JP7614060B2 - Composite Materials - Google Patents
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Description
本発明は、樹脂中に繊維を含む複合部材に関する。 The present invention relates to a composite material containing fibers in a resin.
特許文献1には、別部品を取り付ける締結部の繊維体積率を高くし、かつ該締結部への樹脂の含浸を抑制することで、ボルト孔を予め穿設しなくても容易にボルト締めすることを可能とする繊維強化樹脂部材が開示されている。当該繊維強化樹脂部材において、繊維密度の高い締結部に樹脂を含浸させれば、締結部の劣化及び変形が抑制される。 Patent Document 1 discloses a fiber-reinforced resin member that increases the fiber volume ratio of the fastening portion where a separate part is attached and suppresses the impregnation of the fastening portion with resin, thereby enabling easy bolt tightening without pre-drilling bolt holes. In this fiber-reinforced resin member, by impregnating the fastening portion with resin, deterioration and deformation of the fastening portion are suppressed.
しかし、特許文献1のような繊維強化樹脂部材では、繊維密度を高くすることにより、樹脂を含浸しても繊維間に樹脂が行き渡らない場合が生じ得る。すなわち、他の部材との締結部において、繊維密度を高くした結果、かえって繊維間の結合強度が弱くなり、締結部の劣化及び変形を引き起こす可能性がある。 However, in fiber-reinforced resin components such as those in Patent Document 1, increasing the fiber density may result in the resin not being able to penetrate between the fibers even when impregnated with resin. In other words, increasing the fiber density at the fastening portion with another component may actually weaken the bond strength between the fibers, which may cause deterioration and deformation of the fastening portion.
本発明は、締結部の劣化及び変形が抑制される複合部材を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a composite member that suppresses deterioration and deformation of the fastening parts.
請求項1に記載の複合部材は、母材としての樹脂及び前記樹脂中に繊維を含む本体部と、前記本体部において、ナノ材料が添加された前記繊維により構成され、他の部材と締結により固定するための締結部を含む第一領域と、前記本体部において前記第一領域の周囲に設けられ、前記第一領域よりも前記ナノ材料が添加された前記繊維が少ない第二領域と、を有している。 The composite member described in claim 1 has a main body portion containing resin as a base material and fibers in the resin, a first region in the main body portion that is composed of the fibers to which nanomaterial has been added and that includes a fastening portion for fastening to another member, and a second region in the main body portion that is provided around the first region and that contains fewer fibers to which nanomaterial has been added than in the first region.
請求項1に記載の複合部材は、樹脂中に繊維を含んでおり、本体部に設けられた締結部において他の部材と締結される。また、当該複合部材の本体部は、締結部を有する第一領域と、第一領域の周囲に設けられた第二領域を有している。この第一領域に含まれる繊維には、第二領域に含まれる繊維よりも多くのナノ材料が添加されていることから、締結部におけるナノ材料の密度は周辺部よりも高い。そのため、当該複合部材によれば、繊維間の結合強度を確保でき、締結部の劣化及び変形を抑制することができる。 The composite member described in claim 1 contains fibers in a resin, and is fastened to another member at a fastening portion provided in the main body. The main body of the composite member has a first region having a fastening portion, and a second region provided around the first region. Since the fibers included in the first region contain more nanomaterial than the fibers included in the second region, the density of the nanomaterial in the fastening portion is higher than in the surrounding area. Therefore, with this composite member, the bonding strength between the fibers can be ensured, and deterioration and deformation of the fastening portion can be suppressed.
請求項2に記載の複合部材は、請求項1に記載の複合部材において、前記第一領域と前記第二領域との境界部は、締結方向に対して傾斜している。 The composite member described in claim 2 is the composite member described in claim 1, in which the boundary between the first region and the second region is inclined with respect to the fastening direction.
請求項2に記載の複合部材によれば、ナノ材料の添加度合が異なる二つの領域同士の接着面積を確保することができ、両領域の境界における接合強度が確保される。 The composite member described in claim 2 can ensure the adhesion area between two regions with different levels of nanomaterial addition, and ensure the bonding strength at the boundary between the two regions.
請求項3に記載の複合部材は、請求項1又は2に記載の複合部材において、前記締結部における前記第一領域の厚さは、前記本体部の厚さの半分以上を占める。 The composite member described in claim 3 is the composite member described in claim 1 or 2, in which the thickness of the first region in the fastening portion is equal to or greater than half the thickness of the main body portion.
請求項3に記載の複合部材によれば、第一領域の厚さの下限を本体部の厚さの半分とすることにより、コストの高いナノ材料の使用量を抑えつつ、締結部の劣化及び変形を抑制することができる。 According to the composite member described in claim 3, by setting the lower limit of the thickness of the first region to half the thickness of the main body, it is possible to suppress deterioration and deformation of the fastening portion while reducing the amount of expensive nanomaterial used.
請求項4に記載の複合部材は、請求項1~3の何れか1項に記載の複合部材において、前記第一領域の外縁は、前記締結部において締結されるボルトの径をDとすると、1.5Dから5Dの範囲にある。 The composite member described in claim 4 is the composite member described in any one of claims 1 to 3, in which the outer edge of the first region is in the range of 1.5D to 5D, where D is the diameter of the bolt fastened in the fastening portion.
請求項4に記載の複合部材によれば、第一領域の範囲をボルトの径の1.5倍から5倍の範囲に設定することにより、コストの高いナノ材料の使用量を抑えつつ、締結部の劣化及び変形を抑制することができる。 According to the composite member described in claim 4, by setting the range of the first region to a range of 1.5 to 5 times the diameter of the bolt, it is possible to suppress deterioration and deformation of the fastening portion while reducing the amount of costly nanomaterial used.
請求項5に記載の複合部材は、請求項1~4の何れか1項に記載の複合部材において、前記第一領域と前記第二領域との境界部付近における前記第二領域では、前記ナノ材料が添加された前記繊維と前記ナノ材料が添加されていない前記繊維とが混在し、前記第二領域において前記境界部から離れた場所では、前記ナノ材料が添加されていない前記繊維により構成されている。 The composite material described in claim 5 is the composite material described in any one of claims 1 to 4, in which the fibers to which the nanomaterial has been added and the fibers to which the nanomaterial has not been added are mixed in the second region near the boundary between the first region and the second region, and the fibers to which the nanomaterial has not been added are composed of the fibers to which the nanomaterial has not been added in places in the second region away from the boundary.
請求項5に記載の複合部材によれば、第一領域と第二領域との境界部におけるナノ材料の添加度合の急激な変化を抑制することにより、境界部における剥離を抑制することができる。 According to the composite material described in claim 5, by suppressing a sudden change in the degree of nanomaterial addition at the boundary between the first region and the second region, peeling at the boundary can be suppressed.
請求項6に記載の複合部材は、請求項1~5の何れか1項に記載の複合部材において、前記ナノ材料は天然素材由来である。 The composite material described in claim 6 is the composite material described in any one of claims 1 to 5, in which the nanomaterial is derived from a natural material.
請求項6に記載の複合部材によれば、ナノ材料としてカーボンナノチューブを使用する場合と比べて、コストの増加を抑えることができ、さらに、カーボンニュートラルを実現することができる。 The composite member described in claim 6 can suppress cost increases compared to using carbon nanotubes as the nanomaterial, and can also achieve carbon neutrality.
本発明によれば、締結部の繊維密度を高めることができる。 The present invention allows for increased fiber density in the fastening section.
[第1の実施形態]
図1及び図2には、本実施形態のパネル10と、パネル10が固定されているリインフォース30と、が図示されている。リインフォース30は、他の部材の一例である。複合部材としてのパネル10は、炭素繊維強化樹脂(CFRP:Carbon Fiber Reinforced Plastics)により構成される本体部12を含んでいる。本体部12は、ボルト42が挿通される挿通孔14Aを有しており、ボルト42がナット44と螺合されることにより、締結力が及ぶ部分が締結部14として構成される。ここで、締結力が及ぶ部分とは、挿通孔14Aの周辺部であって、少なくともボルト42の頭部が接する範囲を含む。
[First embodiment]
1 and 2 show a panel 10 of the present embodiment and a reinforcement 30 to which the panel 10 is fixed. The reinforcement 30 is an example of another member. The panel 10 as a composite member includes a main body 12 made of carbon fiber reinforced plastics (CFRP). The main body 12 has an insertion hole 14A through which a bolt 42 is inserted, and the bolt 42 is screwed into a nut 44 to form a portion to which a fastening force is applied as a fastening portion 14. Here, the portion to which the fastening force is applied is a peripheral portion of the insertion hole 14A, and includes at least a range in contact with the head of the bolt 42.
図2に示されるように、パネル10の本体部12は、締結部14を含む第一領域12Aと、第一領域の周囲に設けられた第二領域12Bと、を有している。本実施形態において、第一領域12Aと第二領域12Bとの境界である境界部12Cは、ボルト42の締結方向、すなわち軸方向に対して傾斜している。詳しくは、本体部12の下方から上方に向かうにつれて、挿通孔14Aから遠ざかる方向に傾斜している。 As shown in FIG. 2, the main body 12 of the panel 10 has a first region 12A including the fastening portion 14, and a second region 12B provided around the first region. In this embodiment, the boundary portion 12C between the first region 12A and the second region 12B is inclined with respect to the fastening direction of the bolt 42, i.e., the axial direction. More specifically, it is inclined in a direction away from the insertion hole 14A as it goes from the bottom to the top of the main body 12.
また、パネル10は、母材としての樹脂20と、樹脂20中に含まれる繊維である炭素繊維22とを含む。なお、図2においては、炭素繊維22の延在方向が図面の表裏に延びる一方向に設定されているが、この限りではなく、炭素繊維22は、層毎に延在方向を変えてもよいし、縦横に織られた織物状にしてもよい(他の実施形態も同様である)。ここで、第一領域12Aにおける炭素繊維22は、その表面にナノ材料であるカーボンナノチューブ24が添加されている。なお、炭素繊維22にカーボンナノチューブ24が添加されている状態は、炭素繊維22の表面にカーボンナノチューブ24が付着されている態様のみならず、炭素繊維22の表面及びその周囲にカーボンナノチューブ24が分散して存在する態様を含む。一方、第二領域12Bにおける炭素繊維22には、カーボンナノチューブ24が添加されていない。 The panel 10 also includes resin 20 as a base material and carbon fibers 22, which are fibers contained in the resin 20. In FIG. 2, the extension direction of the carbon fibers 22 is set to one direction extending from the front to the back of the drawing, but this is not limited thereto, and the extension direction of the carbon fibers 22 may be changed for each layer, or the carbon fibers 22 may be woven vertically and horizontally (the same applies to other embodiments). Here, the carbon fibers 22 in the first region 12A have carbon nanotubes 24, which are nanomaterials, added to their surfaces. The state in which the carbon nanotubes 24 are added to the carbon fibers 22 includes not only a state in which the carbon nanotubes 24 are attached to the surface of the carbon fibers 22, but also a state in which the carbon nanotubes 24 are dispersed on and around the surface of the carbon fibers 22. On the other hand, the carbon nanotubes 24 are not added to the carbon fibers 22 in the second region 12B.
なお、第一領域12Aよりもカーボンナノチューブ24が添加された炭素繊維22の重量比が少なければ、第二領域12Bにおける炭素繊維22にカーボンナノチューブ24が添加されていてもよい。 In addition, if the weight ratio of the carbon fibers 22 to which the carbon nanotubes 24 have been added is smaller than that in the first region 12A, the carbon nanotubes 24 may be added to the carbon fibers 22 in the second region 12B.
本実施形態のパネル10は、炭素繊維22に樹脂20を含浸させたプリプレグを積層した後、プレスにより成型することで製造することができる。ここで、第一領域12Aを構成するプリプレグにおける炭素繊維22は、その表面に予めカーボンナノチューブ24が添加されている。また、締結部14付近では、カーボンナノチューブ24を有するプリプレグを挿通孔14Aの径方向にずらしながら積層することで、傾斜した境界部12Cを形成することができる。 The panel 10 of this embodiment can be manufactured by stacking prepregs in which carbon fibers 22 are impregnated with resin 20, and then molding by pressing. Here, the carbon fibers 22 in the prepregs that make up the first region 12A have carbon nanotubes 24 added to their surfaces in advance. In addition, near the fastening portion 14, a slanted boundary portion 12C can be formed by stacking the prepregs with carbon nanotubes 24 while shifting them radially of the insertion hole 14A.
なお、パネル10の本体部12は、本体部12の形状とされた炭素繊維22の成型体に液状の樹脂を含浸させる製法、SMC(Sheet Molding Compound)をプレス成型する製法、により製造してもよい。 The main body 12 of the panel 10 may be manufactured by a method of impregnating a molded body of carbon fiber 22 shaped to the main body 12 with liquid resin, or by press molding a sheet molding compound (SMC).
以上、本実施形態では、第一領域12Aに含まれる炭素繊維22にはカーボンナノチューブ24が添加されており、第二領域12Bに含まれる炭素繊維22にはカーボンナノチューブ24が添加されていない。そのため、締結部14におけるカーボンナノチューブ24の密度は締結部14の周辺部よりも高い。 As described above, in this embodiment, carbon nanotubes 24 are added to the carbon fibers 22 contained in the first region 12A, and carbon nanotubes 24 are not added to the carbon fibers 22 contained in the second region 12B. Therefore, the density of the carbon nanotubes 24 in the fastening portion 14 is higher than that in the surrounding area of the fastening portion 14.
例えば、特開2019-59871号公報に開示されるように、炭素繊維強化樹脂において、炭素繊維の表面にカーボンナノチューブを設けることで、母材の樹脂に対する剥離強度が向上し、機械的強度が向上することが知られている。そのため、本実施形態のように、締結力が及ぶ締結部14付近において、表面にカーボンナノチューブ24が添加された炭素繊維22を使用することにより、炭素繊維22の密度を増さなくても本体部12の機械的強度を向上させることができる。これにより、締結部14の劣化及び変形を抑制することができる。 For example, as disclosed in JP 2019-59871 A, it is known that in carbon fiber reinforced resin, providing carbon nanotubes on the surface of the carbon fiber improves the peel strength against the base resin and improves the mechanical strength. Therefore, as in this embodiment, by using carbon fibers 22 with carbon nanotubes 24 added to the surface near the fastening portion 14 where the fastening force is applied, the mechanical strength of the main body portion 12 can be improved without increasing the density of the carbon fibers 22. This makes it possible to suppress deterioration and deformation of the fastening portion 14.
また、炭素繊維22の密度を増さなくても本体部12の機械的強度を向上させることができるため、上述した樹脂20を含浸させる製法によりパネル10を製造する場合には、樹脂20の含浸不足が抑制される。さらに、本実施形態は、挿通孔14Aに金属カラー等を設けて締結部14の劣化及び変形を抑制する場合に比べて、金属カラー等の追加の部品や製造時の追加の工数が不要となるため、コスト面で有利である。 In addition, since the mechanical strength of the main body 12 can be improved without increasing the density of the carbon fibers 22, insufficient impregnation of the resin 20 is suppressed when the panel 10 is manufactured by the above-mentioned method of impregnating the resin 20. Furthermore, this embodiment is advantageous in terms of cost because it does not require additional parts such as metal collars or additional manufacturing steps compared to the case where deterioration and deformation of the fastening portion 14 are suppressed by providing a metal collar or the like in the insertion hole 14A.
一方、カーボンナノチューブ24に代表されるナノ材料は一般的に高価であり、ナノ材料を部品全体に使用した場合、コストの面から用途が限られるという課題がある。これに対して、本実施形態は、締結部14を含む第一領域12Aにのみカーボンナノチューブ24を添加したので、本体部12全体にカーボンナノチューブ24を使用する場合に比して、製造コストが抑制される。 On the other hand, nanomaterials such as carbon nanotubes 24 are generally expensive, and there is an issue that applications are limited due to cost when nanomaterials are used for the entire part. In contrast, in this embodiment, carbon nanotubes 24 are added only to the first region 12A including the fastening portion 14, so manufacturing costs are reduced compared to when carbon nanotubes 24 are used for the entire main body portion 12.
また、炭素繊維強化樹脂において、機械的強度の異なる複数の領域がある場合、領域同士の境界部において接合強度を確保することが難しい。これに対し、本実施形態のパネル10では、第一領域12Aと第二領域12Bとの境界である境界部12Cは、ボルト42の締結方向である軸方向に対して傾斜している。そのため、本実施形態によれば、境界部12Cが締結方向に沿って垂直に形成される場合に比べて、第一領域12Aと第二領域12Bとの接着面積を確保することができ、両者の接合強度が確保される。 In addition, when carbon fiber reinforced resin has multiple regions with different mechanical strengths, it is difficult to ensure the bonding strength at the boundary between the regions. In contrast, in the panel 10 of this embodiment, the boundary 12C between the first region 12A and the second region 12B is inclined with respect to the axial direction, which is the fastening direction of the bolt 42. Therefore, according to this embodiment, the bonding area between the first region 12A and the second region 12B can be secured, and the bonding strength between the two can be secured, compared to when the boundary 12C is formed perpendicular to the fastening direction.
[第2の実施形態]
第2の実施形態は、第1の実施形態と第一領域12A及び第二領域12Bの配置が異なる。以下、第1の実施形態との相違点について説明する。なお、第1の実施形態と同一の構成については、第1の実施形態と同一の符号を付しており、詳細な説明については省略する。
Second Embodiment
The second embodiment differs from the first embodiment in the arrangement of the first region 12A and the second region 12B. The differences from the first embodiment will be described below. Note that the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment, and detailed description thereof will be omitted.
図3に示されるように、本実施形態では、挿通孔14Aが第一領域12A及び第二領域12Bに跨るように配置されており、締結部14は第一領域12A及び第二領域12Bの双方に含まれている。そして、本体部12の厚さ方向に対する第一領域12Aが配置される範囲が、本体部12の厚さで規定されている。具体的に、締結部14における第一領域12Aの厚さt1、t2は本体部12の厚さTの8割~9割の範囲内に設定されている。なお、図3において、第一領域12Aの厚さt1は、締結部14の径方向内側の厚さであり、第一領域12Aの厚さt2は、締結部14の径方向外側の厚さである。 As shown in FIG. 3, in this embodiment, the insertion hole 14A is arranged to straddle the first region 12A and the second region 12B, and the fastening portion 14 is included in both the first region 12A and the second region 12B. The range in which the first region 12A is arranged in the thickness direction of the main body portion 12 is determined by the thickness of the main body portion 12. Specifically, the thicknesses t1 and t2 of the first region 12A in the fastening portion 14 are set within a range of 80% to 90% of the thickness T of the main body portion 12. In FIG. 3, the thickness t1 of the first region 12A is the thickness on the radial inner side of the fastening portion 14, and the thickness t2 of the first region 12A is the thickness on the radial outer side of the fastening portion 14.
本実施形態のような構造を有する締結部14では、第一領域12Aの厚さt1、t2を本体部12の厚さTの半分以上とすることで、機械的強度を確保することができる。そのため、本実施形態のパネル10によれば、本体部12の厚さ方向における第一領域12Aを減らすことにより、コストの高いカーボンナノチューブ24の使用量を抑えつつ、締結部14の劣化及び変形を抑制することができる。その他、本実施形態では、第1の実施形態と同様の効果を有する。 In the fastening portion 14 having the structure of this embodiment, the thicknesses t1 and t2 of the first region 12A are set to at least half the thickness T of the main body portion 12, thereby ensuring mechanical strength. Therefore, according to the panel 10 of this embodiment, by reducing the first region 12A in the thickness direction of the main body portion 12, it is possible to suppress deterioration and deformation of the fastening portion 14 while reducing the amount of carbon nanotubes 24 used, which are expensive. In addition, this embodiment has the same effects as the first embodiment.
[第3の実施形態]
第3の実施形態は、第1及び第2の実施形態と第一領域12A及び第二領域12Bの配置が異なる。以下、第1の実施形態との相違点について説明する。なお、第1の実施形態と同一の構成については、第1の実施形態と同一の符号を付しており、その詳細な説明については省略する。
[Third embodiment]
The third embodiment differs from the first and second embodiments in the arrangement of the first region 12A and the second region 12B. The differences from the first embodiment will be described below. Note that the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment, and detailed description thereof will be omitted.
図4に示されるように、本実施形態では、挿通孔14Aが第一領域12Aに配置されているものの、締結部14は第一領域12A及び第二領域12Bの双方に含まれている。そして、本体部12の幅方向に対する第一領域12Aが配置される範囲が、ボルト42の径で規定されている。具体的に、締結部14における第一領域12Aの外縁の外径dはボルト42の径をDとすると、1.5Dから5Dの範囲に設定されている。 As shown in FIG. 4, in this embodiment, the insertion hole 14A is disposed in the first region 12A, but the fastening portion 14 is included in both the first region 12A and the second region 12B. The range in which the first region 12A is disposed in the width direction of the main body 12 is determined by the diameter of the bolt 42. Specifically, the outer diameter d of the outer edge of the first region 12A in the fastening portion 14 is set in the range of 1.5D to 5D, where D is the diameter of the bolt 42.
本実施形態のような構造を有する締結部14では、第一領域12Aの外径dをボルト42の径Dの1.5倍から5倍の範囲に設定することで、機械的強度を確保することができる。そのため、本実施形態のパネル10によれば、本体部12の幅方向における第一領域12Aを減らすことにより、コストの高いカーボンナノチューブ24の使用量を抑えつつ、締結部の劣化及び変形を抑制することができる。その他、本実施形態では、第1の実施形態と同様の効果を有する。 In the fastening portion 14 having the structure of this embodiment, the outer diameter d of the first region 12A is set in the range of 1.5 to 5 times the diameter D of the bolt 42, thereby ensuring mechanical strength. Therefore, according to the panel 10 of this embodiment, by reducing the first region 12A in the width direction of the main body portion 12, it is possible to suppress deterioration and deformation of the fastening portion while reducing the amount of carbon nanotubes 24 used, which are expensive. In addition, this embodiment has the same effects as the first embodiment.
[第4の実施形態]
第4の実施形態は、第1の実施形態と第一領域12A及び第二領域12Bの境界部12C付近の構造が異なる。以下、第1の実施形態との相違点について説明する。なお、第1の実施形態と同一の構成については、第1の実施形態と同一の符号を付しており、その詳細な説明については省略する。
[Fourth embodiment]
The fourth embodiment is different from the first embodiment in the structure near the boundary 12C between the first region 12A and the second region 12B. The differences from the first embodiment will be described below. Note that the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment, and detailed description thereof will be omitted.
図5に示されるように、本実施形態では、境界部12C付近の第二領域12Bでは、カーボンナノチューブ24が添加された炭素繊維22とカーボンナノチューブ24が添加されていない炭素繊維22とが混在している。また、第二領域12Bにおいて境界部12Cから離れた場所では、カーボンナノチューブ24が添加された炭素繊維22は存在しない。 As shown in FIG. 5, in this embodiment, in the second region 12B near the boundary 12C, carbon fibers 22 to which carbon nanotubes 24 have been added and carbon fibers 22 to which carbon nanotubes 24 have not been added are mixed. Furthermore, in the second region 12B, in places away from the boundary 12C, carbon fibers 22 to which carbon nanotubes 24 have been added are not present.
本実施形態によれば、第一領域12Aと第二領域12Bとの境界である境界部12Cにおけるカーボンナノチューブ24の添加度合の急激な変化を抑制することにより、境界部12Cにおける剥離を抑制することができる。 According to this embodiment, by suppressing a sudden change in the degree of addition of carbon nanotubes 24 at boundary portion 12C, which is the boundary between first region 12A and second region 12B, peeling at boundary portion 12C can be suppressed.
[第5の実施形態]
上記第4の実施形態では、ナノ材料としてカーボンナノチューブを使用したが、第5の実施形態では、ナノ材料として天然素材由来のセルロースナノファイバーを使用している。なお、ナノ材料の素材以外の構造については、第4の実施形態と同様につき、詳細な説明は割愛する。
[Fifth embodiment]
In the fourth embodiment, carbon nanotubes are used as the nanomaterial, but in the fifth embodiment, cellulose nanofibers derived from natural materials are used as the nanomaterial. Note that the structure other than the nanomaterial is the same as in the fourth embodiment, so detailed description will be omitted.
本実施形態においても、第4の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。なお、セルロースナノファイバーもカーボンナノチューブと同様に高価な材料であるが、セルロースナノファイバーの場合も、カーボンナノチューブと同様、添加量が少なくて済む。そのため、本実施形態によれば、パネル10のコスト増を抑えることができる。また、セルロースナノファイバーは植物由来の天然素材である。すなわち、植物の成長過程で光合成により二酸化炭素が吸収されるため、ナノ材料としてセルロースナノファイバーを使用することで、いわゆるカーボンニュートラルを実現することができる。 In this embodiment, the same effect as in the fourth embodiment can be obtained. Note that, like carbon nanotubes, cellulose nanofibers are also expensive materials, but like carbon nanotubes, only a small amount of cellulose nanofiber needs to be added. Therefore, according to this embodiment, the increase in cost of the panel 10 can be suppressed. Also, cellulose nanofibers are natural materials derived from plants. That is, because carbon dioxide is absorbed by photosynthesis during the growth process of plants, so-called carbon neutrality can be achieved by using cellulose nanofibers as a nanomaterial.
なお、第1~第3の実施形態においても、カーボンナノチューブに代えてセルロースナノファイバーを使用してもよい。この場合も、各実施形態の効果に加えて、コスト増の抑制及びカーボンニュートラルの実現を図ることができる。 In the first to third embodiments, cellulose nanofibers may be used instead of carbon nanotubes. In this case, in addition to the effects of each embodiment, it is possible to suppress cost increases and achieve carbon neutrality.
以下、本発明の実施例について、表1及び表2を用いて説明する。なお、各表における「CNT」に表記はカーボンナノチューブの略称を示し、「CNF」はセルロースナノファイバーの略称を指す。 Below, examples of the present invention will be described with reference to Tables 1 and 2. In each table, "CNT" stands for carbon nanotube, and "CNF" stands for cellulose nanofiber.
表1は、実施例1~実施例5の構造及び効果をまとめた表である。実施例1は図2に示す第1の実施形態と同様の構造である。実施例2は図3に示す第2の実施形態と同様の構造であって、締結部14における第一領域12Aの厚さが本体部12の5割に設定されている。実施例3は図4に示す第3の実施形態と同様の構造であって、締結部14における第一領域12Aの面積がボルト42の1.2倍となるように設定されている。実施例4は図5に示す第4の実施形態と同様の構造であって、境界部12C付近においてカーボンナノチューブ24が混在している。実施例5は、実施例4と同様の構造であって、カーボンナノチューブ24に代えてセルロースナノファイバーを使用している。 Table 1 summarizes the structures and effects of Examples 1 to 5. Example 1 has a structure similar to that of the first embodiment shown in FIG. 2. Example 2 has a structure similar to that of the second embodiment shown in FIG. 3, in which the thickness of the first region 12A in the fastening portion 14 is set to 50% of the main body portion 12. Example 3 has a structure similar to that of the third embodiment shown in FIG. 4, in which the area of the first region 12A in the fastening portion 14 is set to 1.2 times that of the bolt 42. Example 4 has a structure similar to that of the fourth embodiment shown in FIG. 5, in which carbon nanotubes 24 are mixed in near the boundary portion 12C. Example 5 has a structure similar to that of Example 4, in which cellulose nanofibers are used instead of the carbon nanotubes 24.
各実施例によれば、締結部においてカーボンナノチューブ24又はセルロースナノファイバーを含むことにより、ボルト42締結後100日後であっても接合強度を確保することができ、かつコストを低減することができる。なお、実施例2については、締結部14の厚さ方向にカーボンナノチューブ24を含まない第二領域12Bが含まれるため、他の実施例と比べて、接合強度は低いものの、カーボンナノチューブ24の使用量が低減した分、コストは有利である。 According to each embodiment, by including carbon nanotubes 24 or cellulose nanofibers in the fastening portion, it is possible to ensure the joint strength even 100 days after the bolt 42 is fastened, and to reduce costs. Note that in the case of embodiment 2, since the fastening portion 14 includes a second region 12B in the thickness direction that does not include carbon nanotubes 24, the joint strength is lower than in the other embodiments, but the amount of carbon nanotubes 24 used is reduced, which is advantageous in terms of cost.
表2は、比較例1~比較例6の構造及び効果をまとめた表である。比較例1は樹脂20中に炭素繊維22を含んでおらず、挿通孔14Aに金属カラーを設けた例である。比較例2はカーボンナノチューブ24を添加していない炭素繊維22により本体部12を形成した例である。比較例3は、炭素繊維22を含まず、カーボンナノチューブ24を含有させた樹脂20により本体部12全体を形成した例である。比較例4~比較例6は、カーボンナノチューブ24を添加した炭素繊維22を本体部12全体で使用した例である。 Table 2 summarizes the structures and effects of Comparative Examples 1 to 6. Comparative Example 1 is an example in which the resin 20 does not contain carbon fiber 22, and a metal collar is provided in the insertion hole 14A. Comparative Example 2 is an example in which the main body 12 is formed from carbon fiber 22 to which no carbon nanotubes 24 have been added. Comparative Example 3 is an example in which the entire main body 12 is formed from resin 20 that does not contain carbon fiber 22, but does contain carbon nanotubes 24. Comparative Examples 4 to 6 are examples in which carbon fiber 22 to which carbon nanotubes 24 have been added is used for the entire main body 12.
比較例1によれば、金属カラーを挿通孔14Aに接着する等で工数が増すため、各実施例に比べてコスト面で不利である。比較例2によれば、炭素繊維22の密度を増したもののカーボンナノチューブ24を含んでおらず、ボルト42を締結してから100日後の接合強度が低下するため、ボルト42が緩む。これは、締結部14においてクリープが発生していることによる。比較例3によれば、炭素繊維22を含んでいない場合であっても接合強度をある程度確保することができる。ただし、カーボンナノチューブ24の含有量が多いため、コスト面では最も不利である。比較例4~比較例6は、本体部12全体にカーボンナノチューブ24を含むため、接合強度をある程度確保することができるものの、各実施例に比べてコスト面では不利となる。 Comparative Example 1 is disadvantageous in terms of cost compared to the other Examples, because the number of steps increases due to gluing the metal collar to the insertion hole 14A, etc.Comparative Example 2 increases the density of the carbon fiber 22, but does not contain carbon nanotubes 24, and the joint strength decreases 100 days after the bolt 42 is fastened, causing the bolt 42 to loosen. This is due to creep occurring in the fastening portion 14.Comparative Example 3 is able to ensure a certain level of joint strength even without containing carbon fiber 22. However, because it contains a large amount of carbon nanotubes 24, it is the most disadvantageous in terms of cost.Comparative Examples 4 to 6 contain carbon nanotubes 24 throughout the main body 12, so they are able to ensure a certain level of joint strength, but are disadvantageous in terms of cost compared to the other Examples.
以上、各実施例によれば、各比較例に比べてコストを上げることなく接合強度を確保することが出る。つまり、締結部14の劣化及び変形が抑制される。 As described above, according to each embodiment, it is possible to ensure the joining strength without increasing the cost compared to each comparative example. In other words, deterioration and deformation of the fastening portion 14 are suppressed.
[備考]
上記各実施形態では、複合部材としてのパネル10が炭素繊維強化樹脂(CFRP:Carbon Fiber Reinforced Plastics)により構成される例を説明したが、この限りではない。例えば、ガラス繊維強化樹脂材(GFRP:Glass Fiber Reinforced Plastics)により、パネル10を製造してもよい。
[remarks]
In each of the above-described embodiments, the panel 10 as a composite member is made of carbon fiber reinforced plastics (CFRP), but this is not limiting. For example, the panel 10 may be made of glass fiber reinforced plastics (GFRP).
なお、上記第1~第4の実施形態では(図2~図5においては)、炭素繊維22の表面にカーボンナノチューブ24が付着されている態様を図示しているが、これに限らず、炭素繊維22の表面及びその周囲にカーボンナノチューブ24が分散して存在してもよい。この場合、第一領域12Aでは炭素繊維22同士の間にもカーボンナノチューブ24が存在する。第5の実施形態のように、ナノ材料としてカーボンナノチューブに代えてセルロースナノファイバーを適用する場合においても同様にセルロースナノファイバーを分散させてもよい。 In the above first to fourth embodiments (FIGS. 2 to 5), the carbon nanotubes 24 are shown attached to the surface of the carbon fibers 22, but this is not limiting, and the carbon nanotubes 24 may be present dispersed on the surface of the carbon fibers 22 and in their surroundings. In this case, the carbon nanotubes 24 are also present between the carbon fibers 22 in the first region 12A. As in the fifth embodiment, the cellulose nanofibers may also be dispersed in the same manner when cellulose nanofibers are used as the nanomaterial instead of carbon nanotubes.
また、第1~第4の実施形態では、ナノ材料としてカーボンナノチューブ24を使用した。さらに、第5の実施形態では、ナノ材料としてセルロースナノファイバーを使用した。しかし、この限りではなく、例えば、フラーレン等の他のナノ材料を使用してもよい。 In the first to fourth embodiments, carbon nanotubes 24 are used as the nanomaterial. Furthermore, in the fifth embodiment, cellulose nanofibers are used as the nanomaterial. However, this is not limited thereto, and other nanomaterials such as fullerenes may also be used.
上記の第2~第4の実施形態は、それぞれ組み合わせて構成してもよい。例えば、第2又は第3の実施形態の境界部12C付近において、カーボンナノチューブ24が添加された炭素繊維22とカーボンナノチューブ24が添加されていない炭素繊維22とを混在させてもよい。なお、ナノ材料としてカーボンナノチューブに代えてセルロースナノファイバーを適用する場合においても各実施形態の態様を組み合わせてもよい。 The second to fourth embodiments described above may be configured in combination with each other. For example, carbon fibers 22 to which carbon nanotubes 24 have been added may be mixed with carbon fibers 22 to which carbon nanotubes 24 have not been added near the boundary portion 12C of the second or third embodiment. Note that the aspects of each embodiment may also be combined when cellulose nanofibers are used as the nanomaterial instead of carbon nanotubes.
本発明は、車両の構造部品の接合に好適である。例えば、隔壁とリインフォースとの接合に適用することができる。本発明を車両の構造部品に適用した場合、締結部14における強度が確保され、締結部14の劣化及び変形が抑制されるため、車体の捻り剛性は増加する。 The present invention is suitable for joining structural parts of a vehicle. For example, it can be applied to joining a bulkhead and a reinforcement. When the present invention is applied to structural parts of a vehicle, the strength of the fastening portion 14 is ensured, and deterioration and deformation of the fastening portion 14 are suppressed, thereby increasing the torsional rigidity of the vehicle body.
10 パネル(複合部材)
12 本体部
12A 第一領域
12B 第二領域
12C 境界部
14 締結部
20 樹脂
22 炭素繊維(繊維)
24 カーボンナノチューブ(ナノ材料)
30 リインフォース(他の部材)
42 ボルト
10 Panel (composite material)
12 Main body portion 12A First region 12B Second region 12C Boundary portion 14 Fastening portion 20 Resin 22 Carbon fiber (fiber)
24 Carbon nanotubes (nanomaterials)
30 Reinforcement (other components)
42 Volts
Claims (5)
前記本体部において、ナノ材料が添加された前記繊維により構成され、他の部材と締結により固定するための締結部を含む第一領域と、
前記本体部において前記第一領域の周囲に設けられ、前記第一領域よりも前記ナノ材料が添加された前記繊維が少ない第二領域と、
を有し、
前記第一領域と前記第二領域との境界部付近における前記第二領域では、前記ナノ材料が添加された前記繊維と前記ナノ材料が添加されていない前記繊維とが混在し、
前記第二領域において前記境界部から離れた場所では、前記ナノ材料が添加されていない前記繊維により構成されている、複合部材。 A main body portion including a resin as a base material and fibers in the resin;
A first region in the main body portion is made of the fiber to which a nanomaterial is added and includes a fastening portion for fastening the main body portion to another member;
a second region provided around the first region in the main body and having fewer fibers to which the nanomaterial is added than in the first region;
having
In the second region near the boundary between the first region and the second region, the fibers to which the nanomaterial has been added and the fibers to which the nanomaterial has not been added are mixed,
A composite member , wherein in the second region, in areas away from the boundary portion, the fibers are composed of fibers to which the nanomaterial is not added .
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