JP4015584B2

JP4015584B2 - ドアおよびその製造方法

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Publication number: JP4015584B2
Application number: JP2003137216A
Authority: JP
Inventors: 恒男高野; 正酒井; 豊山口
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 2003-05-15
Filing date: 2003-05-15
Publication date: 2007-11-28
Anticipated expiration: 2023-05-15
Also published as: JP2004339778A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軽量で、かつ曲げ剛性の高いドアおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道車両のドアとしては、例えば、図６に示すような、両面に設けられた表面材１１，１１と、これらに挟まれた芯材１２とを互いに接着剤１３で接着してなるものがある（特許公報１参照）。このドア１０には、例えば乗客が寄りかかっても変形しないように、十分な曲げ剛性、つぶし剛性等の剛性が要求される。そのため、芯材１２は、枠材１４と、これに内装されたハニカムコア１５とからなるものとされている（特許公報１参照）。
【０００３】
また、鉄道車両の高速化、軽量化の要求に伴い、ドアにも軽量化が要求されている。この要求に対して、ドアの表面材および芯材をステンレスやアルミニウムで形成することは行われている。しかしながら、表面および芯材をステンレスやアルミニウムにしても、十分な強度を有するハニカムコアの形成には多くの材料が必要となるため、軽量化には限度があった。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−２３５９５６号公報（図２参照）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
よって、本発明の目的は、十分な剛性を保ちつつ、軽量化されたドアおよびその製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の要旨は、以下の１）〜３）の工程を有してなるドアの製造方法にある。
１）芯材用金型の下型の表面にプリプレグを積層し、芯材用金型を閉じ、加熱加圧してプリプレグ積層体を硬化して、芯材を得る工程
２）表面材用金型の下型の補強リブに対応する溝にシートモールディングコンパウンドを充填し、さらに、プリプレグを積層し、表面材用金型を閉じ、加熱加圧して、シートモールディングコンパウンドとプリプレグ積層体を一体硬化して、表面材を得る工程
３）芯材の両面に表面材を接着する工程
【０００８】
また、本発明のドアは、両面に設けられた繊維強化複合材料からなる表面材と、これら表面材に挟まれた繊維強化複合材料からなる複数の凹条または凸条を有する板状の芯材とを具備するドアであり、ドアの側縁近傍に、片側の表面材と一体成形され、かつ両面の表面材を連結する補強リブが設けられていることを特徴とする。
ここで、前記補強リブは、繊維強化複合材料からなるものであることが望ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
図１〜図３は、本発明のドアの一例を示す図である。このドア２０は、上半分の中央に窓（穴）が形成された２枚の表面材２１，２１と、上半分の中央に窓（穴）が形成され、そして２枚の表面材２１，２１に挟まれた芯材２２と、表面材２１の窓側の周縁部にゴムパッキン２３を介して取り付けられる窓ガラス２４とを具備して概略構成されるものである。
【００１０】
ここで、芯材２２は、繊維強化複合材料からなる板状のものであり、図４に示すように、これ自体が屈曲してなる、ドア２０の上下方向に延びる複数の凹条２５が形成されているものである。
凹条２５は、断面略台形のものである。凹条２５の側面の傾斜角度αは、表面材２１に直交する方向を０゜としたとき、傾斜角度αが２〜３０゜、特に５〜２０°の範囲にあれば、ドア２０の曲げ剛性がより高くなるので好ましい。
【００１１】
また、凹条２５のピッチは、凹条２５の底面の中心から隣の凹条２５の底面の中心までの長さが５０〜２００ｍｍとなるように設定されること好ましく、特に、１００〜１４０ｍｍとなるように設定されることが好ましい。凹条２５のピッチがこの範囲にあれば、ドア２０の軽量化と剛性とのバランスが良好となる。すなわち、凹条２５のピッチが５０ｍｍ未満では、ドア２０の剛性は高くなるが、芯材２２の材料が増え、ドア２０が重くなる傾向があり、一方、凹条２５のピッチが２００ｍｍを超えると、芯材２２は軽くなるが、ドア２０の剛性が低くなる傾向がある。
【００１２】
芯材２２を構成する繊維強化複合材料は、樹脂のマトリックスを強化繊維で補強したものである。
樹脂としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂が挙げられ、中でも剛性の点で、熱硬化性樹脂が好適に用いられる。熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、マレイミド樹脂、フェノール樹脂等が挙げられる。補強繊維として炭素繊維を用いる場合は、炭素繊維との接着性の点で、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂が好適に用いられる。
【００１３】
補強繊維としては、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、炭化珪素繊維、高強度ポリエチレン、ＰＢＯ繊維、ステンレススチール繊維などが挙げられ、中でも軽量化と剛性の点で、炭素繊維が好適に用いられる。
また、補強繊維としては、長繊維および短繊維が挙げられ、中でも剛性の点で、長繊維が好適に用いられる。
【００１４】
長繊維の形態としては、一方向に揃えられたもの、長繊維からなる織物などが挙げられる。特に、剛性に優れる点で、ドア２０の上下方向を０゜とした場合、長繊維が０゜および９０゜に配向するように、一方向に揃えられた長繊維が積層した形態、または、長繊維からなる織物が積層された形態が好ましい。
【００１５】
表面材２１は、板状のものである。表面材２１構成する材料としては、繊維強化複合材料、または従来の金属材料等が挙げられ、中でも、軽量化と剛性との両立の点で、繊維強化複合材料が好ましい。
繊維強化複合材料としては、芯材２２の材料として例示したものを採用することができる。
【００１６】
また、表面材２１の片側側部には、この表面材２１と芯材２２を挟んで対向するもう一方の表面材２１と連結する、ドア２０の上下方向に延びる補強リブ２６が一体に設けられている。
ドア２０の両側部には、例えば図５に示すように、ドア２０同士が当接する側部に設けられるクッション用のゴム２７を取り付けるための係止部材２８を設けたり、ドア２０の開閉装置に接続する部品（図示略）を設けたりするための内部空間２９が必要である。このような内部空間２９をドア２０に設けた場合、この内部空間２９におけるドア２０のつぶし剛性が不足する傾向がある。そのため、この内部空間２９と芯材２２とを仕切るように、ドア２０の側縁近傍に、片側の表面材２１と一体成形され、かつ両面の表面材２１，２１を連結する補強リブ２６が設けられている。
【００１７】
補強リブ２６の材質としては、表面材２１が繊維強化複合材料からなるものである場合、同様に繊維強化複合材料が用いられる。補強リブ２６は、具体的には、短繊維と熱硬化性樹脂からなるシートモールディングコンパウンド（ＳＭＣ）を硬化させたものである。短繊維および熱硬化性樹脂としては、例えば、上述の補強繊維および熱硬化性樹脂を用いることができる。
【００１８】
ゴムパッキン２３は、窓の形状に対応したリング状のものであり、外周面および内周面に円周方向に沿った溝が形成された断面略Ｈ形のものである。２枚の表面材２１，２１は、図３に示すように、窓側の周縁部３０にて互いに接合するように絞り込まれ、その周縁部３０にて接着剤３１で接合されている。ゴムパッキン２３の外周面の溝には、この２枚の表面材２１，２１の窓側の周縁部３０が嵌合されている。また、ゴムパッキン２３の内周面の溝には、窓ガラス２４の周縁が嵌合されている。
【００１９】
次に、このドア２０の製造方法の一例について説明する。
まず、長繊維に熱硬化性樹脂を含浸したプリプレグを、上型と下型とからなる、芯材用の金型の下型表面に配置する。
次いで、金型を閉じ、下型および上型によってプリプレグを加熱しながらプレスする。圧縮成形後、金型を開き、図４に示すような、ドア２０の上下方向に延びる複数の凹条２５が形成された芯材２２を得る。
【００２０】
同様にして、上型と下型とからなり、下型に補強リブに対応する溝が形成された、表面材用の金型の下型の溝にＳＭＣを充填し、さらに、下型表面に、長繊維に熱硬化性樹脂を含浸したプリプレグを配置する。
次いで、金型を閉じ、下型および上型によってＳＭＣおよびプリプレグを加熱しながらプレスする。圧縮成形後、金型を開き、片側側部にドア２０の上下方向に延びる補強リブ２６が一体に形成された表面材２１を得る。
【００２１】
次いで、芯材２２の両面に接着剤を塗布する。また、表面材２１の窓側の周縁部および補強リブ２６の接着面にも接着剤を塗布する。表面材２１，２１で芯材２２を挟み込んだ後、これらを加圧、加熱することにより、芯材２２の両面に表面材２１，２１を、硬化した接着剤３１で接着し、さらに、表面材２１の窓側の周縁部同士、および補強リブ２６と他方の表層材２１とを接着剤３１で接着し、ドア２０を得る。
【００２２】
接着剤としては、例えば、２液型エポキシ樹脂接着剤、２液型ウレタン接着剤、ゴム強化メチルメタクリレートなどを用いることができる。
プリプレグとしては、一方向に引き揃えられた長繊維に熱硬化性樹脂を含浸した一方向プリプレグ、および長繊維の織物に熱硬化性樹脂を含浸したファブリックプリプレグなどを用いることができる。
【００２３】
プリプレグを下型表面に配置する際は、複数のプリプレグを積層することが好ましい。また、複数の一方向プリプレグを積層する場合は、長繊維がドア２０の上下方向および水平方向に配向するように、一方向プリプレグを、その長繊維の方向をずらしながら積層することが好ましい。また、一方向プリプレグとファブリックプリプレグを積層してもよい。
【００２４】
以上説明したドア２０にあっては、繊維強化複合材料からなるものであるので、従来の金属製のドアに比べ、軽量化できる。また、芯材２２に複数の凹条２５が形成されているので、繊維強化複合材料を用い、かつ従来のものよりも軽量化したとしても、ドアに要求されるレベルの曲げ剛性、つぶし剛性等の剛性を十分に発揮できる。
【００２５】
また、表面材２１に、両面の表面材２１，２１を連結する補強リブ２６が設けられているので、ドア２０の両側部のつぶし剛性が、さらに向上している。また、この補強リブ２６は、表面材２１の片側側部に一体に形成されているので、ドア２０の製造の際、補強リブを別部材として別途、表面材２１に接着する必要がないので、ドア２０の製造（組み立て）が容易となる。
また、芯材２２は、圧縮成形で成形できるので、従来の金属のハニカムコアに比べ製造が容易である。
【００２６】
なお、本発明のドアは、図示例のドア２０には限定されず、両面に設けられた表面材と、これらに挟まれた芯材とを有し、芯材が、繊維強化複合材料からなる板状のものであり、かつ複数の凹条または凸条を有するものであればよい。
したがって、本発明のドアにおいては、必ずしも補強リブ２６を設ける必要はない。
また、少なくとも芯材が、繊維強化複合材料であればよく、表面材は繊維強化複合材料であっても、金属であってもよい。ただし、ドアの軽量化の点から、表面材は繊維強化複合材料であることが好ましい。
【００２７】
【実施例】
以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明する。なお、本発明は実施例によって制限されるものではない。
本実施例においては、一方向プリプレグとして、三菱レイヨン（株）製、ＴＲ３９０Ｅ２５０Ｓ（熱硬化性樹脂：エポキシ樹脂、長繊維：炭素繊維）を用いた。また、ファブリックプリプレグとして、三菱レイヨン（株）製、ＴＲ３１１０Ｇ３９０（熱硬化性樹脂：エポキシ樹脂、長繊維：炭素繊維）を用いた。また、ＳＭＣとして、カンタム社製、ＡＭＣ８５９０（熱硬化性樹脂：ビニルエステル樹脂、短繊維：炭素繊維）を用いた。
【００２８】
まず、ファブリックプリプレグを芯材用下型の表面に８層積層した。次いで、金型を閉じ、下型および上型によってプリプレグを１４０℃で加熱しながら８０ｋｇ/ｃｍ² の圧力で５分間プレスして、プリプレグを一体硬化させた。圧縮成形後、金型を開き、図４に示す形状を有する、厚さ１．６ｍｍの芯材を得た。
【００２９】
これとは別に、ＳＭＣを、表面材用下型の、補強リブに対応する溝にＳＭＣを充填した後、表面材用下型の表面に一方向プリプレグを、長繊維の配向がドアの上下方向を０゜として［０゜／０゜／９０゜／０゜／０゜／０゜／９０゜／０゜／０゜］となるように９層積層し、その上にファブリックプリプレグを１枚配置した。次いで、金型を閉じ、下型および上型によってＳＭＣおよびプリプレグを１４０℃で加熱しながら８０ｋｇ/ｃｍ² の圧力で５分間プレスして、ＳＭＣおよびプリプレグを一体硬化させた。圧縮成形後、金型を開き、片側側部に補強リブを有する、厚さ２．５ｍｍの表面材を得た。
【００３０】
得られた芯材の両面に主剤（チバガイギ社製、アラルダイトＡＷ１０６）と硬化剤（チバガイギ社製、ハードナーＨＶ９５３Ｕ）とを質量比１００：６０で混合した２液型エポキシ樹脂接着剤を塗布した。また、表面材の窓側の周縁部および補強リブの接着面にも同じ接着剤を塗布した。そして、２枚の表面材で芯材を挟み込んだ後７０℃で５０分間養生して、芯材の両面に表面材を接着剤で接着し、ドアを得た。
このドアは、同じ大きさの従来のステンレス製のドアと同レベルの剛性を有しつつ、アルミニウム製のドアに比べ、約３割軽量化されていた。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のドアは、両面に設けられた表面材と、これら表面材に挟まれた繊維強化複合材料からなる複数の凹条または凸条を有する板状の芯材とを具備するものであるので、十分な剛性を保ちつつ、軽量化できる。
このようなドアは、高速化、軽量化が要求されている鉄道車両用のドアとして好適である。また、軽量化が要求される航空機用ドア、自動車用ドアにも適用できる。
【００３２】
また、前記表面材が、繊維強化複合材料からなるものであれば、さらに軽量化できる。
また、前記繊維強化複合材料が、熱硬化性樹脂のマトリックスを、一方向に揃えられた長繊維および／または長繊維の織物で補強したものであれば、曲げ剛性、つぶし剛性等の剛性がさらに向上する。
【００３３】
また、ドアの側縁近傍に、片側の表面材と一体成形され、かつ両面の表面材を連結する補強リブが設けられていれば、ドアの側縁のつぶし剛性が改善される。
また、本発明のドアの製造方法は、長繊維に熱硬化性樹脂を含浸したプリプレグを圧縮成形して、複数の凹条または凸条を有する板状の芯材を製造し、該芯材の両面に、表面材を接着する方法であるので、十分な剛性を保ちつつ、軽量化されたドアを容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のドアの一例を示す正面図である。
【図２】図１におけるII−II断面図である。
【図３】図１におけるIII-III断面図である。
【図４】本発明における芯材の一例を示す斜視図である。
【図５】ドアの側部にクッション用のゴムを取り付けた例を示す断面図である。
【図６】従来のドアの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
２０ドア
２１表面材
２２芯材
２５凹条
２６補強リブ

Claims

以下の１）〜３）の工程を有してなるドアの製造方法。
１）芯材用金型の下型の表面にプリプレグを積層し、芯材用金型を閉じ、加熱加圧してプリプレグ積層体を硬化して、芯材を得る工程
２）表面材用金型の下型の補強リブに対応する溝にシートモールディングコンパウンドを充填し、さらに、プリプレグを積層し、表面材用金型を閉じ、加熱加圧して、シートモールディングコンパウンドとプリプレグ積層体を一体硬化して、表面材を得る工程
３）芯材の両面に表面材を接着する工程
両面に設けられた繊維強化複合材料からなる表面材と、これら表面材に挟まれた繊維強化複合材料からなる複数の凹条または凸条を有する板状の芯材とを具備するドアであり、
ドアの側縁近傍に、片側の表面材と一体成形され、かつ両面の表面材を連結する補強リブが設けられていることを特徴とするドア。
前記補強リブが、繊維強化複合材料からなるものであることを特徴とする請求項２記載のドア。