JP6750949B2 - Method for manufacturing fiber-reinforced resin structure and fiber-reinforced resin structure - Google Patents
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Description
本発明は、繊維強化樹脂構造体の製造方法及び繊維強化樹脂構造体に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a fiber-reinforced resin structure and a fiber-reinforced resin structure.
近年、自動車の車体を始めとする構造体を構成する構造部材として、炭素繊維強化樹脂(CFRP)等の繊維強化樹脂からなる立体形状の構造部材が使用されつつある。繊維強化樹脂からなる構造部材は、金属製の構造部材に比べて構造部材の軽量化を図ることができる。繊維強化樹脂からなる構造体は、例えば、強化繊維に熱硬化性のマトリックス樹脂を含浸させた繊維強化樹脂シートを積層した繊維強化樹脂積層体を、オートクレーブ装置を用いて加熱及び加圧し、マトリックス樹脂を硬化させることにより製造される。 2. Description of the Related Art In recent years, three-dimensional structural members made of fiber reinforced resin such as carbon fiber reinforced resin (CFRP) are being used as structural members constituting structures such as automobile bodies. The structural member made of the fiber-reinforced resin can reduce the weight of the structural member as compared with the metallic structural member. The structure made of fiber reinforced resin is, for example, a fiber reinforced resin laminate obtained by laminating a fiber reinforced resin sheet in which reinforced fibers are impregnated with a thermosetting matrix resin, is heated and pressed using an autoclave device, and the matrix resin It is manufactured by curing.
ここで、構造部材に、連結具等が挿入される孔が設けられる場合がある。例えば、特許文献1には、軸方向端部に、継手装置の装着部が設けられた繊維強化樹脂製の樹脂アームが開示されている。かかる樹脂アームの軸部は、例えば強化繊維として長繊維を含有させた溶融樹脂材料を用いて連続引出成形法によって得られた長材を、適当な長さで切断することによって製造される。また、樹脂アームの装着部としての筒状部は、例えば強化繊維として短繊維を含有させた溶融樹脂材料を、成形金型によって形成された成形キャビティ内に充填して冷却固化させることで製造される。 Here, the structural member may be provided with a hole into which the connector or the like is inserted. For example, Patent Document 1 discloses a resin arm made of a fiber-reinforced resin having an attachment portion for a joint device provided at an axial end portion. The shaft portion of such a resin arm is manufactured, for example, by cutting a long material obtained by a continuous drawing method using a molten resin material containing long fibers as reinforcing fibers, to an appropriate length. The tubular portion as the mounting portion of the resin arm is manufactured, for example, by filling a molten resin material containing short fibers as reinforcing fibers into a molding cavity formed by a molding die and cooling and solidifying. It
しかしながら、特許文献1に記載の樹脂アームは、繊維強化樹脂を用いて製造されるものの、筒状部は、短繊維を含有させた溶融樹脂材料により形成されるものであり、サスペンションアームのように、高い剛性及び強度が要求される部品としては、剛性及び強度が充分とは言えない。 However, although the resin arm described in Patent Document 1 is manufactured using a fiber-reinforced resin, the tubular portion is formed of a molten resin material containing short fibers, and like the suspension arm. However, it cannot be said that the rigidity and the strength are sufficient for a part that requires high rigidity and strength.
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、繊維強化樹脂製の構造体に設けられる孔部の剛性及び強度を向上可能な、新規かつ改良された繊維強化樹脂構造体の製造方法及び繊維強化樹脂構造体を提供することにある。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to improve the rigidity and strength of the holes provided in the structure made of fiber reinforced resin, which is new and improved. The present invention provides a method for manufacturing the fiber-reinforced resin structure and the fiber-reinforced resin structure.
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、強化繊維にマトリックス樹脂を含浸させた複数の繊維強化樹脂シートを積層した繊維強化樹脂積層体を硬化させて繊維強化樹脂構造体を製造する繊維強化樹脂構造体の製造方法であって、複数の繊維強化樹脂シートを積層して繊維強化樹脂積層体を作製する積層工程と、繊維強化樹脂積層体を硬化させて繊維強化樹脂構造体を成形する成形工程と、繊維強化樹脂構造体に孔開け加工を行い、孔部を形成する孔開け工程と、を含み、積層工程において、一方向に配向する連続繊維にマトリックス樹脂を含浸させた連続繊維補強シートを、孔部に相当する部位の周囲に沿って配置する、繊維強化樹脂構造体の製造方法が提供される。 In order to solve the above problems, according to an aspect of the present invention, a fiber-reinforced resin structure is obtained by curing a fiber-reinforced resin laminate in which a plurality of fiber-reinforced resin sheets in which reinforcing fibers are impregnated with a matrix resin are laminated. A method of manufacturing a fiber-reinforced resin structure to be manufactured, comprising: a laminating step of manufacturing a fiber-reinforced resin laminate by laminating a plurality of fiber-reinforced resin sheets; and a fiber-reinforced resin structure obtained by curing the fiber-reinforced resin laminate. In the laminating step, the continuous fiber oriented in one direction was impregnated with the matrix resin, and the step of forming a hole in the fiber-reinforced resin structure by forming a hole in the fiber-reinforced resin structure. Provided is a method for producing a fiber-reinforced resin structure, in which a continuous fiber-reinforced sheet is arranged along the periphery of a portion corresponding to a hole.
連続繊維補強シートを、繊維強化樹脂シートの間に積層してもよい。 The continuous fiber reinforced sheet may be laminated between the fiber reinforced resin sheets.
連続繊維補強シートを複数配置する場合、複数の連続繊維補強シートの全部又は一部の位置をずらして配置してもよい。 When arranging a plurality of continuous fiber reinforced sheets, all or a part of the plurality of continuous fiber reinforced sheets may be arranged at different positions.
孔部に、円筒部材を配置する工程をさらに備えてもよい。 The method may further include the step of disposing a cylindrical member in the hole.
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、強化繊維にマトリックス樹脂を含侵させた繊維強化樹脂シートを複数枚積層した繊維強化樹脂積層体を硬化させて形成された繊維強化樹脂構造体であって、繊維強化樹脂積層体に対して孔開け加工により設けられた孔部と、孔部の周囲に沿って配置され、一方向に配向する連続繊維にマトリックス樹脂を含侵させた連続繊維補強シートと、を含む、繊維強化樹脂構造体が提供される。 Further, in order to solve the above problems, according to another aspect of the present invention, it is formed by curing a fiber-reinforced resin laminate in which a plurality of fiber-reinforced resin sheets impregnated with a matrix resin in a reinforcing fiber are laminated. A fiber reinforced resin structure, wherein a hole is formed in the fiber reinforced resin laminate by a perforating process, and the matrix resin is arranged along the periphery of the hole and the unidirectionally oriented continuous fibers. An impregnated continuous fiber reinforced sheet is provided, and a fiber reinforced resin structure is provided.
繊維強化樹脂構造体が、車両用のサスペンションアームであってもよい。 The fiber reinforced resin structure may be a vehicle suspension arm.
以上説明したように本発明によれば、繊維強化樹脂製の構造体に設けられる孔部の剛性及び強度を向上させることができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to improve the rigidity and strength of the hole provided in the structure made of fiber reinforced resin.
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。また、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複数の構成要素を、同一の符号の後に異なるアルファベットを付して区別する場合もある。ただし、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成要素の各々を特に区別する必要がない場合、同一符号のみを付する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the present specification and the drawings, components having substantially the same functional configuration are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted. Further, in the present specification and the drawings, a plurality of constituent elements having substantially the same functional configuration may be distinguished by attaching different alphabets after the same reference numeral. However, when it is not necessary to specifically distinguish each of the plurality of constituent elements having substantially the same functional configuration, only the same reference numeral is given.
<1.繊維強化樹脂構造体>
(1−1.ロアアームの概略)
まず、図1及び図2を参照して、本実施形態にかかる繊維強化樹脂構造体の製造方法により製造される繊維強化樹脂構造体の一例としてのロアアーム(サスペンションアーム)20について説明する。図1は、ロアアーム20を備えた車両の前輪のサスペンション装置100の構成例を説明するための模式図であり、図2は、ロアアーム20及びサスペンションクロスメンバ108の分解斜視図である。
<1. Fiber-reinforced resin structure>
(1-1. Outline of lower arm)
First, a lower arm (suspension arm) 20 as an example of a fiber-reinforced resin structure manufactured by the method for manufacturing a fiber-reinforced resin structure according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a configuration example of a front
サスペンション装置100において、エンジンルーム102の左右は、車体フレームの構成要素であるフロントホイールエプロン103で仕切られている。フロントホイールエプロン103は、車体の前後方向に延在する左右一対のサイドフレーム105に接合されている。また、フロントホイールエプロン103の後部にストラットタワー106が形成されている。ストラットタワー106に、ストラット式のサスペンション107が収容されている。サスペンション107の上部は、ストラットタワー106の上部に形成されたストラット支持部106aに、ストラットアッパマウント107aを介して支持されている。
In the
エンジンルーム102の下部には、サスペンションクロスメンバ108が配設されている。サスペンションクロスメンバ108の車幅方向両端の上面が、サイドフレーム105に対して、ボルト及びナット等の締結具を介して固定されている。また、サスペンションクロスメンバ108の上面には、図示しないエンジンの後部が、エンジンマウントを介して搭載される。また、サスペンションクロスメンバ108の車幅方向両端部の下面に、アーム支持部109が突設されている。左右の各アーム支持部109は、所定間隔を開けて前後左右に対向する一対のブラケット109a,109bを備え、各ブラケット109a,109bにボルト挿通孔109cが穿設されている。ブラケット109a,109b間には、ロアアーム20の一方の基端に設けられた筒状の第1の基部21が配置されている。
A
ロアアーム20は、一方の基端となる第1の基部21から先端部23に連続するとともに、中央部から分岐して後方に延びて他方の基端となる第2の基部22に連続する、略T字状あるいはL字状の平面形状を有する。ロアアーム20の第1の基部21内には、図示しないブッシュが圧入される。ブッシュには、ブラケット109a,109bに穿設されているボルト挿通孔109cに対して外方から挿通されたボルト112の軸部が貫通され、ボルト112の軸部はナット113によって締結されている。
The
また、第2の基部22には、図示しないブッシュが圧入される。第2の基部22は、ブッシュを介してサイドフレーム105に軸支される。さらに、揺動端となる先端部23には、図示しないブッシュが圧入される。先端部23は、ブッシュを介して図示しないボールジョイントに連結され、前輪111を固定する図示しないホイールハブが回動自在に支持される。これにより、ロアアーム20は、図示しないハブハウジングを介して、サスペンション107の下部を支持するとともに、サスペンションクロスメンバ108及びサイドフレーム105に揺動可能に支持される。
Further, a bush (not shown) is press-fitted into the
(1−2.ロアアームの構成例)
次に、本実施形態にかかる繊維強化樹脂構造体としてのロアアーム20の構成例について詳細に説明する。図3は、ロアアーム20の一例を示す斜視図である。ロアアーム20は、略T字状あるいはL字状の平面形状を有し、サスペンションクロスメンバ108に連結される第1の基部21と、サイドフレーム105に連結される第2の基部22と、ボールジョイントが連結され、揺動端とされる先端部23とを有する。かかるロアアーム20は、本体部18と、第1の基部21、第2の基部22及び先端部23に設けられた孔部19a,19b,19cと、孔部19a,19b,19c内に配置された円筒部材27,28,29とを有する。第1の基部21、第2の基部22、及び先端部23は、それぞれアーム部25a,25b,25cの先端側に設けられる。
(1-2. Configuration example of lower arm)
Next, a configuration example of the
本体部18は、例えば、連続繊維を含む繊維強化樹脂シートを用いて成形される。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て形成されるものである。また、本体部18は、互いに接合された第1の半体18aと第2の半体18bとにより構成される。第1の半体18aと第2の半体18bとは、第1の基部21、第2の基部22、及び先端部23を通過する平面に沿った接合面で接合されている。第1の半体18a及び第2の半体18bは、それぞれ連続繊維を含む繊維強化樹脂シートを用いて成形される。第1の半体18aと第2の半体18bとの接合方法は、特に限定されるものではなく、接着剤による接合、振動溶融圧着、熱溶融圧着をはじめとして、種々の方法を採用することができる。
The
使用される連続繊維としては、例えば、炭素繊維が挙げられるが、他の繊維が用いられてもよく、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。 Examples of the continuous fibers used include carbon fibers, but other fibers may be used, and a plurality of fibers may be used in combination. However, since the carbon fiber has excellent mechanical properties, the reinforcing fiber preferably contains the carbon fiber.
繊維強化樹脂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、ポリスチレン樹脂、AS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、熱可塑性ポリエステル樹脂、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、ポリイミド樹脂などが例示される。 A thermoplastic resin or a thermosetting resin is used as the matrix resin of the fiber reinforced resin. Examples of the thermoplastic resin include polyethylene resin, polypropylene resin, polyvinyl chloride resin, ABS resin, polystyrene resin, AS resin, polyamide resin, polyacetal resin, polycarbonate resin, thermoplastic polyester resin, PPS (polyphenylene sulfide) resin, and fluorine. Examples include resins, polyetherimide resins, polyetherketone resins, and polyimide resins.
マトリックス樹脂としては、これらの熱可塑性樹脂うちの1種類、あるいは2種類以上の混合物を使用することができる。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。また、マトリックス樹脂をこれらの熱可塑性樹脂の混合物とする場合には相溶化剤を併用してもよい。さらには、マトリックス樹脂は、難燃剤としての臭素系難燃剤や、シリコン系難燃剤、赤燐等を含んでいてもよい。 As the matrix resin, one kind of these thermoplastic resins or a mixture of two or more kinds can be used. Alternatively, the matrix resin may be a copolymer of these thermoplastic resins. When the matrix resin is a mixture of these thermoplastic resins, a compatibilizer may be used together. Furthermore, the matrix resin may contain a brominated flame retardant as a flame retardant, a silicon flame retardant, red phosphorus, or the like.
この場合、使用される熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ナイロン6、ナイロン66等のポリアミド系樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル系樹脂、ポリエーテルケトン、ポリエーテルスルフォン、芳香族ポリアミド等の樹脂が挙げられる。中でも熱可塑性マトリックス樹脂が、ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリプロピレン、ポリエーテルエーテルケトン及びフェノキシ樹脂からなる群より選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。 In this case, examples of the thermoplastic resin used include polyolefin resins such as polyethylene and polypropylene, polyamide resins such as nylon 6 and nylon 66, polyester resins such as polyethylene terephthalate and polybutylene terephthalate, polyether ketone, Examples of the resin include polyether sulfone and aromatic polyamide. Among them, the thermoplastic matrix resin is preferably at least one selected from the group consisting of polyamide, polyphenylene sulfide, polypropylene, polyether ether ketone and phenoxy resin.
また、マトリックス樹脂として使用可能な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、シリコン樹脂などが例示される。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種類以上の混合物を使用することができる。これらの熱硬化性樹脂をマトリックス樹脂に使用する場合、熱硬化性樹脂に、適切な硬化剤や反応促進剤が添加されてもよい。 Examples of the thermosetting resin that can be used as the matrix resin include epoxy resin, unsaturated polyester resin, vinyl ester resin, phenol resin, polyurethane resin, and silicone resin. As the matrix resin, one kind of these thermosetting resins or a mixture of two or more kinds can be used. When these thermosetting resins are used as the matrix resin, an appropriate curing agent or reaction accelerator may be added to the thermosetting resin.
円筒部材27,28,29には、ブッシュが圧入される。そのため、円筒部材27,28,29としては、例えば、金属製の円筒部材が用いられる。使用され得る金属としては、例えば、ステンレス鋼、鋳鉄、チタン、チタン合金等が挙げられるが、これらの金属に限られない。第2の基部22及び先端部23に配置される円筒部材28,29は、第1の半体18a及び第2の半体18bを接合し、孔部19b,19cを形成した後に配置されてもよい。あるいは、第2の基部22及び先端部23に配置される円筒部材28,29は、第1の半体18a及び第2の半体18bそれぞれに孔部19b,19cを形成し、第1の半体18a及び第2の半体18bを接合した後に、配置されてもよい。
A bush is press-fitted into the
また、第1の基部21に配置される円筒部材27は、第1の半体18a及び第2の半体18bのそれぞれに第1の基部21の半体を形成し、第1の半体18a及び第2の半体18bを接合して孔部19aを形成した後に配置されてもよい。あるいは、第1の半体18a及び第2の半体18bのそれぞれに第1の基部21の半体を形成し、第1の半体18a及び第2の半体18bを接合する際に、円筒部材27を挟み込んで取り付けてもよい。
Further, the
このように構成されるロアアーム20において、筒状の第1の基部21に配置された円筒部材27は、車両の前後方向に略一致する中心軸を有し、先端部23の上下方向の揺動を可能にする。また、第2の基部22に配置された円筒部材28は、略鉛直方向に沿う中心軸を有し、先端部23の水平方向の揺動を可能にする。かかるロアアーム20には、車体への荷重や振動が伝達されるため、第1の基部21、第2の基部22、及び、先端部23には、それぞれ大きな負荷が発生し得る。したがって、第1の基部21、第2の基部22、及び、先端部23には、高い剛性及び強度が要求される。このため、本実施形態にかかるロアアーム20では、孔部19b,19cの周囲に沿って連続繊維が配置され、孔部19b,19cの強度が高められている。
In the
<2.繊維強化樹脂構造体の製造方法>
次に、本実施形態にかかる繊維強化樹脂構造体の製造方法の一例について説明する。ここでは、強化繊維に熱硬化性のマトリックス樹脂を含浸させた繊維強化樹脂シートを成形型上に積層した後にバッギングを行い、さらに、オートクレーブ装置を用いて、バッグ(被覆シート)内を減圧しながら、バッグ全体を加圧しつつ加熱し、繊維強化樹脂の積層体を硬化させるロアアーム20の製造方法の例を説明する。なお、以下に説明する繊維強化樹脂構造体の製造方法は一例にすぎず、本発明を限定するものではない。
<2. Manufacturing method of fiber-reinforced resin structure>
Next, an example of a method for manufacturing the fiber-reinforced resin structure according to this embodiment will be described. Here, bagging is performed after stacking a fiber reinforced resin sheet in which reinforced fibers are impregnated with a thermosetting matrix resin on a mold, and further, using an autoclave device while depressurizing the inside of the bag (cover sheet). An example of a method of manufacturing the
本実施形態にかかる繊維強化樹脂構造体の製造方法は、以下の工程を含む。
・プリプレグカット工程
・積層工程
・バッギング工程
・成形工程
・接合工程
・孔開け工程
The method for manufacturing the fiber-reinforced resin structure according to this embodiment includes the following steps.
・Prepreg cutting process ・Laminating process ・Bagging process ・Molding process ・Joining process ・Punching process
以下、図3に示した繊維強化樹脂構造体の製造方法について、図4〜図7を適宜参照しながら、工程順に説明する。図4〜図6は、本実施形態にかかるロアアーム20の製造方法の流れを示す説明図である。
Hereinafter, the method for manufacturing the fiber-reinforced resin structure shown in FIG. 3 will be described in the order of steps with appropriate reference to FIGS. 4 to 7. 4 to 6 are explanatory views showing the flow of the method for manufacturing the
(2−1.プリプレグカット工程)
図4に示すように、プリプレグカット工程では、所定幅の繊維強化樹脂シート5が、製造する繊維強化樹脂構造体に適した大きさ、あるいは、長さに切断されて、プレプレグ12が作製される。プリプレグ12の形状は、本体部18を展開した形状に略一致させることができ、この場合、プリプレグ12の寸法は、本体部18の外形よりも大きくされていてもよい。
(2-1. Prepreg cutting process)
As shown in FIG. 4, in the prepreg cutting step, the fiber-reinforced resin sheet 5 having a predetermined width is cut into a size or a length suitable for the fiber-reinforced resin structure to be manufactured, and the
連続繊維を含む繊維強化樹脂シート5は、例えば、公知のフィルム含浸法や溶融含浸法等により、強化繊維を連続的に送り出しながらマトリックス樹脂を当該強化繊維に含浸させることにより製造される。この繊維強化樹脂シート5が適宜切断されて、所望の平面形状を有するプリプレグ12が作製される。1枚の繊維強化樹脂シート5又はプリプレグ12の厚さは、例えば、0.03〜1.0mmの範囲内の値とすることができる。
The fiber-reinforced resin sheet 5 containing continuous fibers is manufactured by, for example, a known film impregnation method or a melt impregnation method, by impregnating the reinforcing fibers with the matrix resin while continuously feeding the reinforcing fibers. The fiber reinforced resin sheet 5 is appropriately cut to produce a
(2−2.積層工程)
図5に示すように、積層工程では、複数枚のプリプレグ12が積層されて、繊維強化樹脂積層体14が作製される。プリプレグ12は、例えば、成形型40の成形面上に積層される。積層されるプリプレグ12の数は、特に限定されるものではなく、製造する繊維強化樹脂構造体の用途等に応じて選択し得るが、例えば、3〜6枚のプリプレグ12を積層することができる。このとき、それぞれのプリプレグ12の連続繊維の配向方向を一方向にそろえて積層し、繊維強化樹脂積層体14が作製されてもよい。これにより、製造されるロアアーム20における、連続繊維の配向方向に沿う特定方向の強度を高めることができる。あるいは、一部又は全部のプリプレグ12の連続繊維の配向方向を異ならせて積層し、繊維強化樹脂積層体14が作製されてもよい。これにより、製造されるロアアーム20の強度に異方性を持たせることができる。
(2-2. Laminating process)
As shown in FIG. 5, in the laminating step, a plurality of
なお、複数のプリプレグ12を積層して繊維強化樹脂積層体14を成形する場合、それぞれの繊維強化樹脂シートに含まれる強化繊維の種類や含有率等が異なっていてもよい。また、積層される複数枚の繊維強化樹脂シートにおいて、マトリックス樹脂は、相溶性を有する異なる材料が用いられてもよく、あるいは、同一のマトリックス樹脂に対して異なる添加物等が混合されていてもよい。この場合においても、繊維強化樹脂積層体14の溶融及び硬化を効率的に行えるように、融点が近似するマトリックス樹脂が用いられるとよい。
In addition, when laminating|stacking
ここで、本実施形態にかかるロアアーム20の製造方法においては、積層工程でプリプレグ12を積層する際に、孔部19b,19cに相当する部位の周囲に沿って、一方向に配向する連続繊維を含む連続繊維補強シートを配置する。これにより、製造されるロアアーム20の孔部19b,19cが連続繊維によって補強され、剛性及び強度を向上させることができる。
Here, in the method for manufacturing the
図7は、積層工程において、プリプレグ12及び連続繊維補強シート13a,13bが積層され、第2の基部22が形成される様子を示す説明図である。本体部18を構成するプリプレグ12は、例えば、先端が第2の基部22となるアーム部25bの延在方向に沿って連続繊維が配向するように配置される。このように配置されるプリプレグ12を積層して本体部18を構成した場合、孔開け加工を施すことにより、孔部19bにおいて連続繊維が切断される。そのため、孔部19bにおいて繊維の連続性が失われ、孔部19bの周囲の剛性及び強度が著しく低下する。特に、孔部19bの周囲のうち、アーム部25bの先端側の繊維長が短くなるために、孔部19bが破壊されやすくなる。
FIG. 7: is explanatory drawing which shows a mode that the
これに対して、本実施形態にかかるロアアーム20の製造方法では、一方向に配向する連続繊維を含む繊維強化樹脂シート(UD(Uni−Directional)材)からなる連続繊維補強シート13a,13bが、孔部19bに相当する部位(以下、「孔開け予定部位」ともいう。)の周囲に沿って配置される。これにより、孔開け加工を行った後においても孔部19bの周囲の繊維の連続性が保たれ、孔部19bの周囲の剛性及び強度の低下を防ぐことができる。連続繊維補強シート13a,13bは、上述した繊維強化樹脂シート5(図4を参照)を、所定の長さ及び幅に切断して形成することができる。すなわち、連続繊維補強シート13a,13bの厚さは、プリプレグ12の厚さと同じであってよい。
On the other hand, in the method for manufacturing the
図7に示した例では、UD材からなる連続繊維補強シート13a,13bは、孔開け予定部位19b’におけるアーム部25bの先端側の周囲に沿って配設され、その両端が、アーム部25bの延在方向に沿うようにして配置される。これにより、連続繊維は、孔部19bの先端側の周囲に沿って連続して配設され、アーム部25bの先端側の孔部19bの周囲が補強される。これにより、孔部19bの剛性及び強度を向上させることができる。また、連続繊維補強シート13a,13bの両端部がアーム部25bの延在方向に沿うようにして配置されることにより、成形工程において加熱及び加圧されて硬化される際に、連続繊維補強シート13a,13bに含まれる連続繊維が、アーム部25bのプリプレグ12に含まれる連続繊維間に入り込みやすくなって、一体化されやすくなる。
In the example shown in FIG. 7, the continuous fiber reinforced
このとき、連続繊維補強シート13a,13bは、複数枚積層されたプリプレグ12上に配置されてもよいが、プリプレグ12と連続繊維補強シート13a,13bとの一体性を向上させるには、複数のプリプレグ12の間に積層されることが好ましい。また、配置される連続繊維補強シート13a,13bの数は特に限定されない。ただし、連続繊維補強シート13a,13bが1枚のみでは、孔部19bの剛性及び強度を充分に向上させることができないおそれがある。また、連続繊維補強シート13a,13bが多すぎると、孔部19bの周囲の厚さが過度に厚くなるおそれがあり、かつ、連続繊維補強シート13a,13bが配置されない部分と境界の段差が大きくなる。したがって、配置される連続繊維補強シート13a,13bの数は、例えば、2〜5枚とすることができる。
At this time, the continuous
また、図7に示したように、連続繊維補強シート13a,13bを複数枚配置する場合、連続繊維補強シート13a,13bは、それぞれ端部の位置をずらして配置されてもよい。このように端部の位置をずらすことにより、連続繊維補強シート13a,13bが配置されない部分との境界の段差をなだらかにすることができる。図7には、2枚の連続繊維補強シート13a,13bの端部をずらした例が示されているが、3枚以上の連続繊維補強シート13a,13bを積層する場合、すべての端部をずらしてもよく、一部の端部をずらしてもよい。
Further, as shown in FIG. 7, when a plurality of continuous
なお、ここでは、第2の基部22の孔開け予定部位19b’の周囲に沿って連続繊維補強シート13a,13bを配置する例を説明したが、先端部23についても同様に、孔開け予定部位の周囲に沿って連続繊維補強シートが配置されてもよい。連続繊維補強シートは、第2の基部22及び先端部23のいずれか一方に配置されてもよいし、両方に配置されてもよい。
In addition, here, although the example in which the continuous
(2−3.バッギング工程)
図5に示すように、バッギング工程では、成形型40上に配置された繊維強化樹脂積層体14の上に、例えばゴム製のバッグ(被覆シート)31が設置され、バッグ31と成形型40とがクランプされる。成形型40は、例えば、金型であってもよいし、繊維強化樹脂製の成形型であってもよい。バッグ31は、変形可能な材質のバッグであればよく、ゴム製のバッグに限られない。ただし、成形型40及びバッグ31は、いずれも、後工程におけるオートクレーブ装置を用いた加熱処理に耐え得る材料により構成される。かかるバッギングにより、少なくとも成形型40とバッグ31とにより形成される成形空間33が気密状態にされる。
(2-3. Bagging process)
As shown in FIG. 5, in the bagging step, a bag (covering sheet) 31 made of rubber, for example, is placed on the fiber-reinforced
(2−4.成形工程)
図5に示すように、成形工程では、バッギングされた繊維強化樹脂積層体14がオートクレーブ装置内に投入される。オートクレーブ装置は、釜の内部を高圧状態にしつつ、加熱処理を行う装置である。繊維強化樹脂積層体14がオートクレーブ装置内に投入された後、ポンプ35等により成形空間33内の空気が吸引されて、成形空間33内が真空状態にされる。これにより、繊維強化樹脂積層体14は、プリプレグ12及び連続繊維補強シート13a,13b内の空気が脱気されつつ、加圧下で加熱され、硬化させられる。これにより、本体部18を構成する第1の半体18aが成形される。成形空間33内を真空状態にしつつ、加圧下で加熱することにより、成形される第1の半体18aの空洞率を低下させることができ、第1の半体18aの機械的強度を高めることができる。また、成形空間33内が真空状態にされることから、成形型40に接する面の反対面も、比較的きれいな仕上がりになる。
(2-4. Molding process)
As shown in FIG. 5, in the molding step, the bagged fiber reinforced
なお、ここまで説明したプリプレグカット工程、積層工程、バッギング工程、及び、成形工程と同様の手順により、第2の半体18bも形成される。
The second
(2−5.孔開け工程)
図6に示すように、孔開け工程では、第1の半体18a及び第2の半体18bそれぞれにおける、第2の基部22及び先端部23の孔開け予定部位に対して孔開け加工が行われ、孔部19b,19cが形成される。図6には、第1の半体18aに対して孔部19b,19cを形成した様子が示されている。第2の半体18bについても、同様に孔部19b,19cが形成される。孔開け加工は、ウォータージェット加工、レーザー加工、又は、ドリルやエンドミル等の工具を用いた穿孔加工等を採用することができる。ただし、孔開け加工は、かかる例に限定されない。
(2-5. Drilling process)
As shown in FIG. 6, in the punching step, the punching process is performed on the planned drilling portions of the
(2−6.接合工程)
図6に示すように、接合工程では、第1の半体18aと第2の半体18bとが接合されて、本体部18が作製される。接合方法は、特に限定されるものではなく、接着剤による接合、振動溶融圧着、熱溶融圧着をはじめとして、種々の方法を採用することができる。本実施形態にかかるロアアーム20の製造方法の例では、第1の半体18aと第2の半体18bとが接合されることによって、第1の基部21の孔部19aが形成される。
(2-6. Joining process)
As shown in FIG. 6, in the joining step, the first
また、第1の半体18aと第2の半体18bとを接合する際に、第1の基部21の孔部19aに相当する部分に円筒部材27を配置し、孔部19aと円筒部材27とを接合してもよい。この場合、孔部19aの内面は、成形型40の成形面により形成される面ではないため、切削加工等によって面精度を高めた上で、円筒部材27を接合してもよい。その後、図示しないものの、本体部18に形成された孔部19b,19cに対して、それぞれ円筒部材28,29が配置されて、ロアアーム20が製造される。
Further, when the first
図8は、製造されたロアアーム20のうち、第2の基部22の孔部19bの軸線を含むようにアーム部25bを切断した断面の例を模式的に示している。図8の左側がアーム部25bの先端側である。かかるロアアーム20の例では、4枚のプリプレグ12と、3枚の連続繊維補強シート13a,13bとが交互に積層されている。ロアアーム20のアーム部25bは、複数のプリプレグ12が積層され、加熱硬化されている。したがって、連続繊維は、図示の左右方向に沿って配向している。当該アーム部25bでは、連続繊維が切断されることなく配置されるため、剛性及び強度が確保される。
FIG. 8 schematically shows an example of a cross section of the manufactured
また、孔部19bの周囲のうち、アーム部25bの先端側に位置する部分は、プリプレグ12と連続繊維補強シート13a,13bとが交互に積層され、加熱硬化されている。このうち、プリプレグ12により構成された層では、連続繊維は、図示の左右方向に沿って配向している。一方、連続繊維補強シート13a,13bにより構成された層では、連続繊維は、図示の奥行方向に沿って配向している。そのため、プリプレグ12に含まれていた連続繊維が短く切断されてはいるものの、連続繊維補強シート13a,13bに含まれていた連続繊維が孔部19bの周囲に配置され、孔部19bの剛性及び強度が確保される。
Further, in the portion of the periphery of the
以上説明したように、本実施形態にかかる繊維強化樹脂構造体の製造方法では、繊維強化樹脂シートからなるプリプレグ12を積層して繊維強化樹脂積層体14を作製する際に、孔開け予定部位の周囲に沿って、UD材からなる連続繊維補強シート13a,13bが配置される。したがって、孔開け加工によって、プリプレグ12に含まれていた連続繊維が切断されて、繊維長が短い部分が生じるとしても、連続繊維補強シート13a,13bに含まれる連続繊維によって、孔部19bの周囲の繊維の連続性が保たれる。したがって、孔部19bの剛性及び強度を向上させることができる。
As described above, in the method for manufacturing the fiber-reinforced resin structure according to the present embodiment, when the fiber-reinforced
また、本実施形態にかかる繊維強化樹脂構造体の製造方法により製造されるロアアーム20は、円筒部材28,29が配置される孔部19b、19cの剛性及び強度が向上し、第2の基部22及び先端部23の機械的強度が高められている。したがって、荷重又は振動による負荷に対する耐久性に優れたロアアーム20を得ることができる。
Further, in the
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、本発明はかか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。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to these examples. It is obvious that a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains can come up with various changes or modifications within the scope of the technical idea described in the claims. Of course, it is understood that these also belong to the technical scope of the present invention.
例えば、上記実施形態では、第1の半体18aと第2の半体18bとの接合後に、孔開け加工を施していたが、接合工程及び孔開け工程の順序は逆であってもよい。この場合、第1の半体18a及び第2の半体18bのそれぞれに孔開け加工を施した後に、第1の半体18a及び第2の半体18bが接合され、本体部18が形成される。
For example, in the above embodiment, the punching process is performed after joining the first
また、上記実施形態では、バッギング工程、及びオートクレーブ装置を用いた成形工程を含む製造方法を例に採って説明したが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、熱可塑性樹脂を用いて、繊維強化樹脂積層体を加熱溶融した後に、冷却しながら成形する工程を含む製造方法であっても、本発明を適用することができる。 Further, in the above embodiment, the manufacturing method including the bagging step and the molding step using the autoclave device has been described as an example, but the present invention is not limited to such an example. For example, the present invention can be applied even to a manufacturing method including a step of heating and melting a fiber-reinforced resin laminate using a thermoplastic resin and then molding while cooling.
また、上記実施形態では、繊維強化樹脂構造体としてロアアーム20を例に採って説明したが、本発明を適用可能な繊維強化樹脂構造体はロアアームに限られない。車体の構造部材以外の様々な用途に用いられる構造部材についても、本発明を適用することができる。
Further, in the above-described embodiment, the
5 繊維強化樹脂シート
12 プリプレグ
13a,13b 連続繊維補強シート
14 繊維強化樹脂積層体
18 本体部
18a 第1の半体
18b 第2の半体
19a,19b,19c 孔部
20 繊維強化樹脂構造体(ロアアーム)
21 第1の基部
22 第2の基部
23 先端部
27,28,29 円筒部材
40 成形型
5 Fiber
21
Claims (5)
前記複数の繊維強化樹脂シートを積層して前記繊維強化樹脂積層体を作製する積層工程と、
前記繊維強化樹脂積層体を硬化させて前記繊維強化樹脂構造体を成形する成形工程と、
前記繊維強化樹脂構造体に孔開け加工を行い、孔部を形成する孔開け工程と、を含み、
前記積層工程において、一方向に配向する連続繊維にマトリックス樹脂を含浸させた連続繊維補強シートを、前記孔部に相当する部位の周囲に沿って配置する、繊維強化樹脂構造体の製造方法。 A method for producing a fiber-reinforced resin structure, comprising producing a fiber-reinforced resin structure by curing a fiber-reinforced resin laminate obtained by laminating a plurality of fiber-reinforced resin sheets impregnated with a matrix resin to reinforcing fibers,
A laminating step of producing the fiber-reinforced resin laminate by laminating the plurality of fiber-reinforced resin sheets,
A molding step of curing the fiber-reinforced resin laminate to mold the fiber-reinforced resin structure,
The fiber-reinforced resin structure is subjected to a perforating process, a perforating step of forming a hole portion,
The method for producing a fiber-reinforced resin structure, wherein, in the laminating step, a continuous fiber reinforcing sheet obtained by impregnating continuous fibers oriented in one direction with a matrix resin is arranged along the periphery of a portion corresponding to the hole.
前記繊維強化樹脂積層体に対して孔開け加工により設けられた孔部と、
前記孔部の周囲に沿って配置され、一方向に配向する連続繊維にマトリックス樹脂を含侵させた連続繊維補強シートと、を含む、繊維強化樹脂構造体。 A fiber reinforced resin structure formed by curing a fiber reinforced resin laminate in which a plurality of fiber reinforced resin sheets impregnated with a matrix resin in a reinforced fiber are laminated,
A hole portion provided by perforating the fiber-reinforced resin laminate,
A fiber-reinforced resin structure, comprising: a continuous fiber-reinforced sheet that is arranged along the periphery of the hole and is impregnated with a matrix resin into continuous fibers that are oriented in one direction.
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