(57)【要約】【課題】ＦＲＰ成形品の芯材に用いられる三次元形状の発泡コア材として、強度に優れたものを提供する。【解決手段】発泡性樹脂からなる三次元形状の発泡コア材の周囲を熱硬化性樹脂をマトリックス樹脂とする繊維強化樹脂層で被覆したＦＲＰ成形品に用いる発泡コア材２である。コア材本体３を貫通するように非発泡性の熱硬化性樹脂からなる柱状部材４を配置するとともに、コア材本体３の表面に同じく非発泡性の熱硬化性樹脂からなる略格子状の補強部材５を配置して補強する。【選択図】  図１
2004330501.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＦＲＰ成形品の芯材として用いられる三次元形状の発泡コア材であって、
非発泡性の熱硬化性樹脂からなる柱状部材がコア材本体を貫通するように配置されているとともに、
コア材本体の表面が同じく非発泡性の熱硬化性樹脂からなる補強部材にて略格子状に補強されていることを特徴とする発泡コア材。
【請求項２】
上記柱状部材と補強部材とが互いに接続されていてコア材本体とともに一体成形されていることを特徴とする請求項１に記載の発泡コア材。
【請求項３】
請求項１に記載の発泡コア材を製造する方法であって、
予備成形したコア材本体に柱状部材に相当する貫通孔と補強部材に相当する凹部とを加工する工程と、
コア材本体を成形型内に入れて非発泡性の熱硬化性樹脂材料を充填することにより、コア材本体と一体に柱状部材および補強部材を成形する工程と、
を含むことを特徴とする発泡コア材の製造方法。
【請求項４】
予備成形したコア材本体に柱状部材に相当する貫通孔と補強部材に相当する凹部とを加工する工程に代えて、
成形型内に発泡性樹脂材料を充填することにより、柱状部材に相当する貫通孔と補強部材に相当する凹部とを備えたコア材本体を成形する工程を含んでいることを特徴とする請求項３に記載の発泡コア材の製造方法。
【請求項５】
請求項１に記載の発泡コア材を、熱硬化性樹脂をマトリックス樹脂とする繊維強化樹脂層で被覆したことを特徴とするＦＲＰ成形品。
【請求項６】
請求項５に記載のＦＲＰ成形品を製造する方法であって、
予備成形したコア材本体に柱状部材に相当する貫通孔と補強部材に相当する凹部とを加工する工程と、
コア材本体を成形型内に入れて非発泡性の熱硬化性樹脂材料を充填することにより、コア材本体と一体に柱状部材および補強部材を成形する工程と、
柱状部材および補強部材が成形されたコア材本体を、熱硬化性樹脂をマトリックス樹脂とする繊維強化樹脂層で被覆する工程と、
を含むことを特徴とするＦＲＰ成形品の製造方法。
【請求項７】
予備成形したコア材本体に柱状部材に相当する貫通孔と補強部材に相当する凹部とを加工する工程に代えて、
成形型内に発泡性樹脂材料を充填することにより、柱状部材に相当する貫通孔と補強部材に相当する凹部とを備えたコア材本体を成形する工程を含んでいることを特徴とする請求項６に記載のＦＲＰ成形品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発泡コア材とそれを用いたＦＲＰ（繊維強化プラスチックス）成形品ならびにそれらの製造方法に関し、特にＦＲＰ成形品の芯材として用いるにあたって十分な強度を有する発泡コア材とそのコア材を芯材として用いたＦＲＰ成形品のほか、それらの発泡コア材およびＦＲＰ成形品の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
中空状で三次元形状をなすＦＲＰ成形品を製造する場合、芯材としていわゆる風船状の中空バッグを使用して一体成形を行う工法のほか、いわゆる最中構造として半割り状のプリフォームを成形した上でそのプリフォーム同士を接着接合する工法が多く採用されている。
【０００３】
しかしながら、前者の工法では、構造体としての剛性や強度を高めるために内部に隔壁状のリブを設定したい場合にリブの位置決めや形状保持が困難であること、また後者の工法では、接着工程が増えることにより製作に要する時間が長くなるばかりでなく、プリフォーム同士の位置合わせ精度の確保等のために生産性が大きく低下する、等の理由から、第３の方法として、中空部を密度の小さい発泡体としてその周りを繊維強化樹脂で覆う方法が例えば特許文献１，２として試みられている。
【０００４】
この方法によれば、発泡体を芯材（コア材）とすることにより、例えばリブに相当する部分でその芯材を分割し、分割した芯材同士の間に強化繊維を挟み込むことにより精度の良好なリブを一体に成形することが可能となり、しかもこの中間成形体を成形型内に入れて成形することで外表面の良好な製品を得ることが可能となる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−２５４５６６号公報  （図２）
【０００６】
【特許文献２】
特開２０００−２３３４６４号公報  （第３頁および図４）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、発泡体はその特殊性として全体にわたり気泡が存在しているため、外部からの荷重を受けると表面が容易に窪んだり陥没しやすく、特により軽量な製品を成形するべく発泡体の密度を小さいものにするほど上記の傾向が顕著となる。
【０００８】
そのため、発泡体を強化繊維で覆う際もしくは強化繊維で覆った発泡体を成形型内にセットする際に、その発泡体が窪んだり陥没してしまうと、含浸する樹脂の量が多くなって製品板厚が局部的に厚くなったり強度の低下を招くほか、強化繊維が余り気味となることによって製品表面にしわが発生する等の不具合が発生する。
【０００９】
また、外部荷重に対して硬く且つ表面に窪みや陥没が発生しにくい発泡体の使用も可能ではあるが、そのタイプの発泡体は非常に高価であり、特に安価で且つ軽量な製品を製作したい場合には採用することができない。
【００１０】
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、ＦＲＰ成形品の芯材として用いられる発泡コア材であることを前提として、強度的に優れるとともに安価で成形時にしわ等の発生の少ない構造を提供し、併せてその発泡コア材を用いたＦＲＰ成形品ならびびそれらの製造方法を提供しようとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、ＦＲＰ成形品の芯材として用いられる三次元形状の発泡コア材であって、非発泡性の熱硬化性樹脂からなる柱状部材がコア材本体を貫通するように配置されているとともに、コア材本体の表面が同じく非発泡性の熱硬化性樹脂からなる補強部材にて略格子状に補強されていることを特徴とし、望ましくは請求項２に記載のように、上記柱状部材と補強部材とが互いに接続されていてコア材本体とともに一体成形されているものとする。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発泡コア材を製造する方法として、予備成形したコア材本体に柱状部材に相当する貫通孔と補強部材に相当する凹部とを加工する工程と、コア材本体を成形型内に入れて非発泡性の熱硬化性樹脂材料を充填することにより、コア材本体と一体に柱状部材および補強部材を成形する工程とを含むことを特徴とする。
【００１３】
この場合、請求項４に記載のように、予備成形したコア材本体に柱状部材に相当する貫通孔と補強部材に相当する凹部とを加工する工程に代えて、成形型内に発泡性樹脂材料を充填することにより、柱状部材に相当する貫通孔と補強部材に相当する凹部とを備えたコア材本体を成形する工程を含んだ製造方法としてもよい。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の発泡コア材を、熱硬化性樹脂をマトリックス樹脂とする繊維強化樹脂層で被覆したＦＲＰ成形品であることを特徴とする。
【００１５】
さらに、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のＦＲＰ成形品を製造する方法として、予備成形したコア材本体に柱状部材に相当する貫通孔と補強部材に相当する凹部とを加工する工程と、コア材本体を成形型内に入れて非発泡性の熱硬化性樹脂材料を充填することにより、コア材本体と一体に柱状部材および補強部材を成形する工程と、柱状部材および補強部材が成形されたコア材本体を、熱硬化性樹脂をマトリックス樹脂とする繊維強化樹脂層で被覆する工程とを含むことを特徴とする。
【００１６】
この場合、請求項７に記載のように、予備成形したコア材本体に柱状部材に相当する貫通孔と補強部材に相当する凹部とを加工する工程に代えて、成形型内に発泡性樹脂材料を充填することにより、柱状部材に相当する貫通孔と補強部材に相当する凹部とを備えたコア材本体を成形する工程を含んでいる製造方法としてもよい。
【００１７】
したがって、請求項１，３に記載の発明では、ＦＲＰ成形品の芯材となるべき発泡コア材そのものが熱硬化性樹脂の柱状部材や表面の補強部材で補強されているので、ＦＲＰ成形品の成形時にその発泡コア材に圧力が加わっても発泡コア材が変形しにくいものとなり、その結果としてしわの発生や繊維強化樹脂層の板厚変動を少ないものとなる。
【００１８】
また、請求項５，６に記載の発明では、簡便な方法により軟質な発泡コア材と一体に熱硬化性樹脂からなる柱状部材や補強部材が成形されるので、上記のようにＦＲＰ成形品の成形時にその発泡コア材に圧力が加わっても発泡コア材が変形しにくいものとなり、その結果としてしわの発生や繊維強化樹脂層の板厚変動を少ないものとすることができる。
【００１９】
【発明の効果】
請求項１，３および請求項５，６に記載の発明によれば、発泡コア材そのものが熱硬化性樹脂からなる柱状部材や表面の補強部材で補強されているので、ＦＲＰ成形品の成形の際に外力を受けても発泡コア材が変形しにくく、繊維強化樹脂層の厚み精度が向上するとともに、強化繊維のしわの発生も防止でき、ＦＲＰ成形品の表面品質も併せて向上する。また、上記のような品質向上によって安価で且つ軽量な発泡コア材の使用で足りることから、コストアップの少ない軽量なＦＲＰ成形品を成形できる効果がある。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１〜４は本発明の好ましい第１の実施の形態を示しており、特に図２は先に述べたように軽量化を主眼としつつ中空状のＦＲＰ成形品に代えて用いられる閉断面構造（中実構造）のＦＲＰ成形品１の一例を、図１はそのＦＲＰ成形品１の芯材として用いられる発泡コア材２をそれぞれ示している。
【００２１】
図２に例示したＦＲＰ成形品１は立方体もしくは直方体形状のものであって、図１の（Ｃ）に示したほぼ相似形の発泡コア材２を芯材として、その周囲の六面全面が熱硬化性樹脂をマトリックス樹脂とする繊維強化樹脂層１ａで被覆されているものである。
【００２２】
上記の発泡コア材２は、図１の（Ｃ）に示すように発泡性樹脂からなるコア材本体３を母体として、その内部を後述する柱状部材４をもって、表層部を略格子状の補強部材５をもってそれぞれ補強したものであり、発泡コア材２全体として外部圧力に対する強度が従来のものより飛躍的に高められている点に特徴がある。より詳しくは、図１の（Ａ）に示すように所定の発泡性樹脂材料をもって立方体もしくは直方体形状のコア材本体３を予備成形し、そのコア材本体３の六面全面に個々に貫通しつつ相互に交差するようにして複数の貫通孔６を加工する。さらに、コア材本体３の六面全面の外周面には格子状の補強部材５を配置したい部位に同図（Ｂ）および図３に示すように凹部７を溝加工する。こうして、貫通孔６や凹部７の二次加工が施されたコア材本体３を所定の成形型に入れた上で、上記の貫通孔６や凹部７に相当する位置に非発泡性の熱硬化性樹脂材料を充填して、柱状部材４や補強部材５を一体に成形する。これにより、柱状部材４はコア材本体３の中心部の交差部で互いに接続されるとともに、補強部材５，５同士もまた互いに接続されながら柱状部材４とも接続されるかたちとなってそれぞれがコア材本体３と面一状態となり、これら柱状部材４や補強部材５にて補強された図１の（Ｃ）に示す発泡コア材２が成形される。
【００２３】
図４は、上記の貫通孔６や凹部７等の二次加工が施されたコア材本体３を用いた発泡コア材２のより具体的な成形方法を示す。
【００２４】
同図（Ａ）に示すように、下型８と上型９とからなる成形型１０のうちその下型８の製品形状部空間１１内に先に加工したコア材本体２を挿入し、上記の貫通孔６や凹部７に十分に充満するように非発泡性の熱硬化性樹脂材料を充填する。そして、上型９を閉じ上でその熱硬化性樹脂材料を硬化させる。所定時間経過後に金開きして脱型すれば、図１の（Ｃ）に示したように柱状部材４や格子状の補強部材５で補強された発泡コア材２が成形される。
【００２５】
こうして発泡コア材２が成形されたならば、その周囲を例えばシート状等の強化繊維で被覆する。発泡コア材２を強化繊維で被覆したとしても、発泡コア材２自体は予め熱硬化性樹脂からなる柱状部材６や補強部材７にて補強されているので、軽量でありながらも十分な耐圧強度を有しており、従来のように変形によって窪んだり陥没したりすることがない。
【００２６】
次いで、強化繊維で被覆した発泡コア材２を図示しない成形型に入れた上で密閉し、マトリックス樹脂である熱硬化性樹脂材料を型内に注入，充填して、その樹脂材料を強化繊維に含浸させながら硬化させる。そして、所定時間経過後に脱型すれば、上記の発泡コア材２を芯材としてその表面が熱硬化性樹脂をマトリックス樹脂とする繊維強化樹脂層１ａで被覆された図２に示したようなＦＲＰ成形品１が得られることになる。
【００２７】
この場合、強化繊維で被覆された発泡コア材２を成形型内にセットした際に、その強化繊維間に隙間があって例えば部分的に疎密状態が発生していたとしても、発泡コア材２自体は先に述べたように柱状部材６や補強部材７で十分に補強されているので、上記のような強化繊維の疎密の影響で窪んだり陥没したりすることがなく、逆に強化繊維を積極的に押し伸ばすようにして成形型の型面に押し付ける役目をする。これにより、繊維強化樹脂層１ａの厚みのばらつきが少なく且つ表面精度の良好なＦＲＰ成形品１が成形されることになる。
【００２８】
ここで、発泡コア材２を強化繊維で被覆したものを成形型内にセットするのに代えて、型内に予め強化繊維をセットしておき、その後から発泡コア材２を単独で型内にセットするようにしてもよい。
【００２９】
図５，６は本発明の第２の実施の形態を示し、発泡コア材２の成形手順の別の例を示している。
【００３０】
すなわち、先の第１の実施の形態では、予備成形したコア材本体３に対し柱状部材４や補強部材５となるべき位置に貫通孔６や凹部７の二次加工を施すことでコア材本体３としているのに対して、この第２の実施の形態では図６に示すようにコア材本体２３そのものの成形をもって先の貫通孔６や凹部７と同等の貫通孔１６および凹部１７までも一気に成形するものである。
【００３１】
図５に示すように、コア材本体２３を成形するための成形型１２として下型１３と上型１４とからなるものを用い、下型１３にはシリンダ１５駆動にて進退移動可能な角柱状の複数のコアピン１８，１９を製品形状部空間２０に臨むように設けてある。これらのコアピン１８，１９は、直方体もしくは立方体形状のコア材本体２３を発泡性樹脂材料で成形する際に、先に述べたように柱状部４となるべき貫通孔６を成形するためのものであり、中心となる一つのコアピン１８をその製品形状部空間２０を貫通するように配置したならば、それ以外のコアピン１９，１９を中心となるコアピン１８に対して突き当てて互いに交差するように設定してある。なお、コアピン１８，１９同士が直接当接部分には適宜緩衝材を設けて、コアピン１８，１９同士の直接干渉を抑制することが望ましい。
【００３２】
また、成形型１２のうち製品形状部空間２０となるべき上下型１３，１４の内面には図１の（Ｂ）および図３と同様に補強部材５となるべき凹部７，７を形成するべくその凹部形状を反転した形状の凸部２１を形成してある。
【００３３】
したがって、図５の（Ｃ）に示すような型締め状態で且つ各コアピン１８，１９を突出させた状態で製品形状部空間２０に発泡性樹脂材料を充填し、コア材本体２３を成形する。その際に、成形されるコア材本体２３内に複数のコアピン１８，１９が配置されていることにより図１の（Ａ）と同様の形態で角孔状の貫通孔１６が成形され、同時に予め上下型１３，１４に形成された凸部２１が転写されることでコア材本体２３の表面には図１の（Ｂ）および図３と同様に補強部材５となるべき凹部１７が成形される。なお、貫通孔１６は必ずしも角状なくてもよい。そして、図５の（Ａ）に示すように型開きしたならば各コアピン１８，１９を後退移動させた上で脱型することで図６に示すようなコア材本体２３を得ることができる。
【００３４】
この後、上記コア材本体２３を図４と同様の成形型１０内に挿入するとともに、非発泡性の熱硬化性樹脂材料を用いて柱状部材４および補強部材５をそれぞれ一体成形することにより、図１の（Ｃ）と同様の発泡コア材２を得ることができる。
【００３５】
この実施の形態によれば、コア材本体２３の成形と同時に貫通孔１６や凹部１７までもが同時に成形されるため、図１のようにコア材本体３を成形した後に貫通孔６や凹部７を二次加工する必要がなく、加工工数の削減を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい第１の実施の形態を示す図で、（Ａ）は発泡コア材となるべきコア材本体の概略説明図、（Ｂ）は同図（Ａ）のｃ方向矢視図、（Ｃ）は同図（Ａ），（Ｂ）のコア材本体をもって形成された発泡コア材の概略説明図。
【図２】（Ａ）は図１に示した発泡コア材を芯材とするＦＲＰ成形品の一例を示す概略説明図、（Ｂ）は同図（Ａ）のａ−ａ線に沿う断面図。
【図３】図１の（Ｂ）のｂ−ｂ線に沿う拡大断面図。
【図４】（Ａ）は図１の（Ｃ）に示す発泡コア材を成形するための成形型の構成説明図、（Ｂ）は同図（Ａ）の下型の平面説明図。
【図５】本発明の第２の実施の形態を示す図で、コア材本体を成形するための成形型の片開き状態での構成説明図、（Ｂ）は同図（Ａ）の下型の平面説明図、（Ｃ）は同図（Ａ）の型締め状態での構成説明図。
【図６】図５の成形型を用いて成形されたコア材本体の構成説明図。
【符号の説明】
１…ＦＲＰ成形品
１ａ…繊維強化樹脂層
２…発泡コア材
３…コア材本体
４…柱状部
５…補強部材
６…貫通孔
７…凹部
１０…成形型
１２…成形型
１６…貫通孔
１７…凹部
２３…コア材本体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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