軽量サンドイッチパネルの曲げ疲労試験方法
【課題】
本発明は、軽量のサンドイッチパネルを、高い信頼性で、長時間自動的に曲げ疲労試験できる試験方法を提供する。
【解決手段】
本発明は、繊維強化プラスチック製のスキンと、スキンより低比重のコアからなる軽量のサンドイッチパネルを、３つの支点、または４つの支点を用いて曲げ疲労試験をする方法であって、該サンドイッチパネルと該支点との間に、増摩擦材を挿入することを特徴とする、サンドイッチパネルの曲げ疲労試験方法である。
本発明は、軽量のサンドイッチパネルを、高い信頼性で、長時間自動的に曲げ疲労試験できる試験方法を提供する。
【解決手段】
本発明は、繊維強化プラスチック製のスキンと、スキンより低比重のコアからなる軽量のサンドイッチパネルを、３つの支点、または４つの支点を用いて曲げ疲労試験をする方法であって、該サンドイッチパネルと該支点との間に、増摩擦材を挿入することを特徴とする、サンドイッチパネルの曲げ疲労試験方法である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スポーツ部材や自動車部品に用いられるサンドイッチパネルの中でも、繊維強化プラスチック（以下ＦＲＰと略す）製のスキンとフォーム材やハニカム製のコアを有する軽量なサンドイッチパネル（図１参照）の曲げ疲労試験法に関する。新素材であるＦＲＰ製の軽量サンドイッチパネルは、比剛性（重さ当たりの剛性）が高いため、軽量化要請の高い、自動車をはじめとする輸送機器部材やスポーツ用部材に適用が拡大しているが、部材の安全性、長期信頼性を確保するために、繰り返し応力下における疲労特性、中でも基本的な曲げ疲労特性を正確に把握し、部材設計することが極めて重要となっている。
【背景技術】
【０００２】
図１に示すように、通常、サンドイッチパネルは、上下２層のスキン板とその間に位置するコアを有する少なくとも３層の構造（コアをスキンでザンドイッチした（挟んだ）構造）であり、剛性のより高い材料をパネルの外側（スキン）に、より軽量な材料をパネルの内側（コア）とすることで、軽量で曲げ剛性が大きくできるという特徴がある。スキンには金属シートや繊維強化プラスチック（以下ＦＲＰと略す）製の薄板が用いられ、コアにはスキンよりも軽量なハニカム材やフォーム材が用いられ、ヨットやボートのハル、デッキなどの構造部材として使われている。近年、燃費向上要請の大きな自動車分野においても、軽量化の手段として、ＦＲＰをスキンとし、発泡材とコアとする、軽量なサンドイッチパネルのドアやルーフ等の構造部材への本格適用が検討されている。
【０００３】
サンドイッチパネルを構造部材として使用する場合、まずは、日本工業規格（ＪＩＳ）等の規格に従って、例えば、図２と図３に示す３点、あるいは４点曲げ試験（非特許文献１、２参照）を適用して、サンドイッチパネルの静的剛性と強度を測定する。
続いて、より実用的な観点から、繰り返し応力下での耐久性を考慮した部材設計を行うために、曲げ疲労試験を実施する必要がある。しかしながら、サンドイッチパネルの曲げ疲労試験の規格はない。サンドイッチパネルのスキンを構成する繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）と、コア材の試験規格（非特許文献３〜５参照）はあるが、サンドイッチパネル自体の曲げ疲労試験規格は今のところ制定されていない。
【０００４】
このような状況から、サンドイッチパネルの疲労試験は、静的曲げ試験（非特許文献１、２）と同じ条件で実施することが、広く行われている（非特許文献６）。
【０００５】
具体的には、図２と図３に示す、非特許文献１で規定される静的3点曲げ試験または、４点曲げ試験治具を用い、スパン（支点間の距離）を規定し、支点を上下に往復運動させてサンドイッチパネルに最大の荷重（最大荷重と呼ぶ）と最小の荷重（最小荷重と呼ぶ）を交互に与える。
【０００６】
一般に曲げ疲労試験は、非特許文献３にあるように、応力振幅一定（最大荷重と最小荷重を一定値に制御し、歪みは制御しない）の試験と、ひずみ振幅一定（最大変形量と最小変形量を一定値に制御し、応力は制御しない）の試験とがあり、さらに、等しい正負の応力を繰り返す両振りモードと、最大値または最小値が0となる片振りモードの試験があるが、サンプルは殆どが対称構成でるため、応力振幅一定、片振りモードで十分疲労設計が可能とされている。また、繰り返し回数は、１００００回から１０００００００回数であるため、試験は、数日から数ヶ月を要する長期試験である。このため、治具を交換するだけで曲げ以外に、引張、圧縮、せん断などの疲労試験を行うことができる汎用の油圧式疲労試験機と、モーターの回転を機械的な機構により試験片の負荷へと変換する機械式の専用試験機とが市販されている。
【０００７】
ところが、図２または図３に示す静的曲げ試験治具を用いて軽量なサンドイッチパネルに繰り返し荷重をかけて（片振りモードで）疲労試験すると、サンドイッチパネルが左右に徐々に移動して、ついには、サンドイッチパネルが支点間から落下して疲労試験が継続出来なくなる場合がある。このような状況になると、一から試験をやり直すことになり、設計データ採取に膨大な時間が必要になる。また、設計データが計画通り採取できなくなり、部材開発のスケジュールが立てられなくなる。サンドイッチパネルが移動しているかどうかを逐次モニターして、移動しているとわかった場合、試験機を停止して、サンドイッチパネルを元の位置に移動させることも考えられるが、このような行為をした場合には、一旦負荷が中断されることになり、厳密な意味での疲労試験とはいえず、また、負荷がかかる場所が一定しないことからもデータの取り扱いに問題が残る。また、サンドイッチパネルの移動をモニターするための労力がかかる。
サンドイッチパネルが曲げ疲労試験中に移動する原因としては以下が考えられる。（１）ＦＲＰ製サンドイッチパネルの場合、成形上の理由からサンプルの寸法精度が出にくく、支点との接触箇所であそびができ、繰り返し荷重を与えたときに低荷重側で荷重分布が著しく不均一になるため一回の荷重サイクルで僅かずつ動いてしまうことが考えられる。成形上の理由とは、高剛性であるスキンとスキンよりも低剛性、低強度であるコア（例えば、アクリルフォーム材）をオートクレーブ成形すると、成形圧（０．２〜０．６ＭＰａ）によりコアが高剛性のスキンに押されて変形することがあり、厚みは、削りだしたように均一にはならず、１０ｍｍのアクリルコアの場合で０．２ｍｍ程度の厚みムラが発生する。また、レジントランファー（ＲＴＭ）成形では、スキン及びスキンとコア（発泡材）の間に樹脂を流入させるため、コア（発泡セル）の内部に樹脂が不均一に流入して、サンドイッチパネルの面内の樹脂量に偏りが生じて、厚み分布が生したり、ソリが発生することなどが挙げられる。（２）装置からの振動も移動を促進する。（３）サンドイッチパネルはソリッド（中実）パネルに比べて重量あたりの剛性が高く、高荷重であっても変形量が小さく、寸法精度に由来する治具、支点類との遊びの影響を受けやすく、また、温度変化や吸湿によって、わずかではあるが、寸法が変化することもありうる。
【０００８】
このように、軽量のサンドイッチパネルの曲げ疲労試験においては、サンドイッチパネルが長期の曲げ疲労試験中に徐々に移動し、治具から脱落して、疲労試験を中断、時には、最初からやり直さねばならないという問題があり、信頼性の高い、より正確な曲げ疲労データを効率よく取得することは困難であった。
【非特許文献１】ＪＩＳ Ｋ７０７４−１９８８「炭素繊維強化プラスチックの曲げ試験方法」
【非特許文献２】ＡＳＴＭ Ｃ３９３−００ “Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｆｌｅｘｕｒａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｓａｎｄｗｉｃｈ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓ”
【非特許文献３】ＪＩＳ Ｋ７０８２−１９９３「炭素繊維強化プラスチックの両振り平面曲げ疲れ試験方法」
【非特許文献４】ＪＩＳ Ｋ７０８３−１９９３「炭素繊維強化プラスチックの定荷重引張−引張疲れ試験方法」
【非特許文献５】ＡＳＴＭ Ｃ３９４−００ “Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｓｈｅａｒ Ｆａｔｉｇｕｅ ｏｆ Ｓａｎｄｗｉｃｈ Ｃｏｒｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ”
【非特許文献６】吹上紀夫、原正一、多賀謙治、「軽量心材を用いたＦＲＰサンドイッチ材の曲げ強度及び疲労特性」、第１２回ＦＲＰシンポジウム前刷、１９８３、ｐｐ２１−２４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記した、自動車部材やスポーツ部材に使用される軽量のサンドイッチパネルの曲げ疲労試験において、サンドイッチパネルが長期の曲げ疲労試験中に徐々に移動し、治具から脱落して、疲労試験を中断、時には、最初からやり直さねばならないという問題を解決し、軽量のサンドイッチパネルの長期の曲げ疲労試験を自動運転可能とし、信頼性の高い、より正確な曲げ疲労データを効率よく取得可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記した課題を解決するため、次のような手段を採用するものである。すなわち、
（１） 繊維強化プラスチック製のスキンと、スキンより低比重のコアからなる軽量のサンドイッチパネルを、３つの支点、または４つの支点を用いて曲げ疲労試験をする方法であって、該サンドイッチパネルと該支点との間に、増摩擦材を挿入することを特徴とする、サンドイッチパネルの曲げ疲労試験方法。
（２）増摩擦材が、粘着テープであることを特徴とする（１）記載のサンドイッチパネルの曲げ疲労試験方法。
（３）増摩擦材が、ゴムシートであることを特徴とする（１）記載のサンドイッチパネルの曲げ疲労試験方法。
【００１１】
（４）支点が、回転ローラーであることを特徴とする（１）〜（３）記載のサンドイッチパネルの曲げ疲労試験方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、軽量のサンドイッチパネルを、安定的、長期的に疲労試験する事が可能となる。すなわち、サンドイッチパネルの厚みや重量分布に多少の偏りがあっても、１００万サイクルの長期疲労試験を途中中断することなく、連続的に実施することが出来る。また、サンドイッチパネルが移動しないことから、無人で疲労試験が可能となり、試験効率が向上する。これにより、途中中断することなく疲労試験が可能となることから、本来の正確な疲労データが取得できることとなり、より精緻なサンドイッチ部材の設計が可能となり、サンドイッチ構造からなる自動車部材やスポーツ部材のさらなる軽量化、信頼性向上が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の最良の実施態様を図４の３点曲げ試験法で説明する。
まず、本発明の軽量サンドイッチパネル（１）は、繊維強化プラスチック（以下、Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃの頭文字を取ってＦＲＰと略す）製スキン（２）、と、フォーム材／発泡材やハニカム等からなるコア（３）で構成される。コア（３）は、少なくとも２枚のＦＲＰ製スキンの間に位置する（図１）。
ＦＲＰ製スキン（１）は、主に引張応力、圧縮応力を受け持つ部材で、破壊応力、弾性率の高いＦＲＰで構成される。具体的には、炭素繊維強化プラスチック（通常、ＣＦＲＰと称される）、ガラス繊維強化プラスチック（通常、ＧＦＲＰと称される）、アラミド繊維強化プラスチック（通常、ＡＦＲＰと称される）などで、エポキシ樹脂やポリエステル樹脂などのマトリックス樹脂を、強化繊維である炭素繊維などで強化したものである。マトリックス樹脂には、上記した、エポキシ樹脂の他、ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化樹脂の他、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテルイミド樹脂など熱可塑樹脂が使用される。強化繊維は、炭素繊維やガラス繊維などの無機繊維や、アラミド繊維（ケブラー、トワロンなど）、高強度ポリエチレン繊維、ＰＢＯ繊維などの有機繊維であり、強化繊維の比重は軽金属であるアルミニウムの比重２．７より小さい。また、樹脂の比重は１．５以下であるため、ＦＲＰの比重もアルミニウムを下回る。中でも、炭素繊維とエポキシ樹脂を重量比で４：６〜７：３の割合で組み合わせたＣＦＲＰは、重量当たりの剛性、強度が最も高く、本発明の試験方法の評価対象として最も好ましい材料である。ちなみに、通常、炭素繊維の弾性率は、２００〜８００ＧＰａ、強度は３ＧＰａ〜８ＧＰａであり、アルミニウムの弾性率７０ＧＰａ、強度０．２〜０．８ＧＰａを大きく上回る。また、炭素繊維の比重は、１．５〜２．０程度で、アルミニウムの比重２．７より軽い。さらに、エポキシ樹脂の比重は、１．２〜１．３であり、樹脂を炭素繊維で強化したＣＦＲＰの比重は、アルミニウムのそれを大きく下回る。
コア（３）は、上記スキン板の間に存在する材料で、アルミニウムハニカム、ペーパーハニカム、アラミドハニカム、カーボンハニカムなどのハニカム材や、ウレタン、ポリメタクリルイミド、アクリル、フェノールなどの樹脂を発泡させたフォーム材、バルサ材などの低密度材料が用いられる。具体的なコアの例として、昭和飛行機株式会社のアルミニウムハニカム、デュポン社のノーメックスを使用したノーメックスハニカム、Rohm社のロハセル、積水化学工業のフォーマックなどがある。コアの比重は、１．０以下であり、上記のスキンと組み合わせたサンドイッチパネルは、金属材料に比べ大幅に軽量な材料となる。なお、本発明で好ましいサンドイッチパネルの比重としては、０．１〜１．０の範囲内である。コア（２）の厚みは、３ｍｍから１０ｍｍ程度、スキン板の厚みは、０．２ｍｍ〜１０ｍｍで、サンドイッチパネル（１）は、図１のようにスキンとコアが一体となっている。サンドイッチコアの厚みを大きくすること、あるいは、剛性の大きなスキンを使用することで、サンドイッチパネルの剛性を向上させることができ、重量あたりの曲げ強度、曲げ剛性が高い材料となる。
【００１４】
次に、上記した軽量のサンドイッチパネル（１）は、図４に示すスパン（８）の間に等間隔に設定した３つの支点（４）を有する治具（ＪＩＳ Ｋ７０７４−１９８８参照）で疲労試験する。支点（４）とは、サンドイッチパネル（１）と接触する治具（５）の一部であり、サンドイッチパネル（１）は、上下運動する支点（４）（図４の場合、上部の支点が上下に往復運動する）から荷重を受けて曲げ変形する。治具（５）は荷重を検出するロードセルに連結されており、所定の最大荷重に到達した後は、所定の最小荷重に変化するように（通常、０．５〜５０ヘルツで）電子制御される。通常、最大荷重は、サンドイッチパネルを静的に試験した場合の２０％〜９０％の範囲内で設定し、最小荷重は、最大荷重の１／１０〜３／１０の間で設定する。治具類は、スチールやアルミニウム合金などの金属製である。
【００１５】
次に、支点（４）とサンドイッチパネル（１）の間には、増摩擦材（６）を配置する。増摩擦材（６）とは、後述するように、支点（４）とサンドイッチパネル（１）の間の摩擦を増大させる材料のことで、両面テープやゴムなどのシート状物や、粘着材、粘土などの塑性材などからなり、支点（４）とサンドイッチパネル（１）の間に挿入、あるいは、固定する。摩擦係数を大きくすることで、軽量サンドイッチパネルが、振動などで徐々に移動することを抑制し、長い時間の疲労試験を自動的に完了させることが可能となる。
増摩擦材（６）とは、粘着材、ゴム、粘土、紙、シーリング材などのことで、サンドイッチパネルと支点の間に位置して、両者を損傷させることなく、かつ、両者の摩擦抵抗を増大させる効果を有し、疲労試験中のサンドイッチパネルの移動を抑制して、長期の疲労試験を正確に実施することが初めて可能となる。
【００１６】
増摩擦材（６）は、支点およびサンドイッチパネルのスキン材（ＦＲＰ）より硬度が小さいことが好ましい。硬度は、デュロメーターを使用し、ＪＩＳ Ｋ６２５３、ＪＩＳ Ｋ７２１５の規定による方法あるいはそれに準じた方法で測定する。硬度の測定は同じタイプのデュロメータで計測を行う。増摩擦材（６）とＦＲＰ製スキン（２）を構成するＦＲＰの硬度の比が、０．８以下であることが好ましい。ただし、増摩擦材（６）の硬度はタイプＡデュロメータの測定値が３０以上であることが好ましい。硬度がこの値より低いと増摩擦材（６）が、曲げ疲労試験中に破壊し、ＦＲＰ製スキン（２）は支点（４）と直接接触して、サンドイッチパネルが移動開始する可能性がある。逆に、硬度の比が０．８より大きいと、ＦＲＰ製スキン（２）が増摩擦材（６）により損傷してしまう可能性がある。より好ましい硬度の比は、０．３〜０．６の範囲内である。
【００１７】
好ましい増摩擦材（６）として、取り扱い性に優れる粘着テープが上げられる。粘着テープは、エポキシ樹脂やアクリル樹脂等の粘着剤からなり、大きく分けて、ポリエステル不織布などの支持体のあるものと無い物がある。本発明に置いては、支持体にエポキ樹脂やアクリル樹脂等の粘着樹脂を塗布した粘着テープ（例えば、３Ｍ社のＶＨＢ、日東電工社のＮｏ．５００、ニチバン社のナイスタック）が、丈夫でより長時間の使用に耐えるので好ましい。粘着テープは、支点に巻き付けるか、サンドイッチパネルの支点と接触する箇所に一枚以上貼り付ける。貼り付ける枚数は、サンドイッチパネルが支点間で無負荷状態でグラグラしない枚数とすることが好ましい。
【００１８】
粘着テープの選定の指標としては、ＪＩＳ Ｚ０２３７−２０００粘着テープ・粘着シート試験方法で測定される粘着力が挙げられ、５Ｎ／１０ｍｍ〜１０Ｎ／１０ｍｍの範囲の粘着テープを選定することが好ましい。本範囲以下では、サンプルが移動する可能性があり、本範囲以上では、強力すぎて試験後のサンドイッチパネルの取り外し、粘着テープの交換に手間がかかる。
【００１９】
また、粘着テープの幅は、サンドイッチパネルの幅の１／２以上とすることが好ましい。サンドイッチパネルの幅の１／２以下だと、摩擦が十分取れず、移動する可能性があるからである。最適な幅は、サンドイッチパネルの１．１〜１．６倍である。本範囲だと、多少サンドイッチパネルが移動してもバックアップ的に大きな摩擦抵抗を維持できるからである。また、移動したかどうかの判定をするために。粘着テープに目盛りや目印を入れておくことも好ましい実施態様の一つである。
【００２０】
もう一つの好ましい増摩擦材（６）として、ＦＲＰよりも柔らかいゴムシートがある。ゴムシートとは、天然ゴムやフッソゴム、ウレタンゴム、シリコンゴムなどの合成ゴムをシート状に加工した物で、粘着テープ同様、支点に巻き付けたり、支点とサンドイッチパネルの支点と接触する箇所に一枚以上挿入する。枚数は、ゴムシートの厚みにもよるが、サンドイッチパネルが支点間で無負荷状態でグラグラしない枚数とすることが好ましい。
【００２１】
ゴムシートの選定の指標としては、タイプＡデュロメータで測定される硬度が、３０〜９０の範囲内であることが好ましい。本範囲以下では、ゴムが疲労試験中に破断する可能性があり、これ以上であると、ＦＲＰを損傷させる可能性があるからである。タイプＡデュロメータで測定される硬度が、４０〜６０の範囲内であるとさらに好ましい。また、ゴムシートは、布帛で強化した布入りゴムシートであっても、非強化であっても差し支えない。また、ゴムシートと上記した粘着シートを併用することも好ましい実施態様の一つである。
【００２２】
なお、支点（４）の構造に関し、サンドイッチパネル（２）と支点（４）との摩擦抵抗を増大させた場合、サンドイッチパネルの動きが拘束されてしまうため、サンドイッチパネルの変形が大きくなると単純な曲げ荷重以外の負荷が発生する可能性がある。これを解消するために、サンプルを支持する治具の支点部分を、図５に示すように、回転自由なローラー（７）とすることも好ましい一実施態様である。これにより、サンドイッチパネルが大変形しても、曲げ疲労強度を正しく評価することが可能となる。なお、両側の支点のローラー（７）を自由に回転させることが望ましいが、サンプルが左右に移動する場合は片側のみでもよい。
【００２３】
以上、最も好ましい実施態様を、３層構造のサンドイッチパネルの３点曲げの疲労試験で説明したが、軽量サンドイッチパネルは、３層以上のサンドイッチパネル、あるいは、非対称構成のサンドイッチパネルにも適用が可能である。また、4点曲げの曲げ疲労試験にも上述した技術を適用することも本発明の範囲内である。4点曲げは図６に示した治具を用い、サンドイッチパネル（２）を2つの支点で支え、両支点間を3等分する点でさらに2つの支点と接触させてサンドイッチパネルに荷重をかける。
【００２４】
増摩擦材（６）は、全ての支点とサンドイッチパネルの間に配しても、一部の支点に配してもよく、増摩擦材（６）の種類は１種類でも、２種類以上を組み合わせても差し支えない。また、増摩擦材（６）は、繰り返し使用しても、試験毎に取り替えても差し支えない。また、増摩擦材に、絶縁や電気伝導性、断熱、伝熱、振動減衰などの機能を付加しても差し支えない。
【００２５】
本発明のサンドイッチパネルの試験方法は、上述のようなモデル構成の試料に対して適用し、自動車やスポーツ用具などの軽量性が重要視される部材の設計に用いる疲労データを採取することができるが、実際の部材に対して適用する場合でも、上記した技術を適用することは可能である。すなわち、軽量サンドイッチパネル製の自動車ルーフやドアパネルの耐久性試験において、部材が振動などで移動して、位置が定まらない場合、本発明の増摩擦材（６）をサンドイッチパネルに取り付けて疲労試験を行うと、確実に疲労試験を完遂することが可能となる。
【実施例】
【００２６】
実施例１
厚さ１０ｍｍの独立発泡ポリイミドフォーム材（“ロハセル”（登録商標）−Ｐ７５）製コア（比重０．０７）の上下を、東レ社製Ｐ３０５２Ｓ−２０プリプレグ（比重１．６、炭素繊維の弾性率は２３５ＧＰａ、強度５ＧＰａ、樹脂はエポキシ樹脂）で、コアの上下面をそれぞれ、２枚で覆った後、オートクレーブ中にて、３気圧下で、１３０℃×２時間かけてプリプレグを硬化させて、９点の平均厚さが１０．４ｍｍ（最大厚さ１０．７ｍｍ、最小厚さ１０．０ｍｍ）のサンドイッチパネル（３５０ｍｍ×３５０ｍｍ）を得た。スキンの硬度（Ａタイプデュロメータ使用）は、９５以上であった。
本サンドイッチパネルから、ダイヤモンドカッッターを用いて、幅２５ｍｍ、長さ２５０ｍｍの曲げ疲労試験用サンドイッチパネルを切り出し、スパン２００ｍｍで図４に示す３点曲げ疲労試験した。支点のＲ（丸み半径は１０ｍｍ）、増摩擦材として、中央の支点とサンドイッチパネルの間に、“テフロン（登録商標）”ゴムシート（厚さ１ｍｍ、幅３０ｍｍ、Ａタイプデュロメータによる硬度は４０）を挿入した。試験機は、島津“サーボパルサー”（登録商標）：ＥＨＦ−ＦＢ０５−１０ＬＷ／コントローラー４８２５で、最大荷重は破壊荷重の６０％、最小荷重は、破壊荷重の６％、振動数は１ヘルツとした。
サンドイッチパネルは脱落することなく、試験機は１１６日間連続して動き続け、１０００００００回の疲労試験を無事完了し、試験終了後のサンドイッチパネルの移動量は１ｍｍ以下であった。
比較例１
実施例１と同一のサンドイッチパネルから、実施例１と同じサイズのサンドイッチパネルを切り出し、テフロン（登録商標）ゴムシートを用いなかった以外は、実施例１と同じ試験条件で３点曲げ疲労試験を開始したところ、２５００回でサンドイッチパネルが、回転移動していることが目視で認められ、試験機を停止して、サンドイッチパネルを元の位置に戻して試験を継続したところ、５２００回でやはり、回転移動していることが目視で観察でき、再び試験器を停止させて、サンドイッチパネルの上下を入れ替えて、はじめから（サイクル数をゼロと仮定して）試験を再開した。１２０００回を過ぎて、サンドッチパネルは移動を開始し、放置しておくと１２７５５７回で、サンドイッチパネルは破壊して、試験機が停止したが、サンドイッチパネルは左側に移動して治具から脱落しており、はたして、本データが正確なデータがどうか判断できない状況に陥った。
実施例２
厚さ１０ｍｍの独立発泡アクリルフォーム材（積水化学社製 “フォーマック”（登録商標）♯１０００）製コア（比重０．１）の上下に東レ社製炭素繊維クロスＣＯ６３４３Ｂ（炭素繊維の弾性率は２３５ＧＰａ、強度は３．６ＧＰａ）を２層ずつ配置し、コアと炭素繊維クロスをバッグしてバッグ内を真空圧にした後に、液状のビスフェノールA型エポキシ樹脂と酸無水物硬化剤を混合したものを注入してオーブン内にて９０℃×４０分の熱を加えて硬化させた（ＶａＲＴＭ：Ｖａｃｕｕｍ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｒｅｓｉｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｌｄｉｎｇ、真空圧を用いたＲＴＭ成形法）。硬化後のサンドイッチパネル（サイズ４００ｍｍ×７００ｍｍ）は、５７点の平均厚さが１１．３ｍｍ（最大厚さ１１．4ｍｍ、最小厚さ１１．１ｍｍ）、スキンの硬度は、Aタイプデュロメータの測定で９５以上であった。
本サンドイッチパネルから、ダイアモンドカッターを用いて、幅２２ｍｍ、長さ２００ｍｍの曲げ疲労試験用サンドイッチパネルを切り出し、スパン１２０ｍｍで４点曲げ疲労試験を行った。支点のRは１２．５ｍｍとし、荷重側の支点はスパンを３等分する点に配置した（図５参照）。試験機は、島津“サーボパルサー”（登録商標）：ＥＨＦ−ＦＢ０５−１０ＬＷ／コントローラー４８２５とした。
増摩擦材としては支持側の支点に寺岡製作所の汎用両面テープＮｏ．７５１を使用した。ｎｏ．７５１は不織布の基材にアクリル系の粘着材を使用したもので、テープ厚さ０．１６ｍｍ、粘着力は６．１９Ｎ／１０ｍｍ、（寺岡製作所の公表データ、ＪＩＳＺ２０７３−２０００で測定した）である。両面テープの幅は３０ｍｍとした。なお、粘着テープの硬度は、テープを４０枚重ねて測定したところ５１であった。
さらに、支点のローラーは治具にボルトで固定するようになっていたが、ローラーが自由に回転できるようにボルトを緩めた。
荷重は、最大荷重が破壊荷重の４０％、最小荷重は破壊荷重の４％、振動数は1１ヘルツとした。試験機は１１日間動きつづけ、１０００００００回の疲労試験を完了し、試験終了後のサンドイッチパネルの移動量は１ｍｍ以下であった。
比較例２
実施例２において、支持点の増摩擦材である粘着テープを使用なかった以外は、実施例２と全く同様にして、サンドイッチパネルを疲労試験した結果、サイクル数１０００でサンプルが左側に４０ｍｍ以上移動して脱落し、試験機が停止した。脱落したサンプルは全く損傷していなかった。
比較例３
実施例１において、“テフロン（登録商標）”ゴムシートの代わりに、スキンと支点の間の摩擦係数を増加させる目的で、サンドイッチパネルのスキン中央に、深さ０．１ｍｍのグルーブを金ノコで形成し、実施例１と同一の試験条件で３点曲げ疲労試験したところ、サンドイッチパネルは移動しなかったが、わずか６５０回でスキンがグルーブ部分から破断した。念のため、深さ０．１ｍｍのグルーブを有するサンドイッチパネルを静的３点曲げ試験したところ、静的破壊荷重は、グルーブが無い場合の２／３に低下していることが判明した。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明における軽量サンドイッチ部材の一例を示す斜視図である。
【図２】３点曲げ試験法を示す図である。
【図３】４点曲げ試験法を示す図である。
【図４】本発明における３点曲げ試験法の一実施態様を示す図である。
【図５】本発明における４点曲げ試験法の一実施態様を示す図である。
【図６】本発明における４点曲げ試験法の一実施態様を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１：サンドイッチパネル
２：ＦＲＰ製スキン
３：コア
４：支点
５：治具
６：増摩擦材
７：回転ローラー
８：スパン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スポーツ部材や自動車部品に用いられるサンドイッチパネルの中でも、繊維強化プラスチック（以下ＦＲＰと略す）製のスキンとフォーム材やハニカム製のコアを有する軽量なサンドイッチパネル（図１参照）の曲げ疲労試験法に関する。新素材であるＦＲＰ製の軽量サンドイッチパネルは、比剛性（重さ当たりの剛性）が高いため、軽量化要請の高い、自動車をはじめとする輸送機器部材やスポーツ用部材に適用が拡大しているが、部材の安全性、長期信頼性を確保するために、繰り返し応力下における疲労特性、中でも基本的な曲げ疲労特性を正確に把握し、部材設計することが極めて重要となっている。
【背景技術】
【０００２】
図１に示すように、通常、サンドイッチパネルは、上下２層のスキン板とその間に位置するコアを有する少なくとも３層の構造（コアをスキンでザンドイッチした（挟んだ）構造）であり、剛性のより高い材料をパネルの外側（スキン）に、より軽量な材料をパネルの内側（コア）とすることで、軽量で曲げ剛性が大きくできるという特徴がある。スキンには金属シートや繊維強化プラスチック（以下ＦＲＰと略す）製の薄板が用いられ、コアにはスキンよりも軽量なハニカム材やフォーム材が用いられ、ヨットやボートのハル、デッキなどの構造部材として使われている。近年、燃費向上要請の大きな自動車分野においても、軽量化の手段として、ＦＲＰをスキンとし、発泡材とコアとする、軽量なサンドイッチパネルのドアやルーフ等の構造部材への本格適用が検討されている。
【０００３】
サンドイッチパネルを構造部材として使用する場合、まずは、日本工業規格（ＪＩＳ）等の規格に従って、例えば、図２と図３に示す３点、あるいは４点曲げ試験（非特許文献１、２参照）を適用して、サンドイッチパネルの静的剛性と強度を測定する。
続いて、より実用的な観点から、繰り返し応力下での耐久性を考慮した部材設計を行うために、曲げ疲労試験を実施する必要がある。しかしながら、サンドイッチパネルの曲げ疲労試験の規格はない。サンドイッチパネルのスキンを構成する繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）と、コア材の試験規格（非特許文献３〜５参照）はあるが、サンドイッチパネル自体の曲げ疲労試験規格は今のところ制定されていない。
【０００４】
このような状況から、サンドイッチパネルの疲労試験は、静的曲げ試験（非特許文献１、２）と同じ条件で実施することが、広く行われている（非特許文献６）。
【０００５】
具体的には、図２と図３に示す、非特許文献１で規定される静的3点曲げ試験または、４点曲げ試験治具を用い、スパン（支点間の距離）を規定し、支点を上下に往復運動させてサンドイッチパネルに最大の荷重（最大荷重と呼ぶ）と最小の荷重（最小荷重と呼ぶ）を交互に与える。
【０００６】
一般に曲げ疲労試験は、非特許文献３にあるように、応力振幅一定（最大荷重と最小荷重を一定値に制御し、歪みは制御しない）の試験と、ひずみ振幅一定（最大変形量と最小変形量を一定値に制御し、応力は制御しない）の試験とがあり、さらに、等しい正負の応力を繰り返す両振りモードと、最大値または最小値が0となる片振りモードの試験があるが、サンプルは殆どが対称構成でるため、応力振幅一定、片振りモードで十分疲労設計が可能とされている。また、繰り返し回数は、１００００回から１０００００００回数であるため、試験は、数日から数ヶ月を要する長期試験である。このため、治具を交換するだけで曲げ以外に、引張、圧縮、せん断などの疲労試験を行うことができる汎用の油圧式疲労試験機と、モーターの回転を機械的な機構により試験片の負荷へと変換する機械式の専用試験機とが市販されている。
【０００７】
ところが、図２または図３に示す静的曲げ試験治具を用いて軽量なサンドイッチパネルに繰り返し荷重をかけて（片振りモードで）疲労試験すると、サンドイッチパネルが左右に徐々に移動して、ついには、サンドイッチパネルが支点間から落下して疲労試験が継続出来なくなる場合がある。このような状況になると、一から試験をやり直すことになり、設計データ採取に膨大な時間が必要になる。また、設計データが計画通り採取できなくなり、部材開発のスケジュールが立てられなくなる。サンドイッチパネルが移動しているかどうかを逐次モニターして、移動しているとわかった場合、試験機を停止して、サンドイッチパネルを元の位置に移動させることも考えられるが、このような行為をした場合には、一旦負荷が中断されることになり、厳密な意味での疲労試験とはいえず、また、負荷がかかる場所が一定しないことからもデータの取り扱いに問題が残る。また、サンドイッチパネルの移動をモニターするための労力がかかる。
サンドイッチパネルが曲げ疲労試験中に移動する原因としては以下が考えられる。（１）ＦＲＰ製サンドイッチパネルの場合、成形上の理由からサンプルの寸法精度が出にくく、支点との接触箇所であそびができ、繰り返し荷重を与えたときに低荷重側で荷重分布が著しく不均一になるため一回の荷重サイクルで僅かずつ動いてしまうことが考えられる。成形上の理由とは、高剛性であるスキンとスキンよりも低剛性、低強度であるコア（例えば、アクリルフォーム材）をオートクレーブ成形すると、成形圧（０．２〜０．６ＭＰａ）によりコアが高剛性のスキンに押されて変形することがあり、厚みは、削りだしたように均一にはならず、１０ｍｍのアクリルコアの場合で０．２ｍｍ程度の厚みムラが発生する。また、レジントランファー（ＲＴＭ）成形では、スキン及びスキンとコア（発泡材）の間に樹脂を流入させるため、コア（発泡セル）の内部に樹脂が不均一に流入して、サンドイッチパネルの面内の樹脂量に偏りが生じて、厚み分布が生したり、ソリが発生することなどが挙げられる。（２）装置からの振動も移動を促進する。（３）サンドイッチパネルはソリッド（中実）パネルに比べて重量あたりの剛性が高く、高荷重であっても変形量が小さく、寸法精度に由来する治具、支点類との遊びの影響を受けやすく、また、温度変化や吸湿によって、わずかではあるが、寸法が変化することもありうる。
【０００８】
このように、軽量のサンドイッチパネルの曲げ疲労試験においては、サンドイッチパネルが長期の曲げ疲労試験中に徐々に移動し、治具から脱落して、疲労試験を中断、時には、最初からやり直さねばならないという問題があり、信頼性の高い、より正確な曲げ疲労データを効率よく取得することは困難であった。
【非特許文献１】ＪＩＳ Ｋ７０７４−１９８８「炭素繊維強化プラスチックの曲げ試験方法」
【非特許文献２】ＡＳＴＭ Ｃ３９３−００ “Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｆｌｅｘｕｒａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｓａｎｄｗｉｃｈ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓ”
【非特許文献３】ＪＩＳ Ｋ７０８２−１９９３「炭素繊維強化プラスチックの両振り平面曲げ疲れ試験方法」
【非特許文献４】ＪＩＳ Ｋ７０８３−１９９３「炭素繊維強化プラスチックの定荷重引張−引張疲れ試験方法」
【非特許文献５】ＡＳＴＭ Ｃ３９４−００ “Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｓｈｅａｒ Ｆａｔｉｇｕｅ ｏｆ Ｓａｎｄｗｉｃｈ Ｃｏｒｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ”
【非特許文献６】吹上紀夫、原正一、多賀謙治、「軽量心材を用いたＦＲＰサンドイッチ材の曲げ強度及び疲労特性」、第１２回ＦＲＰシンポジウム前刷、１９８３、ｐｐ２１−２４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記した、自動車部材やスポーツ部材に使用される軽量のサンドイッチパネルの曲げ疲労試験において、サンドイッチパネルが長期の曲げ疲労試験中に徐々に移動し、治具から脱落して、疲労試験を中断、時には、最初からやり直さねばならないという問題を解決し、軽量のサンドイッチパネルの長期の曲げ疲労試験を自動運転可能とし、信頼性の高い、より正確な曲げ疲労データを効率よく取得可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記した課題を解決するため、次のような手段を採用するものである。すなわち、
（１） 繊維強化プラスチック製のスキンと、スキンより低比重のコアからなる軽量のサンドイッチパネルを、３つの支点、または４つの支点を用いて曲げ疲労試験をする方法であって、該サンドイッチパネルと該支点との間に、増摩擦材を挿入することを特徴とする、サンドイッチパネルの曲げ疲労試験方法。
（２）増摩擦材が、粘着テープであることを特徴とする（１）記載のサンドイッチパネルの曲げ疲労試験方法。
（３）増摩擦材が、ゴムシートであることを特徴とする（１）記載のサンドイッチパネルの曲げ疲労試験方法。
【００１１】
（４）支点が、回転ローラーであることを特徴とする（１）〜（３）記載のサンドイッチパネルの曲げ疲労試験方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、軽量のサンドイッチパネルを、安定的、長期的に疲労試験する事が可能となる。すなわち、サンドイッチパネルの厚みや重量分布に多少の偏りがあっても、１００万サイクルの長期疲労試験を途中中断することなく、連続的に実施することが出来る。また、サンドイッチパネルが移動しないことから、無人で疲労試験が可能となり、試験効率が向上する。これにより、途中中断することなく疲労試験が可能となることから、本来の正確な疲労データが取得できることとなり、より精緻なサンドイッチ部材の設計が可能となり、サンドイッチ構造からなる自動車部材やスポーツ部材のさらなる軽量化、信頼性向上が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の最良の実施態様を図４の３点曲げ試験法で説明する。
まず、本発明の軽量サンドイッチパネル（１）は、繊維強化プラスチック（以下、Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃの頭文字を取ってＦＲＰと略す）製スキン（２）、と、フォーム材／発泡材やハニカム等からなるコア（３）で構成される。コア（３）は、少なくとも２枚のＦＲＰ製スキンの間に位置する（図１）。
ＦＲＰ製スキン（１）は、主に引張応力、圧縮応力を受け持つ部材で、破壊応力、弾性率の高いＦＲＰで構成される。具体的には、炭素繊維強化プラスチック（通常、ＣＦＲＰと称される）、ガラス繊維強化プラスチック（通常、ＧＦＲＰと称される）、アラミド繊維強化プラスチック（通常、ＡＦＲＰと称される）などで、エポキシ樹脂やポリエステル樹脂などのマトリックス樹脂を、強化繊維である炭素繊維などで強化したものである。マトリックス樹脂には、上記した、エポキシ樹脂の他、ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化樹脂の他、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテルイミド樹脂など熱可塑樹脂が使用される。強化繊維は、炭素繊維やガラス繊維などの無機繊維や、アラミド繊維（ケブラー、トワロンなど）、高強度ポリエチレン繊維、ＰＢＯ繊維などの有機繊維であり、強化繊維の比重は軽金属であるアルミニウムの比重２．７より小さい。また、樹脂の比重は１．５以下であるため、ＦＲＰの比重もアルミニウムを下回る。中でも、炭素繊維とエポキシ樹脂を重量比で４：６〜７：３の割合で組み合わせたＣＦＲＰは、重量当たりの剛性、強度が最も高く、本発明の試験方法の評価対象として最も好ましい材料である。ちなみに、通常、炭素繊維の弾性率は、２００〜８００ＧＰａ、強度は３ＧＰａ〜８ＧＰａであり、アルミニウムの弾性率７０ＧＰａ、強度０．２〜０．８ＧＰａを大きく上回る。また、炭素繊維の比重は、１．５〜２．０程度で、アルミニウムの比重２．７より軽い。さらに、エポキシ樹脂の比重は、１．２〜１．３であり、樹脂を炭素繊維で強化したＣＦＲＰの比重は、アルミニウムのそれを大きく下回る。
コア（３）は、上記スキン板の間に存在する材料で、アルミニウムハニカム、ペーパーハニカム、アラミドハニカム、カーボンハニカムなどのハニカム材や、ウレタン、ポリメタクリルイミド、アクリル、フェノールなどの樹脂を発泡させたフォーム材、バルサ材などの低密度材料が用いられる。具体的なコアの例として、昭和飛行機株式会社のアルミニウムハニカム、デュポン社のノーメックスを使用したノーメックスハニカム、Rohm社のロハセル、積水化学工業のフォーマックなどがある。コアの比重は、１．０以下であり、上記のスキンと組み合わせたサンドイッチパネルは、金属材料に比べ大幅に軽量な材料となる。なお、本発明で好ましいサンドイッチパネルの比重としては、０．１〜１．０の範囲内である。コア（２）の厚みは、３ｍｍから１０ｍｍ程度、スキン板の厚みは、０．２ｍｍ〜１０ｍｍで、サンドイッチパネル（１）は、図１のようにスキンとコアが一体となっている。サンドイッチコアの厚みを大きくすること、あるいは、剛性の大きなスキンを使用することで、サンドイッチパネルの剛性を向上させることができ、重量あたりの曲げ強度、曲げ剛性が高い材料となる。
【００１４】
次に、上記した軽量のサンドイッチパネル（１）は、図４に示すスパン（８）の間に等間隔に設定した３つの支点（４）を有する治具（ＪＩＳ Ｋ７０７４−１９８８参照）で疲労試験する。支点（４）とは、サンドイッチパネル（１）と接触する治具（５）の一部であり、サンドイッチパネル（１）は、上下運動する支点（４）（図４の場合、上部の支点が上下に往復運動する）から荷重を受けて曲げ変形する。治具（５）は荷重を検出するロードセルに連結されており、所定の最大荷重に到達した後は、所定の最小荷重に変化するように（通常、０．５〜５０ヘルツで）電子制御される。通常、最大荷重は、サンドイッチパネルを静的に試験した場合の２０％〜９０％の範囲内で設定し、最小荷重は、最大荷重の１／１０〜３／１０の間で設定する。治具類は、スチールやアルミニウム合金などの金属製である。
【００１５】
次に、支点（４）とサンドイッチパネル（１）の間には、増摩擦材（６）を配置する。増摩擦材（６）とは、後述するように、支点（４）とサンドイッチパネル（１）の間の摩擦を増大させる材料のことで、両面テープやゴムなどのシート状物や、粘着材、粘土などの塑性材などからなり、支点（４）とサンドイッチパネル（１）の間に挿入、あるいは、固定する。摩擦係数を大きくすることで、軽量サンドイッチパネルが、振動などで徐々に移動することを抑制し、長い時間の疲労試験を自動的に完了させることが可能となる。
増摩擦材（６）とは、粘着材、ゴム、粘土、紙、シーリング材などのことで、サンドイッチパネルと支点の間に位置して、両者を損傷させることなく、かつ、両者の摩擦抵抗を増大させる効果を有し、疲労試験中のサンドイッチパネルの移動を抑制して、長期の疲労試験を正確に実施することが初めて可能となる。
【００１６】
増摩擦材（６）は、支点およびサンドイッチパネルのスキン材（ＦＲＰ）より硬度が小さいことが好ましい。硬度は、デュロメーターを使用し、ＪＩＳ Ｋ６２５３、ＪＩＳ Ｋ７２１５の規定による方法あるいはそれに準じた方法で測定する。硬度の測定は同じタイプのデュロメータで計測を行う。増摩擦材（６）とＦＲＰ製スキン（２）を構成するＦＲＰの硬度の比が、０．８以下であることが好ましい。ただし、増摩擦材（６）の硬度はタイプＡデュロメータの測定値が３０以上であることが好ましい。硬度がこの値より低いと増摩擦材（６）が、曲げ疲労試験中に破壊し、ＦＲＰ製スキン（２）は支点（４）と直接接触して、サンドイッチパネルが移動開始する可能性がある。逆に、硬度の比が０．８より大きいと、ＦＲＰ製スキン（２）が増摩擦材（６）により損傷してしまう可能性がある。より好ましい硬度の比は、０．３〜０．６の範囲内である。
【００１７】
好ましい増摩擦材（６）として、取り扱い性に優れる粘着テープが上げられる。粘着テープは、エポキシ樹脂やアクリル樹脂等の粘着剤からなり、大きく分けて、ポリエステル不織布などの支持体のあるものと無い物がある。本発明に置いては、支持体にエポキ樹脂やアクリル樹脂等の粘着樹脂を塗布した粘着テープ（例えば、３Ｍ社のＶＨＢ、日東電工社のＮｏ．５００、ニチバン社のナイスタック）が、丈夫でより長時間の使用に耐えるので好ましい。粘着テープは、支点に巻き付けるか、サンドイッチパネルの支点と接触する箇所に一枚以上貼り付ける。貼り付ける枚数は、サンドイッチパネルが支点間で無負荷状態でグラグラしない枚数とすることが好ましい。
【００１８】
粘着テープの選定の指標としては、ＪＩＳ Ｚ０２３７−２０００粘着テープ・粘着シート試験方法で測定される粘着力が挙げられ、５Ｎ／１０ｍｍ〜１０Ｎ／１０ｍｍの範囲の粘着テープを選定することが好ましい。本範囲以下では、サンプルが移動する可能性があり、本範囲以上では、強力すぎて試験後のサンドイッチパネルの取り外し、粘着テープの交換に手間がかかる。
【００１９】
また、粘着テープの幅は、サンドイッチパネルの幅の１／２以上とすることが好ましい。サンドイッチパネルの幅の１／２以下だと、摩擦が十分取れず、移動する可能性があるからである。最適な幅は、サンドイッチパネルの１．１〜１．６倍である。本範囲だと、多少サンドイッチパネルが移動してもバックアップ的に大きな摩擦抵抗を維持できるからである。また、移動したかどうかの判定をするために。粘着テープに目盛りや目印を入れておくことも好ましい実施態様の一つである。
【００２０】
もう一つの好ましい増摩擦材（６）として、ＦＲＰよりも柔らかいゴムシートがある。ゴムシートとは、天然ゴムやフッソゴム、ウレタンゴム、シリコンゴムなどの合成ゴムをシート状に加工した物で、粘着テープ同様、支点に巻き付けたり、支点とサンドイッチパネルの支点と接触する箇所に一枚以上挿入する。枚数は、ゴムシートの厚みにもよるが、サンドイッチパネルが支点間で無負荷状態でグラグラしない枚数とすることが好ましい。
【００２１】
ゴムシートの選定の指標としては、タイプＡデュロメータで測定される硬度が、３０〜９０の範囲内であることが好ましい。本範囲以下では、ゴムが疲労試験中に破断する可能性があり、これ以上であると、ＦＲＰを損傷させる可能性があるからである。タイプＡデュロメータで測定される硬度が、４０〜６０の範囲内であるとさらに好ましい。また、ゴムシートは、布帛で強化した布入りゴムシートであっても、非強化であっても差し支えない。また、ゴムシートと上記した粘着シートを併用することも好ましい実施態様の一つである。
【００２２】
なお、支点（４）の構造に関し、サンドイッチパネル（２）と支点（４）との摩擦抵抗を増大させた場合、サンドイッチパネルの動きが拘束されてしまうため、サンドイッチパネルの変形が大きくなると単純な曲げ荷重以外の負荷が発生する可能性がある。これを解消するために、サンプルを支持する治具の支点部分を、図５に示すように、回転自由なローラー（７）とすることも好ましい一実施態様である。これにより、サンドイッチパネルが大変形しても、曲げ疲労強度を正しく評価することが可能となる。なお、両側の支点のローラー（７）を自由に回転させることが望ましいが、サンプルが左右に移動する場合は片側のみでもよい。
【００２３】
以上、最も好ましい実施態様を、３層構造のサンドイッチパネルの３点曲げの疲労試験で説明したが、軽量サンドイッチパネルは、３層以上のサンドイッチパネル、あるいは、非対称構成のサンドイッチパネルにも適用が可能である。また、4点曲げの曲げ疲労試験にも上述した技術を適用することも本発明の範囲内である。4点曲げは図６に示した治具を用い、サンドイッチパネル（２）を2つの支点で支え、両支点間を3等分する点でさらに2つの支点と接触させてサンドイッチパネルに荷重をかける。
【００２４】
増摩擦材（６）は、全ての支点とサンドイッチパネルの間に配しても、一部の支点に配してもよく、増摩擦材（６）の種類は１種類でも、２種類以上を組み合わせても差し支えない。また、増摩擦材（６）は、繰り返し使用しても、試験毎に取り替えても差し支えない。また、増摩擦材に、絶縁や電気伝導性、断熱、伝熱、振動減衰などの機能を付加しても差し支えない。
【００２５】
本発明のサンドイッチパネルの試験方法は、上述のようなモデル構成の試料に対して適用し、自動車やスポーツ用具などの軽量性が重要視される部材の設計に用いる疲労データを採取することができるが、実際の部材に対して適用する場合でも、上記した技術を適用することは可能である。すなわち、軽量サンドイッチパネル製の自動車ルーフやドアパネルの耐久性試験において、部材が振動などで移動して、位置が定まらない場合、本発明の増摩擦材（６）をサンドイッチパネルに取り付けて疲労試験を行うと、確実に疲労試験を完遂することが可能となる。
【実施例】
【００２６】
実施例１
厚さ１０ｍｍの独立発泡ポリイミドフォーム材（“ロハセル”（登録商標）−Ｐ７５）製コア（比重０．０７）の上下を、東レ社製Ｐ３０５２Ｓ−２０プリプレグ（比重１．６、炭素繊維の弾性率は２３５ＧＰａ、強度５ＧＰａ、樹脂はエポキシ樹脂）で、コアの上下面をそれぞれ、２枚で覆った後、オートクレーブ中にて、３気圧下で、１３０℃×２時間かけてプリプレグを硬化させて、９点の平均厚さが１０．４ｍｍ（最大厚さ１０．７ｍｍ、最小厚さ１０．０ｍｍ）のサンドイッチパネル（３５０ｍｍ×３５０ｍｍ）を得た。スキンの硬度（Ａタイプデュロメータ使用）は、９５以上であった。
本サンドイッチパネルから、ダイヤモンドカッッターを用いて、幅２５ｍｍ、長さ２５０ｍｍの曲げ疲労試験用サンドイッチパネルを切り出し、スパン２００ｍｍで図４に示す３点曲げ疲労試験した。支点のＲ（丸み半径は１０ｍｍ）、増摩擦材として、中央の支点とサンドイッチパネルの間に、“テフロン（登録商標）”ゴムシート（厚さ１ｍｍ、幅３０ｍｍ、Ａタイプデュロメータによる硬度は４０）を挿入した。試験機は、島津“サーボパルサー”（登録商標）：ＥＨＦ−ＦＢ０５−１０ＬＷ／コントローラー４８２５で、最大荷重は破壊荷重の６０％、最小荷重は、破壊荷重の６％、振動数は１ヘルツとした。
サンドイッチパネルは脱落することなく、試験機は１１６日間連続して動き続け、１０００００００回の疲労試験を無事完了し、試験終了後のサンドイッチパネルの移動量は１ｍｍ以下であった。
比較例１
実施例１と同一のサンドイッチパネルから、実施例１と同じサイズのサンドイッチパネルを切り出し、テフロン（登録商標）ゴムシートを用いなかった以外は、実施例１と同じ試験条件で３点曲げ疲労試験を開始したところ、２５００回でサンドイッチパネルが、回転移動していることが目視で認められ、試験機を停止して、サンドイッチパネルを元の位置に戻して試験を継続したところ、５２００回でやはり、回転移動していることが目視で観察でき、再び試験器を停止させて、サンドイッチパネルの上下を入れ替えて、はじめから（サイクル数をゼロと仮定して）試験を再開した。１２０００回を過ぎて、サンドッチパネルは移動を開始し、放置しておくと１２７５５７回で、サンドイッチパネルは破壊して、試験機が停止したが、サンドイッチパネルは左側に移動して治具から脱落しており、はたして、本データが正確なデータがどうか判断できない状況に陥った。
実施例２
厚さ１０ｍｍの独立発泡アクリルフォーム材（積水化学社製 “フォーマック”（登録商標）♯１０００）製コア（比重０．１）の上下に東レ社製炭素繊維クロスＣＯ６３４３Ｂ（炭素繊維の弾性率は２３５ＧＰａ、強度は３．６ＧＰａ）を２層ずつ配置し、コアと炭素繊維クロスをバッグしてバッグ内を真空圧にした後に、液状のビスフェノールA型エポキシ樹脂と酸無水物硬化剤を混合したものを注入してオーブン内にて９０℃×４０分の熱を加えて硬化させた（ＶａＲＴＭ：Ｖａｃｕｕｍ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｒｅｓｉｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｌｄｉｎｇ、真空圧を用いたＲＴＭ成形法）。硬化後のサンドイッチパネル（サイズ４００ｍｍ×７００ｍｍ）は、５７点の平均厚さが１１．３ｍｍ（最大厚さ１１．4ｍｍ、最小厚さ１１．１ｍｍ）、スキンの硬度は、Aタイプデュロメータの測定で９５以上であった。
本サンドイッチパネルから、ダイアモンドカッターを用いて、幅２２ｍｍ、長さ２００ｍｍの曲げ疲労試験用サンドイッチパネルを切り出し、スパン１２０ｍｍで４点曲げ疲労試験を行った。支点のRは１２．５ｍｍとし、荷重側の支点はスパンを３等分する点に配置した（図５参照）。試験機は、島津“サーボパルサー”（登録商標）：ＥＨＦ−ＦＢ０５−１０ＬＷ／コントローラー４８２５とした。
増摩擦材としては支持側の支点に寺岡製作所の汎用両面テープＮｏ．７５１を使用した。ｎｏ．７５１は不織布の基材にアクリル系の粘着材を使用したもので、テープ厚さ０．１６ｍｍ、粘着力は６．１９Ｎ／１０ｍｍ、（寺岡製作所の公表データ、ＪＩＳＺ２０７３−２０００で測定した）である。両面テープの幅は３０ｍｍとした。なお、粘着テープの硬度は、テープを４０枚重ねて測定したところ５１であった。
さらに、支点のローラーは治具にボルトで固定するようになっていたが、ローラーが自由に回転できるようにボルトを緩めた。
荷重は、最大荷重が破壊荷重の４０％、最小荷重は破壊荷重の４％、振動数は1１ヘルツとした。試験機は１１日間動きつづけ、１０００００００回の疲労試験を完了し、試験終了後のサンドイッチパネルの移動量は１ｍｍ以下であった。
比較例２
実施例２において、支持点の増摩擦材である粘着テープを使用なかった以外は、実施例２と全く同様にして、サンドイッチパネルを疲労試験した結果、サイクル数１０００でサンプルが左側に４０ｍｍ以上移動して脱落し、試験機が停止した。脱落したサンプルは全く損傷していなかった。
比較例３
実施例１において、“テフロン（登録商標）”ゴムシートの代わりに、スキンと支点の間の摩擦係数を増加させる目的で、サンドイッチパネルのスキン中央に、深さ０．１ｍｍのグルーブを金ノコで形成し、実施例１と同一の試験条件で３点曲げ疲労試験したところ、サンドイッチパネルは移動しなかったが、わずか６５０回でスキンがグルーブ部分から破断した。念のため、深さ０．１ｍｍのグルーブを有するサンドイッチパネルを静的３点曲げ試験したところ、静的破壊荷重は、グルーブが無い場合の２／３に低下していることが判明した。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明における軽量サンドイッチ部材の一例を示す斜視図である。
【図２】３点曲げ試験法を示す図である。
【図３】４点曲げ試験法を示す図である。
【図４】本発明における３点曲げ試験法の一実施態様を示す図である。
【図５】本発明における４点曲げ試験法の一実施態様を示す図である。
【図６】本発明における４点曲げ試験法の一実施態様を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１：サンドイッチパネル
２：ＦＲＰ製スキン
３：コア
４：支点
５：治具
６：増摩擦材
７：回転ローラー
８：スパン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維強化プラスチック製スキンと、該繊維強化プラスチック製スキンより低比重のコアからなる軽量のサンドイッチパネルを、３つの支点、または４つの支点を用いて曲げ疲労試験をする方法であって、該サンドイッチパネルと該支点との間に、増摩擦材を挿入することを特徴とする、サンドイッチパネルの曲げ疲労試験方法。
【請求項２】
増摩擦材が、粘着テープであることを特徴とする請求項１記載のサンドイッチパネルの曲げ疲労試験方法。
【請求項３】
増摩擦材が、ゴムシートであることを特徴とする請求項１記載のサンドイッチパネルの曲げ疲労試験方法。
【請求項４】
支点が、回転ローラーであることを特徴とする請求項１〜３記載のサンドイッチパネルの曲げ疲労試験方法。
【請求項１】
繊維強化プラスチック製スキンと、該繊維強化プラスチック製スキンより低比重のコアからなる軽量のサンドイッチパネルを、３つの支点、または４つの支点を用いて曲げ疲労試験をする方法であって、該サンドイッチパネルと該支点との間に、増摩擦材を挿入することを特徴とする、サンドイッチパネルの曲げ疲労試験方法。
【請求項２】
増摩擦材が、粘着テープであることを特徴とする請求項１記載のサンドイッチパネルの曲げ疲労試験方法。
【請求項３】
増摩擦材が、ゴムシートであることを特徴とする請求項１記載のサンドイッチパネルの曲げ疲労試験方法。
【請求項４】
支点が、回転ローラーであることを特徴とする請求項１〜３記載のサンドイッチパネルの曲げ疲労試験方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−２５８４５４（Ｐ２００６−２５８４５４Ａ）
【公開日】平成１８年９月２８日（２００６．９．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−７２６７６（Ｐ２００５−７２６７６）
【出願日】平成１７年３月１５日（２００５．３．１５）
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月２８日（２００６．９．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月１５日（２００５．３．１５）
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【Ｆターム（参考）】
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