(57)【要約】  【課題】強化繊維基材が成形型の三次元形状面に追随したときに、しわが無く、成形品の板厚が均一になるよう制御でき、角部、湾曲または屈曲形状を有する複雑な三次元形状の繊維強化プラスチックを得ることを目的とする。  【解決手段】成形型上に配置した強化繊維基材の全体を覆い、減圧状態で前記強化繊維基材を成形型形状に賦形するために用いるバギングシートであって、前記強化繊維基材の三次元形状の形態に応じて異なる伸縮率部位を具備する構成。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形型上に配置した強化繊維基材の全体を覆い、減圧状態で前記強化繊維基材を成形型形状に賦形するために用いるバギングシートであって、前記強化繊維基材の三次元形状の形態に応じて異なる伸縮率部位を具備することを特徴とするバギングシート。
【請求項２】
前記異なる伸縮率部位は、前記バギングシートの厚みが部分的に異なる部位であることを特徴とする請求項１に記載のバギングシート。
【請求項３】
前記バギングシートの厚みを１．２〜２５倍に厚くしたことを特徴とする請求項２に記載のバギングシート。
【請求項４】
低伸縮率部位の厚みが０．１〜０．５ｍｍであり、前記低伸縮率部位以外の部位の厚みが０．０２〜０．１ｍｍであることを特徴とする請求項２または３に記載のバギングシート。
【請求項５】
低伸縮率部位の破断伸度が１００〜２００％であり、前記低伸縮率部位以外の部位の破断伸度が３５０〜１０００％であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のバギングシート。
【請求項６】
前記異なる伸縮率部位は、前記バギングシートより低伸縮率のバギングシートを部分的に接着した部位であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のバギングシート。
【請求項７】
前記強化繊維基材の三次元形状が、平坦形状、凸型形状、または凹型形状のいずれかであり、前記凸型形状に賦形する屈曲形状部に対応する部位の伸縮率が、前記平坦形状、または前記凹型形状に賦形する箇所に対応する部位の伸縮率より低い前記低伸縮率部位であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のバギングシート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バギングシート内部を真空吸引して強化繊維基材を成形型に押し付けて成形する際に使用するバギングシート、特に成形型が湾曲または屈曲形等の複雑形状を有する繊維強化プラスチックの製造に適したバギングシートに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境問題への関心の高まりから、部品を軽量化することができる繊維強化プラスチックが材料として広く使用されるようになってきた。繊維強化プラスチックの製造方法は、強化繊維基材を所望の形状の成形型の上に沿わせて配置し、強化繊維基材に含浸させたマトリックス樹脂を硬化させて強化繊維とマトリクス樹脂を一体化する方法が一般的である。
【０００３】
繊維強化プラスチックの製造方法としては、所望の形状の下型と上型を用いて強化繊維基材を上下成形型で加圧プレスして成形するＲＴＭ（Ｒｅｓｉｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｍｏｌｄｉｎｇ）法やＳＭＣ（Ｓｈｅｅｔ  Ｍｏｌｄｉｎｇ  Ｃｏｍｐａｕｎｄ）法などの加圧成形法と、所望の形状の下型の上に強化繊維基材を配置し、強化繊維基材の上側はフィルム材などのバギングシートで覆って、バギングシート内部を真空吸引して強化繊維基材を成形型に押し付けて成形するプリプレグ法やＶａＲＴＭ（Ｖａｃｕｕｍ  ａｓｓｉｓｔｅｄ  Ｒｅｓｉｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｍｏｌｄｉｎｇ）法などのバギング成形法がある。
【０００４】
ＲＴＭ法では上型と下型の２つの加熱成形型、および加圧するためのプレス装置を利用することで、高精度で板厚を制御できる反面、設備が大規模かつ複雑であり、また、高い設備費用を必要とする課題がある。
【０００５】
これに対し、ＶａＲＴＭ法は、成形型上に強化繊維基材を配置し、強化繊維基材全体をバギングシートで密閉してバギングシート内部を減圧し、樹脂を減圧されたバギングシート内部と外部圧力（大気圧）との差圧を利用して樹脂を強化繊維基材に注入し、樹脂を硬化させ、硬化後に脱型して繊維強化プラスチックを得る方法である。ＶａＲＴＭ法は、下型と加熱装置のみの非常に簡易な設備で製造できる利点を有する反面、凹凸部などの複雑な形状を有する形状に対して、強化繊維基材の板厚が均一になりにくい課題がある。すなわち、強化繊維基材全体をバギングシートで密閉してバギングシート内部を減圧した際に、凸部形状が原因で局所的に過度の賦形圧力が加わり、バギングシートが凹部に密着しないことが原因でブリッジが発生する、または、バギングシートが面外変形を抑制できないことが原因でシワが発生する、などの事象により強化繊維基材の板厚が不均一となる場合がある。このように板厚が不均一の状態でマトリックス樹脂を注入すると、樹脂が強化繊維基材全体に行き渡らず硬化し、成形品に樹脂の未含浸部が生じる問題があり、さらに、成形品の板厚が不均一になることで力学特性が低下する問題があった。
【０００６】
特許文献１（特開２００１−４７５０７号公報）では、「製品製作用の下型に繊維強化プラスチックからなるプリプレグを重ね、このプリプレグをシリコンゴムシートによって覆うとともに、このシリコンゴムシートの周囲と前記下型とをシールし、前記下型とシリコンゴムシートとの間を真空引きするとともに、オートクレーブ法により前記プリプレグを硬化させる」バギング方法が記載され、「下型とシリコンゴムシートとの間を真空引きしながら加熱することにより、シリコンゴムシートが下型側に密着し、プリプレグを下型の形状に倣った形状に加熱硬化させることができ、簡単にバギングを行うことができ、工数の低減と経済性を図ることができる」効果が開示されている。
【０００７】
しかしながら、特許文献１の方法では、三次元形状を有する凹凸面に対して、高伸縮率のシリコンゴムシートを使用すると、シリコンゴムシートが面外変形を抑制できないことが原因でシワが発生する場合があり、また、低伸縮率のシリコンゴムシートを使用すると、凸部形状が原因で局所的に過度の賦形圧力が加わり、さらには凹部形状が原因でブリッジが発生することで、板厚が不均一になる問題がある。
【０００８】
また、特許文献２（特開２００６−２１２８７７号公報）では、「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。さらに、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」作用効果が開示されている。
【０００９】
しかしながら、特許文献２の方法では、凹凸面を有する形状に強化繊維基材を賦形する工程において、三次元形状を有する加圧バッグを使用すると、凹凸面によって生じる強化繊維基材の周長差を十分に引き伸ばして逃がすことができず、強化繊維基材に多数のシワが発生する問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−４７５０７号公報
【特許文献２】特開２００６−２１２８７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
そこで本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑み、強化繊維基材が成形型の三次元形状面に追随したときに、成形品の板厚が均一になるよう制御でき、角部、湾曲または屈曲形状を有する複雑な三次元形状の繊維強化プラスチックを成形することできるバギングシートを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために本発明は以下の手段を採用するものである。すなわち、
（１）成形型上に配置した強化繊維基材の全体を覆い、減圧状態で前記強化繊維基材を成形型形状に賦形するために用いるバギングシートであって、前記強化繊維基材の三次元形状の形態に応じて異なる伸縮率部位を具備することを特徴とするバギングシート。
（２）前記異なる伸縮率部位は、前記バギングシートの厚みが部分的に異なる部位であることを特徴とする（１）に記載のバギングシート。
（３）前記バギングシートの厚みを１．２〜２５倍に厚くしたことを特徴とする（２）に記載のバギングシート。
（４）低伸縮率部位の厚みが０．１〜０．５ｍｍであり、前記低伸縮率部位以外の部位の厚みが０．０２〜０．１ｍｍであることを特徴とする（２）または（３）に記載のバギングシート。
（５）低伸縮率部位の破断伸度が１００〜２００％であり、前記低伸縮率部位以外の部位の破断伸度が３５０〜１０００％であることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載のバギングシート。
（６）前記異なる伸縮率部位は、前記バギングシートより低伸縮率のバギングシートを部分的に接着した部位であることを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載のバギングシート。
（７）前記強化繊維基材の三次元形状が、平坦形状、凸型形状、または凹型形状のいずれかであり、前記凸型形状に賦形する屈曲形状部に対応する部位の伸縮率が、前記平坦形状、または前記凹型形状に賦形する箇所に対応する部位の伸縮率より低い前記低伸縮率部位であることを特徴とする請求項（１）〜（６）のいずれかに記載のバギングシート。
【発明の効果】
【００１３】
強化繊維基材が成形型の三次元形状面に追随したときに、しわが無く、成形品の板厚が均一になるよう制御でき、角部、湾曲または屈曲形状を有する複雑な三次元形状の繊維強化プラスチックを成形することできる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係るバギングシートを用いて、成形型上に配置した強化繊維基材を覆った状態を示す平面図と側面断面図である。
【図２】本発明に係るバギングシートを用いて、真空吸引により強化繊維基材を三次元形状に賦形した状態を示す側面断面図である。
【図３】本発明に係るバギングシートを用いて、真空吸引により強化繊維基材を成形型の曲面形状に沿わせて賦形した状態を示す拡大断面図である。
【図４】従来のバギングシートを用いて、真空吸引により強化繊維基材を成形型の曲面形状に沿わせて賦形した状態を示す拡大断面図である。
【図５】従来のバギングシートを用いて、真空吸引により強化繊維基材を成形型の曲面形状に沿わせて賦形した状態を示す拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明の実施の形態について順次説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施例形態に限定されるものではない。
【００１６】
本発明に係るバギングシート３は、成形型１上に配置した強化繊維基材２の全体を覆い、減圧状態で強化繊維基材２を成形型形状に賦形するために用いるバギングシート３であって、強化繊維基材２の三次元形状の形態に応じて異なる伸縮率部位を具備する構成である。
【００１７】
本発明に係るバギングシート３は、図１の平面図と側面断面図に示すように、凸状の屈曲形状を有する所望の三次元形状をした成形型１上に、強化繊維基材２を配置し、バギングシート３で強化繊維基材２を覆って周囲をシーリング４でシールされる。図１では強化繊維基材２を複数枚積層した積層体の形態を示し、バギングシート３は強化繊維基材２の端部７よりもはみだすように配置される。
【００１８】
その後、バギングシート３内部を真空ポンプ５で減圧吸引することにより、図２の側面断面図に示すように、バギングシート３を成形型１に押し付けて、強化繊維基材２が成形型１に押し付けられながら沿わせて賦形される。その際、本発明に係るバギングシート３を用いると、成形型１の屈曲形状部６を拡大した図３に示すように、屈曲形状部６付近での積層した強化繊維基材２の圧縮状態は、屈曲形状部６以外の近隣の平坦部の圧縮状態とほぼ変わらずに賦形される。これは、バギングシート３の周囲全体を高伸縮率シート部８による低い張力を利用して賦形することで、屈曲形状部６付近で過度の賦形圧力を受けることなく、成形型１側に局所的に押し込まれることを抑制することができるためである。さらに、屈曲形状部６付近に対しては低伸縮率シート部９があらかじめ配置されているため、この部位でのバギングシート３の面外への強化繊維基材２の形状変化が抑制され、局所的なシワ発生を抑制し、厚みを制御することができる。
【００１９】
これに対し、従来の単一のバギングシート３のみで賦形した場合、強化繊維基材２はバギングシート３で覆われ、バギングシート３内部を減圧吸引することにより強化繊維基材２が成形型１に押し付けながら沿わせて賦形されるが、図４に示すように、バギングシート３の伸縮率が低い場合は屈曲形状部６付近では平面部よりも過度に賦形圧力が加わり、強化繊維基材２は、屈曲部６において成形型１側に押し込まれて偏りが生じ、繊維密度が平面部よりも高くなりやすい場合がある。
【００２０】
また、バギングシートの伸縮率が高い場合は、図５に示すように、屈曲形状部６付近では弱い賦形圧力で成形型１に押し込まれ、その後の減圧吸引過程で強化繊維基材２の厚みが変化する過程に応じて、屈曲形状部６付近ではシワが発生する場合がある。そのような状態でマトリクス樹脂を注入すると樹脂含浸に偏在が生じるおそれがあり、さらに、樹脂硬化後の成形品板厚は不均一になるおそれがある。
【００２１】
このように、バギングシート３に部分的に異なる伸縮率部位を設けることが重要である。本発明において、異なる伸縮率部位は、バギングシート３の厚みが部分的に異なる部位であることが好ましい。
【００２２】
図１に示すように、バギングシート３にバギングシート３に異なる伸縮率部位を具備させるために、高伸縮率シート部８と厚さの異なる低伸縮率シート部９を配する。この厚みを部分的に異ならしめる手段をとることで、簡易な方法で強化繊維基材２への賦形圧力を変える必要がある箇所に適格に対応することができる。
【００２３】
また、本発明において、バギングシート３の厚みを１．２〜２５倍に厚くした部位を低伸縮率部位とすることが好ましい。
【００２４】
バギングシート３の厚みを変えることにより、三次元形状の成形型形状に応じて、強化繊維基材２への賦形圧力を調整することができる。好ましくは、バギングシート３の厚みは２〜２２倍、より好ましくは、５〜２０倍である。
【００２５】
バギングシート３の低伸縮率部位の厚みが、バギングシート３の低伸縮率部位以外の部位の厚みに対して１．２倍未満では、強化繊維基材２への賦形圧力に変化をもたらすことが困難な場合があり、バギングシート３の低伸縮率部位の厚みが、バギングシート３の低伸縮率部位以外の部位の厚みに対して２５倍を超えると、三次元形状の成形型形状に沿わせて賦形すること自体が困難になる場合がある。
【００２６】
また、本発明において、バギングシート３の低伸縮率部位の厚みが０．１〜０．５ｍｍであり、低伸縮率部位以外の部位の厚みが０．０２〜０．１ｍｍであることが好ましい。
【００２７】
バギングシート３を所定の厚みに設定することにより、三次元形状の成形型形状に応じて、強化繊維基材２への賦形圧力を調整することができる。好ましくは、バギングシート３の低伸縮率部位の厚みが０．２〜０．４ｍｍであり、低伸縮率部位以外の部位の厚みが０．０４〜０．０８ｍｍ、より好ましくは、低伸縮率部位の厚みが０．２５〜０．３５ｍｍであり、低伸縮率部位以外の部位の厚みが０．０５〜０．０７ｍｍである。
【００２８】
バギングシート３の低伸縮率部位の厚みが０．１ｍｍ未満であると、屈曲形状部６を賦形する際に、バギングシート３の面外への強化繊維基材２の形状変化を抑制できなくなる場合があり、バギングシート３の低伸縮率部位の厚みが０．５ｍｍを越えると、三次元形状の成形型形状に沿わせて賦形すること自体が困難になる場合がある。
【００２９】
バギングシート３の低伸縮率部位以外の部位の厚みが０．０２ｍｍ未満であると、バギングシート３を三次元形状の成形型形状に沿わせて賦形する過程において、バギングシート３が破れるリスクが高まる。また、バギングシート３を成形型１に沿わせて賦形する過程において、強化繊維基材２は弱い賦形圧力で屈曲形状部６に押し込まれ、その後の減圧吸引過程で強化繊維基材２の厚みが変化する過程に応じて、屈曲形状部６付近ではシワが発生する場合がある。一方、バギングシート３の低伸縮率部位以外の部位の厚みが０．１ｍｍを越えると、バギングシート３を三次元形状の成形型形状に沿わせて賦形する過程において、屈曲形状部６付近で強化繊維基材２が過度の賦形圧力を受けてしまい、強化繊維基材２が成形型１側に局所的に押し込まれてしまう。
【００３０】
また、本発明において、低伸縮率部位の破断伸度が１００〜２００％であり、低伸縮率部位以外の部位の破断伸度が３５０〜１０００％であることが好ましい。
【００３１】
バギングシート３の低伸縮率部位の破断伸度を一定範囲に規定することにより、三次元形状の成形型形状に応じて、強化繊維基材２への賦形圧力を調整することができる。好ましくは、低伸縮率部位の破断伸度が１２０〜１８０％、低伸縮率部位以外の部位の破断伸度が４００〜９００％であり、より好ましくは、低伸縮率部位の破断伸度が１４０〜１６０％、低伸縮率部位以外の部位の破断伸度が５００〜８００％である。
【００３２】
バギングシート３の低伸縮率部位の破断伸度が１００％未満であると、三次元形状の成形型形状に沿わせて賦形すること自体が困難になる場合があり、バギングシート３の低伸縮率部位の破断伸度が２００％を越えると、屈曲形状部６を賦形する際に、バギングシート３の面外への強化繊維基材２の形状変化を抑制できなくなる場合がある。
【００３３】
バギングシート３の低伸縮率部位以外の部位の破断伸度が３５０％未満であると、バギングシート３を三次元形状の成形型形状に沿わせて賦形する過程において、屈曲形状部６付近で強化繊維基材２が過度の賦形圧力を受けてしまい、強化繊維基材２が成形型１側に局所的に押し込まれてしまう。一方で、バギングシート３の低伸縮率部位以外の部位の破断伸度が１０００％を超えると、バギングシート３を成形型１に沿わせて賦形する過程において、強化繊維基材２は弱い賦形圧力で屈曲形状部６に押し込まれ、その後の減圧吸引過程で強化繊維基材２の厚みが変化する過程に応じて、屈曲形状部６付近ではシワが発生する場合がある。
【００３４】
バギングシート３の材質は、伸縮性のほか、バギング作業が行いやすい柔軟性、高温での熱安定性を有する耐熱性、破れやピンホールが発生し難い耐久性を有するシートであれば特に限定されないが、ポリアミド樹脂、またはポリエステル樹脂を主成分とする不浸透性のシートを好ましく用いることができる。
【００３５】
また、本発明において、高伸縮率シートに対して部分的に低伸縮率シートを接着することが好ましい。これにより、強化繊維基材２の三次元形状の形態に応じて異なる伸縮率部位を具備するバギングシート３を簡易に制作することができる。
【００３６】
また、本発明において、強化繊維基材２の三次元形状が、平坦形状、凸型形状または凹型形状のいずれかであり、凸型形状に賦形する屈曲形状部６に対応する部位の伸縮率が、平坦形状または凹型形状に賦形する箇所に対応する部位の伸縮率より低い低伸縮率部位であることが好ましい。
【００３７】
これにより、強化繊維基材への賦形圧力を変える必要がある箇所に適格に対応することができる。成形型１の屈曲形状部６において強化繊維基材２を賦形する場合、成形型１の屈曲形状部６に対応するバギングシート部を低伸縮率シート部９とすることでシワの発生を効果的に抑制することができる。
【００３８】
このように、バギングシート３の構成は高伸縮率シート部８と低伸縮率シート部９とを有する構成であり、高伸縮率シート部８と低伸縮率シート部９の構成パターンは強化繊維基材２の三次元形状の形態に応じて、適切に設けることにより、しわが無く、成形品の板厚を均一に成形することができる。
【００３９】
本発明に用いる強化繊維基材２は、強化繊維に樹脂が予め含浸されているシート状のプリプレグ材であっても良いし、樹脂が含浸されていないドライの強化繊維基材であっても良い。強化繊維基材２の形態としては、三次元形状をした成形型１に賦形可能であれば特に限定されないが、平織、綾織、朱子織などの縦横ともに強化繊維束を使用する二方向織物のほか、縦糸を細い横糸でとめた一方向織、一方向織とした基材を重ねた多軸織などが例示され、強化繊維束の材料としては、ガラス繊維、アラミド繊維、炭素繊維などが好適に用いられる。
【００４０】
強化繊維基材２が強化繊維に樹脂が予め含浸されているシート状のプリプレグ材の場合では、バギングシート３を用いて成形型上に配置した強化繊維基材２の全体を覆い、減圧状態で強化繊維基材を三次元形状の成形型形状に賦形したあと硬化させることで、繊維強化プラスチックが形成される。
【００４１】
また、ドライの強化繊維基材２の場合では、強化繊維基材２をバギングシート３で覆い、前記バギングシート３内部を減圧吸引し、三次元形状に賦形後、減圧した成形空間に熱硬化性樹脂を主成分とする液状樹脂を注入し、強化繊維基材２に液状樹脂を注入・含浸させ、強化繊維基材２に含浸した液状樹脂を硬化させることで、繊維強化プラスチックが形成される。
【実施例】
【００４２】
次に、本発明を実施例によって説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００４３】
（実施例１）
バギングシート３の高伸縮率シート部８に破断伸度４００％、厚さ０．０５ｍｍのナイロンフィルムを適用し、低伸縮率シート部９に破断伸度２００％、厚さ０．２ｍｍのポリエステルフィルムを適用して、部分的に伸縮率の異なる部位を具備するバギングシートＡ（３）を製作した。屈曲形状６を有する成形型１に積層体厚みが３ｍｍとなるように強化繊維基材２を配置し、前記バギングシートＡ（３）の低伸縮率シート部９が成形型の屈曲形状部６に対応するよう、バギングシートＡ（３）で強化繊維基材２を覆い、バギングシートＡ（３）内部を減圧吸引することにより強化繊維基材２を賦形した。その後、強化繊維基材にマトリクス樹脂を含浸し、樹脂硬化して成形品を得た。得られた成形品は屈曲形状部にシワ発生のない良好な表面意匠性を有する成形品であった。
【００４４】
（比較例１）
屈曲形状６を有する成形型１に積層体厚みが３ｍｍとなるように強化繊維基材を２配置し、バギングシート３の全面が破断伸度４００％、厚さ０．０５ｍｍのナイロンフィルムであるバギングフィルムＢ（３）で強化繊維基材２を覆い、バギングシートＢ（３）内部を減圧吸引することにより強化繊維基材２を賦形した。その後、強化繊維基材２にマトリクス樹脂を含浸し、樹脂硬化して成形品を得た。得られた成形品は屈曲形状部にシワ発生のある不良な表面意匠性を有する成形品であった。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
上記の特性により、本発明の複合構造体は、などの各種用途にも好適に用いることができる電気・電子機器の筐体や内部部材、自動車、二輪車、航空機、建材用途の部品、部材として好ましく用いることができる。
【符号の説明】
【００４６】
１  成形型
２  強化繊維基材
３  バギングシート
４  シーリング
５  真空ポンプ
６  屈曲形状部
７  強化繊維基材端部
８  高伸縮率シート部
９  低伸縮率シート部
【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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