JP7173280B2 - 複合構造体及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、板状の複数の金属部材と、金属部材同士を一体化する樹脂部材とを備えた複合構造体に関し、例えば、車体等の構造物に用いるのに好適な複合構造体、及びその製造方法に関するものである。

従来の複合構造体としては、自動車の車体構造の枠側部材という名称で特許文献１に記載されたものがある。特許文献１に記載の複合構造体は、金属製の外枠と金属製の内枠との間に形成された空間に、樹脂製の補強構造物を備えている。

上記の複合構造体は、自動車のサイドパネルを構成するものである。金属製の外枠は、一体物として製造され、片側に開放された凹状の断面形状を有している。他方、金属製の内枠は、好ましくは単一部品として製造され、外枠の開放部分を閉塞する断面形状を有している。そして、複合構造体は、外枠の内側に、樹脂製の補強構造物を成形した後、この外枠の開放部分に内枠を連結した構造になっている。

特許第５５２３８４９号公報

ところが、上記したような従来の複合構造体では、一体物である断面凹状の外枠を製造するには、金属板の深絞りを行う必要がある。この場合、外枠は、低強度で且つ伸びる材料に限定されるので、車体パネル等のように所定の強度が要求される構造物への適用が困難になるおそれがある。また、複合構造体の強度を確保するために、金属部材の接合部分や分岐部分に複合構造体を構成する樹脂部材とは別の部材を新たに介在させることも考えられるが、この場合には、作業工数や製造コストが増えるという問題がある。

本発明は、上記従来の状況に鑑みて成されたもので、成形性が良好であると共に、充分な強度を確保することができ、車体等の構造物の構成要素として好適な複合構造体を提供することを目的としている。

本発明に係わる複合構造体は、板状の第１金属部材と、板状の第２金属部材と、第１及び第２の金属部材を一体化する樹脂部材とを備えている。そして、複合構造体は、樹脂部材が、第１及び第２の金属部材に跨がって夫々の一方の主面を被覆する第１樹脂層と、第１及び第２の金属部材に跨がって夫々の他方の主面を被覆する第２樹脂層と、第１樹脂層と第２樹脂層とを繋ぐ連結部とを有し、
前記第１及び第２の金属部材のいずれか一方の金属部材が、他方の金属部材の端部形状に合わせて形成した凹状の結合部を有し、前記一方の金属部材の前記結合部に、前記他方の金属部材の端部を差し込むように組み合わせていることを特徴としている。

本発明に係わる複合構造体の製造方法は、上記の樹脂部材が、第１樹脂層と第２樹脂層とを繋ぐ連結部を有している複合構造体を製造する方法である。この製造方法は、第１及び第２の金属部材及び樹脂部材に対応する成形空間を備えた成形型を用い、成形空間内に、第１及び第２の金属部材を配置するとともに双方の間に隙間を設け、第１及び第２の金属部材の一方の主面側から成形空間内に樹脂部材の材料である溶融樹脂を充填し、第１及び第２の金属部材同士の隙間を通して溶融樹脂を第１及び第２の金属部材の他方の主面側に流入させる。これにより、上記製造方法は、第１及び第２の樹脂層と、隙間内に形成された連結部とを有する樹脂部材を形成し、第１及び第２の金属部材と樹脂部材とを一体化させる。

本発明に係わる複合構造体は、板状の第１及び第２の金属部材と、両金属部材を一体化する樹脂部材とを備え、樹脂部材が、第１樹脂層と第２樹脂層と連結部とを有し、第１及び第２の金属部材のいずれか一方の金属部材の凹状の結合部に、他方の金属部材の端部を差し込むように組み合わせたことにより、仮に、第１及び第２の金属部材を一体物として成形する場合に比べると、第１及び第２の金属部材の形状を簡素化することが可能である。このため、第１及び第２の金属部材は、プレス加工等の塑性加工により適宜の形状に成形することが容易であると共に、樹脂のインサート成形により、第１樹脂層及び第２樹脂層を有する樹脂部材により一体化することで、金属部材同士の接合強度や、構造体としての剛性を得ることが可能である。

また、複合構造体は、別の複合構造体と組み合わせて構造物を形成することが可能である。換言すれば、構造物を複数に分割し、各々の分割部分を当該複合構造体で構成することが可能である。このようにして、複合構造体は、成形性が良好であると共に、充分な強度を確保することができ、車体等の構造物の構成要素として好適なものとなる。

本発明に係わる複合構造体の製造方法は、上記構成を採用したことにより、成形性が良好であると共に、充分な強度を有し且つ車体等の構造物の構成要素として好適な複合構造体を提供することができる。

本発明に係わる複合構造体の第１実施形態を示す斜視図である。 図２に示す複合構造体を底面側から見た状態で示す斜視図である。 第１及び第２の金属部材の接合前の状態を示す斜視図である。 第１及び第２の金属部材の接合要領を示す斜視図である。 複合構造体の要部を示す正面図である。 図５中のＡ－Ａ線矢視に基づく断面図である。 本発明に係わる複合構造体の第２実施形態において、複合構造体の要部を示す正面図である。 図７中のＡ－Ａ線矢視に基づく断面図である。 図７及び図８に示す複合構造体の製造過程を示す図であって、成形型内に第１及び第２の金属部材を配置した状態を示す断面図である。 図９に続いて成形型に溶融樹脂を供給した状態を示す断面図である。 図１０に続いて製造した複合構造体の要部を示す断面図である。 本発明に係わる複合構造体の第３実施形態において、複合構造体の要部を示す正面図である。 本発明に係わる複合構造体の第４実施形態において、複合構造体の要部を示す断面図である。 本発明に係わる複合構造体の第５実施形態において、複合構造体の要部を示す正面図である。 本発明に係わる複合構造体の第６実施形態において、複合構造体の要部を示す正面図である。 本発明に係わる複合構造体の第７実施形態において、複合構造体の要部を示す正面図である。 本発明に係わる複合構造体の第８実施形態において、複合構造体を示す斜視図である。 本発明に係わる複合構造体の第９実施形態において、金属部材の接合前の状態を示す斜視図である。 図１８に示す金属部材の接合後の状態を示す斜視図である。 本発明に係わる複合構造体の第１０実施形態を示す斜視図である。 本発明に係わる複合構造体の第１１実施形態を示す断面図である。 本発明に係わる複合構造体の第１２実施形態を示す要部の正面図である。 図２２中のＡ－Ａ線矢視に基づく断面図である。 本発明に係わる複合構造体の第１３実施形態を示す図であって、自動車のフロアパネルを複数の金属部材に分割した状態を示す平面図である。 図２４に示す金属部材を成形型内に配置した状態を示す平面図である。 図２５に続いて成形型に溶融樹脂を供給した状態を示す平面図である。 図２６に続いて製造後のフロアパネルを示す平面図である。 本発明に係わる複合構造体の第１４実施形態を示す図であって、自動車のサイドパネルを構成する複合構造体を示す正面図である。 複合構造体の強度試験の要領を説明する斜視図である。

＜第１実施形態＞
図１～図６は、本発明に係わる複合構造体の第１実施形態を説明する図である。なお、以下の各実施形態では、便宜上、各構成部位の上下左右関係を図面上の姿勢で説明する。よって、各構成部位の上下左右関係は、実際に使用する際の姿勢とは限らない。

図１及び図２に示す複合構造体Ａは、板状の第１金属部材Ｍ１と、板状の第２金属部材Ｍ２と、第１及び第２の金属部材Ｍ１，Ｍ２を一体化する樹脂部材Ｒとを備えている。樹脂部材Ｒは、第１及び第２の金属部材Ｍ１，Ｍ２に跨がって夫々の一方の主面を被覆する第１樹脂層Ｒ１と、第１及び第２の金属部材Ｍ１，Ｍ２に跨がって夫々の他方の主面を被覆する第２樹脂層Ｒ２とを有している。

上記の主面とは、板状である金属部材Ｍ１，Ｍ２において、互いに表裏関係にある一方の面及び他方の面であり、板厚として表れる端面ではない。そして、複合構造体Ａは、第１及び第２の金属部材Ｍ１，Ｍ２を、夫々の主面同士が互いに連なるように配置して、樹脂部材Ｒにより一体化する。この際、第１及び第２の金属部材Ｍ１，Ｍ２は、互いに接触していても良いし、適当な隙間を介して離間していても良い。

第１及び第２の金属部材Ｍ１，Ｍ２は、その材料がとくに限定されるものではないが、例えばアルミニウム合金を用いることができる。なお、板状の第１及び第２の金属部材Ｍ１，Ｍ２は、平板状の部材に限らず、塑性加工により平板状の素材を適宜の立体形状に成形した部材を含むものである。また、樹脂部材Ｒは、その材料がとくに限定されるものではないが、例えば、不連続の炭素繊維を強化材とした熱可塑性樹脂（ＣＦＲＴＰ）を用いることができる。

この実施形態の第１及び第２の金属部材Ｍ１，Ｍ２は、図３及び図４に示すように、いずれも同等のハット形の断面形状を有しており、いわゆるハット材である。これにより、両金属部材Ｍ１，Ｍ２は、頂部Ｍａ、一対の側部Ｍｂ，Ｍｂ、及び一対の鍔部Ｍｃ，Ｍｃを夫々有している。このような両金属部材Ｍ１，Ｍ２は、例えば、高強度の材料を用いた場合でも、材料である金属板に折り曲げや深絞り等の塑性加工を施すことで容易に成形することができ、材料の選択肢も増える。

そして、第１及び第２の金属部材Ｍ１，Ｍ２は、頂部Ｍａを上側にして、第１金属部材Ｍ１の側部Ｍｂの中間に、第２金属部材Ｍ２の端部を接合して、樹脂部材Ｒにより一体化され、Ｔ形状の複合構造体Ａを構成する。

また、複合構造体Ａは、及び第２の金属部材Ｍ１、Ｍ２のいずれか一方の金属部材が、他方の金属部材の端部形状に合わせて形成した凹状の結合部を有し、一方の金属部材の端部を他方の金属部材の凹状の結合部に組み合わせる。この実施形態では、第１金属部材Ｍ１が、凹状の結合部Ｊ１を有すると共に、第２金属部材Ｍ２が、その端部に結合部Ｊ２を有し、第１金属部材Ｍ１の結合部Ｊ１に、第２金属部材Ｍ２結合部Ｊ２を差し込むように組み合わせている。

より詳細には、第１金属部材Ｍ１の結合部Ｊ１は、頂部Ｍａ、一方の側部Ｍｂ及び一方の鍔部Ｍｃの夫々の一部を切除することにより凹状に形成してある。これに対して、第２金属部材Ｍ２の結合部（端部）Ｊ２は、頂部Ｍａの延出片Ｊａと、側部Ｍｂ及び鍔部Ｍｃに対して垂直な一対の竪片Ｊｂ，Ｊｂとを有している。竪片Ｊｂは、側部Ｍｂの端部を横方向に折り曲げるとともに鍔部Ｍｃの端部を切除、若しくは、鍔部Ｍｃの端部を上方向に折り曲げるとともに側部Ｍｂの端部を切除することにより形成され、これにより頂部Ｍａの端部が残って延出片Ｊａとなる。

そして、第１及び第２の金属部材Ｍ１，Ｍ２は、図４に示すように、第１金属部材Ｍ１の結合部Ｊ１において、頂部Ｍａ、側部Ｍｂ及び鍔部Ｍｃの各切除部分に、第２金属部材Ｍ２の延出片Ｊａ、竪片Ｊｂ及び鍔部Ｍｃが夫々配置される。これにより、第１及び第２の金属部材Ｍ１，Ｍ２は、結合部Ｊ１，Ｊ２同士において互いに重なる部分がなく、三次元的に連続する境界により区切られている。

樹脂部材Ｒは、製造方法について後記するが、成形型内に第１及び第２の金属部材Ｍ１，Ｍ２を配置し、成形型内に溶融樹脂を充填することにより成形される。この実施形態の樹脂部材Ｒは、第１及び第２の金属部材Ｍ１，Ｍ２の一方の主面、すなわち、頂部Ｍａ及び側部Ｍｂの内側面、並びに鍔部Ｍｃの底面の全域を被覆する第１樹脂層Ｒ１を有する。この第１樹脂層Ｒ１は、頂部Ｍａ及び側部Ｍｂの内側に、トラス構造のように配置した複数のリブＲｂを有している。これにより、第１樹脂層Ｒ１は、第１及び第２の金属部材Ｍ１，Ｍ２の機械的強度や複合構造体Ａの剛性を確保する。

また、樹脂部材Ｒは、第１及び第２の金属部材Ｍ１，Ｍ２の他方の主面、すなわち、頂部Ｍａ及び側部Ｍｂの外側面と、鍔部Ｍｃの上面とを被覆する第２樹脂層Ｒ２を有する。ここで、第２樹脂層Ｒ２は、図５及び図６に示すように、第１及び第２の金属部材Ｍ１，Ｍ２に跨がる局部範囲、すなわち双方の境界全体を含む局部範囲に形成してある。このとき、両金属部材Ｍ１，Ｍ２の一方の主面において第１樹脂層Ｒ１を形成した範囲は、両金属部材Ｍ１，Ｍ２の他方の主面において第２樹脂層Ｒ２を形成した局部範囲よりも広範囲である。上記の第１樹脂層Ｒ１を形成した範囲は、任意の範囲であって、とくに限定されるものではなく、例えば、金属部材の被溶接部分などを除く範囲でも良いし、全範囲でも構わない。

上記構成を備えた複合構造体Ａは、第１及び第２の金属部材Ｍ１，Ｍ２と、両金属部材Ｍ１，Ｍ２を一体化する樹脂部材Ｒとを備えたことにより、仮に、第１及び第２の金属部材を一体物として成形する場合に比べると、図示の如く第１及び第２の金属部材Ｍ１，Ｍ２の形状を簡素化することが可能である。

このため、第１及び第２の金属部材Ｍ１，Ｍ２は、高強度の材料を用いても、プレス加工等の塑性加工により適宜の形状に成形することが容易であると共に、樹脂のインサート成形により樹脂部材Ｒと一体化することで、金属部材Ｍ１，Ｍ２同士の充分な接合強度や、構造体としての剛性を得ることが可能である。

また、複合構造体Ａは、別の複合構造体と組み合わせて構造物を形成することが可能である。換言すれば、構造物を複数に分割し、各々の分割部分を当該複合構造体Ａで構成することが可能である。このようにして、複合構造体Ａは、成形性が良好であると共に、充分な強度を確保することができ、車体等の構造物の構成要素として好適なものとなる。

さらに、上記の複合構造体Ａは、第１及び第２の金属部材Ｍ１，Ｍ２のいずれか一方の金属部材（第１金属部材Ｍ１）が、他方の金属部材（第２金属部材Ｍ２）の端部形状に合わせて形成した凹状の結合部Ｊ１を有している。これにより、複合構造体Ａは、上記した効果に加えて、両結合部Ｊ１，Ｊ２が三次元的な形状の組み合せになるので、接合力が向上すると共に、力の伝達を分散することが可能になり、強度や剛性のさらなる向上を実現する。

さらに、上記の複合構造体Ａは、樹脂部材Ｒの第１樹脂層Ｒ１が、第１及び第２の金属部材Ｍ１，Ｍ２の一方の主面を被覆すると共に、第２樹脂層Ｒ２が、第１及び第２の金属部材Ｍ１，Ｍ２の他方の主面の局部範囲に形成してある。この際、第１樹脂層Ｒ１を形成した範囲は、第２樹脂層Ｒ２を形成した局部範囲よりも広範囲である。これにより、複合構造体Ａは、樹脂量を最小限にしつつ、金属部材Ｍ１，Ｍ２同士を確実に一体化すると共に、充分な強度及び剛性を確保することができる。

上記の複合構造体Ａは、第１及び第２の樹脂層Ｒ１，Ｒ２の配列方向（図６中で左右方向）に外力が加わった場合、第１及び第２の金属部材Ｍ１，Ｍ２の広範囲を被覆する充分な樹脂量の第１樹脂層Ｒ１があるので、構造体としての剛性が高くなり、その分変形量が抑制されることから、壊れ難いものになる。とくに、複合構造体Ａは、入力方向の反対側に広範囲である第１樹脂層Ｒ１を配置すると、全体が曲がる状態に変形するのに対して戻す方向の抵抗力が働くこととなり、壊れ難いものとなる。

このような複合構造体Ａは、例えば、自動車のサイドパネルを構成するのに好適である。サイドパネルは、側面衝突を考慮して強度設定をするので、第１樹脂層Ｒ１を内側に配置することで、外力による変形に抗する上記効果が得られる。この複合構造体Ａは、サイドパネルを含む様々な構造物を構成する際、構造物に対して想定される外力を考慮して第１及び第２の樹脂層Ｒ１，Ｒ２の配置を選択すれば、より一層優れた効果を発揮する。

以下、図面に基づいて第２以下の各実施形態を説明する。なお、以下の各実施形態において、第１実施形態と同一の構成部位は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

＜第２実施形態＞
図７及び図８に示す複合構造体Ａは、板状の第１金属部材Ｍ１と、板状の第２金属部材Ｍ２と、第１及び第２の金属部材Ｍ１，Ｍ２を一体化する樹脂部材Ｒとを備えている。また、複合構造体Ａは、樹脂部材Ｒが、第１樹脂層Ｒ１と第２樹脂層Ｒ２とを繋ぐ連結部Ｒ３を有している。この実施形態の複合構造体Ａは、第１及び第２の金属部材Ｍ１，Ｍ２同士の間に、隙間Ｓを設け、この隙間Ｓ内に連結部Ｒ３を形成している。

上記構成を備えた複合構造体Ａは、連結部Ｒ３により第１及び第２の樹脂層Ｒ１，Ｒ２を一体化させた樹脂部材Ｒが得られると共に、第１及び第２の金属部材Ｍ１，Ｍ２と樹脂部材Ｒとの接触面積を大きく確保することで、両金属部材Ｍ１，Ｍ２同士の接合部における強度及び剛性をより向上させることができる。

また、上記の複合構造体Ａは、成形型を用いて樹脂部材Ｒを成形する際、第１及び第２の樹脂層Ｒ１，Ｒ２の各成形空間が、隙間Ｓを介して連通する。これにより、上記複合構造体Ａは、両金属部材Ｍ１，Ｍ２の片側から溶融樹脂を充填すれば、樹脂部材Ｒの全体を成形することができ、成形型の簡略化に貢献し得る。

図９～図１１は、第２実施形態で説明した複合構造体Ａの製造方法を工程順に説明する図である。図９に示す成形型１は、下側の固定型２と、昇降可能な上側の可動型３との間に、複合構造体Ａに対応する成形空間４を形成しており、固定型２には、図外の射出機に連通する射出孔５が設けてある。

複合構造体の製造方法は、上記の成形型１を用い、成形空間４内に、第１及び第２の金属部材Ｍ１，Ｍ２を配置すると共に、双方の間に隙間Ｓを設ける。この際、固定型２側には、第１及び第２の金属部材Ｍ１，Ｍ２の一方の主面に対応する第１樹脂層Ｒ１の成形空間４１が形成される。また、可動型３側には、第１及び第２の金属部材Ｍ１，Ｍ２の他方の主面の局部範囲に対応する第２樹脂層Ｒ２の成形空間４２が形成される。そして、両成形空間４１，４２は、隙間Ｓを介して連通している。

次に、複合構造体の製造方法は、図１０に示すように、第１及び第２の金属部材Ｍ１，Ｍ２の一方の主面側（固定型２側）の射出孔５から、成形空間４（４１，４２）内に樹脂部材Ｒの材料である溶融樹脂Ｒｍを加圧充填する。この際、溶融樹脂Ｒｍは、第１及び第２の金属部材Ｍ１，Ｍ２同士の隙間Ｓを通して、第１及び第２の金属部材Ｍ１，Ｍ２の他方の主面側（可動型３側）の成形空間４２に流入する。

このようにして、複合構造体の製造方法は、溶融樹脂Ｒｍの硬化に伴って、第１及び第２の樹脂層Ｒ１，Ｒ２と、隙間Ｓ内に形成された連結部Ｒ３とを有する樹脂部材Ｒを形成し、図１１に示すように、第１及び第２の金属部材Ｍ１，Ｍ２と樹脂部材Ｒとを一体化させた複合構造体Ａを製造する。

上記の複合構造体の製造方法は、成形性が良好であると共に、充分な強度及び剛性を有し且つ車体等の構造物の構成要素として好適な複合構造体Ａを提供することができる。

なお、上記の複合構造体の製造方法では、成形型に溶融樹脂を射出して樹脂部材Ｒを成形する場合を説明したが、樹脂部材Ｒをプレスにより成形することも可能である。この場合、製造方法としては、例えば、射出孔５の無い固定型２と可動型３とを備えた成形型１を用い、固定型２に第１及び第２の金属部材Ｍ１，Ｍ２を位置決めして、固定型２上に所定量の溶融樹脂を供給する。その後、製造方法は、可動型３を下降させ、可動型３と固定型２との間で溶融樹脂を加圧して、溶融樹脂を成形空間４の全体に押し広げるように充填することにより、図示と同様の樹脂部材Ｒを成形することができる。

＜第３実施形態＞
図１２に示す複合構造体Ａは、第１実施形態と同様に、第１及び第２の金属部材Ｍ１．Ｍ２のいずれか一方の金属部材（第１金属部材Ｍ１）が、他方の金属部材（第２金属部材Ｍ２）の結合部Ｊ２である端部の形状に合わせて形成した結合部Ｊ１を有している。なお、第１実施形態では、第１金属部材Ｍ１の側部Ｍｂの中間に、第２金属部材Ｍ２の端部を接合した構成を説明したが、この実施形態では、第１金属部材Ｍ１の側部Ｍｂの端部に、第２金属部材Ｍ２の端部を接合している。

上記の複合構造体Ａは、先の実施形態と同様の効果を有するうえに、両結合部Ｊ１，Ｊ２が三次元的な形状の組合せになるので、接合力が向上すると共に、力の伝達を分散することが可能になり、強度や剛性のさらなる向上を実現する。

＜第４実施形態＞
図１３に示す複合構造体Ａは、樹脂部材Ｒが、第１樹脂層Ｒ１及び第２樹脂層Ｒ２の少なくとも一方に、金属部材Ｍ１，Ｍ２同士の境界位置で突出する補強部Ｒ４を有している。図示例の複合構造体Ａでは、樹脂部材Ｒの第１樹脂層Ｒ１に補強部Ｒ４が設けてある。

上記の複合構造体Ａは、厚み方向において、第１及び第２の金属部材Ｍ１，Ｍ２の境界部分が樹脂だけで形成されているので、外力を受けた際に、樹脂部材Ｒに応力集中が生じるおそれがある。そこで、複合構造体Ａは、金属部材Ｍ１，Ｍ２の境界部分、すなわち厚み方向において金属部材が存在しない部分に補強部Ｒ４を設ける。これにより、複合構造体Ａは、外力を受けた際に、樹脂部材Ｒに発生する応力を低減して変形を抑制し得る。

＜第５実施形態＞
図１４に示す複合構造体Ａは、金属部材Ｍ１，Ｍ２同士の境界が、互いに組み合わされる凹凸形状を成している。図示例の金属部材Ｍ１，Ｍ２同士の境界は、矩形の凹凸を連続させたもので、第１金属部材Ｍ１の境界の凹部（又は凸部）に、第２金属部材Ｍ２の境界の凸部（又は凹部）が配置される。なお、複合構造体Ａは、先の実施形態のように、金属部材Ｍ１，Ｍ２同士の間に、樹脂部材Ｒの連結部（Ｒ３）を形成する隙間（Ｓ）を設けても良い。

上記の複合構造体Ａは、金属部材Ｍ１，Ｍ２同士の境界を凹凸形状にすることで接合面積を拡大させている。これにより、複合構造体Ａは、外力を受けた際に、金属部材Ｍ１，Ｍ２同士の接合部において面積当たりの応力を抑えると共に、接合部の力の伝達を分散させることができ、強度や剛性のさらなる向上を実現する。

＜第６実施形態＞
図１５に示す複合構造体Ａは、第１及び第２の金属部材Ｍ１，Ｍ２の少なくとも一方の金属部材が、結合部Ｊ１，Ｊ２に、表裏両面に連通する開口部１０を有している。この実施形態の複合構造体Ａは、両方の金属部材Ｍ１，Ｍ２において、互いに対応する複数の位置（図示例では４箇所）に開口部１０が設けてある。図示例の開口部１０は、金属部材Ｍ１，Ｍ２の縁部に対して直角であり且つ縁部で一端を開放したスリットである。そして、複合構造体Ａは、開口部１０内に、第１樹脂層Ｒ１と第２樹脂層Ｒ２とを繋ぐ連結部Ｒ３が形成してある。

上記の複合構造体Ａは、図９～図１１に基づいて説明した製造方法において、開口部１０が溶融樹脂の通路になるので、溶融樹脂の流動性がより向上して樹脂部材Ｒの成形性が良好になる。また、複合構造体Ａは、複数の開口部１０内に連結部Ｒ３が形成されるので、金属部材Ｍ１，Ｍ２と樹脂部材Ｒとの接合に加えて、複数の連結部Ｒ３による機械的な接合構造が得られ、強度や剛性のさらなる向上を実現する。

図１６に示す複合構造体Ａは、第１及び第２の金属部材Ｍ１，Ｍ２の少なくとも一方の金属部材が、結合部Ｊ１，Ｊ２に、表裏両面に連通する開口部１１を有している。この実施形態の複合構造体Ａは、両方の金属部材Ｍ１，Ｍ２に開口部１１が設けてある。図示例の開口部１１は、金属部材Ｍ１，Ｍ２の縁部に対して平行なスリットであり、いずれも縁部に沿って点線状に所定間隔で配置してある。そして、複合構造体Ａは、開口部１１内に、第１樹脂層Ｒ１と第２樹脂層Ｒ２とを繋ぐ連結部Ｒ３が形成してある。

上記の複合構造体Ａは、第６実施形態と同様に、製造時において、開口部１１が溶融樹脂の通路になって、樹脂部材Ｒの成形性がより一層良好になり、また、複数の開口部１１内に連結部Ｒ３が形成されて、機械的な接合構造が得られ、強度や剛性のさらなる向上を実現する。

＜第８実施形態＞
図１７に示す複合構造体Ａは、第１及び第２の金属部材Ｍ１，Ｍ２同士の境界Ｌが、当該複合構造体Ａにおける応力集中箇所Ｑを避けて配置してある。複合構造体Ａは、Ｔ形状を成しているので、外力に対して、両金属部材Ｍ１，Ｍ２の接合部分、とくに、リブＲｂの端部（Ｑ）に応力集中が生じる。つまり、複合構造体Ａは、金属部材Ｍ１，Ｍ２同士の境界Ｌが応力集中箇所Ｑを避けるように、金属部材Ｍ１，Ｍ２の結合部Ｊ１，Ｊ２の位置や形状を設定するのが望ましい。

具体例として、この実施形態の複合構造体Ａは、自動車のサイドパネルにおいて、センタピラーの下部とサイドシルの中間部とを構成する。つまり、図１７に示す複合構造体Ａは、第１金属部材Ｍ１がサイドシルの一部を構成し、第２金属部材Ｍ２がセンタピラーの一部を構成する。ここで、自動車のサイドパネルは、先述したように、側面衝突を想定した強度設定をする。側面衝突では、センタピラーとサイドシルとの交差部、すなわち、複合構造体Ａでは第１及び第２の金属部材Ｍ１，Ｍ２の交差部に応力が集中する。

複合構造体Ａは、上記のような応力集中を想定して、第１及び第２の金属部材Ｍ１，Ｍ２の境界Ｌが、応力集中部Ｑである上記交差部を避ける配置にしている。これにより、上記の複合構造体Ａは、金属部材Ｍ１，Ｍ２同士の接合部に発生する応力自体が抑えられ、補強するための別の手段を設けなくても接合部の強度及び剛性を確保し得る。

＜第９実施形態＞
図１８及び図１９に示す複合構造体Ａは、第１及び第２の金属部材Ｍ１，Ｍ２の少なくとも一方に、樹脂部材Ｒにより一体化される第３の金属部材Ｍ３を備えている。この実施形態の複合構造体Ａは、第１金属部材Ｍ１の中間に第２金属部材Ｍ２の一方の端部を接合すると共に、第２金属部材Ｍ２の他方の端部に、第３金属部材Ｍ３の中間が接合してある。

樹脂部材Ｒは、第１～第３の金属部材Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３に跨って夫々の一方の主面を被覆する第１樹脂層（図示せず）と、第１及び第２の金属部材Ｍ１，Ｍ２の他方の主面に跨る局部範囲に形成した第２樹脂層Ｒ２と、第２及び第３の金属部材Ｍ２，Ｍ３の他方の主面に跨がる局部範囲を被覆する別の第２樹脂層Ｒ２とを備えている。

先述したように、複合構造体Ａの各金属部材Ｍ１～Ｍ３は、例えば、高強度の材料を用いた場合でも、材料である金属板に折り曲げや深絞り等の塑性加工を施すことで容易に成形することができる。そして、複合構造体Ａは、先述した製造方法に基づいて、各金属部材Ｍ１～Ｍ３と樹脂部材Ｒとを一体化することができる。

よって、複合構造体Ａは、第３の金属部材Ｍ３若しくはそれ以上の数の金属部材と組合せて所定の構造物を構成することができる。換言すれば、所定の構造物を複数の分割体に分割し、各分割体を当該複合構造体Ａで形成することができる。

これにより、複合構造体Ａは、例えば、一体物の金属部材を用いる場合に比べて、大規模な設備や別の部品を用いることなく、金属部材と樹脂部材とを有する構造物を形成することが可能になり、作業工数や製造コストを大幅に低減することができる。また、複合構造体Ａは、一体物の金属部材を使用する場合に比べて、各金属部材Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３の成形性が良好であるから、材料の選択肢が増え、高強度の材料を使用することも可能であるから、軽量化も実現し得る。

＜第１０実施形態＞
図２０に示す複合構造体Ａは、第１及び第２の金属部材Ｍ１，Ｍ２の少なくとも一方に、樹脂部材Ｒにより一体化される第３の金属部材Ｍ３を備えている。図示例の複合構造体Ａは、第１金属部材Ｍ１における一方の側部の中間に第２金属部材Ｍ２の端部を接合すると共に、第１金属部材Ｍ１における他方の側部の中間に、第３金属部材Ｍ３の端部が接合してある。

樹脂部材Ｒは、第１～第３の金属部材Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３に跨って夫々の一方の主面を被覆する第１樹脂層（図示せず）と、第１～第３の金属部材Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３の他方の主面に跨る局部範囲に形成した第２樹脂層Ｒ２を備えている。このように、複合構造体Ａは、３つの金属部材Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３に跨る第２樹脂層Ｒ２を有する。

上記の複合構造体Ａは、第９実施形態と同様に、一体物の金属部材を用いる場合に比べて、大規模な設備や別の部品を用いることなく、金属部材と樹脂部材とを有する構造物を形成することが可能になり、作業工数や製造コストを大幅に低減することができる。また、上記の複合構造体Ａは、材料の選択肢が増え、高強度の材料を使用することも可能であるから、軽量化も実現し得る。

＜第１１実施形態＞
図２１に一部を示す複合構造体Ａは、金属部材Ｍ１（Ｍ２）の樹脂部材Ｒで被覆される主面に、微細凹凸１２を形成したものである。微細凹部１２は、例えば、ブラスト処理、レーザ加工、及び化成処理等により形成することができる。

上記の複合構造体Ａは、微細凹部１２により、金属部材Ｍ１（Ｍ２）と樹脂部材Ｒとの接触面積が拡大され、双方の間で機械的な接合が得られるので、接合力を高めることができる。

＜第１２実施形態＞
図２２及び図２３に示す複合構造体Ａは、第１及び第２の金属部材Ｍ１，Ｍ２が、互いの少なくとも一部が重なり合う重合領域１３と、重合領域１３に貫通状態に形成した連通穴１４とを有している。図示例の複合構造体Ａは、互いの結合部Ｊ１，Ｊ２に、重合領域１３及び連通穴１４を有する。そして、複合構造体Ａは、連通穴１４内に第１樹脂層Ｒ１と第２樹脂層Ｒ２とを繋ぐ連結部Ｒ３が形成してある。

上記の複合構造体Ａは、重合領域１３と、連通穴１４に形成した連結部Ｒ３とにより、金属部材Ｍ１，Ｍ２と樹脂部材Ｒとの接合力がさらに向上し、強度及び剛性をより高めることができる。

＜第１３実施形態＞
図２４～図２７は、複合構造体の応用例として、自動車のフロアパネルを製造する工程を示す図である。つまり、この実施形態の複合構造体は、構造物であるフロアパネルＦＰの構成要素として用いられる。

図２４は、フロアパネルＦＰを複数の金属部材に分解した状態を示す図であり、フロアパネルＦＰは、金属部材として、左右のフロントサイドメンバ２１，２１、左右のリアサイドメンバ２２，２２、フロントクロスメンバ２３、センタクロスメンバ２４、リアクロスメンバ２５、及びセンタメンバ（いわゆるトンネル）２６に分割してある。

これにより、各メンバ２１～２６は、比較的簡単な形状の金属部材として分割することができるので、金属板に折り曲げや深絞り等の塑性加工を施すことで、所定の立体形状に容易に成形し得る。なお、この実施形態では、フロアパネルＦＰの主要部品を例示しており、実際にはより多くの部品を含むことがある。

上記の各金属部材（各メンバ２１～２６）は、図２５に示すように、成型型３０の成型空間３１内に位置決めされる。この際、各金属部材の結合部には、第１～第１２の実施形態で説明した構成を採用することができる。なお、成型空間３１は、各金属部材と後に成形される樹脂部材の大きさ及び形状に対応している。

次に、図２６に示すように、成型型３０の成型空間３１に溶融樹脂Ｒｍを射出する。なお、成形型３０の閉動作（プレス）により溶融樹脂Ｒｍの充填を行うこともできる。これにより、図２７に示すように、各金属部材（各メンバ２１～２６）と樹脂部材Ｒとを一体化したフロアパネルＦＰを得ることができる。

＜第１４実施形態＞
図２８は、複合構造体の応用例として、自動車のサイドパネルＳＰを示す図である。このサイドパネルＳＰは、センタピラー部４１と、フロントピラー部４２と、シル及びルーフサイドを含むリアピラー部４３とに分割してあり、夫々を複合構造体で構成することができる。この際、サイドパネルＳＰには、各部同士の間（複合構造体同士の間）に、切断線Ｋが存在するが、これらの切断線Ｋをドアやフェンダーの内側等の目立たない部分に配置すれば、外観体裁を損なう心配は全くない。

図２９は、複合構造体の強度試験を行う要領を説明する図である。複合構造体Ａは、第１実施形態で説明したように、第１金属部材Ｍ１と第２金属部材Ｍ２とをＴ形状に配置して樹脂部材Ｒで一体化したものである。試験では、支持台５０上に、複合構造体Ａの第１金属部材Ｍ１の両端を固定具５１，５１で固定し、第２金属部材Ｍ２の端部に、第２金属部材Ｍ２の軸線方向（矢印Ｘ方向）、第２金属部材Ｍ２の軸線に直交する水平方向（矢印Ｙ方向）及び垂直方向（矢印Ｚ方向）の夫々の方向から負荷を与えて変位を測定した。

また、従来例として、第１金属部材及び第２金属部材を一体化した金属部材を成形し、この金属部材の内側に樹脂部材を充填したＴ形状の複合構造体を作成し、同様の試験を行った。その結果、本発明の複合構造体Ａは、いずれの方向の負荷に対しても、従来例と同等若しくはそれ以上の強度及び剛性を確保し得ることを確認した。このように、複合構造体Ａは、成形性が良好であるうえに、従来例に何ら劣らない強度及び剛性を有するのであるから、自動車等の構造物の構成要素として非常に利用価値の高いものである。

本発明に係わる複合構造体は、その構成が上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更したり、各実施形態の構成を組み合わせたりすることが可能である。

Ｊ１ 結合部
Ｊ２ 結合部
Ｌ 境界
Ｍ１ 第１金属部材
Ｍ２ 第２金属部材
Ｍ３ 第３金属部材
Ｑ 応力集中箇所
Ｒ 樹脂部材
Ｒ１ 第１樹脂層
Ｒ２ 第２樹脂層
Ｒ３ 連結部
Ｒ４ 補強部
１ 成形型
４ 成形空間
１０，１１ 開口部
１２ 微細凹凸
１３ 重合領域
１４ 連通穴

Claims (13)

1. 板状の第１金属部材と、板状の第２金属部材と、前記第１及び第２の金属部材を一体化する樹脂部材とを備え、
   前記樹脂部材が、前記第１及び第２の金属部材に跨がって夫々の一方の主面を被覆する第１樹脂層と、前記第１及び第２の金属部材に跨がって夫々の他方の主面を被覆する第２樹脂層と、前記第１樹脂層と前記第２樹脂層とを繋ぐ連結部とを有し、
   前記第１及び第２の金属部材のいずれか一方の金属部材が、他方の金属部材の端部形状に合わせて形成した凹状の結合部を有し、前記一方の金属部材の前記結合部に、前記他方の金属部材の端部を差し込むように組み合わせていることを特徴とする複合構造体。
2. 前記第１及び第２の金属部材は、夫々の主面同士が互いに連なるように配置してあ ることを特徴とする請求項１に記載の複合構造体。
3. 前記樹脂部材が、前記第１樹脂層及び前記第２樹脂層の少なくとも一方に、前記金属部材同士の境界位置で突出する補強部を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の複合構造体。
4. 前記金属部材同士の境界が、互いに組み合わされる凹凸形状を成していることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の複合構造体。
5. 前記第１及び第２の金属部材の少なくとも一方の金属部材が、前記結合部に、表裏両面に連通する開口部を有しており、
   前記開口部内に、前記第１樹脂層と前記第２樹脂層とを繋ぐ前記連結部が形成してあることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の複合構造体。
6. 前記金属部材同士の境界が、当該複合構造体における応力集中箇所を避けて配置してあることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の複合構造体。
7. 前記第１及び第２の金属部材は、樹脂部材で被覆される主面に、微細凹凸が形成してあることを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の複合構造体。
8. 前記第１及び第２の金属部材は、互いの少なくとも一部が重なり合う重合領域と、前記重合領域に貫通状態に形成した連通穴とを有し、
   前記連通穴内に前記第１樹脂層と前記第２樹脂層とを繋ぐ前記連結部が形成してあることを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載の複合構造体。
9. 前記第１樹脂層が、前記第１及び第２の金属部材の一方の主面に形成してあると共に、前記第２樹脂層が、前記第１及び第２の金属部材の他方の主面の局部範囲に形成してあり、前記第１樹脂層を形成した範囲は、前記第２樹脂層を形成した前記局部範囲よりも広範囲であることを特徴とする請求項１に記載の複合構造体。
10. 前記第１及び第２の金属部材の少なくとも一方に、前記樹脂部材により一体化される第３の金属部材を備えたことを特徴とする請求項１に記載の複合構造体。
11. 請求項１に記載の複合構造体を製造する方法であって、
    前記第１及び第２の金属部材及び前記樹脂部材に対応する成形空間を備えた成形型を用い、
    前記成形空間内に、前記第１及び第２の金属部材を配置するとともに双方の間に隙間を設け、
    前記第１及び第２の金属部材の一方の主面側から前記成形空間内に前記樹脂部材の材料である溶融樹脂を充填し、
    前記第１及び第２の金属部材同士の隙間を通して溶融樹脂を前記第１及び第２の金属部材の他方の主面側に流入させることにより、
    前記第１及び第２の樹脂層と、前記隙間内に形成された前記連結部とを有する前記樹脂部材を形成し、
    前記第１及び第２の金属部材と前記樹脂部材とを一体化させることを特徴とする複合構造体の製造方法。
12. 前 記第１及び第２の金属部材は、互いに重なる部分がなく、樹脂部材で被覆される主面に、微細凹凸が形成してあることを特徴とする請求項１に記載の複合構造体。
13. 前記樹脂部材が、前記第１及び第２の金属部材に跨がる局部範囲を形成してあることを特徴とする請求項１２に記載の複合構造体。

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