特開 2024-121447 複合材料構造体

(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】P2024121447

(43)【公開日】2024-09-06

(54)【発明の名称】複合材料構造体

(51)【国際特許分類】

   B29C 70/68 20060101AFI20240830BHJP

   B29C 39/10 20060101ALI20240830BHJP

   B29C 39/24 20060101ALI20240830BHJP

   B32B 5/28 20060101ALI20240830BHJP

【ＦＩ】

B29C70/68

B29C39/10

B29C39/24

B32B5/28 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023028565

(22)【出願日】2023-02-27

(71)【出願人】

【識別番号】000003997

【氏名又は名称】日産自動車株式会社

(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】松延 竜佑

【テーマコード（参考）】

4F100

4F204

4F205

【Ｆターム（参考）】

4F100AJ01A

4F100AK01A

4F100AK01B

4F100AK01C

4F100AT00A

4F100BA02

4F100BA03

4F100DC11A

4F100DC21A

4F100DD09B

4F100DG01A

4F100DG01B

4F100DH02B

4F100JB16A

4F100JB16B

4F100JL10A

4F100JL10B

4F204AA36

4F204AC05

4F204AD16

4F204AD24

4F204AG03

4F204EA03

4F204EB01

4F204EB12

4F204EF27

4F204EK17

4F205AA36

4F205AC05

4F205AD16

4F205AD24

4F205AG03

4F205HA12

4F205HA27

4F205HA33

4F205HA35

4F205HA44

4F205HB01

4F205HB12

4F205HF05

4F205HG06

4F205HK05

(57)【要約】

【課題】天然繊維を含む樹脂層を備えた複合材料構造体であって、より容易に孔あけ加工を行うことができる複合材料構造体を提供する。
【解決手段】複合材料構造体１Ｃは、天然繊維を含む第１樹脂層Ｌ１と、第１樹脂層Ｌ１の少なくとも一方の面に設けられた繊維強化樹脂層Ｌ２と、を備える。第１樹脂層Ｌ１を構成する天然繊維からなる基材Ｌ１Ａには、孔が形成される位置に第１樹脂層Ｌ１の厚さ方向に延びる穴部Ｈ１が形成されている。
【選択図】図２Ｃ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

孔あけ加工により孔が形成される複合材料構造体であって、
前記複合材料構造体は、天然繊維を含む第１樹脂層と、
前記第１樹脂層の少なくとも一方の面に設けられた繊維強化樹脂層と、を備え、
前記第１樹脂層を構成する天然繊維からなる基材には、前記孔が形成される位置に前記第１樹脂層の厚さ方向に延びる穴部が形成されている、複合材料構造体。

【請求項2】

前記穴部に収容された板状部と、前記板状部から延出し、少なくとも一部が前記繊維強化樹脂層内に配置された棒状部とを有するスペーサーを備え、
前記板状部の前記厚さ方向に直交する方向の寸法は、前記孔の前記厚さ方向に直交する方向の寸法よりも大きい、請求項１に記載の複合材料構造体。

【請求項3】

前記棒状部の前記厚さ方向に直交する方向の寸法は、前記孔の前記厚さ方向に直交する方向の寸法よりも小さい、請求項２に記載の複合材料構造体。

【請求項4】

前記スペーサーは、熱可塑性樹脂製である、請求項２又は３に記載の複合材料構造体。

【請求項5】

前記スペーサーは、前記繊維強化樹脂層とは異なる色を有する、請求項２又は３に記載の複合材料構造体。

【請求項6】

前記棒状部は、前記繊維強化樹脂層から前記厚さ方向に突出している、請求項２又は３に記載の複合材料構造体。

【請求項7】

前記第１樹脂層における前記繊維強化樹脂層が設けられた面とは反対側の面に、第２樹脂層が設けられている、請求項２又は３に記載の複合材料構造体。

【請求項8】

前記スペーサーは、前記板状部から延出し前記第２樹脂層内に配置された第２棒状部を備え、
前記第２棒状部の前記厚さ方向に直交する方向の寸法は、前記板状部の前記厚さ方向に直交する方向の寸法よりも小さい、請求項７に記載の複合材料構造体。

【請求項9】

前記板状部は、前記厚さ方向に直交する方向に面する側面を有し、該側面に、凹凸が形成されている、請求項２又は３に記載の複合材料構造体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複合材料構造体に関するものである。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、天然繊維を含む繊維強化プラスチック成型品の製造方法を開示している。当該製造方法は、型の内部に、天然繊維と、前記天然繊維を挟む第１および第２の補強繊維とを配置する工程と、前記型の内部に樹脂を注入する工程と、前記樹脂を硬化する工程とを備える。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０－２３５７３７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、天然繊維を含む樹脂層を備えた複合材料構造体に孔あけ加工を行う場合、天然繊維の切り屑が加工工具に巻き付きやすい。そのため、巻き付いた切り屑を加工工具から除去する工程が必要となり、孔あけ加工の工程が煩雑になることが有った。

【0005】

本発明の目的は、天然繊維を含む樹脂層を備えた複合材料構造体であって、より容易に孔あけ加工を行うことができる複合材料構造体を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様に係る複合材料構造体は、孔あけ加工により孔が形成される複合材料構造体であって、天然繊維を含む第１樹脂層と、樹脂層の少なくとも一方の面に設けられた繊維強化樹脂層と、を備える。第１樹脂層を構成する天然繊維からなる基材には、孔が形成される位置に第１樹脂層の厚さ方向に延びる穴部が形成されている。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、天然繊維を含む樹脂層を備えた複合材料構造体であって、より容易に孔あけ加工を行うことができる複合材料構造体を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第一実施形態に係る複合材料構造体における孔あけ加工後の構成を示す側断面図である。

【図2A】第一実施形態に係る複合材料構造体を製造する第１工程について説明するための説明図であって、下金型に第１樹脂層の基材、及び繊維強化樹脂層の基材が配設された状態を示す側断面図である。

【図2B】第一実施形態に係る複合材料構造体を製造する第２工程について説明するための説明図であって、金型内にマトリクス樹脂が注入された状態を示す側断面図である。

【図2C】第一実施形態に係る複合材料構造体を加工する第３工程について説明するための説明図であって、金型から取り出された複合材料構造体に対し、孔あけ加工を行う状態を示す側断面図である。

【図3】第二実施形態に係る複合材料構造体における孔あけ加工後の構成を示す側断面図である。

【図4A】第二実施形態に係る複合材料構造体を製造する第１工程について説明するための説明図であって、下金型に第１樹脂層の基材、繊維強化樹脂層の基材、及び第２樹脂層の基材が配設され、スペーサーが第１樹脂層の基材の穴部と繊維強化樹脂層の基材とに挿入された状態を示す側断面図である。

【図4B】第二実施形態に係る複合材料構造体を製造する第２工程について説明するための説明図であって、金型内にマトリクス樹脂が注入された状態を示す側断面図である。

【図4C】第二実施形態に係る複合材料構造体を加工する第３工程について説明するための説明図であって、金型から取り出された複合材料構造体に対し、孔あけ加工を行う状態を示す側断面図である。

【図5】第二実施形態の変形例に係る複合材料構造体を製造する第２工程について説明するための説明図であって、金型内にマトリクス樹脂が注入された状態を示す側断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照しながら、実施形態に係る複合材料構造体について説明する。なお、以下の説明では同一の機能を有する要素については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

【0010】

図１に示すように、第一実施形態に係る複合材料構造体１Ａは、天然繊維を含む樹脂層である第１樹脂層Ｌ１と、第１樹脂層Ｌ１の一方の面に設けられた繊維強化樹脂層Ｌ２と、を有している。

【0011】

図１に例示された第１樹脂層Ｌ１は、天然繊維に、マトリクス樹脂を含侵させて形成した天然繊維強化樹脂により構成された層である。当該天然繊維強化樹脂はＮＦＲＰ（Natural Fiber Reinforced Plastics）とも称される。当該天然繊維は特に限定されず、公知の天然繊維を適宜用いることができる。例えば、当該天然繊維は植物繊維であってもよい。また、当該植物繊維は、例えば麻、亜麻、ケナフ、ジュート、コットン、竹、ココナッツ等であってもよい。天然繊維の繊維長、繊維径は特に限定されない。また、当該マトリクス樹脂は特に限定されず、公知の熱硬化性樹脂、又は熱可塑性樹脂を用いてもよい。例えば、当該熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂等であってもよい。また、当該熱可塑性樹脂は、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリスチレン樹脂、ＡＢＳ樹脂（アクリロニトリル、ブタジエン及びスチレンのコポリマー）、ＰＥＫＫ樹脂（ポリエーテルケトンケトン）等であってもよい。以下、当該マトリクス樹脂として熱硬化性樹脂を用いた場合を例にとって説明を行う。

【0012】

図１に例示された繊維強化樹脂層Ｌ２は、炭素繊維にマトリクス樹脂を含侵させて形成した炭素繊維強化樹脂の層である。当該炭素繊維強化樹脂はＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics）とも称される。なお、繊維強化樹脂層Ｌ２が含有する強化繊維は炭素繊維に限定されない。当該強化繊維には公知の繊維を用いることができる。例えば当該強化繊維は炭素繊維、アラミド繊維、又はガラス繊維であってもよい。当該強化繊維の繊維長、繊維径は特に限定されない。繊維強化樹脂層Ｌ２が含有するマトリクス樹脂には、第１樹脂層Ｌ１のマトリクス樹脂と同様に、公知の熱硬化性樹脂、又は熱可塑性樹脂が用いられてもよい。

【0013】

なお、各図の紙面における上下方向を厚さ方向とする。また、各図に示された例では、紙面下方が下方に、紙面上方が上方にそれぞれ相当する。

【0014】

複合材料構造体１Ａは、後述する複合材料構造体１Ｃに対し、孔あけ加工を行うことにより形成される。複合材料構造体１Ａは、孔あけ加工により形成された外径Ｒ１の加工孔Ｈ１Ａを有している。加工孔Ｈ１Ａは、第１樹脂層Ｌ１と繊維強化樹脂層Ｌ２とを厚さ方向に貫通して形成されている。複合材料構造体１Ｃに加工孔Ｈ１Ａを貫通することにより形成された内周面Ｓ２は、加工孔Ｈ１Ａの径方向外側を画成している。また、第１樹脂層Ｌ１には、内周面Ｓ２よりも径方向外側に位置する内周面Ｓ１が形成されている。内周面Ｓ１は、後述する穴部Ｈ１の径方向外側を画成している。さらに、内周面Ｓ２のうち第１樹脂層Ｌ１の範囲内に位置する部分と、内周面Ｓ１との間には、縁部１１が形成されている。縁部１１は、後述するように熱硬化性樹脂で形成されている。

【0015】

図２Ａ～２Ｃを参照して、複合材料構造体１Ａの製造工程を説明する。まず、第１工程について説明する。第１工程では、下金型２Ａ上に、繊維強化樹脂層Ｌ２を構成する強化繊維により形成された基材Ｌ２Ａを設置する。さらに、第１樹脂層Ｌ１を構成する天然繊維により形成された基材Ｌ１Ａを設置する（図２Ａ参照）。ここで、基材とは当該繊維により形成されたシート、織物等を指すものとし、当該繊維以外の公知の材料を含んでいてもよい。当該基材には、マトリクス樹脂は含侵されておらず、ドライファブリックとも称される場合がある。第１樹脂層Ｌ１の基材Ｌ１Ａには、第１樹脂層Ｌ１の基材Ｌ１Ａの厚さ方向に延びる内径Ｒ２の穴部Ｈ１が形成されている。なお、内径Ｒ２は、穴部Ｈ１の、上記厚さ方向に直交する方向の寸法のうちの最小寸法である。第１樹脂層Ｌ１の基材Ｌ１Ａに穴部Ｈ１を設けることにより形成された内周面Ｓ１は、穴部Ｈ１の径方向外側を画成する。なお、図に例示された穴部Ｈ１は平面視において円形の形状を有するが、これに限定されない。穴部Ｈ１は平面視で楕円、矩形、多角形等の形状を有していてもよい。また、内周面Ｓ１は凹凸を有してもよく、厚さ方向に対して傾斜し、テーパ状に形成されていてもよい。

【0016】

次に、第２工程について説明する。第２工程では、複合材料構造体１Ｃが形成される。まず、第１樹脂層Ｌ１の基材Ｌ１Ａ上に上金型２Ｂを配置し、型閉じする（図２Ｂ参照）。上金型２Ｂには、下金型２Ａと上金型２Ｂとの間に形成される空間に樹脂を注入可能な注入路である樹脂注入部３が設けられている。樹脂注入部３から液状の熱硬化性樹脂を注入すると、下金型２Ａと上金型２Ｂとの間に配設された第１樹脂層Ｌ１の基材Ｌ１Ａ、及び繊維強化樹脂層Ｌ２の基材Ｌ２Ａ全体に熱硬化性樹脂が含侵される。穴部Ｈ１は、上金型２Ｂと繊維強化樹脂層Ｌ２と内周面Ｓ１とに囲まれている。従って、穴部Ｈ１内には、熱硬化性樹脂が充填される。熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂が用いられる。

【0017】

下金型２Ａ及び上金型２Ｂは、熱硬化性樹脂を硬化させるために加熱される。これにより、第１樹脂層Ｌ１の基材Ｌ１Ａ、及び繊維強化樹脂層Ｌ２の基材Ｌ２Ａ全体において、マトリクス樹脂である熱硬化性樹脂が硬化される。熱硬化性樹脂が硬化された後、下金型２Ａ及び上金型２Ｂは所定の温度に冷却されてもよい。以降、第１樹脂層Ｌ１の基材Ｌ１Ａ、及び繊維強化樹脂層Ｌ２の基材Ｌ２Ａ全体にマトリクス樹脂が含侵され硬化したものを、それぞれ第１樹脂層Ｌ１、繊維強化樹脂層Ｌ２として説明する。上記工程により、第１樹脂層Ｌ１と、繊維強化樹脂層Ｌ２とを備える、複合材料構造体１Ｃが形成される。

【0018】

次に、図２Ｃを参照しながら第３工程について説明する。第３工程では、複合材料構造体１Ｃに加工孔Ｈ１Ａを形成する孔あけ加工を行う。複合材料構造体１Ｃに孔あけ加工を行うことにより、複合材料構造体１Ａが形成される。まず、下金型２Ａと上金型２Ｂとを分離して、金型内部から成形された複合材料構造体１Ｃを取り出す。そして、穴部Ｈ１に充填された熱硬化性樹脂に対して、加工工具４により孔あけ加工を行う。加工工具４として、例えばドリルを使用するが、これに限定されず他の切削工具でもよい。加工工具４の外径Ｒ１は、穴部Ｈ１の内径Ｒ２よりも小さい。本実施形態において、例えばＲ２は１２ｍｍ、Ｒ１は７ｍｍであるが、これに限定されず異なる寸法でもよい。また、加工孔Ｈ１Ａの平面視における形状は円形に限られず、楕円、矩形、多角形等のその他形状を有していてもよい。孔あけ加工は、穴部Ｈ１の径方向内方側であって、加工工具４が内周面Ｓ１と接触しない領域に対して行う。

【0019】

孔あけ加工により、図１に示すように、外径がＲ１である加工孔Ｈ１Ａが形成される。複合材料構造体１Ｃに加工孔Ｈ１Ａを貫通することにより、内周面Ｓ２が形成される。第１樹脂層Ｌ１において、内周面Ｓ２の周囲には、縁部１１が形成されている。縁部１１は、穴部Ｈ１内に充填された熱硬化性樹脂のうち、加工工具４により削りとられずに残った部分である。複合材料構造体１Ｃに上記加工を行うことにより、複合材料構造体１Ａが形成される。

【0020】

本実施形態の複合材料構造体１Ｃは、孔あけ加工により孔が形成される複合材料構造体であって、天然繊維を含む第１樹脂層Ｌ１と、第１樹脂層Ｌ１の少なくとも一方の面に設けられた繊維強化樹脂層Ｌ２と、を備えている。第１樹脂層Ｌ１を構成する天然繊維からなる基材Ｌ１Ａには、孔が形成される位置に第１樹脂層Ｌ１の厚さ方向に延びる穴部Ｈ１が形成されている。

【0021】

上記構成により、穴部Ｈ１に形成された内周面Ｓ１の内側において、穴部Ｈ１の内径Ｒ２より細い加工工具により第３工程の孔あけ加工を行う場合、加工工具４と第１樹脂層Ｌ１の天然繊維との接触が抑制される。そのため、天然繊維の切り屑が加工工具４に巻き付くことを抑制することができる。これにより、加工工具４から切り屑を除去するためのメンテナンスの工数を低減すると共に、孔あけ工程が煩雑になることを抑制することができる。また、穴部Ｈ１は、第１樹脂層Ｌ１の厚さ方向に貫通してもよい。この場合、第３工程の孔あけ加工において、加工工具４と第１樹脂層Ｌ１の天然繊維との接触をより確実に抑制することができる。そのため、天然繊維の切り屑が加工工具４に巻き付くことをより確実に抑制することができる。また、内周面Ｓ２のうち繊維強化樹脂層Ｌ２の範囲内に位置する部分は、上述の炭素繊維強化樹脂から構成されている。換言すれば、繊維強化樹脂層Ｌ２では、強化繊維含有量が低下した領域が内周面Ｓ２の周囲に形成されない。このため、孔あけ加工による複合材料構造体１Ｃの剛性低下、具体的には孔加工部の剛性低下を抑制することができる。さらに、熱硬化性樹脂が穴部Ｈ１内に充填された後に上記の孔あけ加工を行う場合、内周面Ｓ１の径方向内方には、硬化した熱硬化性樹脂からなる縁部１１が形成される。このため、第１樹脂層Ｌ１に含まれる天然繊維が大気に曝されることがなく、使用する天然繊維が吸水性を有している場合でも、当該天然繊維に水分が吸収されることを抑制することができる。

【0022】

図３は、第二実施形態に係る複合材料構造体１Ｂの構成である。以下には、第一実施形態と異なる構成についてのみ説明する。第一実施形態と同一または同等の構成に関しては、同一の符号を付してそれらの詳しい説明は省略する。

【0023】

複合材料構造体１Ｂは、天然繊維を含む第１樹脂層Ｌ１と、第１樹脂層Ｌ１の一方の面に設けられた繊維強化樹脂層Ｌ２と、第１樹脂層Ｌ１の他方の面に設けられた第２樹脂層Ｌ３と、を有している。第２樹脂層Ｌ３は、繊維強化樹脂層Ｌ２と同様に炭素繊維強化樹脂の層であるが、これに限られない。複合材料構造体１Ｂは、後述する複合材料構造体１Ｄに対し、孔あけ加工を行うことにより形成される。複合材料構造体１Ｂは、孔あけ加工により形成された外径Ｒ１の加工孔Ｈ２Ａを有している。加工孔Ｈ２Ａは、第１樹脂層Ｌ１と、繊維強化樹脂層Ｌ２と、第２樹脂層Ｌ３とを厚さ方向に貫通して形成されている。複合材料構造体１Ｄに加工孔Ｈ２Ａを貫通することにより形成された内周面Ｓ３は、加工孔Ｈ２Ａの径方向外側を画成する。

【0024】

第１樹脂層Ｌ１において、後述する穴部Ｈ２の径方向外側を画成する内周面Ｓ１が形成されている。内周面Ｓ２のうち第１樹脂層Ｌ１の範囲内に位置する部分と内周面Ｓ１との間には、後述するスペーサーＰの残存部Ｐ３が位置している。残存部Ｐ３は、後述する孔あけ加工において、板状部Ｐ１のうち、加工工具４で削りとられずに残った部分である。残存部Ｐ３の外周面Ｓ４と内周面Ｓ１との間には、縁部２１Ａが形成されている。縁部２１Ａは、後述するように熱硬化性樹脂で形成されている。

【0025】

図４Ａ～４Ｃを参照して、複合材料構造体１Ｂの製造工程を説明する。まず、第１工程について説明する。第１工程では、下金型２Ａ上に、繊維強化樹脂層Ｌ２を構成する強化繊維により形成された基材Ｌ２Ａを設置する。さらに、第１樹脂層Ｌ１を構成する天然繊維により形成された基材Ｌ１Ａを設置する（図４Ａ参照）。第１樹脂層Ｌ１の基材Ｌ１Ａには、第一実施形態と同様に、内径Ｒ２の穴部Ｈ２が形成されている。第１樹脂層Ｌ１の基材Ｌ１Ａに穴部Ｈ２を設けることにより形成された内周面Ｓ１は、穴部Ｈ２の径方向外側を画成する。

【0026】

次に、穴部Ｈ２にスペーサーＰを挿入する。そして、第１樹脂層Ｌ１の基材Ｌ１Ａ上に、第２樹脂層Ｌ３の基材Ｌ３Ａを設置する（図４Ａ参照）。スペーサーＰは熱可塑性樹脂で形成されている。また、スペーサーＰは繊維強化樹脂層Ｌ２とは異なる色を有しており、例えば黄色である。

【0027】

スペーサーＰは板状に形成された板状部Ｐ１と、板状部Ｐ１の中央付近の一方の面から板状部Ｐ１と直交する方向に延出した棒状部Ｐ２と、を有している。スペーサーＰの挿入は、棒状部Ｐ２を下方側にした状態でスペーサーＰを穴部Ｈ２に配置して行う。板状部Ｐ１の、上記厚さ方向に直交する方向の寸法のうちの最大寸法は、穴部Ｈ２の内径Ｒ２よりも小さく、板状部Ｐ１は穴部Ｈ２内に収容される。なお、本実施形態では、板状部Ｐ１の、厚さ方向に直交する方向の寸法のうちの最大寸法は、外径Ｒ３である。棒状部Ｐ２は、繊維強化樹脂層Ｌ２の基材Ｌ２Ａを下方側に貫通し、繊維強化樹脂層Ｌ２の基材Ｌ２Ａから厚さ方向に突出する。棒状部Ｐ２の、厚さ方向に直交する方向の寸法のうちの最大寸法は、加工工具４の外径Ｒ１より小さい。なお、本実施形態における当該棒状部Ｐ２の最大寸法は、棒状部Ｐ２の外径である。棒状部Ｐ２は、繊維強化樹脂層Ｌ２の基材Ｌ２Ａへの挿入時に折れ曲がらない程度の強度に設定される。棒状部Ｐ２の先端部分は、下金型２Ａに設けられた凹部に収容される。板状部Ｐ１の外径Ｒ３は穴部Ｈ２の内径Ｒ２よりも小さいため、板状部Ｐ１の外周面Ｓ４と内周面Ｓ１との間には、間隙である間隙部２１が形成されている。すなわち、間隙部２１は、厚さ方向において、第２樹脂層Ｌ３の基材Ｌ３Ａと繊維強化樹脂層Ｌ２の基材Ｌ２Ａとにより画成され、厚さ方向と直交する方向において、内周面Ｓ１と外周面Ｓ４とにより画成される。なお、板状部Ｐ１及び棒状部Ｐ２の平面視における形状は円形に限られず、楕円、矩形、多角形等のその他形状を有していてもよい。板状部Ｐ１は、厚さ方向と直交する方向に面する側面を有し、当該側面には、凹凸が形成されてもよい。当該側面はさらに、厚さ方向に対して傾斜したテーパ状に形成されてもよい。

【0028】

次に、第２工程について説明する。第２工程では、複合材料構造体１Ｄが形成される。まず、第２樹脂層Ｌ３の基材Ｌ３Ａ上に上金型２Ｂを配置し、型閉じする（図４Ｂ参照）。上金型２Ｂの樹脂注入部３から液状の熱硬化性樹脂を注入すると、下金型２Ａと上金型２Ｂとの間に配設された第２樹脂層Ｌ３の基材Ｌ３Ａ、第１樹脂層Ｌ１の基材Ｌ１Ａ、及び繊維強化樹脂層Ｌ２の基材Ｌ２Ａ全体に熱硬化性樹脂が含侵される。また、間隙部２１内には、熱硬化性樹脂が充填され、縁部２１Ａが形成される。

【0029】

下金型２Ａ及び上金型２Ｂは、熱硬化性樹脂を硬化させるために加熱される。これにより、第２樹脂層Ｌ３の基材Ｌ３Ａ、第１樹脂層Ｌ１の基材Ｌ１Ａ、繊維強化樹脂層Ｌ２の基材Ｌ２Ａ全体において、マトリクス樹脂である熱硬化性樹脂が硬化される。熱硬化性樹脂が硬化された後、下金型２Ａ及び上金型２Ｂは所定の温度に冷却されてもよい。以降、第２樹脂層Ｌ３の基材Ｌ３Ａ、第１樹脂層Ｌ１の基材Ｌ１Ａ、及び繊維強化樹脂層Ｌ２の基材Ｌ２Ａ全体にマトリクス樹脂が含侵され硬化したものを、それぞれ第２樹脂層Ｌ３、第１樹脂層Ｌ１、繊維強化樹脂層Ｌ２として説明する。上記工程により、第２樹脂層Ｌ３と、第１樹脂層Ｌ１と、繊維強化樹脂層Ｌ２とを備える、複合材料構造体１Ｄが形成される。

【0030】

次に、図４Ｃを参照しながら第３工程について説明する。第３工程では、複合材料構造体１Ｄに加工孔Ｈ２Ａを形成する孔あけ加工を行う。複合材料構造体１Ｄに孔あけ加工を行うことにより、複合材料構造体１Ｂが形成される。まず、下金型２Ａと上金型２Ｂとを分離して、金型内部から成形された複合材料構造体１Ｄを取り出す。そして、穴部Ｈ２内の板状部Ｐ１において、加工工具４により孔あけ加工を行う。加工工具４の外径Ｒ１は、板状部Ｐ１の、厚さ方向に直交する方向の寸法のうちの最小寸法よりも小さい。なお、本実施形態における当該板状部Ｐ１の最小寸法は、外径Ｒ３である。例えばＲ３は１０ｍｍ、Ｒ１は７ｍｍであるが、これに限定されず異なる寸法でもよい。また、加工孔Ｈ２Ａの平面視における形状は円形に限られず、楕円、矩形、多角形等のその他形状を有していてもよい。板状部Ｐ１の外形は、厚さ方向で見たときに加工孔Ｈ２Ａがその内部に収まる形状であればよい。より好ましくは、板状部Ｐ１の、厚さ方向に直交する方向の寸法のうちの最小寸法は、加工孔Ｈ２Ａの厚さ方向に直交する方向の寸法のうちの最大寸法よりも大きい。孔あけ加工は、板状部Ｐ１の径方向内方側であって、加工工具４が板状部Ｐ１の外周面Ｓ４と接触せず、且つ、棒状部Ｐ２全体を内部に含む領域に対して行う。

【0031】

孔あけ加工により、図３に示すように、外径がＲ１である加工孔Ｈ２Ａが形成される。複合材料構造体１Ｄに加工孔Ｈ２Ａを貫通することにより、内周面Ｓ３が形成される。内周面Ｓ３の周囲には、板状部Ｐ１のうち、加工工具４で削りとられなかった部分である残存部Ｐ３が位置している。残存部Ｐ３の周囲には、縁部２１Ａが位置し、縁部２１Ａは上述のように熱硬化性樹脂で形成されている。複合材料構造体１Ｄに上記加工を行うことにより、複合材料構造体１Ｂが形成される。

【0032】

図５は、第二実施形態の変形例に係る複合材料構造体１Ｂを製造する際の、第２工程について説明する図である。即ち、図５は第二実施形態の第２工程を示す図４Ｂに相当する。この変形例において、スペーサーＰはさらに、板状部Ｐ１の中央付近の他方の面から板状部Ｐ１に直交する方向に延出した第２棒状部Ｐ４を有している。第２樹脂層Ｌ３の基材Ｌ３Ａに第２棒状部Ｐ４が挿入され、上方側に貫通している。第２棒状部Ｐ４は第２樹脂層Ｌ３の基材Ｌ３Ａから厚さ方向に突出している。第２棒状部Ｐ４の、厚さ方向に直交する方向の寸法のうちの最大寸法は、加工工具４の外径Ｒ１より小さい。なお、本実施形態における当該第２棒状部Ｐ４の最大寸法は、第２棒状部Ｐ４の外径である。第２棒状部Ｐ４は、第２樹脂層Ｌ３の基材Ｌ３Ａへの挿入時に折れ曲がらない程度の強度を有する。第２棒状部Ｐ４の先端部分は、上金型２Ｂに設けられた凹部に収容される。なお、第２棒状部Ｐ４の平面視における形状は円形に限られず、楕円、矩形、多角形等のその他形状を有していてもよい。

【0033】

本実施形態の複合材料構造体１Ｄは、第１樹脂層Ｌ１の穴部Ｈ２に収容され、繊維強化樹脂層Ｌ２に配置されるスペーサーＰを備えている。スペーサーＰは、穴部Ｈ２に収容される板状部Ｐ１と、少なくとも一部が繊維強化樹脂層Ｌ２内に配置される棒状部Ｐ２と、を有する。複合材料構造体１Ｄに孔あけ加工を行うことにより、加工孔Ｈ２Ａが形成される。第１樹脂層Ｌ１における板状部Ｐ１の径方向の寸法は、加工孔Ｈ２Ａの外径Ｒ１よりも大きい。

【0034】

上記構成により、板状部Ｐ１の内側において、第１樹脂層Ｌ１におけるスペーサーＰの外径Ｒ３より細い加工工具４で孔あけ加工を行う場合、加工工具４と第１樹脂層Ｌ１の天然繊維との接触が抑制される。そのため、天然繊維の切り屑が加工工具４に巻き付くことを抑制することができる。これにより、加工工具４から切り屑を除去するためのメンテナンスの工数を低減すると共に、孔あけ工程が煩雑になることを抑制することができる。また、熱硬化性樹脂が穴部Ｈ２内に充填され硬化された後に上記の孔あけ加工を行う場合、加工後の孔と第１樹脂層Ｌ１との間に硬化した熱可塑性樹脂とスペーサーＰの一部である残存部Ｐ３が介在する。このため、第１樹脂層Ｌ１に含まれる天然繊維が大気に曝されることがなく、使用する天然繊維が吸水性を有している場合でも、当該天然繊維に水分が吸収されることを抑制することができる。また、スペーサーＰを目印として、孔あけ加工を行う位置をより確実に視認することができる。

【0035】

本実施形態の複合材料構造体１Ｄの繊維強化樹脂層Ｌ２における棒状部Ｐ２の外径は、加工孔Ｈ２Ａの外径Ｒ１よりも小さい。このため、孔あけ加工により、棒状部Ｐ２は加工工具４で削りとられて除去される。繊維強化樹脂層Ｌ２では、強化繊維含有量が低下した領域が内周面Ｓ３の周囲に形成されない。そのため、孔あけ加工による複合材料構造体１Ｄの剛性低下、具体的には孔加工部の剛性低下を抑制することができる。

【0036】

本実施形態の複合材料構造体１Ｄが備えるスペーサーＰは、熱可塑性樹脂で形成されている。このため、下金型２Ａ及び上金型２Ｂを加熱することで、スペーサーＰは溶融し、その後硬化する。そのため、スペーサーＰと複合材料構造体１Ｄとの結合力が向上する。

【0037】

本実施形態の複合材料構造体１Ｄが備えるスペーサーＰは、繊維強化樹脂層Ｌ２とは異なる色を有している。このため、孔あけ加工を行う際に、スペーサーＰの位置が視認しやすく、スペーサーＰを孔あけ加工位置の目印として使用することができる。

【0038】

本実施形態の複合材料構造体１Ｄが備えるスペーサーＰの棒状部Ｐ２は、繊維強化樹脂層Ｌ２から厚さ方向に突出している。このため、スペーサーＰの棒状部Ｐ２を下金型２Ａの凹部に差し込むことで、複合材料構造体１Ｄ全体の位置決めを容易に行うことができる。

【0039】

本実施形態の複合材料構造体１Ｄは、第１樹脂層Ｌ１における繊維強化樹脂層Ｌ２が設けられた面とは反対側の面に、第２樹脂層Ｌ３が設けられている。これにより、第１樹脂層Ｌ１が第２樹脂層Ｌ３と繊維強化樹脂層Ｌ２との間に挟まれる構成となるため、複合材料構造体１Ｄ全体の剛性が向上する。

【0040】

本実施形態の変形例に係る複合材料構造体１Ｄが備えるスペーサーＰは、第２樹脂層Ｌ３内に配置される第２棒状部Ｐ４を備えている。第２樹脂層Ｌ３における第２棒状部Ｐ４の外径は、第１樹脂層Ｌ１における板状部Ｐ１の外径よりも小さい。上記構成により、孔あけ加工を行う際に、複合材料構造体１Ｄの両面において、スペーサーＰの位置を視認しやすいため、孔あけ加工位置の目印として使用することができる。

【0041】

また、他の実施形態では、スペーサーＰの板状部Ｐ１における径方向外方に面する側面である外周面Ｓ４には、微細な凹凸が形成されている。この構成によれば、スペーサーＰと複合材料構造体１Ｄのマトリクス樹脂との接触面積が増加するため、スペーサーＰと複合材料構造体１Ｄとの結合力がより向上する。また、上記に限定されず、板状部Ｐ１の厚さ方向の表面に微細な凹凸を有していてもよい。

【0042】

上記実施形態では、棒状部Ｐ２は、繊維強化樹脂層Ｌ２の基材Ｌ２Ａから厚さ方向に突出していたが、これに限らず、繊維強化樹脂層Ｌ２の基材Ｌ２Ａから厚さ方向に突出していなくてもよい。また、第２棒状部Ｐ４は、第２樹脂層Ｌ３の基材Ｌ３Ａから厚さ方向に突出していたが、これに限らず、第２樹脂層Ｌ３の基材Ｌ３Ａから厚さ方向に突出していなくてもよい。なお、上記場合においても、繊維強化樹脂層Ｌ２あるいは第２樹脂層Ｌ３を透してスペーサーＰの位置を視認し、スペーサーＰを孔あけ加工位置の目印として使用することができる。また、スペーサーＰが、繊維強化樹脂層Ｌ２あるいは第２樹脂層Ｌ３とは異なる色を有していると、スペーサーＰの位置がより視認しやすく、スペーサーＰを目印として、孔あけ加工を行う位置をより確実に視認することができる。

【0043】

上記のように、本発明の実施形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

【符号の説明】

【0044】

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ 複合材料構造体
Ｈ１，Ｈ２ 穴部
Ｈ１Ａ，Ｈ２Ａ 加工孔
Ｌ１ 第１樹脂層
Ｌ２ 繊維強化樹脂層
Ｌ３ 第２樹脂層
Ｐ スペーサー
Ｐ１ 板状部
Ｐ２ 棒状部
Ｐ４ 第２棒状部
Ｒ１ 加工孔Ｈ１Ａの外径、加工孔Ｈ２Ａの外径
Ｒ２ 穴部Ｈ１の内径
Ｒ３ 板状部Ｐ１の外径

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5】