JP2014172334A - 樹脂複合材製構造体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂複合材同士を接合一体化し、接合部の強度が優れる樹脂複合材製構造体を得る。
【解決手段】例えば、第１の樹脂複合材１２及び第２の樹脂複合材１４の一端部に、凹部２４と凸部２６からなる波形状部２８ａ、２８ｂを設ける。該波形状部２８ａ、２８ｂを加熱して軟化させた後、成型型内で対向する凸部２６、２６同士を重畳するとともに、対向する凹部２４、２４同士で非重畳空間６０を形成する。さらに、重畳された凸部２６、２６同士を押圧して圧潰し、母材である熱可塑性樹脂と、該熱可塑性樹脂に含まれていた繊維体とを前記非重畳空間６０に流動させる。その後、前記熱可塑性樹脂を冷却硬化させ、これにより、第１の樹脂複合材１２及び第２の樹脂複合材１４を接合一体化する。
【選択図】図３

Description

本発明は、不連続繊維を含む熱可塑性樹脂繊維強化複合材同士を接合一体化して得る樹脂複合材製構造体及びその製造方法に関する。

熱可塑性樹脂繊維強化複合材（以下、単に「樹脂複合材」と表記することもある）は、ガラス繊維や炭素繊維を熱可塑性樹脂に含浸させた複合材である。近時、この種の樹脂複合材により、自動車車体の構成部材（例えば、フロアやモノコック等）を作製することが試みられている。

ところで、自動車車体の構成部材は概して大形状であるため、１回の成形で構成部材の全体を作製しようとすると、成形の際に大荷重を付与し得る大型の成形装置が必要となる。このような成形装置は高額である上、成形時の電力消費量が大きい。従って、大量生産において、設備投資やランニングコストが高騰するという不都合がある。

そこで、複数個の部品を別個に作製し、これら部品同士を接合して構成部材を得ることが想起される。しかしながら、ボルト・ナットやリベット（いわゆる金属製ファスナー）による機械接合では、穿孔作業や締結作業が必要であるので、作業コストが高騰する。また、金属製ファスナーを取り付けるので、重量増加を招く。さらに、この場合、強化繊維と金属製ファスナーとの組み合わせによっては、異種材料の接触によって電蝕が生じる懸念がある。また、熱膨張率が相違することの対策を講じる必要がある場合もある。

その他の接合手法としては、熱溶着、振動溶着、超音波溶着、レーザ溶着等が知られている。しかしながら、いずれの手法も、接合強度が十分であるとは今ひとつ言い難い側面がある。

特許文献１には、接合部となる部位に存在する強化繊維の一部が表面に露出するように加熱溶融した後、該溶融部同士を加圧成形しながら溶着することが提案されている。該特許文献１には、このような溶着方法により、美観に優れ且つ接合強度が良好な接合部が得られる、との記載がある。

特開平１１−９０９８６号公報

特許文献１の図１、図４、図５を参照して諒解されるように、該特許文献１記載の技術では、接合部を段部とせざるを得ない。従って、外観が平坦であることが望まれる構成部材とすることができない。そのような構成部材として採用しない場合であっても、接合部の厚みが大きくなること、その結果として重量が増加することを回避することができない。

また、この技術によって得られた接合部も、その接合強度が十分であるとは言い難い。

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、軽量で且つ十分な接合強度及び剛性を示すとともに、必要に応じて接合部を平坦面として得ながら大型一体化した樹脂複合材製構造体及びその製造方法を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、不連続繊維を含む第１の樹脂複合材及び第２の樹脂複合材が接合一体化されてなる樹脂複合材製構造体であって、
前記第１の樹脂複合材と前記第２の樹脂複合材との接合部に存在する前記不連続繊維の繊維方向が、ランダムであることを特徴とする。

本発明者の鋭意検討によれば、従来技術に係る樹脂複合材製構造体では、樹脂複合材同士の接合部に存在する不連続繊維がランダムに絡み合うことはない。従って、接合部には、樹脂溶着に基づく接合力のみが作用する。

これに対し、本発明に係る樹脂複合材製構造体の接合部においては、不連続繊維の繊維方向がランダムであるため、不連続繊維同士がランダムに絡み合う。この絡み合いと、母材である熱可塑性樹脂同士が樹脂溶着によって接合することとが相俟って、接合部の強度及び剛性が優れたものとなる。

第２の樹脂複合材に対し、不連続繊維を含む第３の樹脂複合材をさらに接合一体化するようにしてもよい。勿論、第２の樹脂複合材と第３の樹脂複合材との接合部に存在する不連続繊維の繊維方向もランダムであり、このため、不連続繊維同士がランダムに絡み合っている。従って、これら第２の樹脂複合材と第３の樹脂複合材との接合部も、強度及び剛性に優れたものとなる。

以上の接合部は、平坦面として形成することも可能である。接合部を平坦面とし得る理由、及び接合部で不連続繊維がランダムに絡み合う理由については、後述する。

また、本発明は、不連続繊維を含む第１の樹脂複合材及び第２の樹脂複合材同士を接合して樹脂複合材製構造体を得る樹脂複合材製構造体の製造方法であって、
前記第１の樹脂複合材と前記第２の樹脂複合材の端部同士の間に、前記端部同士に跨る重畳部と、該重畳部以外の部位の非重畳空間とを形成する重畳工程と、
前記重畳部と前記端部に荷重を付与することで前記非重畳空間を充填するとともに前記重畳部と前記端部とを接合一体化して、前記不連続繊維の繊維方向がランダムな接合部を備える樹脂複合材製構造体を得る接合工程と、
前記重畳工程を行う前、前記重畳工程を行った後、又は前記接合工程の最中のいずれかで、少なくとも前記重畳部を加熱して軟化させる加熱工程と、
を有することを特徴とする。

すなわち、本発明においては、重畳部を、接合一体化すべき樹脂複合材（相手材）に重畳するとともに、重畳部以外の部位を相手材に重畳せずに離間させることで非重畳空間を形成し、この状態で、重畳部と相手材を押圧する（荷重を付与する）ようにしている。重畳部は、押圧前又は押圧時に加熱されて軟化しているので、重畳部を構成していた熱可塑性樹脂及び不連続繊維が前記非重畳空間に向かって流動する。その後の冷却硬化により、重畳部と相手材が接合一体化する。

上記の流動が起こる結果、接合部においては、不連続繊維の繊維方向がランダムとなり、このために不連続繊維同士がランダムに絡み合うようになる。このことと、母材である熱可塑性樹脂同士が樹脂溶着によって接合することとが相俟って、優れた強度及び剛性を示す接合部を備える樹脂複合材製構造体を得ることができる。

重畳部は、第１の樹脂複合材及び第２の樹脂複合材の少なくともいずれか一方に設けるようにしてもよい。勿論、第１の樹脂複合材及び第２の樹脂複合材の双方に重畳部を設けるようにしてもよい。後者の場合、重畳部同士を重畳すればよい。

又は、不連続繊維を含み前記第１の樹脂複合材及び前記第２の樹脂複合材とは別の樹脂複合材を１個以上用いて前記重畳部とするようにしてもよい。この場合、第１の樹脂複合材と前記第２の樹脂複合材を離間させるとともに、前記別の樹脂複合材（重畳部）を、これら第１の樹脂複合材と前記第２の樹脂複合材との間に橋架されるように双方に重畳すればよい。

また、重畳部の重畳された部位の面積と、前記非重畳空間の面積との間に、
０．７５≦重畳部の重畳された部位の面積／非重畳空間の面積≦２
の関係を成立させることが好ましい。

上記の面積比が０．７５以上１未満のときには、接合部の強度及び剛性を維持しつつ、その厚みを、第１の樹脂複合材及び第２の樹脂複合材に比して小さくすることができる。すなわち、接合部を、陥没部として形成することが可能である。一方、上記の面積比がＳ１／Ｓ２が１よりも大きく２以下であるときには、接合部の強度及び剛性を一層向上させることができる。この場合、接合部は、隆起部として形成される。

以上のように、接合部が陥没部又は段部として形成される場合、これら陥没部又は隆起部を、例えば、意匠形状として活用するようにすればよい。すなわち、製品の美観のために樹脂複合材製構造体に陥没部又は隆起部を形成することが必要な場合、接合部を、当該陥没部又は当該隆起部として活用すればよい。

ここで、上記の面積比が１である場合、換言すれば、
重畳部の重畳された部位の面積／非重畳空間の面積＝１
の関係が成立する場合、重畳部を構成していた熱可塑性樹脂及び不連続繊維が全て非重畳空間に流動するので、接合部が平坦面となる。すなわち、接合部を平坦面として形成することができる。

以上のように、上記の面積比を適宜設定することによって、接合部を、陥没部、平坦面又は隆起部のいずれかとすることが可能である。

樹脂複合材構造体を、第２の樹脂複合材に対して第３の樹脂複合材をさらに接合一体化したものとして得るようにしてもよい。この場合、前記第２の樹脂複合材と、不連続繊維を含む第３の樹脂複合材の端部同士の間に、これらの端部同士に跨る第２の重畳部と、該第２の重畳部以外の部位の第２の非重畳空間とを形成する第２の重畳工程と、
前記第２の重畳部と前記第２の樹脂複合材及び前記第３の樹脂複合材の端部に荷重を付与することで前記第２の非重畳空間を充填するとともに前記第２の重畳部と前記第２の樹脂複合材及び前記第３の樹脂複合材の端部とを接合一体化して、前記不連続繊維の繊維方向がランダムな第２の接合部を備える樹脂複合材製構造体を得る第２の接合工程と、
前記第２の重畳工程を行う前、前記第２の重畳工程を行った後、又は前記第２の接合工程の最中のいずれかで、少なくとも前記第２の重畳部を加熱して軟化させる第２の加熱工程と、
を実施すればよい。

第１の樹脂複合材と第２の樹脂複合材を接合一体化する接合工程と、第２の樹脂複合材と第３の樹脂複合材を接合一体化する第２の接合工程は、同時に行うようにしてもよい。また、重畳部形成工程と第２の重畳部形成工程も同時に行うことができる。この場合、樹脂複合材製構造体を効率よく得ることができる。

勿論、例えば、大形状の樹脂複合材製構造体を作製するような場合には、前記接合工程と前記第２の接合工程を個別に実施するようにしてもよい。

本発明によれば、樹脂複合材同士を接合一体化するに際し、これら樹脂複合材同士の間に、重畳部と非重畳空間とを形成し、この状態で、重畳部と相手材に荷重を付与する（押圧する）ようにしている。このため、重畳部を構成していた熱可塑性樹脂及び不連続繊維が前記非重畳空間に向かって流動する。

その結果、接合部では、不連続繊維の繊維方向がランダムとなり、該不連続繊維同士がランダムに絡み合う。この絡み合いにより、接合部の強度及び剛性が優れたものとなる。すなわち、十分な強度及び剛性を示す接合部を備える樹脂複合材製構造体を得ることができる。

また、重畳された重畳部の面積を、非重畳空間の面積に合わせることにより、接合部を平坦面として得ることも可能である。

本発明の第１実施形態に係る樹脂複合材製構造体の概略全体斜視図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線矢視断面図であり、前記樹脂複合材製構造体の接合部の水平方向断面模式図である。 図３Ａ〜図３Ｃは、波形状部を形成した第１の樹脂複合材及び第２の樹脂複合材から樹脂複合材製構造体を得るまでの概略を示したフロー図の一例である。 前記波形状部を加熱するための加熱装置の概略構成の一例を示す分解斜視図である。 成形型内で波形状部同士を重畳した状態を示す要部概略側面図である。 重畳箇所の近傍を拡大して示した要部拡大平面図である。 図５から上型を降下させた状態を示す要部概略側面図である。 図８Ａ及び図８Ｂは、波形状部を形成することなく第１の樹脂複合材及び第２の樹脂複合材から樹脂複合材製構造体を得るまでの概略を示したフロー図である。 図９Ａ〜図９Ｃは、別の形状の波形状部を形成した第１の樹脂複合材及び第２の樹脂複合材から樹脂複合材製構造体を得るまでの概略を示したフロー図の一例である。 本発明の第２実施形態に係る樹脂複合材製構造体の概略全体斜視図である。 図１０に示す樹脂複合材製構造体を得るための成形型内で、第２の樹脂複合材に形成されて加熱された波形状部を、第１の樹脂複合材及び第３の樹脂複合材の端部に重畳しようとする状態を示す要部分解斜視図である。 第２の樹脂複合材の波形状部を、第１の樹脂複合材の端部に重畳した状態を示す要部概略側面図である。 第１の樹脂複合材と第２の樹脂複合材との間に、別の樹脂複合材からなる重畳部を橋架（重畳）した状態を示す概略平面図である。 第１の樹脂複合材と第２の樹脂複合材との間に、図１３とは別形状の樹脂複合材からなる重畳部を橋架（重畳）した状態を示す概略平面図である。

以下、本発明に係る樹脂複合材製構造体及びその製造方法につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

図１は、第１実施形態に係る樹脂複合材製構造体１０の概略全体斜視図である。略平板形状をなすこの樹脂複合材製構造体１０は、第１の樹脂複合材１２と、第２の樹脂複合材１４の端部同士が接合一体化されることによって構成される。すなわち、樹脂複合材製構造体１０は、接合部１６を有する。

第１の樹脂複合材１２は、熱可塑性樹脂からなる母材中に不連続繊維（チョップド繊維）がランダムに分散した繊維強化樹脂である。第２の樹脂複合材１４もこれと同様である。なお、不連続繊維はガラス繊維であってもよいが、耐熱性や強度、剛性に優れることから、炭素繊維が一層好適である。

接合部１６は、後述するように、第１の樹脂複合材１２と第２の樹脂複合材１４の端部同士が加熱・加圧されることによって接合一体化された部位である。なお、以下においては、説明の便宜上、第１の樹脂複合材１２における接合部１６以外の部位を第１部位、第２の樹脂複合材１４における接合部１６以外の部位を第２部位と表記し、各々の参照符号を１８、２０とする。

図２は、図１中のＩＩ−ＩＩ線矢視断面、すなわち、接合部１６の水平方向に沿う断面を模式的に示した水平方向断面模式図である。後述するように、樹脂複合材の端部同士を単純に加熱・加圧することで得られる接合部では、不連続繊維２２がランダムに絡み合うことはない。これに対し、樹脂複合材製構造体１０における接合部１６に存在する不連続繊維２２の繊維方向は、図２に示すようにランダムである。換言すれば、接合部１６では、不連続繊維２２同士がランダムに絡み合っている。この理由については後述する。

この場合、樹脂複合材製構造体１０の両端面は、ともに平坦面である。すなわち、第１部位１８、接合部１６及び第２部位２０は面一として連なり、第１部位１８と接合部１６の間、又は接合部１６と第２部位２０との間に視認し得るような明確な段差は存在しない。

また、第１部位１８と接合部１６の間、接合部１６と第２部位２０との間に、明確な境界は存在しない。すなわち、樹脂複合材製構造体１０は、いわゆるシームレスである。ただし、図１においては、接合部１６（すなわち、接合された端部同士）の位置を示すべく、該接合部１６を仮想線で示している。

すなわち、樹脂複合材製構造体１０は、２個の樹脂複合材１２、１４を接合一体化したものであるにも関わらず、段部が存在しない。このため、外観が平坦であることが望まれる構成部材とすることが可能となる。また、接合部１６の厚みが大きくなることを回避することもできる。

さらに、この接合部１６は、該接合部１６に存在する不連続繊維２２同士が絡み合っている（図２参照）ために、十分な接合強度及び剛性を示す。従って、第１の樹脂複合材１２と第２の樹脂複合材１４が、接合部１６から分離することが回避される。

すなわち、第１実施形態によれば、外観が良好であり、しかも、接合強度及び剛性に優れる樹脂複合材製構造体１０が得られる。このような樹脂複合材製構造体１０、１０同士をさらに接合一体化することにより、大形状の部材を作製することができる。勿論、この部材も、外観が良好であり且つ接合強度及び剛性に優れる。このような部材は、例えば、自動車車体の構成部材として採用することができる。

第１実施形態に係る樹脂複合材製構造体１０は、以下のようにして作製することができる。

はじめに、第１の樹脂複合材１２と第２の樹脂複合材１４を用意する。この時点では、第１の樹脂複合材１２及び第２の樹脂複合材１４の双方とも、単純な平板形状をなす。

次に、これら第１の樹脂複合材１２及び第２の樹脂複合材１４の端部に切削加工（カッティング）を施し、図３Ａに示すように、凹部２４と凸部２６（重畳部）からなる波形状部２８ａ、２８ｂをそれぞれ形成する。なお、波形状部２８ａと波形状部２８ｂの位相は同一である。また、この場合、凸部２６は略二等辺三角形状に突出し、その頂角は略９０°である。従って、波形状部２８ａ、２８ｂは、歯形形状をなす。

次に、波形状部２８ａ、２８ｂを含む端部を加熱するとともに加圧する。加熱と加圧は同一工程として行ってもよいが、別工程としても特に差し支えはない。以降では、加熱と加圧を別工程とする場合につき説明する。

波形状部２８ａ、２８ｂを加熱するための装置の一例としては、図４に示す加熱装置３０が挙げられる。この加熱装置３０につき概略説明する。

加熱装置３０は、下側支持ブロック３２と上側支持ブロック３４を有する。この中の下側支持ブロック３２には、その長手方向に沿って２個の挿入孔３６ａ、３６ｂが形成される。各挿入孔３６ａ、３６ｂには、図示しない制御回路に対して電気的に接続されたロッドヒータ３８ａ、３８ｂが挿入される。

また、下側支持ブロック３２の上端面には、その幅方向略中央に、上側支持ブロック３４に指向して突出するとともに、前記長手方向に沿って延在する長尺な係合突部４０が設けられる。従って、下側支持ブロック３２の上端面には、係合突部４０を挟んで、第１平坦面４２ａ及び第２平坦面４２ｂが形成される。さらに、係合突部４０の上端部には、複数個のボルト止穴４４が形成される。

一方の上側支持ブロック３４には、前記係合突部４０に対応する位置に係合溝４６が形成される。上側支持ブロック３４が下側支持ブロック３２に重畳された際には、前記係合突部４０は、この係合溝４６に係合する。

上側支持ブロック３４にも、前記挿入孔３６ａ、３６ｂに対して鉛直上方となる位置に挿入孔３６ｃ、３６ｄが形成される。この挿入孔３６ｃ、３６ｄには、ロッドヒータ３８ｃ、３８ｄが挿入される。

上側支持ブロック３４には、その上端面から前記係合溝４６の天井面に到達するようにして複数個のボルト通穴４８が貫通形成される。各ボルト通穴４８に通されたボルト５０は、前記ボルト止穴４４に螺合される。

波形状部２８ａ、２８ｂに対する加熱は、上記のように構成される加熱装置３０を用い、以下のようにして行われる。

先ず、第１平坦面４２ａ、第２平坦面４２ｂに、第１の樹脂複合材１２の波形状部２８ａ、第２の樹脂複合材１４の波形状部２８ｂをそれぞれ載置する。

その後、上側支持ブロック３４が、係合溝４６に下側支持ブロック３２の係合突部４０が挿入されるようにして下側支持ブロック３２に重畳される。下側支持ブロック３２と上側支持ブロック３４は、ボルト通穴４８に通されたボルト５０がボルト止穴４４に螺合されることにより連結される。その結果、第１樹脂複合材における波形状部２８ａを含む一端部と、第２樹脂複合材における波形状部２８ｂを含む一端部とが、下側支持ブロック３２と上側支持ブロック３４によって挟持される。さらに、挿入孔３６ａ〜３６ｄにロッドヒータ３８ａ〜３８ｄがそれぞれ挿入される。

この状態で、前記制御回路の制御作用下にロッドヒータ３８ａ〜３８ｄに通電がなされる。これによりロッドヒータ３８ａ〜３８ｄが発熱し、下側支持ブロック３２と上側支持ブロック３４によって挟持された第１の樹脂複合材１２の一端部（波形状部２８ａ）、及び第２の樹脂複合材１４の一端部（波形状部２８ｂ）が加熱される。その結果、波形状部２８ａ、２８ｂを含む各端部が軟化する。

次に、第１の樹脂複合材１２及び第２の樹脂複合材１４を、成型するための型に移す。このような型の一例としては、図５に示す成形型５２が挙げられる。

ここで、成形型５２は、固定型である下型５４と、図示しない昇降機構の作用下に下型５４に対して接近又は離間するように変位する上型５６とを有し、下型５４には、略矩形状の枠体５８が位置決め固定されている。第１の樹脂複合材１２と第２の樹脂複合材１４は、枠体５８内に収容されるとともに、加熱された端部同士が重畳される。なお、図５においては、加熱された端部（加熱部位）を、ハッチングを付すことで示している。

この際には、図３Ｂに示すように、波形状部２８ａ、２８ｂの凸部２６、２６同士を重畳する。このため、互いに対向する凹部２４、２４同士の間に非重畳空間６０が形成される。

図６は、前記非重畳空間６０を、その近傍とともに示した要部拡大図である。この場合、非重畳空間６０は略菱形形状をなす。第１実施形態においては、この非重畳空間６０の面積Ｓ１と、凸部２６、２６同士の重畳された部位の面積Ｓ２とが同等となるように、凸部２６、２６同士が重畳される。すなわち、Ｓ１／Ｓ２＝１が成立する。

第２の樹脂複合材１４における加熱部位が第１の樹脂複合材１２の加熱部位に重畳されると、図５に示すように、第２の樹脂複合材１４の非加熱部位が下型５４に当接する。加熱部位（端部）は軟化しているので、該加熱部位が起点となって容易に撓むからである。

この状態で、前記昇降機構が付勢されることにより、図７に示すように、上型５６が降下する。これにより、重畳された端部同士（加熱部位同士）が圧潰されて一体化し、接合部１６が形成される。なお、図７中のハッチングは図５同様に加熱部位を示し、断面を示しているのではない。また、ハッチング同士が重なっている部分は、圧潰によって混ざり合った（一体化した）端部同士を表す。

圧潰に際しては、重畳された凸部２６を構成していた母材（熱可塑性樹脂）が、図６に矢印で示すように流動する。その結果、非重畳空間６０が母材及び不連続繊維２２で充填されるとともに、凸部２６、２６同士の重畳による段差が解消される。このため、接合部１６は、平坦部として形成される。なお、第１の樹脂複合材１２及び第２の樹脂複合材１４が延伸するときには、これら第１の樹脂複合材１２及び第２の樹脂複合材１４の端部が枠体５８によって堰止される。

その後、接合部１６を冷却硬化することにより、図１及び図３Ｃに示すように、第１の樹脂複合材１２の非加熱部位を主体とする第１部位１８と、接合部１６と、第２の樹脂複合材１４の非加熱部位を主体とする第２部位２０とを有し、且つこれら第１部位１８、接合部１６及び第２部位２０に段差や明確な境界が存在しない平坦な樹脂複合材製構造体１０が得られるに至る。

重畳された加熱部位同士を圧潰する際、母材及び不連続繊維２２が上記したような流動を起こす（図６参照）ことに伴い、接合部１６では、不連続繊維２２同士がランダムに絡み合う。このため、接合部１６の強度及び剛性が優れたものとなる。

これに対し、図８Ａ及び図８Ｂに示すように波形状部２８ａ、２８ｂが形成されていない平板形状の第１の樹脂複合材６２及び第２の樹脂複合材６４の端部同士を加熱して重畳し、圧潰を行った場合、その接合部では、不連続繊維２２がランダムに絡み合うことはない。この理由は、重畳された端部同士を圧潰する際、母材及び不連続繊維２２に上記したような流動が起こらないためであると推察される。そして、このような接合部では、樹脂溶着によって形成された接合部の強度・剛性を上回ることは困難である。

以上のように、端部に波形状部２８ａ、２８ｂを形成し、これら波形状部２８ａ、２８ｂ同士を重畳して接合一体化することにより、十分な強度及び剛性を示す接合部１６を具備する樹脂複合材製構造体１０を得ることができる。

なお、波形状部として、歯形形状をなすものを例示しているが、特にこれに限定されるものではない。別の一例としては、図９Ａ〜図９Ｃに示すように、正弦波形状の波形状部２８ｃ、２８ｄが挙げられる。この場合も、図３Ａ〜図３Ｃに示す場合に準拠して非重畳空間６０が充填され、不連続繊維２２の繊維方向がランダムな接合部１６が形成される。

上記した第１実施形態では、重畳する端部の各々に波形状部２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄを形成するようにしているが、波形状部は、重畳する端部の少なくとも一方に形成すればよい。さらに、接合する樹脂複合材は、平板形状のものに限定されるものではなく、立体形状が付与されたものであってもよい。以下、これにつき第２実施形態として説明する。

図１０は、第２実施形態に係る樹脂複合材製構造体７０の概略全体斜視図である。この樹脂複合材製構造体７０は、開口が図１０における下方に臨む断面コの字形状をなし、長尺な第１の樹脂複合材７２と、短尺な第２の樹脂複合材７４と、長尺な第３の樹脂複合材７６とが長手方向に沿ってこの順序で連なるようにして接合一体化されたものである。ここで、第１の樹脂複合材７２と第２の樹脂複合材７４の間、第２の樹脂複合材７４と第３の樹脂複合材７６との間には、段差及び明確な境界は存在しない。すなわち、この場合も、樹脂複合材製構造体７０の両端面は、シームレスな平坦面をなす。ただし、図１０においては、接合前の第２の樹脂複合材７４の位置を示すべく、該第２の樹脂複合材７４からなる部位を仮想線で示している。

なお、第２実施形態では、第２の樹脂複合材７４の両端部にのみ波形状部７８ａ、７８ｂが形成され、第１の樹脂複合材７２及び第３の樹脂複合材７６の端部は直線形状である（図１１参照）。この直線形状の各端部に前記波形状部７８ａ、７８ｂが重畳され、圧潰されることによって接合部が形成される。以上については、後述する。

第１の樹脂複合材７２、第２の樹脂複合材７４及び第３の樹脂複合材７６は、第１実施形態と同様に、熱可塑性樹脂からなる母材中に不連続繊維２２（図２参照）がランダムに分散した繊維強化樹脂である。不連続繊維２２はガラス繊維であってもよいが、炭素繊維が一層好適である。

この樹脂複合材製構造体７０の接合部においても、不連続繊維２２の繊維方向はランダムである。すなわち、図２と同様に不連続繊維２２同士が絡み合った状態である。このため、第１実施形態と同様に、接合部の強度が優れたものとなる。

次に、この樹脂複合材製構造体７０の製造方法につき説明する。

図１１に示すように、第２実施形態では、接合前の第１の樹脂複合材７２及び第３の樹脂複合材７６は、断面コの字形状の長尺物からなる。また、上記したように、これら第１の樹脂複合材７２及び第３の樹脂複合材７６には、波形状部が形成されていない。

残余の第２の樹脂複合材７４は、加熱前は、凹部８０と凸部８２からなる波形状部７８ａ、７８ｂがその両端部に形成された略平板形状体である。このような形状の第２の樹脂複合材７４は、第１の樹脂複合材７２及び第３の樹脂複合材７６に比して短尺な平板の両端部に対してカッティングを施すことで作製することができる。

次に、第１の樹脂複合材７２及び第３の樹脂複合材７６を、成形するための型に移す。このような型の一例としては、図１１に示す成形型８４が挙げられる。

この成形型８４につき概略説明すると、該成形型８４は、固定型である下型８６と、図示しない昇降機構の作用下に下型８６に対して接近又は離間するように変位する上型８８とを有する。この中の下型８６は、基部８９から突出した支持凸部９０が設けられた、いわゆる凸型である。また、上型８８は、前記支持凸部９０が進入する進入凹部９２が陥没形成された、いわゆる凹型である。進入凹部９２には、上型８８とは個別に昇降可能な押圧型（図示せず）が配設される。成形型８４は、さらに、断面コの字形状の堰止部材９４ａ、９４ｂを具備する。

第１の樹脂複合材７２及び第３の樹脂複合材７６は、前記下型８６の支持凸部９０に、該支持凸部９０を覆うようにして載置される。その一方で、波形状部７８ａ、７８ｂが形成された第２の樹脂複合材７４が、例えば、加熱炉によって全体が加熱される。加熱された第２の樹脂複合材７４は軟化しているので、波形状部７８ａ、７８ｂが第１の樹脂複合材７２及び第２の樹脂複合材７４の端部に重畳されると、第２の樹脂複合材７４において、支持凸部９０の上端面から突出した部位は、該支持凸部９０の縦壁に沿って容易に撓む。図１１では、この状態を、第２の樹脂複合材７４を第１の樹脂複合材７２及び第３の樹脂複合材７６から離間させて示している。

第２の樹脂複合材７４の波形状部７８ａ、７８ｂの凸部８２が第１の樹脂複合材７２及び第２の樹脂複合材７４の端部に重畳されると、図１２に示すように、第１の樹脂複合材７２の端部と、第２の樹脂複合材７４の波形状部７８ａ、７８ｂの凹部８０との間に非重畳空間９６が形成される。凸部８２において、第１の樹脂複合材７２の端部に重畳された部位の面積Ｓ３と、非重畳空間９６の面積Ｓ４とは同等である。すなわち、Ｓ３／Ｓ４＝１が成り立つ。また、堰止部材９４ａ、９４ｂが第１の樹脂複合材７２、第２の樹脂複合材７４の各上端面の所定箇所に載置される。

図示しないが、第２の樹脂複合材７４の波形状部７８ａの凹部８０と、第２の樹脂複合材７４の端部との間にも同様に非重畳空間９６が形成される。また波形状部７８ａの凸部８２において、第２の樹脂複合材７４の端部に重畳された部位の面積と、非重畳空間９６の面積は同等である。

その後、前記昇降機構の作用下に上型８８（図１１参照）が下型８６に向かって降下する。その結果、支持凸部９０が進入凹部９２に進入する。下型８６が最下点に到達すると、次に、進入凹部９２内に配設された前記押圧型が降下し、波形状部７８ａと第１の樹脂複合材７２の端部との重畳箇所から、波形状部７８ｂと第２の樹脂複合材７４の端部との重畳箇所にわたる範囲を押圧する。これにより、前記２個の重畳箇所が圧潰される。

この際、第１の樹脂複合材７２の端部に重畳された凸部８２が、図１２に矢印で示すように流動する。その結果、非重畳空間９６が母材及び不連続繊維２２で充填されるとともに、凸部８２と前記端部の重畳による段差が解消される。このため、接合部は、平坦部として形成される。なお、第２の樹脂複合材７４が延伸するときには、第２の樹脂複合材７４の端部が堰止部材９４ａ、９４ｂによって堰止される。勿論、第３の樹脂複合材７６の端部に重畳された凸部８２においても同様である。

その後、接合部を冷却硬化することにより、図１０に示すように、長尺な第１の樹脂複合材７２と、短尺な第２の樹脂複合材７４と、長尺な第３の樹脂複合材７６とが長手方向に沿ってこの順序で連なるようにして接合一体化され、第１の樹脂複合材７２と第２の樹脂複合材７４の接合部、及び第２の樹脂複合材７４と第３の樹脂複合材７６の接合部に段差や明確な境界が存在しない平坦な樹脂複合材製構造体７０が得られるに至る。

第１実施形態と同様に、第２実施形態においても、重畳箇所において母材及び不連続繊維２２が上記したような流動を起こす（図１２参照）ことに伴い、接合部では、不連続繊維２２の繊維方向がランダムとなる。すなわち、不連続繊維２２同士が絡み合う。このため、接合部の強度及び剛性が優れたものとなる。

本発明は、上記した第１及び第２実施形態に特に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、Ｓ１／Ｓ２＝１（図６参照）とする必要は特になく、０．７５≦Ｓ１／Ｓ２≦２とするようにしてもよい。Ｓ１／Ｓ２が０．７５以上１未満のときには、接合部の強度を維持しつつ、その厚みを、第１部位１８や第２部位２０の厚みに比して小さくすることができる。すなわち、接合部を、陥没部として形成することが可能である。一方、Ｓ１／Ｓ２が１よりも大きく２以下であるときには、接合部の強度を一層向上させることができる。この場合、接合部は、隆起部として形成される。以上においては、例えば、陥没部又は隆起部を意匠形状として活用するようにすればよい。

勿論、第２実施形態においても、Ｓ３／Ｓ４＝１（図１２参照）とする必要は特になく、０．７５≦Ｓ３／Ｓ４≦２とするようにしてもよい。

また、第２実施形態では、第１の樹脂複合材７２と第２の樹脂複合材７４を接合一体化すると同時に、第２の樹脂複合材７４と第３の樹脂複合材７６を接合一体化するようにしているが、例えば、第１の樹脂複合材７２、第２の樹脂複合材７４及び第３の樹脂複合材７６が大形状のものであり、全重畳部位を成形型に収容することが困難である場合には、第１の樹脂複合材７２と第２の樹脂複合材７４とを先ず接合一体化した後、第２の樹脂複合材７４と第３の樹脂複合材７６とを接合一体化するようにしてもよい。換言すれば、第１の樹脂複合材７２と第２の樹脂複合材７４の接合一体化と、第２の樹脂複合材７４と第３の樹脂複合材７６の接合一体化を別個の工程として実施すればよい。

さらに、波形状部２８ａ〜２８ｄ、７８ａ、７８ｂは、樹脂複合材１２、１４、７４を成形加工によって作製する際に同時に形成することも可能である。

さらにまた、本発明においては、波形状部２８ａ〜２８ｄ、７８ａ、７８ｂを形成する場合に特に限定されるものではなく、相手材に重畳する重畳部と、相手材に重畳されることなく非重畳空間を形成し得る部位とが存在すればよい。

また、第１実施形態及び第２実施形態では、樹脂複合材１２、１４、７４に波形状部２８ａ〜２８ｄ、７８ａ、７８ｂを形成して重畳部である凸部２６、８２を設けるようにしているが、図１３及び図１４に示すように、別の樹脂複合材９８、１００そのものを重畳部とするようにしてもよい。

図１３に示す実施形態につき説明すると、この場合、第１の樹脂複合材６２及び第２の樹脂複合材６４は、単純な平板形状である。そして、これら第１の樹脂複合材６２と第２の樹脂複合材６４との間に橋架されるようにして、略菱形形状の樹脂複合材９８が複数個重畳されるとともに、第１の樹脂複合材６２と樹脂複合材９８との間、及び樹脂複合材９８と第２の樹脂複合材６４との間に非重畳空間１０２が形成される。なお、この場合、隣接する樹脂複合材９８、９８同士の頂部が重畳されるようにしてもよい。

一方、図１４に示す実施形態においては、第１の樹脂複合材６２と第２の樹脂複合材６４との間に橋架された樹脂複合材１００は、略長方形をなす平板形状である。そして、互いに離間した樹脂複合材１００、１００同士の間に、非重畳空間１０４が形成される。

いずれの場合においても、第１実施形態及び第２実施形態と同様に、樹脂複合材９８、１００の母材である熱可塑性樹脂と、これに含まれる不連続繊維２２とが非重畳空間１０２、１０４を充填するように流動する。従って、不連続繊維２２の繊維方向がランダムな接合部が得られる。

１０、７０…樹脂複合材製構造体
１２、１４、６２、６４、７２、７４、７６、９８、１００…樹脂複合材
１６…接合部 ２４、８０…凹部
２６、８２…凸部
２８ａ〜２８ｄ、７８ａ、７８ｂ…波形状部
３０…加熱装置 ３８ａ〜３８ｄ…ロッドヒータ
５２、８４…成形型 ５４、８６…下型
５６、８８…上型 ５８…枠体
６０、９６、１００、１０２…非重畳空間 ９０…支持凸部
９２…進入凹部 ９４ａ、９４ｂ…堰止部材

Claims (9)

1. 不連続繊維を含む第１の樹脂複合材及び第２の樹脂複合材同士を接合して樹脂複合材製構造体を得る樹脂複合材製構造体の製造方法であって、
   前記第１の樹脂複合材と前記第２の樹脂複合材の端部同士の間に、前記端部同士に跨る重畳部と、該重畳部以外の部位の非重畳空間とを形成する重畳工程と、
   前記重畳部と前記端部に荷重を付与することで前記非重畳空間を充填するとともに前記重畳部と前記端部とを接合一体化して、前記不連続繊維の繊維方向がランダムな接合部を備える樹脂複合材製構造体を得る接合工程と、
   前記重畳工程を行う前、前記重畳工程を行った後、又は前記接合工程の最中のいずれかで、少なくとも前記重畳部を加熱して軟化させる加熱工程と、
   を有することを特徴とする樹脂複合材製構造体の製造方法。
2. 請求項１記載の製造方法において、前記第１の樹脂複合材及び前記第２の樹脂複合材の少なくともいずれか一方に前記重畳部を設けることを特徴とする樹脂複合材製構造体の製造方法。
3. 請求項１記載の製造方法において、不連続繊維を含み前記第１の樹脂複合材及び前記第２の樹脂複合材とは別の樹脂複合材を１個以上用いて前記重畳部とし、該重畳部を、互いに離間した前記第１の樹脂複合材と前記第２の樹脂複合材とに橋架されるように該第１の樹脂複合材及び該第２の樹脂複合材の双方に重畳することを特徴とする樹脂複合材製構造体の製造方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の製造方法において、前記重畳部の重畳された部位の面積と、前記非重畳空間の面積との間に、
   ０．７５≦重畳部の重畳された部位の面積／非重畳空間の面積≦２
   の関係を成立させることを特徴とする樹脂複合材製構造体の製造方法。
5. 請求項４記載の製造方法において、前記重畳部の重畳された部位の面積と、前記非重畳空間の面積との間に、
   重畳部の重畳された部位の面積／非重畳空間の面積＝１
   の関係を成立させることを特徴とする樹脂複合材製構造体の製造方法。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の製造方法において、さらに、前記第２の樹脂複合材と、不連続繊維を含む第３の樹脂複合材の端部同士の間に、これらの端部同士に跨る第２の重畳部と、該第２の重畳部以外の部位の第２の非重畳空間とを形成する第２の重畳工程と、
   前記第２の重畳部と前記第２の樹脂複合材及び前記第３の樹脂複合材の端部に荷重を付与することで前記第２の非重畳空間を充填するとともに前記第２の重畳部と前記第２の樹脂複合材及び前記第３の樹脂複合材の端部とを接合一体化して、前記不連続繊維の繊維方向がランダムな第２の接合部を備える樹脂複合材製構造体を得る第２の接合工程と、
   前記第２の重畳工程を行う前、前記第２の重畳工程を行った後、又は前記第２の接合工程の最中のいずれかで、少なくとも前記第２の重畳部を加熱して軟化させる第２の加熱工程と、
   を有することを特徴とする樹脂複合材製構造体の製造方法。
7. 請求項６記載の製造方法において、前記接合工程と前記第２の接合工程を同時に行うことを特徴とする樹脂複合材製構造体の製造方法。
8. 不連続繊維を含む第１の樹脂複合材及び第２の樹脂複合材が接合一体化されてなる樹脂複合材製構造体であって、
   前記第１の樹脂複合材と前記第２の樹脂複合材との接合部に存在する前記不連続繊維の繊維方向が、ランダムであることを特徴とする樹脂複合材製構造体。
9. 請求項８記載の構造体において、さらに、不連続繊維を含み且つ前記第２の樹脂複合材に接合一体化された第３の樹脂複合材を備え、前記第２の樹脂複合材と前記第３の樹脂複合材との接合部に存在する前記不連続繊維の繊維方向が、ランダムであることを特徴とする樹脂複合材製構造体。

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