JP6733850B1 - パネル構造 - Google Patents
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Abstract
金属製のパネルと、パネルに接合された、連続繊維を含む複数のＦＲＰの層からなる補強部材と、を備え、複数のＦＲＰの層の各々はそれぞれ一の繊維方向からなり、複数のＦＲＰの層のうち、少なくとも一つの層は他の層とは異なる繊維方向を有し、複数のＦＲＰの層において、繊維方向の角度差が３０°以上となる層の割合が層全体の１５％以上であり、パネルの長辺の長さ方向である長手方向を９０°方向、および９０°方向に直交する方向を０°方向と定義し、パネルに接合されている補強部材の各ＦＲＰの層の繊維方向について、三角関数を用いて９０°方向成分および０°方向成分をそれぞれ算出した場合において、式（１）を満たす、パネル構造。
Description
本発明は、金属製のパネルに複数のＦＲＰの層からなる補強部材が接合されたパネル構造に関する。
金属製パネルの一例として、例えば自動車のフロアパネルのような全体として平面状のパネルがある。自動車開発においては燃費向上を目的とした軽量化のため、パネルの素材として使用される鋼板の薄肉化が進められている。一方、鋼板の薄肉化は、パネルの張り剛性を低下させることから、十分な張り剛性を確保するためにはパネルを補強することが求められる。
パネルを補強する構造として、特許文献１には、金属板にＦＲＰ（繊維強化樹脂）シートが貼付されたパネル構造が開示されている。特許文献１のパネル構造においては、ＦＲＰシートの形状を適宜変更することによってパネル変形時の復元性能を向上させている。特許文献２には、パネル面積の１〜３０％の範囲にＣＦＲＰを接着し、パネルの中心を押した時の荷重を、ＣＦＲＰを接着した側のパネルの縁部に分散させることが開示されている。特許文献３には、金属製の中空フレームの壁部をＣＦＲＰ製の補強材で補強する自動車の車体構造が開示されている。特許文献４には、自動車のドアなどにおいて、ＦＲＰ製の補強樹脂層の下に、ＦＲＰ製の補強樹脂層より幅が狭い発泡ポリエチレンなどのビード形成材を設け、そのビード形成材の幅よりも広い補強部材の裾部の下面がパネルに接着されたパネル構造が開示されている。特許文献５には、凸状の接着加工部を有する炭素繊維一方向材又は炭素繊維クロス織物などの補強部材が主構造材に接着された構造用部材が開示されている。
特許文献１には様々なＦＲＰシートの形状が開示されているが、補強効果を得るためにＦＲＰシートに形状を付与することは、ＦＲＰシートの製造工程を顕著に増加させ、生産性の低下を招く。したがって、別の方法でパネルを補強することが望ましい。特許文献２のパネル構造はパネルの中心を押した場合の荷重を分散させるのみであり、張り剛性の根本的な向上は困難である。特許文献３の補強構造は、中空フレームの補強であり、パネル構造の補強とは異なるものである。特許文献４の構造では、パネルの一部しか補強されていないため、張り剛性の向上には限界があり、パネルの全面を補強すると全体の重量が大きくなるという問題がある。更には、補強側のパネルの内部空間の制約がある場合などには本構造を適用できないなどの問題がある。特許文献５の構造では、凸状の補強部材が主構造材に貼付けられるため、内部空間の制約がある場合などには適用できないなどの問題がある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、クロス織物を用いずに、張り剛性を向上させることが可能なパネル構造を提供することを目的とする。
上記課題を解決する本発明の一態様は、パネル構造であって、金属製のパネルと、前記パネルの周縁部に配置された、該パネルの周囲を拘束する金属製の中空フレームと、前記パネルの片面にのみ接合された、連続繊維を含む複数のＦＲＰの層からなる補強部材と、を備え、前記複数のＦＲＰの層の各々はそれぞれ一の繊維方向からなり、前記複数のＦＲＰの層のうち、少なくとも一つの層は他の層とは異なる繊維方向を有し、前記複数のＦＲＰの層において、繊維方向の角度差が３０°以上となる層の割合が層全体の１５％以上であり、前記パネルの長辺の長さ方向である長手方向を９０°方向、および前記９０°方向に直交する方向を０°方向と定義し、前記パネルに接合されている前記補強部材の各ＦＲＰの層の繊維方向について、三角関数を用いて９０°方向成分および０°方向成分をそれぞれ算出した場合において、下記式（１）を満たすことを特徴としている。
０．３８×Ｋ≦（Ａ×４＋Ｂ）／（Ｃ＋Ｄ） （１）
Ａ：前記補強部材の板厚中心の外側にある前記ＦＲＰの層の前記０°方向成分
Ｂ：前記補強部材の板厚中心の内側にある前記ＦＲＰの層の前記０°方向成分
Ｃ：前記複数のＦＲＰの層の層全体における前記０°方向成分
Ｄ：前記複数のＦＲＰの層の層全体における前記９０°方向成分
Ｋ：前記パネルの長辺の長さ／前記パネルの短辺の長さ
０．３８×Ｋ≦（Ａ×４＋Ｂ）／（Ｃ＋Ｄ） （１）
Ａ：前記補強部材の板厚中心の外側にある前記ＦＲＰの層の前記０°方向成分
Ｂ：前記補強部材の板厚中心の内側にある前記ＦＲＰの層の前記０°方向成分
Ｃ：前記複数のＦＲＰの層の層全体における前記０°方向成分
Ｄ：前記複数のＦＲＰの層の層全体における前記９０°方向成分
Ｋ：前記パネルの長辺の長さ／前記パネルの短辺の長さ
前記複数のＦＲＰの層は、４層以上のＦＲＰの層であってもよい。前記パネルの７０％以上の面積に、前記補強部材が接合されていてもよい。前記補強部材は前記パネルの面全体に接合されていてもよい。前記補強部材の板厚は、前記パネルの板厚の２．０倍以上であってもよい。
前記パネルは、自動車のフロアパネルであり、前記補強部材は、前記フロアパネルの下面に接合されていてもよい。前記パネルは、自動車のフードまたはルーフパネルであり、前記補強部材は、前記パネルの下面に接合されていてもよい。前記パネルは、自動車のフェンダー、ドアアウターパネルまたはサイドアウターパネルであり、前記補強部材は、前記パネルの車内側の面に接合されていてもよい。
前記パネルは、４４０ＭＰａ以上の鋼板であってもよい。前記ＦＲＰは、ＣＦＲＰであってもよい。前記ＦＲＰは、ＧＦＲＰであってもよい。
本発明によれば、クロス織物を用いずに、張り剛性を向上させることが可能なパネル構造を提供することができる。
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
図１および図２に示されるように本実施形態のパネル構造１は、金属製のパネル２と、パネル２に接合された、連続繊維を含む複数のＦＲＰの層からなる補強部材３を備えている。金属製のパネル２の素材は特に限定されないが、例えば鋼板やアルミニウム合金板、マグネシウム合金板等が用いられる。張り剛性および耐デント性向上の観点においては、パネル２は４４０ＭＰａ以上の鋼板で形成されていることが好ましい。なお、本明細書における“パネル”には、パネル全面が平坦な形状の部材の他、一部に凹凸を有しつつも全体として平坦な形状の部材、あるいは一部に凹凸や平面部を有しつつも全体として曲面状の部材も含まれる。パネル２の一例としては、図３のような自動車のフロアパネル、フード、ルーフパネル、フェンダー、ドアアウターパネルまたはサイドアウターパネル等の部品である。また、パネル２は自動車部品に限定されず、その他のパネル状の部材であってもよい。
図４に示されるように本実施形態のパネル２は長辺と短辺とを有した略矩形状であり、周囲に配置された構造部材４に接合されることでパネル２の周縁部が構造部材４によって拘束されている。なお、パネル２と構造部材４の接合形態は特に限定されない。例えば、図５に示されるように構造部材４がハット状のインナー部材４０とハット状のアウター部材４１で構成される場合において、パネル２の端部がインナー部材４０の縦壁部４０ａにスポット溶接等で接合されていてもよい。あるいは、図６に示されるように、フランジ加工が施されたパネル２の端部がハット状のインナー部材４０の天面部４０ｂにスポット溶接等で接合されていてもよい。あるいは、図７に示されるように、ハット状の構造部材４の二つのフランジ部４０ｃがパネル２上に位置した状態で、フランジ部４０ｃおよびパネル２がスポット溶接等で接合されていてもよい。図５〜図７に示される例のいずれの場合においても、パネル２の周縁部が構造部材４によって拘束された状態である。なお、構造部材４によるパネル２の拘束方法は上記のような溶接による接合方法に限定されない。
また、本明細書における“構造部材”は、パネル２の面外方向からの入力に対して変形しにくい剛性の大きな部材である。構造部材４は、パネル２の四周を拘束するものであればよく、特に規定する必要はない。パネル構造１の軽量化の観点からは、構造部材４が中実部材である必要はなく、図５〜７のような金属製の中空フレーム（構造部材の長手方向に垂直な断面の周囲を金属製の板で囲まれた中空部材）であることが好ましい。中空フレームの金属製の板の厚さを特に規定する必要はないが、中空フレームを構成する金属製の板の厚さは、例えばパネル２の厚さの０．４〜２．５倍程度としてもよい。中空フレームの径（最大の外径）を特に規定する必要はないが、例えば自動車用部材では４０〜１８０ｍｍ程度の場合が多い。構造部材４は、本実施形態のようにパネル２の全ての周囲に配置されることが好ましいが、パネル２の周囲の一部のみに構造部材４が配置されていてもよい。ただし、この場合でも、パネル２の周長の８０％以上の領域に構造部材４が配置されていることが好ましい。構造部材４は、パネル２の周長の９０％以上の領域に配置されていることがより好ましく、９５％以上の領域に配置されていることがさらに好ましい。また、例えばパネル２が自動車のフロアパネルである場合、構造部材４はサイドシルやクロスメンバー等の部材に相当する。
ここで、本明細書では、図４の紙面縦方向に延びる構造部材４を第１の構造部材４ａ、４ｂと称し、図４の紙面横方向に延びる構造部材４を第２の構造部材４ｃ、４ｄと称す。第１の構造部材４ａ、４ｂと第２の構造部材４ｃ、４ｄは互いに垂直な方向に延び、第１の構造部材４ａ、４ｂと第２の構造部材４ｃ、４ｄは互いに接合されている。図４に示される例では第１の構造部材４ａ、４ｂは第２の構造部材４ｃ、４ｄよりも長く、パネル２は、対向する一対の第１の構造部材４ａ、４ｂと、対向する一対の第２の構造部材４ｃ、４ｄに接合されることで拘束されている。本明細書では、パネル２の長辺の長さ方向である長手方向を“９０°方向”と定義し、９０°方向に直交する方向である短手方向を“０°方向”と定義する。
また、例えば図８に示されるように、対向する一対の第２の構造部材４ｃ、４ｄの間にさらに別の第２の構造部材４ｅが設けられる場合、本明細書ではパネル構造１が並んで配置されているとみなす。すなわち、第１の構造部材４ｆ、４ｇと第２の構造部材４ｃ、４ｅで囲まれるパネル２を備えるパネル構造１と、第１の構造部材４ｈ、４ｉと第２の構造部材４ｄ、４ｅで囲まれるパネル２を備えるパネル構造１が並んで配置されているとみなす。したがって、構造部材４で拘束されたパネル２の短手方向は図８の紙面縦方向となり、長手方向は図８の紙面横方向となる。すなわち、図８に示される例では、紙面縦方向が０°方向であり、紙面横方向が９０°方向である。このように、０°方向を定義する際には、構造部材４で囲まれる最小領域のパネル２を基準として０°方向を定義する。
なお、構造部材４にパネル２が接合された状態であるパネル構造１においては、通常、パネル構造１としての用途が定まる。このため、パネル構造１が組み込まれた製品の使用時において、パネル２の二平面２ａ、２ｂ（図１、図２）のうち、面外方向からの荷重が入力される頻度が高い側の面を特定することができる。例えばパネル２が自動車のフロアパネルである場合、パネル２の下面（車外側の面）よりも上面（車内側の面）の方が面外方向からの荷重が入力される頻度が高い。本明細書では、パネル２の二平面２ａ、２ｂのうち、上記のような面外方向からの荷重が入力される頻度の高い側の面を“荷重入力側の面２ａ”と称す。張り剛性を効果的に向上させる観点からは、補強部材３は、荷重入力側とは反対側の面２ｂに接合されることが好ましい。パネル２が例えば自動車のフロアパネルである場合、前述の通り、荷重入力側の面２ａはパネル２の上面（車内側の面）であることから、補強部材３はパネル２の下面（車外側の面）に接合されていることが好ましい。パネル２が例えば自動車のフードまたはルーフパネルの場合、荷重入力側の面２ａはパネルの上面（車外側の面）であることから、補強部材３はパネル２の下面（車内側の面）に接合されていることが好ましい。パネル２が例えば自動車のフェンダー、ドアアウターパネルまたはサイドアウターパネルの場合、荷重入力側の面２ａはパネル２の車外側の面であることから、補強部材３はパネル２の車内側の面に接合されることが好ましい。
本実施形態の補強部材３は、パネル２の荷重入力側の面２ａとは反対側の面２ｂに接合されている。パネル２に対する補強部材３の接合方法は特に限定されないが、例えば接着剤を用いて接合される。パネル構造１の張り剛性を効果的に向上させる観点においては、補強部材３の板厚、すなわち複数のＦＲＰの層の合計板厚は、パネル２の板厚の２．０倍以上であることが好ましい。補強部材３の板厚は、パネル２の板厚の２．５倍以上であることがより好ましく、３．０倍以上であることがさらに好ましい。補強部材３の板厚の上限は、要求されるパネル構造１の張り剛性と重量等の観点から適宜設定されるが、補強部材の板厚は、パネル２の板厚の１０．０倍以下であることが好ましく、７．５倍以下であることがより好ましく、５．０倍以下であることがさらに好ましい。
（補強部材の例）
補強部材（ＦＲＰ部材とも称する）に用いられ得るＦＲＰは、マトリックス樹脂と、該マトリックス樹脂中に含有され、複合化された強化繊維材料からなる、繊維強化樹脂を意味する。
補強部材（ＦＲＰ部材とも称する）に用いられ得るＦＲＰは、マトリックス樹脂と、該マトリックス樹脂中に含有され、複合化された強化繊維材料からなる、繊維強化樹脂を意味する。
強化繊維材料としては、例えば、炭素繊維、ガラス繊維を用いることができる。他にも、強化繊維材料として、ボロン繊維、シリコンカーバイド繊維、アラミド繊維等を用いることができる。ＦＲＰ部材に用いられるＦＲＰにおいて、強化繊維材料の基材となる強化繊維基材としては、例えば、一方向強化繊維基材（ＵＤ材）等を使用することができる。これらの強化繊維基材は、強化繊維材料の配向性の必要に応じて、適宜選択され得る。
ＣＦＲＰは、強化繊維材料として炭素繊維を用いたＦＲＰである。炭素繊維としては、例えば、ＰＡＮ系またはピッチ系のものが使用できる。ＣＦＲＰの炭素繊維は弾性率が高いピッチ系炭素繊維であることが好ましい。ピッチ系炭素繊維の補強部材３によれば、より高い反力を得ることができ、張り剛性を向上させることができる。
ＧＦＲＰは、強化繊維材料としてガラス繊維を用いたＦＲＰである。炭素繊維よりも機械的特性に劣るが、金属部材の電蝕を抑制することができる。
ＦＲＰに用いられるマトリックス樹脂として、熱硬化性樹脂および熱可塑性樹脂のいずれも使用することができる。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、並びにビニルエステル樹脂等があげられる。熱可塑性樹脂としては、ポリオレフィン（ポリエチレン、ポリプロピレン等）およびその酸変性物、ナイロン６およびナイロン６６等のポリアミド樹脂、ポリエチレンテレフタラートおよびポリブチレンテレフタラート等の熱可塑性芳香族ポリエステル、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンエーテルおよびその変性物、ポリアリレート、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、塩化ビニル、ポリスチレン等のスチレン系樹脂、並びにフェノキシ樹脂等があげられる。なお、マトリックス樹脂は、複数種類の樹脂材料により形成されていてもよい。
金属部材への適用を考慮すると、加工性、生産性の観点から、マトリックス樹脂として熱可塑性樹脂を用いることが好ましい。さらに、マトリックス樹脂としてフェノキシ樹脂を用いることで、強化繊維材料の密度を高くすることができる。また、フェノキシ樹脂は熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂と分子構造が酷似しているためエポキシ樹脂と同程度の耐熱性を有する。また、硬化成分をさらに添加することにより、高温環境への適用も可能となる。硬化成分を添加する場合、その添加量は、強化繊維材料への含浸性、ＦＲＰの脆性、タクトタイムおよび加工性等とを考慮し、適宜決めればよい。
＜接着樹脂層＞
補強部材がＦＲＰ部材等により形成される場合、ＦＲＰ部材と金属部材（図１の例ではパネル２）との間に接着樹脂層（図示は省略されている）が設けられ、該接着樹脂層によりＦＲＰ部材と金属部材とが接合されてもよい。
補強部材がＦＲＰ部材等により形成される場合、ＦＲＰ部材と金属部材（図１の例ではパネル２）との間に接着樹脂層（図示は省略されている）が設けられ、該接着樹脂層によりＦＲＰ部材と金属部材とが接合されてもよい。
接着樹脂層を形成する接着樹脂組成物の種類は特に限定されない。例えば、接着樹脂組成物は、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂のいずれかであってもよい。熱硬化性樹脂および熱可塑性樹脂の種類は特に限定されない。例えば、熱可塑性樹脂としては、ポリオレフィンおよびその酸変性物、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリエチレンテレフタラートやポリブチレンテレフタラート等の熱可塑性芳香族ポリエステル、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンエーテルおよびその変性物、ポリフェニレンスルフィド、ポリオキシメチレン、ポリアリレート、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、並びにポリエーテルケトンケトン等から選ばれる１種以上を使用することができる。また、熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、およびウレタン樹脂から選ばれる１種以上を使用することができる。
接着樹脂組成物は、ＦＲＰ部材を構成するマトリックス樹脂の特性、補強部材の特性または金属部材の特性に応じて適宜選択され得る。例えば、接着樹脂層として極性のある官能基を有する樹脂や酸変性などを施された樹脂を用いることで、接着性が向上する。
このように、上述した接着樹脂層を用いてＦＲＰ部材を金属部材に接着させることにより、ＦＲＰ部材と金属部材との密着性を向上させることができる。そうすると、金属部材に対し荷重が入力された際の、ＦＲＰ部材の変形追従性を向上させることができる。この場合、金属部材の変形体に対するＦＲＰ部材の効果をより確実に発揮させることが可能となる。
なお、接着樹脂層を形成するために用いられる接着樹脂組成物の形態は、例えば、粉体、ワニス等の液体、フィルム等の固体とすることができる。
また、接着樹脂組成物に架橋硬化性樹脂および架橋剤を配合して、架橋性接着樹脂組成物を形成してもよい。これにより接着樹脂組成物の耐熱性が向上するため、高温環境下での適用が可能となる。架橋硬化性樹脂として、例えば２官能性以上のエポキシ樹脂や結晶性エポキシ樹脂を用いることができる。また、架橋剤として、アミンや酸無水物等を用いることができる。また、接着樹脂組成物には、その接着性や物性を損なわない範囲において、各種ゴム、無機フィラー、溶剤等その他添加物が配合されてもよい。
ＦＲＰ部材の金属部材への複合化は、種々の方法により実現される。例えば、ＦＲＰ部材となるＦＲＰまたはその前駆体であるＦＲＰ成形用プリプレグと、金属部材とを、上述した接着樹脂組成物で接着し、該接着樹脂組成物を固化（または硬化）させることで得られる。この場合、例えば、加熱圧着を行うことにより、ＦＲＰ部材と金属部材とを複合化させることができる。
上述したＦＲＰまたはＦＲＰ成形用プリプレグの金属部材への接着は、部品の成形前、成形中または成形後に行われ得る。例えば、被加工材である金属材料を金属部材に成形した後に、ＦＲＰまたはＦＲＰ成形用プリプレグを該金属部材に接着してもよい。また、被加工材にＦＲＰまたはＦＲＰ成形用プリプレグを加熱圧着により接着した後に、ＦＲＰ部材が接着された該被加工材を成形して複合化された金属部材を得てもよい。ＦＲＰ部材のマトリクス樹脂が熱可塑性樹脂であれば、ＦＲＰ部材が接着された部分について曲げ加工等の成形を行うことも可能である。また、ＦＲＰ部材のマトリクス樹脂が熱可塑樹脂である場合、加熱圧着工程と成形工程とが一体となった複合一括成形が行われてもよい。
なお、ＦＲＰ部材と金属部材との接合方法は、上述した接着樹脂層による接着に限られない。例えば、ＦＲＰ部材と金属部材とは、機械的に接合されてもよい。より具体的には、ＦＲＰ部材と金属部材のそれぞれ対応する位置に締結用の孔が形成され、これらがボルトやリベット等の締結手段により当該孔を介して締結されることにより、ＦＲＰ部材と金属部材とが接合されていてもよい。他にも公知の接合手段によってＦＲＰ部材と金属部材とが接合されてもよい。また、複数の接合手段により複合的にＦＲＰ部材と金属部材とが接合されてもよい。例えば、接着樹脂層による接着と、締結手段による締結とが複合的に用いられてもよい。
＜金属部材およびその表面処理＞
本発明に係る金属部材は、熱間圧延鋼板や冷間圧延鋼板であってもよいが、それらの鋼板にめっきされていてもよい。これにより、耐食性が向上する。特に、金属部材が鋼材である場合は、より好適である。めっきの種類は特に限定されず、公知のめっきを用いることができる。例えば、めっき鋼板（鋼材）として、溶融亜鉛めっき鋼板、溶融合金化亜鉛めっき鋼板、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき鋼板、アルミニウムめっき鋼板、電気亜鉛めっき鋼板、電気Ｚｎ−Ｎｉ系合金めっき鋼板等が用いられ得る。金属部材の板厚を特に限定する必要はないが、例えば自動車用部材では０．６０〜３．２ｍｍ程度の場合が多い。
本発明に係る金属部材は、熱間圧延鋼板や冷間圧延鋼板であってもよいが、それらの鋼板にめっきされていてもよい。これにより、耐食性が向上する。特に、金属部材が鋼材である場合は、より好適である。めっきの種類は特に限定されず、公知のめっきを用いることができる。例えば、めっき鋼板（鋼材）として、溶融亜鉛めっき鋼板、溶融合金化亜鉛めっき鋼板、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき鋼板、アルミニウムめっき鋼板、電気亜鉛めっき鋼板、電気Ｚｎ−Ｎｉ系合金めっき鋼板等が用いられ得る。金属部材の板厚を特に限定する必要はないが、例えば自動車用部材では０．６０〜３．２ｍｍ程度の場合が多い。
また、金属部材は、表面に化成処理とよばれる皮膜が被覆されていてもよい。これにより、耐食性がより向上する。化成処理として、一般に公知の化成処理を用いることができる。例えば、化成処理として、りん酸亜鉛処理、クロメート処理、クロメートフリー処理等を用いることができる。また、上記皮膜は、公知の樹脂皮膜であってもよい。
また、金属部材は、一般に公知の塗装が施されているものであってもよい。これにより、耐食性がより向上する。塗装として、公知の樹脂を用いることができる。例えば、塗装として、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂またはふっ素系樹脂等を主樹脂としたものを用いることができる。また、塗装には、必要に応じて、一般に公知の顔料が添加されていてもよい。また、塗装は、顔料が添加されていないクリヤー塗装であってもよい。かかる塗装は、ＦＲＰ部材を複合化する前に予め金属部材に施されていてもよいし、ＦＲＰ部材を複合化した後に金属部材に施されてもよい。また、予め金属部材に塗装が施されたのちにＦＲＰ部材が複合化され、さらにその後塗装が施されてもよい。塗装に用いられる塗料は、溶剤系塗料、水系塗料または紛体塗料等であってもよい。塗装の施工方法として、一般に公知の方法が適用され得る。例えば、塗装の施工方法として、電着塗装、スプレー塗装、静電塗装または浸漬塗装等が用いられ得る。電着塗装は、金属部材の端面や隙間部を被覆するのに適しているため、塗装後の耐食性に優れる。また、塗装前に金属部材の表面にりん酸亜鉛処理やジルコニア処理等の一般に公知の化成処理を施すことにより、塗膜密着性が向上する。
（複数のＦＲＰ層）
（各ＦＲＰ層はそれぞれ一つの繊維方向）
（繊維方向の角度差が３０°以上となるＦＲＰ層の割合が層全体の１５％以上）
図９は補強部材３の層構造を説明するための図である。補強部材３を構成する複数のＦＲＰの層の各々はそれぞれ一の繊維方向からなり、複数のＦＲＰの層のうち少なくとも一つの層は他の層とは異なる繊維方向を有している。図９に示される例においては、ＦＲＰが６層構造となっており、複数のＦＲＰの層のうち、パネル２の面２ｂ寄りの４層においては連続繊維が０°方向に配向されており、残りの２層においては連続繊維が９０°方向に配向されている。なお、本明細書においては、連続繊維が一の特定の方向に配向された層のことを“配向層”と称す。例えば繊維が０°方向に配向された層については０°配向層と称し、９０°方向に配向された層については９０°配向層と称す。すなわち、図９に示される補強部材３は、四つの０°配向層３ａと二つの９０°配向層を有している。
（各ＦＲＰ層はそれぞれ一つの繊維方向）
（繊維方向の角度差が３０°以上となるＦＲＰ層の割合が層全体の１５％以上）
図９は補強部材３の層構造を説明するための図である。補強部材３を構成する複数のＦＲＰの層の各々はそれぞれ一の繊維方向からなり、複数のＦＲＰの層のうち少なくとも一つの層は他の層とは異なる繊維方向を有している。図９に示される例においては、ＦＲＰが６層構造となっており、複数のＦＲＰの層のうち、パネル２の面２ｂ寄りの４層においては連続繊維が０°方向に配向されており、残りの２層においては連続繊維が９０°方向に配向されている。なお、本明細書においては、連続繊維が一の特定の方向に配向された層のことを“配向層”と称す。例えば繊維が０°方向に配向された層については０°配向層と称し、９０°方向に配向された層については９０°配向層と称す。すなわち、図９に示される補強部材３は、四つの０°配向層３ａと二つの９０°配向層を有している。
なお、「θ°配向層」には、θ±５°に配向された連続繊維からなる配向層も含まれる。例えば「０°配向層」は、連続繊維の繊維方向が厳密に０°方向を示しているＦＲＰの層だけではなく、０°方向に対して−５°〜５°に配向されている連続繊維を含む配向層も含まれる。配向層の繊維方向は、繊維強化樹脂部材をマイクロフォーカスＸ線ＣＴ（X-ray Computed Tomography）を用いて観察、解析を行うことにより同定できる。補強部材３を構成する層の総数は特に限定されず、パネル２の形状や要求される張り剛性等に応じて適宜変更される。また、補強部材３のサイズ、ＦＲＰの各層の板厚、および補強部材３のパネル２に対する接合位置等も特に限定されず、パネル２の形状や要求される張り剛性等に応じて適宜変更される。
ところで、本願の発明者らが、特許文献５の炭素繊維クロス織物などのような、ＦＲＰの一つの層内に２以上の方向の繊維を織り込んだ素材をパネルに貼り付けたパネル構造の張り剛性を評価したところ、張り剛性の向上効果は小さかった。その理由は不明であるが、クロス織物は繊維が波打っていることが影響している可能性が考えられる。本発明は、その評価結果を踏まえ、クロス織物を用いずに一つの繊維方向のＦＲＰの層を積層して張り剛性を向上させることを研究した結果生まれたものである。このため、本発明に係る補強部材は、複数のＦＲＰの層からなり、且つ複数のＦＲＰ層の各々がそれぞれ一つの繊維方向を有している。
本願の発明者らの検討によれば、各々のＦＲＰの層の繊維方向が一つの方向であっても、複数のＦＲＰの層の繊維方向が全て同じ方向（例えば全てのＦＲＰ層の繊維方向が長手方向、つまり全てのＦＲＰ層が９０°配向層）の場合には後述のとおり張り剛性の向上効果が小さいことが判明した。この知見から、発明者らは、張り剛性の向上には、複数のＦＲＰの層の繊維方向を一つに揃えない方がよく、繊維方向の角度差が３０°以上のＦＲＰの層が存在し、且つ、繊維方向の角度差が３０°以上異なるＦＲＰの層の割合がＦＲＰの層全体の１５％以上とすることがよいことを見出した。繊維方向が異なるＦＲＰの層のうち“繊維方向の角度差が３０°以上となるＦＲＰの層の層全体に占める割合”は、複数の繊維方向の中で基準とする繊維方向によって値が変化するが、本明細書においては、各々の繊維方向を基準とした場合の上記割合をそれぞれ算出し、最も低い割合の値を用いることとする。例えば後述の実施例におけるCASE a11において、９０°方向を基準とした場合の角度差が３０％以上となるＦＲＰの層の層全体に占める割合は６７％（４層／６層＝０．６７）となり、０°方向を基準とした場合のその割合は３３％（２層／６層＝０．３３）となる。したがって、この場合における最も低い割合の値は３３％であることから、繊維方向の角度差が３０°以上となるＦＲＰの層の割合は層全体の３３％である。なお、各ＦＲＰの層の厚さとＦＲＰ繊維の密度が略同一の場合は上述した方法で算出するが、各層の厚みや密度が異なる場合は、各層の厚みおよび密度を重みとして該割合を算出する。
ＦＲＰの層の角度差はより大きい方が好ましく、４０°以上、５０°以上または６０°以上であることが好ましい。角度差の上限は、当然ながら９０°である。層全体に占める所定の角度差以上の繊維方向のＦＲＰの層の割合はより大きい方が好ましく、２０％以上、２５％以上または３０％以上であることが好ましい。ただし、その割合の上限は５０％である。
パネル構造１は以上のように構成されている。図１のようなパネル２の場合、パネル２の荷重入力側の面２ａに面外方向からの荷重Ｆが入力されると、荷重入力位置の周囲に略円形状の歪が生じる。本発明者は、そのような場合において、複数のＦＲＰの層のうちの少なくとも一層が他の層と異なる繊維方向を有し、繊維方向の角度差が３０°以上となるＦＲＰ層の割合が層全体の１５％以上であり、かつ、下記式（１）を満たす補強部材３が接合されたパネル構造１であれば、張り剛性が効果的に向上することを見出した。
０．３８×Ｋ≦（Ａ×４＋Ｂ）／（Ｃ＋Ｄ） （１）
Ａ：補強部材３の板厚中心の外側にあるＦＲＰの層の０°方向成分
Ｂ：補強部材３の板厚中心の内側にあるＦＲＰの層の０°方向成分
Ｃ：複数のＦＲＰの層の層全体における０°方向成分
Ｄ：複数のＦＲＰの層の層全体における９０°方向成分
Ｋ：パネル２の長辺の長さ／パネル２の短辺の長さ
０．３８×Ｋ≦（Ａ×４＋Ｂ）／（Ｃ＋Ｄ） （１）
Ａ：補強部材３の板厚中心の外側にあるＦＲＰの層の０°方向成分
Ｂ：補強部材３の板厚中心の内側にあるＦＲＰの層の０°方向成分
Ｃ：複数のＦＲＰの層の層全体における０°方向成分
Ｄ：複数のＦＲＰの層の層全体における９０°方向成分
Ｋ：パネル２の長辺の長さ／パネル２の短辺の長さ
（０°方向成分および９０°方向成分の算出方法）
本明細書では、０°方向成分（パネル２の短手方向に平行な成分）および９０°方向成分（パネル２の長手方向に平行な成分）を次のように算出することとする。ここでは、パネルに接合されている補強部材を構成するＦＲＰの層全体において、２種類の繊維方向が含まれている例を示す。図１０は、０°方向とのなす角（鋭角）がθ1となる第１の繊維方向を有するＦＲＰの層を示し、図１１は、０°方向とのなす角（鋭角）がθ2となる第２の繊維方向を有するＦＲＰの層を示している。第１の繊維方向と第２の繊維方向は互いに異なる方向である。本明細書における“０°方向成分”は、ＦＲＰの層の繊維方向について、三角関数を用いて０°方向成分（つまり、ｃｏｓθ１、またはｃｏｓθ２）と９０°方向成分（つまり、ｃｏｓ（９０°−θ１）＝ｓｉｎθ１、またはｃｏｓ（９０°−θ２）＝ｓｉｎθ２）に成分分解することで算出された０°方向成分の絶対値である。また、本明細書における“９０°方向成分”は、ＦＲＰの層の繊維方向について、三角関数を用いて０°方向成分と９０°方向成分に成分分解することで算出された９０°方向成分の絶対値である。
本明細書では、０°方向成分（パネル２の短手方向に平行な成分）および９０°方向成分（パネル２の長手方向に平行な成分）を次のように算出することとする。ここでは、パネルに接合されている補強部材を構成するＦＲＰの層全体において、２種類の繊維方向が含まれている例を示す。図１０は、０°方向とのなす角（鋭角）がθ1となる第１の繊維方向を有するＦＲＰの層を示し、図１１は、０°方向とのなす角（鋭角）がθ2となる第２の繊維方向を有するＦＲＰの層を示している。第１の繊維方向と第２の繊維方向は互いに異なる方向である。本明細書における“０°方向成分”は、ＦＲＰの層の繊維方向について、三角関数を用いて０°方向成分（つまり、ｃｏｓθ１、またはｃｏｓθ２）と９０°方向成分（つまり、ｃｏｓ（９０°−θ１）＝ｓｉｎθ１、またはｃｏｓ（９０°−θ２）＝ｓｉｎθ２）に成分分解することで算出された０°方向成分の絶対値である。また、本明細書における“９０°方向成分”は、ＦＲＰの層の繊維方向について、三角関数を用いて０°方向成分と９０°方向成分に成分分解することで算出された９０°方向成分の絶対値である。
上記式（１）の層全体における０°方向成分（式（１）の“Ｃ”）および層全体における９０°方向成分（式（１）の“Ｄ”）を算出する際には、まず第１の繊維方向を有するＦＲＰの層について、角θ1を成分分解して０°方向成分と９０°方向成分を算出する。このとき、第１の繊維方向を有する他のＦＲＰの層があれば、その層についても同様に角θ1を成分分解して０°方向成分と９０°方向成分を算出する。次に、第２の繊維方向を有するＦＲＰの層について、角θ2を成分分解して０°方向成分と９０°方向成分を算出する。このとき、第２の繊維方向を有する他のＦＲＰの層があれば、その層についても同様に角θ2を成分分解して０°方向成分と９０°方向成分を算出する。このようにして、各層について０°方向成分と９０°方向成分を算出した後、各層の０°方向成分を合計することで式（１）における層全体の０°方向成分（式（１）の“Ｃ”）が算出される。同様に、各層の９０°方向成分を合計することで式（１）における層全体の９０°方向成分（式（１）の“Ｄ”）が算出される。
例えば図１０において角θ1が３０°である場合には、cos30°の絶対値が０°方向成分であり、sin 30°の絶対値が９０°方向成分である。すなわち、角θ1が３０°である場合の第１の繊維方向についての０°方向成分は約０．８６６であり、９０°方向成分は０．５である。また、図１１において角θ2が−６０°である場合には、cos-60°の絶対値が０°方向成分であり、sin-60°の絶対値が９０°方向成分である。すなわち、角θ2が−６０°である場合の第２の繊維方向についての０°方向成分は０．５であり、９０°方向成分は約０．８６６である。図１０および図１１において、第１の繊維方向を有する層が４層、第２の繊維方向を有する層が２層である場合には、層全体における０°方向成分は、約４．４６（０．８６６×４＋０．５×２）であり、層全体における９０°方向成分は、約３．７３（０．５×４＋０．８６６×２）である。このようにして０°方向成分の合計値および９０°方向成分の合計値が算出される。なお、繊維方向が０°方向である場合の０°方向成分の値はcos 0°、すなわち１であり、９０°方向成分の値はsin 0°、すなわち０である。また、繊維方向が９０°方向である場合の０°方向成分の値はcos 90°、すなわち０であり、９０°方向成分の値はsin 90°、すなわち１である。
また、各ＦＲＰの層の厚さとＦＲＰ繊維の密度が略同一の厚みの場合は上述した方法で算出するが、各層の厚みや密度が異なる場合は、各層の厚みおよび密度を重みとして該割合を算出する。例えば、ｎ層のＦＲＰのうち、接合側からｋ番目の層の０°方向成分の値をｘk、当該層の厚みをｔkとした場合、層全体における０°方向成分の合計値は、ｘ1×ｔ1＋・・・＋ｘn×ｔnとなる。９０°方向成分の合計値も同様に得られる。
本明細書では、補強部材３の板厚（すなわち、各層の合計板厚）の中心Ｔcに対して、パネル２との接合側に位置するＦＲＰの層を“板厚中心ＴCの内側にある層”と称し、該接合側とは反対側に位置するＦＲＰの層を“板厚中心ＴCの外側にある層”と称す。例えば図９の補強部材３において、各ＦＲＰの層の板厚が全て等しいとすると、６層あるＦＲＰの層のうちの下側の３層が、補強部材３の板厚中心ＴCの外側にある層であり、６層あるＦＲＰのうちの上側の３層が補強部材３の板厚中心の内側にある層である。したがって、図９の例の場合、式（１）における、補強部材３の板厚中心の外側にあるＦＲＰの層の０°方向成分（式（１）の“Ａ”）は、６層あるＦＲＰの層のうちの下側の３層の０°方向成分の合計値であり、式（１）における、補強部材３の板厚中心の内側にあるＦＲＰの層の０°方向成分の（式（１）の“Ｂ”）は、６層あるＦＲＰの層のうちの上側の３層の０°方向成分の合計値である。
式（１）の“Ｋ”は、パネル２の長辺の長さとパネル２の短辺の長さの比である。式（１）の“Ｋ”は、パネル２がどのような形状であるかを示す指標となるため、以降の説明においては、式（１）の“Ｋ”を形状指数Ｋと称す。本実施形態の場合、形状指数Ｋにおける“長辺の長さ”は、パネル２の一対の短辺を拘束する構造部材間の距離であり、“短辺の長さ”は、パネル２の一対の長辺を拘束する構造部材間の距離である。パネル構造１の張り剛性を向上させるためには、各ＦＲＰの層における繊維方向を規定することが重要であるが、ＦＲＰの繊維方向がパネル構造１の張り剛性に及ぼす影響は、パネル２の形状によっても異なってくる。換言すると、パネル２の形状によって、張り剛性に対するＦＲＰの繊維方向の寄与度が異なってくる。したがって、パネル構造１の張り剛性を向上させるためには、パネル２の形状も考慮した上でＦＲＰの繊維方向を規定することが重要である。
この要求を満たす条件が式（１）である。後述の実施例で示されるように、複数のＦＲＰの層のうちの少なくとも一層が他の層と異なる繊維方向を有し、繊維方向の角度差が３０°以上となるＦＲＰ層の割合が層全体の１５％以上であり、かつ、式（１）を満たす補強部材３を備えたパネル構造１によれば、張り剛性を向上させることができる。
なお、本実施形態の説明では、繊維方向が２方向であったが、３方向以上であってもよい。例えば図１２に示される補強部材３は、パネル２の面２ｂから順に９０°配向層３ｂ、４５°配向層３ｃ、−４５°配向層３ｄ、０°配向層３ａ、９０°配向層３ｂ、０°配向層３ａを有している。このような場合でも、複数のＦＲＰの層のうちの少なくとも一層が他の層と異なる繊維方向を有し、繊維方向の角度差が３０°以上となるＦＲＰ層の割合が層全体の１５％以上であり、かつ、式（１）を満たす補強部材３がパネル２に接合されていることによってパネル構造１の張り剛性を向上させることができる。
また、補強部材３は、パネル２の面２ａに接合されていても張り剛性の向上効果が得られるが、補強部材３は、面２ａとは反対側の面２ｂに接合されることが好ましい。例えばパネル２が自動車のフロアパネル等の部品である場合、パネル２の上面に面外方向からの荷重Ｆが入力されるため、パネル２のより下面側で引張応力が大きくなるが、パネル２の下面に補強部材３が接合されていれば、引張応力の発生部を効果的に補強することができる。これによりパネル２の張り剛性の向上の効果がより得られやすくなる。
また、補強部材３は、図１３に示されるようにパネル２の面全体に接合されていることが好ましい。例えばパネル２に対して補強部材３が部分的に接合される場合であっても、部分的に張り剛性を向上させることは可能である。しかし、補強部材がパネル２の面全体に接合されていることにより、パネル２のどの位置に荷重が入力されても補強部材３による補剛効果を得ることが可能となる。補強部材３は、パネル２の面全体に接合されない場合であっても、パネル２の面積の７０％以上に接合されていることが好ましい。より好ましくはパネル２の面積の８０％以上であり、さらに好ましくは９０％以上である。
また、式（１）を満たす補強部材３が例えば前述の特許文献１のＦＲＰシートと同形状である場合、発揮される補剛効果は特許文献１のＦＲＰシートに対して大きくなる。すなわち、特許文献１の補剛効果と同等の補剛効果で張り剛性に関する製品仕様を満たすことができる場合には、例えば補強部材３の板厚を薄くしてパネル構造１の軽量化を図ることも可能である。このため、補強部材３がパネル２の面全体に接合される場合には、従来のＦＲＰシートがパネル全体に複数接合される場合に比べ、パネル部材の軽量化を図ると共に十分な張り剛性を確保することができる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
パネル構造１の張り剛性を図１４に示される方法で評価した。詳述すると、パネル２の荷重入力側の面２ａとは反対側の面２ｂに補強部材３が接合されたパネル構造１に対し、パネル２の周縁部が拘束された状態で、パネル２の面２ａの中央部にＲ５０の半球状の圧子１０を押し込むことで張り剛性を評価した。張り剛性は、圧子１０を２ｍｍ押し込む際に要した荷重（以下“２ｍｍストローク時荷重”）の大きさによって評価され、２ｍｍストローク時荷重が大きいパネル構造１ほど、張り剛性が高く、変形にしにくい構造である。本評価方法におけるパネル２は引張強度が５９０ＭＰａの鋼板であり、補強部材３は、ヤング率が１０２ＧＰａのＦＲＰの層を複数有する部材である。
また、パネル２については形状指数Ｋが以下のように異なるものが３種類準備され、各パネル構造について張り剛性を評価した。
（ａ）Ｋ＝１．２２（長辺の長さ：４４０ｍｍ、短辺の長さ：３６０ｍｍ）
（ｂ）Ｋ＝２．２（長辺の長さ：４４０ｍｍ、短辺の長さ：２００ｍｍ）
（ｃ）Ｋ＝３．１４（長辺の長さ：４４０ｍｍ、短辺の長さ：１４０ｍｍ）
（ａ）Ｋ＝１．２２（長辺の長さ：４４０ｍｍ、短辺の長さ：３６０ｍｍ）
（ｂ）Ｋ＝２．２（長辺の長さ：４４０ｍｍ、短辺の長さ：２００ｍｍ）
（ｃ）Ｋ＝３．１４（長辺の長さ：４４０ｍｍ、短辺の長さ：１４０ｍｍ）
張り剛性の評価条件および評価結果は下記表１の通りである。なお、比較例として、パネル単体の場合およびＣＦＲＰが単一繊維方向の場合についても張り剛性を評価した。
表１に示されるように、パネルに補強部材が接合されたCASE a3〜CASE a20の２ｍｍストローク時荷重は、パネル単体のCASE a1およびCASE a2の２ｍｍストローク時荷重よりも大きくなり、パネルに補強部材が接合されることで張り剛性が向上することがわかる。
CASE a4〜CASE a10の補強部材は、１層あたり０．２０ｍｍのＣＦＲＰが６層重なった構造である。板厚が１．２０ｍｍ（０．２０ｍｍ×６）のＣＦＲＰの重量は、CASE a3の補強部材として使用されている０．７０ｍｍのアルミニウム板と同程度の重量であるが、CASE a4〜CASE a9の２ｍｍストローク時荷重は、CASE a3の２ｍｍストローク荷重よりも小さくなっており、張り剛性が劣っている。一方、２方向または３方向の繊維方向を有するＣＦＲＰが使用されたCASE a12〜a20は、式（１）を満たすことについてはCASE a4〜CASE a9と同様であるが、CASE a12〜a20の２ｍｍストローク時荷重は、CASE a3〜CASE a9に対して大きくなっており、張り剛性が向上している。この結果によれば、複数のＦＲＰの層のうち、少なくとも一つの層が他の層と異なる繊維方向を有し、複数のＦＲＰの層において、繊維方向の角度差が３０°以上となる層の割合が層全体の１５％以上であり、かつ、式（１）を満たす補強部材がパネルに接合されている場合には、パネル構造としての張り剛性が向上することがわかる。特に、CASE a12〜a20においては、軽量化に有利なアルミニウム板を使用したCASE a3よりも張り剛性が向上している。すなわち、発明例であるCASE a12〜a20のパネル構造は、張り剛性の質量効率に優れており、張り剛性と軽量化を高いレベルで両立することができる。
また、CASE a1〜a20に対して形状指数Ｋが異なるCASE b1〜b10およびCASE c1〜c10の結果においても、少なくとも一つの層が他の層と異なる繊維方向を有し、複数のＦＲＰの層において、繊維方向の角度差が３０°以上となる層の割合が層全体の１５％以上であり、かつ、式（１）を満たす場合には、パネル構造の張り剛性が向上することが示されている。特に、発明例であるCASE b5, b7〜b10においては、軽量化に有利なアルミニウム板を使用したCASE b1よりも張り剛性が向上している。また、発明例であるCASE c5, c7〜c10においては、軽量化に有利なアルミニウム板を使用したCASE c1よりも張り剛性が向上している。したがって、CASE b5, b7〜b10およびCASE
c5, c7〜c10のパネル構造も、前述のCASE a12〜a20と同様に張り剛性の質量効率に優れた構造である。すなわち、本発明に係るパネル構造は、パネルの形状指数Ｋに関わらず、張り剛性と軽量化を高いレベルで両立させることができる構造である。
c5, c7〜c10のパネル構造も、前述のCASE a12〜a20と同様に張り剛性の質量効率に優れた構造である。すなわち、本発明に係るパネル構造は、パネルの形状指数Ｋに関わらず、張り剛性と軽量化を高いレベルで両立させることができる構造である。
CASE
a13とCASE a20は、補強部材のサイズ（面積）が互いに異なっている。詳述すると、CASE a13では、CASE A20を除く他の実施例と同様にパネルの面積の１００％の領域に補強部材が接合され、CASE a20では、パネルの面積の８０％の領域に補強部材が接合されている。CASE
a13とCASE a20は、補強部材のサイズ以外の条件が互いに同一の条件下で張り剛性が評価されているが、２ｍｍストローク時荷重は共に高い値であった。本結果によれば、補強部材がパネルの面全体に接合されていない場合であっても、張り剛性の向上効果が十分に得られることがわかる。
a13とCASE a20は、補強部材のサイズ（面積）が互いに異なっている。詳述すると、CASE a13では、CASE A20を除く他の実施例と同様にパネルの面積の１００％の領域に補強部材が接合され、CASE a20では、パネルの面積の８０％の領域に補強部材が接合されている。CASE
a13とCASE a20は、補強部材のサイズ以外の条件が互いに同一の条件下で張り剛性が評価されているが、２ｍｍストローク時荷重は共に高い値であった。本結果によれば、補強部材がパネルの面全体に接合されていない場合であっても、張り剛性の向上効果が十分に得られることがわかる。
上記表１においては、補強部材としてＣＦＲＰを使用する場合の層構造を６層としていたが、４層構造の場合についても図１４の方法で張り剛性を評価した。評価結果は下記表２の通りである。
表２に示されるように、４層構造の場合であっても、少なくとも一つの層が他の層と異なる繊維方向を有し、複数のＦＲＰの層において、繊維方向の角度差が３０°以上となる層の割合が層全体の１５％以上であり、かつ、式（１）を満たす場合には、張り剛性が向上することがわかる。すなわち、本発明に係る張り剛性の向上効果を得る観点においては、複数のＦＲＰの層の総数は特に限定されない。
なお、ＦＲＰからなる部材として、ＦＲＰの一つの層内に２以上の方向の繊維を織り込んだ素材（いわゆるクロス織物）があるが、クロス織物について図１４の方法で張り剛性を評価したところ、張り剛性の向上効果は小さかった。
本発明は、自動車のフロアパネル等の構造として利用することができる。
１ パネル構造
２ パネル
２ａ パネルの荷重入力側の面
２ｂ パネルの荷重入力側とは反対側の面
３ 補強部材
３ａ ０°配向層
３ｂ ９０°配向層
３ｃ ４５°配向層
３ｄ −４５°配向層
４ 構造部材
４ａ、４ｂ、４ｆ〜４ｉ 第１の構造部材
４ｃ〜４ｅ 第２の構造部材
１０ 圧子
４０ インナー部材
４０ａ 縦壁部
４０ｂ 天面部
４０ｃ フランジ部
４１ アウター部材
Ｔc 補強部材の板厚中心
２ パネル
２ａ パネルの荷重入力側の面
２ｂ パネルの荷重入力側とは反対側の面
３ 補強部材
３ａ ０°配向層
３ｂ ９０°配向層
３ｃ ４５°配向層
３ｄ −４５°配向層
４ 構造部材
４ａ、４ｂ、４ｆ〜４ｉ 第１の構造部材
４ｃ〜４ｅ 第２の構造部材
１０ 圧子
４０ インナー部材
４０ａ 縦壁部
４０ｂ 天面部
４０ｃ フランジ部
４１ アウター部材
Ｔc 補強部材の板厚中心
Claims (11)
- 金属製のパネルと、
前記パネルの周縁部に配置された、該パネルの周囲を拘束する金属製の中空フレームと、
前記パネルの片面にのみ接合された、連続繊維を含む複数のＦＲＰの層からなる補強部材と、を備え、
前記複数のＦＲＰの層の各々はそれぞれ一の繊維方向からなり、
前記複数のＦＲＰの層のうち、少なくとも一つの層は他の層とは異なる繊維方向を有し、
前記複数のＦＲＰの層において、繊維方向の角度差が３０°以上となる層の割合が層全体の１５％以上であり、
前記パネルの長辺の長さ方向である長手方向を９０°方向、および前記９０°方向に直交する方向を０°方向と定義し、前記パネルに接合されている前記補強部材の各ＦＲＰの層の繊維方向について、三角関数を用いて９０°方向成分および０°方向成分をそれぞれ算出した場合において、下記式（１）を満たす、パネル構造。
０．３８×Ｋ≦（Ａ×４＋Ｂ）／（Ｃ＋Ｄ） （１）
Ａ：前記補強部材の板厚中心の外側にある前記ＦＲＰの層の前記０°方向成分
Ｂ：前記補強部材の板厚中心の内側にある前記ＦＲＰの層の前記０°方向成分
Ｃ：前記複数のＦＲＰの層の層全体における前記０°方向成分
Ｄ：前記複数のＦＲＰの層の層全体における前記９０°方向成分
Ｋ：前記パネルの長辺の長さ／前記パネルの短辺の長さ - 前記複数のＦＲＰの層は、４層以上のＦＲＰの層である、請求項１に記載のパネル構造。
- 前記パネルの７０％以上の面積に、前記補強部材が接合されている、請求項１または２に記載のパネル構造。
- 前記補強部材は前記パネルの面全体に接合されている、請求項１または２に記載のパネル構造。
- 前記補強部材の板厚は、前記パネルの板厚の２．０倍以上である、請求項１〜４のいずれか１項に記載のパネル構造。
- 前記パネルは、自動車のフロアパネルであり、
前記補強部材は、前記フロアパネルの下面に接合されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載のパネル構造。 - 前記パネルは、自動車のフードまたはルーフパネルであり、
前記補強部材は、前記パネルの下面に接合されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載のパネル構造。 - 前記パネルは、自動車のフェンダー、ドアアウターパネルまたはサイドアウターパネルであり、
前記補強部材は、前記パネルの車内側の面に接合されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載のパネル構造。 - 前記パネルは、４４０ＭＰａ以上の鋼板である、請求項１〜８のいずれか１項に記載のパネル構造。
- 前記ＦＲＰは、ＣＦＲＰである、請求項１〜９のいずれか１項に記載のパネル構造。
- 前記ＦＲＰは、ＧＦＲＰである、請求項１〜９のいずれか１項に記載のパネル構造。
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