繊維強化プラスチック構造体およびその製造方法
【課題】この発明は、成形型の表面に形成されたゲルコート層の表面に樹脂拡散用の溝を形成して、コア材の表面に形成される樹脂拡散用の溝を不要とし、生産性に優れた繊維強化プラスチック構造体およびその製造方法を得る。
【解決手段】この繊維強化プラスチック構造体の製造方法は、第１樹脂拡散用の溝７ａが表面の全面に形成された第１ゲルコート層１１ａを成形下型１０の表面に形成する工程と、第１ゲルコート層１１ａの表面上に第１強化繊維基材１３ａおよびコア材２を積層する工程と、第１強化繊維基材１３ａおよびコア材２を封入するようにバギングフィルム１８を成形下型１０に取り付け、バギングフィルム１８の内部の空気を吸引して減圧する工程と、減圧されたバギングフィルム１８の内部に液状の樹脂を注入し、該樹脂を第１強化繊維基材１３ａおよび第１樹脂拡散用の溝７ａ内に含浸させ、硬化させる工程と、を備えている。
【解決手段】この繊維強化プラスチック構造体の製造方法は、第１樹脂拡散用の溝７ａが表面の全面に形成された第１ゲルコート層１１ａを成形下型１０の表面に形成する工程と、第１ゲルコート層１１ａの表面上に第１強化繊維基材１３ａおよびコア材２を積層する工程と、第１強化繊維基材１３ａおよびコア材２を封入するようにバギングフィルム１８を成形下型１０に取り付け、バギングフィルム１８の内部の空気を吸引して減圧する工程と、減圧されたバギングフィルム１８の内部に液状の樹脂を注入し、該樹脂を第１強化繊維基材１３ａおよび第１樹脂拡散用の溝７ａ内に含浸させ、硬化させる工程と、を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、人工衛星や航空機などの用途に適用される繊維強化プラスチック構造体およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
繊維強化プラスチック（ＦＲＰ：Fiber Reinforced Plastics）、特に強化繊維を炭素繊維とした炭素繊維強化プラスチックは、軽量・高強度の複合材料であり、人工衛星や航空機などの用途に適用されている。そして、ＦＲＰをコア材の一面、又は両面に一体に形成したＦＲＰ構造体は、ＦＲＰの使用量を抑えつつ、曲げ剛性を高められることから、近年注目されている。
【０００３】
従来の繊維強化プラスチック構造体は、溝付きコア材を成形型内に配置し、コア材の両面に強化繊維基材を配置し、成形型全体をバッグフィルムで覆い、バッグフィルムで覆われた内部を真空状態に減圧した後、バルブを開いて液状の樹脂を注入して強化繊維基材に樹脂を含浸させ、その後、樹脂を硬化させて、作製される(例えば、特許文献１参照）。このとき、コア材および強化繊維基材の成形型内への配置に先立って、ゲルコートを成形型の表面に形成することにより、強化繊維のない樹脂層、すなわち意匠層をＦＲＰ構造体の表面に一体成形することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２５４５６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の繊維強化プラスチック構造体の製造方法では、注入される液状の樹脂を強化繊維基材の面方向に拡散する溝をコア材の表面に機械的に形成する必要があるので、生産性が低下してしまう。特に、ＦＲＰ構造体が曲面形状の場合、曲面形状のコア材の表面に溝を形成するために、三次元の機械加工が必要となり、生産性が更に低下してしまう。
また、コア材の表面の溝をなくし、フローメディアを強化繊維基材の表面に配置することも考えられる。しかし、この製造方法では、意匠層がＦＲＰ構造体の表面に一体成形されないので、意匠層を後工程でＦＲＰ構造体の表面に形成する必要があり、生産性が低下してしまう。
【０００６】
この発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、成形型の表面に形成された表面樹脂層の表面に樹脂拡散用の溝を形成して、コア材の表面に形成される樹脂拡散用の溝を不要とし、生産性に優れた繊維強化プラスチック構造体およびその製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明による繊維強化プラスチック構造体の製造方法は、成形下型の表面に第１ゲルコート層を形成する工程と、上記第１ゲルコート層の上記成形下型と反対側の表面の全面に第１樹脂拡散用の溝を形成する工程と、第１強化繊維基材とコア材とを重ねた状態で、該第１強化繊維基材を上記第１ゲルコート層に向けて上記成形下型内に配置する工程と、上記コア材および上記第１強化繊維基材を封入するように封入用フィルムを上記成形下型に取り付ける工程と、空気吸引口から該封入用フィルムの内部の空気を吸引して減圧する工程と、減圧された上記封入用フィルムの内部に樹脂注入口から液状の樹脂を注入し、該液状の樹脂を上記第１樹脂拡散用の溝を流して上記第１強化繊維基材の面方向に拡散させて該第１強化繊維基材に含浸させ、硬化させる工程と、を備えている。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、第１樹脂拡散用の溝が成形下型の表面に形成された第１ゲルコート層の第１強化繊維基材に接する表面の全面に形成されているので、第１樹脂拡散用の溝をコア材の表面に形成する必要がなく、生産性が高められる。また、第１ゲルコート層と第１強化繊維基材に充填される液状の樹脂との接触面積が増え、接着強度が増大し、第１ゲルコート層の剥がれが抑制される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１に係る繊維強化プラスチック構造体を示す断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る繊維強化プラスチック構造体の製造方法を説明する断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る繊維強化プラスチック構造体の製造方法における樹脂拡散用の溝が形成された表面樹脂層を示す平面図である。
【図４】図３のＡ部拡大図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ矢視断面図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係る繊維強化プラスチック構造体の製造方法における表面樹脂層への樹脂拡散用の溝の形成工程を説明する工程断面図である。
【図７】この発明の実施の形態２に係る繊維強化プラスチック構造体を示す断面図である。
【図８】この発明の実施の形態２に係る繊維強化プラスチック構造体の製造方法を説明する断面図である。
【図９】この発明の実施の形態３に係る繊維強化プラスチック構造体を示す断面図である。
【図１０】この発明の実施の形態３に係る繊維強化プラスチック構造体の製造方法を説明する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の真空断熱材の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
【００１１】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る繊維強化プラスチック構造体を示す断面図、図２はこの発明の実施の形態１に係る繊維強化プラスチック構造体の製造方法を説明する断面図、図３はこの発明の実施の形態１に係る繊維強化プラスチック構造体の製造方法における樹脂拡散用の溝が形成された表面樹脂層を示す平面図、図４は図３のＡ部拡大図、図５は図４のＶ−Ｖ矢視断面図、図６はこの発明の実施の形態１に係る繊維強化プラスチック構造体の製造方法における表面樹脂層への樹脂拡散用の溝の形成工程を説明する工程断面図である。
【００１２】
図１において、繊維強化プラスチック構造体（以下、ＦＲＰ構造体とする）１００は、コア材２と、コア材２の両面に一体に形成された第１繊維強化プラスチック層３ａおよび第２繊維強化プラスチック層３ｂと、第１繊維強化プラスチック層３ａの表面に一体に形成され、第１樹脂拡散用の溝７ａが第１繊維強化プラスチック層３ａに面する表面に形成された意匠層としての第１表面樹脂層６ａと、を備えている。そして、第１繊維強化プラスチック層３ａのマトリックスを構成する樹脂５が第１樹脂拡散用の溝７ａ内に充填されている。
【００１３】
コア材２は、軽量化の観点から発泡体が好ましく、発泡体の材料としては、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビニルクロライド、フェノール、ポリメタクリルイミド、ポリエーテルイミドなどの樹脂が用いられる。ここでは、軽量性、難燃性の観点からフェノールの発泡体を使用しており、所定厚みの矩形平板状に作製されている。
【００１４】
第１および第２繊維強化プラスチック層３ａ，３ｂは、強化繊維中に樹脂５を含浸、硬化させて作製される。強化繊維としては、炭素繊維の一方向材、織物、マット、ストランドや、ガラス繊維の一方向材、織物、マット、ロービングなどを単独、あるいは混合して用いられる。特に、軽量化の点から、炭素繊維が好ましい。繊維強化プラスチック層３のマトリックスを構成する樹脂５としては、エポキシ、不飽和ポリエステル、フェノール、ビニルエステルなどの熱硬化性樹脂が用いられる。
【００１５】
第１表面樹脂層６ａとしては、エポキシ、不飽和ポリエステル、フェノール、ビニルエステルなどの熱硬化性樹脂が用いられる。第１樹脂拡散用の溝７ａは、第１表面樹脂層６ａの第１繊維強化プラスチック層３ａに面する表面全体に、後述する樹脂注入口１７側から空気吸引口１６側に繋がった縞状、格子状、ハニカム状、又は蜘蛛の巣状などの溝形状に凹設されている。
【００１６】
このように構成されたＦＲＰ構造体１００は、コア材２、第１および第２繊維強化プラスチック層３ａ，３ｂおよび第１表面樹脂層６ａが第１および第２繊維強化プラスチック層３ａ，３ｂのマトリックスを構成する樹脂５により接合・一体化されているので、繊維強化プラスチックの使用量を抑えつつ、剛性を高めることができる。
第１樹脂拡散用の溝７ａが第１表面樹脂層６ａの第１繊維強化プラスチック層３ａ側の面に形成されているので、第１表面樹脂層６ａの接着面積が増大するとともに、樹脂５が第１樹脂拡散用の溝７ａ内に充填されているので、くさび効果が作用する。そこで、第１表面樹脂層６ａの接着強度が大きくなり、第１表面樹脂層６ａの剥離の発生が抑えられる。
【００１７】
つぎに、ＦＲＰ構造体１００の製造方法について図２乃至図６を参照しつつ説明する。
【００１８】
まず、成形下型１０の表面にフッ素樹脂をコーティングして離型処理を施し、スプレーガン（図示せず）を用いてゲルコート樹脂を離型処理を施した成形下型１０の表面に塗布する。これにより、図６の（ａ）に示されるように、第１ゲルコート層１１ａが成形下型１０の表面に形成される。
【００１９】
ついで、第１ゲルコート層１１ａを半硬化状態とし、例えば格子状の溝相当部が表面に突設された第１押し型材１２を第１ゲルコート層１１ａ上に配置し（図６の（ｂ））、第１ゲルコート層１１ａの表面に押し付ける（図６の（ｃ））。これにより、第１押し型材１２の格子状の溝相当部が第１ゲルコート層１１ａ内に食い込む。ついで、第１押し型材１２を取り外し、図６の（ｄ）に示されるように、第１押し型材１２の格子状の溝相当部が第１ゲルコート層１１ａの表面に刻装される。そして、第１ゲルコート層１１ａを硬化させる。これにより、図３乃至図５に示されるように、第１樹脂拡散用の溝７ａが表面の全面に格子状に凹設された第１ゲルコート層１１ａが作製される。この第１樹脂拡散用の溝７ａは、格子状の溝形状をなしており、第１ゲルコート層１１ａの樹脂注入口１７側から空気吸引口１６側に繋がっている。
【００２０】
ついで、第１強化繊維基材としての第１強化繊維織物１３ａを第１ゲルコート層１１ａ上に複数層に重ねる。このとき、第１ゲルコート層１１ａに接する１層目の第１強化繊維織物１３ａは、その繊維方向が第１樹脂拡散用の溝７ａの溝方向に対して４５°ずれるように第１ゲルコート層１１ａ上に重ねる。ついで、コア材２を複数層に重ねられた第１強化繊維織物１３ａの上に載置し、第２強化繊維基材としての第２強化繊維織物１３ｂをコア材２の上に複数層に重ねる。そして、ピールプライ１４を第２強化繊維織物１３ｂ上に重ね、フローメディア１５をピールプライ１４上に重ねる。
【００２１】
ついで、空気吸引口１６と樹脂注入口１７を取り付け、封入用フィルムとしてのバギングフィルム１８で全体を覆い、バギングフィルム１８の周囲をシーラント１９で成形下型１０に接着し、図２に示されるように、バギングフィルム１８内を気密にする。ついで、樹脂５の液状物が貯蔵されているタンク（図示せず）を樹脂注入口１７に接続し、真空ポンプ（図示せず）を空気吸引口１６に接続する。ついで、タンクのバルブを閉じて、真空ポンプを作動させ、バギングフィルム１８内を真空状態にする。
【００２２】
ついで、タンクのバルブを開け、液状の樹脂が樹脂注入口１７からバギングフィルム１８内に注入される。そして、液状の樹脂は、第１ゲルコート層１１ａに形成された第１樹脂拡散用の溝７ａ内を流れ、面方向に拡散しつつ、コア材２の下方に配置された第１強化繊維織物１３ａの厚さ方向に含浸される。また、液状の樹脂は、フローメディア１５内を流れ、面方向に拡散しつつ、ピールプライ１４を通ってコア材２の上方に配置された第２強化繊維織物１３ｂの厚さ方向に含浸される。これにより、液状の樹脂が第１および第２強化繊維織物１３ａ，１３ｂの全体に含浸される。
【００２３】
樹脂の含浸が終了すると、バルブを閉じて第１および第２強化繊維織物１３ａ，１３ｂに含浸された樹脂を硬化する。そして、樹脂の硬化後、バギングフィルム１８、ピールプライ１４、フローメディア１５を取り外し、コア材２、第１および第２強化繊維織物１３ａ，１３ｂおよび樹脂５の一体物を成形下型１０から脱型し、図１に示されるＦＲＰ構造体１００を得る。第１ゲルコート層１１ａが第１繊維強化プラスチック層３ａの表面に一体に形成され、ＦＲＰ構造体１００の意匠層となる第１表面樹脂層６ａを構成する。
【００２４】
この実施の形態１による製造方法によれば、第１および第２繊維強化プラスチック層３ａ，３ｂがコア材２の両面に配され、第１繊維強化プラスチック層３ａの表面に第１表面樹脂層６ａを有するＦＲＰ構造体１００を１回の真空含浸工程で作製することができ、生産性が高められる。
成形下型１０の表面に塗布された第１ゲルコート層１１ａの表面に第１樹脂拡散用の溝７ａを形成しているので、第１樹脂拡散用の溝７ａをコア材２の表面に形成する必要がない。そこで、第１樹脂拡散用の溝７ａをコア材２の表面に形成する煩雑な機械加工が不要となり、生産性が高められる。また、第１ゲルコート層１１ａ（第１表面樹脂層６ａ）の接着面積が増大するので、第１ゲルコート層１１ａ（第１表面樹脂層６ａ）の接着強度が大きくなり、第１ゲルコート層１１ａ（第１表面樹脂層６ａ）の剥離の発生が抑えられる。さらに、成形下型１０の表面模様が第１表面樹脂層６ａの外表面に写されるので、意匠性が高められる。
【００２５】
成形下型１０の表面に塗布され、半硬化状態となった第１ゲルコート層１１ａの表面に第１押し型材１２を押し付けてその格子状の溝相当部を刻装して第１樹脂拡散用の溝７ａを形成しているので、第１樹脂拡散用の溝７ａの形成が容易となり、生産性が高められる。また、成形下型１０の表面が曲面形状となっていても、成形下型１０の曲面形状に適合する第１押し型材を作製することで、第１ゲルコート層１１ａに簡易に第１樹脂拡散用の溝７ａを形成できるので、曲面形状のＦＲＰ構造体１００も、簡易に作製できる。
【００２６】
第１樹脂拡散用の溝７ａが第１ゲルコート層１１ａの樹脂注入口１７側から空気吸引口１６側に繋がった格子状の溝形状に形成されているので、液状の樹脂が第１樹脂拡散用の溝７ａ内を流れて第１ゲルコート層１１ａの面方向に効果的に拡散し、第１強化繊維織物１３ａの全体に隙間なく充填される。
第１樹脂拡散用の溝７ａの溝方向と１層目の第１強化繊維織物１３ａの繊維方向とが４５°ずれているので、第１強化繊維織物１３ａの繊維が第１樹脂拡散用の溝７ａ内に入り込まない。そこで、第１樹脂拡散用の溝７ａ内の液状の樹脂の流れが第１強化繊維織物１３ａの繊維に阻害されず、第１樹脂拡散用の溝７ａ内を液状の樹脂が面方向に効果的に拡散される。
【００２７】
なお、上記実施の形態１では、第１および繊維強化プラスチック層３ａ，３ｂをコア材２の両面に形成するものとしているが、第２繊維強化プラスチック層３ｂを省略してもよい。
また、上記実施の形態１では、格子状の溝相当部が突設された第１押し型材１２を用いるものとしているが、第１押し型材としてフローメディア１５を用い、フローメディア１５を第１ゲルコート層１１ａに押し付けても、樹脂拡散用の溝を第１ゲルコート層の表面に形成できる。
【００２８】
実施の形態２．
図７はこの発明の実施の形態２に係る繊維強化プラスチック構造体を示す断面図、図８はこの発明の実施の形態２に係る繊維強化プラスチック構造体の製造方法を説明する断面図である。
【００２９】
図７において、ＦＲＰ構造体１０１は、コア材２と、コア材２の両面に一体に形成された第１および第２繊維強化プラスチック層３ａ，３ｂと、それぞれ、第１および第２繊維強化プラスチック層３ａ，３ｂの表面に一体に形成され、第１および第２樹脂拡散用の溝７ａ，７ｂが第１および第２繊維強化プラスチック層３ａ，３ｂに面する表面に形成された第１および第２表面樹脂層６ａ，６ｂと、を備えている。そして、第１および第２繊維強化プラスチック層３ａ，３ｂのマトリックスを構成する樹脂５が第１および第２樹脂拡散用の溝７ａ，７ｂ内に充填されている。
【００３０】
このように構成されたＦＲＰ構造体１０１においても、コア材２、第１および第２繊維強化プラスチック層３ａ，３ｂおよび第１および第２表面樹脂層６ａ，６ｂが第１および第２繊維強化プラスチック層３ａ，３ｂのマトリックスを構成する樹脂５により接合・一体化されているので、繊維強化プラスチックの使用量を抑えつつ、剛性を高めることができる。また、第１および第２樹脂拡散用の溝７ａ，７ｂが第１および第２表面樹脂層６ａ，６ｂの第１および第２繊維強化プラスチック層３ａ，３ｂ側の面に形成され、樹脂５が第１および第２樹脂拡散用の溝７ａ，７ｂ内に充填されているので、第１および第２表面樹脂層６ａ，６ｂの接着強度が大きくなり、第１および第２表面樹脂層６ａ，６ｂの剥離の発生が抑えられる。
【００３１】
つぎに、ＦＲＰ構造体１０１の製造方法について図８を参照しつつ説明する。
【００３２】
まず、上記実施の形態１におけるＦＲＰ構造体１００の製造方法と同様に、第１樹脂拡散用の溝７ａが表面に格子状に凹設された第１ゲルコート層１１ａを成形下型１０の表面に形成し、第１強化繊維織物１３ａを第１ゲルコート層１１ａ上に複数層に重ね、コア材２を第１強化繊維織物１３ａの上に載置した後、第２強化繊維織物１３ｂをコア材２の上に複数層に重ねる。
【００３３】
ついで、図示していないが、成形上型としての鋼板２０の表面にフッ素樹脂をコーティングして離型処理を施し、スプレーガンを用いてゲルコート樹脂を離型処理を施した鋼板２０の表面に塗布し、第２ゲルコート層１１ｂを鋼板２０の表面に形成する。つぎに、第２ゲルコート層１１ｂを半硬化状態とし、格子状の溝相当部が表面に突設された第２押し型材を第２ゲルコート層１１ｂの表面に押し付け、第２押し型材の格子状の溝相当部を第２ゲルコート層１１ｂの表面に刻装する。ついで、鋼板２０の表面に形成された第２ゲルコート層１１ｂを硬化させ、第２樹脂拡散用の溝７ｂが表面に格子状に凹設された第２ゲルコート層１１ｂを作製する。そして、第２ゲルコート層１１ｂを第２強化繊維織物１３ｂに向けて鋼板２０を第２強化繊維織物１３ｂの上に載置する。ここで、第２ゲルコート層１１ｂは第１ゲルコート層１１ａと同じ材料を用いて作製され、第２押し型材は第１押し型材１２と同じ形状に形成されている。
【００３４】
ついで、空気吸引口１６と樹脂注入口１７を取り付け、バギングフィルム１８で全体を覆い、バギングフィルム１８の周囲をシーラント１９で成形下型１０に接着し、図８に示されるように、バギングフィルム１８内を気密にする。ついで、樹脂５の液状物が貯蔵されているタンク（図示せず）を樹脂注入口１７に接続し、真空ポンプ（図示せず）を空気吸引口１６に接続する。ついで、タンクのバルブを閉じて、真空ポンプを作動させ、バギングフィルム１８内を真空状態にする。
【００３５】
ついで、タンクのバルブを開け、液状の樹脂が樹脂注入口１７からバギングフィルム１８内に注入される。そして、液状の樹脂は、第１および第２ゲルコート層１１ａ，１１ｂに形成された第１および第２樹脂拡散用の溝７ａ，７ｂ内を流れ、第１および第２ゲルコート層１１ａ，１１ｂの面方向に拡散しつつ、第１および第２強化繊維織物１３ａ，１３ｂの厚さ方向に含浸される。これにより、液状の樹脂が第１および第２強化繊維織物１３ａ，１３ｂの全体に含浸される。
【００３６】
樹脂の含浸が終了すると、バルブを閉じて第１および第２強化繊維織物１３ａ，１３ｂに含浸された樹脂を硬化する。そして、樹脂の硬化後、バギングフィルム１８、鋼板２０を取り外し、コア材２、第１および第２強化繊維織物１３ａ，１３ｂおよび樹脂５の一体物を成形下型１０から脱型し、図７に示されるＦＲＰ構造体１０１を得る。第１および第２ゲルコート層１１ａ，１１ｂが第１および第２繊維強化プラスチック層３ａ，３ｂの表面に一体に形成され、ＦＲＰ構造体１００の意匠層となる第１および第２表面樹脂層６ａ，６ｂを構成する。
【００３７】
この実施の形態２による製造方法によれば、第１および第２繊維強化プラスチック層３ａ，３ｂがコア材２の両面に配され、および第１および第２表面樹脂層６ａ，６ｂが第１および第２繊維強化プラスチック層３ａ，３ｂの表面に形成されたＦＲＰ構造体１０１を１回の真空含浸工程で作製することができ、生産性が高められる。
この実施の形態２においても、成形下型１０の表面および鋼板２０の表面模様が第１および第２表面樹脂層６ａ，６ｂの外表面に写されるので、意匠性が高められる。
【００３８】
なお、上記実施の形態２では、第１および第２強化繊維織物１３ａ，１３ｂに同じ材料を用いているが、第１および第２強化繊維織物１３ａ，１３ｂは必ずしも同じ材料を用いる必要はない。また、第１および第２表面樹脂層６ａ，６ｂ（第１および第２ゲルコート層１１ａ，１１ｂ）に同じ材料を用いているが、第１および第２表面樹脂層６ａ，６ｂ（第１および第２ゲルコート層１１ａ，１１ｂ）は必ずしも同じ材料を用いる必要はない。さらに、第１および第２樹脂拡散用の溝７ａ，７ｂを同じ溝形状とするものとしているが、第１および第２樹脂拡散用の溝７ａ，７ｂは必ずしも同じ溝形状にする必要はない。
【００３９】
実施の形態３．
図９はこの発明の実施の形態３に係る繊維強化プラスチック構造体を示す断面図、図１０はこの発明の実施の形態３に係る繊維強化プラスチック構造体の製造方法を説明する断面図である。
【００４０】
図９において、ＦＲＰ構造体１０２は、コア材２と、コア材２の両面に一体に形成された第１および第２繊維強化プラスチック層３ａ，３ｂと、それぞれ、第２繊維強化プラスチック層３ｂの表面に一体に形成され、第２樹脂拡散用の溝７ｂが第２繊維強化プラスチック層３ｂに面する表面に形成された第２表面樹脂層６ｂと、を備えている。そして、第２繊維強化プラスチック層３ｂのマトリックスを構成する樹脂５が第２樹脂拡散用の溝７ｂ内に充填されている。
【００４１】
このように構成されたＦＲＰ構造体１０２においても、コア材２、第１および第２繊維強化プラスチック層３ａ，３ｂおよび第２表面樹脂層６ｂが第１および第２繊維強化プラスチック層３ａ，３ｂのマトリックスを構成する樹脂５により接合・一体化されているので、繊維強化プラスチックの使用量を抑えつつ、剛性を高めることができる。また、第２樹脂拡散用の溝７ｂが第２表面樹脂層６ｂの第２繊維強化プラスチック層３ｂ側の面に形成され、樹脂５が第２樹脂拡散用の溝７ｂ内に充填されているので、第２表面樹脂層６ｂの接着強度が大きくなり、第２表面樹脂層６ｂの剥離の発生が抑えられる。
【００４２】
つぎに、ＦＲＰ構造体１０２の製造方法について図１０を参照しつつ説明する。
【００４３】
まず、フローメディア１５を成形下型１０の表面に配置し、ピールプライ１４をフローメディア１５上に配置する。ついで、第１強化繊維織物１３ａをピールプライ１４上に複数層に重ね、コア材２を第１強化繊維織物１３ａの上に載置し、第２強化繊維織物１３ｂをコア材２の上に複数層に重ねる。
【００４４】
ついで、図示していないが、成形上型としての鋼板２０の表面にフッ素樹脂をコーティングして離型処理を施し、スプレーガンを用いてゲルコート樹脂を離型処理を施した鋼板２０の表面に塗布し、第２ゲルコート層１１ｂを鋼板２０の表面に形成する。つぎに、第２ゲルコート層１１ｂを半硬化状態とし、第２押し型材を第２ゲルコート層１１ｂの表面に押し付け、第２押し型材の格子状の溝相当部を第２ゲルコート層１１ｂの表面に刻装する。ついで、鋼板２０の表面に形成された第２ゲルコート層１１ｂを硬化させる。これにより、第２樹脂拡散用の溝７ｂが表面に格子状に凹設された第２ゲルコート層１１ｂを作製する。そして、第２ゲルコート層１１ｂを第２強化繊維織物１３ｂに向けて鋼板２０を第２強化繊維織物１３ｂの上に載置する。
【００４５】
ついで、空気吸引口１６と樹脂注入口１７を取り付け、バギングフィルム１８で全体を覆い、バギングフィルム１８の周囲をシーラント１９で成形下型１０に接着し、図１０に示されるように、バギングフィルム１８内を気密にする。ついで、樹脂５の液状物が貯蔵されているタンク（図示せず）を樹脂注入口１７に接続し、真空ポンプ（図示せず）を空気吸引口１６に接続する。ついで、タンクのバルブを閉じて、真空ポンプを作動させ、バギングフィルム１８内を真空状態にする。
【００４６】
ついで、タンクのバルブを開け、液状の樹脂が樹脂注入口１７からバギングフィルム１８内に注入される。そして、液状の樹脂は、フローメディア１５内を流れ、フローメディア１５の面方向に拡散しつつ、ピールプライ１４を介して第１強化繊維織物１３ａの厚さ方向に含浸される。また、液状の樹脂は、第２ゲルコート層１１ｂに形成された第２樹脂拡散用の溝７ｂ内を流れ、第２ゲルコート層１１ｂの面方向に拡散しつつ、第２強化繊維織物１３ｂの厚さ方向に含浸される。これにより、液状の樹脂が第１および第２強化繊維織物１３ａ，１３ｂの全体に含浸される。
【００４７】
樹脂の含浸が終了すると、バルブを閉じて第１および第２強化繊維織物１３ａ，１３ｂに含浸された樹脂を硬化する。そして、樹脂の硬化後、ピールプライ１４、フローメディア１５、バギングフィルム１８、鋼板２０を取り外し、コア材２、第１および第２強化繊維織物１３ａ，１３ｂおよび樹脂５の一体物を成形下型１０から脱型し、図９に示されるＦＲＰ構造体１０２を得る。第２ゲルコート層１１ｂが第２繊維強化プラスチック層３ｂの表面に一体に形成され、ＦＲＰ構造体１００の意匠層となる第２表面樹脂層６ｂを構成する。
【００４８】
この実施の形態３による製造方法によれば、第１および第２繊維強化プラスチック層３ａ，３ｂがコア材２の両面に配され、第２表面樹脂層６ｂが第２繊維強化プラスチック層３の表面に形成されたＦＲＰ構造体１０２を１回の真空含浸工程で作製することができ、生産性が高められる。
【００４９】
なお、上記実施の形態３では、第１および繊維強化プラスチック層３ａ，３ｂをコア材２の両面に形成するものとしているが、第１繊維強化プラスチック層３ａを省略してもよい。
また、上記各実施の形態では、第１および第２ゲルコート層の表面に押し型材を押し付けて、押し型材に形成された溝相当部を第１および第２ゲルコート層の表面に刻装し、樹脂拡散用の溝を第１および第２ゲルコート層の表面に形成するものとしているが、第１および第２ゲルコート層の表面への樹脂拡散用の溝の形成方向はこれに限定されない。例えば、多数のローラを所定のピッチで軸方向に配列した治具を第１および第２ゲルコート層の表面上を縦横に走行させ、格子状の樹脂拡散用の溝を第１および第２ゲルコート層の表面に形成してもよい。また、第１および第２ゲルコート層を成形下型および鋼板の表面に形成し、格子状部材を第１および第２ゲルコート層上に載置し、さらにゲルコート樹脂を格子状部材が載置された第１および第２ゲルコート層に塗布した後、格子状部材を取り除いて、格子状の樹脂拡散用の溝を第１および第２ゲルコート層の表面に形成してもよい。
【符号の説明】
【００５０】
２ コア材、３ａ 第１繊維強化プラスチック層、３ｂ 第２繊維強化プラスチック層、５ 樹脂、６ａ 第１表面樹脂層、６ｂ 第２表面樹脂層、７ａ 第１樹脂拡散用の溝、７ｂ 第２樹脂拡散用の溝、１０ 成形下型、１１ａ 第１ゲルコート層、１１ｂ 第２ゲルコート層、１２ 第１押し型材、１３ａ 第１強化繊維織物（第１強化繊維基材）、１３ｂ 第２強化繊維織物（第２強化繊維基材）、１６ 空気吸引口、１７ 樹脂注入口、１８ バギングフィルム（封入用フィルム）、１００，１０１，１０２ 繊維強化プラスチック構造体。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、人工衛星や航空機などの用途に適用される繊維強化プラスチック構造体およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
繊維強化プラスチック（ＦＲＰ：Fiber Reinforced Plastics）、特に強化繊維を炭素繊維とした炭素繊維強化プラスチックは、軽量・高強度の複合材料であり、人工衛星や航空機などの用途に適用されている。そして、ＦＲＰをコア材の一面、又は両面に一体に形成したＦＲＰ構造体は、ＦＲＰの使用量を抑えつつ、曲げ剛性を高められることから、近年注目されている。
【０００３】
従来の繊維強化プラスチック構造体は、溝付きコア材を成形型内に配置し、コア材の両面に強化繊維基材を配置し、成形型全体をバッグフィルムで覆い、バッグフィルムで覆われた内部を真空状態に減圧した後、バルブを開いて液状の樹脂を注入して強化繊維基材に樹脂を含浸させ、その後、樹脂を硬化させて、作製される(例えば、特許文献１参照）。このとき、コア材および強化繊維基材の成形型内への配置に先立って、ゲルコートを成形型の表面に形成することにより、強化繊維のない樹脂層、すなわち意匠層をＦＲＰ構造体の表面に一体成形することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２５４５６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の繊維強化プラスチック構造体の製造方法では、注入される液状の樹脂を強化繊維基材の面方向に拡散する溝をコア材の表面に機械的に形成する必要があるので、生産性が低下してしまう。特に、ＦＲＰ構造体が曲面形状の場合、曲面形状のコア材の表面に溝を形成するために、三次元の機械加工が必要となり、生産性が更に低下してしまう。
また、コア材の表面の溝をなくし、フローメディアを強化繊維基材の表面に配置することも考えられる。しかし、この製造方法では、意匠層がＦＲＰ構造体の表面に一体成形されないので、意匠層を後工程でＦＲＰ構造体の表面に形成する必要があり、生産性が低下してしまう。
【０００６】
この発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、成形型の表面に形成された表面樹脂層の表面に樹脂拡散用の溝を形成して、コア材の表面に形成される樹脂拡散用の溝を不要とし、生産性に優れた繊維強化プラスチック構造体およびその製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明による繊維強化プラスチック構造体の製造方法は、成形下型の表面に第１ゲルコート層を形成する工程と、上記第１ゲルコート層の上記成形下型と反対側の表面の全面に第１樹脂拡散用の溝を形成する工程と、第１強化繊維基材とコア材とを重ねた状態で、該第１強化繊維基材を上記第１ゲルコート層に向けて上記成形下型内に配置する工程と、上記コア材および上記第１強化繊維基材を封入するように封入用フィルムを上記成形下型に取り付ける工程と、空気吸引口から該封入用フィルムの内部の空気を吸引して減圧する工程と、減圧された上記封入用フィルムの内部に樹脂注入口から液状の樹脂を注入し、該液状の樹脂を上記第１樹脂拡散用の溝を流して上記第１強化繊維基材の面方向に拡散させて該第１強化繊維基材に含浸させ、硬化させる工程と、を備えている。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、第１樹脂拡散用の溝が成形下型の表面に形成された第１ゲルコート層の第１強化繊維基材に接する表面の全面に形成されているので、第１樹脂拡散用の溝をコア材の表面に形成する必要がなく、生産性が高められる。また、第１ゲルコート層と第１強化繊維基材に充填される液状の樹脂との接触面積が増え、接着強度が増大し、第１ゲルコート層の剥がれが抑制される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１に係る繊維強化プラスチック構造体を示す断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る繊維強化プラスチック構造体の製造方法を説明する断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る繊維強化プラスチック構造体の製造方法における樹脂拡散用の溝が形成された表面樹脂層を示す平面図である。
【図４】図３のＡ部拡大図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ矢視断面図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係る繊維強化プラスチック構造体の製造方法における表面樹脂層への樹脂拡散用の溝の形成工程を説明する工程断面図である。
【図７】この発明の実施の形態２に係る繊維強化プラスチック構造体を示す断面図である。
【図８】この発明の実施の形態２に係る繊維強化プラスチック構造体の製造方法を説明する断面図である。
【図９】この発明の実施の形態３に係る繊維強化プラスチック構造体を示す断面図である。
【図１０】この発明の実施の形態３に係る繊維強化プラスチック構造体の製造方法を説明する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の真空断熱材の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
【００１１】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る繊維強化プラスチック構造体を示す断面図、図２はこの発明の実施の形態１に係る繊維強化プラスチック構造体の製造方法を説明する断面図、図３はこの発明の実施の形態１に係る繊維強化プラスチック構造体の製造方法における樹脂拡散用の溝が形成された表面樹脂層を示す平面図、図４は図３のＡ部拡大図、図５は図４のＶ−Ｖ矢視断面図、図６はこの発明の実施の形態１に係る繊維強化プラスチック構造体の製造方法における表面樹脂層への樹脂拡散用の溝の形成工程を説明する工程断面図である。
【００１２】
図１において、繊維強化プラスチック構造体（以下、ＦＲＰ構造体とする）１００は、コア材２と、コア材２の両面に一体に形成された第１繊維強化プラスチック層３ａおよび第２繊維強化プラスチック層３ｂと、第１繊維強化プラスチック層３ａの表面に一体に形成され、第１樹脂拡散用の溝７ａが第１繊維強化プラスチック層３ａに面する表面に形成された意匠層としての第１表面樹脂層６ａと、を備えている。そして、第１繊維強化プラスチック層３ａのマトリックスを構成する樹脂５が第１樹脂拡散用の溝７ａ内に充填されている。
【００１３】
コア材２は、軽量化の観点から発泡体が好ましく、発泡体の材料としては、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビニルクロライド、フェノール、ポリメタクリルイミド、ポリエーテルイミドなどの樹脂が用いられる。ここでは、軽量性、難燃性の観点からフェノールの発泡体を使用しており、所定厚みの矩形平板状に作製されている。
【００１４】
第１および第２繊維強化プラスチック層３ａ，３ｂは、強化繊維中に樹脂５を含浸、硬化させて作製される。強化繊維としては、炭素繊維の一方向材、織物、マット、ストランドや、ガラス繊維の一方向材、織物、マット、ロービングなどを単独、あるいは混合して用いられる。特に、軽量化の点から、炭素繊維が好ましい。繊維強化プラスチック層３のマトリックスを構成する樹脂５としては、エポキシ、不飽和ポリエステル、フェノール、ビニルエステルなどの熱硬化性樹脂が用いられる。
【００１５】
第１表面樹脂層６ａとしては、エポキシ、不飽和ポリエステル、フェノール、ビニルエステルなどの熱硬化性樹脂が用いられる。第１樹脂拡散用の溝７ａは、第１表面樹脂層６ａの第１繊維強化プラスチック層３ａに面する表面全体に、後述する樹脂注入口１７側から空気吸引口１６側に繋がった縞状、格子状、ハニカム状、又は蜘蛛の巣状などの溝形状に凹設されている。
【００１６】
このように構成されたＦＲＰ構造体１００は、コア材２、第１および第２繊維強化プラスチック層３ａ，３ｂおよび第１表面樹脂層６ａが第１および第２繊維強化プラスチック層３ａ，３ｂのマトリックスを構成する樹脂５により接合・一体化されているので、繊維強化プラスチックの使用量を抑えつつ、剛性を高めることができる。
第１樹脂拡散用の溝７ａが第１表面樹脂層６ａの第１繊維強化プラスチック層３ａ側の面に形成されているので、第１表面樹脂層６ａの接着面積が増大するとともに、樹脂５が第１樹脂拡散用の溝７ａ内に充填されているので、くさび効果が作用する。そこで、第１表面樹脂層６ａの接着強度が大きくなり、第１表面樹脂層６ａの剥離の発生が抑えられる。
【００１７】
つぎに、ＦＲＰ構造体１００の製造方法について図２乃至図６を参照しつつ説明する。
【００１８】
まず、成形下型１０の表面にフッ素樹脂をコーティングして離型処理を施し、スプレーガン（図示せず）を用いてゲルコート樹脂を離型処理を施した成形下型１０の表面に塗布する。これにより、図６の（ａ）に示されるように、第１ゲルコート層１１ａが成形下型１０の表面に形成される。
【００１９】
ついで、第１ゲルコート層１１ａを半硬化状態とし、例えば格子状の溝相当部が表面に突設された第１押し型材１２を第１ゲルコート層１１ａ上に配置し（図６の（ｂ））、第１ゲルコート層１１ａの表面に押し付ける（図６の（ｃ））。これにより、第１押し型材１２の格子状の溝相当部が第１ゲルコート層１１ａ内に食い込む。ついで、第１押し型材１２を取り外し、図６の（ｄ）に示されるように、第１押し型材１２の格子状の溝相当部が第１ゲルコート層１１ａの表面に刻装される。そして、第１ゲルコート層１１ａを硬化させる。これにより、図３乃至図５に示されるように、第１樹脂拡散用の溝７ａが表面の全面に格子状に凹設された第１ゲルコート層１１ａが作製される。この第１樹脂拡散用の溝７ａは、格子状の溝形状をなしており、第１ゲルコート層１１ａの樹脂注入口１７側から空気吸引口１６側に繋がっている。
【００２０】
ついで、第１強化繊維基材としての第１強化繊維織物１３ａを第１ゲルコート層１１ａ上に複数層に重ねる。このとき、第１ゲルコート層１１ａに接する１層目の第１強化繊維織物１３ａは、その繊維方向が第１樹脂拡散用の溝７ａの溝方向に対して４５°ずれるように第１ゲルコート層１１ａ上に重ねる。ついで、コア材２を複数層に重ねられた第１強化繊維織物１３ａの上に載置し、第２強化繊維基材としての第２強化繊維織物１３ｂをコア材２の上に複数層に重ねる。そして、ピールプライ１４を第２強化繊維織物１３ｂ上に重ね、フローメディア１５をピールプライ１４上に重ねる。
【００２１】
ついで、空気吸引口１６と樹脂注入口１７を取り付け、封入用フィルムとしてのバギングフィルム１８で全体を覆い、バギングフィルム１８の周囲をシーラント１９で成形下型１０に接着し、図２に示されるように、バギングフィルム１８内を気密にする。ついで、樹脂５の液状物が貯蔵されているタンク（図示せず）を樹脂注入口１７に接続し、真空ポンプ（図示せず）を空気吸引口１６に接続する。ついで、タンクのバルブを閉じて、真空ポンプを作動させ、バギングフィルム１８内を真空状態にする。
【００２２】
ついで、タンクのバルブを開け、液状の樹脂が樹脂注入口１７からバギングフィルム１８内に注入される。そして、液状の樹脂は、第１ゲルコート層１１ａに形成された第１樹脂拡散用の溝７ａ内を流れ、面方向に拡散しつつ、コア材２の下方に配置された第１強化繊維織物１３ａの厚さ方向に含浸される。また、液状の樹脂は、フローメディア１５内を流れ、面方向に拡散しつつ、ピールプライ１４を通ってコア材２の上方に配置された第２強化繊維織物１３ｂの厚さ方向に含浸される。これにより、液状の樹脂が第１および第２強化繊維織物１３ａ，１３ｂの全体に含浸される。
【００２３】
樹脂の含浸が終了すると、バルブを閉じて第１および第２強化繊維織物１３ａ，１３ｂに含浸された樹脂を硬化する。そして、樹脂の硬化後、バギングフィルム１８、ピールプライ１４、フローメディア１５を取り外し、コア材２、第１および第２強化繊維織物１３ａ，１３ｂおよび樹脂５の一体物を成形下型１０から脱型し、図１に示されるＦＲＰ構造体１００を得る。第１ゲルコート層１１ａが第１繊維強化プラスチック層３ａの表面に一体に形成され、ＦＲＰ構造体１００の意匠層となる第１表面樹脂層６ａを構成する。
【００２４】
この実施の形態１による製造方法によれば、第１および第２繊維強化プラスチック層３ａ，３ｂがコア材２の両面に配され、第１繊維強化プラスチック層３ａの表面に第１表面樹脂層６ａを有するＦＲＰ構造体１００を１回の真空含浸工程で作製することができ、生産性が高められる。
成形下型１０の表面に塗布された第１ゲルコート層１１ａの表面に第１樹脂拡散用の溝７ａを形成しているので、第１樹脂拡散用の溝７ａをコア材２の表面に形成する必要がない。そこで、第１樹脂拡散用の溝７ａをコア材２の表面に形成する煩雑な機械加工が不要となり、生産性が高められる。また、第１ゲルコート層１１ａ（第１表面樹脂層６ａ）の接着面積が増大するので、第１ゲルコート層１１ａ（第１表面樹脂層６ａ）の接着強度が大きくなり、第１ゲルコート層１１ａ（第１表面樹脂層６ａ）の剥離の発生が抑えられる。さらに、成形下型１０の表面模様が第１表面樹脂層６ａの外表面に写されるので、意匠性が高められる。
【００２５】
成形下型１０の表面に塗布され、半硬化状態となった第１ゲルコート層１１ａの表面に第１押し型材１２を押し付けてその格子状の溝相当部を刻装して第１樹脂拡散用の溝７ａを形成しているので、第１樹脂拡散用の溝７ａの形成が容易となり、生産性が高められる。また、成形下型１０の表面が曲面形状となっていても、成形下型１０の曲面形状に適合する第１押し型材を作製することで、第１ゲルコート層１１ａに簡易に第１樹脂拡散用の溝７ａを形成できるので、曲面形状のＦＲＰ構造体１００も、簡易に作製できる。
【００２６】
第１樹脂拡散用の溝７ａが第１ゲルコート層１１ａの樹脂注入口１７側から空気吸引口１６側に繋がった格子状の溝形状に形成されているので、液状の樹脂が第１樹脂拡散用の溝７ａ内を流れて第１ゲルコート層１１ａの面方向に効果的に拡散し、第１強化繊維織物１３ａの全体に隙間なく充填される。
第１樹脂拡散用の溝７ａの溝方向と１層目の第１強化繊維織物１３ａの繊維方向とが４５°ずれているので、第１強化繊維織物１３ａの繊維が第１樹脂拡散用の溝７ａ内に入り込まない。そこで、第１樹脂拡散用の溝７ａ内の液状の樹脂の流れが第１強化繊維織物１３ａの繊維に阻害されず、第１樹脂拡散用の溝７ａ内を液状の樹脂が面方向に効果的に拡散される。
【００２７】
なお、上記実施の形態１では、第１および繊維強化プラスチック層３ａ，３ｂをコア材２の両面に形成するものとしているが、第２繊維強化プラスチック層３ｂを省略してもよい。
また、上記実施の形態１では、格子状の溝相当部が突設された第１押し型材１２を用いるものとしているが、第１押し型材としてフローメディア１５を用い、フローメディア１５を第１ゲルコート層１１ａに押し付けても、樹脂拡散用の溝を第１ゲルコート層の表面に形成できる。
【００２８】
実施の形態２．
図７はこの発明の実施の形態２に係る繊維強化プラスチック構造体を示す断面図、図８はこの発明の実施の形態２に係る繊維強化プラスチック構造体の製造方法を説明する断面図である。
【００２９】
図７において、ＦＲＰ構造体１０１は、コア材２と、コア材２の両面に一体に形成された第１および第２繊維強化プラスチック層３ａ，３ｂと、それぞれ、第１および第２繊維強化プラスチック層３ａ，３ｂの表面に一体に形成され、第１および第２樹脂拡散用の溝７ａ，７ｂが第１および第２繊維強化プラスチック層３ａ，３ｂに面する表面に形成された第１および第２表面樹脂層６ａ，６ｂと、を備えている。そして、第１および第２繊維強化プラスチック層３ａ，３ｂのマトリックスを構成する樹脂５が第１および第２樹脂拡散用の溝７ａ，７ｂ内に充填されている。
【００３０】
このように構成されたＦＲＰ構造体１０１においても、コア材２、第１および第２繊維強化プラスチック層３ａ，３ｂおよび第１および第２表面樹脂層６ａ，６ｂが第１および第２繊維強化プラスチック層３ａ，３ｂのマトリックスを構成する樹脂５により接合・一体化されているので、繊維強化プラスチックの使用量を抑えつつ、剛性を高めることができる。また、第１および第２樹脂拡散用の溝７ａ，７ｂが第１および第２表面樹脂層６ａ，６ｂの第１および第２繊維強化プラスチック層３ａ，３ｂ側の面に形成され、樹脂５が第１および第２樹脂拡散用の溝７ａ，７ｂ内に充填されているので、第１および第２表面樹脂層６ａ，６ｂの接着強度が大きくなり、第１および第２表面樹脂層６ａ，６ｂの剥離の発生が抑えられる。
【００３１】
つぎに、ＦＲＰ構造体１０１の製造方法について図８を参照しつつ説明する。
【００３２】
まず、上記実施の形態１におけるＦＲＰ構造体１００の製造方法と同様に、第１樹脂拡散用の溝７ａが表面に格子状に凹設された第１ゲルコート層１１ａを成形下型１０の表面に形成し、第１強化繊維織物１３ａを第１ゲルコート層１１ａ上に複数層に重ね、コア材２を第１強化繊維織物１３ａの上に載置した後、第２強化繊維織物１３ｂをコア材２の上に複数層に重ねる。
【００３３】
ついで、図示していないが、成形上型としての鋼板２０の表面にフッ素樹脂をコーティングして離型処理を施し、スプレーガンを用いてゲルコート樹脂を離型処理を施した鋼板２０の表面に塗布し、第２ゲルコート層１１ｂを鋼板２０の表面に形成する。つぎに、第２ゲルコート層１１ｂを半硬化状態とし、格子状の溝相当部が表面に突設された第２押し型材を第２ゲルコート層１１ｂの表面に押し付け、第２押し型材の格子状の溝相当部を第２ゲルコート層１１ｂの表面に刻装する。ついで、鋼板２０の表面に形成された第２ゲルコート層１１ｂを硬化させ、第２樹脂拡散用の溝７ｂが表面に格子状に凹設された第２ゲルコート層１１ｂを作製する。そして、第２ゲルコート層１１ｂを第２強化繊維織物１３ｂに向けて鋼板２０を第２強化繊維織物１３ｂの上に載置する。ここで、第２ゲルコート層１１ｂは第１ゲルコート層１１ａと同じ材料を用いて作製され、第２押し型材は第１押し型材１２と同じ形状に形成されている。
【００３４】
ついで、空気吸引口１６と樹脂注入口１７を取り付け、バギングフィルム１８で全体を覆い、バギングフィルム１８の周囲をシーラント１９で成形下型１０に接着し、図８に示されるように、バギングフィルム１８内を気密にする。ついで、樹脂５の液状物が貯蔵されているタンク（図示せず）を樹脂注入口１７に接続し、真空ポンプ（図示せず）を空気吸引口１６に接続する。ついで、タンクのバルブを閉じて、真空ポンプを作動させ、バギングフィルム１８内を真空状態にする。
【００３５】
ついで、タンクのバルブを開け、液状の樹脂が樹脂注入口１７からバギングフィルム１８内に注入される。そして、液状の樹脂は、第１および第２ゲルコート層１１ａ，１１ｂに形成された第１および第２樹脂拡散用の溝７ａ，７ｂ内を流れ、第１および第２ゲルコート層１１ａ，１１ｂの面方向に拡散しつつ、第１および第２強化繊維織物１３ａ，１３ｂの厚さ方向に含浸される。これにより、液状の樹脂が第１および第２強化繊維織物１３ａ，１３ｂの全体に含浸される。
【００３６】
樹脂の含浸が終了すると、バルブを閉じて第１および第２強化繊維織物１３ａ，１３ｂに含浸された樹脂を硬化する。そして、樹脂の硬化後、バギングフィルム１８、鋼板２０を取り外し、コア材２、第１および第２強化繊維織物１３ａ，１３ｂおよび樹脂５の一体物を成形下型１０から脱型し、図７に示されるＦＲＰ構造体１０１を得る。第１および第２ゲルコート層１１ａ，１１ｂが第１および第２繊維強化プラスチック層３ａ，３ｂの表面に一体に形成され、ＦＲＰ構造体１００の意匠層となる第１および第２表面樹脂層６ａ，６ｂを構成する。
【００３７】
この実施の形態２による製造方法によれば、第１および第２繊維強化プラスチック層３ａ，３ｂがコア材２の両面に配され、および第１および第２表面樹脂層６ａ，６ｂが第１および第２繊維強化プラスチック層３ａ，３ｂの表面に形成されたＦＲＰ構造体１０１を１回の真空含浸工程で作製することができ、生産性が高められる。
この実施の形態２においても、成形下型１０の表面および鋼板２０の表面模様が第１および第２表面樹脂層６ａ，６ｂの外表面に写されるので、意匠性が高められる。
【００３８】
なお、上記実施の形態２では、第１および第２強化繊維織物１３ａ，１３ｂに同じ材料を用いているが、第１および第２強化繊維織物１３ａ，１３ｂは必ずしも同じ材料を用いる必要はない。また、第１および第２表面樹脂層６ａ，６ｂ（第１および第２ゲルコート層１１ａ，１１ｂ）に同じ材料を用いているが、第１および第２表面樹脂層６ａ，６ｂ（第１および第２ゲルコート層１１ａ，１１ｂ）は必ずしも同じ材料を用いる必要はない。さらに、第１および第２樹脂拡散用の溝７ａ，７ｂを同じ溝形状とするものとしているが、第１および第２樹脂拡散用の溝７ａ，７ｂは必ずしも同じ溝形状にする必要はない。
【００３９】
実施の形態３．
図９はこの発明の実施の形態３に係る繊維強化プラスチック構造体を示す断面図、図１０はこの発明の実施の形態３に係る繊維強化プラスチック構造体の製造方法を説明する断面図である。
【００４０】
図９において、ＦＲＰ構造体１０２は、コア材２と、コア材２の両面に一体に形成された第１および第２繊維強化プラスチック層３ａ，３ｂと、それぞれ、第２繊維強化プラスチック層３ｂの表面に一体に形成され、第２樹脂拡散用の溝７ｂが第２繊維強化プラスチック層３ｂに面する表面に形成された第２表面樹脂層６ｂと、を備えている。そして、第２繊維強化プラスチック層３ｂのマトリックスを構成する樹脂５が第２樹脂拡散用の溝７ｂ内に充填されている。
【００４１】
このように構成されたＦＲＰ構造体１０２においても、コア材２、第１および第２繊維強化プラスチック層３ａ，３ｂおよび第２表面樹脂層６ｂが第１および第２繊維強化プラスチック層３ａ，３ｂのマトリックスを構成する樹脂５により接合・一体化されているので、繊維強化プラスチックの使用量を抑えつつ、剛性を高めることができる。また、第２樹脂拡散用の溝７ｂが第２表面樹脂層６ｂの第２繊維強化プラスチック層３ｂ側の面に形成され、樹脂５が第２樹脂拡散用の溝７ｂ内に充填されているので、第２表面樹脂層６ｂの接着強度が大きくなり、第２表面樹脂層６ｂの剥離の発生が抑えられる。
【００４２】
つぎに、ＦＲＰ構造体１０２の製造方法について図１０を参照しつつ説明する。
【００４３】
まず、フローメディア１５を成形下型１０の表面に配置し、ピールプライ１４をフローメディア１５上に配置する。ついで、第１強化繊維織物１３ａをピールプライ１４上に複数層に重ね、コア材２を第１強化繊維織物１３ａの上に載置し、第２強化繊維織物１３ｂをコア材２の上に複数層に重ねる。
【００４４】
ついで、図示していないが、成形上型としての鋼板２０の表面にフッ素樹脂をコーティングして離型処理を施し、スプレーガンを用いてゲルコート樹脂を離型処理を施した鋼板２０の表面に塗布し、第２ゲルコート層１１ｂを鋼板２０の表面に形成する。つぎに、第２ゲルコート層１１ｂを半硬化状態とし、第２押し型材を第２ゲルコート層１１ｂの表面に押し付け、第２押し型材の格子状の溝相当部を第２ゲルコート層１１ｂの表面に刻装する。ついで、鋼板２０の表面に形成された第２ゲルコート層１１ｂを硬化させる。これにより、第２樹脂拡散用の溝７ｂが表面に格子状に凹設された第２ゲルコート層１１ｂを作製する。そして、第２ゲルコート層１１ｂを第２強化繊維織物１３ｂに向けて鋼板２０を第２強化繊維織物１３ｂの上に載置する。
【００４５】
ついで、空気吸引口１６と樹脂注入口１７を取り付け、バギングフィルム１８で全体を覆い、バギングフィルム１８の周囲をシーラント１９で成形下型１０に接着し、図１０に示されるように、バギングフィルム１８内を気密にする。ついで、樹脂５の液状物が貯蔵されているタンク（図示せず）を樹脂注入口１７に接続し、真空ポンプ（図示せず）を空気吸引口１６に接続する。ついで、タンクのバルブを閉じて、真空ポンプを作動させ、バギングフィルム１８内を真空状態にする。
【００４６】
ついで、タンクのバルブを開け、液状の樹脂が樹脂注入口１７からバギングフィルム１８内に注入される。そして、液状の樹脂は、フローメディア１５内を流れ、フローメディア１５の面方向に拡散しつつ、ピールプライ１４を介して第１強化繊維織物１３ａの厚さ方向に含浸される。また、液状の樹脂は、第２ゲルコート層１１ｂに形成された第２樹脂拡散用の溝７ｂ内を流れ、第２ゲルコート層１１ｂの面方向に拡散しつつ、第２強化繊維織物１３ｂの厚さ方向に含浸される。これにより、液状の樹脂が第１および第２強化繊維織物１３ａ，１３ｂの全体に含浸される。
【００４７】
樹脂の含浸が終了すると、バルブを閉じて第１および第２強化繊維織物１３ａ，１３ｂに含浸された樹脂を硬化する。そして、樹脂の硬化後、ピールプライ１４、フローメディア１５、バギングフィルム１８、鋼板２０を取り外し、コア材２、第１および第２強化繊維織物１３ａ，１３ｂおよび樹脂５の一体物を成形下型１０から脱型し、図９に示されるＦＲＰ構造体１０２を得る。第２ゲルコート層１１ｂが第２繊維強化プラスチック層３ｂの表面に一体に形成され、ＦＲＰ構造体１００の意匠層となる第２表面樹脂層６ｂを構成する。
【００４８】
この実施の形態３による製造方法によれば、第１および第２繊維強化プラスチック層３ａ，３ｂがコア材２の両面に配され、第２表面樹脂層６ｂが第２繊維強化プラスチック層３の表面に形成されたＦＲＰ構造体１０２を１回の真空含浸工程で作製することができ、生産性が高められる。
【００４９】
なお、上記実施の形態３では、第１および繊維強化プラスチック層３ａ，３ｂをコア材２の両面に形成するものとしているが、第１繊維強化プラスチック層３ａを省略してもよい。
また、上記各実施の形態では、第１および第２ゲルコート層の表面に押し型材を押し付けて、押し型材に形成された溝相当部を第１および第２ゲルコート層の表面に刻装し、樹脂拡散用の溝を第１および第２ゲルコート層の表面に形成するものとしているが、第１および第２ゲルコート層の表面への樹脂拡散用の溝の形成方向はこれに限定されない。例えば、多数のローラを所定のピッチで軸方向に配列した治具を第１および第２ゲルコート層の表面上を縦横に走行させ、格子状の樹脂拡散用の溝を第１および第２ゲルコート層の表面に形成してもよい。また、第１および第２ゲルコート層を成形下型および鋼板の表面に形成し、格子状部材を第１および第２ゲルコート層上に載置し、さらにゲルコート樹脂を格子状部材が載置された第１および第２ゲルコート層に塗布した後、格子状部材を取り除いて、格子状の樹脂拡散用の溝を第１および第２ゲルコート層の表面に形成してもよい。
【符号の説明】
【００５０】
２ コア材、３ａ 第１繊維強化プラスチック層、３ｂ 第２繊維強化プラスチック層、５ 樹脂、６ａ 第１表面樹脂層、６ｂ 第２表面樹脂層、７ａ 第１樹脂拡散用の溝、７ｂ 第２樹脂拡散用の溝、１０ 成形下型、１１ａ 第１ゲルコート層、１１ｂ 第２ゲルコート層、１２ 第１押し型材、１３ａ 第１強化繊維織物（第１強化繊維基材）、１３ｂ 第２強化繊維織物（第２強化繊維基材）、１６ 空気吸引口、１７ 樹脂注入口、１８ バギングフィルム（封入用フィルム）、１００，１０１，１０２ 繊維強化プラスチック構造体。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア材と、上記コア材の少なくとも片面に重ねられて該コア材に固着された繊維強化プラスチック層と、上記繊維強化プラスチック層の表面を覆うように形成された表面樹脂層と、を備え、
溝が、上記表面樹脂層の上記繊維強化プラスチック層の表面に接する表面の全面に形成されており、
上記繊維強化プラスチック層のマトリックスを構成する樹脂が上記溝に充填されていることを特徴とする繊維強化プラスチック構造体。
【請求項２】
上記溝は、縞状、格子状、ハニカム状、蜘蛛の巣状のいずれかの溝形状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の繊維強化プラスチック構造体。
【請求項３】
成形下型の表面に第１ゲルコート層を形成する工程と、
上記第１ゲルコート層の上記成形下型と反対側の表面の全面に第１樹脂拡散用の溝を形成する工程と、
第１強化繊維基材とコア材とを重ねた状態で、該第１強化繊維基材を上記第１ゲルコート層に向けて上記成形下型内に配置する工程と、
上記コア材および上記第１強化繊維基材を封入するように封入用フィルムを上記成形下型に取り付ける工程と、
空気吸引口から該封入用フィルムの内部の空気を吸引して減圧する工程と、
減圧された上記封入用フィルムの内部に樹脂注入口から液状の樹脂を注入し、該液状の樹脂を上記第１樹脂拡散用の溝を流して上記第１強化繊維基材の面方向に拡散させて該第１強化繊維基材に含浸させ、硬化させる工程と、を備えた繊維強化プラスチック構造体の製造方法。
【請求項４】
封入用フィルムを上記成形下型に取り付ける工程に先だって、第２強化繊維基材を上記コア材の上記第１強化繊維基材と反対側に重ねて上記成形下型内に配置する工程をさらに有し、
上記液状の樹脂を上記第１強化繊維基材に含浸させ、硬化させる工程において、該液状の樹脂を上記第２強化繊維基材に含浸させ、硬化させることを特徴とする請求項３記載の繊維強化プラスチック構造体の製造方法。
【請求項５】
封入用フィルムを上記成形下型に取り付ける工程に先だって、成形上型の表面に第２ゲルコート層を形成し、該第２ゲルコート層の該成形上型と反対側の表面の全面に第２樹脂拡散用の溝を形成する工程と、上記第２ゲルコート層を上記第２強化繊維基材に向けて上記成形上型を該第２強化繊維基材の上に配置する工程と、をさらに有し、
封入用フィルムを上記成形下型に取り付ける工程において、上記コア材および上記強化繊維基材とともに、上記第２強化繊維基材および上記成形上型を封入し、
上記液状の樹脂を上記第１強化繊維基材に含浸させ、硬化させる工程において、該液状の樹脂を上記第２樹脂拡散用の溝を流して上記第２強化繊維基材の面方向に拡散させて上記第２強化繊維基材に含浸させ、硬化させることを特徴とする請求項４記載の繊維強化プラスチック構造体の製造方法。
【請求項６】
成形上型の表面に第２ゲルコート層を形成する工程と、
上記第２ゲルコート層の上記成形上型と反対側の表面の全面に第２樹脂拡散用の溝を形成する工程と、
第２強化繊維基材とコア材とを重ねた状態で、該コア材を成形下型に向けて該成形下型内に配置する工程と、
上記第２ゲルコート層を上記第２強化繊維基材に向けて上記成形上型を該第２強化繊維基材の上に配置する工程と、
上記コア材、上記第２強化繊維基材および上記成形上型を封入するように封入用フィルムを上記成形下型に取り付ける工程と、
空気吸引口から該封入用フィルムの内部の空気を吸引して減圧する工程と、
減圧された上記封入用フィルムの内部に樹脂注入口から液状の樹脂を注入し、該液状の樹脂を上記第２樹脂拡散用の溝を流して上記第２強化繊維基材の面方向に拡散させて該第２強化繊維基材に含浸させ、硬化させる工程と、を備えた繊維強化プラスチック構造体の製造方法。
【請求項７】
上記第２強化繊維基材と上記コア材とを上記成形下型内に配置する工程に先だって、第１強化繊維基材を上記成形下型内に配置し、
上記液状の樹脂を上記第２強化繊維基材に含浸させ、硬化させる工程において、該液状の樹脂を上記第１強化繊維基材に含浸させ、硬化させることを特徴とする請求項６記載の繊維強化プラスチック構造体の製造方法。
【請求項８】
上記第１ゲルコート層の上記成形下型と反対側の表面の全面に第１樹脂拡散用の溝を形成する工程において、溝相当部が突設された第１押し型材を上記第１ゲルコート層の表面に押し付け、該溝相当部を該第１ゲルコート層の表面に刻装して、上記第１樹脂拡散用の溝を形成することを特徴とする請求項３記載の繊維強化プラスチック構造体の製造方法。
【請求項９】
上記第２ゲルコート層の上記成形上型と反対側の表面の全面に第２樹脂拡散用の溝を形成する工程において、溝相当部が突設された第２押し型材を上記第２ゲルコート層の表面に押し付け、該溝相当部を該第２ゲルコート層の表面に刻装して、上記第２樹脂拡散用の溝を形成することを特徴とする請求項５又は請求項６記載の繊維強化プラスチック構造体の製造方法。
【請求項１０】
上記第１樹脂拡散用の溝は、上記第１ゲルコート層の上記樹脂注入口側から上記空気吸引口側に繋がった縞状、格子状、ハニカム状、蜘蛛の巣状のいずれか１つの溝形状に形成されていることを特徴とすることを特徴とする請求項３又は請求項８記載の繊維強化プラスチック構造体の製造方法。
【請求項１１】
上記第２樹脂拡散用の溝は、上記第２ゲルコート層の上記樹脂注入口側から上記空気吸引口側に繋がった縞状、格子状、ハニカム状、蜘蛛の巣状のいずれか１つの溝形状に形成されていることを特徴とすることを特徴とする請求項５、請求項６および請求項９のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック構造体の製造方法。
【請求項１】
コア材と、上記コア材の少なくとも片面に重ねられて該コア材に固着された繊維強化プラスチック層と、上記繊維強化プラスチック層の表面を覆うように形成された表面樹脂層と、を備え、
溝が、上記表面樹脂層の上記繊維強化プラスチック層の表面に接する表面の全面に形成されており、
上記繊維強化プラスチック層のマトリックスを構成する樹脂が上記溝に充填されていることを特徴とする繊維強化プラスチック構造体。
【請求項２】
上記溝は、縞状、格子状、ハニカム状、蜘蛛の巣状のいずれかの溝形状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の繊維強化プラスチック構造体。
【請求項３】
成形下型の表面に第１ゲルコート層を形成する工程と、
上記第１ゲルコート層の上記成形下型と反対側の表面の全面に第１樹脂拡散用の溝を形成する工程と、
第１強化繊維基材とコア材とを重ねた状態で、該第１強化繊維基材を上記第１ゲルコート層に向けて上記成形下型内に配置する工程と、
上記コア材および上記第１強化繊維基材を封入するように封入用フィルムを上記成形下型に取り付ける工程と、
空気吸引口から該封入用フィルムの内部の空気を吸引して減圧する工程と、
減圧された上記封入用フィルムの内部に樹脂注入口から液状の樹脂を注入し、該液状の樹脂を上記第１樹脂拡散用の溝を流して上記第１強化繊維基材の面方向に拡散させて該第１強化繊維基材に含浸させ、硬化させる工程と、を備えた繊維強化プラスチック構造体の製造方法。
【請求項４】
封入用フィルムを上記成形下型に取り付ける工程に先だって、第２強化繊維基材を上記コア材の上記第１強化繊維基材と反対側に重ねて上記成形下型内に配置する工程をさらに有し、
上記液状の樹脂を上記第１強化繊維基材に含浸させ、硬化させる工程において、該液状の樹脂を上記第２強化繊維基材に含浸させ、硬化させることを特徴とする請求項３記載の繊維強化プラスチック構造体の製造方法。
【請求項５】
封入用フィルムを上記成形下型に取り付ける工程に先だって、成形上型の表面に第２ゲルコート層を形成し、該第２ゲルコート層の該成形上型と反対側の表面の全面に第２樹脂拡散用の溝を形成する工程と、上記第２ゲルコート層を上記第２強化繊維基材に向けて上記成形上型を該第２強化繊維基材の上に配置する工程と、をさらに有し、
封入用フィルムを上記成形下型に取り付ける工程において、上記コア材および上記強化繊維基材とともに、上記第２強化繊維基材および上記成形上型を封入し、
上記液状の樹脂を上記第１強化繊維基材に含浸させ、硬化させる工程において、該液状の樹脂を上記第２樹脂拡散用の溝を流して上記第２強化繊維基材の面方向に拡散させて上記第２強化繊維基材に含浸させ、硬化させることを特徴とする請求項４記載の繊維強化プラスチック構造体の製造方法。
【請求項６】
成形上型の表面に第２ゲルコート層を形成する工程と、
上記第２ゲルコート層の上記成形上型と反対側の表面の全面に第２樹脂拡散用の溝を形成する工程と、
第２強化繊維基材とコア材とを重ねた状態で、該コア材を成形下型に向けて該成形下型内に配置する工程と、
上記第２ゲルコート層を上記第２強化繊維基材に向けて上記成形上型を該第２強化繊維基材の上に配置する工程と、
上記コア材、上記第２強化繊維基材および上記成形上型を封入するように封入用フィルムを上記成形下型に取り付ける工程と、
空気吸引口から該封入用フィルムの内部の空気を吸引して減圧する工程と、
減圧された上記封入用フィルムの内部に樹脂注入口から液状の樹脂を注入し、該液状の樹脂を上記第２樹脂拡散用の溝を流して上記第２強化繊維基材の面方向に拡散させて該第２強化繊維基材に含浸させ、硬化させる工程と、を備えた繊維強化プラスチック構造体の製造方法。
【請求項７】
上記第２強化繊維基材と上記コア材とを上記成形下型内に配置する工程に先だって、第１強化繊維基材を上記成形下型内に配置し、
上記液状の樹脂を上記第２強化繊維基材に含浸させ、硬化させる工程において、該液状の樹脂を上記第１強化繊維基材に含浸させ、硬化させることを特徴とする請求項６記載の繊維強化プラスチック構造体の製造方法。
【請求項８】
上記第１ゲルコート層の上記成形下型と反対側の表面の全面に第１樹脂拡散用の溝を形成する工程において、溝相当部が突設された第１押し型材を上記第１ゲルコート層の表面に押し付け、該溝相当部を該第１ゲルコート層の表面に刻装して、上記第１樹脂拡散用の溝を形成することを特徴とする請求項３記載の繊維強化プラスチック構造体の製造方法。
【請求項９】
上記第２ゲルコート層の上記成形上型と反対側の表面の全面に第２樹脂拡散用の溝を形成する工程において、溝相当部が突設された第２押し型材を上記第２ゲルコート層の表面に押し付け、該溝相当部を該第２ゲルコート層の表面に刻装して、上記第２樹脂拡散用の溝を形成することを特徴とする請求項５又は請求項６記載の繊維強化プラスチック構造体の製造方法。
【請求項１０】
上記第１樹脂拡散用の溝は、上記第１ゲルコート層の上記樹脂注入口側から上記空気吸引口側に繋がった縞状、格子状、ハニカム状、蜘蛛の巣状のいずれか１つの溝形状に形成されていることを特徴とすることを特徴とする請求項３又は請求項８記載の繊維強化プラスチック構造体の製造方法。
【請求項１１】
上記第２樹脂拡散用の溝は、上記第２ゲルコート層の上記樹脂注入口側から上記空気吸引口側に繋がった縞状、格子状、ハニカム状、蜘蛛の巣状のいずれか１つの溝形状に形成されていることを特徴とすることを特徴とする請求項５、請求項６および請求項９のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック構造体の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−６７０７１（Ｐ２０１３−６７０７１Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０６９４５（Ｐ２０１１−２０６９４５）
【出願日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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