JP2015030287A - Ｆｒｐ構造体およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】効率よく荷重伝達でき、高品質でかつ高剛性、高強度であり、容易に量産も可能なＦＲＰ構造体とその製造方法を提供する。
【解決手段】角度をもって互いに接続された少なくとも２つの壁を有し、全体が一体に成形されたＦＲＰからなる構造体であって、隣接する２つの壁が、ともに、該２つの壁の境界部から該境界部から離れる方向に帯状に延び、横断面が頂部、底部および側部を有するハット形に形成された稜を少なくとも一つ有し、境界部において、一方の壁の稜の頂部および底部が他方の壁の稜の底部および頂部へと移行されていることを特徴とするＦＲＰ構造体、およびその製造方法。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＦＲＰ(繊維強化プラスチック)構造体およびその製造方法に関し、とくに車両のフロア構造体等に好適なＦＲＰ構造体およびその製造方法に関する。

近年、比較的大型の部材、例えば車体構造体としての車両のフロア構造体等を、ＦＲＰで作製する検討が行われている。しかし、フロア構造体は、比較的形状が複雑であり、これをＦＲＰで作製しようとすると、例えば強化繊維基材からなるプリフォームを複数に分割して形成し、それらを成形型内の所定の位置にそれぞれ配置して樹脂を注入、含浸させる成形方法を採用しており、とくにプリフォームを複数に分割しているため、工程数が多くなる。また、成形体において、プリフォームを分割している部分で強化繊維が途切れた状態となるため、荷重を効率よく伝達できず、とくにこの部分で強度、剛性の向上が難しい。

また、上記プリフォームの分割部分では強化繊維の連続性が乏しくなるため、プリフォーム全体の取扱い時や、樹脂の注入、含浸時に、繊維の目ずれが生じやすく、それに起因して成形体の品質や成形の歩留まりが低下するおそれもある。さらに、上記分割プリフォームの取扱い性の悪さやプリフォームの分割による工程数の増加により、量産性が良くないという問題もある。

なお、本発明に関連する従来技術として、単なる凹凸の立体構造を有する織物基材またはプリフォームは知られている(例えば、特許文献１)。

特表２００４−５２６８７５号公報

そこで本発明の課題は、効率よく荷重伝達でき、高品質でかつ高剛性、高強度であり、容易に量産も可能なＦＲＰ構造体とその製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係るＦＲＰ構造体は、角度をもって互いに接続された少なくとも２つの壁を有し、全体が一体に成形されたＦＲＰからなる構造体であって、隣接する２つの壁が、ともに、該２つの壁の境界部から該境界部から離れる方向に帯状に延び、横断面が頂部、底部および側部を有するハット形に形成された稜を少なくとも一つ有し、前記境界部において、一方の壁の稜の頂部および底部が他方の壁の稜の底部および頂部へと移行されていることを特徴とするものからなる。

本発明に係るＦＲＰ構造体の製造方法は、一枚のシート状強化繊維基材を、角度をもって互いに接続された少なくとも２つの壁を有し、隣接する２つの壁が、ともに、該２つの壁の境界部から該境界部から離れる方向に帯状に延び、横断面が頂部、底部および側部を有するハット形に形成された稜を少なくとも一つ有し、前記境界部において、一方の壁の稜の頂部および底部が他方の壁の稜の底部および頂部へと移行されている構造のプリフォームに賦形し、賦形されたプリフォームに樹脂を含浸してＦＲＰ構造体に成形することを特徴とする方法からなる。

このような本発明に係るＦＲＰ構造体およびその製造方法においては、隣接する２つの壁の境界部において、一方の壁の横断面がハット形の稜の頂部および底部が、他方の壁の稜の底部および頂部へと移行されるように境界部の立体形状が形成されているので、該２つの壁が所定の角度をもって互いに接続され、凹凸を有する２つの面状部であるにもかかわらず、該隣接する２つの壁を一枚のシート状強化繊維基材から切れ目を生じさせることなく形成することが可能になる。したがって、素材となるシート状強化繊維基材に切り込みを入れることなく、少なくとも２つの壁が所定の角度をもって互いに接続された立体形状を有するプリフォームが、分割形態を採用することなく、一体物として賦形可能になる。このように賦形されたプリフォームに樹脂が含浸されることで、所望の立体形状を有するＦＲＰ構造体が成形される。このＦＲＰ構造体においては、プリフォームの段階で、同一のシート状強化繊維基材から、上記境界部とその両側につながる２つの壁が形成されるため、境界部において強化繊維に切れ目が生じないので、成形品（ＦＲＰ構造体）においては、効率よく荷重伝達できるようになり、ＦＲＰ構造体全体の剛性、強度が高く確保される。また、上記境界部において強化繊維に切れ目がないので、プリフォーム取扱い時や構造体成形時に繊維の目ずれが生じにくくなり、成形品としてのＦＲＰ構造体の品質も高く維持され、その量産性も向上される。

上記本発明に係るＦＲＰ構造体においては、上記ＦＲＰの強化繊維が、少なくとも上記境界部において該境界部両側の壁にわたって延びていることが好ましい。すなわち、境界部において強化繊維に切れ目がないことが好ましく、それによって上述の如く、成形品（ＦＲＰ構造体）において、効率よく荷重伝達できるようになり、ＦＲＰ構造体全体の剛性、強度が高く確保される。

また、本発明に係るＦＲＰ構造体は、上述したような好ましい特性が望まれるあらゆる立体構造を有する構造体に適用可能であるが、とくにＦＲＰによる軽量性と一体成形性が望まれる車体構造体として好適なものである。中でも、比較的複雑な立体形状が要求されるフロア構造体として好適なものである。

このような車両用の構造体に本発明を適用する場合、ＦＲＰ構造体における前述の稜が車両の前後方向に延びていることが好ましい。このように構成すれば、例えばフロア構造体において、フロアパネル部とその前後の立ち壁部を容易に一体成形でき、かつ、フロア構造体全体として容易に望ましい高い剛性と強度を実現できる。

本発明に係るＦＲＰ構造体におけるＦＲＰの強化繊維としてはとくに限定されず、炭素繊維やガラス繊維、アラミド繊維、これらの組み合わせ等のいずれも使用可能であるが、望ましい高い機械特性の発現やその特性の設計のし易さ等の面からは、炭素繊維を含むことが好ましい。

さらに、本発明に係るＦＲＰ構造体におけるＦＲＰのマトリックス樹脂としてもとくに限定されず、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂のいずれも使用可能であるが、例えばＲＴＭ（Resin Transfer Molding）によりＦＲＰ構造体を成形する場合には、マトリックス樹脂として熱硬化性樹脂を含むことが好ましい。

このように、本発明に係るＦＲＰ構造体およびその製造方法によれば、プリフォームの段階で強化繊維に切り込みを入れる必要がないので、成形後のＦＲＰ構造体においては効率よく荷重伝達でき、高剛性、高強度なＦＲＰ構造体を実現できる。また、強化繊維の目ずれなども少なく、高品質のＦＲＰ構造体を、良好な歩留まりでかつ高い量産性をもって製造できる。

本発明の一実施態様に係るＦＲＰ構造体としてのフロア構造体の斜視図である。 図１のフロア構造体の前後を逆転させた場合の斜視図である。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１および図２は、本発明の一実施態様に係るＦＲＰ構造体としての車体構造体、とくにフロア構造体を示している。図において、前―後は、車両の前後方向を示している。ＦＲＰ構造体としてのフロア構造体１は、角度をもって互いに接続された少なくとも２つの壁(壁２と壁３、壁３と壁４、壁４と壁５)を有し、全体が一体に成形されたＦＲＰからなる構造体である。隣接する２つの壁（壁２と壁３、壁３と壁４、壁４と壁５）は、ともに、該２つの壁の境界部６、７、８から該境界部６、７、８から離れる方向（図における略前後方向）に帯状に延び、横断面が頂部、底部および側部を有するハット形に形成された稜９、１０、１１、１２（図示例では、それぞれ、複数の稜９、１０、１１、１２）を有し、各境界部６、７、８において、一方の壁（壁２または壁３または壁４）の稜（稜９または稜１０または稜１１）の頂部および底部が、他方の壁（壁３または壁４または壁５）の稜（稜１０または稜１１または稜１２）の底部および頂部へと移行されている。換言すれば、各境界部６、７、８において、一方の壁（壁２または壁３または壁４）における稜（稜９または稜１０または稜１１）の頂部および底部が、他方の壁（壁３または壁４または壁５）の稜（稜１０または稜１１または稜１２）における底部および頂部に入れ替わっている。なお、本実施態様では、各境界部６、７、８は車両の幅方向に延び、各稜９、１０、１１、１２は車両の前後方向に延びているが、これは車両のフロア構造体１として最も効率よく強度、剛性を発現させることができることを考慮したものである。なお、図示例では、符号９、１０、１１、１２により、各境界部６、７、８で屈曲しながら連続的に延びる１本の稜を示しているが、このような稜が、図示するように、車両の幅方向に複数、略平行に設けられていてもよい。

このような本発明に係るＦＲＰ構造体としてのフロア構造体１は、例えば次のような方法により製造することができる。すなわち、一枚のシート状強化繊維基材（例えば、炭素繊維で構成され、所定の積層構成を有するシート状強化繊維基材）を、上述したような、角度をもって互いに接続された少なくとも２つの壁を有し、隣接する２つの壁が、ともに、該２つの壁の境界部から該境界部から離れる方向に帯状に延び、横断面が頂部、底部および側部を有するハット形に形成された稜を有し、境界部において、一方の壁の稜の頂部および底部が他方の壁の稜の底部および頂部へと移行されている構造のプリフォームに賦形するプリフォーム賦形工程と、賦形されたプリフォームを成形型内に配置し該プリフォームに樹脂（例えば、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂）を含浸して硬化させ、ＦＲＰ構造体に成形する樹脂含浸・成形工程を有する方法によって、上記のようなフロア構造体１を製造することができる。

このように、隣接壁の境界部において、一方の壁の稜の頂部および底部が他方の壁の稜の底部および頂部へと移行されている構造を採用することで、一枚のシート状強化繊維基材から、所定の立体形状を有するフロア構造体１を実質的に一発で一体成形できるようになり、極めて効率よく、かつ優れた量産性をもって、目標とするフロア構造体１を製造することができる。また、分割プリフォームを用いることなく、プリフォームの段階で全体を一体物に賦形できるので、成形品としてのフロア構造体１においても、強化繊維に切れ目がなく、とくに隣接壁間の境界部で強化繊維に切れ目がなく、この部分においても全体にわたっても効率よく荷重伝達できるようになり、かつ、フロア構造体１全体として高い強度、剛性を実現可能となる。しかも、隣接壁間の境界部において強化繊維に切れ目がないことから、分割プリフォームに比べ一体物のプリフォームの取り扱いが大幅に容易化されて強化繊維の目ずれが生じにくくなり、樹脂含浸・成形時においても、同様の理由から強化繊維の目ずれが生じにくくなり、強化繊維の配列、配向が所望の状態に維持されて、強度や剛性、さらには外観について、極めて高品質の成形品としてのフロア構造体１が実現される。

このように、本発明により、高い機械特性を有し高品質のフロア構造体１を優れた生産性をもって実現可能となるが、本発明は他の車体構造体にも適用可能であり、さらには、車体構造体に限らず、あらゆるＦＲＰ構造体に対して適用可能である。上記において、各稜のサイズや数は、適用分野に応じて適宜設定すればよい。

本発明は、角度をもって隣接する少なくとも壁を有するあらゆるＦＲＰ構造体に適用可能であり、とくに車体構造体、中でもフロア構造体に好適なものである。

１ ＦＲＰ構造体としてのフロア構造体
２、３、４、５ 壁
６、７、８ 境界部
９、１０、１１、１２ 稜

Claims (8)

1. 角度をもって互いに接続された少なくとも２つの壁を有し、全体が一体に成形されたＦＲＰからなる構造体であって、隣接する２つの壁が、ともに、該２つの壁の境界部から該境界部から離れる方向に帯状に延び、横断面が頂部、底部および側部を有するハット形に形成された稜を少なくとも一つ有し、前記境界部において、一方の壁の稜の頂部および底部が他方の壁の稜の底部および頂部へと移行されていることを特徴とするＦＲＰ構造体。
2. 前記ＦＲＰの強化繊維が、少なくとも前記境界部において該境界部両側の壁にわたって延びている、請求項１に記載のＦＲＰ構造体。
3. 車体構造体からなる、請求項１または２に記載のＦＲＰ構造体。
4. フロア構造体からなる、請求項３に記載のＦＲＰ構造体。
5. 前記稜が車両の前後方向に延びている、請求項３または４に記載のＦＲＰ構造体。
6. 前記ＦＲＰの強化繊維として炭素繊維を含む、請求項１〜５のいずれかに記載のＦＲＰ構造体。
7. 前記ＦＲＰのマトリックス樹脂として熱硬化性樹脂を含む、請求項１〜６のいずれかに記載のＦＲＰ構造体。
8. 一枚のシート状強化繊維基材を、角度をもって互いに接続された少なくとも２つの壁を有し、隣接する２つの壁が、ともに、該２つの壁の境界部から該境界部から離れる方向に帯状に延び、横断面が頂部、底部および側部を有するハット形に形成された稜を少なくとも一つ有し、前記境界部において、一方の壁の稜の頂部および底部が他方の壁の稜の底部および頂部へと移行されている構造のプリフォームに賦形し、賦形されたプリフォームに樹脂を含浸してＦＲＰ構造体に成形することを特徴とする、ＦＲＰ構造体の製造方法。

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