(57)【要約】【課題】キャビティ内に樹脂を注入する際に、繊維基材の配置が乱れることを抑制し、かつ、繊維基材に対する樹脂の含浸性を向上させることができる複合材料の成形方法および複合材料の成形装置を提供する。【解決手段】複合材料１０の成形方法は、繊維基材１１に第１の孔２１を形成する。次に、樹脂１２の注入口２４０が設けられた第１の型２１０と、第１の型との間にキャビティ２５０を形成する第２の型２２０と、を備える成形型２００のキャビティに繊維基材１１を配置する。そして、成形型の注入口から繊維基材の第１の孔に向かう方向Ｙ１に樹脂１２を注入し、第１の型を第２の型に対して相対的に接近させて成形型を型締めする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維基材に第１の孔を形成し、
樹脂の注入口が設けられた第１の型と、前記第１の型との間にキャビティを形成する第２の型と、を備える成形型の前記キャビティに前記繊維基材を配置し、
前記成形型の前記注入口から前記繊維基材の前記第１の孔に向かう方向に前記樹脂を注入し、
前記第１の型を前記第２の型に対して相対的に接近させて前記成形型を型締めする、複合材料の成形方法。
【請求項２】
前記繊維基材を前記キャビティに配置する際に、前記繊維基材の前記第１の孔に対して、前記第２の型に設けられた凸部を挿通するように前記繊維基材を配置して位置決めする、請求項１に記載の複合材料の成形方法。
【請求項３】
前記成形型を型締めした後であって、前記樹脂を硬化させる前に、前記繊維基材の繊維間の隙間に円錐状の先端部を有する挿通部材を挿通して第２の孔を形成する、請求項１または請求項２に記載の複合材料の成形方法。
【請求項４】
前記キャビティ内に前記樹脂を注入する前に、
前記第１の型を前記第２の型に対して相対的に接近させて、前記キャビティと、前記キャビティの外周と連通する外周領域と、を含むシール領域を第１のシール部材によって気密に封止し、
前記外周領域から気体を吸引して、前記シール領域内の気体を排気する動作を開始し、
前記キャビティ内の一部に前記樹脂を注入した後に、
前記第１の型を前記第２の型に対して相対的にさらに接近させて前記成形型を型締めして、前記樹脂を押圧して前記キャビティ内に充填しつつ、前記キャビティと前記外周領域との間を第２のシール部材によって液密に封止し、
前記外周領域から気体を吸引する動作を停止する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の複合材料の成形方法。
【請求項５】
繊維基材に第１の孔を形成する孔形成部と、
樹脂の注入口が設けられた第１の型と、前記第１の型との間にキャビティを形成する第２の型と、を備える成形型と、
前記注入口を介して前記キャビティ内に前記樹脂を注入する樹脂注入部と、
前記孔形成部、前記成形型および前記樹脂注入部の作動を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、
前記孔形成部の作動を制御して、前記繊維基材に前記第１の孔を形成し、
前記樹脂注入部の作動を制御して、前記成形型の前記注入口から前記成形型の前記キャビティに配置された前記繊維基材の前記第１の孔に向かう方向に前記樹脂を注入し、
前記成形型の作動を制御して、前記第１の型を前記第２の型に対して相対的に接近させて前記成形型を型締めする、複合材料の成形装置。
【請求項６】
前記第２の型は、前記第１の型に向かって突出した形状を有する凸部を有し、
前記繊維基材が前記キャビティに配置された状態で、前記第２の型の前記凸部は、前記繊維基材の前記第１の孔に挿通されて前記繊維基材を位置決めする、請求項５に記載の複合材料の成形装置。
【請求項７】
円錐状の先端部を備え、前記繊維基材の繊維間の隙間に挿通されて第２の孔を形成する挿通部材をさらに有する、請求項５または請求項６に記載の複合材料の成形装置。
【請求項８】
前記第１の型と前記第２の型との間に設けられ、前記キャビティと、前記キャビティの外周と連通する外周領域と、を含むシール領域を気密に封止する第１のシール部材と、
前記キャビティと前記外周領域との間を液密に封止する第２のシール部材と、
前記外周領域から気体を吸引して、前記シール領域内を排気する排気部と、をさらに有し、
前記制御部は、
前記成形型の作動を制御して、前記第１の型と前記第２の型を相対的に接近させて、前記第１のシール部材によって前記シール領域を気密に封止し、
前記排気部の作動を制御して、前記シール領域内の気体を排気する動作を開始し、
前記樹脂注入部の作動を制御して、前記キャビティ内の一部に前記樹脂を注入し、
前記成形型の作動を制御して、前記第１の型を前記第２の型に対して相対的にさらに接近させて前記成形型を型締めして、前記樹脂を押圧して前記キャビティ内に充填しつつ、前記キャビティと前記外周領域との間を前記第２のシール部材によって液密に封止し、
前記外周領域から気体を吸引する動作を停止する、請求項５〜７のいずれか１項に記載の複合材料の成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合材料の成形方法および複合材料の成形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の車体軽量化のために繊維基材に樹脂を含浸させた複合材料が自動車部品として用いられている。複合材料の成形方法として、量産化に適したＲＴＭ（Ｒｅｓｉｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｍｏｌｄｉｎｇ）成形法が注目されている。
【０００３】
ＲＴＭ成形法にあっては、まず繊維基材を成形型内のキャビティに配置し、キャビティ内に樹脂を注入し、繊維基材に樹脂を含浸させて、樹脂を硬化させることによって、複合材料を形成する。キャビティ内に樹脂を注入する際に、樹脂の流動抵抗によって、繊維基材の配置に乱れが生じる場合がある。
【０００４】
上記課題に対して、例えば、下記特許文献１では、成形型の成形面が繊維基材に接触するように成形型を型締めし、成形型によって繊維基材を押圧した状態で、キャビティ内に樹脂を注入して複合材料を成形する成形方法が開示されている。これにより、キャビティ内に樹脂を注入する際に、繊維基材の配置が乱れることを抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５１９８３３６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１の複合材料の成形方法では、キャビティ内に樹脂を注入する際に、成形型によって繊維基材を押圧するため、繊維基材が密集した状態になる。これにより、キャビティ内で樹脂が流動するための隙間が小さくなるため、樹脂の流動性が低下してしまう。その結果、繊維基材に対する樹脂の含浸性が悪くなり、樹脂の注入に長時間を要してしまう。
【０００７】
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、キャビティ内に樹脂を注入する際に、繊維基材の配置が乱れることを抑制し、かつ、繊維基材に対する樹脂の含浸性を向上させることができる複合材料の成形方法および複合材料の成形装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成する本発明に係る複合材料の成形方法は、まず、繊維基材に第１の孔を形成する。次に、樹脂の注入口が設けられた第１の型と、前記第１の型との間にキャビティを形成する第２の型と、を備える成形型の前記キャビティに前記繊維基材を配置する。そして、前記成形型の前記注入口から前記繊維基材の前記第１の孔に向かう方向に前記樹脂を注入し、前記第１の型を前記第２の型に対して相対的に接近させて前記成形型を型締めする。
【０００９】
上記目的を達成する本発明に係る複合材料の成形装置は、繊維基材に第１の孔を形成する孔形成部と、樹脂の注入口が設けられた第１の型と、前記第１の型との間にキャビティを形成する第２の型と、を備える成形型と、前記注入口を介して前記キャビティ内に樹脂を注入する樹脂注入部と、前記孔形成部、前記成形型および前記樹脂注入部の作動を制御する制御部と、を有する。前記制御部は、前記孔形成部の作動を制御して、前記繊維基材に前記第１の孔を形成し、前記樹脂注入部の作動を制御して、前記成形型の前記注入口から前記成形型の前記キャビティに配置された前記繊維基材の前記第１の孔に向かう方向に前記樹脂を注入し、前記成形型の作動を制御して、前記第１の型を前記第２の型に対して相対的に接近させて前記成形型を型締めする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る複合材料の成形方法および複合材料の成形装置によれば、キャビティ内に樹脂を注入する際に、繊維基材が配置されていない第１の孔に向かう方向に樹脂を注入するため、樹脂の流動抵抗によって繊維基材の配置が乱れることを抑制することができる。また、成形型を型締めする前にキャビティ内に樹脂を注入するため、キャビティ内に樹脂が流動するための隙間を確保することができる。これにより、繊維基材に対する樹脂の含浸性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る複合材料の成形装置および成形方法を用いて成形した複合材料の一例を示す端面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る複合材料の成形装置を説明するための図である。
【図３】本発明の実施形態に係る複合材料の成形装置を説明するための図である。
【図４】本発明の実施形態に係る複合材料の成形方法を示すフローチャートである。
【図５Ａ】成形型に繊維基材を配置した状態を模式的に示す図である。
【図５Ｂ】シール領域を気密に封止した状態を模式的に示す図である。
【図５Ｃ】成形型への樹脂の注入を模式的に示す図である。
【図５Ｄ】樹脂注入後に、成形型を型締めした状態を模式的に示す図である。
【図５Ｅ】繊維基材に挿通部材を挿通した状態を模式的に示す図である。
【図５Ｆ】繊維基材から挿通部材を引き抜いた状態を模式的に示す図である。
【図５Ｇ】成形品である複合材料の脱型を模式的に示す図である。
【図６】繊維基材に第２の孔を形成する様子を示す図である。
【図７】成形装置の変形例を示す図である。
【図８】成形装置の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、以下の説明は特許請求の範囲に記載される技術的範囲や用語の意義を限定するものではない。また、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
【００１３】
（複合材料）
複合材料１０は、繊維基材１１に樹脂１２を含浸させて硬化させることによって形成される。複合材料１０は、繊維基材１１および樹脂１２を組み合わせることにより、樹脂１２単体で構成される成形品に比べて高い強度および剛性を備えている。
【００１４】
本実施形態に係る複合材料１０は、図１に示すように板厚方向に貫通した第１の孔２１および第２の孔２２を有する。複合材料１０を自動車部品に適用する場合、第１の孔２１および第２の孔２２は、例えば、ボルト等を挿通して、他の部品と機械的接合するために使用される。
【００１５】
樹脂１２は、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂によって構成することができる。
【００１６】
繊維基材１１は、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、有機繊維等の織物シートを積層して構成することができる。
【００１７】
（成形装置）
図２、図３を参照して、本実施形態に係る複合材料１０の成形装置１００について説明する。
【００１８】
成形装置１００は、第１の孔形成部１１０（「孔形成部」に相当）と（図２を参照）、開閉自在な成形型２００と、第１のシール部材３１０および第２のシール部材３２０と、排気部４００と、樹脂注入部５００と、第２の孔形成部１２０と、制御部６００と（図３を参照）、を有する。
【００１９】
以下、成形装置１００の各部の構成について詳細に説明する。
【００２０】
第１の孔形成部１１０は、図２に示すように、繊維基材１１を切断して第１の孔２１を形成する。第１の孔形成部１１０としては、例えば、超音波カット、レーザーカット、プレスカット、はさみカットなど様々な切断機構を使用することができる。
【００２１】
図３に示すように、成形型２００は、接近離反可能な一対の上型２１０（「第１の型」に相当）および下型２２０（「第２の型」に相当）と、を有する。また、上型２１０には、排気部４００と連通する排気口２３０と、樹脂注入部５００と連通する注入口２４０と、を設けている。図５Ｄを参照して、成形型２００は、上型２１０と下型２２０との間にキャビティ２５０を形成する。
【００２２】
なお、本明細書において、「キャビティ２５０」とは、型締めした状態において、成形品である複合材料１０と略同様の形状を有する空洞（いわゆる、製品キャビティ）のことを意味する。また、下型２２０に対して、上型２１０が配置される側（図３中の上側）を「上側」と称し、上型２１０に対して、下型２２０が配置される側（図３中の下側）を「下側」と称する。
【００２３】
上型２１０は、下型２２０に対して近接離反自在な可動型である。上型２１０は、上側に向かって凹んだ形状を有する第１の成形面２１０Ｓと、第１の成形面２１０Ｓを囲うように下側に向かって突出した形状を有する第１の縦壁部２１２と、第１の成形面２１０Ｓおよび第１の縦壁部２１２の上側に連続して形成された基部２１３と、基部２１３の上側に配置された蓋部２１４と、を有する。上型２１０の蓋部２１４は、例えば、油圧シリンダー等を備える不図示の駆動装置と接続している。
【００２４】
第１の成形面２１０Ｓの一部には、第１の成形面２１０Ｓからさらに上側に向かって凹んだ形状を有する凹部２１１が形成されている。凹部２１１には、注入口２４０が設けられている。
【００２５】
基部２１３の外側面２１３Ｓには、第１の溝部２１３Ａが形成されている。当該第１の溝部２１３Ａには、第１のシール部材３１０が挿入されている。
【００２６】
第１の縦壁部２１２の外側面２１２Ｓには、第２の溝部２１２Ａが形成されている。当該第２の溝部２１２Ａには、第２のシール部材３２０が挿入されている。
【００２７】
下型２２０は、固定型である。下型２２０は、第１の成形面２１０Ｓとの間にキャビティ２５０を形成する第２の成形面２２０Ｓと、第２の成形面２２０Ｓおよび第１の縦壁部２１２を囲うように配置された第２の縦壁部２２２と、を有する。
【００２８】
第２の成形面２２０Ｓは、上型２１０の第１の成形面２１０Ｓに対応するように上側に向かって突出した形状を有する。第２の成形面２２０Ｓの一部には、第２の成形面２２０Ｓからさらに上型２１０に向かって突出した形状を有する凸部２２１が形成されている。凸部２２１は、成形型２００を型締めした状態で、凹部２１１に嵌合し、上型２１０の注入口２４０に対向するように形成されている。
【００２９】
第２の縦壁部２２２は、図３に示すように上型２１０を下型２２０に対して相対的に接近させた状態において、第１の縦壁部２１２の外側面２１２Ｓと対向するように形成された内側面２２２Ｓを有する。
【００３０】
第１のシール部材３１０および第２のシール部材３２０は、上型２１０と下型２２０が対向する面のうち、上型２１０と下型２２０が相対的に接近する型締め方向（図３の上下方向）に沿う面である第１の縦壁部２１２の外側面２１２Ｓおよび基部２１３の外側面２１３Ｓにそれぞれ配置される。このように、成形型２００は、第１のシール部材３１０および第２のシール部材３２０が型締め方向の異なる位置に配置された縦摺り構造を有している。このため、上型２１０を下型２２０に対して相対的に接近させる動作によって、異なるタイミングで第１のシール部材３１０および第２のシール部材３２０のシール機能をそれぞれ発揮させることができる。
【００３１】
図５Ａに示す型開き状態から、図５Ｂに示すように上型２１０を下型２２０に対して相対的に接近させた状態で、かつ、型締めする前の状態において、第１のシール部材３１０は、第１の成形面２１０Ｓ、第２の成形面２２０Ｓ、第１の縦壁部２１２の外側面２１２Ｓおよび第２の縦壁部２２２の内側面２２２Ｓとの間に気密に封止されたシール領域２７０を形成する。ここで、シール領域２７０は、キャビティ２５０と、後述する外周領域２６０と、を含む領域である。図５Ｂに示すように型締めする前の状態において、キャビティ２５０と外周領域２６０は、互いに連通している。
【００３２】
図５Ｂに示す状態から、図５Ｄに示すようにさらに上型２１０を下型２２０に対して相対的に接近させて成形型２００を型締めした状態において、第２のシール部材３２０は、第１の成形面２１０Ｓおよび第２の成形面２２０Ｓとの間に液密に封止されたキャビティ２５０を形成する。また、成形型２００を型締めした状態において、第１のシール部材３１０と第２のシール部材３２０との間には、キャビティ２５０の外周に位置する外周領域２６０が形成される。換言すると、第２のシール部材３２０は、キャビティ２５０と外周領域２６０との間を液密に封止する。また、成形型２００を型締めした状態において、外周領域２６０の体積は、キャビティ２５０内に注入する樹脂１２の体積よりも大きくなるように構成されている。
【００３３】
なお、本明細書において、「成形型２００を型締めした状態」とは、成形型２００のキャビティ２５０の形状が、最終的に作製される複合材料１０の形状と略同等になるまで、上型２１０を下型２２０に対して相対的に接近させた状態を意味する。
【００３４】
本実施形態では、図５Ｄに示すように、成形型２００を型締めした状態において、上型２１０および下型２２０は、互いに当接する第１の当接面２１５Ｓおよび第２の当接面２２３Ｓを有する。成形型２００を型締めした状態において、第１の当接面２１５Ｓと、第２の当接面２２３Ｓとの間の距離Ｄ１は０（ゼロ）ｍｍになる。この状態では、キャビティ２５０の大きさが樹脂１２を硬化させる前の複合材料１０と略同等であり、上型２１０の第１の成形面２１０Ｓと、複合材料１０との間には、ほぼ隙間がない状態である。
【００３５】
また、図５Ｂに示すように、成形型２００を型締めする前の状態では、上型２１０の第１の成形面２１０Ｓと、繊維基材１１との間には、隙間Ｇが形成される。この状態において、第１の当接面２１５Ｓと、第２の当接面２２３Ｓとの間の距離Ｄ１は、成形型２００の形状などによっても異なるが、例えば、３３ｍｍ程度とすることができる。
【００３６】
図５Ｄを参照して、排気口２３０は、外周領域２６０よりも上側に配置されている。
【００３７】
注入口２４０は、キャビティ２５０の略中央に配置されている。すなわち、注入口２４０は、外周領域２６０から比較的離れた位置に配置されている。
【００３８】
第１のシール部材３１０および第２のシール部材３２０を構成する材料は、気密または液密に封止できる材料であれば特に限定されないが、例えば、ゴム等の弾性材料とすることができる。
【００３９】
排気部４００は、公知の真空ポンプにより構成される。排気部４００は、上型２１０に形成された排気口２３０と連通するように構成され、排気口２３０を介して外周領域２６０から気体を吸引する。排気部４００は、排気口２３０との間に、圧力計４１０およびバルブ４２０を有する。圧力計４１０は、排気部４００による吸引圧力を計測する。当該吸引圧力の値を基に、シール領域２７０内の真空度を調整することができる。バルブ４２０は、空気の流路を開閉する。これによって、排気部４００による吸引の動作のＯＮ／ＯＦＦを切り替えることができる。
【００４０】
樹脂注入部５００は、上型２１０に形成された注入口２４０と連通するように構成され、注入口２４０を介してキャビティ２５０内に樹脂１２を注入する。樹脂注入部５００は、公知のポンプ機構により構成することができる。
【００４１】
第２の孔形成部１２０は、図３を参照して、円錐状の先端部１２１Ａを有する挿通部材１２１と、挿通部材１２１を収容可能な収容部１２２と、先端部１２１Ａを含む挿通部材１２１の一部を挿入可能な受け部１２３と、を有する。
【００４２】
挿通部材１２１は、シリンダ（図示せず）により駆動されて、図３に示すように、収容部１２２に収容された状態と、図５Ｅに示すように、上型２１０に向かって突出した状態と、を切り替え可能に構成される。
【００４３】
挿通部材１２１は、キャビティ２５０に繊維基材１１を配置して、成形型２００を型締めした状態で、上型２１０に向かって突出して、図６に示すように、繊維基材１１の繊維１１Ａ間の隙間に挿通されて第２の孔２２を形成する。この際、挿通部材１２１は、円錐状の先端部１２１Ａの先端から繊維基材１１の繊維１１Ａ間に挿通されて、隙間を徐々に広げることによって第２の孔２２を形成することができる。これにより、繊維基材１１の繊維１１Ａを切断することなく、第２の孔２２を形成することができるため、複合材料１０の機械的強度を向上させることができる。
【００４４】
制御部６００は、図２、図３を参照して、第１の孔形成部１１０、第２の孔形成部１２０、成形型２００、排気部４００および樹脂注入部５００の作動を制御する。具体的には、図３を参照して、制御部６００は、ＲＯＭやＲＡＭから構成される記憶部６１０と、ＣＰＵを主体に構成される演算部６２０と、各種データや制御指令の送受信を行う入出力部６３０と、を有する。入出力部６３０は、第１の孔形成部１１０、第２の孔形成部１２０、成形型２００、排気部４００および樹脂注入部５００に電気的に接続している。
【００４５】
（成形方法）
次に、図４を参照して、本実施形態に係る複合材料１０の成形方法を説明する。
【００４６】
本実施形態に係る複合材料１０の成形方法は、いわゆるＣＲＴＭ（Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ  Ｒｅｓｉｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｍｏｌｄｉｎｇ）成形法と称される成形方法である。ＣＲＴＭ成形法では、樹脂１２をキャビティ２５０内に注入する際に、成形型２００は型締めされておらず、成形型２００と繊維基材１１との間に隙間Ｇを開けた状態で、樹脂１２がキャビティ２５０の一部に注入される。その後、成形型２００が型締めされることによって、樹脂１２がキャビティ２５０内に充填される。これにより、キャビティ２５０内における樹脂１２の流動抵抗が低減されるため、繊維基材１１の配向の乱れを抑制することができる。
【００４７】
複合材料１０の成形方法は、図４に示すように、概説すると、繊維基材１１に第１の孔２１を形成し（工程Ｓ１）、成形型２００に繊維基材１１を配置し（工程Ｓ２）、シール領域２７０を気密に封止する（工程Ｓ３）。そして、シール領域２７０内の気体を排気する動作を開始し（工程Ｓ４）、シール領域２７０内が所定の真空度（しきい値）に到達したら（工程Ｓ５）、成形型２００のキャビティ２５０内に樹脂１２を注入する（工程Ｓ６）。さらに、成形型２００を型締めして、キャビティ２５０を液密に封止する（工程Ｓ７）。その後、繊維基材１１に第２の孔２２を形成し（工程Ｓ８）、樹脂１２を硬化させて（工程Ｓ９）、気体を排気する動作を停止し（工程Ｓ１０）、複合材料１０を成形型２００から脱型する（工程Ｓ１１）。なお、各工程において、第１の孔形成部１１０、第２の孔形成部１２０、成形型２００、排気部４００および樹脂注入部５００の作動は、制御部６００によって制御される。
【００４８】
以下、複合材料１０の成形方法の各工程について詳述する。
【００４９】
工程Ｓ１では、図２に示すように、第１の孔形成部１１０によって繊維基材１１の一部を切断して第１の孔２１を形成する。なお、繊維基材１１の一部を切断するため、繊維基材１１のうち第１の孔２１の周囲は、繊維基材１１の他の部分に比べて強度が低下する。このため、繊維基材１１を形成する織物シートの積層数は、第１の孔２１の周囲の強度低下を考慮して、成形品である複合材料１０に必要な強度を得られるように予め調整することが好ましい。
【００５０】
工程Ｓ２では、図５Ａに示すように、成形型２００のキャビティ２５０に繊維基材１１を配置する。この際、繊維基材１１の第１の孔２１に対して、下型２２０の凸部２２１を挿通するように繊維基材１１を配置して位置決めする。これにより、繊維基材１１が成形型２００に位置決めされるため、キャビティ２５０内に樹脂１２を注入する際に、繊維基材１１の配置が乱れることをより確実に防止できる。また、繊維基材１１の第１の孔２１に下型２２０の凸部２２１を挿通することによって、成形型２００を型締めした状態で、繊維基材１１の第１の孔２１は、上型２１０の注入口２４０に対向するように配置される。
【００５１】
また、繊維基材１１の第１の孔２１に対して、下型２２０の凸部２２１を挿通した状態で、キャビティ２５０内に樹脂１２を注入することによって、樹脂１２が第１の孔２１に入り込まない。このため、第１の孔２１を形成するために複合材料１０の一部をトリミングする後工程が不要になるため、複合材料１０にクラックやデラミネーションが発生することを抑制することができる。これにより、複合材料１０の機械的特性を向上させることができる。
【００５２】
工程Ｓ３では、図５Ｂに示すように、上型２１０を下型２２０に対して相対的に接近させて、第１のシール部材３１０によってシール領域２７０を気密に封止する。このとき、成形型２００は、型締めする前の状態であり、第１の当接面２１５Ｓと、第２の当接面２２３Ｓとの間の距離Ｄ１は、３３ｍｍ程度である。この状態で、上型２１０の第１の成形面２１０Ｓと、繊維基材１１との間には、隙間Ｇが形成される。
【００５３】
工程Ｓ４では、排気部４００のバルブ４２０を開いて、外周領域２６０から気体を吸引して、シール領域２７０内の気体を排気する動作を開始する。
【００５４】
シール領域２７０内が所定の真空度に到達したら（工程５）、図５Ｃに示すように、成形型２００の注入口２４０から繊維基材１１の第１の孔２１に向かう方向Ｙ１に樹脂１２を注入する（工程６）。この際、繊維基材１１が配置されていない第１の孔２１に向かう方向Ｙ１に樹脂１２を注入するため、注入口２４０から注入された樹脂１２は、下型２２０の凸部２２１に直接的に衝突し、その後、第１の孔２１周りの繊維基材１１へ流動する。樹脂１２の流動抵抗は、樹脂１２が凸部２２１に衝突することによって低下する。このため、樹脂１２の流動抵抗によって繊維基材１１の配置が乱れることを抑制することができる。
【００５５】
また、工程６では、成形型２００のキャビティ２５０内の一部に樹脂１２を注入する。キャビティ２５０内の一部に樹脂１２を注入するため、キャビティ２５０と外周領域２６０とが連通した状態で、キャビティ２５０内の樹脂１２が外周領域２６０へ漏れ出ることを抑制することができる。これにより、樹脂１２が排気口２３０に流れ込むことを防止することができる。
【００５６】
また、本実施形態では、注入口２４０は、上型２１０に配置されているため、樹脂１２は隙間Ｇを介して流動する。このため、樹脂１２の流動抵抗を低減して、繊維基材１１の配向の乱れを抑制することができる。これにより、繊維基材１１の配向の乱れを抑制することができるため、成形品である複合材料１０の外観品質を向上させることができる。また、隙間Ｇが形成されているため、注入された樹脂１２は、キャビティ２５０の全体に広がらずに、注入口２４０付近に溜まる。このため、樹脂１２が外周領域２６０へ漏れ出ることを抑制することができる。
【００５７】
また、注入口２４０は、キャビティ２５０の略中央に配置されているため、外周領域２６０との距離が比較的離れている。このため、樹脂１２が外周領域２６０へ漏れ出ることを抑制することができる。
【００５８】
また、工程Ｓ６では、排気部４００は、シール領域２７０内の気体を排気する動作を維持する。排気口２３０は、外周領域２６０よりも上側に配置されているため、キャビティ２５０内に注入した樹脂１２が排気口２３０に流れ込むことを防止することができる。
【００５９】
工程Ｓ７では、図５Ｄに示すように、成形型２００を型締めして、第２のシール部材３２０によってキャビティ２５０と外周領域２６０との間を液密に封止する。
【００６０】
成形型２００を型締めすることによって、上型２１０の第１の成形面２１０Ｓと、繊維基材１１との間の隙間Ｇが圧縮されて、隙間Ｇに溜まっていた樹脂１２が押圧されて、繊維基材１１の全体に含浸する。同時に、キャビティ２５０の周りを液密に封止しているため、キャビティ２５０から樹脂１２が外周領域２６０へ漏れ出ることをより確実に防止することができる。
【００６１】
また、成形型２００は、第１の型（上型）２１０の第１の成形面２１０Ｓが上側に向かって凹んだ形状を有し、第２の型（下型）２２０の第２の成形面２２０Ｓが第１の成形面２１０Ｓに対応するように上側に向かって突出した形状を有しているため、樹脂１２の自重を活かして、樹脂１２を繊維基材１１の全体に展開させて含浸し易くすることができる。
【００６２】
また、排気口２３０は、外周領域２６０よりも上側に配置されている。また、成形型２００を型締めした状態において、外周領域２６０の体積は、キャビティ２５０内に注入する樹脂１２の体積よりも大きくなるように構成されている。このため、仮に、成形型２００を型締めした後に、樹脂１２が外周領域２６０へ漏れ出たとしても、樹脂１２が排気口２３０に流れ込むことを防止することができる。
【００６３】
工程Ｓ８では、成形型２００を型締めした状態を維持したまま、図５Ｅに示すように、繊維基材１１に挿通部材１２１を挿通して第２の孔２２を形成する。成形型２００を型締めした状態を維持することによって、繊維基材１１を押さえてキャビティ２５０内に位置決めした状態で、第２の孔２２を形成することができる。これにより、挿通部材１２１を繊維基材１１に確実に挿通することができるとともに、第２の孔２２の位置がずれることを防止することができる。なお、工程Ｓ８では、樹脂１２は、硬化する前の液状である。
【００６４】
また、工程Ｓ８では、図６に示すように、繊維基材１１の繊維１１Ａ間の隙間に挿通部材１２１を挿通して第２の孔２２を形成する。これにより、繊維基材１１の繊維１１Ａを切断することなく、第２の孔２２を形成することができるため、複合材料１０の機械的強度を向上させることができる。
【００６５】
工程Ｓ９では、成形型２００を型締めした状態を維持したまま、樹脂１２を硬化させる。樹脂１２が熱硬化性樹脂の場合、例えば、ヒーター等の加熱装置を用いて成形型２００を加熱することによって、樹脂１２を硬化させることができる。
【００６６】
工程Ｓ１０では、排気部４００のバルブ４２０を閉めて、外周領域２６０から気体を吸引（排気）する動作を停止する。つまり、工程３〜工程９の間は、排気部４００は、気体を排気する動作を維持している。工程６において、キャビティ２５０と外周領域２６０との間を液密に封止する前に、キャビティ２５０と外周領域２６０とが連通した状態で、外周領域２６０から気体を吸引して、キャビティ２５０内の気体を排気している。このため、キャビティ２５０に注入される樹脂１２に含まれる気体を、減圧状態の外周領域２６０から排気口２３０へ排気することができる。これにより、成形品である複合材料１０にボイドが発生することを抑制して、機械的強度および外観品質を向上させることができる。
【００６７】
工程Ｓ１１では、まず、図５Ｆに示すように、挿通部材１２１を繊維基材１１から引き抜いて、挿通部材１２１を再び収容部１２２に収容する。次に、図５Ｇに示すように、上型２１０を下型２２０から離反するように移動させて、成形型２００を開き、成形品である複合材料１０を脱型する。
【００６８】
なお、本実施形態では、複合材料１０は、比較的単純な形状を有するが、これに限定されない。複合材料１０は、例えば、自動車の車体に使用されるピラーやフロントサイドメンバー等の骨格部品、ルーフやフード等の外板部品として作製される場合、それらに対応したより複雑な形状を有する。
【００６９】
次に、本実施形態に係る複合材料１０の成形方法および複合材料１０の成形装置１００の作用効果を説明する。
【００７０】
例えば、本実施形態とは異なり、成形型２００の注入口２４０付近に繊維基材１１が配置される場合、樹脂１２をキャビティ２５０内に注入する際に、樹脂１２の流動抵抗によって注入口２４０周りの繊維基材１１の配置が乱れる虞がある。また、繊維基材１１の配置が乱れることを抑制するために、成形型２００を型締めして繊維基材１１を押圧した状態で、キャビティ２５０内に樹脂１２を注入すると、繊維基材１１が密集する。これにより、キャビティ２５０内において樹脂１２が流動するための隙間が小さくなるため、樹脂１２の流動性が低下してしまう。その結果、繊維基材１１に対する樹脂１２の含浸性が悪くなり、樹脂１２の注入に長時間を要してしまう。
【００７１】
上記のような課題に対して、本実施形態の複合材料１０の成形方法では、予め繊維基材１１に第１の孔２１を形成し、繊維基材１１をキャビティ２５０に配置する際に第１の孔２１を樹脂１２の注入口２４０に対向するように配置する。これにより、キャビティ２５０内に樹脂１２を注入する際に、繊維基材１１が配置されていない第１の孔２１に向かう方向Ｙ１に樹脂１２を注入するため、樹脂１２の流動抵抗によって繊維基材１１の配置が乱れることを抑制することができる。また、本実施形態の複合材料１０の成形方法では、成形型２００を型締めする前にキャビティ２５０内に樹脂１２を注入するため、繊維基材１１に樹脂１２が流動するための隙間Ｇを確保することができる。これにより、繊維基材１１に対する樹脂１２の含浸性を向上させることができる。
【００７２】
また、例えば、本実施形態とは異なり、複合材料１０の成形後に、エンドミル、ウォータージェット、レーザー等の加工装置を用いて複合材料１０に孔を形成する後工程を行うことも可能である。しかしながら、複合材料１０の成形後に孔を形成する場合は、繊維基材１１単体に孔を形成する場合に比べて、非常に大きな加工力が複合材料１０に作用する。このため、孔を形成する際に発生する衝撃や振動によって、孔の加工面やその周囲にクラック（き裂）やデラミネーション（層間剥離）が生じ易い。さらに、孔の周囲には、高い残留応力が発生するため、残留応力下にあるクラックやデラミネーションが起点となって、複合材料１０に遅れ破壊による割れが生じることがある。これにより、複合材料１０の機械的強度が大幅に低減する虞がある。
【００７３】
上記のような課題に対して、本実施形態の複合材料１０の成形方法では、樹脂１２を硬化させる前に、繊維基材１１に第１の孔２１および第２の孔２２を形成する。このため、複合材料１０の成形後に、孔を形成するための後工程が不要になる。その結果、複合材料１０にクラックやデラミネーションが発生することを抑制することができる。これにより、複合材料１０の機械的特性を向上させることができる。
【００７４】
以上説明したように、本実施形態に係る複合材料１０の成形方法および複合材料１０の成形装置１００によれば、まず、繊維基材１１に第１の孔２１を形成する。次に、樹脂１２の注入口２４０が設けられた上型２１０（「第１の型」に相当）と、上型２１０との間にキャビティ２５０を形成する下型２２０（「第２の型」に相当）と、を備える成形型２００のキャビティ２５０に繊維基材１１を配置する。そして、成形型２００の注入口２４０から繊維基材１１の第１の孔２１に向かう方向Ｙ１に樹脂１２を注入し、上型２１０を下型２２０に対して相対的に接近させて成形型２００を型締めする。
【００７５】
このように構成した複合材料１０の成形方法および複合材料１０の成形装置１００によれば、キャビティ２５０内に樹脂１２を注入する際に、繊維基材１１が配置されていない第１の孔２１に向かう方向Ｙ１に樹脂１２を注入するため、樹脂１２の流動抵抗によって繊維基材１１の配置が乱れることを抑制することができる。また、成形型２００を型締めする前にキャビティ２５０内に樹脂１２を注入するため、キャビティ２５０内に樹脂１２が流動するための隙間を確保することができる。これにより、繊維基材１１に対する樹脂１２の含浸性を向上させることができる。
【００７６】
また、繊維基材１１をキャビティ２５０に配置する際に、繊維基材１１の第１の孔２１に対して、下型２２０に設けられた凸部２２１を挿通するように繊維基材１１を配置して位置決めする。これにより、繊維基材１１が成形型２００に位置決めされるため、キャビティ２５０内に樹脂１２を注入する際に、繊維基材１１の配置が乱れることをより確実に防止できる。また、第１の孔２１を形成するために複合材料１０の一部をトリミングする後工程が不要になるため、複合材料１０にクラックやデラミネーションが発生することを抑制することができる。これにより、複合材料１０の機械的特性を向上させることができる。
【００７７】
また、成形型２００を型締めした後であって、樹脂１２を硬化させる前に、繊維基材１１の繊維１１Ａ間の隙間に円錐状の先端部１２１Ａを有する挿通部材１２１を挿通して第２の孔２２を形成する。これにより、第２の孔２２を形成するための後工程が不要になるため、複合材料１０にクラックやデラミネーションが発生することを抑制することができる。また、第２の孔２２を形成する工程において、繊維基材１１の繊維１１Ａが切断されないため、複合材料１０の機械的強度を向上させることができる。さらに、第２の孔２２を形成する際に、成形型２００を型締めすることによって、繊維基材１１を保持することができる。このため、挿通部材１２１を繊維基材１１に確実に挿通することができるとともに、第２の孔２２の位置がずれることを防止することができる。
【００７８】
また、キャビティ２５０内に樹脂１２を注入する前に、上型２１０を下型２２０に対して相対的に接近させて、キャビティ２５０と、キャビティ２５０の外周と連通する外周領域２６０と、を含むシール領域２７０を第１のシール部材３１０によって気密に封止し、外周領域２６０から気体を吸引して、シール領域２７０内の気体を排気する動作を開始する。そして、キャビティ２５０内の一部に樹脂１２を注入した後に、上型２１０を下型２２０に対して相対的にさらに接近させて成形型２００を型締めして、樹脂１２を押圧してキャビティ２５０内に充填しつつ、キャビティ２５０と外周領域２６０との間を第２のシール部材３２０によって液密に封止し、外周領域２６０から気体を吸引する動作を停止する。これにより、キャビティ２５０と外周領域２６０とが連通した状態で、キャビティ２５０に注入される樹脂１２に含まれる気体を、減圧状態の外周領域２６０から排気口２３０へ排気することができる。これにより、成形品である複合材料１０にボイドが発生することを抑制して、複合材料１０の機械的特性や外観品質を向上させることができる。
【００７９】
以上、実施形態を通じて複合材料の成形方法および複合材料の成形装置を説明したが、本発明は実施形態において説明した構成のみに限定されることはなく、特許請求の範囲の記載に基づいて適宜変更することが可能である。
【００８０】
例えば、キャビティを形成する成形型の形状は、実施形態において説明した形状に限定されず、図７に示す成形型７００のように、第１の型（上型）７１０の第１の成形面７１０Ｓに凹部が形成されず、かつ、第２の型（下型）７２０の第２の成形面７２０Ｓに凸部が形成されない構成としてもよい。この場合、注入口２４０から繊維基材１１の第１の孔２１に向かう方向Ｙ１に注入した樹脂１２は、第１の孔２１を通過して第２の型７２０の第２の成形面７２０Ｓに直接的に衝突する。その後、第１の孔２１周りの繊維基材１１へ流動する。樹脂１２の流動抵抗は、樹脂１２が第２の成形面７２０Ｓに衝突することによって低下する。このため、樹脂１２の流動抵抗によって繊維基材１１の配置が乱れることを抑制することができる。なお、第１の孔２１に注入された樹脂１２は、複合材料１０の成形後に、トリミングすることができる。この際、樹脂１２のみの部分は、繊維基材１１および樹脂１２を含む複合材料１０に比べて強度が低いため、比較的小さな加工力によってトリミングすることができる。このため、トリミング工程において、複合材料１０にクラックやデラミネーションが発生することを抑制することができる。
【００８１】
また、成形型は、第１の型の第１の成形面に凹部が形成されず、かつ、第２の型の第２の成形面に凸部が形成される構成としてもよい。
【００８２】
また、図８に示す成形型８００のように、例えば、第１の型（上型）８１０の第１の成形面８１０Ｓが下側に向かって突出した形状を有し、第２の型（下型）８２０の第２の成形面８２０Ｓが第１の成形面８１０Ｓに対応するように下側に向かって凹んだ形状を有していてもよい。この場合、挿通部材１２１は、第１の型８１０に配置することができる。
【００８３】
また、成形型の成形面は、平坦な面によって形成してもよい。
【００８４】
また、第１のシール部材および第２のシール部材は、第１の型と第２の型が対向する面のうち、第１の型と第２の型が相対的に接近する型締め方向に沿う面に配置される構成に限定されず、第１の型と第２の型が接近に伴って当接する当接面（合わせ面）に配置されていてもよい。
【符号の説明】
【００８５】
１０      複合材料、
１１      繊維基材、
１１Ａ    繊維、
１２      樹脂、
２１      第１の孔、
２２      第２の孔、
１００    成形装置、
１１０    第１の孔形成部（孔形成部）、
１２０    第２の孔形成部、
１２１    挿通部材、
１２１Ａ  挿通部材の先端部、
１２２    収容部、
１２３    受け部、
２００    成形型、
２１０    上型（第１の型）、
２１０Ｓ  第１の成形面、
２１１    凹部、
２２０    下型（第２の型）、
２２０Ｓ  第２の成形面、
２２１    凸部、
２３０    排気口、
２４０    注入口、
２５０    キャビティ、
２６０    外周領域、
２７０    シール領域、
３１０    第１のシール部材、
３２０    第２のシール部材、
４００    排気部、
５００    樹脂注入部、
６００    制御部、
Ｙ１      成形型の注入口から繊維基材の第１の孔に向かう方向。
【図１】
2018192747.tif 000003
【図２】
2018192747.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
2018192747.tif 000009
【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図５Ｇ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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