繊維強化樹脂部品およびその製造方法並びに製造装置
【課題】部品数を削減して組み立て工数を低減可能であり、補強部材用の型が不要となってコストの削減が可能な繊維強化樹脂部品およびその製造方法並びに製造装置を提供する。
【解決手段】本発明は、複数層で配置される繊維基材７〜９に樹脂を含浸させた繊維強化樹脂部品１である。当該繊維強化樹脂部品１は、隣接して同一層を構成する繊維基材８，９の端部同士が互いに重なって重畳部１２を形成し、各層の前記重畳部１２が積層方向に重なって形成される補強部５を有している。
【解決手段】本発明は、複数層で配置される繊維基材７〜９に樹脂を含浸させた繊維強化樹脂部品１である。当該繊維強化樹脂部品１は、隣接して同一層を構成する繊維基材８，９の端部同士が互いに重なって重畳部１２を形成し、各層の前記重畳部１２が積層方向に重なって形成される補強部５を有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化樹脂部品およびその製造方法並びに製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば車両用の構造部材等において、軽量化のために樹脂が使用されてきており、特に、繊維材により強化されたＦＲＰ（繊維強化樹脂）が使用されている。ＦＲＰ製の構造部材の曲げ剛性を向上させる方法として、例えば、別部品として補強部材を成形して組み合わせる方法が挙げられる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平２００８−６８７２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、補強部材を用いて構造部材の剛性を向上させると、部品数が多くなり、組立工数が増加する。また、補強部材の型を作製する必要があるため、コストが掛かる。
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、部品数を削減して組み立て工数を低減可能であり、補強部材用の型が不要となってコストの削減が可能な繊維強化樹脂部品およびその製造方法並びに製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成する本発明に係る繊維強化樹脂部品は、複数層で配置される繊維基材に樹脂を含浸させた繊維強化樹脂部品である。当該繊維強化樹脂部品は、隣接して同一層を構成する繊維基材の端部同士が互いに重なって重畳部を形成し、各層の前記重畳部が積層方向に重なって形成される補強部を有する。
【０００７】
上記目的を達成する本発明に係る繊維強化樹脂部品の製造方法は、複数層で配置される繊維基材に樹脂を含浸させた繊維強化樹脂部品の製造方法である。当該製造方法は、隣接して同一層を構成する繊維基材の端部同士を互いに重ねて重畳部を形成しつつ、各層の前記重畳部の少なくとも２つを積層方向に重ねた端部積層部を、当該端部積層部の周囲の繊維基材の少なくとも一部とともに弾性体により加圧した状態で、前記繊維基材に樹脂を含浸させる成形工程を有する。
【０００８】
上記目的を達成する本発明に係る繊維強化樹脂部品の製造装置は、複数層で配置される繊維基材に樹脂を含浸させた繊維強化樹脂部品の製造装置である。当該製造装置は、隣接して同一層を構成する繊維基材の端部同士を互いに重ねて重畳部を形成しつつ、各層の前記重畳部の少なくとも２つを積層方向に重ねた端部積層部を、当該端部積層部の周囲の繊維基材の少なくとも一部とともに加圧する弾性体を有する。
【発明の効果】
【０００９】
上記のように構成した繊維強化樹脂部品によれば、隣接して同一層を構成する繊維基材の端部同士が重なって重畳部を形成し、各層の重畳部が積層方向に重なって補強部を形成しているため、別部材で補強部材を設ける必要がない。したがって、部品数が低減し、組立工数を低減できる。また、補強部材を成形するための他の成形型が不要であるため、設備コストを低減できる。
【００１０】
上記のように構成した繊維強化樹脂部品の製造方法によれば、各層の重畳部を積層方向に重ねた端部積層部を、端部積層部の周囲とともに弾性体により加圧した状態で、繊維基材に樹脂を含浸させるため、弾性体が端部積層部の形状に沿って変形し、端部積層部を形状に沿って加圧できる。このため、別部材ではなく繊維強化樹脂部品と一体となった補強部を有する繊維強化樹脂部品を効果的に製造できる。したがって、繊維強化樹脂部品の部品数を低減でき、組立工数を低減できる。また、補強部材を成形するための他の成形型が不要であるため、設備コストを低減できる。
【００１１】
上記のように構成した繊維強化樹脂部品の製造装置によれば、端部積層部を、当該端部積層部の周囲の繊維基材の少なくとも一部とともに加圧する弾性体を有するため、弾性体が端部積層部の形状に沿って変形し、端部積層部を形状に沿って加圧できる。このため、別部材ではなく繊維強化樹脂部品と一体となった補強部を有する繊維強化樹脂部品を効果的に製造できる。したがって、繊維強化樹脂部品の部品数を低減でき、組立工数を低減できる。また、補強部材を成形するための他の成形型が不要であるため、設備コストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態に係るフロア部品（繊維強化樹脂部品）を示す斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３】フロア部品に用いられる繊維基材のカットパターンを示す平面図である。
【図４】コア材を有する繊維強化樹脂部品の一例を示す断面図である。
【図５】第１実施形態に係るＲＴＭ成形型を示す斜視図である。
【図６】図５のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図７】下型の成形面に繊維基材を配置した際を示す断面図である。
【図８】成形型を型締めして樹脂を注入した際を示す断面図である。
【図９】成形型を型締めする際の、補強部が形成される部位の拡大断面図である。
【図１０】成形型により補強部が形成された際を示す拡大断面図である。
【図１１】別部品として設けられる比較例としての補強部材を示す断面図である。
【図１２】第１実施形態の補強部の幅と曲げ剛性の関係を示すグラフである。
【図１３】第２実施形態に係るフロア部品（繊維強化樹脂部品）を示す斜視図である。
【図１４】第２実施形態に係るフロア部品に用いられる繊維基材のカットパターンを示す平面図である。
【図１５】比較例としての繊維強化樹脂部品を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上、誇張されて実際の比率とは異なる場合がある。
【００１４】
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る繊維強化樹脂部品であるフロア部品を示す斜視図、図２は、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図、図３は、繊維強化樹脂部品に用いられる繊維基材のカットパターンを示す平面図である。
【００１５】
図１に示すフロア部品１は、車両のフロントフロア用の部品であり、炭素繊維である繊維基材に樹脂を含浸させた炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）製の繊維強化樹脂部品である。図中の矢印Ｄ１は、車体の前後方向の後方向を表し、矢印Ｄ２は車幅方向を示し、矢印Ｄ３は車体上下方向の上方向を示す。
【００１６】
フロア部品１は、車体フロアを構成するフロアパネル２と、車幅方向Ｄ２の両端にてフロアパネル２から上方向Ｄ３へ立ち上がるシル３と、車幅方向Ｄ２の中央部にてフロアパネル２から上方向Ｄ３に凸形状で形成されるフロアトンネル４とを有している。シル３およびフロアトンネル４は、前後方向に延在するように形成されている。
【００１７】
フロアパネル２およびシル３には、フロアトンネル４を挟んで車幅方向Ｄ２の両側に、車幅方向Ｄ２へ延びる補強部５Ａ，５Ｂ（以下、５Ａ，５Ｂを総じて５と称する場合がある。）が形成されている。補強部５は、図２に示すように、フロアパネル２およびシル３の補強部５と異なる部位よりも、繊維基材が多く重なって形成されている。なお、補強部５の詳細については後述する。
【００１８】
フロア部品１は、図３に示すように、平面状の基材から切り出される第１繊維基材７、第２繊維基材８Ａ，８Ｂおよび第３繊維基材９Ａ，９Ｂを用いて、後述するＲＴＭ成形型３０によって成形される。
【００１９】
第１繊維基材７は、主にフロアトンネル４の強化繊維基材を構成する。第２繊維基材８Ａ，８Ｂ（以下、８Ａ，８Ｂを総じて８と称する場合がある。）は、主にフロアパネル２およびシル３の車両前方側の強化繊維基材を構成する。第３繊維基材９Ａ，９Ｂ（以下、９Ａ，９Ｂを総じて９と称する場合がある。）は、主にフロアパネル２およびシル３の車両後方側の強化繊維基材を構成する。積層方向に重なる複数の第１繊維基材７は、全て同じカットパターンの基材である。また、積層方向に重なる複数の第２繊維基材８も、全て同じカットパターンの基材であり、積層方向に重なる複数の第３繊維基材９も、全て同じカットパターンの基材である。
【００２０】
第２繊維基材８Ａ（８Ｂ）および第３繊維基材９Ａ（９Ｂ）は、互いに隣接する端部に、互いに重なる重なり端部１０，１１を有しており、同一層を構成する第２繊維基材８Ａ（８Ｂ）および第３繊維基材９Ａ（９Ｂ）の重なり端部１０，１１同士が重なることで重畳部１２が形成される。第２繊維基材８Ａ（８Ｂ）および第３繊維基材９Ａ（９Ｂ）を複数層交互に重ねることで、各層の重畳部１２が積層されて補強部５Ａ（５Ｂ）が形成されている。各繊維基材の厚さは、０．１５〜１．０ｍｍ程度であるが、かならずしもこれに限定されない。
【００２１】
ここで、”同一層”の第２繊維基材８Ａ（８Ｂ）および第３繊維基材９Ａ（９Ｂ）とは、互いに密接する重なり端部１０，１１を有する隣接した一組の繊維基材であることを示しており、かならずしも２つの繊維基材が同一平面に存在する必要はなく、２つの繊維基材の積層順が同一である必要もない。
【００２２】
なお、同一層の第２繊維基材８と第３繊維基材９は、本実施形態では別部材であるが、同一部材であることもありうる。図４は、コア材２１を有する繊維強化樹脂部品２０の一例を示す断面図である。この例のように、コア材２１の周囲を繊維基材２２が覆っている場合には、同一の繊維基材２２の両側の端部同士が重なることで、補強部２３が形成される。コア材２１としては、弾性体や発泡材、ハニカム材の使用が可能であり、軽量化のためには発泡材やハニカム材が好ましい。発泡材の材質としては特に限定されず、たとえば、ポリウレタンやアクリル、ポリスチレン、ポリイミド、塩化ビニル、フェノールなどの高分子材料のフォーム材などを使用できる。ハニカム材の材質としては特に限定されず、たとえば、アルミニウム合金、紙、アラミドペーパー等を使用することができる。
【００２３】
補強部５における繊維基材の積層枚数は、図２に示すように、補強部５と異なる部位の積層枚数の２倍となるため、補強部５の厚さＸ１が、補強部５と異なる部位の厚さＸ２の約２倍となる。一例として、厚さＸ１は４ｍｍであり、厚さＸ２は２ｍｍである。補強部５におけるＶｆ（繊維体積含有率）は、補強部５と異なる部位のＶｆよりも高い。繊維強化樹脂のＶｆが高いと、弾性率が向上するため、補強部５における剛性が高くなり、補強機能が向上する。一例として、補強部５におけるＶｆは７０％であり、補強部５と異なる部位のＶｆは５０％である。なお、Ｖｆ（繊維体積含有率）の測定方法は、ＪＩＳ Ｋ ７０５２で定義されている。
【００２４】
補強部５は、幅Ｗで形成される。幅Ｗの値が大きいほど補強部５の剛性が高くなり、補強機能が向上する。
【００２５】
繊維基材には炭素繊維が用いられるが、ガラス繊維、アラミド繊維、金属繊維、ボロン繊維、アルミナ繊維、炭化ケイ素高強度合成繊維等を用いることができる。強化繊維基材の形態は特に限定されず、一方向シートや織物等を採用でき、必要に応じて事前に賦形した予備成形体（プリフォーム）の形態で用いる。
【００２６】
使用する樹脂としては、粘度が低く強化繊維への含浸が容易な熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を形成するＲＩＭ用（Ｒｅｓｉｎ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｍｏｌｄｉｎｇ）モノマーなどが好適である。熱硬化性樹脂としては、たとえば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、グアナミン樹脂、また、ビスマレイド・トリアジン樹脂等のポリイミド樹脂、フラン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリジアリルフタレート樹脂、さらにメラミン樹脂やユリア樹脂やアミノ樹脂等が挙げられる。
【００２７】
また、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１１などのポリアミド、またはこれらポリアミドの共重合ポリアミド、また、ポリエチレンテレフタラート、ポリブチレンテレフタラートなどのポリエステル、またはこれらポリエステルの共重合ポリエステル、さらにポリカーボネート、ポリアミドイミド、ポリフェニレンスルファイド、ポリフェニレンオキシド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリオレフィンなど、更にまた、ポリエステルエラストマー、ポリアミドエラストマーなどに代表される熱可塑性エラストマー等が挙げられる。
【００２８】
また、上述の熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、ゴムから選ばれた複数を混合した樹脂を用いることもできる。
【００２９】
次に、フロア部品１を成形するためのＲＴＭ成形型３０（成形装置）について説明する。
【００３０】
図５は、本発明の実施形態に係るＲＴＭ成形型を示す斜視図、図６は、図５のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【００３１】
ＲＴＭ成形型３０は、図５、図６に示すように、一方の型としての上型３１と、他方の型としての下型３２を有し、上型３１と下型３２の間に、中間部材としての中間板３３を有する。この上型３１と中間板３３によって、樹脂注入流路と基材への注入ポートを形成する。上型３１には、外部から樹脂を供給する樹脂注入管３５が連結されている。樹脂注入管３５は、金属製パイプまたは樹脂製チューブから構成されている。上型３１の周辺部は、中間板３３と密着するＯ−リング３６が設けられている。
【００３２】
中間板３３の上型側の面には、上型３１に設けられる樹脂注入管３５と連通する樹脂流路用溝３７が加工されている。中間板３３の下型側の面には、シリコンゴムからなる弾性シート３８（弾性体）が均一の厚さＹで設置されている。中間板３３および弾性シート３８には、各樹脂流路用溝３７から下型側の面へ貫通する貫通孔３９が複数形成されている。貫通孔３９は、成形するフロア部品１の補強部５に対応する領域Ｌに、他の領域よりも多く設けられている。したがって、成形するフロア部品１の補強部５に対応する領域Ｌにおける貫通孔３９の開口率が、他の領域における貫通孔３９の開口率よりも高い。なお、開口率は、弾性シート３８の表面積に占める貫通孔３９の面積を表している。開口率を高くするためには、貫通孔３９の数を増やすだけでなく、貫通孔３９の孔径を大きくすることでも実現できる。
【００３３】
弾性シート３８の厚さＹは、例えば４ｍｍである。本実施形態では、後述するように弾性シート３８は最大で２ｍｍ変形すると想定されるため、圧縮率５０％に耐えうるシリコンゴムを適用する。なお、弾性シート３８の厚さＹは、弾性シート３８の材料および硬度、想定される変形量および圧縮率等を考慮して、最適な値に適宜設定されることが好ましい。なお、弾性シート３８の硬度は、ＪＩＳ Ｋ ６２５３で定義される硬度で７０〜９０ｍＮであることが好ましいが、かならずしもこれに限定されない。
【００３４】
弾性シート３８はシリコンゴムに限定されず、フッ素ゴムやエチレンプロピレンゴム等の他のゴム、エラストマー、高分子樹脂等が適用できる。
【００３５】
下型３２には、余剰樹脂を型外に排出するための樹脂排出管４０が連結されている。樹脂排出管４０は、金属製パイプまたは樹脂製チューブから構成されている。下型３２の周辺部には、中間板３３と密着するＯ−リング４１が設けられている。
【００３６】
次に、前述のＲＴＭ成形型３０を用いた、フロア部品１の成形工程（成形方法）について説明する。
【００３７】
図７は、下型の成形面に繊維基材を配置した際を示す断面図、図８は、成形型を型締めして樹脂を注入した際を示す断面図である。図９は、成形型を型締めする際の補強部が形成される部位における拡大断面図、図１０は、成形型により補強部が形成された際を示す拡大断面図である。
【００３８】
まず、図７に示すように、下型３２の成形面に、第１繊維基材７、第２繊維基材８および第３繊維基材９を事前に賦形した予備成形体５０（プリフォーム）を配置する。予備成形体５０を事前に賦形するには、一般的な成形型（不図示）を適用できる。この賦形において、予備成形型内に第１繊維基材７、第２繊維基材８および第３繊維基材９を積層した後、予備成形を行うことで、フロア部品１の最終形状へ至る前の予備的形状を予備成形体５０に付与する。予備成形体５０における第１繊維基材７、第２繊維基材８および第３繊維基材９は、少量の形状保持剤によって形状が保持されている。この形状保持剤には、強化繊維に含浸される樹脂の例として前述した樹脂から適宜選択して適用できる。
【００３９】
なお、繊維強化樹脂部品の形状次第では、第１繊維基材７、第２繊維基材８および第３繊維基材９を、予備成形することなく、直接、ＲＴＭ成形型３０に配置してもよい。
【００４０】
予備成形体５０は、図９に示すように、第２繊維基材８Ａ（８Ｂ）および第３繊維基材９Ａ（９Ｂ）を交互に複数層重ね、同一層を構成する第２繊維基材８Ａ（８Ｂ）および第３繊維基材９Ａ（９Ｂ）の重なり端部１０，１１同士が同一位置で積層された端部積層部５１を有している。そして、第２繊維基材８Ａと第３繊維基材９Ａを積層した積層体と、第２繊維基材８Ｂと第３繊維基材９Ｂを積層した積層体との間に、第１繊維基材７を積層した積層体を配置して、各々を形状保持剤で保持している。
【００４１】
なお、端部積層部５１は、本実施形態では形状保持剤によって積層された状態に保持されているが、繊維基材を予備成形することなしに直接ＲＴＭ成形型に配置する形態の場合には、複数の繊維基材が、形状保持剤を用いずに単に重ねた状態で配置される場合がある。
【００４２】
次に、図８に示すように、上型３１と下型３２を型締めし、予備成形体５０を中間板３３と下型３２の間のキャビティ内で押圧する。このとき、図１０に示すように、中間板３３の下型側の面に弾性シート３８が設けられているため、弾性力によって、予備成形体５０が押圧される。このとき、端部積層部５１における繊維基材の積層枚数が、端部積層部５１と異なる部位の積層枚数の２倍であるため、端部積層部５１の厚さＸ１が、端部積層部５１と異なる部位の厚さＸ２の約２倍となり、端部積層部５１と対応する部位において弾性シート３８が大きく変形する。これにより、予備成形体５０は、端部積層部５１において、他の部位よりも強い力を受けることになる。本実施形態では、端部積層部５１の厚さＸ１が４ｍｍ、端部積層部５１と異なる部位の厚さＸ２が２ｍｍであり、弾性シート３８の圧縮率は最大で５０％である。
【００４３】
この後、樹脂注入管３５から樹脂を加圧注入し、Ｏ−リング３６で密封された上型３１と中間板３３の間に樹脂を流入させる。流入された樹脂は、まず、中間板３３の樹脂流路用溝３７に沿って迅速に流動し、広い領域にわたって行き渡る。そして、複数設けられた貫通孔３９を通して、複数箇所から実質的にほぼ同時に繊維基材７，８，９に注入され、繊維基材７，８，９の広い領域にわたって樹脂が良好にかつ迅速に含浸されていく。端部積層部５１は、端部積層部５１と異なる部位よりも厚いために樹脂が含浸し難いが、中間板３３および弾性シート３８の端部積層部５１を押圧する領域Ｌの開口率が、端部積層部５１と異なる部位を押圧する領域における開口率よりも高いため、補強部５へも効果的に樹脂を含浸させることができる。
【００４４】
含浸させる際には、弾性シート３８によって端部積層部５１が他の部位よりも強い圧縮力を受けているため、端部積層部５１に樹脂が含浸して形成される補強部５のＶｆは、他の部位のＶｆよりも高くなる。一例として、本実施形態では、補強部５のＶｆは７０％となり、補強部５と異なる部位のＶｆは５０％となる。
【００４５】
Ｏ−リング４１で密封された下型３２と中間板３３の間のキャビティ内は、樹脂排出管４０より真空吸引される。含浸後の余剰樹脂は、キャビティの周辺に設けたフイルムゲート／ランナー（不図示）に流れ、樹脂排出管４０から外部に排出される。予備成形体５０の全域に樹脂が含浸した後に、樹脂排出管４０を閉鎖し、樹脂圧を保圧しながら加熱硬化させる。
【００４６】
この後、成形されたフロア部品１を脱型する。脱型では、上型３１を上昇させ、フロア部品１を中間板３３と共に下型３２より取り出し、中間板３３と分離する。中間板３３との分離や、フロア部品１に樹脂突起が付着して後加工に手間取る場合には、予め中間板３３と強化繊維基材との間に、離型用クロス等を配設しておくとよい。
【００４７】
次に、本実施形態に係るフロア部品１の補強部５の剛性を計算した結果を示す。
【００４８】
図１１は、別部品として設けられる比較例としての補強部材を示す断面図、図１２は、本実施形態の補強部の幅と曲げ剛性の関係を示すグラフである。
【００４９】
図１１に示すように、比較例としての補強部材７０は、本実施形態のような補強部５を備えていないフロア部品を補強するために取り付けられる部材であり、フロア部品とは別部材で設けられる。この補強部材７０の曲げ剛性Ｋ２の計算結果を、図１２のグラフに点線で示す。
【００５０】
図１２中のドットは、本実施形態に係るフロア部品１の補強部５のみの剛性Ｋ１の計算結果を示している。すなわち、図２の幅Ｗの範囲内の部分の曲げ剛性である。補強部５の厚さＸ１は４ｍｍ、補強部５のＶｆは７０％、ヤング率Ｅは５０ＧＰａとして、曲げ剛性Ｋ１を算出した。
【００５１】
結果として、幅Ｗが約８０ｍｍ以上である場合に、補強部５の剛性Ｋ１が比較例の補強部材７０の剛性Ｋ２と同等以上となることが確認された。このように、幅Ｗを変更することで剛性を変更できるため、車種の性能等によって、望ましい剛性Ｋ１を備える幅Ｗを設定できる。
【００５２】
次に、本実施形態の効果について説明する。
【００５３】
図１５は、比較例としての繊維強化樹脂部品を示す断面図である。比較例としての繊維強化樹脂部品８０は、図１５に示すように、同一層を構成する繊維基材８１，８２の端部を突き合わせ、かつ剛性を保つために各層の突き合せ部８３をずらしつつ積層している。このような繊維強化樹脂部品８０は、剛性を高めるためには別途の補強部材（図１１参照）を必要とし、したがって、補強部材を成形するための他の成形型が必要となる。また、各層の繊維基材のカットパターンが全て異なるため、部品数が多くなり、組立工数も多くなる。
【００５４】
これに対し、本実施形態に係るフロア部品１（繊維強化樹脂部品）は、隣接して同一層を構成する繊維基材８，９の端部同士が重なって重畳部１２を形成し、各層の重畳部１２が積層方向に重なって補強部５を形成しているため、別部材で補強部材を設ける必要がない。したがって、部品数が低減し、組立工数を低減できる。また、補強部材を成形するための他の成形型が不要であるため、設備コストを低減できる。さらに、各層の重畳部１２を積層方向に重ねるためには、上下に重なる繊維基材のカットパターンを同一とすることで容易に実現できる。したがって、カットパターンを減らすことができ、材料の歩留まりを向上させることができる。
【００５５】
また、補強部５におけるＶｆ（繊維体積含有率）が、補強部５と異なる部位におけるＶｆよりも高いため、補強部５の強度がより高い繊維強化樹脂部品を実現できる。
【００５６】
本実施形態に係る維強化樹脂部品の製造方法および製造装置は、各層の重畳部１２を積層方向に重ねた端部積層部５１を、端部積層部５１の周囲とともに弾性体３８により加圧した状態で、繊維基材７〜９に樹脂を含浸させるため、弾性体３８が端部積層部５１の形状に沿って変形し、端部積層部５１を形状に沿って加圧できる。このため、別部材ではなく繊維強化樹脂部品と一体となった補強部５を有する繊維強化樹脂部品を効果的に製造できる。したがって、繊維強化樹脂部品の部品数を低減でき、組立工数を低減できる。また、補強部材を成形するための他の成形型が不要であるため、設備コストを低減できる。また、繊維強化樹脂部品に凹凸があっても、弾性体３８により狙いの成形圧力を付与することが可能となる。
【００５７】
また、成形型３０の内部に配置される中間板３３に固定された弾性シート３８により加圧するため、弾性シート３８の成形型３０内への配置が容易となる。すなわち、弾性体のみを型内に配置する必要がなくなり、工数を削減できる。
【００５８】
また、中間板３３および弾性シート３８に形成される貫通孔３９から樹脂を繊維基材７〜９に流入させるため、繊維基材７〜９の広い範囲へ均一に樹脂を流入させることができる。
【００５９】
また、弾性シート３８の端部積層部５１を押圧する領域Ｌにおける貫通孔３９の開口率が、弾性シート３８の端部積層部５１と異なる部位を押圧する領域における貫通孔３９の開口率よりも高いため、厚みがあり樹脂が含浸し難い端部積層部５１へ、効率よく樹脂を含浸させることができる。
【００６０】
また、厚さが一定の弾性シート３８により、端部積層部５１および当該端部積層部５１の周囲の繊維基材の少なくとも一部を加圧するため、成形品に凹凸があっても狙いの成形圧力を付与することができる。さらに、弾性シート３８が端部積層部５１の形状に沿って変形するため、補強部５の位置や形状が変更されても、同一の弾性シート３８で押圧することができる。
【００６１】
＜第２実施形態＞
図１３は、第２実施形態に係る繊維強化樹脂部品であるフロア部品を示す斜視図、図１４は、第２実施形態に係る繊維強化樹脂部品に用いられる繊維基材のカットパターンを示す平面図である。
【００６２】
第２実施形態に係るフロア部品６０（繊維強化樹脂部品）は、図１３に示すように、車両の前後方向に対して傾斜する方向に延びる３つの第１補強部６５、第２補強部６６および第３補強部６７を有している。
【００６３】
フロア部品６０は、図１４に示すように、平面状の基材から切り出される第１繊維基材６１、第２繊維基材６２、第３繊維基材６３および第４繊維基材６４を用いて、第１実施形態で述べたＲＴＭ成形型３０によって成形される。
【００６４】
第１補強部６５は、第１繊維基材６１および第２繊維基材６２の互いに隣接する重なり端部６１Ａ，６２Ａ同士が重なることで形成されている。第２補強部６６は、第２繊維基材６２および第３繊維基材６３の互いに隣接する重なり端部６２Ｂ，６３Ａ同士が重なることで形成されている。第３補強部６７は、第３繊維基材６３および第４繊維基材６４の互いに隣接する重なり端部６３Ｂ，６４Ａ同士が重なることで形成されている。
【００６５】
このように、補強部６５〜６７の位置は、第１実施形態と異なる任意に変更することができる。そして、このように補強部６５〜６７の位置を変更しても、第１実施形態において用いたＲＴＭ成形型３０を用いてフロア部品６０を成形することができる。すなわち、弾性シート３８が一定の厚さＹで形成されているため、補強部６５〜６７が設けられる位置および形状が変更されても、弾性シート３８が端部積層部の形状に沿って変形できる。これにより、補強部６５〜６７が設けられる位置および形状が変更されても、同一のＲＴＭ成形型３０を用いて成形することができ、別途の成形型３０を作製する必要がなく、費用の削減が可能である。
【００６６】
なお、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。例えば、本発明を、フロア部品以外の繊維強化樹脂部品に適用してもよい。また、第１実施形態では、全ての層の重畳部１２が重なって補強部５が形成されているが、少なくとも２つの重畳部１２が重なっていればよい。また、各繊維基材のカットパターンを、かならずしも同一としなくてもよい。この場合には、補強部の断面形状を、台形や長方形等の任意の形状に設定することができる。また、弾性シート３８の厚さＹは、かならずしも均一でなくてもよい。また、本発明に係る繊維強化樹脂部品は、かならずしもＲＴＭ成形により成形されなくともよく、他の成形方法によって成形されてもよい。
【符号の説明】
【００６７】
１ フロア部品（繊維強化樹脂部品）、
５Ａ，５Ｂ 補強部、
７ 第１繊維基材、
８Ａ，８Ｂ 第２繊維基材、
９Ａ，９Ｂ 第３繊維基材、
１０，１１ 重なり端部、
１２ 重畳部、
２０ 繊維強化樹脂部品、
２２ 繊維基材、
２３ 補強部、
３０ ＲＴＭ成形型（成形装置）、
３１ 上型、
３２ 下型、
３３ 中間板、
３８ 弾性シート（弾性体）、
３９ 貫通孔、
５１ 端部積層部、
６０ フロア部品（繊維強化樹脂部品）、
６１ 第１繊維基材、
６２ 第２繊維基材、
６３ 第３繊維基材、
６４ 第４繊維基材、
６１Ａ，６２Ａ，６２Ｂ，６３Ａ，６３Ｂ，６４Ａ 重なり端部、
６５，６６，６７ 補強部、
Ｋ１ 補強部の剛性、
Ｗ 補強部（端部積層部）の幅、
Ｘ１ 補強部（端部積層部）の厚さ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化樹脂部品およびその製造方法並びに製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば車両用の構造部材等において、軽量化のために樹脂が使用されてきており、特に、繊維材により強化されたＦＲＰ（繊維強化樹脂）が使用されている。ＦＲＰ製の構造部材の曲げ剛性を向上させる方法として、例えば、別部品として補強部材を成形して組み合わせる方法が挙げられる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平２００８−６８７２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、補強部材を用いて構造部材の剛性を向上させると、部品数が多くなり、組立工数が増加する。また、補強部材の型を作製する必要があるため、コストが掛かる。
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、部品数を削減して組み立て工数を低減可能であり、補強部材用の型が不要となってコストの削減が可能な繊維強化樹脂部品およびその製造方法並びに製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成する本発明に係る繊維強化樹脂部品は、複数層で配置される繊維基材に樹脂を含浸させた繊維強化樹脂部品である。当該繊維強化樹脂部品は、隣接して同一層を構成する繊維基材の端部同士が互いに重なって重畳部を形成し、各層の前記重畳部が積層方向に重なって形成される補強部を有する。
【０００７】
上記目的を達成する本発明に係る繊維強化樹脂部品の製造方法は、複数層で配置される繊維基材に樹脂を含浸させた繊維強化樹脂部品の製造方法である。当該製造方法は、隣接して同一層を構成する繊維基材の端部同士を互いに重ねて重畳部を形成しつつ、各層の前記重畳部の少なくとも２つを積層方向に重ねた端部積層部を、当該端部積層部の周囲の繊維基材の少なくとも一部とともに弾性体により加圧した状態で、前記繊維基材に樹脂を含浸させる成形工程を有する。
【０００８】
上記目的を達成する本発明に係る繊維強化樹脂部品の製造装置は、複数層で配置される繊維基材に樹脂を含浸させた繊維強化樹脂部品の製造装置である。当該製造装置は、隣接して同一層を構成する繊維基材の端部同士を互いに重ねて重畳部を形成しつつ、各層の前記重畳部の少なくとも２つを積層方向に重ねた端部積層部を、当該端部積層部の周囲の繊維基材の少なくとも一部とともに加圧する弾性体を有する。
【発明の効果】
【０００９】
上記のように構成した繊維強化樹脂部品によれば、隣接して同一層を構成する繊維基材の端部同士が重なって重畳部を形成し、各層の重畳部が積層方向に重なって補強部を形成しているため、別部材で補強部材を設ける必要がない。したがって、部品数が低減し、組立工数を低減できる。また、補強部材を成形するための他の成形型が不要であるため、設備コストを低減できる。
【００１０】
上記のように構成した繊維強化樹脂部品の製造方法によれば、各層の重畳部を積層方向に重ねた端部積層部を、端部積層部の周囲とともに弾性体により加圧した状態で、繊維基材に樹脂を含浸させるため、弾性体が端部積層部の形状に沿って変形し、端部積層部を形状に沿って加圧できる。このため、別部材ではなく繊維強化樹脂部品と一体となった補強部を有する繊維強化樹脂部品を効果的に製造できる。したがって、繊維強化樹脂部品の部品数を低減でき、組立工数を低減できる。また、補強部材を成形するための他の成形型が不要であるため、設備コストを低減できる。
【００１１】
上記のように構成した繊維強化樹脂部品の製造装置によれば、端部積層部を、当該端部積層部の周囲の繊維基材の少なくとも一部とともに加圧する弾性体を有するため、弾性体が端部積層部の形状に沿って変形し、端部積層部を形状に沿って加圧できる。このため、別部材ではなく繊維強化樹脂部品と一体となった補強部を有する繊維強化樹脂部品を効果的に製造できる。したがって、繊維強化樹脂部品の部品数を低減でき、組立工数を低減できる。また、補強部材を成形するための他の成形型が不要であるため、設備コストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態に係るフロア部品（繊維強化樹脂部品）を示す斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３】フロア部品に用いられる繊維基材のカットパターンを示す平面図である。
【図４】コア材を有する繊維強化樹脂部品の一例を示す断面図である。
【図５】第１実施形態に係るＲＴＭ成形型を示す斜視図である。
【図６】図５のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図７】下型の成形面に繊維基材を配置した際を示す断面図である。
【図８】成形型を型締めして樹脂を注入した際を示す断面図である。
【図９】成形型を型締めする際の、補強部が形成される部位の拡大断面図である。
【図１０】成形型により補強部が形成された際を示す拡大断面図である。
【図１１】別部品として設けられる比較例としての補強部材を示す断面図である。
【図１２】第１実施形態の補強部の幅と曲げ剛性の関係を示すグラフである。
【図１３】第２実施形態に係るフロア部品（繊維強化樹脂部品）を示す斜視図である。
【図１４】第２実施形態に係るフロア部品に用いられる繊維基材のカットパターンを示す平面図である。
【図１５】比較例としての繊維強化樹脂部品を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上、誇張されて実際の比率とは異なる場合がある。
【００１４】
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る繊維強化樹脂部品であるフロア部品を示す斜視図、図２は、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図、図３は、繊維強化樹脂部品に用いられる繊維基材のカットパターンを示す平面図である。
【００１５】
図１に示すフロア部品１は、車両のフロントフロア用の部品であり、炭素繊維である繊維基材に樹脂を含浸させた炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）製の繊維強化樹脂部品である。図中の矢印Ｄ１は、車体の前後方向の後方向を表し、矢印Ｄ２は車幅方向を示し、矢印Ｄ３は車体上下方向の上方向を示す。
【００１６】
フロア部品１は、車体フロアを構成するフロアパネル２と、車幅方向Ｄ２の両端にてフロアパネル２から上方向Ｄ３へ立ち上がるシル３と、車幅方向Ｄ２の中央部にてフロアパネル２から上方向Ｄ３に凸形状で形成されるフロアトンネル４とを有している。シル３およびフロアトンネル４は、前後方向に延在するように形成されている。
【００１７】
フロアパネル２およびシル３には、フロアトンネル４を挟んで車幅方向Ｄ２の両側に、車幅方向Ｄ２へ延びる補強部５Ａ，５Ｂ（以下、５Ａ，５Ｂを総じて５と称する場合がある。）が形成されている。補強部５は、図２に示すように、フロアパネル２およびシル３の補強部５と異なる部位よりも、繊維基材が多く重なって形成されている。なお、補強部５の詳細については後述する。
【００１８】
フロア部品１は、図３に示すように、平面状の基材から切り出される第１繊維基材７、第２繊維基材８Ａ，８Ｂおよび第３繊維基材９Ａ，９Ｂを用いて、後述するＲＴＭ成形型３０によって成形される。
【００１９】
第１繊維基材７は、主にフロアトンネル４の強化繊維基材を構成する。第２繊維基材８Ａ，８Ｂ（以下、８Ａ，８Ｂを総じて８と称する場合がある。）は、主にフロアパネル２およびシル３の車両前方側の強化繊維基材を構成する。第３繊維基材９Ａ，９Ｂ（以下、９Ａ，９Ｂを総じて９と称する場合がある。）は、主にフロアパネル２およびシル３の車両後方側の強化繊維基材を構成する。積層方向に重なる複数の第１繊維基材７は、全て同じカットパターンの基材である。また、積層方向に重なる複数の第２繊維基材８も、全て同じカットパターンの基材であり、積層方向に重なる複数の第３繊維基材９も、全て同じカットパターンの基材である。
【００２０】
第２繊維基材８Ａ（８Ｂ）および第３繊維基材９Ａ（９Ｂ）は、互いに隣接する端部に、互いに重なる重なり端部１０，１１を有しており、同一層を構成する第２繊維基材８Ａ（８Ｂ）および第３繊維基材９Ａ（９Ｂ）の重なり端部１０，１１同士が重なることで重畳部１２が形成される。第２繊維基材８Ａ（８Ｂ）および第３繊維基材９Ａ（９Ｂ）を複数層交互に重ねることで、各層の重畳部１２が積層されて補強部５Ａ（５Ｂ）が形成されている。各繊維基材の厚さは、０．１５〜１．０ｍｍ程度であるが、かならずしもこれに限定されない。
【００２１】
ここで、”同一層”の第２繊維基材８Ａ（８Ｂ）および第３繊維基材９Ａ（９Ｂ）とは、互いに密接する重なり端部１０，１１を有する隣接した一組の繊維基材であることを示しており、かならずしも２つの繊維基材が同一平面に存在する必要はなく、２つの繊維基材の積層順が同一である必要もない。
【００２２】
なお、同一層の第２繊維基材８と第３繊維基材９は、本実施形態では別部材であるが、同一部材であることもありうる。図４は、コア材２１を有する繊維強化樹脂部品２０の一例を示す断面図である。この例のように、コア材２１の周囲を繊維基材２２が覆っている場合には、同一の繊維基材２２の両側の端部同士が重なることで、補強部２３が形成される。コア材２１としては、弾性体や発泡材、ハニカム材の使用が可能であり、軽量化のためには発泡材やハニカム材が好ましい。発泡材の材質としては特に限定されず、たとえば、ポリウレタンやアクリル、ポリスチレン、ポリイミド、塩化ビニル、フェノールなどの高分子材料のフォーム材などを使用できる。ハニカム材の材質としては特に限定されず、たとえば、アルミニウム合金、紙、アラミドペーパー等を使用することができる。
【００２３】
補強部５における繊維基材の積層枚数は、図２に示すように、補強部５と異なる部位の積層枚数の２倍となるため、補強部５の厚さＸ１が、補強部５と異なる部位の厚さＸ２の約２倍となる。一例として、厚さＸ１は４ｍｍであり、厚さＸ２は２ｍｍである。補強部５におけるＶｆ（繊維体積含有率）は、補強部５と異なる部位のＶｆよりも高い。繊維強化樹脂のＶｆが高いと、弾性率が向上するため、補強部５における剛性が高くなり、補強機能が向上する。一例として、補強部５におけるＶｆは７０％であり、補強部５と異なる部位のＶｆは５０％である。なお、Ｖｆ（繊維体積含有率）の測定方法は、ＪＩＳ Ｋ ７０５２で定義されている。
【００２４】
補強部５は、幅Ｗで形成される。幅Ｗの値が大きいほど補強部５の剛性が高くなり、補強機能が向上する。
【００２５】
繊維基材には炭素繊維が用いられるが、ガラス繊維、アラミド繊維、金属繊維、ボロン繊維、アルミナ繊維、炭化ケイ素高強度合成繊維等を用いることができる。強化繊維基材の形態は特に限定されず、一方向シートや織物等を採用でき、必要に応じて事前に賦形した予備成形体（プリフォーム）の形態で用いる。
【００２６】
使用する樹脂としては、粘度が低く強化繊維への含浸が容易な熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を形成するＲＩＭ用（Ｒｅｓｉｎ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｍｏｌｄｉｎｇ）モノマーなどが好適である。熱硬化性樹脂としては、たとえば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、グアナミン樹脂、また、ビスマレイド・トリアジン樹脂等のポリイミド樹脂、フラン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリジアリルフタレート樹脂、さらにメラミン樹脂やユリア樹脂やアミノ樹脂等が挙げられる。
【００２７】
また、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１１などのポリアミド、またはこれらポリアミドの共重合ポリアミド、また、ポリエチレンテレフタラート、ポリブチレンテレフタラートなどのポリエステル、またはこれらポリエステルの共重合ポリエステル、さらにポリカーボネート、ポリアミドイミド、ポリフェニレンスルファイド、ポリフェニレンオキシド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリオレフィンなど、更にまた、ポリエステルエラストマー、ポリアミドエラストマーなどに代表される熱可塑性エラストマー等が挙げられる。
【００２８】
また、上述の熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、ゴムから選ばれた複数を混合した樹脂を用いることもできる。
【００２９】
次に、フロア部品１を成形するためのＲＴＭ成形型３０（成形装置）について説明する。
【００３０】
図５は、本発明の実施形態に係るＲＴＭ成形型を示す斜視図、図６は、図５のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【００３１】
ＲＴＭ成形型３０は、図５、図６に示すように、一方の型としての上型３１と、他方の型としての下型３２を有し、上型３１と下型３２の間に、中間部材としての中間板３３を有する。この上型３１と中間板３３によって、樹脂注入流路と基材への注入ポートを形成する。上型３１には、外部から樹脂を供給する樹脂注入管３５が連結されている。樹脂注入管３５は、金属製パイプまたは樹脂製チューブから構成されている。上型３１の周辺部は、中間板３３と密着するＯ−リング３６が設けられている。
【００３２】
中間板３３の上型側の面には、上型３１に設けられる樹脂注入管３５と連通する樹脂流路用溝３７が加工されている。中間板３３の下型側の面には、シリコンゴムからなる弾性シート３８（弾性体）が均一の厚さＹで設置されている。中間板３３および弾性シート３８には、各樹脂流路用溝３７から下型側の面へ貫通する貫通孔３９が複数形成されている。貫通孔３９は、成形するフロア部品１の補強部５に対応する領域Ｌに、他の領域よりも多く設けられている。したがって、成形するフロア部品１の補強部５に対応する領域Ｌにおける貫通孔３９の開口率が、他の領域における貫通孔３９の開口率よりも高い。なお、開口率は、弾性シート３８の表面積に占める貫通孔３９の面積を表している。開口率を高くするためには、貫通孔３９の数を増やすだけでなく、貫通孔３９の孔径を大きくすることでも実現できる。
【００３３】
弾性シート３８の厚さＹは、例えば４ｍｍである。本実施形態では、後述するように弾性シート３８は最大で２ｍｍ変形すると想定されるため、圧縮率５０％に耐えうるシリコンゴムを適用する。なお、弾性シート３８の厚さＹは、弾性シート３８の材料および硬度、想定される変形量および圧縮率等を考慮して、最適な値に適宜設定されることが好ましい。なお、弾性シート３８の硬度は、ＪＩＳ Ｋ ６２５３で定義される硬度で７０〜９０ｍＮであることが好ましいが、かならずしもこれに限定されない。
【００３４】
弾性シート３８はシリコンゴムに限定されず、フッ素ゴムやエチレンプロピレンゴム等の他のゴム、エラストマー、高分子樹脂等が適用できる。
【００３５】
下型３２には、余剰樹脂を型外に排出するための樹脂排出管４０が連結されている。樹脂排出管４０は、金属製パイプまたは樹脂製チューブから構成されている。下型３２の周辺部には、中間板３３と密着するＯ−リング４１が設けられている。
【００３６】
次に、前述のＲＴＭ成形型３０を用いた、フロア部品１の成形工程（成形方法）について説明する。
【００３７】
図７は、下型の成形面に繊維基材を配置した際を示す断面図、図８は、成形型を型締めして樹脂を注入した際を示す断面図である。図９は、成形型を型締めする際の補強部が形成される部位における拡大断面図、図１０は、成形型により補強部が形成された際を示す拡大断面図である。
【００３８】
まず、図７に示すように、下型３２の成形面に、第１繊維基材７、第２繊維基材８および第３繊維基材９を事前に賦形した予備成形体５０（プリフォーム）を配置する。予備成形体５０を事前に賦形するには、一般的な成形型（不図示）を適用できる。この賦形において、予備成形型内に第１繊維基材７、第２繊維基材８および第３繊維基材９を積層した後、予備成形を行うことで、フロア部品１の最終形状へ至る前の予備的形状を予備成形体５０に付与する。予備成形体５０における第１繊維基材７、第２繊維基材８および第３繊維基材９は、少量の形状保持剤によって形状が保持されている。この形状保持剤には、強化繊維に含浸される樹脂の例として前述した樹脂から適宜選択して適用できる。
【００３９】
なお、繊維強化樹脂部品の形状次第では、第１繊維基材７、第２繊維基材８および第３繊維基材９を、予備成形することなく、直接、ＲＴＭ成形型３０に配置してもよい。
【００４０】
予備成形体５０は、図９に示すように、第２繊維基材８Ａ（８Ｂ）および第３繊維基材９Ａ（９Ｂ）を交互に複数層重ね、同一層を構成する第２繊維基材８Ａ（８Ｂ）および第３繊維基材９Ａ（９Ｂ）の重なり端部１０，１１同士が同一位置で積層された端部積層部５１を有している。そして、第２繊維基材８Ａと第３繊維基材９Ａを積層した積層体と、第２繊維基材８Ｂと第３繊維基材９Ｂを積層した積層体との間に、第１繊維基材７を積層した積層体を配置して、各々を形状保持剤で保持している。
【００４１】
なお、端部積層部５１は、本実施形態では形状保持剤によって積層された状態に保持されているが、繊維基材を予備成形することなしに直接ＲＴＭ成形型に配置する形態の場合には、複数の繊維基材が、形状保持剤を用いずに単に重ねた状態で配置される場合がある。
【００４２】
次に、図８に示すように、上型３１と下型３２を型締めし、予備成形体５０を中間板３３と下型３２の間のキャビティ内で押圧する。このとき、図１０に示すように、中間板３３の下型側の面に弾性シート３８が設けられているため、弾性力によって、予備成形体５０が押圧される。このとき、端部積層部５１における繊維基材の積層枚数が、端部積層部５１と異なる部位の積層枚数の２倍であるため、端部積層部５１の厚さＸ１が、端部積層部５１と異なる部位の厚さＸ２の約２倍となり、端部積層部５１と対応する部位において弾性シート３８が大きく変形する。これにより、予備成形体５０は、端部積層部５１において、他の部位よりも強い力を受けることになる。本実施形態では、端部積層部５１の厚さＸ１が４ｍｍ、端部積層部５１と異なる部位の厚さＸ２が２ｍｍであり、弾性シート３８の圧縮率は最大で５０％である。
【００４３】
この後、樹脂注入管３５から樹脂を加圧注入し、Ｏ−リング３６で密封された上型３１と中間板３３の間に樹脂を流入させる。流入された樹脂は、まず、中間板３３の樹脂流路用溝３７に沿って迅速に流動し、広い領域にわたって行き渡る。そして、複数設けられた貫通孔３９を通して、複数箇所から実質的にほぼ同時に繊維基材７，８，９に注入され、繊維基材７，８，９の広い領域にわたって樹脂が良好にかつ迅速に含浸されていく。端部積層部５１は、端部積層部５１と異なる部位よりも厚いために樹脂が含浸し難いが、中間板３３および弾性シート３８の端部積層部５１を押圧する領域Ｌの開口率が、端部積層部５１と異なる部位を押圧する領域における開口率よりも高いため、補強部５へも効果的に樹脂を含浸させることができる。
【００４４】
含浸させる際には、弾性シート３８によって端部積層部５１が他の部位よりも強い圧縮力を受けているため、端部積層部５１に樹脂が含浸して形成される補強部５のＶｆは、他の部位のＶｆよりも高くなる。一例として、本実施形態では、補強部５のＶｆは７０％となり、補強部５と異なる部位のＶｆは５０％となる。
【００４５】
Ｏ−リング４１で密封された下型３２と中間板３３の間のキャビティ内は、樹脂排出管４０より真空吸引される。含浸後の余剰樹脂は、キャビティの周辺に設けたフイルムゲート／ランナー（不図示）に流れ、樹脂排出管４０から外部に排出される。予備成形体５０の全域に樹脂が含浸した後に、樹脂排出管４０を閉鎖し、樹脂圧を保圧しながら加熱硬化させる。
【００４６】
この後、成形されたフロア部品１を脱型する。脱型では、上型３１を上昇させ、フロア部品１を中間板３３と共に下型３２より取り出し、中間板３３と分離する。中間板３３との分離や、フロア部品１に樹脂突起が付着して後加工に手間取る場合には、予め中間板３３と強化繊維基材との間に、離型用クロス等を配設しておくとよい。
【００４７】
次に、本実施形態に係るフロア部品１の補強部５の剛性を計算した結果を示す。
【００４８】
図１１は、別部品として設けられる比較例としての補強部材を示す断面図、図１２は、本実施形態の補強部の幅と曲げ剛性の関係を示すグラフである。
【００４９】
図１１に示すように、比較例としての補強部材７０は、本実施形態のような補強部５を備えていないフロア部品を補強するために取り付けられる部材であり、フロア部品とは別部材で設けられる。この補強部材７０の曲げ剛性Ｋ２の計算結果を、図１２のグラフに点線で示す。
【００５０】
図１２中のドットは、本実施形態に係るフロア部品１の補強部５のみの剛性Ｋ１の計算結果を示している。すなわち、図２の幅Ｗの範囲内の部分の曲げ剛性である。補強部５の厚さＸ１は４ｍｍ、補強部５のＶｆは７０％、ヤング率Ｅは５０ＧＰａとして、曲げ剛性Ｋ１を算出した。
【００５１】
結果として、幅Ｗが約８０ｍｍ以上である場合に、補強部５の剛性Ｋ１が比較例の補強部材７０の剛性Ｋ２と同等以上となることが確認された。このように、幅Ｗを変更することで剛性を変更できるため、車種の性能等によって、望ましい剛性Ｋ１を備える幅Ｗを設定できる。
【００５２】
次に、本実施形態の効果について説明する。
【００５３】
図１５は、比較例としての繊維強化樹脂部品を示す断面図である。比較例としての繊維強化樹脂部品８０は、図１５に示すように、同一層を構成する繊維基材８１，８２の端部を突き合わせ、かつ剛性を保つために各層の突き合せ部８３をずらしつつ積層している。このような繊維強化樹脂部品８０は、剛性を高めるためには別途の補強部材（図１１参照）を必要とし、したがって、補強部材を成形するための他の成形型が必要となる。また、各層の繊維基材のカットパターンが全て異なるため、部品数が多くなり、組立工数も多くなる。
【００５４】
これに対し、本実施形態に係るフロア部品１（繊維強化樹脂部品）は、隣接して同一層を構成する繊維基材８，９の端部同士が重なって重畳部１２を形成し、各層の重畳部１２が積層方向に重なって補強部５を形成しているため、別部材で補強部材を設ける必要がない。したがって、部品数が低減し、組立工数を低減できる。また、補強部材を成形するための他の成形型が不要であるため、設備コストを低減できる。さらに、各層の重畳部１２を積層方向に重ねるためには、上下に重なる繊維基材のカットパターンを同一とすることで容易に実現できる。したがって、カットパターンを減らすことができ、材料の歩留まりを向上させることができる。
【００５５】
また、補強部５におけるＶｆ（繊維体積含有率）が、補強部５と異なる部位におけるＶｆよりも高いため、補強部５の強度がより高い繊維強化樹脂部品を実現できる。
【００５６】
本実施形態に係る維強化樹脂部品の製造方法および製造装置は、各層の重畳部１２を積層方向に重ねた端部積層部５１を、端部積層部５１の周囲とともに弾性体３８により加圧した状態で、繊維基材７〜９に樹脂を含浸させるため、弾性体３８が端部積層部５１の形状に沿って変形し、端部積層部５１を形状に沿って加圧できる。このため、別部材ではなく繊維強化樹脂部品と一体となった補強部５を有する繊維強化樹脂部品を効果的に製造できる。したがって、繊維強化樹脂部品の部品数を低減でき、組立工数を低減できる。また、補強部材を成形するための他の成形型が不要であるため、設備コストを低減できる。また、繊維強化樹脂部品に凹凸があっても、弾性体３８により狙いの成形圧力を付与することが可能となる。
【００５７】
また、成形型３０の内部に配置される中間板３３に固定された弾性シート３８により加圧するため、弾性シート３８の成形型３０内への配置が容易となる。すなわち、弾性体のみを型内に配置する必要がなくなり、工数を削減できる。
【００５８】
また、中間板３３および弾性シート３８に形成される貫通孔３９から樹脂を繊維基材７〜９に流入させるため、繊維基材７〜９の広い範囲へ均一に樹脂を流入させることができる。
【００５９】
また、弾性シート３８の端部積層部５１を押圧する領域Ｌにおける貫通孔３９の開口率が、弾性シート３８の端部積層部５１と異なる部位を押圧する領域における貫通孔３９の開口率よりも高いため、厚みがあり樹脂が含浸し難い端部積層部５１へ、効率よく樹脂を含浸させることができる。
【００６０】
また、厚さが一定の弾性シート３８により、端部積層部５１および当該端部積層部５１の周囲の繊維基材の少なくとも一部を加圧するため、成形品に凹凸があっても狙いの成形圧力を付与することができる。さらに、弾性シート３８が端部積層部５１の形状に沿って変形するため、補強部５の位置や形状が変更されても、同一の弾性シート３８で押圧することができる。
【００６１】
＜第２実施形態＞
図１３は、第２実施形態に係る繊維強化樹脂部品であるフロア部品を示す斜視図、図１４は、第２実施形態に係る繊維強化樹脂部品に用いられる繊維基材のカットパターンを示す平面図である。
【００６２】
第２実施形態に係るフロア部品６０（繊維強化樹脂部品）は、図１３に示すように、車両の前後方向に対して傾斜する方向に延びる３つの第１補強部６５、第２補強部６６および第３補強部６７を有している。
【００６３】
フロア部品６０は、図１４に示すように、平面状の基材から切り出される第１繊維基材６１、第２繊維基材６２、第３繊維基材６３および第４繊維基材６４を用いて、第１実施形態で述べたＲＴＭ成形型３０によって成形される。
【００６４】
第１補強部６５は、第１繊維基材６１および第２繊維基材６２の互いに隣接する重なり端部６１Ａ，６２Ａ同士が重なることで形成されている。第２補強部６６は、第２繊維基材６２および第３繊維基材６３の互いに隣接する重なり端部６２Ｂ，６３Ａ同士が重なることで形成されている。第３補強部６７は、第３繊維基材６３および第４繊維基材６４の互いに隣接する重なり端部６３Ｂ，６４Ａ同士が重なることで形成されている。
【００６５】
このように、補強部６５〜６７の位置は、第１実施形態と異なる任意に変更することができる。そして、このように補強部６５〜６７の位置を変更しても、第１実施形態において用いたＲＴＭ成形型３０を用いてフロア部品６０を成形することができる。すなわち、弾性シート３８が一定の厚さＹで形成されているため、補強部６５〜６７が設けられる位置および形状が変更されても、弾性シート３８が端部積層部の形状に沿って変形できる。これにより、補強部６５〜６７が設けられる位置および形状が変更されても、同一のＲＴＭ成形型３０を用いて成形することができ、別途の成形型３０を作製する必要がなく、費用の削減が可能である。
【００６６】
なお、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。例えば、本発明を、フロア部品以外の繊維強化樹脂部品に適用してもよい。また、第１実施形態では、全ての層の重畳部１２が重なって補強部５が形成されているが、少なくとも２つの重畳部１２が重なっていればよい。また、各繊維基材のカットパターンを、かならずしも同一としなくてもよい。この場合には、補強部の断面形状を、台形や長方形等の任意の形状に設定することができる。また、弾性シート３８の厚さＹは、かならずしも均一でなくてもよい。また、本発明に係る繊維強化樹脂部品は、かならずしもＲＴＭ成形により成形されなくともよく、他の成形方法によって成形されてもよい。
【符号の説明】
【００６７】
１ フロア部品（繊維強化樹脂部品）、
５Ａ，５Ｂ 補強部、
７ 第１繊維基材、
８Ａ，８Ｂ 第２繊維基材、
９Ａ，９Ｂ 第３繊維基材、
１０，１１ 重なり端部、
１２ 重畳部、
２０ 繊維強化樹脂部品、
２２ 繊維基材、
２３ 補強部、
３０ ＲＴＭ成形型（成形装置）、
３１ 上型、
３２ 下型、
３３ 中間板、
３８ 弾性シート（弾性体）、
３９ 貫通孔、
５１ 端部積層部、
６０ フロア部品（繊維強化樹脂部品）、
６１ 第１繊維基材、
６２ 第２繊維基材、
６３ 第３繊維基材、
６４ 第４繊維基材、
６１Ａ，６２Ａ，６２Ｂ，６３Ａ，６３Ｂ，６４Ａ 重なり端部、
６５，６６，６７ 補強部、
Ｋ１ 補強部の剛性、
Ｗ 補強部（端部積層部）の幅、
Ｘ１ 補強部（端部積層部）の厚さ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数層で配置される繊維基材に樹脂を含浸させた繊維強化樹脂部品であって、
隣接して同一層を構成する繊維基材の端部同士が互いに重なって重畳部を形成し、各層の前記重畳部が積層方向に重なって形成される補強部を有する繊維強化樹脂部品。
【請求項２】
前記繊維強化樹脂部品の単位体積に対する繊維基材の体積比率を示す繊維体積含有率は、前記補強部が、前記補強部と異なる部位よりも高い、請求項１に記載の繊維強化樹脂部品。
【請求項３】
複数層で配置される繊維基材に樹脂を含浸させた繊維強化樹脂部品の製造方法であって、
隣接して同一層を構成する繊維基材の端部同士を互いに重ねて重畳部を形成しつつ、各層の前記重畳部の少なくとも２つを積層方向に重ねたことで形成される端部積層部を、当該端部積層部の周囲の繊維基材の少なくとも一部とともに弾性体により加圧した状態で、前記繊維基材に樹脂を含浸させる成形工程を有する繊維強化樹脂部品の製造方法。
【請求項４】
前記成形工程では、成形型の内部に配置される中間板に固定された弾性シートにより、前記端部積層部および当該端部積層部の周囲の繊維基材の少なくとも一部を加圧する、請求項３に記載の繊維強化樹脂部品の製造方法。
【請求項５】
前記成形工程では、前記中間板および弾性シートに形成される貫通孔から樹脂を前記繊維基材に流入させて、前記繊維基材に樹脂を含浸させる、請求項４に記載の繊維強化樹脂部品の製造方法。
【請求項６】
前記弾性シートの前記端部積層部を押圧する領域における貫通孔の開口率が、前記弾性シートの前記端部積層部と異なる部位を押圧する領域における貫通孔の開口率よりも高い、請求項５に記載の繊維強化樹脂部品の製造方法。
【請求項７】
前記成形工程では、厚さが一定の弾性シートにより、前記端部積層部および当該端部積層部の周囲の繊維基材の少なくとも一部を加圧する、請求項４〜６のいずれか１項に記載の繊維強化樹脂部品の製造方法。
【請求項８】
複数層で配置される繊維基材に樹脂を含浸させた繊維強化樹脂部品の製造装置であって、
隣接して同一層を構成する繊維基材の端部同士を互いに重ねて重畳部を形成しつつ、各層の前記重畳部の少なくとも２つを積層方向に重ねた端部積層部を、当該端部積層部の周囲の繊維基材の少なくとも一部とともに加圧する弾性体を有する繊維強化樹脂部品の製造装置。
【請求項９】
前記弾性体は、成形型の内部に配置される中間板に固定された弾性シートである、請求項８に記載の繊維強化樹脂部品の製造装置。
【請求項１０】
前記中間板および弾性シートは、樹脂を流入させる貫通孔を有する、請求項９に記載の繊維強化樹脂部品の製造装置。
【請求項１１】
前記弾性シートの前記端部積層部を押圧する領域における貫通孔の開口率が、前記弾性シートの前記端部積層部と異なる部位を押圧する領域における貫通孔の開口率よりも高い、請求項１０に記載の繊維強化樹脂部品の製造装置。
【請求項１２】
前記弾性シートは、厚さが一定である、請求項８〜１１のいずれか１項に記載の繊維強化樹脂部品の製造装置。
【請求項１】
複数層で配置される繊維基材に樹脂を含浸させた繊維強化樹脂部品であって、
隣接して同一層を構成する繊維基材の端部同士が互いに重なって重畳部を形成し、各層の前記重畳部が積層方向に重なって形成される補強部を有する繊維強化樹脂部品。
【請求項２】
前記繊維強化樹脂部品の単位体積に対する繊維基材の体積比率を示す繊維体積含有率は、前記補強部が、前記補強部と異なる部位よりも高い、請求項１に記載の繊維強化樹脂部品。
【請求項３】
複数層で配置される繊維基材に樹脂を含浸させた繊維強化樹脂部品の製造方法であって、
隣接して同一層を構成する繊維基材の端部同士を互いに重ねて重畳部を形成しつつ、各層の前記重畳部の少なくとも２つを積層方向に重ねたことで形成される端部積層部を、当該端部積層部の周囲の繊維基材の少なくとも一部とともに弾性体により加圧した状態で、前記繊維基材に樹脂を含浸させる成形工程を有する繊維強化樹脂部品の製造方法。
【請求項４】
前記成形工程では、成形型の内部に配置される中間板に固定された弾性シートにより、前記端部積層部および当該端部積層部の周囲の繊維基材の少なくとも一部を加圧する、請求項３に記載の繊維強化樹脂部品の製造方法。
【請求項５】
前記成形工程では、前記中間板および弾性シートに形成される貫通孔から樹脂を前記繊維基材に流入させて、前記繊維基材に樹脂を含浸させる、請求項４に記載の繊維強化樹脂部品の製造方法。
【請求項６】
前記弾性シートの前記端部積層部を押圧する領域における貫通孔の開口率が、前記弾性シートの前記端部積層部と異なる部位を押圧する領域における貫通孔の開口率よりも高い、請求項５に記載の繊維強化樹脂部品の製造方法。
【請求項７】
前記成形工程では、厚さが一定の弾性シートにより、前記端部積層部および当該端部積層部の周囲の繊維基材の少なくとも一部を加圧する、請求項４〜６のいずれか１項に記載の繊維強化樹脂部品の製造方法。
【請求項８】
複数層で配置される繊維基材に樹脂を含浸させた繊維強化樹脂部品の製造装置であって、
隣接して同一層を構成する繊維基材の端部同士を互いに重ねて重畳部を形成しつつ、各層の前記重畳部の少なくとも２つを積層方向に重ねた端部積層部を、当該端部積層部の周囲の繊維基材の少なくとも一部とともに加圧する弾性体を有する繊維強化樹脂部品の製造装置。
【請求項９】
前記弾性体は、成形型の内部に配置される中間板に固定された弾性シートである、請求項８に記載の繊維強化樹脂部品の製造装置。
【請求項１０】
前記中間板および弾性シートは、樹脂を流入させる貫通孔を有する、請求項９に記載の繊維強化樹脂部品の製造装置。
【請求項１１】
前記弾性シートの前記端部積層部を押圧する領域における貫通孔の開口率が、前記弾性シートの前記端部積層部と異なる部位を押圧する領域における貫通孔の開口率よりも高い、請求項１０に記載の繊維強化樹脂部品の製造装置。
【請求項１２】
前記弾性シートは、厚さが一定である、請求項８〜１１のいずれか１項に記載の繊維強化樹脂部品の製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１１−３１４８１（Ｐ２０１１−３１４８１Ａ）
【公開日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７９８２７（Ｐ２００９−１７９８２７）
【出願日】平成２１年７月３１日（２００９．７．３１）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１９年度、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「地球温暖化防止新技術プログラム／自動車軽量化炭素繊維強化複合材料の研究開発」に係る委託事業、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月３１日（２００９．７．３１）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１９年度、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「地球温暖化防止新技術プログラム／自動車軽量化炭素繊維強化複合材料の研究開発」に係る委託事業、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【Ｆターム（参考）】
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