(57)【要約】【課題】本発明は、部品点数が少なく、製造が容易なである繊維強化プラスチック構造体の製造方法を提供する。【解決手段】本方法は、支持部材２５の端部を嵌合装着するための装着用凹部２２ｂを有する芯材２２と、支持部材２５とを準備する工程と、装着用凹部２２ｂに支持部材２５の端部を嵌合する工程と、芯材本体２２ａの外周面および芯材本体２２ａから突出している支持部材２５の根元の部分に、マトリックス樹脂を混合した繊維強化シート２３Ａを積層して組付体２１Ａを形成する工程と、組付体２１Ａを金型にセットして、繊維強化シート２３Ａを加熱してマトリックス樹脂を溶融硬化することで、フレーム体２３を形成する工程とを備えている。【選択図】図６
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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からなるフレーム体（２３）を有するフレーム部材（２１）に、上記フレーム体（２３）より機械的強度の大きい支持部材（２５）を連結した繊維強化プラスチック構造体の製造方法において、
上記支持部材（２５）の端部を嵌合装着するための装着用凹部（２２ｂ）を有する芯材（２２）と、上記支持部材（２５）とを準備する工程と、
上記装着用凹部（２２ｂ）に上記支持部材（２５）の端部を嵌合する工程と、
上記芯材本体（２２ａ）の外周面および上記芯材本体（２２ａ）から突出している上記支持部材（２５）の根元の部分を含む装着部（２２ｃ）に強化繊維にマトリックス樹脂を予め加えた繊維強化シート（２３Ａ）を装着する工程、または上記装着部（２２ｃ）に上記強化繊維を装着した後にマトリックス樹脂を加える工程のいずれかを含む工程と、
上記マトリックス樹脂を硬化させることで上記フレーム体（２３）を形成する工程と、
を備えた繊維強化プラスチック構造体の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の繊維強化プラスチック構造体の製造方法において、
上記フレーム体（２３）は、上記繊維強化シート（２３Ａ）の上記マトリックス樹脂を加熱溶融して硬化させることで形成される繊維強化プラスチック構造体の製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の繊維強化プラスチック構造体の製造方法において、
上記芯材（２２）は、上記フレーム体（２３）より軽量の発泡材から形成されている繊維強化プラスチック構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両のシャーシなどに適用できる、ＦＲＰ（繊維強化樹脂：Fiber Reinforced Plastics）製の部材に支持部材を支持した連結機構を有する繊維強化プラスチック構造体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＦＲＰは、カーボン繊維などをプラスチックの中に入れて強度を向上させた複合材料であり、近年、自動車部品などの各種の構造体に使用されている。こうした構造体として、例えば、特許文献１の技術が知られている。特許文献１にかかる構造体は、ウレタンなどから形成されかつ切欠きを設けたフォームコアと、ボルトなどを締結するための締結カラーと、樹脂製のスペーサとを準備し、フォームコアの切欠きにスペースと一体に組み付けた締結カラーを嵌合した組合体を形成し、この組合体にＦＲＰの生材を巻き付けて、加熱硬化することにより製造している。
【０００３】
しかし、上記従来の技術では、構造体に支持部材を１箇所連結するのに、フォームコア、締結カラーおよびスペースを必要とし、部品点数が多くなり、製造が面倒であるという課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−３９１１８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記従来の技術の問題点を解決することを踏まえ、部品点数が少なく、製造が容易な繊維強化プラスチック構造体の製造方法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】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］
適用例１は、繊維強化プラスチックからなるフレーム体を有するフレーム部材に、上記フレーム体より機械的強度の大きい支持部材を連結した繊維強化プラスチック構造体の製造方法において、
上記支持部材の端部を嵌合装着するための装着用凹部を有する芯材と、上記支持部材とを準備する工程と、
上記装着用凹部に上記支持部材の端部を嵌合する工程と、
上記芯材本体の外周面および上記芯材本体から突出している上記支持部材の根元の部分を含む装着部に強化繊維にマトリックス樹脂を予め加えた繊維強化シートを装着する工程、または上記装着部に上記強化繊維を装着した後にマトリックス樹脂を加える工程のいずれかを含む工程と、
上記マトリックス樹脂を硬化させることで上記フレーム体を形成する工程と、
を備えた繊維強化プラスチック構造体の製造方法である。
【０００８】
本適用例において、繊維強化シートを硬化させる際に、支持部材が芯材に仮支持されているので、支持部材を支持するための中子などが不要となり、成形が容易になる。しかも、支持部材は、芯材の装着用凹部に挿入支持するだけであるから、作業も簡単である。
【０００９】
また、フレーム部材は、芯材の外周面に繊維強化シートを積層して硬化させれば形成できるから、芯材を３次元形状とすれば、複雑な形状であっても簡単に形成することができる。しかも、フレーム体を形成した後は、芯材をフレーム体から抜く必要もなく、作業工数も増加することもない。
【００１０】
さらに、フレーム部材に支持部材を連結する連結機構は、支持部材の端部が芯材に嵌合支持されるとともに、支持部材の根元でフレーム体により直接支持されており、従来の技術で説明した締結カラーやスペーサなどの連結部材を必要としないから、部品点数が少なく、製造も簡単である。
【００１１】
［適用例２］
適用例２において、上記フレーム体は、上記繊維強化シートの上記マトリックス樹脂を加熱溶融して硬化させることで形成される繊維強化プラスチック構造体の製造方法である。
【００１２】
［適用例３］
適用例３において、上記芯材は、上記フレーム体より軽量の発泡材から形成されている繊維強化プラスチック構造体の製造方法である。
【００１３】
また、他の態様として、繊維強化プラスチックからなるフレーム部材を有する繊維強化プラスチック構造体において、
上記フレーム部材の軌跡に沿って形成された芯材本体と、該芯材本体に形成され上記支持部材の端部を嵌合装着するための装着用凹部とを有する芯材と、
上記装着用凹部に上記支持部材の端部を嵌合することで芯材に支持された支持部材と、
上記芯材本体の外周面および、上記芯材本体から上記支持部材が突出している該支持部材の根元を含めて、マトリックス樹脂を混合した繊維強化シートを積層して、上記マトリックス樹脂を硬化させて形成されたフレーム体と、
を備えた繊維強化プラスチック構造体をとることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】小型車両を示す側面図である。
【図２】小型車両を示す平面図である。
【図３】フレーム部材の支持部材に連結した前側支持板の付近を示す平面図である。
【図４】図３に示す側方の支持部材に連結機構を介して連結された前側支持板の付近を示す斜視図である。
【図５】図４の矢印５の方向から見た図である。
【図６】図５の連結機構の付近を拡大した断面図である。
【図７】連結機構の周辺部を分解して説明する斜視図である。
【図８】フレーム部材の製造工程を説明する説明図である。
【図９】他の実施例にかかる連結機構の付近を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施例にかかる繊維強化プラスチック構造体の製造方法を適用した小型車両１０について説明する。
（１）  小型車両１０の構造
図１は小型車両１０を示す側面図、図２は小型車両１０を示す平面図である。図１および図２において、小型車両１０は、電動アシスト式の手押し車両であり、車両本体２０と、駆動機構４０と、操作機構５０とを備えており、操作機構５０の操作により、駆動機構４０の駆動力で走行するものである。
【００１６】
（２）  小型車両１０の各部の構成
図２において、車両本体２０は、フレーム部材２１を備えている。フレーム部材２１は、小型車両１０の下部の外枠を矩形に構成したパイプ形状のシャーシであり、コーナーでほぼ直角に曲げられるとともに、上下方向にも僅かに湾曲した３次元形状（図１参照）になっている。すなわち、フレーム部材２１は、小型車両１０の両側に配置された側方の支持部材２１ａ，２１ｂと、側方の支持部材２１ａ，２１ｂの前端部を連結するように配置された前側の支持部材２１ｃと、側方の支持部材２１ａ，２１ｂの後端部を連結するように配置された後側の支持部材２１ｄとを備えている。また、車両本体２０は、前側支持板３０と、後側支持板３２と、前側ガイド部材３４とを備えている。
【００１７】
図３はフレーム部材２１の支持部材２１ａに連結した前側支持板３０の付近を示す平面図である。前側支持板３０は、側方の支持部材２１ａ（図３では一方を示す）に連結機構２４を介して連結されている。なお、連結機構２４の詳細については、後述する。また、図２に示すように、後側支持板３２も、前側支持板３０と同様に、連結機構（図示省略）を介して側方の支持部材２１ａ，２１ｂに連結されている。また、前側ガイド部材３４は、図１に示すように、前側支持板３０の下面にその一端部で回動自在に支持されており、起立姿勢（実線で示す）にて荷物を支持するように機能し、倒立姿勢（２点鎖線で示す）にて小型車両１０を車庫や待機所などへの収納を容易にするように機能する。
【００１８】
図４は図３に示す側方の支持部材２１ａに連結機構２４を介して連結された前側支持板３０の付近を示す斜視図、図５は図４の矢印５の方向から見た図である。前側支持板３０の下面には、前輪４１が車輪支持体４２を介して支持されている。なお、図２に示すように他方の前輪４１も同様に前側支持板３０に装着されている。
【００１９】
図１および図２において、駆動機構４０は、後側支持板３２に支持されたモータ４３、後輪４４、車輪支持体４５を備えている。後輪４４は、後側支持板３２に車輪支持体４５を介して支持されている。また、後側支持板３２には、操作機構５０が取り付けられている。操作機構５０は、後側支持板３２から立設された手押し部材５２と、手押し部材５２に装着された操作支持部材５４とを備えている。このような小型車両１０の構成により、使用者は、前側ガイド部材３４を起立させて、フレーム部材２１に固定された載置台上に荷物などを載せて、操作支持部材５４の操作でモータ４３を駆動して走行力をアシストしつつ、手押し部材５２を押すことにより、小型車両１０を走行させることができる。
【００２０】
（３）  連結機構２４の構成、製造工程および作用
図６は図５の連結機構２４の付近を拡大した断面図、図７は連結機構２４の周辺部を分解して説明する斜視図である。連結機構２４は、フレーム部材２１の側方の支持部材２１ａに前側支持板３０を連結するための機構であり、支持部材２５を備え、支持部材２５を支持するためのフレーム部材２１の形状に加工を施している。フレーム部材２１は、芯材２２と、芯材２２の外周部に装着されたフレーム体２３とを備えている。芯材２２は、断面円形の柱状部材であり、フレーム部材２１の軌跡に倣って形成されている。芯材２２の材質としては、特に限定されないが、軽量化のためには発泡材が好ましい。発泡材の材質としては、例えば、硬質の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、フェノールなどの高分子材料のフォーム材などを使用できる。芯材２２には、その側面から中心を通って装着用凹部２２ｂが形成されている。装着用凹部２２ｂは、支持部材２５の端部を装着するスリットである。
【００２１】
フレーム体２３は、強化繊維とマトリックス樹脂とから構成されるパイプ形状であり、後述するように、シート材を芯材２２の外周面に巻回して加熱することにより形成されている。ここで、強化繊維は、引張強度および引張弾性率の高い繊維が望ましく、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、セラミック繊維などの繊維から選ばれる１種または２種以上の組み合わせで使用することができる。特に比強度及び比剛性に優れ、しかも軽量化の効果の大きい炭素繊維が好ましい。また、このような強化繊維によって強化されるマトリックス樹脂としては、エポキシ樹脂、ビスマレイミド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ビニールエステル樹脂などの熱硬化性樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂（ナイロン６、ナイロン６・１０、ナイロン６・１１、ナイロン６・１２）等の熱可塑性樹脂が挙げられる。好ましくは、取り扱い性に優れたエポキシ樹脂や不飽和ポリエステル樹脂が使用される。
【００２２】
図７において、支持部材２５は、金属製の薄板をプレス成形により形成した金具であり、締結基部２６と、締結基部２６の一端部から突出した２箇所の締結部２７とを備えている。締結基部２６は、芯材２２の装着用凹部２２ｂに嵌合することにより芯材２２およびフレーム体２３に支持されている。締結部２７には、締結穴２７ａが形成されている。締結部２７は、締結穴２７ａおよび前側支持板３０の締結穴３０ａに挿通されたボルト２８ａおよびナット２８ｂにより、前側支持板３０に締結される。
【００２３】
図８はフレーム部材２１の製造工程を説明する説明図である。なお、図８では、連結機構２４の付近の製造工程を中心に示している。図８（Ａ）において、まず、芯材２２および支持部材２５を準備する。芯材２２は、上述したようにウレタンなどの材料を用いて、射出成形により３次元構造のフレーム部材２１と同様な軌跡の形状に形成する。芯材２２には、カッターやドリルなどの機械加工や、熱や薬品などを用いて、装着用凹部２２ｂを形成する。一方、支持部材２５を打ち抜きプレスなどの方法で形成する。そして、図８（Ｂ）に示すように、支持部材２５の端部を装着用凹部２２ｂに挿入することで、支持部材２５を芯材２２に仮装着する。
【００２４】
続いて、図８（Ｃ）に示すように、芯材２２の外周面および支持部材２５の根元の部分を含む装着部２２ｃに、繊維強化シート２３Ａを装着することで組付体２１Ａを形成する。繊維強化シート２３Ａとしては、強化繊維と未硬化のエポキシ樹脂とからなるプリプレグシートを用いることができる。プリプレグシートの積層方法には特に限定はなく、公知のフィラメントワインディング法やハンドレイアップ法などを用いることができる。すなわち、芯材２２の形状に沿うように適宜の幅のプリプレグシートを巻回してもよいし、適宜の形状に裁断したプリプレグシートを積層してもよい。プリグレグシートの巻回と積層とを交互に繰り返すようにしてもよい。続いて、図８（Ｄ）に示すように、組付体２１Ａを金型１００にセットして加熱硬化する。硬化の条件として、芯材２２の軟化温度よりも低くかつ繊維強化シート２３Ａの樹脂が溶融して硬化する範囲をとることができ、例えば、硬化温度が１２０℃であり、硬化時間が３０分である。これにより、繊維強化シート２３Ａの樹脂が溶融して硬化して、フレーム部材２１が得られる。なお、硬化の条件として、繊維強化シート２３Ａや芯材２２の材質に応じて適宜設定することができ、例えば、硬化温度が６０〜１５０℃、硬化時間が１０分〜３時間とすることができる。
【００２５】
（４）実施例の作用・効果
上記実施例の構成により、以下の効果を奏する。
（４）−１  図６に示すように、フレーム部材２１に前側支持板３０を連結する連結機構２４は、支持部材２５が芯材２２およびフレーム体２３により直接支持されており、従来の技術で説明した締結カラーやスペーサなどの連結部材を必要としないから、部品点数が少なく、製造も簡単である。
【００２６】
（４）−２  支持部材２５の端部は、芯材２２の装着用凹部２２ｂに挿入されて芯材２２に支持されるとともに、支持部材２５の根元がフレーム体２３で被覆されて支持されているから、支持強度も大きい。
【００２７】
（４）−３  図８（Ｄ）に示す金型成形の際に、支持部材２５は、芯材２２に仮支持されているので、支持部材２５を支持するための中子などが不要となり、成形が容易になる。しかも、支持部材２５は、芯材２２の装着用凹部２２ｂに挿入支持するだけであるから、作業も簡単である。
【００２８】
（４）−４  フレーム部材２１は、繊維強化シート２３Ａを芯材２２の外周部に巻き付けて加熱すれば形成できるから、芯材２２を３次元形状に形成しておけば、その形状と同一の複雑な形状を容易に製造することができる。しかも、フレーム部材２１を製造した後に、芯材２２をフレーム体２３から抜く必要もなく、作業工数も増加することもない。
【００２９】
（４）−５  フレーム部材２１を構成する芯材２２は、発泡した硬質ウレタンから形成されているので、フレーム部材２１に残っていても重量もさほど大きくなることがなく、小型車両１０の軽量化に貢献する。
【００３０】
なお、この発明は上記実施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００３１】
（５）  他の実施例
（５）−１  図９は他の実施例にかかる連結機構２４Ｂの付近を示す断面図である。本実施例は、支持部材２５Ｂを支持する構成に特徴を有する。すなわち、装着用凹部２２Ｂｂは、芯材２２Ｂを貫通して、さらにフレーム体２３Ｂに突入して支持されている。これにより、支持部材２５Ｂは、フレーム体２３Ｂにより２箇所で支持されることにより、一層支持するための機械的強度を高くすることができる。
【００３２】
（５）−２  上記実施例において、フレーム体は、断面が円形のパイプ形状について説明したが、これに限らず、断面が多角形の各種の形状に適用することができる。
【００３３】
（５）−３  芯材２２は、全体を発泡材から形成したが、装着用凹部２２ｂの付近の材料を他の部分よりも機械的強度の大きい材料を用いてもよい。例えば、装着用凹部２２ｂの周辺部の発泡倍率を変更したり、２色成形やインサート成形などにより、その箇所の機械的強度の大きい樹脂材料を用いてもよい。
【００３４】
（５）−４  繊維強化シートのマトリックス樹脂として、主剤と硬化剤とからなる２液硬化型樹脂を用いた場合に、主剤に硬化剤を混合した樹脂を強化繊維に十分に含浸させて繊維強化シートを形成し、繊維強化シートを芯材に装着して金型にセットした後に２液硬化型樹脂を硬化させる方法をとってもよい。また、強化繊維を装着した組付体を金型にセットし、予め混ぜ合わせた主剤と硬化剤とからなるマトリックス樹脂を強化繊維に含ませ、その後、硬化させる方法をとってもよい。これらの硬化処理として、繊維強化シートを金型にセットした後に常温で１２時間保持して硬化させる工程や、成形時間を短縮するために１２０℃に加温して３０分で硬化させる工程をとることができる。
【符号の説明】
【００３５】
１０…小型車両
２０…車両本体
２１…フレーム部材
２１Ａ…組付体
２１ａ，２１ｂ…支持部材
２１ｃ…支持部材
２１ｄ…支持部材
２２…芯材
２２Ｂ…芯材
２２ａ…芯材本体
２２ｂ…装着用凹部
２２Ｂｂ…装着用凹部
２２ｃ…装着部
２３…フレーム体
２３Ｂ…フレーム体
２３Ａ…繊維強化シート
２４…連結機構
２４Ｂ…連結機構
２５…支持部材
２５Ｂ…支持部材
２６…締結基部
２７…締結部
２７ａ…締結穴
２８ａ…ボルト
２８ｂ…ナット
３０…前側支持板
３０ａ…締結穴
３２…後側支持板
３４…前側ガイド部材
４０…駆動機構
４１…前輪
４２…車輪支持体
４３…モータ
４４…後輪
４５…車輪支持体
５０…操作機構
５２…部材
５４…操作支持部材
１００…金型（型）
【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】
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【図８】
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【図９】
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