JP2021049696A - 繊維強化樹脂複合材 - Google Patents
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Abstract
【課題】ハニカムコア材の周囲に繊維強化樹脂層を設けた繊維強化樹脂複合材において、ハニカムコア材による強化繊維の破断を抑制して、繊維強化樹脂複合材の強度の低下を抑制可能な、繊維強化樹脂複合材を提供する。【解決手段】繊維強化樹脂複合材は、隔壁により形成された軸方向に延びる複数のセルを有するハニカムコア材と、ハニカムコア材の周囲に巻回された連続繊維を含みハニカムコア材の周囲に設けられた繊維強化樹脂層と、を備え、ハニカムコア材と繊維強化樹脂層との間に、連続繊維の破断を防止する保護層を備える。【選択図】図４
Description
本発明は、繊維強化樹脂を用いた繊維強化樹脂複合材に関する。
近年、乗用車等の車両の軽量化を目的として、センターピラー等の車体の構造材を、炭素繊維等の強化繊維を含有する繊維強化樹脂を用いて製造することが検討されている。繊維強化樹脂製の部材は、高い剛性を有し、特に繊維の配向方向に作用する圧縮応力あるいは引張応力に対して高い強度を発揮する。このような繊維強化樹脂を用いた部材の一態様として、ハニカム構造を有するコア材（ハニカムコア材）の表層に繊維強化樹層を形成した繊維強化樹脂複合材がある。車体の構造材にハニカムコア材を用いた場合、ハニカムコア材は、車両の衝突時等に入力される衝撃に対する耐性を高めるとともに、ハニカムコア材の逐次圧壊によって衝撃を吸収する機能を有する。
ここで、センターピラー等の略筒状の構造材を、ハニカムコア材を用いた繊維強化樹脂複合材から製造する場合、ハニカムコア材の周囲を囲むようにして繊維強化樹脂層が形成される。ハニカムコア材は、アルミニウムや硬質樹脂から成るものが一般的である。ハニカムコア材は、隔壁により形成された複数のセルを有し、ハニカムコア材の外面には隔壁のエッジが露出する。このため、ハニカムコア材の周囲に強化繊維シートを巻き付ける際に強化繊維が破断して、繊維強化樹脂複合材の強度を低下させるおそれがある。
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、ハニカムコア材の周囲に繊維強化樹脂層を設けた繊維強化樹脂複合材において、ハニカムコア材による強化繊維の破断を抑制して、繊維強化樹脂複合材の強度の低下を抑制可能な、繊維強化樹脂複合材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、隔壁により形成された軸方向に延びる複数のセルを有するハニカムコア材と、ハニカムコア材の周囲に巻回された連続繊維を含みハニカムコア材の周囲に設けられた繊維強化樹脂層と、を備える繊維強化樹脂複合材であって、ハニカムコア材と繊維強化樹脂層との間に、強化繊維の破断を防止する保護層を備える、繊維強化樹脂複合材が提供される。
保護層が、繊維強化樹脂層に含まれる連続繊維の繊維長よりも短い繊維を含んでいてもよい。
保護層が、少なくともハニカムコア材のセルの口径よりも短い繊維を含んでいてもよい。
保護層の一部が、ハニカムコア材の表面に存在する凹凸内に侵入していてもよい。
繊維強化樹脂複合材が長手方向を有し、ハニカムコア材のセルの軸方向は長手方向に交差しており、ハニカムコア材は、外形に屈曲部を有し、保護層は、少なくとも長手方向に沿って延在する屈曲部を被覆してもよい。
ハニカムコア材と繊維強化樹脂層に含まれる連続繊維とが離間していてもよい。
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、隔壁により形成された軸方向に延びる複数のセルを有するハニカムコア材と、ハニカムコア材の周囲に巻回された連続繊維を含みハニカムコア材の周囲に設けられた繊維強化樹脂層と、を備える繊維強化樹脂複合材の製造方法であって、ハニカムコア材の周囲の少なくとも一部を、連続繊維の破断を防止するための保護部材で被覆する工程と、少なくとも一部が保護部材で被覆されたハニカムコア材の周囲に、当該ハニカムコア材の周囲を巻回する強化繊維を含む繊維強化樹脂層を形成する工程と、を備える、繊維強化樹脂複合材の製造方法が提供される。
以上説明したように本発明によれば、ハニカムコア材の周囲に繊維強化樹脂層を設けた繊維強化樹脂複合材において、ハニカムコア材による強化繊維の破断を抑制して、繊維強化樹脂複合材の強度の低下を抑制することができる。
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。
＜繊維強化樹脂複合材＞
以下、本発明の実施の形態に係る繊維強化樹脂複合材の一例として、繊維強化樹脂複合材を用いたセンターピラーを例に採って説明する。図１は、車体側部構造１の外観を示す模式図である。図１に示す車体側部構造１は、車両の左側部の構造の一部を概略的に示している。なお、図１に示すように、本明細書において、車幅方向をＸ方向、車両の前後方向（車長方向）をＹ方向、車高方向をＺ方向と表記する場合がある。
以下、本発明の実施の形態に係る繊維強化樹脂複合材の一例として、繊維強化樹脂複合材を用いたセンターピラーを例に採って説明する。図１は、車体側部構造１の外観を示す模式図である。図１に示す車体側部構造１は、車両の左側部の構造の一部を概略的に示している。なお、図１に示すように、本明細書において、車幅方向をＸ方向、車両の前後方向（車長方向）をＹ方向、車高方向をＺ方向と表記する場合がある。
車体側部構造１は、ルーフピラー５、リアピラー４、フロントピラー２、センターピラー３及びサイドシル６等により構成されている。ルーフピラー５は、車両の車室空間の上部に車長方向に沿って延在し、車両の屋根のサイド部分を形成している。サイドシル６は、車両の側部の下部に車長方向に沿って延在する。
フロントピラー２は、下端がサイドシル６の前端に接続され、上端がルーフピラー５の前端に接続されている。フロントピラー２は、車両の車室空間を構成する前部を形成し、フロントガラスのサイドを支持するように配置される。リアピラー４は、下端がサイドシル６の後端に接続され、上端がルーフピラー５の後端に接続される。センターピラー３は、下端がサイドシル６の車長方向中央部に接続され、上端がルーフピラー５の車長方向中央部に接続される。
サイドシル６、ルーフピラー５、フロントピラー２及びセンターピラー３の間には、フロントドア用の開口部が形成されている。また、サイドシル６、ルーフピラー５、リアピラー４及びセンターピラー３の間には、リアドア用の開口部が形成されている。車体側部構造１を構成する各部材は、それぞれ複数の部材から構成されてもよい。例えば、各部材は、車幅方向の外側のアウタパネルと、車幅方向の内側のインナパネルとが接合されて構成されていてもよい。
かかる車体側部構造１において、センターピラー３は、車高方向に沿う長手方向を有し、略筒状に形成されている。センターピラー３は、上端に設けられたルーフピラー接続部１６と、下端に設けられたサイドシル接続部１４と、ルーフピラー接続部１６とサイドシル接続部１４との間に位置するピラー本体部１２とを有する。本実施形態において、センターピラー３は、繊維強化樹脂を用いて成形されている。
図２〜図４は、センターピラー３の構成を説明するために示す図である。図２は、センターピラー３の内部構造を示す説明図であって、車両の外側から車幅方向に見たピラー本体部１２の内部構造を示している。図３は、図２に示したピラー本体部１２の内部構造を拡大して示した説明図であり、図４は、図２に示すＩ−Ｉの位置におけるピラー本体部１２の筒状部４０を矢印方向に見た断面図である。
図２〜図４は、センターピラー３の構成を説明するために示す図である。図２は、センターピラー３の内部構造を示す説明図であって、車両の外側から車幅方向に見たピラー本体部１２の内部構造を示している。図３は、図２に示したピラー本体部１２の内部構造を拡大して示した説明図であり、図４は、図２に示すＩ−Ｉの位置におけるピラー本体部１２の筒状部４０を矢印方向に見た断面図である。
センターピラー３のルーフピラー接続部１６及びサイドシル接続部１４は、いずれも軸方向が車長方向に沿って配置された略筒状を有する。ピラー本体部１２は、軸方向が車高方向に沿って配置された略筒状を有する。ルーフピラー接続部１６及びサイドシル接続部１４は、中空の筒状であってもよく、中実の筒状であってもよい。ピラー本体部１２は、本実施形態に係る繊維強化樹脂複合材として構成された筒状部４０と、筒状部４０の車幅方向の両側に設けられたフランジ部２１，３１とを有する。フランジ部２１，３１は、例えば接着剤により筒状部４０の側面に接合されている。フランジ部２１，３１は、例えば、フロントドア及びリアドアの戸当たりとしての機能を有している。
筒状部４０は、強化繊維に熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂を含浸させた繊維強化樹脂を用いて構成された複合材料であり、高強度、かつ、軽量化を実現可能になっている。
図３及び図４に示すように、筒状部４０は、ハニカムコア材４１と、ハニカムコア材４１の周囲に設けられた繊維強化樹脂層４３と、保護層４９とを備える。ハニカムコア材４１は、隔壁により形成された軸方向に延びる複数のセル４１ａを有する構造材である。繊維強化樹脂層４３は、ハニカムコア材４１の周囲に巻回状態で配置された強化繊維を含み、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂を硬化させて成形されている。繊維強化樹脂層４３の強化繊維は、所定の長さに連続する連続繊維であって、車高方向に延びる筒状部４０の軸回りに巻回されている。繊維強化樹脂シートの連続繊維の配向方向は、一方向に揃っていてもよく、異なっていてもよい。
図５は、ハニカムコア材４１の一例を示す説明図である。ハニカムコア材４１は、例えば、アルミニウム又は樹脂材料からなる。本実施形態において、ハニカムコア材４１は、アルミニウム製の薄板からなる。ハニカムコア材４１は、例えば、部分的に接合して重ね合わせた複数のアルミニウム製の薄板を広げることによって形成される。本実施形態において、ハニカムコア材４１のそれぞれのセル４１ａは六角柱状を有するが、四角柱であってもよい。
ハニカムコア材４１は、ダイカスト等の型成形により形成された構造材であってもよいが、隔壁部分の厚さをより薄く形成することができ、より軽量化を実現することができることから、複数のアルミニウム製の薄板を用いて形成されることが好ましい。なお、ハニカムコア材４１を型成形により形成する場合、セル４１ａの形状は、四角柱又は六角柱以外に限らず、三角柱又は八角柱等であってもよい。
図２〜図４に戻り、ハニカムコア材４１は、セル４１ａの軸方向が車幅方向（Ｘ方向）に沿うようにして配置されている。センターピラー３は、車両の側面衝突時に、車室内の乗員を保護する機能を有している。このため、セル４１ａの軸方向は、車両の側面衝突時に想定される衝撃荷重の入力方向に沿うようにして配置されている。これにより、センターピラー３の強度が高められるとともに、衝撃荷重の入力時にハニカムコア材４１が逐次的に圧壊して衝撃を吸収することができる。
上述のとおり、繊維強化樹脂層４３は、連続繊維を含む繊維強化樹脂シートを硬化させて形成される。連続繊維を含む繊維強化樹脂シートは、連続する繊維にマトリックス樹脂を含浸させたシートである。繊維強化樹脂層４３は、連続繊維以外にも短繊維を含んでいてもよい。使用可能な連続繊維としては、代表的には炭素繊維が挙げられるが、他の繊維であってもよく、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。
繊維強化樹脂シート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（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合合成樹脂）、ポリスチレン樹脂、ＡＳ樹脂（アクリロニトリル−スチレン共重合合成樹脂）、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、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、又はポリイミド樹脂等が例示される。
マトリックス樹脂としては、これらの熱可塑性樹脂のうちの１種類、あるいは２種類以上の混合物が使用され得る。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。熱可塑性樹脂が混合物である場合には、さらに相溶化剤が併用されてもよい。さらに、熱可塑性樹脂には、難燃剤として臭素系難燃剤、シリコン系難燃剤、赤燐などが加えられてもよい。
また、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、シリコン樹脂等が例示される。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種類以上の混合物が使用され得る。これらの熱硬化性樹脂が用いられる場合、熱硬化性樹脂に、適宜の硬化剤や反応促進剤が加えられてもよい。
保護層４９は、ハニカムコア材４１と繊維強化樹脂層４３との間に配置されて、繊維強化樹脂層４３に含まれる連続繊維の破断を防止する機能を有する。保護層４９は、少なくともハニカムコア材４１の外形の屈曲部におけるハニカムコア材４１と繊維強化樹脂層４３との間に配置され、当該屈曲部を被覆することが好ましい。
例えば、図４に示すように、筒状部４０の軸方向断面において、ハニカムコア材４１の外形における屈曲部となる４つの角部４５を被覆するように保護層４９が配置される。本実施形態において、センターピラー３の筒状部４０は、車高方向（Ｚ方向）に沿って長手方向を有し、ハニカムコア材４１のセル４１ａの軸方向は、車高方向（Ｚ方向）に交差する車幅方向（Ｘ方向）に沿って配置されている。保護層４９は、ハニカムコア材４１の全周に亘って配置され、ハニカムコア材４１の４つの角部４５をすべて被覆している。
筒状部４０を構成するハニカムコア材４１の外形における屈曲部では、ハニカムコア材４１のエッジが鋭利な状態となる場合がある。特に、ハニカムコア材４１が複数の薄板を広げることによって形成されている場合、ハニカムコア材４１の角部４５において、エッジが鋭利な状態になりやすい。保護層４９は、ハニカムコア材４１の角部４５を被覆することにより、ハニカムコア材４１の周囲に、軸回りに繊維強化樹脂シートを巻回して繊維強化樹脂層４３を形成する間に、ハニカムコア材４１のエッジによって連続繊維が破断することを防ぐ機能を有する。これにより、筒状部４０の強度の低下を抑制することができる。
また、本実施形態において、保護層４９は、ハニカムコア材４１の全周に亘って配置され、角部４５以外の側面を被覆している。上述のとおり、ハニカムコア材４１が、複数のアルミニウムの薄板を広げて形成されている場合、ハニカムコア材４１の側面にもハニカムコア材４１のエッジが存在する場合がある。したがって、保護層４９が、ハニカムコア材４１の角部４５だけでなく、角部４５以外の側面を被覆することにより、ハニカムコア材４１の周囲に繊維強化樹脂シートを巻回して繊維強化樹脂層４３を成形する際に、ハニカムコア材４１の角部４５以外の領域に対しても連続繊維が接しなくなり、ハニカムコア材４１と連続繊維とが離間した状態となって、連続繊維が破断するおそれをさらに低減することができる。
保護層４９は、例えば、金属、樹脂、繊維又は不織布等、適宜の材料で構成されてもよい。ただし、保護層４９は、筒状部４０の製造時において、繊維強化樹脂層４３を形成する前に、ハニカムコア材４１の表面に配置される保護部材４９´（図８を参照）により形成されるものである。このため、保護層４９は、少なくとも、ハニカムコア材４１に対して固定可能であって、形状を保持できる材料からなることが好ましい。
中でも、保護層４９が、繊維シートであることが好ましい。保護層４９が繊維シートからなることにより、筒状部４０が重くなることを抑制することができる。また、保護層４９が、繊維シートからなる場合、保護層４９は、繊維強化樹脂層４３に含まれる連続繊維の繊維長よりも短い繊維を含むことが好ましい。特に、保護層４９は、少なくともハニカムコア材４１のセル４１ａの口径よりも短い繊維を含むことが好ましい。これにより、図６に示すように、保護層４９の一部が、ハニカムコア材４１の表面に存在する凹凸内に侵入して形成され、ハニカムコア材４１と保護層４９との接合強度を高めることができる。
このような繊維シートからなる保護層４９は、例えば、繊維の配向方向がランダム配置された繊維シートを樹脂で硬化させて形成することができる。保護層４９は、繊維強化樹脂層４３を構成するマトリックス樹脂と相溶性の樹脂を含んでいてもよく、非相溶性の材料からなっていてもよい。保護層４９を形成する保護部材４９´は、筒状部４０の製造時において、繊維強化樹脂層４３を形成する前にハニカムコア材４１の表面に配置されるものである。このため、保護層４９の構成材料にかかわらず、少なくとも繊維強化樹脂シートあるいはプリプレグを巻回するときに、ハニカムコア材４１のエッジによって連続繊維が破断することを抑制することができる。
なお、保護層４９が、繊維強化樹脂層４３を構成するマトリックス樹脂と相溶性の樹脂を含む場合であっても、分析によって連続繊維の存否、あるいは、繊維の種類、繊維の配向状態等を確認することによって、保護層４９の有無を特定することができる。
また、図４に示すように、ハニカムコア材４１の角部４５の位置に対応する保護層４９の角部４８の外面形状を湾曲状とすることが好ましい。保護層４９の角部４８が湾曲状をなすことにより、保護層４９が形成されたハニカムコア材４１の周囲に繊維強化樹脂シートを巻回して繊維強化樹脂層４３を成形する際に、保護層４９の角部４８によって連続繊維が破断するおそれを低減することができる。なお、ハニカムコア材４１の所望の部位を被覆可能であれば、保護層４９の形状は特に限定されない。
また、保護層４９が、センターピラー３のアウタ側（車外側）及びインナ側（車室側）の強度を異ならせる機能を有していてもよい。図７において、保護層４９は、センターピラー３のインナ側に位置する側面全体にわたって形成される一方、アウタ側に位置する側面には形成されていない。これにより、インナ側の強度がアウタ側の強度に比べて大きくなるため、車両の側面衝突時にハニカムコア材４１の後端側（インナ側）が保護層４９により支持されてハニカムコア材４１の変形が抑制される。したがって、車両の側面衝突時に、筒状部４０が逐次的に圧壊しやすくなるとともに、ハニカムコア材４１の圧壊による衝撃荷重の吸収量を調節することができる。
このように、本実施形態に係る繊維強化樹脂複合材からなる筒状部４０を備えたセンターピラー３は、ハニカムコア材４１の周囲に配置される繊維強化樹脂層４３に含まれる連続繊維の破断が抑制されている。このため、センターピラー３の強度の低下が抑制されるとともに、車両の側面衝突時において、衝撃を吸収する機能を適切に発揮させることができる。
＜繊維強化樹脂複合材の製造方法＞
次に、本実施形態に係る繊維強化樹脂複合材からなる筒状部４０の製造方法の一例を説明する。
次に、本実施形態に係る繊維強化樹脂複合材からなる筒状部４０の製造方法の一例を説明する。
図８は、筒状部４０の製造方法を示す説明図である。筒状部４０の製造方法は、ハニカムコア材４１の周囲の少なくとも一部を保護部材４９´で被覆する工程と、保護部材４９´で被覆されたハニカムコア材４１の周囲に、ハニカムコア材４１の周囲を巻回する連続繊維を含む繊維強化樹脂層４３を形成する工程と、を含む。なお、図８に示す説明図は、製造される筒状部４０を、図４に示した断面図に対応させて示したものである。
まず、ハニカムコア材４１の周囲に保護部材４９´を配置する。保護部材４９´は、筒状部４０において保護層４９として機能する部材であって、金属、樹脂、繊維又は不織布等の適宜の材料からなる。保護部材４９´は、例えば、ハニカムコア材４１のセル４１ａの口径よりも短い繊維を含む繊維シートであることが好ましい。保護部材４９´が繊維シートである場合、保護部材４９´をハニカムコア材４１の周囲に巻回する前、あるいは、巻回した後に、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂を保護部材４９´に対して含侵させる。
その後、金型６１を用いて保護部材４９´が配置されたハニカムコア材４１を加圧しながら樹脂を硬化させて、所望の外形を有する保護層４９を形成する。このとき、ハニカムコア材４１の角部４５に沿う保護層４９の角部４８の外面形状を湾曲状とすることが好ましい。保護層４９の角部４８が湾曲状をなすことにより、保護層４９が形成されたハニカムコア材４１の周囲に繊維強化樹脂シートを巻回して繊維強化樹脂層４３を成形する際に、保護層４９の角部４８によって連続繊維が破断するおそれを低減することができる。
保護層４９を形成した後、繊維強化樹脂層４３との接合強度を高めるために、保護層４９の表面粗さを粗くする表面処理を施してもよい。例えば、サンドペーパ等を用いて表面処理を行ってもよい。
次いで、保護層４９が配置されたハニカムコア材４１の周囲に繊維強化樹脂層４３を形成する。このとき、ハニカムコア材４１の周囲の少なくとも一部に保護層４９が配置されていることから、ハニカムコア材４１のエッジによって繊維強化樹脂層４３に含まれる連続繊維が破断することが抑制される。これにより、ハニカムコア材４１と繊維強化樹脂層４３との間に保護層４９を備えた筒状部４０が得られる。
熱可塑性樹脂及び連続繊維からなる繊維強化樹脂シートを用いて繊維強化樹脂層４３を形成する場合、例えばコールドプレス成形法を採用することができる。繊維強化樹脂層４３をコールドプレス成形する場合、例えば、繊維強化樹脂シートを複数枚積層して所定の厚さのプリプレグを形成した後、熱可塑性樹脂を半溶融状態にしてハニカムコア材４１に巻回する。次いで、半溶融状態のプリプレグが巻回されたハニカムコア材４１を成形型に投入し、熱可塑性樹脂の融点未満に冷却することで、繊維強化樹脂シートが硬化して繊維強化樹脂層４３が形成される。
なお、熱可塑性樹脂を用いる場合の繊維強化樹脂層４３の形成方法は、コールドプレス成形法に限られない。また、ハニカムコア材４１の周囲に連続繊維を含む繊維強化樹脂を巻回する方法は、プリプレグを用いる方法に限られず、ブレーディング法、フィラメントワインディング法又はシートワインディング法等、他の方法であってもよい。
また、熱硬化性樹脂及び連続繊維からなる繊維強化樹脂シートを用いて繊維強化樹脂層４３を形成する場合、例えばホットプレス成形法を採用することができる。図９は、マトリックス樹脂として熱硬化性樹脂を含む繊維強化樹脂シートを用いて、ホットプレス成形法により繊維強化樹脂層４３を形成する例を示す。
まず、保護層４９が配置されたハニカムコア材４１の周囲に、連続繊維を含む繊維強化樹脂シートを積層した半溶融状態のプリプレグ４３´を巻回する。プリプレグ４３´は、繊維強化樹脂シートの積層体に限られるものではなく、１枚の繊維強化樹脂シートであってもよい。巻回されたプリプレグ４３´は、スナップピン等の固定具５０を用いて固定されてもよい。プリプレグ４３´を折り返して積層することによって、筒状部４０の強度を高めてもよい（図１０を参照）。
このとき、ハニカムコア材４１の周囲の少なくとも一部に保護層４９が配置されているために、ハニカムコア材４１のエッジによってプリプレグ４３´に含まれる連続繊維が破断することが抑制される。
次いで、上型５１及び下型５３からなる成形型にプリプレグ４３´が巻回されたハニカムコア材４１を投入し、加圧しながら加熱することによってプリプレグ４３´を硬化させる。これにより、所望の形状を有する筒状部４０を成形することができる。
あるいは、熱硬化性樹脂及び連続繊維からなる繊維強化樹脂シートを用いて繊維強化樹脂層４３を形成する場合、例えばオートクレーブ成形法を採用することもできる。図１１は、マトリックス樹脂として熱硬化性樹脂を含む繊維強化樹脂シートを用いて、オートクレーブ成形法により繊維強化樹脂層４３を形成する例を示す。
まず、ホットプレス法と同様に、保護層４９が配置されたハニカムコア材４１の周囲に、連続繊維を含む繊維強化樹脂シートを積層した半溶融状態のプリプレグ４３´を巻回する。次いで、プリプレグ４３´が巻回されたハニカムコア材４１に対して、さらに粘着性の熱収縮シート５５を巻き付けてプリプレグ４３´を固定する。熱収縮シートは、例えば、熱収縮性の樹脂からなるシートであってもよい。また、熱収縮シートは、強化繊維を含むシートであってもよい。
このとき、ハニカムコア材４１の周囲の少なくとも一部に補強層４９が配置されているために、プリプレグ４３´を巻回する際、あるいは、熱収縮シートを巻回する際に、ハニカムコア材４１のエッジによってプリプレグ４３´に含まれる連続繊維が破断することが抑制される。
次いで、プリプレグ４３´及び熱収縮シート５５が巻回されたハニカムコア材４１を成形型５７に投入してバッギングした後、オートクレーブ装置内でバッグ５９内を真空状態にしながら加熱することによってプリプレグ４３´及び熱収縮シート５５を硬化させる。これにより、所望の形状を有する筒状部４０を成形することができる。
なお、熱硬化性樹脂を用いる場合の繊維強化樹脂層４３の形成方法は、ホットプレス成形法あるいはオートクレーブ成形法に限られない。また、ハニカムコア材４１の周囲に連続繊維を含む繊維強化樹脂を巻回する方法は、プリプレグを用いる方法に限られず、ブレーディング法、フィラメントワインディング法又はシートワインディング法等、他の方法であってもよい。
以上説明したように、本実施形態に係る繊維強化樹脂複合材によれば、ハニカムコア材４１と繊維強化樹脂層４３との間に、ハニカムコア材４１の周囲の少なくとも一部を被覆する保護層４９を備えるため、繊維強化樹脂層４３に含まれる連続繊維が破断せずに存在している。このため、繊維強化樹脂複合材の強度の低下が抑制される。また、本実施形態に係るセンターピラー３のように、繊維強化樹脂複合材が車体の構造材として用いられる場合、繊維強化樹脂層４３に含まれる連続繊維が破断せずに存在することにより、衝撃荷重の入力時に、衝撃荷重を適切に吸収することができる。
また、本実施形態に係る繊維強化樹脂複合材の製造方法によれば、ハニカムコア材４１の周囲の少なくとも一部を保護層４９で被覆した後に、連続繊維を含む繊維強化樹脂層４３を形成するため、繊維強化樹脂シートあるいはプリプレグ４３´を巻回する際、あるいは、硬化させる際に、連続繊維が破断することを抑制することができる。これにより、連続繊維の破断による強度の低下を抑制した繊維強化樹脂複合材を製造することができる。
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、本発明は係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。また、上記の実施形態及び各変形例を互いに組み合わせた態様も、当然に本発明の技術的範囲に属する。
例えば、上記実施形態では、ハニカムコア材４１の外形の屈曲部として、ハニカムコア材４１の軸方向断面に現れる角部４５を例にとって説明したが、屈曲部は角部４５に限定されない。ハニカムコア材４１の軸方向断面に現れる角部４５以外であっても、外形が屈曲した部分であって、ハニカムコア材４１のエッジが鋭利な状態になり得る部分に、適宜保護層４９が配置されてもよい。
また、上記実施形態では、繊維強化樹脂複合材として、センターピラー３のピラー本体部１２の筒状部４０を例にとって説明したが、繊維強化樹脂複合材は、かかる例に限定されない。ハニカムコア材の周囲に、連続繊維を含む繊維強化樹脂シートを巻回して形成される複合材であれば、本発明を適用することができる。
３ センターピラー
１２ ピラー本体部
４０ 筒状部（繊維強化樹脂複合材）
４１ ハニカムコア材
４１ａ セル
４３ 繊維強化樹脂層
４５ 角部
４９ 保護層
４９´ 保護部材
４８ 角部
１２ ピラー本体部
４０ 筒状部（繊維強化樹脂複合材）
４１ ハニカムコア材
４１ａ セル
４３ 繊維強化樹脂層
４５ 角部
４９ 保護層
４９´ 保護部材
４８ 角部
Claims (7)
- 隔壁により形成された軸方向に延びる複数のセルを有するハニカムコア材と、
前記ハニカムコア材の周囲に巻回された連続繊維を含み前記ハニカムコア材の周囲に設けられた繊維強化樹脂層と、
を備える繊維強化樹脂複合材において、
前記ハニカムコア材と前記繊維強化樹脂層との間に、前記連続繊維の破断を防止する保護層を備える、繊維強化樹脂複合材。 - 前記保護層が、前記繊維強化樹脂層に含まれる前記連続繊維の繊維長よりも短い繊維を含む、請求項１に記載の繊維強化樹脂複合材。
- 前記保護層が、少なくとも前記ハニカムコア材の前記セルの口径よりも短い繊維を含む、請求項２に記載の繊維強化樹脂複合材。
- 前記保護層の一部が、前記ハニカムコア材の表面に存在する凹凸内に侵入している、請求項１〜３のいずれか１項に記載の繊維強化樹脂複合材。
- 前記繊維強化樹脂複合材が長手方向を有し、前記ハニカムコア材の前記セルの軸方向は前記長手方向に交差しており、
前記ハニカムコア材は、外形に屈曲部を有し、
前記保護層は、少なくとも前記長手方向に沿って延在する前記屈曲部を被覆する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の繊維強化樹脂複合材。 - 前記ハニカムコア材と前記繊維強化樹脂層に含まれる前記連続繊維とが離間している、請求項１〜５のいずれか１項に記載の繊維強化樹脂複合材。
- 隔壁により形成された軸方向に延びる複数のセルを有するハニカムコア材と、前記ハニカムコア材の周囲に巻回された連続繊維を含み前記ハニカムコア材の周囲に設けられた繊維強化樹脂層と、を備える繊維強化樹脂複合材の製造方法において、
前記ハニカムコア材の周囲の少なくとも一部を、前記連続繊維の破断を防止するための保護部材で被覆する工程と、
少なくとも一部が前記保護部材で被覆された前記ハニカムコア材の周囲に、当該ハニカムコア材の周囲を巻回する連続繊維を含む繊維強化樹脂層を形成する工程と、
を備える、繊維強化樹脂複合材の製造方法。
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