JP2002240658A - 金属／ｆｒｐ製衝撃吸収部材 - Google Patents
金属／ｆｒｐ製衝撃吸収部材Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】この発明は、建材、家屋等の建造物、及び自動
車、鉄道車両等の輸送機器に使用される、金属と繊維強
化プラスチック製からなる衝撃エネルギー吸収部材を提
供する。 【解決手段】金属材と繊維強化プラスチック材を、粘着
材で粘着接合した衝撃エネルギー吸収部材であって、以
下の条件を満たすことを特徴とする金属／ＦＲＰ製衝撃
エネルギー吸収部材。 １）前記粘着接合の衝撃剪断強度が１０ＭＰａ以上であ
ること。 ２）前記粘着接合の剪断強度が０．２〜７ＭＰａの範囲
内であること。
車、鉄道車両等の輸送機器に使用される、金属と繊維強
化プラスチック製からなる衝撃エネルギー吸収部材を提
供する。 【解決手段】金属材と繊維強化プラスチック材を、粘着
材で粘着接合した衝撃エネルギー吸収部材であって、以
下の条件を満たすことを特徴とする金属／ＦＲＰ製衝撃
エネルギー吸収部材。 １）前記粘着接合の衝撃剪断強度が１０ＭＰａ以上であ
ること。 ２）前記粘着接合の剪断強度が０．２〜７ＭＰａの範囲
内であること。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、建材、家屋等の
建造物、及び自動車、鉄道車両等の輸送機器に使用され
る、金属とＦＲＰ（即ち、繊維強化プラスチックFiber
Reinforced Plastics）製からなる衝撃エネルギー吸収
部材に関する。
建造物、及び自動車、鉄道車両等の輸送機器に使用され
る、金属とＦＲＰ（即ち、繊維強化プラスチックFiber
Reinforced Plastics）製からなる衝撃エネルギー吸収
部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】最近、土木・建築物、および、自動車、
船舶などの衝撃エネルギー吸収部材として、アルミニウ
ムなどの金属とＦＲＰを接合したハイブリッド材料が普
及してきている。
船舶などの衝撃エネルギー吸収部材として、アルミニウ
ムなどの金属とＦＲＰを接合したハイブリッド材料が普
及してきている。
【０００３】例えば、特公昭５３−３２１８１号公報に
は、アルミニウムとＦＲＰを接着剤で一体化させた、サ
ッシ等の建材に適するハイブリッド部材が開示されてお
り、また、特開平６−１０１７３２号公報には、アルミ
ニウムと繊維強化プラスチックをボルト接合で一体化し
た自動車等の衝撃エネルギー吸収特性を向上させるバン
パーが開示されている。
は、アルミニウムとＦＲＰを接着剤で一体化させた、サ
ッシ等の建材に適するハイブリッド部材が開示されてお
り、また、特開平６−１０１７３２号公報には、アルミ
ニウムと繊維強化プラスチックをボルト接合で一体化し
た自動車等の衝撃エネルギー吸収特性を向上させるバン
パーが開示されている。
【０００４】さらに、特開平１１−１７３３５８号公報
には、金属とＦＲＰとをボルト接合した場合、接合部で
応力集中が発生して金属材料とＦＲＰの間の応力伝達が
非効率的であるという理由で、接着剤で接着接合した衝
撃エネルギー吸収部材が開示されている。
には、金属とＦＲＰとをボルト接合した場合、接合部で
応力集中が発生して金属材料とＦＲＰの間の応力伝達が
非効率的であるという理由で、接着剤で接着接合した衝
撃エネルギー吸収部材が開示されている。
【０００５】しかしながら、接着剤を塗布、硬化させて
両者を接着接合した場合には、金属材料の表面処理な
ど、接着をより強固にする技術が適用されるため、部材
が使用済みとなり、リサイクルの必要性が生じた場合
に、両者を分離することが困難、すなわち、金属とＦＲ
Ｐを別々にリサイクルすることが困難という事態が生じ
ていた。
両者を接着接合した場合には、金属材料の表面処理な
ど、接着をより強固にする技術が適用されるため、部材
が使用済みとなり、リサイクルの必要性が生じた場合
に、両者を分離することが困難、すなわち、金属とＦＲ
Ｐを別々にリサイクルすることが困難という事態が生じ
ていた。
【０００６】さらに、接着接合においては、作業工程に
仮固定、硬化という時間とコストのかかる製造工程が入
る、液状の接着剤では作業環境が汚れる、厚み管理にコ
ストががかる等、大量生産には不適な側面があった。
仮固定、硬化という時間とコストのかかる製造工程が入
る、液状の接着剤では作業環境が汚れる、厚み管理にコ
ストががかる等、大量生産には不適な側面があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記した金
属とＦＲＰからなる部材の上記問題点を解決する技術、
すなわち、使用時においては衝撃エネルギー吸収効果を
十分発揮し、かつ使用済み後は容易に剥がせてリサイク
ル性に優れると同時に、大量生産に適する、金属／ＦＲ
Ｐハイブリッド衝撃エネルギー吸収部材を提供すること
にある。
属とＦＲＰからなる部材の上記問題点を解決する技術、
すなわち、使用時においては衝撃エネルギー吸収効果を
十分発揮し、かつ使用済み後は容易に剥がせてリサイク
ル性に優れると同時に、大量生産に適する、金属／ＦＲ
Ｐハイブリッド衝撃エネルギー吸収部材を提供すること
にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は基本的には、以下の構成を有する。即ち、
金属材と繊維強化プラスチック材を、粘着材で粘着接合
した衝撃エネルギー吸収部材であって、以下の条件、 １）粘着接合の衝撃剪断強度が１０ＭＰａ以上 ２）粘着接合の剪断強度が０．２〜５ＭＰａ以下の範囲
内 を満たすことを特徴とする金属／ＦＲＰ製衝撃エネルギ
ー吸収部材である。
に、本発明は基本的には、以下の構成を有する。即ち、
金属材と繊維強化プラスチック材を、粘着材で粘着接合
した衝撃エネルギー吸収部材であって、以下の条件、 １）粘着接合の衝撃剪断強度が１０ＭＰａ以上 ２）粘着接合の剪断強度が０．２〜５ＭＰａ以下の範囲
内 を満たすことを特徴とする金属／ＦＲＰ製衝撃エネルギ
ー吸収部材である。
【０００９】
【発明の実施の形態】この発明をその一実施態様に基づ
いて詳細に説明する。図１は本発明の金属／ＦＲＰ製衝
撃吸収部材を自動車のバンパーとして適用した斜視図で
ある。図２は、バンパー２を取り外し、図１のＡ−Ａ’
矢印の断面で切断した図であり、図２に示すように鉄、
アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、およ
び／またはマグネシウム合金材などよりなる金属部材３
と、炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）材４と粘着材層５と
からなる。
いて詳細に説明する。図１は本発明の金属／ＦＲＰ製衝
撃吸収部材を自動車のバンパーとして適用した斜視図で
ある。図２は、バンパー２を取り外し、図１のＡ−Ａ’
矢印の断面で切断した図であり、図２に示すように鉄、
アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、およ
び／またはマグネシウム合金材などよりなる金属部材３
と、炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）材４と粘着材層５と
からなる。
【００１０】本発明の金属部材３であるがその材質は特
に限定しないが、鉄やアルミニウムおよびその合金等の
比重が１〜９ｇ／ｃｍ3の範囲内の金属であると部材が
軽量化できて輸送機器の燃料消費を抑えることが出きる
と同時に、取り付け／組み立て作業時の取扱い性が容易
となって好ましい。さらに、比重が１〜３ｇ／ｃｍ3の
範囲内のアルミニウムやマグネシウム合金等の軽金属で
あるとさらに軽量となる。中でも輸送機器においては、
部材が輸送機器の重心から遠い箇所に位置する場合に
は、部材重量による慣性力が輸送機器の運動安定性、自
動車の場合、走行性能に大きく影響することから、輸送
機器においては、本発明の金属材は軽金属が最も好まし
い。
に限定しないが、鉄やアルミニウムおよびその合金等の
比重が１〜９ｇ／ｃｍ3の範囲内の金属であると部材が
軽量化できて輸送機器の燃料消費を抑えることが出きる
と同時に、取り付け／組み立て作業時の取扱い性が容易
となって好ましい。さらに、比重が１〜３ｇ／ｃｍ3の
範囲内のアルミニウムやマグネシウム合金等の軽金属で
あるとさらに軽量となる。中でも輸送機器においては、
部材が輸送機器の重心から遠い箇所に位置する場合に
は、部材重量による慣性力が輸送機器の運動安定性、自
動車の場合、走行性能に大きく影響することから、輸送
機器においては、本発明の金属材は軽金属が最も好まし
い。
【００１１】また、形状は特に限定しないが、中実物よ
りは、図２に図示したような中空状の方が軽量化ができ
て好ましい。また、薄板状も好ましい形状である。
りは、図２に図示したような中空状の方が軽量化ができ
て好ましい。また、薄板状も好ましい形状である。
【００１２】次に、本発明でいう繊維強化プラスチック
（ＦＲＰ）４は、補強繊維と樹脂からなる。補強繊維は
炭素繊維、ガラス繊維等の無機繊維、あるいは、アラミ
ド繊維、ポリエチレン繊維等の有機繊維のいずれであっ
ても差し支えないが、炭素繊維が剛性・強度に優れてい
て好ましい。炭素繊維の中でもさらに構造材としての強
度と弾性率のバランスが良い、強度が３．５〜１０ＧＰ
ａの範囲内、弾性率が２００〜５００ＧＰａの範囲内の
ポリアクリルニトリル系の炭素繊維がより好ましい。
（ＦＲＰ）４は、補強繊維と樹脂からなる。補強繊維は
炭素繊維、ガラス繊維等の無機繊維、あるいは、アラミ
ド繊維、ポリエチレン繊維等の有機繊維のいずれであっ
ても差し支えないが、炭素繊維が剛性・強度に優れてい
て好ましい。炭素繊維の中でもさらに構造材としての強
度と弾性率のバランスが良い、強度が３．５〜１０ＧＰ
ａの範囲内、弾性率が２００〜５００ＧＰａの範囲内の
ポリアクリルニトリル系の炭素繊維がより好ましい。
【００１３】また、繊維の伸度は、金属が降伏して塑性
変形した後も破断せず十分エネルギー吸収するように、
金属材料の塑性変形歪み（０．５％）の３倍以上である
１．５％以上であることが好ましい。中でも、伸度が２
％以上の炭素繊維は、上記弾性率と強度のバランスもと
れていて最も好ましい補強繊維である。また、ガラス繊
維も伸度が３％と大きく、単独あるいは、炭素繊維と併
用した場合に好ましい繊維である。尚、炭素繊維の伸度
は、ＪＩＳ−Ｒ７６０１によって測定する弾性率を、同
じくＪＩＳ−Ｒ７６０１により測定する引張強度で除し
て求められる。
変形した後も破断せず十分エネルギー吸収するように、
金属材料の塑性変形歪み（０．５％）の３倍以上である
１．５％以上であることが好ましい。中でも、伸度が２
％以上の炭素繊維は、上記弾性率と強度のバランスもと
れていて最も好ましい補強繊維である。また、ガラス繊
維も伸度が３％と大きく、単独あるいは、炭素繊維と併
用した場合に好ましい繊維である。尚、炭素繊維の伸度
は、ＪＩＳ−Ｒ７６０１によって測定する弾性率を、同
じくＪＩＳ−Ｒ７６０１により測定する引張強度で除し
て求められる。
【００１４】一方、ＦＲＰを構成する樹脂は、エポキシ
樹脂、フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂、あるいは
不飽和ポリエステル樹脂などの熱硬化性樹脂や、ポリエ
チレン、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド樹脂、あるい
はＡＢＳ樹脂などの熱可塑性樹脂があげられ、特に限定
しないが、好ましくは成形性に優れかつ耐薬品性や耐候
性などに優れるエポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ビニ
ルエステル樹脂、あるいはフェノール樹脂が好ましい。
上記した補強繊維との関連では、樹脂の伸びは、補強繊
維より大きい方がＦＲＰの強度が発現して好ましく、後
述する粘着材との関連では、熱硬化樹脂の方が粘着接合
工程において加圧工程を設けた場合の変形が小さく好ま
しい。
樹脂、フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂、あるいは
不飽和ポリエステル樹脂などの熱硬化性樹脂や、ポリエ
チレン、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド樹脂、あるい
はＡＢＳ樹脂などの熱可塑性樹脂があげられ、特に限定
しないが、好ましくは成形性に優れかつ耐薬品性や耐候
性などに優れるエポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ビニ
ルエステル樹脂、あるいはフェノール樹脂が好ましい。
上記した補強繊維との関連では、樹脂の伸びは、補強繊
維より大きい方がＦＲＰの強度が発現して好ましく、後
述する粘着材との関連では、熱硬化樹脂の方が粘着接合
工程において加圧工程を設けた場合の変形が小さく好ま
しい。
【００１５】次に、本発明の最も重要な構成要素は粘着
材層５は、粘着接合の衝撃剪断強度が１０ＭＰａ以上、
粘着接合の剪断強度が０．２〜７ＭＰａの範囲内であ
る。
材層５は、粘着接合の衝撃剪断強度が１０ＭＰａ以上、
粘着接合の剪断強度が０．２〜７ＭＰａの範囲内であ
る。
【００１６】衝撃剪断強度が１０ＭＰａ以上であること
で、部材に衝撃力が作用した場合でも、金属とＦＲＰ間
の応力伝達が可能となり、高いエネルギー吸収特性が発
現できる。さらに、衝撃剪断強度が１５ＭＰａ以上であ
ると、高温や吸湿時などの、多様な環境下でも上記応力
伝達が可能となり、エンジンの近くにある輸送機器や、
屋外の建造物に適用する場合により好ましい。なお、上
限値は特にないが、余り大きすぎると後述の剪断強度も
大きくなり、必要とされる上限値を満たさなくなること
があり、５０ＭＰａ以下が好ましい。
で、部材に衝撃力が作用した場合でも、金属とＦＲＰ間
の応力伝達が可能となり、高いエネルギー吸収特性が発
現できる。さらに、衝撃剪断強度が１５ＭＰａ以上であ
ると、高温や吸湿時などの、多様な環境下でも上記応力
伝達が可能となり、エンジンの近くにある輸送機器や、
屋外の建造物に適用する場合により好ましい。なお、上
限値は特にないが、余り大きすぎると後述の剪断強度も
大きくなり、必要とされる上限値を満たさなくなること
があり、５０ＭＰａ以下が好ましい。
【００１７】なお、衝撃剪断強度は、ＪＩＳ Ｋ６８５
５で測定することができる。すでに粘着接合した部材の
場合でも、部材から、適当な大きさに切り出して測定す
ることが可能であり、こうすることで、部材の経時変化
や劣化状態も把握することが可能である。
５で測定することができる。すでに粘着接合した部材の
場合でも、部材から、適当な大きさに切り出して測定す
ることが可能であり、こうすることで、部材の経時変化
や劣化状態も把握することが可能である。
【００１８】次に、粘着接合の剪断強度は、０．２〜７
ＭＰａの範囲内とすることで、ＦＲＰと金属とを容易に
分離できて、リサイクルが可能となる。より確実にＦＲ
Ｐあるいは金属の脱落を防止するためには、０．５〜５
ＭＰａの範囲内が好ましい。また、脱落防止には、粘着
接合とネジやボルト、クリップなどの機械接合を併用し
ても差し支えない。なお、粘着接合の剪断強度はＪＩＳ
Ｋ ６８５０で測定する。
ＭＰａの範囲内とすることで、ＦＲＰと金属とを容易に
分離できて、リサイクルが可能となる。より確実にＦＲ
Ｐあるいは金属の脱落を防止するためには、０．５〜５
ＭＰａの範囲内が好ましい。また、脱落防止には、粘着
接合とネジやボルト、クリップなどの機械接合を併用し
ても差し支えない。なお、粘着接合の剪断強度はＪＩＳ
Ｋ ６８５０で測定する。
【００１９】より詳しくメカニズムを説明するに、本発
明の粘着材５により粘着接合した部材は高い衝撃剪断強
度を有し、かつ、剪断強度はそれほど高くないことが特
徴である。
明の粘着材５により粘着接合した部材は高い衝撃剪断強
度を有し、かつ、剪断強度はそれほど高くないことが特
徴である。
【００２０】まず衝撃剪断強度について説明すると、図
２で金属とＦＲＰとをそれぞれ矢印ａ，ｂで反対方向に
引き剥がすように急激な力を加えても、粘着材層内部で
その応力を緩和し、低荷重で瞬時に破断することはな
い。ここでいう急激な力とは、ＪＩＳ Ｋ６８５５の操
作の項に記載されているとおり、衝撃子を持って試験片
に与えられるような衝撃荷重のことである。一方、剪断
強度とは、同じように引き剥がす荷重を緩やかにかけた
ときの強度であり、粘着材層は緩やかな力に対してはそ
れほど剪断強度は高くないので、緩やかな荷重に対して
はゴムのように伸びて低荷重で破断する。ここでいう穏
やかな力とはＪＩＳ Ｋ ６８５０の手順の項に記載さ
れているとおり６５秒±２０秒で接着部が破断するよう
な速度で与えられるような荷重のことである。これらの
荷重-時間曲線を図３に示す。図３中の曲線６は短時間
に急激な荷重を与えた場合のものであり、曲線７は時間
をかけて荷重を与えた場合のものである。
２で金属とＦＲＰとをそれぞれ矢印ａ，ｂで反対方向に
引き剥がすように急激な力を加えても、粘着材層内部で
その応力を緩和し、低荷重で瞬時に破断することはな
い。ここでいう急激な力とは、ＪＩＳ Ｋ６８５５の操
作の項に記載されているとおり、衝撃子を持って試験片
に与えられるような衝撃荷重のことである。一方、剪断
強度とは、同じように引き剥がす荷重を緩やかにかけた
ときの強度であり、粘着材層は緩やかな力に対してはそ
れほど剪断強度は高くないので、緩やかな荷重に対して
はゴムのように伸びて低荷重で破断する。ここでいう穏
やかな力とはＪＩＳ Ｋ ６８５０の手順の項に記載さ
れているとおり６５秒±２０秒で接着部が破断するよう
な速度で与えられるような荷重のことである。これらの
荷重-時間曲線を図３に示す。図３中の曲線６は短時間
に急激な荷重を与えた場合のものであり、曲線７は時間
をかけて荷重を与えた場合のものである。
【００２１】このように急激な荷重には強く緩やかな荷
重にそれほど強くないという特性を利用した本発明は特
に衝撃エネルギー吸収特性にすぐれた能力を発揮する。
一例として、アクリル系の両面粘着テープでアルミニウ
ム角柱とＣＦＲＰ板を衝撃剪断強度１８ＭＰａで粘着接
合したハイブリッド棒のシャルピー試験（図４）結果を
以下に記す。この試験は該アルミニウム／ＦＲＰ衝撃吸
収部材２を支持部８に置き、ハンマー９を任意の高さか
ら振り落とし、２の中央部に衝撃荷重を与える試験であ
る。図５はこの試験による該アルミニウム／ＦＲＰ衝撃
部材の破壊の様子をスローモーションのように図示した
ものである。該両面粘着テープで接合したアルミニウム
／ＦＲＰ製部材は衝撃荷重がかかり部材全体がくの字に
折れ曲がるほど強い荷重が掛かっても、衝撃剪断強度が
高いためＦＲＰが剥がれることなく、ＦＲＰが１０の部
分で破断してもアルミニウムとＦＲＰは剥がれない。こ
のため高い衝撃エネルギー吸収特性を発揮することが出
来る。
重にそれほど強くないという特性を利用した本発明は特
に衝撃エネルギー吸収特性にすぐれた能力を発揮する。
一例として、アクリル系の両面粘着テープでアルミニウ
ム角柱とＣＦＲＰ板を衝撃剪断強度１８ＭＰａで粘着接
合したハイブリッド棒のシャルピー試験（図４）結果を
以下に記す。この試験は該アルミニウム／ＦＲＰ衝撃吸
収部材２を支持部８に置き、ハンマー９を任意の高さか
ら振り落とし、２の中央部に衝撃荷重を与える試験であ
る。図５はこの試験による該アルミニウム／ＦＲＰ衝撃
部材の破壊の様子をスローモーションのように図示した
ものである。該両面粘着テープで接合したアルミニウム
／ＦＲＰ製部材は衝撃荷重がかかり部材全体がくの字に
折れ曲がるほど強い荷重が掛かっても、衝撃剪断強度が
高いためＦＲＰが剥がれることなく、ＦＲＰが１０の部
分で破断してもアルミニウムとＦＲＰは剥がれない。こ
のため高い衝撃エネルギー吸収特性を発揮することが出
来る。
【００２２】一方、衝撃剪断強度の低いシアノアクリレ
ート系の接着剤でアルミニウムとＣＦＲＰを接着接合し
た場合、同様にスローモーションのように図示した図６
で説明すると、衝撃がかかり、ある程度の荷重が掛かっ
た瞬間にアルミニウムとＦＲＰが剥がれてしまい、衝撃
を受け止めるのがアルミニウム単体となってしまうので
衝撃エネルギー吸収特性を発揮することができない。図
７にその結果を示す。曲線と横軸でかこまれる面積が衝
撃エネルギー吸収量を示すが、該両面粘着テープで粘着
接合した該アルミニウム／ＦＲＰ部材の曲線１１と、該
接着剤で接着接合したアルミニウム／ＦＲＰ部材の曲線
１２とを比較すると本発明の効果がよく分かる。
ート系の接着剤でアルミニウムとＣＦＲＰを接着接合し
た場合、同様にスローモーションのように図示した図６
で説明すると、衝撃がかかり、ある程度の荷重が掛かっ
た瞬間にアルミニウムとＦＲＰが剥がれてしまい、衝撃
を受け止めるのがアルミニウム単体となってしまうので
衝撃エネルギー吸収特性を発揮することができない。図
７にその結果を示す。曲線と横軸でかこまれる面積が衝
撃エネルギー吸収量を示すが、該両面粘着テープで粘着
接合した該アルミニウム／ＦＲＰ部材の曲線１１と、該
接着剤で接着接合したアルミニウム／ＦＲＰ部材の曲線
１２とを比較すると本発明の効果がよく分かる。
【００２３】一方、この両面粘着テープは緩やかな力に
対してはそれほど剪断強度は高くないので、手作業でゆ
っくりとはがせば、金属とＦＲＰを分離できる。リサイ
クルを考えた場合、例えば紙とプラスチックを同じ工程
でリサイクルできないように、金属とＦＲＰを分離でき
ることは非常に重要である。これにより、たとえば使用
済みになった金属／ＦＲＰハイブリッド部材を綺麗に分
離して、それぞれリサイクル工程に回すというようにリ
サイクル性に優れるという特徴がある。剥がすため両面
粘着テープの剪断強度は７ＭＰａ以下であることが必要
であるが、５ＭＰａ以下だとより容易に剥がすことが出
来て好ましい。一方あまり低すぎるとなにもしなくても
剥がれてしまうので、０．２ＭＰａ以上の剪断強度が必
要であり、望ましくは０．５ＭＰａ以上の剪断強度を有
していることが好ましい。
対してはそれほど剪断強度は高くないので、手作業でゆ
っくりとはがせば、金属とＦＲＰを分離できる。リサイ
クルを考えた場合、例えば紙とプラスチックを同じ工程
でリサイクルできないように、金属とＦＲＰを分離でき
ることは非常に重要である。これにより、たとえば使用
済みになった金属／ＦＲＰハイブリッド部材を綺麗に分
離して、それぞれリサイクル工程に回すというようにリ
サイクル性に優れるという特徴がある。剥がすため両面
粘着テープの剪断強度は７ＭＰａ以下であることが必要
であるが、５ＭＰａ以下だとより容易に剥がすことが出
来て好ましい。一方あまり低すぎるとなにもしなくても
剥がれてしまうので、０．２ＭＰａ以上の剪断強度が必
要であり、望ましくは０．５ＭＰａ以上の剪断強度を有
していることが好ましい。
【００２４】次に、本発明に使用できる粘着材である
が、上記した衝撃剪断強度と剪断強度の値が上記した条
件を満たすもので有れば、特に限定されるものではな
い。具体的には、エポキシ系、アクリル系、ゴム系、あ
るいはシリコーン系等の感圧性粘着剤や感熱性粘着材な
どである。中でも、アクリル系の粘着材は衝撃剪断強度
が高く好ましい。また、ゴム系の粘着材もリサイクル性
に富んでいて好ましい。
が、上記した衝撃剪断強度と剪断強度の値が上記した条
件を満たすもので有れば、特に限定されるものではな
い。具体的には、エポキシ系、アクリル系、ゴム系、あ
るいはシリコーン系等の感圧性粘着剤や感熱性粘着材な
どである。中でも、アクリル系の粘着材は衝撃剪断強度
が高く好ましい。また、ゴム系の粘着材もリサイクル性
に富んでいて好ましい。
【００２５】より実用的には、上記した感圧性粘着剤と
感熱性粘着材のうち、テープやフィルム状態の両面粘着
テープが好ましい。両面粘着テープとすることで、粘着
材の塗布工程を省略出来て作業環境か向上する、経済的
となるのみならず、粘着材層の厚みを均一にして、部材
の特性値のバラツキを低減する（物性を安定化させる）
効果もある。但し、粘着材の厚みが厚くなりすぎると、
金属とＦＲＰ間の応力伝達距離が大きくなって、衝撃剪
断強度が低下する可能性があるので、厚みは、６００μ
m以下が好ましい。また、厚みの最小値としては、テー
プ状態を保持できる２０μm以上が好ましい。より好ま
しくは５０〜３００μｍである。
感熱性粘着材のうち、テープやフィルム状態の両面粘着
テープが好ましい。両面粘着テープとすることで、粘着
材の塗布工程を省略出来て作業環境か向上する、経済的
となるのみならず、粘着材層の厚みを均一にして、部材
の特性値のバラツキを低減する（物性を安定化させる）
効果もある。但し、粘着材の厚みが厚くなりすぎると、
金属とＦＲＰ間の応力伝達距離が大きくなって、衝撃剪
断強度が低下する可能性があるので、厚みは、６００μ
m以下が好ましい。また、厚みの最小値としては、テー
プ状態を保持できる２０μm以上が好ましい。より好ま
しくは５０〜３００μｍである。
【００２６】通常、粘着材は、金属やＦＲＰと接触する
だけで粘着するものであるが、衝撃剪断強度を向上させ
るためには、加圧することが有効である。加圧の目安と
しては、粘着材のはみ出し量にもよるが、０．５〜３ｋ
ｇ／ｃｍ2の範囲内が、材料を破壊させることもなく、
粘着材を過度にはみ出すこともなく適切である。加圧す
ることで、衝撃剪断強度が向上して衝撃エネルギー吸収
が向上する。
だけで粘着するものであるが、衝撃剪断強度を向上させ
るためには、加圧することが有効である。加圧の目安と
しては、粘着材のはみ出し量にもよるが、０．５〜３ｋ
ｇ／ｃｍ2の範囲内が、材料を破壊させることもなく、
粘着材を過度にはみ出すこともなく適切である。加圧す
ることで、衝撃剪断強度が向上して衝撃エネルギー吸収
が向上する。
【００２７】さらに、両面粘着テープには、不織布や織
布、ポリエステルなどの合成樹脂フィルム、ポリウレタ
ン発泡体、ポリエチレン発泡体などを基材として、その
両面に粘着剤層を設けたタイプと、基材を用いずに剥離
紙を支持体として、その表面に粘着剤層を設けたタイプ
がある。このうち、不織布や織布を基材とするタイプ
は、粘着材の粘性が高い場合でも粘着材成分が金属とＦ
ＲＰの間からはみ出てくることが少なくハンドリング性
能上好ましい。また、基材を用いないタイプは、基材が
無いことで厚みが薄くできて、軽量化、安価という点で
好ましい。粘着テープにおいても、粘着剤は従来から公
知のエポキシ系、アクリル系、ゴム系、シリコーン系等
の感圧性粘着剤や感熱性粘着剤なども使用できる。中で
も、衝撃剪断強度を向上させるためには、ゴム成分を付
与した粘弾性成分の大きなタイプの粘着材が好ましい。
布、ポリエステルなどの合成樹脂フィルム、ポリウレタ
ン発泡体、ポリエチレン発泡体などを基材として、その
両面に粘着剤層を設けたタイプと、基材を用いずに剥離
紙を支持体として、その表面に粘着剤層を設けたタイプ
がある。このうち、不織布や織布を基材とするタイプ
は、粘着材の粘性が高い場合でも粘着材成分が金属とＦ
ＲＰの間からはみ出てくることが少なくハンドリング性
能上好ましい。また、基材を用いないタイプは、基材が
無いことで厚みが薄くできて、軽量化、安価という点で
好ましい。粘着テープにおいても、粘着剤は従来から公
知のエポキシ系、アクリル系、ゴム系、シリコーン系等
の感圧性粘着剤や感熱性粘着剤なども使用できる。中で
も、衝撃剪断強度を向上させるためには、ゴム成分を付
与した粘弾性成分の大きなタイプの粘着材が好ましい。
【００２８】また、強度的には一般に、粘着テープを用
いる場合に際しては、粘着接合すべき箇所は全て１本の
当該テープにて粘着接合されている方が好ましい。しか
し、接合面が幅広かったり、屈曲が激しかったりする場
合には、複数のテープを接合面に並べて配置され、テー
プ基材が不連続とならざる得ない場合がある。それで
も、衝撃剪断強度が１０ＭＰａ以上でさえあれば、なん
ら問題ない。また、角の部分では、粘着材の厚みを他の
箇所より厚くすることにより粘着接合が良好となり、場
合によっては、当該角の部分で粘着テープの基材が不連
続とならずに処理することもできる。また、角の部分に
は細い粘着テープを用いることにより、粘着テープの皺
などが生じにくくなり好ましい。
いる場合に際しては、粘着接合すべき箇所は全て１本の
当該テープにて粘着接合されている方が好ましい。しか
し、接合面が幅広かったり、屈曲が激しかったりする場
合には、複数のテープを接合面に並べて配置され、テー
プ基材が不連続とならざる得ない場合がある。それで
も、衝撃剪断強度が１０ＭＰａ以上でさえあれば、なん
ら問題ない。また、角の部分では、粘着材の厚みを他の
箇所より厚くすることにより粘着接合が良好となり、場
合によっては、当該角の部分で粘着テープの基材が不連
続とならずに処理することもできる。また、角の部分に
は細い粘着テープを用いることにより、粘着テープの皺
などが生じにくくなり好ましい。
【００２９】本発明の用途としては、自動車などの輸送
機器や、家屋や棚の梁などの建築物、建造物が挙げられ
る。本発明の金属／ＦＲＰ衝撃エネルギー吸収部材２よ
りなるバンパーを搭載した自動車は、例えば図８のよう
に電柱１３に衝突したとき、当該バンパーは図９のよう
に金属とＦＲＰが一体となって破壊して衝突の衝撃エネ
ルギーを吸収し、自動車本体１のダメージを大幅に低減
することが出来る。一方従来のバンパーを搭載した自動
車では、図１０のようにバンパー１３が２つに破断して
しまい衝突の衝撃エネルギーを十分吸収することができ
ず、自動車本体のダメージも大きくなる。
機器や、家屋や棚の梁などの建築物、建造物が挙げられ
る。本発明の金属／ＦＲＰ衝撃エネルギー吸収部材２よ
りなるバンパーを搭載した自動車は、例えば図８のよう
に電柱１３に衝突したとき、当該バンパーは図９のよう
に金属とＦＲＰが一体となって破壊して衝突の衝撃エネ
ルギーを吸収し、自動車本体１のダメージを大幅に低減
することが出来る。一方従来のバンパーを搭載した自動
車では、図１０のようにバンパー１３が２つに破断して
しまい衝突の衝撃エネルギーを十分吸収することができ
ず、自動車本体のダメージも大きくなる。
【００３０】また、本発明の衝撃エネルギー吸収部材と
他部材とを接合するには、本部材の金属部分にネジをた
てることで機械接合がより効果的に行えるし、他部材が
樹脂の場合にはＦＲＰの樹脂部分を加熱融着させて接合
することもできる。勿論、接着剤による接着接合やリベ
ット接合も可能である。
他部材とを接合するには、本部材の金属部分にネジをた
てることで機械接合がより効果的に行えるし、他部材が
樹脂の場合にはＦＲＰの樹脂部分を加熱融着させて接合
することもできる。勿論、接着剤による接着接合やリベ
ット接合も可能である。
【００３１】
【実施例】本発明の金属／ＦＲＰ製衝撃エネルギー吸収
部材の特徴を実施例によって述べる。 （実施例１）幅９ｍｍ、スパン１２０ｍｍ、厚さ１．２
ｍｍのアルミニウム板材の上下両面に、引張強度５ＧＰ
ａ、弾性率２３５ＧＰａ、伸度２．１％の炭素繊維を強
化繊維、マトリックスをエポキシ樹脂とする厚さ３００
μmのＣＦＲＰ（炭素繊維の体積含有率６０％）を厚さ
１５０μmのアクリル系両面粘着テープで加圧（１ｋｇ
／ｃｍ2）して粘着接着接合し、ＪＩＳ Ｋ−６８５５
の衝撃剪断強度が１７ＭＰａ、ＪＩＳ Ｋ−６８５０の
剪断強度が５ＭＰａのアルミニウム／ＣＦＲＰ衝撃エネ
ルギー吸収部材を作成した。
部材の特徴を実施例によって述べる。 （実施例１）幅９ｍｍ、スパン１２０ｍｍ、厚さ１．２
ｍｍのアルミニウム板材の上下両面に、引張強度５ＧＰ
ａ、弾性率２３５ＧＰａ、伸度２．１％の炭素繊維を強
化繊維、マトリックスをエポキシ樹脂とする厚さ３００
μmのＣＦＲＰ（炭素繊維の体積含有率６０％）を厚さ
１５０μmのアクリル系両面粘着テープで加圧（１ｋｇ
／ｃｍ2）して粘着接着接合し、ＪＩＳ Ｋ−６８５５
の衝撃剪断強度が１７ＭＰａ、ＪＩＳ Ｋ−６８５０の
剪断強度が５ＭＰａのアルミニウム／ＣＦＲＰ衝撃エネ
ルギー吸収部材を作成した。
【００３２】本アルミニウム／ＣＦＲＰ部材をスパン９
０ｍｍ、速度３．７ｍ／ｓのハンマーでシャルピー試験
（図４参照）したところ、エネルギー量は２２Ｊであっ
た。
０ｍｍ、速度３．７ｍ／ｓのハンマーでシャルピー試験
（図４参照）したところ、エネルギー量は２２Ｊであっ
た。
【００３３】さらに、本部材のアルミニウム部分とＣＦ
ＲＰ部分を２本のペンチで挟んで人力（手）で剥がした
ところ、両者は完全に分離した。 （比較例１）実施例１において、エポキシ系の粘着材を
ハケで塗布した以外は実施例１と全く同様にして、衝撃
剪断強度５ＭＰａ、剪断強度５ＭＰａのアルミニウム／
ＣＦＲＰ部材を得た。本部材を実施例１と同様のシャル
ピー試験した結果、エネルギー吸収量は１０Ｊであっ
た。 （実施例２）１０００ｍｍ×６０ｍｍ、厚さ２ｍｍのア
ルミニウム板材の両表面に、引張強度３．５ＧＰａ、弾
性率２３０ＧＰａ、伸度１．５％の炭素繊維を強化繊
維、マトリックスをエポキシ樹脂とする厚さ１ｍｍのＣ
ＦＲＰ板（炭素繊維の体積含有率６０％）を、厚さ２０
０μmのアクリル系両面粘着テープ（幅６０ｍｍ）で加
圧（面圧１．５ｋｇ／ｃｍ2）して粘着接合し、アルミ
ニウム／ＣＦＲＰ部材を得た。このとき有した作業時間
は両面粘着テープのカットに１分、アルミニウム板材の
表面に両面テープを貼りその上にＣＦＲＰを貼るのにの
２分の合計３分であった。また、本部材の剪断強度は４
ＭＰａであった。また、粘着剤層の厚みは１５０±１０
μmとほぼ一定であった。
ＲＰ部分を２本のペンチで挟んで人力（手）で剥がした
ところ、両者は完全に分離した。 （比較例１）実施例１において、エポキシ系の粘着材を
ハケで塗布した以外は実施例１と全く同様にして、衝撃
剪断強度５ＭＰａ、剪断強度５ＭＰａのアルミニウム／
ＣＦＲＰ部材を得た。本部材を実施例１と同様のシャル
ピー試験した結果、エネルギー吸収量は１０Ｊであっ
た。 （実施例２）１０００ｍｍ×６０ｍｍ、厚さ２ｍｍのア
ルミニウム板材の両表面に、引張強度３．５ＧＰａ、弾
性率２３０ＧＰａ、伸度１．５％の炭素繊維を強化繊
維、マトリックスをエポキシ樹脂とする厚さ１ｍｍのＣ
ＦＲＰ板（炭素繊維の体積含有率６０％）を、厚さ２０
０μmのアクリル系両面粘着テープ（幅６０ｍｍ）で加
圧（面圧１．５ｋｇ／ｃｍ2）して粘着接合し、アルミ
ニウム／ＣＦＲＰ部材を得た。このとき有した作業時間
は両面粘着テープのカットに１分、アルミニウム板材の
表面に両面テープを貼りその上にＣＦＲＰを貼るのにの
２分の合計３分であった。また、本部材の剪断強度は４
ＭＰａであった。また、粘着剤層の厚みは１５０±１０
μmとほぼ一定であった。
【００３４】ついで、本部材のアルミニウム部とＣＦＲ
Ｐ部を万能試験機でクランプして、分離を試みたとこ
ろ、両者は容易に分離することができた。 （比較例２）実施例２において、粘着材を室温硬化型の
エポキシ系樹脂接着剤とした他は実施例１と同様にし
て、アルミニウム／ＣＦＲＰ接着接合部材を得た。この
時有した作業時間は、接着剤の調合に１０分、塗布に５
分、硬化に２日を要した。剪断強度は２１ＭＰａであっ
た。また、接着剤層の厚みは５〜１２０μmの間でばら
ついていた。
Ｐ部を万能試験機でクランプして、分離を試みたとこ
ろ、両者は容易に分離することができた。 （比較例２）実施例２において、粘着材を室温硬化型の
エポキシ系樹脂接着剤とした他は実施例１と同様にし
て、アルミニウム／ＣＦＲＰ接着接合部材を得た。この
時有した作業時間は、接着剤の調合に１０分、塗布に５
分、硬化に２日を要した。剪断強度は２１ＭＰａであっ
た。また、接着剤層の厚みは５〜１２０μmの間でばら
ついていた。
【００３５】次いで、本部材を実施例２と同様、アルミ
ニウム部とＣＦＲＰ部を万能試験機で剥離を試みた結
果、アルミニウム側にＣＦＲＰが付着した状態で分離
し、アルミニウムとＣＦＲＰを完全に分離できなかっ
た。
ニウム部とＣＦＲＰ部を万能試験機で剥離を試みた結
果、アルミニウム側にＣＦＲＰが付着した状態で分離
し、アルミニウムとＣＦＲＰを完全に分離できなかっ
た。
【００３６】
【発明の効果】本発明によれば、金属材とＦＲＰ材を粘
着材により粘着接着接合することによって衝撃エネルギ
ー吸収に優れ、かつ、リサイクル性にも優れる部材を、
効率よく、経済的に製造できるようになった。
着材により粘着接着接合することによって衝撃エネルギ
ー吸収に優れ、かつ、リサイクル性にも優れる部材を、
効率よく、経済的に製造できるようになった。
【図１】 本発明の金属／ＦＲＰ衝撃吸収部材を搭載し
た自動車の斜視図である。
た自動車の斜視図である。
【図２】 本発明の具体的用途および実施態様に係わる
中空角形材の概略図である。
中空角形材の概略図である。
【図３】 本発明の試験結果図である。
【図４】 本発明を評価する試験の概略図である。
【図５】 本発明を評価する試験の様子の概略図であ
る。
る。
【図６】 本発明を評価する試験の様子の概略図であ
る。
る。
【図７】 本発明の試験結果図である。
【図８】 本発明の効果を示す具体的事例の概略図であ
る。
る。
【図９】 本発明の効果を示す具体的事例の概略図であ
る。
る。
【図１０】 本発明の効果を示すための比較事例の概略
図である。
図である。
１：本発明をバンパーに搭載した自動車 ２：金属／ＦＲＰ衝撃エネルギー吸収部材 ２ａ〜２ｆ：破壊される途中である金属／ＦＲＰ衝撃エ
ネルギー吸収部材 ３：金属材 ４：ＦＲＰ材 ５：粘着材層 ６：瞬間的に強い荷重をかけた金属／ＦＲＰ形材の荷重
曲線 ７：ゆっくりと荷重をかけた金属／ＦＲＰ形材の荷重曲
線 ８：試験台 ９：ハンマー １０：破断部 １１：該両面テープをもちいた金属／ＦＲＰ形材の荷重
曲線 １２：他の接着剤をもちいた金属／ＦＲＰ形材の荷重曲
線 １３：電柱 １４：他の接着剤をもちいた金属／ＦＲＰ製バンパー
ネルギー吸収部材 ３：金属材 ４：ＦＲＰ材 ５：粘着材層 ６：瞬間的に強い荷重をかけた金属／ＦＲＰ形材の荷重
曲線 ７：ゆっくりと荷重をかけた金属／ＦＲＰ形材の荷重曲
線 ８：試験台 ９：ハンマー １０：破断部 １１：該両面テープをもちいた金属／ＦＲＰ形材の荷重
曲線 １２：他の接着剤をもちいた金属／ＦＲＰ形材の荷重曲
線 １３：電柱 １４：他の接着剤をもちいた金属／ＦＲＰ製バンパー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ１６Ｆ 7/00 Ｆ１６Ｆ 7/00 Ｋ 7/12 7/12 (72)発明者 唐木 琢也 愛媛県伊予郡松前町大字筒井1515番地 東 レ株式会社愛媛工場内 (72)発明者 西山 等 愛媛県伊予郡松前町大字筒井1515番地 東 レ株式会社愛媛工場内 Ｆターム(参考） 3J066 AA02 BA04 BB01 BD05 BD07 BE06 4F100 AA37C AA37E AB01A AB10A AD11C AD11E AK25B AK25D AK53C AK53E BA03 BA05 BA07 BA10A BA10C BA10E CA16B CA16D DG01C DG01E DG15B DG15D DH02C DH02E GB32 JA13A JK01B JK01D JK10B JK10D JK11 JL13B JL13D JL16 YY00A YY00B YY00D
Claims (7)
- 【請求項１】金属材と繊維強化プラスチック材を、粘着
材で粘着接合した衝撃エネルギー吸収部材であって、以
下の条件を満たすことを特徴とする金属／ＦＲＰ製衝撃
エネルギー吸収部材。 １）前記粘着接合の衝撃剪断強度が１０ＭＰａ以上であ
ること。 ２）前記粘着接合の剪断強度が０．２〜７ＭＰａの範囲
内であること。 - 【請求項２】該粘着材が厚さ２０〜６００μmの範囲内
である請求項１に記載の金属／ＦＲＰ製衝撃エネルギー
吸収部材。 - 【請求項３】該粘着材は不織布を含有しているものであ
る請求項１または２に記載の金属／ＦＲＰ製衝撃エネル
ギー吸収部材。 - 【請求項４】該金属材が比重１〜９ｇ／ｃｍ3の金属で
ある請求項１〜３のいずれかに記載の金属／ＦＲＰ製衝
撃吸収エネルギー部材。 - 【請求項５】該ＦＲＰの強化繊維が炭素繊維である請求
項１〜４のいずれかに記載の金属／ＦＲＰ製衝撃エネル
ギー吸収部材。 - 【請求項６】請求項１〜５のいずれかに記載の金属／Ｆ
ＲＰ製エネルギー部材よりなる輸送機器用バンパー。 - 【請求項７】請求項６に記載の輸送機器用バンパーを有
する輸送機器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001038154A JP2002240658A (ja) | 2001-02-15 | 2001-02-15 | 金属／ｆｒｐ製衝撃吸収部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001038154A JP2002240658A (ja) | 2001-02-15 | 2001-02-15 | 金属／ｆｒｐ製衝撃吸収部材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002240658A true JP2002240658A (ja) | 2002-08-28 |
| JP2002240658A5 JP2002240658A5 (ja) | 2008-02-14 |
Family
ID=18901186
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001038154A Pending JP2002240658A (ja) | 2001-02-15 | 2001-02-15 | 金属／ｆｒｐ製衝撃吸収部材 |
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|---|---|
| JP (1) | JP2002240658A (ja) |
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-
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- 2001-02-15 JP JP2001038154A patent/JP2002240658A/ja active Pending
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