特許 7551544 繊維強化複合材製フレーム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-06

(45)【発行日】2024-09-17

(54)【発明の名称】繊維強化複合材製フレーム

(51)【国際特許分類】

   B62D 29/04 20060101AFI20240909BHJP

   B60R 19/03 20060101ALI20240909BHJP

【ＦＩ】

B62D29/04 A

B60R19/03 C

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021045403

(22)【出願日】2021-03-19

(65)【公開番号】P2022144407

(43)【公開日】2022-10-03

【審査請求日】2024-01-09

(73)【特許権者】

【識別番号】000003137

【氏名又は名称】マツダ株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000006644

【氏名又は名称】日鉄ケミカル＆マテリアル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100115381

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 昌崇

(74)【代理人】

【識別番号】100176304

【弁理士】

【氏名又は名称】福成 勉

(72)【発明者】

【氏名】河村 力

(72)【発明者】

【氏名】児玉 悠貴

(72)【発明者】

【氏名】杉山 哲也

(72)【発明者】

【氏名】服部 公一

【審査官】宇佐美 琴

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－２００７０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１９３３６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－００４７３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－２５４２９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２１／００３９５７４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】独国特許出願公開第１０２０１２０１４３７５（ＤＥ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６２Ｄ １７／００－２５／０８，２５／１４－２９／０４

Ｂ６０Ｒ １９／０３

Ｂ３２Ｂ １／００－４３／００

Ｂ２９Ｃ ３９／００－３９／２４，３９／３８－３９／４４，

４３／００－４３／３４，４３／４４－４３／４８，

４３／５２－４３／５８

Ｂ２９Ｃ ４１／００－４１／３６，４１／４６－４１／５２，

７０／００－７０／８８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の角部を有する閉断面を構成するように所定方向に延設され、複数の樹脂層が積層された繊維強化複合材によって製造された繊維強化複合材製フレームにおいて、
前記フレームは、
前記フレームの長手方向に直交する短手方向に向けて前記フレームを曲げる曲げ荷重が当該フレームに入力されたときに前記長手方向に沿って圧縮応力が生じる圧縮面部と、
前記圧縮面部に隣接する前記角部から前記短手方向に延びる側面部と、
前記圧縮面部から離間した位置で前記長手方向に延び、前記曲げ荷重が前記フレームに入力されたときに前記長手方向に沿って引張応力が生じる引張面部と、
を備え、
前記圧縮面部に隣接する前記角部の領域は、前記引張面部の領域を構成する繊維強化複合材よりも樹脂層間におけるせん断方向に関する靱性値が高い高靭性繊維強化複合材を備えている、
ことを特徴とする繊維強化複合材製フレーム。

【請求項2】

請求項１に記載の繊維強化複合材製フレームにおいて、
前記角部の領域における前記側面部と同一平面上に位置する部分は、前記高靭性繊維強化複合材によって形成されている、
ことを特徴とする繊維強化複合材製フレーム。

【請求項3】

複数の角部を有する閉断面を構成するように所定方向に延設され、複数の樹脂層が積層された繊維強化複合材によって製造された繊維強化複合材製フレームにおいて、
前記フレームは、
前記フレームの長手方向に直交する短手方向に向けて前記フレームを曲げる曲げ荷重が当該フレームに入力されたときに前記長手方向に沿って圧縮応力が生じる圧縮面部と、
前記圧縮面部に隣接する前記角部から前記短手方向に延びる側面部と、
前記圧縮面部から離間した位置で前記長手方向に延び、前記曲げ荷重が前記フレームに入力されたときに前記長手方向に沿って引張応力が生じる引張面部と、
を備え、
前記側面部は、前記引張面部の領域を構成する繊維強化複合材よりも樹脂層間におけるせん断方向に関する靱性値が高い高靭性繊維強化複合材を備えている、
ことを特徴とする繊維強化複合材製フレーム。

【請求項4】

請求項１または２に記載の繊維強化複合材製フレームにおいて、
前記側面部の領域は、前記高靭性繊維強化複合材を備えている、
ことを特徴とする繊維強化複合材製フレーム。

【請求項5】

請求項１～４のいずれか１項に記載の繊維強化複合材製フレームにおいて、
前記圧縮面部の領域は、前記高靭性繊維強化複合材よりも樹脂層間におけるせん断方向に関する靱性値が低い低靭性繊維強化複合材によって構成されている、
ことを特徴とする繊維強化複合材製フレーム。

【請求項6】

請求項１～５のいずれか１項に記載の繊維強化複合材製フレームにおいて、
前記高靭性繊維強化複合材は、前記角部の厚さ方向における中央側に配置されている、
ことを特徴とする繊維強化複合材製フレーム。

【請求項7】

請求項１、２または４に記載の繊維強化複合材製フレームにおいて、
前記高靭性繊維強化複合材の前記圧縮面部側および／または前記側面部側の端部は、当該端部の厚さが徐々に変わるテーパ形状を有する、
ことを特徴とする繊維強化複合材製フレーム。

【請求項8】

請求項１～７のいずれか１項に記載の繊維強化複合材製フレームにおいて、
前記フレームが車両の車体を構成するセンターピラー、バンパービーム、サイドシル、ヒンジピラー、フロントピラー、およびクロスメンバからなる群から選択された少なくとも１つに適用される、
ことを特徴とする繊維強化複合材製フレーム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、繊維強化複合材製フレームに関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、車両の車体などを構成するフレームでは、軽量かつ高剛性の繊維強化複合材で製造された繊維強化複合材製フレームが用いられている。

【0003】

例えば、特許文献１記載の繊維強化複合材製フレームは、全方向からの入力荷重に対して耐えうるように疑似等方性を有する構造を有しており、具体的には、強化繊維の配向方向が異なる複数の繊維配向層を積層して成形した構造を有する。

【0004】

さらに、このフレームでは、フレーム角部の剛性を向上するために、フレーム断面の角部における繊維配向層の積層を増やして当該角部の肉厚を部分的に厚くしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１５－１９３３６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、上記のフレームのように、角部における繊維配向層の積層を増やした構造であっても、角部で生じる層間剥離に起因する座屈という繊維強化複合材製フレーム固有の問題を防ぐことが困難である。

【0007】

すなわち、曲げ荷重が繊維強化複合材製フレームに入力した際、フレーム断面の角部では繊維配向層の間で層間剥離が生じ、角部の層間剥離した部分を起点として、フレームにおいて圧縮応力が作用する面（すなわち、曲げられたフレームにおける内側の湾曲面）およびそれに隣接する面のそれぞれの繊維配向層に亀裂が生じ、フレームの座屈が発生する。フレームの座屈が発生すれば、曲げ強度は大きく低下する。そのため、上記の特許文献１記載のフレームでは、このような現象の発生を防止することができない。

【0008】

そこで、フレームの座屈の発生を抑制するために、繊維配向層（樹脂層）間における靱性値が高い高靭性繊維強化複合材でフレーム全体を構成することが考えられるが、この場合、フレームの製造コストが増加するという問題が生じる。

【0009】

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、製造コストを低減しながら座屈の発生を抑制して曲げ強度を向上した繊維強化複合材製フレームを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の請求項１に係る繊維強化複合材製フレームは、複数の角部を有する閉断面を構成するように所定方向に延設され、複数の樹脂層が積層された繊維強化複合材によって製造された繊維強化複合材製フレームにおいて、前記フレームは、前記フレームの長手方向に直交する短手方向に向けて前記フレームを曲げる曲げ荷重が当該フレームに入力されたときに前記長手方向に沿って圧縮応力が生じる圧縮面部と、前記圧縮面部に隣接する前記角部から前記短手方向に延びる側面部と、前記圧縮面部から離間した位置で前記長手方向に延び、前記曲げ荷重が前記フレームに入力されたときに前記長手方向に沿って引張応力が生じる引張面部と、を備え、前記圧縮面部に隣接する前記角部の領域は、前記引張面部の領域を構成する繊維強化複合材よりも樹脂層間におけるせん断方向に関する靱性値が高い高靭性繊維強化複合材を備えている、ことを特徴とする。

【0011】

かかる構成によれば、閉断面を構成するフレームに対して当該フレームの長手方向に直交する方向に曲げる曲げ荷重が入力されたときに、圧縮面部では、フレームの長手方向に沿って圧縮応力が生じる。圧縮面部に隣接する角部の領域は、引張面部の領域を構成する繊維強化複合材よりも樹脂層間におけるせん断方向に関する靱性値が高い高靭性繊維強化複合材を備えている。この構成では、圧縮面部に隣接する角部の領域は、高靱性繊維強化複合材を備えているので、角部における層間剥離の発生タイミングを遅延することおよび層間剥離の進展スピードを低下することが可能である。その一方で、圧縮面部から離間した引張面部は曲げ強度に寄与しないため低靱性の廉価な繊維強化複合材を使用し、フレームの製造コストを低減することが可能である。その結果、フレームの製造コストを低減しながら、圧縮面部および側面部への層間剥離進展を抑制してフレームの座屈の発生を抑制し、フレームの曲げ強度を向上することが可能である。

【0012】

上記の繊維強化複合材製フレームにおいて、前記角部の領域における前記側面部と同一平面上に位置する部分は、前記高靭性繊維強化複合材によって形成されているのが好ましい。

【0013】

かかる構成によれば、角部の領域における側面部と同一平面上に位置する部分は、高靭性繊維強化複合材によって形成されているので、フレームの曲げ変形の際に角部の層間剥離が側面部側へ進展することを抑制することが可能である。これにより、フレームの座屈をさらに抑制し、フレームの曲げ強度をさらに向上することが可能である。

【0014】

本発明の請求項３に係る繊維強化複合材製フレームは、複数の角部を有する閉断面を構成するように所定方向に延設され、複数の樹脂層が積層された繊維強化複合材によって製造された繊維強化複合材製フレームにおいて、前記フレームは、前記フレームの長手方向に直交する短手方向に向けて前記フレームを曲げる曲げ荷重が当該フレームに入力されたときに前記長手方向に沿って圧縮応力が生じる圧縮面部と、前記圧縮面部に隣接する前記角部から前記短手方向に延びる側面部と、前記圧縮面部から離間した位置で前記長手方向に延び、前記曲げ荷重が前記フレームに入力されたときに前記長手方向に沿って引張応力が生じる引張面部と、を備え、前記側面部は、前記引張面部の領域を構成する繊維強化複合材よりも樹脂層間におけるせん断方向に関する靱性値が高い高靭性繊維強化複合材を備えている、ことを特徴とする。

【0015】

上記のように、閉断面を構成するフレームに対して当該フレームの長手方向に直交する方向に曲げる曲げ荷重が入力されたときに、圧縮面部では、フレームの長手方向に沿って圧縮応力が生じる。この構成では、圧縮面部に隣接する角部から短手方向に延びる側面部は、引張面部の領域を構成する繊維強化複合材よりも樹脂層間におけるせん断方向に関する靱性値が高い高靭性繊維強化複合材を備えているので、高靭性繊維強化複合材を備えた側面部によって、角部を補強することが可能である。これにより、角部における層間剥離の発生タイミングを遅延することおよび層間剥離の進展スピードを低下することが可能である。その一方で、圧縮面部から離間した引張面部は曲げ強度に寄与しないため低靱性の廉価な繊維強化複合材を使用し、フレームの製造コストを低減することが可能である。その結果、フレームの製造コストを低減しながら、圧縮面部および側面部への層間剥離進展を抑制してフレームの座屈の発生を抑制し、フレームの曲げ強度を向上することが可能である。

【0016】

上記の請求項１に係る繊維強化複合材製フレームにおいて、前記側面部の領域は、前記高靭性繊維強化複合材を備えているのが好ましい。

【0017】

かかる構成によれば、フレームの曲げ変形の際に圧縮面部に隣接する角部に層間剥離が生じても、層間剥離は、高靭性繊維強化複合材によって構成された側面部へ進展せずに低靭性繊維強化複合材によって構成された圧縮面部へ進展するように誘導される。これにより、側面部への亀裂進展をさらに抑制することが可能になり、フレームの座屈をさらに抑制し、フレームの曲げ強度をさらに向上することが可能になる。

【0018】

上記の繊維強化複合材製フレームにおいて、前記圧縮面部の領域は、前記高靭性繊維強化複合材よりも樹脂層間におけるせん断方向に関する靱性値が低い低靭性繊維強化複合材によって構成されているのが好ましい。

【0019】

かかる構成によれば、圧縮面部に隣接する角部が備える高靭性繊維強化複合材によってフレームの座屈の発生を抑制するとともに、圧縮面部を廉価な低靱性繊維強化複合材で構成することによってフレームの製造コストをさらに低減することが可能である。

【0020】

上記の繊維強化複合材製フレームにおいて、前記高靭性繊維強化複合材は、前記角部の厚さ方向における中央側に配置されているのが好ましい。

【0021】

フレームに曲げ荷重が入力されたときには、角部の厚さ方向における中央の位置に近いほど層間剥離が生じやすい傾向がある。したがって、上記の構成のように、高靭性繊維強化複合材が角部の厚さ方向における中央側に配置されていることにより、少ない高靭性繊維強化複合材であっても層間剥離の発生タイミングを遅延することおよび層間剥離の進展スピードを低下することが可能である。その結果、フレームの製造コストをさらに低減しながら、フレームの座屈の発生を抑制し、フレームの曲げ強度を向上することが可能である。

【0022】

上記の請求項１に係る繊維強化複合材製フレームにおいて、前記高靭性繊維強化複合材の前記圧縮面部側および／または前記側面部側の端部は、当該端部の厚さが徐々に変わるテーパ形状を有するのが好ましい。

【0023】

フレームに曲げ荷重が入力されたときには、高靭性繊維強化複合材とそれよりも靭性の低い他の繊維強化複合材との境界面において層間剥離が生じやすくなる傾向がある。そこで、上記の構成では、高靭性繊維強化複合材の圧縮面部側および／または側面部側の端部が当該端部の厚さが徐々に変わるテーパ形状を有することにより、高靭性繊維強化複合材の端部付近における靭性の急激な変化を緩和する。これによって、当該端部付近における応力集中を緩和して層間剥離を抑制することが可能である。その結果、フレームの座屈をさらに抑制し、フレームの曲げ強度をさらに向上することが可能である。

【0024】

上記の繊維強化複合材製フレームにおいて、前記フレームが車両の車体を構成するセンターピラー、バンパービーム、サイドシル、ヒンジピラー、フロントピラー、およびクロスメンバからなる群から選択された少なくとも１つに適用されるのが好ましい。

【0025】

かかる構成によれば、上記のフレームが車両の車体を構成するセンターピラー、バンパービーム、サイドシル、ヒンジピラー、フロントピラー、およびクロスメンバのうちの少なくとも１つに適用されることにより、車両衝突時において、車体の上記の各部分を構成するフレームに対して曲げ荷重が入力されたときには、フレーム全体の座屈を回避してフレームが曲げ荷重に耐えることが可能になる。これによって、車体の剛性を向上することが可能である。

【発明の効果】

【0026】

本発明の繊維強化複合材製フレームによれば、フレームの製造コストを低減しながら、フレームの座屈の発生を抑制して曲げ強度を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】本発明の実施形態に係る繊維強化複合材製フレームの全体構成を示す概略斜視図である。

【図2】図１の繊維強化複合材製フレームの端面を示す正面図である。

【図3】図２の繊維強化複合材製フレームの積層構造を部分的に示す分解斜視図である。

【図4】靭性値の説明図であって、（ａ）は繊維強化複合材の層間の剥離方向に関する靭性値（ＧＩＣ）を説明するための図、（ｂ）は繊維強化複合材の層間のせん断方向に関する靭性値（ＧＩＩＣ）を説明するための図である。

【図5】図２の繊維強化複合材製フレームの断面構造を示す断面説明図である。

【図6】Ｉ：本実施形態のフレーム、ＩＩ：本発明の変形例１のフレーム、ＩＩＩ：比較例１である高靭性繊維強化複合材のみで構成されたフレーム、およびＩＶ：比較例２である低靭性繊維強化複合材のみで構成されたフレームにおける、各フレームの断面構造および曲げ荷重が各フレームに入力されたときの荷重分布を示す説明図である。

【図7】Ｖ：本発明の変形例２である側面部のみが高靭性繊維強化複合材で構成されたフレーム、ならびにＩＩＩ～ＩＶ：比較例１～２のフレームにおける、各フレームの断面構造および曲げ荷重が各フレームに入力されたときの荷重分布を示す説明図である。

【図8】ＶＩ：比較例４である圧縮面部のみが高靭性繊維強化複合材で構成されたフレーム、ならびにＩＩＩ～ＩＶ：比較例１～２のフレームにおける、各フレームの断面構造および曲げ荷重が各フレームに入力されたときの荷重分布を示す説明図である。

【図9】ＶＩＩ：比較例５である引張面部のみが高靭性繊維強化複合材で構成されたフレーム、ならびにＩＩＩ～ＩＶ：比較例１～２のフレームにおける、各フレームの断面構造および曲げ荷重が各フレームに入力されたときの荷重分布を示す説明図である。

【図10】ＶＩＩＩ（１）：本発明の変形例３の第１段階である角部の表層部から小程度の深さまでの範囲に高靭性繊維強化複合材が配置されたフレーム、ならびにＩＩＩ～ＩＶ：比較例１～２のフレームにおける、各フレームの断面構造および曲げ荷重が各フレームに入力されたときの荷重分布を示す説明図である。

【図11】ＶＩＩＩ（２）：本発明の変形例３の第２段階である角部の表層部から中程度の深さまでの範囲に高靭性繊維強化複合材が配置されたフレーム、ならびにＩＩＩ～ＩＶ：比較例１～２のフレームにおける、当該変形例３のフレームの断面構造、および曲げ荷重が各フレームに入力されたときの荷重分布を示す説明図である。

【図12】ＶＩＩＩ（３）：本発明の変形例３の第３段階である角部の表層部から大程度の深さまでの範囲に高靭性繊維強化複合材が配置されたフレーム、ならびにＩＩＩ～ＩＶ：比較例１～２のフレームにおける、当該変形例３のフレームの断面構造、および曲げ荷重が各フレームに入力されたときの荷重分布を示す説明図である。

【図13】本発明の種々の変形例として、フレームにおける高靭性繊維強化複合材の断面内の材料配置および積層構成をそれぞれ変更した場合の各フレームの断面構造を示す断面説明図である。

【図14】本発明の他の変形例として、フレームの角部および側面部の内部に高靭性繊維強化複合材が配置され、高靭性繊維強化複合材における圧縮面部側の端部がテーパ状の凸部を有する構造の断面説明図である。

【図15】本発明のさらに他の変形例として、フレームの角部の内部に高靭性繊維強化複合材が配置され、高靭性繊維強化複合材における圧縮面部側の端部がテーパ状の凸部を有するとともに側面部側の端部がテーパ状の凹部を有する構造の断面説明図である。

【図16】図１の繊維強化複合材製フレームが車両における車体各部の構成部材に適用された例を示す斜視説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施の一形態について詳述する。

【0029】

図１～２に示されるように、繊維強化複合材製フレーム１（以下、フレーム１と呼ぶ）は、複数の角部５を有する閉断面１ｂを構成するように所定方向（図１の長手方向Ｄ_Ｌ）に延設され、複数の繊維配向層（樹脂層）１１～１４（図３参照）が積層された繊維強化複合材で製造された高強度の部材である。フレーム１は、後述の車両の車体１２１（図１６参照）などの各部を構成する部材などに用いられる。

【0030】

具体的には、フレーム１は、基本的な構成として、フレーム１の長手方向Ｄ_Ｌに延びる４つの面を構成する部分、すなわち、圧縮面部２と、圧縮面部２の幅方向両側に互いに離間する一対の側面部３と、圧縮面部２から対向した状態で離間する引張面部４とを備えている。

【0031】

これら圧縮面部２、一対の側面部３、および引張面部４によって、４つの角部５を有する矩形の閉断面１ｂが形成されている。角部５は、図２に示されるように直線状に面取りしてもよいし、または、図５に示されるように円弧状に面取りしてもよい。

【0032】

圧縮面部２は、フレーム１の長手方向Ｄ_Ｌに直交する（すなわち、長手方向Ｄ_Ｌに９０度傾斜した）短手方向Ｄ_Ｓに向けてフレーム１を曲げる曲げ荷重Ｆ_Ｂが当該フレーム１に入力されたときに長手方向Ｄ_Ｌに沿って圧縮応力σ１が生じる面を構成する部分である。すなわち、圧縮面部２は、曲げられたフレーム１における内側の湾曲面になる。

【0033】

ここで、曲げ荷重Ｆ_Ｂは、フレーム１の長手方向Ｄ_Ｌに直交する短手方向Ｄ_Ｓに向けてフレーム１を曲げる荷重であればよく、例えば、車両の車体１２１（図１６参照）が外部の障害物（自動車や路上設置物等）に衝突したときに、図１に示されるように、フレーム１が両端支持された状態（例えば、図１の簡略化されたモデルではフレーム１が一対の支点Ｓで両端支持された状態）で圧縮面部２が圧縮荷重（衝突荷重）Ｆ_Ｐを短手方向Ｄ_Ｓ（すなわち、図１の圧縮面部２の法線方向）に向けて受けたときに生じる曲げ荷重が想定される。この場合、圧縮荷重Ｆ_Ｐは、フレーム１の圧縮面部２で受ける。

【0034】

または、曲げ荷重Ｆ_Ｂは、フレーム１の長手方向Ｄ_Ｌの端部１ａから長手方向Ｄ_Ｌに向けて圧縮荷重（衝突荷重）を受けたときに生じる曲げ荷重なども想定される（例えば、図１６の車体１２１の側部から障害物が衝突したときに受けるクロスメンバ１２６の曲げ荷重など）。この場合には、圧縮荷重は、フレーム１の端部１ａで受ける。

【0035】

一対の側面部３のそれぞれは、圧縮面部２に隣接する一対の角部５から短手方向Ｄ_Ｓに延びる面（具体的には、曲げ荷重Ｆ_Ｂまたは圧縮荷重Ｆ_Ｐと平行な方向に延びる面）を構成する部分である。側面部３は、フレーム１が曲げ荷重Ｆ_Ｂを受けたときには、図１の中立軸Ｎよりも圧縮面部２に近い範囲では圧縮応力が生じ、中立軸Ｎよりも引張面部４に近い範囲では引張応力が生じる。一対の側面部３のそれぞれと圧縮面部２とによって角部５が形成される。

【0036】

引張面部４は、圧縮面部２から離間した位置で長手方向Ｄ_Ｌに延び、曲げ荷重Ｆ_Ｂがフレーム１に入力されたときに長手方向Ｄ_Ｌに沿って引張応力σ２が生じる面の部分である。すなわち、引張面部４は、曲げられたフレーム１における外側の湾曲面になる。引張面部４と一対の側面部３のそれぞれとによって角部５が形成される。

【0037】

これら圧縮面部２、一対の側面部３、および引張面部４は、それぞれ複数の繊維配向層、例えば、図３に示される長手方向配向層１１、短手方向配向層１２、＋４５度配向層１３、および－４５度配向層１４が積層して成形された積層体によって形成される。

【0038】

具体的には、圧縮面部２、一対の側面部３、および引張面部４は、それぞれ、例えば、図３に示されるように、疑似等方性を有するように、同一の積層構成を有している。すなわち、各面部２～４は、疑似等方性を有するように、複数の繊維配向層（樹脂層）として、長手方向配向層１１、短手方向配向層１２、＋４５度配向層１３、および－４５度配向層１４がほぼ均等の割合になるように積層されて成形された積層体によって構成されている。

【0039】

長手方向配向層１１は、具体的には、図３に示されるように、基材１１ｂと、フレーム１の長手方向Ｄ_Ｌと同一の方向Ｄ_１（すなわち、長手方向Ｄ_Ｌに対する傾斜角度が０度）に配向された強化繊維１１ａとによって構成されている。

【0040】

基材１１ｂ（１２ｂ、１３ｂ、１４ｂ）とは、オートクレーブ成形やプレス成型で用いられる、強化繊維１１ａ（１２ａ、１３ａ、１４ａ）と樹脂からなるシート状の基材や、ＲＴＭ成形などで使われる強化繊維１１ａを仮止めした基材を指す。基材１１ｂは、例えば、耐熱性、強度および加工性にすぐれた樹脂製材料などからなり、例えばエポキシ樹脂などの樹脂によって構成されている。強化繊維１１ａは、軽量かつ高強度の繊維材料によって構成され、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、セルロース繊維、スチール繊維などの繊維によって構成されている。とくに、炭素繊維は、軽量かつ高強度のいずれの点においてもすぐれているので好ましい。

【0041】

短手方向配向層１２は、具体的には、図３に示されるように、基材１２ｂと、フレーム１の短手方向Ｄ_Ｓ、すなわち、長手方向Ｄ_Ｌと直交する方向Ｄ_２（傾斜角度が９０度）に配向された強化繊維１２ａとによって構成されている。短手方向配向層１２の基材１２ｂおよび強化繊維１２ａについても、上記の長手方向配向層１１の基材１１ｂおよび強化繊維１１ａと同様の材料が用いられるが、他の材料が用いられてもよい。

【0042】

＋４５度配向層１３は、強化繊維１３ａが長手方向Ｄ_Ｌを基準として当該配向層１３の面内方向で反時計方向に４５度旋回した方向に配向された層である。同様に、－４５度配向層１４は、強化繊維１４ａが長手方向Ｄ_Ｌを基準として当該配向層１４の面内方向で時計方向に４５度（反時計方向を正方向とすれば－４５度）旋回した方向に配向された層である。

【0043】

＋４５度配向層１３は、具体的には、図３に示されるように、基材１３ｂと、長手方向Ｄ_Ｌに対して＋４５度傾斜した方向Ｄ_３に配向された強化繊維１３ａとによって構成されている。同様に、－４５度配向層１４は、具体的には、図３に示されるように、基材１４ｂと、長手方向Ｄ_Ｌに対して－４５度傾斜した方向Ｄ_４に配向された強化繊維１４ａとによって構成されている。これらの基材１３ｂ、１４ｂおよび強化繊維１３ａ、１４ａについても、上記の長手方向配向層１１の基材１１ｂおよび強化繊維１１ａと同様の材料が用いられるが、他の材料が用いられてもよい。

【0044】

上記のように、本実施形態のフレーム１を構成する圧縮面部２、側面部３、および引張面部４のそれぞれは、繊維配向層（樹脂層）１１～１４を積層して成形された繊維強化複合材によって構成されている。

【0045】

ここで、繊維強化複合材として、上記の繊維配向層（樹脂層）１１～１４の間における靭性値（剥離困難性の度合い）が高いものを採用すれば、層間剥離が生じにくくなると考えられる。

【0046】

樹脂層間の靭性値は、２種類あり、具体的には、図４（ａ）、（ｂ）に示されるように、互いに接合された２つの樹脂層Ａ１、Ａ２間に関する剥離方向（厚さ方向Ｄ_Ｔに樹脂層同士が離間する方向）における靭性値（ＧＩＣ）と、樹脂層Ａ１、Ａ２間に関するせん断方向Ｄ_Ｕに関する靭性値（ＧＩＩＣ）とがある。

【0047】

本発明者らは、樹脂層の層間剥離に大きい影響を与えるせん断方向に関する靭性値（ＧＩＩＣ）に着目し、フレーム１における層間剥離の起点になる圧縮面部２に隣接する角部５において部分的にせん断方向に関する靭性値（ＧＩＩＣ）が高い繊維強化複合材（図５の高靭性繊維強化複合材２１）を配置することにより、フレーム１の製造コストの増加を抑えつつ層間剥離の進展の抑制を可能にした本実施形態のフレーム１を創作するに至った。

【0048】

すなわち、本実施形態のフレーム１では、図５に示されるように、圧縮面部２に隣接する角部５の領域は、引張面部４の領域を構成する繊維強化複合材（図５の低靭性繊維強化複合材２２）よりも各繊維配向層（樹脂層）１１～１４間におけるせん断方向に関する靱性値（ＧＩＩＣ）が高い高靭性繊維強化複合材２１を備えている。

【0049】

言い換えれば、図５に示されるフレーム１では、圧縮面部２に隣接する角部５は、高靭性繊維強化複合材２１によって構成され、一方、角部５以外の部位、すなわち、圧縮面部２、および一対の側面部３と引張面部４の一連の部分とが低靭性繊維強化複合材２２によって構成されている。高靭性繊維強化複合材２１は、低靭性繊維強化複合材２２よりも樹脂層間におけるせん断方向に関する靭性値（ＧＩＩＣ）が高い特性を有する。

【0050】

本実施形態では、高靭性繊維強化複合材２１は、剥離方向に関する靭性値（ＧＩＣ）は低靭性繊維強化複合材２２と同等である一方、せん断方向に関する靭性値（ＧＩＩＣ）は低靭性繊維強化複合材２２より大きい特性（例えば、０．６５程度大きい特性）を有している。

【0051】

図５に示されるフレーム１では、圧縮面部２の領域は、高靭性繊維強化複合材２１よりも樹脂層間におけるせん断方向に関する靱性値が低い低靭性繊維強化複合材２２によって構成されている。

【0052】

また、図５に示されるフレーム１では、角部５は、円弧状に面取りされた円弧状部分（Ｒ部分）５ａと、円弧状部分５ａの端部であって側面部３と同一平面上に位置するＲどまり部分５ｂとを有する。これら円弧状部分５ａおよびＲどまり部分５ｂは、高靭性繊維強化複合材２１によって形成されている。

【0053】

上記のように構成された本実施形態のフレーム１は、車両衝突時などにおいて高い曲げ強度が要求される車両の車体１２１を構成する種々の部材、例えば、図１６に示されるように、センターピラー１２０、バンパービーム１２２、サイドシル１２３、ヒンジピラー１２４、フロントピラー１２５、およびクロスメンバ１２６からなる群から選択された少なくとも１つに適用される。

【0054】

これらの群のうち、センターピラー１２０、バンパービーム１２２、サイドシル１２３、ヒンジピラー１２４、フロントピラー１２５に上記実施形態のフレームを適用する場合には、車体１２１の外側を向く面に圧縮面部２（すなわち、衝突荷重が入力される面）が配置されるようにすればよい。この場合、圧縮面部２に隣接する角部５（高靭性繊維強化複合材２１で構成されている）は、圧縮面部２と同様に、車体１２１の外側に位置している。

【0055】

また、クロスメンバ１２６については、上側または下側を向く面に圧縮面部２が配置されるようにすればよい。この場合、圧縮面部２に隣接する角部５（高靭性繊維強化複合材２１の構成）は、圧縮面部２と同様に、クロスメンバ１２６における上側または下側に位置している。

【0056】

ここで、センターピラー１２０は、車体１２１の側端のフロントドアとリヤドアとの間において上下方向に延びる部材である。バンパービーム１２２は、車体１２１の前端において車体１２１の幅方向に延び、バンパーを構成する部材である。サイドシル１２３は、車体１２１の車体１２１の側端下部において車体１２１の前後方向に延びる部材である。ヒンジピラー１２４は、車体１２１の側端前側において上下方向に延び、車体１２１におけるフロントドアがヒンジ結合される部材である。フロントピラー１２５は、車体１２１の前側でフロントガラスの両側において上方かつ後方（斜め後方）に向けて略円弧状に延びる部材である。クロスメンバ１２６は、車体１２１の床部において車体１２１の幅方向に延びる部材である。

【0057】

（本実施形態の特徴）
（１）
本実施形態のフレーム１は、図１～２に示されるように、複数の角部５を有する閉断面１ｂを構成するように所定方向に延設され、複数の樹脂層が積層された繊維強化複合材によって製造されている。フレーム１は、フレーム１の長手方向Ｄ_Ｌに直交する短手方向Ｄ_Ｓに向けてフレーム１を曲げる曲げ荷重Ｆ_Ｂが当該フレーム１に入力されたときに長手方向Ｄ_Ｌに沿って圧縮応力σ１が生じる圧縮面部２と、圧縮面部２に隣接する角部５から短手方向Ｄ_Ｓに延びる側面部３と、圧縮面部２から離間した位置で長手方向Ｄ_Ｌに延び、曲げ荷重Ｆ_Ｂがフレーム１に入力されたときに長手方向Ｄ_Ｌに沿って引張応力σ２が生じる引張面部４と、を備える。

【0058】

図５に示されるように、圧縮面部２に隣接する角部５の領域は、引張面部４の領域を構成する低靭性繊維強化複合材２２よりも樹脂層間におけるせん断方向に関する靱性値が高い高靭性繊維強化複合材２１を備えている。

【0059】

かかる構成によれば、閉断面１ｂを構成するフレーム１に対して当該フレーム１の長手方向Ｄ_Ｌに直交する方向に曲げる曲げ荷重Ｆ_Ｂが入力されたときに、圧縮面部２では、フレーム１の長手方向Ｄ_Ｌに沿って圧縮応力σ１が生じる。圧縮面部２に隣接する角部５の領域は、引張面部４の領域を構成する繊維強化複合材よりも樹脂層間におけるせん断方向に関する靱性値が高い高靭性繊維強化複合材２１を備えている。この構成では、圧縮面部２に隣接する角部５の領域は、高靭性繊維強化複合材２１を備えているので、角部５における層間剥離の発生タイミングを遅延することおよび層間剥離の進展スピードを低下することが可能である。その一方で、圧縮面部２から離間した引張面部４は曲げ強度に寄与しないため低靱性の廉価な繊維強化複合材を使用し、フレーム１の製造コストを低減することが可能である。その結果、フレーム１の製造コストを低減しながら、圧縮面部２および側面部３への層間剥離進展を抑制してフレーム１の座屈の発生を抑制し、フレーム１の曲げ強度を向上することが可能である。

【0060】

（２）
本実施形態のフレーム１では、図５に示されるように、角部５の領域における側面部３と同一平面上に位置するＲどまり部分５ｂは、円弧状部分（Ｒ部分）５ａと同様に、高靭性繊維強化複合材２１によって形成されている。

【0061】

かかる構成によれば、角部５の領域における側面部３と同一平面上に位置するＲどまり部分５ｂは、高靭性繊維強化複合材２１によって形成されているので、フレーム１の曲げ変形の際に角部５の層間剥離が側面部３側へ進展することを抑制することが可能である。これにより、フレーム１の座屈をさらに抑制し、フレーム１の曲げ強度をさらに向上することが可能である。

【0062】

（３）
本実施形態のフレーム１では、圧縮面部２の領域は、高靭性繊維強化複合材２１よりも樹脂層間におけるせん断方向に関する靱性値が低い低靭性繊維強化複合材２２によって構成されている。かかる構成によれば、圧縮面部２に隣接する角部５が備える高靭性繊維強化複合材２１によってフレーム１の座屈の発生を抑制するとともに、圧縮面部２を廉価な低靭性繊維強化複合材２２で構成することによってフレーム１の製造コストをさらに低減することが可能である。

【0063】

（４）
本実施形態のフレーム１では、図１６に示されるように、フレーム１が車両の車体を構成するセンターピラー１２０、バンパービーム１２２、サイドシル１２３、ヒンジピラー１２４、フロントピラー１２５、およびクロスメンバ１２６からなる群から選択された少なくとも１つに適用される。

【0064】

かかる構成によれば、上記のフレーム１が車両の車体を構成するセンターピラー１２０、バンパービーム１２２、サイドシル１２３、ヒンジピラー１２４、フロントピラー１２５、およびクロスメンバ１２６のうちの少なくとも１つに適用されることにより、車両衝突時において、車体の上記の各部分を構成するフレーム１に対して曲げ荷重Ｆ_Ｂが入力されたときには、フレーム１全体の座屈を回避してフレーム１が曲げ荷重Ｆ_Ｂに耐えることが可能になる。これによって、車体の剛性を向上することが可能である。

【0065】

（実施例１）
つぎに、図５に示される本実施形態のフレーム１の曲げ強度について本発明の変形例１および比較例と対比しながら説明する。

【0066】

本実施形態のフレーム１は、一辺５０ｍｍの正方形断面を有し、角部５は半径１０ｍｍの円弧状の面取り部を有する。フレーム１の各面の厚さは３．４２ｍｍである。

【0067】

曲げ強度を調べる場合、フレーム１は、一般的な曲げ試験の手順に基づいて、図１の２つの支点Ｓ（３００ｍｍ間隔）で両端支持された状態で、圧縮面部２の長手方向Ｄ_Ｌの中点Ｃに圧子を当てて圧子を下向きに変位させていき、フレーム１を曲げていく。これにより、図６のグラフの曲線Ｉのように、圧子の下方向の変位Ｘとフレーム１の曲げ荷重Ｐ（すなわち、圧子がフレーム１から受ける反力）との関係を調べた。

【0068】

図５～６に示される本実施形態のフレーム１は、圧縮面部２に隣接する角部５が高靭性繊維強化複合材２１で構成され、角部５以外の圧縮面部２、一対の側面部３および引張面部４が低靭性繊維強化複合材２２で構成されている。

【0069】

また、本発明の変形例１として図６に示されるフレーム３１は、上記の図５～６の本実施形態のフレーム１と比較して、圧縮面部２に隣接する角部５および側面部３の両方が高靭性繊維強化複合材２１で構成された点で異なっており、その他の構成は共通する。すなわち、図６に示される変形例１のフレーム３１は、圧縮面部２に隣接する角部５および一対の側面部３が高靭性繊維強化複合材２１で構成され、圧縮面部２および引張面部４が低靭性繊維強化複合材２２で構成されている。

【0070】

上記のような図６に示される変形例１のフレーム３１についても、フレーム１と同様の手順で曲げ強度を調べた結果が、図６のグラフの曲線ＩＩに示される。

【0071】

一方、比較例１～２として、図６に示されるフレーム４１、５１を用意する。

【0072】

比較例１のフレーム４１は、全体的に、高靭性繊維強化複合材２１で構成されており、断面形状はフレーム１と共通である。図６に示される比較例１のフレーム４１についても、フレーム１と同様の手順で曲げ強度を調べた結果が、図６のグラフの曲線ＩＩＩに示される。

【0073】

また、比較例２のフレーム５１は、全体的に、低靭性繊維強化複合材２２で構成されており、断面形状はフレーム１と共通である。図６に示される比較例２のフレーム５１についても、フレーム１と同様の手順で曲げ強度を調べた結果が、図６のグラフの曲線ＩＶに示される。

【0074】

図６のグラフにおいて、まず、全体的に高靭性繊維強化複合材２１で構成された比較例１のフレーム４１の曲げ荷重Ｐを示す曲線ＩＩＩは、全ての変位Ｘにおいて高い曲げ荷重を示している。一方、全体的に低靭性繊維強化複合材２２で構成された比較例２のフレーム５１の曲げ荷重Ｐを示す曲線ＩＶは、全ての変位Ｘにおいて低い曲げ荷重を示している。この点を見れば、フレームを高靭性繊維強化複合材２１で構成すれば、層間剥離進展を抑制してフレーム１の座屈の発生を抑制し、フレーム１の曲げ強度を向上することが可能であることが分かる。ただし、比較例１のフレーム４１のように、高靭性繊維強化複合材２１で全体を構成すれば、製造コストが増加することが懸念される。

【0075】

一方、圧縮面部２に隣接する角部５および一対の側面部３が高靭性繊維強化複合材２１で構成された本発明の変形例１のフレーム３１の曲げ荷重Ｐを示す曲線ＩＩは、上記の曲線ＩＩＩに次いで、ほぼ全ての変位Ｘにおいて高い曲げ荷重を示している。

【0076】

その次に、圧縮面部２に隣接する角部５のみが高靭性繊維強化複合材２１で構成された本実施形態のフレーム１の曲げ荷重Ｐを示す曲線Ｉについても、上記の曲線ＩＩに次いで、ほぼ全ての変位Ｘにおいて高い曲げ荷重を示している。

【0077】

したがって、図６のグラフの曲線Ｉを見れば、本実施形態のフレーム１のように圧縮面部２に隣接する角部５のみを高靭性繊維強化複合材２１で構成しても、層間剥離進展を抑制してフレーム１の座屈の発生を抑制し、フレーム１の曲げ強度を向上する効果を十分に得られることが分かる。しかも、高靭性繊維強化複合材２１が圧縮面部２に隣接する角部５のみで構成しているので、フレーム１の製造コストを低減しながら、フレーム１の座屈の発生を抑制して曲げ強度を向上することができる。

【0078】

また、図６のグラフの曲線ＩＩを見れば、本発明の変形例１のフレーム３１のように圧縮面部２に隣接する角部５および一対の側面部３を高靭性繊維強化複合材２１で構成すれば、フレーム３１の製造コストを低減しながらも、上記の実施形態１のフレーム１よりも、層間剥離進展をさらに抑制してフレーム１の座屈の発生を抑制し、フレーム１の曲げ強度をさらに向上していることが分かる。

【0079】

すなわち、本発明の変形例１のフレーム３１では、圧縮面部２に隣接する角部５だけでなく、側面部３の領域も、高靭性繊維強化複合材２１を備えている。かかる構成によれば、フレーム１の曲げ変形の際に圧縮面部２に隣接する角部５に層間剥離が生じても、層間剥離は、高靭性繊維強化複合材２１によって構成された側面部３へ進展せずに低靭性繊維強化複合材２２によって構成された圧縮面部２へ進展するように誘導される。これにより、側面部３への亀裂進展をさらに抑制することが可能になり、フレーム１の座屈をさらに抑制し、フレーム１の曲げ強度をさらに向上することが可能になる。

【0080】

つぎに、図７～９には、本発明の変形例２および２３つのさらなる比較例として、それぞれ、本発明の変形例２比較例３のフレーム６１（側面部３のみが高靭性繊維強化複合材２１）、比較例４のフレーム７１（圧縮面部２のみが高靭性繊維強化複合材２１）、および比較例５のフレーム８１（引張面部４のみが高靭性繊維強化複合材２１）についての断面構造と、これらフレーム６１～８１についての曲げ強度を示す曲線Ｖ～ＶＩＩにそれぞれ示されている。

【0081】

図７に示されるように、本発明の変形例２のフレーム６１のように側面部３のみが高靭性繊維強化複合材２１で構成された場合には、曲線Ｖに示されるように、比較例１のフレーム４１（全て高靭性繊維強化複合材２１）の場合の曲線ＩＩＩよりは低いが、比較例２のフレーム５１（全て低靭性繊維強化複合材２２）の場合の曲線ＩＶよりも高い曲げ強度が得られている。したがって、この図７のグラフから、本発明の変形例２のフレーム６１の側面部３を構成する高靭性繊維強化複合材２１が曲げ強度の向上にある程度寄与していることが分かる。すなわち、本発明の変形例２のように、角部５に隣接する側面部３のみが高靭性繊維強化複合材２１を備えている構成では、高靭性繊維強化複合材２１を備えた側面部３によって、角部５を補強することが可能である。これにより、角部５における層間剥離の発生タイミングを遅延することおよび層間剥離の進展スピードを低下することが可能である。その一方で、圧縮面部２から離間した引張面部４は曲げ強度に寄与しないため低靱性の廉価な繊維強化複合材を使用し、フレーム６１の製造コストを低減することが可能である。その結果、フレーム６１の製造コストを低減しながら、圧縮面部２および側面部３への層間剥離進展を抑制してフレーム６１の座屈の発生を抑制し、フレーム１の曲げ強度を向上することが可能である。

【0082】

しかし、図８に示される比較例４のフレーム７１のように圧縮面部２のみが高靭性繊維強化複合材２１で構成された場合には、曲線ＶＩに示されるように、比較例２のフレーム５１（全て低靭性繊維強化複合材２２）の場合の曲線ＩＶよりもわずかに高い曲げ強度しか得られず、圧縮面部２を構成する高靭性繊維強化複合材２１が曲げ強度の向上への寄与度が低いことが分かる。

【0083】

さらに、図９に示される比較例５のフレーム８１のように引張面部４のみが高靭性繊維強化複合材２１で構成された場合には、曲線ＶＩＩに示されるように、比較例２のフレーム５１（全て低靭性繊維強化複合材２２）の場合の曲線ＩＶとほぼ同等の曲げ強度しか得られず、引張面部４を構成する高靭性繊維強化複合材２１が曲げ強度の向上に寄与していないことが分かる。

【0084】

上記の図６～９の曲げ強度のグラフの結果を見れば、図６の本実施形態のフレーム１および変形例１のフレーム３１のように、圧縮面部２に隣接する角部５が高靭性繊維強化複合材２１で構成されている場合には、当該角部５の層間剥離進展抑制効果によって曲げ強度を大きく向上していることが分かる。さらに、圧縮面部２に隣接する角部５の次に、側面部３が高靭性繊維強化複合材２１で構成されている場合も、曲げ強度向上への寄与度が高いことが分かる。

【0085】

一方、上記の図６～９のグラフの結果から、圧縮面部２および引張面部４を高靭性繊維強化複合材２１で構成しても、曲げ強度向上への寄与度が低いことが分かる。したがって、圧縮面部２および引張面部４については、廉価な低靭性繊維強化複合材を適用してフレームの製造コストの低減を図ることが好ましいことが導き出される。

【0086】

（実施例２）
上記実施形態のフレーム１は、図５に示されるように、圧縮面部２に隣接する角部５が厚さ方向全体において高靭性繊維強化複合材２１で構成されているが、図１０～１２に示される本発明の変形例３のフレーム９１のように、角部５の表層部からある程度の深さの範囲に高靭性繊維強化複合材２１が配置され、角部５の中央側に低靭性繊維強化複合材２２が配置された構成であってもよい。

【0087】

上記の変形例３のフレーム９１は、図１０～１２のそれぞれにおいて、角部５の表層部から小程度、中程度、大程度の範囲にそれぞれ高靭性繊維強化複合材２１が配置され、角部５の厚さ方向中央側に低靭性繊維強化複合材２２が配置された構造を有する。

【0088】

図１０に示される変形例３のフレーム９１のように、角部５の表層部から小程度の範囲に高靭性繊維強化複合材２１が配置された場合には、曲線ＶＩＩＩ（１）に示されるように、比較例２のフレーム５１（全て低靭性繊維強化複合材２２）の場合の曲線ＩＶからわずかに高い曲げ強度しか得られず、曲げ強度の向上への寄与度が低い。しかし、図１１に示される角部５の表層部から中程度の範囲に高靭性繊維強化複合材２１が配置された場合の曲線ＶＩＩＩ（２）、および図１２に示される大程度の範囲に高靭性繊維強化複合材２１が配置された場合の曲線ＶＩＩＩ（３）を見れば、角部５の高靭性繊維強化複合材２１が厚くなるにつれて、曲げ強度が若干向上していることが分かる。

【0089】

ただし、上記実施形態のフレーム１のように角部５が厚さ方向全体において高靭性繊維強化複合材２１で構成されている場合の曲げ強度（図６の曲線Ｉ）と比較すれば、曲げ強度の向上が低いことが分かる。この点に基づいて考察すれば、フレーム１の角部５の厚さ方向中央側に高靭性繊維強化複合材２１が配置されていれば、曲げ強度の向上が高くなることが導き出される。

【0090】

さらに考察すれば、フレーム１に曲げ荷重Ｆ_Ｂ（図１参照）が入力されたときには、角部５の厚さ方向における中央の位置に近いほど層間剥離が生じやすい傾向がある。そのため、後述の図１３～１４のフレーム２０１～２０３のように、高靭性繊維強化複合材２１が角部５の厚さ方向における中央側に配置されていることが好ましい。このように高靭性繊維強化複合材２１が角部５の厚さ方向中央側に配置されていることにより、少ない高靭性繊維強化複合材２１であっても層間剥離の発生タイミングを遅延することおよび層間剥離の進展スピードを低下することが可能である。その結果、フレーム１の製造コストをさらに低減しながら、フレーム１の座屈の発生を抑制し、フレーム１の曲げ強度を向上することが可能である。

【0091】

（実施例３）
以上の実施形態および実施例１～２を総合すれば、フレームにおける高靭性繊維強化複合材２１の最適な配置は、図１３の表に示されるように分類することができる。

【0092】

図１３の表では、まず、「断面内の材料配置」の行（横のライン）では、高靭性繊維強化複合材２１を断面内の材料配置、すなわち、少なくとも角部５の断面全体にわたって高靭性繊維強化複合材２１が配置された３つの断面構造が示されている。具体的には、第１の断面構造として、曲げ強度を最も優先した場合の断面内の材料配置として、圧縮面部２、一対の角部５および一対の側面部３が高靭性繊維強化複合材２１で一体形成されたフレーム１０１が示されている。第２の断面構造として、曲げ強度と高靭性材料の投入量のバランスをとった場合の断面内の材料配置として、一対の角部５および一対の側面部３が高靭性繊維強化複合材２１で一体形成されたフレーム１０２が示されている。第３の断面構造として、高靭性材料の投入量を最小化した場合の断面内の材料配置として、一対の角部５のみが高靭性繊維強化複合材２１で一体形成されたフレーム１０３が示されている。

【0093】

また、図１３の表の「積層構成」の行では、高靭性繊維強化複合材２１を積層構成、すなわち、少なくとも角部５の厚さ方向中央側に高靭性繊維強化複合材２１が配置されるとともに角部５の表層側に低靭性繊維強化複合材２２が配置された３つの断面構造が示されている。具体的には、第１の断面構造として、曲げ強度を最も優先した場合の積層構成として、圧縮面部２、一対の角部５および一対の側面部３の厚さ方向中央側に高靭性繊維強化複合材２１が配置されたフレーム２０１が示されている。第２の断面構造として、曲げ強度と高靭性材料の投入量のバランスをとった場合の積層構成として、一対の角部５および一対の側面部３の厚さ方向中央側に高靭性繊維強化複合材２１が配置されたフレーム２０２が示されている。第３の断面構造として、高靭性材料の投入量を最小化した場合の積層構成として、一対の角部５の厚さ方向中央側のみに高靭性繊維強化複合材２１が配置されたフレーム２０３が示されている。

【0094】

ここで、図６のフレーム２０２、２０３のように、角部５の厚さ方向中央側に高靭性繊維強化複合材２１が配置されている構成では、これらフレーム２０２、２０３に曲げ荷重が入力されたときには、高靭性繊維強化複合材２１とそれよりも靭性の低い低靭性繊維強化複合材２２との境界面において層間剥離が生じやすくなる傾向がある。

【0095】

そこで、このような層間剥離を抑制するために、図１４～１５に示されるように、高靭性繊維強化複合材２１の圧縮面２側および／または側面部３側の端部２１ａ、２１ｂは、当該端部２１ａ、２１ｂの厚さが徐々に変わるテーパ形状を有する構成が好ましい。

【0096】

具体的には、図１４～１５に示されるように、高靭性繊維強化複合材２１における圧縮面部２側の端部２１ａがテーパ状の凸部を有するようにしてもよい。また、図１５に示されるように、高靭性繊維強化複合材２１における側面部３側の端部２１ｂがテーパ状の凹部（逆テーパ状の部分）を有するようにしてもよい。

【0097】

高靭性繊維強化複合材２１で構成されたテーパ状の端部２１ａおよび逆テーパ状の端部２１ｂを形成する方法については、本発明ではとくに限定しないが、例えば、高靭性繊維強化複合材２１およびそれに隣接する低靭性繊維強化複合材２２をそれぞれ構成する繊維配向層（樹脂層）１１～１４（図３参照）を圧縮面部２などの面に沿った方向にずらして配置することによって、これらテーパ状の端部２１ａおよび逆テーパ状の端部２１ｂを形成することが可能である。

【0098】

以上の図１４～１５に示されるように、高靭性繊維強化複合材２１の圧縮面部２側および／または側面部３側の端部２１ａ、２１ｂが当該端部２１ａ、２１ｂの厚さが徐々に変わるテーパ形状を有することにより、高靭性繊維強化複合材２１の端部２１ａ、２１ｂ付近における靭性の急激な変化を緩和することが可能である。これによって、当該端部２１ａ、２１ｂ付近における応力集中を緩和して層間剥離を抑制することが可能である。その結果、フレーム１の座屈をさらに抑制し、フレーム１の曲げ強度をさらに向上することが可能である。

【符号の説明】

【0099】

１ 繊維強化複合材製フレーム
２ 圧縮面部
３ 側面部
４ 引張面部
５ 角部
５ｂ Ｒどまり部分
１１ 長手方向配向層（樹脂層）
１２ 短手方向配向層（樹脂層）
１３ ＋４５度配向層（樹脂層）
１４ －４５度配向層（樹脂層）
１１ａ～１４ａ 強化繊維
２１ 高靭性繊維強化複合材
２２ 低靭性繊維強化複合材
１２０ センターピラー
１２１ 車体
１２２ バンパービーム
１２３ サイドシル
１２４ ヒンジピラー
１２５ フロントピラー
１２６ クロスメンバ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】