(57)【要約】  【課題】  少ない工程数で低コストに複合材成形品を製造する方法、並びに係る製造方法に用いる加圧バッグ及びその製造方法を提供する。【解決手段】  複合材成形品２の成形に用いられる加圧バッグであって、複合材成形品２の形状に追随するように、シリコンゴムシートSと未加硫シリコンRとが一体成形されていることを特徴とする加圧バッグ１及び加圧バッグ１を用いた複合材成形品２の成形方法、並びに複合材成形品２。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形型上に載置したプリプレグを真空引きした状態で硬化するために、前記プリプレグを被覆する加圧バッグであって、前記成形型の形状に追随するように、シリコンゴムシートと未加硫シリコンとが一体成形されていることを特徴とする加圧バッグ。
【請求項２】
請求項１に記載の加圧バッグにおいて、三次曲面部及び／又は角部が前記未加硫シリコンからなることを特徴とする加圧バッグ。
【請求項３】
複合材成形品の成形に用いる加圧バッグを製造する方法であって、前記複合材成形品の成形型の表面にシリコンゴムシート及び未加硫シリコンを載置することにより組立体を作製し、前記組立体をバッグフィルムで覆った後、前記バッグフィルム内を真空引きし、前記組立体を一体成形することを特徴とする加圧バッグの製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の加圧バッグの製造方法において、前記成形型の三次曲面部及び／又は角部に前記未加硫シリコンを載置し、前記成形型の平面部に前記シリコンゴムシートを載置することにより、前記組立体とすることを特徴とする方法。
【請求項５】
成形型上にプリプレグを載置し、前記プリプレグを加圧バッグで被覆し、前記加圧バッグ内を真空引きし、前記プリプレグを硬化させる複合材成形品の成形方法において、前記複合材成形品の成形型の表面にシリコンゴムシート及び未加硫シリコンを載置することにより組立体を作製し、前記組立体をバッグフィルムで覆った後、前記バッグフィルム内を真空引きし、前記組立体を一体成形して得た前記加圧バッグを用いることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項５に記載の複合材成形品の成形方法において、前記成形型の三次曲面部及び／又は角部に前記未加硫シリコンを載置し、前記成形型の平面部に前記シリコンゴムシートを載置することにより、前記組立体とすることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリプレグシート等の樹脂複合材の成形に用いる加圧バッグ及びその製造方法、並びに係る加圧バッグを用いて複合材成形品を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリプレグシートを用いて複合材成形品を成形するには、成形型上にプリプレグシートを載置し、離型フィルムやブリーザーマットを重ねた後、加圧バッグフィルムで覆い、加圧バッグフィルム内を真空引きし、加圧しながら加熱するのが一般的である。真空引きによってプリプレグシートは成形型に密着し、その形状で硬化する。
【０００３】
複合材成形品の被覆に使用される加圧バッグフィルムは、伸縮性をあまり有していない。そのため、プリプレグシートを成形型の形状に追随させるには、加圧バッグフィルムに皺を寄せながらバギングする必要がある。皺を十分に設けておかないと、真空引きの際に加圧バッグフィルムに張りが生じて破れてしまうことがあるので、十分に皺を形成することが不可欠である。バギング作業は手作業で行われており、非常に煩雑である上、高コストである。複雑な立体形状の複合材成形品を作製する場合、皺の形成には、特に時間と熟練を要する。さらにバッグフィルムは使い捨てであるので、成形の度にバッグフィルムのコストもかかるという問題もある。
【０００４】
特開2001-47507号（特許文献１）には、複合材のオートクレーブ成形に用いられるシリコンゴムシートであって、成形品の３次元的形状に追随するような形状にあらかじめ成形されているものが記載されている。複合材を成形するには、複合材製品製作用の下型の成形面に重ねたプリプレグを成形シリコンゴムシートによって覆い、下型と成形シリコンゴムシートとの間を真空引きし、オートクレーブ法によりプリプレグを硬化させる。あらかじめ成形されたシリコンゴムシートを用いることによって、バッグフィルムに皺を寄せながら立体形状を作る作業が不要となり、工程数を減らすことができる上、シリコンゴムシートは再利用可能であるので、コスト安であると特許文献１には記載されている。
【０００５】
しかし、成形シリコンゴムシートを作製するには、一般的には製品製作用の下型より一回り大きな専用の木型にシリコンゴムを貼り付けた後、加硫する必要があると考えられ、専用型のコストを免れないという問題がある。未加硫のシリコンゴムを加硫すると、2.5％程度収縮してしまうため、成形シリコンゴムシートの作製に製品製作用の型を用いることはできない。しかも、均一な厚さで貼り付けるには手間と熟練を要し、コスト増大を免れないという問題もある。また特許文献１に記載のように、バッグフィルムを使って複合材の成形品を一つ作製した後、成形品にシリコンゴムを貼り付け、オートクレーブ等で加硫する場合、専用型は要しないものの、依然としてシリコンゴムの貼り付け作業は必要であるし、前もってバッグフィルムを使用して複合材の成形品を作っておく必要もある。したがって、この場合も工程数が多く、高コストである。
【０００６】
【特許文献１】特開2001-47507号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って本発明の目的は、少ない工程数で低コストに複合材成形品を成形する方法、並びに係る成形に用いる加圧バッグ及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者らは、複合材成形品の成形において成形型上に載置したプリプレグを真空引きするためにプリプレグを覆う加圧バッグを、シリコンゴムシートと未加硫シリコンとからなるものとすると、(a) 煩雑なバギング作業を要することなく複合材成形品を得られる上、(b) 加圧バッグは加硫時にほとんど収縮しないため専用の型を要することなく複合材成形品用の型で一体成形できることを発見し、本発明に想到した。
【０００９】
すなわち本発明の加圧バッグは、成形型上に載置したプリプレグを真空引きした状態で硬化するために、前記プリプレグを被覆するもので、前記成形型の形状に追随するように、シリコンゴムシートと未加硫シリコンとが一体成形されていることを特徴とする。
【００１０】
加圧バッグの三次曲面部及び／又は角部が前記未加硫シリコンからなるのが好ましい。
【００１１】
本発明の加圧バッグの製造方法は、シリコンゴムシート及び未加硫シリコンによって複合材成形品の成形型を被覆することにより組立体を作製し、前記組立体をバッグフィルムで覆った後、前記バッグフィルム内を真空引きし、前記組立体を一体成形することを特徴とする。
【００１２】
前記成形型の三次曲面部及び／又は角部に前記未加硫シリコンを載置し、前記成形型の平面部に前記シリコンゴムシートを載置することにより、前記組立体とするのが好ましい。
【００１３】
本発明の複合材成形品の成形方法は、成形型上にプリプレグを載置し、前記プリプレグを加圧バッグによって被覆し、前記加圧バッグの内側を真空引きし、前記プリプレグを加圧状態で硬化させるもので、前記成形型上にシリコンゴムシート及び未加硫シリコンを載置し、得られた組立体を一体成形することによって前記加圧バッグを作製することを特徴とする。
【００１４】
加圧バッグの作製にあたって、前記成形型の三次曲面部及び／又は角部に前記未加硫シリコンを載置し、前記成形型の平面部に前記シリコンゴムシートを載置することにより、前記組立体とするのが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の加圧バッグは、シリコンゴムシートと未加硫シリコンとからなる。予めシート状になったシリコンゴムを使用して加圧バッグを作製することにより、シート状の未加硫シリコンの貼り付けという煩雑な作業を要することなく、均一な厚さの加圧バッグを得ることができる。また成形不良が起こり難いという効果も得られる。さらに、角部や曲部に未加硫シリコンを配置することによって、複雑な三次元形状の加圧バッグを得ることができる。
【００１６】
加圧バッグの製造工程においては、シリコンゴムシートと未加硫シリコンとからなる組立体を加熱するが、シリコンゴムシートは加熱してもほとんど収縮しない。そのため、複合材成形品用の成形型を用いて加圧バッグを作製することができ、加圧バッグ専用の成形型を必要としない。従って、加圧バッグの製造コストが小さい。
【００１７】
加圧バッグは、成形型に追随するような形状に一体成形されており、複合材成形品の成形の際に真空引きフィルムの代わりに用いることができる。そのため手間や熟練を要するバギング工程を要することなく、複合材成形品を成形でき、コスト安である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
[1] 加圧バッグ
図１(a)及び(b) は、本発明の加圧バッグ１の一例を示す。図１(a)及び(b)に示すように、加圧バッグ１は環状であり、断面コの字形の型部1aと、型部1aの上端から延在する周縁部1bとからなる。
【００１９】
加圧バッグ１の平面部すなわち周縁部1b、並びに型部1aの側壁11a及び底12aはシリコンゴムシートからなる。側壁11aと底12a、及び側壁11aと周縁部1bとの境界にあたる角部1cは、未加硫シリコンからなる。角部1cに未加硫シリコンを有する加圧バッグ１は、成形型に倣った角部1cの形状を有する。シリコンゴムシートは二次元的な曲面形状にはなるものの、直角、鈍角等の角部1cを有する三次元的形状にはなり難いのに対し、未加硫シリコンは非常に柔軟であるので成形型の角部の形状に追随し易く、所望の形状になり易い。したがって、角部1cは未加硫シリコンからなるのが好ましい。角部1cの角度は直角の他、鈍角や鋭角でも良い。また加圧バッグ１が三次元曲面部を有する場合、三次元曲面部も未加硫シリコンからなるのが好ましい。
【００２０】
シリコンゴムシートは、シリコーンゴム製の一般的なシートであればよい。シリコンゴムシートの厚さは0.5〜３mmであるのが好ましい。厚さが0.5 mm未満であると、加圧バッグ１が折れ曲がり易く、立体形状を保持し難過ぎる。３mm超とすると、材料費が高過ぎる上、一体成形に時間がかかりすぎる。
【００２１】
未加硫シリコンは、シリコーン系の熱硬化型ゴムであれば特に限定されない。未加硫シリコンからなる部分の厚さは、0.5〜３mmであるのが好ましい。0.5 mm未満であると、角部1cの強度が小さ過ぎて、加圧バッグ１が立体形状を保ち難過ぎる。またシリコンゴムシートの厚さに対して100〜200％であるのが好ましい。未加硫シリコンからなる部分の厚さがシリコンゴムシートの100％未満であると、加圧バッグ１の機械的強度が十分でない。200％超であると、シリコンゴムシートとの境界の凹凸が大き過ぎる。
【００２２】
図２は、本発明の加圧バッグ１の別の例を示す。図２に示す加圧バッグ１は、全体形状が円弧状である以外、図１に示す例とほぼ同じであるので、相違点のみ以下に説明する。図２(b) に示すように、型部1aは一対のL字形のシート13a，13aからなる。一対のL字形シート13a，13aが向かい合わせで接合され、断面コの字型の型部1aを形成している。
【００２３】
L字形のシート13a，13aの接合部14aは未加硫シリコンからなり、型部1aの底を長手方向に縦断している。図２に示す例のように、平面部（周縁部1b、側壁11a及び底12a）は一枚のシリコンゴムシートからなる必要は無く、複数のシリコンゴムシートが継がれたものでも良い。未加硫シリコンは十分な柔軟性を有しており、成形の際に接合されるシリコンゴムシートの隙間に入り込むので、未加硫シリコンによって接合された面は滑らかである。
【００２４】
L字形シート13a，13aの端部には、未加硫シリコンによって側壁11a，11aが接合されている。未加硫シリコンは成形型に倣った形状になり易いので、図２(a) に示すように、側壁11aとL字形シート13aの境界にはっきりとした角部1cが成形されている。
【００２５】
周縁部1bは円弧状シート11bと、長方形シート12bとが接合されたものである。円弧状シート11bと長方形シート12bも、未加硫シリコンによって接合されている。
【００２６】
図３は、本発明の加圧バッグ１のさらに別の例を示す。図３に示す加圧バッグ１は、筒状の側壁11aと、側壁11aの一端面を封止するように設けられた底部12aとからなる。側壁11aの断面形状はほぼ長方形である。この加圧バッグ１は、図３(c) に示すように、第一のシリコンゴムシートS1を直方体形の成形型３に巻きつけて両端を未加硫シリコンR1によって接合し、筒状になったシートS1の一端面を封止するように、未加硫シリコンR2によって第二のシリコンゴムシートS2を接合したものである。
【００２７】
接合部14aは、図３(a) 及び(b) に示すように、一面を縦断するように設けても良いし、直方体の長辺に沿って設けても良い。接合部14aの厚さは、シリコンゴムシートの厚さの100〜200％であるのが好ましい。未加硫シリコンからなる面の大きさは、シリコンゴムシートに対して大き過ぎないのが好ましい。未加硫シリコンからなる面の割合が大き過ぎると、加熱時の収縮によって加圧バッグが小さくなり過ぎるので好ましくない。
【００２８】
図３に示すような袋状の加圧バッグ１とその成形型３とを用いると、携帯電話、ポケットオーディオ装置等のハードケースや、シガレットケースを簡単に作製できる。
【００２９】
図１に示す加圧バッグ１を例にとって、加圧バッグ１の製造方法を説明する。図４(a) は、複合材成形品２用の成形型を示す。この成形型３の平面部31にシリコンゴムシートSを載置し、角部32に未加硫シリコンRを載置し（図４(b) ）、組立体４を形成する。成形型が木製の場合、成形後に加圧バッグ１を剥離し易いように、成形型の表面にテフロンテープ又はアルミ箔（図示せず）を貼った後で、シリコンゴムシートS及び未加硫シリコンRを載置するのが好ましい。金属型の場合は、表面に何も施さないでシリコンゴムシートS及び未加硫シリコンRを載置しても差し支えない。凹状の角部321には、ひも状又は棒状にした未加硫シリコンRを配置しておけばよいが、凸状の角部322には、真空引きの際に薄くならないように工夫するのが好ましい。例えば図５(a) に示すように、シリコンゴムシートSの端部を重ね、その間に未加硫シリコンRを挟んでも良いし、図５(b) に示すように、リリースフィルムFを介してシリコンゴムシートSを重ねておき、重ねたシリコンゴムシートSを成形後に除去しても良い。
【００３０】
図４(c) に示すように、シリコンゴムシートS及び未加硫シリコンRからなる組立体４を真空引きフィルム５で覆う（図４(c) ）。真空引きフィルム５と成形型３との間を真空引きしながら組立体４を加熱し、未加硫シリコンRを硬化させると、加圧バッグ１が得られる（図４(d) ）。真空引きによりフィルム５は組立体４に密着し、未加硫シリコンRが潰されてシリコンゴムシートSの隙間が充填され、未加硫シリコンRの成形型３との接触面が平滑化される。成形型３との接触面は、複合材成形品の作製に用いる際にプリプレグに接触する面であり、複合材成形品の仕上がりに影響するので、成形型３との接触面の平滑さは重要である。接触面に凹みがあると、プリプレグの樹脂がそこに溜まり易いので好ましくない。
【００３１】
組立体４を成形するためにオートクレーブを使用してもよいが、加熱炉を使用することも可能である。組立体４の大部分はシリコンゴムシートからなり、既に均一な厚さになっており、大きな圧力を加えながら硬化させる必要が無いので、加熱炉による加熱のみで足りる。
【００３２】
加圧バッグ１の大部分はシリコンゴムシートからなるので、加熱硬化してもほとんど収縮しない。したがって、加圧バッグ１に使用したものと同じ成形型３（図４(e) ）を使用して複合材成形品２も成形することができる。一体成形後に、加圧バッグ１の平面部に複合材成形品成形用の真空口（図示せず）を一つ以上設けるのが好ましい。
【００３３】
次に、図１に示す加圧バッグ１を用いて複合材成形品を成形する方法を説明する。成形型３にプリプレグ６を載置し、その上に加圧バッグ１を重ねる（図４(f) ）。リリースフィルム（図示せず）を介して加圧バッグ１を重ねると、成形後に剥がし易いので好ましい。加圧バッグ１と成形型３の間を真空引きしながら（図４(g) ）、プリプレグ６に含まれる樹脂を硬化させる。真空引きによってシリコンゴムシートは、プリプレグ６に密着する。加圧バッグ１は可撓性及び伸縮性を有するので、成形型３の形状と多少違っていても、無理な力をかけることなくプリプレグ６を覆うことができる。
【００３４】
加圧バッグ１は成形型３に追随した形状であるので、加圧バッグ１と成形型３の間を真空引きするだけで、プリプレグ６は成形型３に追随する。(a) 真空引きした状態でオートクレーブに入れ、加圧しながら加熱してもよいが、(b) 真空引きした状態で加熱炉に入れて加熱しても、成形型３どおりの形状の複合材成形品２を得ることができる。特に、大型の複合材成形品２を作製する場合、オートクレーブを要しないのは、好ましい特徴であるといえる。加熱温度は、プリプレグ中に含まれる熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂の種類によって若干異なるが、一般に120〜180℃とするのが好ましい。オートクレーブを使用する場合、３〜６ MPa程度に加圧するのが好ましい。
【００３５】
プリプレグ６は強化繊維、例えば炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維、ボロン繊維のいずれか又はそれらの混織に熱硬化性樹脂からなるマトリックス樹脂を含浸させたものである。強度の観点から、強化繊維は織られてシート状にされているのが好ましい。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリウレタン、不飽和ポリエステル等が挙げられる。
【００３６】
好ましいプリプレグの例として、炭素繊維と上記樹脂とからなる炭素繊維系複合材料が挙げられる。より好ましいプリプレグの例としては、機械的強度及び耐熱性の観点から、炭素繊維とエポキシ樹脂との組合せが挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の加圧バッグの一例を示し、(a) は上面図であり、(b) はA-A拡大断面図である。
【図２】本発明の加圧バッグの別の例を示し、(a) は斜視図であり、(b) はB-B拡大断面図である。
【図３】本発明の加圧バッグのさらに別の例を示し、(a) は斜視図であり、(b) はC-C断面図であり、(c) は組立図である。
【図４】図１に示す加圧バッグの成形方法及びそれを用いた複合材成形品の成形方法を示すフロー図であり、(a) は成形型の部分拡大断面図であり、(b) はシリコンゴムシート及び未加硫シリコンを載置した成形型を示し、(c) は組立体を真空引きフィルムによって覆った状態を示し、(d) は加熱硬化した加圧バッグを示し、(e) は成形型から加圧バッグを外す様子を示し、(f) は成形型に載置したプリプレグ上に加圧バッグを嵌める様子を示し、(g) はプリプレグに加圧バッグ内を重ねた状態を示し、(h) は硬化した複合材成形品を示す。
【図５】凸状の角部に未加硫シリコンを設ける態様を示し、(a) はシリコンゴムシートの間に未加硫シリコンを挟んだ状態を示し、(b) はシリコンゴムシートによって未加硫シリコンを覆った状態を示す。
【符号の説明】
【００３８】
１・・・加圧バッグ
1a・・・型部
11a・・・側壁
12a・・・底部
13a・・・L字形シート
14a・・・接合部
1b・・・周縁部
11b・・・円弧状シート
12b・・・長方形シート
1c・・・角部
２・・・複合材成形品
３・・・成形型
31・・・平面部
32・・・角部
４・・・組立体
５・・・真空引きフィルム
６・・・プリプレグ
S・・・シリコンゴムシート
R、R1、R2・・・未加硫シリコン
【図１】
2006212877.tif 000003
【図２】
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【図３】
2006212877.tif 000005
【図４】
2006212877.tif 000006
【図５】
2006212877.tif 000007