(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板と繊維強化樹脂層とが積層されてなる金属樹脂複合体であって、
前記繊維強化樹脂層の両面のそれぞれに前記金属板が積層され、
前記金属板の少なくとも一方の端縁が曲げ加工されていると共に、
前記繊維強化樹脂層の端縁のうち、前記曲げ加工された金属板の端縁に平面視で重なっている範囲の少なくとも一部が、前記金属板のいずれか少なくとも一方に固着されており、かつ、
前記繊維強化樹脂層が、繊維強化樹脂と金属箔との積層体から構成されていることを特徴とする金属樹脂複合体。
【請求項２】
金属板と繊維強化樹脂層とが積層されてなる金属樹脂複合体であって、
前記繊維強化樹脂層の両面のそれぞれに前記金属板が積層され、
前記金属板の少なくとも一方の端縁が曲げ加工されていると共に、
前記繊維強化樹脂層の端縁のうち、前記曲げ加工された金属板の端縁に平面視で重なっている範囲の少なくとも一部が、前記金属板のいずれか少なくとも一方に固着されており、かつ、
前記繊維強化樹脂層が、織布、不織布若しくは編物と金属箔とが積層されて縫製により一体化されてなる、マトリックス樹脂が含浸された積層体から構成されていることを特徴とする金属樹脂複合体。
【請求項３】
前記各金属板における対向する端縁の少なくとも一部同士が、一体に曲げ加工されており、前記繊維強化樹脂層の端縁のうち、前記曲げ加工された各金属板の端縁に平面視で重なっている範囲の少なくとも一部が、前記各金属板に固着されている請求項１又は２記載の金属樹脂複合体。
【請求項４】
前記各金属板において、前記繊維強化樹脂層と重なっていない部位が、他の部材との取り付け部になっている請求項１〜３のいずれか１に記載の金属樹脂複合体。
【請求項５】
前記繊維強化樹脂層の端縁のうちの少なくとも一部が、前記金属板の端縁と共に曲げられている請求項１〜４のいずれか１に記載の金属樹脂複合体。
【請求項６】
前記縫製に用いる縫い糸が、アラミド繊維、ＰＴＴ、ＰＥＴのいずれか少なくとも一つを含む高強度糸を用いたものである請求項２記載の金属樹脂複合体。
【請求項７】
前記繊維強化樹脂層を構成する金属箔が厚さ０．０１〜０．１ｍｍのステンレス箔である請求項１〜６のいずれか１に記載の金属樹脂複合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属板と繊維強化樹脂とを用いた金属樹脂複合体に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車、航空機などの輸送機器、電気電子機器、家具、建築物等において、軽量でありながら強度が高く、耐久性も優れることから、繊維強化樹脂と金属との複合体が、それらのボディ素材、フレーム素材、筐体素材等として用いられている。
【０００３】
特許文献１では、金属板と繊維強化樹脂組成物とを、エポキシ樹脂を主成分とし、炭素繊維やガラス繊維、熱活性型硬化剤、熱活性型硬化触媒、熱分解型有機系発泡剤、無機系充填材、気泡防止剤を所定量含んだ発泡樹脂を介して接合し、これを自動車の車体材料等として用いることが開示されている。これにより、熱硬化性接着剤を用いて金属板と繊維強化樹脂組成物を接合する場合よりも、加熱硬化後のそりの発生を抑制し、より短期間で製造できるとしている。
【０００４】
特許文献２では、シクロオレフィンポリマーの架橋体及び炭素繊維を含有する繊維強化樹脂層と、金属板とを一体化した金属樹脂複合体を開示している。この構成によれば、金属層と繊維強化樹脂層との密着性、耐衝撃性等に優れ、自動車や航空機などにおいて好適に使用できるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１９６５４５号公報
【特許文献２】特開２０１１−３７００２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記した構造は、いずれにしても、金属板と繊維強化樹脂層とを積層した構造になっているに過ぎない。すなわち、繊維強化樹脂層は、金属板に全面固着されて支持されているだけであり、集中荷重がかかった場合には、静定梁の挙動のように、荷重点においてより大きな引張力、圧縮力が生じる。特許文献１や特許文献２に開示のものは、密着性、耐久性等を高めるための工夫をしており、それ以前のものと比較して金属板と繊維強化樹脂層との層間剥離等の発生は抑制されていると考えられるが、それは両者間の接合力に依存するものであり、荷重点を中心とした大きな引張力が生じやすいという基本構造に変わりはない。
【０００７】
本発明は上記に鑑みなされたものであり、金属板と繊維強化樹脂層とを積層した構造において、軽量性という特性を維持しながら、従来よりも剛性を高めると共に減衰性を高め、耐衝撃性に優れた金属樹脂複合体を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の金属樹脂複合体は、金属板と繊維強化樹脂層とが積層されてなる金属樹脂複合体であって、前記繊維強化樹脂層の両面のそれぞれに前記金属板が積層され、前記金属板の少なくとも一方の端縁が曲げ加工されており、前記繊維強化樹脂層の端縁のうち、前記曲げ加工された金属板の端縁に平面視で重なっている範囲の少なくとも一部が、前記金属板のいずれか少なくとも一方に固着されていることを特徴とする。
【０００９】
前記各金属板における対向する端縁の少なくとも一部同士が、一体に曲げ加工されており、前記繊維強化樹脂層の端縁のうち、前記曲げ加工された各金属板の端縁に平面視で重なっている範囲の少なくとも一部が、前記各金属板に固着されていることが好ましい。前記各金属板において、前記繊維強化樹脂層と重なっていない部位が、他の部材との取り付け部になっている構成とすることが好ましい。前記繊維強化樹脂層の端縁のうちの少なくとも一部が、前記金属板の端縁と共に曲げられていることが好ましい。
前記繊維強化樹脂層が、繊維強化樹脂又はその２以上の積層体から構成されることが好ましい。前記繊維強化樹脂層が、繊維強化樹脂と金属箔との積層体から構成されることが好ましい。前記繊維強化樹脂層が、繊維と金属箔とを積層して縫製により一体化した後にマトリックス樹脂を含浸させた積層体から構成されることが好ましい。前記縫製に用いる縫い糸が、アラミド繊維、ＰＴＴ、ＰＥＴのいずれか少なくとも一つを含む高強度糸を用いたものであることが好ましい。前記金属板の端縁の曲げ加工が、ヘミング加工、二重巻き締め加工を含む曲げ加工のいずれかにより形成されていることが好ましい。前記繊維強化樹脂層を構成する金属箔が厚さ０．０１〜０．１ｍｍのステンレス箔であることが好ましい。前記繊維強化樹脂層を構成する強化繊維が連続繊維であることが好ましい。前記連続繊維が炭素繊維であることが好ましい。前記金属板が、厚さ０．２〜１．５ｍｍの高ヤング率の薄板材であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、金属板と金属板との間に繊維強化樹脂層を挟んで積層し、少なくとも一方の金属板の端縁を曲げ加工し、繊維強化樹脂層の端縁のうち、曲げ加工された金属板の端縁に平面視で重なっている範囲の少なくとも一部を、少なくとも一方の金属板に固着した構造である。そして、好ましくは、繊維強化樹脂層の端縁の少なくとも一部が金属板の端縁と共に曲げ加工されている構造である。従って、繊維強化樹脂層は、曲げ加工された端縁を固定端とした両端固定構造となっており、不静定梁と同様の挙動を示し、かつ張力も発生する構造である。つまり、従来の静定梁の挙動を示す構造と比較して、固定端付近が変形しにくい伸び難い部位となり、同じ厚みの同じ素材を用いたとした場合に、集中荷重における荷重点での変形がより抑制され、剛性が高くなる。それにより、金属板としてより厚みの薄いものを採用することも可能となり、さらなる軽量化にも貢献する。また、繊維強化樹脂層の端縁が露出する態様の場合、繊維が外方に突出することを防止するための端部処理（トリミング）を行う必要があるが、本発明よれば、繊維強化樹脂層の端縁が曲げ加工された金属板によって被覆されるため、そのような端部処理が不要となり、繊維の歩留まりが向上し、加工コストの低減にも寄与する。
【００１１】
繊維強化樹脂層としては、繊維強化樹脂だけのもの、繊維強化樹脂同士の積層体、繊維強化樹脂に金属箔の積層体等を用いることも可能であるが、繊維と金属箔とを積層して縫製により一体化した後にマトリックス樹脂を含浸させた積層体からなるものを用いることがより好ましい。金属板間に挟む繊維強化樹脂層自体も繊維と金属箔との積層構造とすることで、さらに剛性を高くできると共に、両者を縫製した後にマトリックス樹脂を含浸させることにより、樹脂が縫い糸に沿っても含浸するため、繊維と金属箔との密着力がより高くなり、層間剥離が発生しにくくなって耐久性も向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る金属樹脂複合体の一例を示す断面図である。
【図２】図２は、上記実施形態に係る金属樹脂複合体の他の例を示す断面図である。
【図３】図３は、上記実施形態に係る金属樹脂複合体のさらに他の例を示す断面図である。
【図４】図４は、上記実施形態に係る金属樹脂複合体のさらに他の例を示す断面図である。
【図５】図５（ａ）は、繊維強化樹脂層の好ましい例を示した断面図であり、（ｂ）は平面図である。
【図６】図６は、金属板の外周に他の部材との取り付け部を形成した金属樹脂複合体の例を示した断面図である。
【図７】図７（ａ）は試験例の測定方法を説明するための図であり、（ｂ）は試験例の圧縮特性の測定結果を示した図であり、（ｃ）は試験例の引張特性の測定結果を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面に示した実施形態に基づき、本発明をさらに詳細に説明する。図１は、本発明の一の実施形態に係る金属樹脂複合体１の断面図である。この図に示したように、金属樹脂複合体１は、２枚の金属板１０，２０と、両者間に配置される繊維強化樹脂層３０とを有して構成される。
【００１４】
金属板１０，２０は、鉄系金属、非鉄系金属のいずれでもよく、鋼、ステンレス、アルミニウム等を用いることができる。用途にもよるが、自動車の座席構造のフレームやパネルとして用いる場合、軽量性を考慮して厚さ０．２〜１．５ｍｍの薄板材から構成することが好ましい。また、ヤング率約７０〜約２１０ＧＰａの高ヤング率のものが好ましい。
【００１５】
繊維強化樹脂層３０は、繊維強化樹脂のみ、繊維強化樹脂の積層体、繊維強化樹脂と金属箔との積層体、繊維と金属箔とを積層して縫製により一体化した後にマトリックス樹脂を含浸させた積層体のいずれかを用いることができる。ここで、繊維強化樹脂の積層体、繊維強化樹脂と金属箔との積層体は、接着等の公知の手段により積層することもできる。
【００１６】
繊維強化樹脂層３０としては、図５に示したように、繊維３１と金属箔３２，３３とを積層して縫製により一体化した後にマトリックス樹脂３４を含浸させた積層体を用いることが好ましい。縫製手段としては、例えばミシン縫を採用することができる。縫い糸３５の強度が追加されると共に、マトリックス樹脂３４が縫い糸３５を伝っても含浸することになるため、縫い目に沿って相対的に強度の高い部位が形成され、繊維３１と金属箔３２，３３との密着力がより高まる。特に、金属箔３２，３３をミシン針が貫通することにより、金属箔３２，３３におけるミシン針の貫通穴にバーリング加工を施した場合のような円筒状のフランジが形成されることになるため、この貫通穴からマトリックス樹脂３４が侵入しやすくなり、繊維３１と金属箔３２，３３との密着力を高めることができる。また、貫通穴の周縁にアール部分が形成されるため、縫い糸３５の糸切れ防止の機能も果たす。さらに、ミシン針として、先端が丸い針を用いることにより、繊維３１の切断を防止できる。ここで、繊維３１の形態としては、織物、不織布、編物等の形態のものを用いることができる。また、二次元のものに限らず、三次元の織物や編物を用いることも可能である。
なお、縫い糸３５としては、アラミド繊維、ＰＴＴ、ＰＥＴのいずれか少なくとも一つを含む高強度糸を用いることができ、より高い強度で不燃性が要求される場合にはアラミド繊維を主体とする糸が好ましく、縫製時により伸縮性あるいはより剛性を付与する場合にはＰＴＴやＰＥＴを含んだ糸が好ましい。
【００１７】
繊維強化樹脂層３０を金属箔３２，３３との積層構造とする場合、使用する金属箔としては、軽量性、薄くても所定の剛性を得られることから、厚さ０．０１〜０．１ｍｍのステンレス箔を用いることが好ましい。
【００１８】
繊維強化樹脂層３０を形成する繊維３１としては、炭素繊維、炭化ケイ素繊維、アルミナ繊維、ガラス繊維等の連続繊維を用いることが好ましく、強度を必要とする場合にはこれらの中でも炭素繊維を用いることが好ましい。
【００１９】
繊維強化樹脂層３０のマトリックス樹脂３４としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ナイロン、ポリアミド樹脂、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、メタクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミドイミド等の熱可塑性樹脂を用いることができる。従って、繊維強化樹脂層３０は、炭素繊維に熱硬化性樹脂を用いたＣＦＲＰ、炭素繊維に熱可塑性樹脂を用いたＣＦＲＴＰの形態とすることが好ましい。
【００２０】
繊維強化樹脂層３０を間にサンドイッチした２枚の金属板１０，２０のうちの少なくとも一方、図１の例では、金属板１０の端縁１０ａが曲げ加工されている。曲げ加工の手段としては、所定の角度曲げるだけの曲げ加工やカール加工のほか、ヘミング加工等を用いることができる。なかでも、ヘミング加工は、金属板１０又は２０の端縁が１８０度折り曲げられて重なるため、繊維強化樹脂層３０の端縁の固定に好ましい。また、曲げ加工の方法としては、二重巻き締め加工も、金属板１０，２０の端縁において重なり部分ができるため、繊維強化樹脂層３０の端縁の固定に好ましい（図４参照）。また、かしめ加工も適用することもできる。
【００２１】
繊維強化樹脂層３０の端縁３０ａのうち、図１に示したように、平面視で曲げ加工された一方の金属板１０の端縁１０ａに重なっている範囲（図１において示した「Ａ」及び「Ｂ」の範囲」の少なくとも一部が、繊維強化樹脂層３０の端縁３０ａの両面に位置する各金属板１０，２０に固着される。固着手段は任意であり、接着や溶着等の手段を用いることができ、溶着手段としては、レーザー溶接、スポット溶接、ＣＯ２溶接などを用いることができる。
【００２２】
繊維強化樹脂層３０の端縁３０ａは、図２に示したように、一方の金属板１０の端縁１０ａと共に曲げられ、端縁３０ａが、曲げられた一方の金属板１０の端縁１０ａと曲げられていない他方の金属板１０の端縁２０ａとの間に挟まれる構成として、固定することもできる。
【００２３】
繊維強化樹脂層３０の端縁３０ａは、図３に示したように、対向する金属板１０，２０の端縁１０ａ，２０ａの曲げ加工された端縁１０ａ，２０ａの範囲に位置させて固定されていることが好ましい。曲げ加工された端縁１０ａ，２０ａ内においても、繊維強化樹脂層３０の端縁３０ａは、接着や溶着により固着したり、あるいはいずれかの金属板１０，２０の表面からかしめ加工を施して固着したりすることが好ましく、これにより、繊維強化樹脂層３０の端縁３０ａは、より確実に固定される。なお、繊維強化樹脂層３０の端縁３０ａを曲げる場合、例えば、熱可塑性樹脂であれば、金属板１０，２０の端縁１０ａ，２０ａの外面から加熱して曲げることができる。上記した二重巻き締め加工する場合も同様に加熱して曲げることができる。また、繊維強化樹脂層３０を、端縁３０ａが予め曲がった状態に加工しておき、その状態で図１及び図２のように金属板１０，２０を積層し、一方の金属板１０ａを曲げ加工することもできる。
【００２４】
本実施形態によれば、繊維強化樹脂層３０が、金属板１０，２０の端縁１０ａ，２０ａを固定端とした両端固定構造になるため、この固定端付近が変形しにくい伸び難い部位となる。そのため、同じ厚みの同じ素材を用いたとした場合に、従来の金属板と繊維強化樹脂層との単なる積層構造と比較し、集中荷重における荷重点での変形もより抑制され、剛性が高くなる。それにより、金属板１０，２０としてより厚みの薄いものを採用することも可能となり、軽量化に資する。
【００２５】
また、図６に示したように、金属板１０，２０として、繊維強化樹脂層３０よりも端縁１０ａ，２０ａが外方に突出しているものを使用し、繊維強化樹脂層３０の外方で金属板１０，２０の端縁１０ａ，２０ａを曲げ加工し、繊維強化樹脂層３０と重なり合っていない範囲に取り付け部４０を設けることが好ましい。この取り付け部４０を他の部材に例えばボルト等で取り付ける際、繊維強化樹脂層３０に穴をあける必要がないため、取り付け後において繊維強化樹脂層３０の強度が低下するといった問題の発生がなくなる。なお、取り付け部４０の形成の仕方は図６で示したものに限定されず、種々の手段を採用できることはもちろんである。
【００２６】
（試験例）
図７は、繊維強化樹脂層３０を構成する厚さ１．０ｍｍのＣＦＲＴＰ１枚の両側に、金属板１０，２０として厚さ０．６ｍｍのＳＰＦＣ４４０を積層し、端縁をヘミング加工した図２と同様の断面形状の金属樹脂複合体１について、面方向に沿って（図７（ａ））、圧縮して又は引張って測定した圧縮特性（図７（ｂ））、引張特性（図７（ｃ））を示した図である。試験例に係る金属樹脂複合体１の測定結果を「Ｔｏｔａｌ」として示している。また、試験例の金属樹脂複合体１の金属板１０，２０の表面をさらに急加熱、急冷処理による熱処理を行ったもの（「Ｔｏｔａｌ＋熱処理」）についても測定した。比較のため、厚さ１．０ｍｍのＣＦＲＴＰ単体、厚さ０．６ｍｍのＳＰＦＣ４４０単体（「Ｓｔｅｅｌ」で表示）についても同様に測定した。
【００２７】
図７から明らかなように、ＣＦＲＴＰ単体では、圧縮特性よりも引張特性の方が高く、バランスが悪いが、試験例の金属樹脂複合体１の場合には、圧縮特性、引張特性が共に高い値でバランスがとれていることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明の金属樹脂複合体１は、従来と同様に、自動車や航空機等の輸送機器のボディや建築物等に用いることができる。また、自動車等の輸送機器においては、さらなる軽量化のために、搭載される座席構造の軽量化が望まれている。そこで、シートバック部及びシートクッション部を備えた座席構造において、シートバック部を構成するバックフレーム、シートクッション部を構成するクッションフレームのいずれか少なくとも一部の部材として用いることが好ましい。例えば、バックフレームのコーナー部やブラケットなどのように、高い強度が要求される部位や、バックパネル等に用いることができる。また、各種電子機器の筐体や機械のフレーム、あるいは、テーブル等の家具の表面素材等として用いることもできる。
【符号の説明】
【００２９】
１  金属樹脂複合体
１０  金属板
１０ａ  端縁
２０  金属板
２０ａ  端縁
３０  繊維強化樹脂層
３０ａ  端縁
３１  繊維
３２，３３  金属箔
３４  マトリックス樹脂
３５  縫い糸
４０  取り付け部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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