JPS6013732Y2 - 金属板体の補強構造 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は繊維強化合成樹脂製の補強ビームによる金属板
体の補強構造に関するものである。

自動車の軽量化の目的のために、自動車における金属部
材の軽量化や金属部材のプラスチックへの代替化が広く
行なわれている。

金属部材の軽量化において、金属の使用量を低減させる
と強度不足の問題が起る。

たとえば、ドア、ボンネット、ルーフ、トランクリッド
、フェンダ−等の金属板体部材において、この金属板体
を軽量化のために薄くすると、その耐衝撃強度等の強度
が不足してくる。

そのため、この金属板体裏面に補強材を取り付けて補強
することが考えられているが、金属補強材では軽量化の
目的は達成されない。

そこで、繊維強化合成樹脂（以下ＦＲＰと呼ぶ）製のビ
ームを用いて金属板体を補強することを考えた。

長さ方向に配列された強化繊維を有するＦＲＰ製補強ビ
ームは軽くしかも引張強度が高いので、これを金属板体
裏面に当ててその端部を金属板体に接合することによっ
て金属板体の補強の目的が軽量化を阻害することなく遠
戚される。

ＦＲＰ製の補強ビームは種々の断面形状を有するはり材
であり、これを金属板体などの被補強材の表面に当接あ
るいは近接してその両端を被補強材に接合して用いられ
る。

この接合は強固である必要があるが、接着剤による接着
では接着強度やその信頼性が充分でない。

金属板体同志の接合には溶接が広く用いられているが、
一方が合戒樹脂の場合は不可能である。

さらに、ボルトや鋲などで両者を接合することは、被補
強金属板体の補強ビームを当接しない面（たとえば自動
車のドアではドアの表面）にボルトやリベットの端部が
現われ外観を阻害するため使用できない。

そこで、両者を接合金属片を介して接合することを考え
た。

即ち、補強ビームと接合金属片とを機械的に接合し、接
合金属片と被補強金属板体とは溶接等で接合することに
よって両者を接合することにより問題が解決される。

補強ビームの形状は種々のものが考えられるが、本考案
者らの種々の検討の結果、補強ビームの好ましい断面形
状が見い出されているので、この断面形状を有する補強
ビームが好ましい。

この好ましい補強ビームの断面形状は少なくとも２本の
フランジとそれらを結合する少なくとも１本のウェブと
から構成され、断面がＨ型あるいはＨ型を並列させた形
状を有している。

この２本以上のフランジの一方の先端が被補強金属板体
側に位置される。

即ち、金属板体の面とウェブの面がほぼ平行になるよう
に当接あるいは近接される。

また、ウェブはフランジの高さの中点よりも金属板体側
に偏在させることが好ましいが、ウェブが金属板体に接
する程フランジの先端部に偏在させることは好ましくな
い。

この補強ビームの両端が金属板体に接合されて付設され
ると、金属板体にかかる曲げ荷重は補強ビームの曲げ応
力となって吸収される。

このような形状のＦＲＰ製補強ビームを金属板体に接合
する場合、前記のように金属接合片が使用されることが
好ましく、この金属接合片と金属板体とは溶接等の方法
で結合される。

一方、補強ビームと金属接合片とはボルトやリベット等
の機械的接合方法で接合される。

この接合における補強ビームの接合部は、フランジ部、
ウェブ部およびその両者に設けることができる。

しかしながら、本考案者は補強ビームと接合金属片との
接合のし易さなどの理由により、接合金属片は補強ビー
ムのウェブ部に接合することが好ましいことがわかった
。

しかしながら、補強ビーム端部のウェブに穴をあけ、こ
の部分にボルトやリベットを貫入させて接合金属片を接
合した場合、ウェブの強度が問題となることがわかった
。

即ち、補強ビームに荷重がかかるとこの穴周辺部にウェ
ブの面に垂直な応力とウェブの面に平行な応力が集中す
る。

この内、ウェブの面に水平な応力は主として張りである
ので、この方向のＦＲＰの強度は高いが、ウェブの面に
垂直な応力に対して耐える強度は比較的低い。

従って、補強ビームに大きな応力が発生すると、即ち被
補強金属板体に大きな荷重がかかると、補強ビーム両端
の接合金属片が取り付けられたウェブが破壊される恐れ
が大きくなる。

そこで、本考案者はこの接合金属片の取り付は部を補強
することを考えた。

その１つの方法はウェブの厚さを厚くすることである。

しかし、補強ビーム全体のウェブの厚さを増すことは材
料のむだを招きかつ軽量化を阻害するので、ウェブの厚
さを厚くする部分は補強ビームの接合金属片取り付は位
置、即ち補強ビームの両端部で充分である。

他の方法は、接合金属片取り付は部に当て板を設けるこ
とである。

この当て板はウェブに接着してもしなくてもよい。

これにより、ウェブの面に垂直の方向の応力は取り付は
用の穴周辺部のみに集中することが防止される。

本考案は、この２つの方法を含む端部の補強されたＦＲ
Ｐ製補強ビームの金属板体の補強構造である。

即ち、本考案は、被補強金属板体、該被補強金属板体に
当接した繊維強化合成樹脂製の補強ビーム、および該補
強ビーム両端と該被補強金属板体とを接合する接合金属
片とから構成される金属板体の補強構造において、補強
ビームが少くとも２本のフランジとそれらを結合する少
くとも１本のウェブとからなり、断面がＨ型あるいはＨ
型を並列した形状を有し、該ウェブが該フランジの高さ
の中点よりも一方の側へ偏在しかつ該フランジの先端部
には存在しない補強ビームであり、該補強ビームのウェ
ブが偏在した側のフランジ先端側に被補強金属板体が位
置し、該補強ビーム両端部のウェブに接合金属片が取り
付けられ、かつ該接合金属片が取り付けられている部分
のウェブが補強されていることを特徴とする金属板体の
補強構造である。

本考案の補強構造を図面を用いて説明する。

第１図は補強ビームで補強された金属板体の平面図、第
２図は第１図下方からみた正面図、第３図は部分断面図
である。

金属板体１の第１図上方を表、下方を裏とすると、荷重
が矢印で示した図上方からかかる場合、金属板体１の裏
面にＦＲＰ製の補強ビーム２が取り付けられる。

この補強ビーム２の両端のウェブに接合金属片３がリベ
ットで接合され、この接合金属片３と金属板体１は溶接
によって接着されている。

補強ビーム２は４本のフランジ４とそれらを結合する３
本のウェブ５からなり、ウェブ５はフランジ４の高さの
中点よりも金属板体１側に位置している。

本考案はこの補強構造において、補強ビーム２と接合金
属片３の取り付は部に特に関係している。

この部分の特徴を明確にするため第４図に本考案の１例
の部分正面図を、第５図に側面図を示す。

補強ビーム２の端部のウェブ５に接合金属片３が取り付
けられ、両者はリベット６で固定され、また当て板７が
ウェブ５の補強のために取り付けられている。

接合金属片３はウェブ５の金属板体１側の面あるいはそ
の反対側の面（第２図参照）に取り付けられ、当て板７
も接合金属片３と同じ側あるいは反対側（第５図）に取
り付けることができる。

好ましくは、接合金属片３はウェブ５の金属板体１側の
面に、当て板７はその反対側の面に取り付けられる。

第６図は同様に本考案の他の３例を示す第５図と同様の
補強ビーム端部の側面図である。

この補強ビームはいずれも２本のフランジ４と１本のウ
ェブ５から構成され、接合金属片３はウェブ５の金属板
体側（図の上方）に取り付けられている。

Ａは補強ビームの端部のウェブ５の厚さを厚さくしたも
ので、他の部分のウェブの厚さは点線の位置である。

Ｂは第５図の場合と同様当て板７を用いたもので、この
当て板７は鋼板のような強度の高いものは薄くてよい。

Ｃは当て板７をウェブ５内に埋め込んだものである。

当て板の材質、形状、大きさ等は特に限定されない。

好ましくは、高剛性ＦＲＰ板や剛板などの変形し難くか
つ強度の高いものが適当である。

また、その大きさは、接合金属片とウェブとが重なる面
と同一の面積を有するものやそれよりも大きいものが好
ましいが、勿論中さなもの（第４図参照）であってもよ
い。

また、補強ビーム両端のウェブの厚さを厚くすることや
当て板を埋め込む場合は、成形した補強ビームに強化繊
維と未硬化の熱硬化性樹脂（および当て板）を積層し硬
化することによって行なわれる。

補強ビームは通常引抜成形で成形されるので、成形時に
両端のウェブの厚さを増すことは困難である。

勿論、引抜成形以外の方法、たとえばプレス成形の場合
は、ウェブの厚さを変えて成形することができる。

繊維強化合成樹脂製補強ビームの材質および成形方法は
特に限定されないが、好まくは引抜成形で成形したガラ
ス繊維強化不飽和ポリエステル樹脂である。

勿論、ガラス繊維以外の繊維、たとえば合成繊維や炭素
繊維を強化繊維として使用しても良く、合成樹脂もエポ
キシ樹脂やビニルエステル樹脂などの熱硬化性樹脂やポ
リオレフィン樹脂などの熱可塑性樹脂であっても良い。

さらに、補強ビームは特に引張強度が要求されるので、
強化繊維は補強ビームの長さ方向に配置された長い繊維
を含むものであることが好ましく、たとえば長さ２例以
上、特に連続長繊維（たとえばロービング）が主として
使用される。

補強ビームの形状については、本考案者らの先願特許、
たとえば、特願昭５３−１２２７３８号明細書や特願昭
５３−１５００３誇明細書に詳説されている。

その要点は、少くとも２本のフランジとそれらを結合す
る少くとも１本のウェブからなり、断面がＨ型あるいは
Ｈ型を列した形状であり、ウェブがフランジの高さの中
点よりも一方の側へ偏在しかつフランジ先端には存在し
ていない形状である。

しかも、図示したように、被補強材である金属板体へは
ウェブの偏在した側のフランジ先端を当接して用いる。

即ち、ウェブの面と被補強金属板体面は平行であり、か
つ近接している。

本考案の強度向上効果を測定するために次のような試験
を行った。

第１図から第３図に示したような、長さ約１００ｃｒＩ
ｔの４本のフランジと３本のウェブから構成される全く
同じ３本のガラス繊維強化不飽和ポリエステル樹脂製補
強ビームを用意した。

この補強ビームの１本に第４図および第５図に示すよう
に、その両端にウェブと同じ厚さのＦＲＰ製でその平面
に垂直な曲げに強い当て板と接合金属片を取り付け、こ
の補強ビームをａとした。

他の１本には当て板の厚さをウェブの厚さの半分とした
以外は全くａと同様にして当て板と接合金属片を取り付
け、これをｂとした。

残りの１本には当て板を使用しない以外はａと同様にし
て接合金属片を取り付け、これをＣとした。

この補強ビーム３本それぞれの両端の接合金属片を固定
し、補強ビーム中央に荷重をかけ、その荷重ＷＢとたわ
みσの大きさを測定した。

その結果を第７図のグラフに示す。

グラフは重なりを防ぐため縦軸をずらして描いである。

図より破壊に至るまでの荷重はａ ： ２３５５ｋａｗ
ｂ ： １９５５ｋｇｔ ｃ ： １７８０ｋｇであ
り、また破壊に至るまでのたわみも大きくなっているこ
とがわかる。

従って、補強ビームの仕事量（Ｗ８×σ）は本考案の構
成により著るしく向上することがわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図は補強ビーム２による金属板体１の補強構造を示
す平面図、第２図はその正面図および第３図はその部分
断面図である。 第４図は、本考案補強構造における接合金属片３の近傍
を示す部分正面図、第５図はその側面図である。 第６図は他の本考案補強構造を示す側面図であり、第７
図は本考案補強構造の効果を明らかにする荷重とたわみ
の関係を示したグラフである。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 被補強金属板体、該被補強金属板体に当接した繊維
   強化合成樹脂製の補強ビーム、および該補強ビーム両端
   と該被補強金属板体とを接合する接合金属片とから構成
   される金属板体の補強構造において、補強ビームが少な
   くとも２本のフランジとそれらを結合する少くとも１本
   のウェブとからなり、該補強ビームの長さ方向に垂直な
   断面がＨ型あるいはＨ型を並列した形状を有腰該ウェブ
   が該フランジの高さの中点よりも一方の側へ偏在しかつ
   該フランジの先端には存在しない補強ビームであり、該
   補強ビームのウェブが偏在した側のフランジ先端側に被
   補強金属板体が位置し、該補強ビーム両端部のウェブに
   接合金属片が取り付けられ、かつ該接合金属片が取り付
   けられている部分のウェブが補強されていることを特徴
   とする金属板体の補強構造。 ２ ウェブの補強がウェブの厚さを厚くしたことによる
   ものであることを特徴とする実用新案登録請求の範囲１
   の補強構造。 ３ ウェブの補強が当て板を設けることによるものであ
   ることを特徴とする実用新案登録請求の範囲１の補強構
   造。