JP6848634B2

JP6848634B2 - 樹脂成形体の製造方法

Info

Publication number: JP6848634B2
Application number: JP2017079082A
Authority: JP
Inventors: 吉宏岩野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-04-12
Filing date: 2017-04-12
Publication date: 2021-03-24
Anticipated expiration: 2037-04-12
Also published as: JP2018176537A

Description

本発明は、樹脂成形体の製造方法に関する。

下記特許文献１には、熱可塑性繊維強化樹脂と熱硬化性繊維強化樹脂硬化物とが溶着により接合された樹脂成形体とその製造方法及び当該樹脂成形体を用いた車両用構造体が開示されている。この製造方法によれば、熱可塑性繊維強化樹脂と熱硬化性繊維強化樹脂硬化物とが接着剤又はリベット等の締結部材を用いることなく溶着により接合されているため、接着剤又はリベット等の締結部材の使用による重量増加が抑制される。さらに、接着剤又は締結部材の強度により樹脂接合部の強度が決定されることがないため、適切な樹脂の組み合わせを選択することにより樹脂成形体の接合強度を向上させることができる。

特開２０１３−１０７４５６公報

しかしながら、車両用部品を成形する場合は、部品の強度を確保すると共に軽量化を図り、しかも歩行者保護の観点から部品の外周部に所定のＲ形状（円弧形状）を確保する必要がある。例えば、特許文献１に開示された樹脂成形体を板状に成形して車両用部品に適用すると、軽量化のために樹脂成形体の板厚を薄くしても部品としての強度を確保できるものの、板厚を薄くすることにより部品の外周部でＲ形状を確保することが困難となる。そこで、部品の外周部でＲ形状を確保できる程度に厚みを持たせる方法として、（１）外周部を厚肉にする、（２）外周部以外の部分での板厚を増加することにより外周部の板厚を確保する、（３）外周部を中空構造とする、等の方法が考えられる。これらの方法を当該樹脂成形体に適用した場合、（１）の方法では、外周部とそれ以外の部分とで板厚に違いが生じることにより、成形時にヒケが生じやすくなるため、成形された部品の外観に影響を及ぼす可能性がある。また、ＲＴＭ（ＲｅｓｉｎＴｒａｎｓｆｅｒＭｏｌｄｉｎｇ）成形方法等により成形をしたとしても、成形金型内部に賦形された炭素繊維が流動抵抗となるため樹脂の流動性が低下し、成形不良となる可能性がある。（２）の方法では、樹脂の積層枚数の増加やコア材の使用が必要になるため、部品の重量が増加し、しかもコストが増加する。（３）の方法では、部品の成形用金型が複雑化すると共に、中子等の副資材も必要となるため製造工数が増加し、しかもコストが増加する。このように、強度を確保したうえで軽量化された車両用部品の外周部にＲ形状を簡易に確保するためには、樹脂成形体の製造方法に改善の余地がある。

本発明は、上記事実を考慮し、車両用部品としての強度及び剛性を確保すると共に軽量化でき、しかも車両用部品の外周部にＲ形状を簡易に確保できる樹脂成形体の製造方法を得ることが目的である。

請求項１に記載の樹脂成形体の製造方法は、熱硬化性繊維強化樹脂により所定の形状に形成された面材を成形型の上側に配置する第１工程と、前記面材の上面側で、樹脂成形体の外周部とされる位置であって、前記成形型の湾曲部と対向する位置に、熱可塑性繊維強化樹脂により形成されており、断面形状が円形状とされた芯材が配置される第２工程と、前記芯材が前記面材との間に隙間を有した状態で前記面材に覆われる工程を経て、前記芯材及び前記面材を密閉した状態で加熱して前記樹脂成形体を成形する第３工程と、を有する。

請求項１に記載の樹脂成形体の製造方法では、第１工程で、熱硬化性繊維強化樹脂により所定の形状に形成された面材が成形型の上側に配置される。次に、第２工程で、配置された面材の上面側で、成形後に樹脂成形体の外周部とされる位置に、熱可塑性繊維強化樹脂により成形された芯材が配置される。その後、第３工程で、芯材が、隙間を有した状態で面材に覆われることで成形される。これにより、熱硬化性繊維強化樹脂と熱可塑性繊維強化樹脂とが接合された樹脂成形体が成形される。

請求項１に記載の樹脂成形体の製造方法によれば、樹脂成形体は、熱硬化性繊維強化樹脂及び熱可塑性繊維強化樹脂が直接接合した状態で成形されるため、接着剤及びリベット等の締結部材を用いて接合した場合に比べて高い接合強度を確保できる。また、樹脂成形体の外周部に芯材が設けられることにより、樹脂成形体を芯材の短手方向で切断した断面の面積及び断面２次モーメントは、芯材を設けない場合に比べて増加する。これにより、曲げ剛性及びせん断剛性等の剛性が向上する。さらに、樹脂成形体の外周部に成形寸法が安定している芯材が設けられることにより、成形後の樹脂成形体に捩れや反りなどの変形が発生することを抑制できる。

また、請求項１に記載の樹脂成形体の製造方法によれば、樹脂成形体は、金属等の他の材料に比べて軽量な熱硬化性繊維強化樹脂及び熱可塑性繊維強化樹脂により成形され、しかも接着剤又はリベット等の締結部材を用いることなく接合されるため、金属等の他の材料により成形された車両用部品に比べて軽量に成形することができ、しかも接着剤又は締結部材による重量増加を抑制できる。

さらに、請求項１に記載の樹脂成形体の製造方法によれば、樹脂成形体の外周部に芯材が設けられることにより、樹脂成形体の外周部の板厚を確保できる。このため、車両用部品の外周部でＲ形状を確保できる。

以上説明したように、本発明に係る樹脂成形体の製造方法は、車両用部品としての強度及び剛性を確保すると共に軽量化でき、しかも車両用部品の外周部にＲ形状を簡易に確保できるという優れた効果を有する。

本実施形態に係るリヤスポイラのうち車両右側の部分を車両下側から見た底面図である。図１に示されるＡ−Ａ線に沿ってリヤスポイラ及びそのトランクへの取り付け部分を切断した状態を示す側断面図である。図２のＡ線矢視部分でのリヤスポイラの車両前側外周部を示す拡大側断面図である。本実施形態に係る樹脂成形体の樹脂成形体を芯材の短手方向に沿って切断した状態を示す断面図であり、積層された面材の上面に芯材が配置された状態を示す断面図である。本実施形態に係る樹脂成形体の樹脂成形体を芯材の短手方向に沿って切断した状態を示す断面図であり、所定の板厚を設定するために図４Ａの状態から更に面材が積層された状態を示す断面図である。本実施形態に係る樹脂成形体の樹脂成形体を芯材の短手方向に沿って切断した状態を示す断面図であり、芯材が面材に隙間を有して覆われた状態を示す断面図である。本実施形態に係る樹脂成形体の樹脂成形体を芯材の短手方向に沿って切断した状態を示す断面図であり、金型により成形された状態を示す断面図である。

以下、図１〜図４Ｄを用いて、本発明に係る樹脂成形体の一実施形態について説明する。なお、以下の図において適宜示される矢印ＦＲは車両前方を示しており、矢印ＵＰは車両上方を示しており、矢印ＩＮは車幅方向内側を示している。

図１及び図２には、本実施形態に係る樹脂成形体１０により設けられたリヤスポイラ１２が示されている。車両１４の後部には、車両上下方向に開口された荷室１６を開閉するためのトランクリッド１８が設けられている。トランクリッド１８の上面側には、リヤスポイラ１２が、トランクリッド１８の車幅方向に沿って略全幅に亘って延在されている。

トランクリッド１８の上面部２０には、リヤスポイラ１２の平面形状に合致する開口部２２が設けられている。開口部２２の内側には、略箱状に形成されると共に、荷室１６に向けて突出されたリヤスポイラ１２の収納部２４が設けられている。収納部２４は、開口部２２の車両上側から荷室１６に向けて嵌入された状態で、収納部２４の外縁部２４Ａと開口部２２の内縁部２２Ａとが接着されて取り付けられている。

収納部２４の内部の車両下側には、リヤスポイラ１２を昇降させるためのアクティブユニット２６が、収納部２４の外側に設けた取付部品２８を介して取り付けられている。アクティブユニット２６は、リヤスポイラ１２の車両下側に設けられた略平板上の連結部３０に、第１ボルト３２及びナット３３を介して締結固定されている。アクティブユニット２６が作動することにより、リヤスポイラ１２が、車両上下方向に昇降されるようになっている。リヤスポイラ１２は、使用時には、トランクリッド１８の車両上側まで上昇され、未使用時には、リヤスポイラ１２の上面がトランクリッドの上面部２０と略面一となる位置まで下降されて、収納部２４に収納されている。

リヤスポイラ１２は、車幅方向を長手方向とされて、車両中央部から車幅方向外周部に向かうに従って、車両後側に位置するように湾曲されている。これにより、車両１４の走行に伴いリヤスポイラ１２を通過する空気の流れから、車両１４の後部を路面側に押し付ける力（ダウンフォース）を生じさせると共に、車両１４の後部の空気の流れを整流するという所定の空気力学的作用を生じさせている。

また、リヤスポイラ１２は、その上部側に配置されたリヤスポイラアウタ３４及び下部側に配置されたリヤスポイラインナ３６を含んで構成されている。リヤスポイラインナ３６の車両前後方向中央部は、リヤスポイラアウタ３４の車両前後方向中央部に取り付けられたナット３８及び第２ボルト４０により、リヤスポイラアウタ３４の中央部と締結されている。また、リヤスポイラインナ３６は、リヤスポイラインナ３６の外周フランジ部の上面に設けられた接着部４２によって、リヤスポイラアウタ３４に接合されている。

図３には、図２のＡ線矢視部分の拡大図が示されている。リヤスポイラアウタ３４の外周部４４は、熱可塑性繊維強化樹脂により成形された芯材４６が、面材としての第１基材４８及び第２基材５０に巻き込むように覆われて成形されている。

第１基材４８及び第２基材５０は、成形型の上側に積層される時点では、樹脂が含浸されていない繊維材を用いて形成することもできる。この場合は、第１基材４８及び第２基材５０の間に、熱硬化性繊維強化樹脂により所定の形状に形成された面材としての樹脂流動用基材５２が設けられている。樹脂流動用基材５２に含まれた樹脂は、成形時の加熱により溶融しかつ流動することで、繊維材に浸透する。これにより、熱硬化性繊維強化樹脂により形成された面材としての第１基材４８及び第２基材５０が形成されている。

芯材４６を構成している熱可塑性樹脂は、加熱により膨張すると共に溶融するため、芯材４６の外周を覆っている第１基材４８及び第２基材５０と芯材４６とが密着した状態で溶着されている。

リヤスポイラアウタ３４の外周部４４は、芯材４６が第１基材４８及び第２基材５０に巻き込むように覆われて成形されることにより、リヤスポイラアウタ３４の外周部４４に厚みが付与されている。また、リヤスポイラアウタ３４の外周部４４に、所定のＲ形状が確保されている。

次に、樹脂成形体１０により設けられたリヤスポイラアウタ３４の製造方法の説明を通して本実施形態の作用並びに効果について説明する。

第１工程としての面材４８、５０、５２の積層について説明する。図４Ａに示されるように、樹脂成形体１０を成形するための成形型としての成形用金型５４の下金型５６は、上面が水平面とされた第１平面部５６Ａと、第１平面部５６Ａの一端の下側に略四分円状に成形された湾曲部５６Ｂ１と、湾曲部５６Ｂ１に連続し、上面が水平面とされた第２平面部５６Ｂ２を有する曲面部５６Ｂと、を備えている。

下金型５６の上側に、樹脂が含浸されていない炭素繊維の織布により面状に形成された第１基材４８が、下金型５６の上面形状に沿って配置されている。第１基材４８は、樹脂成形体１０が成形されたときの外周部４４が、下金型５６の湾曲部５６Ｂ１の位置となるように配置されている。第１基材４８の上側かつ第２平面部５６Ｂ２の上側には、樹脂成形体１０の形状にあわせて熱硬化性繊維強化樹脂により形成された樹脂流動用基材５２が積層されている。本実施形態において用いることができる熱硬化性樹脂としては、例えば、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂及びウレタン樹脂が挙げられる。さらに、樹脂流動用基材５２の上側には、樹脂が含浸されておらず、かつ第１基材４８よりも太い炭素繊維の織布により面状に形成された第２基材５０が重ねられている。

なお、ここでは、第１基材４８及び第２基材５０は、炭素繊維の織布を用いて形成されているとして説明したが、これに限らず、目的に応じて他の繊維を用いて形成されてもよい。本実施形態において用いることができる繊維の種類としては、例えば、アラミド繊維、セルロース繊維、ナイロン繊維、ビニロン繊維、ポリエステル繊維、ポリオレフィン繊維、レーヨン繊維等の樹脂繊維、炭素繊維、ガラス繊維、金属繊維などが挙げられる。さらに、ここでは、第１基材４８及び第２基材５０は、織布を用いて成形されているとして説明したが、これに限らず、不織布を用いて形成されてもよい。

さらに、ここでは、成形型の上側に配置された時点では、第１基材４８及び第２基材５０は、樹脂が含浸されていない炭素繊維を用いて成形されているとして説明したが、これに限らず、熱硬化性樹脂が含浸された炭素繊維（プリプレグ）を用いて成形されてもよい。

次に、第２工程としての芯材４６の配置について説明する。図４Ａに示されるように、樹脂成形体１０の外周部４４を成形する下金型５６の湾曲部５６Ｂ１の上側で、上端に積層された第２基材５０の上面に、熱可塑性繊維強化樹脂により断面形状が中実の略円形状とされた棒状に形成された芯材４６が配置される。所定の長さに形成された複数の芯材４６は、隣り合う他の芯材４６と所定の間隔を設けた状態で、下金型５６の湾曲部５６Ｂ１の上側で、上端に積層された第２基材５０の上面に配置される。芯材４６の長さ及び第２基材５０の上面に配置される際の隣り合う他の芯材４６との間隔は、樹脂成形体１０の形状及び成形温度並びに芯材４６の熱線膨張量に影響を及ぼす芯材４６の材質及び大きさを考慮して設定されている。これにより、樹脂成形体１０が加熱された際の、芯材４６の線膨張による樹脂成形体１０の変形を抑制できる。

本実施形態において用いることができる熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド（ＰＡ）樹脂、ポリウレタン（ＰＵ）樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ）樹脂及びポリプロピレン（ＰＰ）樹脂が挙げられる。

なお、ここでは、芯材４６は、断面形状が中実の略円形状に成形されているとして説明したが、これに限らず、断面形状は略矩形状、略楕円状及び略涙滴状などの他の形状で成形されてもよい。

図４Ｂに示されるように、樹脂成形体１０の板厚に応じて、下金型５６の第２平面部５６Ｂ２の上側かつ芯材４６が配置されている第２基材５０の上側に、別の第２基材５０が積層される。さらに、積層された第２基材５０の上側に、板厚を調整すると共に外周部４４を形成するための別の第１基材４８が配置されている。これにより、成形後の樹脂成形体１０の外周部４４以外での板厚が、所定の板厚で均一とされる。

なお、ここでは、第１基材４８及び第２基材５０は、一枚ずつ積層されるとして説明したが、これに限らず、設定する板厚に応じて複数枚が積層されてもよい。

最後に、第３工程として、リヤスポイラアウタ３４の成形について説明する。図４Ｃに示されるように、芯材４６は、樹脂流動用基材５２の上側に設けられた第２基材５０との間に隙間５８を設けながら、樹脂流動用基材５２の下側に設けられた第１基材４８及び当該第２基材５０に巻き込むように覆われる。さらに、芯材４６を覆う第１基材４８及び第２基材５０の上側は、第２平面部５６Ｂ２の上側で最上部に配置されていた他の第１基材４８により覆われる。これにより、加熱する前のリヤスポイラアウタ３４が成形される。芯材４６の外周と芯材４６を覆う第１基材４８及び第２基材５０との間に設けられた隙間５８は、芯材４６の形状及び芯材４６を構成する熱可塑性樹脂の材質を考慮して設定される。

図４Ｄに示されるように、成形されたリヤスポイラアウタ３４が配置された下金型５６の上側に、上金型６０が配置される。これにより、樹脂成形体１０は、下金型５６及び上金型６０の間で密閉される。密閉されたリヤスポイラアウタ３４が加熱されることにより、はじめに、樹脂流動用基材５２を構成する熱硬化性樹脂が溶融する。溶融した熱硬化性樹脂は、成形用金型５４の内部で流動し、第１基材４８及び第２基材５０に浸透するため、第１基材４８及び第２基材５０は、熱硬化性繊維強化樹脂により形成された面材として形成される。

次に、芯材４６を成形する熱可塑性樹脂が、加熱により膨張すると共に溶融する。溶融した熱可塑性樹脂は、芯材４６を覆っている第１基材４８及び第２基材５０に浸透する。また、芯材４６が膨張することにより、芯材４６を覆っている第１基材４８及び第２基材５０は、成形用金型５４の湾曲部５６Ｂ１に押し付けられるため、芯材４６と密着した状態で溶着される。これにより、リヤスポイラアウタ３４は、成形用金型５４の内型に沿った形状に成形される。

本実施形態に係る樹脂成形体１０の製造方法によれば、樹脂成形体１０は、熱硬化性繊維強化樹脂と熱可塑性繊維強化樹脂が直接接合した状態で成形され、しかもこれらの樹脂と第１基材４８及び第２基材５０を構成する炭素繊維が絡み合って結合される。このため、樹脂成形体１０は、接着剤及びリベット等の締結部材を用いて熱硬化性繊維強化樹脂と熱可塑性繊維強化樹脂とを接合した場合に比べて、高い接合強度を確保できる。また、樹脂成形体１０の外周部４４に芯材４６が設けられることにより、樹脂成形体１０を車両前後方向で切断した断面の面積及び断面２次モーメントは、芯材４６を設けない場合と比べて増加する。これにより、樹脂成形体１０の曲げ剛性及びせん断剛性等の剛性が向上する。さらに、樹脂成形体１０の外周部４４に成形寸法が安定している芯材４６が設けられることにより、成形後の樹脂成形体１０に捩れや反りなどの変形が発生することを抑制できる。

また、本実施形態に係る樹脂成形体１０の製造方法によれば、樹脂成形体１０は、金属等の他の材料に比べて軽量な熱硬化性繊維強化樹脂及び熱可塑性繊維強化樹脂により構成され、しかも接着剤又はリベット等の締結部材を用いることなく成形されるため、金属等の他の材料により成形された部品に比べて軽量に成形することができ、しかも接着剤又は締結部材による重量増加を抑制できる。

さらに、本実施形態に係る樹脂成形体１０の製造方法によれば、樹脂成形体１０の外周部４４に芯材４６が設けられることにより、樹脂成形体１０の外周部４４の板厚を確保できる。このため、リヤスポイラ１２の外周部４４でＲ形状を確保できる。さらに、成形時の加熱により熱可塑性繊維強化樹脂で成形された芯材４６が膨張することで、芯材４６の外周部に設けられた第１基材４８の炭素繊維を金型に密着させることができるため、表面品質のよい樹脂成形体１０の成形を可能とすることができる。

以上説明したように、本実施形態に係る樹脂成形体１０の製造方法は、車両用部品としての強度及び剛性を確保すると共に軽量化でき、しかも車両用部品の外周部にＲ形状を簡易に確保できる。

なお、上記実施形態では、樹脂成形体１０は、成形用金型５４に密閉された状態で加熱されるとして説明したが、これに限らず、成形後の樹脂成形体が、フィルム等で密閉した状態で加熱されてもよい。

１０樹脂成形体
４４外周部
４６芯材
４８第１基材（面材）
５０第２基材（面材）
５２樹脂流動用基材（面材）
５４成形用金型（成形型）
５８隙間

Claims

熱硬化性繊維強化樹脂により所定の形状に形成された面材を成形型の上側に配置する第１工程と、
前記面材の上面側で、樹脂成形体の外周部とされる位置であって、前記成形型の湾曲部と対向する位置に、熱可塑性繊維強化樹脂により形成されており、断面形状が円形状とされた芯材が配置される第２工程と、
前記芯材が前記面材との間に隙間を有した状態で前記面材に覆われる工程を経て、前記芯材及び前記面材を密閉した状態で加熱して前記樹脂成形体を成形する第３工程と、
を有する樹脂成形体の製造方法。