(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面部を有する中空部材と、前記平面部のみに接合されるＦＲＰ部材と、を備えた自動車構造部材であって、
前記ＦＲＰ部材は、前記中空部材の長手方向の長さＬ１の少なくとも０．１Ｌ１〜０．９Ｌ１の部位に接合され、
前記平面部には、前記０．１Ｌ１〜０．９Ｌ１の部位において、前記ＦＲＰ部材が接合された部分であるＦＲＰ接合部と、前記ＦＲＰ部材が接合されていない部分であるＦＲＰ非接合部と、が形成され、
前記平面部において、前記ＦＲＰ接合部の幅の合計は前記平面部の全幅の８〜６０％であり、
前記平面部において前記ＦＲＰ接合部での前記ＦＲＰ部材の曲げ剛性は、前記ＦＲＰ部材を除いた前記平面部の曲げ剛性の３０倍以上であることを特徴とする、自動車構造部材。
【請求項２】
前記ＦＲＰ部材の曲げ剛性は、前記ＦＲＰ部材を除いた前記平面部の曲げ剛性の１００倍以上であることを特徴とする、請求項１に記載の自動車構造部材。
【請求項３】
前記ＦＲＰ部材の厚さは、前記平面部の厚さの６倍以上であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の自動車構造部材。
【請求項４】
前記平面部における前記ＦＲＰ非接合部のそれぞれの幅Ｄが以下の式（１）を満たすことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の自動車構造部材。
0006969674.tif 000008
但し、ｔ：前記平面部の厚さ、Ｅ：前記平面部のヤング率、σy：前記平面部の
降伏応力
【請求項５】
前記ＦＲＰ部材は、前記中空部材の内部空間側の面に接合されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の自動車構造部材。
【請求項６】
前記ＦＲＰ部材はＣＦＲＰからなるＣＦＲＰ部材であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の自動車構造部材。
【請求項７】
前記ＦＲＰ部材はＧＦＲＰからなるＧＦＲＰ部材であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の自動車構造部材。
【請求項８】
前記ＣＦＲＰ部材の繊維方向が当該ＣＦＲＰ部材の長手方向に対し±５°以内の範囲内にある繊維が、繊維全体の８０％以上であることを特徴とする、請求項６に記載の自動車構造部材。
【請求項９】
フロアクロスメンバ、フロアトンネル、フロントサイドメンバーリアおよびサイドシルの少なくともいずれかの部材であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の自動車構造部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、２０１８年４月９日に日本国に出願された特願２０１８−０７４６４７号に基づき、優先権を主張し、その内容をここに援用する。【０００２】
本発明は、自動車構造部材に関する。
【背景技術】
【０００３】
自動車構造部材には衝突時に乗員を保護するための耐衝撃性が求められる。例えば図１に示すようなフロアクロスメンバには側面衝突時における耐衝撃性が求められ、フロアトンネルおよびサイドシルには前面衝突時および後面衝突時における耐衝撃性が求められる。また、フロントサイドメンバーは、フロントサイドメンバーフロントと、フロントサイドメンバーリアで構成されるが、フロントサイドメンバーリアには前面衝突時における耐衝撃性が求められる。自動車の衝突安全性をさらに高めるためには、各構造部材の耐衝撃性を向上させることが重要である。【０００４】
耐衝撃性を向上させる技術として、特許文献１にはフロアパネルの車内側に接合されたハット状部材と、そのハット状部材の上部に接合されたＵ字状部材で構成されたフロアクロスメンバが開示されている。特許文献１のフロアクロスメンバにおいては、自動車の側面衝突時に入力される衝撃荷重をハット状部材とＵ字状部材に分散して伝達させることで耐衝撃性を向上させている。【０００５】
また、特許文献２には、アルミ合金の中空フレーム（衝撃吸収材）にＦＲＰ部材（高強度軽量材）を接合した複合構造の衝撃吸収用部材が開示されている。特許文献２に記載の技術では、中空フレームの長手方向にＦＲＰ部材がほぼ１００％接合された構成が開示され、これにより、衝撃エネルギー吸収機能と変形阻止機能を両立させている。【０００６】
また、特許文献３には、金属製の中空フレームの壁部にＣＦＲＰ製の補強材を接着させる技術が開示されている。特許文献３に記載の技術では、引張荷重が集中する場所だけに補強材を貼り付けることで軽量化と耐荷重を両立させている。【０００７】
また、特許文献４には、自動車部材に活用する金属−ＣＦＲＰ複合部材が開示されている。特許文献４に記載の技術では、補強材（ＣＦＲＰ）を接着させるための熱硬化性接着剤の残留剪断応力を低減させることができる。【０００８】
また、特許文献５には、ＣＦＲＰ製のパッチを用いて自動車の車体部材を補強する車体製造方法が開示されている。特許文献５に記載の技術では、パッチを応力集中部の引張面に貼着あるいはボルト止めすることで補強効果を高め、補強効果の大小を容易に調整することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１５−１１２８９８号公報
【特許文献２】特開平６−１０１７３２号公報
【特許文献３】特開２０１５−１６０５２４号公報
【特許文献４】特開２０１７−６１０６８号公報
【特許文献５】特開２０１４−２３３９９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
自動車構造部材には耐衝撃性の向上が求められる一方、燃費向上のために車体重量の軽量化も求められる。このため、構造部材としての耐衝撃性と軽量化を両立させるという観点では、単位重量あたりの耐衝撃性を示す指標となる耐衝撃性の重量効率を向上させることが望まれる。しかしながら、特許文献１のフロアクロスメンバは、ハット状部材やＵ字状部材等を用いて高さ方向に二つの閉断面を有するように構成される必要があることから、耐衝撃性の向上度合いに対して重量の増加が顕著となり、耐衝撃性の重量効率が低下する。【００１１】
また、上記特許文献２では中空フレームの長手方向にＦＲＰ部材がほぼ１００％接合された構成を開示しているが、ＦＲＰ部材の接合箇所には更なる工夫の余地があり、耐衝撃性と軽量化の両立のためには更なる重量効率の向上が求められる。また、上記特許文献３では引張荷重が集中する場所だけに補強材を貼り付けるといったことが記載されているが、耐衝撃性に関しての好適な補強材の構成については言及されておらず、耐衝撃性と軽量化の両立のためには、更なる工夫が求められる。【００１２】
また、上記特許文献４は補強材（ＣＦＲＰ）を接着させるための熱硬化性接着剤の残留剪断応力を低減させる技術であり、上記特許文献５はパッチを応力集中部の引張面に貼着あるいはボルト止めすることで補強を行う技術であるが、これらの文献は共に耐衝撃性に伴うＦＲＰ部材の好適な接着位置や重量効率の向上技術に関し十分に言及しているとはいえず、更なる改良の余地がある。【００１３】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、自動車構造部材において、耐衝撃性の重量効率を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため、本発明によれば、平面部を有する中空部材と、前記平面部のみに接合されるＦＲＰ部材と、を備えた自動車構造部材であって、前記ＦＲＰ部材は、前記中空部材の長手方向の長さＬの少なくとも０．１Ｌ〜０．９Ｌの部位に接合され、前記平面部には、前記０．１Ｌ〜０．９Ｌの部位において、前記ＦＲＰ部材が接合された部分であるＦＲＰ接合部と、前記ＦＲＰ部材が接合されていない部分であるＦＲＰ非接合部と、が形成され、前記平面部において、前記ＦＲＰ接合部の幅の合計は前記平面部の全幅の８〜６０％であり、前記平面部において前記ＦＲＰ接合部での前記ＦＲＰ部材の曲げ剛性は、前記ＦＲＰ部材を除いた前記平面部の曲げ剛性の３０倍以上であることを特徴とする、自動車構造部材が提供される。
【００１５】
前記ＦＲＰ部材の曲げ剛性は、前記ＦＲＰ部材を除いた前記平面部の曲げ剛性の１００倍以上であっても良い。【００１６】
前記ＦＲＰ部材の厚さは、前記平面部の厚さの６倍以上であっても良い。【００１７】
前記平面部における前記ＦＲＰ非接合部のそれぞれの幅Ｄが以下の式（１）を満たしても良い。
【数１】
0006969674.tif 000002
但し、ｔ：前記平面部の厚さ、Ｅ：前記平面部のヤング率、σy：前記平面部の降伏応力【００１８】
前記ＦＲＰ部材は、前記中空部材の内部空間側の面に接合されても良い。【００１９】
前記ＦＲＰ部材はＣＦＲＰからなるＣＦＲＰ部材であっても良い。【００２０】
前記ＦＲＰ部材はＧＦＲＰからなるＧＦＲＰ部材であっても良い。【００２１】
前記ＣＦＲＰ部材の繊維方向が当該ＣＦＲＰ部材の長手方向に対し±５°以内の範囲内にある繊維が、繊維全体の８０％以上であっても良い。【００２２】
上記自動車構造部材は、フロアクロスメンバ、フロアトンネル、フロントサイドメンバーリアおよびサイドシルの少なくともいずれかの部材であっても良い。【００２３】
なお、本発明に係る自動車構造部材には、ＦＲＰ部材が中空部材の平面部全体に接合された構造部材は含まれない。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、自動車構造部材において、耐衝撃性の重量効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】一般的な自動車の車体構造を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る構造部材の概略構成を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施形態に係る構造部材を中空部材の長手方向に対して垂直に切断した際の断面図である。
【図４】従来の構造部材におけるハット状部材の天板部を、板の支持構造に例えた図である。
【図５】本発明の実施形態に係る構造部材におけるハット状部材の天板部を、板の支持構造に例えた図である。
【図６】本発明の別の実施形態に係る構造部材の概略構成を示す断面図である。
【図７】本発明の別の実施形態に係る構造部材の概略構成を示す断面図である。
【図８】衝突シミュレーション（Ａ）における解析モデルを示す斜視図である。
【図９】衝突シミュレーション（Ａ）におけるＦＲＰ部材の接合位置を示す図である。
【図１０】衝突シミュレーション（Ａ）におけるＦＲＰ部材の接合位置を示す図である。
【図１１】衝突シミュレーション（Ａ）におけるＦＲＰ部材の接合位置を示す図である。
【図１２】衝突シミュレーション（Ａ）におけるＦＲＰ部材の接合位置を示す図である。
【図１３】衝突シミュレーション（Ｂ）における解析モデルを示す斜視図である。
【図１４】衝突シミュレーション（Ｂ）におけるＦＲＰ部材の接合位置を示す図である。
【図１５】衝突シミュレーション（Ｂ）におけるＦＲＰ部材の接合位置を示す図である。
【図１６】衝突シミュレーション（Ｂ）におけるＦＲＰ部材の接合位置を示す図である。
【図１７】衝突シミュレーション（Ｂ）におけるＦＲＰ部材の接合位置を示す図である。
【図１８】衝突シミュレーション（Ｂ）におけるＦＲＰ部材の接合位置を示す図である。
【図１９】衝突シミュレーション（Ｂ）におけるＦＲＰ部材の接合位置を示す図である。
【図２０】衝突シミュレーション（Ｂ）におけるＦＲＰ部材の接合位置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２７】
図２および図３に示すように本実施形態の自動車構造部材１（以下、単に「構造部材１」とも呼称）は、中空部材１０と、中空部材１０に接合された例えばＣＦＲＰ（炭素繊維強化樹脂）からなるＦＲＰ部材２０で構成されている。ＦＲＰ部材２０を構成する樹脂および強化繊維等については後述する。なお、本実施形態においては中空部材１０の長手方向Ｌの両端部がそれぞれ開口した状態にあるが、その開口部が他の平板（不図示）等で覆われていても良い。他の平板とは、例えば、構造部材１がフロアクロスメンバであれば、フロアクロスメンバの端部と接合されるサイドシルまたはフロアトンネル等の他部材の壁部である。
【００２８】
中空部材１０は、平板１１と、中空部材１０の長手方向Ｌに垂直な断面における形状がハット形状である部材（以下、“ハット状部材１２”）で構成されている。平板１１やハット状部材１２の素材は特に限定されないが、例えば鋼板やアルミニウム板が用いられる。なお、本明細書では、構造部材１の平面視における中空部材１０の閉断面が延伸する長尺方向を部材の長手方向Ｌと称し、平面視において当該長手方向Ｌに垂直な方向を“幅方向Ｗ”と称す。また、平板１１の表面のうち、ハット状部材１２に対向する側の面、すなわち中空部材１０の内部空間側の面を“内面”と称し、反対側の面を“外面”と称す。また、ハット状部材１２の表面のうち、中空部材１０の内部空間側の面を“内面”と称し、反対側の面を“外面”と称す。
【００２９】
図３に示すようにハット状部材１２は、天板部１２ａと、天板部１２ａの幅方向Ｗの両端部から延び、かつ天板部１２ａに対して傾斜した縦壁部１２ｂと、縦壁部１２ｂの先端部から幅方向Ｗの外側に延びたフランジ部１２ｃを有している。図２および図３に示すように本実施形態のＦＲＰ部材２０は、平板１１の内面における二箇所と、ハット状部材１２の天板部１２ａの内面における一箇所に接合されている。平板１１に接合されたＦＲＰ部材２０は間隔をおいて配置されており、ハット状部材１２に接合されたＦＲＰ部材２０は天板部１２ａの平面部Ｐに接合されている。各ＦＲＰ部材２０は、中空部材１０の長手方向Ｌに沿って延びており、本実施形態においては中空部材１０の長手方向Ｌの一方の端部から他方の端部まで連続的に延びているが、重量効率を向上させるという観点においては、ＦＲＰ部材２０の長手方向Ｌの長さは、中空部材１０の長手方向Ｌの長さＬ１の８０％以上であれば良い。具体的には、中空部材１０の長手方向Ｌの長さをＬ１とした場合の、少なくとも当該長手方向Ｌにおける０．１Ｌ１〜０．９Ｌ１の部位にＦＲＰ部材２０が接合されている必要がある。つまり、中空部材の長さ方向の中央から２つの両端方向に長さＬ１の４０％の距離だけ離れた部位までにＦＲＰ部材２０が接合されている必要がある。これは、中空部材１０の長手方向両端部は、通常、他の部材に接続し拘束状態となっているため、中空部材１０の長手方向Ｌの長さをＬ１における両端部（０〜０．１Ｌ１及び０．９Ｌ１〜１．０Ｌ１）、つまり両端から長さＬ１の１０％まで部位には、必ずしもＦＲＰ部材２０を接合しなくとも耐衝撃性が担保されるからである。また、ＦＲＰ部材２０の長手方向が、中空部材１０の長手方向Ｌに対し−１０°以上１０°以下（±１０°以内）の範囲内であることが好ましい。上記の角度はー５°〜＋５°以内（±５°以内）であることがより好ましい。
【００３０】
なお、本実施形態のハット状部材１２においては、天板部１２ａと縦壁部１２ｂとがそれぞれ曲面で接続されていることから、天板部１２ａの幅方向Ｗの端部には曲面が含まれることになるが、本明細書における平面と曲面を含む部材の“平面部”とは、平面と曲面の境界部分、すなわち一方の曲面のＲ止まりから他方の曲面のＲ止まりまでの部分を指しても良い。この定義によれば、ハット状部材１２の縦壁部１２ｂの平面部Ｐとは、天板部１２ａ側の曲面のＲ止まりからフランジ部１２ｃ側の曲面のＲ止まりまでの部分となる。また、“平面部”のより詳細な定義としては、部材（天板部１２ａ、縦壁部１２ｂ等）の板厚をｔ、曲率半径をｒとした場合に、ｒ／ｔ≧１００００を平面部Ｐと規定しても良い。平板１１の表面も当然に平面部Ｐであることから、本実施形態で用いられているＦＲＰ部材２０は、全て中空部材１０の平面部Ｐの内面に設けられていることになる。なお、後述する例で示すように、中空部材１０は、曲面部を有さず、平面部のみで構成されていてもよい。
【００３１】
平面部Ｐに対するＦＲＰ部材２０の接合方法は特に限定されないが、例えば公知の接着剤を用いて平面部Ｐに貼り付けられることで接合される。このため、構造部材１は、例えば接着材により表面にＦＲＰ部材２０が貼り付けられた状態の平板１１と、接着剤により天板部１２ａの平面部Ｐ内面にＦＲＰ部材２０が貼り付けられた状態のハット状部材１２とが、ハット状部材１２のフランジ部１２ｃにおいてスポット溶接等の公知の接合手段により互いに接合されることで製造される。ただし、構造部材１の製造方法は上記の方法に限定されることはない。なお、接着剤を用いて中空部材１０の平面部ＰにＦＲＰ部材２０を貼り付けた構造部材１の断面を観察すれば、中空部材１０の平面部ＰとＦＲＰ部材２０との間に接着剤が存在していることを確認することができる。平面部ＰとＦＲＰ部材２０との接合方法の具体例については後述する。
【００３２】
本実施形態の自動車構造部材１は以上のように構成されている。本実施形態の構造部材１によれば、ＦＲＰ部材２０が中空部材１０の平面部Ｐに接合されていることにより、当該平面部Ｐにおける面外変形に対する曲げ剛性が大きくなり、衝撃荷重入力時の座屈現象の発生を抑えることができる。これにより構造部材１としての耐衝撃性を向上させることができる。
【００３３】
ここで、上記のように耐衝撃性が向上するメカニズムについて説明する。図４は従来の構造部材におけるハット状部材１２の天板部１２ａを、板３０の支持構造に例えた図であり、構造部材の幅方向Ｗを含む面の断面を模式的に示したものである。図５は本実施形態の構造部材１におけるハット状部材１２の天板部１２ａを、板３０の支持構造に例えた図であり、構造部材１の幅方向Ｗを含む面の断面を模式的に示したものである。図４に示すように、従来の構造部材においては板３０の両端部が支持点３１（ハット状部材１２の縦壁部１２ｂに相当）により単純支持状態にあるが、板３０の中央部は支持されていない。このため、座屈耐力に影響を与える部分となる、いわゆる有効幅ｂの範囲は板３０の両端部近傍のみである。ここで、本明細書における「有効幅ｂ」とは、ｖｏｎ ｋａｒｍａｎの式で算出される有効幅であり両縁単純支持された平板の圧縮耐力に関して呼称されるものである。
【００３４】
一方、本実施形態の構造部材１においては、天板部１２ａの平面部Ｐ中央にＦＲＰ部材２０が接合されていることによって当該部分の曲げ剛性が高まるため、図５のような板３０の支持構造に例えると、板３０の中央部に新たな単純支持点３２が設けられたような状態となる。すなわち、板３０の両端部および中央部が単純支持状態となり、有効幅ｂの範囲が従来の構造部材に対して増大し、その結果、座屈耐力が向上することになる。これにより構造部材１の耐衝撃性が向上する。また、鋼板等従来の金属部材からなる補強部材を用いて中空部材１０を補強する場合と比較して、重量の増加を抑えることができるため、ＦＲＰ部材２０が設けられていない構造部材に対して耐衝撃性の重量効率を向上させることができる。
【００３５】
ここで、本明細書では、例えば図３に示すように、平面部ＰにおいてＦＲＰ部材２０が接合された部分を“ＦＲＰ接合部ＰＡ”と称す。このＦＲＰ接合部ＰＡは、ＦＲＰ部材２０が接合されている部分の平面部Ｐと、当該部分に接合されているＦＲＰ部材２０とを含む概念である。また、平面部ＰにおいてＦＲＰ部材２０が接合されていない部分、すなわちＦＲＰ接合部ＰＡ以外の部分を“ＦＲＰ非接合部ＰＢ”と称す。
【００３６】
ＦＲＰ接合部ＰＡが上記のように単純支持状態に近づくようにするためには、ＦＲＰ接合部ＰＡにおけるＦＲＰ部材２０の曲げ剛性と、ＦＲＰ接合部ＰＡにおけるＦＲＰ部材２０を除いた部分、すなわちＦＲＰ接合部ＰＡにおける平面部Ｐの曲げ剛性との比（以下、“曲げ剛性比”）が３０以上である必要がある。この条件を満たすような曲げ剛性を有したＦＲＰ部材２０が、中空部材１０の平面部Ｐに接合されていれば、耐衝撃性を向上させることができると共に、耐衝撃性の重量効率をＦＲＰ部材２０が設けられていない部材と同等またはそれ以上にすることができる。曲げ剛性比は、５０以上、８０以上、１００以上、１５０以上、２００以上または３００以上であることがより好ましい。曲げ剛性比は大きいほど重量効率が向上するため、曲げ剛性の上限は特に限定されず、例えば、構造部材１の設計条件やコスト等の他の要因により適宜決定され得る。いくつか要因の中で、ＦＲＰ曲部材の接着強度を考慮すると、曲げ剛性比を余り高くすること避けた方が好ましく、具体的には曲げ剛性比を５００００以下とすることが好ましい。必要に応じて、曲げ剛性比を２００００以下、１００００以下、５０００以下、１０００以下、５００以下としてもよい。
【００３７】
ここで、ＦＲＰ部材２０の曲げ剛性は、中空部材１０の垂直横断面における、ＦＲＰ部材２０の形状から算出できる断面２次モーメントＩと、ＦＲＰ部材２０の、中空部材１０の長手方向Ｌの常温での引張試験から求められる弾性率Ｅとの積ＩＥとして求めることができる。ＦＲＰ部材２０の形状から算出される断面２次モーメントＩは、中空部材１０の接着面（平面部Ｐに接着される面）に平行であり、且つ、ＦＲＰ部材２０の図心（重心位置）を通る直線を原点とし、接着面の垂直な方向をｙ軸、ＦＲＰ部材の長さ方向およびｙ軸方向に垂直な方向をｘ軸とする座標系において下記式（２）により算出する。なお、式（２）におけるＡは断面である。ＦＲＰ部材２０の断面形状は、一定であることが好ましいが、断面形状が変化する場合、断面２次モーメントの最小値をＦＲＰ部材２０の断面２次モーメントとする。
【数２】
0006969674.tif 000003
【００３８】
平面部Ｐの断面２次モーメントＩＯは、平面部の板厚中央を通り板厚方向の垂直な面を基準に、その基準面に垂直な方向をｙ軸、中空部材１０の長手方向Ｌおよびｙ軸方向に垂直な方向をｘ軸とする座標系において上記式（２）により算出する。平面部Ｐの曲げ剛性は、平面部Ｐの断面２次モーメントＩＯと、平面部Ｐの、平面部Ｐの長手方向Ｌの常温での引張試験から求められる弾性率ＥＯとの積ＩＯＥＯとして求めることができる。したがって、前記曲げ剛性比は、ＩＥ／ＩＯＥＯとして求めることができる。なお、平面部Ｐの弾性率ＥＯとＦＲＰ部材２の弾性率Ｅについては、上記の引張試験を省略し、公知の文献に記載されている当該素材の弾性率をもちいてもよい。
【００３９】
図５のような板３０の支持構造において、中空部材１０の軽量化と座屈耐力の向上を両立させるためには、ＦＲＰ接合部ＰＡの幅の合計は、平面部Ｐの全幅の８〜６０％とする必要がある。ＦＲＰ接合部ＰＡの幅の合計が平面部Ｐの全幅の６０％超の場合、座屈耐力の向上効果に見合った軽量化効果が得られない。一方、ＦＲＰ接合部ＰＡの幅の合計が平面部Ｐの全幅の８％未満の場合、ＦＲＰ部材２０による重量増に見合った座屈耐力の向上効果が得られない可能性があるためである。必要に応じて、この比率（ＦＲＰ接合部ＰAの幅の合計／平面部Ｐの全幅）の上限を５０％、４０％、３０％又は２０％としてもよく、この比率の下限を１０％、１２％又は１４％としてもよい。中空部材１０の軽量化と座屈耐力の向上を共に実現するために、隣り合う単純支持点３１、３２の間隔を有効幅ｂの０．５〜１．６倍の範囲内とすることが好ましい。すなわち、ＦＲＰ非接合部ＰＢの幅Ｄが、ｖｏｎ
Ｋａｒｍａｎの式で算出される有効幅ｂの０．５〜１．６倍の範囲内となることが好ましい。したがって、ＦＲＰ部材２０は、ＦＲＰ非接合部ＰＢのそれぞれの幅Ｄが下記式（１）を満たすように設けられていることが好ましい。これにより耐衝撃性を向上させることができる。なお、重量効率の観点からは、ＦＲＰ非接合部ＰＢの幅Ｄの値は大きい方が重量低減が図れるため、下記式（１）を満たす幅Ｄの最大値がより好ましい。必要に応じて、幅Ｄの下限を有効幅ｂの０．６倍、０．７倍又は０．８倍としてもよく、幅Ｄの上限を２．５倍又は２．０倍に緩和してもよいし、１．５倍、１．４倍、１．３倍又は１．２倍としてもよい。
【数３】
0006969674.tif 000004
但し、ｔ：前記平面部の厚さ、Ｅ：前記平面部のヤング率、σy：前記平面部の降伏応力
なお、ＦＲＰ非接合部ＰＢのそれぞれの幅Ｄとは、隣接するＦＲＰ部材２０がある場合には、隣接するＦＲＰ部材２０同士の幅方向Ｗの間隔であり、隣接するＦＲＰ部材２０がない場合には、ＦＲＰ部材２０（ただし、接着面の平面部Ｐの端部に最も近い位置）から平面部Ｐの端部までの幅方向の距離でもある。つまり、隣接するＦＲＰ部材２０同士の幅方向Ｗの間隔と、ＦＲＰ部材２０（ただし、接着面の平面部Ｐの端部に最も近い位置）から平面部Ｐの端部までの幅方向の距離が、上記式（１）を満たすことが好ましい。
【００４０】
また、ＦＲＰ部材２０の厚さは、ＦＲＰ部材２０が接合された平面部Ｐの厚さの６倍以上であることが好ましい。平面部Ｐの厚さの４倍以上、８倍以上または１０倍以上としてもよい。ＦＲＰ部材２０の厚さの上限を特に定める必要はないが、平面部Ｐの厚さの１５倍以下又は２０倍以下としてもよい。これにより耐衝撃性の重量効率が高くなり、重量の増加分に対する耐衝撃性の向上度合いが大きくなる。ＦＲＰ部材２０の厚さの上限は特に限定されないが、重量やコスト、接合箇所のスペース等に応じて定まる。なお、ＦＲＰ部材２０として、ＣＦＲＰやそれ以外の種々のＦＲＰからなるＦＲＰ部材を用いるようないかなる場合であっても、ＦＲＰ部材の厚さが、ＦＲＰが接合された平面部Ｐの厚さの６倍以上であれば、重量の増加分に対する耐衝撃性の向上度合いを確実に大きくすることができる。ＦＲＰ部材２０の幅は、平面部Ｐの幅や、平面部Ｐに接合されるＦＲＰ部材２０の数、構造部材１の設計条件やコスト等の他の要因によって適宜変更されるものであるが、例えば５〜１５ｍｍである。
【００４１】
以上のように、本実施形態の自動車構造部材１によれば、中空部材１０の平面部ＰにＦＲＰ部材２０が接合されていることで、構造部材１の耐衝撃性の重量効率を向上させることができる。このような構造部材１は、自動車の車体を構成する部材のうち、衝突時に軸力が作用する箇所の部材として用いられることが好ましい。例えばフロアクロスメンバ、フロアトンネル、フロントサイドメンバーリアおよびサイドシルの少なくともいずれかの部材として用いられることが好ましい。
【００４２】
さらに、本実施形態のような構造部材１に使用される程度のＦＲＰ部材２０の量であれば、ＦＲＰ部材２０が接合された状態の構造部材１を溶解させても鋼の不純物が過度に増加するようなことはない。したがって、本実施形態のような構造部材１は、スクラップとして構造部材１を再利用する際に中空部材１０とＦＲＰ部材２０を分別する必要がなく、リサイクル性に優れている。
【００４３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００４４】
例えば上記実施形態では、中空部材１０の平板１１の内面における二箇所と、ハット状部材１２の天板部１２ａの平面部Ｐ内面における一箇所にＦＲＰ部材２０が接合されているが、ＦＲＰ部材２０の数や接合位置は特に限定されない。例えば図６に示すようにハット状部材１２の縦壁部１２ｂにＦＲＰ部材２０が接合されていても良い。この場合であっても、縦壁部１２ｂのＦＲＰ接合部が単純支持点のように機能することで、耐衝撃性の重量効率を向上させることができる。また例えば平板１１、天板部１２ａの平面部Ｐおよび縦壁部１２ｂの平面部ＰにそれぞれＦＲＰ部材２０が接合されていても良い。一方で、ＦＲＰ部材２０は複数設けられていなくても良い。すなわち、ＦＲＰ部材２０は、中空部材１０の平面部Ｐの少なくとも一箇所において、中空部材１０の長手方向Ｌに沿うようにして接合されていれば良い。
【００４５】
また、上記実施形態では中空部材１０が、平板１１と、ハット状部材１２で構成されているが、例えば構造部材１がフロアクロスメンバである場合、平板１１はフロアパネルであっても良い。この場合、ハット状部材１２がフロアパネルに接合されることで中空部材１０が製造されることになる。また例えば図７に示すように中空部材１０が２つのハット状部材１２で構成されていても良い。すなわち、中空部材１０の構成は特に限定されない。
【００４６】
また、上記実施形態では、ＦＲＰ部材２０が中空部材１０の内面に接合されていたが、ＦＲＰ部材２０は中空部材１０の外面に接合されていても良い。ただし、ＦＲＰ部材２０が中空部材１０の内面に接合されていれば、ＦＲＰ部材２０の厚さを厚くしても車内空間が狭くなるようなことはない。したがって、耐衝撃性の重量効率の向上を図ると共に、さらに車内空間を確保するためには、ＦＲＰ部材２０が中空部材１０の内面に接合されていることが好ましい。また、ＦＲＰ部材２０は、通常圧縮変形よりも引張変形に関する強度が強いため、比較的引張変形を受けやすい中空部材１０の内面側に接合された方が、より耐衝撃性の重量効率を向上させることができる。
【００４７】
また、上記実施形態では、ＦＲＰ部材２０は例えばＣＦＲＰ（炭素繊維強化樹脂）からなると説明したが、本発明技術は種々のＦＲＰからなるＦＲＰ部材２０を用いた構成に適用できる。即ち、中空部材１０の平面部Ｐに接合される部材として、ＦＲＰ部材２０としてＧＦＲＰ（ガラス繊維強化樹脂）からなるＧＦＲＰ部材を用いても良い。この場合も上記実施形態と同様の効果を享受することができる。すなわち、中空部材１０の平面部Ｐに接合される部材としてはＦＲＰ（繊維強化樹脂）からなるＦＲＰ部材であれば良い。軽量化および比剛性向上の観点からは、ＦＲＰ部材を用いることが重要であり、特にＣＦＲＰ部材であればより好ましい。以下、ＦＲＰ部材の構成および接合方法について説明する。
【００４８】
＜ＦＲＰ部材の種類＞
補強部材として用いられ得るＦＲＰ部材は、マトリックス樹脂と、該マトリックス樹脂中に含有され、複合化された強化繊維材料からなる、繊維強化樹脂部材を意味する。
【００４９】
強化繊維材料としては、例えば、炭素繊維、ガラス繊維を用いることができる。他にも、強化繊維材料として、ボロン繊維、シリコンカーバイド繊維、アラミド繊維等を用いることができる。ＦＲＰ部材に用いられるＦＲＰにおいて、強化繊維材料の基材となる強化繊維基材としては、例えば、チョップドファイバーを使用した不織布基材や連続繊維を使用したクロス材、一方向強化繊維基材（ＵＤ材）等を使用することができる。これらの強化繊維基材は、強化繊維材料の配向性の必要に応じて、適宜選択され得る。耐衝撃性の重量効率をより高くするには、一方向強化繊維基材（ＵＤ材）を用い、繊維強化樹脂部材の長手方向に、繊維の方向が−５°以上５°以下の範囲内でそろっていることがより望ましい。
【００５０】
ＣＦＲＰ部材は、強化繊維材料として炭素繊維を用いたＦＲＰ部材である。炭素繊維としては、例えば、ＰＡＮ系またはピッチ系のものが使用できる。炭素繊維を用いることにより、重量に対する強度等を効率よく向上させることができる。ＣＦＲＰ部材の曲げ剛性を高めるため、（炭素）繊維の方向が−５°以上５°以下（±５°）の範囲内の体積分率が、（炭素）繊維全体の８０％以上、９０％以上又は９５％以上であることが好ましい。（炭素）繊維の方向は、繊維強化樹脂部材をマイクロフォーカスＸ線ＣＴ（Ｘ−ｒａｙ ｃｏｍｐｕｔｅｄ ｔｏｍｏｇｒａｐｈ）システムで観察し、得られた３次元画像をコンピュータ解析することで同定できる。Ｘ線ＣＴシステムでの観察においてＣＦＲＰの繊維径が同一であれば、繊維本数の比が体積分率となる。Ｘ線ＣＴシステムでの観察においてＣＦＲＰの繊維径が異なる場合、ＣＦＲＰの繊維径から算出されたＣＦＲＰ断面積と、当該ＣＦＲＰ断面積毎の繊維本数比から体積比率を算出できる。
【００５１】
ＧＦＲＰ部材は、強化繊維材料としてガラス繊維を用いたＦＲＰ部材である。炭素繊維よりも機械的特性に劣るが、金属部材の電蝕を抑制することができる。
【００５２】
ＦＲＰ部材に用いられるマトリックス樹脂として、熱硬化性樹脂および熱可塑性樹脂のいずれも使用することができる。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、並びにビニルエステル樹脂等があげられる。熱可塑性樹脂としては、ポリオレフィン（ポリエチレン、ポリプロピレン等）およびその酸変性物、ナイロン６およびナイロン６６等のポリアミド樹脂、ポリエチレンテレフタラートおよびポリブチレンテレフタラート等の熱可塑性芳香族ポリエステル、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンエーテルおよびその変性物、ポリアリレート、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、塩化ビニル、ポリスチレン等のスチレン系樹脂、並びにフェノキシ樹脂等があげられる。なお、マトリックス樹脂は、複数種類の樹脂材料により形成されていてもよい。
【００５３】
金属部材への適用を考慮すると、加工性、生産性の観点から、マトリックス樹脂として熱可塑性樹脂を用いることが好ましい。さらに、マトリックス樹脂としてフェノキシ樹脂を用いることで、強化繊維材料の密度を高くすることができる。また、フェノキシ樹脂は熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂と分子構造が酷似しているためエポキシ樹脂と同程度の耐熱性を有する。また、硬化成分をさらに添加することにより、高温環境への適用も可能となる。硬化成分を添加する場合、その添加量は、強化繊維材料への含浸性、ＦＲＰ部材の脆性、タクトタイムおよび加工性等とを考慮し、適宜決めればよい。
【００５４】
＜接着樹脂層＞
補強部材がＦＲＰ部材等により形成される場合、ＦＲＰ部材と金属部材（上記実施形態では中空部材１０）との間に接着樹脂層が設けられ、該接着樹脂層によりＦＲＰ部材と金属部材とが接合されてもよい。
【００５５】
接着樹脂層を形成する接着樹脂組成物の種類は特に限定されない。例えば、接着樹脂組成物は、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂のいずれかであってもよい。熱硬化性樹脂および熱可塑性樹脂の種類は特に限定されない。例えば、熱可塑性樹脂としては、ポリオレフィンおよびその酸変性物、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリエチレンテレフタラートやポリブチレンテレフタラート等の熱可塑性芳香族ポリエステル、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンエーテルおよびその変性物、ポリフェニレンスルフィド、ポリオキシメチレン、ポリアリレート、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、並びにポリエーテルケトンケトン等から選ばれる１種以上を使用することができる。また、熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、およびウレタン樹脂から選ばれる１種以上を使用することができる。
【００５６】
接着樹脂組成物は、ＦＲＰ部材を構成するマトリックス樹脂の特性、補強部材の特性または金属部材の特性に応じて適宜選択され得る。例えば、接着樹脂層として極性のある官能基を有する樹脂や酸変性などを施された樹脂を用いることで、接着性が向上する。
【００５７】
このように、上述した接着樹脂層を用いてＦＲＰ部材を金属部材に接着させることにより、ＦＲＰ部材と金属部材との密着性を向上させることができる。そうすると、金属部材に対し荷重が入力された際の、ＦＲＰ部材の変形追従性を向上させることができる。この場合、金属部材の変形体に対するＦＲＰ部材の効果をより確実に発揮させることが可能となる。
【００５８】
なお、接着樹脂層を形成するために用いられる接着樹脂組成物の形態は、例えば、粉体、ワニス等の液体、フィルム等の固体とすることができる。
【００５９】
また、接着樹脂組成物に架橋硬化性樹脂および架橋剤を配合して、架橋性接着樹脂組成物を形成してもよい。これにより接着樹脂組成物の耐熱性が向上するため、高温環境下での適用が可能となる。架橋硬化性樹脂として、例えば２官能性以上のエポキシ樹脂や結晶性エポキシ樹脂を用いることができる。また、架橋剤として、アミンや酸無水物等を用いることができる。また、接着樹脂組成物には、その接着性や物性を損なわない範囲において、各種ゴム、無機フィラー、溶剤等その他添加物が配合されてもよい。
【００６０】
ＦＲＰ部材の金属部材への複合化は、種々の方法により実現される。例えば、ＦＲＰ部材となるＦＲＰまたはその前駆体であるＦＲＰ成形用プリプレグと、金属部材とを、上述した接着樹脂組成物で接着し、該接着樹脂組成物を固化（または硬化）させることで得られる。この場合、例えば、加熱圧着を行うことにより、ＦＲＰ部材と金属部材とを複合化させることができる。
【００６１】
上述したＦＲＰまたはＦＲＰ成形用プリプレグの金属部材への接着は、部品の成形前、成形中または成形後に行われ得る。例えば、被加工材である金属材料を金属部材に成形した後に、ＦＲＰまたはＦＲＰ成形用プリプレグを該金属部材に接着しても良い。また、被加工材にＦＲＰまたはＦＲＰ成形用プリプレグを加熱圧着により接着した後に、ＦＲＰ部材が接着された該被加工材を成形して複合化された金属部材を得てもよい。ＦＲＰ部材のマトリクス樹脂が熱可塑性樹脂であれば、ＦＲＰ部材が接着された部分について曲げ加工等の成形を行うことも可能である。また、ＦＲＰ部材のマトリクス樹脂が熱可塑樹脂である場合、加熱圧着工程と成形工程とが一体となった複合一括成形が行われてもよい。
【００６２】
なお、ＦＲＰ部材と金属部材との接合方法は、上述した接着樹脂層による接着に限られない。例えば、ＦＲＰ部材と金属部材とは、機械的に接合されてもよい。より具体的には、ＦＲＰ部材と金属部材のそれぞれ対応する位置に締結用の孔が形成され、これらがボルトやリベット等の締結手段により当該孔を介して締結されることにより、ＦＲＰ部材と金属部材とが接合されていてもよい。他にも公知の接合手段によってＦＲＰ部材と金属部材とが接合されてもよい。また、複数の接合手段により複合的にＦＲＰ部材と金属部材とが接合されてもよい。例えば、接着樹脂層による接着と、締結手段による締結とが複合的に用いられてもよい。
【００６３】
＜金属部材およびその表面処理＞
本発明に係る金属部材は、めっきされていてもよい。これにより、耐食性が向上する。特に、金属部材が鋼材である場合は、より好適である。めっきの種類は特に限定されず、公知のめっきを用いることができる。例えば、めっき鋼板（鋼材）として、溶融亜鉛めっき鋼板、溶融合金化亜鉛めっき鋼板、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっき鋼板、アルミニウムめっき鋼板、電気亜鉛めっき鋼板、電気Ｚｎ−Ｎｉ系合金めっき鋼板等が用いられ得る。
【００６４】
また、金属部材は、表面に化成処理とよばれる皮膜が被覆されていてもよい。これにより、耐食性がより向上する。化成処理として、一般に公知の化成処理を用いることができる。例えば、化成処理として、りん酸亜鉛処理、クロメート処理、クロメートフリー処理等を用いることができる。また、上記皮膜は、公知の樹脂皮膜であってもよい。
【００６５】
また、金属部材は、一般に公知の塗装が施されているものであってもよい。これにより、耐食性がより向上する。塗装として、公知の樹脂を用いることができる。例えば、塗装として、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂またはふっ素系樹脂等を主樹脂としたものを用いることができる。また、塗装には、必要に応じて、一般に公知の顔料が添加されていてもよい。また、塗装は、顔料が添加されていないクリヤー塗装であってもよい。かかる塗装は、ＦＲＰ部材を複合化する前に予め金属部材に施されていてもよいし、ＦＲＰ部材を複合化した後に金属部材に施されてもよい。また、予め金属部材に塗装が施されたのちにＦＲＰ部材が複合化され、さらにその後塗装が施されてもよい。塗装に用いられる塗料は、溶剤系塗料、水系塗料または紛体塗料等であってもよい。塗装の施工方法として、一般に公知の方法が適用され得る。例えば、塗装の施工方法として、電着塗装、スプレー塗装、静電塗装または浸漬塗装等が用いられ得る。電着塗装は、金属部材の端面や隙間部を被覆するのに適しているため、塗装後の耐食性に優れる。また、塗装前に金属部材の表面にりん酸亜鉛処理やジルコニア処理等の一般に公知の化成処理を施すことにより、塗膜密着性が向上する。
【実施例】
【００６６】
＜衝突シミュレーション（Ａ）＞
本発明に係る構造部材の評価を行うため、図８および図９に示す解析モデルを作成し、衝突シミュレーション（Ａ）を実施した。解析モデルの構造部材１は、平板１１とハット状部材１２からなる中空部材１０と、ＣＦＲＰからなるＦＲＰ部材２０で構成されている。平板１１とハット状部材１２とはハット状部材１２のフランジ部１２ｃでスポット溶接され、スポット打点の間隔は４０ｍｍである。平板１１およびハット状部材１２の板厚は１．０ｍｍであり、降伏応力は７００ＭＰａである。ＦＲＰ部材２０は、平板１１内面における二箇所と、ハット状部材１２の天板部１２ａの平面部内面における一箇所に接合されている。平板１１内面に接合された２つのＦＲＰ部材２０の幅方向Ｗの端部は、それぞれ平板１１の幅方向Ｗの端部から４０ｍｍの位置にあり、互いのＦＲＰ部材２０の間隔は３０ｍｍである。天板部１２ａに接合されたＦＲＰ部材２０の幅方向Ｗの端部は、対向する一対の縦壁部１２ｂから３５ｍｍの位置にある。また、ＦＲＰ部材２０は中空部材１０の長手方向Ｌの一端から他端にかけて連続的に接合されている。【００６７】
衝突シミュレーション（Ａ）では、上記解析モデルの一方の端面を完全に拘束し、他方の端面においては中空部材１０の長手方向Ｌの変位を許容しつつ、面内変形が生じないよう拘束している。以降の説明では、完全に拘束されている側の端面を完全拘束側端面、反対側の端面を非完全拘束側端面と称す。衝突シミュレーション（Ａ）は、このような拘束条件の下で、非完全拘束側の端面を中空部材１０の長手方向に１０ｍｍ圧縮する条件で実施された。このときの衝突速度は３ｍ／ｓ、要素サイズは１ｍｍとし、衝突解析は非線形構造解析ソフトＬＳ−ＤＹＮＡにより実行した。【００６８】
なお、衝突シミュレーション（Ａ）は、ＦＲＰ部材２０の厚さが異なる複数の解析モデルで実施した。１つの解析モデルに対して使用された各ＦＲＰ部材２０の厚さは互いに等しい。また、比較例として、図９に示す構造部材１に対してＦＲＰ部材２０が設けられていない解析モデル（比較例１）と、図１０に示すように平板１１内面の全体と、天板部１２ａの平面部内面全体にＦＲＰ部材２０が接合された解析モデル（比較例２）を作成して各解析モデルで衝突シミュレーション（Ａ）を実施した。なお、図９ではＦＲＰ部材の幅は１０ｍｍとなっているが、実施例７および比較例４のＦＲＰ部材の幅は、図１１、図１２に示すように、それぞれ３０ｍｍと２ｍｍである（表１参照）。実施例７および比較例４の平面部Ｐの全幅１３０ｍｍは図９と同じであり、図９のＦＲＰ部材の貼付け中央位置は同じである。ＦＲＰ部材がない比較例１を除き、ＦＲＰ部材の繊維の方向がＦＲＰ部材の長手方向の±５°以内（−５°〜＋５°の範囲内）にある繊維は、体積分率で繊維全体の８０％以上であった。【００６９】
衝突シミュレーション（Ａ）の結果を下記表１に示す。本シミュレーションでは、非完全拘束側端面を圧縮した際に生じる最大反力を測定した。最大反力は座屈耐力と相関があるため、耐衝撃性の評価を行うための指標となる。また、耐衝撃性の重量効率を評価する指標として最大反力／重量を算出し、ＦＲＰ部材が設けられていない比較例１の重量効率に対する各実施例における重量効率の比を算出した。また、構造部材のいずれか一箇所のＦＲＰ接合部におけるＦＲＰ部材単体の曲げ剛性と、ＦＲＰ接合部における平面部Ｐの曲げ剛性をそれぞれ算出し、両者の比（曲げ剛性比）を算出した。また、「ＦＲＰ接合部ＰAの幅の合計／平面部Ｐの全幅×１００」を「ＰＡ部幅／平面部幅」との値（単位：％）として定義し、各実施例、比較例での平板１１、天板部１２ａ等のＦＲＰ接合部とＦＲＰ非接合部が混在する各部位でこの値を算出した。また、上記実施形態で説明した式（１）の条件に鑑み、以下の式（３）に示す値αを定義し、各実施例、比較例での平板１１、天板部１２ａといった各部位でこの値α（単位：％）を算出した。なお、表１中のαの値で図９に関する場合には天板部１２ａでの値と平板１１の３箇所での値を示している。
【数４】
0006969674.tif 000005
【００７０】
【表１】
0006969674.tif 000006
【００７１】
上記表１によれば、中空部材１０の平面部全体にＦＲＰ部材２０が接合された構造部材である比較例２は、曲げ剛性は向上するものの、ＦＲＰ部材２０が設けられていない比較例１の構造部材よりも重量効率が低下する。このような結果となる原因は、平面部の中央部に単純支持点のように機能する部分がないためである。詳述すると、ＦＲＰ部材２０が平面部全体に接合されていることによって、ＦＲＰ接合部の幅方向端部は単純支持状態に近づくことになるが、平面部の幅方向中央部は単純支持状態とはならず、依然として座屈耐力に寄与しない部分となっている。このため、重量の増加に見合う分の耐衝撃性が得られない。【００７２】
一方、実施例１〜７は、比較例１に対する重量効率が大きくなっている。本シミュレーションの結果を考慮すると、曲げ剛性比が３０以上の場合には重量効率を向上させることができる。特に、平板やハット状部材の板厚（１．０ｍｍ）の６倍以上の厚さを有するＦＲＰ部材２０が接合されている場合には、重量効率が顕著に増加している。【００７３】
＜衝突シミュレーション（Ｂ）＞
次に、図１３に示す解析モデルを作成し、衝突シミュレーション（Ｂ）を実施した。解析モデルの構造部材１は中空部材１０である角管で構成され、ＣＦＲＰからなるＦＲＰ部材は角管の内面に接合されている。角管の板厚は１．０ｍｍであり、降伏応力は７００ＭＰａである。【００７４】
衝突シミュレーション（Ｂ）では、前述の衝突シミュレーション（Ａ）と同様に、解析モデルの一方の端面を完全拘束側端面とし、他方の端面を非完全拘束側端面としている。衝突シミュレーション（Ｂ）は、このような拘束条件の下で、非完全拘束側の端面を中空部材１０の長手方向に２０ｍｍ圧縮する条件で実施された。このときの衝突速度は３ｍ／ｓ、要素サイズは１ｍｍとし、衝突解析は非線形構造解析ソフトＬＳ−ＤＹＮＡにより実行した。【００７５】
なお、衝突シミュレーション（Ｂ）は、ＦＲＰ部材２０の接合位置が図１４〜図２０のように異なる複数の解析モデルで実施した。１つの解析モデルに対して使用された各ＦＲＰ部材２０の厚さは互いに等しい。また、比較例として、図１４に示す構造部材においてＦＲＰ部材２０が設けられていない解析モデル（比較例５）を作成して衝突シミュレーション（Ｂ）を実施し、また、図２０に示す構造部材の解析モデルを作成して衝突シミュレーション（Ｂ）を実施した。実施例９および１０のＦＲＰ部材の繊維の方向がＦＲＰ部材の長手方向の±５°以内にある繊維は、体積分率で繊維全体の８０％であり、比較例５および６、実施例８、１１〜１３のＦＲＰ部材の繊維の方向がＦＲＰ部材の長手方向の±５°以内にある繊維は、体積分率で繊維全体の１００％であった。【００７６】
衝突シミュレーション（Ｂ）の結果を下記表２に示す。なお、表２中の「ＰＡ部幅／平面部幅」の値や値αについては、ＦＲＰ接合部とＦＲＰ非接合部が混在する各部位でこの値を算出した。【００７７】
【表２】
0006969674.tif 000007
【００７８】
表２に示されるように、ＦＲＰ部材２０が接合されている実施例８〜１３の構造部材は、ＦＲＰ部材２０が設けられていない比較例５の構造部材に対し、重量効率が大きく向上している。また、実施例８と実施例１１との比較結果で示されるように、同一数のＦＲＰ部材２０を用いる場合は、各ＦＲＰ部材２０が互いに対向する平面部にそれぞれ設けられることで、重量効率を向上させることができる。また、実施例８と実施例１２との比較結果で示されるように、同一平面部内に設けられるＦＲＰ部材２０を増やすことで、重量効率を向上させることができる。これは同一の平面部内において、単純支持状態に近づく箇所が増えて有効幅の範囲が増大するためである。【００７９】
実施例９と実施例１２を比較すると、ＦＲＰ部材２０が同一数であるにも関わらず、実施例９の方が耐衝撃性の重量効率が大きくなった。このような差が生じる理由は、平面部の中央部で隣り合うＦＲＰ部材２０の間隔が実施例９の方が狭くなっていることで、有効幅の影響が平面部の中央部にあるＦＲＰ非接合部に及びやすくなり、当該ＦＲＰ非接合部が座屈耐力の向上に効果的に寄与する状態になっていることにある。したがって、ＦＲＰ部材２０は、平面部のＦＲＰ非接合部の長さが有効幅以下となるように設けられていることが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、例えば自動車のフロアクロスメンバに利用することができる。
【符号の説明】
【００８１】
１        構造部材
１０      中空部材
１１      平板
１２      ハット状部材
１２ａ    天板部
１２ｂ    縦壁部
１２ｃ    フランジ部
２０      ＦＲＰ部材
３０      板
３１      支持点
３２      支持点
ｂ        有効幅
Ｄ        ＦＲＰ非接合部の幅
Ｌ        中空部材の長手方向
Ｐ        平面部
ＰA       ＦＲＰ接合部
ＰB       ＦＲＰ非接合部
Ｗ        中空部材の幅方向
【図１】
0006969674.tif 000009
【図２】
0006969674.tif 000010
【図３】
0006969674.tif 000011
【図４】
0006969674.tif 000012
【図５】
0006969674.tif 000013
【図６】
0006969674.tif 000014
【図７】
0006969674.tif 000015
【図８】
0006969674.tif 000016
【図９】
0006969674.tif 000017
【図１０】
0006969674.tif 000018
【図１１】
0006969674.tif 000019
【図１２】
0006969674.tif 000020
【図１３】
0006969674.tif 000021
【図１４】
0006969674.tif 000022
【図１５】
0006969674.tif 000023
【図１６】
0006969674.tif 000024
【図１７】
0006969674.tif 000025
【図１８】
0006969674.tif 000026
【図１９】
0006969674.tif 000027
【図２０】
0006969674.tif 000028