JP6844695B2 - 繊維強化樹脂製部品の接続構造および繊維強化樹脂製部品の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、繊維強化樹脂製部品の接続構造および繊維強化樹脂製部品の製造方法に関する。
従来から、繊維強化樹脂製の第１部品に、第２部品を取り付けるための構造が公知である（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１には、炭素繊維強化樹脂材と被結合部材とを結合手段によって結合した炭素繊維強化樹脂材の結合構造が記載されている。この結合構造では、炭素繊維強化樹脂材は、第１積層部と、第１積層部の炭素繊維面方向と直交する炭素繊維面方向とされた第２積層部と、を重ねることで、温度変化による重ね合わせ方向の線膨張量を小さくする。また、特許文献１に記載の繊維強化樹脂材の結合構造では、被結合部材は炭素繊維強化樹脂材にボルトおよびナットで締結される。
特開２００７−２９２１０６号公報
前述の構造では、第１部品と第２部品とがボルトおよびナットにより締結されるので、第１部品または第２部品への比較的大きな荷重の入力により第１部品と第２部品との接続（ボルトおよびナットによる締結）が解除される可能性は低い。ボルトおよびナットによる締結は、作業性が低く、コスト上昇の要因となり得るため、ボルトおよびナットによる締結から接着剤による接着への変更が検討される。しかしながら、第１部品と第２部品とを接着剤により接着するだけでは、第１部品または第２部品への比較的大きな荷重の入力により第１部品と第２部品との接続（接着剤による接着）が解除され、第１部品と第２部品とが分離することが懸念される。
そこで、本発明は、第１部品または第２部品への比較的大きな荷重の入力により第１部品と第２部品との接続（接着剤による接着）が解除された場合であっても、第１部品と第２部品とが分離してしまうことを抑制することを目的とする。
本発明の第１の態様は、繊維強化樹脂製の第１部品と、第１部品に接着される繊維強化樹脂製の第２部品と、第１部品と第２部品とを接続する接続用繊維と、を備える繊維強化樹脂製部品の接続構造である。接続用繊維の一端部が第１部品の第１繊維層間に挟持され、接続用繊維の他端部が第２部品の第２繊維層間に挟持される。
本発明の第２の態様は、繊維強化樹脂製部品の製造方法である。この製造方法は、接続用繊維の一端部を第１繊維層間に挟み込み、接続用繊維の他端部を第２繊維層間に挟み込むことにより、接続用繊維における一端部と他端部との間の中間部を第１繊維層および第２繊維層から露出させる工程を備える。また、前述の製造方法は、接続用繊維の中間部にはマトリックス樹脂を含浸させずに、第１繊維層および第２繊維層にマトリックス樹脂を含浸させる工程をさらに備える。
本発明によれば、第１部品または第２部品への比較的大きな荷重の入力により第１部品と第２部品との接続（接着剤による接着）が解除された場合であっても、第１部品と第２部品とが分離してしまうことを抑制することができる。
図１は、本発明の実施形態に係る繊維強化樹脂製部品の接続構造を示す側面図である。 図２は、図１のＡ−Ａ線断面を示す概略的な断面図である。 図３は、本発明の実施形態に係る繊維強化樹脂製部品の接続構造の接着前の状態を示す部分拡大側面図である。 図４Ａは、本発明の実施形態に係る繊維強化樹脂製部品の製造方法の説明図である。 図４Ｂは、本発明の実施形態に係る繊維強化樹脂製部品の製造方法の説明図である。 図４Ｃは、本発明の実施形態に係る繊維強化樹脂製部品の製造方法の説明図である。 図５Ａは、本発明の実施形態に係る繊維強化樹脂製部品の製造方法の説明図である。 図５Ｂは、本発明の実施形態に係る繊維強化樹脂製部品の製造方法の説明図である。 図５Ｃは、本発明の実施形態に係る繊維強化樹脂製部品の製造方法の説明図である。 図６Ａは、本発明の実施形態に係る繊維強化樹脂製部品の製造方法の説明図である。 図６Ｂは、本発明の実施形態に係る繊維強化樹脂製部品の製造方法の説明図である。 図６Ｃは、本発明の実施形態に係る繊維強化樹脂製部品の製造方法の説明図である。
以下、本発明の実施形態を図面と共に詳述する。
本発明の実施形態に係る繊維強化樹脂製部品１の接続構造を図１から図３に基づいて説明する。
繊維強化樹脂製部品１は、例えば、フード（ボンネット）、ドアパネル、バンパー、トランクリッド、リアゲート、フェンダパネル、サイドボディパネル、ルーフパネルなど車両用構成部材に適用することができる。また、繊維強化樹脂製部品１は、車両用構成部材に限定されず、各種構成部材に適用することが可能である。
図１から図３に示すように、繊維強化樹脂製部品１は、第１部品２と、第２部品３と、接続用繊維４と、から主に構成されている。
第１部品２は、複数層の第１繊維層５と、第１繊維層５に含浸されるマトリックス樹脂（第１樹脂）６とを有して構成される繊維強化樹脂製の部品である（図４Ｃ参照）。本実施形態の第１部品２は、図示しない車両の外板パネル（フェンダパネル）である。第１部品２は、部品本体部（パネル本体部）２ａと、第２部品３が接着して取り付けられる第１部品側接着部２ｂとを有して構成されている。
第１繊維層５を構成する繊維は、特に限定されず、炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維など、種々の繊維を用いることができる。また、第１繊維層５としては、例えば、ＮＣＦ（Non Crimp Fabric）、織物（織布）、不織物（不織布）を用いることができる。さらに、マトリックス樹脂６は、特に限定されず、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド樹脂など、種々の熱硬化性樹脂を用いることができる。なお、マトリックス樹脂６としては、熱硬化性樹脂に限定されず、種々の熱可塑性樹脂を用いることも可能である。
第２部品３は、複数層の第２繊維層７と、第２繊維層７に含浸されるマトリックス樹脂（第２樹脂）８とを有して構成される繊維強化樹脂製の部品である（図４Ｃ参照）。第２部品３は、第１部品２に接着層９を介して接着される（図２参照）。すなわち、本実施形態においては、第１部品２と第２部品３との接続には、ボルトおよびナットによる結合は用いられずに、接着剤による接着が用いられる。本実施形態の第２部品３は、車両の外板パネル（第１部品２）を図示しない車両の車体に取り付けるためのブラケットである。第２部品３は、第１部品２に接着して取り付けられる第２部品側接着部３ａと、車両の車体に取り付けられる車体取付部３ｂと、第２部品側接着部３ａと車体取付部３ｂとの間に配設される連結部３ｃとを有して構成されている。
第２繊維層７を構成する繊維は、特に限定されず、炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維など、種々の繊維を用いることができる。また、第２繊維層７としては、例えば、ＮＣＦ（Non Crimp Fabric）、織物（織布）、不織物（不織布）を用いることができる。さらに、マトリックス樹脂８は、特に限定されず、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド樹脂など、種々の熱硬化性樹脂を用いることができる。なお、マトリックス樹脂８としては、熱硬化性樹脂に限定されず、種々の熱可塑性樹脂を用いることも可能である。
接着層９を構成する接着剤は、十分な接着強度が得られるものであればよく、例えば、エポキシ樹脂系接着剤、ウレタン樹脂系接着剤を用いることができる。また、この接着剤は、熱硬化性の接着剤であってもよく、熱可塑性の接着剤であってもよい。
接続用繊維４は、第１部品２と第２部品３とを接続するものである。具体的には、接続用繊維４の一端部４ａ（図３中に点ハッチングを付した箇所）が第１部品２の第１繊維層５間に挟持され、接続用繊維４の他端部４ｂ（図３中に点ハッチングを付した箇所）が第２部品３の第２繊維層７間に挟持される。そして、接続用繊維４における一端部４ａと他端部４ｂとの間の中間部４ｃは、第１部品２の第１繊維層５および第２部品３の第２繊維層７から露出しており、接続用繊維４の中間部４ｃには、マトリックス樹脂６，８は含浸されてはいない。
本実施形態においては、接続用繊維４の一端部（第１部品接続部）４ａが第１繊維層５の中間層（厚さ方向の真ん中の層）に配置され、接続用繊維４の他端部（第２部品接続部）４ｂが第２繊維層７の中間層（厚さ方向の真ん中の層）に配置される（図４Ａ参照）。これに限定されず、接続用繊維４の第１部品接続部４ａが第１繊維層５における中間層よりも外側の外層に配置され、接続用繊維４の第２部品接続部４ｂが第２繊維層７における中間層よりも外側の外層に配置されてもよい。
本実施形態においては、接続用繊維４の第１部品接続部４ａは、第１部品２の全体には配置されておらず、第１部品２の一部分（第１部品側接着部２ｂ）のみに配置されている（図３参照）。また、接続用繊維４の第２部品接続部４ｂは、第２部品３の全体には配置されておらず、第２部品３の一部分（第２部品側接着部３ａ）のみに配置されている（図３参照）。さらに、接続用繊維４の中間部４ｃは、第１部品接続部４ａおよび第２部品接続部４ｂの幅方向の全領域には配置されておらず、第１部品接続部４ａおよび第２部品接続部４ｂの幅方向の一部領域（幅方向の両端領域）のみに配置されている。
第１部品２と第２部品３とを接着層９を介して接着した状態において、例えば、接続用繊維４は、接着層９に埋め込まれる。これに限定されず、第１部品２と第２部品３とを接着層９を介して接着した状態において、接続用繊維４は、接着層９を迂回して配置されてもよい。
接続用繊維４を構成する繊維は、特に限定されず、炭素繊維、アラミド繊維など、種々の繊維を用いることができる。また、接続用繊維４としては、ＮＣＦ（Non Crimp Fabric）、織物（織布）を用いることができる。このため、接続用繊維４の第１部品接続部４ａを第１部品２の第１繊維層５間に挟持させることにより、第１部品接続部４ａは、第１繊維層５と共通のファブリック層（すなわち、第１繊維層５の一部）を構成する。その一方で、接続用繊維４の第２部品接続部４ｂを第２部品３の第２繊維層７間に挟持させることにより、第２部品接続部４ｂは、第２繊維層７と共通のファブリック層（すなわち、第２繊維層７の一部）を構成する。
次に、本実施形態に係る繊維強化樹脂製部品１の製造方法の一例を説明する。
繊維強化樹脂製部品１を製造する方法には、例えばＲＴＭ（Resin Transfer Molding）成形を用いることができる。
［ＲＴＭ成形の場合］
１．積層
まず、図４Ａに示すように、複数層の第１繊維層５を積層すると共に、複数層の第２繊維層７を積層する。この際に、接続用繊維４の第１部品接続部４ａを第１繊維層５間に挟み込み、接続用繊維４の第２部品接続部４ｂを第２繊維層７間に挟み込む。このようにすることにより、接続用繊維４における第１部品接続部４ａと第２部品接続部４ｂとの間の中間部４ｃを第１繊維層５および第２繊維層７から露出させる。
２．マトリックス樹脂の含浸
次いで、図４Ｂに示すように、積層した第１繊維層５、第２繊維層７および接続用繊維４を成形用の成形型１０内に入れる。なお、成形型１０内において、複数層の第１繊維層５を積層すると共に、複数層の第２繊維層７を積層するようにしてもよい。
次いで、図４Ｃに示すように、図示しない樹脂注入口からマトリックス樹脂６，８を成形型１０内に注入し、第１繊維層５にマトリックス樹脂（第１樹脂）６を含浸させると共に、第２繊維層７にマトリックス樹脂（第２樹脂）８を含浸させる。そして、第１繊維層５および第２繊維層７にマトリックス樹脂６，８を含浸させた状態において、マトリックス樹脂６，８を硬化（固化）させる。
３．マトリックス樹脂の含浸抑制方策
例えば、図５Ａに示すように、接続用繊維４の中間部４ｃに、パッキンなどのシール部材１１を配設することにより、接続用繊維４の中間部４ｃにはマトリックス樹脂６，８を含浸させないようにする。すなわち、成形型１０内にシール部材１１を配設することにより、成形型１０における接続用繊維４の中間部４ｃが配置された部分にマトリックス樹脂６，８を流入させないようにする。
また、図５Ｂに示すように、接続用繊維４の中間部４ｃを、アクリル樹脂などの脆性樹脂１２によって被覆することにより、接続用繊維４の中間部４ｃにはマトリックス樹脂６，８を含浸させないようにしてもよい。すなわち、接続用繊維４の中間部４ｃを脆性樹脂１２によって予め被覆しておくことにより、成形型１０における接続用繊維４の中間部４ｃが配置された部分にマトリックス樹脂６，８を流入させないようにする。なお、この場合、脆性樹脂１２は、マトリックス樹脂６，８の硬化後（固化後）に、接続用繊維４の中間部４ｃから取り除くようにする。
また、図５Ｃに示すように、接続用繊維４の中間部４ｃを、ポリウレタンやポリエチレンなどの軟性樹脂１３によって被覆することにより、接続用繊維４の中間部４ｃにはマトリックス樹脂６，８を含浸させないようにしてもよい。すなわち、接続用繊維４の中間部４ｃを軟性樹脂１３によって予め被覆しておくことにより、成形型１０における接続用繊維４の中間部４ｃが配置された部分にマトリックス樹脂６，８を流入させないようにする。なお、この場合、軟性樹脂１３は、硬化後において可撓性を有するので、マトリックス樹脂６，８の硬化後（固化後）に、接続用繊維４の中間部４ｃから取り除かずに残すようにしてもよい。
４．マトリックス樹脂の硬化後（固化後）
図６Ａに示すように、マトリックス樹脂６，８の硬化後（固化後）に、第１部品２、第２部品３および接続用繊維４を成形型１０から取り出す。図６Ａに示すマトリックス樹脂６，８の硬化後（固化後）の状態においては、接続用繊維４の中間部４ｃは、自由に変形が可能な状態である。
そして、図６Ｂ及び図６Ｃに示すように、第１部品２と第２部品３とを接着剤を用いて接着することにより、第１部品２と第２部品３との間に接着層９を形成する。第１部品２と第２部品３とを接着剤を用いて接着する際には、例えば、接続用繊維４の中間部４ｃを接着層９に埋め込むようにする。また、接続用繊維４が第１部品２と第２部品３との接着の妨げとならないようにするために、接続用繊維４の中間部４ｃを接着層９を迂回して配置するようにしてもよい。
以下に、本実施形態による作用効果を説明する。
（１）本実施形態に係る繊維強化樹脂製部品１の接続構造は、複数層の第１繊維層５および第１繊維層５に含浸されるマトリックス樹脂６を有する第１部品２と、第１部品２に接着層９を介して接着される第２部品３と、を備える。この接続構造は、第１部品２と第２部品３とを接続する接続用繊維４をさらに備える。第２部品３は、複数層の第２繊維層７および第２繊維層７に含浸されるマトリックス樹脂８を有する。接続用繊維４の一端部４ａが第１繊維層５間に挟持され、接続用繊維４の他端部４ｂが第２繊維層７間に挟持される。
本実施形態に係る繊維強化樹脂製部品１の接続構造においては、第１部品２と第２部品３とは接続用繊維４によって接続されており、この接続用繊維４の中間部４ｃにはマトリックス樹脂６，８が含浸されていない。このため、第１部品２または第２部品３への比較的大きな荷重の入力により第１部品２と第２部品３との接続（接着剤による接着）が解除された場合であっても、接続用繊維４により第１部品２と第２部品３との接続（接続用繊維４による接続）が維持される。したがって、本実施形態に係る繊維強化樹脂製部品１の接続構造によれば、第１部品２と第２部品３とが分離してしまうことを抑制することができる。
接続用繊維４の一端部４ａが第１繊維層５間に挟持され、接続用繊維４の他端部４ｂが第２繊維層７間に挟持されるため、接続用繊維４を第１部品２および第２部品３に対して比較的強固に保持することが可能になる。
（２）接続用繊維４の一端部４ａが第１繊維層５の中間層に配置され、接続用繊維４の他端部４ｂが第２繊維層７の中間層に配置される。
接続用繊維４の一端部４ａが第１繊維層５の中間層に配置され、接続用繊維４の他端部４ｂが第２繊維層７の中間層に配置されることにより、接続用繊維４を第１部品２および第２部品３に対してより強固に保持することが可能になる。
（３）例えば、接続用繊維４は、接着層９に埋め込まれる。
接続用繊維４が接着層９に埋め込まれることにより、第１部品２と第２部品３とが接着層９を介して接着された状態において、接続用繊維４（中間部４ｃ）が露出しないようにすることができる。
（４）接続用繊維４は、接着層９を迂回して配置されてもよい。
接続用繊維４が接着層９を迂回して配置されることにより、接続用繊維４（中間部４ｃ）が第１部品２と第２部品３との接着の妨げとならないようにすることができる。
（５）例えば、第１部品２は、車両の外板パネルであり、第２部品３は、外板パネルを車両の車体に取り付けるためのブラケットである。
車両の外板パネルまたはブラケットへの比較的大きな荷重の入力により外板パネルとブラケットとの接続（接着剤による接着）が解除された場合であっても、外板パネルとブラケットとが分離してしまうことを抑制することができる。
（６）本実施形態に係る繊維強化樹脂製部品１の製造方法は、接続用繊維４の一端部４ａを第１繊維層５間に挟み込み、接続用繊維４の他端部４ｂを第２繊維層７間に挟み込むことにより、接続用繊維４の中間部４ｃを露出させる工程を備える。この製造方法は、接続用繊維４の中間部４ｃにはマトリックス樹脂６，８を含浸させずに、第１繊維層５および第２繊維層７にマトリックス樹脂６，８を含浸させる工程と、マトリックス樹脂６，８を固化させる工程と、をさらに備える。
このようにすることにより、繊維強化樹脂製部品１を効率よく製造することが可能である。特に、接続用繊維４の一端部４ａが第１繊維層５間に挟持され、接続用繊維４の他端部４ｂが第２繊維層７間に挟持されるため、接続用繊維４を第１部品２および第２部品３に対して比較的強固に保持することが可能になる。
（７）例えば、接続用繊維４の中間部４ｃにシール部材１１を配設することにより、接続用繊維４の中間部４ｃにはマトリックス樹脂６，８を含浸させないようにする。
このようにすることにより、第１繊維層５および第２繊維層７にマトリックス樹脂６，８を含浸させる一方で、接続用繊維４の中間部４ｃにはマトリックス樹脂６，８を含浸させないようにすることが可能である。
（８）接続用繊維４の中間部４ｃを脆性樹脂１２によって被覆することにより、接続用繊維４の中間部４ｃにはマトリックス樹脂６，８を含浸させないようにしてもよい。
このようにすることによっても、第１繊維層５および第２繊維層７にマトリックス樹脂６，８を含浸させる一方で、接続用繊維４の中間部４ｃにはマトリックス樹脂６，８を含浸させないようにすることが可能である。
（９）接続用繊維４の中間部４ｃを軟性樹脂１３によって被覆することにより、接続用繊維４の中間部４ｃにはマトリックス樹脂６，８を含浸させないようにしてもよい。
このようにすることによっても、第１繊維層５および第２繊維層７にマトリックス樹脂６，８を含浸させる一方で、接続用繊維４の中間部４ｃにはマトリックス樹脂６，８を含浸させないようにすることが可能である。
以上、実施例に沿って本発明の内容を説明したが、本発明はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変形および改良が可能であることは、当業者には自明である。
１ 繊維強化樹脂製部品
２ 第１部品
３ 第２部品
４ 接続用繊維
４ａ 一端部（第１部品接続部）
４ｂ 他端部（第２部品接続部）
４ｃ 中間部
５ 第１繊維層
６ マトリックス樹脂（第１樹脂）
７ 第２繊維層
８ マトリックス樹脂（第２樹脂）
９ 接着層
１１ シール部材
１２ 脆性樹脂
１３ 軟性樹脂

Claims (8)

  1. 複数層の第１繊維層および前記第１繊維層に含浸されるマトリックス樹脂を有する第１部品と、
    前記第１部品に接着層を介して接着される第２部品と、
    前記第１部品と前記第２部品とを接続する接続用繊維と、を備え、
    前記第２部品は、複数層の第２繊維層および前記第２繊維層に含浸されるマトリックス樹脂を有し、
    前記第１繊維層は、繊維を層状に複数層積層して成る前記第１繊維層の積層方向外側の層である外層と、外層と外層とに挟持された中間層とを有して構成され、前記接続用繊維の一端部が前記第１繊維層の中間層に配置され、前記第２繊維層は、繊維を層状に複数層積層して成る前記第２繊維層の積層方向外側の層である外層と、外層と外層とに挟持された中間層とを有して構成され、前記接続用繊維の他端部が前記第２繊維層の中間層に配置される
    ことを特徴とする繊維強化樹脂製部品の接続構造。
  2. 前記接続用繊維は、前記接着層に埋め込まれることを特徴とする請求項１に記載の繊維強化樹脂製部品の接続構造。
  3. 前記接続用繊維は、前記接着層を迂回して配置されることを特徴とする請求項１に記載の繊維強化樹脂製部品の接続構造。
  4. 前記第１部品は、車両の外板パネルであり、前記第２部品は、前記外板パネルを前記車両の車体に取り付けるためのブラケットであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂製部品の接続構造。
  5. 複数層の第１繊維層および前記第１繊維層に含浸されるマトリックス樹脂を有する第１部品と、複数層の第２繊維層および前記第２繊維層に含浸されるマトリックス樹脂を有する第２部品と、前記第１部品と前記第２部品とを接続する接続用繊維と、を備える繊維強化樹脂製部品を製造する方法において、
    繊維を層状に複数層積層して成る前記第１繊維層の積層方向外側の層である外層と、外層と外層とに挟持された中間層とを有する前記第１繊維層を形成し、前記接続用繊維の一端部を前記第１繊維層の中間層に配置し、繊維を層状に複数層積層して成る前記第２繊維層の積層方向外側の層である外層と、外層と外層とに挟持された中間層とを有する前記第２繊維層を形成し、前記接続用繊維の他端部を前記第２繊維層の中間層に配置することにより、前記接続用繊維における前記一端部と前記他端部との間の中間部を前記第１繊維層および前記第２繊維層から露出させる工程と、
    前記接続用繊維の前記中間部には前記マトリックス樹脂を含浸させずに、前記第１繊維層および前記第２繊維層に前記マトリックス樹脂を含浸させる工程と、
    前記マトリックス樹脂を固化させる工程と、を備える
    ことを特徴とする繊維強化樹脂製部品の製造方法。
  6. 前記接続用繊維の前記中間部にシール部材を配設することにより、前記接続用繊維の前記中間部には前記マトリックス樹脂を含浸させないことを特徴とする請求項５に記載の繊維強化樹脂製部品の製造方法。
  7. 前記接続用繊維の前記中間部を脆性樹脂によって被覆することにより、前記接続用繊維の前記中間部には前記マトリックス樹脂を含浸させないことを特徴とする請求項５に記載の繊維強化樹脂製部品の製造方法。
  8. 前記接続用繊維の前記中間部を軟性樹脂によって被覆することにより、前記接続用繊維の前記中間部には前記マトリックス樹脂を含浸させないことを特徴とする請求項５に記載の繊維強化樹脂製部品の製造方法。
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