(57)【要約】      （修正有）【課題】軽量高剛性及び断熱性能の向上を実現するため、繊維状物質を含む基材に樹脂を含浸させて形状を成形するFRP（繊維強化プラスチック）構造体と、発泡体との一体化構造体の低コストでの提供。【解決手段】板形状に形成したガラス繊維やカーボン繊維などの繊維状物質を含む基材３に樹脂を予め含浸させたシート７、及び発泡剤を混入(配合)した樹脂シート９を含む複数シートの積層体を金型での加熱と加圧によって、３次元形状のＦＲＰ構造体と発泡体を一体化して製造する方法。【選択図】図６
2017140699.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも上下２つに分割できる上、下金型の間に、少なくとも１層の繊維状物質を含む基材に樹脂を予め含浸させたシート、および樹脂を含むシートを積層した積層シートを設置し、
少なくとも一方の金型を所定温度に加熱して、上、下金型の相対的接近動作により、前記積層シートを加圧して、両金型の内壁面に倣って前記積層シートを３次元形状に成形することを特徴とする複合材料の構造体の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の複合材料の構造体の製造方法において、
前記積層シートの樹脂を含むシートに替えて、または前記積層シートに少なくとも1層の樹脂中に発泡剤を混入(配合)したシートを更に含んだことを特徴とする複合材料の構造体の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の複合材料の構造体の製造方法において、
前記積層シートの最外表面に部分的に、または全面に金属部品を、または内部に部分的に金属部品を更に含んだことを特徴とする複合材料の構造体の製造方法。
【請求項４】
前記繊維状物質がガラス繊維、カーボン繊維、ボロン繊維、アラミド繊維、マイカ繊維、またはポリエチレン繊維のいずれか、または複数の繊維の組合せを含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの請求項に記載の複合材料の構造体の製造方法。
【請求項５】
前記積層シートに含まれる各シートに用いる樹脂は、不飽和ポリエステル、エポキシ、アラミド、フェノール、若しくはポリウレタンの熱硬化性樹脂、または、メチルメタアクリレート、ポリプロピレン、プリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、アクリル、ポリフェニレンスルファイド、ポリテトラフロロエチレン、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、非晶ポリアリレート、液晶ポリマー、若しくはポリウレタンの熱可塑性樹脂、または、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、ポリイソブチレン、エチレンプロピレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、アクリルゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、若しくはシリコーンゴムのゴム材料を含む材料のいずれか、または各シートごとに異なる樹脂を使用した組合わせであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの請求項に記載の複合材料の構造体の製造方法。
【請求項６】
前記積層シートに含まれる各シートに用いる樹脂には、シリカ、マイカ、若しくは炭酸カルシウムの無機材料の充填材、及びポリエチレン、若しくはポリプロピレンの熱可塑性樹脂、エポキシ、若しくはフェノールの熱硬化性樹脂を成分とする有機材料の充填材を必要に応じて充填され、及び可塑剤、硬化剤、硬化促進剤、着色剤などの添加剤も必要に応じて充填されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの請求項に記載の複合材料の構造体の製造方法。
【請求項７】
前記発泡剤は、ニトロソペンタメチレンテトラミン、アゾジカルボンアミド、若しくはヒドラゾジカルボンアミドの有機系発泡剤、炭酸水素ナトリウムの無機系発泡剤、または樹脂中に混入(配合)した後、加熱して分解し、ガスを発生させる物質であることを特徴とする請求項２に記載の複合材料の構造体の製造方法。
【請求項８】
前記積層シートに板形状の樹脂を含むシートを用いて、複合材料の構造体を製造することを特徴とする請求項１に記載の複合材料の構造体の製造方法。
【請求項９】
請求項１に記載の複合材料の構造体の製造方法において、
成形によって生じた前記繊維状物質に樹脂を含浸させたシートの凹部を、繊維状物質に樹脂を含浸させたシートとは別体で積層させた樹脂を含むシートの樹脂によって充填することを特徴とする複合材料の構造体の製造方法。
【請求項１０】
請求項２に記載の複合材料の構造体の製造方法において、
樹脂中に発泡剤を混入(配合)した前記シートの加熱に伴う発泡による体積膨張分に伴って、金型間隔を広げて成形することを特徴とする複合材料の構造体の製造方法。
【請求項１１】
請求項２に記載の複合材料の構造体の製造方法において、
樹脂中に発泡剤を混入(配合)したシートを含んだ積層シートを上、下金型の間に設置し、
少なくとも一方の金型を所定温度に加熱して、上、下金型の相対的接近動作により、前記積層シートを加圧して、両金型の内壁面に倣って前記積層シートを３次元形状に成形する過程で、前記金型に設置した圧力センサにて加圧圧力を測定し、
前記測定された圧力値が所定値より高まった場合に金型間隔を広げる制御を行うことを特徴とする複合材料の構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス繊維やカーボン繊維などから成る繊維状物質を含む基材に樹脂を含浸したシート、および樹脂中に発泡剤を混入(配合)した樹脂シートを含んで、複数の積層したシートを金型での加熱と加圧によって、３次元的な形状に成形する複合材料の構造体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
軽量高剛性および断熱性能の向上を実現するための構造体として、ガラス繊維やカーボン繊維などから成る繊維状物質を含む基材に樹脂を含浸させて形状を形成するFRP(Fiber-reinforced Plastics)構造体と、前記FRP構造体とは別体として発泡成形した発泡体を貼り合わせた複合材料の構造体が一般的に用いられている。
【０００３】
前記複合材料の構造体は、（Ａ）予備加工した基材を金型へ設置し、基材に樹脂を含浸するFRP成形工程、（Ｂ）発泡体を発泡成形する工程、（Ｃ）（Ａ）および（Ｂ）工程で別途製造したFRP構造体と発泡体を貼り合わせる工程、によって形成される。軽量高剛性および断熱性能の向上を実現するための構造体は、一般的に上記の複数の長時間工程を経る必要があるため、製造コストが高くなる問題がある。製造コストを低減するためには、前記（Ａ）〜（Ｃ）の工程を短縮する必要がある。
【０００４】
本技術分野の背景技術として、特開２００６−３５６７１号公報(特許文献１)がある。この公報には、「高剛性、軽量性を備えながら高いＸ線透過性を有するとともに、制振性に優れたＦＲＰ構造を提供し、Ｘ線機器用部材等に好適なＦＲＰ構造体を提供する。次の構成要素［Ａ］、［Ｂ］、［Ｃ］を含み、構成要素［Ｂ］の片側に厚みが５〜２００μｍの構成要素［Ｃ］、もう一方の側に構成要素［Ａ］となる積層構成を有し、かつＦＲＰ構造体の中立面が［Ａ］の内部にあることを特徴とするＦＲＰ構造体。  ［Ａ］熱可塑性樹脂発泡体層。  ［Ｂ］連続炭素繊維を強化繊維とするＦＲＰ層。  ［Ｃ］シート状樹脂層。」と記載されている(要約参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３５６７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記特許文献１には、製造後のFRP構造体と発泡体を含む複合材料の構造に関して記載されているが、発泡剤を用いた製造を行う場合には、発泡剤を含む樹脂の体積膨張に伴って、金型の空間を広げる必要があり、特別な成形方法を考慮する必要がある。しかし、特許文献１には、３次元的な形状を有する複合材料の製造方法および発泡体を含む複合材料の製造方法についての詳細な記述が無いため、３次元的な形状を有する複合材料、または発泡体を含む複合材料の構造を実現することが困難となる問題が生じる。
【０００７】
軽量高剛性および断熱性能の向上を実現できる繊維状物質を含む基材に樹脂を含浸させて形状を成形するFRP構造体と、前記FRP構造体とは別体として発泡成形した発泡体を貼り合わせた複合材料の構造体は、（Ａ）予備加工した基材を金型へ設置し、基材に樹脂を含浸するFRP成形工程、（Ｂ）発泡体を成形する工程、（Ｃ）FRP構造体と発泡体を貼り合わせる工程を経る必要がある。このため、コストが高くなる問題がある。
製造コストを低減するための課題は、以下の工程の短縮である。
（１）FRP構造体成形時の基材の予備加工および金型への設置工程、
（２）FRP構造体成形時の樹脂含浸工程、
（３）発泡材料を金型に充填した後に、発泡成形する工程、
（４）FRP構造体と発泡体との貼り合わせ工程。
【０００８】
工程を短縮するための手段として、板形状に形成したガラス繊維やカーボン繊維などの繊維状物質に樹脂を予め含浸させたシートを金型の加熱と加圧によって製造する方法が考えられる。更にこのとき、発泡剤を混入(配合)した樹脂シートと、前記の繊維状物質に樹脂を予め含浸させたシートとを板形状に積層させた後、金型での加熱と加圧によって一体化して３次元形状を製造する方法が考えられる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために本発明では、複合材料の構造体の製造方法において、少なくとも上下２つに分割できる上、下金型の間に、少なくとも１層の繊維状物質を含む基材に樹脂を予め含浸させたシート、および樹脂を含むシートを積層した積層シートを設置し、少なくとも一方の金型を所定温度に加熱して、上、下金型の相対的接近動作により、前記積層シートを加圧して、両金型の内壁面に倣って前記積層シートを３次元形状に成形するようにした。
【００１０】
また、上記課題を解決するために本発明では、前記複合材料の構造体の製造方法において、前記積層シートの樹脂を含むシートに替えて、または前記積層シートに少なくとも1層の樹脂中に発泡剤を混入(配合)したシートを更に含むようにした。
【００１１】
また、上記課題を解決するために本発明では、前記複合材料の構造体の製造方法において、前記積層シートの最外表面に部分的に、または全面に金属部品を、または内部に部分的に金属部品を更に含むようにした。
【００１２】
また、上記課題を解決するために本発明では、前記複合材料の構造体の製造方法において、樹脂中に発泡剤を混入(配合)したシートを含んだ積層シートを上、下金型の間に設置し、少なくとも一方の金型を所定温度に加熱して、上、下金型の相対的接近動作により、前記積層シートを加圧して、両金型の内壁面に倣って前記積層シートを３次元形状に成形する過程で、前記金型に設置した圧力センサにて加圧圧力を測定し、前記測定された圧力値が所定値より高まった場合に金型間隔を広げる制御を行うようにした。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ガラス繊維やカーボン繊維などから成る繊維状物質を含む基材に樹脂を含浸した樹脂シート、および樹脂中に発泡剤を混入(配合)した樹脂シートを含んで、板形状に積層した複数のシートを金型での加熱及び加圧によって、３次元的な形状を有する複合材料の構造体を成形できる。このため、軽量高剛性および断熱性能を向上した構造体を低コストで提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施例で対象とする3次元形状の複合材料の構造体の外観図である。
【図２】FRP構造体の一般的な製造法を説明する図である。
【図３】繊維状物質を含む基材に樹脂を予め含浸させたシート、および樹脂を含む板形状の積層シートを用いた複合材料の製造方法を説明する図である。
【図４】繊維状物質を含む基材に樹脂を予め含浸させたシート、および樹脂を含む板形状の積層シートを用いた複合材料の製造方法を説明する図である。
【図５】繊維状物質を含む基材に樹脂を予め含浸させたシート、および発泡剤を混入(配合)した樹脂シートを含む板形状の積層シートを用いた製造方法を説明する図である。
【図６】繊維状物質を含む基材に樹脂を予め含浸させたシート、および発泡剤を混入(配合)した樹脂シートを含む板形状の積層シートを用いた製造方法を説明する図である。
【図７】繊維状物質を含む基材に樹脂を予め含浸させたシートと、最外表面に樹脂シートを含む積層シートを３次元的に成形した複合材料の構造を説明する図である。
【図８】繊維状物質を含む基材に樹脂を予め含浸させたシートと、発泡剤を混入(配合)した樹脂シート、および樹脂シートを含む積層シートを３次元的に成形した複合材料の構造を説明する図である。
【図９】繊維状物質を含む基材に樹脂を予め含浸させたシートと、発泡剤を混入(配合)した樹脂シート９と、最外表面に樹脂シートを含む積層シートを３次元的に成形した複合材料の構造を説明する図である。
【図１０】繊維状物質を含む基材に樹脂を予め含浸させたシートと、発泡対を含む複合材料の構造体の最外表面に部分的に金属部品を設置した複合材料の構造を説明する図である。
【図１１】繊維状物質を含む基材に樹脂を予め含浸させたシートと、発泡対を含む複合材料の構造体の最外表面に金属部品を設置した複合材料の構造を説明する図である。
【図１２】繊維状物質を含む基材に樹脂を予め含浸させたシートと、発泡対を含む複合材料の構造体の内部に金属部品を設置した複合材料の構造を説明する図である。
【図１３】貫通穴の空間を有する3次元形状の複合材料の構造体の外観図である。
【図１４】本実施例で説明した複合材料の構造体のモデルが適用される鉄道車両の断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明に係る実施の形態について説明する。
図１は、本実施例で対象とする３次元形状の複合材料の構造体６の外観図を示す。この構造体６は、例えば図１４に断面図を示す新幹線の車両の各座席の横の窓枠を支える構造体などのモデルである。例えば、Ｘ方向の外形寸法は1000mm、Ｙ方向の外形寸法は850mm、Ｚ方向の外形寸法は240mmである。
なお、以下の図では、図１のＡ−Ａ’断面を示して、製造方法および構造を説明するものとする。
【００１６】
図２は、繊維状物質を含む基材３に樹脂４を含浸させて金型成形により形成するFRP（Fiber-reinforced Plastics）構造体１７の一般的な製造法を示す。
図２(ａ)は、予備加工した基材３を、２つ以上に分割できる金型の上金型１と下金型２の間に設置し、上金型１と下金型２によってクランプした状態を示す。
図２(ｂ)は、図２(ａ)の金型上部から樹脂４を充填し、予備加工した基材３に樹脂４を含浸する工程を示す。本工程によって、ＦＲＰ構造体１７を製造することができる。
ここで、図２で示す製造方法では、金型１，２に形状を合わせて設置する基材３の予備加工工程の短縮、樹脂４を予備加工した基材３に含浸させる工程の短縮が課題となる。
【実施例１】
【００１７】
この問題を解決するための製造方法の一例を図３に示す。
図３(ａ)は、繊維状物質を含む基材３に樹脂を予め含浸させたシート７(プリプレグなど)、および樹脂を含むシート８を積層した板形状の積層シート１３を２つ以上に分割できる金型の上金型１と下金型２の間に設置した状態を示す。
図３(ｂ)は、上金型１および下金型２を所定温度(材料に応じて適正温度を設定する)に加熱し、上金型１の加圧によって、板形状の積層シート１３を３次元形状に成形した後の状態を示す。
【００１８】
このとき、上金型１、または下金型２、または両金型からのシート１３への加熱によって、シート７、シート８に用いる樹脂を軟化させ、加工性を向上することができる。
また、図３の製造方法を用いることによって、上金型１、下金型２の形状に合わせて設置する基材３の予備加工工程の短縮、樹脂４を予備加工した基材３に含浸させる工程の短縮が可能となり、製造コストを低減することができる。
【００１９】
ここで、基材３には、ガラス繊維、カーボン繊維、ボロン繊維、アラミド繊維、マイカ繊維、ポリエチレン繊維などを含む繊維状物質を用いることができ、複数の繊維を組合せて用いることもできるものとする。  
また、シート７、シート８に用いる樹脂は、不飽和ポリエステル、エポキシ、アラミド、フェノール、ポリウレタンなどの熱硬化性樹脂、または、メチルメタアクリレート、ポリプロピレン、プリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、アクリル、ポリフェニレンスルファイド、ポリテトラフロロエチレン、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、非晶ポリアリレート、液晶ポリマー、ポリウレタンなどの熱可塑性樹脂、または、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、ポリイソブチレン、エチレンプロピレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、アクリルゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴムなどのゴム材料を含む材料を用いることができる。また、各シートごとに異なる樹脂を使用した組合わせも考えられる。
【００２０】
また、シート７、シート８に用いる樹脂には、シリカ、マイカ、炭酸カルシウムなどの無機材料の充填材やポリエチレン、ポリプロピレンなどの熱可塑性樹脂、エポキシ、フェノールなどの熱硬化性樹脂を成分とする有機材料の充填材を充填でき、可塑剤、硬化剤、硬化促進剤、着色剤などの添加剤を含んでも良いものとする。
【００２１】
図４(ａ)は、繊維状物質を含む基材３に樹脂を予め含浸させたシート７(既存のプリプレグなど)、および樹脂を含むシート８を積層した板形状の積層シート１３を、２つ以上に分割できる金型の上金型１と下金型２の間に設置した状態を示す。
図４(ｂ)は、上金型１および下金型２を所定温度に加熱し、上金型１の加圧によって、板形状の積層シート１３を３次元形状に成形した後の状態を示す。
このとき、上金型１または下金型２または両金型からのシート１３への加熱によって、シート７、シート８に用いる樹脂を軟化させ、加工性を向上することができる。
【００２２】
ここで、繊維状物質を含む基材３に樹脂を予め含浸させたシート７を上金型１の加圧によって３次元的な形状に成形する際には、繊維状物質を含む基材３の加工性が悪いために、シート７を成形加工によって曲げるコーナ部１８に、シート７の凸部１５、または凹部１６などのしわが、シート７、およびシート８の界面に形成されることがある。
図４(ｂ)に示すように、シート７の凹部１６を、シート７と予め別体として積層しておいた樹脂シート８の樹脂によって埋めて覆うことができる。更に、シート７の凸部１５と接触する樹脂シート８の肉厚を部分的に薄くすることによって、樹脂シート８を意匠面とした場合に、シート７の凹部１６、または凸部１５を外観上、目立たなくさせることが可能となり、意匠性に優れた複合材料の構造体を形成することが可能となる。
【実施例２】
【００２３】
軽量高剛性および断熱性能の向上を実現するための構造体として、ガラス繊維やカーボン繊維などから成る繊維状物質を含む基材３に樹脂を含浸させて形状を形成するFRP（Fiber-reinforced Plastics）構造体と、前記FRP構造体とは別体として成形した発泡体を接着剤などで貼り合わせた複合材料の構造体(発泡構造体)が一般的に用いられている。
【００２４】
図５は、貼り合わせ工法を用いないで、前記FRP構造体と発泡体との一体成形方法によって、工程短縮を可能とし、製造コスト低減を実現する本発明の第２の実施形態の一例を示す。
図５(ａ)は、繊維状物質を含む基材３に樹脂を予め含浸させたシート７、および発泡剤を混入(配合)した樹脂シート９を積層した板形状の積層シート１３を２つ以上に分割できる金型の上金型１と下金型２の間に設置した状態を示す。
図５(ｂ)は、上金型１および下金型２を所定温度に加熱し、上金型１での加熱と加圧によって、樹脂シート９中に気泡１１を発生・成長させながら、板形状の積層シート１３を３次元形状に成形する工程を示す。
【００２５】
ここで、発泡剤を混入(配合)した樹脂シート９について、ベースとなる樹脂は、不飽和ポリエステル、エポキシ、アラミド、フェノール、ポリウレタンなどの熱硬化性樹脂、または、メチルメタアクリレート、ポリプロピレン、プリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、アクリル、ポリフェニレンスルファイド 、ポリテトラフロロエチレン、ポリサルフォン 、ポリエーテルサルフォン 、非晶ポリアリレート、液晶ポリマー、ポリウレタンなどの熱可塑性樹脂、または、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、ポリイソブチレン、エチレンプロピレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、アクリルゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴムなどのゴム材料を含む材料を用いることができる。
【００２６】
また、発泡剤を混入(配合)した樹脂シート９について、発泡剤は、ベースとなる熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂やゴムの中に加え、加熱して分解し、窒素ガス、炭酸ガス、一酸化炭素、アンモニアガス、水素ガスなどのガスを発生させる物質であり、水やニトロソペンタメチレンテトラミン、アゾジカルボンアミド、ヒドラゾジカルボンアミドなどの有機系発泡剤、炭酸水素ナトリウムなどの無機系発泡剤を用いることができる。なお、発泡剤はここで記載した物質に限定されるものではなく、樹脂中に混入(配合)した後、加熱して分解し、ガスを発生させる物質であれば良いものとする。
【００２７】
また、シート９に用いる樹脂には、シリカ、マイカ、炭酸カルシウムなどの無機材料の充填材やポリエチレン、ポリプロピレンなどの熱可塑性樹脂、エポキシ、フェノールなどの熱硬化性樹脂を成分とする有機材料の充填材を充填でき、可塑剤、硬化剤、硬化促進剤、着色剤などの添加剤を含んでも良いものとする。
【００２８】
ここで、下金型２と発泡剤を混入(配合)した樹脂シート９の加熱・加圧によって成形された発泡体１０との間に空間２２を形成することによって、樹脂中に気泡１１を形成する際の体積膨張を許容するものとする。
このとき、上金型１または下金型２からのシート１３への加熱によって、シート７、シート９に用いる樹脂を軟化させ、加工性を向上することができる。
【００２９】
図５(ｃ)は、図５(ｂ)で示した空間２２を満たすように、上金型１、下金型２からの樹脂シート９の加熱によって、樹脂シート９中の気泡１１を発生・成長させ、発泡体１０を形成した後の複合材料の構造体を示す。
図５で示したように、繊維状物質を含む基材３に樹脂を予め含浸させたシート７と発泡剤を混入(配合)した樹脂シート９とを一体で成形することによって、工程の短縮が可能となり、製造コストを低減することができる。
また、実施例２では、図５(ｂ)で示した空間２２を満たすように、樹脂シート９中の気泡１１を発生・成長させることによって発泡体１０を形成した例を示したが、本発明はこれだけに限定されるものではなく、図６に示すように、樹脂シート９中の気泡１１の発生・成長に伴う体積膨張に対応して、金型の隙間間隔を制御する装置を用いて製造することもできる。
【実施例３】
【００３０】
図６(ａ)は、繊維状物質を含む基材３に樹脂を予め含浸させたシート７、および発泡剤を混入(配合)した樹脂シート９を積層した板形状の積層シート１３を２つ以上に分割できる金型の上金型１と下金型２の間に設置した状態を示す。
ここで、下金型２には、上金型１と下金型２の間隔を制御するためのシリンダ１２、圧力センサ２０を設置している。なお、圧力センサ２０の電気信号は、ケーブル１９などで金型外へ取り出し、レコーダ等で値をモニタリングしたり、記録したりすることができる。ここで、圧力センサ２０は、上金型１に設置しても良いものとする。
【００３１】
図６(ｂ)は、上金型１および下金型２を所定温度に加熱し、上金型１の加熱と加圧によって、板形状の積層シート１３を３次元形状に成形する工程を示す。このとき、発泡剤を混入(配合)した樹脂シート９は気泡１１の発生・成長に伴って体積が膨張する。ここでは、樹脂シート９の体積膨張に対応して、シリンダ１２に接続された稼動入れ駒２１によって上金型１と下金型２の間隔を広げながら成形を行うものとする。
このとき、上金型１または下金型２または両金型からのシート１３への加熱によって、シート７、シート９に用いる樹脂を軟化させ、加工性を向上することができる。
ここで、圧力センサ２０でセンシングする樹脂シート９の体積膨張に対応する圧力の上昇をモニタリングして、その圧力を許容値まで下げるようにシリンダ１２を制御することで上金型１と下金型２の間隔を調整ができるものとする。もしくは、予め決められた製造プロセス時間と金型間隔となるようにシリンダ１２を制御することもできる。
【００３２】
図６(ｃ)は、発泡剤を混入(配合)した樹脂シート９中の気泡１１の発生・成長を完了させて、繊維状物質を含む基材３に樹脂を予め含浸させたシート７を成形したＦＲＰ構造体と発泡体１０を一体成形した後の状態を示す。
図６で示したように、貼り合わせ工法を用いないで、前記FRP構造体と発泡体１０との一体成形方法によって、工程短縮を可能とし、製造コスト低減を実現することができる。
【００３３】
以上で示した、図３、４、５、６において、シート７、シート８、またはシート９に用いる樹脂が熱可塑性樹脂の場合には、成形後の冷却によって、樹脂を固化させることができ、シート７、シート８、またはシート９に用いる樹脂が熱硬化性樹脂の場合には、成形中および成形後の加熱によって、樹脂を固化させることができるものとする。
また、図３、４では、繊維状物質を含む基材３に樹脂を予め含浸させたシート７を成形したＦＲＰ構造体と、樹脂を含むシート８を一体で成形した複合材料の事例を示し、図５、図６では繊維状物質を含む基材３に樹脂を予め含浸させたシート７を成形したＦＲＰ構造体と発泡体１０を一体で成形した複合材料の事例を示した。
【実施例４】
【００３４】
本発明は、これだけに限定されるものではなく、繊維状物質を含む基材３に樹脂を予め含浸させたシート７を含む積層シート、または樹脂中に発泡剤を混入(配合)した樹脂シート９を含む積層シートを、図３、４、５、６で示す製造方法で製造された複合材料の任意の構造に適用することができる。
【００３５】
例えば、図７に示すように、少なくともシート７を含み、最外表面にシート８を含む積層シートを３次元的に一体成形する製造方法とそれらの複合材料の構造体に適用することができる。
また、図８に示すように、少なくともシート７、および発泡剤を混入(配合)した樹脂シート９、およびシート８を含む積層シートを３次元的に一体成形する製造方法と、それらのシート７、発泡体１０、およびシート８より形成される複合材料の構造体に適用することができる。
また、図９に示すように、少なくともシート７、および発泡剤を混入(配合)した樹脂シート９、および最外両表面にシート８を含む積層シートを３次元的に一体成形する製造方法とそれらのシート８、シート７、発泡体１０、およびシート８より形成される複合材料の構造体に適用することができる。
【００３６】
また、以上では、繊維および有機材料から成る複合材料の製造方法とその構造体について示したが、本発明はこれだけに限定されるものではなく、強度向上や耐磨耗性向上を目的とし、図３、４、５、６で示す製造方法を用いて金属部品を含んだ複合材料の構造体に適用することができる。
例えば、図１０に示すように、繊維状物質を含む基材３に樹脂を予め含浸させたシート７、発泡剤を混入(配合)した樹脂シート９を成形して得られる発泡体１０、および最外両表面にシート８を含む複合材料の構造体の最外表面に部分的にFe，Alなどの金属部品１４を設置した製造方法とその複合材料の構造体に適用することができる。
【００３７】
また、図１１に示すように、繊維状物質を含む基材３に樹脂を予め含浸させたシート７、発泡剤を混入(配合)した樹脂シート９を成形して得られる発泡体１０、およびシート８を含む複合材料の構造体の最外表面にFe，Alなどの金属部品１４を設置した製造方法とその複合材料の構造体に適用することができる。
また、図１２に示すように、繊維状物質を含む基材３に樹脂を予め含浸させたシート７、発泡剤を混入(配合)した樹脂シート９を成形して得られる発泡体１０、および最外両表面にシート８を含む複合材料の構造体の内部に部分的に金属部品１４を設置した製造方法とその複合材料の構造体に適用することができる。
【００３８】
なお、図１０、１１、１２は、図９で示す複合材料の構造体に金属部品を設置した例を示したが、本発明はこれだけに限定されるものではなく、繊維状物質を含む基材３に樹脂を予め含浸させたシート７、または発泡剤を混入(配合)した樹脂シート９を含む積層シートを用いて製造された複合材料の任意の構造体に適用できるものとする。
【００３９】
また、図３、４、５、６で示す製造方法、および図３、４、５、６で示す製造方法で製造された複合材料の構造体、図７乃至図１２に示す複合材料の構造体は、図１３に示すように、少なくとも一部に貫通穴の空間５を有する複合材料の構造体についても適用することができる。
図１３に示す少なくとも一部に貫通穴の空間５を有する複合材料の構造体の製造方法としては、予め空間部５に相当する部分に、成形前の積層シートに空間を形成しておく方法、または成形後の複合材料の構造体６を後加工して貫通穴の空間５を形成する方法を用いることができる。また、貫通穴の空間部５には、ガラス製、または樹脂製の窓などを設置して製品に用いることもできる。
図１４に示す鉄道車両の断面図において、車輪３１、車軸３２で支えられた車両筺体３０の一部として、シート３３の側面の窓３５が組み込まれた構造体３４の例を前記複合材料の構造体６が表している。車両筺体３０の側部にパネルとして配列される構成部品となる。
【００４０】
以上の各実施例において、図３、４、５、６で示す製造方法では、板形状の積層シート１３を用いる事例を示した。板形状の積層シート１３は、平面形状だけに限定されるものではなく、曲面形状を用いることができ、部分的に３次元形状を形成した形状を用いることができる。
【００４１】
また、板形状の積層シート１３は複数のシートを予め予備加熱によって、仮接着しておいてもよいものとする。
また、各実施例における複合材料の構造体は、各材料は樹脂によって接合されていることを想定しており、成形前の積層シートには接着剤を使用しないことが原則であるが、本発明の実施例では接着剤で接着する場合も含むものとする。
【００４２】
また、図３、４、５、６で示す製造方法では、上金型１と下金型２による縦型締めの事例を示したが、本発明はこれだけに限定されるものではなく、横型締め、もしくは斜め型締めなどの任意の型締め方法を用いることができる。
また、本発明の複合材料の構造体は、自動車、鉄道車両、建設機械、建築部材の内装品または外装品に用いることができるものとする。
【符号の説明】
【００４３】
１  上金型
２  下金型
３  繊維状物質を含む基材
４  樹脂
５  貫通穴の空間部
６  複合材料の構造体
７  繊維状物質を含む基材に樹脂を含浸させたシート
８  樹脂を含むシート
９  発泡剤を含む樹脂シート
１０  発泡体
１１  気泡
１２  シリンダ
１３  板形状の積層シート
１４  金属部品
１５  凹部
１６  凸部
１７  ＦＲＰ構造体
１８  曲げ成形加工のコーナ部
１９  ケーブル  
２０  圧力センサ
２１  可動入れ駒
２２  空間
３０  車両筺体
３１  車輪
３２  車軸
３３  シート
３４  構造体
３５  窓
【図１】
2017140699.tif 000003
【図２】
2017140699.tif 000004
【図３】
2017140699.tif 000005
【図４】
2017140699.tif 000006
【図５】
2017140699.tif 000007
【図６】
2017140699.tif 000008
【図７】
2017140699.tif 000009
【図８】
2017140699.tif 000010
【図９】
2017140699.tif 000011
【図１０】
2017140699.tif 000012
【図１１】
2017140699.tif 000013
【図１２】
2017140699.tif 000014
【図１３】
2017140699.tif 000015
【図１４】
2017140699.tif 000016