JP4733536B2

JP4733536B2 - Ｆｒｐ部材の接合部の分断防止構造

Info

Publication number: JP4733536B2
Application number: JP2006050659A
Authority: JP
Inventors: 和人中尾; 孝行山本
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2006-02-27
Filing date: 2006-02-27
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2026-02-27
Also published as: JP2007229942A

Description

本発明は、ＦＲＰ部材の接合部の分断防止構造に関するものである。

従来、２以上の部材を組み合わせて接合する技術が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。特許文献１には、図７（ａ）に示すように、セルフピアスリベット（不図示）を用いてＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics；繊維強化プラスチック）板１０１，１０２同士を締結する技術が記載されている。

特許文献２には、車体部材のフレーム部材とジョイント部材の端部同士を突き合わせて接合する技術が記載されている。特許文献２に記載された技術では、フレーム部材とジョイント部材の接合部の全周を、両部材に跨る２枚の板材（以下、エネルギ吸収部材という。）で環状に覆い、この２枚のエネルギ吸収部材に形成されたフランジ同士を破断容易なリベットで締結している。このような構造によれば、この車体部材に接合部から折れ曲がる方向に外力が作用したとき、まずリベットが破断し、その次にフランジ同士が離間するように作用する。さらに、接合部が折れ曲がろうとすると、エネルギ吸収部材が屈曲する。これにより、エネルギ吸収効率を向上させることができる。
特開２００５−６９４５１号公報（請求項１、段落００１１、図１）特開平６−２２７４２７号公報（請求項１、段落００２２〜００３４、図１）

しかしながら、特許文献１に記載された技術では、外力が作用したとき、ＦＲＰ板１０１，１０２同士の接合部１０３が起点となるような破断が起こると、図７（ｂ）に示すように、締結された各ＦＲＰ板１０１，１０２が分断（剥離）するおそれがあり、このような分断を制御する必要がある場合があった。

特許文献２に記載された技術は、被締結部材の分断・破断時のエネルギ吸収効率を向上させるための構造であるが、対象とする被締結部材が延性材料である金属であり、ＦＲＰのような脆性材料においては、この構造によって破断を効果的に制御できるものではない。そのため、脆性材料からなるＦＲＰ部材の接合においては、ＦＲＰ部材独自の破断制御手法を適用することが必要である。

そこで、本発明は、少なくとも１以上のＦＲＰ部材を含む複数の部材が接着して接合されるＦＲＰ部材の接合構造において、接合された部材同士が接合部で完全に分断されることを防止するＦＲＰ部材の接合部の分断防止構造を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、少なくとも１つのＦＲＰ部材を含む複数の部材が接着して接合されたＦＲＰ部材の接合部の分断防止構造であって、前記ＦＲＰ部材は、このＦＲＰ部材における他の部分より破断強度の弱い薄肉部を有し、前記薄肉部は、前記複数の部材を締結する締結部材の座面として形成され、前記締結部材の頭部高さが、前記ＦＲＰ部材の表面高さ以下であることを特徴とする。
また、前記課題を解決するため、請求項２に係る発明は、少なくとも１つのＦＲＰ部材を含む複数の部材が接着して接合されたＦＲＰ部材の接合部の分断防止構造であって、前記ＦＲＰ部材は、このＦＲＰ部材における他の部分より破断強度の弱い切欠部を有し、前記切欠部は、前記ＦＲＰ部材において所定の方向に向けて形成され、外力作用時における前記ＦＲＰ部材の割れる方向が制御されていることを特徴とする。

請求項１または請求項２に係る発明によれば、外力が作用したときに、ＦＲＰ部材の接合部の分断防止構造では、部材同士が接着された接合部が起点となると、その接合部である接着層から分断を開始する破断（剥離）が生じる。そして、ＦＲＰ部材の薄肉部または切欠部まで接合部の破断が進展すると、薄肉部または切欠部を折れ点としてＦＲＰ部材が折れ曲がり、または、割れて、接合部の破断の進展が抑制される。これにより、部材同士が完全に分断されることを防止することができる。

請求項１に係る発明によれば、薄肉部を利用して、複数の部材の締結に締結部材を用いることで、接着接合の補強強化と接合部の破断の進展の抑制効果を同時に得ることができる。また、この締結部材の頭部高さはＦＲＰ部材の表面高さから突き出ていないので、他部品との干渉も回避することができる。

請求項２に係る発明によれば、外力が作用したときに、切欠部を折れ点としてＦＲＰ部材が折れ曲がり、または、割れて、接合部の破断の進展が抑制される。このとき、切欠部が所定の方向に向けて形成されているため、切欠部に沿った方向にＦＲＰ部材が割れる。これにより、ＦＲＰ部材が折れ曲がる方向、または、割れる方向を制御することができる。

本発明に係るＦＲＰ部材の接合部の分断防止構造によれば、外力が作用したとき、ＦＲＰ部材が割れることで、接合部の破断（剥離）の進展を抑制し、接合された部材同士が接合部で完全に分断されることを防止することができる。また、このようにＦＲＰ部材が折り曲げられ、または、割れることで、外力が作用したときの衝撃エネルギを効果的に吸収することができる。さらに、接合された部材の強度を確保することができる。

［第１の実施の形態］
次に、本発明の第１の実施の形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。参照する図面において、図１（ａ）は、第１の実施の形態に係る接合構造が採用される車両を示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のルーフパネルとサイドパネルの接合部を拡大して示す一部断面拡大斜視図である。

図１（ａ）に示すように、本実施形態に係る接合構造１（接合部の分断防止構造）は、車両Ｃのルーフパネル２とサイドパネル３とを接合する場合などに適用される。

ルーフパネル２およびサイドパネル３は、軽量で、かつ強度的に優れたＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics；繊維強化プラスチックス）、例えば、ＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics；炭素繊維強化プラスチックス）からなる部材であり、図１（ｂ）に示すように、ルーフパネル２とサイドパネル３の間に介在する接着層４（接合部）と、ルーフパネル２とサイドパネル３を貫通するリベット５とで接合されている。

ルーフパネル２は、車幅方向の端縁部２１が、中央側より一段下がるように車両前後方向に沿って屈曲して形成されている。このルーフパネル２の端縁部２１の上面側には、薄肉状に形成された平面視矩形状の座面２２（薄肉部）が、複数箇所（図２参照）に設けられている。この座面２２は、薄肉状に形成されていることで、ルーフパネル２における他の部分より強度が弱くなっている。また、サイドパネル３は、ルーフパネル２側の端縁部３１が一段下がるように車両前後方向に沿って屈曲して形成されている。

ルーフパネル２とサイドパネル３とは、ルーフパネル２の端縁部２１とサイドパネル３の端縁部３１とが重ね合わせられて、車両Ｃの車幅方向両側でそれぞれ接合され（図１（ａ）参照）、車両前後方向に沿って溝部Ｄが形成されている。この溝部Ｄには図示しないルーフモールが設けられる。

図２（ａ）は、ルーフパネルとサイドパネルの接合部を示す図１のII−II線矢視断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のルーフパネルとサイドパネルの接合部の要部拡大断面図である。

図２（ｂ）に示すように、接着層４は、重ね合わされたルーフパネル２の端縁部２１とサイドパネル３の端縁部３１との間に介在し、ルーフパネル２とサイドパネル３とを接合している。この接着層４を構成する接着剤は特に限定されるものではないが、例えば、エポキシ系の接着剤が使用される。

リベット５は、ルーフパネル２の座面２２に打ち込まれ、ルーフパネル２とサイドパネル３とを貫通して両者を締結している。これにより、接着層４による接着接合の接合強度が補強されている。ここで、図２（ｂ）に示すように、リベット５の頭部５１の高さは、ルーフパネル２の端縁部２１の上面２１ａより低く形成されている。このように、リベット５の頭部５１が、端縁部２１の上面２１ａより上側に突き出ないことで、ルーフモール（不図示）などの他部品との干渉を回避することができる。

図３は、第１の実施の形態に係る接合構造において外力が作用したときの状態を示す図であり、（ａ）は、外力が作用して接合構造における破断が進展している様子を示す図、（ｂ）は、破断の進展が抑制された状態を示す図である。

次に、本実施形態に係る接合構造１において、外力が前方から作用した場合について説明する。例えば、接着層４を起点としてルーフパネル２とサイドパネル３とが分断するような外力が加わったとすると、ＦＲＰからなるルーフパネル２とサイドパネル３の塑性変形能が乏しいことに起因して、図３（ａ）に示すように、接着層４が破断し、この接着層４からルーフパネル２とサイドパネル３とが分断される破断（剥離）が進展する。そして、接着層４の破断が座面２２まで進展すると、図３（ｂ）に示すように、この座面２２を折れ点として、ルーフパネル２が上方に折れ曲がり、割れる方向に作用する。

つまり、座面２２がルーフパネル２における他の部分よりも薄肉状に形成されていることで、強度が弱くなって（脆弱化して）いるため、割れ易くなっており、接着層４で進展する破断が、座面２２でルーフパネル２の破断へと変化する。このルーフパネル２の破断は強化繊維を切断しながら進展することになるため、進展抵抗は大きく、接着層４の亀裂進展様式と比較して分断し難くなる。これにより、衝撃エネルギを効果的に吸収するとともに、接着層４の破断の進展が抑制される。従って、ルーフパネル２とサイドパネル３との完全な分断を防止し、接合部材としての強度を確保することができる。

以上によれば、第１の実施形態における接合構造１において以下の効果を得ることができる。
本実施形態に係る接合構造１によれば、外力が作用したとき、ルーフパネル２が割れることで、接着層４の破断の進展を抑制し、接合されたルーフパネル２とサイドパネル３とが接着層４で完全に分断されることを防止することができる。これにより、接合部材としての強度を確保することができる。

また、ルーフパネル２が割れることで、外力が作用したときの衝撃エネルギを効果的に吸収することができる。

さらに、座面２２に打ち込んだリベット５により、接着層４の接合強度を補強するとともに、接着層４の破断進展防止の効果を同時に達成することができる。

以上、第１の実施の形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、様々な形態で実施される。

前記実施形態では、ルーフパネル２とサイドパネル３との接合構造１として説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の部材の接合構造に適用することができる。

前記実施形態では、ルーフパネル２とサイドパネル３とをカーボン繊維から構成されるＣＦＲＰからなる部材としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＦＲＰ部材であれば、ガラス繊維、アラミド繊維等を強化繊維とするものであってもよい。また、強化繊維の形態も連続繊維強化、短繊維強化、平織りクロス等、種類を問うものではない。さらに、マトリクス樹脂としては、不飽和ポリエステル、ビニルエステル、エポキシ樹脂、ポリプロピレン、ナイロン、ＰＥＥＫ等が挙げられ、これも種類を問うものではない。

前記実施形態では、ルーフパネル２とサイドパネル３とを共にＦＲＰ（ＣＦＲＰ）からなる部材としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、少なくとも１つのＦＲＰ部材を含む複数の部材の接合構造に適用することができる。例えば、座面２２が形成されるルーフパネル２をＦＲＰ部材で形成し、サイドパネル３をアルミニウム合金等の金属で形成した場合の接合構造にも適用することができる。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。参照する図面において、図４（ａ）は、第２の実施の形態に係る接合構造を示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）の接合構造のIV−IV線矢視断面図である。

図４（ａ）に示すように、第２の実施の形態に係る接合構造１Ａは、ＦＲＰ板８（ＦＲＰ部材）と、ＦＲＰ板９（ＦＲＰ部材）とを、接着層４およびボルト１０によって接合した構造である。これらのＦＲＰ板８，９は、例えば、カーボン繊維から構成されるＣＦＲＰであるが、本発明の接合構造の被接合部材の材質は限定されるものではなく、ガラス繊維、アラミド繊維等、種々の強化繊維を含むＦＲＰについて、適用することができる。

ＦＲＰ板８の所定の一辺８ａの端縁部の上面８ｂには、薄肉状かつ平面視五角形状の座面８１（薄肉部）が形成されている。この座面８１は、ボルト１０の座面である。ＦＲＰ板８とＦＲＰ板９とは、その端縁部同士が重ね合わされ、接着層４が、ＦＲＰ板８，９の端縁部間に介在して、両者を接合している。また、ボルト１０は、図４（ｂ）に示すように、回転止めのワッシャ１１を介して、座面８１が形成された部位からＦＲＰ板８，９を貫通し、ＦＲＰ板９の裏面側でナット１２によって締結されている。これにより、ＦＲＰ板８，９の接着強度が補強されている。

このように構成される接合構造１Ａにおいても、前記第１の実施の形態と同様の作用をする。つまり、図４（ａ）に示すように、例えば所定の一辺８ａに直交する一辺８ｃ側から、外力が作用し、接着層４からＦＲＰ板８とＦＲＰ板９とが分断される破断（剥離）が進展した場合であっても、接着層４の破断が座面８１まで進展すると、この座面８１を折れ点として、ＦＲＰ板８が折れ曲がり、または、割れる方向に作用する（図３（ａ），（ｂ）参照）。これにより、ＦＲＰ板８とＦＲＰ板９との完全な分断を防止し、接合部材としての強度を確保することができる。また、座面８１に設けられるボルト１０により、接着層４の接合強度を補強するとともに、接着層４の破断進展防止の効果を同時に達成することができる。

［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。参照する図面において、図５（ａ）は、第３の実施の形態に係る接合構造を示す斜視図であり、（ｂ）は、第３の実施の形態に係る接合構造において外力が作用した状態を示す斜視図である。なお、本実施形態に係る接合構造１Ｂは、前記第２の実施形態と同様に、ＦＲＰ板８とＦＲＰ板９とを接合する接合構造について説明する。

図５（ａ）に示すように、第３の実施の形態に係る接合構造１Ｂは、ＦＲＰ板８と、ＦＲＰ板９とを、接着層４によって接合した構造である。

ＦＲＰ板８の所定の一辺８ａの端縁部の上面８ｂには、１つの切欠部８２が形成されている。この切欠部８２は、所定の方向に向けて形成されており、具体的には、所定の一辺８ａに直交する一辺８ｃと平行な線から遠ざかる方向に傾いて形成されている。

このように構成される接合構造１Ｂにおいても、前記第２の実施の形態と同様の作用をする。つまり、例えば一辺８ｃ側から、外力が作用し、接着層４からＦＲＰ板８とＦＲＰ板９とが分断される破断（剥離）が進展した場合であっても、接着層４の破断が切欠部８２まで進展すると、この切欠部８２を折れ点として、図５（ｂ）に示すように、ＦＲＰ板８が折れ曲がり、または、割れる方向に作用する。これにより、ＦＲＰ板８とＦＲＰ板９との完全な分断を防止し、接合部材としての強度を確保することができる。

また、切欠部８２が所定の方向に向けて形成されていることで、図５（ｂ）に示すように、切欠部８２に沿った方向にＦＲＰ板８が折れ曲がり、または、割れる。このように、ＦＲＰ板８が折れ曲がる方向、または、割れる方向を制御することで、衝撃エネルギを効果的に吸収させることもできる。

以上、本発明の第２および第３の実施の形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、種々の形態で実施することができる。

図６（ａ）は、第３の実施の形態の変形例１に係る接合構造を示す斜視図、（ｂ）は、第３の実施の形態の変形例２に係る接合構造を示す斜視図、（ｃ）は、第３の実施の形態の変形例３に係る接合構造を示す斜視図である。

第３の実施の形態では、ＦＲＰ板８の上面８ｂにおいて、切欠部８２を所定の方向に向けて形成したが、図６（ａ）に示すように、変形例１に係る接合構造１Ｃでは、ＦＲＰ板８の下面８ｄ側に切欠部８３を形成してもよい。また、この切欠部８３は、一辺８ｃと平行に形成するものであってもよい。これによっても、第３の実施の形態と同様に、切欠部８３を折れ点として作用させることができる。

第３の実施の形態では、ＦＲＰ板８の一辺８ａに切欠部８２を形成したが、図６（ｂ）に示すように、変形例２に係る接合構造１Ｄでは、ＦＲＰ板８の一辺８ａに、平面視五角形状の薄肉部８４を形成してもよい。これによっても、第３の実施の形態と同様に、薄肉部８４を折れ点として作用させることができる。なお、特に、薄肉部８４における五角形の一角８４ａが起点として、折れ曲げ易く、または、割れ易く作用する。従って、この一角８４ａの方向を定めることにより、第３の実施の形態と同様に、ＦＲＰ板８の折れ曲がる方向、または、割れる方向を制御することができる。

第３の実施の形態では、ＦＲＰ板８の一辺８ａに１つの切欠部８２を形成したが、図６（ｃ）に示すように、変形例３に係る接合構造１Ｅでは、複数の切欠部８５を形成してもよい。これによっても、第３の実施の形態と同様に、切欠部８５を折れ点として作用させることができる。さらに、この接合構造１Ｅでは、切欠部８５が複数形成されていることで、ＦＲＰ板８を確実に折り曲げ、または、割ることができる。

なお、前記実施形態では、ＦＲＰ板８とＦＲＰ板９を接合する接合構造１Ａ〜１Ｅとして説明したが、ＦＲＰ板９の代わりに、アルミニウム、または、アルミニウム合金からなる金属等を対象とするものであってもよい。

（ａ）は、第１の実施の形態に係る接合構造が採用される車両を示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のルーフパネルとサイドパネルの接合部を拡大して示す一部断面拡大斜視図である。（ａ）は、ルーフパネルとサイドパネルの接合部を示す図１のII−II線矢視断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のルーフパネルとサイドパネルの接合部の要部拡大断面図である。第１の実施の形態に係る接合構造において外力が作用したときの状態を示す図であり、（ａ）は、外力が作用して接合構造における破断が進展している様子を示す図、（ｂ）は、破断の進展が抑制された状態を示す図である。（ａ）は、第２の実施の形態に係る接合構造を示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）の接合構造のIV−IV線矢視断面図である。（ａ）は、第３の実施の形態に係る接合構造を示す斜視図であり、（ｂ）は、第３の実施の形態に係る接合構造において外力が作用した状態を示す斜視図である。（ａ）は、第３の実施の形態の変形例１に係る接合構造を示す斜視図、（ｂ）は、第３の実施の形態の変形例２に係る接合構造を示す斜視図、（ｃ）は、第３の実施の形態の変形例３に係る接合構造を示す斜視図である。（ａ）は、従来例に係る接合構造を示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）の接合構造において外力が作用した状態を示す斜視図である。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ接合構造
２ルーフパネル
３サイドパネル
４接着層
５リベット
８，９ＦＲＰ板
１０ボルト
２２座面（薄肉部）
５１頭部
８１座面（薄肉部）
８２切欠部
８３切欠部
８４薄肉部
８５切欠部
Ｃ車両

Claims

少なくとも１つのＦＲＰ部材を含む複数の部材が接着して接合されたＦＲＰ部材の接合部の分断防止構造であって、
前記ＦＲＰ部材は、このＦＲＰ部材における他の部分より破断強度の弱い薄肉部を有し、
前記薄肉部は、前記複数の部材を締結する締結部材の座面として形成され、前記締結部材の頭部高さが、前記ＦＲＰ部材の表面高さ以下であることを特徴とするＦＲＰ部材の接合部の分断防止構造。
少なくとも１つのＦＲＰ部材を含む複数の部材が接着して接合されたＦＲＰ部材の接合部の分断防止構造であって、
前記ＦＲＰ部材は、このＦＲＰ部材における他の部分より破断強度の弱い切欠部を有し、
前記切欠部は、前記ＦＲＰ部材において所定の方向に向けて形成され、外力作用時における前記ＦＲＰ部材の割れる方向が制御されていることを特徴とするＦＲＰ部材の接合部の分断防止構造。