JP2015199320A

JP2015199320A - 繊維強化複合材

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Publication number: JP2015199320A
Application number: JP2014080965A
Authority: JP
Inventors: 大久保　洋志; Hiroshi Okubo; 洋志大久保
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2014-04-10
Filing date: 2014-04-10
Publication date: 2015-11-12
Anticipated expiration: 2034-04-10
Also published as: JP6331619B2

Abstract

【課題】ハニカムコア材と表皮板との接着強度を向上させることができる繊維強化複合材を提供する。
【解決手段】本発明に係る繊維強化複合材１０は、中空の多角柱１３が複数隙間なく並列するように形成されたハニカムコア材１１と、ハニカムコア材１１の両面のうち少なくとも一方に接着される繊維強化樹脂板１２と、を備えている。多角柱１３の長手方向端部には、繊維強化樹脂板１２の内表面に対向する接着面１５，１６が接続され、この接着面１５，１６が、繊維強化樹脂板１２の内表面に接着されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、繊維強化複合材に関する。

従来から、自動車の車体や飛行機の胴体などを構成する部材として、いわゆるサンドイッチ構造が公知である（例えば、特許文献１）。この特許文献１に記載のサンドイッチ構造は、中空の多角柱が複数隙間なく並列するように形成されたハニカムコア材と、ハニカムコア材の両面に接着される一対の表皮板と、を備えている。

米国特許６６９２６８１号明細書

しかしながら、ハニカムコア材の両面は、表皮板との接触面積が小さいため、ハニカムコア材と表皮板との接着面積が小さくなり（線と面との接着）、ハニカムコア材と表皮板との接着強度が小さくなるおそれがある。

そこで、本発明は、ハニカムコア材と表皮板との接着強度を向上させることができる繊維強化複合材を提供することを目的とする。

本発明に係る繊維強化複合材は、中空の多角柱が複数並列するように形成されたハニカムコア材を備える。前記多角柱の長手方向端部には、繊維強化樹脂板（表皮板）の内表面に対向する接着面が接続され、この接着面が、繊維強化樹脂板の内表面に接着されている。

本発明においては、前記ハニカムコア材における前記多角柱の長手方向端部には、前記繊維強化樹脂板の内表面に対向する接着面が接続され、この接着面が、前記繊維強化樹脂板の内表面に接着されている。このため、ハニカムコア材と繊維強化樹脂板との接触面積が大きくなり、接着面積が大きくなるので（面と面との接着）、ハニカムコア材と繊維強化樹脂板との接着強度が向上する。

本発明の第１実施形態に係る繊維強化複合材の分解斜視図である。第１実施形態に係るハニカムコア材の成形手順の一例を示す説明図である。第１実施形態に係るハニカムコア材の成形手順の一例を示す説明図である。第１実施形態に係るハニカムコア材の成形手順の一例を示す説明図である。第１実施形態に係るハニカムコア材の成形手順の一例を示す説明図である。本発明の第２実施形態に係る繊維強化複合材の分解斜視図である。（ａ）は第２実施形態に係るハニカムコア材の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図であり、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。第２実施形態に係るハニカムコア材の成形手順の一例を示す説明図である。第２実施形態に係るハニカムコア材の成形手順の一例を示す説明図である。第２実施形態に係るハニカムコア材の成形手順の一例を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態を図面と共に詳述する。

〔第１実施形態〕
第１実施形態に係る繊維強化複合材１０Ａを図１から図５に基づいて説明する。

図１に示すように、繊維強化複合材１０Ａは、ハニカムコア材１１Ａと、このハニカムコア材１１Ａの両面に接着される一対の繊維強化樹脂板（表皮板）１２，１２と、を備えている。この繊維強化複合材１０Ａは、サンドイッチパネルとも称されるものである。なお、繊維強化複合材１０Ａは、ハニカムコア材１１Ａの両面のうちいずれか一方のみに繊維強化樹脂板１２が接着されているものであってもよい。

繊維強化複合材１０Ａは、例えば、自動車の車体を構成する部材などに適用することができ、より具体的には、フード（ボンネット）、ルーフ、シートバックパネル、サスペンションメンバーなどに適用することができる。なお、繊維強化複合材１０Ａは、自動車の車体を構成する部材に限定されず、飛行機の胴体を構成する部材など、各種構成部材に適用することが可能である。

繊維強化樹脂板１２は、繊維強化複合材１０Ａの表層（表面および裏面）を構成するものである。繊維強化樹脂板１２は、繊維強化樹脂（繊維強化プラスチック）から板状に形成されている。この繊維強化樹脂としては、炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）、ガラス繊維強化樹脂（ＧＦＲＰ）、アラミド繊維強化樹脂（ＡＦＲＰ）など、種々の繊維強化樹脂を用いることができる。繊維強化樹脂板１２の板厚は、例えば１ｍｍ程度とされ、繊維強化複合材１０Ａ全体の板厚は、例えば１０ｍｍ程度とされる。

ハニカムコア材１１Ａと繊維強化樹脂板１２とを接着する接着剤としては、エポキシ樹脂系接着剤や、ウレタン樹脂系接着剤などを用いることができる。また、ハニカムコア材１１Ａと繊維強化樹脂板１２とを接着する接着剤は、熱硬化性の接着剤であってもよく、熱可塑性の接着剤であってもよい。

第１実施形態に係るハニカムコア材１１Ａを図１から図５に基づいて説明する。

図１に示すハニカムコア材１１Ａは、繊維強化複合材１０Ａのコア層を構成するものである。ハニカムコア材１１Ａは、中空の多角柱１３Ａ（ハニカム）が複数隙間なく（連続して）並列するように箔材１４Ａから形成されたものである。このハニカムとしては、アルミハニカム、アラミドハニカム、ペーパーハニカムなど、種々のハニカムを用いることができる。第１実施形態に係るハニカムコア材１１Ａにおいては、多角柱１３Ａは、断面四角形状に形成されている。箔材１４Ａは、アルミニウム箔（アルミハニカム）、アラミド紙（アラミドハニカム）、クラフト紙（ペーパーハニカム）などから構成される。なお、多角柱１３Ａの断面形状は、四角形状に限定されず、六角形状などの他の多角形状であってもよい。つまり、本発明において、ハニカムにおける「多角柱」とは、四角柱に限定されず、六角柱などの他の多角柱を含むものとする。

多角柱１３Ａの長手方向表面側端部には、表面側（図１中の上側）の繊維強化樹脂板１２の内表面に対向する接着面（以下、第１接着面ともいう）１５Ａが接続されている。この接着面１５Ａを有する多角柱１３Ａに隣接する多角柱１３Ａの長手方向裏面側端部には、裏面側（図１中の下側）の繊維強化樹脂板１２の内表面に対向する接着面（以下、第２接着面ともいう）１６Ａが接続されている。これらの接着面１５Ａ，１６Ａがそれぞれ、繊維強化樹脂板１２の内表面に接着されている。第１実施形態では、接着面１５Ａ，１６Ａは、多角柱１３Ａの長手方向端部における開口部を塞ぐ形状とされ、第１接着面１５Ａと第２接着面１６Ａとが、交互に繰り返すように形成されている（チェッカーエンボス）。つまり、第１接着面１５Ａを有する多角柱１３Ａは第２接着面１６Ａを有する多角柱１３Ａに囲まれており、第２接着面１６Ａを有する多角柱１３Ａは第１接着面１５Ａを有する多角柱１３Ａに囲まれている。多角柱１３Ａの長手方向端部における開口部を塞ぐ接着面１５Ａ，１６Ａは、平面視で四角形状に形成される。

繊維強化複合材１０Ａを成形する際には、まず、ハニカムコア材１１Ａの両面における接着面１５Ａ，１６Ａに、接着剤を塗布する。次いで、ハニカムコア材１１Ａの両面（接着面１５Ａ，１６Ａ）に繊維強化樹脂板１２を重ね合わせ、これらの積層体（ハニカムコア材１１Ａ、一対の繊維強化樹脂板１２，１２）を上下から挟んで、加圧、加熱する。このようにすることにより、接着面１５Ａ，１６Ａに塗布した接着剤が溶融、硬化して、この接着剤によりハニカムコア材１１Ａと繊維強化樹脂板１２とが接着される。

〔ハニカムコア材の製造方法〕
ハニカムコア材１１Ａにおける多角柱１３Ａ、第１接着面１５Ａおよび第２接着面１６Ａは、例えば、プレス加工（エンボス加工）、折り加工などにより形成することができる。ハニカムコア材１１Ａの成形方法は、ハニカムコア材１１Ａの材質や厚さなどに応じて適宜選択することが可能である。

厚さｔ（図１参照）が比較的薄いハニカムコア材１１Ａにおいては、箔材１４Ａにプレス加工（エンボス加工）を施すことにより、多角柱１３Ａに第１接着面１５Ａおよび第２接着面１６Ａを一体的に形成することが可能である。

厚さｔ（図１参照）が比較的厚いハニカムコア材１１Ａにおいては、箔材１４Ａに折り加工を施すことにより、多角柱１３Ａ、第１接着面１５Ａおよび第２接着面１６Ａを形成することが可能である。具体的には、まず、図２に示すように、箔材１４Ａに、穴部１７を一定の間隔をおいて複数設ける。次に、図２中に示す一点鎖線１８で箔材１４Ａを９０度だけ山折りするとともに、図２中に示す二点鎖線１９で箔材１４Ａを９０度だけ谷折りすることにより、箔材１４Ａを図３に示す状態とする。そして、図３中に示す一点鎖線２０で箔材１４Ａを９０度だけ山折りするとともに、図３中に示す二点鎖線２１で箔材１４Ａを９０度だけ谷折りすることにより、箔材１４Ａを図４に示す状態を経て図５に示す状態とする。このような成形手順により、図５に示すハニカムコア材１１Ａを得ることができる。なお、図２から図５に示すハニカムコア材１１Ａの成形手順は一例であり、種々の成形手順を採用することが可能である。

以下に、第１実施形態による作用効果を説明する。

（１）第１実施形態による繊維強化複合材１０Ａは、中空の多角柱１３Ａが複数隙間なく並列するように形成されたハニカムコア材１１Ａと、ハニカムコア材１１Ａの両面のうち少なくとも一方に接着される繊維強化樹脂板１２と、を備える。多角柱１３Ａの長手方向端部には、繊維強化樹脂板１２の内表面に対向する接着面１５Ａ，１６Ａが接続され、この接着面１５Ａ，１６Ａが、繊維強化樹脂板１２の内表面に接着されている。

第１実施形態に係る繊維強化複合材１０Ａにおいては、多角柱１３Ａの長手方向端部に、繊維強化樹脂板１２の内表面に対向する接着面１５Ａ，１６Ａが設けられ、この接着面１５Ａ，１６Ａが繊維強化樹脂板１２Ａの内表面に接着（面と面との接着）されている。このため、一般的なハニカムコア材と比較すると、ハニカムコア材１１Ａと繊維強化樹脂板１２との接触面積が大きくなり、接着面積が大きくなるので、ハニカムコア材１１Ａと繊維強化樹脂板１２との接着強度が向上する。

（２）ハニカムコア材１１Ａは、箔材１４Ａから形成され、箔材１４Ａにプレス加工を施すことにより、多角柱１３Ａおよび接着面１５Ａ，１６Ａが形成されていてもよい。

このようにすることにより、材料の歩留まりを悪化させることがなく、コスト上昇を抑制することが可能である。特に、箔材１４Ａにプレス加工を施すことによりハニカムコア材１１Ａを成形することは、厚さｔが比較的薄いハニカムコア材１１Ａを成形するのに適している。

（３）ハニカムコア材１１Ａは、箔材１４Ａから形成され、箔材１４Ａに折り加工を施すことにより、多角柱１３Ａおよび接着面１５Ａ，１６Ａが形成されていてもよい。

このようにすることにより、複雑な形状のハニカムコア材１１Ａを１枚の箔材１４Ａから製造することができ、コスト上昇を抑制することが可能である。特に、箔材１４Ａに折り加工を施すことによりハニカムコア材１１Ａを成形することは、厚さｔが比較的厚いハニカムコア材１１Ａを成形するのに適している。

〔第２実施形態〕
第２実施形態に係る繊維強化複合材１０Ｂを図６から図１０に基づいて説明する。なお、図６から図１０において、図１から図５と同一部材については同一符号を付しており、以下の説明では重複する説明を省略する。

図６に示すように、繊維強化複合材１０Ｂは、ハニカムコア材１１Ｂと、このハニカムコア材１１Ｂの両面に接着される一対の繊維強化樹脂板（表皮板）１２，１２と、を備えている。この繊維強化複合材１０Ｂは、サンドイッチパネルとも称されるものである。なお、繊維強化複合材１０Ｂは、ハニカムコア材１１Ｂの両面のうちいずれか一方のみに繊維強化樹脂板１２が接着されているものであってもよい。

第２実施形態に係るハニカムコア材１１Ｂを図６から図１０に基づいて説明する。

図６および図７に示すハニカムコア材１１Ｂは、繊維強化複合材１０Ｂのコア層を構成するものである。ハニカムコア材１１Ｂは、中空の多角柱１３Ｂ（ハニカム）が複数隙間なく並列するように箔材１４Ｂから形成されたものである。第２実施形態に係るハニカムコア材１１Ｂにおいては、多角柱１３Ｂは、断面六角形状に形成されている。

多角柱１３Ｂの長手方向表面側端部には、表面側（図６中の上側）の繊維強化樹脂板１２の内表面に対向する接着面（以下、第１接着面ともいう）１５Ｂが接続されている。また、多角柱１３Ｂの長手方向裏面側端部には、裏面側（図６中の下側）の繊維強化樹脂板１２の内表面に対向する接着面（以下、第２接着面ともいう）１６Ｂが接続されている。これらの接着面１５Ｂ，１６Ｂがそれぞれ、繊維強化樹脂板１２の内表面に接着されている。第２実施形態では、接着面１５Ｂ，１６Ｂは、多角柱１３Ｂの長手方向端部における開口部の周縁を跨ぐ形状とされ、第１接着面１５Ｂおよび第２接着面１６Ｂが、多角柱１３Ｂの長手方向端部における開口部の周縁に沿って形成されている。また、接着面１５Ｂ，１６Ｂは、平面視で六角形状に形成されている。

〔ハニカムコア材の製造方法〕
ハニカムコア材１１Ｂにおいては、箔材１４Ｂに折り加工を施すことにより、多角柱１３Ｂ、第１接着面１５Ｂおよび第２接着面１６Ｂを形成することが可能である。具体的には、まず、図８に示すように、箔材１４Ｂを、多角柱１３Ｂおよび接着面１５Ｂ，１６Ｂとなる部分を含む形状に成形する。次に、図８中に示す一点鎖線２２で箔材１４Ｂを山折りするとともに、図８中に示す二点鎖線２３で箔材１４Ｂを谷折りし、かつ、箔材１４Ｂの重合部分を接着剤で貼り合わせる（図９参照）。次に、図９に示す箔材１４Ｂを複数枚並べて、箔材１４Ｂ同士を接着するとともに、図９中に示す一点鎖線２４で各箔材１４Ｂを山折りまたは谷折りする。このような成形手順により、図１０に示すハニカムコア材１１Ｂを得ることができる。なお、図１０においては、複数枚並べられた箔材１４Ｂを区別するために、隣接する２枚の箔材１４Ｂのうちの一方の第1接着面１５Ｂにハッチングを付している。また、図８から図１０に示すハニカムコア材１１Ｂの成形手順は一例であり、種々の成形手順を採用することが可能である。

第２実施形態に係る繊維強化複合材１０Ｂにおいては、多角柱１３Ｂの長手方向端部に、繊維強化樹脂板１２の内表面に対向する接着面１５Ｂ，１６Ｂが設けられ、この接着面１５Ｂ，１６Ｂが繊維強化樹脂板１２Ｂの内表面に接着（面と面との接着）されている。このため、一般的なハニカムコア材と比較すると、ハニカムコア材１１Ｂと繊維強化樹脂板１２との接触面積が大きくなり、接着面積が大きくなるので、前述の第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

ところで、本発明の繊維強化複合材は前述の実施形態に例をとって説明したが、この実施形態に限ることなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で他の実施形態を各種採用することができる。

１０繊維強化複合材
１１ハニカムコア材
１２繊維強化樹脂板
１３多角柱
１５第１接着面（接着面）
１６第２接着面（接着面）

Claims

中空の多角柱が複数並列するように形成されたハニカムコア材と、
前記ハニカムコア材の両面のうち少なくとも一方に接着される繊維強化樹脂板と、を備え、
前記多角柱の長手方向端部には、前記繊維強化樹脂板の内表面に対向する接着面が接続され、この接着面が、前記繊維強化樹脂板の内表面に接着されていることを特徴とする繊維強化複合材。
前記ハニカムコア材は、箔材から形成され、
前記箔材にプレス加工を施すことにより、前記多角柱および前記接着面が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の繊維強化複合材。
前記ハニカムコア材は、箔材から形成され、
前記箔材に折り加工を施すことにより、前記多角柱および前記接着面が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の繊維強化複合材。