JPH11173358A

JPH11173358A - アルミニウム／合成繊維強化樹脂製の衝撃吸収部材

Info

Publication number: JPH11173358A
Application number: JP33851997A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Kitano; 彰彦北野; Hitoshi Nishiyama; 等西山
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1997-12-09
Filing date: 1997-12-09
Publication date: 1999-06-29

Abstract

(57)【要約】【課題】最軽量で、衝撃性に優れるアルミニウム／合成
繊維強化樹脂製の衝撃吸収部材を提供する。【解決手段】アルミニウムまたはアルミニウム合金製
（アルミニウムと略す）の形材と合成繊維と樹脂とから
なる合成繊維強化樹脂を接着層を介して接着させたこと
を特徴とするアルミニウム／合成繊維強化樹脂製衝撃吸
収部材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、自動車のバンパ
ーやインパクトビームなどの衝撃吸収部材の補強材、及
び橋の欄干などの土木用部材、梁などの建築用部材とし
て使用する、アルミニウムと繊維と樹脂とからなる合成
繊維強化樹脂（以下ＦＲＰと略す）製の衝撃吸収部材に
関する。

【０００２】

【従来の技術】衝撃吸収部材の代表例である自動車バン
パーにはアルミニウム製のものが鋼製のバンパーよりも
軽量であるため、自動車の燃費向上、走行性能向上、組
立工程労力の低減などを目的として普及してきている。

【０００３】例えば、特開平７−３０９１８３６号公報
には、長方形をしたアルミニウム合金製の自動車バンパ
ー補強用形材が、特開平８−３２００４４号公報には、
自動車用ドアダメージャー材用の円筒形状アルミニウム
製緩衝部材が、特開平７−２７７１１２号公報には、ア
ルミニウム製の複数の中空部が多重に形成されている自
動車バンパー用衝撃吸収ステーが開示されている。

【０００４】これらはいずれもアルミニウムまたはアル
ミニウム合金からなる衝撃吸収部材であり、断面形状を
複雑にすることで、衝撃吸収性能を向上させたものであ
るが、アルミニウム材のみからなるため、衝撃挙動は単
純であり、理論計算の範囲内のものでしかない。このた
め、アルミニウムと繊維強化プラスチックを組み合わせ
たバンパーが、特開平６−１０１７３２号公報や特開平
４−２４３６４３号公報で提案されている。

【０００５】特開平６−１０１７３２号公報には、押出
成形した中空アルミニウム材を衝撃が作用する側に配し
て衝撃吸収機能をもたせ、衝撃荷重の反対側に配置され
る引き抜き成形された繊維強化プラスチックを配した衝
撃吸収部材が記載されている。ここでは、アルミニウム
と繊維強化プラスチックとは一体不可分である必要はな
いとされ、組立状態で分離しないようにボルトで接合さ
れているため、ボルトの数、ボルトの強度などによって
衝撃特性が大きく異なり効果が不十分である可能性があ
る。また、繊維強化プラスチックの機能はアルミニウム
の変形阻止であるから強化繊維はガラス繊維のように高
強度であることが必須とされている。

【０００６】特開平４−２４３６４３号公報には、押出
成形したアルミニウムの一部にガラス繊維を長手方向に
対して８９〜７０度の角度で巻き付けて一体成形したハ
イブリッドバンパーリンフォースが開示されている。本
公報ではアルミニウムとガラス繊維とはガラス繊維をと
りまく樹脂で接着されており、接着剤という概念は提示
されていない。

【０００７】上記２つの特開はともにアルミニウム単体
では達成しえない高い衝撃特性を目的としたものである
が、いずれも合成繊維のとの組み合わせを除外したもの
であると同時に、接合強度あるいは接合方法の衝撃特性
への影響も無視したものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、繊維強化プ
ラスチックの強化繊維に合成繊維を使用した合成繊維強
化プラスチック（以下ＦＲＰと略す）とアルミニウムま
たはアルミニウム合金（以下アルミニウムと略す）とを
接着接合した従来にはない極めて優れた衝撃特性を有す
る衝撃吸収部材であり、その目的とするところは、軽量
で、衝撃吸収性に優れるアルミニウム／合成繊維強化樹
脂製の自動車用衝撃吸収部材（バンパー補強材およびイ
ンパクトビームなど）、及び橋の欄干などの土木用部
材、梁などの建築用部材などを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は以下の構成を有する。すなわち、アルミニ
ウムまたはアルミニウム合金製の形材と、合成繊維と樹
脂とからなる合成繊維強化樹脂を接着接合させたことを
特徴とするアルミニウム／合成繊維強化樹脂製の衝撃吸
収部材である。

【００１０】

【発明の実施の形態】この発明をその一実施態様に基ず
いて詳細に説明する。図１は、本発明の実施態様に係る
中空方形断面衝撃吸収部材の概略図である。

【００１１】図１に示すように、本アルミニウム／ＦＲ
Ｐ形材１は、アルミニウムまたはアルミニウム合金材２
と合成繊維強化樹脂（ＦＲＰ）材３と接着剤層４とから
なる。

【００１２】まず、本発明でいうアルミニウムまたはア
ルミニウム合金（以下単にアルミニウムという）２は、
特に限定されるものではないがＪＩＳで定義されるとこ
ろの１０００系から８０００系もの全てを含む。密度は
２．５ｇ／ｃｍ³〜２．８ｇ／ｃｍ³の範囲内で、弾性
率は６５ＧＰａ〜７７ＧＰａの範囲であることが好まし
い。

【００１３】成形性と耐食性に特徴を持たせたい場合に
は、１０００系である純アルミが好ましく、強度、靱性
が必要な場合には、２０００系であるＡｌ−Ｃｕ（−Ｍ
ｇ）合金が好ましい。成形性を持たせたい場合には、３
０００系であるＡｌ−Ｍｎ合金が好ましい。４０００系
であるＡｌ−Ｓｉ合金は成形性と高強度を特徴とする場
合に好ましい。５０００系のＡｌ−Ｍｇ合金、６０００
系のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ合金、７０００系のＡｌ−Ｚｎ
（−Ｍｇ）も強度、靱性、成形性、耐食性を持たせたい
場合に好ましい。

【００１４】また、強度、耐食性に優れるＡｌ−Ｍｎ系
合金の３００５、３１０５や、陽極酸化後の外観がやや
白っぽくなる１１００、１２００純アルミが使用でき
る。さらに、代表的な押し出し合金である６０６３も複
雑な断面形状の形材をうるには適した材料である。

【００１５】なお、本発明でいうアルミニウム材とはＪ
ＩＳ規格Ｈ４１００、４１８０でいうところの押し出し
形材（ソリッド形材、ホロー形材）は勿論のこと、ＪＩ
Ｓ規格のＨ４０８０、Ｈ４１８０でいう押出管（ボート
ホール押出管、マンドレル押出管）、ＪＩＳ規格Ｈ４０
８０でいう引き抜き管、ＪＩＳ規格のＨ４０４０、Ｚ３
２３２でいうところの押し出し棒、引き抜き棒、引き抜
き線を含むのは勿論のこと、ＪＩＳ規格以外の長尺のビ
ーム状部材（パイプ、角パイプ、アングル、チャンネン
ル、Ｃ型、Ｔ型、Ｉビーム、平板、バー、支柱、桁材な
ど）、棒状の展伸材、板材、鋳造および鍛造により成形
した棒状、筒状、柱状の形材を含む。

【００１６】勿論、自動車バンパー補強材として開示さ
れている、特開平７−３０９１８３６号公報、特開平８
−３２００４４号公報、あるいは特開平７−２７７１１
２号公報のアルミニウム形材であっても差し支えない。

【００１７】サイズとしては、断面の幅および高さは大
凡１０ｍｍ〜３００ｍｍ、長さ（長手方向の長さ）は５
０ｃｍ〜５ｍ程度のものが好適である。使用する際には
これらサイズの形材を曲げ加工して使用することもでき
る。

【００１８】なお、後述の接着に関して、アルミニウム
の表面は通常前処理とよばれるＪＩＳＫ６８４８に記
載されている機械的処理や化学的処理を施すことが好ま
しい。

【００１９】具体的な例としては、アルミニウムの表面
を研磨し、洗浄する。研磨は、研磨紙（サンドペー
パ）、バフ、ベルトサンダー、サンドブラスト、ワイア
ブラシ、高圧液体の噴射により行う。洗浄方法には、静
止、攪拌あるいは超音波を当てながらの浸せき洗浄法、
スプレー洗浄法、蒸気浴洗浄法、ふき取り洗浄法などが
ある。

【００２０】洗浄に使用する溶剤にはアセトン、ＭＥ
Ｋ、脱塩水、イソプロピルアルコール、トリクロルエチ
レン、トリクロロトリフロロエタン、水溶性洗浄剤など
を使用する。特に強い接着強度を得るためには、重クロ
ム酸ナトリウムと濃硫酸と水からなる処理液中で化学処
理をすることが好ましい。この際、処理浴温度は高温に
するとより効果的に処理が行える。また、クロム酸中で
１０〜３０ボルトの電圧をかけて３０〜５０分間陽極酸
化処理することも好ましい。また、リン酸アノダイズ法
と呼ばれるリン酸浴中で１０〜２０ボルトの電圧をかけ
て１０〜３０分陽極酸化処理する方法も非常に高い接着
強度が得られる化学処理法の一つである。さらに、より
総合的に高い接着性能を得るには、パークロルエチレン
中で蒸気脱脂し、アルカリ洗浄した後、水洗、デオキシ
ダイズ処理、水洗、リン酸アノダイズ処理、水洗、加熱
乾燥、プライマー処理することが好ましい。

【００２１】次に、本発明でいう合成繊維強化樹脂（以
下ＦＲＰと略す）３（図１参照）は、合成繊維と樹脂か
らなる。

【００２２】合成繊維とは、具体的には、ポリアミド系
合成繊維、ポリオレフィン系合成繊維、ポリエステル系
合成繊維、ポリフェニルスルフォン繊維、ポリベンゾオ
キサジン繊維、アセテート、アクリロニトリル系合成繊
維、モダクリル繊維、ポリ塩化ビニル系合合成繊維、ポ
リ塩化ビニリデン系合成繊維、ポリビニルアルコール系
合成繊維、ポリウレタン繊維、ポリクラール繊維、タン
パク−アクリロニトリル共重合系繊維、フッ素系繊維、
ポリグリコール酸繊維、フェノール繊維、パラ系アラミ
ド繊維などの産業用および衣料用などに使用されている
人造繊維である。

【００２３】これら合成繊維は、炭素繊維やガラス繊維
のように脆性ではなく、延性でありしなやかで、屈曲さ
せても容易に破断しないという特徴がある。アルミニウ
ムと組み合わせて衝撃エネルギー吸収性能を向上させる
ためには、繊維強化樹脂は曲がりによる変形に対する追
従性能が重要であり、延性を呈する合成繊維を補強繊維
とすることで、ＦＲＰとしての曲がり変形追従性能が発
現し、衝撃吸収性能が著しく向上する。

【００２４】また、合成繊維は炭素繊維と比較した場
合、電気腐食の可能性がないという特徴があるため、電
気腐食対策を必要としないという長所がある。

【００２５】また、ガラス繊維と比較した場合には、燃
焼が可能であるため廃棄が容易であるという特長、さら
には比重がガラス繊維の約半分であるので部材を極めて
軽量にすることができるという特長もある。

【００２６】ポリアミド系合成繊維は、脂肪族、芳香
族、脂環式ポリアミド繊維に分類される。ナイロンは耐
候性、耐溶剤性、耐虫・カビ性に優れるが、中でも好ま
しいのは、脂肪族ポリアミド繊維である６−ナイロン、
６６−ナイロン及び芳香族ポリアミド繊維である６Ｔ−
ナイロン、ケブラーである。

【００２７】６６−ナイロン繊維はアジピン酸とヘキサ
メチレンジアミンの重縮合によって得られる原料を溶融
紡糸して得られ、６−ナイロンはカプロラクタムに水、
ナイロン塩などを添加して重合して得られるポリマーを
溶融紡糸してフィラメントあるいはステープルにしたも
のである。繊維密度は１．０〜１．２ｇ／ｃｍ³で、繊
度は２０デニール〜３０００デニールのものがある。伸
度は５％〜２０％のものが代表的な産業用ナイロンであ
る。中でも、伸度が１０％以上である高伸度ナイロンが
本発明では最も好ましい。

【００２８】ケブラー繊維は全芳香族ポリアミドであ
り、ｐ−フェニレンジアミンとテレフタル酸クロリドか
ら得られるｐ−フェニレンテレフタルアミドからなる。
ナイロン以上に酸に対する抵抗性があると同時に、強度
は２．５ＧＰａ〜３．８ＧＰａと極めて高い。脂環式ポ
リアミド繊維としてはキアン（Ｑｉａｎａ）がある。パ
ラ系アラミド繊維にはテクノーラ、トワロン繊維があ
る。

【００２９】ポリオレフィン系繊維の中では、ポリエチ
レン繊維とポリプロピレン繊維が好ましい。中でも低圧
法あるいは中圧法による高密度ポリエチレンを溶融紡糸
したものが好ましい。

【００３０】ポリエステル系合成繊維は、主鎖が二塩基
酸と二価アルコールの重縮合によりエステル結合で連結
されているポリマー繊維であり、ポリエチレンテレフタ
レート繊維が代表的である。

【００３１】ポリウレタン繊維とアクリル繊維は燃えに
くく、炎から離すと燃え続けないという特長があるの
で、衝撃と同時に耐火性が必要な場合に好ましい。

【００３２】なお、合成繊維のうち、比重が１．６以下
であると、ガラス繊維強化樹脂はもとより、炭素繊維強
化樹脂より軽量となるため自動車などの移動体に適用す
る部材においては消費エネルギー削減の観点からより好
ましい。

【００３３】これらの長繊維、短繊維、織物状、マット
状、不織布状にしたもの（あるいはこれら形態の混合）
などを樹脂中に規則的または、不規則的に配置させて合
成繊維強化樹脂を形成する。最も好ましいのは長繊維形
態で、繊維はアルミニウム形材のいずれの方向に配列さ
れていてもかまわないが、衝撃の方向が特定できる場合
には、衝撃方向と垂直な面内に配列されていることが好
ましい。さらに、特開平６−１０１７３２号公報にある
ように、衝撃とは反対側のみにＦＲＰを配してもかまわ
ない。さらには、補強繊維は長手方向に配列されている
ことがさらに好ましい。長手方向とは、形材の長手方向
の軸から−１０度〜１０度の範囲内のことをさす。

【００３４】また、樹脂との相性を向上させるために合
成繊維には、油剤、カップリング剤、サイジング剤、平
滑剤などと呼ばれる表面仕上げ剤が塗布されていてもか
まわない。

【００３５】次に、本発明のＦＲＰを構成する樹脂は、
フェノール樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、エポキシ樹
脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂など
の熱硬化性樹脂、あるいは、ポリエチレン、ポリプロピ
レン樹脂、ポリアミド樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポチブチレン
テレフタレート樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボ
ネート等の樹脂などの熱可塑性樹脂、及びこれら樹脂を
アロイ化した変性樹脂が挙げられる。

【００３６】なかでも後述の引き抜き成形性に適し、か
つ、耐薬品性、耐候性などに優れるエポキシ樹脂、ポリ
エステル樹脂、ビニルエステル樹脂およびこれら樹脂の
変性樹脂が好ましい。また、フェノール樹脂、ベンゾオ
キサジン樹脂も難燃性に優れ、燃焼時の発生ガスも少な
く建材、建築用に好ましい。

【００３７】上記樹脂には、例えば、リン酸エステル、
ハロゲン化炭化水素、酸化アンチモンやホウ酸亜鉛、含
リンポリオール、含臭素ポリオール、四塩化無水フタル
酸、四臭化無水フタル酸のような公知の難燃剤を配合し
て難燃性を付与してもよい。その場合、樹脂の燃焼時
に、これら難燃剤から人体に影響を与えるガスが発生す
ることがあるので、難燃剤の配合量は適量に制限すべき
である。

【００３８】次に、ＦＲＰにおける補強繊維の割合は、
樹脂に対して重量比で３０％〜７０％の範囲内であるこ
とが好ましい。３０％を下回ると衝撃吸収性能がアルミ
ニウム単体に比較して十分ではなくなる場合があり、７
０％を越えると樹脂の含浸が難しくなるからである。な
お、補強繊維の割合が上記範囲内であっても、樹脂の含
浸を向上させる手段として、繊維の交絡をなくす、撚り
数を５ターン／ｍ以下にする、あるいは平滑剤などを使
用することなどは好ましい。

【００３９】さて、本発明の合成繊維強化樹脂は、合成
繊維を補強繊維とするものであるが、合成繊維以外の炭
素繊維、ガラス繊維、アルミナ繊維、窒化珪素繊維など
の無機繊維を合成繊維の含有量を上回らない程度で併用
しても差し支えない。これらの長繊維、短繊維、織物
状、マット状にしたもの（あるいはこれら形態の混合）
などを樹脂中に規則的または、不規則的に配置させるこ
とで剛性向上、耐熱性向上などを向上させることができ
る。

【００４０】炭素繊維はＰＡＮ（ポリアクリルニトリ
ル）系、ピッチ系のいずれでもかまわないが、中でもＰ
ＡＮ系の炭素繊維は上記弾性率、伸度以外に径方向の特
性にもすぐれるので好ましい。

【００４１】ガラス繊維は価格安く、圧縮／引張の強度
バランスが良い。ガラス繊維とは、二酸化珪素（ＳｉＯ
₂）を主成分とするいわゆるＥガラス、Ｃガラス、Ｓガ
ラスなどの繊維状ガラスのことで、繊維径は５〜２０μ
ｍ程度のものであることが好ましい。中でも、ガラスク
ロスは剛性を向上させると同時に、樹脂を保持して、合
成繊維を包み込んで繊維がばらけるのを抑制する効果が
あるので、成形性が良好となる。最も適切なのは、目付
が２０ｇ／ｍ²〜４００ｇ／ｍ²のものである。

【００４２】なお、合成繊維以外の繊維は、剛性という
面からは、長繊維形態を含むＦＲＰが好ましいが、中で
もガラス繊維を含み、同一の樹脂からなる長繊維補強Ｆ
ＲＰであることがより好ましい。樹脂を同一とすること
で、一体成形が容易になりコスト低減でき、熱収縮によ
る残留応力を低減させることもできて、衝撃吸収部材の
耐久性、耐疲労性を向上させることができるからであ
る。

【００４３】次に、ＦＲＰの伸度が２％以上であると衝
撃吸収特性が向上してより好ましい。ＦＲＰの伸度はＪ
ＩＳＫ−７０５４に準じて求められるもので、厳密に
は引張破壊歪みをさす。

【００４４】伸度が２％以上であることでアルミニウム
の変形にＦＲＰが追従することができて衝撃吸収性能が
向上するからである。

【００４５】伸度を２％以上とするには、補強繊維の伸
度が２％以上である合成繊維を使用することと、伸度が
２％以上の樹脂を使用すること、合成繊維の配列角度を
調節することによって達成できる。また、ＦＲＰ中のボ
イド量を１０％以下に抑えることでも伸度を大きくする
ことができる。ボイド量が５％以下になるとさらに伸度
が向上する。また、合成繊維によるが、ナイロン−６繊
維の場合、配列角度が長手方向から５度ずれると伸度は
０．３％向上する。

【００４６】さらに、少なくとも合成繊維を含有するＦ
ＲＰの引張弾性率は３ＧＰａ〜６０ＧＰａであることが
好ましい。弾性率が３ＧＰａより小さいと衝撃吸収効果
が顕著でなく、６０ＧＰａを超えるとアルミニウムの弾
性率に近づいてＦＲＰのしなやかさが少なくなって、や
はり衝撃吸収効果が低減する可能性があるからである。

【００４７】また、ＦＲＰの厚みは、アルミニウムまた
はアルミニウム合金製形材の高さに対し１／５０〜１／
２の範囲内であることが好ましい。１／５０より小さい
と衝撃吸収性能は著しいとはいえず、１／２を超えると
部材の剛性が十分ではなくなる可能性があるためであ
る。

【００４８】ＦＲＰの成型法としては、プリプレグレイ
アップ法、プルトルージョン法（引き抜き成形法）、プ
ルワインド法、フィラメントワインド法、ハンドレイア
ップ法、レジントランスファーモールディング（ＲＴ
Ｍ）法、ＳＣＲＩＭＰ法等、公知のあらゆる成形技術を
用いることができる。中でも、合成繊維を含む繊維束を
樹脂を含浸させながら一体成形する、引き抜き（プルト
ルージョン）成形法、プルワインド成形法を用いること
が性能発現上好ましい。

【００４９】また、少量の生産や複雑／特殊な構造に対
しては、ハンドレイアップ法が適している。前記のハン
ドレイアップ法やプリプレグレイアップ法では、合成繊
維のトウをエポキシ樹脂やフェノール樹脂等の樹脂を含
浸したプリプレグを用いると作業効率よく高品質の一方
向性ＦＲＰが得られて好ましい。

【００５０】次に、アルミニウム材とＦＲＰ材とを接着
する接着剤層４は下記する接着剤を主成分として構成さ
れる接着剤層４により接着接合されている。

【００５１】特開平６−１０１７３２号公報で示される
ような、ボルト接合などの機械接合ではアルミニウムと
ガラス繊維強化プラスチックの間の変形あるいは応力の
伝達がボルトを介して行われるため、ボルトの締め付け
具合、ボルトの数、穴径などの影響が大きく、衝撃吸収
性能が必ずしも十分とはならない。

【００５２】接合を接着接合とすることでアルミニウム
とＦＲＰ間の変形、応力のやりとりが接触面全体を通し
て行われ、ＦＲＰがアルミニウムの変形に無理なく追従
することができて所望の衝撃吸収性能が発現する。

【００５３】本発明に係る接着剤は、フェノール系、エ
ポキシ系、不飽和ポリエステル系、ポリベンズイミダゾ
ール系、アクリル（ＳＧＡ）系、レゾルシノール系、ユ
リア系、アクリル酸ジエステル系、シリコン系、メラミ
ン系などの熱硬化性の接着剤、およびポリアミド系、ア
クリル系（ＰＭＭＡ）、ポリウレタン系、不飽和ポリエ
ステル系、セルロースアセテート、ニトロセルロース、
ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコー
ル、ポリビニルアセタールなどの熱可塑性接着剤、ポリ
サルファイド、シリコンゴム、ウレタンゴム、再生ゴム
系、ブタジエン−スチレンゴム（ＳＢＲ）系、クロロプ
レンゴム系、ニトリルゴム系、ブチルゴム系、シリコー
ンゴムなどのエラストマー系接着剤、およびデンプン、
カゼイン、ロジン、セラック、アスファルト、天然ゴム
などの天然系接着剤などである。

【００５４】これら接着剤のうち異なるグループの組み
合わせであるアロイ型の接着剤も好ましい。具体的には
エポキシ−ナイロン、エポキシ−フェノリック、エポキ
シ−ポリサルファイド、クロロプレン−フェノリック、
ニトリル−フェノリック、ビニル−フェノリック、ビニ
ルアセタール−フェノリックなどである。

【００５５】上記接着剤の中でアルミニウムとＦＲＰの
接着に特に好ましいのは、ポリアミド樹脂、ポリウレタ
ン樹脂、エポキシ樹脂、クロロプレンゴム、ニトリルゴ
ム、シアノアクリレート、変性アクリル樹脂（ＳＧ
Ａ）、アクリル樹脂、ポリビニルアルコール、ＳＢＳ、
ＳＩＳなどである。

【００５６】接着剤の物理的形状としては、水溶液形、
溶液形、エマルジョン（ラテックス）形、無溶剤形、個
状形、テープ形が挙げられる。水溶液系とは合成樹脂な
どを水に溶解させた形状の接着剤で、ユリア系、フェノ
ール系、ポリビニルアルコール系などがある。溶液系と
は有機溶剤に合成樹脂やエラストマーを溶解させたもの
で、スプレー塗布が可能な低粘度のものから、コーキン
グガンで塗布する高粘度のものまでをさす。エマルジョ
ン形とは合成樹脂やエラストマーを界面活性剤の力を借
りて水に微粒子分散させたものである。無溶剤系とはモ
ノマーやオリゴマーを化学反応により硬化させて接着被
膜を形成させるように設計したもので、有機溶剤を含有
しない特徴がある。個状形とは粉末状、塊状、ひも状、
フィルム状接着剤などを指し、熱融着して使用するホッ
トメルト接着剤である。テープ形とはテープ状に加工さ
れた接着剤で、粘着形とヒートシール形がある。

【００５７】接着面が凹凸に富む場合にはペースト状の
ものがより好ましく、接着面積が大きい場合などにはフ
ィルム状のものが好ましい。

【００５８】上記液状接着剤は、一液型であったり、二
液以上の混合型であったりする。

【００５９】接着剤の硬化条件は、常温硬化、加熱硬
化、エネルギー照射硬化型のものから選ぶのが好まし
い。常温硬化型にはシアノアクリレート系やウレタン系
接着剤に代表される湿気硬化型、嫌気性接着剤、アクリ
ル系やマイクロカプセル形接着剤に代表されるラジカル
重合型接着剤、エポキシ系やウレタン系接着剤に代表さ
れる付加重合型接着剤、触媒硬化型接着剤などがある。
加熱硬化型のものとしては、ホットメルト接着剤に代表
される溶融冷却型の接着剤、エポキシ系やウレタン系接
着剤に代表される付加反応型の接着剤、ナイロン系や電
磁誘導形接着剤に代表される高周波加熱型接着剤があ
る。エネルギー照射硬化型には、アクリル系やエポキシ
系接着剤に代表される紫外線照射型接着剤、アクリル系
接着剤に代表されるレーザ照射型接着剤、アクリル系接
着剤に代表される電子線照射型、感圧型、再湿型などが
ある。

【００６０】さらに、バンパー補強材等の衝撃部材用途
には、粘接着剤と呼ばれる粘着で瞬間接着し硬化反応を
伴って接着に転化する半個体状の接着剤が好ましい。バ
イオ接着剤と呼ばれる海洋性タンパク質や動植物のタン
パク質から抽出した成分よりなる接着剤は生分解性など
が望まれる場合に好ましい。

【００６１】接着剤の塗布は、簡易塗布具であるヘラ、
ハケ、棒、注射器、油差し、及びハンドローラ、タンク
付きローラ、ロールコータなどのローラ類、及びコーキ
ングガンやシーラントガンなどのシリンダガン方式、及
びフローガン、フローブラシ、スプレーガン等の加圧タ
ンク方式、及び圧送ポンプ（プランジャーポンプ）方式
のフローガン、スプレーガン、及びフローコータ、二液
混合圧送装置などを使う。塗布の形状は点状、線状、帯
状、べた状のいずれでもよい。塗布は連続作業、準連続
作業、非連続作業のいずれであってもよい。

【００６２】上記した表面処理と接着剤を用いた接着の
強さ（引張剪断強度）はＪＩＳＫ６８５０で測定でき
るが、衝撃吸収特性を効率的に発現させるために、接着
強度（引張剪断強度）は５ＭＰａ〜５０ＭＰａとするこ
とが好ましい。

【００６３】これより接着強度が低いと衝撃時の変形が
アルミニウムとＦＲＰの間で伝達されず、衝撃吸収エネ
ルギーは著しく向上しない場合がある。逆にこれより高
いとアルミニウムあるいはＦＲＰ内に発生した亀裂（ク
ラック）が断面全体に伝播しやすく、やはり衝撃吸収エ
ネルギーは著しくは向上しない場合がある。より好まし
くは１０ＭＰａ〜４０ＭＰａ、さらにより好ましくは１
５ＭＰａから３５ＭＰａである。また、後述するよう
に、２種以上あるいは異なる表面処理を施すなどして接
着強度が不均一になるようにコントロールする場合には
接着強度は接着の強い箇所、弱い箇所を平均した強度が
ここでいう接着強度に相当する（みかけ上の平均強度と
いうことになる）。

【００６４】さて、衝撃特性は上記の条件で十分高いも
のとなるが、ＦＲＰとアルミニウムを剥離させてさらに
エネルギー吸収性能を向上させる手段として、アルミニ
ウムとＦＲＰの接着強度を不均一にさせることも極めて
有効である（図６参照）。

【００６５】すなわち、アルミニウムまたはアルミニウ
ム合金と合成繊維強化樹脂とが接着強度の異なる２種以
上の接着法で接着することで衝撃吸収性能を向上させる
ことができる。

【００６６】例えば、上記した接着材のうちの接着強度
の異なる２種以上の接着剤を用いて接着すると接着強度
が均一でなくなることから、衝撃時に剥離が接着の低い
箇所から発生して接着の高い箇所まで剥離が進展して剥
離によるエネルギーを吸収する。また、剥離すること
で、繰り返し衝撃における破断の原因であるクラックの
伝播がその箇所で止まることもあるため、耐繰り返し衝
撃性能も向上する。

【００６７】２種類以上の接着剤の代わりに、上記した
サンドブラスト処理などのアルミニウムあるいはＦＲＰ
の接着面の表面処理を接着面全体に均一に施すのではな
く、接着の強い箇所と弱い箇所が生じるように不均一な
処理を施してもかまわない。この場合は接着剤は２種以
上でなく、１種でもかまわない。

【００６８】なお、接着の強い箇所と弱い箇所は規則的
に分布していてもかまわないし、ランダムに分布してい
てもかまわないが、部材の信頼性を向上させるには、分
布は規則的がより好ましい。具体的には、接着の強い箇
所あるいは接着の弱い箇所を格子状、メッシュ状、市松
状、ストライプ状、スポット状に分布させる。最も好ま
しくは、強い箇所と弱い箇所の面積比率はほぼ半々であ
ると好ましい。

【００６９】接着剤の塗布には上記した用具を用いるこ
ともできるし、事前にフィルムなどへ塗布した接着剤を
転写する手法でもかまわない。また、ガラス繊維、有機
繊維、その他フィラーなどを接着剤層中に含有させるこ
とでも接着剤強さを調節することができる。これらは、
短繊維状、織布状、粒子状、粒状、顆粒状、メッシュ
状、フィルム状、フェルト状などいずれの形態でもかま
わない。

【００７０】さて本発明の衝撃吸収部材はアルミニウム
の表面の一部または全部をＦＲＰ材で覆ったものである
が、アルミニウム材の中空部や溝の内部に挿入する様な
形で接着されていてもかまわない。勿論、ＦＲＰはアル
ミニウム形材の長手方向全長に亘り配置する必要はな
く、衝撃特性向上が必要な箇所に部分的に接着してもか
まわない。

【００７１】また、中空部にはフォーム材やゴム材など
を充填して、振動性能をコントロールしたり、外気の流
入による水分や塵などの侵入をコントロールすることが
できる（図４参照）。

【００７２】ここでいうフォーム材とはポリマーに揮発
性または分解性発泡剤を添加して空気、窒素、反応性ガ
スなどを吹き込んだセル状あるいはスポンジ状構造の発
泡プラスチックや、電車や自動車の座席用クッションな
どに使用される微細な泡を含むフォームラバー、二酸化
炭素などの気泡を含むかさ密度が０．１〜０．６のフォ
ームガラスを含む。

【００７３】代表的な発泡プラスチックは、ポリウレタ
ン、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ
エチレン、ポリプロピレン、フェノール樹脂、尿素樹
脂、エポキシ樹脂、ケイ素樹脂、酢酸セルロース、ゴム
を炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム、亜硝酸ア
ンモニウム、水素化ホウ素ナトリウム、アジド類などの
無機発泡剤、アゾ系化合物、ヒドラジン系化合物、セミ
カルバジド系化合物、トリアゾール系化合物、Ｎ−ニト
ロソ系化合物などの有機発泡剤を添加して、射出成形、
型物成形、押出成形、吹き込み成形、エンゲルプロセ
ス、真空成形法により化学的に発泡させたもの、および
液体の気化により物理的に発泡させたものがある。

【００７４】中でも現場施工できるポリウレタンの発泡
成形、フェノールの発泡成形は現場施工できるという特
徴がある。ポリウレタンの発泡成形は、ポリオール成分
に水またはフレオンなどの発泡剤とシリコン系界面活性
剤を添加したものに、イソシアネートと混合し成形す
る。

【００７５】フェノールの発泡成形は、硬化反応の生成
ガスを利用し、型内で成形することができる。フェノー
ル発泡材は耐熱性、断熱性に優れるという特徴がある。

【００７６】なお、フォーム剤にはジニトロソ−ペンタ
メチレン−テトラミンなどの発泡助剤を添加することが
ある。

【００７７】また、図４に示すように、フォーム材は、
コーナー部のＦＲＰが何らかの原因で脱落してくること
を防止する役割も果たしている。

【００７８】また、衝撃吸収部材外面にも、意匠性や耐
環境性の向上を目的としてフォーム材、ゴム材、塗料な
どを付与してもかまわない。また、衝撃吸収部材は棒状
だけでなく、曲がりを有したり、接合用などの孔、溝を
有していてもかまわない。特に、バンパー補強材におい
ては外観上の理由からも、ウレタンなどの高分子製カバ
ーと組み合わせるとより効果的である。

【００７９】また、本発明の衝撃吸収部材と他部材との
接合にはアルミニウム部分にネジをたてることで機械接
合がより効果的に行えるし、他部材が樹脂の合にはＦＲ
Ｐの樹脂部分を加熱融着させて接合することもできる。
勿論、接着剤による接着接合やリベット、ボルト、ネジ
接合も好ましい接合方法である。

【００８０】さらに、本発明の衝撃向上技術は、バンパ
ー補強材だけでなく、ドア内部などに装着するインパク
トビームや自動車フレームなどにも広く適用が可能であ
る。なお、本発明の衝撃吸収部材において、図８に示す
ように、部材のコーナー部に丸みをつけることでさらに
衝撃吸収性能を向上させることができる。コーナーとは
多角形断面における角のことで、この部分が鋭利である
と衝撃時にコーナー部から亀裂が発生する場合があるた
めである。コーナー部から亀裂が生じると、衝撃吸収性
能が低下する場合があるとともに、亀裂により生じる金
属破壊面は鋭利で安全上も好ましくない。また、コーナ
ー部に丸みを付けることにより、組み立て工程で部材同
士が接触した際などに生じる擦れ傷の発生が抑制でき、
部材の衝撃吸収性能および意匠性を確保することができ
る。また、コーナー部に丸みを付けることで部材の重量
を低減でき経済上のメリットも生じる。

【００８１】コーナー部分の丸みは部材の大きさにもよ
るが、半径１ｍｍ〜１０ｍｍであると通常の衝突体に対
して上記の亀裂を発生させず、効果的である。

【００８２】以上のように、本発明のアルミニウム／合
成繊維強化樹脂製の衝撃吸収部材は、アルミニウムまた
はアルミニウム合金製の形材と、合成繊維と樹脂とから
なる合成繊維強化樹脂を接着接合させたことを特徴とす
るアルミニウム／合成繊維強化樹脂製の衝撃吸収部材で
あるから、図２に示すように、ＡＬ形材に対しＦＲＰは
必ずしも外面だけではなく内面に接着しても差し支えな
いし、図３に示すように外面の一部に接着しても差し支
えない。ＦＲＰを内面に配したり、一部に配することで
外見上金属光沢を有する面が確保できるという特徴が出
せる。

【００８３】また、アルミニウム形材は矩形、方形断面
にかぎらず、図５に示すように、円形断面であっても勿
論差し支えない。

【００８４】

【実施例】本発明のアルミニウム／合成繊維強化樹脂製
衝撃吸収部材の特徴を実施例によって述べる。

【００８５】（実施例１）押出成形した一辺１０ｍｍ、
厚さ１ｍｍ、長さ１２０ｍｍの方形中空アルミニウム形
材（６０６３系）の対向する２面に、厚さ１．０ｍｍ、
幅１０ｍｍ、長さ１２０ｍｍのＦＲＰ板を繊維方向が長
手方向となるように、室温硬化型のエポキシ系接着剤で
接着接合した（図１参照）。上記ＦＲＰは、繊度０．２
１ｇ／ｍ、密度１．１４ｇ／ｃｍ³のナイロン繊維を引
き揃えてエポキシ樹脂によりプリプレグ化し、積層・成
形してえたものであり、引張伸度は１０％、繊維含有率
は６０％であった。アルミニウムの接着面は粒度＃１０
０のサンドブラストで研磨した後アセトンで脱脂した。
ＦＲＰの表面は＃１０００のサンドペーパーで手で研磨
した後ＭＥＫ（メチルエチルケトン）で表面を洗浄し
た。

【００８６】本部材を衝撃面とその反対側がＦＲＰの面
となるようにしてシャルピー衝撃試験をおこなった（図
７参照）。スパンは９０ｍｍ、衝撃速度は３．７ｍ／ｓ
である。その結果、衝撃吸収エネルギーは３０Ｊであっ
た。

【００８７】なお、上記したアルミニウムとＦＲＰのＪ
ＩＳＫ６８５０による接着強度（引張剪断強度）は１
８ＭＰａであった。

【００８８】（比較例１）実施例１に用いた方形中空ア
ルミニウム形材のみを、実施例１と同一の条件でシャル
ピー試験したところ、衝撃吸収エネルギーは１０Ｊであ
り、アルミニウムは引張側で分断した。

【００８９】（実施例２）実施例１においてＦＲＰを衝
撃を受ける面とは反対側の片面のみに接着した以外は実
施例１と同一の条件でシャルピー試験したところ、衝撃
吸収エネルギーは２９Ｊであった。

【００９０】（実施例３）実施例２においてＦＲＰの長
さを６０ｍｍとし、衝撃中心から対称になるように接着
した以外は実施例２と同様にしてシャルピー試験した結
果、衝撃吸収エネルギーは２６Ｊであった。

【００９１】（実施例４）押出成形した一辺１０ｍｍ、
厚さ１ｍｍ、長さ１２０ｍｍの方形中空アルミニウム形
材（６０６３系）の１面に、厚さ４．０ｍｍ、幅１０ｍ
ｍ、長さ１２０ｍｍのＦＲＰ板を繊維方向が長手方向と
なるように、室温硬化型のゴム変性エポキシ系接着剤で
接着接合した。本ＦＲＰは、繊度０．１６６７ｇ／ｍ、
密度１．３８ｇ／ｃｍ³のテトロン繊維を引き揃えてエ
ポキシ樹脂によりプリプレグ化し、積層・成形してえた
もので、引張伸度は１８％、繊維含有率は５５％であっ
た。アルミニウムの接着面は粒度＃１００のサンドブラ
ストで研磨した後アセトンで脱脂した。ＦＲＰの表面は
＃１０００のサンドペーパーで手で研磨した後アセトン
で表面を洗浄した。

【００９２】本ハイブリッド材を衝撃を受ける側と反対
側がＦＲＰの面となるようにしてシャルピー衝撃試験を
おこなった。スパンは９０ｍｍ、衝撃速度は３．７ｍ／
ｓである。その結果、衝撃吸収エネルギーは３５Ｊであ
った。

【００９３】なお、上記したアルミニウムとＦＲＰのＪ
ＩＳＫ６８５０による接着強度（引張剪断強度）は６
ＭＰａであった。

【００９４】（実施例５）実施例１において断面２ｍｍ
×２ｍｍ、長さ１２０ｍｍのＦＲＰ角棒をアルミニウム
内部の四隅に接着した以外は実施例１と同様にしてシャ
ルピー試験した結果、衝撃吸収エネルギーは１４Ｊであ
った（図４参照）。

【００９５】（実施例６）実施例５の試料内部にポリス
チレンフォームを充填させた以外は実施例５と同様にし
てシャルピー試験した結果、衝撃吸収エネルギーは１５
Ｊであった。

【００９６】（比較例２）実施例６においてＦＲＰを取
り除いた試料（アルミニウムの内部にポリスチレンフォ
ームを充填させた）を実施例６と同様にしてシャルピー
試験した結果、衝撃吸収エネルギーは８Ｊであった。

【００９７】（実施例７）実施例１において試験片の外
側の四隅をグラインダーにより丸み半径１．０ｍｍに加
工した以外は実施例１と同様にしてシャルピー試験した
結果、衝撃吸収エネルギーは３３Ｊであった。また、本
部材は他の試験片と同一のサンプル箱に入れておいても
他の試験片を傷つけることはなかった。また、素手で握
っても皮膚が傷つくことはなかった。

【００９８】（実施例８）実施例１において接着剤とし
て、フェノール系接着剤Ａとエポキシ系接着剤Ｂを用い
て、ＡとＢを１０ｍｍ幅に交互に塗布して接着させた以
外は実施例１と同様にしてシャルピー試験した結果、衝
撃吸収エネルギーは２２Ｊであった。

【００９９】また、上記したフェノール系接着剤ＡのＪ
ＩＳＫ６８５０によるアルミニウムとＦＲＰの引張剪
断接着強度は１４ＭＰａ、ＡとＢを均等幅で接着させた
引張剪断強度は７ＭＰａであった。

【０１００】（実施例９）アルミニウム円管（１０５０
純アルミ製、直径１５ｍ、肉厚１ｍｍ）の外周にナイロ
ン−エポキシ系接着剤を塗布し、その外周に実施例１の
ナイロン繊維／エポキシ樹脂プリプレグを繊維方向が円
管の長手方向となるように厚さ０．５ｍｍ巻き付けて接
着硬化させたハイブリッド円管を実施例１と同一の試験
条件でシャルピー試験した結果、衝撃吸収エネルギーは
１８Ｊであった（図５参照）。

【０１０１】なお、ＦＲＰの伸度は１０％、繊維含有率
は６１％であった。

【０１０２】また、上記したナイロン−エポキシ系接着
剤のＪＩＳＫ６８５０によるアルミニウムとＦＲＰの
引張剪断接着強度は２５ＭＰａであった。

【０１０３】（比較例３）実施例９に使用したアルミニ
ウム円管を実施例９と同じ条件でシャルピー試験した結
果、衝撃吸収エネルギーは１２Ｊであった。

【０１０４】（実施例１０）実施例９において、繊維目
付２００ｇ／ｍ²、厚さ０．２ｍｍのガラス繊維／エポ
キシ樹脂プリプレグを繊維の配列方向が円管の周方向と
なるようにナイロン−エポキシ樹脂プリプレグの外側に
さらに巻き付けた以外は実施例９と同様にしてシャルピ
ー試験した結果、衝撃吸収エネルギーは２０Ｊであっ
た。

【０１０５】（実施例１１）押出成形した一辺１０ｍ
ｍ、厚さ１ｍｍ、長さ１２０ｍｍの方形中空アルミニウ
ム形材（６０６３系）の１面に、厚さ０．２５ｍｍ、幅
１０ｍｍ、長さ１２０ｍｍのＦＲＰを繊維方向が長手方
向となるように、室温硬化型のエポキシ系接着剤で接着
接合した。上記ＦＲＰは、繊度７１００デニール、密度
１．３ｇ／ｃｍ³の、ケブラー繊維プリプレグ（樹脂エ
ポキシ）を積層・成形してえたもので、ＦＲＰの引張伸
度は２．１％、繊維含有率５５％であった。アルミニウ
ムの接着面は粒度＃１００のサンドブラストで研磨した
後アセトンで脱脂した。ＦＲＰの表面は＃１０００のサ
ンドペーパーで手で研磨した後ＭＥＫ（メチルエチルケ
トン）で表面を洗浄した。

【０１０６】本ハイブリッド材を衝撃を受ける側と反対
側がＦＲＰの面となるようにしてシャルピー衝撃試験を
おこなった。スパンは９０ｍｍ、衝撃速度は３．７ｍ／
ｓである。その結果、衝撃吸収エネルギーは３５Ｊであ
った。

【０１０７】なお、上記したアルミニウムとＦＲＰのＪ
ＩＳＫ６８５０による接着強度（引張剪断強度）は２
２ＭＰａであった。

【０１０８】

【発明の効果】本発明によれば、従来のアルミニウム製
部材をより軽量化し、かつ衝撃吸収特性を著しく向上さ
せることが可能となり、自動車や土木、建築部材の軽量
化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施態様に係る中空方形衝撃吸収部材
の概略図である。

【図２】本発明の実施態様に係る他の中空方形衝撃吸収
部材の概略図である。

【図３】本発明の実施態様に係るＩ字断面衝撃吸収部材
の概略図である。

【図４】本発明の実施態様に係るフォーム充填衝撃吸収
部材の概略図である。

【図５】本発明の実施態様に係る円管状衝撃吸収部材の
概略図である。

【図６】本発明の実施態様に係る複数の接着剤塗布方法
例図である。

【図７】本発明の実施態様に係るシャルピー衝撃試験法
の概略図である。

【図８】本発明の実施態様に係るコーナーに丸みを有す
る衝撃部材の概略図である。

【符号の説明】

１：アルミニウム／合成繊維強化樹脂製衝撃吸収部材２：アルミニウム材３：合成繊維強化樹脂材（ＦＲＰ材）４：接着剤層４−ａ：接着剤Ａ４−ｂ：接着剤Ｂ５：フォーム材６：（丸みのある）コーナー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミニウムまたはアルミニウム合金製の
形材と、合成繊維と樹脂とからなる合成繊維強化樹脂を
接着接合させたことを特徴とするアルミニウム／合成繊
維強化樹脂製の衝撃吸収部材。
【請求項２】合成繊維がアルミニウム材の長手方向に配
列していることを特徴とする請求項１に記載の衝撃吸収
部材。
【請求項３】合成繊維強化樹脂の伸度が２％以上である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の衝撃吸収部
材。
【請求項４】合成繊維強化樹脂の厚みがアルミニウム形
材の高さに対し、１／５０以上かつ１／２以下であるこ
とを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の衝撃吸
収部材。
【請求項５】引張剪断接着強度が５ＭＰａ〜５０ＭＰａ
であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載
の衝撃吸収部材。
【請求項６】アルミニウムまたはアルミニウム合金と合
成繊維強化樹脂とが接着強度の異なる２種以上の接着法
で接着されていることを特徴とする請求項１〜５のいず
れかに記載の衝撃吸収部材。
【請求項７】補強材として用いられ、該補強材のコーナ
ーが半径１ｍｍ〜１０ｍｍの丸みをおびていることを特
徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の衝撃吸収部
材。
【請求項８】合成繊維がポリアミド繊維またはアクリル
繊維であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに
記載の衝撃吸収部材。