繊維強化プラスチックの製造方法及び繊維強化プラスチック成形用中子
【課題】外観が良好な中空形状の繊維強化プラスチックを製造することができる繊維強化プラスチックの製造方法及び繊維強化プラスチック成形用中子を提供することにある。
【解決手段】ＦＲＰ成形品を製造する際には、連続した第１溝部９及び第２溝部１０を表面に有する中子１を準備し、中子１に強化繊維を巻き付けることでプリフォームを形成する。その後、プリフォームで被覆された中子１を成形型内に配置し、成形型内に樹脂を注入することで樹脂を加圧状態でプリフォームに含浸させる。そして、プリフォームに含浸された樹脂を硬化させ、樹脂の硬化が終了した後に中子１を取り除く。
【解決手段】ＦＲＰ成形品を製造する際には、連続した第１溝部９及び第２溝部１０を表面に有する中子１を準備し、中子１に強化繊維を巻き付けることでプリフォームを形成する。その後、プリフォームで被覆された中子１を成形型内に配置し、成形型内に樹脂を注入することで樹脂を加圧状態でプリフォームに含浸させる。そして、プリフォームに含浸された樹脂を硬化させ、樹脂の硬化が終了した後に中子１を取り除く。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中空部を有する繊維強化プラスチックの製造方法及びその製造方法で使用する中子に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、繊維強化プラスチック（以下、繊維強化プラスチックをＦＲＰと記載する。）製成形体の製造方法として、成形型に形成された所定形状のキャビティに繊維基材を配置し、成形型内に樹脂を圧入することで、繊維基材に樹脂を流動・含浸させるレジン・トランスファー・モールディング法（ＲＴＭ法）が知られている。そして、ＲＴＭ法の一例として、フィルムシートからなる中子を用いて、中空形状のＦＲＰを成形するＦＲＰの製造方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に記載されたＦＲＰの製造方法においては、上型及び下型からなる成形型に形成されたキャビィティに、中空状（筒状）に形成されたプリフォーム（予備成形体）を配置するとともにプリフォームの内部に袋状のフィルムシートを配置する。そして、フィルムシート内に空気を供給し、空気圧によってフィルムシートを膨張させた状態で成形型に形成された注入口から樹脂を注入する。樹脂注入後、樹脂を硬化させ、樹脂硬化後は内部にフィルムシートを有したＦＲＰを成形型から取り出し、フィルムシートをＦＲＰから剥がすことで中空形状のＦＲＰを製造する。
【０００３】
また、その他にＲＴＭ法の一例として、樹脂をキャビティ内に均一に供給して、繊維基材全体に均一に含浸させる繊維強化樹脂製部材の製造方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。特許文献２に記載の繊維強化樹脂製部材の製造方法では、内面の一部又は全部に樹脂用流路溝が形成された成形部材用キャビティ内に強化繊維からなる成形部材用基材及び中子用基材の少なくともいずれか一方を配置する。そして、金型の注入口から樹脂用流路溝を経由させて成形部材用基材及び中子用基材の少なくともいずれか一方の全体に樹脂を加圧含浸させる。
【特許文献１】特開２００４−５８６５０号公報
【特許文献２】特開２００６−１５０６１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、注入された樹脂が繊維基材から受ける樹脂流動抵抗は繊維基材の部位によって異なり、例えば、強化繊維が適正に巻き付けられていない部位では樹脂が流動し難い。したがって、特許文献１に記載されたＦＲＰの製造方法では、型内の樹脂の流動しやすい部分、すなわち流動抵抗が低い部分ばかりに樹脂が供給されることがあった。そして、このような事態が生じると、樹脂が流れ込み難い部位では十分に樹脂を含浸させることができず、成形品の一部に未含浸部分やピットができてしまうという問題があった。
【０００５】
また、特許文献２に記載の繊維強化樹脂製部材の製造方法では、成形型の内面に形成された樹脂用流路溝は成形部材用基材及び中子用基材のうち少なくともいずれか一方の外表面に面する。したがって、樹脂を成形部材用基材及び中子用基材のうち少なくともいずれか一方に含浸させる際には、成形部材用基材及び中子用基材のうち少なくともいずれか一方の外表面に向けて樹脂が供給されるため、少なくともＦＲＰ製部材の片面には樹脂用流路溝の跡が残り、外観が悪かった。また、特許文献２に記載の繊維強化樹脂製部材の製造方法では、板状のＦＲＰ製部材を製造する点について開示するのみであり、中空形状のＦＲＰ製部材を製造する方法については記載されていない。
【０００６】
本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、外観が良好な中空形状の繊維強化プラスチックを製造することができる繊維強化プラスチックの製造方法及び繊維強化プラスチック成形用中子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、連続した樹脂用流路を表面に有する中子を準備し、前記中子に繊維又はシート状の繊維製品を巻き付けた後、前記繊維又は前記繊維製品が巻き付けられた前記中子を成形型内に配置し、前記成形型内に樹脂を注入し前記樹脂を加圧状態で前記繊維又は前記繊維製品に含浸させて、前記樹脂を硬化させた後に前記中子を取り除くことを要旨とする。
【０００８】
なお、「硬化」とは、製品の形状を維持できる程度に樹脂の硬化が進んだ状態を意味し、樹脂の完全硬化に限らず、半硬化状態も含む。
この発明では、樹脂用流路を形成することで成形型内において樹脂が流動し易くなるため、樹脂を含浸させる際に樹脂が樹脂用流路を流通して繊維又は繊維製品における樹脂流動抵抗が高い部分にまで供給される。したがって、樹脂を繊維又は繊維製品全体に均一に含浸させることができ、ＦＲＰ成形品に未含浸部分やピットが発生することを抑制することができる。
【０００９】
また、樹脂用流路は中子の表面に形成されているため、樹脂用流路はＦＲＰ成形品の内面と対応しており樹脂用流路の跡が少なくともＦＲＰ成形品の外面に残ることはない。したがって、ＦＲＰ成形品の外観が樹脂用流路の跡によって損なわれることはなく、ＦＲＰ成形品の外観を良好に保つことができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記中子は、表面に連続した溝を有し前記樹脂を含浸させた後に崩壊可能な中子本体と、前記中子本体を被覆して前記溝に沿うように圧着されることで前記中子の表面に前記樹脂用流路が形成される袋部材とから構成され、前記樹脂の注入圧力が所定圧力に達してから前記袋部材への流体の供給と前記樹脂の硬化とを行い、前記樹脂を硬化させた後に前記中子本体を崩壊させることで前記中子を取り除くことを要旨とする。
【００１１】
ここで、「樹脂の注入圧力が所定圧力に達して」とは、樹脂が注入されて繊維又は繊維製品のほぼ全体に樹脂が含浸された状態に達したことを意味し、以下では、同じ意味で「樹脂の注入圧力が所定圧力に達して」という記載を用いる。
【００１２】
この発明では、樹脂の注入圧力が所定圧力に達してから、流体を供給して袋部材を膨張させた状態で樹脂を硬化させる。したがって、繊維又は繊維製品の内面に樹脂用流路の跡が極力残らないようにすることができ、よりＦＲＰ成形品の見栄えを良くすることができる。
【００１３】
また、中子本体が崩壊可能に構成されているため、中空部を有する、複雑な形状のＦＲＰ成形品を成形する場合であっても、中子本体を崩壊させることで中子自体を収縮させて容易にＦＲＰ成形品から取り除くことができる。したがって、未含浸部分やピットが少なく、かつ外観が良好で、中空部を有した複雑な形状のＦＲＰ成形品を製造することができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記中子は、表面に連続した溝を有する非崩壊性の中子本体と、前記中子本体を被覆して前記溝に沿うように圧着されることで前記中子の表面に前記樹脂用流路が形成される袋部材とから構成され、前記樹脂の注入圧力が所定圧力に達してから前記袋部材への流体の供給と前記樹脂の硬化とを行い、前記樹脂を硬化させた後に前記中子を取り除くことを要旨とする。
【００１５】
この発明では、樹脂の注入圧力が所定圧力に達してから、流体を供給して袋部材を膨張させた状態で樹脂を硬化させる。したがって、繊維又は繊維製品の内面に樹脂用流路の跡が極力残らないようにすることができ、よりＦＲＰ成形品の見栄えを良くすることができる。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、記中子は、前記樹脂の含浸終了後に崩壊可能に単一部材で構成され、前記樹脂の硬化が終了した後に前記中子を崩壊させることで前記中子を取り除くことを要旨とする。
【００１７】
この発明では、中子が崩壊可能に構成されているため、中空部を有する、複雑な形状のＦＲＰ成形品を成形する場合であっても、樹脂が硬化した後に中子を崩壊させることで、ＦＲＰ成形品から中子を取り除くことができる。したがって、未含浸部分やピットが少なく、見栄えのよい複雑な形状のＦＲＰ成形品を成形することができる。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の発明において、前記樹脂用流路は前記中子の外周と直交して真っ直ぐに延びる第１流路と、前記第１流路と連続するとともに、前記第１流路から分岐した複数本の第２流路とから構成されていることを要旨とする。
【００１９】
この発明では、樹脂を含浸させる際に、第１流路に樹脂を供給すれば、第１流路を通じて第２流路にも樹脂を供給することができる。したがって、中子に巻き付けられた繊維又は繊維製品全体に樹脂を均一に供給することができる。また、第１流路が中子の外周と直交して真っ直ぐに延びるため、曲折して延びる流路に比べて目的位置までの距離が短くなり、樹脂を速やかに目的部位に供給することができる。
【００２０】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の発明において、前記樹脂を含浸させる際に、前記成形型内の温度を前記樹脂の粘度が５００ｃｐｓ以下となる温度に保持することを要旨とする。
【００２１】
通常、ＲＴＭ法を実施する場合には樹脂の粘度が３００ｃｐｓ以下でないと、樹脂は成形型内で流動し難いため、樹脂を繊維又は繊維製品に十分含浸させることができない。
しかし、この発明では、中子に樹脂用流路が形成されているため、樹脂の粘度が３００ｃｐｓより大きく５００ｃｐｓ以下となるような成形型の温度であっても、樹脂を成形型内で流動させて、樹脂を繊維又は繊維製品に含浸させることができる。
【００２２】
請求項７に記載の発明は、ＲＴＭ法によって中空形状の繊維強化プラスチックを成形する際に用いられ、表面に樹脂が流通可能で中子の全長に亘って連続する溝が形成されていることを要旨とする。
【００２３】
なお、「中子の全長に亘って連続する溝」とは、中子の一端から他端まで完全に延びる長さの溝に限らず、中子の全長の９割以上の長さに形成された溝を意味する。
ＲＴＭ法によってＦＲＰ成形品を成形する際に、この発明の中子を使用することで、未含浸部分やピットの少ないＦＲＰ成形品を製造することができる。また、ＦＲＰ成形品の外面に樹脂用流路の跡が残ることはないため、外観の良好なＦＲＰ成形品を製造することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、外観が良好な中空形状の繊維強化プラスチックを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図３に従って説明する。
まず、中空形状のＦＲＰ成形品を製造する際に使用する中子１について説明する。図１（ａ）に示すように、中子１は円錐台状に形成されている。図１（ｂ）に示すように、中子１は、金属からなるとともにＦＲＰ成形品の中空部と対応する形状に形成された中子本体２と、伸縮可能な袋部材としてのフィルムバッグ３とから構成されている。
【００２６】
中子本体２は樹脂含浸時の温度及び樹脂を硬化させる時の温度より高い融点を有する金属、例えば、Ｓｎ（４２重量％）・Ｂｉ（５８重量％）の合金を材料として金型成形されている。中子本体２にはその表面に中子１の周方向と直交する方向に沿って延びる溝と枝状に延びる溝と中子本体２の端部に形成されている溝とから構成された溝部４が連続して延びるように形成されている。中子本体２全体を被覆し溝部４と対応する部位が凹んでいるフィルムバッグ３は、ナイロン製であるとともに耐熱性を有している。
【００２７】
図１（ａ）に示すように、中子１には、その両側に小径端部５と大径端部６とが設けられ、溝部４（図１（ｂ）参照）に沿ってフィルムバッグ３が圧着されることで小径端部５を構成する端面７には樹脂が流入可能な凹状の樹脂流入部８が形成されている。また、中子１の表面には樹脂流入部８と連続するとともに中子１の周方向と直交する方向に沿って延びるように第１流路としての第１溝部９が形成されている。第１溝部９はフィルムバッグ３が溝部４（図１（ｂ）参照）に沿って圧着されることで形成されるとともに、中子１の全長に亘るように中子１の小径端部５から樹脂流入部８から最も離れた部位である中子１の大径端部６に至るまで延びる。そして、第１溝部９から枝状に延びるとともに第１溝部９と連続する第２流路としての第２溝部１０が中子１の表面に複数本設けられている。第２溝部１０は、第１溝部９から複数回分岐して構成されている。また、第２溝部１０はフィルムバッグ３が圧着されることで形成されるとともに、第１溝部９と連通している。
【００２８】
次に、ＦＲＰ成形品の製造方法について説明する。
ＦＲＰ成形品を製造する場合、強化繊維を巻き付けるための中子１を製作する。中子１を製作するには、まず、第１溝部９及び第２溝部１０の形状と対応する形状の溝部４を表面に有する中子本体２を金型成形する。次に、中子本体２を包み込むことができるような大きさのフィルムバッグ３を準備し、準備したフィルムバッグ３によって中子本体２を被覆する。その後、フィルムバッグ３の口部を図示しない真空ポンプに接続してフィルムバッグ３内を真空引きすることで中子本体２の溝部４にフィルムバッグ３を圧着させ、中子１の表面に樹脂流入部８、第１溝部９及び第２溝部１０を形成する。そのうえで、フィルムバッグ３の口部に成形型１１に設けられた図示しない空気供給通路と接続可能な図示しない接続具を挿し込み、フィルムバッグ３の口部を図示しない封止手段としてのひもによって縛って封止することで中子１の製作が完了する。
【００２９】
次に、製作した中子１をフィラメントワインディング（以下、フィラメントワインディングを適宜Ｆｗと記載する。）装置に装着し、Ｆｗ装置によって中子１に樹脂が含浸されていない強化繊維を巻き付けて中子１を被覆する。本実施形態では、Ｆｗ装置で強化繊維を巻き付ける際に用いられるマンドレルの代わりに中子１を対象にして強化繊維を巻き付ける。強化繊維としては、例えば、ガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維等が使用される。
【００３０】
強化繊維を巻き付けた後、ＲＴＭ法を用いて樹脂の含浸及び硬化を行うため、まず、型入れを行う。型入れでは、図２に示すように、中子１に強化繊維が巻き付けられることで作成されたプリフォームＰを中子１と共に成形型１１のキャビティ１２内に配置する。そして、プリフォームＰと中子１とをキャビティ１２内に配置する時、図示しない接続具の一部は成形型１１の外部に配置し、外部に配置された図示しない接続具の一部は図示しないエアコンプレッサに接続する。
【００３１】
そして、プリフォームＰと中子１とがキャビティ１２内に配置されると、中子１に形成されている樹脂流入部８は注入孔１３と接続され、この状態で樹脂注入装置１４と注入孔１３とを接続する注入管１５に設けられた三方弁１６によって、樹脂注入装置１４と注入孔１３との間を遮断する。次に、減圧ポンプ１７と排出孔１８とを接続する吸引管１９に設けられた三方弁２０によって、減圧ポンプ１７と排出孔１８とを連通した状態で減圧ポンプ１７を駆動することで、排出孔１８を介してキャビティ１２内を真空に近い状態にまで減圧する。続いて、キャビティ１２内が減圧された状態で、樹脂注入装置１４と注入孔１３とを連通するとともに樹脂注入装置１４から射出された樹脂を注入孔１３からキャビティ１２内に注入する。樹脂が注入されている間、成形型１１内の温度は少なくとも樹脂がプリフォームＰ内を流動できる粘度（例えば、３００ｃｐｓより大きく５００ｃｐｓ以下の粘度）となるような温度に保持されている。注入する樹脂としては、例えば不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂が使用され、使用する樹脂には硬化剤が添加されている。
【００３２】
注入孔１３からキャビティ１２内に樹脂が注入されると、注入された樹脂は樹脂流入部８に流れ込み、樹脂流入部８から第１溝部９及び第２溝部１０を流通することで樹脂はプリフォームＰの隅々にまで供給される。すなわち、注入孔１３から注入された樹脂は第１溝部９及び第２溝部１０を経由してプリフォームＰ全体に均一に供給されるため、樹脂が流動し難いプリフォームＰの部位（例えば、注入孔１３の開口から最も離れた部位である大径端部６と対応する部位）にまで樹脂を含浸させることができる。
【００３３】
ここで、樹脂注入装置１４は、樹脂を含浸させる際に、樹脂を一定流量で、なおかつ、徐々に樹脂の注入圧力を上げて最終的に予め決められた注入圧力（例えば、０．５ＭＰａ）まで上昇させて送り出し、予め決められた注入圧力に到達したらそのまま注入圧力を維持する。樹脂の注入圧力が予め決められた注入圧力に到達すると樹脂はプリフォームＰ全体にほぼ含浸された状態となり、その後、注入圧力を維持することで、樹脂が硬化収縮した際に生じる不足分を補充する。なお、注入圧力とは樹脂注入装置１４から送り出される樹脂の圧力を意味し、圧力計２１の検出圧力に相当する。そして、注入圧力を維持した状態で、成形型１１内に設けられた図示しない加熱手段（例えば、ヒータ）によって樹脂の加熱を開始するとともに図示しない空気供給手段（例えば、エアコンプレッサ）に装備されている図示しないバルブを開放して、樹脂の加熱と並行してフィルムバッグ３内に空気を供給することでフィルムバッグ３内の加圧を行う。フィルムバッグ３内に空気が供給されると、図３に示すように、フィルムバッグ３は膨張することでプリフォームＰの内面はフィルムバッグ３によって押圧され、その状態のまま樹脂の硬化は進行し、樹脂の硬化が完了するとＦＲＰ成形品が製造される。なお、「樹脂の硬化が完了する」とは、ＦＲＰ成形品の形状を維持できる程度に樹脂の硬化が進んだ状態を意味し、樹脂が完全硬化した状態に限らず、半硬化の状態も含む。ＦＲＰ成形品が製造された後、図示しない加熱手段による樹脂の加熱を終了するとともにフィルムバッグ３内への空気の供給を終了する。また、ＦＲＰ成形品が製造されると、樹脂注入装置１４及び減圧ポンプ１７の運転を停止して、三方弁１６,２０を大気開放して樹脂の注入を終了する。
【００３４】
次に、成形型１１を開き、フィルムバッグ３に設けられた図示しない接続具と図示しないエアコンプレッサとの接続を解除し、成形型１１内から中子１とＦＲＰ成形品を取り出す。その後、ＦＲＰ成形品及び中子１を図示しない炉の中に縦置きに配置し、中子本体２を構成する金属の融点を上回るまで炉内の温度を上昇させる。なお、中子１を炉の中に配置する時、中子１を構成するフィルムバッグ３はその口部が開かれ、なおかつ、下方を向いた状態にされる。そして、炉内の温度が中子本体２を構成する金属の融点を上回ると、中子本体２を構成する金属は溶融してフィルムバッグ３の口部から流れ出し、フィルムバッグ３内から取り除かれる。その後、炉内から中子本体２が除去されたＦＲＰ成形品を取り出し、ＦＲＰ成形品からフィルムバッグ３を取り除くことでＦＲＰ成形品が完成する。
【００３５】
なお、図１（ａ）,（ｂ）及び図２は、中子１、プリフォームＰ、の構成を模式的に示したものであり、図示の都合上、それぞれの部分の幅、長さ、厚さ等の寸法の比は図１（ａ）,（ｂ）と図２とでは異なっている。
【００３６】
この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）中子１は、連続した樹脂用流路としての第１溝部９と第２溝部１０とを有しており、キャビティ１２内に樹脂を注入し樹脂をプリフォームＰに含浸させる。したがって、樹脂の流動抵抗が高いプリフォームＰの部位（大径端部６と対応する部位）にまで樹脂を含浸させることができるため、製造するＦＲＰ成形品に未含浸部分やピットが発生することを抑制することができる。
【００３７】
（２）樹脂用流路としての第１溝部９及び第２溝部１０は中子１の表面に形成されている。したがって、成形されたＦＲＰ成形品の外面に第１溝部９及び第２溝部１０の跡が残ることはないため、ＦＲＰ成形品の外観を良好に保つことができる。
【００３８】
（３）中子１には樹脂流路としての第１溝部９及び第２溝部１０が設けられているため、低い注入圧力でプリフォームＰの全体に樹脂を供給することができる。したがって、耐圧性が低い製造設備を用いてＦＲＰ成形品をＲＴＭ法によって製造することができる。
【００３９】
（４）中子１は樹脂の硬化終了後に溶融して崩壊する金属製の中子本体２を備えている。したがって、中空部を有するＦＲＰ成形品を成形する場合に、樹脂を硬化させた後、中子本体２を溶融させてＦＲＰ成形品から取り除くことができる。
【００４０】
（５）中子１は中子本体２を被覆するフィルムバッグ３を備えている。そして、樹脂の注入圧力が予め決められた注入圧力に到達するとフィルムバッグ３内への流体の供給と樹脂の硬化とを行う。したがって、製造されたＦＲＰ成形品の内面に樹脂用流路跡部が極力残らないようにすることができるため、ＦＲＰ成形品の見栄えを良くすることができる。
【００４１】
（６）樹脂用流路は中子１の外周と直交する方向に沿って真っ直ぐに延びる第１溝部９と、第１溝部９と連続するとともに、第１溝部９から分岐した複数本の枝状の第２溝部１０とから構成されている。したがって、第１溝部９に樹脂を供給すれば、第１溝部９を通じて第２溝部１０にも樹脂を供給することができるため、中子１に巻き付けられたプリフォームＰ全体に樹脂を均一に供給することができる。また、樹脂流入部８から大径端部６まで延びる流路が曲折した流路である場合に比べて、第１溝部９において樹脂流入部８から大径端部６に到るまでの流路距離を短くすることができるため、大径端部６と対応するプリフォームＰの部位にまで樹脂を速やかに供給することができる。
【００４２】
（７）通常、ＲＴＭ法を実施する場合には樹脂の粘度が３００ｃｐｓ以下でないと、樹脂はプリフォームＰ内で流動しないため、樹脂をプリフォームＰに十分含浸させることができない。しかし、この実施形態では中子１に第１溝部９及び第２溝部１０が形成されているため、少なくとも樹脂の粘度が５００ｃｐｓ以下となるように成形型１１内の温度を保持した状態で樹脂を成形型１１内に注入して、プリフォームＰに樹脂を含浸させることができる。
【００４３】
（８）中子１の小径端部５には樹脂流入部８が形成され、第１溝部９及び第２溝部１０は小径端部５から大径端部６に至るまで延びている。したがって、樹脂を含浸させる際、注入孔１３から最も離れているプリフォームＰの部位にまで確実に樹脂を供給することができ、ＦＲＰ成形品に未含浸部分が発生することを抑制できる。
【００４４】
（９）樹脂を硬化させる際、フィルムバッグ３内に供給する流体は空気である。したがって、エアコンプレッサを準備して、フィルムバッグ３の口部に設けられた図示しない接続具をエアコンプレッサと接続するだけで、フィルムバッグ３内に空気を供給する装置を構築できる。
【００４５】
（１０）成形型１１に設けられた注入孔１３が一つのみであっても、樹脂を第１溝部９及び第２溝部１０に流通させることでプリフォームＰ全体に均一に供給することができる。
【００４６】
実施の形態は、前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 樹脂を含浸させる際に設定される成形型１１内の温度を変更してもよい。成形型１１内の温度は樹脂がプリフォームＰ内で流動できるような温度に設定されていれば、例えば、成形型１１内の温度を樹脂の粘度が３００ｃｐｓ以下となるような温度に設定してもよい。
【００４７】
○ 樹脂用流路としての第１溝部９の延びる方向を変更してもよい。例えば、第１溝部９を樹脂流入部８から大径端部６に向って螺旋状に延びるように構成してもよい。
○ 樹脂用流路としての第１溝部９の長さを変更してもよい。例えば、樹脂流入部８から延びる第１溝部９の長さが中子１の全長の９割となるように、第１溝部９の延びる長さを変更してもよい。
【００４８】
○ 樹脂用流路としての第２溝部１０の延びる方向を変更してもよい。例えば、中子１の外周を一周するように延びる第２溝部１０を複数設けてもよい。
○ 第１溝部９から一回のみ分岐した第２溝部を設けてもよい。
【００４９】
○ 第１溝部９及び第２溝部１０において、延設方向と直交する方向の断面積は一定でもよいし、途中で変わるように構成してもよい。
○ 中子本体２の溝部４にフィルムバッグ３が沿うように圧着させることで第１溝部９及び第２溝部１０を形成する時期を変更してもよい。例えば、中子１に強化繊維を巻き付けてプリフォームＰを作成した後で成形型１１内に配置する前に、真空ポンプによってフィルムバッグ３内を真空引きして第１溝部９及び第２溝部１０を形成してもよい。また、プリフォームで被覆された中子を成形型１１内に配置した後、フィルムバッグ３の口部に設けられている接続具を図示しない真空ポンプと接続してフィルムバッグ３内を真空引きすることで、中子本体２の溝部４にフィルムバッグ３が沿うように圧着させて中子１に第１溝部９及び第２溝部１０を形成してもよい。
【００５０】
○ 中子１の構成を変更してもよい。例えば、所定の粒径を有するビーズ２３と水溶性粘結剤（例えば、カルボキシメチルセルロース）とを混合してビーズ２３同士を粘結させ、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、粘結したビーズ２３をフィルムバッグ３内に充填し、その後、真空ポンプでフィルムバッグ３内を真空引きする。そして、ビーズ２３同士の境界部分に形成された凹部２５にフィルムバッグ３が沿うように圧着させることで中子２４の表面に樹脂用流路としての溝部２６が形成された中子２４を構成してもよい。この中子２４を用いてＦＲＰ成形品を製造する場合には、樹脂の硬化が終了した後にビーズ２３に水を添加することでビーズ２３をばらばらにしてフィルムバッグ３内から取り除けば、中子２４を崩壊させてＦＲＰ成形品から取り除くことができる。また、フィルムバッグ３内に複数の針金を長手方向に引き揃えて詰めることで中子を構成してもよい。この場合、樹脂の硬化が終了した後にフィルムバッグ３の口部を開いてフィルムバッグ３から針金を抜き出せば、中子を崩壊させてＦＲＰ成形品から取り除くことができる。
【００５１】
○ 中子に強化繊維を巻き付ける方法はＦＷ法に限らない。例えば、ブレーディング法（組紐）で樹脂の含浸されていない強化繊維を中子１に巻き付けてもよい。
○ 袋部材としてのフィルムバッグ３内の加圧を空気以外の流体を供給することで行ってもよい。例えば、フィルムバッグ３内に気体である窒素を供給することでフィルムバッグ３内を加圧してもよいし、フィルムバッグ３内に液体である水を供給することでフィルムバッグ３内を加圧してもよい。
【００５２】
○ 本発明の製造方法を用いて製造するＦＲＰ成形品の形状を変更してもよい。例えば、中空形状でかつ湾曲形状のＦＲＰ成形品を製造してもよい。この場合、中子又は中子本体が崩壊性にすることで、ＦＲＰ成形品が中空形状で湾曲形状であっても、樹脂の硬化が終了した後に中子又は中子本体を崩壊させてＦＲＰ成形品から取り除くことができる。
【００５３】
○ 中子本体２を非崩壊性に変更してもよい。例えば、テーパ状で、かつ一直線状のＦＲＰ成形品を製造するのであれば、樹脂を硬化させる温度以上の融点からなる金属から中子本体２を構成し、樹脂の硬化が終了した後に中子１を押圧することで大径端部６側から中子１を取り除く。
【００５４】
○ 成形型１１内に注入する樹脂の種類を変更してもよい。熱硬化性樹脂の代わりに、例えば、ナイロン樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂等の熱可塑性樹脂を使用してもよい。
【００５５】
○ 樹脂を加熱せずに樹脂を硬化させてもよい。例えば、含浸させる樹脂として低温で硬化できる樹脂を用い、まず、成形型１１内の温度を樹脂の硬化温度よりも低い温度状態に保ちつつプリフォームＰに樹脂を含浸させる。そして、樹脂を硬化させる際には成形型１１の温度が常温以下となるように設定し、樹脂に対して加熱を行わずに樹脂を硬化させる低温成形を行ってもよい。
【００５６】
○ 袋部材としてのフィルムバッグ３を省略して、中子を単一部材で構成してもよい。例えば、中子が単一部材となるように構成し、その中子をＦＲＰ成形品の中空部に対応する形状に金型成形すればよい。そして、中子の表面に樹脂用流路としての第１溝部及び第２溝部を設ければ、樹脂を第１溝部及び第２溝部に流通させることで、樹脂を中子１に巻き付けられているプリフォームＰ全体に供給することができる。そして、樹脂の硬化が終了した後に、炉内で中子１を加熱して溶融させれば中子１を取り除くことができる。
【００５７】
○ 注入孔１３を設ける位置を変更してもよい。例えば、プリフォームＰの外面と対応する位置に注入孔１３を設けてもよい。通常、プリフォームＰの厚みはプリフォームＰの長手方向の長さに比べて小さいため、注入孔１３から注入された樹脂はプリフォームＰを通過して第１溝部９及び第２溝部１０にまで到達し第１溝部９及び第２溝部１０を流通する。また、樹脂流入部８と対応する位置と、プリフォームＰの外面と対応する位置の２箇所に注入孔１３を設けてもよい。このように構成すれば、直接、プリフォームＰに樹脂を含浸させるとともに、樹脂が流通する樹脂用流路としての第１溝部９及び第２溝部１０を介してプリフォームＰに樹脂を含浸させることができるため、製造されたＦＲＰ成形品に未含浸部分やピットが発生することを抑制できる。
【００５８】
○ 中子１に巻き付ける強化繊維を連続繊維から長繊維あるいは短繊維に変更してもよい。また、中子１に強化繊維を巻き付ける代わりに、シート状の繊維製品としての繊維シートを巻き付けてもよい。繊維シートとしては、長繊維が製織された織布、不織布及び編み地が用いられ、このように構成された繊維シートを中子１に巻き付けて中子１を被覆することでプリフォームを構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】（ａ）は本実施形態における中子の概略斜視図、（ｂ）は本実施形態における中子の模式断面図。
【図２】本実施形態において樹脂を含浸させる工程と樹脂を硬化させる工程とを説明する概略構成図。
【図３】フィルムバッグ内に空気が供給された状態を示す拡大模式断面図。
【図４】（ａ）は別の実施形態における中子の概略斜視図、（ｂ）は（ａ）の４ｂ−４ｂ線断面図。
【符号の説明】
【００６０】
Ｐ…プリフォーム、１,２４…中子、２…中子本体、３…フィルムバッグ、９…樹脂用流路としての第１溝部、１０…樹脂用流路としての第２溝部、１１…成形型、２３…ビーズ、２６…溝部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中空部を有する繊維強化プラスチックの製造方法及びその製造方法で使用する中子に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、繊維強化プラスチック（以下、繊維強化プラスチックをＦＲＰと記載する。）製成形体の製造方法として、成形型に形成された所定形状のキャビティに繊維基材を配置し、成形型内に樹脂を圧入することで、繊維基材に樹脂を流動・含浸させるレジン・トランスファー・モールディング法（ＲＴＭ法）が知られている。そして、ＲＴＭ法の一例として、フィルムシートからなる中子を用いて、中空形状のＦＲＰを成形するＦＲＰの製造方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に記載されたＦＲＰの製造方法においては、上型及び下型からなる成形型に形成されたキャビィティに、中空状（筒状）に形成されたプリフォーム（予備成形体）を配置するとともにプリフォームの内部に袋状のフィルムシートを配置する。そして、フィルムシート内に空気を供給し、空気圧によってフィルムシートを膨張させた状態で成形型に形成された注入口から樹脂を注入する。樹脂注入後、樹脂を硬化させ、樹脂硬化後は内部にフィルムシートを有したＦＲＰを成形型から取り出し、フィルムシートをＦＲＰから剥がすことで中空形状のＦＲＰを製造する。
【０００３】
また、その他にＲＴＭ法の一例として、樹脂をキャビティ内に均一に供給して、繊維基材全体に均一に含浸させる繊維強化樹脂製部材の製造方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。特許文献２に記載の繊維強化樹脂製部材の製造方法では、内面の一部又は全部に樹脂用流路溝が形成された成形部材用キャビティ内に強化繊維からなる成形部材用基材及び中子用基材の少なくともいずれか一方を配置する。そして、金型の注入口から樹脂用流路溝を経由させて成形部材用基材及び中子用基材の少なくともいずれか一方の全体に樹脂を加圧含浸させる。
【特許文献１】特開２００４−５８６５０号公報
【特許文献２】特開２００６−１５０６１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、注入された樹脂が繊維基材から受ける樹脂流動抵抗は繊維基材の部位によって異なり、例えば、強化繊維が適正に巻き付けられていない部位では樹脂が流動し難い。したがって、特許文献１に記載されたＦＲＰの製造方法では、型内の樹脂の流動しやすい部分、すなわち流動抵抗が低い部分ばかりに樹脂が供給されることがあった。そして、このような事態が生じると、樹脂が流れ込み難い部位では十分に樹脂を含浸させることができず、成形品の一部に未含浸部分やピットができてしまうという問題があった。
【０００５】
また、特許文献２に記載の繊維強化樹脂製部材の製造方法では、成形型の内面に形成された樹脂用流路溝は成形部材用基材及び中子用基材のうち少なくともいずれか一方の外表面に面する。したがって、樹脂を成形部材用基材及び中子用基材のうち少なくともいずれか一方に含浸させる際には、成形部材用基材及び中子用基材のうち少なくともいずれか一方の外表面に向けて樹脂が供給されるため、少なくともＦＲＰ製部材の片面には樹脂用流路溝の跡が残り、外観が悪かった。また、特許文献２に記載の繊維強化樹脂製部材の製造方法では、板状のＦＲＰ製部材を製造する点について開示するのみであり、中空形状のＦＲＰ製部材を製造する方法については記載されていない。
【０００６】
本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、外観が良好な中空形状の繊維強化プラスチックを製造することができる繊維強化プラスチックの製造方法及び繊維強化プラスチック成形用中子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、連続した樹脂用流路を表面に有する中子を準備し、前記中子に繊維又はシート状の繊維製品を巻き付けた後、前記繊維又は前記繊維製品が巻き付けられた前記中子を成形型内に配置し、前記成形型内に樹脂を注入し前記樹脂を加圧状態で前記繊維又は前記繊維製品に含浸させて、前記樹脂を硬化させた後に前記中子を取り除くことを要旨とする。
【０００８】
なお、「硬化」とは、製品の形状を維持できる程度に樹脂の硬化が進んだ状態を意味し、樹脂の完全硬化に限らず、半硬化状態も含む。
この発明では、樹脂用流路を形成することで成形型内において樹脂が流動し易くなるため、樹脂を含浸させる際に樹脂が樹脂用流路を流通して繊維又は繊維製品における樹脂流動抵抗が高い部分にまで供給される。したがって、樹脂を繊維又は繊維製品全体に均一に含浸させることができ、ＦＲＰ成形品に未含浸部分やピットが発生することを抑制することができる。
【０００９】
また、樹脂用流路は中子の表面に形成されているため、樹脂用流路はＦＲＰ成形品の内面と対応しており樹脂用流路の跡が少なくともＦＲＰ成形品の外面に残ることはない。したがって、ＦＲＰ成形品の外観が樹脂用流路の跡によって損なわれることはなく、ＦＲＰ成形品の外観を良好に保つことができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記中子は、表面に連続した溝を有し前記樹脂を含浸させた後に崩壊可能な中子本体と、前記中子本体を被覆して前記溝に沿うように圧着されることで前記中子の表面に前記樹脂用流路が形成される袋部材とから構成され、前記樹脂の注入圧力が所定圧力に達してから前記袋部材への流体の供給と前記樹脂の硬化とを行い、前記樹脂を硬化させた後に前記中子本体を崩壊させることで前記中子を取り除くことを要旨とする。
【００１１】
ここで、「樹脂の注入圧力が所定圧力に達して」とは、樹脂が注入されて繊維又は繊維製品のほぼ全体に樹脂が含浸された状態に達したことを意味し、以下では、同じ意味で「樹脂の注入圧力が所定圧力に達して」という記載を用いる。
【００１２】
この発明では、樹脂の注入圧力が所定圧力に達してから、流体を供給して袋部材を膨張させた状態で樹脂を硬化させる。したがって、繊維又は繊維製品の内面に樹脂用流路の跡が極力残らないようにすることができ、よりＦＲＰ成形品の見栄えを良くすることができる。
【００１３】
また、中子本体が崩壊可能に構成されているため、中空部を有する、複雑な形状のＦＲＰ成形品を成形する場合であっても、中子本体を崩壊させることで中子自体を収縮させて容易にＦＲＰ成形品から取り除くことができる。したがって、未含浸部分やピットが少なく、かつ外観が良好で、中空部を有した複雑な形状のＦＲＰ成形品を製造することができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記中子は、表面に連続した溝を有する非崩壊性の中子本体と、前記中子本体を被覆して前記溝に沿うように圧着されることで前記中子の表面に前記樹脂用流路が形成される袋部材とから構成され、前記樹脂の注入圧力が所定圧力に達してから前記袋部材への流体の供給と前記樹脂の硬化とを行い、前記樹脂を硬化させた後に前記中子を取り除くことを要旨とする。
【００１５】
この発明では、樹脂の注入圧力が所定圧力に達してから、流体を供給して袋部材を膨張させた状態で樹脂を硬化させる。したがって、繊維又は繊維製品の内面に樹脂用流路の跡が極力残らないようにすることができ、よりＦＲＰ成形品の見栄えを良くすることができる。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、記中子は、前記樹脂の含浸終了後に崩壊可能に単一部材で構成され、前記樹脂の硬化が終了した後に前記中子を崩壊させることで前記中子を取り除くことを要旨とする。
【００１７】
この発明では、中子が崩壊可能に構成されているため、中空部を有する、複雑な形状のＦＲＰ成形品を成形する場合であっても、樹脂が硬化した後に中子を崩壊させることで、ＦＲＰ成形品から中子を取り除くことができる。したがって、未含浸部分やピットが少なく、見栄えのよい複雑な形状のＦＲＰ成形品を成形することができる。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の発明において、前記樹脂用流路は前記中子の外周と直交して真っ直ぐに延びる第１流路と、前記第１流路と連続するとともに、前記第１流路から分岐した複数本の第２流路とから構成されていることを要旨とする。
【００１９】
この発明では、樹脂を含浸させる際に、第１流路に樹脂を供給すれば、第１流路を通じて第２流路にも樹脂を供給することができる。したがって、中子に巻き付けられた繊維又は繊維製品全体に樹脂を均一に供給することができる。また、第１流路が中子の外周と直交して真っ直ぐに延びるため、曲折して延びる流路に比べて目的位置までの距離が短くなり、樹脂を速やかに目的部位に供給することができる。
【００２０】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の発明において、前記樹脂を含浸させる際に、前記成形型内の温度を前記樹脂の粘度が５００ｃｐｓ以下となる温度に保持することを要旨とする。
【００２１】
通常、ＲＴＭ法を実施する場合には樹脂の粘度が３００ｃｐｓ以下でないと、樹脂は成形型内で流動し難いため、樹脂を繊維又は繊維製品に十分含浸させることができない。
しかし、この発明では、中子に樹脂用流路が形成されているため、樹脂の粘度が３００ｃｐｓより大きく５００ｃｐｓ以下となるような成形型の温度であっても、樹脂を成形型内で流動させて、樹脂を繊維又は繊維製品に含浸させることができる。
【００２２】
請求項７に記載の発明は、ＲＴＭ法によって中空形状の繊維強化プラスチックを成形する際に用いられ、表面に樹脂が流通可能で中子の全長に亘って連続する溝が形成されていることを要旨とする。
【００２３】
なお、「中子の全長に亘って連続する溝」とは、中子の一端から他端まで完全に延びる長さの溝に限らず、中子の全長の９割以上の長さに形成された溝を意味する。
ＲＴＭ法によってＦＲＰ成形品を成形する際に、この発明の中子を使用することで、未含浸部分やピットの少ないＦＲＰ成形品を製造することができる。また、ＦＲＰ成形品の外面に樹脂用流路の跡が残ることはないため、外観の良好なＦＲＰ成形品を製造することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、外観が良好な中空形状の繊維強化プラスチックを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図３に従って説明する。
まず、中空形状のＦＲＰ成形品を製造する際に使用する中子１について説明する。図１（ａ）に示すように、中子１は円錐台状に形成されている。図１（ｂ）に示すように、中子１は、金属からなるとともにＦＲＰ成形品の中空部と対応する形状に形成された中子本体２と、伸縮可能な袋部材としてのフィルムバッグ３とから構成されている。
【００２６】
中子本体２は樹脂含浸時の温度及び樹脂を硬化させる時の温度より高い融点を有する金属、例えば、Ｓｎ（４２重量％）・Ｂｉ（５８重量％）の合金を材料として金型成形されている。中子本体２にはその表面に中子１の周方向と直交する方向に沿って延びる溝と枝状に延びる溝と中子本体２の端部に形成されている溝とから構成された溝部４が連続して延びるように形成されている。中子本体２全体を被覆し溝部４と対応する部位が凹んでいるフィルムバッグ３は、ナイロン製であるとともに耐熱性を有している。
【００２７】
図１（ａ）に示すように、中子１には、その両側に小径端部５と大径端部６とが設けられ、溝部４（図１（ｂ）参照）に沿ってフィルムバッグ３が圧着されることで小径端部５を構成する端面７には樹脂が流入可能な凹状の樹脂流入部８が形成されている。また、中子１の表面には樹脂流入部８と連続するとともに中子１の周方向と直交する方向に沿って延びるように第１流路としての第１溝部９が形成されている。第１溝部９はフィルムバッグ３が溝部４（図１（ｂ）参照）に沿って圧着されることで形成されるとともに、中子１の全長に亘るように中子１の小径端部５から樹脂流入部８から最も離れた部位である中子１の大径端部６に至るまで延びる。そして、第１溝部９から枝状に延びるとともに第１溝部９と連続する第２流路としての第２溝部１０が中子１の表面に複数本設けられている。第２溝部１０は、第１溝部９から複数回分岐して構成されている。また、第２溝部１０はフィルムバッグ３が圧着されることで形成されるとともに、第１溝部９と連通している。
【００２８】
次に、ＦＲＰ成形品の製造方法について説明する。
ＦＲＰ成形品を製造する場合、強化繊維を巻き付けるための中子１を製作する。中子１を製作するには、まず、第１溝部９及び第２溝部１０の形状と対応する形状の溝部４を表面に有する中子本体２を金型成形する。次に、中子本体２を包み込むことができるような大きさのフィルムバッグ３を準備し、準備したフィルムバッグ３によって中子本体２を被覆する。その後、フィルムバッグ３の口部を図示しない真空ポンプに接続してフィルムバッグ３内を真空引きすることで中子本体２の溝部４にフィルムバッグ３を圧着させ、中子１の表面に樹脂流入部８、第１溝部９及び第２溝部１０を形成する。そのうえで、フィルムバッグ３の口部に成形型１１に設けられた図示しない空気供給通路と接続可能な図示しない接続具を挿し込み、フィルムバッグ３の口部を図示しない封止手段としてのひもによって縛って封止することで中子１の製作が完了する。
【００２９】
次に、製作した中子１をフィラメントワインディング（以下、フィラメントワインディングを適宜Ｆｗと記載する。）装置に装着し、Ｆｗ装置によって中子１に樹脂が含浸されていない強化繊維を巻き付けて中子１を被覆する。本実施形態では、Ｆｗ装置で強化繊維を巻き付ける際に用いられるマンドレルの代わりに中子１を対象にして強化繊維を巻き付ける。強化繊維としては、例えば、ガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維等が使用される。
【００３０】
強化繊維を巻き付けた後、ＲＴＭ法を用いて樹脂の含浸及び硬化を行うため、まず、型入れを行う。型入れでは、図２に示すように、中子１に強化繊維が巻き付けられることで作成されたプリフォームＰを中子１と共に成形型１１のキャビティ１２内に配置する。そして、プリフォームＰと中子１とをキャビティ１２内に配置する時、図示しない接続具の一部は成形型１１の外部に配置し、外部に配置された図示しない接続具の一部は図示しないエアコンプレッサに接続する。
【００３１】
そして、プリフォームＰと中子１とがキャビティ１２内に配置されると、中子１に形成されている樹脂流入部８は注入孔１３と接続され、この状態で樹脂注入装置１４と注入孔１３とを接続する注入管１５に設けられた三方弁１６によって、樹脂注入装置１４と注入孔１３との間を遮断する。次に、減圧ポンプ１７と排出孔１８とを接続する吸引管１９に設けられた三方弁２０によって、減圧ポンプ１７と排出孔１８とを連通した状態で減圧ポンプ１７を駆動することで、排出孔１８を介してキャビティ１２内を真空に近い状態にまで減圧する。続いて、キャビティ１２内が減圧された状態で、樹脂注入装置１４と注入孔１３とを連通するとともに樹脂注入装置１４から射出された樹脂を注入孔１３からキャビティ１２内に注入する。樹脂が注入されている間、成形型１１内の温度は少なくとも樹脂がプリフォームＰ内を流動できる粘度（例えば、３００ｃｐｓより大きく５００ｃｐｓ以下の粘度）となるような温度に保持されている。注入する樹脂としては、例えば不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂が使用され、使用する樹脂には硬化剤が添加されている。
【００３２】
注入孔１３からキャビティ１２内に樹脂が注入されると、注入された樹脂は樹脂流入部８に流れ込み、樹脂流入部８から第１溝部９及び第２溝部１０を流通することで樹脂はプリフォームＰの隅々にまで供給される。すなわち、注入孔１３から注入された樹脂は第１溝部９及び第２溝部１０を経由してプリフォームＰ全体に均一に供給されるため、樹脂が流動し難いプリフォームＰの部位（例えば、注入孔１３の開口から最も離れた部位である大径端部６と対応する部位）にまで樹脂を含浸させることができる。
【００３３】
ここで、樹脂注入装置１４は、樹脂を含浸させる際に、樹脂を一定流量で、なおかつ、徐々に樹脂の注入圧力を上げて最終的に予め決められた注入圧力（例えば、０．５ＭＰａ）まで上昇させて送り出し、予め決められた注入圧力に到達したらそのまま注入圧力を維持する。樹脂の注入圧力が予め決められた注入圧力に到達すると樹脂はプリフォームＰ全体にほぼ含浸された状態となり、その後、注入圧力を維持することで、樹脂が硬化収縮した際に生じる不足分を補充する。なお、注入圧力とは樹脂注入装置１４から送り出される樹脂の圧力を意味し、圧力計２１の検出圧力に相当する。そして、注入圧力を維持した状態で、成形型１１内に設けられた図示しない加熱手段（例えば、ヒータ）によって樹脂の加熱を開始するとともに図示しない空気供給手段（例えば、エアコンプレッサ）に装備されている図示しないバルブを開放して、樹脂の加熱と並行してフィルムバッグ３内に空気を供給することでフィルムバッグ３内の加圧を行う。フィルムバッグ３内に空気が供給されると、図３に示すように、フィルムバッグ３は膨張することでプリフォームＰの内面はフィルムバッグ３によって押圧され、その状態のまま樹脂の硬化は進行し、樹脂の硬化が完了するとＦＲＰ成形品が製造される。なお、「樹脂の硬化が完了する」とは、ＦＲＰ成形品の形状を維持できる程度に樹脂の硬化が進んだ状態を意味し、樹脂が完全硬化した状態に限らず、半硬化の状態も含む。ＦＲＰ成形品が製造された後、図示しない加熱手段による樹脂の加熱を終了するとともにフィルムバッグ３内への空気の供給を終了する。また、ＦＲＰ成形品が製造されると、樹脂注入装置１４及び減圧ポンプ１７の運転を停止して、三方弁１６,２０を大気開放して樹脂の注入を終了する。
【００３４】
次に、成形型１１を開き、フィルムバッグ３に設けられた図示しない接続具と図示しないエアコンプレッサとの接続を解除し、成形型１１内から中子１とＦＲＰ成形品を取り出す。その後、ＦＲＰ成形品及び中子１を図示しない炉の中に縦置きに配置し、中子本体２を構成する金属の融点を上回るまで炉内の温度を上昇させる。なお、中子１を炉の中に配置する時、中子１を構成するフィルムバッグ３はその口部が開かれ、なおかつ、下方を向いた状態にされる。そして、炉内の温度が中子本体２を構成する金属の融点を上回ると、中子本体２を構成する金属は溶融してフィルムバッグ３の口部から流れ出し、フィルムバッグ３内から取り除かれる。その後、炉内から中子本体２が除去されたＦＲＰ成形品を取り出し、ＦＲＰ成形品からフィルムバッグ３を取り除くことでＦＲＰ成形品が完成する。
【００３５】
なお、図１（ａ）,（ｂ）及び図２は、中子１、プリフォームＰ、の構成を模式的に示したものであり、図示の都合上、それぞれの部分の幅、長さ、厚さ等の寸法の比は図１（ａ）,（ｂ）と図２とでは異なっている。
【００３６】
この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）中子１は、連続した樹脂用流路としての第１溝部９と第２溝部１０とを有しており、キャビティ１２内に樹脂を注入し樹脂をプリフォームＰに含浸させる。したがって、樹脂の流動抵抗が高いプリフォームＰの部位（大径端部６と対応する部位）にまで樹脂を含浸させることができるため、製造するＦＲＰ成形品に未含浸部分やピットが発生することを抑制することができる。
【００３７】
（２）樹脂用流路としての第１溝部９及び第２溝部１０は中子１の表面に形成されている。したがって、成形されたＦＲＰ成形品の外面に第１溝部９及び第２溝部１０の跡が残ることはないため、ＦＲＰ成形品の外観を良好に保つことができる。
【００３８】
（３）中子１には樹脂流路としての第１溝部９及び第２溝部１０が設けられているため、低い注入圧力でプリフォームＰの全体に樹脂を供給することができる。したがって、耐圧性が低い製造設備を用いてＦＲＰ成形品をＲＴＭ法によって製造することができる。
【００３９】
（４）中子１は樹脂の硬化終了後に溶融して崩壊する金属製の中子本体２を備えている。したがって、中空部を有するＦＲＰ成形品を成形する場合に、樹脂を硬化させた後、中子本体２を溶融させてＦＲＰ成形品から取り除くことができる。
【００４０】
（５）中子１は中子本体２を被覆するフィルムバッグ３を備えている。そして、樹脂の注入圧力が予め決められた注入圧力に到達するとフィルムバッグ３内への流体の供給と樹脂の硬化とを行う。したがって、製造されたＦＲＰ成形品の内面に樹脂用流路跡部が極力残らないようにすることができるため、ＦＲＰ成形品の見栄えを良くすることができる。
【００４１】
（６）樹脂用流路は中子１の外周と直交する方向に沿って真っ直ぐに延びる第１溝部９と、第１溝部９と連続するとともに、第１溝部９から分岐した複数本の枝状の第２溝部１０とから構成されている。したがって、第１溝部９に樹脂を供給すれば、第１溝部９を通じて第２溝部１０にも樹脂を供給することができるため、中子１に巻き付けられたプリフォームＰ全体に樹脂を均一に供給することができる。また、樹脂流入部８から大径端部６まで延びる流路が曲折した流路である場合に比べて、第１溝部９において樹脂流入部８から大径端部６に到るまでの流路距離を短くすることができるため、大径端部６と対応するプリフォームＰの部位にまで樹脂を速やかに供給することができる。
【００４２】
（７）通常、ＲＴＭ法を実施する場合には樹脂の粘度が３００ｃｐｓ以下でないと、樹脂はプリフォームＰ内で流動しないため、樹脂をプリフォームＰに十分含浸させることができない。しかし、この実施形態では中子１に第１溝部９及び第２溝部１０が形成されているため、少なくとも樹脂の粘度が５００ｃｐｓ以下となるように成形型１１内の温度を保持した状態で樹脂を成形型１１内に注入して、プリフォームＰに樹脂を含浸させることができる。
【００４３】
（８）中子１の小径端部５には樹脂流入部８が形成され、第１溝部９及び第２溝部１０は小径端部５から大径端部６に至るまで延びている。したがって、樹脂を含浸させる際、注入孔１３から最も離れているプリフォームＰの部位にまで確実に樹脂を供給することができ、ＦＲＰ成形品に未含浸部分が発生することを抑制できる。
【００４４】
（９）樹脂を硬化させる際、フィルムバッグ３内に供給する流体は空気である。したがって、エアコンプレッサを準備して、フィルムバッグ３の口部に設けられた図示しない接続具をエアコンプレッサと接続するだけで、フィルムバッグ３内に空気を供給する装置を構築できる。
【００４５】
（１０）成形型１１に設けられた注入孔１３が一つのみであっても、樹脂を第１溝部９及び第２溝部１０に流通させることでプリフォームＰ全体に均一に供給することができる。
【００４６】
実施の形態は、前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 樹脂を含浸させる際に設定される成形型１１内の温度を変更してもよい。成形型１１内の温度は樹脂がプリフォームＰ内で流動できるような温度に設定されていれば、例えば、成形型１１内の温度を樹脂の粘度が３００ｃｐｓ以下となるような温度に設定してもよい。
【００４７】
○ 樹脂用流路としての第１溝部９の延びる方向を変更してもよい。例えば、第１溝部９を樹脂流入部８から大径端部６に向って螺旋状に延びるように構成してもよい。
○ 樹脂用流路としての第１溝部９の長さを変更してもよい。例えば、樹脂流入部８から延びる第１溝部９の長さが中子１の全長の９割となるように、第１溝部９の延びる長さを変更してもよい。
【００４８】
○ 樹脂用流路としての第２溝部１０の延びる方向を変更してもよい。例えば、中子１の外周を一周するように延びる第２溝部１０を複数設けてもよい。
○ 第１溝部９から一回のみ分岐した第２溝部を設けてもよい。
【００４９】
○ 第１溝部９及び第２溝部１０において、延設方向と直交する方向の断面積は一定でもよいし、途中で変わるように構成してもよい。
○ 中子本体２の溝部４にフィルムバッグ３が沿うように圧着させることで第１溝部９及び第２溝部１０を形成する時期を変更してもよい。例えば、中子１に強化繊維を巻き付けてプリフォームＰを作成した後で成形型１１内に配置する前に、真空ポンプによってフィルムバッグ３内を真空引きして第１溝部９及び第２溝部１０を形成してもよい。また、プリフォームで被覆された中子を成形型１１内に配置した後、フィルムバッグ３の口部に設けられている接続具を図示しない真空ポンプと接続してフィルムバッグ３内を真空引きすることで、中子本体２の溝部４にフィルムバッグ３が沿うように圧着させて中子１に第１溝部９及び第２溝部１０を形成してもよい。
【００５０】
○ 中子１の構成を変更してもよい。例えば、所定の粒径を有するビーズ２３と水溶性粘結剤（例えば、カルボキシメチルセルロース）とを混合してビーズ２３同士を粘結させ、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、粘結したビーズ２３をフィルムバッグ３内に充填し、その後、真空ポンプでフィルムバッグ３内を真空引きする。そして、ビーズ２３同士の境界部分に形成された凹部２５にフィルムバッグ３が沿うように圧着させることで中子２４の表面に樹脂用流路としての溝部２６が形成された中子２４を構成してもよい。この中子２４を用いてＦＲＰ成形品を製造する場合には、樹脂の硬化が終了した後にビーズ２３に水を添加することでビーズ２３をばらばらにしてフィルムバッグ３内から取り除けば、中子２４を崩壊させてＦＲＰ成形品から取り除くことができる。また、フィルムバッグ３内に複数の針金を長手方向に引き揃えて詰めることで中子を構成してもよい。この場合、樹脂の硬化が終了した後にフィルムバッグ３の口部を開いてフィルムバッグ３から針金を抜き出せば、中子を崩壊させてＦＲＰ成形品から取り除くことができる。
【００５１】
○ 中子に強化繊維を巻き付ける方法はＦＷ法に限らない。例えば、ブレーディング法（組紐）で樹脂の含浸されていない強化繊維を中子１に巻き付けてもよい。
○ 袋部材としてのフィルムバッグ３内の加圧を空気以外の流体を供給することで行ってもよい。例えば、フィルムバッグ３内に気体である窒素を供給することでフィルムバッグ３内を加圧してもよいし、フィルムバッグ３内に液体である水を供給することでフィルムバッグ３内を加圧してもよい。
【００５２】
○ 本発明の製造方法を用いて製造するＦＲＰ成形品の形状を変更してもよい。例えば、中空形状でかつ湾曲形状のＦＲＰ成形品を製造してもよい。この場合、中子又は中子本体が崩壊性にすることで、ＦＲＰ成形品が中空形状で湾曲形状であっても、樹脂の硬化が終了した後に中子又は中子本体を崩壊させてＦＲＰ成形品から取り除くことができる。
【００５３】
○ 中子本体２を非崩壊性に変更してもよい。例えば、テーパ状で、かつ一直線状のＦＲＰ成形品を製造するのであれば、樹脂を硬化させる温度以上の融点からなる金属から中子本体２を構成し、樹脂の硬化が終了した後に中子１を押圧することで大径端部６側から中子１を取り除く。
【００５４】
○ 成形型１１内に注入する樹脂の種類を変更してもよい。熱硬化性樹脂の代わりに、例えば、ナイロン樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂等の熱可塑性樹脂を使用してもよい。
【００５５】
○ 樹脂を加熱せずに樹脂を硬化させてもよい。例えば、含浸させる樹脂として低温で硬化できる樹脂を用い、まず、成形型１１内の温度を樹脂の硬化温度よりも低い温度状態に保ちつつプリフォームＰに樹脂を含浸させる。そして、樹脂を硬化させる際には成形型１１の温度が常温以下となるように設定し、樹脂に対して加熱を行わずに樹脂を硬化させる低温成形を行ってもよい。
【００５６】
○ 袋部材としてのフィルムバッグ３を省略して、中子を単一部材で構成してもよい。例えば、中子が単一部材となるように構成し、その中子をＦＲＰ成形品の中空部に対応する形状に金型成形すればよい。そして、中子の表面に樹脂用流路としての第１溝部及び第２溝部を設ければ、樹脂を第１溝部及び第２溝部に流通させることで、樹脂を中子１に巻き付けられているプリフォームＰ全体に供給することができる。そして、樹脂の硬化が終了した後に、炉内で中子１を加熱して溶融させれば中子１を取り除くことができる。
【００５７】
○ 注入孔１３を設ける位置を変更してもよい。例えば、プリフォームＰの外面と対応する位置に注入孔１３を設けてもよい。通常、プリフォームＰの厚みはプリフォームＰの長手方向の長さに比べて小さいため、注入孔１３から注入された樹脂はプリフォームＰを通過して第１溝部９及び第２溝部１０にまで到達し第１溝部９及び第２溝部１０を流通する。また、樹脂流入部８と対応する位置と、プリフォームＰの外面と対応する位置の２箇所に注入孔１３を設けてもよい。このように構成すれば、直接、プリフォームＰに樹脂を含浸させるとともに、樹脂が流通する樹脂用流路としての第１溝部９及び第２溝部１０を介してプリフォームＰに樹脂を含浸させることができるため、製造されたＦＲＰ成形品に未含浸部分やピットが発生することを抑制できる。
【００５８】
○ 中子１に巻き付ける強化繊維を連続繊維から長繊維あるいは短繊維に変更してもよい。また、中子１に強化繊維を巻き付ける代わりに、シート状の繊維製品としての繊維シートを巻き付けてもよい。繊維シートとしては、長繊維が製織された織布、不織布及び編み地が用いられ、このように構成された繊維シートを中子１に巻き付けて中子１を被覆することでプリフォームを構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】（ａ）は本実施形態における中子の概略斜視図、（ｂ）は本実施形態における中子の模式断面図。
【図２】本実施形態において樹脂を含浸させる工程と樹脂を硬化させる工程とを説明する概略構成図。
【図３】フィルムバッグ内に空気が供給された状態を示す拡大模式断面図。
【図４】（ａ）は別の実施形態における中子の概略斜視図、（ｂ）は（ａ）の４ｂ−４ｂ線断面図。
【符号の説明】
【００６０】
Ｐ…プリフォーム、１,２４…中子、２…中子本体、３…フィルムバッグ、９…樹脂用流路としての第１溝部、１０…樹脂用流路としての第２溝部、１１…成形型、２３…ビーズ、２６…溝部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続した樹脂用流路を表面に有する中子を準備し、前記中子に繊維又はシート状の繊維製品を巻き付けた後、前記繊維又は前記繊維製品が巻き付けられた前記中子を成形型内に配置し、前記成形型内に樹脂を注入し前記樹脂を加圧状態で前記繊維又は前記繊維製品に含浸させて、前記樹脂を硬化させた後に前記中子を取り除く繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項２】
前記中子は、表面に連続した溝を有し前記樹脂を含浸させた後に崩壊可能な中子本体と、前記中子本体を被覆して前記溝に沿うように圧着されることで前記中子の表面に前記樹脂用流路が形成される袋部材とから構成され、前記樹脂の注入圧力が所定圧力に達してから前記袋部材への流体の供給と前記樹脂の硬化とを行い、前記樹脂を硬化させた後に前記中子本体を崩壊させることで前記中子を取り除く請求項１に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項３】
前記中子は、表面に連続した溝を有する非崩壊性の中子本体と、前記中子本体を被覆して前記溝に沿うように圧着されることで前記中子の表面に前記樹脂用流路が形成される袋部材とから構成され、前記樹脂の注入圧力が所定圧力に達してから前記袋部材への流体の供給と前記樹脂の硬化とを行い、前記樹脂を硬化させた後に前記中子を取り除く請求項１に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項４】
前記中子は、前記樹脂の含浸終了後に崩壊可能に単一部材で構成され、前記樹脂の硬化が終了した後に前記中子を崩壊させることで前記中子を取り除く請求項１に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項５】
前記樹脂用流路は前記中子の外周と直交して真っ直ぐに延びる第１流路と、前記第１流路と連続するとともに、前記第１流路から分岐した複数本の第２流路とから構成されている請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項６】
前記樹脂を含浸させる際に、前記成形型内の温度を前記樹脂の粘度が５００ｃｐｓ以下となる温度に保持する請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項７】
ＲＴＭ法によって中空形状の繊維強化プラスチックを成形する際に用いられ、表面に樹脂が流通可能で中子の全長に亘って連続する溝が形成されている繊維強化プラスチック成形用中子。
【請求項１】
連続した樹脂用流路を表面に有する中子を準備し、前記中子に繊維又はシート状の繊維製品を巻き付けた後、前記繊維又は前記繊維製品が巻き付けられた前記中子を成形型内に配置し、前記成形型内に樹脂を注入し前記樹脂を加圧状態で前記繊維又は前記繊維製品に含浸させて、前記樹脂を硬化させた後に前記中子を取り除く繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項２】
前記中子は、表面に連続した溝を有し前記樹脂を含浸させた後に崩壊可能な中子本体と、前記中子本体を被覆して前記溝に沿うように圧着されることで前記中子の表面に前記樹脂用流路が形成される袋部材とから構成され、前記樹脂の注入圧力が所定圧力に達してから前記袋部材への流体の供給と前記樹脂の硬化とを行い、前記樹脂を硬化させた後に前記中子本体を崩壊させることで前記中子を取り除く請求項１に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項３】
前記中子は、表面に連続した溝を有する非崩壊性の中子本体と、前記中子本体を被覆して前記溝に沿うように圧着されることで前記中子の表面に前記樹脂用流路が形成される袋部材とから構成され、前記樹脂の注入圧力が所定圧力に達してから前記袋部材への流体の供給と前記樹脂の硬化とを行い、前記樹脂を硬化させた後に前記中子を取り除く請求項１に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項４】
前記中子は、前記樹脂の含浸終了後に崩壊可能に単一部材で構成され、前記樹脂の硬化が終了した後に前記中子を崩壊させることで前記中子を取り除く請求項１に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項５】
前記樹脂用流路は前記中子の外周と直交して真っ直ぐに延びる第１流路と、前記第１流路と連続するとともに、前記第１流路から分岐した複数本の第２流路とから構成されている請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項６】
前記樹脂を含浸させる際に、前記成形型内の温度を前記樹脂の粘度が５００ｃｐｓ以下となる温度に保持する請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項７】
ＲＴＭ法によって中空形状の繊維強化プラスチックを成形する際に用いられ、表面に樹脂が流通可能で中子の全長に亘って連続する溝が形成されている繊維強化プラスチック成形用中子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−２１３３８９（Ｐ２００８−２１３３８９Ａ）
【公開日】平成２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５６７１４（Ｐ２００７−５６７１４）
【出願日】平成１９年３月７日（２００７．３．７）
【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２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月７日（２００７．３．７）
【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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