WO2016129360A1 - 樹脂補強金属部品 - Google Patents

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WO2016129360A1
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adhesive
resin
reinforcing material
cfrp
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Inventor
飛田　一紀
林　誠次
Original Assignee
本田技研工業株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/48—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor using adhesives, i.e. using supplementary joining material; solvent bonding

Definitions

  • the present invention relates to a resin-reinforced metal part in which a CFRP reinforcing material is bonded to the surface of the metal part with a thermosetting adhesive.
  • Patent Documents 1 to 3 below are known to prevent electrochemical corrosion of metal parts by interrupting the electrical conduction of the metal parts.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and in a resin-reinforced metal part in which a CFRP reinforcing material is bonded to the surface of a metal part via a thermosetting adhesive, the residual shear stress of the adhesive is reduced.
  • the purpose is to prevent peeling of the adhesive and bending of the resin-reinforced metal part.
  • a resin reinforced metal part in which a CFRP reinforcing material is bonded to a surface of a metal part with a thermosetting adhesive, and the bonding at an end of the CFRP reinforcing material.
  • a resin-reinforced metal part characterized in that the thickness of the agent is larger than the thickness of the adhesive at the intermediate portion.
  • the thickness of the adhesive at the end portion of the CFRP reinforcing material is determined by the residual shear stress of the adhesive at the end portion.
  • Resin reinforcement characterized in that the condition is overbaking and the thickness is smaller than the shear strength of the adhesive when the environment of use of the resin-reinforced metal part is hot 80 ° C. Metal parts are proposed.
  • a resin reinforcement having a third feature that a recess is formed on the surface of the metal part to which an end of the CFRP reinforcing material is bonded.
  • Metal parts are proposed.
  • a resin-reinforced metal part having a fourth feature that the concave portion extends beyond a corner of the end portion of the CFRP reinforcing material.
  • a resin-reinforced metal having a fifth feature in which an end portion of the CFRP reinforcing material is bent in a direction away from the surface of the metal part. Parts are proposed.
  • the metal part is a body frame part having a hollow closed cross section, and the CFRP reinforcing material is applied to a surface on which a tensile load acts.
  • a resin-reinforced metal part having a sixth feature of being bonded is proposed.
  • the seventh aspect is that the adhesive is heat-cured in a state where the CFRP reinforcing material is fixed to the metal part with a clip.
  • a featured resin reinforced metal part is proposed.
  • the CFRP reinforcing material includes a continuous carbon fiber oriented in the longitudinal direction thereof. Reinforced metal parts are proposed.
  • the CFRP reinforcing material includes carbon continuous fibers oriented in one direction, and the recess is formed along both ends of the CFRP reinforcing material in the one direction.
  • a resin-reinforced metal part having a ninth feature is proposed.
  • the CFRP reinforcing material may be a continuous carbon fiber oriented in two directions orthogonal to each other, or carbon oriented in multiple directions so as to have pseudo-isotropic properties.
  • a resin-reinforced metal part including a continuous fiber, wherein the concave portion is formed along the entire circumference of the CFRP reinforcing material.
  • the resin-reinforced metal part in which a CFRP reinforcing material is bonded to the surface of the metal part with a thermosetting adhesive has a thermal expansion coefficient of the metal part higher than that of the CFRP reinforcing material. Therefore, at the time of cooling after curing the thermosetting adhesive by heating, shear stress is applied to the adhesive sandwiched between the metal part and the CFRP reinforcement due to the difference in thermal shrinkage between the metal part and the CFRP reinforcement. Residual and the residual shear stress increases at the end of the CFRP reinforcement.
  • the thickness of the adhesive at the end of the CFRP reinforcing material is larger than the thickness of the adhesive at the intermediate portion, the residual shear stress of the adhesive at the end of the CFRP reinforcing material is alleviated and the peeling of the adhesive is prevented. Can do.
  • the shear strength of the adhesive is up to a predetermined strength.
  • the thickness of the adhesive at the end of the CFRP reinforcement is such that the residual shear stress of the adhesive at the end is smaller than the predetermined strength, the residual shear stress is greater than or equal to the predetermined strength.
  • the thickness of the adhesive at the end of the CFRP reinforcement is equal to the depth of the recess. The thickness can be increased.
  • the residual shear stress of the adhesive is maximized at the corners of the ends, but the recesses extend beyond the corners of the ends of the CFRP reinforcement, so that the peeling is the most. It is possible to prevent peeling of the adhesive at the corners of the end portion of the CFRP reinforcing material that is easily generated.
  • the end portion of the CFRP reinforcing material is bent in the direction away from the surface of the metal part, the end portion of the CFRP reinforcing material is bent without processing the recess in the metal part. Accordingly, the thickness of the adhesive at the end of the CFRP reinforcing material can be increased.
  • the metal part is a body frame part having a hollow closed cross section
  • the CFRP reinforcement is bonded to the surface on which the tensile load acts, so that it is lighter than the metal reinforcement.
  • the adhesive is heat-cured in a state where the CFRP reinforcing material is fixed to the metal part with a clip, the adhesive is cured and the metal part and the CFRP reinforcing material are integrated. Up to this point, the CFRP reinforcing material is prevented from falling off or being displaced from the metal part.
  • the CFRP reinforcing material since the CFRP reinforcing material includes the continuous carbon fiber oriented in the longitudinal direction, the tensile strength of the CFRP reinforcing material can be increased by the continuous carbon fiber.
  • the CFRP reinforcing material includes carbon continuous fibers oriented in one direction, and the recesses are formed at both ends of the CFRP reinforcing material in one direction. While increasing the bending strength in one direction of the metal part, the peeling of the adhesive can be prevented by the recess.
  • the CFRP reinforcing material includes carbon continuous fibers oriented in two directions orthogonal to each other, or carbon continuous fibers oriented in multiple directions so as to have pseudo-isotropic properties, Since the concave portion is formed on the entire circumference of the CFRP reinforcing material, it is possible to prevent the adhesive from being peeled off by the concave portion while increasing the bending strength of the resin-reinforced metal part in a plurality of directions with the CFRP reinforcing material.
  • FIG. 1 is a perspective view of a resin-reinforced metal part.
  • FIG. 2 is an enlarged sectional view taken along line 2-2 of FIG.
  • FIG. 3 is a view in the direction of arrows 3 in FIG.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of the residual shear stress acting on the adhesive.
  • FIG. 5 is a perspective view of a resin-reinforced metal part.
  • (Second Embodiment) 6 is an enlarged sectional view taken along line 6-6 of FIG.
  • FIG. 7 is a plan view of the resin-reinforced metal part.
  • FIG. 8 is a perspective view of a resin-reinforced metal part.
  • (Fourth embodiment) 9 is an enlarged sectional view taken along line 9-9 of FIG. (Fourth embodiment)
  • the resin-reinforced metal part P has a strip-like CFRP (carbon fiber reinforced resin) reinforcing material 12 attached to one surface of a metal part 11 made of a steel pipe having a square cross section. Bonded with the agent 13.
  • the CFRP reinforcing material 12 is obtained by curing a prepreg in which a large number of continuous carbon fibers 14 arranged in one direction are embedded in a matrix resin 15.
  • the orientation direction of the continuous carbon fibers 14 is the longitudinal direction of the CFRP reinforcing material 12. Match the direction.
  • the thickness of the adhesive 13 in the portions other than the recesses 11a and 11a of the metal part 11 is t1 + d.
  • the thickness of the adhesive 13 is increased by the depth d of 11a and 11a.
  • the coefficient of thermal expansion of the metal part 11 is the CFRP reinforcing material 12 and Since the thermal expansion coefficient of the metal part 11 is larger than the thermal contraction amount of the CFRP reinforcing material 12 and the adhesive 13 because the thermal expansion coefficient of the adhesive 13 is larger, the resin reinforced metal part P is closer to the CFRP reinforcing material 12 side.
  • the metal part 11 side is curved so as to be convex and a residual shear stress is generated in the adhesive 13.
  • the adhesive 13 When the residual shear stress is equal to or higher than the shear strength of the adhesive 13, the adhesive 13 is peeled off, and the CFRP reinforcing material 12 is peeled off from the metal part 11, so that the strength of the resin reinforced metal part P is lowered.
  • the concave portions 11a and 11a are formed on one surface of the metal part 11 corresponding to the end portions 12a and 12a of the CFRP reinforcing material 12 where the residual shear stress of the adhesive 13 is maximized, the concave portions 11a and 11a are formed.
  • the thickness of the adhesive 13 By increasing the thickness of the adhesive 13 by the depth d, it is possible to reduce the residual shear stress of the adhesive 13 at the end portions 12a and 12a and prevent the occurrence of peeling. For example, when the thickness of the adhesive 13 is increased from 0.5 mm to 1.5 mm, the residual shear stress is reduced by 40%.
  • the thickness of the adhesive 13 at the ends 12a and 12a of the CFRP reinforcing material 12 is determined as follows.
  • the heating temperature when heating the high-toughness thermosetting adhesive 13 in a heating furnace exceeds 170 ° C.
  • the shear strength of the adhesive 13 is 8. 9% lower.
  • the shear strength of the adhesive 13 is reduced by 40% with respect to the original shear strength.
  • the adhesive 13 is overbaked over 170 ° C., and the use environment of the resin reinforced metal part P is set to the reference value of the shear strength of the adhesive 13 under the adverse condition of 80 ° C.
  • the thickness of the adhesive 13 at the end portions 12a and 12a is determined so that the residual shear stress does not exceed the reference value of the shear strength. If the thickness of the adhesive 13 at the ends 12a and 12a of the CFRP reinforcing material 12 is determined in this way, the residual shear stress of the adhesive 13 can be prevented from exceeding the reference value of the shear strength even under the above-mentioned adverse conditions. Thus, peeling due to insufficient strength of the adhesive 13 is prevented.
  • the residual shear stress of the adhesive 13 is maximized at the corner portions 12b.
  • the concave portions 11a and 11a of the metal part 11 are formed so as to cover the corner portions 12b of the end portions 12a and 12a, the residual shear stress of the adhesive 13 in the corner portions 12b is reliably reduced, and the corner portions It is possible to avoid the situation where the adhesive 13 is peeled off from 12b.
  • CFRP reinforcing material 12 has the continuous carbon fibers 14 oriented along the longitudinal direction thereof, so that the tensile strength is maximized, and a load is applied to the central portion of the resin reinforced metal part P supported at both ends. The strength is effectively increased when bending by inputting.
  • the recesses 11a and 11a are formed in the metal part 11 to increase the thickness of the adhesive 13 in that part.
  • the metal part 11 The concave portions 11a and 11a are not provided, and instead, the CFRP reinforcing material 12 is bent in a direction away from one surface of the metal part 11 at the bent portions 12c and 12c in the vicinity of the end portions 12a and 12a.
  • the thickness of the adhesive 13 is increased at the end portions 12a and 12a of the CFRP reinforcing material 12 by the bent portions 12c and 12c, and the same effect as that of the first embodiment is achieved. be able to. Moreover, since it is easier to form the bent portions 12c and 12c in the CFRP reinforcing material 12 than to form the recesses 11a and 11a in the metal part 11, it is possible to reduce the processing cost as a whole.
  • the carbon continuous fibers 14 of the CFRP reinforcing material 12 are oriented in two directions orthogonal to each other, and the recesses 11a of the metal part 11 are all around the CFRP reinforcing material 12. Is formed so as to surround.
  • the carbon continuous fibers 14 of the CFRP reinforcing material 12 are oriented in four directions of 0 °, 90 °, 45 °, and ⁇ 45 ° to give pseudo-isotropic properties.
  • the recesses 11 a of the metal part 11 are formed so as to surround the entire circumference of the CFRP reinforcing material 12.
  • the CFRP reinforcing material 12 is laminated on the tensile side of the metal part 11, and the CFRP reinforcing material 12 is bonded to the metal part 11 while effectively exerting the reinforcing effect of the CFRP reinforcing material 12. It is possible to prevent the adhesive 13 to be peeled off by the residual pre-stress by the recesses 11a.
  • the resin-reinforced metal part P of the first embodiment is applied to a vehicle body part.
  • the center pillar of an automobile is configured by joining a center pillar inner located on the inner side of the vehicle body and an outer center pillar located on the outer side of the vehicle body with a joining flange, and has a closed cross section. Is applied to the center pillar inner.
  • the metal component 11 constituting the center pillar inner includes a main body portion 11b having a groove-shaped cross section, a pair of joint flanges 11c and 11c bent at both ends in the width direction of the main body portion 11b, and a central portion in the width direction of the main body portion 11b.
  • a CFRP reinforcing material 12 having a hat-shaped cross section is bonded to the inner surface of the member with an adhesive 13.
  • a pair of recesses 11a, 11a is formed in the metal part 11 facing the two end portions 12a, 12a in the longitudinal direction of the CFRP reinforcing material 12, and a part of the adhesive 13 is filled in the recesses 11a, 11a.
  • the thickness of the adhesive 13 is larger at the concave portions 11a and 11a than at the other portions.
  • the metal part 11 and the CFRP reinforcing material 12 are temporarily fixed by a plurality of clips 16... Until the adhesive 13 is heat-cured, and the CFRP reinforcing material 12 is detached or displaced from the metal part 11.
  • the CFRP reinforcing material 12 is temporarily fixed so that it does not.
  • the roof When the car falls down, the roof is deformed toward the passenger compartment and the upper part of the center pillar is bent toward the inner side in the vehicle width direction, so that the inner part in the vehicle width direction of the center pillar inner of the center pillar of the closed section is pulled and deformed . Since the center pillar inner that undergoes tensile deformation is configured by bonding the metal part 11 and the CFRP reinforcing material 12 with the adhesive 13, the CFRP reinforcing material 12 having high tensile strength can suppress tensile deformation.
  • the body frame parts of automobiles to which the present invention is applied are not limited to center pillars.

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Abstract

金属部品の表面に熱硬化型の接着剤を介してＣＦＲＰ補強材を接着した樹脂補強金属部品において、樹脂補強金属部品（Ｐ）は、金属部品（１１）の表面にＣＦＲＰ補強材（１２）を熱硬化型の接着剤（１３）で接着して構成される。ＣＦＲＰ補強材（１２）の端部（１２ａ）における接着剤（１３）の厚さが中間部における接着剤（１３）の厚さよりも大きいので、ＣＦＲＰ補強材（１２）の端部（１２ａ）において発生する接着剤（１３）の残留剪断応力が緩和される。これにより、残留剪断応力による接着剤（１３）の剥離を防止することができる。また残留剪断応力の上限値が制限されたとき、接着剤（１３）の厚さが大きいほど金属部品（１１）およびＣＦＲＰ補強材（１２）の熱収縮量の差を吸収できるので、熱収縮量の差による樹脂補強金属部品（Ｐ）の湾曲を防止することができる。

Description

樹脂補強金属部品
　本発明は、金属部品の表面にＣＦＲＰ補強材を熱硬化型の接着剤で接着した樹脂補強金属部品に関する。
イオン化傾向が異なる異種金属の接触部に水分が付着すると、その接触部に電気化学的腐食が発生する。また金属およびＣＦＲＰ（カーボン繊維強化樹脂）の接触部においても、ＣＦＲＰの端部から露出したカーボン繊維と金属との間に水分が付着すると、金属に電気化学的腐食が発生する場合がある。
　そこで、金属部品にＣＦＲＰ補強材を積層した樹脂補強金属部品において、ＣＦＲＰ補強材の端部を金属部品の表面から離間させ、水分が付着してもＣＦＲＰ補強材のカーボン繊維と金属部品との間の電気的導通を遮断することで、金属部品の電気化学的腐食を防止するものが、下記特許文献１～３により公知である。
日本特開２０１３－２１２６０３号公報 日本特開２０１３－２１２６０４号公報 日本特開２０１３－２１２６０５号公報
　ところで、金属部品の表面に熱硬化型の接着剤を介してＣＦＲＰ補強材を接着して樹脂補強金属部品を構成した場合、加熱により接着剤を硬化させた後に冷却すると、熱膨張率が大きい金属部品の熱収縮量と熱膨張率が小さいＣＦＲＰ補強材との間に挟まれた接着剤に残留剪断応力が発生し、この残留剪断応力が存在する状態で樹脂補強金属部品を使用すると接着剤が剥離する可能性がある。
　本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、金属部品の表面に熱硬化型の接着剤を介してＣＦＲＰ補強材を接着した樹脂補強金属部品において、接着剤の残留剪断応力を低減して接着剤の剥離や樹脂補強金属部品の湾曲を防止することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明によれば、金属部品の表面にＣＦＲＰ補強材を熱硬化型の接着剤で接着した樹脂補強金属部品であって、前記ＣＦＲＰ補強材の端部における前記接着剤の厚さが中間部における前記接着剤の厚さよりも大きいことを第１の特徴とする樹脂補強金属部品が提案される。
　また本発明によれば、前記第１の特徴に加えて、前記ＣＦＲＰ補強材の端部における前記接着剤の厚さは、前記端部における前記接着剤の残留剪断応力が、前記接着剤の加熱条件がオーバーベイクであり、かつ前記樹脂補強金属部品の使用環境が熱間８０゜Ｃであるときの該接着剤の剪断強度よりも小さくなる厚さであることを第２の特徴とする樹脂補強金属部品が提案される。
　また本発明によれば、前記第１または第２の特徴に加えて、前記ＣＦＲＰ補強材の端部が接着される前記金属部品の表面に凹部を形成したことを第３の特徴とする樹脂補強金属部品が提案される。
　また本発明によれば、前記第３の特徴に加えて、前記凹部は前記ＣＦＲＰ補強材の端部の角部を越えて延びることを第４の特徴とする樹脂補強金属部品が提案される。
　また本発明によれば、前記第１または第２の特徴に加えて、前記ＣＦＲＰ補強材の端部を前記金属部品の表面から離反する方向に折り曲げたことを第５の特徴とする樹脂補強金属部品が提案される。
　また本発明によれば、前記第１～第５の何れか１つの特徴に加えて、前記金属部品は中空閉断面の車体骨格部品であり、その引張荷重が作用する表面に前記ＣＦＲＰ補強材を接着したことを第６の特徴とする樹脂補強金属部品が提案される。
　また本発明によれば、前記第１～第６の何れか１つの特徴に加えて、前記ＣＦＲＰ補強材を前記金属部品にクリップで固定した状態で前記接着剤を加熱硬化することを第７の特徴とする樹脂補強金属部品が提案される。
　また本発明によれば、前記第１～第５の何れか１つの特徴に加えて、前記ＣＦＲＰ補強材は、その長手方向に配向されたカーボン連続繊維を含むことを第８の特徴とする樹脂補強金属部品が提案される。
　また本発明によれば、前記第３の特徴に加えて、前記ＣＦＲＰ補強材は一方向に配向されたカーボン連続繊維を含み、前記凹部は前記ＣＦＲＰ補強材の前記一方向の両端に沿って形成されることを第９の特徴とする樹脂補強金属部品が提案される。
　また本発明によれば、前記第３の特徴に加えて、前記ＣＦＲＰ補強材は相互に直交する二方向に配向されたカーボン連続繊維、あるいは疑似当方性を有するように多方向に配向されたカーボン連続繊維を含み、前記凹部は前記ＣＦＲＰ補強材の全周に沿って形成されることを第１０の特徴とする樹脂補強金属部品が提案される。
　本発明の第１の特徴によれば、金属部品の表面にＣＦＲＰ補強材を熱硬化型の接着剤で接着した樹脂補強金属部品は、金属部品の熱膨張係数がＣＦＲＰ補強材の熱膨張係数よりも大きいため、加熱により熱硬化型の接着剤を硬化させた後の冷却時に、金属部品およびＣＦＲＰ補強材の熱収縮量の差により金属部品およびＣＦＲＰ補強材に挟まれた接着剤に剪断応力が残留し、その残留剪断応力はＣＦＲＰ補強材の端部において大きくなる。ＣＦＲＰ補強材の端部における接着剤の厚さが中間部における接着剤の厚さよりも大きいので、ＣＦＲＰ補強材の端部における接着剤の残留剪断応力を緩和し、接着剤の剥離を防止することができる。
　また本発明の第２の特徴によれば、接着剤の加熱条件がオーバーベイクであり、かつ樹脂補強金属部品の使用環境が熱間８０゜Ｃであるとき、接着剤の剪断強度は所定強度まで低下するが、ＣＦＲＰ補強材の端部における接着剤の厚さは、端部における接着剤の残留剪断応力が所定強度よりも小さくなる厚さであるため、残留剪断応力が前記所定強度以上になって接着剤が剥離するのを確実に防止することができる。
　また本発明の第３の特徴によれば、ＣＦＲＰ補強材の端部が接着される金属部品の表面に凹部を形成したので、凹部の深さ分だけＣＦＲＰ補強材の端部の接着剤の厚さを大きくすることができる。
　また本発明の第４の特徴によれば、接着剤の残留剪断応力は端部の角部において最大になるが、凹部はＣＦＲＰ補強材の端部の角部を越えて延びるので、最も剥離が発生し易いＣＦＲＰ補強材の端部の角部の接着剤の剥離を防止することができる。
　また本発明の第５の特徴によれば、ＣＦＲＰ補強材の端部を金属部品の表面から離反する方向に折り曲げたので、金属部品に凹部を加工することなく、ＣＦＲＰ補強材の端部を折り曲げた分だけＣＦＲＰ補強材の端部の接着剤の厚さを大きくすることができる。
　また本発明の第６の特徴によれば、金属部品は中空閉断面の車体骨格部品であり、その引張荷重が作用する表面にＣＦＲＰ補強材を接着したので、金属製補強材よりも軽量であって引張強度が高いＣＦＲＰ補強材で車体骨格部品の強度を効率的に高めることができる。
　また本発明の第７の特徴によれば、ＣＦＲＰ補強材を金属部品にクリップで固定した状態で接着剤を加熱硬化するので、接着剤が硬化して金属部品およびＣＦＲＰ補強材が一体化されるまで、金属部品に対するＣＦＲＰ補強材の脱落や位置ずれが防止される。
　また本発明の第８の特徴によれば、ＣＦＲＰ補強材は、その長手方向に配向されたカーボン連続繊維を含むので、カーボン連続繊維でＣＦＲＰ補強材の引張強度を高めることができる。
　また本発明の第９の特徴によれば、ＣＦＲＰ補強材は一方向に配向されたカーボン連続繊維を含み、凹部はＣＦＲＰ補強材の一方向の両端に形成されるので、ＣＦＲＰ補強材で樹脂補強金属部品の一方向の曲げ強度を高めながら凹部により接着剤の剥離を防止することができる。
　また本発明の第１０の特徴によれば、ＣＦＲＰ補強材は相互に直交する二方向に配向されたカーボン連続繊維、あるいは疑似当方性を有するように多方向に配向されたカーボン連続繊維を含み、凹部はＣＦＲＰ補強材の全周に形成されるので、ＣＦＲＰ補強材で樹脂補強金属部品の複数方向の曲げ強度を高めながら凹部により接着剤の剥離を防止することができる。
図１は樹脂補強金属部品の斜視図である。（第１の実施の形態） 図２は図１の２－２線拡大断面図である。（第１の実施の形態） 図３は図１の３方向矢視図である。（第１の実施の形態） 図４は接着剤に作用する残留剪断応力の説明図である。（第１の実施の形態） 図５は樹脂補強金属部品の斜視図である。（第２の実施の形態） 図６は図５の６－６線拡大断面図である。（第２の実施の形態） 図７は樹脂補強金属部品の平面図である。（第３の実施の形態） 図８は樹脂補強金属部品の斜視図である。（第４の実施の形態） 図９は図８の９－９線拡大断面図である。（第４の実施の形態）
１１　　　　金属部品
１１ａ　　　凹部
１２　　　　ＣＦＲＰ補強材
１２ａ　　　端部
１２ｂ　　　角部
１３　　　　接着剤
１４　　　　カーボン連続繊維
１６　　　　クリップ
Ｐ　　　　　樹脂補強金属部品
　以下、図１～図４に基づいて本発明の第１の実施の形態を説明する。
第１の実施の形態
　先ず、図１～図３に示すように、樹脂補強金属部品Ｐは、四角断面の鋼管よりなる金属部品１１の一面に、帯状のＣＦＲＰ（カーボン繊維強化樹脂）補強材１２が熱硬化型の接着剤１３で接着される。ＣＦＲＰ補強材１２は、一方向に引き揃えた多数のカーボン連続繊維１４…をマトリクス樹脂１５に埋設したプリプレグを硬化させたものであり、カーボン連続繊維１４…の配向方向はＣＦＲＰ補強材１２の長手方向に一致している。ＣＦＲＰ補強材１２の長手方向の二つの端部１２ａ，１２ａが臨む金属部品１１の一面には、前記端部１２ａ，１２ａに沿う直線状の溝よりなる二つの凹部１１ａ，１１ａが形成されており、接着剤１３の一部は凹部１１ａ，１１ａに充填されてＣＦＲＰ補強材１２の端部１２ａ，１２ａを、その角部１２ｂ…を越える位置まで接着する。
　金属部品１１の凹部１１ａ，１１ａ以外の部分における接着剤１３の厚さをｔ１とし、凹部１１ａ，１１ａの深さをｄとすると、凹部１１ａ，１１ａにおける接着剤１３の厚さはｔ１＋ｄとなり、凹部１１ａ，１１ａの深さｄの分だけ接着剤１３の厚さが大きくなる。
　樹脂補強金属部品Ｐの製造工程で、加熱炉内で熱硬化型の接着剤１３を例えば１７０゜Ｃに加熱して硬化させた後に冷却すると、金属部品１１の熱膨張係数はＣＦＲＰ補強材１２および接着剤１３の熱膨張係数よりも大きいため、金属部品１１の熱収縮量がＣＦＲＰ補強材１２および接着剤１３の熱収縮量よりも大きくなることで、樹脂補強金属部品ＰはＣＦＲＰ補強材１２側が凸になって金属部品１１側が凹になるように湾曲し、接着剤１３に残留剪断応力が発生することになる。この残留剪断応力が接着剤１３の剪断強度以上になると、接着剤１３が剥離して金属部品１１からＣＦＲＰ補強材１２が剥がれてしまい、樹脂補強金属部品Ｐの強度が低下する問題がある。
　図４に示すように、熱膨張係数の差によって金属部品１１およびＣＦＲＰ補強材１２間に相対移動量δ１が発生すると、その相対移動量δ１に応じて接着剤１３に残留剪断応力が発生する。このとき、相対移動量δ１が同じであっても、接着剤１３の厚さが大きいｔ１であれば残留剪断応力は小さいτ１になるが、接着剤１３の厚さが小さいｔ２であれば残留剪断応力は大きいτ２になる。つまり、接着剤１３の厚さが大きいほど、残留剪断応力は小さくなる。そして金属部品１１およびＣＦＲＰ補強材１２間の相対移動量δ１は、ＣＦＲＰ補強材１２の長手方向の二つの端部１２ａ，１２ａで最大になるため、残留剪断応力による接着剤１３の剥離は端部１２ａ，１２ａにおいて始まることになる。
　本実施の形態では、接着剤１３の残留剪断応力が最大になるＣＦＲＰ補強材１２の端部１２ａ，１２ａに対応する金属部品１１の一面に凹部１１ａ，１１ａを形成したので、その凹部１１ａ，１１ａの深さｄの分だけ接着剤１３の厚さが増加することで、端部１２ａ，１２ａにおける接着剤１３の残留剪断応力を低減して剥離の発生を防止することができる。例えば、接着剤１３の厚さを０．５ｍｍから１．５ｍｍに増加させると、残留剪断応力は４０％低減する。
　本実施の形態では、ＣＦＲＰ補強材１２の端部１２ａ，１２ａにおける接着剤１３の厚さは以下のようにして決定される。高靱性の熱硬化型の接着剤１３を加熱炉内で加熱するときの加熱温度が１７０゜Ｃを越えてオーバーベイク状態になると、接着剤１３の剪断強度は本来の剪断強度に対して８．９％低下する。また完成した樹脂補強金属部品Ｐを８０゜Ｃの高温環境下で使用するとき、その接着剤１３の剪断強度は本来の剪断強度に対して４０％低下する。
　よって、接着剤１３が１７０゜Ｃを越えてオーバーベイクされ、かつ樹脂補強金属部品Ｐの使用環境が８０゜Ｃという悪条件下での接着剤１３の剪断強度の基準値とし、接着剤１３の残留剪断応力が前記剪断強度の基準値を越えないように端部１２ａ，１２ａにおける接着剤１３の厚さを決定する。このようにしてＣＦＲＰ補強材１２の端部１２ａ，１２ａにおける接着剤１３の厚さを決定すれば、上述した悪条件下でも接着剤１３の残留剪断応力が剪断強度の基準値を越えることが回避され、接着剤１３の強度不足による剥離が防止される。
　また図４において、残留剪断応力が所定値τ１であるとき、接着剤１３の厚さが大きいｔ１であれば、金属部品１１およびＣＦＲＰ補強材１２間の相対移動量は大きいδ１になるが、接着剤１３の厚さが小さいｔ２であれば、金属部品１１およびＣＦＲＰ補強材１２間の相対移動量は小さいδ２になる。つまり、残留剪断応力が所定値τ１であるとき、接着剤１３の厚さが大きいほど金属部品１１およびＣＦＲＰ補強材１２間の相対移動量が大きくなるので、金属部品１１およびＣＦＲＰ補強材１２の熱収縮量の差による残留剪断応力を低減することができる。
　また接着剤１３の残留剪断応力が大きくなるＣＦＲＰ補強材１２の端部１２ａ，１２ａのうち、その角部１２ｂ…で接着剤１３の残留剪断応力が最大になる。しかしながら、金属部品１１の凹部１１ａ，１１ａは端部１２ａ，１２ａの角部１２ｂ…を覆うように形成されるので、角部１２ｂ…における接着剤１３の残留剪断応力を確実に低減し、角部１２ｂ…から接着剤１３が剥離する事態を回避することができる。
　またＣＦＲＰ補強材１２は、その長手方向に沿ってカーボン連続繊維１４…が配向されているために引張強度が最大限に高められ、両端を支持された樹脂補強金属部品Ｐの中央部に荷重が入力して曲げ変形するときに強度が効果的に高められる。
　次に、図５および図６に基づいて本発明の第２の実施の形態を説明する。
第２の実施の形態
　第１の実施の形態は、金属部品１１に凹部１１ａ，１１ａを形成することで、その部分における接着剤１３の厚さを増加させているが、第２の実施の形態は、金属部品１１が凹部１１ａ，１１ａを備えておらず、その代わりにＣＦＲＰ補強材１２が端部１２ａ，１２ａの近傍の折曲部１２ｃ，１２ｃにおいて金属部品１１の一面から離反する方向に折り曲げられる。
　本実施の形態によれば、折曲部１２ｃ，１２ｃによりＣＦＲＰ補強材１２の端部１２ａ，１２ａにおいて接着剤１３の厚さを増加させ、第１の実施の形態と同様の作用効果を達成することができる。しかも、金属部品１１に凹部１１ａ，１１ａを形成するよりもＣＦＲＰ補強材１２に折曲部１２ｃ，１２ｃを形成する方が容易であるため、全体として加工コストを節減することができる。
　次に、図７に基づいて本発明の第３の実施の形態を説明する。
第３の実施の形態
　図７（Ａ）に示す実施の形態は、ＣＦＲＰ補強材１２のカーボン連続繊維１４…が相互に直交する二方向に配向されており、金属部品１１の凹部１１ａ…がＣＦＲＰ補強材１２の全周を囲むように形成される。また図７（Ｂ）に示す実施の形態は、ＣＦＲＰ補強材１２のカーボン連続繊維１４…が０°、９０°、４５°および－４５°の四つの方向に配向されて疑似等方性が与えられており、金属部品１１の凹部１１ａ…がＣＦＲＰ補強材１２の全周を囲むように形成される。
　これらの実施の形態によれば、ＣＦＲＰ補強材１２を金属部品１１の引張側に積層することで、ＣＦＲＰ補強材１２による補強効果を有効に発揮させながら、金属部品１１にＣＦＲＰ補強材１２を接着する接着剤１３が残留前段応力で剥離するのを凹部１１ａ…により防止することができる。
　次に、図８および図９に基づいて本発明の第４の実施の形態を説明する。
第４の実施の形態
　第４の実施の形態は、第１の実施の形態の樹脂補強金属部品Ｐを自動車の車体部品に適用したものである。自動車のセンターピラーは、車体内側に位置するセンターピラーインナーと、車体外側に位置するセンターピラーアウターとを接合フランジにて接合して閉断面に構成されるもので、本実施の形態の金属部品１１は前記センターピラーインナーに適用される。
　センターピラーインナーを構成する金属部品１１は、溝型断面の本体部１１ｂと、本体部１１ｂの幅方向両端を折り曲げた一対の接合フランジ１１ｃ，１１ｃと、本体部１１ｂの幅方向中央部に沿って形成したビード部１１ｄとを備える略一定断面の部材であり、その内面にハット状断面のＣＦＲＰ補強材１２が接着剤１３により接着される。ＣＦＲＰ補強材１２の長手方向の二つの端部１２ａ，１２ａが臨む金属部品１１には一対の凹部１１ａ，１１ａが形成され、接着剤１３の一部が凹部１１ａ，１１ａに充填されることで、接着剤１３の厚さが凹部１１ａ，１１ａの部分で他の部分よりも大きくなっている。
　金属部品１１およびＣＦＲＰ補強材１２は複数個のクリップ１６…で仮固定されており、接着剤１３が加熱硬化するまでの間、金属部品１１に対してＣＦＲＰ補強材１２が外れたり位置ずれしたりしないように、ＣＦＲＰ補強材１２が仮固定される。
　自動車が転倒したとき、ルーフが車室側に変形してセンターピラーの上部が車幅方向内側に向けて屈曲するため、閉断面のセンターピラーのセンターピラーインナーの車幅方向内側部分が引張変形する。引張変形するセンターピラーインナーは金属部品１１とＣＦＲＰ補強材１２とを接着剤１３で接着して構成されるので、引張強度が高いＣＦＲＰ補強材１２により引張変形を抑制することができる。
　以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
　例えば、本発明が適用される自動車の車体骨格部品はセンターピラーに限定されるものではない。

Claims (10)

  1. 　金属部品（１１）の表面にＣＦＲＰ補強材（１２）を熱硬化型の接着剤（１３）で接着した樹脂補強金属部品であって、
    　前記ＣＦＲＰ補強材（１２）の端部（１２ａ）における前記接着剤（１３）の厚さは中間部における前記接着剤（１３）の厚さよりも大きいことを特徴とする樹脂補強金属部品。
  2. 　前記ＣＦＲＰ補強材（１２）の端部（１２ａ）における前記接着剤（１３）の厚さは、前記端部（１２ａ）における前記接着剤（１３）の残留剪断応力が、前記接着剤（１３）の加熱条件がオーバーベイクであり、かつ前記樹脂補強金属部品（Ｐ）の使用環境が熱間８０゜Ｃであるときの該接着剤（１３）の剪断強度よりも小さくなる厚さであることを特徴とする、請求項１に記載の樹脂補強金属部品。
  3. 　前記ＣＦＲＰ補強材（１２）の端部（１２ａ）が接着される前記金属部品（１１）の表面に凹部（１１ａ）を形成したことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の樹脂補強金属部品。
  4. 　前記凹部（１１ａ）は前記ＣＦＲＰ補強材（１２）の端部（１２ａ）の角部（１２ｂ）を越えて延びることを特徴とする、請求項３に記載の樹脂補強金属部品。
  5. 　前記ＣＦＲＰ補強材（１２）の端部（１２ａ）を前記金属部品（１１）の表面から離反する方向に折り曲げたことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の樹脂補強金属部品。
  6. 　前記金属部品（１１）は中空閉断面の車体骨格部品であり、その引張荷重が作用する表面に前記ＣＦＲＰ補強材（１２）を接着したことを特徴とする、請求項１～請求項５の何れか１項に記載の樹脂補強金属部品。
  7. 　前記ＣＦＲＰ補強材（１２）を前記金属部品（１１）にクリップ（１６）で固定した状態で前記接着剤（１３）を加熱硬化することを特徴とする、請求項１～請求項６の何れか１項に記載の樹脂補強金属部品。
  8. 　前記ＣＦＲＰ補強材（１２）は、その長手方向に配向されたカーボン連続繊維（１４）を含むことを特徴とする、請求項１～請求項５の何れか１項に記載の樹脂補強金属部品。
  9. 　前記ＣＦＲＰ補強材（１２）は一方向に配向されたカーボン連続繊維（１４）を含み、前記凹部（１１ａ）は前記ＣＦＲＰ補強材（１２）の前記一方向の両端に沿って形成されることを特徴とする、請求項３に記載の樹脂補強金属部品。
  10. 　前記ＣＦＲＰ補強材（１２）は相互に直交する二方向に配向されたカーボン連続繊維（１４）、あるいは疑似当方性を有するように多方向に配向されたカーボン連続繊維（１４）を含み、前記凹部（１１ａ）は前記ＣＦＲＰ補強材（１２）の全周に沿って形成されることを特徴とする、請求項３に記載の樹脂補強金属部品。
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