JP2017132085A - 繊維強化樹脂構造体の製造方法及び成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】孔開け加工により切断される連続繊維を少なくして、孔開け加工の効率を高め、かつ、孔の部分の強度の低下を抑制可能な、繊維強化樹脂構造体の製造方法及び成形装置を提供する。【解決手段】繊維強化樹脂構造体の製造方法は、上型及び下型を用いて、所定方向に配向する連続繊維にマトリックス樹脂を含浸させた繊維強化樹脂基材を硬化させて構造体を作製する成形工程と、構造体の孔開け予定部位に孔開け加工を行う孔開け工程と、を含み、成形工程で用いられる上型及び下型のうちのいずれか一方の型における孔開け予定部位に対応する位置に凸部が設けられ、他方の型における孔開け予定部位に対応する位置に凹部が設けられ、成形工程において、繊維強化樹脂基材における孔開け予定部位の連続繊維を周囲に移動させる。【選択図】図７

Description

本発明は、孔部を有する繊維強化樹脂構造体を製造するための繊維強化樹脂構造体の製造方法及び成形装置に関する。

近年、自動車の車体を始めとする構造体を構成する構造部材として、炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）等の繊維強化樹脂からなる立体形状の構造体が使用されつつある。繊維強化樹脂からなる構造体は、例えば、金属製の構造部材に比べて構造体の軽量化を図ることができる。繊維強化樹脂からなる構造体は、例えば、強化繊維に熱可塑性のマトリックス樹脂を含浸させた繊維強化樹脂シートを積層した繊維強化樹脂積層体を加熱し、マトリックス樹脂を溶融した後、成形型を用いて冷却しつつプレス加工することにより製造される。あるいは、繊維強化樹脂からなる構造体は、あらかじめ強化繊維を束ねて形成したプリフォームに対して熱硬化性樹脂を流し込んだ後に、熱硬化性樹脂を加熱し、硬化させることにより製造される。

ここで、構造部材には、連結具又は位置決め用突起等が挿入される孔が設けられる場合がある。例えば、特許文献１には、取付け座面の中央近傍に、樹脂グリップを取付けるための取付け用下孔を穿孔する繊維強化樹脂製の構造体を製造する方法が開示されている。

特開２０１０−２５３８６４号公報

ところで、かかる繊維強化樹脂構造体を製造する際に使用する繊維強化樹脂シートとして、連続繊維を含む繊維強化樹脂シートが用いられる場合がある。かかる繊維強化樹脂シートを用いて製造された繊維強化樹脂構造体は、連続繊維の配向方向に沿う方向の強度を高めることができる。連続繊維を含む繊維強化樹脂シートを用いて繊維強化樹脂構造体を製造する際、一般的に、連続繊維の配向方向がずれないように、連続繊維やマトリックス樹脂を流動させないようにして成形される。

また、繊維強化樹脂構造体に孔を設ける場合には、通常、構造体を成形した後に、孔開け加工が施される。しかしながら、繊維強化樹脂製の構造体は、材料が硬く、孔開け加工時に時間がかかるという問題がある。また、孔開け加工を、ドリルやエンドミル等の工具を用いた穿孔加工により行う場合には、使用する工具の摩耗が激しいという問題も見られる。さらに、連続繊維を含む繊維強化樹脂シートを用いて成形された繊維強化樹脂構造体に孔を設けると、当該孔の部分で連続繊維が切断され、強度が著しく低下するという問題もあった。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、孔開け加工により切断される連続繊維を少なくして、孔開け加工の効率を高め、かつ、孔部の強度の低下を抑制可能な、繊維強化樹脂構造体の製造方法及び成形装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、上型及び下型を用いて、所定方向に配向する連続繊維にマトリックス樹脂を含浸させた繊維強化樹脂基材を硬化させて構造体を作製する成形工程と、構造体の孔開け予定部位に孔開け加工を行う孔開け工程と、を含み、成形工程で用いられる上型及び下型のうちのいずれか一方の型における孔開け予定部位に対応する位置に凸部が設けられ、他方の型における孔開け予定部位に対応する位置に凹部が設けられ、成形工程において、繊維強化樹脂基材における孔開け予定部位の連続繊維を周囲に移動させる、繊維強化樹脂構造体の製造方法が提供される。

連続繊維に熱可塑性のマトリックス樹脂を含浸させた繊維強化樹脂シートを含む複数の繊維強化樹脂シートを積層した繊維強化樹脂基材を加熱してマトリックス樹脂を溶融させるプレヒート工程をさらに含み、成形工程において、加熱した繊維強化樹脂基材を冷却しながらプレス加工して構造体を作製してもよい。

プレス加工時において、孔開け予定部位に対応する位置より外側の少なくとも一部における上型及び下型との距離（Ｄ２）を、凸部の外縁における上型及び下型との距離（Ｄ１）よりも小さくしてもよい。

凸部及び凹部が球面の一部により形成され、凹部を成す球面の半径（Ｒ１）が、凸部を成す球面の半径（Ｒ２）よりも大きくてもよい。

凸部及び凹部が錘形状を有し、凹部を成す錘形の頂角（θ１）が、凸部を成す錘形の頂角（θ２）よりも小さくてもよい。

凹部の外縁に、連続繊維をグリップして孔開け予定部位の周囲に移動させるグリップ部を備えてもよい。

成形工程において、上型及び下型により形成される成形空間内に連続繊維を用いて形成されるプリフォームを配置した後、成形空間内に熱硬化性のマトリックス樹脂を供給し、マトリックス樹脂を加熱して構造体を作製してもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、上型及び下型を備え、繊維強化樹脂基材を硬化させて繊維強化樹脂構造体を成形するための成形装置において、上型及び下型のうちのいずれか一方の型における、構造体の孔開け予定部位に対応する位置に設けられた凸部と、他方の型における、孔開け予定部位に対応する位置に設けられた凹部と、を有する、成形装置が提供される。

以上説明したように本発明によれば、孔開け加工により切断される連続繊維を少なくして、孔開け加工の効率を高め、かつ、孔部の強度の低下を抑制することができる。

孔部を有する繊維強化樹脂構造体の一例を示す斜視図である。 本発明の実施の形態にかかる繊維強化樹脂構造体の製造方法を示す説明図である。 同実施形態にかかる繊維強化樹脂構造体の製造方法を示す説明図である。 従来の繊維強化樹脂構造体の孔部の周囲の構成を示す説明図である。 同実施形態にかかるプレス成形装置の成形型を示す説明図である。 同実施形態にかかるプレス工程を示す説明図である。 同実施形態にかかるプレス工程を示す説明図である。 同実施形態の変形例にかかるプレス工程を示す説明図である。 同実施形態の変形例にかかるプレス工程を示す説明図である。 同実施形態の変形例にかかるプレス工程を示す説明図である。 グリップ部を備えた成形型を示す説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜１．繊維強化樹脂構造体＞
まず、本実施形態にかかる繊維強化樹脂構造体の製造方法により製造される繊維強化樹脂構造体の一例について説明する。図１は、繊維強化樹脂構造体２０の斜視図である。繊維強化樹脂構造体２０は、連続繊維を含む繊維強化樹脂を用いて成形され、鋼板からなる構造部材と比較して軽量であり、かつ、高い強度を有する。繊維強化樹脂構造体２０の用途は特に限定されないが、繊維強化樹脂構造体２０は、例えば、自動車車体用の構造部材として使用される。なお、図１に示した繊維強化樹脂構造体２０は、凹凸状の部分を含む立体形状を有しているが、本実施形態にかかる製造方法により製造される繊維強化樹脂構造体２０は、平板状であってもよい。

繊維強化樹脂構造体２０において、連続繊維は、繊維強化樹脂構造体２０の一端から他端まで連続する。図１に示した繊維強化樹脂構造体２０では、連続繊維の配向方向は、角部２９の延在方向に略一致している。したがって、繊維強化樹脂構造体２０は、角部２９の延在方向に沿う方向の強度が高められている。使用される連続繊維としては、例えば、炭素繊維が挙げられるが、他の繊維が用いられてもよく、さらには複数の繊維が組み合わせられて用いられてもよい。ただし、炭素繊維は、機械特性に優れていることから、強化繊維が炭素繊維を含むことが好ましい。

繊維強化樹脂のマトリックス樹脂には、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂が用いられる。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリスチレン樹脂、ＡＳ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、熱可塑性ポリエステル樹脂、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂、フッ素樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリイミド樹脂などが例示される。

マトリックス樹脂としては、これらの熱可塑性樹脂うちの１種類、あるいは２種類以上の混合物を使用することができる。あるいは、マトリックス樹脂は、これらの熱可塑性樹脂の共重合体であってもよい。また、マトリックス樹脂をこれらの熱可塑性樹脂の混合物とする場合には相溶化剤を併用してもよい。さらには、マトリックス樹脂は、難燃剤としての臭素系難燃剤や、シリコン系難燃剤、赤燐等を含んでいてもよい。

この場合、使用される熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ナイロン６、ナイロン６６等のポリアミド系樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル系樹脂、ポリエーテルケトン、ポリエーテルスルフォン、芳香族ポリアミド等の樹脂が挙げられる。中でも熱可塑性マトリックス樹脂が、ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリプロピレン、ポリエーテルエーテルケトン及びフェノキシ樹脂からなる群より選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。

また、マトリックス樹脂として使用可能な熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコン樹脂などが例示される。マトリックス樹脂としては、これらの熱硬化性樹脂のうちの１種類、あるいは２種類以上の混合物を使用することができる。これらの熱硬化性樹脂をマトリックス樹脂に使用する場合、熱硬化性樹脂に、適切な硬化剤や反応促進剤が添加されてもよい。

繊維強化樹脂構造体２０は、孔部２２を有する。孔部２２は、連続繊維の配向方向に対して交差する方向に貫通して形成される。かかる孔部２２は、例えば、繊維強化樹脂構造体２０と他の部材とを連結するためのボルト等の固定具、又は、位置決め用の治具が挿入される孔であってもよく、孔部２２の用途は特に限定されない。また、孔部２２の直径についても、孔部２２の機能あるいは目的に応じて、適宜の大きさとすることができる。

＜２．繊維強化樹脂構造体の製造方法＞
次に、本実施形態にかかる繊維強化樹脂構造体の製造方法について説明する。以下に説明する製造方法は、マトリックス樹脂として熱可塑性樹脂を使用し、連続繊維にマトリックス樹脂を含浸させた繊維強化樹脂シートを積層した繊維強化樹脂基材（繊維強化樹脂積層体）を、成形型を用いてプレス成形することによって繊維強化樹脂構造体２０を成形する方法に関するものである。

本実施形態にかかる繊維強化樹脂構造体２０の製造方法は、少なくとも以下の工程を含む。すなわち、本実施形態にかかる繊維強化樹脂構造体２０の製造方法では、所望の形状を有する繊維強化樹脂構造体２０を成形した後に孔開け加工が行われ、孔部２２が形成される。
・プリプレグ作製工程
・積層工程
・プレヒート工程
・プレス成形工程
・孔開け工程

以下、図１に示した孔部２２を有する繊維強化樹脂構造体２０の製造方法について、図２〜図７を適宜参照しながら、工程順に説明する。図２及び図３は、本実施形態にかかる繊維強化樹脂構造体２０の製造方法の流れを示す説明図である。

（２−１．プリプレグ作製工程）
図２に示すように、プリプレグ作製工程では、所定幅の繊維強化樹脂シート５が所望の長さに切断されるとともに、切断されたシート片５ａが幅方向につなぎ合わせられて、製造する繊維強化樹脂構造体２０に適した大きさのプレプレグ１０が作製される。プリプレグ１０の形状は、繊維強化樹脂構造体２０を展開した形状に略一致させることができ、この場合、プリプレグ１０の幅方向の長さは、繊維強化樹脂構造体２０の幅方向の長さよりも長くなっていてもよい。

連続繊維を含む繊維強化樹脂シート５は、例えば、公知のフィルム含浸法や溶融含浸法等により、強化繊維を連続的に送り出しながらマトリックス樹脂を当該強化繊維に含浸させることにより製造される。この繊維強化樹脂シート５を所望のサイズに切断した複数枚のシート片５ａの幅方向の端部が接着剤等により互いに接合され、所望の幅及び長さのプリプレグ１０が作製されてもよい。１枚の繊維強化樹脂シート５又はプリプレグ１０の厚さは、例えば、０．０３〜１．０ｍｍの範囲内の値とすることができる。

（２−２．積層工程）
図２に示すように、積層工程では、複数枚のプリプレグ１０が積層されて、繊維強化樹脂積層体１２が作製される。積層されるプリプレグ１０の数は、特に限定されるものではなく、製造する繊維強化樹脂構造体２０の用途等に応じて選択し得るが、例えば、３〜６枚のプリプレグ１０を積層することができる。このとき、それぞれのプリプレグ１０の連続繊維の配向方向を一方向にそろえて積層し、繊維強化樹脂積層体１２が作製されてもよい。これにより、製造される繊維強化樹脂構造体２０における、連続繊維の配向方向に沿う特定方向の強度を高めることができる。あるいは、一部又は全部のプリプレグ１０の連続繊維の配向方向を異ならせて積層し、繊維強化樹脂積層体１２が作製されてもよい。これにより、製造される繊維強化樹脂構造体２０の強度に異方性を持たせることができる。

なお、複数のプリプレグ１０を積層して繊維強化樹脂構造体２０を成形する場合、それぞれの繊維強化樹脂シートに含まれる強化繊維の種類や含有率等が異なっていてもよい。また、積層される複数枚の繊維強化樹脂シートにおいて、マトリックス樹脂は、相溶性を有する異なる材料が用いられてもよく、あるいは、同一のマトリックス樹脂に対して異なる添加物等が混合されていてもよい。この場合においても、繊維強化樹脂積層体の溶融及び硬化を効率的に行えるように、融点が近似するマトリックス樹脂が用いられるとよい。

（２−３．プレヒート工程）
図２に示したように、プレヒート工程は、繊維強化樹脂積層体１２を加熱して軟化させる工程である。プレヒート工程では、例えば、繊維強化樹脂積層体１２が加熱装置４０に投入される。例えば、繊維強化樹脂積層体１２は、上面側及び下面側から、電熱線や遠赤外線ヒータ、熱風等の加熱手段４１，４３によって加熱される。加熱手段４１，４３は、かかる例に限定されない。加熱温度は、マトリックス樹脂の融点以上に設定される。プレヒート工程では、マトリックス樹脂が分解しない程度にマトリックス樹脂が溶融状態にされ、繊維強化樹脂積層体１２が軟化させられる。

（２−４．プレス成形工程）
図３に示したように、プレス成形工程では、マトリックス樹脂が溶融し、軟化した繊維強化樹脂積層体１２が、プレス成形装置５０を用いてプレス成形され、所望の形状を有する繊維強化樹脂構造体２０が作製される。具体的に、プレス成形工程では、上型５１と下型５３との間に、加熱されて軟化した繊維強化樹脂積層体１２が配置され、上型５１と下型５３とを近接させることによって繊維強化樹脂積層体１２がプレスされて、繊維強化樹脂構造体２０が成形される。かかるプレス成形工程では、プレス成形装置５０の上型５１及び下型５３の表面温度が、マトリックス樹脂の融点未満にされ、繊維強化樹脂積層体１２が冷却される。これにより、マトリックス樹脂が硬化して、所望の形状の繊維強化樹脂構造体２０が成形される。

ここで、比較的長い連続繊維を用いて特定の方向の強度及び剛性を確保するために、熱可塑性樹脂を用いた繊維強化樹脂積層体１２をプレスする場合、一般的には連続繊維の配向方向がずれないように、連続繊維及びマトリックス樹脂を流動させないようにプレスされる。このため、成形された繊維強化樹脂構造体２０のある面に孔部２２を穿孔した場合、当該孔部２２の位置で連続繊維が切断され、孔部２２の周囲の強度が著しく低下する。図４は、一般的な製造方法により製造された繊維強化樹脂構造体２０の一つの面２４に孔部２２を穿孔した場合の、孔部２２の周囲の構成を示す説明図である。図４に示したように、連続繊維Ｆは、孔部２２において切断されており、これにより孔部２２の周辺の強度が低下する。

これに対し、本実施形態にかかる繊維強化樹脂構造体２０の製造方法では、あらかじめプレス成形工程において、後に孔部２２が形成される孔開け予定部位の連続繊維Ｆが周囲に移動させられる。これにより、孔開け工程において切断される連続繊維Ｆの数が少なくなって、孔開け加工の効率の低下が抑制される。また、孔部２２の周囲における連続繊維Ｆの密度が高められて、孔部２２の強度が高められる。

図５は、本実施形態にかかる繊維強化樹脂構造体２０の製造方法のプレス成形工程で用いられるプレス成形装置５０について説明するための説明図である。かかる図５は、孔開け予定部位に対応する部分の上型５１及び下型５３の成形面を示しており、プレス状態での上型５１及び下型５３を示している。また、図６及び図７は、それぞれ、かかるプレス成形装置５０により繊維強化樹脂積層体１２をプレスする前後の様子を示し、各図の下方には、孔開け予定部位を含む繊維強化樹脂成形体１２の平面図が示され、上方には、平面図のＩ−Ｉ断面又はＩＩ−ＩＩ断面に対応する位置におけるプレス成形装置５０及び繊維強化樹脂積層体１２の断面が示されている。

かかるプレス成形装置５０において、下型５３の成形面５４は、孔開け予定部位に対応する位置に凸部５４ａを有し、上型５１の成形面５２は、孔開け予定部位に対応する位置に凹部５２ａを有する。凸部５４ａ及び凹部５２ａの外縁が、孔開け加工時の切断ラインよりも内側になっていると、孔開け予定部位の外側に向けて移動した連続繊維Ｆが切断ライン上に集められ、孔開け加工が困難になる場合がある。このため、凸部５４ａ及び凹部５２ａの外縁が、孔開け加工時に切断される切断ラインに一致しているか、あるいは、切断ラインよりもやや外側に位置することが好ましい。

凸部５４ａ及び凹部５２ａは、それぞれ球面の一部により形成される。凹部５２ａを成す球面の半径Ｒ１は、凸部５４ａを成す球面の半径Ｒ２よりも大きくされている。これにより、凸部５４ａの外縁（根元部分）における上型５１と下型５３との距離Ｄ１は、凸部５４ａの先端部における上型５１と下型５３との距離Ｄ３よりも大きくなっている。また、凸部５４ａの高さが、凹部５２ａの高さ（深さ）よりも高くされている。凸部５４ａ及び凹部５２ａの高さ（深さ）は適宜設定することができるが、例えば、５〜１５ｍｍの範囲内で設定することができる。かかる凸部５４ａ及び凹部５２ａの高さ（深さ）は、投入する材料の成形後の見込みの厚みよりもやや薄く設定することが好ましい。

また、図５における下型５３の成形面５４は、孔開け予定部位よりも外側に隆起部５６を有する。かかる隆起部５６の立ち上がり形状は特に限定されない。隆起部５６は、凸部５４ａを囲むように環状に設けられている。これにより、隆起部５６における上型５１と下型５３との距離Ｄ２は、凸部５４ａの外縁における上型５１と下型５３との距離Ｄ１よりも小さくなっている。また、孔部２２の体積がどの程度減少するかを見積もった上で、成形前に配置した体積と隆起部５６に囲まれた部分の体積とが略一致するようにしておくことで、隆起部５６に囲まれた部分における成形品質を向上させることができる。

かかるプレス成形装置５０では、上型５１と下型５３とを近接させたときに、孔開け予定部位の繊維強化樹脂積層体１２が、下型５３の凸部５４ａにより、上型５１の凹部５２ａへと押し付けられる。したがって、孔開け予定部位の繊維強化樹脂積層体１２は、凸部５４ａ及び凹部５２ａの中央から外側に流動する。凸部５４ａの外縁における上型５１と下型５３との距離Ｄ１が、凸部５４ａの先端部における上型５１と下型５３との距離Ｄ３よりも大きく、かつ、隆起部５６における上型５１と下型５３との距離Ｄ２よりも小さいことから、流動する繊維強化樹脂積層体１２は、孔開け予定部位の外側に集められる。すなわち、下型５３に設けられた隆起部５６は、流動する繊維強化樹脂積層体１２の流動許容範囲を画定する機能を有する。

このとき、連続繊維Ｆは、繊維の配向方向には移動しにくく、繊維の配向方向に直交する方向に移動しやすいことから、孔開け予定部位の繊維強化樹脂積層体１２の連続繊維Ｆは、凸部５４ａ及び凹部５２ａを成す球面に沿うようにして配置される（図７中の符号１６で示す領域）。これにより、プレス前に孔開け予定部位に存在していた連続繊維Ｆは、一部を除いて孔開け予定部位を囲むように配置される。したがって、孔開け予定部位に交差する連続繊維Ｆの数が少なくされ、かつ、孔開け予定部位の周囲が連続繊維Ｆにより補強される。

なお、上型５１の成形面５２及び下型５３の成形面５４のうちの少なくとも一方の背面側に、上型５１又は下型５３を加熱及び保温するためのヒータ等の熱源が埋め込まれてもよい。また、上型５１の成形面５２及び下型５３の成形面５４のうちの少なくとも一方の裏側に、冷媒が流通する冷媒通路が備えられていてもよい。繊維強化樹脂積層体１２の体積が大きく、上型５１又は下型５３が熱を受けすぎる場合には、冷媒通路に冷媒を流通させることにより、成形面５２，５４をマトリックス樹脂の溶融温度以下に保持し、溶融したマトリックス樹脂を冷却硬化させることができる。

図５に示したプレス成形装置５０の例では、上型５１に凹部５２ａが設けられ、下型５３に凸部５４ａが設けられているが、凸部及び凹部が設けられる位置は、逆であってもよい。また、図５に示したプレス成形装置５０の例では、下型５３に隆起部５６が設けられているが、上型５１に隆起部が設けられてもよく、あるいは、上型５１及び下型５３にともに隆起部が設けられてもよい。

（２−５．孔開け工程）
図３に示したように、孔開け工程では、成形された繊維強化樹脂構造体２０に対して孔明け加工が施され、所望の孔部２２が形成される。孔開け加工としては、ウォータージェット加工、レーザー加工、又は、ドリルやエンドミル等の工具を用いた穿孔加工等を採用することができる。ただし、孔開け加工は、これらの加工方法以外の方法であってもよい。

本実施形態にかかる繊維強化樹脂構造体２０の製造方法では、孔開け予定部位の連続繊維Ｆが、あらかじめ孔開け予定部位の周囲に移動させられ、孔開け加工により切断される連続繊維Ｆが少なくなっている。したがって、孔開け加工に要する時間を短縮することができ、孔開け工程の効率化が図られる。また、切断される連続繊維Ｆが少なくなることから、工具を用いた接触式の孔開け加工を行う場合であっても、使用する工具の摩耗を抑制することができる。また、孔開け加工により形成された孔部２２の周囲においては、連続繊維Ｆの密度が高められている。したがって、形成された孔部２２は連続繊維Ｆにより補強され、孔部２２の強度を高めることができる。

＜３．変形例＞
ここまで、本実施形態にかかる繊維強化樹脂構造体２０の製造方法について説明した。ただし、本実施形態にかかる繊維強化樹脂構造体２０の製造方法は、種々の変形が可能である。以下、繊維強化樹脂構造体２０の製造方法の一変形例を説明する。

変形例にかかる繊維強化樹脂構造体２０の製造方法では、錘形状の凸部及び凹部を有する上型及び下型を備えたプレス成形装置が用いられる。図８〜図１０は、変形例にかかる繊維強化樹脂構造体２０の製造方法のプレス成形工程で用いられるプレス成形装置について説明するための説明図である。かかる図８〜図１０は、それぞれ、変形例にかかるプレス成形装置により繊維強化樹脂積層体１２をプレスする様子を示す。図８及び図１０の下方には、孔開け予定部位を含む繊維強化樹脂成形体１２の平面図が示され、上方には、平面図のＩＩＩ−ＩＩＩ断面又はＩＶ−ＩＶ断面に対応する位置におけるプレス成形装置及び繊維強化樹脂積層体１２の断面が示されている。また、図９には、プレス成形装置及び繊維強化樹脂積層体１２の断面が示されている。

変形例にかかるプレス成形装置において、下型６３の成形面６４は、孔開け予定部位に対応する位置に凸部６４ａを有し、上型６１の成形面６２は、孔開け予定部位に対応する位置に凹部６２ａを有する。凸部６４ａ及び凹部６２ａは、それぞれ錘形状を有する。凸部６４ａ及び凹部６２ａは、円錐形状であってもよく、多角錘形状であってもよい。凹部６２ａを成す錘形の頂角θ１は、凸部６４ａを成す錘形の頂角θ２よりも小さくされている。また、凸部６４ａの外縁の大きさ（幅）が、凹部６２ａの外縁の大きさ（幅）よりも大きくされている。

また、下型６３の成形面６４は、孔開け予定部位よりも外側に環状凹部６６を有する。かかる環状凹部６６は、凸部６４ａを囲むように環状に設けられている。これにより、凸部６４ａの外縁における上型６１と下型６３との距離は、環状凹部６６よりも外側における上型６１と下型６３との距離よりも大きくなっている。

かかるプレス成形装置では、上型６１と下型６３とを近接させたときに、孔開け予定部位の繊維強化樹脂積層体１２が、下型６３の凸部６４ａにより、上型６１の凹部６２ａ側に押され、凸部６４ａの頂部が繊維強化樹脂積層体１２に進入する。このとき、凸部６４ａの外縁の大きさ（幅）が、凹部６２ａの外縁の大きさ（幅）よりも大きくされているために、繊維強化樹脂積層体１２は、凹部６２ａの外縁部分によって、孔開け予定部位の中央部から外側へと押し広げられる（図９を参照）。凸部６４ａの外縁における上型６１と下型６３との距離が、さらに外側の領域における上型６１と下型６３との距離よりも小さいことから、流動する繊維強化樹脂積層体１２は、孔開け予定部位の外側に集められる。

連続繊維Ｆは、繊維の配向方向には移動しにくく、繊維の配向方向に直交する方向に移動しやすいことから、孔開け予定部位の繊維強化樹脂積層体１２の連続繊維Ｆは、凸部６４ａ及び凹部６２ａを成す錘形状に沿うようにして配置される（図１０中の符号１６で示す領域）。これにより、プレス前に孔開け予定部位に存在していた連続繊維Ｆは、一部を除いて孔開け予定部位を囲むように配置される。したがって、孔開け予定部位に交差する連続繊維Ｆの数が少なくされ、かつ、孔開け予定部位の周囲が連続繊維Ｆにより補強される。

変形例にかかる繊維強化樹脂構造体２０の製造方法において、上型６１に設けられる凹部６２ａの外縁（エッジ部分）に、連続繊維Ｆを押し広げるためのグリップ部が備えられてもよい。図１１は、上型６１の成形面６２にグリップ部６８を備えたプレス成形装置を示している。図１１の上方には、プレス成形装置の断面が示され、下方には、上型６１の成形面６２の平面図が示されている。グリップ部６８は、凹部６２ａの外縁のうち、連続繊維Ｆの配向方向に交差する方向、すなわち、連続繊維Ｆが移動する方向の両側に位置する外縁に設けられる。製造される繊維強化樹脂構造体２０に、グリップ部６８の痕跡を残りにくくするには、外縁の外側にはみ出すグリップ部６８の幅を小さくすることが好ましい。

グリップ部６８は、例えば、エラストマー等の摩擦力の高い材料を型の熱で劣化しないように配置して形成され、連続繊維Ｆを逃がさずに、孔開け予定部位の外側に向けて確実に移動させるために設けられる。これにより、孔開け予定部位に残される連続繊維Ｆを、より少なくすることができる。グリップ部６８の厚さは、例えば、０．２〜１．０ｍｍの範囲内とすることができる。グリップ部６８の構成材料はゴムに限定されない。

変形例にかかる繊維強化樹脂構造体２０の製造方法において、ここまでに説明した点以外は、上記実施形態にかかる繊維強化樹脂構造体２０の製造方法及びプレス成形装置５０と同様に構成することができる。変形例にかかる繊維強化樹脂構造体２０の製造方法においても、孔開け予定部位の連続繊維Ｆが、あらかじめ孔開け予定部位の周囲に移動させられ、孔開け加工により切断される連続繊維Ｆが少なくなっている。したがって、孔開け加工に要する時間を短縮することができ、孔開け工程の効率化が図られる。また、切断される連続繊維Ｆが少なくなることから、工具を用いた接触式の孔開け加工を行う場合であっても、使用する工具の摩耗を抑制することができる。また、孔開け加工により形成された孔部２２の周囲においては、連続繊維Ｆの密度が高められている。したがって、形成された孔部２２は連続繊維Ｆにより補強され、孔部２２の強度を高めることができる。

以上説明したように、本実施形態にかかる繊維強化樹脂構造体の製造方法によれば、連続繊維を含む繊維強化樹脂製の構造体２０に対して孔開け加工を施す前に、あらかじめ、孔開け予定部位の連続繊維Ｆが孔開け予定部位の外側に移動させられる。したがって、孔開け加工時に切断される連続繊維Ｆの数を減らすことができる。これにより、孔開け加工の効率を向上させることができるとともに、孔部２２の周囲が連続繊維Ｆによって補強されて、孔部２２の強度を向上させることができる。また、切断される連続繊維Ｆの数が減ることから、孔開け加工を接触式の工具を用いて行う場合であっても、工具の摩耗を低減することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記の実施形態では、錘形状の凸部及び凹部を備えた上型及び下型を用いる場合に、凹部の外縁にグリップ部を備える例を説明したが、グリップ部は、球面の一部からなる凸部及び凹部を備えた上型及び下型を用いる場合に適用されてもよい。

また、上記の実施形態では、マトリックス樹脂として熱可塑性樹脂が用いられ、加熱軟化した繊維強化樹脂基材（繊維強化樹脂積層体１２）を冷却し、硬化させながらプレス成形する例について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明は、マトリックス樹脂として熱硬化性樹脂が用いられた繊維強化樹脂基材をプレスし、硬化させて繊維強化樹脂構造体２０を成形する、プリプレグ・コンプレッション・モールディング（ＰＣＭ）等に代表される方法に適用されてもよい。

具体的に、マトリックス樹脂として熱硬化性樹脂が用いられる場合、上型及び下型により形成される成形空間内に、連続繊維を用いて形成されるプリフォームを配置した後、当該成形空間内に熱硬化性のマトリックス樹脂が供給される。そして、マトリックス樹脂が加熱され、硬化されて繊維強化樹脂構造体が作製される。このとき、上型及び下型に、上記の実施形態で説明した凸部及び凹部を設けることにより、プリフォームが成形空間内に形成された段階で、孔開け予定部位の連続繊維が、孔開け予定部位の外側に移動させられる。これにより、成形される繊維強化樹脂構造体における孔開け予定部位に交差する連続繊維を少なくすることができる。したがって、孔開け加工時に切断される連続繊維が少なくなって、上記の実施形態にかかる製造方法と同様の効果を得ることができる。

５ 繊維強化樹脂シート
１０ プリプレグ
１２ 繊維強化樹脂積層体（繊維強化樹脂基材）
２０ 繊維強化樹脂構造体
２２ 孔部
５０ プレス成形装置
５１ 上型
５２ 成形面
５２ａ 凹部
５３ 下型
５４ 成形面
５４ａ 凸部
６８ グリップ部

Claims (8)

1. 上型及び下型を用いて、所定方向に配向する連続繊維にマトリックス樹脂を含浸させた繊維強化樹脂基材を硬化させて構造体を作製する成形工程と、
   前記構造体の孔開け予定部位に孔開け加工を行う孔開け工程と、を含み、
   前記成形工程で用いられる上型及び下型のうちのいずれか一方の型における前記孔開け予定部位に対応する位置に凸部が設けられ、他方の型における前記孔開け予定部位に対応する位置に凹部が設けられ、前記成形工程において、前記繊維強化樹脂基材における前記孔開け予定部位の前記連続繊維を周囲に移動させる、繊維強化樹脂構造体の製造方法。
2. 前記連続繊維に熱可塑性の前記マトリックス樹脂を含浸させた繊維強化樹脂シートを含む複数の繊維強化樹脂シートを積層した前記繊維強化樹脂基材を加熱して前記マトリックス樹脂を溶融させるプレヒート工程をさらに含み、
   前記成形工程において、加熱した前記繊維強化樹脂基材を冷却しながらプレス加工して前記構造体を作製する、請求項１に記載の繊維強化樹脂構造体の製造方法。
3. 前記プレス加工時において、前記孔開け予定部位に対応する位置より外側の少なくとも一部における前記上型及び前記下型との距離（Ｄ２）を、前記凸部の外縁における前記上型及び前記下型との距離（Ｄ１）よりも小さくする、請求項１又は２に記載の繊維強化樹脂構造体の製造方法。
4. 前記凸部及び前記凹部が球面の一部により形成され、前記凹部を成す球面の半径（Ｒ１）が、前記凸部を成す球面の半径（Ｒ２）よりも大きい、請求項１〜３のいずれか１項に記載の繊維強化樹脂構造体の製造方法。
5. 前記凸部及び前記凹部が錘形状を有し、前記凹部を成す錘形の頂角（θ１）が、前記凸部を成す錘形の頂角（θ２）よりも小さい、請求項１〜３のいずれか１項に記載の繊維強化樹脂構造体の製造方法。
6. 前記凹部の外縁に、前記連続繊維をグリップして前記孔開け予定部位の周囲に移動させるグリップ部を備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の繊維強化樹脂構造体の製造方法。
7. 前記成形工程において、前記上型及び前記下型により形成される成形空間内に前記連続繊維を用いて形成されるプリフォームを配置した後、前記成形空間内に熱硬化性の前記マトリックス樹脂を供給し、前記マトリックス樹脂を加熱して前記構造体を作製する、請求項１に記載の繊維強化樹脂構造体の製造方法。
8. 上型及び下型を備え、繊維強化樹脂基材を硬化させて繊維強化樹脂構造体を成形するための成形装置において、
   前記上型及び前記下型のうちのいずれか一方の型における、構造体の孔開け予定部位に対応する位置に設けられた凸部と、
   他方の型における、前記孔開け予定部位に対応する位置に設けられた凹部と、
   を有する、成形装置。
   

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