(57)【要約】      （修正有）【課題】製造効率、リサイクル性、及び、芯材との表皮材とが接合されている部分の接合力を向上させた繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体を提供する。【解決手段】繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体１は、芯材２と、芯材２の両面に設けられた一方の表皮材３及び他方の表皮材４を有し、芯材２は不連続繊維強化熱可塑性樹脂複合材料であり、一方の表皮材３及び他方の表皮材４は連続繊維強化熱可塑性樹脂複合材料であり、一方の表皮材３及び芯材２は、面同士が接合されており、他方の表皮材４及び芯材２は、点又は線状に接合されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯材と、この芯材の両面に設けられた表皮材とを有する繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体であって、
前記芯材は不連続繊維強化熱可塑性樹脂複合材料であり、
前記表皮材は連続繊維強化熱可塑性樹脂複合材料であり、
一方の表皮材及び芯材は、面同士が接合されており、
他方の表皮材及び芯材は、点又は線状に接合されていることを特徴とする繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体。
【請求項２】
前記芯材は、前記一方の表皮材と接合されているベース部と、このベース部から立ち上がる立設部とを有しており、
ベース部は、立設部が立ち上がる面と反対側の面が前記一方の表皮材の面と接合されており、
立設部は、その先端が前記他方の表皮材と接合されていることを特徴とする請求項１に記載の繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体。
【請求項３】
不連続繊維強化熱可塑性樹脂複合材料である芯材と、この芯材の両面に設けられた連続繊維強化熱可塑性樹脂複合材料である表皮材とを有する繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体の製造方法であって、
一方の表皮材に対して前記芯材の立設部が立ち上がるように、芯材となる材料及び一方の表皮材となる材料を成形して前記芯材と前記一方の表皮材とを一体化する一体化成形工程と、
他方の表皮材と、前記芯材及び前記一方の表皮材が一体となったものとを接合する接合工程とを有することを特徴とする繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体の製造方法。
【請求項４】
一体化成形工程において、前記一方の表皮材と前記芯材とを一体化すると同時に、前記一方の表皮材となる材料を任意の形状となるように賦形することを特徴とする請求項３に記載の繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体の製造方法。
【請求項５】
前記接合工程の前に、他方の表皮材となる材料を任意の形状となるように賦形する賦形工程をさらに有することを特徴とする請求項３又は４に記載の繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体の製造方法。
【請求項６】
前記一体化成形工程の後に、前記立設部に囲まれた空間に吸音材を充填する充填工程をさらに有することを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載の繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体及び繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体の製造方法に関するものであり、特に、表皮材及び芯材の両方が繊維強化熱可塑性樹脂複合材料である繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体及び繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
軽量で高い比剛性を有する材料として、芯材の両面に、繊維強化樹脂複合材料の表皮材を設けた繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体がある。
【０００３】
このような繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体として、特許文献１に示すものがある。この繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体は、表皮材を予め成形した後、芯材と一体化される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２２４８７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
芯材が繊維強化樹脂複合材料ではない場合、芯材と繊維強化樹脂複合材料である表皮材との間が異種界面の接合になるため、接着剤を使用して接合しなければならない。
【０００６】
また、熱硬化性樹脂のマトリックスにおいては、芯材及び表皮材の両方が繊維強化樹脂複合材料である繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体は実現されている。しかし、熱硬化性樹脂のマトリックスの芯材及び表皮材は、接着剤を使用して接合しなければならない。
【０００７】
そのため、接着剤の硬化時間を確保する必要があり、製造効率が低下するという問題がある。
【０００８】
また接着剤を使用して接合することで、繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体に繊維強化樹脂複合材料以外の異種材料が含まれることとなる。そのため、熱硬化性樹脂の繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体のリサイクル性が悪いという問題がある。
【０００９】
芯材が例えばハニカム構造である場合、表皮材との接触面積が小さくならざるを得ない。そのため、芯材との表皮材とが接合されている部分の接合力に限界がある。この接合力の限界によって、繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体の用途が限定されているという問題がある。
【００１０】
芯材、一方の表皮材及び他方の表皮材をそれぞれ別個に成形した上で、芯材に一方の表皮材及び他方の表皮材を接合させると、その接合工程において、芯材と一方の表皮材、及び、芯材と他方の表皮材の２箇所での接合が必要となり、繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体の寸法精度向上に限界があるという問題もあった。
【００１１】
そこで、上記点より本発明は、製造効率、リサイクル性、及び、芯材との表皮材とが接合されている部分の接合力を向上させた繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体、及び、その繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体の寸法精度を向上させた繊維強化樹脂製サンドイッチ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】
【００１２】
上記課題を解決するため、請求項１の繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体は、芯材と、この芯材の両面に設けられた表皮材とを有する繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体であって、前記芯材は不連続繊維強化熱可塑性樹脂複合材料であり、前記表皮材は連続繊維強化熱可塑性樹脂複合材料であり、一方の表皮材及び芯材は、面同士が接合されており、他方の表皮材及び芯材は、点又は線状に接合されている。
【００１３】
請求項１の繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体によれば、芯材及び表皮材が共に熱可塑性樹脂複合材料であることによって、熱可塑性樹脂複合材料のマトリックス同士を溶着接合し、接着剤を使用することなく芯材及び表皮材を一体化することができる。
【００１４】
また、芯材及び表皮材が共に熱可塑性樹脂複合材料であることによって、繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体に接着剤などの異種材料が含まれることがないので、リサイクル性が向上する。
【００１５】
さらに、一方の表皮材及び芯材は、面同士が接合されていることで、芯材との表皮材とが接合されている部分の接合力を向上させることができる。そのため、繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体の用途を拡大することができる。
【００１６】
請求項２の繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体は、請求項１の繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体において、前記芯材は、前記一方の表皮材と接合されているベース部と、このベース部から立ち上がる立設部とを有しており、ベース部は、立設部が立ち上がる面と反対側の面が前記一方の表皮材の面と接合されており、立設部は、その先端が前記他方の表皮材と接合されている。
【００１７】
請求項２の繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体によれば、請求項１の繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体と同様に作用する上に、ベース部は、立設部が立ち上がる面と反対側の面が前記一方の表皮材の面と接合されているので、芯材と一方の表皮材とが接合されている部分の接合力を向上させることができる。
【００１８】
立設部は、その先端が他方の表皮材と接合されているので、一方の表皮材と他方の表皮材との間に空間を確保し、見かけの密度を小さくすることができる。そのため、繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体全体を軽量化することができ、繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体の比剛性を向上させることができる。
【００１９】
請求項３の繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体の製造方法は、不連続繊維強化熱可塑性樹脂複合材料である芯材と、この芯材の両面に設けられた連続繊維強化熱可塑性樹脂複合材料である表皮材とを有する繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体の製造方法であって、一方の表皮材に対して前記芯材の立設部が立ち上がるように、芯材となる材料及び一方の表皮材となる材料を成形して前記芯材と前記一方の表皮材とを一体化する一体化成形工程と、他方の表皮材と、前記芯材及び前記一方の表皮材が一体となったものとを接合する接合工程とを有する。
【００２０】
請求項３の繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体の製造方法によれば、接合工程前に、前記一方の表皮材と前記芯材とを一体化すること一体化成形工程を有することで、接合工程での接合箇所を１箇所に減らすことができる。これにより、繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体の寸法精度の向上と製造効率の向上を両立させることができる。
【００２１】
請求項４の繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体の製造方法は、請求項３の繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体の製造方法において、一体化成形工程において、前記一方の表皮材と前記芯材とを一体化すると同時に、前記一方の表皮材となる材料を任意の形状となるように賦形する。
【００２２】
請求項４の繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体の製造方法によれば、請求項３の繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体の製造方法と同様に作用する上に、一方の表皮材と前記芯材とを一体化すること、一方の表皮材を任意の形状とすること、及び、その任意の形状となった一方の表皮材に対して芯材の立設部が成形されることが一体化成形工程で同時におこなうことができる。そのため、一方の表皮材と前記芯材とを一体化したものを賦形するために独立した工程を増やす必要がない。一方の表皮材となる材料を任意の形状となるように賦形することで、この一方の表皮材と前記芯材とを一体化したものを有する繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体の形状を自由に変えることができる。
【００２３】
請求項５の繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体の製造方法は、請求項３又は４の繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体の製造方法において、前記接合工程の前に、他方の表皮材となる材料を任意の形状となるように賦形する賦形工程をさらに有する。
【００２４】
請求項５の繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体の製造方法によれば、請求項３又は４の繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体の製造方法と同様に作用する上に、他方の表皮材となる材料を任意の形状となるように賦形することで、この他方の表皮材を有する繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体の形状を自由に変えることができる。
【００２５】
請求項６の繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体の製造方法は、請求項３乃至５のいずれかの繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体の製造方法において、前記一体化成形工程の後に、前記立設部に囲まれた空間に吸音材を充填する充填工程をさらに有する。
【００２６】
請求項６の繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体の製造方法によれば、請求項３乃至５のいずれかの繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体の製造方法と同様に作用する上に、立設部に囲まれた空間に吸音材を充填することで、繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体の遮音性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２７】
請求項１又は２の繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体は、製造効率、リサイクル性及び芯材との表皮材とが接合されている部分の接合力を向上させることができる。また、請求項３乃至６の繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体の製造方法は、寸法精度の向上と製造効率の向上を両立した請求項１又は２の繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態の繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体の側面概略図である
【図２】本発明の一実施形態の繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体の製造方法の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明の一実施形態の繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体について、図１に基づいて説明する。
【００３０】
繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体１は、芯材２と、この芯材２の両面に設けられた一方の表皮材３と他方の表皮材４とを有する。
【００３１】
芯材２は、不連続繊維強化熱可塑性樹脂複合材料からなる。
【００３２】
芯材２の不連続繊維として、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、バサルト繊維若しくはボロン繊維等の無機繊維、又は、アラミド繊維若しくはポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維等の有機繊維等を使用することができる。不連続繊維は、０．３ｍｍ〜７．０ｍｍの範囲の長さを有することが望ましい。
【００３３】
芯材２の熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリアミド６、ポリアミド６６若しくはポリアミド１２等のポリアミド樹脂、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリフェニレンサルファイド、ポリメタクリル酸メチル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド又は熱可塑性エポキシ等を使用することができる。
【００３４】
一方の表皮材３及び他方の表皮材４は、連続繊維強化熱可塑性樹脂複合材料からなる。この連続繊維強化熱可塑性樹脂複合材料は、連続繊維基材をマトリックス樹脂である熱可塑性樹脂を用いて固めたものである。
【００３５】
一方の表皮材３及び他方の表皮材４の連続繊維基材として、例えば、平織、綾織又は朱子織等の織組織を有する織物、ノンクリンプファブリック、一方向材（ＵＤ）等を使用することができる。
【００３６】
一方の表皮材３及び他方の表皮材４の熱可塑性樹脂としては、芯材２と同様に、例えば、ポリアミド６、ポリアミド６６若しくはポリアミド１２等のポリアミド樹脂、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリフェニレンサルファイド、ポリメタクリル酸メチル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド又は熱可塑性エポキシ等を使用することができる。
【００３７】
芯材２は、一方の表皮材３と接合されているベース部５と、このベース部５から立ち上がる立設部６とを有している。
【００３８】
ベース部５は、立設部６が立ち上がる面と反対側の面が一方の表皮材３の面と接合されている。ベース部５は、一方の表皮材３の面を覆っている状態となっている。また、ベース部５と一方の表皮材３との接合部分は、マトリックス樹脂同士が一体となっている。したがって、一方の表皮材３及び芯材２は、面同士が接合されていることとなる。
【００３９】
立設部６は、その先端が他方の表皮材４と接合されている。立設部６の先端と他方の表皮材４との接合部分は、マトリックス樹脂同士が一体となっている。例えば立設部６が棒体であるならば、他方の表皮材４及び芯材２は、点状に接合されていることとなる。また、例えば立設部６が壁体であるならば、他方の表皮材４及び芯材２は、線状に接合されていることとなる。
【００４０】
繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体１において、芯材２は、例えば、ハニカム構造、アイソグリッド構造等であってもよい。
【００４１】
以下、本発明の実施例の繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体について説明する。芯材２は、不連続繊維である長さ０．５ｍｍの炭素繊維を、ポリアミド６のマトリックス樹脂中に含むものである。一方の表皮材３及び他方の表皮材４は、連続繊維基材である炭素繊維の織物を、マトリックス樹脂であるポリアミド６を用いて固めたものである。この実施例の繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体の見かけの密度は０．３７ｋｇ／立方メートルである。
【００４２】
比較例の連続繊維強化熱可塑性樹脂複合材料は、連続繊維基材である炭素繊維の織物を、マトリックス樹脂であるポリアミド６を用いて固めたものである。密度は、１．５ｋｇ／立方メートルである。
【００４３】
また、比較例の連続繊維強化熱可塑性樹脂複合材料の厚さを大きくする場合に比べて、実施例の繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体は、繊維強化樹脂の使用量を大幅に減少させた上で、厚さを大きくすることができる。
【００４４】
また、繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体の一方の表皮材と他方の表皮材との間にある空間を様々な用途に利用することができる。例えば、この空間に吸音材を充填して繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体の遮音性を向上させること、この空間に制振材を充填して繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体の制振性を向上させること、この空間に電線、ケーブル等を通すことなどが可能となる。
【００４５】
さらに、比較例の曲げ弾性率は、裏表どちらの面に荷重を加えても変わらない。これに対して、実施例の繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体１においては、一方の表皮材３の外表面に荷重を加えた場合の比曲げ弾性率は６．６２ｋＮ・ｍ／ｋｇであり、他方の表皮材４の外表面に荷重を加えた場合の比曲げ弾性率は４．７８ｋＮ・ｍ／ｋｇである。つまり、より高い比弾性率を要求される表面側に繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体１の一方の表皮材３側を配置することで、見かけの密度が小さく繊維強化樹脂の使用量を大幅に減少させた繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体１の用途を拡大することができる。
【００４６】
上記実施例では、芯材２、一方の表皮材３及び他方の表皮材４のマトリックス樹脂が同一である場合について説明したが、これに限定されることはない。マトリックス樹脂同士が一体となるように接合可能であるならば、芯材、一方の表皮材及び他方の表皮材のマトリックス樹脂が異なっていてもよい。
【００４７】
本発明の一実施形態の繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体１の製造方法について、図２に基づいて説明する。
【００４８】
本製造方法は、上述した不連続繊維強化熱可塑性樹脂複合材料である芯材２と、この芯材２の両面に設けられた連続繊維強化熱可塑性樹脂複合材料である一方の表皮材３と他方の表皮材４とを有する繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体１を製造するものである。
【００４９】
本製造方法は、一体化成形工程、賦形工程及び接合工程を有する。
【００５０】
一体化成型工程では、図２（ａ）に示すように、芯材となる材料２１及び一方の表皮材となる材料３１とを重ね合せて、プレス加工によって成形する。
【００５１】
実施形態では、一体化成型工程のプレス加工において、芯材となる材料２１及び一方の表皮材となる材料３１を，２６０℃〜３００℃で予備加熱を行った後、６０℃〜１６０℃の金型でプレスを行った。
【００５２】
プレス加工後は、図２（ｂ）に示すように、一方の表皮材３に対して芯材２の立設部６が立ち上がるように、芯材２と一方の表皮材３とを一体化する。このプレス加工によって、ベース部５と一方の表皮材３との接合部分では、マトリックス樹脂同士が一体となる。
【００５３】
また、一体化成型工程では、プレス加工によって、芯材２と一方の表皮材３とを一体化されるとともに、図２（ａ）の一方の表皮材となる材料３１が任意の形状となるように賦形されて、図２（ｂ）の任意の形状を有する一方の表皮材３となる。
【００５４】
一体成型化工程後の芯材２のベース部５は、任意の形状となった一方の表皮材３の表面を覆っている状態となるように成形される。一体成型化工程後の芯材２の立設部６は、後述する任意の形状となった他方の表皮材４に立設部６の先端が当接するように成形される。
【００５５】
賦形工程では、図２（ｃ）に示すように、他方の表皮材となる材料４１をプレス加工によって成形する。賦形工程のプレス加工によって、図２（ｄ）の任意の形状を有する他方の表皮材４となる。
【００５６】
実施形態では、賦形工程のプレス加工において、他方の表皮材となる材料４１を，２６０℃〜３００℃で予備加熱を行った後、６０℃〜１６０℃の金型でプレスを行った。
【００５７】
接合工程では、図２（ｅ）に示すように、前述の一体化成型工程を経て一体化した芯材２と一方の表皮材３と、前述の賦形工程を経た他方の表皮材４とを重ね、他方の表皮材４に立設部６の先端が当接した状態で振動溶着を行う。この振動溶着によって、図２（ｆ）に示すように、立設部６の先端と他方の表皮材４との接合部分は、マトリックス樹脂同士が一体となっている。
【００５８】
実施形態では、振動溶着は、沈み込み量０．５ｍｍ、振幅１．５ｍｍ、圧力３７３０Ｎの条件で行った。
【００５９】
上記実施形態の繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体の製造方法における一体化成型工程のプレス加工、賦形工程のプレス加工及び振動溶着の条件は、あくまで一例である。したがって、表皮材及び芯材の材料、繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体の形状等に応じて、それらの条件を適宜変えることができる。
【００６０】
上記実施形態の繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体の製造方法は、一体化成形工程、賦形工程及び接合工程を有する場合について説明したが、これに限定されることはない。他方の表皮材４を任意の形状にする必要がなければ、繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体の製造方法は賦形工程を有していなくてもよい。また、前記一体化成形工程の後に、前記立設部に囲まれた空間に吸音材を充填する充填工程をさらに有していてもよい。
【００６１】
上記実施形態の繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体の製造方法は、プレス加工によって、芯材２と一方の表皮材３とを一体化される場合について説明したが、これに限定されることはない。例えば、一方の表皮材に芯材を射出成型によって一体化させるように形成してもよい。
【００６２】
上記実施形態の繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体の製造方法は、接合工程で振動溶着を行う場合について説明したが、これに限定されることはない。例えば、超音波溶着、熱盤溶着、マイクロ波溶着、赤外線溶着又はレーザー溶着等の振動溶着以外の方法で立設部の先端と他方の表皮材とをマトリックス樹脂同士が一体となるように接合してもよい。
【００６３】
また、一体化成形工程又は賦形工程のプレス加工では、予備加熱において、金型の一部が材料と共に加熱されるようになっていてもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１    繊維強化樹脂製サンドイッチ構造体
２    芯材
３    一方の表皮材
４    他方の表皮材
５    ベース部
６    立設部
２１  芯材となる材料
３１  一方の表皮材となる材料
４１  他方の表皮材となる材料
【図１】
2017205885.tif 000003
【図２】
2017205885.tif 000004