JP6640575B2 - Composite structure - Google Patents
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Description
本発明は、繊維強化樹脂を用いて構成される複合構造体に関する。 The present invention relates to a composite structure formed using a fiber reinforced resin.
近年、自動車の車体を始めとする構造体を構成する構造部材として、炭素繊維強化樹脂(CFRP)等の繊維強化樹脂からなる立体形状の構造部材が使用されつつある。繊維強化樹脂からなる構造部材は、金属製の構造部材に比べて構造部材の軽量化を図ることができる。繊維強化樹脂からなる構造体は、例えば、強化繊維に熱硬化性のマトリックス樹脂を含浸させた繊維強化樹脂シートを積層した繊維強化樹脂積層体を、オートクレーブ装置を用いて加熱及び加圧し、マトリックス樹脂を硬化させることにより製造される。 BACKGROUND ART In recent years, three-dimensional structural members made of a fiber reinforced resin such as a carbon fiber reinforced resin (CFRP) have been used as structural members constituting a structural body such as an automobile body. The structural member made of fiber reinforced resin can reduce the weight of the structural member as compared with a metal structural member. The structure made of fiber reinforced resin is, for example, a fiber reinforced resin laminate obtained by laminating a fiber reinforced resin sheet in which reinforced fibers are impregnated with a thermosetting matrix resin, heated and pressed using an autoclave device, and the matrix resin It is manufactured by curing.
ここで、構造部材に、連結具等が挿入される孔が設けられる場合がある。例えば、特許文献1には、軸方向端部に、継手装置の装着部が設けられた繊維強化樹脂製の樹脂アームが開示されている。かかる樹脂アームの軸部は、例えば強化繊維として長繊維を含有させた溶融樹脂材料を用いて連続引出成形法によって得られた長材を、適当な長さで切断することによって製造される。また、樹脂アームの装着部としての筒状部は、例えば強化繊維として短繊維を含有させた溶融樹脂材料を、成形金型によって形成された成形キャビティ内に充填して冷却固化させることで製造される。 Here, the structural member may be provided with a hole into which a connector or the like is inserted. For example, Patent Literature 1 discloses a resin arm made of fiber reinforced resin provided with a mounting portion of a joint device at an axial end. The shaft portion of the resin arm is manufactured by cutting a long material obtained by a continuous pultrusion method using a molten resin material containing a long fiber as a reinforcing fiber into an appropriate length. Further, the cylindrical portion as a mounting portion of the resin arm is manufactured by filling a molten resin material containing short fibers as reinforcing fibers into a molding cavity formed by a molding die and solidifying by cooling. You.
しかしながら、特許文献1に記載の樹脂アームは、繊維強化樹脂を用いて製造されるものの、筒状部は、短繊維を含有させた溶融樹脂材料により形成されるものであり、サスペンションアームのように、高い剛性及び強度が要求される部品としては、剛性及び強度が充分とは言えない。また、繊維強化樹脂を用いることによる軽量化の効果を維持しつつ、孔部分の強度を上げる方法として、孔部分に金属製の部材を用いることが考えられる。ただし、この場合には、繊維強化樹脂と金属製の部材との接続を強固にして、複合構造体の剛性及び強度を確保することが必要となる。 However, although the resin arm described in Patent Literature 1 is manufactured using a fiber reinforced resin, the tubular portion is formed of a molten resin material containing short fibers, and is similar to a suspension arm. However, the rigidity and strength are not sufficient for components requiring high rigidity and strength. Further, as a method of increasing the strength of the hole while maintaining the effect of weight reduction by using the fiber reinforced resin, it is conceivable to use a metal member in the hole. However, in this case, it is necessary to secure the rigidity and strength of the composite structure by strengthening the connection between the fiber reinforced resin and the metal member.
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、繊維強化樹脂製の構造体の孔部を金属製の部材を用いて構成しつつ、構造体の剛性及び強度を確保可能な、新規かつ改良された複合構造体を提供することにある。 Therefore, the present invention has been made in view of the above-described problem, and an object of the present invention is to provide a structure, in which a hole of a structure made of fiber-reinforced resin is formed using a metal member. It is an object of the present invention to provide a new and improved composite structure capable of securing the rigidity and strength of the composite structure.
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、強化繊維を含む繊維強化樹脂を用いて構成され、先端部に孔部を有するアーム部を備えた複合構造体であって、アーム部は、孔部を形成する開口を有する円筒部と、円筒部の外周に連設されてアーム部の根元側から先端側の方向に沿って延設された延在部と、を有する金属部材が、繊維強化樹脂に埋め込まれて構成される、複合構造体が提供される。 In order to solve the above problems, according to an aspect of the present invention, there is provided a composite structure including an arm portion having a hole at a tip portion, the composite structure being configured using a fiber reinforced resin including a reinforcing fiber, The metal member includes: a cylindrical portion having an opening that forms a hole; and an extending portion connected to the outer periphery of the cylindrical portion and extending from the base side of the arm portion to the distal end side. Is embedded in a fiber reinforced resin.
円筒部を被覆する繊維強化樹脂は、円筒部の周面に沿って配置される連続繊維を含んでもよい。 The fiber reinforced resin covering the cylindrical portion may include continuous fibers arranged along the peripheral surface of the cylindrical portion.
延在部が、湾曲部又は屈曲部を有してもよい。 The extending portion may have a curved portion or a bent portion.
複合構造体が、車両用のサスペンションアームであってもよい。 The composite structure may be a suspension arm for a vehicle.
以上説明したように本発明によれば、繊維強化樹脂製の構造体の孔部を金属製の部材を用いて構成しつつ、構造体の剛性及び強度を確保することができる。 As described above, according to the present invention, the rigidity and strength of the structure can be ensured while the holes of the structure made of the fiber-reinforced resin are formed using metal members.
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。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the specification and the drawings, components having substantially the same functional configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. Further, in this specification and the drawings, a plurality of components having substantially the same function and configuration may be distinguished from each other by adding different alphabets after the same reference numeral. However, when it is not necessary to particularly distinguish each of a plurality of components having substantially the same functional configuration, only the same reference numeral is assigned.
<1.複合構造体>
(1−1.ロアアームの概略)
まず、図1及び図2を参照して、本実施形態にかかる複合構造体の一例としてのロアアーム(サスペンションアーム)20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100の構成例を説明するための模式図であり、図2は、ロアアーム20及びサスペンションクロスメンバ108の分解斜視図である。
<1. Composite Structure>
(1-1. Outline of Lower Arm)
First, a lower arm (suspension arm) 20 as an example of a composite structure according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a configuration example of a
サスペンション装置100において、エンジンルーム102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103で仕切られている。フロントホイールエプロン103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105に接合されている。また、フロントホイールエプロン103の後部にストラットタワー106が形成されている。ストラットタワー106に、ストラット式のサスペンション107が収容されている。サスペンション107の上部は、ストラットタワー106の上部に形成されたストラット支持部106aに、ストラットアッパマウント107aを介して支持されている。
In the
エンジンルーム102の下部には、サスペンションクロスメンバ108が配設されている。サスペンションクロスメンバ108の車幅方向両端の上面が、サイドフレーム105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108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108の車幅方向両端部の下面に、アーム支持部109が突設されている。左右の各アーム支持部109は、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109a,109bを備え、各ブラケット109a,109bにボルト挿通孔109cが穿設されている。ブラケット109a,109b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。
A
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、図示しないブッシュが圧入される。ブッシュには、ブラケット109a,109bに穿設されているボルト挿通孔109cに対して外方から挿通されたボルト112の軸部が貫通され、ボルト112の軸部はナット113によって締結されている。
The
また、第2の基部22には、図示しないブッシュが圧入される。第2の基部22は、ブッシュを介してサイドフレーム105に軸支される。さらに、揺動端となる先端部23には、図示しないブッシュが圧入される。先端部23は、ブッシュを介して図示しないボールジョイントに連結され、前輪111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107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108及びサイドフレーム105に揺動可能に支持される。
A bush (not shown) is press-fitted into the
(1−2.ロアアームの構成例)
次に、本実施形態にかかる複合構造体としてのロアアーム20の構成例について詳細に説明する。図3は、ロアアーム20の一例を示す斜視図である。ロアアーム20は、略T字状あるいはL字状の平面形状を有し、サスペンションクロスメンバ108に連結される第1の基部21と、サイドフレーム105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、揺動端とされる先端部23とを有する。かかるロアアーム20は、本体部18と、第1の基部21、第2の基部22、及び先端部23に設けられた孔部19a,19b,19cと、孔部19a,19b,19c内に配置された円筒部材27,28,29とを有する。第1の基部21、第2の基部22、及び先端部23は、それぞれアーム部25a,25b,25cの先端側に設けられる。
(1-2. Configuration Example of Lower Arm)
Next, a configuration example of the
本体部18は、例えば、連続繊維を含む繊維強化樹脂シートを用いて成形される。連続繊維を含む繊維強化樹脂シートは、連続する繊維にマトリックス樹脂を含浸させて形成されるものである。また、本体部18は、互いに接合された第1の半体18aと第2の半体18bとにより構成される。第1の半体18aと第2の半体18bとは、第1の基部21、第2の基部22、及び先端部23を通過する平面に沿った接合面で接合されている。第1の半体18a及び第2の半体18bは、それぞれ連続繊維を含む繊維強化樹脂シートを用いて成形される。第1の半体18aと第2の半体18bとの接合方法は、特に限定されるものではなく、接着剤による接合、振動溶融圧着、熱溶融圧着をはじめとして、種々の方法を採用することができる。
The
使用される連続繊維としては、例えば、炭素繊維が挙げられるが、他の繊維が用いられてもよく、さらには複数の繊維が組み合わせられて用いられてもよい。ただし、炭素繊維は、機械特性に優れていることから、強化繊維が炭素繊維を含むことが好ましい。 As the continuous fiber to be used, for example, a carbon fiber may be mentioned, but other fibers may be used, or a plurality of fibers may be used in combination. However, since carbon fibers have excellent mechanical properties, it is preferable that the reinforcing fibers include carbon fibers.
繊維強化樹脂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。 As the matrix resin of the fiber-reinforced resin, a thermoplastic resin or a thermosetting resin is used. Examples of the thermoplastic resin include polyethylene resin, polypropylene resin, polyvinyl chloride resin, ABS resin, polystyrene resin, AS resin, polyamide resin, polyacetal resin, polycarbonate resin, thermoplastic polyester resin, PPS (polyphenylene sulfide) resin, and fluorine. Examples thereof include a resin, a polyetherimide resin, a polyetherketone resin, and a polyimide resin.
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。 As the matrix resin, one of these thermoplastic resins or a mixture of two or more thereof can be used. Alternatively, the matrix resin may be a copolymer of these thermoplastic resins. When the matrix resin is a mixture of these thermoplastic resins, a compatibilizer may be used in combination. Further, the matrix resin may contain a bromine-based flame retardant as a flame retardant, a silicon-based flame retardant, red phosphorus, or the like.
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。 In this case, as the thermoplastic resin used, for example, polyethylene, a polyolefin resin such as polypropylene, a polyamide resin such as nylon 6, nylon 66, a polyethylene resin such as polyethylene terephthalate and polybutylene terephthalate, a polyether ketone, Resins such as polyethersulfone and aromatic polyamide are exemplified. Among them, it is preferable that the thermoplastic matrix resin is at least one selected from the group consisting of polyamide, polyphenylene sulfide, polypropylene, polyetheretherketone, and phenoxy resin.
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。 Examples of the thermosetting resin that can be used as the matrix resin include an epoxy resin, an unsaturated polyester resin, a vinyl ester resin, a phenol resin, a polyurethane resin, and a silicone resin. One or a mixture of two or more of these thermosetting resins can be used as the matrix resin. When using these thermosetting resins for the matrix resin, an appropriate curing agent or reaction accelerator may be added to the thermosetting resin.
円筒部材27,28,29には、ブッシュが圧入される。そのため、円筒部材27,28,29としては、例えば、金属製の円筒部材が用いられる。使用され得る金属としては、例えば、ステンレス鋼、鋳鉄、チタン、チタン合金等が挙げられるが、これらの金属に限られない。第2の基部22及び先端部23に配置される円筒部材28,29は、第1の半体18a及び第2の半体18bを接合し、孔部19b,19cを形成した後に圧入されてもよい。あるいは、第2の基部22及び先端部23に配置される円筒部材28,29は、第1の半体18a及び第2の半体18bそれぞれに孔部19b,19cを形成し、第1の半体18a及び第2の半体18bを接合した後に、圧入されてもよい。
A bush is press-fitted into the
また、第1の基部21に配置される円筒部材27は、金属からなり、アーム部25aの構成要素の1つである繊維強化樹脂に埋め込まれている。図7は、円筒部材(以下、「金属部材」ともいう。)27の一例を示す斜視図である。図示した金属部材27は、開口21’を有する円筒部27aと、円筒部27aの外周部に連設された延在部27bとを有する。延在部27bは、アーム部25aに沿って配置される。したがって、繊維強化樹脂に埋め込まれた金属部材27は、円筒部27aの外周面と、延在部27bの表面とで、本体部18の構成材料である繊維強化樹脂に対して接触する。これにより、金属製の金属部材27と繊維強化樹脂との接触面積が増大し、アーム部25aの剛性及び強度が高められている。また、金属部材27が、円筒部27aだけでなく、アーム部25aに沿って配置された延在部27bの部分でも繊維強化樹脂に埋め込まれるために、例えば、アーム部25aに対して横方向から負荷される荷重にも耐えることができる。
The
また、図7に示した金属部材27において、延在部27bは、湾曲部27bbを有する。これにより、延在部27bの延在方向に沿う長さが等しい場合には、延在部27bの表面積が増加し、繊維強化樹脂との接触面積が増大する。また、湾曲部27bbが繊維強化樹脂に埋め込まれることで、金属部材27が繊維強化樹脂から抜けにくくなる。したがって、アーム部25aの剛性及び強度がより高められる。なお、湾曲部27bbの代わりに屈曲部が設けられてもよく、さらには、突部等の段差部分が設けられてもよい。また、延在部27bは、1つに限られず、複数設けられてもよい。
Further, in the
かかる金属部材27は、例えば、円筒部27aと延在部27bとが一体成形された部材であってもよい。具体的には、鍛造、鋳造、型成形等によって、金属部材27が一体的に作製された部材とすることができる。これにより、円筒部27aと延在部27bとの接続部分の表面の凹凸を減らし、繊維強化樹脂との接合を強固にすることができる。ただし、円筒部27aと延在部27bとは、例えば溶接により接合されてもよい。この場合、延在部27bの一端の少なくとも一部が、円筒部27aの外周面に形成された凹部あるいは孔部に挿入され、接合されてもよい。
The
かかる金属部材27は、第1の半体18a及び第2の半体18bのそれぞれに孔部19a及びアーム部25aの半体を形成し、第1の半体18a及び第2の半体18bを接合する際に、当該半体部分に金属部材27を挟み込んで接合してもよい。このとき、金属部材27が接合される第1の半体18a及び第2の半体18bの内面は、成形型40の成形面により形成される面ではないため、切削加工等によって、金属部材27の外形に対応する内面を形成した上で、金属部材27を接合してもよい。
The
このように構成されるロアアーム20において、筒状の第1の基部21に配置された金属部材27の円筒部27a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に配置された円筒部材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。かかるロアアーム20には、車体への荷重や振動が伝達されるため、第1の基部21、第2の基部22、及び、先端部23には、それぞれ大きな負荷が発生し得る。したがって、第1の基部21、第2の基部22、及び、先端部23には、高い剛性及び強度が要求される。このため、本実施形態にかかるロアアーム20では、金属部材27が繊維強化樹脂に埋め込まれ、孔部19b,19cの周囲に沿って連続繊維が配置され、孔部19b,19cの強度が高められている。
In the
<2.複合構造体の製造方法>
次に、本実施形態にかかる複合構造体の製造方法の一例について説明する。ここでは、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成形型上に積層した後にバッギングを行い、さらに、オートクレーブ装置を用いて、バッグ内を減圧しながら、バッグ全体を加圧しつつ加熱し、繊維強化樹脂の積層体を硬化させて本体部を形成しつつ、金属部材27あるいは円筒部材28,29を取り付けるロアアーム20の製造方法の例を説明する。
<2. Manufacturing method of composite structure>
Next, an example of a method for manufacturing a composite structure according to the present embodiment will be described. Here, bagging is performed after laminating a fiber reinforced resin sheet in which a matrix resin is impregnated with a reinforcing fiber on a molding die. Then, an example of a method of manufacturing the
本実施形態にかかる複合構造体の製造方法は、以下の工程を含む。
・プリプレグカット工程
・積層工程
・バッギング工程
・成形工程
・インプラント及び接合工程
・孔開け工程
The method for manufacturing a composite structure according to the present embodiment includes the following steps.
・ Prepreg cutting process ・ Lamination process ・ Bagging process ・ Molding process ・ Implant and joining process ・ Punching process
以下、図3に示した複合構造体の製造方法について、図4〜図7を適宜参照しながら、工程順に説明する。図4〜図6は、本実施形態にかかるロアアーム20の製造方法の流れを示す説明図である。
Hereinafter, a method of manufacturing the composite structure illustrated in FIG. 3 will be described in the order of steps with reference to FIGS. 4 to 7 as appropriate. 4 to 6 are explanatory diagrams illustrating the flow of the method of manufacturing the
(2−1.プリプレグカット工程)
図4に示すように、プリプレグカット工程では、所定幅の繊維強化樹脂シート5が、製造する繊維強化樹脂構造体に適した大きさ、あるいは、長さに切断されて、プレプレグ12が作製される。プリプレグ12の形状は、本体部18を展開した形状に略一致させることができ、この場合、プリプレグ12の寸法は、本体部18の外形よりも大きくされていてもよい。
(2-1. Pre-preg cutting step)
As shown in FIG. 4, in the prepreg cutting step, the fiber reinforced
連続繊維を含む繊維強化樹脂シート5は、例えば、公知のフィルム含浸法や溶融含浸法等により、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ことにより製造される。この繊維強化樹脂シート5が適宜切断されて、所望の平面形状を有するプリプレグ12が作製される。1枚の繊維強化樹脂シート5又はプリプレグ12の厚さは、例えば、0.03〜1.0mmの範囲内の値とすることができる。
The fiber-reinforced
(2−2.積層工程)
図5に示すように、積層工程では、複数枚のプリプレグ12が積層されて、繊維強化樹脂積層体14が作製される。プリプレグ12は、例えば、成形型40の成形面上に積層される。積層されるプリプレグ12の数は、特に限定されるものではなく、製造する複合構造体の用途等に応じて選択し得るが、例えば、3〜6枚のプリプレグ12を積層することができる。このとき、それぞれのプリプレグ12の連続繊維の配向方向を一方向にそろえて積層し、繊維強化樹脂積層体14が作製されてもよい。これにより、製造されるロアアーム20における、連続繊維の配向方向に沿う特定方向の強度を高めることができる。あるいは、一部又は全部のプリプレグ12の連続繊維の配向方向を異ならせて積層し、繊維強化樹脂積層体14が作製されてもよい。これにより、製造されるロアアーム20の強度に異方性を持たせることができる。
(2-2. Lamination process)
As shown in FIG. 5, in the laminating step, a plurality of
なお、複数のプリプレグ12を積層して繊維強化樹脂積層体14を成形する場合、それぞれの繊維強化樹脂シートに含まれる強化繊維の種類や含有率等が異なっていてもよい。また、積層される複数枚の繊維強化樹脂シートにおいて、マトリックス樹脂は、相溶性を有する異なる材料が用いられてもよく、あるいは、同一のマトリックス樹脂に対して異なる添加物等が混合されていてもよい。この場合においても、繊維強化樹脂積層体14の溶融及び硬化を効率的に行えるように、融点が近似するマトリックス樹脂が用いられるとよい。
When the fiber-reinforced
ここで、積層工程でプリプレグ12を積層する際に、少なくとも第1の基部21が形成されるアーム部25aのうち、孔部19aに対応する部分を含む先端側に、アーム部25aの延在方向に沿って連続繊維が配置されるように積層されてもよい。これにより、アーム部25aの根元側と孔部19aに対応する部分の繊維の連続性が確保され、剛性及び強度を向上させることができる。また、このように連続繊維が配置されれば、孔部19aの周方向に沿って、すなわち、後に埋め込まれる金属部材27の円筒部27aの周方向に沿って連続繊維が配置されることになり、孔部19aの強度を高めることができる。
Here, when the
このとき、一方向に配向する連続繊維を含む繊維強化樹脂シート(UD(Uni−Directional)材)からなる連続繊維補強シートが、孔部19b,19cに相当する部位(以下、「孔開け予定部位」ともいう。)の周囲に沿って配置されてもよい。これにより、孔開け加工を行った後においても孔部19b,19cの周囲の繊維の連続性が保たれ、孔部19b,19cの周囲の剛性及び強度の低下を防ぐことができる。連続繊維補強シートは、上述した繊維強化樹脂シート5(図4を参照)を、所定の長さ及び幅に切断して形成することができる。すなわち、連続繊維補強シートの厚さは、プリプレグ12の厚さと同じであってよい。配置される連続繊維補強シートの数は特に限定されない。
At this time, a continuous fiber reinforcing sheet made of a fiber reinforced resin sheet (UD (Uni-Directional) material) containing continuous fibers oriented in one direction is applied to a portion corresponding to the
(2−3.バッギング工程)
図5に示すように、バッギング工程では、成形型40上に配置された繊維強化樹脂積層体14の上に、例えばゴム製のバッグ31が設置され、バッグ31と成形型40とがクランプされる。成形型40は、例えば、金型であってもよいし、繊維強化樹脂製の成形型であってもよい。バッグ31は、変形可能な材質のバッグであればよく、ゴム製のバッグに限られない。ただし、成形型40及びバッグ31は、いずれも、後工程におけるオートクレーブ装置を用いた加熱処理に耐え得る材料により構成される。かかるバッギングにより、少なくとも成形型40とバッグ31とにより形成される成形空間33が気密状態にされる。
(2-3. Bagging process)
As shown in FIG. 5, in the bagging step, for example, a
(2−4.成形工程)
図5に示すように、成形工程では、バッギングされた繊維強化樹脂積層体14がオートクレーブ装置内に投入される。オートクレーブ装置は、釜の内部を高圧状態にしつつ、加熱処理を行う装置である。繊維強化樹脂積層体14がオートクレーブ装置内に投入された後、ポンプ35等により成形空間33内の空気が吸引されて、成形空間33内が真空状態にされる。これにより、繊維強化樹脂積層体14は、プリプレグ12内の空気が脱気されつつ、加圧下で加熱され、硬化させられる。これにより、本体部18を構成する第1の半体18aが成形される。成形空間33内を真空状態にしつつ、加圧下で加熱することにより、成形される第1の半体18aの空洞率を低下させることができ、第1の半体18aの機械的強度を高めることができる。また、成形空間33内が真空状態にされることから、成形型40に接する面の反対面も、比較的きれいな仕上がりになる。
(2-4. Forming process)
As shown in FIG. 5, in the forming step, the bagged fiber-reinforced
なお、ここまで説明したプリプレグカット工程、積層工程、バッギング工程、及び、成形工程と同様の手順により、第2の半体18bも形成される。
The
(2−5.孔開け工程)
図6に示すように、孔開け工程では、第1の半体18a及び第2の半体18bそれぞれにおける、第2の基部22及び先端部23の孔開け予定部位に対して孔開け加工が行われ、孔部19b,19cが形成される。図6には、第1の半体18aに対して孔部19b,19cを形成した様子が示されている。第2の半体18bについても、同様に孔部19b,19cが形成される。孔開け加工は、ウォータージェット加工、レーザー加工、又は、ドリルやエンドミル等の工具を用いた穿孔加工等を採用することができる。ただし、孔開け加工は、かかる例に限定されない。
(2-5. Drilling step)
As shown in FIG. 6, in the drilling step, drilling is performed on portions of the
(2−6.インプラント・接合工程)
図6に示すように、インプラント・接合工程では、第1の半体18aと第2の半体18bとが接合されて、本体部18が作製される。接合方法は、特に限定されるものではなく、接着剤による接合、振動溶融圧着、熱溶融圧着をはじめとして、種々の方法を採用することができる。本実施形態にかかるロアアーム20の製造方法の例では、第1の半体18aと第2の半体18bとが接合されることによって、第1の基部21の孔部19aが形成される。
(2-6. Implant / joining process)
As shown in FIG. 6, in the implant / joining step, the
また、本実施形態では、インプラント・接合工程において、第1の基部21に金属部材27が埋め込まれる。具体的に、第1の半体18aと第2の半体18bとを接合する際に、アーム部25aに相当する部分の先端側に金属部材27を挟み込み、金属部材27と、第1の半体18a及び第2の半体18bとの接合も同時に行う。このとき、金属部材27の円筒部27aは、第1の基部21の孔部19aに相当する部分に配置され、延在部27bは、孔部19aからアーム部25aの根元側にかけて配置される。金属部材27と、第1の半体18a及び第2の半体18bとは、例えば接着剤により接合することができるが、接合方法は他の方法であってもよい。
In the present embodiment, the
これにより、金属部材27が第1の半体18a及び第2の半体18bによって補強され、アーム部25aの剛性及び強度が高められる。また、アーム部25aの根元側から先端側に向けて、かつ、孔部19aの周方向に沿って連続繊維が配置されている場合には、さらに孔部19aの剛性及び強度が高められる。
Thereby, the
なお、孔部19aの内面は、成形型40の成形面により形成される面ではないため、第1の半体18aと第2の半体18bとを接合する前に、第1の半体18a及び第2の半体18bに切削加工等を施し、金属部材27の外形に対応する内面を形成した上で、金属部材27を接合してもよい。その後、図示しないものの、本体部18に形成された孔部19b,19cに対して、それぞれ円筒部材28,29が配置されて、ロアアーム20が製造される。
Since the inner surface of the hole 19a is not a surface formed by the molding surface of the
以上説明したように、本実施形態にかかるロアアーム20では、アーム部25aに、孔部19aを形成する開口21’を有する円筒部27aと、円筒部27aの外周に連設された延在部27bとを有する金属部材27が配置される。そして、金属部材27の円筒部27aにより孔部19aが形成され、かつ、円筒部27aの周方向に沿って連続繊維が配置されている。したがって、孔部19aの強度が高められている。
As described above, in the
また、金属部材27は、円筒部27aの外周部に連設された延在部27bを有しており、かかる延在部27bを含めて、繊維強化樹脂に埋め込まれている。したがって、金属部材27と繊維強化樹脂との接合面積が増加してアーム部25aの剛性及び強度を高めることができるとともに、第1の基部21の横方向からの荷重に対する剛性を高めることができる。また、本実施形態にかかるロアアーム20は、円筒部材28,29が配置される孔部19b,19cの周囲に沿って連続繊維が配置され、第2の基部22及び先端部23の機械的強度が高められている。したがって、荷重又は振動による負荷に対する耐久性に優れたロアアーム20を得ることができる。
Further, the
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、本発明はかか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、各種の変更例または修正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。 As described above, the preferred embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to such examples. It is obvious that those skilled in the art to which the present invention pertains can conceive various changes or modifications within the scope of the technical idea described in the claims. It is understood that these also belong to the technical scope of the present invention.
また、上記実施形態では、バッギング工程、及びオートクレーブ装置を用いた成形工程を含む製造方法により得られるロアアーム20を例に採って説明したが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、熱可塑性樹脂を用いて、繊維強化樹脂積層体を加熱溶融した後に、冷却しながらプレス成形する工程を含む製造方法であっても、本発明のロアアーム20を得ることができる。
In the above embodiment, the
また、上記実施形態では、複合構造体としてロアアーム20を例に採って説明したが、本発明を適用可能な複合構造体はロアアームに限られない。車体の構造部材以外の様々な用途に用いられる構造部材についても、本発明を適用することができる。
In the above embodiment, the
5 繊維強化樹脂シート
12 プリプレグ
14 繊維強化樹脂積層体
18 本体部
18a 第1の半体
18b 第2の半体
19a,19b,19c 孔部
20 複合構造体(ロアアーム)
21 第1の基部
22 第2の基部
23 先端部
25a,25b,25c アーム部
27 金属部材
27a 円筒部
27b 延在部
28,29 円筒部材
40 成形型
21
Claims (4)
前記アーム部は、前記孔部を形成する開口を有する円筒部と、前記円筒部の外周に連設されて前記アーム部の根元側から先端側の方向に沿って延設された延在部と、を有する金属部材が、前記繊維強化樹脂に埋め込まれて構成される、複合構造体。 A composite structure including an arm portion having a hole portion at a tip portion, which is configured using a fiber reinforced resin including a reinforcing fiber,
The arm portion includes a cylindrical portion having an opening that forms the hole, and an extending portion that is provided continuously from an outer periphery of the cylindrical portion and extends from a root side of the arm portion to a tip side. A composite structure comprising a metal member having a structure embedded in the fiber reinforced resin.
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