(57)【要約】【課題】繊維基材とインサート部材との間に樹脂が流れ込みやすい繊維強化樹脂成形体の製造方法及び成形用金型とすること。【解決手段】インサート部材４０を挿入可能な凹部１１ａ、及び凹部１１ａにインサート部材４０を保持可能な保持機構２０を備える第１金型１０と、インサート部材４０に対向するように繊維基材５０を配置可能な第２金型３０と、インサート部材４０と、繊維基材５０と、を備えた成形用金型１を用いて、繊維強化樹脂成形体を製造する。成形用金型１は、繊維基材５０とインサート部材４０とに隙間Ｌを設けて型締めをすることが可能なものである。この隙間Ｌが樹脂Ｒの流路となり、インサート部材４０と繊維基材５０との間に樹脂Ｒが流れ込みやすくなる。【選択図】図２
2020142457.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インサート部材（４０）を挿入可能な凹部（１１ａ）、及び前記凹部（１１ａ）に前記インサート部材（４０）を保持可能な保持機構（２０）を備える第１金型（１０）と、前記インサート部材（４０）に対向するように繊維基材（５０）を配置可能な第２金型（３０）と、前記インサート部材（４０）と、前記繊維基材（５０）と、を用い、
前記インサート部材（４０）を前記凹部（１１ａ）に挿入し、かつ前記保持機構（２０）によって保持するステップと、
前記凹部（１１ａ）に対向するように前記繊維基材（５０）を前記第２金型（３０）に配置するステップと、
前記繊維基材（５０）と前記インサート部材（４０）とに隙間（Ｌ）が生じるように、前記第１金型（１０）と前記第２金型（３０）とを型締めするステップと、
型締めした前記第１金型（１０）と前記第２金型（３０）との間に樹脂（Ｒ）を充填するステップと、を備える繊維強化樹脂成形体の製造方法。
【請求項２】
前記インサート部材（４０）の前記繊維基材（５０）との対向面（４０ｃ）と前記繊維基材（５０）とを前記樹脂（Ｒ）を介して接着する請求項１に記載の繊維強化樹脂成形体の製造方法。
【請求項３】
インサート部材（４０）を挿入可能な凹部（１１ａ）を備える第１金型（１０）と、
前記凹部（１１ａ）内に前記インサート部材（４０）を保持可能な保持機構（２０）と、
前記インサート部材（４０）に対向するように繊維基材（５０）を配置可能な第２金型（３０）と、
を備え、
前記インサート部材（４０）と前記繊維基材（５０）とに隙間（Ｌ）が生じるように、前記第１金型（１０）と前記第２金型（３０）とを型締め可能な成形用金型。
【請求項４】
前記保持機構（２０）は、前記インサート部材（４０）を前記凹部（１１ａ）内に吸引可能な磁力を備えた磁性体である請求項３に記載の成形用金型。
【請求項５】
前記第１金型（１０）は、前記凹部（１１ａ）が設けられた入れ子（１４）と、前記入れ子（１４）を収容可能な収容溝（１３）と、を備える請求項３又は４に記載の成形用金型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、繊維強化樹脂成形体の製造方法及びその製造方法に用いる成形用金型に関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維強化樹脂成形体は、他の一般的な樹脂成形体に比べ高強度であり、かつ一般的な金属材料に比べ軽量、高剛性であることから、自動車や、航空機等の様々な用途で用いられている。そのような用途の中には、繊維強化樹脂と金属部材等（以下「インサート部材」と称する。）が一体となった繊維強化樹脂成形体の供給を要請されることがある。
【０００３】
繊維強化樹脂成形体の製造方法の一例として、特許文献１、２には、インサート部材と繊維基材が配置された金型内に樹脂を充填して製造する方法が開示されている。
【０００４】
特許文献１では、まず、凹部を備えるインサート部材と、そのインサート部材を挟み込むように積層された多層の繊維基材と、繊維基材を貫通してインサート部材の凹部に挿入可能な位置決め部材を準備する。位置決め部材は、インサート部材の凹部に挿入される挿入部と、挿入部から突出する突出部からなる。また、その突出部を挿入可能な凹部を備える第１金型と、第１金型に対向する第２金型とを準備する。次に、位置決め部材の挿入部をインサート部材の凹部に挿入する。そして、インサート部材から突出する位置決め部材の突出部が、第１金型の凹部に対向するように、繊維基材を第２金型に配置する。次に、位置決め部材の突出部が第１金型の凹部に挿入されるように、第１金型と第２金型とを接近させて型締めする。次に、第１金型と第２金型との間に樹脂材料を注入する。金型内に注入された樹脂は、繊維基材内部に浸透しながら充填される。このようにして、繊維強化樹脂成形体が成形される。位置決め部材は、金型開放後にインサート部材から取り出される。
【０００５】
また、特許文献２には、樹脂成形体を形成するための上下金型のうち、上側の金型に対してインサート部材を永久磁石で保持し、インサート部材の下面に設けた突起を、下側の金型に配置した長繊維マット材（繊維基材）に貫通させて、インサート部材と長繊維マット材とを一体化した後、上下金型内に樹脂を注入する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−１４３６０９号公報
【特許文献２】特開平４−１０７１１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献１の製造方法では、繊維基材にインサート部材が挟まれている。そのため、型締めを行うと、繊維基材とインサート部材とが密接するように第１金型と第２金型に押圧される。そのため、繊維基材とインサート部材との間に隙間が無くなり、樹脂が流れ込み難いものとなっている。繊維基材とインサート部材との間に十分に樹脂が行き渡らないと、繊維基材とインサート部材との接合強度が低下する虞もある。これは、インサート部材と長繊維マット材とを一体化した後に上下金型内に樹脂を注入する特許文献２の製造方法においても同様である。
【０００８】
そこで、本願発明の解決すべき課題は、繊維強化樹脂成形体の製造方法及び成形用金型を、インサート部材と繊維基材との間に樹脂が流れ込みやすいものとすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明の繊維強化樹脂成形体の製造方法は、インサート部材を挿入可能な凹部、及び前記凹部に前記インサート部材を保持可能な保持機構を備える第１金型と、前記インサート部材に対向するように繊維基材を配置可能な第２金型と、前記インサート部材と、前記繊維基材と、を用い、前記インサート部材を前記凹部に挿入し、かつ前記保持機構によって保持するステップと、前記凹部に対向するように前記繊維基材を前記第２金型に配置するステップと、前記繊維基材と前記インサート部材とに隙間が生じるように、前記第１金型と前記第２金型とを型締めするステップと、型締めした前記第１金型と前記第２金型との間に樹脂を充填するステップと、を備える構成を採用した。
【００１０】
このようにすると、繊維基材とインサート部材とに隙間が生じるように第１金型と第２金型とを型締めすることができる。金型内に充填された樹脂はこの隙間を通過することができるため、繊維基材とインサート部材との間に樹脂が流れ込みやすくなる。
【００１１】
このとき、発明にかかる繊維強化樹脂成形体の製造方法は、前記インサート部材の前記繊維基材との対向面と前記繊維基材とを前記樹脂を介して接着する構成を採用することができる。
【００１２】
このようにすることで、インサート部材の繊維基材との対向面が、繊維基材とインサート部材との隙間に流れ込む樹脂を介して繊維基材に接着される態様の繊維強化樹脂成形体の製造が可能になる。
【００１３】
また、インサート部材を挿入可能な凹部を備える第１金型と、前記凹部内に前記インサート部材を保持可能な保持機構と、前記インサート部材に対向するように繊維基材を配置可能な第２金型と、を備え、前記インサート部材と前記繊維基材とに隙間が生じるように、前記第１金型と前記第２金型とを型締め可能な構成を採用することができる。
【００１４】
この成形用金型の第１金型の凹部は、第２金型に対向する。そのため、凹部内のインサート部材に対向するよう第２金型上に繊維基材を配置することができる。従って、繊維基材とインサート部材とに隙間を形成するように第１金型と第２金型とを型締めすることが可能なものとなる。
【００１５】
このとき、前記保持機構は、前記インサート部材を前記凹部内に吸引可能な磁力を備えた磁性体である構成を採用することができる。
【００１６】
このようにすると、インサート部材が磁性体であれば、磁力によって凹部内に吸引することが可能になる。
【００１７】
また、前記第１金型は、前記凹部が設けられた入れ子と、前記入れ子を収容可能な収容溝と、を備える構成を採用することができる。
【００１８】
このようにすると、数種のインサート部材ごとの形状に合わせた複数の入れ子を用意しておき、入れ子を取り換えて、多様な繊維強化樹脂成形体を製造することが可能になる。入れ子を取り換えるだけで、第１金型の態様に変更を加えることなく様々なインサート部材に変更可能であるため、第１金型の製造コストの増大を防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１９】
繊維基材とインサート部材とに隙間が生じるように型締めするステップを備えることで、繊維基材とインサート部材との間に樹脂が流れ込みやすい繊維強化樹脂成形体の製造方法及び成形用金型とすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】（ａ）はこの発明の第１実施形態に係る成形用金型の断面図、（ｂ）は（ａ）にインサート部材と繊維基材を配置した断面図
【図２】（ａ）は型締め後の成形用金型の断面図、（ｂ）は樹脂を充填した成形用金型の断面図、（ｃ）は（ｂ）の状態から第１金型と第２金型とを開放した成形用金型の断面図
【図３】第２実施形態に係る成形用金型の断面図
【図４】第３実施形態に係る成形用金型の断面図
【図５】第４実施形態に係る成形用金型の断面図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照しつつ、この発明の第１実施形態について説明する。
【００２２】
図１には、インサート部材４０とともに内部に配置された繊維基材５０へ樹脂Ｒを充填して繊維強化樹脂成形体を製造するための成形用金型１を示している。成形用金型１は、金属製のインサート部材４０を挿入可能な凹部１１ａを備える第１金型１０と、インサート部材４０を凹部１１ａに保持することができる保持機構２０と、第１金型１０に上下方向に対向する第２金型３０とを備える。第１金型１０は、第２金型３０との対向面１１を備える。第２金型３０は、対向面１１に対向する対向面３１を備える。
【００２３】
インサート部材４０は磁性体からなる金属製の部材である。インサート部材４０は、第１金型１０との対向面４０ａ、側面４０ｂ、及び第２金型３０との対向面４０ｃを備えている。なお、インサート部材４０は直方体状である態様が示されているが、これに限られず様々な形状とすることができる。繊維基材５０は、繊維強化樹脂の芯材に用いられる一般的な繊維材であり、例えば、ガラス繊維や炭素繊維などからなる。繊維基材５０の第１金型１０との対向面５０ａは、第１金型１０の対向面１１に平行な面をなす。樹脂Ｒは、一般的なものに比べて粘性の低いものが好ましく、例えば、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂を採用することができる。エポキシ樹脂は、いわゆる２液硬化型のものを採用することで、金型内に充填させるために好適な粘性に調整することが可能になる。
【００２４】
凹部１１ａは、第１金型１０の対向面１１から図示上方に窪んでいる。凹部１１ａの内面は、インサート部材４０の対向面４０ａ、及び側面４０ｂに沿った形状をなす。その内面は、底面１１ｂと、その底面１１ｂから下方に立ち上がる側壁面１１ｃから形成される。また、凹部１１ａの深さは、インサート部材４０の上下方向の厚みに等しい。凹部１１ａにインサート部材４０が挿入されると、インサート部材４０の対向面４０ａと、凹部１１ａの底面１１ｂが当接し、インサート部材４０の側面４０ｂと凹部１１ａの側壁面１１ｃが当接する。よって、凹部１１ａ内に挿入されたインサート部材４０は、左右方向の位置が定まる。このとき、凹部１１ａに挿入されたインサート部材４０の対向面４０ｃは、第１金型１０の対向面１１と同一平面上に位置する。
【００２５】
凹部１１ａの底面１１ｂには、上方に窪んだ溝部１１ｄが設けられる。保持機構２０は、溝部１１ｄ内に固定された磁石（永久磁石）であって、その磁力によってインサート部材４０を吸引可能な吸引力を備える。凹部１１ａ内に挿入されたインサート部材４０は、保持機構２０の吸引力によって吸引され、対向面４０ａと凹部１１ａの底面１１ｂが当接した状態で落ちないように保持される。そのため、凹部１１ａ内に挿入されたインサート部材４０は、図示上下方向の位置が定まる。
【００２６】
第２金型３０には、凹部１１ａと対向する位置に繊維基材５０を配置可能である。なお、図では省略しているが、第２金型３０は、繊維基材５０の左右方向の位置決め用の構成を備えるものであってもよい。
【００２７】
第１金型１０の凹部１１ａ内にインサート部材４０を保持し、第２金型３０の上に繊維基材５０を配置した状態で型締めを行うと、インサート部材４０と繊維基材５０とに、隙間Ｌが形成される。この隙間Ｌの大きさは１ｍｍ以下であってもよい。
【００２８】
第１実施形態の成形用金型１の構成は以上のようであり、この成形用金型１を用いた繊維強化樹脂成形体の製造方法を、図１、図２を参照しつつ説明する。
【００２９】
上述の第１金型１０、第２金型３０、インサート部材４０、及び繊維基材５０を準備する。次に、図１の（ｂ）のように、インサート部材４０を凹部１１ａに挿入する。すると、保持機構２０によってインサート部材４０は凹部１１ａ内に保持される。この時、インサート部材４０は、上述の通り左右方向、及び上下方向の位置決めがなされる。次に、凹部１１ａ、及びインサート部材４０に対向するように、繊維基材５０を第２金型３０の上に配置する。上述の通り、繊維基材５０の対向面５０ａは、第１金型１０の対向面１１に平行な面であるから、インサート部材４０の対向面４０ｃに平行なものとなる。
【００３０】
次に、図２の（ａ）のように第１金型１０を下降させ、第１金型１０と第２金型３０とを型締めする。型締めをすると、インサート部材４０の対向面４０ｃと繊維基材５０の対向面５０ａとに隙間Ｌが形成される。
【００３１】
次に、図２の（ｂ）のように、型締めした第１金型１０と第２金型３０の間に樹脂Ｒを充填する。この時、金型内に流し込まれた樹脂Ｒは、隙間Ｌを流路とするように金型内に充填される。そのため、このような隙間Ｌを設けずに行われる繊維強化樹脂成形体の製造方法に比べ、繊維基材５０とインサート部材４０との間に樹脂Ｒが流れ込みやすくなる。
【００３２】
次に、隙間Ｌが小さくなるように第１金型１０をさらに下降させる。すると、繊維基材５０とインサート部材４０との間の樹脂Ｒが繊維基材５０の内部へと押圧される。この工程により、樹脂Ｒが繊維基材５０の繊維内により浸透する。その後、樹脂Ｒは金型からの加熱によって硬化する（樹脂Ｒに熱可塑性の樹脂を採用した場合、温度低下によって硬化させる。）
【００３３】
次に、第１金型１０を上昇させ、金型を開放する。ここで、保持機構２０の吸引力は、樹脂Ｒとインサート部材４０との間の接合力より小さい。そのため、図２の（ｃ）のように、第１金型１０が第２金型３０から離れると、インサート部材４０は、繊維基材５０と一体になって凹部１１ａから取り出される。
【００３４】
このように、インサート部材４０の対向面４０ｃと繊維基材５０の対向面５０ａとに隙間Ｌが形成されることで、インサート部材４０の対向面４０ｃと、繊維基材５０の対向面５０ａとの間に、樹脂Ｒが十分に行き渡り、インサート部材４０と繊維基材５０とがより強固に接着される。
【００３５】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
【００３６】
図３のように、凹部１１ａの側壁面１１ｃには、図示左右方向に窪んだ溝部１１ｅが対向一対に設けられる。溝部１１ｅ内には、インサート部材４０に当接可能な保持部２１と、保持部２１をインサート部材４０に押圧可能な付勢部２２とを備えた保持機構２０が収容される。凹部１１ａ内に挿入されたインサート部材４０は、左右方向から保持部２１に押圧される。この押圧力によって、保持機構２０は、インサート部材４０を凹部１１ａ内に保持することが可能になっている。この押圧力は、インサート部材４０と繊維基材５０との接合力よりも小さい。そのため、金型内に樹脂Ｒが充填された後に、第１金型１０が第２金型３０から離れると、インサート部材４０は、繊維基材５０と一体になって凹部１１ａから取り出される。
【００３７】
第１実施形態のインサート部材４０は磁性体からなる金属製の部材としていたが、第２実施形態のインサート部材４０は磁性体の部材に限られない。上述のような保持機構２０を備える構成とすることで、インサート部材４０が磁性体の部材でなくとも、そのインサート部材４０を凹部１１ａ内に保持することができる。
【００３８】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
【００３９】
図４のように、凹部１１ａは、底面１１ｂに開口し、その開口から第１金型１０内を通じて外部まで延伸する吸気通路１２を備える。吸気通路１２は、第１金型１０の外部で吸気装置（図示省略。）に連結される。吸気装置は、吸気通路１２を通じて開口から吸気可能なものであって、凹部１１ａ内に挿入されたインサート部材４０を吸引可能な吸引力を備える。凹部１１ａ内に挿入されたインサート部材４０は、この吸気装置によって凹部１１ａ内に保持される。この吸引力は、インサート部材４０と繊維基材５０との接合力よりも小さい。そのため、金型内に樹脂Ｒが充填された後に、第１金型１０が第２金型３０から離れると、インサート部材４０は、繊維基材５０と一体になって凹部１１ａから取り出される。
【００４０】
第３実施形態に係るインサート部材４０は、第２実施形態と同様に磁性体の部材に限られない。上述のような吸気通路１２を備える構成とすることで、インサート部材４０が磁性体の部材でなくとも、そのインサート部材４０を凹部１１ａ内に保持することができる。
【００４１】
次に、第４の実施形態について説明する。
【００４２】
図５のように、第１金型１０は、図示上方に窪んだ収容溝１３と、収容溝１３に収容可能な入れ子１４を備える。入れ子１４は、収容溝１３内に着脱可能に保持される。入れ子１４は、インサート部材４０を挿入可能な凹部１１ａを備える。凹部１１ａは、インサート部材４０の輪郭に対応するように窪んでおり、凹部１１ａの底面１１ｂには上方に窪む溝部１１ｄが設けられる。溝部１１ｄ内には保持機構２０が保持される。
【００４３】
凹部１１ａの内面の形状を変更した種々な入れ子１４を準備し、繊維強化樹脂成形体の態様に合わせてその入れ子１４を取り換えて使用することが可能となっている。
【００４４】
なお、本発明の実施形態について説明したが、本発明の範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形例が適用可能である。
【００４５】
図１の第１実施形態の溝部１１ｄは、底面１１ｂから上方に窪むような態様で示されているが、これに限られない。例えば、底面１１ｂを挟んで凹部１１ａに対向するように、第１金型１０の内部に設けられた空洞であってもよい。この空洞は、第１金型１０の外部に通じており、外部から磁性体である保持機構２０を挿入し、インサート部材４０と対向する位置に保持機構２０を配置可能な構成を採用することができる。
【００４６】
上述の各実施形態では、第１金型１０と第２金型３０とを型締めする際に、第１金型１０を下降させる構成が示されているが、第１金型１０は下降させずに、第２金型３０を上昇させて型締めを行うものであってもよい。同様に、第１金型１０を下降させるとともに、第２金型３０も上昇させて型締めを行うものであってもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１０  第１金型
１１  対向面
１１ａ  凹部
１３  収容溝
１４  入れ子
２０  保持機構
３０  第２金型
４０  インサート部材
５０  繊維基材
Ｌ  隙間
Ｒ  樹脂
【図１】
2020142457.tif 000003
【図２】
2020142457.tif 000004
【図３】
2020142457.tif 000005
【図４】
2020142457.tif 000006
【図５】
2020142457.tif 000007