JPH1054107A - 炭素繊維強化アルミ製梁構造材及び製造方法 - Google Patents
炭素繊維強化アルミ製梁構造材及び製造方法Info
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- JPH1054107A JPH1054107A JP22582796A JP22582796A JPH1054107A JP H1054107 A JPH1054107 A JP H1054107A JP 22582796 A JP22582796 A JP 22582796A JP 22582796 A JP22582796 A JP 22582796A JP H1054107 A JPH1054107 A JP H1054107A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 鋼製の梁に匹敵する剛性を持つ軽量のアルミ
製梁構造材を得る。 【構成】 熱処理によって強度を向上させた長尺のアル
ミ押出し形材の表面を前処理した後、押出し形材の長手
方向にテンションをかけて弛まないように長繊維の炭素
繊維を荷重方向に垂直な押出し形材の面上に張り、更に
熱硬化性接着剤をその上にセットし、荷重方向から加熱
加圧保持して熱硬化性樹脂を硬化させ、炭素繊維を接着
積層する。アルミ押出し形材には、脱脂後、クロメート
処理又はアルマイト処理を施したもの、或いは梨地処
理，サンドブラスト等の粗面化処理を施したもの等が使
用される。押出し形材には、炭素繊維の接着強度を上げ
るため、長手方向に延びる凹凸を押出し時に付けること
が好ましい。最も外側には、アルミ板又は箔材を積層し
ても良い。
製梁構造材を得る。 【構成】 熱処理によって強度を向上させた長尺のアル
ミ押出し形材の表面を前処理した後、押出し形材の長手
方向にテンションをかけて弛まないように長繊維の炭素
繊維を荷重方向に垂直な押出し形材の面上に張り、更に
熱硬化性接着剤をその上にセットし、荷重方向から加熱
加圧保持して熱硬化性樹脂を硬化させ、炭素繊維を接着
積層する。アルミ押出し形材には、脱脂後、クロメート
処理又はアルマイト処理を施したもの、或いは梨地処
理，サンドブラスト等の粗面化処理を施したもの等が使
用される。押出し形材には、炭素繊維の接着強度を上げ
るため、長手方向に延びる凹凸を押出し時に付けること
が好ましい。最も外側には、アルミ板又は箔材を積層し
ても良い。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、トラック等の車両構造
材や建築材料として使用される長尺のアルミ製梁構造材
に関する。
材や建築材料として使用される長尺のアルミ製梁構造材
に関する。
【０００２】
【従来の技術】車両，建造物等の構造材として、強度的
に優れた鋼材が使用されている。しかし、鋼材は、重量
が嵩み、長期間におよぶ使用では腐食の問題もある。そ
こで、鋼材に替えてアルミ材を使用することが検討され
ている。アルミ材としては押出し形材等があり、軽量性
及び耐食性に優れ、長期間にわたる使用でも当初の美麗
な表面状態を維持する。しかし、アルミ材を梁構造材に
使用しようとすると、縦弾性係数が鋼材の約１／３であ
るため、鋼材の断面をそのままアルミ材に置換するだけ
では撓みが約３倍に大きくなる。そのため、アルミ材を
梁等に使用する場合、梁の高さを大きくする等の断面形
状を工夫する必要があった。また、梁高さに制約がある
条件では、梁材の断面板厚を大きくする設計変更が採用
されている。このような断面形状の変更により、アルミ
製梁材の撓みを鋼製の梁と同等で且つ２０〜３０％の軽
量化ができる。しかし、アルミ材本来の軽量性を十分に
活用できていない。そこで、強化繊維と複合することに
より、アルミ材の耐撓み性を改善することが試みられて
いる。たとえば、特開昭６２−２５７７１２号公報で
は、予め複合される繊維をプラスチック等で固めて板状
の複合材、すなわちプリプレグを作っており、このプリ
プレグをアルミ材に接着積層している。
に優れた鋼材が使用されている。しかし、鋼材は、重量
が嵩み、長期間におよぶ使用では腐食の問題もある。そ
こで、鋼材に替えてアルミ材を使用することが検討され
ている。アルミ材としては押出し形材等があり、軽量性
及び耐食性に優れ、長期間にわたる使用でも当初の美麗
な表面状態を維持する。しかし、アルミ材を梁構造材に
使用しようとすると、縦弾性係数が鋼材の約１／３であ
るため、鋼材の断面をそのままアルミ材に置換するだけ
では撓みが約３倍に大きくなる。そのため、アルミ材を
梁等に使用する場合、梁の高さを大きくする等の断面形
状を工夫する必要があった。また、梁高さに制約がある
条件では、梁材の断面板厚を大きくする設計変更が採用
されている。このような断面形状の変更により、アルミ
製梁材の撓みを鋼製の梁と同等で且つ２０〜３０％の軽
量化ができる。しかし、アルミ材本来の軽量性を十分に
活用できていない。そこで、強化繊維と複合することに
より、アルミ材の耐撓み性を改善することが試みられて
いる。たとえば、特開昭６２−２５７７１２号公報で
は、予め複合される繊維をプラスチック等で固めて板状
の複合材、すなわちプリプレグを作っており、このプリ
プレグをアルミ材に接着積層している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、プリプレグの
積層でアルミ材を強化する方法により長尺の梁構造材を
得ようとすると、長尺の板状プリプレグが必要とされ、
製造が非常に困難である。本発明は、このような問題を
解消すべく案出されたものであり、必要量の炭素繊維を
アルミ材表面に直接敷き詰めて接着する簡便な方法で耐
撓み性に優れた複合材積層梁構造材を低コストで得るこ
とを目的とする。
積層でアルミ材を強化する方法により長尺の梁構造材を
得ようとすると、長尺の板状プリプレグが必要とされ、
製造が非常に困難である。本発明は、このような問題を
解消すべく案出されたものであり、必要量の炭素繊維を
アルミ材表面に直接敷き詰めて接着する簡便な方法で耐
撓み性に優れた複合材積層梁構造材を低コストで得るこ
とを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の製造方法は、そ
の目的を達成するため、熱処理によって強度を向上させ
た長尺のアルミ押出し形材の表面を前処理した後、押出
し形材の長手方向にテンションをかけて弛まないように
長繊維の炭素繊維を荷重方向に垂直な押出し形材の面上
に張り、加熱加圧保持することにより炭素繊維中に熱硬
化性接着剤を浸透させて硬化させ、アルミ押出し形材に
炭素繊維を接着積層することを特徴とする。アルミ押出
し形材としては、脱脂後、クロメート処理又はアルマイ
ト処理を施したものが使用される。或いは、脱脂後、梨
地処理，サンドブラスト等の粗面化処理を施したアルミ
押出し形材を使用することもでき、更には粗面化処理と
化成処理とを組み合わせても良い。
の目的を達成するため、熱処理によって強度を向上させ
た長尺のアルミ押出し形材の表面を前処理した後、押出
し形材の長手方向にテンションをかけて弛まないように
長繊維の炭素繊維を荷重方向に垂直な押出し形材の面上
に張り、加熱加圧保持することにより炭素繊維中に熱硬
化性接着剤を浸透させて硬化させ、アルミ押出し形材に
炭素繊維を接着積層することを特徴とする。アルミ押出
し形材としては、脱脂後、クロメート処理又はアルマイ
ト処理を施したものが使用される。或いは、脱脂後、梨
地処理，サンドブラスト等の粗面化処理を施したアルミ
押出し形材を使用することもでき、更には粗面化処理と
化成処理とを組み合わせても良い。
【０００５】炭素繊維は、弛みがないようにテンション
をかけた状態でアルミ押出し形材の長手方向に張設され
る。このとき、予めアルミ押出し形材の表面に接着剤層
を設けておくこともできる。炭素繊維が張設された後、
その上に熱硬化性接着剤層を更に設け、加熱加圧保持に
より熱硬化性接着剤を溶かして炭素繊維の内部に浸透さ
せ、アルミ押出し形材に接着させる。炭素繊維及び熱硬
化性接着剤は、アルミ押出し形材の表面に交互に複層積
み重ねても良い。得られた繊維強化層の上にアルミ板材
又はアルミ箔材を配置し、繊維強化層をサンドイッチ状
に複合させることもできる。この場合、アルミ板材又は
アルミ箔材には、加熱加圧保持状態の熱硬化性接着剤か
ら発生したガスを逸散させるため、ガス透過孔を形成し
ておくことが好ましい。
をかけた状態でアルミ押出し形材の長手方向に張設され
る。このとき、予めアルミ押出し形材の表面に接着剤層
を設けておくこともできる。炭素繊維が張設された後、
その上に熱硬化性接着剤層を更に設け、加熱加圧保持に
より熱硬化性接着剤を溶かして炭素繊維の内部に浸透さ
せ、アルミ押出し形材に接着させる。炭素繊維及び熱硬
化性接着剤は、アルミ押出し形材の表面に交互に複層積
み重ねても良い。得られた繊維強化層の上にアルミ板材
又はアルミ箔材を配置し、繊維強化層をサンドイッチ状
に複合させることもできる。この場合、アルミ板材又は
アルミ箔材には、加熱加圧保持状態の熱硬化性接着剤か
ら発生したガスを逸散させるため、ガス透過孔を形成し
ておくことが好ましい。
【０００６】
【実施の形態】長尺の梁構造材として使用されるアルミ
押出し形材としては、設計諸元に応じて種々の断面形状
をもつものがある。ここでは、説明を簡単にするため、
図１に示すように単純な断面形状をもつホロー材を例に
とる。アルミ押出し形材は、梁構造材としての用途に応
じ５〜１５ｍの長さＬを持っており、押出し後に所定の
熱処理により強度が付与される。熱処理されたアルミ押
出し形材は、その後の接着工程における接着効果を上げ
るため、脱脂，クロム酸クロメート処理，アルマイト処
理等の前処理が施される。前処理としては、脱脂後に梨
地処理，サンドブラスト等の物理的な粗面化処理を施す
こともできる。前処理されたアルミ押出し形材でできた
梁構造材の荷重方向に直角な上面及び／又は下面に、長
繊維の炭素繊維を梁の長さ方向にテンションをかけて並
べる。炭素繊維は、アルミ押出し形材の表面に直接配置
することができる（図２ａ）。或いは、アルミ押出し形
材の表面に熱硬化性接着剤層を配置した後で、炭素繊維
を配列しても良く（図２ｂ）、炭素繊維をサンドイッチ
状に熱硬化性接着剤層の間に配置しても良い（図２
ｃ）。更には、炭素繊維と熱硬化性接着剤層とを交互に
複層積み重ねることもできる（図２ｄ及び図２ｅ）。
押出し形材としては、設計諸元に応じて種々の断面形状
をもつものがある。ここでは、説明を簡単にするため、
図１に示すように単純な断面形状をもつホロー材を例に
とる。アルミ押出し形材は、梁構造材としての用途に応
じ５〜１５ｍの長さＬを持っており、押出し後に所定の
熱処理により強度が付与される。熱処理されたアルミ押
出し形材は、その後の接着工程における接着効果を上げ
るため、脱脂，クロム酸クロメート処理，アルマイト処
理等の前処理が施される。前処理としては、脱脂後に梨
地処理，サンドブラスト等の物理的な粗面化処理を施す
こともできる。前処理されたアルミ押出し形材でできた
梁構造材の荷重方向に直角な上面及び／又は下面に、長
繊維の炭素繊維を梁の長さ方向にテンションをかけて並
べる。炭素繊維は、アルミ押出し形材の表面に直接配置
することができる（図２ａ）。或いは、アルミ押出し形
材の表面に熱硬化性接着剤層を配置した後で、炭素繊維
を配列しても良く（図２ｂ）、炭素繊維をサンドイッチ
状に熱硬化性接着剤層の間に配置しても良い（図２
ｃ）。更には、炭素繊維と熱硬化性接着剤層とを交互に
複層積み重ねることもできる（図２ｄ及び図２ｅ）。
【０００７】炭素繊維に加えるテンションは、炭素繊維
に緩みが生じない程度で十分である。テンションをかけ
て並べた炭素繊維は、梁構造材の表面に密着し、耐撓み
性が低いアルミ押出し形材を補強する。緩みがある状態
でアルミ押出し形材に炭素繊維を積層すると、荷重が加
わって撓みが生じても、緩んでいる炭素繊維が剛性に寄
与せず、大きな撓み変形になる。炭素繊維は、普通、繊
維径４〜７μｍ程度の長繊維であり、およそ５００〜１
０，０００本を一束にしてボビンに巻かれている。ボビ
ンから巻き出した炭素繊維の束を何本も梁構造材の上面
及び下面にテンションをかけて張る。繊維束を紐状に編
んで使用することもできるが、撓み減少に主眼を置く限
り紐状編成は必ずしも必要とされない。炭素繊維は、ア
ルミ押出し形材の表面にベタに並べて配置することもで
きる。また、設計上の条件を満足するときは、バーコー
ド状に隙間を開けたストライプ状に配列することができ
る。
に緩みが生じない程度で十分である。テンションをかけ
て並べた炭素繊維は、梁構造材の表面に密着し、耐撓み
性が低いアルミ押出し形材を補強する。緩みがある状態
でアルミ押出し形材に炭素繊維を積層すると、荷重が加
わって撓みが生じても、緩んでいる炭素繊維が剛性に寄
与せず、大きな撓み変形になる。炭素繊維は、普通、繊
維径４〜７μｍ程度の長繊維であり、およそ５００〜１
０，０００本を一束にしてボビンに巻かれている。ボビ
ンから巻き出した炭素繊維の束を何本も梁構造材の上面
及び下面にテンションをかけて張る。繊維束を紐状に編
んで使用することもできるが、撓み減少に主眼を置く限
り紐状編成は必ずしも必要とされない。炭素繊維は、ア
ルミ押出し形材の表面にベタに並べて配置することもで
きる。また、設計上の条件を満足するときは、バーコー
ド状に隙間を開けたストライプ状に配列することができ
る。
【０００８】梁構造材の上面及び／又は下面に炭素繊維
を張った後、その上にシート状の熱硬化性接着剤をセッ
トする。熱硬化性接着剤としては、本発明を拘束するも
のではないが、たとえばエポキシ系が使用される。液状
接着剤も使用可能であるが、取扱い性や作業性の面から
シート状接着剤が好ましい。シート状接着剤は、炭素繊
維の中に十分浸透し且つアルミ材表面と十分接触するよ
うにセット条件が設定される。たとえば、下地のアルミ
材の表面状態や炭素繊維の量にもよるが、０．５〜２ｍ
ｍ程度の厚みで、接着材料として５００ｇ／ｍ2 程度を
目安とすることが好ましい。アルミ材の表面にシート状
接着剤を先ず配置し、その上に炭素繊維を張り、更にそ
の上にシート状接着剤を配置することもできる。しか
し、炭素繊維の量に比較して接着剤の使用量があまり多
すぎると、炭素繊維の張設による剛性改善作用が低下す
る。接着剤と炭素繊維との体積比率は、製造条件にもよ
るが３０〜７０％程度が適当である。
を張った後、その上にシート状の熱硬化性接着剤をセッ
トする。熱硬化性接着剤としては、本発明を拘束するも
のではないが、たとえばエポキシ系が使用される。液状
接着剤も使用可能であるが、取扱い性や作業性の面から
シート状接着剤が好ましい。シート状接着剤は、炭素繊
維の中に十分浸透し且つアルミ材表面と十分接触するよ
うにセット条件が設定される。たとえば、下地のアルミ
材の表面状態や炭素繊維の量にもよるが、０．５〜２ｍ
ｍ程度の厚みで、接着材料として５００ｇ／ｍ2 程度を
目安とすることが好ましい。アルミ材の表面にシート状
接着剤を先ず配置し、その上に炭素繊維を張り、更にそ
の上にシート状接着剤を配置することもできる。しか
し、炭素繊維の量に比較して接着剤の使用量があまり多
すぎると、炭素繊維の張設による剛性改善作用が低下す
る。接着剤と炭素繊維との体積比率は、製造条件にもよ
るが３０〜７０％程度が適当である。
【０００９】アルミ押出し形材の上面及び／又は下面に
炭素繊維及びシート状接着剤を配置した後、上面及び下
面からホットプレスで一定時間加熱加圧する。その結
果、接着剤が溶けて炭素繊維の中をアルミ材の表面まで
浸透し、炭素繊維がアルミ押出し形材に接着され、この
状態で接着剤が硬化する。加熱加圧保持により接着剤を
硬化させる方法としては、静的プレスやローラを用いた
動的プレス等が採用される。このとき、プレスやローラ
に接着剤が付着し易いことから、複合材層の上に離型材
料をセットすることが好ましい。また、離型材に替えて
アルミ板材又はアルミ箔材を使用することもできる。ア
ルミ板材又はアルミ箔材は、複合材層の強度及び外観を
向上させることから、図３の（ａ）〜（ｅ）に示すよう
に最表層にある炭素繊維又は熱硬化性接着剤層に接着さ
れたまま、梁構造材の一部として使用することができ
る。
炭素繊維及びシート状接着剤を配置した後、上面及び下
面からホットプレスで一定時間加熱加圧する。その結
果、接着剤が溶けて炭素繊維の中をアルミ材の表面まで
浸透し、炭素繊維がアルミ押出し形材に接着され、この
状態で接着剤が硬化する。加熱加圧保持により接着剤を
硬化させる方法としては、静的プレスやローラを用いた
動的プレス等が採用される。このとき、プレスやローラ
に接着剤が付着し易いことから、複合材層の上に離型材
料をセットすることが好ましい。また、離型材に替えて
アルミ板材又はアルミ箔材を使用することもできる。ア
ルミ板材又はアルミ箔材は、複合材層の強度及び外観を
向上させることから、図３の（ａ）〜（ｅ）に示すよう
に最表層にある炭素繊維又は熱硬化性接着剤層に接着さ
れたまま、梁構造材の一部として使用することができ
る。
【００１０】アルミ板材又はアルミ箔材には、表面処理
を施して接着性を向上させることができる。また、図４
に示すように適度な孔径をもつガス透過孔を開けておく
と、加熱加圧保持時に複合材層からガスの放出が促進さ
れ、残留気泡のない複合材層がアルミ押出し形材の表面
に形成される。その結果、炭素繊維がアルミ押出し形材
の表面に良好に接着し、炭素繊維の強化作用が十分に発
現される。このようにして、図５（ａ），（ｂ）に示す
ように荷重方向に垂直な面に複合材が積層された梁構造
材が得られる。複合材が積層される面は、アルミ押出し
形材の上面，下面又は上下両面の何れであっても良く、
設計上から要求される撓み量に応じて決定される。積層
される複合材の厚みは、梁構造材の形状に応じて異なる
が、２ｍｍ程度が一般的である。また、炭素繊維の体積
率も、設計値から計算により求められるので、計算結果
からその体積率を定める。
を施して接着性を向上させることができる。また、図４
に示すように適度な孔径をもつガス透過孔を開けておく
と、加熱加圧保持時に複合材層からガスの放出が促進さ
れ、残留気泡のない複合材層がアルミ押出し形材の表面
に形成される。その結果、炭素繊維がアルミ押出し形材
の表面に良好に接着し、炭素繊維の強化作用が十分に発
現される。このようにして、図５（ａ），（ｂ）に示す
ように荷重方向に垂直な面に複合材が積層された梁構造
材が得られる。複合材が積層される面は、アルミ押出し
形材の上面，下面又は上下両面の何れであっても良く、
設計上から要求される撓み量に応じて決定される。積層
される複合材の厚みは、梁構造材の形状に応じて異なる
が、２ｍｍ程度が一般的である。また、炭素繊維の体積
率も、設計値から計算により求められるので、計算結果
からその体積率を定める。
【００１１】
実施例１：アルミニウム合金Ａ６０６３を使用して、図
４に示すように高さＨ＝４６ｍｍ，幅Ｗ＝５０ｍｍ，厚
みｔ＝１．６ｍｍの中空材を押し出し、Ｔ５処理を施し
た。熱処理後のアルミ押し出し形材を１ｍの長さに切断
し、脱脂及びクロメート処理を施した。炭素繊維には繊
維径４〜７μｍ，一束５，０００本の長繊維を、シート
状接着剤には厚み０．５ｍｍのエポキシ系接着剤を使用
した。シート状接着剤と炭素長繊維の体積比率が５０
％：５０％となるように、アルミ押し出し形材の上面及
び下面に炭素長繊維及びシート状接着剤を設け、ホット
プレスのプレス盤にセットした。炭素繊維及び接着剤の
量は、最終的に得られる複合材層の厚みＴが２ｍｍとな
るように実験結果から定めた。
４に示すように高さＨ＝４６ｍｍ，幅Ｗ＝５０ｍｍ，厚
みｔ＝１．６ｍｍの中空材を押し出し、Ｔ５処理を施し
た。熱処理後のアルミ押し出し形材を１ｍの長さに切断
し、脱脂及びクロメート処理を施した。炭素繊維には繊
維径４〜７μｍ，一束５，０００本の長繊維を、シート
状接着剤には厚み０．５ｍｍのエポキシ系接着剤を使用
した。シート状接着剤と炭素長繊維の体積比率が５０
％：５０％となるように、アルミ押し出し形材の上面及
び下面に炭素長繊維及びシート状接着剤を設け、ホット
プレスのプレス盤にセットした。炭素繊維及び接着剤の
量は、最終的に得られる複合材層の厚みＴが２ｍｍとな
るように実験結果から定めた。
【００１２】下面側のセッティングでは、下部プレス盤
の上に離型材を敷き、その上にシート状接着剤を敷き、
その上に炭素繊維の束を弛まないようにテンションをか
けて張り、その上に再びシート状接着剤を敷き、更にそ
の上クロメート処理したアルミ押出し形材を配置した。
上面側のセッティングでは、このアルミ押出し形材の上
面に先ずシート状接着剤を敷き、その上に炭素繊維の束
をテンションをかけて張り、その上にシート状接着剤を
配置し、更にその上に離型材を敷いた。これにより、炭
素繊維は、弛みを生じることなくアルミ押し出し形材の
全面に均一に張られた。
の上に離型材を敷き、その上にシート状接着剤を敷き、
その上に炭素繊維の束を弛まないようにテンションをか
けて張り、その上に再びシート状接着剤を敷き、更にそ
の上クロメート処理したアルミ押出し形材を配置した。
上面側のセッティングでは、このアルミ押出し形材の上
面に先ずシート状接着剤を敷き、その上に炭素繊維の束
をテンションをかけて張り、その上にシート状接着剤を
配置し、更にその上に離型材を敷いた。これにより、炭
素繊維は、弛みを生じることなくアルミ押し出し形材の
全面に均一に張られた。
【００１３】次いで、上盤及び下盤を温度１３０℃に加
熱保持し、プレスにより上下方向に圧力１ｋｇ／ｃｍ2
を加えた。加熱加圧保持を３０分間継続し、接着剤を溶
融させて炭素繊維中に含浸させ、アルミ材と接着させる
ことにより、複合材を硬化させた。複合材が積層された
梁構造材について、図６に示すように両支持間距離が１
ｍになるように両端を支持し、中央部に２００ｋｇの荷
重を加え、撓み量δを測定した。比較のため、複合材を
積層していない高さＨ＝５０ｍｍ，厚みｔ＝１．６ｍｍ
の鋼材及びアルミ材についても同様に撓み量δを測定し
た。測定結果を表１に示す。
熱保持し、プレスにより上下方向に圧力１ｋｇ／ｃｍ2
を加えた。加熱加圧保持を３０分間継続し、接着剤を溶
融させて炭素繊維中に含浸させ、アルミ材と接着させる
ことにより、複合材を硬化させた。複合材が積層された
梁構造材について、図６に示すように両支持間距離が１
ｍになるように両端を支持し、中央部に２００ｋｇの荷
重を加え、撓み量δを測定した。比較のため、複合材を
積層していない高さＨ＝５０ｍｍ，厚みｔ＝１．６ｍｍ
の鋼材及びアルミ材についても同様に撓み量δを測定し
た。測定結果を表１に示す。
【００１４】
【００１５】表１の結果から明らかなように、本発明に
従って複合材を積層した梁構造材では、アルミ材をベー
スにしているにも拘らず、鋼材のＳＴＫＲ４１にほぼ匹
敵する耐撓み性を呈している。このことから、本発明の
梁構造材を使用すると、約５０％の重量軽減が図られ、
車両，建築物等が軽量化されることが判る。特に、軽量
化が重要な課題である車両にとっては、有用な材料とし
て使用される。また、建築物にあっては、躯体に加わる
荷重が少なくなるため、建築物自体の軽量化も可能とな
る。
従って複合材を積層した梁構造材では、アルミ材をベー
スにしているにも拘らず、鋼材のＳＴＫＲ４１にほぼ匹
敵する耐撓み性を呈している。このことから、本発明の
梁構造材を使用すると、約５０％の重量軽減が図られ、
車両，建築物等が軽量化されることが判る。特に、軽量
化が重要な課題である車両にとっては、有用な材料とし
て使用される。また、建築物にあっては、躯体に加わる
荷重が少なくなるため、建築物自体の軽量化も可能とな
る。
【００１６】実施例２：最も外側の下面及び上面に厚み
０．５ｍｍの短冊状のアルミ板をＡｌ表層に敷く外は、
実施例１と同様な条件下で炭素繊維及び熱硬化性接着剤
をアルミ押し出し形材と短冊状アルミ板との間で複合化
させた。得られた梁構造材は、図５（ｂ）に示す断面構
造をもっていた。
０．５ｍｍの短冊状のアルミ板をＡｌ表層に敷く外は、
実施例１と同様な条件下で炭素繊維及び熱硬化性接着剤
をアルミ押し出し形材と短冊状アルミ板との間で複合化
させた。得られた梁構造材は、図５（ｂ）に示す断面構
造をもっていた。
【００１７】実施例３：短冊状アルミ板に直径２ｍｍの
孔を多数開け、実施例２と同様に炭素繊維及び熱硬化性
接着剤をアルミ押し出し形材と短冊状アルミ板との間で
複合化させた。短冊状アルミ板に設けた孔部から接着剤
の滲出しが若干みられたものの、得られた梁構造材のミ
クロ組織を観察したところ、実施例２の梁構造材に比較
して複合材層の中のポロシティが大幅に減少していた。
これは、加熱加圧保持中に発生したガスが孔部を介して
外部に放出されたものと推察される。その結果、アルミ
押し出し形材に対する炭素繊維の接着性が十分となり、
剛体強度の高い梁構造材となった。
孔を多数開け、実施例２と同様に炭素繊維及び熱硬化性
接着剤をアルミ押し出し形材と短冊状アルミ板との間で
複合化させた。短冊状アルミ板に設けた孔部から接着剤
の滲出しが若干みられたものの、得られた梁構造材のミ
クロ組織を観察したところ、実施例２の梁構造材に比較
して複合材層の中のポロシティが大幅に減少していた。
これは、加熱加圧保持中に発生したガスが孔部を介して
外部に放出されたものと推察される。その結果、アルミ
押し出し形材に対する炭素繊維の接着性が十分となり、
剛体強度の高い梁構造材となった。
【００１８】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明では、ア
ルミ押出し形材に炭素繊維を直接接着積層し梁構造材と
している。そのため、長尺の構造材であっても、炭素繊
維複合材を簡便に張り合せることができ、梁構造材の耐
撓み性が改善される。その結果、鋼材と同じ形状で鋼材
に匹敵する耐撓み性を呈し、軽量化された梁構造材が得
られる。また、価格的にも工業的に使用可能な梁構造材
となる。しかも、アルミ押出し形材に凹凸をつけた面に
複合材を接着積層するとき、複合材層とアルミ押出し形
材との耐剥離性が改善され、長期間にわたって強度信頼
性の高い車両用，建築用等の梁材として使用される。
ルミ押出し形材に炭素繊維を直接接着積層し梁構造材と
している。そのため、長尺の構造材であっても、炭素繊
維複合材を簡便に張り合せることができ、梁構造材の耐
撓み性が改善される。その結果、鋼材と同じ形状で鋼材
に匹敵する耐撓み性を呈し、軽量化された梁構造材が得
られる。また、価格的にも工業的に使用可能な梁構造材
となる。しかも、アルミ押出し形材に凹凸をつけた面に
複合材を接着積層するとき、複合材層とアルミ押出し形
材との耐剥離性が改善され、長期間にわたって強度信頼
性の高い車両用，建築用等の梁材として使用される。
【図１】 本発明で使用するアルミ押出し形材
【図２】 アルミ押出し形材に積層接着する炭素繊維と
熱硬化性接着剤との組合せを示した数例
熱硬化性接着剤との組合せを示した数例
【図３】 最も外側にアルミ板材又はアルミ箔材を配置
し、アルミ押出し形材に積層接着する炭素繊維と熱硬化
性接着剤との組合せを示した数例
し、アルミ押出し形材に積層接着する炭素繊維と熱硬化
性接着剤との組合せを示した数例
【図４】 ガス透過孔を形成したアルミ板材又はアルミ
箔材を使用する例
箔材を使用する例
【図５】 実施例１で得られた梁構造材（ａ）及び実施
例２で得られた梁構造材（ｂ）
例２で得られた梁構造材（ｂ）
【図６】 梁構造材のたわみ量を測定した試験
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 仲出川 泰之 東京都品川区東品川二丁目２番20号 日本 軽金属株式会社内 (72)発明者 佐藤 正道 東京都品川区東品川二丁目２番20号 日本 軽金属株式会社内 (72)発明者 小松 健 静岡県庵原郡蒲原町蒲原１丁目34番１号 日本軽金属株式会社グループ技術センター 内 (72)発明者 石動 薫 静岡県庵原郡蒲原町蒲原１丁目34番１号 日本軽金属株式会社グループ技術センター 内 (72)発明者 小堀 健 静岡県庵原郡蒲原町蒲原１丁目34番１号 日本軽金属株式会社グループ技術センター 内 (72)発明者 香川 尚武 神奈川県厚木市上依知上ノ原3034番地 日 本フルハーフ株式会社内
Claims (15)
- 【請求項１】 熱処理によって強度を向上させた長尺の
アルミ押出し形材の表面を前処理した後、押出し形材の
長手方向にテンションをかけて弛まないように長繊維の
炭素繊維を荷重方向に垂直な押出し形材の面上に張り、
更に熱硬化性接着剤をその上にセットし、荷重方向から
加熱加圧保持して熱硬化性樹脂を硬化させ、炭素繊維を
接着積層することを特徴とする炭素繊維強化アルミ製梁
構造材及び製造方法。 - 【請求項２】 熱処理によって強度を向上させた長尺の
アルミ押出し形材の表面を前処理した後、アルミ押出し
形材の表面に熱硬化性接着剤をセットし、その上にテン
ションをかけて炭素繊維を長手方向に張設し、荷重方向
に加熱加圧保持する炭素繊維強化アルミ製梁構造材及び
製造方法。 - 【請求項３】 熱処理によって強度を向上させた長尺の
アルミ押出し形材の表面を前処理した後、アルミ押出し
形材の表面に熱硬化性接着剤をセットし、その上にテン
ションをかけて炭素繊維を長手方向に張設し、炭素繊維
の上に更に熱硬化性接着剤を設け、荷重方向に加熱加圧
保持する炭素繊維強化アルミ製梁構造材及び製造方法。 - 【請求項４】 炭素繊維及び熱硬化性接着剤を、アルミ
押出し形材の荷重方向表面に交互に複層積み重ねる請求
項１〜３の何れかに記載の炭素繊維強化アルミ製梁構造
材及び製造方法。 - 【請求項５】 請求項１〜４の何れかに記載の方法で形
成された炭素繊維又は炭素繊維の内部を浸透してアルミ
押出し形材の表面に接着した樹脂層の上にアルミ板材又
はアルミ箔材をセットし、荷重方向から加熱加圧保持し
て積層接着する炭素繊維強化アルミ製梁構造材及び製造
方法。 - 【請求項６】 加熱加圧時に発生するガスが透過する孔
を形成したアルミ板材又はアルミ箔材を使用する請求項
５記載の炭素繊維強化アルミ製梁構造材及び製造方法。 - 【請求項７】 脱脂後、クロメート処理又はアルマイト
処理による前処理を施したアルミ押出し形材を使用する
請求項１〜６の何れかに記載の炭素繊維強化アルミ製梁
構造材及び製造方法。 - 【請求項８】 脱脂後、梨地処理又はサンドブラストに
よる粗面化前処理を施したアルミ押出し形材を使用する
請求項１〜６の何れかに記載の炭素繊維強化アルミ製梁
構造材及び製造方法。 - 【請求項９】 脱脂後、梨地処理又はサンドブラストに
よる粗面化前処理を施し、次いでクロメート処理又はア
ルマイト処理による前処理を施したアルミ押出し形材を
使用する請求項１〜６の何れかに記載の炭素繊維強化ア
ルミ製梁構造材及び製造方法。 - 【請求項１０】 押出し法で形成された長尺のアルミ押
出し形材と、荷重方向に垂直なアルミ押出し形材の面上
にテンションをかけて張設された炭素繊維と、炭素繊維
の内部を浸透してアルミ押出し形材の表面に接着した樹
脂層とを備えている炭素繊維強化アルミ製梁構造材。 - 【請求項１１】 押出し法で形成された長尺のアルミ押
出し形材と、荷重方向に垂直なアルミ押出し形材の表面
に塗布された熱硬化性接着剤層と、熱硬化性接着剤層の
上にテンションをかけて張設された炭素繊維とを備え、
炭素繊維の内部を熱硬化性接着剤が浸透している炭素繊
維強化アルミ製梁構造材。 - 【請求項１２】 押出し法で形成された長尺のアルミ押
出し形材と、荷重方向に垂直なアルミ押出し形材の表面
に塗布された熱硬化性接着剤層と、熱硬化性接着剤層の
上にテンションをかけて張設された炭素繊維と、炭素繊
維の上に更に設けられた熱硬化性接着剤層とを備え、炭
素繊維の内部を熱硬化性接着剤が浸透している炭素繊維
強化アルミ製梁構造材。 - 【請求項１３】 炭素繊維及び熱硬化性接着剤層がアル
ミ押出し形材の荷重方向表面に交互に複層積み重ねられ
ている請求項１０〜１２の何れかに記載の炭素繊維強化
アルミ製梁構造材。 - 【請求項１４】 最表層にある炭素繊維又は熱硬化性接
着剤層の上にアルミ板材又はアルミ箔材が接着積層され
ている請求項１０〜１３の何れかに記載の炭素繊維強化
アルミ製梁構造材。 - 【請求項１５】 アルミ板材又はアルミ箔材にガス透過
孔が設けられている請求項１４記載の炭素繊維強化アル
ミ製梁構造材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22582796A JPH1054107A (ja) | 1996-08-08 | 1996-08-08 | 炭素繊維強化アルミ製梁構造材及び製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22582796A JPH1054107A (ja) | 1996-08-08 | 1996-08-08 | 炭素繊維強化アルミ製梁構造材及び製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1054107A true JPH1054107A (ja) | 1998-02-24 |
Family
ID=16835432
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22582796A Pending JPH1054107A (ja) | 1996-08-08 | 1996-08-08 | 炭素繊維強化アルミ製梁構造材及び製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1054107A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0980988A1 (de) * | 1998-08-20 | 2000-02-23 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Anordnung für biegebeanspruchte Bauteile, insbesondere für einen Bremssattel einer Scheibenbremse, sowie Bremssattel einer Scheibenbremse |
| KR20020057924A (ko) * | 2002-06-14 | 2002-07-12 | 김동진 | 탄소섬유를 보강한 고인장 h 형강 보의 생산 |
| JP2003127894A (ja) * | 2001-10-29 | 2003-05-08 | Hitachi Industries Co Ltd | 炭素繊維強化樹脂を用いた構造物 |
| JP2006213312A (ja) * | 2005-01-06 | 2006-08-17 | Nissan Motor Co Ltd | 車輌用エネルギ吸収部材及びそれを用いたドアガードビーム |
| JP2013095417A (ja) * | 2011-10-28 | 2013-05-20 | Benteler Automobiltechnik Gmbh | 自動車部材を製造する方法及び当該方法により製造された自動車部材 |
| CN105971195A (zh) * | 2016-06-07 | 2016-09-28 | 广西大学 | 一种新型外包铝合金t形截面混凝土组合梁 |
| JP2017061068A (ja) * | 2015-09-24 | 2017-03-30 | 本田技研工業株式会社 | 金属−ｃｆｒｐ複合部材 |
| US10328660B2 (en) * | 2014-03-13 | 2019-06-25 | Aisin Takaoka Co., Ltd. | Composite structure and manufacturing method thereof |
-
1996
- 1996-08-08 JP JP22582796A patent/JPH1054107A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0980988A1 (de) * | 1998-08-20 | 2000-02-23 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Anordnung für biegebeanspruchte Bauteile, insbesondere für einen Bremssattel einer Scheibenbremse, sowie Bremssattel einer Scheibenbremse |
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| KR20020057924A (ko) * | 2002-06-14 | 2002-07-12 | 김동진 | 탄소섬유를 보강한 고인장 h 형강 보의 생산 |
| JP2006213312A (ja) * | 2005-01-06 | 2006-08-17 | Nissan Motor Co Ltd | 車輌用エネルギ吸収部材及びそれを用いたドアガードビーム |
| JP2013095417A (ja) * | 2011-10-28 | 2013-05-20 | Benteler Automobiltechnik Gmbh | 自動車部材を製造する方法及び当該方法により製造された自動車部材 |
| US10328660B2 (en) * | 2014-03-13 | 2019-06-25 | Aisin Takaoka Co., Ltd. | Composite structure and manufacturing method thereof |
| JP2017061068A (ja) * | 2015-09-24 | 2017-03-30 | 本田技研工業株式会社 | 金属−ｃｆｒｐ複合部材 |
| CN105971195A (zh) * | 2016-06-07 | 2016-09-28 | 广西大学 | 一种新型外包铝合金t形截面混凝土组合梁 |
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