JPWO2013089228A1 - フレーム構造およびそれを用いた自動車用部品 - Google Patents

Abstract

表面側に外部荷重を受ける樹脂フレーム部材Ａと、該樹脂フレーム部材Ａの表面側からみた厚み方向における中心部よりも背面側に配置され、樹脂フレーム部材Ａの長手方向に延びる予め成形されたシート状繊維強化樹脂成形体Ｂとを一体成形してなることを特徴とするフレーム構造、およびそれを用いた自動車用部品。従来基本的に樹脂で構成されていた樹脂製フレーム部材に薄いシート状繊維強化樹脂成形体Ｂを組み合わせて一体成形することにより、外部荷重等に対するフレーム部材の機械特性を効率よく向上することができ、しかも、良好な成形性を確保しつつ所望の特性を有するフレーム部材を安価に製造することができる。このフレーム構造を利用して、望ましい形態の自動車用部品を提供できる。

Description

本発明は、フレーム構造およびそれを用いた自動車用部品に関し、とくに、外部荷重を受ける樹脂フレーム部材をシート状繊維強化樹脂成形体で補強したフレーム構造、およびそれを用いた自動車用部品に関する。

各種分野に使用されるフレーム部材に関して、樹脂のみから形成すると、とくに外部荷重を受けたときに強度的に不足するおそれが生じる場合がある。このようなおそれを除去したり、軽減したりするためには、フレーム部材の素材を金属にしたり、繊維強化樹脂にしたりすることが考えられる。しかし、フレーム部材を金属製にすると、軽量化が難しくなるとともに、比較的複雑な形状になった場合、樹脂のような良好な成形性を確保することが難しくなる。フレーム部材の全体を繊維強化樹脂製にすると、コストが嵩むとともに機械特性的には過剰な仕様になることもあり、また、樹脂のみからなる場合に比べれば成形性は劣る。

また、熱硬化性樹脂の繊維強化樹脂と熱可塑性樹脂の繊維強化樹脂とを接合し、全体として繊維強化樹脂からなる複合成形体を製造する方法は知られている（例えば、特許文献１、２）。しかし、このような方法でフレーム部材を製造すると、上記のフレーム部材の全体を一種の繊維強化樹脂製で形成する場合と同様、コストが嵩むとともに機械特性的には過剰な仕様になることもあり、さらに、繊維強化樹脂部材を予め成形し、しかる後にそれらを接合するため、製造工程が煩雑になり、この面からもコストの増大を招く。さらに、ガラス繊維強化熱可塑性樹脂層の積層体構造も知られている（例えば、特許文献３）。しかしこれら特許文献１〜３に記載の構造体は、いずれも、後述の如く本発明における望ましい関係式を満たさない。

特許第３９０６３１９号公報 特許第４５４３６９６号公報 特開平５−１４７１６９号公報

上記のような実情から、樹脂のみからなるフレーム部材の優れた成形性を残しつつ、対象とするフレーム部材にとって望ましい機械特性を過剰仕様にならないよう必要なだけ付与するために、効率よく繊維強化樹脂を組み合わせることができれば、少なくとも成形上も、コスト的にも、好ましいフレーム部材が得られる可能性が高くなる。

そこで本発明の課題は、このような技術の指向性に基づき、従来基本的に樹脂で構成されていたフレーム部材に必要なだけ効率よく繊維強化樹脂を組み合わせて、外部荷重等に対する機械特性を効果的に向上でき、かつ、良好な成形性を確保しつつ安価な構成を実現できるフレーム構造と、特にそれを用いた自動車用部品を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係るフレーム構造は、表面側に外部荷重を受ける樹脂フレーム部材Ａと、該樹脂フレーム部材Ａの表面側からみた厚み方向における中心部よりも背面側に配置され、前記樹脂フレーム部材Ａの長手方向に延びる予め成形されたシート状繊維強化樹脂成形体Ｂとを一体成形してなることを特徴とするものからなる。

このような本発明に係るフレーム構造においては、樹脂フレーム部材Ａに対して、その外部荷重を受ける表面側からみた厚み方向における中心部よりも背面側の位置に、つまり、中心部よりも背面側の樹脂フレーム部材Ａの肉厚内に埋設される位置あるいは樹脂フレーム部材Ａの背面上の位置に、配置される予め成形されたシート状繊維強化樹脂成形体Ｂが樹脂フレーム部材Ａと一体成形された構成を有するので、樹脂フレーム部材Ａが厚みの小さいシート状の形態の繊維強化樹脂成形体Ｂによって、必要なだけ補強されることになり、要求仕様に応えることが可能な機械特性が効率よく付与される。シート状繊維強化樹脂成形体Ｂには予め成形された成形体が用いられるが、樹脂フレーム部材Ａがこの成形体Ｂと一体成形されるので、フレーム部材全体の成形においては、樹脂のみから構成される場合と同様の良好な成形性が確保され、複雑な工程を経ることなく安価に所望のフレーム部材の製作が可能である。また、機械特性を向上するためのシート状繊維強化樹脂成形体Ｂは、樹脂フレーム部材Ａの外部荷重を受ける表面側からみた厚み方向における中心部よりも背面側に配置されるので、樹脂フレーム部材Ａの表面側に外部荷重が作用する際、その表面側とは反対側に離れた位置に配置されたシート状繊維強化樹脂成形体Ｂは、その優れた引張強度、引張弾性率、曲げ弾性率等の機械特性をとくに長手方向に効率よく発現でき、薄く少ない量の繊維強化樹脂成形体Ｂにて、フレーム部材全体の機械特性を、過剰仕様にすることなく効果的に向上することができるようになる。さらに、樹脂フレーム部材Ａと、厚みの小さいシート状繊維強化樹脂成形体Ｂとの複合構成であるので、金属製の場合に比べ、十分に軽量化要請にも応えることができる。なお、本発明における一体成形の手法としては、例えば、予め成形されたシート状繊維強化樹脂成形体Ｂを成形型内に配置し、該成形型内に樹脂フレーム部材Ａを構成するための熱可塑性樹脂を射出する成形手法を適用できる。

上記のような本発明に係るフレーム構造においては、上記シート状繊維強化樹脂成形体Ｂ内に含まれる強化繊維の重量平均繊維長は１ｍｍ以上であることが好ましい。重量平均繊維長が１ｍｍ未満であると、シート状繊維強化樹脂成形体Ｂ自体の良好な成形性は得られるものの、高い機械特性が得られにくくなる。

また、上記シート状繊維強化樹脂成形体Ｂとしては、例えば、
（１）重量平均繊維長が１ｍｍ〜５０ｍｍの範囲の強化繊維が実質上ランダムに配向したマット状強化繊維基材と熱可塑性樹脂との組み合わせによるもの、
（２）上記樹脂フレーム部材Ａの長手方向に延びる連続強化繊維が配置された成形体、
のいずれか、または、これらが組み合わされた成形体に構成できる。（１）の形態に関しては、例えば熱可塑性樹脂を用いた繊維強化樹脂の成形品では、構造材として求められる高い機械特性の発現を実現するためには、強化繊維長がある程度長いことが必要となるので、重量平均繊維長１ｍｍ以上の強化繊維、とくに成形性等を考慮して、重量平均繊維長が１ｍｍ〜５０ｍｍの範囲の強化繊維の強化繊維基材を用いた成形品であることが好ましく、この範囲の繊維長の強化繊維が実質上ランダムに配向したマット状基材と樹脂の組み合わせによるものが好ましい。（２）の形態に関しては、予め成形されたシート状繊維強化樹脂成形体Ｂとして、樹脂フレーム部材Ａの長手方向に延びる連続強化繊維が例えば成形体Ｂの２端部間にわたって延びるように配置されて強化された成形体が好ましい。さらには、これらが組み合わされた形態、例えばこれら両形態のシートの積層体からなる成形体も採用できる。

また、上記シート状繊維強化樹脂成形体Ｂが、連続強化繊維が一方向に並行に配置された一方向繊維強化樹脂シートを含む形態を採用することもできる。このような構成においては、とくに連続強化繊維の延設方向における機械特性を意図的に効率よく向上できる。

また、上記シート状繊維強化樹脂成形体Ｂの上記樹脂フレーム部材Ａの長手方向における長さに関しては、要求される補強形態や一体成形のしやすさ等を考慮して適宜設定できる。たとえば、上記シート状繊維強化樹脂成形体Ｂの上記樹脂フレーム部材Ａの長手方向における両端部間にわたって延びている構造とすることもできるし、樹脂フレーム部材Ａの長手方向における両端部間の距離未満の長さを有する構造、すなわち、シート状繊維強化樹脂成形体Ｂの少なくともいずれか一方の端部が樹脂フレーム部材Ａ内に埋設されている構造とすることもできる。

また、本発明に係るフレーム構造において、上記シート状繊維強化樹脂成形体Ｂの繊維重量含有率としては３０％以上であることが好ましい。さらに好ましくは、重量含有率５０％以上である。繊維重量含有率が３０％未満では、シート状繊維強化樹脂成形体Ｂ自体の十分に高い機械特性が得られにくく、シート状繊維強化樹脂成形体Ｂを配置したことによる十分に高い補強効果が得られにくい。

また、上記シート状繊維強化樹脂成形体Ｂの強化繊維の種類としてはとくに限定されず、炭素繊維やガラス繊維、アラミド繊維、さらにはこれらの組み合わせ構成を有する強化繊維等が使用可能であるが、フレーム部材の機械特性を効果的に向上できる点、機械特性の設計のしやすさ等を考慮すれば、シート状繊維強化樹脂成形体Ｂの強化繊維として炭素繊維を含む構成であることが好ましい。

また、上記樹脂フレーム部材Ａとしては、射出成形により形成されることが好ましい。この場合、射出成形には繊維強化樹脂を用いることが好ましく、その強化繊維としては、炭素繊維やガラス繊維、アラミド繊維等や、これらの強化繊維の組み合わせ等が好適に用いられる。より好ましくは炭素繊維強化樹脂である。繊維強化樹脂を用いる場合、重量繊維含有率（Ｗｆ）は０％を超え、６０％までの範囲であることが好ましい。また、成形後の重量平均繊維長は、０．０５〜４ｍｍの範囲にあることが好ましく、０．７〜２ｍｍの範囲がより好ましい。０．０５ｍｍ未満であると繊維強化の効果が発揮しづらく、また４ｍｍを超えると、樹脂内に均一に分散しにくくなる等の不都合が生じうる。

また、本発明に係るフレーム構造においては、破壊されることを想定した場合、荷重を受けた側から確実に安定破壊（つめり、逐次破壊）されることが望ましい。本発明では、樹脂フレーム部材Ａの表面側から荷重がかかることを想定し、その場合に安定破壊となるような望ましい関係式についても提案する。

すなわち、本発明に係るフレーム構造においては、上記樹脂フレーム部材Ａの曲げ弾性率と上記シート状繊維強化樹脂成形体Ｂの引張弾性率の比ＲａｔｅＥと、上記樹脂フレーム部材Ａの曲げ強度と上記シート状繊維強化樹脂成形体Ｂの引張強度の比Ｒａｔｅσと、厚み方向における中立軸から上記樹脂フレーム部材Ａの表面まで距離と該中立軸から上記シート状繊維強化樹脂成形体Ｂの背面までの距離の比ＲａｔｅＴが、以下の関係式を満たすことが好ましい。
ＲａｔｅＥ ×ＲａｔｅＴ ≧ Ｒａｔｅσ
このような関係を満たすことにより、破壊される場合にも、破壊が確実に樹脂フレーム部材Ａの表面から開始され、安定した逐次破壊の実現が可能になる。この関係式導出のより詳細な概念については後述する。

さらに、樹脂フレーム部材Ａの表面側からの破壊開始をより確実にするためには、シート状繊維強化樹脂成形体Ｂの引張弾性率が５０ＧＰａ以上であることが好ましい。また、上記距離の比ＲａｔｅＴは、１〜５の範囲にあることが好ましい。

また同時に、シート状繊維強化樹脂成形体Ｂが樹脂フレーム部材Ａと一体成形されていることによって、フレーム構造全体としての外部荷重等に対する機械特性が十分に高く確保されることも望まれるので、そのためには、シート状繊維強化樹脂成形体Ｂの引張強度が１０００ＭＰａ以上であることが好ましい。

また、本発明に係るフレーム構造においては、樹脂フレーム部材Ａとシート状繊維強化樹脂成形体Ｂの一体成形に際して、両者の間に接合用の薄膜を介在させた構造を採用することも可能である。例えば、上記樹脂フレーム部材Ａまたはシート状繊維強化樹脂成形体Ｂのいずれか、あるいはそれらの両方の表面の少なくとも一部に熱可塑性樹脂Ｃの膜が形成されており、該熱可塑性樹脂Ｃの膜が接合の境界面に配置された状態で、加熱により該熱可塑性樹脂Ｃおよび、上記樹脂フレーム部材Ａおよびシート状繊維強化樹脂成形体Ｂの樹脂の一部が溶融されることにより、熱可塑性樹脂Ｃの膜を介して上記樹脂フレーム部材Ａとシート状繊維強化樹脂成形体Ｂが一体成形されてなる構成を採用することが可能である。このような薄膜の熱可塑性樹脂Ｃの介在により、樹脂フレーム部材Ａとシート状繊維強化樹脂成形体Ｂとの一体接合をより容易に行うことができる場合がある。

上記のような熱可塑性樹脂Ｃを介在させる場合、熱可塑性樹脂Ｃと、上記樹脂フレーム部材Ａの樹脂とに同一の樹脂を使用することができる。同一の樹脂であることにより、少なくとも樹脂フレーム部材Ａと熱可塑性樹脂Ｃとの一体接合が極めて容易に行われる。

あるいは、上記熱可塑性樹脂Ｃと上記樹脂フレーム部材Ａの樹脂が、結晶性の熱可塑性樹脂を主成分とし、かつ以下の関係を有する構成を採用することもできる。
樹脂Ｃの結晶化温度＜樹脂フレーム部材Ａの樹脂の結晶化温度
このように結晶化温度に高低の差をつける形態を採用することにより、とくに、接合の境界面に位置する樹脂Ｃの結晶化温度を相対的に低くして結晶化速度を遅くすることが可能になり（結晶化温度が高いものほど結晶化速度が速い）、接合面を加熱した際に、境界面の樹脂Ｃを結晶化前に十分に溶融させ、被接合部位同士を圧着などして境界面がなじむ時間を得ることができる。これにより高い接合強度をもって接合した一体成形体の製造が可能になる。なお、この結晶化温度（Ｔｃ）の測定に関しては、対象樹脂を、示差走査熱量計（ＤＳＣ）により溶融状態から一定速度（１０℃／分）で冷却し、結晶化発熱ピーク温度〔結晶化温度（Ｔｃ）〕を測定することにより、上記結晶化速度を評価する（結晶化温度（Ｔｃ）が高いものほど結晶化速度が速い。）。

また、上記のような結晶化温度特性を満たすために、あるいは、上記結晶化温度特性とは別に、次のようなフレーム構造に構成することができる。すなわち、上記樹脂フレーム部材Ａの樹脂ａおよびシート状繊維強化樹脂成形体Ｂの樹脂ｂが、特定のモノマーを重合したホモポリマーからなる熱可塑性樹脂であり、かつ、上記熱可塑性樹脂Ｃが、２種類以上の異なったモノマーの共重合によるコポリマーで、その２種類以上のモノマーのひとつに樹脂ａもしくは樹脂ｂと同一のモノマーを含んでいるコポリマーからなる熱可塑性樹脂、またはそのコポリマーがブレンドされた樹脂組成物である構成である。このような形態においては、樹脂Ｃ側の結晶化温度を樹脂ａや樹脂ｂ側に比較して低くすることが可能となり、その結晶化速度が遅い樹脂Ｃが、より長い時間にわたって樹脂ａおよび樹脂ｂに溶融状態で接することなり、樹脂ａや樹脂ｂとの高強度接合を狙うことが可能となる。すなわち高い接合強度をもって接合した一体成形体の製造が可能となる。なお、樹脂ａ、樹脂ｂおよび樹脂Ｃの全ての樹脂の結晶化温度を下げて、系全体の結晶化速度を遅くすることは可能である。しかしながら結晶化速度を下げる特別な手法を系全体に採用すればコストアップが避けられず、この方法は工業的に有利な方法とは言えない。結晶化温度が相対的に低い樹脂Ｃを接合の境界面のみに使用することで、両者の十分な接合強度を得ると共に、大きなコストアップを避けることができる。

なお、上記熱可塑性樹脂Ｃの膜としては、例えば、樹脂Ｃを使用した、例えばフィルムや、あるいはメルトブローやスパンボンドなどによる不織布を使用することができる。これを、例えばプレスなどで事前に予備成形体（シート状繊維強化樹脂成形体Ｂ）を得る際に、表面に配置しておき、あらかじめ一体化しておくのが望ましい。この場合、樹脂Ｃと、樹脂ｂが部分的に混合されてしまっても、樹脂Ｃが表面に一部でも露出していればかまわない。

上記のような本発明に係るフレーム構造は、とくに従来樹脂のみからなる成形品として構成されていた部材で、外部からの荷重に対して機械特性を安価に効率よく向上させることが望まれる部材、さらに加えて大量生産されている部材に好適なもので、あらゆる分野の部材に適用できる。例えば、自動車用部品、中でも、ドアビーム、バンパーリインフォース、シートフレーム、サイドシル等に好適なものである。

このように、本発明に係るフレーム構造によれば、従来基本的に樹脂で構成されていた樹脂製フレーム部材に薄いシート状繊維強化樹脂成形体Ｂを組み合わせて一体成形することにより、外部荷重等に対するフレーム部材の機械特性を効率よく向上することができ、しかも、良好な成形性を確保しつつ所望の特性を有するフレーム部材を安価に製造することができる。このフレーム構造を利用して、望ましい形態の自動車用部品を提供することができる。

本発明の一実施態様に係るフレーム構造の概略断面図である。 本発明の別の実施態様に係るフレーム構造の概略断面図である。 本発明のさらに別の実施態様に係るフレーム構造の概略断面図である。 本発明のさらに別の実施態様に係るフレーム構造の概略断面図である。 本発明のさらに別の実施態様に係るフレーム構造の概略断面図である。 本発明での安定破壊を説明するためのフレームの概略断面図である。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係るフレーム構造を示しており、（Ａ）と（Ｂ）は互いに直交する方向から見た断面を示している（図２〜図５においても同様に、（Ａ）と（Ｂ）は互いに直交する方向から見た断面を示している）。図１において、１は本発明の一実施態様に係るフレーム構造を有するフレーム部材全体を示しており、フレーム部材１は、表面側に外部荷重Ｆを受ける樹脂フレーム部材Ａ（２）と、該樹脂フレーム部材Ａ（２）の表面側からみた厚み方向における中心部３よりも背面側に配置され、樹脂フレーム部材Ａ（２）の長手方向Ｘ−Ｘに延びる予め成形されたシート状繊維強化樹脂成形体Ｂ（４）とを一体成形してなる構成を有している。本実施態様では、シート状繊維強化樹脂成形体Ｂ（４）は、樹脂フレーム部材Ａ（２）中に埋設されており、樹脂フレーム部材Ａ（２）の長手方向における両端部間にわたって延びている。

このように一体成形されたフレーム部材１においては、中心部３よりも背面側に配置された予め成形されたシート状繊維強化樹脂成形体Ｂ（４）によって樹脂フレーム部材Ａ（２）が補強され、一体成形されたフレーム部材１全体の機械特性が効率よく向上される。樹脂フレーム部材Ａ（２）は、シート状繊維強化樹脂成形体Ｂ（４）を型内に配置した状態で射出成形等により容易に成形できるので、フレーム部材１全体としても、単に樹脂のみからなる部材と同様に容易にかつ安価に成形できる。シート状繊維強化樹脂成形体Ｂ（４）の存在によって適切に補強されたフレーム部材１は、外部荷重Ｆに対して高い機械特性を発現でき、とくに、シート状繊維強化樹脂成形体Ｂ（４）が中心部３よりも背面側に配置されているので、外部荷重Ｆによりフレーム部材１が図の下方に向けて湾曲変形しようとする際、フレーム部材１の表面から離れて位置するシート状繊維強化樹脂成形体Ｂ（４）は、高い引張強度、引張弾性率、曲げ弾性率を発現できる。また、フレーム部材１は樹脂フレーム部材Ａ（２）と薄いシート状繊維強化樹脂成形体Ｂ（４）からなるので、極めて軽量である。

図２〜図５に、本発明の他の実施態様に係るフレーム構造を例示する。図２に示すフレーム部材１１においては、図１に示した実施態様同様、フレーム部材１１は、樹脂フレーム部材Ａ（１２）と、該樹脂フレーム部材Ａ（１２）の表面側からみた厚み方向における中心部１３よりも背面側に配置され、樹脂フレーム部材Ａ（１２）の長手方向に延びる予め成形されたシート状繊維強化樹脂成形体Ｂ（１４）とを一体成形してなる構成を有しているが、本実施態様では、シート状繊維強化樹脂成形体Ｂ（１４）が、樹脂フレーム部材Ａ（１２）の背面上に設けられている。このような構成においては、樹脂フレーム部材Ａ（１２）とシート状繊維強化樹脂成形体Ｂ（１４）とを一体成形するに際し、予め成形されたシート状繊維強化樹脂成形体Ｂ（１４）を型内に配置して樹脂フレーム部材Ａ（１２）を構成する樹脂を射出成形する場合、シート状繊維強化樹脂成形体Ｂ（１４）を型内面に沿わせて配置、保持させておけばよいので、極めて容易に一体成形を行うことができる。その他の構成、作用は図１に示した実施態様に準じる。

図３に示すフレーム部材２１においては、図１に示した実施態様同様、フレーム部材２１は、樹脂フレーム部材Ａ（２２）と、該樹脂フレーム部材Ａ（２２）の表面側からみた厚み方向における中心部２３よりも背面側に配置され、樹脂フレーム部材Ａ（２２）の長手方向に延びる予め成形されたシート状繊維強化樹脂成形体Ｂ（２４）とを一体成形してなる構成を有しているが、本実施態様では、シート状繊維強化樹脂成形体Ｂ（２４）が、長手方向および幅方向に短く成形されており、樹脂フレーム部材Ａ（１２）との一体成形により両端部とも樹脂フレーム部材Ａ（１２）中に完全に埋設されている。このような構成においては、一体成形された樹脂フレーム部材Ａ（１２）とシート状繊維強化樹脂成形体Ｂ（１４）との間に剥離が極めて生じにくくなり、また外面が樹脂フレーム部材Ａ（１２）を構成する樹脂で覆われるので、優れた外観が得られる。その他の構成、作用は図１に示した実施態様に準じる。

図４に示すフレーム部材３１においては、図１に示した実施態様同様、フレーム部材３１は、樹脂フレーム部材Ａ（３２）と、該樹脂フレーム部材Ａ（３２）の表面側からみた厚み方向における中心部３３よりも背面側に配置され、樹脂フレーム部材Ａ（３２）の長手方向に延びる予め成形されたシート状繊維強化樹脂成形体Ｂ（３４）とを一体成形してなる構成を有しているが、本実施態様では、シート状繊維強化樹脂成形体Ｂ（３４）の両面側に樹脂フレーム部材Ａ（３２）の厚み方向に延びる複数の孔３５が設けられている。これらの孔３５は、フレーム部材３１の他部材等への取付孔や、フレーム部材３１への他部材等の取付孔に利用することが可能である。その他の構成、作用は図１に示した実施態様に準じる。

図５に示すフレーム部材４１においては、図２に示した実施態様同様、フレーム部材４１は、樹脂フレーム部材Ａ（４２）と、該樹脂フレーム部材Ａ（４２）の表面側からみた厚み方向における中心部４３よりも背面側に配置され（図示例では、樹脂フレーム部材Ａ（４２）の背面上に配置され）、樹脂フレーム部材Ａ（３２）の長手方向に延びる予め成形されたシート状繊維強化樹脂成形体Ｂ（４４）とを一体成形してなる構成を有しているが、本実施態様では、樹脂フレーム部材Ａ（３２）とシート状繊維強化樹脂成形体Ｂ（４４）との間に、接合用の、好ましくは樹脂フレーム部材Ａ（３２）を構成する樹脂よりも低い結晶化温度の熱可塑性樹脂Ｃ（４５）の層が介在されている。このような低結晶化温度の熱可塑性樹脂Ｃ（４５）の層の介在により、前述の如く、樹脂フレーム部材Ａ（３２）とシート状繊維強化樹脂成形体Ｂ（４４）との一体成形における両者の接合強度を格段に向上することができる。その他の構成、作用は図１に示した実施態様に準じる。

このように、本発明に係るフレーム構造は種々の形態を採り得、上記図示例以外にも各種形態を採り得る。なお、図１〜図５には、単純な外形形状を例示したが、もちろん、成形しようとするフレーム部材の外形形状に応じてより複雑な形状を採り得る。

本発明においては、前述したように、
ＲａｔｅＥ ×ＲａｔｅＴ ≧ Ｒａｔｅσ
の関係式を満たすことが好ましい。
ＲａｔｅＥ：樹脂フレーム部材Ａの曲げ弾性率とシート状繊維強化樹脂成形体Ｂの引張弾性率の比
ＲａｔｅＴ：厚み方向における中立軸から樹脂フレーム部材Ａの表面まで距離と中立軸からシート状繊維強化樹脂成形体Ｂの背面までの距離の比
Ｒａｔｅσ：樹脂フレーム部材Ａの曲げ強度とシート状繊維強化樹脂成形体Ｂの引張強度の比

上記関係式は次のような概念に基づいて導き出される。すなわち、図２に示した形態を単純化した、図６に示すフレームモデルを用いて説明するに、図６に示すモデルの上方からそのモデルの上面に荷重がかかることを想定すると、材料Ａに発生する最大曲げ応力σaは、
σa= Ea × εa
材料Ｂに発生する最大引張応力σbは、
σb= Eb × εb
となる。ここで、Eaは、材料Ａの曲げ弾性率、Ebは、材料Ｂの引張弾性率、εa、εbは、材料Ａ、材料Ｂのひずみである。材料Ａの曲げ強度をσac、材料Ｂの引張り強度をσbcとすると、材料Ａの表面側から破壊が安定して発生するためには、
σa ≧ σac
σb ≦ σbc
が成立することが必要である。そして、図６に示すように、厚み方向における中立軸Ｃから材料Ａの表面まで距離をTa、中立軸Ｃから材料Ｂの背面までの距離をTbとすると、
σa／σb＝Ea／Eb×（εa／εb）＝Ea／Eb×（Ta／Tb）≧σac／σbc
が成立することが必要になる。この式のEa／Eb×（Ta／Tb）≧σac／σbcが、上記した関係式である。

上記の関係式について、前述の特許文献１、２から導き出される代表的な形態(比較例１)と、前述の特許文献３から導き出される代表的な形態(比較例２)と、本発明の図２に示した形態において樹脂フレーム部材Ａとシート状繊維強化樹脂成形体Ｂとに適切な材料を用いたもの(実施例１)とを比較した。後述の表１に示すように、本発明の実施例１のみ、上述の関係式（ＲａｔｅＥ×ＲａｔｅＴ≧Ｒａｔｅσ）を満たすが、比較例１、２ではこの関係式を満たさない。

なお、特許文献１、２に対応するものにおいては、シート状繊維強化樹脂成形体Ｂとして、熱硬化ＣＦＲＰプリプレグ（ＣＦＲＰ：炭素繊維強化プラスチック、以下同じ）（擬似等方積層、引張弾性率４７GPa、引張強度９４０MPa）を用い、樹脂フレーム部材Ａとして、熱可塑ＣＦＲＰ射出材（擬似等方積層、曲げ弾性率１５GPa、曲げ強度41０MPa）を用いた。また、特許文献３に対応するものにおいては、シート状繊維強化樹脂成形体Ｂとして、熱可塑ＧＦＲＰ（ＧＦＲＰ：ガラス繊維強化プラスチック、以下同じ）織物材（擬似等方積層、引張弾性率３０GPa、引張強度６００MPa）を用い、樹脂フレーム部材Ａとして、
熱可塑ＧＦＲＰ織物材（擬似等方積層、曲げ弾性率３０GPa、曲げ強度８００MPa）を用いた。ＲａｔｅＥ×ＲａｔｅＴと、Ｒａｔｅσの計算結果を表１に示した。

本発明に係るフレーム構造は、外部からの荷重に対して機械特性を安価に効率よく向上させることが望まれるあらゆる分野の樹脂部材に適用でき、各種自動車用部品等に好適なものである。

１，１１、２１、３１、４１ フレーム部材
２、１２、２２、３２、４２ 樹脂フレーム部材Ａ
３、１３、２３、３３、４３ 厚み方向における中心部
４、１４、２４、３４、４４ シート状繊維強化樹脂成形体Ｂ
３５ 孔
４５ 熱可塑性樹脂Ｃ

Claims (18)

1. 表面側に外部荷重を受ける樹脂フレーム部材Ａと、該樹脂フレーム部材Ａの表面側からみた厚み方向における中心部よりも背面側に配置され、前記樹脂フレーム部材Ａの長手方向に延びる予め成形されたシート状繊維強化樹脂成形体Ｂとを一体成形してなるフレーム構造。
2. 前記シート状繊維強化樹脂成形体Ｂ内に含まれる強化繊維の重量平均繊維長が１ｍｍ以上である、請求項１に記載のフレーム構造。
3. 前記シート状繊維強化樹脂成形体Ｂが、
   （１）重量平均繊維長が１ｍｍ〜５０ｍｍの範囲の強化繊維が実質上ランダムに配向したマット状強化繊維基材と熱可塑性樹脂との組み合わせによるもの、
   （２）前記樹脂フレーム部材Ａの長手方向に延びる連続強化繊維が配置された成形体、
   のいずれか、または、これらが組み合わされた成形体である、請求項１または２に記載のフレーム構造。
4. 前記シート状繊維強化樹脂成形体Ｂが、連続強化繊維が一方向に並行に配置された一方向繊維強化樹脂シートを含む、請求項１〜３のいずれかに記載のフレーム構造。
5. 前記シート状繊維強化樹脂成形体Ｂが、前記樹脂フレーム部材Ａの長手方向における両端部間にわたって延びている、請求項１〜４のいずれかに記載のフレーム構造。
6. 前記シート状繊維強化樹脂成形体Ｂが、前記樹脂フレーム部材Ａの長手方向における両端部間の距離未満の長さを有する、請求項１〜４のいずれかに記載のフレーム構造。
7. 前記シート状繊維強化樹脂成形体Ｂの繊維重量含有率が３０％以上である、請求項１〜６のいずれかに記載のフレーム構造。
8. 前記シート状繊維強化樹脂成形体Ｂが強化繊維として炭素繊維を含む、請求項１〜７のいずれかに記載のフレーム構造。
9. 前記樹脂フレーム部材Ａが射出成形してなることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載のフレーム構造。
10. 繊維強化樹脂を射出成形してなる、請求項９に記載のフレーム構造。
11. 前記樹脂フレーム部材Ａの曲げ弾性率と前記シート状繊維強化樹脂成形体Ｂの引張弾性率の比ＲａｔｅＥと、前記樹脂フレーム部材Ａの曲げ強度と前記シート状繊維強化樹脂成形体Ｂの引張強度の比Ｒａｔｅσと、厚み方向における中立軸から前記樹脂フレーム部材Ａの表面まで距離と該中立軸から前記シート状繊維強化樹脂成形体Ｂの背面までの距離の比ＲａｔｅＴが、以下の関係式を満たすことを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載のフレーム構造。
    ＲａｔｅＥ ×ＲａｔｅＴ ≧ Ｒａｔｅσ
12. 前記シート状繊維強化樹脂成形体Ｂの引張強度が１０００ＭＰａ以上である、請求項１〜１１のいずれかに記載のフレーム構造。
13. 前記樹脂フレーム部材Ａまたはシート状繊維強化樹脂成形体Ｂのいずれか、あるいはそれらの両方の表面の少なくとも一部に熱可塑性樹脂Ｃの膜が形成されており、該熱可塑性樹脂Ｃの膜が接合の境界面に配置された状態で、加熱により該熱可塑性樹脂Ｃおよび、前記樹脂フレーム部材Ａおよびシート状繊維強化樹脂成形体Ｂの樹脂の一部が溶融されることにより、熱可塑性樹脂Ｃの膜を介して前記樹脂フレーム部材Ａとシート状繊維強化樹脂成形体Ｂが一体成形されてなる、請求項１〜１２のいずれかに記載のフレーム構造。
14. 前記熱可塑性樹脂Ｃと、前記樹脂フレーム部材Ａの樹脂とが同一の樹脂である、請求項１３に記載のフレーム構造。
15. 前記熱可塑性樹脂Ｃと前記樹脂フレーム部材Ａの樹脂が、結晶性の熱可塑性樹脂を主成分とし、かつ以下の関係を有する、請求項１３に記載のフレーム構造。
    樹脂Ｃの結晶化温度＜樹脂フレーム部材Ａの樹脂の結晶化温度
16. 前記樹脂フレーム部材Ａの樹脂ａおよびシート状繊維強化樹脂成形体Ｂの樹脂ｂが、特定のモノマーを重合したホモポリマーからなる熱可塑性樹脂であり、かつ、前記熱可塑性樹脂Ｃが、２種類以上の異なったモノマーの共重合によるコポリマーで、その２種類以上のモノマーのひとつに樹脂ａもしくは樹脂ｂと同一のモノマーを含んでいるコポリマーからなる熱可塑性樹脂、またはそのコポリマーがブレンドされた樹脂組成物である、請求項１３または１５に記載のフレーム構造。
17. 請求項１〜１６のいずれかに記載のフレーム構造を使用した自動車用部品。
18. ドアビーム、バンパーリインフォース、シートフレーム、サイドシルのいずれかからなる、請求項１７に記載の自動車用部品。

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