JP2014004728A - Ｆｒｐ製パネル部材 - Google Patents

Abstract

【課題】フレーム構造体全体の軽量性を確保しつつ強度や剛性等の機械特性を高めるために、フレーム構造体に接合されるＦＲＰ製パネル部材を提供する。
【解決手段】フレーム構造体のフレームに接合されるＦＲＰ製パネル部材であって、フレームの外周面に沿って延在しフレームに接着により接合される接合部と、該接合部から面状に延在する面板部とが一体に成形されていることを特徴とするＦＲＰ製パネル部材。
【選択図】図１

Description

本発明は、フレーム構造体に接合されるパネル部材に関し、とくに、車両用に好適な、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）化を前提としたＦＲＰ製パネル部材に関する。

車両用構造体を代表とする各種分野において、骨格を構成する種々のフレーム構造体が用いられている。フレーム構造体は、フレーム構造体を構成している各フレームの軸力（引張、圧縮）は効率よく支えることができるが、フレーム構造体全体の剪断変形（面内剪断や捩れ）を支えるには、通常、フレーム数を増やす、フレーム接続コーナーの部分補強などで対応するので、部品点数増加、組立工数増加、重量増加などの問題を招く。

フレーム構造体全体の剪断変形に対する強度や剛性を高めるためには、フレーム構造体にパネル部材を取り付ける手法が考えられる。例えば、金属板金構造では、金属製のフレームに金属製の板部材を取り付けて、フレームのみでは負担しにくい剪断変形を板部材に負担させることがある。しかし、工程の容易さからフレームと板部材との取り付けにスポット溶接を用いることが多く、このような組立構造は構造的な効率が悪く、重量増などの問題を解決するには至っていない。

一方、軽量性を確保しつつ機械特性（強度、剛性）を高めることが可能な素材としてＦＲＰ、とくにＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）が知られている。しかし、車両用等のフレーム構造体に対して、剪断変形に対する強度や剛性を高めるためにＦＲＰ製パネル部材を適用した例は殆ど見当たらない。ただし、車両用フレーム構造体に、単に合成樹脂材を接着した例はある（例えば、特許文献１）。

特開平１０−４５０２７号公報

そこで本発明の課題は、フレーム構造体全体の軽量性を確保しつつ強度や剛性等の機械特性を高めるために、フレーム構造体に接合されるＦＲＰ製パネル部材を提供することにあり、とくに車両用フレーム構造体に用いて好適なＦＲＰ製パネル部材を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係るＦＲＰ製パネル部材は、フレーム構造体のフレームに接合されるＦＲＰ製パネル部材であって、前記フレームの外周面に沿って延在し前記フレームに接着により接合される接合部と、該接合部から面状に延在する面板部とが一体に成形されていることを特徴とするものからなる。

このような本発明に係るＦＲＰ製パネル部材においては、接合部がフレームの外周面に沿って延在する形状に形成され、この接合部がフレームに接着により接合されるので、従来のスポット溶接によって接合される場合等に比べて、容易に接合することが可能になるとともに、接合すべき部位の全面及び連続接合が可能になるので、極めて高い両部材間の接合強度が得られる。また、フレームに接合される接合部がフレームの外周面に沿って延在する形状に形成されていることで、接合部がフレームに対して容易にスチフナの機能を持つことができる。フレーム構造体のフレームに対してこのように強固に接合される接合部から面板部が面状に延在し、該面板部は接合部と一体に成形されているので、該面板部は、フレーム構造体のフレームから接合部を介して伝達される荷重に対して、とくに剪断荷重に対して、高い強度、剛性を発現することが可能になる。その結果、本発明に係るＦＲＰ製パネル部材が接合された形態にて、フレーム構造体全体の軽量性を確保しつつ、剪断変形等に対して強度や剛性等の機械特性を効率よく高めることが可能になる。

上記本発明に係るＦＲＰ製パネル部材においては、上記接合部と面板部とによって空間が画成されていることが好ましい。このような空間が形成されていると、該空間内に面板部の補強手段を配置することが可能になるので、面板部の剪断荷重を負担する構造の性能をより高めることが可能になる。

また、上記接合部は、上記フレームを補強するスチフナ機能を有する、または／および、上記フレームを補強するスチフナ部材を備えていることが好ましい。すなわち、フレームの外周面に沿って延在する形状の接合部自体にフレームに対してスチフナ機能を持たせてもよく、さらに、フレームの外周面に沿って延在する接合部自体とは別にスチフナ部材を設けてもよい。

また、上記接合部の外面に、他部品取付け用の平坦部が設けられている形態も好ましい。このような構造においては、上記平坦部上に容易に他部品を取り付けることができ、周囲の構造に対しても容易に配慮することができる。

また、上記接合部または該接合部を覆う部位に、上記接合部に付与される接着剤の膜厚を規制する当て部が設けられている構造を採ることもできる。この当て部としては、ＦＲＰ製パネル部材自体で形成したものや、ＦＲＰ製パネル部材に設けられてフレームと当接するもの等から構成でき、例えば後述のリブや座で当て部を形成したり、別部品のスペーサを設けて当て部を構成したりすることができる。このような構造においては、接着剤の膜厚をより適切な膜厚にすることが可能になり、接合強度の適正化、均一化等に寄与することができる。

また、上記接合部の上記フレームへの対向面に、接着剤を保持可能な溝が設けられている構造を採ることもできる。このような構造においては、溝に沿って適切な接着剤量を確保できるので、接着部位に対して所望レベル以上の接着強度を容易に達成することが可能になる。

また、上記接合部の上記フレームへの対向面に（つまり、接合部の上記フレームへの接合面に）、接着剤の注入路および充填路の少なくともいずれかが設けられている構造を採ることもできる。このような構造においては、接合部がフレームに沿って比較的長く延びているような場合においても、所定の接合部位に対して容易に接着剤を注入したり、充填したりすることができるようになり、所望の接合状態がより容易に得られる。

また、上記面板部におけるＦＲＰの強化繊維が、基準方向に対して少なくとも±４５度の方向に配向されている構造を採ることもできる。このような構造においては、面板部における面内剪断強度が、強化繊維が±４５度の方向に配向されていることによって効率よく高められ、望ましい面内剪断補剛構造が得られる。

また、上記面板部に、リブまたは／およびスチフナが該面板部と一体に形成されている構造を採ることもできる。このような構造においては、リブまたは／およびスチフナによって面板部の強度、剛性が一層高められ、リブまたは／およびスチフナの延設方向によっては、上記面内剪断補剛性能が一層高められる。

とくに、上述の接合部と面板部とによって画成された空間に、リブまたは／およびスチフナが面板部と一体に形成されていることが好ましい。このような構造においては、リブまたは／およびスチフナが効率よくＦＲＰ製パネル部材の設置スペース内に納めることが可能であるので、設置スペースを格別増加させることなく、効率よく機械特性を高めることができる。

また、上記のようなリブまたは／およびスチフナを有する構造においては、上記リブまたは／およびスチフナが，外部部品に対する支持面を形成している構造とすることが可能である。例えば、リブまたは／およびスチフナの頂面を利用して、外部部品に対する支持面を形成することが可能である。このような構造においては、特別に部品点数を増加させずに、外部部品に対する支持面を形成することが可能になり、また、支持面形成用の特別なスペースも不要になる。

また、本発明に係るＦＲＰ製パネル部材において、ＦＲＰの強化繊維としては特に限定されず、炭素繊維やガラス繊維、アラミド繊維等、さらにはこれらの組み合わせ等、種々の強化繊維の使用が可能であるが、とくに補強効果が高く、設計や成形を行いやすい炭素繊維を用いることが好ましい。

さらに、本発明に係るＦＲＰ製パネル部材は、種々の分野におけるフレーム構造体に対して適用することが可能である。中でも、本発明に係るＦＲＰ製パネル部材を車両用フレーム構造体に適用すると、要求の強い、望ましい軽量化効果と補強効果が確実に達成される。

また、本発明においては、フレーム構造体のフレーム自体の材質は、とくに限定されないが、フレームをＦＲＰで構成すれば、ＦＲＰ製パネル部材とフレーム構造体を含めた構造体全体の更なる軽量化が可能になる。

このように、本発明に係るＦＲＰ製パネル部材によれば、フレーム構造体全体の軽量性を確保しつつ、かつ、組み付け工数の低減をはかりつつ、ＦＲＰ製パネル部材を接合したフレーム構造体全体の強度や剛性等の機械特性、とくに剪断補剛特性を効率よく高めることができ、とくに車両用フレーム構造体に用いて好適なＦＲＰ製パネル部材を提供することができる。

本発明の一実施態様に係るＦＲＰ製パネル部材をフレームに接合した構造体の斜視図である。 図１のＡ−Ａ線に沿う図１の構造体の拡大部分縦断面図である。 コーナー部を有するＦＲＰ製パネル部材にスチフナを設けた構造体の一例を示す部分斜視図である。 図３のＢ−Ｂ線に沿う図３の構造体の拡大部分縦断面図である。 コーナー部を有するＦＲＰ製パネル部材にスチフナを設けた構造体の、図４とは別の例を示す部分縦断面図である。 平面部を有するＦＲＰ製パネル部材にスチフナを設けた構造体の一例を示す部分斜視図である。 図６のＣ−Ｃ線に沿う図６の構造体の拡大部分縦断面図である。 平面部を有するＦＲＰ製パネル部材にスチフナを設けた構造体の、図６とは別の例を示す部分縦断面図である。 図１のＤ−Ｄ線に沿って見た図１の構造体の変形例を示す部分断面図である。 図１の構造体の別の変形例を示す部分斜視図である。 図１の構造体のさらに別の変形例を示す部分斜視図である。 図１の構造体における面板部の強化繊維の配向例を示す斜視図である。 図１の構造体にリブを設けた場合の一例を示す斜視図である。 図１の構造体にスチフナを設けた場合の一例を示す斜視図である。 図１の構造体にカバーを付加した場合の一例を示す斜視図である。 図１５のＥ−Ｅ線に沿って見た図１５の構造体の概略縦断面図である。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係るＦＲＰ製パネル部材をフレームに接合した構造体を示している。図１において、１はフレーム構造体のフレームを示しており、図示の上下のフレーム１に本発明の一実施態様に係るＦＲＰ製パネル部材２が接合される。ＦＲＰ製パネル部材２は、横断面形状が円形のフレーム１の外周面に沿って延在し、図２に示すようにフレーム１に接着剤３０による接着により接合される接合部３と、該接合部３から面状に延在する、図示例では２つの接合部３間にわたって延在する面板部４とが、一体に成形されたものからなる。

このような実施態様においては、前述したように、フレーム１の外周面に沿って延在する形状の接合部３がフレーム１に接着により接合されるので、従来のスポット溶接によって接合される場合等に比べて、容易に接合することが可能になる。また、接合すべき部位の全面接合が可能になるので、極めて高い接合強度が得られる。また、フレーム１に接合される接合部３がフレーム１の外周面に沿って延在する横断面円弧形状に形成されていることで、接合部３がフレーム１に対して容易にスチフナの機能を持つことができる。したがって、接合部３はフレーム１に対して強固に接合されるとともに、この接合部３から面状に延在し接合部３と一体に成形された面板部４を強固に支持することが可能になり、しかも接合部３からの荷重を確実に面板部４に伝達できるようになる。この面状に延在する面板部４は、フレーム構造体のフレーム１から接合部３を介して伝達される荷重に対して、とくに剪断荷重に対して、高い強度、剛性を発現することができる。したがって、ＦＲＰ製パネル部材２が接合された形態にて、フレーム構造体全体の軽量性を確保しつつ、剪断変形等に対して強度や剛性等の機械特性を効率よく高めることが可能になる。

図３、図４は、ＦＲＰ製パネル部材２がコーナー部を有する場合において、スチフナを設けた構造体の一例を示している。図示例では、ＦＲＰ製パネル部材２のコーナー部５がフレーム１の外周面に沿って断面円弧状に延在し、コーナー部５が接着剤３０により接合されるが、この接合部を覆うようにスチフナ６が設けられており、このスチフナ６も、接着剤３０により、ＦＲＰ製パネル部材２とフレーム１とに接合されている。このようなスチフナ６を設けることにより、とくにコーナー部５の接合部における強度、剛性が大幅に増大される。

図５は、コーナー部を有するＦＲＰ製パネル部材にスチフナを設けた構造体の、図４とは別の例を示している。図示例では、図４に示した構造に比べ、さらにスチフナ７が設けられている。このスチフナ７については、接着以外の接合形態も可能であるが、やはり接着による接合が好ましい。

図６、図７は、平面部を有するＦＲＰ製パネル部材にスチフナを設けた構造体の一例を示している。図示例では、ＦＲＰ製パネル部材２の平面部に、フレーム１との接合部８が設けられており、接合部８はフレーム１を囲むように横断面略コ字状に形成されている。この接合部８が接着剤３０による接着によってフレーム１に接合されるが、この接合部をＦＲＰ製パネル部材２の平面部側から覆うようにスチフナ９が設けられており、このスチフナ９も、接着剤３０により、ＦＲＰ製パネル部材２とフレーム１とに接合されている。このようなスチフナ９を設けることにより、ＦＲＰ製パネル部材２の平面部において形成された接合部８における接合構造の強度、剛性を大幅に向上することができる。

図８は、平面部を有するＦＲＰ製パネル部材にスチフナを設けた構造体の、図７とは別の例を示している。図示例では、図７に示した構造に比べ、ＦＲＰ製パネル部材２の平面部側から接合部を覆うように、部分的に湾曲した形状のスチフナ１０が設けられている。このように適当に変形させて形成されたスチフナ１０の形状とすることにより、スチフナ１０を接着する際に、接着剤３０の層の厚みをより適切に制御することが可能になる。したがって、このスチフナ１０は、接着剤３０の膜厚を規制する手段も兼ねている。

図９は、図１のＤ−Ｄ線に沿って見た図１の構造体の変形例を示している。図示例では、ＦＲＰ製パネル部材２、とくにその接合部３のフレーム１側に、接着剤の膜厚を規制する当て部としてのリブ１１や、フレーム１側に向けてフレーム１に当接可能に凸状に突出した座１２が設けられており、さらに接合部３とフレーム１との間に別部品としてのスペーサ１３が設けられており、これらリブ１１や座１２、スペーサ１３を介してフレーム１との間隙を規制することができるようになっている。このような構造では、リブ１１や座１２、スペーサ１３を介してフレーム１との間隙を規制することにより、接着剤３０の膜厚ｔを所望の膜厚に規制することが可能になり、所定の接着強度を確保しつつ、接着剤の使用量を抑えることができる。

図１０は、図１の構造体の別の変形例を示している。図示例では、接合部３のフレーム１への対向面に、接着剤を保持可能な凹状に凹んだ溝１４が設けられている。このような構造においては、溝１４内に適切な量の接着剤を確保できるので、接着部位に対して所望レベル以上の接着強度を容易に確保することができる。

図１１は、図１の構造体のさらに別の変形例を示している。図示例では、接合部３のフレーム１への対向面に、接着剤を保持可能な凹状に凹んだ溝からなる接着剤の充填路１６が設けられており、その充填路１６が端部で開口されることにより、接着剤の注入路１５が形成されている。このような構造では、接合部３がフレーム１の長手方向に比較的長く延びているような場合においても、接合部３の全長にわたって容易に接着剤を注入したり、充填したりすることができるようになり、所望の接合状態がより容易に得られる。

図１２は、図１の構造体の面板部４における強化繊維１７の配向例を示している。図示するように、面板部４におけるＦＲＰは、基準方向（図の縦方向または横方向）に対して強化繊維１７が少なくとも±４５度の方向に配向されていることが好ましい。面板部４では、とくに剪断荷重を効率よく受け持つことが望まれるので、このような構造とすることにより、面板部４における面内剪断強度が効率よく高められ、望ましい面内剪断補剛構造が得られる。

図１３は、図１の構造体において、とくに接合部３と面板部４とによって画成された空間１８にリブ１９を設けた場合の一例を示している。リブ１９は、例えば、略±４５度の方向に交差させて設けられており、ＦＲＰ製パネル部材２と一体に成形されている。このような構造においては、リブ１９によってとくに面板部４の強度、剛性が一層高められ、リブ１９の延設方向を適切に設定することにより、面内剪断補剛性能が一層高められる。また、リブ１９が、接合部３と面板部４とによって画成された空間１８内に設けられることにより、ＦＲＰ製パネル部材２の設置スペース内に納めることが可能であるので、設置スペースを格別増加させることなく、効率よく所望の機械特性を高めることができる。

図１４は、図１の構造体において、図１３に示したのと同様に、とくに接合部３と面板部４とによって画成された空間１８にスチフナ２０を設けた場合の一例を示している。スチフナ２０は、例えば、略±４５度の方向に交差させて設けられており、ＦＲＰ製パネル部材２と一体に成形されている。このような構造においても、スチフナ２０によってとくに面板部４の強度、剛性が一層高められ、スチフナ２０の延設方向を適切に設定することにより、面内剪断補剛性能が一層高められる。また、スチフナ２０が、接合部３と面板部４とによって画成された空間１８内に設けられることにより、ＦＲＰ製パネル部材２の設置スペース内に納めることが可能であるので、設置スペースを格別増加させることなく、効率よく所望の機械特性を高めることができる。

図１５、図１６は、図１の構造体にカバー２１を付加した場合の一例を示している。このように、必要に応じて、任意の形状や構造のカバー２１を付加することが可能である。なお、このカバー２１は、基本的に構造体全体の機械特性を担うものではないから、材質や取り付け方は、適宜決定すればよい。図１６においては、図１３や図１４に示したように、接合部３と面板部４とによって画成された空間１８にリブ１９やスチフナ２０を設ける場合の、その設置位置についても例示している。

本発明に係るＦＲＰ製パネル部材は、種々の分野におけるフレーム構造体に対して適用可能であり、とくに車両用フレーム構造体に用いて好適である。

１ フレーム構造体のフレーム
２ ＦＲＰ製パネル部材
３ 接合部
４ 面板部
５ コーナー部
６、７ スチフナ
８ 接合部
９、１０ スチフナ
１１ リブ
１２ 座
１３ スペーサ
１４ 溝
１５ 注入路
１６ 充填路
１７ 強化繊維
１８ 接合部と面板部とによって画成された空間
１９ リブ
２０ スチフナ
２１ カバー
３０ 接着剤

Claims (13)

1. フレーム構造体のフレームに接合されるＦＲＰ製パネル部材であって、前記フレームの外周面に沿って延在し前記フレームに接着により接合される接合部と、該接合部から面状に延在する面板部とが一体に成形されていることを特徴とするＦＲＰ製パネル部材。
2. 前記接合部と前記面板部とによって空間が画成されている、請求項１に記載のＦＲＰ製パネル部材。
3. 前記接合部が、前記フレームを補強するスチフナ機能を有する、または／および、前記フレームを補強するスチフナ部材を備えている、請求項１または２に記載のＦＲＰ製パネル部材。
4. 前記接合部の外面に、他部品取付け用の平坦部が設けられている、請求項１〜３のいずれかに記載のＦＲＰ製パネル部材。
5. 前記接合部または該接合部を覆う部位に、前記接合部に付与される接着剤の膜厚を規制する当て部が設けられている、請求項１〜４のいずれかに記載のＦＲＰ製パネル部材。
6. 前記接合部の前記フレームへの対向面に、接着剤を保持可能な溝が設けられている、請求項１〜５のいずれかに記載のＦＲＰ製パネル部材。
7. 前記接合部の前記フレームへの対向面に、接着剤の注入路および充填路の少なくともいずれかが設けられている、請求項１〜６のいずれかに記載のＦＲＰ製パネル部材。
8. 前記面板部におけるＦＲＰの強化繊維が、基準方向に対して少なくとも±４５度の方向に配向されている、請求項１〜７のいずれかに記載のＦＲＰ製パネル部材。
9. 前記面板部に、リブまたは／およびスチフナが該面板部と一体に形成されている、請求項１〜８のいずれかに記載のＦＲＰ製パネル部材。
10. 前記接合部と前記面板部とによって画成された空間に、リブまたは／およびスチフナが面板部と一体に形成されている、請求項２〜９のいずれかに記載のＦＲＰ製パネル部材。
11. 前記リブまたは／およびスチフナが，外部部品に対する支持面を形成している、請求項９または１０に記載のＦＲＰ製パネル部材。
12. ＦＲＰの強化繊維として炭素繊維が用いられている、請求項１〜１１のいずれかに記載のＦＲＰ製パネル部材。
13. 前記フレーム構造体が車両用フレーム構造体である、請求項１〜１２のいずれかに記載のＦＲＰ製パネル部材。

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