(57)【要約】【課題】ＦＲＰ構造体の断面寸法を大きくすることなく、ＦＲＰ構造体と被接着体との間に十分な接着面積を確保する。【解決手段】ピラー２の前側面２ａの平坦部Ｆ１とともにウインドシールドガラス３が接着される接着座面Ｆを構成する座面部材４である。この座面部材４では、強化繊維６が、樹脂製の芯材５の周囲に芯材５の軸方向に対して式（１）を満たす角度θで巻き付けられている。    ０＜θ≦ｓｉｎ−１（ｒｓ／Ｒｃｒ）１／２    ・・・（１）  Ｒｃｒ：成形限界における強化繊維６の曲率半径  ｒｓ：座面部材４の前側面４ａがピラー２の平坦部Ｆ１とともに接着座面Ｆを構成したときに、強化繊維６が座面部材４の軸方向視においてとる見かけ上の曲率半径の最小値【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維強化樹脂材製の構造体の側面に沿って固定されたとき、該側面の平坦部とともに被接着体が接着される接着座面を構成する棒状の座面部材であって、
樹脂製の芯材と、該芯材の周囲に芯材の軸方向に対して角度θで巻き付けられた強化繊維とを備えており、
前記角度θが次の式（１）を満たすことを特徴とする座面部材。
０＜θ≦ｓｉｎ−１（ｒｓ／Ｒｃｒ）１／２    ・・・（１）  
Ｒｃｒ：成形限界における前記強化繊維の曲率半径
ｒｓ：前記座面部材の側面が前記構造体の側面の平坦部とともに前記接着座面を構成したときに、前記強化繊維が前記座面部材の軸方向視においてとる見かけ上の曲率半径の最小値
【請求項２】
前記芯材は、熱可塑性樹脂からなることを特徴とする請求項１に記載の座面部材。
【請求項３】
前記芯材は、中空部材であることを特徴とする請求項１または２に記載の座面部材。
【請求項４】
前記強化繊維は、フィラメントワインディング法により前記芯材に巻き付けていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の座面部材。
【請求項５】
繊維強化樹脂材製の構造体と、
前記構造体の側面に沿って固定された請求項１乃至４のいずれか一項に記載の座面部材と、を備え、
前記構造体の側面の平坦部と前記座面部材の側面とが前記接着座面を構成していることを特徴とする接着部構造。
【請求項６】
円筒状外周面を有する前記芯材に前記強化繊維を螺旋状に巻き付けた前記座面部材と前記構造体とを一体成形することで、前記座面部材に予め定められた断面形状を付与したことを特徴とする請求項５に記載の接着部構造。
【請求項７】
軸方向に垂直な断面の外形形状が予め定められた凸多角形の形状である前記芯材に対して前記強化繊維を巻き付けて成形した前記座面部材を、前記構造体の側面に沿って固定したことを特徴とする請求項５に記載の接着部構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化樹脂材（以下、ＦＲＰ材と称する）からなる構造体（以下、ＦＲＰ構造体と称する）の側面平坦部とともに接着座面を構成する座面部材、及び、該座面部材を備えた接着部構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、繊維強化樹脂材料製のルーフ部と一体成形された繊維強化樹脂材料製のピラー部を開示している。該ピラー部は、ウインドウシールド部材を保持している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１１４６３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、フロントピラー等のピラーは、乗員の視野を確保する等の観点から、断面の外形寸法（以下、断面寸法と称する）をできるだけ小さくすることが望ましい。
【０００５】
しかしながら、ピラーが例えば筒状に成形されたＦＲＰ材からなる場合は、ＦＲＰ材の曲率半径に成形限界から定まる下限値（許容曲率半径）があるため、ピラー側面の平坦部の面積を減らすことなく、つまりピラー側面とウインドシールドガラスとの間の接着面積を減らすことなく、ピラーの断面寸法を小さくすることは難しい。特に、厚肉構造のピラーでは、最外層の曲率半径が最内層の曲率半径にＦＲＰ材の厚さを加えた値となるため、側面平坦部は薄肉構造のものと比較してより狭く、接着面積を十分に確保することがより難しくなる。一方、ピラーの断面寸法を大きくすれば、側面平坦部を広げて接着面積を増やすことができるが、その場合、強度・剛性上必要な寸法よりも断面寸法を大きくせざるを得なくなり、その分の無駄が生じる。
【０００６】
本発明の目的は、ＦＲＰ構造体の断面寸法を大きくすることなく、ＦＲＰ構造体と被接着体との間に十分な接着面積を確保することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、ＦＲＰ構造体の側面の平坦部とともに被接着体が接着される接着座面を構成する座面部材である。この座面部材では、強化繊維が、樹脂製の芯材の周囲に該芯材の軸方向に対して式（１）を満たす角度θで巻き付けられている。
０＜θ≦ｓｉｎ−１（ｒｓ／Ｒｃｒ）１／２    ・・・（１）  
Ｒｃｒ：成形限界における強化繊維の曲率半径
ｒｓ：座面部材の側面がＦＲＰ構造体の側面の平坦部ととともに接着座面を構成したときに、強化繊維が座面部材の軸方向視においてとる見かけ上の曲率半径の最小値
【発明の効果】
【０００８】
上記座面部材では、上記条件を満たす角度θで強化繊維が巻き付けられているため、強化繊維の実際の曲率半径を成形限界の曲率半径Ｒｃｒ以上に維持したまま、軸方向視における見かけ上の曲率半径をＲｃｒより小さい値にすることができる。すなわち、上記座面部材によれば、要求される見かけ上の曲率半径に応じて角度θを設定することで、所望の強度を備えた（強化繊維の実際の曲率半径がＲｃｒ以上に維持されて、繊維の蛇行や折れによる強度低下が抑制された）接着座面を形成することができる。これにより、ＦＲＰ構造体の断面寸法を大きくすることなく、ＦＲＰ構造体と被接着体との間に十分な接着面積を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の実施形態にかかる接着部構造を備えたピラーの斜視図である。
【図２】図２は、図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図３は、図１の座面部材の構造を示す図であり、（ａ）は、座面部材の軸方向に垂直な断面図、（ｂ）は、（ａ）のＢ矢視図、すなわち、座面部材の側面をその法線方向からみた図、（ｃ）は、（ｂ）のＣ−Ｃ断面図である。
【図４】図４は、図１の座面部材の製造方法を説明する図であり、（ａ）は、芯材への強化繊維の巻き付け方を示す図、（ｂ）は、強化繊維を巻き付けた後の座面部材の断面形状を示す図、（ｃ）は、強化繊維の巻き付け角度を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態にかかる接着部構造Ｓについて、図１乃至図４を参照して説明する。
【００１１】
図１及び図２に示すように、本実施形態に係る車両１は、一対のフロントピラー２（ＦＲＰ構造体；以下、単にピラーと称する）と、ピラー２の間に設けられたウインドシールドガラス３（被接着体）とを備えている。ピラー２は、接着部構造Ｓを備えており、ウインドシールドガラス３は、この接着部構造Ｓの接着座面Ｆに接着剤Ｇを介して接着されている。
【００１２】
ピラー２は、炭素繊維を強化繊維とするＦＲＰ材からなる筒状のＦＲＰ構造体である。図２に示すように、ピラー２は、軸方向に垂直な断面において、少なくとも前側直辺部２Ａと、車幅方向内側直辺部２Ｂと、前側直辺部２Ａの車幅方向内側端部と車幅方向内側直辺部２Ｂの前側端部とを接続する角部２Ｃとを含んでいる。ピラー２の側面は、少なくとも前側直辺部２Ａの外側面である前側面２ａと、車幅方向内側直辺部２Ｂの外側面である車幅方向内側面２ｂと、角部２Ｃの外側面である曲面２ｃとを含んでいる。曲面２ｃは、前側面２ａの車幅方向内側端縁と車幅方向内側面２ｂの前側端縁とを滑らかに接続している。角部２Ｃの内側面の曲率半径は、ピラー２を構成するＦＲＰ材の成形限界から定まる許容曲率半径以上に設定されており、曲面２ｃの曲率半径は、許容曲率半径にＦＲＰ材の厚さＴを加えた値またはそれよりも大きな曲率半径に設定されている。なお、角部２Ｃ近傍においてピラー２を構成するＦＲＰ材の強化繊維は、前側直辺部２Ａから角部２Ｃを通って車幅方向内側直辺部２Ｂまで連続して延びている。
【００１３】
本実施形態では、ピラー２の曲面２ｃに沿って、棒状の座面部材４が固定されている。座面部材４は、ウインドシールドガラス３の内側面３ｂとピラー２の曲面２ｃとの間に形成されるＶ字溝状の隙間の内部に配設されている。
【００１４】
座面部材４は、図２及び図３（ａ）に示すように、軸方向に垂直な断面において、略三角環状を呈しており、前側直辺部４Ａと、車幅方向内側直辺部４Ｂと、斜辺部４Ｃとを備えている。前側直辺部４Ａと車幅方向内側直辺部４Ｂとの間には、それらに挟まれた第１角部４Ｄがあり、車幅方向内側直辺部４Ｂと斜辺部４Ｃとの間には、それらに挟まれた第２角部４Ｅがあり、前側直辺部４Ａと斜辺部４Ｃとの間には、それらに挟まれた第３角部４Ｆがある。座面部材４の側面は、前側直辺部４Ａの外側面である前側面４ａと、車幅方向内側直辺部４Ｂの外側面である車幅方向内側面４ｂと、斜辺部４Ｃの外側面であるピラー固定面４ｃと、それらを接続する３つの曲面とから構成される。座面部材４は、ピラー固定面４ｃを介してピラー２の曲面２ｃに接合されている。上記３つの曲面は、前側面４ａの車幅方向内側端縁と車幅方向内側面４ｂの前側端縁とを滑らかに接続する第１曲面４ｄと、車幅方向内側面４ｂの後側端縁とピラー固定面４ｃの車幅方向内側端縁とを滑らかに接続する第２曲面４ｅと、前側面４ａの車幅方向外側端縁とピラー固定面４ｃの前側端縁とを滑らかに接続する第３曲面４ｆとからなる。本実施形態では、３つの曲面４ｄ，４ｅ，４ｆのうち第３曲面４ｆが最も小さい曲率半径を有している。従って、後述する強化繊維６が座面部材４の軸方向視においてとる見かけ上の曲率半径も、第３角部４Ｆで最小値ｒｓをとる。
【００１５】
ピラー２の前側面２ａは、図２において略平坦な面を構成する平坦部Ｆ１を備えている。また、座面部材４の前側面４ａは、図２及び図３（ａ）において略平坦な面を構成する平坦部Ｆ２である。平坦部Ｆ２は、平坦部Ｆ１と略面一に配置され、平坦部Ｆ１とともに、ウインドシールドガラス３の内側面３ｂと略平行な接着座面Ｆを構成している。この接着座面Ｆには、接着剤Ｇを介してウインドシールドガラス３周縁部の後側面３ａが接着されている。
【００１６】
座面部材４は、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、芯材５と、その周囲に巻き付けられた強化繊維６を含むＦＲＰ層７とから構成されている。
【００１７】
芯材５は、熱可塑性樹脂からなる中空管状の部材である。熱可塑性樹脂の種類は、特に限定されず、例えば、ポリアミド樹脂、ポリオレフィン樹脂、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアセタール樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルサルホン樹脂、熱可塑性エラストマー等を単独でもしくは二種以上併せて採用することができる。
【００１８】
ＦＲＰ層７は、図４（ａ）に示すように、強化繊維６である連続炭素繊維からなる繊維束に樹脂を含侵させたものを、フィラメントワインディング法により芯材５の周囲に巻き付けることで形成されている。繊維束の形状は、特に限定されず、ロービング状、テープ状などを採用できる。また、繊維束に含侵させる樹脂は、特に限定されず、公知の熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂を採用することができる。熱可塑性樹脂の種類は、特に限定されず、例えば、上述の芯材５の材料の例として挙げたものを採用することができる。また、熱硬化性樹脂の種類も特に限定されず、例えば、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、ポリイミド樹脂等があり、これらを単独でもしくは二種以上併せて採用することができる。なお、後述するように、座面部材４とピラー２とを一体にプレス成形することで、座面部材４の断面形状を大きく変化させる場合は、繊維束に含侵させる樹脂として熱可塑性樹脂を採用することが好ましい。
【００１９】
繊維束、すなわち強化繊維６は、図３（ｂ）及び図４（ｃ）に示すように、芯材５の軸方向に対して次の式（１）を満たす角度θで巻き付けられている。
０＜θ≦ｓｉｎ−１（ｒｓ／Ｒｃｒ）１／２    ・・・（１）  
Ｒｃｒ：成形限界における強化繊維６の曲率半径
ｒｓ：座面部材４の前側面４ａ（平坦部Ｆ２）がピラー２の側面の平坦部Ｆ１とともに接着座面Ｆを構成したときに、強化繊維６が座面部材４の軸方向視においてとる見かけ上の曲率半径の最小値（図３（ａ）参照）
【００２０】
従って、例えば、成形限界における炭素繊維の曲率半径Ｒｃｒが５．０［ｍｍ］で、座面部材４の軸方向視において炭素繊維がとる見かけ上の曲率半径の最小値ｒｓが２．０［ｍｍ］である場合、角度θの範囲は、０＜θ≦３９．２［ｄｅｇ．］とすればよい。なお、ｒｓの範囲は、０＜ｒｓ≦Ｒｃｒである。
【００２１】
座面部材４を製造する際は、まず、図４（ａ）に示すように、円筒状外周面を有する中空の芯材５に樹脂含浸した強化繊維６の繊維束をらせん状に巻き付けて成形する。その後、これをピラー２と一体にプレス成形することで、図４（ｂ）に示すような円環状の断面形状であったものに対して、図２または図３（ａ）に示すような略三角環状の断面形状を付与する。この一体成形は、ピラー２の予備成形工程の段階で行ってもよいし、本成形工程の段階で行ってもよい。
【００２２】
以下、本実施形態の作用効果について説明する。
【００２３】
本実施形態の座面部材４では、強化繊維６が芯材５の軸方向に対して式（１）を満たす角度θで巻き付けられている。このため、強化繊維６の実際の曲率半径Ｒｓ（図３（ｃ）参照）を成形限界の曲率半径Ｒｃｒ以上に維持したまま、座面部材４の軸方向視における見かけ上の曲率半径をＲｃｒより小さい値にすることができる。すなわち、座面部材４によれば、例えば、第３曲面４ｆに相当小さな曲率半径が要求される平坦部Ｆ１近傍部位にも、その要求される曲率半径に応じて角度θを設定することで、所望の強度を備えた（強化繊維の実際の曲率半径がＲｃｒ以上に維持されて、繊維の蛇行や折れによる強度低下が抑制された）接着座面Ｆを形成することができる。これにより、ＦＲＰ構造体であるピラー２の断面寸法を大きくすることなく、ピラー２とウインドシールドガラス３との間に十分な接着面積を確保することができる。さらに、ピラー２の断面寸法を強度・剛性上必要な寸法以上に大きくする必要がないので、乗員の視界をより広く確保することができる。
【００２４】
また、座面部材４によれば、角度θを上記式（１）を満たすように調節することにより、強化繊維６の実際の曲率半径Ｒｓ（図３（ｃ）参照）をＲｃｒ未満にすることなく、座面部材４の曲面４ｄ，４ｅ，４ｆの曲率半径を所望の値に設定できる。そのため、ウインドシールドガラス３の内側面３ｂとピラー２の曲面２ｃとの間に形成されるＶ字溝状の隙間内において、座面部材４の前側面４ａの車幅方向外側端縁を平坦部Ｆ１により近づけて配置することができる。これにより、座面部材４の前側面４ａ（平坦部Ｆ２）とピラー２の平坦部Ｆ１との間の隙間を狭め、接着座面Ｆの面積をより大きくすることができる。
【００２５】
さらに、座面部材４は、強化繊維６を芯材５の軸方向に対して斜めに巻き付けているので、座面部材４がその軸方向と直交する方向に曲げられたり、軸周りにねじられたりしても、座面部材４の表面にしわなどの成形不良が生じにくい。
【００２６】
また、芯材５は熱可塑性樹脂からなるので、プレス成形時に座面部材４を樹脂の軟化温度以上に加熱することで、座面部材４に任意の断面形状を付与することができる。このため、ピラー２の曲面２ｃが複雑な形状を有する場合にも、その曲面２ｃに沿った面形状を座面部材４のピラー固定面４ｃに付与することができる。さらに、芯材５は中空部材であるので、中実部材である場合と比較して、プレス成形時に座面部材４に任意の断面形状を付与することがより容易になる。
【００２７】
さらに、座面部材４の強化繊維６は、フィラメントワインディング法によって芯材５に巻き付けられている。このため、ＲＴＭ法など他の方法で成形した場合と比較して、ＦＲＰ層７の繊維体積含有率が高くなるので、少量の強化繊維から高い強度・剛性を得ることができる。また、強化繊維６として比較的ヤング率の低い強化繊維を採用した場合でも、ＦＲＰ層７に高い剛性を与えることができる。
【００２８】
また、座面部材４は、円筒状外周面を有する中空の芯材５に強化繊維６を螺旋状に巻き付けて形成し、これをピラー２と一体にプレス成形することで、上記断面形状を付与している。一体成形前の座面部材４は、円筒状であるので、３次元的に曲がった形状に成形しやすい。このため、ピラー２の曲面２ｃがピラー２の延在方向両端部間で３次元的に曲がった複雑な形状を有していても、座面部材４を、曲面２ｃの長さ全体にわたり曲面２ｃに沿わせて成形することができる。
【００２９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、この実施形態は本発明の理解を容易にするために記載された単なる例示に過ぎず、本発明は当該実施形態に限定されるものではない。本発明の技術的範囲は、上記実施形態で開示した具体的な技術事項に限らず、そこから容易に導きうる様々な変形、変更、代替技術なども含むものである。
【００３０】
例えば、上記実施形態では、接着部構造Ｓを備えたＦＲＰ構造体としてピラー２を例にとって説明したが、接着部構造Ｓを適用可能なＦＲＰ構造体はこれに限らない。例えば、ＦＲＰ構造体は、ＦＲＰ材から構成したサスペンションメンバーやサスペンションリンクなどであってもよい。これらのＦＲＰ構造体の側面に、例えばブラケット等を接着するための接着座面Ｆを形成する際に、座面部材４を採用することができる。また、接着部構造Ｓを適用可能なＦＲＰ構造体は、少なくとも座面部材４が固定される部位がＦＲＰ材から構成されていればよく、座面部材４が固定される部位以外の部位が例えば金属材等ＦＲＰ材以外の材料から構成されていてもよいことは勿論である。
【００３１】
また、上記実施形態では、芯材５の周囲にフィラメントワインディング法により強化繊維６を巻き付けてＦＲＰ層７を形成していたが、ＦＲＰ層７の形成方法はこれに限定されない。例えば、強化繊維６を含むＵＤプリプレグを芯材５に巻き付けてＦＲＰ層７を形成してもよい。
【００３２】
さらに、上記実施形態では、座面部材４は、円筒状外周面を有する中空の芯材５に強化繊維６をらせん状に巻き付けて形成し、これをピラー２と一体にプレス成形することで、略三角環状の断面形状を付与した。しかしながら、座面部材４は、芯材５を予め三角柱状に成形しておき、これに対して角度θで強化繊維６を巻き付けて成形したものを、ピラー２の曲面２ｃに接着固定するようにしてもよい。こうすることで、プレス成形時における座面部材４の変形量を抑えることができ、成形不良の可能性をさらに低減することができる。なお、この場合、芯材５に対して予め付与する断面形状は、特に限定されず、座面部材４が配設される隙間等の形状に応じて適宜設定することができる。ただし、強化繊維６を巻き付ける際に、芯材５の外周面と強化繊維６との間に空隙が生じないように（強化繊維６が浮かないように）、芯材５に予め付与する断面形状は、凸多角形状とすることが望ましい。
【００３３】
さらに、上記実施形態では、ピラー２を構成するＦＲＰ材の強化繊維、座面部材４のＦＲＰ層７の強化繊維６として炭素繊維を用いた例を示したが、強化繊維の材料は、これに限定されない。強化繊維としては、炭素繊維の他、例えば、ガラス繊維、ポリアラミド繊維、アルミナ繊維、シリコンカーバイド繊維、ボロン繊維、炭化ケイ素繊維などを用いることができる。また、炭素繊維は、例えば、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ系）、ピッチ系、セルロース系、炭化水素による気相成長系炭素繊維、黒鉛繊維などを用いることができる。これらの繊維を２種類以上組み合わせて用いてもよい。
【符号の説明】
【００３４】
Ｓ  接着部構造
Ｆ  接着座面
２  フロントピラー（構造体）
２ａ  前側面（構造体の側面）
Ｆ１  平坦部（構造体の側面の平坦部）
２ｃ  曲面（構造体の側面）
３  ウインドシールドガラス（被接着体）
４  座面部材
４ａ  前側面（座面部材の側面）
５  芯材
６  強化繊維
【図１】
2017001639.tif 000003
【図２】
2017001639.tif 000004
【図３】
2017001639.tif 000005
【図４】
2017001639.tif 000006