| 研究課題/領域番号 |
16K06006
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| 研究機関 | 金沢大学 |
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研究代表者 |
立野 大地 金沢大学, 機械工学系, 研究員 (30714159)
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| 研究分担者 |
米山 猛 金沢大学, 機械工学系, 教授 (30175020)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 熱可塑性CFRP / 接合 / プレス成形 |
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| 研究実績の概要 |
平成28年度は，接合部をもつ短冊状の試験体を成形し，さまざまな接合構造を作成するとともに接合構造と接合強度との関係を研究した．接合部のない熱可塑性CFRPシートと同等の引張および曲げ強度となる接合構造を解明した．さらに閉断面ビームを成形するための部品であるU字ビームの成形を試み，所望の接合構造をもつU字ビームを成形することができた．
まず基本的な接合構造としてはめ込み接合と階段接合とを作成し，強度を評価した．はめ込み接合とは，積層したシートの端部を層ごとにずらして凸状にしたものと凹状にしたものとを互いにはめ込んで加熱圧着したものを指し，接合面積が大きい．階段接合とはシートの端部が階段状になったものである．これらの強度を比較すると，引張強度ははめ込み接合で520MPa，階段接合で460MPa，曲げ強度ははめ込み接合で480MPa，階段接合で500MPaであった．はめこみ接合の接合面積は階段接合の2倍であるが強度の違いは小さい．階段接合においてシートを上からみたときの切り口の角度を45度とした場合，引張強度が520MPa，曲げ強度が550MPaとなり，接合部のないシートと同等の強度となった．このことから，接合部をある断面でみたときに繊維が連続している層が多いほど接合強度が高くなることがわかった．
つぎに，端部に階段接合構造をもつU字ビームの成形を試みた．これはのちに閉断面ビームを接合成形するときの部品となるものである．平板状のシートを曲げたあとで各層の端部が3mmずつずれた階段構造を成形する必要があるが，曲げによる各層の周長差を考慮したシート寸法設計法を考案した．厚さ0.2mmの熱可塑性CFRPシートを15枚重ね，成形中に重ねたシートがずれないようクリップで固定した状態で加熱，プレス成形し，狙い通りの階段接合構造をもつU字ビームを成形することができた．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
平成28年度の計画では，U字ビームどうしを接合成形して閉断面ビームを作成するとしていたが，実際にはU字ビームの成形までにとどまっており，計画に対してやや遅れている．密閉金型を用いた接合構造と強度との関係の研究において，まず接合部のない連続したシートの成形で高い強度が得られる温度圧力条件を探索したが，その条件を見いだすのに時間がかかった．密閉金型そのものの変更の必要があり，途中で新たに製作しなおした．U字ビームの成形の金型製作にあたり，加工上の問題があり設計変更を行った．また試験体の強度評価では強度のばらつきがあり，接合構造ごとに繰り返し実験を行ったため評価に時間を要した．
接合部の強度が接合部のないシートと同等とすることが目標であり，さまざまな接合構造を検討した結果，これは達成した．平板状のシートからU字ビームに成形する場合，シートが曲げられた上で目的の接合構造とする必要があるが，これはシート寸法設計法の解明や成形時の工夫により，当初想定していたよりも高い精度で成形することができた．
要素技術の研究開発の進捗は良好であり，次のステップである閉断面ビームを成形するための金型設計は完了しているため，本年度の遅れは十分挽回できるものと考えている．
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| 今後の研究の推進方策 |
平成29年度は，U字ビームどうしを接合して閉断面ビームの成形ができることを確かめ，さらに閉断面ビームを連結して長尺ビームの成形を試みる．これらと平行して，短冊状の試験体の成形を通して接合構造をさらに追求する．
まずは閉断面ビームを成形するための接合金型を製作する．金型の設計はすでに完了している．接合成形した閉断面ビームから試験片を切り出して接合部の強度を評価するとともに，閉断面ビーム自体の強度評価も行う．
つぎに閉断面ビームを連結接合して長尺ビームを成形する金型を設計製作し，長尺ビームの接合成形を試みる．閉断面ビーム端部に接合構造を成形するためのシート寸法設計法やプレス成形法を解明する．長尺ビーム自体の強度評価を行う．
上記に平行して基礎的な研究として密閉金型を用いた接合構造の追求を行う．繊維方向を変えた場合，一方向繊維を用いた場合などについて接合強度がどのようになるかを解明する．
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