(57)【要約】  成形用金型による中空部を有する成形品の成形時に、加圧気体や加圧流体を用いることなく中子の内圧を高めて中子の外周表面積を変形させることができる繊維強化プラスチック成形体の製造方法を提供する。  多数の剛体粒子からなる粒子群(4a)とコアブロック(100) とを含む粒子類群を可撓性袋体(4b)に収容して中子(4) を形成する。樹脂と繊維とを含むプリプレグ(3) の内部に前記中子(4) を配置して、前記中子(4) を含む前記プリプレグ(3) を成形用金型(15)の内部に配置し、加圧成形する。
2016194873.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
剛体粒子とコアブロックとを含む粒子類群を可撓性袋体に収容すること、
該可撓性袋体を樹脂と繊維とを含むプリプレグの内部に中子として配置すること、及び  前記中子を内蔵する前記プリプレグを成形用金型内部に配置し、圧縮成形すること、
を含む繊維強化プラスチック成形体の製造方法。
【請求項２】
前記コアブロックが屈曲性を有する、請求項１に記載の繊維強化プラスチック成形体の製造方法。
【請求項３】
前記コアブロックが押圧の方向に直交する周面が外方に湾曲して膨出する形状を含む、請求項１又は２に記載の繊維強化プラスチック成形体の製造方法。
【請求項４】
前記コアブロックが中空形状を有する、請求項１〜３のいずれかに記載の繊維強化プラスチック成形体の製造方法。
【請求項５】
前記コアブロックが弾性変形可能な材料から構成される、請求項１〜４のいずれかに記載の繊維強化プラスチック成形体の製造方法。
【請求項６】
前記コアブロックがフレキシブルチューブである、請求項２〜５のいずれかに記載の繊維強化プラスチック成形体の製造方法。
【請求項７】
前記剛体粒子の曲げ弾性率が５０ＧＰａ以上である、請求項１〜６のいずれかに記載の繊維強化プラスチック成形体の製造方法。
【請求項８】
前記剛体粒子がセラミック粒子である、請求項１〜７のいずれかに記載の繊維強化プラスチック成形体の製造方法。
【請求項９】
前記圧縮成形する時に、前記中子の外表面の一部を押圧することを含む、請求項１〜８のいずれかに記載の繊維強化プラスチック成形体の製造方法。
【請求項１０】
前記成形用金型の内部にロッドを挿入し、前記中子の外表面の一部を押圧する、請求項１〜９のいずれかに記載の繊維強化プラスチック成形体の製造方法。
【請求項１１】
前記ロッドがピストンロッドである、請求項１０記載の繊維強化プラスチック成形体の製造方法。
【請求項１２】
圧縮成形の終了後、前記ロッドの挿入位置を通して、前記剛体粒子を成形品の外部に排出することを含む、請求項１０又は１１に記載の繊維強化プラスチック成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維に樹脂を含浸させたプリプレグに中子を用いて加熱加圧を行い、閉断面を有する繊維強化プラスチック（ＦＲＰ；Ｆｉｂｅｒ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ）製の中空成形体を製造する製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
閉断面を有する繊維強化プラスチックの成形体としては、航空機の胴体や翼のような大型の成形体から、自転車のフレーム、テニスラケット、釣竿やゴルフシャフト等の小型の成形体まで幅広く利用されている。また、開断面を有する繊維強化プラスチックの成形体としては、ヘルメットなどに幅広く利用されている。【０００３】
閉断面の成形体を形成するための中子としては、粉粒体を包装フィルムで包んで真空パック包装を行い所定形状に形成した中子や、多数の粒子群を可撓性袋体に収容して所望形状に変形可能とした中子、またブロー成形によって形成した中子などが用いられている。真空パック包装した粉粒体を所望の形状に形成した中子としては、例えば特開平２−２３８９１２号公報（特許文献１）に開示され、また例えば特開２０１２−１８７７３０号公報（特許文献２）には多数の粒子群を可撓性袋体に収容して所望形状に変形可能にした中子が開示されている。【０００４】
特許文献１に記載された発明を本発明の従来例１として、図５および図６を用いて説明する。図５は、成形用金型３０によって閉断面の一種である中空部を有する成形品を製造する初期の段階を示している。同図に示すように、予備加熱を行って溶融状態にあるシート状の下部繊維強化熱可塑性樹脂材（下部ＦＲＴＰ）３４を成形用金型３０の下型３１上に載置している。下部ＦＲＴＰ３４は溶融状態にあるため、同下部ＦＲＴＰ３４は自重により垂れ下がって、下型３１の凹部に沈み込んだ状態になっている。【０００５】
粉粒体３３ａを包装材３３ｂで包み込み、真空パック包装によって所定形状に固形化した中子３３は、下部ＦＲＴＰ３４の凹部に載置される。中子３３を載置した下部ＦＲＴＰ３４の上部には、加熱して溶融状態にある新たなシート状の上部ＦＲＴＰ３５が載置される。この状態では、中子３３の周囲は、下部ＦＲＴＰ３４と上部ＦＲＴＰ３５とによって囲まれた状態となる。【０００６】
この状態から、成形用金型３０の上型３２を下降させて加圧し、下型３１との間で下部ＦＲＴＰ３４と上部ＦＲＴＰ３５とを一体化することにより、中子３３を内部に収容した状態で下部ＦＲＴＰ３４と上部ＦＲＴＰ３５とを一体的に成形して半成形品を得る。出来上がった半成形品から中子３３を排出するためには、半成形品に小さな孔を開ける。半成形品に孔を開けると、真空パックされた中子３３の粉粒体３３ａ間に空気が入り込むことになり、粉粒体３３ａ間の結束が緩められる。【０００７】
そして、半成形品に形成した孔を通して、中子３３を構成している粉粒体３３ａを半成形品の外に排出して成形品が完成する。このとき、粉粒体３３ａを真空パック包装している包装材３３ｂを、成形品に対して剥離性がよい材料で構成しておけば、包装材３３ｂも孔を介して成形品から取外すことができる。【０００８】
次に特許文献２に記載された発明を本発明の従来例２として、図７を用いて説明する。図７は従来の中子を使った中空状の異形断面をもつ成形品の成形時の状態を示している。この従来例２によれば、多数の粒子からなる粒子群４ａを伸延性ある包装フィルム４ｂで包装した中子４を用いている。上型２を下降して下型１との間でプリプレグ３を加圧して圧縮成形するとき、金型間隔保持手段２０を作動させて、左右一対の押え部材２１ａ，２１ａで上型２が上方に移動することを阻止する。同時に、下型１に設けたピストンロッド５ａをキャビティ内に突出させて、中子４の一部を押圧する。中子４をピストンロッド５ａで押圧することにより、中子４の粒子群４ａを流動させながら中子４の内圧を高めて変形させ、中子４とプリプレグ３間にあった空隙をなくす。得られる成形品には内部にボイドがなく高品位の成形品が得られる。しかも、中子４の内圧を高めたときに、上型２が下型１から離れる方向に移動することを防ぐ金型間隔保持手段２０を備えている。【０００９】
金型間隔保持手段２０は、上型２の左右側面上端部（図７の左右上端肩部）に形成した下傾斜面２ａ，２ａと、同下傾斜面２ａ，２ａに面接触状態で摺接するくさび面２１ｂ，２１ｂとを有し、上型２の移動方向（上下方向）に直交する方向（水平方向）に摺動自在な左右一対の押え部材２１ａ，２１ａと、同押え部材２１ａ，２１ａを水平方向に移動させて互いに接近及び離間方向に駆動する図示せぬ駆動部とを備えている。左右一対の押え部材２１ａ，２１ａの対向するくさび面２１ｂ，２１ｂの形状は、図７に示すように、相対するくさび面２１ｂ，２１ｂ間の間隔が下方に向かって拡開する形状とされている。【００１０】
ここで、従来例２に使われる中子４の形態保持に用いる包装フィルム４ｂとしては、ナイロン製のフィルム、ポリエチレン製のフィルム、フッ素樹脂フィルム、シリコーン等を用いることができる。剛性ある粒子として好適な材料は、特にジルコニア、石英が挙げられ、これらは熱伝導率が低く、且つ曲げ弾性率が高い粒体が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平２−２３８９１２号公報
【特許文献２】特開２０１２−１８７７３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記特許文献１で提案された中空部を有する成形品の成形方法によれば、上述のとおり下部ＦＲＴＰ３４と上部ＦＲＴＰ３５との間に中子３３を挟んだ状態で上型３２を下降させ、上型３２と下型３１との間で下部ＦＲＴＰ３４及び上部ＦＲＴＰ３５に加圧している。このとき下型３１の凹部に沈み込んで形成される下部ＦＲＴＰ３４の凹部に、中子３３を載置した時点で、また、中子３３の上から上部ＦＲＴＰ３５を被せる時点で、例えば図５に示すように下型３１の凹部における隅部と下部ＦＲＴＰ３４との間や、中子３３と下部ＦＲＴＰ３４及び上部ＦＲＴＰ３５との間に空隙が生じる。【００１３】
この空隙が残っている状態で上型３２と下型３１とにより加熱加圧が行われると、中子３３によって下部ＦＲＴＰ３４及び上部ＦＲＴＰ３５を内側から十分に支えておくことができず、特に、上型３２が移動する上下方向と同じ方向に沿って成形される下部ＦＲＴＰ３４の部位、即ち、縦の部位において、肉厚の変化や、更には、下部ＦＲＴＰ３４の外周面形状が下型３１の凹部における隅部形状に沿った形状に形成されなくなる。また、外面にシワや、上下方向に座屈した形状に成形されてしまう。あるいは、縦の部位における長さ寸法が、規定の長さ寸法よりも短い長さ寸法に圧縮された状態で成形され、製品の寸法精度が低下する。【００１４】
特に、下部ＦＲＴＰ３４及び上部ＦＲＴＰ３５が、長繊維を用いた長繊維強化樹脂材料から構成されているときには、中子３３と下部ＦＲＴＰ３４及び上部ＦＲＴＰ３５との間や上型３２及び下型３１と下部ＦＲＴＰ３４及び上部ＦＲＴＰ３５との間に空隙が存在したまま加圧成形されると、例えば図６に示すように、長繊維の繊維配向が乱れて屈曲が生じてしまい、繊維強化プラスチックとしての強度の低下、成形品における外観の悪化を招くことになる。【００１５】
従来例１の構成を模式的に示した図６を用いて、更に説明する。図６では、上述した縦の部位を符号３７で示している。そして、内部に中子３３を配した環状のプリプレグ３６を下型３１に形成した凹部内に収納し、上型３２を下型３１に向かって下降させた状態を示している。【００１６】
図６に示すように、上型３２と下型３１との間にプリプレグ３６を挟んで加熱加圧することで、半成形品を製造することができる。そして、でき上がった半成形品に孔を開けて、中子３３を構成している粒体を半成形品に開けた孔から外に排出することで、中空状の成形品が完成する。【００１７】
しかし、下型３１に収納したプリプレグ３６に形成された凹部内に中子３３を載置したとき、角部を有する形状に半成形品を賦形する場合などで、中子３３の外表面とプリプレグ３６の内周面との間に空隙が生じてしまうことが多い。特に、成形用金型３０にプリプレグ３６をスムーズに投入させるため、成形用金型３０とプリプレグ３６との間にある程度間隔を空けることになり、成形面における隅部とプリプレグ３６との間でも、同様に空隙が生じ易くなってしまう。【００１８】
そして、上型３２を下型３１に向かって下降させて、プリプレグ３６を加圧しているときには、この空隙の影響によって、プリプレグ３６における縦の部位３７においてシワや曲がりが生じてしまったり、プリプレグ３６における外面側の角部が、所望の直角形状に形成されず、未充填状態になってしまう。【００１９】
特に、中子３３を構成する粉粒体の使用量が少ないと、プリプレグ３６と中子３３との間に空隙が形成され、プリプレグ３６における縦の部位３７において曲がりが生じてしまう。そして、図６に示したように、縦の部位３７の一部が中子３３側に湾曲した形状に変形することになる。しかも、中子３３を構成する粉粒体の流動性が低い場合には、変形の影響が顕著になる。【００２０】
そして、図６に示すように、縦の部位３７の一部が中子３３側に湾曲した形状に変形しなくても、縦の部位３７における長さ寸法が、規定の長さ寸法よりも短い長さ寸法に圧縮してしまうことになる。【００２１】
特許文献１の発明において、不良品を発生させないようにするためには、プリプレグ３６と中子３３との間に空隙が形成されないように、プリプレグ３６のプリフォーム精度を向上させたり、中子３３の形状が所望の形状となるように形成しておくことが必要になる。しかし、中子３３を構成する粉粒体の使用量を正確に測定して構成し、形状も所望の形状に形成して、プリプレグ３６を中子３３に密着させ、更にプリプレグ３６の外形形状を、成形用金型３０の内面形状に沿わせることは、完全に固定されていない粉粒体や硬化又は固化していないプリプレグでは形状が安定しないため、多数の手間を必要とし長時間を要してしまうことになる。【００２２】
一方で近年は、特に上記従来例２によって成形される成形品などに対する成形品の大型化と軽量化が強く要求されてきている。この成形品の大型化は、成形用金型の大型化につながり、また成形品の軽量化を図るには上述のように中空部を拡大させる必要がある。この中空部の拡大化を図るには必然的に上記中子を大型化せざるを得ず、伸延性ある包装フィルムに充填される粒子量をも大幅に増加させなければならなくなる。中子４を構成する粒体には、アルミナ、ジルコニア等セラミック、ガラス、硬質耐熱樹脂、金属、鋳物砂、石英などの粒体物が用いられるが、これらの粒子量が増えると、当然に嵩だけでなく重量も増加し、従来のように人手で中子を取り扱うことができなくなり、機械化に頼らなければならなくなる。そのため、その機械化に要する設計費や製作費、メンテナンス費用などが増大してしまう。【００２３】
本発明は、こうした状況を踏まえて開発されたものであり、成形用金型による閉断面を有する成形品の成形時に、プリプレグと中子間における圧力を均一に高めることができ、しかも、中子に圧力を加えても、また通常の成形用金型を用いた場合であっても、中子を構成している媒体の一部が成形用金型から漏れ出ることを防止でき、閉断面を有する成形品の大型化にあたっても効率的に且つ経済的に実施できる繊維強化プラスチック成形体の製造方法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】
【００２４】
本発明の繊維強化プラスチック成形体の製造方法の主要な構成は、
剛体粒子とコアブロックとを含む粒子類群を伸延可能な可撓性袋体に収容し、中子を形成すること、
樹脂と繊維とを含むプリプレグの内部に前記中子を配置すること、及び
前記中子を含む前記プリプレグを成形用金型内部に配置し、圧縮成形すること、
を含む繊維強化プラスチック成形体の製造方法にある。【００２５】
ここで、上記構成にあって、中子の内部に上記コアブロックを含むことが最も重要な特徴部の一つであり、しかもコアブロックは屈曲性を有することが好ましく、このコアブロックの存在により、成形品の大型化、形状自由度向上及び軽量化が可能となる。【００２６】
なお、本発明でいうコアブロックとは、上記剛体粒子よりも大きな外郭体積を有するとともに密度が低く、上記剛体粒子とともに可撓性袋体内部で流動する部材を意味する。
【発明の効果】
【００２７】
本発明にあっては、剛体粒子とコアブロックとを含む粒子類群を伸延可能な可撓性袋体に収容し、中子を形成している。しかも、成形用金型による圧縮成形時に、プリプレグを介して、またはプリプレグを介さずに、中子の一部外表面を押圧することで、中子の外表面に窪みを形成して、中子による内圧を強制的に高めている。そして、中子による内圧を高めることで、中子を構成している粒子間に滑りを生じさせ、中子の外表面を展開させると同時に伸延状態に変形させている。【００２８】
中子を構成する粒子類群に、剛体粒子とコアブロックとを併用して、中子の外表面の一部を押圧して外表面に窪みを形成し、中子の内圧を高めると、コアブロックの外側で粒子間に滑りが生じて、剛体粒子が移動し、中子内での粒子群の流動性と圧力伝達性が向上する。成形品容積に応じてコアブロックの大きさやコアブロックの個数を調整することにより、剛体粒子の使用量を大幅に低減できる。このとき、剛体粒子の使用量を低減させるには、コアブロックが粒子群に比べて軽量であることが好ましく、さらにはコアブロックを中空構造とすると、成形時の重量を大幅に軽減でき、しかも所要の大型化が実現されて、中子の取扱い性も向上する。【００２９】
また、ロッド類をもって押圧することによって中子の外表面を広げると、仮に中子を包み込んでいるプリプレグと中子との間に空隙が形成されていても、中子の変形によってこの空隙を埋めて解消することができる。また、特に、成形用金型の成形面における隅部とプリプレグとの間に空隙が形成されていても、中子の変形によってプリプレグをこの空隙を埋める方向に移動させることができ、隅部の空隙をなくすことができる。【００３０】
中子の変形によってプリプレグと中子との間に形成されていた空隙は、中子による高い内圧によって潰れるか、空隙を構成していた空気がプリプレグを通して成形用金型から大気中へと放出されることになる。空気がプリプレグを通ったときに形成された通路は、空気が通ったのちに溶融しているプリプレグによって自然に塞がれる。【００３１】
中子は、伸延性をもつ可撓性に優れた袋体に収容した前述のコアブロックの他に、多数の粒子からなる粒子群をも内部に備えている。このため、中子の外表面の一部を押圧して外表面に窪みを形成して中子を変形させても、通常、中子内における内部圧力としては全ての部位において、液体や気体を用いたときのように、同一の圧力状態にはならない。すなわち、粒子群に対して圧力を加えても、圧力が加えられた部位における圧力よりも小さい圧力が、他の部位において生じることになる。そして、加えられた圧力がある値を超えると、粒子間において滑りが生じることになる。【００３２】
そのため、中子の外表面を押圧したときに、押圧により中子の外表面に窪みが形成された部位において、そこでの内部圧力が大きく上昇しても、この部位から離れた中子の外表面側における部位における圧力上昇は、窪みが形成された部位における内部圧力よりも低くなる。また、押圧方向と直交する方向の圧力は上昇しがたい傾向がある。【００３３】
特に、中子内での圧力の伝達性、粒子の流動性は、粒子を構成する粒子表面の粗さ、粒子径、粒子の剛性等が影響する。均一の粒子径または同じ剛性をもつ複数の粒子からなる粒子群を用いると、中子内で粒子群を構成する粒子は最密充填されることになり、粒子群の流動性が阻害され、圧力の伝達性が損なわれる。従って、中子内での粒子径の分布状況や粒子表面の粗さの分布状況を考慮することにより、中子内での粒子群の流動性と圧力伝達性が向上する。しかしながら、押圧方向と直交する方向の圧力は上昇しがたい傾向にあるため、中子内に配置されたコアブロックに、押圧方向と直交する方向に圧力を高める作用をもたせるのが良い。
そのためには、コアブロックの形状が、略押圧方向に且つ略金型内面に沿ったコアブロックの断面が該略押圧方向に位置する少なくとも一方の金型の内表面に向かって徐々に減少する外郭形状、すなわち、前記押圧の方向に直交する周面が外方に湾曲して膨出する形状を含む（樽型形状、カップ型形状、逆カップ型形状、円形を含む縦長楕円断面形状等を含む）のが好ましい。【００３４】
ここで、例えば断面が矩形のコアブロックの場合でも、コアブロックの一面とその対面が垂直に押圧されたときに、押圧の方向と略平行な他の面が外方に湾曲すれば、上述の作用を得ることが可能となる。また、コアブロックが中空構造の場合には、粒子の圧力により、内側に容易に変形しないようにするためにも、押圧の方向と略直交する方向に膨出する湾曲面形状とし、更には押圧時に、中空コアブロックが押圧方向と略直交する方向に拡幅変形させることで、押圧方向と直交する方向に圧力を加えることができる。さらに、成形品の形状が、中空のＬ字形状などに屈曲している場合でも、コアブロックが分割され、又はコアブロックがこの形状に対応した屈曲形状を有していれば、押圧方向と略直交する方向にも効果的に圧力を加えることができる。【００３５】
こうして押圧により窪みが形成された部位から離れた中子内の部位においても、粒子群を構成する粒子間に滑りが生じ中子が変形する。この変形によって、プリプレグを成形用金型の成形面に沿って押圧することができ、例えば、上述のような縦の部位を支持している中子の部位とプリプレグとの間で圧力を上昇させることができる。その結果、上型と下型とによる加圧時において、上述したような縦の部位が屈曲して変形してしまうことが防止できる。【００３６】
本発明の成形方法では、剛体粒子とコアブロックを併用することが重要である。
剛体粒子としては、曲げ弾性率が５０ＧＰａ以上の高い剛性をもつ、アルミナ、ジルコニア等のセラミック、ガラス、硬質耐熱樹脂、金属、鋳物砂等を用いることができる。特に、セラミックからなる、ジルコニア、石英を用いた場合には、これらの物質は、熱伝導率が低いので、中子の粒子群を構成する粒子としては好適な材料となる。【００３７】
コアブロックとしては、剛体粒子と同様にセラミック、ガラス、硬質耐熱樹脂を使用することができるが、中空構造のコアブロックでは鉄、アルミ、銅、チタンなどの金属や、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、炭化ケイ素繊維などからなる強化繊維を含む、樹脂などの弾性変形可能な材料が好適な材料となる。【００３８】
中子を構成している粒子類群に剛体粒子とコアブロックとを使用することで、中子の外表面の一部を押圧して外表面に窪みを形成して中子の内圧を高めると、粒子群を構成する粒子間に滑りが生じて、剛体粒子が移動する。このことを利用して、押圧力を制御することによって、コアブロックによる粒子群の動きを所望の方向に向けることができ、中子内での粒子群の流動性と圧力伝達性とが向上する。さらに中空構造のコアブロックが弾性変形することによって、積極的に圧力をさらに加えることができる。【００３９】
しかも、上述した縦の部位における縦方向の長さ寸法が規定の長さ寸法となるように、成形用金型の型締め位置を固定しておけば、中子の外表面の一部を押圧することで中子とプリプレグの内面との間における圧力を上昇させておくことができる。これによって、上述したような縦の部位における縦方向の長さ寸法が、所定の寸法以下に圧縮されて短くなってしまうような事態の発生が回避でき、プリプレグを所望の肉厚に成形できる。【００４０】
また、プリプレグの外表面における角部に、例えば、直角の角部を形成する場合においても、角部を成形する成形用金型の隅部に十分な量のプリプレグを移動させることができるので、プリプレグの外表面における角部を成形用金型の成形面に沿って正確に成形することができる。【００４１】
中子の内圧を高めると、粒子群は前後左右方向に滑りを生じて移動することになるが、粒子群を収容している可撓性袋体は伸延展開可能な材質から構成されている。そのため、伸延展開可能な可撓性袋体によって、粒子群の移動に伴う中子の外形形状の変形を許容できる。【００４２】
仮に、成形用金型の型締めや、窪みを形成する押圧により中子の内圧が上昇したとき、可撓性袋体が前記内圧に抗して粒子群を保持する強度を有していない場合は、粒子群が可撓性袋体を破ることになる。成形用金型の隙間が粒子の直径よりも小さければ、粒子が破砕しない限り、成形用金型から漏れ出すことは起きない。【００４３】
中子の外表面の一部を押圧する構成としては、成形用金型の成形面内に出没自在なロッドを用いることができ、成形用金型の内部にロッドを挿入し、前記中子の外周面の一部を押圧することができる。成形用金型の成形面内にロッドを出没自在にするには、例えば、ロッドとしてピストンロッドを用いることができ、複数部位に押圧部を設置することもできる。【００４４】
本発明では、中子の外表面を押圧したときに、プリプレグを介して又はプリプレグを介さずに中子の一部外表面を押圧することができる。略平面形状部位でプリプレグを介して押圧する場合には、プリプレグに凹部が形成される。凸形状部位でプリプレグを介して押圧する場合には、プリプレグは平坦になることになる。これら押圧部位である凹部や平坦部、その他の押圧部位以外でも、成形品から中子を構成する粒体を排出する排出孔を設けることができる。また、成形品の形状が、Ｌ字形状の管材などのように屈曲している場合でも、コアブロックが分割されており、又はコアブロックが屈曲性を有するときには、そのパイプ端部の一方を開口することで、開口を介してコアブロックを取り除くことができ、さらにコアブロックを再利用することも可能である。【００４５】
また、プリプレグを介さずに中子の一部外表面を押圧する場合には、プリプレグのロッド等の押圧部に該当する部位に予め孔を開けておき、中子に直接加圧することを可能とし、その成形品の孔位置から可撓性袋体を破り、粒子を排出することができる。可撓性袋体には離型材を塗布するなどの離型処理を行う、又は二重包装とすることにより、粒子が接する可撓性袋体も除去することが可能となる。前記孔がコアブロックよりも大きい場合には、その孔を介してコアブロックも取り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明による加圧成形時の一例を示す模式図である。
【図２】本発明における中子の構成部材の一つであるコアブロックの異なる形状例および構造例を示す模式図である。
【図３】成形品の材料であるプリプレグと中子の内部構造とを模式的に示す部分断面図である。
【図４】成形品の材料であるプリプレグと中子の他の内部構造とを模式的に示す部分断面図である。
【図５】従来例１の中空部を有する成形品を成形するときの初期段階の状態を模式的に示す説明図である。
【図６】同じく従来例１の中空部を有する成形品を成形するときの加圧圧縮成形時の状態を示す模式的に示す説明図である。
【図７】従来例２における加圧圧縮成形時の状態を模式的に示す説明図である。
【図８】中空部を有する成形品を製造する各段階を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
以下に、本発明の好適な実施の形態を添付図面を参照して実施例を中心に具体的に説明する。なお、本発明は以下に述べる実施例に限定されるものではなく、請求の範囲に記載された範囲内であれば、様々な変形が可能である。
【実施例】
【００４８】
（実施例１）
図１に示すように、中子４を内包したプリプレグ３を成形用金型１５の内周面形状と略同じ形状に、室温にて賦形したプリフォームを、予め加熱した成形用金型１５の下型１に形成した凹部１ａ内に載置されている。【００４９】
プリプレグ３は、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、炭化ケイ素繊維等の繊維に未硬化の熱硬化性樹脂を含浸させたシート状のものとして構成しておくことができる。図示例では、プリプレグ３における断面形状が環状に形成され、内部に中子４を介在させた形状に構成されている。例えば、二枚のシート状のプリプレグ間に中子４を包み込むように形成することで、プリプレグ３を図示例のように構成することができる。【００５０】
そして、成形用金型の加熱により、溶融状態になっているプリプレグ３を成形用金型１５内で加圧成形することにより硬化させ、所望の形状を有する繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）の成形品を製造することができる。熱硬化性樹脂の代わりに熱可塑性樹脂を含浸させた場合は、プリプレグ３を予め加熱して賦形したプリフォームを、成形用金型にて加圧冷却し、所望の形状のＦＲＰ成形品を製造することができる。さらに、プリプレグの代わりに、樹脂を含浸していないファブリックを使用し、型締め後、熱硬化性樹脂を注入硬化するＲＴＭ（レジントランスファー成形）法でも、製造可能である。【００５１】
繊維に含浸させる熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル、ポリウレタン、フェノール樹脂等を用いることができ、熱可塑性樹脂としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、塩化ビニール、ポリアミド樹脂などを用いることができる。【００５２】
本実施例１における中子４は、図１に示すように、粒子群４ａ及び丸断面型の長手方向（図面の前後方向）に直交する方向に屈曲性を有する中空コアブロック１００を可撓性袋体４ｂに収容して構成している。
剛体粒子としては、曲げ弾性率が５０ＧＰａ以上の高い剛性をもつ、アルミナ、ジルコニア等のセラミック、ガラス、硬質耐熱樹脂、金属、鋳物砂等を用いることができる。特に、セラミックからなる、ジルコニア、石英を用いた場合には、これらの物質は、熱伝導率が低いので、中子４の粒子群４ａとしては好適な材料となる。【００５３】
本発明で用いる剛体粒子の粒子径は、特に限定されるものではないが、プリプレグ３と成形用金型１５及び中子４との間の密着性が良好となる傾向にあることから、０．１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲とするのが好ましい。より好ましくは０．５ｍｍ〜３ｍｍの範囲である。ここで、本発明で用いる剛体粒子は、図４に示すように、互いに粒子径の異なる第１粒子群（ａ）及び第２粒子群（ｂ）とを含み、前記第１粒子群（ａ）の直径Ｄａと前記第２粒子群（ｂ）の直径Ｄｂとの比Ｄａ／Ｄｂが１．１以上２．０以下の範囲とするのがより好ましい。さらに、可撓性袋体４ｂに収容された粒子群の総量に対する前記第２粒子群（ｂ）の総量の割合が、２０〜６０質量％の範囲であるのが特に好ましい。【００５４】
ところで、本発明では中子４を構成する必須の構成部材の一つであるコアブロック１００が粒子群４ａと共に伸延展開可能な可撓性袋体４ｂに収容されている。このコアブロック１００は中子４の大型化に伴う中子４の重量増加を低減させるために配置されるものである。ここで、中子４の軽量化を図るためには、可撓性袋体４ｂ中に占めるコアブロック１００の体積率を５０％以上とするのが好ましい。より好ましくは６０％以上である。また、所望の形状の成形体を得るために、コアブロック１００と可撓性袋体４ｂの内表面との間に充分な量の剛体粒子を存在させることができる傾向にあることから、可撓性袋体４ｂ中に占めるコアブロック１００の体積率は９０％以下とするのが好ましく、より好ましくは８０％以下である。【００５５】
図２には複数の種類の形状および構造をもつコアブロック１００が示されている。本発明者等による実験および試験の結果、このコアブロック１００の存否と、コアブロック１００の形状および構造とが繊維強化プラスチック成形品の品質に大きく影響することを知った。コアブロックを使わないと、上下に作用する圧縮応力が水平方向に作用する応力の５倍近くまで達している。【００５６】
図２は、形状および構造が異なるコアブロック１００を示している。図２（ａ）は樽型の中実のコアブロックを示し、図２（ｂ）は矩形型の中実のコアブロックを、図２（ｃ）は矩形型の中空コアブロックを、図２（ｄ）、（ｆ）は逆コップ型で、（ｆ）は左右非対称形の中空有底コアブロックを、図２（ｅ）は縦楕円型の中空コアブロックを示している。図３は半成形品におけるプリプレグ３と中子４の内部構造とを部分的に示している。図４は半成形品におけるプリプレグ３と中子４の他の内部構造とを部分的に示している。【００５７】
この垂直方向と水平方向との応力の差が大きいと中子４内の粒子群４ａは上下方向の動きが活発で、水平方向の動きが少なくなり、粒子群４ａによる可撓性袋体４ｂの変形に方向性が与えられ、例えば成形用金型の隅部にプリプレグを介して伝達される応力が一方向に偏ってしまい、例えば可撓性袋体の変形が縦方向に向けて変形し、成形用金型１５の縦方向に沿った内面とプリプレグ３との間にできた空隙を埋めるに十分な水平方向には応力が働かず、成形終了後も同空隙が残されたままとなるため、この応力の差はできるかぎりなくすることが好ましい。【００５８】
コアブロック１００の材質は、剛体粒子と同様にセラミック、ガラス、硬質耐熱樹脂を使用することができるが、軽量で圧力伝達を向上させる中空構造では、鉄、アルミ、銅、チタンなどの金属や、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、炭化ケイ素繊維などを強化繊維とする繊維強化樹脂など弾性変形可能な材料が好適な材料となる。
中子４の形態保持に用いる可撓性袋体４ｂとしては、ナイロン製のフィルム、ポリエチレン製のフィルム、フッ素樹脂フィルム、シリコンゴム、ポリプロピレン等を用いることができる。【００５９】
下型１には、成形用金型１５のキャビティ内にロッドを挿入し、中子４の外周面の一部を押圧するピストンロッド５ａを備えたシリンダ５が設けられている。なお、図１では、ピストンロッド５ａを摺動させるためにシリンダ５の圧力室に作動流体を給排する配管の図示は省略している。【００６０】
まず、上型２と下型１とを互いに近接する方向に移動させることで、完全に型締めを行い、下型１の凹部１ａ内に載置したプリプレグ３を加熱硬化させることができる。この段階では圧力は高くなく、次の段階のピストンロッド５ａを作動させて圧力を高めるため、型締め機としては型の開閉機構を備えていれば足り、敢えて高圧プレス機を採用する必要がない。【００６１】
このとき、ピストンロッド５ａを成形用金型１５のキャビティ内に突出させることで、プリプレグ３内の中子４の外表面における一部部位を押圧する。この押圧により、粒子群４ａに流動性を与えて中子４を変形させつつ粒子群４ａを成形用金型１５の隅々まで行き渡らせて、プリプレグ３と金型内面との間に形成されている空隙をなくす。図１では可撓性袋体４ｂに収容される粒子の大きさを全て同じとしているが、図４に示すように大きさの異なる粒子を混合して使用する場合には、粒子群４ａの流動性が増して、中子４内の粒子群に滑りが生じやすくなる。【００６２】
特に空隙が生じやすいプリプレグ３の内面における四隅や、下型１における凹部（キャビティ）１ａの壁面に沿って形成される縦の部位の内面に沿った領域に発生する、曲がりやシワや空隙が生じないように、中子４の外表面を広げてプリプレグ３の内面に密接させることができるようになり、寸法精度の高い成形品を得ることができる。【００６３】
中子４の外表面を広げることで、中子４を包み込んでいるプリプレグ３と中子４との間に空隙が形成されていても、空隙を構成している空気は、中子４による高い内圧により潰れるか、プリプレグ３を通って成形用金型１５から大気中へと放出されることになる。空気がプリプレグ３を通ったときに形成された通路は、空気が通った後に、溶融しているプリプレグ３によって自然に塞がれることになる。【００６４】
また、成形用金型１５の角部において、成形用金型１５とプリプレグ３との間に空隙が存在していた場合であっても、外表面形状を広げた中子４からの押圧によってプリプレグ３は空隙側に移動する。そして、この空隙を形成していた空気は、高い内圧により潰れるか、成形用金型１５から大気中に押し出すことができる。【００６５】
空気が押し出された空隙の部分にはプリプレグ３が移動して、成形用金型１５の角部形状に沿った形状に形成される。これにより、プリプレグ３を加熱加圧して形成した成形品は、例えば、角部が直角に形成された高品位の成形品が得られる。【００６６】
この成形の間、可撓性袋体４ｂの内部に収容された上記コアブロック１００には上下から垂直方向の押圧力が加わるが、コアブロック１００を既述したように垂直方向に直交する周面の外郭形状を外側に湾曲して膨出する形状としているため、中実であれば勿論のこと、中空であっても、その膨出面が内側に向けて収縮変形したり、垂直方向に沿って曲がったりせず原形を保持するため、粒子群４ａを安定して支持するばかりでなく、コアブロック１００の周辺を埋めつくす粒子群４ａを全方向に均等に動かすことができ、空隙を残さずにプリプレグ３を成形用金型の隅々まで均一に行き渡らせることができ、高品位の成形品が得られる。【００６７】
なお、実施例の説明で用いる各図において、可撓性袋体４ｂを理解しやすくするため、誇張した状態で可撓性袋体４ｂの肉厚を厚く示している。実際には、可撓性袋体４ｂは、１ｍｍ厚以下の薄いフィルム状に構成することができる。ここでは、角パイプ形状の成形品を成形する構成について説明を行っているが、成形品としては、閉断面を有する他の形状とすることができる。【００６８】
閉断面に近い形状としては、断面形状がＣ字状の形状等がある。例えば、Ｃ字状の断面形状を有する成形品を形成する場合には、中子の一部を上型２又は下型１の成形面に直接当接させた配置構成を採用することができる。そして、成形面に当接していない中子の周囲をプリプレグ３で覆うことにより、Ｃ字状の断面形状を有する成形品を成形することができる。このため、本願発明における閉断面としては、角パイプ形状等の形状以外にも、例えば、Ｃ字状の断面形状も本願発明における閉断面に包含される。【００６９】
図１に示すように、ピストンロッド５ａで中子４の外表面の一部を押圧することによって、プリプレグ３の外表面には凹部６が形成されることになる。ピストンロッド５ａで中子４の外表面を押圧すると、中子４内の容積としては、粒子群４ａの容積に突入したピストンロッド５ａの容積が強制的に加わった状態になる。その結果として、中子４内の内圧を高めることができる。【００７０】
中子４の内圧が高まることによって、粒子群４ａは粒子間に滑りが生じて前後左右方向に移動することになる。しかし、粒子群４ａを収容している可撓性袋体４ｂは粒子群４ａの移動を実質的に制限せずに伸延展開することができる。【００７１】
このように、中子４の内圧を高め、粒子群４ａを構成する粒子間での滑りを生じさせることができるので、中子４の外表面を広げることができ、図３及び図４に示すように、中子４とプリプレグ３との間の空隙をなくすことができる。【００７２】
しかも、中子４の外表面形状の広がりとしては、空隙が生じているようなプリプレグ３との間での圧力が低い部位において生じるので、空隙をなくしながらプリプレグ３の肉厚を所定の肉厚に維持しておくことができる。
このように、所定の肉厚を有し、所望の外表面形状を備えた形状にプリプレグ３を加圧成形することができる。【００７３】
図８は、成形用金型１５（図７参照）による加圧成形が終了した半成形品１０ａの一部を、成形用金型１５から取り出した状態を示している。ピストンロッド５ａで押圧したプリプレグ３の部位には、凹部６（図１参照）が形成されている。
この凹部６に粒子群排出用の孔を開けると、この孔から中子４の構成部材の一つである粒子群４ａを構成する粒子間に空気が流入し、粒子群４ａを構成する粒子間の結合状態が崩れる。そして、結合状態が崩れた粒子群４ａを、凹部６に形成した排出用の孔から外部に排出することができる。【００７４】
コアブロック１００は、凹部６から取り出し可能な大きさであれば、粒子群４ａと共に取り外しでき、凹部６から取り出し不可能な大きさであれば、成形品１０の端部を開口し、取り外すことができる。粒子群４ａを収容していた可撓性袋体４ｂを、成形品１０に対して剥離性がよい材料での構成や、可撓性袋体４ｂを二重に構成しておけば、粒子群４ａに接する可撓性袋体４ｂも取外すことができる。成形品の形状が、Ｌ字形状パイプなどに屈曲している場合でも、コアブロックが分割されており、又はコアブロックが屈曲性を有していれば、同様に取り外すことができる。【００７５】
こうして、中子４とプリプレグ３との間に空隙がない状態でプリプレグ３に対する加圧成形を施すことができるので、成形品１０としては曲がりやシワのない所望の肉厚で所望の外表面形状を有する製品として製造することができる。また、成形用金型１５を閉めた状態において中子４内の内圧が低い場合であっても、ピストンロッド５ａから加えた押圧力によって中子４内の内圧を高めることができるので、成形品１０としては所望の肉厚で所望の外表面形状を有する製品に製造することができる。【００７６】
本実施例１をより具体的に説明する。図１に示すように剛体粒子としてセラミック粒子（直径１ｍｍ、曲げ弾性率２１０ＧＰａ）と、中空コアブロック１００として円断面形状で軸方向に微小な段差を有し、螺旋巻のフレキシブルスチールチューブ（最外径１３．８ｍｍ、最内径１１ｍｍ、奥行き２０ｍｍ、曲げ弾性率２００ＧＰａ）とを、ナイロンフィルムで周巻して収容した中子４を作製した。炭素繊維強化エポキシ樹脂プリプレグ３（三菱レイヨン社製、製品名：ＴＲ３９５Ｇ１００Ｓ）を５プライで前記中子４を周巻して内包させ、Ｌ形状の成形用金型１５の内周面形状と略同形状に、室温にてプリフォームした。室温で成形用金型１５の下型１に形成した凹部１ａ内にプリフォームを載置し、上型２と下型１とを完全に型締めし、続いてピストンロッド５ａで中子４の外表面の一部を押圧した。【００７７】
中子４にセラミック粒子とフレキシブルチューブのコアブロック１００とからなる粒子類群を使用した実施例１の製造方法では、粒子群４ａの流動性と圧力伝達性とが双方とも向上し、加熱加圧成形後、一方の端部から粒子群とフレキシブルチューブを取り除き、外観良好なＬ形状パイプ成形品が得られた。
【符号の説明】
【００７８】
１・・・下型
１ａ・・・凹部
２・・・上型
２ａ・・・下傾斜面
３・・・プリプレグ
４・・・中子
４ａ・・・粒子群
４ｂ・・・可撓性袋体（包装フィルム）
５・・・シリンダ
５ａ・・・ピストンロッド
６・・・凹部
１０・・・成形品
１０ａ・・・半成形品
１５・・・成形用金型
２０・・・金型間隔保持手段
２１ａ・・・押え部材
２１ｂ・・・くさび面
３０・・・成形用金型
３１・・・下型
３２・・・上型
３３・・・中子
３３ａ・・・粉粒体
３３ｂ・・・包装材
３５，３４・・・上下の繊維強化熱可塑性樹脂材（ＦＲＴＰ）
３６・・・プリプレグ
３７・・・縦の部位
１００・・・コアブロック
【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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