(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＦＲＰ板と、該ＦＲＰ板に接続するコア材と、該ＦＲＰ板とコア材とに接続するＦＲＰ製のリブとを有し、これらが樹脂で一体化されているＦＲＰ構造体であって、前記リブが、前記ＦＲＰ板に対し実質的に垂直に延びるウエブ部と、ＦＲＰ板に沿って延びるフランジ部とを有するとともに、前記リブのフランジ部が、前記コア材に形成された切り欠き凹部内に配置されており、かつ、該リブのフランジ部の先端面と該コア材の切り欠き凹部の対向面との間に、樹脂のみの層あるいは樹脂リッチの層が存在していることを特徴とするＦＲＰ構造体。
【請求項２】
前記コア材の両面に前記ＦＲＰ板が配置されたサンドイッチ構造を有し、前記リブが両ＦＲＰ板間にわたって延びている、請求項１に記載のＦＲＰ構造体。
【請求項３】
前記リブが、前記ＦＲＰ板の面方向に不連続に配置されている、請求項１または２に記載のＦＲＰ構造体。
【請求項４】
前記リブが、前記ＦＲＰ板と垂直の方向に不連続部を有する、請求項１〜３のいずれかに記載のＦＲＰ構造体。
【請求項５】
前記コア材が複数の部材からなり、隣接コア材間に前記リブが存在する部分と存在しない部分とを有する、請求項１〜４のいずれかに記載のＦＲＰ構造体。
【請求項６】
前記リブのフランジ部とＦＲＰ板との間の剪断強さが、リブのフランジ部自身の剪断方向における引張強さ以上である、請求項１〜５のいずれかに記載のＦＲＰ構造体。
【請求項７】
前記リブのフランジ部の長さａが、次の関係式を満足する、請求項１〜５のいずれかに記載のＦＲＰ構造体。
ｍａｘ（σ２×ｔ２，σｓ×ｔｓ）≧Ｋτａ≧ｍｉｎ（σ２×ｔ２，σｓ×ｔｓ）
ここで、σ２はフランジ部の引張強度、ｔ２はフランジ部の厚さ、σｓはＦＲＰ板の引張強度、ｔｓはＦＲＰ板の厚さ、τはフランジ部とＦＲＰ板との間の剪断強さ、Ｋは接合の有効率、ｍａｘは括弧内の大きい方の値、ｍｉｎは括弧内の小さい方の値を、それぞれ表す。
【請求項８】
前記リブのフランジ部の引張強度σ２とその厚さｔ２の積の値が、前記ＦＲＰ板の引張強度σｓとその厚さｔｓの積の値以下であり、かつ、該フランジ部の長さａが、次の関係式を満足する、請求項７に記載のＦＲＰ構造体。
σｓ×ｔｓ／τ≧Ｋａ≧σ２×ｔ２／τ
【請求項９】
前記リブのフランジ部の長さａおよびウエブ部の長さｂが、次の関係式を満足する、請求項１〜５のいずれかに記載のＦＲＰ構造体。
ａ／ａ０＝Ｋ（ｂ／ｂ０）〔ｔ２／ｔ２０）／（ｔ１／ｔ１０）〕２
ここで、ｔ１はウエブ部の厚さ、ｔ２はフランジ部の厚さ、それぞれの添字の０は、成形条件で設定される基準値、Ｋは比例定数である。
【請求項１０】
前記リブのフランジ部の長さａおよびウエブ部の長さｂが、次の関係式を満足する、請求項１〜５のいずれかに記載のＦＲＰ構造体。
ａ／ａ０＝Ｋ（ｂ／ｂ０）（ｔｓ／ｔ１＋１）２
ここで、ｔ１はウエブ部またはフランジ部の厚さ、ｔｓはＦＲＰ板の厚さ、ａ０、ｂ０は成形条件で設定される基準値、Ｋは比例定数である。
【請求項１１】
前記リブの成形後のフランジ部の厚さが、成形前の計算により求められる設計厚さに実質的に等しい、請求項１〜１０のいずれかに記載のＦＲＰ構造体。
【請求項１２】
前記リブのフランジ部が前記コア材に形成された切り欠き凹部内に配置されており、該コア材に形成された切り欠き凹部の深さが、該リブのフランジ部の成形前の計算により設定される厚さと同じに設定されている、請求項１〜１１のいずれかに記載のＦＲＰ構造体。
【請求項１３】
前記リブのフランジ部が前記コア材に形成された切り欠き凹部内に配置されており、該コア材に形成された切り欠き凹部の深さが、該リブのフランジ部の成形前の計算により設定される厚さよりも深く設定されている、請求項１〜１１のいずれかに記載のＦＲＰ構造体。
【請求項１４】
前記リブのフランジ部が前記コア材に形成された切り欠き凹部内に配置されており、該コア材に形成された切り欠き凹部の深さが、該リブのフランジ部の成形前の計算により設定される厚さよりも浅く設定されている、請求項１〜１１のいずれかに記載のＦＲＰ構造体。
【請求項１５】
前記コア材が発泡体からなる、請求項１〜１４のいずれかに記載のＦＲＰ構造体。
【請求項１６】
ＦＲＰ構造体の強化繊維として、１糸条当たりのフィラメント数が１０、０００〜３００、０００本の範囲にある炭素繊維を用いる、請求項１〜１５のいずれかに記載のＦＲＰ構造体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＦＲＰ構造体およびその製造方法に関し、とくに大型でありながら軽量で高強度のＦＲＰ構造体、およびそれを安価に効率よく製造できる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
軽量で高強度な素材として、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）が各種産業分野で注目されており、中でもＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）が、その優れた機械特性等から注目されている。
【０００３】
このＦＲＰは、比較的大型の部材に成形する場合には、ＦＲＰのスキン材と軽量のコア材との組み合わせ構造、とくにコア材の両面にＦＲＰスキン板を配置したサンドイッチ構造を採ることがある。このような構成により、大型でありながら軽量で、必要な強度、剛性を備えたＦＲＰ構造体が得られる。さらに補強するために、適当な部位にリブを配置することが有効であることも知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、比較的大型のＦＲＰ構造体は、ハンドレイアップ法等で成形されることが多かったため、製造が容易ではなく、かつ、コストも比較的高いという問題があった。
【０００５】
今度本発明者らは、比較的大型のＦＲＰ構造体を、容易にかつ安価に製造できる成形技術を確立した。
【０００６】
そこで本発明の課題は、従来の技術に対し容易にかつ安価に製造できる、軽量かつ高強度、高剛性のＦＲＰ構造体と、その製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のＦＲＰ構造体は、ＦＲＰ板と、該ＦＲＰ板に接続するコア材と、該ＦＲＰ板とコア材とに接続するＦＲＰ製のリブとを有し、これらが樹脂で一体化されているＦＲＰ構造体であって、前記リブが、前記ＦＲＰ板に対し実質的に垂直に延びるウエブ部と、ＦＲＰ板に沿って延びるフランジ部とを有するとともに、前記リブのフランジ部が、前記コア材に形成された切り欠き凹部内に配置されており、かつ、該リブのフランジ部の先端面と該コア材の切り欠き凹部の対向面との間に、樹脂のみの層あるいは樹脂リッチの層が存在していることを特徴とするものからなる。
【０００８】
上記ＦＲＰ構造体において、ＦＲＰ板をコア材の片面側のみに配置する構造とすることもできるが、好ましくは、コア材の両面にＦＲＰ板が配置されたサンドイッチ構造を有し、リブが両ＦＲＰ板間にわたって延びている構造とすることが望ましい。このようなサンドイッチ構造により、軽量のコア材によってＦＲＰ構造体全体の軽量性を確保しつつ、両面に配置されたＦＲＰ板で強度、剛性、表面の耐久性を確保でき、さらにリブによってＦＲＰ構造体全体の一層高い強度、剛性を確保できる。
【０００９】
かかるＦＲＰ構造体の製造方法として、型内に、コア材と、該コア材の面方向に延びる強化繊維基材と、該強化繊維基材に対し実質的に垂直方向に延びるウエブ部を有するリブ形成用基材とを配置するとともに、これらの上または上下に樹脂を面方向に拡散するための媒体を配置するかまたはコア材に樹脂を面方向に拡散するための樹脂拡散路を形成しておき、全体をバッグフイルムまたはプレートで覆った後バッグフイルムまたはプレートで覆われた内部を真空状態にし、樹脂を注入して少なくとも前記強化繊維基材の表面に拡散させ、該樹脂を強化繊維基材に含浸することにより一発成形する方法が用いられる。この一発成形により、比較的大型のリブ内蔵ＦＲＰ構造体が、軽量かつ高強度、高剛性の特性が確保されつつ、容易に効率よく、しかも安価に製造される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００１１】
本発明に係るＦＲＰ構造体は、ＦＲＰ板と、該ＦＲＰ板に接続するコア材と、ＦＲＰ板とコア材とに接続するＦＲＰ製のリブとを有する。ＦＲＰ板とリブは、強化繊維とマトリックス樹脂とを含む複合材料である。これらＦＲＰ材の強化繊維としては、炭素繊維の織物、マット、ストランドや、ガラス繊維の織物、マット、ロービングを単独あるいは混合して使用することが好ましい。特に軽量化効果を最大限に発揮するためには炭素繊維の使用が好ましい。そして、その炭素繊維も、炭素繊維糸１糸条のフィラメント数が通常の１０，０００本未満のものではなく、１０，０００〜３００，０００本の範囲、より好ましくは５０，０００〜１５０，０００本の範囲にあるトウ状の炭素繊維フィラメント糸を使用する方が、樹脂の含浸性、強化繊維基材としての取扱い性、さらには強化繊維基材の経済性において、より優れるため、好ましい。またＦＲＰ構造体の表面に炭素繊維の織物を配置すると、表面の意匠性が高められ、より好ましい。また、必要に応じて、あるいは要求される機械特性等に応じて、強化繊維の層を複数層に積層して強化繊維基材を形成し、その強化繊維基材に樹脂を含浸する。積層する強化繊維層には、一方向に引き揃えた繊維層や織物層を適宜積層でき、その繊維配向方向も、要求される強度の方向に応じて適宜選択できる。
【００１２】
ＦＲＰの樹脂としては、エポキシ、不飽和ポリエステル、フェノール、ビニルエステルなどの熱硬化性樹脂が、成形性・コストの点で好ましい。ただし、ナイロンやＡＢＳ樹脂等の熱可塑性樹脂や、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂の混合樹脂も使用可能である。
【００１３】
本発明に係るＦＲＰ構造体は、例えば図１および図２に示すような断面構成を有する。図１は、ＦＲＰ板がコア材の片面側に配置された構造例を示し、図２は、ＦＲＰ板がコア材の両面側に配置されたサンドイッチ構造の例を示している。図１において、１はＦＲＰ構造体を示しており、該ＦＲＰ構造体１は、ＦＲＰ板２と、ＦＲＰ板２の一面側に配置されたコア材３と、コア材３間に配置され、ＦＲＰ板２に対し実質的に垂直方向に延びるウエブ部４ａとＦＲＰ板２の面方向に延びるフランジ部４ｂとを有するリブ４とを有する。リブ４は、断面逆Ｌ字形のリブ形成部材５ａ、５ｂからなるが、これらは一体のＦＲＰ部材として成形されており、一つのリブ４を構成している。このリブ４は、ＦＲＰ板２と一体的に接合されている。また、コア材３は、複数の部材に形成されており、隣接コア材３間にリブ４が配置されている。
【００１４】
コア材３としては（図２に示す構造についても同様）、発泡体や木材等を使用でき、軽量化の点で発泡体が好ましい。発泡体の材質としては、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ＰＶＣ、シリコンなどを用い、その比重は０．０２から０．２の間で選択することが好ましい。比重が０．０２未満のものを用いると、十分な強度が得られなくなる恐れが生じる。また、比重が０．２を超えると、強度は高くなるが、重量が嵩み軽量化という目的に反するものになってしまう。また、コア材としてハニカム材を用いることもできる。ハニカム材の材質としてはアルミハニカム、アラミドハニカムなどがあり、必要とされる強度等によりその材質、寸法を選択することができる。
【００１５】
図２の（イ）、（ロ）、（ハ）は、サンドイッチ構造とする場合の例を示している。図２（イ）に示すＦＲＰ構造体１１においては、コア材１３の両面にＦＲＰ板１２ａ、１２ｂ（ＦＲＰスキン板）が配置され、両ＦＲＰ板１２ａ、１２ｂ間にわたってＦＲＰ製のリブ１４が配置されている。リブ１４は、２つの断面コ字状のリブ形成部材が背中合わせに接合されて構成され、リブ１４は、ウエブ部１４ａとフランジ部１４ｂとを有している。図２（ロ）に示すＦＲＰ構造体１５においては、隣接コア材１６間に一つの断面コ字状のＦＲＰ材部材が配置されてリブ１７が形成されており、図２（ハ）に示すＦＲＰ構造体１８においては、隣接コア材１９間に、ウエブ部２０ａに対し互いに反対方向に延びるフランジ部２０ｂを有するＦＲＰ部材からリブ２０が形成されている。
【００１６】
上記のようなリブを配置するに際し、たとえば図２の（ロ）に示した形態を例にとって図３に示すように、コア材１６の少なくとも一端（一辺）の上下面に切り欠き凹部１６ａを形成しておき、この切り欠き凹部１６ａにリブ１７のフランジ部を配置するとよい。このフランジ部の厚さと切り欠き凹部１６ａの深さを揃えておくことにより、実質的に面一構成が可能となり、その上に配置されるＦＲＰ板１２ａ、１２ｂの平面性を良好に保つことができる。
【００１７】
上記のようなＦＲＰ構造体は、真空バッグ法による一発成形法によって成形できる。この一発成形は、たとえば図４に示すように行われる。図４では、サンドイッチ構造を有するＦＲＰ構造体の成形について説明する。
【００１８】
図４に示す方法においては、型２１内に、発泡体等からなるコア材２２が配置されるとともに、少なくともその両面に強化繊維基材２３が配置される。コア材２２は、本実施態様では複数の分割構成とされ、複数のコア材２２が平面的にみて縦横に配列されている。配列されたコア材２２の列の端部は、上記強化繊維基材２３がコア材２２を包み込むように配置されてもよいし、図４に示すように、コ字状のキャップ状強化繊維基材２８を配置してもよい。
【００１９】
各コア材２２は図５に示すように構成されており、樹脂の通り道となる大溝２４と、該大溝２４から分岐した多数の小溝２５を有している。この大溝２４および小溝２５を介して樹脂が強化繊維基材２３の面方向に拡散され、拡散された樹脂が強化繊維基材２３の厚み方向に基材２３に含浸される。この実施態様では、コア材２２自身に、溝部分により、樹脂を基材面方向に拡散するための拡散路を付与してあるが、この構造とは別に、あるいはこの構造とともに、別部材からなる、樹脂を強化繊維基材の面方向に拡散するシート状の媒体を設けてもよい。この媒体は、強化繊維基材２３の上面側に、あるいは上下両面側に配置することができる。媒体の構造は特に限定されないが、図５に示したと同様の溝構造を有するシート状部材、あるいは縦横に溝を有するシート状部材、さらには網状部材等から構成できる。
【００２０】
そして図５に示した実施態様では、コア材２２の両側部（または四辺部）に切り欠き凹部２６が形成されており、該切り欠き凹部２６に図４に示すように断面コ字状のリブを形成するための強化繊維基材２７が配置されている。パネルの中央部ではこのリブを形成するコ字状強化繊維基材２７同士が突き合わされており、配列されたコア材２２の端部部分では、コ字状のキャップ状強化繊維基材２８が配置されており、これらがコア材２２とともに、両面に配置した強化繊維基材２３で覆われている。但し、配列されたコア材２２の端部部分を強化繊維基材２３で覆うようにする場合等には、該端部部分のコ字状のキャップ状強化繊維基材２８は必ずしも設ける必要はない。
【００２１】
上記強化繊維基材２３の型の上面側が、バッグフイルム２９（またはプレート）で覆われ、内部が真空ポンプ３０による吸引によって真空状態にされる。次いで、バルブ３１を開いて、液状の樹脂３２が上記真空状態に保たれた型２１内に注入される。注入は、多孔質材等からなるエッジブリーザ３３を介して行われ、ポンプ３０への吸引も同様のエッジブリーザ３４を介して行われる。樹脂の注入位置、真空吸引位置、エッジブリーザは３３、３４の設置位置は、適宜変更できる。たとえば、パネルの中央部から樹脂を注入するようにすることもできる。また、本実施態様では、強化繊維基材２３の上面を直接バッグフイルム２９で覆うようにしたが、必要に応じて、間に成形後の剥離性を向上させるための離型資材（図示略）、または／および、成形品の表面の平滑性を向上させたり、逆に摩擦力を高めたり意匠性を出すために型状板を介装してもよい。上記実施態様では、バッグフイルム２９自身が離型資材の機能を備えている。さらにまた、バッグフイルム２９上に、鉄板等の剛性板を配置してもよい。
【００２２】
注入された樹脂は、前述の如く、コア材２２の大溝２４、小溝２５に沿って強化繊維基材２３の面方向に拡散され、拡散した樹脂および拡散されつつある樹脂が強化繊維基材２３の厚み方向に含浸される。このとき同時に、リブやキャップを形成するコ字状強化繊維基材２７、２８にも樹脂が含浸され、リブやキャップが一体に成形される。含浸された樹脂が、常温で、場合によっては加熱によって硬化され、ＦＲＰ構造体が完成する。硬化後にバッグフイルム２９が取り除かれ、硬化したＦＲＰ構造体が型２１から取り出される。このように、ＦＲＰ構造体が一発成形される。
【００２３】
ＦＲＰ構造体の一発成形においては、リブの成形方法は上記のような方法以外にも各種の態様を採ることができる。
【００２４】
たとえば図６に示すように、サンドイッチ構造のＦＲＰ構造体を成形するに際し、コア材４１にリブ形成用の強化繊維基材４２を巻き付け、強化繊維基材４２を巻き付けたコア材４１を適宜配置してコア材４１の配列体を構成し、その上下両面にＦＲＰ板形成用の強化繊維基材４３を配置する。この状態で、図４に示した方法に準じて全体を一発成形すればよい。この方法では、リブ形成用の強化繊維基材４２の所望の配置を極めて容易に行うことができる。
【００２５】
また、図７に示すように、リブ用コア材５１（たとえば、比較的薄形の発泡体）とリブ用強化繊維基材５２とからなるリブ形成用基材５３を予め作成しておき、そのリブ形成用基材５３を所望の部位に適宜配置し、コア材５４、ＦＲＰ板形成用強化繊維基材５５とともに一発成形することもできる。
【００２６】
さらに図示は省略するが、リブ形成用基材を予め成形されたＦＲＰ製の基材とし、そのリブ形成用基材を所望の部位に適宜配置して一発成形に供することもできる。このリブ形成用基板としてはとしては、ＦＲＰ単板構成のものの他、図７に示したようなコア材を内包する予め成形されたＦＲＰ部材とすることができる。
【００２７】
また、リブの配置に関しても各種の態様を採ることができる。たとえば図８に示すように、コア材６１に対してＦＲＰ板の面方向に（コア材６１の辺方向に）リブ６２を不連続に配置することができる。このような配置とすれば、リブ６２間を一発成形時の樹脂の通り道に利用することができ、樹脂の拡散や含浸をより円滑化することが可能となる。また、リブ６２間部位は樹脂のみあるいは樹脂リッチの部分とすることができるので、ボイドが発生しやすい場合にこの部分にボイドを集めて、ＦＲＰ中のボイド率を低下させ、ＦＲＰ部分の強度向上に寄与することが可能である。
【００２８】
また、たとえば図９に示すように、リブ７１を、ＦＲＰ板７２と垂直の方向に不連続部７３を有する構造、つまりウエブ部に不連続部７３を有する構造とすることもできる。不連続部７３は、ＦＲＰ板７２と並行方向に連続的に延びていてもよいが、孔構造としておくことが好ましい。このような構造とすれば、リブ７１として最小限必要な強度を確保しつつ、成形時の樹脂の通り道やボイドの逃げ道を形成することができる。
【００２９】
さらに、図１０に示すように、複数のコア材８１が配列される場合、隣接コア材８１間の全ての部位にリブ形成用基材８２を配置しなくてもよい。つまり、ＦＲＰ構造体全体の要求強度等に応じて、リブが存在する部分と存在しない部分とが混在していてもよい。
【００３０】
なお、本発明に係るＦＲＰ構造体の表面（片面あるいは両面）には、化粧層、難燃材の層、耐火層等からなる表面層が設けられてもよく、また、ＦＲＰ板自身の内部に難燃剤等が配合されてもよい。
【００３１】
さて、本発明に係るＦＲＰ構造体においては、リブ部はＦＲＰ構造体全体の強度、剛性を高く保つのに大きく寄与している。この点から、リブの好ましい特性、形状について考察してみる。
【００３２】
図１１に示すように、コア材９２の両面にＦＲＰ板９１（ＦＲＰスキン板）を有し、ＦＲＰ板９１間にウエブ部９３ａとフランジ部９３ｂを有するリブ９３を備えたサンドイッチ構造のＦＲＰ構造体９４（図１１（イ））について、図１１（ロ）に示すようにフランジ部９３ｂを取り出して、ＦＲＰスキン板９１との強度の大小関係について考えてみる。
【００３３】
フランジ長さａと、フランジ部９３ｂとＦＲＰスキン板９１との接合の有効率Ｋ（有効に接合している部分の面積割合）から、
0004211102.tif 000002
ここで、ｍａｘ（σ2 ｔ2 ，σs ｔs ）は、σ2 ｔ2 とσs ｔs の大きい方を指し、ｍｉｎ（（σ2 ｔ2 ，σs ｔs ）は小さい方を指す。σ2 はフランジ部の引張強度（応力）、σs はスキン板の引張強度（応力）、ｔ2 はフランジ部の厚さ、ｔs はスキン板の厚さである。τは、フランジ部とスキン板との間の層間剪断強度（接着強度）である。
【００３４】
リブ９３のウエブやフランジは、強化繊維が±４５°に配置されることが多く、ＦＲＰスキン板は［０°／９０°］に配置されることが多いので、上記（１）式から、
σs ｔs ／τ≧Ｋａ≧σ2 ｔ2 ／τ                    ・・・（２）
が導出される。
【００３５】
つまり、上記リブ９３のフランジ部９３ｂとＦＲＰ板９１との間の剪断強さが、リブ９３のフランジ部９３ｂ自身の剪断方向における引張強さ以上であることが好ましい。
【００３６】
また、リブ部分の強度について考えてみるに、図１２に示すように、ＦＲＰスキン板１０１の上面がδだけ変形させられたとすると、リブ１０２のウエブ部１０２ａとフランジ部１０２ｂとの間のコーナ部におけるモーメントの釣り合いと発生する応力から、
ｂ／ｔ12  ∽ａ／ｔ22                                ・・・（３）
となる。ここで、ｂはＦＲＰスキン板１０１間の距離（リブ１０２の高さ）、ａはフランジ部１０２ｂの接合長さ、ｔ1 はウエブ部１０２ａの厚さ、ｔ2 はフランジ部１０２ｂの厚さである。
【００３７】
上記（３）式を無次元化（パラメータ化）すると、
ａ／ａ0 ＝Ｋ（ｂ／ｂ0 ）［（ｔ2 ／ｔ20）／（ｔ1 ／ｔ10）］2・・・（４）
となる。ここで、ａ0 、ｂ0 、ｔ20、ｔ10は成形条件（構造条件）で設定される基準値、Ｋは（３）式における比例定数である。
【００３８】
通常、リブ１０２の形成においては、ｔ2 ＝ｔ1 となる場合が多く、かつ、ｔ2 部分においては、フランジ部とスキン板が強固に接合していると実質的にｔ2 ＋ｔs の厚さを持つのと同等とみなせるから、（４）式においてｔ2 をｔ1 ＋ｔs に置き換えると、
ａ／ａ0 ＝Ｋ（ｂ／ｂ0 ）（ｔS ／ｔ1 ＋１）2         ・・・（５）
となる。ａ0 、ｂ0 は成形条件（構造条件）で設定される基準値、Ｋは比例定数であり、ａ0 、ｂ0 、Ｋを試験によって求めておくことにより、要求強度に応じて、ａ、ｂ、ｔs 、ｔ1 の最適な設計が可能となる。
【００３９】
また、リブのフランジ部の厚さについても、以下のように最適な設計を目指すことができる。図１３に示すように、コア材１１２の両面にＦＲＰ板１１１を配置し、コ字状部材を突き合わせたリブ１１３を備えたＦＲＰ構造体１１４を考えるとき、リブ１１３のフランジ部１１３ｂ（厚さ：ｔ）に入れる強化繊維基材（たとえば織物）の目付をｗ、比重をρ、繊維体積含有率をＶf とすると、成形前のこの部分の厚さｔ0 （設計値）は、
ｔ0 ＝（ｗ／ρ）（１／Ｖf ）                        ・・・（６）
となる。
【００４０】
より詳しくは、強化繊維基材は積層構成を採ることが多いので、各層毎のシミュレーションとしてより正確に表わすと、
ｔ0 ＝Σ［（ｗi ／ρi ）（１／Ｖfi）］              ・・・（７）
となる。添字ｉは各層毎を意味している。
【００４１】
しかしながら、上記（６）、（７）式で求められるｔ0 は成形前の値であり、ＦＲＰへの成形後には、成形条件（たとえば、温度、樹脂粘度、加圧条件等）によって成形品のリブフランジ厚さｔ2 は多少ばらつく。換言すれば、成形条件によって、成形後のｔ2 をｔ2 ＝ｔ0 、ｔ2 ＞ｔ0 、ｔ2 ＜ｔ0 のいずれにもコントロール可能である。
【００４２】
ｔ2 ＝ｔ0 の場合には、コア材の表面とリブフランジ部の外面とを実質的に面一にできるから、その上に配置されたＦＲＰ板の表面の平滑性が良好で、成形品のＶf も狙い通りになる。
【００４３】
ｔ2 ＜ｔ0 の場合には、リブのウエブ部のＶf を高くなるように成形することにより、リブの強度特性を高くすることができる。
【００４４】
ｔ2 ＞ｔ0 の場合には、予め低いＶf 側で構造設計しておくことにより、成形の容易性を確保できる。とくに、ドライの強化繊維織物をセットする場合に有利である。
【００４５】
本発明は、図１４（イ）、（ロ）に示すように、リブ１２３のフランジ部１２３ｂが、コア材１２２に形成された切り欠き凹部１２２ａ内に配置されるので、リブ１２３のフランジ部１２３ｂの先端面１２３ｃとコア材１１２の切り欠き凹部１２２ａの対向面１２２ｂとの間に、成形前に隙間を開けておき、成形後には樹脂のみの層１２４あるいは樹脂リッチの層として介在させることができる。上記隙間あるいは層１２４の幅は、フランジ部１２３ｂの長さａの５％以下とすることが好ましい。このような層１２４が存在する構造とすれば、成形時には、樹脂の通り道として樹脂の拡散や含浸を容易化でき、リブのフランジ形成用強化繊維基材が切り欠き凹部１２２ａ内に確実に納まるからその端部のコア材表面への乗り上げを確実に防止できるので、その上に配置されるＦＲＰ板１２１の表面の平滑性を確保できる。また、ボイドが発生しやすい場合にあっても、ボイドを上記樹脂のみあるいは樹脂リッチの層１２４に集めることができ、ＦＲＰ部分のボイド率を低下させて所望の強度を確保できる。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のＦＲＰ構造体およびその製造方法によれば、軽量で高強度、高剛性の比較的大型のＦＲＰ構造体を一発成形により容易にかつ安価に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様に係るＦＲＰ構造体の部分断面図である。
【図２】本発明の別の実施態様に係るＦＲＰ構造体の部分断面図である。
【図３】図２（ロ）の実施態様におけるリブ部の斜視図である。
【図４】本発明に係る一発成形方法の一例を示す概略構成図である。
【図５】図４の方法で用いられるコア材の拡大斜視図である。
【図６】リブ成形方法の一例を示すサンドイッチ構造体の部分断面図である。
【図７】リブ成形方法の別の例を示すサンドイッチ構造体の部分断面図である。
【図８】リブ成形方法のさらに別の例を示すコア材端部の斜視図である。
【図９】リブ成形方法のさらに別の例を示すサンドイッチ構造体の部分断面図である。
【図１０】リブの配置の一例を示すコア材列の部分平面図である。
【図１１】リブ部強度に関する考察に用いた説明図である。
【図１２】リブ部強度に関する考察に用いた別の説明図である。
【図１３】リブ部強度に関する考察に用いたさらに別の説明図である。
【図１４】リブのフランジ部端部における成形方法の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１、１１、１５、１８、１１４  ＦＲＰ構造体
２、１２ａ、１２ｂ、７２、９１、１０１、１１１、１２１  ＦＲＰ板
３、１３、１６、１９、４１、５４、６１、８１、９２、１１２、１２２  コア材
４、１４、１７、２０、６２、７１、９３、１０２、１１３、１２３  リブ
４ａ、１４ａ、２０ａ、９３ａ、１０２ａ  リブのウエブ部
４ｂ、１４ｂ、２０ｂ、９３ｂ、１０２ｂ、１１３ｂ  リブのフランジ部
１６ａ、２６、１２２ａ  切り欠き凹部
２１  型
２２  コア材
２３  強化繊維基材
２４、２５  溝
２７、２８  コ字状強化繊維基材
２９  バッグフィルム
３０  真空ポンプ
３１  バルブ
３２  樹脂
３３、３４  エッジブリーザ
４２、５２  リブ形成用の強化繊維基材
４３、５５  ＦＲＰ板形成用の強化繊維基材
５１  リブ用コア材
５３  リブ形成用基材
７３  不連続部
１２２ｂ  対向面
１２３ｃ  フランジ部の先端面
１２４  樹脂のみの層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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