(57)【要約】【課題】低コストで、良好な不燃性を維持し、難燃材料、極難燃材料、或いは、不燃材料として好適に使用することができ、しかも、強度低下をも回避することができる、一部又は全部が繊維強化複合材とされる、国土交通省令第１５１号に準拠した試験で着火を起こさない車両用部材を提供する。【解決手段】一部若しくは全部が繊維強化複合材で形成された車両用部材１は、少なくとも一側の面に表面層として、熱伝導率１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の炭素繊維にマトリクス樹脂を含浸させて形成した繊維強化複合材２が配置され、国土交通省令第１５１号に準拠した試験で着火しない。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一部若しくは全部が繊維強化複合材で形成された車両用部材において、
少なくとも一側の面に表面層として、熱伝導率１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の炭素繊維若しくは金属繊維にマトリックス樹脂を含浸させて形成した繊維強化複合材を配置したことを特徴とする、国土交通省令第１５１号に準拠した試験で着火を起こさない車両用部材。
【請求項２】
前記表面層の厚みが０．１ｍｍ〜１．０ｍｍであることを特徴とする請求項１の車両用部材。
【請求項３】
前記炭素繊維は、ピッチ系炭素繊維であり、前記金属繊維は、アルミニウム繊維若しくは銅繊維であり、前記繊維強化複合材の繊維体積含有率は３０％〜７０％であることを特徴とする請求項１又は２の車両用部材。
【請求項４】
前記マトリックス樹脂は、エポキシ樹脂、ビニールエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ＭＭＡ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、若しくは、メラニン樹脂であることを特徴とする請求項１、２又は３の車両用部材。
【請求項５】
一部若しくは全部が繊維強化複合材で形成された車両用部材において、
少なくとも一側の面に表面層として、熱伝導率１００Ｗ／ｍ・Ｋ未満の繊維を用いた繊維強化複合材を厚さ０．１ｍｍ〜１．０ｍｍで配置し、且つ、その内層に熱伝導率１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の炭素繊維若しくは金属繊維にマトリックス樹脂を含浸させて形成した繊維強化複合材を配置したことを特徴とする、国土交通省令第１５１号に準拠した試験で着火を起こさない車両用部材。
【請求項６】
前記内層としての繊維強化複合材の層の厚みが０．１ｍｍ〜１．０ｍｍであることを特徴とする請求項５の車両用部材。
【請求項７】
前記表面層の熱伝導率１００Ｗ／ｍ・Ｋ未満の繊維は、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリアリレート繊維、ポリビニールアルコール繊維、若しくは、ベンズアゾール繊維であり、前記繊維強化複合材の繊維体積含有率は３０％〜７０％であることを特徴とする請求項５又は６の車両用部材。
【請求項８】
前記内層としての炭素繊維は、ピッチ系炭素繊維であり、前記金属繊維は、アルミニウム繊維若しくは銅繊維であり、前記繊維強化複合材の繊維体積含有率は３０％〜７０％であることを特徴とする請求項５、６又は７の車両用部材。
【請求項９】
前記内層のマトリックス樹脂は、エポキシ樹脂、ビニールエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ＭＭＡ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、若しくは、メラニン樹脂であることを特徴とする請求項５〜８のいずれかの項に記載の車両用部材。
【請求項１０】
前記表面層のマトリックス樹脂は、エポキシ樹脂、ビニールエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ＭＭＡ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、若しくは、メラニン樹脂であることを特徴とする請求項５〜９のいずれかの項に記載の車両用部材。
【請求項１１】
一部若しくは全部が繊維強化複合材で形成された車両用部材において、
少なくとも一側の面に表面層として、熱伝導率８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、１００Ｗ／ｍ・Ｋ未満の炭素繊維に、マトリックス樹脂として難燃性或いは極難燃性の樹脂を含浸させて形成した繊維強化複合材を配置したことを特徴とする、国土交通省令第１５１号に準拠した試験で着火を起こさない車両用部材。
【請求項１２】
前記繊維強化複合材からなる前記表面層の厚みが０．２ｍｍ〜１．０ｍｍであることを特徴とする請求項１１の車両用部材。
【請求項１３】
前記繊維強化複合材の繊維体積含有率は３０％〜７０％であることを特徴とする請求項１１又は１２の車両用部材。
【請求項１４】
前記難燃性或いは極難燃性の樹脂は、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、水酸化アルミニウム等の充填剤を添加したエポキシ樹脂、又は、ハロゲン化合物、リン化合物等の添加物を配合したエポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１１、１２又は１３の車両用部材。
【請求項１５】
請求項１、２、３、５、６、７、８又は９に記載の車輌両部材であって、
前記表面層のマトリックス樹脂として、難燃性或いは極難燃性の樹脂である、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、水酸化アルミニウム等の充填剤を添加したエポキシ樹脂、又は、ハロゲン化合物、リン化合物等の添加物を配合したエポキシ樹脂を用い、更に不燃性を高めてことを特徴とする、国土交通省令第１５１号に準拠した試験で着火を起こさない車両用部材。
【請求項１６】
前記車両用部材は、板状、棒状、或いは、パイプ状とされることを特徴とする請求項１〜１５のいずれかの項に記載の車両用部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、列車やモノレールなどの車両用部材に関するものであり、特に、耐着火性の判定基準を定めた国土交通省令第１５１号第５節車輌の火災対策等第８３条（本明細書では単に「国土交通省令第１５１号」という。）に準拠した試験で着火を起こさない着火特性をもった車両用部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、列車などの車両用部材としては、鉄、アルミニウム、ステンレススチールなどの金属材料が一般に使用されている。最近では、軽量化のニーズから、一部、内装用などとして、ガラス繊維或いは炭素繊維を強化繊維として使用した繊維強化複合材、即ち、ガラス繊維強化プラスチック或いは炭素繊維強化プラスチックが採用されている。
【０００３】
このような車両用部材は、基本的に燃えにくい材料が採用され、使用部位によってその難燃性レベルを選択して使用されている。そのために、ガラス繊維や炭素繊維を用いた繊維強化プラスチックの場合には、使用する樹脂（マトリックス樹脂）に、燃えにくい樹脂を使用することで対応している。
【０００４】
例えば、特許文献１には、触媒として２価金属水酸化物とアンモニアを併用して合成された含窒素結合を持つ特定のレゾール型フェノール樹脂の固形分に対しポリビニルブチラール樹脂の変性率が５〜１５重量％であるポリビニルブチラール変性フェノール樹脂と、炭素繊維とからなる鉄道車両用複合成型物が記載されている。
【０００５】
また、特許文献２には、ハロゲンを含有しないエポキシ樹脂、金属酸化物、ガラス転移温度が１２０℃以上の熱可塑性樹脂、及びエポキシ樹脂硬化剤を必須として含有するマトリックス樹脂と、炭素繊維とからなる繊維強化樹脂複合材料が記載されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平５−２０２２０１号公報
【特許文献２】
特開平１１−１４７９６５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１、２に記載するように車両用として炭素繊維プラスチック材料が開発されても、成形性での難しさや、コスト的に高くつくこと等の理由から、従来はほとんど使用されず、実際は、耐熱を強化した厚肉のガラス繊維強化プラスチックが使用されていたのが実態である。
【０００８】
しかしながら、最近は、車両高速化の要求が大となり、軌道等のインフラへの影響が無視できなくなってきた。その対応として車両の軽量化ニーズが大きく高まり、又環境保全の課題からリサイクル可能な材料への転換ニーズが高まり、重量的に重く、且つリサイクルが難しいガラス繊維強化プラスチックから、炭素繊維強化プラスチックへの転換が開始されている。
【０００９】
炭素繊維強化プラスチックの特徴は、ガラス繊維強化プラスチックに対して、比重が小さく、単位面積当たりの強度、弾性率の高い材料が選択できることにより、非常に軽量化の設計が可能となること、及び、廃棄処理の際、炭素部分は鉄鋼材料としての再利用が可能であることである。
【００１０】
更に、炭素繊維は、ガラス繊維に比較し高価であるが、熱伝導率がよいことから、不燃等を要求される材料に向いているという特徴を持っている。
【００１１】
しかし、従来は、不燃性を達成するために、樹脂の改善を中心に進めてきたために炭素繊維の高い強度、弾性率などの十分な性能を発揮できず、そのため炭素繊維の性能をフルに発揮できるような薄肉の材料を提供できなかった。
【００１２】
また、上記理由からコスト高となり、実際の採用へは至らなかった。
【００１３】
従って、本発明の目的は、上記問題を解決するためになされたものであり、低コストで、薄肉において良好な不燃性を維持し、難燃材料、極難燃材料、或いは、不燃材料として好適に使用することができ、しかも、強度低下をも回避することができる、一部又は全部が繊維強化複合材とされる、国土交通省令第１５１号に準拠した試験で着火を起こさない車両用部材を提供することである。
【００１４】
本発明の他の目的は、低コストで、薄肉において良好な不燃性を維持し、難燃材料、極難燃材料、或いは、不燃材料として好適に使用することができ、しかも、強度低下をも回避することができると共に、更に、耐衝撃性及び傷付き難い特性を有した、一部又は全部が繊維強化複合材とされる、国土交通省令第１５１号に準拠した試験で着火を起こさない車両用部材を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的は本発明に係る車両用部材にて達成される。要約すれば、第１の本発明によれば、一部若しくは全部が繊維強化複合材で形成された車両用部材において、
少なくとも一側の面に表面層として、熱伝導率１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の炭素繊維若しくは金属繊維にマトリックス樹脂を含浸させて形成した繊維強化複合材を配置したことを特徴とする、国土交通省令第１５１号に準拠した試験で着火を起こさない車両用部材が提供される。好ましくは、前記表面層の厚みは０．１ｍｍ〜１．０ｍｍとされる。
【００１６】
第１の本発明の一実施態様によれば、前記炭素繊維は、ピッチ系炭素繊維であり、前記金属繊維は、アルミニウム繊維若しくは銅繊維であり、前記繊維強化複合材の繊維体積含有率は３０％〜７０％である。また、前記マトリックス樹脂は、エポキシ樹脂、ビニールエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ＭＭＡ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、若しくは、メラニン樹脂とし得る。更に、前記表面層のマトリックス樹脂として、難燃性或いは極難燃性の樹脂である、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、水酸化アルミニウム等の充填剤を添加したエポキシ樹脂、又は、ハロゲン化合物、リン化合物等の添加物を配合したエポキシ樹脂を用い、更に不燃性を高めることができる。
【００１７】
第２の本発明によれば、一部若しくは全部が繊維強化複合材で形成された車両用部材において、
少なくとも一側の面に表面層として、熱伝導率１００Ｗ／ｍ・Ｋ未満の繊維を用いた繊維強化複合材を厚さ０．１ｍｍ〜１．０ｍｍで配置し、且つ、その内層に熱伝導率１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の炭素繊維若しくは金属繊維にマトリックス樹脂を含浸させて形成した繊維強化複合材を配置したことを特徴とする、国土交通省令第１５１号に準拠した試験で着火を起こさない車両用部材が提供される。好ましくは、前記内層としての繊維強化複合材の層の厚みは０．１ｍｍ〜１．０ｍｍとされる。
【００１８】
第２の本発明の一実施態様によれば、前記表面層の熱伝導率１００Ｗ／ｍ・Ｋ未満の繊維は、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリアリレート繊維、ポリビニールアルコール繊維、若しくは、ベンズアゾール繊維であり、前記繊維強化複合材の繊維体積含有率は３０％〜７０％である。また、前記内層としての炭素繊維は、ピッチ系炭素繊維であり、前記金属繊維は、アルミニウム繊維若しくは銅繊維であり、前記繊維強化複合材の繊維体積含有率は３０％〜７０％とし得る。
【００１９】
第２の本発明の他の実施態様によれば、前記表面層及び前記内層のマトリックス樹脂は、エポキシ樹脂、ビニールエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ＭＭＡ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、若しくは、メラニン樹脂である。更に、前記表面層のマトリックス樹脂として、難燃性或いは極難燃性の樹脂である、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、水酸化アルミニウム等の充填剤を添加したエポキシ樹脂、又は、ハロゲン化合物、リン化合物等の添加物を配合したエポキシ樹脂を用い、更に不燃性を高めることができる。
【００２０】
第３の本発明によれば、一部若しくは全部が繊維強化複合材で形成された車両用部材において、
少なくとも一側の面に表面層として、炭素繊維に、マトリックス樹脂として難燃性或いは極難燃性の樹脂を含浸させて形成した繊維強化複合材を配置したことを特徴とする、国土交通省令第１５１号に準拠した試験で着火を起こさない車両用部材が提供される。好ましくは、前記繊維強化複合材からなる前記表面層の厚みは０．２ｍｍ〜１．０ｍｍとされる。
【００２１】
第３の本発明の一実施態様によれば、前記繊維強化複合材の繊維体積含有率は３０％〜７０％である。また、前記難燃性或いは極難燃性の樹脂は、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、水酸化アルミニウム等の充填剤を添加したエポキシ樹脂、又は、ハロゲン化合物、リン化合物等の添加物を配合したエポキシ樹脂とし得る。
【００２２】
上記各本発明の車両用部材は、板状、棒状、或いは、パイプ状とすることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る車両用部材を図面に則して更に詳しく説明する。
【００２４】
実施例１
図１（Ａ）に、本発明の車両用部材の一実施例の概略構成を示す。本実施例にて、車両用部材１は、平らな板状部材とされ、一部若しくは全部が繊維強化複合材で形成される。
【００２５】
本実施例にて、車輌用部材の不燃性の評価は「国土交通省令第１５１号に準拠した試験」に基づき行なった。「国土交通省令第１５１号に準拠した試験」は当業者には周知であるので、これ以上の説明は省略する。
【００２６】
本実施例では、板状部材とされる車両用部材１の片側の面に、即ち、板厚方向で表面領域に位置する表面層２として繊維強化複合材が配置され、板厚方向の表面より内部領域に位置した残余の層厚部分３は、繊維強化複合材、又は、ハニカム材若しくは発泡材などの軽量部材などで形成される基材とされる。
【００２７】
表面層繊維強化複合材２は、強化繊維として熱伝導率１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の炭素繊維若しくは金属繊維に、マトリックス樹脂を含浸して形成される。
【００２８】
熱伝導率１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の炭素繊維としては、ピッチ系の炭素繊維、例えば、日本グラファイトファイバー株式会社製の「ＸＮ４０」（商品名）、「ＸＮ６０」（商品名）などが好適に使用され、また、金属繊維としては、アルミニウム繊維若しくは銅繊維が好適に使用される。これら炭素繊維或いは金属繊維は、長繊維を一方向に揃えたものが好ましく、場合によってはクロス、或いは、短繊維による不織布、など種々の形態とすることができる。
【００２９】
また、マトリックス樹脂としては、エポキシ樹脂、ビニールエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ＭＭＡ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、若しくは、メラニン樹脂を使用することができる。このとき、繊維強化複合材の繊維体積含有率は３０％〜７０％とされ、通常、５０％〜６０％とされる。
【００３０】
上記構成の表面層繊維強化複合材２を、車両用部材１の表面に、好ましくは、厚さ（ｔ）＝０．１ｍｍ〜１．０ｍｍにて設けることにより、車両用部材１に「不燃性」を付与することができる。
【００３１】
表面層繊維強化複合材２の厚さ（ｔ）が０．１ｍｍより小さい場合には、車両用部材１に「不燃性」を付与することが困難となり、厚さ（ｔ）が１．０ｍｍを越えると、「不燃性」特性は増大するものの、表面層繊維強化複合材２の使用量が増大し、経済的な面から好ましくない。
【００３２】
車両用部材１の全体の厚さ（Ｔ）は、任意に設計することができるが、通常２．０〜１５．０ｍｍとされる。
【００３３】
車両用部材１の残余の基材部分３は、繊維強化複合材とすることができ、強化繊維としては、例えば、熱伝導率３〜１０Ｗ／ｍ・Ｋ程度とされる一般の炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリアリレート繊維、ポリビニールアルコール繊維、若しくは、ベンズアゾール繊維であり、これら繊維を単独で、或いは、複数種混入してハイブリッドにて使用することができる。また、マトリックス樹脂としては、エポキシ樹脂、ビニールエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ＭＭＡ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、若しくは、メラニン樹脂を使用することができる。このとき、基材３としての繊維強化複合材の繊維体積含有率は３０％〜７０％とされ、通常、５０〜６０％とされる。
【００３４】
基材部分３としては、軽量部材、例えば、通常使用されるアルミニウム或いはアラミド樹脂などで作製したハニカム構造体、例えば、ディーアイシーヘクセル株式会社製の「ノーメックスハニカムコア（ＨＲＨ−７８）」（商品名）などを使用することもできる。場合によっては、ウレタンフォームなどの発泡材なども使用可能である。
【００３５】
又、基材部分３として上記の熱伝導率３〜１０Ｗ／ｍ・Ｋ程度の炭素繊維若しくはガラス繊維等を用いた繊維強化複合材とハニカム構造体等の軽量部材の組み合わせでも使用可能である。
【００３６】
上記構成の車両用部材１の製造方法について説明すると、車両用部材１は、一実施例によれば、先ず、強化繊維にマトリックス樹脂を含浸或いは加熱浸透させてプリプレグ形態の表面層繊維強化複合材２を成形し、次いで、このプリプレグ状表面層繊維強化複合材２を、基材３として準備された繊維強化複合材、又は、ハニカム構造体若しくはウレタンフォームなどの発泡材にて形成された軽量部材３の表面に接着剤にて貼着し、硬化することによって作製される。
【００３７】
勿論、表面層繊維強化複合材２は、プリプレグ形態ではなく、完全に硬化した後、基材３の表面に一体に貼着しても良い。
【００３８】
本実施例の上記構成とされる車両用部材１によれば、表面層繊維強化複合材２は、強化繊維として、極めて熱伝導性の良い、熱伝導率１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の炭素繊維が使用されていることにより、車両用部材表面に加えられた熱は、表面層繊維強化複合材２により平面的に拡散し、部材１の内部にまで伝わることが防止される。従って、本実施例によれば、マトリックス樹脂としては、特に、難燃性或いは極難燃性の樹脂を使用する必要はない。
【００３９】
また、本実施例にて車両用部材１の残余の基材部分３として、繊維強化複合材を使用した場合には、この基材層繊維強化複合材３の強化繊維としては、上述のように、熱伝導率１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の炭素繊維を使用する必要はなく、また、マトリックス樹脂としても、特に、難燃性或いは極難燃性の樹脂を使用する必要はない。
【００４０】
次に、本実施例の車両用部材１の作用効果を立証するために行った実験例について説明する。
【００４１】
図１（Ａ）に示す構成の車両用部材１にて、表面層繊維強化複合材２の繊維の熱伝導率を種々変更したときの車両用部材の着火特性を表１に示し、又、表２に、表面層繊維強化複合材２の表面厚さ（ｔ）を種々変更したときの車両用部材の着火特性を示す。着火特性、即ち、不燃性の評価は、国土交通省令第１５１号に準拠した試験に基づいて行った。
【００４２】
尚、国土交通省令第１５１号によれば、不燃性の評価は、Ａ：可燃、Ｂ：難燃、Ｃ：極難燃、Ｄ：不燃の４レベルで示されている。本発明においては、「Ｄ：不燃」レベルのものを「不燃性」であると評価した。
【００４３】
本実施例の評価試験において、表１に示す試験結果は、車両用部材１の表面層繊維強化複合材２の厚さ（ｔ）は、０．２ｍｍの一定とした。また、基材部分３は、熱伝導率３〜１０Ｗ／ｍ・Ｋ程度とされるＰＡＮ系炭素繊維である東レ株式会社製の「Ｔ７００」（商品名）に、エポキシ樹脂を含浸させた繊維強化複合材３を使用した。このときの繊維強化複合材３の繊維体積含有率は６０％であり、厚さ（Ｔ−ｔ）は、１．８ｍｍとした。
【００４４】
尚、表中の炭素繊維「Ｍ４６Ｊ」、「Ｍ５０」及び「Ｍ５５」は、東レ株式会社製の炭素繊維の商品名である。
【００４５】
また、表２に示す試験結果は、車両用部材１の表面層繊維強化複合材２のマトリックス樹脂はエポキシ樹脂を使用し、繊維体積含有率は６０％とした。また、基材部分３は、熱伝導率３〜１０Ｗ／ｍ・Ｋ程度とされるＰＡＮ系炭素繊維である東レ株式会社製の「Ｔ７００」（商品名）に、エポキシ樹脂を含浸させた繊維強化複合材３を使用した。このときの繊維強化複合材３の繊維体積含有率は６０％であり、厚さは、２．０ｍｍとした。
【００４６】
表１、表２にて、実験例６、７、１０、１１、１８、２０、２１、２３は、本実施例の構成を有する車両用部材１であり、熱伝導率１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の炭素繊維或いは金属繊維を強化繊維として有する繊維強化複合材を、車両用部材１の表面に、好ましくは、厚さ（ｔ）＝０．１〜１．０ｍｍにて設けることにより、車両用部材１に「不燃性」を付与し得ることが分かる。
【００４７】
【表１】
2005014449.tif 000003
【００４８】
【表２】
2005014449.tif 000004
【００４９】
上記実施例にて表面層繊維強化複合材２は、車両用部材１の一側の表面に厚さ（ｔ）＝０．１ｍｍ〜１．０ｍｍにて配置した場合について説明したが、図１（Ｂ）に示すように、表面層繊維強化複合材２は、車両用部材１の両側の表面に厚さ（ｔ）＝０．１ｍｍ〜１．０ｍｍにて配置することもできる。
【００５０】
実施例２
図２（Ａ）に本発明の他の実施例を示す。実施例１では、図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、熱伝導率１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の炭素繊維或いは金属繊維を強化繊維として使用した表面層繊維強化複合材２を、車両用部材１の片側の面或いは両側の面に表面層として、好ましくは、厚さ（ｔ）＝０．１ｍｍ〜１．０ｍｍにて形成することにより、車両用部材１に「不燃性」を付与する構成とした。
【００５１】
斯かる構成の車両用部材１は、不燃性の点では極めて好ましい特性を有するものであるが、表面が傷付き易く、又、耐衝撃性の点で若干問題がある。
【００５２】
そこで、本実施例では、図２（Ａ）に示すように、車両用部材１の表面層部分４は、強化繊維として熱伝導率は１００Ｗ／ｍ・Ｋ未満ではあるが、強度、弾性率においてより優れている繊維を使用し、この繊維にマトリックス樹脂を含浸させて形成した繊維強化複合材を厚さ（Ｔ０）＝０．１ｍｍ〜１．０ｍｍで配置し、その内層５として、熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の炭素繊維若しくは金属繊維にマトリックス樹脂を含浸させて形成した繊維強化複合材を配置した構成とされる。
【００５３】
本実施例においても、国土交通省令第１５１号に準拠した試験で着火を起こさない車両用部材１を得ることができると共に、表面層として耐衝撃性に優れた繊維強化複合材４を配置することにより、車両用部材１に、耐衝撃性、及び、傷付き難い特性をも与えることができる。
【００５４】
従って、本実施例にて、表面層繊維強化複合材４の熱伝導率１００Ｗ／ｍ・Ｋ未満の強化繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリアリレート繊維、ポリビニールアルコール繊維、若しくは、ベンズアゾール繊維を使用することができる。また、表面層繊維強化複合材４のマトリックス樹脂は、エポキシ樹脂、ビニールエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ＭＭＡ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、若しくは、メラニン樹脂が使用可能であり、繊維体積含有率は３０％〜７０％、通常、５０％〜６０％である。
【００５５】
本実施例の車両用部材１にて、表面層繊維強化複合材４の厚さ（Ｔ０）が０．１ｍｍより小さい場合には、車両用部材１に、耐衝撃性などを付与することが困難となり、厚さ（Ｔ０）が１．０ｍｍを越えると、車両用部材１の着火特性が劣化するので好ましくない。
【００５６】
内層を形成する繊維強化複合材５は、実施例１で説明した表面層繊維強化複合材２と同様の構成とされる。
【００５７】
つまり、内層繊維強化複合材５としての熱伝導率１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の炭素繊維としては、ピッチ系の炭素繊維、例えば、日本グラファイトファイバー株式会社製の「ＸＮ４０」（商品名）、「ＸＮ６０」（商品名）などが好適に使用される。金属繊維としては、アルミニウム繊維若しくは銅繊維を好適に使用し得る。これら炭素繊維或いは金属繊維は、長繊維を一方向に揃えたものが好ましく、場合によってはクロス、或いは、短繊維による不織布、など種々の形態とすることができる。
【００５８】
また、マトリックス樹脂としては、エポキシ樹脂、ビニールエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ＭＭＡ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、若しくは、メラニン樹脂を使用することができる。このとき、繊維強化複合材の繊維体積含有率は３０％〜７０％とされ、通常、５０％〜６０％とされる。
【００５９】
本実施例においても、内層繊維強化複合材５を、車両用部材１の表面層４の内層として、好ましくは、厚さ（ｔ）＝０．１ｍｍ〜１．０ｍｍにて設けることにより、車両用部材１に「不燃性」を付与することができる。
【００６０】
内層繊維強化複合材５の厚さ（ｔ）が０．１ｍｍより小さい場合には、車両用部材１に「不燃性」を付与することが困難となり、厚さ（ｔ）が１．０ｍｍを越えると、「不燃性」特性は増大するものの、内層繊維強化複合材５の使用量が増大し、経済的な面から好ましくない。
【００６１】
車両用部材１の全体の厚さ（Ｔ）は、任意に設計することができるが、通常２．０〜１５．０ｍｍとされる。
【００６２】
車両用部材１の残余の基材部分３は、実施例１と同様に構成することができる。従って、再度の説明は省略する。
【００６３】
上記構成の車両用部材１は、一実施例によれば、先ず、強化繊維にマトリックス樹脂を含浸或いは加熱浸透させてプリプレグ形態の表面層繊維強化複合材４及び内層繊維強化複合材５を成形し、次いで、このプリプレグ状の表面層繊維強化複合材４及び内層繊維強化複合材５を、基材３として準備された繊維強化複合材、又は、ハニカム構造体若しくはウレタンフォームなどの発泡材にて形成された軽量部材の表面に接着剤にて貼着し、硬化することによって作製される。勿論、基材３として準備された繊維強化複合材とハニカム構造体若しくはウレタンフォームとの組合せ材を用いることも可能である。
【００６４】
又、表面層繊維強化複合材４及び内層繊維強化複合材５は、プリプレグ形態ではなく、完全に硬化した後、基材３の表面に一体に貼着しても良い。
【００６５】
本実施例の上記構成とされる車両用部材１によれば、上述のように、耐衝撃性に優れた表面層繊維強化複合材４を設けることにより、車両用部材１に、耐衝撃性、及び、傷付き難い特性を与え、しかも、内層繊維強化複合材５は、強化繊維として、極めて熱伝導性の良い、熱伝導率１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の炭素繊維或いは金属繊維を使用していることにより、車両用部材表面に加えられた熱は、内層繊維強化複合材５により平面的に拡散し、車両用部材１の内部にまで伝わることが防止される。従って、本実施例によれば、マトリックス樹脂としては、特に、難燃性或いは極難燃性の樹脂を使用する必要はない。
【００６６】
また、本実施例においても、車両用部材１の残余の基材部分３として、繊維強化複合材を使用した場合には、この基材層繊維強化複合材の強化繊維としては、上述のように、熱伝導率１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の炭素繊維を使用する必要はなく、また、マトリックス樹脂としても、特に、難燃性或いは極難燃性の樹脂を使用する必要はない。
【００６７】
次に、本実施例の車両用部材１の作用効果を立証するために行った実験例について説明する。
【００６８】
図２（Ａ）に示す構成の車両用部材１にて、表面層４として、熱伝導率３〜１０Ｗ／ｍ・Ｋ程度とされるＰＡＮ系炭素繊維である東レ株式会社製の「Ｔ７００」（商品名）、ガラス繊維、及びアラミド繊維にマトリックス樹脂を含浸させた繊維強化複合材を使用し、内層繊維強化複合材５の繊維の熱伝導率を種々変更したときの車両用部材の着火特性を調べた。表面層４としてＰＡＮ系炭素繊維「Ｔ７００」（商品名）を使用した場合を表３に示した。表面層４としてガラス繊維及びアラミド繊維を使用した場合も、ＰＡＮ系炭素繊維「Ｔ７００」（商品名）の場合と同様の結果を示したので、表としては示さなかった。
【００６９】
又、表４及び表５に、表面層繊維複合材４の表面厚さ（Ｔ０）を種々変更したときの車両用部材の着火特性を示し、更に、表６に、内層繊維強化複合材５の厚さ（ｔ）を種々変更したときの、車両用部材１の着火特性を示す。
【００７０】
表３、４、５、６における着火特性の評価は、国土交通省令第１５１号に準拠した試験に基づいて行った。
【００７１】
表３に示す評価試験では、表面層繊維強化複合材４及び内層繊維強化複合材５のマトリックス樹脂はエポキシ樹脂であり、繊維体積含有率は６０％であった。また、表面層繊維強化複合材４及び内層繊維強化複合材５の厚さ（Ｔ０、ｔ）は共に０．２ｍｍとした。また、基材部分３は、熱伝導率３〜１０Ｗ／ｍ・Ｋ程度とされるＰＡＮ系炭素繊維である東レ株式会社製の「Ｔ７００」（商品名）に、エポキシ樹脂を含浸させた繊維強化複合材３を使用した。このときの繊維強化複合材３の繊維体積含有率は６０％であり、厚さは、２．６ｍｍとした。
【００７２】
また、表４に示す評価試験では、車両用部材１の表面層繊維強化複合材４は、熱伝導率３〜１０Ｗ／ｍ・Ｋ程度とされるＰＡＮ系炭素繊維である東レ株式会社製の「Ｔ７００」（商品名）にマトリックス樹脂を含浸させた繊維強化複合材を使用した。マトリックス樹脂はエポキシ樹脂を使用し、繊維体積含有率は６０％とした。内層繊維強化複合材５は、強化繊維として熱伝導率１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上のピッチ系の炭素繊維である、日本グラファイトファイバー株式会社製の「ＸＮ４０」を使用した。また、基材部分３は、熱伝導率３〜１０Ｗ／ｍ・Ｋ程度とされるＰＡＮ系炭素繊維である東レ株式会社製の「Ｔ７００」（商品名）に、エポキシ樹脂を含浸させた繊維強化複合材３を使用し、繊維体積含有率は６０％であった。このときの内層繊維強化複合材５の厚さは１．０ｍｍであり、繊維強化複合材３の厚さは、１．０ｍｍとした。
【００７３】
表５に示す評価試験では、車両用部材１の表面層繊維強化複合材４は、熱伝導率３〜１０Ｗ／ｍ・Ｋ程度とされるＰＡＮ系炭素繊維である東レ株式会社製の「Ｔ７００」（商品名）にマトリックス樹脂を含浸させた繊維強化複合材を使用した。マトリックス樹脂はエポキシ樹脂を使用し、繊維体積含有率は６０％とした。内層繊維強化複合材５は、強化繊維として熱伝導率３８０Ｗ／ｍ・Ｋの銅繊維を使用した。また、基材部分３は、熱伝導率３〜１０Ｗ／ｍ・Ｋ程度とされるＰＡＮ系炭素繊維である東レ株式会社製の「Ｔ７００」（商品名）に、エポキシ樹脂を含浸させた繊維強化複合材３を使用し、繊維体積含有率は６０％であった。このときの内層繊維強化複合材５の厚さは０．２ｍｍであり、繊維強化複合材３の厚さは、１．５ｍｍとした。
【００７４】
更に、表６に示す評価試験では、車両用部材１の表面層繊維強化複合材４は、熱伝導率３〜１０Ｗ／ｍ・Ｋ程度とされるＰＡＮ系炭素繊維である東レ株式会社製の「Ｔ７００」（商品名）にマトリックス樹脂を含浸させた繊維強化複合材を使用した。マトリックス樹脂はエポキシ樹脂を使用し、繊維体積含有率は６０％とし、表面層４の厚さ（ｔ）は０．１ｍｍとした。内層繊維強化複合材５は、強化繊維として熱伝導率１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上のピッチ系の炭素繊維である、日本グラファイトファイバー株式会社製の「ＸＮ４０」を使用した。また、基材部分３は、熱伝導率３〜１０Ｗ／ｍ・Ｋ程度とされるＰＡＮ系炭素繊維である東レ株式会社製の「Ｔ７００」（商品名）に、エポキシ樹脂を含浸させた繊維強化複合材３を使用し、繊維体積含有率は６０％であった。この実験では、内層繊維強化複合材５の厚さを種々に変更したが、繊維強化複合材３の厚さ（Ｔ−Ｔ０−ｔ）は、２．０ｍｍとした。
【００７５】
表３、表４、表５、表６にて、実験例２８、２９、３１、３２、３４、３７、３８、４１は、本実施例の構成を有する車両用部材１であり、耐衝撃性及び傷付き難い特性を与えるために熱伝導率１００Ｗ／ｍ・Ｋ未満の繊維を有した繊維強化複合材４を車両用部材１の表面に表面層として厚さ（Ｔ０）＝０．１ｍｍ〜１．０ｍｍで配置しても、熱伝導率１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の炭素繊維或いは金属繊維を強化繊維として有する繊維強化複合材５を、内層として厚さ（ｔ）＝０．１〜１．０ｍｍにて設けることにより、車両用部材１に「不燃性」を付与し得ることが分かる。
【００７６】
【表３】
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【００７７】
【表４】
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【００７８】
【表５】
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【００７９】
【表６】
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【００８０】
上記実施例にて表面層繊維強化複合材４及び内層繊維強化複合材５は、車両用部材１の一側の表面に配置した場合について説明したが、図２（Ｂ）に示すように、表面層繊維強化複合材４及び内層繊維強化複合材５は、車両用部材１の両側の表面に配置することもできる。
【００８１】
実施例３
図３（Ａ）に本発明の他の実施例を示す。実施例１では、図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、熱伝導率１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の炭素繊維を強化繊維として使用した表面層繊維強化複合材２を、車両用部材１の片側の面或いは両側の面に形成することにより、車両用部材１に「難燃性」を付与する構成とした。又、実施例２では、図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、車両用部材１の表面層部分４は、強化繊維として熱伝導率は１００Ｗ／ｍ・Ｋ未満ではあるが、強度、弾性率においてより優れている繊維を使用し、この繊維にマトリックス樹脂を含浸させて形成した繊維強化複合材を厚さ（Ｔ０）＝０．１ｍｍ〜１．０ｍｍで配置し、その内層５として、熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の炭素繊維若しくは金属繊維にマトリックス樹脂を含浸させて形成した繊維強化複合材が配置される構成とされた。
【００８２】
本実施例では、強化繊維としては、熱伝導率が８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、１００Ｗ／ｍ・Ｋ未満の炭素繊維を使用し、マトリックス樹脂として、難燃性或いは極難燃性の樹脂を使用した表面層繊維強化複合材６を、車両用部材１の片側の面或いは両側の面に表面層として、好ましくは、厚さ（ｔ）＝０．２〜１．０ｍｍにて形成することにより、車両用部材に「不燃性」を付与する構成とした。
【００８３】
本実施例では、表面層繊維強化複合材６の強化繊維としては、熱伝導率８０Ｗ／ｍ・Ｋ程度とされる一般のピッチ系炭素繊維を使用することができる。炭素繊維は、長繊維を一方向に揃えたもの、クロス、或いは、不織布、など種々の形態とすることができる。
【００８４】
又、本実施例では、表面層繊維強化複合材６の難燃性或いは極難燃性マトリックス樹脂としては、フェノール樹脂；ポリイミド樹脂；水酸化アルミニウムなどの充填剤を添加したエポキシ樹脂；又は、ハロゲン化合物若しくはリン化合物などの添加物を配合したエポキシ樹脂を好適に使用し得る。このとき、繊維強化複合材６の繊維体積含有率は３０％〜７０％とされ、通常、５０％〜６０％とされる。
【００８５】
上記構成の表面層繊維強化複合材６を、車両用部材１の表面に厚さ（ｔ）＝０．２〜１．０ｍｍにて設けることにより、車両用部材１に「不燃性」を付与することができる。つまり、表面層繊維強化複合材６の厚さ（ｔ）が０．２ｍｍより小さい場合には、車両用部材１に「不燃性」を付与することが困難となり、厚さ（ｔ）が１．０ｍｍを越えると、「不燃性」は増大するものの、表面層繊維強化複合材６の使用量が増大し、経済的な面から好ましくない。
【００８６】
車両用部材１の全体の厚さ（Ｔ）は、任意に設計することができるが、通常２．０〜１５．０ｍｍとされる。
【００８７】
車両用部材１の残余の基材部分３は、実施例１と同様に構成することができる。従って、再度の説明は省略する。
【００８８】
次に、本実施例の車両用部材１の作用効果を立証するために行った実験例について説明する。
【００８９】
表７には、図３（Ａ）に示す構成の車両用部材１にて、表面層６として、熱伝導率８０Ｗ／ｍ・Ｋ程度とされるピッチ系炭素繊維である日本グラファイトファイバー株式会社製の「ＸＮ３５」（商品名）に、種々のマトリックス樹脂を含浸させた繊維強化複合材を使用し、表面層繊維強化複合材６の表面厚さ（ｔ）を種々変更したときの車両用部材の着火特性を示す。繊維体積含有率は６０％とした。
【００９０】
上記実験例における着火特性、即ち、不燃性の評価は、国土交通省令第１５１号に準拠した試験に基づいて行った。
【００９１】
本実施例の評価試験において、基材部分３は、熱伝導率３〜１０Ｗ／ｍ・Ｋ程度とされるＰＡＮ系炭素繊維である東レ株式会社製の「Ｔ７００」（商品名）に、エポキシ樹脂を含浸させた繊維強化複合材３を使用した。このときの繊維強化複合材３の繊維体積含有率は６０％であり、厚さ（Ｔ−ｔ）は、２．０ｍｍとした。
【００９２】
表７にて、実験例４３、４４、４６、４７、４９、５０、５２、５３は、本実施例の構成を有する車両用部材１であり、強化繊維としては、炭素繊維を使用し、マトリックス樹脂として、難燃性或いは極難燃性の樹脂を使用した表面層繊維強化複合材６を、車両用部材１の片側の面或いは両側の面に表面層として厚さ（ｔ）＝０．２〜１．０ｍｍにて形成することにより、車両用部材に「不燃性」を付与し得ることが分かる。
【００９３】
【表７】
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【００９４】
上記実施例にて表面層繊維強化複合材６は、車両用部材１の片側の表面に厚さ（ｔ）＝０．２〜１．０ｍｍにて設ける場合について説明したが、図３（Ｂ）に示すように、表面層繊維強化複合材６は、車両用部材１の両側の表面に厚さ（ｔ）＝０．２〜１．０ｍｍにて設けることができる。
【００９５】
実施例４
上記実施例１及び実施例２では、表面層繊維強化複合材２及び４のマトリックス樹脂は、難燃性或いは極難燃性の樹脂ではない樹脂を使用するものとした。
【００９６】
しかしながら、上記実施例１及び実施例２における表面層繊維強化複合材２及び４のマトリックス樹脂として、難燃性或いは極難燃性の樹脂、即ち、フェノール樹脂；ポリイミド樹脂；水酸化アルミニウムなどの充填剤を添加したエポキシ樹脂；又は、ハロゲン化合物若しくはリン化合物などの添加物を配合したエポキシ樹脂を使用することもできる。
【００９７】
この場合には、実施例１、２に記載の構成の車両用部材１の不燃性を更に向上させることができる。
【００９８】
実施例５
上記実施例１〜４において、車両用部材１は、板厚（Ｔ）とされる板状部材であるとして説明したが、図４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、外径（Ｄ）を有した細長中実状のロッド材とすることもできる。断面形状は、円形、多角形、その他種々の形状とし得る。外径（Ｄ）は、通常５〜１００ｃｍとされる。
【００９９】
つまり、図４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すロッド状車両用部材１は、それぞれ実施例１、２、３と同様の構成とされ、同じ部材には同じ参照番号を付し、詳しい説明は省略する。
【０１００】
尚、図４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示す車両用部材１はロッド状（棒状）とされ、中心部は、基材３とされているが、本発明の車両用部材１は、図示してはいないが、中心部に貫通穴を備えた円筒状（パイプ状）部材とすることもできる。この場合には、外周表面のみでなく、必要に応じて内周表面にもまた、外周表面と同様の「難燃性」構造とすることができる。
【０１０１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の一部又は全部が繊維強化複合材とされる車両用部材は、低コストで、良好な「不燃性」を維持し、難燃材料、極難燃材料、或いは、不燃材料として好適に使用することができ、しかも、強度低下をも回避することができ、更には、耐衝撃性及び傷付き難い特性を有することもできる、国土交通省令第１５１号に準拠した試験で着火を起こすことがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る車両用部材の一実施例を示す断面図である。
【図２】本発明に係る車両用部材の他の実施例を示す断面図である。
【図３】本発明に係る車両用部材の他の実施例を示す断面図である。
【図４】本発明に係る車両用部材の他の実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
１        車両用部材
２        表面層繊維強化複合材
３        基材
４        表面層繊維強化複合材
５        内層繊維強化複合材
６        表面層繊維強化複合材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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