繊維強化複合材の製造方法、及び繊維強化複合材の製造装置
【課題】繊維基材の全体に樹脂を含浸させることができ、高い寸法精度で成形することのできる、繊維強化複合材の製造方法、及び製造装置を提供する。
【解決手段】第１面１８を有する繊維基材２を、前記第１面上が開放された状態で、第１型１０に対して固定する工程と、第２面１９を有する第２型２０を、前記第１面と前記第２面とが隙間を介して対向するように、セットする工程と、前記隙間に、樹脂を充填する工程と、前記第２面が前記第１面に近づくように、前記第２型を前記第１型に対して相対移動させ、前記繊維基材に前記樹脂を含浸させる工程とを具備する。
【解決手段】第１面１８を有する繊維基材２を、前記第１面上が開放された状態で、第１型１０に対して固定する工程と、第２面１９を有する第２型２０を、前記第１面と前記第２面とが隙間を介して対向するように、セットする工程と、前記隙間に、樹脂を充填する工程と、前記第２面が前記第１面に近づくように、前記第２型を前記第１型に対して相対移動させ、前記繊維基材に前記樹脂を含浸させる工程とを具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化複合材の製造方法、及び繊維強化複合材の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維基材と樹脂との複合材料として、繊維強化複合材が知られている。繊維強化複合材は、軽量でありながら高強度であり、例えば、自動車や航空機等の材料として用いられている。
【０００３】
繊維強化複合材の製造方法として、ＲＴＭ（Ｒｅｓｉｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｌｄｉｎｇ）成形法が知られている。図１は、ＲＴＭ法による成型方法を概略的に示す図である。ＲＴＭ法では、成形型（図１中では、雌雄一対の型）が用意される。そして、雌型と雄型との間に繊維基材が配置される。雌雄一対の型は、繊維基材の両面に密着するように配置される。雌雄一対の型には、繊維基材に樹脂を注入するための樹脂供給ラインと、繊維基材から樹脂を排出するための樹脂排出ラインとが設けられている。雌雄一対の型を型締めした後、樹脂が樹脂供給ラインを介して繊維基材に供給される。樹脂は、型締め前に供給されることもある。供給された樹脂は、繊維基材に含浸される。余剰の樹脂は、樹脂排出ラインから排出される。樹脂は、繊維基材に含浸された後、硬化される。これにより、繊維強化複合材が製造される。
【０００４】
ＲＴＭに関連する技術として、特許文献１（特開２００４−１３０５９８号公報）、及び特許文献２（特開昭５６−１３５０２５号公報）が挙げられる。
【０００５】
繊維強化複合材の別の製造方法として、ＲＦＩ（Ｒｅｓｉｎ Ｆｉｌｍ Ｉｎｆｕｓｉｏｎ）法が挙げられる。図２は、ＲＦＩ法を概略的に示す説明図である。ＲＦＩ法では、金型上に繊維基材が配置され、その繊維基材の片面上に樹脂フィルムが配置される。樹脂フィルムが配置された繊維基材は、バッグ材で覆われる。その後、バッグ内の空間を減圧し、加熱や加圧することにより、樹脂フィルムを硬化させる。これにより、繊維強化複合材が得られる。この際、樹脂フィルムは、繊維基材の板厚方向に含浸する。
【特許文献１】特開２００４−１３０５９８号公報
【特許文献２】特開昭５６−１３５０２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１に示したＲＴＭ法によれば、繊維強化複合材を、雌雄一対の型の間に形成される空間の寸法で製造することができる。従って、寸法精度良く、繊維強化複合材を得ることができる。一方で、繊維基材は、樹脂に対する流動抵抗を有している。樹脂は、樹脂供給ラインが接続された部分から樹脂排出ラインが接続された部分に向かい、含浸していく。繊維基材の流動抵抗により、繊維基材のサイズによっては、樹脂が未含浸になる部分が生じることがある。
【０００７】
ＲＴＭ法において、樹脂を繊維基材の全体に含浸させるために、図３に示されるように、樹脂供給ラインを複数設けることが考えられる。しかし、樹脂供給ラインを複数設けた場合には、成形型の構造が複雑となってしまう。成形型の構造が複雑である場合、成形終了後に成形型の清掃に要する負担が大きくなるなど、デメリットが大きくなる。また、樹脂供給ラインを複数設けた場合には、供給する樹脂の流量などの制御も複雑となり、工程管理が難しくなってしまう。
【０００８】
一方、ＲＦＩ法を用いた場合には、繊維強化複合材の全面に樹脂を配置することができる。しかし、板厚に関して高い寸法精度を得ることが困難である。
【０００９】
従って、本発明の目的は、繊維基材の全体に樹脂を含浸させることができ、高い寸法精度で成形することのできる、繊維強化複合材の製造方法、及び製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以下に、［発明を実施するための最良の形態］で使用する括弧付き符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］の記載との対応関係を明らかにするために付加されたものであるが、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１１】
本発明に係る繊維強化複合材の製造方法は、第１面（１８）を有する繊維基材（２）を、第１面（１８）上が開放された状態で、第１型（１０）に対して固定する工程（ステップＳ１０）と、第２面（１９）を有する第２型（２０）を、第１面（１８）と第２面（１９）とが隙間（１）を介して対向するように、セットする工程（ステップＳ２０）と、隙間（１）に、樹脂（６）を充填する工程（ステップＳ３０）と、第２面（１９）が第１面（１８）近づくように、第２型（２０）を第１型（１０）に対して押し込み、繊維基材（２）に樹脂（６）を含浸させる工程（ステップＳ４０）とを具備する。
【００１２】
この発明によれば、隙間（１）に充填された樹脂（６）が、第２型（２０）の第２面（１９）から押されることにより、繊維基材（２）に含浸する。樹脂（６）は、面で繊維基材（２）に含浸するので、繊維基材（２）全体に行きわたりやすい。また、成形される繊維強化複合材の形状は、第１型（１０）及び第２型（２０）に対応した形状となる。繊維強化複合材の板厚は、第１型（１０）と第２型（２０）との間の最終的な距離に一致する厚みになる。すなわち、寸法精度良く、成形を行うことができる。
【００１３】
樹脂を充填する工程（ステップＳ３０）は、隙間（１）を減圧する工程（ステップＳ３１）と、減圧する工程（ステップＳ３１）の後に、隙間（１）に樹脂（６）を供給する工程（ステップＳ３２）とを備えることが好ましい。
隙間（１）を減圧することにより、繊維基材（２）中に気泡が混在することを防止することができる。
【００１４】
第１型に対して固定する工程（ステップＳ１０）は、繊維基材（２）の端部が、両面から第１型（１０）により挟み込まれるように、第１型（１０）をセットする工程を含んでいることが好ましい。
この発明によれば、繊維基材（２）が端部で両面から固定される。繊維基材（２）が確実に固定されるので、樹脂（６）を充填する際に繊維基材（２）が動くことが防止される。これにより、成形される繊維強化複合材の寸法精度をより高めることができる。
【００１５】
上述の繊維強化複合材の製造方法は、更に、樹脂を含浸させる工程（ステップＳ４０）の後に、含浸した樹脂を硬化させる工程（ステップＳ５０）を具備することが好ましい。
【００１６】
樹脂を硬化させる工程（ステップＳ５０）は、含浸した樹脂を、加圧することにより硬化させる工程を含んでいることが好ましい。
【００１７】
その加圧することにより硬化させる工程は、樹脂アキュムレータ（７）により、含浸した樹脂（６）を加圧する工程を含んでいることが好ましい。
【００１８】
その樹脂を硬化させる工程（ステップＳ５０）は、含浸した樹脂を加温することにより硬化させる工程（ステップＳ５２）を含んでいることが好ましい。
【００１９】
繊維基材（２）が、中央領域（２−１）と、中央領域（２−１）よりも端側に設けられた端部領域（２−２）とを備えており、第１面（１８）は、中央領域（２−１）と端部領域（２−２）とのそれぞれに設けられているものとする。このとき、第２型（２０）は、中央領域（２−１）と端部領域（２−２）のそれぞれに対応して、複数個所に配置されることが好ましい。そして、樹脂を含浸させる工程（ステップＳ４０）は、中央領域（２−１）の第１面（１８）に、中央領域（２−１）に対応する第２型（２０−１）の第２面（１９）を接触させる工程と、この工程の後に、端部領域（２−２）の第１面（１８）に、端部領域（２−２）に対応する第２型（２０−２）の第２面（１９）を接触させる工程とを備えることが好ましい。
この発明によれば、樹脂を含浸させる工程（ステップＳ４０）において、樹脂（６）は、中央領域（２−１）から端部領域（２−２）に向かって含浸していく。これにより、繊維基材（２）中に含まれる気泡を確実に除去することができる。その結果、成形される繊維強化複合材に、ドライスポット（樹脂が未含浸である部分）が含まれることを、より確実に防止することができる。
またこの際、繊維基材（２）は、中央領域（２−１）と端部領域（２−２）との間で折り曲げられていてもよい。
【００２０】
本発明に係る繊維強化複合材の製造装置は、第１面（１８）を有する繊維基材（２）を、第１面（１８）上が開放された状態で固定する第１型（１０）と、第２面（１９）を有し、第２面（１９）で第１面（１８）と隙間（１）を介して対向するように配置される第２型（２０）と、第２面（１９）が第１面（１８）に接触するように、第２型（２０）を第１型（１０）に対して相対移動させる駆動機構（２３）とを具備する。この製造装置においては、隙間（１）に樹脂（６）が充填された状態で、駆動機構（２３）により第２面（１９）を第１面（１８）に接触させることにより、樹脂（６）が繊維基材（２）に含浸される。
【００２１】
上述の繊維強化複合材の製造装置は、更に、隙間（１）に樹脂（６）を充填することができるように隙間（１）に接続される、樹脂供給ライン（２１）を具備することが好ましい。
【００２２】
樹脂供給ライン（２１）は、隙間（１）内を加圧できるようにも構成されていることが好ましい。
【００２３】
上述の繊維強化複合材の製造装置において、更に、隙間（１）内を加圧できるように隙間（１）に接続される、加圧ライン（８）を具備することが好ましい。
【００２４】
加圧ライン（８）は、樹脂アキュムレータ（７）と接続可能であることが好ましい。
【００２５】
上述の繊維強化複合材の製造装置において、更に、隙間（１）を密閉する密閉部材（２２）を具備することが好ましい。
【００２６】
第１型（１０）は、繊維基材（２）の端部を両面から挟み込むように形成されていることが好ましい。
【００２７】
上述の繊維強化複合材の製造装置において、更に、隙間（１）内の樹脂を排出することができるように隙間（１）に接続される、樹脂排出ライン（３）を具備することが好ましい。
【００２８】
上述の繊維強化複合材の製造装置は、更に、第２面（１９）が予め定められた第１位置（よりも更に繊維基材（２）側に移動しないように、第２型（２０）の移動を制限する、ストッパ機構（９）を具備することが好ましい。
この発明によれば、ストッパ機構（９）により、第２型（２０）の第１型（１０）に対する最終的な相対位置を、精度良く制御することができる。これにより、成形される繊維強化複合材の寸法精度を、更に高めることができる。
【００２９】
繊維基材（２）が、中央領域（２−１）と、中央領域（２−１）よりも端側に設けられた端部領域（２−２）とを備えており、第１面（１８）は、中央領域（２−１）と端部領域（２−２）とのそれぞれに設けられているものとする。このとき、第２型（２０）は、中央領域（２−１）と端部領域（２−２）のそれぞれに対応して、複数個所に配置されていることが好ましく、駆動機構（２３）は、複数の第２型（２０）のそれぞれを独立して移動させることができるように構成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、繊維基材の全体に樹脂を含浸させることができ、高い寸法精度で成形することのできる、繊維強化複合材の製造方法、及び製造装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
（第１の実施形態）
以下に、図面を参照しつつ、本発明の第１の実施形態について説明する。図４は、本実施形態に係る繊維強化複合材の製造装置を概略的に示す模式図である。この繊維強化複合材の製造装置は、成形対象である繊維基材２に樹脂を含浸させ、含浸された樹脂を硬化する装置である。含浸された樹脂が硬化することにより、繊維強化複合材が得られる。
【００３２】
本実施形態で用いられる繊維基材２としては、ガラス繊維基材及び炭素繊維基材が挙げられる。
【００３３】
図４に示されるように、繊維強化複合材の製造装置は、第１型１０と、第２型２０と、駆動機構２３と、樹脂供給ライン２１と、樹脂排出ライン３とを備えている。
【００３４】
第１型１０及び第２型２０は、例えば鉄、アルミ、インバーなどにより形成される。
【００３５】
第１型１０は、第１部材１１と、第２部材１２と、第３部材１３とを備えている。
【００３６】
第１部材１１は、成形対象である繊維基材２を載せる面を備えている。
【００３７】
第２部材１２は、繊維基材２の側面に当接するように配置されている。第２部材１２は、繊維基材２を取り囲むように配置されている。第２部材１２により、繊維基材２の基材面方向への移動が制限される。
【００３８】
第３部材１３は、第２部材１２上に配置されている。第３部材１３の一部は、繊維基材２の上部に延びている。これにより、繊維基材２は、その端部で第１型１０に挟まれて固定されている。第３部材１３は、繊維基材２の外周部の形状に対応して、枠形状に形成されている。従って、繊維基材２の上面において、外周部以外の領域は、第３部材１３により覆われておらず、開放されている。繊維基材２の上面において開放された領域が、以下、第１面１８と定義される。
【００３９】
第２型２０は、第２面１９を有している。第２型２０は、第２面１９が繊維基材２の第１面１８と対向するように、配置される。第２型２０は、第１型１０に対して相対的に移動可能である。具体的には、第２型２０は、第２面１９と第１面１８との間の距離が可変となるように、構成されている。第２面１９が第１面１８から離れているとき、第１型１０と第２型２０との間には隙間１が形成される。この隙間１が密閉空間となるように、第２型の側部は第３部材１３と摺接する。
【００４０】
第１型１０及び第２型２０において、各部材同士が接する部分には、シール部材５が取り付けられている。隙間１には、成形時に、樹脂が充填される。シール部材５により、隙間１内に樹脂が充填された際に、樹脂が漏れることが防止される。
【００４１】
駆動機構２３は、第２型２０を移動させる装置である。駆動機構２３は、例えば、アクチュエータである。
【００４２】
樹脂供給ライン２１は、隙間１に樹脂を供給するための流路である。樹脂供給ライン２１は、隙間１が外部と連通するように、第２型２０に設けられている。樹脂供給ライン２１は、図示しない樹脂供給装置と接続可能である。また、樹脂供給ライン２１は、樹脂アクチュエータ（図４では図示されていない）と接続可能に構成されている。
【００４３】
樹脂排出ライン３は、供給された樹脂を排出するための流路である。樹脂排出ライン３は、第１型１０に設けられている。樹脂排出ライン３は、繊維基材２の側面と外部とを連通させるように設けられている。樹脂排出ライン３には、弁４を有するチューブに接続される。弁４を開閉することにより、樹脂排出ライン３における樹脂の流れを制御することができる。また、各樹脂排出ライン３は、チューブを介して、図示しない減圧装置と接続される。
【００４４】
続いて、本実施形態に係る複合材料の製造方法について説明する。図５は、この複合材料の製造方法を示すフローチャートである。
【００４５】
ステップＳ１０；繊維基材の固定
まず、第１部材１１上に繊維基材２を載せる。そして、繊維基材２が端部で両面から押さえつけられるように、第２部材１２及び第３部材１３をセットする。
【００４６】
ステップＳ２０；第２型のセット
さらに、図４で示したように、第２型２０を取り付ける。このとき、第２型２０は、第２面１９が第１面１８と隙間１を介して対向するように、取り付けられる。
【００４７】
ステップＳ３０；樹脂の充填
続いて、樹脂排出ライン３に減圧装置を接続し、減圧装置により隙間１内を減圧する（ステップＳ３１）。次に、図示しない樹脂供給装置を樹脂供給ライン２１に取り付け、図６に示されるように、樹脂供給ライン２１から隙間１内に樹脂６を供給する（ステップＳ３２）。この際、流動性を高める為、樹脂６が加温された状態で供給されてもよい。供給された樹脂６は、隙間１に充填される。また、余った樹脂は、繊維基材２に入り込み、繊維基材２の側部から樹脂排出ライン３を介して排出される。尚、隙間１及び繊維基材２内に空気が残っている場合には、気泡が混じった樹脂が樹脂排出ライン３から排出される。従って、樹脂排出ライン３を流れる樹脂に気泡が含まれているか否かを観察することにより、樹脂６が充填され終わったか否かを確認することができる。
【００４８】
ステップＳ４０；樹脂の含浸
続いて、図７に示されるように、樹脂供給ライン２１に閉塞部材２２を取り付け、樹脂供給ライン２１を閉塞する。又は、供給ライン２１のバルブを閉じる。そして、駆動機構２３により、第２型２０を第１型１０側に押し込む。第２型２０は、第２面１９が第１面１８に接触する位置にまで、押し込まれる。すなわち、第２型２０は、隙間１がなくなるまで、押し込まれる。隙間１中の樹脂６は、繊維基材２に含浸する。
【００４９】
本ステップにおいて、隙間１中の樹脂６は、面（第２面１９）で押されることにより、繊維基材２内に含浸する。また、繊維基材２に樹脂６が染み込む部分も面（第１面１８）である。従って、樹脂６は、速やかに基材全体に含浸する。
【００５０】
ステップ５０；樹脂の硬化
続いて、弁４を閉じ、閉塞部材２２を取り外す。そして、図８に示されるように、樹脂供給ライン２１に樹脂アキュムレータ７を取り付ける。そして、樹脂アキュムレータ７により、繊維基材２に含浸した樹脂６を加圧する（ステップＳ５１）。さらに、第１型１０及び第２型２０をオーブンなどの加熱装置（図示せず）内に搬送し、加熱する（ステップＳ５２）。これにより、樹脂６が硬化し、繊維強化複合材が得られる。得られた繊維強化複合材は、第１型１０と第２型２０との間に最終的に形成される空間に対応した形状となる。
【００５１】
尚、樹脂６を加圧する為に必ずしも樹脂アキュムレータ７を用いる必要はなく、他の加圧装置を使用してもよい。但し、樹脂アキュムレータ７は、圧力源から供給される圧力が少なくても、所望の圧力で樹脂６を加圧することができる点から、好ましい。
【００５２】
また、加熱の際には、樹脂６が加熱されればよく、必ずしもオーブンなどの加熱装置が用意される必要はない。例えば、第１型１０又は第２型内に加温されたオイルを流す為の流路が設けられていてもよい。この場合、加温されたオイルを流すことにより、第１型１０又は第２型２０自体が加熱され、それによって樹脂６が加熱される。
【００５３】
以上説明したように、本実施形態によれば、樹脂６が面で押され、面で繊維基材２に含浸するので、速やかに樹脂６を含浸させることができる。
【００５４】
また、流動性を高めるために樹脂６を加温して供給した場合、樹脂６を繊維基材２に含浸するのに時間がかかると、樹脂６が硬化してしまうことがある。本実施形態によれば、短時間で樹脂６を染み込ませることができるので、樹脂６が含浸する前に硬化してしまうことを防止できる。これにより、樹脂６を、確実に繊維基材２の全体に染み込ませることができる。
【００５５】
加えて、本実施形態では、得られる繊維強化複合材の形状は、第１型１０と第２型２０により決定される。また、繊維強化複合材の板厚は、第１型１０と第２型２０との間の最終的な距離によって決まる。繊維強化複合材の寸法は、第１型１０と第２型２０の形状、及び第１型１０と第２型２０との間の距離により決まるので、高い寸法精度で繊維強化複合材を成形することができる。
【００５６】
尚、本実施形態は、繊維基材２として３００ｍｍを超える辺を有する基材を用いたときに特に有効である。このような基材は、樹脂に対する流動抵抗が大きく、通常、基材面全体に樹脂を行き渡らせることが困難となる。しかしながら、本実施形態によれば、３００ｍｍを超える辺を有する基材に対しても、基材面全体に樹脂を行き渡らせることができる。
【００５７】
また、本実施形態は、繊維基材２として厚みが３ｍｍ以上である基材を用いたときに、特に有効である。このような基材は、通常、厚み方向に樹脂が含浸しにくくなる。しかしながら、本実施形態によれば、厚みが３ｍｍ以上である基材に対しても、厚み方向で満遍なく樹脂を含浸させることができる。
【００５８】
また、本実施形態は、繊維基材２として、繊維体積含有率が５０％〜６０％である基材を用いたときに特に有効である。通常、繊維体積含有率が５０％を超えると、樹脂を含浸させることが著しく困難となる。しかしながら、本実施形態によれば、繊維体積含有率が５０％を超える基材に対しても、簡単に樹脂を含浸させることができる。一方、繊維体積含有率が６０％を超えると、樹脂が含浸しにくくなる傾向にある。
【００５９】
また、本実施形態では、樹脂として、樹脂粘度が１００〜５００ｍＰａ・ｓ（１００〜５００ｃｐ）のものを用いたときに特に有効である。樹脂粘度が５００ｃｐを超えると、樹脂が含浸しにくくなる傾向にある。
【００６０】
続いて、第１の実施形態の変形例について説明する。
【００６１】
図９は、本変形例に係る繊維強化複合材の製造装置を示す概略図である。この変形例に係る繊維強化複合材の製造装置では、樹脂供給ライン２１が、第２型２０ではなく、第１型１０に設けられている。また、樹脂供給ライン２１とは別に、加圧ライン８が設けられている。また、本変形例では、樹脂供給ライン２１は、その他の点については、第１の実施形態と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００６２】
加圧ライン８は、第１部材１１に設けられている。加圧ライン８は、樹脂アキュムレータ７と接続可能に構成されている。本変形例では、ステップＳ５１にて樹脂６を加圧する際に、加圧ライン８に樹脂アキュムレータ７が接続される。
【００６３】
本変形例にて示されるように、樹脂供給時のラインと、加圧時のラインとを別々に設けることも可能である。但し、構成を単純化する観点からは、樹脂供給ライン２１と加圧ライン８とは共通であることが好ましい。
【００６４】
また、本変形例にて示されるように、樹脂供給ライン２１は、必ずしも第２型２０に設けられる必要はない。第２型２０は、駆動機構２３によって動かされる部分である。第２型２０樹脂供給ライン２１などが設けられている場合、樹脂供給用の装置などが第２型２０に対して取り付けられることになる。可動である第２型にそのような外部装置が取り付けられると、第２型２０が動きにくくなってしまうことが懸念される。樹脂注入ライン２１などが第１型１０に取り付けられることで、そのような懸念を解消することができる。
【００６５】
続いて、本実施形態の別の変形例について説明する。
【００６６】
図１０は、本変形例に係る繊維強化複合材の製造装置を示す概略図である。この変形例に係る繊維強化複合材の製造装置では、第２型２０に、ストッパ機構９が設けられている。ストッパ機構９は、第２型２０の一部から繊維基材２と平行な方向に延びている。ストッパ機構９は、第１部材１３と当接することにより、第２型２０が所定の位置（第１位置２４）よりも第１型１０側へ移動することを制限する。
【００６７】
ストッパ機構９を設けることにより、第１型１０と第２型２０との間に最終的に形成される空間の寸法を、精度良くコントロールすることができる。その結果、高い寸法精度で、繊維強化複合材を成形することができる。
【００６８】
（第２の実施形態）
続いて、第２の実施形態について説明する。
【００６９】
図１１乃至図１５は、本実施形態にかかる繊維強化複合材の製造方法を示す工程図である。尚、第１の実施形態と同様の箇所については、適宜説明を省略する。
【００７０】
図１１に示されるように、本実施形態においては、繊維基材２が折り曲げられている。折り曲げられた部分を境として、繊維基材２の中央側が中央領域２−１と記載され、繊維基材の両端側が端部領域２−２として記載される。第１面１８は、中央領域２−１と端部領域２−２とのそれぞれに設けられているものとする。
【００７１】
第１型１０は、第４部材１４と、第５部材１５と、第６部材１６とを備えている。
【００７２】
第４部材１４は、折り曲げられた繊維基材２を載せる部材であり、繊維基材２に対応した形状に形成されている。
【００７３】
第５部材１５は、繊維基材２の端面を下方から支えるように配置されている。
【００７４】
第６部材１６は、繊維基材２の端部領域２−２を、第４部材１４との間で挟むように配置されている。第６部材１６には、第２型２０を配置するための開口部分が設けられている。さらに、第６部材１６には、加圧ライン８が設けられている。
【００７５】
第２型２０は、中央領域２−１と端部領域２−２のそれぞれに対応して、複数個所に設けられている。すなわち、中央領域２−１に対応する第２型２０−１と、端部領域２−２に対応する第２型２０−２とが設けられている。第２型２０−１及び第２型２０−２は、それぞれ、第６部材１６に設けられた開口部分の壁面に沿って摺動する。また、第２型２０−１及び第２型２０−２のそれぞれには、駆動機構２３が取り付けられている。
【００７６】
各第２型（２０−１、２０−２）には、樹脂供給ライン（２１−１、２１−２）が設けられている。
【００７７】
続いて、本実施形態に係る繊維強化複合材の製造方法について説明する。
【００７８】
まず、図１１に示されるように、折り曲げられた繊維基材２を第１型１０に固定し、第２型２０−１及び第２型２０−２をセットする。このとき、既述の実施形態と同様に、第２型２０−１及び第２型２０−２のそれぞれは、隙間１−１及び隙間１−２が形成されるように、セットされる。
【００７９】
続いて、図１２に示されるように、樹脂供給ライン２１（２１−１、２１−２）を介して、隙間１（１−１、１−２）に樹脂６を供給する。
【００８０】
隙間１（１−１、１−２）に樹脂を充填した後、第２型（２０−１、２０−２）を繊維基材２側に押し込み、樹脂６を繊維基材２に含浸させる。この際、図１３に示されるように、まず、中央領域２−１に対応する第２型２０−１を押し込む。これにより、中央領域２−１に樹脂６が含浸する。その後、図１４に示されるように、端部領域２−２に対応する第２型２０−２を押し込む。これにより、端部領域２−２に樹脂６が含浸する。
【００８１】
その後は、第１の実施形態と同様に、含浸した樹脂６が樹脂アキュムレータ７により加圧硬化され、繊維強化複合材が得られる（図１５参照）。
【００８２】
樹脂６を中央領域２−１と端部領域２−２とで同時に染み込ませた場合、中央領域と端部領域２−２との間で樹脂６が未含浸である部分が生じ易くなる。特に、繊維基材２が折り曲げられている場合には、折り曲げられた部分で樹脂６が含浸しにくくなる。これに対して、本実施形態では、繊維基材２において、樹脂６は、中央領域２−１から含浸され、その後、端部領域２−２から含浸される。これにより、中央領域２−１と端部領域２−２との間で樹脂６の未含浸領域が形成されにくくなり、繊維基材２の全体に樹脂６を含浸させ易くすることができる。
【００８３】
以上、本発明について第１〜第２の実施形態を例に挙げて説明した。尚、既述の実施形態及び変形例は、矛盾の無い範囲内で組み合わせて使用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】ＲＴＭによる繊維強化複合材の製造方法を示す説明図である。
【図２】ＲＦＩによる繊維強化複合材の製造方法を示す説明図である。
【図３】ＲＴＭによる繊維強化複合材の製造方法を示す説明図である。
【図４】第１の実施形態に係る繊維強化複合材の製造装置を示す概略図である。
【図５】第１の実施形態に係る繊維強化複合材の製造方法を示すフローチャートである。
【図６】第１の実施形態に係る繊維強化複合材の製造方法を示す工程図である。
【図７】第１の実施形態に係る繊維強化複合材の製造方法を示す工程図である。
【図８】第１の実施形態に係る繊維強化複合材の製造方法を示す工程図である。
【図９】第１の実施形態の変形例に係る繊維強化複合材の製造装置を示す概略図である。
【図１０】第１の実施形態の他の変形例に係る繊維強化複合材の製造装置を示す概略図である。
【図１１】第２の実施形態に係る繊維強化複合材の製造方法を示す工程図である。
【図１２】第２の実施形態に係る繊維強化複合材の製造方法を示す工程図である。
【図１３】第２の実施形態に係る繊維強化複合材の製造方法を示す工程図である。
【図１４】第２の実施形態に係る繊維強化複合材の製造方法を示す工程図である。
【図１５】第２の実施形態に係る繊維強化複合材の製造方法を示す工程図である。
【符号の説明】
【００８５】
１ 隙間
２ 繊維基材
３ 樹脂排出ライン
４ 弁
５ シール部材
６ 樹脂
７ 樹脂アキュムレータ
８ 加圧ライン
９ ストッパ
１０ 固定型（第１型）
１１ 第１部材
１２ 第２部材
１３ 第３部材
１４ 第４部材
１５ 第５部材（肩締め部材）
１６ 第６部材
１８ 第１面
１９ 第２面
２０ 可動型（第２型）
２１ 樹脂供給ライン
２２ 閉塞部材
２３ 駆動機構
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化複合材の製造方法、及び繊維強化複合材の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維基材と樹脂との複合材料として、繊維強化複合材が知られている。繊維強化複合材は、軽量でありながら高強度であり、例えば、自動車や航空機等の材料として用いられている。
【０００３】
繊維強化複合材の製造方法として、ＲＴＭ（Ｒｅｓｉｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｌｄｉｎｇ）成形法が知られている。図１は、ＲＴＭ法による成型方法を概略的に示す図である。ＲＴＭ法では、成形型（図１中では、雌雄一対の型）が用意される。そして、雌型と雄型との間に繊維基材が配置される。雌雄一対の型は、繊維基材の両面に密着するように配置される。雌雄一対の型には、繊維基材に樹脂を注入するための樹脂供給ラインと、繊維基材から樹脂を排出するための樹脂排出ラインとが設けられている。雌雄一対の型を型締めした後、樹脂が樹脂供給ラインを介して繊維基材に供給される。樹脂は、型締め前に供給されることもある。供給された樹脂は、繊維基材に含浸される。余剰の樹脂は、樹脂排出ラインから排出される。樹脂は、繊維基材に含浸された後、硬化される。これにより、繊維強化複合材が製造される。
【０００４】
ＲＴＭに関連する技術として、特許文献１（特開２００４−１３０５９８号公報）、及び特許文献２（特開昭５６−１３５０２５号公報）が挙げられる。
【０００５】
繊維強化複合材の別の製造方法として、ＲＦＩ（Ｒｅｓｉｎ Ｆｉｌｍ Ｉｎｆｕｓｉｏｎ）法が挙げられる。図２は、ＲＦＩ法を概略的に示す説明図である。ＲＦＩ法では、金型上に繊維基材が配置され、その繊維基材の片面上に樹脂フィルムが配置される。樹脂フィルムが配置された繊維基材は、バッグ材で覆われる。その後、バッグ内の空間を減圧し、加熱や加圧することにより、樹脂フィルムを硬化させる。これにより、繊維強化複合材が得られる。この際、樹脂フィルムは、繊維基材の板厚方向に含浸する。
【特許文献１】特開２００４−１３０５９８号公報
【特許文献２】特開昭５６−１３５０２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１に示したＲＴＭ法によれば、繊維強化複合材を、雌雄一対の型の間に形成される空間の寸法で製造することができる。従って、寸法精度良く、繊維強化複合材を得ることができる。一方で、繊維基材は、樹脂に対する流動抵抗を有している。樹脂は、樹脂供給ラインが接続された部分から樹脂排出ラインが接続された部分に向かい、含浸していく。繊維基材の流動抵抗により、繊維基材のサイズによっては、樹脂が未含浸になる部分が生じることがある。
【０００７】
ＲＴＭ法において、樹脂を繊維基材の全体に含浸させるために、図３に示されるように、樹脂供給ラインを複数設けることが考えられる。しかし、樹脂供給ラインを複数設けた場合には、成形型の構造が複雑となってしまう。成形型の構造が複雑である場合、成形終了後に成形型の清掃に要する負担が大きくなるなど、デメリットが大きくなる。また、樹脂供給ラインを複数設けた場合には、供給する樹脂の流量などの制御も複雑となり、工程管理が難しくなってしまう。
【０００８】
一方、ＲＦＩ法を用いた場合には、繊維強化複合材の全面に樹脂を配置することができる。しかし、板厚に関して高い寸法精度を得ることが困難である。
【０００９】
従って、本発明の目的は、繊維基材の全体に樹脂を含浸させることができ、高い寸法精度で成形することのできる、繊維強化複合材の製造方法、及び製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以下に、［発明を実施するための最良の形態］で使用する括弧付き符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］の記載との対応関係を明らかにするために付加されたものであるが、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１１】
本発明に係る繊維強化複合材の製造方法は、第１面（１８）を有する繊維基材（２）を、第１面（１８）上が開放された状態で、第１型（１０）に対して固定する工程（ステップＳ１０）と、第２面（１９）を有する第２型（２０）を、第１面（１８）と第２面（１９）とが隙間（１）を介して対向するように、セットする工程（ステップＳ２０）と、隙間（１）に、樹脂（６）を充填する工程（ステップＳ３０）と、第２面（１９）が第１面（１８）近づくように、第２型（２０）を第１型（１０）に対して押し込み、繊維基材（２）に樹脂（６）を含浸させる工程（ステップＳ４０）とを具備する。
【００１２】
この発明によれば、隙間（１）に充填された樹脂（６）が、第２型（２０）の第２面（１９）から押されることにより、繊維基材（２）に含浸する。樹脂（６）は、面で繊維基材（２）に含浸するので、繊維基材（２）全体に行きわたりやすい。また、成形される繊維強化複合材の形状は、第１型（１０）及び第２型（２０）に対応した形状となる。繊維強化複合材の板厚は、第１型（１０）と第２型（２０）との間の最終的な距離に一致する厚みになる。すなわち、寸法精度良く、成形を行うことができる。
【００１３】
樹脂を充填する工程（ステップＳ３０）は、隙間（１）を減圧する工程（ステップＳ３１）と、減圧する工程（ステップＳ３１）の後に、隙間（１）に樹脂（６）を供給する工程（ステップＳ３２）とを備えることが好ましい。
隙間（１）を減圧することにより、繊維基材（２）中に気泡が混在することを防止することができる。
【００１４】
第１型に対して固定する工程（ステップＳ１０）は、繊維基材（２）の端部が、両面から第１型（１０）により挟み込まれるように、第１型（１０）をセットする工程を含んでいることが好ましい。
この発明によれば、繊維基材（２）が端部で両面から固定される。繊維基材（２）が確実に固定されるので、樹脂（６）を充填する際に繊維基材（２）が動くことが防止される。これにより、成形される繊維強化複合材の寸法精度をより高めることができる。
【００１５】
上述の繊維強化複合材の製造方法は、更に、樹脂を含浸させる工程（ステップＳ４０）の後に、含浸した樹脂を硬化させる工程（ステップＳ５０）を具備することが好ましい。
【００１６】
樹脂を硬化させる工程（ステップＳ５０）は、含浸した樹脂を、加圧することにより硬化させる工程を含んでいることが好ましい。
【００１７】
その加圧することにより硬化させる工程は、樹脂アキュムレータ（７）により、含浸した樹脂（６）を加圧する工程を含んでいることが好ましい。
【００１８】
その樹脂を硬化させる工程（ステップＳ５０）は、含浸した樹脂を加温することにより硬化させる工程（ステップＳ５２）を含んでいることが好ましい。
【００１９】
繊維基材（２）が、中央領域（２−１）と、中央領域（２−１）よりも端側に設けられた端部領域（２−２）とを備えており、第１面（１８）は、中央領域（２−１）と端部領域（２−２）とのそれぞれに設けられているものとする。このとき、第２型（２０）は、中央領域（２−１）と端部領域（２−２）のそれぞれに対応して、複数個所に配置されることが好ましい。そして、樹脂を含浸させる工程（ステップＳ４０）は、中央領域（２−１）の第１面（１８）に、中央領域（２−１）に対応する第２型（２０−１）の第２面（１９）を接触させる工程と、この工程の後に、端部領域（２−２）の第１面（１８）に、端部領域（２−２）に対応する第２型（２０−２）の第２面（１９）を接触させる工程とを備えることが好ましい。
この発明によれば、樹脂を含浸させる工程（ステップＳ４０）において、樹脂（６）は、中央領域（２−１）から端部領域（２−２）に向かって含浸していく。これにより、繊維基材（２）中に含まれる気泡を確実に除去することができる。その結果、成形される繊維強化複合材に、ドライスポット（樹脂が未含浸である部分）が含まれることを、より確実に防止することができる。
またこの際、繊維基材（２）は、中央領域（２−１）と端部領域（２−２）との間で折り曲げられていてもよい。
【００２０】
本発明に係る繊維強化複合材の製造装置は、第１面（１８）を有する繊維基材（２）を、第１面（１８）上が開放された状態で固定する第１型（１０）と、第２面（１９）を有し、第２面（１９）で第１面（１８）と隙間（１）を介して対向するように配置される第２型（２０）と、第２面（１９）が第１面（１８）に接触するように、第２型（２０）を第１型（１０）に対して相対移動させる駆動機構（２３）とを具備する。この製造装置においては、隙間（１）に樹脂（６）が充填された状態で、駆動機構（２３）により第２面（１９）を第１面（１８）に接触させることにより、樹脂（６）が繊維基材（２）に含浸される。
【００２１】
上述の繊維強化複合材の製造装置は、更に、隙間（１）に樹脂（６）を充填することができるように隙間（１）に接続される、樹脂供給ライン（２１）を具備することが好ましい。
【００２２】
樹脂供給ライン（２１）は、隙間（１）内を加圧できるようにも構成されていることが好ましい。
【００２３】
上述の繊維強化複合材の製造装置において、更に、隙間（１）内を加圧できるように隙間（１）に接続される、加圧ライン（８）を具備することが好ましい。
【００２４】
加圧ライン（８）は、樹脂アキュムレータ（７）と接続可能であることが好ましい。
【００２５】
上述の繊維強化複合材の製造装置において、更に、隙間（１）を密閉する密閉部材（２２）を具備することが好ましい。
【００２６】
第１型（１０）は、繊維基材（２）の端部を両面から挟み込むように形成されていることが好ましい。
【００２７】
上述の繊維強化複合材の製造装置において、更に、隙間（１）内の樹脂を排出することができるように隙間（１）に接続される、樹脂排出ライン（３）を具備することが好ましい。
【００２８】
上述の繊維強化複合材の製造装置は、更に、第２面（１９）が予め定められた第１位置（よりも更に繊維基材（２）側に移動しないように、第２型（２０）の移動を制限する、ストッパ機構（９）を具備することが好ましい。
この発明によれば、ストッパ機構（９）により、第２型（２０）の第１型（１０）に対する最終的な相対位置を、精度良く制御することができる。これにより、成形される繊維強化複合材の寸法精度を、更に高めることができる。
【００２９】
繊維基材（２）が、中央領域（２−１）と、中央領域（２−１）よりも端側に設けられた端部領域（２−２）とを備えており、第１面（１８）は、中央領域（２−１）と端部領域（２−２）とのそれぞれに設けられているものとする。このとき、第２型（２０）は、中央領域（２−１）と端部領域（２−２）のそれぞれに対応して、複数個所に配置されていることが好ましく、駆動機構（２３）は、複数の第２型（２０）のそれぞれを独立して移動させることができるように構成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、繊維基材の全体に樹脂を含浸させることができ、高い寸法精度で成形することのできる、繊維強化複合材の製造方法、及び製造装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
（第１の実施形態）
以下に、図面を参照しつつ、本発明の第１の実施形態について説明する。図４は、本実施形態に係る繊維強化複合材の製造装置を概略的に示す模式図である。この繊維強化複合材の製造装置は、成形対象である繊維基材２に樹脂を含浸させ、含浸された樹脂を硬化する装置である。含浸された樹脂が硬化することにより、繊維強化複合材が得られる。
【００３２】
本実施形態で用いられる繊維基材２としては、ガラス繊維基材及び炭素繊維基材が挙げられる。
【００３３】
図４に示されるように、繊維強化複合材の製造装置は、第１型１０と、第２型２０と、駆動機構２３と、樹脂供給ライン２１と、樹脂排出ライン３とを備えている。
【００３４】
第１型１０及び第２型２０は、例えば鉄、アルミ、インバーなどにより形成される。
【００３５】
第１型１０は、第１部材１１と、第２部材１２と、第３部材１３とを備えている。
【００３６】
第１部材１１は、成形対象である繊維基材２を載せる面を備えている。
【００３７】
第２部材１２は、繊維基材２の側面に当接するように配置されている。第２部材１２は、繊維基材２を取り囲むように配置されている。第２部材１２により、繊維基材２の基材面方向への移動が制限される。
【００３８】
第３部材１３は、第２部材１２上に配置されている。第３部材１３の一部は、繊維基材２の上部に延びている。これにより、繊維基材２は、その端部で第１型１０に挟まれて固定されている。第３部材１３は、繊維基材２の外周部の形状に対応して、枠形状に形成されている。従って、繊維基材２の上面において、外周部以外の領域は、第３部材１３により覆われておらず、開放されている。繊維基材２の上面において開放された領域が、以下、第１面１８と定義される。
【００３９】
第２型２０は、第２面１９を有している。第２型２０は、第２面１９が繊維基材２の第１面１８と対向するように、配置される。第２型２０は、第１型１０に対して相対的に移動可能である。具体的には、第２型２０は、第２面１９と第１面１８との間の距離が可変となるように、構成されている。第２面１９が第１面１８から離れているとき、第１型１０と第２型２０との間には隙間１が形成される。この隙間１が密閉空間となるように、第２型の側部は第３部材１３と摺接する。
【００４０】
第１型１０及び第２型２０において、各部材同士が接する部分には、シール部材５が取り付けられている。隙間１には、成形時に、樹脂が充填される。シール部材５により、隙間１内に樹脂が充填された際に、樹脂が漏れることが防止される。
【００４１】
駆動機構２３は、第２型２０を移動させる装置である。駆動機構２３は、例えば、アクチュエータである。
【００４２】
樹脂供給ライン２１は、隙間１に樹脂を供給するための流路である。樹脂供給ライン２１は、隙間１が外部と連通するように、第２型２０に設けられている。樹脂供給ライン２１は、図示しない樹脂供給装置と接続可能である。また、樹脂供給ライン２１は、樹脂アクチュエータ（図４では図示されていない）と接続可能に構成されている。
【００４３】
樹脂排出ライン３は、供給された樹脂を排出するための流路である。樹脂排出ライン３は、第１型１０に設けられている。樹脂排出ライン３は、繊維基材２の側面と外部とを連通させるように設けられている。樹脂排出ライン３には、弁４を有するチューブに接続される。弁４を開閉することにより、樹脂排出ライン３における樹脂の流れを制御することができる。また、各樹脂排出ライン３は、チューブを介して、図示しない減圧装置と接続される。
【００４４】
続いて、本実施形態に係る複合材料の製造方法について説明する。図５は、この複合材料の製造方法を示すフローチャートである。
【００４５】
ステップＳ１０；繊維基材の固定
まず、第１部材１１上に繊維基材２を載せる。そして、繊維基材２が端部で両面から押さえつけられるように、第２部材１２及び第３部材１３をセットする。
【００４６】
ステップＳ２０；第２型のセット
さらに、図４で示したように、第２型２０を取り付ける。このとき、第２型２０は、第２面１９が第１面１８と隙間１を介して対向するように、取り付けられる。
【００４７】
ステップＳ３０；樹脂の充填
続いて、樹脂排出ライン３に減圧装置を接続し、減圧装置により隙間１内を減圧する（ステップＳ３１）。次に、図示しない樹脂供給装置を樹脂供給ライン２１に取り付け、図６に示されるように、樹脂供給ライン２１から隙間１内に樹脂６を供給する（ステップＳ３２）。この際、流動性を高める為、樹脂６が加温された状態で供給されてもよい。供給された樹脂６は、隙間１に充填される。また、余った樹脂は、繊維基材２に入り込み、繊維基材２の側部から樹脂排出ライン３を介して排出される。尚、隙間１及び繊維基材２内に空気が残っている場合には、気泡が混じった樹脂が樹脂排出ライン３から排出される。従って、樹脂排出ライン３を流れる樹脂に気泡が含まれているか否かを観察することにより、樹脂６が充填され終わったか否かを確認することができる。
【００４８】
ステップＳ４０；樹脂の含浸
続いて、図７に示されるように、樹脂供給ライン２１に閉塞部材２２を取り付け、樹脂供給ライン２１を閉塞する。又は、供給ライン２１のバルブを閉じる。そして、駆動機構２３により、第２型２０を第１型１０側に押し込む。第２型２０は、第２面１９が第１面１８に接触する位置にまで、押し込まれる。すなわち、第２型２０は、隙間１がなくなるまで、押し込まれる。隙間１中の樹脂６は、繊維基材２に含浸する。
【００４９】
本ステップにおいて、隙間１中の樹脂６は、面（第２面１９）で押されることにより、繊維基材２内に含浸する。また、繊維基材２に樹脂６が染み込む部分も面（第１面１８）である。従って、樹脂６は、速やかに基材全体に含浸する。
【００５０】
ステップ５０；樹脂の硬化
続いて、弁４を閉じ、閉塞部材２２を取り外す。そして、図８に示されるように、樹脂供給ライン２１に樹脂アキュムレータ７を取り付ける。そして、樹脂アキュムレータ７により、繊維基材２に含浸した樹脂６を加圧する（ステップＳ５１）。さらに、第１型１０及び第２型２０をオーブンなどの加熱装置（図示せず）内に搬送し、加熱する（ステップＳ５２）。これにより、樹脂６が硬化し、繊維強化複合材が得られる。得られた繊維強化複合材は、第１型１０と第２型２０との間に最終的に形成される空間に対応した形状となる。
【００５１】
尚、樹脂６を加圧する為に必ずしも樹脂アキュムレータ７を用いる必要はなく、他の加圧装置を使用してもよい。但し、樹脂アキュムレータ７は、圧力源から供給される圧力が少なくても、所望の圧力で樹脂６を加圧することができる点から、好ましい。
【００５２】
また、加熱の際には、樹脂６が加熱されればよく、必ずしもオーブンなどの加熱装置が用意される必要はない。例えば、第１型１０又は第２型内に加温されたオイルを流す為の流路が設けられていてもよい。この場合、加温されたオイルを流すことにより、第１型１０又は第２型２０自体が加熱され、それによって樹脂６が加熱される。
【００５３】
以上説明したように、本実施形態によれば、樹脂６が面で押され、面で繊維基材２に含浸するので、速やかに樹脂６を含浸させることができる。
【００５４】
また、流動性を高めるために樹脂６を加温して供給した場合、樹脂６を繊維基材２に含浸するのに時間がかかると、樹脂６が硬化してしまうことがある。本実施形態によれば、短時間で樹脂６を染み込ませることができるので、樹脂６が含浸する前に硬化してしまうことを防止できる。これにより、樹脂６を、確実に繊維基材２の全体に染み込ませることができる。
【００５５】
加えて、本実施形態では、得られる繊維強化複合材の形状は、第１型１０と第２型２０により決定される。また、繊維強化複合材の板厚は、第１型１０と第２型２０との間の最終的な距離によって決まる。繊維強化複合材の寸法は、第１型１０と第２型２０の形状、及び第１型１０と第２型２０との間の距離により決まるので、高い寸法精度で繊維強化複合材を成形することができる。
【００５６】
尚、本実施形態は、繊維基材２として３００ｍｍを超える辺を有する基材を用いたときに特に有効である。このような基材は、樹脂に対する流動抵抗が大きく、通常、基材面全体に樹脂を行き渡らせることが困難となる。しかしながら、本実施形態によれば、３００ｍｍを超える辺を有する基材に対しても、基材面全体に樹脂を行き渡らせることができる。
【００５７】
また、本実施形態は、繊維基材２として厚みが３ｍｍ以上である基材を用いたときに、特に有効である。このような基材は、通常、厚み方向に樹脂が含浸しにくくなる。しかしながら、本実施形態によれば、厚みが３ｍｍ以上である基材に対しても、厚み方向で満遍なく樹脂を含浸させることができる。
【００５８】
また、本実施形態は、繊維基材２として、繊維体積含有率が５０％〜６０％である基材を用いたときに特に有効である。通常、繊維体積含有率が５０％を超えると、樹脂を含浸させることが著しく困難となる。しかしながら、本実施形態によれば、繊維体積含有率が５０％を超える基材に対しても、簡単に樹脂を含浸させることができる。一方、繊維体積含有率が６０％を超えると、樹脂が含浸しにくくなる傾向にある。
【００５９】
また、本実施形態では、樹脂として、樹脂粘度が１００〜５００ｍＰａ・ｓ（１００〜５００ｃｐ）のものを用いたときに特に有効である。樹脂粘度が５００ｃｐを超えると、樹脂が含浸しにくくなる傾向にある。
【００６０】
続いて、第１の実施形態の変形例について説明する。
【００６１】
図９は、本変形例に係る繊維強化複合材の製造装置を示す概略図である。この変形例に係る繊維強化複合材の製造装置では、樹脂供給ライン２１が、第２型２０ではなく、第１型１０に設けられている。また、樹脂供給ライン２１とは別に、加圧ライン８が設けられている。また、本変形例では、樹脂供給ライン２１は、その他の点については、第１の実施形態と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００６２】
加圧ライン８は、第１部材１１に設けられている。加圧ライン８は、樹脂アキュムレータ７と接続可能に構成されている。本変形例では、ステップＳ５１にて樹脂６を加圧する際に、加圧ライン８に樹脂アキュムレータ７が接続される。
【００６３】
本変形例にて示されるように、樹脂供給時のラインと、加圧時のラインとを別々に設けることも可能である。但し、構成を単純化する観点からは、樹脂供給ライン２１と加圧ライン８とは共通であることが好ましい。
【００６４】
また、本変形例にて示されるように、樹脂供給ライン２１は、必ずしも第２型２０に設けられる必要はない。第２型２０は、駆動機構２３によって動かされる部分である。第２型２０樹脂供給ライン２１などが設けられている場合、樹脂供給用の装置などが第２型２０に対して取り付けられることになる。可動である第２型にそのような外部装置が取り付けられると、第２型２０が動きにくくなってしまうことが懸念される。樹脂注入ライン２１などが第１型１０に取り付けられることで、そのような懸念を解消することができる。
【００６５】
続いて、本実施形態の別の変形例について説明する。
【００６６】
図１０は、本変形例に係る繊維強化複合材の製造装置を示す概略図である。この変形例に係る繊維強化複合材の製造装置では、第２型２０に、ストッパ機構９が設けられている。ストッパ機構９は、第２型２０の一部から繊維基材２と平行な方向に延びている。ストッパ機構９は、第１部材１３と当接することにより、第２型２０が所定の位置（第１位置２４）よりも第１型１０側へ移動することを制限する。
【００６７】
ストッパ機構９を設けることにより、第１型１０と第２型２０との間に最終的に形成される空間の寸法を、精度良くコントロールすることができる。その結果、高い寸法精度で、繊維強化複合材を成形することができる。
【００６８】
（第２の実施形態）
続いて、第２の実施形態について説明する。
【００６９】
図１１乃至図１５は、本実施形態にかかる繊維強化複合材の製造方法を示す工程図である。尚、第１の実施形態と同様の箇所については、適宜説明を省略する。
【００７０】
図１１に示されるように、本実施形態においては、繊維基材２が折り曲げられている。折り曲げられた部分を境として、繊維基材２の中央側が中央領域２−１と記載され、繊維基材の両端側が端部領域２−２として記載される。第１面１８は、中央領域２−１と端部領域２−２とのそれぞれに設けられているものとする。
【００７１】
第１型１０は、第４部材１４と、第５部材１５と、第６部材１６とを備えている。
【００７２】
第４部材１４は、折り曲げられた繊維基材２を載せる部材であり、繊維基材２に対応した形状に形成されている。
【００７３】
第５部材１５は、繊維基材２の端面を下方から支えるように配置されている。
【００７４】
第６部材１６は、繊維基材２の端部領域２−２を、第４部材１４との間で挟むように配置されている。第６部材１６には、第２型２０を配置するための開口部分が設けられている。さらに、第６部材１６には、加圧ライン８が設けられている。
【００７５】
第２型２０は、中央領域２−１と端部領域２−２のそれぞれに対応して、複数個所に設けられている。すなわち、中央領域２−１に対応する第２型２０−１と、端部領域２−２に対応する第２型２０−２とが設けられている。第２型２０−１及び第２型２０−２は、それぞれ、第６部材１６に設けられた開口部分の壁面に沿って摺動する。また、第２型２０−１及び第２型２０−２のそれぞれには、駆動機構２３が取り付けられている。
【００７６】
各第２型（２０−１、２０−２）には、樹脂供給ライン（２１−１、２１−２）が設けられている。
【００７７】
続いて、本実施形態に係る繊維強化複合材の製造方法について説明する。
【００７８】
まず、図１１に示されるように、折り曲げられた繊維基材２を第１型１０に固定し、第２型２０−１及び第２型２０−２をセットする。このとき、既述の実施形態と同様に、第２型２０−１及び第２型２０−２のそれぞれは、隙間１−１及び隙間１−２が形成されるように、セットされる。
【００７９】
続いて、図１２に示されるように、樹脂供給ライン２１（２１−１、２１−２）を介して、隙間１（１−１、１−２）に樹脂６を供給する。
【００８０】
隙間１（１−１、１−２）に樹脂を充填した後、第２型（２０−１、２０−２）を繊維基材２側に押し込み、樹脂６を繊維基材２に含浸させる。この際、図１３に示されるように、まず、中央領域２−１に対応する第２型２０−１を押し込む。これにより、中央領域２−１に樹脂６が含浸する。その後、図１４に示されるように、端部領域２−２に対応する第２型２０−２を押し込む。これにより、端部領域２−２に樹脂６が含浸する。
【００８１】
その後は、第１の実施形態と同様に、含浸した樹脂６が樹脂アキュムレータ７により加圧硬化され、繊維強化複合材が得られる（図１５参照）。
【００８２】
樹脂６を中央領域２−１と端部領域２−２とで同時に染み込ませた場合、中央領域と端部領域２−２との間で樹脂６が未含浸である部分が生じ易くなる。特に、繊維基材２が折り曲げられている場合には、折り曲げられた部分で樹脂６が含浸しにくくなる。これに対して、本実施形態では、繊維基材２において、樹脂６は、中央領域２−１から含浸され、その後、端部領域２−２から含浸される。これにより、中央領域２−１と端部領域２−２との間で樹脂６の未含浸領域が形成されにくくなり、繊維基材２の全体に樹脂６を含浸させ易くすることができる。
【００８３】
以上、本発明について第１〜第２の実施形態を例に挙げて説明した。尚、既述の実施形態及び変形例は、矛盾の無い範囲内で組み合わせて使用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】ＲＴＭによる繊維強化複合材の製造方法を示す説明図である。
【図２】ＲＦＩによる繊維強化複合材の製造方法を示す説明図である。
【図３】ＲＴＭによる繊維強化複合材の製造方法を示す説明図である。
【図４】第１の実施形態に係る繊維強化複合材の製造装置を示す概略図である。
【図５】第１の実施形態に係る繊維強化複合材の製造方法を示すフローチャートである。
【図６】第１の実施形態に係る繊維強化複合材の製造方法を示す工程図である。
【図７】第１の実施形態に係る繊維強化複合材の製造方法を示す工程図である。
【図８】第１の実施形態に係る繊維強化複合材の製造方法を示す工程図である。
【図９】第１の実施形態の変形例に係る繊維強化複合材の製造装置を示す概略図である。
【図１０】第１の実施形態の他の変形例に係る繊維強化複合材の製造装置を示す概略図である。
【図１１】第２の実施形態に係る繊維強化複合材の製造方法を示す工程図である。
【図１２】第２の実施形態に係る繊維強化複合材の製造方法を示す工程図である。
【図１３】第２の実施形態に係る繊維強化複合材の製造方法を示す工程図である。
【図１４】第２の実施形態に係る繊維強化複合材の製造方法を示す工程図である。
【図１５】第２の実施形態に係る繊維強化複合材の製造方法を示す工程図である。
【符号の説明】
【００８５】
１ 隙間
２ 繊維基材
３ 樹脂排出ライン
４ 弁
５ シール部材
６ 樹脂
７ 樹脂アキュムレータ
８ 加圧ライン
９ ストッパ
１０ 固定型（第１型）
１１ 第１部材
１２ 第２部材
１３ 第３部材
１４ 第４部材
１５ 第５部材（肩締め部材）
１６ 第６部材
１８ 第１面
１９ 第２面
２０ 可動型（第２型）
２１ 樹脂供給ライン
２２ 閉塞部材
２３ 駆動機構
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面を有する繊維基材を、前記第１面上が開放された状態で、第１型に対して固定する工程と、
第２面を有する第２型を、前記第１面と前記第２面とが隙間を介して対向するように、セットする工程と、
前記隙間に、樹脂を充填する工程と、
前記第２面が前記第１面に近づくように、前記第２型を前記第１型に対して押し込み、前記繊維基材に前記樹脂を含浸させる工程と、
を具備する
繊維強化複合材の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載された繊維強化複合材の製造方法であって、
前記樹脂を充填する工程は、
前記隙間を減圧する工程と、
前記減圧する工程の後に、前記隙間に前記樹脂を供給する工程とを備える
繊維強化複合材の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載された繊維強化複合材の製造方法であって、
前記第１型に対して固定する工程は、
前記繊維基材の端部が、両面から前記第１型により挟み込まれるように、前記第１型をセットする工程を含んでいる
繊維強化複合材の製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載された繊維強化複合材の製造方法であって、
更に、
前記樹脂を含浸させる工程の後に、含浸した樹脂を硬化させる工程
を具備する
繊維強化複合材の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載された繊維強化複合材の製造方法であって、
前記樹脂を硬化させる工程は、前記含浸した樹脂を、加圧することにより硬化させる工程を含んでいる
繊維強化複合材の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載された繊維強化複合材の製造方法であって、
前記加圧することにより硬化させる工程は、樹脂アキュムレータにより、前記含浸した樹脂を加圧する工程を含んでいる
繊維強化複合材の製造方法。
【請求項７】
請求項４乃至６のいずれかに記載された繊維強化複合材の製造方法であって、
前記樹脂を硬化させる工程は、前記含浸した樹脂を加温することにより硬化させる工程を含んでいる
繊維強化複合材の製造方法。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載された繊維強化複合材の製造方法であって、
前記繊維基材は、中央領域と、前記中央領域よりも端側に設けられた端部領域とを備えており、
前記第１面は、前記中央領域と前記端部領域とのそれぞれに設けられ、
前記第２型は、前記中央領域と前記端部領域のそれぞれに対向するように、複数個所に配置され、
前記樹脂を含浸させる工程は、
前記中央領域に対向する前記第２型を押し込む工程と、
前記中央領域に対応する前記第２型を押し込む工程の後に、前記端部領域に対向する前記第２型を押し込む工程とを備える
繊維強化複合材の製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載された繊維強化複合材の製造方法であって、
前記繊維基材は、前記中央領域と前記端部領域との間で折り曲げられている
繊維強化複合材の製造方法。
【請求項１０】
第１面を有する繊維基材を、前記第１面上が開放された状態で固定する第１型と、
第２面を有し、前記第２面で前記第１面と隙間を介して対向するように配置される第２型と、
前記第２面が前記第１面に近づくように、前記第２型を前記第１型に対して押し込む駆動機構と、
を具備し、
前記隙間に樹脂が充填された状態で、前記駆動機構により前記第２型を前記第１型に押し込むことにより、前記樹脂が前記繊維基材に含浸される
繊維強化複合材の製造装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載された繊維強化複合材の製造装置であって、
更に、
前記隙間に前記樹脂を充填することができるように前記隙間に接続される、樹脂供給ライン
を具備する
繊維強化複合材の製造装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載された繊維強化複合材の製造装置であって、
前記樹脂供給ラインは、前記隙間内を加圧できるようにも構成されている
繊維強化複合材の製造装置。
【請求項１３】
請求項１０又は１１に記載された繊維強化複合材の製造装置であって、
更に、
前記隙間内を加圧できるように前記隙間に接続される、加圧ライン
を具備する
繊維強化複合材の製造装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載された繊維強化複合材の製造装置であって、
前記加圧ラインは、樹脂アキュムレータと接続可能である
繊維強化複合材の製造装置。
【請求項１５】
請求項１０乃至１４のいずれかに記載された繊維強化複合材の製造装置であって、
前記第１型は、前記繊維基材の端部を両面から挟み込むように形成されている
繊維強化複合材の製造装置。
【請求項１６】
請求項１０乃至１５のいずれかに記載された繊維強化複合材の製造装置であって、
更に、
前記隙間内の樹脂を排出することができるように前記隙間に接続される、樹脂排出ライン
を具備する
繊維強化複合材の製造装置。
【請求項１７】
請求項１０乃至１６のいずれかに記載された繊維強化複合材の製造装置であって、
更に、
前記第２面が予め定められた位置よりも更に前記繊維基材側に移動しないように、前記第２型の移動を制限する、ストッパ機構
を具備する
繊維強化複合材の製造装置。
【請求項１８】
請求項１０乃至１７のいずれかに記載された繊維強化複合材の製造装置であって、
前記繊維基材は、中央領域と、前記中央領域よりも端側に設けられた端部領域とを備えており、
前記第１面は、前記中央領域と前記端部領域とのそれぞれに設けられ、
前記第２型は、前記中央領域と前記端部領域のそれぞれに対応して、複数個所に配置され、
前記駆動機構は、前記複数の第２型のそれぞれを独立して移動させることができるように構成されている
繊維強化複合材の製造装置。
【請求項１】
第１面を有する繊維基材を、前記第１面上が開放された状態で、第１型に対して固定する工程と、
第２面を有する第２型を、前記第１面と前記第２面とが隙間を介して対向するように、セットする工程と、
前記隙間に、樹脂を充填する工程と、
前記第２面が前記第１面に近づくように、前記第２型を前記第１型に対して押し込み、前記繊維基材に前記樹脂を含浸させる工程と、
を具備する
繊維強化複合材の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載された繊維強化複合材の製造方法であって、
前記樹脂を充填する工程は、
前記隙間を減圧する工程と、
前記減圧する工程の後に、前記隙間に前記樹脂を供給する工程とを備える
繊維強化複合材の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載された繊維強化複合材の製造方法であって、
前記第１型に対して固定する工程は、
前記繊維基材の端部が、両面から前記第１型により挟み込まれるように、前記第１型をセットする工程を含んでいる
繊維強化複合材の製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載された繊維強化複合材の製造方法であって、
更に、
前記樹脂を含浸させる工程の後に、含浸した樹脂を硬化させる工程
を具備する
繊維強化複合材の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載された繊維強化複合材の製造方法であって、
前記樹脂を硬化させる工程は、前記含浸した樹脂を、加圧することにより硬化させる工程を含んでいる
繊維強化複合材の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載された繊維強化複合材の製造方法であって、
前記加圧することにより硬化させる工程は、樹脂アキュムレータにより、前記含浸した樹脂を加圧する工程を含んでいる
繊維強化複合材の製造方法。
【請求項７】
請求項４乃至６のいずれかに記載された繊維強化複合材の製造方法であって、
前記樹脂を硬化させる工程は、前記含浸した樹脂を加温することにより硬化させる工程を含んでいる
繊維強化複合材の製造方法。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載された繊維強化複合材の製造方法であって、
前記繊維基材は、中央領域と、前記中央領域よりも端側に設けられた端部領域とを備えており、
前記第１面は、前記中央領域と前記端部領域とのそれぞれに設けられ、
前記第２型は、前記中央領域と前記端部領域のそれぞれに対向するように、複数個所に配置され、
前記樹脂を含浸させる工程は、
前記中央領域に対向する前記第２型を押し込む工程と、
前記中央領域に対応する前記第２型を押し込む工程の後に、前記端部領域に対向する前記第２型を押し込む工程とを備える
繊維強化複合材の製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載された繊維強化複合材の製造方法であって、
前記繊維基材は、前記中央領域と前記端部領域との間で折り曲げられている
繊維強化複合材の製造方法。
【請求項１０】
第１面を有する繊維基材を、前記第１面上が開放された状態で固定する第１型と、
第２面を有し、前記第２面で前記第１面と隙間を介して対向するように配置される第２型と、
前記第２面が前記第１面に近づくように、前記第２型を前記第１型に対して押し込む駆動機構と、
を具備し、
前記隙間に樹脂が充填された状態で、前記駆動機構により前記第２型を前記第１型に押し込むことにより、前記樹脂が前記繊維基材に含浸される
繊維強化複合材の製造装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載された繊維強化複合材の製造装置であって、
更に、
前記隙間に前記樹脂を充填することができるように前記隙間に接続される、樹脂供給ライン
を具備する
繊維強化複合材の製造装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載された繊維強化複合材の製造装置であって、
前記樹脂供給ラインは、前記隙間内を加圧できるようにも構成されている
繊維強化複合材の製造装置。
【請求項１３】
請求項１０又は１１に記載された繊維強化複合材の製造装置であって、
更に、
前記隙間内を加圧できるように前記隙間に接続される、加圧ライン
を具備する
繊維強化複合材の製造装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載された繊維強化複合材の製造装置であって、
前記加圧ラインは、樹脂アキュムレータと接続可能である
繊維強化複合材の製造装置。
【請求項１５】
請求項１０乃至１４のいずれかに記載された繊維強化複合材の製造装置であって、
前記第１型は、前記繊維基材の端部を両面から挟み込むように形成されている
繊維強化複合材の製造装置。
【請求項１６】
請求項１０乃至１５のいずれかに記載された繊維強化複合材の製造装置であって、
更に、
前記隙間内の樹脂を排出することができるように前記隙間に接続される、樹脂排出ライン
を具備する
繊維強化複合材の製造装置。
【請求項１７】
請求項１０乃至１６のいずれかに記載された繊維強化複合材の製造装置であって、
更に、
前記第２面が予め定められた位置よりも更に前記繊維基材側に移動しないように、前記第２型の移動を制限する、ストッパ機構
を具備する
繊維強化複合材の製造装置。
【請求項１８】
請求項１０乃至１７のいずれかに記載された繊維強化複合材の製造装置であって、
前記繊維基材は、中央領域と、前記中央領域よりも端側に設けられた端部領域とを備えており、
前記第１面は、前記中央領域と前記端部領域とのそれぞれに設けられ、
前記第２型は、前記中央領域と前記端部領域のそれぞれに対応して、複数個所に配置され、
前記駆動機構は、前記複数の第２型のそれぞれを独立して移動させることができるように構成されている
繊維強化複合材の製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１０−１２０２７１（Ｐ２０１０−１２０２７１Ａ）
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２９６１２７（Ｐ２００８−２９６１２７）
【出願日】平成２０年１１月１９日（２００８．１１．１９）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月１９日（２００８．１１．１９）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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