(57)【要約】【課題】  樹脂を成形具に供給する際に、繊維による抵抗を小さくすることができ、かつ、これを簡易な設備で実施することができる成形具を提供する。【解決手段】  本発明に係る成形具１００は、第１通路１１が形成された第１固定型１０と、第２通路２１が形成された第２固定型２０と、第１固定型１０と第２固定型２０とによって画された空間内に配置された可動型３０と、を備えている。そして、可動型３０は、第１通路１１を介して第１固定型１０の外部から当該可動型３０と第１固定型１０との間に樹脂１０２が供給された状態で、第２通路２１を介して第２固定型２０の外部から当該可動型３０と第２固定型２０との間に作動流体１０３が供給されたときに、供給された作動流体１０３によって第１固定型１０に向かって付勢できるように構成されている。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維に樹脂を供給しつつ成形を行う繊維強化プラスチックの成形具であって、
第１通路が形成された第１固定型と、
第２通路が形成された第２固定型と、
前記第１固定型と前記第２固定型とによって画された空間内に配置された可動型と、を備え、
前記可動型は、前記第１通路を介して前記第１固定型の外部から当該可動型と前記第１固定型との間に樹脂が供給された状態で、前記第２通路を介して前記第２固定型の外部から当該可動型と前記第２固定型との間に作動流体が供給されたときに、供給された前記作動流体によって前記第１固定型に向かって付勢されるように構成されている、成形具。
【請求項２】
前記作動流体が空気である、請求項１に記載の成形具。
【請求項３】
前記第１固定型と前記第２固定型によって挟持され、高さを変更することで前記第１固定型と前記第２固定型の距離を調整可能な隙間調整部材をさらに備えた、請求項１又は２に記載の成形具。
【請求項４】
繊維に樹脂を供給しつつ成形を行う繊維強化プラスチックの成形方法であって、
第１固定型と第２固定型とによって画される空間内に可動型が配置された成形具を使用し、前記第１固定型と前記可動型の間に繊維を配置する工程と、
前記第１固定型と前記可動型の間に配置された繊維に樹脂を供給する工程と、
繊維に樹脂を供給した後、前記第２固定型と前記可動型の間に作動流体を供給し、該作動流体によって前記可動型を前記第１固定型側に付勢して移動させる工程と、を含む成形方法。
【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を成形するための成形具に関する。また、繊維強化プラスチックの成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維強化プラスチック（Fiber Reinforced Plastics；以下、「ＦＲＰ」と称す）の成形方法の１つにＲＴＭ（Resin Transfer Molding）成形法がある。ＲＴＭ成形法は、繊維が配置された成形型の内部に所定の圧力で樹脂を供給し、樹脂の圧力を維持したまま樹脂を硬化させる方法である。ＲＴＭ成形法によれば、繊維に樹脂を含浸させつつ、この繊維と樹脂からなるＦＲＰの成形を行うことができる。
【０００３】
ＲＴＭ成形法では、樹脂が硬化する前に樹脂を成形型（繊維）の隅々にまで供給する必要がある。ただし、樹脂を成形型の内部に供給する際、高い繊維密度（成形が行われる空間の容積に対する繊維の量の割合）で配置された繊維が大きな抵抗となる。ここで、特許文献１には、成形型の内部に樹脂を供給する際に上型と下型の締め付けを緩めることで内部の容積を増加させる一方、樹脂を供給した後には上型と下型の締め付けを元に戻すという方法が開示されている。特許文献１に記載の方法によれば、成形型の内部に樹脂を供給する際、成形型の容積が増えるため、繊維密度が小さくなって繊維による抵抗が小さくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３０１７２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に記載の方法を実施するためには、樹脂の圧力に対抗して上型と下型を締め付けることができる大きな駆動力と高い動作精度（締め付けによる隙間の変動は０.１〜５ｍｍ）を備えた装置が必要である。このような装置としては、例えば高精度の油圧プレスを備えた装置が考えられるが、高精度の油圧プレスを備えた装置は構成が複雑で、大型化も避けられない。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、樹脂を成形具に供給する際に繊維による抵抗を小さくすることができ、かつ、これを簡易な設備で実施することができる成形具を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある形態に係る成形具は、繊維に樹脂を供給しつつ成形を行う繊維強化プラスチックの成形具であって、第１通路が形成された第１固定型と、第２通路が形成された第２固定型と、第１固定型と第２固定型とによって画された空間内に配置された可動型と、を備えている。そして、可動型は、第１通路を介して第１固定型の外部から当該可動型と第１固定型との間に樹脂が供給された状態で、第２通路を介して第２固定型の外部から当該可動型と第２固定型との間に作動流体が供給されたときに、供給された作動流体によって第１固定型に向かって付勢されるように構成されている。
【０００８】
かかる構成によれば、作動流体の圧力を調整することで、第１固定型と可変型によって画された空間の容積を変更でき、これにより繊維による抵抗を小さくすることができる。しかも、作動流体の圧力は、樹脂の圧力よりも大きければよいため、作動流体の精密な制御を行うための設備は不要である。
【０００９】
また、上記の成形具において、作動流体が空気であってもよい。空気を供給する設備は、比較的簡易に構成することができる。そのため、作動流体が空気の場合は、例えば作動流体が液体である場合に比べてより一層設備を簡易化することができる。
【００１０】
また、上記の成形具は、第１固定型と第２固定型によって挟持され、高さを変更することで第１固定型と第２固定型の距離を調整可能な隙間調整部材をさらに備えていてもよい。かかる構成によれば、隙間調整部材の高さを変更することで、第１固定型と第２固定型とによって画される空間の容積を調整することができるため、当該容積を成形の条件に応じた適切な値とすることができる。
【００１１】
また、本発明の一実施形態に係る成形方法は、繊維に樹脂を供給しつつ成形を行う繊維強化プラスチックの成形方法であって、第１固定型と第２固定型とによって画される空間内に可動型が配置された成形具を使用し、第１固定型と可動型の間に繊維を配置する工程と、第１固定型と可動型の間に配置された繊維に樹脂を供給する工程と、繊維に樹脂を供給した後、第２固定型と可動型の間に作動流体を供給し、該作動流体によって可動型を第１固定型側に付勢して移動させる工程と、を含む。
【発明の効果】
【００１２】
以上のとおり、上記の成形具によれば、樹脂を成形具に供給する際に、繊維による抵抗を小さくすることができ、かつ、これを簡易な設備で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、第１実施形態に係る成形具の分解断面図である。
【図２】図２は、第１実施形態に係る成形方法を示した図である。
【図３】図３は、第１実施形態に係る成形方法を示した図である。
【図４】図４は、第１実施形態に係る成形方法を示した図である。
【図５】図５は、第１実施形態に係る成形方法を示した図である。
【図６】図６は、第１実施形態に係る成形方法を示した図である。
【図７】図７は、第１実施形態に係る成形方法を示した図である。
【図８】図８は、第２実施形態に係る成形具の分解断面図である。
【図９】図９は、第２実施形態に係る成形方法を示した図である。
【図１０】図１０は、第２実施形態に係る成形方法を示した図である。
【図１１】図１１は、第２実施形態に係る成形方法を示した図である。
【図１２】図１２は、第２実施形態に係る成形方法を示した図である。
【図１３】図１３は、第２実施形態に係る成形方法を示した図である。
【図１４】図１４は、第２実施形態に係る成形方法を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の第１実施形態及び第２実施形態について図を参照しながら説明する。以下では、全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同じ符号を付して、重複する説明は省略する。
【００１５】
（第１実施形態）
＜成形具の構成＞
まず、第１実施形態に係る成形具１００の構成について説明する。図１は、成形具１００の分解断面図である。図１に示すように、成形具１００は、第１固定型１０と、第２固定型２０と、可動型３０と、固定部材４０と、隙間調整部材５０と、を備えている。以下、これらの構成要素について順に説明する。
【００１６】
第１固定型１０は、成形具１００の上方部分を構成する、いわゆる上型である。第１固定型１０は後述の第２固定型２０と結合して、それらの間に空間を形成する。第１固定型１０には、成形具１００の内部と成形具１００の外部をつなぐ第１通路１１が複数箇所（歩実施形態では３箇所）に形成されている。各第１通路１１は、開閉バルブを有する配管（図示せず）に連結されており、これらの配管を介して空気が吸引され又は樹脂が供給される。
【００１７】
第２固定型２０は、成形具１００の下方部分を構成する、いわゆる下型である。第２固定型２０には、成形具１００の内部と成形具１００の外部をつなぐ第２通路２１が形成されている。第２通路２１は、開閉バルブを有する配管（図示せず）に連結されており、この配管を介して空気の供給及び吸引が行われる。なお、本実施形態では空気を作動流体１０３（図６参照）として利用しているが、作動流体１０３は空気以外の流体であってもよい。
【００１８】
可動型３０は、第１固定型１０と第２固定型２０によって画された空間内に配置される部材である。本実施形態の可動型３０は端部付近に伸縮性を有する弾性部３１を有している。なお、可動型３０の端部の厚みは、後述する隙間調整部材５０の高さ（厚さ）よりも大きくなるよう形成されている。
【００１９】
固定部材４０は、第１固定型１０と第２固定型２０を固定するための部材である。本実施形態では、固定部材４０としてボルトを使用しているが、他の部材であってもよい。例えば、成形を行う際、第１固定型１０と第２固定型２０が互いに離れる方向に力がかかるが、この力に耐えうるものであれば第１固定型１０と第２固定型２０の両方に係止するフック状の部材を固定部材４０として採用してもよい。
【００２０】
隙間調整部材５０は、第１固定型１０と第２固定型２０によって挟持される部材であって、高さ（厚さ）を変更できるように構成されている。隙間調整部材５０は、その高さを変更することにより、第１固定型１０と第２固定型２０の距離（隙間）を変化させ、第１固定型１０と第２固定型２０によって画された空間の容積を変化させることができる。本実施形態の隙間調整部材５０は、いわゆるシムであるが、これに代えてジャッキボルトを採用してもよく、また、傾斜部を有する一組の部材の相対位置を変えて高さを変更するような構成を採用してもよい。
【００２１】
＜成形方法＞
次に、本実施形態に係る成形方法について説明する。図２から図７は、本実施形態に係る成形方法を順に示した図である。
【００２２】
まず、図２に示すように、第２固定型２０の内面に沿うようにして可動型３０を第２固定型２０に配置する。さらに、図２に示すように、第２固定型２０に取り付けた可動型３０の上に繊維１０１を敷き詰める。
【００２３】
続いて、図３に示すように、可動型３０の端部及び隙間調整部材５０を挟むようにして、第１固定型１０を第２固定型２０と重ね合わせる。そして、この状態で固定部材４０によって第２固定型２０に第１固定型１０を固定する。なお、可動型３０の端部は全周に渡って第１固定型１０と第２固定型２０の間に挟まれており、これにより可動型３０は第１固定型１０及び第２固定型２０に固定される。また、隙間調整部材５０の高さを調整することで、可動型３０と第１固定型１０で画される空間（以下、「成形空間」と称する）の容積が、成形品１０４（図７参照）の体積よりも大きく形成されている。つまり、このとき成形空間の容積に対する繊維１０１の量の割合（繊維密度）は、成形品１０４の体積に対する繊維の量の割合に比べて小さい。
【００２４】
続いて、図４に示すように、成形空間の空気を吸引する真空引きを行う。図４の例では、中央に位置する第１通路１１に連結された配管の開閉バルブを閉めて、左右に位置する第１通路１１を介して成形空間の空気を吸引する。このような真空引きを行うことで、成形空間に樹脂１０２を供給する際に空気が成形空間に取り残されるのを防ぐことができる。なお、成形空間の真空引きを行う際には、可動型３０が第１固定型１０側に引き寄せられないように、第２通路２１からも吸引を行う。
【００２５】
続いて、図５に示すように、成形空間に樹脂１０２を供給する。図５の例では、左右の第１通路１１を介して引き続き成形空間の空気を吸引しつつ、中央の第１通路１１から所定圧力で樹脂１０２を成形空間に供給する。これにより、成形空間では中央から左右へ向かう樹脂１０２の流れができ、成形空間の隅々にまで樹脂１０２が供給される。ここで、成形空間に樹脂１０２を供給する時点では、繊維密度が小さいため、樹脂１０２を成形具１００（成形空間）に供給する際における繊維１０１による抵抗は小さい。
【００２６】
続いて、図６に示すように、左右に位置する第１通路１１に連結される配管の開閉バルブを閉めて樹脂１０２の流れを止める。そして、中央に位置する第１通路１１を介して樹脂１０２を所定の圧力で成形空間に供給し、この状態を維持する。さらに、この状態において、第２通路２１を介して樹脂１０２の圧力よりも大きい圧力で作動流体１０３（空気）を第２固定型２０と可動型３０の間に供給する。これにより、可動型３０は第１固定型１０側に付勢されて第１固定型１０側に移動する。可動型３０が第１固定型１０側に移動した後、成形空間の容積と成形品１０４の体積は一致する。
【００２７】
その後、樹脂１０２が硬化するまで、可動型３０が第１固定型１０側に移動した状態を維持する。本実施形態の樹脂１０２は熱硬化性樹脂であり、樹脂１０２を成形具１００に供給する時点で成形具１００は加熱されている。そのため、樹脂１０２は所定時間後に硬化して繊維１０１を含んだプラスチック、すなわちＦＲＰが所定の形状に成形される。
【００２８】
最後に、図７に示すように、第１通路１１からの樹脂１０２の供給及び第２通路２１からの作動流体１０３の供給を止めて、第１固定型１０を第２固定型２０から取り外す。そして、成形品１０４を成形具１００から取り出す。以上で、所定の形状を有する成形品１０４が完成する。
【００２９】
このように、本実施形態によれば、樹脂１０２を成形具１００に供給する際には、繊維１０１による抵抗を小さくすることができる。そのため、樹脂１０２が硬化する前に樹脂１０２を成形具１００の隅々にまで供給することができる。また、作動流体１０３の圧力は、樹脂１０２の圧力よりも大きければよいため、作動流体１０３の精密な制御を行うための設備は不要である。
【００３０】
（第２実施形態）
＜成形具の構成＞
次に、第２実施形態に係る成形具２００の構成について説明する。図８は、成形具２００の分解断面図である。図８に示すように、本実施形態に係る成形具２００は、第１実施形態に係る成形具１００と同様に、第１固定型１０と、第２固定型２０と、可動型６０と、固定部材４０と、隙間調整部材５０と、を備えている。これらの各構成要素は、第１実施形態のものとほぼ同じように構成されている。ただし、可動型６０については、第１実施形態の可動型３０と構成が異なる。
【００３１】
本実施形態の可動型６０は、弾性部３１（図１等参照）を有しておらず、全体が剛体の部材である。可動型６０は、下面において移動方向（上下方向）に延びるガイド部材６１を有している。一方、第２固定型２０の内面側には、このガイド部材６１に対応して可動型６０の移動方向に延びるガイド孔２２が形成されている。また、第１固定型１０と可動型６０の間には、可動型６０の全周に渡る第１シール部材６２が設けられている。さらに、第１固定型１０と第２固定型２０の間には、第２固定型２０の全周にわたる第２シール部材６３が設けられている。
【００３２】
なお、可動型６０は、ガイド部材６１が設けられた部分と成形を行う部分とが分離できるように構成されていてもよい。かかる構成によれば、成形を行う部分を成形品１０４に応じて交換すれば、可動型６０全体を交換する必要はない。
【００３３】
＜成形方法＞
次に、第２実施形態に係る成形方法について説明する。図９から図１４は、本実施形態に係る成形方法を順に示した図である。本実施形態に係る成形方法は、第１実施形態に係る成形方法とほぼ同じである。
【００３４】
まず、図９に示すように、第２固定型２０に可動型６０を取り付け、その上に繊維１０１を敷き詰める。このとき、可動型６０のガイド部材６１を第２固定型２０のガイド孔２２に挿入する。
【００３５】
続いて、図１０に示すように、第１固定型１０を第２固定型２０と重ね合わせ、第１固定型１０と第２固定型２０を固定部材４０で固定する。このとき、隙間調整部材５０及び第２シール部材６３を第１固定型１０と第２固定型２０の間に挟み、第１シール部材６２を第１固定型１０と可動型６０の間に挟む。なお、隙間調整部材５０の高さ調整については、図３のところで説明したとおりである。
【００３６】
続いて、図１１に示すように、第１通路１１を介して第１固定型１０と可動型６０によって画される空間（成形空間）の空気を吸引する真空引きを行うとともに、第２通路２１からも真空引きを行う。真空引きの方法については、図４のところで説明したとおりである。
【００３７】
続いて、図１２に示すように、成形空間に樹脂１０２を供給する。本実施形態においても、成形空間に樹脂１０２を供給する時点では、繊維密度は小さい。そのため、樹脂１０２の供給時における繊維１０１による抵抗を小さくすることができる。
【００３８】
続いて、図１３に示すように、樹脂１０２の流れを止めた後、樹脂１０２に所定の圧力をかけた状態を維持する。そして、この状態において、第２固定型２０と可動型６０の間に作動流体１０３を供給し、可動型６０を第１固定型１０側に付勢して、第１固定型１０側へ移動させる。このとき、可動型６０のガイド部材６１が第２固定型２０のガイド孔２２に沿って移動するため、可動型６０は所定の移動方向から外れることはない。その後、樹脂１０２が硬化するまで、可動型６０が第１固定型１０側に移動した状態を維持する。なお、可動型６０と第１固定型１０の間に配置された第１シール部材６２は、可動型６０の移動によって潰れるように変形する。
【００３９】
最後に、図１４に示すように、第１固定型１０を第２固定型２０から取り外す。そして、成形品１０４を可動型６０から取り出す。以上で、所定の形状を有した成形品１０４が完成する。
【００４０】
このように、本実施形態に係る成形具２００は、全体が剛体であるが、第１実施形態の場合と同様に、樹脂１０２の供給時における繊維１０１による抵抗を小さくすることができ、かつ、これを簡易な設備で実施することができる。また、本実施形態に係る成形具２００では、可動型６０が剛体であることから、成形品１０４の形状がより一層安定する。
【００４１】
以上、実施形態について図を参照して説明したが、具体的な構成はこれらの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。
【００４２】
例えば、上記の実施形態では第１固定型１０が上型であり、第２固定型２０が下型である場合について説明したが、第１固定型１０が下型であり、第２固定型２０が上型であっても本発明に含まれる。つまり、下型側から樹脂１０２が供給され、上型側から供給された作動流体１０３によって可動型３０、６０を変位させるような成形具であっても本発明に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明に係る成形具は、樹脂を成形具に供給する際に、繊維による抵抗を小さくすることができ、かつ、これを簡易な設備で実施することができる。そのため、ＦＲＰ成形の技術分野において有益である。
【符号の説明】
【００４４】
１０  第１固定型
１１  第１通路
２０  第２固定型
２１  第２通路
３０  可動型
４０  固定部材
５０  隙間調整部材
６０  可動型
１００  成形具
１０１  繊維
１０２  樹脂
１０３  作動流体
２００  成形具
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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