JP6731875B2 - 繊維強化複合体 - Google Patents

Description

本発明は、繊維強化樹脂と発泡樹脂とを備えた繊維強化複合体に関する。

炭素繊維やガラス繊維などの強化繊維により、樹脂（プラスチック）を強化した繊維強化樹脂（ＦＲＰ）が知られている。近年、ＦＲＰは、軽量で且つ優れた剛性を有していることから、航空機、自動車、船舶、および建築物などの様々な分野において、欠かせない構成部材となっている。

航空機、自動車、および船舶などの乗り物には、地球環境への負荷低減のために燃費向上が必要とされており、そのためＦＲＰにも更なる軽量化が求められている。このような点を鑑みて、たとえば、第１繊維強化樹脂層と、第２繊維強化樹脂層と、第１および第２繊維強化樹脂層の間に形成された発泡樹脂層とを備えた繊維強化複合体が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この技術によれば、繊維強化複合体に、繊維強化樹脂（ＦＲＰ）よりも軽量の発泡樹脂層を備えるため、さらなる軽量化を図ることができる。

特開２０１６−４９７６６号公報

ところで、特許文献１の繊維強化複合体の端面は、発泡樹脂層の端面がそのまま露出している。ここで、たとえば、繊維強化複合体の端面を含む端部をさらに強化しようと、繊維強化樹脂層を新たに並設した場合、この繊維強化樹脂層と、発泡樹脂層との間の強度差が起因して、この境界部分に応力が集中することが想定される。

本発明は、前記課題を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、発泡樹脂層の端部に隣接して繊維強化樹脂を形成したとしても、これらの境界における応力集中を低減することができる繊維強化複合体を提供することにある。

前記課題を鑑みて、本発明に係る繊維強化複合体は、第１繊維強化樹脂層と、第２繊維強化樹脂層と、前記第１および第２繊維強化樹脂層の間に形成された発泡樹脂層を有した第１複合部と、前記発泡樹脂層の端部に隣接して形成され、繊維強化樹脂からなる第２複合部と、を備えており、前記発泡樹脂層のうち、前記第２複合部に隣接した部分が、前記発泡樹脂層の他の部分に比べて密度が高い高密度層となっていることを特徴とする。

本発明によれば、第１複合部は、第１および第２繊維強化樹脂層の間に発泡樹脂層が形成されているので、繊維強化複合体をより軽量化することができるとともに、繊維強化複合体の衝撃吸収性を高めることができる。

さらに、発泡樹脂層のうち、第２複合部に隣接した部分が、発泡樹脂層の他の部分に比べて密度が高い高密度層となっているので、発泡樹脂層の他の部分の密度に比べて、高密度層の密度は、第２複合部の繊維強化樹脂の密度に近い。これにより、発泡樹脂層の端部に隣接して第２複合部の繊維強化樹脂を一体的に形成したとしても、これらの強度差は小さくなるため、これらの境界における応力集中を低減することができる。

より好ましい態様としては、前記高密度層の層厚みは、前記発泡樹脂層の他の部分の層厚みよりも薄くなっている。この態様によれば、高密度層の層厚みが、発泡樹脂層の他の部分の層厚みよりも薄くなっているので、発泡樹脂層の高密度層が第２複合部に接触する部分（端部）を、小さくすることができる。このため、高密度層と第２複合部との界面を小さくし、これらの剥がれを抑えることができる。

より好ましい態様としては、前記高密度層の層厚みは、前記第２複合部に近づくに従って、薄くなっている。この態様によれば、高密度層の層厚みが、第２複合部に近づくに従って薄くなっているため、高密度層に段差等が形成され難くなり、高密度層における応力集中を低減することができる。

より好ましい態様としては、前記高密度層の密度は、前記第２複合部に近づくに従って、高くなっている。この態様によれば、高密度層の密度が、第２複合部に近づくに従って、高くなるため、高密度層の強度が、第２複合部に近づくに従って、第２複合部の強度に近づく。これにより、発泡樹脂層と、第２複合部との強度差が起因となった応力集中を低減することができるばかりでなく、高密度層とその他の発泡樹脂層との境界における強度差が起因となった応力集中も回避することができる。

さらに好ましい態様としては、前記第２複合部は、前記第１繊維強化樹脂層の少なくとも一部が連続した第１連続層と、前記第２繊維強化樹脂層の少なくとも一部が連続した第２連続層とを含む。この態様によれば、第２複合部は、第１および第２繊維強化樹脂層のそれぞれに連続した第１および第２連続層を有するため、第１複合部と第２複合部との間の強度を高めることができる。

第１および第２連続層を有したさらに好ましい態様としては、前記第２複合部には、前記第１連続層と前記第２連続層との間に、第３繊維強化樹脂層がさらに積層されている。本発明によれば、第１連続層と第２連続層との間に、第３繊維強化樹脂層が形成されているため、第２複合部の強度をより高めることができる。これにより、第２複合部に貫通孔を穿設する等の機械加工等を簡単に行うことができる。

第１および第２連続層を有した別の好ましい態様としては、前記第２複合部は、前記第１連続層と前記第２連続層とが接合して積層された積層構造である。この態様によれば、第２複合部は、第１および第２連続層が接合して積層された積層構造であるため、第２複合部全体を、第１複合部に連続した部分にすることができる。これにより、第１複合部と第２複合部との間の強度を高めることができる。

さらに好ましい態様としては、前記繊維強化複合体の端部に、前記第２複合部が形成されている。この態様によれば、繊維強化複合体の端部に、第２複合部が形成されているため、繊維強化複合体の端部の強度を高めるとともに、その他の部分には、発泡樹脂層が形成されているため、繊維強化複合体の軽量化を図り、衝撃吸収性を高めることができる。

さらに別の好ましい態様としては、前記繊維強化複合体の周縁部に、前記第１複合部の周りを囲うように、前記第２複合部が形成されている。この態様によれば、第２複合部が第１複合部の周りを囲うように形成されているため、繊維強化複合体の全体の強度を高めることができる。また、周縁部以外の部分には、発泡樹脂層が形成されているため、繊維強化複合体の軽量化を図り、衝撃吸収性を高めることができる。

本発明に係る繊維強化複合体によれば、発泡樹脂層の端部に隣接して繊維強化樹脂を形成したとしても、これらの境界における応力集中を低減することができる。

本発明の第１実施形態に係る繊維強化複合体の構造を説明するための模式的斜視図である。 図１に示す繊維強化複合体のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 （ａ）は、図１に示す繊維強化複合体のＢ−Ｂ線に沿った断面図であり、（ｂ）は、図１に示す繊維強化複合体のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。 図１に示す繊維強化複合体の製造方法を説明するための図である。 （ａ）〜（ｃ）は、図１に示す繊維強化複合体の変形例を示した要部断面図である。 本発明の第２実施形態に係る繊維強化複合体の構造を説明するための模式的斜視図である。 図６に示す繊維強化複合体のＤ−Ｄ線に沿った断面図である。 図７に示す繊維強化複合体の製造方法を説明するための図である。 図６に示す繊維強化複合体の変形例を示した模式的斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）は、図７に示す繊維強化複合体の変形例を示した要部断面図である。 （ａ）は、第３実施形態に係る繊維強化複合体の要部を説明するための模式的断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の参考例に係る繊維強化複合体の要部を説明するための模式的断面図である。 実施例に係る繊維強化複合体の断面写真である。

以下の本発明に係る第１および第２実施形態に係る繊維強化複合体を、図１〜図９を参照しながら説明する。

〔第１実施形態〕
１．繊維強化複合体１について
図１に示すように、第１実施形態に係る繊維強化複合体１は、平板状の形状であり、第１複合部１０と第２複合部２０とを備えている。第２複合部２０は、繊維強化複合体１の両端部に形成されており、これらの間に、第１複合部１０が各第２複合部２０と一体的に形成されている。本実施形態では、第１および第２複合部１０、２０は、略同じ厚みである。なお、本実施形態では、繊維強化複合体１は、平板状であるが、たとえば、これが湾曲した形状、捩じれた形状であってもよく、特にその形状は限定されない。また、本実施形態では、第１および第２複合部１０、２０は、略同じ厚みであるが、たとえば、第１複合部１０と第２複合部２０との間で、応力集中がしないのであれば、これらの厚みが異なる厚みであってもよい。

図２および図３（ａ）に示すように、第１複合部１０は、第１繊維強化樹脂層１１と、第２繊維強化樹脂層１２と、第１および第２繊維強化樹脂層１１、１２の間に形成された発泡樹脂層１３と、を有した積層構造である。第２複合部２０は、発泡樹脂層１３の端部１３ａに隣接して、これに接触するように形成され、繊維強化樹脂からなる部分であり、本実施形態では複数の繊維強化樹脂層が積層された積層構造である。

第１複合部１０は、上述したように、第１繊維強化樹脂層１１と、第２繊維強化樹脂層１２と、第１および第２繊維強化樹脂層１１、１２の間に形成された発泡樹脂層１３とを備えている。第１および第２繊維強化樹脂層１１、１２は、繊維強化複合体１の外皮に相当する外側層１１ａ、１２ａと、その内側に相当する内側層１１ｂ、１２ｂと、を備えており、これらは、すべて、繊維強化樹脂（ＦＲＰ）で構成されている。

図２および図３（ｂ）に示すように、第２複合部２０は、発泡樹脂層１３の端部１３ａに隣接して形成され、繊維強化樹脂からなる。第２複合部２０は、第１繊維強化樹脂層１１の少なくとも一部である外側層１１ａに連続した第１連続層２１と、第２繊維強化樹脂層１２の少なくとも一部である外側層１２ａに連続した第２連続層２２とを含む。これにより、第２複合部２０は、第１および第２繊維強化樹脂層１１、１２の外側層１１ａ、１２ａのそれぞれに連続した第１および第２連続層２１、２２を有するため、第１複合部１０と第２複合部２０との間の強度を高めることができる。

特に、第２複合部２０の第１連続層２１は、第１繊維強化樹脂層１１の強化繊維を構成する基材（例えば織物基材）が連続した層であることが好ましい。同様に、第２複合部２０の第２連続層２２は、第２繊維強化樹脂層１２の強化繊維を構成する基材（例えば織物基材）が連続した層であることが好ましい。これにより、第１複合部１０と第２複合部２０との間の強度をより一層高めることができる。

第２複合部２０には、第１連続層２１と第２連続層２２との間に、第３繊維強化樹脂層２３がさらに積層されている。第３繊維強化樹脂層は、複数の繊維強化樹脂層が積層された層である。このように、第１連続層２１と第２連続層２２との間に、第３繊維強化樹脂層２３が形成されているため、第２複合部２０の強度をより一層高めることができる。これにより、第２複合部２０に貫通孔を穿設する等の機械加工を簡単に行うことができる。

ここで、第１複合部１０および第２複合部２０の繊維強化樹脂は、強化繊維と、強化繊維同士を結合する合成樹脂（マトリクス樹脂）で構成されている。強化繊維としては、ガラス繊維、炭素繊維、炭化ケイ素繊維、アルミナ繊維、チラノ繊維、玄武岩繊維、セラミックス繊維などの無機繊維；ステンレス繊維やスチール繊維などの金属繊維；アラミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリパラフェニレンベンズオキサドール（ＰＢＯ）繊維などの有機繊維；またはボロン繊維などが挙げられる。強化繊維は、一種単独で用いられてもよく、二種以上が併用されてもよい。なかでも、炭素繊維、ガラス繊維、またはアラミド繊維が好ましく、炭素繊維がより好ましい。これらの強化繊維は、軽量であるにも関わらず優れた機械的強度を有している。

強化繊維は、長繊維または短繊維のいずれであってもよいが、所望の形状に加工された強化繊維基材として用いられることが好ましい。強化繊維基材としては、強化繊維を用いてなる織物、編物、不織布、または強化繊維を一方向に引き揃えた繊維束（ストランド）を糸で結束（縫合）してなる面材などが挙げられる。織物の織り方としては、平織、綾織、朱子織などが挙げられる。繊維強化基材は、一枚の繊維強化基材のみを積層せずに用いてもよく、複数枚の繊維強化基材を積層して積層繊維強化基材として用いてもよい。

合成樹脂は、強化繊維に含浸されて、強化繊維同士を結合する樹脂である。含浸させた合成樹脂によって、強化繊維同士を結着一体化させることができる。強化繊維に含浸させる合成樹脂は、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂のいずれの樹脂であってもよいが、より好ましくは、熱硬化性樹脂である。熱硬化性樹脂としては、特に限定されず、例えば、エポキシ系樹脂、不飽和ポリエステル系樹脂、フェノール系樹脂、メラミン系樹脂、ポリウレタン系樹脂、シリコン系樹脂、マレイミド系樹脂、ビニルエステル系樹脂、シアン酸エステル系樹脂、またはマレイミド系樹脂とシアン酸エステル系樹脂を予備重合した樹脂などが挙げられる。熱硬化性樹脂は、単独で用いられても二種以上が併用されてもよい。なかでも、エポキシ系樹脂、またはビニルエステル系樹脂が好ましい。これらの合成樹脂によれば、弾性に優れた繊維強化樹脂を形成することができ、得られる繊維強化複合体１の耐衝撃性を向上させることができる。また、熱硬化性樹脂には、硬化剤、硬化促進剤などの添加剤が含有されていてもよい。繊維強化樹脂は、シート・モールディング・コンパウンド（ＳＭＣ）により成形されてもよい。

繊維強化樹脂における熱硬化性樹脂の含有量は、２０〜７０重量％が好ましく、３０〜６０重量％がより好ましい。熱硬化性樹脂の含有量が少な過ぎると、強化繊維同士の結着性や第１および第２繊維強化樹脂層１１、１２と発泡樹脂層１３との接着性が不十分となり、第１および第２繊維強化樹脂層１１、１２の機械的強度や繊維強化複合体１の耐衝撃性を十分に向上することができないおそれがある。また、熱硬化性樹脂の含有量が多過ぎると、第１および第２繊維強化樹脂層１１、１２の機械的強度が低下して、繊維強化複合体１の耐衝撃性を十分に向上させることができないおそれがある。

繊維強化複合体１を構成する発泡樹脂層１３は、素材として発泡した合成樹脂を含んでいる。合成樹脂は、シアノ基、ヒドロキシ基（水酸基）、カルボニル基、アミノ基、エポキシ基、ハロゲン原子、オキソ基、またはフェニル基などの極性基を有していることが好ましい。極性基を有している合成樹脂を用いることによって、これを含む発泡樹脂層１３と第１および第２繊維強化樹脂層１１、１２とを強固に一体化させることができる。これにより、繊維強化複合体１に衝撃が加わった際に発泡樹脂層１３と第１および第２繊維強化樹脂層１１、１２との剥離を低減させて、繊維強化複合体１の耐衝撃性をより向上させることが可能となる。

発泡樹脂層１３に用いられる合成樹脂として、具体的には、ポリカーボネート系樹脂、アクリル系樹脂、熱可塑性ポリエステル系樹脂、ポリメタクリルイミド系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリアミド系樹脂、またはポリプロピレン系樹脂などが挙げられる。なお、合成樹脂は、単独で用いられても二種以上が併用されてもよい。なかでも、発泡樹脂層１３と、第１および第２繊維強化樹脂層１１、１２とをより強固に一体化することができることから、熱可塑性ポリエステル系樹脂またはポリアミド系樹脂が好ましく、熱可塑性ポリエステル系樹脂がより好ましい。

本実施形態では、発泡樹脂層１３には、第２複合部２０に隣接した部分（端部１３ａ）は、発泡樹脂層１３の他の部分に比べて密度が高い高密度層１３ｂとなっている。より具体的には、高密度層１３ｂの密度は、第２複合部２０に近づくに従って、高くなっている。高密度層１３ｂの密度は０．２〜０．９ｇ／ｃｍ^３の範囲にあることが好ましく、発泡樹脂層１３の他の部分は、高密度層１３ｂの密度が高いことを前提として、０．０５〜０．３ｇ／ｃｍ^３の範囲にあることが好ましい。なお、本明細書でいう高密度層の密度は、ＪＩＳ Ｋ７２２２：２００５「発泡プラスチック及びゴム−見掛け密度の測定」に準拠して測定される値をいう。

このように、発泡樹脂層１３には、高密度層１３ｂが形成されているので、発泡樹脂層１３の他の部分の密度に比べて、高密度層１３ｂの密度は、第２複合部２０の繊維強化樹脂の密度に近い。これにより、発泡樹脂層１３の端部に隣接して第２複合部２０の繊維強化樹脂を一体的に形成したとしても、これらの強度差は小さくなるため、これらの境界における応力集中を低減することができる。

これに加えて、本実施形態では、高密度層１３ｂの密度が、第２複合部２０に近づくに従って、高くなるため、高密度層１３ｂの強度が、第２複合部２０に近づくに従って、第２複合部２０の強度に近づく。このようにして、発泡樹脂層１３と、第２複合部２０との強度差が起因となった応力集中を低減することができるばかりでなく、高密度層１３ｂ内における強度差が起因となった応力集中も回避することができる。

また、本実施形態では、高密度層１３ｂの層厚みは、発泡樹脂層１３の他の部分の層厚みよりも薄くなっている。より具体的には、高密度層１３ｂの層厚みは、第２複合部２０に近づくに従って、薄くなっている。さらに、高密度層１３ｂに隣接する第１繊維強化樹脂層には、樹脂溜り部１５が形成されている。この樹脂溜り部１５は、上述した繊維強化樹脂または合成樹脂のいずれかにより形成され、後述するインサート材１５’の素材により、選択することができる。

本実施形態では、高密度層１３ｂの層厚みは、発泡樹脂層１３の他の部分の層厚みよりも薄くなっているので、発泡樹脂層１３の高密度層１３ｂが第２複合部２０に接触する部分（端部）を小さくすることができる。このため、高密度層１３ｂと第２複合部２０との界面を小さくし、これらの剥がれを抑えることができる。

これに加えて、高密度層１３ｂの層厚みが、第２複合部２０に近づくに従って薄くなっているため、高密度層１３ｂに段差等が形成され難くなり、発泡樹脂層１３における応力集中を低減することができる。さらに、樹脂溜り部１５を設けることにより、繊維強化複合体１にボイドが形成されることを回避することができる。

ここで、高密度層１３ｂの幅（層の厚さ方向に対して直交する方向の長さ）ｂは、５〜２０ｍｍであることがより好ましく、高密度層１３ｂを除く他の部分の層の厚み（すなわち高密度層１３ｂの層の最大厚み）ｔは、１〜２０ｍｍであることがより好ましく、ｔ／ｂは、５〜２０ｍｍの範囲にあることがより好ましい。この範囲を満たすことにより、発泡樹脂層１３の端部１３ａに隣接して繊維強化樹脂を一体的に形成したとしても、これらの境界における応力集中を低減することができる。

さらに、高密度層１３ｂを除く他の部分の層の厚みｔと、第１および第２繊維強化樹脂の各層の厚みＴとの比であるｔ／Ｔは、０．５〜０．２２５の範囲にあることがより好ましい。この範囲を満たすことにより、繊維強化複合体１の剛性を確保しつつ、繊維強化複合体１の衝撃吸収性をより確保することができる。

２．繊維強化複合体１の製造方法について
図４は、図１に示す繊維強化複合体１の製造方法を説明するための図である。図４に示すように、繊維強化複合体１の内側層１１ｂ、１２ｂに相当する相当する繊維強化樹脂シート１１ｂ’、１２ｂ’を準備し、これらの間に、予備発泡させた発泡樹脂シート１３’を挟み込んだ積層体１０’を成形する。次に、積層体１０’を上型５１と下型５２との間に配置する。

次に、積層体１０’の発泡樹脂シート１３’に隣接した位置に、複数の繊維強化樹脂シートを積層した繊維強化樹脂ブロック２３’を配置する。次に、積層体１０’と繊維強化樹脂ブロック２３’の間に、インサート材１５’を配置する。インサート材１５’は、繊維強化樹脂シートの樹脂と同じ種類の合成樹脂からなってもよく、強化繊維に合成樹脂を含浸した繊維強化樹脂であってもよい。次に、これらを覆うように、外側層１１ａ、１２ａおよび連続層２１、２２に相当する繊維強化樹脂シート１１ａ’、１２ａ’を積層する。

そして、上型５１と下型５２との間に、繊維強化樹脂シート１１ａ’、１２ａ’に覆われた積層体１０’、繊維強化樹脂ブロック２３’、インサート材１５’を配置し、上型５１と下型５２とでこれらを加圧しながら、加熱する。また、この時の加熱温度は、発泡樹脂シート１３’が発泡する温度以上であることを前提に、繊維強化樹脂シートの合成樹脂が、熱可塑性樹脂である場合には、この軟化点温度以上である。一方、繊維強化樹脂シートの合成樹脂が、熱硬化性樹脂である場合には、硬化点温度以上である。

型締めにより、発泡樹脂シート１３’は、所定の厚みまで発泡し、発泡樹脂シート１３’の端部１３ａ’はインサート材１５’に押圧される。これにより、発泡樹脂シート１３’の端部１３ａ’の発泡が抑制され、発泡樹脂層１３には、第２複合部２０に隣接した部分が、発泡樹脂層１３の他の部分に比べて高い密度となる高密度層１３ｂとして成形される。高密度層１３ｂの密度は、第２複合部２０に近づくに従って、高くなる。

さらに、インサート材１５’が、押圧により、発泡樹脂シート１３’の端部１３ａ’を変形させるので、高密度層１３ｂの層厚みを、発泡樹脂層１３の他の部分の層厚みよりも薄くすることができ、高密度層１３ｂの層厚みを、第２複合部２０に近づくに従って、薄くすることができる。

３．その他の変形例
図５（ａ）〜図５（ｃ）は、図１に示す繊維強化複合体１の変形例を示した要部断面図である。たとえば、図２では、発泡樹脂層１３の高密度層１３ｂの一方側（第１繊維強化樹脂層１１側）の界面を傾斜させることにより、高密度層１３ｂの層厚みが、第２複合部２０に近づくに従って、薄くなっていた。

しかしながら、図５（ａ）に示すように、発泡樹脂層１３の高密度層１３ｂの両方（第１繊維強化樹脂層１１側および第２繊維強化樹脂層１２側）の界面を傾斜させることにより、高密度層１３ｂの層厚みが、第２複合部２０に近づくに従って、薄くなっていてもよい。このような形状の高密度層１３ｂは、積層体１０’と繊維強化樹脂ブロック２３’間の両側にインサート材１５’を配置することにより、成形することができる。

さらに、図５（ｂ）に示すように、発泡樹脂層１３の一方側を凹ませることにより、高密度層１３ｂの層厚みを略均一にしてもよく、図５（ｃ）に示すように、発泡樹脂層１３の両側を凹ませることにより、高密度層１３ｂの層厚みを略均一にしてもよい。

〔第２実施形態〕
１．繊維強化複合体１Ａについて
図６は、本発明の第２実施形態に係る繊維強化複合体１Ａの構造を説明するための模式的斜視図であり、図７は、図６に示す繊維強化複合体１ＡのＤ−Ｄ線に沿った断面図である。なお、第１実施形態と同じ構成は、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。

本実施形態では、第２実施形態に係る繊維強化複合体１Ａは、立体形状（プレート状）である。繊維強化複合体１Ａの底部１ａおよび立ち上がり部１ｂが、第１複合部１０により形成されており、第１複合部１０の周りを囲うように、第２複合部２０が形成されている。すなわち、本実施形態では、繊維強化複合体１Ａの周縁部１ｃに、リング状の第２複合部２０が形成されている。なお、本実施形態では、繊維強化複合体１Ａは、プレート状であるが、たとえば、カップ状、平板状、底有筒状、またはドーム状などであってもよく、第１複合部１０の周りを囲うように、第２複合部２０が形成されているのであれば、特にその形状は限定されるものではない。

このように、第２複合部２０が第１複合部１０の周りを囲うように形成されているため、繊維強化複合体１Ａの周縁部１ｃの強度を高めることにより、繊維強化複合体１Ａ全体の強度を高めることができる。また、第２複合部２０が第１複合部１０の周りを囲うように形成されているため、発泡樹脂層１３に水分が侵入することを回避することができる。さらに、周縁部１ｃ以外の部分には、第１複合部１０の発泡樹脂層１３が形成されているため、繊維強化複合体１Ａの軽量化を図り、衝撃吸収性を高めることができる。

ここで、図７に示すように、第２複合部２０は、第１連続層２１と第２連続層２２とが接合して積層された積層構造である。このため、第１実施形態とは異なり、第２複合部２０全体を、第１複合部１０に連続した部分にすることができる。これにより、第１複合部１０と第２複合部２０との間の強度を高めることができる。さらに、本実施形態では、第１実施形態と同様に、発泡樹脂層１３には、第２複合部２０に隣接した部分が、発泡樹脂層１３の他の部分に比べて密度が高い高密度層１３ｂとなっているため、第１複合部１０と第２複合部２０との間の応力集中を回避することができる。

なお、高密度層１３ｂの密度は、第２複合部２０に近づくに従って、高くなっており、高密度層１３ｂの層厚みは、発泡樹脂層１３の他の部分の層厚みよりも薄く、かつ、第２複合部２０に近づくに従って、薄くなっている。これにより、第１実施形態で説明した効果と同様の効果を期待することができる。

２．繊維強化複合体１Ａの製造方法について
図８は、図７に示す繊維強化複合体１Ａの製造方法を説明するための図である。図８に示すように、繊維強化複合体１Ａの第１および第２繊維強化樹脂層１１、１２に相当する相当する繊維強化樹脂シート１１’、１２’を準備し、これらの間に予備発泡させた発泡樹脂シート１３’を挟み込んだ積層体１０’を成形する。

そして、上型５１Ａと下型５２Ａとの間に、積層体１０’を配置し、上型５１Ａと下型５２Ａとでこれらを加圧しながら、加熱する。また、この時の加熱温度は、第１実施形態で説明した温度と同様である。

型締めにより、発泡樹脂シート１３’は、所定の厚みまで発泡するが、発泡樹脂シート１３’の端部１３ａ’は、上型５１Ａにより押圧されているので、他の部分に比べて、発泡が抑制される。これにより、発泡樹脂層１３には、第２複合部２０に隣接した部分の密度が発泡樹脂層１３の他の部分の密度に比べて高くなり、この部分が高密度層１３ｂとして成形される。高密度層１３ｂの密度は、第２複合部２０に近づくに従って、高くなる。

さらに、上型５１Ａの形状により、発泡樹脂シート１３’の端部を変形させるので、高密度層１３ｂの層厚みを、発泡樹脂層１３の他の部分の層厚みよりも薄くすることができ、高密度層１３ｂの層厚みを、第２複合部２０に近づくに従って、薄くすることができる。

３．その他の変形例
図９は、図６に示す繊維強化複合体１Ａの変形例を示した模式的斜視図である。図９に示すように、繊維強化複合体１Ａは、繊維強化複合体１Ａの底部１ａおよび周縁部１ｃが、第２複合部２０Ａ、２０Ｂにより形成され、立ち上がり部１ｂが、第１複合部１０により形成されている。底部１ａには、開口部１ｄが形成されている。

この変形例では、繊維強化複合体１Ａの立ち上がり部１ｂの第１複合部１０の底部側の周りを囲うように、円板状の第２複合部２０Ａが形成され、繊維強化複合体１Ａの立ち上がり部１ｂの第１複合部１０の開口側の周りを囲うように、リング状の第２複合部２０Ｂが形成されることになる。これにより、底部１ａに、開口部１ｄが形成されていても、第１複合部１０の発泡樹脂層が露出することはない。

図１０（ａ）〜図１０（ｃ）は、図７に示す繊維強化複合体１Ａの変形例を示した要部断面図である。たとえば、図７では、発泡樹脂層１３の高密度層１３ｂの一方側（第１繊維強化樹脂層１１側）の界面を傾斜させることにより、高密度層１３ｂの層厚みが、第２複合部２０に近づくに従って、薄くなっていた。

しかしながら、図１０（ａ）に示すように、発泡樹脂層１３の高密度層１３ｂの両方（第１繊維強化樹脂層１１側および第２繊維強化樹脂層１２側）の界面を傾斜させることにより、高密度層１３ｂの層厚みが、第２複合部２０に近づくに従って、薄くなっていてもよい。

さらに、図１０（ｂ）に示すように、発泡樹脂層１３の一方側を凹ませることにより、高密度層１３ｂの層厚みを略均一にしてもよく、図１０（ｃ）に示すように、発泡樹脂層１３の両側を凹ませることにより、高密度層１３ｂの層厚みを略均一にしてもよい。

〔第３実施形態〕
図１１（ａ）は、第３実施形態に係る繊維強化複合体１Ｂの要部を説明するための模式的断面図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の参考例に係る繊維強化複合体１Ｂの要部を説明するための模式的断面図である。本実施形態が、第１実施形態と相違する点は、端部被覆層１２ｃおよび連続層１２ｄをさらに設けた点である。なお、第１実施形態と同じ構成は、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。

本実施形態では、第２繊維強化樹脂層１２の内側層１２ｂと連続して、第１複合部１０の端面を覆う端部被覆層１２ｃが形成され、端部被覆層１２ｃと連続して、第２複合部２０の一部として積層される連続層１２ｄがさらに形成されている。内側層１２ｂの強化繊維の織物基材である場合、この織物基材が、端部被覆層１２ｃおよび連続層１２ｄに連続して形成されている。

端部被覆層１２ｃは、第１および第２複合部１０、２０を仕切る位置に形成されており、端部被覆層１２の強化繊維は、これらの隣接する端面に沿って配向されている。この実施形態によれば、第２繊維強化樹脂層１２の内側層１２ｂに連続して、端部被覆層１２ｃ、連続層１２ｄが形成されているので、第１複合部１０と第２複合部２０の接合強度を高めることができる。

これに加えて、端部被覆層１２ｃが、第１複合部１０の端面を覆い、第１複合部１０の端面に端部被覆層１２ｃの強化繊維が配向されているので、製造時において、第３繊維強化樹脂層２３の合成樹脂が、発泡樹脂層１３に含浸されることを抑えることができる。この結果、第３繊維強化樹脂層２３の合成樹脂が、発泡樹脂層１３に含浸されることで、繊維強化複合体１Ｂの表面に凹みが形成されることを抑えることができる。

なお、本実施形態では、発泡樹脂層１３に高密度層１３ｂが形成されることが前提であるが、図１１（ｂ）に示すように、高密度層１３ｂを設けず、端部被覆層１２ｃを形成してもよい。この場合であっても、製造時に繊維強化複合体１Ｂの表面に凹みが形成されることを抑え、第１複合部１０と第２複合部２０の接合強度を高めることができる。

以下に、本発明を実施例を用いてより具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

図１に示す繊維強化複合体を、図４を参照して説明した製造方法に従って製造した。まず、繊維強化複合体の内側層に相当する炭素繊維の織物基材に未硬化のエポキシ系樹脂を含浸した繊維強化樹脂シート（プリプレグ）を準備し、これらの間に、予備発泡させた発泡樹脂シート（ポリエステル系樹脂発泡シート）を挟み込んだ積層体を成形した。

この積層体の発泡樹脂シートに隣接した位置に、上述したものと同様の繊維強化樹脂シートを複数積層した繊維強化樹脂プレートを配置した。次に、積層体と繊維強化樹脂プレートの間に、繊維強化樹脂からなるインサート材を配置した。さらにこれらを覆うように、外皮用繊維強化樹脂シートを積層した。

そして、上型と下型との間に、外皮用繊維強化樹脂シートに覆われた、積層体、繊維強化樹脂プレート、およびインサート材を配置し、上型と下型とでこれらを加圧しながら、熱処理を１３０℃で３０分実施し、４０℃になるまで自然冷却した。得られた繊維強化複合体の断面を観察した。この結果を図１２に示す。図１２に示すように、第１複合部の第１および第２繊維強化樹脂層（ＦＲＰ層）の間には、発泡樹脂層が形成され、第２複合部に近づくに従って、層厚みが薄くなっていた。

さらに、図１２に示す断面において、第２複合部に近づくに従って、層厚みが薄くなっている発泡樹脂層の密度と、発泡樹脂層の他の部分の密度を測定した。この結果、層厚みが薄くなっている発泡樹脂層の密度が、発泡樹脂層の他の部分の密度よりも高くなり、薄くなっている発泡樹脂層は、第２複合部に近づくに従って高くなった高密度層が形成されていることがわかった。

以上、本発明のいくつか実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。

たとえば、図２および図５に示す第１実施形態に係る構造を、図７および図１０に示す第２実施形態係る構造に適用してもよく、図７および図１０に示す第２実施形態に係る構造を、図２および図５に示す第１実施形態に係る構造に適用してもよい。

１：繊維強化複合体、１１：第１繊維強化樹脂層、１２：第２繊維強化樹脂層、１３：発泡樹脂層、１３ｂ：高密度層、２０：第２複合部、２１：第１連続層、２２：第２連続層、２３：第３繊維強化樹脂層

Claims (10)

1. 第１繊維強化樹脂層と、第２繊維強化樹脂層と、前記第１および第２繊維強化樹脂層の間に形成された発泡樹脂層を有した第１複合部と、
   前記発泡樹脂層の端部に隣接して形成され、繊維強化樹脂からなる第２複合部と、を備えており、
   前記発泡樹脂層のうち、前記第２複合部に隣接した部分が、前記発泡樹脂層の他の部分に比べて密度が高い高密度層となっており、
   前記高密度層の層厚みは、前記発泡樹脂層の他の部分の層厚みよりも薄くなっており、 前記高密度層と前記第１繊維強化樹脂層および前記第２繊維強化樹脂層の少なくとも一方との間には、繊維強化樹脂または合成樹脂のいずれかにより形成される樹脂溜り部が設けられていることを特徴とする繊維強化複合体。
2. 前記高密度層の層厚みは、前記第２複合部に近づくに従って、薄くなっていることを特徴とする請求項１に記載の繊維強化複合体。
3. 前記高密度層の密度は、前記第２複合部に近づくに従って、高くなっていることを特徴とする請求項１または２に記載の繊維強化複合体。
4. 前記第２複合部は、前記第１繊維強化樹脂層の少なくとも一部が連続した第１連続層と、前記第２繊維強化樹脂層の少なくとも一部が連続した第２連続層とを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の繊維強化複合体。
5. 前記第２複合部には、前記第１連続層と前記第２連続層との間に、第３繊維強化樹脂層がさらに積層されていることを特徴とする請求項４に記載の繊維強化複合体。
6. 前記第１連続層および前記第２連続層のうちの前記第１複合部側とは反対側の端部は、前記第３繊維強化樹脂層の積層方向に折り曲げられた状態で前記第３繊維強化樹脂層のうちの前記第１複合部側とは反対側の端部を覆うように、互いに接合されていることを特徴とする請求項５に記載の繊維強化複合体。
7. 前記第２複合部は、前記第１連続層と前記第２連続層とが接合して積層された積層構造であることを特徴とする請求項４に記載の繊維強化複合体。
8. 前記繊維強化複合体の端部に、前記第２複合部が形成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の繊維強化複合体。
9. 前記繊維強化複合体の周縁部に、前記第１複合部の周りを囲うように、前記第２複合部が形成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の繊維強化複合体。
10. 前記第２繊維強化樹脂層は、前記発泡樹脂層に接触する内側層と、前記内側層の外面を覆う外側層と、を含み、
    前記繊維強化複合体には、前記内側層と連続して、前記第１複合部の端面を覆う端部被覆層と、前記端部被覆層と連続して、前記第２複合部の一部として積層される連続層と、がさらに形成されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の繊維強化複合体。

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