(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＲＴＭ成形用金型内に繊維基材を固定しておき、同金型の注入口より樹脂を注入して流出口へ向かって流動させることにより前記繊維基材に含浸させた後、同繊維基材の樹脂を硬化させ金型より取り出すＲＴＭ成形方法において、複数の樹脂注入口を有する金型を用いる場合に、（Ａ）予め前記各注入口の樹脂の圧力、温度及び前記金型内の樹脂流れ方向の流動先端位置の樹脂流動パターンからなる基準データを設定しておき、；（Ｂ）前記金型内を流れる実際の樹脂流動の先端位置のパターンを測定し；（Ｃ）同測定流動パターンと前記基準の流動パターンデータとを比較して差を求め；（Ｄ）同差が所定の許容範囲内であれば、前記各注入口の樹脂注入条件を前記予め設定した基準データの圧力、温度に設定し、許容範囲外であれば、前記差が縮小するように、前記予め設定した圧力に対し前記各注入口圧力を個別に増減あるいは前記注入口を開閉させる工程を備えてなることを特徴とするＲＴＭ樹脂流動制御方法。
【請求項２】
ＲＴＭ成形用金型内に繊維基材を固定しておき、同金型の注入口より樹脂を注入して流出口へ向かって流動させることにより前記繊維基材に含浸させた後、同繊維基材の樹脂を硬化させ金型より取り出すＲＴＭ成形方法において、複数の樹脂注入口を有する金型を用いる場合に、（Ａ）予め前記各注入口の樹脂の圧力、温度及び前記金型内の樹脂流れ方向の流動先端位置の樹脂流動パターンからなる基準データを設定しておき、；（Ｂ）前記金型内を流れる実際の樹脂流動の先端位置のパターンを測定し；（Ｃ）同測定流動パターンと前記基準の流動パターンデータとを比較して差を求め；（Ｄ）同差が所定の許容範囲内であれば、前記各注入口の樹脂注入条件を前記予め設定した基準データの圧力、温度に設定し；（Ｅ）許容範囲外であれば、前記各注入口を個別に開閉したすべてのケースについて、樹脂流動先端の進行速度を計算により予測し、これらのうち前記差を縮小するために最も適切なケースに従って、前記注入口を開閉する工程を備えてなることを特徴とするＲＴＭ樹脂流動制御方法。
【請求項３】
ＲＴＭ成形用金型内の表面に埋設され樹脂流れ方向に複数本並設して配置された流動センサと、前記金型の注入口の樹脂注入圧力、温度及び前記流動センサ上の所定位置での樹脂流動の先端位置データを基準流動パターンデータとして予め記憶させておく記憶装置と、前記金型の注入口へ所定圧力、温度の樹脂を注入する注入装置と、前記流動センサからの検出信号を取込み、同取り込んだ信号に対応する前記記憶装置に記憶されている流動パターンデータとを比較し、その比較結果に基づいて前記注入装置を制御する制御装置とを備えてなることを特徴とするＲＴＭ樹脂流動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＲＴＭ樹脂流動制御方法及び装置に関し、ＲＴＭの成形時間を短縮すると共に、安定した成形品質が得られるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＲＴＭ（Resin Transfer Molding) 成形法では、金型中に３次元織物等の繊維基材をセットしておき、金型内部に樹脂を注入して含浸させ、その後、硬化させて金型から取外し、製品として完成させている。この際の樹脂の流動（含浸）状況は、モニタ等は行わずに事前の設定試験やシミュレーションを実施し、設定された条件に基づいて注入している。
【０００３】
図５は従来のＲＴＭ成形方法を示す図であり、金型１０は図示省略しているが開放可能な構造で、内部には繊維基材２０がセットされており、本例では樹脂注入口１１ａ，１１ｂと樹脂流出口１２ａ，１２ｂが設けられている。樹脂はシリンダ等により入口１１ａ，１１ｂから予め定められた圧力と温度で注入され、繊維基材２０内に流れて繊維間に含浸し、３０，３１で示すような樹脂流れとなり、流動しながら樹脂流出口１２ａ，１２ｂから流出する。繊維基材２０内に含浸した樹脂は硬化させ、金型１０を開放して製品が取り出される。
【０００４】
上記のようなＲＴＭ成形においては、繊維基材２０中の樹脂透過係数は、同じ金型１０に同じ密度の基材をセッティングする場合でも同じになるとは限らず、事前に設定試験で取得した値とは異なることが生ずる。このようにＲＴＭ成形では、同じ製品を製造する場合でも、事前に設定した条件と異なる流動パターンが形成され、特に複雑な形状の金型で、樹脂注入口が複数ある場合、等では空気溜まり（ドライ領域）の残留などの不具合が生じ、同一製品でもバラツキのある品質の製品となってしまう。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、従来のＲＴＭ成形方法では、注入する樹脂の金型内での流動状況は、直接モニタすることはなく、事前の設定試験やシミュレーションで設定した条件で実施している。しかし、同じ金型内に同じ繊維基材をセッティングしたとしても、その都度同じ流動パターンとなるとは限らず、特に複雑な形状の製品では完成品の品質にバラツキが生じていた。
【０００６】
そこで本発明では、予めシミュレーションにより最適な流動パターンを設定しておき、金型内に流動を検知するセンサを設置し、センサで流動状況をモニタリングし、モニタリングした流動パターンと予め設定した流動パターンとを比較することにより、そのズレに応じて流動パターンを制御してドライ領域の発生を避けながら樹脂の充填時間も短くすることができるＲＴＭ樹脂流動制御方法及び装置を提供することを課題としてなされたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は前述の課題を解決するために次の（１）、（２）の制御方法、（３）の制御装置を提供する。
【０００８】
（１）ＲＴＭ成形用金型内に繊維基材を固定しておき、同金型の注入口より樹脂を注入して流出口へ向かって流動させることにより前記繊維基材に含浸させた後、同繊維基材の樹脂を硬化させ金型より取り出すＲＴＭ成形方法において、複数の樹脂注入口を有する金型を用いる場合に、（Ａ）予め前記各注入口の樹脂の圧力、温度及び前記金型内の樹脂流れ方向の流動先端位置の樹脂流動パターンからなる基準データを設定しておき、；（Ｂ）前記金型内を流れる実際の樹脂流動の先端位置のパターンを測定し；（Ｃ）同測定流動パターンと前記基準の流動パターンデータとを比較して差を求め；（Ｄ）同差が所定の許容範囲内であれば、前記注入口の樹脂注入条件を前記予め設定した基準データの圧力、温度に設定し、許容範囲外であれば、前記差が縮小するように、前記予め設定した圧力に対し前記各注入口圧力を個別に増減あるいは前記注入口を開閉させる工程を備えてなることを特徴とするＲＴＭ樹脂流動制御方法。
【０００９】
（２）上記と同じ（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）の工程を備え、（Ｄ）同差が所定の許容範囲内であれば、前記各注入口の樹脂注入条件を前記予め設定した基準データの圧力、温度に設定し；（Ｅ）許容範囲外であれば、前記各注入口を個別に開閉したすべてのケースについて、樹脂流動先端の進行速度を計算により予測し、これらのうち前記差を縮小するために最も適切なケースに従って、前記注入口を開閉する工程を備えてなることを特徴とするＲＴＭ樹脂流動制御方法。
【００１０】
（３）ＲＴＭ成形用金型内の表面に埋設され樹脂流れ方向に複数本並設して配置された流動センサと、前記金型の注入口の樹脂注入圧力、温度及び前記流動センサ上の所定位置での樹脂流動の先端位置データを基準流動パターンデータとして予め記憶させておく記憶装置と、前記金型の注入口へ所定圧力、温度の樹脂を注入する注入装置と、前記流動センサからの検出信号を取込み、同取り込んだ信号に対応する前記記憶装置に記憶されている流動パターンデータとを比較し、その比較結果に基づいて前記注入装置を制御する制御装置とを備えてなることを特徴とするＲＴＭ樹脂流動制御装置。
【００１１】
本発明の（１）においては、工程（Ａ）において、予め基準となる最適な流動パターンのデータが設定され、（Ｂ）において実際の金型内の樹脂の流動の先端位置が測定され、（Ｃ）において（Ａ）で設定したデータと（Ｂ）で測定したデータを比較し、（Ｄ）において（Ｃ）で比較した結果により注入口の圧力を増減あるいは開閉させて、予め設定した最適な流動パターンにあわせるように制御するので、空気溜まり（ドライ流域）の発生が防止され、製品の品質のバラツキが解消されると共に、樹脂充填時間も短くすることができる。
【００１２】
本発明の（２）においては、上記と同様に（Ａ）〜（Ｃ）の工程を備え、（Ｅ）において、各注入口を個別に開閉したすべてのケースについて、樹脂の進行速度を計算により予測し、これらのうち予め設定した流動パターンと実際の流動パターンとの差を縮小するために最も適切なケースに従って、注入口を開閉制御するので、より正確な制御ができ、上記（１）の発明と同様の効果が得られる。
【００１３】
本発明の（３）は、制御装置の発明であり、複数の流動センサと、予め最適の流動パターンを設定し、記憶させる記憶装置、金型の注入口へ樹脂を適正な圧力、温度で注入する注入装置及び同注入装置を制御する制御装置とで構成されるので、上記（１），（２），（３）の制御方法が確実に実施され、空気溜まり（ドライ領域）の発生を確実に防止し、製品の不具合をなくして品質のバラツキのないＲＴＭ成形品が製造できるものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明の実施の一形態に係るＲＴＭ樹脂流動制御装置の全体構成図である。図において、金型１０内の表面には樹脂の流動の先端を検知する流動センサ１が多数配列して設けられている。２は注入装置であり、シリンダ、加熱装置等からなり、適切な圧力、温度に調節された樹脂を樹脂注入口１１ａ，１１ｂへ注入する。注入された樹脂は金型１０内を流動し、繊維基材２０内へ含浸し、樹脂流出口１２ａ，１２ｂより流出する。３は制御装置であり、流動センサ１からの検出信号を取込み、後述するように予め定められた流動パターンとなるように注入装置２の樹脂注入圧力、温度を制御する。４は記憶装置であり、事前の試験やシミュレーションにより最適な流動パターンデータが設定されており、制御装置３により参照されるものである。
【００１５】
上記構成の樹脂流動制御装置において、記憶装置４には事前に試験やシミュレーションにより金型１０内の流れ方向の位置における最適の流動パターンが設定されており、樹脂が注入されると、樹脂の流れの各進行方向での先端は複数の流動センサ１により時々刻々に検知され、制御装置３へ入力される。制御装置３では、検知された各位置での流動パターンと、その位置での予め設定され記憶装置４に記憶されている流動パターンとを比較し、その差を求め、その差が小さくなるように樹脂注入口１１ａ，１１ｂから注入される樹脂の注入圧力、樹脂温度を変化して最適な流動パターンに近づくような圧力、温度の信号を注入装置２へ出力する。
【００１６】
注入装置２は、この信号により更新された樹脂圧力に設定すると共に、加熱装置により樹脂温度を調整し、樹脂を注入する。このような制御を所定の単位時間毎に繰り返し、金型１０内での樹脂流れ方向の各位置での流動パターンを絶えず予め設定した最適の流動パターンに近づくように制御する。このような制御によれば、予め設定された流動パターンではドライ領域が発生しないような流動パターンで樹脂充填時間が最短となるようなパターンが設定されているので、成形時間が短縮されると共に、ドライ領域の発生もなく製品の品質がバラツクようなことが解消するものである。
【００１７】
図２は上記に説明した流動パターン先端を検知するセンサの一例を示す原理図で、センサの一部を示している。流動センサ１は帯状の誘電率センサ回路パターンをプリント基板上に形成させた構成（MOTOGI,ITOH,FUKUDA, “Multi-Functional Sensor Properties and 2-dim Flow Detection for RTM ”，Proc. 6 th Japan International SAMPE Symposium. pp.1033 ）であり、その表面を覆う樹脂の長さにより誘電体損失係数が変化する特性を有する。従って、３本のセンサ１Ａ，１Ｂ，１Ｃの表面に樹脂が、図示のようなパターンで流れると、その先端の位置Ａ，Ｂ，Ｃに対応する特性値を選べれば、その流動先端位置ＬA ，ＬB ，ＬC の時間変化が検知できるものである。
【００１８】
制御装置３では、このような方法により複数の流動センサ１からの検出した信号を取込み、センサの特性から流動する樹脂の先端位置を算出して実際の流動パターンを求め、予め設定された位置Ａ〜Ｂ間のパターンと比較してその差を求め、その差をなくするような樹脂の注入圧力、温度となるように注入装置２を制御するものである。
【００１９】
次に、図３は上記の実施の形態における制御装置３での制御のフローチャートの一例である。図において、Ｓ１においては▲１▼のシミュレーションにより得られた最適の各注入口での圧力、温度の所定時間ごとのデータを記憶装置４に記憶させ、▲２▼のセンサの設定位置データも記憶させる。又、▲３▼の各センサ上における最適条件での流動フロント（先端）の推移データをそれぞれ設定して記憶させ、▲４▼の流動フロントの進行速度に最も影響する注入口も設定し記憶させる。
【００２０】
次にＳ２において、樹脂注入を開始し、Ｓ３において各センサ上の流動フロント位置を検出する。Ｓ４において、全てのセンサ上の検出した流動フロントと設定値とを比較し、両者の差が所定の許容値の範囲か否かを調べ、範囲内であれば、Ｓ５へ進み、各注入口での樹脂注入条件を設定値に設定し、Ｓ６へ進む。Ｓ４において、差が許容範囲を超えていると、Ｓ７で▲１▼注入条件を設定値とすると共に、▲２▼差の大きさに応じて、Ｓ１▲４▼で設定した流動フロントの進行速度に大きい影響を与える注入口における圧力を増減あるいは開閉させるように、注入装置２を制御する。次にＳ６では、上記Ｓ５，Ｓ７での制御が終り、樹脂充填が完了すればＳ８で終了し、継続であればＳ３へ戻り、再度同様の工程を繰り返す。
【００２１】
上記の図３による制御では、シミュレーションにより得られた最適の流動パターンとセンサで検出した流動パターンとを比較し、両者に差があれば、その差の大きさに応じて流動フロントが進行速度に最も大きい影響を与える注入口の樹脂注入圧力を増減あるいは注入口を開閉するように注入装置２を制御するものである。
【００２２】
図４は制御装置３での別の制御方法を示すフローチャートである。図において、ＳＳ１〜ＳＳ６、ＳＳ１０の各ステップは、図３に示すＳ１〜Ｓ６、Ｓ８と、それぞれ同じ内容であり、本制御方法は、ＳＳ１において、図３のＳ１の▲３▼に加えて、流動フロントの進行速度も設定しておく点及びステップＳＳ７〜ＳＳ９の部分にあり、以下これらの特徴の要点について説明する。ＳＳ４においてセンサで検出した流動フロントと設定値との差が許容範囲を超えていると、ＳＳ７において、検出された流動フロントの位置から樹脂が充填されている領域を推定する。
【００２３】
次にＳＳ８において、推定された樹脂充填領域に対し、樹脂流動シミュレーションによりその領域内の圧力分布と、各センサ上での流動フロントの進行速度を計算する。この時計算に用いる条件として、各々の注入口について開閉いずれかを独立に選択したすべてのケースについて計算を実施し、ＳＳ９において、計算で求めた進行速度を用いて各センサ上での流動フロントの速度変化〔Ｌｊ（ｔ＋Δｔ）−Ｌｊ（ｔ）〕／Ｕｐｊ（ｔ）を求める。ここで、ｔ時刻、Ｌｊはセンサ上での流動フロント位置、Ｕｐｊは流動フロントの進行速度である。このばらつきの最も小さいケースを選定し、そのケースでの各注入口開閉パターンを採用し、その条件に合わせて各注入口の開閉を行うものである。その他の制御は図３の各ステップと同じであるので説明は省略する。
【００２４】
上記の図４による制御では、シミュレーションにより得られた最適の流動パターンとセンサで検出した流動パターンとを比較し、両者に差があれば、この差を縮小するために最も適切な注入口開閉パターンを計算で求め、各注入口の開閉を制御するものである。
【００２５】
【発明の効果】
本発明のＲＴＭ樹脂流動制御方法は、（１）ＲＴＭ成形用金型内に繊維基材を固定しておき、同金型の注入口より樹脂を注入して流出口へ向かって流動させることにより前記繊維基材に含浸させた後、同繊維基材の樹脂を硬化させ金型より取り出すＲＴＭ成形方法において、複数の樹脂注入口を有する金型を用いる場合に、（Ａ）予め前記各注入口の樹脂の圧力、温度及び前記金型内の樹脂流れ方向の流動先端位置の樹脂流動パターンからなる基準データを設定しておき、；（Ｂ）前記金型内を流れる実際の樹脂流動の先端位置のパターンを測定し；（Ｃ）同測定流動パターンと前記基準の流動パターンデータとを比較して差を求め；（Ｄ）同差が所定の許容範囲内であれば、前記各注入口の樹脂注入条件を前記予め設定した基準データの圧力、温度に設定し、許容範囲外であれば、前記差が縮小するよう、前記予め設定した圧力に対し、前記各注入口圧力を個別に増減あるいは前記注入口を開閉させる工程を備えてなることを特徴としている。
【００２６】
上記制御方法により、工程（Ｃ）において、（Ａ）で設定したデータと（Ｂ）で測定したデータを比較し、（Ｄ）において（Ｃ）で比較した結果により注入口の圧力を増減あるいは開閉させて、予め設定した最適な流動パターンにあわせるように制御するので、空気溜まり（ドライ領域）の発生が防止され、製品の品質のバラツキが解消されると共に、樹脂充填時間も短くすることができる。
【００２７】
本発明の制御方法は又、（２）上記と同じ（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）の工程を備え、（Ｄ）同差が所定の許容範囲内であれば、前記各注入口の樹脂注入条件を前記予め設定した基準データの圧力、温度に設定し；（Ｅ）許容範囲外であれば、前記各注入口を個別に開閉したすべてのケースについて、樹脂流動先端の進行速度を計算により予測し、これらのうち前記差を縮小するために最も適切なケースに従って、前記注入口を開閉する工程を備えてなることを特徴としている。
【００２８】
上記制御方法により、予め設定した流動パターンと実際の流動パターンとの差を縮小するために最適な注入口の開閉を行う制御をするので、きめの細い制御により上記（１）の発明と同じくドライ領域の発生を防止すると共に製品の品質バラツキが解消され、樹脂の充填時間も短くすることができる。
【００２９】
本発明の（３）は、制御装置の発明であり、複数の流動センサと、予め最適の流動パターンを設定し、記憶させる記憶装置、金型の注入口へ樹脂を適正な圧力、温度で注入する注入装置及び同注入装置を制御する制御装置とで構成されるので、上記（１），（２），（３）の制御方法が確実に実施され、空気溜まり（ドライ領域）の発生を確実に防止し、製品の不具合をなくして品質のバラツキのないＲＴＭ成形品が製造できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係るＲＴＭ樹脂流動制御装置の全体構成図である。
【図２】本発明の実施の一形態に係るＲＴＭ樹脂流動制御装置に用いられるセンサによる流動パターン検出の原理を示す図である。
【図３】本発明の実施の一形態に係るＲＴＭ樹脂流動制御方法の制御フローチャートである。
【図４】本発明の実施の一形態に係るＲＴＭ樹脂流動制御方法の別の制御フローチャートである。
【図５】従来のＲＴＭ成形方法を示す説明図である。
【符号の説明】
１                流動センサ
２                注入装置
３                制御装置
４                記憶装置
１０              金型
１１ａ，１１ｂ    樹脂注入口
１２ａ，１２ｂ    樹脂流出口
１３              流動先端
２０              繊維基材
【図１】
0004737883.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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