(57)【要約】  第１工程で、不織布で構成されるコア層（３）の一方の面に、発泡層（５）となる発泡材を塗布する。第２工程で、発泡層（５）を、強化繊維にマトリクス樹脂を含浸させて構成したプリプレグである第１、第２表皮層（７）、（９）で挟んだ状態で、両側から型で挟持して加熱することで、マトリクス樹脂を硬化させつつ発泡材を発泡させる。
2015155891.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
不織布からなる中間層の一方の面に、含浸用樹脂を含浸させた強化繊維を有する第１表皮層を備え、前記中間層の他方の面に、含浸用樹脂を含浸させた強化繊維を有する第２表皮層を備え、
前記中間層及び第１表皮層相互間と、前記中間層及び前記第２表皮層相互間との少なくとも一方における、互いに対向する面の少なくとも一方に発泡材を塗布する第１工程と、
前記中間層を間に挟んでその両側に前記第１表皮層及び前記第２表皮層をそれぞれ備える複合体に対し、両側から型で挟持して加熱することで、前記含浸用樹脂を硬化させつつ前記発泡材を発泡させる第２工程と、
を含むことを特徴とする繊維強化材料の製造方法。
【請求項２】
不織布からなる中間層の一方の面に、強化繊維からなる第１表皮層を備え、前記中間層の他方の面に、強化繊維からなる第２表皮層を備え、
前記中間層及び前記第１表皮層相互間と、前記中間層及び前記第２表皮層相互間との少なくとも一方における、互いに対向する面の少なくとも一方に発泡材を塗布する第１工程と、
前記中間層を間に挟んでその両側に前記第１表皮層及び前記第２表皮層をそれぞれ備える複合体を、両側から型で挟持した状態で、該型内に含浸用樹脂を流し加熱することで、前記含浸用樹脂を硬化させつつ前記発泡材を発泡させる第２工程と、
を含むことを特徴とする繊維強化材料の製造方法。
【請求項３】
前記第１工程は、前記中間層の少なくとも一方の面に発泡材を塗布することを特徴とする請求項１または２に記載の繊維強化材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化材料の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、炭素繊維複合材料の嵩（厚さ）を稼ぐために、表皮層を形成する二層の炭素繊維層の間に、不織布からなる中間層となるコア層を挟み込んで積層体とする技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４６１５３９８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、中間層となる不織布は、繊維の密度分布が不均一であって表面が平滑ではない。このため、特許文献１の技術では、上記不織布を中間層とする積層体を加熱成形するときに、不織布から表皮層側への反力の不均衡が生じ、表皮層の表面が凹凸形状となって外観不良を引き起こす。【０００５】
そこで、本発明は、中間層を備える繊維強化材料の外観品質を高めることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、中間層及び第１表皮層相互間と、中間層及び第２表皮層相互間との少なくとも一方における、互いに対向する面の少なくとも一方に発泡材を塗布する第１工程と、中間層及び第１、第２表皮層をそれぞれ備える複合体に対し、両側から型で挟持して加熱することで、含浸用樹脂を硬化させつつ発泡材を発泡させる第２工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
中間層の少なくとも一方の表皮層側に設けられた発泡材は、発泡しつつ加圧されることで表面への凹凸形状の発生を抑制することができ、表面をより平滑面に近づけることができる。このため、発泡材側の表皮層の表面も平滑面を確保でき、平滑面となる表皮層を外部への露出面、つまり意匠面とすることで、繊維強化材料は、不織布を中間層として嵩（厚さ）を稼ぎつつ外観品質を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の一実施形態を示す炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）の断面図である。
【図２】図２は、図１のＣＦＲＰの第１の実施形態による製造工程図で、（ａ）は不織布に発泡材を塗布している状態を示し、（ｂ）は不織布の表面に発泡材が塗布された状態の二層体を示す。
【図３】図３は、図２に続くＣＦＲＰの製造工程図で、（ａ）は図２（ｂ）の二層体の両側に第１表皮層及び第２表皮層を配置する状態を示し、（ｂ）は二層体の両側に第１表皮層及び第２表皮層を重ね合わせた状態の四層体を示す。
【図４】図４は、図３に続くＣＦＲＰの製造工程図で、図３（ｂ）の四層体を型にセットした状態を示す断面図である。
【図５】図５は、図１のＣＦＲＰの第２の実施形態による製造工程図で、（ａ）、は図３（ｂ）に対応する、二層体の両側に第１表皮層及び第２表皮層を重ね合わせた状態の四層体を示す断面図、（ｂ）は、（ａ）の四層体を型にセットした状態を示す断面図である。
【図６】図６は、図５（ｂ）とは別の例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１０】
図1は、本発明の実施形態による繊維強化材料の製造方法によって製造した、繊維強化材料である炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）１の断面図である。ＣＦＲＰ１は、不織布からなる中間層としてのコア層３の図中で上部側の一方側に発泡層５を備え、発泡層５のコア層３と反対側の図中で上部側に第1表皮層７を備えている。さらに、コア層３の発泡層５と反対側の図中で下部側に第２表皮層９を備えている。
【００１１】
第1表皮層７及び第２表皮層９は、強化繊維である炭素繊維に含浸用樹脂であるマトリクス樹脂を含浸させて構成した炭素繊維強化プラスチック材料である。すなわち、本実施形態のＣＦＲＰ１は、不織布からなるコア層３の一方の面に、マトリクス樹脂を含浸させた炭素繊維を有する第１表皮層７を備え、コア層３の他方の面に、マトリクス樹脂を含浸させた炭素繊維を有する第２表皮層９を備えている。
【００１２】
次に、上記したＣＦＲＰ１の製造方法の第１の実施形態について説明する。まず、第１工程として、図２（ａ）に示すように、コア層３を構成する不織布の図２（ａ）中で上部側の一方側に、発泡層５となる発泡剤を含む発泡材５Ａを、ロボット１１などを用いて例えばスプレーによって塗布する。これにより、図２（ｂ）に示すように、不織布で構成されるコア層３の一方の面に、発泡層５となる発泡材が塗布された二層体１３が作製される。なお、コア層３となる不織布の材料としては、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、あるいはフェルトなどが挙げられる。発泡層５となる発泡材の材料としては、ポリウレタンやアクリル、ポリスチレン、ポリイミド、塩化ビニル、フェノールなどが挙げられる。
【００１３】
続いて、図３（ａ）に示すように、図２（ｂ）の二層体１３における発泡層５側に第１表皮層７を配置し、二層体１３におけるコア層３側に第２表皮層９を配置する。そして、発泡層５を備えるコア層３、第１表皮層７及び第２表皮層９を重ね合わせ、図３（ｂ）に示すような複合体としての四層体１５を作製する。
【００１４】
第1表皮層７及び第２表皮層９は、炭素繊維にマトリクス樹脂を含浸させて構成したプリプレグである。マトリクス樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ジシクロペンタジエン樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂が挙げられる。さらに、ポリアミド樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレートなどの熱可塑性樹脂も使用できる。
【００１５】
次に、図４に示すように、型１７内に図３（ｂ）に示す四層体１５をセットする。型１７は、上型１９と下型２１とを有する。上型１９には下型２１に対向する凹部１９ａが形成され、下型２１には上型１９に対向する凹部２１ａが形成されている。凹部１９ａと凹部２１ａとは互いに対向して成形空間となるキャビティを構成する。
【００１６】
図４のようにして型１７にセットした四層体１５に対し、第２工程として、上型１９と下型２１とで挟持して加圧、加熱することで、第１表皮層７及び第２表皮層９のマトリクス樹脂を硬化させ、発泡層５となる発泡材５Ａを発泡させる。その後、型開きして四層体１５を型１７から取り出すことで、前記図１に示したＣＦＲＰ１が得られる。図１の発泡層５は、発泡によって図３（ｂ）あるいは図４における発泡層５よりも厚さが厚くなっている。
【００１７】
図１の完成したＣＦＲＰ１は、コア層３が約３ｍｍ、発泡層５が１〜２ｍｍ、第1表皮層７及び第２表皮層９がそれぞれ約１ｍｍであり、全体では５〜７ｍｍの厚さとなる。
【００１８】
本実施形態では、図４のように、四層体１５を加熱、加圧するときに、コア層３と第１表皮層７との間に発泡層５が存在している。発泡層５は、発泡材が加熱、加圧されて発泡することで、第１表皮層７とコア層３とを加圧し、この加圧に基づくコア層３から発泡層５を介しての第１表皮層７側への反力は、発泡層５がない場合に比較してより均一化する。その結果、第１表皮層７の発泡層５と反対側の表面は、より平滑な面に近づけることができる。この場合、より平滑な面に形成される第１表皮層７を外部への露出面（以下、意匠面という。）とすることで、ＣＦＲＰ１は、不織布をコア層３として嵩（厚さ）を稼ぎつつ外観品質を高めることができる。
【００１９】
なお、上記した第１の実施形態では、図２、図３に示すように、発泡層５となる発泡材５Ａを、不織布であるコア層３の第１表皮層７側にのみ塗布しているが、コア層３の第２表皮層９側にのみ塗布してもよい。この場合には、第２表皮層９の表面がより平滑な面となるので、第２表皮層９側を意匠面とすることで外観品質が向上する。さらに、発泡材５Ａは、コア層３の第１表皮層７側と第２表皮層９側の両面に塗布してもよい。この場合には、第１表皮層７及び第２表皮層９の両方の表面がより平滑な面となるので、両方の面を意匠面とすることができる。
【００２０】
また、発泡材５Ａは、コア層３に塗布する代わりに、第１表皮層７のコア層３側の面と、第２表皮層９のコア層３側の面との少なくともいずれか一方に塗布してもよい。要するに、発泡材５Ａは、図４の型１７により加圧、加熱する際に、コア層３及び第１表皮層７相互間と、コア層３及び第２表皮層９相互間との少なくとも一方における、互いに対向する面の少なくとも一方に塗布すればよい。
【００２１】
しかし、第１工程として、発泡材５Ａをコア層３となる不織布に塗布したほうが、プリプレグである第１表皮層７や第２表皮層９に塗布するよりも、塗布作業が容易である。不織布は、炭素繊維を含んでいる第１表皮層７や第２表皮層９に比較して取扱いが極めて容易であることから、発泡材５Ａの塗布作業も容易となる。また、第１の実施形態では、第１、第２表皮層７，９にマトリクス樹脂をあらかじめ含浸させてあるプリプレグを使用しているので、後述する第２の実施形態のように加圧時に樹脂を含浸させる必要がないので、製造が容易である。
【００２２】
次に、上記したＣＦＲＰ１の製造方法の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、第１の実施形態の図３に示すプリプレグで構成される第１，第２表皮層７，９に代えて、図５（ａ）に示すマトリクス樹脂を含浸させていないドライ状態の第１、第２表皮層７０，９０を使用して、四層体１５０を構成する。四層体１５０は複合体を構成している。その他、不織布で構成されるコア層３及び発泡材で構成される発泡層５は、図３のものと同様である。すなわち、第２の実施形態においても、第１工程として、コア層３を構成する不織布の図２（ａ）中で上部側の一方側に、発泡層５となる発泡剤を含む発泡材５Ａを、ロボット１１などを用いて例えばスプレーによって塗布する。
【００２３】
図５（ａ）に示す四層体１５０を、図５（ｂ）に示すように型１７０にセットする。型１７０は、上型１９０と下型２１０とを有しており、四層体１５０を両側から挟持する。上型１９０には下型２１０に対向する凹部１９０ａが形成され、下型２１０には上型１９０に対向する凹部２１０ａが形成されている。凹部１９０ａと凹部２１０ａとは互いに対向して成形空間となるキャビティを構成する。
【００２４】
また、型１７０の上型１９０と下型２１０との間であって、コア層３に対応する位置には、樹脂注入口１７０ａを設けている。樹脂注入口１７０ａには、樹脂タンク２３に溜めてある溶融樹脂２５が配管２７を通して供給される。
【００２５】
そして、図５（ｂ）のように四層体１５０がセットされた型１７に対し、第２工程として、樹脂注入口１７０ａからマトリクス樹脂となる溶融樹脂２５を注入しつつ加熱し、溶融樹脂２５を硬化させながら、発泡層５となる発泡材５Ａを発泡させる。このとき、溶融樹脂２５は、四層体１５０の樹脂注入口１７０ａ側の端部からそれと反対側の図５（ｂ）中で右側端部に向けて拡散しながら進行し、四層体１５０内のほぼ全域に充填される。
【００２６】
ここで、発泡層５が溶融樹脂２５の進行を妨げるような場合には、図５（ｂ）に示す発泡層５の樹脂注入口１７０ａ側の端部を、上型１９０の凹部１９０ａの側面から離間させることで、溶融樹脂２５が通る通路を設ければよい。つまり、この場合、樹脂注入口１７０ａから発泡層５に向けて注入した溶融樹脂２５は上記した通路を通ってその上部の第１表皮層７０に流れ込む。
【００２７】
あるいは、図６に示すように発泡層５を構成する発泡材を、貫通孔５ａを多数備えるドット状とすることで、発泡層５が溶融樹脂２５の進行を妨げるのを抑制できる。ドット状の発泡材としては、例えば発泡材をコア層３となる不織布に薄く塗布することで形成できる。また、樹脂注入口を、上型１９０の凹部１９０ａと反対側の上面にも設けることで、溶融樹脂２５を第１表皮層７０に直接流し込んでもよい。さらに、図５（ｂ）に示す樹脂注入口１７０ａと反対側に別の樹脂注入口を設けて、型１７０の両側から溶融樹脂２５を注入してもよい。
【００２８】
このようにして、溶融樹脂２５を四層体１５０内のほぼ全域に充填し含浸させて型開きすることで、図１のようなＣＦＲＰ１が得られる。ただし、この場合、溶融樹脂２５が不織布であるコア層３や発泡層５に含浸している点が第１の実施形態と異なる。また、第１、第２表皮層７０，９０は、マトリクス樹脂である溶融樹脂２５が含浸されることで、第１、第２表皮層７，９となる。
【００２９】
このように第２の実施形態においても、コア層３と第１表皮層７（第１表皮層７０）との間に発泡層５が存在している。発泡材は、加熱、加圧されて発泡することで、第１表皮層７（第１表皮層７０）側の表面は、不織布で構成されるコア層３の表面に比較して平滑となる。このため、加圧に基づくコア層３から発泡層５を介して第１表皮層７（第１表皮層７０）側への反力は、発泡層５がない場合に比較してより均一化する。その結果、第１表皮層７の発泡層５と反対側の表面は、より平滑な面となる。この場合、平滑面に形成される第１表皮層７を意匠面とすることで、ＣＦＲＰ１は、不織布をコア層３として嵩（厚さ）を稼ぎつつ外観品質を高めることができる。
【００３０】
また、第２の実施形態では、不織布で構成されるコア層３にも溶融樹脂２５が含浸しているので、ＣＦＲＰ１全体としての剛性がより高まる。なお、前記した第１の実施形態において、第２の実施形態と同様にＣＦＲＰ１全体としての剛性を高めるために、不織布にあらかじめ樹脂を含浸させておいてもよい。
【００３１】
以上、本発明の実施形態について説明したが、これらの実施形態は本発明の理解を容易にするために記載された単なる例示に過ぎず、本発明は当該実施形態に限定されるものではない。本発明の技術的範囲は、上記実施形態で開示した具体的な技術事項に限らず、そこから容易に導きうる様々な変形、変更、代替技術なども含むものである。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は、繊維強化材料の製造方法に適用される。
【符号の説明】
【００３３】
３  コア層（中間層）
５  発泡層
５Ａ  発泡材
７，７０  第１表皮層
９，９０  第２表皮層
１５，１５０  四層体（複合体）
１７，１７０  型
【図１】
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【図２】
2015155891.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年8月11日(2014.8.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
不織布からなる中間層の一方の面に、含浸用樹脂を含浸させた強化繊維を有する第１表皮層を備え、前記中間層の他方の面に、含浸用樹脂を含浸させた強化繊維を有する第２表皮層を備え、
前記中間層及び第１表皮層相互間と、前記中間層及び前記第２表皮層相互間との少なくとも一方における、互いに対向する面の少なくとも一方に発泡材を塗布する第１工程と、
前記中間層を間に挟んでその両側に前記第１表皮層及び前記第２表皮層をそれぞれ備える複合体に対し、両側から型で挟持して加熱することで、前記含浸用樹脂を硬化させつつ前記発泡材を発泡させて、前記中間層及び前記第１表皮層相互間と、前記中間層及び前記第２表皮層相互間との少なくとも一方に発泡層を形成する第２工程と、
を含むことを特徴とする繊維強化材料の製造方法。
【請求項２】
不織布からなる中間層の一方の面に、強化繊維からなる第１表皮層を備え、前記中間層の他方の面に、強化繊維からなる第２表皮層を備え、
前記中間層及び前記第１表皮層相互間と、前記中間層及び前記第２表皮層相互間との少なくとも一方における、互いに対向する面の少なくとも一方に発泡材を塗布する第１工程と、
前記中間層を間に挟んでその両側に前記第１表皮層及び前記第２表皮層をそれぞれ備える複合体を、両側から型で挟持した状態で、該型内に含浸用樹脂を流し加熱することで、前記含浸用樹脂を硬化させつつ前記発泡材を発泡させる第２工程と、を含むことを特徴とする繊維強化材料の製造方法。
【請求項３】
前記第１工程は、前記中間層の少なくとも一方の面に発泡材を塗布することを特徴とする請求項１または２に記載の繊維強化材料の製造方法。
【国際調査報告】
2015155891.tif 000009
2015155891.tif 000010
2015155891.tif 000011
2015155891.tif 000012