(57)【要約】【課題】機械的強度に優れた、貫通孔を有する連続繊維強化樹脂部材を有利に製造することが出来る方法を提供すること。【解決手段】樹脂シートと、隣り合う連続繊維が離間せしめられていることにより、それら連続繊維間において空隙を有する連続繊維シートと、軸方向垂直断面における最大長さが連続繊維シートの空隙における最小幅より小さい貫通孔形成用ピンとを用いて、ａ）樹脂シート上に連続繊維シートを配置せしめてなる積層物に対して、積層物における連続繊維シートの空隙に対応する部位に貫通孔形成用ピンを突き刺す工程Ｉと、ｂ）積層物に対して熱プレスが実施される工程IIとを経て、目的とする連続繊維強化樹脂部材を得る。【選択図】図５
2020146877.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂シートと、
隣り合う連続繊維が離間せしめられていることにより、それら連続繊維間において空隙を有する連続繊維シートと、
軸方向垂直断面における最大長さが、前記連続繊維シートの空隙における最小幅より小さい貫通孔形成用ピンと、
を用いて、
前記樹脂シート上に前記連続繊維シートを配置せしめてなる積層物に対して、該積層物における前記連続繊維シートの空隙に対応する部位に前記貫通孔形成用ピンを突き刺す工程Ｉと、
前記積層物に対して熱プレスが実施される工程IIと、
を有することを特徴とする連続繊維強化樹脂部材の製造方法。
【請求項２】
前記工程Ｉ及び前記工程IIを同時に進行せしめる請求項１に記載の連続繊維強化樹脂部材の製造方法。
【請求項３】
前記工程Ｉを経て、前記連続繊維シートの空隙に対応する部位に前記貫通孔形成用ピンが突き刺さった状態にある前記積層物に対して、前記工程IIが実施される請求項１に記載の連続繊維強化樹脂部材の製造方法。
【請求項４】
前記連続繊維強化樹脂部材が吸音パネルである請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の連続繊維強化樹脂部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続繊維強化樹脂部材の製造方法に係り、特に、吸音パネルとして有利に用いられる、貫通孔を有する連続繊維強化樹脂部材を有利に製造することが出来る方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、部材の軽量化等を目的として、樹脂製部材に貫通孔が設けられる場合がある。また、比較的大きな面積を有する樹脂製板状体に貫通孔が設けられてなるものは、吸音パネル等として使用されている一方、極薄い樹脂シート上に微細な貫通孔が多数、設けられてなるものは、医用高分子膜やバイオセンサー等の医療用途、電池用セパレータや多孔質センサ等の電子材料用途等における利用が進められている。
【０００３】
一方で、機械的強度の向上等を目的として、ガラス繊維や炭素繊維等にて補強された樹脂材料（繊維強化樹脂）が、樹脂製部材の材料として広く使用されている。
【０００４】
そのような繊維強化樹脂からなる樹脂製部材に貫通孔を設ける場合、簡易な手法として咄嗟に思い浮かぶのは、成形した樹脂製部材に対して、ドリル加工、レーザー加工やウォータージェット加工等の孔開け加工（二次加工）を実施する手法である。しかしながら、連続繊維シート等の連続繊維（長繊維）を補強繊維として含有する樹脂製部材に対して、上記した孔開け加工を実施すると、かかる加工によって連続繊維（長繊維）が部分的に欠損したり、切断される場合があり、補強繊維である連続繊維（長繊維）が切断等されると、孔開け加工後の樹脂製部材の機械的強度が、加工前の樹脂製部材の機械的強度と比較して、著しく悪化する恐れがある。
【０００５】
このような状況の下、樹脂製部材に対して、内部に存在する補強繊維を切断することなく貫通孔を形成する手法として、従来より種々の手法が提案されている。例えば、特許文献１（特開２００８−２９０２６９号公報）においては、繊維強化樹脂シートに貫通孔を形成する方法として、該繊維強化樹脂シートの該貫通孔となる部分およびその周縁に沿った環状帯域に存在する繊維および樹脂を周りに掻き分けることにより該貫通孔を前記環状帯域分だけ拡大した拡大貫通孔を形成し、前記拡大貫通孔の前記環状帯域の部分に該環状帯域の環に沿って延在する繊維と樹脂よりなる縁取りリングを組み込むことを特徴とする方法が、提案されている。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示されている貫通孔の形成方法にあっては、比較的大きな貫通孔を、比較的大きな間隔にて形成する方法としては好適なものであるものの、小さな貫通孔を数多く形成することには不適である等、幾つかの問題を内在している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２９０２６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にして為されたものであって、その解決すべき課題とするところは、機械的強度に優れた、貫通孔を有する連続繊維強化樹脂部材を有利に製造することが出来る方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そして、本発明は、そのような課題を解決するために、１）樹脂シートと、２）隣り合う連続繊維が離間せしめられていることにより、それら連続繊維間において空隙を有する連続繊維シートと、３）軸方向垂直断面における最大長さが、前記連続繊維シートの空隙における最小幅より小さい貫通孔形成用ピンと、を用いて、ａ）前記樹脂シート上に前記連続繊維シートを配置せしめてなる積層物に対して、該積層物における前記連続繊維シートの空隙に対応する部位に前記貫通孔形成用ピンを突き刺す工程Ｉと、ｂ）前記積層物に対して熱プレスが実施される工程IIと、を有することを特徴とする連続繊維強化樹脂部材の製造方法を、その要旨とするものである。
【００１０】
ここで、上記した本発明に従う連続繊維強化樹脂部材の製造方法は、前記工程Ｉ及び前記工程IIを同時に進行せしめることを、好ましい第一の態様とする。
【００１１】
また、本発明に係る連続繊維強化樹脂部材の製造方法は、前記工程Ｉを経て、前記連続繊維シートの空隙に対応する部位に前記貫通孔形成用ピンが突き刺さった状態にある前記積層物に対して、前記工程IIが実施されることを、好ましい第二の態様とする。
【００１２】
さらに、本発明の製造方法に従えば、吸音パネルを有利に製造することが可能である。
【発明の効果】
【００１３】
このように、本発明に従う連続繊維強化樹脂部材の製造方法においては、樹脂シートと、空隙を有する連続繊維シートと、所定の貫通孔を形成するためのピン（貫通孔形成用ピン）とが用いられ、樹脂シートと連続繊維シートとからなる積層物における、連続繊維シートの空隙に対応する部位に、貫通孔形成用ピンを突き刺す工程と、積層物全体を熱プレスに供する工程とを有するものである。このような構成に係る本発明の製造方法に従うことにより、連続繊維シートが内在せしめられた連続繊維強化樹脂部材であって、連続繊維シートを構成する連続繊維が部分的に欠損させたり、破断させることなく、貫通孔が形成されてなるものを、有利に製造することが出来る。従って、本発明により得られる、貫通孔を有する連続繊維強化樹脂部材にあっては、貫通孔を有さないこと以外は同じ構成を有する連続繊維強化樹脂部材と、同程度か、若しくは僅かに劣る程度の、優れた機械的強度を発揮することとなるのである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の製造方法に従って製造された連続繊維強化樹脂部材の一例を示す平面図である。
【図２】図１の連続繊維強化樹脂部材中に内在する連続繊維シートを示す平面図である。
【図３】図１に示す連続繊維強化樹脂部材を製造する際に用いられる貫通孔形成用ピンの一例を示す正面図である。
【図４】図３の貫通孔形成用ピンの裏面図である。
【図５】本発明に従って連続繊維強化樹脂部材を製造する際の、工程の流れの一例を示す説明図である。
【図６】本発明に従って連続繊維強化樹脂部材を製造する際の、工程の流れの他の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を適宜に用いて、本発明を詳細に説明する。なお、本願に添付の図面は、本発明の理解を容易なものとするために模式的に描かれたものであることが、理解されるべきところである。
【００１６】
図１は、本発明の製造方法に従って製造された連続繊維強化樹脂部材たる吸音パネルを示す平面図であり、図２は、図１の吸音パネル中に内在せしめられている連続繊維シートを示す平面図である。
【００１７】
図１より明らかなように、連続繊維強化樹脂部材（以下、単に樹脂部材ともいう）たる吸音パネル１０は、平面視において矩形状を呈しており、１３個の貫通孔１２が、各々、内在する連続繊維シート１４の連続繊維を分断（切断）することや部分的に欠損させることなく、吸音パネル１０の表面から裏面に向けて貫通して形成されている。なお、図１においては、説明の都合上、パネル１０に内在せしめられている連続繊維シート１４を点線にて表現している。
【００１８】
ここで、吸音パネル１０を構成する樹脂材料は、不飽和ポリエステル樹脂である。一方、連続繊維シート１４はガラス繊維製であり、ガラス繊維からなる経糸及び緯糸を、隣り合う糸と距離：ｄ１の間隔を隔てて離間せしめた状態において、平織りされてなるものである。要するに、連続繊維シート１４は、隣り合う経糸及び隣り合う緯糸によって形成される幅：ｄ１の矩形状の空隙を、有しているのである。
【００１９】
そのような構成に係る吸音パネル１０を、本発明の製造方法に従って製造するに際しては、例えば、図３及び図４に示される貫通孔形成用部材を用いて、図５に示す工程に従って、製造することが可能である。
【００２０】
図３及び図４には、吸音パネル１０を製造する際に用いられる貫通孔形成用部材が示されている。図３は、貫通孔形成用部材１６の正面図であり、図４はその裏面図である。それら図３及び図４より明らかなように、貫通孔形成用部材１６は、矩形板状を呈する支持部１８における一方の面（図３において下面）に、１３本のピン２０が立設せしめられて、構成されている。
【００２１】
ここで、ピン２０の軸方向垂直断面における最大径（最大長さ）：ｄ２（図３を参照）は、先述した、連続繊維シート１４における隣り合う経糸（緯糸）間の距離：ｄ１との間において、ｄ１＞ｄ２の関係を満たしている。また、後述する製造工程において、貫通孔形成用部材１６と連続繊維シート１４とを対向配置せしめた際に、かかる連続繊維シート１４の空隙に対応してピン２０の各々が位置するように、ピン２０は支持部１８上に立設せしめられている。なお、貫通孔形成用部材１６を構成する材料としては、特に限定されるものではないが、一般的には各種金属材料にて貫通孔形成用部材１６は形成される。
【００２２】
そして、そのような構成を有する貫通孔形成用部材１６を用いて、図５に示す工程に従うことにより、吸音パネル１０を製造することが可能である。ここで、図５は、図１の吸音パネルを製造する際の工程を、図１におけるＡ−Ａ面で切断した際に現われる断面にて示す説明図であるところ、図面を明瞭なものとするために、図５においては、後述する樹脂シートのみにハッチングが付されていることが、理解されるべきである。
【００２３】
先ず、貫通孔形成用部材１６を備えた貫通孔形成ユニット２２と、金属製の上型２４と、同じく金属製の下型２６とが準備される。上型２４及び下型２６は、それらを型締めした際に吸音パネル１０の外形を与える成形キャビティが形成されるように、構成されている。また、上型２４には、貫通孔形成ユニット２２（貫通孔形成用部材１６）のピン２０の出入が可能な孔が設けられている。同様に、下型２６の上面にも、貫通孔形成ユニット２２（貫通孔形成用部材１６）のピン２０の出入が可能な孔が、後述する孔あけプレス加工時に連続繊維シート１４及び樹脂シートを介して上型２４における孔と直列するような位置に、設けられている。更に、貫通孔形成ユニット２２及び上型２４は、それぞれ独立して上下方向（図５における紙面上下方向）に移動できるように、各々が移動手段（図示せず）を備えている。
【００２４】
さらに、最終的に得られる、連続繊維強化樹脂部材たる吸音パネル１０を構成する樹脂材料からなる樹脂シート２８が、準備される。本実施形態では、かかる樹脂シート２８は不飽和ポリエステル樹脂製シートであるが、本発明の製造方法においては、樹脂シート（２８）として、熱プレスによって成形することが可能な樹脂材料からなるシートであれば、如何なるものであっても使用することが可能である。
【００２５】
以上、詳述した準備の後、先ず、下型２６の上面上に、樹脂シート２８及び連続繊維シート１４を載置する（図５（ａ）参照）。この際、連続繊維シート１４の空隙に対応してピン２０の各々が位置するように、連続繊維シート１４は配置される。なお、本実施形態において、連続繊維シート１４はガラス繊維製の平織物様のものであるが、本発明において用いられる連続繊維シートは、これに限定されるものではない。炭素繊維やアラミド繊維等の連続繊維からなるシートであっても、本発明において使用することが可能であり、また、シートの形態（織物組織）は、綾織や繻子織等であっても良い。
【００２６】
次いで、上型２４が型締めの位置に至るまで、貫通孔形成ユニット２２及び上型２４を一体的に移動させる。かかる移動によって、貫通孔形成ユニット２２のピン２０によって樹脂シート２８に貫通孔が設けられると共に、連続繊維シート１４及び樹脂シート２８は、熱プレス加工によって一体化されるのである（孔あけ熱プレス工程：図５（ｂ）参照）。上型２４及び下型２６は加熱された状態で、この工程に供される。なお、上側及び下型の加熱温度、型締めの状態の保持時間、プレス加工におけるプレス圧等の種々の条件は、樹脂シート２８を構成する樹脂材料や、目的とする吸音パネル１０（連続繊維強化樹脂部材）の大きさ等に応じて、適宜に決定されることとなる。
【００２７】
上記孔あけ熱プレス工程の後、先ずは貫通孔形成ユニット２２を上方に移動させ（図５（ｃ）参照）、その後に上型２４を移動させて型開きする（図５（ｄ）参照）ことにより、目的とする、貫通孔１２を有する吸音パネル１０が得られるのである。
【００２８】
このようにして得られた吸音パネル１０にあっては、連続繊維シート１４を構成する連続繊維が貫通孔１２によって部分的に欠損させられたり、また破断もされていないところから、貫通孔１２を有しているにもかかわらず、優れた機械的強度を発揮することとなるのである。
【００２９】
以上、本発明の代表的な実施形態の一つについて詳述してきたが、本発明が、上述した態様に限定されるものでないことは、言うまでもないところである。
【００３０】
例えば、図６に示される上型３０の如き、図５に示される上型２４とは異なる構成を有するものを用いても、本発明を有利に実施することが可能である。なお、図６において、図５に示したものと同様の構成に係るものは図５と同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００３１】
図６に示される上型３０は、貫通孔形成用部材１６が、上型３０とは独立して上下方向に移動可能な状態にて内装されており、貫通孔形成ユニット２２を、上型３０に対して相対的に下方に移動させ、最下方に配置せしめた際には、上型３０に設けられた孔より貫通孔形成ユニットのピン２０が突出するように構成されている。また、上型３０にあっても、図５における上型２４と同様に、下型２６と型締めした際に、吸音パネル１０の外形を与える成形キャビティが形成されるように構成されている。
【００３２】
そして、下型２６の上面上に、樹脂シート２８及び連続繊維シート１４を載置する（図６（ａ）参照）。この際、連続繊維シート１４の空隙に対応してピン２０の各々が位置するように、連続繊維シート１４は配置される。
【００３３】
次いで、ピン２０が下方に突出していない状態の上型３０を、上型３０における成形キャビティを与える面が樹脂シート１４に接するに至るまで、下方に移動させる（図６（ｂ）参照）。その状態において、上型３０に内装されている貫通孔形成用部材１６のみを下方に移動せしめて、貫通孔形成用部材１６のピン２０により樹脂シート２８に貫通孔を形成する（孔あけ工程：図６（ｃ）参照）。なお、上型３０及び下型２６は加熱された状態で、本工程及び後述する熱プレス工程に供される。
【００３４】
その後、貫通孔形成用部材１６及び上型３０を、それらの位置関係を変えることなく、下方に移動させて、上型３０と下型２６との型締めを行う（熱プレス工程：図６（ｄ）参照）。これにより、既に貫通孔が形成されている樹脂シート２８と連続繊維シート１４とが一体化せしめられることとなる。
【００３５】
その後、先ずは貫通孔形成用部材１６を上方に移動させ（図６（ｅ）参照）、その後に上型３０を移動させて型開きする（図６（ｆ）参照）ことにより、目的とする、貫通孔１２を有する吸音パネル１０が得られるのである。
【００３６】
また、上述した実施形態は、何れも、樹脂部材製造の際に１枚の連続繊維シートを用いるものであるが、本発明においては、複数枚の連続繊維シートを用いて、連続繊維強化樹脂部材を製造することも可能である。例えば、樹脂シート上に複数枚の連続繊維シートを積層することや、樹脂シートの表面側及び裏面側の各々に１枚以上の連続繊維シートを配置して、本発明に従って樹脂部材を製造することも可能である。
【００３７】
その他、一々は列挙しないが、本発明には、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々なる変更、修正、改良等を加え得るものであることが、理解されるべきである。
【００３８】
ここで、本発明の製造方法に従って製造された連続繊維強化樹脂部材が、優れた機械的強度を発揮するものであることを確認すべく、以下の確認試験を行った。なお、試料作製の際の樹脂シート及び連続繊維シートとしては、各々、以下に示すものを用いた。
・樹脂シート：不飽和ポリエステル樹脂製シート
（ジャパンコンポジット株式会社製、商品名：ポリマールマット）
・連続繊維シート
：市販品（福井グラスファイバー社製、ガラス繊維製シート）より、経糸（緯糸）        の３本当たり１本を間引いたもの。目付量：３．７ｇ／１００ｃｍ2 。
【００３９】
−試料１の作製−
図６に示す上型及び下型を備えたプレス成形機を用いて、樹脂シート上に連続繊維シートを載置した状態で、孔あけ工程は実施せずに熱プレス工程のみを実施することにより、大きさが１００ｍｍ×１００ｍｍであり、厚さが２．０６ｍｍの矩形板状体の試料１を得た。
【００４０】
−試料２の作製−
図６に示す上型及び下型を備えたプレス成形機を用いて、樹脂シート上に連続繊維シートを載置した状態で、繊維間の空隙（繊維シートの空隙）に狙いを定めて孔あけ工程を実施し、その後に熱プレス工程を実施した。これにより、孔径：２．０ｍｍの貫通孔が６ｍｍの間隔にて形成された、大きさ：１００ｍｍ×１００ｍｍ、厚さ：２．０６ｍｍの矩形板状体からなる試料２を得た。
【００４１】
−試料３の作製−
図６に示す上型及び下型を備えたプレス成形機を用いて、樹脂シート上に連続繊維シートを載置した状態で、繊維シートにおける繊維同士の交点に狙いを定めて孔あけ工程を実施し、その後に熱プレス工程を実施した。これにより、孔径：２．０ｍｍの貫通孔が６ｍｍの間隔にて形成された、大きさ：１００ｍｍ×１００ｍｍ、厚さ：２．０６ｍｍの矩形板状体からなる試料３を得た。
【００４２】
以上の如くして得られた各試料について、落錘破壊試験を行った。具体的には、デュポン式落下衝撃試験機（ＪＩＳ  Ｋ５６００−５−３：1999「塗料一般試験方法−第５部：塗膜の機械的性質−第３節：耐おもり落下性」に規定されるデュポン式試験に使用される試験機）にて、１０００ｇの重りと、先端径の直径が６．３５ｍｍの撃ち型とを用いて、試料に対して落錘破壊試験を行い、撃ち型の座面が試料に達した場合を貫通したと見なして、その際の測定結果（重りの落下高さ）より落錘破壊衝撃エネルギー（Ｊ）を算出した。試料１についての算出結果を１（基準）として、試料２及び試料３について算出した結果を、下記表１の「落錘破壊衝撃エネルギー比」欄に示す。
【００４３】
【表１】
2020146877.tif 000003
【００４４】
かかる表１から明らかなように、本発明の製造方法に従って製造された試料２は、貫通孔が形成されていない試料１と同程度の優れた機械的強度を発揮するものであることが、確認される。これに対して、本発明とは異なり、ランダムに貫通孔が形成された試料３にあっては、機械的強度が著しく低いものであることが認められるのである。
【符号の説明】
【００４５】
１０    吸音パネル
１２    貫通孔
１４    連続繊維シート
１６    貫通孔形成用部材
２０    ピン
２８    樹脂シート
【図１】
2020146877.tif 000004
【図２】
2020146877.tif 000005
【図３】
2020146877.tif 000006
【図４】
2020146877.tif 000007
【図５】
2020146877.tif 000008
【図６】
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