(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、金属板にFRPを接着剤で接着する場合、金属板とFRPとの間に接着剤を介在させた状態で金属板とFRPをプレス成形するため、加圧力によっては接着剤が流れ出たり、片寄ったりなどして、金属板とFRPとの間の接着層の厚みを十分に確保できないことがある。
【0005】
本発明は、上記事実を考慮して、複合材において金属板と繊維強化樹脂板を貼り合わせる接着層の厚みを十分に確保することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
請求項1に記載の複合材は、
車両用シートのフレームに用いられ、高張力鋼板である金属板と繊維強化樹脂板を接着層で貼り合せた複合材であって、前記金属板と前記繊維強化樹脂板に挟まれ、前記接着層の層厚を規定する層厚規定部材を有
し、前記接着層が前記金属板と前記繊維強化樹脂板との間に全体に亘って配置されており、前記金属板は、板部と、該板部の幅方向両端部を折り曲げて形成された一対の対向部とを備え、前記繊維強化樹脂板は、板部と、該板部の幅方向両端部を折り曲げて形成された一対の対向部とを備え、前記繊維強化樹脂板の一対の対向部間に、前記金属板の一対の対向部が配置され、前記層厚規定部材は、前記金属板の板部と前記繊維強化樹脂板の板部との間、及び、前記金属板の一対の対向部と前記繊維強化樹脂板の一対の対向部との間の前記接着層の層厚をそれぞれ規定している。
【0007】
請求項1に記載の複合材では、金属板と繊維強化樹脂板の間に層厚規制部材を挟んでいることから、金属板と繊維強化樹脂板のプレス成形時に接着層がプレスされても、接着層の厚み(層厚)を十分に確保することができる。
【0008】
請求項2に記載の複合材は請求項1に記載の複合材において、前記層厚規定部材は、絶縁性を有している。
【0009】
請求項2に記載の複合材では、層厚規定部材が絶縁性を有していることから、金属板と繊維強化樹脂板との間の電蝕(電位差腐食)を防止することができる。
【0010】
請求項3に記載の複合材は、請求項1または請求項2に記載の複合材において、前記層厚規定部材は不織布または織物である。
【0011】
請求項3に記載の複合材では、層厚規定部材を不織布または織物としていることから、接着層に亀裂が生じるのを抑制することができる。また、接着層に亀裂が生じても、不織布または織物のブリッジ効果(繊維同士が絡み合う効果)により、亀裂の進行を抑制することができる。
【0012】
請求項4に記載の複合材の製造方法は、
車両用シートのフレームに用いられ、高張力鋼板である金属板と繊維強化樹脂板を接着層で貼り合せて形成される複合材の製造方法であって、金属板と繊維強化樹脂板の貼り合せ面に接着層
を構成する接着剤と前記接着層の層厚を規定する層厚規定部材
とを配置する工程と、前記金属板と前記繊維強化樹脂板をプレス成形して、前記金属板と前記繊維強化樹脂板を貼り合せる工程と、を有
し、前記接着層が前記金属板と前記繊維強化樹脂板との間に全体に亘って配置され、前記金属板は、板部と、該板部の幅方向両端部を折り曲げて形成された一対の対向部とを備え、前記繊維強化樹脂板は、板部と、該板部の幅方向両端部を折り曲げて形成された一対の対向部とを備え、前記繊維強化樹脂板の一対の対向部間に、前記金属板の一対の対向部が配置され、前記層厚規定部材は、前記金属板の板部と前記繊維強化樹脂板の板部との間、及び、前記金属板の一対の対向部と前記繊維強化樹脂板の一対の対向部との間の前記接着層の層厚をそれぞれ規定している。
【0013】
請求項4に記載の複合材の製造方法では、金属板と繊維強化樹脂板の間に層厚規定部材を挟んだ状態で金属板と繊維強化樹脂板をプレス成形することから、接着層がプレスされても接着層の厚み(層厚)を確保することができる。
【0014】
請求項5に記載の複合材の製造方法は、請求項4に記載の複合材の製造方法において、プレス成形する前に前記接着層を真空引きする工程を有している。
【0015】
請求項5に記載の複合材の製造方法では、プレス成形する前に接着層を真空引きすることから、接着層内に空気が滞留するのを抑制することができる。
【0016】
請求項6に記載の複合材の製造方法は、請求項4または請求項5に記載の複合材の製造方法において、前記金属板と前記繊維強化樹脂板を製品形状に曲げ加工した後で、前記金属板と前記繊維強化樹脂板の貼り合せ面に
前記接着剤と前記層厚規定部材を配置する請求項4または請求項5に記載の複合材の製造方法。
【0017】
請求項6に記載の複合材の製造方法では、金属板と繊維強化樹脂板を製品形状に曲げ加工した後で、金属板と繊維強化樹脂板の貼り合せ面に接着層
を構成する接着剤と層厚規定部材を配置し、プレス成形することから、例えば、金属板または繊維強化樹脂板を曲げ加工しながらプレス成形する場合と比較して、
接着剤と層厚規定部材の片寄りを防止することができる。
【発明の効果】
【0018】
本発明の複合材及び複合材の製造方法によれば、接着層の厚みを十分に確保することができる。
【発明を実施するための形態】
【0020】
次に、本発明の第1実施形態の複合材、及びこの複合材の製造方法について説明する。
第1実施形態の複合材は、後述するSBサイドフレーム10として用いられている。
【0021】
図9には、車両用シート100の骨格の全体がシート左斜め前方から見た斜視図にて示されている。なお、図面に適宜示される矢印FRはシート前方を示し、矢印UPはシート上方を示し、矢印RHはシート右方(シート幅方向一側)を示している。
【0022】
車両用シート100は、乗員が着座するシートクッション(図示省略)の骨格を構成するシートクッションフレーム110と、着座乗員の背部を支えるシートバック(図示省略)の骨格を構成するシートバックフレーム120と、を含んで構成されている。
【0023】
シートクッションフレーム110は、一対のシートクッションサイドフレーム(以下、「SCサイドフレーム」という)112と、シートクッションパネル(以下、「SCパネル」という)114と、を含んで構成されている。
【0024】
SCサイドフレーム112は、シートクッションフレーム110のシート幅方向両側部にそれぞれ設けられている。このSCサイドフレーム112は、板状とされ、板厚方向をシート幅方向にして、シート前後方向に延在している。また、SCサイドフレーム112の短手方向の両端部(
図9では、シート上下方向の両端部)は、シート幅方向内側に折り曲げられている。そして、SCサイドフレーム112の下部には、従来周知のスライド機構116がそれぞれ設けられており、スライド機構116によってSCサイドフレーム112は車両の車体フロア(図示省略)に連結されている。
【0025】
一対のSCサイドフレーム112の間には、シート後方側の端部において、略パイプ状の連結パイプ118が設けられており、連結パイプ118によって、一対のSCサイドフレーム112が連結されている。
SCパネル114は、シート幅方向に延びて両端部が一対のSCサイドフレーム112のシート上方側の折り曲げ部分にそれぞれ固定されている。
【0026】
一方、シートバックフレーム120は、一対のシートバックサイドフレーム(以下、「SBサイドフレーム」という)10と、アッパーパイプ122と、アッパーパネル124と、を含んで構成されている。
【0027】
SBサイドフレーム10は、シートバックフレーム120のシート幅方向両側部に設けられている。このSBサイドフレーム10は、板状とされ、板厚方向をシート幅方向にして、シート上下方向に延在している。また、SBサイドフレーム10の短手方向の両端部(
図9では、シート前後方向の両端部)は、シート幅方向内側に折り曲げられている。そして、SBサイドフレーム10のシート下側の端部が、従来周知のリクライニング機構(図示省略)によって、SCサイドフレーム112のシート後方側の端部に連結されている。
【0028】
アッパーパイプ122は、略コ字状に折り曲げられ、両端部が一対のSBサイドフレーム10の上端部(シート上方側の端部)にそれぞれ固定されて、一対のSBサイドフレーム10の上端部どうしを連結している。
アッパーパネル124は、シート幅方向に延びて両端部が一対のSBサイドフレーム10のシート後方側の折り曲げ部分にそれぞれ固定されている。
【0029】
次に本発明の複合材の一例としてのSBサイドフレーム10について詳細に説明する。
図1には、SBサイドフレーム10の断面(板厚方向と直交する方向の断面)が示されている。SBサイドフレーム10は、金属製のサイドフレーム基板20と、繊維強化樹脂(FRP)製のサイドフレーム補強板30と、サイドフレーム基板20とサイドフレーム補強板30とを貼り合せる接着層40と、を有している。なお、本実施形態のサイドフレーム基板20は金属板の一例であり、本実施形態のサイドフレーム補強板30は繊維強化樹脂板の一例であり、本実施形態の接着層40は接着層の一例である。
【0030】
また、SBサイドフレーム10は、サイドフレーム基板20のシート幅方向外側に接着層40とサイドフレーム補強板30が順次配置されて形成されている。
【0031】
サイドフレーム基板20は、SBサイドフレーム10のシート幅方向内側部分を形成している。このサイドフレーム基板20としては、高張力鋼板やアルミニウム板(例えば、ジュラルミンなど)などを用いてもよい。なお、本実施形態では、サイドフレーム基板20として、板厚0.5mm、引張強度590MPa級の高張力鋼板を用いている。
【0032】
サイドフレーム補強板30は、接着層40を介してサイドフレーム基板20の外周面(シート幅方向外側の面)20A全体を覆っている。このサイドフレーム補強板30としては、炭素繊維強化樹脂(CFRP)、ガラス繊維強化樹脂(GFRP)、天然繊維(例えば、竹、ケナフなど)強化樹脂などを用いてもよい。なお、本実施形態では、サイドフレーム補強板30として、厚さ0.22mmのプリプレグ素材(マトリックス樹脂に炭素繊維を混在させたもの)を8枚重ねて形成した炭素繊維強化樹脂板を用いている。
【0033】
接着層40は、接着剤と、この接着剤が含浸された不織布42と、を含んで構成されている。なお、本実施形態の不織布42は層厚規定部材の一例である。
【0034】
不織布42は、接着層40の全体、言い換えれば、サイドフレーム基板20とサイドフレーム補強板30との間に全体に亘って配置されている。この不織布42としては、天然繊維や化学繊維を用いてもよい。また、不織布42は、絶縁性を有する繊維を用いることが好ましい。なお、本実施形態の不織布42は、ポリエステル繊維で形成した不織布である。
【0035】
接着剤としては、エポキシ系樹脂やウレタン系樹脂などの熱硬化性樹脂を用いることが好ましい。なお、本実施形態では、接着剤としてエポキシ系樹脂を用いている。
【0036】
また、接着層40は、不織布42がサイドフレーム基板20とサイドフレーム補強板30に挟まれているため、厚み(層厚)tがほぼ一定とされている。すなわち、接着層40の厚みtは、不織布42の厚みで規定することができる。なお、接着層40の層厚tは、70μm以上が好ましく、100μm程度がさらに好ましい。
【0037】
次に、本実施形態のSBサイドフレーム10の製造方法について説明する。
まず、
図3に示すように、金属板(本実施形態では、高張力鋼板)を製品形状に曲げ加工してサイドフレーム基板20を形成する。次に、未硬化の接着剤を含浸させた不織布42(厚みがほぼ均一の不織布)によって構成されたフィルム状の接着層40をサイドフレーム基板20の外周面20A全体に配置する。
なお、接着層40を配置する前に、サイドフレーム基板20を脱脂処理してもよい。また、接着層40の外周面20A全体を粗面化処理(例えば、プラズマ処理など)してもよい。上記処理などを行うことで、サイドフレーム基板20と接着層40との接着力を高めることができる。
【0038】
次に、
図4に示すように、あらかじめ製品形状に曲げ加工したサイドフレーム補強板30の内周面30Aを、サイドフレーム基板20の外周面20A全体を覆うように接着層40を介して配置する。これにより、サイドフレーム基板20とサイドフレーム補強板30の貼り合せ面(外周面20A及び内周面30A)に不織布42を有する接着層40が配置される。
なお、サイドフレーム補強板30は、製品形状に曲げ加工済みのフィルム状のプリプレグ素材(マトリックス樹脂に炭素繊維を混在させたもの)を複数枚重ねて形成される。
【0039】
次に、あらかじめ加熱(予熱)した下型50にサイドフレーム補強板30を下にしてサイドフレーム基板20をセットし、下型50と上型60を閉じる。これにより、サイドフレーム基板20とサイドフレーム補強板30がプレス成形される。このプレス成形は、接着層40の接着剤の種類によって異なるが、140℃で10分程度行われる。そして、接着剤が硬化することによって、接着層40を介してサイドフレーム基板20とサイドフレーム補強板30が貼り合わされる(なお、
図1、
図2、
図7の接着層40は硬化済みであり、
図3〜6の接着層は未硬化である。)。
ここで、サイドフレーム基板20とサイドフレーム補強板30の間に不織布42を挟んだ状態でプレス成形が行われることから、接着層40がプレスされてもサイドフレーム基板20とサイドフレーム補強板30を貼り合わせる接着層40の厚み(層厚)を十分に確保することができる。特に、不織布42は、サイドフレーム基板20の外周面20A全体に配置されるため、接着層40の厚みをほぼ均一に確保することができる。
また、プレス成形を行う前にサイドフレーム基板20とサイドフレーム補強板30を製品形状に曲げ加工していることから、例えば、サイドフレーム基板20またはサイドフレーム補強板30を曲げ加工しながらプレス成形する製造方法ものと比較して、接着層40(不織布42)の厚みが片寄るのを防止することができる。
なお、プレス成形時には、下型50の代わりに上型60をあらかじめ加熱(予熱)しておいてもよく、下型50及び上型60の両方をあらかじめ加熱しておいてもよい。
【0040】
次に、下型50と上型60を開いてサイドフレーム補強板30が接着層40を介して貼り合せられたサイドフレーム基板20、すなわちSBサイドフレーム10を取り出す。これにより、SBサイドフレーム10が完成する。
【0041】
次に、本実施形態のSBサイドフレーム10の作用効果について説明する。
SBサイドフレーム10では、サイドフレーム基板20とサイドフレーム補強板30の間に不織布42を挟んでいることから、サイドフレーム基板20とサイドフレーム補強板30のプレス成形時に接着層40がプレスされても、接着層40の厚み(層厚)を十分に確保することができる。すなわち、サイドフレーム基板20とサイドフレーム補強板30の間に挟まれる不織布42の厚みに応じて接着層40の厚みを規定することができる。
ここで、接着層40の厚みを増すと、SBサイドフレーム10に例えば、シート後方側のモーメントが作用してサイドフレーム基板20とサイドフレーム補強板30とが板厚方向と直交する方向にずれて接着層40にせん断力F(
図2参照)が作用した場合に、接着層40が許容できる最大許容せん断歪(
図2では、せん断歪をLで示している。)を増やすことができる。
すなわち、本実施形態では、接着層40の厚みを規定することで、最大許容せん断歪を調整することができるため、最大せん断強度を適切なものに設定することができる。このように最大せん断強度を適切なものに設定することで、サイドフレーム基板20とサイドフレーム補強板30の分離を防ぐことができ、後方モーメントが作用した際の破壊靭性を高めることができる。
【0042】
また、サイドフレーム10では、絶縁性を有する繊維(ポリエステル繊維)で形成した不織布42を用いることから、サイドフレーム基板20とサイドフレーム補強板30との間の電蝕(電位差腐食)を防止することができる。
【0043】
またさらに、サイドフレーム10では、不織布42を用いることから、接着層40に亀裂が生じるのを抑制することができる。また、接着層40に亀裂が生じても、不織布42のブリッジ効果(繊維同士が絡み合う効果)により、亀裂の進行を抑制することができる。
【0044】
第1実施形態では、層厚規定部材の一例として不織布42を用いているが、本発明はこの構成に限定されず、層厚規定部材の一例として織物を用いてもよい。なお、織物は前述の不織布42に適用できる繊維と同様のものを用いることができる。また、不織布42の代わりに織物を用いた場合でも第1実施形態と同様の効果を得ることができる。またさらに、層厚規制部材の一例としては絶縁性を有する繊維などを一方向に並べた繊維体などを用いてもよい。さらに、層厚規定部材の一例としてガラスビーズなどの固形物を用いてもよい。このように固形物を接着剤に混入して接着層40を形成しても、接着層40の層厚を確保(規定)する効果は得られる。
【0045】
また、前述の実施形態のサイドフレーム10の製造方法では、サイドフレーム補強板30をサイドフレーム基板20に接着層40を介して貼り合せた後でプレス成形をしているが、本発明はこの製造方法に限定されず、
図8に示すように、サイドフレーム補強板30を貼り合せたサイドフレーム基板20を、減圧装置70の袋状の減圧バック72内に収容し、減圧バック72内を減圧器74(所謂真空ポンプ)で減圧して接着層40内の空気抜き(真空引き)を行ってからプレス成形を行ってもよい。このように、減圧(真空引き)を行うことで、接着層40内の空気入りを抑制することができ、サイドフレーム基板20とサイドフレーム補強板30と接着力を高めることができる。
なお、プレス成形機に減圧機能を持たせてプレス成形と同時に減圧を行ってもよい、
【0046】
第1実施形態のSBサイドフレーム10は、サイドフレーム基板20のシート幅方向外側に接着層40とサイドフレーム補強板30を順次配置して形成されているが、本発明はこの構成に限定されず、SBサイドフレーム10は、サイドフレーム基板20のシート幅方向内側に接着層40とサイドフレーム補強板30を順次配置して形成されてもよい。この場合でも第1実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【0047】
また、第1実施形態のSBサイドフレーム10は、サイドフレーム基板20の外周面20A全体が接着層40を介してサイドフレーム補強板30によって覆われているが、本発明はこの構成に限定されず、SBサイドフレーム10は、サイドフレーム基板20の外周面20Aの一部を接着層40を介してサイドフレーム補強板30で覆う構成であってもよい。例えば、サイドフレーム基板20の外周面20Aの短手方向(SBサイドフレーム10の短手方向と同義)の両端部(例えば、
図1で折り返された部分)を接着層40を介してサイドフレーム補強板30で覆う構成(すなわち、サイドフレーム基板20の外周面20Aの短手方向の中央部を除いた部分をサイドフレーム補強板30で覆う構成)としてもよい。
【0048】
第1実施形態では、本発明の複合材をSBサイドフレーム10に用いたが、本発明はこの構成に限定されず、シートバックフレーム120を構成する他の部材(例えば、アッパーパネル124)に用いてもよい。また、シートクッションフレーム110を構成する部材(例えば、SCサイドフレーム112)などに用いてもよい。さらに、本発明の複合材を車体のBピラー(又はセンターピラー)やボンネットなどの車体を構成する部材に用いてもよい。
【0049】
前述の実施形態では、本発明の複合部材を自動車を構成する部材に用いているが、本発明はこの構成に限定されず、複合部材を自動車以外(例えば、航空機や船舶など)の機器を構成する部材にも用いてもよい。
【0050】
以上、実施形態を挙げて本発明の実施の形態を説明したが、これらの実施形態は一例であり、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。また、本発明の権利範囲がこれらの実施形態に限定されないことは言うまでもない。
【0051】
(試験例)
次に、本発明の複合材の効果を確かめるために、本発明の複合材を用いたSBサイドフレームを有するシートバックフレームを2種、本発明の複合材を用いていないSBサイドフレームを有するシートバックフレームを4種用意し、各シートバックフレームにシート後方のモーメントを作用させたときのSBサイドフレームの最大荷重(破壊(剥離)荷重)及び最大変位(破断までの許容変形量(最大許容せん断歪量))を測定し、表1に示した。また、SBサイドフレームの設計上の最大荷重をSPEC、設計上の最大変位をSPEC変位として表1に示した。なお、SBサイドフレームの最大変位は、左右一対のSBサイドフレームのそれぞれの最大変位(RH変位、LH変位)の平均値である。また、
図10では、実施例1、比較例1、2の各SBサイドフレームの荷重と変位量の関係をグラフとして示した。
【0052】
供試SBサイドフレームのサイドフレーム基板は、板厚0.5mmのSPFC590で形成され、サイドフレーム補強板は厚み0.22mmのCFRPのプリプレグ素材を8層積層して形成されている。なお、実施例1、2のSBサイドフレームは、エポキシ樹脂と不織布で構成された接着層を用いているため、層厚が70μmmとなっている。一方、比較例2〜4のSBサイドフレームは、エポキシ樹脂のみで構成された接着層を用いているため、接着層の厚みを確保できず層厚が70μmmよりも大幅に下回っている。
【0053】
比較例1のSBサイドフレームは、サイドフレーム補強板のマトリクス樹脂を接着剤としてサイドフレーム基板にサイドフレーム補強板を貼り合せる「従来工程」で成形されている。
比較例2〜4、実施例1、2の各SBサイドフレームは、サイドフレーム基板とサイドフレーム補強板を未硬化の接着層で貼り合せ、真空引きを行った後、プレス成形を行いつつ接着層を硬化させてサイドフレーム基板にサイドフレーム補強板を貼り合せる「改良工程」で成形されている。
【0055】
表1に示すように、実施例1、2では、比較例2〜4に比べて、接着層の層厚が必要な厚み分確保されているため、許容せん断歪量の増加により、最大荷重が向上し、最大変位も向上している。
また、実施例1では、サイドフレーム基板にプラズマ処理を施していることから、実施例2よりも接着層とサイドフレーム基板の接着力が向上しているため、最大荷重及び最大変位が向上している。