(57)【要約】【課題】  成形品内に配設する部分補強用繊維層の位置決めを手作業でも機械的に行うことが可能なようにした位置決め構造を提供すること。【解決手段】  繊維強化プラスチックでサンドイッチ構造に内包されるコア材６の表面に部分補強用繊維層８の積層位置を示す位置決め手段６ａ〜６ｄを設けた部分補強用繊維層の位置決め構造。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維強化プラスチックで内包されるコア材の表面に部分補強用繊維層の積層位置を示す位置決め手段が設けられていることを特徴とする部分補強用繊維層の位置決め構造。
【請求項２】
前記位置決め手段は、凹形状または凸形状であることを特徴とする請求項１に記載の部分補強用繊維層の位置決め構造。
【請求項３】
前記凹形状は、積層する部分補強用繊維層が埋没する大きさの座ぐりであることを特徴とする請求項２に記載の部分補強用繊維層の位置決め構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化プラスチックを積層して成形される積層構造体における部分補強用繊維層の積層位置を位置決めする部分補強用繊維層の位置決め構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、金属材料に代わる構造材の強化軽量材料として繊維強化プラスチックが各種の製品において使用されている。特に、炭素繊維やガラス繊維を用いた繊維強化プラスチックは、例えば、自動車の車体をはじめ鉄道車両の車体あるいは飛行機の機体などにおいて軽量化と耐久性を図るために使用されている。自動車の技術では、車体における車両用フード（フロントフード）やルーフ、フレームなどの構造部材に適用されている（例えば、特許文献１参照）。このような繊維強化プラスチックを自動車の車体の一部に使用すると、自動車の車体の軽量化が図れ、これにより燃費や操縦安定性が向上するという利点がある。そのうえ、衝突などの衝撃エネルギーを効率的に吸収できる能力を備えている。このように繊維強化プラスチックの積層構造体は、多くの利点を有するため将来的にも有用性が高い。このような繊維強化プラスチック製自動車パネルにおいては、パネルの上面を形成する層と下面を形成する層との間に軽量発泡性のコア材を介在させ、パネルをサンドイッチ構造に構成したものが有用である。このパネルの上下の面を形成する層は、それぞれ複数の強化用繊維を積層して成形された繊維強化プラスチックの積層構造体が使用される。繊維強化プラスチックの積層構造体は、ツール型の上に強化用繊維を複数層に積層して含浸させたマトリックス樹脂を硬化させて一体成形品を得る。この繊維強化プラスチック製のパネルを自動車のフロントフードに使用する場合、フロントフードの剛性、強度の向上を図るため、部分的に積層枚数を増やして部分補強用繊維層を形成する必要がある。そのため、軽量発泡性のコア材の上に部分補強用繊維層を配置し、その上にオーバーレイ用繊維で被覆した構造に成形されたパネルが使用される。この部分補強用繊維層を配置したパネルの成形においては、図７に示すように、成形するツール型Ａの上にベース用繊維Ｂを載置し、その上にコア材Ｃをセットする。さらに、そのコア材Ｃ上の所要部分に部分補強用繊維層Ｄを配置する。この場合、従来では成形するツール型Ａにこの部分補強用繊維層Ｄを正確に配置するため、ツール型ＡにケガキＦを書き込み、そのケガキＦを基準として目分量や物差しで測りながら位置決めをする技術が用いられていた。
【特許文献１】特開２００２−１２７９４４号公報（段落０００２〜００１１、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前記したケガキＦを基準として目分量や物差し測定の位置決めでは、ケガキＦが成形品の外側にあるため、成形品内側の位置決めが難しく、特に複雑形状の場合、部分補強用繊維層Ｄの位置出し寸法が不正確であった。また、自動車の車種によってその部分補強用繊維層Ｄの配設位置が異なったりするため、このようなツール型に書き込んだケガキを基準とする手作業に頼らざるを得ないという問題があった。
そこで、本発明の課題は、前記問題に鑑み、成形品に配設する部分補強用繊維層の位置出しを、ツール型に書き込んだケガキを基準として物差しを使用したり、目分量で位置決めを行うことなく、手作業であっても機械的に位置決めが可能なように構成部品自体を利用する新規な位置決め構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
前記課題を解決するために講じた本発明の解決手段は、次のとおりである。
請求項１では、繊維強化プラスチックで内包されるコア材の表面に部分補強用繊維層の積層位置を示す位置決め手段が設けられていることを特徴とする部分補強用繊維層の位置決め構造を提案する。
【０００５】
この構成により、コア材の表面に部分補強用繊維層の積層位置を示す位置決め手段を設けたので、成形品外のツール型から物差しを使用したり、目分量で位置決めを行うことなく、手作業であっても機械的に簡単容易で且つ正確な位置決めを行うことが可能となる。
【０００６】
請求項２では、請求項１の部分補強用繊維層の位置決め構造において、前記位置決め手段を凹形状または凸形状としたことを特徴とする。
【０００７】
この構成により、位置決め手段が凹形状または凸形状であるから、コア材の成形と同時にこの凹形状または凸形状を容易に形成することができ、特別な形成のための工程を必要としないで行うことができる。凸形状とした場合は、その凸部により積層する部分補強用繊維層の位置ずれの防止を図ることができる。
【０００８】
請求項３では、請求項２の部分補強用繊維層の位置決め構造において、前記凹形状は、積層する部分補強用繊維層が埋没する大きさの座ぐりであることを特徴とする。
【０００９】
この構成により、積層する部分補強用繊維層が座ぐりの中に埋没することで、位置ずれの防止を図ることができるとともに、表面を面一に形成することができる。このように表面を面一に形成するに伴い、製品の外観をよくすることができる。また、部分的な部分補強用繊維層の埋設により形成される段差をコア材の内部に吸収できるから、一層製品の外観をよくすることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、コア材の表面に部分補強用繊維層の積層位置を示す位置決め手段を設けるようにしたので、従来のように成形品外のツール型から物差しを使用したり、目分量で位置決めを行うことなく、手作業であっても機械的に簡単容易で且つ正確な位置決めを行うことが可能となる。また、従来の位置決めの仕方と比べて、機械的な作業で位置決めを行うことができるので、型成形の作業性を向上させることができるとともに、正確な位置決めによる製品の品質の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の実施の形態について適宜図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明を自動車の実施形態に適用したフロントフードの平面図である。図２は、図１におけるフロントフードのヒンジ取付部の部分拡大図である。図３は、図２のＡ−Ａ線断面の構造説明図である。図４は、本実施形態の位置決め構造の例を示す説明図である。図５は、本実施形態による部分補強用繊維層の配置状態を示す説明図である。図６は、部分補強用繊維層の段差を吸収する位置決め構造を示す説明図である。
【００１２】
図１に示すように、繊維強化プラスチック（以下、ＦＲＰという）で製作するフロントフード１は、自動車の前方に配置された不図示のエンジンルームの上部を覆うものである。このフロントフード１は、平板状に形成されたパネル２を主体として構成されている。自動車の進行方向に対して、フロントフード１の後端側の左右両側に位置するパネル２の裏面側には、フロントフード１を自動車の車体に連結するためのヒンジ取付部３，３が一体的に配設されている。このヒンジ取付部３，３は、フロントフード１を自動車の車体に対して、開閉可能に不図示のヒンジ金具を該フロントフード１に取り付けるためのものである。
【００１３】
図２は、フロントフード１の両側に配設されるヒンジ取付部３，３のうち、図の下方側のヒンジ取付部３におけるコーナ部Ａを部分的に拡大して示している。このフロントフード１のヒンジ取付部３を形成するコーナ部Ａは、ヒンジ金具などを取り付けて車体に開閉可能に固定する部分であるので、大きな応力が掛かる。このため、このヒンジ取付部３に当る部分は補強して他の部分よりも下面層５を厚肉に形成する必要がある（図３参照）。そのため、フロントフード１のコーナ部Ａにおいて、図のハッチングで示す部分には、部分強化用繊維を配置して補強するために、部分的に積層枚数を増やして部分補強用繊維層８を形成している。つまり、ヒンジ取付部３は、部分的に補強するための略長方形の部分補強用繊維層８をスチフナ１０とともにパネル２内に一体的に埋設することにより形成される（図３参照）。
【００１４】
なお、ヒンジ取付部３には、例えば、ヒンジ金具を取り付けるためのナットを埋設して配置するように形成してもよい。この場合、図３に仮想線で示すように、このヒンジ取付部３にナット７をヒンジ取付用部材として配設し、ヒンジ取付部３とともにパネル２内に埋設される。そして、このナット７に図示しない車体側に固定されたヒンジのボルトが螺着されるようにする。このボルトとナット７との連結構造により、フロントフード１が車体に対して開閉可能に取り付けられる。
【００１５】
図３は、図２に示したヒンジ取付部のＡ−Ａ線におけるパネル２の断面を示している。図３に示すように、フロントフード１のパネル２は、パネル中央に配置したコア材６を、パネル２の表側（図の右側）のスキン面を形成する上面層４とパネル２の裏側（図の左側）の面を形成する下面層５とにより内包して構成されるサンドイッチ構造に形成されている。コア材６は、軽量化のために軽量発泡性を有する合成樹脂材料により形成される。このパネル２のスキン面を形成する上面層４と裏面を形成する下面層５は、それぞれ複数の強化用繊維を積層して成形されたＦＲＰの積層構造体が使用される。このＦＲＰの積層構造体は、強化用繊維を複数層に積層して含浸させたマトリックス樹脂を硬化させ形成した積層構造体として構成したものである。
【００１６】
ＦＲＰの上面層４および下面層５は、ツール型の上にまず強化材であるカーボン繊維やガラス繊維などを一枚ずつ複数層に上面層４を積層し、次にコア材６を配置し、その上に強化材であるカーボン繊維やガラス繊維などを一枚ずつ複数層に下面層５を積層し、マトリックス樹脂を含浸させた後に硬化させて一体成形することで得られる。強化用繊維へのマトリックス樹脂の含浸は強化用繊維を積層する毎に含浸させてもよく、またプリプレグのようにあらかじめマトリックス樹脂を染み込ませた強化用繊維を用いてもよい。これらの成形方法は一般的で公知である。
なお、本実施形態では、ＦＲＰの上面層４および下面層５の成形品を複数層に積層した構造体で説明しているが、これに限られることなく、単層のＦＲＰ成形品からなる構造体を使用してもよい。このようなＦＲＰの上面層４および下面層５の間にコア材６を内包してサンドイッチ構造に形成されたパネル２は、フロントフード１全体として高い剛性と、高い断熱性および優れた遮音性などを有するとともに軽量化にも充分な貢献をなすことができる。
【００１７】
図３に示すように、パネル２の周縁部分は、コア材６を包み込むようにしてＦＲＰ製の上面層４および下面層５により内包し、その周縁部が溶着されて一体的に結合されたエッジ９として形成されている。つまり、コア材６が上面層４および下面層５に内包されている。したがって、この周縁部のエッジ９には、コア材６は設けられていない。本実施形態では、周縁部のエッジ９は、前記ＦＲＰの上面層４と下面層５との合わせ構造で一体形成されている。このように、エッジ９は、コア材６を設けられていないＦＲＰの上面層４と下面層５だけで形成された部分であるので、肉厚が薄く形成できるため、自動車の車体の外形形状に合わせて曲面形状や複合的な形状にも容易に成形することが可能であり、また部分的な切欠きや穴加工も容易に行うことが可能である。
【００１８】
図１ないし図３に示すように、このＦＲＰ製のパネル２を自動車のフロントフード１に適用する場合には、ヒンジ取付部３の剛性、強度の維持向上を図るため、このヒンジ取付部３が配置されるコーナ部Ａを補強する必要がある。そのため、軽量発泡性のコア材６の上に部分補強用繊維層８を配置し、その上にオーバーレイ用繊維層としての前記下面層５で被覆した構造に成形されたパネルが使用される。
図３の左下方部分に示すように、コーナ部Ａにはヒンジ金具などの取付用下地部分を補強するための部分補強用繊維層８が積層配置されている。図示の実施形態においては、部分補強用繊維層８はコア材６の下側表面と面一となるように埋設されている。その上をオーバーレイ用繊維層の下面層５で被覆している。前記部分補強用繊維層８は、コーナ部Ａにおけるコア材６の下面側の表面部に配置することにより形成される。なお、この場合、部分補強用繊維層８の下側には、金属板などのスチフナ１０が配設される。ヒンジ取付部３にナット７を埋設しない場合は、スチフナ１０に予めナットを溶接しておくか、成形後にスチフナ１０に直にタップでメネジ形状を形成するなどが考えられる。また、前記ナット７を用いる場合は、このスチフナ１０を廃止することも可能である。しかし、その場合は、部分補強用繊維層８の枚数を増やす必要がある。
【００１９】
次に、図４および図５を参照して、本実施形態の部分補強用繊維層８を成形する際の、部分補強用繊維層８をコア材６の上に位置決めする構造と部分補強用繊維層８の成形の仕方について説明する。
図４（ａ）〜（ｄ）に示すように、本実施形態においては、図示しないツール型の中にセットしたコア材６の表面における所定位置に、部分補強用繊維層８を配置するための位置決め手段（６ａ〜６ｄ）を設けている。なお、この図においては、前記コア材６の下に載置するベース用繊維としての前記上面層４（図３参照）の図示を省略している。
【００２０】
図４（ａ）に示す位置決め手段は、コア材６の表面に凹部６ａを複数設けたものである。図では凹部６ａを４個設け、各凹部６ａ，６ａは、それぞれを結んだとき矩形の頂点となる位置に配置されるように設けられている。なお、この凹部（６ａ，６ａ）に代えて、凸状の突起を形成してもよい。図４（ｂ）に示す位置決め手段は、コア材６の表面に細幅の溝６ｂを矩形状に設けた。この形態例においても、溝に代えて、突条を形成するものでもよい。図４（ｃ）は、コア材６の表面に適宜深さの矩形状の座ぐり６ｃを形成した形態例を示している。また、図４（ｄ）に示す位置決め手段は、周辺部分が２段状の深さが形成される矩形状の２段座ぐり６ｄを設けた。この形態例では、２段座ぐりに限定されることなく、３段以上の多段な座ぐりを適宜形成してもよい。
【００２１】
図５は、図４に示したコア材６の設けた部分補強用繊維層８に対する位置決め手段（６ａ〜６ｄ）の使用状態を説明する概略的な図である。図５では、図３に示したパネル２の表側のスキン面を形成する上面層４を省略して示しており、部分補強用繊維層８をコア材６上に位置決めするに際して、図示しないツール型の上に図示しない上面層４を積層し、その上面層４の上にコア材６をセットし、このコア材６に設けた位置決め手段（６ａ〜６ｄ）により、部分補強用繊維層８をコア材６に位置決め配置する状態を示している。図中のオーバーレイ用繊維層としての下面層５は、部分補強用繊維層８をコア材６に位置決めして配置した後、その上に載置される。その後、この下面層５は、上面層４とともにコア材６を内包しつつ、前記成形手法などにより一体成形されてパネル２（図３参照）が形成される。本実施形態の位置決め手段（６ａ〜６ｄ）の上を、このようにオーバーレイ用繊維層としての下面層５で覆えば、位置決め手段（６ａ〜６ｄ）が表面に露出して外観上不体裁となるような問題は抑制することができる。
【００２２】
図５（ａ）は、位置決め手段としてコア材６の表面に凹部６ａを複数設けたもので、凹部６ａの凹みを目安として部分補強用繊維層８の位置決めに利用している。この形態例では、部分補強用繊維層８は、コア材６の表面に厚みをもって形成されるが、下面層５でその表面をオーバーレイされるので、成形後のパネル２の表面は滑らかな段差を有する面に形成できる。これにより、部分補強用繊維層８を位置決めして配置する際、これらの凹部６ａ，６ａを目安にして部分補強用繊維層８を正確かつ容易に配置することができ、従来のような目分量や物差しを当てて計測する面倒と不正確さを無くすことができる。
【００２３】
図５（ｂ）は、矩形状に設けた細幅の溝６ｂを目安に部分補強用繊維層８をコア材６上に位置決めすることができる。その後の成形では、この溝６ｂにマトリックス樹脂が廻り込むので、部分補強用繊維層８がずれることなく、確実に位置決めされる。
【００２４】
図５（ｃ）は、矩形状の座ぐり６ｃの中に埋設して部分補強用繊維層８を位置決め配置することができる。この場合、座ぐり深さを部分補強用繊維層８の厚みに適宜調整することにより、コア材６の表面と面一に形成することができる。この形態例においては、成形後におけるオーバーレイ用繊維層の下面層５はフラットで滑らかな面が形成されるので外観面とともに強度などの面からも好適である。
【００２５】
図５（ｄ）に示すように、２段座ぐりまたは多段な座ぐり６ｄを位置決め手段として設ける場合は、表面をコア材６と面一な面に形成することができる。これとともに、その表面側に幅広の周縁を形成する繊維を配置し、その内側に幅狭な繊維を配置して、徐々に部分補強用繊維層８の肉厚を厚くした補強層を形成することができるので、強力な補強構造を形成することができる。
【００２６】
図６に示すように、部分補強用繊維層８をコーナ部Ａの周辺部から肉厚が段階的に厚みを増すようにコア材６の表面部に座面を形成して埋設配置すると、オーバーレイ用繊維層の下面層５内部に広範囲な補強層が形成できる。また、部分補強用繊維層８をコア材６内にセットする際、部分補強用繊維層８の段差が３段座ぐり（６ｄ）により吸収される。これにより、部分補強用繊維層８のコア材６へのセット性も向上するとともに、一体成形後のパネル２の下面層５の表面を滑らかで綺麗な面として形成することができる利点がある。
【００２７】
前記した実施形態において、位置決め手段として形成する座ぐり６ｃおよび２段座ぐりまたは多段な座ぐり６ｄのように、コア材６に積層する部分補強用繊維層８の厚みと同等の深さまたは段が付けられていれば、積層する部分補強用繊維層８の層の厚差がオーバーレイする下面層５の表面に出ることはない。
【００２８】
本実施形態では、自動車のフロントフードに適用した例について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、本発明の技術思想の範囲内において、ルーフのパネルやドアのパネルなど、他のパネルに対しても適用されるものであり、またフードのフードロックストライカ取付部などにも適用可能であることは、理解されよう。また、部分補強用繊維層の形状や位置決め手段としての溝、座ぐりなどの形状も矩形状のものに限らず、任意の形態で実施することが可能であることも理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明を自動車の実施形態に適用したフロントフードの平面図である。
【図２】図１におけるフロントフードのヒンジ取付部の部分拡大図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線の断面の構造説明図である。
【図４】本実施形態の位置決め構造の例を示す説明図である。
【図５】本実施形態による部分補強用繊維層の配置状態を示す説明図である。
【図６】部分補強用繊維層の段差を吸収する位置決め構造を示す説明図である。
【図７】従来の部分補強用繊維層の位置決め構造を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３０】
１      フロントフード
２      パネル
３      ヒンジ取付部
４      上面層
５      下面層
６      コア材
６ａ〜６ｄ    位置決め手段
８      部分補強用繊維層
Ａ      コーナ部
【図１】
2005125609.tif 000003
【図２】
2005125609.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005125609.tif 000006
【図５】
2005125609.tif 000007
【図６】
2005125609.tif 000008
【図７】
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