JP2005000194A - 背もたれの骨格材およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】十分なねじり剛性を保ちつつ、軽量化された背もたれの骨格材およびその製造方法を提供する。
【解決手段】繊維強化複合材料からなる、背もたれの骨格材であって、板状の骨格材本体２２の両側部に、該側部が屈曲してなる、骨格材２１の上下方向に延びる凸条からなる側補強部２３，２３が形成されている骨格材２１；および補強繊維に熱硬化性樹脂を含浸したプリプレグを圧縮成形して、骨格材２１を得る製造方法。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、背もたれの骨格材およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道車両や航空機用のシートの背もたれとしては、例えば、図９に示すような、骨格材１１と、骨格材１１表面に配設されたクッション材１２と、クッション材１２を覆う表皮材１３とを具備して概略構成されるものがある（特許公報１参照）。この背もたれ１０には、背もたれ１０の上部の角部付近に、着座者がもたれかかった際にねじり方向の力が加わる。そのため、背もたれ１０の骨格材１１には、ねじり方向に力が加わっても変形しないように十分なねじり剛性が要求される。したがって、その構造は、図１０に示すように、略平行に配設された、断面略長方形の２本のサイドフレーム材１４，１５と、サイドフレーム材１４，１５の上端に架け渡される上端フレーム材１６と、サイドフレーム材１４，１５の間に架け渡して配設されるフレームパネル１７とを具備したものとなっている（特許公報１参照）。
【０００３】
また、鉄道車両や航空機の高速化、軽量化の要求に伴い、鉄道車両や航空機用のシートにも軽量化が要求されている。この要求に対して、背もたれ１０の骨格材１１をアルミニウムで形成することは行われている。しかしながら、背もたれ１０の骨格材１１には、ねじり方向に力が加わっても変形しないように十分なねじり剛性が要求されるため、金属製とする必要があった。そのため、骨格材１１を金属以外の軽い材料に変更して、骨格材１１をさらに軽量化することは困難なことであった。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２３８６９４号公報（段落０００２、図２２〜図２４参照）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
よって、本発明の目的は、十分なねじり剛性を保ちつつ、軽量化された背もたれの骨格材およびその製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の背もたれの骨格材は、繊維強化複合材料からなる、背もたれの骨格材であって、板状の骨格材本体の両側部に、該側部が屈曲してなる、骨格材の上下方向に延びる凸条または凹条からなる側補強部が形成されていることを特徴とするものである。
【０００７】
ここで、前記繊維強化複合材料は、熱硬化性樹脂のマトリックスを長繊維の補強繊維で補強したものであることが望ましい。
また、繊維強化複合材料を補強する補強繊維は、少なくとも２方向に配向し、かつそれらは互いに交差していることが望ましい。
また、前記補強繊維は、骨格材の上下方向に対して±４５゜に配向していることが望ましい。
【０００８】
また、骨格材本体の上部および／または下部に、水平方向に延びる凸条または凹条からなる上補強部および／または下補強部が形成されていることが望ましい。
また、骨格材本体に、凹条または凸条からなる斜め補強部が少なくとも２条形成されていることが望ましい。
また、前記斜め補強部は、互いに交差していることが望ましい。
【０００９】
また、本発明の背もたれの骨格材の製造方法は、補強繊維に熱硬化性樹脂を含浸したプリプレグを圧縮成形して、板状の骨格材本体の両側縁に、該側縁が屈曲してなる、骨格材の上下方向に延びる凸条または凹条からなる側補強部が形成された骨格材を製造することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
図１〜図３は、本発明の背もたれの骨格材の一例を示す図である。この骨格材２１は、繊維強化複合材料からなる板状の骨格材本体２２の両側部に、該側部が屈曲してなる、骨格材２１の上下方向に側部の全長にわたって延びる断面コの字形の凸条からなる側補強部２３，２３が形成され、骨格材本体２２の上部に、該上部が屈曲してなる、水平方向に骨格材本体２２の全幅にわたって延びる２条の凹条からなる上補強部２４が形成され、骨格材本体２２の下部に、該下部が屈曲してなる、水平方向に骨格材本体２２の全幅にわたって延びる２条の凸条からなる下補強部２５が形成されているものである。さらに、側補強部２３，２３の下部には、シートの座部（図示略）に背もたれを取り付けるための接続部材２６，２６が設けられている。
【００１１】
本発明の背もたれの骨格材を構成する、繊維強化複合材料は、樹脂のマトリックスを補強繊維で補強したものである。
樹脂としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂が挙げられ、中でも剛性の点で、熱硬化性樹脂が好適に用いられる。熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、マレイミド樹脂、フェノール樹脂等が挙げられる。補強繊維として炭素繊維を用いる場合は、炭素繊維との接着性の点で、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂が好適に用いられる。
【００１２】
補強繊維としては、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、炭化珪素繊維、高強度ポリエチレン、ＰＢＯ繊維、ステンレススチール繊維などが挙げられ、中でも軽量化と剛性の点で、炭素繊維が好適に用いられる。
また、補強繊維としては、長繊維および短繊維が挙げられ、中でも剛性の点で、長繊維が好適に用いられる。本発明でいう長繊維とは、骨格材の横幅以上の長さを有する連続した補強繊維を指す。
【００１３】
補強繊維は、剛性の点で、一方向に揃えられていることが好ましい。また、補強繊維は、ねじり剛性に優れる点で、少なくとも２方向に配向し、かつ互いに交差していることが好ましい。また、それら補強繊維が、骨格材の上下方向を０゜とした場合、±４５゜に配向していれば、最もねじり剛性が高くなる。ここで、少なくとも２方向に配向した補強繊維の形態としては、一方向に揃えられ、かつ配向が異なる２種類以上の長繊維を単に複数積層したもの、長繊維からなる織物などが挙げられる。
【００１４】
次に、この骨格材２１の製造方法について説明する。
まず、補強繊維に熱硬化性樹脂を含浸したプリプレグを、上型と下型とからなる金型の下型表面に、配置する。
次いで、金型を閉じ、下型および上型によってプリプレグを加熱しながらプレスする。圧縮成形後、金型を開き、図１に示すような、板状の骨格材本体２２の両側縁に側補強部２３，２３、上部に上補強部２４、下部に下補強部２５が形成された骨格材を得る。
【００１５】
プリプレグとしては、一方向に引き揃えられた補強繊維に熱硬化性樹脂を含浸した一方向プリプレグ、および補強繊維を製織した織物に熱硬化性樹脂を含浸したファブリックプリプレグなどを用いることができる。また、ファブリックプリプレグとして、平織の織物を斜め（例えば、補強繊維に対して４５゜方向）に裁断することによって得られる、経糸、緯糸が斜めに傾いているバイアスクロスに、熱硬化性樹脂を含浸したものを用いることもできる。
【００１６】
プリプレグを下型表面に配置する際は、複数の一方向プリプレグを積層することが好ましい。また、複数の一方向プリプレグを積層する場合は、補強繊維が少なくとも２方向に配向するように、かつそれらが互いに交差するように、一方向プリプレグを、その補強繊維の方向をずらしながら積層することが好ましい。さらには、補強繊維が骨格材の上下方向に対して±４５゜に配向するように、一方向プリプレグを、その補強繊維の方向をずらして積層することが好ましい。
【００１７】
以上説明した背もたれの骨格材２１にあっては、繊維強化複合材料からなるものであるので、従来の金属製の骨格材に比べ、軽量化できる。また、骨格材本体２２の両側部に、該側部が屈曲してなる、骨格材２１の上下方向に延びる凸条からなる側補強部２３，２３が形成されているので、繊維強化複合材料を用い、かつ従来のものよりも軽量化したとしても、背もたれの骨格材に要求されるレベルのねじり剛性、曲げ剛性等の剛性を十分に発揮できる。
また、骨格材本体２２の上部および下部に、水平方向に延びる凸条または凹条からなる上補強部２４および下補強部２５が形成されているので、ねじり剛性、曲げ剛性等の剛性が、さらに向上している。
【００１８】
また、側補強部２３は、一方が開口した断面コの字形のものであるので、骨格材本体２２と側補強部２３とを一度の圧縮成形で、一体成形品として製造できる。よって、骨格材２１は、従来の断面長方形のサイドフレームとフレームパネルとを組み立ててなる骨格材とは違い、骨格材の組み立て工程が不要で、製造が容易である。また、側補強部２３は、一方が開口した断面コの字形のものであるので、図示例のように、接続部材２６を側補強部２３の内側に設けることができる。よって、接続部材２６と骨格材２１との接続部分が、側補強部２３の内側に隠れ、邪魔になることがない。
【００１９】
なお、本発明の背もたれの骨格材は、図示例の骨格材２１には限定されず、板状の骨格材本体の両側部に、該側部が屈曲してなる、骨格材の上下方向に延びる凸条または凹条からなる側補強部が形成されているものであればよい。
したがって、本発明の背もたれの骨格材においては、必ずしも上補強部および下補強部を設ける必要はない。また、上補強部および下補強部は、どちらか一方だけを設けてもよい。ただし、骨格材のねじり剛性、曲げ剛性等の剛性が優れることから、上補強部および下補強部の両方を設けることが好ましい。また、上補強部および下補強部における凸条または凹条の数は、図示例の２条に限定されず、１条以上であればよい。
【００２０】
また、図４に示すように、骨格材本体２２に、凹条からなる、互いに交差する２条の斜め補強部２７が形成されていてもよい。このように傾きの方向が異なる２条の斜め補強部２７を形成することにより、骨格材２１のねじり剛性、曲げ剛性等の剛性をさらに向上させることができる。なお、２条の斜め補強部は、図示例のようにＸ字形に交差したものに限定はされず、くの字形（横Ｖ字形）のように、一方の終端と他方の先端とが連続したものであってもよい。ただし、ねじり剛性が優れることから、２条の斜め補強部は、図示例のようにＸ字形に交差したものが好ましい。また、斜め補強部の数は、図示例の２条に限定はされず、横Ｗ字形のように、２条以上であってもよい。また、斜め補強部は、図示例のような凹条に限定されず、凸条であってもよい。ただし、骨格材本体２２の表面側には、背もたれのクッション材（図示略）が配置されるので、この点においては、斜め補強部は凹条であることが好ましい。
【００２１】
また、側補強部の断面形状は、図示例の側補強部２３のような断面コの字形に限定されず、例えば、図５に示すような断面半円形であってもよい。また、図６に示すように、側補強部２３の先端２８が、骨格材本体２２の延長面２９に位置していなくてもよい。
【００２２】
【実施例】
以下、実施例および比較例により本発明をさらに詳しく説明する。なお、本発明は実施例によって制限されるものではない。
【００２３】
［実施例１］
一方向プリプレグとして、補強繊維が炭素繊維、マトリックス樹脂がエポキシ樹脂である三菱レイヨン（株）製ＴＲ３９０Ｇ２００Ｓ（プリプレグの弾性率；０°方向：１３４ＧＰａ、９０°方向：８．８ＧＰａ、面内せん断弾性率：４．２ＧＰａ、ポアソン比：０．３２、補強繊維の破壊伸度；２．１％）を用いて、この一方向プリプレグを、長繊維の配向が、骨格材の上下方向を０゜として［０゜／９０゜／０゜／９０゜／０゜／９０゜／９０゜／０゜／９０゜／０゜／９０゜／０゜］となるように、下型の表面に１２層積層して、圧縮成形することで、図７に示すような寸法および形状で、上補強部および下補強部を有する、厚さ２．２ｍｍの背もたれの骨格材が得られる。
この骨格材の、ねじり剛性を調べるため、下部側の側補強部の内側面３点（図中三角形）を裏面側から支持し、骨格材の上部側の側補強部の１点（図中矢印）に表面側から１０ｋｇ荷重をかけた時の骨格材の上部の最大変位を、有限要素法による解析で算出した。最大変位は３３４ｍｍであった。
【００２４】
［実施例２］
一方向プリプレグを、補強繊維の配向が、骨格材の上下方向を０゜として［＋４５゜／−４５゜／＋４５゜／−４５゜／＋４５゜／−４５゜／−４５゜／＋４５゜／−４５゜／＋４５゜／−４５゜／＋４５゜］となるように１２層積層する以外は実施例１と同様の骨格材について、最大変位を実施例１と同様にして有限要素法による解析により算出した結果、最大変位は１０２ｍｍであった。
【００２５】
［実施例３］
実施例１と同じ材料を用い、同じ積層条件で得られる、図８に示すような上補強部、下補強部、およびＸ字形の斜め補強部を有する、縦８００ｍｍ、横３６０ｍｍ、厚さ２．２ｍｍの背もたれの骨格材について、実施例１と同様に、骨格材の最大変位を有限要素法による解析により算出したところ、最大変位は１０２ｍｍであった。
【００２６】
［実施例４］
実施例２と同じ材料を用い、同じ積層条件で得られる、図８に示すような上補強部、下補強部、およびＸ字形の斜め補強部を有する、縦８００ｍｍ、横３６０ｍｍ、厚さ２．２ｍｍの背もたれの骨格材について、実施例１と同様に、骨格材の最大変位を有限要素法による解析により算出したところ、最大変位は６５ｍｍであった。
【００２７】
［比較例１］
実施例１と同じ材料、同じ積層条件で得られる、縦８００ｍｍ、横３６０ｍｍ、厚さ２．２ｍｍの、補強部を有さない単なる平板状の成形品について、最大変位を有限要素法による解析により算出した。しかし、その結果は、最大変位の値が２５７２ｍｍとなり、上記縦寸法の３倍以上の変位という現実的でない数値が算出された。よって、この例では１０ｋｇの荷重をかけると、成形品が炭素繊維の破壊伸度以上に変形して破壊していると考えられる。
【００２８】
［比較例２］
縦８００ｍｍ、横３６０ｍｍ、厚さ４．３ｍｍの、補強部を有さない単なる平板状の成形品について、実施例１と同様にして有限要素法による解析により算出したところ、最大変位は３２５ｍｍであり、実施例２〜４と比較すると、厚さを約２倍にしたにもかかわらず、ねじり剛性が低かった。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の背もたれの骨格材は、繊維強化複合材料からなる、背もたれの骨格材であって、板状の骨格材本体の両側部に、該側部が屈曲してなる、骨格材の上下方向に延びる凸条または凹条からなる両側補強部が形成されているものであるので十分なねじり剛性を保ちつつ、軽量化できる。
【００３０】
また、前記繊維強化複合材料が、熱硬化性樹脂のマトリックスを長繊維で補強したものであれば、ねじり剛性、曲げ剛性等の剛性がさらに向上する。
また、繊維強化複合材料を補強する補強繊維が、少なくとも２方向に配向し、かつそれらは互いに交差していれば、ねじり剛性がさらに向上する。
また、繊維強化複合材料を補強する補強繊維が、骨格材の上下方向に対して±４５゜に配向していれば、ねじり剛性が最も高くなる。
【００３１】
また、骨格材本体の上部および／または下部に、水平方向に延びる凸条または凹条からなる上補強部および／または下補強部が形成されていれば、ねじり剛性、曲げ剛性等の剛性がさらに向上する。
また、骨格材本体に、凹条または凸条からなる斜め補強部が少なくとも２条形成されていれば、ねじり剛性、曲げ剛性等の剛性がさらに向上する。
また、前記斜め補強部が、互いに交差していれば、ねじり剛性がさらに向上する。
【００３２】
また、本発明の背もたれの骨格材の製造方法は、補強繊維に熱硬化性樹脂を含浸したプリプレグを圧縮成形して、板状の骨格材本体の両側縁に、該側縁が屈曲してなる、骨格材の上下方向に延びる凸条または凹条からなる両側補強部が形成された骨格材を製造する方法であるので、十分なねじり剛性を保ちつつ、軽量化された背もたれの骨格材を容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の背もたれの骨格材の一例を示す正面図である。
【図２】本発明の背もたれの骨格材の一例を示す側面図である。
【図３】図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
【図４】本発明の背もたれの骨格材の他の例を示す正面図である。
【図５】側補強部の他の例を示す断面図である。
【図６】側補強部の他の例を示す断面図である。
【図７】実施例における背もたれの骨格材を示す斜視図である。
【図８】実施例における他の背もたれの骨格材を示す斜視図である。
【図９】従来の背もたれの一例を示す側面図である。
【図１０】従来の背もたれの骨格材の一例を示す正面図である。
【符号の説明】
２１ 骨格材
２２ 骨格材本体
２３ 側補強部
２４ 上補強部
２５ 下補強部
２７ 斜め補強部

Claims (8)

1. 繊維強化複合材料からなる、背もたれの骨格材であって、
   板状の骨格材本体の両側部に、該側部が屈曲してなる、骨格材の上下方向に延びる凸条または凹条からなる側補強部が形成されていることを特徴とする背もたれの骨格材。
2. 骨格材本体の上部および／または下部に、水平方向に延びる凸条または凹条からなる上補強部および／または下補強部が形成されていることを特徴とする請求項１記載の背もたれの骨格材。
3. 前記繊維強化複合材料が、熱硬化性樹脂のマトリックスを長繊維の補強繊維で補強したものであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の背もたれの骨格材。
4. 繊維強化複合材料を補強する補強繊維は、少なくとも２方向に配向し、かつそれらは互いに交差していることを特徴とする請求項１ないし３いずれか一項に記載の背もたれの骨格材。
5. 繊維強化複合材料を補強する補強繊維は、骨格材の上下方向に対して±４５゜に配向していることを特徴とする請求項１ないし４いずれか一項に記載の背もたれの骨格材。
6. 骨格材本体に、凹条または凸条からなる斜め補強部が少なくとも２条形成されていることを特徴とする請求項１ないし５いずれか一項に記載の背もたれの骨格材。
7. 前記斜め補強部が、互いに交差していることを特徴とする請求項６記載の背もたれの骨格材。
8. 補強繊維に熱硬化性樹脂を含浸したプリプレグを圧縮成形して、板状の骨格材本体の両側縁に、該側縁が屈曲してなる、骨格材の上下方向に延びる凸条または凹条からなる側補強部が形成された骨格材を製造することを特徴とする背もたれの骨格材の製造方法。

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