TW201417993A - 纖維強化塑膠結構體的成形方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種纖維強化塑膠結構體的成形方法。將以多個高剛性粒子為主體的粒子群(6a)收容在袋體(6)中而形成多個芯子(4a~4h)。預浸體(3)或織物等強化纖維基材以介於多個鄰接的芯子之間的方式配置。例如，以上述預浸體(3)包入各芯子(4a~4h)來製作成形用原材料，將該多個成形用原材料以多個組合而配置在成形用模具的內部，對上述成形用原材料進行壓縮成形。在壓縮成形時，局部加壓上述各芯子(4a~4h)的外側表面的一部分來提高芯子的內壓而使之變形，藉此消除存在於芯子與預浸體之間、或預浸體與模具的成形面之間的空隙。

Description

纖維強化塑膠結構體的成形方法

本發明是有關於一種使用芯子的具有閉合剖面的纖維強化塑膠(Fiber Reinforced Plastics，FRP)結構體的成形方法，代表性的是有關於一種纖維強化塑膠製的車輛用車輪的成形方法。

作為具有閉合剖面的纖維強化塑膠的結構體，廣泛用於如航空器的機身或機翼般的大型結構體，以及自行車的框架、網球拍、釣竿或高爾夫球桿(golf shaft)等小型結構體。又，作為具有開放剖面的纖維強化塑膠的結構體，廣泛用於頭盔(helmet)等。

作為用以形成閉合剖面的芯子，使用利用包裝膜包入粉粒子群進行真空填充(pack)包裝而形成為規定形狀的芯子，或藉由吹氣(blow)成形而形成的芯子等。使用將真空填充包裝的粉粒子群形成為所需形狀的芯子的先前方法中，提出有例如日本專利特開平2-238912號公報(專利文獻1)中揭示的具有中空部 的成形體及其成形方法等，又，至於藉由吹氣成形而形成的芯子，例如提出有日本專利特開平7-100856號公報(專利文獻2)中的多層塑膠成形體及其製造方法。

作為本發明的先前例1，參照圖8及圖9對上述專利文獻1記載之發明進行說明。圖8表示藉由成形用模具30成形具有閉合剖面的一種即中空部的結構體過程中的狀態。即，該圖表示在成形用模具30的下模31上載置有進行預加熱而處於熔融狀態的片狀的纖維強化熱塑性樹脂材(下部纖維強化熱塑性塑膠(fiber reinforced thermoplastics，FRTP))34的狀態。下部纖維強化熱塑性塑膠34因處於熔融狀態，故而成為藉由自重而下垂並沈降至下模31的凹部內的狀態。圖9模式性地表示圖8所示的狀態。

以包裝材33b包入粉粒子群33a並藉由真空填充包裝而固形化為規定形狀的芯子33，基本上具有圖9所示的結構，載置在處於熔融狀態且因自重而下垂的下部纖維強化熱塑性塑膠34的凹部。在載置有芯子33的下部纖維強化熱塑性塑膠34的上部，載置加熱而處於熔融狀態的新的片狀的上部纖維強化熱塑性塑膠35。該狀態下，芯子33的周圍成為由下部纖維強化熱塑性塑膠34與上部纖維強化熱塑性塑膠35包圍的狀態。

自該狀態起使成形用模具30的上模32下降，在該上模32與下模31之間對上部纖維強化熱塑性塑膠35與下部纖維強化熱塑性塑膠34進行加壓而使之固化為一體，藉此在將芯子33收納在內部的狀態下一體地成形上部纖維強化熱塑性塑膠35與下部 纖維強化熱塑性塑膠34。於此，為自完成的半成形品排出芯子33，而在半成形品上開出小孔。若在半成形品上開出孔，則空氣進入至真空填充的芯子33的粉粒子群33a中，從而緩和粉粒子群33a的束縛。

而且，通過形成在半成形品上的小孔將構成芯子33的粉粒子群33a排出至半成形品的外部，從而完成成形品。此時，若由對於成形品的剝離性佳的材料構成真空填充包裝粉粒子群33a的包裝材33b，則包裝材33b亦可容易地自成形品拆除。

作為本發明的先前例2，參照圖10對上述專利文獻2記載的發明進行說明。圖10表示將藉由吹氣成形而成形的芯子設置(set)在用以成形外層的成形用模具41a與成形用模具41b之間的狀態。如圖10所示，成形用模具41a、成形用模具41b構成為可收納芯子43，在成形用模具41a、成形用模具41b閉模時，在成形用模具41a、成形用模具41b的各對準面42a、對準面42b與芯子43之間，形成有作為中空部的模腔(cavity)，該模腔供填充熔融樹脂。

對模腔內以擠出機44供給塑化的熔融樹脂45。藉由對處於閉模狀態的成形用模具41a、成形用模具41b的模腔內供給熔融樹脂45，可將具有中空部的製品成形為所需形狀。然而，在成形製品時，在芯子43的耐熱性相對於熔融樹脂的溫度而較低的情形時，或芯子43的壁厚薄的情形時，因成形時對芯子43施加的壓力而有時會導致芯子43變形。又，當芯子43的形狀存在寬的 平坦部分時，因該平坦部分的剛性易於不足而同樣有芯子43變形的情況。

為防止芯子43變形，在專利文獻2記載的發明中，採用可提高芯子43的內壓的構成。作為用於此的構成，設置連通至芯子43的加壓單元46，自加壓單元46向芯子43內部導入已加壓的氣體或液體，藉此增加芯子43的內壓。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開平2-238912號公報

[專利文獻2]日本專利特開平7-100856號公報

專利文獻1揭示的發明中，在將芯子33夾持在下部纖維強化熱塑性塑膠34與上部纖維強化熱塑性塑膠35之間的狀態下使上模32下降，在上模32與下模31之間對下部纖維強化熱塑性塑膠34及上部纖維強化熱塑性塑膠35進行加壓。然而，當在沈降至下模31的凹部而形成的下部纖維強化熱塑性塑膠34的凹部中載置芯子33時，又當自芯子33上方覆蓋上部纖維強化熱塑性塑膠35時，在下模31的凹部的角部與下部纖維強化熱塑性塑膠34之間、或芯子33與下部纖維強化熱塑性塑膠34及上部纖維強化熱塑性塑膠35之間產生空隙。

若在殘留有該空隙的狀態下進行利用上模32與下模31 的加熱加壓，則無法藉由芯子33而自內側預先充分支撐下部纖維強化熱塑性塑膠34及上部纖維強化熱塑性塑膠35，尤其，有時在沿與上模32移動的上下方向相同的方向成形的下部纖維強化熱塑性塑膠34的部位、即縱向部位上壁厚發生變化，或進而無法將下部纖維強化熱塑性塑膠34的外表面形狀形成為沿著下模31的凹部的角落部形狀的形狀，或在外表面產生褶皺，或成形為向上下方向彎曲的形狀。或者，在縱向部位的長度尺寸壓縮為較規定的長度尺寸短的長度尺寸的狀態下成形，製品的尺寸精度降低。

尤其，在下部纖維強化熱塑性塑膠34及上部纖維強化熱塑性塑膠35由使用長纖維的長纖維強化樹脂材料構成時，若在芯子33與下部纖維強化熱塑性塑膠34及上部纖維強化熱塑性塑膠35之間、或上模32及下模31與下部纖維強化熱塑性塑膠34及上部纖維強化熱塑性塑膠35之間存在空隙的狀態下加壓成形，則長纖維的纖維配向被擾亂而產生屈曲，從而導致作為纖維強化塑膠的強度降低、成形品的外觀惡化等。

使用表示先前例1的圖9進一步對該等不良情況進行說明。圖9中，使用片狀的纖維強化熱硬化性樹脂材(預浸體)36，以符號37表示上述的縱向部位。圖9表示將在內部配置有芯子33的環狀的預浸體36收納在形成於下模31的凹部內，並使上模32朝向下模31下降時的狀態。

如圖9所示，將在內部配置有芯子33的預浸體36夾持在上模32與下模31之間進行加熱加壓，藉此形成收容有芯子33 的狀態的半成形品。在該完成的半成形品上開出小孔，使構成芯子33的粉粒子群自小孔排出至外部，從而完成中空狀的成形品。

此外，在形成在收納在下模31中的預浸體36上的凹部內載置芯子33時，例如在將半成形品成形為具有角部的形狀的情形時等，會在芯子33的外表面與預浸體36的內周面之間產生空隙。尤其，為使預浸體36順利地投入至成形用模具，而必須在成形用模具與預浸體36之間空開某程度的間隔，在成形面的角落部與預浸體36之間亦產生同樣的空隙。

而且，在使上模32向下模31下降來對預浸體36加熱加壓時，因上述空隙的影響而在預浸體36的縱向部位37產生褶皺或彎曲，預浸體36的外表面側的角部未形成為所需的直角形狀，預浸體36成為未填充狀態。尤其在成形具有複雜結構的成形體時，極難以將芯子形成為仿照具有該等複雜結構的成形體的形狀。

若構成芯子33的粉粒子群的使用量少，則會在預浸體36與芯子33之間形成空隙，在預浸體36的縱向部位37上產生彎曲。即，如圖9所示，縱向部位37的一部分變形為向芯子33側彎曲的形狀。而且，在構成芯子33的粉粒子群的流動性低的情形時，變形的影響變得顯著。又即便假設縱向部位37的一部分不向芯子33側彎曲，如果不限制上模的下降量，則如圖9所示，縱向部位37的長度尺寸亦會被壓縮至較規定的長度尺寸短的長度尺寸。

專利文獻1記載的發明中，為了不產生不合格品，必須提高預浸體36的預成形體(preform)精度以不在預浸體36與芯子33之間形成空隙，或預先將芯子33的形狀形成為所需的形狀。然而，對於具有流動性的粉粒子群或未硬化的預浸體而言，準確測量構成芯子33的粉粒子群的使用量來構成芯子33，並使芯子33的形狀固定為所需的形狀而使預浸體36密接於芯子33，並同時使預浸體36的外形形狀沿著成形用模具的內表面形狀的處理，會因形狀不穩定而導致成形體的結構越複雜化，則要耗費越多的工時，成形需要長時間。

圖10所示的專利文獻2記載的發明中，可藉由將已加壓的氣體或液體導入至芯子43而提高芯子43的內壓。對於已加壓的氣體或液體而言，具有任意一點的壓力在所有方向上成為相同壓力的物理性質。因此，在為提高內壓而加壓的氣體或液體的一部分自芯子43洩漏時，洩漏的氣體或液體成為高速、高壓的噴射流，而且，保持高溫狀態而自成形用模具41a、成形用模具41b的間隙噴出至外部。而且，尤其在噴出液體的情形時，可能會對成形用模具的周圍造成較大損害，或損害作業人員的安全性，因此必需已採取充分的安全措施的設備。

本發明的目的在於提供一種纖維強化塑膠結構體的成形方法，尤其是可較佳地應用於車輛用車輪的成形方法，其可解決上述先前的問題點，並且在藉由成形用模具而成形具有閉合剖面的成形品、尤其結構複雜的成形品時，不使用氣體或液體便可 均勻地提高預浸體與芯子之間的壓力，而且，即便對芯子施加壓力，又即便在使用通常的成形用模具的情形時，亦可防止芯子的構成材料的一部分自成形用模具洩漏。

為解決上述問題，本發明中，使用以包含可撓性材質的袋體收容包含多個高剛性粒子的粒子群的芯子。作為袋體，可使用塑膠膜或藉由吹氣成形而成形的中空塑膠結構體。在對袋體使用塑膠膜的情形時，在袋狀的塑膠膜中計量規定量的粒子群，並使粒子群成形為規定的形狀，且使袋內為真空，由此可形成以真空填充維持規定的形狀的芯子。在使用藉由吹氣成形等成形為規定的形狀的中空塑膠成形體作為袋體的情形時，自中空塑膠成形體的壁面的一部分上所開的孔，將粒子群投入至中空塑膠成形體的內部，來填埋中空塑膠成形體的內部的空間，由此可形成維持規定的形狀的芯子。

本發明的纖維強化塑膠結構體即具有多個空洞的結構體其成形方法的第一形態的主要構成包括：將以高剛性粒子為主的多個粒子填充在可撓性材質的袋體中來形成多個芯子；使上述芯子密接配置在預浸體層的單面上，上述預浸體層包含至少1片預浸體；使其他上述芯子密接配置在上述預浸體層的另一面上；使含浸在上述預浸體層中的樹脂硬化；及將填充在上述芯子中的高剛性粒子自袋體除去。

根據較佳態樣，包括：在成形用模具的模腔內，於對收 納有上述芯子的上述預浸體進行加壓的狀態下使樹脂硬化。本形態中較佳為包括：利用朝向成形用模具的模腔出沒的按壓器件，按壓至少一個芯子的外周面的一部分，來提高上述芯子的內壓而使芯子變形；及藉由上述芯子的按壓變形，而提高預浸體與上述模具及配置在上述模具內模腔的所有芯子的密接性。

在纖維強化塑膠結構體具有對稱性並包含多個空洞的情形時，為按壓多個芯子的外周面的一部分，其以分別對應為對稱性的方式選擇，較佳為將模塊(mould block)沿成形用模具朝向其模腔插入並按壓。上述粒子群較佳為包含直徑不同的粒子，又上述粒子群理想的是包含高剛性粒子與彈性體粒子。

本形態中，亦可在上述成形用模具內進而配置有獨立的未圖示的金屬構件，並與上述預浸體成形為一體，可在藉由成形用模具而將上述金屬構件與上述預浸體成形為一體之後，通過上述金屬構件將上述粒子群排出至成形品的外部。

又，本發明的纖維強化塑膠結構體即具有多個空洞的結構體其成形方法的第二形態的主要構成包括：將以高剛性粒子為主的多個粒子填充至可撓性材質的袋體中而形成多個芯子；使上述芯子密接配置在強化纖維基材的單面；使其他上述芯子密接配置在上述纖維基材的另一面；使樹脂含浸在上述強化纖維基材中並使該樹脂硬化；及將填充至上述芯子中的高剛性粒子自袋體除去。

即便在該第二形態中，亦較佳為理想的是在成形用模具 模腔內，於對收納有芯子的強化纖維基材進行加壓的狀態下使樹脂硬化。又較佳為可包括：藉由朝向成形用模具的模腔出沒的按壓器件，按壓至少一個芯子的外周面的一部分，來提高上述芯子的內壓而使芯子變形；及藉由上述芯子的按壓變形，而提高預浸體與上述成形用模具及配置在上述成形用模具的模腔中的所有芯子的密接性。更佳為，在成形用模具模腔內進而配置如上述般的金屬構件，亦可將強化纖維基材與金屬構件成形為一體。

本發明的第三形態是藉由纖維強化塑膠結構體即具有多個空洞的結構體其上述成形方法而製造的車輛用車輪。

本發明中，將包含多個具有高剛性的粒子的具有高流動性的粒子群，分別收容在藉由吹氣成形、真空成形、射出(injection)成形等而賦形為所需的立體形狀的多個袋體中，將該等用作成形用芯子。該等多個成形用芯子不是根據纖維強化塑膠結構體的空洞的形狀而簡單地相鄰配置，而是以將預浸體或強化纖維基材(以下，簡單地稱作強化纖維材料)夾持在相鄰的成形用芯子之間的方式相互密接配置，由此即便為已除去成形用芯子的完成品的複雜的空洞配置，亦會在多個空洞間呈一體地配置有纖維強化塑膠成形品，可獲得使纖維強化塑膠成形品一體地插裝在具有複雜配置及形狀的多個空洞間而具有複雜結構的纖維強化塑膠結構體，而且可對該纖維強化塑膠結構體賦予所需的強度與形態的穩定性。

而且，在使用成形用模具的成形時，藉由經由強化纖維材料、或不經由該等強化纖維材料來按壓至少一個芯子的一部分外表面，而在構成該芯子的粒子群的粒子間強制性地產生滑動，使芯子的外表面以擴大的方式變形。藉由擴大芯子的外表面，即便在包入芯子的強化纖維材料與芯子之間形成有空隙，亦可藉由芯子的變形而填埋並堵塞該空隙。又，尤其，即便在成形用模具的成形面的角落部與強化纖維材料之間產生空隙，亦可藉由芯子的變形而使強化纖維材料向填埋該空隙的方向移動，從而可消除空隙的產生。

藉由芯子的變形，在強化纖維材料與芯子之間形成的空隙藉由利用芯子產生的高內壓而潰縮，或構成空隙的空氣通過強化纖維材料自成形用模具釋放至大氣中。空氣通過強化纖維材料時形成的通路，在排出空氣之後自然地被處於熔融狀態的樹脂堵塞。

芯子成為將包含高剛性的粒子的多個粒子群收容在內部的構成。因此，即便按壓芯子的外表面的一部分而使芯子以外周的表面積擴大的方式變形，只要不採取特別的措施，芯子內的內部壓力不會如通常使用液體或氣體時般在所有部位上成為均勻的壓力狀態。即，即便對粒子群的一部分施加壓力，亦會在其他部位上產生較施加壓力的部位的壓力小的壓力。此時若施加的壓力超過某值，則會在構成粒子群的粒子間產生滑動。

即，在按壓芯子的一部分外表面時，即便被按壓的芯子 的部位發生潰縮且由此芯子的內部壓力大幅上升，在離開該部位的芯子的部位的壓力上升，亦低於被按壓的部位的內部壓力。

尤其，芯子內的壓力的傳遞性、粒子群的流動性，受構成粒子群的粒子的形狀、粒子表面的粗糙度、粒徑影響。若使用僅由均勻的粒徑的粒子構成的粒子群，則在芯子內高密度地填充粒子，粒子群的流動性受阻，損害壓力的傳遞性。由此，考慮芯子內的粒徑的分布狀況或粒子表面的粗糙度的分布狀況，或為打破高密度的填充狀態而組合使用不同粒徑的粒子，藉此芯子內的粒子群的流動性與壓力傳遞性提高。又，藉由使用包含高剛性粒子與彈性體粒子的粒子群作為粒子群，亦可使芯子內的粒子群的流動性與壓力傳遞性提高。

即便在離開被按壓的部位的部位上，芯子亦可藉由構成粒子群的粒子的滑動，而以芯子的外周表面積擴大的方式變形。藉此，可相對於成形用模具的成形面來按壓強化纖維材料，例如，可在支撐與模具的按壓方向平行的上下方向的縱向部位的芯子的部位與強化纖維材料之間使壓力上升。而且，在利用上模與下模的加壓時，可防止上述縱向部位彎曲變形。

而且，以上述的縱向部位的縱向長度尺寸成為規定的長度尺寸的方式，固定成形用模具的閉模位置來按壓芯子的一部分，藉此可使芯子的外表面與強化纖維材料的內表面之間的壓力上升。藉此，可避免產生上述的縱向部位的縱向長度尺寸壓縮至規定的尺寸以下而變短的事態，可將強化用材料成形為所需的壁 厚。

又，即便在強化用材料的外表面的角部形成例如直角或銳角的角部的情形時，亦可使充足量的強化纖維材料移動至成形角部的成形用模具的角落部，因此可成形具有在角部填充有強化纖維材料的外表面的纖維強化塑膠結構體。

若提高芯子的內壓，則構成粒子群的各粒子會在前後左右上下方向上產生滑動而移動，但包含粒子群的袋體包含可延伸的材質。因此，藉由可延伸的袋體，可容許芯子的外形形狀伴隨各粒子群的移動而變形。

即便在假設藉由成形用模具的閉模或芯子的按壓而使粒子群的壓力上升，從而粒子群使袋體破裂的情形時，若成形用模具的間隙小於構成粒子群的粒子的直徑，則只要粒子不破碎，就不會自成形用模具洩漏。然而，若萬一粒子破碎而出現自成形用模具洩漏至外部的事態，則會導致所獲得的纖維強化塑膠結構體的空洞自身變形，進而有可能亦會對纖維強化塑膠結構體的形狀造成影響。由此，本發明中，對粒子使用高剛性的材質。

作為按壓芯子的外表面的一部分的器件，可採用以下的構成：使用在成形用模具的模腔內出沒自如的模塊。模塊構成成形用模具的一部分，包含在成形用模具的成形面內出沒自如的金屬製的模塊，例如作為模塊，使用具有可藉由柱塞(plunger)、或外部的操作而在模具內表面的一部分滑動的機構的金屬製的模塊。本發明的纖維強化塑膠結構體的成形方法的最具特徵的構成 在於：在成形具有多個空洞的複雜結構或對稱形狀的纖維強化塑膠結構體時，使用形狀比較簡單的多個芯子，並如上述般規定強化纖維材料與多個芯子的配置；藉由組合該等芯子而實現一種成形方法，其可有效地成形確保高精度及所需強度的具有閉合剖面的複雜結構的纖維強化塑膠結構體。如此般在本發明中使用多個芯子，因此對應於必須按壓的各芯子的按壓部位，而將上述按壓器件設置在上述成形用模具的一部位或多個部位上。

本發明中，當按壓芯子的一部分外表面時，在經由強化纖維材料按壓芯子的一部分外表面的情形時，會在強化纖維材料形成凹部。較佳為在形成在該按壓部位上的凹部中開出孔，將構成芯子的粒子群自半成形品排出。又當按壓部位具有大致平面形狀時，在經由強化纖維材料按壓整個平面的情形時，該面整體沈降，因此實質上未形成凹部。將構成芯子的粒子群排出的排出孔，亦可任意地設置在該等按壓部位即凹部或平面部、或按壓部位以外。

又，在不經由強化纖維材料來按壓芯子的一部分外表面的情形時，預先在強化纖維材料上開出大小相當於模塊等按壓部的孔，通過該孔直接對芯子加壓。該情形時，亦可自形成在成形品上的孔位置使袋體破裂來排出粒子。

1‧‧‧下模

2a‧‧‧上模

2b‧‧‧側面模

3‧‧‧預浸體(強化纖維織布)

4‧‧‧芯子

4a~4h‧‧‧分割芯子

5a‧‧‧模塊

5a'‧‧‧突出部

6‧‧‧袋體

6a‧‧‧粒子群

7‧‧‧車軸用金屬輪轂

10‧‧‧車輛用車輪

11‧‧‧輪輞部

12‧‧‧輪圈部

15‧‧‧成形用模具

30‧‧‧成形用模具

31‧‧‧下模

32‧‧‧上模

33‧‧‧芯子

33a‧‧‧粉粒子群

33b‧‧‧袋體

34、35‧‧‧纖維強化熱塑性樹脂材(FRTP)

36‧‧‧預浸體

37‧‧‧縱向部位

41a、41b‧‧‧成形用模具

42a、42b‧‧‧對準面

43‧‧‧芯子

44‧‧‧擠出機

45‧‧‧熔融樹脂

46‧‧‧加壓單元

IV‧‧‧分割線

V‧‧‧分割線

圖1是表示藉由本發明而成形的車輛用車輪的一例的前視立 體圖。

圖2是該車輛用車輪的後視立體圖。

圖3是表示該車輛用車輪的分割芯子的全部配置例的後視立體圖。

圖4是將該車輛用車輪的分割芯子單位剖面放大表示的後視立體圖。

圖5是表示該車輛用車輪的分割芯子單位的半成形品例的放大立體圖。

圖6是表示將車軸用金屬輪轂一體成形的車輛用車輪的一例的前視立體圖。

圖7是上述車輛用車輪成形時的模具及半成形品的橫剖面圖。

圖8是表示先前例1的具有中空部的成形品成形時初期的狀態圖。

圖9是示意性地表示圖8的加壓成形時的狀態的剖面圖。

圖10是表示先前例2的將芯子設置在成形用模具間的狀態的系統圖。

以下，基於隨附圖式對本發明的較佳的實施方式具體地進行說明。作為本發明的纖維強化塑膠結構體的成形方法，只要為以下構成，即，亦包含以下說明的成形用模具、芯子等構成且可擴大利用成形用模具的加壓成形中的芯子的一部分外表面積，則該等構成可進行各種變形。進而，本發明亦可藉由增加芯子的 構成單位的個數而容易地應用於大型成形品。

以下所述的實施方式是以纖維強化塑膠結構體的代表性的成形品即纖維強化塑膠製的車輛用車輪的成形方法為中心進行說明。再者，本發明的纖維強化塑膠結構體的成形方法，當然並不限定於車輛用車輪的成形方法，亦可應用於其他的例如汽車或列車等的車輛主體、或者航空器的機身或機翼等大型成形品。

圖1及圖2表示包含纖維強化塑膠成形品的車輛用車輪10。該車輛用車輪10為輕量化而在內部形成有多個空洞。為了在車輛用車輪10的內部形成空洞而使用多個芯子4。本實施方式中，沿圖3所示的分割線IV-IV及分割線V-V將車輪整體的芯子4分割為4部分，並且將用於輪輞(rim)部11的4個芯子4a~芯子4d與用於輪圈(disk)部12的4個芯子4e~芯子4h分離，而總共形成8個分割芯子4a~分割芯子4h。

因此，在使用該等分割芯子4a~分割芯子4h而獲得的車輛用車輪10上形成共計8個空洞。

分割芯子4a~分割芯子4h是在利用吹氣成形製造的袋狀成形品(袋體)中單獨填充高剛性的粒子、或填充高剛性粒子與彈性體粒子的混合粒子來製作的。本發明中，不是將如此般製作的分割芯子4a~分割芯子4h簡單地沿著形成在車輛用車輪10上的空洞的形狀來配置，而是隔著預浸體進行配置。具體而言，如圖7所示，例如使輪輞部11的分割芯子4a密接配置在配置於下模1的規定區域中的預浸體3的單面，並將相鄰的輪圈部12的 分割芯子4e密接配置在該預浸體3的另一面，而以預浸體3覆蓋分割芯子4a及分割芯子4e的整個面。使輪輞部11的剩餘的分割芯子4b~4d與輪圈部12的剩餘的分割芯子4f~4h，和分割芯子4a及分割芯子4e相同地分別密接於預浸體3而以預浸體3覆蓋。

使如此覆蓋各分割芯子4a~分割芯子4h的預浸體3，在圖7所示的下模1及側面模2b的各對應的模腔內相互密接配置。在該配置結束之後，使上模2a與模塊5a一起下降。在該上模2a及模塊5a下降的途中，上模2a的下表面及模塊5a的下表面的突出端面分別抵接於之前配置的預浸體3，而開始對預浸體3的一部分表面加壓，上模2a到達規定的下限位置，另一方面模塊5a持續加壓。此時，上模2a下降的下限位置取決於側面模2b的上表面位置的高度，但模塊5a不與模具衝突便可按壓預浸體3的表面。在上模2a下降並到達下限位置，且模塊5a持續按壓來加壓時，使含浸在預浸體層中的樹脂硬化，而成形具有所需形狀的纖維強化塑膠結構體。

本實施方式的上模2a如圖7所示，用以限制車輛用車輪10的輪輞部11的一部分外部表面即上端平面部的位置，一模塊5a如該圖所示，專門用以藉由其突出部5a'對車輛用車輪10的輪圈部12的上表面的一部分進行加壓。而且，藉由模塊5a的加壓而產生的壓力藉由填充至芯子中的粒子群的流動而傳遞，而成為使車輛用車輪10的輪輞部11的一部分外部表面即上端平面部按壓上模2a的力，但上模2a被固定為不會因該力而移動。如此， 上模2a、模塊5a、側面模2b與下模1，對獨立地內含配置在該等所形成的模腔內的8個分割芯子4a~分割芯子4h的預浸體3整體進行加壓。

預浸體3可預先構成為使未硬化的熱硬化性樹脂含浸在碳纖維、玻璃纖維、芳族聚酸胺纖維、碳化矽纖維等強化纖維中而成的片狀體。強化纖維的種類可根據作為目標的纖維強化塑膠結構體的性能來選擇。

圖示的實施方式中，多個分割芯子4a~分割芯子4h，形成隔著覆蓋各者的預浸體3而鄰接的空洞，但例如，亦可在覆蓋多個分割芯子4a~分割芯子4h各自的各預浸體3之間，進而追加多層預浸體3。又，將以預浸體3分別覆蓋8個分割芯子4a~分割芯子4h而成者設置在下模1的模內，但亦可在將以預浸體3分別覆蓋8個分割芯子4a~分割芯子4h而成者加以組合之後，進而以覆蓋其整體的方式積層預浸體後設置在下模1上。又，圖3~圖5所示的實施方式中，使輪圈部12的芯子的分割方向與輪輞部11的分割方向一致，但兩者的分割方向並非必須一致。分割方向的相對配置，可以所欲獲得的纖維強化塑膠結構體的種類、或使用時的應力的分散、質量的分散成為最佳的方式選擇。

又，根據圖示的實施方式，存在夾持在輪輞部11及輪圈部12的各分割芯子4a~分割芯子4h之間的預浸體、及夾持在輪輞部11的各分割芯子4a~分割芯子4d與輪圈部12的各分割芯子4e~分割芯子4h之間的預浸體。該情形時，在所有預浸體硬化 之後，當自半成形品拆除分割芯子4a~分割芯子4h時，會在該拆除的部位形成空洞，但預浸體的成形品一定會成為一體地殘留在鄰接的空洞之間，其連結分別以複雜配置延續的多個空洞之間，來確保結構體整體的強度與剛性，並且作為複雜地配置的不同的空洞自身的增強肋來發揮功能。

上述的說明是使用熱硬化性樹脂進行說明，但在使用含浸有熱塑性樹脂來代替熱硬化性樹脂的預浸體的情形時，以成形用模具對將預浸體3預先加熱來賦形而成的預成形體進行加壓、冷卻，而可製造所需形狀的纖維強化塑膠成形品。進而亦可應用於樹脂轉注成形(resin transfer molding)，即，利用強化纖維織布等強化纖維基材代替預浸體來分別覆蓋多個芯子並配置在成形用模具內，在關閉成形用模具之後，向成形用模具的成形面與覆蓋各芯子的強化纖維基材之間的模腔中加壓注入而填充熱硬化性樹脂，並藉由加熱的成形用模具而使熱硬化性樹脂硬化。

作為含浸在纖維中的熱硬化性樹脂，可使用環氧樹脂、尿素樹脂、乙烯基酯樹脂、不飽和聚酯、聚胺酯、酚醛樹脂等，作為熱塑性樹脂，可使用聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、氯乙烯、聚醯胺樹脂等。

芯子4是向被賦形為所需外形形狀的吹氣成形品、真空成形品、射出成形品等袋體6中填充具有高剛性的粒子群而構成的。作為構成粒子群6a的高剛性粒子，可使用氧化鋁、氧化鋯等陶瓷、玻璃、硬質耐熱樹脂、金屬、鑄模砂等。在使用氧化鋯、 石英作為粒子的情形時，該等物質因熱傳導率低而成為較佳的材料。作為用以保持芯子4的形態的袋體6的素材，可使用尼龍、聚丙烯、聚乙烯、丙烯酸樹脂、氟樹脂膜、矽橡膠等，在不除去袋體的情形時，樹脂接著性優異的尼龍為佳。又，為使袋體的密接性提高，亦可有效地利用電暈放電處理等。

上述模塊5a構成成形用模具15的上模的一部分，在其主體的下表面具有可在成形用模具15的模腔內出沒的多個突出部5a'。圖示例中，突出部5a'是與主體形成為一體，與主體成為一體而可在成形用模具15的模腔內出沒。因此，省略圖示的缸體(cylinder)或柱塞連結於該模塊5a的主體。模塊5a具有可滑動地密嵌於上模2a的內周面的構成。此處，亦可設為使模塊5a的主體與突出部5a'分離的構成。該情形時，可在模塊5a的主體與突出部5a'上分別設置獨立的缸體或柱塞等工作器件。

其次，列舉車輛用車輪為例並參照圖式對本發明的實施方式的纖維強化塑膠結構體的成形方法進行具體說明。

首先，將以預浸體分別包入8個分割芯子4a~分割芯子4h而成的成形材料(以下，稱作成形原材料3a~成形原材料3h)分別載置在藉由下模1及側面模2b而形成的模腔內的規定位置上，該側面模2b載置在下模1上且可沿水平方向移動。此處，使上模2a朝向下模1下降來夾持並固定側面模2b，從而完成閉模。上述成形原材料3a~成形原材料3h自載置在下模1上的時間點起進行加熱，但藉由閉模而可高效地對全周進行加熱。在該階段壓力不高， 藉由下一階段的模塊5a提高壓力，因此作為閉模機而言，只要具有模的開閉機構即可，不需要高壓壓製機。

繼而，將模塊5a插入至成形用模具15的模腔內，經由預浸體3按壓由預浸體3覆蓋的各分割芯子4a~分割芯子4h的外表面的一部分。藉由該按壓，在構成芯子4內的粒子群6a的粒子間產生滑動，粒子群6a流動而使芯子4變形，從而芯子4的外周表面積增大。若擴大芯子4的外周表面積，則即便是在尤其易於產生空隙的預浸體3的內表面的四個角落，芯子4亦可無間隙地到達於此，可使芯子4密接於預浸體3的內表面，從而獲得無彎曲或褶皺的尺寸精度高的成形品。

即，藉由擴大芯子4的外周表面積，而即便在包入芯子4的預浸體3與芯子4之間形成有空隙，構成空隙的空氣亦會因藉由芯子產生的高內壓而潰縮，或通過預浸體3自成形用模具15釋放至大氣中。空氣通過預浸體3時形成的通路，在空氣通過之後自然地被熔融的預浸體3堵塞。

又，在成形用模具15的角部，即便在成形用模具15與預浸體3之間存在空隙的情形時，亦可藉由芯子的外周表面積的擴大而自芯子4產生按壓來使預浸體3向空隙側移動。而且，形成該空隙的空氣因高內壓而潰縮，或自成形用模具15與預浸體3之間的間隙被擠出至大氣中。預浸體3移動至空氣已被擠出的空隙的部分，而形成為沿著成形用模具15的角部形狀的形狀。藉此，對預浸體3加熱加壓而形成的成形品，例如可成為角部形成為直 角或銳角的成形品、或底切(under cut)形狀。

再者，在實施例的說明中所使用的各圖中，為容易理解地說明袋體6，而以誇張的狀態較厚地表示袋體6的壁厚。實際上，袋體6可構成為1mm左右。此處，對成形車輛用車輪的成形品的構成進行說明，但可適當地應用輪圈形狀的設計或輪輞寬度等，作為成形品，可成形具有閉合剖面的其他形狀、或組合閉合剖面與開放剖面而成的形狀等更複雜的結構體。

作為接近於閉合剖面的形狀，存在剖面形狀為C字狀的形狀等。例如，在形成具有C字狀的剖面形狀的成形品的情形時，可採用使芯子的一部分直接抵接於上模2a、模塊5a或下模1的成形面的配置構成。而且，藉由以預浸體3覆蓋未抵接於成形面的芯子的周圍，可成形具有C字狀的剖面形狀的成形品。因此，本發明的閉合剖面，除方管形狀等形狀以外，亦包含例如C字狀的剖面形狀。

如圖7所示，藉由以模塊5a按壓芯子4的外表面的一表面，實質上不在預浸體3的外表面上形成凹部便可提高芯子4內的內壓。

藉由構成芯子4的粒子群6a的一部分的內壓提高，而使構成粒子群6a的粒子相互產生滑動來向前後左右上下方向移動，粒子群6a向壓力低的側擴大。包含粒子群6a的袋體6包含熱塑性樹脂等比較軟質的材質，因此袋體6實質上不限制粒子群6a的移動，可以芯子的外周表面積擴大的方式延伸。

於在利用模塊5a按壓之前在芯子4與預浸體3之間存在空隙的情形時，在利用模塊5a按壓時，空隙附近的粒子群4的壓力的上升遲於無空隙的部分的壓力的上升，構成芯子4的粒子群6a的一部分的內壓提高，芯子4的外周表面積擴大，從而可在芯子4與預浸體3之間消除空隙。

而且，芯子4的外表面表面積的擴大，是在產生空隙的芯子4與預浸體3之間的壓力低的部位產生，因此可消除空隙，並且可預先將預浸體3的壁厚維持在規定的壁厚。

如此，可將成形品加壓成形為具有規定的壁厚、並且具有所需的外表面形狀的形狀。

圖6中表示將結束了利用成形用模具15的加壓成形的半成形品自成形用模具15取出後的狀態。以模塊5a按壓的預浸體3的部位，不是各分割芯子4a~分割芯子4h所處的部位的上表面的一部分，而是按壓整個上表面，因此外觀上辨識不出按壓的痕跡。再者，該圖表示若配置在以預浸體覆蓋的輪圈部12的4個芯子4e~芯子4h之間、並以成形用模具加壓加熱成形，則亦可一體地成形本發明的金屬構件之一即車軸用金屬輪轂7的例。在如此獲得的車輛用車輪的半成形品中，若在預浸體成形部分的一部分上開出粒子群6a的排出用孔，則可將構成芯子4的粒子群6a自該孔排出至外部，而完成作為具有中空部的成形品的車輛用車輪。收容粒子群6a的吹氣成形品、真空成形品、射出成形品等賦形為立體形狀的袋體6，在粒子群6a的排出用孔大的情形時，只 要包含對於成形品的剝離性佳的材料、或將袋體6構成為雙層，則與粒子群6a接觸的袋體6亦可自成形品拆除，但在袋體的厚度厚、形狀複雜、難以取出袋體的情形時，亦可將袋體留在成形品內而使成形品與袋體接著。

如此，可在芯子4與預浸體3之間未產生空隙的狀態下對預浸體3實施加壓成形，因此作為成形品，可製造出無彎曲或褶皺的所需壁厚且具有所需外表面形狀的製品。又，即便於在關閉成形用模具的狀態下芯子4內的內壓低的情形時，亦可藉由例如自模塊5a施加的按壓力而提高芯子4內的內壓，因此作為成形品，可製造出所需壁厚且具有所需外表面形狀的製品。

以下，基於實施例對本發明進行更具體的說明。

[實施例] (實施例1)

將圖3所示的車輛用車輪的內部空洞形成用的芯子4分割為輪輞部11的芯子與輪圈部12的芯子，進而沿該圖的分割線IV-IV及分割線V-V進行分割，製作圖4及圖5所示形狀的共計8個分割芯子4a~分割芯子4h。各分割芯子4a~分割芯子4h是將氧化鋯粒子(混合有直徑1mm、3mm的粒子)收容在包含尼龍的吹氣成形品的袋體6中，而製作圖3所示的形狀的8個分割芯子4a~分割芯子4h。以積層為5層的碳纖維強化環氧樹脂預浸體3(三菱麗陽(MITSUBISHI RAYON)公司製造TR3110391 IMU)覆蓋各分割芯子4a~分割芯子4h來製作8個成形原材料。將該成形原 材料組合為與下模1的內周面形狀大致相同的形狀，並在室溫下加以集合而成為預成形體。此時各成形原材料的表面分別處於以預浸體3包入的狀態，因此所有預浸體3介於預成形體的鄰接的分割芯子4a~分割芯子4h之間。

其次，在形成在預先加熱至140℃的成形用模具15的下模1上的凹部1a內設置預成形體，其後使上模2a朝向下模1下降而閉模，繼而，使模塊5a下降，利用突出部5a'經由預浸體3以4MPa按壓各分割芯子4a~分割芯子4h的外表面的一部分。10分鐘後，進行開模，取出半成形品。在半成形品表面的配置在各芯子表面上的預浸體3的部位開出排出用孔，將粒子群6a自排出用孔排出至外部，從而獲得在內部具有複雜且連續地延續的多個空洞的纖維強化塑膠製的車輛用車輪10。自預浸體3成形的成形品介於多個空洞間，因此作為車輛用車輪10具有必要的強度與剛性。該車輛用車輪10為具有角部、底切形狀、垂直面的複雜形狀，但尺寸精度高，在外表面無褶皺等缺陷而外觀優異。

(實施例2)

參照圖7對本發明的實施例2進行具體說明。實施例1中，列舉以預浸體材料覆蓋芯子，且使用成形用模具15進行壓縮成形的例來進行說明，實施例2中，使用與實施例1相同的成形用模具進行樹脂轉注成形，因此成為以未圖示的包含強化纖維織布的強化纖維基材覆蓋多個分割芯子的構成。其他構成為與實施例1相同的構成，對相同的構成構件，使用與實施例1中所使用的構 件符號相同的構件符號，藉此可充分理解該構件，因此省略該等的說明。

使用強化纖維織布來代替預浸體，關閉上述成形用模具15，自未圖示的樹脂注入孔向模腔內注入熱硬化樹脂，在填充樹脂之後，藉由模塊5a以1MPa進行加壓，並進行加熱而使之硬化。其次，進行開模，取出作為半成形品的車輛用車輪10，在半成形品的所需部位上開出芯子排出用孔，將粒子群6a自排出用孔排出至外部，從而獲得中空成形品。留在空洞部中的袋體在樹脂硬化時藉由熱硬化性樹脂而與強化纖維織布一體化。

10‧‧‧車輛用車輪

11‧‧‧輪輞部

12‧‧‧輪圈部

Claims (15)

1. 一種纖維強化塑膠結構體的成形方法，上述纖維強化塑膠結構體具有多個空洞，其特徵在於包括：將包含多個高剛性粒子的粒子群填充至可撓性材質的袋體中而形成多個芯子；使上述芯子密接配置在預浸體層的單面，上述預浸體層包含至少1片預浸體；將其他上述芯子密接配置在上述預浸體層的另一面；使含浸在上述預浸體層中的樹脂硬化；及將填充至上述芯子中的高剛性粒子自袋體除去。
2. 如申請專利範圍第1項所述的纖維強化塑膠結構體的成形方法，包括：在成形用模具的模腔內，於對收納有上述芯子的上述預浸體進行加壓的狀態下使上述樹脂硬化。
3. 如申請專利範圍第2項所述的纖維強化塑膠結構體的成形方法，包括：利用朝向上述成形用模具的模腔出沒的按壓器件，按壓至少一個上述芯子的外周面的一部分，來提高上述芯子的內壓而使上述芯子變形；及藉由上述芯子的按壓變形，而提高上述預浸體與上述成形用模具及配置在上述成形用模具的模腔中的所有上述芯子的密接性。
4. 如申請專利範圍第3項所述的纖維強化塑膠結構體的成形方法，其中具有多個空洞的上述纖維強化塑膠結構體具有對稱性，包括：將模塊朝向上述成形用模具的模腔而插入至上述成形用模具內，來按壓多個上述芯子的外周面的一部分，其中被按壓的部分以分別對應為對稱性的方式選擇。
5. 如申請專利範圍第4項所述的纖維強化塑膠結構體的成形方法，其中在用上述成形用模具進行成形之後，通過上述模塊的插入位置而將上述粒子群排出至成形品的外部。
6. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述的纖維強化塑膠結構體的成形方法，其中上述粒子群包含直徑不同的粒子。
7. 如申請專利範圍第1項至第6項中任一項所述的纖維強化塑膠結構體的成形方法，其中上述粒子群包含高剛性粒子與彈性體粒子。
8. 如申請專利範圍第1項至第7項中任一項所述的纖維強化塑膠結構體的成形方法，包括：進而在上述成形用模具的模腔內配置獨立的金屬構件，並將該金屬構件與上述預浸體成形為一體。
9. 一種纖維強化塑膠結構體的成形方法，上述纖維強化塑膠結構體具有多個空洞，，包括：將包含多個高剛性粒子的粒子群填充至可撓性材質的袋體中而形成多個芯子； 使上述芯子密接配置在強化纖維基材的單面；將其他上述芯子密接配置在上述纖維基材的另一面；使樹脂含浸在上述強化纖維基材中並使該樹脂硬化；及將填充至上述芯子中的粒子群自袋體除去。
10. 如申請專利範圍第9項所述的纖維強化塑膠結構體的成形方法，包括：在成形用模具的模腔內，於對收納有芯子的強化纖維基材進行加壓的狀態下使上述樹脂硬化。
11. 如申請專利範圍第10項所述的纖維強化塑膠結構體的成形方法，包括：利用朝向上述成形用模具的模腔出沒的按壓器件，按壓至少一個上述芯子的外周面的一部分，來提高上述芯子的內壓而使芯子變形；及藉由上述芯子的按壓變形，而提高強化纖維基材與上述成形用模具及配置在上述成形用模具的模腔中的所有芯子的密接性。
12. 如申請專利範圍第11項所述的纖維強化塑膠結構體的成形方法，其中具有多個空洞的上述纖維強化塑膠結構體具有對稱性，將模塊朝向上述成形用模具的模腔而插入至上述成形用模具內，來按壓多個上述芯子的外周面的一部分，其中被按壓的部分以分別對應為對稱性的方式選擇。
13. 如申請專利範圍第12項所述的纖維強化塑膠結構體的成形方法，其中在用上述成形用模具進行成形之後，通過上述模塊 的插入位置而將上述粒子群排出至成形品的外部。
14. 如申請專利範圍第9項至第13項中任一項所述的纖維強化塑膠結構體的成形方法，其中進而在上述成形用模具的模腔內配置獨立的金屬構件，將強化纖維基材與金屬構件成形為一體。
15. 一種車輛用車輪，藉由如申請專利範圍第1項至第14項中任一項所述的纖維強化塑膠結構體的成形方法而製造。