(57)【要約】【課題】衝撃吸収のために適切なクラッシャブル構造を備えたＦＲＰ積層構造体、とくに衝突時における歩行者への衝撃を適切に吸収することが可能な自動車用外板部材として好適なＦＲＰ積層構造体を提供する。【解決手段】強化繊維基材とマトリックス樹脂からなるＦＲＰ層を含む複数の層からなる面状構造部分を有するＦＲＰ積層構造体において、前記ＦＲＰ層よりも高伸度にて破断に至る高破断伸度層を少なくとも１層有することを特徴とするＦＲＰ積層構造体。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
強化繊維基材とマトリックス樹脂からなるＦＲＰ層を含む複数の層からなる面状構造部分を有するＦＲＰ積層構造体において、前記ＦＲＰ層よりも高伸度にて破断に至る高破断伸度層を少なくとも１層有することを特徴とするＦＲＰ積層構造体。
【請求項２】
前記高破断伸度層が前記ＦＲＰ層の内側に配置されている、請求項１のＦＲＰ積層構造体。
【請求項３】
前記ＦＲＰ層と前記高破断伸度層が交互に配置されている、請求項１または２のＦＲＰ積層構造体。
【請求項４】
前記高破断伸度層が、面状構造部分の厚み方向の中央よりも内側に配置されている、請求項１〜３のいずれかに記載のＦＲＰ積層構造体。
【請求項５】
前記高破断伸度層が、ＦＲＰ積層構造体の内側に配設されている、請求項１〜４のいずれかに記載のＦＲＰ積層構造体。
【請求項６】
前記高破断伸度層が前記ＦＲＰ層と一体成形されている、請求項１〜５のいずれかに記載のＦＲＰ積層構造体。
【請求項７】
前記高破断伸度層がＦＲＰ層間に挿入されており、少なくとも部分的に固定されている、請求項１〜４のいずれかに記載のＦＲＰ積層構造体。
【請求項８】
前記高破断伸度層が可撓性樹脂からなる、請求項１〜７のいずれかに記載のＦＲＰ積層構造体。
【請求項９】
前記高破断伸度層が、前記ＦＲＰ層のマトリックス樹脂との接着親和性の低い熱可塑性樹脂からなる、請求項１〜８のいずれかに記載のＦＲＰ積層構造体。
【請求項１０】
前記高破断伸度層が、前記ＦＲＰ層のマトリックス樹脂との接着親和性の低い熱可塑性樹脂の粒子を含有する層からなる、請求項１〜８のいずれかに記載のＦＲＰ積層構造体。
【請求項１１】
前記高破断伸度層がメッシュ状の樹脂ネットに形成されている、請求項８〜１０のいずれかに記載のＦＲＰ積層構造体。
【請求項１２】
前記高破断伸度層が、熱可塑性樹脂フィルムからなる、請求項１〜８のいずれかに記載のＦＲＰ積層構造体。
【請求項１３】
前記高破断伸度層が、多層積層フィルムからなる、請求項１２のＦＲＰ積層構造体。
【請求項１４】
前記高破断伸度層が、樹脂未含浸の繊維基材からなる、請求項１〜７のいずれかに記載のＦＲＰ積層構造体。
【請求項１５】
前記繊維基材が織物またはネットからなる、請求項１４のＦＲＰ積層構造体。
【請求項１６】
前記繊維基材がアラミド繊維からなる、請求項１４または１５のＦＲＰ積層構造体。
【請求項１７】
前記高破断伸度層が、可撓性樹脂と強化繊維基材のＦＲＰ層からなる、請求項１〜７のいずれかに記載のＦＲＰ積層構造体。
【請求項１８】
前記高破断伸度層が、前記ＦＲＰ層のマトリックス樹脂との接着親和性の低い熱可塑性樹脂と強化繊維基材のＦＲＰ層からなる、請求項１〜７、１７のいずれかに記載のＦＲＰ積層構造体。
【請求項１９】
前記高破断伸度層が、前記ＦＲＰ層のマトリックス樹脂との接着親和性の低い熱可塑性樹脂の粒子を含有する樹脂と強化繊維基材のＦＲＰ層からなる、請求項１〜７、１７のいずれかに記載のＦＲＰ積層構造体。
【請求項２０】
前記高破断伸度層を構成するＦＲＰ層の強化繊維基材がアラミド繊維からなる、請求項１〜７、１７〜１９のいずれかに記載のＦＲＰ積層構造体。
【請求項２１】
前記高破断伸度層を構成するＦＲＰ層の強化繊維基材が熱可塑性樹脂の繊維からなる、請求項１〜７、１７〜１９のいずれかに記載のＦＲＰ積層構造体。
【請求項２２】
自動車用外板部材用に用いられる、請求項１〜２１のいずれかに記載のＦＲＰ積層構造体。
【請求項２３】
自動車のボンネット用に用いられる、請求項２２のＦＲＰ積層構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）積層構造体に関し、とくに、衝撃荷重を効果的に吸収できるようにした、自動車用外板部材等に用いて好適なＦＲＰ積層構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＦＲＰ構造体の用途として、衝撃荷重をより効果的に吸収できる性能が求められることがある。たとえば、自動車用外板部材がＦＲＰ構造体で構成される場合には、その自動車用外板部材には、衝突時等における安全性を高めることが要求されており、とくに、衝撃的な外力が加わった際の乗員側の安全性とともに、事故時の歩行者保護性能を高めることが要求されている。自動車が歩行者に衝突した際には、歩行者は、自動車の前部やボンネット等に対し、脚や頭部に衝撃荷重を受けることになるが、とくに死亡事故の低減には、頭部へのダメージを低減することが不可欠であると言われている。したがって、とくに頭部にダメージを与えやすい自動車側部位、とくにボンネットに対しては、衝突事故時にも極力衝撃力を吸収でき、頭部へのダメージを小さく抑えることが求められている。
【０００３】
このような衝撃吸収性能を持たせるためには、自動車用外板部材が、適切に変形あるいは破壊することにより、自動車内部部品の破損や乗員へのダメージを極力小さく抑えつつ、歩行者への衝撃力付与を極力小さく抑える必要がある。つまり、歩行者保護の観点から、衝撃吸収のために適切なクラッシャブル構造とする必要がある。
【０００４】
ＦＲＰ製自動車用パネルとしては、各種の構造が提案されているが、従来の提案は、主として必要な部分の強度や剛性を局部的に向上することを目的としており（例えば、特許文献１）、ＦＲＰ製自動車用パネルとして、上記のような衝撃吸収のために適切なクラッシャブル構造とする提案はほとんど見当たらない。
【特許文献１】特開２００３−１４６２５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで本発明の課題は、従来の技術開発指向とは視点を変え、衝撃吸収のために適切なクラッシャブル構造を備えたＦＲＰ積層構造体を提供することにあり、とくに自動車用外板部材における歩行者保護性能の観点等から、衝突時における歩行者への衝撃を適切に吸収して小さく抑えることが可能なＦＲＰ製自動車用外板部材として好適なＦＲＰ積層構造体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係るＦＲＰ積層構造体は、強化繊維基材とマトリックス樹脂からなるＦＲＰ層を含む複数の層からなる面状構造部分を有するＦＲＰ積層構造体において、前記ＦＲＰ層よりも高伸度にて破断に至る高破断伸度層を少なくとも１層有することを特徴とするものからなる。
【０００７】
このＦＲＰ積層構造体においては、上記高破断伸度層は上記ＦＲＰ層の内側に、つまりＦＲＰ積層構造体の表側の面ではなく、その内（裏）側に配置されていることが好ましい。このように配置すれば、ＦＲＰ積層構造体の表面側から衝撃荷重が加わった際に、ＦＲＰ積層構造体の厚み方向内側部分には、ＦＲＰ積層構造体の変形に伴って引張荷重が作用するので、高破断伸度層の高破断伸度特性により効率よく衝撃エネルギーを吸収できるようになる。また、高破断伸度層は、ＦＲＰ層よりも破断伸度が高いので、ＦＲＰ層が分断破壊を起こしても、それらを繋ぎ止めることができ、衝撃を受けた構造体が、たとえば粉々に破壊することを回避できる。
【０００８】
また、上記ＦＲＰ積層構造体においては、上記ＦＲＰ層と上記高破断伸度層が交互に配置されている構造とすることもできる。この場合、上記ＦＲＰ層と上記高破断伸度層が交互に配置された部分を、上記ＦＲＰ積層構造体の内側に配置することが好ましい。
【０００９】
また、上記高破断伸度層は、上記面状構造部分の厚み方向の中央よりも内側に配置されていることが好ましい。このように配置することにより、上記と同様の理由により、効率よく衝撃エネルギーを吸収できるようになる。
【００１０】
また、上記高破断伸度層は、ＦＲＰ積層構造体において、ＦＲＰ積層構造体の内側に配設されていることも好ましい。また、上記高破断伸度層は、上記ＦＲＰ層と一体成形することが可能である。一体成形により良好な成形性が得られる。
【００１１】
また、上記高破断伸度層がＦＲＰ層間に挿入されており、少なくとも部分的に固定されている構造とすることもできる。すなわち、別体に形成された高破断伸度層がＦＲＰ層間に固定、保持された構造である。
【００１２】
このような高破断伸度層は、種々の形態に構成可能である。たとえば、高破断伸度層を高伸度特性を有する可撓性樹脂単体から構成することができる。また、高破断伸度層を、上記ＦＲＰ層のマトリックス樹脂との接着親和性の低い熱可塑性樹脂から構成することができる。さらに、高破断伸度層を、上記ＦＲＰ層のマトリックス樹脂との接着親和性の低い熱可塑性樹脂の粒子を含有する層から構成することもできる。マトリックス樹脂との接着親和性の低い層に形成することにより、上記ＦＲＰ層に対し高破断伸度層が滑り、衝撃エネルギーを効率よく熱エネルギーに変換して吸収することが可能になる。
【００１３】
このような樹脂製の高破断伸度層は、所定厚みを有する単なる樹脂層として配置することも可能であるが、たとえば、メッシュ状の樹脂ネットに形成することもできる。また、高破断伸度層を熱可塑性樹脂フィルムから形成することもできる。この場合、高破断伸度層を多層積層フィルムから形成することもできる。とくに、多層積層フィルムは、ＦＲＰ層の鋭利な破断面が当たっても切り裂き破壊しにくいので、外部からの衝撃エネルギーを効率よく吸収する機能を発揮できるとともに、たとえＦＲＰ層が分断破壊を起こしても、分断した部分を繋ぎ止めることができるので、構造体全体をしては初期の形態を維持できるという好ましい効果も得られる。また、ＦＲＰ層の鋭利な破断面を覆う状態にもなるので、ＦＲＰ層の破断面が内部搭載物に直接触れることが避けられ、内部搭載物の破損を軽減することもできる。
【００１４】
また、上記高破断伸度層は、樹脂未含浸の繊維基材から構成することもできる。繊維基材としては、織物またはネットの形態を採用できる。とくに炭素繊維からなる強化繊維基材を有する上記ＦＲＰ層に対しては、繊維基材に高伸度特性をもたせるために、たとえばアラミド繊維からなる繊維基材を使用することが好ましい。
【００１５】
また、上記高破断伸度層は、可撓性樹脂と強化繊維基材のＦＲＰ層から構成することもできる。また、高破断伸度層を、上記ＦＲＰ層のマトリックス樹脂との接着親和性の低い熱可塑性樹脂と強化繊維基材のＦＲＰ層から構成することもできる。さらに、高破断伸度層を、上記ＦＲＰ層のマトリックス樹脂との接着親和性の低い熱可塑性樹脂の粒子を含有する樹脂と強化繊維基材のＦＲＰ層から構成することもできる。
【００１６】
また、高破断伸度層をＦＲＰ層から構成する場合、高破断伸度層を構成するＦＲＰ層の強化繊維基材に高伸度特性を有するアラミド繊維を用いることもできる。また、高破断伸度層を構成するＦＲＰ層の強化繊維基材に高伸度特性を有する熱可塑性樹脂の繊維を用いることもできる。
【００１７】
本発明に係るＦＲＰ積層構造体は、たとえば自動車用外板部材用に用いて好適なものであり、中でもとくに自動車のボンネット用に用いて好適なものである。自動車のボンネット用に用いられる場合、前述したような衝突事故時の歩行者のとくに頭部保護に有効である。ただし、自動車のボンネットに限らず、他の自動車用外板部材（たとえば、フェンダ等）、さらには、衝撃荷重の吸収性能向上が要求されるあらゆる用途に適用可能であることは言うまでもない。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係るＦＲＰ積層構造体によれば、面状構造部分を形成するＦＲＰ積層構造体のＦＲＰ層よりも高伸度の高破断伸度層を設けることにより、外部から衝突等のエネルギーが入力された場合に、高破断伸度層がその高伸度特性により良好に衝撃エネルギーを吸収するとともに、より低破断伸度のＦＲＰ層が破断後の、高破断伸度層が荷重を保持し、構造体全体が大きな破損状態に至ることが回避される。したがって、本発明に係るＦＲＰ積層構造体を自動車用外板部材に適用すれば、衝突時等の衝撃に対して外板部材を適切に変形あるいは破壊させてその衝撃を効果的に吸収できるクラッシャブルな構造を実現でき、近年の衝突事故時等における歩行者保護の要求に対処することが可能になるとともに、構造体全体の大きな破損を回避して、内部搭載物へのダメージを最小限に食い止めることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、本発明の望ましい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ＦＲＰ積層構造体を示しており、本発明を自動車用外板部材としての自動車のボンネットに適用した場合を示している。図１において、１は、ＦＲＰ製の面状構造部分を備えたＦＲＰ積層構造体としての自動車のボンネットの部分断面を示している。本実施態様においては、ボンネット１は、強化繊維基材とマトリックス樹脂からなるＦＲＰ層としてのＦＲＰ板２と、ＦＲＰ板２の内側に、該ＦＲＰ層よりも高伸度にて破断に至る高伸度特性を有する高破断伸度層３が配置されたＦＲＰ積層構造体からなる。本実施態様では、高破断伸度層３は、ＦＲＰ板２のマトリックス樹脂とは異なる種類の可撓性樹脂からなっている。このような高破断伸度層３は、ＦＲＰ板２と一体に成形することも可能であり、別体に形成してＦＲＰ板２の裏面側に貼り付けることも可能である。
【００２０】
上記のようなＦＲＰ板あるいはＦＲＰ層とは、強化繊維により強化された樹脂層を指し、強化繊維としては、たとえば、炭素繊維、ガラス繊維等の無機繊維や、ケブラー繊維、ポリエチレン繊維、ポリアミド繊維などの有機繊維からなる強化繊維が挙げられる。面剛性等の制御の容易性の面からは、とくに炭素繊維が好ましい。ＦＲＰのマトリックス樹脂としては、たとえば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂が挙げられ、さらには、ポリアミド樹脂、ポリオレフィン樹脂、ジシクロペンタジエン樹脂、ポリウレタン樹脂等の熱可塑性樹脂も使用可能である。ただし、本発明においては高破断伸度層が配置されるので、ＦＲＰ層と高破断伸度層との間では、必ず、高破断伸度層の破断伸度の方が高くなるように設定される。
【００２１】
また、本発明に係るＦＲＰ積層構造体は、たとえば図２に示すように、ＦＲＰ積層構造体としてのボンネット４を構成する複数のＦＲＰ層５に対し、高破断伸度層６を交互に積層配置することもできる。この場合にも、各ＦＲＰ層５に対し各高破断伸度層６を内側に、あるいはＦＲＰ層５間に各高破断伸度層６を挟むように配置することが好ましい。また、高破断伸度層６が、ＦＲＰ積層構造体４の厚み方向の中央よりも内側に偏在されて配置されている構成とすることもできる。
【００２２】
図２に示したような交互積層配置の場合においては、あるいはＦＲＰ層５間に高破断伸度層６を挟む構成を有する場合においては、高破断伸度層６としては、図１の場合と同様に可撓性樹脂から構成することが可能であり、また、ＦＲＰ層５のマトリックス樹脂との接着親和性の低い熱可塑性樹脂からなる構成、ＦＲＰ層５のマトリックス樹脂との接着親和性の低い熱可塑性樹脂の粒子を含有する層からなる構成とすることもできる。さらに、高破断伸度層６を、ＦＲＰ層５とは異なる、高伸度特性を備えたＦＲＰ層から構成することも可能である。たとえば、高破断伸度層６を、可撓性樹脂と強化繊維基材のＦＲＰ層や、ＦＲＰ層５のマトリックス樹脂との接着親和性の低い熱可塑性樹脂と強化繊維基材のＦＲＰ層、ＦＲＰ層５のマトリックス樹脂との接着親和性の低い熱可塑性樹脂の粒子を含有する樹脂と強化繊維基材のＦＲＰ層、高伸度特性を有するアラミド繊維を強化繊維基材とするＦＲＰ層、高伸度特性を有する熱可塑性樹脂の繊維を強化繊維基材とするＦＲＰ層等に構成することが可能である。
【００２３】
図１、図２に示したようなＦＲＰ積層構造体としてのボンネット１、４においては、外部から衝突等による衝撃エネルギーが入力された場合に、高破断伸度層３、６がその高伸度特性により良好に衝撃エネルギーを吸収する、とくに、より低伸度のＦＲＰ層２、５が破断した後にも、高破断伸度層３、６が荷重を保持するので、一層良好に衝撃エネルギーを吸収できるとともに、構造体全体が大きな破損状態に至ることが回避され、内部搭載物の破損を最小限に抑えたり、歩行者が硬質の内部搭載物に衝突したりするのを回避することが可能になる。
【００２４】
図３、図４は、別の実施態様に係るＦＲＰ積層構造体としての自動車のボンネットの部分断面を示している。図３に示すボンネット１０においては、別体に形成された高破断伸度層としてのメッシュ状の樹脂ネット１１が、ＦＲＰ層１２、１３間に挿入されている。樹脂ネット１１は、ＦＲＰ層１２、１３間に形成された空間に張設されるとともに、両端部がＦＲＰ層１２、１３間に固定、保持されている。この固定保持部は、樹脂ネット１１とＦＲＰ層１２、１３との摩擦固定部１４に構成されている。本実施態様では、樹脂ネット１１を構成する樹脂は、可撓性樹脂からなり、とくに、ＦＲＰ層１２、１３のマトリックス樹脂との接着親和性の低い熱可塑性樹脂、あるいは、ＦＲＰ層１２、１３のマトリックス樹脂との接着親和性の低い熱可塑性樹脂の粒子を含有する層からなる。
【００２５】
このように構成されたボンネット１０においては、ＦＲＰ層１２、１３に、特に外部からＦＲＰ層１２に衝撃エネルギーが加わった際には、ＦＲＰ層１２の変形に伴い、樹脂ネット１１に引張荷重が加わる。このとき、樹脂ネット１１の高伸度特性により衝撃エネルギーが適切に吸収されるとともに、摩擦固定部１４において生じる樹脂ネット１１とＦＲＰ層１２、１３との滑りにより、衝撃エネルギーの一部が熱エネルギーに変換され、一層良好に衝撃エネルギーが吸収される。
【００２６】
図４に示すボンネット２０においては、別体に形成された高破断伸度層としての樹脂未含浸の繊維基材２１が、ボンネット２０の厚み方向の内側部分において、ＦＲＰ層２２、２３間に介在されている。繊維基材２１は織物あるいはネットの形態に構成することができる。材質としては、ＦＲＰ層２２、２３との関係にもよるが、たとえば高伸度特性を有するアラミド繊維が好ましい。本実施態様では、繊維基材２１は、断続的に配置した接着部２４にてＦＲＰ層２２、２３に対して接着固定されている。接着部２４以外では、繊維基材２１は、ＦＲＰ層２２、２３間に挟持された状態になっており、ＦＲＰ層２２、２３に対し適宜滑ることができるようになっている。
【００２７】
このように構成されたボンネット２０においては、ＦＲＰ層２２、２３に、特に外部からＦＲＰ層１２に衝撃エネルギーが加わった際には、ＦＲＰ層１２の変形に伴い、繊維基材２１に引張荷重が加わる。このとき、繊維基材２１の高伸度特性により衝撃エネルギーが適切に吸収されるとともに、繊維基材２１とＦＲＰ層２２、２３との間において生じる滑りにより、衝撃エネルギーの一部が熱エネルギーに変換され、一層良好に衝撃エネルギーが吸収される。
【００２８】
また、図３、図４に示した実施態様においては、ＦＲＰ層破断後も、未だ破断に至っていない樹脂ネット１１あるいは繊維基材２１からなる高破断伸度層が荷重を保持するので、衝撃エネルギー吸収特性がさらに向上されるとともに、内部搭載物へのダメージを小さく抑えたり、歩行者が硬質の内部搭載物に衝突したりするのを回避したりすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施態様に係るＦＲＰ積層構造体としてのボンネットの部分断面図である。
【図２】本発明の別の実施態様に係るＦＲＰ積層構造体としてのボンネットの部分断面図である。
【図３】本発明のさらに別の実施態様に係るＦＲＰ積層構造体としてのボンネットの部分断面図である。
【図４】本発明のさらに別の実施態様に係るＦＲＰ積層構造体としてのボンネットの部分断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１、４、１０、２０  ＦＲＰ積層構造体としての自動車のボンネット
２  ＦＲＰ板
３、６  高破断伸度層としての樹脂層
５、１２、１３、２２、２３  ＦＲＰ層
１１  高破断伸度層としての樹脂ネット
１４  摩擦固定部
２１  高破断伸度層としての樹脂未含浸繊維基材
２４  接着部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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