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WO2021064870A1 - 曲面パネル部材 - Google Patents

曲面パネル部材 Download PDF

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Publication number
WO2021064870A1
WO2021064870A1 PCT/JP2019/038788 JP2019038788W WO2021064870A1 WO 2021064870 A1 WO2021064870 A1 WO 2021064870A1 JP 2019038788 W JP2019038788 W JP 2019038788W WO 2021064870 A1 WO2021064870 A1 WO 2021064870A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
frp
curved panel
panel
layers
layer
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/038788
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
孝博 相藤
Original Assignee
日本製鉄株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日本製鉄株式会社 filed Critical 日本製鉄株式会社
Priority to PCT/JP2019/038788 priority Critical patent/WO2021064870A1/ja
Priority to JP2020522087A priority patent/JP6760549B1/ja
Priority to EP19947752.2A priority patent/EP4023434A4/en
Priority to CN201980099992.9A priority patent/CN114340890A/zh
Priority to US17/641,379 priority patent/US11945205B2/en
Publication of WO2021064870A1 publication Critical patent/WO2021064870A1/ja

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Definitions

  • the present invention relates to the structure of a panel having a curvature.
  • a curved panel As an example of a panel having a curvature (hereinafter, "curved panel"), there is a curved metal panel as a whole such as an automobile door outer panel, a roof panel, a hood, a fender, and a side outer panel.
  • a curved metal panel As an example of a panel having a curvature (hereinafter, "curved panel"), there is a curved metal panel as a whole such as an automobile door outer panel, a roof panel, a hood, a fender, and a side outer panel.
  • steel sheets used as materials for curved panels are being thinned in order to reduce weight for the purpose of improving fuel efficiency.
  • the thinning of the steel plate reduces the tension rigidity of the curved panel, it is required to reinforce the curved panel in order to secure sufficient tension rigidity.
  • Patent Document 1 discloses a curved panel member in which an FRP (fiber reinforced plastic) sheet is attached to a metal plate.
  • FRP fiber reinforced plastic
  • Patent Document 2 discloses that CFRP is adhered to a range of 1 to 30% of the panel area, and the load when the center of the panel is pressed is distributed to the edge of the panel to which the CFRP is adhered.
  • Patent Document 3 discloses a structure including an inner layer made of glass fiber, an intermediate layer made of FRP, and an outer layer made of glass fiber surrounding a hollow core.
  • Patent Document 4 a bead forming material such as foamed polyethylene, which is narrower than the FRP reinforcing resin layer, is provided under the FRP reinforcing resin layer in an automobile door or the like, and is wider than the width of the bead forming material.
  • a panel structure is disclosed in which the lower surface of the hem of a wide reinforcing member is adhered to the panel.
  • Patent Document 5 discloses a vehicle roof structure including a reinforcing member made of FRP, which extends obliquely with respect to the vehicle width direction.
  • Patent Document 6 discloses an FRP structure having a sandwich structure in which FRP layers are arranged on the front side and the back side of the core material, respectively.
  • Patent Document 7 discloses a structural member in which a reinforcing member such as a carbon fiber unidirectional material or a carbon fiber cloth woven fabric having a convex adhesive processing portion is adhered to a main structural material.
  • Patent Document 1 discloses various shapes of FRP sheets, but imparting shapes to FRP sheets in order to obtain a reinforcing effect significantly increases the manufacturing process of FRP sheets and reduces productivity. Invite. Therefore, it is desirable to reinforce the curved panel by another method.
  • Patent Document 2 only the load when the center of the panel is pushed is dispersed, and it is difficult to fundamentally improve the tension rigidity.
  • the structure of Patent Document 3 is a structure in which it is essential to have a hollow core in the inner layer, there is a problem that it cannot be applied when the internal space on the reinforcing side of the panel is restricted.
  • Patent Document 4 since only a part of the panel is reinforced, there is a limit to the improvement of the tension rigidity, and there is a problem that if the entire surface of the panel is reinforced, the weight of the whole is increased.
  • the FRP structure of Patent Document 6 is a structure in which a core material is indispensable, there is a problem that it cannot be applied when the internal space on the reinforcing side of the panel is restricted.
  • Patent Document 7 since a convex reinforcing member is attached to the main structural material, there is a problem that it cannot be applied when there is a restriction on the internal space.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a curved panel member capable of improving tension rigidity without using a cloth woven fabric.
  • a curved panel member which comprises a curved surface panel made of metal and a reinforcing member formed of a plurality of layers of FRP containing continuous fibers bonded to the curved surface panel.
  • Each of the plurality of FRP layers is composed of one fiber direction, and at least one of the plurality of FRP layers has a fiber direction different from that of the other layers, and the plurality of FRP layers are provided.
  • the proportion of layers having an angle difference of 30 ° or more in the fiber direction is 15% or more of the entire layer
  • the maximum principal curvature direction of the curved panel is 0 °
  • the direction orthogonal to the 0 ° direction is 90.
  • the reinforcing member may be joined to an area of 70% or more of the curved panel.
  • the reinforcing member may be joined to the entire surface of the curved panel.
  • the plate thickness of the reinforcing member may be 2.0 times or more the plate thickness of the curved panel.
  • the curved panel is an automobile hood or roof panel, and the reinforcing member may be joined to the lower surface of the curved panel.
  • the curved panel is a fender, a door outer panel or a side outer panel of an automobile, and the reinforcing member may be joined to an inner surface of the curved panel.
  • the curved panel may be a steel plate of 440 MPa or more.
  • the FRP may be CFRP.
  • the FRP may be GFRP.
  • FIG. 1 It is a perspective view which shows the schematic structure of the curved panel member which concerns on one Embodiment of this invention. It is a perspective view which looked at the curved panel member of FIG. 1 from the back side. It is a figure which shows the example of the body structure of an automobile. It is a figure for demonstrating the layer structure of the reinforcing member which concerns on this embodiment. It is a figure for demonstrating the calculation method of the 0 ° direction component and 90 ° direction component of a fiber direction. It is a figure for demonstrating the calculation method of the 0 ° direction component and 90 ° direction component of a fiber direction. It is a figure which shows an example of the layer structure of the reinforcing member which concerns on this embodiment. It is a figure which shows the example of joining a curved panel and a reinforcing member. It is a figure which shows the condition for evaluating the tension rigidity.
  • the curved panel member 1 of the present embodiment is a reinforcing member 3 composed of a metal curved panel 2 and a plurality of layers of FRP including continuous fibers joined to the curved panel 2. It is composed of.
  • the material of the curved panel 2 made of metal is not particularly limited, and for example, a steel plate, an aluminum alloy plate, a magnesium alloy plate, or the like is used. From the viewpoint of improving the tension rigidity and the dent resistance, the curved panel 2 is preferably made of a steel plate of 440 MPa or more.
  • the "curved surface panel” in the present specification includes a member having a curved surface on the entire surface of the panel, and a member having a curved surface as a whole while having unevenness or a flat surface portion.
  • An example of the curved panel 2 is a component such as an automobile hood, a roof panel, a fender, a door outer panel, or a side outer panel as shown in FIG. Further, the curved panel 2 is not limited to the automobile parts, and may be other panel-shaped members.
  • the curved panel 2 is obtained by processing a flat plate. Therefore, at the stage when the curved panel 2 is manufactured, the shape and material as a product are specified, and the application is also determined. Therefore, of the front side surface and the back side surface of the curved panel 2, it is possible to identify the surface on which the load from the out-of-plane direction is frequently input when used as a product. For example, in the case of an outer panel of an automobile door, if the front surface is the outer surface of the vehicle and the back surface is the inner surface of the vehicle, the outer surface of the vehicle is more loaded from the outside than the inner surface of the vehicle. Is frequently entered. That is, in the example shown in FIG.
  • the side to which the reinforcing member 3 shown by the transmission line is joined is the inner surface of the door outer panel.
  • the side surface on which the load from the out-of-plane direction is frequently input as described above is referred to as the “load input side surface”.
  • the curved surface 2a which is the surface on the side with the smaller curvature, is set as the surface on the load input side, and the following description will be made.
  • the curved surface 2b which is the surface on the side with a large curvature, may be the surface on the load input side.
  • the reinforcing member 3 is joined to the curved surface 2b on the side opposite to the load input side.
  • the curved surface 2a on the load input side is the upper surface of the curved panel 2 (the outer surface of the vehicle), so that the reinforcing member 3 is the lower surface of the curved panel 2 (the inner surface of the vehicle). It is preferable that it is joined to the surface).
  • the curved surface 2a on the load input side is the outer surface of the curved panel 2, so that the reinforcing member 3 is the inner surface of the curved panel 2. It is preferably joined to the surface.
  • the reinforcing member 3 of the present embodiment is joined to the curved surface 2b on the opposite side of the curved surface panel 2 from the load input side.
  • the method of joining the reinforcing member 3 to the curved panel 2 is not particularly limited, but for example, it is joined using an adhesive.
  • the thickness of the reinforcing member 3 that is, the total thickness of the layers of the plurality of FRPs is 2.0 times or more the thickness of the curved panel 2. Is preferable.
  • the plate thickness of the reinforcing member 3 is more preferably 2.5 times or more, and further preferably 3.0 times or more, the plate thickness of the curved panel 2.
  • the upper limit of the plate thickness of the reinforcing member 3 is appropriately set from the viewpoint of the required tension rigidity and weight of the curved surface panel member 1, but the plate thickness of the reinforcing member is 10.0 times the plate thickness of the curved surface panel 2. It is preferably less than or equal to, more preferably 7.5 times or less, still more preferably 5.0 times or less.
  • FRP that can be used for a reinforcing member (also referred to as an FRP member) means a fiber reinforced resin composed of a matrix resin and a reinforcing fiber material contained in the matrix resin and composited.
  • the reinforcing fiber material for example, carbon fiber and glass fiber can be used.
  • boron fiber, silicon carbide fiber, aramid fiber and the like can be used as the reinforcing fiber material.
  • a unidirectional reinforcing fiber base material (UD material) or the like can be used as the reinforcing fiber base material which is the base material of the reinforcing fiber material.
  • CFRP is an FRP that uses carbon fiber as a reinforcing fiber material.
  • the carbon fiber for example, PAN-based or pitch-based carbon fibers can be used.
  • the CFRP carbon fiber is preferably a pitch-based carbon fiber having a high elastic modulus. According to the reinforcing member 3 of the pitch-based carbon fiber, a higher reaction force can be obtained and the tension rigidity can be improved.
  • GFRP is an FRP that uses glass fiber as a reinforcing fiber material. Although it is inferior in mechanical properties to carbon fiber, it can suppress electrolytic corrosion of metal members.
  • thermosetting resin examples include epoxy resin, unsaturated polyester resin, vinyl ester resin and the like.
  • thermoplastic resin examples include polyolefins (polyethylene, polypropylene, etc.) and acid-modified products thereof, polyamide resins such as nylon 6 and nylon 66, thermoplastic aromatic polyesters such as polyethylene terephthalate and polybutylene terephthalate, polycarbonate, and polyethersulfone.
  • the matrix resin may be formed of a plurality of types of resin materials.
  • thermoplastic resin As the matrix resin from the viewpoint of workability and productivity.
  • a phenoxy resin as the matrix resin, the density of the reinforcing fiber material can be increased.
  • the phenoxy resin has a molecular structure very similar to that of the epoxy resin which is a thermosetting resin, it has the same heat resistance as the epoxy resin.
  • a curing component by further adding a curing component, it can be applied to a high temperature environment. When the curing component is added, the amount to be added may be appropriately determined in consideration of the impregnation property into the reinforcing fiber material, the brittleness of the FRP, the tact time, the processability and the like.
  • an adhesive resin layer (not shown) is provided between the FRP member and the metal member (curved panel 2 in the present embodiment), and the adhesive resin layer provides the reinforcing member.
  • the FRP member and the metal member may be joined.
  • the type of adhesive resin composition forming the adhesive resin layer is not particularly limited.
  • the adhesive resin composition may be either a thermosetting resin or a thermoplastic resin.
  • the types of the thermosetting resin and the thermoplastic resin are not particularly limited.
  • the thermoplastic resin includes polyolefin and its acid modified product, polystyrene, polymethylmethacrylate, AS resin, ABS resin, thermoplastic aromatic polyester such as polyethylene terephthalate and polybutylene terephthalate, polycarbonate, polyimide, polyamide, and polyamide.
  • thermosetting resin for example, one or more selected from epoxy resin, vinyl ester resin, phenol resin, and urethane resin can be used.
  • the adhesive resin composition can be appropriately selected depending on the characteristics of the matrix resin constituting the FRP member, the characteristics of the reinforcing member, or the characteristics of the metal member. For example, by using a resin having a polar functional group or an acid-modified resin as the adhesive resin layer, the adhesiveness is improved.
  • the adhesion between the FRP member and the metal member can be improved. Then, when a load is input to the metal member, the deformation followability of the FRP member can be improved. In this case, the effect of the FRP member on the deformed body of the metal member can be more reliably exerted.
  • the form of the adhesive resin composition used for forming the adhesive resin layer can be, for example, a powder, a liquid such as varnish, or a solid such as a film.
  • the crosslinkable adhesive resin composition may be formed by blending a crosslinkable curable resin and a crosslinking agent with the adhesive resin composition.
  • a crosslinkable curable resin for example, a bifunctional or higher functional epoxy resin or a crystalline epoxy resin can be used.
  • a cross-linking agent amine, acid anhydride or the like can be used.
  • the adhesive resin composition may contain various additives such as various rubbers, inorganic fillers and solvents as long as the adhesiveness and physical properties are not impaired.
  • Composite of FRP member with metal member is realized by various methods. For example, it can be obtained by adhering an FRP molding prepreg which is an FRP member or a precursor thereof and a metal member with the above-mentioned adhesive resin composition and solidifying (or curing) the adhesive resin composition. .. In this case, for example, the FRP member and the metal member can be combined by performing heat crimping.
  • Adhesion of the above-mentioned FRP or FRP molding prepreg to a metal member can be performed before, during, or after molding of a part. For example, after molding a metal material as a work material into a metal member, FRP or a prepreg for FRP molding may be adhered to the metal member. Further, after the FRP or the prepreg for FRP molding is bonded to the work material by heat crimping, the work material to which the FRP member is bonded may be molded to obtain a composite metal member. If the matrix resin of the FRP member is a thermoplastic resin, it is possible to perform molding such as bending on the portion to which the FRP member is adhered. Further, when the matrix resin of the FRP member is a thermoplastic resin, composite batch molding in which the heat crimping step and the molding step are integrated may be performed.
  • the method of joining the FRP member and the metal member is not limited to the above-mentioned bonding by the adhesive resin layer.
  • the FRP member and the metal member may be mechanically joined. More specifically, holes for fastening are formed at positions corresponding to the FRP member and the metal member, and these are fastened through the holes by fastening means such as bolts and rivets, whereby the FRP member and the metal are fastened.
  • the member may be joined.
  • the FRP member and the metal member may be joined by a known joining means.
  • the FRP member and the metal member may be joined in a composite manner by a plurality of joining means. For example, bonding by an adhesive resin layer and fastening by a fastening means may be used in combination.
  • the metal member according to the present invention may be a hot-rolled steel sheet or a cold-rolled steel sheet, or may be plated on those steel sheets. This improves corrosion resistance. In particular, it is more suitable when the metal member is a steel material.
  • the type of plating is not particularly limited, and known plating can be used. For example, as plated steel sheets (steel materials), hot-dip galvanized steel sheets, hot-dip alloyed zinc-plated steel sheets, Zn-Al-Mg-based alloy-plated steel sheets, aluminum-plated steel sheets, electrogalvanized steel sheets, electric Zn-Ni-based alloy-plated steel sheets, etc. Can be used. It is not necessary to particularly limit the plate thickness of the metal member, but for example, in the case of an automobile member, it is often about 0.60 to 3.2 mm.
  • the surface of the metal member may be coated with a film called chemical conversion treatment.
  • a film called chemical conversion treatment This further improves the corrosion resistance.
  • the chemical conversion treatment a generally known chemical conversion treatment can be used.
  • the chemical conversion treatment zinc phosphate treatment, chromate treatment, chromate-free treatment and the like can be used.
  • the said film may be a known resin film.
  • the metal member may be coated with a generally known coating. This further improves the corrosion resistance.
  • a known resin can be used as the coating.
  • an epoxy resin, a urethane resin, an acrylic resin, a polyester resin, a fluorine-based resin, or the like can be used as the main resin.
  • a generally known pigment may be added to the coating, if necessary.
  • the coating may be a clear coating to which no pigment is added. Such coating may be applied to the metal member in advance before the FRP member is composited, or may be applied to the metal member after the FRP member is composited. Further, the metal member may be coated in advance, then the FRP member may be composited, and then the coating may be applied.
  • the paint used for painting may be a solvent-based paint, a water-based paint, a powder paint, or the like.
  • a method of applying coating a generally known method can be applied.
  • electrodeposition coating, spray coating, electrostatic coating, dip coating, or the like can be used as a coating method.
  • Electrodeposition coating is suitable for covering the end faces and gaps of metal members, and therefore has excellent corrosion resistance after coating.
  • a generally known chemical conversion treatment such as zinc phosphate treatment or zirconia treatment to the surface of the metal member before painting, the adhesion to the coating film is improved.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the layer structure of the reinforcing member 3.
  • Each of the plurality of FRP layers constituting the reinforcing member 3 has one fiber direction, and at least one of the plurality of FRP layers has a fiber direction different from that of the other layers.
  • the maximum principal curvature direction of the curved surface panel 2 is defined as "0 ° direction”
  • the direction orthogonal to the 0 ° direction when the 0 ° direction faces the defined curved surface is defined as "0 ° direction”. It is defined as "90 ° direction”.
  • the FRP has a 6-layer structure, and among the plurality of FRP layers, the continuous fibers are oriented in the 0 ° direction in the 4 layers closer to the curved surface 2b of the curved surface panel 2. In the remaining two layers, the continuous fibers are oriented in the 90 ° direction.
  • a layer in which continuous fibers are oriented in one specific direction is referred to as an "aligned layer”.
  • a layer in which fibers are oriented in the 0 ° direction is referred to as a 0 ° oriented layer
  • a layer in which fibers are oriented in the 90 ° direction is referred to as a 90 ° oriented layer. That is, the reinforcing member 3 shown in FIG. 4 has four 0 ° oriented layers 3a and two 90 ° oriented layers.
  • the " ⁇ ° oriented layer” also includes an oriented layer composed of continuous fibers oriented at ⁇ ⁇ 5 °.
  • the "0 ° oriented layer” is not only the layer of FRP in which the fiber direction of the continuous fiber is exactly 0 °, but also the continuous fiber oriented at -5 ° to 5 ° with respect to the 0 ° direction.
  • An orientation layer containing is also included.
  • the fiber direction of the oriented layer can be identified by observing and analyzing the fiber-reinforced resin member using microfocus X-ray CT (X-ray Computed Tomography).
  • the total number of layers constituting the reinforcing member 3 is not particularly limited, and is appropriately changed according to the shape of the curved panel 2, the required tension rigidity, and the like.
  • the size of the reinforcing member 3, the thickness of each layer of the FRP, the joining position of the reinforcing member 3 with respect to the curved panel 2 and the like are not particularly limited, and are appropriately changed according to the shape of the curved panel 2 and the required tension rigidity and the like. Will be done.
  • the inventors of the present application have attached a material in which fibers in two or more directions are woven into one layer of FRP, such as the carbon fiber cloth woven fabric of Patent Document 7, to a curved panel.
  • a material in which fibers in two or more directions are woven into one layer of FRP, such as the carbon fiber cloth woven fabric of Patent Document 7, to a curved panel.
  • the effect of improving the tension rigidity was small. The reason is unknown, but it is possible that the wavy fibers of the cloth fabric have an effect.
  • the present invention was born as a result of research on improving the tension rigidity by laminating FRP layers in one fiber direction without using a cloth woven fabric based on the evaluation results. Therefore, the reinforcing member according to the present invention is composed of a plurality of FRP layers, and each of the plurality of FRP layers has one fiber direction.
  • the fiber directions of the plurality of FRP layers are all the same direction (for example, the fiber directions of all the FRP layers are the same). It was found that the effect of improving the tension rigidity is small in the direction perpendicular to the maximum principal curvature, that is, in the case where all the FRP layers are 90 ° oriented layers), as described later. From this finding, the inventors should not align the fiber directions of the plurality of FRP layers to one in order to improve the tension rigidity, and there are FRP layers having an angle difference of 30 ° or more in the fiber directions.
  • the proportion of the FRP layers having an angle difference of 30 ° or more in the fiber direction should be 15% or more of the entire FRP layer.
  • the "ratio of the FRP layer having an angle difference of 30 ° or more in the fiber direction to the entire layer" changes depending on the reference fiber direction among the plurality of fiber directions.
  • the above ratios when each fiber direction is used as a reference are calculated, and the value of the lowest ratio is used.
  • the angle difference between the FRP layers is preferably larger, preferably 40 ° or more, 50 ° or more, or 60 ° or more.
  • the upper limit of the angle difference is, of course, 90 °.
  • the ratio of the FRP layer in the fiber direction to the entire layer having a predetermined angle difference or more is preferably larger, and preferably 20% or more, 25% or more, or 30% or more. However, the upper limit of the ratio is 50%.
  • the curved panel member 1 is configured as described above.
  • the present inventor has a layer ratio of the FRP layer in which at least one of the plurality of FRP layers has a fiber direction different from that of the other layers and the angular difference in the fiber directions is 30 ° or more. It has been found that the tension rigidity is effectively improved if the curved panel member 1 is 15% or more of the whole and is joined with the reinforcing member 3 satisfying the following formula (1).
  • the ratio of the 0 ° direction component (the component parallel to the maximum principal curvature direction of the curved panel 2) and the 90 ° direction component (the component parallel to the direction perpendicular to the maximum principal curvature direction of the curved panel 2). is calculated as follows.
  • an example is shown in which two types of fiber directions are included in the entire layer of FRP constituting the reinforcing member joined to the curved panel 2.
  • FIG. 5 shows a layer of FRP having a first fiber direction in which the angle (acute angle) formed by the 0 ° direction is ⁇ 1
  • FIG. 6 shows an angle (acute angle) formed by ⁇ 2 in the 0 ° direction.
  • the "90 ° direction component" in the present specification is a 90 ° direction component calculated by decomposing the fiber direction of the FRP layer into a 0 ° direction component and a 90 ° direction component using a trigonometric function. It is an absolute value.
  • the first step is made.
  • the angle ⁇ 1 is decomposed into components to calculate the 0 ° direction component and the 90 ° direction component.
  • the angle ⁇ 1 is similarly decomposed for that layer to calculate the 0 ° direction component and the 90 ° direction component.
  • the angle ⁇ 2 is decomposed into components to calculate the 0 ° direction component and the 90 ° direction component.
  • the angle ⁇ 2 is similarly decomposed for that layer to calculate the 0 ° direction component and the 90 ° direction component.
  • the 0 ° direction component of each layer is summed up to obtain the 0 ° direction component of the entire layer in the formula (1) (of the formula (1)). “C”) is calculated.
  • the 90 ° direction component of the entire layer in the formula (1) (“D” in the formula (1)) is calculated by summing the 90 ° direction components of each layer.
  • the absolute value of cos 30 ° is the component in the 0 ° direction
  • the absolute value of sin 30 ° is the component in the 90 ° direction. That is, when the angle ⁇ 1 is 30 °, the 0 ° direction component for the first fiber direction is about 0.866, and the 90 ° direction component is 0.5.
  • the angle ⁇ 2 is ⁇ 60 ° in FIG. 6, the absolute value of cos-60 ° is the component in the 0 ° direction, and the absolute value of sin-60 ° is the component in the 90 ° direction.
  • the component in the 0 ° direction with respect to the second fiber direction is 0.5
  • the component in the 90 ° direction is about 0.866.
  • the component in the 0 ° direction in the entire layer is about 4.46 ( It is 0.866 ⁇ 4 + 0.5 ⁇ 2)
  • the 90 ° direction component in the entire layer is about 3.73 (0.5 ⁇ 4 + 0.866 ⁇ 2). In this way, the total value of the components in the 0 ° direction and the total value of the components in the 90 ° direction are calculated.
  • the value of the component in the 0 ° direction is cos 0 °, that is, 1, and the value of the component in the 90 ° direction is sin 0 °, that is, 0. Further, when the fiber direction is 90 °, the value of the component in the 0 ° direction is cos 90 °, that is, 0, and the value of the component in the 90 ° direction is sin 90 °, that is, 1.
  • the calculation is performed by the above method, but when the thickness and density of each layer are different, the ratio is weighted by the thickness and density of each layer. calculate. For example, of the FRP of the n-layer, if a value of 0 ° directional component of the k-th layer from the bonding side is x k, the thickness of the layer and t k, the total value of the 0 ° direction component in the entire layer, x 1 x t 1 + ... + x n x t n . Similarly, the total value of the components in the 90 ° direction can be obtained.
  • the thickness of the reinforcing member 3 (i.e., the total thickness of each layer) with respect to the center T c of, the FRP layer located on the junction side of the curved panel 2 "inside the thickness center T C "called, a layer of FRP on the opposite side to the the bonding side” layers that referred to the layer "on the outside of the thickness center T C.
  • the thickness of the reinforcing member 3 i.e., the total thickness of each layer
  • the lower three layers of the six layers is FRP layers
  • the outside of the thickness center T C of the reinforcing member 3 It is a certain layer
  • the upper three layers of the six layers of FRP are the layers inside the center of the plate thickness of the reinforcing member 3.
  • the 0 ° direction component (“A” of the formula (1)) of the FRP layer outside the plate thickness center of the reinforcing member 3 in the formula (1) is an FRP having six layers. It is the total value of the 0 ° direction components of the lower three layers of the layers, and is the 0 ° direction component of the FRP layer inside the center of the plate thickness of the reinforcing member 3 in the formula (1) (formula (1). “B”) in 1) is the total value of the components in the 0 ° direction of the upper three layers of the six FRP layers.
  • “K” in the equation (1) is a value obtained by dividing “1” by the radius of curvature of the curved panel 2 in the 0 ° direction, and corresponds to the maximum principal curvature. Since the "K” in the formula (1) is an index indicating the shape of the curved panel 2, in the following description, the "K” in the formula (1) is referred to as a shape index K.
  • a shape index K In order to improve the tension rigidity of the curved panel member 1, it is important to specify the fiber direction in each FRP layer, but the influence of the fiber direction of the FRP on the tension rigidity of the curved panel member 1 is the curved panel. It also depends on the shape of 2.
  • the contribution of the FRP in the fiber direction to the tension rigidity differs depending on the shape of the curved panel 2. Therefore, in order to improve the tension rigidity of the curved panel member 1, it is important to define the fiber direction of the FRP in consideration of the shape of the curved panel 2.
  • the condition that satisfies this requirement is equation (1).
  • at least one of the plurality of FRP layers has a fiber direction different from that of the other layers, and the proportion of the FRP layer having an angle difference of 30 ° or more in the fiber directions is the entire layer.
  • the tension rigidity can be improved.
  • the fiber direction is two directions, but it may be three or more directions.
  • the reinforcing member 3 shown in FIG. 7 has 90 ° oriented layer 3b, 45 ° oriented layer 3c, ⁇ 45 ° oriented layer 3d, 0 ° oriented layer 3a, 90 ° oriented layer 3b, in order from the curved surface 2b of the curved surface panel 2. It has a 0 ° oriented layer 3a. Even in such a case, at least one of the plurality of FRP layers has a fiber direction different from that of the other layers, and the proportion of the FRP layer having an angle difference of 30 ° or more in the fiber directions is 15% or more of the entire layer. Moreover, since the reinforcing member 3 satisfying the formula (1) is joined to the curved surface panel 2, the tension rigidity of the curved surface panel member 1 can be improved.
  • the reinforcing member 3 is joined to the curved surface 2a of the curved surface panel 2, the effect of improving the tension rigidity can be obtained, but it is preferable that the reinforcing member 3 is joined to the curved surface 2b on the opposite side of the curved surface 2a. ..
  • the curved panel 2 is a component such as an automobile door outer panel, roof panel, hood, fender, or side outer panel, the load F from the out-of-plane direction is input to the curved surface 2a on the load input side of the curved panel 2.
  • the tensile stress on the curved surface 2b side of the curved surface panel 2 becomes large, but if the reinforcing member 3 is joined to the curved surface 2b of the curved surface panel 2, the portion where the tensile stress is generated can be effectively reinforced. This makes it easier to obtain the effect of improving the tension rigidity of the curved panel 2.
  • the reinforcing member 3 is joined to the entire surface of the curved panel 2 as shown in FIG. For example, even when the reinforcing member 3 is partially joined to the curved panel 2, it is possible to partially improve the tension rigidity. However, since the reinforcing member 3 is joined to the entire surface of the curved panel 2, it is possible to obtain the stiffening effect of the reinforcing member 3 no matter where the load is input to the curved panel 2. Even if the reinforcing member 3 is not joined to the entire surface of the curved panel 2, it is preferable that the reinforcing member 3 is joined to 70% or more of the area of the curved panel 2. It is more preferably 80% or more, and further preferably 90% or more of the area of the curved panel 2.
  • the stiffening effect exerted is larger than that of the FRP sheet of Patent Document 1. That is, when the product specifications relating to the tension rigidity can be satisfied with the stiffening effect equivalent to the stiffening effect of Patent Document 1, for example, the thickness of the reinforcing member 3 is reduced to reduce the weight of the curved panel member 1. It is also possible. Therefore, when the reinforcing member 3 is joined to the entire surface of the curved panel 2, the weight of the panel member is reduced and sufficient tension rigidity is provided as compared with the case where a plurality of conventional FRP sheets are joined to the entire panel. Can be secured.
  • the tension rigidity of the curved panel member 1 was evaluated by the method shown in FIG. More specifically, the hemispherical shape of R50 is located at the center of the curved surface 2a of the curved surface panel 2 with respect to the curved surface panel member 1 in which the reinforcing member 3 is joined to the curved surface 2b on the opposite side of the curved surface 2a on the load input side of the curved surface panel 2.
  • the tension rigidity was evaluated by pushing in the indenter 10.
  • the tension rigidity is evaluated by the magnitude of the load required to push the indenter 10 by 2 mm (hereinafter, “load at 2 mm stroke”), and the curved panel member 1 having a larger load at 2 mm stroke has higher tension rigidity and is less likely to be deformed.
  • the curved panel 2 in this evaluation method is a steel plate having a tensile strength of 590 MPa
  • the reinforcing member 3 is a member having a plurality of FRP layers having a Young's modulus of 102 GPa.
  • K 0.00083 (radius of curvature: 1200 mm)
  • K 0.00125 (radius of curvature: 800 mm)
  • K 0.00250 (radius of curvature: 400 mm)
  • the reinforcing members of CASE a4 to CASE a10 have a structure in which 6 layers of 0.20 mm CFRP are stacked per layer.
  • the weight of CFRP with a plate thickness of 1.20 mm (0.20 mm x 6) is about the same as the 0.70 mm aluminum plate used as a reinforcing member for CASE a3, but CASE a4 to CASE a9
  • the load at 2 mm stroke is smaller than the 2 mm stroke load of CASE a3, and the tension rigidity is inferior.
  • CASE a12 to a20 in which CFRP having two or three fiber directions is used is the same as CASE a4 to CASE a9 in that it satisfies the formula (1), but has a 2 mm stroke of CASE a12 to a20.
  • the hourly load is larger than that of CASE a3 to CASE a9, and the tension rigidity is improved.
  • at least one of the plurality of FRP layers has a fiber direction different from that of the other layers, and among the plurality of FRP layers, the angle difference in the fiber directions is 30 ° or more.
  • the tension rigidity as the curved panel member is improved.
  • the tension rigidity is improved as compared with CASE a3 using an aluminum plate which is advantageous for weight reduction. That is, the curved panel members of CASE a12 to a20, which are examples of the invention, are excellent in mass efficiency of tension rigidity, and can achieve both tension rigidity and weight reduction at a high level.
  • CASE c5, c9, and c10 which are examples of the invention
  • the tension rigidity is improved as compared with CASE c1 using an aluminum plate which is advantageous for weight reduction. Therefore, CASE b5 to b10 and CASE
  • the curved panel members of c5, c9, and c10 also have a structure with excellent tension rigidity and mass efficiency, similar to the above-mentioned CASE a12 to a20. That is, the curved panel member according to the present invention is a member capable of achieving both tension rigidity and weight reduction at a high level regardless of the shape index K of the curved panel.
  • CASE a13 and CASE a20 have different sizes (areas) of reinforcing members.
  • CASE In a13 the reinforcing member is joined to the area of 100% of the area of the curved panel as in the other examples except CASE A20, and in CASE a20, the reinforcing member is joined to the area of 80% of the area of the curved panel.
  • CASE The tension rigidity of a13 and CASE a20 was evaluated under the same conditions other than the size of the reinforcing member, but the load at the 2 mm stroke was both high. According to this result, it can be seen that the effect of improving the tension rigidity can be sufficiently obtained even when the reinforcing member is not joined to the entire surface of the curved panel.
  • the tension rigidity is improved. That is, from the viewpoint of obtaining the effect of improving the tension rigidity according to the present invention, the total number of layers of the plurality of FRPs is not particularly limited.
  • the present invention can be used as a structure of an automobile door outer panel, roof panel, hood, fender, side outer panel, or the like.
  • Curved panel member 2 Curved panel 2a Surface on the load input side of the curved panel 2b Surface on the side opposite to the load input side of the curved panel 3 Reinforcing member 3a 0 ° Alignment layer 3b 90 ° Orientation layer 3c 45 ° Orientation layer 3d -45 ° Orientation layer 10 Indenter T c Reinforcing member plate thickness center

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Abstract

金属製の曲面パネルと、曲面パネルに接合された、連続繊維を含む複数のＦＲＰの層からなる補強部材と、を備え、複数のＦＲＰの層の各々はそれぞれ一の繊維方向からなり、複数のＦＲＰの層のうち少なくとも一つの層は他の層とは異なる繊維方向を有し、複数のＦＲＰの層において、繊維方向の角度差が３０°以上となる層の割合が層全体の１５％以上であり、曲面パネルの最大主曲率方向を０°方向、および０°方向に直交する方向を９０°方向と定義し、曲面パネルに接合されている補強部材の各ＦＲＰの層の繊維方向について、三角関数を用いて０°方向成分及び９０°方向成分をそれぞれ算出した場合において、式（１）を満たす、曲面パネル部材。

Description

曲面パネル部材
　本発明は、曲率を有するパネルの構造に関する。
　曲率を有するパネル（以下、“曲面パネル”）の一例として、自動車のドアアウターパネルやルーフパネル、フード、フェンダー、サイドアウターパネル等の全体として曲面状の金属製パネルがある。自動車開発においては燃費向上を目的とした軽量化のため、曲面パネルの素材として使用される例えば鋼板の薄肉化が進められている。一方、鋼板の薄肉化は、曲面パネルの張り剛性を低下させることから、十分な張り剛性を確保するためには曲面パネルを補強することが求められる。
　曲面パネルを補強する構造として、特許文献１には、金属板にＦＲＰ（繊維強化樹脂）シートが貼付された曲面パネル部材が開示されている。特許文献１の曲面パネル部材においては、ＦＲＰシートの形状を適宜変更することによって曲面パネル変形時の復元性能を向上させている。特許文献２には、パネル面積の１～３０％の範囲にＣＦＲＰを接着し、パネルの中心を押した時の荷重を、ＣＦＲＰを接着した側のパネルの縁部に分散させることが開示されている。特許文献３には、中空の芯を囲む、ガラス繊維からなる内部層と、ＦＲＰからなる中間層と、ガラス繊維からなる外部層とを備えた構造体が開示されている。特許文献４には、自動車のドアなどにおいて、ＦＲＰ製の補強樹脂層の下に、ＦＲＰ製の補強樹脂層より幅が狭い発泡ポリエチレンなどのビード形成材を設け、そのビード形成材の幅よりも広い補強部材の裾部の下面がパネルに接着されたパネル構造が開示されている。特許文献５には、車両幅方向に対して斜めに延びる、ＦＲＰからなる補強部材を備えた車両用ルーフ構造体が開示されている。特許文献６には、コア材の表側と裏側にそれぞれＦＲＰ層が配置されたサンドイッチ構造のＦＲＰ構造体が開示されている。特許文献７には、凸状の接着加工部を有する炭素繊維一方向材又は炭素繊維クロス織物などの補強部材が主構造材に接着された構造用部材が開示されている。
特開２００１－２５３３７１号公報 特開２０１８－０１６１７１号公報 特開２００３－２９１２３２号公報 特開昭５７－１５１３５７号公報 国際公開第２０１４／０３４５８６号 特開２００８－２１３４３７号公報 特開２００９－１６６４０８号公報
　特許文献１には様々なＦＲＰシートの形状が開示されているが、補強効果を得るためにＦＲＰシートに形状を付与することは、ＦＲＰシートの製造工程を顕著に増加させ、生産性の低下を招く。したがって、別の方法で曲面パネルを補強することが望ましい。特許文献２ではパネルの中心を押した場合の荷重を分散させるのみであり、張り剛性の根本的な向上は困難である。特許文献３の構造体は、内部層において中空の芯を有することが必須の構造であるため、パネルの補強側の内部空間に制約がある場合などには適用できないなどの問題がある。特許文献４および特許文献５の構造では、パネルの一部しか補強されていないため、張り剛性の向上には限界があり、パネルの全面を補強すると全体の重量が大きくなるという問題がある。特許文献６のＦＲＰ構造体は、コア材が設けられることが必須の構造であるため、パネルの補強側の内部空間に制約がある場合などには適用できないなどの問題がある。特許文献７の構造では、凸状の補強部材が主構造材に貼付けられるため、内部空間の制約がある場合などには適用できないなどの問題がある。
　本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、クロス織物を用いずに、張り剛性を向上させることが可能な曲面パネル部材を提供することを目的とする。
　上記課題を解決する本発明の一態様は、曲面パネル部材であって、金属製の曲面パネルと、前記曲面パネルに接合された、連続繊維を含む複数のＦＲＰの層からなる補強部材と、を備え、前記複数のＦＲＰの層の各々はそれぞれ一の繊維方向からなり、前記複数のＦＲＰの層のうち少なくとも一つの層は他の層とは異なる繊維方向を有し、前記複数のＦＲＰの層において、繊維方向の角度差が３０°以上となる層の割合が層全体の１５％以上であり、前記曲面パネルの最大主曲率方向を０°方向、および前記０°方向に直交する方向を９０°方向と定義し、前記曲面パネルに接合されている前記補強部材の各ＦＲＰの層の繊維方向について、三角関数を用いて０°方向成分及び９０°方向成分をそれぞれ算出した場合において、下記式（１）を満たす、曲面パネル部材。
　５８０×Ｋ≦（Ａ×４＋Ｂ）／（Ｃ＋Ｄ）　　　（１）
　Ａ：前記補強部材の板厚中心の外側にある前記ＦＲＰの層の前記０°方向成分
　Ｂ：前記補強部材の板厚中心の内側にある前記ＦＲＰの層の前記０°方向成分
　Ｃ：前記複数のＦＲＰの層の層全体における前記０°方向成分
　Ｄ：前記複数のＦＲＰの層の層全体における前記９０°方向成分
　Ｋ：１／前記０°方向における曲率半径（ｍｍ）
　前記曲面パネルの７０％以上の面積に、前記補強部材が接合されていてもよい。前記補強部材は前記曲面パネルの面全体に接合されていてもよい。前記補強部材の板厚は、前記曲面パネルの板厚の２．０倍以上であってもよい。
　前記曲面パネルは、自動車のフードまたはルーフパネルであり、前記補強部材は、前記曲面パネルの下面に接合されていてもよい。前記曲面パネルは、自動車のフェンダー、ドアアウターパネルまたはサイドアウターパネルであり、前記補強部材は、前記曲面パネルの車内側の面に接合されていてもよい。
　前記曲面パネルは、４４０ＭＰａ以上の鋼板であってもよい。前記ＦＲＰは、ＣＦＲＰであってもよい。前記ＦＲＰは、ＧＦＲＰであってもよい。
　本発明によれば、クロス織物を用いずに、張り剛性を向上させることが可能な曲面パネル部材を提供することができる。
本発明の一実施形態に係る曲面パネル部材の概略構成を示す斜視図である。 図１の曲面パネル部材を裏側から見た斜視図である。 自動車の車体構造例を示す図である。 本実施形態に係る補強部材の層構造を説明するための図である。 繊維方向の０°方向成分および９０°方向成分の算出方法を説明するための図である。 繊維方向の０°方向成分および９０°方向成分の算出方法を説明するための図である。 本実施形態に係る補強部材の層構造の一例を示す図である。 曲面パネルと補強部材の接合例を示す図である。 張り剛性を評価するための条件を示す図である。
　以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
　図１および図２に示されるように本実施形態の曲面パネル部材１は、金属製の曲面パネル２と、曲面パネル２に接合された、連続繊維を含む複数のＦＲＰの層からなる補強部材３で構成されている。金属製の曲面パネル２の素材は特に限定されないが、例えば鋼板やアルミニウム合金板、マグネシウム合金板等が用いられる。張り剛性および耐デント性向上の観点においては、曲面パネル２は４４０ＭＰａ以上の鋼板で形成されていることが好ましい。本明細書における“曲面パネル”は、パネル全面が曲面である部材の他、一部に凹凸や平面部を有しつつも全体として曲面状の部材も含まれる。曲面パネル２の一例としては、図３のような自動車のフード、ルーフパネル、フェンダー、ドアアウターパネルまたはサイドアウターパネル等の部品である。また、曲面パネル２は自動車部品に限定されず、その他のパネル状の部材であってもよい。
　なお、曲面パネル２は、平板を加工することで得られるものである。したがって、曲面パネル２が製造された段階で、製品としての形状や素材が特定され、用途も定まる。このため、曲面パネル２の表側の面と裏側の面のうち、製品として使用された際に面外方向からの荷重が入力される頻度が高い方の面を特定することができる。例えば自動車のドアアウターパネルの場合に、表側の面を車外側の面、裏側の面を車内側の面とすると、車内側の面よりも車外側の面の方が、面外方向からの荷重が入力される頻度が高い。すなわち、図１に示す例においては、透過線で示される補強部材３が接合されている側がドアアウターパネルの車内側の面となる。本明細書では、曲面パネル２の表側の面と裏側の面のうち、上記のような面外方向からの荷重が入力される頻度の高い側の面を“荷重入力側の面”と称す。本実施形態においては、曲面パネル２の曲面２ａ、２ｂのうち、曲率が小さい側の面である曲面２ａの方を荷重入力側の面として以降の説明を進めるが、曲面パネル２の用途によっては、曲率が大きい側の面である曲面２ｂが荷重入力側の面となることもある。
　張り剛性を効果的に向上させる観点からは、補強部材３は、荷重入力側とは反対側の曲面２ｂに接合されることが好ましい。曲面パネル２が例えば自動車のフードまたはルーフパネルの場合、荷重入力側の曲面２ａは曲面パネル２の上面（車外側の面）であることから、補強部材３は曲面パネル２の下面（車内側の面）に接合されていることが好ましい。曲面パネル２が例えば自動車のフェンダー、ドアアウターパネルまたはサイドアウターパネルの場合、荷重入力側の曲面２ａは曲面パネル２の車外側の面であることから、補強部材３は曲面パネル２の車内側の面に接合されることが好ましい。
　本実施形態の補強部材３は、曲面パネル２の荷重入力側と反対側の曲面２ｂに接合されている。曲面パネル２に対する補強部材３の接合方法は特に限定されないが、例えば接着剤を用いて接合される。曲面パネル部材１の張り剛性を効果的に向上させる観点においては、補強部材３の板厚、すなわち複数のＦＲＰの層の合計板厚は、曲面パネル２の板厚の２．０倍以上であることが好ましい。補強部材３の板厚は、曲面パネル２の板厚の２．５倍以上であることがより好ましく、３．０倍以上であることがさらに好ましい。補強部材３の板厚の上限は、要求される曲面パネル部材１の張り剛性と重量等の観点から適宜設定されるが、補強部材の板厚は、曲面パネル２の板厚の１０．０倍以下であることが好ましく、７．５倍以下であることがより好ましく、５．０倍以下であることがさらに好ましい。
（補強部材の例）
　補強部材（ＦＲＰ部材とも称する）に用いられ得るＦＲＰは、マトリックス樹脂と、該マトリックス樹脂中に含有され、複合化された強化繊維材料からなる、繊維強化樹脂を意味する。
　強化繊維材料としては、例えば、炭素繊維、ガラス繊維を用いることができる。他にも、強化繊維材料として、ボロン繊維、シリコンカーバイド繊維、アラミド繊維等を用いることができる。ＦＲＰ部材に用いられるＦＲＰにおいて、強化繊維材料の基材となる強化繊維基材としては、例えば、一方向強化繊維基材（ＵＤ材）等を使用することができる。これらの強化繊維基材は、強化繊維材料の配向性の必要に応じて、適宜選択され得る。
　ＣＦＲＰは、強化繊維材料として炭素繊維を用いたＦＲＰである。炭素繊維としては、例えば、ＰＡＮ系またはピッチ系のものが使用できる。ＣＦＲＰの炭素繊維は弾性率が高いピッチ系炭素繊維であることが好ましい。ピッチ系炭素繊維の補強部材３によれば、より高い反力を得ることができ、張り剛性を向上させることができる。
　ＧＦＲＰは、強化繊維材料としてガラス繊維を用いたＦＲＰである。炭素繊維よりも機械的特性に劣るが、金属部材の電蝕を抑制することができる。
　ＦＲＰに用いられるマトリックス樹脂として、熱硬化性樹脂および熱可塑性樹脂のいずれも使用することができる。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、並びにビニルエステル樹脂等があげられる。熱可塑性樹脂としては、ポリオレフィン（ポリエチレン、ポリプロピレン等）およびその酸変性物、ナイロン６およびナイロン６６等のポリアミド樹脂、ポリエチレンテレフタラートおよびポリブチレンテレフタラート等の熱可塑性芳香族ポリエステル、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンエーテルおよびその変性物、ポリアリレート、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、塩化ビニル、ポリスチレン等のスチレン系樹脂、並びにフェノキシ樹脂等があげられる。なお、マトリックス樹脂は、複数種類の樹脂材料により形成されていてもよい。
　金属部材への適用を考慮すると、加工性、生産性の観点から、マトリックス樹脂として熱可塑性樹脂を用いることが好ましい。さらに、マトリックス樹脂としてフェノキシ樹脂を用いることで、強化繊維材料の密度を高くすることができる。また、フェノキシ樹脂は熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂と分子構造が酷似しているためエポキシ樹脂と同程度の耐熱性を有する。また、硬化成分をさらに添加することにより、高温環境への適用も可能となる。硬化成分を添加する場合、その添加量は、強化繊維材料への含浸性、ＦＲＰの脆性、タクトタイムおよび加工性等とを考慮し、適宜決めればよい。
＜接着樹脂層＞
　補強部材がＦＲＰ部材等により形成される場合、ＦＲＰ部材と金属部材（本実施形態では曲面パネル２）との間に接着樹脂層（図示は省略されている）が設けられ、該接着樹脂層によりＦＲＰ部材と金属部材とが接合されてもよい。
　接着樹脂層を形成する接着樹脂組成物の種類は特に限定されない。例えば、接着樹脂組成物は、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂のいずれかであってもよい。熱硬化性樹脂および熱可塑性樹脂の種類は特に限定されない。例えば、熱可塑性樹脂としては、ポリオレフィンおよびその酸変性物、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリエチレンテレフタラートやポリブチレンテレフタラート等の熱可塑性芳香族ポリエステル、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンエーテルおよびその変性物、ポリフェニレンスルフィド、ポリオキシメチレン、ポリアリレート、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、並びにポリエーテルケトンケトン等から選ばれる１種以上を使用することができる。また、熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、およびウレタン樹脂から選ばれる１種以上を使用することができる。
　接着樹脂組成物は、ＦＲＰ部材を構成するマトリックス樹脂の特性、補強部材の特性または金属部材の特性に応じて適宜選択され得る。例えば、接着樹脂層として極性のある官能基を有する樹脂や酸変性などを施された樹脂を用いることで、接着性が向上する。
　このように、上述した接着樹脂層を用いてＦＲＰ部材を金属部材に接着させることにより、ＦＲＰ部材と金属部材との密着性を向上させることができる。そうすると、金属部材に対し荷重が入力された際の、ＦＲＰ部材の変形追従性を向上させることができる。この場合、金属部材の変形体に対するＦＲＰ部材の効果をより確実に発揮させることが可能となる。
　なお、接着樹脂層を形成するために用いられる接着樹脂組成物の形態は、例えば、粉体、ワニス等の液体、フィルム等の固体とすることができる。
　また、接着樹脂組成物に架橋硬化性樹脂および架橋剤を配合して、架橋性接着樹脂組成物を形成してもよい。これにより接着樹脂組成物の耐熱性が向上するため、高温環境下での適用が可能となる。架橋硬化性樹脂として、例えば２官能性以上のエポキシ樹脂や結晶性エポキシ樹脂を用いることができる。また、架橋剤として、アミンや酸無水物等を用いることができる。また、接着樹脂組成物には、その接着性や物性を損なわない範囲において、各種ゴム、無機フィラー、溶剤等その他添加物が配合されてもよい。
　ＦＲＰ部材の金属部材への複合化は、種々の方法により実現される。例えば、ＦＲＰ部材となるＦＲＰまたはその前駆体であるＦＲＰ成形用プリプレグと、金属部材とを、上述した接着樹脂組成物で接着し、該接着樹脂組成物を固化（または硬化）させることで得られる。この場合、例えば、加熱圧着を行うことにより、ＦＲＰ部材と金属部材とを複合化させることができる。
　上述したＦＲＰまたはＦＲＰ成形用プリプレグの金属部材への接着は、部品の成形前、成形中または成形後に行われ得る。例えば、被加工材である金属材料を金属部材に成形した後に、ＦＲＰまたはＦＲＰ成形用プリプレグを該金属部材に接着しても良い。また、被加工材にＦＲＰまたはＦＲＰ成形用プリプレグを加熱圧着により接着した後に、ＦＲＰ部材が接着された該被加工材を成形して複合化された金属部材を得てもよい。ＦＲＰ部材のマトリクス樹脂が熱可塑性樹脂であれば、ＦＲＰ部材が接着された部分について曲げ加工等の成形を行うことも可能である。また、ＦＲＰ部材のマトリクス樹脂が熱可塑樹脂である場合、加熱圧着工程と成形工程とが一体となった複合一括成形が行われてもよい。
　なお、ＦＲＰ部材と金属部材との接合方法は、上述した接着樹脂層による接着に限られない。例えば、ＦＲＰ部材と金属部材とは、機械的に接合されてもよい。より具体的には、ＦＲＰ部材と金属部材のそれぞれ対応する位置に締結用の孔が形成され、これらがボルトやリベット等の締結手段により当該孔を介して締結されることにより、ＦＲＰ部材と金属部材とが接合されていてもよい。他にも公知の接合手段によってＦＲＰ部材と金属部材とが接合されてもよい。また、複数の接合手段により複合的にＦＲＰ部材と金属部材とが接合されてもよい。例えば、接着樹脂層による接着と、締結手段による締結とが複合的に用いられてもよい。
＜金属部材およびその表面処理＞
　本発明に係る金属部材は、熱間圧延鋼板や冷間圧延鋼板であってもよいが、それらの鋼板にめっきされていてもよい。これにより、耐食性が向上する。特に、金属部材が鋼材である場合は、より好適である。めっきの種類は特に限定されず、公知のめっきを用いることができる。例えば、めっき鋼板（鋼材）として、溶融亜鉛めっき鋼板、溶融合金化亜鉛めっき鋼板、Ｚｎ－Ａｌ－Ｍｇ系合金めっき鋼板、アルミニウムめっき鋼板、電気亜鉛めっき鋼板、電気Ｚｎ－Ｎｉ系合金めっき鋼板等が用いられ得る。金属部材の板厚を特に限定する必要はないが、例えば自動車用部材では０．６０～３．２ｍｍ程度の場合が多い。
　また、金属部材は、表面に化成処理とよばれる皮膜が被覆されていてもよい。これにより、耐食性がより向上する。化成処理として、一般に公知の化成処理を用いることができる。例えば、化成処理として、りん酸亜鉛処理、クロメート処理、クロメートフリー処理等を用いることができる。また、上記皮膜は、公知の樹脂皮膜であってもよい。
　また、金属部材は、一般に公知の塗装が施されているものであってもよい。これにより、耐食性がより向上する。塗装として、公知の樹脂を用いることができる。例えば、塗装として、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂またはふっ素系樹脂等を主樹脂としたものを用いることができる。また、塗装には、必要に応じて、一般に公知の顔料が添加されていてもよい。また、塗装は、顔料が添加されていないクリヤー塗装であってもよい。かかる塗装は、ＦＲＰ部材を複合化する前に予め金属部材に施されていてもよいし、ＦＲＰ部材を複合化した後に金属部材に施されてもよい。また、予め金属部材に塗装が施されたのちにＦＲＰ部材が複合化され、さらにその後塗装が施されてもよい。塗装に用いられる塗料は、溶剤系塗料、水系塗料または紛体塗料等であってもよい。塗装の施工方法として、一般に公知の方法が適用され得る。例えば、塗装の施工方法として、電着塗装、スプレー塗装、静電塗装または浸漬塗装等が用いられ得る。電着塗装は、金属部材の端面や隙間部を被覆するのに適しているため、塗装後の耐食性に優れる。また、塗装前に金属部材の表面にりん酸亜鉛処理やジルコニア処理等の一般に公知の化成処理を施すことにより、塗膜密着性が向上する。
（複数のＦＲＰ層）
（各ＦＲＰ層はそれぞれ一つの繊維方向）
（繊維方向の角度差が３０°以上となるＦＲＰ層の割合が層全体の１５％以上）
　図４は補強部材３の層構造を説明するための図である。補強部材３を構成する複数のＦＲＰの層の各々はそれぞれ一の繊維方向からなり、複数のＦＲＰの層のうち少なくとも一つの層は他の層とは異なる繊維方向を有している。ここで、本明細書では、曲面パネル２の最大主曲率方向を“０°方向”と定義し、０°方向が定義された曲面に正対したときの、０°方向に直交する方向を“９０°方向”と定義する。図４に示される例においては、ＦＲＰが６層構造となっており、複数のＦＲＰの層のうち、曲面パネル２の曲面２ｂ寄りの４層においては連続繊維が０°方向に配向されており、残りの２層においては連続繊維が９０°方向に配向されている。なお、本明細書においては、連続繊維が一の特定の方向に配向された層のことを“配向層”と称す。例えば繊維が０°方向に配向された層については０°配向層と称し、９０°方向に配向された層については９０°配向層と称す。すなわち、図４に示される補強部材３は、四つの０°配向層３ａと二つの９０°配向層を有している。
　なお、「θ°配向層」には、θ±５°に配向された連続繊維からなる配向層も含まれる。例えば「０°配向層」は、連続繊維の繊維方向が厳密に０°方向を示しているＦＲＰの層だけではなく、０°方向に対して－５°～５°に配向されている連続繊維を含む配向層も含まれる。配向層の繊維方向は、繊維強化樹脂部材をマイクロフォーカスＸ線ＣＴ（X-ray Computed Tomography）を用いて観察、解析を行うことにより同定できる。補強部材３を構成する層の総数は特に限定されず、曲面パネル２の形状や要求される張り剛性等に応じて適宜変更される。また、補強部材３のサイズ、ＦＲＰの各層の板厚、および補強部材３の曲面パネル２に対する接合位置等も特に限定されず、曲面パネル２の形状や要求される張り剛性等に応じて適宜変更される。
　ところで、本願の発明者らが、特許文献７の炭素繊維クロス織物などのような、ＦＲＰの一つの層内に２以上の方向の繊維を織り込んだ素材を曲面パネルに貼り付けた部材の張り剛性を評価したところ、張り剛性の向上効果は小さかった。その理由は不明であるが、クロス織物は繊維が波打っていることが影響している可能性が考えられる。本発明は、その評価結果を踏まえ、クロス織物を用いずに一つの繊維方向のＦＲＰの層を積層して張り剛性を向上させることを研究した結果生まれたものである。このため、本発明に係る補強部材は、複数のＦＲＰの層からなり、且つ複数のＦＲＰ層の各々がそれぞれ一つの繊維方向を有している。
　本願の発明者らの検討によれば、各々のＦＲＰの層の繊維方向が一つの方向であっても、複数のＦＲＰの層の繊維方向が全て同じ方向（例えば全てのＦＲＰ層の繊維方向が最大主曲率に垂直な方向、つまり全てのＦＲＰ層が９０°配向層）の場合には後述のとおり張り剛性の向上効果が小さいことが判明した。この知見から、発明者らは、張り剛性の向上には、複数のＦＲＰの層の繊維方向を一つに揃えない方がよく、繊維方向の角度差が３０°以上のＦＲＰの層が存在し、且つ、繊維方向の角度差が３０°以上異なるＦＲＰの層の割合がＦＲＰの層全体の１５％以上とすることがよいことを見出した。繊維方向が異なるＦＲＰの層のうち“繊維方向の角度差が３０°以上となるＦＲＰの層の層全体に占める割合”は、複数の繊維方向の中で基準とする繊維方向によって値が変化するが、本明細書においては、各々の繊維方向を基準とした場合の上記割合をそれぞれ算出し、最も低い割合の値を用いることとする。例えば後述の実施例におけるCASE a11において、９０°方向を基準とした場合の、角度差が３０％以上となるＦＲＰの層の層全体に占める割合は６７％（４層／６層＝０．６７）となり、０°方向を基準とした場合のその割合は３３％（２層／６層＝０．３３）となる。したがって、この場合における最も低い割合の値は３３％であることから、繊維方向の角度差が３０°以上となるＦＲＰの層の割合は層全体の３３％である。なお、各ＦＲＰの層の厚さとＦＲＰ繊維の密度が略同一の場合は上述した方法で算出するが、各層の厚みや密度が異なる場合は、各層の厚みおよび密度を重みとして該割合を算出する。
　ＦＲＰの層の角度差はより大きい方が好ましく、４０°以上、５０°以上または６０°以上であることが好ましい。角度差の上限は、当然ながら９０°である。層全体に占める所定の角度差以上の繊維方向のＦＲＰの層の割合はより大きい方が好ましく、２０％以上、２５％以上または３０％以上であることが好ましい。ただし、その割合の上限は５０％である。
　曲面パネル部材１は以上のように構成されている。図１のような曲面パネル２の場合、曲面パネル２の荷重入力側の曲面２ａに面外方向からの荷重Ｆが入力されると、荷重入力位置の周囲に略円形状の歪が生じる。本発明者は、そのような場合において、複数のＦＲＰの層のうちの少なくとも一層が他の層と異なる繊維方向を有し、繊維方向の角度差が３０°以上となるＦＲＰ層の割合が層全体の１５％以上であり、かつ、下記式（１）を満たす補強部材３が接合された曲面パネル部材１であれば、張り剛性が効果的に向上することを見出した。
　５８０×Ｋ≦（Ａ×４＋Ｂ）／（Ｃ＋Ｄ）　　　（１）
　Ａ：前記補強部材の板厚中心の外側にある前記ＦＲＰの層の前記０°方向成分
　Ｂ：前記補強部材の板厚中心の内側にある前記ＦＲＰの層の前記０°方向成分
　Ｃ：前記複数のＦＲＰの層の層全体における前記０°方向成分
　Ｄ：前記複数のＦＲＰの層の層全体における前記９０°方向成分
　Ｋ：１／前記０°方向における曲率半径（ｍｍ）
（０°方向成分および９０°方向成分の算出方法）
　本明細書では、０°方向成分（曲面パネル２の最大主曲率方向に平行な成分）および９０°方向成分（曲面パネル２の最大主曲率方向に対して垂直な方向に平行な成分）の割合を次のように算出することとする。ここでは、曲面パネル２に接合されている補強部材を構成するＦＲＰの層全体において、２種類の繊維方向が含まれている例を示す。図５は、０°方向とのなす角（鋭角）がθ1となる第１の繊維方向を有するＦＲＰの層を示し、図６は、０°方向とのなす角（鋭角）がθ2となる第２の繊維方向を有するＦＲＰの層を示している。第１の繊維方向と第２の繊維方向は互いに異なる方向である。本明細書における“０°方向成分”は、ＦＲＰの層の繊維方向について、三角関数を用いて０°方向成分（つまり、ｃｏｓθ１、またはｃｏｓθ２）と９０°方向成分（つまり、ｃｏｓ（９０°－θ１）＝ｓｉｎθ１、またはｃｏｓ（９０°－θ２）＝ｓｉｎθ２）に成分分解することで算出された０°方向成分の絶対値である。また、本明細書における“９０°方向成分”は、ＦＲＰの層の繊維方向について、三角関数を用いて０°方向成分と９０°方向成分に成分分解することで算出された９０°方向成分の絶対値である。
　上記式（１）の層全体における０°方向成分（式（１）の“Ｃ”）および層全体における９０°方向成分（式（１）の“Ｄ”）を算出する際には、まず第１の繊維方向を有するＦＲＰの層について、角θ1を成分分解して０°方向成分と９０°方向成分を算出する。このとき、第１の繊維方向を有する他のＦＲＰの層があれば、その層についても同様に角θ1を成分分解して０°方向成分と９０°方向成分を算出する。次に、第２の繊維方向を有するＦＲＰの層について、角θ2を成分分解して０°方向成分と９０°方向成分を算出する。このとき、第２の繊維方向を有する他のＦＲＰの層があれば、その層についても同様に角θ2を成分分解して０°方向成分と９０°方向成分を算出する。このようにして、各層について０°方向成分と９０°方向成分を算出した後、各層の０°方向成分を合計することで式（１）における層全体の０°方向成分（式（１）の“Ｃ”）が算出される。同様に、各層の９０°方向成分を合計することで式（１）における層全体の９０°方向成分（式（１）の“Ｄ”）が算出される。
　例えば図５において角θ1が３０°である場合には、cos 30°の絶対値が０°方向成分であり、sin 30°の絶対値が９０°方向成分である。すなわち、角θ1が３０°である場合の第１の繊維方向についての０°方向成分は約０．８６６であり、９０°方向成分は０．５である。また、図６において角θ2が－６０°である場合には、cos-60°の絶対値が０°方向成分であり、sin-60°の絶対値が９０°方向成分である。すなわち、角θ2が－６０°である場合の第２の繊維方向についての０°方向成分は０．５であり、９０°方向成分は約０．８６６である。図５および図６において、第１の繊維方向を有する層が４層、第２の繊維方向を有する層が２層である場合には、層全体における０°方向成分は、約４．４６（０．８６６×４＋０．５×２）であり、層全体における９０°方向成分は、約３．７３（０．５×４＋０．８６６×２）である。このようにして０°方向成分の合計値および９０°方向成分の合計値が算出される。なお、繊維方向が０°方向である場合の０°方向成分の値はcos 0°、すなわち１であり、９０°方向成分の値はsin 0°、すなわち０である。また、繊維方向が９０°方向である場合の０°方向成分の値はcos 90°、すなわち０であり、９０°方向成分の値はsin 90°、すなわち１である。
　また、各ＦＲＰの層の厚さとＦＲＰ繊維の密度が略同一の厚みの場合は上述した方法で算出するが、各層の厚みや密度が異なる場合は、各層の厚みおよび密度を重みとして該割合を算出する。例えば、ｎ層のＦＲＰのうち、接合側からｋ番目の層の０°方向成分の値をｘk、当該層の厚みをｔkとした場合、層全体における０°方向成分の合計値は、ｘ1×ｔ1＋・・・＋ｘn×ｔnとなる。９０°方向成分の合計値も同様に得られる。
　本明細書では、補強部材３の板厚（すなわち、各層の合計板厚）の中心Ｔcに対して、曲面パネル２との接合側に位置するＦＲＰの層を“板厚中心ＴCの内側にある層”と称し、該接合側とは反対側に位置するＦＲＰの層を“板厚中心ＴCの外側にある層”と称す。例えば図４の補強部材３において、各ＦＲＰの層の板厚が全て等しいとすると、６層あるＦＲＰの層のうちの下側の３層が、補強部材３の板厚中心ＴCの外側にある層であり、６層あるＦＲＰのうちの上側の３層が補強部材３の板厚中心の内側にある層である。したがって、図４の例の場合、式（１）における、補強部材３の板厚中心の外側にあるＦＲＰの層の０°方向成分（式（１）の“Ａ”）は、６層あるＦＲＰの層のうちの下側の３層の０°方向成分の合計値であり、式（１）における、補強部材３の板厚中心の内側にあるＦＲＰの層の０°方向成分の（式（１）の“Ｂ”）は、６層あるＦＲＰの層のうちの上側の３層の０°方向成分の合計値である。
　式（１）の“Ｋ”は、“１”を曲面パネル２の０°方向の曲率半径で除した値であり、最大主曲率に相当する。式（１）の“Ｋ”は、曲面パネル２がどのような形状であるかを示す指標となるため、以降の説明においては、式（１）の“Ｋ”を形状指数Ｋと称す。曲面パネル部材１の張り剛性を向上させるためには、各ＦＲＰの層における繊維方向を規定することが重要であるが、ＦＲＰの繊維方向が曲面パネル部材１の張り剛性に及ぼす影響は、曲面パネル２の形状によっても異なってくる。換言すると、曲面パネル２の形状によって、張り剛性に対するＦＲＰの繊維方向の寄与度が異なってくる。したがって、曲面パネル部材１の張り剛性を向上させるためには、曲面パネル２の形状も考慮した上でＦＲＰの繊維方向を規定することが重要である。
　この要求を満たす条件が式（１）である。後述の実施例で示されるように、複数のＦＲＰの層のうちの少なくとも一層が他の層と異なる繊維方向を有し、繊維方向の角度差が３０°以上となるＦＲＰ層の割合が層全体の１５％以上であり、かつ、式（１）を満たす補強部材３を備えた曲面パネル部材１によれば、張り剛性を向上させることができる。
　なお、本実施形態の説明では、繊維方向が２方向であったが、３方向以上であっても良い。例えば図７に示される補強部材３は、曲面パネル２の曲面２ｂから順に９０°配向層３ｂ、４５°配向層３ｃ、－４５°配向層３ｄ、０°配向層３ａ、９０°配向層３ｂ、０°配向層３ａを有している。このような場合でも、複数のＦＲＰの層のうちの少なくとも一層が他の層と異なる繊維方向を有し、繊維方向の角度差が３０°以上となるＦＲＰ層の割合が層全体の１５％以上であり、かつ、式（１）を満たす補強部材３が曲面パネル２に接合されていることによって曲面パネル部材１の張り剛性を向上させることができる。
　また、補強部材３は、曲面パネル２の曲面２ａに接合されていても張り剛性の向上効果が得られるが、補強部材３は、曲面２ａとは反対側の曲面２ｂに接合されることが好ましい。例えば曲面パネル２が自動車のドアアウターパネル、ルーフパネル、フード、フェンダー、またはサイドアウターパネル等の部品である場合、曲面パネル２の荷重入力側の曲面２ａに面外方向からの荷重Ｆが入力されるため、曲面パネル２の曲面２ｂ側の引張応力が大きくなるが、曲面パネル２の曲面２ｂに補強部材３が接合されていれば、引張応力の発生部を効果的に補強することができる。これにより曲面パネル２の張り剛性の向上の効果がより得られやすくなる。
　また、補強部材３は、図８に示されるように曲面パネル２の面全体に接合されていることが好ましい。例えば、曲面パネル２に対して補強部材３が部分的に接合される場合であっても、部分的に張り剛性を向上させることは可能である。しかし、補強部材３が曲面パネル２の面全体に接合されていることにより、曲面パネル２のどの位置に荷重が入力されても補強部材３による補剛効果を得ることが可能となる。補強部材３は、曲面パネル２の面全体に接合されない場合であっても、曲面パネル２の面積の７０％以上に接合されていることが好ましい。より好ましくは曲面パネル２の面積の８０％以上であり、さらに好ましくは９０％以上である。
　また、式（１）を満たす補強部材３が例えば前述の特許文献１のＦＲＰシートと同形状である場合、発揮される補剛効果は特許文献１のＦＲＰシートに対して大きくなる。すなわち、特許文献１の補剛効果と同等の補剛効果で張り剛性に関する製品仕様を満たすことができる場合には、例えば補強部材３の板厚を薄くして曲面パネル部材１の軽量化を図ることも可能である。このため、補強部材３が曲面パネル２の面全体に接合される場合には、従来のＦＲＰシートがパネル全体に複数接合される場合に比べ、パネル部材の軽量化を図ると共に十分な張り剛性を確保することができる。
　以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、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うることは明らかであり、そ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。
　曲面パネル部材１の張り剛性を図９に示される方法で評価した。詳述すると、曲面パネル２の荷重入力側の曲面２ａとは反対側の曲面２ｂに補強部材３が接合された曲面パネル部材１に対し、曲面パネル２の曲面２ａの中央部にＲ５０の半球状の圧子１０を押し込むことで張り剛性を評価した。張り剛性は、圧子１０を２ｍｍ押し込む際に要した荷重（以下“２ｍｍストローク時荷重”）の大きさによって評価され、２ｍｍストローク時荷重が大きい曲面パネル部材１ほど、張り剛性が高く、変形にしにくい部材である。本評価方法における曲面パネル２は引張強度が５９０ＭＰａの鋼板であり、補強部材３は、ヤング率が１０２ＧＰａのＦＲＰの層を複数有する部材である。
　また、曲面パネル２については形状指数Ｋが以下のように異なるものが３種類準備され、各曲面パネル部材について張り剛性を評価した。
（ａ）Ｋ＝０．０００８３（曲率半径：１２００ｍｍ）
（ｂ）Ｋ＝０．００１２５（曲率半径：８００ｍｍ）
（ｃ）Ｋ＝０．００２５０（曲率半径：４００ｍｍ）
　張り剛性の評価条件および評価結果は下記表１の通りである。なお、比較例として、曲面パネル単体の場合およびＣＦＲＰが単一繊維方向の場合についても張り剛性を評価した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
  
　表１に示されるように、曲面パネルに補強部材が接合されたCASE
a3～CASE a20の２ｍｍストローク時荷重は、曲面パネル単体のCASE a1およびCASE a2の２ｍｍストローク時荷重よりも大きくなり、曲面パネルに補強部材が接合されることで張り剛性が向上することがわかる。
　CASE a4～CASE a10の補強部材は、１層あたり０．２０ｍｍのＣＦＲＰが６層重なった構造である。板厚が１．２０ｍｍ（０．２０ｍｍ×６）のＣＦＲＰの重量は、CASE a3の補強部材として使用されている０．７０ｍｍのアルミニウム板と同程度の重量であるが、CASE a4～CASE a9の２ｍｍストローク時荷重は、CASE a3の２ｍｍストローク荷重よりも小さくなっており、張り剛性が劣っている。一方、２方向または３方向の繊維方向を有するＣＦＲＰが使用されたCASE a12～a20は、式（１）を満たすことについてはCASE a4～CASE a9と同様であるが、CASE a12～a20の２ｍｍストローク時荷重は、CASE a3～CASE a9に対して大きくなっており、張り剛性が向上している。この結果によれば、複数のＦＲＰの層のうち、少なくとも一つの層が他の層と異なる繊維方向を有し、複数のＦＲＰの層において、繊維方向の角度差が３０°以上となる層の割合が層全体の１５％以上であり、かつ、式（１）を満たす補強部材が曲面パネルに接合されている場合には、曲面パネル部材としての張り剛性が向上することがわかる。特に、CASE a12～a20においては、軽量化に有利なアルミニウム板を使用したCASE a3よりも張り剛性が向上している。すなわち、発明例であるCASE a12～a20の曲面パネル部材は、張り剛性の質量効率に優れており、張り剛性と軽量化を高いレベルで両立することができる。
　また、CASE a1～a20に対して形状指数Ｋが異なるCASE b1～b10およびCASE c1～c10の結果においても、少なくとも一つの層が他の層と異なる繊維方向を有し、複数のＦＲＰの層において、繊維方向の角度差が３０°以上となる層の割合が層全体の１５％以上であり、かつ、式（１）を満たす場合には、曲面パネル部材の張り剛性が向上することが示されている。特に、発明例であるCASE b5～b10においては、軽量化に有利なアルミニウム板を使用したCASE b1よりも張り剛性が向上している。また、発明例であるCASE c5, c9，c10においては、軽量化に有利なアルミニウム板を使用したCASE c1よりも張り剛性が向上している。したがって、CASE b5～b10およびCASE
c5, c9，c10の曲面パネル部材も、前述のCASE a12～a20と同様に張り剛性の質量効率に優れた構造である。すなわち、本発明に係る曲面パネル部材は、曲面パネルの形状指数Ｋに関わらず、張り剛性と軽量化を高いレベルで両立させることができる部材である。
　CASE a13とCASE a20は、補強部材のサイズ（面積）が互いに異なっている。詳述すると、CASE
a13では、CASE A20を除く他の実施例と同様に曲面パネルの面積の１００％の領域に補強部材が接合され、CASE a20では、曲面パネルの面積の８０％の領域に補強部材が接合されている。CASE
a13とCASE a20は、補強部材のサイズ以外の条件が互いに同一の条件下で張り剛性が評価されているが、２ｍｍストローク時荷重は共に高い値であった。本結果によれば、補強部材が曲面パネルの面全体に接合されていない場合であっても、張り剛性の向上効果が十分に得られることがわかる。
　上記表１においては、補強部材としてＣＦＲＰを使用する場合の層構造を６層としていたが、４層構造の場合についても図９の方法で張り剛性を評価した。評価結果は下記表２の通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２に示されるように、４層構造の場合であっても、少なくとも一つの層が他の層と異なる繊維方向を有し、複数のＦＲＰの層において、繊維方向の角度差が３０°以上となる層の割合が層全体の１５％以上であり、かつ、式（１）を満たす場合には、張り剛性が向上することがわかる。すなわち、本発明に係る張り剛性の向上効果を得る観点においては、複数のＦＲＰの層の総数は特に限定されない。
　なお、ＦＲＰからなる部材として、ＦＲＰの一つの層内に２以上の方向の繊維を織り込んだ素材（いわゆるクロス織物）があるが、クロス織物について図９の方法で張り剛性を評価したところ、張り剛性の向上効果は小さかった。
　本発明は、自動車のドアアウターパネル、ルーフパネル、フード、フェンダー、またはサイドアウターパネル等の構造として利用することができる。
１　　　曲面パネル部材
２　　　曲面パネル
２ａ　　曲面パネルの荷重入力側の面
２ｂ　　曲面パネルの荷重入力側と反対側の面
３　　　補強部材
３ａ　　０°配向層
３ｂ　　９０°配向層
３ｃ　　４５°配向層
３ｄ　　－４５°配向層
１０　　圧子
Ｔc 　　補強部材の板厚中心

Claims (9)

  1. 　金属製の曲面パネルと、
    　前記曲面パネルに接合された、連続繊維を含む複数のＦＲＰの層からなる補強部材と、を備え、
    　前記複数のＦＲＰの層の各々はそれぞれ一の繊維方向からなり、
    　前記複数のＦＲＰの層のうち少なくとも一つの層は他の層とは異なる繊維方向を有し、
    　前記複数のＦＲＰの層において、繊維方向の角度差が３０°以上となる層の割合が層全体の１５％以上であり、
    　前記曲面パネルの最大主曲率方向を０°方向、および前記０°方向に直交する方向を９０°方向と定義し、前記曲面パネルに接合されている前記補強部材の各ＦＲＰの層の繊維方向について、三角関数を用いて０°方向成分及び９０°方向成分をそれぞれ算出した場合において、下記式（１）を満たす、曲面パネル部材。
    　５８０×Ｋ≦（Ａ×４＋Ｂ）／（Ｃ＋Ｄ）　　　（１）
    　Ａ：前記補強部材の板厚中心の外側にある前記ＦＲＰの層の前記０°方向成分
    　Ｂ：前記補強部材の板厚中心の内側にある前記ＦＲＰの層の前記０°方向成分
    　Ｃ：前記複数のＦＲＰの層の層全体における前記０°方向成分
    　Ｄ：前記複数のＦＲＰの層の層全体における前記９０°方向成分
    　Ｋ：１／前記０°方向における曲率半径（ｍｍ）
  2. 　前記曲面パネルの７０％以上の面積に、前記補強部材が接合されている、請求項１に記載の曲面パネル部材。
  3. 　前記補強部材は、前記曲面パネルの面全体に接合されている、請求項１または２に記載の曲面パネル部材。
  4. 　前記補強部材の板厚は、前記曲面パネルの板厚の２．０倍以上である、請求項１～３のいずれか１項に記載の曲面パネル部材。
  5. 　前記曲面パネルは、自動車のフードまたはルーフパネルであり、
    　前記補強部材は、前記曲面パネルの下面に接合されている、請求項１～４のいずれか１項に記載の曲面パネル部材。
  6. 　前記曲面パネルは、自動車のフェンダー、ドアアウターパネルまたはサイドアウターパネルであり、
    　前記補強部材は、前記曲面パネルの車内側の面に接合されている、請求項１～５のいずれか１項に記載の曲面パネル部材。
  7. 　前記曲面パネルは、４４０ＭＰａ以上の鋼板である、請求項１～６のいずれか１項に記載の曲面パネル部材。
  8. 　前記ＦＲＰは、ＣＦＲＰである、請求項１～７のいずれか１項に記載の曲面パネル部材。
  9. 　前記ＦＲＰは、ＧＦＲＰである、請求項１～７のいずれか１項に記載の曲面パネル部材。
     
     
     
     
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