JPH04247149A - 中空ｆｒｐ部材の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば自動車の懸架装
置におけるアクスル部のビーム等として使用される中空
ＦＲＰ部材の製造法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般にこの種の中空のＦＲＰ（繊維強化
プラスチック）部材はフィラメントワインディング法に
より製造され、その従来の製造工程について述べると次
の通りである。

【０００３】図１０（Ａ）　に示すように、金属で形成
した中実の芯材１の外周に、マトリックス樹脂を含浸さ
せた繊維束を巻回し、この繊維束の外周を保形枠（図示
せず）で覆い、この状態でまず一次加熱（８０〜１１０
　℃）の処理によりマトリックス樹脂を加熱して硬化さ
せ、こののち保形枠を取り除き、二次加熱（　１６０〜
１７０　℃）の処理により、耐熱性を与えかつマトリッ
クス樹脂の内部に残る応力を除去する。そしてこののち
芯材１を抜き取り、断面矩形の中空のＦＲＰ部材２を得
る。

【０００４】或いは図１０（Ｂ）　に示すように、アル
ミニウム等の軽量の金属で形成した中空の芯材１の外周
に、マトリックス樹脂を含浸させた繊維束を巻回し、こ
の繊維束の外周を保形枠で覆い、この状態で一次加熱（
８０〜１１０　℃）の処理によりマトリックス樹脂を加
熱して硬化させ、さらに保形枠を取り除き、二次加熱（
　１６０〜１７０　℃）の処理によりマトリックス樹脂
の応力を除去する。 そしてこの場合には、ＦＲＰ部材２の内周から芯材１を
抜き取らずにその内周にそのまま残してＦＲＰ部材２を
所定の機能部材として使用する。

【０００５】また図１１（Ａ）　，（Ｂ）　に示すよう
に、芯材１を中実の円柱状、或いは中空の円筒状にして
、同様の工程により断面円形のＦＲＰ部材２を得ること
もある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、図１０（Ａ
）　，図１１（Ａ）　に示す手段においては、マトリッ
クス樹脂を加熱して硬化させたのちに、芯材１をＦＲＰ
部材２の内部から抜き取る必要があるため、その作業に
手間がかかり、製造能率が低下し、また芯材１の抜き取
りに伴いＦＲＰ部材２の内周面に擦過傷を付けてＦＲＰ
部材２に強度上のダメージを与えてしまう恐れがある。

【０００７】図１０（Ｂ）　，図１１（Ｂ）　に示す手
段においては、ＦＲＰ部材２からの芯材１の抜き取りの
作業を省けるからそれだけ製造能率の点では有利である
。しかしながら芯材１がアルミニウム等の軽量な金属と
いえども、樹脂に比べれば比重がはるかに大きく、この
ためこのような芯材１がＦＲＰ部材２の内周に残る状態
においては、その全体の重量が増し、ＦＲＰ部材２の最
大のメリットである軽量特性が失われてしまう難点があ
る。

【０００８】本発明はこのような点に着目してなされた
もので、その目的とするところは、製造能率を向上でき
、かつ軽量なＦＲＰ部材を得ることができる中空ＦＲＰ
部材の製造法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような目的
を達成するために、芯材の外周に、マトリックス樹脂を
含浸させた繊維束を巻回し、これに一次加熱および二次
加熱の処理を施すフィラメントワインディング法により
中空のＦＲＰ部材を製造するに当り、芯材を発泡樹脂に
より形成し、この芯材を二次加熱の処理時の熱で溶融し
て中空ＦＲＰ部材を製造するようにしたものである。

【００１０】

【作用】マトリックス樹脂は一次加熱の処理により硬化
するが、この一次加熱の処理時の熱では発泡樹脂による
芯材は変形せず、したがってマトリックス樹脂が所定の
形状に保たれた状態で硬化する。そして二次加熱の処理
によりマトリックス樹脂の応力を除去する際に、その二
次加熱の熱で発泡樹脂製の芯材が溶融し、これによりマ
トリックス樹脂の内側が空洞となって中空のＦＲＰ部材
が製造される。したがって芯材の除去作業が不要である
とともに、軽量のＦＲＰ部材を得ることができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００１２】図１に第１の実施例を示し、符号１１が芯
材で、この芯材１１は発泡樹脂、例えば発泡ポリプロピ
レンにより断面矩形の中実の角棒状に形成されている。 そしてこの芯材１１の外周に、マトリックス樹脂を含浸
させた繊維束を巻回し、この繊維束の外周を保形枠（図
示せず）で覆い、この状態でまず一次加熱（８０〜１１
０　℃）の処理によりマトリックス樹脂を加熱して硬化
させる。こののち保形枠を取り除き、二次加熱（　１６
０〜１７０　℃）の処理によりマトリックス樹脂を加熱
してその内部に残る応力を除去してＦＲＰ部材１２を得
る。なお、繊維束の繊維の配向は一方向でも４５°の方
向のいずれであってもよい。

【００１３】芯材１１の構成材料である発泡ポリプロピ
レンは、　１２０〜１３０　℃程度の耐熱性を充分に有
し、１５０　℃を超える範囲で溶融する特性があり、し
たがってマトリックス樹脂に対する一次加熱（８０〜１
１０　℃）の処理時においては、芯材１１はその形状が
何ら変化せず、このためマトリックス樹脂が所定の形状
を保持して硬化する。

【００１４】そしてマトリックス樹脂に対する二次加熱
（　１６０〜１７０　℃）の処理時に、その熱で発泡ポ
リプロピレンによる芯材１１が溶融して収縮し、その収
縮した残渣物がＦＲＰ部材１２の内周面に硬くへばり付
き、ＦＲＰ１２の内側が空洞となり、これにより中空形
状のＦＲＰ部材１２が完成する。

【００１５】ところで、このような中空形状のＦＲＰ部
材１２においては、その成形時に、或いは成形後に、そ
の内周面に微細なクラックが発生することがあるが、前
述したように二次加熱の処理時にその内周面に芯材１１
の収縮による残渣物がへばり付き、このためこの残渣物
により前記クラックの進展が防止される利点がある。

【００１６】中空のＦＲＰ部材１２を実際の機能部材と
して使用する例を図２に示す。この使用例は、中空のＦ
ＲＰ部材１２を自動車の懸架装置におけるアクスル部の
ビームとして使用した例である。

【００１７】この使用例においては、ビームとしての中
空のＦＲＰ部材１２の端部にクランプ金具２０を介して
アッセンブリ２１が連結されている。アッセンブリ２１
は車軸２２を備え、このアッセンブリ２１が車体側に固
定されたＦＲＰ製のアーム２３を介して支持されている
。

【００１８】このビームとしての中空のＦＲＰ部材１２
においては、その端部にクランプ金具２０が取り付けら
れる関係で、図３および図４に示すように、その端部の
中空部内に予めＦＲＰ製の補強芯２４が設けられている
。

【００１９】このような補強芯２４を設ける場合におい
ては、中空のＦＲＰ部材１２を製造する際に、予め発泡
ポリプロピレンの芯材１１の両端部にＦＲＰ製の補強芯
２４を取り付けておき、この状態でフィラメントワイン
ディング法によりＦＲＰ部材１２を成形する。

【００２０】発泡ポリプロピレンの芯材１１は二次加熱
の熱で溶融して収縮するが、補強芯２４はＦＲＰ製であ
るからそのまま残る。二次加熱の熱で発泡ポリプロピレ
ンの芯材１１が溶融する際には、ＦＲＰ部材１２の内部
にその溶融に伴うガスが充満してそのガス圧でＦＲＰ部
材１２が変形する恐れがあるから、前記補強芯２４に予
めそのガス抜き用の逃し孔２５を形成しておく。

【００２１】ところで、図５（Ａ）　に示すように、例
えば厚さＴ＝６６ｍｍ，幅Ｂ＝２２ｍｍ，長さ＝４００
ｍｍ　である断面矩形でかつ中実のＦＲＰ製ビームの場
合のねじり剛性は、１．０２５　×１０５　（ｋｇ・ｍ
ｍ／度）となるが、これと同等のねじり剛性を持つＦＲ
Ｐ製のビームの中空断面の一例を挙げると、図５（Ｂ）
　に示すように、厚さＴ＝６６ｍｍ（ｔ４ｍｍ），幅Ｂ
＝３２ｍｍ，長さ＝４００ｍｍ　となる。そして図２に
示すＦＲＰ部材１２（ビーム）は後者の断面を有し、そ
の内周面に発泡ポリプロピレンの溶融残渣物が残った状
態にある。

【００２２】ここで、ＦＲＰの比重を約１．９２ｇ　／
ｃｍ３　、発泡ポリプロピレンの比重を約０．０５ｇ　
／ｃｍ３　とすると、前者が１１１５ｇ　、後者が５８
１ｇで、後者が前者のほぼ半分の重量となり、本発明の
ような中空断面は、その内周面に発泡ポリプロピレンの
残渣物が残っても、中実断面のものに比べて軽量化の点
で有利となることが分かる。

【００２３】図６は本発明の第２の実施例を示すもので
、この実施例においては発泡ポリプロピレン製の芯材１
１の断面を円形とし、この芯材１１を用いて断面円形の
中空ＦＲＰ部材１２を製造する例である。

【００２４】図７は本発明の第３の実施例を示し、この
実施例においては、第２の実施例と同様に発泡ポリプロ
ピレン製の芯材１１の断面を円形としたものであるが、
この場合においては芯材１１の外周に、マトリックス樹
脂を含浸させた繊維束を巻回したのちに、その外周に断
面矩形の保形枠をあてがってその外形形状を矩形に保持
し、この状態でマトリックス樹脂を硬化させて外形が矩
形で、内周形状が円形の中空のＦＲＰ部材１２を製造す
る例である。

【００２５】図８は第４の実施例を示し、この実施例に
おいては、発泡ポリプロピレン製の芯材１１の両側面に
予めＦＲＰ製の帯板部材２６を埋め込んでおき、この状
態で芯材１１を用いて中空のＦＲＰ部材１２を製造する
例である。

【００２６】この場合においては、二次加熱により芯材
１１が溶融して収縮するが、帯板部材２６はＦＲＰ製で
あるからＦＲＰ部材１２の内面に一体的に接着してその
まま残る。このため製造された中空のＦＲＰ部材１２は
、その内面の長手方向に前記帯板部材２６が配置して所
謂リブ補強された構造となり、強度の向上が図られる利
点がある。

【００２７】また図９に第５の実施例として示すように
、発泡ポリプロピレン製の芯材１１の外周の途中に凹段
部２７を形成するとともに、これら凹段部２７に対応す
るコ字形部材２８をＦＲＰにより形成し、これらコ字形
部材２８を凹段部２７内に装着しておき、この状態で芯
材１１を用いてＦＲＰ部材１２を製造することも可能で
ある。

【００２８】この場合においても、二次加熱により芯材
１１が溶融して収縮するが、コ字形部材２８がＦＲＰ部
材１２の内面に一体的に接着して残り、ＦＲＰ部材１２
の強度の向上が図られる。

【００２９】なお、前記第４および第５の実施例におい
て、ＦＲＰ製の帯状部材２６およびコ字形部材２８は、
中空のＦＲＰ部材１２を成形する以前に予め硬化させて
おいても、或いは未硬化の状態で設けて中空のＦＲＰ部
材１２を成形する際の熱で硬化させるような場合であっ
てもよい。

【００３０】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、芯材
を発泡樹脂で形成し、この芯材を二次加熱の処理時の熱
で溶融させて中空のＦＲＰ部材を得るようにしたから、
従来のような芯材の抜き取り作業が不要で、したがって
製造能率が向上し、またＦＲＰ部材の内面に擦過傷を付
けるような恐れもない。そしてＦＲＰ部材の内面に芯材
の残渣物が残るのみであるから、常に軽量なＦＲＰ部材
を得ることができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を説明するため斜視図。

【図２】第１の実施例により製造した中空ＦＲＰ部材の
使用例を示す斜視図。

【図３】中空ＦＲＰ部材の端部の中空部内に補強芯を設
ける場合の実施例を説明するための正面図。

【図４】中空ＦＲＰ部材の端部の中空部内に補強芯を設
ける場合の実施例を説明するための側面図。

【図５】ＦＲＰ部材で形成された中実構造のビームの断
面と、これと同等のねじり剛性を有する中空構造のビー
ムの断面とを示す図。

【図６】本発明の第２の実施例を説明するため斜視図。

【図７】本発明の第３の実施例を説明するため斜視図。

【図８】本発明の第４の実施例を説明するため斜視図。

【図９】本発明の

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　芯材の外周に、マトリックス樹脂を含
   浸させた繊維束を巻回し、これに一次加熱および二次加
   熱の処理を施すフィラメントワインディング法により中
   空ＦＲＰ部材を製造するに当り、芯材を発泡樹脂により
   形成し、この芯材を二次加熱の処理時の熱で溶融して中
   空のＦＲＰ部材を製造することを特徴とする中空ＦＲＰ
   部材の製造法。