(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面が開断面形状であるシェル部と、該シェル部の内側に設けられたリブ部とからなる繊維強化熱可塑性樹脂成形品であって、
前記シェル部が、凹状部と該凹状部の両側に設けられた縁部とで前記開断面形状を形成し、
前記シェル部が、リブ部を構成する材料Ｒよりも曲げ弾性率が高い材料Ｓを含み、かつ前記縁部の内側表面に、前記材料Ｓに含まれる強化繊維よりも繊維長の短い強化繊維を含む材料が配置され、
リブ形状が格子状であることを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂成形品。
【請求項２】
前記材料Ｓの少なくとも一部が、一方向に引き揃えた強化繊維に熱可塑性樹脂を含浸したテープ状もしくはシート状の基材、または該基材を２枚以上積層した積層物であることを特徴とする請求項１に記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形品。
【請求項３】
前記材料Ｓの少なくとも一部が、一方向に引き揃えた強化繊維に熱可塑性樹脂を含浸したテープからなる織物、または該織物を２枚以上積層した積層物であることを特徴とする請求項１に記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形品。
【請求項４】
前記材料Ｓの少なくとも一部が、強化繊維織物に熱可塑性樹脂を含浸したシート、または該シートを２枚以上積層した積層物であることを特徴とする請求項１に記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形品。
【請求項５】
前記材料Ｒが、一方向に引き揃えた強化繊維に熱可塑性樹脂を含浸したテープ状の基材を切断した切断物の複数が分散した分散体であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形品。
【請求項６】
断面が開断面形状であり、凹状部と該凹状部の両側に設けられた縁部とで前記開断面形状を形成するシェル部と、該シェル部の内側に設けられたリブ部とからなる繊維強化熱可塑性樹脂成形品の製造方法であって、
前記リブ部を構成する材料Ｒよりも曲げ弾性率が高い材料Ｓ、および前記材料Ｓに含まれる強化繊維よりも繊維長の短い強化繊維を含む材料を、前記繊維長の短い強化繊維を含む材料が前記縁部の内側表面に配置されるように積層したシェル部構成材料と、材料Ｒとを積層し、格子状のリブ形状を有する金型に、前記材料Ｒがリブ側になるように配置してプレス成形し、材料Ｓを含むシェル部と材料Ｒより構成されるリブ部とを同時に成形することを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂成形品の製造方法。
【請求項７】
断面が開断面形状になるようにシェル部を成形した後で、該シェル部の内側に、熱可塑性樹脂あるいは強化繊維を含有する熱可塑性樹脂を射出成形してリブ部を形成する繊維強化熱可塑性樹脂成形品の製造方法であって、
前記リブ部を構成する、熱可塑性樹脂あるいは強化繊維を含有する熱可塑性樹脂の射出成形物よりも曲げ弾性率が高い材料Ｓを少なくとも用いて、前記シェル部を成形することを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂成形品の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形品の複数が、リブ部を内側にして接合され、閉断面形状を形成している複合体であって、
スパン長３５０ｍｍ、試験速度５ｍｍ／分、圧子半径７５ｍｍ、支持半径１５ｍｍでの３点曲げ試験において、下記式で算出される単位質量当たりの平均勾配が８．３以上であることを特徴とする複合体。
単位質量当たりの平均勾配［Ｎ／（ｍｍ・ｇ）］＝３０００［Ｎ］／（３０００［Ｎ］時の変位量［ｍｍ］×複合体の質量［ｇ］）
【請求項９】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形品の複数を、リブ部が内側になるように、かつ断面が閉断面形状となるように接合する複合体の製造方法であって、
前記接合は、振動溶着法によりなされることを特徴とする複合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化熱可塑性樹脂成形品とその製造方法、および複合体とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
強化繊維と熱可塑性樹脂とからなる部品（繊維強化熱可塑性樹脂成形品）は既に知られている。
例えば特許文献１〜３には、熱可塑性樹脂と短繊維からなるスタンピング成形材料や、スタンパブルシートが開示されている。
また、特許文献４には、一方向に引き揃えた補強長繊維と長繊維マットとの積層体に熱可塑性樹脂を含浸せしめたスタンパブルシートが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−９３０１号公報
【特許文献２】特開平６−３１３２９２号公報
【特許文献３】特開平７−８８８４０号公報
【特許文献４】特開平９−２１６２２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、繊維強化熱可塑性樹脂成形品は単独で使用される場合よりも、複数の繊維強化熱可塑性樹脂成形品を一体化させ、繊維強化熱可塑性樹脂成形品の複合体として使用される場合の方が多い。
しかしながら、特許文献１〜４には、複数のスタンピング成形材料またはスタンパブルシートを一体化させて複合体とする記載はない。また、これらを一体化させたとしても、機械的特性に優れる複合体は得られなかった。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、高い機械的特性を示す複合体の材料として好適な繊維強化熱可塑性樹脂成形品とその製造方法、および高い機械的特性を示す複合体とその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形品は、断面が開断面形状であるシェル部と、該シェル部の内側に設けられたリブ部とからなる繊維強化熱可塑性樹脂成形品であって、前記シェル部が、リブ部を構成する材料Ｒよりも曲げ弾性率が高い材料Ｓを含むことを特徴とする。
ここで、前記材料Ｓの少なくとも一部が、一方向に引き揃えた強化繊維に熱可塑性樹脂を含浸したテープ状もしくはシート状の基材、または該基材を２枚以上積層した積層物であることが好ましい。
また、前記材料Ｓの少なくとも一部が、一方向に引き揃えた強化繊維に熱可塑性樹脂を含浸したテープからなる織物、または該織物を２枚以上積層した積層物であることが好ましい。
さらに、前記材料Ｓの少なくとも一部が、強化繊維織物に熱可塑性樹脂を含浸したシート、または該シートを２枚以上積層した積層物であることが好ましい。
また、前記材料Ｒが、一方向に引き揃えた強化繊維に熱可塑性樹脂を含浸したテープ状の基材を切断した切断物の複数が分散した分散体であることが好ましい。
さらに、前記シェル部が、前記材料Ｓのみで構成されていることが好ましい。
また、前記シェル部が、凹状部と該凹状部の両側に設けられた縁部とで開断面形状を形成し、少なくとも縁部の内側表面に、繊維長の短い強化繊維を含む材料が配置していることが好ましい。
また、本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形品の製造方法は、断面が開断面形状であるシェル部と、該シェル部の内側に設けられたリブ部とからなる繊維強化熱可塑性樹脂成形品の製造方法であって、前記リブ部を構成する材料Ｒよりも曲げ弾性率が高い材料Ｓを少なくとも含むシェル部構成材料と、材料Ｒとを積層し、リブ形状を有する金型に、前記材料Ｒがリブ側になるように配置してプレス成形し、材料Ｓを含むシェル部と材料Ｒより構成されるリブ部とを同時に成形することを特徴とする。
また、本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形品の製造方法は、断面が開断面形状になるようにシェル部を成形した後で、該シェル部の内側に、熱可塑性樹脂あるいは強化繊維を含有する熱可塑性樹脂を射出成形してリブ部を形成する繊維強化熱可塑性樹脂成形品の製造方法であって、前記リブ部を構成する、熱可塑性樹脂あるいは強化繊維を含有する熱可塑性樹脂の射出成形物よりも曲げ弾性率が高い材料Ｓを少なくとも用いて、前記シェル部を成形することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の複合体は、前記繊維強化熱可塑性樹脂成形品の複数が、リブ部を内側にして接合され、閉断面形状を形成していることを特徴とする。
また、本発明の複合体の製造方法は、前記繊維強化熱可塑性樹脂成形品の複数を、リブ部が内側になるように、かつ断面が閉断面形状となるように接合する複合体の製造方法であって、前記接合は、振動溶着法によりなされることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、高い機械的特性を示す複合体の材料として好適な繊維強化熱可塑性樹脂成形品とその製造方法、および高い機械的特性を示す複合体とその製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形品の一例を示す斜視図である。
【図２】図１の繊維強化熱可塑性樹脂成形品の縦断面図である。
【図３】繊維強化熱可塑性樹脂成形品の他の例を示す縦断面図である。
【図４】繊維強化熱可塑性樹脂成形品の他の例を示す縦断面図である。
【図５】繊維強化熱可塑性樹脂成形品の他の例を示す縦断面図である。
【図６】（ａ）は材料Ｒとして使用されるランダムシートを摸式的に示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のランダムシートの縦断面図である。
【図７】本発明の複合体の一例を示す斜視図である。
【図８】（ａ）は実施例１で作製した直交積層体を模式的に示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の直交積層体の縦断面図である。
【図９】実施例１で作製したハイブリッド材料を模式的に示す縦断面図である。
【図１０】実施例１で成形品を製造する際の材料Ｒ３とハイブリッド材料の配置を模式的に説明する縦断面図である。
【図１１】実施例２で作製したハイブリッド材料を模式的に示す縦断面図である。
【図１２】実施例２で成形品を製造する際の材料Ｒ３とハイブリッド材料の配置を模式的に説明する縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を詳細に説明する。
［繊維強化熱可塑性樹脂成形品］
図１は、本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形品（以下、単に「成形品」という。）の一例を示す斜視図であり、図２は、図１の成形品の縦断面図である。
なお、図２〜５、７において、図１と同じ構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する場合がある。
【００１１】
図１、２に示す成形品１０は、断面が開断面形状であるシェル部２０と、該シェル部２０の内側に設けられたリブ部３０とからなる。
シェル部２０は成形品１０の外層部に相当する部分であり、この例のシェル部２０は、長手方向に沿う凹状部２１と、その両側に長手方向に沿って形成された一定幅の縁部２２とで、開断面形状を形成している。
一方、リブ部３０は成形品１０の補強や反り防止としての役割を果たし、この例のリブ部３０は図１に示すように格子状に形成されている。
なお、シェル部２０の形状は、断面が開断面形状であれば、図１、２に示すような形状に限定されない。また、リブ部３０の形状についても、補強や反り防止の役割を果たすことができれば、図１に示すような格子状には限定されない。
【００１２】
シェル部２０は、リブ部３０を構成する材料Ｒよりも曲げ弾性率が高い材料Ｓを含む。
本発明において、曲げ弾性率は万能試験機により測定される値である。
ところで、材料の曲げ弾性率は、等方性材料の場合は１つの値であるが、特に強化繊維に熱可塑性樹脂が含浸した材料の場合は、繊維の積層構成や曲げ試験方向により曲げ弾性率は異方性を示す。本発明において、シェル部２０やリブ部３０を構成する材料が、強化繊維に熱可塑性樹脂が含浸した材料の場合には、最も高い曲げ弾性率をその材料の曲げ弾性率とする。
【００１３】
材料Ｓとしては、強化繊維に熱可塑性樹脂が含浸した繊維強化熱可塑性樹脂を用いる。該繊維強化熱可塑性樹脂を構成する強化繊維は、非連続繊維であってもよいし、連続繊維であってもよいが、連続繊維であることが好ましい。材料Ｓの強化繊維を連続繊維とすることにより、非連続繊維の場合と比較して、成形品１０や、詳しくは後述するが、複数の成形品１０を接合して得られる複合体に、より優れた物性を与えることができる。
また、材料Ｓの強化繊維の繊維長は、後述する材料Ｒの強化繊維の繊維長よりも長いことが好ましい。材料Ｓの強化繊維の繊維長を、材料Ｒの強化繊維の繊維長よりも長くすることにより、材料Ｓの曲げ弾性率を材料Ｒの曲げ弾性率より大きくすることができ、成形品１０や後述する複合体に、より優れた物性を与えることができる。
【００１４】
繊維強化熱可塑性樹脂を構成する強化繊維が非連続繊維である場合、材料Ｓとしては、熱可塑性樹脂中に強化繊維が一本一本開繊された状態で分散したもの；熱可塑性樹脂中に強化繊維の束が分散したものなどが例示される。特に、強化繊維に熱可塑性樹脂を含浸したテープ状の基材（繊維強化熱可塑性樹脂）を切断した切断物の複数が、等方的あるいは擬似等方的に分散したものが好ましい。材料Ｓとして、強化繊維に熱可塑性樹脂が含浸したテープ状の基材（繊維強化熱可塑性樹脂）を使用することにより、シェル部２０の機械的強度を高めることができる。
【００１５】
一方、繊維強化熱可塑性樹脂を構成する強化繊維が連続繊維である場合、材料Ｓとしては、一方向に引き揃えた強化繊維に熱可塑性樹脂を含浸したテープ状もしくはシート状の基材、または該基材を２枚以上積層した積層物；一方向に引き揃えた強化繊維に熱可塑性樹脂を含浸したテープからなる織物、または該織物を２枚以上積層した積層物；強化繊維織物に熱可塑性樹脂を含浸したシート、または該シートを２枚以上積層した積層物などが例示される。
積層物としては、全ての層において強化繊維の方向が同じ一方向材や、各層で強化繊維の方向が直交した直交積層体が挙げられる。また、各層の強化繊維の方向が任意の角度になるように各層を積層させてもよい。
一方、織物としては、平織、綾織、朱子織、三軸織等が例示される。
【００１６】
材料Ｓ中の強化繊維の体積含有率（ＪＩＳ  Ｋ  ７０５２に準じて測定。）は、１０〜６０％であることが好ましい。
強化繊維の体積含有率が１０％以上であれば、成形品１０や後述する複合体に優れた物性を与えることができる。一方、強化繊維の体積含有率が６０％以下であれば、プレス成形法などの方法でシェル部２０を成形する際に、シェル部２０が成形しやすくなる。
【００１７】
シェル部２０は少なくとも材料Ｓを含んでいればよく、図２に示すように材料Ｓのみで（すなわち、材料Ｓからなる層２３のみで）構成されていてもよいし、材料Ｓと材料Ｓ以外の他の材料とで構成されていてもよい。具体的には、図３に示すようにシェル部２０を２層構造とし、材料Ｓからなる層２３を外側（リブ部３０が設けられていない側）に配置し、他の材料からなる層２４を内側（リブ部３０が設けられている側）に配置してもよいし、図４に示すように、他の材料からなる層２４，２４の間に材料Ｓからなる層２３を配置してもよい。また、図５に示すように、材料Ｓからなる層２３をシェル部２０の一部に配置してもよい。
他の材料としては特に制限されないが、材料Ｒなどが挙げられる。
【００１８】
なお、成形品１０を使用する際は、詳しくは後述するが、複数の成形品１０を振動溶着法などによって接合し、複合体として各種用途に使用する場合がある。複数の成形品１０を接合する場合は、リブ部３０が内側になるようにして、縁部２２の内側表面（被接合面）２２ａ同士が接合される。
このように複数の成形品１０を接合して使用する場合には、図３〜５に示すようにシェル部２０は材料Ｓと他の材料から構成され、かつ、縁部２２の内側表面２２ａに存在する強化繊維の繊維長が短いことが好ましい。内側表面２２ａに存在する強化繊維の繊維長が短いと、複数の成形品１０が溶着しやすくなる。その理由は、振動溶着や超音波溶着などの溶着方法の場合、内側表面２２ａの繊維同士が良好に絡み合い、高い接着強度が得られるためと考えられる。特に、内側表面２２ａにおいては、熱可塑性樹脂中に繊維長の短い強化繊維が等方的あるいは擬似等方的に分散していることが好ましい。熱可塑性樹脂中に強化繊維が等方的あるいは擬似等方的に分散していると、複数の成形品１０を接合する際に溶着しやすくなる。
ここで、「内側表面に存在する強化繊維の繊維長が短い」とは、材料Ｓ中の強化繊維の繊維長よりも短いことを意味する。具体的には、数平均で０．２〜１００ｍｍが好ましい。
【００１９】
従って、複数の成形品１０を接合させることを考慮すると、縁部２２の内側表面２２ａに存在する強化繊維の繊維長が、材料Ｓ中の強化繊維の繊維長よりも短いことが好ましく、例えば図３〜５に示すように、他の材料として繊維長の短い強化繊維を含む材料が少なくとも内側表面２２ａに配置していることが特に好ましい。
また、成形品１０や後述する複合体の機械的強度を向上させる観点では、図２に示すようにシェル部２０が材料Ｓのみで構成されているのが好ましい。
【００２０】
一方、リブ部３０を構成する材料Ｒとしては、熱可塑性樹脂や繊維強化熱可塑性樹脂を用いる。リブ部３０に優れた機械的強度を付与する観点において、材料Ｒとしては繊維強化熱可塑性樹脂が好ましい。
【００２１】
材料Ｒとして熱可塑性樹脂を用いる場合、無機フィラーなどの強化剤を含有しても構わない。また、材料Ｒとして繊維強化熱可塑性樹脂を用いる場合、材料Ｒとしては熱可塑性樹脂中に強化繊維が一本一本開繊された状態で分散したもの；熱可塑性樹脂中に強化繊維の束が分散したものなどが例示される。特に、一方向に引き揃えた強化繊維に熱可塑性樹脂が含浸したテープ状の基材（繊維強化熱可塑性樹脂）を切断した切断物の複数が、等方的あるいは擬似等方的に分散したもの（分散体）が好ましく、中でも図６に示すように、テープ状の基材を切断した切断物４１の複数が擬似等方的に分散したランダムシート４０が好ましい。なお、図６（ａ）はランダムシート（分散体）の斜視図であり、図６（ｂ）は（ａ）のランダムシートの縦断面図である。
材料Ｒとして上述した分散体を使用することにより、リブ部３０の機械的強度を高めることができる。
【００２２】
材料Ｒとして繊維強化熱可塑性樹脂を用いる場合、該繊維強化熱可塑性樹脂を構成する強化繊維の繊維長（強化繊維長）は、材料Ｓの強化繊維の繊維長よりも短いことが好ましく、具体的には数平均で０．２〜１００ｍｍであることが好ましい。強化繊維長が０．２ｍｍ以上であれば、リブ部３０の機械的強度がより向上する。一方、強化繊維長が１００ｍｍ以下であれば、材料Ｒの流動性が向上し、プレス成形や射出成形などの方法でリブ部３０を成形する際に、リブ部３０が成形しやすくなる。
【００２３】
材料Ｒ中の強化繊維の体積含有率（ＪＩＳ  Ｋ  ７０５２に準じて測定。）は、１０〜６０％であることが好ましい。
強化繊維の体積含有率を１０％以上であれば、リブ部３０の機械的強度がより向上する。一方、強化繊維の体積含有率を６０％以下であれば、プレス成形や射出成形などの方法でリブ部３０を成形する際に、リブ部３０が成形しやすくなる。
【００２４】
材料Ｓや材料Ｒに使用できる熱可塑性樹脂としては特に制限されないが、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、アクリル樹脂、塩化ビニル、ポリアミド６等のポリアミド、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルスルフォン、ポリサルフォン、ポリエーテルイミド、ポリケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、およびこれらの変性体やブレンド物などが挙げられる。また、熱可塑性樹脂は、添加剤、フィラー、着色剤等を含んでいてもよい。
一方、材料Ｓや材料Ｒに使用できる強化繊維としては、例えばガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維などが挙げられる。
【００２５】
材料Ｓと材料Ｒにおいて、繊維強化熱可塑性樹脂を構成する強化繊維や熱可塑性樹脂は、材料Ｓの曲げ弾性率が材料Ｒの曲げ弾性率よりも高ければ、同じ種類であってもよいし、異なる種類であってもよい。
強化繊維や熱可塑性樹脂が同じ種類である場合、材料Ｓの曲げ弾性率を材料Ｒの曲げ弾性率よりも大きくする方法として、材料Ｓの強化繊維の繊維長を材料Ｒの強化繊維の繊維長よりも長くする方法や、材料Ｓの強化繊維含有率を材料Ｒの強化繊維含有率よりも大きくする方法が挙げられる。また、材料Ｓにおいて、材料Ｒに使用されている強化繊維や熱可塑性樹脂よりも弾性率が大きい強化繊維や熱可塑性樹脂を使用してもよい。
なお、材料Ｒの強化繊維の繊維長が、材料Ｓの強化繊維の繊維長よりも短ければ、例えば図３〜５に示すように、シェル部２０の縁部２２の内側表面２２ａに少なくとも配置される他の材料としても材料Ｒは好適である。
【００２６】
図１のような成形品１０は、例えば次のようにして製造できる。
まず、板状の材料Ｓを作製する。具体的には、強化繊維として多数本の強化繊維フィラメントからなる束状の連続繊維を用意し、これを開繊した後、この繊維束に熱可塑性樹脂を含浸させ、テープ状もしくはシート状の基材、またはテープからなる織物（プリプレグ）を得る。プリプレグの厚みは、用途や目的とする物性などに応じて適宜設定されるため、所望の厚みになるように基材や織物を２枚以上積層させた積層物をプリプレグとして用いてもよい。
ついで、プリプレグ（板状の材料Ｓ）を赤外線加熱炉等の加熱手段で予熱した後、リブ形状の無い金型の上に載せて、断面が開断面形状になるようにプレス成形して、シェル部２０を成形する。
ついで、シェル部２０の内側に、熱可塑性樹脂あるいは強化繊維を含有する熱可塑性樹脂を射出成形してリブ部３０を形成し、成形品１０を得る。
【００２７】
成形品１０の製造方法は、上述した方法に限定されない。
上述した方法では、材料Ｓに含まれる強化繊維として連続繊維を用いているが、例えば熱可塑性樹脂に、非連続の強化繊維が一本一本開繊された状態あるいは束の状態で分散したものや、図６に示すような非繊維強化熱可塑性樹脂を切断した切断物４１が擬似等方的に分散したランダムシート４０などを板状の材料Ｓ（プリプレグ）として用いてもよい。
また、例えば図３〜５に示すように、シェル部２０が材料Ｓと他の材料とで構成された成形品１０を製造する場合は、板状の材料Ｓ（プリプレグ）と他の材料とを積層させてシェル部構成材料を作製し、このシェル部構成材料を用いてシェル部２０を成形してもよい。
【００２８】
また、上述した方法では、シェル部２０を成形した後にリブ部３０を成形しているが、例えば以下のような方法により、シェル部２０とリブ部３０とを同時に成形して、成形品１０を製造してもよい。
まず、上述した方法により板状の材料Ｓを作製する。
別途、板状の材料Ｒを作製する。具体的には、強化繊維として多数本の強化繊維フィラメントからなる束状の連続繊維を用意し、これを開繊した後、この繊維束に熱可塑性樹脂を含浸させてテープ状にした後、任意の長さに切断し、得られた切断物の複数をランダムに分散させた状態で、型内で加熱、加圧、冷却して図６に示すようなランダムシート４０（板状の材料Ｒ）を得る。
ついで、板状の材料Ｒと材料Ｓを積層し、赤外線加熱炉等の加熱手段で予熱した後、リブ形状を有する金型の上に、材料Ｒがリブ側になるように配置してプレス成形し、成形品１０を得る、或いは、板状の材料Ｒと材料Ｓを別々に、赤外線加熱炉等の加熱手段で予熱した後、リブ形状を有する金型の上に、材料Ｒがリブ側になるように材料Ｒと材料Ｓを積層及び配置してプレス成形し、成形品１０を得る。
【００２９】
また、例えば図３〜５に示すように、シェル部２０が材料Ｓと他の材料とで構成された成形品１０を製造する場合は、予め材料Ｓと他の材料を積層させてシェル部構成材料を作製しておき、このシェル部構成材料と材料Ｒ（リブ部構成材料）とを積層し、赤外線加熱炉等の加熱手段で予熱した後、リブ形状を有する金型の上に、材料Ｒ（リブ部構成材料）がリブ側になるように配置してプレス成形して、シェル部２０とリブ部３０とを同時に成形してもよい。
【００３０】
さらに、板状の材料Ｒを赤外線加熱炉等の加熱手段で予熱した後、リブ形状を有する金型の上に載せてプレス成形した後、板状の材料Ｓを張り合わせて成形品１０としてもよい。
【００３１】
以上説明したように、本発明の成形品は、シェル部が、該シェル部の内側に設けられたリブ部を構成する材料Ｒよりも曲げ弾性率の高い材料Ｓを含むので、シェル部自体は高い機械的強度を有する。また、リブ部を構成する材料Ｒの曲げ弾性率が低いということは、材料Ｒが適度な流動性を有することを意味するので、任意の形状のリブ部をシェル部の内側に容易に成形することができる。従って、このリブ部によってシェル部を補強することができるので、本発明の成形品は、全体として高い機械的特性を示す。
なお、材料Ｓのように、曲げ弾性率の高い材料でリブ部も構成されれば、成形品の機械的強度はより高くなると考えられるが、曲げ弾性率の高い材料は流動性に乏しいため、シェル部に比べて複雑な形状であるリブ部を成形することはできない。
【００３２】
しかし、本発明であれば、曲げ弾性率の低い材料Ｒでリブ部を構成し、シェル部に材料Ｒよりも曲げ弾性率の高い材料Ｓを含ませるので、高い機械的特性を示す成形品が容易に得られる。特に、材料Ｒの強化繊維の繊維長が、材料Ｓの強化繊維の繊維長よりも短ければ、材料Ｓの曲げ弾性率が材料Ｒの曲げ弾性率よりも高くなりやすく、かつ、材料Ｒの流動性が向上するので、高い機械的特性を示す成形品がより容易に得られる。
本発明の成形品は、複数の成形品を一体化させてなる複合体の材料として好適である。
なお、本発明において「高い機械的特性を示す」とは、破壊試験において荷重変位曲線の初期勾配が高い、すなわち、ある荷重を与えた場合の変位量が小さいことや破壊が発生するまでの最大荷重値が高いことを意味する。
【００３３】
［複合体］
図７は、本発明の複合体の一例を示す斜視図である。
図７に示す複合体５０は、上述した本発明の成形品１０，１０が、各リブ部３０，３０を内側にして接合され、閉断面形状を形成している。この例の成形品１０，１０は、同じ大きさ、形状を有するものであって、凹状部２１，２１同士、縁部２２，２２同士が互いに対向するように配置された後、対向する縁部２２，２２の内側表面（被接合面）２２ａ，２２ａ同士が振動溶着により接合され、閉断面形状とされている。
【００３４】
図７に示す複合体５０は、例えば次のようにして製造できる。
成形品１０を２つ用意し、これらを凹状部２１，２１同士、縁部２２，２２同士が対向し、閉断面形状をなすように配置して、対向する縁部２２，２２の内側表面（被接合面）２２ａ，２２ａ同士が接合するように、振動溶着法により接合する。振動溶着法は、内側表面２２ａ，２２ａ同士を接触させた状態で振動させることにより接合する方法であり、市販の振動溶着機により行える。
【００３５】
複合体５０の製造方法は、上述した方法に限定されない。
上述した方法では、成形品１０，１０の接合方法として、振動溶着法を例示したが、例えば熱板溶着法、抵抗溶着法、超音波溶着法などを採用してもよい。ただし、これらの中でも、振動溶着法は、他の溶着法に比べて成形品同士を良好に接合でき、好適である。
【００３６】
また、上述した方法では、製造される複合体５０として、同形の２つの成形品１０，１０が接合された閉断面形状のものを例示したが、成形品の数は３つ以上でもよいし、接合される成形品同士は異なる形状であってもよい。
【００３７】
さらに、接合される成形品同士には、同じ種類の熱可塑性樹脂が使用されていると接合しやすいために好適であるが、各成形品１０においてシェル部２０がリブ部３０の材料Ｒよりも曲げ弾性率が高い材料Ｓを含み、かつ接合性に問題がなければ、異なる種類の熱可塑性樹脂が使用されてもよい。また、接合される成形品同士には、通常、同じ種類の強化繊維が使用されるが、目的に応じて、異なる種類の強化繊維が使用されてもよい。
【００３８】
以上説明したように、本発明の複合体は、上述した本発明の成形品の複数を接合させてなるので、全体として高い機械的特性を示す。
【００３９】
このような複合体は、例えば、フロントサブフレーム、リアサブフレーム、フロントピラー、センターピラー、サイドメンバー、クロスメンバー、サイドシル、ルーフレール、プロペラシャフトなどの自動車部品や、海底油田用のパイプ、電線ケーブルコア、印刷機用ロール・パイプ、ロボットフォーク、航空機の一次構造材、二次構造材などに好適に使用される。
【実施例】
【００４０】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４１】
［実施例１］
＜繊維強化熱可塑性樹脂成形品の製造＞
（材料Ｒの作製）
連続強化繊維として、炭素繊維（三菱レイヨン社製、「ＴＲ５０Ｓ」）を使用した。この炭素繊維は、１本の直径が約７μｍであるフィラメントが１２０００本集束した束状のものである。
この炭素繊維束を開繊し、熱可塑性樹脂として無水マレイン酸変性のポリプロピレンを含浸させ、強化繊維の体積含有率が５０％、幅１２ｍｍ、厚み１００μｍの連続炭素繊維強化熱可塑樹脂テープを作成した。
【００４２】
前記連続炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープを３０ｍｍにカットして、これを平板状の金型の上に面内においてランダムに分散し、所定の厚みになるように堆積させた。成形温度２２０℃、成形圧力１．０ＭＰａ、保持時間１０分で加熱加圧成形し、金型を冷却後、図６（ａ）、（ｂ）に示すような、厚み約１．５ｍｍの材料Ｒ１を得た。
同様にして、厚み約２．７ｍｍの材料Ｒ２と、厚み約４ｍｍの材料Ｒ３を得た。
これら材料Ｒ１〜Ｒ３について、万能試験機（島津製作所社製、「ＡＧ−Ｘ」）を用いて曲げ弾性率を測定したところ、いずれも２５ＧＰａであった。
【００４３】
（材料Ｓの作製）
材料Ｒと同様にして、連続炭素繊維強化熱可塑樹脂テープを作成した。
この連続炭素繊維強化熱可塑樹脂テープを、繊維目付け１８０ｇ/ｍ２、厚み約０．２ｍｍの層になるように、一定間隔に配置し引き揃えた後、成形温度１９０℃、成形圧力０．１ＭＰａ、保持時間５分で加熱加圧成形し、金型を冷却後、繊維が一方向に配向した層（材料Ｓ）を得た。
得られた材料Ｓについて、万能試験機（島津製作所社製、「ＡＧ−Ｘ」）を用いて繊維方向の曲げ弾性率を測定したところ、６０ＧＰａであった。
【００４４】
（繊維強化熱可塑性樹脂成形品の製造）
先に作製した材料Ｓを５枚用意し、図８（ａ）、（ｂ）に示すような、厚み約１ｍｍの直交積層体（材料Ｓの長い方向を０°方向とした場合に、０°/９０°/０°/９０°/０°）を作製した。なお、図８中の符号６０は「直交積層体」であり、符号６１は「材料Ｓ」である。
この直交積層体と、先に作製した厚み約１．５ｍｍの材料Ｒ１を２枚組み合わせ、成形温度１９０℃、成形圧力０．１ＭＰａ、保持時間５分で加熱加圧成形し、図９に示すような、一方の面に材料Ｓが、他方の面に材料Ｒ１がそれぞれ配置された、厚み約４ｍｍのシェル部構成材料１（ハイブリッド材料１）を得た。なお、図９中の符号６０は「直交積層体」であり、符号７０は「シェル部構成材料１」であり、符号７１は「材料Ｒ１」である。
【００４５】
得られた厚み４ｍｍのシェル部構成材料１と、先に作製した厚み約４ｍｍの材料Ｒ３を、２７０℃に加熱された赤外線ヒーター（日本ガイシ社製）に５分入れた。赤外線ヒーターからシェル部構成材料１と材料Ｒ３を取り出し、図１０に示すように、材料Ｒ３が下側になるように材料Ｒ３とシェル部構成材料１を、格子状のリブ形状を有する下金型の上に配置した。これらを、上金型温度１３０℃、下金型温度１３０℃、成形圧力３０ＭＰａ、保持時間１分の条件で成形した。この成形により、図１に示すような格子状のリブ部３０が開断面形状のシェル部２０の内側に設けられた成形品１０を得た。なお、図１０中の符号６０は「直交積層体」であり、符号７０は「シェル部構成材料１」であり、符号７１は「材料Ｒ１」であり、符号７２は「材料Ｒ３」である。
【００４６】
＜複合体の製造＞
先に製造した成形品１０を２つ用意し、これらを凹状部２１，２１同士、縁部２２，２２同士が対向し、閉断面形状をなすように配置した。そして、振動溶着機（日本エマソン社製）を用い、対向する縁部２２，２２の内側表面２２ａ，２２ａ同士を接触させた状態で振動させ、内側表面２２ａ，２２ａの樹脂を接合（溶着）させ、図７に示すような、２つの成形品１０，１０が、リブ部３０，３０を内側にして接合され、閉断面形状の複合体５０を得た。なお、接合は、荷重１５ｋＮ、振幅１．５ｍｍの条件で実施し、接合部の厚み（縁部２２，２２の合計の厚み）が０．５ｍｍ減少した時点で振動を止めた。
接合後の複合体５０を手で分離しようとしても分離できず、一体形状を保っていた。
【００４７】
＜評価＞
得られた複合体の質量を測定した。
また、複合体について、万能試験機（島津製作所社製、「ＡＧ−Ｘ」）を用いて３点曲げ試験を実施した。試験条件は、ロードセル：５０ｋＮ、スパン長：３５０ｍｍ、試験速度：毎分５ｍｍ、圧子半径：７５ｍｍ、支持半径：１５ｍｍとした。
３点曲げ試験は万能試験機の変位量が５０ｍｍに到達するまで実施し、その間の最大荷重値を測定した。結果を表１に示す。
さらに、複合体の剛性を示す値として、荷重３０００Ｎ時の変位量を測定した。この値を３ｋＮ変位量として表１に示す。
また、下記式（１）より単位質量当たりの最大荷重［Ｎ／ｇ］を求めた。結果を表１に示す。
単位質量当たりの最大荷重＝最大荷重／複合体の質量 ・・・（１）
【００４８】
また、先の３点曲げ試験により求められた荷重−変位曲線の、荷重０Ｎから荷重３０００Ｎまでの勾配の平均を下記式（２）より求め、この値を０−３ｋＮ平均勾配として表１に示す。
０−３ｋＮ平均勾配＝３０００Ｎ／３０００Ｎ時の変位量    ・・・（２）
【００４９】
また、下記式（３）より単位質量当たりの平均勾配を求めた。結果を表１に示す。
単位質量当たりの平均勾配＝０−３ｋＮ平均勾配／複合体の質量    ・・・（３）
【００５０】
［実施例２］
図１１に示すように、直交積層体を２枚の材料Ｒ１で挟むような構成とした以外は、実施例１と同様の条件にてシェル部構成材料２（ハイブリッド材料２）を作製した。なお、図１１中の符号６０は「直交積層体」であり、符号７１は「材料Ｒ１」であり、符号８０は「シェル部構成材料２」である。
図１２に示すようなシェル部構成材料２と材料Ｒ３の配置パターンにした以外は、実施例１と同様にして成形品および複合体を製造し、３点曲げ試験を実施した。結果を表１に示す。なお、図１２中の符号６０は「直交積層体」であり、符号７１は「材料Ｒ１」であり、符号７２は「材料Ｒ３」であり、符号８０は「シェル部構成材料２」である。
【００５１】
［比較例１］
成形品の製造においてシェル部構成材料１の代わりに、厚み２．７ｍｍの材料Ｒ２を用い、かつ、内側にリブ形状を有さない金型を使用した以外は、実施例１と同様にして成形品および複合体を製造し、３点曲げ試験を実施した。結果を表１に示す。
【００５２】
［比較例２］
成形品の製造においてシェル部構成材料１の代わりに、厚み４ｍｍの材料Ｒ３を用いた以外は、実施例１と同様にして成形品および複合体を製造し、３点曲げ試験を実施した。結果を表１に示す。
【００５３】
［比較例３］
成形品の製造において厚み４ｍｍの材料Ｒ３の代わりに、厚み２．７ｍｍの材料Ｒ２を用い、かつ、内側にリブ形状を有しない金型を使用した以外は、実施例１と同様にして成形品および複合体を製造し、３点曲げ試験を実施した。結果を表１に示す。
【００５４】
【表１】
0005968600.tif 000002
【００５５】
表１から明らかなように、実施例１、２で得られた複合体は、比較例１〜３で得られた複合体と比べて、３点曲げ試験における最大荷重が１１ｋＮ以上、単位質量当たりの最大荷重が３０．６Ｎ／ｇ以上、０−３ｋＮ平均勾配が３０００Ｎ／ｍｍ以上、単位質量当たりの平均勾配が８．３以上と高く、かつ３ｋＮ変位量が１．０ｍｍ以下と低く、高い機械的特性を示した。
一方、比較例１〜３で得られた複合体は、実施例１、２で得られた複合体に比べて機械的特性に劣っていた。
【符号の説明】
【００５６】
１０  繊維強化熱可塑性樹脂成形品
２０  シェル部
２１  凹状部
２２  縁部
２２ａ  内側表面
３０  リブ部
５０  複合体
６１  材料Ｓ
７０  シェル部構成材料１
７１  材料Ｒ１
７２  材料Ｒ３
８０  シェル部構成材料２
【図１】
0005968600.tif 000003
【図２】
0005968600.tif 000004
【図３】
0005968600.tif 000005
【図４】
0005968600.tif 000006
【図５】
0005968600.tif 000007
【図６】
0005968600.tif 000008
【図７】
0005968600.tif 000009
【図８】
0005968600.tif 000010
【図９】
0005968600.tif 000011
【図１０】
0005968600.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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