JP5529693B2

JP5529693B2 - 繊維強化プラスチック部品

Info

Publication number: JP5529693B2
Application number: JP2010206755A
Authority: JP
Inventors: 忠崇松本; 政史小田; 若富中根
Original assignee: Nikkiso Co Ltd
Current assignee: Nikkiso Co Ltd
Priority date: 2010-09-15
Filing date: 2010-09-15
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2030-09-15
Also published as: JP2012061673A

Description

本発明は、繊維強化プラスチック部品に関し、特に、補強繊維の配置に関する。

繊維強化プラスチックは、軽量、高強度という利点のために、様々な分野でその使用が広まっている。繊維強化プラスチックの部品の製作方法として、補強繊維を織った織物のシート、または補強繊維が一方向に揃えられたシートを積層し、樹脂を含浸し、硬化させる方法が知られている。繊維強化プラスチック製の部品においては、その部品の形状、荷重の方向に応じた補強繊維の配置が検討されている。下記特許文献１には、孔を有する繊維強化プラスチック部品における孔周囲の補強繊維の配置に関する技術が示されている。

特開２００８−２９０２６９号公報

長手方向にスリットを有する筒部分がある繊維強化プラスチック部品においては、このスリットを広げようとする力に抗する強度が要求される場合がある。

本発明は、スリットを広げようとする力に抗する強度を有する繊維強化プラスチック部品を提供することを目的とする。

本発明に係る繊維強化プラスチック部品は、長手方向に延びるスリットを有する筒部分と、筒部分の、前記スリットと反対側の位置に接続され、前記長手方向に延びて配置される板部分と、筒部分に隣り合う位置において板部分に交差し、前記長手方向に延びて配置される側方板部とを有する部品である。板部分を境にした筒部分の一方の側面である第１側面において周方向に延び、連続して板部分において筒部分から離れる方向に延びる補強繊維を有する一方向材の第１連続層と、筒部分の第１側面に対し反対側の第２側面において周方向に延び、連続して板部分において筒部分から離れる方向に延びる補強繊維を有する一方向材の第２連続層と、を含み、板部分においては第１および第２連続層が貼り合わされている。さらに、筒部分において、第１および第２連続層の内側に位置し、周方向に連続した内側層と、筒部分および板部分において、第１連続層の外側に位置する第１外側層と、筒部分および板部分において、第２連続層の外側に位置する第２外側層と、を含む。さらに、側方板部において、板部分に交差し、かつ貫通する側方心材と、板部分の表裏において、板部分に積層された部分から延び側方心材を挟んで位置する外側表層とを含む。

側方板部の側方心材が板部分を貫通して配置されることにより、スリットを広げようとする力に抗することができる。

本実施形態の繊維強化プラスチック部品の外観を示す斜視図である。本実施形態の繊維強化プラスチック部品の製造過程の説明図である。本実施形態の繊維強化プラスチック部品の製造過程の説明図である。本実施形態の繊維強化プラスチック部品の製造過程の説明図である。本実施形態の繊維強化プラスチック部品の製造過程の説明図である。本実施形態の繊維強化プラスチック部品の製造過程の説明図である。

以下、本発明の実施形態を、図面に従って説明する。図１は、本実施形態の繊維強化プラスチック部品１０の外観を示す斜視図である。部品１０は、柱状、特にこの実施形態では円柱状のレール１２と係合する筒形状の筒部分１４を有する。筒部分１４は、その筒形状の軸線方向に延びるスリット１６を有する。スリット１６は筒部分１４の全長にわたって延び、筒部分１４の断面形状は略Ｃ字形となっている。筒部分１４の、スリット１６が設けられた部分の反対側の位置に、筒部分１４の軸線方向に延びる板形状の板部分１８が接続されている。板部分１８は、筒部分１４から離れる方向、特に円筒形状の半径方向に沿って延びる。また、円筒形状の軸線方向においては、筒部分１４の全長と同じ長さを有してよい。板部分１８の、筒部分１４に隣り合う位置に、板部分に交差し、かつ筒部分の軸線方向に延びるように側方板２０が設けられている。なお、図１において、側方板２０は、断面を示すために一部が破断された状態で示されている。

繊維強化プラスチック部品１０は、筒部分１４が、その内側の空間にレール１２を収容している状態で、レール１２に沿ってスライド可能である。レール１２に、図１において下向きの力が加わると、筒部分１４と板部分１８の接続部分に、これらの部分を離そうとする力が加わる。また、筒部分１４には、スリット１６を広げる方向の力も作用する。

部品１０は、筒部分１４と板部分１８を引き離そうとする力に抗するためにこれらの部分に連続する、補強繊維の方向が一方向である一方向材からなる二つの連続層２２，２４を有している。一方の連続層（以下、第１連続層と記す。）２２は、筒部分１４の、板部分１８が接続されている位置より図中左側の円弧部分に、周方向に延びて配置され、さらに板部分１８に、板部分が形成する面に沿って配置される。他方の連続層（以下、第２連続層と記す。）２４は、筒部分１４の、板部分１８が接続されている位置より図中右側の円弧部分に、周方向に延びて配置され、さらに板部分１８に、板部分が形成する面に沿って配置される。左右の連続層２２，２４の板部分１８に属する部分は、重ね合わされている。これらの連続層２２，２４の補強繊維は、筒部分１４では周方向に延び、板部分１８では筒部分１４から離れる方向に、言い換えれば、筒部分１４の半径方向に外に向けて延びている。また、連続層２２，２４に属する補強繊維は、筒部分１４と板部分１８で連続し、この連続する補強繊維により、筒部分１４と板部分１８を引き離そうとする力に対抗する。

筒部分１４において、連続層２２，２４の内側には、周方向に連続した織物の繊維強化プラスチック（例えば炭素繊維強化プラスチック：ＣＦＲＰ）からなる内側層２６が配置される。この内側層２６が筒部分１４の内壁面を形成し、レール１２と接する。また、この内側層２６が連続して筒部分１４の左右の部分をつないでおり、これらを引き離そうとする力に対抗している。筒部分１４および板部分１８において、第１連続層２２の外側および、第２連続層２４の外側には、それぞれ第１外側層２８、第２外側層３０が配置される。第１および第２外側層２８，３０は、織物の繊維強化プラスチックでもよく、一方向材の繊維強化プラスチックでもよい。繊維の方向は、第１および第２連続層２２，２４の繊維の方向と同じ方向に強度が高くなる方向とすることが好ましい。

筒部分１４において、第１連続層２２は内側層２６と第１外側層２８に挟まれ、第２連続層２４は内側層２６と第２外側層３０に挟まれる。板部分１８においては、重ね合わされた第１連続層２２と第２連続層２４が、第１外側層２８と第２外側層３０に挟まれる。

側方板２０内部には、板部分１８を貫通して、板部分１８の左右に延びる側方心材４２が配置される。側方心材４２は、棒形状、または細い板形状であり、筒部分１４の延びる方向に複数本が間隔をあけて配置される。また、側方心材４２は、一方向材の繊維強化プラスチックとすることができる。側方心材４２は、スリット１６を広げ、板部分１８の層を剥がすように作用する力に対抗する。

図２〜図６は、この実施形態の繊維強化プラスチック部品１０の製造過程を説明する図である。まず、レール１２と同じ断面形状（特に、この例では円柱形状）の成形型３２の円柱側面に硬化前の織物の繊維強化プラスチック（例えば炭素繊維強化プラスチック：ＣＦＲＰ）を巻き付ける。これが硬化後には前述の内側層２６となる。ここでは、硬化前の状態においても、硬化後の部材名と符号を用いて説明する。図２に示すように、内側層２６は、周方向の一方（図中においては下方）が開口するよう、成形型３２に巻き付けられており、この開口が完成後のスリット１６となる。また、織物である内側層２６の縦横いずれか一方の補強繊維は、円筒側面周方向に延びるように配置される。縦横の強度が異なる場合は、周方向に高い強度が得られるように織物の内側層２６を配置することが好ましい。

第１および第２連続層２２，２４は、平らな板形状の部分と、円筒の一部の形状を有する部分とを含む。円筒の一部の形状を有する部分を、半円筒の部分と記すが、実際には、スリット１６を形成するために半円筒よりやや弧長が短くなっている。また、第１および第２連続層２２，２４は、板形状の部分と、半円筒の部分の縁同士を接続し、かつ板形状の部分が半円筒の部分の一つの半径の方向に沿う形で接続し、図３に示すような形状に、予備成形されている。前述のように、第１および第２連続層２２，２４は、一方向材よりなり、その補強繊維は、図３中の矢印Ｙで示す方向に配置されている。板形状の部分を重ね合わせ、また半円筒の部分の内側に前述の内側層２６を収容する。半円筒の部分の円弧長は、内側層２６の周長に対応し、半円筒の先端部分同士の間があく長さであり、この部分が後にスリット１６となる。また、第１および第２連続層２２，２４の板形状の部分には、後に側方板２０を支える側方心材４２を貫通させるための孔３４があけられている。

図４は、内側層２６を収容するように、第１連続層２２と第２連続層２４を重ね、更にその外側に織物の、または一方向材の繊維強化プラスチックを積層した状態を示している。第１連続層２２の上に重ねられる層は、前述の第１外側層２８の一部となる第１外側下層３６である。また、第２連続層２４の上に重ねられる層は、前述の第２外側層３０の一部となる第２外側下層３８である。第１および第２外側下層３６，３８にも、第１および第２連続層２２，２４と同じ位置に孔４０が設けられている。

次に、図５のように、第１、第２連続層および第１、第２外側下層が積層された板形状の部分の、これを貫通するように形成された孔３４，４０に、予備成形により硬化させた一方向材の繊維強化プラスチックからなる側方心材４２を貫通させる。さらに、図６に示すように、第１および第２外側下層３６，３８の上に、外側表層を重ねる。外側表層は、４つの部分があり、第１外側下層３６に対応して第１および第２外側表層４４，４６が設けられ、第２外側下層３８に対応して第３および第４外側表層４８，５０が設けられる。第１外側表層４４は、筒部分１４と、板部分１８のうち側方板２０までの部分に対応し、第２外側表層４６は、板部分１８のうち側方板２０より筒部分から離れた部分に対応する。これらの部分と、第１外側下層３６により第１外側層２８が形成される。第３外側表層４８は、筒部分１４と、板部分１８のうち側方板２０までの部分に対応し、第４外側表層５０は、板部分１８のうち側方板２０より筒部分から離れた部分に対応する。これらの部分と、第２外側下層３８により第２外側層３０が形成される。

さらに、第１および第２外側表層４４，４６は、図中板部分より左側の部分で側方心材４２を挟み、側方板２０となる部分を有する。また、第３および第４外側表層４８，５０も、更に側方心材４２を挟み、側方板２０となる部分を有する。これにより、板部分１８の層間を引き剥がそうとする力を側方心材４２で受けることができるようになり、この力に対抗することができる。第１から第４外側表層４４，４６，４８，５０は、織物の繊維強化プラスチックであることが好ましい。これら第１から第４外側表層を積層し、硬化させて、図１に示す繊維強化プラスチック部品が形成される。

第１および第２連続層２２，２４の補強繊維が、半円筒の部分と板形状の部分に連続して延びているので、筒部分１４と板部分１８を分離しようとする力に対し強度が高くなる。また、第１および第２外側下層３６，３８の補強繊維も、筒部分１４と板部分１８に連続して延びるようにしていることにより、これらの分離に対し強度が高くなる。側方心材４２は、第１から第４外側表層４４，４６，４８，５０と一体構造となることで、スリットを広げようとする力に対する強度が強くなる。

１０繊維強化プラスチック部品、１２レール、１４筒部分、１６スリット、１８板部分、２０側方板、２２，２４連続層、２６内側層、２８，３０外側層、３２成形型、３４孔、３６第１外側下層、３８第２外側下層、４０孔、４２側方心材、４４第１外側表層、４６第２外側表層、４８第３外側表層、５０第４外側表層。

Claims

長手方向に延びるスリットを有する筒部分と、筒部分の前記スリットと反対側の位置に接続され、前記長手方向に延びて配置される板部分と、筒部分に隣り合う位置において板部分に交差し、前記長手方向に延びて配置される側方板部と、を有する繊維強化プラスチック部品であって、
板部分の接続位置を境にした筒部分の一方の側面である第１側面において周方向に延び、連続して板部分において筒部分から離れる方向に延びる補強繊維を有する一方向材の第１連続層と、
筒部分の第１側面に対し反対側の第２側面において周方向に延び、連続して板部分において筒部分から離れる方向に延びる補強繊維を有する一方向材の第２連続層と、
を含み、
板部分において、第１および第２連続層が貼り合わされ、
筒部分において、
第１および第２連続層の内側に位置し、周方向に連続した内側層と、
筒部分および板部分において、第１連続層の外側に位置する第１外側層と、
筒部分および板部分において、第２連続層の外側に位置する第２外側層と、
を含み、
側方板部において、
板部分に交差し、かつ貫通する側方心材と、
板部分の表裏において、板部分に積層された部分から延び側方心材を挟んで位置する外側表層と、
を含む、
繊維強化プラスチック部品。