WO2022201960A1 - 筒状体及び筒状体の製造方法 - Google Patents

筒状体及び筒状体の製造方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2022201960A1
WO2022201960A1 PCT/JP2022/005615 JP2022005615W WO2022201960A1 WO 2022201960 A1 WO2022201960 A1 WO 2022201960A1 JP 2022005615 W JP2022005615 W JP 2022005615W WO 2022201960 A1 WO2022201960 A1 WO 2022201960A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
woven
reinforcing fibers
square pipe
unidirectional
cylindrical body
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/005615
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
毅 斉藤
誠 広瀬
匠 加島
弘樹 矢野
力 田中
智仁 奥山
多衛 柴原
正紀 元木
Original Assignee
ミズノ テクニクス株式会社
マツダ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ミズノ テクニクス株式会社, マツダ株式会社 filed Critical ミズノ テクニクス株式会社
Priority to US18/551,501 priority Critical patent/US20240165891A1/en
Priority to CN202280022377.XA priority patent/CN116997458A/zh
Priority to EP22774761.5A priority patent/EP4316794A1/en
Publication of WO2022201960A1 publication Critical patent/WO2022201960A1/ja

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D29/00—Superstructures, understructures, or sub-units thereof, characterised by the material thereof
    • B62D29/04—Superstructures, understructures, or sub-units thereof, characterised by the material thereof predominantly of synthetic material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
    • B29C66/71—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the composition of the plastics material of the parts to be joined
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C35/00—Heating, cooling or curing, e.g. crosslinking or vulcanising; Apparatus therefor
    • B29C35/02—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould
    • B29C35/0288—Controlling heating or curing of polymers during moulding, e.g. by measuring temperatures or properties of the polymer and regulating the process
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C43/00—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor
    • B29C43/003—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor characterised by the choice of material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/06—Fibrous reinforcements only
    • B29C70/10—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres
    • B29C70/16—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length
    • B29C70/20—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length oriented in a single direction, e.g. roofing or other parallel fibres
    • B29C70/205—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length oriented in a single direction, e.g. roofing or other parallel fibres the structure being shaped to form a three-dimensional configuration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/06—Fibrous reinforcements only
    • B29C70/10—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres
    • B29C70/16—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length
    • B29C70/22—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length oriented in at least two directions forming a two dimensional structure
    • B29C70/222—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length oriented in at least two directions forming a two dimensional structure the structure being shaped to form a three dimensional configuration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/30—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/40—Shaping or impregnating by compression not applied
    • B29C70/42—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C70/44—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using isostatic pressure, e.g. pressure difference-moulding, vacuum bag-moulding, autoclave-moulding or expanding rubber-moulding
    • B29C70/446—Moulding structures having an axis of symmetry or at least one channel, e.g. tubular structures, frames
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/02—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by structural features of a fibrous or filamentary layer
    • B32B5/12—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by structural features of a fibrous or filamentary layer characterised by the relative arrangement of fibres or filaments of different layers, e.g. the fibres or filaments being parallel or perpendicular to each other
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C35/00—Heating, cooling or curing, e.g. crosslinking or vulcanising; Apparatus therefor
    • B29C35/02—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould
    • B29C35/04—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould using liquids, gas or steam
    • B29C35/049—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould using liquids, gas or steam using steam or damp
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C43/00—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor
    • B29C43/02—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor of articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C43/10—Isostatic pressing, i.e. using non-rigid pressure-exerting members against rigid parts or dies
    • B29C43/12—Isostatic pressing, i.e. using non-rigid pressure-exerting members against rigid parts or dies using bags surrounding the moulding material or using membranes contacting the moulding material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C43/00—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor
    • B29C43/32—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C43/52—Heating or cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2105/00—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/06—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2022/00—Hollow articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2023/00—Tubular articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/30—Vehicles, e.g. ships or aircraft, or body parts thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/30—Vehicles, e.g. ships or aircraft, or body parts thereof
    • B29L2031/3076—Aircrafts

Definitions

  • the present disclosure relates to a tubular body made of fiber-reinforced resin and a method for manufacturing the tubular body.
  • fiber-reinforced resin tubular bodies are widely used as structural materials for automobiles, aircraft, etc., as well as sporting goods such as golf club shafts and tennis rackets.
  • cylindrical bodies for example, a square pipe having a polygonal cross section in the radial direction has a larger geometrical moment of inertia than a round pipe having a circular cross section in the radial direction. Therefore, it has excellent bending rigidity and is useful as a structural material.
  • a square pipe there is a molded product using a unidirectional material, which is a fiber reinforced resin sheet containing reinforcing fibers oriented in one direction.
  • This molded article is molded by laminating a plurality of unidirectional materials around a core material and curing by heating.
  • Such unidirectional materials are laminated while appropriately adjusting the orientation direction of the reinforcing fibers according to the properties required for the square pipe.
  • the bending stiffness of the square pipe can be improved by reinforcing fibers oriented along the axis of the square pipe, thereby obtaining the necessary strength of the structural member.
  • the woven material As a structural material for vehicles, aircraft, etc., there are molded products that use fiber-reinforced resin sheets that are impregnated with resin in textiles woven with reinforcing fibers.
  • the woven material which is a fiber-reinforced resin sheet, easily conforms to a curved portion because the reinforcing fibers are crimped at the intersection of the warp and the weft. Therefore, the woven material, which is a fiber-reinforced resin sheet, is advantageous when molding a complicated shape.
  • Patent Document 1 discloses a resin fuel tank that is attached to the body of an automobile.
  • the fuel tank includes a fiber reinforced layer formed by laminating woven materials. By providing the fiber reinforced layer, the weight of the fuel tank can be reduced and high rigidity can be imparted.
  • the present inventors thought that if the square pipe is formed from a woven material, it would be possible to suppress the generation of voids at the corners, thereby suppressing the decrease in bending rigidity. Assuming that the square pipe will be used as a structural material to reinforce the roof of an automobile, a square pipe was formed from a woven material. As a result, it was confirmed that the square pipe formed of the woven material suppresses the occurrence of voids at the corners, and the flexural rigidity is improved compared to the case where the pipe is formed of the unidirectional material.
  • a tubular body is a fiber-reinforced resin tubular body used as a structural member of a vehicle, wherein the tubular body has at least one extending along the axis of the tubular body. corners on the outer peripheral surface.
  • the cylindrical body is a woven fabric layer in which a plurality of woven materials are laminated, and each woven material includes a woven fabric woven with reinforcing fibers and a resin impregnated in the woven fabric, and a plurality of A plurality of unidirectional material layers, each unidirectional material layer including a unidirectionally oriented reinforcing fiber and a resin impregnated in the reinforcing fiber, are laminated. It is a tubular laminate.
  • the reinforcing fibers of each unidirectional material layer are oriented along the axis of the tubular laminate.
  • the plurality of unidirectional material layers includes an outer unidirectional material layer laminated on an outer peripheral surface of the fabric layer and an inner unidirectional material layer laminated on an inner peripheral surface of the fabric layer.
  • the "corners extending along the axis" of the "fiber-reinforced resin cylindrical body” are defined as follows. That is, when the outer peripheral surface of the cylindrical body includes a plurality of planes, the linear intersections where adjacent planes intersect in the radial cross section are corners, and these linear intersections extend along the axis. means that there are Further, when the outer peripheral surface of the tubular body includes a flat surface and a curved surface, there is an intersection portion where the flat surface and the curved surface intersect in the radial cross section and the portion where the inclination of the tangent line in the radial cross section changes discontinuously. It is a corner, meaning that this intersection extends along the axis.
  • the outer peripheral surface of the cylindrical body includes a plurality of curved surfaces
  • the cross section where the adjacent curved surfaces curve in the radial cross section, and the portion where the inclination of the tangential line in the radial cross section changes discontinuously. is a corner, meaning that this intersection extends along the axis.
  • the "corner” includes a chamfered and curved portion.
  • the chamfered portion means a curved shape with a small curvature compared to the plane or curved surface of the outer peripheral surface of the cylindrical body.
  • the tubular body includes a woven fabric layer in which a plurality of woven materials are laminated, and each woven material includes a woven fabric woven with reinforcing fibers and a resin impregnated in the woven fabric.
  • the reinforcing fibers are crimped at the intersections of the warp and weft, so the reinforcing fibers easily follow the shape of the corners of the cylindrical body. Therefore, the generation of voids between the layers of the woven material is suppressed.
  • the cylindrical body is excellent in bending rigidity.
  • each unidirectional material layer contains reinforcing fibers oriented in one direction and resin impregnated in the reinforcing fibers.
  • a method for manufacturing a tubular body according to an aspect of the present disclosure is a method for manufacturing a fiber-reinforced resin tubular body used as a structural member of a vehicle, wherein the tubular body is an axis line of the tubular body
  • the outer peripheral surface includes one or more corners extending along the .
  • the method includes laminating four or more shaped substrates around a core.
  • the four or more molding base materials are a plurality of unidirectional materials, each unidirectional material including a reinforcing fiber oriented in one direction and a resin impregnated in the reinforcing fiber.
  • a plurality of unidirectional and a plurality of woven materials each woven material including a woven fabric having reinforcing fibers woven therein and a resin impregnated in the woven fabric.
  • the method further includes heating the four or more shaped substrates positioned around the core.
  • the laminating includes disposing the at least one unidirectional material around the core such that the reinforcing fibers are oriented along the axis of the core; arranging the plurality of woven materials around the perimeter; and arranging at least one of the unidirectional members around the plurality of woven materials such that reinforcing fibers are oriented along the axis of the core. ,including.
  • a plurality of woven materials containing a woven fabric woven with reinforcing fibers and a resin impregnated in the woven fabric are arranged around the unidirectional member.
  • the reinforcing fibers are crimped at the intersection of the warp and weft, the reinforcing fibers easily follow the shape of the inner surface of the mold even if the core material or the mold has corners. Therefore, it is possible to mold a cylindrical body that has good moldability at the corners and suppresses the generation of voids at the corners. Therefore, a cylindrical body having excellent bending rigidity can be obtained.
  • unidirectional materials are placed before and after placing the woven material.
  • the unidirectional material layers are respectively laminated on the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the woven fabric layer in which the plurality of woven fabric materials are laminated.
  • a unidirectional material has its reinforcing fibers oriented along the axis of the core material. Therefore, in the molded cylindrical body, the unidirectional material layers are exposed on the inner peripheral surface and the outer peripheral surface, respectively. Therefore, even when a bending load is applied, the tubular body is prevented from being completely split. Therefore, it is possible to manufacture a tubular body that is excellent in bending rigidity and that is prevented from being completely split.
  • FIG. 3A The perspective view of the square pipe which is a cylindrical body of this embodiment.
  • FIG. 3B is a cross-sectional view of a second modification of the square pipe
  • FIG. 3C is a cross-sectional view of a third modification of the square pipe.
  • 6A is a photograph showing the results of the three-point bending test of the square pipe of Example 1
  • FIG. 6B is a photograph showing the results of the three-point bending test of the square pipe of Comparative Example 2.
  • tubular body of the present disclosure is a square pipe 1 having a rectangular or rectangular radial cross section.
  • Cylindrical bodies that are generally used as structural members of vehicles include round pipes having a round cross section in the radial direction, and irregularly shaped pipes having an irregular shape. Further, in addition to straight cylindrical bodies, there are cylindrical bodies that extend curved and cylindrical bodies that partially bend and extend.
  • an example of the cylindrical body has corners extending along the axis of the cylindrical body on the outer peripheral surface.
  • the cylindrical body of the present disclosure does not include round pipes, but includes square pipes and odd-shaped pipes.
  • the cylindrical body of the present disclosure includes not only a linearly extending cylindrical body, but also a curved and extending cylindrical body and a partially bent and extending cylindrical body.
  • an example of a square pipe 1 having a rectangular cross section in the radial direction and extending straight will be used.
  • the square pipe 1 has two long side walls 2 corresponding to the long sides in a rectangular cross section and two short side walls 3 corresponding to the short sides in the same cross section.
  • a corner portion 4 extending along the axis of the square pipe 1 is positioned at the boundary between the long side wall 2 and the short side wall 3 .
  • the length along the axis of the square pipe 1 is, for example, about 700 mm.
  • the length of the long side wall 2 is, for example, about 50 mm
  • the length of the short side wall 3 is, for example, about 30 mm.
  • the thickness t of the long side walls 2 is approximately the same as the thickness t of the short side walls 3 .
  • the thickness t may be about 0.8-3.0 mm, or about 1.2-2.2 mm. When the thickness t is within this range, it is possible to provide the strength required as a structural member of a vehicle while being lightweight.
  • the square pipe 1 is a cylindrical laminate in which an inner unidirectional material layer 11, a fabric layer 12, and an outer unidirectional material layer 13 are laminated in order from the inner layer side.
  • the inner unidirectional material layer 11, the fabric layer 12, and the outer unidirectional material layer 13 are formed from four or more molding substrates that are fiber-reinforced resin materials.
  • Each of the inner unidirectional material layer 11 and the outer unidirectional material layer 13 is formed from a molding base material containing reinforcing fibers oriented in one direction and resin impregnated in the reinforcing fibers.
  • the woven fabric layer 12 is formed from a molding substrate containing a woven fabric woven with reinforcing fibers and a resin impregnated in this woven fabric.
  • the material of the fiber-reinforced resin material that constitutes the molding base material is not particularly limited. Conventionally known reinforcing fibers and resins can be used. Examples of reinforcing fibers include carbon fibers, glass fibers, and aramid fibers. Also, the resin may be a thermosetting resin, such as an epoxy resin, a polyester resin, or the like. Commercially available unidirectional materials and woven materials can be appropriately selected as the molding base material.
  • the reinforcing fibers included in each of the inner unidirectional material layer 11 and the outer unidirectional material layer 13 are oriented along the axis of the square pipe 1 .
  • the inner unidirectional material layer 11 may be formed of one unidirectional material, or may be a layer obtained by laminating two or more unidirectional materials.
  • the outer unidirectional material layer 13 may be formed of one unidirectional material, or may be a layer obtained by laminating two or more unidirectional materials.
  • the ratio of the thickness of the inner unidirectional material layer 11 to the thickness t of each of the long side wall 2 and the short side wall 3 may be, for example, 10% or less or 5% or less.
  • the ratio of the thickness of the outer unidirectional material layer 13 to the thickness t may be, for example, 10% or less, or 5% or less.
  • the woven fabric layer 12 has a laminated structure in which a plurality of woven materials are laminated.
  • the woven fabric included in the woven fabric layer 12 is, for example, plain weave, twill weave, or satin weave, but is not limited thereto, and can be appropriately selected from conventionally known woven fabrics.
  • the plurality of fabrics included in the fabric layer 12 may all have the same weave, or may be a combination of fabrics with different weaves.
  • reinforcing fibers are woven as warps and wefts, and the warps and wefts extend in directions perpendicular to each other.
  • the warp or weft may be oriented along the axis of the square pipe 1, or may be oriented in a direction crossing the axis.
  • the plurality of woven materials may be laminated such that the warp and weft threads extend in the same direction, or may be laminated such that the warp threads and weft threads extend in different directions. If the warp or weft is oriented along the axis, the bending rigidity of the square pipe 1 can be improved.
  • the warp or weft is oriented in a direction that intersects the axis, for example, in a direction that forms an angle of 45° with respect to the axis, the clogging rigidity of the square pipe 1 can be improved.
  • the square pipe 1 of the present embodiment is part of the fabric material included in the fabric layer 12 , and the warp or weft is oriented along the axis of the square pipe 1 .
  • the number of fabric materials included in the fabric layer 12 is not particularly limited, but may be, for example, 5 or more and 15 or less. When the number of woven materials is within this range, the square pipe 1 can be provided with an appropriate bending rigidity and the weight of the square pipe 1 can be reduced.
  • the reinforcing fibers contained in the inner unidirectional material layer 11, the fabric layer 12, and the outer unidirectional material layer 13 may have a tensile modulus of 70 GPa or more, or 200 GPa or more.
  • the reinforcing fibers constituting the fiber-reinforced resin material are glass fibers or aramid fibers, they may be high-strength glass fibers or high-strength aramid fibers having a tensile modulus of 70 GPa or more.
  • the reinforcing fibers are carbon fibers, a tensile modulus of 200 GPa or more can be obtained.
  • the tensile strength of the reinforcing fiber may be 3000 MPa or more, or 3500 MPa or more.
  • the reinforcing fibers constituting the fiber-reinforced resin material are glass fibers or aramid fibers, they may be high-strength glass fibers or high-strength aramid fibers having a tensile strength of 3000 MPa or more.
  • the reinforcing fibers are carbon fibers, a tensile strength of 3500 MPa or more can be obtained.
  • the square pipe 1 with excellent tensile strength can be obtained.
  • the tensile elastic moduli of the reinforcing fibers may be the same or different in the inner unidirectional material layer 11, the fabric layer 12, and the outer unidirectional material layer 13. Also, the tensile strength of the reinforcing fibers may be the same or different in the inner unidirectional material layer 11, the fabric layer 12, and the outer unidirectional material layer 13.
  • the square pipe 1 of this embodiment has a rectangular cross section in the radial direction
  • the two side walls 3 facing each other that is, the first side wall 3 and the second side wall 3
  • the two side walls 2 facing each other namely the first side wall 2 and the second side wall 2
  • the first side wall 3 and the second side wall 3 may differ in at least one of the tensile elastic modulus and the tensile strength of the reinforcing fibers.
  • the two opposing side walls 3 are arranged on the side on which the reinforcing fibers oriented along the axis of the square pipe 1 are compressed and pulled by, for example, the bending load at the time of a vehicle collision.
  • the square pipe 1 is manufactured by a hydroforming method using a forming system S.
  • the molding system S includes a mold 50 and a bag 40 that is a core material arranged inside the mold 50 and is configured to circulate superheated steam inside the bag 40 .
  • the molding system S includes a cold water circulation device 20, a temperature control circulation device 30, a bag 40, and a mold 50.
  • the molding system S is configured to allow water, which is a fluid, to circulate between devices constituting the molding system S while changing its state.
  • the square pipe 1 is molded by stacking four or more molding base materials in the cavity of the mold 50 and curing them by heating in the mold 50 .
  • Water is stored inside the cold water circulation device 20 .
  • a supply pump 21 is built in the cold water circulation device 20 , and water is supplied from the cold water circulation device 20 to the temperature control circulation device 30 by driving the supply pump 21 .
  • the temperature control circulation device 30 includes a heating device 31 , a pressure pump 32 and a temperature sensor 33 .
  • the heating device 31 heats the water supplied from the cold water circulation device 20 to 100° C. or higher to generate superheated steam.
  • the pressure pump 32 adjusts the supply pressure when supplying the superheated steam generated by the heating device 31 to the bag 40 .
  • the pressurizing pump 32 is provided with pressure adjusting means (not shown) for adjusting the supply pressure of the superheated steam.
  • a temperature sensor 33 detects the temperature of the superheated steam generated by the heating device 31 .
  • the bag 40 is placed inside the mold 50 prior to molding.
  • the mold 50 defines the outer shell shape of the square pipe 1 by clamping.
  • a molding substrate is placed in the mold 50 during molding.
  • the superheated steam generated by the heating device 31 is supplied to the inside of the bag 40 via the pressure pump 32, and the superheated steam is circulated with the temperature control circulation device 30. Therefore, the bag 40 is made of a synthetic resin having excellent heat resistance and flexibility and is formed in a cylindrical shape.
  • the method for manufacturing the square pipe 1 includes a molding base placement process, a mold clamping process, a molding process, a finishing process, and a post-process.
  • the forming substrate placement step the forming substrate is placed in the mold 50, more specifically, in the cavity of the lower mold.
  • one or more unidirectional members forming the outer unidirectional member layer 13 of the square pipe 1 are arranged.
  • the unidirectional material is arranged so that the reinforcing fibers are along the longitudinal direction of the cavity of the mold 50 . In other words, the reinforcing fibers are oriented along the axis of the bag 40 as the core material.
  • a plurality of woven materials to be the woven fabric layers 12 of the square pipe 1 are arranged.
  • the warp or weft of at least one of the plurality of woven materials is arranged along the longitudinal direction of the cavity.
  • one or more unidirectional materials forming the inner unidirectional material layer 11 of the square pipe 1 are arranged.
  • the unidirectional material is arranged so that the reinforcing fibers are along the longitudinal direction of the cavity of the mold 50 .
  • the step of arranging the unidirectional material forming the outer unidirectional material layer 13 is the first step.
  • the step of arranging a plurality of fabric materials forming the fabric layer 12 is the second step.
  • the step of arranging the unidirectional material forming the inner unidirectional material layer 11 is the third step.
  • the bag 40 is placed in the mold 50 and clamped. More specifically, the bag 40 is placed over the molding substrate placed in the cavity of the lower mold so that the molding substrate wraps around the bag 40 . Attach the upper mold on top of the lower mold and clamp the mold.
  • the supply pump 21 and the pressure pump 32 of the molding system S are turned on, and the discharge port 31a provided in the fluid passage leading to the cold water circulation device 20 in the heating device 31 is opened. At this time, heating by the heating device 31 is not performed.
  • the supply pump 21 is driven, the water in the cold water circulation device 20 is supplied to the heating device 31 , and when the pressure pump 32 is driven, the water in the heating device 31 is supplied into the bag 40 . Also, the water in the bag 40 returns to the cold water circulation device 20 via the heating device 31 .
  • a first route R1 through which the fluid circulates between the cold water circulation device 20, the temperature control circulation device 30, and the bag 40 in the mold 50 is formed.
  • the inside of the temperature control circulation device 30, the inside of the bag 40, the cold water circulation device 20, the temperature control circulation device 30, and the inside of the fluid passage connecting the bag 40 is filled with water.
  • the air present inside the fluid passage or the like is removed.
  • the molding system S heats the molding base material to mold the square pipe 1 . More specifically, first, the supply pump 21 is turned off and the discharge port 31a is closed. As a result, the fluid in the heating device 31 is supplied into the bag 40 by driving the pressurizing pump 32, and the second route R2 through which the fluid circulates between the temperature control circulating device 30 and the bag 40 in the mold 50 is established. It is formed. The molding process is performed by selecting the second route R2.
  • the pressure pump 32 on the second route R2 is turned off.
  • the heating device 31 starts heating, and superheated steam having a predetermined temperature and a predetermined pressure is generated from the water in the heating device 31 .
  • the temperature of the superheated steam is set to a temperature slightly higher than the thermosetting temperature of the thermosetting resin contained in the molding base material made of fiber-reinforced resin.
  • the pressure pump 32 When the superheated steam in the heating device 31 reaches a predetermined temperature, the pressure pump 32 is turned on to supply the superheated steam into the bag 40 and circulate the superheated steam through the second route R2.
  • the pressure of the superheated steam increases the internal pressure to press the molding substrate against the inner surface of the cavity of the mold 50 .
  • the heat of the superheated steam causes the thermosetting resin contained in the molding base material, such as epoxy resin, to start thermosetting.
  • the temperature of the superheated steam in the heating device 31 is adjusted based on the detected value of the temperature of the superheated steam detected by the temperature sensor 33 at regular intervals.
  • the heating device 31 continues heating.
  • the first route R1 is temporarily selected to adjust the temperature of the superheated steam by supplying water from the cold water circulation device 20 to the temperature control circulation device 30.
  • the square pipe 1 is molded by thermosetting the epoxy resin forming the molding base material in the mold 50 . Since the molding substrate is pressed against the inner surface of the cavity of the mold 50 by the high pressure of the superheated steam, formation of gaps between the layers of the molding substrate is suppressed. The square pipe 1 formed in this manner is suppressed in the generation of voids.
  • the first route R1 in the molding system S is selected.
  • the supply pump 21 and the pressure pump 32 are turned on, and the discharge port 31a is opened.
  • the heating device 31, the bag 40, and the superheated steam existing in the fluid passage of the second route R2 are discharged from the discharge port 31a and carried to the cold water circulation device 20.
  • FIG. The superheated steam gradually discharges heat in the fluid passage to the cold water circulation device 20, and the temperature drops.
  • the mold 50 is opened and the square pipe 1 is taken out from the inside of the mold 50 together with the bag 40 . If necessary, remove the bag 40 from the inside of the square pipe 1 or cut off the bag 40 at both edges of the square pipe 1 . Thereby, the square pipe 1 is obtained.
  • the square pipe 1 has a rectangular cross section in the radial direction.
  • a corner portion 4 extending along the axis of the square pipe 1 is formed at the boundary between the long side wall 2 and the short side wall 3 .
  • the middle layer of the square pipe 1 is a fabric layer 12 in which a plurality of fabric materials are laminated.
  • the woven fabric layer 12 is one of the multiple layers that the square pipe 1 has, and the reinforcing fibers contained in the woven material are oriented along the axis of the square pipe 1 and in the direction perpendicular to the axis.
  • the reinforcing fibers that are oriented perpendicular to the axis of the square pipe 1 are derived from the woven material. . Therefore, the generation of voids between the layers of the woven material is suppressed, and as a result, the generation of voids at the corners 4 is suppressed.
  • the shaping properties at the corners 4 are good, accumulation of the resin contained in the woven material at the corners 4 is suppressed. As a result, unevenness in the amount of resin in the entire square pipe 1 is suppressed.
  • the inner layer of the square pipe 1 is the inner unidirectional material layer 11, and the outer layer of the square pipe 1 is the outer unidirectional material layer 13.
  • reinforcing fibers contained in each unidirectional material are oriented along the axis of the square pipe 1 . Therefore, bending rigidity is imparted to the square pipe 1, and the strength against the bending load is improved.
  • the inner layer and the outer layer of the square pipe 1 are unidirectional materials, even if the square pipe 1 begins to break when a large bending load is applied, the presence of the unidirectional material prevents complete separation.
  • the square pipe 1 is a tubular body used as a structural member of a vehicle.
  • the square pipe 1 has a fabric layer 12 in the middle of the side wall in the thickness direction.
  • the reinforcing fibers easily conform to the shape of the corners 4 of the square pipe 1, and the generation of voids in the corners 4 is suppressed. This prevents the void from becoming a starting point for breaking the square pipe 1 . As a result, the bending rigidity of the square pipe 1 can be improved.
  • the inner unidirectional material layer 11 and the outer unidirectional material layer 13 are laminated on the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the fabric layer 12, respectively.
  • the inner unidirectional material layer 11 and the outer unidirectional material layer 13 contain reinforcing fibers extending along the axis of the square pipe 1 .
  • the bending rigidity of the square pipe 1 can be improved. Further, since the unidirectional material layers 11 and 13 are laminated on the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the fabric layer 12, even if a strong bending load is applied to the square pipe 1, the square pipe 1 is completely divided. is suppressed. As a result, it is possible to avoid a situation in which the cut rectangular pipe sticks into an unexpected place when the cylindrical body, which is the structural material of the vehicle, is cut in the event of a vehicle collision or the like.
  • the fabric material included in the fabric layer 12 has warps or wefts oriented along the axis of the square pipe 1 . Therefore, the woven material in which the reinforcing fibers are oriented along the axis of the square pipe 1 improves the bending rigidity.
  • the method for manufacturing the square pipe 1 includes a forming base material placement step of arranging the forming base material around the bag 40 and a forming step of heating the forming base material within the mold 50 .
  • the molding substrate placement step places the fabric material into the cavity of the mold 50 .
  • a woven material as a forming base material is placed. Therefore, the flexible fabric makes it easy for the reinforcing fibers to follow the corners in the cavity. Formability at the corners is improved, and the occurrence of voids at the corners 4 of the square pipe 1 can be suppressed.
  • the woven material is formed into a sheet of forming substrate by weaving the warp and weft. Therefore, slippage between the layers of the reinforcing fibers perpendicular to each other is suppressed as compared with the case of laminating unidirectional materials. As a result, the process of arranging the forming substrate can be simplified.
  • the square pipe 1 is formed by hydroforming. Therefore, not only can the temperature required for molding the square pipe 1 be obtained, but also a high pressure based on the superheated steam can be applied to the inside of the bag 40 .
  • the molding substrate can be pressed against the inner surface of the mold 50 with a stronger pressing force. As a result, the occurrence of gaps between the layers of the molding base material of multiple layers is suppressed, and the occurrence of voids in the square pipe 1 is suppressed. As a result, the square pipe 1 having excellent bending rigidity can be manufactured.
  • the temperature control circulation device 30 includes a heating device 31 that generates superheated steam and a temperature sensor 33 that detects the temperature of the superheated steam.
  • the temperature sensor 33 detects the temperature of superheated steam, and the temperature of the superheated steam in the heating device 31 is adjusted based on the detected value.
  • the molding system S of the above embodiment includes the cold water circulation device 20 that circulates fluid with the temperature control circulation device 30 .
  • water can be circulated between the cold water circulation device 20 and the bag 40 via the temperature control circulation device 30, so that the inside of each device and the inside of the fluid passage can be filled with water before molding. can be filled.
  • the superheated steam generated in the molding process can be discharged to the outside together with the water in the cold water circulation device 20 .
  • the square pipe 1 having an elongated cross section in the radial direction has been described as the cylindrical body, but the shape of the cylindrical body is not limited to this.
  • the cylindrical body may have a trapezoidal cross section in the radial direction.
  • the cylindrical body may have a pentagonal shape with an irregular radial cross section.
  • the tubular body may have a curved side wall, and the cross section in the radial direction may include a straight portion and a curved portion.
  • the tubular body may be polygonal in radial cross-section.
  • the more acute the angle of the corners 4 or the closer to the acute angle the more likely it is that the fabric layer 12 is laminated to the intermediate layer. That is, when the corner 4 has an acute angle or is closer to an acute angle, voids are more likely to be formed in the corner 4 in a cylindrical body molded from a unidirectional material, whereas forming with a woven material suppresses the generation of voids. The effect of doing is remarkable.
  • the manufacturing method of the square pipe 1 is not limited to the hydroforming method.
  • a method of winding a plurality of molding substrates around a mandrel, which is a core material, and heat-curing them in a mold may be adopted.
  • the unidirectional material to be the inner unidirectional material layer 11 is wound around the mandrel.
  • a plurality of woven materials that will become the woven fabric layer 12 are wound around the outer peripheral surface of the unidirectional material that will become the inner unidirectional material layer 11 .
  • the unidirectional material that will become the outer unidirectional material layer 13 is wound around the outer peripheral surface of the woven material that will become the woven material layer 12 .
  • This is placed in a mold, clamped, and cured by heating at a predetermined temperature for a predetermined time.
  • the step of winding the unidirectional material that forms the inner unidirectional material layer 11 is the first step.
  • the step of winding a plurality of woven materials to form the woven fabric layer 12 is the second step.
  • the step of winding the unidirectional material to be the outer unidirectional material layer 13 is the third step.
  • Example 1 A tubular square pipe 1 was formed according to the hydroforming method described above.
  • the square pipe 1 is a straight cylindrical body having a rectangular shape with a radial cross section of 28 mm ⁇ 48 mm and a length of 700 mm.
  • Each of the inner unidirectional material layer 11 and the outer unidirectional material layer 13 includes one unidirectional material arranged so that the orientation direction of the reinforcing fibers is along the axis of the square pipe 1 .
  • a sheet prepreg P3252S-10, manufactured by Toray Industries, Inc.
  • Toray Industries, Inc. is a sheet-like base material in which carbon fiber is impregnated with epoxy resin
  • the woven material constituting the woven fabric layer 12 is arranged in two layers in order from the outer peripheral side of the square pipe 1 so that the orientation direction of the reinforcing fibers intersects the axis of the square pipe 1 at ⁇ 45°.
  • One layer was laminated so as to be in the direction of 0°/90° with respect to the square pipe 1, and two layers were laminated so as to intersect the axis of the square pipe 1 at ⁇ 45°.
  • sheet prepreg (F6343B-05P, manufactured by Toray Industries, Inc.), which is a sheet-like base material in which carbon fiber is impregnated with epoxy resin, was used.
  • the type of molding substrate for each layer of the inner unidirectional material layer 11, the fabric layer 12, and the outer unidirectional material layer 13, the thickness t (mm) of the side wall, and the orientation angle (°) of the reinforcing fibers with respect to the axis of the square pipe 1 are It is as shown in Table 1.
  • the thickness t of the side wall of the square pipe 1 was 1.55 mm.
  • the square pipe 1 obtained in this way was taken as Example 1.
  • Comparative example 1 It was molded in the same manner as the square pipe 1 of Example 1, except that a unidirectional material was used as the molding base material.
  • the unidirectional material was laminated in 14 layers such that the orientation directions of the reinforcing fibers were along the axis of the square pipe 1, perpendicular to the axis, and crossed at 45°. All the unidirectional members used sheet prepreg (P3252S-10, manufactured by Toray Industries, Inc.), which is a sheet-like base material in which carbon fiber is impregnated with epoxy resin.
  • Table 2 shows the type of molding base material for each layer, the thickness t (mm) of the side wall, and the orientation angle (°) of the reinforcing fibers with respect to the axis of the square pipe 1 .
  • the thickness t of the side wall of the square pipe 1 was 1.60 mm.
  • the square pipe 1 obtained in this manner was used as Comparative Example 1.
  • Example 2 It was molded in the same manner as the square pipe 1 of Example 1, except that a woven material was used as the molding base material. Seven layers of the woven material were laminated such that the directions of orientation of the reinforcing fibers with respect to the axis of the square pipe 1 were 0°, 90°, and ⁇ 45°.
  • sheet prepreg F6343B-05P, manufactured by Toray Industries, Inc.
  • Toray Industries, Inc. is a sheet-like base material in which carbon fiber is impregnated with epoxy resin
  • Table 3 shows the type of molding base material for each layer, the thickness t (mm) of the side wall, and the orientation angle (°) of the reinforcing fibers with respect to the axis of the square pipe 1 .
  • the thickness t of the side wall of the square pipe 1 was 1.80 mm.
  • the square pipe 1 obtained in this manner was used as Comparative Example 2.
  • the square pipe 1 was supported by two fulcrums 61 and 62.
  • the distance between the fulcrums 61, 62 was set to 500 mm.
  • the square pipe 1 was supported so that the long side wall 2 was along the vertical direction.
  • the bending load (N) on the square pipe 1 and the amount of deflection (mm) of the square pipe 1 were measured by pressing with an indenter 63 from the top of the square pipe 1 at the center position in the longitudinal direction. The measurement was continued even after the square pipe 1 began to break, and it was confirmed whether the square pipe 1 was finally broken.
  • FIG. 5 shows deflection (mm) curves versus bending load (N) for each of the square pipes 1 of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2.
  • 6 shows photographs of the appearance of the square pipes 1 of Example 1 and Comparative Example 2 after evaluation of bending rigidity.
  • 6A shows the appearance of the square pipe 1 of Example 1
  • FIG. 6B shows the appearance of the square pipe 1 of Comparative Example 2. As shown in FIG.
  • the bending rigidity is higher than that of the square pipe 1 of Comparative Example 1.
  • the bending rigidity was lower than that of the square pipe 1 of Comparative Example 2.
  • the thickness t of the side wall of the square pipe 1 of Comparative Example 2 is 1.80 mm
  • the thickness t of the side wall of the square pipe 1 of Example 1 is as thin as 1.55 mm.
  • the square pipe 1 of Example 1 had the same bending rigidity as the square pipe 1 of Comparative Example 2.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Moulding By Coating Moulds (AREA)
  • Body Structure For Vehicles (AREA)
  • Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

車両の構造材として使用される繊維強化樹脂製の筒状体（１）は、筒状体（１）の軸線に沿って延びる角部（４）を外周面に備える。筒状体（１）は、複数の織物材が積層された織物層（１２）と、複数の一方向材層（１１、１３）とが積層された筒状積層体である。各織物材は、強化繊維が織られた織物と、織物に含浸された樹脂とを含む。各一方向材層（１１、１３）は、一方向に配向された強化繊維と、強化繊維に含浸された樹脂とを含む。各一方向材層（１１、１３）の強化繊維は、筒状積層体の軸線に沿って配向されている。複数の一方向材層（１１、１３）は、織物層（１２）の外周面に積層された外側一方向材層（１３）と、織物層の内周面に積層された内側一方向材層（１１）と、を含む。

Description

筒状体及び筒状体の製造方法
　本開示は、繊維強化樹脂製の筒状体及び筒状体の製造方法に関する。
　繊維強化樹脂製の筒状体は、軽量でありながら強度に優れていることから、自動車、航空機等に向けた構造材や、ゴルフクラブシャフト、テニスラケット等のスポーツ用品として広く使用されている。筒状体の中でも、例えば、径方向断面が多角形状の角パイプは、径方向断面が丸形状の丸パイプに比べて断面二次モーメントが大きい。そのため、曲げ剛性に優れており、構造材として有用である。
　こうした角パイプとして、一方向に配向させた強化繊維を含む繊維強化樹脂シートである一方向材を用いた成形品がある。この成形品は、芯材の周囲に複数の一方向材を積層して、加熱により硬化させることにより、成形される。こうした一方向材は、角パイプに要求される特性に応じて、強化繊維の配向方向を適宜調整しながら、積層される。角パイプの曲げ剛性は、角パイプの軸線に沿って配向された強化繊維によって向上させることができ、それにより、構造材に必要な強度を得ることができる。
　角パイプに一方向材を用いる場合、角パイプの角部に大きなボイドが発生し易い。これは、角パイプの成形時に、軸線に直交する方向に配向された強化繊維が角部に沿って賦形し難く、強化繊維が突っ張ったような状態になることによる。その結果、層間に空洞が発生し易くなる。そして、成形時の加熱によって空洞の容積が大きくなったり、複数の空洞が繋がったりして、成形品中にボイドとして出現する。ボイドを起点とする破断が生じると、角パイプとしての強度が低下する。また、角部で樹脂量が多くなり、角パイプ全体での樹脂量の偏りが発生することもある。
　車両、航空機等の構造材として、強化繊維を織った織物に樹脂を含浸させた繊維強化樹脂シートを用いた成形品がある。繊維強化樹脂シートである織物材は、経糸及び緯糸が交差している部分で強化繊維がクリンプしているため、曲面状の部分に沿い易い。そのため、繊維強化樹脂シートである織物材は、複雑な形状を成形する場合に有利である。
　特許文献１は、自動車の車体に取り付けられる樹脂製の燃料タンクを開示している。燃料タンクは、織物材を積層して成形された繊維強化層を備えている。繊維強化層を備えることにより、燃料タンクを軽量化しつつ高い剛性を付与することができる。
特開２０１７－１６１８号公報
　そこで本発明者らは、角パイプを織物材で成形すれば、角部でのボイドの発生を抑制することができ、それにより、曲げ剛性の低下を抑制することができると考えた。自動車用のルーフ等を補強するための構造材として角パイプを使用することを想定して、角パイプを織物材で成形した。その結果、織物材で成形された角パイプでは角部でのボイドの発生が抑制されて、一方向材で成形した場合に比べて曲げ剛性が向上することが確認できた。
　しかし、曲げ剛性が向上する一方で、角パイプの破断時に課題が生じる知見が得られた。これは、角パイプに大きな曲げ荷重が掛かって角パイプが破断し始めると、角パイプが完全に分断されてしまうといった現象が生じることである。この現象を、自動車が電柱に衝突したような場合で想定すると、衝突時の衝撃によって構造材としての角パイプに大きな曲げ負荷が掛かると、角パイプが曲げ負荷に耐え切れずに完全に分断してしまう。その結果、分断した角パイプが予期せぬ箇所に突き刺さる等、好ましくない事態が起こり得る。
　本開示の一態様に係る筒状体は、車両の構造材として使用される繊維強化樹脂製の筒状体であって、前記筒状体は、同筒状体の軸線に沿って延びる１以上の角部を外周面に備える。前記筒状体は、複数の織物材が積層された織物層であって、各織物材が、強化繊維が織られた織物と、前記織物に含浸された樹脂とを含む、織物層と、複数の一方向材層であって、各一方向材層が、一方向に配向された強化繊維と、前記強化繊維に含浸された樹脂とを含む、複数の一方向材層と、が積層された筒状積層体である。前記各一方向材層の強化繊維は、前記筒状積層体の軸線に沿って配向されている。前記複数の一方向材層は、前記織物層の外周面に積層された外側一方向材層と、前記織物層の内周面に積層された内側一方向材層と、を含む。
　ここで、「繊維強化樹脂製の筒状体」が備える「軸線に沿って延びる角部」を以下のように定義する。すなわち、筒状体の外周面が複数の平面を含む場合、径方向断面において、隣り合う平面が交わる直線状の交差部分が角部であり、この直線状の交差部分が軸線に沿って延びていることを意味する。また、筒状体の外周面が平面と曲面とを含む場合、径方向断面において、平面と曲面とが交わる交差部分であって、径方向断面における接線の傾きが非連続的に変化する部分が角部であり、この交差部分が軸線に沿って延びていることを意味する。さらに、筒状体の外周面が複数の曲面を含む場合、径方向断面において、隣り合う曲面が曲線状に交わる交差部分であって、径方向断面における接線の傾きが非連続的に変化する部分が角部であり、この交差部分が軸線に沿って延びていることを意味する。なお、「角部」には、面取りされて湾曲した部分も含む。面取りされた部分とは、筒状体の外周面の平面または曲面に比べて曲率の小さな湾曲形状を言う。
　上記の構成によれば、筒状体は、複数の織物材が積層された織物層を含み、各織物材は、強化繊維が織られた織物と、織物に含浸された樹脂とを含む。織物層では、経糸及び緯糸が交差している部分で強化繊維がクリンプしているため、強化繊維が筒状体の角部の形状に沿い易い。そのため、織物材の層間におけるボイドの発生が抑制される。また、筒状体は、曲げ剛性に優れる。
　また、織物層の内周面と外周面にはそれぞれ一方向材層が積層され、各一方向材層は、一方向に配向された強化繊維と、強化繊維に含浸された樹脂とを含む。こうした筒状体は、曲げ負荷が掛かった場合にも、筒状体が完全に分断することが抑制される。よって、筒状体は、曲げ剛性に優れるとともに、完全に分断することが抑制される。
　本開示の一態様に係る筒状体の製造方法は、車両の構造材として使用される繊維強化樹脂製の筒状体の製造方法であって、前記筒状体は、同筒状体の軸線に沿って延びる１以上の角部を外周面に備える。前記方法は、４以上の成形基材を芯材の周囲に積層することを含む。前記４以上の成形基材は、複数の一方向材であって、各一方向材が、一方向に配向された強化繊維と、当該強化繊維に含浸された樹脂とを含む、複数の一方向材と、複数の織物材であって、各織物材が、強化繊維が織られた織物と、前記織物に含浸された樹脂とを含む、複数の織物材とを含む。前記方法は、さらに、前記芯材の周囲に配置された前記４以上の成形基材を加熱することを含む。前記積層することは、前記芯材の軸線に沿って強化繊維が配向されるように、少なくとも１つの前記一方向材を前記芯材の周囲に配置することと、前記少なくとも１つの一方向材の周囲に前記複数の織物材を配置することと、前記芯材の軸線に沿って強化繊維が配向されるように、少なくとも１つの前記一方向材を前記複数の織物材の周囲に配置することと、を含む。
　上記の構成によれば、強化繊維が織られた織物と、織物に含浸された樹脂とを含む複数の織物材が、一方向材の周囲に配置される。織物材では、経糸及び緯糸が交差している部分で強化繊維がクリンプしているため、芯材又は金型は角部を有していても、強化繊維が金型の内面形状に沿い易い。よって、角部での賦型性が良好であり、角部でのボイドの発生が抑制された筒状体を成形することができる。そのため、曲げ剛性に優れた筒状体が得られる。
　また、織物材を配置する前と後には一方向材を配置する。これにより、複数の織物材が積層された織物層の内周面と外周面とにそれぞれ一方向材層が積層される。一方向材は、その強化繊維が、芯材の軸線に沿って配向される。そのため、成形された筒状体では、内周面及び外周面にそれぞれ一方向材層が露出している。そのため、曲げ負荷が掛かった場合であっても、筒状体が完全に分断することが抑制される。よって、曲げ剛性に優れるとともに、完全に分断することが抑制された筒状体を製造することができる。
本実施形態の筒状体である角パイプの斜視図。 図１の角パイプの製造方法について説明する図。 図３Ａは角パイプの第１変更例の断面図、図３Ｂは角パイプの第２変更例の断面図、図３Ｃは角パイプの第３変更例の断面図。 ３点曲げ試験について説明する図。 ３点曲げ試験の結果について示すグラフ。 図６Ａは実施例１の角パイプの３点曲げ試験の結果について示す写真であり、図６Ｂは比較例２の角パイプの３点曲げ試験の結果について示す写真。
　以下、筒状体の一実施形態について説明する。
　図１に示すように、本開示の筒状体の一例は、径方向断面が矩形または長方形の角パイプ１である。車両の構造材として一般的に使用される筒状体には、径方向断面が丸形状の丸パイプ、または異形状の異形パイプが存在する。また、直状に延びる筒状体の他、湾曲して延びるような筒状体、または、一部が屈曲して延びるような筒状体が存在する。
　筒状体の一例は、上述のとおり、同筒状体の軸線に沿って延びる角部を外周面に有する。本開示の筒状体には、丸パイプは含まれないが、角パイプ、および異形パイプは含まれる。本開示の筒状体には、直線状に延びる筒状体だけでなく、湾曲して延びるような筒状体、および一部が屈曲して延びるような筒状体も含まれる。以下の説明では、便宜上、径方向断面が長方形状で直状に延びる角パイプ１の例を用いて説明する。
　角パイプ１は、長方形の断面において長辺に対応する２つの長側壁２と、同断面において短辺に対応する２つの短側壁３とを有している。長側壁２と短側壁３との境界部分には、角パイプ１の軸線に沿って延びる角部４が位置する。
　角パイプ１の軸線に沿う長さは例えば約７００ｍｍであり、角パイプ１の径方向断面において、長側壁２の長さは例えば約５０ｍｍであり、短側壁３の長さは例えば約３０ｍｍである。長側壁２の厚みｔは短側壁３の厚みｔと同程度である。厚みｔは、約０．８～３．０ｍｍ程度であってもよく、約１．２～２．２ｍｍ程度であってもよい。厚みｔがこの範囲であると、軽量でありながら、車両の構造材として必要な強度を備えることができる。
　図１に示すように、角パイプ１は、内層側から順に、内側一方向材層１１、織物層１２、外側一方向材層１３が積層された筒状積層体である。内側一方向材層１１、織物層１２、外側一方向材層１３は、繊維強化樹脂材料である４以上の成形基材から形成されている。内側一方向材層１１及び外側一方向材層１３の各々は、一方向に配向された強化繊維と、この強化繊維に含浸された樹脂とを含む成形基材から形成されている。織物層１２は、強化繊維が織られた織物と、この織物に含浸された樹脂とを含む成形基材から形成されている。
　成形基材を構成する繊維強化樹脂材料の材質は特に限定されない。強化繊維、樹脂とも従来公知のものを使用することができる。強化繊維としては、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等が挙げられる。また、樹脂は、熱硬化性樹脂であってもよく、例えば、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂等であってもよい。成形基材は、市販されている一方向材、織物材を適宜選択することができる。
　内側一方向材層１１及び外側一方向材層１３の各々が含む強化繊維は、角パイプ１の軸線に沿って配向されている。内側一方向材層１１は、１の一方向材で形成されてもよいし、２以上の一方向材を積層した層であってもよい。同様に、外側一方向材層１３は、１の一方向材で形成されてもよいし、２以上の一方向材を積層した層であってもよい。
　角パイプ１において、長側壁２及び短側壁３の各々の厚みｔに対する内側一方向材層１１の厚みの割合は、例えば、１０%以下であってもよく、５%以下であってもよい。同様に、厚みｔに対する外側一方向材層１３の厚みの割合は、例えば、１０%以下であってもよく、５%以下であってもよい。内側一方向材層１１及び外側一方向材層１３の各々の厚みの割合がこの範囲であると、角パイプ１に適度な曲げ剛性を付与することができるとともに、曲げ負荷が掛かった時に角パイプ１が完全に分断されることを抑制することができる。内側一方向材層１１及び外側一方向材層１３の厚みは同じであってもよく、異なっていてもよい。
　織物層１２は、複数の織物材を積層した積層構造を有している。織物層１２に含まれる織物は、例えば、平織、綾織、朱子織であるが、これらに限定されず、従来公知の織物から適宜選択することができる。織物層１２に含まれる複数の織物は、すべて同じ織り方であってもよく、異なる織り方の織物の組み合わせであってもよい。
　織物層１２では、強化繊維が経糸、緯糸となって織られており、経糸及び緯糸は、互いに直交する方向に延びている。織物層１２では、経糸又は緯糸が、角パイプ１の軸線に沿って配向されていてもよく、軸線に対して交差する方向に配向されていてもよい。また、複数の織物材は、経糸及び緯糸が同じ方向に延びるように積層されていてもよいし、経糸及び緯糸が異なる方向に延びるように積層されていてもよい。経糸又は緯糸が軸線に沿って配向されていると、角パイプ１の曲げ剛性を向上させることができる。また、経糸又は緯糸が軸線に対して交差する方向、例えば、軸線に対して４５゜を成す方向に配向されていると、角パイプ１の詰り剛性を向上させることができる。本実施形態の角パイプ１は、織物層１２に含まれる一部の織物材で、経糸又は緯糸が、角パイプ１の軸線に沿って配向されている。
　織物層１２に含まれる織物材の数は特に限定されないが、例えば５以上１５以下であってもよい。織物材の数がこの範囲であると、角パイプ１に適度な曲げ剛性を付与することができるとともに、角パイプ１を軽量化することができる。
　内側一方向材層１１、織物層１２、及び外側一方向材層１３に含まれる強化繊維は、引張弾性率が７０ＧＰａ以上であってもよく、２００ＧＰａ以上であってもよい。繊維強化樹脂材料を構成する強化繊維がガラス繊維、アラミド繊維である場合には、引張弾性率が７０ＧＰａ以上の高強度ガラス繊維、高強度アラミド繊維であってもよい。また、強化繊維が炭素繊維であれば、２００ＧＰａ以上の引張弾性率が得られる。
　また、強化繊維の引張強度は、３０００ＭＰａ以上であってもよく、３５００ＭＰａ以上であってもよい。繊維強化樹脂材料を構成する強化繊維がガラス繊維、アラミド繊維である場合には、引張強度が３０００ＭＰａ以上の高強度ガラス繊維、高強度アラミド繊維であってもよい。また、強化繊維が炭素繊維であれば、３５００ＭＰａ以上の引張強度が得られる。
　引張弾性率及び引張強度が上記範囲であると、引張強度に優れた角パイプ１が得られる。強化繊維の引張弾性率は、内側一方向材層１１、織物層１２、及び外側一方向材層１３において互いに同等であってもよく、互いに異なっていてもよい。また、強化繊維の引張強度も、内側一方向材層１１、織物層１２、及び外側一方向材層１３において互いに同等であってもよく、互いに異なっていてもよい。
　本実施形態の角パイプ１は、径方向断面が長方形状であるため、互いに対向する２つの側壁３、すなわち第１側壁３と第２側壁３とは、は互いに平行に延びている。同様に、互いに対向する２つの側壁２、すなわち第１側壁２と第２側壁２とは、は互いに平行に延びている。この場合、例えば第１側壁３と第２側壁３とで、強化繊維の引張弾性率または引張強度のうち少なくとも一方が異なるようにしてもよい。この場合の対向する２つの側壁３は、例えば、車両の衝突時の曲げ負荷により、角パイプ１の軸線に沿って配向された強化繊維が、それぞれ圧縮する側と引っ張られる側に配置される。引張側での引張強度を圧縮側での引張強度より高くすることで、角パイプ１の分断をより抑制することができる。
　＜角パイプ１の製造方法について＞
　次に、角パイプ１の製造方法について説明する。以下では、炭素繊維に熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂を含浸させた成形基材を用いて角パイプ１を製造する場合について説明する。
　図２に示すように、角パイプ１は、成形システムＳを使用するハイドロフォーミング法によって製造される。成形システムＳは、金型５０と、金型５０の内部に配置された芯材であるバッグ４０とを備え、バッグ４０の内部に過熱水蒸気を循環させるように構成される。
　成形システムＳは、冷水循環装置２０、温調循環装置３０、バッグ４０、及び金型５０を備えている。成形システムＳは、成形システムＳを構成する装置間で、流体である水を、状態変化させながら流通させるように構成されている。角パイプ１は、４以上の成形基材を金型５０のキャビティ内に積層し、金型５０内で加熱により硬化させることにより、成形される。
　冷水循環装置２０の内部には水が貯留されている。冷水循環装置２０には供給ポンプ２１が内蔵されており、供給ポンプ２１の駆動により冷水循環装置２０から温調循環装置３０に水が供給される。
　温調循環装置３０は、加熱装置３１、加圧ポンプ３２、及び温度センサ３３を備えている。加熱装置３１は、冷水循環装置２０から供給された水を１００℃以上に加熱して、過熱水蒸気を生成する。加圧ポンプ３２は、加熱装置３１が生成した過熱水蒸気をバッグ４０に供給する際の供給圧を調節する。加圧ポンプ３２には、過熱水蒸気の供給圧を調節する図示しない圧力調節手段が設けられている。温度センサ３３は、加熱装置３１で生成された過熱水蒸気の温度を検出する。
　バッグ４０は、成形に先立って金型５０の内部に配置される。金型５０は、型締めによって角パイプ１の外殻形状を画定する。成形時には金型５０内に成形基材が配置される。また、成形時には、バッグ４０の内部に、加熱装置３１で生成された過熱水蒸気が加圧ポンプ３２を介して供給されるとともに、温調循環装置３０との間で過熱水蒸気が循環される。そのため、バッグ４０は、耐熱性及び可撓性に優れた合成樹脂で筒状に形成されている。
　角パイプ１の製造方法は、成形基材配置工程、型締め工程、成形工程、終了工程、及び後工程を備えている。
　成形基材配置工程では、金型５０、より詳細には下型のキャビティ内に成形基材を配置する。このとき、まず、角パイプ１の外側一方向材層１３を形成する１以上の一方向材を配置する。一方向材は、金型５０のキャビティの長手方向に強化繊維が沿うようにして配置する。つまり、芯材となるバッグ４０の軸線に沿って強化繊維を配向する。続いて、角パイプ１の織物層１２となる複数の織物材を配置する。複数の織物材のうち、少なくとも一枚の織物材の経糸又は緯糸が、キャビティの長手方向に沿うようにして配置する。続いて、角パイプ１の内側一方向材層１１を形成する１以上の一方向材を配置する。一方向材は、金型５０のキャビティの長手方向に強化繊維が沿うようにして配置する。外側一方向材層１３を形成する一方向材を配置する工程が、第１工程である。また、織物層１２を形成する複数の織物材を配置する工程が、第２工程である。そして、内側一方向材層１１を形成する一方向材を配置する工程が、第３工程である。
　型締め工程では、金型５０内にバッグ４０を配置して型締めする。より詳細には、下型のキャビティ内に配置された成形基材の上にバッグ４０を配置して、バッグ４０の周囲を成形基材で包み込むようにする。下型の上に上型を取り付けて型締めする。
　成形工程に先立って、成形システムＳを起動する。成形システムＳの供給ポンプ２１及び加圧ポンプ３２をＯＮにするとともに、加熱装置３１における冷水循環装置２０に繋がる流体通路に設けられた排出口３１ａを開放する。このとき、加熱装置３１での加熱は行わない。供給ポンプ２１の駆動によって冷水循環装置２０内の水が加熱装置３１に供給されるとともに、加圧ポンプ３２の駆動によって加熱装置３１内の水がバッグ４０内に供給される。また、バッグ４０内の水は、加熱装置３１を介して冷水循環装置２０へ戻る。これにより、冷水循環装置２０、温調循環装置３０、金型５０内のバッグ４０との間で流体が循環する第１ルートＲ１が形成される。冷水循環装置２０から供給された水は第１ルートＲ１で循環することにより、成形前に、温調循環装置３０の内部やバッグ４０の内部、或いは、冷水循環装置２０、温調循環装置３０、及びバッグ４０を繋ぐ流体通路の内部が水で充填される。これにより、流体通路等の内部に存在していた空気が排除される。
　成形工程では、成形システムＳにより成形基材を加熱して角パイプ１を成形する。より詳細には、まず、供給ポンプ２１をＯＦＦにするとともに、排出口３１ａを閉塞する。これにより、加熱装置３１内の流体が加圧ポンプ３２の駆動によってバッグ４０内に供給され、温調循環装置３０と金型５０内のバッグ４０との間で流体が循環する第２ルートＲ２が形成される。成形工程は、第２ルートＲ２を選択して行う。
　成形工程では、まず、第２ルートＲ２上の加圧ポンプ３２をＯＦＦにする。この状態で加熱装置３１が加熱を開始し、加熱装置３１内の水から所定温度、所定圧力の過熱水蒸気を生成する。過熱水蒸気の温度は、繊維強化樹脂製の成形基材に含まれる熱硬化性樹脂の熱硬化温度より少し高い温度に設定される。
　加熱装置３１内の過熱水蒸気が所定温度に達したら、加圧ポンプ３２をＯＮにして、過熱水蒸気をバッグ４０内へ供給するとともに、第２ルートＲ２を介して過熱水蒸気を循環させる。過熱水蒸気が供給されたバッグ４０では、過熱水蒸気の圧力によって内圧が高まって、成形基材を金型５０のキャビティの内面に押し付ける。また、過熱水蒸気の熱によって成形基材に含まれる熱硬化性樹脂、例えばエポキシ樹脂が熱硬化を始める。
　加熱装置３１内の過熱水蒸気の温度は、一定時間ごとに温度センサ３３で検出された過熱水蒸気の温度を検出値に基づいて調節される。検出値が過熱水蒸気の目標値より低いと判断された場合には、加熱装置３１が加熱を続行する。検出値が目標値より高いと判断された場合には、一時的に第１ルートＲ１を選択して冷水循環装置２０から温調循環装置３０への水の供給によって過熱水蒸気の温度を調節する。
　成形工程により、金型５０内では、成形基材を構成するエポキシ樹脂が熱硬化して角パイプ１が成形される。過熱水蒸気による高い圧力によって成形基材が金型５０のキャビティ内面に押し付けられるため、成形基材の層間に隙間が形成することが抑制される。このように成形された角パイプ１は、ボイドの発生が抑制される。
　成形システムＳを終了する終了工程では、成形システムＳでの第１ルートＲ１を選択する。供給ポンプ２１及び加圧ポンプ３２をＯＮにするとともに、排出口３１ａを開放する。加熱装置３１、バッグ４０、及び第２ルートＲ２の流体通路内に存在する過熱水蒸気は排出口３１ａから排出されて、冷水循環装置２０に運ばれる。過熱水蒸気は、冷水循環装置２０までの流体通路内で徐々に排熱して温度が低下し、冷水循環装置２０では、冷水循環装置２０内の水と適宜混合して外部に排出される。
　後工程では、金型５０を型開きして、金型５０の内部から、バッグ４０とともに角パイプ１を取り出す。必要に応じて、角パイプ１の内部からバッグ４０を取り除くか、或いは、角パイプ１の両端縁でバッグ４０を切り落とす。これにより、角パイプ１が得られる。
　＜角パイプ１の作用について＞
　次に、筒状体である角パイプ１の作用について説明する。
　角パイプ１は、径方向断面が長方形状である。長側壁２と短側壁３との境界部分には、角パイプ１の軸線に沿って延びる角部４がある。
　角パイプ１の中間層は、複数の織物材が積層された織物層１２である。織物層１２は、角パイプ１が有する複数層のうちの一つで、織物材に含まれる強化繊維が、角パイプ１の軸線に沿う方向と軸線に直交する方向とに配向されている。この層では、角パイプ１の軸線に直交するように配向される強化繊維が、織物材由来であるため、角部４では、強化繊維が角部４の形状に沿うように賦形されている。そのため、織物材の層間に空隙が生じることが抑制されて、その結果、角部４におけるボイドの発生が抑制されている。また、角部４での賦形性が良好であるため、織物材に含まれる樹脂が角部４に溜まることが抑制される。その結果、角パイプ１全体での樹脂量の偏りが抑制されている。
　角パイプ１の内層は内側一方向材層１１であり、角パイプ１の外層は、外側一方向材層１３である。内側一方向材層１１及び外側一方向材層１３では、各一方向材に含まれる強化繊維が、角パイプ１の軸線に沿って配向されている。そのため、角パイプ１に曲げ剛性が付与されて、曲げ負荷に対して強度が向上している。また、角パイプ１の内層と外層が一方向材であるため、大きな曲げ負荷が掛かったときに角パイプ１が破断し始めたとしても、一方向材の存在によって完全な分断が抑制される。
　次に、角パイプ１及びその製造方法の効果について説明する。
　（１）角パイプ１は、車両の構造材として使用される筒状体である。そして、角パイプ１は、その側壁の厚み方向における中間に、織物層１２を有する。
　そのため、強化繊維が角パイプ１の角部４の形状に沿い易く、角部４でのボイドの発生が抑制されている。これにより、ボイドが角パイプ１の破断の起点になることが抑制される。その結果、角パイプ１の曲げ剛性を向上させることができる。
　（２）織物層１２の内周面と外周面には、それぞれ、内側一方向材層１１と外側一方向材層１３が積層されている。内側一方向材層１１及び外側一方向材層１３は、角パイプ１の軸線に沿って延びる強化繊維を含む。
　そのため、角パイプ１の曲げ剛性を向上させることができる。また、一方向材層１１，１３が織物層１２の内周面と外周面とに積層されていることで、角パイプ１に対して強い曲げ負荷が掛かっても、角パイプ１が完全に分断することが抑制される。これにより、車両の衝突時等に車両構造材である筒状体が分断した場合に、分断した角パイプが予期せぬ箇所に突き刺さるといった事態を回避することができる。
　（３）織物層１２を備えていることにより、角パイプ１の角部４での賦型性が良好になり、角部４での過度な樹脂だまりの発生が抑制される。これにより、均質で安定した性状の角パイプ１が得られる。
　（４）角パイプ１では、織物層１２に含まれる織物材において、経糸又は緯糸が、角パイプ１の軸線に沿って配向されている。
　そのため、強化繊維が角パイプ１の軸線に沿って配向された織物材によって、曲げ剛性が向上する。
　（５）角パイプ１の製造方法は、成形基材をバッグ４０の周囲に配置する成形基材配置工程と、成形基材を金型５０内で加熱する成形工程とを備えている。成形基材配置工程は、織物材を金型５０のキャビティ内に配置している。
　そのため、角パイプ１の軸線に沿って強化繊維が配向された成形基材と、軸線に直交する方向に強化繊維が配向された成形基材とを位置合わせする必要がない。一方向材のみで角パイプ１を成形する場合に比べて、強化繊維の位置合わせを容易に行うことができる。
　（６）成形基材配置工程では、成形基材である織物材を配置している。
　そのため、しなやかな織物により、強化繊維がキャビティ内の角部に沿い易い。角部での賦型性が良好となり、角パイプ１の角部４でのボイドの発生を抑制することができる。
　（７）織物材は、経糸と緯糸が織られることにより、一枚の成形基材となっている。
　そのため、一方向材を積層する場合に比べて、直交する強化繊維の層間での滑りが抑制される。その結果、成形基材配置工程を簡略化することができる。
　（８）角パイプ１は、ハイドロフォーミング法により成形される。
　そのため、角パイプ１の成形に必要な温度が得られるだけでなく、バッグ４０内に過熱水蒸気に基づく高い圧力を付与することができる。成形基材をより強い押圧力で金型５０の内面に押し付けることができる。これにより、複数層の成形基材の層間に隙間が発生することが抑制され、角パイプ１にボイドが発生することが抑制される。その結果、曲げ剛性に優れた角パイプ１を製造することができる。
　（９）温調循環装置３０は、過熱水蒸気を生成する加熱装置３１と過熱水蒸気の温度を検出する温度センサ３３を備えている。温度センサ３３は過熱水蒸気の温度を検出して、その検出値に基づいて、加熱装置３１内の過熱水蒸気の温度が調節される。
　そのため、成形温度、成形圧力の変動が抑制された状態で、所望の温度、圧力の過熱水蒸気を常にバッグ４０内に供給することができる。
　（１０）上記実施形態の成形システムＳは、温調循環装置３０との間で流体を循環させる冷水循環装置２０を備えている。
　そのため、成形開始時には、温調循環装置３０を介して冷水循環装置２０とバッグ４０との間で水を循環させることができるため、成形前に、各装置の内部や流体通路の内部を水で充填することができる。また、成形終了時には、成形工程で発生させた過熱水蒸気を、冷水循環装置２０内の水とともに外部へ排出させることができる。このように、成形開始時の流体の供給や、成形終了時の流体の排出を容易に行うことができる。
　なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
　・上記実施形態では、筒状体として径方向断面が長形状の角パイプ１について説明したが、筒状体の形状はこれに限定されない。例えば、図３Ａに示すように、筒状体は、径方向断面が台形状であってもよい。あるいは、図３Ｂに示すように、筒状体は、径方向断面が不定形な五角形状であってもよい。また、図３Ｃに示すように、筒状体は、曲面状の側壁を有し、径方向断面が直線部分と曲線部分と含んでもよい。他に、筒状体は、径方向断面が多角形であってよい。
　筒状体の径方向断面において、角部４の角度が鋭角や、鋭角に近いほど、中間層に織物層１２を積層している効果が出やすい。つまり、角部４が鋭角であったり、鋭角に近いほど、一方向材で成形した筒状体では、角部４にボイドが形成されやすい一方、織物材で成形することによりボイドの発生を抑制する効果が顕著となる。
　・角パイプ１の製造方法は、ハイドロフォーミング法に限定されない。例えば、芯材であるマンドレルに、複数の成形基材を巻き付け、金型内で加熱硬化させる方法を採用してもよい。この場合、まず、内側一方向材層１１となる一方向材をマンドレルに巻き付ける。続いて、内側一方向材層１１となる一方向材の外周面に、織物層１２となる複数の織物材を巻き付ける。続いて、織物層１２となる織物材の外周面に、外側一方向材層１３となる一方向材を巻き付ける。これを金型内に配置して型締めし、所定温度で所定時間加熱硬化させる。金型内から取り出してマンドレルを脱芯すると筒状体が得られる。
　この場合、内側一方向材層１１となる一方向材を巻き付ける工程が第１工程である。また、織物層１２となる複数の織物材を巻き付ける工程が第２工程である。そして、外側一方向材層１３となる一方向材を巻き付ける工程が第３工程である。
　筒状体の実施例について説明する。
　＜筒状体の成形＞
　（実施例１）
　上記ハイドロフォーミング法に従って筒状体である角パイプ１を成形した。角パイプ１は、径方向断面が２８ｍｍ×４８ｍｍの長方形状であり、長さが７００ｍｍの直状筒体である。内側一方向材層１１及び外側一方向材層１３は、それぞれ、強化繊維の配向方向が角パイプ１の軸線に沿うように配置された、１つの一方向材を含む。一方向材は、炭素繊維にエポキシ樹脂が含浸されたシート状基材であるシートプリプレグ（Ｐ３２５２Ｓ－１０、東レ株式会社製）を使用した。
　織物層１２を構成する織物材は、角パイプ１の外周側から順に、強化繊維の配向方向が角パイプ１の軸線に対して±４５°で交差するように２層、角パイプ１の軸線に対して０°／９０°となる方向となるように１層、角パイプ１の軸線に対して±４５°で交差するように２層積層した。いずれの織物材も、炭素繊維にエポキシ樹脂が含浸されたシート状基材であるシートプリプレグ（Ｆ６３４３Ｂ－０５Ｐ、東レ株式会社製）を使用した。
　内側一方向材層１１、織物層１２、及び外側一方向材層１３の各層の成形基材の種類、側壁の厚みｔ（ｍｍ）、角パイプ１の軸線に対する強化繊維の配向角度（゜）は表１に示したとおりである。角パイプ１の側壁の厚みｔは１．５５ｍｍであった。このようにして得られた角パイプ１を実施例１とした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　（比較例１）
　成形基材としてすべて一方向材を使用した以外は、実施例１の角パイプ１と同様に成形した。一方向材は、強化繊維の配向方向が角パイプ１の軸線に対して沿う方向、直交する方向、４５°交差する方向となるように、１４層積層した。一方向材は、すべて、炭素繊維にエポキシ樹脂が含浸されたシート状基材であるシートプリプレグ（Ｐ３２５２Ｓ－１０、東レ株式会社製）を使用した。各層の成形基材の種類、側壁の厚みｔ（ｍｍ）、角パイプ１の軸線に対する強化繊維の配向角度（゜）は表２に示したとおりである。角パイプ１の側壁の厚みｔは１．６０ｍｍであった。このようにして得られた角パイプ１を比較例１とした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　（比較例２）
　成形基材としてすべて織物材を使用した以外は、実施例１の角パイプ１と同様に成形した。織物材は、強化繊維の配向方向が角パイプ１の軸線に対して０゜及び９０゜となる方向、±４５゜となる方向に、７層積層した。織物材は、すべて、炭素繊維にエポキシ樹脂が含浸されたシート状基材であるシートプリプレグ（Ｆ６３４３Ｂ－０５Ｐ、東レ株式会社製）を使用した。各層の成形基材の種類、側壁の厚みｔ（ｍｍ）、角パイプ１の軸線に対する強化繊維の配向角度（゜）は表３に示したとおりである。角パイプ１の側壁の厚みｔは１．８０ｍｍであった。このようにして得られた角パイプ１を比較例２とした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　＜曲げ剛性の評価＞
　実施例１、比較例１,２の角パイプ１について、３点曲げ試験を行って曲げ剛性を評価した。３点曲げ試験は、ＪＩＳ　Ｋ　７０７４に準じて行った。
　図４に示すように、角パイプ１を、２箇所の支点６１、６２で支えた。支点６１、６２の間の距離は５００ｍｍに設定した。角パイプ１は、長側壁２が上下方向に沿うように支持した。角パイプ１の長手方向中央位置の上部から圧子６３で押圧し、角パイプ１に対する曲げ負荷（Ｎ）と角パイプ１のたわみ量（ｍｍ）を測定した。測定は、角パイプ１が破断し始めたのちも続けて、角パイプ１が最終的に分断されるか否かを確認した。
　実施例１、比較例１、２の各角パイプ１の曲げ荷重（Ｎ）に対するたわみ（ｍｍ）曲線を、図５に示した。また、曲げ剛性の評価後の実施例１、比較例２の角パイプ１の外観写真を図６に示した。図６Ａが実施例１の角パイプ１の外観、図６Ｂが比較例２の角パイプ１の外観である。
　図５の結果より、成形基材としてすべて一方向材を使用した比較例１の角パイプ１は、他の角パイプ１に比べて曲げ剛性が低かった。また、成形基材としてすべて織物材を使用した比較例２の角パイプ１は、比較例１の角パイプ１に比べて曲げ剛性が高かった。しかし、たわみ量が一定値になると、曲げ荷重が一気にゼロになった。このとき、図６Ｂに示すように、比較例２の角パイプ１は完全に分断された状態となっていた。
　一方、成形基材として織物層１２の内周面と外周面とにそれぞれ一方向材層１１、１３が積層された実施例１の角パイプ１では、比較例１の角パイプ１より曲げ剛性は高いものの、比較例２の角パイプ１より曲げ剛性は低かった。これは、比較例２の角パイプ１の側壁の厚みｔが１．８０ｍｍであるのに対し、実施例１の角パイプ１の側壁の厚みｔが１．５５ｍｍと薄いことによると考えられる。この点、曲げ荷重をそれぞれの側壁の厚みｔで割った値で比較すると、実施例１の角パイプ１は、比較例２の角パイプ１と同等の曲げ剛性であることがわかった。
　また、実施例１の角パイプ１は、たわみ量が一定以上になって曲げ荷重が低下しても、一気にゼロにはならず、一定の曲げ荷重で推移した。このとき、図６Ａに示すように、実施例１の角パイプ１は完全に分断されず、破断箇所を跨いで繋がった状態が維持されていた。

Claims (7)

  1. 　車両の構造材として使用される繊維強化樹脂製の筒状体であって、前記筒状体は、同筒状体の軸線に沿って延びる１以上の角部を外周面に備え、
    　前記筒状体は、
    　　複数の織物材が積層された織物層であって、各織物材が、強化繊維が織られた織物と、前記織物に含浸された樹脂とを含む、織物層と、
    　　複数の一方向材層であって、各一方向材層が、一方向に配向された強化繊維と、前記強化繊維に含浸された樹脂とを含む、複数の一方向材層と、
    　が積層された筒状積層体であり、
    　前記各一方向材層の強化繊維は、前記軸線に沿って配向されており、
    　前記複数の一方向材層は、
    　　前記織物層の外周面に積層された外側一方向材層と、
    　　前記織物層の内周面に積層された内側一方向材層と、を含む、
    　筒状体。
  2. 　前記織物層は、前記織物の経糸又は緯糸が、前記軸線に沿って配向されている、１以上の織物材を含む、
    　請求項１に記載の筒状体。
  3. 　前記筒状積層体は、互いに対向する第１側壁および第２側壁を有し、
    　前記第１側壁および前記第２側壁は互いに平行に延びており、
    　前記第１側壁における前記一方向材層は、前記第２側壁における前記一方向材層より引張強度の高い強化繊維を含む、
    　請求項１又は２に記載の筒状体。
  4. 　車両の構造材として使用される繊維強化樹脂製の筒状体の製造方法であって、前記筒状体は、同筒状体の軸線に沿って延びる１以上の角部を外周面に備え、前記方法は、
    　４以上の成形基材を芯材の周囲に積層することであって、前記４以上の成形基材は、
    　　複数の一方向材であって、各一方向材が、一方向に配向された強化繊維と、当該強化繊維に含浸された樹脂とを含む、複数の一方向材と、
    　　複数の織物材であって、各織物材が、強化繊維が織られた織物と、前記織物に含浸された樹脂とを含む、複数の織物材と、を含む、ことと、
    　前記芯材の周囲に配置された前記４以上の成形基材を加熱することと、
    　を含み、
    　前記積層することは、
    　　前記芯材の軸線に沿って強化繊維が配向されるように、少なくとも１つの前記一方向材を前記芯材の周囲に配置することと、
    　　前記少なくとも１つの一方向材の周囲に前記複数の織物材を配置することと、
    　　前記芯材の軸線に沿って強化繊維が配向されるように、少なくとも１つの前記一方向材を前記複数の織物材の周囲に配置することと、を含む、
    　筒状体の製造方法。
  5. 　前記複数の織物材を配置することは、少なくとも１つの前記織物材の経糸又は緯糸を、前記芯材の軸線に沿って配向することを含む、
    　請求項４に記載の筒状体の製造方法。
  6. 　金型のキャビティ内に繊維強化樹脂製の成形基材を配置することと、
    　前記金型の内部にバッグを配置して型締めすることと、
    　前記バッグ内に過熱水蒸気を供給することと、
    　前記過熱水蒸気を内包する前記バッグからの熱及び圧力によって前記成形基材を前記金型の内面に押し当てながら加熱することと、
    　を含む、筒状体の製造方法。
  7. 　加熱装置内で水を加熱して過熱水蒸気を生成することと、
    　前記成形基材を前記金型の内面に押し当てながら加熱するときに、前記加熱装置と前記バッグとの間で前記過熱水蒸気を循環させることと、
    　をさらに含む、請求項６に記載の筒状体の製造方法。
PCT/JP2022/005615 2021-03-22 2022-02-14 筒状体及び筒状体の製造方法 WO2022201960A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US18/551,501 US20240165891A1 (en) 2021-03-22 2022-02-14 Tubular body and method for producing tubular body
CN202280022377.XA CN116997458A (zh) 2021-03-22 2022-02-14 筒状体及筒状体的制造方法
EP22774761.5A EP4316794A1 (en) 2021-03-22 2022-02-14 Tubular body and method for producing tubular body

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021047902A JP2022146769A (ja) 2021-03-22 2021-03-22 筒状体及び筒状体の製造方法
JP2021-047902 2021-03-22

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022201960A1 true WO2022201960A1 (ja) 2022-09-29

Family

ID=83395535

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2022/005615 WO2022201960A1 (ja) 2021-03-22 2022-02-14 筒状体及び筒状体の製造方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20240165891A1 (ja)
EP (1) EP4316794A1 (ja)
JP (1) JP2022146769A (ja)
CN (1) CN116997458A (ja)
WO (1) WO2022201960A1 (ja)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6384932A (ja) * 1986-09-22 1988-04-15 旭化成株式会社 積層パネル
JP2002295737A (ja) * 2001-03-29 2002-10-09 Toray Ind Inc 炭素繊維強化プラスチック製角形管およびその製造方法
JP2006130875A (ja) * 2004-11-09 2006-05-25 Toho Tenax Co Ltd 内圧成形法
JP2007030421A (ja) * 2005-07-28 2007-02-08 Toyo Tire & Rubber Co Ltd ゴム製筒体の製造方法
JP2008501555A (ja) * 2004-06-09 2008-01-24 インダストリアル コンポジテス エンジニアリング プロプライエタリー リミテッド 高分子複合体の形成もしくは硬化方法
JP2013179948A (ja) * 2012-02-29 2013-09-12 Globeride Inc 角パイプ
JP2017001618A (ja) 2015-06-15 2017-01-05 本田技研工業株式会社 燃料タンク
WO2017170801A1 (ja) * 2016-03-30 2017-10-05 株式会社栗本鐵工所 繊維強化樹脂中空体およびその製造方法
JP2021146560A (ja) * 2020-03-18 2021-09-27 ミズノ テクニクス株式会社 中空成形品の成形システム

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6384932A (ja) * 1986-09-22 1988-04-15 旭化成株式会社 積層パネル
JP2002295737A (ja) * 2001-03-29 2002-10-09 Toray Ind Inc 炭素繊維強化プラスチック製角形管およびその製造方法
JP2008501555A (ja) * 2004-06-09 2008-01-24 インダストリアル コンポジテス エンジニアリング プロプライエタリー リミテッド 高分子複合体の形成もしくは硬化方法
JP2006130875A (ja) * 2004-11-09 2006-05-25 Toho Tenax Co Ltd 内圧成形法
JP2007030421A (ja) * 2005-07-28 2007-02-08 Toyo Tire & Rubber Co Ltd ゴム製筒体の製造方法
JP2013179948A (ja) * 2012-02-29 2013-09-12 Globeride Inc 角パイプ
JP2017001618A (ja) 2015-06-15 2017-01-05 本田技研工業株式会社 燃料タンク
WO2017170801A1 (ja) * 2016-03-30 2017-10-05 株式会社栗本鐵工所 繊維強化樹脂中空体およびその製造方法
JP2021146560A (ja) * 2020-03-18 2021-09-27 ミズノ テクニクス株式会社 中空成形品の成形システム

Also Published As

Publication number Publication date
CN116997458A (zh) 2023-11-03
EP4316794A1 (en) 2024-02-07
JP2022146769A (ja) 2022-10-05
US20240165891A1 (en) 2024-05-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1799443B1 (en) Textile core sandwich structures
CA2836017C (en) Multilayered fabric, its use including processes for production of composites
US20040241415A1 (en) Reinforcing fiber substrate, composite material and method for producing the same
KR101886877B1 (ko) 직조 모재, 복합물 및 그 제조방법
EP1464743A1 (en) CARBON FIBER−MADE REINFORING WOVEN FABRIC AND PREPREG AND PREPREG PRODUCTION METHOD
JPH0422933B2 (ja)
KR20130141468A (ko) 탄소 섬유 강화 플라스틱 성형품
US20190232577A1 (en) Fiber-reinforced resin molded article and method for manufacturing fiber-reinforced resin molded article
WO2018083734A1 (ja) 複合材料用強化基材、複合材料および複合材料用強化基材の製造方法
US20140342630A1 (en) Woven fabric preforms and process for making the same
JP4517483B2 (ja) 複合強化繊維基材およびプリフォーム
JPH08337666A (ja) プリフォームおよびその製造方法
WO2022201960A1 (ja) 筒状体及び筒状体の製造方法
JP6835225B2 (ja) 繊維構造体及び繊維強化複合材
KR20190031908A (ko) 섬유 강화 플라스틱 시트와 이를 포함하는 적층체
JPH07241846A (ja) プリフォームおよびその製造方法
JPH0776051A (ja) Ｆｒｐ製パネル及びその製造方法
JP4525176B2 (ja) 繊維強化プラスチック、および、その製造方法
US20210276281A1 (en) Cloth Prepreg, Method for Manufacturing Cloth Prepreg, Fiber Reinforced Resin Molded Article, and Method for Manufacturing Fiber Reinforced Resin Molded Article
JP2004314315A (ja) Ｆｒｐ製薄板およびその製造方法
KR20170073044A (ko) 아라미드 복합재 및 이로 제조된 헬멧
JP4366113B2 (ja) ゴルフクラブシャフト
JP4837897B2 (ja) 繊維強化樹脂およびその製造方法
JP2018066086A (ja) Ｒｔｍ成形用繊維プリフォーム及び繊維強化複合材
JPH068971Y2 (ja) ヘルメット

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22774761

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 202280022377.X

Country of ref document: CN

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 18551501

Country of ref document: US

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2022774761

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022774761

Country of ref document: EP

Effective date: 20231023