(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＦＲＰスキン層と、コア材と、それらの間に介装されたインサート金具とが一体的に成形されたＦＲＰ構造体であって、インサート金具の周縁部の少なくとも一部におけるＦＲＰスキン層との接触箇所において、ＦＲＰスキン層が厚み方向にオフセットされた形状に形成されており、かつ、インサート金具の周長（Ｌ）と面積相当円の周長（ＬA ）との比（Ｌ／ＬA ）が１．０５〜２．０の範囲にあることを特徴とするＦＲＰ構造体。
【請求項２】
ＦＲＰスキン層と、コア材と、それらの間に介装されたインサート金具とが一体的に成形されたＦＲＰ構造体であって、インサート金具の周縁部の少なくとも一部におけるＦＲＰスキン層との接触箇所にＲ加工が施されていることを特徴とするＦＲＰ構造体。
【請求項３】
ＦＲＰスキン層と、コア材と、それらの間に介装されたインサート金具とが一体的に成形されたＦＲＰ構造体であって、インサート金具の周縁部の少なくとも一部におけるＦＲＰスキン層との接触箇所において、ＦＲＰスキン層が厚み方向にオフセットされた形状に形成されているとともに、インサート金具の周縁部にＲ加工が施されていることを特徴とするＦＲＰ構造体。
【請求項４】
ＦＲＰスキン層のオフセット量が０．２ｍｍ〜ｔ／２ｍｍ（ｔはＦＲＰスキン層の厚み）の範囲にある、請求項１または３のＦＲＰ構造体。
【請求項５】
Ｒ加工の曲率半径が１〜５０ｍｍの範囲にある、請求項２〜４のいずれかに記載のＦＲＰ構造体。
【請求項６】
ＦＲＰスキン層の補強繊維が連続した炭素繊維からなる、請求項１〜５のいずれかに記載のＦＲＰ構造体。
【請求項７】
コア材が発泡体からなる、請求項１〜６のいずれかに記載のＦＲＰ構造体。
【請求項８】
インサート金具の周長（Ｌ）と面積相当円の周長（ＬA ）との比（Ｌ／ＬA ）が１．０５〜２．０の範囲にある、請求項２または３に記載のＦＲＰ構造体。
【請求項９】
インサート金具の周長（Ｌ）とＦＲＰスキン層の厚み（ｔ）との比（Ｌ／ｔ）が５０〜１０００の範囲にある、請求項１〜８のいずれかに記載のＦＲＰ構造体。
【請求項１０】
インサート金具のコア材側の面にリブが形成されている、請求項１〜９のいずれかに記載のＦＲＰ構造体。
【請求項１１】
インサート金具のコア材側にアンダーカット部が形成されている、請求項１〜１０のいずれかに記載のＦＲＰ構造体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＦＲＰ製のスキン層（以下、単にＦＲＰスキン層という。）、コア材、インサート金具が一体的に成形されたＦＲＰ構造体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）は、軽量、高剛性、高耐久性であることから、各種産業分野に広く使われている。とくに近年、自動車部材等の大量生産部材への適用が進みつつある。たとえば、自動車用のルーフ、バンパー、スポイラ、フレーム、ドア等にＦＲＰ構造体を適用することが検討されている。
【０００３】
このような自動車用等におけるＦＲＰ構造体においては、軽量性を維持しつつ剛性を高めるために、軽量な発泡体等をコア材とし、その片面あるいは両面にＦＲＰスキン層を配置した構成を採ることが多い。また、局部的に強度を高めたり、他部材の取付部位を形成するために、必要に応じて内部に部分的にインサート金具を埋設することが多い。インサート金具は、通常ＦＲＰスキン層とコア材との間に部分的に介装される。このインサート金具は、成形時に所定の位置に設置し、ＦＲＰスキン層、コア材とともに一体的にＦＲＰ構造体を成形することが可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、インサート金具は、ＦＲＰスキン層やコア材とは異種の金属製高強度部材であるから、一体的に成形されたＦＲＰスキン層とコア材との接合強度をインサート金具配置部で弱めたり、インサート金具自身とＦＲＰスキン層やコア材との接合強度が部分的に弱くなったりすることがあるとともに、とくにインサート金具の周縁部において望ましくない応力集中が発生したりすることが懸念される。
【０００５】
そこで本発明の課題は、インサート金具配置部におけるＦＲＰスキン層またはコア材との接合強度を高め、かつ、インサート金具周縁部における応力集中を緩和できるＦＲＰ構造体の構造を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係るＦＲＰ構造体は、ＦＲＰスキン層と、コア材と、それらの間に介装されたインサート金具とが一体的に成形されたＦＲＰ構造体であって、インサート金具の周縁部の少なくとも一部におけるＦＲＰスキン層との接触箇所において、ＦＲＰスキン層が厚み方向にオフセットされた形状に形成おり、かつ、インサート金具の周長（Ｌ）と面積相当円の周長（ＬA ）との比（Ｌ／ＬA ）が１．０５〜２．０の範囲にあることを特徴とするものからなる（第１の発明）。
【０００７】
また、本発明に係るＦＲＰ構造体は、ＦＲＰスキン層と、コア材と、それらの間に介装されたインサート金具とが一体的に成形されたＦＲＰ構造体であって、インサート金具の周縁部の少なくとも一部におけるＦＲＰスキン層との接触箇所にＲ加工が施されていることを特徴とするものからなる（第２の発明）。
【０００８】
さらに、本発明に係るＦＲＰ構造体は、ＦＲＰスキン層と、コア材と、それらの間に介装されたインサート金具とが一体的に成形されたＦＲＰ構造体であって、インサート金具の周縁部の少なくとも一部におけるＦＲＰスキン層との接触箇所において、ＦＲＰスキン層が厚み方向にオフセットされた形状に形成されているとともに、インサート金具の周縁部にＲ加工が施されていることを特徴とするものからなる（第３の発明）。
【０００９】
上記本発明に係るＦＲＰ構造体においては、ＦＲＰスキン層をインサート金具の周縁部においてオフセットされた形状に形成することにより、ＦＲＰスキン層自身がインサート金具を固定、保持できる形態となるので、インサート金具のＦＲＰスキン層やコア材に対する固定強度が向上し、ひいては接合強度が向上する。ＦＲＰスキン層のオフセット量としては、０．２ｍｍ〜ｔ／２ｍｍ（ｔはＦＲＰスキン層の厚み）の範囲にあることが好ましい。０．２ｍｍ未満になると、オフセット形状によるインサート金具固定保持のための実用的な効果が得られにくく、ＦＲＰスキン層自身の厚みにもよるが、ｔ／２ｍｍを越えると、ＦＲＰスキン層表面の凹凸の度合が大きくなりすぎ、自動車用部材等において機能上や表面意匠上の問題を生じるおそれがある。
【００１０】
また、インサート金具の周縁部のＦＲＰスキン層との接触箇所にＲ加工を施すことにより、とくに該周縁部に接触するＦＲＰスキン層やコア材の部位における応力が分散され、応力集中が緩和される。このＲ加工の曲率半径としては、１〜５０ｍｍの範囲が好ましい。１ｍｍ未満ではＲ加工による応力集中緩和効果が小さくなりすぎ、５０ｍｍを越えると、インサート金具自身が必要な形状を保持できなくなるおそれがある。
【００１１】
ＦＲＰスキン層の補強繊維としては、とくに限定されず、炭素繊維やガラス繊維、アラミド繊維、さらにはこれらを併用したもの等を用いることができ、補強繊維の形態としても、一方向や複数方向に配列したもの、織物の形態にしたもの、マットや不織布状の繊維を表面近傍に配置したもの等種々のものを使用できる。中でも炭素繊維を用いたＦＲＰは、強度、剛性、軽量性に優れているので好ましく、特に連続した炭素繊維を使用することにより、ＦＲＰ構造体全体としての強度、剛性を高く保ちつつ、応力集中等局部的に加わる負荷に対しても優れた強度、耐久性を発揮させることができる。また、アラミド繊維は伸度が大きく、ほつれるように壊れるので、金具が脱落するのを防止できる。
【００１２】
ＦＲＰスキン層のマトリクス樹脂としては、とくに限定されないが、たとえばエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂などの熱硬化性樹脂、あるいはアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリアセタールなどの熱可塑性樹脂、およびこれらの樹脂をアロイ化した変性樹脂などが挙げられる。
【００１３】
コア材としては、ＦＲＰ構造体全体の軽量化の面から、発泡体を用いることが好ましく、たとえばポリウレタンやポリイミド、アクリルの発泡体が好適であり、発泡体以外にもケミカルウッド等を用いることができる。ただし、ＦＲＰ構造体の種類や用途によっては、木材やハニカム構造体等の使用も可能である。
【００１４】
また、本発明における第１の発明に係るＦＲＰ構造体においては、インサート金具の周長（Ｌ）と面積相当円の周長（ＬA ）との比（Ｌ／ＬA ）が１．０５〜２．０の範囲にあり、第２、第３の発明に係るＦＲＰ構造体においても、インサート金具の周長（Ｌ）と面積相当円の周長（ＬA ）との比（Ｌ／ＬA ）が１．０５〜２．０の範囲にあることが好ましい。すなわち、インサート金具を一体成形したＦＲＰ構造体の場合、とくにインサート金具の周縁部には応力集中が発生したり他の部位よりも大きな負荷が加わったりしやすいので、周長を長くして単位周長当たりの負荷を低く抑えるのである。換言すれば、ある負荷がインサート金具全体に加わった場合、単位周長当たりの負荷は、インサート金具の平面形状が円形の場合に最も大きくなる。したがって、面積相当円の周長（ＬA ）を基準に、実際のインサート金具の周長（Ｌ）をＬA の１．０５〜２．０倍の範囲に規定して、単位周長当たりの負荷を低減させるのである。４倍を越えると、インサート金具を不必要に複雑な形状にするおそれが生じるが、このようなおそれが生じない場合には、別段２．０倍を越えてもかまわない。１．０５倍未満では、負荷軽減効果が小さくなる。
【００１５】
また、現実的には、たとえば自動車用部材等の現実の部材においては、ＦＲＰスキン層の厚みに対するインサート金具の周長の割合を決めるのも有効である。たとえば、インサート金具の周長（Ｌ）とＦＲＰスキン層の厚み（ｔ）との比（Ｌ／ｔ）が５０〜１０００の範囲にあることが好ましい。
【００１６】
さらに、インサート金具の一体成形における接合強度を高めるために、インサート金具のコア材側の面にリブを形成し、そのリブがコア材中に埋設されるようにしたり、インサート金具のコア材側にアンダーカット部を形成しておき、アンダーカット部がコア材中に強固に保持される構造を採用することもできる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係るＦＲＰ構造体のインサート金具部の断面を示している。図１において、１はＦＲＰ構造体全体を示しており、ＦＲＰ構造体１は、発泡体からなるコア材２と、その片面に配置されたＦＲＰスキン層３と、ＦＲＰスキン層３とコア材２との間にＦＲＰスキン層３に直接接するように所定位置に介装されたインサート金具４とを有しており、これらが一体的に成形されている。また、コア材２の反対側の面にもＦＲＰスキン層５を配置し、コア材２を間に介在されたサンドイッチ構造に構成してもよく、場合によってはＦＲＰスキン層５を省略することもできる。後述の各実施態様においても、同様のサンドイッチ構造を採用できる。
【００１８】
インサート金具４の周縁部６（周縁のコーナー部）には、ＦＲＰスキン層３との接触箇所にＲ加工７が施されている。このＲ加工７は、インサート金具４の周縁全長にわたって施してもよく、必要に応じて部分的に施してもよい。Ｒ加工（部）７の曲率半径は、前述の如く１〜５０ｍｍの範囲から選択することが好ましい。
【００１９】
インサート金具４の周縁部６におけるＦＲＰスキン層３との接触箇所においては、ＦＲＰスキン層３が、その厚み方向にオフセットされた形状、つまりインサート金具４配置部において外側にシフトして張り出す形状に形成されている。このオフセット部８も、インサート金具４の周縁全長にわたって延びていてもよく、部分的に、たとえば後述の図２に示すような折れ曲がったインサート金具に対して片側の周縁部についてのみオフセットさせるようにした形状を採用することも可能である。オフセット部８におけるＦＲＰスキン層３のオフセット量は、前述の如く、０．２ｍｍ〜ｔ／２ｍｍ（ｔはＦＲＰスキン層３の厚み）の範囲から選択することが好ましい。また、Ｒ加工７の曲率半径に対応させて、曲率半径が大きい場合にはオフセット量も大きくとり、曲率半径が小さい場合にはオフセット量を小さく抑えることもできる。
【００２０】
ＦＲＰスキン層３の補強繊維には、前述の如く、連続した炭素繊維を用いることが好ましいが、図１に示した形態では、連続した炭素繊維が少なくとも左右のオフセット部８を通過して延びるように配設されていることが好ましい。
【００２１】
上記のようなＦＲＰ構造体１においては、ＦＲＰスキン層３がインサート金具４の周縁部６との接触箇所においてオフセットされているので、オフセット形状によりインサート金具４を所定位置に強固に固定、保持できるようになり、ひいては、一体成形されたＦＲＰスキン層３、インサート金具４、コア材２の接合強度を高めることができる。
【００２２】
また、インサート金具４の周縁部６のＦＲＰスキン層３との接触箇所にＲ加工７が施されているので、この部分における応力が分散され、応力集中が緩和される。したがってインサート金具４の周縁部６に局部的に大きな負荷が加わることが防止され、結果的に、やはり一体成形されたＦＲＰスキン層３、インサート金具４、コア材２の接合強度が高められる。
【００２３】
さらに、本実施態様では、ＦＲＰスキン層３のオフセットとインサート金具４の周縁部６におけるＲ加工の両方が実施されているので、これらの相乗効果によって、大幅に接合強度が高められることになる。
【００２４】
図２は、本発明の別の実施態様に係るＦＲＰ構造体１１を示している。本実施態様では、ＦＲＰ構造体１１の屈曲部（図示例では直角の折れ曲がり部）に本発明が適用されており、直角に折れ曲がったコア材１２、ＦＲＰスキン層１３、インサート金具１４が一体的に成形されている。そして、両側の、あるいは、インサート金具１４の周縁部１６全長にわたって、Ｒ加工１７が施されているとともに、ＦＲＰスキン層１３にオフセット部１８が設けられている。その他の構成、作用、効果は図１に示した実施態様に準じる。
【００２５】
図３は、本発明のさらに別の実施態様に係るＦＲＰ構造体２１を示しており、その平面透視形状を示している。本実施態様では、インサート金具２４が、その周縁が複雑な曲線形状に形成されており、面積相当円の周長に対し、１．５倍程度の周長を有する形状に形成されている。内部断面構造は、図１に示したのと同等の構造に構成されている。このようにインサート金具２４の周長を長くとることにより、つまり、前述したように、インサート金具２４の周長（Ｌ）と面積相当円の周長（ＬA ）との比（Ｌ／ＬA ）を１．０５〜２．０の範囲内に設定することにより、単位周長当たりの負荷が低減され、ＦＲＰスキン層のオフセット形状やインサート金具周縁部のＲ加工による作用、効果を助長することができる。
【００２６】
図４は、本発明のさらに別の実施態様に係るＦＲＰ構造体３１を示している。本実施態様では、インサート金具３４のコア材３２側の面にリブ３５ａ、３５ｂが設けられている。リブ３５ａ、３５ｂは、一体成形により、コア材３２中に埋設されて固定保持されるから、とくにインサート金具３４とコア材３２との接合強度が一層高められる。なお、インサート金具３４のＦＲＰスキン層３３側の面にリブを形成し、ＦＲＰスキン層３３に対し一体成形することも可能である。その他の構成、作用、効果は図１に示した実施態様に準じる。
【００２７】
図５は、本発明のさらに別の実施態様に係るＦＲＰ構造体４１を示している。本実施態様では、インサート金具４４のコア材４２側に、アンダーカット部４５が形成され、そのアンダーカット形成部内にコア材４２の一部が侵入するように、一体成形されている。アンダーカット部４５により、インサート金具４４はより強固にコア材４２に固定保持されるので、とくにインサート金具４４とコア材４２との接合強度が一層高められる。このアンダーカット部４５は、厚みの薄いＦＲＰスキン層４３側に設けることは難しいので、とくにコア材４２側に設けて有効なものである。その他の構成、作用、効果は図１に示した実施態様に準じる。
【００２８】
【実施例】
実施例１
中央にＭ６のネジを取り付けた、厚さ１ｍｍ、一辺８０ｍｍ（四隅コーナー部はＲ＝５ｍｍであり、周長は３１１ｍｍ）、ＦＲＰスキンと接触する箇所に半径２ｍｍの丸み加工（Ｒ加工）を施したスチール製の方形板をインサート金具とする、厚さ１１．２ｍｍのサンドイッチパネル（スキンは上、下ともに厚さ０．６ｍｍの炭素繊維織物を補強繊維とするＦＲＰで、金具とスキンのオフセットは０．３ｍｍ、コアは密度０．１ｇ／ｃｍ3 のウレタンフォームで厚みは１０ｍｍ）を作成し、ネジ部にてパネルとは垂直方向に、引き抜き試験を行った。
その結果、破壊は、金具の周縁部ではなく、周縁部から離れた箇所でコア内で生じ、最大荷重は３０００ｋｇであった。
【００２９】
実施例２
実施例１において、インサート金具のＦＲＰスキンと接触する箇所に丸み加工を施さなかった他は、実施例１と全く同じにして、引き抜き試験を行った。
その結果、最大荷重は１５００ｋｇであった。
【００３０】
実施例３
実施例１において、インサート金具とスキンにオフセットを設けなかった他は、実施例１と全く同じにして、引き抜き試験を行った。
その結果、最大荷重は１３５０ｋｇであった。
【００３１】
比較例１
上記実施例において、金具の丸みをとらず、また、オフセットもなくして（金具の面とＦＲＰスキンの面が面一になるようにして）行った他は、実施例１と同じにして、引き抜き試験を行った。
その結果、破壊は金具の周縁部で発生し、最大荷重は６００ｋｇであった。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のＦＲＰ構造体によれば、ＦＲＰスキン層、コア材、インサート金具が一体成形されたＦＲＰ構造体において、インサート金具の周縁部にＦＲＰスキン層のオフセット部または／およびインサート金具のＲ加工部を設けたので、インサート金具配置部における接合強度を高めることができるとともに、応力集中を低減することができ、ＦＲＰ構造体全体として、高い接合強度、耐久性を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様に係るＦＲＰ構造体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構造体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構造体の透視平面図である。
【図４】本発明のさらに別の実施態様に係るＦＲＰ構造体の部分断面図である。
【図５】本発明のさらに別の実施態様に係るＦＲＰ構造体の部分断面図である。
【符号の説明】
１、１１、２１、３１、４１  ＦＲＰ構造体
２、１２、３２、４２  コア材
３、１３、３３、４３  ＦＲＰスキン層
４、１４、２４、３４  インサート金具
５  ＦＲＰスキン層
６、１６  インサート金具の周縁部
７、１７  Ｒ加工部
８、１８  オフセット部
３５ａ、３５ｂ  リブ
４５  アンダーカット部
【図１】
0004483050.tif 000002
【図２】
0004483050.tif 000003
【図３】
0004483050.tif 000004
【図４】
0004483050.tif 000005
【図５】
0004483050.tif 000006