(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１繊維からなる芯材及び前記芯材に含浸された第１樹脂からなり且つ開いた横断面を有する骨格部材と、熱可塑性樹脂である第２樹脂及び前記第２樹脂に混練された第２繊維からなり且つ前記骨格部材の外側面及び前記横断面の開口部を覆う閉じた横断面を有する外壁部材と、を備え、前記骨格部材の前記横断面の内壁と、前記骨格部材の前記横断面の開口部を覆う前記外壁部材の内壁と、によって画定される中空部を有する、筒状の荷重エネルギー吸収複合材の製造方法であって、
前記中空部及び前記外壁部材に対応する形状を有する領域である第１領域及び前記中空部に対応する形状を有する領域である第２領域を備える中子の前記第１領域が前記荷重エネルギー吸収複合材の外形に対応する成形空間である第１空間を有する成形型の前記第１空間に配置されている状態である第１状態とする第１工程と、
前記第１状態にある前記中子と前記成形型とによって画定される前記骨格部材の形状に対応する成形空間である第２空間に前記芯材を配置する第２工程と、
前記成形型を閉じ、前記第１樹脂の液状モノマー、重合開始剤及び重合触媒を含む第１原料を前記芯材が配置された前記第２空間内に充填する第３工程と、
前記第２空間内に充填された前記第１原料を加熱して前記モノマーを重合させて前記第１樹脂とすることにより前記骨格部材を成形する第４工程と、
前記中子の前記第２領域が前記成形型の前記第１空間に配置されている状態である第２状態とすることにより前記骨格部材の外側壁と前記第１空間の内側壁との間に前記外壁部材の形状に対応する成形空間である第３空間を生じさせる第５工程と、
溶融された前記第２樹脂及び前記第２繊維を含む第２原料を前記第３空間に射出することにより前記外壁部材を成形する第６工程と、
を含む、荷重エネルギー吸収複合材の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の荷重エネルギー吸収複合材の製造方法であって、
前記第１樹脂は６−ナイロンであり、
前記第１原料は、溶融されたε−カプロラクタム、重合開始剤及び重合触媒を含み、
前記第２樹脂はナイロン系ポリアミド樹脂である、
荷重エネルギー吸収複合材の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の荷重エネルギー吸収複合材の製造方法であって、
前記第１繊維は、ガラス繊維、炭素繊維及び植物由来の繊維からなる群より選ばれる１種以上の繊維であり、
前記第２繊維は、ガラス繊維、炭素繊維及び植物由来の繊維からなる群より選ばれる１種以上の繊維である、
荷重エネルギー吸収複合材の製造方法。
【請求項４】
第１繊維からなる芯材及び前記芯材に含浸された第１樹脂からなり且つ開いた横断面を有する骨格部材と、熱可塑性樹脂である第２樹脂及び前記第２樹脂に混練された第２繊維からなり且つ前記骨格部材の外側面及び前記横断面の開口部を覆う閉じた横断面を有する外壁部材と、を備え、前記骨格部材の前記横断面の内壁と、前記骨格部材の前記横断面の開口部を覆う前記外壁部材の内壁と、によって画定される中空部を有する、筒状の荷重エネルギー吸収複合材であって、
前記第１樹脂は６−ナイロンであり、
前記第２樹脂はナイロン系ポリアミド樹脂である、
荷重エネルギー吸収複合材。
【請求項５】
請求項４に記載の荷重エネルギー吸収複合材であって、
前記第１繊維は、ガラス繊維、炭素繊維及び植物由来の繊維からなる群より選ばれる１種以上の繊維であり、
前記第２繊維は、ガラス繊維、炭素繊維及び植物由来の繊維からなる群より選ばれる１種以上の繊維である、
荷重エネルギー吸収複合材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷重エネルギー吸収複合材の製造方法に関する。より詳しくは、本発明は、十分な剛性を維持しつつ軽量化が可能な閉じ断面形状を有する荷重エネルギー吸収複合材を高い生産性にて製造可能な製造方法に関する。更に、本発明は、十分な剛性を維持しつつ軽量化が可能な閉じ断面形状を有する荷重エネルギー吸収複合材にも関する。
【背景技術】
【０００２】
当該技術分野においては、例えば、車両の衝突時における衝撃を緩和するバンパ装置を構成する荷重エネルギー吸収材が広く使用されている。このような荷重エネルギー吸収材においては、剛性向上及び軽量化の観点から、その横断面（荷重エネルギー吸収材の長さ方向（軸方向）に直交する平面による断面）の形状を例えば四角形等の閉じた形状（以下、「閉じ断面形状」と称呼される場合がある。）とすることが望ましいことが知られている。
【０００３】
また、上記のような問題を回避するために、荷重エネルギー吸収材の横断面形状を、例えば略Ｕ字状等の開いた形状（以下、「開き断面形状」と称呼される場合がある。）とすることも考えられる。しかしながら、開き断面形状を有する荷重エネルギー吸収材は、閉じ断面形状を有する荷重エネルギー吸収材に比べて、製作が容易であるものの、剛性の確保が困難である。具体的には、例えば、車両の衝突時における衝撃を緩和するときに捻れが生ずる等の問題を招く虞がある。
【０００４】
そこで、当該技術分野においては、一対の略Ｕ字状の横断面形状（開き断面形状）を有する繊維強化樹脂製の骨格部材を結合したり、略Ｕ字状の横断面形状を有する繊維強化樹脂製の骨格部材の開口部を繊維強化樹脂製の板によって塞いだりすることにより、四角筒形状の荷重エネルギー吸収材を構成することが提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００５】
しかしながら、上記のように略Ｕ字状の横断面形状を有する繊維強化樹脂製の骨格部材を結合して四角筒形状の荷重エネルギー吸収材を形成する場合、例えば接着剤及び／又はリベット等を使用して骨格部材を結合するための接合代を骨格部材に形成する必要がある。このような接合代は、荷重エネルギー吸収材の軽量化の支障となる。
【０００６】
そこで、当該技術分野においては、熱硬化性樹脂を含浸させた三次元織物からなる略Ｕ字状の横断面形状を有する骨格部材の周囲に熱硬化性樹脂を付着させたフィラメントを巻き付けてフィラメントワインディング部を形成することによって四角筒形状の荷重エネルギー吸収複合材を構成することが提案されている（例えば、特許文献２を参照。）。
【０００７】
上記荷重エネルギー吸収複合材は、フィラメントワインディング部によって略Ｕ字状の横断面形状を有する骨格部材の開口部が塞がれるので、接合代を設ける必要が無く、軽量化及び剛性の向上の観点から望ましい。しかしながら、一般に、熱硬化性樹脂の前駆体（例えば、エポキシ系樹脂のプレポリマー）の粘度は高いため、三次元織物を構成する繊維の間に均質に前駆体を含浸させるのに長時間を要する。また、前駆体が含浸していないボイド（空隙）の存在比率を許容範囲内に収めるためには骨格部材における繊維の含有率を抑えざるを得ない。その結果、骨格部材の剛性を高めるためには骨格部材の肉厚を増大させざるを得ず、荷重エネルギー吸収材の軽量化の支障となる。更に、前駆体を反応させて熱硬化性樹脂を硬化させるためにも長時間（例えば、１０分以上）を要する。従って、熱硬化性樹脂を含浸させた三次元織物からなる骨格部材の生産性を高めることは困難である。加えて、骨格部材の周囲にフィラメントを巻き付けるための装置（フィラメントワインディング装置）が必要であるため、設備コスト及び成形工数の増大を招く。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第６４０６０８８号明細書
【特許文献２】特開２００６−３４７４４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述したように、当該技術分野においては、様々な荷重エネルギー吸収複合材及び当該荷重エネルギー吸収複合材の製造方法が提案されているものの、十分な剛性を維持しつつ軽量化が可能な閉じ断面形状を有する荷重エネルギー吸収複合材を高い生産性にて製造可能な製造方法は未だ実現されていない。そこで、本発明は、十分な剛性を維持しつつ軽量化が可能な閉じ断面形状を有する荷重エネルギー吸収複合材を高い生産性にて製造可能な製造方法を提供することを１つの目的とする。更に、本発明は、十分な剛性を維持しつつ軽量化が可能な閉じ断面形状を有する荷重エネルギー吸収複合材を提供することをもう１つの目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究の結果、繊維からなる芯材に含浸させたモノマーを型内重合することによって骨格部材を成形し、次いで繊維強化された熱可塑性樹脂を当該骨格部材の周囲に射出して外壁部材を成形することにより、十分な剛性を維持しつつ軽量化が可能な閉じ断面形状を有する筒状の荷重エネルギー吸収複合材を高い生産性にて製造することができることを見出した。
【００１１】
即ち、本発明の１つの態様に係る荷重エネルギー吸収複合材の製造方法（以下、「本発明方法」と称呼される場合がある。）は、
第１繊維からなる芯材及び前記芯材に含浸された第１樹脂からなり且つ開いた横断面を有する骨格部材と、熱可塑性樹脂である第２樹脂及び前記第２樹脂に混練された第２繊維からなり且つ前記骨格部材の外側面及び前記横断面の開口部を覆う閉じた横断面を有する外壁部材と、を備え、前記骨格部材の前記横断面の内壁と、前記骨格部材の前記横断面の開口部を覆う前記外壁部材の内壁と、によって画定される中空部を有する、筒状の荷重エネルギー吸収複合材の製造方法であって、
前記中空部及び前記外壁部材に対応する形状を有する領域である第１領域及び前記中空部に対応する形状を有する領域である第２領域を備える中子の前記第１領域が前記荷重エネルギー吸収複合材の外形に対応する成形空間である第１空間を有する成形型の前記第１空間に配置されている状態である第１状態とする第１工程と、
前記第１状態にある前記中子と前記成形型とによって画定される前記骨格部材の形状に対応する成形空間である第２空間に前記芯材を配置する第２工程と、
前記成形型を閉じ、前記第１樹脂の液状モノマー、重合開始剤及び重合触媒を含む第１原料を前記芯材が配置された前記第２空間内に充填する第３工程と、
前記第２空間内に充填された前記第１原料を加熱して前記モノマーを重合させて前記第１樹脂とすることにより前記骨格部材を成形する第４工程と、
前記中子の前記第２領域が前記成形型の前記第１空間に配置されている状態である第２状態とすることにより前記骨格部材の外側壁と前記第１空間の内側壁との間に前記外壁部材の形状に対応する成形空間である第３空間を生じさせる第５工程と、
溶融された前記第２樹脂及び前記第２繊維を含む第２原料を前記第３空間に射出することにより前記外壁部材を成形する第６工程と、
を含む、荷重エネルギー吸収複合材の製造方法である。
【００１２】
更に、本発明の１つの態様に係る荷重エネルギー吸収複合材（以下、「本発明複合材」と称呼される場合がある。）は、第１繊維からなる芯材及び前記芯材に含浸された第１樹脂からなり且つ開いた横断面を有する骨格部材と、熱可塑性樹脂である第２樹脂及び前記第２樹脂に混練された第２繊維からなり且つ前記骨格部材の外側面及び前記横断面の開口部を覆う閉じた横断面を有する外壁部材と、を備え、前記骨格部材の前記横断面の内壁と、前記骨格部材の前記横断面の開口部を覆う前記外壁部材の内壁と、によって画定される中空部を有する、筒状の荷重エネルギー吸収複合材であって、前記第１樹脂は６−ナイロンであり、前記第２樹脂はナイロン系ポリアミド樹脂である、荷重エネルギー吸収複合材である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明方法においては低い粘度を有するモノマーを芯材に含浸させるので、骨格部材に占める芯材の比率を高めても、前述したように高い粘度を有する熱硬化性樹脂の前駆体を芯材に含浸させる従来技術と比較して、ボイドが発生し難く且つ短い期間のうちに含浸を完了することができる。その結果、同じ肉厚であっても、より高い剛性を有する骨格部材を高い生産性にて成形することができる。
【００１４】
従って、前述したように高い剛性を有するフィラメントワインディング部に代えて、繊維強化された熱可塑性樹脂の射出成形によって成形される外壁部材を採用しても、荷重エネルギー吸収複合材として十分な剛性を達成することができる。即ち、本発明方法において、設備コスト及び成形工数の増大を招くフィラメントワインディング装置は不要である。
【００１５】
即ち、本発明方法によれば、十分な剛性を維持しつつ軽量化が可能な閉じ断面形状を有する荷重エネルギー吸収複合材を高い生産性にて製造可能な製造方法を提供することができる。更に、本発明複合材によれば、十分な剛性を維持しつつ軽量化が可能な閉じ断面形状を有する荷重エネルギー吸収複合材を提供することができる。
【００１６】
本発明の他の目的、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される本発明の各実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る荷重エネルギー吸収複合材の製造方法（第１方法）によって製造される荷重エネルギー吸収複合材の構成の１つの具体例を示す模式図である。
【図２】第１方法において使用される成形型の中に収められる中子の構成の１つの具体例を示す模式図である。
【図３】成形型の構成並びに第１方法に含まれる各工程を説明するための成形型及び中子の模式的な断面図である。
【図４】実施例及び比較例に係る骨格部材の弾性率の測定結果を示す模式的なグラフである。
【図５】実施例及び比較例に係る荷重エネルギー吸収複合材の衝撃荷重エネルギー吸収量の測定結果を示す模式的なグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
《第１実施形態》
以下、図面を参照しながら本発明の第１実施形態に係る荷重エネルギー吸収複合材の製造方法（以下、「第１方法」と称呼される場合がある。）について説明する。
【００１９】
〈荷重エネルギー吸収複合材の構成〉
第１方法についての説明に先立ち、第１方法によって製造される荷重エネルギー吸収複合材の構成の具体例につき、図１を参照しながら以下に説明する。
【００２０】
先ず、図１の（ｂ）に示す従来技術に係る製造方法（従来方法）によって製造される従来技術に係る荷重エネルギー吸収複合材１０ｂは、略Ｕ字状の骨格部材１１ｂの周囲に外壁部材１２ｂが形成されてなる筒状（四角筒状）の形状を有する荷重エネルギー吸収複合材である。骨格部材１１ｂは、熱硬化性樹脂であるエポキシ系樹脂を含浸させた三次元織物からなり且つ開いた横断面を有する。外壁部材１２ｂは、熱硬化性樹脂であるエポキシ系樹脂を付着させたフィラメントを骨格部材１１ｂの周囲に巻き付けることによって形成されたフィラメントワインディング部である。荷重エネルギー吸収複合材１０ｂは、骨格部材１１ｂの横断面の内壁と、骨格部材１１ｂの横断面の開口部を覆う外壁部材１２ｂの内壁と、によって画定される中空部１３ｂを有する。
【００２１】
上記のような構成を有する荷重エネルギー吸収複合材１０ｂの製造方法は、前述したように、高い粘度を有するプレポリマーの含浸及び硬化を行う工程を必要とするので、骨格部材における繊維の含有率を高めて剛性を上げることは困難であり、エポキシ系樹脂の硬化に要する時間が長い。加えて、フィラメントワインディング装置が必要であるため製造コストも大きい。
【００２２】
一方、図１の（ａ）に示す第１方法によって製造される本発明に係る荷重エネルギー吸収複合材１０ａもまた、略Ｕ字状の骨格部材１１ａの周囲に外壁部材１２ａが形成されてなる筒状（四角筒状）の形状を有する荷重エネルギー吸収複合材である。骨格部材１１ａは、第１繊維からなる芯材及び芯材に含浸された第１樹脂からなり且つ開いた横断面を有する。外壁部材１２ａは、熱可塑性樹脂である第２樹脂及び第２樹脂に混練された第２繊維からなり且つ骨格部材１１ａの外側面と横断面の開口部とを覆う閉じた横断面を有する。更に、荷重エネルギー吸収複合材１０ａは、骨格部材１１ａの横断面の内壁と、骨格部材１１ａの横断面の開口部を覆う外壁部材１２ａの内壁と、によって画定される中空部１３ａを有する。
【００２３】
上記のように本発明に係る荷重エネルギー吸収複合材１０ａは従来技術に係る荷重エネルギー吸収複合材１０ｂと類似の構造を有する。しかしながら、荷重エネルギー吸収複合材１０ａは、その構成材料及び製造方法により、十分な剛性を維持しつつ軽量化を達成することができる。更に、荷重エネルギー吸収複合材１０ａは、上述した従来方法によって製造される荷重エネルギー吸収複合材１０ｂに比べて、より高い生産性にて製造することができる。
【００２４】
尚、図１の（ａ）は、あくまでも第１方法によって製造される本発明に係る荷重エネルギー吸収複合材の構成の一例を示す例示に過ぎず、本発明に係る荷重エネルギー吸収複合材の構成は当該例示に限定されない。骨格部材の横断面は、開いた形状である限り特に限定されず、例えば、上述した略Ｕ字状（一辺が欠落した四角形状）であっても、略Ｃ字状（一部が欠落した円形状又は楕円形状）であっても、或いは一辺が欠落した多角形状であってもよい。また、荷重エネルギー吸収複合材の形状は、その横断面が閉じた形状である限り特に限定されず、例えば、上述した四角筒状であっても、円筒形状又は楕円筒形状であっても、或いは多角筒形状であってもよい。但し、第１方法に関する以下の説明においては、上述した四角筒状の形状を有する荷重エネルギー吸収複合材１０ａを製造する場合に着目して説明する。
【００２５】
〈第１方法の詳細〉
（１）中子の構成
ここで、第１方法において使用される中子の構成の１つの具体例について詳しく説明する。図２の（ａ）は、第１方法において使用される中子２０の斜視図であり、図２の（ｂ）は、荷重エネルギー吸収複合材１０ａの軸方向において中子２０の第１領域２１ａを見た場合における平面図である。
【００２６】
図２の（ａ）及び（ｂ）に示すように、中子２０は、外壁部材１２ａに対応する形状を有する部分２２及び中空部１３ａに対応する形状を有する部分２３からなる領域である第１領域２１ａを備える。更に、図２の（ａ）示すように、中子２０は、中空部１３ａに対応する形状を有する部分２３を有する領域である第２領域２１ｂを備える。部分２２及び部分２３によって画定される空間（第２空間）２４は略Ｕ字状の骨格部材１１ａの形状に対応する成形空間（第２空間）である。
【００２７】
尚、図２においては、外壁部材１２ａに対応する形状を有する部分２２と中空部１３ａに対応する形状を有する部分２３とを識別し易いように両者の境界に破線が描かれているが、これらの部分は必ずしも別個の部分として形成されている必要は無く、連続した一体的な部分として形成されていてもよい。
【００２８】
中子２０は、図２の（ａ）において白抜きの両矢印によって示したように、成形型の中で荷重エネルギー吸収複合材１０ａの軸方向に摺動することにより、成形型を開くこと無く成形空間の形状を変化させて、骨格部材１１ａ及び外壁部材１２ａを順次成形することを可能とする。
【００２９】
（２）成形型の構成
次に、図３の（ａ）を参照しながら、成形型の構成について説明する。図３の（ａ）は、図２の（ｂ）に示した線Ｘ−Ｘを通る紙面に垂直な平面による成形型３０及び中子２０の断面を黒塗りの矢印の向きに観察した場合における模式図であり、中子２０及び成形型３０の模式的な断面図が向かって左側及び右側にそれぞれ示されている。中子２０については、図２を参照しながら既に説明したので、ここでは説明を繰り返さない。一方、成形型３０は下型３０ａ及び上型３０ｂからなり、荷重エネルギー吸収複合材１０ａの外形に対応する成形空間である第１空間３１が下型３０ａに形成されている。
【００３０】
図２に示したように、中子２０の第２領域２１ｂは第１領域２１ａの紙面に向かって下側に突出した部分２３によって構成されている。従って、中子２０の第１領域２１ａが成形型３０の第１空間３１に配置されている状態である第１状態にあるときに中子２０の部分２３の下部からなる第２領域２１ｂを収容する空間３２ａが下型３０ａに形成されている。一方、中子２０の第２領域２１ｂが成形型３０の第１空間３１に配置されている状態である第２状態にあるときに中子２０の部分２２と部分２３の上部とからなる第１領域２１ａを収容する空間３２ｂが上型３０ｂに形成されている。これにより、中子２０は成形型３０の中で荷重エネルギー吸収複合材１０ａの軸方向に摺動することができる。
【００３１】
尚、当然のことながら、第１方法を実施する荷重エネルギー吸収複合材１０ａの製造装置は、例えば成形型３０の中で中子２０を摺動させるための駆動装置、成形型の温度を所定の温度に維持するための加熱装置並びに骨格部材及び外壁部材の原料を成形型の内部に注入するための設備等を備える。
【００３２】
また、第１方法においては、上記のように中子２０が成形型３０の中で摺動することにより、下型３０ａに形成されている成形型３０の第１空間３１と上型３０ｂに形成されている空間３２ｂとの間で中子２０の第１領域２１ａの位置が切り替えられる。しかしながら、このような構成はあくまでも一例であり、成形型３０の構成は上記に限定されない。例えば、中子２０の第１領域２１ａが下型３０ａの内部においてのみ摺動するように、中子２０の第１領域２１ａを収容する空間３２ｂが下型３０ａに形成されていてもよく、或いは中子２０の第１領域２１ａが上型３０ｂの内部においてのみ摺動するように、荷重エネルギー吸収複合材１０ａの外形に対応する成形空間である第１空間３１が上型３０ｂに形成されていてもよい。
【００３３】
（３）第１方法に含まれる各工程
ここでは、図３の（ｂ）乃至（ｇ）を参照しながら、第１方法に含まれる各工程を説明する。これらの図は、図３の（ａ）と同じ方向から成形型３０及び中子２０の断面を観察した場合における模式図であり、各工程における成形型３０における中子２０の配置及び荷重エネルギー吸収複合材１０ａの各構成材料の状態を示す。従って、図３の（ａ）において符号が付されていない構成要素が初めて出現した場合においてのみ符号を付す。
【００３４】
第１方法は、前述したように、以下に列挙する第１工程乃至第６工程を含む。但し、以下の説明は、あくまでも第１方法についての理解を容易にすることを目的として第１方法を６つの工程に分けて説明するものであり、第１方法に含まれる工程の数を限定することを目的とするものと解釈されるべきではない。
【００３５】
Ｉ）第１工程
第１工程においては、中空部１３ａ及び外壁部材１２ａに対応する形状を有する領域である第１領域２１ａ及び中空部１３ａに対応する形状を有する領域である第２領域２１ｂを備える中子２０の第１領域２１ａが荷重エネルギー吸収複合材１０ａの外形に対応する成形空間である第１空間３１を有する成形型３０の第１空間３１に配置されている状態である第１状態とする。
【００３６】
具体的には、第１状態は、（ｂ）に示すように、中子２０の第１領域２１ａが下型３０ａの第１空間３１に収容され、中子２０の第２領域２１ｂが下型３０ａの空間３２ａに収容されている状態である。これにより、骨格部材１１ａの形状に対応する成形空間である第２空間２４が中子２０と成形型３０とによって画定される。
【００３７】
ＩＩ）第２工程
第２工程においては、（ｃ）において格子模様によって示すように、第１状態にある中子２０と成形型３０とによって画定される骨格部材１１ａの形状に対応する成形空間である第２空間２４に第１繊維からなる芯材１４ａを配置する。芯材１４ａを構成する第１繊維は、荷重エネルギー吸収複合材１０ａの成形条件及び使用環境に耐え且つ強化材としての機能を発揮する繊維である限り、特に限定されない。例えば、第１繊維は、ガラス繊維、炭素繊維及び植物由来の繊維からなる群より選ばれる１種以上の繊維である。
【００３８】
これらの中でも、炭素繊維は、熱伝導性が高く、後述する第４工程における加熱時にモノマーへの熱伝導を促進して、型内重合の均質且つ迅速な進行に寄与するので好ましい。更に、エポキシ系樹脂を集束剤として使用する炭素繊維は、第１樹脂として６−ナイロン等のポリアミド系樹脂を採用する場合において、芯材１４ａと第１樹脂との親和性を高め、骨格部材１１ａの剛性を高めることに寄与するので、より好ましい。また、第１繊維の形態も特に限定されないが、具体例としては、例えば、三次元織物、二次元織物、編み物及びステッチ等を挙げることができる。
【００３９】
ＩＩＩ）第３工程
第３工程においては、（ｄ）に示すように、上型３０ｂによって成形型３０を閉じ、第１樹脂の液状モノマー、重合開始剤及び重合触媒を含む第１原料を芯材１４ａが配置された第２空間２４内に充填する（白抜きの矢印を参照。）。第１樹脂は、そのモノマーが重合温度以下の温度において芯材１４ａに容易に含浸し得る程度に十分に低い粘度を呈し且つ型内重合が可能である限り、特に限定されない。ε−カプロラクタムの開環重合によって得られる６−ナイロンは第１樹脂として特に好ましく、この場合、第１原料は、溶融されたε−カプロラクタム、重合開始剤及び重合触媒を含む。重合開始剤としては例えばジシクロヘキシルメタン４，４’−ジイソシアネート等のイソシアネート類を使用することができ、重合触媒としては例えば水素化ナトリウムを使用することができる。
【００４０】
尚、第１原料の調製方法としては、例えば、先ず、モノマーと重合開始剤との混合物（ε−カプロラクタムとイソシアネート類との混合物）と、モノマーと重合触媒との混合物（ε−カプロラクタムと水素化ナトリウムとの混合物）と、を別個に調製する。そして、これらの混合物をそれぞれ所定の温度（例えば、モノマーの融点以上の温度）に加熱してモノマーを溶融させる。そして、両者を併せて十分に混合することにより第１原料を調製することができる。更に、第１原料を真空引き（減圧）に付して気泡を抜いてもよい。
【００４１】
上記のように第１方法に含まれる第３工程においては、第１樹脂の液状モノマー、重合開始剤及び重合触媒を含む第１原料が、芯材１４ａが配置された第２空間２４内に充填される。この際、第１樹脂のモノマーが芯材１４ａに容易に含浸し得る程度に十分に低い粘度を呈する温度にて充填が行われる。従って、第１樹脂のモノマーの芯材１４ａへの含浸が促進され、結果としてボイドの少ない良好な（緻密な）構造を有する骨格部材１１ａが得られる。また、従来技術に係る荷重エネルギー吸収材の骨格部材に比べて、骨格部材１１ａにおける第１繊維の含有率を高めることができるので、骨格部材１１ａの肉厚を増大させること無く、骨格部材１１ａの剛性を高めることができる。即ち、荷重エネルギー吸収材１０ａの重量の増大を抑えつつ骨格部材１１ａの剛性を高めることができるので、軽量化の観点からも望ましい。
【００４２】
ＩＶ）第４工程
第４工程においては、（ｅ）に示すように、第２空間２４内に充填された第１原料を加熱してモノマーを重合させて第１樹脂とすることにより骨格部材１１ａを成形する（格子部分を参照。）。具体的な重合温度は、例えば、選択したモノマー、重合開始剤及び重合触媒の組み合わせ等によって定まる重合反応性等に応じて適宜定めることができる。例えば、第１樹脂が６−ナイロンであり、選択したモノマー、重合開始剤及び重合触媒がそれぞれε−カプロラクタム、ジシクロヘキシルメタン４，４’−ジイソシアネート及び水素化ナトリウムである場合、重合温度は１２０乃至１６０℃とすることができる。
【００４３】
Ｖ）第５工程
第５工程においては、中子２０の第２領域２１ｂが成形型３０の第１空間３１に配置されている状態である第２状態とすることにより骨格部材１１ａの外側壁と第１空間３１の内側壁との間に外壁部材１２ａの形状に対応する成形空間である第３空間２５を生じさせる。
【００４４】
具体的には、第２状態は、（ｆ）に示すように中子２０が上型３０ｂ側に摺動して、中子２０の第１領域２１ａが上型３０ｂの空間３２ｂに収容され、中子２０の第２領域２１ｂが下型３０ａの第１空間３１に収容されている状態である。これにより、外壁部材１２ａの形状に対応する成形空間である第３空間２５が骨格部材１１ａの外側壁と第１空間３１の内側壁とによって画定される。
【００４５】
尚、第４工程における第１樹脂の重合度が十分に高まる前に第５工程を実行した場合、第１樹脂のモノマー、オリゴマー及び／又は未硬化の第１樹脂が第３空間に流れ込み、意図した構成を有する荷重エネルギー吸収複合材を成形することが困難となる虞がある。一方、骨格部材１１ａと外壁部材１２ａとの界面における接合強度を高める観点からは、第４工程における第１樹脂の重合が完了する前に第５工程及び第６工程を実行することが望ましい。
【００４６】
第４工程における加熱処理の好ましい保持時間は、例えば結果として得られる荷重エネルギー吸収複合材の剛性及び骨格部材と外壁部材との界面観察等の実験結果に基づいて、適宜定めることができる。例えば、第１樹脂が６−ナイロンであり、選択したモノマー、重合開始剤及び重合触媒がそれぞれε−カプロラクタム、ジシクロヘキシルメタン４，４’−ジイソシアネート及び水素化ナトリウムである場合、第４工程における１２０乃至１３０℃の重合温度の好ましい保持時間は概ね４分乃至５分程度である。これは、熱硬化性樹脂を骨格部材の構成材料として採用する従来技術に係る荷重エネルギー吸収複合材の製造方法における熱硬化性樹脂の硬化時間（１０分以上）に比べて大幅に短く、第１方法による生産性向上効果が大きいことを示す。
【００４７】
ＶＩ）第６工程
第６工程においては、溶融された第２樹脂及び第２繊維を含む第２原料を第３空間２５に射出することにより外壁部材１２ａを成形する。これにより、熱可塑性樹脂である第２樹脂及び第２樹脂に混練された第２繊維からなり且つ骨格部材１１ａの外側面及び横断面の開口部を覆う閉じた横断面を有する外壁部材１２ａを成形することができる。
【００４８】
第２樹脂は、射出成形によって外壁部剤１２ａを成形することが可能な熱可塑性樹脂である限り、特に限定されないが、骨格部材１１ａと外壁部剤１２ａとの接合強度を高める観点からは、第１樹脂と同系の樹脂であることが好ましく（例えばポリアミド系同士及びポリオレフィン系同士等）、第１樹脂と同一の樹脂であることがより好ましい。具体的には、例えば、骨格部材１１ａを構成する第１樹脂として６−ナイロンを採用する場合、第２樹脂はナイロン系ポリアミド樹脂であることが好ましく、第１樹脂と同一の６−ナイロンであることがより好ましい。
【００４９】
第２繊維もまた、荷重エネルギー吸収複合材１０ａの成形条件及び使用環境に耐え且つ強化材としての機能を発揮する繊維である限り、特に限定されない。例えば、第２繊維は、ガラス繊維、炭素繊維及び植物由来の繊維からなる群より選ばれる１種以上の繊維である。これらの中でも、炭素繊維は、熱伝導性が高く、第６工程における加熱時に第２樹脂への熱伝導を促進して、射出成形の均質且つ迅速な進行に寄与するので好ましい。更に、エポキシ系樹脂を集束剤として使用する炭素繊維は、第２樹脂として６−ナイロン等のポリアミド系樹脂を採用する場合において、第２繊維と第２樹脂との親和性を高め、外壁部材１２ａの剛性を高めることに寄与するので、より好ましい。
【００５０】
熱可塑性樹脂である第２樹脂中に第２繊維を混練するための具体的な手法は特に限定されず、当該技術分野において広く用いられる種々の手法の中から適宜選択することができる。具体的には、例えば、射出成形用の長繊維強化樹脂ペレットを溶融押出することにより、上記第２原料を第３空間２５に射出してもよい。或いは、例えば第２樹脂のペレット及び／又は粉末と第２繊維のチョップドファイバーとのドライブレンド並びに第２樹脂のペレット及び／又は粉末と第２繊維のロービングとのドライブレンド等のドライブレンドを溶融押出することにより、上記第２原料を第３空間２５に射出してもよい。
【００５１】
尚、上記のように熱可塑性樹脂である第２樹脂及び第２樹脂に混練された第２繊維からなる外壁部材１２ａは、前述したようなフィラメントワインディング部に比べて剛性が低い場合がある。しかしながら、第１方法によって成型される骨格部材１１ａは、上述したように、第１樹脂のモノマーが芯材１４ａに含浸し易いことからボイドの少ない良好な（緻密な）構造を有し且つ第１繊維の含有率を高めることができる。従って、外壁部剤１２ａの剛性が低い場合であっても、荷重エネルギー吸収材１０ａ全体としての剛性を十分に確保することができると共に、例えば車両の衝突時等における衝撃を緩和するときに捻れが生ずる等の問題を低減することができる。
【００５２】
〈まとめ〉
即ち、第１方法によれば、十分な剛性を維持しつつ軽量化が可能な閉じ断面形状を有する荷重エネルギー吸収複合材を高い生産性にて製造することができる。
【００５３】
《第２実施形態》
以下、本発明の第２実施形態に係る荷重エネルギー吸収複合材（以下、「第２複合材」と称呼される場合がある。）について説明するが、その構成については、上述した第１方法に関する説明の中で詳細に述べたので、ここでは詳細な説明は割愛し、概要のみを説明する。
【００５４】
〈荷重エネルギー吸収複合材の構成〉
第２複合材は、図１の（ａ）に示したように、第１繊維からなる芯材１４ａ及び芯材１４ａに含浸された第１樹脂からなり且つ開いた横断面を有する骨格部材１１ａと、熱可塑性樹脂である第２樹脂及び当該第２樹脂に混練された第２繊維からなり且つ骨格部材１１ａの外側面及び横断面の開口部を覆う閉じた横断面を有する外壁部材１２ａと、を備え、骨格部材１１ａの横断面の内壁と、骨格部材１１ａの横断面の開口部を覆う外壁部材１２ａの内壁と、によって画定される中空部１３ａを有する、筒状の荷重エネルギー吸収複合材１０ａである。更に、上記第１樹脂は６−ナイロンであり、上記第２樹脂はナイロン系ポリアミド樹脂である。
【００５５】
好ましくは、上記第１繊維は、ガラス繊維、炭素繊維及び植物由来の繊維からなる群より選ばれる１種以上の繊維であり、上記第２繊維は、ガラス繊維、炭素繊維及び植物由来の繊維からなる群より選ばれる１種以上の繊維である。
【００５６】
第２複合材によれば、十分な剛性を維持しつつ軽量化が可能な閉じ断面形状を有する荷重エネルギー吸収複合材を提供することができる。
【実施例】
【００５７】
以上説明してきた第１方法によって製造される第２複合材の１つの典型例としての実施例につき、以下に詳細に説明する。
【００５８】
〈使用材料〉
本実施例に係る荷重エネルギー吸収複合材の製造に使用された構成材料を以下の表１に列挙する。
【００５９】
【表１】
0006623788.tif 000002
【００６０】
〈製造方法〉
（１）原料１の調製
ε−ＣＬに０．６ｍｏｌ％のイソシアネートを添加したものをＡ材とし、ε−ＣＬに０．８ｍｏｌ％の触媒を添加したものをＢ材とし、Ａ材及びＢ材を１１０℃の炉内に入れて溶融させた。溶融したＡ材とＢ材とを混合して十分に攪拌することにより第１原料を調製した。更に、真空引き（バキューム）により減圧して、第１原料中の気泡を抜いた（脱泡した。）。芯材及び第２原料は市販品を使用した。また、成形型は、図２及び図３を参照しながら説明した成形型を使用した。
【００６１】
（２）成形
次に、第１工程において中子を所定位置に配置して成形型を第１状態とし、第２工程において第２空間に芯材であるＣＦ織物をセットした。次に、第３工程において成形型を閉じ、上記のようにして調製された第１原料をＣＦ織物が配置された第２空間内に充填し、第４工程において成形型の温度を１２０℃乃至１３０℃に４分間維持することにより、第１原料を加熱してε−ＣＬを重合させて第１樹脂としての６−ナイロンとした。これにより、略Ｕ字状の横断面を有する骨格部材を成形した。
【００６２】
次に、第５工程において成形型中の中子を摺動（コアバック）させて第２状態とすることにより、外壁部材の成形空間である第３空間を生じさせた。そして、第６工程において
第２原料としての射出材を射出成形機により第３空間に射出することにより、骨格部材の周囲に外壁部材を成形した（オーバーモールディング）。尚、本実施例においては、射出成形の５分後に成形型を開いて、得られた荷重エネルギー吸収複合材を取り出した。
【００６３】
〈評価〉
（１）骨格部材の機械的強度
本実施例の第４工程によって得られた骨格部材を成形型から取り出し、その弾性率を測定した。比較例として、第１樹脂（６−ナイロン）の代わりに熱硬化性樹脂（エポキシ系樹脂）を使用した従来技術に係る同形状の骨格部材を用いた。尚、本実施例に係る骨格部材においては第１繊維（炭素繊維二次元織物）の含有率（ＣＦ含有率）を約８０ｗｔ％としてもボイドの少ない良好な（緻密な）構造を達成することができたが、比較例に係る骨格部材においてはＣＦ含有率を約５０ｗｔ％よりも大きくするとボイドが増大して緻密な構造を達成することができなかった。これらの試料についての弾性率の測定結果を図４のグラフに示す。
【００６４】
図４のグラフからも明らかであるように、本実施例に係る骨格部材においては、ボイドの少ない良好な（緻密な）構造を維持しつつＣＦ含有率を約８０ｗｔ％まで増大することができた。その結果、比較例に係る骨格部材に比べて、弾性率を大幅に増大させることができた。これにより、例えばフィラメントワインディング装置を使用して骨格部材の周囲にフィラメントを巻き付ける等の設備コスト及び成形工数の増大を招く製造方法及び構成を採用すること無く、荷重エネルギー吸収複合材として必要な剛性を達成することが可能となる。
【００６５】
（２）荷重エネルギー吸収複合材としてのエネルギー吸収量
そこで、本実施例の第６工程によって得られた荷重エネルギー吸収複合材の単位質量（１Ｋｇ）当たりの衝撃荷重エネルギーの吸収量を測定した。比較例としては、上記（１）において比較例として使用した骨格部材の周囲にフィラメントを巻き付けることによって製造された従来技術に係る同形状の荷重エネルギー吸収複合材を用いた。これらの試料についてのエネルギー吸収量の測定結果を図５のグラフに示す。
【００６６】
図５のグラフからも明らかであるように、本実施例に係る荷重エネルギー吸収複合材においては、生産性の高い熱可塑性樹脂の射出成形によって成形された外壁部材を採用したにもかかわらず、剛性の高いフィラメントワインディング部を外壁部材とする従来技術に係る同形状の荷重エネルギー吸収複合材と同等のエネルギー吸収量を呈した。
【００６７】
上記結果は、上記（１）において述べたように、本実施例に係る骨格部材においてはボイドの少ない良好な（緻密な）構造を維持しつつＣＦ含有率を約８０ｗｔ％まで増大することができた結果として、比較例に係る骨格部材に比べて、弾性率を大幅に増大させることができたことに起因するものと考えられる。
【００６８】
〈まとめ〉
以上の評価結果から、本発明によれば、十分な剛性を維持しつつ軽量化が可能な閉じ断面形状を有する荷重エネルギー吸収複合材を高い生産性にて製造することができることが確認された。
【００６９】
以上、本発明を説明することを目的として、特定の構成を有する幾つかの実施形態及び変形例につき、時に添付図面を参照しながら説明してきたが、本発明の範囲は、これらの例示的な実施形態及び変形例に限定されると解釈されるべきではなく、特許請求の範囲及び明細書に記載された事項の範囲内において、適宜修正を加えることが可能であることは言うまでも無い。
【符号の説明】
【００７０】
１０ａ及び１０ｂ…荷重エネルギー吸収複合材、１１ａ及び１１ｂ…骨格部材、１２ａ及び１２ｂ…外壁部材、１３ａ及び１３ｂ…中空部、１４ａ…芯材、２０…中子、２１ａ…第１領域、２１ｂ…第２領域、２２…外壁部材に対応する形状を有する中子の部分、２３…中空部に対応する形状を有する中子の部分、２４…第２空間、２５…第３空間、３０…成形型、３０ａ…下型、３０ｂ…上型、３１…第１空間、並びに３２ａ及び３２ｂ…空間。
【図１】
0006623788.tif 000003
【図２】
0006623788.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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