中空成形品の製造方法及び装置
【課題】内圧成形法で複雑な形状を有する中空成形品を成形するのに好適な方法及び装置を提供する。
【解決手段】中空成形基材１の中空部２ｂに袋状体２２を挿入し、次いで中空部２ｂに充填材１４を充填する。そして、成形型１１のキャビティ空間部内で袋状体２２に加圧流体を供給して袋状体２２を膨張させる。これにより、充填材１４を介して袋状体２２の押圧力を中空成形基材１に伝達し、中空成形基材１を成形型１１のキャビティ面１２ａ、１３ａに押圧して中空成形品を成形する。
【解決手段】中空成形基材１の中空部２ｂに袋状体２２を挿入し、次いで中空部２ｂに充填材１４を充填する。そして、成形型１１のキャビティ空間部内で袋状体２２に加圧流体を供給して袋状体２２を膨張させる。これにより、充填材１４を介して袋状体２２の押圧力を中空成形基材１に伝達し、中空成形基材１を成形型１１のキャビティ面１２ａ、１３ａに押圧して中空成形品を成形する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中空成形品の製造方法及び装置に関し、特に中空成形基材に内圧をかけて成形する内圧成形法を用いて中空成形品を製造する製造方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
繊維強化樹脂（ＦＲＰ）は、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂のマトリックス材と強化繊維とを一体化したものであり、軽量でかつ強度特性に優れていることから多くの分野で使用されている。熱硬化性樹脂の例としては、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等を挙げることができ、熱可塑性樹脂の例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド等を挙げることができる。強化繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等を挙げることができる。
【０００３】
繊維強化樹脂を用いて中空状の成形品を作ることも行われており、その成形法の一つに内圧成形法がある。内圧成形法は、中空成形基材の中空部に袋状体を挿入したものを、成形型のキャビティ空間部内に配置し、袋状体に圧縮空気のような加圧流体を送り込んで、袋状体を膨張させ、中空成形基材を成形型のキャビティ面に押し付けて成形する方法である。
【０００４】
内圧成形法を用いて中空状の成形品を製造する一例が特許文献１に記載されている。特許文献１によれば、成形基材を袋状体であるチューブの周りに被覆するように巻き付けて中空状とし、成形型の上型と下型との間に配置して型締めによりキャビティ空間部内に配置する。
【０００５】
そして、真空ポンプによりキャビティ空間部内を減圧すると共にチューブ内に加圧ガスを注入してチューブを膨張させ、中空状の成形基材をキャビティ面に押し付けて所望の形状に成形する。そして、成形基材に含まれている樹脂を硬化又は固化させた後に成形品を型から取り出してチューブを除去し、中空状の成形品を得ている。
【０００６】
特許文献１では予め樹脂が含まれた成形基材を成形しているが、他の内圧成形法として、例えば液状の熱硬化樹脂を成形型のキャビティ空間部内に注入して成形基材の繊維織物層に含浸させると共に内圧成形するＲＴＭ成形法も従来から行われている。
【０００７】
【特許文献１】特開平５-３２９８５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来の各内圧成形法では、中空成形基材を複雑な形状に成形することは困難であった。例えば、袋状体がナイロン或いはウレタンの薄いシート部材によって構成されている場合には、袋状体の形状追従性が悪く、袋状体から中空成形基材が受ける内圧が中空成形基材の各部において不均一となり、中空成形基材の複雑な形状となる部分を押圧することができず、キャビティ面に沿った形状に成形することが困難であった。
【０００９】
また、例えば袋状体がナイロンやウレタンよりも形状追従性がよいシリコーンゴム等の耐熱性のゴム材で構成されている場合には、複雑な形状に応じて袋状体が局所的に過度に膨張して破裂するおそれがある。
【００１０】
また、袋状体が複雑な形状部分に入り込み、成形後に中空成形品の内部から袋状体を取り出すことができない、或いは、取り出し作業中に袋状体が破損するおそれがあり、袋状体を繰り返し使用できず、コスト高であった。そして、袋状体の全部又は一部が中空成形品の内部に残在すると、その残在分だけ中空成形品の重量が重くなり、中空成形品の軽量化が図れないという問題があった。
【００１１】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、複雑な形状を有するものであっても不都合なく成形することができ、成形後には中空成形品の中空部から袋状体を簡単に取り出すことができる中空成形品の製造方法及び装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するための中空成形品の製造方法の発明は、中空部に袋状体が挿入された中空成形基材を成形型のキャビティ空間部内に配置した状態で、袋状体に内圧を加えて膨張させ、中空成形基材を成形型のキャビティ面に押圧して成形する内圧成形法を用いて中空成形品を製造する方法において、袋状体を膨張させる前に中空成形基材の中空部に充填材を充填し、充填材を袋状体と中空成形基材との間に介在させた状態で袋状体を膨張させることを特徴としている。
【００１３】
本発明によれば、中空成形基材の中空部に充填材を充填して、袋状体と中空成形基材との間に粒状体を介在させた状態で袋状体を膨張させるので、袋状体のみでは押圧することが困難な複雑な形状部分にも、その形状部分と袋状体との間に入り込んだ充填材を介して、袋状体の内圧を伝達することができる。
【００１４】
従って、袋状体から中空成形基材が受ける内圧を中空成形基材の各部において全て均等とし、中空成形基材の各部を全て均等な押圧力でキャビティ面に押圧でき、中空成形基材をキャビティ面に沿った形状に成形することができる。従って、複雑な形状を有するものであっても不都合なく成形することができ、外形寸法精度の良好な中空成形品を得ることができる。
【００１５】
また、袋状体を膨張させた際に、袋状体が中空成形基材の複雑な形状部分に入り込むのを防ぐことができ、成形後に中空成形品の中空部から袋状体を簡単に取り出すことができる。従って、袋状体及び充填材を繰り返し使用することができる。また、中空成形品の形状に対応した袋状体を個々に用意する必要がなく、袋状体に汎用性を持たせることができる。
【００１６】
本発明による中空成形品の製造方法は、中空部を有するコアとそのコアの外周に形成された繊維織物層とを有する中空成形基材を、中空部に袋状体が挿入された状態で成形型のキャビティ空間部内に配置し、成形型のキャビティ空間部内を減圧しかつキャビティ空間部内に液状のマトリックス樹脂を注入して繊維織物層にマトリックス樹脂を含浸させるとともに、袋状体に内圧を加えて膨張させ、中空成形基材を成形型のキャビティ面に押圧して成形し、繊維織物層に含浸させたマトリックス樹脂を硬化又は固化させて前記コアの外周に繊維強化樹脂層が形成された中空成形品を製造する製造方法において、袋状体を膨張させる前にコアの中空部に充填材を充填し、充填材を袋状体とコアとの間に介在させた状態で袋状体を膨張させることを特徴としている。
【００１７】
上記する本発明の中空成形品の製造方法によれば、コアの中空部に充填材を充填して、袋状体とコアとの間に充填材を介在させた状態で袋状体を膨張させるので、袋状体のみでは押圧することが困難な複雑な形状部分にも、その形状部分と袋状体との間に入り込んだ充填材を介して、袋状体の内圧を伝達することができる。
【００１８】
従って、袋状体からコアが受ける内圧をコアの各部において全て均等とし、繊維織物層の各部を全て均等な押圧力でキャビティ面に押圧でき、中空成形基材をキャビティ面に沿った形状に成形することができる。従って、複雑な形状を有するものであっても不都合なく成形することができ、繊維強化樹脂層のマトリックス樹脂の厚みが均一で且つ外形寸法精度の良好な中空成形品を得ることができる。
【００１９】
また、袋状体を膨張させた際に、袋状体が中空成形基材の複雑な形状部分に入り込むのを防ぐことができ、成形後に中空成形品の中空部から袋状体を簡単に取り出すことができる。従って、袋状体及び充填材を繰り返し使用することができる。また、中空成形品の形状に対応した袋状体を個々に用意する必要がなく、袋状体に汎用性を持たせることができる。
【００２０】
上記した本発明による中空成形品の製造方法において、袋状体の内圧をマトリックス樹脂の注入圧よりも高圧としてもよい。これにより、袋状体の内圧によってキャビティ面に押圧した中空成形基材が、マトリックス樹脂の注入圧によって押し戻されてキャビティ面から離れるのを防ぐことができる。
【００２１】
また、袋状体に内圧を加えて膨張させた状態で、マトリックス樹脂を硬化又は固化させてもよい。これにより、マトリックス樹脂が硬化又は固化する際の収縮圧によって収縮して中空成形品に樹脂ヒケや変形を生ずるのを防ぐことができる。
【００２２】
そして、本発明による中空成形品の製造方法の好ましい実施の形態として、中空成形基材を成形して中空成形品を製造した後に、中空成形品の中空部から充填材を排出して袋状体を取り出すことを特徴としている。これによれば、充填材の排出により、中空成形品の中空部内で袋状体との間に空隙を形成することができ、中空成形品の中空部から袋状体を取り出す際に、引っ掛かることなく簡単に取り出すことができる。
【００２３】
また、本発明による中空成形品の製造方法の好ましい実施の形態として、充填材は、粒状体であることを特徴としている。これによれば、中空成形品の中空部から排出する際に、迅速且つ簡単に排出することができる。また、液体等と比較して取り扱いが容易である。
【００２４】
本発明による中空成形品の製造装置は、中空部を有するコアとコアの外周に形成された繊維織物層とを有する中空成形基材を成形し、繊維織物層に含浸されたマトリックス樹脂を硬化又は固化させて、コアの外周に繊維強化樹脂層が形成された中空成形品を製造する製造装置において、中空成形品の外形状に対応したキャビティ面を有し、型締め時に中空成形基材を収容可能なキャビティ空間部を形成するように構成された成形型と、成形型のキャビティ空間部内を減圧する減圧手段と、減圧手段によって減圧されたキャビティ空間部内にマトリックス樹脂を注入する樹脂注入手段と、中空部に挿入されて加圧流体の供給により膨張する袋状体と、中空部に充填されて袋状体と前記コアとの間に介在される充填材とを有し、中空成形基材が成形型のキャビティ空間部内に配置され、袋状体が中空部に挿入され且つ充填材が袋状体とコアとの間に充填された状態で、袋状体に加圧流体を供給して膨張させ、充填材を介して中空成形基材をキャビティ面に押圧して成形することを特徴とするものである。
【００２５】
本発明の中空成形品の製造装置は、従来と異なり、充填材がコアの中空部に充填されて加圧手段の袋状体とコアとの間に介在される。従って、袋状体を膨張させた場合に、袋状体のみでは押圧することが困難な複雑な形状部分にも、その形状部分と袋状体との間に入り込んだ充填材を介して、袋状体の内圧を伝達することができる。
【００２６】
従って、袋状体からコアが受ける内圧を中空成形基材の各部において全て均等とし、中空成形基材の各部を全て均等な押圧力でキャビティ面に押圧でき、中空成形基材をキャビティ面に沿った形状に成形することができる。従って、複雑な形状を有するものであっても不都合なく成形することができ、繊維強化樹脂層のマトリックス樹脂の厚みが均一で且つ外形寸法精度の良好な中空成形品を得ることができる。
【００２７】
また、袋状体を膨張させた際に、袋状体が中空成形基材の複雑な形状部分に入り込むのを防ぐことができ、成形後に中空成形品の中空部から袋状体を簡単に取り出すことができる。従って、袋状体及び充填材を繰り返し使用することができる。また、中空成形品の形状に対応した袋状体を個々に用意する必要がなく、袋状体に汎用性を持たせることができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の中空成形品の製造方法及び装置によれば、袋状体のみでは押圧することが困難な複雑な形状部分にも、その形状部分と袋状体との間に入り込んだ充填材を介して、袋状体の内圧を伝達することができる。
【００２９】
従って、袋状体から中空成形基材が受ける内圧を中空成形基材の各部において全て均等とし、中空成形基材の各部を全て均等な押圧力でキャビティ面に押圧でき、中空成形基材をキャビティ面に沿った形状に成形することができる。従って、複雑な形状を有するものであっても不都合なく成形することができ、外形寸法精度の良好な中空成形品を得ることができる。また、袋状体が複雑な形状部分に入り込むのを防ぐことができ、成形後に中空成形品の中空部から充填材と共に簡単に取り出すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
次に、本発明の実施の形態について図を用いて以下に説明する。
【００３１】
本実施の形態における中空成形品の製造装置１０は、コア２と繊維織物層３とからなる中空成形基材１をＲＴＭ成形法を用いて成形して、コア２の外周に繊維強化樹脂層が形成された中空成形品を製造するものである。本実施の形態におけるＲＴＭ成形法とは、内圧成形法の一種であり、コア２の中空部２ｂに内圧ホース２２が挿入された中空成形基材１を成形型１１のキャビティ空間部内に配置した状態で、キャビティ空間部内を減圧し、成形型１１のキャビティ空間部内に液状のマトリックス樹脂を注入して中空成形基材１の繊維織物層３に含浸させると共に、内圧ホース２２に加圧流体を供給して膨張させ、中空成形基材１を成形型１１のキャビティ面１２ａ、１３ａに押圧して成形する成形法と定義する。
【００３２】
成形型１１は、図１に示すように、互いに相対的に接離する上型１２と下型１３を備えており、上型１２と下型１３には中空成形品の外形に対応するキャビティ面１２ａ、１３ａが対向して形成され、成形型１１の型締めにより所定のキャビティ空間部を形成するように構成されている。
【００３３】
成形型１１には、図示していないバキュームポンプに接続されて成形型１１のキャビティ空間部内を減圧するための真空引き通路１５と、図示していない樹脂タンクから成形型１１のキャビティ空間部内に熱硬化性のマトリックス樹脂を注入するための注入通路１６と、図示していない加圧ポンプから後述する加圧手段２１に加圧流体である加圧エアを供給するための加圧エア供給通路１７が設けられている。この加圧エア供給通路１７は、成形型１１の型締めにより上型１２と下型１３との間に形成される加圧室１８に連通している。また、真空引き通路１５は、キャビティ空間部内にマトリックス樹脂を注入した際にキャビティ空間部内の余分なマトリックス樹脂を排出するための樹脂排出通路も兼ねている。
【００３４】
下型１３のキャビティ面１３ａ上には中空成形基材１が載置されており、型締めによって成形型１１のキャビティ空間部内に収容されるようになっている（図２を参照）。中空成形基材１は、コア２と、コア２の外周に巻装して形成された繊維織物層３とからなる。コア２は、ＡＢＳ樹脂等の樹脂材料によって構成されており、加圧手段２１の内圧ホース２２を膨張させて内圧を加えた場合に弾性変形して膨張させることが可能な薄肉の中空形状を有している。
【００３５】
コア２は、製造しようとする中空成形品に近似した形状を有しており、断面形状の差が大きな複雑な形状部分を備えている。コア２は、本実施の形態では、図１及び図２で左右方向に示される長手方向に延在し、その一方端部にコア２の中空部２ｂと外部との間を連通する開口部２ａが形成されている。
【００３６】
繊維織物層３は、カーボン繊維やガラス繊維などの強化繊維を織って組織されたものであり、図示していないブレーダ機によってコア２に巻装されて、コア２の外周全面を被覆している。
【００３７】
コア２の中空部２ｂには、粒状体であるペレット１４が充填材として充填されている。ペレット１４は、コア２の中空部２ｂ内でコア２と加圧手段２１の内圧ホース２２との間に隙間なく介在されており、内圧ホース２２を膨張させた場合にペレット１４を介して内圧ホース２２の内圧をコア２に伝達し、コア２を膨張させて繊維織物層３をキャビティ面１２ａ、１３ａに押圧できる。
【００３８】
ペレット１４は、軽量な粒状体によって構成されており、本実施の形態では、粒径が約１ミリメートルのナイロン樹脂により形成されたものが用いられている。コア２の中空部２ｂには、内圧ホース２２との間の空隙を満たす量のペレット１４が充填されている。なお、本実施の形態では、充填材として粒状体であるペレットを例に説明したが、充填材は粒状体等の固体に限定されるものではなく、オイルや水等の液体や、ゲル状体でもよい。
【００３９】
中空成形基材１には、加圧手段２１が装着されている。加圧手段２１は、図３に示すように、加圧エアの供給により膨張する袋状体である内圧ホース２２と、内圧ホース２２に加圧エアを供給するエアチューブ２３と、エアチューブ２３が挿通されてコア２の開口部２ａを閉塞する閉塞栓２４を有する。
【００４０】
内圧ホース２２は、シリコーンゴムなどの伸縮性が高い合成樹脂によって形成されており、軟質なシート状の膜からなる薄肉の筒形状をなし、先端部が紐状体で束縛されて封止され、基端部がホース固定具２５に固定されて密封された袋状体とされ、内圧ホース２２の内部と外部とが気密的に隔離されている。
【００４１】
エアチューブ２３は、ナイロンなどの合成樹脂によって形成されており、内圧ホース２２内に挿通可能な外径の円筒形状を有し、コア２の開口部２ａから中空部２ｂ内に挿入した際に軸方向に押し移動させることができ、且つコア２の形状に沿って変形可能な程度の可撓性を有する。
【００４２】
エアチューブ２３は、ホース固定具２５の貫通孔２５ａを通過して内圧ホース２２の内部に挿通されて、先端部が内圧ホース２２の先端部近傍まで延在する。エアチューブ２３には、内圧ホース２２の内部で長手方向に所定間隔をおいて位置するように複数の穿孔２３ａが設けられており、エアチューブ２３内に供給された加圧エアを、各穿孔２３ａから内圧ホース２２の内部に供給できるようになっている。内圧ホース２２は、エアチューブ２３が挿通された状態でコア２の中空部２ｂに挿入されて、中空部２ｂ内で長手方向に亘って延在するように配置される。
【００４３】
閉塞栓２４は、図１に示すように、内圧ホース２２がコア２の中空部２ｂに挿入され且つペレット１４がコア２の中空部２ｂに充填された状態でコア２の開口部２ａを閉塞する。閉塞栓２４は、図４及び図５に示すように、コア２の開口部２ａに嵌入される栓体３１と、栓体３１を下型１３に固定する固定プレート３２と、閉塞栓２４に挿通されたエアチューブ２３を固定するチューブ固定具３３を有する。
【００４４】
栓体３１は、コア２の開口部２ａに嵌入した場合に開口部２ａを閉塞する大きさのブロック形状を有しており、本実施の形態では、開口部２ａの形状に合わせて矩形状をなし、嵌入作業を容易ならしめるべく、先端側に移行するに従って漸次狭窄するテーパ状に形成されている。
【００４５】
栓体３１の基端部には、固定プレート３２を着脱可能に取り付けるための取付ねじ３４が突設されている。栓体３１は、固定プレート３２との間にガスケットＧを介在させて、取付ねじ３４を固定プレート３２の挿入孔３２ａに挿入し、取付ナット３５を締め付けることによって固定プレート３２に取り付けられる。
【００４６】
栓体３１には、エアチューブ２３を挿通するための貫通孔３１ａ（図３を参照）が穿設されている。貫通孔３１ａは、栓体３１の中心を貫通して、一端が栓体３１の先端部に開口し、他端が取付ねじ３４の頭頂部に開口する（図５を参照）。そして、エアチューブ２３を栓体３１の先端部側から貫通孔３１ａ内に挿入して、取付ねじ３４の頭頂部から突出させることができるようになっている。
【００４７】
チューブ固定具３３は、取付ねじ３４の頭頂部から突出したエアチューブ２３に環状のシール部材３３ａを外嵌させて、締結ナット３３ｂを締め付けることによって、エアチューブ２３を取付ねじ３４に固定し、エアチューブ２３と貫通孔３１ａとの間をシールするようになっている。エアチューブ２３は、チューブ固定具３３から所定長さ突出した状態で固定され、成形型１１の型締め時にエアチューブ２３の開口端部２３ｂが加圧室１８内に配置される。
【００４８】
閉塞栓２４は、コア２の中空部２ｂ内に内圧ホース２２が挿入され且つ中空部２ｂ内にペレット１４が充填された状態で栓体３１がコア２の開口部２ａに嵌入されて、エアチューブ２３が取付ねじ３４から突出した状態とされる。そして、固定プレート３２を被せて、固定プレート３２の挿入穴３２ａに取付ねじ３４を挿通し、取付ナット３５を締め付けて栓体３１に固定プレート３２を取り付ける。それから、固定ボルト３６を固定プレート３２の固定孔３２ｂに挿通して下型１３に螺設されたねじ孔（図示せず）に螺入することによって固定プレート３２を下型１３に固定する。また、チューブ固定具３３によってエアチューブ２３が固定される。
【００４９】
閉塞栓２４は、コア２の開口部２ａを閉塞して中空部２ｂ内のペレット１４が外部に漏れ出るのを防ぐことができる。また、コア２の中空部２ｂと成形型１１のキャビティ空間部との間をシールし、キャビティ空間部内に注入されたマトリックス樹脂がコア２の中空部２ｂ内に浸入するのを防ぐことができる。
【００５０】
次に、上記構成を有する中空成形品製造装置１０を用いた中空成形品の製造方法について説明する。
【００５１】
まず、下型１３のキャビティ面１３ａ上に中空成形基材１が載置され、コア２の中空部２ｂにペレット１４が充填され且つ加圧手段２１が装着された状態で（図１を参照）、成形型１１を型締めし、成形型１１のキャビティ空間部内に中空成形基材１を配置する（図２を参照）。それから、成形型１１を予め設定された熱硬化温度に調整し、次いで、真空ポンプにより真空引き通路１５を通じてキャビティ空間部の真空引きを行い、所定の真空度まで減圧させる。
【００５２】
そして、樹脂タンクから樹脂注入通路１６を通して成形型１１のキャビティ空間部内にマトリックス樹脂の注入を開始すると共に、加圧ポンプにより加圧エア供給通路１７を通じて加圧室１８に加圧エアの供給を開始する。
【００５３】
マトリックス樹脂の注入圧と加圧エアの圧力は、略同一の速さで上昇され、それぞれ予め設定された圧力で一定時間保持される。また、マトリックス樹脂の注入圧と加圧エアの圧力は、マトリックス樹脂の方が加圧エアよりも低い圧力に設定されている。
【００５４】
成形型１１のキャビティ空間部内に注入されたマトリックス樹脂は、中空成形基材１の繊維織物層３に含浸される。そして、加圧室１８に供給された加圧エアは、加圧室１８内で開口する加圧手段２１のエアチューブ２３の開口端部２３ｂからエアチューブ２３内に入り込み、エアチューブ２３内を通過して、穿孔２３ａから内圧ホース２２内に流入し、内圧ホース２２を膨張させる。
【００５５】
内圧ホース２２の膨張によって、ペレット１４がコア２を膨張させる方向に押し移動され、内圧ホース２２の内圧がペレット１４を介してコア２に伝達される。従って、コア２が膨張され、コア２に巻装されている繊維織物層３がキャビティ面１２ａ、１３ａに押圧される。
【００５６】
ペレット１４は、内圧ホース２２のみでは押圧することが困難なコア２の複雑な形状部分と内圧ホース２２との間にも入り込んで介在されているので、内圧ホース２２を膨張させた場合に、かかる複雑な形状部分にも内圧ホース２２の内圧を伝達して膨張させることができる。
【００５７】
従って、内圧ホース２２からコア２が受ける内圧をコア２の各部において全て均等とし、繊維織物層３の各部を全て均等な押圧力でキャビティ面１２ａ、１３ａに押圧でき、中空成形基材１をキャビティ面１２ａ、１３ａに沿った形状に成形することができる。
【００５８】
また、内圧ホース２２の内圧がマトリックス樹脂の注入圧よりも高圧に設定されているので、キャビティ空間部内に充填されたマトリックス樹脂のうち、繊維織物層３に含浸されなかった余分なマトリックス樹脂をキャビティ空間部内から押し出して成形型１１の真空引き通路１５から外部に排出することができる。従って、マトリックス樹脂の注入圧によるコア２のつぶれが防止され、マトリックス樹脂の厚みを均一且つ適切な厚さにすることができる。
【００５９】
繊維織物層３に含浸されたマトリックス樹脂は、成形型１１から熱を受けて硬化を開始する。中空成形基材１は、内圧ホース２２が膨張されて所望の形状に成形された状態でマトリックス樹脂が完全硬化される。従って、マトリックス樹脂の硬化収縮圧によるコア２のつぶれが防止され、樹脂ヒケや変形がない外形寸法精度が良好な中空成形品を得ることができる。
【００６０】
中空成形品は、成形型１１を型開きして取り出される。そして、コア２の中空部２ｂに残るペレット１４が開口部２ｂから外部に排出されて、内圧ホース２２とコア２との間に空隙が形成される。従って、コア２の複雑な形状部分に引っ掛かることなく、内圧ホース２２をコア２の中空部２ｂから簡単かつ迅速に取り出すことができる。
【００６１】
以上の方法により、コア２の外周に繊維強化樹脂層が形成された中空成形品を製造することができる。なお、上記の製造方法は、図示していない制御手段によってすべてを自動的に行ってもよく、また、例えば中空成形基材１の装着作業等、一部の作業を作業者が行ってもよい。
【００６２】
上記の中空成形品製造装置１０によれば、内圧ホース２２のみでは押圧することが困難なコア２の複雑な形状部分にもペレット１４を介して内圧ホース２２の内圧を伝達できる。従って、内圧ホース２２からコア２が受ける内圧をコア２の各部において全て均等とし、繊維織物層３の各部を全て均等な押圧力でキャビティ面１２ａ、１３ａに押圧できる。
【００６３】
従って、中空成形基材１をキャビティ面１２ａ、１３ａに沿った複雑な形状に成形することができ、外形寸法精度の良好な中空成形品を得ることができる。また、内圧ホース２２を膨張させた際に、内圧ホース２２がコア２の複雑な形状部分に入り込むのを防ぐことができ、成形後に内圧ホース２２を簡単且つ迅速に取り出すことができる。そして、内圧ホース２２およびペレット１４を繰り返し使用することができ、コストを低減できる。また、中空成形品の形状に対応した形状を有する内圧ホース２２を個々に用意する必要がなく、内圧ホース２２に汎用性を持たせることができる。
【００６４】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上記実施の形態では、成形型１１内で繊維織物層３にマトリックス樹脂を含浸させるＲＴＭ成形法を用いた中空成形品製造装置１０の場合を例に説明したが、他の内圧成形法にも十分に適用できるものである。
【００６５】
本発明は、中空成形基材１の中空部２ａに袋状体２２を挿入すると共に粒状体１４を充填し、内圧ホース２２の膨張により粒状体１４を介して中空成形基材１を膨張させ、中空成形基材１を成形型１１のキャビティ面１２ａ、１３ａに押圧して成形するものであればよく、例えば、上記実施の形態における中空成形基材１の繊維織物層３に代えて、強化繊維に予めマトリックス樹脂を含浸させたプリプレグ等を用いてもよい。
【００６６】
また、上述の実施の形態では、マトリックス樹脂が熱硬化性の場合を例に説明したが、熱可塑性であってもよい。マトリックス樹脂が熱可塑性の場合には、加熱状態で中空成形基材を成形し、成形後に冷却して固化させる処理を行う。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の実施の形態に係わる中空成形品の製造装置の構成を概略的に示す断面図。
【図２】図１の装置を型締めした状態を示す断面図。
【図３】加圧手段の構成を概略的に示す断面図。
【図４】加圧手段の要部を拡大して示す斜視図。
【図５】加圧手段の分解斜視図。
【符号の説明】
【００６８】
１ 中空成形基材
２ コア
２ｂ 中空部
３ 繊維織物層
１１ 成形型
１２ａ、１３ａ キャビティ面
１４ ペレット（粒状体）
２２ 内圧ホース（袋状体）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中空成形品の製造方法及び装置に関し、特に中空成形基材に内圧をかけて成形する内圧成形法を用いて中空成形品を製造する製造方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
繊維強化樹脂（ＦＲＰ）は、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂のマトリックス材と強化繊維とを一体化したものであり、軽量でかつ強度特性に優れていることから多くの分野で使用されている。熱硬化性樹脂の例としては、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等を挙げることができ、熱可塑性樹脂の例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド等を挙げることができる。強化繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等を挙げることができる。
【０００３】
繊維強化樹脂を用いて中空状の成形品を作ることも行われており、その成形法の一つに内圧成形法がある。内圧成形法は、中空成形基材の中空部に袋状体を挿入したものを、成形型のキャビティ空間部内に配置し、袋状体に圧縮空気のような加圧流体を送り込んで、袋状体を膨張させ、中空成形基材を成形型のキャビティ面に押し付けて成形する方法である。
【０００４】
内圧成形法を用いて中空状の成形品を製造する一例が特許文献１に記載されている。特許文献１によれば、成形基材を袋状体であるチューブの周りに被覆するように巻き付けて中空状とし、成形型の上型と下型との間に配置して型締めによりキャビティ空間部内に配置する。
【０００５】
そして、真空ポンプによりキャビティ空間部内を減圧すると共にチューブ内に加圧ガスを注入してチューブを膨張させ、中空状の成形基材をキャビティ面に押し付けて所望の形状に成形する。そして、成形基材に含まれている樹脂を硬化又は固化させた後に成形品を型から取り出してチューブを除去し、中空状の成形品を得ている。
【０００６】
特許文献１では予め樹脂が含まれた成形基材を成形しているが、他の内圧成形法として、例えば液状の熱硬化樹脂を成形型のキャビティ空間部内に注入して成形基材の繊維織物層に含浸させると共に内圧成形するＲＴＭ成形法も従来から行われている。
【０００７】
【特許文献１】特開平５-３２９８５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来の各内圧成形法では、中空成形基材を複雑な形状に成形することは困難であった。例えば、袋状体がナイロン或いはウレタンの薄いシート部材によって構成されている場合には、袋状体の形状追従性が悪く、袋状体から中空成形基材が受ける内圧が中空成形基材の各部において不均一となり、中空成形基材の複雑な形状となる部分を押圧することができず、キャビティ面に沿った形状に成形することが困難であった。
【０００９】
また、例えば袋状体がナイロンやウレタンよりも形状追従性がよいシリコーンゴム等の耐熱性のゴム材で構成されている場合には、複雑な形状に応じて袋状体が局所的に過度に膨張して破裂するおそれがある。
【００１０】
また、袋状体が複雑な形状部分に入り込み、成形後に中空成形品の内部から袋状体を取り出すことができない、或いは、取り出し作業中に袋状体が破損するおそれがあり、袋状体を繰り返し使用できず、コスト高であった。そして、袋状体の全部又は一部が中空成形品の内部に残在すると、その残在分だけ中空成形品の重量が重くなり、中空成形品の軽量化が図れないという問題があった。
【００１１】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、複雑な形状を有するものであっても不都合なく成形することができ、成形後には中空成形品の中空部から袋状体を簡単に取り出すことができる中空成形品の製造方法及び装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するための中空成形品の製造方法の発明は、中空部に袋状体が挿入された中空成形基材を成形型のキャビティ空間部内に配置した状態で、袋状体に内圧を加えて膨張させ、中空成形基材を成形型のキャビティ面に押圧して成形する内圧成形法を用いて中空成形品を製造する方法において、袋状体を膨張させる前に中空成形基材の中空部に充填材を充填し、充填材を袋状体と中空成形基材との間に介在させた状態で袋状体を膨張させることを特徴としている。
【００１３】
本発明によれば、中空成形基材の中空部に充填材を充填して、袋状体と中空成形基材との間に粒状体を介在させた状態で袋状体を膨張させるので、袋状体のみでは押圧することが困難な複雑な形状部分にも、その形状部分と袋状体との間に入り込んだ充填材を介して、袋状体の内圧を伝達することができる。
【００１４】
従って、袋状体から中空成形基材が受ける内圧を中空成形基材の各部において全て均等とし、中空成形基材の各部を全て均等な押圧力でキャビティ面に押圧でき、中空成形基材をキャビティ面に沿った形状に成形することができる。従って、複雑な形状を有するものであっても不都合なく成形することができ、外形寸法精度の良好な中空成形品を得ることができる。
【００１５】
また、袋状体を膨張させた際に、袋状体が中空成形基材の複雑な形状部分に入り込むのを防ぐことができ、成形後に中空成形品の中空部から袋状体を簡単に取り出すことができる。従って、袋状体及び充填材を繰り返し使用することができる。また、中空成形品の形状に対応した袋状体を個々に用意する必要がなく、袋状体に汎用性を持たせることができる。
【００１６】
本発明による中空成形品の製造方法は、中空部を有するコアとそのコアの外周に形成された繊維織物層とを有する中空成形基材を、中空部に袋状体が挿入された状態で成形型のキャビティ空間部内に配置し、成形型のキャビティ空間部内を減圧しかつキャビティ空間部内に液状のマトリックス樹脂を注入して繊維織物層にマトリックス樹脂を含浸させるとともに、袋状体に内圧を加えて膨張させ、中空成形基材を成形型のキャビティ面に押圧して成形し、繊維織物層に含浸させたマトリックス樹脂を硬化又は固化させて前記コアの外周に繊維強化樹脂層が形成された中空成形品を製造する製造方法において、袋状体を膨張させる前にコアの中空部に充填材を充填し、充填材を袋状体とコアとの間に介在させた状態で袋状体を膨張させることを特徴としている。
【００１７】
上記する本発明の中空成形品の製造方法によれば、コアの中空部に充填材を充填して、袋状体とコアとの間に充填材を介在させた状態で袋状体を膨張させるので、袋状体のみでは押圧することが困難な複雑な形状部分にも、その形状部分と袋状体との間に入り込んだ充填材を介して、袋状体の内圧を伝達することができる。
【００１８】
従って、袋状体からコアが受ける内圧をコアの各部において全て均等とし、繊維織物層の各部を全て均等な押圧力でキャビティ面に押圧でき、中空成形基材をキャビティ面に沿った形状に成形することができる。従って、複雑な形状を有するものであっても不都合なく成形することができ、繊維強化樹脂層のマトリックス樹脂の厚みが均一で且つ外形寸法精度の良好な中空成形品を得ることができる。
【００１９】
また、袋状体を膨張させた際に、袋状体が中空成形基材の複雑な形状部分に入り込むのを防ぐことができ、成形後に中空成形品の中空部から袋状体を簡単に取り出すことができる。従って、袋状体及び充填材を繰り返し使用することができる。また、中空成形品の形状に対応した袋状体を個々に用意する必要がなく、袋状体に汎用性を持たせることができる。
【００２０】
上記した本発明による中空成形品の製造方法において、袋状体の内圧をマトリックス樹脂の注入圧よりも高圧としてもよい。これにより、袋状体の内圧によってキャビティ面に押圧した中空成形基材が、マトリックス樹脂の注入圧によって押し戻されてキャビティ面から離れるのを防ぐことができる。
【００２１】
また、袋状体に内圧を加えて膨張させた状態で、マトリックス樹脂を硬化又は固化させてもよい。これにより、マトリックス樹脂が硬化又は固化する際の収縮圧によって収縮して中空成形品に樹脂ヒケや変形を生ずるのを防ぐことができる。
【００２２】
そして、本発明による中空成形品の製造方法の好ましい実施の形態として、中空成形基材を成形して中空成形品を製造した後に、中空成形品の中空部から充填材を排出して袋状体を取り出すことを特徴としている。これによれば、充填材の排出により、中空成形品の中空部内で袋状体との間に空隙を形成することができ、中空成形品の中空部から袋状体を取り出す際に、引っ掛かることなく簡単に取り出すことができる。
【００２３】
また、本発明による中空成形品の製造方法の好ましい実施の形態として、充填材は、粒状体であることを特徴としている。これによれば、中空成形品の中空部から排出する際に、迅速且つ簡単に排出することができる。また、液体等と比較して取り扱いが容易である。
【００２４】
本発明による中空成形品の製造装置は、中空部を有するコアとコアの外周に形成された繊維織物層とを有する中空成形基材を成形し、繊維織物層に含浸されたマトリックス樹脂を硬化又は固化させて、コアの外周に繊維強化樹脂層が形成された中空成形品を製造する製造装置において、中空成形品の外形状に対応したキャビティ面を有し、型締め時に中空成形基材を収容可能なキャビティ空間部を形成するように構成された成形型と、成形型のキャビティ空間部内を減圧する減圧手段と、減圧手段によって減圧されたキャビティ空間部内にマトリックス樹脂を注入する樹脂注入手段と、中空部に挿入されて加圧流体の供給により膨張する袋状体と、中空部に充填されて袋状体と前記コアとの間に介在される充填材とを有し、中空成形基材が成形型のキャビティ空間部内に配置され、袋状体が中空部に挿入され且つ充填材が袋状体とコアとの間に充填された状態で、袋状体に加圧流体を供給して膨張させ、充填材を介して中空成形基材をキャビティ面に押圧して成形することを特徴とするものである。
【００２５】
本発明の中空成形品の製造装置は、従来と異なり、充填材がコアの中空部に充填されて加圧手段の袋状体とコアとの間に介在される。従って、袋状体を膨張させた場合に、袋状体のみでは押圧することが困難な複雑な形状部分にも、その形状部分と袋状体との間に入り込んだ充填材を介して、袋状体の内圧を伝達することができる。
【００２６】
従って、袋状体からコアが受ける内圧を中空成形基材の各部において全て均等とし、中空成形基材の各部を全て均等な押圧力でキャビティ面に押圧でき、中空成形基材をキャビティ面に沿った形状に成形することができる。従って、複雑な形状を有するものであっても不都合なく成形することができ、繊維強化樹脂層のマトリックス樹脂の厚みが均一で且つ外形寸法精度の良好な中空成形品を得ることができる。
【００２７】
また、袋状体を膨張させた際に、袋状体が中空成形基材の複雑な形状部分に入り込むのを防ぐことができ、成形後に中空成形品の中空部から袋状体を簡単に取り出すことができる。従って、袋状体及び充填材を繰り返し使用することができる。また、中空成形品の形状に対応した袋状体を個々に用意する必要がなく、袋状体に汎用性を持たせることができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の中空成形品の製造方法及び装置によれば、袋状体のみでは押圧することが困難な複雑な形状部分にも、その形状部分と袋状体との間に入り込んだ充填材を介して、袋状体の内圧を伝達することができる。
【００２９】
従って、袋状体から中空成形基材が受ける内圧を中空成形基材の各部において全て均等とし、中空成形基材の各部を全て均等な押圧力でキャビティ面に押圧でき、中空成形基材をキャビティ面に沿った形状に成形することができる。従って、複雑な形状を有するものであっても不都合なく成形することができ、外形寸法精度の良好な中空成形品を得ることができる。また、袋状体が複雑な形状部分に入り込むのを防ぐことができ、成形後に中空成形品の中空部から充填材と共に簡単に取り出すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
次に、本発明の実施の形態について図を用いて以下に説明する。
【００３１】
本実施の形態における中空成形品の製造装置１０は、コア２と繊維織物層３とからなる中空成形基材１をＲＴＭ成形法を用いて成形して、コア２の外周に繊維強化樹脂層が形成された中空成形品を製造するものである。本実施の形態におけるＲＴＭ成形法とは、内圧成形法の一種であり、コア２の中空部２ｂに内圧ホース２２が挿入された中空成形基材１を成形型１１のキャビティ空間部内に配置した状態で、キャビティ空間部内を減圧し、成形型１１のキャビティ空間部内に液状のマトリックス樹脂を注入して中空成形基材１の繊維織物層３に含浸させると共に、内圧ホース２２に加圧流体を供給して膨張させ、中空成形基材１を成形型１１のキャビティ面１２ａ、１３ａに押圧して成形する成形法と定義する。
【００３２】
成形型１１は、図１に示すように、互いに相対的に接離する上型１２と下型１３を備えており、上型１２と下型１３には中空成形品の外形に対応するキャビティ面１２ａ、１３ａが対向して形成され、成形型１１の型締めにより所定のキャビティ空間部を形成するように構成されている。
【００３３】
成形型１１には、図示していないバキュームポンプに接続されて成形型１１のキャビティ空間部内を減圧するための真空引き通路１５と、図示していない樹脂タンクから成形型１１のキャビティ空間部内に熱硬化性のマトリックス樹脂を注入するための注入通路１６と、図示していない加圧ポンプから後述する加圧手段２１に加圧流体である加圧エアを供給するための加圧エア供給通路１７が設けられている。この加圧エア供給通路１７は、成形型１１の型締めにより上型１２と下型１３との間に形成される加圧室１８に連通している。また、真空引き通路１５は、キャビティ空間部内にマトリックス樹脂を注入した際にキャビティ空間部内の余分なマトリックス樹脂を排出するための樹脂排出通路も兼ねている。
【００３４】
下型１３のキャビティ面１３ａ上には中空成形基材１が載置されており、型締めによって成形型１１のキャビティ空間部内に収容されるようになっている（図２を参照）。中空成形基材１は、コア２と、コア２の外周に巻装して形成された繊維織物層３とからなる。コア２は、ＡＢＳ樹脂等の樹脂材料によって構成されており、加圧手段２１の内圧ホース２２を膨張させて内圧を加えた場合に弾性変形して膨張させることが可能な薄肉の中空形状を有している。
【００３５】
コア２は、製造しようとする中空成形品に近似した形状を有しており、断面形状の差が大きな複雑な形状部分を備えている。コア２は、本実施の形態では、図１及び図２で左右方向に示される長手方向に延在し、その一方端部にコア２の中空部２ｂと外部との間を連通する開口部２ａが形成されている。
【００３６】
繊維織物層３は、カーボン繊維やガラス繊維などの強化繊維を織って組織されたものであり、図示していないブレーダ機によってコア２に巻装されて、コア２の外周全面を被覆している。
【００３７】
コア２の中空部２ｂには、粒状体であるペレット１４が充填材として充填されている。ペレット１４は、コア２の中空部２ｂ内でコア２と加圧手段２１の内圧ホース２２との間に隙間なく介在されており、内圧ホース２２を膨張させた場合にペレット１４を介して内圧ホース２２の内圧をコア２に伝達し、コア２を膨張させて繊維織物層３をキャビティ面１２ａ、１３ａに押圧できる。
【００３８】
ペレット１４は、軽量な粒状体によって構成されており、本実施の形態では、粒径が約１ミリメートルのナイロン樹脂により形成されたものが用いられている。コア２の中空部２ｂには、内圧ホース２２との間の空隙を満たす量のペレット１４が充填されている。なお、本実施の形態では、充填材として粒状体であるペレットを例に説明したが、充填材は粒状体等の固体に限定されるものではなく、オイルや水等の液体や、ゲル状体でもよい。
【００３９】
中空成形基材１には、加圧手段２１が装着されている。加圧手段２１は、図３に示すように、加圧エアの供給により膨張する袋状体である内圧ホース２２と、内圧ホース２２に加圧エアを供給するエアチューブ２３と、エアチューブ２３が挿通されてコア２の開口部２ａを閉塞する閉塞栓２４を有する。
【００４０】
内圧ホース２２は、シリコーンゴムなどの伸縮性が高い合成樹脂によって形成されており、軟質なシート状の膜からなる薄肉の筒形状をなし、先端部が紐状体で束縛されて封止され、基端部がホース固定具２５に固定されて密封された袋状体とされ、内圧ホース２２の内部と外部とが気密的に隔離されている。
【００４１】
エアチューブ２３は、ナイロンなどの合成樹脂によって形成されており、内圧ホース２２内に挿通可能な外径の円筒形状を有し、コア２の開口部２ａから中空部２ｂ内に挿入した際に軸方向に押し移動させることができ、且つコア２の形状に沿って変形可能な程度の可撓性を有する。
【００４２】
エアチューブ２３は、ホース固定具２５の貫通孔２５ａを通過して内圧ホース２２の内部に挿通されて、先端部が内圧ホース２２の先端部近傍まで延在する。エアチューブ２３には、内圧ホース２２の内部で長手方向に所定間隔をおいて位置するように複数の穿孔２３ａが設けられており、エアチューブ２３内に供給された加圧エアを、各穿孔２３ａから内圧ホース２２の内部に供給できるようになっている。内圧ホース２２は、エアチューブ２３が挿通された状態でコア２の中空部２ｂに挿入されて、中空部２ｂ内で長手方向に亘って延在するように配置される。
【００４３】
閉塞栓２４は、図１に示すように、内圧ホース２２がコア２の中空部２ｂに挿入され且つペレット１４がコア２の中空部２ｂに充填された状態でコア２の開口部２ａを閉塞する。閉塞栓２４は、図４及び図５に示すように、コア２の開口部２ａに嵌入される栓体３１と、栓体３１を下型１３に固定する固定プレート３２と、閉塞栓２４に挿通されたエアチューブ２３を固定するチューブ固定具３３を有する。
【００４４】
栓体３１は、コア２の開口部２ａに嵌入した場合に開口部２ａを閉塞する大きさのブロック形状を有しており、本実施の形態では、開口部２ａの形状に合わせて矩形状をなし、嵌入作業を容易ならしめるべく、先端側に移行するに従って漸次狭窄するテーパ状に形成されている。
【００４５】
栓体３１の基端部には、固定プレート３２を着脱可能に取り付けるための取付ねじ３４が突設されている。栓体３１は、固定プレート３２との間にガスケットＧを介在させて、取付ねじ３４を固定プレート３２の挿入孔３２ａに挿入し、取付ナット３５を締め付けることによって固定プレート３２に取り付けられる。
【００４６】
栓体３１には、エアチューブ２３を挿通するための貫通孔３１ａ（図３を参照）が穿設されている。貫通孔３１ａは、栓体３１の中心を貫通して、一端が栓体３１の先端部に開口し、他端が取付ねじ３４の頭頂部に開口する（図５を参照）。そして、エアチューブ２３を栓体３１の先端部側から貫通孔３１ａ内に挿入して、取付ねじ３４の頭頂部から突出させることができるようになっている。
【００４７】
チューブ固定具３３は、取付ねじ３４の頭頂部から突出したエアチューブ２３に環状のシール部材３３ａを外嵌させて、締結ナット３３ｂを締め付けることによって、エアチューブ２３を取付ねじ３４に固定し、エアチューブ２３と貫通孔３１ａとの間をシールするようになっている。エアチューブ２３は、チューブ固定具３３から所定長さ突出した状態で固定され、成形型１１の型締め時にエアチューブ２３の開口端部２３ｂが加圧室１８内に配置される。
【００４８】
閉塞栓２４は、コア２の中空部２ｂ内に内圧ホース２２が挿入され且つ中空部２ｂ内にペレット１４が充填された状態で栓体３１がコア２の開口部２ａに嵌入されて、エアチューブ２３が取付ねじ３４から突出した状態とされる。そして、固定プレート３２を被せて、固定プレート３２の挿入穴３２ａに取付ねじ３４を挿通し、取付ナット３５を締め付けて栓体３１に固定プレート３２を取り付ける。それから、固定ボルト３６を固定プレート３２の固定孔３２ｂに挿通して下型１３に螺設されたねじ孔（図示せず）に螺入することによって固定プレート３２を下型１３に固定する。また、チューブ固定具３３によってエアチューブ２３が固定される。
【００４９】
閉塞栓２４は、コア２の開口部２ａを閉塞して中空部２ｂ内のペレット１４が外部に漏れ出るのを防ぐことができる。また、コア２の中空部２ｂと成形型１１のキャビティ空間部との間をシールし、キャビティ空間部内に注入されたマトリックス樹脂がコア２の中空部２ｂ内に浸入するのを防ぐことができる。
【００５０】
次に、上記構成を有する中空成形品製造装置１０を用いた中空成形品の製造方法について説明する。
【００５１】
まず、下型１３のキャビティ面１３ａ上に中空成形基材１が載置され、コア２の中空部２ｂにペレット１４が充填され且つ加圧手段２１が装着された状態で（図１を参照）、成形型１１を型締めし、成形型１１のキャビティ空間部内に中空成形基材１を配置する（図２を参照）。それから、成形型１１を予め設定された熱硬化温度に調整し、次いで、真空ポンプにより真空引き通路１５を通じてキャビティ空間部の真空引きを行い、所定の真空度まで減圧させる。
【００５２】
そして、樹脂タンクから樹脂注入通路１６を通して成形型１１のキャビティ空間部内にマトリックス樹脂の注入を開始すると共に、加圧ポンプにより加圧エア供給通路１７を通じて加圧室１８に加圧エアの供給を開始する。
【００５３】
マトリックス樹脂の注入圧と加圧エアの圧力は、略同一の速さで上昇され、それぞれ予め設定された圧力で一定時間保持される。また、マトリックス樹脂の注入圧と加圧エアの圧力は、マトリックス樹脂の方が加圧エアよりも低い圧力に設定されている。
【００５４】
成形型１１のキャビティ空間部内に注入されたマトリックス樹脂は、中空成形基材１の繊維織物層３に含浸される。そして、加圧室１８に供給された加圧エアは、加圧室１８内で開口する加圧手段２１のエアチューブ２３の開口端部２３ｂからエアチューブ２３内に入り込み、エアチューブ２３内を通過して、穿孔２３ａから内圧ホース２２内に流入し、内圧ホース２２を膨張させる。
【００５５】
内圧ホース２２の膨張によって、ペレット１４がコア２を膨張させる方向に押し移動され、内圧ホース２２の内圧がペレット１４を介してコア２に伝達される。従って、コア２が膨張され、コア２に巻装されている繊維織物層３がキャビティ面１２ａ、１３ａに押圧される。
【００５６】
ペレット１４は、内圧ホース２２のみでは押圧することが困難なコア２の複雑な形状部分と内圧ホース２２との間にも入り込んで介在されているので、内圧ホース２２を膨張させた場合に、かかる複雑な形状部分にも内圧ホース２２の内圧を伝達して膨張させることができる。
【００５７】
従って、内圧ホース２２からコア２が受ける内圧をコア２の各部において全て均等とし、繊維織物層３の各部を全て均等な押圧力でキャビティ面１２ａ、１３ａに押圧でき、中空成形基材１をキャビティ面１２ａ、１３ａに沿った形状に成形することができる。
【００５８】
また、内圧ホース２２の内圧がマトリックス樹脂の注入圧よりも高圧に設定されているので、キャビティ空間部内に充填されたマトリックス樹脂のうち、繊維織物層３に含浸されなかった余分なマトリックス樹脂をキャビティ空間部内から押し出して成形型１１の真空引き通路１５から外部に排出することができる。従って、マトリックス樹脂の注入圧によるコア２のつぶれが防止され、マトリックス樹脂の厚みを均一且つ適切な厚さにすることができる。
【００５９】
繊維織物層３に含浸されたマトリックス樹脂は、成形型１１から熱を受けて硬化を開始する。中空成形基材１は、内圧ホース２２が膨張されて所望の形状に成形された状態でマトリックス樹脂が完全硬化される。従って、マトリックス樹脂の硬化収縮圧によるコア２のつぶれが防止され、樹脂ヒケや変形がない外形寸法精度が良好な中空成形品を得ることができる。
【００６０】
中空成形品は、成形型１１を型開きして取り出される。そして、コア２の中空部２ｂに残るペレット１４が開口部２ｂから外部に排出されて、内圧ホース２２とコア２との間に空隙が形成される。従って、コア２の複雑な形状部分に引っ掛かることなく、内圧ホース２２をコア２の中空部２ｂから簡単かつ迅速に取り出すことができる。
【００６１】
以上の方法により、コア２の外周に繊維強化樹脂層が形成された中空成形品を製造することができる。なお、上記の製造方法は、図示していない制御手段によってすべてを自動的に行ってもよく、また、例えば中空成形基材１の装着作業等、一部の作業を作業者が行ってもよい。
【００６２】
上記の中空成形品製造装置１０によれば、内圧ホース２２のみでは押圧することが困難なコア２の複雑な形状部分にもペレット１４を介して内圧ホース２２の内圧を伝達できる。従って、内圧ホース２２からコア２が受ける内圧をコア２の各部において全て均等とし、繊維織物層３の各部を全て均等な押圧力でキャビティ面１２ａ、１３ａに押圧できる。
【００６３】
従って、中空成形基材１をキャビティ面１２ａ、１３ａに沿った複雑な形状に成形することができ、外形寸法精度の良好な中空成形品を得ることができる。また、内圧ホース２２を膨張させた際に、内圧ホース２２がコア２の複雑な形状部分に入り込むのを防ぐことができ、成形後に内圧ホース２２を簡単且つ迅速に取り出すことができる。そして、内圧ホース２２およびペレット１４を繰り返し使用することができ、コストを低減できる。また、中空成形品の形状に対応した形状を有する内圧ホース２２を個々に用意する必要がなく、内圧ホース２２に汎用性を持たせることができる。
【００６４】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上記実施の形態では、成形型１１内で繊維織物層３にマトリックス樹脂を含浸させるＲＴＭ成形法を用いた中空成形品製造装置１０の場合を例に説明したが、他の内圧成形法にも十分に適用できるものである。
【００６５】
本発明は、中空成形基材１の中空部２ａに袋状体２２を挿入すると共に粒状体１４を充填し、内圧ホース２２の膨張により粒状体１４を介して中空成形基材１を膨張させ、中空成形基材１を成形型１１のキャビティ面１２ａ、１３ａに押圧して成形するものであればよく、例えば、上記実施の形態における中空成形基材１の繊維織物層３に代えて、強化繊維に予めマトリックス樹脂を含浸させたプリプレグ等を用いてもよい。
【００６６】
また、上述の実施の形態では、マトリックス樹脂が熱硬化性の場合を例に説明したが、熱可塑性であってもよい。マトリックス樹脂が熱可塑性の場合には、加熱状態で中空成形基材を成形し、成形後に冷却して固化させる処理を行う。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の実施の形態に係わる中空成形品の製造装置の構成を概略的に示す断面図。
【図２】図１の装置を型締めした状態を示す断面図。
【図３】加圧手段の構成を概略的に示す断面図。
【図４】加圧手段の要部を拡大して示す斜視図。
【図５】加圧手段の分解斜視図。
【符号の説明】
【００６８】
１ 中空成形基材
２ コア
２ｂ 中空部
３ 繊維織物層
１１ 成形型
１２ａ、１３ａ キャビティ面
１４ ペレット（粒状体）
２２ 内圧ホース（袋状体）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空部に袋状体が挿入された中空成形基材を成形型のキャビティ空間部内に配置した状態で、前記袋状体に内圧を加えて膨張させ、前記中空成形基材を前記成形型のキャビティ面に押圧して成形する内圧成形法を用いて中空成形品を製造する方法において、
前記袋状体を膨張させる前に前記中空成形基材の中空部に充填材を充填し、
該充填材を前記袋状体と前記中空成形基材との間に介在させた状態で前記袋状体を膨張させることを特徴とする中空成形品の製造方法。
【請求項２】
中空部を有するコアと該コアの外周に形成された繊維織物層とを有する中空成形基材を、該中空部に袋状体が挿入された状態で成形型のキャビティ空間部内に配置し、前記成形型のキャビティ空間部内を減圧しかつ該キャビティ空間部内に液状のマトリックス樹脂を注入して前記繊維織物層に前記マトリックス樹脂を含浸させるとともに、前記袋状体に内圧を加えて膨張させ、前記中空成形基材を前記成形型のキャビティ面に押圧して成形し、前記繊維織物層に含浸させた前記マトリックス樹脂を硬化又は固化させて前記コアの外周に繊維強化樹脂層が形成された中空成形品を製造する製造方法において、
前記袋状体を膨張させる前に前記コアの前記中空部に充填材を充填し、
該充填材を前記袋状体と前記コアとの間に介在させた状態で前記袋状体を膨張させることを特徴とする中空成形品の製造方法。
【請求項３】
前記袋状体の内圧を、前記マトリックス樹脂の注入圧よりも高圧としたことを特徴とする請求項２に記載の中空成形品の製造方法。
【請求項４】
前記袋状体に内圧を加えて膨張させた状態で、前記マトリックス樹脂を硬化又は固化させることを特徴とする請求項２又は３に記載の中空成形品の製造方法。
【請求項５】
前記中空成形品を製造した後に、該中空成形品の中空部から前記充填材を排出して前記袋状体を取り出すことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の中空成形品の製造方法。
【請求項６】
前記充填材は、粒状体であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の中空成形品の製造方法。
【請求項７】
中空部を有するコアと該コアの外周に形成された繊維織物層とを有する中空成形基材を成形し、前記繊維織物層に含浸されたマトリックス樹脂を硬化又は固化させて、前記コアの外周に繊維強化樹脂層が形成された中空成形品を製造する製造装置において、
前記中空成形品の外形状に対応したキャビティ面を有し、型締め時に前記中空成形基材を収容可能なキャビティ空間部を形成するように構成された成形型と、
該成形型のキャビティ空間部内を減圧する減圧手段と、
該減圧手段によって減圧されたキャビティ空間部内にマトリックス樹脂を注入する樹脂注入手段と、
前記中空部に挿入されて加圧流体の供給により膨張する袋状体と、
前記中空部に充填されて前記袋状体と前記コアとの間に介在される充填材と、を有し、
前記中空成形基材が前記成形型のキャビティ空間部内に配置され、前記袋状体が前記中空部に挿入され且つ前記充填材が前記袋状体と前記コアとの間に充填された状態で、前記袋状体に前記加圧流体を供給して膨張させ、前記充填材を介して前記中空成形基材を前記キャビティ面に押圧して成形することを特徴とする中空成形品の製造装置。
【請求項１】
中空部に袋状体が挿入された中空成形基材を成形型のキャビティ空間部内に配置した状態で、前記袋状体に内圧を加えて膨張させ、前記中空成形基材を前記成形型のキャビティ面に押圧して成形する内圧成形法を用いて中空成形品を製造する方法において、
前記袋状体を膨張させる前に前記中空成形基材の中空部に充填材を充填し、
該充填材を前記袋状体と前記中空成形基材との間に介在させた状態で前記袋状体を膨張させることを特徴とする中空成形品の製造方法。
【請求項２】
中空部を有するコアと該コアの外周に形成された繊維織物層とを有する中空成形基材を、該中空部に袋状体が挿入された状態で成形型のキャビティ空間部内に配置し、前記成形型のキャビティ空間部内を減圧しかつ該キャビティ空間部内に液状のマトリックス樹脂を注入して前記繊維織物層に前記マトリックス樹脂を含浸させるとともに、前記袋状体に内圧を加えて膨張させ、前記中空成形基材を前記成形型のキャビティ面に押圧して成形し、前記繊維織物層に含浸させた前記マトリックス樹脂を硬化又は固化させて前記コアの外周に繊維強化樹脂層が形成された中空成形品を製造する製造方法において、
前記袋状体を膨張させる前に前記コアの前記中空部に充填材を充填し、
該充填材を前記袋状体と前記コアとの間に介在させた状態で前記袋状体を膨張させることを特徴とする中空成形品の製造方法。
【請求項３】
前記袋状体の内圧を、前記マトリックス樹脂の注入圧よりも高圧としたことを特徴とする請求項２に記載の中空成形品の製造方法。
【請求項４】
前記袋状体に内圧を加えて膨張させた状態で、前記マトリックス樹脂を硬化又は固化させることを特徴とする請求項２又は３に記載の中空成形品の製造方法。
【請求項５】
前記中空成形品を製造した後に、該中空成形品の中空部から前記充填材を排出して前記袋状体を取り出すことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の中空成形品の製造方法。
【請求項６】
前記充填材は、粒状体であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の中空成形品の製造方法。
【請求項７】
中空部を有するコアと該コアの外周に形成された繊維織物層とを有する中空成形基材を成形し、前記繊維織物層に含浸されたマトリックス樹脂を硬化又は固化させて、前記コアの外周に繊維強化樹脂層が形成された中空成形品を製造する製造装置において、
前記中空成形品の外形状に対応したキャビティ面を有し、型締め時に前記中空成形基材を収容可能なキャビティ空間部を形成するように構成された成形型と、
該成形型のキャビティ空間部内を減圧する減圧手段と、
該減圧手段によって減圧されたキャビティ空間部内にマトリックス樹脂を注入する樹脂注入手段と、
前記中空部に挿入されて加圧流体の供給により膨張する袋状体と、
前記中空部に充填されて前記袋状体と前記コアとの間に介在される充填材と、を有し、
前記中空成形基材が前記成形型のキャビティ空間部内に配置され、前記袋状体が前記中空部に挿入され且つ前記充填材が前記袋状体と前記コアとの間に充填された状態で、前記袋状体に前記加圧流体を供給して膨張させ、前記充填材を介して前記中空成形基材を前記キャビティ面に押圧して成形することを特徴とする中空成形品の製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−２３３１７（Ｐ２０１０−２３３１７Ａ）
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１８６１５９（Ｐ２００８−１８６１５９）
【出願日】平成２０年７月１７日（２００８．７．１７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月１７日（２００８．７．１７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
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