JP2008000990A - 複合材サンドイッチ構造体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】板体とコアの界面が波打つことがないようにした複合材サンドイッチ構造体とその製造方法を提供すること。
【解決手段】繊維強化複合材料を面板２a、２bとし、樹脂発泡材をコア１とした断面矩形の複合材サンドイッチ構造体４であって、コア１の面板２a、２bに接する少なくとも一方の面側に剛性単板３が該面側の面と単板３の面との面（つら）位置が一致するように埋め込まれていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、自動車や航空機に用いる複合材サンドイッチ構造体とその製造方法に関する。

自動車や航空機に使用される二次構造材は、軽量化を図る必要があり、繊維強化複合材料を面板とし、樹脂発泡材をコアとした複合材サンドイッチ構造体が主流である。従来の複合材サンドイッチ構造体は、次のように製造されていた。すなわち、図６に示すように、まず、例えば、ポリエーテルイミド樹脂の発泡材からなるコア１０を未硬化炭素繊維強化エポキシプリプレグからなる２枚の板体２０a、２０bで挟み、次に、これを加熱オーブン内で成形型上にてプラスチックバッグを介して真空吸引することにより加圧し、加熱硬化成形していた（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−２２５２１０号公報

上述したように、従来の複合材サンドイッチ構造体は、発泡材からなるコアを未硬化繊維強化樹脂プリプレグからなる面板で挟み、加熱オーブン内で加圧成形して作られるが、図７（板体２０a側を部分的に示す）に示すように、コア１０と板体２０aの界面３４、３５が波打つ。従来の複合材サンドイッチ構造体は、加圧成形過程で、コア１０の気泡が膨張しながら変形して破壊され、その破壊によりコア表面３５に凹凸が発生する。さらに、発泡材からなるコア１０の嵩密度のばらつきによる座屈強度の差もあり、界面３４、３５が一層波打つ。

通常、自動車のロッカ等の骨材に複合材サンドイッチ構造体を使用して、ブラケット等を取り付ける場合、図８に示すように、例えば複合材サンドイッチ構造体３０に穴３０a、３０bをあけ、リベット４０a、４０bをカシメて、取り付け金具５０a、５０bが固定される。穴３０aは、図７の矢印a部に、穴３０bは矢印b部にあけた穴であり、あける位置により板体２０aの厚さが異なり、リベット４０aのカシメ代Kaとリベット４０bのカシメ代Kbが異なる（図８では、Ka＞Kb）。したがって、カシメる位置によって、カシメ強度（取り付け強度）がばらつき、如いてはリベットの引き抜き強度が規定値を下回る可能性が出てくる。そこで、少なくともリベットカシメ用の穴をあける位置の板体とコアの界面が波打つことがないようにする必要がある。

本発明は、上記従来の複合材サンドイッチ構造体の問題に鑑みてなされたもので、少なくともリベットカシメ用の穴をあける位置の板体とコアの界面が波打つことがないようにした複合材サンドイッチ構造体とその製造方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するための本発明の複合材サンドイッチ構造体は、繊維強化複合材料を面板とし、樹脂発泡材をコアとした断面矩形の複合材サンドイッチ構造体であって、前記コアの前記面板に接する少なくとも一方の面側に剛性単板が該面側の面と該単板の面との面（つら）位置が一致するように埋め込まれているものである。

コアの面板と接する面に剛性単板が埋め込まれているので、剛性単板と面板の界面が波打つことがない。したがって、剛性単板が埋め込まれた部位にカシメ用の穴をあけてリベットカシメを行うと、カシメ強度がばらつかない。

前記剛性単板は前記面板と同じ材料であることが好ましい。

金属材料からなる剛性単板に比べ、コスト、軽量化の点で優れている。

本発明の複合材サンドイッチ構造体の製造方法は、繊維強化複合材料を面板とし、樹脂発泡材をコアとした断面矩形の複合材サンドイッチ構造体の製造方法であって、前記コアの前記面板に接する少なくとも一方の面側に剛性単板を該面側の面と該単板の面との面（つら）位置が一致するように埋め込む埋め込み工程と、前記埋め込み工程で剛性単板が埋め込まれたコアを未硬化繊維強化樹脂プリプレグからなる板体２枚で挟み、該コアが該板体２枚で挟まれた状態にする挟み工程と、前記コアが前記板体２枚によって挟まれた状態のものを加圧成形する加圧成形工程と、を備えることを特徴としている。

コアの少なくとも一方の面側に剛性単板が該面側の面と該単板の面との面（つら）位置が一致するように埋め込まれているので、この埋め込まれた剛性単板と接する面板の界面は加圧成形後も波打つことがない。したがって、剛性単板が埋め込まれた位置にカシメ用の穴をあけてリベットカシメを行うと、カシメ強度がばらつかない。

上記複合材サンドイッチ構造体の製造方法において、前記剛性単板が前記面板と同じ材料からなる硬化樹脂単板であることが好ましい。

剛性単板が面板と同じ材料からなる硬化樹脂単板であると、加圧成形工程での加熱温度でも変形することがなく、面板との界面が一層波打つことがない。また、単板が未硬化プリプレグと接する面をあらかじめサンディング加工等にて接着性を向上させることにより、仮に成形中にコア材が収縮しても面板と単板は初期の設置位置から動くことはなくなる。

コアの面板と接する面に剛性単板が埋め込まれているので、剛性単板と面板の界面が波打つことがない。したがって、剛性単板が埋め込まれた位置にカシメ用の穴をあけてリベットカシメを行うと、カシメ強度がばらつかない。

本発明の複合材サンドイッチ構造体及びその製造方法を実施するための最良の形態を説明する。まず、複合材サンドイッチ構造体の概要を図１によって説明する。１は樹脂の発泡材コアで、この発泡材コア１を繊維強化複合材料の面板２a、２bで挟んだ構造で、コア１の面板２aに接する面側に剛性単板３が面側の面（図中点線で示す１１）と単板３の面３１との面（つら）位置が一致するように埋め込まれている。コア１は剛性単板３１が埋め込まれた部位では面板２aと直接接しないので、加熱成形時にコアの気泡の膨張や破壊力及び嵩密度のばらつきによる座屈強度の差が面板２aに直接作用しない。したがって、図１に模式的に示すように、加圧成形前のコア１の界面１１と面板２aの界面２１とは、単板が埋め込まれていない領域では１１´、２１´のように波打つが、単板が埋め込まれている領域では波打たない。その結果、面板２aの上面２２から単板３の下面３２までの距離が一定、すなわち、図１のｋ＝ｋ´になる。単板が埋め込まれた部位に穴をあけてリベットカシメを行うと、カシメ代が一定になり、カシメ強度を一定にすることができる。

本発明の複合材サンドイッチ構造体４におけるコア１としては、例えばポリエーテルイミド樹脂発泡材、硬質ウレタン樹脂発泡材、ポリエチレン樹脂発泡材、等を用いることができる。

面板２a、２bの繊維強化複合材料としては、例えばエポキシ樹脂を含有する炭素繊維強化複合材、ガラスファイバリーンプラスチック（ＧＦＲＰ）、等を用いることができる。

剛性単板３としては、アルミや鉄などの金属材料でもよいが、コストと軽量化のためには樹脂が好ましい。また、樹脂のうちでも、上記面板と同じ材料が一層好ましい。樹脂の場合、プレス成形等にて上面と下面を平滑面にしたものを用いるとよい。厚さは、材料の剛性により変わり、例えば、面板と同じ繊維強化複合材料の場合、０．２〜０．５ｍｍ程度である。

次に本発明の複合材サンドイッチ構造体の製造方法を図２〜４によって説明する。

＜埋め込み工程＞ まず、図２Aに示すように、コア１の面１１に剛性単板３を埋め込む深さが単板の厚さｄに等しい凹部１３を形成する。次に、単板３をその凹部１３に埋め込み、図２Ｂの状態にする。

＜挟み工程＞ 次に、図３Aに示すように、単板３が埋め込まれたコア１を未硬化繊維強化樹脂プリプレグからなる板体２´a、２´bで挟み込み、図３Ｂの状態にする。

＜加圧成形工程＞ 次に、上記図３Ｂの状態のものを加熱オーブン５内の成形型６の上に載せ、その上に離型フィルム７をかぶせ、その上からプラスチックバッグ８を成形型６上に直接装着したシール材９にてシールして設置し、プラスチックバッグ８内を真空吸引することにより加圧及び加熱し、前記未硬化繊維強化樹脂プリプレグ２´a、２´bを成形硬化して２a、２bとする。なお、１０は、通気確保用の不織布である。

上記の加圧成形工程では、加熱オーブンで真空吸引加圧しており、圧力は１気圧であるが、加熱オーブンの代わりオートクレーブを用いてもよい。この場合は、圧力が２〜６気圧となる。なお、いずれの場合も、加熱温度は、未硬化繊維強化樹脂プリプレグの硬化温度に等しく、１３０℃〜１８０℃程度である。

次に、本発明の複合材サンドイッチ構造体４に取り付け金具をリベットで固定する方法について説明する。まず、図５Aに示すように、剛性単板３が埋め込まれている部位にリベット穴４a、４bをあける。次に、図５Ｂに示すように、金具５０a、５０bを介してリベット４０a、４０bをリベット穴４a、４bに挿入する。この状態でリベット４０a、４０bの上端部と下端部にカシメ工具で圧力を加え、下端部をカシメて図５Ｃの状態にする。面板２aの上面２２から単板３の下面３２までの距離が一定、すなわち、ｋ＝ｋ´であるので、カシメ代が一定になり、カシメ強度を一定にすることができる。

自動車産業、航空機産業に利用される可能性が極めて高い。

本発明の複合材サンドイッチ構造体の概略を示す図である。 本発明の複合材サンドイッチ構造体の製造方法の単板埋め込み工程を示す図である。 本発明の複合材サンドイッチ構造体の製造方法の挟み工程を示す図である。 発明の複合材サンドイッチ構造体の製造方法の加圧成形工程を示す図である。 本発明の複合材サンドイッチ構造体に取り付け金具をリベットで固定する方法を示す図である。 従来の複合材サンドイッチ構造体を製造する方法を示す図である。 従来の複合材サンドイッチ構造体の概要を示す図である。 従来の複合材サンドイッチ構造体に取り付け金具をリベットで固定する方法を示す図である。

符号の説明

１・・・・・・・・樹脂発泡材コア
２a、２b・・・・・繊維強化複合材料面板
３・・・・・・・・剛性単板
４・・・・・・・・複合材サンドイッチ構造体
２´a、２´b・・・未硬化繊維強化樹脂プリプレグ

Claims (4)

1. 繊維強化複合材料を面板とし、樹脂発泡材をコアとした断面矩形の複合材サンドイッチ構造体であって、
   前記コアの前記面板に接する少なくとも一方の面側に剛性単板が該面側の面と該単板の面との面（つら）位置が一致するように埋め込まれていることを特徴とする複合材サンドイッチ構造体。
2. 前記剛性単板が前記面板と同じ材料からなることを特徴とする請求項１に記載の複合材サンドイッチ構造体。
3. 繊維強化複合材料を面板とし、樹脂発泡材をコアとした断面矩形の複合材サンドイッチ構造体の製造方法であって、
   前記コアの前記面板に接する少なくとも一方の面側に剛性単板を該面側の面と該単板の面との面（つら）位置が一致するように埋め込む埋め込み工程と、
   前記埋め込み工程で剛性単板が埋め込まれたコアを未硬化繊維強化樹脂プリプレグからなる板体２枚で挟み、該コアが該板体２枚で挟まれた状態にする挟み工程と、
   前記コアが前記板体２枚によって挟まれた状態のものを加圧成形する加圧成形工程と、を備えることを特徴とする複合材サンドイッチ構造体の製造方法。
4. 前記剛性単板が前記面板と同じ材料からなる硬化樹脂単板であることを特徴とする請求項３に記載の複合材サンドイッチ構造体の製造方法。

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