JP2681553B2 - 繊維強化樹脂製管状構造部材 - Google Patents

繊維強化樹脂製管状構造部材

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JP2681553B2 JP3140466A JP14046691A JP2681553B2 JP 2681553 B2 JP2681553 B2 JP 2681553B2 JP 3140466 A JP3140466 A JP 3140466A JP 14046691 A JP14046691 A JP 14046691A JP 2681553 B2 JP2681553 B2 JP 2681553B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、車両船舶、橋梁、建築
物、その他建造物等の構造物をはじめとして、スポーツ
・レジャー用具等の材料などに使用される繊維強化樹脂
製管状構造部材に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、構造部材の軽量化は益々求められ
てきており、構造部材の材料として、比重が鋼材に比べ
て1/5と格段に小さく、しかも、比強度、比剛性の高
い繊維強化樹脂材料が注目されている。そして、構造部
材は、一般的には、閉断面を形成した管状体のものが用
いられている。前記繊維強化樹脂材料を使用して、前記
閉断面を有する管状構造部材を得るには、従来、一般的
には、成形用金型の外周に繊維強化樹脂の層を形成し、
次いで管の軸芯方向に成形用金型を引き抜くという手順
で行なわれていた。
【0003】またこのようにして得られた繊維強化樹脂
製の管状構造部材の、直交した管状構造部材を得る場合
には、一方の管側側面に穴を穿ち、他方の管をこれに貫
通させて接続する方法が一般的に用いられていた。ま
た、T字状の管状構造部材を得る場合には、図11に示
す、いわゆるT字状の継手を用い、その中に直管を挿入
し接合接続していた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】前記従来の繊維強化樹
脂製の構造部材は閉断面の管状構造部材であるため、成
形用金型の外周に形成した繊維強化樹脂の層から成形用
金型を管の軸芯方向に引き抜かねばならず、困難な作業
であった。また、その製法上、管内にさらに補強物を設
けるには軸芯方向に設置しなければならないという制約
があった。
【0005】また、前記、従来の直交した管状構造部材
を得るのに、管側壁面に穴を穿ち、他方の管をこれに貫
通すると、接続部で強化繊維が切断されるため、交差す
る夫々のコの字型部材の間に強化繊維が連続して配置で
きず、その管状構造部材の特に、交差部(接続部)の強
度が著しく劣るという問題があった。さらに、前記、従
来のT字状の継手を用いる方法では、管状構造部材の全
体の重量が増加したり、T字部の接続部で強度が低下し
たり、また、このような管状構造部材に適合するT字状
の管継手を製作するのに非常な手間を要した。
【0006】そこで、本発明は、以上のべた問題点がな
く、製造方法が容易で、内部の補強部材の設置に制約の
ない、強化繊維が連続して形成され強度的に弱点がな
く、余計な継手を必要とせず、軽量で、高い剛性、強度
を有し、しかも曲げ負荷に対して強い、分岐状の異形管
管状構造部材を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】前記問題点を解決するた
めに、本発明は、長繊維を強化繊維としたプリプレグを
成形して得られた、上面、側面、下面を有し、一側が開
放された、開放断面を有する繊維強化樹脂製のコの字型
部材を2個以上用い、且つ用いる該コの字型部材の外形
は少なくとも二個がL字形であり、開放側が互いに向か
い合うように、かつ一方のコの字型部材の上面および下
面を他方のコの字型部材の上面および下面に互いに重ね
合わせることによって、閉断面を有する各種分岐状の異
形管を形成した繊維強化樹脂製管状構造部材とするもの
である。
【0008】また、本発明は、上記各種分岐状の異形管
を形成した繊維強化樹脂製管状構造部材において、一方
のコの字型部材の上面および下面を、他方のコの字型部
材の上面および下面の内側に重ね合わすことによって、
閉断面を形成するものである。さらに、本発明は、上記
各種分岐状の異形管を形成した繊維強化樹脂製管状構造
部材において、一方のコの字型部材の上面および下面
と、他方のコの字型部材の上面および下面とを、相噛構
造となるように重ね合わすことによって、閉断面を形成
するものであるさらにまた、本発明は、上記各種分岐
状の異形管を形成した繊維強化樹脂製管状構造部材にお
いて、互いのコの字型部材の接着接合面にテーパーを付
与したり、或いは段部を付与したりすることによって、
段差を解消するものである。
【0009】本発明で用いる繊維強化樹脂製のコの字型
部材は、例えば、成形型に公知のレイアップ処理によっ
て得ることができる。該コの字型部材の外観形状は直線
状、L字状、コの字状、その他適宜の形状とすることが
できる。本発明で用いられる繊維強化樹脂の強化繊維と
しては、比強度、比弾性率の高い炭素繊維が好ましい
が、必要に応じてその他の強化繊維を使用または併用す
ることも可能である。一方、樹脂については、特に制限
はなく、強化繊維の特性をいかしうるものなら何でも使
用できる。
【0010】本発明の繊維強化樹脂製管状構造部材の
成部材としてのコの字型部材の製造方法は、例えば、次
のようにして製造される。高強度タイプ炭素繊維(例え
ば,東邦レーヨン(株)製,ベスファイト)を一方向に
引揃えたエポキシ樹脂系プリプレグ(硬化温度130
℃)を図〜図中に例示するとおり、成形用金型1の
外面にレイアップにより積層して、樹脂を硬化させて繊
維強化樹脂層2を形成する。その後、成形用金型1より
繊維強化樹脂層2を脱型する。前記レイアップの形態
は、一方向繊維配向シート、織物等に樹脂が含浸したも
の、即ち、一方向材、織物材等のプリプレグを用い、目
的の繊維強化樹脂製管状構造部材の特性に応じ適宜選択
される。
【0011】図〜図は、本発明のコの字型部材の成
形用金型1に繊維強化樹脂層2を形成させた状態を示す
斜視図である。図〜図は、図〜図の方法で成形
し、脱型して得た、コの字型部材要素を示したものであ
る。脱型した繊維強化樹脂層2としては、図に示す成
形用金型1−1からは図に示す直線状のコの字型部材
2−1が、図に示す成形用金型1−2からは図に示
すL字状のコの字型部材2−2が、図に示す成形用金
型1−3からは図に示すL字状のコの字型部材2−3
がそれぞれ得られる。ここで、L字状のコの字型部材2
−3の厚さ方向の寸法は、もう一方のL字状のコの字型
部材2−2の空間部に嵌合できるようにされている。
【0012】少なくとも二個がL字形のコの字型部材を
用いて、開放側が互いに向かい合うように、かつ一方の
コの字型部材の上面および下面を、他方のコの字型部材
の上面および下面と互いに重ね合わせることによって閉
断面を形成し、本発明の各種分岐状の異形管の繊維強化
樹脂製管状構造部材を製造する。重ね合わされた各上面
または各下面は、接合することによって機械的強度を増
す。この接合には、接着剤による接着接合を始めとして
ボルト、リベット等の機械的接合が可能であり、これら
を併用することや、さらに、この接合を強化するために
接合後の管状体の外面あるいは内面に繊維強化樹脂層を
設けることも可能である。
【0013】直線形、L字形等の各種形状のコの字型部
材の噛み合わせは、図1の11および12の直線形のコ
の字型部材により例示するように、一方のコの字型部材
要素の上下面の間隔を、他方のコの字型部材要素の上下
面の間隔より大とし、一方が他方に丁度挿嵌するように
組み合わせて配設したり、または、図1の13および1
4に示すように、各々のコの字型部材の上下面の間隔を
同一とし、相噛構造とすることもできる。
【0014】
【作用】以上のように、本発明の、閉断面を形成した繊
維強化樹脂製管状構造部材は、少なくとも二個がL字形
のコの字型部材を含むコの字型部材を複数組み合わせる
ことによって形成されており、そのコの字型部材を製造
するのに、成形用金型を管状構造部材の軸芯方向に引き
抜く必要がなく、また、閉断面を形成した管状構造部材
とするには、複数のコの字型部材をその開放側が互いに
向かい合うように、かつ一方のコの字型部材の上面およ
び下面を、他方のコの字型部材の上面および下面と互い
に重ね合わせることによって製造することができるの
で、その製作が容易である。
【0015】また、本発明の閉断面を形成した繊維強化
樹脂製管状構造部材は、その上面および下面がそれぞれ
2重の繊維強化樹脂製部材で構成されているので、強度
が高く、曲げ負荷に対し高い耐性を有する。さらに、T
字状等の分岐状である本発明の繊維強化樹脂製管状構造
部材は、例えば、2つのL型部材と1つの棒状部材とか
ら構成されており、T字状の直角の接合部ではその繊維
強化樹脂は連続されており、しかも各々の部材の接合部
は2重になっているので、強度が高く、曲げ負荷に対し
高い耐性を有する。
【0016】
【0017】
【0018】
【0019】
【0020】
【実施例1】図、図に基づいて本発明の実施例を説
明する。図は、本発明のT字状繊維強化樹脂製管状構
造部材の斜視図を概略的に示したものである。図は、
の本発明のT字状繊維強化樹脂製管状構造部材の組
み立て前のコの字型部材の斜視図を概略的に示したもの
である。
【0021】図のT字状繊維強化樹脂製管状構造部材
は、図〜図に示した、一側が開放された開放断面を
有する直線状のコの字型部材2−1、L字状のコの字型
部材2−2、L字状のコの字型部材2−3を用い、図
に示すように、先ず、L字状のコの字型部材2−3と別
のL字状のコの字型部材2−2とをそれらの開放側が互
いに向かい合うように接着接合した。
【0022】この場合、図10(1)および(2)の、
L字状のコの字型部材と別のL字状のコの字型部材の接
合断面図に示すように、互いのコの字型部材の接着接合
面にテーパーを付与したり、段部を付与したりすること
によって、互いのコの字型部材の表面の段差を無くすこ
とも可能である。つぎに、前記接合体を直線状コの字型
部材2−1の上下面に嵌合させ、それぞれの重ね合わせ
部をエポキシ樹脂系接着剤で接着接合して、図に示す
T字状繊維強化樹脂製管状構造部材を得た。
【0023】本実施例のT字状繊維強化樹脂製管状構造
部材は非常に軽量で、特に梁の接続部の強度が高いもの
であった。
【0024】
【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば、本発明の繊維強化樹脂製管状構造部材は、軸方向に
分かれた2個以上のコの字型部材を組み合わせて構成さ
れるので、成形用金型を成形物から脱型するのに、脱型
の方向に制約はない。また、本発明の繊維強化樹脂製管
状構造部材は、繊維強化樹脂で作製されているので、軽
量で高い剛性、強度を有し、かつ、コの字型部材の上
面、下面がそれぞれ2重に接合されて形成されているた
め、曲げ負荷に対しても優れた耐性を有する。
【0025】さらに、本発明の、直交状、T字状等の分
岐状の繊維強化樹脂製管状構造部材は、その分岐部分に
おいて、繊維強化樹脂が連続的に形成されているので、
従来の管継手を用いたものに比べて強度が高く、しかも
軽量である。
【図面の簡単な説明】
【図1】コの字型部材の噛み合わせ法として、挿嵌構造
と相噛構造を示す。
【図2】本発明のT字状繊維強化樹脂製管状構造部材の
斜視図を概略的に示す。
【図3】図2に示すT字状繊維強化樹脂製管状構造部材
の組み立て前のコの字型部材の斜視図を概略的に示す。
【図4】本発明の直線状のコの字型部材の成形用金型に
繊維強化樹脂層を形成させた状態を示す斜視図である。
【図5】本発明のL字状のコの字型部材の成形用金型に
繊維強化樹脂層を形成させた状態を示す斜視図である。
【図6】本発明のL字状のコの字型部材の成形用金型に
繊維強化樹脂層を形成させた状態を示す斜視図である。
【図7】図4の成形用金型により成形された直線状のコ
の字型部材を示す。
【図8】図5の成形用金型により成形されたL字状のコ
の字型部材を示す。
【図9】図6の成形用金型により成形されたL字状のコ
の字型部材を示す。
【図10】L字状のコの字型部材2−3と別のL字状の
コの字型部材2−2の接合断面図を示す。
【図11】従来のT字状繊維強化樹脂製管状構造部材の
斜視図を概略的に示す。
【符号の説明】
1−1,1−2,1−3 成形用金型 2−1,2−2,2−3,3−1,3−2,4−1,4
−2,5−1,6−1 コの字
型部材 11,12,13,14 繊維強化樹脂製管状構
造部材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮石 源基 東京都国分寺市光町二丁目8番地38 財 団法人 鉄道総合技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭62−170644(JP,A) 実開 昭48−88624(JP,U) 実開 昭48−54610(JP,U)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 長繊維を強化繊維としたプリプレグを成
    形して得られた、上面、側面、下面を有し、一側が開放
    された開放断面を有する繊維強化樹脂製のコの字型部材
    を2個以上用い、且つ用いる該コの字型部材の外形は少
    なくとも二個がL字形であり、開放側が互いに向かい合
    うように、且つ一方のコの字型部材の上面および下面を
    他方のコの字型部材の上面および下面に互いに重ね合わ
    せることによって閉断面を有する各種分岐状の異形管を
    形成したことを特徴とする繊維強化樹脂製管状構造部
    材。
  2. 【請求項2】 一方のコの字型部材の上面および下面
    が、他方のコの字型部材の上面および下面の内側に重ね
    合わされたことを特徴とする請求項1記載の繊維強化樹
    脂製管状構造部材。
  3. 【請求項3】 一方のコの字型部材の上面および下面
    と、他方のコの字型部材の上面および下面とが、相噛構
    造となるように重ね合わされていることを特徴とする請
    求項1記載の繊維強化樹脂製管状構造部材。
  4. 【請求項4】 互いのコの字型部材の接着接合面におけ
    るテーパーの付与或いは段部の付与によって、段差が解
    消されていることを特徴とする請求項1、2又は3記載
    の繊維強化樹脂製管状構造部材。
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