JP5398110B2 - 自動車用ボンネット - Google Patents

Description

本発明は、自動車用ボンネットなどに好適に使用される積層体に関する。

近年、自動車用ボンネットには、自動車ボディの軽量化や、強度や剛性を向上させる目的から、エポキシ樹脂などのマトリクックス樹脂と炭素繊維などの強化繊維からなる繊維強化樹脂が使用されるようになってきている。
繊維強化樹脂（以下、ＦＲＰという場合もある。）製の自動車用ボンネットとしては、例えば、面状のＦＲＰ製のアウター（面部材）と、これを補強する枠状のＦＲＰ製のインナー（補強部材）とが周縁部で接合した積層体からなるものがある。
ところが、アウターの中央部と、インナーとの接合部分に相当する周縁部とで剛性に変化が生じ、剛性差による筋状の変形、いわゆるボンディングラインがアウターの表面側に現れることがあり、外観不良が発生することがあった。

そこで、アウターの外縁部にＦＲＰ層を複数積層させて増し厚部を形成させ、低剛性の中央部と高剛性の外縁部とからなるアウターを作製し、増し厚部を介してアウターとインナーを接合させて自動車用ボンネットを製造する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。増し厚部を形成させることにより、アウターの中央部と外縁部で既に剛性に変化をもたらしているため、さらに増し厚部を介してアウターとインナーを接合させても、増し厚部が無い場合に比べて、アウターの中央部と外縁部における剛性の変化が生じにくくなるため、外観不良を回避することができた。
国際公開第０６／０２５３１６号パンフレット

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、増し厚部が形成されているアウターの外縁部が自動車のボンネットの外周に相当するため衝撃を受けやすく、また、増し厚部が層状であるために、アウターと増し厚部との接合部分の端部が層間剥離しやすく、更には破壊する場合があった。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、面部材と増し厚部との接合部分の端部での層間剥離や破壊を防止し、自動車用ボンネットなどの用途に好適な積層体の提供を課題とする。

本発明の自動車用ボンネットは、積層体を用いた自動車用ボンネットであって、前記積層体は、繊維強化樹脂製の樹脂層を積層した増し厚部が周縁部に形成された繊維強化樹脂製の面部材と、該面部材を補強する繊維強化樹脂製の補強部材を有し、前記補強部材は、前記面部材の増し厚部に沿って枠状に配置された環状の部材であり、内周部と、外周部と、該補強部材の長手方向に沿う中央部分に形成され、前記内周部及び前記外周部から膨出した中央膨出部とを備え、前記増し厚部の内側部と外側部とがテーパー状であり、かつ、増し厚部と前記補強部材の内周部及び外周部とが接合されていることを特徴とする。
また、前記面部材と前記補強部材との間に、発泡体からなるコア材が挟持されていることが好ましい。

本発明によれば、面部材と増し厚部との接合部分の端部での層間剥離や破壊を防止し、自動車用ボンネットなどの用途に好適な積層体を提供できる。

以下本発明を詳細に説明する。
図１〜３は、各々本発明の積層体を用いた自動車用ボンネット１０の一例を示す平面図と、分解斜視図と、図１のＩ−Ｉ’線に沿う断面図である。
この自動車用ボンネット１０は、その表面側を構成する繊維強化樹脂製の面部材１１と、面部材１１の裏面側において面部材１１の周縁部に形成された増し厚部１３を介して枠状に配置される、繊維強化樹脂製の環状の補強部材１２とを有して構成されている。
また、面部材１１と補強部材１２との間には、自動車用ボンネット１０により高い機械的強度を付与するための発泡体からなるコア材１４が挟持されていることが好ましい。

具体的には、面部材１１は図３に示すように、面部材１１の周縁部に、繊維強化樹脂製の樹脂層を積層した増し厚部１３が形成されており、面部材１１の裏面１１ａと増し厚部１３の表面１３ａが接する構造となっている。
また、前記増し厚部１３は、その両側の側部、すなわち内側部１３ｂと外側部１３ｃとが、増し厚部１３の裏面１３ｄから表面１３ａに向かって広がるようなテーパー状になっている。これにより、増し厚部１３の両側の側部がテーパー状になっていない場合に比べ、面部材１１の裏面１１ａと増し厚部１３の表面１３ａとの接着界面端部への応力が集中しにくくなるので、面部材１１と増し厚部１３とが、接合部分の端部にて層間剥離するのを防ぐ。また、面部材１１の中央部と外縁部における剛性の変化が緩やかとなり、外観不良をより回避することができる。なお、テーパー状をなす際の傾きは、内側部１３ｂと外側部１３ｃとが同じであってもよく、異なっていてもよい。

一方、補強部材１２は、その断面がいわゆるハット形状とされていて、長手方向に沿う中央部分には中空膨出部１２ａが形成され、その両側が周縁部、すなわち、内周部１２ｂと外周部１２ｃになっている。
そして、内周部の上面１２ｂ’と外周部の上面１２ｃ’とが、増し厚部１３の裏面１３ｄに、接着剤などにより接合されることで、各部材が一体化されている。
なお、上述したように、補強部材１２の中空膨出部１２ａにはコア材１４が内包されてもよい。

なお、図４は、未増し厚部１３ｅが形成されるように、増し厚部１３を内側に移した自動車用ボンネットの一例（比較例）を示す図であるが、この場合は従来のものと同様に、面部材１１と増し厚部１３とが接合する端部（未増し厚部１３ｅ側）での層間剥離や破壊が起こりやすい。
従って、面部材１１と増し厚部１３とが接合する端部での層間剥離や破壊を低減させるためには、面部材１１の周縁部に形成された増し厚部１３の内側部１３ｂと外側部１３ｃとが、テーパー状になっていることが重要である。

このような自動車用ボンネット１０は例えば次のようにして製造できる。
プリグレグの調製；
強化繊維としてフィラメント数が３０００本の炭素繊維束を用意し、これを平織して炭素繊維織布を製造する。次いで、この炭素繊維織布にマトリックス樹脂としてエポキシ樹脂を含浸してプリプレグ（１）を調製する。また、強化繊維としてフィラメント数が１万２０００本の炭素繊維束を用意し、これを同様に平織し、マトリックス樹脂としてエポキシ樹脂を含浸し、プリプレグ（２）を調製する。さらに、一方向に引き揃えられた炭素繊維にエポキシ樹脂を含浸して、一方向プリプレグ（３）を調製する。

面部材１１の成型；
（手段１）
面部材成型用の金型を用意し、これに、プリプレグ（１）：１層、一方向プリプレグ（３）：４層、プリプレグ（１）：１層を順次配置する。さらに、補強部材１２との接合部分に相当する箇所にプリプレグ（２）：１層を配置して増し厚部分を形成させた後、バギングし、オートクレーブ内で所定の条件で加熱、加圧した。次いで、増し厚部１３の両側の側部を、表面１３ａが裏面１３ｄよりも大きくなるようにテーパー状に研削し、増し厚部１３以外の厚さが約１ｍｍの面部材１１を成型する。

（手段２）
面部材成型用の金型を用意し、これに、プリプレグ（１）：１層、一方向プリプレグ（３）：４層、プリプレグ（１）：１層を順次配置する。別途、大きさの異なる一方向プリプレグ（３）などの薄厚のプリプレグを複数用意し、これを補強部材１２との接合部分に相当する箇所に、テーパー形状になるように大きいプリプレグから順に、次第に大きさが小さくなるようにずらしながら複数層配置して、両側の側部がテーパー状の増し厚部分を形成させる。その後、バギングし、オートクレーブ内で所定の条件で加熱、加圧し、増し厚部１３以外の厚さが約１ｍｍの面部材１１を成型する。

（手段３）
増し厚部分の両側の側部がテーパー形状になるような面部材成型用の金型を用意し、手段１と同様にして各プリプレグを配置する。その後、バギングし、オートクレーブ内で所定の条件で加熱、加圧し、増し厚部１３以外の厚さが約１ｍｍの面部材１１を成型する。
なお、手段１〜３において、一方向プリプレグ（３）を４層積層する際には、１層目と３層目、２層目と４層目の炭素繊維がそれぞれ同じ引き揃え方向になるようにし、かつ、１層目と３層目の炭素繊維に対して、２層目と４層目の炭素繊維が直角をなすように積層することが好ましい。

補強部材１２の成型；
補強部材成型用の金型を用意し、これにプリプレグ（２）：１層を配置した後、バギングし、オートクレーブ内で所定の条件で加熱、加圧し、厚さが約０．８ｍｍの補強部材１２を成型する。

自動車用ボンネット１０の作製；
補強部材１２の内周部の上面１２ｂ’と外周部の上面１２ｃ’に、例えば接着剤などを貼着し、貼着された接着剤と面部材１１の増し厚部１３の裏面１３ｄの所定位置とが接合するように重ね合わせる。このような方法により、図示例の自動車用ボンネット１０を製造することができる。なお、接着剤の種類によっては、接着剤を硬化させるための加熱硬化処理をさらに行ってもよい。
また、補強部材１２の中空膨出部１２ａにコア材１４を配置した後に、面部材１１と補強部材１２とを接合するのが好ましい。

各プリプレグに使用する強化繊維としては、炭素繊維以外に、ガラス繊維、ボロン繊維、炭化ケイ素繊維、アルミナ繊維、スチール繊維などの無機繊維も使用できるが、強度面から、ＰＡＮ系炭素繊維などの炭素繊維が好ましい。
また、マトリックス樹脂としては、エポキシ樹脂以外に、ポリイミド樹脂、ビスマレイミド樹脂、フェノール樹脂などが使用できるが、耐熱性、硬度、硬化収縮率、化学薬品耐性などの点から、エポキシ樹脂が好ましい。エポキシ樹脂としては、グリシジルエーテル型、グリシジルエステル型、グリシジルアミン型、脂環型等の一般的なエポキシ樹脂を使用できる。また、マトリックス樹脂には、必要に応じて公知の硬化剤を適量添加できる。

コア材１４を構成する発泡体としては、アクリル系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ウレタン系樹脂、フェノール系樹脂、ポリメタクリルイミド系樹脂などの原料樹脂がガス（発泡剤）により発泡した樹脂の発泡体であれば特に制限はないが、機械的強度、耐熱性、耐候性などに優れていることから、アクリル系樹脂の独立気泡体からなる発泡体が好ましい。また、発泡体の発泡倍率は、１０〜２５倍が好ましい。

面部材１１と補強部材１２との接合方法に関しては、特に制限されず、公知の方法が適用できる。例えば、テープ状接着剤や、不織布に樹脂を含浸したものや、プリプレグに使用したマトリックス樹脂と同じ樹脂からなる樹脂フィルムなどの接着剤などを用いて接合するのが望ましい。中でも、厚み精度が優れている点から、テープ状接着剤やプリプレグに使用したマトリックス樹脂と同じ樹脂からなる樹脂フィルムが接着剤としては好適である。

以上説明したように、面部材１１の周縁部に形成された増し厚部１３を介して、面部材１１とこの面部材１１を補強する補強部材１２とが接合された自動車用ボンネット１０によれば、増し厚部１３の両側の側部がテーパー状になっているため、衝撃を受けたとしても面部材１１と増し厚部１３とが接合する端部での層間剥離や破壊のおそれを低減できる。
なお、以上の説明では、積層体の用途として、自動車用ボンネットを例示したが、積層体の用途には特に制限はなく、例えば、自動車のディフューザ、建築物の屋根、レドームなど、耐熱性が要求される用途に好適に使用できる。

本発明の積層体の一例である自動車用ボンネットの平面図である。 本発明の積層体の一例である自動車用ボンネットの分解斜視図である。 図１のＩ−Ｉ’線に沿う断面図である。 図３の比較例を示す断面図である。

符号の説明

１０ 自動車用ボンネット
１１ 面部材
１２ 補強部材
１３ 増し厚部
１３ｂ 内側部
１３ｃ 外側部
１４ コア材

Claims (2)

1. 積層体を用いた自動車用ボンネットであって、
   前記積層体は、繊維強化樹脂製の樹脂層を積層した増し厚部が周縁部に形成された繊維強化樹脂製の面部材と、該面部材を補強する繊維強化樹脂製の補強部材を有し、
   前記補強部材は、前記面部材の増し厚部に沿って枠状に配置された環状の部材であり、内周部と、外周部と、該補強部材の長手方向に沿う中央部分に形成され、前記内周部及び前記外周部から膨出した中央膨出部とを備え、
   前記増し厚部の内側部と外側部とがテーパー状であり、かつ、増し厚部と前記補強部材の内周部及び外周部とが接合されていることを特徴とする自動車用ボンネット。
2. 前記面部材と前記補強部材との間に、発泡体からなるコア材が挟持されていることを特徴とする請求項１に記載の自動車用ボンネット。

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