繊維強化樹脂、繊維強化樹脂の製造方法、繊維強化樹脂の製造装置
【課題】強度と寸法精度に優れた繊維強化樹脂を製造し、量産時の製品の品質のばらつきを抑制する。
【解決手段】成形型のキャビティ部に強化繊維基材を設置し、成形終了時よりも距離Ｘ１開いた状態の成形型のキャビティ部に樹脂を注入する第１工程、キャビティ部の樹脂を排出させながら、成形終了時よりも距離Ｘ２開いた状態まで成形型を閉じる第２工程、キャビティ部の樹脂排出を停止し、型締め圧を予め設定した値に保持して樹脂を硬化させながら、成形終了時の距離まで成形型を閉じる第３工程を、この順序で行う。これによって強化繊維基材に樹脂を均質に含浸させ、適切な樹脂量を確保しつつ、製品にヒケが発生するのを防止して樹脂を硬化させることができる。
【解決手段】成形型のキャビティ部に強化繊維基材を設置し、成形終了時よりも距離Ｘ１開いた状態の成形型のキャビティ部に樹脂を注入する第１工程、キャビティ部の樹脂を排出させながら、成形終了時よりも距離Ｘ２開いた状態まで成形型を閉じる第２工程、キャビティ部の樹脂排出を停止し、型締め圧を予め設定した値に保持して樹脂を硬化させながら、成形終了時の距離まで成形型を閉じる第３工程を、この順序で行う。これによって強化繊維基材に樹脂を均質に含浸させ、適切な樹脂量を確保しつつ、製品にヒケが発生するのを防止して樹脂を硬化させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化樹脂と、その製造方法、製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維強化樹脂は、強化繊維基材を含有する樹脂を用いて成形し、硬化させることによって製造することができる。高品質の繊維強化樹脂を製造するためには、強化繊維基材に均質に樹脂を含浸させる必要がある。例えば、特許文献１では、成形型のキャビティ部において、キャビティ内面と強化繊維基材との間に隙間を確保し、この隙間に製品相当量の樹脂注入を行ったあと、成形型を閉じてキャビティ部を狭くして、強化繊維基材に樹脂を行き渡らせる。また、特許文献２では、製品自体に必要な樹脂量に対して余剰量となる樹脂を強化繊維基材に予め含浸させ、これを上下の成形型のキャビティ部に設置する。そして、成形型を閉じていき、樹脂を樹脂排出孔に導入することによって、成形型に製品を密着させて、製品を成形する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２７１５５１号公報
【特許文献２】特開昭６３−２８６３０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
強度と寸法精度に優れた繊維強化樹脂を製造するためには、適量の樹脂を均質にキャビティ部内に行き渡らせ、均質に硬化させる必要がある。特許文献１に記載された技術では、製品相当量の樹脂を注入するのみであるため、樹脂注入量に過不足が生じ易く、量産時において、繊維強化樹脂の品質のばらつきが発生し易い。特許文献２に記載された技術では、余剰な樹脂を排出する工程において成形型を閉じ切ってしまうため、その後に行う樹脂の硬化時にヒケ（樹脂の成形収縮によって生じる窪み）が発生し、製品の強度や寸法精度が損なわれる。
【０００５】
本願は、かかる課題を解決し、適量の樹脂を均質にキャビティ内に含浸させ、均質に硬化させることによって、強度と寸法精度に優れた繊維強化樹脂を製造し、量産時の製品の品質のばらつきを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の繊維強化樹脂の製造方法では、成形型のキャビティ部に配置した強化繊維基材に樹脂を含浸させて成形する。この製造方法は、成形型のキャビティ部に強化繊維基材を設置し、成形終了時よりも距離Ｘ１開いた状態の成形型のキャビティ部に樹脂を注入する第１工程と、第１工程の後に、キャビティ部の樹脂を排出させながら、成形終了時よりも距離Ｘ２開いた状態まで成形型を閉じる第２工程と、第２工程の後に、キャビティ部の樹脂排出を停止し、型締め圧を予め設定した値に保持して樹脂を硬化させながら、成形終了時の距離まで成形型を閉じる第３工程とを含んでいる。
【０００７】
上記の製造方法によれば、第１工程において、成形終了時よりも距離Ｘ１開いた状態の成形型のキャビティ部に樹脂を注入することによって、強化繊維基材とキャビティ部内面の隙間に樹脂を行き渡らせた後、第２工程において、成形終了時よりも距離Ｘ２開いた状態まで成形型を閉じるため、強化繊維基材に樹脂を均質に含浸させることができる。さらに、第３工程では、成形終了時よりも距離Ｘ２開いた状態まで成形型を閉じた状態でキャビティ部の樹脂排出を停止し、型締め圧を予め設定した値に保持して樹脂を硬化させながら、成形終了時の距離まで成形型を閉じることによって、適切な樹脂量を確保しつつ、製品にヒケが発生するのを防止することができる。
【０００８】
上記の製造方法においては、第１工程において、成形型のキャビティ部に強化繊維基材と共に、樹脂拡散媒体を設置してもよい。樹脂が流動しにくい箇所に樹脂拡散媒体を設置することによって、樹脂をより均質に含浸させることができる。
【０００９】
上記の製造方法は、成形型を成形終了時よりも距離Ｘ１だけ開いた状態に調整し、その後、成形型を閉じ、成形終了時よりも距離Ｘ２だけ開いた状態に調整する位置調整手段と、成形終了時よりも距離Ｘ１だけ開いた状態の成形型のキャビティ部内に樹脂を注入する樹脂注入手段と、成形型が距離Ｘ２まで閉じられる過程において、キャビティ部内の余剰樹脂を排出させる排出手段と、余剰樹脂の排出が完了した後に、キャビティ部を外部と遮断する遮断手段と、キャビティ部を外部と遮断した後に、樹脂の硬化完了まで型締め圧を予め設定した値に保持する型締め圧調整手段とを備えた繊維強化樹脂の製造装置によって実現することができる。
【００１０】
上記の製造装置は、強化繊維基材の位置を保持するための基材保持手段をさらに含んでいることが好ましい。成形終了時よりも距離Ｘ１だけ開いた状態の成形型のキャビティ部内に樹脂を注入する場合に、強化繊維基材の位置がずれることを抑制することができる。
【００１１】
上記の製造方法によって製造される繊維強化樹脂は、立ち壁部分を有しており、立ち壁部分の強化繊維基材の樹脂含浸性が、それ以外の部分の強化繊維基材の樹脂含浸性よりも高くなっていてもよい。ここで、立ち壁部分とは、キャビティ面と、成形後の繊維強化樹脂の型抜き方向との角度θが１５°以下となっている部分を意味する。立ち壁部分は、樹脂が流動含浸する抵抗が大きくなるが、強化繊維基材の樹脂含浸性を向上させることによって、樹脂をより均質に含浸させることができる。
【００１２】
上記の製造方法によって製造される繊維強化樹脂は、成形型を閉じる方向に直交する多重壁面と、多重壁面間に設けられた連結構造とを備えていてもよい。連結構造を介して樹脂が移動できるため、多重壁面を有する部品であっても、樹脂を均質に含浸させることができる。
【００１３】
上記の連結構造には、強化繊維基材が設置されていてもよい。この場合、連結構造の強化繊維基材の樹脂含浸性は、多重壁面の強化繊維基材の樹脂含浸性よりも高くなっていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、繊維強化樹脂において、適量の樹脂を均質にキャビティ内に行き渡らせ、均質に硬化させることができる。強度と寸法精度に優れた繊維強化樹脂を製造することができ、量産時の製品の品質のばらつきを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例１の製造装置を示す図。
【図２】実施例１の成形型、減圧装置、樹脂注入装置を示す図。
【図３】実施例１の製造工程を説明する図。
【図４】実施例１の製造工程を説明する図。
【図５】実施例１の製造工程を説明する図。
【図６】実施例１の製造工程を説明する図。
【図７】実施例２の成形型に強化繊維基材等を設置した状態を示す図。
【図８】実施例３の成形型に強化繊維基材を設置した状態を示す図。
【図９】実施例４の強化繊維基材を成形型に設置した状態を示す図。
【図１０】変形例の強化繊維基材を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に説明する実施例の主要な特徴を以下に列記する。
（特徴１）繊維強化樹脂の製造装置は、減圧手段を備えている。
【実施例１】
【００１７】
以下、本発明の実施例１について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施例に係る繊維強化樹脂の製造装置１を示す図である。製造装置１は、成形型１０と、成形型１０に接続された減圧装置２０および樹脂注入装置３０と、成形型１０を上下方向に加圧する型閉じ装置４０とを備えている。成形型１０は上型１０１と下型１０２を有し、それらの間には製品形状に対応するキャビティ部１１が形成されている。製造装置１は、上型１０１と下型１０２とによって囲まれたキャビティ部１１に樹脂を注入し、型閉じ装置４０によって加圧しながら硬化させることによって、注入した樹脂の成形を行うことができる。型閉じ装置４０は、成形型１０の型閉じ位置を調整する位置調整手段（図示しない）と、成形型１０に加える型締め圧を調整する型締め圧調整手段（図示しない）とを備えている。
【００１８】
図２は、成形型１０と、これに接続する減圧装置２０および樹脂注入装置３０とを示す図である。図２においては、成形型１０は開いた状態となっており、成形型が閉じると、上型１０１のキャビティ面１１１と、下型１０２のキャビティ面１１２とによって囲まれた部分がキャビティ部１１となる。下型１０２の上面側（キャビティ面１１２側）には弾性体のシール材１５３が設けられている。シール材１５３は、下型１０２の周縁部に沿って設けられ、キャビティ面１１２よりも外周側に位置しており、キャビティ面１１２を取り囲んでいる。成形型１０が閉じられた場合には、シール材１５３によって、キャビティ部１１と外部とが遮断される。
【００１９】
上型１０２のキャビティ面１１１には、基材保持手段１５１、１５２が設けられている。基材保持手段１５１、１５２は、成形型１０を閉じたときに、キャビティ部１１内に設置された強化繊維基材に当接する位置に設けられている。基材保持手段１５１、１５２は、弾性体であり、成形型１０を閉じると、その弾性力によって強化繊維基材を保持することができる。本実施例では、基材保持手段１５１は、球状の弾性体であり、基材保持手段１５２は、上型１０２のキャビティ面１１１の外縁に沿って一連となった環状の弾性体である。
【００２０】
上型１０１には、そのキャビティ面１１１に開口する排出路１０５が形成されている。排出路１０５は、減圧バルブ２１を介して、減圧装置２０に接続されている。排出路１０５と減圧バルブ２１を接続する経路上には、樹脂排出バルブ２２に接続する分岐部が設けられている。排出路１０５には、キャビティ面１１１近傍の位置に、バルブ１０６が設置されている。また、上型１０１には、キャビティ面１１１と樹脂注入装置３０とを接続する樹脂注入路１０３が設けられている。樹脂注入路１０３には、キャビティ面１１１近傍の位置に、バルブ１０４が設置されている。さらに、上型１０１には、キャビティ面１１１よりも外側であって、下型１０２のシール材１５３が当接する位置よりも内側の位置に、樹脂溜め１０８が設けられている。
【００２１】
次に、図３〜図６を用いて、本実施例に係る繊維強化樹脂製品の製造方法について説明する。図３〜図６は、図２に示す成形型１０の状態を示しており、図２に記載された減圧装置２０や樹脂注入装置３０については、記載を省略している。
【００２２】
（第１工程）
先ず、図３に示すように、開放した成形型１０の下型１０２のキャビティ面１１２へ、強化繊維基材１２０を設置しておく。強化繊維基材１２０としては、例えば、炭素繊維等を用いることができる。樹脂注入路１０３に設置されたバルブ１０４は閉じており、排出路１０５に設置されたバルブ１０６は開いた状態となっている。減圧バルブ２１と樹脂排出バルブ２２は、閉じた状態となっている。
【００２３】
次に、図４に示すように、上型１０１の下面側と下型１０２の上面側との距離が、成形終了時よりもＸ１開いた状態となるまで、成形型１０を閉じる。本実施例では、成形終了時には、上型１０１の下面側と下型１０２の上面側との距離はＸ３となるから、図４に示すように、上型１０１の下面側と下型１０２の上面側との距離はＸ１＋Ｘ３となる。型閉じ装置４０に備えられた位置調整手段は、上型１０１の下面側と下型１０２の上面側との距離がＸ１＋Ｘ３となるように、型閉じの位置調整を行う。Ｘ１は、０．５〜２ｍｍ程度の値に設定されることが好ましい。
【００２４】
この状態において、シール材１５３は、上型１０１の下面側に圧接した状態となっており、バルブ１０４、１０６を閉じた状態にすれば、キャビティ部１１は、外部から遮断された状態となる。基材保持手段１５１、１５２は、強化繊維基材１２０に圧接しており、弾性力によって強化繊維基材１２０を保持している。
【００２５】
バルブ１０４を閉じ、バルブ１０６を開いた状態で、減圧装置２０を運転し、減圧バルブ２１を開いて、排出路１０５からキャビティ部１１内を減圧する。例えば、キャビティ部１１内の圧力が、大気圧よりも９０ｋＰａ程度低くなるまで、減圧装置２０を稼動させる。尚、樹脂排出バルブ２２は閉じられている。
【００２６】
次に、減圧装置２０を停止し、減圧バルブ２１を閉じた後で、バルブ１０４を開け、樹脂注入装置３０を稼動させて、樹脂注入路１０３から、キャビティ部１１内に樹脂注入を行う。繊維強化樹脂製品に必要な量に対して余剰量の樹脂（必要量よりも多量の樹脂）がキャビティ部１１内に注入される。上型１０１の下面側と下型１０２の上面側との距離が、成形終了時よりもＸ１開いた状態となっているので、キャビティ部１１内では、強化繊維基材１２０の上方に、高さＸ１ほどの隙間が空いている。このため、樹脂注入を行うと、図４に示すように、この隙間部分全体に樹脂１３０が行き渡る。強化繊維基材１２０は、基材保持手段１５１、１５２によって保持されているため、高さＸ１ほどの隙間が空いた状態で樹脂注入を行っても、樹脂の流動によって強化繊維基材１２０がずれることを防止できる。
【００２７】
尚、本実施例においては、製造装置１は減圧装置２０を備えていたが、減圧装置２０は、必須の構成ではない。製造する繊維強化樹脂製品の形状が簡素なものである場合には、第１工程において、キャビティ部１１内を減圧することなく樹脂注入を行ってもよい。製造する繊維強化樹脂製品の形状が複雑なものである場合には、本実施例において説明したように、キャビティ部１１内を減圧した後に、樹脂注入を行うことが好ましい。これによって、ボイドの少ない高品質の製品を製造することができる。
【００２８】
（第２工程）
樹脂注入完了後、バルブ１０４を閉じる。バルブ１０６は開放したままで、型閉じ装置４０に備えられた位置調整手段によって、上型１０１の下面側と下型１０２の上面側との距離がＸ２＋Ｘ３となるように、型閉じの位置調整を行う。これによって、成形終了時よりもＸ２開いた状態となるまで、成形型１０が閉じられる。Ｘ２＜Ｘ１であるので、キャビティ部１１内の容積は減少し、第１工程において、「高さＸ１ほどの隙間」に充填された樹脂１３０が、強化繊維基材１２０側に向かって押し出され、強化繊維基材１２０は、樹脂によって含浸された状態となる。余剰な樹脂１３１、１３２は、強化繊維基材１２０を通過して、基材保持手段１５２の外側に流出し、樹脂溜め１０８に溜まり、排出路１０５へと移動するので、樹脂排出バルブ２２を適宜開いて、余剰な樹脂を排出させる。Ｘ２は、Ｘ２＜Ｘ１であって、かつ、製品肉厚の３〜１５％程度の値に設定されることが好ましい。
【００２９】
尚、本実施例においては、１つの排出路１０５が設けられていたが、複数の排出路を設置してもよい。また、キャビティ部１１内の内圧を検知する内圧検知手段をさらに備えていてもよい。これによって、例えば、キャビティ部１１内の内圧を検知し、その検知値に基づいて、複数の排出路の開閉状態（開閉するタイミングや開度、並びに、開放する排出路の数や組み合わせなど）を調整することによって、キャビティ部１１内の内圧を制御することもできる。このようにすれば、樹脂の流動状態や、強化繊維基材の含浸状態をより均一化することができる。
【００３０】
（第３工程）
樹脂排出完了後に、排出路１０５のバルブ１０６を閉じる。次に、型閉じ装置４０に備えられた型閉じ圧調整手段によって、予め設定された一定の型閉じ圧が成形型１０に加圧されるように制御する。型閉じ装置４０は、油圧プレス、エアプレス、サーボモータ等の成形型１０に型閉じ圧を加圧する手段を備えている。型閉じ圧調整手段は、型閉じ圧を加圧する手段を調整して、上型１０１の下面側と下型１０２の上面側との距離がＸ２＋Ｘ３から、Ｘ３となるまで、型閉じ圧を保持する。型閉じ圧調整手段が、型閉じ圧を保持した状態のもとで、樹脂の硬化を行う。
【００３１】
樹脂の硬化が進行するに従って、樹脂が収縮する。本実施例では、型閉じ装置４０に備えられた型閉じ圧調整手段によって一定の型閉じ圧が成形型１０に加圧されているから、樹脂の収縮に伴い、成形型１０が次第に閉じて、図６の状態となる。図６に示す成形終了時には、上型１０１の下面側と下型１０２の上面側との距離はＸ３となる。成形型１０が図６に示す状態となって、樹脂の硬化が完了した後に、成形型１０を開いて、繊維強化樹脂製品を取り出す。
【００３２】
上記のとおり、本実施例においては、第１工程において、成形終了時よりも距離Ｘ１開いた状態の成形型のキャビティ部に樹脂を注入することによって、強化繊維基材とキャビティ部内面の隙間に樹脂を行き渡らせた後、第２工程において、成形終了時よりも距離Ｘ２開いた状態まで成形型を閉じるため、強化繊維基材に樹脂を均質に含浸させることができる。さらに、第３工程では、成形終了時よりも距離Ｘ２開いた状態まで成形型を閉じた状態でキャビティ部の樹脂排出を停止し、型締め圧を予め設定した値に保持して樹脂を硬化させながら、成形終了時の距離まで成形型を閉じるため、適切な樹脂量を確保しつつ、製品にヒケが発生するのを防止することができる。
【００３３】
また、第１工程の距離Ｘ１を適切に管理することによって、第２工程で排出させる余剰な樹脂量を適切に管理し、樹脂の圧力が高くなり過ぎないようにすることができる。また、第２工程の距離Ｘ２を適切に管理することによって、製品の樹脂量を適切に管理することができる。距離Ｘ１、Ｘ２を管理することによって、適切な樹脂量を管理できるため、樹脂注入器によって注入する樹脂量を厳密に管理する必要がなく、量産時に、製品ごとに樹脂量がばらつくことを抑制できる。
【実施例２】
【００３４】
実施例２では、図７に示す成形型５０を用いて、コア材をその内部に包含する繊維強化樹脂製品を製造する場合について説明する。図７に示す成形型５０を、成形型１０に代えて、図１に示す製造装置１に設置し、実施例１において説明した第１工程、第２工程、第３工程を行うことによって、コア材をその内部に包含する繊維強化樹脂製品を製造することができる。
【００３５】
図７に示すように、成形型５０は、下型５０２のキャビティ面５１２の突出部が、図２に示す成形型１０のキャビティ面１１２よりも低くなっている。その他の構成については、成形型１０と同様であるため、図２に示す成形型１０に備えられた１００番台の符号について、５００番台に読み替えることとし、詳細な説明を省略する。
【００３６】
実施例２においては、第１工程において、図７に示すように、下型５０２のキャビティ面５１２に、まず、樹脂拡散媒体５２１を設置し、その上に、コア材５２２をその内部に包含する強化繊維基材５２０を設置する。コア材５２２としては、例えば、硬質発泡ウレタン、発泡ポリメタクリルを用いることができる。強化繊維基材５２０としては、例えば、炭素繊維を用いることができる。
【００３７】
樹脂拡散媒体５２１は、強化繊維基材５２０と、下型５０２のキャビティ面５１２に、樹脂が流動するための空間を確保するために設置される。樹脂拡散媒体５２１としては、例えば、厚み０．８ｍｍ、開口率８０％以上のナイロンメッシュを用いることができる。
【００３８】
成形型５０を用いる場合には、第１工程において、上型５０１側に設けられた樹脂注入路５０３から樹脂を注入すると、樹脂の圧力によって、強化繊維基材５２０およびコア材５２２が、下型５０２のキャビティ面５１２に向かって押しつけられる。キャビティ面５１２と強化繊維基材５２０との間に樹脂拡散媒体５２１が無い場合には、強化繊維基材５２０およびコア材５２２が下型５０２のキャビティ面５１２に向かって押しつけられると、強化繊維基材５２０のキャビティ面５１２側の部分は、樹脂によって含浸されにくくなる。この場合、樹脂の圧力をより高くする等によって、強化繊維基材５２０のキャビティ面５１２側の部分にも樹脂を含浸させることは可能であるが、樹脂の圧力を高くすることによって、コア材５２２に樹脂が浸透してしまったり、成形型５０のシール材５５３の耐圧を超えてしまう場合がある。
【００３９】
本実施例では、キャビティ面５１２と強化繊維基材５２０との間に樹脂拡散媒体５２１が設置されている。このため、樹脂の圧力によって、強化繊維基材５２０およびコア材５２２が、下型５０２のキャビティ面５１２に向かって押しつけられても、樹脂拡散媒体５２１によって、強化繊維基材５２０とキャビティ面５１２とが離間される。樹脂拡散媒体５２１は、開口率が高い材料が用いられており、これによって樹脂が流動するための空間が確保される。樹脂は、強化繊維基材５２０とキャビティ面５１２との間に設置された樹脂拡散媒体５２１を通過して流動するため、樹脂の圧力を高くすることなく、強化繊維基材５２０のキャビティ面５１２側の部分にも樹脂を含浸させることができる。
【００４０】
上記のとおり、本実施例に係る成形型５０を用いて、実施例１において説明した第１工程、第２工程、第３工程を行うと、コア材などを用いて、成形型を閉じる方向に直交する多重壁を有する繊維強化樹脂製品を製造することができる。この場合、樹脂が流動しにくい箇所に樹脂拡散媒体を設置すれば、樹脂圧力を高くしなくても、樹脂をより均質に含浸させることができる。
【実施例３】
【００４１】
実施例３では、図８に示す成形型６０を用いて、立ち壁部分を含む繊維強化樹脂製品を製造する場合について説明する。図８に示す成形型６０を、成形型１０に代えて、図１に示す製造装置１に設置し、実施例１において説明した第１工程、第２工程、第３工程を行うことによって、立ち壁部分を含む繊維強化樹脂製品を製造することができる。
【００４２】
図８に示すように、成形型６０は、上型６０１のキャビティ面６１１、下型６０２のキャビティ面６１２の形状が、図２に示す成形型１０のキャビティ面１１１、１１２と異なっている。図８は、上型６０１の下面側と下型６０２の上面側との距離がＸ４であり、成形終了時よりもＸ１開いた状態となるまで、成形型６０を閉じた状態を示している。成形型６０のキャビティ部には、立ち壁部分６６が存在する。成形型６０のその他の構成については、成形型１０と同様であるため、図２に示す成形型１０に備えられた１００番台の符号について、６００番台に読み替えることとし、詳細な説明を省略する。
【００４３】
立ち壁部分６６は、下型６０２のキャビティ面６１２、もしくは上型６０１のキャビティ面６１１と、図８の下方に示す繊維強化樹脂製品の型抜き方向との角度θ（型抜き角）が、０≦θ≦１５°となっている部分である。立ち壁部分６６のキャビティ面６１１、６１２に垂直な方向の距離をＤ１とすると、距離Ｄ１は、上型６０１の下面側と下型６０２の上面側との距離Ｘ４に対して、Ｄ１＝Ｘ４ｓｉｎθとなる。０≦ｓｉｎθ≦ｓｉｎ１５°であり、ｓｉｎ１５°＝０．２５９であるから、Ｄ１は、Ｘ４の約１／４となる。同様に、θ＝５°の場合には、Ｄ１は、Ｘ４の約１／１０となる。型抜き角θが小さくなるほど、Ｘ４に対してＤ１が小さくなる。Ｄ１は、立ち壁部分６６の樹脂の流路の幅であるから、立ち壁部分６６においては、上型６０１の下面側と下型６０２の上面側との距離Ｘ４に対して、樹脂の流路の幅となる距離Ｄ１が著しく小さくなる。このため、立ち壁部分６６においては、他の部分と比較して、樹脂が流動しにくい。立ち壁部分６６が大きい場合や、樹脂の粘度が高い場合（樹脂の硬化過程において粘度上昇率が高い場合を含む）には、立ち壁部分６６の強化繊維基材６６２に樹脂を含浸させることが困難となる。
【００４４】
本実施例では、立ち壁部分６６に設置する強化繊維基材６６２の樹脂含浸性が、それ以外の部分（型抜き角が１５°よりも大きい部分）に設置する強化繊維基材６２０の樹脂含浸性と比べて、高くなっている。例えば、強化繊維基材の目付け量を小さくすることによって、樹脂含浸性を高くすることができる。また、同じ目付け量で比較すると、平織基材は、多軸織基材よりも樹脂含浸性が高い。
【００４５】
具体的には、例えば、強化繊維基材６２０として、炭素繊維の多軸織基材であって、Ｖｆ＝５５％のものを用いた場合には、強化繊維基材６６２としては、炭素繊維の多軸織基材であって、Ｖｆ＝４５％のものを用いればよい。あるいは、例えば、強化繊維基材６６２としては、炭素繊維の平織基材であって、Ｖｆ＝５５％のものを用いればよい。
【００４６】
上記のとおり、本実施例に係る成形型６０を用いて、実施例１において説明した第１工程、第２工程、第３工程を行うと、立ち壁部分６６を含む繊維強化樹脂製品を製造することができる。立ち壁部分６６が大きい場合や、樹脂の粘度が高い場合には、樹脂が流動しにくい立ち壁部分６６に設置する強化繊維基材６６２の樹脂含浸性が、それ以外の部分に設置する強化繊維基材６２０の樹脂含浸性と比べて高くなるように、繊維強化樹脂製品を設計すれば、立ち壁部分６６にも樹脂をより均質に含浸させることができ、強度と寸法精度に優れた製品を得ることができる。
【００４７】
尚、本実施例において説明した、「立ち壁部分を有する繊維強化樹脂製品において、立ち壁部分に設置する強化繊維基材の樹脂含浸性を、それ以外の部分に設置する強化繊維基材の樹脂含浸性と比べて高くする」ことは、実施例１の第１工程、第２工程、第３工程を備えた製造方法以外に適用しても、立ち壁部分に樹脂をより均質に含浸させ易くするという効果を得ることができる。
【実施例４】
【００４８】
実施例４では、図９に示す成形型５０を用いて、コア材をその内部に包含する繊維強化樹脂製品を製造する場合について説明する。図９に示す成形型５０を、成形型１０に代えて、図１に示す製造装置１に設置し、実施例１において説明した第１工程、第２工程、第３工程を行うことによって、コア材をその内部に包含する繊維強化樹脂製品を製造することができる。図９に示す成形型５０は、図７に示す成形型と同一であるため、重複説明を省略する。
【００４９】
本実施例においては、成形型５０に、図９に示すように、コア材７２２、７２３をその内部に包含する強化繊維基材７２０を設置する。コア材、強化繊維基材としては、例えば、実施例２において説明した材料を用いることができる。強化繊維基材７２０の上面部７２０ｕと中央部７２０ｍとの間に、コア材７２３が設置されており、強化繊維基材７２０の中央部７２０ｍと下面部７２０ｄとの間に、コア材７２２が設置されている。強化繊維基材７２０の上面部７２０ｕから中央部７２０ｍに向かって、複数のリブ７７１、７７２がコア材７２３を貫通しており、強化繊維基材７２０の中央部７２０ｍから下面部７２０ｄに向かって、複数のリブ７８１、７８２がコア材７２２を貫通している。中央部７２０ｍを介して、リブ７７１とリブ７８１は連結されており、リブ７７２とリブ７８２は連結されている。
【００５０】
本実施例では、上記の強化繊維基材７２０を用いて、実施例１において説明した第１工程、第２工程、第３工程を行うことによって、型閉じ方向に直交する多重壁面（強化繊維基材７２０の上面部７２０ｕ、中央部７２０ｍ、下面部７２０ｄ）を有しており、その多重壁面間に連結構造（リブ７７１、７７２、７８１、７８２）を備えた繊維強化樹脂製品を製造する。本実施例では、上型５０１側に設けられた樹脂注入路５０３から樹脂を注入すると、リブ７７１、７７２によって、強化繊維基材７２０の上面部７２０ｕから、中央部７２０ｍへと樹脂が流動する。同様に、リブ７８１、７８２によって、強化繊維基材７２０の中央部７２０ｍから、下面部７２０ｄへと樹脂が流動する。これによって、樹脂注入路５０３からより遠い中央部７２０ｍ、下面部７２０ｄに樹脂が供給される。
【００５１】
上記のとおり、本実施例に係る成形型５０を用いて、実施例１において説明した第１工程、第２工程、第３工程を行って、多重壁面を有する繊維強化樹脂製品を製造する場合には、互いの多重壁面を連結する連結構造（リブ７７１、７７２、７８１、７８２）によって、より樹脂が供給されやすい壁面部分（例えば上面部７２０ｕ）と、樹脂が供給されにくい壁面部分（例えば中央部７２０ｍ、下面部７２０ｄ）とが連結されるように、繊維強化樹脂製品を設計する。これによって、樹脂の流動経路が確保され、樹脂をより均質に含浸させることができ、強度と寸法精度に優れた製品を得ることができる。
【００５２】
尚、本実施例に係る多重壁面と連結構造とを備えた繊維強化樹脂は、図１０に示すように、リブ７７１〜７７３と、リブ７８１〜７８４が、中央部７２０ｍを介して連結されていなくともよい。リブ７８１〜７８４の隣接する２つのリブの間（例えば、リブ７８１とリブ７７８２との中間）に、リブ７７１〜７７３のうちの１つ（例えば、リブ７７１）が形成されていてもよい。
【００５３】
また、図９や図１０に示すリブ７７１〜７７３、リブ７８１〜７８４には、強化繊維基材や、実施例２において説明した樹脂拡散媒体等を充填してもよい。強化繊維基材７２０が、樹脂の圧力等によって押された場合に、リブが狭くなったり、閉塞したりすることを防ぐことができる。
【００５４】
尚、本実施例において説明した、「多重壁面を有する繊維強化樹脂製品において、互いの多重壁面を連結する連結構造によって、より樹脂が供給されやすい壁面部分と、樹脂が供給されにくい壁面部分とを連結する」ことは、実施例１の第１工程、第２工程、第３工程を備えた製造方法以外に適用しても、樹脂が供給されにくい壁面部分に樹脂を含浸させ易くするという効果を得ることができる。
【００５５】
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【００５６】
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００５７】
１ 製造装置
１０、５０、６０ 成形型
１１ キャビティ部
２０ 減圧装置
２１ 減圧バルブ
２２ 樹脂排出バルブ
３０ 樹脂注入装置
４０ 型閉じ装置
６６ 立ち壁部分
１０１、５０１、６０１ 上型
１０２、５０２、６０２ 下型
１０３、５０３、６０３ 樹脂注入路
１０４、５０４、６０４ バルブ
１０５、５０５、６０５ 排出路
１０６、５０６、６０６ バルブ
１０８、５０８、６０８ 樹脂溜め
１１１、５１１、６１１ 上型のキャビティ面
１１２、５１２、６１２ 下型のキャビティ面
１２０、５２０、６２０、６６２、７２０ 強化繊維基材
１３０、１３１、１３２ 樹脂
１５１、１５２、５５１、５５２、６５１、６５２ 基材保持手段
１５３、５５３、６５３ シール材
５２１ 樹脂拡散媒体
５２２、７２２、７２３ コア材
７２０ｄ 強化繊維基材の下面部
７２０ｍ 強化繊維基材の中央部
７２０ｕ 強化繊維基材の上面部
７７１、７７２、７７３、７８１、７８２、７８３、７８４ リブ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化樹脂と、その製造方法、製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維強化樹脂は、強化繊維基材を含有する樹脂を用いて成形し、硬化させることによって製造することができる。高品質の繊維強化樹脂を製造するためには、強化繊維基材に均質に樹脂を含浸させる必要がある。例えば、特許文献１では、成形型のキャビティ部において、キャビティ内面と強化繊維基材との間に隙間を確保し、この隙間に製品相当量の樹脂注入を行ったあと、成形型を閉じてキャビティ部を狭くして、強化繊維基材に樹脂を行き渡らせる。また、特許文献２では、製品自体に必要な樹脂量に対して余剰量となる樹脂を強化繊維基材に予め含浸させ、これを上下の成形型のキャビティ部に設置する。そして、成形型を閉じていき、樹脂を樹脂排出孔に導入することによって、成形型に製品を密着させて、製品を成形する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２７１５５１号公報
【特許文献２】特開昭６３−２８６３０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
強度と寸法精度に優れた繊維強化樹脂を製造するためには、適量の樹脂を均質にキャビティ部内に行き渡らせ、均質に硬化させる必要がある。特許文献１に記載された技術では、製品相当量の樹脂を注入するのみであるため、樹脂注入量に過不足が生じ易く、量産時において、繊維強化樹脂の品質のばらつきが発生し易い。特許文献２に記載された技術では、余剰な樹脂を排出する工程において成形型を閉じ切ってしまうため、その後に行う樹脂の硬化時にヒケ（樹脂の成形収縮によって生じる窪み）が発生し、製品の強度や寸法精度が損なわれる。
【０００５】
本願は、かかる課題を解決し、適量の樹脂を均質にキャビティ内に含浸させ、均質に硬化させることによって、強度と寸法精度に優れた繊維強化樹脂を製造し、量産時の製品の品質のばらつきを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の繊維強化樹脂の製造方法では、成形型のキャビティ部に配置した強化繊維基材に樹脂を含浸させて成形する。この製造方法は、成形型のキャビティ部に強化繊維基材を設置し、成形終了時よりも距離Ｘ１開いた状態の成形型のキャビティ部に樹脂を注入する第１工程と、第１工程の後に、キャビティ部の樹脂を排出させながら、成形終了時よりも距離Ｘ２開いた状態まで成形型を閉じる第２工程と、第２工程の後に、キャビティ部の樹脂排出を停止し、型締め圧を予め設定した値に保持して樹脂を硬化させながら、成形終了時の距離まで成形型を閉じる第３工程とを含んでいる。
【０００７】
上記の製造方法によれば、第１工程において、成形終了時よりも距離Ｘ１開いた状態の成形型のキャビティ部に樹脂を注入することによって、強化繊維基材とキャビティ部内面の隙間に樹脂を行き渡らせた後、第２工程において、成形終了時よりも距離Ｘ２開いた状態まで成形型を閉じるため、強化繊維基材に樹脂を均質に含浸させることができる。さらに、第３工程では、成形終了時よりも距離Ｘ２開いた状態まで成形型を閉じた状態でキャビティ部の樹脂排出を停止し、型締め圧を予め設定した値に保持して樹脂を硬化させながら、成形終了時の距離まで成形型を閉じることによって、適切な樹脂量を確保しつつ、製品にヒケが発生するのを防止することができる。
【０００８】
上記の製造方法においては、第１工程において、成形型のキャビティ部に強化繊維基材と共に、樹脂拡散媒体を設置してもよい。樹脂が流動しにくい箇所に樹脂拡散媒体を設置することによって、樹脂をより均質に含浸させることができる。
【０００９】
上記の製造方法は、成形型を成形終了時よりも距離Ｘ１だけ開いた状態に調整し、その後、成形型を閉じ、成形終了時よりも距離Ｘ２だけ開いた状態に調整する位置調整手段と、成形終了時よりも距離Ｘ１だけ開いた状態の成形型のキャビティ部内に樹脂を注入する樹脂注入手段と、成形型が距離Ｘ２まで閉じられる過程において、キャビティ部内の余剰樹脂を排出させる排出手段と、余剰樹脂の排出が完了した後に、キャビティ部を外部と遮断する遮断手段と、キャビティ部を外部と遮断した後に、樹脂の硬化完了まで型締め圧を予め設定した値に保持する型締め圧調整手段とを備えた繊維強化樹脂の製造装置によって実現することができる。
【００１０】
上記の製造装置は、強化繊維基材の位置を保持するための基材保持手段をさらに含んでいることが好ましい。成形終了時よりも距離Ｘ１だけ開いた状態の成形型のキャビティ部内に樹脂を注入する場合に、強化繊維基材の位置がずれることを抑制することができる。
【００１１】
上記の製造方法によって製造される繊維強化樹脂は、立ち壁部分を有しており、立ち壁部分の強化繊維基材の樹脂含浸性が、それ以外の部分の強化繊維基材の樹脂含浸性よりも高くなっていてもよい。ここで、立ち壁部分とは、キャビティ面と、成形後の繊維強化樹脂の型抜き方向との角度θが１５°以下となっている部分を意味する。立ち壁部分は、樹脂が流動含浸する抵抗が大きくなるが、強化繊維基材の樹脂含浸性を向上させることによって、樹脂をより均質に含浸させることができる。
【００１２】
上記の製造方法によって製造される繊維強化樹脂は、成形型を閉じる方向に直交する多重壁面と、多重壁面間に設けられた連結構造とを備えていてもよい。連結構造を介して樹脂が移動できるため、多重壁面を有する部品であっても、樹脂を均質に含浸させることができる。
【００１３】
上記の連結構造には、強化繊維基材が設置されていてもよい。この場合、連結構造の強化繊維基材の樹脂含浸性は、多重壁面の強化繊維基材の樹脂含浸性よりも高くなっていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、繊維強化樹脂において、適量の樹脂を均質にキャビティ内に行き渡らせ、均質に硬化させることができる。強度と寸法精度に優れた繊維強化樹脂を製造することができ、量産時の製品の品質のばらつきを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例１の製造装置を示す図。
【図２】実施例１の成形型、減圧装置、樹脂注入装置を示す図。
【図３】実施例１の製造工程を説明する図。
【図４】実施例１の製造工程を説明する図。
【図５】実施例１の製造工程を説明する図。
【図６】実施例１の製造工程を説明する図。
【図７】実施例２の成形型に強化繊維基材等を設置した状態を示す図。
【図８】実施例３の成形型に強化繊維基材を設置した状態を示す図。
【図９】実施例４の強化繊維基材を成形型に設置した状態を示す図。
【図１０】変形例の強化繊維基材を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に説明する実施例の主要な特徴を以下に列記する。
（特徴１）繊維強化樹脂の製造装置は、減圧手段を備えている。
【実施例１】
【００１７】
以下、本発明の実施例１について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施例に係る繊維強化樹脂の製造装置１を示す図である。製造装置１は、成形型１０と、成形型１０に接続された減圧装置２０および樹脂注入装置３０と、成形型１０を上下方向に加圧する型閉じ装置４０とを備えている。成形型１０は上型１０１と下型１０２を有し、それらの間には製品形状に対応するキャビティ部１１が形成されている。製造装置１は、上型１０１と下型１０２とによって囲まれたキャビティ部１１に樹脂を注入し、型閉じ装置４０によって加圧しながら硬化させることによって、注入した樹脂の成形を行うことができる。型閉じ装置４０は、成形型１０の型閉じ位置を調整する位置調整手段（図示しない）と、成形型１０に加える型締め圧を調整する型締め圧調整手段（図示しない）とを備えている。
【００１８】
図２は、成形型１０と、これに接続する減圧装置２０および樹脂注入装置３０とを示す図である。図２においては、成形型１０は開いた状態となっており、成形型が閉じると、上型１０１のキャビティ面１１１と、下型１０２のキャビティ面１１２とによって囲まれた部分がキャビティ部１１となる。下型１０２の上面側（キャビティ面１１２側）には弾性体のシール材１５３が設けられている。シール材１５３は、下型１０２の周縁部に沿って設けられ、キャビティ面１１２よりも外周側に位置しており、キャビティ面１１２を取り囲んでいる。成形型１０が閉じられた場合には、シール材１５３によって、キャビティ部１１と外部とが遮断される。
【００１９】
上型１０２のキャビティ面１１１には、基材保持手段１５１、１５２が設けられている。基材保持手段１５１、１５２は、成形型１０を閉じたときに、キャビティ部１１内に設置された強化繊維基材に当接する位置に設けられている。基材保持手段１５１、１５２は、弾性体であり、成形型１０を閉じると、その弾性力によって強化繊維基材を保持することができる。本実施例では、基材保持手段１５１は、球状の弾性体であり、基材保持手段１５２は、上型１０２のキャビティ面１１１の外縁に沿って一連となった環状の弾性体である。
【００２０】
上型１０１には、そのキャビティ面１１１に開口する排出路１０５が形成されている。排出路１０５は、減圧バルブ２１を介して、減圧装置２０に接続されている。排出路１０５と減圧バルブ２１を接続する経路上には、樹脂排出バルブ２２に接続する分岐部が設けられている。排出路１０５には、キャビティ面１１１近傍の位置に、バルブ１０６が設置されている。また、上型１０１には、キャビティ面１１１と樹脂注入装置３０とを接続する樹脂注入路１０３が設けられている。樹脂注入路１０３には、キャビティ面１１１近傍の位置に、バルブ１０４が設置されている。さらに、上型１０１には、キャビティ面１１１よりも外側であって、下型１０２のシール材１５３が当接する位置よりも内側の位置に、樹脂溜め１０８が設けられている。
【００２１】
次に、図３〜図６を用いて、本実施例に係る繊維強化樹脂製品の製造方法について説明する。図３〜図６は、図２に示す成形型１０の状態を示しており、図２に記載された減圧装置２０や樹脂注入装置３０については、記載を省略している。
【００２２】
（第１工程）
先ず、図３に示すように、開放した成形型１０の下型１０２のキャビティ面１１２へ、強化繊維基材１２０を設置しておく。強化繊維基材１２０としては、例えば、炭素繊維等を用いることができる。樹脂注入路１０３に設置されたバルブ１０４は閉じており、排出路１０５に設置されたバルブ１０６は開いた状態となっている。減圧バルブ２１と樹脂排出バルブ２２は、閉じた状態となっている。
【００２３】
次に、図４に示すように、上型１０１の下面側と下型１０２の上面側との距離が、成形終了時よりもＸ１開いた状態となるまで、成形型１０を閉じる。本実施例では、成形終了時には、上型１０１の下面側と下型１０２の上面側との距離はＸ３となるから、図４に示すように、上型１０１の下面側と下型１０２の上面側との距離はＸ１＋Ｘ３となる。型閉じ装置４０に備えられた位置調整手段は、上型１０１の下面側と下型１０２の上面側との距離がＸ１＋Ｘ３となるように、型閉じの位置調整を行う。Ｘ１は、０．５〜２ｍｍ程度の値に設定されることが好ましい。
【００２４】
この状態において、シール材１５３は、上型１０１の下面側に圧接した状態となっており、バルブ１０４、１０６を閉じた状態にすれば、キャビティ部１１は、外部から遮断された状態となる。基材保持手段１５１、１５２は、強化繊維基材１２０に圧接しており、弾性力によって強化繊維基材１２０を保持している。
【００２５】
バルブ１０４を閉じ、バルブ１０６を開いた状態で、減圧装置２０を運転し、減圧バルブ２１を開いて、排出路１０５からキャビティ部１１内を減圧する。例えば、キャビティ部１１内の圧力が、大気圧よりも９０ｋＰａ程度低くなるまで、減圧装置２０を稼動させる。尚、樹脂排出バルブ２２は閉じられている。
【００２６】
次に、減圧装置２０を停止し、減圧バルブ２１を閉じた後で、バルブ１０４を開け、樹脂注入装置３０を稼動させて、樹脂注入路１０３から、キャビティ部１１内に樹脂注入を行う。繊維強化樹脂製品に必要な量に対して余剰量の樹脂（必要量よりも多量の樹脂）がキャビティ部１１内に注入される。上型１０１の下面側と下型１０２の上面側との距離が、成形終了時よりもＸ１開いた状態となっているので、キャビティ部１１内では、強化繊維基材１２０の上方に、高さＸ１ほどの隙間が空いている。このため、樹脂注入を行うと、図４に示すように、この隙間部分全体に樹脂１３０が行き渡る。強化繊維基材１２０は、基材保持手段１５１、１５２によって保持されているため、高さＸ１ほどの隙間が空いた状態で樹脂注入を行っても、樹脂の流動によって強化繊維基材１２０がずれることを防止できる。
【００２７】
尚、本実施例においては、製造装置１は減圧装置２０を備えていたが、減圧装置２０は、必須の構成ではない。製造する繊維強化樹脂製品の形状が簡素なものである場合には、第１工程において、キャビティ部１１内を減圧することなく樹脂注入を行ってもよい。製造する繊維強化樹脂製品の形状が複雑なものである場合には、本実施例において説明したように、キャビティ部１１内を減圧した後に、樹脂注入を行うことが好ましい。これによって、ボイドの少ない高品質の製品を製造することができる。
【００２８】
（第２工程）
樹脂注入完了後、バルブ１０４を閉じる。バルブ１０６は開放したままで、型閉じ装置４０に備えられた位置調整手段によって、上型１０１の下面側と下型１０２の上面側との距離がＸ２＋Ｘ３となるように、型閉じの位置調整を行う。これによって、成形終了時よりもＸ２開いた状態となるまで、成形型１０が閉じられる。Ｘ２＜Ｘ１であるので、キャビティ部１１内の容積は減少し、第１工程において、「高さＸ１ほどの隙間」に充填された樹脂１３０が、強化繊維基材１２０側に向かって押し出され、強化繊維基材１２０は、樹脂によって含浸された状態となる。余剰な樹脂１３１、１３２は、強化繊維基材１２０を通過して、基材保持手段１５２の外側に流出し、樹脂溜め１０８に溜まり、排出路１０５へと移動するので、樹脂排出バルブ２２を適宜開いて、余剰な樹脂を排出させる。Ｘ２は、Ｘ２＜Ｘ１であって、かつ、製品肉厚の３〜１５％程度の値に設定されることが好ましい。
【００２９】
尚、本実施例においては、１つの排出路１０５が設けられていたが、複数の排出路を設置してもよい。また、キャビティ部１１内の内圧を検知する内圧検知手段をさらに備えていてもよい。これによって、例えば、キャビティ部１１内の内圧を検知し、その検知値に基づいて、複数の排出路の開閉状態（開閉するタイミングや開度、並びに、開放する排出路の数や組み合わせなど）を調整することによって、キャビティ部１１内の内圧を制御することもできる。このようにすれば、樹脂の流動状態や、強化繊維基材の含浸状態をより均一化することができる。
【００３０】
（第３工程）
樹脂排出完了後に、排出路１０５のバルブ１０６を閉じる。次に、型閉じ装置４０に備えられた型閉じ圧調整手段によって、予め設定された一定の型閉じ圧が成形型１０に加圧されるように制御する。型閉じ装置４０は、油圧プレス、エアプレス、サーボモータ等の成形型１０に型閉じ圧を加圧する手段を備えている。型閉じ圧調整手段は、型閉じ圧を加圧する手段を調整して、上型１０１の下面側と下型１０２の上面側との距離がＸ２＋Ｘ３から、Ｘ３となるまで、型閉じ圧を保持する。型閉じ圧調整手段が、型閉じ圧を保持した状態のもとで、樹脂の硬化を行う。
【００３１】
樹脂の硬化が進行するに従って、樹脂が収縮する。本実施例では、型閉じ装置４０に備えられた型閉じ圧調整手段によって一定の型閉じ圧が成形型１０に加圧されているから、樹脂の収縮に伴い、成形型１０が次第に閉じて、図６の状態となる。図６に示す成形終了時には、上型１０１の下面側と下型１０２の上面側との距離はＸ３となる。成形型１０が図６に示す状態となって、樹脂の硬化が完了した後に、成形型１０を開いて、繊維強化樹脂製品を取り出す。
【００３２】
上記のとおり、本実施例においては、第１工程において、成形終了時よりも距離Ｘ１開いた状態の成形型のキャビティ部に樹脂を注入することによって、強化繊維基材とキャビティ部内面の隙間に樹脂を行き渡らせた後、第２工程において、成形終了時よりも距離Ｘ２開いた状態まで成形型を閉じるため、強化繊維基材に樹脂を均質に含浸させることができる。さらに、第３工程では、成形終了時よりも距離Ｘ２開いた状態まで成形型を閉じた状態でキャビティ部の樹脂排出を停止し、型締め圧を予め設定した値に保持して樹脂を硬化させながら、成形終了時の距離まで成形型を閉じるため、適切な樹脂量を確保しつつ、製品にヒケが発生するのを防止することができる。
【００３３】
また、第１工程の距離Ｘ１を適切に管理することによって、第２工程で排出させる余剰な樹脂量を適切に管理し、樹脂の圧力が高くなり過ぎないようにすることができる。また、第２工程の距離Ｘ２を適切に管理することによって、製品の樹脂量を適切に管理することができる。距離Ｘ１、Ｘ２を管理することによって、適切な樹脂量を管理できるため、樹脂注入器によって注入する樹脂量を厳密に管理する必要がなく、量産時に、製品ごとに樹脂量がばらつくことを抑制できる。
【実施例２】
【００３４】
実施例２では、図７に示す成形型５０を用いて、コア材をその内部に包含する繊維強化樹脂製品を製造する場合について説明する。図７に示す成形型５０を、成形型１０に代えて、図１に示す製造装置１に設置し、実施例１において説明した第１工程、第２工程、第３工程を行うことによって、コア材をその内部に包含する繊維強化樹脂製品を製造することができる。
【００３５】
図７に示すように、成形型５０は、下型５０２のキャビティ面５１２の突出部が、図２に示す成形型１０のキャビティ面１１２よりも低くなっている。その他の構成については、成形型１０と同様であるため、図２に示す成形型１０に備えられた１００番台の符号について、５００番台に読み替えることとし、詳細な説明を省略する。
【００３６】
実施例２においては、第１工程において、図７に示すように、下型５０２のキャビティ面５１２に、まず、樹脂拡散媒体５２１を設置し、その上に、コア材５２２をその内部に包含する強化繊維基材５２０を設置する。コア材５２２としては、例えば、硬質発泡ウレタン、発泡ポリメタクリルを用いることができる。強化繊維基材５２０としては、例えば、炭素繊維を用いることができる。
【００３７】
樹脂拡散媒体５２１は、強化繊維基材５２０と、下型５０２のキャビティ面５１２に、樹脂が流動するための空間を確保するために設置される。樹脂拡散媒体５２１としては、例えば、厚み０．８ｍｍ、開口率８０％以上のナイロンメッシュを用いることができる。
【００３８】
成形型５０を用いる場合には、第１工程において、上型５０１側に設けられた樹脂注入路５０３から樹脂を注入すると、樹脂の圧力によって、強化繊維基材５２０およびコア材５２２が、下型５０２のキャビティ面５１２に向かって押しつけられる。キャビティ面５１２と強化繊維基材５２０との間に樹脂拡散媒体５２１が無い場合には、強化繊維基材５２０およびコア材５２２が下型５０２のキャビティ面５１２に向かって押しつけられると、強化繊維基材５２０のキャビティ面５１２側の部分は、樹脂によって含浸されにくくなる。この場合、樹脂の圧力をより高くする等によって、強化繊維基材５２０のキャビティ面５１２側の部分にも樹脂を含浸させることは可能であるが、樹脂の圧力を高くすることによって、コア材５２２に樹脂が浸透してしまったり、成形型５０のシール材５５３の耐圧を超えてしまう場合がある。
【００３９】
本実施例では、キャビティ面５１２と強化繊維基材５２０との間に樹脂拡散媒体５２１が設置されている。このため、樹脂の圧力によって、強化繊維基材５２０およびコア材５２２が、下型５０２のキャビティ面５１２に向かって押しつけられても、樹脂拡散媒体５２１によって、強化繊維基材５２０とキャビティ面５１２とが離間される。樹脂拡散媒体５２１は、開口率が高い材料が用いられており、これによって樹脂が流動するための空間が確保される。樹脂は、強化繊維基材５２０とキャビティ面５１２との間に設置された樹脂拡散媒体５２１を通過して流動するため、樹脂の圧力を高くすることなく、強化繊維基材５２０のキャビティ面５１２側の部分にも樹脂を含浸させることができる。
【００４０】
上記のとおり、本実施例に係る成形型５０を用いて、実施例１において説明した第１工程、第２工程、第３工程を行うと、コア材などを用いて、成形型を閉じる方向に直交する多重壁を有する繊維強化樹脂製品を製造することができる。この場合、樹脂が流動しにくい箇所に樹脂拡散媒体を設置すれば、樹脂圧力を高くしなくても、樹脂をより均質に含浸させることができる。
【実施例３】
【００４１】
実施例３では、図８に示す成形型６０を用いて、立ち壁部分を含む繊維強化樹脂製品を製造する場合について説明する。図８に示す成形型６０を、成形型１０に代えて、図１に示す製造装置１に設置し、実施例１において説明した第１工程、第２工程、第３工程を行うことによって、立ち壁部分を含む繊維強化樹脂製品を製造することができる。
【００４２】
図８に示すように、成形型６０は、上型６０１のキャビティ面６１１、下型６０２のキャビティ面６１２の形状が、図２に示す成形型１０のキャビティ面１１１、１１２と異なっている。図８は、上型６０１の下面側と下型６０２の上面側との距離がＸ４であり、成形終了時よりもＸ１開いた状態となるまで、成形型６０を閉じた状態を示している。成形型６０のキャビティ部には、立ち壁部分６６が存在する。成形型６０のその他の構成については、成形型１０と同様であるため、図２に示す成形型１０に備えられた１００番台の符号について、６００番台に読み替えることとし、詳細な説明を省略する。
【００４３】
立ち壁部分６６は、下型６０２のキャビティ面６１２、もしくは上型６０１のキャビティ面６１１と、図８の下方に示す繊維強化樹脂製品の型抜き方向との角度θ（型抜き角）が、０≦θ≦１５°となっている部分である。立ち壁部分６６のキャビティ面６１１、６１２に垂直な方向の距離をＤ１とすると、距離Ｄ１は、上型６０１の下面側と下型６０２の上面側との距離Ｘ４に対して、Ｄ１＝Ｘ４ｓｉｎθとなる。０≦ｓｉｎθ≦ｓｉｎ１５°であり、ｓｉｎ１５°＝０．２５９であるから、Ｄ１は、Ｘ４の約１／４となる。同様に、θ＝５°の場合には、Ｄ１は、Ｘ４の約１／１０となる。型抜き角θが小さくなるほど、Ｘ４に対してＤ１が小さくなる。Ｄ１は、立ち壁部分６６の樹脂の流路の幅であるから、立ち壁部分６６においては、上型６０１の下面側と下型６０２の上面側との距離Ｘ４に対して、樹脂の流路の幅となる距離Ｄ１が著しく小さくなる。このため、立ち壁部分６６においては、他の部分と比較して、樹脂が流動しにくい。立ち壁部分６６が大きい場合や、樹脂の粘度が高い場合（樹脂の硬化過程において粘度上昇率が高い場合を含む）には、立ち壁部分６６の強化繊維基材６６２に樹脂を含浸させることが困難となる。
【００４４】
本実施例では、立ち壁部分６６に設置する強化繊維基材６６２の樹脂含浸性が、それ以外の部分（型抜き角が１５°よりも大きい部分）に設置する強化繊維基材６２０の樹脂含浸性と比べて、高くなっている。例えば、強化繊維基材の目付け量を小さくすることによって、樹脂含浸性を高くすることができる。また、同じ目付け量で比較すると、平織基材は、多軸織基材よりも樹脂含浸性が高い。
【００４５】
具体的には、例えば、強化繊維基材６２０として、炭素繊維の多軸織基材であって、Ｖｆ＝５５％のものを用いた場合には、強化繊維基材６６２としては、炭素繊維の多軸織基材であって、Ｖｆ＝４５％のものを用いればよい。あるいは、例えば、強化繊維基材６６２としては、炭素繊維の平織基材であって、Ｖｆ＝５５％のものを用いればよい。
【００４６】
上記のとおり、本実施例に係る成形型６０を用いて、実施例１において説明した第１工程、第２工程、第３工程を行うと、立ち壁部分６６を含む繊維強化樹脂製品を製造することができる。立ち壁部分６６が大きい場合や、樹脂の粘度が高い場合には、樹脂が流動しにくい立ち壁部分６６に設置する強化繊維基材６６２の樹脂含浸性が、それ以外の部分に設置する強化繊維基材６２０の樹脂含浸性と比べて高くなるように、繊維強化樹脂製品を設計すれば、立ち壁部分６６にも樹脂をより均質に含浸させることができ、強度と寸法精度に優れた製品を得ることができる。
【００４７】
尚、本実施例において説明した、「立ち壁部分を有する繊維強化樹脂製品において、立ち壁部分に設置する強化繊維基材の樹脂含浸性を、それ以外の部分に設置する強化繊維基材の樹脂含浸性と比べて高くする」ことは、実施例１の第１工程、第２工程、第３工程を備えた製造方法以外に適用しても、立ち壁部分に樹脂をより均質に含浸させ易くするという効果を得ることができる。
【実施例４】
【００４８】
実施例４では、図９に示す成形型５０を用いて、コア材をその内部に包含する繊維強化樹脂製品を製造する場合について説明する。図９に示す成形型５０を、成形型１０に代えて、図１に示す製造装置１に設置し、実施例１において説明した第１工程、第２工程、第３工程を行うことによって、コア材をその内部に包含する繊維強化樹脂製品を製造することができる。図９に示す成形型５０は、図７に示す成形型と同一であるため、重複説明を省略する。
【００４９】
本実施例においては、成形型５０に、図９に示すように、コア材７２２、７２３をその内部に包含する強化繊維基材７２０を設置する。コア材、強化繊維基材としては、例えば、実施例２において説明した材料を用いることができる。強化繊維基材７２０の上面部７２０ｕと中央部７２０ｍとの間に、コア材７２３が設置されており、強化繊維基材７２０の中央部７２０ｍと下面部７２０ｄとの間に、コア材７２２が設置されている。強化繊維基材７２０の上面部７２０ｕから中央部７２０ｍに向かって、複数のリブ７７１、７７２がコア材７２３を貫通しており、強化繊維基材７２０の中央部７２０ｍから下面部７２０ｄに向かって、複数のリブ７８１、７８２がコア材７２２を貫通している。中央部７２０ｍを介して、リブ７７１とリブ７８１は連結されており、リブ７７２とリブ７８２は連結されている。
【００５０】
本実施例では、上記の強化繊維基材７２０を用いて、実施例１において説明した第１工程、第２工程、第３工程を行うことによって、型閉じ方向に直交する多重壁面（強化繊維基材７２０の上面部７２０ｕ、中央部７２０ｍ、下面部７２０ｄ）を有しており、その多重壁面間に連結構造（リブ７７１、７７２、７８１、７８２）を備えた繊維強化樹脂製品を製造する。本実施例では、上型５０１側に設けられた樹脂注入路５０３から樹脂を注入すると、リブ７７１、７７２によって、強化繊維基材７２０の上面部７２０ｕから、中央部７２０ｍへと樹脂が流動する。同様に、リブ７８１、７８２によって、強化繊維基材７２０の中央部７２０ｍから、下面部７２０ｄへと樹脂が流動する。これによって、樹脂注入路５０３からより遠い中央部７２０ｍ、下面部７２０ｄに樹脂が供給される。
【００５１】
上記のとおり、本実施例に係る成形型５０を用いて、実施例１において説明した第１工程、第２工程、第３工程を行って、多重壁面を有する繊維強化樹脂製品を製造する場合には、互いの多重壁面を連結する連結構造（リブ７７１、７７２、７８１、７８２）によって、より樹脂が供給されやすい壁面部分（例えば上面部７２０ｕ）と、樹脂が供給されにくい壁面部分（例えば中央部７２０ｍ、下面部７２０ｄ）とが連結されるように、繊維強化樹脂製品を設計する。これによって、樹脂の流動経路が確保され、樹脂をより均質に含浸させることができ、強度と寸法精度に優れた製品を得ることができる。
【００５２】
尚、本実施例に係る多重壁面と連結構造とを備えた繊維強化樹脂は、図１０に示すように、リブ７７１〜７７３と、リブ７８１〜７８４が、中央部７２０ｍを介して連結されていなくともよい。リブ７８１〜７８４の隣接する２つのリブの間（例えば、リブ７８１とリブ７７８２との中間）に、リブ７７１〜７７３のうちの１つ（例えば、リブ７７１）が形成されていてもよい。
【００５３】
また、図９や図１０に示すリブ７７１〜７７３、リブ７８１〜７８４には、強化繊維基材や、実施例２において説明した樹脂拡散媒体等を充填してもよい。強化繊維基材７２０が、樹脂の圧力等によって押された場合に、リブが狭くなったり、閉塞したりすることを防ぐことができる。
【００５４】
尚、本実施例において説明した、「多重壁面を有する繊維強化樹脂製品において、互いの多重壁面を連結する連結構造によって、より樹脂が供給されやすい壁面部分と、樹脂が供給されにくい壁面部分とを連結する」ことは、実施例１の第１工程、第２工程、第３工程を備えた製造方法以外に適用しても、樹脂が供給されにくい壁面部分に樹脂を含浸させ易くするという効果を得ることができる。
【００５５】
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【００５６】
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００５７】
１ 製造装置
１０、５０、６０ 成形型
１１ キャビティ部
２０ 減圧装置
２１ 減圧バルブ
２２ 樹脂排出バルブ
３０ 樹脂注入装置
４０ 型閉じ装置
６６ 立ち壁部分
１０１、５０１、６０１ 上型
１０２、５０２、６０２ 下型
１０３、５０３、６０３ 樹脂注入路
１０４、５０４、６０４ バルブ
１０５、５０５、６０５ 排出路
１０６、５０６、６０６ バルブ
１０８、５０８、６０８ 樹脂溜め
１１１、５１１、６１１ 上型のキャビティ面
１１２、５１２、６１２ 下型のキャビティ面
１２０、５２０、６２０、６６２、７２０ 強化繊維基材
１３０、１３１、１３２ 樹脂
１５１、１５２、５５１、５５２、６５１、６５２ 基材保持手段
１５３、５５３、６５３ シール材
５２１ 樹脂拡散媒体
５２２、７２２、７２３ コア材
７２０ｄ 強化繊維基材の下面部
７２０ｍ 強化繊維基材の中央部
７２０ｕ 強化繊維基材の上面部
７７１、７７２、７７３、７８１、７８２、７８３、７８４ リブ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形型のキャビティ部に配置した強化繊維基材に樹脂を含浸させて成形する繊維強化樹脂の製造方法であって、
成形型のキャビティ部に強化繊維基材を設置し、成形終了時よりも距離Ｘ１開いた状態の成形型のキャビティ部に樹脂を注入する第１工程と、
第１工程の後に、キャビティ部の樹脂を排出させながら、成形終了時よりも距離Ｘ２開いた状態まで成形型を閉じる第２工程と、
第２工程の後に、キャビティ部の樹脂排出を停止し、型締め圧を予め設定した値に保持して樹脂を硬化させながら、成形終了時の距離まで成形型を閉じる第３工程とを含むことを特徴とする繊維強化樹脂の製造方法。
【請求項２】
成形型を成形終了時よりも距離Ｘ１だけ開いた状態に調整し、その後、成形型を閉じ、成形終了時よりも距離Ｘ２だけ開いた状態に調整する位置調整手段と、
成形終了時よりも距離Ｘ１だけ開いた状態の成形型のキャビティ部内に樹脂を注入する樹脂注入手段と、
成形型が距離Ｘ２まで閉じられる過程において、キャビティ部内の余剰樹脂を排出させる排出手段と、
余剰樹脂の排出が完了した後に、キャビティ部を外部と遮断する遮断手段と、
キャビティ部を外部と遮断した後に、樹脂の硬化完了まで型締め圧を予め設定した値に保持する型締め圧調整手段とを備えた繊維強化樹脂の製造装置。
【請求項３】
強化繊維基材の位置を保持するための基材保持手段をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の繊維強化樹脂の製造装置。
【請求項４】
第１工程において、成形型のキャビティ部に強化繊維基材と共に、樹脂拡散媒体を設置することを特徴とする請求項１に記載の繊維強化樹脂の製造方法。
【請求項５】
請求項１に記載の製造方法によって製造される繊維強化樹脂であって、
立ち壁部分を含んでおり、
立ち壁部分の強化繊維基材の樹脂含浸性が、それ以外の部分の強化繊維基材の樹脂含浸性よりも高くなっていることを特徴とする繊維強化樹脂。
【請求項６】
請求項１に記載の製造方法によって製造される繊維強化樹脂であって、
型閉じ方向に直交する多重壁面と、
多重壁面間に設けられた連結構造とを備えた繊維強化樹脂。
【請求項７】
連結構造には、強化繊維基材が設置されていることを特徴とする請求項６に記載の繊維強化樹脂。
【請求項８】
連結構造の強化繊維基材の樹脂含浸性は、多重壁面の強化繊維基材の樹脂含浸性よりも高くなっていることを特徴とする請求項７の繊維強化樹脂。
【請求項１】
成形型のキャビティ部に配置した強化繊維基材に樹脂を含浸させて成形する繊維強化樹脂の製造方法であって、
成形型のキャビティ部に強化繊維基材を設置し、成形終了時よりも距離Ｘ１開いた状態の成形型のキャビティ部に樹脂を注入する第１工程と、
第１工程の後に、キャビティ部の樹脂を排出させながら、成形終了時よりも距離Ｘ２開いた状態まで成形型を閉じる第２工程と、
第２工程の後に、キャビティ部の樹脂排出を停止し、型締め圧を予め設定した値に保持して樹脂を硬化させながら、成形終了時の距離まで成形型を閉じる第３工程とを含むことを特徴とする繊維強化樹脂の製造方法。
【請求項２】
成形型を成形終了時よりも距離Ｘ１だけ開いた状態に調整し、その後、成形型を閉じ、成形終了時よりも距離Ｘ２だけ開いた状態に調整する位置調整手段と、
成形終了時よりも距離Ｘ１だけ開いた状態の成形型のキャビティ部内に樹脂を注入する樹脂注入手段と、
成形型が距離Ｘ２まで閉じられる過程において、キャビティ部内の余剰樹脂を排出させる排出手段と、
余剰樹脂の排出が完了した後に、キャビティ部を外部と遮断する遮断手段と、
キャビティ部を外部と遮断した後に、樹脂の硬化完了まで型締め圧を予め設定した値に保持する型締め圧調整手段とを備えた繊維強化樹脂の製造装置。
【請求項３】
強化繊維基材の位置を保持するための基材保持手段をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の繊維強化樹脂の製造装置。
【請求項４】
第１工程において、成形型のキャビティ部に強化繊維基材と共に、樹脂拡散媒体を設置することを特徴とする請求項１に記載の繊維強化樹脂の製造方法。
【請求項５】
請求項１に記載の製造方法によって製造される繊維強化樹脂であって、
立ち壁部分を含んでおり、
立ち壁部分の強化繊維基材の樹脂含浸性が、それ以外の部分の強化繊維基材の樹脂含浸性よりも高くなっていることを特徴とする繊維強化樹脂。
【請求項６】
請求項１に記載の製造方法によって製造される繊維強化樹脂であって、
型閉じ方向に直交する多重壁面と、
多重壁面間に設けられた連結構造とを備えた繊維強化樹脂。
【請求項７】
連結構造には、強化繊維基材が設置されていることを特徴とする請求項６に記載の繊維強化樹脂。
【請求項８】
連結構造の強化繊維基材の樹脂含浸性は、多重壁面の強化繊維基材の樹脂含浸性よりも高くなっていることを特徴とする請求項７の繊維強化樹脂。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−８４７（Ｐ２０１１−８４７Ａ）
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１４７３８１（Ｐ２００９−１４７３８１）
【出願日】平成２１年６月２２日（２００９．６．２２）
【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２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月２２日（２００９．６．２２）
【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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