(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、（Ａ）前記金型内の樹脂流れ方向の周辺隙間部とその他中央部における樹脂流動の容易さを示す係数（透過係数）の比率が所定の許容範囲を超えた場合の同比率に対する前記注入口での圧力低減量を複数ケース予め基準データとして定めておき；（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流動センサにより測定し、樹脂流動の先端位置の測定結果により透過係数を求め、その位置での周辺隙間部とその他中央部との透過係数の比率を求め；（Ｃ）同測定したパターンでの透過係数の比率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に設定し、許容範囲外であれば、前記予め定めた許容範囲を超えた場合の比率のうち対応する比率の圧力低減量を適用して前記注入口の樹脂注入圧力を低減させる工程と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、前記金型内の樹脂流れ方向の周辺隙間部とその他中央部における樹脂の透過係数の比率が所定の許容範囲を超えた場合の同比率に対する金型の注入口での圧力低減量を複数ケース基準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より透過係数を求め、周辺隙間部とその他中央部との透過係数の比率を求め、透過係数の比率に対応する前記記憶装置に記憶されている基準データとを比較し、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。
【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の周辺隙間部のみに配置された流動センサと、前記金型内の樹脂流れ方向の周辺隙間部間の透過係数の比率が所定の許容範囲を超えた場合の同比率に対する金型の注入口での圧力低減量を複数ケース基準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より透過係数を求め、周辺隙間部間の透過係数の比率を求め、透過係数の比率に対応する前記記憶装置に記憶されている基準データとを比較し、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、金型内の樹脂の流動を均一にして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６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と樹脂流出口１１ｂが設けられている。樹脂はシリンダ等により注入口１１ａ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で示すような樹脂流れとなり、流動しながら樹脂流出口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ＲＴＭ成形においては、樹脂は１個所の注入口１１ａから注入され、反対側の流出口１１ｂから流出し、金型１０内にセッティングされた繊維基材２０と金型周辺との間には隙間１２ａ，１２ｂが存在する。そのために流入する樹脂の流動は不均一な流動パターン３０となってしまう。即ち、繊維基材２０の存在する中央部では３０ａで示すように流れが遅く、周辺の隙間１２ａ，１２ｂにおいては流速が速く、先に樹脂が通過する。又、繊維基材２０に高い寸法精度を求めることは難しく、金型１０へのセッティング時に型と繊維基材２０との隙間１２ａ，１２ｂもバラツキがあり、測定も難しい。隙間１２ａ，１２ｂが予想以上あれば、前述のように成型時には樹脂が隙間１２ａ，１２ｂを先に流れる傾向が著しくなり、繊維基材２０への含浸が不十分となってしまう。
【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、特に金型と繊維基材との隙間が大きい場合には周辺の隙間へ樹脂が先に流れ、中央部分への流れが不充分となり、繊維基材への樹脂の含浸が不足して製品の品質が低下し、バラツキが生じてしまう。
【０００６】
そこで本発明では、予めシミュレーションにより金型内の両隙間部とその他中央部との樹脂流動の透過係数の比率を定めておき、この比率が所定の許容範囲を超えた場合の樹脂注入の圧力低減量を予め複数ケース基準データとして設定しておく。金型内には流動センサを設置して実際の流動状況をモニタリングし、モニタした実際の流動パターンと予め設定した基準データとを比較することにより、隙間部と中央部とで流動に変動が大きければ、これを修正し、均一な樹脂の流れとし、製品の品質のバラツキをな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）の制御方法、（２），（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、（Ａ）前記金型内の樹脂流れ方向の周辺隙間部とその他中央部における樹脂流動の容易さを示す係数（透過係数）の比率が所定の許容範囲を超えた場合の同比率に対する前記注入口での圧力低減量を複数ケース予め基準データとして定めておき；（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流動センサにより測定し、樹脂流動の先端位置の測定結果により透過係数を求め、その位置での周辺隙間部とその他中央部との透過係数の比率を求め；（Ｃ）同測定したパターンでの透過係数の比率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に設定し、許容範囲外であれば、前記予め定めた許容範囲を超えた場合の比率のうち対応する比率の圧力低減量を適用して前記注入口の樹脂注入圧力を低減させる工程と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）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、前記金型内の樹脂流れ方向の周辺隙間部とその他中央部における樹脂の透過係数の比率が所定の許容範囲を超えた場合の同比率に対する金型の注入口での圧力低減量を複数ケース基準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より透過係数を求め、周辺隙間部とその他中央部との透過係数の比率を求め、透過係数の比率に対応する前記記憶装置に記憶されている基準データとを比較し、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。
【００１０】
（３）ＲＴＭ成形用金型内の表面に埋設され樹脂流れ方向の周辺隙間部のみに配置された流動センサと、前記金型内の樹脂流れ方向の周辺隙間部間の透過係数の比率が所定の許容範囲を超えた場合の同比率に対する金型の注入口での圧力低減量を複数ケース基準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より透過係数を求め、周辺隙間部間の透過係数の比率を求め、透過係数の比率に対応する前記記憶装置に記憶されている基準データとを比較し、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、周辺部とその他中央部との流動パターンが著しく変動し、所定の許容範囲を超えた場合、その比率に対する樹脂注入圧力の低減量を予め定めておき、（Ｂ）において、実際の金型内の流動パターンが測定され、その時の比率も求められる。（Ｃ）において、実際の流動パターンでの比率が許容範囲内であれば、最初に設定した圧力のままとし、許容範囲を超えていれば、予め設定した許容範囲を超えた場合の比率データのうち、対応する比率に相当する注入口の圧力低減量で注入口の圧力を低下させる。従って、周辺部とその他中央部との樹脂の流動パターンが均一なパターンとなり、繊維基材へ含浸する樹脂も均一となり製品の品質のバラツキも解消される。
【００１２】
本発明の（２）は、制御装置の発明であり、複数の流動センサと、周辺部とその他中央部との間で流動パターンが許容範囲を超えて変動している場合の注入口の圧力低減量を予め基準データとして設定しておく記憶装置と、金型の注入口への樹脂を適切な圧力で注入する注入装置と、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）の制御方法が確実に実施でき、樹脂の周辺部への片寄った含浸を防止し、製品の品質のバラツキのないＲＴＭ成形品を製造できるものである。
【００１３】
本発明の（３）では、センサは周辺のみに配置するので、簡単な構成で樹脂の周辺部への片寄りをなくし、均一な流動パターンとして製品の品質のバラツキをなくすことが可能となる。なお、本発明の（３）では、周辺部の隙間が大きく、明らかに周辺部へ樹脂が先に流れることが予測されるような形状の成形品の場合に適用されると有効なものであり、周辺部のみのセンサからの流動先端の検出のみで、上記（１）と同等の効果が得られるものである。
【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は本発明の実施の第１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１１ｂより流出する。
【００１５】
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、予め流動パターンが変動して許容範囲を超えた場合の注入口１１ａの樹脂注入圧力の低減量が設定されており、制御装置３により参照される。１２ａ，１２ｂは金型内の周辺の繊維基材２０との間の隙間である。
【００１６】
上記構成の実施の第１形態において、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、その位置での予め記憶装置４に記憶されている隙間１２ａ，１２ｂとその他中央部との透過係数の比とを比較し、測定した流動パターンでの対応する比が、許容範囲内であれば、初期の注入圧力のままとし、許容範囲を超えていると、予め設定してある許容範囲を超えた場合の比のうちから、対応する比の圧力低減量を選び、この圧力低減量で注入装置２の圧力を制御する。
【００１７】
制御装置３は、このように検出した実際の流動パターンが、許容範囲を超えて周辺の隙間１２ａ，１２ｂと中央部との間で変動していると、注入口の注入圧力を減少するように注入装置２を制御するので、樹脂の流れが均一な流れとなる流動パターンに近づくように制御することができる。特に、金型の周辺の隙間１２ａ，１２ｂに先に樹脂が流れるような場合には、この周辺の隙間１２ａ，１２ｂの流れを少なくし、中央部との差が小さくなるようにして繊維基材２０に樹脂が均一に含浸するように制御され、均一な品質の製品が得られる。
【００１８】
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は帯状の金属薄膜を絶縁ボード上にプリントして配置した構成であり、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ような特性１４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右側から左側へ流れると、その先端の位置Ａ，Ｂ，Ｃに対応する特性値を選べれば、時間ｔにおけるその流動先端位置ＬA ，ＬB ，ＬC が検知できるものである。
【００１９】
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１４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、その時の周辺の隙間１２ａ，１２ｂと中央部との樹脂の透過係数の比を求める。この比が所定の許容範囲内であれば、注入圧力は初期のままとし、許容範囲を超えていると、隙間１２ａ，１２ｂと中央部との流動パターンの差をなくするような樹脂の注入圧力となるように圧力を減じて注入装置２を制御するものである。
【００２０】
図３は上記のように樹脂の流動を制御した結果を示す図で、制御前の流動パターン（先端）１３は点線で示すように周辺の隙間１２ａ，１２ｂにおいて先に流れ、中央部が遅れて流れるので繊維基材２０への樹脂の含有が不充分であった。これに対して制御後の流動パターン（先端）１５は隙間１２ａ，１２ｂの流れは遅くし、中央部との差が小さくなるように樹脂の注入の圧力を時々刻々に制御するので、フラットに近い流動パターンとなり均一な樹脂の含浸がなされる。
【００２１】
次に、図４は本発明の実施の第１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、まずＳ１では▲１▼の樹脂流動シミュレーションにより、隙間部とその他の部位との樹脂の透過係数の比を変えて各位置での流動フロント（先端）の推移を計算し、その比の許容範囲を設定する。又、▲２▼流動センサの位置を設定し、▲３▼隙間の流動が設定許容範囲を超えた場合の対応手段として、その超えた程度に応じて樹脂の注入圧力の低減量を設定しておく。又、特別のケースとして補助排出口を使用し、樹脂を排出するケースも設定する。これらの設定データはすべて記憶装置４へ記憶させる。
【００２２】
次に、Ｓ２において樹脂注入を開始し、Ｓ３でセンサ上の樹脂の流動フロントを検出し、その流動フロントでの許容範囲（透過係数の比）を推定する。次にＳ４において、検出した値の透過係数の比は許容範囲か否かを調べ、許容範囲内であれば、Ｓ５において注入圧力を初期の設定値とし、許容範囲外であれば、事前に設定した手段、即ち、検出データの比と予め設定してある対応する比に相当する圧力低減量で圧力を所定の値だけ減少させ樹脂の隙間部への過度の流入を抑え、中央部との差が小さくなるように均一な流れとする。
【００２３】
Ｓ５，Ｓ６での圧力設定が終わると、Ｓ７において樹脂充填が完了か否かを調べ、完了であればＳ８で停止し、完了でなければ、Ｓ３に戻り、再びセンサでの検出値を入力して同様な工程を繰り返す。このような抑制をすることにより樹脂の隙間１２ａ，１２ｂへの過度の流入を抑え、図３に示すように繊維基材への均一な含浸を行い、製品の品質のバラツキをなくして均一な品質を得ることができる。
【００２４】
図５は本発明の実施の第２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、本実施の第２形態の特徴部分は図１に示す実施の第１形態と比べて流動センサ１を周辺の隙間１２ａ，１２ｂにのみ配置し、その他の中央部へのセンサを省略したものであり、その他の構成は図１に示す構成と同じである。
【００２５】
上記の実施の第２形態の構成は、金型１０と繊維基材２０との隙間が大きくなるような形状の製品を成形する場合で、中央部よりも周辺の隙間１２ａ，１２ｂの方へ樹脂が先に流れることが明らかに予測されるような成形に適用されるものであり、センサの数が少ないが、周辺の隙間の樹脂の流れのみを制御することにより、上記実施の第１形態と同様に、樹脂の金型内の流れを図３に示すように均一にすることができ、製品のバラツキを少なくすることができる。
【００２６】
【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、（Ａ）前記金型内の樹脂流れ方向の周辺隙間部とその他中央部における樹脂流動の透過係数の比率が所定の許容範囲を超えた場合の同比率に対する前記注入口での圧力低減量を複数ケース予め基準データとして定めておき；（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、その位置での周辺隙間部とその他中央部との透過係数の比率を求め；（Ｃ）同測定したパターンでの比率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に設定し、許容範囲外であれば、前記予め定めた許容範囲を超えた場合の比率のうち対応する比率の圧力低減量を適用して前記注入口の樹脂注入圧力を低減させる工程とを備えたことを特徴としている。
【００２７】
このような制御方法により、金型内へ流入する樹脂の注入圧が適正に調整され、周辺部とその他中央部との樹脂の流動パターンが均一なパターンとなり、繊維基材へ含浸する樹脂も均一となり製品の品質のバラツキも解消される。
【００２８】
本発明の（２）は、制御装置の発明であり、複数の流動センサと、周辺部とその他中央部との間で流動パターンが許容範囲を超えて変動している場合の注入口の圧力低減量を予め基準データとして設定しておく記憶装置と、金型の注入口への樹脂を適切な圧力で注入する注入装置と、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）の制御方法が確実に実施でき、樹脂の周辺部への片寄りを防止し、製品の品質のバラツキのないＲＴＭ成形品を製造できるものである。
【００２９】
本発明の（３）では、センサは周辺のみに配置するので、簡単な構成で樹脂の周辺部への片寄りをなくし、均一な流動パターンとして製品の品質のバラツキをなくすことが可能となる。なお、本発明の（３）では、周辺部の隙間が大きく、明らかに周辺部へ樹脂が先に流れることが予測されるような形状の成形品の場合に適用されると有効なものであり、周辺部のみのセンサからの流動先端の検出のみで、上記（１）と同等の効果が得られるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１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】本発明の実施の第１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】本発明の実施の第１形態に係るＲＴＭ樹脂流動制御後の流動パターンを示す図である。
【図４】本発明の実施の第１形態に係るＲＴＭ樹脂流動制御装置の制御フローチャートである。
【図５】本発明の実施の第２形態に係るＲＴＭ樹脂流動制御装置の全体構成図である。
【図６】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            樹脂注入口
１１ｂ            樹脂流出口
１２ａ，１２ｂ    隙間
１４              流動センサ特性
２０              繊維基材
【図１】
0004718727.tif 000002
【図２】
0004718727.tif 000003
【図３】
0004718727.tif 000004
【図４】
0004718727.tif 000005
【図５】
0004718727.tif 000006
【図６】
0004718727.tif 000007