(57)【要約】【課題】一部が破壊しかかっても全体の破壊には至らないフェールセーフ構造を有するＦＲＰ成形体を提供する。【解決手段】ＦＲＰ成形体を、ＦＲＰで形成された内層１と、内層１のＦＲＰの弾性係数よりも低い弾性係数を有するＦＲＰで形成され、内層１の厚み方向の両側に設けられている外層２とからなるものとすることにより、厚み方向から加わる荷重によって内層１が破壊したときも、外層２が破壊することなく変形した状態で残り、全体の破壊には至らないようにしたのである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維強化樹脂で形成された内層と、前記内層の繊維強化樹脂の弾性係数よりも低い弾性係数を有する繊維強化樹脂で形成され、前記内層の厚み方向の両側に設けられている外層とからなる繊維強化樹脂成形体。
【請求項２】
繊維強化樹脂で形成された第１層と、前記第１層の繊維強化樹脂の弾性係数よりも低い弾性係数を有する繊維強化樹脂で形成され、前記第１層の厚み方向の一側に設けられている第２層とからなり、前記第１層で荷重を受ける繊維強化樹脂成形体。
【請求項３】
前記弾性係数の高い方の繊維強化樹脂が強化繊維に炭素繊維を用いたものであり、前記弾性係数の低い方の繊維強化樹脂が強化繊維にガラス繊維を用いたものであることを特徴とする請求項１または２に記載の繊維強化樹脂成形体。
【請求項４】
前記弾性係数の低い方の繊維強化樹脂が、前記弾性係数の高い方の繊維強化樹脂に用いられている樹脂の破断伸び率よりも高い破断伸び率を有する樹脂を用いたものであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形体。
【請求項５】
前記弾性係数の高い方の繊維強化樹脂は、その強化繊維が繊維強化樹脂成形体の長手方向に配向されており、前記弾性係数の低い方の繊維強化樹脂は、その強化繊維が繊維強化樹脂成形体の長手方向に対して傾斜配向されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フェールセーフ構造を有する繊維強化樹脂成形体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、種々の建材や、工事現場で使用される足場板、車椅子用のスロープ等の素材として、従来の鋼製のものに比べて大幅な軽量化が図れ、設置作業がしやすく、表面処理を施さなくても耐久性・耐食性が確保できる繊維強化樹脂（ＦＲＰ）の成形体が使用されるようになってきている。
【０００３】
上記のような繊維強化樹脂成形体（以下、「ＦＲＰ成形体」とも称する。）には、全体としての強度を高めるために、ＦＲＰで形成された層を含む複数の層を重ね合わせたものがある。
【０００４】
例えば、特許文献１には、長繊維補強発泡体の上下両面に、骨材層を挟む２枚のシート状繊維材料を設け、これらを樹脂で一体化したものが開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、硬化性樹脂含浸強化繊維で形成した中心層の上下両面に、中心層の硬化性樹脂よりも硬化速度の遅い硬化性樹脂を強化繊維中に含浸させて形成した表層を設けたものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特公昭５９−８２２９号公報
【特許文献２】特開平７−２４９２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１、２に開示されているようなＦＲＰ成形体は、物性（強度・剛性）を高めることを主な目的として発明されたものであり、想定外の荷重が加わると、短時間で全体が破壊してしまい、事故を引き起こすおそれがある。また、想定内の荷重であっても、運搬時に生じた傷が起点となって破壊し、重大な事故に結びつく懸念がある。
【０００８】
そこで、本発明は、一部が破壊しかかっても全体の破壊には至らないフェールセーフ構造を有するＦＲＰ成形体を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、本発明の繊維強化樹脂成形体（ＦＲＰ成形体）は、繊維強化樹脂（ＦＲＰ）で形成された内層と、前記内層の繊維強化樹脂の弾性係数よりも低い弾性係数を有する繊維強化樹脂で形成され、前記内層の厚み方向の両側に設けられている外層とからなるものとした。
【００１０】
また、ＦＲＰ成形体が厚み方向の一方向のみから荷重を受ける場合は、繊維強化樹脂で形成された第１層と、前記第１層の繊維強化樹脂の弾性係数よりも低い弾性係数を有する繊維強化樹脂で形成され、前記第１層の厚み方向の一側に設けられている第２層とからなり、前記第１層で荷重を受ける構成とすることもできる。
【００１１】
上記のいずれかの構成によれば、ＦＲＰ成形体の厚み方向から加わる荷重によって内層または第１層が破壊したときも、外層または第２層が破壊することなく変形した状態で残り、全体の破壊によって生じる事故等のトラブルを防止できる可能性が高まる。
【００１２】
ここで、具体的には、前記弾性係数の高い方の繊維強化樹脂が強化繊維に炭素繊維を用いたものであり、前記弾性係数の低い方の繊維強化樹脂が強化繊維にガラス繊維を用いたものである構成や、前記弾性係数の低い方の繊維強化樹脂が、前記弾性係数の高い方の繊維強化樹脂に用いられている樹脂の破断伸び率よりも高い破断伸び率を有する樹脂を用いたものである構成を採用することができる。
【００１３】
また、前記弾性係数の高い方の繊維強化樹脂は、その強化繊維が繊維強化樹脂成形体の長手方向に配向されており、前記弾性係数の低い方の繊維強化樹脂は、その強化繊維が繊維強化樹脂成形体の長手方向に対して傾斜配向されている構成を採用することもできる。
【００１４】
すなわち、本発明のＦＲＰ成形体においては、各層を形成するＦＲＰで種類の異なる強化繊維（例えば、炭素繊維とガラス繊維）を用いたり、破断伸び率に差がある樹脂を用いたり、強化繊維の配向方向を変えたりすることにより、各層を形成するＦＲＰの弾性係数に差をつけることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のＦＲＰ成形体は、上述したように、ＦＲＰで形成された内層の厚み方向の両側に、内層よりも弾性係数の低いＦＲＰで形成された外層を設けたもの、あるいは、ＦＲＰで形成される第１層の厚み方向の一側に、第１層よりも弾性係数の低いＦＲＰで形成された第２層を設け、第１層で荷重を受けるようにしたものであるから、厚み方向から加わる荷重によって内層または第１層が破壊したときも、外層または第２層が破壊することなく変形した状態で残り、全体の破壊によって生じる事故等のトラブルを防止できる可能性が高い。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態のＦＲＰ成形体の断面図
【図２】ａ、ｂは、それぞれ第２実施形態のＦＲＰ成形体の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。図１は第１の実施形態を示す。この繊維強化樹脂成形体（ＦＲＰ成形体）は、繊維強化樹脂（ＦＲＰ）で形成された内層１の厚み方向の両側に、内層１とは異なるＦＲＰで形成された外層２を設けたもので、引抜成形またはプレス成形によって成形されるものである。
【００１８】
前記内層１を形成するＦＲＰは、強化繊維としての炭素繊維をＦＲＰ成形体の長手方向に配向して、その炭素繊維にエポキシ樹脂を含浸させたものである。一方、前記内層１の両側の外層２を形成するＦＲＰは、強化繊維としてのガラス繊維をＦＲＰ成形体の長手方向に対して傾斜配向して、そのガラス繊維にエポキシ樹脂よりも破断伸び率の高いビニルエステル樹脂を含浸させたものである。これにより、内層１のＦＲＰと外層２のＦＲＰとでは、外層２のＦＲＰの方が内層１のＦＲＰよりも弾性係数の低いものとなっている。
【００１９】
このＦＲＰ成形体は、上記の構成であり、内層１を形成するＦＲＰよりも両側の外層２を形成するＦＲＰの方が弾性係数が低いので、厚み方向のいずれか一方向から加わる荷重によって内層１が破壊したときも、外層２が破壊することなく変形した状態で残り、全体の破壊によって生じる事故等のトラブルを防止することができる。
【００２０】
図２は第２の実施形態を示す。この第２実施形態のＦＲＰ成形体は、例えば梁材等、厚み方向を上下方向に向け、上下方向の一方から荷重を受ける状態で使用される部材の素材となるものである。このうち、図２（ａ）の例は、第１実施形態の内層１と同じ構成の上層（第１層）３の下側に、第１実施形態の外層２と同じ構成の下層（第２層）４を設けたもので、その上層３で上方からの荷重を受けるようになっている。一方、図２（ｂ）の例は、第１実施形態の内層１と同じ構成の下層（第１層）５の上側に、第１実施形態の外層２と同じ構成の上層（第２層）６を設けたもので、その下層５で下方からの荷重を受けるようになっている。
【００２１】
したがって、図２（ａ）、（ｂ）のいずれの例でも、荷重を受ける第１層３、５を形成するＦＲＰよりも第２層４、６を形成するＦＲＰの方が弾性係数が低いので、第１実施形態と同様、第１層３、５が破壊してもすぐには第２層４、６が破壊せず、全体の破壊による事故等のトラブルを防止することができる。
【００２２】
なお、上述した各実施形態では、内層１と外層２とで、あるいは第１層３、５と第２層４、６とで、各層を形成するＦＲＰの弾性係数に差をつける手段として、各層を形成するＦＲＰで種類の異なる強化繊維を用い、破断伸び率に差がある樹脂を用いるとともに、強化繊維の配向方向を変えているが、その３つの手段は必ずしもすべて採用する必要はなく、いずれか１つまたは２つだけを採用してもよい。
【００２３】
例えば、強化繊維の種類によって、各層を形成するＦＲＰの弾性係数に十分な差をつけることができれば、各層で同じ種類の樹脂を用い、強化繊維の配向方向を同じにしてもよい。
【００２４】
また、各層を形成するＦＲＰの弾性係数に差をつける手段として  各層で強化繊維の種類を異ならせる場合も、その強化繊維の種類の組合せは実施形態のものに限らない。例えば、内層１や第１層３、５に炭素繊維を用いる場合、外層２や第２層４、６にはガラス繊維のほか、アラミド繊維やビニロン繊維を用いることができ、内層１や第１層３、５にガラス繊維を用いる場合は、外層２や第２層４、６にビニロン繊維を用いることができる。
【００２５】
また、第１実施形態の内層および外層、第２実施形態の第１層および第２層は、それぞれ上述のような均質な１つの層であることに限定されず、構成の異なる複数の層で形成することもできる。
【００２６】
次に、本発明の効果を確認するために、第１実施形態のような三層構造のＦＲＰ成形体を対象として行ったシミュレーションについて説明する。
【００２７】
シミュレーションは、各層の厚みｔi、弾性係数Ｅiおよび破断応力σiを表１に示すように設定し、下記（１）〜（５）式により通常使用状態と内層破壊後の各層の破壊荷重（引張による破壊荷重Ｔiおよび曲げモーメントによる破壊荷重Ｍi）を算出した。なお、表１中の内層の破壊後の数値は、ゼロ除算を避け、算出結果に大きな影響を与えないように設定したものである。
【００２８】
【表１】
2019025747.tif 000003
【００２９】
【数１】
2019025747.tif 000004
ここで、ＥＡ：引張剛性
【数２】
2019025747.tif 000005
【数３】
2019025747.tif 000006
ここで、ｙi：基準面（下面）から各層の厚み方向中心までの距離、
ＥＩ：曲げ剛性
【数４】
2019025747.tif 000007
【数５】
2019025747.tif 000008
ここで、ηi：全体の厚み方向中心から各層の応力着目点（表面）までの距離
【００３０】
表２は通常使用状態での破壊荷重の算出結果を示し、表３は内層破壊後の破壊荷重の算出結果を示す。
【００３１】
【表２】
2019025747.tif 000009
【００３２】
【表３】
2019025747.tif 000010
【００３３】
表２からわかるように、通常使用状態では、外層の破壊荷重が引張・曲げとも内層の破壊荷重よりもかなり大きくなっている。したがって、ＦＲＰ成形体に想定外の大きな荷重が加わって内層が破壊しても、外層は破壊することなく変形した状態で残る場合が多いと考えられる。また、表２および表３から、通常使用状態での内層の破壊荷重に対して内層破壊後の外層の破壊荷重は、引張では１／４程度、曲げでは１／２程度となっていることがわかる。そして、一般的なＦＲＰ成形体では安全率が５倍程度とされることから、内層が破壊した後でも、通常想定される荷重に対しては外層が破壊するおそれはなく、全体の破壊によって生じる事故等のトラブルを防止できることが確認される結果となっている。
【符号の説明】
【００３４】
１  内層
２  外層
３  上層（第１層）
４  下層（第２層）
５  下層（第１層）
６  上層（第２層）
【図１】
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【図２】
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