JP7136633B2 - 繊維強化樹脂材の板状部材 - Google Patents

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Description

本発明は、繊維強化樹脂により形成されている板状部材に関する。
例えば、特許文献１に開示されているように、鞍状型の２輪車両における乗車用シート
を支持するリヤフレームを、強度を維持しつつ軽量化するために、長繊維を有する繊維強
化樹脂により形成される構造が知られている。長繊維とは、例えば１０ｍｍ以上の長さを
有する繊維で、長繊維を有する繊維強化樹脂は、通常、射出成形では成形できないもので
あり、例えばプレス成形により形成される。
特許文献１に開示されているリヤフレームの構造では、左右の繊維強化樹脂製の側壁パ
ネルをクロス部材で締結し、繊維強化樹脂製の側壁パネルに設けられた締結孔を介して、
メインフレームにボルト締結されている。
ＷＯ２０１５－０３３４２５号公報
長繊維を有する不連続繊維強化樹脂を用いてプレス成形によって例えば板状の部材を成
形する場合、板状部材の端部では、プレス成形時に、樹脂と長繊維が共に流動し、端部に
対応する金型とぶつかり、行き場を失った長繊維がうねることがある。ここでのうねりと
は、長繊維が層状に流れずに、乱流のように流れてしまう現象である。
長繊維がうねった部位では、板状部材の表層に長繊維の存在しない樹脂面が、露出する
可能性がある。このような部位は、強度が低下してしまう。板状部材の先端部の近傍に、
ボルト等の締結用の穴部を設けた場合、当該穴部の周囲では、所定の強度を確保できない
部位が発生する可能性がある。
特許文献１に開示された側壁パネルにおいても、不連続繊維強化樹脂を用いてプレス成
形で作製した場合、製品端部に設けられた締結孔の周辺は、長繊維がうねることによって
強度が低下する可能性がある。
本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、長繊維を有す
る繊維強化樹脂の板状部材の先端部の近傍において、長繊維のうねりによる強度低下を抑
制することが可能な繊維強化樹脂材の板状部材を提供することである。
上記目的を達成するため本発明に係る板状部材は、繊維強化樹脂により形成されている。当該板状部材において、前記繊維強化樹脂は、１０ｍｍ以上の長さを有する繊維を有する不連続繊維強化樹脂であり、前記板状部材の平面部には、穴部が設けられ、前記穴部の近くに位置する前記平面部の外周端部には、側壁が一体的に形成され、前記側壁は、前記穴部の開口縁における前記外周端部に近い方の部位と、前記外周端部との間の領域の外周に沿って延びて配置されており、前記板状部材は、鞍状型車両のメインフレームに取り付けられるシートレールであり、前記穴部は、前記平面部の前部における半円状の先端部から車両後方に間隔をあけた位置に設けられ、前記穴部の中心は、前記平面部の車両上下方向幅の中央に位置しており、前記穴部は、締結部材によって前記シートレールを前記メインフレームに締結するための締結部として構成され、前記平面部の前部の車両幅方向内側は、前記メインフレームに当接し、前記側壁は、車幅方向外側で、前記締結部材の前記穴部への挿入方向とは反対側の方向に突出している。
本発明によれば、長繊維を有する繊維強化樹脂材の板状部材の先端部の近傍において、
長繊維のうねりによる強度低下を抑制することができる。
本発明に係る繊維強化樹脂材の板状部材の第１の実施形態を示す斜視図である。 図１の第１の変形例を示す斜視図である。 図１の第２の変形例を示す斜視図である。 本発明に係る繊維強化樹脂材の板状部材の第２の実施形態を示す斜視図である。 本発明に係る繊維強化樹脂材の板状部材の第３の実施形態を示す斜視図である。 図５のＡ部を拡大して示す拡大斜視図である。 図６のＢ－Ｂ矢視断面図である。 図本発明に係る繊維強化樹脂材の板状部材の第４の実施形態を示す斜視図である。６の変形例を示す斜視図である。 図８のＣ－Ｃ矢視断面図である。
以下、本発明に係る繊維強化樹脂材の板状部材１について、図面（図１～図９）を参照
して説明する。
［第１の実施形態］
先ず、本発明に係る繊維強化樹脂材の板状部材の基本構成となる第１の実施形態につい
て、図１を用いて説明する。図１は、板状部材１の第１の実施形態を示す斜視図である。
先ず、本実施形態の板状部材１の材質について説明する。本実施形態の板状部材１は、
長繊維を有する不連続繊維強化樹脂材により形成されている。本実施形態で用いている樹
脂材料は、母材に熱硬化性樹脂を用いた炭素繊維強化樹脂CFRP(Carbon Fiber Reinforced
Plastics)や、熱可塑性の炭素繊維強化樹脂CFRTP(Carbon Fiber Reinforced Thermo Pla
stics)である。
繊維強化樹脂に用いられる繊維は、炭素繊維、ガラス繊維、ポリアミド繊維、ポリエチ
レン繊維等の種々の繊維を用いることができる。繊維強化樹脂には、連続繊維強化樹脂と
不連続繊維強化樹脂とがある。連続繊維強化樹脂とは、例えば、連続した炭素繊維を一方
向に並べて樹脂を含浸させて得られる樹脂のことである。この連続繊維強化樹脂において
は、炭素繊維が配向する方向の機械的特性（剛性等）は高いものの、炭素繊維が配向する
方向と直交する方向の機械的特性は低い。
これに対して、不連続繊維強化樹脂とは、例えば、ある程度の長さを有する不連続な繊
維に樹脂を含浸させて得られる樹脂のことである。このような不連続繊維強化樹脂は、炭
素繊維毎に炭素繊維の配向方向が異なるため、機械的特性の高低に方向性を持たない。ま
た、連続繊維樹脂に比べて成形を容易に行うことができる。
以下、不連続繊維強化樹脂により形成された板状部材１の形状について図１を用いて説
明する。板状部材１は、図１に示すように、平面部２と、穴部３と、側壁５を有している
。平面部２は、所定の面積の主面２ａを有する平板状である。本実施形態では、一方向（
図１における左右方向）に延びる平板である。平面部２の長手方向の一方端（図１の左方
端）は、長手方向に直交するように直線状に延びている直線状端部２ｂである。また、長
手方向の他方端（図１の右方端）は、半円状端部２ｃである。すなわち、板状部材１は、
長方形状の一方の端部が半円状に形成されている。
穴部３は、平面部２の外周端部の付近に設けられている。本実施形態では、穴部３の近
くに位置する外周端部は、半円状端部２ｃである。この例における平面部２の先端部２ｄ
は、半円状端部２ｃにおける平面部２の幅方向の中央に位置している。穴部３は、円形の
貫通孔で、穴部３の中心は、半円状端部２ｃの先端部２ｄから、所定の間隔を空けて配置
されている。また、当該中心は、板状部材１の幅方向の中央に位置している。
穴部３の中心と、半円状端部２ｃの先端部２ｄとの距離は、穴部３の中心と、直線状端
部２ｂとの距離よりも短い。すなわち、上記の通り、本実施形態における穴部３の周辺の
端部（穴部３の近くに位置する端部）は、半円状端部２ｃである。
側壁５は、平面部２の端部に設けられ、平面部２から一方側（図１の上方側）に略垂直
に突出し、平面部２の外周に沿って延びて配置されている。側壁５は、穴部３における先
端部２ｄに近い方（図１の右側）の開口縁３ａと、先端部２ｄとの間の領域に位置する平
面部２の外周端部に、外周に沿って延びて配置されている。
この例では、半円状端部２ｃのほぼ全域に配置されおり、側壁５の端部５ａは、穴部３
における先端部２ｄに近い方（図１の右側）の開口縁３ａに対応する平面部２の幅方向端
部２ｅに配置されている。すなわち、図１に示すように、先端部２ｄに近位の開口縁３ａ
を通る幅方向の破線Ｘ１に側壁５の端部５ａが配置される。また、側壁５の高さとなる平
面部２から側壁５の頂上までの長さは、平面部２の板厚よりも長ければよい。また、側壁
５と主面２ａは、所定の曲率を有するＲ部によって接続されている。側壁５と主面２ａで
構成される角部の応力集中を、当該Ｒ部によって抑制している。
本実施形態における板状部材１は、不連続繊維強化樹脂材料をプレス成形することによ
り形成される。板状部材１の原材料をプレス成形するときに、板状部材１の先端部２ｄの
長繊維を、側壁５に導くことができる。先端部２ｄで樹脂が停滞することなく、側壁５に
導かれるため、先端部２ｄの近傍において長繊維のうねりが発生することを抑制できる。
よって、先端部２ｄの近傍の長繊維のうねりによる強度低下を抑制することが可能となる
。
また、側壁５はリブとしての効果を有しており、穴部３に近い半円状端部２ｃの周辺の
強度を向上させることができる。その結果、先端部２ｄの近傍にボルト等の締結用の穴部
３を設けた場合においても、穴部３の周囲の強度を確保することができる。
また、図２に示すように、側壁５を、穴部３の中心位置Ｏと、先端部２ｄとの間の領域
に位置する平面部２の外周端部に、配置させてもよい。この場合の側壁５の端部５ａは、
穴部３の中心位置Ｏに対応する幅方向端部２ｅに配置されている。すなわち、図２に示す
ように、穴部３の中心位置Ｏを通る幅方向の破線Ｘ２に側壁５の端部５ａが配置される。
また、図３に示すように、側壁５を、穴部３における先端部２ｄと反対側（直線状端部
２ｂ側）の開口縁３ａと、先端部２ｄとの間の領域に位置する平面部２の外周端部に、配
置してもよい。この場合の側壁５の端部５ａは、穴部３における直線状端部２ｂの近い方
の開口縁３ａに対応する幅方向端部２ｅに配置されている。また、図示は省略するが、側
壁５の端部５ａを、さらに直線状端部２ｂに近い位置に配置してもよい。
このように、側壁５を設けることで、穴部３の周辺及び先端部２ｄの近傍における、長
繊維のうねりの発生が、さらに抑制されるため、穴部３の周辺における上記うねりの発生
による強度低下の抑制効果がより一層高まる。
［第２の実施形態］
続いて、本発明に係る繊維強化樹脂材の板状部材の基本構成となる第２の実施形態につ
いて、図４を用いて説明する。図４は、本実施形態の板状部材１の斜視図である。本実施
形態は、第１の実施形態（図１）の変形例であって、第１の実施形態と同一部分または類
似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。
本実施形態の平面部２は、長方形状で、図４の左右方向が長手方向となる。平面部２の
長手方向の両端は、長手方向に直交するように直線状に延びている。
穴部３は、第１の実施形態と同様に、平面部２の図４の右方の先端部２ｄから所定の間
隔を空けた位置に設けられている。この例における平面部２の先端部２ｄは、図４の右方
の長手方向端部である。穴部３の中心は、板状部材１の幅方向の中央に位置している。穴
部３の中心と先端部２ｄとの距離は、穴部３の中心と、図４の左方の長手方向端部との距
離よりも短い。
側壁５は、第１の実施形態と同様に、平面部２の外周端部に設けられ、穴部３における
先端部２ｄに近い方（図４の右側）の開口縁３ａと、先端部２ｄとの間の領域に位置する
平面部２の外周端部に、外周に沿って延びて配置されている。この例では、側壁５は、図
４における右方の長手方向端部２ｆと、この長手方向端部２ｆの両側端から連続して延び
る幅方向端部２ｅに配置されている。幅方向端部２ｅに位置する側壁５は、長手方向端部
２ｆから、穴部３の先端部２ｄに近い方の開口縁３ａに対応する平面部２の幅方向端部２
ｅまで延びている。
このように構成することにより、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。ま
た、本実施形態の側壁５は、第１の実施形態と同様に、穴部３の中心位置と、先端部２ｄ
との間の領域に位置する平面部２の外周端部に配置されてもよく、穴部３における先端部
２ｄと反対側（直線状端部２ｂ側）の開口縁３ａと、先端部２ｄとの間の領域に位置する
平面部２の外周端部に配置されてもよい。また側壁５の端部５ａを、さらに直線状端部２
ｂに近い位置に配置してもよい。
［第３の実施形態］
続いて、本発明に係る繊維強化樹脂材の板状部材の第３の実施形態について、図５～図
７を用いて説明する。本実施形態は、第１の実施形態で説明した板状部材１の構成を、例
えば２輪の鞍状型車両のメインフレーム１０に取り付けられているシートレール１１に用
いた例について説明する。
シートレール１１は、鞍状型車両のシート部材を車体に取り付けるためのフレーム部材
で、車体骨格を構成している。本実施形態におけるシートレール１１は、図５に示すよう
に、車幅方向に間隔を空けて対をなすように配置されており、車両前後方向に延びている
。また、シートレール１１は車両後方に向かうに従い車両上方に傾斜している。
ここで、シートレール１１の構成について説明する。シートレール１１は、平面部１２
と側壁１５を有しており、平面部１２は、車幅方向を臨む面を有する板状の部分で、車両
前後方向に延びている。この例では、平面部１２は、図５に示すように、車両後方に向か
うに従い車両上方に向かって傾斜配置されている。
平面部１２における車幅方向を臨む主面１２ａは、主面１２ａにおける下部が車幅方向
外側に膨出している。また、主面１２ａの上側の前部には、鞍状型車両のメインフレーム
１０に、シートレール１１をボルト（締結部材）１９等により接合するための締結部１３
が設けられている。すなわち、第１の実施形態で説明した穴部３（図１）は、本実施形態
の締結部１３として構成されている。本実施形態における締結部１３は、車幅方向両側（
左右）のそれぞれに２つずつ設けられている。車幅方向の一方側の２つの締結部１３は、
車両上下方向に間隔を空けて配置されている。
上側の締結部１３は、図５～図７に示すように、平面部１２における上下方向幅が小さ
い前部で、先端の部分に設けられており、車幅方向に貫通する円形の貫通孔１４を有して
いる。貫通孔１４は、平面部１２の前部における先端部１２ｄから車両後方に所定の間隔
を空けた位置に設けられている。この例における平面部１２の先端部１２ｄは、図６に示
すように、第１の実施形態と同様に、半円状端部１２ｃの先端であり、半円状端部１２ｃ
における平面部１２の車両上下方向幅の略中央に位置している。
貫通孔１４の中心は、半円状端部１２ｃの先端部１２ｄから、車両後方に所定の間隔を
空けて配置されている。また、当該中心は、平面部１２の車両上下方向幅の中央に位置し
てもよいし、当該中央から上方または下方にシフトしてもよい。
また、下側の締結部１３は、シートレール１１の下側の角部に配置され、上側の締結部
１３と同様に形成されている。
側壁１５は、平面部１２の前部における外周端部に設けられ、平面部１２の主面１２ａ
から車幅方向外側に略垂直に突出し、外周端部に沿って延びている。側壁１５は、貫通孔
１４における前側の開口縁３ａと、先端部１２ｄとの間の領域に位置する外周端部に、外
周に沿って延びて配置されている。この例では、側壁１５は、半円状端部１２ｃのほぼ全
域に配置され、さらに、穴部３よりも車両後方まで延びている。
ここで、締結部１３が、メインフレーム１０の側面に締結されている状態について説明
する。図６に示すように、メインフレーム１０の側面１０ｂには、締結部１３の貫通孔１
４に連通するボルト孔１０ａが形成されている。当該ボルト孔１０ａに締結部１３の貫通
孔１４が連通するように、平面部１２の前部における当接面１２ｇをメインフレーム１０
の側面１０ｂに当接させる。この状態で、貫通孔１４にブッシュ１９ａを介してボルト１
９を挿入し、ボルト孔１０ａに螺合させ、メインフレーム１０の側面１０ｂに、シートレ
ール１１が締結される。
シートレール１１の後方に荷重が作用すると、シートレール１１とメインフレーム１０
を締結する締結部１３に、荷重が伝わる。一方、シートレール１１をプレス成形するとき
に、当該締結部１３に長繊維のうねりが発生すると、当該締結部１３の強度が低下する可
能性がある。当該うねりにより締結部１３の強度が低下すると、締結部１３に伝わる荷重
により締結部１３が破損する可能性がある。このため、シートレール１１の端部に締結部
１３を設置できない問題があった。これは、設計の自由度の低下を招く。
これに対して、本実施形態のように、シートレール１１に第１の実施形態で説明した板
状部材１を用いると、シートレール１１をプレス成形により形成するときに、締結部１３
の貫通孔１４の周辺における長繊維を、側壁１５に導くことができる。締結部１３で樹脂
が停滞することなく、側壁１５に導かれるため、締結部１３の近傍において長繊維のうね
りが発生することを抑制できる。これにより、締結部１３における長繊維のうねりによる
強度低下を抑制することが可能となる。また、側壁１５はリブとして機能するため、締結
部１３の剛性をさらに高めることができる。
その結果、メインフレーム１０の後方に荷重が作用しても、シートレール１１とメイン
フレーム１０を締結する締結部１３が、上述の長繊維のうねりを原因として破損すること
を抑制でき、締結部１３に荷重が作用しても破損を抑制できる。
そのため、長繊維を有する不連続繊維強化樹脂である繊維強化樹脂材料を用いても、シ
ートレール１１の前部に、締結部１３を設置することができ、シートレール１１をメイン
フレーム１０への取付部品として成立させることが可能となる。
［第４の実施形態］
続いて、本発明に係る繊維強化樹脂材の板状部材の第４の実施形態について、図８及び
図９を用いて説明する。本実施形態は、第３の実施形態（図５～図７）の変形例であって
、第３の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略す
る。
本実施形態のシートレール１１は、図８及び図９に示すように、側壁１５ａ，１５ｂが
、平面部１２の両面側に設けられている。すなわち、本実施形態のシートレール１１は、
平面部１２の主面１２ａから車幅方向外側に突出する外側壁１５ａと、主面１２ａから車
幅方向内側に突出する内側壁１５ｂを有している。外側壁１５ａ及び内側壁１５ｂが設け
られているため、第１～第３の実施形態の効果をさらに高めることができる。
プレス成形時に長繊維が導入される側壁１５ａ，１５ｂの体積が、第３の実施形態の側
壁１５に比べて増えるため、当該長繊維が貫通孔１４の周辺や先端部１２ｄで流動しやす
くなり、貫通孔１４の周辺における長繊維によるうねりの発生が抑制され、その結果、締
結部１３の強度が低下することが抑制される。
内側壁１５ｂは、図９に示すように、メインフレーム１０に係合している。そのためメ
インフレーム１０に形状に適合するように傾斜させている。したがって、外側壁１５ａと
内側壁１５ｂは、対称である必要はない。このように構成することで、内側壁１５ｂは、
シートレール１１とメインフレーム１０を接合するときに、位置決めとして機能する。そ
のため、内側壁１５ｂを設けることによって、シートレール１１をメインフレーム１０に
取り付ける時間を短縮することができる。
上記の第１～第４の実施形態の説明は、本発明を説明するための例示であって、特許請
求の範囲に記載の発明を限定するものではない。また、本発明の各部構成は上記実施形態
に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。
例えば、第１及び第２の実施形態における穴部３は、貫通孔でもよいし、底部を有する
穴でもよい。底部を有する穴の場合には、例えばボルトが螺合するボルト穴とし、板状部
材１に締結される部材に貫通孔を設けるとよい。また、第３の実施形態では、シートレー
ル１１に第１の実施形態の板状部材１を用いているが、これに限らない。第２の実施形態
で説明した板状部材１を、シートレール１１に用いてもよい。
また、第１及び第２の実施形態における板状部材１は、長繊維を有する不連続性繊維強
化樹脂により形成される部材であれば、シートレール以外の部材にも適用可能である。第
３及び第４の実施形態では、第１の実施形態で説明した熱可塑性のCFRPにより形成された
板状部材１を、２輪の鞍状型車両のメインフレーム１０に取り付けられているシートレー
ル１１に用いた例について説明しているが、これに限らない。例えば、熱可塑性のCFRPを
、自動車のフロア部分に相当するスタックフレーム等に用いることもできる。
１ 板状部材
２ 平面部
２ａ 主面
２ｂ 直線状端部
２ｃ 半円状端部
２ｄ 先端部
２ｅ 幅方向端部
３ 穴部
３ａ 開口縁
５ 側壁
１０ メインフレーム
１０ａ ボルト孔
１０ｂ 側面
１１ シートレール
１２ 平面部
１２ｃ 半円状端部
１２ｄ 先端部
１２ｇ 当接面
１３ 締結部
１４ 貫通孔
１５ 側壁
１５ａ 外側壁
１５ｂ 内側壁
１９ ボルト（締結部材）
１９ａ ブッシュ

Claims (4)

  1. 繊維強化樹脂により形成されている板状部材において、
    前記繊維強化樹脂は、１０ｍｍ以上の長さを有する繊維を有する不連続繊維強化樹脂であり、
    前記板状部材の平面部には、穴部が設けられ、
    前記穴部の近くに位置する前記平面部の外周端部には、側壁が一体的に形成され、
    前記側壁は、前記穴部の開口縁における前記外周端部に近い方の部位と、前記外周端部との間の領域の外周に沿って延びて配置されており、
    前記板状部材は、鞍状型車両のメインフレームに取り付けられるシートレールであり、
    前記穴部は、前記平面部の前部における半円状の先端部から車両後方に間隔をあけた位置に設けられ、前記穴部の中心は、前記平面部の車両上下方向幅の中央に位置しており、
    前記穴部は、締結部材によって前記シートレールを前記メインフレームに締結するための締結部として構成され、
    前記平面部の前部の車両幅方向内側は、前記メインフレームに当接し、
    前記側壁は、車幅方向外側で、前記締結部材の前記穴部への挿入方向とは反対側の方向に突出していることを特徴とする繊維強化樹脂材の板状部材。
  2. 前記側壁は、前記穴部の中心位置に対応する位置まで、さらに延びていることを特徴とする請求項１に記載の繊維強化樹脂材の板状部材。
  3. 前記側壁は、前記開口縁における前記外周端部に遠い方の部位に対応する位置まで、さらに延びていることを特徴とする請求項２に記載の繊維強化樹脂材の板状部材。
  4. 前記側壁は、前記シートレールの平面部の両面側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の繊維強化樹脂材の板状部材。
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