(57)【要約】      （修正有）【課題】繊維強化材料で中空形状の製品を製造する技術を提供する。【解決手段】繊維強化材料で中空形状の製品を製造する製造方法を提供する。この製造方法は、中空部分に磁性体３０を配置した中空形状の繊維基材を成形型２０内に配置する配置工程と、成形型の内面と磁性体３０との間に磁場を発生した状態で、成形型内にマトリックス材料を注入する注入工程と、成形型の内面と磁性体３０との間に磁場を発生した状態で、成形型内のマトリックス材料を硬化する硬化工程を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維強化材料で中空形状の製品を製造する製造方法であり、
中空部分に磁性体を配置した中空形状の繊維基材を成形型内に配置する配置工程と、
成形型の内面と磁性体との間に磁場を発生した状態で、成形型内にマトリックス材料を注入する注入工程と、
成形型の内面と磁性体との間に磁場を発生した状態で、成形型内のマトリックス材料を硬化する硬化工程と、
を備える製造方法。
【請求項２】
前記硬化工程後、成形型の内面と磁性体との間の磁場を消磁した状態で、成形型から製品を取り出す取出工程をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記磁性体は、シート状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の製造方法。
【請求項４】
繊維強化材料で中空形状の製品を製造するための製造装置であり、
中空形状の繊維基材が配置される成形型と、
前記繊維基材の中空部分に配置される磁性体と、
前記成形型の内面と磁性体との間に磁場を発生する励磁手段と、
を備える製造装置。
【請求項５】
前記励磁手段は、前記成形型の内面と磁性体の間に磁場を発生した励磁状態と、前記成形型の内面と磁性体の間の磁場を消磁した消磁状態を、切替可能であることを特徴とする請求項４に記載の製造装置。
【請求項６】
前記励磁手段は、発生する磁場の強さを調節可能であることを特徴とする請求項４又は５に記載の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化材料で中空形状の製品を製造する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、繊維強化プラスチックによって、中空形状の製品を製造方法が開示されている。この製造方法では、プリプレグで形成した中空形状の繊維基材を成形型内で加熱硬化する際に、繊維基材の中空部分に配置したバッグを膨らませることによって、繊維基材を成形型の内面に押し付けている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３１１７６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の製造方法では、繊維基材の中空部分に配置したバッグを膨らませた際に、バッグの膨らみ方が必ずしも一定とはならない。即ち、多数の製品を繰り返し製造した場合、バッグの膨らみ方が製品毎に変化してしまい、製造した製品の品質にばらつきが生じてしまう。そのことから、押圧力が不足することによる外観異常や、押圧力が過剰なことによる肉厚不足を、確実に防止することが困難となっている。バッグを用いた製造方法では、製造品質の繰り返し再現性を確保することが難しく、不良品率が比較的に高くなってしまう。
本発明は、上記の課題を解決する。本発明は、従来のようにバッグを用いることなく、繊維強化材料で中空形状の製品を製造する技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、繊維強化材料で中空形状の製品を製造する製造方法を提供する。この製造方法は、中空部分に磁性体を配置した中空形状の繊維基材を成形型内に配置する配置工程と、成形型の内面と磁性体との間に磁場を発生した状態で、成形型内にマトリックス材料を注入する注入工程と、成形型の内面と磁性体との間に磁場を発生した状態で、成形型内のマトリックス材料を硬化する硬化工程を備えている。
【０００６】
上記した製造方法では、成形型の内面と磁性体との間に発生させた磁場によって、繊維基材が成形型の内面に押し付けられる。それにより、成形型の内面に、繊維基材がしっかりと固定される。繊維基材にマトリックス材料を含浸させる際や、繊維基材に含浸させたマトリックス材料を硬化する際に、繊維基材が移動したり変形したりすることが防止される。
この製造方法によると、従来のバッグを用いることなく、繊維強化材料で中空形状の製品を精度よく製造することができる。
【０００７】
上記した製造方法は、前記硬化工程後、成形型の内面と磁性体との間の磁場を消磁した状態で、成形型から製品を取り出す取出工程をさらに備えることが好ましい。
成形型から製品を取り出す際には、成形型の内面と磁性体との間の磁場を消磁させておくと、成形後の製品を変形や破損させることなく取り出すことができる。
【０００８】
上記した製造方法で用いる磁性体は、例えば金属シートのようなシート状であってもよいし、金属球のような粒状のものを多数用いてもよい。特に、シート状の磁性体を用いると、成形型の内面に対して繊維基材を均一に押し付けることが可能となる。
【０００９】
本発明は、繊維強化材料で中空形状の製品を製造するための製造装置にも具現化される。この製造装置は、繊維基材の中空部分に配置される磁性体と、磁性体が配置された繊維基材を収容する成形型と、成形型の内面と磁性体との間に磁場を発生する励磁手段を備えている。
この製造装置によると、成形型の内面と磁性体との間に磁場を発生させることによって、繊維基材を成形型の内面に押し付けることができる。それにより、成形型の内面に繊維基材をしっかりと固定することができる。繊維基材にマトリックス材料を含浸させる際や、繊維基材に含浸させたマトリックス材料を硬化する際に、繊維基材が移動したり変形したりすることを防止することができる。
【００１０】
前記した励磁手段は、成形型の内面と磁性体の間に磁場を発生した励磁状態と、成形型の内面と磁性体の間の磁場を消磁した消磁状態を、切替可能であることが好ましい。
この構成によると、成形型から製品を取り出す際には、成形型の内面と磁性体との間の磁場を消磁させることで、成形後の製品を変形や破損させることなく取り出すことができる。
【００１１】
前記した励磁手段は、発生する磁場の強さを調節可能であることが好ましい。
この構成によると、繊維基材を成形型の内面に押し付ける押付力の強さを、適宜調節することができる。それにより、マトリックス材料の含浸量や硬化後の製品の肉厚等を、適宜調節することが可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、中子となるバッグを必要とすることがないので、中空形状の製品を精度よく製造することができる。それにより、多数の製品を安定した製造品質で繰り返し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】
【００１３】
最初に、本発明を実施する好適な実施形態を列記する。
（形態１）  成形型には、磁石が設けられていることが好ましい。この磁石は、永久磁石であってもよいし、電磁石であってもよい。
成形型に永久磁石を設ける場合、磁石の向きを変更可能に設けておくことが好ましい。この場合、永久磁石の向きを変更することによって、励磁状態と消磁状態を切り替えることが可能となる。また、成形型に永久磁石を設ける場合、成形型に対して永久磁石を着脱可能に設けることも好ましい。この場合、成形型に対して永久磁石を着脱することによって、励磁状態と消磁状態を切り替えることが可能となる。
一方、成形型に電磁石を設けた場合、電磁石への通電／非通電を切り替えることによって、励磁状態と消磁状態を切り替えることが可能となる。また、成形型に電磁石を設けた場合、電磁石への通電量を調節することによって、励磁状態で発生される磁場の強さを調節することが可能となる。
（形態２）  成形型は、磁性材料で形成されていてもよいし、非磁性材料で形成されていてもよい。成形型を形成する材料は、透磁性を有する材料であればよい。
（形態３）  強化繊維には、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等を採用することができる。
（形態４）  マトリックス材料には、例えば、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることができる。あるいは、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリカーボネート樹脂等の熱可塑性樹脂を用いることもできる。また、それらの樹脂材料に限定されず、例えばゴム材料等を用いることもできる。
【実施例】
【００１４】
本発明を実施した実施例について図面を参照しながら説明する。図１は、本実施例の製造装置１０の構成を示している。製造装置１０は、繊維強化プラスチック製の製品１００を製造するための装置である。製品１００は、中空部分１００ａを有する中空形状を有している。
【００１５】
図１に示すように、製造装置１０は、製品１００を成形するための成形型２０と、成形型２０にマトリックス材料１０４を注入するための注入装置４０を備えている。
成形型２０は、上型２２と下型２４を備えている。上型２２と下型２４のそれぞれは、透磁性を有する金属材料で形成されている。上型２２と下型２４の間には、製品１００を成形するための成形キャビティ２６が形成されている。
成形型２０には、マトリックス材料１０４の注入路２８が形成されている。注入路２８は、注入装置４０から供給されるマトリックス材料１０４を、成形キャビティ２６に導入する流路である。図示されていないが、成形型２０には、複数の注入路２８が形成されている。
注入装置４０は、成形型２０の成形キャビティ２６に、マトリックス材料１０４を加圧注入することができる。注入するマトリックス材料１０４の種類は、特に限定されない。例えば、マトリックス材料１０４は、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂であってもよい。あるいは、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリカーボネート樹脂等の熱可塑性樹脂であってもよい。さらに、樹脂材料に限られず、例えばゴム材料であってもよい。
【００１６】
製造装置１０では、複数の磁性体３０が用意されている。磁性体３０は、磁性材料で形成されたシート材である。本実施例の磁性体３０は、軟磁性を有するステンレス鋼のシート材によって形成されている。詳しくは後述するが、磁性体３０は、中空形状に成形された繊維基材１０２の中空部分１０２ａに配置される（図３参照）。本実施例では、シート状の磁性体３０を、繊維基材１０２の内面に貼付する。磁性体３０は、繊維基材１０２の内面形状に合わせて、複数に分割されている。
なお、磁性体３０は、必ずしもシート状である必要はない。磁性体３０として、例えば多数の微小な金属球を繊維基材１０２の中空部分１０２ａに配置してもよい。
【００１７】
成形型２０の上型２２及び下型２４には、永久磁石３２、３４がそれぞれ設けられている。永久磁石３２、３４は、その向きを変更可能に設けられている。成形型２０の上型２２及び下型２４では、永久磁石３２、３４の向きを変更することによって、成形キャビティ２６の内面２６ａが磁化される励磁状態と、成形キャビティ２６の内面２６ａが磁化されない消磁状態を、切り替えることができるように構成されている。励磁状態では、成形キャビティ２６の内面２６ａと磁性体３０との間に、吸引し合う磁場が発生する。それにより、製品１００（あるいは、繊維基材１０２）は、成形キャビティ２６の内面２６ａに押し付けられ、成形型２０に対して強く固定される。一方、消磁状態では、上記した磁場が消磁され、成形型２０に対して製品１００（あるいは、繊維基材１０２）の固定が解除される。このように、成形型２０の上型２２及び下型２４では、公知のマグネットスタンド（あるいはマグネットベース）と同様に、永久磁石３２、３４を用いた励磁／消磁の切替構造が設けられている。
【００１８】
次に、製造装置１０を用いた製品１００の製造方法について説明する。図２は、製造装置１０を用いた製品１００の製造方法の流れを示すフローチャートである。以下、図２に示すフローチャートに沿って、製品１００の製造方法について詳細に説明する。
先ず、ステップＳ１２では、永久磁石３２、３４の向きを確認し、成形型２０が消磁状態となっていることを確認する。成形型２０を消磁状態としておくことで、次のステップＳ１４において、繊維基材１０２を成形キャビティ２６に配置する作業がやりやすくなる。
【００１９】
次に、ステップＳ１４では、図３に示すように、成形型２０の成形キャビティ２６内に、中空形状に成形した繊維基材１０２を配置する。このとき、繊維基材１０２の中空部分１０２ａには、磁性体３０を配置しておく。中空部分１０２ａに配置された磁性体３０は、繊維基材１０２を介して、成形キャビティ２６の内面２６ａに対向する。
繊維基材１０２は、強化繊維を積層することによって形成されている。繊維基材１０２の形成は、例えば成形型２０の成形キャビティ２６内で行なうことができる。即ち、成形キャビティ２６の内面２６ａに繊維基材１０２を積層し、さらに磁性体３０を積層することによって、磁性体３０を内包する中空形状の繊維基材１０２を形成することができる。あるいは、外部の装置や型を用いて繊維基材１０２を形成し、その中空部分１０２ａに磁性体３０を配置した上で、その繊維基材１０２を成形キャビティ２６に配置してもよい。
繊維基材１０２に用いる強化繊維は、特に限定されないが、例えば炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等とすることができる。また、その強化繊維には、例えばプリプレグのように、未硬化の樹脂を予め含浸させておいてもよい。
【００２０】
次に、ステップＳ１６では、図４に示すように、永久磁石３２、３４の向きを変更し、励磁状態に切り替える。それにより、成形キャビティ２６の内面２６ａと磁性体３０との間に、吸引し合う磁場を発生させる。磁性体３０は、繊維基材１０２を成形キャビティ２６の内面２６ａに押し付け、繊維基材１０２を成形キャビティ２６の内面２６ａに固定する。
ここで、成形型２０には、永久磁石３２、３４に代えて、電磁コイルを用いた電磁石を設けておくこともできる。この場合、電磁コイルへの通電を開始することによって、励磁状態への切り替えを行うことができる。また、成形型２０に電磁石を設けた構成であると、その電磁コイルに通電する電流値によって、発生させる磁場を調節することができる。即ち、磁性体３０による繊維基材１０２の押付力を調節することができる。
【００２１】
次に、ステップＳ１８では、図５に示すように、注入装置４０によって、成形型２０の成形キャビティ２６に、マトリックス材料１０４を注入する。それにより、成形キャビティ２６内の繊維基材１０２に、マトリックス材料１０４を含浸させる。成形型２０が励磁状態となっているので、繊維基材１０２は磁性体３０によって成形キャビティ２６の内面２６ａに押し付けられている。従って、マトリックス材料１０４の流動による繊維基材１０２の変形が防止される。繊維基材１０２には、適量のマトリックス材料１０４が含浸される。先にも説明したように、マトリックス材料１０４には、様々な種類のものを用いることができる。ここでは、マトリックス材料１０４に、熱硬化性樹脂（例えばエポキシ樹脂）を用いるものとする。従って、マトリックス材料１０４の注入時に、成形型２０を加熱する必要はない。その一方において、マトリックス材料１０４に熱可塑性樹脂を用いる場合は、マトリックス材料１０４を注入する際に、成形型２０を加熱しておくとよい。
【００２２】
次に、ステップＳ２０では、図６に示すように、成形型２０を加熱炉５０内に配置し、成形キャビティ２６内のマトリックス材料１０４を加熱硬化する。成形型２０が励磁状態となっているので、繊維基材１０２及びマトリックス材料１０４は、磁性体３０によって成形キャビティ２６の内面２６ａに押し付けられている。それにより、マトリックス材料１０４は、成形キャビティ２６の内面２６ａに沿う形状で、加熱硬化される。磁性体３０による繊維基材１０２の押付力は、加熱硬化時における温度上昇においても、大きく変動することなく安定している。なお、マトリックス材料１０４に熱可塑性樹脂を用いた場合には、成形型２０を冷却することによって、マトリックス材料１０４を硬化させることになる。
【００２３】
次に、ステップＳ２２、Ｓ２４では、図７に示すように、加熱硬化による成形が完了した製品１００を、成形型２０から取り出す作業を実施する。
先ず、ステップＳ２２では、成形型２０を開く前に、永久磁石３２、３４の向きを変更し、成形型２０を消磁状態に切り替える。それにより、成形キャビティ２６の内面２６ａと磁性体３０の間の磁場が消滅し、製品１００の成形型２０に対する固定が解除される。なお、永久磁石３２、３４に代えて、成形型２０に電磁石を設けている場合は、その電磁コイルへの通電を停止することによって、成形型２０を消磁状態に切り替える。
次いで、ステップＳ２４では、成形型２０を開き、成形型２０の成形キャビティ２６から製品１００を取り出す。成形型２０を消磁状態としておくことで、製品１００を変形させることなく、スムーズに取り出すことができる。
最後に、ステップＳ２６では、図８に示すように、製品１００から不要部分１００ｂを切除し、製品１００の中空部分１００ａから磁性体３０を取り出す。以上により、製造装置１０による製品１００の製造は完了する。その後、製品１００に必要な仕上げ作業を施すことで、製品１００は完成する。
【００２４】
以上のように、本実施例の製造装置１０によると、例えば炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）製の製品１００を、ＲＴＭ（Resin Transfer Molding）法によって、精度よく製造することができる。成形型２０に対する繊維基材１０２の固定に磁力を用いることから、バッグの内圧によって固定する従来の手法に比べて、繊維基材１０２に加えられる成形型２０への押圧力が安定する。それにより、繊維基材１０２へ含浸するマトリックス材料１０４の含浸量や、硬化後の製品１００の表面性状に、個体差（製品間の品質差）が生じにくい。多数の製品１００を、安定した製造品質で製造することができる。
【００２５】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、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。
例えば、製造する製品１００の形状は、上記した実施例の形状に限定されず、様々な形状の製品１００を製造することができる。例えば、図９に示す曲面部分１００ｃを有するような製品１００や、図１０に示す鋭角部分１００ｄを有するような製品１００についても、成形キャビティ２６の形状を変更することによって、上記した実施例と同様に製造することができる。
また、上記した製造装置１０及び製造方法では、磁性体３０を、マグネットシート等のような既に着磁されている磁性体とすることもできる。この場合、成形型２０に永久磁石３２、３４や電磁石を設ける必要はなく、成形型２０を金属等の磁性体によって形成すればよい。この場合でも、成形キャビティ２６の内面２６ａと磁性体３０との間に磁場を発生した状態で、成形キャビティ２６内にマトリックス材料１０４を注入し、そのマトリックス材料１０４を硬化することができる。
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み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組み合わ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するものであり、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。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施例の製造装置の構成を示す図。
【図２】実施例の製造装置による製品の製造方法を示すフローチャート。
【図３】製品の製造過程を示す図（ステップＳ１２、Ｓ１４）。
【図４】製品の製造過程を示す図（ステップＳ１６）。
【図５】製品の製造過程を示す図（ステップＳ１８）。
【図６】製品の製造過程を示す図（ステップＳ２０）。
【図７】製品の製造過程を示す図（ステップＳ２２、Ｓ２４）。
【図８】製品の製造過程を示す図（ステップＳ２６）。
【図９】曲線部分を有する製品を製造する様子を示す図。
【図１０】鋭角部分を有する製品を製造する様子を示す図。
【符号の説明】
【００２７】
１０：製造装置
２０：成形型
２６：成形キャビティ
２６ａ：キャビティ２６の内面
２８：注入路
３０：磁性体
３２、３４：永久磁石
４０：注入装置
１００：製品
１００ａ：製品の中空部分
１０２：繊維基材
１０２ａ：繊維基材の中空部分
１０４：マトリックス材料
【図１】
2010023364.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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