JP3414082B2 - 繊維強化プラスチック製部材 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は圧縮負荷に対する耐
性の大きい繊維強化プラスチック製部材に関する。さら
に詳しくは、部材を軽量化しつつ、圧縮負荷に対する耐
性を高めた繊維強化プラスチック製部材に関する。

【０００２】

【従来の技術】繊維強化プラスチック（以下、ＦＲＰと
略す）は、単位重さ当たりの引張強度が著しく高いこと
から、スポーツ用部材をはじめ、軽量化が求められる部
材に広く使用されている。しかしながら、単位重量当た
りの圧縮強度については、他材料よりも著しく高いとは
いえず、このため、軽量化を目的とした、圧縮力を受け
る部材へのＦＲＰの適用は限定されたものになってい
た。このような、ＦＲＰの引張と圧縮強度のアンバラン
スを解消するために、ＦＲＰを構成する材料、すなわち
補強繊維やマトリックス樹脂の種類を変更する、具体的
には補強繊維の形状、内部構造、または伸度、弾性率な
どの物性を変更したり、マトリックス樹脂の伸度、弾性
率などの物性を変更したりして、ＦＲＰの圧縮強度の向
上を目的として長年検討がなされてきたが、実際上ＦＲ
Ｐの圧縮強度の向上幅はわずかにとどまっているのが現
状である。

【０００３】一方、構成する材料を変更する技術以外
の、ＦＲＰの圧縮強度を向上するための技術としては、
圧縮荷重を受ける方向に補強繊維をより多く、より真直
に配列するという程度のものであった。また従来は、繊
維を荷重方向以外の方向に配列させることは、荷重方向
以外の方向の強度を向上させはするものの、荷重方向の
圧縮強度の向上につながるとは考えられていなかった。
そればかりか、圧縮方向以外に繊維を配列させること
は、部材の重量増加となるため、極力避けられてさえい
た。

【０００４】例えば補強繊維が軸方向に配列した円筒体
において、曲げ変形が生じた場合、曲がった円筒体の凹
側と凸側にそれぞれ、ほぼ等しい圧縮応力と引張応力が
生じる。曲げ変形による円筒断面の円環形状が扁平化し
たり、軸方向に変形したりする、いわゆる座屈が生じな
ければ、材料の圧縮強度が引張強度よりも低い場合に
は、円筒は圧縮側で圧縮破壊するが、釣竿のように円筒
径に対して肉厚の薄い円筒では、座屈が生じやすく、こ
れを防止するために補強繊維が軸方向とほぼ直角方向に
配列した層を円筒の内側と外側に配置することが一般に
行われている（例えば特開平５−３０４８６０号公
報）。しかし、これにより座屈は防止することはできて
も、ＦＲＰとしての圧縮強度は高くないため、釣竿の曲
げ強度を大きなものとすることはできなかった。

【０００５】また、例えば大型建築物や天井クレーンな
どの大型構造物などに用いるトラス部材は、従来ほとん
どが炭素鋼や低合金鋼あるいはアルミ合金等からなる金
属製であったが、軽量化による建築物の大型化や組立時
の作業性向上等を目的として、トラス部材の素材とし
て、ＦＲＰの使用が検討されるようになってきた（例え
ば特開昭６１−１４２２４１号公報）。

【０００６】このようなトラス部材は、通常、筒形やＩ
形のＦＲＰ製の梁材の両端に、継手等の機械要素と連結
され、軸力等を伝達する金属製の連結部材を取り付けた
構造になっているが、梁材としては、軸線に直行する平
面で切断した断面における異方性がなく、軸力などがい
ずれの方向にも均等に伝達されるように、円筒体が多用
されている。このようなトラス部材は、多岐に亘る条件
で使われるのだが、作用する外力はおおよそ軸力（すな
わち、軸方向の引張荷重と圧縮荷重）に限定されること
が多い。この軸力に対する強度は、梁材と連結部材の双
方に要求される。梁材と連結部材との間で力を伝達する
構造に関する発明は、例えば特開昭６１−１４２２４１
号公報に開示されている。しかし、梁材と連結部材との
間で力を伝達する構造については高強度化できても、梁
材自身の圧縮強度を十分に高めることができていなかっ
たのが現状である。

【０００７】本発明者らは、かかる現状に鑑みて、補強
繊維が一方向に配列した一方向ＦＲＰ材料の破壊過程を
入念に観察するなど、鋭意検討の結果、一方向ＦＲＰ材
料の破壊が荷重方向と垂直方向の変形抵抗に依存するこ
とを見いだし、本発明を完成するに至った。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、部材
の圧縮強度、または圧縮強度が支配的である部材の強度
を著しく向上させた繊維強化プラスチック製部材を提供
することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を達
成するために次の構成を有する。すなわち、補強繊維と
マトリックス樹脂とからなる層が積層してなる繊維強化
プラスチック製部材であって、次の少なくとも１つの
［Ａ］層と、該［Ａ］層の両面に隣り合って［Ｂ］層を
有し、θの絶対値が５０°〜７０°の範囲内であり、か
つ少なくとも片側の［Ｂ］層の厚みと［Ａ］層の厚みと
の比が、０．０２〜０．０８５の範囲内であることを特
徴とする繊維強化プラスチック製部材である。

【００１０】 ［Ａ］層：補強繊維が実質的に一方向に配列した層 ［Ｂ］層：［Ａ］層の補強繊維の配列方向に対して配列
角度θで補強繊維が配列した層

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の繊維強化プラスチック部
材について、以下詳細に説明する。

【００１２】ＦＲＰ製部材の圧縮強度を最大にするため
には、荷重を負担する役割を果たす補強繊維を荷重方向
に配列させる必要がある。しかし、補強繊維を荷重方向
の一方向にのみ配列させた積層板の破壊過程を顕微鏡や
高速カメラなどで入念に観察すると、部材の全体破壊は
荷重と直角方向への変形により始まることがわかった。

【００１３】すなわち、補強繊維を荷重方向に配列させ
た場合には、荷重方向と垂直方向の弾性率と強度が低下
して横方向への割れ、曲がり（屈曲）などが生じたり、
剪断弾性率も低下するため、横方向への剪断ずれが生じ
たりして、本来発現すべき圧縮強度が発現しない。

【００１４】このような横方向への割れ、曲がり、剪断
ずれ、などの変形を抑制するために、補強繊維が実質的
に一方向に配列した層（以下［Ａ］層という）の両面
を、［Ａ］層の補強繊維の配列方向に対して配列角度θ
で補強繊維が配列した層（以下［Ｂ］層という）であっ
て、θの絶対値が５０°〜７０°、好ましくは５５°〜
６５°の範囲である層でサンドイッチ補強するのであ
る。

【００１５】［Ａ］層の両面に［Ｂ］層が存在すること
により、［Ｂ］層が存在しない場合に比べて、部材全体
の厚みを大きくすることなく、部材の圧縮強度を著しく
向上させることができるのである。

【００１６】［Ｂ］層におけるθの絶対値が小さ過ぎる
と、［Ｂ］層に作用する応力（圧縮応力と剪断応力な
ど）が大きくなり［Ａ］層より先に［Ｂ］層から破壊が
始まってしまい、部材の圧縮強度が低下する。また、
［Ｂ］層におけるθの絶対値が大きすぎると、［Ｂ］層
の剪断剛性が低下して部材全体が剪断ずれにより破壊し
てしまう。

【００１７】［Ａ］層中の補強繊維は、好ましくは、炭
素繊維、アラミド繊維、金属繊維から選ばれる少なくと
も１種の繊維であり、その長繊維、短繊維が一方向に配
列したものである。中でも、荷重方向に繊維を最も効率
よく配列することができるため、長繊維であることが望
ましい。

【００１８】［Ｂ］層の補強繊維も、好ましくは、炭素
繊維、アラミド繊維、金属繊維から選ばれる少なくとも
１種の繊維であり、その長繊維、短繊維が一方向に配列
したものである。中でも、繊維含有量が高くでき、
［Ｂ］層に要求される［Ａ］層の横方向への変形の軽減
を最も薄い厚みで満たすことができるため、長繊維であ
ることが望ましい。

【００１９】［Ａ］層および［Ｂ］層に用いるマトリッ
クス樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル
樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂などの熱硬
化性樹脂、ナイロン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリイミ
ド樹脂などの熱可塑性樹脂を用いることができる。

【００２０】なお、［Ｂ］層としては、補強繊維が実質
的に一方向に配列した層でも良いし、θを前記範囲内と
した層単位が複数連続して積層してなっていても良い。

【００２１】［Ｂ］層としては、補強繊維が配列角度θ
で実質的に一方向に配列した層と、補強繊維が配列角度
−θで実質的に一方向に配列した層からなっていること
が好ましい。この場合が補強繊維が配列角度θで配列し
た層の厚みと、補強繊維が配列角度−θで層の厚みが実
質的に等しいことがより好ましい。ここで配列角度の正
負符号は、角度の測定方向が逆回転方向であることを意
味する。

【００２２】［Ａ］層の少なくとも片側での［Ｂ］層の
厚みと［Ａ］層の厚みの比は、０．０２〜０．０８５で
あることが必要である。すなわち、［Ｂ］層自体は殆ど
圧縮荷重を負担しないので、この比が大き過ぎると、部
材全体としての断面積および重量が増し、部材としての
圧縮強度および単位重量当たりの圧縮強度が［Ａ］層だ
けの時よりも低くなる一方、小さ過ぎると、前記の圧縮
破壊を引き起こす原因となる［Ａ］層の変形を防止でき
ない。

【００２３】なお、ここでいう層の厚みとは、部材の中
央を［Ａ］層の補強繊維の配列方向と垂直な面で厚み方
向に切断し、その断面を鏡面研磨後、顕微鏡観察（５０
倍）して得られる写真像から読みとった層の平均的厚み
のことである。

【００２４】また、［Ｂ］層の厚みは、［Ａ］層の両面
で実質的に等しいことが好ましい。これは、［Ａ］層に
対して対称的とすることにより、［Ａ］層の応力分布を
均一にして部材の強度をより一層向上させ、部材の非対
称な変形を防止することができるためである。

【００２５】［Ｂ］層の補強繊維は［Ａ］層の層内中心
面に対して鏡面対称に配列していることが一層好まし
い。

【００２６】また、圧縮応力を受ける方向に多くの補強
繊維が配列していた方が圧縮強度の絶対値としては大き
くなるので、部材中で実質的に同一方向に配列した
［Ａ］層の厚みの総和と部材の積層方向厚みの比は０．
５以上であることが好ましい。

【００２７】本発明のＦＲＰ製部材は、各種部材として
利用できるが、圧縮荷重を受けやすく、部材の圧縮強度
が全体破壊を支配することが多いパネル材や円筒体の部
材であることが好ましい。円筒体部材の場合、円筒体肉
厚方向に積層され、［Ａ］層の補強繊維の配列方向を、
円筒体の軸方向に実質的に一致させることにより、著し
く高い強度を有する円筒体が得られる。

【００２８】本発明のＦＲＰ製部材を円筒体として適用
する場合には、あまりに薄肉の円筒体では、圧縮破壊以
前に座屈破壊する可能性があり部材の高い圧縮強度を反
映できない場合もあるので、円筒内径（Ｄ）に対する肉
厚（ｔ）の比（ｔ／Ｄ）が０．０５以上、好ましくは
０．１以上の円筒体として用いることが好ましい。ま
た、ｔ／Ｄが大きくなり過ぎると中実の円柱体に近付
き、部材の軽量化効果が薄れることもあるので、ｔ／Ｄ
は０．５以下であることが好ましい。なお、座屈が発生
する荷重は曲げ弾性率が高いほど向上するので、補強繊
維としては前記した補強繊維の中でも、炭素繊維を用い
るのが好ましい。

【００２９】このようなＦＲＰ製円筒体を製造する方法
としては、公知の種々の方法があり、例えば、シートワ
インディング法、テープワインディング法、フィラメン
トワインディング法、あるいはプルトルージョン法等が
使用できる。

【００３０】また、円筒体部材の中でも、特に部材とし
ての軽量化が要求される、釣竿部材、ゴルフシャフト、
トラス部材の梁材、航空機胴体の外板などの円筒体部材
であることがより好ましい。

【００３１】釣竿としては、一本竿、複数本の円筒部材
を継ぎ合わせてなる継竿もしくは引出竿、または竿尻に
継ぎ足して使用する長さ調製竿などが具体的に挙げられ
る。また、ここでいう釣竿である円筒体にはテーパーが
ついていてもよい。

【００３２】本発明のＦＲＰ製部材を釣竿として用いる
時には、円筒径に対する肉厚の比の上記条件を満たすた
め、継竿や引出竿などの複数本の円筒体からなる釣竿に
おいては、穂先部分の円筒体よりも手元に近い部分の円
筒体や、一本竿の場合には磯竿用円筒体に好適に用いら
れる。特に複数本の円筒体からなる竿においては、竿の
継ぎ本数が多くなればなるほど、また円筒体の剛性（か
たさ）が低ければ低いほど、竿がしなった場合に、穂先
に近い円筒体には圧縮応力よりも引張応力の方がより大
きく作用する場合があるため、手元に近い円筒体、たと
えば継竿においては３番手（穂先から３番目）より手元
側の円筒体について本発明を採用することにより、より
安定して本発明の効果が認められるので好ましい。

【００３３】本発明のＦＲＰ製部材を釣竿として適用す
る場合には、軽量化と釣竿の調子（曲げ弾性率）を高く
することを両立する目的から、本発明に用いる補強繊維
としては、前記した補強繊維の中でも炭素繊維がより一
層好ましく適用される。

【００３４】また、本発明のＦＲＰ製部材はトラス部材
の梁材としても適用できる。

【００３５】本発明のＦＲＰ製部材をトラス部材の梁材
として適用する場合には、それを構成するＦＲＰは引張
強度と引張弾性率が高く密度が小さいことが好ましく、
本発明に用いる補強繊維としては、前記した補強繊維の
中でも炭素繊維がより一層好ましく適用される。

【００３６】本発明のＦＲＰ製部材をトラス部材の梁材
として適用する場合には、マトリックス樹脂としては、
前記したマトリックス樹脂の中でも、エポキシ樹脂また
はフェノール樹脂が好ましい。エポキシ樹脂は、補強繊
維との接着性能や成形性に優れ、フェノール樹脂は燃え
難く、燃焼による有毒ガスが発生しにくいことから、難
燃性がより強く要求されるトラス部材においては特に好
適である。

【００３７】また、本発明のＦＲＰ製部材をトラス部材
の梁材として適用する場合には、座屈荷重は円筒内径に
対する梁材の長さが大きくなると低下する場合があるの
で、梁材の長さは円筒内径の２５倍以下であることが好
ましい。また、円筒内径に対する梁材の長さが小さ過ぎ
ると、トラス部材として用いる継手重量のトラス部材全
体重量に対する割合が増加し、構造物としての軽量化が
満足されない場合もあるので、梁材の長さは円筒内径の
３倍以上であることが好ましい。

【００３８】

【実施例】

（実施例１〜３）［Ａ］層として、エポキシ樹脂（東レ
（株）社＃３６３１）中に長繊維の炭素繊維（東レ
（株）社製“トレカ”Ｔ８００Ｈ）を一方向に配列させ
た炭素繊維強化プリプレグ（プリプレグの厚み＝約０．
１４ｍｍ、繊維重量含有率＝６７．６％）を８枚一方向
に積層し、［Ｂ］層として、エポキシ樹脂（東レ（株）
社＃３６３１）中に長繊維の炭素繊維（東レ（株）社製
“トレカ”Ｔ８００Ｈ）を一方向に配列させた炭素繊維
強化プリプレグ（プリプレグの厚み＝約０．０９ｍｍ、
繊維重量含有率＝６７．６％）をその配列角度を［Ａ］
層の補強繊維の配列方向に対して５０°、６０°、７０
°と変更して、［Ａ］層の両側に１枚ずつ積層した後、
これをオートクレーブ中１８０℃で２時間硬化させて、
板状の繊維強化プラスチック製部材を作製した。このよ
うにして作製した板から試験片を切り出し、ＡＳＴＭＤ
−６９５に従って［Ａ］層の補強繊維配列方向の圧縮試
験を行った。試験片全体の重量および厚み、［Ａ］層お
よび［Ｂ］層の厚み、ならびに［Ｂ］層の繊維配列角度
とともに圧縮強度の値を表１に示す。

【００３９】（比較例１）実施例１において、［Ａ］層
に用いるプリプレグの厚みを約０．１mm、積層枚数を１
３枚とし、かつ［Ｂ］層であるプリプレグを積層しなか
った以外は、実施例１と同様に試験片を作製して圧縮強
度を測定した。試験片全体の重量および厚み、［Ａ］層
および［Ｂ］層の厚み、ならびに［Ｂ］層の繊維配列角
度とともに圧縮強度の値を表１に示す。

【００４０】（比較例２〜４）実施例１〜３において、
［Ａ］層に用いるプリプレグの厚みを約０．１mm、積層
枚数を１１枚とし、かつ［Ｂ］層に用いるプリプレグの
厚みを約０．１mmとした以外は、実施例１〜３と同様に
試験片を作製して圧縮強度を測定した。試験片全体の重
量および厚み、［Ａ］層および［Ｂ］層の厚み、ならび
に［Ｂ］層の繊維配列角度とともに圧縮強度の値を表１
に示す。

【００４１】（比較例５、６）実施例１において、
［Ｂ］層の補強繊維の配列角度を［Ａ］層の補強繊維の
配列方向に対して４０°、８０°と変更した以外は実施
例１と同様にして硬化させて、板状の繊維強化プラスチ
ック製部材を作製し、さらに実施例１と同様にして試験
片を作製して圧縮強度を測定した。試験片全体の重量お
よび厚み、［Ａ］層および［Ｂ］層の厚み、ならびに
［Ｂ］層の繊維配列角度とともに圧縮強度の値を表１に
示す。

【００４２】（実施例４）実施例２において、［Ｂ］層
に用いるプリプレグの厚みを約０．０２５mmに変更した
以外は実施例２と同様にして試験片を作製して圧縮強度
を測定した。試験片全体の重量および厚み、［Ａ］層お
よび［Ｂ］層の厚み、ならびに［Ｂ］層の繊維配列角度
とともに圧縮強度の値を表１に示す。

【００４３】（比較例７）実施例２において、［Ｂ］層
に用いるプリプレグの厚みを約０．０２０mmに変更した
以外は実施例２と同様にして試験片を作製して圧縮強度
を測定した。試験片全体の重量および厚み、［Ａ］層お
よび［Ｂ］層の厚み、ならびに［Ｂ］層の繊維配列角度
とともに圧縮強度の値を表１に示す。

【００４４】

【表１】 表１において、Ｂ／Ａは、[B] 層片側厚みと[A] 層厚み
との比、Ａ／Ｔは、[A] 層厚みの総和と部材積層方向厚
みとの比を表わす。

【００４５】（実施例５〜７）［Ａ］層として、エポキ
シ樹脂（東レ（株）社＃３６３１）中に長繊維の炭素繊
維（東レ（株）社製“トレカ”Ｔ８００Ｈ）を一方向に
配列させた炭素繊維強化プリプレグ（プリプレグの厚み
＝約０．１０ｍｍ、繊維重量含有率＝６７．６％）を１
２枚一方向に積層し、［Ｂ］層として、エポキシ樹脂
（東レ（株）社＃３６３１）中に長繊維の炭素繊維（東
レ（株）社製“トレカ”Ｔ８００Ｈ）を一方向に配列さ
せた炭素繊維強化プリプレグ（プリプレグの厚み＝約
０．０２５ｍｍ、繊維重量含有率＝６７．６％）をその
配列角度を［Ａ］層の補強繊維の配列方向に対して±５
０°、±６０°、±７０°と変更して、［Ａ］層の両側
に２枚づつ、［Ａ］層の中央面に対して鏡面対称となる
ように積層した後、実施例１と同様にして硬化させて、
板状の繊維強化プラスチック製部材を作製し、さらに実
施例１と同様にして試験片を作製して圧縮強度を測定し
た。試験片全体の重量および厚み、［Ａ］層および
［Ｂ］層の厚み、ならびに［Ｂ］層の繊維配列角度とと
もに圧縮強度の値を表２に示す。

【００４６】（比較例８、９）実施例５において、
［Ｂ］層の補強繊維の配列角度を［Ａ］層の補強繊維の
配列方向に対して４０°、８０°と変更し、［Ｂ］層の
［Ａ］層側と反対側に、［Ｂ］層に用いたプリプレグと
同様のものを、その配列角度を［Ａ］層の補強繊維の配
列方向に対して−４０°、−８０°と変更して積層した
以外は実施例５と同様にして試験片を作製して圧縮強度
を測定した。試験片全体の重量および厚み、［Ａ］層お
よび［Ｂ］層の厚み、ならびに［Ｂ］層の繊維配列角度
とともに圧縮強度の値を表２に示す。

【００４７】（実施例８〜１０）実施例５において、
［Ａ］層として、エポキシ樹脂（東レ（株）社＃３６３
１）中に長繊維の炭素繊維（東レ（株）社製“トレカ”
Ｍ３０Ｓ）を一方向に配列させた炭素繊維強化プリプレ
グ（プリプレグの厚み＝約０．１ｍｍ、繊維重量含有率
＝６７．０％）を１２枚一方向に積層したものを用いた
以外は、実施例５と同様にして試験片を作製し、圧縮強
度を測定した。試験片全体の重量および厚み、［Ａ］層
および［Ｂ］層の厚み、ならびに［Ｂ］層の繊維配列角
度とともに圧縮強度の値を表２に示す。

【００４８】（比較例１０）エポキシ樹脂（東レ（株）
社＃３６３１）中に長繊維の炭素繊維（東レ（株）社製
“トレカ”Ｍ３０Ｓ）を一方向に配列させた炭素繊維強
化プリプレグ（プリプレグの厚み＝約０．１ｍｍ、繊維
重量含有率＝６７．０％）を１３枚一方向に積層した
後、実施例１と同様に硬化させ、試験片を作製して圧縮
強度を測定した。試験片全体の重量および厚み、［Ａ］
層および［Ｂ］層の厚み、ならびに［Ｂ］層の繊維配列
角度とともに圧縮強度の値を表２に示す。

【００４９】（比較例１１、１２）［Ａ］層として用い
るプリプレグを、エポキシ樹脂（東レ（株）社＃３６３
１）中に長繊維の炭素繊維（東レ（株）社製“トレカ”
Ｍ３０Ｓ）を一方向に配列させた炭素繊維強化プリプレ
グ（プリプレグの厚み＝約０．１ｍｍ、繊維重量含有率
＝６７．０％）に変更した以外は、比較例８、９と同様
にして試験片を作製し、圧縮強度を測定した。試験片全
体の重量および厚み、［Ａ］層および［Ｂ］層の厚み、
ならびに［Ｂ］層の繊維配列角度とともに圧縮強度の値
を表２に示す。

【００５０】

【表２】 表２において、Ｂ／Ａは、[B] 層片側厚みと[A] 層厚み
との比、Ａ／Ｔは、[A] 層厚みの総和と部材積層方向厚
みとの比を表わす。

【００５１】（実施例１１）長さ１．０ｍのテーパー付
き円筒体を５本繋いでなる５ｍの釣竿で、３番手（穂先
から３番目）の円筒体を次のようにして構成した釣竿を
作製した。なお、１番手、２番手、４番手、５番手の円
筒体は肉厚２ｍｍのスチール製であり、１番手、２番手
の円筒体は１０／１０００、４番手、５番手の円筒体は
３／１０００のテーパー付き円筒体である。

【００５２】エポキシ樹脂（東レ（株）社＃２５００）
中に長繊維の炭素繊維（東レ（株）社製“トレカ”Ｍ５
０Ｊ）を一方向に配列させた炭素繊維強化プリプレグ
（プリプレグの厚み＝約０．１７ｍｍ、繊維重量含有率
＝６８．５％）を材料として用いた。これを３／１００
０のテーパー付きマンドレルに、［Ｂ］層として繊維配
列方向がマンドレル軸方向に対して６０°の角度となる
ように捲回し、つづいて［Ａ］層として繊維配列方向が
マンドレル軸方向になるように捲回し、さらに［Ｂ］層
として繊維配列方向がマンドレル軸方向に対して６０°
の角度となるように捲回した。その後、オートクレーブ
により、３気圧の圧力下で１２０℃２時間硬化後、マン
ドレルを引き抜いて、片側内径が２０ｍｍ、他端内径が
２３ｍｍ、長さ１ｍの円筒体を得た。繊維重量含有率は
６８．５％、肉厚は２．５ｍｍ、円筒長さ中央部での円
筒内径は２１．５ｍｍであり、［Ｂ］層の片側厚みと
［Ａ］層の厚みの比は０．０８０であった。作製した３
番手釣竿の透視図を図３に示す。

【００５３】この釣竿の穂先に重りを直接釣り下げる方
法で、竿の（曲げ）強さ試験を行った結果、４番手に近
い３番手部分で破壊し、破壊時の荷重は２１ｋｇであっ
た。 （実施例１２）［Ａ］層の中央面に対して鏡面対称にな
るように、［Ｂ］層として軸方向と６０°との角度をな
す方向に配列させたプリプレグと軸方向と−６０°との
角度をなす方向に配列させたプリプレグを積層して円筒
とした以外は、実施例１１と同様にして３番手釣竿を作
製した。繊維重量含有率は６８．５％、肉厚は２．５ｍ
ｍ、円筒長さ中央部での円筒内径は２１．５ｍｍであ
り、［Ｂ］層の片側厚みと［Ａ］層の厚みの比は０．０
８０であった。

【００５４】竿の（曲げ）強さ試験の結果、３番手部分
で破壊し、破壊時の荷重は３１ｋｇであった。

【００５５】（比較例１３）［Ｂ］層として、補強繊維
が竿の軸方向に対して１０°に配列するようにした以外
は、実施例１１と同様にして釣竿を作製した。繊維重量
含有率は６８．５％、肉厚は２．５ｍｍ、円筒長さ中央
部での円筒内径は２１．５ｍｍであり、［Ｂ］層の片側
厚みと［Ａ］層の厚みの比は０．０８０であった。

【００５６】竿の（曲げ）強さ試験の結果、３番手部分
で破壊し、破壊時の荷重は６ｋｇであった。

【００５７】（比較例１４）［Ｂ］層として、補強繊維
が竿の軸方向に対して４０°に配列するようにした以外
は、実施例１１と同様にして釣竿を作製した。繊維重量
含有率は６８．５％、肉厚は２．５ｍｍ、円筒長さ中央
部での円筒内径は２１．５ｍｍであり、［Ｂ］層の片側
厚みと［Ａ］層の厚みの比は０．０８０であった。

【００５８】竿の（曲げ）強さ試験の結果、３番手部分
で破壊し、破壊時の荷重は９ｋｇであった。

【００５９】（比較例１５）［Ｂ］層として、補強繊維
が竿の軸方向に対して９０°に配列するようにした以外
は、実施例１１と同様にして釣竿を作製した。繊維重量
含有率は６８．５％、肉厚は２．５ｍｍ、円筒長さ中央
部での円筒内径は２１．５ｍｍであり、［Ｂ］層の片側
厚みと［Ａ］層の厚みの比は０．０４０であった。

【００６０】竿の（曲げ）強さ試験の結果、３番手部分
で破壊し、破壊時の荷重は１５ｋｇであった。

【００６１】（実施例１３）実施例１１において、プリ
プレグの捲回量を変更して［Ｂ］層の片側厚みと［Ａ］
層の厚みの比が０．０４２となるようにした以外は、実
施例１１と同様の３番手釣竿を作製した。

【００６２】竿の（曲げ）強さ試験の結果、３番手部分
で破壊し、破壊時の荷重は３６ｋｇであった。

【００６３】（実施例１４）実施例１２において、プリ
プレグの捲回量を変更して［Ｂ］層の片側厚みと［Ａ］
層の厚みの比が０．０４２となるようにした以外は、実
施例１２と同様の３番手釣竿を作製した。

【００６４】竿の（曲げ）強さ試験の結果、３番手部分
で破壊し、破壊時の荷重は４４ｋｇであった。

【００６５】（実施例１５〜１７）東レ（株）社製炭素
繊維“トレカ”Ｔ７００ＳＣ−１２Ｋを１２本引き揃
え、エポキシ樹脂に含浸しながら、フィラメントワイン
ド法により、外径８０ｍｍ、長さ１５００ｍｍのマンド
レルにその軸方向に対して±θ１＝±５０°、±６０
°、±７０°の角度で２回、［Ａ］層として０°の角度
で２６回、さらに±θ２＝±５０°、±６０°、±７０
°の角度で１回巻き付けた。

【００６６】しかる後、マンドレルを回転させながら９
０℃で２時間、１２０℃で１２０分間加熱してエポキシ
樹脂を硬化させ、マンドレルを引き抜き、両端部を切断
して長さ８００ｍｍ、外径１０４ｍｍ、内径８０ｍｍ、
重さ約４ｋｇのＦＲＰ製円筒を得た。

【００６７】次に、上記ＦＲＰ製円筒梁の両端に、図４
に示すように、外径１２０ｍｍ、長さ４０ｍｍのスチー
ル製円柱に外径１０５ｍｍ、内径７９ｍｍ、深さ１０ｍ
ｍの同心円状キー溝を付けた円管のキー溝に、ＦＲＰ円
筒を１０ｍｍ挿入してエポキシ系接着剤で接合し、連結
した。

【００６８】しかる後、スチール製円管の両端をインス
トロン万能試験機械により、平面平行板で圧縮して、圧
縮破壊試験をした。負荷速度は２ｍｍ／ｍｉｎとした。
試験の結果などを表３に示す。

【００６９】（比較例１６〜１８）実施例１３におい
て、±θ１＝０°、±４０°、±８０°および±θ２＝
０°、±４０°、±８０°とした以外は実施例１３と同
様にして、ＦＲＰ製円筒を作製し、圧縮破壊試験をし
た。試験の結果などを表３に示す。

【００７０】（実施例１８）［Ａ］層の巻付けを２８
回、外側の±θ２での巻き付けを１回に変更した以外は
実施例１６と同様にしてＦＲＰ製円筒を作製し、圧縮破
壊試験をした。試験の結果などを表３に示す。

【００７１】（比較例１９）［Ａ］層を２２層、内側の
±θ１での巻き付けを２回、外側の±θ２での巻き付け
を２回に変更した以外は実施例１６と同様にしてＦＲＰ
製円筒を作製し、圧縮破壊試験をした。試験の結果など
を表３に示す。

【００７２】（比較例２０）外側の±θ２を±３０°と
した以外は実施例１６と同様にしてＦＲＰ製円筒を作製
し、圧縮破壊試験をした。試験の結果などを表３に示
す。

【００７３】

【表３】 表３において、（ ）内は、[A] 層厚みに対する比を表
わす。

【００７４】（実施例１９）長さ１．０ｍのテーパー付
き円筒体を５本繋いでなる５ｍの釣竿で、３番手（穂先
から３番目）の円筒体を次のようにして構成した釣竿を
作製した。なお、１番手、２番手、４番手、５番手の円
筒体は肉厚１ｍｍのスチール製であり、１番手、２番手
の円筒体は１０／１０００、４番手、５番手の円筒体は
３／１０００のテーパー付き円筒体である。

【００７５】エポキシ樹脂（東レ（株）社＃２５００）
中に長繊維の炭素繊維（東レ（株）社製“トレカ”Ｍ５
０Ｊ）を一方向に配列させた炭素繊維強化プリプレグ
（プリプレグの厚み＝約０．０７ｍｍ、繊維重量含有率
＝６８．５％）を材料として用いた。これを３／１００
０のテーパー付きマンドレルに、［Ｂ］層として繊維配
列方向がマンドレル軸方向に対して６０°の角度となる
ように捲回し、つづいて［Ａ］層として繊維配列方向が
マンドレル軸方向になるように捲回し、さらに［Ｂ］層
として繊維配列方向がマンドレル軸方向に対して６０°
の角度となるように捲回した。その後、オートクレーブ
により、３気圧の圧力下で１２０℃２時間硬化後、マン
ドレルを引き抜いて、片側内径が２０ｍｍ、他端内径が
２３ｍｍ、長さ１ｍの円筒体を得た。繊維重量含有率は
６９．５％、肉厚は１．０ｍｍ、円筒長さ中央部での円
筒内径は２１．５ｍｍであり、［Ｂ］層の片側厚みと
［Ａ］層の厚みの比は０．０８０であった。作製した３
番手釣竿の透視図を図２に示す。

【００７６】この釣竿の穂先に重りを直接釣り下げる方
法で、竿の（曲げ）強さ試験を行った結果、４番手に近
い３番手部分で破壊し、破壊時の荷重は８ｋｇであっ
た。

【００７７】（実施例２０）［Ａ］層の中央面に対して
鏡面対称になるように、［Ｂ］層として軸方向と６０°
との角度をなす方向に配列させたプリプレグと軸方向と
−６０°との角度をなす方向に配列させたプリプレグを
積層して円筒とした以外は、実施例１９と同様にして３
番手釣竿を作製した。繊維重量含有率は６８．５％、肉
厚は１．０ｍｍ、円筒長さ中央部での円筒内径は２１．
５ｍｍであり、［Ｂ］層の片側厚みと［Ａ］層の厚みの
比は０．０８０であった。

【００７８】竿の（曲げ）強さ試験の結果、３番手部分
で破壊し、破壊時の荷重は１２ｋｇであった。

【００７９】（比較例２１）［Ｂ］層として、補強繊維
が竿の軸方向に対して１０°に配列するようにした以外
は、実施例１９と同様にして釣竿を作製した。繊維重量
含有率は６８．５％、肉厚は１．０ｍｍ、円筒長さ中央
部での円筒内径は２１．５ｍｍであり、［Ｂ］層の片側
厚みと［Ａ］層の厚みの比は０．０８０であった。

【００８０】竿の（曲げ）強さ試験の結果、３番手部分
で破壊し、破壊時の荷重は３ｋｇであった。

【００８１】（比較例２２）［Ｂ］層として、補強繊維
が竿の軸方向に対して４０°に配列するようにした以外
は、実施例１９と同様にして釣竿を作製した。繊維重量
含有率は６８．５％、肉厚は１．０ｍｍ、円筒長さ中央
部での円筒内径は２１．５ｍｍであり、［Ｂ］層の片側
厚みと［Ａ］層の厚みの比は０．０８０であった。

【００８２】竿の（曲げ）強さ試験の結果、３番手部分
で破壊し、破壊時の荷重は４ｋｇであった。

【００８３】（比較例２３）［Ｂ］層として、補強繊維
が竿の軸方向に対して９０°に配列するようにした以外
は、実施例１９と同様にして釣竿を作製した。繊維重量
含有率は６８．５％、肉厚は１．０ｍｍ、円筒長さ中央
部での円筒内径は２１．５ｍｍであり、［Ｂ］層の片側
厚みと［Ａ］層の厚みの比は０．０４０であった。

【００８４】竿の（曲げ）強さ試験の結果、３番手部分
で破壊し、破壊時の荷重は６ｋｇであった。

【００８５】（実施例２１）実施例１９において、プリ
プレグの捲回量を変更して［Ｂ］層の片側厚みと［Ａ］
層の厚みの比が０．０４２となるようにした以外は、実
施例１９と同様の３番手釣竿を作製した。

【００８６】竿の（曲げ）強さ試験の結果、３番手部分
で破壊し、破壊時の荷重は１４ｋｇであった。

【００８７】（実施例２２）実施例２０において、プリ
プレグの捲回量を変更して［Ｂ］層の片側厚みと［Ａ］
層の厚みの比が０．０４２となるようにした以外は、実
施例２０と同様の３番手釣竿を作製した。

【００８８】竿の（曲げ）強さ試験の結果、３番手部分
で破壊し、破壊時の荷重は１８ｋｇであった。

【００８９】

【発明の効果】本発明によれば、これまで引張強度より
も低いとされてきた繊維強化プラスチック製部材の圧縮
強度を部材の重量増加を伴うことなく著しく向上させる
ことが可能となる。より具体的には、部材の重量増加を
伴うことなく、圧縮強度または曲げ強度の向上した釣
竿、トラス部材の梁材などの円筒体を提供できる。これ
により、特にトラス部材においては、これまでにない超
大型構造物を設計することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施態様である繊維強化プラスチッ
ク製平板部材を模式的に各層分割して示した図である。

【図２】本発明の一実施態様である繊維強化プラスチッ
ク製平板部材を模式的に各層分割して示した図である。

【図３】本発明の一実施態様である繊維強化プラスチッ
ク製釣竿部材の一部切り取り斜視図である。

【図４】本発明の一実施態様である繊維強化プラスチッ
ク製円筒体梁材にスチール製円管を連結した圧縮強度測
定用試験片の平面図である。

【図５】図４の円筒体梁材のＸ−Ｘ´面での断面図であ
る。

【符号の説明】

１．［Ａ］層 ２．［Ｂ］層 ３．円筒軸方向 ４．補強繊維配列方向 ５．ＦＲＰ製円筒梁材 ６．キー溝付きスチール製円管 ７．接着剤層

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｅ０４Ｃ 3/28 Ａ０１Ｋ 87/00 ６３０Ａ (56)参考文献 特開 平６−225669（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−7444（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−90360（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B32B 1/00 - 35/00 B29B 11/16,15/08 - 15/14 C08J 5/04 - 5/10,5/24 B29C 70/00 - 70/88 A01K 87/00 E04C 3/28

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】補強繊維とマトリックス樹脂とからなる層
   が積層してなる繊維強化プラスチック製部材であって、
   次の少なくとも１つの［Ａ］層と、該［Ａ］層の両面に
   隣り合って［Ｂ］層を有し、θの絶対値が５０°〜７０
   °の範囲内であり、かつ少なくとも片側の［Ｂ］層の厚
   みと［Ａ］層の厚みとの比が、０．０２〜０．０８５の
   範囲内であることを特徴とする繊維強化プラスチック製
   部材。 ［Ａ］層：補強繊維が実質的に一方向に配列した層 ［Ｂ］層：［Ａ］層の補強繊維の配列方向に対して配列
   角度θで補強繊維が配列した層
2. 【請求項２】［Ｂ］層の厚みが［Ａ］層の両側で実質的
   に等しいことを特徴とする請求項１記載の繊維強化プラ
   スチック製部材。
3. 【請求項３】［Ｂ］層の補強繊維の配列方向が、［Ａ］
   層の中心層面に対して鏡面対称であることを特徴とする
   請求項１に記載の繊維強化プラスチック製部材。
4. 【請求項４】部材中で実質的に同一方向に配列した
   ［Ａ］層の厚みの総和と部材の積層方向厚みの比が０．
   ５以上であることを特徴とする請求項１記載の繊維強化
   プラスチック製部材。
5. 【請求項５】繊維強化プラスチック製部材が円筒体であ
   り、［Ａ］の補強繊維の配列方向が円筒軸方向であるこ
   とを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の繊維強
   化プラスチック製部材。
6. 【請求項６】円筒体の肉厚と内径との比が０．０４〜
   ０．５であることを特徴とする請求項５記載の繊維強化
   プラスチック製部材。
7. 【請求項７】円筒体が釣竿であることを特徴とする請求
   項５記載の繊維強化プラスチック製部材。
8. 【請求項８】円筒体がトラス部材の梁材であることを特
   徴とする請求項５記載の繊維強化プラスチック製部材。