TW202200339A - 車輛結構用的連接構件 - Google Patents

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田中浩
小林哲也
山本敬士
鈴木寛子
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日商有澤製作所股份有限公司
日商豐田自動車股份有限公司
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Abstract

本發明之目的在於提供一種以往所沒有的極為實用之車輛結構用的連接構件。 一種車輛結構用的連接構件，係在車輛結構中所使用且具備有與該車輛結構內之適當的部位連接之至少二個以上的連接部(2)之車輛結構用的連接構件，其具有使基質樹脂浸漬於積層複數個纖維體(3)所成的積層體(4)並使之硬化而構成的積層結構部(1)；作為前述纖維體(3)，係採用以熱熔接性纖維(6)來織成已並齊於一方向的碳纖維束(5)所成者。

Description

車輛結構用的連接構件
本發明係關於一種車輛結構用的連接構件。
習知以來，正在推進汽車或摩托車( motorcycle)等之車輛中的電動化或低燃料消耗量化之開發，且要求隨之而來的車輛整體之輕量化，此期間已有提出在構成該車輛的各種零件中將金屬製作為碳纖維強化塑膠(CFRP：Carbon Fiber Reinforced Plastic)製的各種方案。
可是，近年來，作為該CFRP的成形方法，除了習知以來就有的壓力釜(autoclave)成形法、壓製(press)成形法外，還已開始使用事先將樹脂浸漬前的纖維基材以所期望的樣態積層於模具並閉合模具，且將環氧(epoxy)樹脂或乙烯基酯(vinylester)樹脂、不飽和聚酯(polyester)樹脂等的複合材料之基質(matrix)樹脂送入至該已被閉合之空間的RTM(Resin Transfer Molding；樹脂轉移模製)成形法、或一邊真空抽吸該已被閉合之空間的空氣且一邊送入基質樹脂的VARTM(Vacuum Aided Resin Transfer Molding；真空輔助樹脂轉移模製)成形法。
尤其是，在如汽車構件之被要求較高之剛性及耐久性的立體形狀之構件(壁厚構件)的情況下，雖然將壓力施加於成形品之所有部位的壓力釜成形法是在CFRP的品質方面(外觀、機械特性等)最為適合，但是因RTM成形法或VARTM成形法，較為可以提高每一時間的成形品之生產量，故而從成本的觀點來看RTM成形法、VARTM成形法較受到注目。
又，CFRP，為異向性材料(例如，雖然往平板之一方向(12點鐘-6點鐘之方向)的拉伸與彎曲為強韌，但是往另一方向(3點鐘-9點鐘之方向)的拉伸與彎曲成為極脆弱之特性的材料)，而非為如金屬般的等向性材料(例如，即便從平板的哪個角度拉伸、或彎曲，物性仍不會大幅改變的材料)，而且，為了使CFRP的機械特性成為最大，碳纖維盡可能不屈繞，而是碳纖維朝向某一方向(例如，朝向平板的22點鐘-6點鐘之方向)為直線，進而CFRP的碳纖維含有率盡量地高，較有可以提高CFRP之機械強度的優點(merit)。
雖然前述的RTM成形法或VARTM成形法，係將基質樹脂未被浸漬的一方向之碳纖維切斷成所期望的形狀並使之搭配公模或母模，一邊配置碳纖維且一邊予以積層，但是為了碳纖維在積層狀態下不成為離散，而需要如以下的作業：將碳纖維彼此一邊以黏結劑(binder)(糊劑的任務)進行塗布且一邊予以積層，或將積層後的碳纖維之束以如縫合線之較細的碳纖維來紮束等，並使碳纖維靜置於所期望的位置。
然而，在RTM成形法或VARTM成形法中，即便在前述的工序之後使碳纖維之束好好地搭配模子(即便成形於模子)，之後閉合模子，已配置於一方向的碳纖維之束仍會藉由所注入的基質樹脂之流動而成為離散，且一方向性受損，而多會做出無法獲得所期望之機械特性的CFRP。
除此以外，雖然還有例如以黏結劑來使一方向的碳纖維之束聚合的方法，且可以藉由塗布較多的該黏結劑來防止碳纖維之束成為離散，但是有會做出不足作為CFRP之成形品的以下缺點(demerit)：因黏結劑附著於碳纖維與碳纖維之間，或碳纖維由黏結劑所覆蓋，而無法使以RTM成形法或VARTM成形法成形後被送入至模子內的基質樹脂充分地浸透(浸漬)於碳纖維。
從而，以往，為了解決前述的碳纖維之流動或浸漬的課題，在RTM成形法或VARTM成形法中，並非將碳纖維的纖維基材作為單向材料，而是使用：經線與緯線交織所成的Cloth(織布)、或是如專利文獻1般地將一方向的碳纖維積層於縱向、橫向、斜45度方向並藉由針線(stitch thread)縫合於貫層方向所成的NCF(Non Crimp Fabric；非捲曲織物)。
因Cloth係經線與緯線交織著，且NCF係以針線來縫合於貫層方向，故而有以下的優點：在使碳纖維搭配模子時或基質樹脂流動時碳纖維束不會成為離散。
然而，因Cloth，係經線與緯線在該交織部屈繞，故而有無論如何都有碳纖維之一方向的直線性受損的缺點(眾所周知的是：當在CFRP中碳纖維之直線性受損時，就無法獲得所期望之機械特性)。
又，不限於碳纖維，在FRP中，雖然能藉由纖維束筆直整齊地成為直線來獲得較高的機械強度(拉伸、彎曲、壓縮的強度或彈性模數)，但是在NCF的情況下，與Cloth不同，因經線與緯線(於此也可有±45度方向的線材)並未交織，雖然沒有如Cloth的經線與緯線之碳纖維的屈繞，但是會成為針線在貫層方向將經線層與緯線層之碳纖維成束並予以綁緊的結構，故而在樹脂浸漬的過程中尤其是在針線近旁樹脂變得不易浸透於碳纖維束之中，且在CFRP中重要的基質樹脂之浸漬會變得不充分(雖然有基質樹脂，但是碳纖維是處於被綁緊的狀態，所以基質樹脂不易浸透於碳纖維之中)。
然後，如同前述，因NCF係成為經線與緯線之碳纖維在針線近旁藉由針線所綁緊的態樣，故而在針線近旁的碳纖維束會變得緊密，而在針線與針線之間因會在經線與緯線形成間隙故而碳纖維樹會變得稀疏；在RTM成形法或VARTM成形法中，當閉合模具並注入基質樹脂時，樹脂就容易流入於該已變成稀疏的碳纖維束之間隙，且為了多量的樹脂能流入於該碳纖維為稀疏的空間(space)以模製出CFRP，而將NCF作為纖維基材來成形CFRP時，使其樹脂含有率成為比將Cloth作為纖維基材來成形CFRP時更多，因而，因多量的樹脂會流入於碳纖維為稀疏的部分，故而有以下的缺點：變得很難提高纖維含有率且無法製作所期望之機械特性的CFRP。
順便一提，雖然本發明人等，係在以Cloth成形2mm厚度的CFRP時減少樹脂量，且可以將樹脂含有率減少達至20wt%(纖維含有率為80wt%)，但是在以NCF成形2mm厚度的CFRP的情況下，卻僅能使樹脂含有率達至30wt%(纖維含有率為70wt%)。此是因為了使樹脂流入至前述的NCF之已成為稀疏的碳纖維束之間隙，而在NCF為纖維基材的情況下，當強制性地減少樹脂量時，就會在表層產生如凹漥或凹坑的基質樹脂之缺損部分。換句話說，為了使CFRP之機械特性提升，經驗如下：雖然較佳是減少樹脂含有率並提高纖維含有率，但是因將NCF作為纖維基材的CFRP之樹脂含有率會變多，且纖維含有率會變少，故而在作為CFRP的機械特性會產生界限。
又，作為避免已配置(已並齊)於前述之一方向的碳纖維束成為離散的手段，係有使用將基質樹脂浸漬於纖維基材且使之半硬化(預浸體(prepreg))的方法。由於該預浸體，係事先使樹脂浸漬於纖維基材，所以並非是使用於前述的RTM成形法或VARTM成形法，而是主要使用於壓力釜成形法或壓製成形法。
亦即，使用於RTM成形或VARTM成形的基質樹脂，係為了使每一時間的成形週期提升(為了提高每一時間的生產量)，而在未經過半硬化之過程的樹脂調配被應用時，一般而言，因在RTM成形法或VARTM成形法係將樹脂浸漬前的纖維基材成形於模具，之後，將基質樹脂注入於模子內，故而不使用事先使樹脂浸漬過的預浸體，但是只要硬是將預浸體使用於RTM成形法或VARTM成形法，就需要考量預浸體的樹脂與使用於RTM成形法或VARTM成形法的樹脂之相溶性。在大多的情況下，因應用於預浸體的基質樹脂係成為保存壽命較長、硬化之速度較慢，而使用於RTM成形法或VARTM成形法的基質樹脂則成為保存壽命較短、硬化之速度較快，故而此等的基質樹脂彼此之相溶會變得很難。
例如，RTM成形法或VARTM成形法的樹脂會先硬化且形成一個FRP相，之後預浸體的樹脂會硬化，且形成另一個FRP相。雖然是同一材料但是會形成二個FRP相。因該二個相與相之間係成為異材相之邊界，且二個相之相溶(接著)不會變得充分，故而一般而言，多不將預浸體使用於RTM成形法或VARTM成形法。
此點，在使用預浸體的壓力釜成形法或壓製成形法中，係在其成形前事先使所期望之量的樹脂浸漬於纖維基材(例如，樹脂含有率為20wt%至35wt%)，且如RTM成形法或VARTM成形法般不會注入基質樹脂。又，因該預浸體的基質樹脂係有使纖維與已並齊於一方向的樹脂黏著的作用，故而即便用以成形的所期望之形狀為扇形，只要不從外部施予如撕裂之力，扇形的圓弧部分仍不會從纖維之束分離(將該預浸體，取單向材之Uni-Direction的第一個字母而稱為UD預浸體)。
因而，雖然在壓力釜成形法或壓製成形法中，係將事先浸漬有基質樹脂的CF(Carbon Fiber；碳纖維)與UD預浸體切斷成所期望之形狀並搭配公模或母模，例如，第一層為長邊方向、第二層為寬度方向，在每一層一邊配置纖維且一邊予以積層，但是因基質樹脂會如黏著劑般地使纖維與纖維黏著，故而只要在積層時不朝向勉強將纖維撕裂的方向施力，碳纖維之單向材的纖維束就不會在積層狀態下成為離散。
但是，積層且成形後的CF與UD預浸體，係當基質樹脂(例如，環氧樹脂)，在壓力釜成形法或壓製成形法之過程中被加熱時，就有以下的風險(risk)：樹脂黏度會在其硬化之過程(例如100℃未滿的區域)下降，藉由已降低至積層後之一方向CF預浸體的碳纖維之積層體被加壓後的壓力之樹脂黏度，基質樹脂會朝向不同方向流動，且碳纖維會乘載於該樹脂之流動而使纖維之一方向性受損。例如，當將CF與UD預浸體積層於0度方向(12點鐘-6點鐘之方向)而壓製成形時，就會如啤酒桶般，碳纖維會以如碳纖維之長邊方向的一端與另一端位於啤酒桶之上下蓋(如啤酒桶之上下蓋位於12點鐘-6點鐘)的形狀流動。
尤其是在如汽車構件之被要求較高之剛性及耐久性的立體形狀之構件(壁厚構件)的情況下，有時會在往高度方向的形狀之變化部位(上升部或屈繞部)，因碳纖維流動成啤酒桶形狀而使所期望的纖維配向崩毀，或因碳纖維乘載於該樹脂之流動，且碳纖維擴展於該流動而在不期望的方向配置有纖維。
又，有時樹脂會朝向模具之流孔(flow hole)流出且樹脂會流動至纖維基材之外而發生樹脂枯乾。
可以避開藉由該成形時之纖維流動所致的纖維配向之不良情形的成形方法為壓力釜成形法，且在成形時在成形品內以薄膜(film)(袋裝薄膜(bagging film))製造封閉空間，對該封閉空間進行真空處理且加壓，藉此抑制藉由樹脂之黏度降低所致的碳纖維之流動。雖然由單向材之碳纖維束所構成的預浸體(UD預浸體)，為適合於壓力釜成形法的預浸體，但是不適合於壓製成形法或RTM成形法、VARTM成形法的材料。
如以上，在將如汽車構件之被要求較高之剛性及耐久性的立體形狀之構件(壁厚構件)，作為由單向材之碳纖維束所構成的構件所構成的碳纖維強化塑膠(CFRP)製的場面中，較期望開發一種能在前述的壓力釜成形法、壓製成形法、RTM成形法及VARTM成形法等之既有的成形法中良好地製造的材料(結構)。 [先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本特開2002-227066號公報
[發明所欲解決之課題]
本發明係有鑑於如上述的現狀而開發完成，且提供一種以往所沒有的極為實用之車輛結構用的連接構件，其可以用既有的成形法來良好地製造，而且，除了輕量，還具有作為設置於車輛結構內的構件所要求之較高的剛性及耐久性等。 [解決課題之手段]
參照所附圖式來說明本發明的要旨。
一種車輛結構用的連接構件，係在車輛結構中所使用且具備有與該車輛結構內之適當的部位連接之至少二個以上的連接部2之車輛結構用的連接構件，其具有使基質樹脂浸漬於積層複數個纖維體3所成的積層體4並使之硬化而構成的積層結構部1；作為前述纖維體3，係採用以熱熔接性纖維6來織成已並齊於一方向的碳纖維束5所成者。
又，一種車輛結構用的連接構件，係在車輛結構中所使用且具備有與該車輛結構內之適當的部位連接之至少二個以上的連接部2之車輛結構用的連接構件，其具有使基質樹脂浸漬於積層複數個纖維體3所成的積層體4並使之硬化而構成的積層結構部1；作為前述纖維體3，係採用以熱熔接性纖維6來織成已並齊於一方向的碳纖維束5所成者；前述連接部2係藉由已黏著固定於前述積層結構部1的金屬體75所構成。
如請求項2所述之車輛結構用的連接構件，其中，前述金屬體7，係在本體7a之外周面設置有凸出狀部7b，該金屬體7為以貫通狀態設置於前述積層結構部1的構成，在以該貫通狀態所設置後之前述金屬體7的凸出狀部7b之表面及前述本體7a之外周面係疊合有前述纖維體3。
又，如請求項1所述之車輛結構用的連接構件，其中，作為前述纖維體3，係採用第一纖維體3A、第二纖維體3B、第三纖維體3C及第四纖維體3D；該第一纖維體3A係被設定成前述碳纖維束5之長邊方向相對於前述積層結構部1之長邊方向成為平行的0度；該第二纖維體3B係被設定成前述碳纖維束5之長邊方向相對於前述積層結構部1之長邊方向而交叉的+45度；該第三纖維體3C係被設定成前述碳纖維束5之長邊方向相對於前述積層結構部1之長邊方向而交叉的-45度；該第四纖維體3D係被設定成前述碳纖維束5之長邊方向相對於前述積層結構部1之長邊方向而交叉的90度。
又，如請求項2所述之車輛結構用的連接構件，其中，作為前述纖維體3，係採用第一纖維體3A、第二纖維體3B、第三纖維體3C及第四纖維體3D；該第一纖維體3A係被設定成前述碳纖維束5之長邊方向相對於前述積層結構部1之長邊方向成為平行的0度；該第二纖維體3B係被設定成前述碳纖維束5之長邊方向相對於前述積層結構部1之長邊方向而交叉的+45度；該第三纖維體3C係被設定成前述碳纖維束5之長邊方向相對於前述積層結構部1之長邊方向而交叉的-45度；該第四纖維體3D係被設定成前述碳纖維束5之長邊方向相對於前述積層結構部1之長邊方向而交叉的90度。
又，如請求項3所述之車輛結構用的連接構件，其中，作為前述纖維體3，係採用第一纖維體3A、第二纖維體3B、第三纖維體3C及第四纖維體3D；該第一纖維體3A係被設定成前述碳纖維束5之長邊方向相對於前述積層結構部1之長邊方向成為平行的0度；該第二纖維體3B係被設定成前述碳纖維束5之長邊方向相對於前述積層結構部1之長邊方向而交叉的+45度；該第三纖維體3C係被設定成前述碳纖維束5之長邊方向相對於前述積層結構部1之長邊方向而交叉的-45度；該第四纖維體3D係被設定成前述碳纖維束5之長邊方向相對於前述積層結構部1之長邊方向而交叉的90度。
又，如請求項1所述之車輛結構用的連接構件，其中，前述積層體4，係以貫通於前述纖維體3之積層方向的線材8所固定。
又，如請求項2所述之車輛結構用的連接構件，其中，前述積層體4，係以貫通於前述纖維體3之積層方向的線材8所固定。
又，如請求項3所述之車輛結構用的連接構件，其中，前述積層體4，係以貫通於前述纖維體3之積層方向的線材8所固定。
又，如請求項4所述之車輛結構用的連接構件，其中，前述積層體4，係以貫通於前述纖維體3之積層方向的線材8所固定。
又，如請求項5所述之車輛結構用的連接構件，其中，前述積層體4，係以貫通於前述纖維體3之積層方向的線材8所固定。
又，如請求項6所述之車輛結構用的連接構件，其中，前述積層體4，係以貫通於前述纖維體3之積層方向的線材8所固定。
又，如請求項4所述之車輛結構用的連接構件，其中，前述積層體4，為將厚度方向中央部作為邊界而分別在上方向及下方向以前述第四纖維體3D、前述第三纖維體3C、前述第二纖維體3B、前述第一纖維體3A之順序對稱地積層而成的平板形狀。
又，如請求項5所述之車輛結構用的連接構件，其中，前述積層體4，為將厚度方向中央部作為邊界而分別在上方向及下方向以前述第四纖維體3D、前述第三纖維體3C、前述第二纖維體3B、前述第一纖維體3A之順序對稱地積層而成的平板形狀。
又，如請求項6所述之車輛結構用的連接構件，其中，前述積層體4，為將厚度方向中央部作為邊界而分別在上方向及下方向以前述第四纖維體3D、前述第三纖維體3C、前述第二纖維體3B、前述第一纖維體3A之順序對稱地積層而成的平板形狀。
又，如請求項4所述之車輛結構用的連接構件，其中，前述積層體4，為將厚度方向中央部作為邊界而分別在上方向及下方向以前述第四纖維體3D、前述第二纖維體3B、前述第三纖維體3C、前述第一纖維體3A之順序對稱地積層而成的平板形狀。
又，如請求項5所述之車輛結構用的連接構件，其中，前述積層體4，為將厚度方向中央部作為邊界而分別在上方向及下方向以前述第四纖維體3D、前述第二纖維體3B、前述第三纖維體3C、前述第一纖維體3A之順序對稱地積層而成的平板形狀。
又，如請求項6所述之車輛結構用的連接構件，其中，前述積層體4，為將厚度方向中央部作為邊界而分別在上方向及下方向以前述第四纖維體3D、前述第二纖維體3B、前述第三纖維體3C、前述第一纖維體3A之順序對稱地積層而成的平板形狀。
又，如請求項4所述之車輛結構用的連接構件，其中，前述積層體4，係具有第一層部4A、第二層部4B、第三層部4C、第四層部4D及第五層部4E的棒形狀；該第一層部4A係捲繞前述第一纖維體3A所設置；該第二層部4B係在將前述第二纖維體3B及前述第三纖維體3C疊合後的狀態下捲繞於前述第一層部4A之周圍所設置；該第三層部4C係將前述第四纖維體3D捲繞於前述第二層部4B之周圍所設置；該第四層部4D係在將前述第二纖維體3B及前述第三纖維體3C疊合後的狀態下捲繞於前述第三層部4C之周圍所設置；該第五層部4E係將前述第一纖維體3A捲繞於前述第四層部4D之周圍所設置。
又，如請求項5所述之車輛結構用的連接構件，其中，前述積層體4，係具有第一層部4A、第二層部4B、第三層部4C、第四層部4D及第五層部4E的棒形狀；該第一層部4A係捲繞前述第一纖維體3A所設置；該第二層部4B係在將前述第二纖維體3B及前述第三纖維體3C疊合後的狀態下捲繞於前述第一層部4A之周圍所設置；該第三層部4C係將前述第四纖維體3D捲繞於前述第二層部4B之周圍所設置；該第四層部4D係在將前述第二纖維體3B及前述第三纖維體3C疊合後的狀態下捲繞於前述第三層部4C之周圍所設置；該第五層部4E係將前述第一纖維體3A捲繞於前述第四層部4D之周圍所設置。
又，如請求項6所述之車輛結構用的連接構件，其中，前述積層體4，係具有第一層部4A、第二層部4B、第三層部4C、第四層部4D及第五層部4E的棒形狀；該第一層部4A係捲繞前述第一纖維體3A所設置；該第二層部4B係在將前述第二纖維體3B及前述第三纖維體3C疊合後的狀態下捲繞於前述第一層部4A之周圍所設置；該第三層部4C係將前述第四纖維體3D捲繞於前述第二層部4B之周圍所設置；該第四層部4D係在將前述第二纖維體3B及前述第三纖維體3C疊合後的狀態下捲繞於前述第三層部4C之周圍所設置；該第五層部4E係將前述第一纖維體3A捲繞於前述第四層部4D之周圍所設置。
又，如請求項19所述之車輛結構用的連接構件，其中，構成前述第一層部4A的前述第一纖維體3A、與構成前述第二層部4B之疊合後的前述第二纖維體3B及前述第三纖維體3C係使捲繞方向設定成逆向；構成前述第二層部4B之疊合後的前述第二纖維體3B及前述第三纖維體3C、與構成前述第三層部4C的前述第四纖維體3D係使捲繞方向設定成逆向；構成前述第三層部4C的前述第四纖維體3D、與構成前述第四層部4D之疊合後的前述第二纖維體3B及前述第三纖維體3C係使捲繞方向設定成逆向；構成前述第四層部4D之疊合後的前述第二纖維體3B及前述第三纖維體3C、與構成前述第五層部4E的前述第一纖維體3A係使捲繞方向設定成逆向。
又，如請求項20所述之車輛結構用的連接構件，其中，構成前述第一層部4A的前述第一纖維體3A、與構成前述第二層部4B之疊合後的前述第二纖維體3B及前述第三纖維體3C係使捲繞方向設定成逆向；構成前述第二層部4B之疊合後的前述第二纖維體3B及前述第三纖維體3C、與構成前述第三層部4C的前述第四纖維體3D係使捲繞方向設定成逆向；構成前述第三層部4C的前述第四纖維體3D、與構成前述第四層部4D之疊合後的前述第二纖維體3B及前述第三纖維體3C係使捲繞方向設定成逆向；構成前述第四層部4D之疊合後的前述第二纖維體3B及前述第三纖維體3C、與構成前述第五層部4E的前述第一纖維體3A係使捲繞方向設定成逆向。
又，如請求項21所述之車輛結構用的連接構件，其中，構成前述第一層部4A的前述第一纖維體3A、與構成前述第二層部4B之疊合後的前述第二纖維體3B及前述第三纖維體3C係使捲繞方向設定成逆向；構成前述第二層部4B之疊合後的前述第二纖維體3B及前述第三纖維體3C、與構成前述第三層部4C的前述第四纖維體3D係使捲繞方向設定成逆向；構成前述第三層部4C的前述第四纖維體3D、與構成前述第四層部4D之疊合後的前述第二纖維體3B及前述第三纖維體3C係使捲繞方向設定成逆向；構成前述第四層部4D之疊合後的前述第二纖維體3B及前述第三纖維體3C、與構成前述第五層部4E的前述第一纖維體3A係使捲繞方向設定成逆向。
又，如請求項1至24中任一項所述之車輛結構用的連接構件，其為連桿(link rod)、引擎室拉桿(tower bar)或下蓋(under cover)。 [發明效果]
由於本發明係構成如上述，所以會成為以往所沒有的極為實用之車輛結構用的連接構件，其可以用既有的成形法來良好地製造，而且，除了輕量，還具有作為設置於車輛結構內的構件所要求之較高的剛性及耐久性等。
基於圖式並顯示本發明之作用而簡單地說明認為較佳之本發明的實施形態。
本發明係透過連接部2連接於車輛結構內之適當的部位51、52，且在該部位51、52彼此間成為架設狀態。
例如在車輛行駛時，荷重已施加於該車輛結構內之適當的部位51、52之的至少一方或雙方的情況下，良好地對應在該車輛結構內之適當的部位51、52間產生之力(藉由拉伸或彎曲、扭轉所致之力)。
可是，本發明係具有使基質樹脂浸漬於積層複數個纖維體3所成的積層體4並使之硬化而構成的積層結構部1；作為纖維體3，係採用以熱熔接性纖維6來織成已並齊於一方向的碳纖維束5所成者；當藉由對該纖維體3施加熱來使熱熔接性纖維6之熔接材料熔解時，碳纖維束5就會在與熱熔接性纖維6織成後的狀態下黏著固定(熱定形(heat set))。
亦即，碳纖維束5係事先被固定，之後的加工，例如，在切斷纖維體3、或使基質樹脂浸漬於積層複數個纖維體3所成的積層體4、或以前述的壓力釜成形法、壓製成形法、RTM成形法及VARTM成形法所成形等的各個製程中材料不會變形、或模子崩塌。
從而，由於可以藉由既有的成形法來良好地製造，進而能獲得如同設計般的結構，所以能確實地獲得適合作為車輛結構用的連接構件之結構，亦即，能確實地獲得除了輕量還具有作為設置於車輛結構內的構件所被要求之較高之剛性及耐久性的結構。
[實施例] 基於圖式來說明本發明的具體實施例。
本實施例，係在車輛結構中所使用且具備有與該車輛結構內之適當的部位連接之至少二個以上的連接部2之車輛結構用的連接構件X，其具有使基質樹脂浸漬於積層複數個纖維體3所成的積層體4並使之硬化而構成的積層結構部1(碳纖維複合材料：CFRP)；作為纖維體3，係採用以熱熔接性纖維6來織成已並齊於一方向的碳纖維束5所成者；連接部2係藉由已黏著固定於積層結構部1的金屬體7所構成。
再者，在本實施例中，如圖3所圖示，雖然作為車輛結構用的連接構件X，係應用於連結車輛50之懸吊系統(suspension)51與安定器(stabilizer)52的連桿，但是其他也能廣泛地應用於引擎室拉桿(架設於左右的懸吊系統51之車體安裝部彼此間的棒狀體)、或下蓋(架設於車體之底部的板狀體)等被架設於汽車或摩托車等之車輛50中的零件(parts)彼此間用以承受荷重之車輛結構用的連接構件X。
又，在本實施例中，作為構成積層體4的纖維體3，係採用將碳纖維束5與熱熔接性纖維6作為經線及緯線來織成而構成的單向纖維體(碳纖維預浸體，以下稱為「CF預浸體」)。
構成該纖維體3(CF預浸體)的碳纖維束5，係將複數個碳纖維不予以搓捻而是予以聚合(參照圖4)。
具體而言，作為該碳纖維，係採用東麗(TORAY)股份有限公司製的碳纖維 (TORAYCA(聚丙烯腈基碳纖維)T800HB 6K(223TEX：TEX為平均1000m之克數(number of grams)，223TEX係表示平均1000m之重量為223g的纖維))，且將該複數根的碳纖維不予以搓捻而是予以聚合。再者，雖然也可將該碳纖維束5作為如後述的緯線般地將碳纖維予以搓捻而聚合後的構成，但是因纖維一根一根是成為螺旋狀而會使直線性受損，以及為了容易進行樹脂浸漬，而較佳是不進行搓捻。
構成纖維體3(CF預浸體)的熱熔接性纖維6，係將玻璃纖維與熱熔接尼龍纖維予以搓捻而聚合，且直徑比前述的碳纖維束5還小。
具體而言，作為玻璃纖維，係採用玻璃纖維(ECG225 1/0(22.5TEX)；作為熱熔接尼龍纖維，係採用東麗股份有限公司製的熱熔接尼龍纖維(ELDER(註冊商標)110dTEX(11TEX))或是尤尼吉可(UNITIKA)股份有限公司製的熱熔接尼龍纖維(FLOR(註冊商標)M 330T36 110dTEX(11TEX))；將該玻璃纖維與熱熔接尼龍纖維以Z搓捻(左搓捻)來形成為120T/m(TPM(Twist Per Meter；每公尺所受加撚的次數)：表示平均1m之捻數。120T/m係平均1m扭轉120次=被搓捻之意)的撚紗。
本實施例，係在以前述的經線(碳纖維束5)與緯線(熱熔接性纖維6)設置單向纖維體3時，在經線：35根/25mm、緯線：3.0根/25mm的織物密度下，僅有基重為312g/m2 的經線是由碳纖維所構成，緯線係由E玻璃纖維與熱熔接纖維所構成，藉由41吋劍桅式織機(rapier loom)來織製寬度1000mm至1080mm、長度100m的織布。織機係不限於41吋劍桅式織機而也可為50吋劍桅式織機、或噴氣式織機(air jet loom)。
再者，經線，也可將TORAYCA T700SC 12K (1650TEX)設為5.6根/25mm的織物密度，且將基重設為600g/m2 ，以取代前述的TORAYCA T800HB 6K(223TEX)。
又，在積層結構部1(CFRP)需要較高之強度的情況下，也可對經線將三菱化學股份有限公司製的MR70 12P(415TEX)設為18.0根/25mm的織物密度，且將基重設為300g/m2 。
另一方面，在積層結構部1(CFRP)需要較高之彈性(剛性)的情況下，也可對經線將日本石墨纖維(Nippon Graphite Fiber)股份有限公司製的XN-60-60S (890TEX)設為8.5根/25mm的織物密度，且將基重設為300 g/m2 。
又，有關經線中的碳纖維之種類，係藉由積層結構部1(CFRP)之特性(character)(例如，高強度、或高彈性)而做適當選擇，且以其基重成為100g/m2 至800g/m2 的方式來設置經線的織物密度。雖然100g/m2 以下的基重、800g/m2 以上的基重，係在理論上所考量，但是當其為100g/m2 以下的基重時，為了形成為所期望的厚度，而有需要在之後的纖維體3(CF預浸體)之積層工序中重疊數量多的積層片數。
另一方面，在800g/m2 以上的基重的情況下，係在塗覆用以形成為預浸體的樹脂之工序中，有樹脂的浸漬變得不充分的風險，且有必要慢慢地進行(延遲進行)塗覆速度。無論是哪一種情況，都需要工時，且即便從技術方面來考量，從經濟方面來看較佳是以基重成為100g/m2 至800g/m2 的方式來設計。
又，在緯線，係使用E玻璃纖維與熱熔接尼龍纖維，且以其織物密度成為1根/25mm至5根/25mm的方式，來適當設計織物密度。
經線越多，就越能獲得基重較重的織布。當緯線的織物密度為1根/25mm時，就如後述般地在將CF預浸體切斷成扇形的情況下，由於其弦長為25mm以下的情況下，在切斷成扇形之後碳纖維會變得零散，所以要藉由切斷的扇形之形狀來設計經線的織物密度。
雖然當緯線的織物密度成為比5根/25mm還多時，即便將纖維體3(CF預浸體)切斷成扇形仍不會使碳纖維成為零散，但是經線與緯線的屈繞點會變多，所以緯線的織物密度之上限較佳為5根/25mm(在經線的長邊方向之5mm間隔有一根緯線的程度)。
如前述，將碳纖維束5與熱熔接性纖維6作為經線及緯線來織成，且以3分鐘至5分鐘連續性地熱壓接於150℃至170℃的熱輥並使圍繞於熱熔接尼龍纖維(ELDER (註冊商標)110dTEX的纖維)的低熔點尼龍熔解於該織布。
如此所獲得的碳纖維基材，其經線是藉由低熔點尼龍所黏著固定(熱定形)，即便朝向經線的正交方向撕裂仍不會發生線材滑脫。亦即，當不使低熔點尼龍纖維熔解而朝向經線的正交方向撕裂時，就會發生經線的線材滑脫或線材空隙。藉由被熱定形，例如，即便將該織布切斷成扇形，經線仍不會綻開而可以維持扇形形狀。再者，如本實施例，在未被熱定形之普通的織布或是僅單向紮束後的碳纖維基材的情況下，例如在以扇形形狀來切斷織布後的情況下，被織成過的纖維會綻開。單向紮束後的碳纖維基材係無法維持形狀而會成為零散。
又，本實施例，係藉由在緯線使用玻璃纖維與熱熔接尼龍纖維，而有以下的優點：熱熔解後所留下的玻璃纖維，係與在預浸體製程中所塗覆的環氧樹脂之相溶性佳(因不如防水噴霧(waterproof spray)的織布般地防水，故而會相互地接著)。再者，雖然也可在緯線使用碳纖維與熱熔接尼龍纖維，但是當成為碳纖維最細的東麗股份有限公司製的碳纖維(即便是TORAYCA T300 1K，由於是66TEX，所以本實施例的玻璃纖維(ECG225 1/0(22.5TEX))之約三倍的粗度，且緯線的織物密度成為如5根/25mm的緊密時，由於經線的直線性會受損，所以在將碳纖維應用於緯線的情況下，有必要將緯線的織物密度成為如1根/25mm的稀疏。
又，使250F(120℃至130℃)硬化型或是350F (160℃至180℃)硬化型的環氧樹脂，藉由溶劑法(將樹脂溶解於有機溶劑以成為清漆(varnish)的方法)、或是無溶劑法(熱熔(hot-melt)法)，浸漬於如前述所獲得的碳纖維基材，加熱環氧樹脂，且以成為適度的半硬化狀態(例如，調節直接用手接觸而樹脂不沾手的程度之發黏度)的方式來調整環氧樹脂浸漬的塗覆條件，而獲得適度的半硬化狀態之纖維體3(CF預浸體)。
一般而言，在預浸體製程時塗覆環氧樹脂的情況下，多是在無溶劑系中使用橫向型(溫度區域朝向水平方向延伸的塗覆機)，且在溶劑系中使用縱向型(溫度區域朝向鉛直方向延伸的塗覆機)。
當並齊僅有單向的纖維基材(沒有緯線)並以縱向型來塗覆時，就有以下的缺點：浸漬過的環氧樹脂會在鉛直的溫度區域朝向下方流動，且無法進行適當的樹脂含有率之控制。
又，在即便是如本實施例的緯線：3.0根/25mm之織物密度的碳纖維基材仍不被熱定形之結構的織布中，係有以下的缺點：樹脂在鉛直之溫度區域朝向下方流動，且因朝向緯線下方漂移而發生線材滑脫，不會成為織布之經線與緯線正交的形態。在單向之纖維基材的情況下，不管是無溶劑法、還是溶劑法，一般是使用橫向型的塗覆機。
可是，因本實施例的碳纖維之織布係使其經線與緯線被熱定形，故而無論是縱向型塗覆機還是橫向型塗覆機都不會使緯線流動，而可以與大致相同的織物密度之碳纖維的織布同樣，以經線與緯線為相同的纖維來控制所期望的樹脂含有率。
圖34係作為本實施例的碳纖維(東麗股份有限公司製的碳纖維 TORAYCA T800HB 6K)所構成之二種類的單向纖維體(0度方向材料與90度方向材料)之交替積層的CFRP、與藉由相同之碳纖維的經線、緯線交織所成的織布(經線在0度方向、緯線在90度方向)所為之積層的CFRP之拉伸特性、彎曲特性的比較。
雖然拉伸、彎曲皆與強度沒有較大的差異，但是本實施例因沒有0度方向與90度方向之纖維的交織，且纖維之屈繞較小，故而有拉伸彈性模數比習知例還可以提升15%以上、彎曲彈性模數比習知例還可以提升50%以上的功效。
以下，針對具體的實施例加以說明。
＜實施例1＞ 說明在車輛結構所使用的橫剖面為矩形(方形)的連桿X之製造方法。
如圖1所示，該連桿X，係全長為280mm、寬度為80mm之二個孔的環形航線型(racetrack type)，且設為在積層結構部1(CFRP)之左右兩端部設置有由後述之金屬體7所構成的連接部2的混合結構(hybrid structure)。
如圖1、圖2所圖示，金屬體7，係由適當之金屬製的構件(7075材料杜拉鋁(duralumin))所構成，且在直徑ϕ20mm、長度42mm之圓柱狀的本體7a之外周面中央部係，機械加工有成為厚度2mm、直徑ϕ40mm之形狀的凸出狀部7b。
再者，金屬體7係在進行精密加工時設置有ϕ11mm的孔7a’，且該孔中心間的距離是設定為200mm。
由於該凸出狀部7b，係被夾入於如後述所積層的纖維體3(CF預浸體)之層間，所以凸出狀部7b的外周，係為了避開已施力於連桿X時的應力集中而成為R形狀而非為直角；由於該R形狀，係成為疊合層(overlay layer)，所以對金屬體7與纖維體3(CF預浸體)之密接力提升有貢獻。
將如前述所設置後的方形薄片狀之CF預浸體(省略圖示)，切斷成全長為280mm、寬度為80mm的環形航線型，具體而言，形成作為後述之四種類的纖維體3(第一纖維體3A、第二纖維體3B、第三纖維體3C及第四纖維體3D)。
再者，CF預浸體的切斷工序，係除了以使用刀具(cutter)或剪刀等的切斷器具之手工作業來進行切斷以外，也可藉由雷射切割機(laser cut machine)或預浸體切割機(prepreg cut machine)，來分別進行切斷。
如圖4所示，第一纖維體3A，係被設定成碳纖維束5之長邊方向相對於積層結構部1之長邊方向成為平行的0度(將CF預浸體以碳纖維束5之長邊方向相對於積層結構部1之長邊方向成為平行的方式來切斷的片材(piece)：0度方向材料)。
如圖5所示，第二纖維體3B，係被設定成碳纖維束5之長邊方向相對於積層結構部1之長邊方向而交叉的+45度(將CF預浸體以碳纖維束5之長邊方向相對於積層結構部1之長邊方向成為右肩上升45度的方式來切斷的片材：+45度方向材料)。再者，圖5中的x軸係指積層結構部1之長邊方向，y軸係指與積層結構部1之長邊方向正交的方向。
如圖6所示，第三纖維體3C，係被設定成碳纖維束5之長邊方向相對於積層結構部1之長邊方向而交叉的-45度(將CF預浸體以碳纖維束5之長邊方向相對於積層結構部1之長邊方向成為右肩下降45度的方式來切斷的片材：-45度方向材料)。再者，圖6中的x軸係指積層結構部1之長邊方向，y軸係指與積層結構部1之長邊方向正交的方向。
如圖7所示，第四纖維體3D，係被設定成碳纖維束5之長邊方向相對於積層結構部1之長邊方向而交叉的90度(將CF預浸體以碳纖維束5之長邊方向相對於積層結構部1之長邊方向而正交的方式來切斷的片材：90度方向材料)。
又，在使金屬體7相對於該第一纖維體3A、第二纖維體3B、第三纖維體3C及第四纖維體3D而分別貫通的部位(200mm的距離、從兩端部起算40mm的位置之中央部)設置裂縫9(狹縫(slit))。
具體而言，如圖4、圖7所圖示，在第一纖維體3A及第四纖維體3D，係在0度與90度之方向分別置入25mm至30mm之十字的裂縫9；如圖5、圖6所圖示，在第二纖維體3B及第三纖維體3C，係在+45度與-45度之方向分別將25mm至30mm之十字的裂縫9各別形成於左右二個部位。
再者，當在第一纖維體3A及第四纖維體3D的+45度與-45度之方向置入十字的裂縫9，或另一方面，在第二纖維體3B及第三纖維體3C的0度與90度之方向置入十字的裂縫9時，十字交叉後的三角部份之纖維就會被被分割切斷，並在往金屬體7之鉛直方向的疊合後的部分出現碳纖維斷掉之處，而從接著力之保持、強度之保持、加上剛性之保持的方面來看並非是較佳的態樣。
其次，將前述所獲得的第一纖維體3A、第二纖維體3B、第三纖維體3C及第四纖維體3D予以積層(鋪設積層(lay-up lamination))。
具體而言，如圖8所圖示，將第一纖維體3A、第二纖維體3B、第三纖維體3C及第四纖維體3D的四片作為一組(單位積層材Y)，且從下方起依第四纖維體3D(90度方向材料)、第三纖維體3C(-45度方向材料)、第二纖維體3B(+45度方向材料)、第一纖維體3A(0度方向材料)之順序予以積層。再者，雖然也可使第二纖維體3B與第三纖維體3C之積層的順序相反，但是以金屬體7之凸出狀部7b為中心成為軸對稱的方式予以積層。
在本實施例中，係設置八組的該單位積層材Y，且藉由積層該八組的單位積層材Y來設置積層體4，在積層該單位積層材Y以形成積層體4時係在其左右部位設置金屬體7。
具體而言，藉由以下方式所積層：如圖9所圖示，使比金屬體7之凸出狀部7b更上方部位貫通而緊壓於：使成為單位積層材Y之最外層的第一纖維體3A(0度方向材料)轉向上方後的狀態之四組的單位積層材Y之裂縫9；並且使比金屬體7之凸出狀部7b更下方部位貫通而緊壓於：使成為單位積層材Y之最外層的第一纖維體3A(0度方向材料)轉向下方後的狀態之四組的單位積層材Y之裂縫9。此時，在金屬體7的凸出狀部7b之表面及本體7a之外周面，係使纖維體3中的裂縫9之周邊部位成為疊合狀態。再者，比已成為該疊合狀態的纖維體3中的金屬體7之上下表面更突出的部位，係以與該上下表面成為同一平面的方式來漂亮地切斷。
藉由如此地積層，積層體4，係成為：將金屬體7之凸出狀部7b所在的厚度方向中央部作為邊界而分別在上方向及下方向以第四纖維體3D、第三纖維體3C、第二纖維體3B、第一纖維體3A之順序對稱地積層而成的平板形狀；單位積層材Y是成為：由將金屬體7之凸出狀部7b作為邊界而分別在上方側與下方側各別積層有四組之合計32層的纖維體3所構成的積層結構體Y’。
再者，雖然積層的單位積層材Y之數目為任意的，但是將金屬體7之凸出狀部7b作為邊界而分別積層於上方側與下方側之數目較佳為同數。
又，在本實施例中，係除了前述的第一纖維體3A、第二纖維體3B、第三纖維體3C及第四纖維體3D，還設置作為被覆積層結構體Y’之被覆材的第五纖維體3E及第六纖維體3F。
具體而言，將方形的CF預浸體，切斷成為寬度170mm、長度290mm的矩形以形成作為二種類的纖維體3(第五纖維體3E及第六纖維體3F)。
如圖10所圖示，第五纖維體3E，係被設定成碳纖維束5之長邊方向相對於積層結構部1之長邊方向成為平行的0度(將CF預浸體以碳纖維束5之長邊方向相對於積層結構部1之長邊方向成為平行的方式來切斷的片材：0度方向材料)。
如圖10所圖示，第六纖維體3F係被設定成碳纖維束5之長邊方向相對於積層結構部1之長邊方向而交叉的90度(將CF預浸體以碳纖維束5之長邊方向相對於積層結構部1之長邊方向而正交的方式來切斷的片材：90度方向材料)。
又，在使金屬體7相對於該第五纖維體3E及第六纖維體3F而貫通的部位(200mm的距離、從兩端部起算45mm的位置之中央部)設置裂縫(狹縫)10。
具體而言，如圖10所圖示，在第五纖維體3E及第六纖維體3F，係在0度與90度之方向分別將25mm至30mm之十字的裂縫10各別形成於前後左右四個部位(四角隅)。
其次，將如前述所獲得的第六纖維體3F如圖10所圖示地從積層結構體Y’之左方朝向右方以包覆(包上)柏餅(rice cake wrapped in oak leaf)的方式來積層。此時，使金屬體7之上下部位相對於第六纖維體3F之上下左右的裂縫10而貫通並進行往凸出狀部7b及本體7a的緊壓。
更且，將第五纖維體3E從由第六纖維體3F所包覆(所包上)之右方朝向左方以包覆(包上)柏餅的方式來積層。此時，使金屬體7之上下部位相對於第五纖維體3E之上下左右的裂縫10而貫通並進行往凸出狀部7b及本體7a的緊壓。
如此地成為：最外層藉由第五纖維體3E(0度方向材料)與第六纖維體3F(90度方向材料)從左右設置成封袋狀後的箱體結構(box structure)之積層結構體Z(參照圖11)。再者，該第五纖維體3E及第六纖維體3F，也可為先包上第五纖維體3E，之後包上第六纖維體3F的結構。
又，在本實施例中所製造的連桿X需要扭轉剛性的情況下也可設置以下的被覆材。
具體而言，將方形的CF預浸體，切斷成為寬度170mm、長度290mm的矩形以形成作為二種類的纖維體3(省略圖示的第七纖維體及第八纖維體)。
第七纖維體，係被設定成碳纖維束5之長邊方向相對於積層結構部1之長邊方向而交叉的+45度(將CF預浸體以碳纖維束5之長邊方向相對於積層結構部1之長邊方向成為右肩上升45度的方式來切斷的片材：+45度方向材料)。
第八纖維體，係被設定成碳纖維束5之長邊方向相對於積層結構部1之長邊方向而交叉的-45度(將CF預浸體以碳纖維束5之長邊方向相對於積層結構部1之長邊方向而成為右肩下降45度的方式來切斷的片材：-45度方向材料)。
又，在使金屬體7相對於該第七纖維體及第八纖維體而貫通的部位(200mm的距離、從兩端部起算45mm的位置之中央部)設置裂縫(狹縫)。
具體而言，在第七纖維體及第八纖維體，係在+45度與-45度之方向分別將25mm至30mm之十字的裂縫各別形成於前後左右四個部位(四角隅)。
其次，將如前述所獲得的第八纖維體從積層結構體之左方朝向右方以包覆(包上)柏餅的方式來積層。此時，使金屬體7之上下部位相對於第八纖維體之上下左右的裂縫而貫通並進行往凸出狀部7b及本體7a的緊壓。
更且，將第七纖維體從由第八纖維體所包覆(所包上)之右方朝向左方以包覆(包上)柏餅的方式來積層。此時，使金屬體7之上下部位相對於第七纖維體之上下左右的裂縫而貫通並進行往凸出狀部7b及本體7a的緊壓。
如此地成為：最外層藉由第七纖維體(+45度方向材料)與第八纖維體(-45度方向材料)從左右設置成封袋狀後的箱體結構。再者，該第七纖維體及第八纖維體，也可為先包上第七纖維體，之後包上第八纖維體的結構；更且也可將第五纖維體3E、第六纖維體3F、第七纖維體及第八纖維體之全部相對於積層結構體Y’以從左方與右方交替地包上的方式來積層。
其次，積層結構體Z係以貫通於纖維體3之積層方向的線材8所固定。
具體而言，係設為將TORAYCA T800HB 6K (223TEX)1根(乃至2根)穿通至千吉榻榻米用插針(供應商：藤原產業股份有限公司)No. 11後的狀態，且如圖12所圖示，從平面方向來觀察作為左右的金屬體7之周圍沿著水平方向、垂直方向、+45度方向、-45度方向的八個部位，朝向以露出於上下表面的針腳成為輻射狀的方式不將線材8予以切斷的貫層方向縫訂。事先使縫訂之起點的線材餘留，並在縫完成環狀之後，將起點的線材與終點的線材打結。
穿通至該插針的線材(碳纖維)，係除了 TORAYCA T800HB 6K(223TEX)以外，例如，也可為強度比TORAYCA T800HB更高的三菱化學股份有限公司製的MR70 12P(415TEX)。穿通至插針的碳纖維，根據其伸長率，較佳為PAN(PAN：聚丙烯腈(polyacrylonitrile))系(伸長率1.7%至1.9%)，而非為瀝青系(pitch system)(伸長率0.4%至0.8%)。
通常，碳纖維的織布之經線與緯線的織物密度，多是大致相同的織物密度(例如是東麗股份有限公司製的碳纖維TORAYCA T300 3K(198TEX)經線：12.5根/25mm、緯線：12.5根/2mm的織物密度，且基重為198g/m2 )，當將該織布如前述的積層結構體Z般地積層時，該積層結構體Z的線孔(thread eye)就會過於緊密，而難以使插針貫通。在本實施例的纖維體3(CF預浸體)的情況下，因緯線變得稀疏而容易使插針通過，故而能夠以插針縫訂於貫層方向。
又，即便是在縫完左右的金屬體7之周圍後的積層結構體Z中的平面部分(金屬體7彼此之間)，仍設為將TORAYCA T800HB 6K(223TEX)1根(乃至2根)穿通至千吉榻榻米用插針(供應商：藤原產業股份有限公司)No. 11後的狀態，且如圖13所圖示，在積層結構體Z之長邊方向以1cm間隔縫訂於貫層方向。由於當從平面方向來觀察時，1cm的線材8是在表層，而1cm的線材8是在背層，所以看得到1cm之間隔的表層的線材。遍及於寬度80mm之全寬進行此作業，具體而言，在從積層結構體Z之一端側縫至另一端側為止之後，係在前後方向改變了位置之後，從另一端側縫合至一端側為止，且藉由進行複數次之該往復的縫訂工序就形成有複數個縫訂列。又，較佳是不使鄰接的縫訂列之針腳一致而如鋸齒格子般地錯開線孔。最終在寬度80mm的積層結構體Z之平面部分(金屬體7彼此之間)看得到7列的縫訂列。
經過前述的縫訂工序，積層結構體Z係成為積層體4。
再者，在本實施例中，雖然已例示平針縫，但是縫製方法也可為半回針縫、全回針縫。半回針縫、全回針縫，由於其往貫層方向的線材之密度是成為比平針縫更高，所以可以抑制積層體4的層間剝離；另一方面，由於會如NCF般地綁緊纖維，所以第一個與第二個的半回針縫、全回針縫之針距(pitch)，較佳是相應於已被塗覆的預浸體之樹脂的黏度或積層的片數，來做適當設定。
又，雖然在本實施例中係用手工作業進行縫訂工序，但是只要能獲得同樣的縫合形態，也可為有面線與底線之如縫紉機的機構之縫合形態。
其次，對積層體4塗布環氧樹脂，且將之裝設於既定的模具，在既定的硬化條件下藉由壓力釜成形、或是壓製成形來施加壓力且加熱，藉此促進環氧樹脂的硬化，而獲得CFRP構件(圖14)。再者，即便是RTM成形法及VARTM成形法也同樣能夠藉由積層、縫合來成形。
由於該所獲得的CFRP構件係在箱體結構的積層工序中使兩端部成為矩形，所以將兩端部機械加工成圓弧狀；並且由於金屬體7係成為實心，所以能藉由以既定的針距之200mm來形成直徑ϕ11的貫通孔而施予精密加工且完成連桿X(參照圖1)。
例如，即便固定該連桿X的左端，且將右端朝向上下方向施力，仍能藉由縫合的碳纖維，來防止積層結構部1相對於彎曲力矩的層間剝離。
又，即便固定該連桿X的左端，且朝向使右端旋轉的扭轉方向施力，仍能藉由積層結構部1的第二纖維體3B(+45度層)、第三纖維體3C(-45度層)、加上第五纖維體3E、第六纖維體3F之箱體結構的層，比普通的積層體，更提升扭轉剛性，進而藉由縫合的碳纖維，來防止藉由扭力所致的積層結構部1之層間剝離。
又，本實施例的積層結構部1，係如前述般地將厚度方向中央部作為邊界而分別在上方向及下方向以第四纖維體3D、第三纖維體3C、第二纖維體3B、第一纖維體3A之順序對稱地積層，而可以減輕積層構成起因的畸變。
以該橫剖面軸對稱的積層構成所積層後的CFRP材，係獲得沒有翹曲、扭彎的成形品。為了抑制藉由積層構成所致的內部畸變或藉由成形後之硬化收縮所致的積層構成之畸變的增長，在如該本實施例般地將片狀的預浸體積層為層狀的情況下，橫剖面較佳是軸對稱地積層。
本實施例係在如上述地構成之後，達到以下的功效。
雖然是單向之配向的纖維之配向，但是即便非為預浸體狀態(即便不浸漬樹脂)，由於經線或緯線不會成為零散，所以仍能以所期望的形狀來切斷，且成形為模子(模具)。
又，也能夠藉由應用於Cloth基材的塗覆機來進行預浸體塗覆，且在該預浸體塗覆中，無論是應用於標準之UD預浸體的橫向型塗覆機，或無法應用於標準之UD預浸體的縱向型塗覆機(主要是應用於Cloth預浸體的塗覆機)都可以進行塗覆，而且，與無溶劑系、溶劑系之樹脂調配的環氧樹脂、橫向型、縱向型的塗覆機之種類無關，而可以應用於全部的樹脂調配、塗覆機，且可以控制所期望的樹脂含有率。
又，本實施例，因經線為緊密，緯線為稀疏，故而容易將積層體4藉由線材8來縫合於貫層方向且可以防止層間剝離。
亦即，在CFRP材中，雖然在大多的情況下，積層體的層間剝離會因連接部2中的螺栓緊固鎖緊周圍之疲勞與應力集中而產生，且有時螺栓緊固連結會鬆開，或(螺栓)緊固連結周圍的CFRP材會疲勞破壞，但是本實施例的連接部係成為藉由具有R形狀之凸出狀部7b的金屬體7與CFRP之疊合來避開應力集中的結構。更且，可以藉由朝向貫層方向縫訂該連接部2的周圍與其間來抑制在CFRP材的疲勞構件最為被擔心的層間剝離。
又，只要使用本實施例的單向纖維體，則在藉由機械手(robot hand)來積層的情況下，無論是其為不進行樹脂浸漬的碳纖維之單向材，還是樹脂浸漬後之狀態的預浸體，因經線是被熱定形故而即便進行藉由機械手所為之握持仍不會使纖維成為離散。
又，適合於RTM成形法、VARTM成形法，也可以應用於壓製成形法、壓力釜成形法。
＜實施例2＞ 說明在車輛結構中所使用之橫剖面為圓形的連桿X之製作方法。
如圖15所示，該連桿X，係設為以下的混合結構：具有全長為250m、橫剖面為圓形狀之軀體部與橫剖面為矩形形狀的兩端部，且在積層結構部1(CFRP)之左右兩端部設置有由後述之金屬體7所構成的連接部2。
如圖15、圖16所圖示，金屬體7，係由適當之金屬製的構件(7075材杜拉鋁)所構成；且在直徑ϕ15mm、長度42mm之圓柱狀的本體7a之外周面中央部，係機械加工有成為厚度2mm、直徑ϕ28mm之形狀的凸出狀部7b。
再者，金屬體7係在進行精密加工時設置有ϕ8.5mm的孔7a’，且該孔中心間的距離是設定為200mm。
由於該凸出狀部7b，係被夾入於如後述所積層的纖維體3(CF預浸體)之層間，所以凸出狀部7b的外周，係在已施力於連桿X時為了避開應力集中而成為R形狀而非為直角；由於該R形狀，係成為疊合層，所以對金屬體7與纖維體3(CF預浸體)之密接力提升有貢獻。
又，將如前述所設置後的方形薄片狀之CF預浸體(省略圖示)，切斷成既定的大小之長方形，具體而言，形成作為後述之四種類的纖維體3(第一纖維體3A、第二纖維體3B、第三纖維體3C及第四纖維體3D)。
再者，CF預浸體的切斷工序，係除了使用刀具或剪刀等的切斷器具以手工作業進行切斷以外，也可藉由雷射切割機(laser cut machine)或預浸體切割機(prepreg cut machine)，來分別進行切斷。
第一纖維體3A，係被設定成碳纖維束5之長邊方向相對於積層結構部1之長邊方向成為平行的0度(將CF預浸體以碳纖維束5之長邊方向相對於積層結構部1之長邊方向成為平行的方式來切斷的片材：0度方向材料)。
在本實施例中，作為第一纖維體3A，係設置圖17所圖示之大小(寬度250+5/-0mm、長度92+5/-0mm)的第一纖維體3A’、與圖21所圖示之大小(寬度250+5/-0mm、長度570+5/-0mm)的第一纖維體3A”之二種類的大小。
又，在較小的第一纖維體3A’，係於成為長度92mm的左右端緣部配置有白色部11(後面，在捲繞而成為軸狀時橫剖面中央部是成為圓形的白色部11，該白色部11是成為圓剖面之中心的標記)。
第二纖維體3B，係被設定成碳纖維束5之長邊方向相對於積層結構部1之長邊方向而交叉的+45度(將CF預浸體以碳纖維束5之長邊方向相對於積層結構部1之長邊方向成為右肩上升45度的方式來切斷的片材：+45度方向材料)。
在本實施例中，作為第二纖維體3B，係設置圖18所圖示之大小(寬度250+5/-0mm、長度138+5/-0mm)的第二纖維體3B’、與圖20所圖示之大小(寬度250+5/-0mm、長度353+5/-0mm)的第二纖維體3B”之二種類的大小。再者，圖18、圖20中的x軸係指積層結構部1之長邊方向，y軸係指與積層結構部1之長邊方向正交的方向。
又，如圖18、圖20所圖示，有關第二纖維體3B與後述的第三纖維體3C，係事先疊合二種類之相同的大小，且設置二種類的該各個大小之疊合後的第二纖維體3B及第三纖維體3C。
第三纖維體3C，係被設定成碳纖維束5之長邊方向相對於積層結構部1之長邊方向而交叉的-45度(將CF預浸體以碳纖維束5之長邊方向相對於積層結構部1之長邊方向成為右肩下降45度的方式來切斷的片材：-45度方向材料)。
在本實施例中，作為第三纖維體3C，係設置圖18所圖示之大小(寬度250+5/-0mm、長度138+5/-0mm)的第三纖維體3C’、與圖20所圖示之大小(寬度250+5/-0mm、長度353+5/-0mm)的第三纖維體3C”之二種類的大小。
第四纖維體3D，係被設定成碳纖維束5之長邊方向相對於積層結構部1之長邊方向而交叉的90度(將CF預浸體以碳纖維束5之長邊方向相對於積層結構部1之長邊方向而正交的方式來切斷的片材：90度方向材料)。
在本實施例中，作為第四纖維體3D，係設置圖19所圖示之大小(寬度250+5/-0mm、長度648+5/-0mm)的第四纖維體3D。
其次，將如前述所獲得的第一纖維體3A(第一纖維體3A’與第二纖維體3A”)、第二纖維體3B(第二纖維體3B’與第二纖維體3B”)、第三纖維體3C(第三纖維體3C’與第三纖維體3C”)及第四纖維體3D予以捲繞而獲得積層結構體y’。
該積層結構體y’，為具有第一層部4A、第二層部4B、第三層部4C、第四層部4D及第五層部4E的棒形狀；該第一層部4A係捲繞第一纖維體3A’所設置；該第二層部4B係在將第二纖維體3B’及第三纖維體3C’疊合後的狀態下捲繞於第一層部4A之周圍所設置；該第三層部4C係將第四纖維體3D捲繞於第二層部4B之周圍所設置；該第四層部4D係在將第二纖維體3B”及第三纖維體3C”疊合後的狀態下捲繞於第三層部4C之周圍所設置；該第五層部4E係將第一纖維體3A捲繞於第四層部4D之周圍所設置。
再者，第二纖維體3B及第三纖維體3C中的疊合，也可將任何一個當作外側或內側。
具體而言，將第一纖維體3A’(0度方向材料)，以碳纖維束5之長邊方向相對於積層結構部1之長邊方向成為平行(0度)的方式來捲繞(圖22中(a))。此時，以捲繞開始起點位於捲繞開始端部的第一根碳纖維束5與相鄰的第二根碳纖維束5疊合的方式來捲繞以製作中心體，且將該中心體進一步以疊合下一個第三根碳纖維束5，此後，沒有第一纖維體3A’之鬆弛的方式(以在與前層之間沒有間隙的方式)來加大中心體的外徑。結果，藉由第一纖維體3A’而形成有大致徑6mm的圓柱體(第一層部4A)。
接著，當利用預浸體之黏性(tack)(黏著性)，使疊合後的第二纖維體3B’(+45度方向材料)及第三纖維體3C’(-45度方向材料)之捲繞開始端部，貼附於從第一纖維體3A’所構成之直徑6mm的第一層部4A之捲繞結束端部起算離開2mm至3mm的位置，且以沒有鬆弛的方式(以在與前層之間沒有間隙的方式)來捲繞時(圖22中(b))，就形成有第二層部4B。結果，藉由第一纖維體3A’、第二纖維體3B’及第三纖維體3C’而形成有大致直徑12mm的圓柱體。
此時，如圖23所示，第一層部4A(第一纖維體3A’)之捲繞方向與第二層部4B(第二纖維體3B’及第三纖維體3C’)之捲繞方向係設為不同的方向。亦即，若第一層部4A之捲繞方向為順時針方向，則第二層部4B之捲繞方向係成為逆時針方向。
接著，當利用預浸體之黏性(黏著性)，使第四纖維體3D(90度方向材料)之捲繞開始端部，貼附於從第二纖維體3B’及第三纖維體3C’所構成的第二層部4B之捲繞結束端部起算離開2mm至3mm的位置，且以沒有鬆弛的方式(以在與前層之間沒有間隙的方式)來捲繞時(圖22中(c))，就形成有第三層部4C。結果，藉由第一纖維體3A’、第二纖維體3B’、第三纖維體3C’及第四纖維體3D而形成有大致直徑20mm的圓柱體。
此時，第二層部4B之捲繞方向與第三層部4C之捲繞方向係設為不同的方向。亦即，若第二層部4B為逆時針方向，則第三層部4C之捲繞方向係成為順時針方向。
順便一提，雖然也可將第四纖維體3D(90度方向材料)捲繞於已捲繞第一纖維體3A’(0度方向材料)後的層之外周的構成，但是當朝向與經線正交的方向捲繞時(當朝向碳纖維束5被折彎的方向捲繞時)，就會發生碳纖維束5之回彈(spring back)，且極難形成圓柱體。
該回彈現象，係連經線與緯線之密度大致相同的Cloth材料也會發生的現象，在本實施例之單向的纖維基材的情況下，即便是在圓柱體的外徑較小的情況下，只要如前述般地捲繞第一纖維體3A’就能夠不回彈地進行捲繞。
然後，雖然朝向與該經線正交的方向捲繞的回彈現象，係外徑越小就越會顯著地發生，但是如本實施例般當外徑成為12mm時，就能夠藉由利用預浸體的黏性(黏著性)以沒有纖維體之鬆弛的方式(以在與前層之間沒有間隙的方式)來加大中心體的外徑。在本發明人等的試作中，在捲繞積層第四纖維體3D(90度方向材料)的情況下，其被積層捲繞體的外徑較佳是大致為10mm以上。若為10mm以上，則可以藉由預浸體之樹脂的黏著力來抑制回彈現象，且可以在也沒有預浸體之鬆弛的狀態下進行捲繞積層。
接著，當利用預浸體之黏性(黏著性)，使疊合後的第二纖維體3B”(+45度方向材料)及第三纖維體3C” (-45度方向材料)之捲繞開始端部，貼附於從第四纖維體3D所構成的第三層部4C之捲繞結束端部起算離開2mm至3mm的位置，且以沒有鬆弛的方式(以在與前層之間沒有間隙的方式)來捲繞時(圖22中(d))，就形成有第四層部4D。結果，藉由第一纖維體3A’、第二纖維體3B’、第三纖維體3C’、第四纖維體3D、第二纖維體3B”及第三纖維體3C”而形成有大致直徑26mm的圓柱體。
此時，第三層部4C之捲繞方向與第四層部4D之捲繞方向係設為不同的方向。亦即，若第三層部4C之捲繞方向為順時針方向，則第四層部4D之捲繞方向係成為逆時針方向。
接著，當利用預浸體之黏性(黏著性)，使第一纖維體3A”(0度方向材料)之捲繞開始端部，貼附於從第二纖維體3B”及第三纖維體3C”所構成的第四層部4D之捲繞結束端部起算離開2mm至3mm的位置，且以沒有鬆弛的方式(以在與前層之間沒有間隙的方式)來捲繞時(圖22中(e))，就形成有第五層部4E(圖22中(f))。結果，藉由第一纖維體3A’、第二纖維體3B’、第三纖維體3C’、第四纖維體3D、第二纖維體3B”、第三纖維體3C”及第一纖維體3A”而形成有大致直徑30mm的圓柱體。
此時，第四層部4D之捲繞方向與第五層部4E之捲繞方向係設為不同的方向。亦即，若第四層部4D之捲繞方向為逆時針方向，則第五層部4E之捲繞方向係成為順時針方向。
由於如前述所獲得的積層結構體y’係成為被捲繞積層後的圓柱體，所以在直徑剖面上會成為軸對稱，但是在徑剖面上成為軸對稱。本實施例的捲繞積層構成，係在半徑剖面上也成為0度/±45度/90度/±45度/0度之軸對稱，而可以減輕積層構成起因的畸變。
具體上是如同以下所述。
第一層部4A，為內徑0mm-外徑6mm，且相對於圓柱體之長邊方向為0度方向的纖維配向(纖維之配置方向相對於圓柱體之長邊方向為平行)。
第二層部4B，為內徑6mm-外徑12mm，且相對於圓柱體之長邊方向為±45度方向的纖維配向(纖維之配置方向相對於圓柱體之長邊方向為±45度)。
第三層部4C為內徑12mm-外徑20mm，且相對於圓柱體之長邊方向為90度方向的纖維配向(纖維之配置方向相對於圓柱體之長邊方向為90度)。
第四層部4D，為內徑20mm-外徑26mm，且相對於圓柱體之長邊方向為±45度方向的纖維配向(纖維之配置方向相對於圓柱體之長邊方向為±45度)。
第五層部4E，為內徑26mm-外徑30mm，且相對於圓柱體之長邊方向為0度方向的纖維配向(纖維之配置方向相對於圓柱體之長邊方向為平行)。
從避開前述的回彈現象、與減輕積層構成起因的畸變來看，係在成為中心層的第三層4C積層配置90度的纖維配向層。只要90度的纖維配向層係在半徑方向成為軸對稱，就如本實施例般地不一定要積層配置於成為中心層的第三層部4C。
例如，也可成為如以下之半徑剖面為0度/90度/±45度/90度/0度之半徑方向的軸對稱之捲繞積層構成：使第一纖維體3A(0度方向材料)以外徑達至例如12mm捲繞於第一層部4A，使第四纖維體3D(90度方向材料)以外徑達至例如18mm捲繞於第二層部4B，使已疊合的第二纖維體3B(+45度方向材料)及第三纖維體3C(-45度方向材料)以外徑達至例如22mm左右捲繞於於第三層部4C，使第四纖維體3D(90度方向材料)以外徑達至例如28mm左右捲繞於第四層部4D，使第一纖維體3A(0度方向材料)以外徑達至例如30mm左右捲繞於第五層部4E。
有關各層的厚度，係只要藉由對所期望的彎曲、扭轉特性，重複CAE(Computer Aided Engineering；電腦輔助工程)等的模擬(simulation)或試作並進行最佳化來決定即可。藉由形成為該半徑方向的軸對稱之捲繞積層構成就可以抑制藉由硬化後之積層構成所致的內部畸變。
又，在前面的層為順時針方向之捲繞積層的情況下，藉由將下一個層形成為逆時針方向之捲繞積層，就可以抑制藉由硬化後之積層構成所致的內部畸變。本發明人等係在試作時，全部為順時針方向之捲繞積層構成的情況下，有時在成形圓柱體後會發生翹曲或扭彎。藉由將各自的層設為順時針方向/逆時針方向就可以抑制圓柱體之翹曲、扭彎的發生。
其次，在經過此等的工序所獲得之圓柱體的積層結構體y’之中心，係有如前述般地藉由已附加於第一纖維體3A’之左右端緣部的白色所形成的白色部11。
將該積層結構體y’的一端部，以該白色部11作為標記，在3點鐘-9點鐘的線上藉由刀具置入切口12達至長度50mm，且在該切口12之間夾住對折的離型膜(release film)13，將該離型膜13之上部的纖維之束之已置入切口12的端部側，擴展成扇形狀至45mm為止，並且同樣地將離型膜13之下部的纖維之束擴展成扇形至45mm為止(圖24、圖25)。
順便一提，雖然將該纖維擴展成扇形的工序，係利用預浸體之流動性與黏著力來擴展，但是成為最外層的第一纖維體3A’(0度方向材料)是最容易擴展。若在預浸體之流動性不充分的情況下，藉由以吹髮器(hair dryer)等來加溫已置入該切口12的部分就容易擴展纖維。
又，有關積層結構體y’之另一端部也是同樣地進行前述的切口與碳纖維束5之扇形的擴寬。在另一端部置入切口時，係以成為已進行切口與擴寬的一端部之3點鐘-9點鐘之位置相同的線上之位置的方式來對準相位並進行切口與擴寬。
在本發明人等的試作中，係可明白如下：在本實施例的直徑為30mm之圓柱體的積層結構體y’的情況下，被擴展成扇形的纖維之束較佳為30mm之1.5倍的45mm左右。在將直徑30mm的纖維之束以50mm之長度擴展至45mm為止的情況，擴展成扇形的角度(=扇形之根部的角度)係成為8.5度(=Arc Tan(反正切)(7.5/50))。當將該纖維之束擴展成扇形的角度形成為大致10度以下時，就可以以與45mm之寬度大致均等的厚度將纖維擴展成扇形。例如，很難將30mm直徑之圓柱體的積層結構體y’以均等的厚度擴展成扇形至二倍之寬度的60mm為止。在將該30mm直徑之圓柱體的積層結構體y’擴展成扇形至二倍之寬度的60mm為止的情況下，係使角度成為(Arc Tan(15/50)=)16.7度。擴展成扇形的寬度為圓柱體的積層結構體y’之直徑的大致1.5倍，其角度較佳為10度以下。較佳是一邊考慮擴展成該扇形的寬度與角度(=扇形之根部的角度)，同時一邊決定切口長度。
其次，如圖25所圖示，在從如前述所獲得的扇形之部分的兩端部起算25mm的位置，朝向相對於長邊方向為+45度與-45度之方向，分別將25mm至30mm之十字的裂縫14(狹縫)各別設置於左右兩端部。該裂縫14，既可使離型膜13貫通而進行於全層，又可在將如底層的隔板(dummy plate)夾於被對折後的離型膜13之層間並於離型膜13之上側的纖維體置入十字的裂縫14之後，翻過來而在離型膜13之下側的纖維體置入十字的裂縫14。
其次，如圖26、圖27所示，拔出離型膜13，且以金屬體7之凸出狀部7b位於該離型膜13之位置的方式來配置，且使比凸出狀部7b更上方的本體7a貫通至比離型膜13更上側的纖維體之十字的裂縫14，同樣使比凸出狀部7b更下方的本體7a貫通至比離型膜13更下側的纖維體之十字的裂縫14。
在該扇形的纖維體之十字的裂縫14部分，係將沒有纖維體之十字的裂縫14之部分緊壓於使貫通後的金屬體7之凸出狀部7b的上下表面(水平面)，且將纖維體之裂縫14部分也緊壓於本體7a之外周面(鉛直面)並予以疊合。從該水平面往鉛直面的纖維體之纖維的連接，是成為往金屬體7的疊合狀態，且可以使金屬體7與積層結構部1(CFRP)之接著力牢固。
又，在本實施例中，係除了前述的第一纖維體3A、第二纖維體3B、第三纖維體3C及第四纖維體3D，還設置作為被覆積層結構體y’之被覆材的第五纖維體3E及第六纖維體3F。
具體而言，將方形的CF預浸體，切斷成為寬度100mm、長度200mm的矩形以形成作為二種類的纖維體3(第五纖維體3E及第六纖維體3F)。
如圖27所圖示，第五纖維體3E，係被設定成碳纖維束5之長邊方向相對於積層結構部1之長邊方向成為平行的0度(將CF預浸體以碳纖維束5之長邊方向相對於積層結構部1之長邊方向成為平行的方式來切斷的片材：0度方向材料)。
如圖27所圖示，第六纖維體3F係被設定成碳纖維束5之長邊方向相對於積層結構部1之長邊方向而交叉的90度(將CF預浸體以碳纖維束5之長邊方向相對於積層結構部1之長邊方向而正交的方式來切斷的片材：90度方向材料)。
又，在使金屬體7相對於該第五纖維體3E及第六纖維體3F而貫通的部位(200mm的距離、從兩端部起算25mm的位置之中央部)設置裂縫15(狹縫)。
具體而言，如圖27所圖示，在第五纖維體3E及第六纖維體3F，係在0度與90度之方向分別將20mm至25mm之十字的裂縫各別形成於前後左右四個部位(四角隅)。
其次，將如前述所獲得的第六纖維體3F如圖27所圖示地從積層結構體y之右方朝向左方以包覆(包上)柏餅的方式來積層。此時，使金屬體7之上下部位相對於第六纖維體3F之上下左右的裂縫而貫通並進行往凸出狀部7b及本體7a的緊壓。
更且，將第五纖維體3E從由第六纖維體3F所包覆(所包上)之左方朝向右方以包覆(包上)柏餅的方式來積層。此時，使金屬體7之上下部位相對於第五纖維體3E之上下左右的裂縫而貫通並進行往凸出狀部7b及本體7a的緊壓。
如此地成為：最外層藉由第五纖維體3E(0度方向材料)與第六纖維體3F(90度方向材料)從左右設置成封袋狀後的箱體結構之積層結構體Z(參照圖28)。再者，該第五纖維體3E及第六纖維體3F，也可為先包上第五纖維體3E，之後包上第六纖維體3F的結構。
又，在本實施例中所製造的連桿X需要扭轉剛性的情況下也可設置以下的被覆材。
具體而言，將方形的CF預浸體，切斷成為寬度100mm、長度200mm的矩形以形成作為二種類的纖維體3(省略圖示的第七纖維體及第八纖維體)。
第七纖維體，係被設定成碳纖維束5之長邊方向相對於積層結構部1之長邊方向而交叉的+45度(將CF預浸體以碳纖維束5之長邊方向相對於積層結構部1之長邊方向成為右肩上升45度的方式來切斷的片材：+45度方向材料)。
第八纖維體，係被設定成碳纖維束5之長邊方向相對於積層結構部1之長邊方向而交叉的-45度(將CF預浸體以碳纖維束5之長邊方向相對於積層結構部1之長邊方向而成為右肩下降45度的方式來切斷的片材：-45度方向材料)。
又，在使金屬體7相對於該第七纖維體及第八纖維體而貫通的部位(200mm的距離、從兩端部起算45mm的位置之中央部)設置裂縫(狹縫)。
具體而言，在第七纖維體及第八纖維體，係在+45度與-45度之方向分別將25mm至30mm之十字的裂縫各別形成於前後左右四個部位(四角隅)。
其次，將如前述所獲得的第八纖維體從積層結構體y’之左方朝向右方以包覆(包上)柏餅的方式來積層。此時，使金屬體7之上下部位相對於第八纖維體之上下左右的裂縫而貫通並進行往凸出狀部7b及本體7a的緊壓。
更且，將第七纖維體從由第八纖維體所包覆(所包上)之右方朝向左方以包覆(包上)柏餅的方式來積層。此時，使金屬體7之上下部位相對於第七纖維體之上下左右的裂縫而貫通並進行往凸出狀部7b及本體7a的緊壓。
如此地成為：最外層藉由第七纖維體(+45度方向材料)與第八纖維體(-45度方向材料)從左右設置成封袋狀後的箱體結構。再者，該第七纖維體及第八纖維體，也可為先包上第七纖維體，之後包上第八纖維體的結構；更且也可將第五纖維體3E、第六纖維體3F、第七纖維體及第八纖維體之全部相對於積層結構體y以從左方與右方交替地包上的方式來積層。
其次，積層結構體Z係以貫通於纖維體3之積層方向的線材8所固定。
具體而言，成為將TORAYCA T800HB 6K (223TEX)1根(乃至2根)穿通至千吉榻榻米用插針(供應商：藤原產業股份有限公司)No. 11後的狀態，且如圖29所圖示，從平面方向來觀察作為左右的金屬體7之周圍將水平方向、垂直方向、+45度方向、-45度方向的八個部位，朝向以露出於上下表面的針腳轉向周方向的方式不將線材8予以切斷的貫層方向縫訂。事先使縫訂之起點的線材餘留，並在縫完成環狀之後，將起點的線材與終點的線材打結。
穿通至該插針的線材(碳纖維)，係除了 TORAYCA T800HB 6K(223TEX)以外，例如，也可為強度比TORAYCA T800HB更高的三菱化學股份有限公司製的MR70 12P(415TEX)。穿通至插針的碳纖維，根據其伸長率，較佳是PAN(PAN：聚丙烯腈)系(伸長率1.7%至1.9%)，而非為瀝青系(伸長率0.4%至0.8%)。
通常，碳纖維的織布之經線與緯線的織物密度，多是大致相同的織物密度(例如是東麗股份有限公司製的碳纖維TORAYCA T300 3K(198TEX)經線：12.5根/25mm、緯線：12.5根/2mm的織物密度，且基重為198g/m2 )，當將該織布以前述的積層結構體Z般地來積層時，該積層結構體Z的線孔就會過於緊密，而難以使插針貫通。在本實施例的纖維體3(CF預浸體)的情況下，因緯線成為稀疏而容易使插針貫通，故而能夠以插針縫訂於貫層方向。
又，即便是在縫完左右的金屬體7之周圍後的積層結構體Z中的剖面圓形狀部分(屬於金屬體7彼此之間的直徑30mm、長度150mm之部分)中，仍成為將TORAYCA T800HB 6K(223TEX)1根(乃至2根)穿通至千吉榻榻米用插針(供應商：藤原產業股份有限公司)No. 11後的狀態，且如圖30、圖31所圖示，在作為積層結構體Z之長邊方向的12點鐘至6點鐘之方向以1cm間隔縫訂於貫層方向。此時，為了在後面連結已縫訂於該貫層方向的線材而事先使100mm至200mm的線材8餘留。
由於當從平面方向來觀察時，1cm的線材8就是在表層，而1cm的線材8是在背層，所以看得到1cm之間隔之位於12點鐘的表層的線材。遍及於寬度150mm之全寬進行此作業。
具體而言，在以從積層結構體Z(剖面圓形狀部)之一端側至另一端側為止的長度來縫合150mm之12點鐘-6點鐘的部分之後，縫訂於6點鐘至12點鐘之方向的線材8會在另一端側出來。不將該線材8切斷而在3點鐘至9點鐘之方向以1cm間隔縫訂於貫層方向。當從上方觀察時，由於1cm的線材8是在3點鐘之側的層，而1cm的線材8是在9點鐘的層，所以從各自的層，看得到1cm間隔之貫通後的線材。遍及於剖面圓形狀部之150mm的全長來進行此作業。
在從積層結構體Z(剖面圓形狀部)之另一端側朝向一端側，縫完長度為150mm之3點鐘-9點鐘的部分之後，縫訂於從9點鐘至3點鐘之方向後的線材8會在一端側出來。不將該線材8切斷而如圖32般，時針之短針會從4點30分之位置朝向10點30分之位置以1cm間隔縫訂於貫層方向。當從上方觀察時，由於1cm的線材是在10點30分的短針之側的層，而1cm的線材是在4點30分的短針的層，所以從各自的層，看得到1cm間隔之貫通後的線材。遍及於剖面圓形狀部之150mm的全長來進行此作業。
在從積層結構體Z(剖面圓形狀部)之一端側朝向另一端側，縫完長度為150mm之10點30分-4點30分之短針的位置的部分之後，縫訂於從10點30分-4點30分之方向後的線材會在另一端側出來。不將該線材8切斷而如圖32般，時針之短針會從1點30分之位置朝向7點30分之位置以1cm間隔縫訂於貫層方向。當從上方觀察時，由於1cm的線材是在1點鐘之側的層，而1cm的線材是在7點鐘的層，所以從各自的層，看得到1cm間隔之貫通後的線材。遍及於剖面圓形狀部之150mm的全長來進行此作業。
又，在從積層結構體Z(剖面圓形狀部)之另一端側朝向一端側，縫完長度為150mm之1點30分-7點30分之短針的位置的部分之後，縫訂於從7點30分-1點30分之方向後的線材8會在一端側出來。不將該線材8切斷而如圖32般，與事先在縫訂於12點鐘-6點鐘之方向時使其餘留下來之100mm至200mm的線材8藉由圓形結來打結，且切斷12點鐘-6點鐘之方向的線材8與已縫訂於7點30分-1點30分之方向後的線材8之剩餘部分。
經過前述的縫訂工序，積層結構體Z係成為積層體4。
再者，在本實施例中，雖然已例示平針縫，但是縫製方法也可為半回針縫、全回針縫。半回針縫、全回針縫，由於其往貫層方向的線材之密度是成為比平針縫更高，所以可以抑制積層體4的層間剝離；另一方面，由於會如NCF般地綁緊纖維，所以第一個與第二個半回針縫、全回針縫的針距，較佳是相應於已被塗覆的預浸體之樹脂的黏度或積層的片數，來做適當設定。
又，雖然在本實施例中係用手工作業進行縫訂工序，但是只要能獲得同樣的縫合形態，也可為有面線與底線之如縫紉機的機構之縫合形態。
其次，對積層體4塗布環氧樹脂，且將之裝設於既定的模具，在既定的硬化條件下藉由壓力釜成形、或是壓製成形來施加壓力且加熱，藉此促進環氧樹脂的硬化，而獲得CFRP構件(圖33)。再者，即便是RTM成形法及VARTM成形法，仍如前述般地容易發生回彈現象，只要事先在捲繞第四纖維體3D(90度方向材料)的前階段中加粗外徑，則即便捲繞第四纖維體3D(90度方向材料)，由於回彈現象之影響仍會變小，所以同樣能夠藉由積層、縫合來成形。
由於該所獲得的CFRP構件係在箱體結構的積層工序中使兩端部成為矩形，所以會將兩端部機械加工成圓弧狀；並且由於金屬體7係成為實心，所以能藉由以既定的針距之200mm來形成直徑ϕ8.5的貫通孔而施予精密加工且完成連桿X(參照圖15)。
例如，即便固定該連桿X的左端，且將右端朝向上下方向施力，仍能藉由縫合的碳纖維，來防止積層結構部1相對於彎曲力矩的層間剝離。
又，即便固定該連桿X的左端，且朝向使右端旋轉的扭轉方向施力，仍能藉由積層結構部1的第二纖維體3B(+45度層)、第三纖維體3C(-45度層)、加上第五纖維體3E、第六纖維體3F之箱體結構的層，比普通的積層體，更提升扭轉剛性，進而能藉由縫合的碳纖維，來防止藉由扭力所致的積層結構部1之層間剝離。
由於本實施例係如上述所構成，所以達到以下的功效。
即便是纖維體3單體且例如切斷成扇形仍不會發生線材滑脫或纖維之綻開，而可以維持扇形。
又，也與使用進行捲繞積層的捲布機( rolling machine)，來製作本實施例的積層結構體Z的情況同樣，因經線是被熱定形，故而纖維不會因藉由捲布機所為的捲繞積層而成為離散。
其餘係與實施例1同樣。
再者，本發明係不被限於實施例1、2，而是各個構成要件之具體的構成係能做適當設計。
1:積層結構部 2:連接部 3:纖維體 3A,3A’,3A”:第一纖維體 3B,3B’,3B”:第二纖維體 3C,3C’,3C”:第三纖維體 3D:第四纖維體 3E:第五纖維體 3F:第六纖維體 4:積層體 4A:第一層部 4B:第二層部 4C:第三層部 4D:第四層部 4E:第五層部 5:碳纖維束 6:熱熔接性纖維 7:金屬體 7a:本體 7a’:孔 7b:凸出狀部 8:線材 9,14:裂縫 11:白色部 12:切口 13:離型膜 50:車輛 51:懸吊系統 52:安定器 X:車輛結構用的連接構件 Y:單位積層材 Y’,y’,Z:積層結構體
[圖1]係顯示實施例1的立體圖。 [圖2]係實施例1之主要部分的剖視圖。 [圖3]係實施例1的使用狀態說明圖。 [圖4]係顯示實施例1之主要部分的俯視圖。 [圖5]係顯示實施例1之主要部分的俯視圖。 [圖6]係顯示實施例1之主要部分的俯視圖。 [圖7]係顯示實施例1之主要部分的俯視圖。 [圖8]係實施例1的製程說明圖。 [圖9]係實施例1的製程說明圖。 [圖10]係實施例1的製程說明圖。 [圖11]係實施例1的製程說明圖。 [圖12]係實施例1的製程說明圖。 [圖13]係實施例1的製程說明圖。 [圖14]係實施例1的製程說明圖。 [圖15]係顯示實施例2的立體圖。 [圖16]係實施例2之主要部分的剖視圖。 [圖17]係顯示實施例2之主要部分的俯視圖。 [圖18]係顯示實施例2之主要部分的俯視圖。 [圖19]係顯示實施例2之主要部分的俯視圖。 [圖20]係顯示實施例2之主要部分的俯視圖。 [圖21]係顯示實施例2之主要部分的俯視圖。 [圖22]係實施例2的製程說明圖。 [圖23]係實施例2的製程說明圖。 [圖24]係實施例2的製程說明圖。 [圖25]係實施例2的製程說明圖。 [圖26]係實施例2的製程說明圖。 [圖27]係實施例2的製程說明圖。 [圖28]係實施例2的製程說明圖。 [圖29]係實施例2的製程說明圖。 [圖30]係實施例2的製程說明圖。 [圖31]係實施例2的製程說明圖。 [圖32]係實施例2的製程說明圖。 [圖33]係實施例2的製程說明圖。 [圖34]係顯示比較試驗結果的表。
1:積層結構部
2:連接部
7:金屬體
7a:本體
7a’:孔
X:車輛結構用的連接構

Claims (25)

  1. 一種車輛結構用的連接構件，係在車輛結構中所使用且具備有與該車輛結構內之適當的部位連接之至少二個以上的連接部之車輛結構用的連接構件，其特徵為：具有使基質樹脂浸漬於積層複數個纖維體所成的積層體並使之硬化而構成的積層結構部；作為前述纖維體，係採用以熱熔接性纖維來織成已並齊於一方向的碳纖維束所成者。
  2. 一種車輛結構用的連接構件，係在車輛結構中所使用且具備有與該車輛結構內之適當的部位連接之至少二個以上的連接部之車輛結構用的連接構件，其特徵為：具有使基質樹脂浸漬於積層複數個纖維體所成的積層體並使之硬化而構成的積層結構部；作為前述纖維體，係採用以熱熔接性纖維來織成已並齊於一方向的碳纖維束所成者；前述連接部係藉由已黏著固定於前述積層結構部的金屬體所構成。
  3. 如請求項2所述之車輛結構用的連接構件，其中，前述金屬體，係在本體之外周面設置有凸出狀部，該金屬體是以貫通狀態設置於前述積層結構部的構成，在以該貫通狀態所設置後之前述金屬體的凸出狀部之表面及前述本體之外周面係疊合有前述纖維體。
  4. 如請求項1所述之車輛結構用的連接構件，其中，作為前述纖維體，係採用第一纖維體、第二纖維體、第三纖維體及第四纖維體；該第一纖維體係被設定成前述碳纖維束之長邊方向相對於前述積層結構部之長邊方向成為平行的0度；該第二纖維體係被設定成前述碳纖維束之長邊方向相對於前述積層結構部之長邊方向而交叉的+45度；該第三纖維體係被設定成前述碳纖維束之長邊方向相對於前述積層結構部之長邊方向而交叉的-45度；該第四纖維體係被設定成前述碳纖維束之長邊方向相對於前述積層結構部之長邊方向而交叉的90度。
  5. 如請求項2所述之車輛結構用的連接構件，其中，作為前述纖維體，係採用第一纖維體、第二纖維體、第三纖維體及第四纖維體；該第一纖維體係被設定成前述碳纖維束之長邊方向相對於前述積層結構部之長邊方向成為平行的0度；該第二纖維體係被設定成前述碳纖維束之長邊方向相對於前述積層結構部之長邊方向而交叉的+45度；該第三纖維體係被設定成前述碳纖維束之長邊方向相對於前述積層結構部之長邊方向而交叉的-45度；該第四纖維體係被設定成前述碳纖維束之長邊方向相對於前述積層結構部之長邊方向而交叉的90度。
  6. 如請求項3所述之車輛結構用的連接構件，其中，作為前述纖維體，係採用第一纖維體、第二纖維體、第三纖維體及第四纖維體；該第一纖維體係被設定成前述碳纖維束之長邊方向相對於前述積層結構部之長邊方向成為平行的0度；該第二纖維體係被設定成前述碳纖維束之長邊方向相對於前述積層結構部之長邊方向而交叉的+45度；該第三纖維體係被設定成前述碳纖維束之長邊方向相對於前述積層結構部之長邊方向而交叉的-45度；該第四纖維體係被設定成前述碳纖維束之長邊方向相對於前述積層結構部之長邊方向而交叉的90度。
  7. 如請求項1所述之車輛結構用的連接構件，其中，前述積層體，係以貫通於前述纖維體之積層方向的線材所固定。
  8. 如請求項2所述之車輛結構用的連接構件，其中，前述積層體，係以貫通於前述纖維體之積層方向的線材所固定。
  9. 如請求項3所述之車輛結構用的連接構件，其中，前述積層體，係以貫通於前述纖維體之積層方向的線材所固定。
  10. 如請求項4所述之車輛結構用的連接構件，其中，前述積層體，係以貫通於前述纖維體之積層方向的線材所固定。
  11. 如請求項5所述之車輛結構用的連接構件，其中，前述積層體，係以貫通於前述纖維體之積層方向的線材所固定。
  12. 如請求項6所述之車輛結構用的連接構件，其中，前述積層體，係以貫通於前述纖維體之積層方向的線材所固定。
  13. 如請求項4所述之車輛結構用的連接構件，其中，前述積層體，為將厚度方向中央部作為邊界而分別在上方向及下方向以前述第四纖維體、前述第三纖維體、前述第二纖維體、前述第一纖維體之順序對稱地積層而成的平板形狀。
  14. 如請求項5所述之車輛結構用的連接構件，其中，前述積層體，為將厚度方向中央部作為邊界而分別在上方向及下方向以前述第四纖維體、前述第三纖維體、前述第二纖維體、前述第一纖維體之順序對稱地積層而成的平板形狀。
  15. 如請求項6所述之車輛結構用的連接構件，其中，前述積層體，為將厚度方向中央部作為邊界而分別在上方向及下方向以前述第四纖維體、前述第三纖維體、前述第二纖維體、前述第一纖維體之順序對稱地積層而成的平板形狀。
  16. 如請求項4所述之車輛結構用的連接構件，其中，前述積層體，為將厚度方向中央部作為邊界而分別在上方向及下方向以前述第四纖維體、前述第二纖維體、前述第三纖維體、前述第一纖維體之順序對稱地積層而成的平板形狀。
  17. 如請求項5所述之車輛結構用的連接構件，其中，前述積層體，為將厚度方向中央部作為邊界而分別在上方向及下方向以前述第四纖維體、前述第二纖維體、前述第三纖維體、前述第一纖維體之順序對稱地積層而成的平板形狀。
  18. 如請求項6所述之車輛結構用的連接構件，其中，前述積層體，為將厚度方向中央部作為邊界而分別在上方向及下方向以前述第四纖維體、前述第二纖維體、前述第三纖維體、前述第一纖維體之順序對稱地積層而成的平板形狀。
  19. 如請求項4所述之車輛結構用的連接構件，其中，前述積層體，為具有第一層部、第二層部、第三層部、第四層部及第五層部的棒形狀；該第一層部係捲繞前述第一纖維體所設置；該第二層部係在將前述第二纖維體及前述第三纖維體疊合後的狀態下捲繞於前述第一層部之周圍所設置；該第三層部係將前述第四纖維體捲繞於前述第二層部之周圍所設置；該第四層部係在將前述第二纖維體及前述第三纖維體疊合後的狀態下捲繞於前述第三層部之周圍所設置；該第五層部係將前述第一纖維體捲繞於前述第四層部之周圍所設置。
  20. 如請求項5所述之車輛結構用的連接構件，其中，前述積層體，為具有第一層部、第二層部、第三層部、第四層部及第五層部的棒形狀；該第一層部係捲繞前述第一纖維體所設置；該第二層部係在將前述第二纖維體及前述第三纖維體疊合後的狀態下捲繞於前述第一層部之周圍所設置；該第三層部係將前述第四纖維體捲繞於前述第二層部之周圍所設置；該第四層部係在將前述第二纖維體及前述第三纖維體疊合後的狀態下捲繞於前述第三層部之周圍所設置；該第五層部係將前述第一纖維體捲繞於前述第四層部之周圍所設置。
  21. 如請求項6所述之車輛結構用的連接構件，其中，前述積層體，為具有第一層部、第二層部、第三層部、第四層部及第五層部的棒形狀；該第一層部係捲繞前述第一纖維體所設置；該第二層部係在將前述第二纖維體及前述第三纖維體疊合後的狀態下捲繞於前述第一層部之周圍所設置；該第三層部係將前述第四纖維體捲繞於前述第二層部之周圍所設置；該第四層部係在將前述第二纖維體及前述第三纖維體疊合後的狀態下捲繞於前述第三層部之周圍所設置；該第五層部係將前述第一纖維體捲繞於前述第四層部之周圍所設置。
  22. 如請求項19所述之車輛結構用的連接構件，其中，構成前述第一層部的前述第一纖維體、與構成前述第二層部之疊合後的前述第二纖維體及前述第三纖維體係使捲繞方向設定成逆向；構成前述第二層部之疊合後的前述第二纖維體及前述第三纖維體、與構成前述第三層部的前述第四纖維體係使捲繞方向設定成逆向；構成前述第三層部的前述第四纖維體、與構成前述第四層部之疊合後的前述第二纖維體及前述第三纖維體係使捲繞方向設定成逆向；構成前述第四層部之疊合後的前述第二纖維體及前述第三纖維體、與構成前述第五層部的前述第一纖維體係使捲繞方向設定成逆向。
  23. 如請求項20所述之車輛結構用的連接構件，其中，構成前述第一層部的前述第一纖維體、與構成前述第二層部之疊合後的前述第二纖維體及前述第三纖維體係使捲繞方向設定成逆向；構成前述第二層部之疊合後的前述第二纖維體及前述第三纖維體、與構成前述第三層部的前述第四纖維體係使捲繞方向設定成逆向；構成前述第三層部的前述第四纖維體、與構成前述第四層部之疊合後的前述第二纖維體及前述第三纖維體係使捲繞方向設定成逆向；構成前述第四層部之疊合後的前述第二纖維體及前述第三纖維體、與構成前述第五層部的前述第一纖維體係使捲繞方向設定成逆向。
  24. 如請求項21所述之車輛結構用的連接構件，其中，構成前述第一層部的前述第一纖維體、與構成前述第二層部之疊合後的前述第二纖維體及前述第三纖維體係使捲繞方向設定成逆向；構成前述第二層部之疊合後的前述第二纖維體及前述第三纖維體、與構成前述第三層部的前述第四纖維體係使捲繞方向設定成逆向；構成前述第三層部的前述第四纖維體、與構成前述第四層部之疊合後的前述第二纖維體及前述第三纖維體係使捲繞方向設定成逆向；構成前述第四層部之疊合後的前述第二纖維體及前述第三纖維體、與構成前述第五層部的前述第一纖維體係使捲繞方向設定成逆向。
  25. 如請求項1至24中任一項所述之車輛結構用的連接構件，其為連桿、引擎室拉桿或下蓋。
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