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JP7689505B2 - Fiber-reinforced resin molding and its manufacturing method - Google Patents
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Description

本発明は、構造材として幅広く用いることができる繊維強化樹脂成形体及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a fiber-reinforced resin molding that can be widely used as a structural material and a method for manufacturing the same.

繊維強化樹脂は一般的な樹脂と比較して同等の軽量性を備える一方、繊維方向に対しては金属材料に匹敵する引張り強さを有するものがある。このような優れた特徴から、今日では機械・航空機・車両・建材等の産業資材の他、レジャー用具、医療器材、宇宙産業資材等、幅広い分野に繊維強化樹脂を用いた成形体が利用されている。
特に、マトリックス樹脂に熱可塑性樹脂を用いたものは、熱硬化性樹脂を用いたものと比較して弾性や耐衝撃性に優れ、冷却により短時間で固化できるため、物性面や経済的観点からも有用である。
Fiber-reinforced resins are as lightweight as general resins, but some have tensile strength in the fiber direction that is comparable to that of metal materials. Due to these excellent characteristics, molded products made from fiber-reinforced resins are used in a wide range of fields today, including industrial materials such as machines, aircraft, vehicles, and building materials, as well as leisure equipment, medical equipment, and space industry materials.
In particular, those using thermoplastic resins as the matrix resin have superior elasticity and impact resistance compared to those using thermosetting resins, and can be solidified in a short time by cooling, making them useful from both a physical property and an economical standpoint.

熱可塑性樹脂をマトリックス樹脂とした繊維強化樹脂成形体の製造方法には、一方向に引き揃えて開繊した強化繊維にマトリックス樹脂を含浸させてシート状に成形したプリプレグを複数積層し、熱プレスによって所定の形状に成形する方法がある。この方法では、短繊維を充填材として用いる射出成形と比較して、強化繊維の繊維長を長くすることができ、より高い強度とすることができる。 One method for manufacturing fiber-reinforced resin moldings using thermoplastic resin as the matrix resin is to laminate multiple prepregs made by impregnating reinforcing fibers that have been aligned in one direction and spread with matrix resin and forming them into sheets, and then molding them into a desired shape using a heat press. With this method, the fiber length of the reinforcing fibers can be made longer, resulting in higher strength, compared to injection molding, which uses short fibers as a filler.

従来において、本願の出願人は前記プリプレグを用いた製造方法に更なる改良を加え、強化繊維による良好な補強効果を享受しながら成形品の形状自由度を高めることが可能な繊維強化樹脂成形品(前記繊維強化樹脂成形体に相当)の製造方法を特許出願している(特許文献1参照)。
本願の出願人が出願した特許文献1には、熱可塑性のマトリックス樹脂に多数の強化繊維を含浸させたシート状の基材(前記プリプレグに相当)に所定パターンの切込みを設け、前記基材を繊維方向が互い違いになる状態で積み重ねてプレス加工する製造方法の技術が開示されている。
Previously, the applicant of the present application has made further improvements to the manufacturing method using the prepreg, and has filed a patent application for a manufacturing method for a fiber-reinforced plastic molded product (corresponding to the above-mentioned fiber-reinforced plastic molded body) that can increase the degree of freedom in the shape of the molded product while enjoying the favorable reinforcing effect of the reinforcing fibers (see Patent Document 1).
Patent Document 1 filed by the applicant of the present application discloses a manufacturing technique in which a sheet-like base material (corresponding to the prepreg) made of a thermoplastic matrix resin impregnated with a large number of reinforcing fibers is cut in a predetermined pattern, and the base material is stacked with the fiber directions alternating, and then pressed.

当該基材800における所定パターンは、図21に示すように、複数並列したミシン目状の縦カットライン801・801…と複数の横カットライン802・802…とを有する。隣り合うミシン目状の縦カットライン801・801…は僅かに交互にずれて配置され、横カットライン802・802…は縦カットライン801・801…のそれぞれの一端803・803…をひとつ飛ばしに連結するように直線的に横断している。前記横カットライン802・802…は、ミシン目状に連続する縦カットライン801・801…毎に設けられている。ただし、何れの切込みも基材800の外周部804には達していないため、基材800が分離することはない。このような切込みにより、残余部分が繊維直交方向にジグザグ状に蛇行し、それが繊維方向に複数並列した形状を呈している。 As shown in FIG. 21, the predetermined pattern in the base material 800 has a plurality of parallel perforated vertical cut lines 801, 801... and a plurality of parallel horizontal cut lines 802, 802.... The adjacent vertical cut lines 801, 801... are slightly offset from one another, and the horizontal cut lines 802, 802... cross the vertical cut lines 801, 801... in a straight line so as to connect each end 803, 803... of each vertical cut line 801, 801... every other vertical cut line. The horizontal cut lines 802, 802... are provided for each of the vertical cut lines 801, 801... that are continuous in a perforated manner. However, since none of the cuts reach the outer periphery 804 of the base material 800, the base material 800 does not separate. Due to these cuts, the remaining part zigzags in the direction perpendicular to the fibers, and these cuts are arranged in parallel in the fiber direction.

上記特許文献1に記載の技術は、横カットラインが強化繊維を切断することで繊維長が短くなり、強化繊維が樹脂の流動を阻害する程度を軽減する。これにより、プレス金型の形状に追従して変形しようとする基材の変形容易性を向上させることができる。
一方、縦カットラインは強化繊維を切断することはないものの、基材の一体性を低下させる。
これら縦カットラインと横カットラインにより、プレス加工時の樹脂の流動を促進して成形品の形状自由度を高めることができるという効果がある。
In the technology described in the above Patent Document 1, the horizontal cut lines cut the reinforcing fibers, shortening the fiber length and reducing the degree to which the reinforcing fibers hinder the flow of the resin, thereby improving the ease of deformation of the base material that tries to deform to follow the shape of the press die.
On the other hand, although vertical cut lines do not cut the reinforcing fibers, they do reduce the integrity of the substrate.
These vertical and horizontal cut lines have the effect of promoting the flow of resin during press working, thereby increasing the degree of freedom in the shape of the molded product.

ところで、前記繊維強化樹脂成形体の別の製造方法としては、シート状のプリプレグを小さな短冊状に切断したチョップドプリプレグを作製し、複数のチョップドプリプレグをシート状に展開して積層させた状態でマトリックス樹脂を再度溶融固化させたチョップドプリプレグシートを用いる製造方法も知られている。
この製造方法では、各々のチョップドプリプレグの繊維方向がランダムな方向に配向するように振り落として積層させることで、チョップドプリプレグシート全体として、繊維方向が擬似等方性となる。繊維方向が擬似等方性を有すると、引張り強さや曲げ弾性率等の物性が擬似的に等方性となるため、それを用いた成形体に対して方向性によらない均質な強度を与えることができる。
As another method for producing the fiber-reinforced resin molding, a chopped prepreg is produced by cutting a sheet-like prepreg into small strips, and a plurality of chopped prepregs are spread out into a sheet and laminated. A chopped prepreg sheet is also known in which the matrix resin is melted and solidified again.
In this manufacturing method, the chopped prepregs are shaken off and stacked so that the fiber direction of each chopped prepreg is oriented in a random direction, so that the fiber direction of the chopped prepreg sheet as a whole becomes pseudo-isotropic. When the fiber direction is pseudo-isotropic, physical properties such as tensile strength and flexural modulus become pseudo-isotropic, so that a molded article using the chopped prepreg sheet can be given a uniform strength that is not dependent on the directionality.

従来においては、本願の出願人は前記チョップドプリプレグを用いた製造方法においても更なる改良を加え、全体として厚さの厚い繊維強化複合材(前記チョップドプリプレグシートに相当)を効率よく成形するための技術を特許出願している(特許文献2参照)。
本願の出願人が出願した特許文献2には、厚さ方向に積層・固化された複数のチョップ材(前記チョップドプリプレグに相当)を備えるとともに1mm以上の厚さを有する繊維強化複合材及びそれを用いた樹脂成形品(前記繊維強化樹脂成形体に相当)の製造方法の技術が開示されている。
Previously, the applicant of the present application made further improvements to the manufacturing method using the chopped prepreg and filed a patent application for a technology for efficiently molding a thick fiber reinforced composite material (corresponding to the chopped prepreg sheet) as a whole (see Patent Document 2).
Patent Document 2 filed by the applicant of the present application discloses a fiber-reinforced composite material having a thickness of 1 mm or more and including a plurality of chopped materials (corresponding to the chopped prepreg) stacked and solidified in the thickness direction, and a manufacturing method for a resin molded product (corresponding to the fiber-reinforced resin molded body) using the same.

上記特許文献2の繊維強化複合材は、熱可塑性樹脂のマトリックス樹脂と多数の強化繊維とをチョップ材に含んで構成されている。また、前記強化繊維は、前記マトリックス樹脂に同一方向に配向された状態で含浸されている。ここで、前記チョップ材は、作製される繊維強化複合材における前記強化繊維の目付量が700g/m2以上となるとともに前記強化繊維の体積含有率が20%以上70%以下となるように積層されている。
そして、前記繊維強化複合材を用いた樹脂成形品は、パンチ及びダイを含むプレス金型を用いて製造される。前記プレス金型のダイに複数の繊維強化複合材を配置し、繊維強化複合材を加熱しながらパンチをダイに押し込むことにより、当該パンチとダイとの間の成形空間に対応した形状に繊維強化複合材を変形させる方法により製造することができる。
The fiber-reinforced composite material of Patent Document 2 is composed of chopped material containing a thermoplastic matrix resin and a large number of reinforcing fibers. The reinforcing fibers are impregnated in the matrix resin while being oriented in the same direction. The chopped material is laminated so that the basis weight of the reinforcing fibers in the fiber-reinforced composite material to be produced is 700 g/ m2 or more and the volume content of the reinforcing fibers is 20% or more and 70% or less.
The resin molded product using the fiber-reinforced composite material is manufactured using a press mold including a punch and a die. The resin molded product can be manufactured by a method in which a plurality of fiber-reinforced composite materials are placed in the die of the press mold, and the fiber-reinforced composite materials are heated while the punch is pressed into the die, thereby deforming the fiber-reinforced composite materials into a shape corresponding to the molding space between the punch and the die.

特許文献2に記載の技術は、繊維強化複合材における前記強化繊維の目付量が700g/m2以上となるとともに前記強化繊維の体積含有率が20%以上70%以下であることにより、十分な量の強化繊維が含有されるため、十分な補強効果を得ることができる。また、繊維強化複合材の厚さが1mm以上であることにより、所定の厚みとするために必要な繊維強化複合材の枚数を、厚さが1mm未満である場合と比較して少なくすることができる。それ故、熱プレス加工のために繊維強化複合材を金型内で積み重ねる回数を減らすことができる。
これらにより、厚さが厚く、高強度な樹脂成形品を効率よく成形できるという効果がある。
In the technology described in Patent Document 2, the basis weight of the reinforcing fibers in the fiber-reinforced composite material is 700 g/ m2 or more, and the volume content of the reinforcing fibers is 20% or more and 70% or less, so that a sufficient amount of reinforcing fibers is contained, and a sufficient reinforcing effect can be obtained. In addition, since the thickness of the fiber-reinforced composite material is 1 mm or more, the number of sheets of fiber-reinforced composite material required to achieve a predetermined thickness can be reduced compared to when the thickness is less than 1 mm. Therefore, the number of times that the fiber-reinforced composite material is stacked in a mold for hot press processing can be reduced.
These advantages make it possible to efficiently produce thick, high-strength resin molded products.

一方、繊維強化樹脂成形体それ自体の構成については、所定の形状・構造にすることによって強度を向上させることのできる技術が知られている。特に、繊維強化樹脂成形体の一部に中空構造を形成することで、軽量でありながらも強度と剛性に優れた繊維強化樹脂成形体とする技術が知られている。
例えば特許文献3には、曲げ応力が加わっても破壊しにくく、かつ、剛性及び軽量性に優れた中空構造を有する繊維強化樹脂成形体に関する技術が開示されている。
On the other hand, regarding the configuration of the fiber-reinforced resin molded body itself, there are known techniques that can improve the strength by forming a predetermined shape and structure. In particular, there is known a technique that forms a hollow structure in a part of the fiber-reinforced resin molded body to obtain a fiber-reinforced resin molded body that is lightweight yet has excellent strength and rigidity.
For example, Patent Document 3 discloses a technique relating to a fiber-reinforced resin molded body having a hollow structure that is resistant to destruction even when subjected to bending stress, and has excellent rigidity and light weight.

特許文献3の繊維強化樹脂成形体900は、図22(a)に示すように、第1の部材901と第2の部材902とが一体化されてなる成形体である。第1の部材901の芯材部906が、第1の部材901の表層部905と第2の部材902とで挟み込まれることにより、中空構造をなしている。前記第1の部材901は、図22(b)に示すように強化繊維903とマトリックス樹脂904とからなり、面形状を有する表層部905及び突起形状を有する芯材部906とから構成されている。ここで、図22(b)に示すように、強化繊維903は、表層部905と芯材部906とに横断的に跨って存在している。また、表層部905と芯材部906との境界面907においては、400本/mm2以上の強化繊維903が存在するとともに、強化繊維903の数平均繊維長は1mm以上となるように構成されている。 The fiber-reinforced resin molded body 900 of Patent Document 3 is a molded body in which a first member 901 and a second member 902 are integrated, as shown in FIG. 22(a). A core part 906 of the first member 901 is sandwiched between a surface layer part 905 of the first member 901 and the second member 902, thereby forming a hollow structure. The first member 901 is made of reinforcing fibers 903 and a matrix resin 904, as shown in FIG. 22(b), and is composed of a surface layer part 905 having a planar shape and a core part 906 having a protruding shape. Here, as shown in FIG. 22(b), the reinforcing fibers 903 are present across the surface layer part 905 and the core part 906. At boundary surface 907 between surface layer 905 and core 906, reinforcing fibers 903 are present at 400 fibers/ mm2 or more, and the number average fiber length of reinforcing fibers 903 is 1 mm or more.

上記特許文献3に記載の技術は、表層部と芯材部の境界面に強化繊維が横断的に跨って存在することで、補強効果の高い突起形状を有する芯材部が形成される。補強効果の高い突起形状を備えることで、外力が生じた場合に虚弱部となる接合面を減らす、または虚弱部を中央面に近い位置に存在させることができるため、成形体として高い剛性を得ることができるという効果があるとされている。 In the technology described in Patent Document 3, reinforcing fibers are arranged across the boundary between the surface layer and the core material, forming a core material with a protruding shape that has a high reinforcing effect. By providing a protruding shape that has a high reinforcing effect, it is possible to reduce the number of joint surfaces that become weak when an external force is applied, or to position the weak parts closer to the central surface, which is said to have the effect of achieving high rigidity as a molded body.

国際公開第2021/079787号International Publication No. 2021/079787 国際公開第2021/079786号International Publication No. 2021/079786 国際公開第2014/103711号International Publication No. 2014/103711

前述のように、本願の出願人はこれまで擬似等方性を有する繊維強化樹脂成形体に関する多くの開発を行ってきた。具体例のひとつとして前述した特許文献1では、成形品の形状自由度を高めることが目的のひとつであり、同じく具体例のひとつである特許文献2では、厚さの厚い樹脂成形品を効率よく成形することが目的のひとつである。
このように、本願の出願人は、特許文献1及び特許文献2に代表されるような繊維強化樹脂成形体を製造する上での基本的な製造技術を開発しているが、前記文献では、成形された繊維強化樹脂成形体それ自体の構成については具体的に言及していなかった。
それ故、前記文献記載の技術をはじめとした基本的な製造技術を応用し、構造材として有用な種々の機能性を有する繊維強化樹脂成形体を見出すことが望まれていた。
As mentioned above, the applicant of the present application has been engaged in many developments related to fiber-reinforced plastic molded bodies having pseudo-isotropy. One of the objectives of Patent Document 1 mentioned above as a specific example is to increase the degree of freedom in the shape of the molded product, while one of the objectives of Patent Document 2, also a specific example, is to efficiently mold a thick plastic molded product.
In this way, the applicant of the present application has developed basic manufacturing techniques for producing fiber-reinforced resin moldings as typified by Patent Documents 1 and 2, but the above documents did not specifically mention the configuration of the molded fiber-reinforced resin molding itself.
Therefore, it has been desired to find a fiber-reinforced resin molding having various functionalities useful as a structural material by applying basic manufacturing techniques including those described in the above-mentioned documents.

この点、特許文献3には、前述のように、中空構造を構成するための表層部と芯材部とを有し、曲げ強度、剛性及び軽量性に優れた繊維強化樹脂成形体に関する技術が記載されている。しかし、特許文献3では、成形前の繊維強化樹脂層の積層において、表層部となる層よりも、芯材部となる層の方が濃度パラメータの小さい繊維強化樹脂層となるようにしている。特許文献3によると、濃度パラメータは強化繊維の目付けや数平均繊維長に比例することから、芯材部に含まれる強化繊維は、表層部に含まれる強化繊維と比較して目付けが小さく繊維長が短いものとならざるを得ない。
このように、強化繊維を充填させやすくするために濃度パラメータによって表層部と芯材部の繊維強化樹脂層を異なるものとすることが前提であると、仮に、表層部と芯材部との均質度が高いもの、すなわち重量換算した強化繊維の充填率の比率が同等であったとしても、実際には、表層部では繊維長の長い繊維が疎に充填され、芯材部では強化繊維の短い繊維が密に充填されたような状態となってしまう。
In this regard, Patent Document 3 describes a technology relating to a fiber-reinforced resin molded body having a surface layer and a core material for forming a hollow structure, and excellent in bending strength, rigidity, and light weight, as described above. However, in Patent Document 3, in lamination of fiber-reinforced resin layers before molding, the layer that will become the core material is made to have a smaller concentration parameter than the layer that will become the surface layer. According to Patent Document 3, since the concentration parameter is proportional to the basis weight and number average fiber length of the reinforcing fibers, the reinforcing fibers contained in the core material must have a smaller basis weight and shorter fiber length than the reinforcing fibers contained in the surface layer.
In this way, if the premise is that the fiber-reinforced resin layers of the surface layer and the core layer are made different by the concentration parameter to make it easier to fill the reinforcing fibers, even if the surface layer and the core layer have a high degree of homogeneity, that is, the ratio of the filling rate of the reinforcing fibers converted into weight is the same, in reality, the surface layer will be sparsely filled with long fibers, while the core layer will be densely filled with short reinforcing fibers.

それに加え、特許文献3の技術では、強化繊維が表層部と芯材部との境界面に跨るようにすることで芯材部の根元である底部を強化している。そのため、芯材部の高さが高い場合には、底部においては表層部の長い強化繊維が跨ることによる強化が期待できる。ところが、芯材部の先端部においては前述のとおり繊維長の短い強化繊維が充填されているのみとなり、先端部の強度の向上があまり期待できない。それ故、十分な強度を備えたものとするためには、芯材部の高さは制限され、繊維強化樹脂成形体としてはごく薄いものにならざるを得ない。
また、芯材部の先端部に繊維長の短い強化繊維が充填されているのみでは先端部の剛性を高くすることができず、芯材部の高さが高くなると先端部が変形し易くなり、繊維強化樹脂成形体としての剛性が低下する。
In addition, in the technology of Patent Document 3, the reinforcing fibers are arranged to straddle the boundary surface between the surface layer and the core, thereby reinforcing the bottom part, which is the base of the core. Therefore, when the height of the core is high, the bottom part can be expected to be reinforced by the long reinforcing fibers of the surface layer straddling it. However, as mentioned above, the tip part of the core is filled only with reinforcing fibers with short fiber length, and it is not expected that the strength of the tip part will be improved. Therefore, in order to provide sufficient strength, the height of the core part is limited, and the fiber-reinforced resin molding must be very thin.
Furthermore, simply filling the tip of the core material with short reinforcing fibers does not increase the rigidity of the tip. If the height of the core material increases, the tip becomes more susceptible to deformation, reducing the rigidity of the fiber-reinforced resin molding.

このように、芯材部の底部と先端部とで強度が異なると、先端部側に引張り応力が発生する曲げ方向の場合には、底部側に引張り応力が発生する曲げ方向の場合と比較して芯材部の先端部が容易に破断してしまうことになる。
また、繊維強化樹脂成形体としての剛性が低下すると、構造材として用いた場合に曲げ荷重に対して撓みが大きくなるうえ、振動が伝播しやすく、騒音に対する透過損失も低下してしまう。
それに加えて、繊維強化樹脂成形体としての厚さが薄いものであると、構造材として用いた場合に断熱性に劣ったり、面方向に平行な荷重に対して座屈しやすくなったりする等、種々の問題が生じ得る。
In this way, if the strength differs between the bottom and tip of the core material, in the case of a bending direction in which tensile stress occurs on the tip side, the tip of the core material will break more easily than in the case of a bending direction in which tensile stress occurs on the bottom side.
Furthermore, if the rigidity of the fiber-reinforced resin molding is reduced, when it is used as a structural material, it will be subject to greater deflection under bending load, vibrations will be more likely to propagate, and the noise transmission loss will also be reduced.
In addition, if the fiber-reinforced resin molding is thin, various problems may arise when it is used as a structural material, such as poor insulation properties and a tendency to buckle when subjected to a load parallel to the surface direction.

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、軽量で強度や剛性に優れるだけでなく、十分な厚さを備えることができるうえ、曲げ方向によらない優れた強靭性と騒音に対する高い透過損失を有する繊維強化樹脂成形体及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of the above problems, and its objective is to provide a fiber-reinforced resin molding that is not only lightweight and has excellent strength and rigidity, but also has a sufficient thickness, excellent toughness regardless of the bending direction, and a high noise transmission loss, and a method for manufacturing the same.

本発明者が上記課題を解決するために採用した手段を以下に説明する。
本発明の繊維強化樹脂成形体は、熱可塑性樹脂であるマトリックス樹脂と前記マトリックス樹脂を含浸させた強化繊維とを備え、シート状の繊維強化樹脂からなるプリプレグが圧縮成形されて構成される立体的な繊維強化樹脂成形体である。
The means adopted by the present inventors to solve the above problems will be described below.
The fiber-reinforced resin molding of the present invention is a three-dimensional fiber-reinforced resin molding comprising a matrix resin which is a thermoplastic resin and reinforcing fibers impregnated with the matrix resin, and is formed by compression molding a prepreg made of a sheet-like fiber-reinforced resin.

本発明の繊維強化樹脂成形体には、少なくとも前記マトリックス樹脂と前記強化樹脂とを備えていればよく、充填材等のその他の部材が含まれていてもよい。また、ここにいう強化繊維には機械的な強度を強化する性質に加え、例えば温度特性を向上させたり、吸音性を有したりするもの等、繊維強化樹脂成形体として他の物理的な特性を付与し得る性質を有する繊維であってもよい。さらに、強化繊維に対するマトリックス樹脂の含浸の態様については、強化繊維にマトリックス樹脂が完全に含浸した完全含浸のほか、一部または全体に未含浸部分を含むものも含まれる。 The fiber-reinforced resin molding of the present invention is sufficient if it comprises at least the matrix resin and the reinforcing resin, and may also contain other components such as fillers. Furthermore, the reinforcing fibers referred to here may be fibers that have properties that can impart other physical properties to the fiber-reinforced resin molding, such as improving temperature characteristics or having sound absorption properties, in addition to the property of strengthening mechanical strength. Furthermore, the manner of impregnation of the reinforcing fibers with the matrix resin includes complete impregnation in which the reinforcing fibers are completely impregnated with the matrix resin, as well as those that include some or all of the reinforcing fibers that are unimpregnated.

本発明の繊維強化樹脂成形体の基本的な構成は、少なくとも平板状の板状部と前記板状部から略垂直に設けられた複数の筒状部とを有する構成である。
前記板状部は、全体が平板であるものに限定されず、僅かに湾曲したり、一部に立体的な形状を有したりしていたとしても、全体として平板状とみることができるものも含まれる。また、筒状とは、空間を所定の壁部で囲んだ形状をいうが、一部に囲まれていない部分が含まれていてもよい。前記空間の横断面形状や壁部の厚さは限定されず、筒状部ごとに横断面形状が異なっていたり、異なる壁の厚みが含まれていたりしてもよい。
The fiber-reinforced resin molded article of the present invention has a basic configuration including at least a flat plate-like portion and a plurality of tubular portions provided substantially perpendicularly to the plate-like portion.
The plate-like portion is not limited to being entirely flat, but may be slightly curved or have a three-dimensional shape in part, but may be considered to be flat as a whole. In addition, a cylindrical shape refers to a shape in which a space is surrounded by a predetermined wall, but may include a part that is not surrounded in part. The cross-sectional shape of the space and the thickness of the wall are not limited, and each cylindrical portion may have a different cross-sectional shape or may include different wall thicknesses.

前記複数の筒状部においては、筒状部同士が連結されている部分を有するとともに、前記板状部側の底部から先端部に亘って前記強化繊維が充填され、前記板状部及び前記筒状部の前記先端部における前記強化繊維は、何れの位置においても薄層開繊された強化繊維のみがランダムな方向に配向した状態となっている。
筒状部同士の連結については、筒状部を形成している対向する壁部同士を他の壁部によって連結する場合の他、筒状部を形成している壁部を共有して筒状部同士が連結される場合も含む。また、強化繊維の充填については、筒状部における板状部側の底部から先端部に亘って均等な繊維体積充填率となるように充填されている場合に限定されず、底部と先端部とで繊維体積充填率が異なってもよい。
The multiple tubular portions have portions where the tubular portions are connected to each other, and the reinforcing fibers are filled from the bottom to the tip of the plate-like portion , and the reinforcing fibers at the tip of the plate-like portion and the tubular portion are in a state where only thin-layered reinforcing fibers are oriented in random directions at every position.
The connection between the cylindrical parts includes a case where opposing walls forming the cylindrical parts are connected by other walls, and a case where the cylindrical parts are connected by sharing a wall forming the cylindrical parts. In addition, the filling of the reinforcing fibers is not limited to a case where the fiber volume filling rate is uniform from the bottom to the tip of the plate-like part of the cylindrical part, and the fiber volume filling rate may be different between the bottom and the tip.

本発明の繊維強化樹脂成形体では、板状部に設けられた複数の筒状部を有することで、繊維強化樹脂成形体として、曲げ難さの指標である断面係数が大きいものとなっている。特に、筒状であることにより、壁部が空間を囲んだ形態となり、あらゆる方向の曲げに対して断面係数が大きくなる。断面係数が大きくなると同じ荷重に対しては曲がり難くなるため、構造材として繊維強化樹脂成形体に荷重が付加された場合であっても曲がり難くなる。換言すると、剛性が向上する。
また、複数の筒状部の少なくとも一部において筒状部同士が連結されることで、隣り合う筒状部間においても断面係数が大きくなるため、局所的に剛性が低下してしまうことを防止することができ、何れの箇所の断面においても高い剛性とすることができる。
In the fiber-reinforced resin molded product of the present invention, by having a plurality of cylindrical parts provided on the plate-like part, the fiber-reinforced resin molded product has a large section modulus, which is an index of bending difficulty. In particular, by being cylindrical, the wall part has a form that surrounds a space, and the section modulus becomes large against bending in all directions. When the section modulus becomes large, it becomes difficult to bend for the same load, so that even when a load is applied to the fiber-reinforced resin molded product as a structural material, it becomes difficult to bend. In other words, the rigidity is improved.
Furthermore, by connecting the multiple tubular portions at least in part, the cross-sectional modulus becomes large between adjacent tubular portions, thereby preventing localized reduction in rigidity and achieving high rigidity in the cross section at all points.

一方、本発明の繊維強化樹脂成形体では、強化繊維が筒状部における板状部側の底部から先端部に亘って充填されていることで、筒状部の底部と比較して先端部においても十分に高い剛性を有する。また、強化繊維の有する高い引張り強さによって、繊維強化樹脂成形体全体として高い強度とすることができる。 On the other hand, in the fiber-reinforced resin molding of the present invention, the reinforcing fibers are filled from the bottom to the tip of the plate-shaped portion of the cylindrical portion, so that the tip has sufficiently high rigidity compared to the bottom of the cylindrical portion. In addition, the high tensile strength of the reinforcing fibers allows the fiber-reinforced resin molding to have high strength as a whole.

ここで、本発明の繊維強化樹脂成形体を圧縮する場合について説明する。
繊維強化樹脂成形体を筒状部の長手方向に沿って圧縮するように力を加えると、筒状部には長手方向の圧縮荷重が作用し、板状部には肉厚方向に圧縮荷重が作用する。
Here, the case where the fiber reinforced resin molded article of the present invention is compressed will be described.
When a force is applied to compress the fiber-reinforced resin molded body along the longitudinal direction of the cylindrical portion, a compressive load acts on the cylindrical portion in the longitudinal direction, and a compressive load acts on the plate-like portion in the thickness direction.

板状部は全体として平板状であり平面視において比較的大きな面積を有していることから、肉厚方向に圧縮荷重が作用したとしても、平面方向の断面に生じる圧縮応力は小さくなる。そのため、板状部が厚肉方向に対して極端に塑性変形することは考えにくい。
ところが、筒状部においては、個々の筒状部を構成する壁部の横断面積が比較的小さく、所定の高さを有する。このような筒状部に長手方向の圧縮荷重が作用し、降伏応力を超えた圧縮応力が生じた場合、筒状部の長手方向につぶれるように塑性変形する。
Since the plate-like portion is generally flat and has a relatively large area in a plan view, even if a compressive load acts in the thickness direction, the compressive stress generated in the cross section in the planar direction is small, and therefore it is unlikely that the plate-like portion will undergo extreme plastic deformation in the thickness direction.
However, in the case of a cylindrical portion, the cross-sectional area of the wall portion constituting each cylindrical portion is relatively small and has a certain height. When a compressive load acts on such a cylindrical portion in the longitudinal direction and compressive stress exceeds the yield stress, the cylindrical portion undergoes plastic deformation so as to be crushed in the longitudinal direction.

樹脂に代表される粘弾性体は、一般的には圧縮で破断することは稀であり、圧縮し続けると扁平状に塑性変形する。扁平状になることで、見かけ上の断面積が大きくなるため、さらに圧縮するためには大きな荷重が必要になる。このときの荷重は、見かけ上の断面積に比例するが、部材の縦弾性係数にも比例する。そのため、筒状部の先端部に強化繊維が充填されず縦弾性係数が小さい場合には、筒状部の降伏時の荷重が小さくなるばかりか、降伏後さらに荷重を加え続けた場合に、縦弾性係数が大きい場合と荷重が同じであるならば、より大きく変形してしまうことになる。 Viscoelastic materials such as resins generally rarely break when compressed, and continue to be compressed, causing plastic deformation into a flat shape. As the material becomes flat, its apparent cross-sectional area increases, so a large load is required to compress it further. The load at this time is proportional to the apparent cross-sectional area, but also to the Young's modulus of the material. Therefore, if the tip of the tubular section is not filled with reinforcing fibers and the Young's modulus of elasticity is small, not only will the load at the time of yielding of the tubular section be small, but if further load is continued after yielding, the deformation will be greater than when the Young's modulus of elasticity is large, assuming the same load.

この点、本発明では、筒状部における板状部側の底部から先端部に亘って強化繊維が充填されていることで、強化繊維によって、筒状部の先端部においても高い縦弾性係数とすることができる。それ故、筒状部の長手方向に圧縮荷重が作用したとしても、塑性変形しにくく、仮に塑性変形したとしても変形量を小さくすることができる。 In this regard, in the present invention, reinforcing fibers are filled from the bottom to the tip of the plate-shaped portion of the tubular portion, and the reinforcing fibers can provide a high Young's modulus even at the tip of the tubular portion. Therefore, even if a compressive load acts in the longitudinal direction of the tubular portion, it is unlikely to undergo plastic deformation, and even if it does undergo plastic deformation, the amount of deformation can be kept small.

次に、本発明の繊維強化樹脂成形体を弓なりに曲げた場合について説明する。
繊維強化樹脂成形体を板状部における筒状部が接していない方の面が膨らむように円弧状に湾曲させた場合には、板状部の前記筒状部が接していない方の面には主に引張り応力が生じる。また、筒状部では、その形態に応じて筒状部を構成する壁部の各部に引張り応力が生じたり圧縮応力が生じたりするが、特に筒状部の先端部には圧縮応力が生じやすい。
Next, a case where the fiber-reinforced resin molding of the present invention is bent into a bow shape will be described.
When the fiber-reinforced resin molded body is curved into an arc so that the surface of the plate-like portion that is not in contact with the cylindrical portion bulges, tensile stress is mainly generated on the surface of the plate-like portion that is not in contact with the cylindrical portion. In addition, in the cylindrical portion, tensile stress or compressive stress is generated in each part of the wall that constitutes the cylindrical portion depending on the shape, and compressive stress is particularly likely to be generated at the tip of the cylindrical portion.

前述のように、粘弾性体である樹脂は圧縮し続けても破壊することはなく、通常は引張りによって破断する。そのため、前記曲げ方向の場合には、主に平板状の板状部が引張り応力によって破断しやすい。 As mentioned above, resin is a viscoelastic body, so it will not break even if it is continuously compressed, but will usually break when pulled. Therefore, in the case of bending in the above-mentioned direction, it is mainly the flat plate-shaped portion that is prone to breaking due to tensile stress.

上記とは逆に、繊維強化樹脂成形体を板状部における筒状部が接している方の面が膨らむ方向に湾曲させた場合には、筒状部の先端部には主に引張り応力が生じる。また、板状部の筒状部が接していない方の面には圧縮応力が生じる。この場合には、主に筒状部の先端部が引張り応力によって破断しやすい。 Conversely, when the fiber-reinforced resin molded body is bent in a direction such that the surface of the plate-like portion that is in contact with the cylindrical portion expands, tensile stress is generated primarily at the tip of the cylindrical portion. Also, compressive stress is generated on the surface of the plate-like portion that is not in contact with the cylindrical portion. In this case, it is primarily the tip of the cylindrical portion that is prone to break due to tensile stress.

平板状の板状部と、筒状部の先端部の壁部とを比較すると、板状部は大きな幅と奥行きを有することから、肉厚方向の断面積も比較的大きくなる。断面積が大きくなると引張り応力は小さくなるため、板状部における筒状部が接していない方の面が膨らむ方向に曲げた場合の前記断面に生じる引張り応力は比較的小さくなる傾向がある。
その一方で、筒状部を構成する各壁部は板状部と比較して断面積が小さいため、各壁部の断面に生じる引張り応力は大きくなりやすい。そのため、筒状部の先端部が膨らむ方向に曲げた場合の前記断面に生じる引張り応力は比較的大きくなる傾向がある。
When comparing the flat plate-like portion with the wall portion at the tip of the tubular portion, the plate-like portion has a large width and depth, and therefore the cross-sectional area in the thickness direction is also relatively large. Since the tensile stress decreases as the cross-sectional area increases, the tensile stress generated in the cross section when the surface of the plate-like portion that is not in contact with the tubular portion is bent in the direction in which it expands tends to be relatively small.
On the other hand, since the cross-sectional area of each wall portion constituting the cylindrical portion is smaller than that of the plate-like portion, the tensile stress generated in the cross section of each wall portion is likely to be large. Therefore, when the tip of the cylindrical portion is bent in the expanding direction, the tensile stress generated in the cross section tends to be relatively large.

このように、板状部については、平板状であるが故に、極端に薄いものでない限り、引張り応力による破断は生じ難くなる。ところが、筒状部の先端部については、断面積が板状部と比較して小さいことから、大きな引張り応力が生じやすく破断しやすい。そのため、筒状部の先端部に強化繊維が充填されず強度が低い場合には、筒状部の先端部が膨らむ方向に曲げた場合に容易に破断してしまう。 As described above, because the plate-like portion is flat, it is unlikely to break due to tensile stress unless it is extremely thin. However, because the cross-sectional area of the tip of the tubular portion is smaller than that of the plate-like portion, it is prone to large tensile stress and breakage. Therefore, if the tip of the tubular portion is not filled with reinforcing fibers and has low strength, it will easily break when bent in the direction in which the tip of the tubular portion expands.

この点、本発明では、筒状部における板状部側の底部から先端部に亘って強化繊維が充填されていることで、強化繊維が有する高い引張り強さによって、筒状部の根元部分だけでなく筒状部の先端部においても優れた強度を有することができる。それ故、曲げ方向に関わらず、繊維強化樹脂成形体として高い強度とすることができる。 In this regard, in the present invention, reinforcing fibers are filled from the bottom to the tip of the plate-shaped portion of the tubular portion, and the high tensile strength of the reinforcing fibers allows the tubular portion to have excellent strength not only at the base but also at the tip. Therefore, the fiber-reinforced resin molding can have high strength regardless of the bending direction.

ところで、通気性を有さない材料に音が入射すると、材料が振動して新たな音源として背後に音を放射する。これを透過音といい、入射音と透過音との音圧の比をデシベルで表示したものを透過損失という。遮音性を向上させるためには、この透過損失を高くしなければならず、いかに材料の振動を抑えるかが肝要である。
本発明の繊維強化樹脂成形体は、前述のように、筒状部における板状部側の底部から先端部に亘って強化繊維が充填されていることで、筒状部の先端部においても高い曲げ弾性を有する。曲げ弾性が高いことで剛性が高くなるため、本発明の繊維強化樹脂成形体は、音が入射したとしても振動しにくく、入射音に対する高い透過損失を有する。剛性が高い本発明の繊維強化樹脂成形体が高い透過損失を発揮する理由について以下に詳述する。
When sound enters a material that has no air permeability, the material vibrates and radiates sound backwards as a new sound source. This is called transmitted sound, and the ratio of the sound pressure between the incident sound and the transmitted sound, expressed in decibels, is called transmission loss. In order to improve sound insulation, this transmission loss must be increased, and it is essential to suppress the vibration of the material as much as possible.
As described above, the fiber-reinforced resin molding of the present invention has high bending elasticity even at the tip of the cylindrical portion because the reinforcing fibers are filled from the bottom of the plate-shaped portion to the tip of the cylindrical portion. Since the high bending elasticity increases the rigidity, the fiber-reinforced resin molding of the present invention is less likely to vibrate even when sound is incident, and has a high transmission loss for the incident sound. The reason why the fiber-reinforced resin molding of the present invention, which has high rigidity, exhibits high transmission loss will be described in detail below.

機械構造物や建築物等の構造中の所定の密閉空間に対し、遮音材を外周部が支持された状態で取り付けられることがしばしばある。遮音材を前記密閉空間に介在させて取り付ける場合には、中低域における特定の周波数において、遮音材の形状や材料特性に基づく共振が発生する。その共振周波数では、遮音材が大きく振動して背後に大きな音を放射してしまうため、透過損失が最も低くなる。
そのため、繊維強化樹脂成形体のような通気性を有さない材料を遮音材として用いる場合においては、共振周波数をできるだけ所望の周波数帯域外となるようにして、所望の周波数帯域においては高い透過損失となるようにすることが必要となる。
Sound insulation materials are often attached to a certain enclosed space in a structure such as a machine structure or a building with the outer periphery supported. When the sound insulation material is attached to the enclosed space, resonance occurs at a specific frequency in the mid-low range due to the shape and material properties of the sound insulation material. At the resonance frequency, the sound insulation material vibrates strongly and radiates a large sound to the rear, resulting in the lowest transmission loss.
Therefore, when a material with no air permeability such as a fiber-reinforced resin molding is used as a sound-proofing material, it is necessary to set the resonant frequency outside the desired frequency band as much as possible so that there is a high transmission loss in the desired frequency band.

前記共振周波数は材料の重量に反比例するため、重量が増すと共振周波数が低くなる。一方、共振周波数は剛性に比例するため、剛性を高くすると共振周波数は高くなる。
この点、本発明の繊維強化樹脂成形体は、板状部に対して所定の空間部を有する筒状部を設けた構成であるため、均一な密度の同一の厚さの平板と比較して軽量である。
また、本発明の繊維強化樹脂成形体は、筒状部同士が連結されている部分を有するとともに、筒状部における板状部側の底部から先端部に亘って強化繊維が充填されている。そのため、筒状部の先端部にまで強化繊維が充填されていないものと比較して、繊維強化樹脂成形体全体の剛性が高くなる。
このように、本発明の繊維強化樹脂成形体は、均一な密度の同一の厚さの平板と比較して軽量であることに加え、上述のとおり繊維強化樹脂成形体の全体としての剛性が高いため、これを遮音材として密閉空間に介在するように取り付けた場合には、共振周波数はより高い周波数にずれることになり、振幅が大きく騒音として問題となりやすい中低域の周波数における透過損失を高くすることができる。
The resonant frequency is inversely proportional to the weight of the material, so an increase in weight reduces the resonant frequency, whereas an increase in stiffness increases the resonant frequency, so that an increase in stiffness increases the resonant frequency.
In this regard, the fiber-reinforced resin molding of the present invention has a configuration in which a tubular portion having a predetermined space is provided relative to a plate-like portion, and therefore is lighter than a flat plate of the same thickness and uniform density.
In addition, the fiber-reinforced resin molding of the present invention has a portion where the cylindrical portions are connected to each other, and the cylindrical portions are filled with reinforcing fibers from the bottom portion on the plate-like portion side to the tip portion, so that the rigidity of the entire fiber-reinforced resin molding is higher than that of a molding in which the cylindrical portions are not filled with reinforcing fibers up to the tip portion.
In this way, the fiber-reinforced resin molding of the present invention is lighter than a flat plate of the same thickness and uniform density, and as described above, the fiber-reinforced resin molding has high overall rigidity. Therefore, when this is installed as a sound-proofing material in an enclosed space, the resonant frequency will shift to a higher frequency, and the transmission loss at low and mid-range frequencies, which have large amplitudes and are likely to cause noise problems, can be increased.

また、遮音材の形状が平板の場合には、高音域の周波数において平板の表面が波打って表面波を発生させることがある。このとき、斜めに入射した特定の周波数の音と、入射音と同じ斜め方向からみた表面波の周波数及び位相とが揃うことで共振が発生し、遮音材が屈曲振動を起こして音が透過したのと同様の効果となるコインシデンス効果が生じる場合がある。 In addition, when the soundproofing material is flat, the surface of the plate may undulate at high frequencies, generating surface waves. When this happens, resonance occurs when a sound of a specific frequency incident obliquely matches the frequency and phase of the surface wave seen from the same oblique direction as the incident sound, and a coincidence effect may occur, which is the same effect as when the soundproofing material undergoes bending vibration and the sound is transmitted through it.

本発明の繊維強化樹脂成形体においても、筒状部と板状部とが一体となって屈曲振動が生じ、コインシデンス効果が生じる可能性がある。
コインシデンス効果が生じる周波数は、音波の入射角度に比例して低くなる。コインシデンス効果が生じる最も低い周波数は、音波が遮音材と平行に入射(入射角90度)したときであり、その周波数(コインシデンス限界周波数)は、遮音材の厚さ及び縦弾性係数が大きいほど低くなる。
しかし、本発明の繊維強化樹脂成形体は、板状部から略直角に設けられた複数筒状部を有することで同等の重量の平板と比べて厚さが厚くなっている。同じ縦弾性係数及び密度であるならば、厚みが増すほどコインシデンス効果に起因する透過損失の低下を抑制できることが知られている。
In the fiber-reinforced resin molding of the present invention, the cylindrical portion and the plate-like portion are integrated to generate bending vibration, and there is a possibility that a coincidence effect will occur.
The frequency at which the coincidence effect occurs decreases in proportion to the angle of incidence of the sound waves. The lowest frequency at which the coincidence effect occurs is when the sound waves are parallel to the soundproofing material (angle of incidence 90 degrees), and this frequency (coincidence limit frequency) decreases the greater the thickness and longitudinal elastic modulus of the soundproofing material.
However, the fiber-reinforced resin molding of the present invention has a thickness greater than that of a flat plate of the same weight because it has multiple cylindrical parts provided at approximately right angles to the plate part. It is known that, if the Young's modulus and density are the same, the increase in thickness can suppress the decrease in transmission loss caused by the coincidence effect.

また、コインシデンス効果の生じる周波数の波長が、繊維強化樹脂成形体の大きさよりも長い(周波数が低い)場合には、コインシデンス効果による屈曲振動が生じにくくなる。本発明の繊維強化樹脂成形体は厚さが厚いことから、同程度の重量の平板と比較してコインシデンス効果が生じる周波数が低くなる。そのため、遮音材に採用した場合には、繊維強化樹脂成形体それ自体の大きさに対して、コインシデンス効果による屈曲振動の波長の方が長くなりやすいため、屈曲振動が生じにくくなる。
これらのことから、本発明の繊維強化樹脂成形体では、コインシデンス効果によって生じる特定の周波数における透過損失の極端な低下を防止することができる。
In addition, when the wavelength of the frequency at which the coincidence effect occurs is longer (the frequency is lower) than the size of the fiber-reinforced resin molding, bending vibration due to the coincidence effect is less likely to occur. Since the fiber-reinforced resin molding of the present invention is thick, the frequency at which the coincidence effect occurs is lower than that of a flat plate of the same weight. Therefore, when used as a sound-proofing material, the wavelength of the bending vibration due to the coincidence effect tends to be longer than the size of the fiber-reinforced resin molding itself, making bending vibration less likely to occur.
For these reasons, the fiber-reinforced resin molding of the present invention can prevent an extreme decrease in transmission loss at a specific frequency caused by the coincidence effect.

以上のように、本発明の繊維強化樹脂成形体では、少なくとも平板状の板状部と前記板状部から略垂直に設けられた複数の筒状部とを有し、筒状部同士が連結されている部分を有するとともに、筒状部における板状部側の底部から先端部に亘って強化繊維が充填された構成としている。
これにより、繊維強化成形体全体の厚さを厚いものとした場合であっても、曲げ方向に関わらず高い強度とすることができる。また、本発明の繊維強化樹脂成形体を遮音材として用いた場合には、広い周波数範囲において高い透過損失とすることができる。
As described above, the fiber-reinforced resin molding of the present invention has at least a flat plate-like portion and a plurality of tubular portions arranged approximately perpendicular to the plate-like portion, has a portion where the tubular portions are connected to each other, and is configured so that reinforcing fibers are filled from the bottom of the tubular portions on the plate-like portion side to the tip.
As a result, even if the overall thickness of the fiber-reinforced molding is made thick, it is possible to achieve high strength regardless of the bending direction. Furthermore, when the fiber-reinforced resin molding of the present invention is used as a sound insulation material, it is possible to achieve high transmission loss over a wide frequency range.

上述の課題を解決するために本発明が採用した手段としては、前記強化繊維を炭素繊維とする手段を用いることも可能である。
また、前記筒状部の先端部における横断面の二値化画像解析において、個々の筒状部における前記炭素繊維の面積率の平均値が圧縮成形前の前記プリプレグの繊維体積含有率に対して-5%以上となるように構成することもできる。筒状部の先端部において、圧縮成形前のプリプレグの繊維体積含有率と同程度の繊維体積含有率であれば、炭素繊維が筒状部に十分に充填されているといえる。
この点、二値化画像解析においては、測定箇所の炭素繊維の向きによって、炭素繊維1本あたりとして解析される面積が異なる場合がある。そのため、そのような誤差も考慮に入れ、個々の筒状部における前記炭素繊維の面積率の平均値が圧縮成形前の前記プリプレグの繊維体積含有率に対して-5%以上となるように構成するのが望ましい。
As a means adopted in the present invention to solve the above-mentioned problems, it is possible to use a means in which the reinforcing fibers are carbon fibers.
In addition, in a binary image analysis of the cross section at the tip of the tubular portion, the average area ratio of the carbon fibers in each tubular portion can be configured to be -5% or more relative to the fiber volume content of the prepreg before compression molding. If the fiber volume content at the tip of the tubular portion is approximately the same as the fiber volume content of the prepreg before compression molding, it can be said that the carbon fibers are sufficiently filled in the tubular portion.
In this regard, in the binary image analysis, the area analyzed per carbon fiber may differ depending on the orientation of the carbon fiber at the measurement point. Therefore, taking such errors into consideration, it is desirable to configure the average value of the area ratio of the carbon fiber in each tubular portion to be -5% or more relative to the fiber volume content of the prepreg before compression molding.

このように、強化繊維として炭素繊維を用いることで、繊維強化樹脂成形体全体として、軽量でありながらも優れた強度を付与することができる。また、筒状部の先端部の炭素繊維の面積率をプリプレグの体積繊維含有率に対して-5%以上となるようにすることで、筒状部の先端部に多くの炭素繊維が充填された状態となるため、筒状部の縦弾性係数や強度を高くすることができる。
In this way, by using carbon fibers as reinforcing fibers, the fiber-reinforced resin molding as a whole can be made lightweight yet have excellent strength. In addition, by making the area ratio of the carbon fibers at the tip of the tubular portion at -5% or more of the volumetric fiber content of the prepreg, the tip of the tubular portion is filled with a large amount of carbon fibers, so that the longitudinal elastic modulus and strength of the tubular portion can be increased.

上記手段を採用する場合には、さらに、前記筒状部の先端部における横断面の二値化画像解析において、繊維強化樹脂成形体全体における最も外周側に位置する筒状部と中央に位置する筒状部との前記炭素繊維の面積率の差を10%以内とする構成を採用することもできる。
複数の筒状部の最も外周側と中央とで、充填される炭素繊維の割合の差が僅少であることにより、繊維強化樹脂成形体全体として、強度等の物性を均等とすることができる。そのため、構造物等に用いられた際に、強度や遮音性等の性能を部位によらず均等に発揮することができる。
When adopting the above-mentioned means, a configuration can also be adopted in which, in the binary image analysis of the cross section at the tip of the tubular portion, the difference in the area ratio of the carbon fiber between the tubular portion located on the outermost side and the tubular portion located in the center of the entire fiber-reinforced resin molding is within 10%.
Since the difference in the ratio of carbon fiber filled between the outermost side and the center of the multiple cylindrical portions is small, the physical properties such as strength of the fiber-reinforced resin molding as a whole can be made uniform. Therefore, when used in a structure, the strength, sound insulation, and other performance can be exhibited uniformly regardless of the part.

また、前記筒状部は平面充填された正六角柱からなるハニカム形状を有する手段を採用することもできる。
平面充填とは、平面内を図形で隙間なく敷き詰めることをいい、前記においては、立体形状である正六角柱を平面方向に隙間なく敷き詰めることをいう。ハニカム形状は、平面充填可能な他の正多角形である正三角形及び正方形と比較して、同一外周長であれば最も面積を大きくすることができる。そのため、曲げ等によって正六角柱の高さ方向である圧縮方向に荷重が作用した場合であっても、同一外周長の前述の正多角形による筒状部と比較して、同等の座屈荷重を有しながらも、空間部分の面積を大きくすることができる。それ故、曲げや圧縮に対して高い強度を有するとともに軽量化が可能となる。
The cylindrical portion may be formed in a honeycomb shape consisting of plane-filled regular hexagonal columns.
Plane filling refers to the filling of a plane with a figure without gaps, and in the above, it refers to the filling of a three-dimensional regular hexagonal prism in the plane direction without gaps. The honeycomb shape can have the largest area for the same perimeter length, compared to other regular polygons that can be filled on a plane, such as equilateral triangles and squares. Therefore, even if a load acts in the compression direction, which is the height direction of the regular hexagonal prism, due to bending or the like, the area of the space part can be made larger while having the same buckling load, compared to the cylindrical part of the above-mentioned regular polygon with the same perimeter length. Therefore, it has high strength against bending and compression and can be made lighter.

また、ハニカム形状の筒状部を有する繊維強化樹脂成形体を、壁としての構造に用いた場合には、繊維強化樹脂成形体の厚み方向だけでなく、幅方向や奥行方向に荷重が作用する場合もある。
ここで、正方形断面を有する角柱の場合について検討してみると、正方形は隣り合う辺が直角であり、対向する辺が平行である。それ故、正方形の任意の一辺に平行な方向の均等な引張り荷重に対しては、荷重方向に平行な各辺には引張り応力のみが生じるため、破断に至りにくい。
Furthermore, when a fiber-reinforced resin molding having a honeycomb-shaped tubular portion is used in a wall structure, loads may act not only in the thickness direction of the fiber-reinforced resin molding but also in the width direction or depth direction.
Considering a prism with a square cross section, adjacent sides of the square are at right angles and opposing sides are parallel, so when a uniform tensile load is applied in a direction parallel to any one side of the square, only tensile stress is generated in each side parallel to the load direction, making the square less likely to break.

ところが、平面充填された正方形全体を幅方向または奥行方向にせん断するせん断荷重が作用すると、正方形がいかに平面充填されていたとしても、並列する全ての正方形が平行四辺形となるように変形しやすい。すなわち、並列する全ての正方形において、せん断方向に垂直な各辺に曲げモーメントが生じ、その曲げモーメントによって、前記せん断方向に垂直な各辺が同時に傾いて平行四辺形状となるように変形する。
そのため、角柱を平面充填した形状による筒状部では、せん断荷重が生じた場合、大きな曲げ応力が生じて容易に破断に至ってしまう。
However, when a shear load acts on the entire square tessellation in the width or depth direction, all the adjacent squares tend to deform into parallelograms, no matter how the squares are arranged in the tessellation. In other words, a bending moment is generated on each side perpendicular to the shear direction in all the adjacent squares, and the bending moment causes all the sides perpendicular to the shear direction to tilt simultaneously, deforming them into a parallelogram shape.
Therefore, in a cylindrical section having a shape formed by filling a plane of rectangular columns, when a shear load is applied, a large bending stress is generated, which easily leads to breakage.

これに対して、ハニカム形状の場合には、正六角形における隣り合う辺が120度の角度を有している。それ故、平面充填された正六角形全体を幅方向または奥行方向にせん断するせん断荷重が作用したとしても、せん断荷重の方向と、各頂点を介して120度の角度を有する二辺とは90度以上の平行に近い角度となる。これにより前記平行に近い一辺には、主に圧縮荷重または引張り荷重が生じるため、曲げモーメントの発生は僅かとなる。そのため、せん断による荷重が圧縮荷重または引張り荷重に分解されてつり合うこととなる。
このように、ハニカム形状の場合には、繊維強化樹脂成形体にせん断荷重が生じたとしても、曲げモーメントが生じにくいことから正六角形が変形し難く、大きな曲げ応力が生じ難いため、破断し難くなる。
In contrast, in the case of a honeycomb shape, adjacent sides of a regular hexagon have an angle of 120 degrees. Therefore, even if a shear load acts on the entire plane-filled regular hexagon in the width or depth direction, the direction of the shear load and the two sides that have an angle of 120 degrees through each vertex will be at an angle of 90 degrees or more, which is close to parallel. As a result, the side that is close to parallel is mainly subjected to a compressive load or a tensile load, and the occurrence of bending moment is small. Therefore, the load due to shear is resolved into a compressive load or a tensile load and is balanced.
In this way, in the case of a honeycomb shape, even if a shear load is applied to the fiber-reinforced resin molding, bending moment is unlikely to be generated, so the regular hexagon is unlikely to deform and large bending stress is unlikely to be generated, making it unlikely to break.

上記において、筒状部をハニカム形状とする場合においては、前記板状部の厚さは1mm以上とし、前記筒状部の高さは4mm以上とすることが望ましい。
板状部の厚さが1mm未満であると、板状部が薄いため、板状部が曲がった場合に、曲げに起因して生じる引張り荷重によって、板状部の引張り強さを超えた引張り応力が生じて破断しやすくなる。
一方、筒状部の高さを4mm未満とすると、繊維強化樹脂成形体としての厚みが薄くなり、剛性が低下して透過損失が低下するだけでなく、コインシデンス効果に起因して透過損失がより低下してしまう。また、厚さが薄いと、構造材としての断熱性が限定的となるだけでなく、平面方向の荷重に対して繊維強化樹脂成形体全体が座屈しやすくなる。
In the above, when the cylindrical portion has a honeycomb shape, it is preferable that the thickness of the plate-like portion is 1 mm or more, and the height of the cylindrical portion is 4 mm or more.
If the thickness of the plate-shaped portion is less than 1 mm, the plate-shaped portion is so thin that when the plate-shaped portion is bent, the tensile load caused by the bending generates tensile stress that exceeds the tensile strength of the plate-shaped portion, making it prone to breakage.
On the other hand, if the height of the cylindrical portion is less than 4 mm, the thickness of the fiber-reinforced plastic molding will be thin, and not only will the rigidity decrease and the transmission loss decrease, but the transmission loss will also decrease due to the coincidence effect. In addition, if the thickness is thin, not only will the thermal insulation properties as a structural material be limited, but the entire fiber-reinforced plastic molding will be prone to buckling when subjected to a load in the planar direction.

ところで、前記強化繊維は前記板状部及び前記筒状部において繊維方向が擬似等方性を有するように複数積層されるように構成する手段を採用することもできる。
強化繊維を一方向に引き揃えられて開繊し、開繊した強化繊維にマトリックス樹脂を含浸させたシート状のプリプレグを用いて繊維強化樹脂成形体を構成する場合、強化繊維が単一方向を向いた状態で成形すると、成形後の繊維強化樹脂成形体においても全体的に繊維方向が単一方向となって異方性が生じ、繊維強化樹脂成形体それ自体の物性にも異方性が生じる。
Meanwhile, a means may be adopted in which the reinforcing fibers are laminated in a plurality of layers so that the fiber direction in the plate-like portion and the cylindrical portion has pseudo-isotropy.
When a fiber-reinforced resin molding is constructed using a sheet-like prepreg in which reinforcing fibers are aligned in one direction, spread, and impregnated with a matrix resin, if the molding is performed with the reinforcing fibers facing in a single direction, the fiber direction will be unidirectional overall in the fiber-reinforced resin molding after molding, resulting in anisotropy, and the physical properties of the fiber-reinforced resin molding itself will also become anisotropic.

そこで、強化繊維が複数の方向を向いた状態で複数積層されるように構成することで、成形後の繊維強化樹脂成形体においても全体的に繊維方向がランダムな方向となって擬似的に等方性となり、繊維強化樹脂成形体それ自体の物性も擬似等方性となる。それ故、繊維強化樹脂成形体を構造材として用いた場合に、あらゆる方向の荷重に対して優れた強度を発揮する。また、遮音材として用いた場合に、音が入射したとしても、何れの方向にも高い剛性を発揮するため、振動が発生しにくく透過損失が向上する。 Therefore, by configuring the reinforcing fibers to be layered in multiple directions, the fiber orientation in the fiber-reinforced resin molded body after molding is also random overall, making it pseudo-isotropic, and the physical properties of the fiber-reinforced resin molded body itself are also pseudo-isotropic. Therefore, when the fiber-reinforced resin molded body is used as a structural material, it exhibits excellent strength against loads in all directions. Furthermore, when used as a sound-proofing material, it exhibits high rigidity in all directions even if sound is incident, making it difficult for vibration to occur and improving transmission loss.

このような繊維方向が擬似等方性を有するように複数積層された構成を採用する場合においては、前記板状部及び前記筒状部に、短冊状に切断された複数のチョップドプリプレグを複数積層させるとともに、前記強化繊維の方向が擬似等方性を有する構成を採用することが可能である。
ここで、前記チョップドプリプレグは、薄層開繊された前記強化繊維を単一方向に引き揃えるとともに、前記強化繊維に前記マトリックス樹脂を含浸させて構成されるUD(Uni Direction)シート材から構成する。
一般的な開繊手段により得られる開繊繊維束では、強化繊維の束が多数積層されて厚くなってしまう。ここで、薄層開繊された強化繊維とは、開繊繊維束の目付けやプリプレグとした際の厚み等を限定するものではないが、繊維強化樹脂成形体として成形した際に、筒状部における板状部側の底部から先端部に亘って前記強化繊維が充填され得る程度に強化繊維の流動性が高くなるように薄層に開繊されたものをいう。
When adopting a multiple-layered configuration in which the fiber direction has pseudo-isotropy, it is possible to adopt a configuration in which a plurality of chopped prepregs cut into strips are laminated on the plate-shaped portion and the tubular portion, and the direction of the reinforcing fibers has pseudo-isotropy.
Here, the chopped prepreg is made of a UD (Uni Direction) sheet material in which the reinforcing fibers that have been opened into thin layers are aligned in a single direction and impregnated with the matrix resin.
In a spread fiber bundle obtained by a general spreading method, many bundles of reinforcing fibers are laminated and become thick. Here, the thin layer spread reinforcing fibers do not limit the basis weight of the spread fiber bundle or the thickness when made into a prepreg, but refer to fibers spread in a thin layer so that the fluidity of the reinforcing fibers is high enough that the reinforcing fibers can be filled from the bottom to the tip of the plate-like portion of the tubular portion when molded into a fiber-reinforced resin molding.

前記薄層開繊された強化繊維によるUDシートをチョップドプリプレグとし、それを擬似等方性となるように複数積層してチョップドプリプレグシートとすることで、短冊状のチョップドプリプレグの強化繊維があらゆる方向に配向して積層されるため、繊維強化樹脂成形体における方向による強度のムラがなくなる。すなわち、あらゆる方向の曲げや捩じり、引張り等の力に対して均等な強度を発揮する。
また、薄層開繊された強化繊維束が短冊状となるように切断されていることにより、圧縮成形される場合にマトリックス樹脂の流動によって強化繊維がほどけやすく、所定の高さを有する筒状部に対しても溶融したマトリックス樹脂とともに容易に流動し、強化繊維が擬似等方性を有した状態で筒状部の先端部にまで充填されやすくなる。
The UD sheet made of the thin-layered reinforcing fibers is made into a chopped prepreg, and multiple chopped prepreg sheets are laminated to be pseudo-isotropic, so that the reinforcing fibers of the strip-shaped chopped prepregs are oriented in all directions and laminated, eliminating unevenness in strength due to direction in the fiber-reinforced resin molding. In other words, the strength is uniform against bending, twisting, pulling, and other forces in all directions.
In addition, since the thin-layered reinforcing fiber bundles are cut into strips, the reinforcing fibers are easily unraveled by the flow of the matrix resin during compression molding, and flow easily together with the molten matrix resin into a tubular portion having a specified height, making it easy for the reinforcing fibers to be filled up to the tip of the tubular portion in a pseudo-isotropic state.

一方、前記板状部と筒状部とを備える本発明の繊維強化樹脂成形体においては、板状部及び筒状部の形態や、強化繊維の特性等によって種々の曲げ強さを発現し得る。この点、前述のように、筒状部における板状部側の底部から先端部に亘って強化繊維を充填させて構成としたうえで、前記筒状部の先端部中央に圧子を押し付ける曲げ試験における破断時の圧子荷重と、前記板状部の前記筒状部が設けられていない方の面の中央に圧子を押し付ける曲げ試験における破断時の圧子荷重との差において、何れか小さい圧子荷重が大きい方の圧子荷重の50%以上となるように構成することも可能である。 On the other hand, in the fiber-reinforced resin molding of the present invention that includes the plate-like portion and the cylindrical portion, various bending strengths can be exhibited depending on the shape of the plate-like portion and the cylindrical portion, the properties of the reinforcing fibers, etc. In this regard, as described above, it is also possible to configure the cylindrical portion by filling the bottom of the plate-like portion side to the tip with reinforcing fibers, and to configure the smaller indenter load at break in a bending test in which an indenter is pressed against the center of the tip of the cylindrical portion and the smaller indenter load at break in a bending test in which an indenter is pressed against the center of the surface of the plate-like portion on which the cylindrical portion is not provided, to be 50% or more of the larger indenter load.

前記曲げ試験は、JIS K7171相当の曲げ試験機を用い、試料寸法・試験速度・支点間距離・圧子形状は任意とすることができるが、それぞれの曲げ方向においては同一条件で曲げ試験を行う。曲げ試験において、試料の一部に破断が見られた際に圧子が試料に印加していた荷重を測定し、曲げ方向ごとに比較する。 The bending test is performed using a bending tester equivalent to JIS K7171. The sample dimensions, test speed, distance between supports, and indenter shape can be arbitrary, but the bending test is performed under the same conditions for each bending direction. During the bending test, the load applied to the sample by the indenter when part of the sample breaks is measured and compared for each bending direction.

前記手段は、板状部及び筒状部の形態や、強化繊維の特性それ自体を特定の条件に限定することを直接的な手段としたものではない。すなわち、少なくとも筒状部における板状部側の底部から先端部に亘って前記強化繊維が充填されて構成されるということを前提とし、曲げ試験における曲げ方向ごとの曲げ強さの差に着目して、前記板状部及び筒状部の形態等を随意に設定して構成する手段である。 The above means does not directly limit the shape of the plate-like and tubular parts or the properties of the reinforcing fibers themselves to specific conditions. In other words, it is a means for arbitrarily setting and configuring the shape of the plate-like and tubular parts, focusing on the difference in bending strength for each bending direction in a bending test, on the premise that the reinforcing fibers are filled at least from the bottom to the tip of the tubular part on the plate-like side.

前記のように、異なる曲げ方向のそれぞれにおける破断時の圧子荷重の差において、何れか小さい圧子荷重が大きい方の圧子荷重の50%以上となるように構成することで、繊維強化樹脂成形体を構造材として用いた場合に、表裏何れかの方向から荷重を受けて曲げが生じた場合であっても、均等な曲げ弾性や強度を備えることができ、何れか一方の曲げ方向が極端に弱くなることがない。 As described above, by configuring the difference in the indenter load at break in each of the different bending directions so that the smaller indenter load is 50% or more of the larger indenter load, when the fiber-reinforced resin molded body is used as a structural material, even if bending occurs due to a load being applied from either the front or back, it is possible to provide uniform bending elasticity and strength, and one of the bending directions will not become extremely weak.

以上説明した本発明の繊維強化樹脂成形体は、その製造方法として下記の手段を採用することができる。
まず、薄層開繊された前記強化繊維が単一方向に引き揃えられるとともに、前記強化繊維に前記マトリックス樹脂を含浸させて構成されるUDシートを短冊状に切断して複数のチョップドプリプレグとする。
次いで、前記複数のチョップドプリプレグを前記強化繊維の方向が擬似等方性を有するように複数積層して前記マトリックス樹脂を溶融固化することでチョップドプリプレグシートとする。
The fiber-reinforced resin molding of the present invention described above can be produced by the following means.
First, the reinforcing fibers that have been spread into thin layers are aligned in a single direction, and the UD sheet formed by impregnating the reinforcing fibers with the matrix resin is cut into rectangular shapes to form a plurality of chopped prepregs.
Next, the plurality of chopped prepregs are laminated so that the direction of the reinforcing fibers has pseudo-isotropy, and the matrix resin is melted and solidified to form a chopped prepreg sheet.

ここで、所定の形状に基づく金型を用い、前記金型内に前記チョップドプリプレグシートを複数積層配置する。前記金型の形状には、平板状の板状部と前記板状部から略垂直に設けられた複数の筒状部とを有するとともに、前記筒状部には筒状部同士が連結されている部分を有する。
最後に、複複数積層した前記チョップドプリプレグシートを前記金型で熱プレスすることによって、複数積層した前記チョップドプリプレグシートの前記マトリックス樹脂を溶融させるとともに、前記炭素繊維を前記溶融したマトリックス樹脂とともに、前記筒状部における前記板状部側の底部から先端部に亘って充填させた繊維強化樹脂成形体を製造する。
Here, a mold based on a predetermined shape is used, and a plurality of the chopped prepreg sheets are stacked and arranged in the mold. The shape of the mold has a flat plate-like portion and a plurality of cylindrical portions provided substantially perpendicularly from the plate-like portion, and the cylindrical portions have portions where the cylindrical portions are connected to each other.
Finally, the multiple laminated chopped prepreg sheets are hot-pressed in the mold to melt the matrix resin of the multiple laminated chopped prepreg sheets, and a fiber-reinforced resin molded body is produced in which the carbon fibers are filled together with the molten matrix resin from the bottom to the tip of the plate-shaped portion of the tubular portion.

薄層開繊された強化繊維を用いたUDシートは、繊維方向ごとに重なる繊維の本数が比較的少なく、ごく薄いものとなっている。その薄いUDシートを切断してランダムな繊維方向となるように積層したチョップドプリプレグシートは、全体としては所定の厚みを有するものの、積層された強化繊維は、繊維方向ごとにごく少ない本数で積層されている。
このようなチョップドプリプレグシートを用いて熱プレス成形することにより、熱により溶融したマトリックス樹脂が金型内の成形空間を流動する際、繊維方向ごとの重なりの少ない強化繊維が容易にほどけ、マトリックス樹脂とともに金型の成形空間内を随意に流動することができる。
その結果、前記筒状部における前記板状部側の底部から先端部に亘って充填させることができ、筒状部の先端部においても十分な剛性と強度を有する繊維強化樹脂成形体を製造することができる。
UD sheets using thin-layered reinforcing fibers are very thin, with a relatively small number of overlapping fibers in each fiber direction. Chopped prepreg sheets, which are made by cutting the thin UD sheets and laminating them so that the fibers are in a random direction, have a certain overall thickness, but the number of reinforcing fibers stacked in each fiber direction is very small.
By using such chopped prepreg sheets for hot press molding, when the matrix resin melted by heat flows through the molding space in the mold, the reinforcing fibers with little overlap in each fiber direction easily unravel and can flow freely through the molding space of the mold together with the matrix resin.
As a result, the tubular portion can be filled from the bottom to the tip on the plate-shaped portion side, and a fiber-reinforced resin molding can be produced that has sufficient rigidity and strength even at the tip of the tubular portion.

前述のように、本発明の繊維強化樹脂成形体では、少なくとも平板状の板状部と前記板状部から略垂直に設けられた複数の筒状部とを有し、前記複数の筒状部においては、筒状部同士が連結されている部分を有するとともに、前記板状部側の底部から先端部に亘って前記強化繊維が充填されている。
このような構成であることにより、何れの曲げ方向に対しても断面係数が大きくなるとともに、筒状部の先端部においても底部と比較して十分に高い弾性及び高い強度を有する。
それ故、軽量で強度や剛性に優れるだけでなく、同等の重量または同等の強度の平板と比較して、より厚いものとすることができ、断熱性や座屈荷重等の面においても優れるという効果がある。また、曲げ方向によらない優れた強靭性と騒音に対する高い透過損失を有する繊維強化樹脂成形体とすることができるという効果がある。
As described above, the fiber-reinforced resin molding of the present invention has at least a flat plate-like portion and a plurality of tubular portions arranged approximately perpendicular to the plate-like portion, and the plurality of tubular portions have portions where the tubular portions are connected to each other, and the reinforcing fibers are filled from the bottom to the tip on the plate-like portion side.
With this configuration, the section modulus is large in any bending direction, and the tip portion of the cylindrical portion has sufficiently high elasticity and strength compared to the bottom portion.
Therefore, not only is it lightweight and has excellent strength and rigidity, but it can also be made thicker than a flat plate of the same weight or strength, and has the effect of being excellent in terms of thermal insulation, buckling load, etc. In addition, it has the effect of being possible to obtain a fiber-reinforced resin molding that has excellent toughness regardless of the bending direction and a high transmission loss against noise.

本発明の繊維強化樹脂成形体を表す斜視図及び断面図である。1A and 1B are a perspective view and a cross-sectional view illustrating a fiber-reinforced resin molding of the present invention. 本発明の繊維強化樹脂成形体における強化繊維の分布を表す部分端面図である。FIG. 2 is a partial end view showing the distribution of reinforcing fibers in a fiber-reinforced resin molding of the present invention. 本発明の繊維強化樹脂成形体の製造方法を表すフローチャートである。1 is a flowchart showing a method for producing a fiber-reinforced resin molding of the present invention. 本発明の繊維強化樹脂成形体の製造方法を表す説明図である。1 is an explanatory diagram showing a method for producing a fiber-reinforced resin molding of the present invention. 本発明の実施例における横断面の二値化画像解析の測定箇所を表す正面図及び平面図である。1A and 1B are a front view and a plan view showing measurement points for binarized image analysis of a cross section in an embodiment of the present invention. 本発明の実施例の最も外周側の筒状部における横断面の二値化画像解析についての比較例との比較結果を表す写真である。11 is a photograph showing the results of a comparison between an embodiment of the present invention and a comparative example in terms of binary image analysis of a cross section of a cylindrical portion on the outermost side. 本発明の実施例の中央の筒状部における横断面の二値化画像解析についての比較例との比較結果を表す写真である。13 is a photograph showing the results of a comparison between an embodiment of the present invention and a comparative example in terms of binary image analysis of a cross section at a central cylindrical portion. 本発明の実施例における圧縮試験の試験品を表す正面図及び平面図である。1A and 1B are a front view and a plan view showing a test piece for a compression test in an embodiment of the present invention. 本発明の実施例における圧縮試験の方法を表す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a method of a compression test in an embodiment of the present invention. 本発明の実施例における圧縮試験の比較例との比較結果を表すグラフである。1 is a graph showing the results of a comparison of a compression test in an embodiment of the present invention with a comparative example. 本発明の実施例における曲げ試験の試験品を表す正面図及び平面図である。1A and 1B are a front view and a plan view showing a test specimen for a bending test in an embodiment of the present invention. 本発明の実施例における曲げ試験の方法を表す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a method of bending test in an embodiment of the present invention. 本発明の実施例における曲げ試験の比較例との比較結果を表すグラフである。1 is a graph showing the results of a comparison of a bending test in an embodiment of the present invention with a comparative example. 本発明の実施例における音響管を用いた透過損失の測定品を表す正面図及び平面図である。1A and 1B are a front view and a plan view showing a measurement item of transmission loss using an acoustic tube in an embodiment of the present invention. 本発明の実施例における音響管を用いた透過損失の測定装置を表す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a transmission loss measuring device using an acoustic tube in an embodiment of the present invention. 音響管を用いた透過損失の測定結果の一般的特性を表すグラフである。1 is a graph showing general characteristics of measurement results of transmission loss using an acoustic tube. 本発明の実施例における音響管を用いた透過損失の測定結果の比較例との比較結果を表すグラフである。1 is a graph showing a comparison result of measurement results of transmission loss using an acoustic tube in an embodiment of the present invention with a comparative example. 本発明の実施例における残響室及び無響室を用いた透過損失の測定装置を表す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a measurement device for transmission loss using a reverberation chamber and an anechoic chamber in an embodiment of the present invention. 本発明の実施例における残響室及び無響室を用いた透過損失の測定結果の比較例との比較結果を表すグラフである。1 is a graph showing a comparison result of measurement results of transmission loss using a reverberation chamber and an anechoic chamber in an embodiment of the present invention with a comparative example. 本発明の変形例を表す平面図である。FIG. 13 is a plan view showing a modified example of the present invention. 特許文献1の基材を表す正面図である。FIG. 2 is a front view showing the base material of Patent Document 1. 特許文献3の繊維強化樹脂成形体を表す模式斜視図及び模式断面図である。1A and 1B are a schematic perspective view and a schematic cross-sectional view showing a fiber-reinforced resin molded body of Patent Document 3.

本発明を実施するための形態について、図1から図4に基づいて以下に説明する。
なお、以降の説明において、図1における幅方向をx方向、奥行方向をy方向とする。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
In the following description, the width direction in FIG. 1 is defined as the x direction, and the depth direction is defined as the y direction.

本発明の実施の形態の一例である繊維強化樹脂成形体100は、全体の形状としては、図1の斜視図に示すように、平板状の板状部1と前記板状部1から略垂直に設けられた複数の筒状部2・2…とを有している。各筒状部2は平面充填された正六角形を厚さ方向に引き伸ばした複数の正六角柱を備え、隣り合う筒状部2の壁部21・21同士が連結部22として共有して連結することで、いわゆるハニカム形状を呈している。 As shown in the perspective view of FIG. 1, the overall shape of a fiber-reinforced resin molded body 100, which is an example of an embodiment of the present invention, has a flat plate-like portion 1 and multiple tubular portions 2, 2... that are arranged approximately perpendicularly from the plate-like portion 1. Each tubular portion 2 has multiple regular hexagonal columns formed by stretching a plane-filled regular hexagon in the thickness direction, and the walls 21, 21 of adjacent tubular portions 2 are connected together as a shared connecting portion 22, giving the body a so-called honeycomb shape.

板状部1は、図1の形態においては長方形の平板状であり、その厚さの下限は、成形時のひび割れ防止の観点から、好ましくは0.5mmを超え、より好ましくは1mm以上である。厚さが0.5mm以下であると、熱プレス成形時に外周部に生じるバリに板状部1が引っ張られてひび割れが発生する。また、厚さの上限は、全体の重量と、強化や透過損失とのバランスから、好ましくは4.5mm未満であり、より好ましくは4mm以下であり、さらに好ましくは3mm以下である。厚さが4.5mm以上であると、重量が増加するだけでなく、同一厚さの単なる平板と筒状部2・2…を設けた場合とを比較して、音の透過損失向上の効果が僅少となる。 In the form shown in FIG. 1, the plate-like portion 1 is a rectangular flat plate, and the lower limit of its thickness is preferably more than 0.5 mm, and more preferably 1 mm or more, from the viewpoint of preventing cracks during molding. If the thickness is 0.5 mm or less, the plate-like portion 1 will be pulled by the burrs that occur on the outer periphery during hot press molding, causing cracks. Furthermore, the upper limit of the thickness is preferably less than 4.5 mm, more preferably 4 mm or less, and even more preferably 3 mm or less, from the viewpoint of the balance between the overall weight and the reinforcement and transmission loss. If the thickness is 4.5 mm or more, not only will the weight increase, but the effect of improving sound transmission loss will be minimal compared to the case where a simple flat plate and cylindrical portions 2, 2... of the same thickness are provided.

筒状部2は、図1の形態においては正六角柱であり、x方向に9個の正六角柱が並列し、y方向には千鳥状に9個の正六角柱が並列している。正六角柱の空間部の形状である正六角形の対向する平行な二辺間の距離は、軽量性と剛性のバランスから適宜設定可能である。また、正六角柱の連結部22を兼用する壁部21の厚さにおいても、軽量性と剛性のバランスから適宜設定可能である。 In the embodiment shown in FIG. 1, the cylindrical portion 2 is a regular hexagonal prism, with nine regular hexagonal prisms arranged in parallel in the x direction and nine regular hexagonal prisms arranged in a staggered pattern in the y direction. The distance between two opposing parallel sides of the regular hexagon, which is the shape of the space of the regular hexagonal prism, can be set appropriately from the perspective of balancing light weight and rigidity. The thickness of the wall portion 21, which also serves as the connecting portion 22 of the regular hexagonal prism, can also be set appropriately from the perspective of balancing light weight and rigidity.

筒状部2の高さの下限については、十分な曲げ強さとするために、好ましくは4mm以上であり、より好ましくは6mm以上である。高さが4mm未満であると、筒状部2による強度の向上の効果が限定的になるとともに、遮音性に対しても周波数によっては透過損失向上の効果が限定的になる。また、高さの上限については、重量とのバランスから適宜設定可能である。 The lower limit of the height of the cylindrical section 2 is preferably 4 mm or more, and more preferably 6 mm or more, in order to ensure sufficient bending strength. If the height is less than 4 mm, the effect of improving strength by the cylindrical section 2 will be limited, and the effect of improving sound transmission loss in terms of sound insulation will also be limited depending on the frequency. The upper limit of the height can be set appropriately based on the balance with the weight.

このような板状部1及び筒状部2・2…とからなる繊維強化樹脂成形体100においては、図1の断面図に示すように、x方向及びy方向の何れの断面においても、略T字型の断面形状が連続した形状となっている。一般的に、単に長方形断面である場合と比較して、長方形の長辺に対して垂直な壁を設けたT字型の断面とした場合は、断面係数が上昇するので、曲げに対する剛性が高くなる。本発明では、板状部1に対して筒状部2・2…が略垂直に設けられているだけでなく、筒状部2・2の壁部21・21同士を連結部22によって連結することで、x方向及びy方向の何れの断面においても、切断箇所によらず必ずT字型の断面が連続して現れることとなる。なお、図1ではx方向及びy方向の直交方向の断面のみ図示しているが、斜め方向であっても同様である。 In the fiber-reinforced resin molded body 100 consisting of such a plate-like portion 1 and cylindrical portions 2, 2..., as shown in the cross-sectional view of FIG. 1, in both cross sections in the x direction and in the y direction, a substantially T-shaped cross section is continuous. In general, compared with a simple rectangular cross section, when a T-shaped cross section is formed with a wall perpendicular to the long side of the rectangle, the section modulus increases, and the rigidity against bending increases. In the present invention, not only are the cylindrical portions 2, 2... arranged substantially perpendicular to the plate-like portion 1, but the walls 21, 21 of the cylindrical portions 2, 2 are connected to each other by the connecting portion 22, so that in both cross sections in the x direction and in the y direction, a continuous T-shaped cross section always appears regardless of the cut position. Note that FIG. 1 shows only cross sections perpendicular to the x direction and the y direction, but the same applies to diagonal cross sections.

繊維強化樹脂成形体100の内部の構成としては、図2に示すように、熱可塑性樹脂であるマトリックス樹脂3と前記マトリックス樹脂3を含浸させた強化繊維4・4…とを備えている。なお、図2の強化繊維4・4の分布の様子は説明のために模式的に表現したものであり、各部の厚さにおいては強調して表示している。
ここで、筒状部2は、前記板状部1側の底部23から先端部24に亘って前記強化繊維4・4…が充填されて構成されている。充填の態様としては、強化繊維4が筒状部2の長手方向に対して略平行に配向しているもののみならず、奥行方向に配向するものや、一部が屈曲して充填されているものもある。このようにランダムな方向に配向した強化繊維4・4…により、板状部1のみならず筒状部2においても繊維方向が擬似等方性を有している。
As shown in Fig. 2, the internal configuration of the fiber reinforced resin molding 100 includes a matrix resin 3, which is a thermoplastic resin, and reinforcing fibers 4, 4... impregnated with the matrix resin 3. Note that the distribution of the reinforcing fibers 4, 4 in Fig. 2 is shown diagrammatically for the purpose of explanation, and the thickness of each portion is exaggerated.
Here, the cylindrical portion 2 is configured by being filled with the reinforcing fibers 4 from the bottom 23 on the plate-like portion 1 side to the tip 24. As for the filling mode, the reinforcing fibers 4 are not only oriented substantially parallel to the longitudinal direction of the cylindrical portion 2, but also oriented in the depth direction and partially bent and filled. With the reinforcing fibers 4 oriented in such random directions, the fiber direction has pseudo-isotropy not only in the plate-like portion 1 but also in the cylindrical portion 2.

マトリックス樹脂3としては、熱可塑性樹脂であれば種々のものを採用することが出来るが、例えばPP(ポリプロピレン)、PE(ポリエチレン)、PS(ポリスチレン)、PA(ポリアミド)、POM(ポリアセタール)、PC(ポリカーボネート)、ABS(アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン共重合体)、PET(ポリエチレンテレフタレート)、PBT(ポリブチレンテレフタレート)、PI(ポリイミド)、PAI(ポリアミドイミド)、PEI(ポリエーテルイミド)、PESU(ポリエーテルサルホン)、PPS(ポリフェニレンスルファイド)、PEK(ポリエーテルケトン)、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)、PEKK(ポリエーテルケトンケトン)、PSF(ポリサルフォン)、PAR(ポリアリレート)、PPSU(ポリフェニルサルホン)、PMMI(アクリル樹脂)、フッ素系樹脂、熱可塑性エポキシ樹脂、液晶ポリマー等を用いることができる。また、これらの熱可塑性樹脂を2種類以上混合したポリマーアロイを用いても良い。 As the matrix resin 3, various thermoplastic resins can be used, such as PP (polypropylene), PE (polyethylene), PS (polystyrene), PA (polyamide), POM (polyacetal), PC (polycarbonate), ABS (acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer), PET (polyethylene terephthalate), PBT (polybutylene terephthalate), PI (polyimide), PAI (polyamide imide), PEI (polyetherimide), PESU (polyethersulfone), PPS (polyphenylene sulfide), PEK (polyether ketone), PEEK (polyether ether ketone), PEKK (polyether ketone ketone), PSF (polysulfone), PAR (polyarylate), PPSU (polyphenylsulfone), PMMI (acrylic resin), fluorine-based resin, thermoplastic epoxy resin, liquid crystal polymer, etc. Also, a polymer alloy in which two or more of these thermoplastic resins are mixed may be used.

強化繊維4としては、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、セラミックス繊維等を用いることができる。特に炭素繊維は軽量性と強度の観点から好ましく、その場合、弾性に優れたピッチ系の炭素繊維を用いることもできるが、PAN(ポリアクリロニトリル系)系の炭素繊維であれば、更に高い強度とすることができる。また、複数の強化繊維4を混合して用いても良い。
また、強化繊維4の繊維長は適宜調整することができる。
Carbon fibers, glass fibers, aramid fibers, ceramic fibers, etc. can be used as the reinforcing fibers 4. Carbon fibers are particularly preferred from the viewpoint of light weight and strength, and in this case, pitch-based carbon fibers with excellent elasticity can be used, but PAN (polyacrylonitrile)-based carbon fibers can provide even higher strength. A mixture of multiple reinforcing fibers 4 may also be used.
Moreover, the fiber length of the reinforcing fibers 4 can be adjusted appropriately.

本発明では、筒状部2における前記板状部1側の底部23から先端部24に亘って前記強化繊維4・4…が充填されていることにより、筒状部2の底部24と比較して先端部24においても十分に高い弾性を有する。
筒状部2の底部23における繊維体積含有率と先端部24における繊維体積含有率との比は、剛性と強度のバランスから、好ましくは50%以上であり、より好ましくは70%以上であり、さらに好ましくは90%以上であり、理想的には100%である。50%を下回ると、底部23と比較して先端部24での強度が低下するため、筒状部2の高さを高くするほど、曲げによって先端部24が破断しやすくなる。それ故、繊維強化樹脂成形体100の厚さを十分に厚いものとすることが困難となる。
In the present invention, the reinforcing fibers 4, 4... are filled from the bottom 23 on the plate-shaped portion 1 side of the tubular portion 2 to the tip portion 24, so that the tip portion 24 has sufficiently high elasticity compared to the bottom 24 of the tubular portion 2.
The ratio of the fiber volume content at the bottom 23 of the tubular portion 2 to the fiber volume content at the tip portion 24 is preferably 50% or more, more preferably 70% or more, even more preferably 90% or more, and ideally 100%, in terms of the balance between rigidity and strength. If it is below 50%, the strength at the tip portion 24 decreases compared to the bottom portion 23, so the tip portion 24 becomes more likely to break when bent as the height of the tubular portion 2 is increased. This makes it difficult to make the fiber-reinforced resin molding 100 sufficiently thick.

また、先端部24における繊維体積含有率は、成形前の素材の繊維体積含有率に対して-10%以上であることが好ましく、より好ましくは-5%以上であり、同じ繊維体積含有率あるいはそれ以上となるのがさらに好ましい。 Furthermore, the fiber volume content in the tip portion 24 is preferably at least -10% of the fiber volume content of the material before molding, more preferably at least -5%, and even more preferably the same fiber volume content or more.

以上のような本発明の繊維強化樹脂成形体100は、図3に示す製造方法により製造することができる。その具体的な内容について、図4を適時参照しながら以下に説明する。なお、図3の各工程名の冒頭に付されているアルファベットは、図4の各説明図のアルファベットと対応している。 The fiber-reinforced resin molding 100 of the present invention as described above can be manufactured by the manufacturing method shown in FIG. 3. The specific details are described below with reference to FIG. 4 as appropriate. The alphabets at the beginning of each step in FIG. 3 correspond to the alphabets in each explanatory diagram in FIG. 4.

はじめに、(a)強化繊維の薄層開繊を行う。強化繊維の開繊方法は種々の方法が挙げられるが、一例として図4(a)に示すような開繊装置5を用いて強化繊維を薄層に開繊することができる。この装置例は、給糸部51から給糸された強化繊維束52を開繊処理部53で開繊するものである。
開繊の仕組みとしては、吸気ポンプ54を作動させて空気を吸引することで、開繊処理部53に下降気流が通過する。開繊処理部53に下降気流が通過すると、強化繊維束52が気流の流速により撓んだ状態となる。撓んだ状態の強化繊維束52の繊維の間を気流が通り抜ける際に、各強化繊維を強化繊維束52の幅方向に移動させる力が働き、強化繊維束52が開繊される。
First, (a) the reinforcing fibers are spread into a thin layer. There are various methods for spreading the reinforcing fibers, but as an example, the reinforcing fibers can be spread into a thin layer using a fiber spreading device 5 as shown in Fig. 4(a). In this device example, a reinforcing fiber bundle 52 fed from a yarn feeding section 51 is spread in a fiber spreading processing section 53.
The mechanism of fiber spreading is as follows: the suction pump 54 is operated to suck in air, and a downward air current passes through the fiber spreading processing section 53. When the downward air current passes through the fiber spreading processing section 53, the reinforcing fiber bundle 52 becomes bent due to the flow speed of the air current. When the air current passes between the fibers of the bent reinforcing fiber bundle 52, a force is generated that moves each reinforcing fiber in the width direction of the reinforcing fiber bundle 52, and the reinforcing fiber bundle 52 is spread.

ここで、接触部材55を回転させて強化繊維束52に接触させることで、強化繊維束52を連続的に緊張・弛緩させる処理を行うことができる。弛緩時に下降気流を強化繊維束52に通過させることにより、より効率的に開繊させることができる。また、図示しないが、これら開繊処理部53及び接触部材55を多段階に設けることで、より幅広かつ薄層に効率よく開繊させることができる。これに代表されるような特殊な方法で開繊した強化繊維束52’は、例えば、炭素繊維束12K(単糸直径約7um、集束本数12,000本)を用いた場合、幅20mmに開繊すると目付け約40g/m2、幅40mmに開繊すると目付け約20g/m2 、幅64 mmに開繊すると目付け約12.5g/m2の薄層に開繊させることができる。ただし、薄層開繊とは、この繊維種、開繊幅及び目付けに限定されるものではなく、後述する熱プレスにおいて強化繊維4が筒状部2の先端部24に十分に充填され得る程度に流動性が高まるものであれば、薄層開繊といえる。 Here, the contact member 55 is rotated to contact the reinforcing fiber bundle 52, thereby performing a process of continuously tensioning and relaxing the reinforcing fiber bundle 52. By passing a descending air current through the reinforcing fiber bundle 52 during relaxation, the reinforcing fiber bundle 52 can be more efficiently spread. Although not shown, by providing the fiber spreading processing unit 53 and the contact member 55 in multiple stages, the reinforcing fiber bundle 52 can be efficiently spread into a wider and thinner layer. For example, when a carbon fiber bundle 12K (single fiber diameter about 7 um, number of fibers 12,000) is used, the reinforcing fiber bundle 52' spread by a special method such as this can be spread into a thin layer with a basis weight of about 40 g/m 2 when spread to a width of 20 mm, a basis weight of about 20 g/m 2 when spread to a width of 40 mm, and a basis weight of about 12.5 g/m 2 when spread to a width of 64 mm. However, the thin layer spreading is not limited to the fiber type, spreading width, and basis weight, and can be said to be a thin layer spreading as long as the fluidity of the reinforcing fibers 4 is increased to such an extent that the tip portion 24 of the tubular portion 2 can be sufficiently filled in the hot press described later.

次に、薄層開繊された強化繊維束52’を用いた(b)UDシート作製を行う。UDシートの作製方法は種々の方法が挙げられるが、例えば、図4(b)に示すようなUDシート製造装置6を用いることができる。
この装置例は、前述の方法で薄層開繊された強化繊維束52’と、マトリックス樹脂2となる熱可塑性樹脂からなる樹脂シート61とを積層一体化するものである。
Next, the thin-layered reinforcing fiber bundles 52' are used to produce a UD sheet (b). There are various methods for producing a UD sheet, but for example, a UD sheet production apparatus 6 as shown in FIG. 4(b) can be used.
This example of the apparatus is for laminating and integrating the reinforcing fiber bundles 52' that have been opened into thin layers by the above-mentioned method and a resin sheet 61 made of a thermoplastic resin that serves as the matrix resin 2.

積層一体化の工程としては、まず、強化繊維束52’を複数引き揃えた状態で、樹脂シート61とともに加熱ロール62・62に送り出す。加熱ロール62・62は一対のロールが2組設けられており、各ロールが高温に加熱されることで、ロール間を通過する強化繊維束52’及び樹脂シート61に熱と圧力をかける。高温に熱されることで熱可塑性樹脂である樹脂シート61が溶融し、同時に圧力をかけることで溶融した樹脂が強化繊維束52’に含浸する。
次に、同様に一対のロールが2組設けられた冷却ロール63・63で含浸した樹脂を冷却して固化させることで、繊維方向が一方向に引き揃えられた強化繊維束52’に樹脂シート61が含浸した状態のUDシート64を得ることができる。このようにして作製されたUDシート64は引き取りロール65に巻回される。
In the lamination and integration process, first, a plurality of reinforcing fiber bundles 52' are aligned and sent to heating rolls 62 together with a resin sheet 61. The heating rolls 62 are provided with two pairs of rolls, and each roll is heated to a high temperature to apply heat and pressure to the reinforcing fiber bundles 52' and the resin sheet 61 passing between the rolls. The resin sheet 61, which is a thermoplastic resin, melts when heated to a high temperature, and the molten resin is impregnated into the reinforcing fiber bundles 52' by applying pressure at the same time.
Next, the impregnated resin is cooled and solidified by two pairs of cooling rolls 63, 63, to obtain a UD sheet 64 in which the reinforcing fiber bundles 52', whose fibers are aligned in one direction, are impregnated with the resin sheet 61. The UD sheet 64 thus produced is wound around a take-up roll 65.

前記UDシート製造装置6では、強化繊維束52’の一方に樹脂シート61を積層しているが、UDシート64はこの構成に限定されない。例えば、樹脂シート61の両側から強化繊維束52’・52’を挟持して積層する構成や、強化繊維束52’の両側から樹脂シート61・61を挟持して積層する構成等を採用することもできる。 In the UD sheet manufacturing device 6, the resin sheet 61 is laminated on one side of the reinforcing fiber bundle 52', but the UD sheet 64 is not limited to this configuration. For example, it is also possible to adopt a configuration in which the reinforcing fiber bundles 52', 52' are sandwiched and laminated from both sides of the resin sheet 61, or a configuration in which the resin sheets 61, 61 are sandwiched and laminated from both sides of the reinforcing fiber bundle 52'.

次に、作製されたUDシート64を用いた(c)チョップドプリプレグシート作製を行う。チョップドプリプレグシートの作製方法は種々の方法が挙げられるが、例えば、図4(c)に示すようなチョップドシート製造装置7を用いることができる。
この装置例は、前述の方法で作製されたUDシート64を短冊状のチョップドプリプレグに切断し、それを複数積層して加熱して積層一体化するものである。
Next, (c) a chopped prepreg sheet is produced using the produced UD sheet 64. There are various methods for producing a chopped prepreg sheet, but for example, a chopped sheet production apparatus 7 as shown in FIG.
This device example cuts the UD sheet 64 produced by the above-mentioned method into chopped prepreg strips, stacks a number of these, and heats them to laminate together.

チョップドプリプレグシート作製の工程としては、まず、UDシート4を縦方向カッター71及び横方向カッター72で短冊状に切断してチョップドプリプレグ73・73…を作製する。チョップドプレプレグ73の寸法は適宜設定することができるが、幅においては、好ましくは1mmから30mmである。幅が1mmより小さくなるとUDシート64を切断する際に毛羽立ちやすくなり、後述する熱プレス時に流動性が悪くなる。幅が30mmより大きくなると後述する積層時に繊維方向が一部の方向に偏りやすく、繊維方向の異方性が生じやすくなる。
また、長さにおいては、好ましくは5mmから100mmである。長さが5mmより小さくなると強化繊維4の引張り強さが低下し、繊維強化樹脂成形体100それ自体の強度も低下する。長さが100mmより大きくなると、積層厚さが厚くなり、熱プレス時の強化繊維4の流動性が低下する。
In the process of producing the chopped prepreg sheet, first, the UD sheet 4 is cut into strips by a vertical cutter 71 and a horizontal cutter 72 to produce chopped prepregs 73, 73.... The dimensions of the chopped prepreg 73 can be set as appropriate, but the width is preferably 1 mm to 30 mm. If the width is smaller than 1 mm, the UD sheet 64 is likely to fluff when cut, and the fluidity is poor during the heat pressing described below. If the width is larger than 30 mm, the fiber direction is likely to be biased in one direction during lamination described below, and anisotropy in the fiber direction is likely to occur.
The length is preferably 5 mm to 100 mm. If the length is less than 5 mm, the tensile strength of the reinforcing fibers 4 decreases, and the strength of the fiber reinforced resin molding 100 itself also decreases. If the length is more than 100 mm, the lamination thickness increases, and the fluidity of the reinforcing fibers 4 during hot pressing decreases.

次に、切断して得られたチョップドプリプレグ73・73…をコンベア74に落下させる。コンベア74は複数のコンベア741・742・743からなり、それぞれが搬送方向に対して所定の距離だけ離間して設置されている。これらコンベア74により搬送されたチョップドプリプレグ73・73…は、搬送ベルト75上に位置をずらしてそれぞれ落下する。このときチョップドプリプレグ73・73…は、前記コンベア741・742・743への落下及び搬送ベルト75への落下によって、繊維方向が二次元方向にランダムに配向される。 Next, the chopped prepregs 73, 73... obtained by cutting are dropped onto a conveyor 74. The conveyor 74 is composed of multiple conveyors 741, 742, 743, each of which is installed at a predetermined distance apart in the conveying direction. The chopped prepregs 73, 73... conveyed by the conveyor 74 fall onto the conveyor belt 75, each at a different position. At this time, the chopped prepregs 73, 73... are dropped onto the conveyors 741, 742, 743 and onto the conveyor belt 75, so that the fiber direction is randomly oriented in a two-dimensional direction.

そして、コンベア741から落下したチョップドプリプレグ73・73…は、加熱ロール751a及び押圧ロール752aからなる接着ロール75aによってマトリックス樹脂2を再溶融させ、積層一体化する。コンベア742においても同様の工程が行われるが、コンベア742からは、すでに接着ロール75aにより積層一体化した上にさらにチョップドプリプレグ73・73…が落下することとなる。落下したチョップドプリプレグ73・73…は、加熱ロール751b及び押圧ロール752bからなる接着ロール75bによってマトリックス樹脂2を再溶融させ、さらに積層一体化されることとなる。次段のコンベア743においても同様である。最後に冷却ロール76によって冷却される。
このように、複数段に分割してチョップドプリプレグ73・73…の積層一体化を行うことで、最終的に得られるチョップドプリプレグシート77は、繊維方向が二次元方向にランダムに配向されて重ね合わされた状態となる。
The chopped prepregs 73, 73... dropped from the conveyor 741 have the matrix resin 2 remelted by the adhesive roll 75a consisting of a heating roll 751a and a pressing roll 752a, and are laminated and integrated. The same process is performed in the conveyor 742, but the chopped prepregs 73, 73... are dropped from the conveyor 742 on top of the chopped prepregs 73, 73... that have already been laminated and integrated by the adhesive roll 75a. The dropped chopped prepregs 73, 73... have the matrix resin 2 remelted by the adhesive roll 75b consisting of a heating roll 751b and a pressing roll 752b, and are further laminated and integrated. The same process is performed in the next conveyor 743. Finally, they are cooled by the cooling roll 76.
In this way, by dividing the chopped prepregs 73, 73... into multiple stages and stacking them together, the final chopped prepreg sheet 77 is stacked with the fibers oriented randomly in the two-dimensional direction.

次に、積層一体化して得られたチョップドプリプレグシート77を用いて(d)熱プレス成形を行う。熱プレス成形の方法は種々の方法が挙げられるが、例えば、図4(d)に示すような単発のプレス金型8を用いることができる。
プレス金型8は、パンチ81及びダイ82を備えている。パンチ81の内面は繊維強化樹脂成形体100の板状部1の外側の面となるような平面形状を有している。また、ダイ82の内面は繊維強化樹脂成形体100の筒状部2の形状を反転した形状を有している。これらパンチ81とダイ82とを向かい合わせて型締めすると、パンチ81とダイ82との間に得るべき繊維強化樹脂成形体100と略同一の形状を有する成形空間が生まれる。
Next, (d) hot press molding is performed using chopped prepreg sheet 77 obtained by laminating and integrating. Various methods can be used for hot press molding, and for example, a single press mold 8 as shown in FIG. 4(d) can be used.
The press die 8 includes a punch 81 and a die 82. The inner surface of the punch 81 has a planar shape that becomes the outer surface of the plate-like portion 1 of the fiber reinforced resin molding 100. The inner surface of the die 82 has a shape that is an inverted shape of the tubular portion 2 of the fiber reinforced resin molding 100. When the punch 81 and the die 82 are faced to each other and clamped, a molding space having approximately the same shape as the fiber reinforced resin molding 100 to be obtained is created between the punch 81 and the die 82.

熱プレス成形の工程としては、ダイ82に前述の方法で作製したチョップドプリプレグシート77・77…を複数枚積層して配置する。そして、プレス金型8を高温に加熱し、パンチ81をダイ82に押し込んで型締めを行う。
金型の温度はチョップドプリプレグシート77のマトリックス樹脂2の種類等によって適宜調整するが、例えば、パンチ81及びダイ82を280℃とすることができる。
In the hot press molding process, a plurality of chopped prepreg sheets 77, 77... produced by the above-mentioned method are stacked and placed on a die 82. Then, the press die 8 is heated to a high temperature, and a punch 81 is pressed into the die 82 to clamp the die.
The temperature of the mold is appropriately adjusted depending on the type of matrix resin 2 of the chopped prepreg sheet 77, and for example, the punch 81 and die 82 can be set to 280°C.

積層配置するチョップドプリプレグシート77の枚数は、用いるチョップドプリプレグシート77の厚さによって変動するが、最終的に得るべき繊維強化樹脂成形体の重量に応じて積層するチョップドプリプレグシート77の重量を設定する。
例えば、図1の形態において、板状部1を幅110mm、奥行100mmとし、筒状部2における正六角柱の空間部の形状である正六角形の対向する平行な二辺間の距離を9mm、正六角柱の壁部21の厚さを1mm、高さを20mmとした形状であって、マトリックス樹脂2にPA(ナイロン6)を用い、強化繊維4に繊維直径7um、繊維長は5mmの炭素繊維を用いて繊維体積含有率Vfを50%の条件とする。この条件において、板状部1の厚さを0.5mmとしたい場合には約48g、厚さを1.0mmとしたい場合には約57g、厚さを2.0mmとしたい場合には約66gとなるように積層する。このように、用いたチョップドプリプレグシート77・77…の重量のうち、筒状部2となる成形空間に充填した残余が板状部1の厚さとなる。
The number of chopped prepreg sheets 77 to be stacked varies depending on the thickness of the chopped prepreg sheets 77 used, but the weight of the chopped prepreg sheets 77 to be stacked is set according to the weight of the fiber reinforced resin molding to be ultimately obtained.
For example, in the embodiment of FIG. 1, the plate-like portion 1 has a width of 110 mm and a depth of 100 mm, the distance between two parallel sides of the regular hexagon, which is the shape of the space of the regular hexagonal prism in the cylindrical portion 2, is 9 mm, the thickness of the wall portion 21 of the regular hexagonal prism is 1 mm, and the height is 20 mm. PA (nylon 6) is used for the matrix resin 2, and carbon fibers with a fiber diameter of 7 um and a fiber length of 5 mm are used for the reinforcing fibers 4, and the fiber volume content Vf is 50%. Under these conditions, the plate-like portion 1 is laminated so that it weighs about 48 g when the thickness is 0.5 mm, about 57 g when the thickness is 1.0 mm, and about 66 g when the thickness is 2.0 mm. In this way, the weight of the chopped prepreg sheets 77, 77... used is the remainder filled in the molding space that becomes the cylindrical portion 2, which becomes the thickness of the plate-like portion 1.

上記により設定した重量のチョップドプリプレグシート77・77…を積層し、高温に加熱した金型8で型締めすることにより、チョップドプリプレグシート77・77…のマトリックス樹脂2を再溶融させる。それに伴い、型締めの圧力によって溶融したマトリックス樹脂2が流動する。このマトリックス樹脂2の流動に伴って、ランダム方向に繊維配向した強化繊維4も流動する。強化繊維4は、前述のように薄層開繊されているうえに所定の長さに切断されている。そのため、強化繊維4・4…全体としては、ランダム方向に繊維配向した状態で複数積層されて所定の厚みを有しているものの、個々のチョップドプリプレグ73・73…であった部分においては、繊維方向ごとに非常に少ない本数で強化繊維4・4…が存在している。それ故、マトリックス樹脂2の流動に伴って各強化繊維4・4…も流動しやすく、元々強化繊維4が全体的に分布している板状部1に強化繊維4・4…が充填されるのは当然として、筒状部2に対しても底部23から先端部24に亘って充填される。
型締めの圧力及び時間は適宜調整すべきものであるが、図1の形態では、一例として、成形機のシリンダーに5kgfの荷重を20分間印加して余熱した後、荷重を30kgfに切り替えて5分間プレスすることにより成形することができる。
The chopped prepreg sheets 77, 77... of the weight set as described above are stacked and clamped with a mold 8 heated to a high temperature, thereby remelting the matrix resin 2 of the chopped prepreg sheets 77, 77.... The melted matrix resin 2 flows due to the pressure of the clamping. With this flow of the matrix resin 2, the reinforcing fibers 4 with random fiber orientation also flow. The reinforcing fibers 4 are thinly spread as described above and cut to a predetermined length. Therefore, although the reinforcing fibers 4, 4... as a whole are laminated in a state where the fibers are oriented in a random direction and have a predetermined thickness, in the parts that were the individual chopped prepregs 73, 73..., there are a very small number of reinforcing fibers 4, 4... for each fiber direction. Therefore, with the flow of the matrix resin 2, the reinforcing fibers 4, 4... also flow easily, and the reinforcing fibers 4, 4... are naturally filled in the plate-shaped part 1 where the reinforcing fibers 4 are originally distributed overall, and are also filled in the tubular part 2 from the bottom 23 to the tip 24.
The pressure and time of clamping the mold should be adjusted appropriately, but in the embodiment of FIG. 1, as an example, a load of 5 kgf is applied to the cylinder of the molding machine for 20 minutes to preheat it, and then the load is switched to 30 kgf and pressed for 5 minutes to mold the molded product.

最後にプレス金型8を型締めした状態で一定時間保持し、マトリックス樹脂2を十分に冷却して固化させた後、繊維強化樹脂成形体100を離型する。このとき、パンチ81及びダイ82を冷却して同じ金型8で冷間プレスする方法を採用すれば、より短時間で冷却することができる。一例として、パンチ81は加熱せず自然冷却とし、ダイ82を110℃に調整してシリンダーに40kgfの荷重を7分間印加して冷間プレスすることができる。
また、プレス金型8と同一の別のプレス金型8’(図示せず)を作製しておき、冷却の途中でパンチ81を開いた後、別の冷却済みのパンチ81’を冷却中のダイ82に締め込む方法を採用すれば、さらに短時間で冷却することができるうえ、複数の金型を用いて連続的に成形が可能である。
Finally, the press die 8 is held in a clamped state for a certain period of time, the matrix resin 2 is sufficiently cooled and solidified, and then the fiber reinforced resin molded body 100 is released from the die. At this time, cooling can be achieved in a shorter period of time by adopting a method in which the punch 81 and die 82 are cooled and cold pressing is performed using the same die 8. As an example, the punch 81 is not heated but is allowed to cool naturally, the die 82 is adjusted to 110°C, and a load of 40 kgf is applied to the cylinder for 7 minutes to perform cold pressing.
Furthermore, if a separate press die 8' (not shown) identical to the press die 8 is prepared, and after opening the punch 81 during cooling, another cooled punch 81' is fastened to the die 82 which is being cooled, cooling can be performed in an even shorter time, and continuous molding can be performed using multiple dies.

「筒状部の先端部における二値化画像解析」
ここで、前述の実施形態を適用して製造された繊維強化樹脂成形体100の実施例1及び比較例1について行った二値化画像解析について説明する。本解析では、図5に示すように、複数の筒状部2・2…のうち、最も外周側に位置する筒状部2aと中央に位置する筒状部2bについて、先端部の先端部24の横断面を拡大鏡で撮影した。そして、その画像を計算機で二値化画像処理し、撮影範囲に対する強化繊維4の断面割合を計算した。
"Binarized image analysis of the tip of a cylindrical part"
Here, a binary image analysis performed on Example 1 and Comparative Example 1 of the fiber-reinforced resin molding 100 manufactured by applying the above-mentioned embodiment will be described. In this analysis, as shown in Fig. 5, the cross sections of the tip end 24 of the tip end of the cylindrical part 2a located on the outermost side and the cylindrical part 2b located in the center among the multiple cylindrical parts 2, 2... were photographed with a magnifying glass. Then, the images were subjected to binary image processing by a computer, and the cross-sectional ratio of the reinforcing fiber 4 to the photographed range was calculated.

具体的には、二値化画像処理によって、強化繊維4・4…の断面については白色となり、マトリックス樹脂3やボイド(気泡)の断面については黒色となるように画像処理し、全体のピクセル数に対する白色のピクセル数の割合を計算した。なお、二値化画像処理を行うソフトウェアは、読み込んだビットマップ画像に基づいて二値化処理ができ、白色と黒色のピクセルの割合を計算できるものであれば、特に限定しない。 Specifically, the image was processed by binary image processing so that the cross sections of the reinforcing fibers 4, 4... appeared white, and the cross sections of the matrix resin 3 and voids (air bubbles) appeared black, and the ratio of the number of white pixels to the total number of pixels was calculated. Note that there are no particular limitations on the software that performs the binary image processing, so long as it can perform binary processing based on the loaded bitmap image and calculate the ratio of white and black pixels.

試験に用いた繊維強化樹脂成形体100は、実施例1及び比較例1ともに、図1に示す繊維強化樹脂成形体100を用いている。各部の寸法は、図5に示すように、筒状部2における正六角柱の空間部の形状である正六角形の対向する平行な二辺間の距離aは9mm、正六角柱の壁部21の厚さは1mm、板状部1の厚さhは1mm、筒状部2の高さhは20mmである。 The fiber-reinforced resin molded body 100 used in the test in both Example 1 and Comparative Example 1 is the fiber-reinforced resin molded body 100 shown in FIG. 1. As shown in FIG. 5, the dimensions of each part are as follows: the distance a between two opposing parallel sides of the regular hexagon that forms the shape of the space of the regular hexagonal prism in the tubular part 2 is 9 mm, the thickness of the wall part 21 of the regular hexagonal prism is 1 mm, the thickness h of the plate-like part 1 is 1 mm, and the height h of the tubular part 2 is 20 mm.

実施例1では、マトリックス樹脂4にPA6を用い、前述の製造方法によって薄層開繊した繊維体積含有率53%のUDシートを作製し、それを短冊状に裁断して前述の製造方法によって繊維体積含有率50%のチョップドプリプレグを作製した後、圧縮成形することで繊維強化樹脂成形体100を形成している。
一方、比較例1では、マトリックス樹脂4にPA6を用い、従来の公知の製造方法によって比較的厚く開繊された炭素繊維を用いて、厚さ0.16mm、幅166mmのUDシートを作製し、それを短冊状に裁断して繊維体積含有率49%のチョップドプリプレグを作製した後、圧縮成形することで繊維強化樹脂成形体を形成している。
In Example 1, PA6 is used as the matrix resin 4, and a UD sheet with a fiber volume content of 53% is produced by the above-mentioned manufacturing method, which is then cut into strips to produce chopped prepregs with a fiber volume content of 50% by the above-mentioned manufacturing method, and then compression molded to form a fiber reinforced resin molding 100.
On the other hand, in Comparative Example 1, PA6 was used as the matrix resin 4, and a UD sheet with a thickness of 0.16 mm and a width of 166 mm was produced using carbon fibers that had been spread relatively thickly by a conventional known manufacturing method. This was then cut into strips to produce chopped prepregs with a fiber volume content of 49%, which were then compression molded to form a fiber-reinforced resin molding.

横断面の撮影については、先端部24をできる限り薄く研削・研磨して断面を露出させる。本実施例では1mmから2mm程度研削・研磨している。そして、画像検査装置や画像データを取り込み可能な光学顕微鏡によって横断面を撮影する。拡大率は炭素繊維の断面が精度良く撮影できる倍率を選択する。本解析では120倍で撮影している。
二値化した画像に基づいてピクセル数の割合を計算するにあたっては、場所による誤差を軽減するため、横断面の任意の箇所を2ないし3か所選択し、それら全体のピクセルについて割合を算出する。解析する範囲は、本解析では測定箇所の状態に応じて、500um×500umまたは950um×950umの範囲で解析し、その平均を求めている。
To photograph the cross section, the tip 24 is ground and polished as thin as possible to expose the cross section. In this embodiment, the tip is ground and polished to about 1 to 2 mm. The cross section is then photographed using an image inspection device or an optical microscope capable of capturing image data. The magnification is selected so that the cross section of the carbon fiber can be photographed with good accuracy. In this analysis, the image is photographed at 120x.
When calculating the percentage of pixels based on the binarized image, in order to reduce errors due to location, two or three arbitrary locations on the cross section are selected and the percentage is calculated for all of those pixels. In this analysis, the analysis range is 500um x 500um or 950um x 950um depending on the condition of the measurement location, and the average is calculated.

本解析によって得られた撮影画像及び解析結果を図6及び図7に示す。各図の左側が実施例1であり、右側が比較例1である。図6(a)(b)は、最も外周側に位置する筒状部2aの解析結果であり、図6(a)は正方形で示した500um×500umの範囲で3か所解析し、図6(b)は正方形で示した950um×950umの範囲で2か所解析している。
また、図7(a)(b)は、中央に位置する筒状部2bの解析結果であり、図7(a)(b)ともに場所を少しずらして正方形で示した950um×950umの範囲で2か所ずつ解析している。
なお、各写真の上側が撮影時のRGB画像であり、下側が二値化した画像である。
The photographed images and analysis results obtained by this analysis are shown in Figures 6 and 7. The left side of each figure is Example 1, and the right side is Comparative Example 1. Figures 6(a) and (b) show the analysis results of the cylindrical portion 2a located on the outermost side, where three locations within a 500 um x 500 um square area were analyzed in Figure 6(a), and two locations within a 950 um x 950 um square area were analyzed in Figure 6(b).
Moreover, Figures 7(a) and (b) show the analysis results of the centrally located cylindrical portion 2b, and in both Figures 7(a) and (b), the analysis was performed at two locations each within the 950 um x 950 um square area, slightly shifted from one another.
In addition, the upper side of each photograph is the RGB image at the time of shooting, and the lower side is the binarized image.

図6及び図7からわかるように、外周側の筒状部2aと中央の筒状部2bのいずれにおいても、実施例1では白色のピクセルで表される炭素繊維の断面の割合が黒色のピクセルで表されるマトリックス樹脂やボイドの割合と略同等か多かったのに対して、比較例1では、圧縮成形前のチョップドプリプレグの繊維体積含有率が本実施例と同程度であるにも関わらず、炭素繊維の断面の割合が少なかった。 As can be seen from Figures 6 and 7, in both the outer tubular portion 2a and the central tubular portion 2b, in Example 1, the proportion of carbon fiber cross sections represented by white pixels was approximately equal to or greater than the proportion of matrix resin and voids represented by black pixels, whereas in Comparative Example 1, the proportion of carbon fiber cross sections was smaller, even though the fiber volume content of the chopped prepreg before compression molding was similar to that of this example.

これらの炭素繊維の断面の割合の平均値の比較結果を表1に示す。本実施例では外周側の筒状部2aと中央の筒状部2bのいずれにおいても、圧縮成形前のチョップドプリプレグの繊維体積含有率50%よりも大きい結果となった。
一方、比較例1では本実施例では外周側の筒状部2aと中央の筒状部2bのいずれにおいても、圧縮成形前のチョップドプリプレグの繊維体積含有率49%よりも小さい結果となった。
A comparison of the average values of the cross-sectional proportions of these carbon fibers is shown in Table 1. In this example, the fiber volume content of both the outer circumferential tubular portion 2a and the central tubular portion 2b was greater than 50% of the chopped prepreg before compression molding.
On the other hand, in Comparative Example 1, the fiber volume content of both the outer circumferential cylindrical portion 2a and the central cylindrical portion 2b in this embodiment was smaller than the fiber volume content of 49% of the chopped prepreg before compression molding.

Figure 0007689505000001
Figure 0007689505000001

「圧縮試験」
次に、実施例2及び比較例2について行った圧縮試験の結果について説明する。本試験では、実施例1及び比較例1の繊維強化樹脂成形体1 00を、図8に示すような形態に加工した繊維強化樹脂成形体110を作製して、それぞれについてN=2で圧縮試験を行い、荷重-歪線図を算出した。
"Compression test"
Next, a description will be given of the results of the compression test carried out on Example 2 and Comparative Example 2. In this test, the fiber reinforced resin moldings 100 of Example 1 and Comparative Example 1 were processed into the form shown in Fig. 8 to produce fiber reinforced resin moldings 110, and a compression test was carried out for each of them with N=2, and a load-strain diagram was calculated.

試験に用いた繊維強化樹脂成形体110は、図8に示すように、前述の実施例1における繊維強化樹脂成形体100を加工し、一つの筒状部2のまわりに1つずつ筒状部2が隣接し、合計で7つの筒状部2・2…を有する形状に切断した。
これを、JISK7181相当の圧縮試験機に対して、図9(a)に示すように、板状部1が固定され筒状部2に加圧板が接触する向き(以下、この試験において「上向き」という)と、図9(b)に示すように、筒状部2が固定され板状部1に加圧板が接触する向き(以下、この試験において「下向き」という)の2通りで試験を行った。試験においては、加圧板の変位量と荷重を記録しながら、繊維強化樹脂成形体110が降伏したあと塑性変形が進行するところまで記録した。
The fiber-reinforced resin molding 110 used in the test was prepared by processing the fiber-reinforced resin molding 100 in the above-mentioned Example 1 and cutting it into a shape having a total of seven tubular portions 2, 2..., with one tubular portion 2 adjacent to each other, as shown in Figure 8.
This was tested in two ways using a compression testing machine equivalent to JIS K7181: as shown in Fig. 9(a), the plate-like portion 1 was fixed and the pressure plate was in contact with the cylindrical portion 2 (hereinafter referred to as "upward" in this test), and as shown in Fig. 9(b), the cylindrical portion 2 was fixed and the pressure plate was in contact with the plate-like portion 1 (hereinafter referred to as "downward" in this test). During the test, the displacement amount of the pressure plate and the load were recorded, and the records were kept until the progress of plastic deformation after the fiber-reinforced resin molding 110 yielded.

破壊時の荷重の比較結果を表2に示し、荷重-歪線図のグラフを図10(a)(b)に示す。なお、図10(a)は上向き、図10(b)は下向きを示す。
前述の二値化画像解析で筒状部2の先端部24における炭素繊維の割合が小さかった比較例1を加工した比較例2の降伏時の荷重は、上向きが3.18kNであり、下向きが3.16kNであった。それに対して先端部24にまで十分炭素繊維が充填していた実施例1を加工した実施例2では、上向きが3.33kNであり、下向きが3.45kNと、比較例2よりも荷重が高い結果となった。
また、降伏後においては、比較例2は実施例2よりも低い荷重であっても歪(ストロークが増大する結果となった。
The comparison results of the load at break are shown in Table 2, and the load-strain curves are shown in Figures 10(a) and 10(b). Note that Figure 10(a) shows the upward direction, and Figure 10(b) shows the downward direction.
The load at yield of Comparative Example 2, which was obtained by machining Comparative Example 1, in which the proportion of carbon fiber in the tip 24 of the tubular portion 2 was small in the above-mentioned binary image analysis, was 3.18 kN upward and 3.16 kN downward. In contrast, in Example 2, which was obtained by machining Example 1, in which carbon fiber was sufficiently filled up to the tip 24, the load was 3.33 kN upward and 3.45 kN downward, which was a higher load than Comparative Example 2.
In addition, after yielding, Comparative Example 2 resulted in an increase in strain (stroke) even at a lower load than Example 2.

Figure 0007689505000002
Figure 0007689505000002

「曲げ試験」
次に、前述の実施形態を適用して製造された繊維強化樹脂成形体120の実施例3から9及び比較例3及び4について行った曲げ試験の結果について説明する。本実施例では、図11に示すような形態の繊維強化樹脂成形体120を7種類作製して、それぞれについて曲げ試験を行い、破断時の圧子荷重を測定した。
"Bending test"
Next, a description will be given of the results of bending tests carried out on the fiber reinforced resin moldings 120 produced by applying the above-mentioned embodiment in Examples 3 to 9 and Comparative Examples 3 and 4. In this example, seven types of fiber reinforced resin moldings 120 having the configuration shown in Fig. 11 were produced, and bending tests were carried out on each of them to measure the indenter load at break.

試験に用いた本実施例の繊維強化樹脂成形体120は、図11に示すように、幅110mm、奥行15mmの矩形状の板状部1に、ハニカム形状を呈する正六角柱が8個並列して中心基準に設けられ、8個の正六角柱の両端には正六角柱の半分の形状がそれぞれ結合した筒状部2を備えた形状となっている。筒状部2における正六角柱の空間部の形状である正六角形の対向する平行な二辺間の距離aは9mm、正六角柱の壁部21の厚さは1mmである。
ここで、実施例3から6及び9においては、板状部1の厚さhは1mmであり、実施例7~8においては3mmである。また、実施例3から8においては、繊維直径7umのPAN系炭素繊維を強化繊維に用い、実施例9においては、繊維直径10umのピッチ系炭素繊維を強化繊維に用いている。筒状部2の高さHについては、それぞれの実施例において異なり、4mm、6mm、10mm、20mmを適宜組み合わせている。
The fiber-reinforced resin molded body 120 of this embodiment used in the test has a rectangular plate-like portion 1 with a width of 110 mm and a depth of 15 mm, eight regular hexagonal prisms exhibiting a honeycomb shape are arranged in parallel with each other with a center reference, and a cylindrical portion 2 is provided with half of a regular hexagonal prism connected to both ends of the eight regular hexagonal prisms, as shown in Fig. 11. The distance a between two opposing parallel sides of the regular hexagon, which is the shape of the space of the regular hexagonal prisms in the cylindrical portion 2, is 9 mm, and the thickness of the wall portion 21 of the regular hexagonal prisms is 1 mm.
Here, the thickness h of the plate-like portion 1 is 1 mm in Examples 3 to 6 and 9, and 3 mm in Examples 7 to 8. In addition, PAN-based carbon fibers with a fiber diameter of 7 um are used as reinforcing fibers in Examples 3 to 8, and pitch-based carbon fibers with a fiber diameter of 10 um are used as reinforcing fibers in Example 9. The height H of the cylindrical portion 2 differs in each Example, and is an appropriate combination of 4 mm, 6 mm, 10 mm, and 20 mm.

一方、比較例としては、繊維直径7umのPAN系炭素繊維を用い、実施例3~9の板状部1と同一寸法の平板を作製した。比較例3の厚さは実施例3から6及び9の板状部1と同一の厚さである1mmであり、比較例4の厚さは実施例6と同等の重量となる厚さである4.5mmとしている。これら実施例3から9と比較例3及び4の製造条件を下記に示し、諸元及び重量の代表値を表3に示す。 On the other hand, for the comparative examples, PAN-based carbon fibers with a fiber diameter of 7 um were used to produce flat plates of the same dimensions as plate-shaped portion 1 in Examples 3 to 9. The thickness of Comparative Example 3 was 1 mm, the same as plate-shaped portion 1 in Examples 3 to 6 and 9, and the thickness of Comparative Example 4 was 4.5 mm, which resulted in the same weight as Example 6. The manufacturing conditions for Examples 3 to 9 and Comparative Examples 3 and 4 are shown below, and representative values for the specifications and weights are shown in Table 3.

(製造条件)
マトリックス樹脂・・・・・・・ポリアミド6
強化繊維・・・・・・・・・・・表3参照
熱プレス条件・・・・・・・・・型温280℃、余熱は5kgfで20分、プレスは30kgfで5分
冷間プレス条件・・・・・・・・パンチ非加熱、ダイ110℃、プレスは40kgfで7分
(manufacturing conditions)
Matrix resin: Polyamide 6
Reinforced fiber...See Table 3. Hot press conditions...Mold temperature 280°C, preheating at 5kgf for 20 minutes, pressing at 30kgf for 5 minutes. Cold press conditions...Punch unheated, die 110°C, pressing at 40kgf for 7 minutes.

Figure 0007689505000003
Figure 0007689505000003

曲げ試験はJISK7171相当の曲げ試験機を用い、図12(a)に示すように筒状部2の先端部24に圧子を接触させる曲げ方向(以下、この試験において「上方向」という)と、図12(b)に示すように板状部1の外側の面に圧子を接触させる曲げ方向(以下、この試験において「下方向」という)の二方向で試験を行った。試験条件としては、圧子先端曲率R1を5mm、支点間距離Lを60mm、支点曲率R2を5mm、試験速度を3mm/minとした。 The bending test was performed using a bending tester equivalent to JIS K7171 in two directions: a bending direction in which the indenter contacted the tip 24 of the cylindrical portion 2 as shown in Figure 12(a) (hereinafter referred to as the "upward direction" in this test), and a bending direction in which the indenter contacted the outer surface of the plate-like portion 1 as shown in Figure 12(b) (hereinafter referred to as the "downward direction" in this test). The test conditions were as follows: indenter tip curvature R1: 5 mm, support distance L: 60 mm, support curvature R2: 5 mm, test speed: 3 mm/min.

試験結果を表4に示し、棒グラフを図13に示す。板厚1mmの比較例1に対して、同一の厚さの板状部1を備える実施例3から6及び9は、強化繊維の種類及び曲げ方向が上方向か下方向かに関わらず、何れも破断時の圧子荷重が比較例3よりも大きい結果となった。
また、重量が同等である一方で全体の厚さが約5倍異なる比較例4と実施例6とを比較すると、上方向においては略同等の圧子荷重となり、下方向においては実施例6の圧子荷重の方が大きい結果となった。
さらに、実施例3から9の何れにおいても、上方向または下方向における圧子荷重の何れか小さい方の値が、大きい方の値の50%以上である結果となった。
The test results are shown in Table 4, and a bar graph is shown in Figure 13. In comparison with Comparative Example 1 having a plate thickness of 1 mm, Examples 3 to 6 and 9 having a plate-like portion 1 of the same thickness showed a larger indenter load at break than Comparative Example 3, regardless of the type of reinforcing fiber and whether the bending direction was upward or downward.
Furthermore, when comparing Comparative Example 4 and Example 6, which have the same weight but a difference in overall thickness of about 5 times, the indenter load was approximately the same in the upward direction, but the indenter load of Example 6 was greater in the downward direction.
Furthermore, in all of Examples 3 to 9, the smaller of the indenter loads in the upward and downward directions was 50% or more of the larger one.

Figure 0007689505000004
Figure 0007689505000004

「音響管を用いた音の透過損失測定」
次に、前述の実施形態を適用して製造された繊維強化樹脂成形体130の実施例10から12と比較例5から10について行った音響管を用いた音の透過損失測定について説明する。本試験では、図14に示すような形態の繊維強化樹脂成形体130を3種類と、比較例を6種類作製して、それぞれについて音の透過損失を測定した。
"Sound transmission loss measurement using an acoustic tube"
Next, a description will be given of the sound transmission loss measurement using an acoustic tube performed on Examples 10 to 12 and Comparative Examples 5 to 10 of the fiber-reinforced resin molding 130 manufactured by applying the above-mentioned embodiment. In this test, three types of fiber-reinforced resin molding 130 having the configuration shown in Fig. 14 and six types of comparative examples were manufactured, and the sound transmission loss was measured for each.

試験に用いた本実施例の繊維強化樹脂成形体130は、図14に示すように、直径100mm、厚さhが1mmの円盤状の板状部1に、ハニカム形状を呈する正六角柱が満遍なく平面充填された筒状部2を有する形状となっている。
筒状部2における正六角柱の空間部の形状である正六角形の対向する平行な二辺間の距離aは9mm、正六角柱の壁部21の厚さは1mmである。また、強化繊維には繊維直径7umのPAN系炭素繊維を用いている。また、筒状部2の高さHについては、実施例10が5mm、実施例11が10mm、実施例12が20mmとなっている。
The fiber-reinforced resin molding 130 of this embodiment used in the test has a shape including a disk-shaped plate-like portion 1 having a diameter of 100 mm and a thickness h of 1 mm, and a tubular portion 2 in which regular hexagonal prisms having a honeycomb shape are evenly packed on the plane, as shown in Figure 14.
The distance a between two opposing parallel sides of the regular hexagon, which is the shape of the space of the regular hexagonal prism in the cylindrical portion 2, is 9 mm, and the thickness of the wall portion 21 of the regular hexagonal prism is 1 mm. In addition, PAN-based carbon fibers with a fiber diameter of 7 um are used as the reinforcing fibers. In addition, the height H of the cylindrical portion 2 is 5 mm in Example 10, 10 mm in Example 11, and 20 mm in Example 12.

一方、比較例5から8は筒状部2を備えない平板状の板材である。また、比較例9はハニカム形状を呈する筒状部2の両面側に板状部1・1が結合した構造となっており、正六角形の対向する平行な二辺間の距離は9mmと本実施例と同様であるが、正六角形の壁部の厚さが0.2mmとなっている。
比較例5には、ステンレス鋼であるSUS304を用いている。比較例9は強化繊維を含まない単一材料であるPPを用いている。比較例10は実施例12と同じ形態及び寸法であるが、強化繊維を含まない単一材料であるPA6を用いている。
板厚は、比較例5から7が1mm、比較例8が4.6mm、比較例9は一方が0.6mmであり他方が0.5mmである。
使用している強化繊維は、比較例7及び8は繊維直径7umのPAN系炭素繊維を用い、比較例6はピッチ系炭素繊維を用いている。
これら実施例10から12及び比較例5から10の諸元及び重量の代表値を表5に示す。
On the other hand, Comparative Examples 5 to 8 are flat plate materials that do not have a cylindrical portion 2. Comparative Example 9 has a structure in which plate-like portions 1, 1 are bonded to both sides of a cylindrical portion 2 that has a honeycomb shape, and the distance between two opposing parallel sides of the regular hexagon is 9 mm, which is the same as in this example, but the thickness of the wall portion of the regular hexagon is 0.2 mm.
Comparative Example 5 uses stainless steel SUS304. Comparative Example 9 uses a single material PP that does not contain reinforcing fibers. Comparative Example 10 has the same shape and dimensions as Example 12, but uses a single material PA6 that does not contain reinforcing fibers.
The plate thickness is 1 mm in Comparative Examples 5 to 7, 4.6 mm in Comparative Example 8, and 0.6 mm on one side and 0.5 mm on the other side in Comparative Example 9.
The reinforcing fibers used in Comparative Examples 7 and 8 were PAN-based carbon fibers having a fiber diameter of 7 um, while Comparative Example 6 used pitch-based carbon fibers.
Representative values of the specifications and weights of Examples 10 to 12 and Comparative Examples 5 to 10 are shown in Table 5.

Figure 0007689505000005
Figure 0007689505000005

音の透過損失試験は、図15に示すような、音響管を用いた簡易的な透過損失測定装置9を用いた。透過損失測定装置9は、まず、直径80mm、長さ330mmの音響管91の一端側にアンプを介して配置されたスピーカー92から正弦波を発生させる。そして、音響管91の他端側を開口した状態で、音響管91から放射される音圧を測定用マイクロホン93で測定して計算装置94によって音圧値を算出し記録しておく。次に、音響管91の一端側に試料となる繊維強化樹脂成形体130を音が漏れないように配置して、同様にスピーカー92から同一音量の正弦波を発生させる。そして、試料を透過した音の音圧を測定用マイクロホン93で測定して計算装置94によって音圧値を算出し記録する。こうして得られた音圧値を用い、試料を配置する前後での音圧レベル差を透過損失として記録する。
測定においては、測定周波数帯域は200Hzから4kHzとした。また、試料となる繊維強化樹脂成形体130は、板状部1が音源であるスピーカー92側を向くように配置した。
For the sound transmission loss test, a simple transmission loss measuring device 9 using an acoustic tube as shown in FIG. 15 was used. In the transmission loss measuring device 9, a sine wave is generated from a speaker 92 arranged via an amplifier on one end side of an acoustic tube 91 having a diameter of 80 mm and a length of 330 mm. Then, with the other end side of the acoustic tube 91 open, the sound pressure emitted from the acoustic tube 91 is measured by a measuring microphone 93, and the sound pressure value is calculated and recorded by a calculation device 94. Next, a fiber-reinforced resin molded body 130 serving as a sample is arranged on one end side of the acoustic tube 91 so that sound does not leak, and a sine wave of the same volume is similarly generated from the speaker 92. Then, the sound pressure of the sound transmitted through the sample is measured by the measuring microphone 93, and the sound pressure value is calculated and recorded by a calculation device 94. Using the sound pressure value thus obtained, the difference in sound pressure level before and after placing the sample is recorded as the transmission loss.
In the measurement, the measurement frequency band was from 200 Hz to 4 kHz. Furthermore, the fiber reinforced resin molded body 130 serving as a sample was placed so that the plate-shaped portion 1 faced the speaker 92, which was the sound source.

繊維強化樹脂成形体130のような硬質かつ非通気性の試料においては、試料の外周部と音響管91の内周部との間に間隙を有すると透過損失が極端に低下したような試験結果となってしまうため、試料の外周部と音響管91の内周部とを密閉する必要がある。本実施例では、試料の外周部に油粘土95を塗布して密閉を図った。なお、透過音に対する音響管91による定在波の影響や装置を介して外部に放射される音波の影響を低減するため、音響管91の周囲にはグラスウール96や吸音スポンジ97を配置している。 For hard, non-breathable samples such as the fiber-reinforced resin molded body 130, if there is a gap between the outer periphery of the sample and the inner periphery of the sound tube 91, the test results will show an extremely low transmission loss, so it is necessary to seal the outer periphery of the sample and the inner periphery of the sound tube 91. In this example, oil clay 95 was applied to the outer periphery of the sample to achieve a seal. Glass wool 96 and sound-absorbing sponge 97 are placed around the sound tube 91 to reduce the effect of standing waves caused by the sound tube 91 on the transmitted sound and the effect of sound waves radiated to the outside through the device.

ここで、一般的に、音響管91のような密閉空間内において外周部を支持した薄肉の硬質かつ非通気性の試料では、その透過損失特性は図16に示すような傾向を示す。
中低域の周波数においてSで示す領域は、試料の曲げ弾性(剛性)の影響により試料それ自体が振動することで音が透過する領域である。この領域は、試料の曲げ弾性を上下させることによって透過損失の特性を制御できるため、弾性制御領域という。弾性制御領域では、周波数が高くなるにつれて入射音と試料の振動の位相が同相に近づくため、周波数に比例して徐々に透過損失が低下する。
一方、中高域の周波数においてMで示す領域は、試料の質量、すなわち試料の慣性の影響により、同一音圧であれば振幅が減少する高周波であるほど試料が振動し難くなる領域である。この領域は、試料それ自体の質量を上下させることによって透過損失の特性を制御できるため、質量制御領域という。質量制御領域ではいわゆる質量則が実測値とよく近似するため、面積の大きな単一材料からなる遮音材であれば、透過損失は面密度と周波数の積に比例し、周波数が高くなるにつれ約6dB/Octで上昇する。
そして、Sの領域とMの領域との境界の領域では、曲げ弾性による音響インピーダンスと質量による音響インピーダンスとが相殺されることで振動が極大となる共振点を含む領域である。共振の大きさは、試料組織内の摩擦等の機械的な抵抗によってのみ振幅が決定されることから、この領域は抵抗制御領域という。
Generally, in a thin, hard, non-air permeable sample such as the acoustic tube 91, whose outer periphery is supported within an enclosed space, the transmission loss characteristics show a tendency as shown in FIG.
The region indicated by S in the low-mid frequency range is the region where sound is transmitted due to the sample's bending elasticity (rigidity) causing the sample itself to vibrate. This region is called the elasticity control region because the transmission loss characteristics can be controlled by increasing or decreasing the bending elasticity of the sample. In the elasticity control region, the phases of the incident sound and the sample vibration approach each other as the frequency increases, so the transmission loss gradually decreases in proportion to the frequency.
On the other hand, the region indicated by M in the mid-high frequency range is a region where the amplitude decreases at the same sound pressure due to the influence of the mass of the sample, i.e., the inertia of the sample, making it more difficult for the sample to vibrate at higher frequencies. This region is called the mass control region because the transmission loss characteristics can be controlled by increasing or decreasing the mass of the sample itself. In the mass control region, the so-called mass law closely approximates the actual measured value, so for a sound insulation material made of a single material with a large area, the transmission loss is proportional to the product of the surface density and frequency, and increases at about 6 dB/Oct as the frequency increases.
The boundary region between the S region and the M region includes the resonance point where the vibration becomes maximum as the acoustic impedance due to bending elasticity and the acoustic impedance due to mass cancel each other out. Since the amplitude of the resonance is determined only by mechanical resistance such as friction within the sample tissue, this region is called the resistance control region.

このように、硬質かつ非通気性の試料を密閉空間に対して取り付けた場合の透過損失の特性は、共振周波数の位置によって大きく変動する。同一形状であれば、重量が軽く、剛性が高い方が、共振周波数は高いほうに移動する。共振周波数が高い周波数である場合、透過損失の高い弾性制御領域を、広くすることができる。弾性制御領域は、音の振幅が大きく騒音として問題となりやすい中低域の周波数領域であるため、前記条件では共振周波数をなるべく高くする方が効果的である。 In this way, when a hard, non-permeable sample is attached to an enclosed space, the transmission loss characteristics vary greatly depending on the position of the resonance frequency. For the same shape, the lighter the sample is and the higher the rigidity, the higher the resonance frequency will be. When the resonance frequency is high, the elastic control region with high transmission loss can be widened. The elastic control region is a low-mid frequency region where the sound amplitude is large and can easily become a problem as noise, so under the above conditions, it is more effective to make the resonance frequency as high as possible.

以上の音響管を用いた垂直透過損失測定の一般的な傾向を踏まえ、透過損失の測定結果の代表値を表6に示し、透過損失の特性を片対数グラフで図17(a)(b)(c)に示す。なお、いずれの試料の場合でも共通の傾向として透過損失が低下している周波数は、定在波や音響管91そのものの共振によるものと考えられるため、比較検討から除外する。
図17(a)に示すように、SUS304の比較例5においては1kHz付近に、厚さ1mmのピッチ系炭素繊維の比較例6では1.6kHz付近に、厚さ1mmのPAN系炭素繊維の比較例7では1.2kHz付近に平板の共振が原因と思われる透過損失の低下が見られた。しかし、厚さ4.6mmのPAN系炭素繊維の比較例8では透過損失の極端な低下は見られなかった。
図17(b)に示すように、筒状部2の両面側に板状部1・1が結合した構造の比較例9では、2kHzから3kHzにかけて透過損失の大きな低下が見られたが、強化繊維を含まない比較例10では透過損失の極端な低下は見られなかった。
Considering the general tendency of vertical transmission loss measurement using the above acoustic tube, the representative values of the transmission loss measurement results are shown in Table 6, and the transmission loss characteristics are shown in semi-logarithmic graphs in Figures 17(a), (b), and (c). Note that the frequencies where the transmission loss decreases, which is a common tendency for all samples, are excluded from the comparison because they are thought to be due to standing waves or resonance of the acoustic tube 91 itself.
17(a), a decrease in transmission loss was observed near 1 kHz in Comparative Example 5 using SUS304, near 1.6 kHz in Comparative Example 6 using 1 mm thick pitch-based carbon fiber, and near 1.2 kHz in Comparative Example 7 using 1 mm thick PAN-based carbon fiber, which is believed to be due to resonance of the flat plate. However, no extreme decrease in transmission loss was observed in Comparative Example 8 using 4.6 mm thick PAN-based carbon fiber.
As shown in Figure 17(b), in comparison example 9, which has a structure in which plate-shaped portions 1/1 are bonded to both sides of the tubular portion 2, a large decrease in transmission loss was observed from 2 kHz to 3 kHz, but in comparison example 10, which did not contain reinforcing fibers, no extreme decrease in transmission loss was observed.

実施例においては、図17(c)に示すように、実施例10から12の何れも透過損失の極端な低下は見られず、厚さ4.6mmの比較例8と同等の傾向となった。なお、実施例において透過損失の程度にほとんど差が見られなかったのは、透過した音圧が極端に小さく、SN比の関係で環境音相当にまで減衰したためと考えられる。
このように、本実施例では、共振周波数が測定範囲外の高い周波数にずれたと考えられ、いずれも厚さ4.6mmであり重量の重い比較例8や板状部を2枚備える比較例9と同等か、それ以上の透過損失となった。また、同様の重量であるSUS304の比較例5では平板の共振による透過損失の低下が見られたが、本実施例では同様の重量のものであっても、透過損失の低下は見られなかった。
17(c), in the examples, no extreme decrease in transmission loss was observed in any of the examples 10 to 12, and the tendency was similar to that of the 4.6 mm thick comparative example 8. The reason why almost no difference was observed in the degree of transmission loss in the examples is thought to be that the transmitted sound pressure was extremely small and attenuated to the level of environmental sound due to the SN ratio.
Thus, in this example, it is believed that the resonance frequency shifted to a higher frequency outside the measurement range, and the transmission loss was equal to or greater than that of Comparative Example 8, which was heavy and had a thickness of 4.6 mm, and Comparative Example 9, which had two plate-shaped parts. Also, in Comparative Example 5, which was made of SUS304 and had a similar weight, a decrease in transmission loss was observed due to resonance of the flat plate, but in this example, no decrease in transmission loss was observed even though it was of the same weight.

Figure 0007689505000006
Figure 0007689505000006

「残響室及び無響室を用いた音の透過損失測定」
次に、前述の実施形態を適用して製造された繊維強化樹脂成形体の実施例13及び14と比較例11及び12について行った残響室及び無響室を用いた音の透過損失測定について説明する。本試験では、全体として300mm×300mmの繊維強化樹脂成形体140を用い、その外周に分厚い金属製の枠体を取り付けて開口部の大きさを260mm×260mmの試料とした。本実施例では、繊維強化樹脂成形体140を2種類と、比較例を2種類作製して、それぞれについて音の透過損失を測定した。
"Sound transmission loss measurement using reverberation and anechoic rooms"
Next, a description will be given of the measurement of sound transmission loss using a reverberation chamber and an anechoic chamber performed for Examples 13 and 14 and Comparative Examples 11 and 12 of the fiber-reinforced resin molded body manufactured by applying the above-mentioned embodiment. In this test, a fiber-reinforced resin molded body 140 having an overall size of 300 mm x 300 mm was used, and a thick metal frame was attached to its outer periphery to make a sample with an opening size of 260 mm x 260 mm. In this example, two types of fiber-reinforced resin molded body 140 and two types of comparative examples were produced, and the sound transmission loss was measured for each.

測定に用いた本実施例の繊維強化樹脂成形体140は、図示しないが、実施例1と同様に所定の厚さの矩形状の板状部1に、ハニカム形状を呈する正六角柱が満遍なく平面充填された筒状部2を有する形状となっている。筒状部2における正六角柱の空間部の形状である正六角形の対向する平行な二辺間の距離aは9mm、正六角柱の壁部21の厚さは1mmである。板状部1の厚さは、実施例13及び実施例14の何れも1mmとし、筒状部2の高さは、実施例13は5mm、実施例14は20mmとした。 The fiber-reinforced resin molded body 140 of this embodiment used for the measurement is not shown, but has a shape similar to that of Example 1, in which a rectangular plate-like portion 1 of a predetermined thickness is arranged, and a cylindrical portion 2 in which regular hexagonal prisms of a honeycomb shape are evenly filled in the plane. The distance a between two opposing parallel sides of the regular hexagon that forms the space of the regular hexagonal prisms in the cylindrical portion 2 is 9 mm, and the thickness of the wall portion 21 of the regular hexagonal prisms is 1 mm. The thickness of the plate-like portion 1 is 1 mm in both Examples 13 and 14, and the height of the cylindrical portion 2 is 5 mm in Example 13 and 20 mm in Example 14.

一方、比較例11及び12は筒状部2を備えない300mm×300mmの平板状の板材である。比較例11は実施例13及び14同様、繊維直径7umのPAN系炭素繊維を用いた平板であり、比較例12は、機械構造用炭素鋼であるSS400を用いた鋼板である。板厚は、比較例11及び比較例12ともに2.3mmとした。
これら実施例13及び14と比較例11及び12の重量の代表値を表7に示す。
On the other hand, Comparative Examples 11 and 12 are flat plate-shaped materials of 300 mm × 300 mm that do not have a cylindrical portion 2. Comparative Example 11 is a flat plate using PAN-based carbon fibers with a fiber diameter of 7 um, like Examples 13 and 14, and Comparative Example 12 is a steel plate using SS400, which is carbon steel for mechanical structures. The plate thickness was 2.3 mm in both Comparative Examples 11 and 12.
Representative weight values for Examples 13 and 14 and Comparative Examples 11 and 12 are shown in Table 7.

Figure 0007689505000007
Figure 0007689505000007

音の透過損失試験は、図18に示すような、JISに準拠した音響インテンシティ法による測定装置10を用いた。残響室101には複数のスピーカー103・103…及びマイクロホン104・104…を配置し、残響室内の音圧レベルが位置に寄らず一定となるように調整する。本試験では4本のスピーカーと5本のマイクロホンを用いて均一になるように調整した。また、無響室102には音響インテンシティプローブ105を用いて、マイクロホン移動装置(MT)等によって複数の位置での音響パワーを測定できる状態とした。
残響室101と無響室102との間には、前述の300mm×300mmの試料を、筒状部2を残響室101側に向けて音が漏れないように配置した。この状態で、スピーカー103・103…から測定周波数範囲全体にわたって連続的なスペクトルをもつノイズを発生させ、1/3オクターブバンドごとに中心周波数400Hzから10kHzまでの周波数範囲における透過損失を計算機106によって解析した。
The sound transmission loss test was performed using a measuring device 10 based on the sound intensity method in accordance with JIS, as shown in Fig. 18. Multiple speakers 103 and microphones 104 were placed in a reverberation chamber 101, and adjustments were made so that the sound pressure level in the reverberation chamber was constant regardless of position. In this test, four speakers and five microphones were used to adjust the sound pressure level to be uniform. In addition, an acoustic intensity probe 105 was used in the anechoic chamber 102, and the sound power at multiple positions could be measured using a microphone moving device (MT) or the like.
Between the reverberation chamber 101 and the anechoic chamber 102, the above-mentioned 300 mm × 300 mm sample was placed so that no sound would leak out, with the cylindrical part 2 facing the reverberation chamber 101 side. In this state, noise with a continuous spectrum over the entire measurement frequency range was generated from the speakers 103, 103, ..., and the transmission loss in the frequency range from center frequency 400 Hz to 10 kHz for each 1/3 octave band was analyzed by the computer 106.

音響インテンシティ法を用いた透過損失の測定については、前述の音響管を用いた透過損失の測定法と異なり、試料の大きさが比較的大きく、実際に環境音中に遮音材を置いた状態を良く再現することができる。一般的に、本試験では、試料の大きさが大きいことから、音響管に取り付ける試料よりも剛性が低くなるため、図16においてMで示す質量制御領域の特性を示す傾向がある。一方、音響管を用いる場合と異なり、残響室内に発生する音波は試料に対してあらゆる方向から入射するため、高い周波数に関しては前述のコインシデンス効果の影響が生じやすい。 When measuring transmission loss using the sound intensity method, unlike the previously mentioned method using an acoustic tube, the sample size is relatively large, and it is possible to accurately reproduce the condition of an actual sound-proofing material placed in an environmental sound. Generally, in this test, the sample size is large, so it has lower rigidity than a sample attached to an acoustic tube, and so it tends to show the characteristics of the mass control region shown by M in Figure 16. On the other hand, unlike when an acoustic tube is used, sound waves generated in the reverberation chamber are incident on the sample from all directions, so the previously mentioned coincidence effect is likely to occur at high frequencies.

以上の音響インテンシティ法を用いた透過損失測定の一般的な傾向を踏まえ、上記方法による透過損失の測定結果の代表値を表8に示し、透過損失の測定結果を図19に示す。なお、破線で表す直線は重量から計算される質量則のグラフである。実施例13及び14と比較例11及び12の何れも、質量則の傾きと同等の傾きを有していることから、本測定結果の周波数範囲では前述の質量制御領域であることが分かる。
比較例11は6.3kHz付近にコインシデンス効果による透過損失の低下が見られたが、実施例14は4kHzとより低い周波数にコインシデンス効果の影響が見られた。これは、実施例13の全体の厚さが6mmであり比較例11よりも厚いことから、全体として実施例13の方がコインシデンス効果の生じる周波数が低くなったと考えられる。しかし、コインシデンス効果による透過損失が低下する周波数範囲が、比較例11では3.15kHzから急激に低下し、6.3kHzまで広い範囲にかけて低下するのに対し、実施例13では、2kHzから2.5kHzはあまり低下せず、2.5Hzから4kHzと狭い範囲でのみ低下している。これは、筒状部2によって全体の厚さが厚くなるため、発生した屈曲振動の振幅が抑制されるためと推察される。そのため、実施例13の方が、比較例11よりもコインシデンス効果による影響を受ける周波数範囲が狭くなっているものと考えられる。
Considering the general tendency of the transmission loss measurement using the acoustic intensity method, the representative values of the measurement results of the transmission loss by the above method are shown in Table 8, and the measurement results of the transmission loss are shown in Figure 19. The dashed straight line is a graph of the mass law calculated from the weight. Since both Examples 13 and 14 and Comparative Examples 11 and 12 have the same slope as the slope of the mass law, it can be seen that the frequency range of this measurement result is in the above-mentioned mass control region.
In Comparative Example 11, a decrease in transmission loss due to the coincidence effect was observed near 6.3 kHz, while in Example 14, the influence of the coincidence effect was observed at a lower frequency of 4 kHz. This is because the overall thickness of Example 13 is 6 mm, which is thicker than that of Comparative Example 11, and it is considered that the frequency at which the coincidence effect occurs is lower in Example 13 as a whole. However, the frequency range in which the transmission loss decreases due to the coincidence effect drops sharply from 3.15 kHz in Comparative Example 11 and drops over a wide range up to 6.3 kHz, whereas in Example 13, it does not drop much from 2 kHz to 2.5 kHz, and drops only in a narrow range from 2.5 Hz to 4 kHz. This is presumably because the overall thickness is thickened by the cylindrical portion 2, suppressing the amplitude of the generated bending vibration. Therefore, it is considered that the frequency range affected by the coincidence effect is narrower in Example 13 than in Comparative Example 11.

また、鋼板の比較例12は3.15kHzから6.3kHzにかけて広い範囲でコインシデンス効果の影響が見られ、その低下量も大きい。しかし、比較例12よりも9倍以上厚い実施例14では、4kHz以上では比較例12よりも透過損失が大きくなっており、コインシデンス効果の影響も測定周波数範囲では見られなかった。これは、実施例14の筒状部2の高さが20mmと高いため、コインシデンス効果が生じる波長が試料の大きさよりも長くなって屈曲振動が生じにくくなったことで、コインシデンス効果に起因する透過損失の低下が抑制されたためと推察される。
なお、4kHz以下においては実施例14の方が比較例12よりも全体的に透過損失が低くなっているが、これはそもそも重量が異なるためである。実施例14の筒状部2の長さや板状部1の厚さを調整して全体の重量を比較例12と同等とすることで、4kHz以下においては比較例12と同等となり、4kHz以上においても4kHz以下同様6dB/octで上昇する特性となると考えられる。
In addition, in the steel plate of Comparative Example 12, the influence of the coincidence effect was observed in a wide range from 3.15 kHz to 6.3 kHz, and the amount of decrease was also large. However, in Example 14, which was 9 times thicker than Comparative Example 12, the transmission loss was larger than that of Comparative Example 12 at 4 kHz and above, and the influence of the coincidence effect was not observed in the measurement frequency range. This is presumably because the height of the cylindrical portion 2 of Example 14 was as high as 20 mm, and the wavelength at which the coincidence effect occurs was longer than the size of the sample, making it difficult for bending vibration to occur, thereby suppressing the decrease in transmission loss caused by the coincidence effect.
Incidentally, below 4 kHz, Example 14 has a lower overall transmission loss than Comparative Example 12, but this is due to the difference in weight in the first place. By adjusting the length of the tubular portion 2 and the thickness of the plate-like portion 1 of Example 14 to make the overall weight equivalent to that of Comparative Example 12, it is believed that below 4 kHz the transmission loss will be equivalent to that of Comparative Example 12, and above 4 kHz the transmission loss will also increase at 6 dB/oct, similar to the case below 4 kHz.

Figure 0007689505000008
Figure 0007689505000008

以上のように、実施例1及び2から、本発明の繊維強化樹脂成形体は、筒状部2の先端部 24まで強化繊維4が十分に充填されており、強化繊維4が十分に充填されていないものと比較して、より高い圧縮強さを有するとともに、圧縮変形後の塑性変形の進展が進みにくいという特徴があることが分かった。
また、実施例3から9においては、同程度の重量を有する平板と比較して、より高い曲げ強度を有するとともに、何れの方向から曲げたとしても曲げ強度の差異が僅かであるといえることが分かった。
さらに、実施例10から12においては、同程度の重量を有する平板と比較して、より剛性が高く、エネルギーが大きいため共振を回避すべき低音域において、共振を発生させることなく透過損失を高くすることできることが分かった。
加えて、実施例13及び14から、同程度の重量を有する平板と比較して、コインシデンス効果による影響を受けにくいといえることが分かった。
As described above, from Examples 1 and 2, it was found that the fiber-reinforced resin molding of the present invention is sufficiently filled with the reinforcing fibers 4 up to the tip 24 of the tubular portion 2, and has the characteristics of having higher compressive strength and being less susceptible to plastic deformation after compressive deformation compared to one in which the reinforcing fibers 4 are not sufficiently filled.
Furthermore, it was found that in Examples 3 to 9, the plates had higher bending strength than a flat plate having a similar weight, and the difference in bending strength was small regardless of the direction in which the plates were bent.
Furthermore, in Examples 10 to 12, it was found that the rigidity and energy of the plates were higher than that of flat plates of similar weight, and therefore the transmission loss could be increased without causing resonance in the low-frequency range where resonance should be avoided.
In addition, it was found from Examples 13 and 14 that the plate is less susceptible to the coincidence effect compared to a flat plate having a similar weight.

『変形例』
本発明においては上記の形態に限定されず、他の形態を採用することもできる。そこで、本発明の変形例について、図20に基づいて説明する。なお、以降の説明において、前述の実施の形態と同一の部分については同一の符号を用い、重複する説明は割愛する。
図20(a)に示す変形例では、筒状部2における空間部分の形状が正三角形を交互に配置したトラス形状となっている点が図1の形態と異なる。
『Variations』
The present invention is not limited to the above embodiment, and other embodiments may be adopted. Therefore, a modified example of the present invention will be described with reference to Fig. 20. In the following description, the same reference numerals are used for the same parts as those in the above embodiment, and duplicated descriptions will be omitted.
The modified example shown in FIG. 20(a) differs from the embodiment in FIG. 1 in that the shape of the space in the tubular portion 2 is a truss shape in which equilateral triangles are alternately arranged.

筒状部2を正三角柱とすることで、筒状部2にせん断荷重が生じたとしても、各三角形の各辺に破断に至りやすい曲げモーメントを生じさせることなく、各三角形の頂点において引張り荷重あるいは圧縮荷重に分散されることとなる。せん断荷重に対する強度は他の平面充填可能な正多角形と比較して、正三角形が最も強度に優れる。そのため、軽量性は正六角形よりやや劣るものの、より高い強度とすることができる。 By making the tubular section 2 an equilateral triangular prism, even if a shear load is applied to the tubular section 2, the load is dispersed as a tensile or compressive load at the vertices of each triangle, without generating bending moments that could lead to breakage on each side of each triangle. Compared to other regular polygons that can fill a plane, equilateral triangles have the greatest strength against shear loads. Therefore, although they are slightly less lightweight than regular hexagons, they can be made stronger.

また、図1や図20(a)の形態のように筒状部2の各壁部21・21…と連結部22・22…とを兼用する形態以外にも、図20(b)に示すような円柱状の壁部21とは別に複数の直線状のリブからなる連結部22・22…を設けた筒状部2としてもよい。
さらに、筒状部2の形状は単一の多角形からなるものだけでなく、異なる種類の多角形を組み合わせたものであってもよく、一例として、図20(c)に示すように八角形と四角形とを組み合わせたものも採用することができる。
一方、筒状部2は壁部21・21…によって完全に閉塞した空間である必要はなく、図20(d)に示すように、壁部21の一部が開口し、開口部が外周部と空間的に接続される未閉塞部25・25…を有するものであってもよい。
In addition to the configuration in which each wall portion 21, 21... of the tubular portion 2 also serves as the connecting portions 22, 22... as in Figures 1 and 20(a), the tubular portion 2 may be provided with connecting portions 22, 22... consisting of a plurality of straight ribs in addition to the cylindrical wall portion 21 as shown in Figure 20(b).
Furthermore, the shape of the tubular portion 2 need not necessarily consist of a single polygon, but may be a combination of different types of polygons; for example, a combination of an octagon and a rectangle may be used, as shown in FIG. 20(c).
On the other hand, the tubular portion 2 does not need to be a space that is completely blocked by the walls 21, 21..., but may have unblocked portions 25, 25... in which a portion of the wall 21 is open and the opening is spatially connected to the outer periphery, as shown in Figure 20(d).

100,110,120,130,140 繊維強化樹脂成形体
1 板状部
2 筒状部
21 壁部
22 連結部
23 底部
24 先端部
25 未閉塞部
3 マトリックス樹脂
4 強化繊維
5 開繊装置
51 給糸部
52 強化繊維束
6 UDシート製造装置
61 樹脂シート
62 加熱ロール
63 冷却ロール
64 UDシート
65 引き取りロール
7 チョップドシート製造装置
71 縦方向カッター
72 横方向カッター
73 チョップドプリプレグ
74 コンベア
75 接着ロール
76 冷却ロール
77 チョップドプリプレグシート
8 プレス金型
81 パンチ
82 ダイ
9 簡易透過損失測定装置
91 音響管
92 スピーカー
93 測定用マイクロホン
94 計算装置
95 油粘土
96 グラスウール
97 吸音スポンジ
10 音響インテンシティ法による測定装置
101 残響室
102 無響室
103 スピーカー
104 マイクロホン
105 音響インテンシティプローブ
106 計算機
100, 110, 120, 130, 140 Fiber-reinforced resin molded body 1 Plate-shaped portion 2 Cylindrical portion
21 Wall
22 Connecting part
23 Bottom
24 Tip
25 Unblocked portion 3 Matrix resin 4 Reinforcement fiber 5 Opening device
51 Yarn feeding section
52 Reinforced fiber bundle 6 UD sheet manufacturing equipment
61 Resin sheet
62 Heating Roll
63 Cooling roll
64 UD Sheet
65 Take-up roll 7 Chopped sheet manufacturing device
71 Longitudinal cutter
72 Transverse cutter
73 Chopped prepreg
74 Conveyor
75 Adhesive Roll
76 Cooling roll
77 Chopped prepreg sheet 8 Press mold
81 Punch
82 Die 9 Simple Transmission Loss Measuring Device
91 Sound tube
92 Speakers
93 Measurement microphone
94 Computing equipment
95 Oil Clay
96 Glass wool
97 Sound absorbing sponge
10. Acoustic Intensity Method Measurement Equipment
101 Reverberation Room
102 Anechoic chamber
103 Speaker
104 Microphone
105 Sound Intensity Probe
106 Calculator

Claims (8)

熱可塑性樹脂であるマトリックス樹脂と前記マトリックス樹脂を含浸させた強化繊維とを備え、シート状の繊維強化樹脂からなるプリプレグが圧縮成形されて構成される立体的な繊維強化樹脂成形体において、
少なくとも平板状の板状部と前記板状部から略垂直に設けられた複数の筒状部とを有し、
前記複数の筒状部においては、筒状部同士が連結されている部分を有するとともに、前記板状部側の底部から先端部に亘って前記強化繊維が充填され
前記板状部及び前記筒状部の前記先端部における前記強化繊維は、何れの位置においても薄層開繊された強化繊維のみがランダムな方向に配向した状態であり、
前記筒状部の先端部における横断面の二値化画像解析において、個々の筒状部における前記強化繊維の面積率の平均値が圧縮成形前の前記プリプレグの繊維体積含有率に対して-5%以上となっていることを特徴とする、繊維強化樹脂成形体。
A three-dimensional fiber-reinforced resin molding is provided by compression molding a prepreg made of a sheet-like fiber-reinforced resin, the prepreg comprising a matrix resin that is a thermoplastic resin and reinforcing fibers impregnated with the matrix resin,
The device has at least a flat plate-like portion and a plurality of cylindrical portions provided substantially perpendicularly to the plate-like portion,
The plurality of cylindrical portions have portions where the cylindrical portions are connected to each other, and the reinforcing fibers are filled from the bottom portion to the tip portion on the plate-shaped portion side ,
The reinforcing fibers at the tip end of the plate-like portion and the cylindrical portion are in a state in which only the reinforcing fibers that are thinly spread are oriented in a random direction at any position,
A fiber-reinforced resin molding, characterized in that, in a binary image analysis of a cross section at the tip of the tubular portion, the average area ratio of the reinforcing fibers in each tubular portion is -5% or more relative to the fiber volume content of the prepreg before compression molding .
前記強化繊維は炭素繊維であり、
前記筒状部の先端部における横断面の二値化画像解析において、繊維強化樹脂成形体全体における最も外周側に位置する筒状部と中央に位置する筒状部との前記炭素繊維の面積率の差が10%以内であることを特徴とする、請求項1に記載の繊維強化樹脂成形体。
The reinforcing fibers are carbon fibers,
2. The fiber-reinforced resin molding according to claim 1, characterized in that in a binary image analysis of a cross section at the tip of the tubular portion, the difference in area ratio of the carbon fiber between the tubular portion located on the outermost side and the tubular portion located at the center in the entire fiber-reinforced resin molding is within 10%.
前記筒状部は平面充填された正六角柱からなるハニカム形状を有することを特徴とする、請求項1または2に記載の繊維強化樹脂成形体。 3. The fiber-reinforced resin molding according to claim 1 , wherein the cylindrical portion has a honeycomb shape made up of plane-packed regular hexagonal columns. 前記板状部の厚さは1mm以上であり、前記筒状部の高さは4mm以上であることを特徴とする、請求項1から3の何れか1項に記載の繊維強化樹脂成形体。 4. The fiber-reinforced resin molded product according to claim 1, wherein the plate-shaped portion has a thickness of 1 mm or more, and the tubular portion has a height of 4 mm or more. 前記強化繊維は前記板状部及び前記筒状部において繊維方向が擬似等方性を有するように複数積層されていることを特徴とする、請求項1から4の何れか1項に記載の繊維強化樹脂成形体。 5. The fiber-reinforced resin molding according to claim 1 , wherein the reinforcing fibers are laminated in a plurality of layers in the plate-like portion and the tubular portion so that the fiber direction has pseudo-isotropy. 前記板状部及び前記筒状部は短冊状に切断された複数のチョップドプリプレグが複数積層されるとともに、前記強化繊維の方向が擬似等方性を有し、
前記チョップドプリプレグは薄層開繊された前記強化繊維が単一方向に引き揃えられるとともに、前記強化繊維に前記マトリックス樹脂を含浸させて構成されるUDシート材からなることを特徴とする、請求項5に記載の繊維強化樹脂成形体。
The plate-like portion and the cylindrical portion are formed by laminating a plurality of chopped prepregs cut into strips, and the direction of the reinforcing fibers is pseudo-isotropic,
The fiber-reinforced resin molding according to claim 5 , characterized in that the chopped prepreg is made of a UD sheet material in which the reinforcing fibers are thinly spread and aligned in a single direction, and the reinforcing fibers are impregnated with the matrix resin.
前記筒状部の先端部中央に圧子を押し付ける曲げ試験における破断時の圧子荷重と、
前記板状部の前記筒状部が設けられていない方の面の中央に圧子を押し付ける曲げ試験における破断時の圧子荷重との差において、
何れか小さい圧子荷重が大きい方の圧子荷重の50%以上であることを特徴とする、請求項1から6の何れか1項に記載の繊維強化樹脂成形体。
an indenter load at the time of breakage in a bending test in which an indenter is pressed against the center of the tip end of the cylindrical portion;
The difference between the indenter load at the time of breakage in a bending test in which an indenter is pressed against the center of the surface of the plate-like portion on which the cylindrical portion is not provided, and the indenter load at the time of breakage in a bending test in which an indenter is pressed against the center of the surface of the plate-like portion on which the cylindrical portion is not provided,
7. The fiber-reinforced resin molding according to claim 1 , wherein the smaller indentation load is 50% or more of the larger indentation load.
熱可塑性樹脂であるマトリックス樹脂と前記マトリックス樹脂を含浸させた強化繊維とを備える立体的な繊維強化樹脂成形体の製造方法において、
薄層開繊された前記強化繊維が単一方向に引き揃えられるとともに、前記強化繊維に前記マトリックス樹脂を含浸させて構成されるUDシートを短冊状に切断して複数のチョップドプリプレグとし、
前記複数のチョップドプリプレグを前記強化繊維の方向が擬似等方性を有するように複数積層して前記マトリックス樹脂を溶融固化することでチョップドプリプレグシートとし、
平板状の板状部と前記板状部から略垂直に設けられた複数の筒状部とを有するとともに、前記筒状部には筒状部同士が連結されている部分を有する形状に基づく金型内に前記チョップドプリプレグシートを複数積層配置し、
複数積層した前記チョップドプリプレグシートを前記金型で熱プレスすることによって、複数積層した前記チョップドプリプレグシートの前記マトリックス樹脂を溶融させるとともに、前記強化繊維と前記溶融したマトリックス樹脂を前記筒状部における前記板状部側の底部から先端部に亘って充填させ、
充填においては、前記板状部及び前記筒状部の前記先端部における前記強化繊維が、何れの位置においても開繊された強化繊維のみがランダムな方向に配向した状態となり、
成形後の繊維強化樹脂成形体の前記筒状部の先端部における横断面の二値化画像解析において、個々の筒状部における前記強化繊維の面積率の平均値が圧縮成形前の前記プリプレグの繊維体積含有率に対して-5%以上となっていることを特徴とする、繊維強化樹脂成形体の製造方法。
A method for producing a three-dimensional fiber-reinforced resin molding comprising a matrix resin which is a thermoplastic resin and reinforcing fibers impregnated with the matrix resin,
The thin-layered reinforcing fibers are aligned in a single direction, and the reinforcing fibers are impregnated with the matrix resin to form a UD sheet, which is then cut into strips to form a plurality of chopped prepregs.
The plurality of chopped prepregs are laminated so that the direction of the reinforcing fibers has pseudo-isotropy, and the matrix resin is melted and solidified to form a chopped prepreg sheet;
A plurality of the chopped prepreg sheets are laminated and arranged in a mold based on a shape having a flat plate-like portion and a plurality of cylindrical portions provided substantially perpendicularly from the plate-like portion, and the cylindrical portions have portions where the cylindrical portions are connected to each other;
The plurality of stacked chopped prepreg sheets are hot-pressed with the mold to melt the matrix resin of the plurality of stacked chopped prepreg sheets, and the reinforcing fibers and the molten matrix resin are filled from the bottom to the tip of the plate-shaped portion in the cylindrical portion,
During filling, the reinforcing fibers at the tip end of the plate-like portion and the cylindrical portion are in a state in which only the opened reinforcing fibers are oriented in a random direction at any position,
A method for producing a fiber-reinforced resin molding, characterized in that, in a binary image analysis of a cross section at the tip of the tubular portion of the fiber-reinforced resin molding after molding, the average area ratio of the reinforcing fibers in each tubular portion is -5% or more relative to the fiber volume content of the prepreg before compression molding .
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