CN104349880B - 纤维增强塑料构造体的成形方法和车辆用车轮 - Google Patents

Abstract

本发明提供在内部具有空洞的纤维增强塑料构造体，尤其是用于例如纤维增强塑料制的车辆用车轮(10)的成形方法。首先，将以多个高刚性粒子为主体的粒子群(6a)容纳于袋体(6)而形成多个芯子(4a～4h)。以在多个邻接的芯子间夹设预浸料或者织物等增强纤维基体材料的方式配设。例如，用上述预浸料(3)包裹各芯子(4a～4h)而作成成形用原材料，将该多个成形用原材料组合多个地配置在成形用金属模具的内部，并对上述成形用原材料进行压缩成形。在压缩成形时，局部地对上述各芯子(4a～4h)的外侧表面的一部分进行加压，提高芯子的内压使之变形，从而消除在芯子以及预浸料之间、或者预浸料与金属模具的成形面之间存在的空隙。

Description

纤维增强塑料构造体的成形方法和车辆用车轮

技术领域

本发明涉及具有使用了芯子的闭合剖面的纤维增强塑料(FRP：Fiber ReinforcedPlastics)构造体的成形方法，代表性地涉及纤维增强塑料制的车辆用车轮的成形方法和用该成形方法得到的车辆用车轮。

背景技术

具有闭合剖面的纤维增强塑料的构造体广泛利用于航空机的机体、机翼之类的大型的构造体至自行车的框架、网球拍、钓竿、高尔夫球杆等小型的构造体。另外，具有开放剖面的纤维增强塑料的构造体广泛利用于头盔等。

作为用于形成闭合剖面的芯子，使用由包装薄膜包裹粉末颗粒群并进行真空封装包装而形成为规定形状的芯子、通过吹塑成形而形成的芯子等。在使用了将真空封装包装的粉末颗粒群形成为所希望的形状的芯子的现有技术中，例如提出了日本特开平2-238912号公报(专利文献1)所公开的具有中空部的成形体和其成形方法等，并在对于通过吹塑成形而形成的芯子而言，例如提出了日本特开平7-100856号公报(专利文献2)的多层塑料成形体和其制造方法。

作为本发明的以往例1，参照图8以及图9对上述专利文献1所记载的发明进行说明。图8中表示了利用成形用金属模具30对作为闭合剖面的一种的具有中空部的构造体进行成形的中途的状态。即，该图表示了如下状态：在成形用金属模具30的下模31上，载置了进行预备加热而处于熔融状态的片状的纤维增强热塑性树脂材料(下部FRTP)34。下部FRTP34处于熔融状态，从而因自重而垂下，成为沉入下模31的凹部的状态。图9中示意地表示图8所示的状态。

芯子33用包装材料33b包入粉末颗粒群33a，并通过真空封装包装而固化成规定形状，该芯子33基本上具有图9所示的构造，在处于熔融状态而因自重垂下的下部FRTP34的凹部载置。在载置有芯子33的下部FRTP34的上部，载置有加热而处于熔融状态的新的片状的上部FRTP35。该状态下，芯子33的周围成为由下部FRTP34和上部FRTP35围起的状态。

从该状态开始，使成形用金属模具30的上模32下降，并在与下模31之间对上部FRTP35和下部FRTP34进行加压而进行一体固化，从而以在内部包裹有芯子33的状态一体成形上部FRTP35和下部FRTP34。为了从此处完成的半成形品排出芯子33，在半成形品开设较小的孔。若在半成形品开设孔，则空气进入真空封装后的芯子33的粉末颗粒群33a，从而粉末颗粒群33a的捆扎松动。

而且，通过形成于半成形品的较小的孔，向半成形品外排出构成芯子33的粉末颗粒群33a，从而完成成形品。此时，若对粉末颗粒群33a进行真空封装包装的包装材料33b由相对于成形品的剥离性良好的材料构成，则包装材料33b也能够容易从成形品被拆下。

作为本发明的以往例2，参照图10对上述专利文献2所记载的发明进行说明。图10中表示了如下状态：在用于成形外层的成形用金属模具41a、41b间放置了通过吹塑成形而成形的芯子。如图10所示，成形用金属模具41a、41b构成为能够收纳芯子43，在成形用金属模具41a、41b的合模时，在成形用金属模具41a、41b的各配合面42a、42b与芯子43之间形成有作为填充熔融树脂的中空部的模腔。

由挤出机44向模腔内供给可塑化的熔融树脂45。通过向处于合模状态的成形用金属模具41a、41b的模腔内供给熔融树脂45，能够将具有中空部的产品成形为所希望的形状。但是，当成形产品时，在相对于熔融树脂的温度而芯子43的耐热性较低的情况、芯子43的壁厚较薄的情况下，有在成形时芯子43因对芯子43施加的压力而变形的情况。另外，若芯子43的形状存在宽广的平坦部分，则该平坦部分的刚性常常变得不足，从而同样芯子43变形。

为了防止芯子43的变形，在专利文献2所记载的发明中，采用了能够提高芯子43的内压的结构。作为这样的结构，设有与芯子43连通的加压单元46，通过从加压单元46向芯子43的内部导入加压后的气体、液体，能够提高芯子43的内压。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平2-238912号公报

专利文献2：日本特开平7-100856号公报

发明内容

发明所要解决的课题

专利文献1所公开的发明中，以在下部FRTP34与上部FRTP35之间夹持有芯子33的状态使上模32下降，并在上模32与下模31之间对下部FRTP34以及上部FRTP35加压。但是，当在向下模31的凹部沉入而形成的下部FRTP34的凹部载置有芯子33后，并且使上部FRTP35从芯子33上进行覆盖后，在下模31的凹部的角部与下部FRTP34之间、芯子33与下部FRTP34以及上部FRTP35之间产生空隙。

若在残留有该空隙的状态下进行上模32和下模31的加压，则无法利用芯子33从内侧充分地支撑下部FRTP34以及上部FRTP35，尤其在沿与上模32移动的上下方向相同的方向成形的下部FRTP34的部位、即纵向的部位，产生壁厚的变化，并且下部FRTP34的外表面形状无法形成为沿下模31的凹部的角部形状的形状，或在外表面产生皱褶，或成形为在上下方向上压曲的形状。或者，以纵向的部位的长度尺寸被压缩为比规定的长度尺寸短的长度尺寸的状态成形，从而产品的尺寸精度降低。

尤其是在下部FRTP34以及上部FRTP35由使用了长纤维的长纤维增强树脂材料构成时，若保持在芯子33与下部FRTP34以及上部FRTP35之间、上模32以及下模31与下部FRTP34以及上部FRTP35之间存在空隙不变地进行加压成形，则长纤维的纤维取向凌乱而产生屈曲，从而导致作为纤维增强塑料的强度的降低、成形品的外观的恶化等。

使用表示以往例1的图9，进一步对上述不良情况进行说明。图9中，使用片状的纤维增强热固化性树脂材(预浸料)36，并用符号37表示上述的纵向的部位。图9中表示如下状态：将在内部配设有芯子33的环状的预浸料36收纳在形成于下模31的凹部内，并使上模32朝向下模31下降时的状态。

如图9所示，通过在上模32与下模31之间夹持在内部配设有芯子33的预浸料36而进行加热加压，从而成形容纳有芯子33的半成形品。在该完成的半成形品开设小孔，而从小孔向外排出构成芯子33的粉末颗粒群，从而完成中空状的成形品。

然而，预浸料36收纳于下模31，当在形成于该预浸料36的凹部内载置有芯子33时，例如在将半成形品成形为具有角部的形状的情况等下，在芯子33的外表面与预浸料36的内周面之间产生空隙。尤其是，为了使预浸料36顺畅地向成形用金属模具投入，需要在成形用金属模具与预浸料36之间空开某程度间隔，在成形面的角部与预浸料36之间也需要预先作出相同的空隙。

而且，当使上模32朝向下模31下降、而对预浸料36进行加热加压时，因该空隙的影响，而在预浸料36的纵向的部位37产生皱褶、弯曲，从而预浸料36的外面侧的角部无法形成为所希望的直角形状，成为未填充状态。尤其是当对具有复杂的构造的成形体进行成形时，极难将芯子形成为模仿具有上述复杂的构造的成形体的形状。

若构成芯子33的粉末颗粒群的使用量较少，则在预浸料36与芯子33之间形成空隙，在预浸料36的纵向的部位37产生弯曲。即，如图9所示，纵向的部位37的一部分变形为向芯子33侧弯曲的形状。并且，在构成芯子33的粉末颗粒群的流动性较低的情况下，变形的影响变得显著。并且假使纵向的部位37的一部分不向芯子33侧弯曲，只要不限制上模的下降量，则如图9所示，纵向的部位37的长度尺寸被压缩为比规定的长度尺寸短的长度尺寸。

专利文献1所记载的发明中，为了不产生不合格品，需要以不在预浸料36与芯子33之间形成空隙的方式提高预浸料36的预成形件精度，或需要预先将芯子33的形状形成为所希望的形状。但是，对于以对构成芯子33的粉末颗粒群的使用量进行正确测定的方式构成、使形状固定为所希望的形状并使预浸料36紧贴于芯子33、并且同时使预浸料36的外形形状沿成形用金属模具的内表面形状而言，由于在具有流动性的粉末颗粒群、未固化的预浸料中，形状不稳定，所以成形体的构造越复杂越费工夫，从而成形需要长时间。

图10所示的专利文献2所记载的发明中，通过将加压了的气体、液体导入芯子43，能够提高芯子43的内压。加压了的气体、液体中，具有任意一点的压力在全部的方向上成为相同的压力的物理性质。因此，当为了提高内压而加压了的气体、液体的一部分从芯子43漏出后，漏出的气体、液体成为高速且高压的喷射流，并且保持高温状态不变地从成形用金属模具41a、41b的缝隙向外部喷出。而且，尤其是在液体喷出的情况下，有对成形用金属模具的周围给予较大的损害、或损害作业者的安全性的担忧，从而需要采取了足够的安全对策的设备。

本发明的目的是解决上述的以往的问题点，并且提供如下纤维增强塑料构造体的成形方法，尤其提供能够很好地适用于车辆用车轮的成形方法和该车辆用车轮，即、在具有成形用金属模具的闭合剖面的成形品、尤其是构造复杂的成形品的成形时，能够不使用气体、液体地均匀地提高预浸料与芯子之间的压力，并且，即使对芯子施加压力，且即使是使用了通常的成形用金属模具的情况下，也能够防止芯子的构成材料的一部分从成形用金属模具漏出。

用于解决课题的方案

为了解决上述课题，本发明中，使用由挠性材质构成的袋体容纳包括多个高刚性粒子的粒子群而成的芯子。作为袋体，能够使用塑料薄膜或通过吹塑成形而成形的中空塑料构造体。在袋体使用塑料薄膜的情况下，在袋状的塑料薄膜计量规定量的粒子群，成形为规定的形状，通过使袋内成为真空而能够成为作为真空封装而维持规定的形状的芯子。作为袋体，在使用通过吹塑成形等而成形为规定的形状的中空塑料成形体的情况下，从开设于中空塑料成形体的壁面的一部分的孔，向中空塑料成形体的内部投入粒子群，通过填满中空塑料成形体的内部的空间，能够成为维持规定的形状的芯子。

本发明的具有多个空洞的纤维增强塑料构造体的成形方法的第一形态中，主要构成为，将以高刚性粒子为主的多个粒子填充于挠性材质的袋体从而形成多个芯子，使上述芯子紧贴配置于由一片以上预浸料构成的预浸料层的单面，在上述预浸料层的另一面紧贴配置其它的上述芯子，使浸渍于上述预浸料层的树脂固化，并且，从袋体除去填充于上述芯子的高刚性粒子。

根据优选的方式，以在成形用金属模具的模腔内对收纳有上述芯子的上述预浸料进行加压的状态使树脂固化。本形态中，优选为，用朝向金属模具内腔进退自如的按压机构按压至少一个芯子的外周面的一部分而提高上述芯子的内压，从而使芯子变形，并且，通过上述芯子的按压变形而提高预浸料与上述金属模具以及配置于上述金属模具内腔的全部芯子的紧贴性。

在纤维增强塑料构造体具有存在对称性的多个空洞的情况下，针对在多个芯子之间对称地选择，为了对所选择的对称芯子彼此对应的外周面的一部分进行按压，优选沿成形用金属模具地朝向模腔插入金属模具功能块并进行按压。上述粒子群优选包括直径不同的粒子，并且上述粒子群优选包括高刚性粒子和弹性体粒子。

本形态中，也可以构成为，在上述成形用金属模具内还配置独立的未图示的金属部件，并与上述预浸料一体成形，并且，在通过成形用金属模具一体成形上述金属部件和上述预浸料后，能够通过上述金属部件向成形品的外部排出上述粒子群。

另外，本发明的具有多个空洞的纤维增强塑料构造体的成形方法的第二形态中，主要构成为，将以高刚性粒子为主的多个粒子填充于挠性材质的袋体从而形成多个芯子，使上述芯子紧贴地配置于增强纤维基体材料的单面，在上述增强纤维基体材料的另一面紧贴地配置其它的上述芯子，使树脂浸渍于上述增强纤维基体材料而使该树脂固化，并且，从袋体除去填充于上述芯子的高刚性粒子。

该第二形态中，也优选的是，在成形用金属模具模腔内使收纳有芯子的增强纤维基体材料成为加压状态地使树脂固化。并且优选为，用朝向金属模具内的模腔进退自如的按压机构按压至少一个芯子的外周面的一部分而提高上述芯子的内压，从而使芯子变形，并且，通过上述芯子的按压变形来提高预浸料与上述金属模具以及配置于上述金属模具内的模腔的全部芯子的紧贴性。更加优选为，也可以在成形用金属模具模腔内还配置上述的金属部件，从而对增强纤维基体材料和金属部件进行一体成形。

本发明的第三形态是利用具有多个空洞的纤维增强塑料构造体的上述的成形方法而制造的车辆用车轮。

发明的效果如下。

本发明中，将包括具有多个高刚性的粒子、具有较高的流动性的粒子群分别容纳在通过吹塑成形、真空成形、注射成形等而被赋形为所希望的立体形状的多个袋体，并将它们用作成形用芯子。上述多个成形用芯子不仅与纤维增强塑料构造体的空洞的形状对照地相邻配置，还以在相邻的成形用芯子之间夹持预浸料或者增强纤维基体材料(以下，仅称作增强纤维材料。)的方式相互紧贴配置，从而即使是拆下成形用芯子的完成品的复杂的空洞配置中，也在多个空洞间一体地配设纤维增强塑料成形品，在具有复杂的配置以及形状的多个空洞间一体地夹设纤维增强塑料成形品而能够得到具备复杂的构造的纤维增强塑料构造体，并且能够给予该纤维增强塑料构造体所需要的强度和形态的稳定性。

并且，在使用成形用金属模具成形时，经由增强纤维材料，或者不经由这些增强纤维材料，通过按压至少一个芯子的一部分外表面，来在构成该芯子的粒子群的粒子间强制地产生滑动，从而使芯子的外表面以扩大的方式变形。通过扩大芯子的外表面，从而即使在包裹芯子的增强纤维材料与芯子之间形成空隙，也能够利用芯子的变形来填满该空隙从而使之闭塞。另外，尤其是，即使在成形用金属模具的成形面的角部与增强纤维材料之间产生空隙，也能够利用芯子的变形来使增强纤维材料向填满该空隙的方向移动，从而能够消除空隙的产生。

由于芯子的变形，形成于增强纤维材料与芯子之间的空隙因芯子所引起的较高的内压而被压溃，或构成空隙的空气通过增强纤维材料从成形用金属模具向大气中释放。空气通过增强纤维材料时形成的通路在空气排出后，自然地由处于熔融状态的树脂闭塞。

芯子构成为在内部容纳有包括高刚性的粒子的多个粒子群。因此，即使按压芯子的外表面的一部分而以使芯子的外周的表面积扩大的方式使之变形，对于芯子内的内部压力而言，只要不采取特别的方法，如通常使用液体、气体时那样不会在全部的部位中成为均匀的压力状态。即，即使对粒子群的一部分施加压力，其它部位中也产生比施加了压力的部位的压力小的压力。若此时施加的压力超过某值，则在构成粒子群的粒子间产生滑动。

即，当按压芯子的一部分外表面时，被按压的芯子的部位被压溃，即使此处的内部压力较大地上升，从该部位离开的芯子的部位的压力上升也比被按压的部位的内部压力低。

尤其是，芯子内的压力的传递性、粒子群的流动性被构成粒子群的粒子的形状、粒子的表面的粗糙度、粒子径所影响。若使用仅由均匀的粒子径的粒子构成的粒子群，则在芯子内高密度地填充粒子，从而阻碍粒子群的流动性，且损害压力的传递性。因此，考虑芯子内的粒子径的分布状况、粒子表面的粗糙度的分布状况，为了打乱高密度的填充状态而组合使用不同粒子径的粒子，从而提高芯子内的粒子群的流动性和压力传递性。另外，作为粒子群，使用由高刚性粒子和弹性体粒子构成的粒子群，也能够提高芯子内的粒子群的流动性和压力传递性。

芯子在从被按压的部位离开的部位中，也因构成粒子群的粒子的滑动而以芯子的外周表面积扩大的方式变形。由此，能够将增强纤维材料按压于成形用金属模具的成形面，例如，能够在对和金属模具的按压方向平行的上下方向的纵向的部位进行支承的芯子的部位与增强纤维材料之间使压力上升。而且，在上模和下模的加压时，能够防止上述的纵向的部位屈曲而变形。

并且，通过以使上述的纵向的部位的纵向的长度尺寸成为规定的长度尺寸的方式，固定成型用金属模具的合模位置，并按压芯子的一部分，从而能够使芯子的外表面与增强纤维材料的内表面间的压力上升。由此，能够避免产生上述的纵向的部位的纵向的长度尺寸被压缩为规定的尺寸以下而变短的情况，从而能够将增强用材料成形为所希望的壁厚。

另外，即使在增强用材料的外表面的角部例如形成直角、或锐角的角部的情况下，也能够使足够量的增强纤维材料向成形角部的成形用金属模具的角部移动，从而能够成形为在角部具有填充有增强纤维材料的外表面的纤维增强塑料构造体。

若增高芯子的内压，则构成粒子群的各粒子在前后左右上下方向上产生滑动而移动，而包含粒子群的袋体由能够延伸的材质构成。因此，利用能够延伸的袋体，能够允许随各粒子群的移动而产生的芯子的外形形状的变形。

假使在粒子群的压力因成形用金属模具的合模、芯子的按压而上升且粒子群破坏袋体的情况下，若成形用金属模具的缝隙比构成粒子群的粒子的直径小，则只要粒子不粉碎，就不会从成形用金属模具漏出。然而，若万一成为粒子粉碎而从成形用金属模具向外部漏出的情况，则会导致得到的纤维增强塑料构造体的空洞本身的变形，并且可能会对纤维增强塑料构造体的形状也有影响。因此，本发明中粒子使用高刚性的材质。

作为按压芯子的外表面的一部分的机构，可采用使用了相对于成形用金属模具的模腔内能够进退自如的金属模具功能块的结构。金属模具功能块构成成型模具的一部分，由相对于成形用金属模具的成形面内能够进退自如的金属制的功能块构成，例如，作为金属模具功能块，使用柱塞、具有通过外部的操作而能够在金属模具内表面的一部分滑动的机构的金属制的功能块。本发明的纤维增强塑料构造体的成形方法的最具有特征的结构在于，当成形具有多个空洞且复杂的构造、对称形状的纤维增强塑料构造体时，使用比较简单的形状的多个芯子，如上述那样地规定增强纤维材料和多个芯子的配置，组合上述芯子，从而实现能够有效地成形高精度且确保了所需要的强度的具有闭合剖面的复杂构造的纤维增强塑料构造体的成形方法。这样，本发明中使用多个芯子，从而与需要按压的各芯子的按压部位对应，在上述成形用金属模具的一个部位或者多个部位设置上述按压机构。

本发明中，当按压芯子的一部分外表面时，在经由增强纤维材料按压芯子的一部分外表面的情况下，在增强纤维材料形成凹部。优选在形成于该按压部位的凹部开设孔，而从半成形品排出构成芯子的粒子群。并且，当按压位置大致具有平面形状时，在经由增强纤维材料按压平面整体的情况下，该面整体沉入，从而实际上不形成凹部。排出构成芯子的粒子群的排出孔也能够在作为上述按压部位的凹部、平面部、或者按压部位以外任意设置。

另外，在不经由增强纤维材料按压芯子的一部分外表面的情况下，预先在增强纤维材料开设与金属模具功能块等按压部相当的大小的孔，通过该孔对芯子直接加压。该情况下，袋体从形成成形品的孔位置开始破坏，从而也能够排出粒子。

附图说明

图1是表示用本发明而成形的车辆用车轮的一个例子的前面立体图。

图2是该车辆用车轮的背面立体图。

图3是表示该车辆用车轮的分割芯子的全配置例的背面立体图。

图4是放大表示该车辆用车轮的分割芯子单位剖面的背面立体图。

图5是表示该车辆用车轮的分割芯子单位的半成形品例的放大立体图。

图6是表示一体成形有车轴用金属轮毂的车辆用车轮的一个例子的前面立体图。

图7是上述车辆用车轮成形时的金属模具以及半成形品的横向剖视图。

图8是表示以往例1的具有中空部的成形品的成形时初始的状态图。

图9是示意地表示图8的加压成形时的状态的剖视图。

图10是表示以往例2的在成形用金属模具间放置有芯子的状态的系统图。

具体实施方式

以下，基于附图具体地对本发明的优选的实施方式进行说明。作为本发明的纤维增强塑料构造体的成形方法，也包括以下说明的成形用金属模具、芯子等结构，若是能够扩大成形用金属模具的加压成形中的芯子的一部分外表面积的结构，则上述结构能够进行多种变形。并且，本发明通过增加芯子的构成单位的个数，也能够容易地用于大型成形品。

以下说明的实施方式中，以纤维增强塑料构造体的代表的成形品亦即纤维增强塑料制的车辆用车轮的成形方法为中心进行说明。此外，本发明的纤维增强塑料构造体的成形方法当然不限定于车辆用车轮的成形方法，其它例如也能够适用于汽车、列车等车辆主体、或飞机的机体、机翼等大型成形品。

图1以及图2中表示由纤维增强塑料成形品构成的车辆用车轮10。为了轻型化，该车辆用车轮10在内部形成有多个空洞。为了在车辆用车轮10的内部形成空洞，使用多个芯子4。本实施方式中，车轮整体的芯子4沿图3所示的分割线IV-IV以及V-V而分割成四份，并且，分离轮圈部11所使用的四个芯子4a～4d和盘部12所使用的四个芯子4e～4h，而总计形成八个分割芯子4a～4h。

因此，在使用上述分割芯子4a～4h而得到的车辆用车轮10形成共计八个空洞。

分割芯子4a～4h通过向通过吹塑成形而制造的袋状成形品(袋体)单独填充高刚性的粒子、或者填充高刚性粒子和弹性体粒子的混合粒子而作成。本发明中，这样作成的分割芯子4a～4h不仅沿形成于车辆用车轮10的空洞的形状单独配设，也经由预浸料配设。具体而言，如图7所示，在配设于下模1的规定区域的预浸料3的单面，例如紧贴配置轮圈部11的分割芯子4a，并紧贴配置与该预浸料3的另一面相邻的盘部12的分割芯子4e，而由预浸料3覆盖分割芯子4a以及4e的整个面。与分割芯子4a以及4e相同，使轮圈部11的剩余分割芯子4b～4d和盘部12的剩余分割芯子4f～4h分别紧贴地由预浸料3覆盖。

使这样覆盖了各分割芯子4a～4h的预浸料3相互紧密接触地配置在图7所示的下模1以及侧面模2b的各对应的模腔内。该配置后，使上模2a和金属模具功能块5a一同下降。在该上模2a以及金属模具功能块5a的下降的中途，上模2a的下表面以及金属模具功能块5a的下表面突出端面分别与之前配置的预浸料3抵接，并开始对预浸料3的一部分表面的加压，从而上模2a到达规定的下限位置，另一方面，金属模具功能块5a持续加压。此时的上模2a的下降的下限位置由侧面模2b的上表面位置的高度决定，但金属模具功能块5a不与金属模具碰撞地按压预浸料3的表面。当上模2a下降而到达下限位置、且金属模具功能块5a继续施加按压时，使浸渍于预浸料层的树脂固化，从而成形具有所希望的形状的纤维增强塑料构造体。

如图7所示，本实施方式的上模2a以限制车辆用车轮10的轮圈部11的一部分外部表面亦即上端平面部的位置为目的，如该图所示，一个金属模具功能块5a专门用于用其突出部5a'对车辆用车轮10的盘部12的上表面的一部分进行加压。而且，金属模具功能块5a的加压所产生的压力通过填充于芯子的粒子群的流动传递，而成为车辆用车轮10的轮圈部11的一部分外部表面亦即上端平面部按压上模2a的力，但上模2a固定为不会因该力而移动。这样，上模2a、金属模具功能块5a、侧面模2b以及下模1对独立地内包八个分割芯子4a～4h的预浸料3整体进行加压，八个分割芯子4a～4h配设在上模2a、金属模具功能块5a、侧面模2b以及下模1所形成的模腔。

预浸料3能够预先构成为使未固化的热固化性树脂浸透碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维等增强纤维而成的片状的部件。与作为目的的纤维增强塑料构造体的性能对照地选择增强纤维的种类。

图示的实施方式中，多个分割芯子4a～4h形成经由分别覆盖该多个分割芯子4a～4h的预浸料3而邻接的空洞，但例如也能够在分别覆盖多个分割芯子4a～4h的各预浸料3之间另外追加多层预浸料3。另外，虽然将分别由预浸料3覆盖了八个分割芯子4a～4h的部件放置在下模1的模内，但也可以组合分别由预浸料3覆盖了八个分割芯子4a～4h的部件，之后另外以覆盖其整体的方式层叠预浸料后放置于下模1。另外，图3～图5所示的实施方式中，使盘部12的芯子的分割方向和轮圈部11的分割方向一致，但两者的分割方向不需要一定一致。分割方向的相对配置能够以使欲得到的纤维增强塑料构造体的种类、使用时的应力的分散、质量的分散成为最佳的方式选择。

并且根据图示实施方式，存在夹持于轮圈部11以及盘部12的各分割芯子4a～4h之间的预浸料、和夹持于轮圈部11的各分割芯子4a～4d与盘部12的各分割芯子4e～4h之间的预浸料。若在全部的预浸料固化后，从半成形品取下分割芯子4a～4h，则在该取下的部位做出空洞，但在邻接的空洞之间必须一体地残留预浸料的成形品，这在分别通过复杂的配置而相连的多个空洞之间进行连结，而确保构造体整体的强度和刚性，并且作为复杂地配置的不同的空洞本身的加强肋发挥功能。

上述的说明使用热固化性树脂来进行了说明，但在使用浸透有热塑性树脂来代替浸透有热固化性树脂的预浸料的情况下，由成形用金属模具对预先加热预浸料3而赋形了的预成形件进行加压冷却，从而能够制造所希望的形状的FRP成形品。另外也能够用于如下树脂传递模塑成形，即、代替预浸料地用增强纤维织物等增强纤维基体材料分别覆盖多个芯子而配置在成形用金属模具内，在关闭成形用金属模具后，向成形用金属模具的成形面与覆盖各芯子的增强纤维基体材料之间的模腔加压注入热固化性树脂而进行填充，并利用加热的成形用金属模具使之固化。

作为浸透纤维的热固化性树脂，能够使用环氧树脂、脲醛树脂、乙烯基酯树脂、不饱和聚酯、聚氨酯、酚醛树脂等，作为热塑性树脂，能够使用聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺树脂等。

芯子4通过向被赋形为所希望的外形形状的吹塑成形品、真空成形品、注射成形品等的袋体6填充具有高刚性的粒子群而构成。作为构成粒子群6a的高刚性的粒子，能够使用氧化铝、氧化锆等陶瓷、玻璃、硬质耐热树脂、金属、铸造砂等。在作为粒子而使用氧化锆、石英的情况下，这些物质的热传导率较低，从而是优选的材料。作为用于保持芯子4的形态的袋体6的材料，能够使用尼龙、聚丙烯、聚乙烯、丙烯酸树脂、氟树脂薄膜、硅酮橡胶等，在不除去袋体的情况下，优选树脂粘合性优异的尼龙。另外，为了提高袋体的紧贴性，也能够有效利用电晕放电处理等。

上述金属模具功能块5a构成成形用金属模具15的上模的一部分，在其主体的下表面具有能够相对于成形用金属模具15的模腔内进退自如的多个突出部5a’。图示例子中，突出部5a’与主体一体形成，与主体一体地能够相对于成形用金属模具15的模腔内进退。因此，该金属模具功能块5a的主体与省略图示的缸体、柱塞连结。金属模具功能块5a具备能够滑动地紧密嵌合于上模2a的内周面的结构。此处，也能够是分离了金属模具功能块5a的主体和突出部5a’的结构。该情况下，能够在金属模具功能块5a的主体和突出部5a’分别设置独立的缸体、柱塞等动作机构。

接下来，以车辆用车轮为例，并参照附图具体地对本发明的实施方式的纤维增强塑料构造体的成形方法进行说明。

首先，图3中，将由预浸料分别包裹轮圈部11、盘部12、沿分割线IV-IV和分割线V-V分割的八个分割芯子4a～4h而成的成形材料(以下，称作成形原材料3a～3h。)分别载置于模腔内的规定位置，该模腔由下模1和载置在下模1上的沿水平方向可动的侧面模2b形成。此处，使上模2a朝向下模1下降，而夹持并固定侧面模2b，并进行合模。上述成形原材料3a～3h从载置于下模1的时刻开始被加热，但通过合模能够从整周有效地进行加热。该阶段中，压力不高，由下一个阶段的金属模具功能块5a提高压力，从而作为合模机，是模具的开闭机构即可，不需要高压压力机。

接着，将金属模具功能块5a压入成形用金属模具15的模腔内，而经由预浸料3对由预浸料3覆盖的各分割芯子4a～4h的外表面的一部分进行按压。通过该按压，在芯子4内的构成粒子群6a的粒子间产生滑动，粒子群6a流动而芯子4变形，从而芯子4的外周表面积增大。若扩大芯子4的外周表面积，则芯子4也能够无缝隙地到达尤其容易产生空隙的预浸料3的内表面的四角，从而能够使芯子4与预浸料3的内表面紧密接触，而能得到没有弯曲、皱褶的尺寸精度高的成型品。

即，通过扩大芯子4的外周表面积，从而即使在包裹有芯子4的预浸料3与芯子4之间形成空隙，构成空隙的空气也因芯子所引起的较高的内压而被压溃，或通过预浸料3而从成形用金属模具15向大气中释放。空气通过预浸料3时形成的通路在空气通过后，自然地由熔融的预浸料3闭塞。

另外，即使在成形用金属模具15的角部、在成形用金属模具15与预浸料3之间存在空隙的情况下，通过芯子的外周表面积的扩大来产生来自芯子4的按压而使预浸料3向空隙侧移动。而且，形成该空隙的空气因较高的内压而被压溃，或从成形用金属模具15与预浸料3的缝隙向大气中挤出。预浸料3向挤出空气的空隙的部分移动，而形成为沿成形用金属模具15的角部形状的形状。由此，对预浸料3进行加热加压而形成的成形品例如能够成为角部为直角或锐角的成形品、下挖形状。

此外，实施例的说明中使用的各图中，为了容易理解说明袋体6，以夸张的状态较厚地表示袋体6的壁厚。实际上，袋体6能够构成为1mm左右。此处，对成形车辆用车轮的成形品的结构进行了说明，但能够适当地适用盘形状的设计性、轮圈宽度等，作为成形品，能够成形具有闭合剖面的其它形状、组合有闭合剖面和开放剖面的形状等更加复杂的构造体。

作为与闭合剖面相近的形，有剖面形状呈C字状的形状等。例如，在形成具有C字状的剖面形状的成形品的情况下，能够采用使芯子的一部分与上模2a、金属模具功能块5a或者下模1的成形面直接抵接的配置结构。而且，通过由预浸料3覆盖未与成形面抵接的芯子的周围，能够成形具有C字状的剖面形状的成形品。因此，本发明的闭合剖面是指除方管形状等形状以外例如也包括C字状的剖面形状。

如图7所示，通过用金属模具功能块5a按压芯子4的外表面的一面，能够不在预浸料3的外表面实际上形成凹部地提高芯子4内的内压。

由于构成芯子4的粒子群6a的一部分的内压变高，所以构成粒子群6a的粒子相互产生滑动而沿前后左右上下方向移动，从而粒子群6a向压力较低的一侧扩大。由于包含粒子群6a的袋体6由热塑性树脂等比较软质的材质构成，所以袋体6实际上不限制粒子群6a的移动，能够以扩大芯子的外周表面积的方式延伸。

在金属模具功能块5a的按压前在芯子4与预浸料3之间存在空隙的情况下，在金属模具功能块5a的按压时，空隙附近的粒子群6a的压力的上升比没有空隙的部分的压力的上升迟缓，构成芯子4的粒子群6a的一部分的内压变高，芯子4的外周表面积变大，从而能够在芯子4与预浸料3之间消除空隙。

并且，由于芯子4的外表面表面积的变大在产生空隙之类的与预浸料3之间的压力较低的部位产生，所以能够消除空隙并且将预浸料3的壁厚维持为规定的壁厚。

这样，能够将成形品加压成形为具有规定的壁厚、并且具备所希望的外表面形状的形状。

图6中表示了从成形用金属模具15取出了成形用金属模具15的加压成形结束的半成形品的状态。由金属模具功能块5a按压的预浸料3的部位不是各分割芯子4a～4h的存在部位的上表面的一部分，而是按压上表面整体，从而在外观上识别不出按压的痕迹。此外，该图中表示了如下的例子：若在由预浸料覆盖的盘部12的4个芯子4e～4h之间配置，而用成形用金属模具进行加压加热成形，则也能够一体成形作为本发明的一个金属部件的车轴用金属轮毂7。这样得到的车辆用车轮的半成形品中，若在预浸料成形部分的一部分开设粒子群6a的排出用的孔，则从该孔向外部排出构成芯子4的粒子群6a，而能够完成具有中空部的成形品亦即车辆用车轮。对于容纳粒子群6a的、吹塑成形品、真空成形品、注射成形品等被赋形为立体形状的袋体6而言，在粒子群6a的排出用的孔较大的情况下，若是剥离性相对于成形品良好的材料的结构、双重构成袋体6，则也能够从成形品取出与粒子群6a接触的袋体6，但在袋体的厚度较厚、形状复杂而难以取出袋体的情况下，在成形品内残留袋体，也能够使成形品和袋体粘合。

这样，由于能够以在芯子4与预浸料3之间不产生空隙的状态实施针对预浸料3的加压成形，所以作为成形品，能够以没有弯曲、皱褶的所希望的壁厚制造具有所希望的外表面形状的产品。另外，在关闭成形用金属模具的状态下，即使在芯子4内的内压较低的情况下，例如利用从金属模具功能块5a施加的按压力能够提高芯子4内的内压，从而作为成形品，能够以所希望的壁厚制造为具有所希望的外表面形状的产品。

以下，基于实施例进一步具体地对本发明进行说明。

实施例

(实施例1)

将图3所示的车辆用车轮的内部空洞形成用的芯子4分割为轮圈部11的芯子和盘部12的芯子，进一步沿该图的分割线IV-IV以及V-V将其分割，从而作成了图4以及图5所示的形状的合计八个分割芯子4a～4h。对于各个分割芯子4a～4h而言，将氧化锆粒子(直径1mm、3mm的混合)容纳于由尼龙吹塑成形品构成的袋体6，而制成了图3所示的形状的八个分割芯子4a～4h。用层叠为5层的碳纤维增强环氧树脂预浸料3(三菱丽阳公司制TR3110391IMU)覆盖各分割芯子4a～4h而作成了八个成形原材料。使它们组合为与下模1的内周面形状大致相同的形状，在室温下集合从而成为预成形件。此时，由于各成形原材料的表面处于分别被预浸料3包入的状态，所以预浸料3介在预成形件中所邻接的所有分割芯子4a～4h之间。

接下来，在预先加热为140℃的成形用金属模具15的下模1形成有凹部1a，在将预成形件放置于该凹部1a之后，使上模2a朝向下模1下降并合模，接着使金属模具功能块5a下降而由突出部5a’经由预浸料3而以4MPa的压力按压各分割芯子4a～4h的外表面的一部分。10分钟后开模，取出了半成形品。在半成形品的表面的、配置于各个芯子的表面的预浸料3的部位开设排出用的孔，从排出用的孔向外部排出粒子群6a，从而得到在内部具有复杂且连续地相连的多个空洞的纤维增强塑料制的车辆用车轮10。由于在多个空洞间夹设由预浸料3成形的成形品，所以作为车辆用车轮10具有需要的强度和刚性。该车辆用车轮10是具有角部、下挖形状、垂直面的复杂形状，却是尺寸精度较高、外表面没有皱褶等缺陷的外观优异的车轮。

(实施例2)

参照图7具体地对本发明的实施例2进行说明。实施例1中，举出由预浸料材料覆盖芯子、并使用成形用金属模具15来进行压缩成形的例子进行了说明，但实施例2中，由于使用与实施例1相同的成形用金属模具来进行树脂传递模塑成形，所以构成为多个分割芯子被未图示的由增强纤维织物构成的增强纤维基体材料覆盖。其它结构构成为与实施例1的结构相同，对于相同的构成部件，由于使用与在实施例1中使用的部件符号相同的部件符号，能够充分理解该部件，从而省略它们的说明。

代替预浸料而使用增强纤维织物，关闭上述成型模具15，而从未图示的树脂注入孔向模腔内注入热固化树脂，并在树脂填充后，由金属模具功能块5a以1MPa的压力进行加压，从而使之加热固化。接下来开模，取出作为半成形品的车辆用车轮10，并在半成形品的所需要的位置开设芯子排出用的孔，从排出用孔向外部排出粒子群6a，从而得到中空成形品。在空洞部残留的袋体在树脂的固化时因热固化性树脂而与增强纤维织物成为一体。

符号的说明

1—下模，2a—上模，2b—侧面模，3—预浸料(增强纤维织物)，4—芯子，4a～4h—分割芯子，5a—金属模具功能块，5a’—突出部，6—袋体，6a—粒子群，7—车轴用金属轮毂，10—车辆用车轮，11—轮圈部，12—盘部，15—成形用金属模具，30—成形用金属模具，31—下模，32—上模，33—芯子，33a—粉末颗粒群，33b—袋体，34、35—纤维增强热塑性树脂材料(FRTP)，36—预浸料，41a、41b—成形用金属模具，42a、42b—配合面，43—芯子，46—加压单元。

Claims (8)

1.一种纤维增强塑料构造体的成形方法，该纤维增强塑料构造体具有多个空洞，该纤维增强塑料构造体的成形方法的特征在于，

将包括多个高刚性粒子的粒子群填充于挠性材质的袋体从而形成多个芯子，

将上述芯子紧贴配置于由一片以上预浸料构成的预浸料层的单面，

在上述预浸料层的另一面紧贴配置其它的上述芯子，

使浸渍于上述预浸料层的树脂固化，并且，

从袋体除去填充于上述芯子的高刚性粒子，

以在成形用金属模具的模腔内对收纳有上述芯子的上述预浸料进行加压的状态，使树脂固化，

用朝向金属模具的模腔进退自如的按压机构按压至少一个芯子的外周面的一部分而提高上述芯子的内压，从而使芯子变形，并且，

通过上述芯子的按压变形而提高预浸料与上述金属模具以及配置于上述金属模具的模腔的全部芯子的紧贴性，

在具有存在对称性的多个空洞的纤维增强塑料构造体的成形方法中，在多个芯子之间对称地选择芯子，将金属模具功能块朝向金属模具的模腔插入至成形用金属模具内，从而进行按压所选择的对称芯子之彼此对应的外周面的一部分。

2.根据权利要求1所述的纤维增强塑料构造体的成形方法，其特征在于，在利用上述成形用金属模具成形后，通过上述金属模具功能块的插入位置向成形品的外部排出上述粒子群。

3.根据权利要求1或2所述的纤维增强塑料构造体的成形方法，其特征在于，

上述粒子群包括直径不同的粒子。

4.根据权利要求1或2所述的纤维增强塑料构造体的成形方法，其特征在于，

上述粒子群包括高刚性粒子和弹性体粒子。

5.根据权利要求1或2所述的纤维增强塑料构造体的成形方法，其特征在于，

在上述成形用金属模具的模腔内还配置独立的金属部件，且与上述预浸料一体成形。

6.一种纤维增强塑料构造体的成形方法，该纤维增强塑料构造体具有多个空洞，该纤维增强塑料构造体的成形方法的特征在于，

将包括多个高刚性粒子的粒子群填充于挠性材质的袋体从而形成多个芯子，

将上述芯子紧贴配置于增强纤维基体材料的单面，

在上述增强纤维基体材料的另一面紧贴配置其它的上述芯子，

使树脂浸渍于上述增强纤维基体材料而使该树脂固化，并且，

从袋体除去填充于上述芯子的粒子群，

以在成形用金属模具的模腔内对收纳有芯子的增强纤维基体材料进行加压的状态，使树脂固化，

用朝向金属模具的模腔进退自如的按压机构按压至少一个芯子的外周面的一部分而提高上述芯子的内压，从而使芯子变形，并且，通过上述芯子的按压变形来提高增强纤维基体材料与上述金属模具以及配置于上述金属模具的模腔的全部芯子的紧贴性，

在具有存在对称性的多个空洞的纤维增强塑料构造体的成形方法中，在多个芯子之间对称地选择芯子，将金属模具功能块朝向金属模具的模腔插入至成形用金属模具内，从而进行按压所选择的对称芯子之彼此对应的外周面的一部分。

7.根据权利要求6所述的纤维增强塑料构造体的成形方法，其特征在于，

在利用上述成形用金属模具成形后，通过上述金属模具功能块的插入位置向成形品的外部排出上述粒子群。

8.根据权利要求6或7所述的纤维增强塑料构造体的成形方法，其特征在于，

在上述成形用金属模具的模腔内还配置独立的金属部件，且对增强纤维基体材料和金属部件进行一体成形。