特開 2019-217651 複合材料構造体の形成方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2019-217651(P2019-217651A)

(43)【公開日】2019年12月26日

(54)【発明の名称】複合材料構造体の形成方法

(51)【国際特許分類】

   B29C 43/32 20060101AFI20191129BHJP

   B29C 43/20 20060101ALI20191129BHJP

   B29C 70/16 20060101ALI20191129BHJP

   B29C 70/42 20060101ALI20191129BHJP

   B29K 101/10 20060101ALN20191129BHJP

   B29K 105/08 20060101ALN20191129BHJP

【ＦＩ】

   B29C43/32

   B29C43/20

   B29C70/16

   B29C70/42

   B29K101:10

   B29K105:08

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2018-115181(P2018-115181)

(22)【出願日】2018年6月18日

(71)【出願人】

【識別番号】000003997

【氏名又は名称】日産自動車株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】507308902

【氏名又は名称】ルノー エス．ア．エス．

【氏名又は名称原語表記】ＲＥＮＡＵＬＴ Ｓ．Ａ．Ｓ．

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100101247

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 俊一

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(74)【代理人】

【識別番号】100098327

【弁理士】

【氏名又は名称】高松 俊雄

(72)【発明者】

【氏名】青木 照明

(72)【発明者】

【氏名】矢野 秀幸

【テーマコード（参考）】

4F204

4F205

【Ｆターム（参考）】

4F204AA36

4F204AC05

4F204AD16

4F204AD17

4F204AD35

4F204AG03

4F204AJ05

4F204AM34

4F204EA03

4F204EB01

4F204EB11

4F204EB22

4F204EF05

4F204EF27

4F204EK13

4F204EK17

4F204FA01

4F204FB01

4F204FB11

4F204FB22

4F204FF06

4F204FG09

4F204FN11

4F204FN15

4F204FN17

4F205AA36

4F205AC05

4F205AD16

4F205AD17

4F205AD35

4F205AG03

4F205AJ05

4F205AM34

4F205HA08

4F205HA25

4F205HA33

4F205HA37

4F205HA45

4F205HB01

4F205HB11

4F205HF05

4F205HK03

(57)【要約】

【課題】 ヒケの発生を抑止できる複合材料構造体の形成方法を提供する。
【解決手段】 芯材２、第１繊維強化樹脂層３Ａ、及び、第２繊維強化樹脂層３Ｂを備えた複合材料構造体１Ｘを形成する。まず、スペーサ４を芯材２の第1主面２１の外縁２０ａに沿って配置する。スペーサ４は、芯材２の弾性率よりも小さい弾性率を有し、且つ、第１繊維強化樹脂層３Ａ及び第２繊維強化樹脂層３Ｂのマトリクス樹脂を吸収しない。その後、成形型１００及び１０１内で第１繊維強化樹脂層３Ａ及び第２繊維強化樹脂層３Ｂを形成する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１主面と前記第１主面の反対面である第２主面と前記第１主面に対して鋭角に傾斜する前記第１主面及び前記第２主面の間の傾斜側面とを備える板状の芯材、前記第１主面に設けられた第１繊維強化樹脂層、及び、前記第２主面に設けられた第２繊維強化樹脂層を備え、前記第１繊維強化樹脂層が前記第１主面に沿って延設されると共に前記第１主面の前記傾斜側面側の外縁から外方にさらに延設され、前記第２繊維強化樹脂層が前記第２主面及び前記傾斜側面に沿って延設されると共に前記第１繊維強化樹脂層の前記外縁の外方で前記第１繊維強化樹脂層に沿ってさらに延設され、前記第１繊維強化樹脂層及び前記第２繊維強化樹脂層が前記外縁よりも外方で互いに結合された、複合材料構造体の形成方法であって、
前記芯材の弾性率よりも小さい弾性率を有し且つ前記第１繊維強化樹脂層及び前記第２繊維強化樹脂層のマトリクス樹脂を吸収しないスペーサを前記第１主面の前記外縁に沿って配置した後に、成形型内で、前記芯材の前記第１主面に前記第１繊維強化樹脂層を形成すると共に前記第２主面に前記第２繊維強化樹脂層を形成する、複合材料構造体の形成方法。

【請求項2】

前記成形型内に、前記芯材及び前記スペーサ、並びに、前記第１繊維強化樹脂層の第１プリプレグを配置すると共に前記第２繊維強化樹脂層の第２プリプレグを配置した後に、
ＰＣＭ法によって、前記成形型内で前記第１プリプレグ及び前記第２プリプレグを硬化させて、前記第１繊維強化樹脂層及び前記第２繊維強化樹脂層を形成する、請求項１に記載の複合材料構造体の形成方法。

【請求項3】

前記成形型内に、前記芯材及び前記スペーサ、並びに、前記第１繊維強化樹脂層の第１プリフォームを配置すると共に前記第２繊維強化樹脂層の第２プリフォームを配置した後に、
ＲＴＭ法によって、前記成形型内に前記マトリクス樹脂を充填させて前記第１プリフォーム及び前記第２プリフォームに前記マトリクス樹脂を含浸させてから硬化させて、前記第１繊維強化樹脂層及び前記第２繊維強化樹脂層を形成する、請求項１に記載の複合材料構造体の形成方法。

【請求項4】

前記スペーサが独立気泡ＥＰＤＭゴムである、請求項１〜３の何れか一項に記載の複合材料構造体の形成方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、板状の芯材の端縁を一対の繊維強化樹脂層で挟み込んだ複合材料構造体の形成方法に関する。

【背景技術】

【0002】

下記特許文献１には、板状の芯材の端縁を一対の繊維強化樹脂層で挟み込んだ複合材料構造体が開示されている。より詳しくは、当該複合材料構造体は、板状の芯材、芯材の第１主面に設けられた第１繊維強化樹脂層、及び、芯材の第１主面の反対面である第２主面に設けられた第２繊維強化樹脂層を備えている。第１主面と第２主面との間には、第１主面に対して鋭角に傾斜する傾斜側面が形成されている。第１繊維強化樹脂層は、芯材の第１主面に沿って延設されると共に傾斜側面の外縁から外方にさらに延設されている。一方、第２繊維強化樹脂層は、第２主面及び傾斜側面に沿って延設されると共に上述した外縁から外方で第１繊維強化樹脂層に沿って延設されている。第１及び第２繊維強化樹脂層は、上述した外縁よりも外方で互いに結合されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００６−６９３２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

このような複合材料構造体では、芯材の傾斜側面に沿って第２繊維強化樹脂層が屈曲されるので、成形時に第２繊維強化樹脂層内の繊維層が第２繊維強化樹脂層内で偏ることがある。この結果、傾斜側面の先端で第1繊維強化樹脂層と第２繊維強化樹脂層とが結合する部分にマトリクス樹脂が偏って存在することになる（樹脂溜まりの形成）。この樹脂の偏りが生じている部分で、第1繊維強化樹脂層の表面に「ヒケ」が生じやすい。

【0005】

従って、本発明の目的は、上述したような構造を有する複合材料構造体におけるヒケの発生を抑止できる複合材料構造体の形成方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る複合材料構造体の形成方法では、板状の芯材、第１繊維強化樹脂層、及び、第２繊維強化樹脂層を備える複合材料構造体を形成する。芯材は、一対の第１及び第２主面と、第1主面に対して鋭角に傾斜する傾斜側面とを有している。第１繊維強化樹脂層は、第１主面に沿って延設され、かつ、傾斜側面側の外縁から外方にさらに延設される。第２繊維強化樹脂層は、第２主面及び傾斜側面に沿って延設され、かつ、上述した外縁の外方で第１繊維強化樹脂層に沿ってさらに延設される。第１及び第２繊維強化樹脂層は、上述した外縁よりも外方で互いに結合される。本発明に係る複合材料構造体の形成方法では、まず、芯材の弾性率よりも小さい弾性率を有し且つ第１及び第２繊維強化樹脂層のマトリクス樹脂を吸収しないスペーサを第1主面の外縁に沿って配置する。その後、成形型内で、第１及び第２繊維強化樹脂層を形成する、

【発明の効果】

【0007】

本発明に係る複合材料構造体の形成方法によれば、第1繊維強化樹脂層の表面にヒケが発生するのを抑止できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、第１実施形態に係る複合材料構造体の形成方法（ＰＣＭ法）を示す断面図（第１段階）である。

【図2】図２は、第１実施形態に係る形成方法を示す断面図（第２段階）である。

【図3】図３は、第１実施形態に係る形成方法を示す断面図（第３段階）である。

【図4】図４は、第１実施形態に係る形成方法によって形成された複合材料構造体の断面図である。

【図5】図５は、第２実施形態に係る複合材料構造体の形成方法（ＲＴＭ法）を示す断面図（第１段階）である。

【図6】図６は、第２実施形態に係る形成方法を示す断面図（第２段階）である。

【図7】図７は、第２実施形態に係る形成方法によって形成された複合材料構造体の断面図である。

【図8】図８は、比較例に係る複合材料構造体の形成方法（ＰＣＭ法）を示す断面図（第１段階）である。

【図9】図９は、比較例に係る形成方法を示す断面図（第２段階）である。

【図10】図１０は、比較例に係る形成方法によって形成された複合材料構造体の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照しつつ実施形態を説明する。同一又は同等の構成部分には同一の符号を付してそれらの詳しい説明を省略する。なお、図面は模式的なものであり、寸法や比率などは実際のものとは異なる場合がある。

【0010】

第１実施形態に係る形成方法を、図１〜図４を参照しつつ説明する。本実施形態では、ＰＣＭ（Prepreg Compression Molding）法によって複合材料構造体１Ｘ（図４参照）を形成する。まず、形成される複合材料構造体１Ｘについて説明する。複合材料構造体１Ｘは、車両のエンジンフードやトランクリッドとして用いられる。図４に示されるように、複合材料構造体１Ｘは、板状の芯材２、芯材２の第１主面２１に設けられた第１繊維強化樹脂層３Ａ、及び、芯材２の第２主面２２に設けられた第２繊維強化樹脂層３Ｂを備えている。第２主面２２は、第１主面２１に対する芯材２の反対面である。

【0011】

芯材２は、強度や耐熱性に優れた高機能発泡樹脂材である。芯材２の第１主面２１と第２主面２２との間には、傾斜側面２０が形成されている。傾斜側面２０は、第１主面２１に対して鋭角に傾斜されている。より詳しくは、傾斜側面２０の表面は、第２繊維強化樹脂層３Ｂ側に向けられており、かつ、徐々に第１繊維強化樹脂層３Ａに近づくように傾斜されている。このように傾斜させることで、第２繊維強化樹脂層３Ｂの屈曲部が許容最小曲率半径以上の曲率半径で屈曲される。繊維強化樹脂は、屈曲される曲率半径が小さいとその強度が低下するため、このように許容最小曲率半径が設定されている。また、第１主面２１の傾斜側面２０側の外縁（＝傾斜側面２０の先端縁）２０ａに沿って、追って詳しく説明するスペーサ４が配置されている。

【0012】

芯材２を繊維強化樹脂層３Ａ及び３Ｂによってサンドイッチした構造とすることで、複合材料構造体１Ｘの重量増を抑止しつつ、複合材料構造体１Ｘの強度及び剛性を向上させることができる。また、ここでの芯材２は発泡樹脂材であり、エネルギー吸収性能を有している。従って、複合材料構造体１Ｘをエンジンフードやトランクリッドとして用いると、エンジンフードやトランクリッドにエネルギー吸収性能を付与することができる。複合材料構造体１Ｘをエンジンフードやトランクリッドとして用いる場合、芯材２は、それらの裏面に形成されるビードの内部に配置される。エンジンフードやトランクリッドの表面にヒケが生じると美観を非常に損ねてしまうが、後述するように、本実施形態によればスペーサ４を設けることでヒケを抑止できる。

【0013】

第１繊維強化樹脂層３Ａ及び第２繊維強化樹脂層３Ｂは、炭素繊維強化性樹脂（ＣＦＲＰ）で形成されている。追って形成方法を説明することで明確となるが、第１繊維強化樹脂層３Ａ及び第２繊維強化樹脂層３Ｂは、芯材２の傾斜側面２０側の外縁２０ａよりも外方で互いに結合されて一体化されている。以下、この互いに結合された部分を結合繊維強化樹脂層３とも称する。なお、本実施形態では、外縁２０ａに沿ってスペーサ４が配置されているので、結合繊維強化樹脂層３はスペーサ４よりも外方に形成される。また、全ての図において、芯材２の一つの側面（傾斜側面２０）しか示していないが、他の側面も同様の構成とされている。

【0014】

各繊維強化樹脂層３Ａ及び３Ｂは、その内部に積層された複数枚の炭素繊維シート３Ｘを備えている。この炭素繊維シート３Ｘにマトリクス樹脂が含浸されて硬化されることで、各繊維強化樹脂層３Ａ及び３Ｂが形成されている。なお、全ての図中の炭素繊維シート３Ｘは模式的に示されており、その枚数を正確には表していない。

【0015】

ここでは、長い炭素繊維が織られてシート状に形成された二方向性の（bidirectional）炭素繊維シート３Ｘが積層されて用いられている。ただし、二方向性等の多方向性の（multidirectional）炭素繊維シート３Ｘでなく、一方向性（unidirectional）の炭素繊維シート３Ｘが用いられてもよい。一方向性や多方向性等の異方性の（anisotropic）炭素繊維シート３Ｘを複数枚用いて、疑似等方性（quasi-isotropic）の繊維強化樹脂層３Ａ及び３Ｂが形成されてもよい。

【0016】

第１繊維強化樹脂層３Ａは、芯材２の第１主面２１（図４中の上面）に設けられている。第１繊維強化樹脂層３Ａは、芯材２の第１主面に沿って延設されると共に、上述した外縁２０ａから外方にさらに延設されている。一方、第２繊維強化樹脂層３Ｂは、芯材２の第２主面２２（図４中の下面）に設けられている。第２繊維強化樹脂層３Ｂは、芯材２の第２主面２２及び傾斜側面２０に沿って延設されると共に、上述した外縁２０ａから外方で第１繊維強化樹脂層３Ａに沿ってさらに延設されている。従って、繊維強化樹脂層３Ａ及び３Ｂの外縁２０ａ（スペーサ４）から外方に延設されている部分が、上述した結合繊維強化樹脂層３を形成している。

【0017】

上述した複合材料構造体１ＸをＰＣＭ法で形成するには、まず、図１に示されるように、芯材２の傾斜側面２０の外縁２０ａにスペーサ４を配置する。スペーサ４は、外縁２０ａに垂直な断面（図１〜図４の断面図）において台形の断面形状を有しており、傾斜側面２０に対応する傾斜した先端縁を有している。スペーサ４は、外縁２０ａに沿って芯材２に接着剤等で取り付けられる。スペーサ４は、複合材料構造体１Ｘ（第１繊維強化樹脂層３Ａ）の表面にヒケが形成されるのを抑止するために設けられる。スペーサ４は、芯材２の弾性率よりも小さな弾性率を備えており、かつ、繊維強化樹脂層３Ａ及び３Ｂのマトリクス樹脂を吸収しない素材で形成されている。

【0018】

具体的には、スペーサ４は、独立気泡ＥＰＤＭゴム（エチレン・プロピレン・ジエンゴム：ethylene propylene diene monomer rubber）によって形成されている。スペーサ４は、独立気泡による発泡体であり、内部の気泡がそれぞれ独立して形成されている。従って、気泡が連続していないので、スペーサ４は繊維強化樹脂層３Ａ及び３Ｂのマトリクス樹脂を吸収しない。逆に言えば、繊維強化樹脂層３Ａ及び３Ｂのマトリクス樹脂はスペーサ４の内部に含浸しない。また、スペーサ４は、独立気泡発泡体という構造を持ち、かつ、ＥＰＤＭゴムという素材によって形成されているので、弾性を有している。

【0019】

続いて、スペーサ４が取り付けられた芯材２、第１繊維強化樹脂層３Ａを形成するための第１プリプレグ３０Ａ、及び、第２繊維強化樹脂層３Ｂを形成するための第２プリプレグ３０Ｂを、一対の金型（成形型）１００及び１０１内にセットする。プリプレグ３０Ａ及び３０Ｂは、上述した積層された炭素繊維シート３Ｘにマトリクス樹脂を含浸させたものである。マトリクス樹脂は熱硬化性樹脂である。金型１００及び１０１には加熱機構が設けられている。

【0020】

金型１００及び１０１内では、スペーサ４はプリプレグ３０Ａ及び３０Ｂによって挟まれて押圧される。スペーサ４は弾性を有しているために変形し、傾斜側面２０に対応する傾斜面を形成する。スペーサ４は、この弾性変形によって、体積が１／２〜１／３となる。この時、スペーサ４は、第１主面２１の延長線（延長面）と傾斜側面２０の延長線（延長面）で囲まれる領域よりも外側にまで延在する。即ち、スペーサ４の初期形状は、金型１００及び１０１内での成形時に弾性変形しても、この領域よりも外側に存在するような形状に設定される。

【0021】

続いて、図３に示されるように、金型１００及び１０１内で、スペーサ４が取り付けられた芯材２、第１繊維強化樹脂層３Ａを形成するための第１プリプレグ３０Ａ、及び、第２繊維強化樹脂層３Ｂを形成するための第２プリプレグ３０Ｂを加熱圧縮する。金型１００及び１０１内は、閉じられる前から予熱されており、プリプレグ３０Ａ及び３０Ｂのマトリクス樹脂（熱硬化性樹脂）は、金型１００及び１０１によって加熱されて一旦軟化又は液化した後に、硬化反応（架橋反応）が進んで硬化する。マトリクス樹脂が硬化すると、第１繊維強化樹脂層３Ａ及び第２繊維強化樹脂層３Ｂが形成され、図４に示される複合材料構造体１Ｘが完成する。

【0022】

図３に示される状態で金型１００及び１０１内でマトリクス樹脂が一旦軟化又は液化すると、第２プリプレグ３０Ｂ内の炭素繊維シート３Ｘが平坦になろうとする。複合材料構造体１Ｘ（エンジンフードやトランクリッド）の形状に起因して炭素繊維シート３Ｘに張力が作用すると、炭素繊維シート３Ｘはさらに平坦になろうとする。この結果、第２繊維強化樹脂層３Ｂの内部で炭素繊維シート３Ｘの位置に偏りが生じ得る。特に、スペーサ４の近傍では、第２繊維強化樹脂層３Ｂの屈曲に起因して、スペーサ４から離れる方向に炭素繊維シート３Ｘの位置が偏る。

【0023】

しかし、スペーサ４が予め配置されているため、スペーサ４の部分に樹脂溜まりが形成されることがない。樹脂溜まりとは、マトリクス樹脂が偏って存在する場所であり、樹脂の体積（ボリューム）がその周囲に対して部分的に多い場所である。一般に、樹脂成形において、樹脂溜まりが形成されると、冷却時の樹脂の収縮によって、表面にヒケが生じることが知られている。本実施形態では、マトリクス樹脂を吸収しないスペーサ４を外縁２０ａに沿って配置することで、樹脂溜まりを形成させない。樹脂溜まりが形成させないことで、第１繊維強化樹脂層３Ａの表面のヒケを抑止することができる。

【0024】

また、本実施形態のスペーサ４は、マトリクス樹脂を吸収することがないため、樹脂不足によるヒケも生じさせることがない。さらに、本実施形態のスペーサ４は、上述したように弾性を有しており、金型１００及び１０１の内部で、軟化又は液化したマトリクス樹脂から押圧力を受けて適度に変形する。同時に、その弾性復元力で適度にマトリクス樹脂を押し返す。これらの力が適度にバランスし、このバランスが保たれた状態でマトリクス樹脂が硬化して第１繊維強化樹脂層３Ａ及び第２繊維強化樹脂層３Ｂが形成される。このバランスが取れた状態も、第１繊維強化樹脂層３Ａの表面のヒケを抑止するのに寄与しているものと思われる。

【0025】

また、スペーサ４は繊維強化樹脂層３Ａ及び３Ｂを形成する際に熱を受けるため、スペーサ４には耐熱性も要求される。これらの上述した求められる複数の性質を考慮すると、スペーサ４として独立気泡ＥＰＤＭゴムを用いるのが適していることを、発明者らは見出した。求められる複数の性質を同時に満たすものは多くなく、独立気泡ＥＰＤＭゴムはスペーサ４として非常に優れている。なお、弾性に関しては、スペーサ４よりも芯材２の弾性率が小さいと、金型１００及び１０１内での成形時にスペーサ４よりも芯材２の変形の方が大きくなり、適切な形状の複合材料構造体１Ｘが形成されない。従って、スペーサ４の弾性率は、芯材２の弾性率よりも小さくなくてはならない。

【0026】

ここで、スペーサ４を用いないためにヒケが生じる比較例を、図８〜図１０を参照しつつ説明する。図８に示されるように、本比較例では、芯材２の外縁２０ａに沿ってスペーサ４は配設されない。このため、外縁２０ａの近傍には、どうしても第１プリプレグ３０Ａ及び第２プリプレグ３０Ｂの間に微小な隙間が形成されてしまう。それ以外は、上述した第１実施形態と同様である。この状態で、第１実施形態と同様に、図９に示されるように、金型１００及び１０１内で第１プリプレグ３０Ａ及び第２プリプレグ３０Ｂを用いて、ＰＣＭ法によって複合材料構造体１Ｚを形成する。

【0027】

図９に示されるように、成形中には軟化又は液化したマトリクス樹脂が上述した外縁２０ａの近傍の隙間を埋めるが、その分、周囲の樹脂が消費されてしまう。また、上述したように、第２繊維強化樹脂層３Ｂの内部で炭素繊維シート３Ｘの位置に偏りが生じ、スペーサ４から離れる方向に炭素繊維シート３Ｘの位置が偏る。この結果、外縁２０ａの近傍に樹脂溜まり１０Ａが形成されてしまう。この樹脂溜まり１０Ａによって、マトリクス樹脂の冷却後に、図１０に示されるようなヒケ１０Ｂが第１繊維強化樹脂層３Ａの表面に形成されてしまう。

【0028】

ヒケが生じた複合材料構造体１Ｚは、ヒケを隠す後工程が必要になる。具体的には、ヒケの部分に目止め剤を充填した後に研磨することを数回繰り返す。その後、塗装をすればヒケは見えなくなるが後工程が必要になってしまう。また、ＣＦＲＰはその炭素繊維シートの外観をデザインとして利用するために、塗装をクリア塗装とする場合もある。このような場合は、ヒケの部分に充填された目止め剤が見えてしまうことになる。スペーサ４を設けることでヒケを抑止すれば、このような後工程も不要となるし、炭素繊維シートの外観をデザインとして利用する際の美観も向上する。

【0029】

上述した第１実施形態では、スペーサ４を設けることで、樹脂溜まり１０Ａを形成させない。この結果、ヒケ１０Ｂの形成を抑止できる。また、本比較例では上述した外縁２０ａの近傍の隙間を埋めるためにマトリクス樹脂が消費されてしまう。しかし、上述した第１実施形態では、スペーサ４は、その弾性によって形状を変えることができるので、上述したバランス状態でこの隙間の体積を相殺でき、マトリクス樹脂の消費を抑止できると考えられる。

【0030】

上述した第１実施形態では、ＰＣＭ法によって繊維強化樹脂層３Ａ及び３Ｂが形成された。繊維強化樹脂層３Ａ及び３Ｂの形成は、ＰＣＭ法に限定されず、他の方法で形成されてもよい。次に説明する第２実施形態では、ＲＴＭ（Resin Transfer Molding）法によって複合材料構造体１Ｙ（図７参照）を形成する。第２実施形態に係る形成方法を、図５〜図７を参照しつつ説明する。

【0031】

スペーサ４を取り付けた芯材２に関しては、上述した第１実施形態と同じであるため、その説明を省略する。図５に示されるように、スペーサ４が取り付けられた芯材２、第１繊維強化樹脂層３Ａを形成するための第１プリフォーム３１Ａ、及び、第２繊維強化樹脂層３Ｂを形成するための第２プリフォーム３１Ｂを一対の金型（成形型）２００及び２０１内にセットする。プリフォーム３１Ａ及び３１Ｂは、金型を用いたプレス等によって、形成しようとしている複合材料構造体１Ｙの形状に合わせた形状に予め成形された炭素繊維シート３Ｘである。炭素繊維シート３Ｘ自体は上述した第１実施形態の炭素繊維シート３Ｘと同じである。

【0032】

続いて、図６に示されるように、金型２００及び２０１のそれぞれからマトリクス樹脂を金型２００及び２０１の内部に充填する。本実施形態のマトリクス樹脂は、熱硬化性樹脂である。ただし、ＲＴＭ法の場合、マトリクス樹脂に熱可塑性樹脂を用いることも可能である。金型２００及び２０１には、マトリクス樹脂の種類に応じて、加熱機構（熱硬化性樹脂の硬化用）や冷却機構（熱可塑性樹脂の早期冷却用）が設けられる。マトリクス樹脂が充填されると、スペーサ４は、マトリクス樹脂の充填圧力によって、上述した第１実施形態と同じように変形する。この変形については、第１実施形態で説明したため、ここでの説明は省略する。

【0033】

充填されたマトリクス樹脂は、プリフォーム３１Ａ及び３１Ｂに含浸し、金型２００及び２０１によって加熱圧縮される。マトリクス樹脂（熱硬化性樹脂）は、金型２００及び２０１によって加熱されて一旦軟化又は液化した後に、硬化反応（架橋反応）が進んで硬化する。マトリクス樹脂が硬化すると、第１繊維強化樹脂層３Ａ及び第２繊維強化樹脂層３Ｂが形成され、図７に示される複合材料構造体１Ｙが完成する。

【0034】

本実施形態においても、図６に示される状態で金型２００及び２０１内でマトリクス樹脂が一旦軟化又は液化する際に、第２プリフォーム３１Ｂの炭素繊維シート３Ｘが平坦になろうとする。複合材料構造体１Ｙの形状に起因して炭素繊維シート３Ｘに張力が作用すると、炭素繊維シート３Ｘはさらに平坦になろうとする。この結果、第２繊維強化樹脂層３Ｂの内部で炭素繊維シート３Ｘの位置に偏りが生じ得る。特に、スペーサ４の近傍では、第２繊維強化樹脂層３Ｂの屈曲に起因して、スペーサ４から離れる方向に炭素繊維シート３Ｘの位置が偏る。

【0035】

しかし、予めスペーサ４が配置されているため、スペーサ４の部分に樹脂溜まりが形成されることがない。本実施形態では、マトリクス樹脂を吸収しないスペーサ４を外縁２０ａに沿って配置して樹脂溜まりを形成させないことで、第１繊維強化樹脂層３Ａの表面のヒケを抑止することができる。また、第１実施形態で説明したスペーサ４のバランスが取れた状態は、本実施形態でも生じると思われ、第１繊維強化樹脂層３Ａの表面のヒケを抑止するのに寄与しているものと思われる。なお、このバランスが取れた状態は、マトリクス樹脂が熱可塑性樹脂の場合も生じると思われる。さらに、ＲＴＭ法であってもスペーサ４に耐熱性は要求される。従って、耐熱性等の求められる複数の性質を考慮すると、スペーサ４として独立気泡ＥＰＤＭゴムを用いるのが適しているのは、本実施形態でも同様である。

【0036】

上記第１及び第２実施形態に係る形成方法によれば、芯材２、第１繊維強化樹脂層３Ａ、及び、第２繊維強化樹脂層３Ｂを備えた複合材料構造体１Ｘ又は１Ｙを形成するに際して、スペーサ４を芯材２の第1主面２１の外縁２０ａに沿って配置する。スペーサ４は、芯材２の弾性率よりも小さい弾性率を有し、且つ、第１繊維強化樹脂層３Ａ及び第２繊維強化樹脂層３Ｂのマトリクス樹脂を吸収しない。その後、成形型（１００及び１０１、又は、２００及び２０１）内で第１繊維強化樹脂層３Ａ及び第２繊維強化樹脂層３Ｂを形成する。

【0037】

このため、成形型内で第１繊維強化樹脂層３Ａ及び第２繊維強化樹脂層３Ｂが形成される際にマトリクスを吸収しないスペーサ４によって樹脂溜まりの形成が抑止される。また、成形型内での第１繊維強化樹脂層３Ａ及び第２繊維強化樹脂層３Ｂの形成時にスペーサ４がその体積が小さくなるように弾性変形し、スペーサ４と第１繊維強化樹脂層３Ａ及び第２繊維強化樹脂層３Ｂとがバランスした状態（互いになじんだ状態）を形成する。これらの結果、第１繊維強化樹脂層３Ａの表面のヒケの発生を効果的に抑止することができる。

【0038】

ここで、第１実施形態では、熱硬化性樹脂をマトリクス樹脂として含浸させたプリプレグ３０Ａ及び３０Ｂを用いてＰＣＭ法で第１繊維強化樹脂層３Ａ及び第２繊維強化樹脂層３Ｂを形成する。このようにすることで、成形型内で形成され得るプリプレグ３０Ａ及び３０Ｂの間の隙間をスペーサ４の上述したバランスした状態によって解消でき、効果的にヒケの発生を抑止できる。一方、第２実施形態では、ＲＴＭ法によって成形型内でマトリクス樹脂をプリフォーム３１Ａ及び３１Ｂに含浸させて第１繊維強化樹脂層３Ａ及び第２繊維強化樹脂層３Ｂを形成する。このようにすることで、第１繊維強化樹脂層３Ａ及び第２繊維強化樹脂のマトリクス樹脂の成形型内への充電圧力によってスペーサ４の上述したバランスした状態を形成でき、効果的にヒケの発生を抑止できる。

【産業上の利用可能性】

【0039】

本発明は、車両のエンジンフードやトランクリッドとして用いられる複合材料構造体の形成方法に適用できる。

【符号の説明】

【0040】

１Ｘ，１Ｙ 複合材料構造体
２ 芯材
２０ 傾斜側面
２０ａ 外縁
２１ 第１主面
２２ 第２主面
３Ａ 第１繊維強化樹脂層
３Ｂ 第２繊維強化樹脂層
３Ｘ 炭素繊維シート
３０Ａ 第１プリプレグ
３０Ｂ 第２プリプレグ
３１Ａ 第１プリフォーム
３１Ｂ 第２プリフォーム
４ スペーサ
１００，１０１，２００，２０１ 成形型（金型）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】