JP2018034664A - 車両用骨格構造 - Google Patents

Abstract

【課題】骨格部材において、長手方向の圧縮強度を高めると共に断面変形を抑制することができる車両用骨格構造を得る。
【解決手段】補強材３６において、骨格部材本体１０の長手方向Ｌに沿って繊維５０が配向されたシート部３８を備えることによって、骨格部材１１の稜線２２、２４における圧縮強度を高くすることができる。また、補強材３６において、トラス部５６を形成するシート部４０、４２を備えることによって、骨格部材１１の幅方向Ｗにおける圧縮強度を高くすることができる。これにより、骨格部材１１の幅方向Ｗの内折れを抑制することができ、当該骨格部材１１において断面変形を抑制することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用骨格構造に関する。

下記特許文献１には、金属製の中空フレーム（骨格部材）において、側面衝突の衝突荷重の入力時に引張側となる壁部に、炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）製の補強材が貼付された技術が開示されている。さらに、この補強材は、骨格部材の長手方向に対して繊維が０°方向に配向された連続炭素繊維層（いわゆる０°繊維）と、繊維が９０°方向に配向された直交連続炭素繊維層（いわゆる９０°繊維）と、が積層されて形成されている。

そして、この先行技術では、連続炭素繊維層で骨格部材の伸び変形を阻止することができると共に、直交連続炭素繊維層で骨格部材の長手方向に対して直交する方向の伸び変形を阻止することができるというものである。

特開２０１５−１６０５２４号公報

しかしながら、上記先行技術では、骨格部材において、衝突荷重の入力時に引張側となる壁部に補強材を貼付することによって、骨格部材の伸び変形を抑制することができるものの、骨格部材の断面変形を抑制するという点では、さらなる改善が望まれる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、骨格部材において、長手方向の圧縮強度を高めると共に断面変形を抑制することができる車両用骨格構造を得ることを目的とする。

請求項１記載の発明に係る車両用骨格構造は、車両の骨格部材が、長手方向に沿って複数の稜線が形成された骨格部材本体と、シート状の繊維強化樹脂が複数積層されて形成され、前記骨格部材本体に衝突荷重が入力された際に、当該骨格部材本体の圧縮面に貼付された補強材と、を備え、前記補強材は、前記骨格部材本体の長手方向に沿って第１繊維が配向された第１シートが積層されて形成された第１シート部と、前記第１繊維に対して交差する方向に沿って第２繊維が配向され、前記第２繊維が当該骨格部材本体に形成された互いに隣り合う稜線と稜線の間を架け渡すようにして配置される第２シートが積層されて形成された第２シート部と、前記第１繊維に対して交差する方向に沿って第３繊維が配向され、前記第３繊維が前記第２繊維との間でトラス部を形成するように配置される第３シートが積層されて形成された第３シート部と、を含んで構成され、前記第１シート部の板厚は、前記第２シート部の板厚と前記第３シート部の板厚を合計した板厚よりも厚くなるように設定されている。

請求項１記載の発明に係る車両用骨格構造では、車両の骨格部材が、長手方向に沿って複数の稜線が形成された骨格部材本体を備えており、当該骨格部材本体には、補強材が設けられている。つまり、本発明における骨格部材は、骨格部材本体に補強材が設けられた部材のことをいう。また、当該補強材は、シート状の繊維強化樹脂が積層されて形成されており、骨格部材本体に衝突荷重が入力された際に、当該骨格部材本体の圧縮面に貼付されている。

また、補強材は、複数の第１シートが積層されて形成された第１シート部と、複数の第２シートが積層されて形成された第２シート部と、複数の第３シートが積層されて形成された第３シート部と、を含んで構成されている。

当該第１シートは、骨格部材本体の長手方向に沿って第１繊維が配向されている。また、第２シートは、第１シートの第１繊維に対して交差する方向に沿って第２繊維が配向されており、第２繊維は、骨格部材本体に形成された互いに隣り合う稜線と稜線の間を架け渡すようにして配置されている。さらに、第３シートは、第１繊維に対して交差する方向に沿って第３繊維が配向されており、第３繊維は、第２シートの第２繊維との間でトラス部を形成するように配置されている。そして、第１シート部の板厚は、第２シート部の板厚と第３シート部の板厚を合計した板厚よりも厚くなるように設定されている。

一般に、衝突荷重により骨格部材本体に曲げ応力が作用すると、当該骨格部材本体には、圧縮応力と引張り応力が作用する。本発明では、骨格部材本体の圧縮面に補強材が貼付されている。このため、骨格部材本体に補強材が設けられた本発明における骨格部材では、補強材が設けられていない骨格部材本体と比較して、圧縮強度を高くすることができる。なお、以下の説明において、骨格部材本体に補強材が設けられたものを骨格部材とし、補強材が設けられていないものについては単に骨格部材本体として、両者を区別して説明する。

一方、衝突荷重により骨格部材本体が曲げ変形すると、当該骨格部材本体の稜線が長手方向に圧縮される。このため、補強材において、骨格部材本体の長手方向に沿って繊維が配向された第１シートを備えることによって、骨格部材の稜線における圧縮強度を高くすることができる。つまり、骨格部材の稜線において、耐えうる入力荷重（稜線座屈荷重）を増大させることができる。

さらに、補強材において、第２シートの第２繊維の配向と第３シートの第３繊維の配向とで、骨格部材本体に形成された互いに隣り合う稜線と稜線の間を架け渡すようにして、トラス部を形成する（いわゆるトラス構造）ようにしている。トラス構造では軸力が作用するため、第２シート部及び第３シート部では、第２繊維、第３繊維の配向に沿って第１シート部の第１繊維が配向された方向に対して直交する方向に沿って入力された入力荷重が第２繊維及び第３繊維を介して分散されることとなる。

前述のように、骨格部材本体の稜線が長手方向に圧縮されると、当該骨格部材本体では幅方向にいわゆる内折れが生じる。つまり、骨格部材本体の幅方向でも圧縮応力が作用することとなるが、補強材のトラス構造によって、骨格部材の幅方向に沿って作用する圧縮応力は分散される。すなわち、本発明における骨格部材では、結果的に、幅方向における圧縮強度を高くすることができる。したがって、当該骨格部材の幅方向の内折れを抑制することができ、骨格部材において断面変形を抑制することができる。

ところで、前述のように、衝突荷重により骨格部材本体の稜線は長手方向に圧縮される。一方、繊維強化樹脂では、繊維の配向に沿った曲げに対する圧縮強度が高いため、補強材で補強された骨格部材では圧縮強度が高くなる。したがって、本発明では、補強材において、第１シート部の板厚を、第２シート部の板厚と第３シート部の板厚を合計した板厚よりも厚くなるように設定している。つまり、ここでは、骨格部材において、幅方向の圧縮強度よりも長手方向の圧縮強度が高くなるようにしている。これにより、本発明では、一方向性の繊維の特徴である、配向方向に沿った圧縮強度を高くするという利点を十分に活かし、骨格部材の稜線における長手方向の圧縮を抑制することができる。

以上、説明したように、請求項１に係る車両用骨格構造は、骨格部材において、長手方向の圧縮強度を高めると共に断面変形を抑制することができる、という優れた効果を得ることができる。

本実施形態に係る車両用骨格構造を構成する骨格部材を示す、（Ａ）は概略斜視図であり、（Ｂ）は概略平面図である。 本実施形態に係る車両用骨格構造を構成する補強材の構成を示す分解斜視図である。 本実施形態に係る車両用骨格構造を構成する補強材のシートの座屈変数と繊維の配向角度の関係を示すグラフである。 （Ａ）は、第１実施形態に係る車両用骨格構造を構成する骨格部材を示す断面図であり、（Ｂ）は一部破断平面図である。 （Ａ）は、第２実施形態に係る車両用骨格構造を構成する骨格部材を示す断面図であり、（Ｂ）は一部破断平面図である。 （Ａ）は、第３実施形態に係る車両用骨格構造を構成する骨格部材を示す断面図であり、（Ｂ）は一部破断平面図である。 （Ａ）は、第４実施形態に係る車両用骨格構造を構成する骨格部材を示す断面図であり、（Ｂ）は一部破断平面図である。 （Ａ）は、第５実施形態に係る車両用骨格構造を構成する骨格部材を示す断面図であり、（Ｂ）は一部破断平面図である。 （Ａ）は、第６実施形態に係る車両用骨格構造を構成する骨格部材を示す断面図であり、（Ｂ）は一部破断平面図である。 （Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ図１（Ａ）、（Ｂ）に対応する比較例である。 骨格部材の座屈時に各部において発生する応力を示すグラフである。 シート状の炭素繊維強化樹脂が複数積層された補強材において、荷重と変位の関係を示すグラフである。 本実施形態に係る車両用骨格構造が適用されたセンタピラーを車両外側かつ斜め前方側から見た斜視図である。 （Ａ）は、本実施形態に係る車両用骨格構造が適用されたフロントサイドメンバを車両外側かつ斜め上方側から見た斜視図であり、（Ｂ）、（Ｃ）は、フロントサイドメンバの内面側を示す部分拡大斜視図である。 （Ａ）は、本実施形態に係る車両用骨格構造が適用されたフロアクロスメンバを車両外側かつ斜め前方側から見た斜視図であり、（Ｂ）は、本実施形態に係る車両用骨格構造が適用されたロッカを車両外側かつ斜め前方側から見た斜視図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を基に詳細に説明する。
（車両用骨格構造の構成）

例えば、図１０（Ａ）には、本実施の一形態に係る車両用骨格構造の比較例として説明する、骨格部材本体１０の斜視図が概念的に示されている。図１０（Ａ）に示す骨格部材本体１０は、車両外側に配置されたアウタパネル１２と、当該アウタパネル１２と対向し車両内側に配置されたインナパネル１４と、を含んで構成されている。

アウタパネル１２及びインナパネル１４は、鋼板等の金属で形成されており、アウタパネル１２は、骨格部材本体１０の長手方向Ｌに対して直交する幅方向Ｗに沿って切断された断面形状が車両内側（インナパネル１４側）を開口とする略ハット型を成している。

また、アウタパネル１２は、互いに対向する一対の縦壁１６、１８と、当該縦壁１６の一端と縦壁１８の一端を繋ぐ天板２０と、を備えている。そして、縦壁１６と天板２０とで稜線２２が形成され、縦壁１８と天板２０とで稜線２４が形成されている。また、縦壁１６、１８の他端からは、外側へ向かって張り出す外フランジ２６、２８がそれぞれ形成されている。

一方、インナパネル１４は、骨格部材本体１０の幅方向Ｗに沿って切断された断面形状が直線状を成しており、当該インナパネル１４には、アウタパネル１２の外フランジ２６、２８が、それぞれスポット溶接（溶接部３０）等の溶接により接合されている。そして、これにより、アウタパネル１２とインナパネル１４とで閉断面部３２が形成される。

ここで、図１０（Ａ）に示されるように、骨格部材本体１０に衝突荷重Ｐが入力されると、骨格部材本体１０の天板２０には、塑性変形により、長手方向Ｌに沿って凹部２０Ａ及び凸部２０Ｂが形成されると共に、幅方向Ｗに沿って凹部２０Ｃ及び凸部２０Ｄが形成される。

また、骨格部材本体１０に衝突荷重Ｐが入力されると、当該骨格部材本体１０には、曲げ応力が作用し、図１０（Ｂ）に示されるように、骨格部材本体１０のアウタパネル１２において、上下方向Ｈの略中央部を中立軸Ｏとして、アウタパネル１２の上部１２Ａ側には、圧縮応力が作用する（圧縮側）。また、アウタパネル１２の下部１２Ｂ側には、引張り応力が作用する（引張側）。なお、図１０（Ｂ）には、図１０（Ａ）において、骨格部材本体１０に衝突荷重Ｐが入力された状態のＡ−Ａ線に沿って切断したときの断面図が実線で示されており、衝突荷重Ｐが入力される前の状態は二点鎖線で示している。

図１０（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、骨格部材本体１０に衝突荷重Ｐが入力され、骨格部材本体１０の長手方向Ｌにおいて、稜線２２、２４が長手方向Ｌに沿って圧縮されると、当該骨格部材本体１０の幅方向Ｗでは、天板２０が閉断面部３２の内側へ向かって変形する、いわゆる内折れが生じる。つまり、骨格部材本体１０において、断面変形が起きる。

一方、図１１には、図１０（Ａ）、（Ｂ）に示す骨格部材本体１０の座屈時に発生する応力（座屈時発生応力）を示すグラフが示されている。具体的には、アウタパネル１２の各部（稜線２２、２４、天板２０、縦壁１６、１８）において、外面側、内面側（閉断面部３２側）にそれぞれ発生する応力が示されている。

以下、図１０（Ａ）、（Ｂ）を参照して、図１１の説明を行う。例えば、図１１に示されるように、骨格部材本体１０の稜線２２、２４では、当該骨格部材本体１０が座屈すると、主に圧縮応力が作用し、骨格部材本体１０の長手方向Ｌにおいて、外面側及び内面側で圧縮力が作用する。また、当該稜線２２、２４では、骨格部材本体１０の幅方向Ｗにおいて引張力が作用する。なお、ここでは、引張力は、圧縮力の略１／４倍の応力（圧縮力は、引張力の略４倍の応力）として、稜線２２、２４で発生することが分かる。また、当該稜線２２、２４において、外面側と内面側とでは、同じ応力（圧縮力、引張力）が作用している。

これに対して、天板２０では、骨格部材本体１０が座屈すると、主に曲げ応力が作用する。このため、天板２０の内面側と外面側とで発生する応力は異なっており、骨格部材本体１０の長手方向Ｌ及び幅方向Ｗにおいて、内面側では圧縮力が作用すると共に、外面側では引張力が作用する。

また、縦壁１６、１８では、骨格部材本体１０が座屈すると、主に引張り応力が作用し、骨格部材本体１０の長手方向Ｌにおいて、外面側及び内面側で引張力が作用する。なお、縦壁１６、１８では、骨格部材本体１０の幅方向Ｗには引張力又は圧縮力は作用しない。

ここで、骨格部材本体１０の長手方向Ｌの圧縮応力と幅方向Ｗの圧縮応力は、ポアソン比に依存するが、図１１のグラフから、骨格部材本体１０の稜線２２、２４において、座屈時に発生する応力では、幅方向Ｗに対して長手方向Ｌでは、前述のように、略４倍の応力が発生する。

このため、例えば、骨格部材本体に強化繊維樹脂で形成された補強材を設けて、骨格部材の変形を抑制する場合、補強材を等方的に形成する（いわゆる疑似等方）だけでは、配向方向に沿った圧縮強度を高くするという強化繊維樹脂の特性が十分に活かされない。

したがって、本実施形態では、まず、図１（Ａ）に示されるように、骨格部材本体１０のアウタパネル１２において、当該骨格部材本体１０に衝突荷重Ｐが入力され骨格部材本体１０に曲げ応力が作用したときに圧縮側となる上部１２Ａ及び引張側となる下部１２Ｂの内面（圧縮面）３４に補強材３６が貼付されている。

以下、骨格部材本体１０に補強材３６が設けられたものを骨格部材１１とし、補強材３６が設けられていないものについては単に骨格部材本体１０として、両者を区別して説明する。すなわち、本実施形態における骨格部材１１では、骨格部材本体１０のアウタパネル１２における天板２０、縦壁１６、１８の内面３４側に補強材３６が貼付されている。

そして、次に、当該補強材３６は、例えば、シート状の炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）が複数積層されて形成されたものである。具体的に説明すると、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示されるように、補強材３６は、シート部（第１シート部）３８、シート部（第２シート部）４０及びシート部（第３シート部）４２を含んで構成されている。そして、各シート部３８、４０、４２は、それぞれ複数のシート４４、４６、４８が積層されて形成されている。

ここで、シート部３８を構成するシート４４は、図１（Ａ）に示す骨格部材本体１０の長手方向Ｌに沿って一方向性の繊維５０が配向されている。この繊維５０は、いわゆる０°方向繊維といわれるため、以下、この繊維５０を「０°方向繊維５０」という。

また、シート部４０を構成するシート４６は、０°方向繊維５０に対して角度φを有する一方向性の繊維５２が配向されており、シート部４２を構成するシート４８は、０°方向繊維に対して角度−φを有する一方向性の繊維５４が配向されている。

そして、シート部３８の板厚（ｔ）は、シート部４０の板厚（ｔ１）とシート部４２の板厚（ｔ２）を合計した板厚よりも厚くなるように設定されている（ｔ＞ｔ１＋ｔ２）。なお、シート部４０の板厚（ｔ１）とシート部４２の板厚（ｔ２）は、略同じである（ｔ１≒ｔ２）。

また、シート部３８の割合は、補強材３６の全層の５０％よりも多く、８０％以下となるように設定されている。ここで、前述のように、図１（Ａ）に示す骨格部材本体１０の稜線２２、２４において、座屈時に発生する応力では、幅方向Ｗに対して長手方向Ｌでは、略４倍の応力が発生することを考慮すると、シート部３８の割合は、補強材３６の全層の約８０％に設定される方が好ましいと考えられるからである。

さらに、本実施形態では、図１（Ｂ）に示されるように、シート部４０とシート部４２とは、平面視において、シート部４０の繊維５２とシート部４２の繊維５４との間でトラス部５６が構成される。なお、図１（Ｂ）には、図１（Ａ）の概略平面図が示されている。図２に示されるように、シート部４０とシート部４２は同一平面上にないため、図１（Ａ）、（Ｂ）で示すトラス部５６において、シート部４２の繊維５４は点線で示されることになるが、トラス部５６を分かりやすく示すため、ここでは、実線で示している。また、シート部４０における繊維５２及びシート部４２における繊維５４は、本来、複数で構成されているが、説明の便宜上、当該トラス部５６を構成する１本の繊維５２、５４のみ図示している。

このトラス部５６は、図１（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、骨格部材本体１０の稜線２２と稜線２４の間を架け渡するようにして設けられている。さらに、シート部４０の繊維５２とシート部４２の繊維５４との間でトラス部５６を構成するに当って、トラス部５６を組むときの角度φを設定する必要がある。つまり、繊維５２、５４の配向角度を求める必要がある。

前述のように、骨格部材本体１０に衝突荷重Ｐが入力されると、図１（Ｂ）に示されるように、骨格部材１１の長手方向Ｌでは、稜線２２、２４が長手方向Ｌに沿って圧縮される（圧縮力Ｆｙ）。これに伴って、当該骨格部材１１は幅方向Ｗに沿って圧縮される（圧縮力Ｆｘ）。

そして、この圧縮力Ｆｘは、繊維５２、５４の配向方向に沿ってＰ_ＡＢとＰ_ＡＣに分散される。このＰ_ＡＢ、Ｐ_ＡＣがそれぞれ座屈荷重となる。なお、トラス部５６を構成する点Ａ、Ｂ、Ｃを結ぶ三角形は二等辺三角形であり、Ｐ_ＡＢ＝Ｐ_ＡＣである。

まず、オイラーの座屈荷重式により、以下の式（１）が求められる。


Ｐ_ＡＢ；座屈荷重
Ｅ_ＡＢ；シートのヤング率
Ｉ ；断面二次モーメント

ここで、


であるため、式（１）に式（２）を代入すると、

が求められる。

一方、トラス部５６の各点Ａ，Ｂ，Ｃにおいて、力が釣り合うと仮定すると、点Ｂのｘ方向では、

となる。また、点Ｂのｙ方向では、

となる。

さらに、前述のように、各点Ａ，Ｂ，Ｃを結ぶ三角形は二等辺三角形であるため、点Ｂにおける反力Ｒ_Ｂは、Ｒ_Ｂ＝Ｆ_ｘ／２となる。

したがって、式（４）は、

となり、さらに、

となる。そして、式（５）に式（７）を代入すると、

となる。

ここで、圧縮力Ｆｘは、
Ｆ_ｘ＝Ａ_ｘ・σ^ｘ

Ａ_ｘ；シートの幅方向の断面積
σ^ｘ；シートの幅方向の圧縮応力

であるため、

となる。

一方、式（３）で示されるＰ_ＡＢは、シート幅方向の荷重に対して耐えうる荷重（座屈荷重）であるため、Ｐ_ＡＢはその値が大きいほど座屈し難い。また、そもそも座屈を引き起こす元となる荷重Ｆｙは、Ｆ_ＢＣが大きいほど小さくなる。

以上のことから、式（３）の変数（ｓｉｎ^２φ）と式（９）の変数（σ^ｘ／ｔａｎφ）を掛け合わせた変数（座屈変数）Ｘが大きいほど座屈し難いといえる。

このＸを求めると、
Ｘ＝Ｃｓｉｎφｃｏｓφσ^ｘ ・・・式（１０）
となる。つまり、座屈変数Ｘは、座屈し難さを表す数値である。

一方、図３には、繊維の配向角度φと座屈変数Ｘの関係を示すグラフが示されている。図３に示されるように、座屈変数Ｘが大きい領域は、配向角度φが６５°±１０であることが分かる。

したがって、本実施形態では、シート部４０を構成するシート４６では、０°方向繊維５０に対して６５°±１０°方向に沿って繊維５２が配向されている。以下、この繊維５２については、６５°±１０°方向繊維５２という。さらに、シート部４２を構成するシート４８では、０°方向繊維５０に対して−６５°±１０°方向に沿って繊維５４が配向されている。以下、この繊維５４については、−６５°±１０°方向繊維５４という。

（車両骨格部材の作用及び効果）
以下、具体例を挙げて、本実施の形態に係る車両骨格部材の作用及び効果について説明する。

（１）第１実施形態
前述のように、本実施形態では、図１（Ａ）に示されるように、骨格部材１１では、アウタパネル１２の圧縮側となる上部１２Ａ及び引張側となる下部１２Ｂの内面（圧縮面）３４側に（天板２０及び縦壁１６、１８に亘って）補強材３６が貼付されている。

ここで、図４（Ａ）には、図１（Ａ）で示す矢印Ｂ−Ｂ線に沿って切断したときの断面図が示されている。なお、図１では骨格部材１１の形状が簡略化されており、図４（Ａ）、（Ｂ）の形状とは若干異なるが、本実施形態では特に関係がないため、説明を省略する。また、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）において、一部を破断した平面図であり、補強材３６の構成が分かるように、各シート部３８、４０、４２で分けて上から順に破断させている。なおこれは、後述する図５（Ａ）、（Ｂ）〜図９（Ａ）、（Ｂ）においても同じである。

図４（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、骨格部材１１では、アウタパネル１２の内面３４側において、天板２０及び縦壁１６、１８に亘って補強材３６が貼付されている。そして、この補強材３６は、アウタパネル１２の内面３４側に、０°方向繊維５０が配向されたシート部３８が設けられている。そして、当該シート部３８の内面側に、トラス部５６を構成する、６５°±１０°方向繊維５２が配向されたシート部４０及び−６５°±１０°方向繊維５４が配向されたシート部４２が設けられている。なお、シート部４０とシート部４２の配置は内外逆でも構わない。以下の実施形態においてもこれと同様である。

前述のように、図１０（Ａ）に示す骨格部材本体１０では、当該骨格部材本体１０に衝突荷重Ｐが入力されると、骨格部材本体１０には曲げ応力が作用する。このため、骨格部材本体１０の天板２０には、塑性変形により、長手方向Ｌに沿って凹部２０Ａ及び凸部２０Ｂが形成され、幅方向Ｗに沿って凹部２０Ｃ及び凸部２０Ｄが形成される。そして、図１０（Ｂ）に示されるように、骨格部材本体１０のアウタパネル１２において、上下方向の略中央部を中立軸Ｏとして、上部１２Ａ側は圧縮側となり、下部１２Ｂ側は引張り側となる。

本実施形態では、まず、図４（Ａ）に示されるように、骨格部材本体１０の上部１２Ａ側及び下部１２Ｂ側を含む内面３４に補強材３６が貼付されている（骨格部材１１）。これにより、図１０（Ａ）に示されるように、補強材が貼付されていない骨格部材本体１０と比較して、本実施形態では、骨格部材１１において、圧縮強度を高くすることができる。

一方、衝突荷重Ｐにより骨格部材本体１０が座屈変形すると、骨格部材本体１０の稜線２２、２４が長手方向Ｌに圧縮される。このため、当該補強材３６において、骨格部材本体１０の長手方向Ｌに沿って繊維５０が配向されたシート４４を備えることによって、骨格部材１１の稜線２２、２４における圧縮強度を高くすることができる。つまり、骨格部材１１の稜線２２、２４において、耐えうる入力荷重（稜線座屈荷重）を増大させることができる。

ところで、図１２には、シート状の炭素繊維強化樹脂が複数積層された補強材において、荷重Ｐと変位Ｓの関係を示すグラフが示されている。この図において、細線Ｂは、荷重Ｐにより圧縮される圧縮方向に沿って繊維が配向（０°方向繊維）されたシートによって構成された補強材（０°方向繊維層）の特性を示している。また、一点鎖線Ｃは、荷重Ｐにより圧縮される圧縮方向や当該圧縮方向に対して、例えば４０°、９０°の角度を有して交差する方向へ繊維が配向されたシートによって構成された補強材の特性を示している。なお、この補強材は、いわゆる疑似等方となるように積層（疑似等方積層）されたものであり、疑似等方積層の場合、圧縮強度は等方的であるが、一方向性の繊維の特徴である、配向方向に沿った圧縮強度を高くするという特性が十分に活かされない。

これに対して、太線Ａは、本実施形態における図２で示す補強材３６の特性が示されている。当該補強材３６は、前述のように、０°方向繊維５０が配向されたシート部３８とトラス部５６（図１（Ｂ）参照）を構成するシート部４０、４２で構成された補強材（０°方向繊維層＋トラス構造層）である。この補強材３６により、荷重（入力荷重）Ｐを増大させることができる。すなわち、骨格部材本体１０に当該補強材３６が設ける（骨格部材１１）ことにより、座屈荷重を向上させることができ、骨格部材１１の変形を抑制することができる。

具体的に説明すると、本実施形態では、図１（Ｂ）に示されるように、平面視において、シート部４０を構成するシート４６の繊維５２の配向とシート部４２を構成するシート４８の繊維５４の配向とで、骨格部材本体１０の稜線２２と稜線２４の間を架け渡すようにして、トラス部５６（いわゆるトラス構造）を形成するようにしている。トラス構造では軸力が作用するため、図１（Ｂ）に示されるように、シート部４０及びシート部４２では、骨格部材本体１０の幅方向Ｗに沿って入力された入力荷重（Ｆｘ）が分散（Ｐ_ＡＢ、Ｐ_ＡＣ）されることとなる。

図１０（Ａ）に示されるように、骨格部材本体１０の稜線２２、２４が長手方向Ｌに圧縮されると、当該骨格部材本体１０では幅方向Ｗにいわゆる内折れが生じる。つまり、骨格部材本体１０の幅方向Ｗでも圧縮応力が作用することとなるが、図１（Ｂ）に示されるように、骨格部材１１の補強材３６における当該トラス構造によって、圧縮応力は分散される。すなわち、本実施形態における骨格部材１１では、結果的に、幅方向Ｗにおける圧縮強度を高くすることができる。したがって、当該骨格部材１１の幅方向Ｗの内折れを抑制することができ、骨格部材１１において断面変形を抑制することができる。

ところで、前述のように、衝突荷重Ｐにより骨格部材本体１０の稜線２２、２４は長手方向に圧縮される。一方、一般に、繊維強化樹脂では、繊維の配向に沿った曲げに対する圧縮強度が高いため、補強材で補強された骨格部材では圧縮強度が高くなる。したがって、本実施形態では、図２に示されるように、補強材３６において、シート部３８の板厚t を、シート部４０の板厚ｔ１とシート部４２の板厚ｔ２を合計した板厚よりも厚くなるように設定している。

つまり、ここでは、骨格部材１１において、幅方向Ｗの圧縮強度よりも長手方向Ｌの圧縮強度が高くなるようにしている。これにより、本実施形態では、一方向性の繊維の特徴である、配向方向に沿った圧縮強度を高くするという利点を十分に活かし、骨格部材１１の稜線２２、２４における長手方向Ｌの圧縮を抑制することができる。

以下、上記第１実施形態に係る骨格部材１１の補強材３６について、変形例を説明する。なお、第１実施形態と同じ作用及び効果については説明を省略する。

（２）第２実施形態
図５（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、骨格部材本体１０のアウタパネル１２の内面３４に設けられた補強材６０では、アウタパネル１２の内面３４側に、トラス部５６（図４（Ｂ）参照）を形成するシート部４０、４２が設けられている。

このシート部４０、４２の内面側にシート部３８が設けられ、当該シート部３８の内面側にシート部４０、４２がさらに設けられている。つまり、本発明における補強材の構成は、第１実施形態における補強材３６（図４（Ａ）、（Ｂ）参照）の構成に限るものではなく、この補強材６０に示されるように、シート部３８がトラス部５６を形成するシート部４０、４２によって挟まれた構成でもよい。これにより、補強材６０では、補強材３６よりも強度、剛性を向上させることができる。

（３）第３実施形態
図６（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、骨格部材本体１０のアウタパネル１２の内面３４側に設けられた補強材６２は、第２実施形態と同様、アウタパネル１２の内面３４側にトラス部５６（図４（Ｂ）参照）を形成するシート部４０、４２が設けられている。

このシート部４０、４２の内面側にシート部３８が設けられ、シート部３８の内面側にシート部４０、４２が設けられている。さらに、シート部４０、４２の内面側にシート部３８が設けられ、シート部３８の内面側にシート部４０、４２が設けられている。これにより、補強材６２では、補強材３６よりも強度、剛性をさらに向上させることができる。

（４）第４実施形態
図７（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、骨格部材本体１０のアウタパネル１２の内面３４側に設けられた補強材６４では、アウタパネル１２の中立軸Ｏよりも上側（圧縮側）に、トラス部５６（図４（Ｂ）参照）を形成するシート部４０、４２が設けられている。

そして、シート部４０、４２の内面側にシート部３８が設けられているが、当該シート部３８は、アウタパネル１２の天板２０及び縦壁１６、１８に亘って設けられている。つまり、本実施形態では、アウタパネル１２の中立軸Ｏよりも引張側に上記実施形態よりも多くのシート部３８を設けることによって、骨格部材本体１０の引張側において、骨格部材１１の長手方向における引張強度が高くすることができる。

（５）第５実施形態
図８（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、骨格部材本体１０のアウタパネル１２の内面３４側に設けられた補強材６６では、アウタパネル１２の天板２０及び縦壁１６、１８の内面３４側に、トラス部５６（図４（Ｂ）参照）を形成するシート部４０、４２が設けられている。

そして、シート部４０、４２の内面側にシート部３８が設けられているが、当該シート部３８は、アウタパネル１２の稜線２２、２４と対応する領域及び縦壁１６、１８の引張り側に対応する領域に設けられている。

つまり、本実施形態では、骨格部材本体１０のアウタパネル１２において、稜線２２、２４にシート部３８を設けることによって、骨格部材１１の長手方向における圧縮強度を高くすることができる。また、アウタパネル１２の中立軸Ｏよりも引張側にシート部３８を設けることによって、骨格部材１１の長手方向における引張強度が高くすることができる。さらに、骨格部材本体１０のアウタパネル１２の内面３４側にトラス部５６（図４（Ｂ）参照）を形成するシート部４０、４２を設けることによって、骨格部材１１の幅方向Ｗにおける内折れを抑制することができる。

（６）第６実施形態
図９（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、骨格部材本体１０のアウタパネル１２の内面３４側に設けられた補強材６８では、アウタパネル１２の天板２０及び縦壁１６、１８の内面３４側に、アウタパネル１２の稜線２２、２４と対応する領域及び縦壁１６、１８の引張り側に対応する領域にシート部３８が設けられている。

そして、シート部３８の内面側には、アウタパネル１２の天板２０及び縦壁１６、１８の内面３４側を含み、シート部４０、４２が設けられている。これにより、前述した第５実施形態における骨格部材１１と略同一の効果を有することができる。

なお、以上の本実施形態では、補強材に用いられる繊維強化樹脂（ＦＲＰ）として炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）を例に挙げて説明したが、これ以外にガラス繊維強化樹脂（ＧＦＲＰ）が用いられてもよい。

また、図１に示されるように、補強材３６が用いられる骨格部材１１の適用例としては、例えば、図１３に示されるように、センタピラー７０に設けられてもよい。この場合、センタピラー７０の車両上下方向の中央側（ハッチングで示す領域）において、車両幅方向の外側に配設されるピラーアウタパネル７２の内面７２Ａ側に補強材３６が設けられる。

また、これ以外にも、図１４（Ａ）〜（Ｃ）に示されるように、フロントサイドメンバ７４に設けられても良い。フロントサイドメンバ７４では、車両上下方向に屈曲する屈曲部７６、７８が設けられており、フロントサイドメンバ７４の内面７４Ａ側において、当該屈曲部７６、７８を中心に車両前後方向に沿って補強材３６が設けられても良い。

さらに、図１５（Ａ）に示されるように、フロアクロスメンバ８０の内面８０Ａ側に補強材３６が設けられてもよい。さらにまた、図１５（Ｂ）に示されるように、ロッカ８２の車両上下方向の中央側（ハッチングで示す領域）において、車両幅方向の外側に配置されるロッカアウタパネル８４の内面８４Ａ側に補強材３６が設けられてもよい。

１０ 骨格部材本体（骨格部材）
１１ 骨格部材
２２ 稜線
２４ 稜線
３４ 内面（圧縮面）
３６ 補強材（骨格部材）
３８ シート部（第１シート部）
４０ シート部（第２シート部）
４２ シート部（第２シート部）
４４ シート（第１シート）
４６ シート（第２シート）
４８ シート（第３シート）
５０ 繊維（第１繊維）
５２ 繊維（第２繊維）
５４ 繊維（第３繊維）
５６ トラス部
６０ 補強材（骨格部材）
６２ 補強材（骨格部材）
６４ 補強材（骨格部材）
６６ 補強材（骨格部材）
６８ 補強材（骨格部材）
７０ センタピラー（骨格部材）
７２ ピラーアウタパネル（骨格部材）
７２Ａ 内面（圧縮面）
７４ フロントサイドメンバ（骨格部材）
７４Ａ 内面（圧縮面）
８０ フロアクロスメンバ（骨格部材）
８０Ａ 内面（圧縮面）
８２ ロッカ（骨格部材）
８４ ロッカアウタパネル（骨格部材）
８４Ａ 内面（圧縮面）
Ｐ 衝突荷重
ｔ 板厚（第１シート部の板厚）
ｔ１ 板厚（第２シート部の板厚）
ｔ２ 板厚（第３シート部の板厚）

Claims (1)

1. 車両の骨格部材が、
   長手方向に沿って複数の稜線が形成された骨格部材本体と、
   シート状の繊維強化樹脂が積層されて形成され、前記骨格部材本体に衝突荷重が入力された際に、当該骨格部材本体の圧縮面に貼付された補強材と、
   を備え、
   前記補強材は、
   前記骨格部材本体の長手方向に沿って第１繊維が配向された第１シートが積層されて形成された第１シート部と、
   前記第１繊維に対して交差する方向に沿って第２繊維が配向され、前記第２繊維が当該骨格部材本体に形成された互いに隣り合う稜線と稜線の間を架け渡すようにして配置される第２シートが積層されて形成された第２シート部と、
   前記第１繊維に対して交差する方向に沿って第３繊維が配向され、前記第３繊維が前記第２繊維との間でトラス部を形成するように配置される第３シートが積層されて形成された第３シート部と、
   を含んで構成され、
   前記第１シート部の板厚は、前記第２シート部の板厚と前記第３シート部の板厚を合計した板厚よりも厚くなるように設定された車両用骨格構造。