JP2020032629A - 繊維強化樹脂製部材 - Google Patents

Abstract

【課題】組物技術を採用することにより曲げ荷重がかかった場合の高い剛性を得ることができるとともに、優れた振動減衰性能を得ることができる繊維強化樹脂製部材を提供する。【解決手段】炭素繊維強化樹脂製の補強部材は、軸芯Ａｘ２１０に沿って一の方向に延びており、炭素繊維組物体２１０を有する。炭素繊維組物体２１０は、複数の中央糸２１１と、複数の組糸２１２と、複数の組糸２１３とが編み込まれた構造を有する。複数の組糸２１２，２１３は、軸芯Ａｘ２１０に対して交差する組角度を以って周回するように配設されている。組糸２１２と組糸２１４とは、互いに交差している。補強部材では、長手方向の中程領域Ａｒ１において、組糸２１２および組糸２１３の組角度θ２が、補強部材における長手方向の他の領域の組角度よりも大きい。【選択図】図６

Description

本発明は、繊維強化樹脂製部材に関し、特に組物技術を用いた繊維強化樹脂製部材に関する。

自動車や航空機、さらには産業機械の構造部材として、炭素繊維強化樹脂製の部材が用いられる場合がある（特許文献１，２）。

特許文献１には、自動車の車体下部の剛性を補強するために、炭素繊維強化樹脂製の帯板材が用いられた構成が開示されている。特許文献１に開示の構成では、車体の変形時において、上記帯板材に捩りモーメントが作用するようになっている。

特許文献２には、自動車のステアリングシャフトとして炭素繊維強化樹脂製のシャフトを採用する構成が開示されている。特許文献２に開示のシャフトでは、所定の組角度で炭素繊維を配向し、炭素繊維同士を編み込む組物技術を用いた炭素繊維強化樹脂が用いられている。

これら文献に開示のように、炭素繊維強化樹脂製の部材を採用することにより、軽量化と高剛性化とを図ることができる。

特開２０１７−６１１７０号公報 特開２０１５−１６０５５１号公報

しかしながら、上記特許文献２に開示の技術をはじめとする従来技術では、高い剛性と優れた減衰性能との両立を図ることが困難である。即ち、上記特許文献２に開示の技術では、組物技術を用いて炭素繊維強化樹脂製部材を構成することで高い剛性を得ることができるが、これを構造材に適用しようとする場合には、減衰性能を得ることが困難である。

例えば、組物技術を用いた炭素繊維強化樹脂製部材を、自動車の車体における補強部材として採用しようとする場合において、部材の長手方向全域に亘って炭素繊維の繊維方向を車幅方向に平行に延ばすように配向した場合には、当該部材に曲げ荷重がかかった際の減衰が得られ難い。

逆に、部材の長手方向全域に亘って炭素繊維の繊維方向を車幅方向に対して斜め方向に延ばすように配向した場合には、当該部材に曲げ荷重がかかった際の高い剛性が得られ難い。

なお、上記のような問題は、自動車等の車体に限らず種々の構造体において、同じである。

本発明は、上記のような問題の解決を図ろうとなされたものであって、組物技術を採用することにより曲げ荷重がかかった場合の高い剛性を得ることができるとともに、優れた振動減衰性能を得ることができる繊維強化樹脂製部材を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る繊維強化樹脂製部材は、繊維強化樹脂で構成され、一の方向に延びる部材であって、前記一の方向に対して交差する組角度を以って周回するように配設された第１組糸と、前記一の方向に対して交差する組角度を以って周回するように配設された第２組糸と、が互いに編み込まれてなる繊維組物体を備え、該部材の長手方向における両端部の間の所定領域において、前記第１組糸の前記組角度である第１組角度および前記第２組糸の前記組角度である第２組角度の少なくとも一方が他の領域の前記組角度よりも大きい。

上記構成の繊維強化樹脂製部材では、繊維が編み込まれてなる繊維組物体を備えるので、高い剛性を確保することができる。即ち、上記構成の繊維強化樹脂製部材では、第１組糸と第２組糸が編み込まれ、その上で樹脂で強化されているので、高い剛性を確保することができる。

また、上記構成の繊維強化樹脂製部材では、上記所定領域における第１組角度および第２組角度を、上記他の領域に比べて大きくしているので、該所定領域における弾性率を低く、振動減衰性を高くすることができる。よって、第１組角度および第２組角度の少なくとも一方の角度を他の領域に比べて大きくした上記所定領域を、本態様に係る部材の長手方向中程に設けることで、曲げ荷重がかかった場合の高い剛性を得ることができるとともに、優れた振動減衰性能を得ることができる。

上記態様に係る繊維強化樹脂製部材において、前記第１組角度および前記第２組角度は、６０°以上９０°未満である、とすることもできる。

上記のように、第１組角度および第２組角度を６０°以上９０°未満の範囲内とすることにより、上記所定領域における優れた振動減衰性能をより確実に得ることができる。

上記態様に係る繊維強化樹脂製部材において、前記他の領域における前記第１組糸および前記第２組糸の前記組角度は、１５°以上４５°以下である、とすることもできる。

上記のように、上記所定領域以外の他の領域における第１組糸および第２組糸の組角度を、１５°以上４５°以下の範囲内とすることにより、上記他の領域における弾性率を高くすることができる。よって、上記構成を採用する場合には、繊維強化樹脂製部材に対して曲げ荷重がかかった場合に、上記他の領域で高い剛性を確保することができる。

上記態様に係る繊維強化樹脂製部材において、該部材の長手方向において、前記部材の全長に対する前記所定領域の長さの比は、０．００１以上０．０１以下である、とすることもできる。

上記のように、該部材の長手方向における上記所定領域に長さを、部材全長に対して０．００１以上０．０１以下の範囲内とすることで、曲げ荷重がかかった場合の高い剛性の確保と、優れた振動減衰性能の確保とを両立することができる。

上記態様に係る繊維強化樹脂製部材において、前記繊維組物体では、前記第１組糸および前記第２組糸に加えて、前記一の方向に延びるように配設された中央糸も編み込まれている、とすることもできる。

上記のように、繊維組物体において、一の方向に延びる中央糸も編み込むことにより、繊維強化樹脂製部材におけるさらに高い剛性を確保することができる。

上記態様に係る繊維強化樹脂製部材において、該部材の外径サイズは、前記長手方向の全域に亘り同径である、とすることもできる。

上記のように、該部材の外径サイズを長手方向の全域に亘って同径とすることにより、該部材に曲げ荷重がかかった際に外周面の一部に応力集中が生じ難く、高い剛性を確保する上で優れる。

上記態様に係る繊維強化樹脂製部材において、該部材は、中空の筒状部材であって、該部材の内径サイズは、前記所定領域の方が前記他の領域よりも小径である、とすることもできる。

上記所定領域では、第１組角度および第２組角度の少なくとも一方が他の領域よりも大きいことから、組糸の密度が当該所定領域で高くなり（重なった部分が密に形成され）、上記のように、該部材の内径サイズを上記所定領域で小径となる。このため、内径サイズが上記他の部分よりも小さい上記所定領域において、弾性率を低く、振動減衰性を高くすることができる。

上記態様に係る繊維強化樹脂製部材において、前記第１組糸および前記第２組糸は、炭素繊維から構成されている、とすることもできる。

上記のように、第１組糸および第２組糸として炭素繊維を採用することにより、高い曲げ剛性を確保するのに優れる。

上記の繊維強化樹脂製部材では、組物技術を採用することにより曲げ荷重がかかった場合の高い剛性を得ることができるとともに、優れた振動減衰性能を得ることができる。

実施形態に係る車体の下面構成を示す模式下面図である。 車体の下面の一部構成を示す模式下面図である。 車体における車室内の構成を示す模式斜視図である。 補強部材の構成を示す模式斜視図である。 図４のＡ部における、補強部材の炭素繊維組物体の構成を示す模式図である。 図４のＢ部における、補強部材の炭素繊維組物体の構成を示す模式図である。 炭素繊維組物体の製造方法を示す模式斜視図である。 補強部材の横断面を示す図であって、（ａ）は、図４のＡ部の横断面、（ｂ）は、図４のＢ部の横断面をそれぞれ示す。 補強部材における高減衰部が奏する効果を評価するための閾値ラインを示す特性グラフである。 組角度θ_１が１５°の場合の特性グラフであって、（ａ）は、Ｌ_３／Ｌ_１＝０．０１の場合、（ｂ）は、Ｌ_３／Ｌ_１＝０．００４の場合、（ｃ）は、Ｌ_３／Ｌ_１＝０．００２の場合、（ｄ）は、Ｌ_３／Ｌ_１＝０．００１の場合をそれぞれ示す。 組角度θ_１が３０°の場合の特性グラフであって、（ａ）は、Ｌ_３／Ｌ_１＝０．０１の場合、（ｂ）は、Ｌ_３／Ｌ_１＝０．００４の場合、（ｃ）は、Ｌ_３／Ｌ_１＝０．００２の場合、（ｄ）は、Ｌ_３／Ｌ_１＝０．００１の場合をそれぞれ示す。 組角度θ_１が４５°の場合の特性グラフであって、Ｌ_３／Ｌ_１＝０．００１の場合を示す。 変形例に係る補強部材における、長手方向中央部での炭素繊維組物体の構成を示す模式図である。

以下では、本発明の実施形態について、図面を参酌しながら説明する。なお、以下で説明の形態は、本発明の一例であって、本発明は、その本質的な構成を除き何ら以下の形態に限定を受けるものではない。

なお、以下の説明で用いる図面のうち、図１から図３における「Ｆｒ」は車体前方、「Ｒｅ」は車体後方、「Ｌｅ」は車体右方、「Ｒｉ」は車体左方を示し、完成車体を想定した場合の車両の前進方向を基準にした方向である。

［実施形態］
１．車体１の下面および車室内の構成
本実施形態に係る車体1の下面および車室１ｂ内の構成について、図１から図３を用いて説明する。図１は、車体１の下面構成を示す模式下面図であり、図２は、車体１の下面の一部構成を示す模式下面図であり、図３は、車体１における車室１ｂ内の構成を示す模式斜視図である。

本実施形態に係る車両の車体１は、モノコック式の車体である。図１から図３に示すように、車体１は、車室１ｂの下面（底面）を構成するフロアパネル２と、エンジンルーム１ａと車室１ｂとを仕切るダッシュパネル３と、ダッシュパネル３から前方に向けて延びるように設けられた左右一対のフロントサイドフレーム４と、フロアパネル２の後側端部分から後方に向けて延びるように設けられた左右一対のリヤサイドフレーム５と、を備える。

なお、ダッシュパネル３は、フロアパネル２の前端部分から上方に向けて延びるように設けられている。

さらに、車体１は、フロアパネル２の左右両端部分に配設された左右一対のサイドシル６と、左右一対のサイドシル６の各前端部分から上方に向けて延びるように設けられた左右一対のヒンジピラー７と、左右一対のサイドシル６の各中間部分から上方に向けて延びるように設けられた左右一対のセンターピラー８と、左右一対のヒンジピラー７の各上端部分から斜め後ろに向けて延びるように設けられた左右一対のフロントピラー９と、左右一対のフロントピラー９の各後端部分から後方に向けて延びるように設けられた左右一対のルーフサイドレール１０と、を備える。

なお、左右一対のルーフサイドレール１０は、センターピラー８に対して、その上端部分であって後端部分にそれぞれ接合されている。

図１から図３に示すように、車体１のフロアパネル２は、下方からの平面視で略矩形状に構成されたトンネル部１１を備える。トンネル部１１は、車幅方向（Ｌｅ−Ｒｉ方向）の中央部分において、前後方向（Ｆｒ−Ｒｅ方向）に延び、車室１ｂに対して突出した状態で設けられている。

また、トンネル部１１の左右両端部分には、それぞれが前後方向（Ｆｒ−Ｒｅ方向）に延びる左右一対のトンネルフレーム部１２が設けられている。左右一対のトンネルフレーム部１２のそれぞれは、断面形状が略ハット状であり、フロアパネル２の下面と協働して前後方向（Ｆｒ−Ｒｅ方向）に略並行した状態で延びる略矩形状の閉断面を構成している。

左右一対のサイドシル６のそれぞれと左右一対のトンネルフレーム部１２のそれぞれとの各間の部分には、前後方向（Ｆｒ−Ｒｅ方向）に延び、断面形状が略ハット状のフロアフレーム１３がそれぞれ設けられている。フロアフレーム１３のそれぞれは、車体１の後側（Ｒｅ側）に行くに従って車体１の外側となるように配設されており、フロアパネル２の下面と協働して前後方向（Ｆｒ−Ｒｅ方向）に略並行した状態で延びる略矩形状の閉断面を構成している。

それぞれのフロアフレーム１３の前端部分は、フロントサイドフレーム４の後端部分に接合されている。

フロアパネル２は、車室１ｂ内にトンネル部１１を跨ぐ状態で左右方向（Ｌｅ−Ｒｉ方向）に延びるように設けられたクロスメンバ１４，１５を備えている。クロスメンバ１４，１５のそれぞれは、断面形状が略ハット状に設けられている。そして、クロスメンバ１４，１５のそれぞれは、トンネル部１１の側壁部分からサイドシル６の側壁部分に亘りフロアパネル２の上面と協働して左右方向（Ｌｅ−Ｒｉ方向）に延びる略矩形状の閉断面を構成している。

クロスメンバ１４は、ヒンジピラー７とセンターピラー８との中間部分に対応する位置に配設され、クロスメンバ１４の前側壁部には、フロアフレーム１３の前端側部分にフロアパネル２を挟んで接合された上側フレーム１６の後端部分が接合されている。

クロスメンバ１５は、クロスメンバ１４と略並行する状態で配設されており、センターピラー８に対応する位置に配設されている。

車室１ｂ内には、左右一対の前席シート（図示を省略。）が配設されている。各シートは、当該シートの強度および剛性を確保するためのシートフレーム（図示を省略。）をそれぞれ備え、左右一対のシートレール１７に対して摺動できるようになっている。

図３に示すように、左右一対のシートレール１７のうち、車幅方向の外側のシートレール１７は、前端部分（前側シート取付部）がクロスメンバ１４の車幅方向の外側部分に固定され、後端部分（後側シート取付部）がクロスメンバ１５の車幅方向の外側部分に固定されている。

左右一対のシートレール１７のうち、車幅方向の内側のシートレール１７は、前端部分（前側シート取付部）がクロスメンバ１４の車幅方向の内側部分に固定され、後端部分（後側シート取付部）がクロスメンバ１５の車幅方向の内側部分に固定されている。

また、フロアパネル２の下側には、複数の補強部材２１〜２７が配設されている。

２．補強部材２１〜２７の構成と車体１の部材への取付構成
補強部材２１〜２７の構成と車体１の部材への取付構成について、図２および図４を用いて説明する。図４は、補強部材２１（補強部材２１〜２７の一例）の構成を示す模式斜視図である。

図２に示すように、本実施形態に係る車体１では、複数の補強部材２１〜２７が左右対称の形態を以って配設されている。そして、補強部材２１は、車体１の右側のサイドシル６とトンネルフレーム部１２との間に架け渡され、それぞれに固定箇所Ｐで固定されている。

補強部材２２は、トンネル部１１を跨ぐ状態で左右のトンネルフレーム部１２の間に架け渡され、それぞれに固定箇所Ｐで固定されている。補強部材２３は、車体１の左側のサイドシル６とトンネルフレーム部１２との間に架け渡され、それぞれに固定箇所Ｐで固定されている。

補強部材２４は、補強部材２３よりも車体１の前方側において、車体１の左側のサイドシル６とトンネルフレーム部１２との間に架け渡され、それぞれに固定箇所Ｐで固定されている。補強部材２５は、トンネル部１１を跨ぐ状態で左右のトンネルフレーム部１２同士の間に架け渡され、それぞれに固定箇所Ｐで固定されている。

補強部材２６は、補強部材２５よりも車体１の後方側において、トンネル部１１を跨ぐ状態で左右のトンネルフレーム部１２同士の間に架け渡され、それぞれに固定箇所Ｐで固定されている。補強部材２７は、補強部材２６の後端部分と、補強部材２２および補強部材２１の各一端とを繋ぎ、且つ、トンネルフレーム部１２に対して固定箇所Ｐで固定されている。

図４に示すように、補強部材２１は、一の方向に沿って延びるように設けられた長尺筒部２１ａと、長尺筒部２１ａの各端部に設けられた固定部２１ｂ，２１ｃとを有する。各固定部２１ｂ，２１ｃには、ボルトの挿通（矢印Ｃ，Ｄ）を許す孔２１ｄ，２１ｅが設けられている。補強部材２１の固定部２１ｂ，２１ｃは、車体１の各部に対してボルトの締結を以って固定する場合の部分である。

なお、図４では、図示を省略しているが、補強部材２２〜２７についても、補強部材２１と同様の構成を有する。ただし、車体１に対して用いる場所に応じて長尺筒部の長さは適宜設定されている。

ここで、本実施形態に係る補強部材２１〜２７では、長尺筒部２１ａが炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ：Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）を用いて構成されている。具体的な構成については、後述するが、より具体的には、所謂、組物技術を用いて構成され、炭素繊維組物体と樹脂部とを有する炭素繊維強化樹脂を用いて構成されている。

本実施形態に係る補強部材２１は、長尺筒部２１ａの長さがＬ_１である。そして、長尺筒部２１ａの端から長さＬ_２だけ離間した部分、即ち、長尺筒部２１ａの長手方向中央部とその周辺の領域（矢印Ｂで指し示す領域）が、低弾性率で高振動減衰性の部分である。

一方、補強部材２１では、矢印Ｂで指し示す領域を除く領域（例えば、矢印Ａで指し示す領域）が、高弾性率の部分であり、補強部材２１に曲げ荷重がかかった際に高い剛性を確保するための部分である。

３．炭素繊維組物体２１０の構成
補強部材２１〜２７における炭素繊維組物体２１０の構成について、図５および図６を用いて説明する。図５は、図４のＡ部における、補強部材２１〜２７における長尺筒部２１ａの炭素繊維組物体２１０の構成を示す模式図であり、図６は、図４のＢ部における、補強部材２１〜２７における長尺筒部２１ａの炭素繊維組物体２１０の構成を示す模式図である。

先ず、図５に示すように、炭素繊維組物体２１０では、複数の中央糸２１１と複数の組糸２１２と複数の組糸２１３とが、互いに編み込まれた構成を有する。本実施形態に係る複数の組糸２１２および複数の組糸２１３の一方が、第１組糸に相当し、他方が、第２組糸に相当する。

図５に示すように、複数の中央糸２１１のそれぞれは、炭素繊維組物体２１０の軸芯Ａｘ_２１０と略並行するように配設されている。即ち、複数の中央糸２１１のそれぞれは、長尺筒部２１ａが延びる方向に対して略並行するように配設されている。隣り合う中央糸２１１同士は、互いに周方向に間隔を空けて配設されている。

一方、複数の組糸２１２のそれぞれは、軸芯Ａｘ_２１０に対して組角度θ_１を以って周回するように配設されている。隣り合う組糸２１２同士についても、互い周方向に間隔を空けて配設されている。

複数の組糸２１３のそれぞれは、軸芯Ａｘ_２１０に対して組角度θ_１を以って周回し、複数の組糸２１２に対して交差するように配設されている。隣り合う組糸２１３同士についても、互いに周方向に間隔を空けて配設されている。

組角度θ_１は、例えば、１５°以上４５°以下の範囲内に設定されている。

次に、図６に示すように、長尺筒部２１ａの中程の領域Ａｒ_１においては、組糸２１２の組角度がθ_２であり、組糸２１３の組角度もθ_２である。即ち、本実施形態では、第１組角度および第２組角度の両方をθ_２としている。

組角度θ_２は、例えば、６０°以上９０°未満の範囲内に設定されている。

ここで、図６に示すように、本実施形態に係る炭素繊維組物体２１０では、領域Ａｒ_１を、長尺筒部２１ａの長手方向中央Ｃ_Ｌを中心に幅Ｌ_３とした。幅Ｌ_３は、例えば、長尺筒部２１ａの長さＬ_１に対して０．００１以上０．０１以下の範囲内の比を以って規定されている。

４．炭素繊維組物体２１０の製造方法
上述したように、本実施形態に係る炭素繊維組物体２１０では、中央の領域Ａｒ_１における組角度が、他の領域（例えば、図４の矢印Ａで指し示す領域）における組角度よりも大きいこととしているが、当該構成を有する炭素繊維組物体２１０の製造方法について、図７を用いて説明する。図７は、炭素繊維組物体２１０の製造に用いる製造装置の一部構成を示す模式斜視図である。

図７に示すように、炭素繊維組物体２１０に製造には、組物作成装置５００を用いる。組物作成装置５００は、複数のボビン５０１と、トラック５０２と、キャリヤ５０３と、を備える。複数のボビン５０１は、互いの相対的な位置関係を維持しながら周回しながら、炭素繊維（中央糸２１１、組糸２１２，２１３）を繰り出して行き、図示を省略しているマンドレルの外周に巻回して行く。

マンドレルと複数のボビン５０１などとは、相対速度Ｖ１で走査される。そして、本実施形態では、炭素繊維組物体２１０における領域Ａｒ_１に相当する部分の組糸２１２，２１３の巻回を行う期間だけ、操作速度Ｖ１を遅くする。あるいは、炭素繊維組物体２１０における領域Ａｒ_１に相当する部分の組糸２１２，２１３の巻回を行う期間だけ、複数のボビン５０１の公転速度および自転速度を大きくする。

５．長尺筒部２１ａの内径Ｄ_１，Ｄ_２および外径Ｄ_３，Ｄ_４
長尺筒部２１ａの内径Ｄ_１，Ｄ_２および外径Ｄ_３，Ｄ_４について、図８を用いて説明する。図８は、補強部材２１の横断面を示す図であって、（ａ）は、図４のＡ部の横断面、（ｂ）は、図４のＢ部の横断面をそれぞれ示す。

図８（ａ）に示すように、図４のＡ部においては、長尺筒部２１ａの内径がＤ_１であり、外径がＤ_３である。

一方、図８（ｂ）に示すように、図４のＢ部（領域Ａｒ_１）においては、長尺筒部２１ａの内径がＤ_２であり、外径がＤ_４である。本実施形態に係る長尺筒部２１ａでは、内径Ｄ_１，Ｄ_２の関係および外径Ｄ_３，Ｄ_４の関係は次の通りである。

Ｄ_１＞Ｄ_２ ・・（数１）
Ｄ_３＝Ｄ_４ ・・（数２）
上記の数１の関係は、組糸２１２，２１３の組角度θ_１と組角度θ_２との関係に起因する。即ち、上述のように、θ_２＞θ_１の関係より、組糸２１２と組糸２１３との重なりが周方向に広くなり、これにより上記製造方法にてマンドレルを抜き去って焼成したときに、領域Ａｒ_１の内周面が径方向内側へと縮径されることで、上記の数１の関係を満たすこととなる。

６．領域Ａｒ_１の長さＬ_３の設定と組角度θ_２の設定
領域Ａｒ_１の長さＬ_３の設定と組角度θ_２の設定について、図９から図１２を用いて説明する。図９は、補強部材２１〜２７における領域Ａｒ_１が高減衰部として効果を奏するための閾値ラインを示す特性グラフである。図１０は、組角度θ_１が１５°の場合の特性グラフであって、（ａ）は、Ｌ_３／Ｌ_１＝０．０１の場合、（ｂ）は、Ｌ_３／Ｌ_１＝０．００４の場合、（ｃ）は、Ｌ_３／Ｌ_１＝０．００２の場合、（ｄ）は、Ｌ_３／Ｌ_１＝０．００１の場合をそれぞれ示す。図１１は、組角度θ_１が３０°の場合の特性グラフであって、（ａ）は、Ｌ_３／Ｌ_１＝０．０１の場合、（ｂ）は、Ｌ_３／Ｌ_１＝０．００４の場合、（ｃ）は、Ｌ_３／Ｌ_１＝０．００２の場合、（ｄ）は、Ｌ_３／Ｌ_１＝０．００１の場合をそれぞれ示す。図１２は、組角度θ_１が４５°の場合の特性グラフであって、Ｌ_３／Ｌ_１＝０．００１の場合を示す。

（１）閾値ラインの設定
図９に示すように、横軸に長尺筒部２１ａの剛性、縦軸に減衰性を表す特性図を規定する。但し、横軸と縦軸の絶対値は、テストピースの形状および材質によって異なる。

図９において実線で示すラインは、一様な組角度を以って組糸を巻回し、長尺筒部を形成した場合の特性ラインである。

本実施形態では、図９の破線で示すように、一様な組角度を以って組糸を巻回した場合に比べて、同じ剛性を維持しながら、減衰性を５０％向上することができるラインを想定し、これを閾値ラインと規定した。本実施形態では、図９に示すグラフにおいて、閾値ラインよりも右上の領域となるように、領域Ａｒ_１の長さＬ_３の設定と組角度θ_２の設定を行った。

なお、図９において、減衰性が０．００１２５で横軸に沿って延びる破線は、減衰率の下限値を示すラインである。

（２）θ_１＝１５°の場合
図１０は、図４のＡ部における組糸２１２，２１３の組角度θ_１が１５°の場合の剛性と減衰率との関係を示したグラフである。

図１０（ａ）に示すように、Ｌ_３／Ｌ_１＝０．０１の場合には、θ_２＝６０°の場合に、減衰率が下限値となっている。そして、θ_１＝１５°でθ_２＝６０°とすることにより、減衰性を５０％向上することができることが分かる。

図１０（ｂ）に示すように、Ｌ_３／Ｌ_１＝０．００４の場合には、θ_２＝８３．５°の場合に、減衰率が下限値となっている。そして、θ_１＝１５°でθ_２＝８３．５°とすることにより、減衰性を５０％向上することができることが分かる。

図１０（ｃ）に示すように、Ｌ_３／Ｌ_１＝０．００２の場合には、θ_２＝８５°の場合に、減衰率が下限値となっている。そして、θ_１＝１５°でθ_２＝８５°とすることにより、減衰性を５０％向上することができることが分かる。

図１０（ｄ）に示すように、Ｌ_３／Ｌ_１＝０．００１の場合には、θ_２＝８７°の場合に、減衰率が下限値となっている。そして、θ_１＝１５°でθ_２＝８７°とすることにより、減衰性を５０％向上することができることが分かる。

（３）θ_１＝３０°の場合
図１１は、図４のＡ部における組糸２１２，２１３の組角度θ_１が３０°の場合の剛性と減衰率との関係を示したグラフである。

図１１（ａ）に示すように、Ｌ_３／Ｌ_１＝０．０１の場合には、実測ラインが閾値ラインよりもグラフの右上となることはなく、減衰性を５０％向上することができないことが分かる。

図１１（ｂ）に示すように、Ｌ_３／Ｌ_１＝０．００４の場合には、θ_２＝８９°の場合に、減衰率が下限値となっている。そして、θ_１＝１５°でθ_２＝８９°とすることにより、減衰性を５０％向上することができることが分かる。

図１１（ｃ）に示すように、Ｌ_３／Ｌ_１＝０．００２の場合にも、θ_２＝８９°の場合に、減衰率が下限値となっている。そして、θ_１＝１５°でθ_２＝８９°とすることにより、減衰性を５０％向上することができることが分かる。

図１１（ｄ）に示すように、Ｌ_３／Ｌ_１＝０．００１の場合に、θ_２＝８９°の場合に、減衰率が下限値となっている。そして、θ_１＝１５°でθ_２＝８９°とすることにより、減衰性を５０％向上することができることが分かる。

（４）θ_１＝４５°の場合
図１２は、図４のＡ部における組糸２１２，２１３の組角度θ_１が４５°であって、Ｌ_３／Ｌ_１＝０．００１の場合の剛性と減衰率との関係を示したグラフである。なお、図１２では特性グラフを省略しているが、図４のＡ部における組糸２１２，２１３の組角度θ_１が４５°の場合においては、Ｌ_３／Ｌ_１＝０．０１、Ｌ_３／Ｌ_１＝０．００４、Ｌ_３／Ｌ_１＝０．００２の場合には、実測ラインが閾値ラインよりもグラフの右上となることはなく、減衰性を５０％向上することができないことを確認している。

図１２に示すように、Ｌ_３／Ｌ_１＝０．００１の場合に、θ_２＝８９．９°の場合に、減衰率が下限値となっている。そして、θ_１＝１５°でθ_２＝８９．９°とすることにより、減衰性を５０％向上することができることが分かる。

（５）まとめ
以上の結果を次表にまとめて示す。

表１において、“ＮＧ”と表しているのは、実測ラインが閾値ラインよりもグラフの右上となることはなく、減衰性を５０％向上することができない箇所である。

表１に示すように、長尺筒部２１ａにおける剛性を高く維持しながら、振動減衰率を５０％以上向上させるには、Ｌ_３／Ｌ_１の比と、θ_１およびθ_２と、の関係が関連していることが分かる。具体的には、Ｌ_３／Ｌ_１の比が小さくなればなるほど、θ_１がある程度大きい場合でも（表１では、４５°）、減衰率を５０％以上向上させることができるθ_２を設定することができる。

また、θ_１が小さいほど、θ_２をある程度小さく設定しても（表１では、６０°）、減衰率を５０％以上向上させることができるθ_２を設定することができる。

７．効果
本実施形態に係る補強部材２１〜２７の長尺筒部２１ａでは、炭素繊維からなる中央糸２１１および組糸２１２，２１３が編み込まれてなる炭素繊維組物体２１０を備えるので、高い剛性を確保することができる。即ち、本実施形態に係る長尺筒部２１ａでは、組糸２１２と組糸２１３が編み込まれ、その上で樹脂で強化されているので、高い剛性を確保することができる。

また、本実施形態に係る長尺筒部２１ａでは、長手方向の中央の領域Ａｒ_１における組糸２１２，２１３の組角度θ_２を、他の領域（長尺筒部２１ａの端部であって、例えば、図４のＡ部）の組角度θ_１に比べて大きくしているので、該領域Ａｒ_１における弾性率を低く、振動減衰性を高くすることができる。よって、組角度θ_２を組角度θ_１に比べて大きくした領域Ａｒ_１を、長尺筒部２１ａの長手方向中程に設けることで、曲げ荷重がかかった場合の高い剛性を得ることができるとともに、優れた振動減衰性能を得ることができる。

本実施形態に係る長尺筒部２１ａでは、図９から図１２および表１を用いて説明したように、組角度θ_２を６０°以上９０°未満の範囲内とすることにより、領域Ａｒ_１における優れた振動減衰性能をより確実に得ることができる。

本実施形態に係る長尺筒部２１ａでは、図９から図１２および表１を用いて説明したように、組角度θ_１を、１５°以上４５°以下の範囲内とすることにより、長尺筒部２１ａの中央部分以外の領域での弾性率を高くすることができる。よって、本実施形態に係る長尺筒部２１ａでは、曲げ荷重がかかった場合に、中央部分以外の領域で高い剛性を確保することができる。

本実施形態に係る長尺筒部２１ａでは、長手方向における領域Ａｒ_１に長さＬ_３を、全長Ｌ_１に対して０．００１以上０．０１以下の範囲内とすることで、曲げ荷重がかかった場合の高い剛性の確保と、優れた振動減衰性能の確保とを両立することができる。

本実施形態に係る長尺筒部２１ａでは、炭素繊維組物体２１０において、軸芯Ａｘ_２１０に沿って延びる中央糸２１１も編み込むことにより、長尺筒部２１ａにおけるさらに高い剛性を確保することができる。

本実施形態に係る長尺筒部２１ａでは、図８を用いて説明したように、外径Ｄ_３と外径Ｄ_４とを同径とすることにより、長尺筒部２１ａに曲げ荷重がかかった際に外周面の一部に応力集中が生じ難く、高い剛性を確保する上で優れる。

本実施形態に係る長尺筒部２１ａでは、領域Ａｒ_１における組角度θ_２を組角度θ１よりも大きくしているので、領域Ａｒ_１における組糸２１２，２１３の密度が他の領域（端部領域など）に比べて高くなり（重なった部分が密に形成され）、上記のように、内径Ｄ_２が内径Ｄ_１よりも小径となる。このため、外径Ｄ_３と外径Ｄ_４とを同径として外管品質を高め、且つ局所的な応力集中を回避しながら、領域Ａｒ_１において、弾性率を低く、振動減衰性を高くすることができる。

本実施形態に係る長尺筒部２１ａでは、中央糸２１１および組糸２１２，２１３を、炭素繊維から構成することとしているので、高い曲げ剛性を確保するのに優れる。

以上のように、本実施形態に係る補強部材２１〜２７は、炭素繊維強化樹脂製部材である長尺筒部２１ａを備えることにより、組物技術を採用することにより曲げ荷重がかかった場合の高い剛性を得ることができるとともに、優れた振動減衰性能を得ることができる。

［変形例］
変形例に係る炭素繊維組物体３１０の構成について、図１３を用いて説明する。図１３は、変形例に係る補強部材における、長手方向中央の領域Ａｒ１およびその周辺領域での炭素繊維組物体３１０の構成を示す模式図である。なお、本変形例に係る炭素繊維強化樹脂製部材においては、炭素繊維組物体３１０の構成を除き、上記実施形態と同じであるので、重ねての説明を省略する。

図１３に示すように、本変形例に係る炭素繊維組物体３１０も、複数の中央糸３１１と、複数の組糸３１２，３１３とが編み込まれて構成されている。中央糸３１１は、上記実施形態に係る中央糸２１１と同様に、炭素繊維組物体３１０の軸芯Ａｘ_３１０に沿って直線状に延びるように配設されている。

組糸３１２，３１３は、長手方向中央の領域Ａｒ_１において、軸芯Ａｘ_３１０に対して組角度θ_２で周回するように巻回され、長手方向の端部の領域において、軸芯Ａｘ_３１０に対して組角度θ_１で周回するように巻回されている。これらについては、図１３では、図示を省略しているが、上記実施形態と同じである。

本変形例が上記実施形態と異なるのは、炭素繊維組物体３１０の長手方向において、領域Ａｒ_１の両脇部分に組糸３１２，３１３の組角度がθ_３で周回するように巻回された領域Ａｒ_２，Ａｒ_３が設けられている点にある。組角度θ_３は、次の関係を満たすように設定されている。

θ_２＞θ_３＞θ_１ ・・（数３）
本変形例に係る炭素繊維組物体３１０では、上記のような領域Ａｒ_２，Ａｒ_３を設けることにより、炭素繊維組物体３１０の長手方向中央の領域Ａｒ_１と、長手方向端部の領域との間で組糸３１２，３１３の組角度が急激に変化するのを抑え、組角度の変化に伴う応力集中を抑制することができる。

なお、本変形例に係る炭素繊維組物体３１０を有する補強部材についても、炭素繊維組物体３１０の構成を除き上記実施形態に係る補強部材２１〜２７と同じ構成を備えているので、上記の効果をそのまま奏することができる。

［その他の変形例］
上記実施形態および上記変形例では、繊維強化樹脂製の部材の一例として、車体１の下面の補強に用いられる補強部材２１〜２７を採用したが、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、ストラットタワーバーとして採用することも可能である。

また、本発明では、ある部位を補強するための部材だけでなく、構造部材そのものとして、上記のような構成の部材を採用することでも、上記同様の効果を得ることができる。例えば、車体であれば、ルーフサイドレールやセンターピラー、さらにはフロントピラーなどに適用することも可能である。

また、上記構成の部材については、自動車等の車体に限らず種々の構造体（例えば、産業機器など）に適用することも可能である。

また、上記実施形態および上記変形例では、繊維強化樹脂製部材の一例として、中空円筒形状の長尺筒部２１ａを採用したが、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、中実の部材への適用も可能であるし、横断面形状についても、円形に限らず楕円形や長円形、さらには多角形断面などを採用することも可能である。

また、上記実施形態および上記変形例では、複数の中央糸２１１，３１１が長尺筒部の長手方向の全域に配設された構成を一例としたが、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、長手方向中央の領域Ａｒ_１において、複数の中央糸の一部あるいは全部を省略することも可能である。これにより、中央の領域における剛性と振動減衰性とのバランスをとることが容易となる。

また、上記実施形態および上記変形例では、組糸２１２，３１２および組糸２１３，３１３の両方共が、長手方向中央の領域Ａｒ_１で組角度θ_２が他の領域の組角度θ_１よりも大きくなる構成を採用したが、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、一方の組糸だけが長手方向中央の領域で他の領域よりも組角度が大きくなる構成を採用することもできる。

また、上記実施形態および上記変形例では、長手方向中央の領域Ａｒ_１で組糸２１２，３１２および組糸２１３，３１３の組角度θ_２が他の領域の組角度θ_１よりも大きくなる構成を採用したが、組糸の組角度を他の領域よりも大きくする所定領域については、該部材の長手方向中央に限定されるものではない。例えば、繊維強化樹脂製部材の長手方向中央から一方端側にオフセットした領域において、組糸の組角度を他の領域よりも大きくすることも可能である。また、組糸の組角度を大きくする所定領域は、繊維強化樹脂製部材の長手方向の１つの領域に限定されるものはなく、複数の領域とすることも可能である。

また、上記実施形態および上記変形例では、繊維強化樹脂の一例として炭素繊維強化樹脂を採用することとしたが、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、ガラス繊維強化樹脂（ＧＦＲＰ）や、アラミド繊維強化樹脂（ＡｒＦＲＰ）や、炭化ケイ素繊維強化樹脂（ＳｉＣＦＲＰ）や、非鉄金属などの金属繊維を用いた繊維強化樹脂などを採用することも可能である。

２ フロアパネル
２１〜２７ 補強部材（繊維強化樹脂製部材）
２１０，３１０ 炭素繊維組物体（繊維組物体）
２１１，３１１ 中央糸
２１２，３１２ 組糸（第１組糸）
２１３，３１３ 組糸（第２組糸）

Claims (8)

1. 繊維強化樹脂で構成され、一の方向に延びる部材であって、
   前記一の方向に対して交差する組角度を以って周回するように配設された第１組糸と、
   前記一の方向に対して交差する組角度を以って周回するように配設された第２組糸と、
   が互いに編み込まれてなる繊維組物体を備え、
   該部材の長手方向における両端部の間の所定領域において、前記第１組糸の前記組角度である第１組角度および前記第２組糸の前記組角度である第２組角度の少なくとも一方が他の領域の前記組角度よりも大きい、
   繊維強化樹脂製部材。
2. 請求項１に記載の繊維強化樹脂製部材において、
   前記第１組角度および前記第２組角度は、６０°以上９０°未満である、
   繊維強化樹脂製部材。
3. 請求項１または請求項２に記載の繊維強化樹脂製部材において、
   前記他の領域における前記第１組糸および前記第２組糸の前記組角度は、１５°以上４５°以下である、
   繊維強化樹脂製部材。
4. 請求項１から請求項３の何れかに記載の繊維強化樹脂製部材において、
   該部材の長手方向において、前記部材の全長に対する前記所定領域の長さの比は、０．００１以上０．０１以下である、
   繊維強化樹脂製部材。
5. 請求項１から請求項４の何れかに記載の繊維強化樹脂製部材において、
   前記繊維組物体では、前記第１組糸および前記第２組糸に加えて、前記一の方向に延びるように配設された中央糸も編み込まれている、
   繊維強化樹脂製部材。
6. 請求項１から請求項５の何れかに記載の繊維強化樹脂製部材において、
   該部材の外径サイズは、前記長手方向の全域に亘り同径である、
   繊維強化樹脂製部材。
7. 請求項１から請求項６の何れかに記載の繊維強化樹脂製部材において、
   該部材は、中空の筒状部材であって、
   該部材の内径サイズは、前記所定領域の方が前記他の領域よりも小径である、
   繊維強化樹脂製部材。
8. 請求項１から請求項７の何れかに記載の繊維強化樹脂製部材において、
   前記第１組糸および前記第２組糸は、炭素繊維から構成されている、
   繊維強化樹脂製部材。