JP2022079338A - 金属樹脂複合体の成形方法および金属樹脂複合体 - Google Patents

Abstract

【課題】繊維強化樹脂を金属板にしっかり接合することができる金属樹脂複合体の成形方法、および同成形方法によって成形される金属樹脂複合体を提供する。【解決手段】この成形方法では、鋼板２１に対して、接着シート２２Ａを介してＳＭＣが熱プレスされて骨格部材が成形される。先ず、熱プレス用の金型装置４０の型締めを通じて、金型装置４０のキャビティ４９の内部に、繊維強化樹脂材によって構成される樹脂層部２３を成形する。その後において、樹脂層部２３が半固化状態まで固化される。その後、樹脂層部２３とキャビティ４９の内面との間にガスを放出して同樹脂層部２３を接着シート２２Ａおよび鋼板２１に押し付けた状態にするとともに、その状態で樹脂層部２３を固化させる。【選択図】図１

Description

本発明は、熱プレスによって金属樹脂複合体を成形する金属樹脂複合体の成形方法および同金属樹脂複合体に関するものである。

金型装置によって熱プレスして繊維強化樹脂を成形する熱プレス装置が知られている（例えば特許文献１）。
近年、自動車等の車両の骨格部材として、鋼板などの金属板を繊維強化樹脂材で補強した金属樹脂複合体を用いることが提案されている。

特開平７－２５６６７３号公報

金属樹脂複合体を製造する方法としては、金属板と繊維強化樹脂とを、接着剤を間に挟んだ状態で熱プレス装置によって熱プレスして一体に成形する方法が考えられる。
ただし、単に熱プレス装置を用いて金属樹脂複合体を成形するようにすると、金属樹脂複合体の形状によっては、繊維強化樹脂を金属板に押し付ける力が部分的に小さくなるおそれがある。例えば金属樹脂複合体の各部のうちのプレス方向（詳しくは、金型装置の型締め方向）に延びる部分では、プレス方向と直交する方向に延びる部分と比較して、繊維強化樹脂を金属板に押し付ける力が弱くなってしまう。そして、こうした部分においては、金属樹脂複合体の成形過程において繊維強化樹脂を金属板に押し付ける力が小さくなる分だけ、繊維強化樹脂と金属板との接合力が弱くなるおそれがある。

上記課題を解決するための金属樹脂複合体の成形方法は、金属板に対して、接着剤を介して繊維強化樹脂材を熱プレスして金属樹脂複合体を成形する金属樹脂複合体の成形方法であって、熱プレス用の金型装置の型締めを通じて、前記金型装置のキャビティの内部に、繊維強化樹脂材によって構成される樹脂層部を成形する成形工程と、前記成形工程によって成形された前記樹脂層部を半固化状態まで固化させる半固化工程と、前記半固化工程の後に、前記樹脂層部と前記キャビティの内面との間にガスを放出して同樹脂層部を前記金属板に押し付けた状態にするとともに、その状態で前記樹脂層部を固化させる押付固化工程と、を備える。

前記課題を解決するための金属樹脂複合体は、金属板と、繊維強化樹脂材によって形成された樹脂層部と、が接着剤を介して接合されてなる金属樹脂複合体において、前記樹脂層部の外面に、ガスによって押圧された痕跡である押圧痕を有する。

一実施形態の成形方法の押付固化工程における骨格部材の状態を模式的に示す側断面図。 金属樹脂複合体としての骨格部材の斜視図。 骨格部材の図２の３－３線に沿った断面図。 鋼板の側断面図。 型開き状態の熱プレス装置の側端面図。 型締め状態の熱プレス装置の側端面図。 可動型の突出部の側面図。 熱プレス装置による骨格部材の成形工程を示すフローチャート。 骨格部材における凹溝部の形成部分およびその周辺の側断面図。 半固化状態の樹脂層部の状態を模式的に示す側断面図。 成形後の骨格部材の樹脂層部外面の押圧痕を示す側断面図。

以下、金属樹脂複合体の成形方法、および同金属樹脂複合体の一実施形態について説明する。
先ず、本実施形態にかかる成形方法によって成形される骨格部材について説明する。

図２および図３に示すように、骨格部材２０は、プレス成形された鋼板２１に、接着剤の層である接着層部２２を介して、繊維強化樹脂材の層である樹脂層部２３が一体形成された構造をなしている。この骨格部材２０は、鋼板２１を炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）で補強した金属樹脂複合体であり、断面ハット形状をなしている。鋼板２１は、溶融亜鉛鍍金鋼板（ＳＣＧＡ）や冷間圧延鋼板（ＳＰＣ）によって構成されている。樹脂層部２３は、熱硬化性の樹脂材料（不飽和ポリエステル樹脂）を母材として不連続の炭素繊維を含む炭素繊維強化樹脂によって形成されている。接着層部２２は熱硬化性の樹脂材料（エポキシ系の樹脂材料）によって構成されている。接着層部２２を構成する樹脂材料としては、鋼板２１と炭素繊維強化樹脂との接着に適した樹脂材料が採用されている。上記骨格部材２０は、熱プレス装置を用いた熱プレスによって、具体的にはＳＭＣ（シート・モールディング・コンパウンド）成形法を通じて成形される。

図３および図４に示すように、本実施形態の骨格部材２０では、樹脂層部２３を鋼板２１に高い強度で接着するために、同鋼板２１に、凹部としての凹溝部２５が形成されている。具体的には、断面ハット形状の鋼板２１を構成する各壁部のうち、対向する態様で延びる一対の側壁部２６には、その内面（詳しくは、対向面）に、複数の凹溝２７，２８によって構成される凹溝部２５が形成されている。凹溝部２５は各側壁部２６の内面において格子状で延びている。凹溝部２５は、詳しくは、鋼板２１の長手方向（図４の左右方向）に平行に延びる複数の凹溝２７と、同凹溝２７と直交する方向（図４の上下方向）に平行に延びる複数の凹溝２８とによって構成されている。各凹溝２７は側壁部２６の上端付近まで延びており、各凹溝２８は側壁部２６の長手方向における両端まで延びている。これにより本実施形態では、凹溝部２５を構成する凹溝２７，２８が樹脂層部２３の外縁端まで延びている。

次に、本実施形態にかかる熱プレス装置について説明する。
図５および図６に示すように、熱プレス装置３０は、固定型４１および可動型４３によって構成された金型装置４０を有している。この金型装置４０が図６に示す型締め状態になると、固定型４１と可動型４３との間には、断面ハット状で延びるスペース、すなわち骨格部材２０が成形されるスペース（いわゆるキャビティ４９）が区画形成される。

固定型４１の上部における幅方向（図５の左右方向）の中央部分には、下方に向けて断面略台形状で窪んだ形状の成形凹部４４が設けられている。この成形凹部４４には、骨格部材２０の成形に際して、鋼板２１と、接着層部２２になる接着シート２２Ａと、樹脂層部２３になるＳＭＣ２３Ａとがセットされる。なお接着シート２２Ａは、厚さが均一の不織布に液状の熱硬化性樹脂材料を含浸させたものである。また、ＳＭＣ２３Ａは、熱硬化性の樹脂材料、硬化剤、増粘剤、内部離型剤、充填材などを混合した樹脂ペーストを不連続の炭素繊維に含浸させるとともに、フィルムで被覆してシート状にしたものである。ＳＭＣ２３Ａは、所定の温度条件で加熱して増粘させることによって取り扱いが良好にされている。

可動型４３は、固定型４１に対して上下方向、詳しくは型締め方向（図５の下方）および型開き方向（図５の上方）に移動可能に配置されている。可動型４３の下部における幅方向の中央部分には、下方に向けて断面略台形状で突出した形状の突出部４５が設けられている。また可動型４３の下部における外縁には環状で突出する環状壁４７が設けられている。この環状壁４７の内周面には、全周にわたって延びるシール部材４８が取り付けられている。熱プレス装置３０による熱プレスの実行に際しては、油圧シリンダー（図示略）によって可動型４３を固定型４１に近づく方向に移動させるといったように、金型装置４０の型締めが実行される。

金型装置４０の型締めに伴い、固定型４１の成形凹部４４に可動型４３の突出部４５が進入するようになるとともに、可動型４３の環状壁４７に設けられたシール部材４８の内周面が固定型４１の外周面に全周にわたって接触するようになる。このときシール部材４８によって固定型４１の外周面と可動型４３の環状壁４７の内周面との隙間が塞がれて、金型装置４０の内部において固定型４１と可動型４３とによって区画形成されるスペースの内外がシールされる。

熱プレス装置３０は、骨格部材２０の熱プレスに先立ち、金型装置４０内部における固定型４１と可動型４３とによって区画されるスペース内のガスを抜くための真空引き装置６０（図５）を有している。この真空引き装置６０は、大気圧よりも低い圧力が蓄圧される負圧タンク６１と、同負圧タンク６１に接続された負圧ポンプ６２とを有している。可動型４３の環状壁４７における上記シール部材４８の配設部分よりも上方には貫通孔（吸引孔６３）が形成されている。そして、この吸引孔６３と負圧タンク６１とは吸引連通路６４を介して連通されている。吸引連通路６４の途中には、同吸引連通路６４による吸引孔６３および負圧タンク６１の連通と同連通の遮断とを切り替える開閉バルブ６５が設けられている。

真空引き装置６０は、次のように作動する。負圧ポンプ６２の作動によって、負圧タンク６１の内部は負圧（大気圧よりも低い圧力）になっている。そして、開閉バルブ６５が開弁されると、吸引連通路６４を介して吸引孔６３と負圧タンク６１とが連通される。これに伴い、吸引連通路６４および吸引孔６３を介して上記スペース内のガスが吸引されて抜かれて、同スペース内のガス量が少ない低圧状態になる。

熱プレス装置３０は、金型装置４０を加熱するための加熱装置７０を有している。加熱装置７０は、可動型４３の内部に形成された蒸気通路７１と、同蒸気通路７１に接続されたボイラー７３とを有している。蒸気通路７１にはボイラー７３から高温の蒸気が供給されている。蒸気通路７１の内部を通過する高温の蒸気によって、可動型４３は加熱される。

熱プレス装置３０は、金型装置４０のキャビティ４９（図６参照）内に、ガス（本実施形態では、空気）を放出するためのガス放出装置８０を有している。ガス放出装置８０は、大気圧よりも高い圧力が蓄圧される高圧タンク８１と、同高圧タンク８１に接続されたコンプレッサー８２とを有している。可動型４３の突出部４５の外面、詳しくはキャビティ４９の内面にあたる部分には連通孔（ガス放出孔５０）が形成されている。ガス放出孔５０は、詳しくは、断面略台形状の突出部４５の各外壁面のうち、同台形状の各脚にあたる位置の外壁面にそれぞれ形成されている。図７に示すように、各ガス放出孔５０は、骨格部材２０の成形に際して金型装置４０が型締め状態（図６に示す状態）になったときに、鋼板２１の凹溝部２５（詳しくは、凹溝２７，２８が交差している部分）に対向するようになる位置に形成されている。ガス放出孔５０は、詳しくは、キャビティ４９の長手方向における中央にあたる部分に形成されている。そして、図５に示すように、このガス放出孔５０と高圧タンク８１とはガス連通路８３を介して連通されている。ガス連通路８３の途中には開閉バルブ８４が設けられている。開閉バルブ８４の作動を通じて、ガス連通路８３によるガス放出孔５０および高圧タンク８１の連通と同連通の遮断とが切り替えられる。

ガス放出装置８０は、次のように作動する。コンプレッサー８２の作動によって、高圧タンク８１の内部は正圧（大気圧よりも高い圧力）になっている。そして、開閉バルブ８４が開弁されると、ガス連通路８３を介してガス放出孔５０と高圧タンク８１とが連通される。これに伴い、ガス連通路８３およびガス放出孔５０を介して、キャビティ４９内にガスが放出されるようになる。

以下、熱プレス装置３０による骨格部材２０の成形にかかる各工程を作用とともに説明する。
［第１工程］
骨格部材２０の成形に際しては先ず、［第１工程］が実行される。この工程では、図８に示すように、金型装置４０の内部に鋼板２１がセットされる（ステップＳ１）。具体的には、別途のプレス装置によって予めプレス成形された鋼板２１が用意されている。そして、図５に示すように、金型装置４０が型開き状態にされるとともに、上記鋼板２１が固定型４１の上に置かれる。

［第２工程］
次に、［第２工程］が実行される。この工程では、金型装置４０の内部に接着シート２２ＡおよびＳＭＣ２３Ａがセットされる（図８のステップＳ２）。具体的には、図５に示すように、下方側から鋼板２１、接着シート２２Ａ、およびＳＭＣ２３Ａの順で並ぶように、鋼板２１の上に接着シート２２ＡおよびＳＭＣ２３Ａが置かれる。

［第３工程］
次に、［第３工程］が実行される。この工程では、金型装置４０が型締め状態（図６に示す状態）になる位置よりも手前の仮締め位置まで型締めされる（図８のステップＳ３）。具体的には、可動型４３（図５）の環状壁４７内面のシール部材４８と固定型４１の外周面とが周囲全周にわたって当接した状態になる位置であって、且つ、可動型４３が鋼板２１に当接しない位置まで可動型４３が下方に移動される。これにより、固定型４１と可動型４３との間に所定のスペースＳＰが区画形成される。そして、この状態で真空引き装置６０によって上記スペースＳＰ内のガスを吸い出す工程（いわゆる真空引き）が実行される。具体的には、所定時間にわたり開閉バルブ６５が開弁操作されて、上記スペースＳＰに負圧タンク６１が接続される。これにより、スペースＳＰ内のガス（空気）が抜かれて低圧状態になるため、その後における金型装置４０の型締めがスムーズに行われるようになる。

［第４工程］
次に、［第４工程］が実行される。この工程では、金型装置４０が図６に示す型締め状態になる位置まで型締めされる（図８のステップＳ４）。これにより、可動型４３と鋼板２１との間でＳＭＣ２３Ａが引き延ばされて、樹脂層部２３が成形される。なお本実施形態では、金型装置４０が型締め状態になる位置まで同金型装置４０を型締めする工程が成形工程に相当する。

［第５工程］
次に、［第５工程］が実行される。この工程では、［第４工程］において成形された樹脂層部２３を半固化状態まで固化させるべく、鋼板２１、接着シート２２Ａおよび樹脂層部２３を加熱する状態が保持される（図８のステップＳ５）。この工程では、具体的には、所定時間Ｔ１にわたり、加熱装置７０によって可動型４３を加熱した状態と金型装置４０を型締めした状態とが保持される。なお本実施形態では、第５工程が、半固化工程に相当する。

半固化状態は、樹脂層部２３の表層部分の固化がある程度進んだ状態であって、樹脂層部２３の内方部分の固化が表層部分と比較して進んでいない状態である。半固化状態は、詳しくは、ガス放出装置８０によるガス放出によって樹脂層部２３の表面が押圧された場合において、同樹脂層部２３の基本形状が保たれる程度に硬い状態であり、ガス放出による押圧力が樹脂層部２３の裏面まで伝わる程度に柔らかい状態である。

また、上記所定時間Ｔ１は、［第５工程］において、加熱装置７０によって可動型４３を加熱した状態と金型装置４０を型締めした状態とを保持することによって樹脂層部２３を半固化状態にすることの可能な時間である。本実施形態では、発明者等による各種の実験やシミュレーションの結果をもとに所定時間Ｔ１として適正な時間が求められて予め設定されている。

［第６工程］
次に、［第６工程］が実行される。この工程では、ガス放出装置８０によるガス放出が実行される（ステップＳ６）。この工程では、詳しくは、所定時間Ｔ２にわたり、加熱装置７０によって可動型４３を加熱した状態と、金型装置４０を型締めした状態と、ガス放出装置８０によるガス放出が実行された状態とが保持される。これにより、樹脂層部２３とキャビティ４９（図６）の内面との間にガスが放出されて同樹脂層部２３が鋼板２１および接着シート２２Ａに押し付けられた状態になるとともに、その状態で樹脂層部２３および接着シート２２Ａが加熱されて固化するようになる。なお上記所定時間Ｔ２は、［第６工程］において加熱装置７０によって可動型４３を加熱した状態と金型装置４０を型締めした状態とを保持することによって樹脂層部２３を適度に固化させることの可能な時間である。本実施形態では、発明者等による各種の実験やシミュレーションの結果をもとに所定時間Ｔ２として適正な時間が求められて予め設定されている。本実施形態では、第６工程が、押付固化工程に相当する。

以下、［第６工程］において、樹脂層部２３が鋼板２１および接着シート２２Ａに押し付けられた状態になる理由について説明する。
本実施形態では、図６に示すように、骨格部材２０の樹脂層部２３（詳しくは、繊維強化樹脂材）は、可動型４３からの伝熱によって加熱されて硬化するようになる。そのため、樹脂層部２３の固化過程においては、同樹脂層部２３の表層部分の硬化がある程度進んだ状態になるのに対し、樹脂層部２３の内方部分の硬化がさほど進まない状態になる。

図９に示すように、骨格部材２０における上記凹溝部２５が形成された部分では、同凹溝部２５に繊維強化樹脂材が進入する分だけ、それ以外の部分と比較して樹脂層部２３が厚くなる。そのため、図１０に示すように、樹脂層部２３の固化過程においては、凹溝部２５の形成部分における同樹脂層部２３の内方部分の厚さ（図中のＩＮ１）、すなわち表層部分よりも柔らかい部分の厚さが、それ以外の部分の厚さ（図中のＩＮ２）よりも大きくなる。このことから、樹脂層部２３における上記凹溝部２５に対応する部分は、それ以外の部分と比較して柔らかくなっており、表面を押圧した場合において変形し易くなっていると云える。

本実施形態では、図１に示すように、［第６工程］において、そうした樹脂層部２３における上記凹溝部２５に対応する部分に向けて、ガス放出装置８０（ガス放出孔５０）からガスが放出される。そして、この放出ガスによって樹脂層部２３の表層部分が押圧されるとともに、その押圧力が樹脂層部２３の裏面（詳しくは、接着シート２２Ａ側の面）に伝わることにより、樹脂層部２３が接着シート２２Ａおよび鋼板２１に押し付けられるようになる。

ここで、［第６工程］の開始時においては、樹脂層部２３が半固化状態になっており、同樹脂層部２３における上記凹溝部２５に対応する部分は、他の部分と比較して柔らかく変形し易くなっている。そして、樹脂層部２３における放出ガスが吹き付けられる部分は、そうした凹溝部２５に対応する部分の一部を構成している。そのため、ガス放出孔５０からのガスの放出が開始されると、同ガスによる押圧力によって、樹脂層部２３におけるガスが吹き付けられる部分（凹溝部２５に対応する部分の一部）が窪むように変形するようになる。そして、このとき変形した部分、詳しくはキャビティ４９内面と樹脂層部２３との隙間にガスが進入するようになる。さらに上記隙間に進入したガスは、その隙間を押し開くように、樹脂層部２３の表面を凹ませる態様で変形させるようになる。このとき上記隙間内のガスは、樹脂層部２３における周辺よりも柔らかい部分（具体的には、凹溝部２５に対応する部分）を変形させながら進むとともに、同樹脂層部２３の外縁端から骨格部材２０の外部に流出するようになる。

上記［第６工程］においては、このようにして骨格部材２０の樹脂層部２３の表面とキャビティ４９内面との間に、ガスが通過する隙間（以下、ガス流路５１）が区画形成されるようになる。そして、ガス流路５１が区画形成された後においては、ガス放出孔５０から放出されるガスは同ガス流路５１を流れるようになる。ガス流路５１は、断面ハット形状の鋼板２１を構成する各壁部のうちの一対の側壁部２６の内面に形成された凹溝部２５（図４参照）に沿って延びている。ガス流路５１は、詳しくは、樹脂層部２３における鋼板２１の側壁部２６と可動型４３の突出部４５との間に挟まれる部分のうち、同突出部４５側の部分の略全体にわたり格子状をなす態様で延びている。

上記［第６工程］においては、ガス流路５１内のガス圧によって、樹脂層部２３が接着シート２２Ａおよび鋼板２１に押し付けられるようになる。本実施形態では、そうしたガス流路５１が、鋼板２１の側壁部２６の内面側の部分における樹脂層部２３とキャビティ４９内面との間において、その略全面にわたって格子状で延びている。そのため、鋼板２１の側壁部２６の内面側の部分において、広い範囲に渡ってバランス良く、樹脂層部２３が接着シート２２Ａおよび鋼板２１に押し付けられた状態にすることができる。

そして、上記［第６工程］では、所定時間Ｔ２にわたり、加熱装置７０によって可動型４３を加熱した状態と、金型装置４０を型締めした状態と、ガス放出装置８０によるガス放出が実行された状態とが保持される。これにより、樹脂層部２３とキャビティ４９の内面との間にガスが放出されて同樹脂層部２３が鋼板２１および接着シート２２Ａに押し付けられた状態になるとともに、その状態で樹脂層部２３および接着シート２２Ａが加熱されて固化するようになる。

［第７工程］
次に、［第７工程］が実行される。この工程では、金型装置４０が型開き状態にされるとともに、同金型装置４０の内部から骨格部材２０が取り出される（図８のステップＳ７）。このようにして、本実施形態の骨格部材２０は、熱プレス装置３０による熱プレスによって成形される。

以下、このようにして骨格部材２０を成形することによる作用効果について説明する。
本実施形態では、［第４工程］において樹脂層部２３が成形されるとともに、［第５工程］において同樹脂層部２３が適度に柔らかい半固化状態になるまで待った後に、［第６工程］においてガス放出装置８０によるガス放出が実行される。これにより、半固化状態の樹脂層部２３を、接着シート２２Ａおよび鋼板２１側に押圧して、それら接着シート２２Ａおよび鋼板２１に押し付けた状態にすることができる。そして本実施形態では、その状態で樹脂層部２３が加熱されて固化するようになるため、接着剤の層である接着層部２２によって樹脂層部２３を鋼板２１にしっかり接合することができるようになる。

図３に示すように、断面ハット形状の鋼板２１における一対の側壁部２６を繋ぐ頂壁部２９は型締め方向（図３の上下方向）と直交する方向に延びている。そのため、骨格部材２０における上記頂壁部２９に対応する部分においては、金型装置４０（図６）による樹脂層部２３の成形に際して、同樹脂層部２３が鋼板２１および接着シート２２Ａに押し付けられる力を大きくし易い。

これに対して、図３から明らかなように、鋼板２１における各側壁部２６は、その延設方向と型締め方向とのなす角度が鋭角になる態様で延びている。そのため、骨格部材２０における上記各側壁部２６に対応する部分においては、金型装置４０（図６）による樹脂層部２３の成形に際して、同樹脂層部２３を鋼板２１および接着シート２２Ａに押し付ける力が小さくなり易い。

本実施形態では、図９に示すように、鋼板２１の各側壁部２６の内面に凹溝部２５が設けられるとともに、可動型４３の突出部４５における上記各側壁部２６に対向する部分にガス放出孔５０が設けられている。そのため、骨格部材２０の各側壁部２６に対応する部分、すなわち金型装置４０の型締めに伴い発生する押し付け力が弱くなり易い部分において、ガス放出装置８０からの放出ガスによって樹脂層部２３を鋼板２１および接着シート２２Ａに押し付けることができる。これにより、樹脂層部２３を鋼板２１にしっかり接合することができるようになる。

本実施形態では、鋼板２１の内面において、金型装置４０が型締め状態になったときに上記ガス放出孔５０に対向するようになる部分には、凹溝部２５（詳しくは、その一部）が設けられている。これにより、図１０に示すように、樹脂層部２３における上記ガス放出孔５０から放出されるガスが吹き付けられる部分の厚さを大きくすることができる。そのため前記［第６工程］においてキャビティ４９内面のガス放出孔５０からガスを放出した際に、同ガスによって樹脂層部２３が変形し易い構造にすることができる。これにより、樹脂層部２３とキャビティ４９内面（詳しくは、ガス放出孔５０の周辺）との間に隙間が形成され易くなるため、同樹脂層部２３における上記ガスによって押圧される部分の表面積を大きくすることが可能になる。したがって、［第６工程］において樹脂層部２３を広い範囲に渡って接着シート２２Ａおよび鋼板２１に押し付けることができる。

本実施形態では、上記凹溝部２５が、鋼板２１の内面において格子状をなす態様で樹脂層部２３の外縁端にあたる部分まで延びている。そのため、［第６工程］においてガス放出孔５０からガスを放出した際に、放出ガスによって樹脂層部２３の表面を鋼板２１の凹溝部２５（詳しくは、凹溝２７，２８）に沿って窪むように変形させて、ガス放出孔５０から樹脂層部２３の外縁端まで延びる隙間を形成することができる。そして、本実施形態では、この隙間がガス流路５１として利用されるため、樹脂層部２３における上記ガス放出孔５０の周辺のみが押圧される場合と比較して、広い範囲に渡って樹脂層部２３を接着シート２２Ａおよび鋼板２１に押し付けることができる。しかも、ガス流路５１が上記凹溝部２５に沿って延びる態様で樹脂層部２３とキャビティ４９内面との間において格子状で延びている。そのため、広い範囲に渡ってバランス良く、樹脂層部２３が接着シート２２Ａおよび鋼板２１に押し付けられた状態にすることができる。

金型装置による成形に際しては、成形品の外面に凸部を有する場合、凸部の形状によっては同凸部がアンダーカットになってしまう。本実施形態では、図１および図１０に示すように、鋼板２１の内面に凹溝部２５が形成されているために、［第４工程］における樹脂層部２３の成形に際して同樹脂層部２３に、上記凹溝部２５に嵌まる形状の凸部９０が形成されてしまう。ただし、この凸部９０は鋼板２１と樹脂層部２３との合わせ部において同鋼板２１の凹溝部２５に嵌まるものであるため、骨格部材２０の外面から突出する部分にはならず、金型装置４０による骨格部材２０の成形に際してアンダーカットになることもない。そして、本実施形態では、鋼板２１と樹脂層部２３との合わせ部において鋼板２１の凹溝部２５と樹脂層部２３の凸部９０とが嵌合しているため、その嵌合部分を、鋼板２１と樹脂層部２３との相対移動を規制する規制部材として機能させることができる。これにより、鋼板２１と樹脂層部２３との接合強度を向上させることができる。

本実施形態では、前記［第６工程］において、放出ガスによる押圧力によって樹脂層部２３の表面を窪ませてガス流路５１を区画形成した状態で、樹脂層部２３および接着シート２２Ａが加熱されて固化される。そのため、図１１に示すように、成形後の骨格部材２０における樹脂層部２３の外面には、ガスによって押圧された痕跡である押圧痕９１が残る。具体的には、［第６工程］においては樹脂層部２３（図１）とキャビティ４９内面との間にガス流路５１が形成された状態になる。そのため、上記押圧痕９１としては、樹脂層部２３の外面に、ガス流路５１における樹脂層部２３側の壁部を構成していた窪みが形成される。本実施形態では、図１１に示すように、押圧痕９１としての窪みは、鋼板２１の凹溝部２５（図４参照）に沿って、格子状で、樹脂層部２３の外縁端まで延びている。こうした押圧痕９１が骨格部材２０の樹脂層部２３の外面に形成されていることによって、骨格部材２０が本実施形態の成形方法を採用して形成されたものであることを特定することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、以下に記載する効果が得られる。
（１）樹脂層部２３が成形されるとともに、同樹脂層部２３が適度に柔らかい半固化状態になるまで待った後に、ガス放出装置８０によるガス放出によって樹脂層部２３を接着シート２２Ａおよび鋼板２１側に押圧することができる。これにより半固化状態の樹脂層部２３を接着シート２２Ａおよび鋼板２１に押し付けた状態にすることができるため、その状態で樹脂層部２３を固化させることで、接着剤の層である接着層部２２によって樹脂層部２３を鋼板２１にしっかり接着することができる。

（２）鋼板２１の内面において、金型装置４０が型締め状態になったときに上記ガス放出孔５０に対向するようになる部分には、凹溝部２５が設けられている。これにより、［第６工程］においてキャビティ４９内面のガス放出孔５０からガスを放出した際に、同ガスによって樹脂層部２３が変形し易い構造にすることができる。そのため、［第６工程］において樹脂層部２３を広い範囲に渡って接着シート２２Ａおよび鋼板２１に押し付けることができる。

（３）鋼板２１の内面の凹溝部２５は、樹脂層部２３の外縁端にあたる部分まで延びている。そのため、樹脂層部２３とキャビティ４９内面との間に、ガス放出孔５０から樹脂層部２３の外縁端まで延びる隙間（ガス流路５１）を形成することができる。これにより、樹脂層部２３における上記ガス放出孔５０の周辺のみが押圧される場合と比較して、広い範囲に渡って樹脂層部２３を接着シート２２Ａおよび鋼板２１に押し付けることができる。

（４）鋼板２１の内面の凹溝部２５は格子状で延びている。そのため、広い範囲に渡ってバランス良く、樹脂層部２３が接着シート２２Ａおよび鋼板２１に押し付けられた状態にすることができる。

（５）鋼板２１の各側壁部２６の内面に凹溝部２５が設けられるとともに、可動型４３の突出部４５における上記各側壁部２６に対向する部分にガス放出孔５０が設けられている。そのため、金型装置４０の型締めに伴い発生する押し付け力が弱くなり易い部分において、樹脂層部２３を、ガス放出装置８０からの放出ガスによって鋼板２１および接着シート２２Ａに押し付けて、同鋼板２１にしっかり接着することができるようになる。

（６）成形後の骨格部材２０における樹脂層部２３の外面には、ガスによって押圧された痕跡である押圧痕９１が残る。そのため、押圧痕９１が骨格部材２０の樹脂層部２３の外面に形成されていることによって、骨格部材２０が本実施形態の成形方法を採用して形成されたものであることを特定することができる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記実施形態および以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

・ガス放出装置８０から放出するガスとしては、空気以外のガス（例えばアルゴンガスなどの不活性ガス）を採用することができる。
・可動型４３を加熱するための構成として、ボイラー７３や蒸気通路７１を設けることに代えて、可動型４３の内部に高温のオイルを供給するオイル通路を設けたり、可動型４３に電熱ヒータを取り付けたりしてもよい。

・［第５工程］の実行を終了するタイミングを、樹脂層部２３と可動型４３の突出部４５との境界における面圧（詳しくは、樹脂層部２３がキャビティ４９内面を押圧する力）が予め定められた所定値を下回ったタイミングにしてもよい。同構成においては、上記面圧を検出するための圧力センサを熱プレス装置３０に設けるとともに、同圧力センサの検出値を上記面圧として用いることができる。樹脂層部２３の固化過程においては、同樹脂層部２３の固化が進むに連れて上記面圧は低くなる。そのため、上記面圧をもとに、固化過程における樹脂層部２３の状態を把握することができる。したがって、上記構成によっても、［第５工程］において樹脂層部２３を適度に柔らかい半固化状態にすることができる。

・凹溝部２５の延設態様としては、格子状に限らず、三角形が並ぶ幾何学紋様をなす延設態様や六角形が並ぶ幾何学紋様をなす延設態様など、任意の延設態様を採用することができる。こうした構成においても、凹溝部２５は樹脂層部２３の外縁端まで延びていることが望ましい。

・鋼板２１の内面において金型装置４０が型締め状態になったときに前記ガス放出孔５０に対向するようになる位置に、凹溝部２５を設けることに代えて、断面円形状の凹部や断面多角形状の凹部など任意の形状の凹部を設けることができる。同構成によっても、前記［第６工程］においてキャビティ４９内面のガス放出孔５０からガスを放出した際に、同ガスによって樹脂層部２３が変形し易い構造にすることができる。そのため、凹部が設けられない場合と比較して、樹脂層部２３を広い範囲に渡って接着シート２２Ａおよび鋼板２１に押し付けることが可能になる。

・［第３工程］において実行される前記真空引きを、［第４工程］や［第５工程］において引き続き実行するようにしてもよい。この場合には、［第６工程］におけるガス放出装置８０によるガス放出に先立ち、上記真空引きを停止するようにすればよい。

・上記実施形態にかかる成形方法は、接着層部２２や樹脂層部２３が鋼板２１における固定型４１側の面に形成される構造の骨格部材にも適用することができる。この場合には、凹溝部を鋼板２１における固定型４１側の面に設けるとともに、ガス放出孔５０を固定型４１の成形凹部４４の内面に設けるようにすればよい。

・上記実施形態にかかる成形方法は、熱プレス装置を用いた熱プレスによって骨格部材２０を成形する装置であれば、ＳＭＣ成形法以外の成形法によって骨格部材２０を成形する装置にも適用することができる。そうした成形法としては、ＰＣＭ（プリプレグ・コンプレッション・モールディング）成形法などを挙げることができる。

・樹脂層部２３の母材としては、不飽和ポリエステル樹脂以外の熱硬化性の樹脂材料（例えば、エポキシ系の樹脂材料や、ビニルエステル樹脂）を採用することができる。
・接着層部２２を構成する樹脂材料として、エポキシ系の樹脂材料以外の熱硬化性の樹脂材料（例えば、ウレタン系の樹脂材料や、アクリル系の樹脂材料）を採用することができる。

・上記実施形態にかかる骨格部材２０の成形方法は、不連続の炭素繊維以外の繊維材料（例えば連続炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維）によって強化した繊維強化樹脂材を鋼板に熱プレスして成形される骨格部材にも適用可能である。その他、鋼板以外の金属板（例えばアルミニウム板）に繊維強化樹脂材を熱プレスして成形した骨格部材などにも、上記実施形態にかかる熱プレス装置３０や骨格部材の成形方法は適用することができる。

・上記実施形態にかかる金属樹脂複合体の成形方法は、断面Ｕ字形状の骨格部材や断面Ｌ字形状の骨格部材など、断面ハット形状以外の任意の形状の骨格部材にも適用することができる。

・上記実施形態にかかる金属樹脂複合体の成形方法は、自動車の骨格部材に適用することに限らず、金属板に対して、熱硬化性の接着剤を介して繊維強化樹脂材を熱プレスして成形される金属樹脂複合体であれば、適用可能である。

２０…骨格部材
２１…鋼板
２２…接着層部
２２Ａ…接着シート
２３…樹脂層部
２３Ａ…ＳＭＣ
２５…凹溝部
２６…側壁部
２７…凹溝
２８…凹溝
３０…熱プレス装置
４０…金型装置
４９…キャビティ
５０…ガス放出孔
５１…ガス流路
８０…ガス放出装置
８１…高圧タンク
８２…コンプレッサー
８３…ガス連通路
８４…開閉バルブ
９０…凸部
９１…押圧痕

Claims (9)

1. 金属板に対して、接着剤を介して繊維強化樹脂材を熱プレスして金属樹脂複合体を成形する金属樹脂複合体の成形方法であって、
   熱プレス用の金型装置の型締めを通じて、前記金型装置のキャビティの内部に、繊維強化樹脂材によって構成される樹脂層部を成形する成形工程と、
   前記成形工程によって成形された前記樹脂層部を半固化状態まで固化させる半固化工程と、
   前記半固化工程の後に、前記樹脂層部と前記キャビティの内面との間にガスを放出して同樹脂層部を前記金属板に押し付けた状態にするとともに、その状態で前記樹脂層部を固化させる押付固化工程と、
   を備える金属樹脂複合体の成形方法。
2. 前記半固化工程においては、前記キャビティの内面に形成されたガス放出孔から前記ガスを放出し、
   前記金属板としては、前記ガス放出孔に対向する部分に凹部を有するものが用いられる
   請求項１に記載の金属樹脂複合体の成形方法。
3. 前記金属板としては、前記凹部が前記樹脂層部の外縁端まで延びるものが用いられる
   請求項２に記載の金属樹脂複合体の成形方法。
4. 前記金属板としては、前記凹部が格子状で延びるものが用いられる
   請求項２または３に記載の金属樹脂複合体の成形方法。
5. 前記押付固化工程において、前記金属樹脂複合体における加工対象となる部分は、前記金属板および前記樹脂層部の延びる方向と前記金型装置の型締め方向とのなす角度が鋭角になる部分である
   請求項１～４のいずれか一項に記載の金属樹脂複合体の成形方法。
6. 金属板と、繊維強化樹脂材によって形成された樹脂層部と、が接着剤を介して接合されてなる金属樹脂複合体において、
   前記樹脂層部の外面に、ガスによって押圧された痕跡である押圧痕を有する
   ことを特徴とする金属樹脂複合体。
7. 前記金属板は、前記樹脂層部の側の面において前記押圧痕に向けて開口する形状の凹部を有する
   請求項６に記載の金属樹脂複合体。
8. 前記凹部は前記樹脂層部の外縁端まで延びており、
   前記押圧痕は、前記凹部に沿って延びる態様で窪んだ部分である
   請求項７に記載の金属樹脂複合体。
9. 前記凹部および前記押圧痕は格子状で延びている
   請求項７または８に記載の金属樹脂複合体。

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