特開 2024-70039 複合材料製パネル構造体の製造方法および複合材料製パネル構造体

(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】P2024070039

(43)【公開日】2024-05-22

(54)【発明の名称】複合材料製パネル構造体の製造方法および複合材料製パネル構造体

(51)【国際特許分類】

   B29C 70/42 20060101AFI20240515BHJP

   B29C 70/16 20060101ALI20240515BHJP

   B29C 43/18 20060101ALI20240515BHJP

   B29K 105/08 20060101ALN20240515BHJP

   B29L 9/00 20060101ALN20240515BHJP

【ＦＩ】

B29C70/42

B29C70/16

B29C43/18

B29K105:08

B29L9:00

【審査請求】未請求

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022180388

(22)【出願日】2022-11-10

(71)【出願人】

【識別番号】000000974

【氏名又は名称】川崎重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100115381

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 昌崇

(74)【代理人】

【識別番号】100178582

【弁理士】

【氏名又は名称】行武 孝

(72)【発明者】

【氏名】市瀬 貴啓

(72)【発明者】

【氏名】木田 翔大

【テーマコード（参考）】

4F204

4F205

【Ｆターム（参考）】

4F204AC03

4F204AD16

4F204AG03

4F204AG28

4F204AJ08

4F204FA01

4F204FB01

4F204FB11

4F204FG09

4F204FH19

4F204FJ10

4F204FN11

4F204FN15

4F204FQ15

4F205AC03

4F205AD16

4F205AG03

4F205AG28

4F205AJ08

4F205HA08

4F205HA14

4F205HA25

4F205HA37

4F205HA45

4F205HB01

4F205HG06

4F205HK03

4F205HK04

4F205HK31

4F205HT13

4F205HT26

(57)【要約】

【課題】リブ内における繊維の充填率を維持しつつ、高い強度を備えた複合材料製パネル構造体の製造方法および複合材料製パネル構造体を提供する。
【解決手段】強化繊維として連続繊維を含む第１シート材１０１に、賦形性が高い第２シート材１０２を積層して積層体１００を形成する。凹部Ｋ３を有する成形型Ｋによって積層体１００をプレス成形し、第１シート材１０１および第２シート材１０２を含む基板部１１と、少なくとも第２シート材１０２を含み凹部Ｋ３に対応して基板部１１から立設するリブ１２とを含むパネル構造体１０を製造する。第２シート材１０２に予め切込みを形成することで、第２シート材１０２の賦形性を高める。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

強化繊維およびマトリクス樹脂を含有する複合材料製のパネル構造体を製造する複合材料製パネル構造体の製造方法であって、
前記強化繊維として連続繊維を含む第１シート材に、前記強化繊維を含み前記第１シート材よりも賦形性が高い第２シート材を積層して積層体を形成し、
凹部を有する成形型を前記凹部が前記第２シート材に対向するように配置して前記成形型によって前記積層体をプレス成形し、前記第１シート材および前記第２シート材を含む基板部と、少なくとも前記第２シート材を含み前記凹部に対応して前記基板部から立設するリブとを含む前記パネル構造体を製造する、複合材料製パネル構造体の製造方法。

【請求項2】

前記第２シート材として連続繊維を含むシート材を準備し、当該シート材に切込みを入れることで、前記第２シート材の賦形性を前記第１シート材よりも高く設定することを更に備える、請求項１に記載の複合材料製パネル構造体の製造方法。

【請求項3】

前記成形型として、複数の前記リブを形成するための複数の凹部を有するものを準備し、
前記プレス成形前に前記複数の凹部を前記第２シート材にそれぞれ投影した領域を複数の仮想リブ領域とすると、前記第２シート材のうち前記複数の仮想リブ領域によって囲まれた仮想内部領域を前記複数の凹部の数に応じて分断するように前記切込みを入れることを含む、請求項２に記載の複合材料製パネル構造体の製造方法。

【請求項4】

前記成形型として、接続された３以上の前記凹部を有するものを準備し、
前記仮想リブ領域同士の接続点と前記仮想内部領域の重心位置とを結ぶ複数の線分によって前記仮想内部領域を分断するように前記切込みを入れることを更に含む、請求項３に記載の複合材料製パネル構造体の製造方法。

【請求項5】

前記第２シート材として不連続繊維を含むシート材を用いることで、前記第２シート材の賦形性を前記第１シート材よりも高く設定することを更に備える、請求項１に記載の複合材料製パネル構造体の製造方法。

【請求項6】

前記第２シート材のうち前記凹部に対向する領域と前記第１シート材との間にフィラーを更に配置して前記積層体を形成することを備える、請求項１に記載の複合材料製パネル構造体の製造方法。

【請求項7】

少なくとも前記第２シート材のうち前記凹部に対向する領域と前記フィラーとの間に第３シート材を更に配置して前記積層体を形成することを備える、請求項６に記載の複合材料製パネル構造体の製造方法。

【請求項8】

前記成形型として前記凹部が前記第２シート材と平行な長手方向に延びるものを準備し、前記第３シート材として連続繊維を含むシート材を準備し、
前記第３シート材の前記連続繊維の配向方向が前記長手方向と交差するように、前記フィラーと前記第２シート材との間に前記第３シート材を配置して前記積層体を形成することを備える、請求項７に記載の複合材料製パネル構造体の製造方法。

【請求項9】

強化繊維およびマトリクス樹脂を含有する複合材料製のプレス成型品であるパネル構造体であって、
第１面と前記第１面とは反対の第２面とを有する基板部と、
前記基板部の前記第２面から立設するリブと、を備え、
前記基板部のうち少なくとも前記第１面を含む領域には、前記強化繊維として連続繊維を含む第１層が配置され、
前記基板部のうち前記第２面を含む領域および前記リブには、前記強化繊維を含み前記第１層よりもプレス成型時の賦形性が高い構造を有する第２層が配置されている、複合材料製パネル構造体。

【請求項10】

前記第２層は切込み入りの連続繊維を含む、請求項９に記載の複合材料製パネル構造体。

【請求項11】

前記第２層は不連続繊維を含む、請求項９に記載の複合材料製パネル構造体。

【請求項12】

前記リブの基端部において前記第１層および前記第２層に囲まれた三角形状の断面を有するフィラー領域に配置されたフィラー層を更に備える、請求項９に記載の複合材料製パネル構造体。

【請求項13】

前記第２層と前記フィラー層との間に配置され、前記第１層とともに前記フィラー領域を形成するフィラー押さえ層を更に備える、請求項１２に記載の複合材料製パネル構造体。

【請求項14】

前記フィラー押さえ層は、前記リブが前記第２面に沿って延びる長手方向と交差する方向に配向された連続繊維を含む、請求項１３に記載の複合材料製パネル構造体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、複合材料製パネル構造体の製造方法および複合材料製パネル構造体に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、軽く強度の高い特性を有する複合材料は金属に代わる軽量化材料として、航空機、自動車をはじめとする各種の産業分野での利用が期待されている。このような複合材料の適用が進む中で、高い生産性と低コストでの製造が可能なプレス成形法が注目されている。更に、複合材料をプレス成形することによって製造されるパネル構造体として、軽量かつ高い剛性を有するためにリブなどの立設部位を有するものが知られている。

【0003】

リブなどの立設部位を有する成形体を製造する場合、特許文献１に記載されたようなランダムマット材が用いられることが多い。ランダムマット材の一例として、ＳＭＣ（シート・モールディング・コンパウンド）が知られている。ランダムマット材は、不連続の強化繊維と樹脂組成物とを含む。ランダムマット材は、プレス成形時にリブの形状に応じて変形しやく、更に前記リブ内に繊維が入りやすいという、いわゆる賦形性を有している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１９－２１８４４５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記のような不連続繊維を含むランダムマット材のみから製造されるパネル構造体は、連続繊維を含む材料から構成されるものと比較して強度が劣るという問題があった。一方、連続繊維を含む材料のみから製造されるパネル構造体は、連続繊維が変形しにくいことに起因して、リブ内に繊維が流れ込みにくいという問題があった。

【0006】

本開示の目的は、リブ内における繊維の充填率を維持しつつ、高い強度を備えた複合材料製パネル構造体の製造方法および複合材料製パネル構造体を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一の局面に係る複合材料製パネル構造体の製造方法は、強化繊維およびマトリクス樹脂を含有する複合材料製のパネル構造体を製造する複合材料製パネル構造体の製造方法であって、前記強化繊維として連続繊維を含む第１シート材に、前記第１シート材よりも賦形性が高い第２シート材を積層して積層体を形成し、凹部を有する成形型を前記凹部が前記第２シート材に対向するように配置して前記成形型によって前記積層体をプレス成形し、前記第１シート材および前記第２シート材を含む基板部と、少なくとも前記第２シート材を含み前記凹部に対応して前記基板部から立設するリブとを含む前記パネル構造体を製造するものである。

【0008】

また、本開示の他の局面に係る複合材料製パネル構造体は、強化繊維およびマトリクス樹脂を含有する複合材料製のプレス成型品であるパネル構造体であって、第１面と前記第１面とは反対の第２面とを有する基板部と、前記基板部の前記第２面から立設するリブと、を備え、前記基板部のうち少なくとも前記第１面を含む領域には、前記強化繊維として連続繊維を含む第１層が配置され、前記基板部のうち前記第２面を含む領域および前記リブには、前記第１層よりもプレス成型前の賦形性が高い構造を有する第２層が配置されている。

【発明の効果】

【0009】

本開示によれば、リブ内における繊維の充填率を維持しつつ、高い強度を備えた複合材料製パネル構造体の製造方法および複合材料製パネル構造体を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、本開示に係るパネル構造体の模式的な平面図である。

【図2】図２は、図１のパネル構造体の矢印ＩＩ－ＩＩ位置における模式的な断面図である。

【図3】図３は、本開示に係るパネル構造体の製造に用いられる積層体および成形型の模式的な断面図である。

【図4】図４は、本開示に係るパネル構造体の製造に用いられる積層体に切込みが形成された様子を示す模式的な平面図である。

【図5】図５は、図３の積層体をプレス成形したパネル構造体の模式的な断面図である。

【図6】図６は、本開示に係るパネル構造体の断面図であって、フィラー押さえを有する場合の断面図である。

【図7】図７は、本開示に係るパネル構造体の断面図であって、フィラー押さえを有さない場合の断面図である。

【図8】図８は、本開示の変形例に係るパネル構造体におけるプレス成形前の積層体の切込みの配置を示す模式的な平面図である。

【図9】図９は、本開示の変形例に係るパネル構造体におけるプレス成形前の積層体の切込みの配置を示す模式的な平面図である。

【図10】図１０は、本開示の変形例に係るパネル構造体におけるプレス成形前の積層体の切込みの配置を示す模式的な平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面に基づいて、本開示の一実施形態を詳細に説明する。図１は、本開示に係るパネル構造体１０の模式的な平面図である。図２は、図１のパネル構造体１０の矢印ＩＩ－ＩＩ位置における模式的な断面図である。以下では、本実施形態に係る複合材料製のパネル構造体を略してパネル構造体１０と称する。パネル構造体１０は、強化繊維およびマトリクス樹脂を含有する複合材料製のプレス成形品である。パネル構造体１０は、基板部１１と、基板部１１から立設する複数のリブ１２とを有している。なお、図１の平面図では、パネル構造体１０の一部を波線で抜き出して図示している。本実施形態では、パネル構造体１０は３つのリブ１２を有しており、各々のリブ１２の両端部は互いに接続され、平面視で三角形を形成している。パネル構造体１０は、図１に示す構造を１単位として、複数の前記構造を備えるものでも良い。

【0012】

図２に示すように、基板部１１は、第１面１１Ａと、第１面１１Ａとは反対側の第２面１１Ｂとを含む。リブ１２は、基板部１１の第２面１１Ｂから立設する。各リブ１２は、第２面１１Ｂに沿って図２の紙面と直交する長手方向にそれぞれ延びている。各リブ１２は、パネル構造体１０の剛性を高める機能を有している。なお、図２に示すように、基板部１１のうちリブ１２が立設する部位をリブ底部１４と称する。

【0013】

パネル構造体１０は、第１層１０Ａおよび第２層１０Ｂを含む積層構造を有している。第１層１０Ａは、基板部１１の第１面１１Ａを含む領域に配置されている。第２層１０Ｂは、基板部１１の第２面１１Ｂを含む領域およびリブ１２に配置されている。第１層１０Ａおよび第２層１０Ｂの各々は、複数の複合材料層２１を含む。図２では、複合材料層２１に含まれる強化繊維を太線で示している。本実施形態では、当該強化繊維として、連続繊維が用いられている。また、第２層１０Ｂは、第１層１０Ａと比較して、パネル構造体１０のプレス成形時における賦形性が高い構造を有している。具体的に、第２層１０Ｂは、切込み入りの連続繊維を含んでいる。当該切込みの形状については、後記で詳述する。

【0014】

更に、パネル構造体１０は、連続繊維を含むフィラー押さえ層２２と、フィラー層２３とを有する。パネル構造体１０のうちフィラー層２３が配置される領域をフィラー領域１５と称する。フィラー領域１５は、リブ１２の基端部において第１層１０Ａおよび第２層１０Ｂに囲まれた領域である。フィラー押さえ層２２は、第２層１０Ｂとフィラー層２３との間に配置され、図１に示すように、第１層１０Ａとともに三角形状の断面を有するフィラー領域１５を形成している。フィラー押さえ層２２は、連続繊維を含む。当該連続繊維は、リブ１２が延びる方向と交差する方向に配向されている。一例として、フィラー押さえ層２２に含まれる連続繊維は、リブ１２の長手方向、すなわち、図２の紙面と直交する方向に対して４５度以上９０度以下の角度で交差するように配置されている。

【0015】

図３は、本実施形態に係るパネル構造体１０の製造に用いられる積層体１００および成形型Ｋの模式的な断面図である。図４は、積層体１００に切込みＪが形成された様子を示す模式的な平面図である。図５は、図２Ａの積層体１００をプレス成形したパネル構造体１０の模式的な断面図である。

【0016】

図３に示すように、予め準備された積層体１００を成形型Ｋによってプレス成形することで、パネル構造体１０が製造される。積層体１００は、第１シート材１０１と、第１シート材１０１上に積層された第２シート材１０２と、フィラー押さえ２２Ａと、フィラー２３Ａとを有する。なお、積層体１００は、プリフォームとも言う。

【0017】

第１シート材１０１、第２シート材１０２およびフィラー押さえ２２Ａの各々は、強化繊維として連続繊維を含むプリプレグを積層したものである。第１シート材１０１はスキン材とも言う。また、第２シート材１０２はパッチ材とも言う。

【0018】

上記のプリプレグとして、パネル構造体１０の複合材料層を構成する強化繊維および樹脂組成物の具体的な種類は特に限定されるものではない。強化繊維は、パネル構造体１０が適用される部品において良好な物性を実現できるものであれば、その具体的な種類は特に限定されないが、例えば、炭素繊維、ポリエステル繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維、ボロン繊維、アラミド繊維、ガラス繊維、シリカ繊維、炭化ケイ素繊維、ナイロン繊維、等を挙げることができる。これら強化繊維は、１種類のみが用いられてもよいし２種類以上が適宜組み合わせて用いられてもよい。本実施形態では、強化繊維として炭素繊維が好適に用いられる。また、強化繊維の使用形態は特に限定されないが、代表的には、組物、織物、編物、不織布等で構成された基材として用いることができる。

【0019】

また、強化繊維に含浸される樹脂組成物は、基材を支持するマトリクス材（母材）として使用可能な樹脂材料を含有していればよい。具体的な樹脂材料としては、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂とが挙げられる。

【0020】

熱硬化性樹脂の具体的な種類は特に限定されないが、代表的には、例えば、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、シアネートエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂等が挙げられる。これら熱硬化性樹脂は単独種で用いられてもよいし、複数種が組み合わせられて用いられもよい。また、これら熱硬化性樹脂のより具体的な化学構造も特に限定されず、公知の種々のモノマーが重合されたポリマーであってもよいし、複数のモノマーが重合されたコポリマーであってもよい。また、平均分子量、主鎖および側鎖の構造等についても特に限定されない。

【0021】

また、熱可塑性樹脂の具体的な種類も特に限定されないが、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド等のエンジニアリングプラスチックが好適に用いられる。これら熱可塑性樹脂もより具体的な化学構造は特に限定されず、公知の種々のモノマーが重合されたポリマーであってもよいし、複数のモノマーが重合されたコポリマーであってもよい。また、平均分子量、主鎖および側鎖の構造等についても特に限定されない。

【0022】

複合材料のマトリクス材は、前述した熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂のみで構成されてもよいが、公知の硬化剤、硬化促進剤、繊維基材以外の補強材または充填材、その他公知の添加剤を含んでいてもよい。硬化剤、硬化促進剤等の添加剤の具体的な種類、組成等についても特に限定されず、公知の種類または組成のものを好適に用いることができる。

【0023】

すなわち、本開示においては、マトリクス材は、熱硬化性樹脂および他の成分を含有する熱硬化性樹脂組成物、あるいは、熱可塑性樹脂および他の成分を含有する熱可塑性樹脂組成物であってもよい。したがって、本開示においては、複合材料は、強化繊維と熱硬化性樹脂または熱硬化性樹脂組成物とで構成される「熱硬化型」であってもよいし、強化繊維と熱可塑性樹脂または熱可塑性樹脂組成物とで構成される「熱可塑型」であってもよい。

【0024】

フィラー押さえ２２Ａは、本開示における第３シート材に相当する。このフィラー押さえ２２Ａは、単層のプリプレグでもよい。また、フィラー押さえ２２Ａは、フィラー層２３が配置される領域に限定して設けられても良い。

【0025】

フィラー２３Ａは、第１シート材１０１と第２シート材１０２との間において、パネル構造体１０のリブ１２が形成される領域に配置される。フィラー２３Ａは、連続繊維または不連続繊維のいずれを含むものでもよい。本実施形態では、図３に示すように、長さが異なる複数のフィラーが三角形状に積層されている。

【0026】

一方、成形型Ｋは、第１型Ｋ１と、第２型Ｋ２とを有し、第２型Ｋ２はリブ１２を成形するための凹部Ｋ３を有している。なお、図１に示すように本実施形態に係るパネル構造体１０は互いに接続された３つのリブ１２を有している。したがって、第２型Ｋ２は、各リブ１２に対応するように３つの凹部Ｋ３を有している。図４に示す積層体１００の平面図には、図１の３つのリブ１２に対応する３つの仮想リブ領域１２Ｓが破線で描かれている。３つの仮想リブ領域１２Ｓは、プレス成形前において、上記の３つの凹部Ｋ３をプレス方向に沿って積層体１００の第２シート材１０２上に投影した領域に相当する。なお、第２シート材１０２のうち複数の仮想リブ領域１２Ｓによって囲まれた領域を仮想内部領域Ｒと称する。

【0027】

図４に示すように、プレス成形前に、第２シート材１０２には３つの切込みＪが形成される。当該３つの切込みＪは、凹部Ｋ３の数に応じて仮想内部領域Ｒを分断するように設定されている。具体的に、各切込みＪは、仮想リブ領域１２Ｓ同士の接続点Ｐと仮想内部領域Ｒの重心位置Ｑとを結ぶ線分上に形成されている。この結果、１つの仮想リブ領域１２Ｓと２つの切込みＪとによって小さな三角形が形成される。仮想内部領域Ｒには、３つの前記三角形が形成される。

【0028】

図３に示すように、凹部Ｋ３の下方の仮想リブ領域１２Ｓ周辺では、積層体１００として第１シート材１０１、フィラー２３Ａ、フィラー押さえ２２Ａおよび第２シート材１０２が順に積層されている。この状態で、第１型Ｋ１および第２型Ｋ２を含む成形型Ｋによって、図３の上下方向に沿って積層体１００がプレス成形されると、図５に示すようにパネル構造体１０が製造される。パネル構造体１０の基板部１１は、第１シート材１０１を材料とする第１層１０Ａ、第２シート材１０２を材料とする第２層１０Ｂを含む。リブ１２は、主に第２シート材１０２を材料とする第２層１０Ｂによって形成される。リブ１２の基端部には、フィラー層２３が形成され、フィラー層２３の直上をフィラー押さえ層２２が覆っている。

【0029】

本実施形態では、上記のプレス成形時に、第２シート材１０２のうち切込みＪによって分断された各領域が、図４の白抜き矢印で示すように、仮想リブ領域１２Ｓ、すなわち凹部Ｋ３に向かってスムーズに流れ込むことができる。換言すれば、第２シート材１０２のうち複数の凹部Ｋ３に流れ込もうとする各領域が互いに引っ張り合うことが抑制される。この結果、第２シート材１０２に含まれる連続繊維をリブ１２の内部に広く充填させることができる。

【0030】

このように、本実施形態では、強化繊維として連続繊維を含む第２シート材１０２に複数の切込みＪが形成されることで、第２シート材１０２の賦形性、すなわち、凹部Ｋ３への入り込みやすさが第１シート材１０１の賦形性よりも高く設定される。なお、切込みＪは、第２シート材１０２のみならず、フィラー押さえ２２Ａおよびフィラー２３Ａのうちの少なくとも一方にも形成されてもよい。

【0031】

また、第１シート材１０１および第２シート材１０２は、強化繊維として連続繊維を含んでいるため、成形後の積層体１００の強度、剛性を高く維持することができる。特に、従来のように、積層体１００としてランダムマット材を積層したものを使用する場合と比較して、強度、剛性が向上したパネル構造体１０を製造することができる。更に、積層体１００の積層時に、第１シート材１０１および第２シート材１０２の連続繊維の方向を適宜設定することによって、異方性を考慮したパネル構造体１０の設計、製造を行うことができる。

【0032】

また、リブ１２の基端部にはフィラー層２３が形成されているため、第１層１０Ａすなわちプレス成形前の第１シート材１０１がリブ１２側に引き込まれることを防ぐことができる。なお、第２シート材１０２の厚さを大きくして第１シート材１０１の引き込みを防いでも良いが、この場合、パネル構造体１０の板厚が大きくなってしまう。したがって、パネル構造体１０の板厚を薄くしたい場合には、リブ１２の基端部にフィラー層２３を形成することが望ましい。

【0033】

図６は、本実施形態に係るパネル構造体１０の断面図であって、フィラー押さえ層２２を有する場合の断面図である。図７は、本実施形態に係るパネル構造体１０と比較される他のパネル構造体１０の断面図であって、フィラー押さえ層２２を有さない場合の断面図である。図６、図７は、いずれも実際に試作したパネル構造体１０の断面写真を模式的に図示したものである。

【0034】

図３のように、本実施形態では、積層体１００の仮想リブ領域１２Ｓでは、フィラー２３Ａの上方に連続繊維を含むフィラー押さえ２２Ａが配置されている。このため、プレス成形時にフィラー２３Ａが凹部Ｋ３に向かって押し上げられることが抑制される。この結果、図６に示すように、リブ１２の先端部分には第２シート材１０２に基づく第２層１０Ｂが安定して配置される。また、リブ１２の基端部にフィラー層２３が略三角形状に形成されており、その下方に、第１シート材１０１に基づく第１層１０Ａが略平板状に安定して形成されている。なお、フィラー押さえ２２Ａの連続繊維の配向方向は、凹部Ｋ３すなわちリブ１２の長手方向と交差するように配置されることが望ましい。特に、凹部Ｋ３の長手方向と前記配向方向とが４５度以上９０度以下の鋭角で交差することが望ましい。この場合、フィラー押さえ２２Ａの連続繊維が、フィラー２３Ａを安定して押さえつけることができる。

【0035】

一方、積層体１００の仮想リブ領域１２Ｓにおいて、フィラー２３Ａの上方にフィラー押さえ２２Ａが配置されない場合、プレス成形時に、フィラー２３Ａが凹部Ｋ３に向かって押し上げられるため、図７に示すように、リブ１２の先端部にフィラー層２３が配置される場合がある。この場合、第１層１０Ａの一部がリブ１２の中央部まで分布する。なお、図７に示す状態でも、リブ１２の内部には第２層１０Ｂおよびフィラー層２３の繊維が充填されるため、リブ１２の強度を保つことが可能である。ただし、第１層１０Ａの一部がリブ１２内に流れ込むため、図２のリブ底部１４付近に窪みが発生するとともに第１シート材１０１の繊維（スキン）にうねりが発生するため、スキンの強度が低下する可能性がある。このため、図３に示すように、フィラー２３Ａの上方にフィラー押さえ２２Ａが配置されることが望ましい。ただし、図２におけるフィラー押さえ２２Ａおよびフィラー２３Ａは必須の構成ではない。

【0036】

図８、図９、図１０は、上記の実施形態の各変形例に係るパネル構造体１０におけるプレス成形前の積層体１００の切込みの配置を示す模式的な平面図である。

【0037】

図８に示す変形例では、パネル構造体１０が２つのリブ１２を有し、第２シート材１０２の仮想内部領域Ｒが１つの切込みＪによって二分される。この場合も、成形型Ｋによって積層体１００がプレス成形されると、第２シート材１０２のうち切込みＪによって二分された各領域が、図８の白抜き矢印で示すように図３の凹部Ｋ３に向かってスムーズ流れ込むことができる。

【0038】

同様に、図９に示す例では、パネル構造体１０が４つのリブ１２を有し、第２シート材１０２の仮想内部領域Ｒが４つの切込みＪによって分断される。この場合も、成形型Ｋによって積層体１００がプレス成形されると、第２シート材１０２のうち切込みＪによって分断された各領域が、図９の白抜き矢印で示すように図３の凹部Ｋ３に向かってスムーズ流れ込むことができる。

【0039】

更に、図１０に示す例では、パネル構造体１０が６つのリブ１２を有し、第２シート材１０２の仮想内部領域Ｒが６つの切込みＪによって分断される。この場合も、成形型Ｋによって積層体１００がプレス成形されると、第２シート材１０２のうち切込みＪによって分断された各領域が、図１０の白抜き矢印で示すように図３の凹部Ｋ３に向かってスムーズ流れ込むことができる。

【0040】

以上、本開示に係るパネル構造体１０およびその製造方法について説明したが、本開示は上掲の実施形態に何ら限定されない。例えば、上述のパネル構造体１０などについて、次のような変形実施形態を取ることができる。

【0041】

上記の説明では、第２シート材１０２の賦形性を第１シート材１０１よりも高く設定し、凹部Ｋ３への流れ込みを促進する構造として、第２シート材１０２に切込みＪが形成される態様にて説明したが、本開示はこれに限定されるものではない。一例として、強化繊維として連続繊維を含む第１シート材１０１に対して、第２シート材１０２が強化繊維として不連続繊維を含むことで、第２シート材１０２の賦形性を高める態様でもよい。

【0042】

この場合、第２シート材１０２として公知のＳＭＣ（シート・モールディング・コンパウンド）などのランダムマット材を用いることができる。例えば、第２シート材１０２は、強化材となる炭素繊維を長さ１０ｍｍから５０ｍｍ程に裁断し、樹脂、硬化剤、内部離型剤などを混合した樹脂ペーストに含浸させ、さらに加熱し増粘させることで、シート状に成形される。このような、第２シート材１０２を第１シート材１０１上に積層して積層体１００を形成した場合、第２シート材１０２内の強化繊維が比較的短いため、プレス成形時に、第２シート材１０２が凹部Ｋ３内に流れ込みやすい。したがって、成形後のパネル構造体１０のリブ１２内に強化繊維を広く充填させることができる。

【0043】

一方、パネル構造体１０の基板部１１には、連続繊維を含む第１シート材１０１が配置されているため、パネル構造体１０の強度、剛性を高く維持することができる。なお、本実施形態においても、先の実施形態と同様に、フィラー押さえ２２Ａ、フィラー２３Ａを配置することで、成形後のパネル構造体１０にフィラー押さえ層２２およびフィラー層２３を形成することが可能となり、先の実施形態と同様の効果を奏することができる。

【0044】

また、上記の各実施形態では、第２シート材１０２に比較的大きな切込みＪを入れることで、賦形性を高める態様にて説明したが、複数のスリットを入れることで賦形性を高めるものでもよい。この場合、スリットは、例えば１ｍｍ以上５０ｍｍ以下程度の長さを有し、第２シート材１０２に含まれる連続繊維の繊維方向に対して０度よりも大きく９０度以下の鋭角で交差する方向に沿って形成されることが望ましい。

【0045】

［本開示のまとめ］
以上説明した具体的実施形態には、以下の構成を有する開示が含まれている。

【0046】

本開示の第１の局面に係る複合材料製パネル構造体の製造方法は、強化繊維およびマトリクス樹脂を含有する複合材料製のパネル構造体を製造する方法である。当該製造方法では、前記強化繊維として連続繊維を含む第１シート材に、前記強化繊維を含み前記第１シート材よりも賦形性が高い第２シート材を積層して積層体を形成し、凹部を有する成形型を前記凹部が前記第２シート材に対向するように配置して前記成形型によって前記積層体をプレス成形し、前記第１シート材および前記第２シート材を含む基板部と、少なくとも前記第２シート材を含み前記凹部に対応して前記基板部から立設するリブとを含む前記パネル構造体を製造する。

【0047】

本方法によれば、パネル構造体のリブ側に第１シート材よりも賦形性の高い第２シート材を用いることで、成形時に第２シート材の凹部への流れ込みが促進され、リブ内の広い範囲に強化繊維を充填することができる。更に、第１シート材、第２シート材ともに、内部に強化繊維を含む層を有している。このため、リブを備えながら、強度、剛性が高いパネル構造体を製造することができる。

【0048】

また、本開示の第２の局面に係る複合材料製パネル構造体の製造方法は、第１の局面に係る製造方法において、前記第２シート材として連続繊維を含むシート材を準備し、当該シート材に切込みを入れることで、前記第２シート材の賦形性を前記第１シート材よりも高く設定することを更に備える。

【0049】

本方法によれば、第２シート材に予め切込みを入れることで、その賦形性を高めて、成形時に第２シート材の凹部への流れ込みを促進することができる。

【0050】

また、本開示の第３の局面に係る複合材料製パネル構造体の製造方法は、第２の局面に係る製造方法において、前記成形型として、複数の前記リブを形成するための複数の凹部を有するものを準備し、前記プレス成形前に前記複数の凹部を前記第２シート材にそれぞれ投影した領域を複数の仮想リブ領域とすると、前記第２シート材のうち前記複数の仮想リブ領域によって囲まれた仮想内部領域を前記複数の凹部の数に応じて分断するように前記切込みを入れることを含む。

【0051】

本方法によれば、第２シート材の仮想内部領域を切込みによって分断することで、分断された各領域が凹部内にスムーズに流れ込むため、連続繊維を広く分布させつつ複数のリブを安定して形成することができる。

【0052】

また、本開示の第４の局面に係る複合材料製パネル構造体の製造方法は、第３の局面に係る製造方法において、前記成形型として、接続された３以上の前記凹部を有するものを準備し、前記仮想リブ領域同士の接続点と前記仮想内部領域の重心位置とを結ぶ複数の線分によって前記仮想内部領域を分断するように前記切込みを入れることを更に含む。

【0053】

本方法によれば、成形型が３以上の凹部を有する場合であっても、第２シート材が各凹部内にスムーズに流れ込むことができる。

【0054】

また、本開示の第５の局面に係る複合材料製パネル構造体の製造方法は、第１の局面に係る製造方法において、前記第２シート材として不連続繊維を含むシート材を用いることで、前記第２シート材の賦形性を前記第１シート材よりも高く設定することを更に備える。

【0055】

本方法によれば、第２シート材に不連続繊維を含む材料を用いることで、その賦形性を高めて、成形時に第２シート材の凹部への流れ込みを促進することができる。

【0056】

また、本開示の第６の局面に係る複合材料製パネル構造体の製造方法は、第１から第５の局面に係る製造方法において、前記第２シート材のうち前記凹部に対向する領域と前記第１シート材との間にフィラーを更に配置して前記積層体を形成することを備える。

【0057】

本方法によれば、プレス成形時に、第１シート材が凹部に流れ込むことを抑制することができる。

【0058】

また、本開示の第７の局面に係る複合材料製パネル構造体の製造方法は、第６の局面に係る製造方法において、少なくとも前記第２シート材のうち前記凹部に対向する領域と前記フィラーとの間に第３シート材を更に配置して前記積層体を形成することを備える。

【0059】

本方法によれば、プレス成形時に、フィラーが凹部に流れ込むことを抑制することができる。

【0060】

更に、本開示の第８の局面に係る複合材料製パネル構造体の製造方法は、第７の局面に係る製造方法において、前記成形型として前記凹部が前記第２シート材と平行な長手方向に延びるものを準備し、前記第３シート材として連続繊維を含むシート材を準備し、前記第３シート材の前記連続繊維の配向方向が前記長手方向と交差するように、前記フィラーと前記第２シート材との間に前記第３シート材を配置して前記積層体を形成することを備える。

【0061】

本方法によれば、第３シート材の連続繊維の配向方向を調整することで、プレス成形時に、フィラーが凹部に流れ込むことを更に抑制することができる。なお、第３シート材として織物材を用いてもよい。この場合、繊維の方向は一方向ではないため、織物材を積層する際の角度を規定する必要はない。

【0062】

また、本開示の第９の局面に係る複合材料製パネル構造体は、強化繊維およびマトリクス樹脂を含有する複合材料製のプレス成型品であるパネル構造体である。当該パネル構造体は、第１面と前記第１面とは反対の第２面とを有する基板部と、前記基板部の前記第２面から立設するリブと、を備え、前記基板部のうち少なくとも前記第１面を含む領域には、前記強化繊維として連続繊維を含む第１層が配置され、前記基板部のうち前記第２面を含む領域および前記リブには、前記強化繊維を含み前記第１層よりもプレス成型時の賦形性が高い構造を有する第２層が配置されている。

【0063】

本構成によれば、パネル構造体のリブ側に第１層よりもプレス時の賦形性が高い第２層を配置することで、リブ内の広い範囲に強化繊維を充填することができる。更に、第１層、第２層ともに内部に強化繊維を有しているため、リブを備え、強度、剛性が高いパネル構造体を取得することができる。

【0064】

本開示の第１０の局面に係る複合材料製パネル構造体は、第９の局面に係るパネル構造体において、前記第２層は切込み入りの連続繊維を含むものである。

【0065】

本構成によれば、切込み入りの連続繊維を含む材料によって第２層を形成することで、その賦形性を高めて、第２層の連続繊維をリブ内に広く分布させることができる。

【0066】

本開示の第１１の局面に係る複合材料製パネル構造体は、第９の局面に係るパネル構造体において、前記第２層は不連続繊維を含むものである。

【0067】

本構成によれば、不連続繊維を含む材料によって第２層を形成することで、当該第２層の賦形性を高めて、強化繊維をリブ内に広く分布させることができる。

【0068】

本開示の第１２の局面に係る複合材料製パネル構造体は、第９から第１１の局面に係るパネル構造体において、前記リブの基端部において前記第１層および前記第２層に囲まれた三角形状の断面を有する領域に配置されたフィラー層を更に備える。

【0069】

本構成によれば、プレス成形時に、第１層がリブに流れ込むことを抑制し、基板部に第１層を安定して分布させることができる。

【0070】

本開示の第１３の局面に係る複合材料製パネル構造体は、第１２の局面に係るパネル構造体において、前記第２層と前記フィラー層との間に配置され、前記第１層とともに前記三角形状の断面を有する領域を形成するフィラー押さえ層を更に備える。

【0071】

本構成によれば、プレス成形時にフィラー層がリブ内に流れ込むことを抑制することができる。

【0072】

本開示の第１４の局面に係る複合材料製パネル構造体は、第１３の局面に係るパネル構造体において、前記フィラー押さえ層は、前記リブが前記第２面に沿って延びる方向と交差する方向に配向された連続繊維を含むものである。

【0073】

本構成によれば、フィラー押さえ層の連続繊維の配向方向を調整することで、プレス成形時にフィラー層がリブ内に流れ込むことを更に抑制することができる。

【符号の説明】

【0074】

１０ パネル構造体
１００ 積層体
１０１ 第１シート材
１０２ 第２シート材
１０Ａ 第１層
１０Ｂ 第２層
１１ 基板部
１１Ａ 第１面
１１Ｂ 第２面
１２ リブ
１２Ｓ 仮想リブ領域
１４ リブ底部
１５ フィラー領域
２１ 複合材料層
２２ フィラー押さえ層
２２Ａ フィラー押さえ
２３ フィラー層
２３Ａ フィラー
Ｊ 切込み
Ｋ 成形型
Ｋ１ 第１型
Ｋ２ 第２型
Ｋ３ 凹部
Ｐ 接続点
Ｑ 重心位置
Ｒ 仮想内部領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】