中空ＦＲＰの製造方法
【課題】ＦＲＰ部材をＲＴＭ成形にて製造する場合、サンドイッチ構造の芯材や中空中子に流動溝を加工し樹脂の拡散性を高める方法では、その流動溝内に溜まった樹脂の硬化収縮により、ＦＲＰ表面が部分的に歪み、外観意匠性を損ねてしまうという問題が発生するため、表面意匠性が求められる部材に適用するには、その歪みを研磨、除去する必要があり、結果コストが高くなってしまう。
【解決手段】表面が粗面化された中空断面を有する中子の外周に、強化繊維基材を配置したプリフォームを成形型のキャビティ内に配置し、前記中子内を加圧しながら、前記成形型のキャビティ内に熱硬化性樹脂を注入し、強化繊維基材に樹脂を含浸させ、樹脂を硬化した後に中子を除去する中空ＦＲＰの製造方法。
【解決手段】表面が粗面化された中空断面を有する中子の外周に、強化繊維基材を配置したプリフォームを成形型のキャビティ内に配置し、前記中子内を加圧しながら、前記成形型のキャビティ内に熱硬化性樹脂を注入し、強化繊維基材に樹脂を含浸させ、樹脂を硬化した後に中子を除去する中空ＦＲＰの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は中空ＦＲＰの製造方法に関するものであり、さらに詳しくは、軽量な中空ＦＲＰを、量産性良く、かつ意匠性を損なうことなく、安定して製造できる中空ＦＲＰの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車用途を中心に、強化繊維基材としてガラス繊維や炭素繊維を用いた強化繊維プラスチック製部材（以降、ＦＲＰと記す場合がある）が広く使用されている。排ガス規制や燃費規制が今後も厳しくなっていくことから、軽量特性による燃費向上効果、排出ガスの削減効果を得られるＦＲＰ製部材を適用することは、環境に負荷をかけない車両を製造するための重要な技術である。
【０００３】
ＦＲＰの製造方法としては、オートクレーブ成形法、プレス成形法、ＲＴＭ（Ｒｅｓｉｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｌｄｉｎｇ）成形法（以降、ＲＴＭ成形法と記す）などがあり、中でもＲＴＭ成形法は成形精度、量産性に優れた成形方法といえる。ＲＴＭ成形法とは、所定の寸法・形状を持つ強化繊維基材のプリフォームを成形型のキャビティ内に配置し、前記成形型内に熱硬化性樹脂を注入し、強化繊維基材に樹脂を含浸させ、樹脂を硬化させることでＦＲＰを得る成形法である。
【０００４】
ＲＴＭ成形法において、比較的軽量で高剛性のものが得られるＦＲＰの構造として、発泡体のような軽量な芯材の外周に強化繊維を配置したサンドイッチ構造のＦＲＰが広く知られているが、軽量効果を望む声は今後もより高まっていくことが予想され、より軽量性を実現するにはＦＲＰ中に芯材の無い構造、つまりは中空構造のＦＲＰ製造方法の開発が必要になっている。例えば、中空断面を有する中子の外周に、強化繊維基材を配置したプリフォームを成形型のキャビティ内に配置し、前記中子内を加圧しながら、前記成形型のキャビティ内に熱硬化性樹脂を注入し、強化繊維基材に樹脂を含浸させ、樹脂を硬化した後に、中子を除去することで、中空構造のＦＲＰ製自動車水平翼を製造する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
自動車のように、大量生産される製品にＦＲＰを適用するためには、マトリックス樹脂を素早くプリフォームに含浸させる技術が量産性を上げるための重要な課題である。サンドイッチ構造のＦＲＰの製造方法において、マトリックス樹脂を素早くプリフォームに含浸させる方法として、芯材に流動溝を加工し樹脂の拡散性を高める方法がある（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
上述のような中空中子を用いた中空ＦＲＰの製造方法においても、前述のサンドイッチ構造体のスキン材への含浸を促進させる方法と同様の考え方で中子に対して流動溝を加工し、適用することが可能であると考えられる。しかしながら、サンドイッチ構造の芯材や中空中子に流動溝を加工し樹脂の拡散性を高める方法では、その流動溝内に溜まった樹脂の硬化収縮により、ＦＲＰ表面が部分的に歪み、外観意匠性を損ねてしまうという問題がある。そのため、表面意匠性が求められる部材に適用するには、その歪みを研磨、除去する必要があり、結果コストが高くなってしまう可能性がある。
【特許文献１】特開２００６−０３６０５７号公報
【特許文献２】特開２００５―３３５２４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、上記の従来技術の問題点を解消することにあり、軽量な中空ＦＲＰを、量産性良く、かつ意匠性を損なうことなく、安定して製造できる中空ＦＲＰの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は以下の構成を採用する。すなわち、
（１）表面が粗面化された中空断面を有する中子の外周に、強化繊維基材を配置したプリフォームを成形型のキャビティ内に配置し、前記中子内を加圧しながら、前記成形型のキャビティ内に熱硬化性樹脂を注入し、強化繊維基材に樹脂を含浸させ、樹脂を硬化した後に、中子を除去する中空ＦＲＰの製造方法。
【０００９】
（２）前記中空断面を有する中子の表面粗さが２５〜８００Ｒｚの範囲である前記（１）に記載の中空ＦＲＰの製造方法。
【００１０】
（３）前記中空断面を有する中子の表面がシボ加工されたものである前記（１）または（２）に記載の中空ＦＲＰの製造方法。
【００１１】
（４）前記中空断面を有する中子をブロー成形により作製する前記（１）〜（３）のいずれかに記載の中空ＦＲＰの製造方法。
【００１２】
（５）前記中空断面を有する中子の材料がマトリックス樹脂との離型性を有するものである前記（１）〜（４）のいずれかに記載の中空ＦＲＰの製造方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、軽量な中空ＦＲＰ構造体を量産性良く、かつ意匠性を損なうことなく、安定して製造することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明について、図面を参照しながらさらに詳細に説明する。
【００１５】
本発明におけるＦＲＰとは、強化繊維により強化されている樹脂を指し、強化繊維基材としては、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、金属繊維などの無機繊維、あるいはアラミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリアミド繊維などの有機繊維が挙げられる。ＦＲＰのマトリックス樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニエステル樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂などが挙げられ、さらには、ポリアミド樹脂、ポリオレフィン樹脂、ジシクロペンタジエン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリプロピレン樹脂などの熱可塑性樹脂も使用は可能である。その中でもＦＲＰの熱収縮を低減させ、クラックの発生を抑えることができるという点から、熱硬化性樹脂としてはエポキシ樹脂、ゴム成分などを配合した変性エポキシ樹脂やビニルエステル樹脂が、また熱可塑性樹脂としてはナイロン樹脂、ジシクロペンタジエン樹脂などが好ましい。
【００１６】
本発明に係る中子の材質としては、ポリプロピレンやポリエチレン、ＡＢＳ、ナイロンなどの熱可塑性樹脂、天然ゴム、シリコンゴム、ネオプレンゴムなどが挙げられるが、マトリックス樹脂との離型性を有する（極性がない）ポリプロピレンが好ましい。中子の成形法としては、ブロー成形や回転成形で成形された中空構造体や、フィルムを融着して袋状にした中空構造体、ディッピングにより風船状に形状を有したゴム製中空構造体などが挙げられる。中でも、複雑な曲面形状や、凹凸の激しい形状にも対応可能で、環境面に対してもリサイクルが容易なブロー成形で成形された中空構造体が好ましい。
【００１７】
本発明に係る中子の表面は、エッチング加工、サンドブラスト加工に代表されるシボ加工された表面を有する事を特徴とするが、コストや量産性から中子成形金型にシボ加工を施しておき、中子を連続で成形することが好ましい。粗面形状は一般的な梨地、岩目、皮シボ、幾何学模様（溝形状）など様々な粗面を設定できるが、巨視的に凹凸の幅やピッチの大きい形状は樹脂の拡散性に不連続の部分が出来やすく、ＦＲＰ中に残存エア（ボイド）を残してしまう可能性があるため、なるべく凹凸のピッチが小さくなる形状を選定することが好ましい。また、必要に応じて２種類以上の粗面形状を組み合わせても良い。表面粗さとしては２５〜８００Ｒｚの範囲にあることが好ましい。前述範囲より低いと必要な拡散性を得られず、高いとその流動溝内に溜まるマトリックス樹脂の硬化収縮により、ＦＲＰ表面が部分的に歪み外観意匠性を損ねてしまったり、ＲＴＭ成形後の中子除去作業にて、ＦＲＰ内面とのアンカー作用により除去しずらくなってしまう。表面粗さＲｚは測定物表面の断面曲線から、ある基準長さＬを抜き取った部分の最大高さをμｍの単位で表したものであり、測定方法は接触式、非接触式問わず一般的な表面粗さ計を用いることで簡易に測定できる（ＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１参照）。
【００１８】
本発明で使用する成形型は、例えば上型と下型から構成されるものを用いる。かかる型を用いた場合、上型が金型昇降装置で上方に配置されている間に、下型へ強化繊維基材を配設する。この強化繊維基材は、賦形型によって、下型に納まり易いように製品形状に賦形されたプリフォームとして予め作製されている。この成形型の材質としては、ＦＲＰ、鋳鋼、構造用炭素鋼、アルミニウム合金、亜鉛合金、ニッケル電鋳、銅電鋳などが挙げられる。量産には、剛性、耐熱性、耐久性の面から構造用炭素鋼が好適である。
【００１９】
図１は、本発明の一実施態様に係る中空ＦＲＰの製造方法を実施するための成形システムを示している。図１において、２は、上型と下型からなる成形金型を示しており、その上型が金型昇降装置１に取り付けられている。金型昇降装置１は、油圧ポンプ１０、油圧シリンダー１１を備えた油圧ユニット９を有しており、上型の作動、加圧が油圧により制御されるようになっている。
【００２０】
成形金型２は、図２に示すように、例えばアンダーカット部を有する成形体の場合、下型の一部に分割型１８を配設することもできる。そして、成形金型２には、注入口８ａに繋がる樹脂注入流路１３、排出口８ｂに繋がる排出路１４が接続されている。樹脂注入流路１３、排出路１４は各々注入バルブ２２ａ、排出バルブ２２ｂを介して注入口８ａ、排出口８ｂに接続する。注入バルブ２２ａ、排出バルブ２２ｂの開閉作動およびその作動タイミングは、制御装置２２ｃからの指令に基づいて行われる。
【００２１】
樹脂注入時の樹脂注入流路１３、排出路１４の途中に設置する注入バルブ２２ａや排出バルブ２２ｂは、バイスグリップなどにより、直接作業者により流路を挟むことで全域開閉や口径を変化させることができる。例えば、図２に示すように、上型１６と下型１７からなる成形金型の上型１６側へと接続された樹脂注入流路１３、排出路１４の途中に、バイスグリップ２１を設けることができる。
【００２２】
樹脂注入流路１３には樹脂注入装置３が接続されている。樹脂注入装置３は、主剤タンク５、硬化剤タンク６にそれぞれ主剤、硬化剤を収容し、それぞれのタンクは加温できる機構を備えているとともに、真空ポンプ２４により真空脱泡できるようになっている。樹脂注入時にはそれぞれのタンクから加圧装置２３により樹脂を樹脂注入流路１３に向かって押し流す。逆止弁１２を介して設けられた加圧装置２３にはシリンジポンプを用いており、シリンジを同時に押し出すことで定量性も確保することが、２液混合により硬化する樹脂には好ましい。主剤、硬化剤は混合ユニット４で混合され、樹脂注入流路１３に至る。排出路１４には、真空ポンプ７ａあるいは加圧ポンプ７ｂへの樹脂の流入を防ぐために、樹脂トラップ１５が介装されている。
【００２３】
樹脂注入流路１３の材料は十分な流量の確保と樹脂との適合性（温度や耐溶剤性、耐圧）を考慮する必要がある。チューブには口径５〜３０ｍｍのものを用い、樹脂の注入圧力に耐えるために１．０ＭＰａ以上の耐圧性、樹脂硬化時の温度に耐えるために１００℃以上の耐熱性が必要となり、厚みが２ｍｍ程度の“テフロン（登録商標）”などのフッ素樹脂製チューブが好適である。ただし、“テフロン（登録商標）”以外にも、比較的安価なポリエチレン、ナイロンなどのプラスチック製のチューブやスチール、アルミなどの金属管であってもよい。
【００２４】
排出路１４の材料は、樹脂注入流路１３と同様に十分な流量の確保と樹脂との適合性（温度や耐溶剤性、耐圧）を考慮する必要がある。排出路１４としてはスチール、アルミなどの金属管、あるいはポリエチレン、ナイロン、 “テフロン（登録商標）”などのプラスチック製のチューブが挙げられるが、直径５〜１０ｍｍ、厚み１〜２ｍｍの “テフロン（登録商標）”製チューブが作業性の面からより好適である。
【００２５】
樹脂の加圧は、前述の如きシリンジポンプなどによる加圧方法によれば定量性も得られる。樹脂の注入圧Ｐｉは０．１〜１．０ＭＰａの範囲で用いるのが好ましい。ここで樹脂の注入圧Ｐｉとは、加圧装置２３により加圧される最大圧力を指し、図１の注入樹脂の圧力計３１で表示させる圧力を表す。最終的に樹脂が型内の基材に完全に含浸され排出路１４まで到達したら排出路１４を閉じ、その後暫くしてから樹脂注入流路１３も閉じて樹脂注入を終了する。成形金型２は、例えば温調機２５、２６によって加温されており、これにより樹脂を硬化させる。なお、型内樹脂圧Ｐｍとは、型内樹脂の圧力計３２の圧力を表す。従って、注入圧Ｐｉとの関係は Ｐｍ≦Ｐｉとなり、樹脂が成形金型内を流動しているときは Ｐｍ＜Ｐｉとなる。樹脂が完全に型内に充填され、排出バルブ２２ｂが閉鎖されて樹脂流動が停止した状態で、かつ樹脂注入ポンプより樹脂圧が掛かっているときに始めてＰｍ＝Ｐｉとなる。
【００２６】
本発明の一実施形態として、中空構造の翼形状を持つ構造体に係る成形方法に関し、以下に説明する。
【００２７】
先ず、中空ＦＲＰのＲＴＭ成形に用いる成形金型２の一例を図６、図７に示す。上型４２、下型４３からなる成形金型２は、樹脂を注入する注入口４６ａと型内を真空吸引する吸引排出口４６ｂ、樹脂を効率よく含浸、吸引するフィルムゲート４４、４５、中空構造の中子３４の内部に気体などの圧力をかける圧空口４１が設けられた構造である。Ａは注入樹脂、Ｂは型内からの空気や余剰樹脂の吸引、Ｃは中空中子への供給圧縮空気（圧空）をそれぞれ示している。
【００２８】
ここでは中空ＦＲＰを成形する場合、以下の工程を順次実施していく。
（１）図５に示すような中空中子３４に、強化繊維基材３６を必要量まきつけた後、表面意匠用の強化繊維基材４０を更に巻付けたプリフォーム３３を作成する。中空中子３４は成形後に中子を除去し易くし、かつ比較的低コストで中空体を製造できる、極性のない熱可塑性樹脂を使用したブロー成形にて製造された。ブロー成形金型には表面を所定の表面粗さを有するシボ加工しており、粗面表面を有する中子を連続で成形できる。後述する成形工程において中空中子３４内に圧空を加えるため、中子中子３４の長手方向先端側には圧空口４１を有している。
（２）次に、図６に示すように、上記プリフォーム３３を下型のキャビティ（プリフォームとほぼ同一形状）に配置する。
（３）上型４２をプレス機などで下降させ、図７のように下型に押圧して成形金型内を密閉させる。その状態で、樹脂注入用チューブを注入口４６ａに、吸引排出用チューブを吸引排出口４６ｂに繋ぐ。また、圧空封入用チューブを中空中子３４に設けた圧空口４１に繋ぐ。
（４）その後、中空中子３４内に上記圧空口４１より所定の圧力で圧空を封入し、中空中子３４を膨張させる
（５）膨張した中空中子３４によって、該中空中子の外周に配置された強化繊維基材３６，４０は成形金型２内のキャビティ面に強圧する事で高い寸法制度、表面品位を発現できる。
（６）次に、注入口４６ａを閉鎖した状態で吸引排出口４６ｂより真空吸引して、成形金型内を減圧し続ける。
（７）その状態で、注入口４６ａを開放し、図１に示す樹脂注入装置３より加圧された樹脂を注入する。この時、中空中子３４に封入した圧空圧力<注入圧Ｐｉであると、中子が注入圧に負けて変形するため、必ず圧空圧力≧注入圧Ｐｉに設定しておく。
（８）注入口４６ａより注入された樹脂はフィルムゲート４４により長手方向にも含浸していき、吸引側のフィルムゲート４５に向かって流動する。この時、マトリックス樹脂は強化繊維基材内３６、３９内を通過すると同時に、中子３４の粗面化された表面を流動経路として流動するため、効率的に強化繊維基材３６，３９に樹脂が含浸される。
（９）その後、注入された加圧樹脂が吸引排出口４６ｂより流出し始めたら、該吸引排出口４６ｂを図２に示すバイスグリップ２１などにより閉鎖する。
（１０）そして、樹脂注入装置を稼働しながら上記注入口４６ａより樹脂圧（静圧）を掛けながら、吸引排出口４６ｂを閉鎖したままの状態で所定の時間保持する。
（１１）成形金型は、当初［工程（２）］より所定の温度に加熱しておき、上記工程（１０）で樹脂を硬化させる。
（１２）次に、下型４３から上型４２を僅かであるが上昇させた後、中子３４に圧空口４１から真空圧を掛け（数秒でよい）、中子を収縮変形させることによって中空構造を持つ翼形状のＦＲＰ成形体を下型４３から離型させる。それによって、脱型用冶工具などによるＦＲＰ成形体の傷付きを防止し、かつ脱型に要する時間を短縮することが可能となる。
（１３）そして、上型４２を完全に上昇させた後、中空構造の翼形状を持つＦＲＰ成形品を下型４３より脱型させ、中空中子３４を成形品内より抜き取る。
【００２９】
本発明においては、上記の中空断面を有する中子３４に、表面が粗面化された中子を用いることを特徴とするものである。
【実施例】
【００３０】
以下、本発明を実施例に基づいてより具体的に説明する。実施例では以下の強化繊維基材、樹脂、中子を使用した。
（１）基材
東レ（株）製炭素繊維織物ＣＯ６３４３（織り組織：Ｔ３００平織り，織物目付：約３００ｇ／ｍ２、機幅１０００ｍｍ）
（２）樹脂
“ＥＰＩＣ（登録商標）”８２８／ＴＲ−Ｃ３５Ｈ＝１００／１０
但し、“ＥＰＩＣ（登録商標）”８２８： ジャパン エポキシ レジン（株）製エポキシ樹脂、
ＴＲ−Ｃ３５Ｈ：東レ（株）製、イミダゾール誘導体
（３）中子：長さ１２００ｍｍ、幅２５０ｍｍ。長手方向先端側にはＲＴＭ成形にて圧空を封入するための圧空口４１を有している、中空翼断面形状を有するポリプロピレン製ブロ−成形体（平均厚み：約１．７ｍｍ）。ブロー成形型表面は表面粗さ６００〜８００Ｒｚの幾何学状表面がシボ加工されており、中子３４の表面に転写されている。
（４）中子：長さ１２００ｍｍ、幅２５０ｍｍ。長手方向先端側にはＲＴＭ成形にて圧空を封入するための圧空口４１を有している、中空翼断面形状を有するポリプロピレン製ブロ−成形体（平均厚み：約１．７ｍｍ）。ブロー成形型表面には表面粗さ１５Ｒｚに磨かれており、中子３４の表面に転写されている。
【００３１】
＜実施例１＞
図３に示すように、効率的に強化繊維プリフォームを製造するために基材巻き付けシステム４７を用いて、予め翼弦長寸法を測定しておいた（３）の中空中子３４の周囲に、原反３５から巻き出した強化繊維基材３６を貼り付け、中子３４を回転させながら２回巻きつける。その後、熱融着性のテープ３７をアイロン３８で貼り付け、テープを除熱させた後もう１回強化繊維基材３６を巻き付ける（計３回の巻き付け）。その後、図４に示すように、予め中子３４の変形量を見込んで算出された重り３９を、中子３４と強化繊維基材の原反３５の間にのせ強化繊維基材３６に張力をしっかりかけた状態で、熱融着テープ上３７にあたる部分に、３回目に巻き付けた強化繊維基材３６の上からアイロン３８で熱をかけ強化繊維基材同士を接着させ、接着部の直ぐ近くで原反を切る。寸法確認後、図５に示すように予め所定寸法にカットされた強化繊維基材３６と同質の強化繊維基材４０を、巻き付け始めと巻き終わりがプリフォーム内に残らないようコの字型に１回巻き付け、強化繊維プリフォーム３３を作製した。
【００３２】
上記強化繊維プリフォーム３３を図１に示す成形金型２（上型４２，下型４３で構成）内にセットした。詳しくは、図６の下型４３に該強化繊維プリフォーム３３をセットして上型４２を下降して型締めした後、図７に示す樹脂注入口４６ａ、吸引排出口４６ｂ及び圧空口４１にチューブを接続（図は省略）した。
【００３３】
次に、中空中子３４の圧空口４１を通して０．５ＭＰａの圧空を封入して保持した。膨張した中空中子３４によって、該中空中子の外周に配置された強化繊維基材３６，４０は成形金型２内のキャビティ面に強圧する事で高い寸法制度、表面品位を発現できる。
次に、注入口４６ａを閉鎖した状態で吸引排出口４６ｂより真空吸引して、成形金型内を減圧し続ける。成形金型２は上下型（４２、４３）共に温水加熱機である温調機２６に接続されており、型温が９５℃に保持されるようにセットした。また、この成形金型２は樹脂トラップ１５を介して真空ポンプ７ａに連通しており、上記型締めの後、排出バルブ２２ｂの開放により型内を真空吸引させた。
【００３４】
次に、排出バルブ２２ｂを閉鎖した後、主剤、硬化剤を個別に真空脱泡した後混合された樹脂ａを、注入口４６ａに連通する注入バルブ２２ａを開放して樹脂注入装置３から型内に樹脂圧Ｐｉ＝０．５ＭＰａで注入した。樹脂は型内のフィルムゲート４４、４５により長手方向に亘って均一に含浸されることで残存エアを残さず効率的に含浸される。この時、マトリックス樹脂は強化繊維基材内３６、３９内を通過すると同時に、中子３４の粗面化された表面を流動経路として流動するため、効率的に強化繊維基材３６，３９に含浸される。注入開始後、約４５秒で樹脂ａの余剰分が少量該排出バルブ２２ｂ側に流出してきた。それから、３０秒間排出バルブ２２ｂを閉鎖し、次いで２０秒間排出バルブ２２ｂを開放した。そして、この排出バルブ２２ｂの閉鎖と開放を３回繰り返し、最後に排出バルブ２２ｂを閉じ、１５秒後次いで注入バルブ２２ａも閉鎖した。その後、そのままの状態で注入開始から１５分間保持し、樹脂ａを硬化させた。硬化中は圧空口４１以外のチューブは外し、チューブ内部の樹脂は洗浄しておく。
【００３５】
硬化後、中空構造ＦＲＰ成形体中の中空中子３４の圧力を大気開放した。そして、成形金型２の上型４２を上昇させ、約１５ｍｍ浮かせた状態で停止した。次に中空中子３４を真空圧引きしそのまま保持させたところ、中空ＦＲＰ成形体が中子の収縮変形により成形金型２より離型した。
この後、上型４２を完全に上昇させ、中空中子３４と共に中空構造ＦＲＰ成形体を成形金型２より取り出した。
そして、中空中子３４と共に中空構造ＦＲＰ成形体を十分除熱したところで、中空中子３４を開口部から引き抜くことができた。
該成形体は軽量で、一様な中空翼断面を有し、歪みのない非常に高品位の表面を有していた。
【００３６】
＜実施例２＞
実施例２は（３）の条件ではなく、（４）の条件で製造された中空中子３４を使用した強化繊維プリフォーム３３を、実施例１と同様の工程を経て作成し、ＲＴＭ成形したところ、マトリックス樹脂注入開始後、約１１０秒で樹脂ａの余剰分が少量該排出バルブ２２ｂ側に流出してきた。実施例１と比較した場合、単純にプリフォームの含浸終了時間が２倍以上かかっていることになり、中子表面を粗面化することによりマトリックス樹脂の含浸性、拡散性が増すことがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、中空ＦＲＰ成形体において、特に軽量性、強化繊維織物の織り目をみせる意匠性が要求されるものに利用できる。用途としては、風車翼、自動車用スポイラー、その他一般産業用中空部材などに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施態様に係るＲＴＭ成形システムの系統図である。
【図２】本発明の一実施態様に係る成形金型の概略斜視図である。
【図３】本発明の一例を示す基材巻き付けシステムによる強化繊維プリフォームの製造方法である。
【図４】本発明の一例を示す基材巻き付けシステムによる強化繊維プリフォームの製造方法である。
【図５】本発明の一例を示す強化繊維プリフォームの断面図である。
【図６】図５に示す強化繊維プリフォームの成形金型への配置図である。
【図７】図５における強化繊維プリフォーム配置後の型締め状態図である。
【符号の説明】
【００３９】
１：金型昇降装置
２：成形金型
３：樹脂注入装置
４：混合ユニット
５：主剤タンク
６：硬化剤タンク
７ａ：真空ポンプ
７ｂ：加圧ポンプ
８ａ：注入口
８ｂ：排出口
９：油圧ユニット
１０：油圧ポンプ
１１：油圧シリンダー
１２：逆止弁
１３：樹脂注入流路
１４：排出路
１５：樹脂トラップ
１６：上型
１７：下型
１８：分割型
２１：バイスグリップ
２２ａ：注入バルブ
２２ｂ：排出バルブ
２２ｃ：制御装置
２３：加圧装置
２４：真空ポンプ
２５、２６：温調機
３１：注入樹脂の圧力計
３２：型内樹脂の圧力計
３３：強化繊維プリフォーム
３４：中空中子
３５：原反
３６、４０：強化繊維基材
３７：熱融着テープ
３８：アイロン
３９：重り
４１：圧空口
４２：上型
４３：下型
４４：注入フィルムゲート
４５：吸引フィルムゲート
４６ａ：注入口
４６ｂ：吸引排出口
４７：基材巻き付けシステム
【技術分野】
【０００１】
本発明は中空ＦＲＰの製造方法に関するものであり、さらに詳しくは、軽量な中空ＦＲＰを、量産性良く、かつ意匠性を損なうことなく、安定して製造できる中空ＦＲＰの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車用途を中心に、強化繊維基材としてガラス繊維や炭素繊維を用いた強化繊維プラスチック製部材（以降、ＦＲＰと記す場合がある）が広く使用されている。排ガス規制や燃費規制が今後も厳しくなっていくことから、軽量特性による燃費向上効果、排出ガスの削減効果を得られるＦＲＰ製部材を適用することは、環境に負荷をかけない車両を製造するための重要な技術である。
【０００３】
ＦＲＰの製造方法としては、オートクレーブ成形法、プレス成形法、ＲＴＭ（Ｒｅｓｉｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｌｄｉｎｇ）成形法（以降、ＲＴＭ成形法と記す）などがあり、中でもＲＴＭ成形法は成形精度、量産性に優れた成形方法といえる。ＲＴＭ成形法とは、所定の寸法・形状を持つ強化繊維基材のプリフォームを成形型のキャビティ内に配置し、前記成形型内に熱硬化性樹脂を注入し、強化繊維基材に樹脂を含浸させ、樹脂を硬化させることでＦＲＰを得る成形法である。
【０００４】
ＲＴＭ成形法において、比較的軽量で高剛性のものが得られるＦＲＰの構造として、発泡体のような軽量な芯材の外周に強化繊維を配置したサンドイッチ構造のＦＲＰが広く知られているが、軽量効果を望む声は今後もより高まっていくことが予想され、より軽量性を実現するにはＦＲＰ中に芯材の無い構造、つまりは中空構造のＦＲＰ製造方法の開発が必要になっている。例えば、中空断面を有する中子の外周に、強化繊維基材を配置したプリフォームを成形型のキャビティ内に配置し、前記中子内を加圧しながら、前記成形型のキャビティ内に熱硬化性樹脂を注入し、強化繊維基材に樹脂を含浸させ、樹脂を硬化した後に、中子を除去することで、中空構造のＦＲＰ製自動車水平翼を製造する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
自動車のように、大量生産される製品にＦＲＰを適用するためには、マトリックス樹脂を素早くプリフォームに含浸させる技術が量産性を上げるための重要な課題である。サンドイッチ構造のＦＲＰの製造方法において、マトリックス樹脂を素早くプリフォームに含浸させる方法として、芯材に流動溝を加工し樹脂の拡散性を高める方法がある（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
上述のような中空中子を用いた中空ＦＲＰの製造方法においても、前述のサンドイッチ構造体のスキン材への含浸を促進させる方法と同様の考え方で中子に対して流動溝を加工し、適用することが可能であると考えられる。しかしながら、サンドイッチ構造の芯材や中空中子に流動溝を加工し樹脂の拡散性を高める方法では、その流動溝内に溜まった樹脂の硬化収縮により、ＦＲＰ表面が部分的に歪み、外観意匠性を損ねてしまうという問題がある。そのため、表面意匠性が求められる部材に適用するには、その歪みを研磨、除去する必要があり、結果コストが高くなってしまう可能性がある。
【特許文献１】特開２００６−０３６０５７号公報
【特許文献２】特開２００５―３３５２４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、上記の従来技術の問題点を解消することにあり、軽量な中空ＦＲＰを、量産性良く、かつ意匠性を損なうことなく、安定して製造できる中空ＦＲＰの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は以下の構成を採用する。すなわち、
（１）表面が粗面化された中空断面を有する中子の外周に、強化繊維基材を配置したプリフォームを成形型のキャビティ内に配置し、前記中子内を加圧しながら、前記成形型のキャビティ内に熱硬化性樹脂を注入し、強化繊維基材に樹脂を含浸させ、樹脂を硬化した後に、中子を除去する中空ＦＲＰの製造方法。
【０００９】
（２）前記中空断面を有する中子の表面粗さが２５〜８００Ｒｚの範囲である前記（１）に記載の中空ＦＲＰの製造方法。
【００１０】
（３）前記中空断面を有する中子の表面がシボ加工されたものである前記（１）または（２）に記載の中空ＦＲＰの製造方法。
【００１１】
（４）前記中空断面を有する中子をブロー成形により作製する前記（１）〜（３）のいずれかに記載の中空ＦＲＰの製造方法。
【００１２】
（５）前記中空断面を有する中子の材料がマトリックス樹脂との離型性を有するものである前記（１）〜（４）のいずれかに記載の中空ＦＲＰの製造方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、軽量な中空ＦＲＰ構造体を量産性良く、かつ意匠性を損なうことなく、安定して製造することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明について、図面を参照しながらさらに詳細に説明する。
【００１５】
本発明におけるＦＲＰとは、強化繊維により強化されている樹脂を指し、強化繊維基材としては、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、金属繊維などの無機繊維、あるいはアラミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリアミド繊維などの有機繊維が挙げられる。ＦＲＰのマトリックス樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニエステル樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂などが挙げられ、さらには、ポリアミド樹脂、ポリオレフィン樹脂、ジシクロペンタジエン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリプロピレン樹脂などの熱可塑性樹脂も使用は可能である。その中でもＦＲＰの熱収縮を低減させ、クラックの発生を抑えることができるという点から、熱硬化性樹脂としてはエポキシ樹脂、ゴム成分などを配合した変性エポキシ樹脂やビニルエステル樹脂が、また熱可塑性樹脂としてはナイロン樹脂、ジシクロペンタジエン樹脂などが好ましい。
【００１６】
本発明に係る中子の材質としては、ポリプロピレンやポリエチレン、ＡＢＳ、ナイロンなどの熱可塑性樹脂、天然ゴム、シリコンゴム、ネオプレンゴムなどが挙げられるが、マトリックス樹脂との離型性を有する（極性がない）ポリプロピレンが好ましい。中子の成形法としては、ブロー成形や回転成形で成形された中空構造体や、フィルムを融着して袋状にした中空構造体、ディッピングにより風船状に形状を有したゴム製中空構造体などが挙げられる。中でも、複雑な曲面形状や、凹凸の激しい形状にも対応可能で、環境面に対してもリサイクルが容易なブロー成形で成形された中空構造体が好ましい。
【００１７】
本発明に係る中子の表面は、エッチング加工、サンドブラスト加工に代表されるシボ加工された表面を有する事を特徴とするが、コストや量産性から中子成形金型にシボ加工を施しておき、中子を連続で成形することが好ましい。粗面形状は一般的な梨地、岩目、皮シボ、幾何学模様（溝形状）など様々な粗面を設定できるが、巨視的に凹凸の幅やピッチの大きい形状は樹脂の拡散性に不連続の部分が出来やすく、ＦＲＰ中に残存エア（ボイド）を残してしまう可能性があるため、なるべく凹凸のピッチが小さくなる形状を選定することが好ましい。また、必要に応じて２種類以上の粗面形状を組み合わせても良い。表面粗さとしては２５〜８００Ｒｚの範囲にあることが好ましい。前述範囲より低いと必要な拡散性を得られず、高いとその流動溝内に溜まるマトリックス樹脂の硬化収縮により、ＦＲＰ表面が部分的に歪み外観意匠性を損ねてしまったり、ＲＴＭ成形後の中子除去作業にて、ＦＲＰ内面とのアンカー作用により除去しずらくなってしまう。表面粗さＲｚは測定物表面の断面曲線から、ある基準長さＬを抜き取った部分の最大高さをμｍの単位で表したものであり、測定方法は接触式、非接触式問わず一般的な表面粗さ計を用いることで簡易に測定できる（ＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１参照）。
【００１８】
本発明で使用する成形型は、例えば上型と下型から構成されるものを用いる。かかる型を用いた場合、上型が金型昇降装置で上方に配置されている間に、下型へ強化繊維基材を配設する。この強化繊維基材は、賦形型によって、下型に納まり易いように製品形状に賦形されたプリフォームとして予め作製されている。この成形型の材質としては、ＦＲＰ、鋳鋼、構造用炭素鋼、アルミニウム合金、亜鉛合金、ニッケル電鋳、銅電鋳などが挙げられる。量産には、剛性、耐熱性、耐久性の面から構造用炭素鋼が好適である。
【００１９】
図１は、本発明の一実施態様に係る中空ＦＲＰの製造方法を実施するための成形システムを示している。図１において、２は、上型と下型からなる成形金型を示しており、その上型が金型昇降装置１に取り付けられている。金型昇降装置１は、油圧ポンプ１０、油圧シリンダー１１を備えた油圧ユニット９を有しており、上型の作動、加圧が油圧により制御されるようになっている。
【００２０】
成形金型２は、図２に示すように、例えばアンダーカット部を有する成形体の場合、下型の一部に分割型１８を配設することもできる。そして、成形金型２には、注入口８ａに繋がる樹脂注入流路１３、排出口８ｂに繋がる排出路１４が接続されている。樹脂注入流路１３、排出路１４は各々注入バルブ２２ａ、排出バルブ２２ｂを介して注入口８ａ、排出口８ｂに接続する。注入バルブ２２ａ、排出バルブ２２ｂの開閉作動およびその作動タイミングは、制御装置２２ｃからの指令に基づいて行われる。
【００２１】
樹脂注入時の樹脂注入流路１３、排出路１４の途中に設置する注入バルブ２２ａや排出バルブ２２ｂは、バイスグリップなどにより、直接作業者により流路を挟むことで全域開閉や口径を変化させることができる。例えば、図２に示すように、上型１６と下型１７からなる成形金型の上型１６側へと接続された樹脂注入流路１３、排出路１４の途中に、バイスグリップ２１を設けることができる。
【００２２】
樹脂注入流路１３には樹脂注入装置３が接続されている。樹脂注入装置３は、主剤タンク５、硬化剤タンク６にそれぞれ主剤、硬化剤を収容し、それぞれのタンクは加温できる機構を備えているとともに、真空ポンプ２４により真空脱泡できるようになっている。樹脂注入時にはそれぞれのタンクから加圧装置２３により樹脂を樹脂注入流路１３に向かって押し流す。逆止弁１２を介して設けられた加圧装置２３にはシリンジポンプを用いており、シリンジを同時に押し出すことで定量性も確保することが、２液混合により硬化する樹脂には好ましい。主剤、硬化剤は混合ユニット４で混合され、樹脂注入流路１３に至る。排出路１４には、真空ポンプ７ａあるいは加圧ポンプ７ｂへの樹脂の流入を防ぐために、樹脂トラップ１５が介装されている。
【００２３】
樹脂注入流路１３の材料は十分な流量の確保と樹脂との適合性（温度や耐溶剤性、耐圧）を考慮する必要がある。チューブには口径５〜３０ｍｍのものを用い、樹脂の注入圧力に耐えるために１．０ＭＰａ以上の耐圧性、樹脂硬化時の温度に耐えるために１００℃以上の耐熱性が必要となり、厚みが２ｍｍ程度の“テフロン（登録商標）”などのフッ素樹脂製チューブが好適である。ただし、“テフロン（登録商標）”以外にも、比較的安価なポリエチレン、ナイロンなどのプラスチック製のチューブやスチール、アルミなどの金属管であってもよい。
【００２４】
排出路１４の材料は、樹脂注入流路１３と同様に十分な流量の確保と樹脂との適合性（温度や耐溶剤性、耐圧）を考慮する必要がある。排出路１４としてはスチール、アルミなどの金属管、あるいはポリエチレン、ナイロン、 “テフロン（登録商標）”などのプラスチック製のチューブが挙げられるが、直径５〜１０ｍｍ、厚み１〜２ｍｍの “テフロン（登録商標）”製チューブが作業性の面からより好適である。
【００２５】
樹脂の加圧は、前述の如きシリンジポンプなどによる加圧方法によれば定量性も得られる。樹脂の注入圧Ｐｉは０．１〜１．０ＭＰａの範囲で用いるのが好ましい。ここで樹脂の注入圧Ｐｉとは、加圧装置２３により加圧される最大圧力を指し、図１の注入樹脂の圧力計３１で表示させる圧力を表す。最終的に樹脂が型内の基材に完全に含浸され排出路１４まで到達したら排出路１４を閉じ、その後暫くしてから樹脂注入流路１３も閉じて樹脂注入を終了する。成形金型２は、例えば温調機２５、２６によって加温されており、これにより樹脂を硬化させる。なお、型内樹脂圧Ｐｍとは、型内樹脂の圧力計３２の圧力を表す。従って、注入圧Ｐｉとの関係は Ｐｍ≦Ｐｉとなり、樹脂が成形金型内を流動しているときは Ｐｍ＜Ｐｉとなる。樹脂が完全に型内に充填され、排出バルブ２２ｂが閉鎖されて樹脂流動が停止した状態で、かつ樹脂注入ポンプより樹脂圧が掛かっているときに始めてＰｍ＝Ｐｉとなる。
【００２６】
本発明の一実施形態として、中空構造の翼形状を持つ構造体に係る成形方法に関し、以下に説明する。
【００２７】
先ず、中空ＦＲＰのＲＴＭ成形に用いる成形金型２の一例を図６、図７に示す。上型４２、下型４３からなる成形金型２は、樹脂を注入する注入口４６ａと型内を真空吸引する吸引排出口４６ｂ、樹脂を効率よく含浸、吸引するフィルムゲート４４、４５、中空構造の中子３４の内部に気体などの圧力をかける圧空口４１が設けられた構造である。Ａは注入樹脂、Ｂは型内からの空気や余剰樹脂の吸引、Ｃは中空中子への供給圧縮空気（圧空）をそれぞれ示している。
【００２８】
ここでは中空ＦＲＰを成形する場合、以下の工程を順次実施していく。
（１）図５に示すような中空中子３４に、強化繊維基材３６を必要量まきつけた後、表面意匠用の強化繊維基材４０を更に巻付けたプリフォーム３３を作成する。中空中子３４は成形後に中子を除去し易くし、かつ比較的低コストで中空体を製造できる、極性のない熱可塑性樹脂を使用したブロー成形にて製造された。ブロー成形金型には表面を所定の表面粗さを有するシボ加工しており、粗面表面を有する中子を連続で成形できる。後述する成形工程において中空中子３４内に圧空を加えるため、中子中子３４の長手方向先端側には圧空口４１を有している。
（２）次に、図６に示すように、上記プリフォーム３３を下型のキャビティ（プリフォームとほぼ同一形状）に配置する。
（３）上型４２をプレス機などで下降させ、図７のように下型に押圧して成形金型内を密閉させる。その状態で、樹脂注入用チューブを注入口４６ａに、吸引排出用チューブを吸引排出口４６ｂに繋ぐ。また、圧空封入用チューブを中空中子３４に設けた圧空口４１に繋ぐ。
（４）その後、中空中子３４内に上記圧空口４１より所定の圧力で圧空を封入し、中空中子３４を膨張させる
（５）膨張した中空中子３４によって、該中空中子の外周に配置された強化繊維基材３６，４０は成形金型２内のキャビティ面に強圧する事で高い寸法制度、表面品位を発現できる。
（６）次に、注入口４６ａを閉鎖した状態で吸引排出口４６ｂより真空吸引して、成形金型内を減圧し続ける。
（７）その状態で、注入口４６ａを開放し、図１に示す樹脂注入装置３より加圧された樹脂を注入する。この時、中空中子３４に封入した圧空圧力<注入圧Ｐｉであると、中子が注入圧に負けて変形するため、必ず圧空圧力≧注入圧Ｐｉに設定しておく。
（８）注入口４６ａより注入された樹脂はフィルムゲート４４により長手方向にも含浸していき、吸引側のフィルムゲート４５に向かって流動する。この時、マトリックス樹脂は強化繊維基材内３６、３９内を通過すると同時に、中子３４の粗面化された表面を流動経路として流動するため、効率的に強化繊維基材３６，３９に樹脂が含浸される。
（９）その後、注入された加圧樹脂が吸引排出口４６ｂより流出し始めたら、該吸引排出口４６ｂを図２に示すバイスグリップ２１などにより閉鎖する。
（１０）そして、樹脂注入装置を稼働しながら上記注入口４６ａより樹脂圧（静圧）を掛けながら、吸引排出口４６ｂを閉鎖したままの状態で所定の時間保持する。
（１１）成形金型は、当初［工程（２）］より所定の温度に加熱しておき、上記工程（１０）で樹脂を硬化させる。
（１２）次に、下型４３から上型４２を僅かであるが上昇させた後、中子３４に圧空口４１から真空圧を掛け（数秒でよい）、中子を収縮変形させることによって中空構造を持つ翼形状のＦＲＰ成形体を下型４３から離型させる。それによって、脱型用冶工具などによるＦＲＰ成形体の傷付きを防止し、かつ脱型に要する時間を短縮することが可能となる。
（１３）そして、上型４２を完全に上昇させた後、中空構造の翼形状を持つＦＲＰ成形品を下型４３より脱型させ、中空中子３４を成形品内より抜き取る。
【００２９】
本発明においては、上記の中空断面を有する中子３４に、表面が粗面化された中子を用いることを特徴とするものである。
【実施例】
【００３０】
以下、本発明を実施例に基づいてより具体的に説明する。実施例では以下の強化繊維基材、樹脂、中子を使用した。
（１）基材
東レ（株）製炭素繊維織物ＣＯ６３４３（織り組織：Ｔ３００平織り，織物目付：約３００ｇ／ｍ２、機幅１０００ｍｍ）
（２）樹脂
“ＥＰＩＣ（登録商標）”８２８／ＴＲ−Ｃ３５Ｈ＝１００／１０
但し、“ＥＰＩＣ（登録商標）”８２８： ジャパン エポキシ レジン（株）製エポキシ樹脂、
ＴＲ−Ｃ３５Ｈ：東レ（株）製、イミダゾール誘導体
（３）中子：長さ１２００ｍｍ、幅２５０ｍｍ。長手方向先端側にはＲＴＭ成形にて圧空を封入するための圧空口４１を有している、中空翼断面形状を有するポリプロピレン製ブロ−成形体（平均厚み：約１．７ｍｍ）。ブロー成形型表面は表面粗さ６００〜８００Ｒｚの幾何学状表面がシボ加工されており、中子３４の表面に転写されている。
（４）中子：長さ１２００ｍｍ、幅２５０ｍｍ。長手方向先端側にはＲＴＭ成形にて圧空を封入するための圧空口４１を有している、中空翼断面形状を有するポリプロピレン製ブロ−成形体（平均厚み：約１．７ｍｍ）。ブロー成形型表面には表面粗さ１５Ｒｚに磨かれており、中子３４の表面に転写されている。
【００３１】
＜実施例１＞
図３に示すように、効率的に強化繊維プリフォームを製造するために基材巻き付けシステム４７を用いて、予め翼弦長寸法を測定しておいた（３）の中空中子３４の周囲に、原反３５から巻き出した強化繊維基材３６を貼り付け、中子３４を回転させながら２回巻きつける。その後、熱融着性のテープ３７をアイロン３８で貼り付け、テープを除熱させた後もう１回強化繊維基材３６を巻き付ける（計３回の巻き付け）。その後、図４に示すように、予め中子３４の変形量を見込んで算出された重り３９を、中子３４と強化繊維基材の原反３５の間にのせ強化繊維基材３６に張力をしっかりかけた状態で、熱融着テープ上３７にあたる部分に、３回目に巻き付けた強化繊維基材３６の上からアイロン３８で熱をかけ強化繊維基材同士を接着させ、接着部の直ぐ近くで原反を切る。寸法確認後、図５に示すように予め所定寸法にカットされた強化繊維基材３６と同質の強化繊維基材４０を、巻き付け始めと巻き終わりがプリフォーム内に残らないようコの字型に１回巻き付け、強化繊維プリフォーム３３を作製した。
【００３２】
上記強化繊維プリフォーム３３を図１に示す成形金型２（上型４２，下型４３で構成）内にセットした。詳しくは、図６の下型４３に該強化繊維プリフォーム３３をセットして上型４２を下降して型締めした後、図７に示す樹脂注入口４６ａ、吸引排出口４６ｂ及び圧空口４１にチューブを接続（図は省略）した。
【００３３】
次に、中空中子３４の圧空口４１を通して０．５ＭＰａの圧空を封入して保持した。膨張した中空中子３４によって、該中空中子の外周に配置された強化繊維基材３６，４０は成形金型２内のキャビティ面に強圧する事で高い寸法制度、表面品位を発現できる。
次に、注入口４６ａを閉鎖した状態で吸引排出口４６ｂより真空吸引して、成形金型内を減圧し続ける。成形金型２は上下型（４２、４３）共に温水加熱機である温調機２６に接続されており、型温が９５℃に保持されるようにセットした。また、この成形金型２は樹脂トラップ１５を介して真空ポンプ７ａに連通しており、上記型締めの後、排出バルブ２２ｂの開放により型内を真空吸引させた。
【００３４】
次に、排出バルブ２２ｂを閉鎖した後、主剤、硬化剤を個別に真空脱泡した後混合された樹脂ａを、注入口４６ａに連通する注入バルブ２２ａを開放して樹脂注入装置３から型内に樹脂圧Ｐｉ＝０．５ＭＰａで注入した。樹脂は型内のフィルムゲート４４、４５により長手方向に亘って均一に含浸されることで残存エアを残さず効率的に含浸される。この時、マトリックス樹脂は強化繊維基材内３６、３９内を通過すると同時に、中子３４の粗面化された表面を流動経路として流動するため、効率的に強化繊維基材３６，３９に含浸される。注入開始後、約４５秒で樹脂ａの余剰分が少量該排出バルブ２２ｂ側に流出してきた。それから、３０秒間排出バルブ２２ｂを閉鎖し、次いで２０秒間排出バルブ２２ｂを開放した。そして、この排出バルブ２２ｂの閉鎖と開放を３回繰り返し、最後に排出バルブ２２ｂを閉じ、１５秒後次いで注入バルブ２２ａも閉鎖した。その後、そのままの状態で注入開始から１５分間保持し、樹脂ａを硬化させた。硬化中は圧空口４１以外のチューブは外し、チューブ内部の樹脂は洗浄しておく。
【００３５】
硬化後、中空構造ＦＲＰ成形体中の中空中子３４の圧力を大気開放した。そして、成形金型２の上型４２を上昇させ、約１５ｍｍ浮かせた状態で停止した。次に中空中子３４を真空圧引きしそのまま保持させたところ、中空ＦＲＰ成形体が中子の収縮変形により成形金型２より離型した。
この後、上型４２を完全に上昇させ、中空中子３４と共に中空構造ＦＲＰ成形体を成形金型２より取り出した。
そして、中空中子３４と共に中空構造ＦＲＰ成形体を十分除熱したところで、中空中子３４を開口部から引き抜くことができた。
該成形体は軽量で、一様な中空翼断面を有し、歪みのない非常に高品位の表面を有していた。
【００３６】
＜実施例２＞
実施例２は（３）の条件ではなく、（４）の条件で製造された中空中子３４を使用した強化繊維プリフォーム３３を、実施例１と同様の工程を経て作成し、ＲＴＭ成形したところ、マトリックス樹脂注入開始後、約１１０秒で樹脂ａの余剰分が少量該排出バルブ２２ｂ側に流出してきた。実施例１と比較した場合、単純にプリフォームの含浸終了時間が２倍以上かかっていることになり、中子表面を粗面化することによりマトリックス樹脂の含浸性、拡散性が増すことがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、中空ＦＲＰ成形体において、特に軽量性、強化繊維織物の織り目をみせる意匠性が要求されるものに利用できる。用途としては、風車翼、自動車用スポイラー、その他一般産業用中空部材などに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施態様に係るＲＴＭ成形システムの系統図である。
【図２】本発明の一実施態様に係る成形金型の概略斜視図である。
【図３】本発明の一例を示す基材巻き付けシステムによる強化繊維プリフォームの製造方法である。
【図４】本発明の一例を示す基材巻き付けシステムによる強化繊維プリフォームの製造方法である。
【図５】本発明の一例を示す強化繊維プリフォームの断面図である。
【図６】図５に示す強化繊維プリフォームの成形金型への配置図である。
【図７】図５における強化繊維プリフォーム配置後の型締め状態図である。
【符号の説明】
【００３９】
１：金型昇降装置
２：成形金型
３：樹脂注入装置
４：混合ユニット
５：主剤タンク
６：硬化剤タンク
７ａ：真空ポンプ
７ｂ：加圧ポンプ
８ａ：注入口
８ｂ：排出口
９：油圧ユニット
１０：油圧ポンプ
１１：油圧シリンダー
１２：逆止弁
１３：樹脂注入流路
１４：排出路
１５：樹脂トラップ
１６：上型
１７：下型
１８：分割型
２１：バイスグリップ
２２ａ：注入バルブ
２２ｂ：排出バルブ
２２ｃ：制御装置
２３：加圧装置
２４：真空ポンプ
２５、２６：温調機
３１：注入樹脂の圧力計
３２：型内樹脂の圧力計
３３：強化繊維プリフォーム
３４：中空中子
３５：原反
３６、４０：強化繊維基材
３７：熱融着テープ
３８：アイロン
３９：重り
４１：圧空口
４２：上型
４３：下型
４４：注入フィルムゲート
４５：吸引フィルムゲート
４６ａ：注入口
４６ｂ：吸引排出口
４７：基材巻き付けシステム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面が粗面化された中空断面を有する中子の外周に強化繊維基材を配置したプリフォームを成形型のキャビティ内に配置し、前記中子内を加圧しながら前記成形型のキャビティ内に熱硬化性樹脂を注入し、強化繊維基材に樹脂を含浸させ、樹脂を硬化した後に、中子を除去することを特徴とする中空ＦＲＰの製造方法。
【請求項２】
前記中空断面を有する中子の表面粗さが２５〜８００Ｒｚの範囲である請求項１に記載の中空ＦＲＰの製造方法。
【請求項３】
前記中空断面を有する中子の表面がシボ加工されたものである請求項１または２に記載の中空ＦＲＰの製造方法。
【請求項４】
前記中空断面を有する中子をブロー成形により作製する請求項１〜３のいずれかに記載の中空ＦＲＰの製造方法。
【請求項５】
前記中空断面を有する中子の材料がマトリックス樹脂との離型性を有するものである請求項１〜４のいずれかに記載の中空ＦＲＰの製造方法。
【請求項１】
表面が粗面化された中空断面を有する中子の外周に強化繊維基材を配置したプリフォームを成形型のキャビティ内に配置し、前記中子内を加圧しながら前記成形型のキャビティ内に熱硬化性樹脂を注入し、強化繊維基材に樹脂を含浸させ、樹脂を硬化した後に、中子を除去することを特徴とする中空ＦＲＰの製造方法。
【請求項２】
前記中空断面を有する中子の表面粗さが２５〜８００Ｒｚの範囲である請求項１に記載の中空ＦＲＰの製造方法。
【請求項３】
前記中空断面を有する中子の表面がシボ加工されたものである請求項１または２に記載の中空ＦＲＰの製造方法。
【請求項４】
前記中空断面を有する中子をブロー成形により作製する請求項１〜３のいずれかに記載の中空ＦＲＰの製造方法。
【請求項５】
前記中空断面を有する中子の材料がマトリックス樹脂との離型性を有するものである請求項１〜４のいずれかに記載の中空ＦＲＰの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−７３８７６（Ｐ２００８−７３８７６Ａ）
【公開日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２５２５３９（Ｐ２００６−２５２５３９）
【出願日】平成１８年９月１９日（２００６．９．１９）
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月１９日（２００６．９．１９）
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【Ｆターム（参考）】
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