複合成形体およびその製造方法
【課題】高剛性で軽量な複合成形体を容易にしかも薄肉形態にて製造可能な方法、およびその方法により製造された複合成形体を提供する。
【解決手段】予め成形した繊維強化樹脂Ａを予備成形体として金型内に配置し、該金型内に繊維強化樹脂Ａに接するように発泡樹脂Ｂを供給し該発泡樹脂Ｂを繊維強化樹脂Ａに接合して複合成形体を製造する方法であって、発泡樹脂Ｂを金型内で発泡させる際の金型のキャビティの容積に対し、該発泡樹脂Ｂを含む複合成形体を成形する際の金型のキャビティの容積を縮小して該複合成形体を圧縮成形することを特徴とする複合成形体の製造方法、およびその方法により製造された複合成形体。
【解決手段】予め成形した繊維強化樹脂Ａを予備成形体として金型内に配置し、該金型内に繊維強化樹脂Ａに接するように発泡樹脂Ｂを供給し該発泡樹脂Ｂを繊維強化樹脂Ａに接合して複合成形体を製造する方法であって、発泡樹脂Ｂを金型内で発泡させる際の金型のキャビティの容積に対し、該発泡樹脂Ｂを含む複合成形体を成形する際の金型のキャビティの容積を縮小して該複合成形体を圧縮成形することを特徴とする複合成形体の製造方法、およびその方法により製造された複合成形体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合成形体およびその製造方法に関し、とくに、高剛性で軽量な複合成形体を容易にしかも薄肉形態にて製造可能な方法、およびその方法により製造された複合成形体に関する。
【背景技術】
【０００２】
高剛性の表皮材、とくに繊維強化樹脂からなる表皮材をコア層に貼り合わせた複合成形体は、全体として軽量に構成されつつ高い剛性を持つことが知られている。このような複合成形体をより軽量化するためには、コア層を薄くするか、コア層を発泡成形する必要があると考えられる。しかし、コア層を薄くすると、通常、樹脂を所望の領域全体にわたって十分に充填することが困難になり、また、発泡成形を併用すると発泡倍率も小さくなることから成形が困難になるおそれがある。
【０００３】
発泡成形そのものについては、各種化学発泡剤等を用いる方法が知られており、近年、超臨界流体を利用する方法も開発されている（例えば、特許文献１）。しかし、複合成形体の製造に関して発泡成形を効果的に組み合わせた方法は、未だ十分に開発されているとは言えない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００１−５０８７１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで本発明の課題は、上記のような実情に鑑み、とくに、高剛性で軽量な複合成形体を容易にしかも薄肉形態にて製造可能な方法、およびその方法により製造された複合成形体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係る複合成形体の製造方法は、予め成形した繊維強化樹脂Ａを予備成形体として金型内に配置し、該金型内に前記繊維強化樹脂Ａに接するように発泡樹脂Ｂを供給し該発泡樹脂Ｂを前記繊維強化樹脂Ａに接合して複合成形体を製造する方法であって、前記発泡樹脂Ｂを金型内で発泡させる際の金型のキャビティの容積に対し、該発泡樹脂Ｂを含む複合成形体を成形する際の金型のキャビティの容積を縮小して該複合成形体を圧縮成形することを特徴とする方法からなる。
【０００７】
このような本発明に係る複合成形体の製造方法においては、予め成形した繊維強化樹脂Ａを前述の高剛性の表皮材として使用でき、これを予備成形体として金型内に配置した後、金型のキャビティ内に発泡樹脂Ｂを供給する。この発泡樹脂Ｂは複合成形体のコア層を構成する樹脂として供給されるものであるが、射出等によって単に発泡樹脂Ｂを所定容積のキャビティ内に供給するだけでは、射出圧が直接コア層にかかって、発泡倍率としては高々５％程度しかとれず、より高い発泡倍率に基づく十分な軽量化効果が得られない。本発明では、より大きな容積のキャビティを形成しておき、そこに発泡樹脂Ｂを供給して十分に高い発泡倍率を確保し、発泡樹脂Ｂの発泡後にキャビティの容積を縮小することにより、最終的に所望の発泡倍率として高い軽量化を実現するようにしている。すなわち、発泡樹脂Ｂを金型内で発泡させる際の金型のキャビティの容積に対し、発泡樹脂Ｂを含む複合成形体を成形する際の金型のキャビティの容積を縮小して該複合成形体を圧縮成形するようにしている。したがって、所望の高い発泡倍率のコア層と、高剛性の表皮材としての繊維強化樹脂Ａとからなる、軽量でかつ高剛性の複合成形体が確実に得られることになる。しかも、発泡樹脂Ｂのキャビティ内への供給の際には、十分に大きなキャビティ容積とされるため、コア層を薄くしてそれに相当する薄い容積部分に樹脂を供給する場合の樹脂充填の困難性の問題は発生せず、発泡樹脂Ｂの供給、発泡後に圧縮成形されるので、複合成形体成形後にはコア層を十分に薄くすることが可能であり、軽量、高剛性でしかも薄肉の複合成形体を容易に製造できる。
【０００８】
上記本発明に係る複合成形体の製造方法においては、上記金型を予め開いた状態で発泡樹脂Ｂを金型内に供給した後、上記圧縮成形を行うようにすることができる。
【０００９】
また、上記金型内に可動コアを設けておき、発泡樹脂Ｂを金型内に供給した後、可動コアを金型のキャビティの容積を拡大する方向に動作させて発泡樹脂Ｂの発泡のための容積を拡大し、しかる後に、上記圧縮成形を行うようにすることもできる。いずれの方法にあっても、発泡樹脂Ｂの発泡の際には十分に大きなキャビティ容積が確保され、発泡後に、複合成形体のコア層として所望の発泡倍率となるように圧縮成形が行われる。
【００１０】
また、本発明においては、上記繊維強化樹脂Ａの片面側に上記発泡樹脂Ｂを供給し、繊維強化樹脂Ａの片面側にコア層としての発泡樹脂Ｂの層が存在する形態の複合成形体を製造することができる。あるいは、上記金型内に少なくとも２つの繊維強化樹脂Ａを間隔を持たせて対向配置し、該繊維強化樹脂Ａ間に上記発泡樹脂Ｂを供給し、繊維強化樹脂Ａ間にコア層としての発泡樹脂Ｂの層が存在するサンドイッチ形態の複合成形体を製造することもできる。いずれの形態とするかは、成形製品の要求仕様に応じて決めればよい。
【００１１】
本発明において、上記発泡樹脂Ｂの発泡の方法については特に限定されず、任意の方法の採用が可能である。例えば、上記発泡樹脂Ｂの発泡を、化学発泡剤、発泡ビーズ、超臨界流体から選ばれるいずれか１つを用いて行うことができる。ここで、超臨界流体を用いた発泡とは、発泡剤として二酸化炭素や窒素を用い、超臨界流体（温度と圧力を臨界点以上に高める）とすると、液体並みの高密度と気体並みの拡散性、低粘度といった性質となり、溶融樹脂への溶解度が大きくなるので、これらの超臨界流体を直接溶融樹脂へ供給し溶解させて発泡させる方法である。約２０年ほど前にＭＩＴ（マサチューセッツ工科大学）で開発された方法である。この方法が、本発明における発泡樹脂Ｂの発泡でも適用できる。
【００１２】
また、本発明において、上記発泡樹脂Ｂの最終発泡倍率（つまり、成形製品としての複合成形体製造後の最終発泡倍率）としては、５０％以上とすることが好ましい。このような高い発泡倍率とすることにより、複合成形体として優れた軽量化効果が得られる。
【００１３】
また、本発明において、予備成形体としての繊維強化樹脂Ａの形態は特に限定されないが、最終的に成形される複合成形体の表皮材を形成するものであり、所定の外郭位置に精度よく配置されることが望まれることから、成形のしやすさ、外形形状の寸法精度等の面を考慮すれば、繊維強化樹脂Ａが板状またはシート状の成形体またはプリプレグからなることが好ましい。
【００１４】
また、本発明において、上記繊維強化樹脂Ａが、繊維長（平均繊維長）１ｍｍ以上の強化繊維を含む繊維強化樹脂からなることが好ましい。繊維長が短すぎると、高剛性の表皮材としての機能が求められる繊維強化樹脂Ａの機体特性が小さくなるおそれがある。また、繊維強化樹脂Ａの良好な成形性を確保するためには、強化繊維の平均繊維長が１００ｍｍ以下であることが好ましい場合もある。平均繊維長が長すぎると、連続繊維に近くなるので、強化繊維基材の賦形性、繊維強化樹脂Ａの成形性が低下する場合がある。
【００１５】
また、上記繊維強化樹脂Ａの強化繊維が一方向に配向されていることも好ましい。このように強化繊維が配向されていると、より少ない強化繊維量で効率よく特定方向の機械特性を向上できるので、成形体の補強方向が特定の方向に定まっている場合には、とくにこのような形態が望ましい。
【００１６】
また、本発明では、上記繊維強化樹脂Ａの強化繊維の種類としては特に限定されず、炭素繊維やガラス繊維、アラミド繊維など、さらにはこれらのいずれかを組み合わせた混在形態の強化繊維の使用が可能であるが、より高い機械特性を実現するためには、上記繊維強化樹脂Ａの強化繊維が炭素繊維を含むことが好ましい。
【００１７】
また、本発明では、上記繊維強化樹脂Ａのマトリックス樹脂としても特に限定されないが、該マトリックス樹脂が熱可塑性樹脂からなる場合、良好な成形性、とくに射出成形性が得られる。使用可能な熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリエステル、ポリフェニレンスルフィド、ポリカーボネート、ポリエーテルケトン、ポリエーテルイミド等を例示できる。
【００１８】
また、本発明において、上記発泡樹脂Ｂの金型内への供給の方法は特に限定されないが、発泡樹脂Ｂが射出により金型内に供給されることが好ましい。つまり、複合成形体が射出成形により製造されることが好ましい。射出成形により、容易に大量生産等に対応でき、かつ、優れた成形性が得られる。
【００１９】
また、上記発泡樹脂Ｂについても、成形性を考慮すれば熱可塑性樹脂からなることが好ましい。発泡樹脂Ｂを構成する熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリエステル、ポリフェニレンスルフィド、ＡＢＳ樹脂等を例示できる。ただし、発泡の手法については、前述の如く任意の方法を適宜採用できる。また、発泡樹脂Ｂも強化繊維（例えば、短繊維の強化繊維）を含むことができ、それによって複合成形体全体の機械特性の向上をはかることができる。さらに、強化繊維を含む場合、該発泡樹脂Ｂの強化繊維としても炭素繊維を含むことが好ましい。炭素繊維を含むことにより、コア層部分、ひいては、複合成形体全体の機械特性の向上をはかることができる。
【００２０】
また、本発明において、複合成形体のサイズ、例えば肉厚等についてはとくに限定されないが、本発明では、薄肉でも良好な成形性が得られる利点がある。したがって、上記繊維強化樹脂Ａの肉厚が１ｍｍ以下で、複合成形体の肉厚が３ｍｍ以下である場合にも、十分に良好に成形できる。
【００２１】
本発明に係る複合成形体は、上記のような方法により製造されたものであり、発泡樹脂Ｂの発泡倍率が５０％以上であることを特徴とするものからなる。すなわち、コア層としての発泡樹脂Ｂ層が十分に軽量であり、その発泡樹脂Ｂ層が表皮材としての繊維強化樹脂Ａで補強された、全体として軽量で高剛性な複合成形体である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る複合成形体およびその製造方法によれば、十分に大きな容積のキャビティ内で発泡樹脂Ｂを発泡させた後、キャビティ容積を縮小して圧縮成形するようにしたので、発泡樹脂Ｂの良好な充満状態、高い発泡倍率を確保しつつ、最終成形体としての所望の高い発泡倍率を達成することができ、表皮材としての高剛性の繊維強化樹脂Ａを有し、全体として剛性が高められつつ軽量化も実現された複合成形体を、優れた成形性をもって容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施態様に係る複合成形体の製造方法における各ステップを示す金型の概略断面図である。
【図２】本発明の別の実施態様に係る複合成形体の製造方法における各ステップを示す金型の概略断面図である。
【図３】本発明のさらに別の実施態様に係る複合成形体の製造方法における各ステップを示す金型の概略断面図である。
【図４】本発明において繊維強化樹脂Ａの強化繊維基材をカード装置によって作製する場合の例を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、本発明のより具体的な実施の形態について説明する。
本発明に係る複合成形体の製造方法においては、予め成形した繊維強化樹脂Ａを予備成形体として金型内に配置し、該金型内に繊維強化樹脂Ａに接するように発泡樹脂Ｂを供給し該発泡樹脂Ｂを繊維強化樹脂Ａに接合して複合成形体を製造する。まず、予め成形する繊維強化樹脂Ａの成形例について、とくに、繊維強化樹脂Ａの強化繊維基材をカード装置によって作製する場合の例について、図４を参照しながら説明する。
【００２５】
図４に示すカード装置４１は、シリンダーロール４２と、その外周面に近接して上流側に設けられたテイカインロール４３と、テイカインロール４３とは反対側の下流側においてシリンダーロール４２の外周面に近接して設けられたドッファーロール４４と、テイカインロール４３とドッファーロール４４との間においてシリンダーロール４２の外周面に近接して設けられた複数のワーカーロール４５と、ワーカーロール４５に近接して設けられたストリッパーロール４６と、テイカインロール４３と近接して設けられたフィードロール４７及びベルトコンベアー４８とから主として構成されている。
【００２６】
ベルトコンベアー４８上に、本発明における繊維強化樹脂Ａの強化繊維として、例えば重量平均繊維長５０ｍｍにカットした不連続な炭素繊維４９の集合体が供給され、不連続な炭素繊維４９はフィードロール４７の外周面、次いでテイカインロール４３の外周面を介してシリンダーロール４２の外周面上に導入される。この段階までは、不連続な炭素繊維２９は綿状の形態になっている。シリンダーロール４２の外周面上に導入された綿状の炭素繊維の一部は、各ワーカーロール４５の外周面上に巻き付くが、この炭素繊維は各ストリッパーロール４６によって剥ぎ取られ再びシリンダーロール４２の外周面上に戻される。フィードロール４７、テイカインロール４３、シリンダーロール４２、ワーカーロール４５、ストリッパーロール４６のそれぞれのロールの外周面上には多数の針、突起が立った状態で存在しており、上記工程で炭素繊維が針の作用により単繊維状に開繊されると同時に大半の炭素繊維の配向方向が特定の方向、つまり、シリンダーロール４２の回転方向に揃えられる。かかる過程を経て開繊され繊維の配向が進められた炭素繊維は、炭素繊維集合体の一形態であるシート状のウエブ５０としてドッファーロール４４の外周面上に移動する。さらに、ウエブ５０を、その幅を所定幅まで狭めながら引き取ることにより、不連続な炭素繊維からなるシート状の基材が形成される。
【００２７】
上記のようなカーディングにおいて、不連続な炭素繊維４９の集合体は、炭素繊維のみから構成されていてもよいが、不連続な有機繊維、とくに熱可塑性樹脂からなる繊維を混合してカーディングを行うこともできる。特に、カーディングする際に熱可塑性樹脂繊維を添加することは、カーディングでの炭素繊維の破断を防ぐことができるので好ましい。炭素繊維は剛直で脆いため、絡まりにくく折れやすい。そのため、炭素繊維だけからなる炭素繊維集合体では、カーディング中に、炭素繊維が切れやすかったり、炭素繊維が脱落しやすいという問題がある。そこで、柔軟で折れにくく、絡みやすい熱可塑性樹脂繊維を含むことにより、炭素繊維が切れにくく、炭素繊維が脱落しにくい炭素繊維集合体を形成することができる。また、このような熱可塑性樹脂繊維を混合してカーディングを行い、カーディング後に、熱可塑性樹脂繊維の少なくとも一部を溶融させた後、プレスを施すようにすることも好ましい。すなわち、適度に少ない量の熱可塑性樹脂繊維を混合しておき、炭素繊維に所定のカーディング処理、例えば、一部の炭素繊維が特定の方向に配向されるようにカーディング処理を施した状態で熱可塑性樹脂繊維の少なくとも一部を溶融させることにより、熱可塑性樹脂繊維に所定のシート状基材の形態を保持するためのバインダーの役目を担わせ、その状態でプレスを施すことにより、保持された形態を熱可塑性樹脂繊維を介して適度に固定することも好ましい。
【００２８】
上記のように炭素繊維集合体中に熱可塑性樹脂繊維を含む場合には、炭素繊維集合体中の炭素繊維の含有率は、好ましくは５０〜９５質量％、より好ましくは７０〜９５質量％である。炭素繊維の割合が低いと炭素繊維強化プラスチックとしたときに高い機械特性を得ることが困難となり、逆に、熱可塑性樹脂繊維の割合が低すぎると、上記の炭素繊維集合体に熱可塑性樹脂繊維を混合させた際の熱可塑性樹脂繊維の役割が期待できないか、小さくなる。
【００２９】
また、上述の熱可塑性樹脂繊維による、絡み合いの効果をより高めるためには、熱可塑性樹脂繊維に捲縮を付与しておくことが好ましい。捲縮の程度は、特に限定されないが、一般的には捲縮数５〜２５山／２５ｍｍ程度、捲縮率３〜３０％程度の熱可塑性樹脂繊維を用いることができる。
【００３０】
かかる熱可塑性樹脂繊維の材料としては特に制限は無く、炭素繊維強化樹脂の機械特性を大きく低下させない範囲で適宜選択することができる。例示するなら、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ナイロン６、ナイロン６，６等のポリアミド系樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル系樹脂、ポリエーテルケトン、ポリエーテルスルフォン、芳香族ポリアミド等の樹脂を紡糸して得られた繊維を用いることができる。かかる熱可塑性樹脂繊維の材料は、炭素繊維強化樹脂のマトリックス樹脂との組み合わせにより適宜選択することが好ましい。特に、マトリックス樹脂と同じ樹脂、あるいはマトリックス樹脂と相溶性のある樹脂、マトリックス樹脂と接着性の高い樹脂を用いてなる熱可塑性樹脂繊維は、炭素繊維強化樹脂の機械特性を低下させないので好ましい
【００３１】
また、上記のように熱可塑性樹脂繊維を炭素繊維に混合してカーディングを行い、カーディング後に、熱可塑性樹脂繊維の少なくとも一部を溶融させた後、プレスを施す場合のプレスの方法としては、とくに限定されず、例えば、平板で挟んで加圧する通常のプレス機や一対のロールで挟んで加圧するカレンダーロール等を用いることができる。
【００３２】
なお、上記はカーディング処理を施して、炭素繊維基材を作製する手法を例示したが、カーディング処理を施さずに、単に抄紙により炭素繊維基材を作製することも可能である。例えば、図４におけるベルトコンベアー４８上に、重量平均繊維長５０ｍｍにカットした不連続な炭素繊維４９の集合体を供給し、それを例えば上述のようなカレンダーロール等を用いて加圧することにより、シート状の炭素繊維基材を作製することも可能である。この場合、上記同様、炭素繊維集合体中に熱可塑性樹脂繊維を混合し、それに、シート状の基材形態を保持させるためのバインダーの機能を持たせることが好ましい。
【００３３】
このように作成された強化繊維基材を用いて、その基材に所定のマトリックス樹脂を含浸させ、硬化させることにより、本発明の繊維強化樹脂Ａが予め成形される。このように予め成形された繊維強化樹脂Ａが予備成形体として金型内の所定の位置に配置され、本発明における発泡樹脂Ｂの供給、発泡、圧縮成形が、例えば次のように行われる。以下に、本発明におけるこれらの成形動作について、図１〜図３を参照して例示する。
【００３４】
図１は、本発明の一実施態様に係る複合成形体の製造方法における各ステップを示している。図１（Ａ）に示すように、たとえば上述の如く予め成形された板状の繊維強化樹脂Ａ（１）が、互いに対向配置される型２、３からなる金型４のキャビティ５内に配置される。このとき、本実施態様では、金型４はある程度型開きされた状態にあり、キャビティ５は、その容積が十分に大きくなるように形成されている。換言すれば、次に述べる発泡樹脂Ｂを含む複合成形体を成形する際の金型のキャビティの縮小された容積に比べ、十分に大きなキャビティ容積が確保されている。
【００３５】
この状態にて、図１（Ｂ）に示すように、例えば一方の型３内に形成された樹脂供給路６を通して、キャビティ５内に溶融した発泡樹脂Ｂ（７）（発泡熱可塑性樹脂Ｂ）が繊維強化樹脂Ａ（１）の片面に接合可能な部位に射出により注入、供給される。このとき、キャビティ５の容積は十分に拡大されているので、発泡樹脂Ｂ（７）の発泡倍率がキャビティ５内で増大される場合にも、十分に大きな発泡倍率が達成される。また、キャビティ５の容積は十分に拡大されているので、供給されてくる発泡樹脂Ｂ（７）は、容易に十分に広い領域にわたって充満していくが、次の圧縮成形ステップでの樹脂の広がりを考慮して、図１（Ｂ）に示すステップでは、キャビティ５内の全体にわたって発泡樹脂Ｂ（７）を充満させる必要はない。
【００３６】
次に、図１（Ｃ）に示すように、型２、３同士が、例えば互いのインロー構造を介して精度よく型締めされ、上記キャビティ５の容積が縮小される。このキャビティ容積の縮小により、金型４のキャビティ５の内部が圧縮され、発泡樹脂Ｂ（７）が押し広げられて容積が縮小されたキャビティ５内に充満されるとともに、発泡樹脂Ｂ（７）自体も押圧されて圧縮成形され、その発泡倍率は若干低下する。しかしその前のステップで十分に高い発泡倍率で発泡されているので、圧縮成形後の発泡樹脂Ｂ（７）の発泡倍率は十分に高く維持され、例えば成形後にも５０％以上の発泡倍率が容易に確保される。むしろ、この圧縮成形により、最終成形品としての発泡樹脂Ｂ（７）の発泡倍率が目標とする発泡倍率に制御されることになる。全体を冷却後、コア層としての発泡樹脂Ｂ（７）と、補強用表皮材としての繊維強化樹脂Ａ（１）とが一体的に接合された成形品としての複合成形体８が脱型される。このように、上記圧縮成形を介して、全体として高剛性で軽量な複合成形体８が得られる。
【００３７】
なお、発泡樹脂Ｂ（７）の発泡方法については、前述の如く、任意の方法の適用が可能であり、例えば、上記発泡樹脂Ｂ（７）の発泡を、化学発泡剤、発泡ビーズ、超臨界流体から選ばれるいずれか１つを用いて行うことができる。より具体的には、発泡樹脂Ｂ（７）として、熱可塑性樹脂に化学発泡剤や発泡ビーズをブレンドしたもの、あるいは超臨界流体をシリンダー内で注入したものを用いればよい。
【００３８】
図２は、本発明の別の実施態様に係る複合成形体の製造方法における各ステップを示している。図２（Ａ）に示すように、本実施態様においては、補強用表皮材として２つの繊維強化樹脂Ａ（１１）、（１２）が、間隔を持たせて、型１３、１４からなる金型１５のキャビティ１６内に対向配置される。また、本実施態様においては、キャビティ１６内に、キャビティ１６内を移動可能な可動コア１７が設けられており、可動コア１７は、一方の型１３に設けられた駆動手段１８（例えば、ボールスクリューからなる駆動手段）により、キャビティ１６内を両方向に強制移動できるようになっている。
【００３９】
この状態にて、図２（Ｂ）に示すように、樹脂供給手段１９を介して、キャビティ１６内に溶融した発泡樹脂Ｂ（２０）（発泡熱可塑性樹脂Ｂ）が繊維強化樹脂Ａ（１１）、（１２）間に射出により注入、供給される。このとき、キャビティ１６の容積は十分に拡大されているので、発泡樹脂Ｂ（２０）の発泡倍率がキャビティ１６内で増大される場合にも、十分に大きな発泡倍率が達成される。また、キャビティ１６の容積は十分に拡大されているので、供給されてくる発泡樹脂Ｂ（２０）は、容易に十分に広い領域にわたって充満していくが、次の圧縮成形ステップでの樹脂の広がりを考慮して、図２（Ｂ）に示すステップでは、キャビティ１６内の全体にわたって発泡樹脂Ｂ（２０）を充満させる必要はない。
【００４０】
次に、図２（Ｃ）に示すように、可動コア１７が駆動手段１８によりキャビティ１６内で強制的に移動され、キャビティ１６の容積が縮小される。このキャビティ容積の縮小により、発泡樹脂Ｂ（２０）が押し広げられて容積が縮小されたキャビティ１６内に充満されるとともに、発泡樹脂Ｂ（２０）自体も押圧されて圧縮成形され、その発泡倍率は若干低下する。しかしその前のステップで十分に高い発泡倍率で発泡されているので、圧縮成形後の発泡樹脂Ｂ（２０）の発泡倍率は十分に高く維持され、例えば成形後にも５０％以上の発泡倍率が容易に確保される。むしろ、この圧縮成形により、最終成形品としての発泡樹脂Ｂ（２０）の発泡倍率が目標とする発泡倍率に精度よく制御されることになる。全体を冷却後、コア層としての発泡樹脂Ｂ（２０）と、補強用表皮材としての繊維強化樹脂Ａ（１１）、（１２）とが一体的に接合された成形品としての複合成形体２１が脱型される。このように、上記圧縮成形を介して、全体として高剛性で軽量なサンドイッチ形態の複合成形体２１が得られる。
【００４１】
図３は、本発明のさらに別の実施態様に係る複合成形体の製造方法における各ステップを示している。図３（Ａ）に示すように、上記図２（Ａ）に示したのと同様に補強用表皮材として２つの繊維強化樹脂Ａ（１１）、（１２）が、間隔を持たせてキャビティ内に対向配置されるが、このとき本実施態様では、可動コア１７の移動により、比較的容積の小さいキャビティ３１が形成されている。
【００４２】
そして、図３（Ｂ）に示すように、上記キャビティ３１内に、樹脂供給手段１９を介して、キャビティ３１内に溶融した発泡樹脂Ｂ（３１）（発泡熱可塑性樹脂Ｂ）が繊維強化樹脂Ａ（１１）、（１２）間に射出により注入、供給される。本実施態様では、この発泡樹脂Ｂ（３１）供給時には、発泡樹脂Ｂ（３１）は未だ十分に大きな発泡倍率で発泡されていない状態にある。
【００４３】
次に、図３（Ｃ）に示すように、可動コア１７が駆動手段１８によりキャビティ３１内で強制的に移動され（コアバックされ）、キャビティ３１の容積が拡大される。このキャビティ容積の拡大により、キャビティ３１内に注入、供給されていた発泡樹脂Ｂ（３１）の膨張に対しても十分に大きな容積が確保されることになるので、発泡樹脂Ｂ（２０）は十分に大きな発泡倍率にてキャビティ３１内で発泡できることになる。
【００４４】
そして次に、図３（Ｄ）に示すように、可動コア１７が駆動手段１８によりキャビティ３１内で強制的に移動され、キャビティ３１の容積が縮小される。このキャビティ容積の縮小により、発泡樹脂Ｂ（３２）が押し広げられて容積が縮小されたキャビティ３１内に充満されるとともに、発泡樹脂Ｂ（３２）自体も押圧されて圧縮成形され、その発泡倍率は若干低下する。しかしその前のステップで十分に高い発泡倍率で発泡されているので、圧縮成形後の発泡樹脂Ｂ（３２）の発泡倍率は十分に高く維持され、例えば成形後にも５０％以上の発泡倍率が容易に確保される。むしろ、この圧縮成形により、最終成形品としての発泡樹脂Ｂ（３２）の発泡倍率が目標とする発泡倍率に精度よく制御されることになる。全体を冷却後、コア層としての発泡樹脂Ｂ（３２）と、補強用表皮材としての繊維強化樹脂Ａ（１１）、（１２）とが一体的に接合された成形品としての複合成形体３３が脱型される。このように、上記圧縮成形を介して、全体として高剛性で軽量なサンドイッチ形態の複合成形体３３が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、繊維強化樹脂Ａと発泡樹脂Ｂからなるあらゆる複合成形体の製造に適用可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１、１１、１２ 繊維強化樹脂Ａ
２、３、１３、１４ 型
４、１５ 金型
５、１６、３１ キャビティ
６ 樹脂供給路
７、２０、３２ 発泡樹脂Ｂ
８、２１、３３ 複合成形体
１７ 可動コア
１８ 駆動手段
１９ 樹脂供給手段
４１ カード装置
４２ シリンダーロール
４３ テイカインロール
４４ ドッファーロール
４５ ワーカーロール
４６ ストリッパーロール
４７ フィードロール
４８ ベルトコンベアー
４９ 不連続な炭素繊維
５０ シート状のウエブ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合成形体およびその製造方法に関し、とくに、高剛性で軽量な複合成形体を容易にしかも薄肉形態にて製造可能な方法、およびその方法により製造された複合成形体に関する。
【背景技術】
【０００２】
高剛性の表皮材、とくに繊維強化樹脂からなる表皮材をコア層に貼り合わせた複合成形体は、全体として軽量に構成されつつ高い剛性を持つことが知られている。このような複合成形体をより軽量化するためには、コア層を薄くするか、コア層を発泡成形する必要があると考えられる。しかし、コア層を薄くすると、通常、樹脂を所望の領域全体にわたって十分に充填することが困難になり、また、発泡成形を併用すると発泡倍率も小さくなることから成形が困難になるおそれがある。
【０００３】
発泡成形そのものについては、各種化学発泡剤等を用いる方法が知られており、近年、超臨界流体を利用する方法も開発されている（例えば、特許文献１）。しかし、複合成形体の製造に関して発泡成形を効果的に組み合わせた方法は、未だ十分に開発されているとは言えない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００１−５０８７１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで本発明の課題は、上記のような実情に鑑み、とくに、高剛性で軽量な複合成形体を容易にしかも薄肉形態にて製造可能な方法、およびその方法により製造された複合成形体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係る複合成形体の製造方法は、予め成形した繊維強化樹脂Ａを予備成形体として金型内に配置し、該金型内に前記繊維強化樹脂Ａに接するように発泡樹脂Ｂを供給し該発泡樹脂Ｂを前記繊維強化樹脂Ａに接合して複合成形体を製造する方法であって、前記発泡樹脂Ｂを金型内で発泡させる際の金型のキャビティの容積に対し、該発泡樹脂Ｂを含む複合成形体を成形する際の金型のキャビティの容積を縮小して該複合成形体を圧縮成形することを特徴とする方法からなる。
【０００７】
このような本発明に係る複合成形体の製造方法においては、予め成形した繊維強化樹脂Ａを前述の高剛性の表皮材として使用でき、これを予備成形体として金型内に配置した後、金型のキャビティ内に発泡樹脂Ｂを供給する。この発泡樹脂Ｂは複合成形体のコア層を構成する樹脂として供給されるものであるが、射出等によって単に発泡樹脂Ｂを所定容積のキャビティ内に供給するだけでは、射出圧が直接コア層にかかって、発泡倍率としては高々５％程度しかとれず、より高い発泡倍率に基づく十分な軽量化効果が得られない。本発明では、より大きな容積のキャビティを形成しておき、そこに発泡樹脂Ｂを供給して十分に高い発泡倍率を確保し、発泡樹脂Ｂの発泡後にキャビティの容積を縮小することにより、最終的に所望の発泡倍率として高い軽量化を実現するようにしている。すなわち、発泡樹脂Ｂを金型内で発泡させる際の金型のキャビティの容積に対し、発泡樹脂Ｂを含む複合成形体を成形する際の金型のキャビティの容積を縮小して該複合成形体を圧縮成形するようにしている。したがって、所望の高い発泡倍率のコア層と、高剛性の表皮材としての繊維強化樹脂Ａとからなる、軽量でかつ高剛性の複合成形体が確実に得られることになる。しかも、発泡樹脂Ｂのキャビティ内への供給の際には、十分に大きなキャビティ容積とされるため、コア層を薄くしてそれに相当する薄い容積部分に樹脂を供給する場合の樹脂充填の困難性の問題は発生せず、発泡樹脂Ｂの供給、発泡後に圧縮成形されるので、複合成形体成形後にはコア層を十分に薄くすることが可能であり、軽量、高剛性でしかも薄肉の複合成形体を容易に製造できる。
【０００８】
上記本発明に係る複合成形体の製造方法においては、上記金型を予め開いた状態で発泡樹脂Ｂを金型内に供給した後、上記圧縮成形を行うようにすることができる。
【０００９】
また、上記金型内に可動コアを設けておき、発泡樹脂Ｂを金型内に供給した後、可動コアを金型のキャビティの容積を拡大する方向に動作させて発泡樹脂Ｂの発泡のための容積を拡大し、しかる後に、上記圧縮成形を行うようにすることもできる。いずれの方法にあっても、発泡樹脂Ｂの発泡の際には十分に大きなキャビティ容積が確保され、発泡後に、複合成形体のコア層として所望の発泡倍率となるように圧縮成形が行われる。
【００１０】
また、本発明においては、上記繊維強化樹脂Ａの片面側に上記発泡樹脂Ｂを供給し、繊維強化樹脂Ａの片面側にコア層としての発泡樹脂Ｂの層が存在する形態の複合成形体を製造することができる。あるいは、上記金型内に少なくとも２つの繊維強化樹脂Ａを間隔を持たせて対向配置し、該繊維強化樹脂Ａ間に上記発泡樹脂Ｂを供給し、繊維強化樹脂Ａ間にコア層としての発泡樹脂Ｂの層が存在するサンドイッチ形態の複合成形体を製造することもできる。いずれの形態とするかは、成形製品の要求仕様に応じて決めればよい。
【００１１】
本発明において、上記発泡樹脂Ｂの発泡の方法については特に限定されず、任意の方法の採用が可能である。例えば、上記発泡樹脂Ｂの発泡を、化学発泡剤、発泡ビーズ、超臨界流体から選ばれるいずれか１つを用いて行うことができる。ここで、超臨界流体を用いた発泡とは、発泡剤として二酸化炭素や窒素を用い、超臨界流体（温度と圧力を臨界点以上に高める）とすると、液体並みの高密度と気体並みの拡散性、低粘度といった性質となり、溶融樹脂への溶解度が大きくなるので、これらの超臨界流体を直接溶融樹脂へ供給し溶解させて発泡させる方法である。約２０年ほど前にＭＩＴ（マサチューセッツ工科大学）で開発された方法である。この方法が、本発明における発泡樹脂Ｂの発泡でも適用できる。
【００１２】
また、本発明において、上記発泡樹脂Ｂの最終発泡倍率（つまり、成形製品としての複合成形体製造後の最終発泡倍率）としては、５０％以上とすることが好ましい。このような高い発泡倍率とすることにより、複合成形体として優れた軽量化効果が得られる。
【００１３】
また、本発明において、予備成形体としての繊維強化樹脂Ａの形態は特に限定されないが、最終的に成形される複合成形体の表皮材を形成するものであり、所定の外郭位置に精度よく配置されることが望まれることから、成形のしやすさ、外形形状の寸法精度等の面を考慮すれば、繊維強化樹脂Ａが板状またはシート状の成形体またはプリプレグからなることが好ましい。
【００１４】
また、本発明において、上記繊維強化樹脂Ａが、繊維長（平均繊維長）１ｍｍ以上の強化繊維を含む繊維強化樹脂からなることが好ましい。繊維長が短すぎると、高剛性の表皮材としての機能が求められる繊維強化樹脂Ａの機体特性が小さくなるおそれがある。また、繊維強化樹脂Ａの良好な成形性を確保するためには、強化繊維の平均繊維長が１００ｍｍ以下であることが好ましい場合もある。平均繊維長が長すぎると、連続繊維に近くなるので、強化繊維基材の賦形性、繊維強化樹脂Ａの成形性が低下する場合がある。
【００１５】
また、上記繊維強化樹脂Ａの強化繊維が一方向に配向されていることも好ましい。このように強化繊維が配向されていると、より少ない強化繊維量で効率よく特定方向の機械特性を向上できるので、成形体の補強方向が特定の方向に定まっている場合には、とくにこのような形態が望ましい。
【００１６】
また、本発明では、上記繊維強化樹脂Ａの強化繊維の種類としては特に限定されず、炭素繊維やガラス繊維、アラミド繊維など、さらにはこれらのいずれかを組み合わせた混在形態の強化繊維の使用が可能であるが、より高い機械特性を実現するためには、上記繊維強化樹脂Ａの強化繊維が炭素繊維を含むことが好ましい。
【００１７】
また、本発明では、上記繊維強化樹脂Ａのマトリックス樹脂としても特に限定されないが、該マトリックス樹脂が熱可塑性樹脂からなる場合、良好な成形性、とくに射出成形性が得られる。使用可能な熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリエステル、ポリフェニレンスルフィド、ポリカーボネート、ポリエーテルケトン、ポリエーテルイミド等を例示できる。
【００１８】
また、本発明において、上記発泡樹脂Ｂの金型内への供給の方法は特に限定されないが、発泡樹脂Ｂが射出により金型内に供給されることが好ましい。つまり、複合成形体が射出成形により製造されることが好ましい。射出成形により、容易に大量生産等に対応でき、かつ、優れた成形性が得られる。
【００１９】
また、上記発泡樹脂Ｂについても、成形性を考慮すれば熱可塑性樹脂からなることが好ましい。発泡樹脂Ｂを構成する熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリエステル、ポリフェニレンスルフィド、ＡＢＳ樹脂等を例示できる。ただし、発泡の手法については、前述の如く任意の方法を適宜採用できる。また、発泡樹脂Ｂも強化繊維（例えば、短繊維の強化繊維）を含むことができ、それによって複合成形体全体の機械特性の向上をはかることができる。さらに、強化繊維を含む場合、該発泡樹脂Ｂの強化繊維としても炭素繊維を含むことが好ましい。炭素繊維を含むことにより、コア層部分、ひいては、複合成形体全体の機械特性の向上をはかることができる。
【００２０】
また、本発明において、複合成形体のサイズ、例えば肉厚等についてはとくに限定されないが、本発明では、薄肉でも良好な成形性が得られる利点がある。したがって、上記繊維強化樹脂Ａの肉厚が１ｍｍ以下で、複合成形体の肉厚が３ｍｍ以下である場合にも、十分に良好に成形できる。
【００２１】
本発明に係る複合成形体は、上記のような方法により製造されたものであり、発泡樹脂Ｂの発泡倍率が５０％以上であることを特徴とするものからなる。すなわち、コア層としての発泡樹脂Ｂ層が十分に軽量であり、その発泡樹脂Ｂ層が表皮材としての繊維強化樹脂Ａで補強された、全体として軽量で高剛性な複合成形体である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る複合成形体およびその製造方法によれば、十分に大きな容積のキャビティ内で発泡樹脂Ｂを発泡させた後、キャビティ容積を縮小して圧縮成形するようにしたので、発泡樹脂Ｂの良好な充満状態、高い発泡倍率を確保しつつ、最終成形体としての所望の高い発泡倍率を達成することができ、表皮材としての高剛性の繊維強化樹脂Ａを有し、全体として剛性が高められつつ軽量化も実現された複合成形体を、優れた成形性をもって容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施態様に係る複合成形体の製造方法における各ステップを示す金型の概略断面図である。
【図２】本発明の別の実施態様に係る複合成形体の製造方法における各ステップを示す金型の概略断面図である。
【図３】本発明のさらに別の実施態様に係る複合成形体の製造方法における各ステップを示す金型の概略断面図である。
【図４】本発明において繊維強化樹脂Ａの強化繊維基材をカード装置によって作製する場合の例を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、本発明のより具体的な実施の形態について説明する。
本発明に係る複合成形体の製造方法においては、予め成形した繊維強化樹脂Ａを予備成形体として金型内に配置し、該金型内に繊維強化樹脂Ａに接するように発泡樹脂Ｂを供給し該発泡樹脂Ｂを繊維強化樹脂Ａに接合して複合成形体を製造する。まず、予め成形する繊維強化樹脂Ａの成形例について、とくに、繊維強化樹脂Ａの強化繊維基材をカード装置によって作製する場合の例について、図４を参照しながら説明する。
【００２５】
図４に示すカード装置４１は、シリンダーロール４２と、その外周面に近接して上流側に設けられたテイカインロール４３と、テイカインロール４３とは反対側の下流側においてシリンダーロール４２の外周面に近接して設けられたドッファーロール４４と、テイカインロール４３とドッファーロール４４との間においてシリンダーロール４２の外周面に近接して設けられた複数のワーカーロール４５と、ワーカーロール４５に近接して設けられたストリッパーロール４６と、テイカインロール４３と近接して設けられたフィードロール４７及びベルトコンベアー４８とから主として構成されている。
【００２６】
ベルトコンベアー４８上に、本発明における繊維強化樹脂Ａの強化繊維として、例えば重量平均繊維長５０ｍｍにカットした不連続な炭素繊維４９の集合体が供給され、不連続な炭素繊維４９はフィードロール４７の外周面、次いでテイカインロール４３の外周面を介してシリンダーロール４２の外周面上に導入される。この段階までは、不連続な炭素繊維２９は綿状の形態になっている。シリンダーロール４２の外周面上に導入された綿状の炭素繊維の一部は、各ワーカーロール４５の外周面上に巻き付くが、この炭素繊維は各ストリッパーロール４６によって剥ぎ取られ再びシリンダーロール４２の外周面上に戻される。フィードロール４７、テイカインロール４３、シリンダーロール４２、ワーカーロール４５、ストリッパーロール４６のそれぞれのロールの外周面上には多数の針、突起が立った状態で存在しており、上記工程で炭素繊維が針の作用により単繊維状に開繊されると同時に大半の炭素繊維の配向方向が特定の方向、つまり、シリンダーロール４２の回転方向に揃えられる。かかる過程を経て開繊され繊維の配向が進められた炭素繊維は、炭素繊維集合体の一形態であるシート状のウエブ５０としてドッファーロール４４の外周面上に移動する。さらに、ウエブ５０を、その幅を所定幅まで狭めながら引き取ることにより、不連続な炭素繊維からなるシート状の基材が形成される。
【００２７】
上記のようなカーディングにおいて、不連続な炭素繊維４９の集合体は、炭素繊維のみから構成されていてもよいが、不連続な有機繊維、とくに熱可塑性樹脂からなる繊維を混合してカーディングを行うこともできる。特に、カーディングする際に熱可塑性樹脂繊維を添加することは、カーディングでの炭素繊維の破断を防ぐことができるので好ましい。炭素繊維は剛直で脆いため、絡まりにくく折れやすい。そのため、炭素繊維だけからなる炭素繊維集合体では、カーディング中に、炭素繊維が切れやすかったり、炭素繊維が脱落しやすいという問題がある。そこで、柔軟で折れにくく、絡みやすい熱可塑性樹脂繊維を含むことにより、炭素繊維が切れにくく、炭素繊維が脱落しにくい炭素繊維集合体を形成することができる。また、このような熱可塑性樹脂繊維を混合してカーディングを行い、カーディング後に、熱可塑性樹脂繊維の少なくとも一部を溶融させた後、プレスを施すようにすることも好ましい。すなわち、適度に少ない量の熱可塑性樹脂繊維を混合しておき、炭素繊維に所定のカーディング処理、例えば、一部の炭素繊維が特定の方向に配向されるようにカーディング処理を施した状態で熱可塑性樹脂繊維の少なくとも一部を溶融させることにより、熱可塑性樹脂繊維に所定のシート状基材の形態を保持するためのバインダーの役目を担わせ、その状態でプレスを施すことにより、保持された形態を熱可塑性樹脂繊維を介して適度に固定することも好ましい。
【００２８】
上記のように炭素繊維集合体中に熱可塑性樹脂繊維を含む場合には、炭素繊維集合体中の炭素繊維の含有率は、好ましくは５０〜９５質量％、より好ましくは７０〜９５質量％である。炭素繊維の割合が低いと炭素繊維強化プラスチックとしたときに高い機械特性を得ることが困難となり、逆に、熱可塑性樹脂繊維の割合が低すぎると、上記の炭素繊維集合体に熱可塑性樹脂繊維を混合させた際の熱可塑性樹脂繊維の役割が期待できないか、小さくなる。
【００２９】
また、上述の熱可塑性樹脂繊維による、絡み合いの効果をより高めるためには、熱可塑性樹脂繊維に捲縮を付与しておくことが好ましい。捲縮の程度は、特に限定されないが、一般的には捲縮数５〜２５山／２５ｍｍ程度、捲縮率３〜３０％程度の熱可塑性樹脂繊維を用いることができる。
【００３０】
かかる熱可塑性樹脂繊維の材料としては特に制限は無く、炭素繊維強化樹脂の機械特性を大きく低下させない範囲で適宜選択することができる。例示するなら、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ナイロン６、ナイロン６，６等のポリアミド系樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル系樹脂、ポリエーテルケトン、ポリエーテルスルフォン、芳香族ポリアミド等の樹脂を紡糸して得られた繊維を用いることができる。かかる熱可塑性樹脂繊維の材料は、炭素繊維強化樹脂のマトリックス樹脂との組み合わせにより適宜選択することが好ましい。特に、マトリックス樹脂と同じ樹脂、あるいはマトリックス樹脂と相溶性のある樹脂、マトリックス樹脂と接着性の高い樹脂を用いてなる熱可塑性樹脂繊維は、炭素繊維強化樹脂の機械特性を低下させないので好ましい
【００３１】
また、上記のように熱可塑性樹脂繊維を炭素繊維に混合してカーディングを行い、カーディング後に、熱可塑性樹脂繊維の少なくとも一部を溶融させた後、プレスを施す場合のプレスの方法としては、とくに限定されず、例えば、平板で挟んで加圧する通常のプレス機や一対のロールで挟んで加圧するカレンダーロール等を用いることができる。
【００３２】
なお、上記はカーディング処理を施して、炭素繊維基材を作製する手法を例示したが、カーディング処理を施さずに、単に抄紙により炭素繊維基材を作製することも可能である。例えば、図４におけるベルトコンベアー４８上に、重量平均繊維長５０ｍｍにカットした不連続な炭素繊維４９の集合体を供給し、それを例えば上述のようなカレンダーロール等を用いて加圧することにより、シート状の炭素繊維基材を作製することも可能である。この場合、上記同様、炭素繊維集合体中に熱可塑性樹脂繊維を混合し、それに、シート状の基材形態を保持させるためのバインダーの機能を持たせることが好ましい。
【００３３】
このように作成された強化繊維基材を用いて、その基材に所定のマトリックス樹脂を含浸させ、硬化させることにより、本発明の繊維強化樹脂Ａが予め成形される。このように予め成形された繊維強化樹脂Ａが予備成形体として金型内の所定の位置に配置され、本発明における発泡樹脂Ｂの供給、発泡、圧縮成形が、例えば次のように行われる。以下に、本発明におけるこれらの成形動作について、図１〜図３を参照して例示する。
【００３４】
図１は、本発明の一実施態様に係る複合成形体の製造方法における各ステップを示している。図１（Ａ）に示すように、たとえば上述の如く予め成形された板状の繊維強化樹脂Ａ（１）が、互いに対向配置される型２、３からなる金型４のキャビティ５内に配置される。このとき、本実施態様では、金型４はある程度型開きされた状態にあり、キャビティ５は、その容積が十分に大きくなるように形成されている。換言すれば、次に述べる発泡樹脂Ｂを含む複合成形体を成形する際の金型のキャビティの縮小された容積に比べ、十分に大きなキャビティ容積が確保されている。
【００３５】
この状態にて、図１（Ｂ）に示すように、例えば一方の型３内に形成された樹脂供給路６を通して、キャビティ５内に溶融した発泡樹脂Ｂ（７）（発泡熱可塑性樹脂Ｂ）が繊維強化樹脂Ａ（１）の片面に接合可能な部位に射出により注入、供給される。このとき、キャビティ５の容積は十分に拡大されているので、発泡樹脂Ｂ（７）の発泡倍率がキャビティ５内で増大される場合にも、十分に大きな発泡倍率が達成される。また、キャビティ５の容積は十分に拡大されているので、供給されてくる発泡樹脂Ｂ（７）は、容易に十分に広い領域にわたって充満していくが、次の圧縮成形ステップでの樹脂の広がりを考慮して、図１（Ｂ）に示すステップでは、キャビティ５内の全体にわたって発泡樹脂Ｂ（７）を充満させる必要はない。
【００３６】
次に、図１（Ｃ）に示すように、型２、３同士が、例えば互いのインロー構造を介して精度よく型締めされ、上記キャビティ５の容積が縮小される。このキャビティ容積の縮小により、金型４のキャビティ５の内部が圧縮され、発泡樹脂Ｂ（７）が押し広げられて容積が縮小されたキャビティ５内に充満されるとともに、発泡樹脂Ｂ（７）自体も押圧されて圧縮成形され、その発泡倍率は若干低下する。しかしその前のステップで十分に高い発泡倍率で発泡されているので、圧縮成形後の発泡樹脂Ｂ（７）の発泡倍率は十分に高く維持され、例えば成形後にも５０％以上の発泡倍率が容易に確保される。むしろ、この圧縮成形により、最終成形品としての発泡樹脂Ｂ（７）の発泡倍率が目標とする発泡倍率に制御されることになる。全体を冷却後、コア層としての発泡樹脂Ｂ（７）と、補強用表皮材としての繊維強化樹脂Ａ（１）とが一体的に接合された成形品としての複合成形体８が脱型される。このように、上記圧縮成形を介して、全体として高剛性で軽量な複合成形体８が得られる。
【００３７】
なお、発泡樹脂Ｂ（７）の発泡方法については、前述の如く、任意の方法の適用が可能であり、例えば、上記発泡樹脂Ｂ（７）の発泡を、化学発泡剤、発泡ビーズ、超臨界流体から選ばれるいずれか１つを用いて行うことができる。より具体的には、発泡樹脂Ｂ（７）として、熱可塑性樹脂に化学発泡剤や発泡ビーズをブレンドしたもの、あるいは超臨界流体をシリンダー内で注入したものを用いればよい。
【００３８】
図２は、本発明の別の実施態様に係る複合成形体の製造方法における各ステップを示している。図２（Ａ）に示すように、本実施態様においては、補強用表皮材として２つの繊維強化樹脂Ａ（１１）、（１２）が、間隔を持たせて、型１３、１４からなる金型１５のキャビティ１６内に対向配置される。また、本実施態様においては、キャビティ１６内に、キャビティ１６内を移動可能な可動コア１７が設けられており、可動コア１７は、一方の型１３に設けられた駆動手段１８（例えば、ボールスクリューからなる駆動手段）により、キャビティ１６内を両方向に強制移動できるようになっている。
【００３９】
この状態にて、図２（Ｂ）に示すように、樹脂供給手段１９を介して、キャビティ１６内に溶融した発泡樹脂Ｂ（２０）（発泡熱可塑性樹脂Ｂ）が繊維強化樹脂Ａ（１１）、（１２）間に射出により注入、供給される。このとき、キャビティ１６の容積は十分に拡大されているので、発泡樹脂Ｂ（２０）の発泡倍率がキャビティ１６内で増大される場合にも、十分に大きな発泡倍率が達成される。また、キャビティ１６の容積は十分に拡大されているので、供給されてくる発泡樹脂Ｂ（２０）は、容易に十分に広い領域にわたって充満していくが、次の圧縮成形ステップでの樹脂の広がりを考慮して、図２（Ｂ）に示すステップでは、キャビティ１６内の全体にわたって発泡樹脂Ｂ（２０）を充満させる必要はない。
【００４０】
次に、図２（Ｃ）に示すように、可動コア１７が駆動手段１８によりキャビティ１６内で強制的に移動され、キャビティ１６の容積が縮小される。このキャビティ容積の縮小により、発泡樹脂Ｂ（２０）が押し広げられて容積が縮小されたキャビティ１６内に充満されるとともに、発泡樹脂Ｂ（２０）自体も押圧されて圧縮成形され、その発泡倍率は若干低下する。しかしその前のステップで十分に高い発泡倍率で発泡されているので、圧縮成形後の発泡樹脂Ｂ（２０）の発泡倍率は十分に高く維持され、例えば成形後にも５０％以上の発泡倍率が容易に確保される。むしろ、この圧縮成形により、最終成形品としての発泡樹脂Ｂ（２０）の発泡倍率が目標とする発泡倍率に精度よく制御されることになる。全体を冷却後、コア層としての発泡樹脂Ｂ（２０）と、補強用表皮材としての繊維強化樹脂Ａ（１１）、（１２）とが一体的に接合された成形品としての複合成形体２１が脱型される。このように、上記圧縮成形を介して、全体として高剛性で軽量なサンドイッチ形態の複合成形体２１が得られる。
【００４１】
図３は、本発明のさらに別の実施態様に係る複合成形体の製造方法における各ステップを示している。図３（Ａ）に示すように、上記図２（Ａ）に示したのと同様に補強用表皮材として２つの繊維強化樹脂Ａ（１１）、（１２）が、間隔を持たせてキャビティ内に対向配置されるが、このとき本実施態様では、可動コア１７の移動により、比較的容積の小さいキャビティ３１が形成されている。
【００４２】
そして、図３（Ｂ）に示すように、上記キャビティ３１内に、樹脂供給手段１９を介して、キャビティ３１内に溶融した発泡樹脂Ｂ（３１）（発泡熱可塑性樹脂Ｂ）が繊維強化樹脂Ａ（１１）、（１２）間に射出により注入、供給される。本実施態様では、この発泡樹脂Ｂ（３１）供給時には、発泡樹脂Ｂ（３１）は未だ十分に大きな発泡倍率で発泡されていない状態にある。
【００４３】
次に、図３（Ｃ）に示すように、可動コア１７が駆動手段１８によりキャビティ３１内で強制的に移動され（コアバックされ）、キャビティ３１の容積が拡大される。このキャビティ容積の拡大により、キャビティ３１内に注入、供給されていた発泡樹脂Ｂ（３１）の膨張に対しても十分に大きな容積が確保されることになるので、発泡樹脂Ｂ（２０）は十分に大きな発泡倍率にてキャビティ３１内で発泡できることになる。
【００４４】
そして次に、図３（Ｄ）に示すように、可動コア１７が駆動手段１８によりキャビティ３１内で強制的に移動され、キャビティ３１の容積が縮小される。このキャビティ容積の縮小により、発泡樹脂Ｂ（３２）が押し広げられて容積が縮小されたキャビティ３１内に充満されるとともに、発泡樹脂Ｂ（３２）自体も押圧されて圧縮成形され、その発泡倍率は若干低下する。しかしその前のステップで十分に高い発泡倍率で発泡されているので、圧縮成形後の発泡樹脂Ｂ（３２）の発泡倍率は十分に高く維持され、例えば成形後にも５０％以上の発泡倍率が容易に確保される。むしろ、この圧縮成形により、最終成形品としての発泡樹脂Ｂ（３２）の発泡倍率が目標とする発泡倍率に精度よく制御されることになる。全体を冷却後、コア層としての発泡樹脂Ｂ（３２）と、補強用表皮材としての繊維強化樹脂Ａ（１１）、（１２）とが一体的に接合された成形品としての複合成形体３３が脱型される。このように、上記圧縮成形を介して、全体として高剛性で軽量なサンドイッチ形態の複合成形体３３が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、繊維強化樹脂Ａと発泡樹脂Ｂからなるあらゆる複合成形体の製造に適用可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１、１１、１２ 繊維強化樹脂Ａ
２、３、１３、１４ 型
４、１５ 金型
５、１６、３１ キャビティ
６ 樹脂供給路
７、２０、３２ 発泡樹脂Ｂ
８、２１、３３ 複合成形体
１７ 可動コア
１８ 駆動手段
１９ 樹脂供給手段
４１ カード装置
４２ シリンダーロール
４３ テイカインロール
４４ ドッファーロール
４５ ワーカーロール
４６ ストリッパーロール
４７ フィードロール
４８ ベルトコンベアー
４９ 不連続な炭素繊維
５０ シート状のウエブ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め成形した繊維強化樹脂Ａを予備成形体として金型内に配置し、該金型内に前記繊維強化樹脂Ａに接するように発泡樹脂Ｂを供給し該発泡樹脂Ｂを前記繊維強化樹脂Ａに接合して複合成形体を製造する方法であって、前記発泡樹脂Ｂを金型内で発泡させる際の金型のキャビティの容積に対し、該発泡樹脂Ｂを含む複合成形体を成形する際の金型のキャビティの容積を縮小して該複合成形体を圧縮成形することを特徴とする、複合成形体の製造方法。
【請求項２】
前記金型を予め開いた状態で前記発泡樹脂Ｂを金型内に供給した後、前記圧縮成形を行う、請求項１に記載の複合成形体の製造方法。
【請求項３】
前記金型内に可動コアを設けておき、前記発泡樹脂Ｂを金型内に供給した後、前記可動コアを金型のキャビティの容積を拡大する方向に動作させて発泡樹脂Ｂの発泡のための容積を拡大し、しかる後に、前記圧縮成形を行う、請求項１または２に記載の複合成形体の製造方法。
【請求項４】
前記繊維強化樹脂Ａの片面側に前記発泡樹脂Ｂを供給する、請求項１〜３のいずれかに記載の複合成形体の製造方法。
【請求項５】
前記金型内に少なくとも２つの繊維強化樹脂Ａを間隔を持たせて対向配置し、該繊維強化樹脂Ａ間に前記発泡樹脂Ｂを供給する、請求項１〜３のいずれかに記載の複合成形体の製造方法。
【請求項６】
前記発泡樹脂Ｂの発泡を、化学発泡剤、発泡ビーズ、超臨界流体から選ばれるいずれか１つを用いて行う、請求項１〜５のいずれかに記載の複合成形体の製造方法。
【請求項７】
前記発泡樹脂Ｂの最終発泡倍率を５０％以上とする、請求項１〜６のいずれかに記載の複合成形体の製造方法。
【請求項８】
前記繊維強化樹脂Ａが板状またはシート状の成形体またはプリプレグからなる、請求項１〜７のいずれかに記載の複合成形体の製造方法。
【請求項９】
前記繊維強化樹脂Ａが、繊維長１ｍｍ以上の強化繊維を含む繊維強化樹脂からなる、請求項１〜８のいずれかに記載の複合成形体の製造方法。
【請求項１０】
前記繊維強化樹脂Ａの強化繊維が一方向に配向されている、請求項１〜９のいずれかに記載の複合成形体の製造方法。
【請求項１１】
前記繊維強化樹脂Ａの強化繊維が炭素繊維を含む、請求項１〜１０のいずれかに記載の複合成形体の製造方法。
【請求項１２】
前記繊維強化樹脂Ａのマトリックス樹脂が熱可塑性樹脂からなる、請求項１〜１１のいずれかに記載の複合成形体の製造方法。
【請求項１３】
前記発泡樹脂Ｂが射出により金型内に供給される、請求項１〜１２のいずれかに記載の複合成形体の製造方法。
【請求項１４】
前記発泡樹脂Ｂが熱可塑性樹脂からなる、請求項１〜１３のいずれかに記載の複合成形体の製造方法。
【請求項１５】
前記発泡樹脂Ｂが強化繊維を含む、請求項１〜１４のいずれかに記載の複合成形体の製造方法。
【請求項１６】
前記発泡樹脂Ｂの強化繊維が炭素繊維を含む、請求項１５に記載の複合成形体の製造方法。
【請求項１７】
前記繊維強化樹脂Ａの肉厚が１ｍｍ以下で、複合成形体の肉厚が３ｍｍ以下である、請求項１〜１６のいずれかに記載の複合成形体の製造方法。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれかに記載の方法により製造された、発泡樹脂Ｂの発泡倍率が５０％以上であることを特徴とする複合成形体。
【請求項１】
予め成形した繊維強化樹脂Ａを予備成形体として金型内に配置し、該金型内に前記繊維強化樹脂Ａに接するように発泡樹脂Ｂを供給し該発泡樹脂Ｂを前記繊維強化樹脂Ａに接合して複合成形体を製造する方法であって、前記発泡樹脂Ｂを金型内で発泡させる際の金型のキャビティの容積に対し、該発泡樹脂Ｂを含む複合成形体を成形する際の金型のキャビティの容積を縮小して該複合成形体を圧縮成形することを特徴とする、複合成形体の製造方法。
【請求項２】
前記金型を予め開いた状態で前記発泡樹脂Ｂを金型内に供給した後、前記圧縮成形を行う、請求項１に記載の複合成形体の製造方法。
【請求項３】
前記金型内に可動コアを設けておき、前記発泡樹脂Ｂを金型内に供給した後、前記可動コアを金型のキャビティの容積を拡大する方向に動作させて発泡樹脂Ｂの発泡のための容積を拡大し、しかる後に、前記圧縮成形を行う、請求項１または２に記載の複合成形体の製造方法。
【請求項４】
前記繊維強化樹脂Ａの片面側に前記発泡樹脂Ｂを供給する、請求項１〜３のいずれかに記載の複合成形体の製造方法。
【請求項５】
前記金型内に少なくとも２つの繊維強化樹脂Ａを間隔を持たせて対向配置し、該繊維強化樹脂Ａ間に前記発泡樹脂Ｂを供給する、請求項１〜３のいずれかに記載の複合成形体の製造方法。
【請求項６】
前記発泡樹脂Ｂの発泡を、化学発泡剤、発泡ビーズ、超臨界流体から選ばれるいずれか１つを用いて行う、請求項１〜５のいずれかに記載の複合成形体の製造方法。
【請求項７】
前記発泡樹脂Ｂの最終発泡倍率を５０％以上とする、請求項１〜６のいずれかに記載の複合成形体の製造方法。
【請求項８】
前記繊維強化樹脂Ａが板状またはシート状の成形体またはプリプレグからなる、請求項１〜７のいずれかに記載の複合成形体の製造方法。
【請求項９】
前記繊維強化樹脂Ａが、繊維長１ｍｍ以上の強化繊維を含む繊維強化樹脂からなる、請求項１〜８のいずれかに記載の複合成形体の製造方法。
【請求項１０】
前記繊維強化樹脂Ａの強化繊維が一方向に配向されている、請求項１〜９のいずれかに記載の複合成形体の製造方法。
【請求項１１】
前記繊維強化樹脂Ａの強化繊維が炭素繊維を含む、請求項１〜１０のいずれかに記載の複合成形体の製造方法。
【請求項１２】
前記繊維強化樹脂Ａのマトリックス樹脂が熱可塑性樹脂からなる、請求項１〜１１のいずれかに記載の複合成形体の製造方法。
【請求項１３】
前記発泡樹脂Ｂが射出により金型内に供給される、請求項１〜１２のいずれかに記載の複合成形体の製造方法。
【請求項１４】
前記発泡樹脂Ｂが熱可塑性樹脂からなる、請求項１〜１３のいずれかに記載の複合成形体の製造方法。
【請求項１５】
前記発泡樹脂Ｂが強化繊維を含む、請求項１〜１４のいずれかに記載の複合成形体の製造方法。
【請求項１６】
前記発泡樹脂Ｂの強化繊維が炭素繊維を含む、請求項１５に記載の複合成形体の製造方法。
【請求項１７】
前記繊維強化樹脂Ａの肉厚が１ｍｍ以下で、複合成形体の肉厚が３ｍｍ以下である、請求項１〜１６のいずれかに記載の複合成形体の製造方法。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれかに記載の方法により製造された、発泡樹脂Ｂの発泡倍率が５０％以上であることを特徴とする複合成形体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−６７１３５（Ｐ２０１３−６７１３５Ａ）
【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２０１１−２０８８１６（Ｐ２０１１−２０８８１６）
【出願日】平成２３年９月２６日（２０１１．９．２６）
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【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２６日（２０１１．９．２６）
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【Ｆターム（参考）】
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