(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＦＲＰ素材を複数積層して形成され、少なくとも一部にＦＲＰ素材とともに補強材を積層した補強部分を備え、補強部分が締結具により締結されるＦＲＰ積層体であって、
前記補強材には成形時に余剰樹脂及び空気を排出するための貫通孔であって、前記締結具の寸法に合致した貫通孔より小さく、積層時に重ねられて積層、成形後に当該余剰樹脂及び空気を排出するための貫通孔を含むさらに径大な前記締結具の寸法に合致した貫通孔を形成する際の基準となる貫通孔を設けたことを特徴とするＦＲＰ積層体。
【請求項２】
前記補強材のＦＲＰ素材と接する面に溝を設けた請求項１に記載のＦＲＰ積層体。
【請求項３】
前記溝は、前記補強材の中央部から外方に向かって放射状に形成される請求項２に記載のＦＲＰ積層体。
【請求項４】
前記溝は、格子状に形成される請求項２に記載のＦＲＰ積層体。
【請求項５】
請求項１から４の何れかに記載のＦＲＰ積層体を用いて形成されたＦＲＰ成形物。
【請求項６】
ＦＲＰ素材を複数積層してＦＲＰ成形物を形成するに際し、ＦＲＰ素材とともに補強材を積層し、これらを一体成形し、少なくとも一部のＦＲＰ素材とともに前記補強材を積層した補強部分が締結具により締結されるＦＲＰの成形方法において、
前記補強材には、余剰樹脂及び空気を排出するための貫通孔であって、前記締結具の寸法に合致した貫通孔より小さい貫通孔を設け、前記余剰樹脂及び空気を排出するための貫通孔を重ねてＦＲＰ素材とともに前記補強材を積層し、積層、成形後に重ねられた前記余剰樹脂及び空気を排出するための貫通孔を基準として前記余剰樹脂及び空気を排出するための貫通孔含むさらに径大な前記締結具の寸法に合致した貫通孔を形成することを特徴とするＦＲＰの成形方法。
【請求項７】
前記補強材のＦＲＰ素材と接する面に溝を設けた請求項６に記載のＦＲＰの成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＦＲＰ（繊維強化プラスチック）成形技術に関し、特に補強個所における成形品質を向上させるものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、ＦＲＰはエポキシ樹脂等を含浸させたガラス繊維、カーボン繊維等の高強度を有する繊維と樹脂からなるＦＲＰ素材を積層して、その積層したＦＲＰ素材から真空吸引等により余剰樹脂成分を排除し、その後高温高圧養生を行って成形することで得られる。このような各繊維及び繊維層を樹脂により結合し、任意の形態とするＦＲＰはその軽量性、高剛性、高強度または高耐候性などの特性から各種航空・宇宙機器部品から日常的な製品まで幅広い分野において使用されている。
【０００３】
基本的にＦＲＰは繊維層を張り合わせ、合成樹脂で固めて成形するために立体的な成形物を得ることが可能である。また製作される成形物の寸法も繊維層同士を張り合わせることで形成されるので、理論上は大規模の物でも一体製作可能である。現実には製作スペースの制約等の関係から、ある程度の大きさに区分して成形するが、成形されたＦＲＰ同士を接合することで大規模構造物を得ることができる。
【０００４】
一方、小規模なＦＲＰ成形物においても、ＦＲＰとＦＲＰの接合、もしくはＦＲＰと金属フレーム等との接合など、他の部材との結合が製作工程において必要な場合が多々ある。
【０００５】
このような成形したＦＲＰ同士の接合及び他の部材との接合、または成形したＦＲＰ成形材と他のＦＲＰ成形材との接合では、金属材料等のように溶接等で部材と部材を融合させ接続する方法は採用できず、一般的には接着剤やボルトによる接合、またはリベット接合等の方法によって接合される。
【０００６】
上記のボルト接合またはリベット接合等の際には、ＦＲＰ成形物における接合個所にボルト、リベット等の締結具の貫通孔を設ける必要であり、一般的には接合する部材どうしを重合し、この孔に締結具を挿通させて締結することになる。
【０００７】
しかし、ＦＲＰは強度及び剛性が高い反面、脆弱性をも有する。そのため前記貫通孔にボルト等の締結具を挿通させ、この締結具による締付けをした場合、脆弱性のため、応力集中の度合いが金属に比べて高く、金属より低い強度しか得られない場合がある。
【０００８】
よって上記のような締結用の貫通孔を設けた部分を補強するために、樹脂を含浸した繊維層であるＦＲＰ素材を積層する際、貫通孔が設けられる個所の周辺に補強材としての金属板等を配するため、この補強材をＦＲＰ素材の間に積層することがある。
【０００９】
このようにすればＦＲＰが有する脆性を補い、締結具を貫通させたＦＲＰ成型物の貫通孔周辺の強度を向上させることができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、上記の金属板等を補強材を積層時に、ＦＲＰ素材の間に挿入することによりＦＲＰの脆性を改良することはできるが、その補強材が存在することにより、ＦＲＰ成形時に、補強材が挿入されている個所の合成樹脂、また補強材の間に封入された空気が十分に外部に排出されない場合がある。
【００１１】
一般にＦＲＰは、成形段階においてその単位体積中に占める樹脂の割合を低下させる方が高品質のＦＲＰが得られるため、積層したＦＲＰ素材に対して真空吸引をして余剰樹脂等を外部に排出する。
【００１２】
ところが、図１０に示すように補強材５０が存在すると補強材５０が存在する個所にある余剰樹脂の十分な吸引、排出が行われず、その吸引後も余剰樹脂による樹脂溜まりや、また空気が排出されない場合は空気泡５１が形成される。よって成型物５２が、厚み等が不均一な低品質なものになるおそれがあった。
【００１３】
本発明は上記の問題に鑑みてされたものであり、補強材の間に狭持されたＦＲＰ素材より余剰な樹脂及び空気を外部に排出し、品質低下のないＦＲＰ成形体を得ることを技術的課題とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するにあたり、本発明は以下のような構成としている。すなわち、ＦＲＰ素材を複数積層して形成され、少なくとも一部にＦＲＰ素材とともに補強材を積層した補強部分を備えたＦＲＰ積層体であって、前記補強材のＦＲＰ素材と接する面には成形時に余剰樹脂及び空気を排出するための空間を設けたことを特徴とする。したがって成形時には、この空間から余剰樹脂及び空気をＦＲＰ素材の外部に排出される。このようなＦＲＰ積層体を用いることで、余剰樹脂や空気が外部に排出され内部に気泡等がなく、密度の高いＦＲＰ成形物を得ることができる。
【００１５】
前記補強材に設ける空間として、例えば貫通孔を開け、この貫通孔から余剰樹脂及び空気が外部に排出されるようにすることができる。
【００１６】
または前記補強材に空間としての溝を設け、その溝により余剰樹脂や空気を外部に排出する構造とすることができる。
【００１７】
前記補強材に貫通孔を開けるに場合には、後にボルト等の締結具を取り付ける箇所に孔を設けても良く、また、パンチングメタル等のように、補強板全体に小孔が設けられているような補強材を使用しても良い。しかし、高強度の確保が必要であれば前者がより望ましい。
【００１８】
また補強材に溝を設けるには、例えば補強材中央から外側に向かって補強材の端部まで達する溝を放射状に設けるか、あるいは補強材の表面に格子状の溝を設けることができる。
【００１９】
前記溝は、補強材に設けた溝の部分が補強材の他の個所より肉薄となるように設けるか、または補強材の一部を溝の形状に曲成して溝を形成することができる。
【００２０】
なお、前記補強材に貫通孔と溝の双方を設けることも勿論可能であり、必要に応じて適宜これらを組み合わすことで、効率的な余剰樹脂の排出が可能である。。
【００２１】
本発明によれば、このように補強材とＦＲＰ素材との間に空間を設けることで、ＦＲＰの成形時に補強部分における余剰樹脂や空気を効果的に外部に排出することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態として好適な例を示す。
（実施の形態１）
実施の形態１として、中央部に貫通孔を有する円形の金属板を補強材として使用して、ＦＲＰ積層成形を行う場合について図面を参照して説明する。
【００２３】
図１（ａ）に示すように、炭素繊維を樹脂に浸し、この樹脂を含浸させたシート状の炭素繊維複合材料（以下、ＣＦＲＰ材料という）を形成する。  このようなＣＦＲＰ材料１を複数積層してＣＦＲＰ成形物を得るが、接合部等の補強が必要な部分については、ＣＦＲＰ材料１の複数を積層する層間に、中央部に貫通孔８を有する肉薄の補強板２を配置し、それぞれが交互に位置されるように積層する。
【００２４】
上記のようにして、シート状のＣＦＲＰ材料１と補強板２とを交互に積層したＦＲＰ積層体Ｓを得る。次に図１（ｂ）のように、ＣＦＲＰ積層体Ｓを型３内に設置する。この型３の開口部を樹脂の吸収紙として機能するブリーダー４で覆い、さらにその上部にパッキンの役割を果たすビニールシート５を被せ、このビニールシート５には吸込口６を設ける。
【００２５】
この吸込口６には真空ポンプ（図外）を接続して吸引を行い、ＣＦＲＰ材料に含浸している余剰のエポキシ樹脂７を排出しつつ各層間を接着する。
【００２６】
この吸引の間に、補強板２に接しているＣＦＲＰ材料１に含まれるエポキシ樹脂７が貫通孔８を通過し、内部に溜まること無くＣＦＲＰ材料１の外部に排出される。このとき余剰のエポキシ樹脂は矢印７で示すようにＣＦＲＰ材料１の外部に排出される。同様にして補強板２とＣＦＲＰ材料１の間に存在する空気も、ＣＦＲＰ材料１の外部に排出される。
【００２７】
このようにして各層が一体となった状態でＣＦＲＰ材料１と補強板２からなるＣＦＲＰ積層体Ｓは、図示しない圧力釜内に移される。この圧力釜内では高温高圧下で養生されて図１（ｃ）に示すように、ＣＦＲＰ材料が結合して一体となったＣＦＲＰ成形物９が得られる。
【００２８】
本実施の形態では、補強板２の中央にのみ貫通孔８を有し、この貫通孔８は、後にボルト等の締結具を貫通させる際の下孔とすることができる。
【００２９】
本実施の形態では、成形時に余剰樹脂と空気が排出でき、かつ必要な個所以外に貫通孔が存在しない高強度の補強板２による補強がされることになる。
【００３０】
ここで、図１（ａ）のＣＦＲＰ材料１と補強板２を積層する際、予め締結具の貫通孔より小さい貫通孔８を補強板２に設置しておき、これを基準として補強板２等の積層、成形後にその貫通孔８を含む、さらに径大な正確な締結具の寸法に合致した貫通孔を形成することが望ましい。このようにすれば補強板２の積層時における貫通孔のずれ等の成形上の誤差が吸収されるので、製品についての不都合が発生しにくい。。
（実施の形態２）
ここでは、図２に示すように補強材の中央部から外方に向けて放射状に溝１２を形成した形態の円形の補強板１１を使用する場合について説明する。
【００３１】
補強材１１は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように補強材１１の中央部から外方に向かって、複数の放射状に溝１２を備えている。
【００３２】
図２に示すように補強板１１とＣＦＲＰ材料１をそれぞれ交互に積層した後、図１（ｂ）に示す場合と同様に、型３に入れ余剰樹脂の吸引を行う。このとき補強板１１に成形した上記溝１２により、補強板１１に接するＣＦＲＰ材料１の余剰樹脂、及びこれに含まれる空気を補強板１１外部に排出しつつ、ＣＦＲＰの成形が行われる。
【００３３】
なお、補強板１１をＣＦＲＰ材料１とともに積層する際、上下のＣＦＲＰ材料１と接する補強板の溝１２が重合すると溝１２によって形成される隙間が少なくなる。よって補強板１１に成形された溝１２が重合しないように、補強板１１を交互に回転させて積層することが望ましい。
【００３４】
また、補強板２をに少しずつ交互に回転させて積層することにより、溝１２の凹所１３の反対面の凸所１４と、この凸所１４の上部に積層される補強板１１及びＣＦＲＰ材料１の平面が重なることにより、新たな隙間が生じて樹脂及び空気の排出がされることも期待できる。
【００３５】
本実施の形態では、補強板１１の中央部から補強板１１の外部に連通する放射状の隙間により、余剰樹脂及び空気が排出可能となる。
【００３６】
なお、補強材に凹凸となるよう立体的に溝を形成することにより積層後のＦＲＰ成形物の厚みが増すことが問題となるケースでは、図４（ａ）（ｂ）に示すように円形の補強材１６に、放射状の空間となるスリット１７を設け、そのスリット１７からなる空間から、補強材１６内部の余剰樹脂及び空気を外部に排出することも可能である。
【００３７】
また、補強材１６に放射状のスリット１７による溝を設けることにより、異種素材であるＣＦＲＰ材料１と補強材１６の接合が、スリット１７による投錨効果によって、より剛性が高くなることが期待できる。
（実施の形態３）
ここでは図５に示すように、貫通孔２２を有しかつ、溝２３も有する形態の補強材２１について説明する。
【００３８】
補強材は、図６（ａ）（ｂ）示すように中央の孔２２ａより四方に放射状に延びる凹凸を備えた溝２３ａと、貫通孔２２ｂを有している。、すなわちこの溝２３ａに直径の四分点で接線方向に設けられた四本の溝２３ｂと、溝２３ａ、２３ｂの交差点上に設けられた４個の貫通孔２２ｂと、から構成される。
【００３９】
本実施の形態では、万一、ＦＲＰ成形時に積層した補強材２１、２１・・・にずれが生じて、個々の補強材２１の貫通孔２２が下面から上面まで貫通しなくなる状況があり得ても、補強材２１に設けられた溝２３ａ、２３ｂより余剰樹脂及び空気が外部に排出される。
【００４０】
また本実施の形態では、中央部の貫通孔２２ａ以外に、その四方に貫通孔２２ｂを設けることにより、ＣＦＲＰ材料１と補強材２１の異種材料からなる複合材としての結合剛性が高まることも期待できる。
【００４１】
さらに、図７（ａ）（ｂ）に示すような補強材２６で中央部に貫通孔２７を開け、その貫通孔２７を中心として放射状にスリットを設け、そのスリットによ
る溝２８と、前記貫通孔２７により余剰樹脂と空気を排出することが可能である。
【００４２】
以上のようにして成形されたＣＦＲＰ成形物９は、図８及び図９に示すように、その中央にボルト孔３０を貫通させた後、ボルト３１により締結される。
【００４３】
また前記の締結具としてボルトを例に示したが、締結具はこれに限定されるものではない。また余剰樹脂等の排出のための空間を形成する貫通孔、溝等の形状や大きさ、数について限定されるものでなく、これらは適宜選択され組み合わすことが可能である。
【００４４】
さらには積層されるＦＲＰ素材（プリプレグ）や補強板の数や大きさ、形状についても限定されるものではなく、補強板は１または２以上であればよい。この場合、プリプレグには、炭素繊維ばかりでなく他のガラス繊維、アラミド繊維等の繊維複合材料も含まれる。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ＦＲＰ素材とともに補強材を積層したＦＲＰ積層体の補強部分に空間を形成したＦＲＰ積層体を使用することで、成形時に余剰樹脂や空気を十分に排出することができる。よってＦＲＰ成形物の品質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１のＦＲＰの成形過程を示した図であり、（ａ）はＣＦＲＰ材料と補強材を積層する概念図、（ｂ）は積層したＦＲＰよ樹脂成分を吸引排出する概念図、（Ｃ）はＦＲＰ形成後の補強積層部の断面図である。
【図２】実施の形態２の溝を設けた補強材を使用した場合のＣＦＲＰ材料と補強材を積層する概念図である。
【図３】実施の形態２の補強板を示す図であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその側面図である。
【図４】実施の形態３の補強板を示す図であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその側面図である。
【図５】実施の形態３の通孔と溝を併設した補強材とＣＦＲＰ材料を積層する概念図である。
【図６】貫通孔と溝を併設した補強材を示す図であって、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその側面図である。
【図７】貫通孔と傷による溝を併設した補強材を示す図であって、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその側面図である。
【図８】補強部分にボルト孔を設けたＦＲＰ成形体の一部断面図である。
【図９】補強部分にボルトを取り付けたＦＲＰ成形体の一部断面図である。
【図１０】補強部分から余剰樹脂や空気が排出されていない成形体の一部断面図である。
【符号の説明】
１  ＣＦＲＰ材料
２  補強板
３  型
４  ブリーダー（樹脂の吸収紙）
５  ビニールシート
６  吸い込み口
７  エポキシ樹脂
８  貫通孔
９  ＦＲＰ複合材
１１  補強板
１２  放射状溝
１３  凹所
１４  凸所
１６  補強材
１７  放射状傷溝
２１  補強材
２２  貫通孔
２２ａ  中央貫通孔
２２ｂ  四方の貫通孔
２３  溝
２３ａ  放射状溝
２３ｂ  接線方向溝
２６  補強材
２７  貫通孔
２８  放射状傷溝
３０  ボルト孔
３１  ボルト
５０  補強材
５１  空気泡
５２  成型物
【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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【図７】
0004396057.tif 000008
【図８】
0004396057.tif 000009
【図９】
0004396057.tif 000010
【図１０】
0004396057.tif 000011