JP2020104308A - Fiber-reinforced resin body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば車両や工作機械等に組み込まれる構造部材として用いられる繊維強化樹脂体に関するものである。 The present invention relates to a fiber reinforced resin body used as a structural member incorporated in, for example, a vehicle or a machine tool.
近年、繊維強化樹脂(Fiber Reinforced Plastics:FRP)は、優れた機械特性、軽量化等の要求を満たすことから、例えば車両等を構成する構造部材として使用されてきている。このような繊維強化樹脂からなる繊維強化樹脂体を構造部材として他の部材へ取り付ける際には、繊維強化樹脂体にボルト等の機械的締結手段(接続部材、機械的結合要素)を挿通するための孔部を設ける必要がある。 2. Description of the Related Art In recent years, fiber reinforced plastics (FRP) have been used as structural members constituting, for example, vehicles because they satisfy requirements such as excellent mechanical properties and weight reduction. When a fiber-reinforced resin body made of such a fiber-reinforced resin is attached to another member as a structural member, mechanical fastening means (connecting member, mechanical coupling element) such as a bolt is inserted into the fiber-reinforced resin body. It is necessary to provide the hole part of.
例えば、特許文献1には、繊維強化樹脂シートの繊維をかき分けることによって、繊維強化樹脂シートに貫通孔を形成する方法が記載されている。
For example,
特許文献1に記載されているように、繊維層を構成する繊維束をかき分けることによって、繊維強化樹脂体の繊維を切断することなく、孔部を形成することができる。しかし、特許文献1の貫通孔の形成方法では、孔部の周縁に沿って繊維を伸ばしながらかき分けることになるため、繊維の伸縮限界を超えるような大きさの孔部を形成することはできず、所望の位置に所望の直径を有する孔部を形成できない可能性がある。また、繊維強化樹脂体に孔部を形成できたとしても、孔部周辺の繊維密度が高くなるため、孔部の外周部の繊維層の厚さが他部の繊維層に比べて厚くなってしまい、繊維強化樹脂体と他の部材との接続に支障をきたす等の問題が発生する可能性がある。加えて、孔部の外周部の繊維密度が高くなるので、例えば、賦形された繊維体が装入された金型のキャビティに樹脂を流しこんで繊維体に含浸せしめる樹脂含浸工程と、その後樹脂を固化する樹脂固化工程とを含むレジントランスファー成形(Resin Transfer Molding:RTM)やインフュージョン成形で繊維強化樹脂体を形成しようとした場合では、当該樹脂含浸工程において、孔部の外周部に樹脂が含浸されにくく、ボイド(空孔)等の欠陥が発生しやすくなるという問題も発生する。
As described in
上記特許文献1の問題を解消する繊維強化樹脂体に孔部を設ける方法として、繊維層を構成する繊維束を切断して孔部を形成する方法が考えられる。しかし、孔部の外周部にはボルト等の締め付け力に加え、繊維強化樹脂体へ外部から静的なまたは衝撃的な力も入力し、孔部の外周部では引張または圧縮等の応力が集中する。そして、上記のように繊維束を切断して孔部を形成すると、孔部の外周部の繊維層の強度が低下するため、上記した応力集中により拡大した応力が強度の低い孔部の外周部の繊維層に作用し、当該繊維層が破損し、繊維強化樹脂体が破壊する可能性がある。
As a method of forming the holes in the fiber-reinforced resin body that solves the problem of
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、積層された複数の繊維層を有し、機械的締結手段が挿入される孔部が形成された繊維強化樹脂体であって、前記複数の繊維層は、配向された繊維束を含み、前記孔部は、前記複数の繊維層をその積層方向に貫通して、前記繊維束を切断するように形成されている繊維強化樹脂体において、繊維強化樹脂体に力が入力された場合に、孔部の外周部に生じる応力集中により拡大した応力下であっても、当該外周部に存在する繊維層の破損を防止することができる繊維強化樹脂体を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a problem, having a plurality of laminated fiber layers, a fiber reinforced resin body in which a hole into which a mechanical fastening means is inserted is formed, The plurality of fiber layers include oriented fiber bundles, and the holes penetrate the plurality of fiber layers in the stacking direction to cut the fiber bundles. In, when a force is input to the fiber reinforced resin body, even under stress expanded due to stress concentration generated in the outer peripheral portion of the hole, it is possible to prevent damage to the fiber layer existing in the outer peripheral portion. An object is to provide a fiber-reinforced resin body.
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。 The following is a brief description of the outline of the typical invention disclosed in the present application.
[1]繊維強化樹脂体は、積層された複数の繊維層を有する繊維強化樹脂体であって、前記複数の繊維層は、配向された主繊維束を含む。前記複数の繊維層のうち一部の繊維層は、その積層方向に貫通して、前記主繊維束を切断するように形成された第1貫通孔を有し、前記複数の繊維層から前記一部の繊維層を除いた他の繊維層のうち少なくとも1つの繊維層は、前記第1貫通孔よりも大径である大径孔部と、前記大径孔部の内周に嵌め合うように配置された補強部を有している。前記補強部は、当該補強部を貫通する第2貫通孔を有している。前記一部の繊維層に形成された前記第1貫通孔と前記補強部に形成された前記第2貫通孔とは連通して1つの孔部を形成し、前記孔部は、機械的締結手段が挿入可能なように構成されている。前記補強部は、前記第2貫通孔の中心軸周りに巻回するように配向された繊維束(以下、この繊維束を巻回状繊維束という場合がある。)を含む。 [1] The fiber-reinforced resin body is a fiber-reinforced resin body having a plurality of laminated fiber layers, and the plurality of fiber layers include oriented main fiber bundles. Some of the plurality of fiber layers have a first through hole that is formed so as to cut the main fiber bundle by penetrating in the laminating direction, At least one fiber layer of the other fiber layers excluding the fiber layer is fitted to the large diameter hole portion having a larger diameter than the first through hole and the inner circumference of the large diameter hole portion. It has a reinforcing part arranged. The reinforcing portion has a second through hole that penetrates the reinforcing portion. The first through hole formed in the part of the fiber layer and the second through hole formed in the reinforcing portion communicate with each other to form one hole portion, and the hole portion is a mechanical fastening means. Is configured to be insertable. The reinforcing portion includes a fiber bundle that is oriented so as to be wound around the central axis of the second through hole (hereinafter, this fiber bundle may be referred to as a wound fiber bundle).
[2][1]記載の繊維強化樹脂体において、前記補強部は、前記第2貫通孔の中心軸周りに巻回するように配向された繊維束に替え、前記第2貫通孔の中心から放射状に配向された繊維束(以下、この繊維束を放射状繊維束という場合がある。)を含んでもよい。 [2] In the fiber-reinforced resin body according to [1], the reinforcing portion is replaced with a fiber bundle that is oriented so as to be wound around the central axis of the second through hole, and from the center of the second through hole. It may include a fiber bundle that is radially oriented (hereinafter, this fiber bundle may be referred to as a radial fiber bundle).
[3][1]記載の繊維強化樹脂体において、前記補強部は、前記放射状繊維束をさらに含む。 [3] In the fiber-reinforced resin body according to [1], the reinforcing portion further includes the radial fiber bundle.
[4][3]記載の繊維強化樹脂体において、前記補強部は、前記巻回状繊維束からなる第1補強部と、前記放射状繊維束からなる第2補強部とにより構成され、前記他の繊維層は、前記第1補強部が配置された繊維層と、前記第2補強部が配置された繊維層とを有する。 [4] In the fiber-reinforced resin body according to [3], the reinforcing portion includes a first reinforcing portion made of the wound fiber bundle and a second reinforcing portion made of the radial fiber bundle. The fiber layer includes a fiber layer in which the first reinforcing portion is arranged and a fiber layer in which the second reinforcing portion is arranged.
[5][4]記載の繊維強化樹脂体において、前記第1補強部と前記第2補強部とは、その積層方向に沿って隣接している。 [5] In the fiber-reinforced resin body according to [4], the first reinforcing portion and the second reinforcing portion are adjacent to each other in the stacking direction.
[6][4]記載の繊維強化樹脂体において、前記放射状繊維束は、平面視において、前記巻回状繊維束との交点における当該巻回状繊維束の接線と略直交している。 [6] In the fiber-reinforced resin body according to [4], the radial fiber bundle is substantially orthogonal to a tangent line of the wound fiber bundle at an intersection with the wound fiber bundle in a plan view.
[7][1]〜[6]のいずれか1つに記載の繊維強化樹脂体において、平面視において前記孔部へ作用する応力のうちせん断応力の主軸に沿う方向に引き揃えられた繊維束を有する第1繊維層と、前記第1繊維層の繊維束に対し略直交する方向に引き揃えられた繊維束を有する第2繊維層と、前記第1繊維層および前記第2繊維層が含むいずれの繊維束に対しても交差する方向に引き揃えられた繊維束を有する第3繊維層と、前記第1繊維層、前記第2繊維層および前記第3繊維層が含むいずれの繊維束に対しても交差する方向に引き揃えられた繊維束を有する第4繊維層が積層されている。 [7] In the fiber-reinforced resin body according to any one of [1] to [6], fiber bundles aligned in a direction along a main axis of shear stress among stresses acting on the holes in a plan view. A first fiber layer having a first fiber layer, a second fiber layer having a fiber bundle aligned in a direction substantially orthogonal to the fiber bundle of the first fiber layer, the first fiber layer and the second fiber layer. A third fiber layer having fiber bundles aligned in a direction intersecting with any fiber bundle, and any fiber bundles included in the first fiber layer, the second fiber layer and the third fiber layer. The fourth fiber layer having the fiber bundles aligned in the intersecting direction is laminated.
[8][4]〜[6]のいずれか1つに記載の繊維強化樹脂体において、平面視において前記孔部へ作用する応力のうちせん断応力の主軸に沿う方向に引き揃えられた繊維束を有する第1繊維層と、前記第1繊維層の繊維束に対し略直交する方向に引き揃えられた繊維束を有する第2繊維層と、前記第1繊維層および前記第2繊維層が含むいずれの繊維束に対しても交差する方向に引き揃えられた繊維束を有する第3繊維層と、前記第1繊維層、前記第2繊維層および前記第3繊維層が含むいずれの繊維束に対しても交差する方向に引き揃えられた繊維束を有する第4繊維層が積層されており、前記第1繊維層は、前記第1補強部を含み、前記第2繊維層は、前記第2補強部を含む。 [8] In the fiber-reinforced resin body according to any one of [4] to [6], fiber bundles aligned in a direction along a main axis of shear stress of stress acting on the hole in plan view. A first fiber layer having a first fiber layer, a second fiber layer having a fiber bundle aligned in a direction substantially orthogonal to the fiber bundle of the first fiber layer, the first fiber layer and the second fiber layer. A third fiber layer having fiber bundles aligned in a direction intersecting with any fiber bundle, and any fiber bundles included in the first fiber layer, the second fiber layer and the third fiber layer. A fourth fiber layer having fiber bundles aligned in a direction intersecting with each other is laminated, the first fiber layer includes the first reinforcing portion, and the second fiber layer includes the second fiber layer. Includes reinforcement.
[9][7]または[8]のいずれか1つに記載の繊維強化樹脂体において、前記第1繊維層と前記第2繊維層とは、その積層方向に沿って隣接し、前記第3繊維層と前記第4繊維層とは、その積層方向に沿って隣接している。 [9] In the fiber-reinforced resin body according to any one of [7] and [8], the first fiber layer and the second fiber layer are adjacent to each other in the stacking direction, and the third fiber layer The fiber layer and the fourth fiber layer are adjacent to each other in the stacking direction.
[10][7]〜[9]のいずれか1つに記載の繊維強化樹脂体において、前記繊維強化樹脂体の表部には、前記第3繊維層および前記第4繊維層が配置されている。 [10] In the fiber-reinforced resin body according to any one of [7] to [9], the third fiber layer and the fourth fiber layer are arranged on the surface of the fiber-reinforced resin body. There is.
[11][1]〜[10]のいずれか1つに記載の繊維強化樹脂体において、前記孔部の外周部には、前記複数の繊維層のうちの2層以上の繊維層に対して、その積層方向に縫い込まれた連結糸が設けられ、前記連結糸は、前記一部の繊維層に含まれる前記主繊維束および/または前記補強部に含まれる繊維束を、前記積層方向に束ねて固定している。 [11] In the fiber-reinforced resin body according to any one of [1] to [10], the outer peripheral portion of the hole has two or more fiber layers among the plurality of fiber layers. , A connecting thread sewn in the laminating direction is provided, and the connecting thread is configured such that the main fiber bundle contained in the part of the fiber layers and/or the fiber bundle contained in the reinforcing portion is arranged in the laminating direction. They are bundled and fixed.
[12][3]〜[10]のいずれか1つに記載の繊維強化樹脂体において、前記孔部の外周部には、前記複数の繊維層のうちの2層以上の繊維層に対して、その積層方向に縫い込まれた連結糸が設けられており、前記連結糸は、前記巻回状繊維束および前記放射状繊維束を、前記積層方向に束ねて固定している。 [12] In the fiber-reinforced resin body according to any one of [3] to [10], the outer peripheral portion of the hole has two or more fiber layers among the plurality of fiber layers. A connecting thread sewn in the stacking direction is provided, and the connecting thread bundles and fixes the wound fiber bundle and the radial fiber bundle in the stacking direction.
[13][11]または[12]のいずれか1つに記載の繊維強化樹脂体において、前記連結糸の一部は、前記繊維強化樹脂体の表面に沿って配置され、かつ、平面視において、前記補強部と重なるように配置されている。 [13] In the fiber-reinforced resin body according to any one of [11] and [12], a part of the connecting yarn is arranged along a surface of the fiber-reinforced resin body, and in plan view. , Are arranged so as to overlap the reinforcing portion.
[14][1]〜[13]のいずれか1つに記載の繊維強化樹脂体において、前記補強部は、前記繊維強化樹脂体の表面に露出していない。 [14] In the fiber-reinforced resin body according to any one of [1] to [13], the reinforcing portion is not exposed on the surface of the fiber-reinforced resin body.
[15][1]〜[14]のいずれか1つに記載の繊維強化樹脂体において、前記補強部は、平面視において、前記孔部の周縁の一部に沿って配置されている。 [15] In the fiber-reinforced resin body according to any one of [1] to [14], the reinforcing portion is arranged along a part of a peripheral edge of the hole portion in a plan view.
[16][1]〜[14]のいずれか1つに記載の繊維強化樹脂体において、前記補強部は、平面視において、前記孔部の周縁の全周に亘って配置されている。 [16] In the fiber-reinforced resin body according to any one of [1] to [14], the reinforcing portion is arranged over the entire circumference of the peripheral edge of the hole portion in a plan view.
[17][3]に記載の繊維強化樹脂体において、前記補強部は、前記巻回状繊維束と前記放射状繊維束とが互いに編み込まれて構成されている。 [17] In the fiber-reinforced resin body according to [3], the reinforcing portion is formed by braiding the wound fiber bundle and the radial fiber bundle.
本発明によれば、積層された複数の繊維層を有し、機械的締結手段が挿入される孔部が形成された繊維強化樹脂体であって、前記複数の繊維層は、配向された繊維束を含み、前記孔部は、前記複数の繊維層をその積層方向に貫通して、前記繊維束を切断するように形成されている繊維強化樹脂体において、繊維強化樹脂体に力が入力された場合に、孔部の外周部に生じる応力集中により拡大した応力下であっても、当該外周部に存在する繊維層の破損を防止することができる繊維強化樹脂体を提供することができる。 According to the present invention, there is provided a fiber-reinforced resin body having a plurality of laminated fiber layers and having a hole into which a mechanical fastening means is inserted, wherein the plurality of fiber layers are oriented fibers. In the fiber-reinforced resin body that includes a bundle, the hole portion penetrates the plurality of fiber layers in the stacking direction, and cuts the fiber bundle, a force is input to the fiber-reinforced resin body. In such a case, it is possible to provide a fiber-reinforced resin body capable of preventing damage to the fiber layer existing in the outer peripheral portion even under stress expanded by the stress concentration generated in the outer peripheral portion.
(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態(以下、第1態様と称する場合がある。他の実施の形態について同様。)について、図面を参照して説明する。なお、各実施形態を示す各図中において、同一または同様の部分または構成要素は同一または類似の記号または参照番号で示し、説明は原則として繰り返さない。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention (hereinafter, sometimes referred to as a first mode; the same applies to other embodiments) will be described with reference to the drawings. In each drawing showing each embodiment, the same or similar parts or components are shown by the same or similar symbols or reference numerals, and the description will not be repeated in principle.
<第1態様の繊維強化樹脂体の構成およびその作用効果>
以下、第1態様の繊維強化樹脂体の構成について説明する。図1Aは、第1態様に係る繊維強化樹脂体を示す平面図、図1Bは、第1態様に係る繊維強化樹脂体において、図1AのA−A’線に沿って切断した構造を示す要部断面図である。図1Cは、第1態様に係る繊維強化樹脂体において、図1BのB−B’線に沿って切断した構造を示す要部断面図、図1Dは、第1態様に係る繊維強化樹脂体において、図1BのC−C’線に沿って切断した構造を示す要部断面図である。
<Structure of Fiber Reinforced Resin Body of First Aspect and Its Effect>
The configuration of the fiber-reinforced resin body of the first aspect will be described below. FIG. 1A is a plan view showing a fiber-reinforced resin body according to a first aspect, and FIG. 1B is a view showing a structure cut along the line AA′ in FIG. 1A in the fiber-reinforced resin body according to the first aspect. FIG. 1C is a cross-sectional view of an essential part showing a structure of the fiber-reinforced resin body according to the first aspect taken along line BB′ of FIG. 1B, and FIG. 1D shows the fiber-reinforced resin body according to the first aspect. FIG. 2B is a cross-sectional view of a main portion showing the structure cut along the line CC′ of FIG. 1B.
図1A〜図1Dに示すように、第1態様に係る繊維強化樹脂体10は、積層された8層(複数)の繊維層13a,13b,13c,13d,13e,13f,13g,13hおよび樹脂15を有している。以下、8層の繊維層13a〜13hの積層方向は、繊維強化樹脂体10の厚さ方向と一致する。繊維層13a〜13hは、それぞれ所定の方向に配向された(引き揃えられた)主繊維束14a,14b,14c,14dを含んでいる。そして、繊維強化樹脂体10のマトリックスを構成する樹脂15は、繊維層13a〜13hを構成する主繊維束14a〜14dおよび後述する補強部12に配置された繊維束14e,14fの間に含浸された状態で存在している。なお、「主繊維束」とは、後述する補強部12以外、つまり繊維強化樹脂体10を主体的に構成している繊維束である繊維層13a〜13hに含まれている繊維束のことを指す。
As shown in FIGS. 1A to 1D, the fiber-reinforced
第1態様に係る繊維強化樹脂体10において、8層の繊維層13a〜13hのうち、表部(上面および下面の近傍)に配置された一部の繊維層13a,13b,13g,13h(以下、一部の繊維層13a等という場合がある。)は、その積層方向に貫通して、上記主繊維束14a,14bを切断するように形成された第1貫通孔11aを有している。また、8層の繊維層13a〜13hから上記一部の繊維層13a等を除いた他の繊維層13c〜13f(以下、他の繊維層13c等という場合がある。)は、上記第1貫通孔11aよりも大径である大径孔部17、および、前記大径孔部17に嵌め合うように配置された補強部12を有している。そして、補強部12は、当該補強部12を貫通する、好ましくは第1貫通孔11aと同径の第2貫通孔11bを有している。なお、本実施形態では、他の繊維層13c〜13fの全てが大径孔部17および補強部12を有しているが、他の繊維層13c等の少なくとも1つの繊維層が大径孔部17および補強部12を有していればよい。
In the fiber-reinforced
上記一部の繊維層13a等に形成された第1貫通孔11aと上記補強部12に形成された第2貫通孔11bとは連通して、一つの孔部11を形成し、当該孔部11は、機械的締結手段7が挿入可能なように構成されている。具体的には、例えば、後述する図4A〜図4Dに示す車両用ホイール1のリム部5に繊維強化樹脂体10を採用した場合において、繊維強化樹脂体10の孔部11に、リム部5とディスク部3とを結合する機械的締結手段(ボルト)7が挿通される。
The first through holes 11a formed in the part of the fiber layers 13a and the like and the second through
そして、上記補強部12は、その第2貫通孔11bの中心軸周りに巻回するように配向された巻回状繊維束14eを含んでいる。さらに、好ましい形態である第1態様の補強部12は、当該第2貫通孔11bの中心から放射状に配向された放射状繊維束14fも含んでいる。なお、下記で詳述するように、巻回状繊維束14eはせん断破壊に対し、放射状繊維束14fは打抜き破壊に対し、各々単独で効果を奏するので、補強部12は両者をともに含む必要はなく、いずれか一方を含んでいてもよい。また、巻回状繊維束14eは、第2貫通孔11bの中心軸周りに巻回するように配向された繊維束であればよい。図1Cに示すように、繊維束が同心円状に巻回された態様の繊維束であってもよいが、例えば、渦巻き状となるよう巻回された態様の繊維束であってもよい。
The reinforcing
第1態様では、上記のような構成を採用したことにより、繊維強化樹脂体10に力が入力され、孔部11の外周部に応力集中が生じた場合でも、当該孔部11の外周部に存在する一部の繊維層13a等の破損を抑制し、繊維強化樹脂体10の破壊強度を高めることができる。以下、その理由について具体的に説明する。
In the first aspect, by adopting the configuration as described above, even when force is input to the fiber-reinforced
前述したように、孔部を有する繊維強化樹脂体は、当該繊維強化樹脂体へ力が入力された場合に、形成した孔部の外周部に応力が集中する。そして、繊維層13a〜13hの全てに含まれる主繊維束14a〜14dを切断するように孔部を形成すると、孔部の外周部に存在する繊維層13a〜13hでは、応力集中により拡大した応力下で、繊維層間における層間剥離が生じやすい。繊維層13a〜13hの層間剥離が生じると、それが一部の繊維層間であっても、剥離した繊維層の負担が大きくなり、その繊維層を構成する主繊維束14a〜14d自体の破断が生じやすくなる。そして、この繊維層における層間剥離、主繊維束の破断が連鎖するように繊維強化樹脂体全体に進行し、繊維強化樹脂体が破壊するに至るのである。
As described above, in the fiber-reinforced resin body having holes, when a force is applied to the fiber-reinforced resin body, stress concentrates on the outer peripheral portion of the formed holes. Then, when the holes are formed so as to cut the
また、上記孔部に機械的締結手段が挿通されている場合には、繊維強化樹脂体へ力が入力された際に機械的締結手段が孔部の内壁に当接することがある。ここで、孔部の内壁には、切断された主繊維束14a〜14dの端部が面しているため、機械的締結手段を介して主繊維束14a〜14dの端部に応力が作用し、主繊維束14a〜14dの繊維座屈が発生しやすくなる。以上より、孔部に機械的締結手段が挿通されている場合には、繊維座屈による面圧破壊が原因となって孔部が設けられた繊維層13a〜13hおける層間剥離が発生する可能性が高まる。
When the mechanical fastening means is inserted through the hole, the mechanical fastening means may come into contact with the inner wall of the hole when a force is applied to the fiber-reinforced resin body. Here, since the ends of the cut
これに対して、第1態様の繊維強化樹脂体10は、図1A〜図1Dに示すように、その特徴的な構成として、複数の繊維層13a〜13hのうち一部の繊維層13a等は、その積層方向に貫通して、その主繊維束14a,14bを切断するように形成された第1貫通孔11aを有し、他の繊維層13c等は、第1貫通孔11aよりも大径である大径孔部17と、大径孔部17の内周に嵌め合うように配置された補強部12を有している。そして、この補強部12は、上記第1貫通孔11aと連通することにより孔部11を構成する第2貫通孔11bを有するとともに、その第2貫通孔11bの中心軸周りに巻回するように配向された繊維束(巻回状繊維束)14eを含んでいる。
On the other hand, as shown in FIGS. 1A to 1D, the fiber-reinforced
第1態様の繊維強化樹脂体10が、上記のように特徴的な構成を有することにより、補強部12は、平面視において、一部の繊維層13a等の主繊維束14a,14bを切断するように形成された第1貫通孔11aの外周部を補強する位置関係となっている。この補強部12は、巻回状繊維束14eを含んでいるので、面内(平面)方向に作用するせん断応力に対して、補強部12が含む巻回状繊維束14eが負担し、第1貫通孔11aの外周部に存在する一部の繊維層13a等の負担が軽減されるので、一部の繊維層13a等の層間剥離が抑制され、繊維強化樹脂体10の破壊を防止することができる。
Since the fiber-reinforced
また、加えて、第1態様の繊維強化樹脂体10において、補強部12は、放射状繊維束14fを有している。こうすることにより、面外(厚さ)方向から作用する打抜き力により生じる応力(打抜きせん断応力)に対する強度を高めることができる。すなわち、孔部11に機械的締結手段7が挿通されている場合には、繊維強化樹脂体10へ力が入力された際に繊維層13a〜13hの積層方向に力が作用することもある。具体的には機械的締結手段7がボルトである場合に、当該ボルトの中心軸に沿う方向に繊維強化樹脂体10に力が入力された場合には、繊維層13a〜13hの積層方向にボルトが食い込むことによって、繊維層が打ち抜かれるように破断する打抜きせん断破壊が生じる可能性がある。
In addition, in addition, in the fiber-reinforced
この点、第1態様の繊維強化樹脂体10では、補強部12は、巻回状繊維束14eのみならず、放射状繊維束14fをも含んでおり、この放射状繊維束14fは、打抜きせん断破壊に対する強度が高い。これにより、第1態様の繊維強化樹脂体10では、打抜きせん断応力を放射状繊維束14fで負担することにより、一部の繊維層13a等の破損を抑制することができる。
In this respect, in the fiber-reinforced
さらに、補強部12は、巻回状繊維束14eおよび放射状繊維束14fの双方を含むことにより、孔部11の外周部に複合的な多方向からの応力が作用した場合でも、その応力を補強部12で負担することにより、主繊維束14a,14bが切断されてなる第1貫通孔11aの外周部の一部の繊維層13a等の破損抑制の効果が高まるという複合効果を奏することができる。
Furthermore, since the reinforcing
以上のように、第1態様の補強部12は、当該補強部12の有する巻回状繊維束14eと放射状繊維束14fとの複合的な作用効果として孔部11の外周部に作用する複合的な多方向からの応力を負担するとともに、巻回状繊維束14eおよび放射状繊維束14fは、前者が面内に作用するせん断応力を主として負担し、後者が面外から作用する打抜きせん断応力を主として負担するという、各々単独の作用効果を奏することができる。
As described above, the reinforcing
なお、上記した巻回状繊維束14eと放射状繊維束14fとの複合的な作用効果を高めるためには、平面視において、放射状繊維束14fは、巻回状繊維束14eとの交点における当該巻回状繊維束14eの接線と略直交していることが望ましい。なお、「平面視」とは、孔部11の中心軸に沿った方向から繊維強化樹脂体10を眺めた場合に、視認される視野のことを指す。
In addition, in order to enhance the composite action effect of the above-described
<第1態様の積層構造>
以下、第1態様に係る繊維強化樹脂体10について、さらに詳しく説明する。好ましい実施形態である第1態様の繊維強化樹脂体10の8層の繊維層13a〜13hの積層構造は、繊維層13a〜13hが、各々異なった繊維束の配向パターン(配向角度)を有する4種の繊維層が積層された構造(以下、この積層構造を異配向繊維層積層構造という場合がある。)である。なお、異配向繊維層積層構造を構成する各繊維層の繊維束の配向パターンは、3種以上あればよい。そして、本実施形態の積層構造は、異配向繊維層積層構造のうち、最も好ましい態様である疑似等方積層構造である。すなわち、繊維強化樹脂体10は、図1Aに示す引張方向(孔部11へ作用する応力としてはせん断軸方向であり、この方向(配向角度)を0°方向と定義する。)に沿う方向に引き揃えられた(配向した)主繊維束(以下、0°繊維束という場合がある。)14cを含む繊維層(以下、第1繊維層という場合がある。)13c,13fと、第1繊維層13c,13fが含む0°繊維束14cに対し略直交する方向(図1Aに示す90°方向)に引き揃えられた主繊維束(以下、90°繊維束という場合がある。)14dを含む繊維層(以下、第2繊維層という場合がある。)13dおよび13eを有している。
<Layered structure of the first aspect>
Hereinafter, the fiber-reinforced
さらに、繊維強化樹脂体10は、上記第1繊維層13c,13fが含む0°繊維束14cおよび第2繊維層13d,13eが含む90°繊維束14dのいずれに対しても交差する方向(第1態様の場合には、図1Aに示す45°方向)に引き揃えられた主繊維束(以下、45°繊維束という場合がある。)14aを含む繊維層(以下、第3繊維層という場合がある。)13a,13hを有している。そして、繊維強化樹脂体10は、第1繊維層13c,13fが含む0°繊維束14c、第2繊維層13d,13eが含む90°繊維束14dおよび第3繊維層13a,13hが含む45°繊維束14aのいずれに対しても交差する方向(第1態様の場合には、図1Aに示す−45°方向)に引き揃えられた主繊維束(以下、−45°繊維束という場合がある。)14bを含む繊維層(以下、第4繊維層という場合がある。)13b,13gを有している。
Further, the fiber-reinforced
そして、繊維強化樹脂体10では、その厚さ方向中央(図1Bに示す繊維層13dと繊維層13eとの界面)を対称面として、主繊維束の繊維方向(配向角度)の配向パターンが対称となるように、繊維層が配置されている。すなわち、厚さ方向中央より上方の繊維層13a〜13dでは、主繊維束が、上から45°,−45°,0°,90°の順に繊維強化樹脂体10の厚さ方向に沿って積層されている。これに対して、厚さ方向中央より下方の繊維層13e〜13hでは、主繊維束が、上から90°,0°,−45°,45°の順に繊維強化樹脂体10の厚さ方向に沿って積層されている。上記疑似等方積層構造を有する繊維強化樹脂体10によれば、多方向からの作用する応力に対し十分な強度を有するとともに、成形後に発生する反りなどの不具合を抑制することが出来る。なお、自動車用足回り部品などの製品には、通常、屈曲部や凹凸部が存在するため主繊維束の配向方向(配向角度)が変動する場合があるが、±5°程度の変動は許容される。
Then, in the fiber-reinforced
以上のように、疑似等方積層構造である第1態様の繊維強化樹脂体10は、0°繊維束14cからなる第1繊維層13c,13f、90°繊維束14dからなる第2繊維層13d,13e、45°繊維束14aからなる第3繊維層13a,13h、−45°繊維束14bからなる第4繊維層13b,13gが、厚さ方向中央を対称面として対称となるよう積層された疑似等方積層構造となっている。しかしながら、上記した異配向繊維層積層構造をとる場合には、第3繊維層13a,13hの有する主繊維束14a、第4繊維層13b,13gの有する主繊維束14bの配向する角度は、各々45°,−45°に限定されず、例えば30°,−60°であってもよい。すなわち、主繊維束14a,14bの配向する角度は、主繊維束14c,14dの配向する角度との関係が、上記した条件を満たすものであればよい。また、本発明は、その補強部12により、疑似等方積層構造(異配向繊維層積層構造)である第1態様の繊維強化樹脂体10のみならず、後述する第1変形例および第2変形例のように、いわゆる直交積層構造の繊維強化樹脂体においても、第1態様の繊維強化樹脂体10と同様な効果を奏することができる。
As described above, in the fiber-reinforced
上記のように繊維強化樹脂体10を疑似等方積層構造とすることにより、多方向からの応力が作用する多軸応力状態に対応することができるが、図1Aに示すように、繊維強化樹脂体10に対し引張方向に力が入力し、平面視において、機械的締結手段7を通じて孔部11へ大きなせん断応力が一方向(せん断主軸方向)に作用する場合には、このせん断主軸方向(図1Aにおいて0°方向)に沿い配向された主繊維束を有する繊維層を配置することが強度向上の点から望ましい。この点、第1態様の繊維強化樹脂体10では、せん断主軸方向(0°方向)に配向せしめた0°繊維束を有する第1繊維層13c,13fを配置しているため、強度を向上させることができる。
When the fiber-reinforced
また、一般に、繊維強化樹脂体10の表部である上面および下面(表面)近傍には曲げ応力など複合的な応力が作用するため、0°繊維束14cおよび90°繊維束14dを有する繊維層13c〜13fを表部に配置すると繊維層内に初期破壊が生じやすい。一方で、第1態様の繊維強化樹脂体10では、その表部に、せん断主軸方向およびこれに直交する方向のいずれとも異なる方向である、45°繊維束14aを有する第3繊維層13a,13h、−45°繊維束14bを有する第4繊維層13b,13gを配置している。このように、繊維強化樹脂体10の表部にせん断主軸方向およびこれに直交する方向のいずれとも異なる方向に配向された繊維束を有する繊維層を配置することにより、複合的に作用する応力に対する繊維層内の初期破壊の発生を抑制することができるので好ましい。なお、繊維強化樹脂体10の表部に配置される第3繊維層13a,13hおよび第4繊維層13b,13gの積層順は問わない。
Further, generally, a composite stress such as bending stress acts on the upper surface and the lower surface (surface) near the surface of the fiber-reinforced
さらに、上記のように疑似等方積層構造(異配向繊維層積層構造)を有する繊維強化樹脂体10の場合、繊維方向が互いに直交する主繊維束をそれぞれ含む繊維層は、その積層方向に沿って隣接していることが好ましい。つまり、0°繊維束14cを含む第1繊維層13cと90°繊維束14dを含む第2繊維層13dとは、その積層方向に沿って隣接していることが望ましく、同様に、45°繊維束14aを含む第3繊維層13aと−45°繊維束14bを含む第4繊維層13bとは、その積層方向に沿って隣接していることが望ましい。こうすることで、例えばある繊維方向に配向された主繊維束を含む繊維層内に初期破壊が生じ、クラックが発生した場合であっても、クラックが発生した繊維層と隣接する繊維層は、クラックが発生した繊維層が含む主繊維束の配向方向に直交する方向に配向された主繊維束を含んでいるため、繊維層内に発生したクラックが積層方向に伝播することを防止することができる。
Furthermore, in the case of the fiber-reinforced
<第1態様の補強部構成>
図1Aおよび図1Bを参照し説明したように、第1態様の繊維強化樹脂体10の機械的締結手段7が挿入される孔部11は、一部の繊維層13a等に含まれる主繊維束14a,14bを切断するように形成された第1貫通孔11aと、補強部12を貫通するように形成された第2貫通孔11bが連通することにより形成されている。
<Structure of Reinforcing Portion of First Aspect>
As described with reference to FIGS. 1A and 1B, the hole portion 11 into which the mechanical fastening means 7 of the fiber reinforced
そして、図1B、図1Cおよび図1Dに示すように、本実施形態の繊維強化樹脂体10は、一部の繊維層13a等に形成された直径がD1である第1貫通孔11aよりも大径(直径D2)であり、他の繊維層13c等に形成された平面視が略円形状の大径孔部17を有し、略円筒形状をなす補強部12は、大径孔部17の内周に嵌め合うように配置されている。つまり、本実施形態では、補強部12は、平面視において、孔部11の周縁の全周に亘り、その外周部に配置されており、一部の繊維層13a等の主繊維束14a,14bを切断するように形成された第1貫通孔11aの外周部を補強する位置関係となっている。このように、第1態様の補強部12は、孔部11の周縁の全周に亘って配置されているので、第1貫通孔11aの外周部に存在する一部の繊維層13a等の破損を抑制することができる。
Then, as shown in FIGS. 1B, 1C, and 1D, the fiber-reinforced
図1Bに示すように、第1態様の補強部12は、中央に第2貫通孔11bが形成された巻回状繊維束14eを有する第1補強部12aと、中央に第2貫通孔11bが形成された放射状繊維束14fを有する第2補強部12bとの、双方ともに略円環形状の2種の繊維層が積層されることにより形成されている。すなわち、本実施形態の繊維強化樹脂体10では、他の繊維層13c等は、第1補強部12aが各々配置された第1繊維層13c,13fと、第2補強部12bが各々配置された第2繊維層13d,13eを有している。このように、第1態様の補強部12は、巻回状繊維束14eからなる第1補強部12aと、放射状繊維束14fからなる第2補強部12bとにより構成されているので、配向方向の異なる巻回状繊維束14eおよび放射状繊維束14fをそれぞれ別の補強部として構成することで、補強部12を有する繊維強化樹脂体10の製造が極めて容易となる。
As shown in FIG. 1B, the reinforcing
具体的には、上記2種の繊維層のうち、第1補強部12aは、0°繊維束14cを含む他の繊維層である第1繊維層13c,13fに形成された大径孔部17に配置され、第2補強部12bは、90°繊維束14dを含む他の繊維層である第2繊維層13d,13eに形成された大径孔部17に配置されている、すなわち、第1繊維層13c,13fは第1補強部12aを含み、第2繊維層13d,13eは第2補強部12bを含むことが強度向上の点で好ましい。このように構成することにより、第1補強部12aが有する巻回状繊維束14eの上記したせん断応力の負担能力を高め、第1貫通孔11aの外周部に存在する一部の繊維層13a等の破損をさらに抑制することができる。
Specifically, of the two types of fiber layers, the first reinforcing
上記のように第1補強部12aおよび第2補強部12bが配置された他の繊維層13c等は、厚さ方向において繊維強化樹脂体10の中央部分(内部)を構成するよう、上から繊維層13c,13d,13e,13fの順序で積層され、第1補強部12aおよび第2補強部12bの積層により補強部12が形成される。そして、補強部12の第2貫通孔11bに第1貫通孔11aが連通するよう他の繊維層13c等の外側に一部の繊維層13a等が積層され、表面に補強部12が露出していない繊維強化樹脂体10が構成される。補強部12の配置位置は、本実施形態のように繊維強化樹脂体10の中央部分に限定されず、表部に配置することにより表面に露出してもよい。しかしながら、繊維強化樹脂体10の表部に作用する曲げ応力など複合的な応力により繊維強化樹脂体10の表部は破損しやすいのでその補強という点および補強部12自身の破損防止という点では厚さ方向において繊維強化樹脂体10の内部に設け、繊維強化樹脂体10の表面に補強部12が露出しないことが望ましい。
The
また、図1Bに示すように、第1補強部12aと、第2補強部12bとは、積層方向に沿って隣接していることが望ましい。こうすることで、巻回状繊維束14eを含む第1繊維層13c,13fの打抜きせん断破壊に対する強度を、放射状繊維束14fを含む第2繊維層13d,13eによって確実に補填することができる。
Further, as shown in FIG. 1B, it is desirable that the first reinforcing
なお、第1態様の各繊維層13a〜13hは、一方向材、すなわち1つの繊維層が1種類の主繊維束により構成されている場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。各繊維層は、例えば、ノンクリンプ織物(Non-crimp fabric:NCF)材を用いて構成することもできる。ノンクリンプ織物材とは、所定の方向に配向された主繊維束の層を複数積層し、ナイロンやポリエステル等の糸によってステッチ加工したものである。例えば45°繊維束14aと、−45°繊維束14bとがステッチ加工により固定されたノンクリンプ織物材に樹脂15を含浸させることによって、2つの繊維層(例えば、繊維層13a,13b)が形成される。
Each of the fiber layers 13a to 13h of the first aspect has been described by way of an example in which the unidirectional material, that is, one fiber layer is configured by one type of main fiber bundle, but is not limited thereto. Absent. Each fiber layer can also be configured using, for example, a non-crimp fabric (NCF) material. The non-crimp fabric material is a material in which a plurality of layers of main fiber bundles oriented in a predetermined direction are laminated and stitched with a thread such as nylon or polyester. For example, two fiber layers (for example, the fiber layers 13a and 13b) are formed by impregnating the non-crimp woven material in which the 45°
また、繊維強化樹脂体の各繊維層が、例えば、互いに直交(交差)する向きに配向された1組の主繊維束を編み込んだ平織り材により構成されていてもよい。具体的には、平織り材は、第1の方向に配向された(引き揃えられた)主繊維束と、第2の方向に配向された(引き揃えられた)主繊維束とが格子状に互いに編み込まれた織物である。 Further, each fiber layer of the fiber-reinforced resin body may be formed of, for example, a plain weave material in which a set of main fiber bundles oriented in directions orthogonal to each other (intersecting) are woven. Specifically, the plain weave material has a main fiber bundle oriented in the first direction (aligned) and a main fiber bundle oriented in the second direction (aligned) in a lattice pattern. It is a woven fabric.
繊維強化樹脂体の各繊維層が一方向材やノンクリンプ織物材により構成されている場合は、平織り材を用いた場合に比べ、繊維層の積層構造により主繊維束の配向パターンを適切に設定することで、繊維強化樹脂体10の強度を容易に調整可能な点で有利である。一方、繊維強化樹脂体の各繊維層が平織り材により構成されている場合は、主繊維束同士が編んであるため繊維がほどけにくい点で、一方向材やノンクリンプ織物材を用いた場合に比べて有利である。
When each fiber layer of the fiber reinforced resin body is composed of unidirectional material or non-crimp woven material, the orientation pattern of the main fiber bundle is set appropriately by the laminated structure of the fiber layer, as compared with the case of using plain woven material. This is advantageous in that the strength of the fiber-reinforced
また、繊維束14a〜14fを構成する繊維の種類は特に限定されず、炭素繊維、合成繊維やガラス繊維等の各種の繊維を用いることができるが、機械的強度が高くかつ軽量な繊維強化樹脂体を得ることができる点で、繊維束14a〜14fには炭素繊維を用いることが好適である。
In addition, the type of fibers constituting the
第1態様では、繊維強化樹脂体10に1つの孔部11が形成されている場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、繊維強化樹脂体10に孔部が複数個形成されていてもよい。
In the first aspect, the case where one hole 11 is formed in the fiber-reinforced
<第1態様の繊維強化樹脂体の製造方法>
以下、第1態様の繊維強化樹脂体の製造方法について説明する。図2は、第1態様に係る繊維強化樹脂体を構成する各部材を示す平面図、図3は、第1態様に係る繊維強化樹脂体の製造工程を示す要部断面図である。
<The manufacturing method of the fiber reinforced resin body of a 1st aspect>
Hereinafter, the method for producing the fiber-reinforced resin body of the first aspect will be described. FIG. 2 is a plan view showing each member constituting the fiber-reinforced resin body according to the first aspect, and FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part showing a manufacturing process of the fiber-reinforced resin body according to the first aspect.
まず、上記第1態様の繊維強化樹脂体10を構成する材料(部材)について説明する。図2に示すように、第3繊維層13a,13h(図1B参照)を形成する部材である、所定の方向に配向された繊維束からなる繊維シート(以下、第3繊維層用シートという場合がある。以下の繊維層および補強部を形成する繊維シートについて同じ。)83a,83hを準備する。以下同様に、第4繊維層用シート83b,83g、第1繊維層用シート83c,83f、第2繊維層用シート83d,83e、第1補強部用シート82aおよび第2補強部用シート82bを準備する。なお、第3繊維層用シート83a,83hおよび第4繊維層用シート83b,83gは、その厚さ方向に沿って貫通する直径がD1の第1貫通孔11aを、第1補強部用シート82aおよび第2補強部用シート82bは、その厚さ方向に沿って貫通する直径がD1の第2貫通孔11bを有している。また、第1および第2繊維層用シート83c〜83fは、その厚さ方向に沿って貫通する直径がD2の大径孔部17を有している。なお、各繊維シート83a〜83h,82a,82bが含む繊維束の配向パターンは、当該繊維シート83a〜83h,82a,82bが形成すべき繊維層13a〜13h、第1補強部12a、第2補強部12bにおける繊維束の配向パターンに対応している。例えば、45°繊維束14aからなる第3繊維層13aを形成するための第3繊維層用シート83aは、45°繊維束14aで構成されている。また、各繊維シート83a〜83h,82a,82bを構成する繊維束14a〜14fには、後述する賦形工程において複数積層した繊維シート同士が、その後の工程における取り扱いで形崩れしない程度に仮接合させるため、その表面に、例えばエポキシ樹脂などのバインダー(結合材)を付着させている。
First, the material (member) constituting the fiber-reinforced
第3繊維層用シート83a,83hおよび第4繊維層用シート83b,83gに形成された第1貫通孔11a、並びに、第1補強部用シート82aおよび第2補強部用シート82bに形成された第2貫通孔11bの内径寸法D1は、第1および第2繊維層用シート83c〜83fに形成された大径孔部17の内径寸法D2よりも小さい。また、上記大径孔部17の内径寸法D2と、第1補強部用シート82aおよび第2補強部用シート82bの外径寸法D2とは略同一である。つまり、第1補強部用シート82aおよび第2補強部用シート82bは、第1および第2繊維層用シート83c〜83fの大径孔部17へ篏合可能なように構成されている。
The first through-hole 11a formed in the third
次に、第1態様の繊維強化樹脂体10の製造工程について説明する。図3に示すように、第1態様の繊維強化樹脂体の製造方法は、積層工程(S11)、賦形工程(S12)および樹脂含浸工程(S13)を含んでおり、この順序で繊維強化樹脂体を製造する例である。
Next, a manufacturing process of the fiber-reinforced
積層工程(S11)は、金型Kに対して、下方から繊維シート83h,83g,・・・,83aの順番で積層するとともに第1補強部用シート82aおよび第2補強部用シート82bを所定の位置に配置する工程である。以下、積層工程(S11)について、具体的に説明するが、上記したように疑似等方積層構造(異配向繊維層積層構造)である第1態様の繊維強化樹脂体10は、厚さ方向中央を対称面として、主繊維束の繊維方向の配向パターンが対称となるように繊維層が配置されているので、厚さ方向中央から下側の繊維層13h〜13e(図1B参照)を形成する第3繊維層用シート83h〜第2繊維層用シート83eの積層方法のみ詳細に説明し、上側の繊維層13d〜13aを形成する第2繊維層用シート83d〜第3繊維層用シート83aの積層方法の詳細な説明は省略する。
In the laminating step (S11), the
図3に示すように、金型Kには、外径がD1の円柱状の突起K1が設けられている。まず、第1貫通孔11aに突起K1が挿通されるように、最下層の繊維層である第3繊維層13hを形成する第3繊維層用シート83hを金型Kに配置する。以下、第3および第4繊維層用シート83g,83b,83aを積層する際にも、同様に各々の第1貫通孔11aに突起K1が挿通されるように配置して積層する。こうすることで、最終的に得られる繊維強化樹脂体10において、孔部11の位置ずれを抑制することができる。
As shown in FIG. 3, the mold K is provided with a cylindrical protrusion K1 having an outer diameter D1. First, the third
上記第3繊維層用シート83hの配置に引き続いて、その上に第4繊維層用シート83gを積層する(工程S111)。次に、第4繊維層用シート83g上に第1繊維層用シート83fを積層し(工程S112)、その後、金型Kの突起K1に第2貫通孔11bを挿通しつつ第1繊維層用シート83fの大径孔部17に第1補強部用シート82aを嵌め込む(工程S113)。
Subsequent to the arrangement of the third
続いて、第1繊維層用シート83f上に第2繊維層用シート83eを積層し(工程S114)、その後、金型Kの突起K1に第2貫通孔11bを挿通しつつ第2繊維層用シート83eの大径孔部17に第2補強部用シート82bを嵌め込む(工程S115)。
Then, the second
上記工程S115の完了後、積層された第2繊維層用シート83eの上面を厚さ方向の対称面とし、第2繊維層用シート83e上に、第2繊維層用シート83d、第1繊維層用シート83c、第4繊維層用シート83b、第3繊維層用シート83aを、この順序で積層する。なお、第2繊維層用シート83dおよび第1繊維層用シート83cの各々の大径孔部17には、第2補強部用シート82bおよび第1補強部用シート82aが嵌め込まれて配置される(工程S116)。以上により、積層工程(S11)が完了する。
After the step S115 is completed, the upper surface of the laminated second
賦形工程(S12)では、積層工程(S11)によって積層された各繊維シート83a〜83hを、金型Kとその蓋部K2との間に挟持し、その積層方向に沿って加圧しつつ加熱しプリフォーム(中間体)18を形成する。ここで、各繊維シート83a〜83hを構成する主繊維束の表面には上記したようにバインダーを付着させているので、加圧により各繊維シート83a〜83h同士が仮接合されたプリフォーム18を得ることができ、当該プリフォーム18は、その後の工程での取り扱い等により形崩れすることがない。なお、各繊維シート83a〜83hは弾性を有するため、賦形工程(S12)においてこの弾性を吸収するため、突起K1の底部と金型Kとの間にはバネK3が設けられている。こうすることで、金型Kとその蓋部K2との間に各繊維シート83a〜83hを挟持する際に突起K1が沈み込み、各繊維シート83a〜83hを十分に加圧して賦形することができる。
In the shaping step (S12), the
樹脂含浸工程(S13)では、例えばレジントランスファー成形やインフュージョン成形により、プリフォーム18に樹脂15を含浸させ硬化させる。以上の工程により、第1態様の繊維強化樹脂体10が完成する。
In the resin impregnation step (S13), the preform 18 is impregnated with the resin 15 and cured by, for example, resin transfer molding or infusion molding. Through the above steps, the fiber-reinforced
<第1態様の繊維強化樹脂体の適用例>
以下、第1態様の繊維強化樹脂体の適用例である車両用ホイールについて説明する。
<Application example of the fiber-reinforced resin body of the first aspect>
Hereinafter, a vehicle wheel that is an application example of the fiber-reinforced resin body of the first aspect will be described.
図4Aは、第1態様の繊維強化樹脂体の適用例である車両用ホイールを示す平面図、図4Bは、当該車両用ホイールを示す側面図である。図4Cは、図4BのA−A線矢視拡大断面図である。図4Dは、図4CのH部分の要部拡大断面図である。 FIG. 4A is a plan view showing a vehicle wheel that is an application example of the fiber-reinforced resin body of the first aspect, and FIG. 4B is a side view showing the vehicle wheel. FIG. 4C is an enlarged sectional view taken along the line AA of FIG. 4B. FIG. 4D is an enlarged cross-sectional view of an essential part of the H portion of FIG. 4C.
図4Aおよび図4Bに示すように、第1態様の繊維強化樹脂体の適用例である車両用ホイール1は、略円環形状のリム部5と、ディスク部3とからなる。ディスク部3とリム部5とは、機械的締結手段(例えばボルト)7によって結合されている。
As shown in FIGS. 4A and 4B, a
ディスク部3は、車軸が締結されるハブ部3aと、ハブ部3aの外周面から放射状に伸びる複数のスポーク部3bによって構成される。ディスク部3は、例えばアルミニウム製であり、例えば、鋳造または鍛造で製造される。なお、ディスク部3の材質は特に限定されず、ディスク部3の形状は図示した例には限定されるものではない。
The
図4Cに示すように、リム部5は、両端部にフランジ部5a,5gが形成され、フランジ部5a、5gの内側に、それぞれ外側から順に、ビードシート部5b,5f、ハンプ部5c,5e、ドロップ部5dが形成される。なお、リム部5の形状は図示した例には限られない。 As shown in FIG. 4C, the rim portion 5 has flange portions 5a and 5g formed at both end portions thereof, and the bead seat portions 5b and 5f and the hump portions 5c and 5e are arranged inside the flange portions 5a and 5g in order from the outside. , The drop portion 5d is formed. The shape of the rim portion 5 is not limited to the illustrated example.
リム部5の所定の部位、特に厚肉となる部位(厚肉部)の内部には、樹脂部9a,9b,9c,9d,9eが配置される。より詳細には、フランジ部5aには樹脂部9aが配置され、ハンプ部5cには樹脂部9bが配置され、ドロップ部5dのハンプ部5c側の端部近傍には樹脂部9cが配置され、ハンプ部5eには樹脂部9dが配置され、フランジ部5gには樹脂部9eが配置される。
The
図4Dに示すように、リム部5は、主に、第1態様の繊維強化樹脂体10により構成されている。ハンプ部5cには周方向に所定の間隔で孔部11が形成されている。この孔部11が、第1態様の繊維強化樹脂体10の厚さ方向に貫通して形成された孔部11に相当する。そして、それぞれの孔部11に対応する位置におけるディスク部3には、雌ネジ部3cが形成されている。リム部5の外面側から、孔部11に機械的締結手段であるボルト7が挿通される。ボルト7の先端の雄ネジ部が、リム部5の内周に配置されたディスク部3の雌ネジ部3cと螺合することによって、リム部5とディスク部3とが接合される。すなわち、ハンプ部5cがリム部5とディスク部3との結合部5hとなる。ボルト7の頭部は、樹脂で被覆されており、孔部11の外面側には樹脂が配置されている。
As shown in FIG. 4D, the rim portion 5 is mainly composed of the fiber-reinforced
かかる第1態様の繊維強化樹脂体10を適用した車両用ホイール1にあっては、上記のような構成を採用したことにより、図4Dに示すように、例えば、外力により結合部5hに応力が作用し、孔部11の外周部に応力集中が生じた場合でも、当該孔部11の外周部に存在する一部の繊維層13a等の破損を抑制し、リム部5の破壊強度を高めることができる。
In the
なお、リム部5を構成する繊維強化樹脂体は、第1態様の繊維強化樹脂体10である場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、後述する変形例1の繊維強化樹脂体20〜変形例3の繊維強化樹脂体40または第2態様の繊維強化樹脂体50〜第4態様の繊維強化樹脂体70であってもよい。
Although the fiber-reinforced resin body forming the rim portion 5 has been described as an example of the fiber-reinforced
(変形例1)
以下、上記第1態様の第1の変形例(以下、変形例1と称する)について、図面を参照して説明する。なお、変形例1を示す各図中において、第1態様の繊維強化樹脂体と同一または同様の構成要素は同一または類似の記号または参照番号で示し、説明は原則として繰り返さず、省略する(以下、説明する他の変形例および実施の形態についても同様)。また、以下の変形例に係る繊維強化樹脂体の製造方法は、図3に示す第1態様の繊維強化樹脂体の製造方法と同様であるため、その説明を省略する。
(Modification 1)
Hereinafter, a first modification of the first aspect (hereinafter, referred to as modification 1) will be described with reference to the drawings. In each drawing showing the modified example 1, the same or similar constituent elements as those of the fiber-reinforced resin body of the first aspect are indicated by the same or similar symbols or reference numerals, and the description will not be repeated in principle and will be omitted (hereinafter The same applies to other modified examples and embodiments described below. Further, since the method for manufacturing the fiber-reinforced resin body according to the following modifications is the same as the method for manufacturing the fiber-reinforced resin body according to the first aspect shown in FIG. 3, the description thereof will be omitted.
以下、変形例1の繊維強化樹脂体の構成について説明する。図5Aは、変形例1に係る繊維強化樹脂体において、図1AのA−A’線に相当する位置で切断した構造を示す要部断面図である。図5Bは、変形例1に係る繊維強化樹脂体において、図5AのB−B’線に沿って切断した構造を示す要部断面図、図5Cは、変形例1に係る繊維強化樹脂体において、図5AのC−C’線に沿って切断した構造を示す要部断面図である。なお、変形例1に係る繊維強化樹脂体20を示す平面図は、図1Aに示す第1態様に係る繊維強化樹脂体10を示す平面図と同じである。
Hereinafter, the configuration of the fiber-reinforced resin body of
図5A〜図5Cに示すように、変形例1の繊維強化樹脂体20は、基本的には第1態様の繊維強化樹脂体10と同様に構成されているが、変形例1の繊維強化樹脂体20は、いわゆる直交積層構造である点で、相違している。以下、変形例1の繊維強化樹脂体20について、詳述する。
As shown in FIGS. 5A to 5C, the fiber-reinforced resin body 20 of
図5Aに示すように、変形例1の繊維強化樹脂体20は、主繊維束として45°繊維束14aを含む第3繊維層23a,23c,23f,23hと、−45°繊維束14bを含む第4繊維層23b,23d,23e,23gとからなる積層された8層の繊維層23a〜23hを有している。そして、繊維強化樹脂体20では、その厚さ方向中央(図5Aに示す繊維層23dと繊維層23eとの界面)を対称面として、主繊維束の繊維方向の配向パターンが対称となるように、繊維層が配置されている。すなわち、8層の繊維層23a〜23hを構成する主繊維束の繊維方向の配向方向は、上から45°,−45°,45°,−45°,−45°,45°,−45°,45°となる。なお、変形例1の繊維層23a,23b,23g,23hの構成は、それぞれ第1態様の繊維層13a,13b,13g,13hと基本的に同じ構成である。
As shown in FIG. 5A, the fiber-reinforced resin body 20 of the modified example 1 includes
変形例1に係る繊維強化樹脂体20において、8層の繊維層23a〜23hのうち、表部に配置された一部の繊維層23a,23b,23g,23h(以下、一部の繊維層23a等という場合がある。)は、その積層方向に貫通して、上記主繊維束14a,14bを切断するように形成された第1貫通孔11aを有している。また、8層の繊維層23a〜23hから上記一部の繊維層23a等を除いた他の繊維層23c〜23f(以下、他の繊維層23c等という場合がある。)は、上記第1貫通孔11aよりも大径である大径孔部17、および、前記大径孔部17に嵌め合うように配置された補強部12を有している。そして、補強部12は、当該補強部12を貫通する第2貫通孔11bを有している。
In the fiber-reinforced resin body 20 according to the modified example 1, of the eight fiber layers 23a to 23h, some of the
変形例1の繊維強化樹脂体20では、他の繊維層23c等は、第1補強部12aが各々配置された第3繊維層23c,23fと第2補強部12bが各々配置された第4繊維層23d,23eを有している。具体的には、上記2種の繊維層のうち、第1補強部12aは、45°繊維束14aを含む他の繊維層である第3繊維層23c,23fに形成された大径孔部17に配置されている。また、第2補強部12bは、−45°繊維束14bを含む他の繊維層である第4繊維層23d,23eに形成された大径孔部17に配置されている。
In the fiber reinforced resin body 20 of the modified example 1, the other fiber layers 23c and the like are the fourth fibers in which the third fiber layers 23c and 23f in which the first reinforcing
以上のように、変形例1の繊維強化樹脂体20は、第1態様の繊維強化樹脂体10の疑似等方積層構造の繊維層13a〜13hを直交積層構造の繊維層23a〜23hに変形したものである。従って、変形例1の繊維強化樹脂体20に力が入力され、孔部11の外周部に応力集中が生じた場合でも、第1態様の繊維強化樹脂体10と同様に、補強部12によって当該孔部11の外周部に存在する一部の繊維層23a等の破損を抑制し、繊維強化樹脂体20の破壊強度を高めることができる。
As described above, in the fiber-reinforced resin body 20 of Modified Example 1, the fiber layers 13a to 13h of the pseudo-isotropic laminated structure of the fiber-reinforced
また、変形例1の繊維強化樹脂体20では、第1態様の繊維強化樹脂体10と同様に、その表部に、せん断主軸方向およびこれに直交する方向のいずれとも異なる方向である45°繊維束14aを有する第3繊維層23a,23h、−45°繊維束14bを有する第4繊維層23b,23gを配置している。このように、繊維強化樹脂体20の表部にせん断主軸方向およびこれに直交する方向のいずれとも異なる方向に配向された繊維束を有する繊維層を配置することにより、複合的に作用する応力に対する初期破壊の発生をより確実に抑制することができる。前述したように、第3繊維層23a,23c,23f,23hの有する主繊維束14a、第4繊維層23b,23d,23e,23gの有する主繊維束14bの配向する角度は、各々45°,−45°に限定されず、例えば30°,−60°であってもよい。
In addition, in the fiber-reinforced resin body 20 of the modified example 1, as in the fiber-reinforced
(変形例2)
以下、上記第1態様の第2の変形例(以下、変形例2と称する)について、図面を参照して説明する。
(Modification 2)
Hereinafter, a second modification of the first aspect (hereinafter, referred to as modification 2) will be described with reference to the drawings.
以下、変形例2の繊維強化樹脂体の構成について説明する。図6Aは、変形例2に係る繊維強化樹脂体を示す平面図、図6Bは、変形例2に係る繊維強化樹脂体において、図6AのA−A’線に沿って切断した構造を示す要部断面図である。 Hereinafter, the configuration of the fiber-reinforced resin body of Modification 2 will be described. 6A is a plan view showing a fiber-reinforced resin body according to Modification 2, and FIG. 6B is a diagram showing a structure of the fiber-reinforced resin body according to Modification 2 taken along the line AA′ in FIG. 6A. FIG.
図6Aおよび図6Bに示すように、変形例2の繊維強化樹脂体30は、基本的には第1態様の繊維強化樹脂体10と同様に構成されているが、変形例2の繊維強化樹脂体30は、変形例1と同様に直交積層構造である点で、相違している。以下、変形例2の繊維強化樹脂体30について、詳述する。
As shown in FIGS. 6A and 6B, the fiber-reinforced resin body 30 of the modified example 2 is basically configured in the same manner as the fiber-reinforced
図6Bに示すように、変形例2の繊維強化樹脂体30は、主繊維束として0°繊維束14cを含む第1繊維層33a,33c,33f,33hと、90°繊維束14dを含む第2繊維層33b,33d,33e,33gとからなる積層された8層の繊維層33a〜33hを有している。そして、繊維強化樹脂体30では、その厚さ方向中央(図6Bを示す繊維層33dと繊維層33eとの界面)を対称面として、主繊維束の繊維方向の配向パターンが対称となるように、繊維層が配置されている。すなわち、8層の繊維層33a〜33hを構成する主繊維束の繊維方向の配向方向は、上から0°,90°,0°,90°,90°,0°,90°,0°となる。なお、変形例2の繊維層33c〜33fの構成は、それぞれ第1態様の繊維層13c〜13fと基本的に同じ構成である。
As shown in FIG. 6B, the fiber-reinforced resin body 30 of Modification 2 includes
変形例2に係る繊維強化樹脂体30において、8層の繊維層33a〜33hのうち、表部に配置された一部の繊維層33a,33b,33g,33h(以下、一部の繊維層33a等という場合がある。)は、その積層方向に貫通して、上記主繊維束14c,14dを切断するように形成された第1貫通孔11aを有している。また、8層の繊維層33a〜33hから上記一部の繊維層33a等を除いた他の繊維層33c〜33f(以下、他の繊維層33c等という場合がある。)は、上記第1貫通孔11aよりも大径である大径孔部17、および、前記大径孔部17に嵌め合うように配置された補強部12を有している。そして、補強部12は、当該補強部12を貫通する第2貫通孔11bを有している。
In the fiber-reinforced resin body 30 according to the modified example 2, among the eight fiber layers 33a to 33h, some of the
変形例2の繊維強化樹脂体30では、他の繊維層33c等は、第1補強部12aが各々配置された第1繊維層33c,33fと第2補強部12bが各々配置された第2繊維層33d,33eを有している。具体的には、上記2種の繊維層のうち、第1補強部12aは、0°繊維束14cを含む他の繊維層である第1繊維層33c,33fに形成された大径孔部17に配置されている。また、第2補強部12bは、90°繊維束14dを含む他の繊維層である第2繊維層33d,33eに形成された大径孔部17に配置されている。すなわち、変形例2に係る繊維強化樹脂体において、図6BのB−B’線に沿って切断した構造を示す要部断面図は図1Cの繊維層13cを繊維層33cとしたものと、図6BのC−C’線に沿って切断した構造を示す要部断面図は図1Dの繊維層13dを繊維層33dとしたものと、それぞれ同じである。
In the fiber reinforced resin body 30 of the modified example 2, the
以上のように、変形例2の繊維強化樹脂体30は、第1態様の繊維強化樹脂体10の疑似等方積層構造の繊維層13a〜13hを直交積層構造の繊維層33a〜33hに変形したものである。従って、変形例2の繊維強化樹脂体30に力が入力され、孔部11の外周部に応力集中が生じた場合でも、第1態様の繊維強化樹脂体10と同様に、補強部12によって当該孔部11の外周部に存在する一部の繊維層33a等の破損を抑制し、繊維強化樹脂体30の破壊強度を高めることができる。
As described above, in the fiber-reinforced resin body 30 of Modification 2, the fiber layers 13a to 13h of the pseudo-isotropic laminated structure of the fiber-reinforced
また、変形例2の繊維強化樹脂体30では、第1補強部12aが、0°繊維束14cを含む他の繊維層である第1繊維層33c,33fに形成された大径孔部17に配置されており、第2補強部12bが、90°繊維束14dを含む他の繊維層である第2繊維層33d,33eに形成された大径孔部17に配置されているため、繊維強化樹脂体30の破壊強度をさらに向上することができる。
In addition, in the fiber-reinforced resin body 30 of Modification Example 2, the first reinforcing
(第2実施形態)
以下、本発明の第2実施形態について、図面を参照して説明する。
(Second embodiment)
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
<第2態様の繊維強化樹脂体の構成およびその作用効果>
以下、第2態様の繊維強化樹脂体の構成について説明する。図7Aは、第2態様に係る繊維強化樹脂体を示す平面図、図7Bは、第2態様に係る繊維強化樹脂体において、図7AのA−A’線に沿って切断した構造を示す要部断面図である。図7Cは、第2態様に係る繊維強化樹脂体において、図7BのB−B’線に沿って切断した構造を示す要部断面図、図7Dは、第2態様に係る繊維強化樹脂体において、図7BのC−C’線に沿って切断した構造を示す要部断面図である。
<Structure of Fiber Reinforced Resin Body of Second Aspect and Its Effect>
The configuration of the fiber-reinforced resin body of the second aspect will be described below. FIG. 7A is a plan view showing a fiber-reinforced resin body according to a second aspect, and FIG. 7B is a view showing a structure cut along the line AA′ in FIG. 7A in the fiber-reinforced resin body according to the second aspect. FIG. FIG. 7C is a cross-sectional view of a main part showing a structure taken along line BB′ of FIG. 7B in the fiber-reinforced resin body according to the second aspect, and FIG. 7D is a fiber-reinforced resin body according to the second aspect. 7B is a sectional view of a key portion showing the structure taken along the line CC′ of FIG. 7B.
図7A〜図7Dに示すように、第2態様の繊維強化樹脂体50は、基本的に第1態様の繊維強化樹脂体10と同様に構成されているが、その補強部52は、平面視において、孔部11の周縁の一部に沿って配置されている点で、相違している。以下、第2態様の繊維強化樹脂体50について、詳述する。
As shown in FIGS. 7A to 7D, the fiber-reinforced resin body 50 of the second aspect is basically configured in the same manner as the fiber-reinforced
図7Bに示すように、第2態様の繊維強化樹脂体50は、積層された8層の繊維層53a,53b,53c,53d,53e,53f,53g,53hを有している。なお、第2態様に係る繊維強化樹脂体50において、8層の繊維層53a〜53hのうち、表部に配置された一部の繊維層53a,53b,53g,53h(以下、一部の繊維層53a等という場合がある。)は、それぞれ第1態様の一部の繊維層13a等と同じ構成である。
As shown in FIG. 7B, the fiber-reinforced resin body 50 of the second aspect has eight laminated
第2態様に係る繊維強化樹脂体50において、8層の繊維層53a〜53hから上記一部の繊維層53a等を除いた他の繊維層53c〜53f(以下、他の繊維層53c等という場合がある。)は、第1貫通孔11aよりも大径である大径孔部57と、前記大径孔部57に嵌め合うように配置された補強部52とを有している。そして、図7Cおよび図7Dに示すように、補強部52は、当該補強部52を貫通する第2貫通孔51bを有している。図7Cおよび図7Dに示すように、平面視において、第2態様の大径孔部57は、その中心Oを基準として、当該中心Oの左側に、周方向において角度θの範囲にのみ配置されており、その平面視における形状は略半円形状である。また、第2貫通孔51bも、大径孔部57の中心Oを基準として、周方向において角度θの範囲にのみ配置されており、その平面視における形状は半円形状をなしている。この第2貫通孔51bの中心は、大径孔部57の中心Oと一致している。
In the fiber-reinforced resin body 50 according to the second aspect, the other fiber layers 53c to 53f (hereinafter, referred to as other fiber layers 53c etc.) from the eight
一方、本実施形態の他の繊維層53c〜53fは、大径孔部57の中心Oを基準として、周方向において大径孔部57が配置されていない、中心Oの右側の角度(360°−θ)の範囲に、主繊維束14c,14dを切断するように形成された平面視が略半円形状の第1貫通孔51cを有している。第1貫通孔51cの中心は、第2貫通孔51bと同様に、大径孔部57の中心Oと一致している。従って、補強部52に形成された第2貫通孔51bと他の繊維層53c等に形成された第1貫通孔51cとは、各々略半円形状で、共通の中心Oを有しているので、平面視において1つの略円形状の貫通孔を形成することとなる。そのため、本実施形態の孔部11は、上記一部の繊維層13a等に形成された第1貫通孔11aと他の繊維層53c等に形成された第1貫通孔51cおよび補強部52に形成された第2貫通孔51bとが連通して形成される構成となっている。
On the other hand, in the other fiber layers 53c to 53f of the present embodiment, with respect to the center O of the large diameter hole portion 57 as a reference, the angle (360°) on the right side of the center O where the large diameter hole portion 57 is not arranged in the circumferential direction. In the range of −θ), the first through holes 51c formed so as to cut the
第2態様の繊維強化樹脂体50は、一部の繊維層53a等を除く他の繊維層53c等に形成された、第1貫通孔11aよりも大径である大径孔部57を有し、略半円筒形状をなす補強部52は、大径孔部57の内周に嵌め合うように配置されている。すなわち、第2態様の補強部52は、平面視において、略半円形状の第2貫通孔51b(つまり、孔部11の一部)の周縁に沿って、その外周部に配置されており、平面視において、一部の繊維層53a等の主繊維束14a,14bを切断するように形成された第1貫通孔11aの外周部の一部を補強する位置関係となっている。
The fiber-reinforced resin body 50 of the second aspect has a large-diameter hole portion 57 having a larger diameter than the first through hole 11a, which is formed in the other fiber layers 53c and the like excluding the part of the fiber layers 53a and the like. The substantially semi-cylindrical reinforcing portion 52 is arranged so as to be fitted to the inner circumference of the large diameter hole portion 57. That is, the reinforcing portion 52 of the second aspect is arranged in the outer peripheral portion along the peripheral edge of the substantially semicircular second through hole 51b (that is, a part of the hole portion 11) in plan view, In a plan view, it has a positional relationship of reinforcing a part of the outer peripheral portion of the first through hole 11a formed so as to cut the
そして、第2態様の補強部52は、図1Cおよび図1Dに示す補強部12と同様に、図7Cおよび図7Dに示す巻回状繊維束14eを有する第1補強部52aと、放射状繊維束14fを有する第2補強部52bとの、いずれも略扇形状の2種の繊維層が積層されることにより形成されている。すなわち、第2態様の繊維強化樹脂体50では、他の繊維層53c等は、第1補強部52aが各々配置された第1繊維層53c,53fと第2補強部52bが各々配置された第2繊維層53d,53eを有している。なお、第2態様の繊維強化樹脂体50でも、第1態様の補強部と同様に、巻回状繊維束14eからなる第1補強部52a単独、放射状繊維束14fからなる第2補強部52b単独で、補強部52を構成してもよい。また、他の繊維層53c等に形成された第1貫通孔51cは、当該他の繊維層53c等に含まれる主繊維束14c,14dを切断しているので、下記する第4態様の繊維強化樹脂体と同様に、平面視において、第1貫通孔51cの外周部には、複数の繊維層53a〜53hに対して、その積層方向に縫い込まれた連結糸を配置し、繊維層53a〜53hに含まれる主繊維束14a〜14dを積層方向に束ねて固定することが好ましい。
And the reinforcement part 52 of a 2nd aspect WHEREIN: Similar to the
かかる構成の第2態様に係る繊維強化樹脂体50によれば、その補強部52が、平面視において、孔部11の周縁の一部、つまり孔部11の中心Oを基準として、周方向において角度θの範囲にのみ配置されていることにより、以下のような作用効果を奏することができる。すなわち、図4A〜図4Dに示した車両用ホイール1のリム部5の機械的締結手段(ボルト)7が挿通される孔部11には、構造上、特定の方向に大きな引張応力やせん断応力が作用することがある。具体的には、図7Aに示すように、応力が繊維強化樹脂体50の引張方向(0°の繊維方向)に沿って作用した場合、機械的締結手段7が孔部11の内壁のうち引張方向に沿った領域Dに当接する。その結果、第1貫通孔11aの外周部に存在する一部の繊維層53a等では、当該孔部11の外周部のうちの特定の領域Dに大きな応力が作用して、領域Dに存在する主繊維束14a,14b自体の破断が生じやすくなる。
According to the fiber-reinforced resin body 50 according to the second aspect of such a configuration, the reinforcing portion 52 in the circumferential direction with reference to a part of the peripheral edge of the hole portion 11, that is, the center O of the hole portion 11 in a plan view. By arranging only within the range of the angle θ, the following operational effects can be achieved. That is, in the hole 11 into which the mechanical fastening means (bolt) 7 of the rim portion 5 of the
これに対して、第2態様の繊維強化樹脂体50は、上記のように特徴的な構成を有することにより、補強部52は、平面視において、一部の繊維層53a等の主繊維束14a,14bを切断するように形成された第1貫通孔11aの外周部の一部(例えば領域D)を補強する位置関係となっている。すなわち、上記した特定方向に作用する応力に対応するよう、孔部11の中心Oを基準として、周方向において応力が集中する角度θの範囲に補強部52を配置している。この補強部52は、巻回状繊維束14eおよび放射状繊維束14fを含んでいるので、孔部11の外周部の一部に応力が集中して作用した場合でも、その応力を補強部52で負担することにより、主繊維束14a,14bが切断されてなる第1貫通孔11aの外周部の一部の繊維層53a等の破損を抑制することができる。その結果、一部の繊維層53a等の層間剥離が抑制され、繊維強化樹脂体50の破壊を防止することができる。
On the other hand, since the fiber-reinforced resin body 50 of the second aspect has the characteristic configuration as described above, the reinforcing portion 52 has the
なお、上記第1態様の繊維強化樹脂体で好ましい態様として説明した、第1補強部と第2補強部の位置関係等の構成、第1繊維層〜第4繊維層の積層構造等の構成は、第2態様の繊維強化樹脂体50にも、当然に適用することが可能である。(以下説明する、第3態様および第4態様の繊維強化樹脂体においても同様である。) In addition, the configuration such as the positional relationship between the first reinforcing portion and the second reinforcing portion, the configuration such as the laminated structure of the first fiber layer to the fourth fiber layer, which has been described as the preferred embodiment of the fiber-reinforced resin body of the first aspect, Of course, the fiber-reinforced resin body 50 of the second aspect can also be applied. (The same applies to the fiber-reinforced resin bodies of the third and fourth aspects described below.)
また、第2態様の繊維強化樹脂体50の繊維層53a〜53hは、それぞれ第1態様の繊維強化樹脂体10の繊維層13a〜13hと同様の構成である場合を例に説明したが、前述の変形例1の繊維強化樹脂体20または変形例2の繊維強化樹脂体30の繊維層と同様の構成であってもよい。(以下説明する、第3態様および第4態様の繊維強化樹脂体においても同様である。)
Further, the fiber layers 53a to 53h of the fiber reinforced resin body 50 of the second aspect have been described by way of an example in which the fiber layers 53a to 53h have the same configurations as the fiber layers 13a to 13h of the fiber reinforced
<第2態様の繊維強化樹脂体の製造方法>
第2態様の繊維強化樹脂体の製造方法は、(1)図7Cに示す第1繊維層53cを形成する部材である第1繊維層用シートおよび図7Dに示す第2繊維層53dを形成する部材である第2繊維層用シートに形成されるべき略半円形状の大径孔部57が、孔部の中心Oを基準として、周方向において角度θの範囲に形成されている点、(2)上記第1繊維層用シートおよび第2繊維層用シートにおいて、略半円形状の第1貫通孔51cが、孔部の中心Oを基準として、周方向において大径孔部57が配置されていない角度(360°−θ)の範囲に形成されている点、(3)図7Cに示す第1補強部52aを形成する部材である第1補強部用シートおよび図7Dに示す第2補強部52bを形成する部材である第2補強部用シートが略扇形状である点、で第1態様と相違し、その他は、図2および図3に示す第1態様の繊維強化樹脂体の製造方法と同様であるので、その他の詳細な説明は省略する。
<The manufacturing method of the fiber reinforced resin body of a 2nd aspect>
In the method for manufacturing a fiber-reinforced resin body according to the second aspect, (1) a first fiber layer sheet that is a member forming the first fiber layer 53c shown in FIG. 7C and a second fiber layer 53d shown in FIG. 7D are formed. The substantially semicircular large-diameter hole portion 57 to be formed in the second fibrous layer sheet that is a member is formed in the range of an angle θ in the circumferential direction with reference to the center O of the hole portion, ( 2) In the sheet for the first fiber layer and the sheet for the second fiber layer, the substantially semicircular first through hole 51c has the large diameter hole portion 57 arranged in the circumferential direction with the center O of the hole portion as a reference. Not formed in the range of an angle (360°−θ), (3) a first reinforcing portion sheet that is a member forming the first reinforcing
(第3実施形態)
以下、本発明の第3実施形態について、図面を参照して説明する。
(Third Embodiment)
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
<第3態様の繊維強化樹脂体の構成およびその作用効果>
以下、第3態様の繊維強化樹脂体の構成について説明する。図8Aは、第3態様に係る繊維強化樹脂体において、図1AのA−A’線に相当する位置で切断した構造を示す要部断面図である。図8Bは、第3態様に係る繊維強化樹脂体において、図8AのB−B’線に沿って切断した構造を示す要部断面図、図8Cは、第3態様に係る繊維強化樹脂体において、図8AのC−C’線に沿って切断した構造を示す要部断面図である。なお、第3態様に係る繊維強化樹脂体60を示す平面図は、図1Aに示す第1態様に係る繊維強化樹脂体10を示す平面図と同じである。なお、下記詳述するように、第3態様の繊維強化樹脂体は、その補強部が織物で構成されている点でのみ第1態様の繊維強化樹脂体と相違し、その他は第1態様の繊維強化樹脂体と同様であるので、その製造方法の説明は省略する。
<Structure of Fiber Reinforced Resin Body of Third Aspect and Its Effect>
The configuration of the fiber-reinforced resin body of the third aspect will be described below. FIG. 8A is a fragmentary cross-sectional view showing a structure of the fiber-reinforced resin body according to the third aspect, taken at a position corresponding to the line AA′ in FIG. 1A. FIG. 8B is a cross-sectional view of a main part showing a structure taken along line BB′ of FIG. 8A in the fiber-reinforced resin body according to the third aspect, and FIG. 8C is a fiber-reinforced resin body according to the third aspect. FIG. 9B is a cross-sectional view of a main portion showing the structure cut along the line CC′ of FIG. 8A. The plan view showing the fiber-reinforced resin body 60 according to the third aspect is the same as the plan view showing the fiber-reinforced
図8A〜図8Cに示すように、第3態様の繊維強化樹脂体60は、基本的に第1態様の繊維強化樹脂体10と同様に構成されているが、その補強部62は、孔部11の中心軸周りに配向された繊維束(巻回状繊維束)14eと、孔部11の中心から放射状に配向された繊維束(放射状繊維束)14fとが互いに編み込まれた織物14gで構成されている点で、第1態様の補強部12と相違している。以下、第3態様の繊維強化樹脂体60について、詳述する。
As shown in FIGS. 8A to 8C, the fiber-reinforced resin body 60 of the third aspect is basically configured in the same manner as the fiber-reinforced
図8Aに示すように、第3態様の繊維強化樹脂体60は、第1態様と同様に、積層された8層の繊維層13a〜13hを有している。8層の繊維層13a〜13hから上記一部の繊維層13a等を除いた他の繊維層13c等は、大径孔部17と、前記大径孔部17に嵌め合うように配置された補強部62を有している。
As shown in FIG. 8A, the fiber reinforced resin body 60 of the third aspect has eight laminated fiber layers 13a to 13h, as in the first aspect. The
図8A〜図8Cに示すように、第3態様の補強部62は、巻回状繊維束14eと、放射状繊維束14fとが互いに編み込まれた略円環形状の織物14gにより構成され、この織物14gが複数(4層)積層されることにより形成されている。すなわち、第3態様の繊維強化樹脂体60では、織物14gが他の繊維層13c等に形成された大径孔部17に各々配置され補強部62を構成している。具体的には、織物14gは、0°繊維束14cを含む他の繊維層である第1繊維層13c,13f、および、90°繊維束14dを含む他の繊維層である第2繊維層13d,13eに形成された大径孔部17にそれぞれ配置されている。なお、上記のように略円環形状の織物14gを複数積層して補強部62を構成してもよいが、その全体を巻回状繊維束14eと放射状繊維束14fとの一体化された織物として補強部62を構成してもよい。
As shown in FIGS. 8A to 8C, the reinforcing portion 62 of the third aspect is configured by a substantially
かかる第3態様に係る繊維強化樹脂体60によれば、その補強部62は、巻回状繊維束14eと放射状繊維束14fとが互いに編み込まれた織物14gで構成されており、当該補強部62が、平面視において、一部の繊維層13a等の主繊維束14a,14bを切断するように形成された第1貫通孔11aの外周部を補強する位置関係となっている。そのため、第1態様の繊維強化樹脂体10と同様に、孔部11の外周部に複合的な多方向から応力が作用した場合でも、その応力を補強部62で負担することにより、主繊維束14a,14bが切断されてなる第1貫通孔11aの外周部の一部の繊維層13a等の破損を抑制することができる。
According to the fiber-reinforced resin body 60 according to the third aspect, the reinforcing portion 62 is composed of the woven
特に、第3態様の繊維強化樹脂体60では、補強部62が、巻回状繊維束14eと、放射状繊維束14fとが互いに編み込まれた織物14gからなるため、補強部62に含まれる巻回状繊維束14eによって面内方向のせん断破壊に対する強度を補填するとともに、同じく補強部62に含まれる放射状繊維束14fによって面外方向の打抜きせん断破壊に対する強度を確実に補填することができる。また、孔部11の外周部に作用する複合的な多方向からの応力を負担するという巻回状繊維束14eと放射状繊維束14fとの複合的な作用効果を十分に発揮することができる。
In particular, in the fiber-reinforced resin body 60 of the third aspect, since the reinforcing portion 62 is composed of the woven
(第4実施形態)
以下、本発明の第4実施形態について、図面を参照して説明する。
(Fourth Embodiment)
Hereinafter, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
<第4態様の繊維強化樹脂体の構成およびその作用効果>
以下、第4態様の繊維強化樹脂体の構成について説明する。図9Aは、第4態様に係る繊維強化樹脂体を示す平面図、図9Bは、第4態様に係る繊維強化樹脂体を示す底面図、図9Cは、第4態様に係る繊維強化樹脂体において、図9Aおよび図9BのA−A’線に沿って切断した構造を示す要部断面図である。
<Structure of Fiber Reinforced Resin Body of Fourth Aspect and Its Effect>
The configuration of the fiber-reinforced resin body of the fourth aspect will be described below. 9A is a plan view showing the fiber-reinforced resin body according to the fourth aspect, FIG. 9B is a bottom view showing the fiber-reinforced resin body according to the fourth aspect, and FIG. 9C is a fiber-reinforced resin body according to the fourth aspect. 9A and 9B are cross-sectional views of relevant parts showing a structure taken along line AA′ in FIGS. 9A and 9B.
図9A〜図9Cに示すように、第4態様の繊維強化樹脂体70は、基本的に第1態様の繊維強化樹脂体10と同様に構成されているが、孔部11の外周部には、複数の繊維層13a〜13hに対して、その積層方向に縫い込まれた連結糸72が設けられている点で、第1態様の繊維強化樹脂体と相違する。連結糸72は、繊維層13a〜13hに含まれる主繊維束14a〜14dおよび補強部12に含まれる巻回状繊維束14eおよび放射状繊維束14fを、積層方向に束ねて固定している。以下、第4態様の繊維強化樹脂体70について、詳述する。
As shown in FIGS. 9A to 9C, the fiber-reinforced resin body 70 of the fourth aspect is basically configured in the same manner as the fiber-reinforced
図9A〜図9Cに示すように、第4態様の繊維強化樹脂体70は、積層された8層の繊維層13a〜13hに対して、その積層方向に沿って、連結糸72が縫い込まれている。連結糸72は、平面視において、孔部11の周縁に沿って略円環形状に配置されている。 As shown in FIGS. 9A to 9C, in the fiber-reinforced resin body 70 of the fourth aspect, the connecting yarn 72 is sewn in the laminated eight layers of the fiber layers 13a to 13h along the laminating direction. ing. The connecting yarn 72 is arranged in a substantially annular shape along the peripheral edge of the hole 11 in a plan view.
また、連結糸72は、平面視において、補強部12と重なるように配置されている。そのため、連結糸72は、補強部12に含まれる巻回状繊維束14eおよび放射状繊維束14fを、8層の繊維層13a〜13hの積層方向に束ねて固定している。特に、第4態様の繊維強化樹脂体70において、第1態様の繊維強化樹脂体10と同様に、8層の繊維層13a〜13hから上記一部の繊維層13a等を除いた他の繊維層13c等は、大径孔部17、および、前記大径孔部17に嵌め合うように配置された補強部12を有している。そして、補強部12は、巻回状繊維束14eを有する第1補強部12aと、放射状繊維束14fを有する第2補強部12bとの略円板形状の2種の繊維層が積層されることにより形成されている。そのため、連結糸72は、第1補強部12aおよび第2補強部12bをその積層方向に固定している。なお、第1補強部12aおよび第2補強部12bは、それぞれ積層方向に沿って隣接している。
Further, the connecting yarn 72 is arranged so as to overlap the reinforcing
第4態様の繊維強化樹脂体70において、連結糸72の一部(後述の固定片部72a,72b)は、繊維強化樹脂体70の表面(上面および下面)P1,P2に沿って配置され、かつ、平面視において、補強部12と重なるように配置されている。具体的には、図9Cに示すように、第4態様の繊維強化樹脂体70において、連結糸72は、固定片部72a,72bと連結片部72cとをそれぞれ複数有している。そして、固定片部72aは、繊維強化樹脂体70の上面P1上、すなわち、上方側に配置された繊維層13aの上面(第1の表面)P1上に沿って配置されている。そして、固定片部72bは、繊維強化樹脂体70の下面P2上、すなわち、下方側に配置された繊維層13hの下面(第2の表面)P2上に沿って配置されている。連結糸72の縫製の容易さの観点から、固定片部72a,72bの径方向の位置は、孔部11の周縁からの距離が2mm以上であることが好ましい。また、固定片部72a,72bの周方向の長さは2mm以上、20mm以下が好ましい。
In the fiber-reinforced resin body 70 of the fourth aspect, some of the connecting yarns 72 (fixed
また、連結片部72cは、繊維層13a〜13hをその積層方向に沿って、すなわち繊維強化樹脂体70の厚さ方向に沿って貫通している。固定片部72aと固定片部72bとは、連結片部72cを介して接続されている。第4態様の繊維強化樹脂体70では、固定片部72a,72bおよび連結片部72cは、1本の連結糸72として一体に形成されている。
Further, the connecting piece portion 72c penetrates the fiber layers 13a to 13h along the stacking direction thereof, that is, along the thickness direction of the fiber-reinforced resin body 70. The fixed piece portion 72a and the fixed
従って、図9A〜図9Cに示すように、平面視において、孔部11の外周部では、8層の繊維層13a〜13hが、その積層方向において連結糸72によって固定されている。より具体的には、繊維層13a〜13hのうち、一部の繊維層13a等と他の繊維層13c等の含む第1補強部12aおよび第2補強部12bとが、その積層方向において固定片部72aと固定片部72bとにより挟持され、固定片部72aと固定片部72bとを接続する連結片部72cにより固定されている。
Therefore, as shown in FIGS. 9A to 9C, the eight
連結糸72の材料は、例えば熱可塑性樹脂からなる繊維等が挙げられるが、特に限定されるものではなく、後述するように、複数の繊維層をその積層方向において固定して、孔部11の外周部に応力が集中した場合であっても、当該外周部における繊維層の破損を防止できるものであればよく、例えば、ナイロン、ポリエステル、ガラス、アラミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリプロピレンなどの繊維を用いることができる。連結糸72の太さは10dtex以上、500dtex以下が好ましく、孔部11の大きさ、固定片部72a,72bの長さなどに合わせて適宜選択することが好ましい。連結糸72は細いと下記詳述する縫製工程で糸切れし、また太すぎると繊維強化樹脂体70を構成する繊維束14a,14bのよれが大きくなり、繊維強化樹脂体70の強度や剛性が低下するおそれがある。
The material of the connecting yarn 72 may be, for example, a fiber made of a thermoplastic resin, but is not particularly limited, and as will be described later, a plurality of fiber layers are fixed in the stacking direction to form the holes 11 Even if stress is concentrated on the outer peripheral portion, it is sufficient as long as it can prevent damage to the fiber layer on the outer peripheral portion. For example, use of fibers such as nylon, polyester, glass, aramid, polyphenylene sulfide, and polypropylene. You can The thickness of the connecting thread 72 is preferably 10 dtex or more and 500 dtex or less, and it is preferable to appropriately select it according to the size of the hole 11 and the lengths of the fixing
かかる第4態様に係る繊維強化樹脂体70は、図9A〜図9Cに示すように、第1態様に係る繊維強化樹脂体10の特徴を全て有している。従って、第4態様の繊維強化樹脂体70に力が入力され、孔部11の外周部に応力集中が生じた場合でも、第1態様の繊維強化樹脂体10と同様に、補強部12によって当該孔部11の外周部に存在する一部の繊維層13a等の破損を抑制し、繊維強化樹脂体30の破壊強度を高めることができる。
The fiber-reinforced resin body 70 according to the fourth aspect has all the features of the fiber-reinforced
そして、第4態様の繊維強化樹脂体70は、平面視において、孔部11の外周部には、複数の繊維層13a〜13hに対して、その積層方向に縫い込まれた連結糸72(固定片部72a,72bおよび連結片部72c)が設けられ、当該連結糸72によって主繊維束14a〜14dおよび繊維束14e,14fが固定されているので、繊維強化樹脂体70に力が入力され、孔部11の外周部に応力集中が生じた場合でも、繊維層13a〜13h間での層間剥離を抑制し、繊維強化樹脂体70の破壊強度をさらに高めることができる。
And the fiber reinforced resin body 70 of the 4th aspect WHEREIN: The connecting thread 72 (fixed) sewn in the lamination direction with respect to
また、第4態様の繊維強化樹脂体70において、連結糸72は、平面視において、補強部12と重なるように配置されているので、連結糸72によって、他の繊維層13c等が含む第1補強部12aおよび第2補強部12bがその積層方向に固定されることになり、巻回状繊維束14eを含む第1繊維層13c,13fの打抜きせん断破壊に対する強度を、放射状繊維束14fを含む第2繊維層13d,13eによって確実に補填することができる。
Further, in the fiber-reinforced resin body 70 of the fourth aspect, the connecting yarn 72 is arranged so as to overlap the reinforcing
なお、第4態様の連結糸72では、繊維強化樹脂体70を構成する8層の繊維層13a〜13hの全てを固定している場合を例に説明したが、連結糸72は、複数の繊維層13a〜13hのうち少なくとも2層以上の繊維層に配置され、当該繊維層に含まれる主繊維束14a〜14dまたは繊維束14e,14fのいずれかを積層方向に束ねて固定していればよい。例えば、固定片部72aが、上方側に配置された第1繊維層13cの上面上に沿って配置され、固定片部72bが、下方側に配置された第1繊維層13fの下面上に沿って配置されている場合には、連結糸72が繊維強化樹脂体70の外部に露出せず、かつ、連結糸72が第1補強部12aおよび第2補強部12bを固定するように配置することができる。
In addition, in the connecting yarn 72 of the fourth aspect, the case where all of the eight
<第4態様の繊維強化樹脂体の製造方法>
以下、第4態様の繊維強化樹脂体の製造方法について説明する。第4態様の繊維強化樹脂体の製造方法は、図3に示す第1態様の繊維強化樹脂体の製造方法において、例えば、賦形工程(S12)の後で、かつ、樹脂含浸工程(S13)の前に、後述の縫製工程を有する点で、第4態様は第1態様と相違する。すなわち、第4態様の繊維強化樹脂体の製造方法は、積層工程(S11)、賦形工程(S12)、縫製工程および樹脂含浸工程(S13)を含んでおり、この順序で繊維強化樹脂体を製造する。以下、前記縫製工程について、詳述する。
<The manufacturing method of the fiber-reinforced resin body of a 4th aspect>
Hereinafter, a method for manufacturing the fiber-reinforced resin body according to the fourth aspect will be described. The method for producing a fiber-reinforced resin body according to a fourth aspect is the same as the method for producing a fiber-reinforced resin body according to the first aspect shown in FIG. 3, for example, after the shaping step (S12) and the resin impregnation step (S13). The fourth aspect is different from the first aspect in that a sewing step to be described later is performed before. That is, the method for producing a fiber-reinforced resin body according to the fourth aspect includes a laminating step (S11), a shaping step (S12), a sewing step and a resin impregnating step (S13). To manufacture. Hereinafter, the sewing process will be described in detail.
第4態様の繊維強化樹脂体の製造方法中の縫製工程では、前述の賦形工程(S12)により形成されたプリフォーム18を構成する各繊維シート83a〜83hの積層方向に沿って、連結糸72を縫い込む。具体的には、図9A〜図9Cに示すように、連結糸72をプリフォーム18の上面(第1の表面)P1上に一定の長さ分配置する。このプリフォーム18の上面P1上に配置された部分が固定片部72aに相当する。その後、連結糸72を各繊維シート83a〜83hの積層方向に沿ってプリフォーム18の内部に通し、プリフォーム18の下面(第2の表面)P2上から出す。このプリフォーム18の内部に埋設されている部分が連結片部72cに相当する。
In the sewing step in the method for producing the fiber-reinforced resin body according to the fourth aspect, the connecting yarn is provided along the laminating direction of the
その後、連結糸72をプリフォーム18の下面P2上に一定の長さ分配置する。このプリフォーム18の下面P2上に配置された部分が固定片部72bに相当する。その後、連結糸72を各繊維シート83a〜83hの積層方向に沿ってプリフォーム18の内部に通し、プリフォーム18の上面P1上から出す。これらを繰り返し、連結糸72をプリフォーム18に縫い込む。連結糸72は、平面視において、プリフォーム18に形成された孔部11の外周部に配置される。以上が縫製工程である。この縫製工程の後に、前述の樹脂含浸工程(S13)を行うことで、第4態様の繊維強化樹脂体70が完成する。
Then, the connecting yarn 72 is arranged on the lower surface P2 of the preform 18 by a certain length. The portion arranged on the lower surface P2 of the preform 18 corresponds to the fixed
なお、縫い込んだ連結糸72が緩まないように、被連結物の厚さが、縫製工程時およびそれ以降で変化しないことが肝要である。そのため、各繊維シート83a〜83hを加圧する賦形工程を経て得られたプリフォーム18を被連結物とし、その後に縫製工程を行うことが望ましい。
It is important that the thickness of the object to be connected does not change during and after the sewing process so that the sewn connecting thread 72 is not loosened. Therefore, it is desirable to use the preform 18 obtained through the shaping step of pressing each of the
(実施例)
以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
(Example)
Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples, but the present invention is not limited to these examples.
<実施例1>
実施例1として、図1A〜図1Dに示す構成の第1態様の繊維強化樹脂体10からなる試験片10aを作製し、下記詳述するせん断強度試験に供した。試験片10aの各構成要素には以下の材料を用いた。炭素繊維としては、東レ製T800を使用した。繊維層13a〜13hを形成する繊維シート83a〜83hとしては東レ製T800一方向炭素繊維シートを用いた。試験片10aのサイズは、幅25mm×長さ100mm×厚さ1.28mmとした。繊維シート83a〜83hに付着させるバインダー材としてはポリアミド系ホットメルト接着剤であるEMS製Griltex2APを用いた。試験片10aを構成する樹脂15には、硬化剤を含む日新レジンZ1エポキシ樹脂を用いた。上記材料を使用し、図3を参照し説明した繊維強化樹脂体の製造方法に従って、第1態様の繊維強化樹脂体10からなる炭素繊維含有率が57体積%の試験片10aを作製した。
<Example 1>
As Example 1, a test piece 10a made of the fiber-reinforced
[積層工程]
図3に示すように、金型Kに対して、下方から繊維シート83h,83g,・・・83aの順番で積層するとともに第1補強部用シート82aおよび第2補強部用シート82bを所定の位置に配置した。ここで、配向方向が0°とは、せん断強度試験の模式図である図10Aに示したせん断応力の作用方向Hに相当するせん断強度試験の引張方向(試験片10aの長手方向)のことを指す。従って、積層された繊維シート83a〜83hを構成する主繊維束の繊維方向の配向方向は、上から45°,−45°,0°,90°,90°,0°,−45°,45°となる。なお、第3繊維層用シート83a,83hおよび第4繊維層用シート83b,83gの各々の第1貫通孔11aの内径D1は8mmとした。また、第1繊維層用シート83c,83fおよび第2繊維層用シート83d,83eの各々の大径孔部17(内径D2:16mm)には、内径D1:8mmの第2貫通孔11bを有する外径D2:16mmの略円環形状の第1補強部用シート82aおよび第2補強部用シート82bを配置した。
[Lamination process]
As shown in FIG. 3, the
[賦形工程]
上記積層工程によって積層された繊維シート83a〜83hを、金型Kとその蓋部K2との間に挟持し、油圧プレスにより140℃で5分間、0.5MPaの加圧力で圧着し、プリフォーム18を形成した。
[Shaping process]
The
[樹脂含浸工程]
上記賦形工程によって形成されたプリフォーム18にインフュージョン成形により樹脂15を含浸させ、その後、含浸させた樹脂15の硬化処理を行い、中央部に直径8mmの孔部11を有する幅25mm×長さ100mm×厚さ1.28mmの繊維強化樹脂体10からなる、せん断強度試験用の5枚の試験片10aを得た。また、試験片10aと同様な工程を実施し、中央部に直径11mmの孔部11を有する幅50mm×長さ50mm×厚さ1.28mmの繊維強化樹脂体10からなる、打抜きせん断強度試験用の5枚の試験片10bを得た。
[Resin impregnation process]
The preform 18 formed by the above shaping step is impregnated with the resin 15 by infusion molding, and then the impregnated resin 15 is cured, and the central portion has a hole portion 11 with a diameter of 8 mm and a width of 25 mm×length. Five test pieces 10a for the shear strength test, which were made of the fiber-reinforced
[せん断強度試験]
上記作製した5枚の試験片10aのせん断強度を、図10Aに示す、せん断強度試験(ダブルラップ試験)により評価した。具体的には、図10Aに示すように、繊維強化樹脂体10からなる試験片10aと同じ形状の2枚のJIS−AC4CHからなるアルミニウム板90の間に、試験片10aの端部を挟み込んだ。アルミニウム板90と試験片10aのラップ部Iの長さは25mmとし、試験片10aの孔部11およびアルミニウム板90の孔部91は、当該ラップ部Iの略中央とした。そして、2枚のアルミニウム板90と試験片10aとのラップ部Iにおいて、2枚のアルミニウム板90の孔部91および試験片10aの孔部11が平面視において重なるように配置した後、孔部11および孔部91に金属カラー93を挿通し、さらに、金属カラー93にボルト92を挿通した。ボルト92は、ワッシャー(座金)94を介してナット95と係合固定させた。なお、金属カラー93の材質はS45Cとし、ボルト92、ワッシャー94、ナット95の材質は、それぞれSUS304とした。また、ボルト92はM6を用い、トルク9N・mで締めこんだ。そして、試験片10aとアルミニウム板90とを試験機にチャッキングし、アルミニウム板90は固定された状態で、長手方向Hに沿い、図中矢印Gに示すように試験片10aを1mm/分の試験速度で引張り、5枚の試験片10aのそれぞれについて破断時の荷重を測定し、5枚の試験片10aの破断時の面圧応力(せん断応力)の平均値を求めた。
[Shear strength test]
The shear strength of the five prepared test pieces 10a was evaluated by the shear strength test (double lap test) shown in FIG. 10A. Specifically, as shown in FIG. 10A, the end of the test piece 10a was sandwiched between two aluminum plates 90 made of JIS-AC4CH having the same shape as the test piece 10a made of the fiber-reinforced
[打抜きせん断強度試験]
上記5枚の試験片10bの打抜きせん断強度を評価した。打抜きせん断強度は、図11Aに示すように、JIS K 7214「プラスチックの打抜きによるせん断試験方法」に準拠した試験を実施して評価した。具体的には、打抜きせん断強度試験は、図11Aに示すように、上下のダイ101の間に挟み込み固定した試験片10bの孔部に、ポンチ102の軸部を挿入し、ポンチ102をワッシャー103およびナット104で固定した後、ポンチ102を矢印Hで示すように下方へ1mm/分の速度で打抜くことにより試験片10bにせん断を与え、5枚の試験片10bのそれぞれについて破断時の荷重を測定し、5枚の試験片10bの破断時の打抜きせん断応力の平均値を求めた。なお、打抜きせん断強度試験は、本実施例1および下記する比較例1のみ実施した。
[Punching shear strength test]
The punching shear strength of the five
<実施例2>
実施例2として、図5A〜図5Dに示す、変形例1の繊維強化樹脂体20からなる試験片10aを作製した。すなわち、実施例2は、積層工程において、積層された繊維シートを構成する主繊維束の配向方向が、上から45°,−45°,45°,−45°,−45°,45°,−45°,45°となるように積層して8層の繊維層23a〜23hを形成した。実施例2のそれ以外の点は、実施例1と同じであるため、説明を省略する。
<Example 2>
As Example 2, a test piece 10a including the fiber-reinforced resin body 20 of
<実施例3>
実施例3として、図6Aおよび図6Bに示す、変形例2の繊維強化樹脂体30からなる試験片10aを作製した。すなわち、実施例3は、積層工程において、積層された繊維シートを構成する主繊維束の配向方向が、上から0°,90°,0°,90°,90°,0°,90°,0°となるように積層して8層の繊維層33a〜33hを形成した。実施例3のそれ以外の点は、実施例1と同じであるため、説明を省略する。
<Example 3>
As Example 3, a test piece 10a made of the fiber-reinforced resin body 30 of Modification 2 shown in FIGS. 6A and 6B was produced. That is, in Example 3, in the laminating step, the orientation directions of the main fiber bundles constituting the laminated fiber sheet were 0°, 90°, 0°, 90°, 90°, 0°, 90° from above. It laminated|stacked so that it might become 0 degree, and formed eight fiber layers 33a-33h. Since the other points of the third embodiment are the same as those of the first embodiment, the description thereof will be omitted.
<比較例>
補強部12を有さない以外は、上記実施例1〜実施例3の試験片10aとそれぞれ同様に作製した比較例1〜比較例3の5枚の試験片を、上記せん断強度試験に供した。また、補強部12を有さない以外は、上記実施例1の試験片10bと同様に作製した比較例1の5枚の試験片を、上記打抜きせん断強度試験に供した。
<Comparative example>
Five test pieces of Comparative Examples 1 to 3 produced in the same manner as the test piece 10a of Examples 1 to 3 except that the reinforcing
<試験結果>
図10Bは、せん断強度試験の結果を示す図である。図10Bは、実施例1〜3および比較例1〜3の5枚の試験片10aの破断時の面圧応力の平均値を比較例2の平均値で正規化した値を示すグラフである。図10Bに示すように、比較例2の破断時のせん断応力の平均値を1.0とした場合に、比較例1の破断時のせん断応力の平均値は2.0であり、比較例3の破断時のせん断応力の平均値は1.0であった。一方、実施例1の破断時のせん断応力の平均値は2.3であり、実施例2の破断時のせん断応力の平均値は1.7であり、実施例3の破断時のせん断応力の平均値は2.0であった。
<Test results>
FIG. 10B is a diagram showing the results of the shear strength test. FIG. 10B is a graph showing a value obtained by normalizing the average value of the surface pressure stress at break of the five test pieces 10 a of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 with the average value of Comparative Example 2. As shown in FIG. 10B, when the average value of shear stress at break of Comparative Example 2 is 1.0, the average value of shear stress at break of Comparative Example 1 is 2.0, and Comparative Example 3 The average value of the shear stress at break was 1.0. On the other hand, the average value of shear stress at break of Example 1 is 2.3, the average value of shear stress at break of Example 2 is 1.7, and the average value of shear stress at break of Example 3 is The average value was 2.0.
図11Bは、打抜きせん断強度試験の結果を示す図である。図11Bは、実施例1および比較例1の5枚の試験片10bの破断時の応力の平均値を比較例1の平均値で正規化した値を示すグラフである。図11Bに示すように、比較例1の破断時の応力の平均値を1.0とした場合に、実施例1の破断時の応力の平均値は1.3であった。
FIG. 11B is a diagram showing the results of the punching shear strength test. 11B is a graph showing a value obtained by normalizing the average value of stresses at break of the five
以上の結果から、本発明に係る繊維強化樹脂体の構成を適用した実施例の試験片は、適用しなかった比較例の試験片に対し、それぞれ破壊強度が高まったことが示された。 From the above results, it was shown that the test pieces of the examples to which the configuration of the fiber-reinforced resin body according to the present invention was applied had higher fracture strengths than the test pieces of the comparative example which were not applied.
本発明は前記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention.
1 車両用ホイール
3 ディスク部
3a ハブ部
3b スポーク部
3c 雌ネジ部
5 リム部
5a フランジ部
5b ビードシート部
5c ハンプ部
5d ドロップ部
5e ハンプ部
5f ビードシート部
5g フランジ部
5h 結合部
7 機械的締結手段
9a,9b,9c,9d,9e 樹脂部
10,20,30,50,60,70 繊維強化樹脂体
10a,10b 試験片
11 孔部
11a,51c 第1貫通孔
11b,51b 第2貫通孔
12,52,62 補強部
12a,52a 第1補強部
12b,52b 第2補強部
13a,13b,13c,13d,13e,13f,13g,13h,23a,23b,23c,23d,23e,23f,23g,23h,33a,33b,33c,33d,33e,33f,33g,33h,53a,53b,53c,53d,53e,53f,53g,53h 繊維層
14a,14b,14c,14d 繊維束
14e 巻回状繊維束
14f 放射状繊維束
14g 織物
15 樹脂
17,57 大径孔部
18 プリフォーム
72 連結糸
72a,72b 固定片部
72c 連結片部
82a,82b,83a,83b,83c,83d,83e,83f,83g,83h 繊維シート
90 アルミニウム板
91 孔部
92 ボルト
93 金属カラー
94,103 ワッシャー
95,104 ナット
101 ダイ
102 ポンチ
I ラップ部
K 金型
K1 突起
K2 蓋
K3 バネ
P1 上面
P2 下面
1 Vehicle Wheel 3 Disk Part 3a Hub Part 3b Spoke Part 3c Female Thread Part 5 Rim Part 5a Flange Part 5b Bead Seat Part 5c Hump Part 5d Drop Part 5e Hump Part 5f Bead Seat Part 5g Flange Part 5h Coupling Part 7 Mechanical Fastening Means 9a, 9b, 9c, 9d, 9e Resin portion 10, 20, 30, 50, 60, 70 Fiber reinforced resin body 10a, 10b Test piece 11 Hole portion 11a, 51c First through hole 11b, 51b Second through hole 12 , 52, 62 Reinforcing portions 12a, 52a First reinforcing portions 12b, 52b Second reinforcing portions 13a, 13b, 13c, 13d, 13e, 13f, 13g, 13h, 23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f, 23g, 23h, 33a, 33b, 33c, 33d, 33e, 33f, 33g, 33h, 53a, 53b, 53c, 53d, 53e, 53f, 53g, 53h Fiber layers 14a, 14b, 14c, 14d Fiber bundle 14e Wound fiber bundle 14f Radial fiber bundle 14g Woven fabric 15 Resin 17,57 Large diameter hole 18 Preform 72 Connecting yarn 72a, 72b Fixed piece 72c Connecting piece 82a, 82b, 83a, 83b, 83c, 83d, 83e, 83f, 83g, 83h Fiber sheet 90 Aluminum plate 91 Hole 92 Bolt 93 Metal collar 94, 103 Washer 95, 104 Nut 101 Die 102 Punch I Wrap K Mold K1 Protrusion K2 Lid K3 Spring P1 Upper surface P2 Lower surface
Claims (17)
前記複数の繊維層は、配向された主繊維束を含み、
前記複数の繊維層のうち一部の繊維層は、その積層方向に貫通して、前記主繊維束を切断するように形成された第1貫通孔を有し、
前記複数の繊維層から前記一部の繊維層を除いた他の繊維層のうち少なくとも1つの繊維層は、前記第1貫通孔よりも大径である大径孔部と、前記大径孔部の内周に嵌め合うように配置された補強部を有し、
前記補強部は、当該補強部を貫通する第2貫通孔を有し、
前記一部の繊維層に形成された前記第1貫通孔と前記補強部に形成された前記第2貫通孔とは連通して1つの孔部を形成し、前記孔部は、機械的締結手段が挿入可能なように構成されており、
前記補強部は、前記第2貫通孔の中心軸周りに巻回するように配向された繊維束を含むことを特徴とする繊維強化樹脂体。 A fiber reinforced resin body having a plurality of laminated fiber layers,
The plurality of fiber layers includes oriented main fiber bundles,
A part of the plurality of fiber layers penetrates in the laminating direction thereof and has a first through hole formed so as to cut the main fiber bundle,
At least one fiber layer of the other fiber layers excluding the part of the fiber layers from the plurality of fiber layers has a large-diameter hole portion having a larger diameter than the first through hole, and the large-diameter hole portion. Has a reinforcing portion arranged so as to fit to the inner periphery of the
The reinforcing portion has a second through hole penetrating the reinforcing portion,
The first through hole formed in the part of the fiber layer and the second through hole formed in the reinforcing portion communicate with each other to form one hole portion, and the hole portion is a mechanical fastening means. Is configured to be inserted,
The fiber-reinforced resin body, wherein the reinforcing portion includes a fiber bundle oriented so as to be wound around the central axis of the second through hole.
前記補強部は、前記第2貫通孔の中心軸周りに巻回するように配向された繊維束に替え、前記第2貫通孔の中心から放射状に配向された繊維束を含むことを特徴とする繊維強化樹脂体。 The fiber-reinforced resin body according to claim 1,
The reinforcing portion includes a fiber bundle that is radially oriented from the center of the second through hole, instead of the fiber bundle that is oriented so as to be wound around the central axis of the second through hole. Fiber reinforced resin body.
前記補強部は、前記第2貫通孔の中心から放射状に配向された繊維束をさらに含むことを特徴とする繊維強化樹脂体。 The fiber-reinforced resin body according to claim 1,
The reinforcing portion further includes a fiber bundle radially oriented from the center of the second through hole.
前記補強部は、前記第2貫通孔の中心軸周りに巻回するように配向された繊維束からなる第1補強部と、前記第2貫通孔の中心から放射状に配向された繊維束からなる第2補強部とにより構成され、
前記他の繊維層は、前記第1補強部が配置された繊維層と、前記第2補強部が配置された繊維層とを有することを特徴とする繊維強化樹脂体。 The fiber-reinforced resin body according to claim 3,
The reinforcing portion includes a first reinforcing portion made of a fiber bundle oriented so as to be wound around the central axis of the second through hole, and a fiber bundle radially oriented from the center of the second through hole. And a second reinforcing portion,
The said other fiber layer has the fiber layer in which the said 1st reinforcement part was arrange|positioned, and the fiber layer in which the said 2nd reinforcement part was arrange|positioned, The fiber-reinforced resin body characterized by the above-mentioned.
前記第1補強部と前記第2補強部とは、その積層方向に沿って隣接していることを特徴とする繊維強化樹脂体。 The fiber-reinforced resin body according to claim 4,
The fiber reinforced resin body, wherein the first reinforcing portion and the second reinforcing portion are adjacent to each other in the stacking direction.
前記第2貫通孔の中心から放射状に配向された繊維束は、平面視において、前記第2貫通孔の中心軸周りに巻回するように配向された繊維束との交点における当該繊維束の接線と略直交していることを特徴とする繊維強化樹脂体。 The fiber-reinforced resin body according to claim 4,
The fiber bundle radially oriented from the center of the second through hole has a tangential line of the fiber bundle at an intersection with the fiber bundle oriented so as to be wound around the central axis of the second through hole in a plan view. A fiber-reinforced resin body characterized by being substantially orthogonal to.
平面視において前記孔部へ作用する応力のうちせん断応力の主軸に沿う方向に引き揃えられた繊維束を有する第1繊維層と、
前記第1繊維層の繊維束に対し略直交する方向に引き揃えられた繊維束を有する第2繊維層と、
前記第1繊維層および前記第2繊維層が含むいずれの繊維束に対しても交差する方向に引き揃えられた繊維束を有する第3繊維層と、
前記第1繊維層、前記第2繊維層および前記第3繊維層が含むいずれの繊維束に対しても交差する方向に引き揃えられた繊維束を有する第4繊維層が積層されていることを特徴とする繊維強化樹脂体。 The fiber-reinforced resin body according to any one of claims 1 to 6,
A first fiber layer having a fiber bundle aligned in a direction along a principal axis of shear stress among stresses acting on the hole in a plan view;
A second fiber layer having a fiber bundle aligned in a direction substantially orthogonal to the fiber bundle of the first fiber layer;
A third fiber layer having a fiber bundle aligned in a direction intersecting with any fiber bundle included in the first fiber layer and the second fiber layer;
A fourth fiber layer having a fiber bundle aligned in a direction intersecting with any fiber bundle included in the first fiber layer, the second fiber layer and the third fiber layer is laminated. Characteristic fiber reinforced resin body.
平面視において前記孔部へ作用する応力のうちせん断応力の主軸に沿う方向に引き揃えられた繊維束を有する第1繊維層と、
前記第1繊維層の繊維束に対し略直交する方向に引き揃えられた繊維束を有する第2繊維層と、
前記第1繊維層および前記第2繊維層が含むいずれの繊維束に対しても交差する方向に引き揃えられた繊維束を有する第3繊維層と、
前記第1繊維層、前記第2繊維層および前記第3繊維層が含むいずれの繊維束に対しても交差する方向に引き揃えられた繊維束を有する第4繊維層が積層されており、
前記第1繊維層は、前記第1補強部を含み、
前記第2繊維層は、前記第2補強部を含むことを特徴とする繊維強化樹脂体。 The fiber-reinforced resin body according to any one of claims 4 to 6,
A first fiber layer having a fiber bundle aligned in a direction along a principal axis of shear stress among stresses acting on the hole in a plan view;
A second fiber layer having a fiber bundle aligned in a direction substantially orthogonal to the fiber bundle of the first fiber layer;
A third fiber layer having a fiber bundle aligned in a direction intersecting with any fiber bundle included in the first fiber layer and the second fiber layer;
A first fiber layer, a second fiber layer and a fourth fiber layer having a fiber bundle aligned in a direction intersecting with any fiber bundle included in the third fiber layer is laminated,
The first fiber layer includes the first reinforcing portion,
The said 2nd fiber layer contains the said 2nd reinforcement part, The fiber reinforced resin body characterized by the above-mentioned.
前記第1繊維層と前記第2繊維層とは、その積層方向に沿って隣接し、
前記第3繊維層と前記第4繊維層とは、その積層方向に沿って隣接していることを特徴とする繊維強化樹脂体。 The fiber-reinforced resin body according to any one of claims 7 and 8,
The first fiber layer and the second fiber layer are adjacent to each other along the stacking direction,
The fiber-reinforced resin body, wherein the third fiber layer and the fourth fiber layer are adjacent to each other in the stacking direction.
前記繊維強化樹脂体の表部には、前記第3繊維層および前記第4繊維層が配置されていることを特徴とする繊維強化樹脂体。 The fiber-reinforced resin body according to any one of claims 7 to 9,
The fiber reinforced resin body, wherein the third fiber layer and the fourth fiber layer are arranged on a front portion of the fiber reinforced resin body.
前記孔部の外周部には、前記複数の繊維層のうちの2層以上の繊維層に対して、その積層方向に縫い込まれた連結糸が設けられ、
前記連結糸は、前記一部の繊維層に含まれる前記主繊維束および/または前記補強部に含まれる繊維束を、前記積層方向に束ねて固定していることを特徴とする繊維強化樹脂体。 The fiber-reinforced resin body according to any one of claims 1 to 10,
On the outer peripheral portion of the hole portion, a connecting thread sewn in the laminating direction with respect to two or more fiber layers of the plurality of fiber layers is provided.
The connecting yarn bundles and fixes the main fiber bundles contained in the part of the fiber layers and/or the fiber bundles contained in the reinforcing portion in the stacking direction and is fixed. ..
前記孔部の外周部には、前記複数の繊維層のうちの2層以上の繊維層に対して、その積層方向に縫い込まれた連結糸が設けられ、
前記連結糸は、前記第2貫通孔の中心軸周りに巻回するように配向された繊維束および前記第2貫通孔の中心から放射状に配向された繊維束を、前記積層方向に束ねて固定していることを特徴とする繊維強化樹脂体。 The fiber-reinforced resin body according to any one of claims 3 to 10,
On the outer peripheral portion of the hole portion, a connecting thread sewn in the laminating direction with respect to two or more fiber layers of the plurality of fiber layers is provided.
The connecting yarn bundles and fixes a fiber bundle oriented so as to be wound around the central axis of the second through hole and a fiber bundle radially oriented from the center of the second through hole in the stacking direction. A fiber-reinforced resin body characterized in that
前記連結糸の一部は、前記繊維強化樹脂体の表面に沿って配置され、かつ、平面視において、前記補強部と重なるように配置されていることを特徴とする繊維強化樹脂体。 The fiber-reinforced resin body according to any one of claims 11 and 12,
The fiber-reinforced resin body is characterized in that a part of the connecting yarn is arranged along a surface of the fiber-reinforced resin body and is arranged so as to overlap the reinforcing portion in a plan view.
前記補強部は、前記繊維強化樹脂体の表面に露出していないことを特徴とする繊維強化樹脂体。 The fiber-reinforced resin body according to any one of claims 1 to 13,
The fiber-reinforced resin body, wherein the reinforcing portion is not exposed on the surface of the fiber-reinforced resin body.
前記補強部は、平面視において、前記孔部の周縁の一部に沿って配置されていることを特徴とする繊維強化樹脂体。 The fiber-reinforced resin body according to any one of claims 1 to 14,
The fiber-reinforced resin body, wherein the reinforcing portion is arranged along a part of a peripheral edge of the hole portion in a plan view.
前記補強部は、平面視において、前記孔部の周縁の全周に亘って配置されていることを特徴とする繊維強化樹脂体。 The fiber-reinforced resin body according to any one of claims 1 to 14,
The fiber reinforced resin body, wherein the reinforcing portion is arranged over the entire circumference of the peripheral edge of the hole portion in a plan view.
前記補強部は、前記第2貫通孔の中心軸周りに巻回するように配向された繊維束と前記第2貫通孔の中心から放射状に配向された繊維束とが互いに編み込まれて構成されていることを特徴とする繊維強化樹脂体。 The fiber-reinforced resin body according to claim 3,
The reinforcing portion is formed by weaving a fiber bundle oriented so as to be wound around the central axis of the second through hole and a fiber bundle radially oriented from the center of the second through hole. A fiber-reinforced resin body characterized in that
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