(57)【要約】【課題】  繊維強化樹脂基材シートを複数層に積層して所定形状にプレス加工した製品の内部における樹脂の流動状態および長繊維の移動状態を精度良く確認する。【解決手段】  繊維強化樹脂基材シート１１は、長繊維１２を含む樹脂でシート状に形成され、複数層に積層された状態で所定形状にプレス加工される。繊維強化樹脂基材シート１１の少なくとも一方の表面にＸ線不透過材料を含むインクで長繊維１２の移動が読み取れるマーキング（グリッド形状１３）を印刷したので、プレス加工された製品１４のマーキング（グリッド形状１３）をＸ線で撮像することで、そのマーキング（グリッド形状１３）が印刷された繊維強化樹脂基材シート１１の樹脂の流動状態、つまり製品１４の内部の任意の位置における長繊維１２の移動状態を精度良く確認することができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長繊維（１２）を含む樹脂でシート状に形成され、複数層に積層された状態で所定形状にプレス加工される繊維強化樹脂基材シートであって、
少なくとも一方の表面にＸ線不透過材料を含むインクで前記樹脂の流動状態や前記長繊維（１２）の移動状態が読み取れるマーキング（１３）を印刷したことを特徴とする繊維強化樹脂基材シート。
【請求項２】
前記マーキング（１３）はグリッド形状であることを特徴とする、請求項１に記載の繊維強化樹脂基材シート。
【請求項３】
前記グリッド形状（１３）の一辺の長さは、前記繊維強化樹脂基材シート（１１）の板厚から最大繊維長の半分の範囲内であることを特徴とする、請求項２に記載の繊維強化樹脂基材シート。
【請求項４】
前記グリッド形状（１３）は交点が空白であることを特徴とする、請求項２または請求項３に記載の繊維強化樹脂基材シート。
【請求項５】
前記繊維強化樹脂基材シート（１１）の積層枚数は、製品（１４）の板厚に応じて調整されることを特徴とする、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の繊維強化樹脂基材シート。
【請求項６】
請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の繊維強化樹脂基材シート（１１）の内部流動確認方法であって、
加熱プレス加工された製品（１４）のＸ線画像における前記グリッド形状（１３）の変形状態から、前記樹脂の流動状態や前記長繊維（１２）の移動状態を確認することを特徴とする繊維強化樹脂基材シートの内部流動確認方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、長繊維を含む樹脂でシート状に形成され、複数層に積層された状態で所定形状にプレス加工される繊維強化樹脂基材シートと、その繊維強化樹脂基材シートの内部流動確認方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
長繊維強化樹脂を金型で加熱プレス加工する際に、成形条件に応じて長繊維強化樹脂の温度を算出し、所定の温度範囲毎に設けられた複数の粘度フィッティングモデルから前記算出された温度に対応する粘度フィッティングモデルを選択し、前記選択された粘度フィッティングモデルを用いて長繊維強化樹脂の粘度を算出することで、樹脂の流動状態の解析精度を高めるものが、下記特許文献１により公知である。
【０００３】
また繊維強化樹脂基材シートの表面に耐熱性を有するホワイトマーカー等で予めラインを引いておき、加熱プレス加工後の製品の表面に残るラインの歪みから樹脂の流動状態を推察する方法も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−６６８７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記前者の技術は、金型のキャビティ面に接する樹脂は冷却され易いために粘度が高くなり、金型のキャビティ面に接しない樹脂は冷却され難いために粘度が低くなることから、製品の厚さ方向の各部において異なる樹脂の流動状態を高精度に解析することは困難である。
【０００６】
また上記後者の技術は、製品の表面における樹脂の流動状態を確認することは可能であるが、製品の内部における樹脂の流動挙動を確認することは不可能である。
【０００７】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、繊維強化樹脂基材シートを複数層に積層して所定形状にプレス加工した製品の内部における樹脂の流動状態および長繊維の移動状態を精度良く確認することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、長繊維を含む樹脂でシート状に形成され、複数層に積層された状態で所定形状に加熱プレス加工される繊維強化樹脂基材シートであって、少なくとも一方の表面にＸ線不透過材料を含むインクで前記樹脂の流動状態や長繊維の移動状態が読み取れるマーキングを印刷したことを特徴とする繊維強化樹脂基材シートが提案される。
【０００９】
また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記マーキングはグリッド形状であることを特徴とする繊維強化樹脂基材シートが提案される。
【００１０】
また請求項３に記載された発明によれば、請求項２の構成に加えて、前記グリッド形状の一辺の長さは、前記繊維強化樹脂基材シートの板厚から最大繊維長の半分の範囲内であることを特徴とする繊維強化樹脂基材シートが提案される。
【００１１】
また請求項４に記載された発明によれば、請求項２または請求項３の構成に加えて、前記グリッド形状は交点が空白であることを特徴とする繊維強化樹脂基材シートが提案される。
【００１２】
また請求項５に記載された発明によれば、請求項１〜請求項４の何れか１項の構成に加えて、前記繊維強化樹脂基材シートの積層枚数は、製品の板厚に応じて調整されることを特徴とする繊維強化樹脂基材シートが提案される。
【００１３】
また請求項６に記載された発明によれば、請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の繊維強化樹脂基材シートの内部流動確認方法であって、加熱プレス加工された製品のＸ線画像における前記グリッド形状の変形状態から、前記樹脂の流動状態や前記長繊維の移動状態を確認することを特徴とする繊維強化樹脂基材シートの内部流動確認方法が提案される。
【００１４】
尚、実施の形態のグリッド形状１３は本発明のマーキングに対応する。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の構成によれば、繊維強化樹脂基材シートは、長繊維を含む樹脂でシート状に形成され、複数層に積層された状態で所定形状にプレス加工される。繊維強化樹脂基材シートの少なくとも一方の表面にＸ線不透過材料を含むインクで樹脂の流動状態や長繊維の移動状態が読み取れるマーキングを印刷したので、プレス加工された製品のマーキングをＸ線で撮像することで、そのマーキングが印刷された繊維強化樹脂基材シートの樹脂の流動状態、つまり製品の内部の任意の位置における長繊維の移動状態を精度良く確認することができる。
【００１６】
また請求項２の構成によれば、マーキングはグリッド形状であるので、長繊維の縦横の移動状態を一層高精度で確認することができる。
【００１７】
また請求項３の構成によれば、グリッド形状の一辺の長さは、繊維強化樹脂基材シートの板厚から最大繊維長の半分の範囲内であるので、長繊維の繊維長とグリッド形状の一辺の長さとの比率が適正となり、グリッド形状の変形に基づいて長繊維のうねり状態を精度良く確認することができる。
【００１８】
また請求項４の構成によれば、マーキングは交点が空白であるので、交点の近傍においてタングステンの密度が局部的に高まって繊維強化樹脂基材シートの強度に影響が及ぶのを回避することができる。
【００１９】
また請求項５の構成によれば、繊維強化樹脂基材シートの積層枚数は、製品の板厚に応じて調整されるので、樹脂の流動を最小限に抑えて製品の強度を高めることができる。
【００２０】
また請求項６の構成によれば、加熱プレス加工された製品のＸ線画像におけるマーキングの変形状態から、繊維強化樹脂基材シートの樹脂の流動状態を確認するので、製品を切断して傷つけることなく、その内部における長繊維の移動状態を確認することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】製品の素材となる繊維強化樹脂基材シートを示す図。
【図２】繊維強化樹脂製の製品を加熱プレス成形する金型を示す図。
【図３】製品の断面形状および積層された複数枚の繊維強化樹脂基材の積層状態を示す図。
【図４】Ｘ線撮像装置を示す図。
【図５】図３（Ｂ）のａ〜ｆ面に対応するグリッドの撮像結果を示す図。
【図６】図３（Ｃ）のｇ〜ｋ面に対応するグリッドの撮像結果を示す図。
【図７】樹脂の流動状態に応じた繊維強化樹脂基材シートの積層状態を示す図。
【図８】本発明による製品の好適な適用部品を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図１〜図８に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
【００２３】
図１は、繊維強化樹脂製の製品を加熱プレス成形するための素材となる繊維強化樹脂基材シート１１を示すもので、この繊維強化樹脂基材シート１１は、ナイロン６のような熱可塑性のポリアミド樹脂をマトリクスとして例えば０．５ｍｍ〜２ｍｍの一定厚さに形成されており、その内部にカーボン繊維やガラス繊維の長繊維１２よりなる補強材がランダムに絡み合うように配置される。長繊維１２の繊維長は、繊維強化樹脂基材シート１１の板厚よりも大幅に大きい１０ｍｍ〜５０ｍｍであり、従って長繊維１２は繊維強化樹脂基材シート１１の表面に対して略平行に配置され、繊維強化樹脂基材シート１１の厚さ方向に配置されることはない。
【００２４】
尚、図１では長繊維１２を理解容易なように概念的に描いているが、実際には長繊維１２はもっと長く直線的であって、繊維密度Ｖｆも４５％ぐらいあってもっと密である。また前記熱可塑性樹脂に代わりに、未硬化状態の熱硬化製樹脂を用いても良い。
【００２５】
長繊維１２の移動が読み取れるマーキングをするために、繊維強化樹脂基材シート１１の一方の表面には、碁盤目状のグリッド形状１３が印刷される。長繊維１２の繊維長が最小値１０ｍｍから最大値５０ｍｍの範囲内で、繊維強化樹脂基材シート１１の板厚が２ｍｍの場合、グリッド形状１３の一辺の長さは２ｍｍ〜２５ｍｍである。
【００２６】
一般的に、長繊維１２の繊維長は、１０ｍｍ〜５０ｍｍの範囲内でばらつく場合と、全て５０ｍｍに揃った場合とがある。その長繊維１２の移動状態を確認するために、グリッド形状１３の一辺の長さを２５ｍｍとすると、大きすぎて長繊維１２の移動状態の確認が難しくなる。また一般的に板厚が薄いと繊維強化樹脂基材シート１１の樹脂流動による長繊維１２のうねりは小さく、板厚が厚いと繊維強化樹脂基材シート１１の樹脂流動による長繊維１２のうねりは大きいため。グリッド形状１３の一辺の長さを繊維強化樹脂基材シート１１の板厚以上とすることで、長繊維１２のうねり状態を精度良く確認することができる。一方、グリッド形状１３の一辺の長さを繊維強化樹脂基材シート１１の板厚以下とすると、Ｘ線による撮影時にグリッドの解析が難しくなり、長繊維１２の移動状態を精度良く確認することができない。
【００２７】
そこで、実際には５ｍｍ〜１０ｍｍぐらいあれば、長繊維１２の移動状態を正確に確認することができる。本発明には、長繊維１２を含む樹脂に限らず、連続繊維を含む樹脂を適用することができる。
【００２８】
グリッド形状１３を印刷するためのインクはＸ線不透過材料を含む。Ｘ線不透過材料は、Ｘ線を透過しない物質であるタングステンを含むもので、純度９９．９％以上で粒径が８μｍ以下のタングステン粉末を熱硬化型のインクに１５重量％混合して製造され、水分除去のために乾燥させた繊維強化樹脂基材シート１１の表面に印刷される。Ｘ線を充分に遮断するためにはインクの塗膜が厚い方が有利であるが、塗膜が厚過ぎると割れ易くなり、かつ繊維強化樹脂基材シート１１を成形する際の妨げになるため、約５０μｍの塗膜が得られるように複数回重ねて印刷を行う。印刷の完了後、熱硬化型のインクを加熱硬化させてグリッド形状１３を定着させる。Ｘ線不透過材料はタングステンに限定されず、繊維および樹脂よりもＸ線透過レベルが低く、コントラストが付く材料であれば良い。
【００２９】
グリッド形状１３の交点部分はインクの塗膜が途切れている。これにより、グリッド形状１３の交点の近傍でタングステンの密度が局部的に高まるのを防止し、繊維強化樹脂基材シート１１の強度に影響が及ぶのを回避することができる。
【００３０】
図３（Ａ）は繊維強化樹脂製の製品１４の断面形状を示すもので、この製品１４は厚肉部１４ａおよび薄肉部１４ｂが段部１４ｃを介して連続する一定断面の部材である。
【００３１】
図２は製品１４を加熱プレス成形するための金型１５を示すもので、金型１５は上型１６および下型１７からなり、上型１６および下型１７間に予め加熱した複数枚の繊維強化樹脂基材シート１１…を積層状態で配置した状態で、上型１６を下型１７に向けて下降させることで製品１４を加熱プレス成形する。金型１５内における複数枚の繊維強化樹脂基材シート１１…を積層状態は任意であり、図３（Ｂ）の例では、厚肉部１４ａおよび薄肉部１４ｂの両方に対応する４枚の繊維強化樹脂基材シート１１…と、厚肉部１４ａだけに対応する２枚の繊維強化樹脂基材シート１１，１１とが積層され、図３（Ｃ）の例では、厚肉部１４ａおよび薄肉部１４ｂの両方に対応する５枚の繊維強化樹脂基材シート１１…が積層される。
【００３２】
このとき、複数枚の繊維強化樹脂基材シート１１…のうちの何れか１枚の繊維強化樹脂基材シート１１の一方の表面にはグリッド形状１３が印刷されている。複数枚の繊維強化樹脂基材シート１１…のうち、グリッド形状１３が印刷された繊維強化樹脂基材シート１１の位置（製品１４の厚さ方向の位置）は、加熱プレス加工時における繊維強化樹脂基材シート１１の樹脂の流動状態を確認したい位置に設定される。特に、隣接する繊維強化樹脂基材シート１１…間に配置すると、樹脂の流動状態を確認し易くなる。
【００３３】
複数枚の繊維強化樹脂基材シート１１…のうち、２枚以上の繊維強化樹脂基材シート１１…にグリッド形状１３を印刷することが可能であるが、このようにすると、製品１４の二つ以上の厚さ位置のグリッド形状１３が重なり合って撮像されるので注意が必要である。
【００３４】
図４はＸ線撮像装置を示すもので、イメージングプレート１８上に載置した製品１４に対してＸ線照射装置１９からＸ線を照射し、イメージングプレート１８において撮像されたグリッド形状１３の画像を読み取り装置により読み取り、モニタに表示するとともに画像のデジタルデータを解析することができる。
【００３５】
図６は、図３（Ｃ）に示す繊維強化樹脂基材シート１１…の積層状態を採用したときに、製品１４の内部のｇ〜ｊ面および製品１４の下面のｋ面にそれぞれ対応するグリッド形状１３の画像を示すものである。例えば、図６の（ｇ）の画像は、上から１層目の繊維強化樹脂基材シート１１の下面にグリッド形状１３を印刷した場合、あるいは上から２層目の繊維強化樹脂基材シート１１の上面にグリッド形状１３を印刷した場合に対応し、図６の（ｋ）の画像は、上から５層目の繊維強化樹脂基材シート１１の下面にグリッド形状１３を印刷した場合に対応する。
【００３６】
このように、積層された５層の繊維強化樹脂基材シート１１…を全て同一形状とすると、図６の（ｇ）、（ｈ）、（ｉ）、（ｊ）に示すように、製品１４の内部のｇ，ｈ，ｉ，ｊ面で、厚肉部１４ａに対応する部分で本来は正方形であるグリッド形状１３が図中左右方向に押し潰されて縦長に変形しており、繊維強化樹脂基材シート１１…の樹脂が図中左右方向に流動していることが分かる。また製品１４の内部のｇ，ｈ，ｉ，ｊ面で、薄肉部１４ｂに対応する部分のグリッド形状１３が図中左右方向に引き伸ばされて横長に変形しており、繊維強化樹脂基材シート１１…の樹脂が図中左右方向に流動していることが分かる。製品１４の平坦な下面に対応するｋ面（図６の（ｋ）参照）は、繊維強化樹脂基材シート１１が殆ど変形しないため、グリッド形状１３の形状は当然崩れていない。
【００３７】
繊維強化樹脂基材シート１１…の加熱プレス時に樹脂が流動すると、そこに含まれるランダム配向の長繊維１２が樹脂と共に移動して長繊維１２に曲がり・うねりが発生し、その部分の強度が著しく低下する虞がある。また樹脂が更に大きく流動すると、樹脂の流動方向に沿うように長繊維１２が整列してしまい、長繊維１２の整列方向に沿って製品１４が割れ易くなる可能性もある。
【００３８】
一方、図５は、図３（Ｂ）に示す繊維強化樹脂基材シート１１…の積層状態を採用したときに、製品１４の内部のａ〜ｅ面および製品１４の下面のｆ面にそれぞれ対応するグリッド形状１３の画像を示すものである。
【００３９】
このように、積層される繊維強化樹脂基材シート１１…の積層枚数を製品１４の断面形状に合わせて異ならせると、図５の（ａ）、（ｂ）に示すように、製品１４の厚肉部１４ａに対応する内部のａ，ｂ面でグリッド形状１３が崩れておらず、図５の（ｃ）〜（ｅ）に示すように、製品１４の厚肉部１４ａおよび薄肉部１４ｂの両方に対応する内部のｃ，ｄ，ｅ面でグリッド形状１３が崩れていないことが分かる。製品１４の平坦な下面に対応するｆ面（図５の（ｆ）参照）は、繊維強化樹脂基材シート１１が殆ど変形しないため、グリッド形状１３は当然崩れていない。
【００４０】
従って、製品１４の厚肉部１４ａおよび薄肉部１４ｂで繊維強化樹脂基材シート１１…の積層枚数を異ならせることで、製品１４の内部の全ての面でグリッド形状１３の変形を最小限に抑制し、樹脂の流動による長繊維１２に曲がり・うねりを防止して製品１４の強度を確保することができる。
【００４１】
図７は、５層に積層した繊維強化樹脂基材シート１１…から逆ハット状断面の製品１４を加熱プレス成形する例を示すものである。図７（Ａ）に示すように、全ての繊維強化樹脂基材シート１１…を同一形状に設定すると、製品１４の角部１４ｄ，１４ｄにおいて樹脂が引っ張られてグリッド形状１３が図中横長（逆ハット状断面の底壁１４ｅ側へ伸びるように）に変形し、樹脂の流動方向に沿うように長繊維１２が整列してしまい、長繊維１２の整列方向に沿って製品１４が割れ易くなる可能性がある。また底壁１４ｅにおいて樹脂が圧縮されてグリッド形状１３がうねり変形するため、それらの部分で長繊維１２の配列が乱れて強度が低下する。
【００４２】
しかしながら、図７（Ｂ）に示すように、５層の繊維強化樹脂基材シート１１…のうちの上から３層の繊維強化樹脂基材シート１１…の中央部を予め切除しておけば、製品１４の各部のグリッド形状１３の変形が最小限に抑えられるため、言い換えると樹脂の流動が最小限に抑えられるため、製品１４の強度を確保することができる。
【００４３】
以上のように、本実施の形態によれば、積層される何れかの繊維強化樹脂基材シート１１…の少なくとも一方の表面にＸ線不透過材料を含むインクでマーキング（グリッド形状１３）を印刷したので、加熱プレス加工された製品１４のマーキング（グリッド形状１３）をＸ線で撮像することで、そのマーキング（グリッド形状１３）が印刷された繊維強化樹脂基材シート１１の樹脂の流動状態、つまり製品１４の内部の任意の位置における樹脂の流動状態を、製品１４を切断して傷つけることなく確認することができる。よって、樹脂の流動量が小さくなるように、即ちマーキング（グリッド形状１３）の変形量が小さくなるように、製品１４の各部の板厚に応じて繊維強化樹脂基材シート１１…の積層枚数を調整することで、製品１４の強度を高めることができる。
【００４４】
またグリッド形状１３の一辺の長さは、繊維強化樹脂基材シート１１の板厚から最大繊維長の半分の範囲内であるので、長繊維１２の繊維長とグリッド形状１３の一辺の長さとの比率が適正となり、グリッド形状１３の変形に基づいて長繊維１２のうねり状態を精度良く確認することができる。
【００４５】
図８（Ａ）は、繊維強化樹脂製の自動車のドアインナー２０を示している。ドアインナー２０は、ドアレギュレータを収納する凹部２０ａの周辺が急激に屈曲しており、ドアインナー２０の加熱プレス時に凹部２０ａの周辺で樹脂の流動が発生し易くなるが、この部分に本発明を適用することで、ドアインナー２０の強度を高めることができる。
【００４６】
図８（Ｂ）は、繊維強化樹脂製の自動車のフロアパネル２１を示している。フロアパネル２１は、車体前後方向に延びるフロアトンネル２１ａの周辺が急激に屈曲しており、フロアパネル２１の加熱プレス時にフロアトンネル２１ａの周辺で樹脂の流動が発生し易くなるが、この部分に本発明を適用することで、フロアパネル２１の強度を高めることができる。
【００４７】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００４８】
例えば、繊維強化樹脂基材シート１１の樹脂はナイロン６のような熱可塑性樹脂に限定されず、エポキシのような熱硬化性樹脂であっても良い。
【００４９】
また繊維強化樹脂基材シート１１の長繊維１２はランダムに配向されたものに限らず、略一方向に揃えて配向されたものであっても良い。この場合には、長繊維１２の配向方向が相互に異なるように複数の繊維強化樹脂基材シート１１を積層することで、長繊維１２をランダムに配向した繊維強化樹脂基材シート１１と同様の疑似等方性を与えることができる。
【００５０】
また本発明のマーキングは実施の形態のグリッド形状１３に限定されず、適宜の形状を選択することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１１        繊維強化樹脂基材シート
１２        長繊維
１３        グリッド形状（マーキング）
１４        製品
【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】
2017057255.tif 000007
【図６】
2017057255.tif 000008
【図７】
2017057255.tif 000009
【図８】
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