JP6600942B2

JP6600942B2 - 車体用骨格部材の接合構造

Info

Publication number: JP6600942B2
Application number: JP2014263728A
Authority: JP
Inventors: 恒男高野; 徹塚原; 正宏大須賀
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 2014-12-26
Filing date: 2014-12-26
Publication date: 2019-11-06
Anticipated expiration: 2034-12-26
Also published as: JP2016124299A

Description

本発明は、車体骨格部材の端部が接合する車体骨格部材の接合構造に関し、この接合構造に好適に用いられる接合部材に関する。

車体フレームは、フロントピラーアッパーとルーフサイドレール及びルーフヘッドレール等の端部は、接合部材を介して連結されるようになっている。

従来、これらフロントピラーアッパー、ルーフサイドレール、ルーフヘッドレール及び接合部材は、それぞれ押出し加工によって閉断面または開断面を有する部材に成形されている。（特許文献１）。

押出し加工では、部材端部の複雑な成形、例えば段部を設ける等の成形が容易でないため、通常、ルーフヘッドレール等の骨格部材と、接合部材との接合部位は、突き合わせ溶接または重ね合わせ溶接によって接合されていた。しかしながら、このような重ね合わせ溶接等では、結合強度が弱い欠点があった。

そこで、特許文献１では、車体骨格部材の接合構造を、鋳物で成形した接合部材の車体骨格部材との接合縁に、前記車体骨格部材の部材厚に相当する段差を有する段部を形成する接合構造が提案されている。しかし、近年使用され始めた炭素繊維複合材料製骨格部材には、適合が難しいものであった。

特開平５−６５０７８号公報

本発明は係る事実を考慮し、フロントピラー等の骨格部材と接合部材との接合部位に強度面での制約の少ない車体骨格部材の接合構造を提供することを目的とする。

本出願の要旨は、車体骨格部材と車体骨格部材とを、強化繊維がランダムな配向を有する複合材料の表面を、一方向に引き揃えたピッチ系炭素繊維で強化してなる複合材料で形成した接合部材を介して接合する車体骨格部材の接合構造にある。

本発明によれば、より軽量で曲げ弾性率が高く、高剛性な車体骨格部材の接合構造を提供することが可能となる。

軽量化（％）と曲げ弾性率（ＧＰa）の表面材層厚み（ｍｍ）依存性例を示すグラフである。

本発明では、接合部材として、強化繊維がランダムな配向を有する複合材料（以下、コア材と呼ぶ。）の表面を、一方向に引き揃えたピッチ系炭素繊維で強化してなる複合材料（以下、表面材と呼ぶ。）で形成した接合部材を用いることが特徴である。

本発明に係る車体骨格部材の接合構造は、公知のジョイントカウルサイド、ジョイントフロントピラーアッパ、ジョイントクォーターピラーアッパ及びジョイントパッケージトレイにそれぞれ適用できる。

ここで、フロントピラーアッパ接合部材を例にして説明する。フロントピラーアッパ接合部材には、フロントピラーアッパ、ルーフサイドレール及びルーフヘッドレールの端部が挿入結合されている。

（表面材）
本発明では、接合部材は、一方の面または両方の面をピッチ系炭素繊維が一方向に引き揃えられた複合材料で形成されてなることを特徴とする。ピッチ系炭素繊維を用いることで後述のコア材の強化材をポリアクリロニトリル系炭素繊維とすることと相俟って、接合部材の軽量化と曲げ弾性率を高く維持できる。
ここで、ピッチ系炭素繊維の引き揃え方向は、挿入結合される他部材の挿入方向に配向していることが好ましい。また、接合部材をねじる方向の力が作用する場合には、多部材の挿入方向に対して３０〜６０度の方向に配向していることが好ましい。
表面材を構成する複合材料のマトリックス樹脂は、後述のコア材を構成するマトリックス樹脂と同一であることが接着性の点から好ましいが、両者間の接着力が確保できれば、異なっていてもよい。エポキシ樹脂組成物やビニルエステル樹脂組成物が物性や即硬化性の点から好ましく用いられる。

（コア材）
本発明では、前記両表面材の間にコア材として、炭素繊維短繊維を強化材としてなり、繊維方向がランダムな方向に配向してなる複合材料を用いる。このような複合材料としては、チョップした炭素繊維を熱可塑性樹脂と混合し、射出成型した材料やシートモールディングコンパウンドやバルクモールディングコンパウンドと称せられる材料が挙げられる。このなかで、シートモールディングコンパウンドが成型性と成形品の物性とから好ましい。
強化繊維は、公知の強化繊維が使用可能であるが、炭素繊維が好ましく、とくにポリアクリロニトリル系炭素繊維であることが接合部材の軽量化と曲げ弾性率を高く維持する点で好ましい。

（接合部材の形状）
本発明では、接合部材の形状は、特に限定しないが、接合部材に挿入結合される車体骨格部材と結合面と接合部材の曲げ剛性を高めるリブを形成されていることが好ましい。さらに車体骨格部材を案内する「どて」部分があることが好ましい。
（接合部材と車体骨格部材との結合）
本発明では、接合部材と車体骨格部材との結合は、接着剤による接着のほか、締結部材による締結など公知の方法が採用されうる。

（接合部材の成形）
コア材として、シートモールディングコンパウンドを使用する場合は、接合部材は、表面材層を形成するプリプレグ積層体とコア材層を形成するシートモールディングコンパウンドと反対面の表面材層を形成するプリプレグ積層体を重ねたのち、あらかじめマトリックス樹脂の硬化温度とした接合部材を形成する成形金型内に配置し、型締め、押圧を加えて成形できる。

（接合部材の軽量化効果）
次に、平板状の接合部材（全体厚みｔ＝５ｍｍ）を仮定して、以下の二式から計算される軽量化（％）と曲げ弾性率（ＧＰa）の表面材層厚み（両面に配した合計厚み（ｍｍ））依存性を図１に示した。

全体曲げ弾性率（ＧＰa）Ｅ＝Ｅ_ＳＭＣ×（Ｅ_ＳＭＣ×ｔ_ＳＭＣ ^３／１２＋Ｅ_ＵＤ×（ｔ^３−ｔ_ＳＭＣ ^３）／１２）／（Ｅ_ＳＭＣ×ｔ^３／１２）

軽量化（％）＝（（ρ_ＳＭＣ×ｔ_ＳＭＣ／ｔ＋ρ_ＵＤ×（ｔ−ｔ_ＳＭＣ）／ｔ）／ρ_ＳＭＣ）／（Ｅ／Ｅ_ＳＭＣ）^１／３

表面材曲げ弾性率（ＧＰａ）：Ｅ_ＵＤ
コア材曲げ弾性率（ＧＰａ）：Ｅ_ＳＭＣ
全体曲げ弾性率（ＧＰａ）：Ｅ
表面材密度（ｇ／ｃｍ^３）：ρ_ＵＤ
コア材密度（ｇ／ｃｍ^３）：ρ_ＳＭＣ
全体厚み（ｍｍ）：ｔ
コア材厚み（ｍｍ）：ｔ_ＳＭＣ

Claims

車体骨格部材と車体骨格部材とを、ポリアクリロニトリル系炭素繊維がランダムな配向を有する複合材料の表面を、一方向に引き揃えたピッチ系炭素繊維で強化してなる複合材料で形成した接合部材を介して接合する車体骨格部材の接合構造において、前記ピッチ系炭素繊維の引き揃え方向が、前記接合部材が挿入結合される前記車体骨格部材の挿入方向に配向している、車体骨格部材の結合構造。
車体骨格部材と車体骨格部材とを、ポリアクリロニトリル系炭素繊維がランダムな配向を有する複合材料の表面を、一方向に引き揃えたピッチ系炭素繊維で強化してなる複合材料で形成した接合部材を介して接合する車体骨格部材の接合構造において、前記ピッチ系炭素繊維の引き揃え方向が、前記接合部材が挿入結合される前記車体骨格部材の挿入方向に対して３０〜６０度の方向に配向している、車体骨格部材の結合構造。
前記ポリアクリロニトリル系炭素繊維が短繊維である、請求項１または２記載の車体骨格部材の接合構造。
前記ポリアクリロニトリル系炭素繊維がランダムな配向を有する複合材料として、シートモールディングコンパウンドを成形してなる複合材料を用いる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の車体骨格部材の接合構造。