JP2006076060A - 移動体用アンダーカバーおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
低密度な繊維強化樹脂層と表皮層で構成されてなる、軽量性と力学特性だけでなく、吸音性にも優れた移動体用アンダーカバーと、その製造方法を提供する。
【解決手段】 少なくとも繊維強化樹脂層と表皮層で構成されてなるアンダーカバーであって、該繊維強化樹脂層が強化繊維の交叉位置に熱可塑性樹脂が配置された格子構造を有し、該繊維強化樹脂層の密度ｄが０．０５〜１．０ｇ／ｃｍ^３の範囲内であり、前記の強化繊維の交点が熱可塑性樹脂で融着されてなる移動体用アンダーカバーで、この移動体用アンダーカバーは、繊維強化樹脂層と表皮層を含む成形用基材を、予め加熱して繊維強化樹脂層を厚み方向に膨張させた後、賦形することで製造することができる。

【選択図】 図1

Description

本発明は、低密度な繊維強化樹脂層と表皮層で構成されてなる、軽量性と力学特性だけでなく、吸音性にも優れた移動体用アンダーカバーとその製造方法に関するものである。

近年、自動車、鉄道、航空機および船舶等の移動体が一般的な交通手段として浸透し、移動体の燃料消費や二酸化炭素排出が増えた結果、化石燃料枯渇や地球温暖化が大きな環境問題となってきている。さらに、これらの移動体が利便性と快適性を追求した結果、吸音材や断熱材等の多くの機能材料を付与したため、移動体重量は重くなり、環境問題をますます悪化させるばかりである。そのため、移動体軽量化などの燃費向上対策が現在強く求められている。

移動体部品の一つである、移動体底面に配置されるアンダーカバーにおいても、燃費向上対策として軽量化が検討されている。移動体部品としての剛性付与を目的とし、アルミニウムやシートモールディングコンパウンドやスタンパブルなどの繊維強化樹脂などの鉄対比比重の小さい材料でアンダーカバー基材を製造することが提案されている。しかしながら、この提案では、エンジン音やチッピング音等の騒音吸収を目的とし、アンダーカバー基材に吸音材が付与されており、十分な軽量化が達成されていない。

また、アンダーカバーが配置される移動体底面には多くの部品が密集しており、その設置スペースが非常に限定されている。そのため、アンダーカバーの厚みをさらに厚くすることができず、アンダーカバー基材と吸音材の厚みの取り合いとなり、剛性と吸音性を両立することができない。

これらを勘案して、従来のアンダーカバー基材の両側に、吸音材としてガラスウールが配置されているエンジンアンダーカバーが開示されている（特許文献１参照）。しかしながら、アンダーカバーの剛性を得るためにはアンダーカバー基材が必要であり、吸音材の厚みを厚くすることができず、十分な吸音性を得ることができない。さらに金属などからなるアンダーカバー基材を使用しているため、十分な重量軽減が達成できないという問題がある。

また別に、貫通穴の開口部を有する板材をアンダーカバー基材に、吸音材としてガラスウールを配置したエンジンルーム内の吸音構造が開示されている（特許文献２参照）。しかしながら、アンダーカバー基材は比重の大きいパンチングメタルから構成されているため、十分な軽量化を達成することができない。
特開２００４−１７５２００号公報 特開平１１−１６１２８３号公報

そこで本発明の目的は、かかる従来技術に鑑み、移動体用アンダーカバーを低密度な繊維強化樹脂層と表皮層で構成することにより、その軽量性を確保し、かつ繊維強化樹脂層の強化繊維の交点に熱可塑性樹脂が配置された格子構造を有することで、力学特性だけでなく、吸音性にも優れた移動体用アンダーカバーを提供することにある。
また本発明の他の目的は、繊維強化樹脂層と表皮層を含む成形用基材を、予め加熱し、繊維強化樹脂層を厚み方向に膨張させた後、賦形することで、厚み方向のスペース有効活用が可能な移動体用アンダーカバーの製造方法を提供することにある。

本発明の移動体用アンダーカバーは、上記課題を解決するためのものであり、少なくとも繊維強化樹脂層と表皮層で構成されてなるアンダーカバーであって、該繊維強化樹脂層が強化繊維の交叉位置に熱可塑性樹脂が配置された格子構造を有し、該繊維強化樹脂層の密度ｄが０．０５〜１．０ｇ／ｃｍ^３の範囲内であることを特徴とする移動体用アンダーカバーである。

また、本発明の移動体用アンダーカバーの製造方法は、予め繊維強化樹脂層と表皮層とが積層されてなる成形用基材を、熱可塑性樹脂の融点以上の温度、具体的には、熱可塑性樹脂の融点ｔ１（℃）以上、（ｔ１＋３０）℃以下の温度で加熱し、繊維強化樹脂層を膨張させた後、賦形する方法である。

本発明によれば、低密度な繊維強化樹脂層と表皮層から構成されることにより、軽量性を確保し、かつ繊維強化樹脂層の強化繊維の交叉位置に熱可塑性樹脂が配置された格子構造を有することで、力学特性だけでなく、吸音性にも優れた移動体用アンダーカバーを得ることができる。

また、本発明の移動体用アンダーカバーの製造方法によれば、繊維強化樹脂層と表皮層を含む成形用基材を、予め加熱し、繊維強化樹脂層を厚み方向に膨張させた後、賦形することで、厚み方向のスペース有効活用が可能となる。

以下に、本発明の移動体用アンダーカバーおよびその製造方法について、望ましい実施と形態とともに詳細に説明する。

図面に基づいて、本発明の移動体用アンダーカバーを説明する。図１は、本発明の移動体用アンダーカバーの構造を例示説明するための断面図である。本発明に係る移動体用アンダーカバーは、図１に示すように、少なくとも繊維強化樹脂層１と表皮層２から構成されている。

繊維強化樹脂層１は、強化繊維の交叉位置（交点）に熱可塑性樹脂が配置された格子構造からなる。図２は、本発明の繊維強化樹脂層の強化繊維により組まれた格子構造例示説明するための概念斜視図である。格子構造の格子とは、図２に示すように、熱可塑性樹脂４により固定された強化繊維３の交叉位置５を格子点として組まれた枠のことである。繊維強化樹脂層１は、該格子の集合体とすることで、少ない繊維量および熱可塑性樹脂量にて高い強度や弾性率を発現することができ、さらに該格子集合体の隙間部分に多くの空隙が形成されるため、高い吸音性を発現することができる。該繊維強化樹脂層１を移動体用アンダーカバーの構成要素とすることで、補強層を使わずとも十分な剛性を得ることができ、さらに補強層の厚み減少分を繊維強化樹脂層１の厚み増加分に置き換えることができ、吸音性をさらに向上することができる。

また、繊維強化樹脂層１において、強化繊維３の交叉位置５に配置された熱可塑性樹脂４が融着されていることで、交叉位置５の接着性を向上することができ、繊維強化樹脂層１の力学特性、とりわけ曲げ弾性率を高める上で好ましい。

さらに、移動体用アンダーカバーの軽量性と剛性を両立させる観点から、繊維強化樹脂層１において、交叉位置の配置点の割合が１％以上であると好ましく、より好ましくは５％以上であり、さらに好ましくは１０％以上であり、さらに好ましくは２０％以上である。交叉位置の配置点の割合の上限は特に限定はないが、９０％以下で本発明の目的を達成することができる。ここで、交叉位置の配置点の割合とは、次のように測定される割合のことである。繊維強化樹脂層を含む成形体の繊維強化樹脂層部分を、かみそり刃で厚みに垂直な面で切り落とし、長さ３ｍｍ、幅３ｍｍの範囲を断面観察し、続いて得られた断面写真を画像処理により、２値化し、強化繊維部分６を白に、それ以外の部分を黒とする。画像処理で得られる強化繊維の交叉位置の個数Ｘを測定する。続いて断面写真より強化繊維の交叉位置に熱可塑性樹脂が配置されている交叉位置の個数Ｙを測定する。これらの値を使い、交叉位置の配置点の割合は、以下の式で定義される。
交叉位置の配置点の割合（％）＝Ｙ／Ｘ×１００
交叉位置の配置点の割合は、長さ３ｍｍ、幅３ｍｍの範囲を１０カ所以上測定し、測定値の和を測定カ所数で除した値のことである。

図３は、本発明の繊維強化樹脂層１において、強化繊維で囲まれた平均投影面積部分を説明するための概念図であり、２値化後の強化繊維部分６と２値化後の強化繊維で囲まれた黒い部分７が示されている。

繊維強化樹脂層１における強化繊維部分６で囲まれた部分７の平均投影面積は、１×１０^−１１〜１×１０^−８ｍ^２の範囲内であると好ましく、より好ましくは２×１０^−１１〜５×１０^−９ｍ^２の範囲内であり、さらに好ましくは５×１０^−１１〜１×１０^−９ｍ^２の範囲内である。

ここで平均投影面積は、次のように測定される値のことである。繊維強化樹脂層を含む成形体の繊維強化樹脂層部分を、かみそり刃で厚みに垂直な面で切り落とし断面観察し、続いて得られた断面写真を画像処理により、２値化し、強化繊維部分６を白に、それ以外の部分を黒とする。画像処理により得られる、強化繊維で囲まれた黒い部分７の面積を投影面積と定義した。さらに、平均投影面積とは、この投影面積７を１００個以上測定し、測定値の和を測定個数で除した値のことである。本発明では、平均投影面積を上記範囲内とすることで、繊維強化樹脂層１内の強化繊維３の表面積が増え、本発明の目的の一つである吸音性が高くなり好ましい態様である。

繊維強化樹脂層の密度ｄは、０．０５〜１．０ｇ／ｃｍ^３の範囲内である。密度が１．０ｇ／ｃｍ^３を超えると移動体用アンダーカバーを軽量化することができず、また密度が０．０５ｇ／ｃｍ^３未満になると繊維強化樹脂層１の弾性率が小さく、移動体用アンダーカバーとしての十分な剛性を得ることが出来難い。移動体用アンダーカバーの剛性と吸音特性のバランスの観点から、繊維強化樹脂層の密度は好ましくは０．０８〜０．８ｇ／ｃｍ^３の範囲内であり、より好ましくは０．１〜０．６ｇ／ｃｍ^３での範囲内である。
なお、繊維強化樹脂層の密度測定は、後述する方法で測定することができる。

本発明の移動体用アンダーカバーは、吸音性を高める上で、空隙を内包していることが好ましい。ここで繊維強化樹脂層の空隙率とは、繊維強化樹脂層の体積に対する、強化繊維および熱可塑性樹脂の体積を排除した空間体積の割合として、以下の式で定義される。
空隙率（％）＝１００×｛Ｖ−（Ｗｆ／ρｆ＋Ｗｒ／ρｒ）｝／Ｖ
ここで、航空機用内装材の体積をＶ（ｃｍ^３）、強化繊維の重量をＷｆ（ｇ）、強化繊維の比重をρｆ（ｇ／ｃｍ^３）、熱可塑性樹脂の重量をＷｒ（ｇ）、熱可塑性樹脂の比重をρｒ（ｇ／ｃｍ^３）とする。

好ましい空隙率としては２０〜９０％の範囲内であり、より好ましくは２５〜８５％の範囲内であり、さらに好ましくは３０〜８０％である。

移動体用アンダーカバーの軽量性と剛性を両立させる観点から、繊維強化樹脂層１の比弾性率指標Ａは５以上であることが好ましく、より好ましくは１０以上であり、さらに好ましくは１５以上であり、さらに好ましくは２０以上である。繊維強化樹脂層１の比弾性率指標Ａを上記範囲内とすることで、移動時のアンダーカバーの変形による、空気抵抗の増加が少なく、燃費を向上させることができる。繊維強化樹脂層１の比弾性率指標Ａの上限に関しては特に限定はないが、１００以下で本発明の目的を達成できる。

繊維強化樹脂層１の比弾性率指標Ａは、繊維強化樹脂層の曲げ弾性率Ｅと繊維強化樹脂の密度ｄから、下記の式１で定義される。
Ａ＝Ｅ^１／３／ｄ・・・式１
繊維強化樹脂層１の強化繊維３と熱可塑性樹脂４の成分割合は、上述した移動体用アンダーカバーの比弾性率指標の観点から、強化繊維が１０〜６０重量％の範囲内であり、熱可塑性樹脂が４０〜９０重量％の範囲内であることが好ましい。強化繊維が１５〜５０重量％の範囲内であり、熱可塑性樹脂が５０〜８５重量％の範囲内であるとより好ましい。強化繊維が２０〜４５重量％の範囲内であり、熱可塑性樹脂が５５〜８０重量％の範囲内であるとさらに好ましい。

繊維強化樹脂層１の強化繊維の引張弾性率は５０〜７００ＧＰａの範囲内が好ましく、より好ましくは１５０〜７００ＧＰａの範囲内であり、さらに好ましくは２００〜７００ＧＰａの範囲内である。引張弾性率を上記範囲内とすることにより、繊維強化樹脂層１の引張弾性率を高くすることができ、移動体用アンダーカバーの剛性を高める上で有効である。

繊維強化樹脂層１を構成する強化繊維としては、例えば、アルミニウム、鉄、マグネシウム、チタンおよびこれらとの合金などの金属繊維や、ＳｉＣを主成分とする繊維、ガラス繊維、ホウ素繊維、アルミナ繊維、石英繊維、ポリアクリロニトリル系や、ピッチ系の炭素繊維や活性炭素繊維などの無機繊維や、アラミド繊維、ポリブチレンテレフタレート繊維、高分子量ポリエチレン繊維、ポリアリレート繊維などの有機繊維、およびニッケルや銅をガラス繊維や炭素繊維などの表面にコーティングした金属被覆繊維が挙げられる。これらは、単独または２種以上併用して用いても良い。強化繊維には、繊維の比重が小さく、高強度、高弾性率である炭素繊維が特に好ましく用いられる。中でも繊維の強度と弾性率のバランスの観点から、ポリアクリロニトリル系の炭素繊維がさらに好ましく用いられる。

繊維強化樹脂層１に用いられる強化繊維は、繊維表面に表面処理が施されているものであってもよい。表面処理としては、気層あるいは液層酸化による処理、カップリング剤による処理、サイジング剤による処理、および添加剤の付着処理などが挙げられる。

繊維強化樹脂層１の強化繊維の形態は、連続繊維を所定長さにカットしたチョップド繊維が好ましく用いられる。強化繊維の繊維長は、移動体用アンダーカバーの軽量性と剛性の観点から、２〜５０ｍｍの範囲内であると良く、より好ましくは３〜３０ｍｍの範囲内であり、さらに好ましくは３〜２５ｍｍの範囲内である。なお繊維長は、繊維強化樹脂層１から４００本以上の繊維を取り出し、それぞれ繊維長を測定し、測定した繊維長の和を測定本数で除した平均値とした。

繊維強化樹脂層１を構成する熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、液晶ポリエステル等のポリエステルや、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリブチレン等のポリオレフィンや、スチレン系樹脂の他や、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、変性ＰＰＥ、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリスルホン（ＰＳＵ）、変性ＰＳＵ、ポリエーテルスルホン、ポリケトン（ＰＫ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、フェノール系樹脂、フェノキシ樹脂、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素系樹脂、更にポリスチレン系、ポリオレフィン系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリブタジエン系、ポリイソプレン系、フッ素系、およびアクリロニトリル系等の熱可塑エラストマー等や、これらの共重合体、変性体、および２種類以上ブレンドした樹脂などを用いることができる。好ましくは、機械的特性に優れたポリエステルや、ＰＡ、耐熱性に優れたＰＰＳや、ＰＥＩ、透明性に優れたＰＣ、成形性に優れたＰＰ、および耐熱水性に優れたＰＰＥが好適である。

また、繊維強化樹脂層１に用いられる熱可塑性樹脂の重量平均分子量としては、繊維強化樹脂層１の弾性率の観点から、２，０００〜２００，０００が好ましく、より好ましくは５，０００〜１５０，０００であり、更に好ましくは１０，０００〜１００，０００である。重量平均分子量を上記範囲内とすることにより、分子間力や分子鎖の絡み合いが多くなり、熱可塑性樹脂自体の弾性率が高くすることができる。

熱可塑性樹脂には、吸音性向上のために、エラストマーもしくはゴム成分が添加されていてもよいし、機能性を高める観点から、充填材や添加剤が添加されていてもよ良い。例えば、難燃剤、導電性付与剤、結晶核剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、制振剤、抗菌剤、防虫剤、防臭剤、着色防 止剤、熱安定剤、離型剤、帯電防止剤、可塑剤、滑剤、着色剤、顔料、染料、発泡剤、制泡剤およびカップリング剤である。とりわけ、無機物を添加する場合には、その分散サイズが小さい方が、強化繊維への接着性の観点からより好ましい。特にナノオーダーの分散サイズを有するものは、少量添加で機能向上効果を発現できる点からさらに好ましい態様である。

本発明の繊維強化樹脂層１には、本発明の効果を妨げない範囲で、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ビニルエステル樹脂およびフェノール樹脂等の熱硬化性樹脂や、アルミニウム、鉄、ステンレス、マグネシウム、チタンおよびこれらとの合金等、またこれらの金属材料に接着性の表面処理を施した金属材料等の他の成分を配合することができる。

本発明の繊維強化樹脂層１の厚みは、移動体底面のスペースの観点から、好ましくは０．１〜４０ｍｍの範囲内であり、より好ましくは０．２〜２０ｍｍの範囲内であり、更に好ましくは０．３〜１０ｍｍの範囲内であり、さらに好ましくは０．５〜５ｍｍの範囲内である。

本発明の移動体アンダーカバーは、組立作業時に触れるため、表皮層２がないと繊維強化樹脂層１から強化繊維や熱可塑性樹脂の脱落が生じ、作業性を著しく低下させることがあるため表皮層２が配置されていることが必要である。ここで表皮層２とは図１に示すように、繊維強化樹脂層１の外側に配置されている層のことであり、移動体用アンダーカバーの実質的表面を構成する層となる。

表皮層２の配置構成は、繊維強化樹脂層１の片側には配置されていても、両側に配置されていても構わない。強化繊維や熱可塑性樹脂の脱落防止の観点から、繊維強化樹脂層１の両側に配置されていることがより好ましい。

表皮層２の形態には特に限定はなく、例えば、フィルム状、板状、不織布、織布、メッシュ等や、これら２層以上積層した形態を好ましく用いることができる。
移動体用アンダーカバーの吸音性の観点から、表皮層２の厚みは、表皮層２の厚みを移動体用アンダーカバーの厚みで除した厚み比が０．３以下であることが好ましく、厚みはより好ましくは０．２以下であり、さらに好ましくは０．１以下である。表皮層２の厚みを薄くすることで、繊維強化樹脂層１の厚みを厚くすることができ吸音材の厚み効果を利用することができる。表皮層２が繊維強化樹脂層１の両側にある場合の厚み比は、両側にある表皮層２の厚みの和を移動体用アンダーカバーの厚みで除したものとした。また、移動体用アンダーカバーの厚み比は、断面観察により２０点測定し、その最大値とした。

表皮層２の素材としては、移動体用アンダーカバーの使用環境に合わせて選択すれば良く、特に制限はない。表皮層２の素材としては、例えば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、金属、布帛、紙、およびセラミック等が挙げられる。

表皮層２は、移動体用アンダーカバーの成形性の観点から、熱可塑性樹脂で構成されていることが好ましい。表皮層２に用いられる熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、液晶ポリエステル等のポリエステルや、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリブチレン等のポリオレフィンや、スチレン系樹脂の他や、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、変性ＰＰＥ、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリスルホン（ＰＳＵ）、変性ＰＳＵ、ポリエーテルスルホン、ポリケトン（ＰＫ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、フェノール系樹脂、フェノキシ樹脂、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素系樹脂、更にポリスチレン系、ポリオレフィン系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリブタジエン系、ポリイソプレン系、フッ素系、およびアクリロニトリル系等の熱可塑エラストマー等や、これらの共重合体、変性体、および２種類以上ブレンドした樹脂を用いることができる。

熱可塑性樹脂には、吸音性向上のために、エラストマーもしくはゴム成分が添加されていてもよいし、機能性を高める観点から、充填材や添加剤が添加されていてもよ良い。添加される成分としては、例えば、難燃剤、導電性付与剤、結晶核剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、制振剤、抗菌剤、防虫剤、防臭剤、着色防 止剤、熱安定剤、離型剤、帯電防止剤、可塑剤、滑剤、着色剤、顔料、染料、発泡剤、制泡剤およびカップリング剤である。とりわけ、無機物を添加する場合には、その分散サイズが小さい方が、強化繊維への塗れ性の観点からより好ましい。特にナノオーダーの分散サイズを有するものは、少量添加で効果を発現できる点からさらに好ましい。

表皮層２が金属から構成されている場合は、軽量性は損なわれるものの剛性を高められる観点から好ましい態様である。表皮層２として、例えば、アルミニウム、鉄、ステンレス、マグネシウム、チタンおよびこれらとの合金等、またこれらの金属材料に接着性の表面処理を施した金属材料等を用いることができる。

表皮層２が布帛や紙から構成されている場合は、意匠性を高められる観点から好ましい態様である。表皮層２として、例えば、綿、麻、絹、木材パルプおよび合成パルプ等を用いることができる。

表皮層２の厚みは、移動体底面のスペースおよび軽量性の観点から、１５ｍｍ以下が好ましく、より好ましくは１０ｍｍ以下であり、更に好ましくは５ｍｍ以下であり、さらに好ましくは１．５ｍｍ以下である。表皮層２の厚みの下限は、表皮層２があれば良く特に限定はないが、０．００１ｍｍ以上で本発明の目的を達成することができる。

本発明の移動体用アンダーカバーは、繊維強化樹脂層１および表皮層２以外に、さらに補強層が形成されていても良い。補強層とは、移動体用アンダーカバーの強度や剛性を補強するための層であり、繊維強化樹脂層１の外側、あるいは繊維強化樹脂層１および表皮層２の間に配置される。補強層の素材は、移動体用アンダーカバーの剛性補強の観点から、引張弾性率の高い繊維強化熱硬化性樹脂、繊維強化熱可塑性樹脂、金属材料から構成されていることが好ましい。また、アンダーカバーの軽量性の観点から、補強層の厚みは薄い方が好ましい。

補強層が繊維強化熱硬化性樹脂あるいは繊維強化熱可塑性樹脂の場合、強化繊維としては繊維弾性率の高い繊維が好ましく、例えば、アルミニウム、鉄、マグネシウム、チタンおよびこれらとの合金などの金属繊維や、ＳｉＣを主成分とする繊維、ガラス繊維、ホウ素繊維、アルミナ繊維、石英繊維、ポリアクリロニトリル系や、ピッチ系の炭素繊維や活性炭素繊維などの無機繊維や、アラミド繊維、ポリブチレンテレフタレート繊維、高分子量ポリエチレン繊維、ポリアリレート繊維などの有機繊維、およびニッケルや銅をガラス繊維や炭素繊維などの表面にコーティングした金属被覆繊維が用いられる。

補強層が繊維強化熱硬化性樹脂の場合、熱硬化樹脂としては特に限定はないが、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ビニルエステル樹脂およびフェノール樹脂等が用いられる。

補強層が繊維強化熱可塑性樹脂の場合、熱可塑性樹脂としては特に限定されないが、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、液晶ポリエステル等のポリエステルや、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリブチレン等のポリオレフィンや、スチレン系樹脂の他や、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、変性ＰＰＥ、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリスルホン（ＰＳＵ）、変性ＰＳＵ、ポリエーテルスルホン、ポリケトン（ＰＫ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、フェノール系樹脂、フェノキシ樹脂、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素系樹脂、更にポリスチレン系、ポリオレフィン系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリブタジエン系、ポリイソプレン系、フッ素系、アクリロニトリル系等の熱可塑エラストマー等や、これらの共重合体、変性体、および２種類以上ブレンドした樹脂を用いることができる。

補強層が繊維強化熱可塑性樹脂の場合、熱可塑性樹脂には、吸音性向上のために、エラストマーもしくはゴム成分が添加されていてもよいし、機能性を高める観点から、充填材や添加剤が添加されていてもよ良い。添加される成分としては、例えば、難燃剤、導電性付与剤、結晶核剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、制振剤、抗菌剤、防虫剤、防臭剤、着色防 止剤、熱安定剤、離型剤、帯電防止剤、可塑剤、滑剤、着色剤、顔料、染料、発泡剤、制泡剤およびカップリング剤である。とりわけ、無機物を添加する場合には、その分散サイズが小さい方が、強化繊維への塗れ性の観点からより好ましい。特にナノオーダーの分散サイズを有するものは、少量添加で効果を発現できる点からさらに好ましい。

補強層が金属材料の場合、金属材料としては、例えば、アルミニウム、鉄、ステンレス、マグネシウム、チタンおよびこれらとの合金等、またこれらの金属材料に接着性の表面処理を施した金属材料等を用いることができる。
本発明の補強層の厚みは、移動体用アンダーカバーの軽量性の観点から、１５ｍｍ以下が好ましく、より好ましくは１０ｍｍ以下であり、更に好ましくは５ｍｍ以下である、さらに好ましくは２ｍｍ以下である。

本発明の移動体用アンダーカバーの厚みは、移動体底面のスペースの観点から、５０ｍｍ以下が好ましく、より好ましくは３０ｍｍ以下であり、更に好ましくは１５ｍｍ以下である、さらに好ましくは１０ｍｍ以下である。移動体用アンダーカバーの厚みの下限は特に限定はないが、０．５ｍｍ以上で本発明の目的を達成することができる。
なお、本発明の移動体用アンダーカバーの平均投影面積、曲げ弾性率、空隙率、組成分割合、力学特性など諸特性は、表皮層および補強層を除外した繊維強化樹脂層で測定を行った。

本発明の移動体用アンダーカバーの製造方法は、繊維強化樹脂層と表皮層を含む成形用基材を、予め加熱し、繊維強化樹脂層を厚み方向に膨張させた後、所定厚みの厚みに賦形する工程からなる。ここで繊維強化樹脂層と表皮層を含む成形用基材とは、繊維強化樹脂層と表皮層が一体化された基材であっても、繊維強化樹脂層と表皮層が分離している基材であっても構わない。繊維強化樹脂層と表皮層を含む成形用基材を予め加熱することで、強化繊維の交点部分に配置されている熱可塑性樹脂が軟化、溶融し、成形用基材の繊維強化樹脂層が厚み方向に膨張する。このような厚み方向に膨張する成形用基材を使用することで、大きな厚み変化のある成形体が成形できるようになり、部品の密集している移動体底面の空きスペースを有効的に利用することができる。続いて膨張した成形用基材を金型内に配置して、加圧および冷却することで賦形し、必要に応じ所定形状に加工あるいは後処理し、移動体用アンダーカバー成形体を得ることができる。

成形用基材の加熱温度としては、繊維強化樹脂層を構成する熱可塑性樹脂の融点をｔ１（℃）とすると、移動体用アンダーカバーの成形性および剛性の観点から、少なくともｔ１（℃）以上、（ｔ１＋３０）℃以下の温度とすることが好ましい。加熱温度が高すぎると熱可塑性樹脂の熱分解が進み、繊維強化樹脂層の弾性率が低下する場合がある。
また、移動体用アンダーカバーへの補強層の好ましい一体化方法としては、例えば、予め金型内に補強層をインサートし、続いて膨張した成形用基材を金型内に配置して、賦形することで、補強層と成形用基材とを一体化する方法、予め所定の形状に賦形した補強層および成形用基材を接着剤にて一体化する方法、および予め所定の形状に賦形した補強層および成形用基材をボルト、ポップナット、リベットなどの機械接合で一体化する方法などが挙げられる。移動体用アンダーカバーの成形性の観点から、予め金型内に補強層をインサートし、続いて膨張した成形用基材を金型内に配置して、賦形することで、補強層と成形用基材とを一体化する成形方法が特に好ましい。また、補強層に予め表皮層を一体化しておくことで、補強層を繊維強化樹脂層と表皮層の間に配置しても構わない。

さらに、得られた移動体用アンダーカバーの表面には、メッキ、塗装、蒸着、インサート、スタンピング、レーザー照射などによる表面加飾の処理が施されていてもよい。
移動体用アンダーカバーの成形品には、移動体用アンダーカバーの剛性の観点から、成形品に凸凹形状が形成されていても良い。また、成形品に凹凸形状を形成することで、エンジン音等の一旦車外に放出された音を乱反射させることができ、騒音を低減させる相乗効果を得ることもできる。凹凸形状としては、例えば、山型、丸型、波型、角型、Ｗ型、Ｍ型および台形型などが挙げられる。凹凸の高さは、移動体底面のスペースの観点から、３０ｍｍ以下が好ましく、より好ましくは２０ｍｍ以下であり、さらに好ましくは１０ｍｍ以下である。 移動体用アンダーカバーの成形品には、移動体用アンダーカバーの軽量化の観点から、成形品に複数個の断続した貫通穴が形成されていても良い。ここで貫通穴とは、繊維強化樹脂層、表皮層、補強層から構成される移動体用アンダーカバーの厚み方向に貫通した穴のことである。

移動体用アンダーカバーに形成する貫通穴の大きさは、移動体用アンダーカバーの軽量性の観点から、１０００ｍｍ^２以下が好ましく、より好ましくは５００ｍｍ^２以下であり、更に好ましくは２００ｍｍ^２以下である。

移動体用アンダーカバーに形成する貫通穴の形状は、例えば、円形、楕円形、多角形、角Ｒのある多角形であっても、２種類以上の形状が併用されていても良い。

さらに、貫通穴を形成することで、貫通穴内での音の共鳴により吸音性も向上する。また、この貫通穴を熱の放出穴や、移動体との接合用穴として使用してもよい。

本発明の移動体としては、例えば、自動車、船舶、航空機、鉄道車両、および自転車等があり、これらに適用可能である。自動車としては、セダン、リムジン、クーペ、ワゴン等の乗用車、ツーリング、レーシング、フォーミュラ等のスポーツ車、トラック、パネルバン、トレーラ等の貨物車、ライトバン、ピックアップ等の貨客兼用車、路線用、観光用、ライトバン、マイクロバス等の乗合用車、郵便用、宣伝用、救急用、医療用等の特殊用途用車、タンクローリー、ダンプ、ミキサ等の特殊装備車、トラクタ、ロードローラ、スクレーパ、フォークリフト、クレーン車等の特殊作業車、水陸両用、湿地帯用、野外用等の路外用車、砲車、戦車、けん引車、兵員輸送車等の軍用車、オートバイ、スクータ、原動機付き自転車等の２輪車、オートバイ、スクータ、および原動機付き自転車等の３輪車などが挙げられる。船舶としては、旅客船、貨物船、フェリー、鉄道車両渡船、貨客船、救助作業船、工作船、水先案内船等の商船、漁船、快遊船等の非商船、および艦船などが挙げられる。航空機としては、固定翼機、飛行機、グライダー、回転翼機、ヘリコプター、オートジャイロ等の重航空機、飛行船、および気球等の軽航空機などが挙げられる。鉄道車両としては、電車、客車等の旅客車、電気機関車、ディーゼル機関車等の機関車、有蓋車、無蓋車、コンテナ車、タンク車等の貨物車、試験車、除雪車、およびけん引車等の事業用車などが挙げられる。自転車としては、２輪車や３輪車などが挙げられる。

図４は、本発明の一実施態様に係る移動体用アンダーカバーの取りつけ位置を示した移動体の底面図である。図４において、本発明の移動体用アンダーカバーは、例えば、エンジンカバー８、整流カバー９、水よけカバー１０や、泥よけカバー（以下、図示せず）、石よけカバー、飛来物よけカバー、吸音カバー、耐熱カバー、遮熱カバーなどに適用可能である。

以下、実施例により本発明の移動体用アンダーカバーについてさらに詳細に説明するが、下記実施例は本発明を制限するものではない。
本発明の説明で用いられた移動体用アンダーカバーの諸特性の測定手法は、以下のとおりである。
（１）平均投影面積評価
成形体の繊維強化樹脂層部分を、かみそり刃で厚みに垂直な面で切り落とし断面観察する。続いて得られた断面写真を画像処理により、２値化し、強化繊維部分６を白に、それ以外の部分を黒とする。強化繊維で囲まれ独立した黒い部分の面積を一つの投影面積７とした。投影面積７は１００個以上測定し、測定値の和を測定個数で除した値を平均投影面積（ｍ^２）とした。
（２）繊維強化樹脂の密度評価
成形体から繊維強化樹脂層以外の部分を除去し、直方体の試験片Ａを切り出し、長さＬ_０（ｃｍ）と幅Ｂ_０（ｃｍ）と厚みＴ_０（ｃｍ）と重量Ｗ_０（ｇ）を測定し、密度（ｇ／ｃｍ^３）を次式により求める。厚みは同一の試験片内で５点測定し、その平均値とする。密度は、測定回数５回の平均値とする。
密度＝Ｗ_０／（Ｌ_０×Ｂ_０×Ｔ_０）
（３）繊維強化樹脂の空隙率評価
成形体から繊維強化樹脂層以外の部分を除去し、直方体の試験片Ｂを切り出し、長さＬ_１（ｃｍ）、幅Ｂ_１（ｃｍ）、厚みＴ_１（ｃｍ）、および重量Ｗ_１（ｇ）を測定する。次に試験片Ｂを粉砕片の最大長さが５０μｍ以下となるように凍結粉砕し、粉砕片を収集する。この粉砕片を５０℃の温度の空気中で、２４時間乾燥させ、ＪＩＳ Ｒ １６２０のピクノメーター法に従い粉砕片の密度ρ_粉砕を測定した。これらの測定値を使い、繊維強化樹脂の空隙率（％）を次式により算出する。空隙率は５回以上測定し、測定値の和を測定回数で除した平均値とする。
空隙率＝（ρ_粉砕×Ｌ_１×Ｂ_１×Ｔ_１−Ｗ_１）／（Ｌ_１×Ｂ_１×Ｔ_１×ρ_粉砕）×１００
（４）繊維強化樹脂層の曲げ弾性率評価
成形体の平坦な部分を選び、試験片の長さ１００ｍｍ、幅１０ｍｍの板状物を切り出し、続いて繊維強化樹脂層にダメージを与えないように繊維強化樹脂層以外の部分を除去し試験片Ｃとする。曲げ試験はＡＳＴＭ Ｄ７９０に従い試験を行い、曲げ弾性率（ＭＰａ）を測定した。曲げ試験の支点間距離Ｌ_２は繊維強化樹脂層の厚みＴ_２の１６倍とした。なお評価にはＩＮＳＴＲＯＮ５５６５を用いた。
（５）繊維強化樹脂の成分割合評価
成形体から繊維強化樹脂層以外の部分を除去し、直方体の試験片Ｄを切り出し、重量Ｗ_２（ｇ）を測定する。続いて、強化繊維を溶解せず、熱可塑性樹脂を膨潤あるいは溶解可能な有機溶媒を選定し、試験片Ｄを選定した有機溶媒中に６時間浸積して、強化繊維のみを取り出す。取り出した強化繊維を５０℃の温度の空気中で、２４時間乾燥させ、重量Ｗ_３（ｇ）を測定し、繊維および熱可塑性樹脂の重量分率（重量％）を次式により求める。
繊維の重量分率 ＝Ｗ_３／Ｗ_２×１００
熱可塑性樹脂の重量分＝（１−Ｗ_３／Ｗ_２）×１００
（６）繊維長評価
成形体から長さ１０ｃｍと幅１０ｃｍの直方体を切り出し、続いて積層されている繊維強化樹脂部分以外を除去し試験片Ｅを得る。強化繊維を溶解せず、熱可塑性樹脂を膨潤あるいは溶解可能な有機溶媒を選定し、試験片Ｅを選定した有機溶媒中に６時間浸積して、強化繊維のみを取り出す。取り出した強化繊維を顕微鏡観察し繊維長（ｍｍ）を測定する。繊維長は４００本以上測定し、測定値の和を測定本数で除した平均値とする。
（７）交叉位置の配置点の割合評価
成形体の繊維強化樹脂層部分を、かみそり刃で厚みに垂直な面で切り落とし、長さ３ｍｍ、幅３ｍｍの範囲を断面観察し、続いて得られた断面写真を画像処理により、２値化し、強化繊維部分６を白に、それ以外の部分を黒とする。画像処理で得られる強化繊維の交叉位置の個数Ｘを測定する。続いて、断面写真より強化繊維の交叉位置に熱可塑性樹脂が配置されている交叉位置の個数Ｙを測定する。これらの値を使い、交叉位置の配置点の割合を次式により求める。
交叉位置の配置点の割合（％）＝Ｙ／Ｘ×１００
交叉位置の配置点の割合は、長さ３ｍｍ、幅３ｍｍの範囲を１０カ所以上測定し、測定値の和を測定カ所数で除した平均値とする。
（参考例１）
ポリアクリロニトリルを主成分とする共重合体を紡糸し焼成処理を行い、総フィラメント数２４０００本の炭素繊維連続束Ａを得た。この炭素繊維連続束Ａの特性は次のとおりであった。
単位長さ当たりの質量 １．７ｇ／ｍ
比重 １．８ｇ／ｃｍ^３
引張強度 ５ＧＰａ
引張弾性率 ２３５ＧＰａ
炭素繊維表面の表面比炭素濃度Ｏ／Ｃ ０．１
サイジング付着量 １．５ｗｔ％。
（参考例２）
ＭＦＲが１００のポリプロピレンを凍結粉砕し、平均粒子径３００μｍのポリプロピレン樹脂粒子Ａを得た。
（実施例１）
参考例１で得られた炭素繊維連続束Ａを、カートリッジカッターでカットし、繊維長６．４ｍｍのチョップド糸を得た。得られたチョップド糸３９０ｇと参考例２で得られたポリプロピレン樹脂粒子９１０ｇを抄紙法により炭素繊維を絡ませウェブとし、続いて表皮層として厚み０．３ｍｍのポリプロピレンフィルム（東レ（株）製、「トレファン」（登録商標））を前記ウェブの上下に配置し、２００℃の温度の熱風乾燥機中で８分間加熱した後、室温プレスで加圧・冷却し、長さ１０００ｍｍ、幅１０００ｍｍ、厚み３ｍｍの成形用基材を得た。

得られた成形用基材を２００℃の温度の熱風乾燥機中で８分間加熱し熱可塑性樹脂層を膨張させた後、移動体アンダーカバー成形用金型内に配置後、室温で冷却プレスした。プレス内で樹脂が十分固化した後に脱型し成形体を得た。さらに成形体をパンチング加工にて所定形状に加工し、図５に示す移動体用アンダーカバーを得た。 得られた移動体用アンダーカバーは、重量８００ｇ、長さ５００ｍｍ、幅１０００ｍｍ、厚み４．０ｍｍであり、複数のリブ１１および貫通穴１２が設けられていた。移動体用アンダーカバーの繊維強化樹脂層部分を、かみそり刃で厚みに垂直な面で切り落とし断面観察したところ、強化繊維の交叉位置（交点）に熱可塑性樹脂が配置された格子構造を有しており、交叉位置の配置点の割合は１０％であった。また、上述した測定手法にて、移動体用アンダーカバーの諸特性を測定したところ、繊維強化樹脂層の密度は０．３ｇ／ｃｍ^３、空隙率は６５％、平均投影面積は４×１０^−９ｍ^２、比弾性率指標Ａは２０、炭素繊維の重量分率が３０重量％であった。

得られたアンダーカバーを移動体に取り付ける時、強化繊維や熱可塑性樹脂の脱落はなく、作業性は極めて良好であった。
さらにこの移動体用アンダーカバーは、移動中大きな形状変形は見られず十分な剛性を有しており、ＩＳＯ １０５３４−１に従い、厚み４ｍｍ、２０００Ｈｚにおける吸音率を測定した結果０．５であった。

（実施例２）
ウェブの加熱温度および、成形用基材の加熱温度が２２０℃であること以外は、実施例１と同様の方法で移動体用アンダーカバーを得た。得られた移動体用アンダーカバーは、重量８００ｇ、長さ５００ｍｍ、幅１０００ｍｍ、厚み４．０ｍｍであり、複数のリブ１１および貫通穴１２が設けられていた。移動体用アンダーカバーの繊維強化樹脂層部分を、かみそり刃で厚みに垂直な面で切り落とし断面観察したところ、強化繊維の交叉位置（交点）に熱可塑性樹脂が融着された格子構造となっており、おり、交叉位置の配置点の割合は１０％であった。また、上述した測定手法にて、移動体用アンダーカバーの諸特性を測定したところ、繊維強化樹脂層の密度は０．３ｇ／ｃｍ^３、空隙率は６５％、平均投影面積は４×１０^−９ｍ^２、比弾性率指標Ａは２３であった。
得られたアンダーカバーを移動体に取り付ける時、強化繊維や熱可塑性樹脂の脱落はなく、作業性は極めて良好であった。
さらにこの移動体用アンダーカバーは、移動中大きな形状変形は見られず十分な剛性を有しており、ＩＳＯ １０５３４−１に従い、厚み４ｍｍ、２０００Ｈｚにおける吸音率を測定した結果０．５であった。

本発明の移動体用アンダーカバーは、軽量性と力学特性だけでなく吸音性にも優れており、自動車、船舶、航空機、鉄道車両および自転車等のアンダーカバーに好適であり、有用である。

図１は、本発明の移動体用アンダーカバーの構造を例示説明するための断面図である。 図２は、本発明の繊維強化樹脂層の強化繊維により組まれた格子構造を例示説明するための概念斜視図である。 図３は、本発明の繊維強化樹脂層において強化繊維で囲まれた平均投影面積部分を説明するための概念図である。 図４は、本発明の一実施態様に係る移動体用アンダーカバーの取付位置を示した移動体の底面図である。 図５は、本発明の一実施態様に係る移動体用アンダーカバーの斜視図である。

符号の説明

１．繊維強化樹脂層
２．表皮層
３．強化繊維
４．熱可塑性樹脂
５．交叉位置
６．２値化後の強化繊維部分
７．２値化後の強化繊維で囲まれた黒い部分
８．エンジンカバー
９．整流カバー
１０．水よけカバー
１１．リブ
１２．貫通穴

Claims (16)

1. 少なくとも繊維強化樹脂層と表皮層で構成されてなるアンダーカバーであって、該繊維強化樹脂層が強化繊維の交叉位置に熱可塑性樹脂が配置された格子構造を有し、該繊維強化樹脂層の密度ｄが０．０５〜１．０ｇ／ｃｍ^３の範囲内である移動体用アンダーカバー。
2. 強化繊維の交叉位置に配置された熱可塑性樹脂が融着されてなる請求項１に記載の移動体用アンダーカバー。
3. 強化繊維で囲まれる平均投影面積が、１×１０^−１１〜１×１０^−８ｍ^２の範囲内である請求項１または２のいずれかに記載の移動体用アンダーカバー。
4. 繊維強化樹脂層の曲げ弾性率をＥ（ＭＰａ）とし密度をｄとしたとき、下記式１で表される比弾性率指標Ａが５以上である請求項１〜３のいずれかに記載の移動体用アンダーカバー。
   Ａ＝Ｅ^１／３／ｄ・・・式１
5. 繊維強化樹脂層の空隙率が２０〜９０体積％の範囲内である請求項１〜４のいずれかに記載の移動体用アンダーカバー。
6. 繊維強化樹脂層の成分割合が、強化繊維が１０〜６０重量％の範囲内であり、熱可塑性樹脂が４０〜９０重量％の範囲内である請求項１〜５のいずれかに記載の移動体用アンダーカバー。
7. 強化繊維の繊維長が２〜５０ｍｍの範囲内である請求項１〜６のいずれかに記載の移動体用アンダーカバー。
8. 強化繊維が炭素繊維である請求項１〜７のいずれかに記載の移動体用アンダーカバー。
9. 熱可塑性樹脂が、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリアミド、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンエーテル、ポリカーボネートおよびスチレン系樹脂から選択された少なくとも１種である請求項１〜８のいずれかに記載の移動体用アンダーカバー。
10. 表皮層が、熱可塑性樹脂、金属、布帛および紙から選択された少なくとも１種である請求項１〜９のいずれかに記載の移動体用アンダーカバー。
11. さらに、繊維強化熱可塑性樹脂、繊維強化熱硬化性樹脂および金属から選択された少なくとも１種の補強層が形成されてなる請求項１〜１０のいずれかに記載の移動体用アンダーカバー
12. 表面に凸凹形状が形成されてなる請求項１〜１１のいずれかに記載の移動体用アンダーカバー。
13. 複数個の貫通穴が形成されてなる請求項１〜１２のいずれかに記載の移動体用アンダーカバー。
14. 繊維強化樹脂層と表皮層を含む成形用基材を、予め加熱して繊維強化樹脂層を厚み方向に膨張させた後、賦形する請求項１〜１３のいずれかに記載の移動体用アンダーカバーの製造方法。
15. 熱可塑性樹脂の融点ｔ１（℃）以上、（ｔ１＋３０）℃以下の温度で予め加熱する請求項１４に記載の移動体用アンダーカバーの製造方法。
16. 繊維強化樹脂層を厚み方向に膨張させた後、さらに補強層が挿入されている金型で賦形する請求項１４または１５のいずれかに記載の移動体用アンダーカバーの製造方法。

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