JP5529692B2

JP5529692B2 - 繊維強化プラスチック部品

Info

Publication number: JP5529692B2
Application number: JP2010206754A
Authority: JP
Inventors: 忠崇松本; 政史小田; 若富中根
Original assignee: Nikkiso Co Ltd
Current assignee: Nikkiso Co Ltd
Priority date: 2010-09-15
Filing date: 2010-09-15
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2030-09-15
Also published as: JP2012061672A

Description

本発明は、繊維強化プラスチック部品、特に孔のあいた板状部分を有する部品に関する。

繊維強化プラスチックは、軽量、高強度という利点のために、様々な分野でその使用が広まっている。繊維強化プラスチックの部品の製作方法として、補強繊維を織った織物のシート、または補強繊維が１方向に揃えられたシートを積層し、樹脂を含浸し、硬化させる方法が知られている。孔を有する部品を、前記のような補強繊維のシートを積層した繊維強化プラスチックにて作製する場合、孔により繊維が切られ、また孔の周囲では補強繊維のつながりが少なく、強度が繊維強度から期待されるよりも低くなる傾向がある。下記特許文献１には、孔周囲の強度を確保するために、孔周囲の補強繊維をかき分け、かき分けた部分に、補強繊維が周方向に延びるリング状の部品を組み込む技術が示されている。

特開２００８−２９０２６９号公報

板状部材の端付近に孔をあける場合、板状部材の端と孔の間に、部材の細い部分が形成される。この細い部分を、上記特許文献１の方法を用いて補強しようとすると、この細い部分においてかき分けた補強繊維同士が離れてしまい、所定の形状が得られないという問題がある。また、上記特許文献１の方向においては、リング状の部品とこれが組み込まれるシート状の部分との結合が弱いという問題がある。

本発明は、板状部分を有し、板状部分の端に孔があいた繊維強化プラスチック部品において、孔周囲の細い部分の引っ張り強度を有効に補強することを目的とする。

本発明に係る繊維強化プラスチック部品は、先端と基端を有する板状部分を有し、その先端付近に孔があけられた部品である。板状部分は、多層構造を有し、この多層構造の少なくとも１層は複数の補強繊維を含む層である。この層の複数の補強繊維は、孔の先端側では孔の周囲に同心円状に配置され、孔の基端側では同心円状に配置された部分の両端がさらに基端に向けて延びている。

また、前記板状部分が、孔の位置から基端に向けて幅が広がるものである場合、前記複数の補強繊維は、板状部分の幅の広がりに応じて基端に向けて広がって配置するようにできる。

また、本発明に係る繊維強化プラスチック部品のための予備附形品を形成するための治具は、離れて配置され、補強繊維が巻き渡される第１および第２巻き付け部材と、第１の巻き付け部材の周囲において、予備附形品の厚さを規制する２枚の挟持板とを有する。予備附形品の厚さは、第１および第２巻き付け部材に巻き渡された補強繊維により規定される平面に直交する方向の寸法である。第１巻き付け部材は、補強繊維が巻き掛かる部分が一つの円弧である。第２巻き付け部材は、少なくとも２層を有し、各層の補強繊維が巻き掛かる部分は、その幅が各層ごとにことなっている。各層の幅は、第１および第２巻き付け部材に巻き渡された補強繊維により規定される平面における第１及び第２巻き付け部材が配列された方向に対し直交する方向の寸法である。この軸に巻き渡された補強繊維に基づき予備附形品が作製され、この予備附形品が、前述の板状部分の複数の強化繊維を含む層となる。

また、本発明に係る繊維強化プラスチック部品の、先端と基端を有し先端付近に孔のあいた板状部分を成形する方法は、前記の治具に樹脂が含浸された補強繊維を巻き渡し、巻き渡す際の補強繊維に掛かる張力と含浸された樹脂の粘着により補強繊維同士が結合され、前記の治具の第１及び第２巻き付け部材の間で補強繊維を切断し、第１巻き付け部材側の部分を予備附形品として取得し、この予備附形品と、補強繊維のシートを所定数積層し、硬化して融合する方法である。前記予備附形品は、形状を長時間保持させるために、半硬化または硬化させて使用することができる。

孔のあいた板状部分を有する繊維強化プラスチック部品において、孔周囲の細くなった部分の引っ張り強度を有効に補強することができる。

ヒンジの概略構成を示す斜視図である。ヒンジプレートの補強層の構成を示す図である。ヒンジプレートおよびヒンジピンの側面図である。補強層を予備附形するための治具の構成例を示す平面図である。補強層を予備附形するための治具の構成例を示す正面図である。補強層を予備附形するための治具の他の構成例を示す平面図である。補強層を予備附形するための治具の他の構成例を示す正面図である。

以下、本発明の実施形態を、図面に従って説明する。以下においては、端部に孔のあいた板状部材の例としてヒンジを構成するヒンジプレートを例にあげて説明する。ヒンジ１０は、ヒンジプレート１２と、ヒンジプレート１２にあけられた孔１４を貫通するヒンジピン１６を有する。ヒンジプレート１２とヒンジピン１６は、別の部材に固定、または別の部材と一体に成形されており、ヒンジプレート１２とヒンジピン１６の係合により、前記二つの部材がヒンジ部分で屈曲可能に結合される。ヒンジプレート１２は、図中下端において、別の部材と結合しており、こちらの端を基端１８と記す。また、基端１８と反対側の端（図中上端）を先端２０と記す。先端２０側の端部には、孔１４があけられている。孔１４には、ヒンジピン１６が挿入され、ヒンジピン１６は孔１４の中で自身の軸線回りに回動可能にヒンジプレート１２に支持される。ヒンジプレート１２は、孔１４の中心より先端２０側が孔１４と同心の略半円形状、孔１４の中心より基端１８側が基端１８側の幅が広い台形形状となっている。

ヒンジプレート１２は、その厚み方向に複数の層が積層された多層構造を有し、少なくとも１層が補強繊維を有する補強層である。図２および図３は、ヒンジプレート１２の構造を示す概略図であり、図２は、補強層２２内の補強繊維の配置を示し、図３は、ヒンジ１０を図２の側方より見た状態を示す図である。図３に示すように、この実施形態のヒンジプレート１２は、３層の補強層２２を有している。補強層２２以外の層である主層２４は、縦横に補強繊維を配した織物シート、または補強繊維が一つの方向に延びる１方向シートであってもよい。補強繊維は、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維などの従来より繊維強化プラスチックの補強用の繊維として用いられてきたものを使用することができる。特に、炭素繊維を用いることが望ましい。

補強層２２において、補強繊維２６は図２に示されるように配置される。図２中において、図を明確なものとするために、補強繊維２６を示す実線は間隔をあけて示しているが、実際には、補強繊維の密度は高く、隙間なく配置されている。補強繊維２６は、孔１４より先端側においては、孔１４の周囲に同心円状に配置される。この部分は、円弧、特にほぼ半円であり、この円弧の両端が更に基端１８に向かって延びている。基端に向かって延びる部分は、３つの群に分けられている。３つの群は、ヒンジプレート１２の台形部分の側方の辺に沿って広がって延びる外側群２８、平行に延びる中間群３０、内側に向かって互いに近づく内側群３２である。補強繊維の円弧部分において外周側の繊維が延びて外側群２８を構成し、内周側の繊維が延びて内側群３２を構成し、内外周の間に配置されている繊維が延びて中間群３０を構成する。１本の補強繊維２６に着目すれば、１本の繊維の中央部分が孔１４の周囲の先端側に孔１４を囲むように配置され、両端部分が基端１８に向かって延びる配置となっている。このような補強繊維の配置により、ヒンジピン１６をヒンジプレート１２の基端１８から離す方向に作用する力（図３中符号Ｆを付した矢印で示される。）に対し、補強層２２の補強繊維２６がこの力Ｆを受ける。

図４および図５は、補強層２２を予備附形するための治具３４を示す図である。治具３４は、ベース板３６上に離れて配置される二つの巻き付け部材３８，４０を有する。第１巻き付け部材３８は円板形状であり、第２巻き付け部材４０は３枚の円板または円板の一部が積層されて構成されている。第１および第２巻き付け部材３８，４０には、図４中の一点鎖線のように、硬化される前の補強繊維４２が巻き渡される。巻き渡される補強繊維４２は、ベース板３６の上面にほぼ沿って位置する。

第１巻き付け部材３８の円板の直径は、ヒンジプレート１２の孔１４の直径であり、厚さは補強層２２の厚さである。この厚さは、ベース板３６の上面に直交する方向の寸法であり、また巻き渡される補強繊維４２が規定する平面に直交する方向の寸法でもある。第１巻き付け部材３８は、完全な円板でなくてよく、補強繊維４２が巻き付く部分が円弧であれば、円板の一部、例えば扇形、１本の弦で切り取られた円板などでよい。第１巻き付け部材３８に重ねるようにして押さえ板４４が載せられ、ボルト４６によりベース板３６に締結される。ベース板３６と押さえ板４４は、第１巻き付け部材３８の厚さの間隔をあけて対向して配置される。

第２巻き付け部材４０は、積層された３枚のプレート４８，５０，５２を含み、これらのプレートは、ベース板３６上に、大プレート４８、中プレート５０、小プレート５２の順で重ねられる。これらのプレート４８，５０，５２は、一つのプレートに巻き掛かる補強繊維４２の幅方向（図４中、上下方向）の間隔を規定している。この幅方向は、巻き渡される補強繊維４２の規定する平面内において、第１および第２巻き渡し部材が配列された方向（図４中、左右方向）に直交する方向と言うこともできる。この方向の３枚プレート４８，５０，５２の寸法は、大プレート４８が最も大きく、小プレート５２が最も小さい。各プレート４８，５０，５２の補強繊維が巻き掛かる部分が円弧であることが好適である。治具３４においては、小プレート５２は円板であり、大、中プレート４８，５０は、一つの弦で切り取られた部分的な円板である。これら３枚のプレート４８，５０，５２は、それぞれの円弧が同心となるように配置され、共通のボルト５４にてベース板３６に締結されている。

補強層２２の予備附形品を作製するには、まず、樹脂が含浸された補強繊維４２を治具３４の第１および第２巻き付け部材３８，４０に巻き渡す。このとき、第１巻き付け部材３８の周囲においては、ベース板３６と押さえ板４４の間に補強繊維４２を滑り込ませるようにして巻き付けを行う。最初に、第１巻き付け部材３８と第２巻き付け部材の小プレート５２に補強繊維４２を巻き渡す。次に、第１巻き付け部材３８の、すでに巻き掛けられている補強繊維４２の更に外周と、第２巻き付け部材の中プレート５０に補強繊維４２を巻き渡す。最後に、第１巻き付け部材３８の既に巻き掛けられている補強繊維４２の更に外周と、第２巻き付け部材の大プレート４８に補強繊維４２を巻き渡す。補強繊維は、第１巻き付け部材３８に巻き付けられる際、補強繊維に掛かる巻き付け時の張力により隣接する繊維同士が含浸された樹脂により密着結合する。また、補強繊維の、二つの巻き付け部材３８，４０の間の部分においても、隣接する補強繊維同士が繊維に含浸された樹脂により結合される。巻き付け後、二つの巻き付け部材３８，４０の間で、特にこの治具においては、押さえ板４４の縁に沿った切断線５６で補強繊維４２を切断する。押さえ板４４を取り外して、予備附形された補強層２２を取り外す。これと、あらかじめヒンジプレート１２の形状に切り出されている主層２４を所定の枚数積層し、主層に含浸されている樹脂および積層時に塗布した樹脂を硬化させてヒンジプレート１２を形成する。

治具３４の大プレート４８に巻き掛けられた補強繊維４２が補強層２２内の補強繊維の外側群２８となり、中プレート５０に巻き掛けられた補強繊維４２が中間群３０となり、また小プレート５２に巻き掛けられた補強繊維４２が内側群３２となる。

図６および図７は、補強層２２を予備附形するための治具の他の例を示す図である。治具６０は、ベース板６２と、このベース板６２上に図中左右に離れて配置される巻き付け部材６４，６６を有する。図中左側に示される巻き付け部材６４は、円板形状である。右側に示される第２巻き付け部材６６は、円板形状の三つのプレート６６Ａ，６６Ｂ，６６Ｃから構成される。巻き付け部材には、図６中の一点鎖線のように硬化される前の補強繊維６８が巻き渡されている。より詳細には、第１巻き付け部材６４とプレート６６Ａに補強繊維６８Ａが、また第１巻き付け部材６４とプレート６６Ｂに補強繊維６８Ｂが、さらに第１巻き付け部材６４とプレート６６Ｃに補強繊維６８Ｃが巻き渡される。

第１巻き付け部材６４の円板の直径は、ヒンジプレート１２の孔１４の直径であり、厚さは補強層２２の厚さである。この厚さは、ベース板６２の上面に直交する方向の寸法である。第１巻き付け部材６４は、完全な円板でなくてよく、補強繊維６８が巻き付く部分が円弧であれば、円板の一部、例えば扇形、１本の弦で切り取られた円板などでよい。第１巻き付け部材６４に重ねるようにして押さえ板７０が載せられ、ボルト７２によりベース板６２に締結される。ベース板６２と押さえ板７０は、第１巻き付け部材６４の厚さの間隔をあけて対向して配置される。第２巻き付け部材６６の各巻き付けプレート６６Ａ，６６Ｂ，６６Ｃは、第１および第２巻き付け部材６４，６６が対向する方向に直交する方向に並んで配置され、また個々の形状は、第１巻き付け部材６４の円板と同様とすることができる。各巻き付けプレートは、ボルト７２にてベース板６２に固定される。

補強層２２の予備附形品を作製するには、まず、樹脂が含浸された補強繊維６８を治具６０の第１および第２巻き付け部材６４，６６に巻き渡す。このとき、第１巻き付け部材６４の周囲においては、ベース板６２と押さえ板７０の間に補強繊維６８を滑り込ませるようにして巻き付けを行う。補強繊維６８は、第１巻き付け部材６８に巻き付けられる際、補強繊維に掛かる巻き付け時の張力により隣接する繊維同士が含浸された樹脂により密着結合する。また、補強繊維の、二つの巻き付け部材６４，６６の間の部分においても、隣接する補強繊維同士が繊維に含浸された樹脂により結合される。巻き付け後、二つの巻き付け部材６４，６６の間で、特にこの治具においては、押さえ板７０の縁に沿った切断線７４で補強繊維６８を切断する。押さえ板７０を取り外して、予備附形された補強層２２を取り外す。これと、あらかじめヒンジプレート１２の形状に切り出されている主層２４を所定の枚数積層し、主層に含浸されている樹脂および積層時に塗布した樹脂を硬化させてヒンジプレート１２を形成する。

１０ヒンジ、１２ヒンジプレート、１４孔、１６ヒンジピン、１８基端、２０先端、２２補強層、２４主層、２６補強繊維、２８外側群、３０中間群、３２内側群、３４治具、３６ベース板（挟持板）、３８第１巻き付け部材、４０第２巻き付け部材、４２硬化前の補強繊維、４４押さえ板（挟持板）、４６ボルト、４８大プレート、５０中プレート、５２小プレート、５４ボルト、５６切断線、６０治具、６２ベース板、６４第１巻き付け部材、６６第２巻き付け部材、６８硬化前の補強繊維、７０押さえ板（挟持板）、７２ボルト、７４切断線。

Claims

先端と基端を有し先端付近に孔のあいた板状部分を有する繊維強化プラスチック部品であって、
前記板状部分は多層構造を有し、前記多層構造の少なくとも１層は複数の補強繊維を含み、この複数の補強繊維は、前記孔の先端側では当該孔の周囲に同心円状に配置され、前記孔の基端側では前記同心円状に配置された部分の両端が基端に向けて延びている、
繊維強化プラスチック部品。
請求項１に記載の繊維強化プラスチック部品であって、前記板状部分は、前記孔の位置から基端に向けて幅が広がり、前記複数の補強繊維は、板状部分の幅の広がりに応じて基端側に向けて広がって配置される、繊維強化プラスチック部品。
多層構造を有する繊維強化プラスチック部品の、前記多層構造の１層となる予備附形品を形成するための治具であって、
離れて配置され、補強繊維が巻き渡たされる第１および第２巻き付け部材と、
第１の巻き付け部材の周囲において、前記巻き渡された補強繊維が規定する平面に直交する方向の、前記予備附形品の厚さを規制する２枚の挟持板と、
を有し、
第１巻き付け部材は、補強繊維が巻き掛かる部分が一つの円弧であり、
第２巻き付け部材は、少なくとも２層を有し、各層の補強繊維が巻き掛かる部分は、巻き渡された補強繊維が規定する平面内における第１および第２巻き付け部材が配列された方向に対し直交する方向の幅が各層ごとに異なる、
治具。
繊維強化プラスチック部品の、先端と基端を有し先端付近に孔のあいた板状部分を成形する方法であって、
請求項３に記載された治具に樹脂が含浸された補強繊維を複数回巻き渡し、巻き渡す際の補強繊維に掛かる張力と含浸された樹脂の粘着により補強繊維同士が結合される工程と、
前記治具の第１および第２巻き付け部材の間で補強繊維を切断し、第１巻き付け部材側の部分を予備附形品として取得する工程と、
前記予備附形品と、補強繊維のシートを所定数積層し、硬化、融合する工程と、
を有する、
繊維強化プラスチック部品の成形方法。