JPH05459A - 繊維強化樹脂複合材料を用いた構造部材 - Google Patents
繊維強化樹脂複合材料を用いた構造部材Info
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- JPH05459A JPH05459A JP3007524A JP752491A JPH05459A JP H05459 A JPH05459 A JP H05459A JP 3007524 A JP3007524 A JP 3007524A JP 752491 A JP752491 A JP 752491A JP H05459 A JPH05459 A JP H05459A
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- Japan
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- fiber
- plate
- frp
- fibers
- reinforced resin
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T30/00—Transportation of goods or passengers via railways, e.g. energy recovery or reducing air resistance
Landscapes
- Rod-Shaped Construction Members (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
- Moulding By Coating Moulds (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明の目的は、FRPを主体とした梁や枠の
部材の板端部を強化して、部材を軽量化すると同時に強
度的にバランスのとれた梁や枠を提供することである。 【構成】FRPを構成する繊維を切ることがないよう
に、部材の板端部に大きい半径の曲面を設けることや玉
縁状にすることのために板端部に芯材を設けている。該
芯材の外周にプリプレグを45°ずつ回転させて4方向
に幾重にも積層した梁又は枠を構成している。
部材の板端部を強化して、部材を軽量化すると同時に強
度的にバランスのとれた梁や枠を提供することである。 【構成】FRPを構成する繊維を切ることがないよう
に、部材の板端部に大きい半径の曲面を設けることや玉
縁状にすることのために板端部に芯材を設けている。該
芯材の外周にプリプレグを45°ずつ回転させて4方向
に幾重にも積層した梁又は枠を構成している。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、繊維強化樹脂複合材料
(以下「FRP」という)によって構成した構造部材に
係り、特に梁や枠の構造に関するものである。
(以下「FRP」という)によって構成した構造部材に
係り、特に梁や枠の構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】各種構造物の主要強度部材で軽量化が要
求される場合は高強度の繊維を使用したFRPが検討の
対象になり、特に交通機械の主要部材では軽量化が厳し
く要求されるのでFRPが多用されている。例えば、
(財)日本規格協会発行(1990.7.31刊)“次世代複
合材料技術ハンドブック”に詳細に述べられており、同
刊行物のP.61図2、1、24にアングル、P.255
図2、2、166に炭素繊維製三次元織物のI型材、
P.518表4、2、5に航空機の各種の構造材が記述
されている。FRPを強化する繊維の引張強さは金属の
引張強さに比べて大きいものがあり、この特徴を生かす
ためには連続した繊維を使用しなければならない。FR
Pを強化する繊維の伸びは金属に比べて非常に小さいの
で、繊維を金属なみに曲げるような加工を行うと繊維が
切れてしまう。梁や枠の板端部ではFRPの繊維を小さ
い曲線半径で曲げることができないために、最も強度を
必要とする板端部で繊維を切ってしまわざるを得ないと
いう場合がしばしばあった。本発明の対象となる従来の
FRPを使用した梁や枠の代表として鉄道車両の台車枠
を取り上げて説明する。
求される場合は高強度の繊維を使用したFRPが検討の
対象になり、特に交通機械の主要部材では軽量化が厳し
く要求されるのでFRPが多用されている。例えば、
(財)日本規格協会発行(1990.7.31刊)“次世代複
合材料技術ハンドブック”に詳細に述べられており、同
刊行物のP.61図2、1、24にアングル、P.255
図2、2、166に炭素繊維製三次元織物のI型材、
P.518表4、2、5に航空機の各種の構造材が記述
されている。FRPを強化する繊維の引張強さは金属の
引張強さに比べて大きいものがあり、この特徴を生かす
ためには連続した繊維を使用しなければならない。FR
Pを強化する繊維の伸びは金属に比べて非常に小さいの
で、繊維を金属なみに曲げるような加工を行うと繊維が
切れてしまう。梁や枠の板端部ではFRPの繊維を小さ
い曲線半径で曲げることができないために、最も強度を
必要とする板端部で繊維を切ってしまわざるを得ないと
いう場合がしばしばあった。本発明の対象となる従来の
FRPを使用した梁や枠の代表として鉄道車両の台車枠
を取り上げて説明する。
【0003】FRPを材料とした従来の梁によって構成
される台車枠について図9に平面図及び図10に正面図
を示し、図10のE−E断面拡大図を図11に示し、図
9のF−F断面拡大図を図12に、図9のG−G断面拡
大図を図13にそれぞれ示している。61はFRPを材
料とした側梁、62はFRPを材料とした横梁、63は
FRPを材料とした端梁であり、側梁61はウエブ61
aとフランジ61bによって構成されたI形断面の梁で
あり、横梁62はウエブ62aとフランジ62bによっ
て構成された溝形断面の梁であり、端梁63はウエブ6
3aとフランジ63bによって構成された溝形断面の梁
である。
される台車枠について図9に平面図及び図10に正面図
を示し、図10のE−E断面拡大図を図11に示し、図
9のF−F断面拡大図を図12に、図9のG−G断面拡
大図を図13にそれぞれ示している。61はFRPを材
料とした側梁、62はFRPを材料とした横梁、63は
FRPを材料とした端梁であり、側梁61はウエブ61
aとフランジ61bによって構成されたI形断面の梁で
あり、横梁62はウエブ62aとフランジ62bによっ
て構成された溝形断面の梁であり、端梁63はウエブ6
3aとフランジ63bによって構成された溝形断面の梁
である。
【0004】FRPを材料としたI形断面や溝形断面の
梁によって構成された台車枠は軽量化を主目的としてお
り、側梁61、横梁62、端梁63の部材の板厚が非常
に薄いものによって構成するということが大前提とな
る。FRPによってこれらの部材を成形する方法として
は繊維を一方向に並べた布状のテ−プ(「プリプレグ」
と呼ばれている)を45°ずつ回転させて4方向に積層
するという方法(−45°、0°、45°、90°の4
方向に積層することを基本にして幾重にも積層し、擬似
等方性と呼ばれる特性を持たせた積層方法)が各種の交
通機関の部材で多用されている。FRPを強化する繊維
そのものは材料の伸びが非常に小さく、金属に比べて一
桁以上も異なる場合がある。FRPに使うこれらの繊維
は引張強さが非常に大きいのが特徴であり、該繊維が連
続したものを使用しなければ金属に比べて最も特長とさ
れている大きい引張強さを有効に使うということができ
なくなる。
梁によって構成された台車枠は軽量化を主目的としてお
り、側梁61、横梁62、端梁63の部材の板厚が非常
に薄いものによって構成するということが大前提とな
る。FRPによってこれらの部材を成形する方法として
は繊維を一方向に並べた布状のテ−プ(「プリプレグ」
と呼ばれている)を45°ずつ回転させて4方向に積層
するという方法(−45°、0°、45°、90°の4
方向に積層することを基本にして幾重にも積層し、擬似
等方性と呼ばれる特性を持たせた積層方法)が各種の交
通機関の部材で多用されている。FRPを強化する繊維
そのものは材料の伸びが非常に小さく、金属に比べて一
桁以上も異なる場合がある。FRPに使うこれらの繊維
は引張強さが非常に大きいのが特徴であり、該繊維が連
続したものを使用しなければ金属に比べて最も特長とさ
れている大きい引張強さを有効に使うということができ
なくなる。
【0005】繊維を一方向に並べた布状のプリプレグを
45°ずつ回転させて4方向に積層する場合に板端部、
すなわち、フランジ端部で板の表と裏の間で繊維が連続
していることが強度的に不可欠である。しかし、部材の
板厚を薄くすると繊維の伸びが小さいためにフランジ端
部で繊維を曲げることができない場合があり、フランジ
端部に繊維の端部がくることになってフランジ端部が強
化されないという問題があった。したがって、フランジ
端部を強化するためには繊維を連続させることができる
構造にする必要がある。
45°ずつ回転させて4方向に積層する場合に板端部、
すなわち、フランジ端部で板の表と裏の間で繊維が連続
していることが強度的に不可欠である。しかし、部材の
板厚を薄くすると繊維の伸びが小さいためにフランジ端
部で繊維を曲げることができない場合があり、フランジ
端部に繊維の端部がくることになってフランジ端部が強
化されないという問題があった。したがって、フランジ
端部を強化するためには繊維を連続させることができる
構造にする必要がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術はFRP
によって構成した梁や枠では部材の板端部で強度上大切
な繊維を切ることになり、FRPの強度が低下するとい
う問題があった。
によって構成した梁や枠では部材の板端部で強度上大切
な繊維を切ることになり、FRPの強度が低下するとい
う問題があった。
【0007】本発明の目的はFRPを主体とした梁や枠
の部材の板端部を強化することであり、これによって部
材を軽量化すると同時に強度的にバランスのとれた梁や
枠を提供することを目的としている。
の部材の板端部を強化することであり、これによって部
材を軽量化すると同時に強度的にバランスのとれた梁や
枠を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、部材の板端部に大きい半径の曲面を設けたり、玉縁
状にして繊維が板端部で切られることがないようにした
ものである。
に、部材の板端部に大きい半径の曲面を設けたり、玉縁
状にして繊維が板端部で切られることがないようにした
ものである。
【0009】また、板端部に曲面を持たせるために、板
端部に芯材を設けてその外周に繊維を一方向に並べた布
状のプリプレグを積層する構造にしたものである。
端部に芯材を設けてその外周に繊維を一方向に並べた布
状のプリプレグを積層する構造にしたものである。
【0010】さらに、板端部に曲面を形成し、かつ、軽
量化するために、中空の芯材を使用してその外周にプリ
プレグを積層したものである。
量化するために、中空の芯材を使用してその外周にプリ
プレグを積層したものである。
【0011】そして、板端部で繊維を切らないようにす
ると同時にフランジの内面側を平面にするために、フラ
ンジの中に板状の芯材を入れてその外周にプリプレグを
積層したものである。
ると同時にフランジの内面側を平面にするために、フラ
ンジの中に板状の芯材を入れてその外周にプリプレグを
積層したものである。
【0012】
【作用】部材の板端部で繊維の曲げ半径が小さくならな
いように芯材を入れているので、繊維を樹脂で並べたプ
リプレグを約45°ずつずらしながら4方向に幾重にも
積層しても板端部で繊維を切らざるを得ないというよう
なことはなく、FRPの板端部で強度が低下することは
なくなる。
いように芯材を入れているので、繊維を樹脂で並べたプ
リプレグを約45°ずつずらしながら4方向に幾重にも
積層しても板端部で繊維を切らざるを得ないというよう
なことはなく、FRPの板端部で強度が低下することは
なくなる。
【0013】芯材としては板端部に丸棒状のものを使用
したり、中空筒状のものを使用する場合もある。また、
フランジの表裏両面を平面にするために、フランジの中
に板状の芯材を使用したり、中空板状の芯材を使用する
ものもある。さらに、各芯材を薄板や小さな針状芯棒で
結合させて芯材間の寸法を保持する場合もある。
したり、中空筒状のものを使用する場合もある。また、
フランジの表裏両面を平面にするために、フランジの中
に板状の芯材を使用したり、中空板状の芯材を使用する
ものもある。さらに、各芯材を薄板や小さな針状芯棒で
結合させて芯材間の寸法を保持する場合もある。
【0014】
【実施例】本発明の梁や枠は全ての構造物の強度部材と
して使用が可能であるが、最も適用の対象になりやすい
のは交通機械の主要部材である。なかでも、航空機や鉄
道車両等の主要な強度部材では軽量化が厳しく追及され
るので、これらの強度部材としてFRP等による軽量化
が検討されて各種採用されている。本発明では鉄道車両
用の台車枠を念頭に置きながら台車枠の実施例を図1〜
図8にしたがって説明する。なお、本発明は必ずしも鉄
道車両に限定したものではない。
して使用が可能であるが、最も適用の対象になりやすい
のは交通機械の主要部材である。なかでも、航空機や鉄
道車両等の主要な強度部材では軽量化が厳しく追及され
るので、これらの強度部材としてFRP等による軽量化
が検討されて各種採用されている。本発明では鉄道車両
用の台車枠を念頭に置きながら台車枠の実施例を図1〜
図8にしたがって説明する。なお、本発明は必ずしも鉄
道車両に限定したものではない。
【0015】FRPによって形成された本発明の台車枠
について図1に平面図及び図2に正面図を示し、図2の
A−A断面拡大図を図3に、図1のB−B断面拡大図を
図4に、図1のC−C断面拡大図を図5に、図1のD−
D断面拡大図を図6に示し、芯材を中空板状にした断面
図を図7に、芯材を中空筒状にした断面図を図8にそれ
ぞれ示している。
について図1に平面図及び図2に正面図を示し、図2の
A−A断面拡大図を図3に、図1のB−B断面拡大図を
図4に、図1のC−C断面拡大図を図5に、図1のD−
D断面拡大図を図6に示し、芯材を中空板状にした断面
図を図7に、芯材を中空筒状にした断面図を図8にそれ
ぞれ示している。
【0016】11は台車枠の長手方向に配する側梁であ
り、側梁11はFRPによって形成されたウエブ11a
とフランジ11b及び両端を丸めて曲面を持たせた板状
の芯材12によって成り立っている。21は側梁11を
左右に結合する横梁であり、横梁21はFRPによって
形成されたウエブ21aとフランジ21b及び丸棒状の
芯材22によって成り立っている。31は側梁11を左
右に結合する端梁であり、端梁31はFRPによって形
成されたウエブ31aとフランジ31b及び両端を丸め
て曲面を持たせた板状の芯材32によって成り立ってい
る。
り、側梁11はFRPによって形成されたウエブ11a
とフランジ11b及び両端を丸めて曲面を持たせた板状
の芯材12によって成り立っている。21は側梁11を
左右に結合する横梁であり、横梁21はFRPによって
形成されたウエブ21aとフランジ21b及び丸棒状の
芯材22によって成り立っている。31は側梁11を左
右に結合する端梁であり、端梁31はFRPによって形
成されたウエブ31aとフランジ31b及び両端を丸め
て曲面を持たせた板状の芯材32によって成り立ってい
る。
【0017】ウエブ11a、フランジ11b、ウエブ2
1a、フランジ21b、ウエブ31a、フランジ31b
はFRPであり、これらは繊維を一方向に並べた布状の
プリプレグを45°ずつ回転させて4方向に幾重にも積
層したものであって、側梁11、横梁21、端梁31が
あたかも一体のようにできるので前記のプリプレグ内の
繊維を切断することのないように巻き付けられている。
前記のプリプレグは両端を丸めて曲面を持たせた板状の
芯材12、丸棒状の芯材22、両端を丸めて曲面を持た
せた板状の芯材32の外周に巻き付けられている。芯材
12、22、32は相互に結合され、各芯材の位置関係
を保持している場合もあり、また、各芯材間は薄板や小
さな針状芯棒で結合して各芯材の位置関係を保持してい
る場合もある。側梁11、横梁21、端梁31の板端部
では曲面になるように前記の芯材12、22、32はい
ずれも曲面になっているので、芯材12、22、32の
外周に巻き付ける繊維はいずれも大きい半径で曲げるこ
とになり、繊維を切断せざるを得ないようなことはな
い。
1a、フランジ21b、ウエブ31a、フランジ31b
はFRPであり、これらは繊維を一方向に並べた布状の
プリプレグを45°ずつ回転させて4方向に幾重にも積
層したものであって、側梁11、横梁21、端梁31が
あたかも一体のようにできるので前記のプリプレグ内の
繊維を切断することのないように巻き付けられている。
前記のプリプレグは両端を丸めて曲面を持たせた板状の
芯材12、丸棒状の芯材22、両端を丸めて曲面を持た
せた板状の芯材32の外周に巻き付けられている。芯材
12、22、32は相互に結合され、各芯材の位置関係
を保持している場合もあり、また、各芯材間は薄板や小
さな針状芯棒で結合して各芯材の位置関係を保持してい
る場合もある。側梁11、横梁21、端梁31の板端部
では曲面になるように前記の芯材12、22、32はい
ずれも曲面になっているので、芯材12、22、32の
外周に巻き付ける繊維はいずれも大きい半径で曲げるこ
とになり、繊維を切断せざるを得ないようなことはな
い。
【0018】芯材を中空板状にした図7に示すI形断面
のフランジ部の断面図では両端を丸めて曲面を持たせた
板状の芯材41を中空板状としている。芯材を中空筒状
にした図8に示す板端部の断面図では芯材51を中空筒
状としている。芯材41、51はいずれも中空にして軽
量化をねらったものである。図7では繊維を一方向に並
べた布状のプリプレグを45°ずつ回転させて4方向に
幾重にも積層したFRP部材42が配置されており、芯
材41にはFRP部材42の繊維の曲げ半径を大きくす
るような凸部41aが設けられている。図8では繊維を
一方向に並べた布状のプリプレグを45°ずつ回転させ
て4方向に幾重にも積層したFRP部材52が配置され
ており、芯材51にはFRP部材52の繊維の曲げ半径
を大きくするような凸部51aが設けられている。そし
て、凸部41a、51aにはいずれも繊維が大きな曲線
半径で曲げられるように大きな凹曲面が設けられてい
る。
のフランジ部の断面図では両端を丸めて曲面を持たせた
板状の芯材41を中空板状としている。芯材を中空筒状
にした図8に示す板端部の断面図では芯材51を中空筒
状としている。芯材41、51はいずれも中空にして軽
量化をねらったものである。図7では繊維を一方向に並
べた布状のプリプレグを45°ずつ回転させて4方向に
幾重にも積層したFRP部材42が配置されており、芯
材41にはFRP部材42の繊維の曲げ半径を大きくす
るような凸部41aが設けられている。図8では繊維を
一方向に並べた布状のプリプレグを45°ずつ回転させ
て4方向に幾重にも積層したFRP部材52が配置され
ており、芯材51にはFRP部材52の繊維の曲げ半径
を大きくするような凸部51aが設けられている。そし
て、凸部41a、51aにはいずれも繊維が大きな曲線
半径で曲げられるように大きな凹曲面が設けられてい
る。
【0019】本実施例では、繊維を小さな半径で曲げた
り、繊維そのものを切ることがないようにしており、F
RPの中に使用した繊維の強度を十分に発揮させること
ができる。したがって、本実施例によればFRPに期待
したい強度がそのまま保持されるので部材の軽量化も遺
憾なく行うことが可能となり、FRPによって強度部材
を軽量化することができる。
り、繊維そのものを切ることがないようにしており、F
RPの中に使用した繊維の強度を十分に発揮させること
ができる。したがって、本実施例によればFRPに期待
したい強度がそのまま保持されるので部材の軽量化も遺
憾なく行うことが可能となり、FRPによって強度部材
を軽量化することができる。
【0020】尚、本発明の梁や枠は軽量化を要するもの
であれば如何なるものにでも適用可能である。
であれば如何なるものにでも適用可能である。
【0021】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので以下に記載されるような効果を有する。
ているので以下に記載されるような効果を有する。
【0022】板端部の内部に芯材として曲面を有するも
のを設置しているので板端部で繊維を切る必要がなく、
板端部が強化される。さらに、板端部に玉縁を設けるこ
とになり、板端部が玉縁自身によっても強化される。
のを設置しているので板端部で繊維を切る必要がなく、
板端部が強化される。さらに、板端部に玉縁を設けるこ
とになり、板端部が玉縁自身によっても強化される。
【0023】また、板端部や板部に中空の芯材を入れて
いるので芯材自体の質量も小さく抑えることができ、さ
らに、FRP自体に板端部で強度的な欠陥部を生じさせ
るようなことがなく、FRP内の繊維が有効に配置され
て部材全体の軽量化が可能である。
いるので芯材自体の質量も小さく抑えることができ、さ
らに、FRP自体に板端部で強度的な欠陥部を生じさせ
るようなことがなく、FRP内の繊維が有効に配置され
て部材全体の軽量化が可能である。
【0024】したがって、本発明のFRPを使用した梁
や枠は強度上のばらつきをなくすることになり、ひいて
は軽量化を行うことができるという効果がある。
や枠は強度上のばらつきをなくすることになり、ひいて
は軽量化を行うことができるという効果がある。
【図1】FRPを材料とした本発明の梁によって構成さ
れた台車枠の平面図である。
れた台車枠の平面図である。
【図2】図1の正面図である。
【図3】図2のA−A断面拡大図である。
【図4】図1のB−B断面拡大図である。
【図5】図1のC−C断面拡大図である。
【図6】図1のD−D断面拡大図である。
【図7】本発明の芯材を中空板状にした断面図である。
【図8】本発明の芯材を中空筒状にした断面図である。
【図9】FRPを材料とした従来の梁によって構成され
る台車枠の平面図である。
る台車枠の平面図である。
【図10】図9の正面図である。
【図11】図10のE−E断面拡大図である。
【図12】図9のF−F断面拡大図である。
【図13】図9のG−G断面拡大図である。
11,61…側梁、11a,21a,31a…ウエブ、
11b,21b,31b…フランジ、12,22,3
2,41,51…芯材、21,62…横梁、31,63
…端梁、41a,51a…凸部、42,52…FRP部
材。
11b,21b,31b…フランジ、12,22,3
2,41,51…芯材、21,62…横梁、31,63
…端梁、41a,51a…凸部、42,52…FRP部
材。
Claims (9)
- 【請求項1】板端部の内部に曲面を有する芯材を設け、
該芯材の外表面に繊維が巻き付けられるように構成した
ことを特徴とする繊維強化樹脂複合材料を用いた構造部
材。 - 【請求項2】前記芯材を丸棒状とした請求項1記載の繊
維強化樹脂複合材料を用いた構造部材。 - 【請求項3】前記芯材を板状とした請求項1記載の繊維
強化樹脂複合材料を用いた構造部材。 - 【請求項4】前記芯材を中空筒状とした請求項1記載の
繊維強化樹脂複合材料を用いた構造部材。 - 【請求項5】前記芯材を中空板状とした請求項1記載の
繊維強化樹脂複合材料を用いた構造部材。 - 【請求項6】前記各芯材の間を結合させた請求項1から
請求項5までに記載の繊維強化樹脂複合材料を用いた構
造部材。 - 【請求項7】前記各芯材の間を薄板で結合させた請求項
6記載の繊維強化樹脂複合材料を用いた構造部材。 - 【請求項8】前記各芯材の間を針状芯棒で結合させた請
求項6記載の繊維強化樹脂複合材料を用いた構造部材。 - 【請求項9】大きな凹曲面を有する凸部を芯材に設けた
請求項1から請求項8までに記載の繊維強化樹脂複合材
料を用いた構造部材。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3007524A JPH05459A (ja) | 1991-01-25 | 1991-01-25 | 繊維強化樹脂複合材料を用いた構造部材 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3007524A JPH05459A (ja) | 1991-01-25 | 1991-01-25 | 繊維強化樹脂複合材料を用いた構造部材 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05459A true JPH05459A (ja) | 1993-01-08 |
Family
ID=11668166
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3007524A Pending JPH05459A (ja) | 1991-01-25 | 1991-01-25 | 繊維強化樹脂複合材料を用いた構造部材 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05459A (ja) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4962744A (en) * | 1988-08-29 | 1990-10-16 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Device for detecting malfunction of fuel evaporative purge system |
WO2006068089A1 (ja) * | 2004-12-21 | 2006-06-29 | Thk Co., Ltd. | 運動案内装置 |
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