(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発泡体からなるコア材の両面ににＦＲＰスキン層が設けられ、コア材とＦＲＰスキン層との間に、両者が接合された状態においてＦＲＰスキン層の初期の所定の面形状を保つための面剛性を向上する手段が介在されているＦＲＰ製自動車用パネルであって、前記面剛性向上手段が、ＦＲＰスキン層のマトリックス樹脂により形成され、ＦＲＰスキン層からコア材の肉厚方向に延びる複数の壁状突条からなるとともに、各ＦＲＰスキン層からコア材の肉厚方向に延びる壁状突条が、コア材の断面方向に見て千鳥に配置されていることを特徴とするＦＲＰ製自動車用パネル。
【請求項２】
自動車用アンダーカバーである、請求項１に記載のＦＲＰ製自動車用パネル。
【請求項３】
ＦＲＰスキン層の路面側表面にエンボスが施されている、請求項２のＦＲＰ製自動車用パネル。
【請求項４】
発泡体からなるコア材の両面にＦＲＰスキン層を、間にＦＲＰスキン層の初期の所定の面形状を保つための面剛性を向上する手段を介在させて、ＲＴＭ法により一体に成形するＦＲＰ製自動車用パネルの製造方法であって、前記面剛性向上手段を、コア材のＦＲＰスキン層側表面に面方向に延びる複数の溝を形成しておき、ＦＲＰスキン層のマトリックス樹脂を溝内に流入させて硬化させることによりＦＲＰスキン層からコア材の肉厚方向に延びる複数の壁状突条を形成することによって、成形とともに構成するとともに、前記コア材の両面に、前記溝をコア材の断面方向に見て千鳥配置になるように形成し、コア材の両面にＦＲＰスキン層をＲＴＭ法により成形することを特徴とするＦＲＰ製自動車用パネルの製造方法。
【請求項５】
成形されるパネルが自動車用アンダーカバーである、請求項４に記載のＦＲＰ製自動車用パネルの製造方法。
【請求項６】
ＦＲＰスキン層の路面側表面にエンボスを施す、請求項５のＦＲＰ製自動車用パネルの製造方法。
【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）製自動車用パネルおよびその製造方法に関し、とくに、全体としても高い剛性が要求されるとともに、局部的な外力や衝撃力に対しても高い局部剛性が要求される自動車用パネル、たとえば、自動車用アンダーカバー等に好適な、ＦＲＰ製自動車用パネルおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用の各種パネルとして、軽量で剛性が高く、耐久性や断熱性等に優れたＦＲＰ製パネルが注目をあびつつある。とくに高い剛性が要求される場合にはサンドイッチ構造が採用され、その一例として、ＦＲＰスキン層／アルミハニカムコア／ＦＲＰスキン層からなるサンドイッチ構造が知られている。空間比率の高いハニカム構造のアルミ材を介在させたサンドイッチ構造であるため、軽量性を確保しつつ、パネル全体として高い剛性を発現できる。
【０００３】
しかし、上記のようなサンドイッチ構造を有するパネル部材は、通常、ＦＲＰスキン層をプリプレグ積層のオートクレーブ成形によって製造されており、プリプレグを使用するため、さらに、ハニカム構造に形成されたアルミ材を使用するため、材料費が高く、加えて、オートクレーブ成形によるため成形費も高く、自動車用等の大量生産用途には適していない。
【０００４】
一方、発泡体からなるコア材を使用し、その両面にＦＲＰスキン層を設けたサンドイッチ構造のパネルも知られている。コア材を発泡体で構成しているので、パネル全体として軽量化が可能であり、コア材とＦＲＰスキン層を、ＲＴＭ法（Resin Transfer Molding) により一体成形可能であるので、軽量化を達成しつつ、材料費、成形費の低減が可能となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、単に発泡体からなるコア材の両面にＦＲＰスキン層を設けるだけでは、十分に高い剛性を発現させることができないことがある。とくに、自動車用アンダーカバーのように、全体として高い剛性が要求されつつ、局部的な外力や路面からの跳ね石等による局部的な衝撃力に対しても高い局部剛性が要求される自動車用パネルにおいては、次のような問題を生じるおそれがある。
【０００６】
たとえば図１０に示すように、発泡体からなるコア材１０１の両面にＦＲＰスキン層１０２、１０３を設けたサンドイッチ構造のパネル１００に、局部的な曲げが作用すると、一方のＦＲＰスキン層１０２が局部的にコア材１０１から剥離し、この剥離部１０４において所定のサンドイッチ構造が構成されなくなって、剛性が低下する。また、剥離部１０４は外方への膨れとなって残るので、外部に現れる部位によっては、意匠上問題となることがある。
【０００７】
また、たとえば図１１に示すように、パネル１００に局部的な圧縮荷重１０５（たとえば、跳ね石による局部的な衝撃荷重）が加わると、その部分でコア材１０１が圧縮変形するとともにＦＲＰスキン層１０２が局部的にコア材１０１から剥離し（図１１（ａ））、除荷後には、剥離したＦＲＰスキン層１０２の方が大きく弾性復元するので、剥離したＦＲＰスキン層１０２と圧縮変形したコア材１０１の間に局部的な隙間１０６が生じ（図１１（ｂ））、やはりこの部分において所定のサンドイッチ構造が構成されなくなって剛性が低下する。さらに、ＦＲＰスキン層１０２の弾性復元量が十分でないと、凹みとなって残るので、外部に現れる部位によっては、意匠上問題となることがある。
【０００８】
そこで本発明の課題は、成形に際しては大量生産向きのＲＴＭ法を採用でき、材料費、成形費ともに低減可能で、かつ、成形品の性能、とくにＦＲＰスキン層の局部剥がれが生じにくく高い局部剛性を得ることが可能な、ＦＲＰ製自動車用パネルおよびその製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係るＦＲＰ製自動車用パネルは、発泡体からなるコア材の両面ににＦＲＰスキン層が設けられ、コア材とＦＲＰスキン層との間に、両者が接合された状態においてＦＲＰスキン層の初期の所定の面形状を保つための面剛性を向上する手段が介在されているＦＲＰ製自動車用パネルであって、前記面剛性向上手段が、ＦＲＰスキン層のマトリックス樹脂により形成され、ＦＲＰスキン層からコア材の肉厚方向に延びる複数の壁状突条からなるとともに、各ＦＲＰスキン層からコア材の肉厚方向に延びる壁状突条が、コア材の断面方向に見て千鳥に配置されていることを特徴とするものからなる。本発明において「面剛性」とは、初期の所定の面形状を保つための剛性のことを言う。
【００１０】
また、本発明に係るＦＲＰ製自動車用パネルの製造方法は、発泡体からなるコア材の両面にＦＲＰスキン層を、間にＦＲＰスキン層の初期の所定の面形状を保つための面剛性を向上する手段を介在させて、ＲＴＭ法により一体に成形するＦＲＰ製自動車用パネルの製造方法であって、前記面剛性向上手段を、コア材のＦＲＰスキン層側表面に面方向に延びる複数の溝を形成しておき、ＦＲＰスキン層のマトリックス樹脂を溝内に流入させて硬化させることによりＦＲＰスキン層からコア材の肉厚方向に延びる複数の壁状突条を形成することによって、成形とともに構成するとともに、前記コア材の両面に、前記溝をコア材の断面方向に見て千鳥配置になるように形成し、コア材の両面にＦＲＰスキン層をＲＴＭ法により成形することを特徴とする方法からなる。発泡体からなるコア材を使用し、ＲＴＭ法により一体成形するので、ハニカムコアを使用しオートクレーブ成形する場合に比べ、材料費、成形費ともに大幅に低減され、大量生産に好適な成形法となる。
【００１２】
また、上記面剛性向上手段として、ＦＲＰスキン層のマトリックス樹脂により形成され、ＦＲＰスキン層からコア材の肉厚方向に延びる複数の壁状突条から構成される。そして、ＦＲＰスキン層がコア材の両面に設けられ、各ＦＲＰスキン層からコア材の肉厚方向に延びる壁状突条が、コア材の断面方向に見て千鳥に配置される。この壁状突条は、コア材のＦＲＰスキン層側表面に面方向に延びる複数の溝を形成しておき、ＦＲＰスキン層のマトリックス樹脂を溝内に流入させて硬化させることにより、成形とともに構成することができる。複数の壁状突条がＦＲＰスキン層からコア材の肉厚方向に延びているので、これら複数の壁状突条はＦＲＰスキン層のアンカーとして機能し、ＦＲＰスキン層はとくに面方向に変形しにくくなり、変形が抑制されることによりコア材から剥離しにくくもなる。その結果、とくにＦＲＰスキン層が局部変形しにくくなり、サンドイッチ構造が維持されて、パネル材の局部剛性が高く維持される。
【００１３】
このような本発明に係るＦＲＰ製自動車用パネルは、とくに局部的な外力や衝撃力が加わる可能性の高い自動車用パネル、たとえば、自動車用アンダーカバーに好適なものである。自動車用アンダーカバーに適用する場合には、跳ね石等による局部的な傷つきが生じた場合にも、それが目立たないようにするために、ＦＲＰスキン層の外表面、とくに路面側表面にエンボスが施されていることが好ましい。エンボスを施しておくと、傷つきの目立ち防止効果に加え、一様感の高い意匠面が得られる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
本発明に係るＦＲＰ製自動車用パネルは、発泡体からなるコア材の両面にＦＲＰスキン層が設けられ、コア材と各ＦＲＰスキン層との間に、両者が接合された状態においてＦＲＰスキン層の面剛性を向上する手段が介在された構成を有する。
【００１５】
本発明における発泡体からなるコア材としては、軽量化のために発泡され、あるレベル以上の剛性を有するものであれば特に限定されず、たとえば、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。また、本発明におけるＦＲＰとは、強化繊維により強化された樹脂を指し、強化繊維としては、たとえば、炭素繊維、ガラス繊維等の無機繊維や、ケブラー繊維、ポリエチレン繊維、ポリアミド繊維などの有機繊維からなる強化繊維が挙げられる。パネル全体の剛性を高く保つ面から、とくに炭素繊維が好ましい。ＦＲＰのマトリックス樹脂としては、たとえば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂が挙げられ、さらには、ポリアミド樹脂、ポリオレフィン樹脂、ジシクロペンタジエン樹脂、ポリウレタン樹脂等の熱可塑性樹脂も使用可能である。
【００１６】
本発明におけるＲＴＭ法で成形する樹脂としては、粘度が低く強化繊維への含浸が容易な熱硬化性樹脂あるいは熱可塑性樹脂を形成するＲＩＭ用（Resin Injection Molding)モノマーが好適であり、その中でもＦＲＰ成形品の熱収縮を低減させ、クラックの発生を抑えるという点から、エポキシ樹脂または熱可塑性樹脂やゴム成分などを配合した変性エポキシ樹脂、ナイロン樹脂、ジシクロペンタジエン樹脂がより適している。
【００１８】
図１は、本発明の参考例（ＦＲＰスキン層の面剛性を向上するための参考構成を示す例）に係るＦＲＰ製自動車用パネルを示している。図１において、ＦＲＰ製自動車用パネル１は、発泡体からなるコア材２と、その両面に配置されたＦＲＰスキン層３、４を有し、一方のＦＲＰスキン層３とコア材２との間に、面剛性向上手段としての網状体５（網状体を含む層）が介在されている。網状体５には、ＦＲＰスキン層３のマトリックス樹脂が含浸され硬化されており、網状体層を構成している。
【００１９】
このＦＲＰ製自動車用パネル１は次のように製造される。コア材２の両面にＦＲＰスキン層３、４を構成する強化繊維が配され、一方のＦＲＰスキン層３を構成する強化繊維層とコア材２の間に網状体５が介在される。この状態で、樹脂が注入され、ＲＴＭ法によりパネルとして一体に成形される。このとき、注入樹脂、つまり、ＦＲＰスキン層を構成するマトリックス樹脂は、強化繊維層とともに網状体５にも含浸され、網状体５が介在された部分は、ＦＲＰスキン層３とコア材２との接合強化層として機能する。
【００２０】
ＦＲＰスキン層３、４は、たとえば、炭素繊維織物とエポキシ樹脂からなるマトリックス樹脂から構成され、網状体５には、たとえば、ナイロンからなる網状体が用いられる。また、コア材２には、たとえば、ウレタンフォーム材が用いられる。
【００２１】
このように構成されたＦＲＰ製自動車用パネル１においては、網状体５を含む網状体層が存在することにより、この層が介在しない場合に比べ、ＦＲＰスキン層３とコア材２との接合強度が向上される。接合強度が向上される結果、ＦＲＰスキン層３とコア材２とは剥がれにくくなる。したがって、たとえば図１０に示したのと同等の曲げが作用した場合、図２に示すように、ＦＲＰスキン層３がコア材２から剥離することが防止されるため、ＦＲＰスキン層３とコア材２は互いに変形を防止し合うことになり、ＦＲＰスキン層３の面剛性が向上され、ひいてはパネル全体としての剛性が向上される。
【００２２】
また、図３（ａ）に示すように、パネル１に局部的な圧縮荷重６（たとえば、跳ね石による局部的な衝撃荷重）が加わると、その部分でコア材２が圧縮変形するとともにＦＲＰスキン層３が局部的にコア材２から剥離しようとする。しかしＦＲＰスキン層３とコア材２との接合強度が向上されているため、ＦＲＰスキン層３がコア材２から剥離することは防止され、局部的な変形が小さく抑えられるとともに、除荷後にも、ＦＲＰスキン層３のコア材２からの剥離が防止され、サンドイッチ構造が保たれる（図３（ｂ））。すなわち、パネル１の局部的な変形が抑えられるとともに、パネル１の局部剛性も高く維持される。
【００２３】
図４は、図１に示した参考例の変形例に係るＦＲＰ製自動車用パネル１１を示しており、コア材２の両面に網状体５（網状体層）を介在させた場合を示している。このＦＲＰ製自動車用パネル１１においては、コア材２の両面側でＦＲＰスキン層３、４との接合強度が向上されるので、両ＦＲＰスキン層３、４の面剛性が向上され、パネル１１の局部的な変形の防止、局部剛性の維持が両面側で達成される。
【００２４】
図５は、本発明の別の参考例（本発明における壁状突条の働きを示すための参考構成を示す例）に係るＦＲＰ製自動車用パネルを示している。図５において、ＦＲＰ製自動車用パネル２１は、発泡体からなるコア材２２と、その両面に配置されたＦＲＰスキン層２３、２４を有し、一方のＦＲＰスキン層３からは、そのマトリックス樹脂によって形成された複数の壁状突条２５が、コア材２２の肉厚方向に延びている。この壁状突条２５が、面剛性向上手段を構成している。
【００２５】
上記複数の壁状突条２５は、ＲＴＭ法により一体成形される際に、次のように成形される。すなわち、コア材２２のＦＲＰスキン層２３側の表面に面方向に延びる複数の溝２６を形成しておき、ＦＲＰスキン層２３のマトリックス樹脂を溝２６内に流入させて硬化させることにより、ＲＴＭ法による一体成形とともに壁状突条２５が構成される。
【００２６】
ＦＲＰスキン層２３、２４は、たとえば、炭素繊維織物とエポキシ樹脂からなるマトリックス樹脂から構成され、壁状突条２５は、そのマトリックス樹脂としてのエポキシ樹脂を硬化させることにより形成される。壁状突条２５としては、たとえば、幅１ｍｍ程度、深さ４ｍｍ程度、配設ピッチ１／２インチ程度に形成すればよい。コア材２２には、たとえば、アクリルフォーム材が用いられる。
【００２７】
このように構成されたＦＲＰ製自動車用パネル２１においては、図６に示すように、ＦＲＰスキン層２３からは複数の壁状突条２５がコア材２２内へと延設されているので、壁状突条２５はＦＲＰスキン層２３に対してはアンカー効果を発揮し、ＦＲＰスキン層２３の面剛性が大幅に高められる。したがって、局部的な圧縮荷重２７が加わった際にも、ＦＲＰスキン層２３の変形が抑えられる。また、複数の壁状突条２５の存在によってＦＲＰスキン層２３とコア材２２との接合強度も高められるので、両者は剥離しにくくなり、図７に示すように曲げが作用した場合にあっても、ＦＲＰスキン層２３はコア材２２から剥離しなくなる。したがって、所望のサンドイッチ構造が維持され、パネル２１の局部剛性、さらには全体の剛性が高く保たれる。
【００２８】
本発明においては、上記のような壁状突条がコア材の両面側に設けられる。たとえば図８に示す実施態様のように配置することが好ましい。図８に示すＦＲＰ製自動車用パネル３１においては、ＦＲＰスキン層２３から複数の壁状突条２５がコア材２２の肉厚方向に延びているとともに、ＦＲＰスキン層２４からも複数の壁状突条２８がコア材２２の肉厚方向に延びており、両壁状突条２５、２８は、コア材２２の断面方向に見て千鳥に配置されている。
【００２９】
コア材の両面側に、面剛性向上手段としての壁状突条を配設することにより、両面側のＦＲＰスキン層２３、２４の面剛性が向上され、パネル３１全体としての剛性が一段と向上されることになる。壁状突条２５、２８を千鳥に配置することにより、とくにＦＲＰ製自動車用パネルとしてのサンドイッチパネルの限られた厚さの中で、パネル全体の強度、剛性を維持しながら、両面側について目標とする面剛性向上効果が得られる。
【００３０】
上記のような本発明に係るＦＲＰ製自動車用パネルは、たとえば自動車用アンダーカバーとして好適である。アンダーカバーに適用する場合には、局部的な外力や、跳ね石等による局部的な衝撃力が、とくに路面側表面に加わることがあるので、このような外力による傷つきが発生した場合にも、それが目立たないようにしておくことが好ましい。そのために、たとえば図９に図１に示した態様の応用例を示すように、路面側表面を形成するＦＲＰスキン層３の外面にエンボス４１を施しておくことが好ましい。エンボス４１を施しておくことにより、跳ね石等による局部的な傷つきが生じた場合にもその傷が目立たなくなるとともに、エンボス４１が均一に施されることにより、その面に一様感を付与して新規な意匠面を得ることも可能となる。
【００３１】
なお、上記エンボスの付与は、たとえば、ＦＲＰスキン層成形の際にエンボス付きの離型資材（たとえば、離型フィルム）を使用し、成形後にそれを剥離除去するとともに、転写により、成形されたＦＲＰスキン層の表面にエンボスマークを残すことで、容易に行われる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るＦＲＰ製自動車用パネルおよびその製造方法によれば、大量生産向きのＲＴＭ法を採用でき、材料費、成形費ともに低減可能になるとともに、コア材の両面に設けられたＦＲＰスキン層に面剛性向上手段を設けることによりＦＲＰスキン層の局部剥がれが生じにくくなって高い局部剛性を得ることができ、パネル全体としても高い剛性を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の参考例に係るＦＲＰ製自動車用パネルの部分断面図である。
【図２】  図１のパネルに曲げが作用した場合の状態を示す概略部分断面図である。
【図３】  図１のパネルに圧縮荷重が作用した場合の状態を示す概略部分断面図である。
【図４】  図１の変形例に係るＦＲＰ製自動車用パネルの部分断面図である。
【図５】  本発明の別の参考例に係るＦＲＰ製自動車用パネルの部分断面図である。
【図６】  図５のパネルに圧縮荷重が作用した場合の状態を示す概略部分断面図である。
【図７】  図５のパネルに曲げが作用した場合の状態を示す概略部分断面図である。
【図８】  本発明の一実施態様に係るＦＲＰ製自動車用パネルの部分断面図である。
【図９】  エンボスが付与されたＦＲＰ製自動車用パネルの例を示す部分断面図である。
【図１０】  従来パネルの問題点を示す概略部分断面図である。
【図１１】  従来パネルの別の問題点を示す概略部分断面図である。
【符号の説明】
１、１１、２１、３１  ＦＲＰ製自動車用パネル
２、２２  コア材
３、４、２３、２４  ＦＲＰスキン層
５  網状体（網状体層）
６  圧縮荷重
２５、２８  剛性向上手段としての壁状突条
２６  コア材の溝
２７  圧縮荷重
４１  エンボス
【図１】
0004066310.tif 000002
【図２】
0004066310.tif 000003
【図３】
0004066310.tif 000004
【図４】
0004066310.tif 000005
【図５】
0004066310.tif 000006
【図６】
0004066310.tif 000007
【図７】
0004066310.tif 000008
【図８】
0004066310.tif 000009
【図９】
0004066310.tif 000010
【図１０】
0004066310.tif 000011
【図１１】
0004066310.tif 000012