WO2020218040A1 - 構造材 - Google Patents

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Publication number
WO2020218040A1
WO2020218040A1 PCT/JP2020/016217 JP2020016217W WO2020218040A1 WO 2020218040 A1 WO2020218040 A1 WO 2020218040A1 JP 2020016217 W JP2020016217 W JP 2020016217W WO 2020218040 A1 WO2020218040 A1 WO 2020218040A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
mounting plate
forming portion
fiber
structural material
main body
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/016217
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
安江雅彦
神谷隆太
Original Assignee
株式会社豊田自動織機
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社豊田自動織機 filed Critical 株式会社豊田自動織機
Publication of WO2020218040A1 publication Critical patent/WO2020218040A1/ja

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/06—Fibrous reinforcements only
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R19/00—Wheel guards; Radiator guards, e.g. grilles; Obstruction removers; Fittings damping bouncing force in collisions
    • B60R19/02—Bumpers, i.e. impact receiving or absorbing members for protecting vehicles or fending off blows from other vehicles or objects
    • B60R19/24—Arrangements for mounting bumpers on vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D21/00—Understructures, i.e. chassis frame on which a vehicle body may be mounted
    • B62D21/15—Understructures, i.e. chassis frame on which a vehicle body may be mounted having impact absorbing means, e.g. a frame designed to permanently or temporarily change shape or dimension upon impact with another body
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D29/00—Superstructures, understructures, or sub-units thereof, characterised by the material thereof
    • B62D29/04—Superstructures, understructures, or sub-units thereof, characterised by the material thereof predominantly of synthetic material
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D03—WEAVING
    • D03D—WOVEN FABRICS; METHODS OF WEAVING; LOOMS
    • D03D1/00—Woven fabrics designed to make specified articles
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D03—WEAVING
    • D03D—WOVEN FABRICS; METHODS OF WEAVING; LOOMS
    • D03D11/00—Double or multi-ply fabrics not otherwise provided for

Definitions

  • the present invention relates to a structural material including a structural material main body and a connecting portion provided on the structural material main body and used for connecting the members to be connected.
  • the crash box as an example of a lightweight structural material is placed between the bumper and the front side member. This crash box absorbs impact energy by breaking when it receives an excessive impact load. Some such crash boxes are made of a fiber-reinforced composite material having an excellent energy absorption capacity. Further, as a connecting structure between the crash box and the front side member, a fastening bolt is inserted into a bolt insertion hole formed in a flange of each of the crash box and the front side member, and a fastening nut is inserted into the fastening bolt. The fastening structure for screwing the bolts is common.
  • the crash box disclosed in Patent Document 1 is made of a fiber-reinforced composite material in which a fiber structure made of a multilayer woven fabric is used as a reinforced base material and a matrix resin is composited with the fiber structure.
  • the crash box of Patent Document 1 has a tubular portion as a structure main body formed in a substantially square tubular shape, and a flange as a connecting portion provided at an end portion of the tubular portion near the front side member. Then, the crash box and the front side member are connected by fastening both flanges to the bracket.
  • An object of the present invention is to provide a structural material capable of suppressing bending of a structural material main body near a connecting portion.
  • the structural material for solving the above problems is a structural material connected to the connected member, and is a connecting portion provided in the structural material main body and used for connecting the connected member.
  • the connecting portion is provided with a first mounting plate to be fastened to the connected member, a second mounting plate to be mounted on the side surface of the structural material main body and intersecting the first mounting plate, and the first. It is obliquely bridged between the 1 mounting plate and the 2nd mounting plate, and has ribs that intersect each of the 1st mounting plate and the 2nd mounting plate, and the connecting portion is a fiber made of a fiber bundle.
  • the gist is that the fiber bundles are continuously extended over the same period.
  • the ribs are bridged between the second mounting plate attached to the side surface of the structural material main body and the first mounting plate to be fastened to the connected member.
  • the fiber bundle constituting the rib extends continuously to both the first mounting plate and the second mounting plate. Therefore, both the portion where the rib and the first mounting plate intersect and the portion where the rib and the second mounting plate intersect can be reinforced by the fiber bundle.
  • the strength of the rib can be increased, and even if a moment load is applied to the structural material main body, the rib can prevent the portion of the structural material main body near the first mounting plate from bending.
  • the fiber structure is formed by stacking fiber layers composed of the fiber bundles, and also includes a first forming portion constituting the first mounting plate, the first forming portion, and the above.
  • a rib forming portion connected by a fiber bundle to form the second mounting plate, a rib forming portion connected to the first forming portion or the second forming portion by the fiber bundle to form the rib, and the rib forming portion. It has a portion and an overlapping portion that is connected by the fiber bundle and is overlapped with the first forming portion or the second forming portion, and the overlapping portion is overlapped with the first forming portion to form the first mounting plate.
  • the first forming portion when the overlapping portion is overlapped with the second forming portion to form the second mounting plate and the direction in which the fiber layers overlap in the fiber structure is the stacking direction, the first forming portion, the said.
  • the dimensions of the overlapping portion and the second forming portion in the stacking direction may be smaller than the dimensions of the structural material main body in the stacking direction.
  • the rib and the fiber bundle are connected in the first mounting plate formed from the first forming portion to which the rib forming portion is connected or the second mounting plate formed from the second forming portion to which the rib forming portion is connected.
  • the rib and the fiber bundle are connected by overlapping the overlapping portions.
  • the structural material main body and the connecting portion may be a fiber-reinforced composite material in which the fiber structure integrally woven by the fiber bundle and the matrix material are composited.
  • the structural material main body and the connecting portion are made into separate members, the work of integrating the structural material main body and the connecting portion becomes unnecessary, and the productivity of the structural material can be improved.
  • the structural material main body and the connecting portion may be separate members.
  • bending of the structural material body near the connecting portion can be suppressed.
  • the perspective view which shows the connecting part. The figure which shows typically the fiber structure.
  • the plan view which shows the connecting part forming part. The figure which shows typically the fiber structure of the 1st mounting plate and a rib.
  • FIGS. 1 to 9 In the following description, “front”, “rear”, “left”, “right”, “up”, and “down” are based on the state in which the driver of the vehicle faces the front (forward direction) of the vehicle. It means “front”, “rear”, “left”, “right”, “top”, and “bottom” when. The left-right direction coincides with the vehicle width direction.
  • a crash box 20 as a structural material is fixed to a pair of left and right front side members 11 (connected members) constituting the vehicle body at the rear ends in the front-rear direction of the vehicle. ..
  • a front bumper 12 is fixed to the front end of both crash boxes 20 in the vehicle front-rear direction.
  • the crash box 20 is formed in a substantially tubular shape, and is provided so that the axial direction in which the central axis L of the cylinder extends extends in the front-rear direction of the vehicle.
  • the crash box 20 is fixed to a flange 14 provided at the front end of the front side member 11 in the front-rear direction of the vehicle via a fastening bolt 15 and a fastening nut 16.
  • the crash box 20 has a substantially square tubular structural material main body 22 and a pair of connecting portions 30 provided at the rear ends of the structural material main body 22.
  • the structural material main body 22 and the connecting portion 30 are fiber-reinforced composite materials in which a fiber structure integrally woven by continuous fibers as a fiber bundle and a matrix material are composited.
  • the connecting portion 30 is fixed to a pair of side surfaces 23 facing each other in the square cylinder of the structural material main body 22.
  • Each connecting portion 30 includes a first mounting plate 31 that is fastened to the front side member 11 and fastens the crash box 20 to the front side member 11, and a second mounting plate 32 for mounting the connecting portion 30 to the structural material main body 22.
  • a pair of ribs 33 obliquely bridged to the first mounting plate 31 and the second mounting plate 32.
  • the connecting portion 30 is provided on the structural material main body 22 and is used for connecting to the front side member 11.
  • the first mounting plate 31 has a rectangular plate shape.
  • the first mounting plate 31 includes a pair of first edge portions 31a extending in a direction orthogonal to the side surface 23 of the structural material main body 22.
  • the first mounting plate 31 includes a pair of second edge portions 31b that connect the ends of the pair of first edge portions 31a to each other.
  • a fastening hole 31c is formed in the first mounting plate 31.
  • the fastening bolt 15 inserted into the fastening hole 31c penetrates the flange 14 at the front end of the front side member 11, and the fastening nut 16 is screwed into the fastening bolt 15 that penetrates the flange 14.
  • the crash box 20 is connected to the front side member 11 by screwing the fastening bolt 15 and the fastening nut 16.
  • the second mounting plate 32 has a rectangular plate shape.
  • the second mounting plate 32 includes a pair of first edge portions 32a extending in the axial direction of the structural material main body 22. Further, each first edge portion 32a is connected to each first edge portion 31a of the first mounting plate 31.
  • the second mounting plate 32 includes a pair of second edge portions 32b that connect the ends of the pair of first edge portions 32a. Of the pair of second edge portions 32b of the second mounting plate 32, the second edge portion 32b closer to the first mounting plate 31 is also one of the second edge portions 31b of the first mounting plate 31.
  • the nut 35 is screwed into the bolt 34 penetrating the second mounting plate 32 and the side surface 23, and the second mounting plate 32 is mounted on the side surface 23, so that the connecting portion 30 is integrally attached to the side surface 23.
  • the second mounting plate 32 intersects the first mounting plate 31.
  • Each rib 33 has a triangular plate shape. Each rib 33 is bridged so as to connect each first edge portion 31a of the first mounting plate 31 and each first edge portion 32a of the second mounting plate 32. Each rib 33 has one end of each first edge portion 31a of the first mounting plate 31 separated from the second mounting plate 32, and both ends of each first edge portion 32a of the second mounting plate 32. 1 It has an oblique side portion 33a that connects one end away from the mounting plate 31. Then, each rib 33 suppresses the relative approach between the first mounting plate 31 and the second mounting plate 32. Each rib 33 intersects the first mounting plate 31 and the second mounting plate 32, respectively.
  • the first mounting plate 31 is a rectangular plate-shaped connecting piece 61 extending in a direction orthogonal to the side surface 23 from the edge 23a of the side surface 23 of the structural material main body 22, and a flange 14 for the connecting piece 61. It is composed of a rectangular plate-shaped first forming portion 62 bent along the second boundary line L2 so as to be overlapped on the opposite side.
  • the extending direction of the edge 23a of the side surface 23 is defined as the first direction X1
  • the direction orthogonal to the first direction X1 is defined as the second direction X2.
  • the shape of the connecting piece 61 in a plan view is the same as the shape of the first mounting plate 31 in a plan view.
  • the connecting piece 61 is bent with respect to the structural material main body 22 along the first boundary line L1 extending in the first direction X1.
  • the dimension from the first boundary line L1 to the second boundary line L2 along the second direction X2, that is, the dimension of the connecting piece 61 in the second direction X2 is the dimension of the first edge portion 31a of the first mounting plate 31. Is almost the same as.
  • the dimensions of the first boundary line L1 and the second boundary line L2 are substantially the same as the dimensions of the second edge portion 31b of the first mounting plate 31.
  • the shape of the first forming portion 62 in a plan view is the same as the shape of the first mounting plate 31 in a plan view. Further, the first forming portion 62 is bent along the second boundary line L2, which is a boundary line with the connecting piece 61, and is overlapped with the connecting piece 61.
  • the dimension from the first boundary line L1 to the second boundary line L2 along the second direction X2, that is, the dimension of the first forming portion 62 in the second direction X2 is the first edge portion 31a of the first mounting plate 31. It is almost the same as the size of.
  • the second mounting plate 32 is composed of a second forming portion 63 connected to the first forming portion 62 and an overlapping portion 65, which will be described later, superimposed on the second forming portion 63.
  • the second forming portion 63 is bent along the third boundary line L3, which is a boundary line with the first forming portion 62, and is overlapped with the side surface 23 of the structural material main body 22.
  • the second forming portion 63 has a rectangular shape in a side view.
  • the dimension from the third boundary line L3 along the axial direction to the tip of the second forming portion 63 is substantially the same as the dimension of the first edge portion 32a of the second mounting plate 32. Further, the dimension of the third boundary line L3 in the first direction X1 is substantially the same as the dimension of the second edge portion 32b of the second mounting plate 32.
  • the rib 33 is formed by a triangular plate-shaped rib forming portion 64 extending from both ends of the first direction X1 of the first forming portion 62.
  • the rib forming portion 64 is bent along a fourth boundary line L4 which is a boundary line with the first forming portion 62.
  • the dimensions of the fourth boundary line L4 are the same as the dimensions of the first edge portion 31a of the first mounting plate 31.
  • the overlapping portion 65 is formed in the rib forming portion 64, and the overlapping portion 65 is bent along a fifth boundary line L5 which is a boundary line with the rib forming portion 64.
  • each overlapping portion 65 is overlapped with the second forming portion 63.
  • the size of the fifth boundary line L5 is the same as that of the first edge portion 32a of the second mounting plate 32.
  • the fiber structure 21 of the crash box 20 is formed by laminating a plurality of fiber layers.
  • the direction in which the fiber layers overlap is defined as the stacking direction Y of the fiber structure 21.
  • the fiber structure 21 has a weft thread 26, a warp thread 27, and an interlayer bonding thread 28.
  • the fiber structure 21 is a multi-layer woven fabric formed by a multi-layer weave.
  • the weft 26 and the warp 27 extend in directions orthogonal to each other.
  • the direction in which the weft 26 extends is the first direction X1, and the direction in which the warp 27 extends is the second direction X2.
  • the weft thread 26, the warp thread 27, and the interlayer bonding thread 28 are fiber bundles formed by bundling fibers and are continuous fibers.
  • an organic fiber or an inorganic fiber may be used, or a different kind of organic fiber, a different kind of inorganic fiber, or a mixed fiber obtained by mixing an organic fiber and an inorganic fiber may be used.
  • Examples of the type of organic fiber include aramid fiber, poly-p-phenylene benzobisoxazole fiber, ultra-high molecular weight polyethylene fiber and the like, and examples of the type of inorganic fiber include carbon fiber, glass fiber and ceramic fiber.
  • the fiber structure 21 before folding includes a portion for forming the structural material main body 22 and a connecting portion forming portion 60 for forming the connecting portion 30.
  • the structural material main body 22 is formed by shaping a part of the fiber structure 21 into a square cylinder shape.
  • the connecting portion 30 is formed by folding the connecting portion forming portion 60 of the fiber structure 21.
  • the connecting portion forming portion 60 before folding is formed by cutting a part of the fiber structure 21.
  • the connecting portion forming portion 60 includes the connecting piece 61, a first forming portion 62, a second forming portion 63, a rib forming portion 64, and an overlapping portion 65.
  • the connecting piece 61 is connected to the structural material main body 22 by a warp 27.
  • the first forming portion 62 is connected to the connecting piece 61 by a warp 27.
  • the second forming portion 63 is connected to the first forming portion 62 by a warp 27. Therefore, the connecting piece 61, the first forming portion 62, and the second forming portion 63 are connected by the warp 27.
  • the rib forming portion 64 is connected to the first forming portion 62 by a weft 26.
  • Each overlapping portion 65 is connected to the rib forming portion 64 by a warp 27.
  • the connecting portion forming portion 60 includes a first boundary line L1 at the boundary with the portion to be the structural material main body 22, and a second boundary line L2 at the boundary between the connecting piece 61 and the first forming portion 62. Further, the connecting portion forming portion 60 includes a third boundary line L3 at the boundary between the first forming portion 62 and the second forming portion 63, and a fourth boundary at the boundary between the first forming portion 62 and each rib forming portion 64. A line L4 is provided. The connecting portion forming portion 60 includes a fifth boundary line L5 at the boundary between each overlapping portion 65 and the rib forming portion 64.
  • the weft layer formed by arranging a plurality of wefts 26 in parallel with each other in the second direction X2 and the warp 27 in parallel with each other in the first direction X1. It has a plurality of warp threads formed side by side. The weft layer and the warp layer overlap in the stacking direction Y.
  • the fiber structure 21 has a small number of layers in the connecting portion forming portion 60, unlike the number of fiber layers in the portion forming the structural material main body 22 and the number of fiber layers in the connecting portion forming portion 60.
  • the weft layer of the structural material main body 22 includes a first weft layer 41, a second weft layer 42 that overlaps with the first weft layer 41 in the stacking direction Y, and a stacking direction Y. It has a third weft layer 43 that overlaps with the second weft layer 42, and a fourth weft layer 44 that overlaps with the third weft layer 43 in the stacking direction Y.
  • the warp layers of the structural material main body 22 include a first warp layer 51 between the first weft layer 41 and the second weft layer 42 in the stacking direction Y, and the second weft layer 42 and the third weft layer in the stacking direction Y. It has a second warp layer 52 between the layers 43 and a third warp layer 53 between the third weft layer 43 and the fourth weft layer 44 in the stacking direction Y.
  • the first weft layer 41, the first warp layer 51, the second weft layer 42, the second warp layer 52, the third weft layer 43, and the third warp layer. 53 and the fourth weft layer 44 are laminated in this order.
  • the first to fourth weft layers 41 to 44 and the first to third warp layers 51 to 53 are constrained in the stacking direction Y by a plurality of interlayer bonding threads 28.
  • the second weft layer 42 and the third weft layer 43 are not wefted. Therefore, in the connecting portion forming portion 60, the first weft layer 41, the first warp layer 51, the second warp layer 52, the third warp layer 53, and the fourth weft layer 44 are formed from one end to the other end in the stacking direction Y. They are stacked in the order of. The first and fourth weft layers 41 and 44 and the first to third warp layers 51 to 53 are constrained in the stacking direction Y by the interlayer binding yarn 28 common to the structural material main body 22.
  • the connecting portion forming portion 60 is crushed in the stacking direction Y by the amount that the second weft layer 42 and the third weft layer 43 do not exist, and the dimension in the stacking direction Y is smaller than that of the structural material main body 22. That is, the dimensions of the first forming portion 62, the second forming portion 63, and the overlapping portion 65 in the stacking direction Y are smaller than the dimensions of the structural material main body 22 in the stacking direction Y.
  • the connecting portion 30 is formed by folding the connecting portion forming portion 60.
  • the first mounting plate 31 of the connecting portion 30 is formed by polymerizing the connecting piece 61 and the first forming portion 62. Therefore, the fiber layers of the first mounting plate 31 include the first and fourth weft layers 41 and 44 of the connecting piece 61, the first to third warp layers 51 to 53, and the first and first forming portions 62. It is composed of four weft layers 41 and 44 and first to third warp layers 51 to 53, for a total of 10 layers.
  • weft 26 is continuous between the first mounting plate 31 and the rib 33, and the weft 26 and the rib 33 are bent at the fourth boundary line L4 which is the boundary between the first mounting plate 31 and the rib 33. It extends over the first mounting plate 31 and connects the rib 33 and the first mounting plate 31.
  • the second mounting plate 32 of the connecting portion 30 is formed by overlapping the second forming portion 63 and the overlapping portion 65. Therefore, the fiber layers of the second mounting plate 32 include the first and fourth weft layers 41 and 44 of the second forming portion 63, the first to third warp layers 51 to 53, and the first and first overlapping portions 65. It is composed of four weft layers 41 and 44 and first to third warp layers 51 to 53, for a total of 10 layers. Further, the weft thread 26 is continuous between the second mounting plate 32 and the rib 33, and the weft thread 26 and the rib 33 are bent at the fifth boundary line L5 which is the boundary between the second mounting plate 32 and the rib 33. It extends over the second mounting plate 32 and connects the rib 33 and the second mounting plate 32.
  • the rib 33 of the connecting portion 30 is formed by the rib forming portion 64. Therefore, the fiber layer of the rib 33 is composed of the first and fourth weft layers 41 and 44 and the first to third warp layers 51 to 53, for a total of five layers.
  • the connecting piece 61 is valley-folded along the first boundary line L1
  • the second forming portion 63 is mountain-folded along the third boundary line L3
  • the second forming portion 62 is second with respect to the first forming portion 62.
  • the forming portion 63 is made orthogonal to each other.
  • Each rib forming portion 64 is mountain-folded along the fourth boundary line L4, and each rib forming portion 64 is orthogonal to the first forming portion 62.
  • each overlapping portion 65 is mountain-folded along the fifth boundary line L5, the overlapping portion 65 is orthogonal to each rib forming portion 64, and each overlapping portion 65 is relative to the second forming portion 63. It is polymerized in the stacking direction Y. Then, the second forming portion 63 and the pair of overlapping portions 65 are laminated to form the second mounting plate 32, and the rib 33 is formed by each rib forming portion 64.
  • the first forming portion 62 is valley-folded along the second boundary line L2, and the first forming portion 62 is overlapped with the connecting piece 61. Then, the connecting piece 61 and the first forming portion 62 overlap each other to form the first mounting plate 31. As a result, the first mounting plate 31, the second mounting plate 32, and the rib 33 are formed, and the connecting portion 30 is formed.
  • the second mounting plate 32 is fastened to the side surface 23 of the structural material main body 22 with bolts 34 and nuts 35 to fix the structural material main body 22 and the connecting portion 30. Further, the crash box 20 is manufactured by drilling the fastening hole 31c in the first mounting plate 31.
  • the fastening bolt 15 inserted into the fastening hole 31c of the first mounting plate 31 is passed through the flange 14 of the front side member 11 and fastened to the fastening bolt 15. It is fastened to the front side member 11 by screwing the nut 16.
  • the operation of the crash box 20 will be described.
  • an impact is applied to the front bumper 12 of the vehicle, an excessive impact load is applied to the crash box 20.
  • the crash box 20 is destroyed by receiving an impact load and absorbs impact energy.
  • a moment load is applied to the structural material main body 22, but the rib 33 suppresses bending of the portion of the structural material main body 22 near the first mounting plate 31.
  • the connecting portion 30 of the crash box 20 includes ribs 33 bridged between the first mounting plate 31 and the second mounting plate 32 while being formed using the fiber structure 21 as a reinforcing base material.
  • the weft 26 forming the rib 33 extends continuously to the first mounting plate 31 intersecting the rib 33 and continuously extends to the second mounting plate 32 intersecting the rib 33. Therefore, the weft 26 can reinforce the intersecting portion of the rib 33 and the first mounting plate 31 and the rib 33 and the second mounting plate 32, and the strength of the rib 33 with respect to the load can be increased.
  • the crash box 20 when the crash box 20 receives an impact load, even if a moment load is applied to the structural material main body 22, the rib 33 bends the portion of the structural material main body 22 near the first mounting plate 31. Can be suppressed. As a result, the crash box 20 can suitably absorb the impact energy.
  • a rib 33 was provided in order to suppress bending of the portion of the structural material main body 22 near the first mounting plate 31, and the rib 33 was formed of a fiber bundle. Therefore, for example, in order to suppress bending of the portion of the structural material main body 22 near the first mounting plate 31, the weight of the crash box 20 can be reduced as compared with the case where the first mounting plate 31 is made of metal. it can.
  • the structural material main body 22 and the connecting portion 30 are formed of a fiber-reinforced composite material using the fiber structure 21 integrally woven by the fiber bundle as a reinforcing base material. Therefore, for example, unlike the case where the structural material main body 22 and the connecting portion 30 are made into separate members, the work of integrating the structural material main body 22 and the connecting portion 30 becomes unnecessary, and the productivity of the crash box 20 can be improved. it can.
  • the number of fiber layers of the connecting portion forming portion 60 for forming the connecting portion 30 is smaller than the number of fiber layers than the portion serving as the structural material main body 22.
  • the overlapping portion 65 is overlapped with the second forming portion 63.
  • the second mounting formed by the second forming portion 63 and the overlapping portion 65 is formed. The number of fiber layers of the plate 32 can be reduced, and the weight of the connecting portion 30 and eventually the crash box 20 can be reduced.
  • the fiber structure 21 is formed by a multi-layer weave, the number of fiber layers can be easily changed between the connecting portion forming portion 60 and the portion serving as the structural material main body 22 in the fiber structure 21. Can be done. As a result, the thickness of the connecting portion 30 and the thickness of the structural material main body 22 can be easily adjusted.
  • the connecting portion 69 may be formed as a separate member from the structural material main body 22.
  • the structural material main body 22 is made of metal constituting the bumper.
  • the fiber structure 70 as the reinforcing base material constituting the connecting portion 69 is different from the connecting portion forming portion 60 of the fiber structure 21 described in the above embodiment, except that there is no connecting piece 61. It has the same shape.
  • the fiber structure 70 includes a first forming portion 71, a second forming portion 72, a rib forming portion 73, and an overlapping portion 74.
  • the first forming portion 71 and the second forming portion 72 are connected by a warp 27.
  • the rib forming portion 73 is connected to the second forming portion 72 by a weft thread 26.
  • Each overlapping portion 74 is connected to the rib forming portion 73 by a warp 27.
  • the first mounting plate 31 is formed by overlapping the first forming portion 71 and the overlapping portion 74
  • the second mounting plate 32 is formed by the second forming portion 72
  • the rib 33 is formed by the rib forming portion 73.
  • the weft thread 26 extends over the overlapping portion 74 and the rib forming portion 73 forming the first mounting plate 31, and connects the first mounting plate 31 and the rib 33. Further, the weft thread 26 extends over the second forming portion 72 and the rib forming portion 73, and connects the second forming portion 72 and the rib forming portion 73.
  • the first mounting plate 31 is formed by overlapping the first forming portion 71 and the overlapping portion 74. Therefore, the number of fiber layers of the first forming portion 71 and the overlapping portion 74 is smaller than the number of fibers of the other second forming portion 72 and the rib forming portion 73.
  • the second forming portion 72 and the rib forming portion 73 are composed of the first to fourth weft layers 41 to 44 and the first to third warp layers 51 to 53. ing.
  • the first forming portion 71 and the overlapping portion 65 are composed of the third and fourth weft layers 43 and 44 and the third warp layer 53. That is, unlike the above embodiment, when the first forming portion 71 and the overlapping portion 74 are formed, the number of wefts 26 to be wefted is reduced, and the number of warp threads 27 is cut to reduce the number.
  • the nut 35 is screwed into the bolt 34 penetrating the second mounting plate 32 and the side surface 23, and the connecting portion 30 is integrally attached to the side surface 23.
  • the structural material main body 22 and the connecting portion 30 can be made of metal.
  • the connecting portion 30 is made of a fiber-reinforced composite material using the fiber structure 70 as a reinforcing base material. Therefore, the weight of the structural material can be reduced by the connecting portion 30 as compared with the case where the entire structural material is made of metal.
  • the method of folding the connecting portion forming portion 60 to form the connecting portion 30 is not limited to the embodiment, and may be appropriately changed.
  • the number of weft layers and warp layers may be appropriately changed.
  • the fiber structures 21 and 70 may be a laminated woven fabric in which fiber layers such as plain weave, satin weave, and twill weave are laminated and bonded with an interlayer binding thread 28.
  • the weft 26, the warp 27, and the interlayer binding yarn 28 are continuous fiber bundles, but may be short fiber bundles.
  • the connecting portion 30 may be installed at three or four locations on the structural material main body 22.
  • the installation location of the connecting portion 30 may be appropriately changed according to the shape of the structural material main body 22.
  • the second mounting plate 32 of the connecting portion 30 and the side surface 23 of the structural material main body 22 do not have to be bolted, and may be bonded or screwed with an adhesive, for example.
  • the structural material having the structural material main body 22 and the connecting portion 30 may be a structural member of an aircraft or a vehicle.
  • the crash box 20 may be provided between the bumper reinforcement and the rear side member in the rear structure of the vehicle body. In this case, the connected member becomes a rear side member.
  • the connected member does not have to be provided with a flange.
  • the connecting portion 30 may be fastened to the front end surface of the front side member 11.
  • the matrix material may be ceramics or metal.
  • the structural material is a crash box.
  • Y Lamination direction 11 Front side member as a member to be connected 20 Crash box as a structural material 22 Structural material body 23 Side surface 26 Weft as a fiber bundle 27 Warp as a fiber bundle 30 Connecting part 31 First mounting plate 32 Second mounting plate 33 Ribs 41 to 44 1st to 4th weft layers as fiber layers 51 to 53 1st to 3rd warp layers as fiber layers 62,71 1st forming part 63,72 2nd forming part 64,73 Rib forming part 65,74 Overlapping part

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Abstract

クラッシュボックス(２０)は、構造材本体(２２)と、フロントサイドメンバ(１１)との連結に使用される連結部(３０)と、を備える。連結部(３０)は、フロントサイドメンバ(１１)のフランジ(１４)に締結される第１取付板(３１)と、構造材本体(２２)の側面に取り付けられるとともに第１取付板(３１)に交差する第２取付板(３２)と、第１取付板(３１)と第２取付板(３２)とに斜めに架け渡されるとともに、第１取付板(３１)及び第２取付板(３２)それぞれに交差するリブ(３３)と、を有する。連結部(３０)は、繊維束からなる繊維構造体(２１)とマトリックス材料とを複合化させた繊維強化複合材である。第１取付板(３１)とリブ(３３)に亘って緯糸(２６)が連続して延びているとともに、第２取付板(３２)とリブ(３３)に亘って緯糸(２６)が連続して延びている。

Description

構造材
　本発明は、構造材本体と、構造材本体に設けられ被連結部材との連結に使用される連結部と、を備える構造材に関する。
　軽量な構造材の一例としてのクラッシュボックスは、バンパとフロントサイドメンバとの間に配置されている。このクラッシュボックスは、過大な衝撃荷重を受けた場合に、破壊することにより衝撃エネルギーを吸収する。このようなクラッシュボックスとしては、優れたエネルギー吸収能力を有する繊維強化複合材で構成されているものがある。また、クラッシュボックスとフロントサイドメンバとの連結構造としては、クラッシュボックス、及びフロントサイドメンバのそれぞれが有するフランジに形成されたボルト挿通孔に締結用ボルトを挿通し、この締結用ボルトに締結用ナットを螺合する締結構造が一般的である。
　例えば、特許文献１に開示のクラッシュボックスは、多層織物製の繊維構造体を強化基材とし、その繊維構造体にマトリックス樹脂を複合化した繊維強化複合材製である。また、特許文献１のクラッシュボックスは、略四角筒状に形成された構造体本体としての筒部と、筒部におけるフロントサイドメンバ寄りの端部に設けられた連結部としてのフランジとを有する。そして、クラッシュボックスとフロントサイドメンバとは両方のフランジをブラケットに締結して連結されている。
特開２０１７－２０９８９７号公報
　ところが、クラッシュボックスが衝撃荷重を受けたときに筒部にモーメント荷重が加わると、筒部におけるフランジ寄りの部分が屈曲してしまう虞がある。
　本発明の目的は、構造材本体における連結部寄りでの屈曲を抑制できる構造材を提供することにある。
　上記問題点を解決するための構造材は、被連結部材に連結される構造材であって、構造材本体と、前記構造材本体に設けられ前記被連結部材との連結に使用される連結部と、を備え、前記連結部は、前記被連結部材に締結される第１取付板と、前記構造材本体の側面に取り付けられるとともに前記第１取付板に交差する第２取付板と、前記第１取付板と前記第２取付板とに斜めに架け渡されるとともに、前記第１取付板及び前記第２取付板それぞれに交差するリブと、を有し、前記連結部は、繊維束からなる繊維構造体とマトリックス材料とを複合化させた繊維強化複合材であり、前記第１取付板と前記リブに亘って前記繊維束が連続して延びているとともに、前記第２取付板と前記リブに亘って前記繊維束が連続して延びていることを要旨とする。
　これによれば、構造材においては、リブは、構造材本体の側面に取り付けられた第２取付板と、被連結部材と締結される第１取付板に架け渡される。そして、リブを構成している繊維束は第１取付板及び第２取付板のいずれにも連続して延びている。このため、リブと第１取付板が交差する部分、及びリブと第２取付板が交差する部分のいずれも繊維束によって補強できる。その結果、リブの強度を高め、構造材本体にモーメント荷重が加わっても、構造材本体における第１取付板寄りの部分が屈曲してしまうことをリブにより抑制できる。
　また、構造材について、前記繊維構造体は、前記繊維束で構成される繊維層を重ねて構成されるとともに、前記第１取付板を構成する第１形成部と、前記第１形成部と前記繊維束によって繋がり、前記第２取付板を構成する第２形成部と、前記第１形成部又は前記第２形成部と前記繊維束によって繋がり、前記リブを形成するリブ形成部と、前記リブ形成部と前記繊維束によって繋がり、前記第１形成部又は前記第２形成部に重ねられる重なり部と、を有し、前記第１形成部に前記重なり部が重ねられて前記第１取付板が形成される、又は前記第２形成部に前記重なり部が重ねられて前記第２取付板が形成され、前記繊維構造体において前記繊維層が重なる方向を積層方向とすると、前記第１形成部、前記重なり部及び前記第２形成部それぞれの前記積層方向への寸法は、前記構造材本体における前記積層方向への寸法よりも小さくてもよい。
　これによれば、リブ形成部の繋がる第１形成部から形成される第１取付板、又はリブ形成部の繋がる第２形成部から形成される第２取付板においては、リブと繊維束で繋がるが、リブ形成部の繋がっていない形成部から形成される取付板においては、重なり部を重ねることでリブと繊維束で繋がる。重なり部と、その重なり部と重なる形成部における積層方向への寸法を、構造材本体における積層方向への寸法より小さくすることで、重なり部が重なっても積層方向への寸法の増加量を抑えることができ、構造材の軽量化に繋げることができる。
　また、構造材について、前記構造材本体と前記連結部は、前記繊維束によって一体に製織された前記繊維構造体と前記マトリックス材料とを複合化させた繊維強化複合材であってもよい。
　これによれば、構造材本体と連結部を別部材とした場合のように、構造材本体と連結部を一体化する作業が不要となり、構造材の生産性を高めることができる。
　また、構造材について、前記構造材本体と前記連結部とは、別部材であってもよい。
　これによれば、構造材の使用目的に応じて構造材本体の材料や形状の選択幅を広げることができるとともに、連結部においては軽量化を図ることができる。
　本発明によれば、構造材本体における連結部寄りでの屈曲を抑制できる。
実施形態のフロントバンパの支持状態を示す模式平面図。 クラッシュボックス及びフロントサイドメンバを示す部分斜視図。 連結部を示す斜視図。 繊維構造体を模式的に示す図。 連結部形成部を示す平面図。 第１取付板とリブの繊維構造を模式的に示す図。 第２取付板とリブの繊維構造を模式的に示す図。 連結部形成部を折り畳んで連結部を形成する状態を示す図。 連結部形成部を折り畳んで連結部を形成する状態を示す図。 構造材本体と連結部を示す分解斜視図。 連結部の展開図。 連結部の繊維構造を模式的に示す図。
　以下、構造材をクラッシュボックスに具体化した一実施形態を図１～図９にしたがって説明する。なお、以下の説明において、「前」、「後」、「左」、「右」、「上」、「下」とは、車両の運転者が車両前方（前進方向）を向いた状態を基準とした場合の「前」、「後」、「左」、「右」、「上」、「下」のことをいう。左右方向は車幅方向と一致する。
　図１又は図２に示すように、車体を構成する左右一対のフロントサイドメンバ１１（被連結部材）には、構造材としてのクラッシュボックス２０が、それぞれ車両前後方向の後端において固定されている。両クラッシュボックス２０の車両前後方向における前端にはフロントバンパ１２が固定されている。クラッシュボックス２０は、略筒状に形成され、その筒の中心軸線Ｌの延びる軸線方向が車両前後方向に延びるように設けられている。クラッシュボックス２０は、フロントサイドメンバ１１における車両前後方向の前端に設けられたフランジ１４に、締結用ボルト１５及び締結用ナット１６を介して固定されている。
　図２に示すように、クラッシュボックス２０は、略四角筒状の構造材本体２２と、構造材本体２２の後端に設けられた一対の連結部３０とを有する。構造材本体２２及び連結部３０は、繊維束としての連続繊維によって一体に製織された繊維構造体とマトリックス材料とを複合化させた繊維強化複合材である。連結部３０は、構造材本体２２の四角筒のうち対向する一対の側面２３に固定されている。
　各連結部３０は、フロントサイドメンバ１１に締結されてクラッシュボックス２０をフロントサイドメンバ１１に締結する第１取付板３１と、連結部３０を構造材本体２２に取り付けるための第２取付板３２と、第１取付板３１及び第２取付板３２に斜めに架け渡された一対のリブ３３と、を有する。連結部３０は、構造材本体２２に設けられ、フロントサイドメンバ１１との連結に使用される。
　図３に示すように、第１取付板３１は矩形板状である。第１取付板３１は、構造材本体２２の側面２３に直交する方向に延びる一対の第１縁部３１ａを備える。第１取付板３１は、一対の第１縁部３１ａの端同士を繋ぐ一対の第２縁部３１ｂを備える。第１取付板３１には、締結孔３１ｃが形成されている。この締結孔３１ｃに挿通された締結用ボルト１５は、フロントサイドメンバ１１の前端のフランジ１４を貫通し、フランジ１４を貫通した締結用ボルト１５には締結用ナット１６が螺合されている。この締結用ボルト１５と締結用ナット１６の螺合により、クラッシュボックス２０がフロントサイドメンバ１１に連結されている。
　第２取付板３２は矩形板状である。第２取付板３２は、構造材本体２２の軸線方向に延びる一対の第１縁部３２ａを備える。また、各第１縁部３２ａは、第１取付板３１の各第１縁部３１ａに繋がる。第２取付板３２は、一対の第１縁部３２ａの端同士を繋ぐ一対の第２縁部３２ｂを備える。なお、第２取付板３２の一対の第２縁部３２ｂのうち、第１取付板３１寄りの第２縁部３２ｂは、第１取付板３１の一方の第２縁部３１ｂでもある。第２取付板３２と側面２３を貫通したボルト３４にナット３５が螺合されて第２取付板３２が側面２３に取り付けられることで、連結部３０が側面２３に一体に取り付けられている。第２取付板３２は第１取付板３１に交差している。
　各リブ３３は、三角板状である。各リブ３３は、第１取付板３１の各第１縁部３１ａと第２取付板３２の各第１縁部３２ａとを繋ぐように架け渡されている。各リブ３３は、第１取付板３１の各第１縁部３１ａの両端のうち、第２取付板３２から離れた一端と、第２取付板３２の各第１縁部３２ａの両端のち、第１取付板３１から離れた一端とを繋ぐ斜辺部３３ａを有する。そして、各リブ３３は、第１取付板３１と第２取付板３２との相対的な接近を抑制する。各リブ３３は、第１取付板３１及び第２取付板３２それぞれに交差している。
　上記第１取付板３１は、構造材本体２２における側面２３の端縁２３ａから、側面２３に対し直交する方向に延設された矩形板状の連結片６１と、この連結片６１に対しフランジ１４とは反対側に重ね合わされるように第２境界線Ｌ２に沿って折り曲げられた矩形板状の第１形成部６２とから構成されている。ここで、側面２３の端縁２３ａの延びる方向を第１方向Ｘ１とし、第１方向Ｘ１に直交する方向を第２方向Ｘ２とする。
　連結片６１の平面視での形状は第１取付板３１の平面視での形状と同じである。連結片６１は、第１方向Ｘ１に延びる第１境界線Ｌ１に沿って構造材本体２２に対し折り曲げられている。第２方向Ｘ２に沿った第１境界線Ｌ１から第２境界線Ｌ２までの寸法、つまり、連結片６１の第２方向Ｘ２への寸法は、第１取付板３１の第１縁部３１ａの寸法とほぼ同じである。また、第１境界線Ｌ１及び第２境界線Ｌ２の寸法は、第１取付板３１の第２縁部３１ｂの寸法とほぼ同じである。
　第１形成部６２の平面視での形状は、第１取付板３１の平面視での形状と同じである。また、第１形成部６２は、連結片６１との境界線である第２境界線Ｌ２に沿って折り曲げられ、連結片６１に重ねられている。第２方向Ｘ２に沿った第１境界線Ｌ１から第２境界線Ｌ２までの寸法、つまり、第１形成部６２の第２方向Ｘ２への寸法は、第１取付板３１の第１縁部３１ａの寸法とほぼ同じである。
　第２取付板３２は、第１形成部６２に繋がる第２形成部６３と、この第２形成部６３に重ねられた後述する重なり部６５とから構成されている。第２形成部６３は、第１形成部６２との境界線である第３境界線Ｌ３に沿って折り曲げられ、構造材本体２２の側面２３に重ねられている。第２形成部６３は側面視矩形状である。軸線方向に沿った第３境界線Ｌ３から第２形成部６３の先端までの寸法は、第２取付板３２の第１縁部３２ａの寸法とほぼ同じである。また、第１方向Ｘ１への第３境界線Ｌ３の寸法は、第２取付板３２の第２縁部３２ｂの寸法とほぼ同じである。
　リブ３３は、第１形成部６２の第１方向Ｘ１の両端から延設された三角板状のリブ形成部６４によって形成されている。リブ形成部６４は、第１形成部６２との境界線である第４境界線Ｌ４に沿って折り曲げられている。第４境界線Ｌ４の寸法は、第１取付板３１の第１縁部３１ａの寸法と同じである。また、リブ形成部６４には上記重なり部６５が形成され、重なり部６５は、リブ形成部６４との境界線である第５境界線Ｌ５に沿って折り曲げられている。第１形成部６２に対し折り曲げられたリブ形成部６４に対し、さらに重なり部６５を第２形成部６３に向けて折り曲げることで、各重なり部６５が第２形成部６３に重ねられている。なお、第５境界線Ｌ５の寸法は、第２取付板３２の第１縁部３２ａと同じである。
　上記クラッシュボックス２０の繊維構造体２１は、複数の繊維層が積層されて構成されている。なお、繊維層が重なる方向を繊維構造体２１の積層方向Ｙとする。
　図４に示すように、繊維構造体２１は、緯糸２６と、経糸２７と、層間結合糸２８とを有する。繊維構造体２１は、多層織りによって形成された多層織物である。緯糸２６及び経糸２７は互いに直交する方向に延びている。なお、緯糸２６が延びる方向は上記第１方向Ｘ１であり、経糸２７が延びる方向は上記第２方向Ｘ２である。
　緯糸２６、経糸２７及び層間結合糸２８は、繊維を束ねて形成された繊維束であるとともに、連続繊維である。繊維としては有機繊維や無機繊維を使用してもよいし、異なる種類の有機繊維、異なる種類の無機繊維、又は有機繊維と無機繊維を混繊した混繊繊維を使用してもよい。有機繊維の種類としては、アラミド繊維、ポリ－ｐ－フェニレンベンゾビスオキサゾール繊維、超高分子量ポリエチレン繊維等が挙げられ、無機繊維の種類としては、炭素繊維、ガラス繊維、セラミック繊維等が挙げられる。
　図５に示すように、折り畳む前の繊維構造体２１は、構造材本体２２を形成するための部分と、連結部３０を形成するための連結部形成部６０とを備える。そして、構造材本体２２は、繊維構造体２１の一部を四角筒状に整形して形成されている。また、連結部３０は、繊維構造体２１の連結部形成部６０を折り畳んで形成されている。
　折り畳む前の連結部形成部６０は、繊維構造体２１の一部を裁断して形成されている。連結部形成部６０は、上記連結片６１と、第１形成部６２と、第２形成部６３と、リブ形成部６４と、重なり部６５を備える。連結片６１は、経糸２７によって構造材本体２２と繋がっている。第１形成部６２は、経糸２７によって連結片６１と繋がっている。第２形成部６３は、経糸２７によって第１形成部６２と繋がっている。したがって、連結片６１、第１形成部６２、及び第２形成部６３は、経糸２７によって一繋がりとなっている。リブ形成部６４は、緯糸２６によって第１形成部６２と繋がっている。各重なり部６５は、経糸２７によってリブ形成部６４と繋がっている。
　連結部形成部６０は、構造材本体２２となる部分との境界に第１境界線Ｌ１を備え、連結片６１と第１形成部６２との境界に第２境界線Ｌ２を備える。また、連結部形成部６０は、第１形成部６２と第２形成部６３との境界に第３境界線Ｌ３を備え、第１形成部６２と各リブ形成部６４との境界に第４境界線Ｌ４を備える。連結部形成部６０は各重なり部６５とリブ形成部６４との境界に第５境界線Ｌ５を備える。
　図４に示すように、上記構成の繊維構造体２１は、複数本の緯糸２６が第２方向Ｘ２へ互いに平行に並んで形成された緯糸層と、経糸２７が第１方向Ｘ１へ互いに平行に並んで形成された経糸層と、を複数有する。緯糸層と経糸層とは積層方向Ｙに重なり合っている。繊維構造体２１は、構造材本体２２を形成する部分での繊維層の数と、連結部形成部６０の繊維層の数とは異なり、連結部形成部６０の層数が少ない。
　具体的には、構造材本体２２において、構造材本体２２の緯糸層としては、第１緯糸層４１と、積層方向Ｙにおいて、第１緯糸層４１と重なり合う第２緯糸層４２と、積層方向Ｙにおいて第２緯糸層４２と重なり合う第３緯糸層４３と、積層方向Ｙにおいて第３緯糸層４３と重なり合う第４緯糸層４４とを有する。
　また、構造材本体２２の経糸層としては、積層方向Ｙにおける第１緯糸層４１と第２緯糸層４２の間の第１経糸層５１と、積層方向Ｙにおける第２緯糸層４２と第３緯糸層４３の間の第２経糸層５２と、積層方向Ｙにおける第３緯糸層４３と第４緯糸層４４の間の第３経糸層５３と、を有する。
　構造材本体２２においては、積層方向Ｙの一端から他端へ第１緯糸層４１、第１経糸層５１、第２緯糸層４２、第２経糸層５２、第３緯糸層４３、第３経糸層５３、及び第４緯糸層４４の順番で積層されている。これら第１～第４緯糸層４１～４４と第１～第３経糸層５１～５３は、複数の層間結合糸２８により積層方向Ｙに拘束されている。
　連結部形成部６０においては、第２緯糸層４２及び第３緯糸層４３が緯入れされていない。このため、連結部形成部６０においては、積層方向Ｙの一端から他端へ第１緯糸層４１、第１経糸層５１、第２経糸層５２、第３経糸層５３、及び第４緯糸層４４の順番で積層されている。これら第１及び第４緯糸層４１，４４と第１～第３経糸層５１～５３は、構造材本体２２と共通の層間結合糸２８により積層方向Ｙに拘束されている。連結部形成部６０においては、第２緯糸層４２、及び第３緯糸層４３が存在しない分だけ、積層方向Ｙに押し潰されており、積層方向Ｙへの寸法が構造材本体２２より小さい。つまり、第１形成部６２、第２形成部６３、及び重なり部６５それぞれの積層方向Ｙへの寸法は、構造材本体２２における積層方向Ｙへの寸法より小さい。
　上記したように連結部３０は、上記連結部形成部６０を折り畳んで形成されている。
　図６に示すように、連結部３０の第１取付板３１は、連結片６１と第１形成部６２とが重合して形成されている。このため、第１取付板３１の繊維層は、連結片６１の第１及び第４緯糸層４１，４４と第１～第３経糸層５１～５３と、第１形成部６２の第１及び第４緯糸層４１，４４と第１～第３経糸層５１～５３とから構成されており、合計で１０層である。また、第１取付板３１とリブ３３とは、緯糸２６が連続しており、緯糸２６は、第１取付板３１とリブ３３との境界になる第４境界線Ｌ４で屈曲しつつリブ３３と第１取付板３１に亘って延びて、リブ３３と第１取付板３１を繋いでいる。
　図７に示すように、連結部３０の第２取付板３２は、第２形成部６３と重なり部６５とが重合して形成されている。このため、第２取付板３２の繊維層は、第２形成部６３の第１及び第４緯糸層４１，４４と第１～第３経糸層５１～５３と、重なり部６５の第１及び第４緯糸層４１，４４と第１～第３経糸層５１～５３とから構成されており、合計で１０層である。また、第２取付板３２とリブ３３とは、緯糸２６が連続しており、緯糸２６は、第２取付板３２とリブ３３との境界になる第５境界線Ｌ５で屈曲しつつリブ３３と第２取付板３２に亘って延びて、リブ３３と第２取付板３２を繋いでいる。
　連結部３０のリブ３３は、リブ形成部６４によって形成されている。このため、リブ３３の繊維層は、第１及び第４緯糸層４１，４４と第１～第３経糸層５１～５３から構成されており、合計で５層である。
　ここで、連結部形成部６０を折り畳んで連結部３０を形成する方法を説明する。
　図８に示すように、連結片６１を第１境界線Ｌ１に沿って谷折りし、第２形成部６３を第３境界線Ｌ３に沿って山折りし、第１形成部６２に対し第２形成部６３を直交させる。各リブ形成部６４を第４境界線Ｌ４に沿って山折りし、第１形成部６２に対し各リブ形成部６４を直交させる。
　図９に示すように、各重なり部６５を第５境界線Ｌ５に沿って山折りし、各リブ形成部６４に対し重なり部６５を直交させ、各重なり部６５を第２形成部６３に対し積層方向Ｙに重合させる。すると、第２形成部６３と一対の重なり部６５が積層されて第２取付板３２が形成されるとともに、各リブ形成部６４によってリブ３３が形成される。第１形成部６２を第２境界線Ｌ２に沿って谷折りし、連結片６１に第１形成部６２を重なり合わせる。すると、連結片６１と第１形成部６２が重なり合って第１取付板３１が形成される。その結果、第１取付板３１と第２取付板３２とリブ３３が形成され、連結部３０が形成される。
　図３に示すように、第１境界線Ｌ１に沿って谷折りし、構造材本体２２の側面２３に、第２形成部６３に重なり合っている一対の重なり部６５を接触させると、構造材本体２２と連結部３０とが整形されてクラッシュボックス２０の形状に整形される。そして、構造材本体２２と連結部３０とで構成された繊維構造体２１は、マトリックス樹脂を含浸硬化させて、マトリックス樹脂と複合化され、繊維強化複合材となる。
　その後、第２取付板３２を構造材本体２２の側面２３にボルト３４とナット３５で締結し、構造材本体２２と連結部３０を固定する。また、第１取付板３１に締結孔３１ｃを穿設することで、クラッシュボックス２０が製造される。
　図２に示すように、上記構成のクラッシュボックス２０は、第１取付板３１の締結孔３１ｃに挿通した締結用ボルト１５を、フロントサイドメンバ１１のフランジ１４を貫通させ、締結用ボルト１５に締結用ナット１６を螺合することでフロントサイドメンバ１１に締結されている。
　次に、クラッシュボックス２０の作用を記載する。
　車両のフロントバンパ１２に衝撃が加わると、クラッシュボックス２０には過大な衝撃荷重が加わる。クラッシュボックス２０は衝撃荷重を受けて破壊されるとともに衝撃エネルギーを吸収する。クラッシュボックス２０が衝撃荷重を受けたとき、構造材本体２２にモーメント荷重が加わるが、リブ３３によって構造材本体２２における第１取付板３１寄りの部分が屈曲することが抑制される。
　上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
　（１）クラッシュボックス２０の連結部３０は、繊維構造体２１を強化基材として形成されながら、第１取付板３１と第２取付板３２に架け渡されたリブ３３を備える。そして、リブ３３を形成する緯糸２６は、当該リブ３３に交差する第１取付板３１に連続して延びるとともに、リブ３３に交差する第２取付板３２に連続して延びている。このため、緯糸２６によってリブ３３と第１取付板３１、及びリブ３３と第２取付板３２の交差する部分を補強でき、荷重に対するリブ３３の強度を高めることができる。その結果として、クラッシュボックス２０が衝撃荷重を受けたとき、構造材本体２２にモーメント荷重が加わっても、リブ３３により、構造材本体２２における第１取付板３１寄りの部分が屈曲してしまうことを抑制できる。その結果として、クラッシュボックス２０によって衝撃エネルギーを好適に吸収できる。
　（２）構造材本体２２における第１取付板３１寄りの部分の屈曲を抑制するため、リブ３３を設けたが、このリブ３３を繊維束で形成した。このため、例えば、構造材本体２２における第１取付板３１寄りの部分の屈曲を抑制するため、第１取付板３１を金属製とする場合と比べて、クラッシュボックス２０の軽量化を図ることができる。
　（３）構造材本体２２と連結部３０は、繊維束によって一体に製織された繊維構造体２１を強化基材とする繊維強化複合材で形成されている。このため、例えば、構造材本体２２と連結部３０を別部材とした場合のように、構造材本体２２と連結部３０を一体化する作業が不要となり、クラッシュボックス２０の生産性を高めることができる。
　（４）連結部３０を形成するための連結部形成部６０の繊維層の数は、構造材本体２２となる部分よりも繊維層の数より少ない。緯糸２６を第２取付板３２とリブ３３に亘って連続して延びるようにするため、第２形成部６３に重なり部６５を重ねている。第２形成部６３と重なり部６５それぞれの繊維層の数を、構造材本体２２と同じ繊維層の数にした場合と比べると、第２形成部６３と重なり部６５で形成される第２取付板３２の繊維層の数を減らすことができ、連結部３０、ひいてはクラッシュボックス２０の軽量化を図ることができる。
　（５）繊維構造体２１は多層織りで形成されているため、繊維構造体２１において、連結部形成部６０と、構造材本体２２となる部分とで繊維層の数の変更を簡単に行うことができる。その結果、連結部３０の厚さ調節や構造材本体２２の厚さ調節を容易に行うことができる。
　本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
　図１０に示すように、連結部６９は構造材本体２２と別部材として形成されてもよい。この場合、構造材本体２２は、バンパを構成する金属製である。
　図１１に示すように、連結部６９を構成する強化基材となる繊維構造体７０は、上記実施形態に記載した繊維構造体２１の連結部形成部６０とは、連結片６１が無い以外は同じ形状である。繊維構造体７０は、第１形成部７１と、第２形成部７２と、リブ形成部７３と、重なり部７４を備える。第１形成部７１と第２形成部７２は、経糸２７によって繋がっている。リブ形成部７３は、緯糸２６によって第２形成部７２と繋がっている。各重なり部７４は、経糸２７によってリブ形成部７３と繋がっている。
　第１取付板３１は、第１形成部７１と重なり部７４を重ねて形成され、第２取付板３２は第２形成部７２によって形成されている。リブ３３はリブ形成部７３によって形成されている。そして、緯糸２６は、第１取付板３１を形成する重なり部７４とリブ形成部７３に亘って延び、第１取付板３１とリブ３３とを繋いでいる。また、緯糸２６は、第２形成部７２とリブ形成部７３に亘って延び、第２形成部７２とリブ形成部７３とを繋いでいる。
　また、変更例では、第１取付板３１は、第１形成部７１と重なり部７４を重ねて形成されている。このため、第１形成部７１と重なり部７４の繊維層の数を、その他の第２形成部７２及びリブ形成部７３の繊維数の数よりも少なくしている。
　図１２に示すように、繊維構造体７０において、第２形成部７２及びリブ形成部７３は、第１～第４緯糸層４１～４４と第１～第３経糸層５１～５３とから構成されている。一方、第１形成部７１及び重なり部６５は、第３及び第４緯糸層４３，４４と第３経糸層５３とから構成されている。つまり、上記実施形態と異なり、第１形成部７１及び重なり部７４を形成する場合は、緯入れする緯糸２６の本数を減らしつつ、経糸２７については切断して本数を減らしている。
　そして、構造材本体２２と別部材の連結部３０は、第２取付板３２と側面２３を貫通したボルト３４にナット３５が螺合され、連結部３０が側面２３に一体に取り付けられている。
　このように構成した場合、上記実施形態の（１）、（２）、（４）、及び（５）と同様の効果に加え、以下のような効果を得ることができる。つまり、構造材本体２２と連結部３０を別部材とすることで、構造材本体２２を金属製とすることができる。そして、連結部３０は繊維構造体７０を強化基材とした繊維強化複合材製である。このため、構造材全体を金属製とする場合と比べると連結部３０によって構造材の軽量化を図ることができる。
　連結部形成部６０を折り畳んで連結部３０を形成する方法は実施形態に限らず、適宜変更してもよい。
　繊維構造体２１，７０において、緯糸層及び経糸層の数は適宜変更してもよい。
　繊維構造体２１，７０は、平織り、繻子織り、綾織り等した繊維層は重ね合わせて層間結合糸２８で結合した積層織物でもよい。
　緯糸２６、経糸２７及び層間結合糸２８は、連続繊維の繊維束としたが、短繊維の繊維束であってもよい。
　構造材本体２２における連結部３０の設置箇所は３箇所又は４箇所でもよい。構造材本体２２の形状に合わせて連結部３０の設置箇所は適宜変更してもよい。
　連結部３０の第２取付板３２と構造材本体２２の側面２３とはボルト締結でなくてもよく、例えば、接着剤による接着やねじ止めであってもよい。
　構造材本体２２及び連結部３０を有する構造材としては、航空機や車両の構造部材であってもよい。
　クラッシュボックス２０は、車体後部構造において、バンパリインフォースメントとリアサイドメンバとの間に設けられていてもよい。この場合、被連結部材はリアサイドメンバとなる。
　被連結部材は、フランジを備えていなくてもよい。例えば、フロントサイドメンバ１１がフランジ１４を備えない構成であれば、フロントサイドメンバ１１の前端面に連結部３０を締結してもよい。
　マトリックス材料はセラミックスや金属であってもよい。
　次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
　（１）前記構造材はクラッシュボックスである。
　Ｙ　　積層方向
　１１　　被連結部材としてのフロントサイドメンバ
　２０　　構造材としてのクラッシュボックス
　２２　　構造材本体
　２３　　側面
　２６　　繊維束としての緯糸
　２７　　繊維束としての経糸
　３０　　連結部
　３１　　第１取付板
　３２　　第２取付板
　３３　　リブ
　４１～４４　　繊維層としての第１～第４緯糸層
　５１～５３　　繊維層としての第１～第３経糸層
　６２，７１　　第１形成部
　６３，７２　　第２形成部
　６４，７３　　リブ形成部
　６５，７４　　重なり部

Claims (4)

  1. 　被連結部材に連結される構造材であって、
    　構造材本体と、
    　前記構造材本体に設けられ前記被連結部材との連結に使用される連結部と、を備え、
    　前記連結部は、前記被連結部材に締結される第１取付板と、
    　前記構造材本体の側面に取り付けられるとともに前記第１取付板に交差する第２取付板と、
    　前記第１取付板と前記第２取付板とに斜めに架け渡されるとともに、前記第１取付板及び前記第２取付板それぞれに交差するリブと、を有し、
    　前記連結部は、繊維束からなる繊維構造体とマトリックス材料とを複合化させた繊維強化複合材であり、
    　前記第１取付板と前記リブに亘って前記繊維束が連続して延びているとともに、前記第２取付板と前記リブに亘って前記繊維束が連続して延びていることを特徴とする構造材。
  2. 　前記繊維構造体は、前記繊維束で構成される繊維層を重ねて構成されるとともに、
    　前記第１取付板を構成する第１形成部と、
    　前記第１形成部と前記繊維束によって繋がり、前記第２取付板を構成する第２形成部と、
    　前記第１形成部又は前記第２形成部と前記繊維束によって繋がり、前記リブを形成するリブ形成部と、
    　前記リブ形成部と前記繊維束によって繋がり、前記第１形成部又は前記第２形成部に重ねられる重なり部と、を有し、
    　前記第１形成部に前記重なり部が重ねられて前記第１取付板が形成される、又は前記第２形成部に前記重なり部が重ねられて前記第２取付板が形成され、
    　前記繊維構造体において前記繊維層が重なる方向を積層方向とすると、前記第１形成部、前記重なり部及び前記第２形成部それぞれの前記積層方向への寸法は、前記構造材本体における前記積層方向への寸法よりも小さい請求項１に記載の構造材。
  3. 　前記構造材本体と前記連結部は、前記繊維束によって一体に製織された前記繊維構造体と前記マトリックス材料とを複合化させた繊維強化複合材である請求項１又は請求項２に記載の構造材。
  4. 　前記構造材本体と前記連結部とは、別部材である請求項１又は請求項２に記載の構造材。
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Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015131584A (ja) * 2014-01-14 2015-07-23 トヨタ自動車株式会社 車体の部材締結構造
JP2017209897A (ja) * 2016-05-26 2017-11-30 株式会社豊田自動織機 繊維強化樹脂部品のフランジ製造方法及び繊維強化樹脂部品のフランジ構造

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