JP2000291203A - 断面リブをもつ繊維強化複合材横梁とその製造方法 - Google Patents

断面リブをもつ繊維強化複合材横梁とその製造方法

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政紀 島田
Hiromine Iwamori
浩峰 岩森
Toshikazu Takeda
敏和 竹田
Shunichi Usui
俊一 臼井
Masakimi Kobayashi
正公 小林
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 軽量で高強度、高弾性の要求が高まりつつあ
る建材構造材や高速鉄道車両等へ炭素繊維強化複合材を
適用するための梁の軸方向に垂直な中リブをもつことを
特徴とする断面リブをもつ繊維強化複合材横梁を提供す
るものである。 【解決手段】 金属マンドレル軸方向に垂直な繊維強化
複合材板を金属マンドレルに挟み込み、周囲を繊維に樹
脂を含浸させて補強した後、その外周に樹脂を含浸した
炭素繊維をフィラメントワインデンィング法で巻き付け
硬化することを特徴とする繊維強化複合材梁において、
梁の軸方向に垂直な中リブをもつことを特徴とする断面
リブをもつ繊維強化複合材横梁の製造方法。 【効果】 繊維強化複合材では、中空成形体であり横荷
重が集中的に加わる横梁には、なかなか適用されていな
かった分野に使用することができるようになった。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、軽量で高強度、高
弾性の要求が高まりつつある建材構造材や高速鉄道車両
等へ繊維強化複合材を適用するための梁の軸方向に垂直
な中リブをもつことを特徴とする断面リブをもつ繊維強
化複合材横梁を提供することにある。
【０００２】
【従来の技術】比強度、比剛性が優れた炭素繊維強化複
合材は、航空、宇宙用素材からスポーツ素材へ適用さ
れ、現在では一般用産業部材への適用が加速されつつあ
る。一般産業用では、炭素繊維と樹脂をマンドレル（金
属、セラミックスなど）に巻き取り円筒状の成形体を製
作するフィラメントワインディング法（以下、ＦＷ法と
も称する）において、成形の容易性や成形時間の速さに
優れるためロール分野を席捲しつつある。
【０００３】現在、炭素繊維強化複合材成形体は、比較
的荷重を受け持つ割合の低い部材に用いられてきたが、
炭素繊維の強度、弾性率と重量低減を生かした建築構造
物や高速鉄道車両等への適用が望まれている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の繊維強化複合材
では、連続繊維を有効に利用するマンドレルに巻き付け
る成形方法をとるため丸パイプ形状などの中空成形体で
あり、横荷重が集中的に加わる横梁には、なかなか適用
されていなかった。
【０００５】しかしながら、炭素繊維強化複合材の軽量
メリットをより引き出すために、集中荷重部へリブを設
けることは重要なポイントとなる。そこで、従来、内部
にアルミ部材を持ちその上に繊維を巻き付ける方法や、
特開平３−２３１０６３号公報のようにハニカム等の周
りに炭素繊維複合材を配する方法が提案されているが、
余分な重量も増やすことになり軽量化メリットが大きく
そがれることになっていた。また、特開平７−８０９４
８号公報では、梁の軸方向にリブを配する発明は提案さ
れていたが、梁の軸垂直方向のリブについてはみかけら
れない。
【０００６】本発明では、繊維強化複合材梁において、
梁の軸方向に垂直な中リブをもつ事を特徴とする断面リ
ブをもつ繊維強化複合材横梁を容易に提供することを目
的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の目的
は、（１） 繊維強化複合材梁において、梁の軸方向に
垂直な中リブをもつことを特徴とする断面リブをもつ繊
維強化複合材横梁により達成されるものである。
【０００８】また、本発明の他の目的は、（２） 金属
マンドレルの軸方向に垂直な繊維強化複合材板を金属マ
ンドレルにはさみこみ、周囲を繊維に樹脂を含浸させ補
強した後、その外周に樹脂を含浸した炭素繊維をフィラ
メントワインディング法で巻き付け硬化することを特徴
とする上記（１）に記載の繊維強化複合材横梁の製造方
法により達成されるものである。
【０００９】さらに、本発明の他の目的は、（３） 上
記（２）と同様な方法で製作した、断面リブをもつ繊維
強化複合材を繊維強化複合材梁内部に接着し、複数の中
リブを持たせることを特徴とする上記（１）に記載の繊
維強化複合材横梁の製造方法によっても達成されるもの
である。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
【００１１】本発明に用いられる補強用の繊維種は、炭
素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維などのいずれであっ
てもよく、また母材の樹脂は、エポキシ樹脂、フェノー
ル樹脂などの熱硬化性の樹脂のいずれであってもよい。
【００１２】また、本発明の梁の断面は、図３に示すよ
うに、円形、楕円形、角型のいずれの断面をもっていて
もよい。特に楕円形や角型においては、横荷重を受ける
部位にリブを配することは、応力集中に非常に有効であ
る。
【００１３】まず、繊維強化複合材のリブ用の板を応力
レベルにあわせ、繊維、積層角度、厚みを決め作製す
る。この繊維強化複合材板は、プレス、オートクレーブ
法等のいずれで製作してもよく、製作品の断面にあわせ
切断加工する。
【００１４】この繊維強化複合材板を金属マンドレルに
挟み込み、仮固定する。リブ位置は、中央でも端でも応
力の高い部位に金属マンドレル長さを変化させることに
より任意に設置できる。挟み込んだマンドレルをＦＷ法
において繊維に樹脂を含浸させたものを巻き付け、外層
の繊維強化複合材梁を図１のように、硬化製作する。
【００１５】硬化後、マンドレルを抜き、図２に示すよ
うな、横リブを１個もつ繊維強化複合材横梁を製作する
ことができる。
【００１６】外径寸法を合わせ別個に上記方法で複数の
横リブをもつ繊維強化複合材梁を作っておくと、図４に
示すように、複数の横リブを持った繊維強化複合材横梁
ができる。このとき、別に製作した横リブを持った繊維
強化複合材横梁と本体は、接着により接合する。
【００１７】
【実施例】以下、本発明の横リブを１個持つ繊維強化複
合材横梁の製造方法を実施例によって具体的に説明す
る。
【００１８】実施例 ２４ｔｏｎｆ／ｍｍ2の弾性率を持つ炭素繊維を使用し
た繊維強化エポキシ樹脂複合材の等方性板４ｍｍを製
作、短辺１４０ｍｍ、長辺４００ｍｍの楕円に加工し
た。
【００１９】このリブを軸長さ５００ｍｍの金属製マン
ドレルで挟み込み、固定後５０ｔｏｎｆ／ｍｍ2の弾性
率を持つ炭素繊維でマンドレル軸方向に垂直な方向に挟
んだ面の溝部にエポキシ樹脂を含浸した炭素繊維を巻き
付け、軸方向を０°としたとき、０°、４５°、９０°
の繊維方向に順次２ｍｍの肉厚にエポキシ樹脂を含浸し
た炭素繊維を巻き付けて、６ｍｍにした。
【００２０】１２０℃で２時間の硬化、冷却後マンドレ
ルを抜き試験体とした。
【００２１】比較例 リブがない状態でも同様の成形をして中空の楕円炭素繊
維樹脂複合材を比較例として作製した。
【００２２】長辺側より供試体中央に荷重を負荷した時
の強度比較を実施したが、リブがない比較例に対して実
施例のリブありは、変形も少なく約３倍の強度まで破壊
しなかった。
【００２３】
【発明の効果】本発明により、炭素繊維強化複合材梁に
おいて、梁の軸方向に垂直な中リブをもつことを特徴と
する断面リブをもつ繊維強化複合材横梁を容易に提供す
ることができるようになり、軽量で高強度、高弾性の要
求が高まりつつある建材構造材や高速鉄道車両等へ炭素
繊維強化複合材の適用が加速されることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、金属マンドレルに炭素繊維複合材を
積層したものを示す図である。
【図２】 図２は、マンドレルを脱芯後の完成した梁軸
方向断面を示す図である。
【図３】 図３は、側横断面の種類を示す図である。
【図４】 図４は、複数の繊維強化複合材横梁を配した
形状を示す図である。
【付号の説明】
１１…金属マンドレル、 １２…炭素繊維複合材製リブ、 １３…炭素繊維複合材梁、 ２１…炭素繊維複合材製リブ、 ２２…炭素繊維複合材梁、 ３１…円形炭素繊維複合材梁断面、 ３２…楕円炭素繊維複合材梁断面、 ３３…角型炭素繊維複合材梁断面、 ４１…炭素繊維複合材製リブ、 ４２…炭素繊維複合材梁。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 島田 政紀 東京都千代田区大手町２−６−３ 新日本 製鐵株式会社内 (72)発明者 岩森 浩峰 福岡県北九州市戸畑区大字中原46−59 新 日本製鐵株式会社エンジニアリング事業本 部内 (72)発明者 竹田 敏和 東京都千代田区大手町２−６−３ 新日本 製鐵株式会社内 (72)発明者 臼井 俊一 愛知県名古屋市中村区名駅１丁目１番４号 東海旅客鉄道株式会社内 (72)発明者 小林 正公 愛知県名古屋市熱田区三本松町１番１号 日本車輌製造株式会社内 Ｆターム(参考） 2E163 FA12 FE03 FF62 4F205 AA39 AD05 AD16 AG07 AG18 AG28 AH17 AH47 HA02 HA33 HA37 HB02 HC17 HL02

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 繊維強化複合材梁において、梁の軸方向
    に垂直な中リブをもつことを特徴とする断面リブをもつ
    繊維強化複合材横梁。
  2. 【請求項２】 金属マンドレルの軸方向に垂直な繊維強
    化複合材板を金属マンドレルに挟み込み、周囲を繊維に
    樹脂を含浸させ補強した後、その外周に樹脂を含浸した
    炭素繊維をフィラメントワインディング法で巻き付け硬
    化することを特徴とする請求項１に記載の繊維強化複合
    材横梁の製造方法。
  3. 【請求項３】 請求項２と同様な方法で製作した、断面
    リブをもつ繊維強化複合材を繊維強化複合材梁内部に接
    着することにおいて複数の中リブを多数個もつ請求項１
    に記載の繊維強化複合材横梁の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101242267B1 (ko) * 2006-12-06 2013-03-12 (주)엘지하우시스 복합재료를 사용하는 건축구조용 부재
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