JP7033022B2

JP7033022B2 - 繊維強化パネル及びその製造方法

Info

Publication number: JP7033022B2
Application number: JP2018123929A
Authority: JP
Inventors: 光明廣山
Original assignee: Daikyo Nishikawa Corp
Current assignee: Daikyo Nishikawa Corp
Priority date: 2018-06-29
Filing date: 2018-06-29
Publication date: 2022-03-09
Anticipated expiration: 2038-06-29
Also published as: JP2020001297A

Description

本発明は、繊維シートを複数枚積層してなる繊維質基材と、上記繊維質基材を内包するとともに当該繊維質基材に含浸されたマトリックス樹脂とを備えた繊維強化パネルに関する。

特許文献１には、繊維シートを複数枚積層してなる繊維質基材と、上記繊維質基材を内包するとともに当該繊維質基材に含浸されたマトリックス樹脂とを備えた繊維強化樹脂製品の製造方法として、上記繊維質基材を成形型にセットしてバッグ材で覆って密封し、上記成形型と上記バッグ材との間に成形空間を形成した準備状態で、上記成形空間を減圧するとともに、上記成形空間に上記マトリックス樹脂を注入し、上記繊維質基材に上記マトリックス樹脂を含浸させて硬化させるものが開示されている。

特開２０１３－１５４４９４号公報

ところで、特許文献１の製造方法によって薄肉な繊維強化パネルを製造すると、繊維強化パネルの端縁部の端面が狭くなるので、端縁部に手で触れた際、端縁部の端面から手に作用する圧力が大きくなる。したがって、繊維強化パネルの端縁部の手触りが悪い。

また、繊維強化パネルの端縁部の端面が狭くなるので、端縁部の角部に丸みを持たすためにサンディングによる端末仕上げ作業を行うようにすると、当該端末仕上げ作業が繊細な作業となり、手間及び製造コストが増大する。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、手間及び製造コストを増大させることなく、繊維強化パネルの端縁部の手触りを良くすることにある。

上記の目的を達成するため、本発明は、繊維強化パネルの端縁部に線材を埋設したことを特徴とする。

具体的には、第１の発明は、繊維シートを複数枚積層してなる繊維質基材と、上記繊維質基材を内包するとともに当該繊維質基材に含浸されたマトリックス樹脂とを備えた繊維強化パネルを対象とし、次のような解決手段を講じた。

すなわち、第１の発明は、上記繊維質基材は、１枚以上の繊維シートからなる第１及び第２の繊維層を備え、上記第１及び第２の繊維層の端縁部には、線材が介在していることを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明に係る繊維強化パネルの製造方法であって、上記第１及び第２の繊維層を、両繊維層の端縁よりも内側の部分に上記線材を介在させた状態で成形型にセットしてバッグ材で覆って密封し、上記成形型と上記バッグ材との間に成形空間を形成した準備状態で、上記成形空間を減圧するとともに、上記成形空間に上記マトリックス樹脂を注入し、上記第１及び第２の繊維層に上記マトリックス樹脂を含浸させて硬化させることにより、上記第１及び第２の繊維層の間に上記線材を介在させた繊維強化パネルを取得し、上記線材よりも外側の部分をその後切除することを特徴とする。

第３の発明は、第２の発明に係る繊維強化パネルの製造方法において、上記準備状態で、上記線材は、保持シート材が巻き付けられた状態で湾曲又は屈曲し、上記保持シート材は、上記線材に巻き付いた状態に固定手段によって固定されていることを特徴とする。

第１及び第２の発明によれば、繊維強化パネルの端縁部を第１及び第２の繊維層とマトリックス樹脂だけで構成した場合に比べ、繊維強化パネルの端縁部が線材断面の幅だけ分厚くなっているので、繊維強化パネルの端縁部の端面を広くし、端縁部に手で触れた際に端縁部の端面から手に作用する圧力を小さくできる。したがって、繊維強化パネルの端縁部の手触りを良好にできる。

また、繊維強化パネルの端縁部を第１及び第２の繊維層とマトリックス樹脂だけで構成した場合に比べ、繊維強化パネルの端縁部の端面が広くなっているので、端縁部の角部に丸みを持たすためのサンディングによる端末仕上げ作業が容易になり、手間及び製造コストを削減できる。

また、繊維強化パネルが線材配設箇所、すなわち端縁部だけで分厚くなっているので、第１及び第２の繊維層の間に板材を介在させる場合に比べ、繊維強化パネルの分厚い領域を狭くでき、当該繊維強化パネルを備えた製品のレイアウトの自由度を高めることができる。

また、繊維強化パネルの端縁部を第１及び第２の繊維層とマトリックス樹脂だけで構成した場合に比べ、繊維強化パネルの端縁部の断面積が線材の分だけ大きくなるので、、繊維強化パネルの端縁部の剛性を高められる。

第３の発明によれば、線材に保持シート材を巻き付けて保持シート材の形状を固定手段に固定させるだけで、線材を湾曲又は屈曲させた状態に保持できるので、線材の成形型へのセットが容易になる。

本発明の実施形態１に係る繊維強化パネルとしてのアウターパネルを備えたボンネットを裏側から見た図である。図１のII－II線における断面図である。成形装置の概略構成図である。第１の繊維層、線材、及び保持シート材を成形型にセットし、接着用樹脂を保持シート材に散布した状態を示す製造工程図である。保持シート材を線材に巻き付ける工程を示す製造工程図である。図５のVI－VI線における断面図である。第２の繊維層を第１の繊維層、線材及び保持シート材に上方から重ねた状態を示す製造工程図である。成形型の成形面とバッグ材との間に成形空間を形成した準備状態を示す製造工程図である。第１及び第２の繊維層にマトリックス樹脂を含浸させた状態を示す製造工程図である。アウターパネルの不要部分を切除して、切除箇所周りに端末仕上げを施した後の状態を示す製造工程図である。実施形態２の図９相当図である。

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。

（実施形態１）
図１及び図２は、車両のボンネット１を示す。このボンネット１は、車幅方向に長い板状に形成されている。このボンネット１は、本発明の実施形態１に係る繊維強化パネルとしてのアウターパネル３と、当該アウターパネル３の車両内側の面における外周端縁よりも若干内側に接合された樹脂製インナーパネル５とを備えている。上記アウターパネル３の前端縁は、車幅方向中央部に向かって車体Ｂｄ前方に膨らむように若干湾曲している。

上記インナーパネル５の車体Ｂｄ前側幅方向中央には、車体Ｂｄに取り付けられたラッチ機構（図示せず）に係止可能なストライカＳｔが取り付けられている。また、インナーパネル５の車体前側には、ゴム製のシール材Ｃｅがインナーパネル５の前側端縁に沿ってファスナＦ１により締結されている。シール材Ｃｅには、金属製の補強プレートＰが埋設されている。また、上記インナーパネル５の車体Ｂｄ後側幅方向両端には、ヒンジブラケット（図示せず）が締結され、これらヒンジブラケットが、それぞれヒンジ（図示せず）を介して車体Ｂｄに取り付けられている。

上記アウターパネル３は、繊維シート７を４枚（複数枚）積層してなる繊維質基材９と、上記繊維質基材９を内包するとともに当該繊維質基材９に含浸されたマトリックス樹脂１１とを備えている。繊維質基材９は、２枚の繊維シート７からなる第１の繊維層９ａと、２枚の繊維シート７からなる第２の繊維層９ｂとを表側から順に備え、アウターパネル３の前端縁部における第１及び第２の繊維層９ａ，９ｂの間には、断面が直径１～４ｍｍの真円形状をなす線材１３が、保持シート材１５が巻き付けられた状態でアウターパネル３の前端縁に沿って介在している。この線材１３は、テフロン（登録商標）、シリコーン、金属等、マトリックス樹脂１１の硬化時の温度（１００－１３０℃）に耐えうる耐熱性（耐熱温度１３０℃以上）を有する材質で構成されている。保持シート材１５は、線材１３の外周面に全長に亘って巻き付いて密着する巻付部１５ａと、当該巻付部１５ａの周方向両端部から延出して線材１３の全長に亘って互いに接着された延出部１５ｂとで構成されている。当該保持シート材１５にもマトリックス樹脂１１が含浸されている。アウターパネル３の前側の外周端縁部を除く領域、すなわち線材１３が配設されていない領域の厚さは、０．６～２ｍｍに設定されている。

繊維シート７としては、強化繊維の織物、不織布、NCF（Non-Crimp Fabric）等が用いられる。強化繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、セラミック繊維等の無機繊維、ステンレス繊維、スチール繊維等の金属繊維、アラミド繊維、ポリエチレン繊維等の有機繊維等が用いられる。強化繊維は、一種単独で用いてもよいし、二種以上を併用してもよい。

マトリックス樹脂１１としては、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂が用いられる。

保持シート材１５としては、炭素繊維、ガラス繊維等の織物、不織布等が用いられる。

次に、上記のような構成のアウターパネル３をＶａＲＴＭ（Vacuum-assisted Resin Transfer Molding）法により製造する製造方法について説明する。

製造に先立ち、図３に示す成形装置１００と、２枚の繊維シート７からなる第１の繊維層９ａ、及び２枚の繊維シート７からなる第２の繊維層９ｂと、線材１３と、保持シート材１５とを用意する。成形装置１００は、成形型１０１と、フィルム状のバッグ材１０２とを備えている。成形型１０１の上面には、図４～９に示すように、凹所１０３を有する成形面１０５が形成されている。上記凹所１０３は、上記アウターパネル３の表面を成形する底面部１０３ａと、上記アウターパネル３の前側端面を成形する第１側面部１０３ｂと、上記アウターパネル３の車幅方向両側及び後側の端面を成形する第２側面部（図示せず）を有している。なお、図３では、凹所１０３の図示を省略している。第１側面部１０３ｂは、長手方向中央部に向かって凹所１０３外側に凹むように湾曲している。上記凹所１０３の第１側面部１０３ｂの凹所１０３開放側端部には、凹所１０３開放側に向けて外周側に傾斜する傾斜面部１０３ｃが形成されている一方、上記第１側面部１０３ｂの底面部１０３ａ側端部には、開放方向（上方）に向けて外周側に湾曲する湾曲面部１０３ｄが形成されている。成形型１０１には、成形面１０５を囲むようにシール部材１０７が設けられている。バッグ材１０２は、ナイロン、シリコーンゴム等の柔軟性を有する材料からなり、その外周端縁部を図示しない固定部材によりシール部材１０７に押圧することで、成形面１０５との間に密封された成形空間（キャビティ）Ｃを形成できるようになっている。

成形装置１００はさらに、成形空間Ｃに液状のマトリックス樹脂１１を注入する樹脂供給装置１０９と、成形空間Ｃを減圧して液状のマトリックス樹脂１１を吸引する吸引装置１１１とを備えている。

樹脂供給装置１０９は、液状のマトリックス樹脂１１を貯留する樹脂貯留タンク１１３を備えている。樹脂貯留タンク１１３には、バッグ材１０２の内部に連通する樹脂供給配管１１５の一端が接続されている。樹脂供給配管１１５の途中には開閉弁１１７が設けられている。樹脂供給配管１１５の他端は、バッグ材１０２の内部で成形面１０５の一辺に沿わせて配置された吐出レール１１９を有している。

吐出レール１１９は、その長手方向に間隔をあけて設けられた複数箇所の吐出孔１１９ａから液状のマトリックス樹脂１１を吐出するようになっている。樹脂供給配管１１５は、液状のマトリックス樹脂１１をバッグ材１０２の内部に注入する注入ポート１２１を構成している。注入ポート１２１は、成形型１０１にセットされる繊維質基材９のシート面方向における一方向側に位置するように設けられている。詳しくは、上記第２側面部（図示せず）のうち、アウターパネル３の後側の端面を成形する面側に設けられている。

吸引装置１１１は、真空ポンプ１２３を備えている。真空ポンプ１２３には、バッグ材１０２の内部に連通する減圧配管１２５の一端が接続されている。減圧配管１２５の途中には、マトリックス樹脂１１を回収するトラップとして機能する樹脂回収タンク１２７と開閉弁１２９とが設けられている。減圧配管１２５の他端は、バッグ材１０２の内部で吐出レール１１９の対面に位置する成形面１０５の一辺に沿わせて配置された吸引レール１３１を有している。

吸引レール１３１は、その長手方向に間隔をあけて設けられた複数箇所の吸引孔１３１ａを通じて減圧作用によりマトリックス樹脂１１を吸引するようになっている。減圧配管１２５は、バッグ材１０２内部の成形空間Ｃを減圧する減圧ポート１３２を構成している。減圧ポート１３２は、成形型１０１にセットされる繊維質基材９のシート面方向における他方側、つまり第１側面部１０３ｂ側に位置し、注入ポート１２１との間に繊維質基材９を介在させるように設けられている。

そして、図４に示すように、２枚の繊維シート７からなる第１の繊維層９ａを、第１の繊維層９ａの外周端縁よりも内側の部分を凹所１０３に対応させた状態で成形型１０１にセットし、当該第１の繊維層９ａの上面に帯状の保持シート材１５を、当該保持シート材１５の幅方向中央部が上記凹所１０３の第１側面部１０３ｂに対応するように、当該第１側面部１０３ｂに沿って載置する。次いで、保持シート材１５の凹所１０３内側に載置された部分の上面に線材１３を上記第１側面部１０３ｂに沿って載置するとともに、保持シート材１５における線材１３よりも内側の領域に粉末状の固定手段としての接着用樹脂１７を散布する。このとき、線材１３には外力が作用しておらず、線材１３は湾曲することなく直線状に延びている。その後、図５で示すように、保持シート材１５の凹所１０３外側に載置された部分を持ち上げて保持シート材１５の凹所１０３内側に載置された部分に上方から重ねる。次いで、この状態で、アイロン（図示せず）のベースの側面で線材１３を上記第１側面部１０３ｂに向けて図５中矢印Ｘで示す方向に保持シート材１５を介して押圧するとともに、アイロンのベースのかけ面を保持シート材１５の重なった部分に上方から押し当てることにより、線材１３を第１側面部１０３ｂに沿って湾曲させるとともに、アイロンの熱で接着用樹脂１７を溶融させて保持シート材１５の重なった部分を互いに接着する。これにより、線材１３は、保持シート材１５が巻き付けられた状態で湾曲し、図６に示すように、保持シート材１５が線材１３に巻き付いた状態に接着用樹脂１７によって固定される。なお、図６～１０において、接着用樹脂１７の図示を省略している。このように、線材１３に保持シート材１５を巻き付けて保持シート材１５の形状を接着用樹脂１７に固定させるだけで、線材１３を保持シート材１５から作用する力によって湾曲させた状態に保持できるので、線材１３の成形型１０１へのセットが容易になる。次いで、図７に示すように、２枚の繊維シート７からなる第２の繊維層９ｂをその外周端縁が第１の繊維層９ａの外周端縁に一致するように、上記第１の繊維層９ａ、線材１３及び保持シート材１５に上方から重ねる。これにより、第１及び第２の繊維層９ａ，９ｂの外周端縁よりも内側の部分に線材１３及び保持シート材１５が介在する。なお、第１及び第２の繊維層９ａ，９ｂには、マトリックス樹脂１１と強化繊維との接着性（馴染み）を良くするためのサイジング剤が塗布されている。サイジング剤としては、例えば、ビスフェノールＡエポキシと不飽和ポリエステルの混合物やビスフェノールＡエステルが用いられる。そしてこの状態で、図３及び図８に示すように、ピールフライと呼ばれる剥離シート１３３と、パスメディアやフローメディアと呼ばれる樹脂拡散媒体１３５を、下側から順に上記第１及び第２の繊維層９ａ，９ｂに上方から被せ、これら剥離シート１３３、樹脂拡散媒体１３５及び第１及び第２の繊維層９ａ，９ｂをバッグ材１０２で上方及び側方から覆い、バッグ材１０２の外周端縁部を固定部材（不図示）によりシール部材１０７に押し付けた状態で固定する。これにより、成形型１０１の成形面１０５とバッグ材１０２との間に密封された成形空間Ｃが形成された準備状態となる。なお、図８中、剥離シート１３３及び樹脂拡散媒体１３５の図示を省略している。

そして、上記準備状態で、吸引装置１１１の開閉弁１２９を開状態として真空ポンプ１２３を作動させることにより、樹脂回収タンク１２７内と共に成形空間Ｃを減圧ポート１３２を通じて真空吸引により減圧する。その後、樹脂供給装置１０９の開閉弁１１７を開状態にすると、樹脂貯留タンク１１３内と樹脂回収タンク１２７内との気圧差により、樹脂貯留タンク１１３に貯留された液状のマトリックス樹脂１１が樹脂供給配管１１５を通じて成形空間Ｃに注入され、減圧ポート１３２に向かって流れることで、図９に示すように、第１及び第２の繊維層９ａ，９ｂ、及び保持シート材１５全体に浸透する。このとき、成形空間Ｃの上部に樹脂拡散媒体１３５が配設されているので、マトリックス樹脂１１は、成形空間Ｃの上部で早く拡散し、成形空間Ｃの上部から下方に向けても流れる。

その後、加熱装置（図示せず）を作動させて成形型１０１をマトリックス樹脂１１が硬化する所定の温度まで加熱することにより、第１及び第２の繊維層９ａ，９ｂ、及び保持シート材１５に含浸されたマトリックス樹脂１１を硬化させる。これにより、第１及び第２の繊維層９ａ，９ｂを備え、上記第１及び第２の繊維層９ａ，９ｂの間に線材１３及び保持シート材１５が介在したアウターパネル３を取得する。その後、成形型１０１からバッグ材１０２を取り外し、アウターパネル３を成形型１０１から取り出し、図１０に示すように、線材１３よりも外側の不要部分を切除し、切削面１９周りにサンディングによる端末仕上げ作業を施す。これにより、切削面１９端縁に形成される角部に丸みを持たせることができる。このとき、アウターパネル３の前端縁部を第１及び第２の繊維層９ａ，９ｂとマトリックス樹脂１１だけで構成した場合に比べ、アウターパネル３の前端縁部の端面が広くなっているので、上記端末仕上げ作業が容易になり、手間及び製造コストを削減できる。

したがって、本実施形態１によると、アウターパネル３の前端縁部を第１及び第２の繊維層９ａ，９ｂとマトリックス樹脂１１だけで構成した場合に比べ、アウターパネル３の前端縁部が線材１３断面の幅及び保持シート材１５の厚さ分だけ分厚くなっているので、アウターパネル３の前端縁部の端面を広くし、ボンネット１の開閉時等にアウターパネル３の前端縁部に手で触れた際に前端縁部の端面から手に作用する圧力を小さくできる。したがって、アウターパネル３の前端縁部の手触りを良好にできる。

また、アウターパネル３が線材１３配設箇所、すなわち前端縁部だけで分厚くなっているので、第１及び第２の繊維層９ａ，９ｂの間に車体前後方向に長い板材を介在させる場合に比べ、アウターパネル３の分厚い領域を狭くでき、ボンネット１のレイアウトの自由度を高めることができる。

また、アウターパネル３の前端縁部を第１及び第２の繊維層９ａ，９ｂとマトリックス樹脂１１だけで構成した場合に比べ、アウターパネル３の前端縁部の断面積が線材１３の分だけ大きくなるので、アウターパネル３の前端縁部の剛性を高められる。

（実施形態２）
図１１は、本発明の実施形態２の図９相当図である。本実施形態２では、アウターパネル３が、車両前方に引き出した展延状態で車体Ｂｄの開口部を上方から覆う一方、車両後方に引き戻した折り畳み状態で上記開口部を上方に開放する車両用ルーフの外側の面を構成する。当該アウターパネル３の線材１３は金属製であり、当該線材１３には、保持シート材１５が巻き付けられていない。線材１３は、直線状の線材１３を成形型１０１の凹所１０３内に載置し、第１側面部１０３ｂに向けて押圧することにより、湾曲した状態に塑性変形させたものである。

したがって、本実施形態２によると、アウターパネル３を成形する際、保持シート材１５を線材１３に巻き付ける必要がないので、部品点数を削減するとともに成形作業を簡素化し、製造コストを削減できる。

その他のアウターパネル３の構成及び成形方法は、上記実施形態１と同じであるので同一の構成には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

なお、上記実施形態１，２では、本発明を車両用のボンネット１及びルーフのアウターパネル３に適用したが、本発明は、その他の車両用パネルにも適用できる。

また、上記実施形態１では、上記準備状態で、保持シート材１５を接着用樹脂１７により固定したが、接着剤、両面テープ等、他の固定手段により固定するようにしてもよい。

また、上記実施形態１，２では、上記準備状態で、線材１３を湾曲させたが、繊維強化パネルの外周端縁部の形状によっては、線材１３を屈曲させるようにしてもよい。

また、上記実施形態１，２では、第１及び第２の繊維層９ａ，９ｂを２枚の繊維シート７で構成したが、１枚の繊維シートで構成してもよいし、３枚以上の繊維シートで構成してもよい。

また、上記実施形態１，２では、第１及び第２の繊維層９ａ，９ｂの前端縁部に線材１３を介在させたが、後端縁部等、外周端縁部における他の部分に介在させてもよい。また、第１及び第２の繊維層９ａ，９ｂに開口を設け、開口端縁部に線材１３を介在させてもよい。

また、上記実施形態１，２では、断面が真円形状をなす線材１３を用いたが、断面が楕円形状、三角形状、矩形状等、他の形状をなす線材１３を用いてもよい。

また、上記実施形態１，２では、中実形状の線材１３を用いたが、中空形状の線材１３を用いてもよい。

本発明は、繊維シートを複数枚積層してなる繊維質基材と、上記繊維質基材を内包するとともに当該繊維質基材に含浸されたマトリックス樹脂とを備えた繊維強化パネルとして有用である。

３アウターパネル（繊維強化パネル）
７繊維シート
９繊維質基材
９ａ第１の繊維層
９ｂ第２の繊維層
１１マトリックス樹脂
１３線材
１５保持シート材
１７接着用樹脂（固定手段）
１０１成形型
１０２バッグ材
Ｃ成形空間

Claims

繊維シート(7)を複数枚積層してなる繊維質基材(9)と、上記繊維質基材(9)を内包するとともに当該繊維質基材(9)に含浸されたマトリックス樹脂(11)とを備えた繊維強化パネルであって、
上記繊維質基材(9)は、１枚以上の繊維シート(7)からなる第１及び第２の繊維層(9a,9b)を備え、上記第１及び第２の繊維層(9a,9b)の端縁部には、線材(13)が介在していることを特徴とする繊維強化パネル。
請求項１に記載の繊維強化パネルの製造方法であって、
上記第１及び第２の繊維層(9a,9b)を、両繊維層(9a,9b)の端縁よりも内側の部分に上記線材(13)を介在させた状態で成形型(101)にセットしてバッグ材(102)で覆って密封し、上記成形型(101)と上記バッグ材(102)との間に成形空間(C)を形成した準備状態で、上記成形空間(C)を減圧するとともに、上記成形空間(C)に上記マトリックス樹脂(11)を注入し、上記第１及び第２の繊維層(9a,9b)に上記マトリックス樹脂(11)を含浸させて硬化させることにより、上記第１及び第２の繊維層(9a,9b)の間に上記線材(13)を介在させた繊維強化パネル(3)を取得し、上記線材(13)よりも外側の部分をその後切除することを特徴とする繊維強化パネルの製造方法。
請求項２に記載の繊維強化パネルの製造方法において、
上記準備状態で、上記線材(13)は、保持シート材(15)が巻き付けられた状態で湾曲又は屈曲し、
上記保持シート材(15)は、上記線材(13)に巻き付いた状態に固定手段(17)によって固定されていることを特徴とする繊維強化パネルの製造方法。