(57)【要約】  上型と下型によって形成されるキャビティ内に強化繊維基材を配置し、キャビティを密閉した後、マトリックス樹脂を強化繊維基材に注入、含浸させ、樹脂を硬化させるに際し、樹脂注入、含浸時には、所定の成形品の厚みよりもキャビティの内寸法の高さを大きくした状態で樹脂を強化繊維基材に注入、含浸させ、しかる後に、強化繊維基材に余剰に注入、含浸された樹脂を吸引、除去するとともに、上型および下型の少なくとも一方を他方に向けて加圧することによりキャビティの内寸法の高さを、強化繊維基材の厚みが所定の成形品の厚みになるように制御し、その状態にて樹脂を硬化させることを特徴とする繊維強化プラスチックの製造方法および装置。高Ｖｆに制御して、強化繊維による高強度かつ高弾性の特性を十分に発揮できる大型・厚肉の成形品を安価に製造できる。
2011043253.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上型と下型によって形成されるキャビティ内に強化繊維基材を配置し、キャビティを密閉した後、マトリックス樹脂を強化繊維基材に注入して含浸させ、しかる後に該樹脂を硬化させる繊維強化プラスチックの製造方法において、樹脂注入、含浸時には、所定の成形品の厚みよりもキャビティの内寸法の高さを大きくした状態にて、マトリックス樹脂を強化繊維基材に注入して含浸させ、しかる後に、上型および下型の少なくとも一方を他方に向けて加圧するとともに、強化繊維基材に余剰に注入、含浸された樹脂を吸引、除去することにより、前記キャビティの内寸法の高さを、該キャビティ内に配置されている強化繊維基材の厚みが所定の成形品の厚みになるように制御し、その状態にて、マトリックス樹脂を硬化させることを特徴とする繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項２】
少なくとも上型と下型によって形成されるキャビティ内に強化繊維基材を配置し、キャビティを密閉した後、マトリックス樹脂を強化繊維基材に注入して含浸させ、しかる後に該樹脂を硬化させる繊維強化プラスチックの製造方法において、上型および下型との間に実質的に隙間が形成されないように強化繊維基材をキャビティ内に配置するとともに、樹脂注入、含浸時には、所定の成形品の厚みよりもキャビティの内寸法の高さを大きくした状態にて、上型または下型に接続された樹脂注入ラインからマトリックス樹脂をキャビティ内に注入して強化繊維基材に含浸させ、強化繊維基材への含浸が完了した後に、強化繊維基材に余剰に注入、含浸された樹脂を吸引、除去するとともに、上型および下型の少なくとも一方を他方に向けて加圧することにより、前記キャビティの内寸法の高さを、該キャビティ内に配置されている強化繊維基材の厚みが所定の成形品の厚みになるように制御し、その状態にて、マトリックス樹脂を硬化させることを特徴とする繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項３】
キャビティ内を真空吸引した状態にて、マトリックス樹脂を注入することを特徴とする請求項１または２に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項４】
キャビティ内に強化繊維基材を配置した後、前記キャビティ内を真空吸引して減圧し、前記キャビティに連通している場所から、マトリクッス樹脂を、大気圧とキャビティ内圧との差圧を利用して強化繊維基材に注入、含浸する、請求項１〜３のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項５】
強化繊維基材の面方向に複数配置された樹脂注入経路を介してほぼ同時にマトリックス樹脂を強化繊維基材に注入する、請求項１〜４のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項６】
マトリックス樹脂を強化繊維基材の面に沿う方向に拡散させつつ前記複数の樹脂注入経路を介してほぼ同時にマトリックス樹脂を強化繊維基材に注入する、請求項５に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項７】
前記上型および／または下型の一方と強化繊維基材との間に、実質的に隙間が形成されないように樹脂注入プレートおよび／または樹脂拡散媒体を介在させ、該樹脂注入プレートおよび／または樹脂拡散媒体に前記複数の樹脂注入経路を連通し、該複数の樹脂注入経路を介してマトリックス樹脂を強化繊維基材に注入する、請求項５または６に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項８】
前記樹脂注入プレートは、少なくとも一つの樹脂注入経路に対して連通する複数の樹脂拡散路と、樹脂拡散路に開口した樹脂注入口を形成し、マトリックス樹脂を複数の樹脂拡散路を経由して樹脂注入口から強化繊維基材に含浸する、請求項７に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項９】
前記樹脂拡散媒体は網目構造を有し、該網目構造を介してマトリックス樹脂を強化繊維基材の面に沿う方向に拡散させる、請求項７に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項１０】
前記複数の樹脂注入経路を、前記強化繊維基材に余剰に含浸された樹脂の吸引、除去にも使用する、請求項５〜９のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項１１】
予め前記樹脂注入ラインに真空吸引による減圧手段を設けておき、前記減圧手段はマトリックス樹脂を強化繊維基材に含浸中には使わず、マトリックス樹脂の強化繊維基材への含浸が完了した後、樹脂注入ラインを閉じ、前記減圧手段を使って、強化繊維基材に余剰に含浸された樹脂を吸引、除去する、請求項２〜１０のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項１２】
上型と下型との間のキャビティの外側に密閉機構とは別のキャビティ内寸法の高さを決めるスペーサを配置し、該スペーサの高さを調整することにより、キャビティ内寸法の高さを、該キャビティ内に配置されている強化繊維基材の厚みが所定の成形品の厚みになるように制御する、請求項１〜１１のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項１３】
前記スペーサがゴム弾性体からなる、請求項１２に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項１４】
キャビティ内の減圧度の調整により前記スペーサの変形量を調整し、該スペーサの変形量の調整を介して該スペーサの高さを調整する、請求項１３に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項１５】
前記上型および下型の少なくとも一方の他方に向けての加圧を、シリンダ手段にて行う、請求項１〜１４のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項１６】
前記上型および下型の少なくとも一方の他方に向けての加圧を、反キャビティ側に配置されたブラダーバッグの膨張により行う、請求項１〜１４のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項１７】
前記ブラダーバッグが平板形状をしており、実質的に上型および下型の少なくとも一方を面状で実質的に隙間なく加圧する、請求項１６に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項１８】
キャビティの外側に設けた上型と下型との間の密閉機能とキャビティの高さ調整機能を兼ね備えた機構により、樹脂注入、含浸時には、所定の成形品の厚みよりもキャビティの内寸法の高さを大きくした状態にて、マトリックス樹脂を強化繊維基材に注入して含浸させ、しかる後に上型および下型の少なくとも一方を他方に向けて移動して所定の成形品の厚みに調整するとともに、強化繊維基材に余剰に注入、含浸された樹脂を吸引、除去し、その状態にて、マトリックス樹脂を硬化させる、請求項１〜１７のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項１９】
前記キャビティの内寸法の高さの制御後、前記上型と下型の位置関係を固定する、請求項１〜１８のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項２０】
前記上型と下型の位置関係をクランプ手段により固定する、請求項１９に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項２１】
請求項１〜２０のいずれかに記載の方法に用いる装置であって、上型と下型との間でかつキャビティの周囲に、前記キャビティの内寸法の高さに対応する上型と下型間の距離を、前記樹脂注入、含浸時における距離と、前記樹脂硬化時における距離との少なくとも二段階に調整可能な高さ調整手段を有することを特徴とする繊維強化プラスチックの製造装置。
【請求項２２】
前記高さ調整手段が、上型と下型間の距離を自身の上下位置の調整により調整可能なスペーサを備えた手段からなる、請求項２１に記載の繊維強化プラスチックの製造装置。
【請求項２３】
前記高さ調整手段が、キャビティを密閉可能で、自身の弾性変形により上型と下型間の距離を調整可能なシール手段を備えた手段からなる、請求項２１または２２に記載の繊維強化プラスチックの製造装置。
【請求項２４】
前記上型と下型の曲げ剛性の比が１０倍以上である、請求項２１〜２３のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造装置。
【請求項２５】
前記上型と下型の一方が、強化繊維基材側に成形品の表面形状に沿う形状の面部分を有する板状の低剛性型からなる、請求項２１〜２４のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造装置。
【請求項２６】
前記低剛性型が繊維強化プラスチックから形成されている、請求項２５に記載の繊維強化プラスチックの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化プラスチック（以下、ＦＲＰ（Fiber Reinforced Plasticの略）と略称することもある。）の製造方法および装置に関し、とくに、数ｍから数十ｍ規模の超大型で厚みが数ｍｍから数十ｍｍの厚肉のＦＲＰ成形品を簡易な装置で成形できるとともに、成形品の繊維体積含有率（以下、Ｖｆと略称することもある。）を比較的高くしかも容易に制御でき、航空機や風車の部品など高品質が求められる超大型の構造体の製造に適した繊維強化プラスチックの製造方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
大型で厚肉のＦＲＰを製造する方法としては、上型と下型から形成されるキャビティ内に強化繊維基材（例えば、強化繊維織物の積層体）を配置し、型を加圧することによって型締めして、強化繊維基材の厚みが成形品の所定厚みと同等になるようにキャビティの内寸法の高さを調整した状態で、加圧したマトリックス樹脂を強化繊維基材に注入して含浸させ、含浸した樹脂を硬化させることにより、所定厚みのＦＲＰ成形品を成形する方法が知られている。この方法は、通常、ＲＴＭ（Resin Transfer Molding）あるいは加圧ＲＴＭと呼ばれている。とくに大型のＦＲＰ構造体を成形する場合には、広い面積にわたってマトリックス樹脂が良好に強化繊維基材に注入、含浸されるように、樹脂を複数箇所からほぼ同時に注入するようにした多点注入法も提案されている（例えば、特許文献１）。【０００３】
一方、上記のように上型と下型を用いるＲＴＭ法に対し、超大型のＦＲＰ構造体をより容易に成形するために、上型の代わりにバッグ材（例えば、バッグフィルム）で、下型上に設置された強化繊維基材を覆うとともに覆われた内部を密閉し、該内部を吸引して減圧するとともにその減圧状態を利用して内部にマトリックス樹脂を注入して強化繊維基材に含浸させ、含浸した樹脂を硬化させるようにした、バッグ材を用いるＲＴＭ成形方法が知られている。この成形方法では、樹脂含浸後にバッグ材外部から流体圧によって加圧する方法も知られている（例えば、特許文献２）。また、樹脂含浸後、バッグ材内部に配置した吸引ラインから（場合によっては、注入ラインも利用して）強化繊維基材内の余剰樹脂を吸引除去することによりＶｆを制御するようにした方法も知られている（例えば、特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２４６９０２号公報
【特許文献２】特開２００２−３０７４６３号公報
【特許文献３】特許第４１０４４１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記上型と下型を用いるＲＴＭ法においては、樹脂の注入、含浸時に、強化繊維基材が既に加圧されているため強化繊維基材の強化繊維密度が高くなり、その分樹脂が強化繊維基材内を流動しにくくなって樹脂の含浸性が悪くなるので、所定の樹脂含浸状態を達成するためには、強化繊維基材、ひいては成形品の厚みが制限されることになる。また、厚みの大きい成形品を得るためには、更に高圧で樹脂を注入、含浸する必要が生じるので、更に成形型の加圧力が高くなり、加圧装置の大型化、成形型の厚肉化により設備費が過大になるという問題が生じる。また、高圧に加圧された樹脂により、注入時に強化繊維の配向角度が乱れるなどの問題もあった。【０００６】
一方、上型の代わりにバッグ材で密閉する方法では、上型を準備する必要はないものの、成形ごとにバッグ材で密閉するため時間と手間がかかるという問題、および、バッグ材および密閉用のシール材が廃棄物として比較的多量に排出されてしまうという問題がある。また、バッグ材で密閉することにより、強化繊維基材に大気圧をかけて強化繊維基材の厚みが薄く、密度が高くなった状態（Ｖｆが高い状態）で、マトリックス樹脂を大気圧のみにより強化繊維基材に含浸するため、含浸できる厚みに限界があった（特許文献２）。また、基本的に強化繊維基材の厚みは成形品と同等かそれに近い厚みとした後に（プリフォーム化した後に）下型上に配置し、それをバッグ材で覆ってバッグ材で密閉された内部を吸引により減圧し、その減圧状態を利用して樹脂を注入、含浸させる方法であるため、比較的Ｖｆの高い成形品や、比較的厚みの大きい成形品を成形しようとする場合には、予め比較的強化繊維密度を高くかつ厚みを比較的大きくした強化繊維基材に樹脂を含浸させなければならず、とくに厚み方向全体にわたっての所定の樹脂含浸が困難になることがある。したがって、強化繊維基材、ひいては成形品の段階での高Ｖｆ化には限界が生じている。この方法におけるＶｆの上限値は、厚みにもよるが、所定の安定した均一な樹脂含浸を達成するためには、高々、５０〜５２％程度である。高Ｖｆ化（例えば、５５％以上）できなければ、強化繊維を使用したことによる成形品の高強度化、高弾性率化にも限界が生じることになり、所望の製品と認められない場合が生じる。【０００７】
また、特許文献３のように、樹脂含浸後、バッグ材内部からの吸引ラインから強化繊維基材内の余剰樹脂を吸引除去することにより、Ｖｆを制御するようにした方法においては、高Ｖｆ化できるものの、バッグフィルムやシール材などの副資材の廃棄物が発生する。特に大型の構造体を成形する際には、多量の廃棄物が発生してコストアップとなったり環境上の問題となったりすることがあった。【０００８】
そこで本発明の課題は、とくに超大型・厚肉の成形品を製造するに際し、高Ｖｆに制御して、強化繊維による高強度かつ高弾性の特性を十分に発揮できる高品位な成形品を得ることができるとともに、高Ｖｆにも関わらず、オートクレーブなどの高価な圧力設備や高剛性な成形上下型を使用することなく、容易に樹脂を所望の状態に含浸させることができ、かつ短時間で樹脂を含浸でき成形作業性に優れた、繊維強化プラスチックの製造方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明に係る繊維強化プラスチックの製造方法は、上型と下型によって形成されるキャビティ内に強化繊維基材を配置し、キャビティを密閉した後、マトリックス樹脂を強化繊維基材に注入して含浸させ、しかる後に該樹脂を硬化させる繊維強化プラスチックの製造方法において、樹脂注入、含浸時には、所定の成形品の厚みよりもキャビティの内寸法の高さを大きくした状態にて、マトリックス樹脂を強化繊維基材に注入して含浸させ、しかる後に、上型および下型の少なくとも一方を他方に向けて加圧するとともに、強化繊維基材に余剰に注入、含浸された樹脂を吸引、除去することにより、前記キャビティの内寸法の高さを、該キャビティ内に配置されている強化繊維基材の厚みが所定の成形品の厚みになるように制御し、その状態にて、マトリックス樹脂を硬化させることを特徴とする方法からなる。ここで、上型と下型は実質的に一様形状のキャビティを形成できる形状を有しており、バッグフィルムのようなものではない。【００１０】
また、より具体的な形態を例示すれば、本発明に係る繊維強化プラスチックの製造方法は、少なくとも上型と下型によって形成されるキャビティ内に強化繊維基材を配置し、キャビティを密閉した後、マトリックス樹脂を強化繊維基材に注入して含浸させ、しかる後に該樹脂を硬化させる繊維強化プラスチックの製造方法において、上型および下型との間に実質的に隙間が形成されないように強化繊維基材をキャビティ内に配置するとともに、樹脂注入、含浸時には、所定の成形品の厚みよりもキャビティの内寸法の高さを大きくした状態にて、上型または下型に接続された樹脂注入ラインからマトリックス樹脂をキャビティ内に注入して強化繊維基材に含浸させ、強化繊維基材への含浸が完了した後に、強化繊維基材に余剰に注入、含浸された樹脂を吸引、除去するとともに、上型および下型の少なくとも一方を他方に向けて加圧することにより、前記キャビティの内寸法の高さを、該キャビティ内に配置されている強化繊維基材の厚みが所定の成形品の厚みになるように制御し、その状態にて、マトリックス樹脂を硬化させることを特徴とする方法からなる。【００１１】
このような本発明に係る方法においては、とくに、キャビティ内を真空吸引した状態にて、マトリックス樹脂を注入することが好ましい。【００１２】
本発明の特徴として、余剰樹脂を吸引、除去しながら型の加圧を行うことにより樹脂含浸強化繊維基材厚みの減縮化、高Ｖｆ化のための制御を行うので、型の加圧のためには大きな加圧力が必要ではなくなる。【００１３】
樹脂の硬化は、マトリックス樹脂が熱硬化性樹脂である場合には、加熱硬化させればよい。また、強化繊維基材は、キャビティ内に配置する前に予め成形品に沿った形状のプリフォームに賦形できる場合には、そのプリフォームを使用することもできる。ただし、大型や厚肉の成形品の場合には、多数の強化繊維層（例えば、多数の強化繊維織物層、多数の一方向性強化繊維シート層、多数の強化繊維織物層と一方向性強化繊維シート層の組み合わせ体）の積層により強化繊維基材を形成する場合が多いので、プリフォームの形態にすることが困難な場合が多い。したがって、例えば、予め成形品の形状に裁断された多数の強化繊維層を一方の型上に積層していくか、多数の強化繊維層が積層された積層体を一方の型上に配置するかにより、強化繊維基材をキャビティ内に配置することになる。【００１４】
このような本発明に係る方法においては、先ず、成形後のＶｆより比較的低Ｖｆに相当する厚みの強化繊維基材が、内寸法の高さを大きくした状態のキャビティ内に配置され、その強化繊維基材に対してマトリックス樹脂が注入、含浸されるので、比較的厚みの大きい、しかも超大型の強化繊維基材であっても、低Ｖｆで樹脂流動抵抗の比較的小さな強化繊維基材に十分に樹脂を含浸させることが可能になる。しかしこの段階では、強化繊維基材の厚みは目標とする成形品の厚みよりも大きく、かつ、Ｖｆも目標とする成形品のＶｆよりも低い。この樹脂の注入、含浸後に、余剰樹脂が吸引、除去されると同時に、上型および下型の少なくとも一方が他方に向けて加圧されることにより、キャビティの内寸法の高さが所定の成形品の厚みになるように制御され、それに伴って樹脂が含浸されている強化繊維基材の厚みも所定の成形品の厚みに制御される。したがって、この段階では、強化繊維基材に十分に樹脂が含浸された状態が保たれたまま、強化繊維基材厚みの減縮化に伴い余剰樹脂が除去されて、目標とする成形品の寸法、特に目標とする成形品の厚みに制御されることになり、目標とする高Ｖｆの状態が達成されることになる。この状態にてマトリックス樹脂が硬化されるので、製造される成形品も、安定した均一な高Ｖｆ状態となり、超大型かつ厚肉であっても高強度、高弾性率を有する所望の高品質の繊維強化プラスチック成形品が得られることになる。この本発明に係る方法においては、上型と下型は実質的に一様形状のキャビティを形成できる形状を有しており、そのキャビティの内寸法の高さは、例えば後述のスペーサの高さを制御することにより、型を加圧した場合においても、実質的に一様の高さを保持することができる。また本発明に係る方法においては、成形にバッグ材を用いないので、成形サイクルの短縮が可能になるとともに、成形のための作業性が大幅に向上する。さらに、余剰樹脂を吸引、除去しながら型の加圧を行うことにより樹脂含浸強化繊維基材厚みの減縮化、高Ｖｆ化のための制御を行うので、型の加圧のためには大きな加圧力が必要なくなる。例えば、キャビティ内にかかる内圧にて、高々、０．３〜０．５ＭＰａの圧力に抑えることが可能になる。そのため、加圧する型には大きな強度、剛性を必要とせず、加圧する型としては、安価でかつ簡易な低剛性の型の使用が可能になる。その結果、製造設備の簡素化、コストダウンも可能になる。【００１５】
上記本発明に係る繊維強化プラスチックの製造方法においては、キャビティ内に強化繊維基材を配置した後、キャビティ内を真空吸引して減圧し、該キャビティに連通している場所から、マトリックス樹脂を、大気圧とキャビティ内圧との差圧を利用して強化繊維基材に注入、含浸するようにすることができる。従来からも、型上に配置した強化繊維基材をバッグ材（例えば、バッグフィルム）で覆い、その内部を真空吸引により減圧し、その減圧状態を利用して強化繊維基材にマトリックス樹脂を注入、含浸するようにした方法が知られているが、このような従来方法では、バッグ材内部を真空吸引した際に、バッグ材外部にかかる大気圧とバッグ材内部の減圧された圧力との差圧によりバッグ材が強化繊維基材側に押圧され、その押圧力によって強化繊維基材がコンパクションされてその厚みが減縮され、その分高Ｖｆに相当する状態にならざるを得なかった。このような状態になると、マトリックス樹脂の十分な含浸が困難になり、とくに厚みの大きい基材や大型の基材に対しては、全体にわたって均等に、まんべんなく樹脂含浸させることができず、未含浸部が生じることとなっていた。また、フィルムなどの低剛性材料でバッグするので、広幅成形品の場合、場所によって厚みの減縮度合がばらつき、成形品の厚みが場所によって異なるという問題もあった。しかし本発明では、樹脂注入、含浸時には、所定の成形品の厚みよりもキャビティの内寸法の高さが大きくされた状態に保たれ、換言すれば、上記のようなバッグ材による強化繊維基材側への押圧力がかからない状態にて、つまり、強化繊維基材が過剰にコンパクションされておらず、低Ｖｆに相当する状態に保たれた条件にて、マトリックス樹脂が強化繊維基材に注入されて含浸されるので、マトリックス樹脂が全体にわたって十分に良好に含浸されるようになり、キャビティ内を吸引、減圧し、大気圧とキャビティ内圧との差圧を利用してマトリックス樹脂を強化繊維基材に注入、含浸する方法により、厚みの大きい基材や超大型の基材に対しても、未含浸部のない目標とする全体にわたって均等なＶｆで良好な樹脂含浸が可能になる。また、従来のバッグ材に比べてはるかに高剛性の型材を用いるので、厚みの減縮も全体に渡って均一に行えるため、広幅の成形品でも厚みが場所によって異なるという問題も生じない。【００１６】
また、この繊維強化プラスチックの製造方法においては、マトリックス樹脂の強化繊維基材への注入は、複数の樹脂注入経路を介して行うことができる。つまり、強化繊維基材の面方向に複数配置された樹脂注入経路を介してほぼ同時にマトリックス樹脂を強化繊維基材に注入することができる。とくに超大型の構造体を成形する場合には、このようにすることにより、万遍なく短時間のうちに効率よく樹脂を注入できるようになり、それに伴って強化繊維基材への均一な樹脂含浸が可能になる。なお、上記複数の樹脂注入経路を設ける部材は、とくに限定されず、例えば、上型や後述の樹脂注入プレートなどに設けることができる。【００１７】
そしてこの場合、マトリックス樹脂を強化繊維基材の面に沿う方向に拡散させつつ上記複数の樹脂注入経路を介してほぼ同時にマトリックス樹脂を強化繊維基材に注入するようにすることが好ましい。これにより、より短時間での樹脂注入が可能になり、強化繊維基材へのより均一な樹脂含浸が可能になる。【００１８】
また、上記のような好ましい態様を具体的に実現するためには、例えば、上記上型および下型の一方と強化繊維基材との間に、実質的に隙間が形成されないように樹脂注入プレートおよび／または樹脂拡散媒体を介在させ、該樹脂注入プレートおよび／または樹脂拡散媒体に上記複数の樹脂注入経路を連通し、該複数の樹脂注入経路を介してマトリックス樹脂を強化繊維基材に注入するようにすることが望ましい。このうち樹脂注入プレートは、上型として用いることでもよいが、後述の実施形態に示すように、加圧される型とは別体に構成すればよい。別体に構成しておくことにより、加圧される型自体の一層の簡素化も可能になる。【００１９】
上記のように樹脂注入プレートや樹脂拡散媒体を介在させる場合には、例えば、上記樹脂注入プレートは、少なくとも一つの樹脂注入経路に対して連通する複数の樹脂拡散路と、樹脂拡散路に開口した樹脂注入口を形成し、マトリックス樹脂を複数の樹脂拡散路を経由して樹脂注入口から強化繊維基材に含浸するようにすることもできる。また、上記樹脂拡散媒体は網目構造を有し、該網目構造を介してマトリックス樹脂を強化繊維基材の面に沿う方向に拡散させるようにすることもできる。【００２０】
また、上記複数の樹脂注入経路は、樹脂の注入に加え、上記プリフォームに余剰に注入、含浸された樹脂の吸引、除去にも使用することが可能である。つまり、同じ通路の切り換えにより、注入用と吸引、除去用とに使用することが可能である。余剰に注入、含浸された樹脂は、真空吸引口からも吸引、除去されるが、樹脂注入経路や注入口はプリフォームの広範囲もしくは全面にわたり配置されているため、真空吸引口よりも効率的に余剰に注入、含浸された樹脂を吸引、除去することができる。このように複数の樹脂注入経路を余剰樹脂の吸引、除去にも使用することにより、樹脂通路の構造の簡素化は勿論のこと、複数の箇所を通して余剰樹脂を除去することになるので、均一で効率のよい余剰樹脂の除去が可能になり、余剰樹脂除去に伴う高Ｖｆ化が均一に進められる。【００２１】
また、本発明においては、例えば、予め前記樹脂注入ラインに真空吸引による減圧手段を設けておき、減圧手段はマトリックス樹脂を強化繊維基材に含浸中には使わず、マトリックス樹脂の強化繊維基材への含浸が完了した後、樹脂注入ラインを閉じ、減圧手段を使って、強化繊維基材に余剰に含浸された樹脂を吸引、除去する方法を採用することもできる。【００２２】
また、樹脂注入、含浸時には、上記キャビティの内寸法の高さが所定の成形品の厚みよりも大きくした状態に保たれ、樹脂注入、含浸後にキャビティの内寸法の高さが小さくなるように制御されるが、この制御のために、とくに、上型と下型との間で、キャビティの周辺に、スペーサを配置する形態を採用することができる。すなわち、上型と下型との間にキャビティ内寸法の高さを所定の初期高さに決めるスペーサを配置し、とくに、上型と下型との間のキャビティの外側に密閉機構とは別のキャビティ内寸法の高さを決めるスペーサを配置し、該スペーサの高さを調整することにより（高さを小さくすることにより）、キャビティ内寸法の高さを、該キャビティ内に配置されている強化繊維基材の厚みが所定の成形品の厚みになるように制御することができる。このようなスペーサの介在により、より確実に、強化繊維基材の厚みを、樹脂注入、含浸時には樹脂が容易に含浸できる所定の大きい値に保ち、樹脂注入、含浸後には、小さくして所定の成形品の厚みになるように制御することができる。【００２３】
このようなスペーサの高さ調整は、スペーサを上型と下型との間で、キャビティの周辺に介装されるシール手段とは別の比較的剛性の高い部材から構成し、そのスペーサの高さを専用の高さ調整機構で調整するようにすることもできるし、スペーサとして、例えば上型と下型との間に介装されるゴム状弾性体から構成し、そのゴム状弾性体の弾性変形による厚み変化を利用したり、また、中空弾性体を用い、該中空弾性体の中に流体を注入し、その流体の容量や圧力を変化させて、スペーサの高さを調整するようにすることもできる。これら両スペーサの高さ調整手法は、併用することも可能である。【００２４】
高さ調整手法は、市販のボルトを利用することもできる。この場合、下型にタップ（雌ネジ）を設け、そこにボルトをねじ込みながら挿入し、下型の表面から突出したボルトの高さをスペーサの高さとして利用する。ボルトによる高さ調整手法は、ボルトの回転量により、容易に微調整が可能であるため好ましい。またボルトによる高さ調整手法は、上型と下型とのシール機構よりも内側であっても外側であってもどちらでも良いが、特に制約がない場合は、シール機構の外側に設けることにより、マトリックス樹脂がボルトおよびタップ部分に流れ込まないため、好ましい。【００２５】
スペーサをゴム状弾性体から構成する場合には、キャビティ内の減圧度の調整によりスペーサの変形量を調整し、該スペーサの変形量の調整を介して該スペーサの高さを調整することができる。この場合、キャビティ内の減圧度の調整により、キャビティ外にかかる大気圧と減圧されたキャビティ内圧との差圧によるスペーサへの押圧力を調整することにより、スペーサの高さを調整することができる。したがってこの場合、上記上型および下型の少なくとも一方の他方に向けての加圧力を、キャビティ内の減圧度により調整することが可能である。さらに、スペーサをゴム状弾性体から構成する場合には、そのスペーサは上型と下型との間に介装されるシール手段を兼ねることもできる。【００２６】
また、上記強化繊維基材への樹脂注入、含浸後の上型および下型の少なくとも一方の他方に向けての加圧は、例えば、シリンダ手段を用い、該シリンダ手段で少なくとも一方の型を他方の型に向けて加圧することにより行うこともできる。この方法では、シリンダ手段への加圧流体の圧力調節により、容易に加圧力を制御できる。前述の如く、この加圧は余剰樹脂の吸引除去とともに行われるので、大きな加圧力を必要とせず、したがって大がかりな油圧シリンダ等を用いることなく、例えば比較的低圧（例えば、０．１ＭＰａ以下）の圧縮空気を利用するエアーシリンダ等の使用が可能である。シリンダ手段の数は、加圧される一つの型に対して一つだけ設けることも可能であるが、大型の型に対して、より均一に、傾き等が生じない状態で型に加圧力を付与するためには、適宜複数のシリンダ手段を適切な位置に配置することが好ましい。【００２７】
また、上記上型および下型の少なくとも一方の他方に向けての加圧を、反キャビティ側に配置されたブラダーバッグの膨張により行うことも可能である。すなわち、加圧される型の反キャビティ側に、膨張、収縮可能なブラダーバッグを一つあるいは複数配置しておき、加圧時にはブラダーバッグを膨張させることにより型をキャビティ側に向けて加圧できるようにする。ブラダーバッグは加圧流体が内部に流入されることにより全体にわたって均一に膨張可能なものであるから、とくにこのブラダーバッグを複数適切に配置しておくことにより、大型の型であっても、所定の姿勢を維持しつつ均一に加圧することが可能になり、大型の構造体の成形にとって好ましい形態が実現される。また、このブラダーバッグを用いる方法と、前述のシリンダ手段を用いる方法とは、併用することも可能である。また、このブラダーバッグは、様々な材質が適用可能で、単純なゴム袋や布地に樹脂をコーティングした袋や、ゴム袋と布地状の袋のハイブリッド状態でもよい。【００２８】
また、ブラダーバッグとして、平板形状のものを用い、実質的に上型および下型の少なくとも一方を面状で実質的に隙間なく加圧するようにすることも可能である。【００２９】
また、本発明においては、例えば、キャビティの外側に設けた上型と下型との間の密閉機能とキャビティの高さ調整機能を兼ね備えた機構により、樹脂注入、含浸時には、所定の成形品の厚みよりもキャビティの内寸法の高さを大きくした状態にて、マトリックス樹脂を強化繊維基材に注入して含浸させ、しかる後に上型および下型の少なくとも一方を他方に向けて移動して所定の成形品の厚みに調整するとともに、強化繊維基材に余剰に注入、含浸された樹脂を吸引、除去し、その状態にて、マトリックス樹脂を硬化させるようにすることも可能である。【００３０】
さらに、本発明に係る方法においては、上記キャビティの内寸法の高さの制御後、上記上型と下型の位置関係を固定することが好ましい。上型と下型の位置関係を固定すると、キャビティも所定のサイズに固定されるから、この状態で樹脂が硬化されることにより、確実に目標とする寸法の成形品に成形される。上型と下型の位置関係の固定には、例えば簡単な構造のクランプ手段を使用できる。すなわち、クランプ手段により上型と下型を上下から挟み、キャビティ内圧による上下型の離反力に対抗して、上型と下型の位置関係を固定すればよい。【００３１】
本発明の特徴である余剰樹脂を吸引、除去しながら型の加圧を行うことにより、型の加圧のためには大きな加圧力が必要なくなるため、クランプ手段のような極めて簡易な手段にて上型と下型の位置関係を固定することができるのである。【００３２】
本発明に係る繊維強化プラスチックの製造装置は、上記のような方法に用いる装置である。本発明に係る方法では、樹脂の注入含浸時には、キャビティの内寸法の高さが所定の成形品の厚みよりも大きく保たれ、樹脂の注入含浸後には、型の加圧と余剰樹脂の吸引、除去によりキャビティの内寸法の高さが所定の成形品の厚みまで縮められるので、このようにキャビティの内寸法の高さを少なくとも二段階に調整できることが必要である。そして、このキャビティ内寸法の高さの制御については、前述の如く、キャビティ周囲のシール手段とは別の比較的剛性の高いスペーサの高さ調整により行う方法と、キャビティ周囲に配置されるシール手段（上記スペーサを兼ねることも可能）の弾性変形を利用して行う方法とがある。これら両方法は併用も可能である。【００３３】
これらの方法に関する技術思想に対応して、本発明は、次のような繊維強化プラスチックの製造装置を提供する。すなわち、本発明に係る繊維強化プラスチックの製造装置は、上記のような方法に用いる装置であって、上型と下型との間でかつキャビティの周囲に、上記キャビティの内寸法の高さに対応する上型と下型間の距離を、上記樹脂注入、含浸時における距離と、上記樹脂硬化時における距離との少なくとも二段階に調整可能な高さ調整手段を有することを特徴とするものからなる。【００３４】
このような本発明に係る繊維強化プラスチックの製造装置においては、上記高さ調整手段が、上型と下型間の距離を自身の上下位置の調整により調整可能なスペーサを備えた手段からなる構成とすることができ、上記高さ調整手段が、キャビティを密閉可能で、自身の弾性変形により上型と下型間の距離を調整可能なシール手段を備えた手段からなる構成とすることもでき、両種の高さ調整手段が併設された構成とすることもできる。シール手段には、例えば、自身の厚みの調整が可能な紐状ゴムを使用できる。この紐状ゴムとしては、例えば、Ｏリングを用いることができる。【００３５】
高さ調整手段の高さ調整としては、前述したのと同様に、ボルトによる高さ調整機構を採用でき、市販のボルトを利用することもできる。この場合、前述したように、下型にタップ（雌ネジ）を設け、そこにボルトをねじ込みながら挿入し、下型の表面から突出したボルトの高さをスペーサの高さとして利用する。ボルトによる高さ調整機構は、ボルトの回転量により、容易に微調整が可能であるため好ましい。またボルトによる高さ調整機構は、上型と下型とのシール機構よりも内側であっても外側であってもどちらでも良いが、特に制約がない場合は、シール機構の外側に設けることにより、マトリックス樹脂がボルトおよびタップ部分に流れ込まないため、好ましい。【００３６】
また、本発明に係る繊維強化プラスチックの製造装置においては、上記上型と下型の曲げ剛性の比が１０倍以上である構成を採用できる。すなわち、上型と下型の一方は、成形のための最終的なキャビティの形状を主として決めるために、目標とする形状を損なわないだけの高い剛性を必要とするが、他方の加圧される方の型は、上記のようにキャビティの内寸法の高さを少なくとも二段階に調整可能に構成されていればよく、高剛性の型に比べはるかに低い剛性でよくなる。したがって、両型間に、１０倍以上の剛性差を持たせることが可能になり、一方の型を低剛性に構成することにより、その型の製造を容易にかつ安価に行うことができるとともに、その型の加圧操作、加圧装置も簡単なもので済む。【００３７】
例えば、上記上型と下型の一方が、強化繊維基材側に成形品の表面形状に沿う形状の面部分を有する板状の低剛性型からなる構成を採用できる。単なる板状の低剛性型であっても、樹脂の注入含浸時の前述のような所望のキャビティの内寸法の高さに維持でき、樹脂の注入含浸後に、そのキャビティの内寸法の高さを目標とする高さに縮小できさえすれば、本発明で目標とする成形が可能になる。仮に、低剛性型の剛性が低過ぎた場合は、例えば板状の型にＣ型やＨ型の型材を障子の桟状に組んで、該板状型を裏面より補強すると良い。これは本発明の特徴である余剰樹脂を吸引、除去しながら型の加圧を行うことにより、型の加圧のためには大きな加圧力が必要なくなるため、低剛性型を使用することが可能となる。とくに前述のような樹脂注入プレートを用い、該樹脂注入プレートが強化繊維基材側の面の形状の形成機能を持つ場合には、該樹脂注入プレート上に位置する型は単に該樹脂注入プレートを所定の加圧力をもって加圧でき、該樹脂注入プレートの位置を所定の位置に決める機能を持てばよいので、低剛性で簡単な構造の低剛性型（簡易型）から構成することが可能になる。またこのキャビティの内寸法の高さを目標とする高さに縮小するとき、低剛性型自体は多少撓んでも（多少撓んだとしても、この撓みは、バッグフィルムのように相手部材に完全に倣う形状への変形とは基本的に異なる。）、強化繊維基材側に位置する樹脂注入プレートの形状さえ所定の形状に保たれればよいから、この点からも、一層簡単な構造の低剛性型に構成することが可能になる。さらに、この加圧される側の型は、樹脂の注入含浸時には、所望のキャビティの内寸法の高さに維持できればよく、そのときに不要な加圧力を発生させる必要は全くなく、キャビティの内寸法の高さを目標とする高さに縮小するときには、その型の加圧は、余剰樹脂除去のためのキャビティ内からの吸引、樹脂除去とともに行われるので、大きな加圧力を必要としないことからも、簡単な構造の低剛性型に構成することが可能である。【００３８】
このような低剛性型は、金属製とすることも可能であるが、低剛性型として、例えば、繊維強化プラスチックから形成されている型を用いることもできる。また、場合によっては非強化の樹脂製や木製、セラミック製、それらのハイブリッド構造でもよい。【００３９】
また、上型および／または下型の材料を、成形する繊維強化プラスチックと同じ材料とすることにより、型と成形する繊維強化プラスチックの線膨張係数を実質的に同じにすることができ、繊維強化プラスチックの寸法精度を向上できるため好ましい。特に成形する繊維強化プラスチックの寸法が大きい場合はより好ましい。【００４０】
本発明に係る繊維強化プラスチックの製造方法および装置における強化繊維基材に用いる強化繊維は、とくに限定されず、炭素繊維をはじめ、ガラス繊維やアラミド繊維などの他の強化繊維、さらにはこれら強化繊維の組み合わせ構成の使用が可能である。とくに炭素繊維を使用する場合には、炭素繊維自身が高い剛性を示すため、強化繊維の密度が高い場合や強化繊維基材の厚みが大きい場合には、樹脂の注入含浸が行き届かなくなるおそれが生じるので、このような場合に本発明は好適である。
【発明の効果】
【００４１】
このように、本発明に係る繊維強化プラスチックの製造方法および装置によれば、型を加圧した状態においても、例えばスペーサの高さ制御によって、上型および下型で形成されるキャビティの内寸法の高さを所定の一様の高さに保持することにより、樹脂が完全に含浸可能な低Ｖｆに相当する厚みに強化繊維基材の厚みを調整した状態において樹脂を注入、含浸した後、型の加圧およびスペーサの高さ制御によりキャビティの内寸法の高さを所定の繊維強化プラスチックの厚みに相当する高さに調整すると同時に、強化繊維基材内の余剰樹脂を吸引、除去し、高Ｖｆに相当する状態にして樹脂を硬化させるようにしたので、従来よりも簡易な加圧設備、型で大型の成形品を高Ｖｆにて短時間のうちに成形することが可能になる。とくに樹脂注入プレートを使用することにより、樹脂の注入、含浸をより効率的に行うことができるとともに、型の簡素化をより促進でき、しかも樹脂注入プレートを介して強化繊維基材内の余剰樹脂を効率的に吸引、除去することが可能であるので、装置全体の一層の簡素化が可能になる。その結果、大型品の成形に際しても、設備費を抑えて容易に高Ｖｆに制御した成形品を得ることができるとともに、とくに樹脂注入プレートを用いることにより、短時間で樹脂注入、含浸を終え、かつ所望の高Ｖｆ状態まで到達することができ、成形作業性、生産性を大幅に向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施態様に係る繊維強化プラスチックの製造方法に用いる製造装置における樹脂注入時の様子を示す概略構成図である。
【図２】図１の製造装置における樹脂注入、含浸後の、型の加圧および余剰樹脂の吸引、除去による強化繊維基材の厚み調整完了時の様子を示す概略構成図である。
【図３】本発明の別の実施態様に係る繊維強化プラスチックの製造方法に用いる製造装置における樹脂注入時の様子を示す概略構成図である。
【図４】本発明のさらに別の実施態様に係る繊維強化プラスチックの製造方法に用いる製造装置における樹脂注入時の様子を示す概略構成図である。
【図５】図４の製造装置における樹脂注入、含浸後の、余剰樹脂の吸引、除去による強化繊維基材の厚み調整完了時の様子を示す概略構成図である。
【図６】型の加圧にブラダーバッグを用いる別の実施態様に係る繊維強化プラスチックの製造方法に用いる製造装置の概略構成図である。
【図７】強化繊維基材の厚み調整完了後に上下型の位置関係を固定するためのクランプ手段を用いる別の実施態様に係る繊維強化プラスチックの製造方法に用いる製造装置の概略構成図である。
【図８】比較例に係る従来のバッグフィルムを用いる繊維強化プラスチックの製造装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す実施態様は、あくまで本発明の望ましい実施の形態の例示であって、本発明は、これら実施態様に限定されるものではない。
図１は、本発明の一実施態様に係る繊維強化プラスチックの製造方法に用いる製造装置における樹脂注入時の様子を示している。繊維強化プラスチックの製造装置１は、上型２と下型３を有しており、上型２と下型３によってキャビティ４が形成される。より正確には、本実施態様では、上型２の直下に、樹脂注入プレート５が配置され、この樹脂注入プレート５と下型３によってキャビティ４が形成されている。キャビティ４内には、本実施態様では、強化繊維織物の積層体からなる強化繊維基材６が配置される。上型２と下型３の間には、キャビティ４の周囲に全周にわたって延びるシール手段としてのＯリング７が設けられ、該Ｏリング７を介して、キャビティ４が密閉される。本実施態様では、Ｏリング７の外側で、上型２と下型３の間の位置に、スペーサ８が介装されており、該スペーサ８はスペーサ高さ調整機構９に連結されている。このスペーサ８は、スペーサ高さ調整機構９により自身の高さ位置を調整することにより、上記の如く樹脂注入プレート５と下型３によって形成されるキャビティ４の内寸法の高さ（図１では高さＨ）を調整することができるようになっており、その高さ調整を介して、キャビティ４内に配置されている強化繊維基材６の厚みを、樹脂注入含浸時の厚みと、樹脂注入含浸後に縮小される所定の成形品の厚みに対応する厚みとに制御することができるようになっている。
【００４４】
この状態で、樹脂ポット１０内に収容されているマトリックス樹脂１１が、上型２に形成された樹脂注入口１２、該樹脂注入口１２へ接続された樹脂注入ライン２５を介して、キャビティ４内の強化繊維基材６に向けて注入され、含浸されるが、この樹脂注入、含浸時には、スペーサ８により、キャビティ４の内寸法の高さＨが所定の成形品の厚みよりも大きい状態に維持される。したがって、強化繊維基材６の厚みが所定の成形品の厚みよりも大きい状態（つまり、所定の成形品のＶｆよりも低Ｖｆの状態）にて、マトリックス樹脂１１が強化繊維基材６に注入されて含浸される。また、本実施態様では、真空ポンプ１３により、樹脂トラップ１４を介して下型３に形成された真空吸引口１５を通してキャビティ４内を吸引により減圧状態にし、その減圧状態を利用してマトリックス樹脂１１が強化繊維基材６に注入、含浸されるようになっている。ただし、この減圧状態を利用した注入、含浸の代わりに、マトリックス樹脂１１を加圧注入することも可能であり、減圧状態を利用した注入と加圧注入とを併用することも可能である。樹脂注入口１２を通して注入されてきたマトリックス樹脂１１は、本実施態様では、樹脂注入プレート５内に形成された樹脂拡散路１６内を強化繊維基材６の面に沿う方向に拡散されつつ、樹脂注入プレート５の互いに異なる位置に複数形成された樹脂注入経路１７（本実施態様では、樹脂注入プレート５に形成された樹脂注入用の孔を含む経路）を介して、強化繊維基材６に注入、含浸される。樹脂注入プレート５は、樹脂注入口１２から注入されたマトリックス樹脂が樹脂注入経路１７まで導かれる樹脂拡散路１６を有していることが好ましい。樹脂注入プレート５の材質は、金属、繊維強化プラスチック、熱可塑性樹脂であることが好ましい。また、樹脂拡散路１６は、成形する繊維強化プラスチックの寸法、形状により適切に設計されるべきであるが、幅、深さ共に数ｍｍ〜数十ｍｍであることが好ましい。特に、３ｍｍ〜２０ｍｍとすることにより、樹脂の拡散性を保持しながら、拡散路に残る樹脂量を少なくできるため好ましい。成形品の寸法が、大型で数ｍ〜数十ｍである場合、樹脂注入プレート５の材質を成形に用いる材質と同じとすることにより、線膨張係数を同じとすることができるため、好ましい。複数の樹脂注入経路１７は、実質的に強化繊維基材６の全面にわたって分布されていることが好ましい。図１は、強化繊維基材６の厚み方向に、ある程度マトリックス樹脂１１の含浸が進んだ状態を示している。
【００４５】
やがて、マトリックス樹脂１１が強化繊維基材６の厚み方向に強化繊維基材６の全体にわたって含浸され、含浸完了後には、真空吸引口１５から樹脂が流出する。このマトリックス樹脂１１の注入、含浸時には、目標とする高Ｖｆの成形品の厚みよりも強化繊維基材６の厚みの方が大きいので、この状態では、マトリックス樹脂１１は未だ硬化されていないものの、この状態でのＶｆは、目標とする高Ｖｆの成形品のＶｆよりも低い。したがって、強化繊維の密度が目標とする高Ｖｆの成形品の強化繊維密度よりも低く、強化繊維基材６内で樹脂が流動しやすくなっているので、比較的厚い強化繊維基材６であっても、マトリックス樹脂１１は高い注入圧を加えないでも十分に良好に含浸される。すなわち、先ず、低Ｖｆ状態ではあるが、強化繊維基材６に容易にかつ十分に良好にマトリックス樹脂１１が含浸された状態が形成される。
【００４６】
このように低Ｖｆ状態にて強化繊維基材６に十分に良好にマトリックス樹脂１１が含浸された後、図２に示すように、上記のように使用している樹脂の真空吸引ライン１８に加え、上記樹脂注入ライン側も真空ポンプ１９と樹脂トラップ２０（真空ポンプ１３と樹脂トラップ１４と兼用することも可能である。）を備えた真空吸引ライン２１にバルブ２２の操作により切り換えられて、強化繊維基材６に余剰に注入、含浸された樹脂が吸引、除去される。このとき同時に、真空吸引により減圧されたキャビティ４の内圧と上型２の外面にかかっている大気圧との差圧を利用して、上型２および樹脂注入プレート５が押し下げられ、上型２および樹脂注入プレート５が、より正確には樹脂注入プレート５が、強化繊維基材６を加圧し、キャビティ４の内寸法の高さが、該キャビティ４内に配置されている強化繊維基材６の厚みが所定の成形品の厚み（図２に示す、高さＨ’）になるように制御される。同時に、このキャビティ４の内寸法の高さは、スペーサ８の高さ調整により、この所定の高さとなるように制御される。図２に示した例では、上型２が、下型３に当接するまで下降される。強化繊維基材６の加圧は、上記のように大気圧と減圧されたキャビティ４の内圧との差圧のみを利用して行うこともできるが、これとは別に、あるいはこれに加えて、図２に二点鎖線で示すように、例えばシリンダ手段２３（例えば、エアシリンダ）により、上型２を下型３に向けて加圧し、キャビティ４の内寸法の高さが、該キャビティ４内に配置されている強化繊維基材６の厚みが所定の成形品の厚みになるように制御することも可能である。このように、強化繊維基材６の厚みが所定の成形品の厚みとされ、余剰樹脂が吸引除去されることにより、樹脂含浸強化繊維基材６のＶｆは、高められ、目標とする高Ｖｆとされる。
【００４７】
このように樹脂含浸強化繊維基材６の厚みが調整された後、その状態に維持され、真空吸引ライン１８、２１が閉じられ、強化繊維基材６に含浸されているマトリックス樹脂１１が硬化される。マトリックス樹脂１１には熱硬化性樹脂（例えば、エポキシ樹脂）が用いられることが多いので、マトリックス樹脂１１の硬化は加熱によって行われる。加熱手段には、ヒータや熱媒等の周知の手段を用いればよい。このように所定の成形品の厚みに維持されている強化繊維基材６に含浸されたマトリックス樹脂９が硬化されることにより、目標とする高Ｖｆの繊維強化プラスチック成形品２４が得られる。樹脂の硬化完了後に、型を開いて成形品２４を取り出せばよい。
【００４８】
このようにして、大がかりな高圧負荷装置を使用することなく簡易な成形装置にて、優れた成形作業性をもって短時間のうちに、高Ｖｆの成形品を製造することができ、比較的厚みが厚く、大型の構造体であっても、容易に効率よく製造することが可能になる。とくに本実施態様では樹脂注入プレート５を用いるので、上型２は簡素な構造の型で済む。また、厚み制御のために加圧だけでなく、余剰樹脂の吸引除去、したがってキャビティ４側に対する吸引も併用するので、上型２に高い加圧力は不要であり、この面からも、上型２としては比較的剛性の低い簡単な構造の低剛性型（例えば、ＦＲＰ型等の板状の低剛性型）を使用することが可能になり、上型２としては下型３よりも１０倍以上剛性の低い型を使用することが可能になる。また、とくに上記実施態様では上型２直下に位置する樹脂注入プレート５を介してキャビティ４の形状を決めればよいので、上型２としては単なる板状の低剛性型でよく、強化繊維基材６側に成形品の表面形状に沿う形状の面部分を有する板状の型で十分である。これらの結果、設備費を抑えつつ、所望の成形を行うことが可能になる。
【００４９】
図３、図４は、本発明の別の実施態様に係る繊維強化プラスチックの製造方法に用いる製造装置における樹脂注入時の様子を示している。上記実施態様では、シール手段としてのＯリング７とキャビティ４の内寸法の高さを維持、制御するためのスペーサ８を互いに異なる部材に構成したが、図３に示す繊維強化プラスチックの製造装置３１では、スペーサ３２を、上型２と下型３との間に介装されるゴム状弾性体から構成し、そのゴム状弾性体の弾性変形による厚み変化を利用して、スペーサ３２の高さを調整するようにしており、このスペーサ３２は上型２と下型３間に介装されるシール手段を兼ねている。図４に示す繊維強化プラスチックの製造装置４１では、図３に示した態様に比べ、樹脂注入プレート５と強化繊維基材６の間に樹脂拡散媒体４２を介装し、樹脂拡散媒体４２を介してマトリックス樹脂１１がより均一に拡散された状態で強化繊維基材６に注入、含浸できるようになっている。樹脂拡散媒体４２は、樹脂の流動抵抗が強化繊維基材６内を流れる場合の流動抵抗に比べ１／１０以下の低い抵抗である媒体であることが好ましく、具体的には、ポリエチレンやポリプロピレン樹脂製のメッシュ織物で、目開きが＃４００以下のものが好ましい。図５は、図４に示した装置４１において、図２に示したのと同様に、マトリックス樹脂の注入含浸後に余剰樹脂の吸引、除去を行う様子を示している。その他の構成は、図１、図２に示した態様に準じるので、図１、図２に付したのと同じ符号を付すことにより説明を省略する。
【００５０】
このような実施態様においては、ゴム状弾性体から構成されたスペーサ３２自身の圧縮弾性変形量が、例えば、キャビティ４内の減圧度の調整により調整され、該スペーサ３２の変形量の調整を介して該スペーサ３２の高さが調整される。このとき、本実施態様では、上型２の下型３に向けての加圧力は、キャビティ４内の減圧度により調整される。このようなスペーサ３２自身の高さ調整を介して、樹脂注入含浸時のキャビティ４の内寸法の高さＨが、該キャビティ４内に配置されている強化繊維基材６の厚みが所定の成形品の厚みになるように、樹脂注入含浸後の余剰樹脂の吸引、除去時の厚みＨ’へと制御される。別個にシール手段を設けることなく、スペーサ３２にシール手段の機能も持たせ、該スペーサ３２自身の高さ調整を介して、所定の強化繊維基材６の厚み調整を行うようにしているので、成形装置全体の構造が一層簡素化される。その他の作用、効果は、図１、図２に示した実施態様に準じる。
【００５１】
以上の実施態様では、一方の型の他方に向けての加圧を、減圧されたキャビティ４の内圧と上型２外の大気圧との差圧を利用して行う方法、それとは別に、あるいはそれとともに、図２に示したようなシリンダ手段２３を用いて加圧する方法について説明したが、この加圧を、反キャビティ側に配置したプラダーバッグ等の他の手段を用いて行うことも可能である。
【００５２】
図６は、上記型の加圧にブラダーバッグを用いる別の実施態様に係る繊維強化プラスチックの製造装置５１を示している。図６に示す実施態様では、下型３の反キャビティ４側に複数のプラダーバッグ５２を配置し、それらプラダーバッグ５２の内部に加圧流体（例えば、圧縮空気）を導入してプラダーバッグ５２を膨張させることにより、下型３を上型２側に向けて、より正確には上型２の直下に位置する樹脂注入プレート５に向けて加圧する形態を例示している。このとき、上型２の位置を固定しておくために、上型固定治具５３が用いられている。もちろん、この下型３の加圧とともに、真空吸引ライン２１を介して余剰樹脂の吸引、除去も行われる。その他の構成は、図１、図２に示した態様に準じるので、図１、図２に付したのと同じ符号を付すことにより説明を省略する。
【００５３】
このような実施態様においては、プラダーバッグ５２の個数や配置を適切に設定することにより、大型の構造体の成形にあっても、均一に短時間で所定の加圧力を付与することが可能になり、成形品の望ましい成形状態を達成することが可能である。また、プラダーバッグ５２内に導入する加圧流体に圧縮空気を使用すれば、迅速なプラダーバッグ５２の膨縮動作が可能であるので、成形サイクルの時間をより短縮することも可能になる。その他の作用、効果は、図１、図２に示した実施態様に準じる。なお、プラダーバッグ５２以外にも、加圧力および加圧される型の位置制御が可能であれば、他の加圧手段の使用も可能である。また、前述したように、プラダーバッグとして平板形状のものを使用し、実質的に上型２および下型３の少なくとも一方を面状で実質的に隙間なく加圧するようにすることも可能である。
【００５４】
さらに、本発明に係る方法においては、キャビティの内寸法の高さを成形品の厚みと同等の高さに制御後、樹脂硬化時には、上型と下型の位置を所定の関係を固定しておくことが好ましい。上型と下型の位置関係を固定し、キャビティも所定のサイズに固定しておくことにより、より確実に目標とする寸法の成形品が得られる。このとき、上型と下型の位置関係の固定には、例えばクランプ手段を使用できる。クランプ手段は、例えば図４の実施態様に対して適用した図７に示すように、上型２と下型３を上下から挟み込むクランプ６１から構成でき、このクランプ６１により、キャビティ４の内圧による上下型の離反力に対抗して、上型２と下型３の位置関係を固定できるようにすればよい。
【実施例】
【００５５】
以下に、本発明に係る繊維強化プラスチックの製造方法および装置のより具体的な実施例について説明する。以下の実施例における強化繊維基材の形成には、次のような炭素繊維織物とガラス繊維織物を使用し、マトリックス樹脂には、次のような樹脂を使用した。
・炭素繊維織物：強化繊維に炭素繊維を用いた一方向強化繊維織物。炭素繊維の目付は
６００ｇ／ｍ2である。
・ガラス繊維織物：強化繊維にガラス繊維を用いた３軸織物。強化繊維の配向角度は
±４５／０°であり、ガラス繊維の目付は９００ｇ／ｍ2である。
・マトリックス樹脂：２液硬化型のエポキシ樹脂。８０℃×１５時間硬化型。【００５６】
実施例１：
図１を用いて説明する。寸法が幅３５０ｍｍ、長さ２０ｍの炭素繊維織物を金属製の下型の上に５０枚積層した。ピールプライ（成形後に、成形品から樹脂拡散媒体を容易に剥離させるために、炭素繊維織物と樹脂拡散媒体の間に配置する樹脂透過可能な層）、樹脂拡散媒体を、炭素繊維織物の積層体の表層の全面に配置し、さらにその上に樹脂注入プレートを配置した。樹脂注入プレートはポリプロピレン製の炭素繊維織物の積層体の全面を覆う形状であり、樹脂拡散路１６、樹脂注入用の孔１７を１５０ｍｍ間隔で格子状に設けた。【００５７】
次にＦＲＰ製の上型を樹脂注入プレートの上に配置した。上型は炭素繊維織物の積層体、ピールプライ、樹脂拡散媒体、樹脂注入プレートを覆う形状であり、下型に配置されているゴム製Ｏリングを介して、下型との間で密閉可能とした。さらにＯリングの外側にスペーサを配置した状態にて、真空吸引口から真空ポンプを用いて、上型と下型で密閉されたキャビティ内を減圧した。スペーサはジャッキボルトによる高さ調整機構を有している。ジャッキボルト機構は、下型に雌ねじ（タップ）が設けてあり、そこにボルトをねじ込み、ボルトのねじ込み量により、下型から突出するボルト高さを調節することができるようになっている。このスペーサは上型が下型に向けて加圧された際にキャビティの内寸法の高さＨが３７ｍｍとなるように調整されている。キャビティ内を減圧することにより、大気圧により上型は下型に向けて加圧され、Ｏリングが若干潰れたが、スペーサによりキャビティの内寸法の高さは所定値（Ｈ＝３７ｍｍ）にて一定に保たれた。【００５８】
大気圧を利用して、樹脂ポット内のマトリックス樹脂を樹脂注入口から注入して、樹脂注入プレート、樹脂拡散媒体を介して炭素繊維織物の積層体に含浸させた。炭素繊維織物の積層体へのマトリックス樹脂の含浸完了は、真空吸引口からマトリックス樹脂が排出されることを確認することによって判断した。【００５９】
マトリックス樹脂の含浸完了後、図２に示すように、マトリックス樹脂の注入を止め、樹脂注入口を真空吸引口につなぎ、元からの真空吸引口に加えて、樹脂注入口からも、炭素繊維織物の積層体に余剰に注入されたマトリックス樹脂を吸引、除去した。そのとき同時に、スペーサ高さ調整機構のボルトを回転して、キャビティの内寸法の高さＨ’が３０ｍｍとなるように、スペーサの高さを下げた。樹脂注入口及び真空吸引口から炭素繊維織物の積層体に余剰に含浸している樹脂を吸引、除去するに従って、Ｏリングがつぶれ、上型はキャビティの内寸法の高さが最終的には炭素繊維織物の積層体の所定の厚みである３０ｍｍに到達するまで降下した。【００６０】
この後、下型に設けてある熱媒流路（図示略）に熱水を流し、マトリックス樹脂を８０℃に加熱して硬化させ、炭素繊維強化プラスチックを成形した。【００６１】
マトリックス樹脂の硬化完了後、炭素繊維強化プラスチックを脱型した。炭素繊維強化プラスチックを切断して断面を観察した結果、樹脂未含浸部やボイドなどの欠陥は見られなかった。また、炭素繊維強化プラスチックの厚みを、長手方向に１ｍごとに計２０点測定した結果、３０．０±１．０ｍｍの範囲内であることを確認した。また、強化繊維の体積含有率ＶｆをＡＳＴＭ  Ｄ  ３１７１−９９に準拠して測定した結果、５５％であり、高Ｖｆ化が達成できていることが確認された。【００６２】
実施例２：
図４を用いて説明する。寸法が幅１５００ｍｍ、長さ３０ｍのガラス繊維織物を金属製の下型の上に５０枚積層した。ピールプライ、樹脂拡散媒体を、ガラス繊維織物の積層体の表層の全面に配置し、さらにその上に樹脂注入プレートを配置した。樹脂注入プレートはポリプロピレン製の炭素繊維織物の積層体の全面を覆う形状であり、樹脂注入用の孔を１５０ｍｍ間隔で格子状に設けた。【００６３】
次にＦＲＰ製の上型を樹脂注入プレートの上に配置した。上型はガラス繊維織物の積層体、ピールプライ、樹脂拡散媒体、樹脂注入プレートを覆う形状であり、下型に配置されているゴム製のスペーサを介して、下型との間で密閉可能とした。ゴム製のスペーサを配置した状態にて、真空吸引口から真空ポンプを用いて、上型と下型で密閉されたキャビティ内を減圧した。スペーサは加圧により十分変形可能であり、上型と下型との間のシール機能を有すると共に上型と下型との間のキャビティの内寸法高さを調整する機能を有している。【００６４】
スペーサの厚みは、上型と下型で密閉されたキャビティ内を真空吸引により減圧し、上型を下型に向けて加圧した状態において、キャビティの内寸法の高さＨが４０ｍｍとなるように調整した。このため、キャビティの内寸法の高さは一定に保たれた。【００６５】
その後、図６に示すように、下型の下にブラダーバッグを配置し、上型固定治具で上型を固定した。ブラダーバッグは直径が約１５０ｍｍの圧縮空気が漏れないホースを利用し、ホース内に圧縮空気を入れることによりホースを膨張させた。ブラダーバッグはキャビティの内寸法の高さＨが４０ｍｍとなるように圧力を調整した。マトリックス樹脂を圧力０．３ＭＰａに加圧して、樹脂注入口から注入し、樹脂注入プレート、樹脂拡散媒体を介してガラス繊維織物の積層体に含浸させた。マトリックス樹脂の注入中において、キャビティの内寸法の高さＨが４０ｍｍとなるように、ブラダーバッグの圧力を上げて、調整した。ガラス繊維織物の積層体へのマトリックス樹脂の含浸完了は、真空吸引口からマトリックス樹脂が排出されることを確認することによって判断した。マトリックス樹脂の含浸に要した時間は、実施例１に比べて、約半分の時間であった。【００６６】
マトリックス樹脂の含浸完了後、図６に示すように、マトリックス樹脂の注入を止め、樹脂注入口を真空吸引口につなぎ、元からの真空吸引口に加えて、樹脂注入口からも、ガラス繊維織物の積層体に余剰に注入されたマトリックス樹脂を吸引した。そのときにブラダーバッグの圧力を、キャビティの内寸法の高さＨ’が３２ｍｍとなるように、調整した。樹脂注入口及び真空吸引口から炭素繊維織物の積層体に余剰に含浸している樹脂を吸引、除去するに従って、スペーサがつぶれ、上型はキャビティの内寸法の高さが最終的にはガラス繊維織物の積層体の所定の厚みである３２ｍｍに到達するまで降下した。【００６７】
この後、下型に設けてある熱媒流路（図示略）に熱水を流し、マトリックス樹脂を８０℃に加熱して硬化させ、ガラス繊維強化プラスチックを成形した。【００６８】
マトリックス樹脂の硬化完了後、ガラス繊維強化プラスチックを脱型した。ガラス繊維強化プラスチックを切断して断面を観察した結果、樹脂未含浸部やボイドなどの欠陥は見られなかった。また、強化繊維の体積含有率ＶｆをＡＳＴＭ  Ｄ  ３１７１−９９に準拠して測定した結果、５５％であり、高Ｖｆ化が達成できていることが確認された。また、ガラス繊維強化プラスチックの厚みを、長手方向に１ｍごとに計３０点測定した結果、３２．０±１．０ｍｍの範囲内であることを確認した。【００６９】
比較例１：
図８を用いて説明する。寸法が幅３５０ｍｍ、長さ２０ｍの炭素繊維織物を金属製の下型１０１の上に５０枚積層して強化繊維基材１０２を形成した。ピールプライ、樹脂拡散媒体１０３を、炭素繊維織物の積層体の表層の全面に配置した。バッグフィルム１０４にて全体を覆い、バッグフィルム１０４の端部を、シール材１０５を用いて、下型１０１と密閉した。用いたシール材１０５の総量は、約４５ｍであった。【００７０】
バッグフィルム１０４で密閉した内部を、真空ポンプ１０６による樹脂トラップ１０７、真空吸引口１０８を介した真空吸引により減圧し、バッグフィルム１０４を介して、炭素繊維織物の積層体に大気圧をかけた。炭素繊維織物の積層体の厚みは約３０ｍｍであった。【００７１】
大気圧を利用して、マトリックス樹脂１０９を樹脂注入口１１０から注入し、樹脂拡散媒体１０３を介して炭素繊維織物の積層体に含浸させた。マトリックス樹脂がゲル化するまで注入を続けたが、真空吸引口１０８からマトリックス樹脂の排出は確認されなかった。【００７２】
マトリックス樹脂の注入完了後、マトリックスの注入を止め、下型に設けてある熱媒流路（図示略）に熱水を流し、マトリックス樹脂を８０℃に加熱して硬化させ、炭素繊維強化プラスチックを成形した。【００７３】
マトリックス樹脂の硬化完了後、炭素繊維強化プラスチックを脱型した。炭素繊維強化プラスチックを切断して断面を観察した結果、全体に樹脂未含浸部が見られた。また、成形後には再利用不可能なバッグフィルムが約２１ｍ2とシール材が約４５ｍ発生した。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明に係る繊維強化プラスチックの製造方法および装置は、実質的にあらゆる繊維強化プラスチック製成形品の製造に適用可能であり、とくに、航空機や風車の部品など高品質が求められる大型の構造体の製造に好適である。
【符号の説明】
【００７５】
１、３１、４１、５１  繊維強化プラスチックの製造装置
２  上型
３  下型
４  キャビティ
５  樹脂注入プレート
６  強化繊維基材
７  シール手段としてのＯリング
８、３２  スペーサ
９  スペーサ高さ調整機構
１０  樹脂ポット
１１  マトリックス樹脂
１２  樹脂注入口
１３、１９  真空ポンプ
１４、２０  樹脂トラップ
１５  真空吸引口
１６  樹脂拡散路
１７  樹脂注入経路（樹脂注入用の孔）
１８、２１  真空吸引ライン
２２  バルブ
２３  シリンダ手段
２４  繊維強化プラスチック成形品
２５  樹脂注入ライン
４２  樹脂拡散媒体
５２  ブラダーバッグ
５３  上型固定治具
６１  クランプ
【図１】
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【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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【国際調査報告】
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