JP2020138520A - 車体用筒状部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】中心軸が曲がった筒形状の車体用筒状部材の製造方法を得る。【解決手段】マンドレル１２が挿入されたチューブ１４を加熱してチューブ１４を収縮させ、チューブ１４の内周形状及び外周形状をマンドレル１２の外周形状に倣わせる。この状態のチューブ１４の外周部に繊維強化樹脂部１８を設けてチューブ１４からマンドレル１２を抜き取り、チューブ１２及び繊維強化樹脂部１８を金型の内側に配置して繊維強化樹脂部１８を加熱硬化させる。これによって、中心軸が曲がった車体用筒状部材が形成される。【選択図】図６

Description

本発明は、車両の車体に用いられる車体用筒状部材の製造方法に関する。

下記特許文献１に開示された中空状繊維強化成形品の製造方法では、成形素材が弗素ゴムのチューブの外周部に積層して巻き付けられる。この成形素材が巻き付けられたチューブは、金型の内側に配置され、この状態で、チューブの内側に窒素ガスが充填される。これによって、チューブと共に成形素材が膨張されて金型のキャビティ部に圧接される。この状態で、金型が加熱されることによって成形素材が硬化され、中空状繊維強化成形品が形成される。

しかしながら、このような下記特許文献１に開示された製造方法では、中心軸が曲がった筒状のような形状に成形することが難しい。

特開平５−３２９８５６号公報

本発明は、上記事実を考慮して、中心軸が曲がった筒形状の車体用筒状部材の製造方法を得ることが目的である。

請求項１に記載の車体用筒状部材の製造方法は、加熱することによって収縮する筒状のチューブの内側に、中心軸方向の所定部位で外周形状が他の部分とは異なる部分を有する芯材を挿入する芯材挿入工程と、前記芯材の挿入状態で前記チューブを加熱して前記芯材の外周部に密着させることによって前記チューブを前記芯材の外周形状に倣った形状にする加熱工程と、前記芯材の外周形状に倣った形状にされた前記チューブの外周部に繊維強化樹脂材を取り付けると共に、前記芯材を前記チューブから抜き取る樹脂材取付工程と、中心軸線が曲がったキャビティ部を有する金型の前記キャビティ部の内側に前記繊維強化樹脂材を取り付けた前記チューブを前記キャビティ部の形状に沿って配置し、前記チューブを内側から加圧して前記繊維強化樹脂材を成形する成形工程と、を備えている。

請求項１に記載の車体用筒状部材の製造方法では、芯材挿入工程で芯材が筒状のチューブの内側に挿入される。次いで、加熱工程では、チューブの内側に芯材が挿入された状態でチューブが加熱される。加熱されたチューブは、収縮して芯材の外周部へ密着される。芯材は、中心軸方向の所定の部分で外周形状が他の部分とは異なる形状とされている。このため、チューブが芯材の外周部へ密着されることによってチューブの内周形状及び外周形状が、芯材の外周形状に倣った筒形状になる。

次いで、樹脂材取付工程では、チューブの外周部に繊維強化樹脂材が取付けられると共に芯材がチューブから抜き取られる。上記のように、チューブの外周形状は、芯材の外周形状に倣った形状にされている。このため、チューブの外周部に取り付けられた繊維強化樹脂材の内周形状は、芯材の外周形状に倣った筒形状にされる。

次いで、成形工程では、繊維強化樹脂材が取り付けられたチューブが金型のキャビティ部内に配置され、チューブを内側から加圧した状態で繊維強化樹脂材が成形される。ここで、金型のキャビティ部は、中心軸線が曲がった形状とされており、このキャビティ部の形状に沿ってチューブが配置される。しかも、繊維強化樹脂材の成形時には、チューブが内側から加圧される。このため、成形された繊維強化樹脂材は、中心軸方向が曲がった筒状とされ、しかも、成形された繊維強化樹脂材の内周形状及び外周形状は、金型のキャビティ部の形状に倣った形状、すなわち、中心軸が曲がった筒形状に成形される。

以上、説明したように、請求項１に記載の車体用筒状部材の製造方法では、中心軸が曲がった筒形状の車体用筒状部材を製造できる。

本発明の一実施の形態に係る車体用筒状部材の製造方法によって製造された車体用筒状部材の斜視図である。 マンドレル挿入工程を示す斜視図である。 マンドレルがチューブに挿入された状態を示す斜視図である。 加熱工程を示す斜視図である。 チューブの外周部に繊維強化樹脂が設けられた状態を示す斜視図である。 繊維強化樹脂が設けられたチューブからマンドレルが抜き取られた状態を示す斜視図である。 金型内に繊維強化樹脂が設けられたチューブを配置する状態を示す斜視図である

次に、本発明の一実施の形態を図１から図７の各図に基づいて説明する。

＜本実施の形態の構成＞
（車体用筒状部材１０の形状等の説明）
図１に示されるように、本実施の形態に係る車体用筒状部材の製造方法によって製造される車体用筒状部材１０は、例えば、炭素繊維、ガラス繊維等の繊維を含んで構成される所謂「繊維強化樹脂材（Fiber-Reinforced Plastics）」によって形成されている。

車体用筒状部材１０は、中心軸方向両端が開口した筒形状に形成されている。また、車体用筒状部材１０の中心軸方向は、中心軸方向に対して直交する所定方向の側を曲率の中心として湾曲している。また、車体用筒状部材１０の外周形状は、概ね、円形とされている。しかしながら、車体用筒状部材１０の内径寸法及び外径寸法は、中心軸方向一方の側に対して中心軸方向他方の側で小さくなっている。すなわち、車体用筒状部材１０は、中心軸方向が曲がった略円錐台形状とされている。

このような車体用筒状部材１０は、車両のリインフォースメントやサイドメンバ等の車体の構成部材として適用される。

（車体用筒状部材１０の製造方法の説明）
次に、本実施の形態に係る車体用筒状部材の製造方法について説明する。

先ず、本車体用筒状部材の製造方法の芯材挿入工程としてのマンドレル挿入工程では、図２に示される芯材としてのマンドレル１２及びチューブ１４が用いられる。マンドレル１２は、中心軸方向が直線状の棒状又は柱状とされており、マンドレル１２を中心軸方向に対して直交する方向に切ったマンドレル１２の断面形状は、略円形とされている。但し、マンドレル１２の外径寸法は、マンドレル１２の中心軸方向一方の側に対して中心軸方向他方の側で小さくなっている。すなわち、マンドレル１２は、略円錐台形状とされている。

一方、チューブ１４は、薄肉のフィルム材によって両端が開口した筒状に形成されている。チューブ１４を形成するフィルム材は、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリエチレンン、ポリスチレン、ポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート等の合成樹脂材によって形成されている。チューブ１４を形成するフィルム材は、加熱されることによって収縮する特性を有している。このため、チューブ１４は、加熱されることによって、内径及び外径を縮小するように収縮される。図２及び図３に示されるように、マンドレル挿入工程では、このチューブ１４にマンドレル１２が挿入される。

次に、加熱工程では、図４に示されるように、マンドレル１２の挿入状態でチューブ１４が加熱装置としてのヒータ１６によって加熱される。これによって、チューブ１４が縮径されると、チューブ１４は、マンドレル１２の外周部に密着される。これによって、チューブ１４の内周形状及び外周形状は、マンドレル１２の外周形状に倣った形状になる。

次に、樹脂材取付工程では、図５に示されるように、加熱工程を経たチューブ１４の外周部にＳＭＣ（Sheet Molding Compound）材が貼り付けられる。ＳＭＣ材は、例えば、不飽和ポリエステル樹脂、硬化剤、増粘剤等によって形成されたペースト状の合成樹脂材が所定長さのガラス繊維や炭素繊維によって構成されたチョップドスランドに含浸され、更に、薄肉のシート状に形成されており、加熱されることによって硬化される。このＳＭＣ材がチューブ１４の外周部に貼り付けられることによって、チューブ１４の外周部の外側に内周形状がチューブ１４の外周形状に倣った筒状の繊維強化樹脂部１８が形成される。さらに、図６に示されるように、繊維強化樹脂部１８が形成されたチューブ１４の内側からマンドレル１２が抜き取られる。

次に、成形工程では、図７に示される金型２０が用いられる。金型２０は、上型２２及び下型２４を含んで構成されている。上型２２及び下型２４にはキャビティ部２６が形成されている（図７では、下型２４のキャビティ部２６のみを図示している）。上型２２のキャビティ部２６は、下型２４側の面で開口されており、下型２４のキャビティ部２６は、上型２２側の面で開口されている。金型２０の型締め状態で、上型２２のキャビティ部２６と下型２４のキャビティ部２６とを合わせた形状は、略円錐台形状になる。略円錐台形状となる両キャビティ部２６を合わせた形状の中心軸方向は、上型２２と下型２４との対向方向に対して交差する方向とされている。しかも、両キャビティ部２６を合わせた形状の中心軸方向は、中心軸方向に対して直交する所定方向の側を曲率の中心として湾曲している。

また、金型２０には、ガス導入部２８が形成されている。ガス導入部２８の一端は、例えば、金型２０における上型２２と下型２４との対向方向に対して直交する方向側の側面で開口されており、ガス導入部２８の他端は、キャビティ部２６の内側面において両キャビティ部２６を合わせた形状の中心軸方向一端の部分で開口されている。ガス導入部２８は、ガス供給管等を介してガス供給装置（図示省略）へ接続可能とされており、金型２０の型締め状態でガス供給装置から供給されたガス（例えば、空気）をキャビティ部２６内へ供給できる。

成形工程では、先ず、繊維強化樹脂部１８が形成されてマンドレル１２が抜き取られたチューブ１４が金型２０のキャビティ部２６内に設けられる。このように、チューブ１４がキャビティ部２６内に設けられる際に、チューブ１４の中心軸方向一端は、両キャビティ部２６を合わせた形状の中心軸方向一端の側に配置され、チューブ１４の中心軸方向他端は、両キャビティ部２６を合わせた形状の中心軸方向他端の側に配置される。さらに、チューブ１４の中心軸方向中間部は、両キャビティ部２６を合わせた形状の中心軸に倣って湾曲される。

このようにして、繊維強化樹脂部１８及びチューブ１４がキャビティ部２６内に配置された状態で、金型２０が型締めされる。この型締め状態で、上述したガス供給装置からガスが供給される。ガス導入部２８の他端は、キャビティ部２６の内側面において両キャビティ部２６を合わせた形状の中心軸方向一端の部分で開口されている。このため、ガスは、チューブ１４の中心軸方向一端からチューブ１４の内側へ入る。これによって、チューブ１４の内側の圧力が高くなり、チューブ１４の外周部に設けられた繊維強化樹脂部１８は、上型２２及び下型２４のキャビティ部２６へ押し付けられる。

この状態で金型２０が加熱されて繊維強化樹脂部１８が加熱されると、繊維強化樹脂部１８が硬化される。繊維強化樹脂部１８が硬化された状態で金型２０が型開きされ、繊維強化樹脂部１８が金型２０から取り出される。さらに、繊維強化樹脂部１８の内側のチューブ１４が抜き取られることによって上述した車体用筒状部材１０が形成される。

＜本実施の形態の効果＞
このように、本実施の形態では、中心軸が曲がった略円錐台の車体用筒状部材１０を形成できる。しかも、金型２０の内側に中子を設けなくてもよい。このため、中子の製作に伴う時間が不要になり、中子の部品コストも不要になる。これによって、コストを安価にできる。また、金型２０に可動コア等を設けなくてもよいため、金型２０の構造を簡素化でき、この意味でもコストを安価にできる。

また、マンドレル１２の外周形状に倣った形状のチューブ１４にＳＭＣ材が貼り付けられることによって繊維強化樹脂部１８が形成される。このため、成形工程の際に、繊維強化樹脂部１８の内側に、別途、チューブやバッグ等の繊維強化樹脂部１８の内側の圧力を保持するための部材を設けなくてもよい。チューブやバッグ等の繊維強化樹脂部１８の内側の圧力を保持するための部材を別途設ける構成（一例として、特開平７−２７６５２１号公報参照）では、膨張状態でのチューブやバッグの形状は、金型２０による成形後の車体用筒状部材１０の内周形状にしなくてはならない。このため、内周形状が異なる車体用筒状部材１０の成形への流用が困難で、汎用性が低い。

これに対して、本実施の形態では、マンドレル１２がチューブ１４の内側に挿入された状態でチューブ１４が加熱されることによってチューブ１４の内周形状及び外周形状がマンドレル１２の外周形状に倣った形状にされる。さらに、チューブ１４の外周部に設けられた繊維強化樹脂部１８は、金型２０のキャビティ部２６内に配置される際に、チューブ１４と共にキャビティ部２６に倣って曲げられる。このため、本実施の形態では、例えば、品種毎にマンドレル１２を用意すれば、収縮される前の状態のチューブ１４は、様々な品種で適用できる。このため、汎用性を向上でき、コストを安価にできる。

なお、本実施の形態に係る車体用筒状部材の製造方法によって製造される車体用筒状部材１０は、中心軸方向両端が開口した筒形状とされていた。しかしながら、中心軸方向一端が開口し、他端が閉止された有底の車体用筒状部材１０の製造に本発明を適用してもよい。

また、本実施の形態に係る車体用筒状部材の製造方法によって製造される車体用筒状部材１０の中心軸方向は、中心軸方向に対して直交する所定方向の側を曲率の中心として全体的に湾曲した構成であった。しかしながら、車体用筒状部材１０の一部が中心軸方向に対して直交する所定方向の側を曲率の中心として湾曲又は屈曲する車体用筒状部材１０の製造に本発明を適用してもよいし、中心軸が複数個所で湾曲又は屈曲する車体用筒状部材１０の製造に本発明を適用してもよい。

さらに、本実施の形態に係る車体用筒状部材の製造方法によって製造される車体用筒状部材１０の中心軸方向は、中心軸が曲がった略円錐台形状であった。しかしながら、車体用筒状部材１０の中心軸方向に対して直交する方向に車体用筒状部材１０を切った場合の車体用筒状部材１０の断面形状は、円形に限定されるものではなく、矩形、六角形、楕円形状等、円形以外の形状であってもよい。

また、本実施の形態に係る車体用筒状部材の製造方法によって製造される車体用筒状部材１０は、中心軸が湾曲した略円錐台形状であった。しかしながら、車体用筒状部材１０の中心軸が曲がっていれば、車体用筒状部材１０の中心軸方向に対して直交する方向に車体用筒状部材１０を切った車体用筒状部材１０の断面形状は、中心軸方向に変わらない構成であってもよい。

１０ 車体用筒状部材
１２ マンドレル（芯材）
１４ チューブ
１８ 繊維強化樹脂部
２０ 金型
２６ キャビティ部

Claims (1)

1. 加熱することによって収縮する筒状のチューブの内側に、中心軸方向の所定部位で外周形状が他の部分とは異なる部分を有する芯材を挿入する芯材挿入工程と、
   前記芯材の挿入状態で前記チューブを加熱して前記芯材の外周部に密着させることによって前記チューブを前記芯材の外周形状に倣った形状にする加熱工程と、
   前記芯材の外周形状に倣った形状にされた前記チューブの外周部に繊維強化樹脂材を取り付けると共に、前記芯材を前記チューブから抜き取る樹脂材取付工程と、
   中心軸線が曲がったキャビティ部を有する金型の前記キャビティ部の内側に前記繊維強化樹脂材を取り付けた前記チューブを前記キャビティ部の形状に沿って配置し、前記チューブを内側から加圧して前記繊維強化樹脂材を成形する成形工程と、
   を備える車体用筒状部材の製造方法。