JP5140286B2 - 繊維強化樹脂部品およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、繊維強化樹脂部品およびその製造方法に関し、特に、長繊維強化樹脂シート材にて形成される部分と短繊維強化樹脂シート材にて形成される部分とを一体にプレス成型してなる繊維強化樹脂部品およびその製造方法に関するものである。

繊維強化樹脂材（所謂ＦＲＰ）には、大きく分けて長繊維を一方向に配向したものと、短繊維をランダムに配向したものとがある。長繊維強化樹脂材は繊維の向きによってその物性が異なる異方性を有しており、例えば、抗張力や曲げ剛性などの強度特性を所望に応じて使い分けることができる。他方、短繊維強化樹脂材は繊維の方向性がなく成型性が高いので、複雑な形状のものを形成するのに適している。

長繊維の層と短繊維の層とを積層して多層構造とした複合繊維強化樹脂材も知られている（特許文献１を参照されたい）。これによると、全方向についての強度的特性を高められる代わりに成型性が低くなり、複雑な形状のものを形成することは困難となる。

そこで形状は単純だが高剛性を要求される部分を長繊維強化樹脂材からなるものとし、形状は複雑だが要求強度は低い部分を短繊維強化樹脂材からなるものとし、これらを２色成型法などで一体化することにより、高剛性と成型性とを両立する技術を本出願人は既に提案している（特許文献２を参照されたい）。
米国特許第６，８３８，１４８号 特開２００４−２６２１２０号公報

しかるに、特許文献２に記載の手法によると、その形態によっては、長繊維部分と短繊維部分との境界界面において流れ易い短繊維が長繊維に衝突し、長繊維の異方性を変化させることが考えられる。しかも長繊維の異方性が変化する範囲は予測できないので、強度上の信頼性を確保するための品質管理が厄介になりがちである。

本発明は、このような従来技術の不都合を解消すべく案出されたものであり、その主な目的は、長繊維強化樹脂シート材と短繊維強化樹脂シート材とを結合して用いる場合に、長繊維の異方性が短繊維の流れによって崩されることがなく、長繊維強化樹脂シート材で形成される部分の強度低下を招かずに済むように改良された繊維強化樹脂部品を提供することにある。

このような課題を解決するために本発明は、長繊維を一方向に配向した長繊維強化樹脂シート材５にて形成される第１の部分２と、短繊維をランダムに配向した短繊維強化樹脂シート材７にて形成される第２の部分３とを一体にプレス成型してなる繊維強化樹脂部品１において、前記第１の部分と前記第２の部分との境界部分１０を段違いにしたことを特徴とするものとした。

このような本発明によれば、長繊維部分が段違いの部分に詰まって短繊維のそれ以上の流動を阻止すると共に、短繊維の流動圧が段違いの部分にて低下させられる。即ち、短繊維が長繊維に影響を及ぼすのは段違いの境界部分に止まることになるので、長繊維強化樹脂シート材で形成される部分の強度低下を招くことなく短繊維強化樹脂シート材の高い成型性を活用することができる。

以下に添付の図面を参照して本発明について詳細に説明する。

図１は、本発明が適用されるフロントバルクヘッドを示している。このフロントバルクヘッド１は、金型内の所定の位置に配置した繊維強化樹脂のシート材を、金型内で加圧および加熱するＳＭＣ（Sheet Molding Compound）製法で製造されたものである。車体メンバの一部として、単純な形状ではあるが比較的高い剛性を要求されるフレーム部分２は長繊維強化樹脂シート材で形成され、ファンシュラウドなど比較的複雑な形状の内側部分３は短繊維強化樹脂シート材で形成されている。

長繊維強化樹脂シート材は、例えば炭素繊維を平織りした長繊維基材に適宜な熱硬化性樹脂材などを含浸させてなるものである。なお、これは、長繊維基材の配向角を違えた複数のシートを積層したものでも良い。そして短繊維強化樹脂シート材は、例えばガラス繊維などをチップ状に細かく破砕した短繊維基材に適宜な熱硬化性樹脂材などを含浸させてなるものである。

図２に示すように、金型４ａ・４ｂにおける長繊維強化樹脂シート材５を配するフレーム部分形成部６と短繊維強化樹脂シート材７を配する内側部分形成部８との間には、段違い部９・９ｂが設けられている。この金型における下型４ａの所定の位置に長繊維強化樹脂シート材５と短繊維強化樹脂シート材７とを配置し、上型４ｂを型締めして加圧および加熱すると、長繊維強化樹脂シート材５の部分は、長繊維基材が一方向に配向した状態のまま熱硬化して高剛性のフレーム部分２として形成され、短繊維強化樹脂シート材７の部分は、短繊維基材がランダムに流動した上で熱硬化して複雑形状の内側部分３として形成される。

さて、金型内で加熱し且つ加圧することで流動した短繊維基材は、長繊維基材に衝突する。ここで長繊維強化樹脂シート材５と短繊維強化樹脂シート材７との境界面を同一平面上に置いた状態（図４−ａ参照）で加熱し且つ加圧すると、流れ易い短繊維基材の流動圧に長繊維基材が押し出され、長繊維基材の配向が変化してしまうことがある（図４−ｂ参照）。これは長繊維強化樹脂シート材の異方性が崩され、強度特性が損なわれることを意味している。

そこで本発明においては、これを防止するために、両者の境界部分が段違いとなるように、金型４ａ・４ｂに段違い部９ａ・９ｂを設けるものとした。これによると、段違い部９ａ・９ｂのエッジにて長繊維基材が押し出されて折曲して段違い部９ａ・９ｂのキャビティーに押し込められると共に、段違い部９ａ・９ｂの屈曲形状による抵抗で短繊維基材の流動圧が減殺させられるため、短繊維基材が長繊維基材の異方性に影響を及ぼすほどには流動し得なくなる。つまり短繊維の流動が長繊維の異方性に影響を及ぼすのは、金型の段違い部９ａ・９ｂに対応する両者の境界部分１０のみに止まることとなる。従って本発明によれば、長繊維と短繊維との境界部分１０に緩衝領域が形成され、短繊維が長繊維に流れ込むことができなくなるので、長繊維基材はその異方性をしっかりと保って所期の高強度、高剛性を確保し得ることとなり、品質管理の煩雑化を招かずに材料の歩留まりを高め、全体として製造コストを低減することができる。

本発明が適用されたフロントバルクヘッドの概要図である。 本発明による加工前の状態の説明図である。 本発明による加工後の状態の説明図である。 従来の不都合を示す説明図である。

符号の説明

１ フロントバルクヘッド（繊維強化樹脂部品）
２ フレーム部分（第１の部分）
３ 内側部分（第２の部分）
５ 長繊維強化樹脂シート材
７ 短繊維強化樹脂シート材
１０ 境界部分

Claims (2)

1. 長繊維を一方向に配向した長繊維強化樹脂シート材にて形成される第１の部分と、短繊維をランダムに配向した短繊維強化樹脂シート材にて形成される第２の部分とを一体にプレス成型してなる繊維強化樹脂部品であって、
   前記第１の部分と前記第２の部分との間に段違い部が設けられ、前記長繊維強化樹脂シート材が前記段違い部に折曲し、当該段違い部の中間部に前記長繊維強化樹脂シート材によりなる部分と前記短繊維強化樹脂シート材によりなる部分との境界部分を有することを特徴とする繊維強化樹脂部品。
2. 長繊維を一方向に配向した長繊維強化樹脂シート材にて形成される第１の部分と、短繊維をランダムに配向した短繊維強化樹脂シート材にて形成される第２の部分とを一体にプレス成型してなる繊維強化樹脂部品の製造方法であって、
   前記第１の部分を形成する第１の部分形成部と前記第２の部分を形成する第２の部分形成部との境界部分に段違い部を有する金型を用い、
   前記第１の部分形成部に長繊維強化樹脂シート材を配置すると共に前記第２の部分形成部に短繊維強化樹脂シート材を配置し、
   前記金型を型締めして加圧および加熱することにより、前記長繊維強化樹脂シート材を前記段違い部のエッジに押し出して折曲させて前記段違い部のキャビティーに押し込めると共に、前記段違い部の屈曲形状による抵抗によって前記第１の部分形成部への短繊維強化樹脂シート材の流動圧を減殺させて前記繊維強化樹脂部品をプレス成型することを特徴とする繊維強化樹脂部品の製造方法。

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