JP2017132063A - 繊維強化樹脂構造体 - Google Patents
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Abstract
【課題】曲げ変形に対する強度を向上させることが可能な、新規かつ改良された繊維強化樹脂構造体を提供する。【解決手段】２以上の繊維強化樹脂部材を含む繊維強化樹脂構造体であって、２つの前記繊維強化樹脂部材に渡って設けられ、前記２つの繊維強化樹脂部材の接合部に沿って延在する補強部材を備え、前記補強部材は、前記繊維強化樹脂構造体に曲げ変形が生じた時に前記２つの繊維強化樹脂部材の接合部に負荷される引っ張り力の方向に対する剛性を強化する、繊維強化樹脂構造体が提供される。【選択図】図７
Description
本発明は、繊維強化樹脂構造体に関する。
近年、種々の構造体において、軽量化しながら強度を向上させるために、炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）等の繊維強化樹脂が利用されている。このような繊維強化樹脂からなる構造体である繊維強化樹脂構造体は、２以上の繊維強化樹脂部材を含む場合がある。そして、２以上の繊維強化樹脂部材を含む繊維強化樹脂構造体に関する分野において、繊維強化樹脂構造体の機械特性を向上させるための技術が提案されている。
例えば、特許文献１には、サンドイッチ構造体の端部同士を締結部材等を用いることなく容易にかつ安価に一体に接合でき、しかも接合部に十分に高い強度と剛性を付与でき、外観にも優れたサンドイッチ構造体を提供するために、コア材とその両面に配置したＦＲＰスキン板を有し、端部同士を突き合わせ接合したサンドイッチ構造体において、両端部の表面にわたって延びるＦＲＰ連結層を設けるとともに、突き合わせ端面間に樹脂拡散媒体を含む層を設ける技術が開示されている。
ところで、自動車車体の構造部品についても、車体の軽量化のために、炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）等の繊維強化樹脂を利用した構成部品が使用されつつある。例えば、このような自動車車体の構造部品について、２以上の繊維強化樹脂部材を含み、繊維強化樹脂部材間の接合部を有する繊維強化樹脂構造体が適用され得る。ここで、自動車車体の構造部品に対して、曲げ変形を生じさせる比較的大きな荷重が入力される場合がある。接合部を有する構造部品に曲げ変形が生じた場合には、曲げ変形によって生じる引っ張り力又は圧縮力によって、一般的に強度が弱い接合部を起点として破壊が生じ得る。ゆえに、自動車車体の構造部品について接合部を有する繊維強化樹脂構造体を適用した場合には、当該繊維強化樹脂構造体の曲げ変形に対する強度を向上させることが望ましいと考えられる。
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、曲げ変形に対する強度を向上させることが可能な、新規かつ改良された繊維強化樹脂構造体を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、２以上の繊維強化樹脂部材を含む繊維強化樹脂構造体であって、２つの前記繊維強化樹脂部材に渡って設けられ、前記２つの繊維強化樹脂部材の接合部に沿って延在する補強部材を備え、前記補強部材は、前記繊維強化樹脂構造体に曲げ変形が生じた時に前記２つの繊維強化樹脂部材の接合部に負荷される引っ張り力の方向に対する剛性を強化する、繊維強化樹脂構造体が提供される。
前記補強部材は、前記引っ張り力の方向に沿って強化繊維が配向した一方向繊維強化樹脂部材であってもよい。
前記補強部材には、前記引っ張り力の方向に沿って突起部が設けられてもよい。
前記補強部材の前記突起部は、前記繊維強化樹脂構造体の内部側へ突出し、前記接合部において、前記２つの繊維強化樹脂部材により挟まれてもよい。
前記２つの繊維強化樹脂部材のそれぞれには、凹部が設けられ、前記２つの繊維強化樹脂部材のそれぞれの前記凹部が対向することにより、前記繊維強化樹脂構造体の内部側に閉空間が形成されてもよい。
前記補強部材は、前記２つの繊維強化樹脂部材の外周部に渡って設けられてもよい。
前記繊維強化樹脂構造体は、車両のロアアームであってもよい。
以上説明したように本発明によれば、繊維強化樹脂構造体において、曲げ変形に対する強度を向上させることが可能となる。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。また、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成要素を、同一の符号の後に異なるアルファベットを付して区別する場合もある。ただし、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成要素の各々を特に区別する必要がない場合、同一符号のみを付する。
＜１．サスペンション装置＞
まず、図１〜図３を参照して、本実施形態に係る繊維強化樹脂構造体に相当する車両のロアアーム２０を備えたサスペンション装置１について説明する。図１は、ロアアーム２０を備えた車両の前輪のサスペンション装置１の構成の一例を示す模式図であり、図２は、ロアアーム２０及びサスペンションクロスメンバ８の分解斜視図である。また、図３は、ロアアーム２０の一例を示す斜視図である。
まず、図１〜図３を参照して、本実施形態に係る繊維強化樹脂構造体に相当する車両のロアアーム２０を備えたサスペンション装置１について説明する。図１は、ロアアーム２０を備えた車両の前輪のサスペンション装置１の構成の一例を示す模式図であり、図２は、ロアアーム２０及びサスペンションクロスメンバ８の分解斜視図である。また、図３は、ロアアーム２０の一例を示す斜視図である。
図１に示したように、サスペンション装置１において、エンジンルーム２の左右は、車体フレームの構成要素であるフロントホイールエプロン３で仕切られている。フロントホイールエプロン３は、車体の前後方向に延在する左右一対のサイドフレーム５に接合されている。また、フロントホイールエプロン３の後部にストラットタワー６が形成されている。ストラットタワー６に、ストラット式のサスペンション７が収容されている。サスペンション７の上部が、ストラットタワー６の上部に形成されたストラット支持部６ａに、ストラットアッパマウント７ａを介して支持されている。
エンジンルーム２の下部には、サスペンションクロスメンバ８が配設されている。サスペンションクロスメンバ８の車幅方向両端の上面が、サイドフレーム５に対して、ボルト及びナット等の締結具を介して固定されている。また、サスペンションクロスメンバ８の上面には、図示しないエンジンの後部が、エンジンマウントを介して搭載される。また、サスペンションクロスメンバ８の車幅方向両端部の下面に、アーム支持部９が突設されている。左右の各アーム支持部９は、図２に示したように、所定間隔を開けて前後左右に対向する一対のブラケット９ａ，９ｂを備え、各ブラケット９ａ，９ｂにボルト挿通孔９ｃが穿設されている。ブラケット９ａ，９ｂ間には、ロアアーム２０の一方の基端に設けられた筒状の第１の基部２１が配置されている。
ロアアーム２０は、一方の基端となる第１の基部２１から先端部２３に連続するとともに、中央部から分岐して後方に延びて他方の基端となる第２の基部２２に連続する、略Ｔ字状あるいはＬ字状の平面形状を有する。ロアアーム２０の第１の基部２１内には、図示しない円筒部材が圧入される。当該円筒部材には、ブラケット９ａ，９ｂに穿設されているボルト挿通孔９ｃに対して外方から挿通されたボルト１２の軸部が貫通され、ボルト１２の軸部はナット１３によって締結されている。
また、第２の基部２２には、図示しない円筒部材が圧入される。第２の基部２２は、当該円筒部材を介してサイドフレーム５に軸支される。さらに、揺動端となる先端部２３には、図示しない円筒部材が圧入される。先端部２３は、当該円筒部材を介して図示しないボールジョイントに連結され、前輪１１を固定する図示しないホイールハブが回動自在に支持される。これにより、ロアアーム２０は、図示しないハブハウジングを介して、サスペンション７の下部を支持するとともに、サスペンションクロスメンバ８及びサイドフレーム５に揺動可能に支持される。
図３に示したように、ロアアーム２０は、サスペンションクロスメンバ８に連結される第１の基部２１と、サイドフレームに連結される第２の基部２２と、ボールジョイントが連結される先端部２３とを有する。第１の基部２１には、円筒部材２７が圧入されている。第２の基部２２には、円筒部材２８が圧入されている。先端部２３には、円筒部材２９が圧入されている。筒状の第１の基部２１に圧入された円筒部材２７は、車両の前後方向に略一致する中心軸を有し、先端部２３の上下方向の揺動を可能にする。また、第２の基部２２に圧入された円筒部材２８は、略鉛直方向に沿う中心軸を有し、先端部２３の水平方向の揺動を可能にする。
また、本実施形態に係るロアアーム２０は、２以上の繊維強化樹脂部材を含む繊維強化樹脂構造体であり、繊維強化樹脂部材間の接合部を有する。具体的には、ロアアーム２０は、図３に示したように、上部部材２１０と、下部部材２２０を接合部２４０において接合することによって得られる。上部部材２１０及び下部部材２２０のそれぞれには凹部が設けられ、当該凹部のそれぞれが対向することによって、ロアアーム２０の内部側に閉空間が形成される。ロアアーム２０のように立体的な形状を有する部材を繊維強化樹脂によって成形する場合、一般に、プレス加工によって成形することは困難な場合がある。ゆえに、後述するように、上部部材２１０及び下部部材２２０は、例えば、積層された繊維強化樹脂シートを成形型の成形面へ密着させ、硬化させることによって製造され得る。このように製造された上部部材２１０及び下部部材２２０において、成形面側の表面の加工精度は比較的高い。ゆえに、このように製造された上部部材２１０及び下部部材２２０のそれぞれの成形面と逆側の部分を接合することによって、立体的な形状を有するロアアーム２０が製造される。
以上説明したロアアーム２０に対して、後述するように、曲げ変形を生じさせる比較的大きな荷重が入力される場合がある。ロアアーム２０に曲げ変形が生じた場合には、ロアアーム２０の接合部２４０に引っ張り力及び圧縮力が負荷される。本実施形態に係るロアアーム２０は、接合部２４０に負荷される引っ張り力の方向に対する剛性を強化する図示しない補強部材を備える。それにより、本実施形態によれば、このようなロアアーム２０に曲げ変形が生じた場合であっても、接合部２４０を起点とした破壊の発生を防止することができる。以下、ロアアーム２０に生じる曲げ変形について説明した後に、曲げ変形に対する強度を向上させることができるロアアーム２０の詳細について説明する。
＜２．ロアアーム＞
（２−１．ロアアームの曲げ変形）
まず、図４〜図６を参照して、ロアアーム２０に生じる曲げ変形について説明する。図４及び図５は、ロアアーム２０に曲げ変形が生じた時に接合部２４０に負荷される引っ張り力及び圧縮力について説明するための説明図である。図４及び図５では、図３に示したロアアーム２０を上部部材２１０側から見た模式図が示されている。
（２−１．ロアアームの曲げ変形）
まず、図４〜図６を参照して、ロアアーム２０に生じる曲げ変形について説明する。図４及び図５は、ロアアーム２０に曲げ変形が生じた時に接合部２４０に負荷される引っ張り力及び圧縮力について説明するための説明図である。図４及び図５では、図３に示したロアアーム２０を上部部材２１０側から見た模式図が示されている。
図４では、車体後方側を向く力が先端部２３に掛かっている状態が示されている。図４における矢印Ｆ１０は、先端部２３に掛かっている力の方向を示す。図４に示すように、先端部２３に掛かっている力は、第１の基部２１から第２の基部２２へ向かう方向の成分を有する。ロアアーム２０において、第１の基部２１及び第２の基部２２は車体に対して固定されている。ゆえに、図４に示すように、車体後方側を向く力が先端部２３に掛かっている場合、先端部２３が車体後方側へ撓むような曲げ変形がロアアーム２０に生じる。それにより、先端部２３と第１の基部２１との間に位置する接合部２４０の車体前方側の部分２４０ａに引っ張り力が負荷される。一方、先端部２３と第２の基部２２との間に位置する接合部２４０の車体後方側の部分２４０ｂに圧縮力が負荷される。
図５では、車体前方側を向く力が先端部２３に掛かっている状態が示されている。図５における矢印Ｆ２０は、先端部２３に掛かっている力の方向を示す。図５に示すように、先端部２３に掛かっている力は、第２の基部２２から第１の基部２１へ向かう方向の成分を有する。図５に示すように、車体前方側を向く力が先端部２３に掛かっている場合、先端部２３が車体前方側へ撓むような曲げ変形がロアアーム２０に生じる。それにより、接合部２４０の車体前方側の部分２４０ａに圧縮力が負荷される。一方、接合部２４０の車体後方側の部分２４０ｂに引っ張り力が負荷される。
なお、上記では、図４及び図５を参照して、ロアアーム２０に生じる曲げ変形において、上部部材２１０及び下部部材２２０の接合部２４０に負荷される引っ張り力及び圧縮力の方向と、接合部２４０の延在方向とが略一致する例について説明したが、当該引っ張り力及び圧縮力の方向と、当該延在方向とは、相違してもよい。
ここで、本実施形態に係るロアアーム２０と異なり、補強部材を備えない比較例に係るロアアームの接合部について説明する。図６は、比較例に係るロアアーム９０の構成の一例について説明するための車幅方向に略直交する断面における断面図である。図６は、比較例に係るロアアーム９０の先端部における断面を示しており、図４及び図５に示したロアアーム２０の先端部２３における車幅方向に略直交する断面であるＡ−Ａ断面と対応する。
図６に示したように、比較例に係るロアアーム９０は、繊維強化樹脂部材である上部部材９１０及び下部部材９２０を接合して得られる繊維強化樹脂構造体である。上部部材９１０の下端部と下部部材９２０の上端部とを、接合部９４０において、当接させて、接着剤を用いて接合することによって、上部部材９１０と下部部材９２０とが接合される。上部部材９１０と下部部材９２０との接合に使用可能な接着剤としては、エポキシ樹脂系、アクリル樹脂系、ウレタン樹脂系の接着剤等を適宜使用することができる。上部部材９１０及び下部部材９２０のそれぞれには、凹部９１２及び凹部９２２が設けられ、凹部９１２及び凹部９２２が対向することにより、ロアアーム９０の内部側に閉空間９３０が形成される。図６に示す接合部９４０の車体前方側の部分９４０ａは、接合部９４０における先端部と第１の基部との間に位置する。また、図６に示す接合部９４０の車体後方側の部分９４０ｂは、接合部９４０における先端部と第２の基部との間に位置する。
図４を参照して説明したように、車体後方側を向く力がロアアーム９０の先端部に掛かっている状態において、図６に示す接合部９４０の車体前方側の部分９４０ａには、引っ張り力が負荷され、接合部９４０の車体前後側の部分９４０ｂには、圧縮力が負荷される。また、図５を参照して説明したように、車体前方側を向く力がロアアーム９０の先端部に掛かっている状態において、図６に示す接合部９４０の車体前方側の部分９４０ａには、圧縮力が負荷され、接合部９４０の車体前後側の部分９４０ｂには、引っ張り力が負荷される。
比較例では、ロアアーム９０に曲げ変形が生じた時に接合部９４０に負荷される引っ張り力及び圧縮力に対する強度は、接合部９４０における上部部材９１０と下部部材９２０との接合強度に依存する。ここで、２つの部材の接合部における接合強度は、当該２つの部材の接触面積が小さいほど、小さくなる。ゆえに、ロアアーム９０において、上部部材９１０と下部部材９２０との接触面積を十分に確保できない場合には、曲げ変形によって生じる引っ張り力又は圧縮力によって、接合部９４０を起点として破壊が生じ得る。
（２−２．構成）
続いて、図７を参照して、本実施形態に係るロアアーム２０の構成について説明する。図７は、本実施形態に係るロアアーム２０の構成の一例について説明するための車幅方向に略直交する断面における断面図である。図７は、具体的には、図４及び図５に示した本実施形態に係るロアアーム２０の先端部２３における車幅方向に略直交する断面であるＡ−Ａ断面における断面図である。
続いて、図７を参照して、本実施形態に係るロアアーム２０の構成について説明する。図７は、本実施形態に係るロアアーム２０の構成の一例について説明するための車幅方向に略直交する断面における断面図である。図７は、具体的には、図４及び図５に示した本実施形態に係るロアアーム２０の先端部２３における車幅方向に略直交する断面であるＡ−Ａ断面における断面図である。
図７に示したように、本実施形態に係るロアアーム２０は、上部部材２１０と、下部部材２２０と、補強部材２５０と、を備える。ロアアーム２０は、２以上の繊維強化樹脂部材を含む本発明に係る繊維強化樹脂構造体に相当する。また、上部部材２１０及び下部部材２２０は、本発明に係る繊維強化樹脂部材に相当する。
上部部材２１０及び下部部材２２０の各々は、種々の製造方法によって製造され得る。例えば、上部部材２１０及び下部部材２２０の各々は、強化繊維にマトリックス樹脂を含浸させた繊維強化樹脂シートを例えば金属又は繊維強化樹脂等からなる成形型の成形面上に積層し、得られた繊維強化樹脂積層体を被覆材で覆い、真空ポンプを用いて当該被覆材と成形型の間の空間を減圧することにより、繊維強化樹脂積層体を成形型の成形面へ密着させ、硬化させることによって、製造される。
また、上部部材２１０及び下部部材２２０の各々は、繊維強化樹脂シートを成形型の成形面上に積層し、得られた繊維強化樹脂積層体を被覆材で覆い、当該被覆材と当該被覆材の上方に固定される固定部材との間の空間へ空気又は蒸気を送り込み、当該空間を加圧することにより、当該被覆材を介して繊維強化樹脂積層体を成形型の成形面へ密着させ、硬化させることによって、製造されてもよい。なお、被覆材と当該被覆材の上方に固定される固定部材との間の空間を、オートクレーブ装置を用いて、加熱しながら加圧してもよい。
また、上部部材２１０及び下部部材２２０の各々は、当該被覆材と成形型の間の空間の減圧と、当該被覆材と当該被覆材の上方に固定される固定部材との間の空間の加圧と、を並行して行うことによって、製造されてもよい。
成形素材となる繊維強化樹脂シートは、強化繊維にマトリックス樹脂を含浸させて形成される。使用される強化繊維は、特に限定されるものではなく、例えば、炭素繊維やガラス繊維、アラミド繊維等であってもよく、さらにはこれらの強化繊維を組み合わせて使用してもよい。中でも、炭素繊維は、機械特性が高く、強度設計を行いやすいことから、強化繊維が炭素繊維を含むことが好ましい。
強化繊維は、繊維強化樹脂シートの一端から他端まで連続する連続繊維であってもよく、繊維強化樹脂シートの一端から他端までの長さより短い短繊維であってもよい。なお、１つの繊維強化樹脂シートに連続繊維と短繊維が混在してもよい。上部部材２１０及び下部部材２２０の製造過程において積層される繊維強化樹脂シートには、繊維が一方向に配向した繊維強化樹脂シートが含まれてもよく、強化繊維が複数方向に向けて配置された繊維強化樹脂シートが含まれてもよい。各繊維強化樹脂シートの強化繊維の配向方向を揃えることによって、得られる上部部材２１０又は下部部材２２０の当該配向方向に対する強度を効果的に向上させることができる。また、積層される繊維強化樹脂シートのうちの少なくとも１枚の繊維強化樹脂シートの強化繊維の配向方向を異ならせることによって、得られる上部部材２１０又は下部部材２２０の強度に異方性を持たせることができる。
また、繊維強化樹脂シートのマトリックス樹脂には熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂が用いられる。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリスチレン樹脂、ＡＳ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、熱可塑性ポリエステル樹脂、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂、フッ素樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリイミド樹脂などが例示される。
マトリックス樹脂としては、これらの熱可塑性樹脂うちの１種類、あるいは２種類以上の混合物を使用することができる。あるいは、マトリックス樹脂は、これらの熱可塑性樹脂の共重合体であってもよい。また、マトリックス樹脂をこれらの熱可塑性樹脂の混合物とする場合には相溶化剤を併用してもよい。さらには、マトリックス樹脂は、難燃剤としての臭素系難燃剤や、シリコン系難燃剤、赤燐等を含んでいてもよい。
この場合、使用される熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ナイロン６、ナイロン６６等のポリアミド系樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル系樹脂、ポリエーテルケトン、ポリエーテルスルフォン、芳香族ポリアミド等の樹脂が挙げられる。中でも熱可塑性マトリックス樹脂が、ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリプロピレン、ポリエーテルエーテルケトン及びフェノキシ樹脂からなる群より選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。
また、マトリックス樹脂として使用可能な熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコン樹脂などが例示される。マトリックス樹脂としては、これらの熱硬化性樹脂のうちの１種類、あるいは２種類以上の混合物を使用することができる。これらの熱硬化性樹脂をマトリックス樹脂に使用する場合、熱硬化性樹脂に、適切な硬化剤や反応促進剤が添加されてもよい。
繊維強化樹脂シートは、例えば、一般的なフィルム含浸法や溶融含浸法等のプロセスにより、強化繊維を連続的に送り出しながらマトリックス樹脂を当該強化繊維に含浸させる方法により製造される。この繊維強化樹脂シートを所望のサイズに切断することにより、成形素材としての繊維強化樹脂シートが得られる。所望のサイズに切断した複数の繊維強化樹脂シートの幅方向の端部を接着剤等により互いに接合して、所望の幅及び長さの繊維強化樹脂シートを形成してもよい。繊維強化樹脂シートの厚さは、例えば、０．０３〜１ｍｍの範囲内の値とすることができる。
上部部材２１０と下部部材２２０とは、直接的に又は他の部材を介して接合される。例えば、上部部材２１０の下端部と下部部材２２０の上端部とを、接合部２４０において、当接させて、接着剤を用いて接合することによって、上部部材２１０と下部部材２２０とが接合される。上部部材２１０と下部部材２２０との接合に使用可能な接着剤としては、エポキシ樹脂系、アクリル樹脂系、ウレタン樹脂系の接着剤等を適宜使用することができる。なお、以下で説明する接着剤を用いた各部材間の接合において、上部部材２１０と下部部材２２０との接合に使用可能な接着剤として例示した上記接着剤を適宜使用することができる。上部部材２１０及び下部部材２２０のそれぞれには、凹部２１２及び凹部２２２が設けられ、凹部２１２及び凹部２２２が対向することにより、ロアアーム２０の内部側に閉空間２３０が形成される。
補強部材２５０は、図７に示したように、上部部材２１０及び下部部材２２０に渡って設けられ、上部部材２１０及び下部部材２２０の接合部２４０に沿って延在する。補強部材２５０は、例えば、繊維強化樹脂からなる部材であり、上部部材２１０及び下部部材２２０と同様の製造方法によって製造されてもよい。補強部材２５０は、具体的には、上部部材２１０の下端部の側面から下部部材２２０の上端部の側面に渡って設けられ、上部部材２１０及び下部部材２２０と接合されている。例えば、補強部材２５０は、上部部材２１０の下端部の側面及び下部部材２２０の上端部の側面と接着剤を用いて接合されている。
本実施形態に係るロアアーム２０では、上部部材２１０及び下部部材２２０に渡って設けられ、接合部２４０に沿って延在する補強部材２５０が設けられることによって、上部部材２１０と下部部材２２０との接合強度に寄与する部材間の接着面積を増大させることができる。ゆえに、上部部材２１０と下部部材２２０との接合強度を増大させることができる。
また、補強部材２５０は、ロアアーム２０に曲げ変形が生じた時に上部部材２１０及び下部部材２２０の接合部２４０に負荷される引っ張り力の方向に対する剛性を強化する。本実施形態に係る補強部材２５０は、具体的には、接合部２４０に負荷される引っ張り力の方向に沿って強化繊維が配向した一方向繊維強化樹脂部材である。ここで、繊維強化樹脂部材に含まれる強化繊維の配向方向を揃えることによって、当該繊維強化樹脂部材の配向方向に対する引っ張り強度を効果的に向上させることができる。ゆえに、接合部２４０に負荷される引っ張り力の方向に沿って強化繊維が配向した一方向繊維強化樹脂部材を補強部材２５０として用いることによって、接合部２４０に負荷される引っ張り力の方向に対する剛性を強化させることができる。
具体的には、車体前方側に位置する補強部材２５０である前方側補強部材２５０ａによって、接合部２４０の車体前方側の部分２４０ａに負荷される引っ張り力の方向に対する剛性が強化される。また、車体後方側に位置する補強部材２５０である後方側補強部材２５０ｂによって、接合部２４０の車体後方側の部分２４０ｂに負荷される引っ張り力の方向に対する剛性が強化される。
それにより、図４に示すように、車体後方側を向く力がロアアーム２０の先端部２３に掛かる場合には、接合部２４０の車体前方側の部分２４０ａに負荷される引っ張り力によるロアアーム２０の変形を、前方側補強部材２５０ａによって、抑制することができる。また、図５に示すように、車体前方側を向く力がロアアーム２０の先端部２３に掛かる場合には、接合部２４０の車体後方側の部分２４０ｂに負荷される引っ張り力によるロアアーム２０の変形を、後方側補強部材２５０ｂによって、抑制することができる。ゆえに、ロアアーム２０の曲げ変形に対する強度を向上させることができる。よって、ロアアーム２０に曲げ変形が生じた場合であっても、接合部２４０を起点とした破壊の発生を防止することができる。このように、ロアアーム２０に入力される荷重の方向に応じて、接合部２４０において異なる位置に引っ張り力が生じ得る。本実施形態では、補強部材２５０は、上述したように、ロアアーム２０への荷重の入力方向の各々について、接合部２４０において引っ張り力が生じる位置にそれぞれ設けられる。それにより、ロアアーム２０に入力される荷重の方向に応じて、適切にロアアーム２０の曲げ変形を抑制することができる。
また、補強部材２５０は、図７に示したように、上部部材２１０及び下部部材２２０の外周部に渡って設けられてもよい。具体的には、上部部材２１０の外周部の下部及び下部部材２２０の外周部の上部には、それぞれロアアーム２０の内部側へ窪んだ窪み部２１４及び窪み部２２４が設けられ、上部部材２１０と下部部材２２０とが接合された状態において、窪み部２１４と窪み部２２４とは隣接する。補強部材２５０、例えば、このような窪み部２１４及び窪み部２２４により形成される窪み空間内に設置された状態で、上部部材２１０及び下部部材２２０へ接合され得る。
窪み部２１４及び窪み部２２４により形成される当該窪み空間の形状は、補強部材２５０の形状と対応する形状であってもよい。例えば、補強部材２５０の形状が帯形状である場合に、当該窪み空間の形状は補強部材２５０より幅方向の寸法がやや大きい溝形状であってもよい。それにより、上部部材２１０及び下部部材２２０への補強部材２５０の接着において、補強部材２５０の位置決めをより容易に行うことができる。
一般に、物体に曲げ変形が生じる時に、当該物体において最大の引っ張り応力が負荷される位置は、当該物体の表層部である。ゆえに、補強部材２５０が上部部材２１０及び下部部材２２０の外周部に渡って設けられることによって、ロアアーム２０に曲げ変形が生じる時に、ロアアーム２０において、比較的大きな引っ張り力が生じ得る位置である外周部の強度を向上させることができる。よって、ロアアーム２０の曲げ変形に対する強度をより効果的に向上させることができる。
＜３．変形例＞
上記では、接合部２４０に負荷される引っ張り力の方向に沿って強化繊維が配向した一方向繊維強化樹脂部材を補強部材２５０として用いることによって、接合部２４０に負荷される引っ張り力の方向に対する剛性を強化させる例について説明した。以下では、図８を参照して、接合部３４０に負荷される引っ張り力の方向に沿って突起部３５４が設けられた補強部材３５０を用いることによって、接合部３４０に負荷される引っ張り力の方向に対する剛性を強化させる変形例について説明する。
上記では、接合部２４０に負荷される引っ張り力の方向に沿って強化繊維が配向した一方向繊維強化樹脂部材を補強部材２５０として用いることによって、接合部２４０に負荷される引っ張り力の方向に対する剛性を強化させる例について説明した。以下では、図８を参照して、接合部３４０に負荷される引っ張り力の方向に沿って突起部３５４が設けられた補強部材３５０を用いることによって、接合部３４０に負荷される引っ張り力の方向に対する剛性を強化させる変形例について説明する。
図８は、変形例に係るロアアーム３０の構成の一例について説明するための車幅方向に略直交する断面における断面図である。図８は、変形例に係るロアアーム３０の先端部における断面を示しており、図４及び図５に示したロアアーム２０の先端部２３における車幅方向に略直交する断面であるＡ−Ａ断面と対応する。
図８に示したように、変形例に係るロアアーム３０は、上部部材３１０と、下部部材３２０と、補強部材３５０と、を備える。ロアアーム３０は、２以上の繊維強化樹脂部材を含む本発明に係る繊維強化樹脂構造体に相当する。また、上部部材３１０及び下部部材３２０は、本発明に係る繊維強化樹脂部材に相当する。
上部部材３１０及び下部部材３２０の各々は、図７を参照して説明したロアアーム２０の上部部材２１０及び下部部材２２０と同様の製造方法によって製造され得る。変形例では、上部部材３１０と下部部材３２０とは、補強部材３５０を介して接合される。上部部材３１０及び下部部材３２０のそれぞれには、凹部３１２及び凹部３２２が設けられ、凹部３１２及び凹部３２２が対向することにより、ロアアーム２０の内部側に閉空間３３０が形成される。
図８に示したように、補強部材３５０は、渡り部３５２と、突起部３５４と、を備える。なお、以下では、車体前方側に位置する補強部材３５０である前方側補強部材３５０ａの渡り部及び突起部をそれぞれ渡り部３５２ａ及び突起部３５４ａと称し、車体後方側に位置する補強部材３５０である後方側補強部材３５０ｂの渡り部及び突起部をそれぞれ渡り部３５２ｂ及び突起部３５４ｂと称する。
補強部材３５０は、図７を参照して説明した補強部材２５０と比較して、突起部３５４を備える点が異なる。補強部材３５０は、例えば、繊維強化樹脂からなる部材である。渡り部３５２は、上部部材３１０及び下部部材３２０に渡って設けられ、上部部材３１０及び下部部材３２０の接合部３４０に沿って延在する。渡り部３５２は、具体的には、上部部材３１０の下端部の側面から下部部材３２０の上端部の側面に渡って設けられ、上部部材３１０及び下部部材３２０と接合されている。渡り部３５２は、例えば、上部部材３１０の下端部の側面及び下部部材３２０の上端部の側面と接着剤を用いて接合されている。
変形例に係るロアアーム３０では、上部部材３１０及び下部部材３２０に渡って設けられ、接合部３４０に沿って延在する渡り部３５２が設けられることによって、図７を参照して説明したロアアーム２０と同様に、上部部材３１０と下部部材３２０との接合強度に寄与する部材間の接着面積を増大させることができる。ゆえに、上部部材３１０と下部部材３２０との接合強度を増大させることができる。
また、渡り部３５２は、上部部材３１０及び下部部材３２０の外周部に渡って設けられてもよい。具体的には、渡り部３５２は、上部部材３１０の外周部の下部及び下部部材３２０の外周部の上部にそれぞれ設けられる窪み部３１４及び窪み部３２４に渡って設置された状態で、上部部材３１０及び下部部材３２０に接合され得る。
突起部３５４は、接合部３４０に負荷される引っ張り力の方向に沿って渡り部３５２に設けられる。それにより、図８に示した断面に代表される、接合部３４０に負荷される引っ張り力の方向に対して略直交する断面におけるロアアーム３０の断面二次モーメントを増大させることができる。ゆえに、接合部３４０に負荷される引っ張り力の方向に対する剛性を強化させることができる。
また、補強部材３５０の突起部３５４は、ロアアーム３０の内部側へ突出してもよい。具体的には、突起部３５４は、渡り部３５２の中央部からロアアーム３０の閉空間３３０側へ突出する。その場合、突起部３５４は、接合部３４０において、上部部材３１０及び下部部材３２０により挟まれる。突起部３５４は、接合部３４０において、上部部材３１０の下端部及び下部部材３２０の上端部により挟まれた状態で、上部部材３１０及び下部部材３２０と接合される。例えば、突起部３５４の上部と上部部材３１０の下端部との間及び突起部３５４の下部と下部部材３２０の上端部との間が、接着剤を用いて接合される。
上述したように、図４に示すように、車体後方側を向く力がロアアーム３０の先端部に掛かっている場合、接合部３４０の車体前方側の部分３４０ａには、引っ張り力が負荷され、接合部３４０の車体後方側の部分３４０ｂには、圧縮力が負荷される。接合部３４０に負荷される引っ張り力の方向に沿って強化繊維が配向した一方向繊維強化樹脂部材を補強部材３５０として用いる場合、接合部３４０に負荷される引っ張り力の方向に対する剛性を強化させることができる。係る場合には、接合部３４０の車体前方側の部分３４０ａに負荷される引っ張り力によるロアアーム３０の変形を、前方側補強部材３５０ａによって、抑制することができる。
ここで、一般に、物体の曲げ変形における中立軸は、当該物体の中央に位置しない場合があることが知られている。ゆえに、ロアアーム３０に変形が生じることによって、接合部３４０の車体後方側の部分３４０ｂに圧縮力が負荷される状態において、後方側補強部材３５０ｂに設けられる閉空間３３０側へ突出した突起部３５４ｂの少なくとも一部に引っ張り力が負荷される場合がある。そのような場合において、変形例では、ロアアーム３０に生じる引っ張り力の一部を突起部３５４ｂが受けることによって、ロアアーム３０の変形をより効果的に抑制することができる。
＜４．まとめ＞
以上説明したように、本実施形態によれば、補強部材２５０は、上部部材２１０及び下部部材２２０に渡って設けられ、上部部材２１０及び下部部材２２０の接合部２４０に沿って延在する。それにより、上部部材２１０と下部部材２２０との接合強度に寄与する部材間の接着面積を増大させることができる。ゆえに、上部部材２１０と下部部材２２０との接合強度を増大させることができる。また、補強部材２５０は、ロアアーム２０に曲げ変形が生じた時に上部部材２１０及び下部部材２２０の接合部２４０に負荷される引っ張り力の方向に対する剛性を強化する。それにより、ロアアーム２０に対して、曲げ変形を生じさせる比較的大きな荷重が入力される場合において、ロアアーム２０の変形を抑制することができる。ゆえに、ロアアーム２０の曲げ変形に対する強度を向上させることができる。
以上説明したように、本実施形態によれば、補強部材２５０は、上部部材２１０及び下部部材２２０に渡って設けられ、上部部材２１０及び下部部材２２０の接合部２４０に沿って延在する。それにより、上部部材２１０と下部部材２２０との接合強度に寄与する部材間の接着面積を増大させることができる。ゆえに、上部部材２１０と下部部材２２０との接合強度を増大させることができる。また、補強部材２５０は、ロアアーム２０に曲げ変形が生じた時に上部部材２１０及び下部部材２２０の接合部２４０に負荷される引っ張り力の方向に対する剛性を強化する。それにより、ロアアーム２０に対して、曲げ変形を生じさせる比較的大きな荷重が入力される場合において、ロアアーム２０の変形を抑制することができる。ゆえに、ロアアーム２０の曲げ変形に対する強度を向上させることができる。
上記では、補強部材２５０又は渡り部３５２が、上部部材及び下部部材の外周部に渡って設けられる例について説明したが、補強部材２５０又は渡り部３５２と上部部材及び下部部材との位置関係は係る例に限定されない。例えば、補強部材２５０又は渡り部３５２は、上部部材及び下部部材の内周部に渡って設けられてもよい。
また、上記では、突起部３５４が、ロアアーム３０の内部側へ突出する例について説明したが、突起部３５４は、ロアアーム３０の外部側へ突出してもよい。係る場合には、突起部３５４は、例えば、渡り部３５２からロアアーム３０の閉空間３３０と逆側へ突出する。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は係る例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は応用例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
１ サスペンション装置
２ エンジンルーム
３ フロントホイールエプロン
５ サイドフレーム
６ ストラットタワー
６ａ ストラット支持部
７ サスペンション
７ａ ストラットアッパマウント
８ サスペンションクロスメンバ
９ アーム支持部
９ａ、９ｂ ブラケット
９ｃ ボルト挿通孔
１１ 前輪
１２ ボルト
１３ ナット
２０、３０、９０ ロアアーム
２１ 第１の基部
２２ 第２の基部
２３ 先端部
２７ ブッシュ
２８ ブッシュ
２９ ブッシュ
２１０、３１０、９１０ 上部部材
２１２、３１２、９１２ 凹部
２１４、３１４ 窪み部
２２０、３２０、９２０ 下部部材
２２２、３２２、９２２ 凹部
２２４、３２４ 窪み部
２３０、３３０、９３０ 閉空間
２４０、３４０、９４０ 接合部
２５０、３５０ 補強部材
３５２ 渡り部
３５４ 突起部
２ エンジンルーム
３ フロントホイールエプロン
５ サイドフレーム
６ ストラットタワー
６ａ ストラット支持部
７ サスペンション
７ａ ストラットアッパマウント
８ サスペンションクロスメンバ
９ アーム支持部
９ａ、９ｂ ブラケット
９ｃ ボルト挿通孔
１１ 前輪
１２ ボルト
１３ ナット
２０、３０、９０ ロアアーム
２１ 第１の基部
２２ 第２の基部
２３ 先端部
２７ ブッシュ
２８ ブッシュ
２９ ブッシュ
２１０、３１０、９１０ 上部部材
２１２、３１２、９１２ 凹部
２１４、３１４ 窪み部
２２０、３２０、９２０ 下部部材
２２２、３２２、９２２ 凹部
２２４、３２４ 窪み部
２３０、３３０、９３０ 閉空間
２４０、３４０、９４０ 接合部
２５０、３５０ 補強部材
３５２ 渡り部
３５４ 突起部
Claims (7)
- ２以上の繊維強化樹脂部材を含む繊維強化樹脂構造体であって、
２つの前記繊維強化樹脂部材に渡って設けられ、前記２つの繊維強化樹脂部材の接合部に沿って延在する補強部材を備え、
前記補強部材は、前記繊維強化樹脂構造体に曲げ変形が生じた時に前記２つの繊維強化樹脂部材の接合部に負荷される引っ張り力の方向に対する剛性を強化する、
繊維強化樹脂構造体。 - 前記補強部材は、前記引っ張り力の方向に沿って強化繊維が配向した一方向繊維強化樹脂部材である、請求項１に記載の繊維強化樹脂構造体。
- 前記補強部材には、前記引っ張り力の方向に沿って突起部が設けられる、請求項１又は２に記載の繊維強化樹脂構造体。
- 前記補強部材の前記突起部は、前記繊維強化樹脂構造体の内部側へ突出し、前記接合部において、前記２つの繊維強化樹脂部材により挟まれる、請求項３に記載の繊維強化樹脂構造体。
- 前記２つの繊維強化樹脂部材のそれぞれには、凹部が設けられ、
前記２つの繊維強化樹脂部材のそれぞれの前記凹部が対向することにより、前記繊維強化樹脂構造体の内部側に閉空間が形成される、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂構造体。 - 前記補強部材は、前記２つの繊維強化樹脂部材の外周部に渡って設けられる、請求項５に記載の繊維強化樹脂構造体。
- 前記繊維強化樹脂構造体は、車両のロアアームである、請求項１〜６のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂構造体。
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