂部材の内部に補強部材を配置したことを特徴とする繊維強化樹脂部材が提案される。

また請求項６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項の構成に加えて、繊維強化樹脂のプリプレグから前記成形型と同一の成形型で前記第１底部と同一形状の第３底部および前記一対の第１側部の一部と同一形状の一対の第３側部を有するカップ状断面の他の蓋部材を成形し、前記一対の第２側部の先端を前記一対の第１側部から突出させ、前記一対の第２側部に前記一対の第３側部を結合したことを特徴とする繊維強化樹脂部材が提案される。

また請求項７に記載された発明によれば、請求項６の構成に加えて、前記他の蓋部材の一対の第３側部に、更に他の蓋部材の前記一対の第３側部を結合したことを特徴とする繊維強化樹脂部材が提案される。

また請求項８に記載された発明によれば、請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の繊維強化樹脂部材の製造方法であって、前記本体部材および前記蓋部材の断面形状を決定する工程と、前記本体部材および前記蓋部材の板厚および抜き勾配を決定する工程と、前記本体部材および前記蓋部材を成形する工程と、前記本体部材および前記蓋部材を結合する工程とを含むことを特徴とする繊維強化樹脂部材の製造方法が提案される。

尚、実施の形態のロールバー１２は本発明の繊維強化樹脂部材に対応し、実施の形態の金型１６は本発明の成形型に対応する。

請求項１の構成によれば、第１底部および一対の第１側部を有するカップ状断面の本体部材と、第２底部および前記一対の第１側部の一部と同一形状の一対の第２側部を有するカップ状断面の蓋部材とを繊維強化樹脂のプリプレグから成形型で成形し、一対の第１側部の内面の先端部に一対の第２側部の外面を結合することで、閉断面を有する高強度で軽量な繊維強化樹脂部材を得ることができる。また本体部材および蓋部材は同一の成形型で製造されるので、成形型の費用を節減してコストダウンが可能になる。しかも本体部材の一対の第１側部の開口部が蓋部材の第２底部で直接接続されるので、二つのハット状断面の部材の開口部どうしを結合して閉断面を構成する場合に比べて、本体部材の口開きを抑制して剛性を高めることができる。

また請求項２の構成によれば、繊維強化樹脂部材は本体部材が開口する方向に対して直交する方向に湾曲するので、同一の成形型で成形した湾曲形状の本体部材および蓋部材を結合することができる。

また請求項３の構成によれば、成形型で成形した部材の一対の側部の一部を切断することで蓋部材を構成するので、成形型の種類を一種類で済ませてコストダウンを図ることができる。

また請求項４の構成によれば、本体部材を成形するプリプレグよりも小さいプリプレグを成形型で成形することで蓋部材を構成するので、成形型の種類が一種類で済むだけでなく、プリプレグの無駄を最小限に抑えることができる。

また請求項５の構成によれば、繊維強化樹脂部材の内部に補強部材を配置したので、補強部材で繊維強化樹脂部材を補強することが可能になるだけでなく、本体部材は一面が開放しているので、そこから補強部材を挿入することが容易である。

また請求項６の構成によれば、繊維強化樹脂のプリプレグから同一の成形型で第１底部と同一形状の第３底部および一対の第１側部の一部と同一形状の一対の第３側部を有するカップ状断面の他の蓋部材を成形し、一対の第１側部から突出させた一対の第２側部に他の蓋部材の一対の第３側部を結合したので、日字状断面の繊維強化樹脂部材を低コストで製造することができる。

また請求項７に記載された発明によれば、他の蓋部材の一対の第３側部に、更に他の蓋部材の一対の第３側部を結合したので、目字状断面の繊維強化樹脂部材を低コストで製造することができる。

また請求項８の構成によれば、本体部材および蓋部材の断面形状を決定し、続いて本体部材および蓋部材の板厚および抜き勾配を決定し、続いて本体部材および蓋部材を成形し、続いて本体部材および蓋部材を結合するので、所望の形状の繊維強化樹脂部材を効率的に製造することができる。

繊維強化樹脂製のキャビンおよびロールバーを示す図。（第１の実施の形態） 図１の２−２線拡大断面図。（第１の実施の形態） 繊維強化樹脂を成形する金型およびロールバーの製造工程を示す図。（第１の実施の形態） ロールバーの製造工程を示すフローチャート。（第１の実施の形態） 図２に対応する図。（第２の実施の形態） 図２に対応する図。（第３の実施の形態）

以下、図１〜図４に基づいて本発明の第１の実施の形態を説明する。

図１に示すように、ＣＦＲＰ（カーボン繊維強化樹脂）製の自動車のキャビン１１の後部に、同じくＣＦＲＰ製のロールバー１２の両端部が固定される。ロールバー１２は深いカップ状断面の本体部材１３と、浅いカップ状断面の蓋部材１４とを結合して閉断面に構成される。

図２に示すように、本体部材１３は第１底部１３ａおよび一対の第１側部１３ｂ，１３ｂを有する深いカップ状断面の部材であって、一対の第１側部１３ｂ，１３ｂは金型成形のための抜き勾配を得るために、その開口部側に向かって相互間の距離が増加するように僅かに拡開している。蓋部材１４は本体部材１３と同一の金型を用いて成形した製品の一部を切断したものであり、第２底部１４ａおよび一対の第２側部１４ｂ，１４ｂを有する浅いカップ状断面の部材である。蓋部材１４の一対の第２側部１４ｂ，１４ｂは、本体部材１３の一対の第１側部１３ｂ，１３ｂの一部に相当する。

本体部材１３の第１側部１３ｂ，１３ｂは所定の厚さおよび所定の抜き勾配を有するた、その第１側部１３ｂ，１３ｂの開口部の内面に蓋部材１４の一対の第２側部１４ｂ，１４ｂの外面を隙間なく嵌合することができ、その嵌合部で第１側部１３ｂ，１３ｂおよび第２側部１４ｂ，１４ｂを接着により結合することで、閉断面のロールバー１２を構成することができる。このとき、接着にリベット等の締結手段を併用することができる。

またロールバー１２は逆Ｕ字状に湾曲しているため、本体部材１３および蓋部材１４も同様に湾曲した形状となるが、その湾曲方向は本体部材１３および蓋部材１４が開口する方向（図２の矢印Ａ方向）に対して直交する方向であるため、湾曲した形状の本体部材１３および蓋部材１４を支障なく結合することができる。

図３（Ａ）に示すように、本体部材１３および蓋部材１４はプリプレグ１５を金型１６でプレス成形することで製造される。プリプレグ１５は、カーボンファイバー、グラスファイバー、アラミドファイバー等の繊維よりなる織布やＵＤ（繊維を一方向に引き揃えたシート）に半硬化の熱硬化性樹脂（エポキシ樹脂やポリエステル樹脂等）、もしくは熱可塑性樹脂（ナイロン６やポリプロピレン等の）を含浸させたもので、金型１６の形状になじむ柔軟性を有している。熱硬化性樹脂の場合、複数枚のプリプレグ１５…を積層状態で金型内に挿入して圧力を加えながら例えば１３０°Ｃ程度に加熱すると、熱硬化性樹脂が硬化して製品が得られる。熱可塑性樹脂の場合、予備加熱した複数枚のプリプレグ１５…を積層状態で金型内に挿入して加圧成形し、その後冷却すると製品が得られる。

尚、本体部材１３の第１側部１３ｂ，１３ｂの一部を切断することで蓋部材１４を得る代わりに、本体部材１３を成形するためのプリプレグ１５よりも小型のプリプレグ１５を同じ金型１６で成形することで蓋部材１４を得るようにすれば、蓋部材１４の第２側部１４ｂ，１４ｂの切断を不要にし、あるいは切断により除去する部分を少なくして工数の削減やプリプレグ１５の歩留りの向上が可能になる。

また本体部材１３および蓋部材１４を結合した後に、本体部材１３の第１側部１３ｂ，１３ｂからはみだす蓋部材１４の第２側部１４ｂ，１４ｂを切断しても、最終的に同じ閉断面のロールバー１２を得ることができる。

図４は、ロールバー１２の製造工程を説明するフローチャートであって、先ずステップＳ１で本体部材１３および蓋部材１４のカップ状断面の種類、即ちコ字状断面あるいはＵ字状断面を選択し、ステップＳ２でロールバー１２に要求される強度を得るための本体部材１３および蓋部材１４の寸法および板厚と、その板厚に応じて決まる抜き勾配とを決定する。続くステップＳ３で本体部材１３および蓋部材１４を金型１６で成形し（図３（Ｂ）参照）、ステップＳ４で本体部材１３および蓋部材１４を結合することで（図３（Ｃ）参照）、ロールバー１２を完成する（図３（Ｄ）参照）。

以上のように、本実施の形態によれば、ロールバー１２の本体部材１３および蓋部材１４を同一の金型１６で製造することができるので、金型１６の費用を節減してコストダウンが可能になるだけでなく、本体部材１３の一対の第１側部１３ｂ，１３ｂの開口部に蓋部材１４を直接結合して閉断面を構成するので、二つのハット状断面の部材の開口部どうしを結合して閉断面を構成する場合に比べて、本体部材１３の口開きを抑制して剛性を高めることができる。

次に、図５に基づいて本発明の第２の実施の形態を説明する。

第２の実施の形態はロールバー１２の内部に補強部材１７を配置したもので、図５（Ａ）の例はＣＦＲＰ製のハット状断面の補強部材１７で、本体部材１３の第１底部１３ａおよび蓋部材１４の第２底部１４ａを結合したものである。また図５（Ｂ）の例は、コ字状断面の補強部材１７の一対の側部１７ｂ，１７ｂの外面を、本体部材１３の第１側部１３ｂ，１３ｂの内面に結合したものである。この第２の実施の形態によれば、ロールバー１２を内側から補強して剛性を更に高めることができ、しかも本体部材１３が第１側部１３ｂ，１３ｂの先端間に大きな開口を有するため、その開口から補強部材１７を容易に組み付けることができる。

尚、図５（Ｂ）の例における補強部材１７は、蓋部材１４と類似の形状を有しているが、その底部１７ａを蓋部材１４の第２底部１４ａよりも小さくしないと、本体部材１３の内部に挿入することができない。よって、補強部材１７を本体部材１３および蓋部材１４と同じ金型１６で成形することはできず、別の金型が必要になる。

次に、図６に基づいて本発明の第３の実施の形態を説明する。

第１の実施の形態ではロールバー１２がロ字状の断面を有しているが、第３の実施の形態ではロールバー１２が日字状の断面あるいは目字状の断面を有している。

図６（Ａ）の例は、蓋部材１４の第２側部１４ｂ，１４ｂを本体部材１３の第１側部１３ｂ，１３ｂの先端から延長して突出させ、その蓋部材１４を新たな本体部材として、その第２側部１４ｂ，１４ｂに他の蓋部材１８の第３側部１８ｂ，１８ｂを結合したものである。従って、他の蓋部材１８の底部１８ａはロールバー１２の閉断面の一部を構成することになる。他の蓋部材１８は本体部材１３および蓋部材１４と同じ金型１６で成形することが可能なため、低コストで更に強度の高いロールバー１２を得ることができる。

図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の他の蓋部材１８を新たな本体部材として、前記他の側部１８ｂ，１８ｂに、本体部材１３および蓋部材１４と同じ金型１６で成形した更に他の蓋部材１８の第３側部１８ｂ，１８ｂを結合したものである。このように、付加する他の蓋部材１８…の数を増加させることで、ロールバー１２の強度を更に増加させることができる。

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、本発明の繊維強化樹脂部材は実施の形態のロールバー１２に限定されず、バンパービーム等の他の部材であっても良い。

また本体部材１３および蓋部材１４の材質はＣＦＲＰに限定されず、任意のＦＲＰで置き換えることができる。

また本体部材１３および蓋部材１４の断面形状であるカップ状とは、底部が平坦なコ字状に限定されず、底部が丸みを帯びたＵ字状等の他の形状であっても良い。

１２ ロールバー（繊維強化樹脂部材）
１３ 本体部材
１３ａ 第１底部
１３ｂ 第１側部
１４ 蓋部材
１４ａ 第２底部
１４ｂ 第２側部
１５ プリプレグ
１６ 金型（成形型） １７ 補強部材
１８ 他の蓋部材
１８ｂ 第３側部

Claims (8)

1. 繊維強化樹脂のプリプレグ（１５）から成形型（１６）で第１底部（１３ａ）および一対の第１側部（１３ｂ）を有するカップ状断面の本体部材（１３）を成形するとともに、繊維強化樹脂のプリプレグ（１５）から前記成形型（１６）と同一の成形型（１６）で前記第１底部（１３ａ）と同一形状の第２底部（１４ａ）および前記一対の第１側部（１３ｂ）の一部と同一形状の一対の第２側部（１４ｂ）を有するカップ状断面の蓋部材（１４）を成形し、前記一対の第１側部（１３ｂ）の内面の先端部に前記一対の第２側部（１４ｂ）の外面を結合して閉断面に構成したことを特徴とする繊維強化樹脂部材。
2. 前記繊維強化樹脂部材（１２）は、前記本体部材（１３）が開口する方向に対して直交する方向に湾曲することを特徴とする、請求項１に記載の繊維強化樹脂部材。
3. 前記蓋部材（１４）は、前記成形型（１６）で成形した部材の一対の側部の一部を切断したものであることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の繊維強化樹脂部材。
4. 前記蓋部材（１４）は、前記本体部材（１３）を成形するプリプレグ（１５）よりも小さいプリプレグ（１５）を前記成形型（１６）で成形したものであることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の繊維強化樹脂部材。
5. 前記繊維強化樹脂部材（１２）の内部に補強部材（１７）を配置したことを特徴とする、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の繊維強化樹脂部材。
6. 繊維強化樹脂のプリプレグ（１５）から前記成形型（１６）と同一の成形型（１６）で前記第１底部（１３ａ）と同一形状の第３底部（１８ａ）および前記一対の第１側部（１３ｂ）の一部と同一形状の一対の第３側部（１８ｂ）を有するカップ状断面の他の蓋部材（１８）を成形し、前記一対の第２側部（１４ｂ）の先端を前記一対の第１側部（１３ｂ）から突出させ、前記一対の第２側部（１４ｂ）に前記一対の第３側部（１８ｂ）を結合したことを特徴とする、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の繊維強化樹脂部材。
7. 前記他の蓋部材（１８）の前記一対の第３側部（１８ｂ）に、更に他の蓋部材（１８）の一対の第３側部（１８ｂ）を結合したことを特徴とする、請求項６に記載の繊維強化樹脂部材。
8. 請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の繊維強化樹脂部材の成形方法であって、
   前記本体部材（１３）および前記蓋部材（１４）の断面形状を決定する工程と、
   前記本体部材（１３）および前記蓋部材（１４）の板厚および抜き勾配を決定する工程と、
   前記本体部材（１３）および前記蓋部材（１４）を成形する工程と、
   前記本体部材（１３）および前記蓋部材（１４）を結合する工程と、
   を含むことを特徴とする繊維強化樹脂部材の製造方法。

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