JP2022175040A

JP2022175040A - 繊維強化樹脂成形品の製造方法

Info

Publication number: JP2022175040A
Application number: JP2021081155A
Authority: JP
Inventors: 吉宏岩野; Yoshihiro Iwano
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2021-05-12
Filing date: 2021-05-12
Publication date: 2022-11-25

Abstract

【課題】連続繊維の位置及び配向を容易にコントロールすることができる繊維強化樹脂成形品の製造方法を得る。【解決手段】第一金型１０には、複数の凸部１２が形成されると共にこれら複数の凸部１２の外周面１２Ａが少なくとも一方の側面を構成する溝状凹部１４が形成されている。この第一金型１０を用い、連続繊維束２０を複数の凸部１２の外周面１２Ａに巻き掛けて溝状凹部１４内に連続繊維束２０を充填させた後に、溝状凹部１４内（言い換えればキャビティ内）に溶融樹脂を注入して繊維強化樹脂成形品を成形する。【選択図】図３

Description

本発明は、繊維強化樹脂成形品の製造方法に関する。

繊維強化複合材を製造するための技術が種々知られている（例えば、下記特許文献１参照）。このような技術の中には、例えば、ミシンで連続繊維を縫製して製造されたプリフォームに樹脂を含浸させて加熱及び加圧することで繊維強化樹脂成形品を成形する技術がある。

特開２０１３－１１９６７９号公報

しかしながら、このような技術においてミシンを用いてプリフォームを製造する場合、連続繊維の位置及び配向をコントロールするのが難しい。

本発明は、上記事実を考慮して、連続繊維の位置及び配向を容易にコントロールすることができる繊維強化樹脂成形品の製造方法を得ることが目的である。

請求項１に記載する本発明の繊維強化樹脂成形品の製造方法は、複数の凸部が形成されると共に前記複数の凸部の外周面が少なくとも一方の側面を構成する溝状凹部が形成された型を用い、連続繊維を前記複数の凸部の外周面に巻き掛けて前記溝状凹部内に前記連続繊維を充填させた後に、前記溝状凹部内に溶融樹脂を注入して繊維強化樹脂成形品を成形する。なお、「少なくとも一方の側面」とは、溝状凹部の溝幅方向の両側の側面のうちの少なくとも一方の側面を意味する。

上記構成によれば、連続繊維を複数の凸部の外周面に巻き掛けて溝状凹部内に連続繊維を充填させた後に、溝状凹部内に溶融樹脂を注入して繊維強化樹脂成形品を成形するので、連続繊維の位置及び配向が容易にコントロールされる。

以上説明したように、本発明の繊維強化樹脂成形品の製造方法によれば、連続繊維の位置及び配向を容易にコントロールすることができる。

本発明の一実施形態に係る繊維強化樹脂成形品の製造方法に適用される第一金型を模式的に示す斜視図である。図１の第一金型を分解して示す分解斜視図である。図１の第一金型の溝状凹部に連続繊維を配置していく状態の一例を模式的に示す斜視図である。図１の第一金型に連続繊維を配置した状態を簡略化して模式的に示す斜視図である。図５（Ａ）は図４の５Ａ－５Ａ線に沿って切断した状態を拡大して模式的に示す拡大断面図である。図５（Ｂ）は図５（Ａ）の状態の後に第二金型を圧縮成形前のキャビティ形成位置に配置して溶融樹脂を注入した状態を模式的に示す断面図である。本発明の一実施形態に係る繊維強化樹脂成形品の製造方法で製造された繊維強化樹脂成形品（最終成形品）を示す斜視図である。

本発明の一実施形態に係る繊維強化樹脂成形品の製造方法について図１～図６を用いて説明する。

図６には、本実施形態に係る繊維強化樹脂成形品の製造方法で製造された繊維強化樹脂成形品（最終成形品）３０が斜視図で示されている。この繊維強化樹脂成形品３０は、一例として、外周部を構成して略台形枠状の外周部３２と、外周部３２における二点を連結するように形成された複数の連結部３４と、を有する。図６に示される繊維強化樹脂成形品３０は、模式的に図示されたものであるが、例えば自動車（広義には車両）の骨格構造部の一部に適用される。

繊維強化樹脂成形品３０は、連続繊維と樹脂との複合材より成る。連続繊維は、例えば炭素繊維で構成されており、繊維強化樹脂成形品３０の中に束状に設けられている。繊維強化樹脂成形品３０に適用される樹脂としては、例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂が挙げられる。このような繊維強化樹脂成形品３０は、金属製の同様の形状の部材と比べて軽量である。

図１には、本実施形態に係る繊維強化樹脂成形品の製造方法に用いられる金属製の型としての第一金型１０が模式的な斜視図で示されている。まず、この第一金型１０について説明する。なお、第一金型１０は、成形装置１００（図５（Ｂ）参照）の一部を構成する固定型である。詳細説明を省略するが、図５（Ｂ）に一部が示される成形装置１００は、第一金型１０と共にキャビティを形成する第二金型９０を備える。第二金型９０は可動型とされる。

図１に示されるように、第一金型１０には、複数の凸部１２が形成されると共にこれら複数の凸部１２の外周面１２Ａが少なくとも一方の側面を構成する溝状凹部１４が形成されている。補足説明すると、溝状凹部１４は、その溝状に延びる方向の任意の部位における両側の側面のうちの少なくとも一方の側面が複数の凸部１２の外周面１２Ａのいずれかによって構成されている。溝状凹部１４は、製造すべき繊維強化樹脂成形品３０（図６参照）の形状に合わせて形成されている。本実施形態の溝状凹部１４は、一例として、平面視で略台形状の外周部を構成する外周凹部１４Ａと、平面視で外周凹部１４Ａにおける二点を連結するように形成された複数の連結凹部１４Ｂと、を有する。

図２には、第一金型１０が分解された状態の分解斜視図が示されている。図２に示されるように、第一金型１０は、一段下がるように凹んで平面視で所定形状（一例として略台形状）に形成された凹部１６と、凹部１６の平面状の底面１６Ａに一体に固着される複数のブロック部１８と、で形成されている。凹部１６の内側側面１６Ｂは、溝状凹部１４（図１参照）の側面の一部を構成する。複数のブロック部１８は、溝状凹部１４の複数の凸部１２（いずれも図１参照）を構成する。凹部１６の底面１６Ａへの複数のブロック部１８の固着には、例えば、熱圧着の技術を用いることができる。なお、図１に示される第一金型１０と同様の形状の型は、切削加工、鋳造等によって形成されたものでもよい。

次に、図１に示される第一金型１０を用いて、図６に示される繊維強化樹脂成形品３０を製造する方法、並びに本実施形態の作用及び効果について説明する。

本実施形態の繊維強化樹脂成形品３０の製造方法では、まず、例えば図示しないロボット等を用いて、図１に示される第一金型１０に対して、図３に二点鎖線（想像線）で示されるように連続繊維としての連続繊維束２０を複数の凸部１２の外周面１２Ａに巻き掛けて図４に示されるように溝状凹部１４内に連続繊維束２０を充填させる。なお、図３では、図を見易くするために、連続繊維束２０の外形のみを二点鎖線で示すと共に連続繊維束２０を透視した状態で溝状凹部１４の内側を図示している。また、図３では、連続繊維束２０を溝状凹部１４内に配置していくルートの一例を矢印ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈで示している。また、図４では、溝状凹部１４内における連続繊維束２０の配置状態を便宜上簡略化して模式的に示している。

図５（Ａ）には、図４の５Ａ－５Ａ線に沿って切断した状態の模式的な拡大断面図が示されている。なお、図５（Ａ）に示される連続繊維束２０は、多数の連続繊維で構成された束であるが、便宜上それらを一塊として図示している。図５（Ａ）に示されるように、連続繊維束２０は、溝状凹部１４内をその深さ方向において重なるように配置されている。図中では、上段の連続繊維束２０には符号２０Ａを付し、下段の連続繊維束２０には符号２０Ｂを付している

更に補足説明すると、図３に示されるように、連続繊維束２０を溝状凹部１４内において一筆書きするように一通り配置していくだけでは、例えば、図３のＸ矢視部に示されるように、連続繊維束２０が不連続になる箇所が発生してしまう。このため、溝状凹部１４内で連続繊維束２０が不連続になる箇所をなくすように、連続繊維束２０を繰り出して配置していくルートを適宜変えている。

図４及び図５（Ａ）に示される溝状凹部１４内に連続繊維束２０を充填させた後には、図５（Ｂ）に示されるように、第二金型９０を第一金型１０に対して圧縮ストローク分だけ余分に開いた位置（圧縮成形前のキャビティ形成位置）に配置して溝状凹部１４内（言い換えればキャビティ内）に溶融樹脂２２を注入する。次に、第二金型９０を圧縮ストローク分だけ第一金型１０の底面１６Ａ側に（矢印Ｐ方向参照）移動させ、連続繊維束２０及び溶融樹脂２２からなる材料を加熱及び加圧して溶融樹脂２２を硬化させ、図６に示される繊維強化樹脂成形品３０を成形する。このような方法を採ることで、成形時に連続繊維束２０の形状が安定的に保持され、連続繊維束２０の位置及び配向が容易にコントロールされる。

ちなみに、上述した図４及び図５（Ａ）に示される溝状凹部１４内に連続繊維束２０を充填させた後の手順は、公知のＲＴＭ（ＲｅｓｉｎＴｒｓｎｓｆｅｒＭｏｌｄｉｎｇ）工法において型内にプリフォームを配置した後の手順と同様の手順である。

以上説明したように、本実施形態の繊維強化樹脂成形品の製造方法によれば、連続繊維束２０の位置及び配向を容易にコントロールすることができる。その結果、繊維強化樹脂成形品３０の強度向上にも寄与し得る。

なお、上記実施形態の変形例として、複数の凸部（１２）が形成されると共に前記複数の凸部（１２）の外周面（１２Ａ）が少なくとも一方の側面を構成する溝状凹部（１４）が形成された型は、入子型であってもよい。

また、上記実施形態の変形例として、複数の凸部（１２）の外周面（１２Ａ）には、連続繊維束（２０）の抜け止めに寄与し得る手段（例えば凸部突出方向の先端側において極僅かに張り出した返し部）が設けられてもよい。

以上、本発明の一例について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。

１０第一金型（型）
１２凸部
１２Ａ外周面
１４溝状凹部
２０連続繊維束（連続繊維）
２２溶融樹脂
３０繊維強化樹脂成形品

Claims

複数の凸部が形成されると共に前記複数の凸部の外周面が少なくとも一方の側面を構成する溝状凹部が形成された型を用い、
連続繊維を前記複数の凸部の外周面に巻き掛けて前記溝状凹部内に前記連続繊維を充填させた後に、前記溝状凹部内に溶融樹脂を注入して繊維強化樹脂成形品を成形する、繊維強化樹脂成形品の製造方法。