(57)【要約】【課題】成形品端部の強度の低下を防ぐために、成形型形状と合致した強化繊維基材の製作に関し、特に従来の方法に対し時間や手間をかけることなく良好な品質のＦＲＰ構造体を成形することが可能な、ＦＲＰ構造体の製造方法を提供する。【解決手段】成形型内に強化繊維基材を配設し、樹脂を注入した後に硬化して成形するＦＲＰ構造体の製造方法において、強化繊維基材として、織物シートで構成される成形形状より小さい主強化繊維基材と、その周囲に配置された短繊維で構成される副強化繊維基材とを、熱可塑性樹脂で接着一体化した強化繊維基材を用いることを特徴とするＦＲＰ構造体の製造方法。【選択図】図６
2005231112.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形型内に強化繊維基材を配設し、樹脂を注入した後に硬化して成形するＦＲＰ構造体の製造方法において、前記強化繊維基材として、織物シートで構成される成形形状より小さい主強化繊維基材と、その周囲に配置された短繊維で構成される副強化繊維基材とを、接着一体化した強化繊維基材を用いることを特徴とする、ＦＲＰ構造体の製造方法。
【請求項２】
上型と下型とからなる成形型内に複数枚の織物シートで構成された強化繊維基材を配設し、樹脂を注入した後に硬化して成形するＦＲＰ構造体の製造方法において、下型に対し成形形状より大きい強化繊維基材を下型に沿わせて配設し、下型の稜線を越えている強化繊維基材部分を該基材に対して９０度以内の鋭角に折り返した状態で、上型を下型に密着させることを特徴とする、ＦＲＰ構造体の製造方法。
【請求項３】
上型と下型とからなる成形型内に複数枚の織物シートで構成された強化繊維基材を配設し、樹脂を注入した後に硬化して成形するＦＲＰ構造体の製造方法において、前記強化繊維基材として、少なくとも下型表面に最も近い織物シートは成形形状より大きく、下型表面から離れた織物シートは成形形状より小さい強化繊維基材を用い、該強化繊維基材を下型に沿わせて配設し、下型の稜線を越えている強化繊維基材部分を該基材に対して９０度以内の鋭角に折り返した状態で、上型を下型に密着させることを特徴とする、ＦＲＰ構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＦＲＰ（Fiber  Reinfoced  Plastics：繊維強化樹脂）構造体の製造方法に関し、特に、成形品の端部の強度の劣化を防ぐため、強化繊維基材を成形品の隅々まで容易に行き渡らせ、特に薄板（０．５〜５ｍｍ程度の厚み）の端部の強度を維持するＦＲＰ成形品の製造に好適なＦＲＰ構造体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＦＲＰ、特にＣＦＲＰ（炭素繊維強化樹脂）は軽量、かつ高い機械的性質を有する複合材料として様々な分野で利用されている。ＦＲＰ成形方法の一つとして、型に強化繊維基材を載置し、型閉めの後、型内を減圧して液状樹脂を注入し、加熱硬化させるＲＴＭ成形法（レジントランスファーモールディング）が知られている。
【０００３】
ＲＴＭ成形法は、ＦＲＰ、特にＣＦＲＰの特徴である軽量、かつ高い機械的性質、複雑な形状を実現するには最適な方法の一つである。しかしながら、成形後のバリ取りなどの不要な部分の削除には、ＮＣ機械加工などが必要となり、工数・工程の増加につながる。特に、ＣＦＲＰでは繊維が固く、工具の摩耗も早く、省略したい行程の一つである。この作業を省略するため、成形形状にできるだけ近い強化繊維基材の形状を得ようと強化繊維基材の賦形に関する提案が種々なされている。
【０００４】
たとえば上下の賦形型で挟み込むことで、成形型に配設する前に事前に強化繊維基材にある程度の形状賦形することがすでに提案されている（たとえば、特許文献１）。また、複数枚重ねた強化繊維基材に熱可塑性樹脂材料を付与し、上記賦形型により加熱賦形すれば、さらに確実な形状維持が可能となる（たとえば、特許文献２）。さらに、型に基準線を配しておき、その基準線に合致する強化繊維基材の位置には織り糸に沿ったマーキングを施し、成形型に配設する際に、正確に位置決めする工夫もなされている（たとえば、特許文献３）。
【特許文献１】特開２００３−３０５７１９号公報
【特許文献２】特開２００３−８０６０７号公報
【特許文献３】特開２００３−１２７１５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のような従来の方法において、ＮＣ機械加工などを省略しようとすると、強化繊維基材を所定の成形形状より小さくつくって、成形形状からはみ出さないようにすることが必要である。たとえば図１、図２に示すように、バイクのカウルなどの薄い板状（０．５〜３ｍｍ程度の厚み）の繊維強化樹脂成形品１０１をＲＴＭ成形法で成形する場合、端部には、繊維強化基材１０２の充填されない樹脂リッチ部分１０３が存在することにつながり、端部の性格上、ぶつける等の衝撃を受けやすく、強度が低くなった部分の”欠け”が問題となることが多い。
【０００６】
強化繊維基材の成形品の端部まで、目的の強度を得ようとすると、強化繊維基材が端部の隅々まで行き渡っている必要がある。そこで、図３に示すように、成形品の隅々まで強化繊維基材１０２を行き渡らせるために、下型に配設する前に賦形型を用いて、あらかじめ形状を厳密に合わせ込んでおく方法を検討したが、織物の目がずれることで寸法は大きく変化するため、要求される寸法精度（たとえば、±２ｍｍ程度）を得ることは困難であった。さらに、型上でハサミなどで端部を切って厳密に調整することは可能であるが、作業時間が長くなると同時に、作業者の熟練度や出来、不出来により、品質に差が現れるという問題が生じる。
【０００７】
そこで本発明の課題は、従来のＦＲＰ成形法の問題である、成形品端部の強度の低下を防ぐために、成形型形状と合致した強化繊維基材の製作に関し、特に従来の方法に対し時間や手間をかけることなく良好な品質のＦＲＰ構造体を成形することが可能な、ＦＲＰ構造体の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係るＦＲＰ構造体の製造方法は、成形型内に強化繊維基材を配設し、樹脂を注入した後に硬化して成形するＦＲＰ構造体の製造方法において、前記強化繊維基材として、織物シートで構成される成形形状より小さい主強化繊維基材と、その周囲に配置された短繊維で構成される副強化繊維基材とを、接着一体化した強化繊維基材を用いることを特徴とする方法からなる（第１の方法）。
【０００９】
また、本発明に係るＦＲＰ構造体の製造方法は、上型と下型とからなる成形型内に複数枚の織物シートで構成された強化繊維基材を配設し、樹脂を注入した後に硬化して成形するＦＲＰ構造体の製造方法において、下型に対し成形形状より大きい強化繊維基材を下型に沿わせて配設し、下型の稜線を越えている強化繊維基材部分を該基材に対して９０度以内の鋭角に折り返した状態で、上型を下型に密着させることを特徴とする方法からなる（第２の方法）。
【００１０】
さらに、本発明に係るＦＲＰ構造体の製造方法は、上型と下型とからなる成形型内に複数枚の織物シートで構成された強化繊維基材を配設し、樹脂を注入した後に硬化して成形するＦＲＰ構造体の製造方法において、前記強化繊維基材として、少なくとも下型表面に最も近い織物シートは成形形状より大きく、下型表面から離れた織物シートは成形形状より小さい強化繊維基材を用い、該強化繊維基材を下型に沿わせて配設し、下型の稜線を越えている強化繊維基材部分を該基材に対して９０度以内の鋭角に折り返した状態で、上型を下型に密着させることを特徴とする方法からなる（第３の方法）。この第３の方法は、第２の方法に比べ、複数枚の織物シートの一部の端部のみを折り返し、折り返した強化繊維基材部分で上方に位置する他の織物シートの端部を包み込むようにしたものである。
【００１１】
上記第１の方法においては、主強化繊維基材は成形形状に対し適度に小さく形成しておけばよく、事前の加工や賦形は極めて容易に行える。そして、その周囲に短繊維で構成される副強化繊維基材を配置し、例えば熱可塑性樹脂で接着一体化しておくことで、成形形状に対し隅々まで強化繊維を確実に配置できる。この熱可塑性樹脂はＦＲＰのマトリックス樹脂を構成するものではなく、単に副強化繊維基材の接着一体化に用いられるものであるから、成形されたＦＲＰ構造体の機械的特性には実質的に無関係である。このように簡単に隅々まで強化繊維が配置されることにより、端部まで良好な品質のＦＲＰ構造体が成形される。
【００１２】
また、上記第２、第３の方法においては、強化繊維基材またはその一部の織物シートは成形形状に対し適度に大きく形成しておけばよく、事前の加工や賦形は極めて容易に行える。そして、下型の稜線を越えている強化繊維基材部分、つまり所定の成形形状からはみ出した部分を基材に対して９０度以内の鋭角に折り返した状態で上型を下型に密着させることにより、その部分が自然に完全に折り返される。この状態では、折り返された部分が成形形状の端部に実質的に隅々まで充填された状態となり、強化繊維が隅々まで配置され、端部まで良好な品質のＦＲＰ構造体が成形される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るＦＲＰ構造体の製造方法によれば、強化繊維基材は、事前にＮＣ加工などの精密加工を施す必要はなく、精度を要しない極めて簡単な加工や賦形を行えばよく、作業が容易で作業者間に品質の差が生じることもない。そして、確実に成形品の隅々まで強化繊維を配置できるので、端部まで良好な品質のＦＲＰ構造体を安価にかつ容易に成形することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明の望ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
本発明において、ＦＲＰとは、強化繊維により強化されている樹脂を指し、強化繊維としては、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、金属繊維等の無機繊維、あるいはアラミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリアミド繊維などの有機繊維からなる強化繊維が挙げられる。ＦＲＰのマトリックス樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂が挙げられ、さらには、ポリアミド樹脂、ポリオレフィン樹脂、ジシクロペンタジエン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリプロピレン樹脂等の熱可塑性樹脂も使用可能である。
【００１５】
本発明に係るＲＴＭ成形法で使用する樹脂としては、粘度が低く強化繊維への含浸が容易な熱硬化製樹脂または熱可塑性樹脂を形成するＲＩＭ（Reaction Injection Molding）用モノマーが好適であり、その中でもＦＲＰ構造体の熱収縮を低減させ、クラックの発生を抑えるという点から、エポキシ樹脂または熱可塑性樹脂やゴム成分などを配合した変性エポキシ樹脂、ナイロン樹脂、ジシクロペンタジエン樹脂がより適している。
【００１６】
また、本発明で使用する強化繊維基材としては、例えば樹脂の含浸されていない強化繊維からなる基材を指し、その強化繊維の織物やチョップドファイバー、マット、ニット材料、さらにこれらとインサート部品との組み合わせ等が挙げられ、その用途により使い分けられる。前記インサート部品とは、例えばスチールやアルミニウムなどの金属板や、金属柱、金属ボルト、ナット、ヒンジなどの接合用の金属、アルミハニカムコア、あるいはポリウレタン、ポリスチレン、ポリイミド、塩化ビニル、フェノール、アクリルなどの高分子材料からなるフォーム材やゴム質材、木質材等が挙げられ、主として、釘が効くことや、ネジが立てられる等の接合を目的としたインサート部品、中空構造で軽量化を目的としたインサート部品、振動の減衰を目的としたインサート部品などが多く用いられる。
【００１７】
また、本発明で使用する成形型は、例えば上型と下型とからなる成形金型からなり、例えば上型が金型昇降装置に取り付けられる。下型には強化繊維基材を設置する。この強化繊維基材は、事前に成形型に納まりやすいように強化繊維基材を製品形状に賦形することを目的とした賦形型により作成する。成形型の材質としてはＦＲＰ、鋳鋼、構造用炭素鋼、アルミニウム合金、亜鉛合金、ニッケル電鋳、銅電鋳などが挙げられる。量産には、剛性、耐熱性、作業性の面から構造用炭素鋼が好適である。
【００１８】
図４は、本発明の一実施態様に係るＦＲＰ構造体の製造方法を実施するための成形システムを示している。図４において、２は、上型と下型とを有する成形型としての成形金型を示しており、その上型が金型昇降装置１に取り付けられている。金型昇降装置１は、油圧ポンプ１０、油圧シリンダー１１を備えた油圧ユニット９を有しており、上型の作動、加圧が油圧により制御されるようになっている。
【００１９】
成形型２には、樹脂注入口８ａに繋がる樹脂注入流路１３、排出口８ｂに繋がる排出路１４が接続されている。樹脂注入流路１３、排出路１４は各々注入バルブ２２ａ、排出バルブ２２ｂを介して注入口８ａ、排出口８ｂに接続する。注入バルブ２２ａ、排出バルブ２２ｂの開閉作動およびその作動タイミングは、制御装置２２ｃからの指令に基づいて行われる。樹脂注入流路１３には樹脂注入装置３が接続されている。樹脂注入装置３は、主剤タンク５、硬化剤タンク６にそれぞれ主剤、硬化剤を収容し、それぞれのタンクは加温できる機構を備えているとともに、真空ポンプ２４により真空脱泡できるようになっている。樹脂注入時にはそれぞれのタンクから加圧装置２３により樹脂を樹脂注入流路１３に向かって押し流す。逆止弁１２を介して設けられた加圧装置２３にはシリンジポンプを用いており、シリンジを同時に押し出すことで定量性も確保することが、２液混合により硬化する樹脂には好ましい。主剤、硬化剤は混合ユニット４で混合され、樹脂注入流路１３に至る。排出路１４には、真空ポンプ７ａあるいは加圧ポンプ７ｂへの樹脂の流入を防ぐために、樹脂トラップ１５が介装されている。
【００２０】
なお、注入口８ａの数や位置は成形型の形状や寸法、１型内で同時に成形する成形品の数量などによって異なるが、注入口８ａはできるだけ少ないことが好ましい。これは樹脂注入装置３からの注入用流路１３を注入口８ａに接続する箇所が増えて注入作業が繁雑になることを防ぐためである。
【００２１】
樹脂注入流路１３の材料は十分な流量の確保と樹脂との適合性（温度や耐溶剤性、耐圧）を考慮する必要がある。チューブには口径５〜３０ｍｍのものを用い、樹脂の注入圧力に耐えるために１．０ＭＰａ以上の耐圧性、樹脂硬化時の温度に耐えるために１００℃以上の耐熱性が必要となり、厚みが２ｍｍ程度の”テフロン（登録商標）”などのフッ素樹脂製チューブが好適である。ただし、”テフロン（登録商標）”以外にも、比較的安価なポリエチレン、ナイロン等のプラスチック製のチューブやスチール、アルミ等の金属管であってもよい。
【００２２】
また、排出口８ｂの数や位置は成形型の形状や寸法、１型内で同時に成形する成形品の数量などによって異なるが、排出口もできるだけ少ないことが好ましい。また、排出口８ｂは、型内に残留する気体が抜けやすいように注入口８ａよりも気体が浮動し易い方向である高い位置に設置されることが好ましい。
【００２３】
排出路１４の材料は、樹脂注入流路１３と同様に十分な流量の確保と樹脂との適合性（温度や耐溶剤性、耐圧）を考慮する必要がある。排出路１４としてはスチール、アルミ等の金属管、あるいはポリエチレン、ナイロン、”テフロン（登録商標）”等のプラスチック製のチューブが挙げられるが、直径５〜１０ｍｍ、厚み１〜２ｍｍの”テフロン（登録商標）”製チューブが作業性の面からより好適である。
【００２４】
樹脂注入時の樹脂注入流路１３、排出路１４の途中に設置する注入バルブ２２ａや排出バルブ２２ｂは、バイスグリップ等により、直接作業者により流路を挟むことで全域開閉や口径を変化させることができる。例えば図５に示すように、上型１６と下型１７からなる成形型の上型１６側へと接続された樹脂注入流路１３、排出路１４の途中に、バイスグリップ２１を設けることができる。
【００２５】
樹脂の加圧は、シリンジポンプなどによる加圧方法によれば定量性も得られる。樹脂の注入圧Ｐｉは０．１〜１．０ＭＰａの範囲で用いるのが好ましい。ここで樹脂の注入圧Ｐｉとは、加圧装置２３により加圧される最大圧力を指し、図４の注入圧力計３１で表示させる圧力を表す。最終的に樹脂が型内の基材に完全に含浸され排出路１４まで到達したら排出路１４を閉じ、その後暫くしてから注入用流路１３も閉じて樹脂注入を終了する。成形型２は、例えば温調機２５、２６によって加温されており、これにより樹脂を硬化させる。なお、型内樹脂圧Ｐｍとは、型内圧力計３２の圧力を表す。
【００２６】
従来の方法では、成形型形状に合わせた強化繊維基材を、あらかじめ配設して型を閉じて（このとき強化繊維基材の一部が型の間に挟まる）、次に、注入バルブ２２ａを閉鎖した状態で開口した排出バルブ２２ｂに通じる排出路１４から真空ポンプ７ａで型内を真空吸引し、型内樹脂圧Ｐｍを好ましくは０．０１ＭＰａ以下の減圧状態にし、続いて注入バルブ２２ａを開口して注入用流路１３から樹脂が型内に完全に充填されるまで加圧注入して成形していた。しかしながら、このような成形品では、強化繊維基材の一部が型の間に挟まるために、そのような部分は削除する必要がある。このため、特にバイクのカウルなどの薄い板状（０．５〜３ｍｍ程度の厚み）でかつ精度が要求される成形品では、ＮＣ制御の工作機械により所定の形状に仕上げる工程が要求されてきた。また、このような機械加工を避ける方法として強化繊維基材を成形形状より小さく作って、所定の成形形状からはみ出さない（強化繊維基材の一部が型の間に挟まらない）ようにすることが必要であるが、前述の如く強化繊維基材の充填されない端部が存在することにつながり、端部の性格上、ぶつける等の衝撃を受けやすく、強度が低くなった部分の”欠け”が問題となることが多い。
【００２７】
そこで本発明では、型による成形形状より若干小さく（要求性能や成形形状のサイズにより異なるが、おおよそ型形状の幅が１００ｍｍ以内では幅の１０〜２０％、幅が１００ｍｍ以上では５〜１５％、幅が１０００ｍｍ以上では２〜１０％小さい）、寸法精度も従来より許容範囲が広く設定できる、複数の織物基材を重ねた主強化繊維基材を、賦形型により成形型に設置する前に準備しておく。
【００２８】
次に、事前に準備した主繊維強化基材を成形型に配置し、成形形状より小さい部分を補うために、短繊維と熱可塑樹脂を吹き付けて副強化繊維基材を構成する。このとき、型の稜線近傍には、短繊維や熱可塑樹脂が余計な部分に付着しないように隔壁を設けることが望ましい。例えば図６に示すように、下型１７内に配置された強化繊維基材４０の周囲に、強化繊維糸４１を短くカットして熱可塑性樹脂の粒子４２とともに噴出する充填装置４３を用い、余分な部分に付着しないように隔壁４４を設けて、成形形状より小さい部分に対し短繊維で構成される副強化繊維基材を熱可塑性樹脂で接着一体化するようにすることができる。なお、接着樹脂成分は熱可塑性樹脂に限らず、一体成形出来て成形後の物性への影響が少なければ何でもよい。
【００２９】
短繊維の量は、目的により異なるが、主強化繊維基材の繊維体積含有率Ｖｆと同等あるいはそれより１０〜２０％低くても、強度を得るための基材ではないので問題ない。ただし、短繊維の噴霧が手動である場合は、Ｖｆのばらつきには厳重な注意が必要である。この危険を回避する手段として、ロボットなどの所定動作を確実に実施できる設備を用いることも好適である。
【００３０】
なお、本工程は、成形型のみならず、賦形型により実施し、短繊維で構成した副強化繊維基材を熱可塑樹脂により主強化繊維基材に接着一体化してから成形型に設置しても問題ない。
【００３１】
また、上記本発明に係る方法は、成形品の端部に限られるものではなく、たとえば急激に細くなる部材や  急激に肉厚が増加する部分、織物シートがスムーズに賦形できず、強化繊維基材が充填されにくい角部のＲ形状や切り込みが必要以上に多くなる三次元曲面の補強等、織物のシートだけでは均一な繊維体積含有率Ｖｆが得られない場所には、同じような方法で対応することが可能である。
【００３２】
上記のような本発明に係る方法により、例えば図７、図８に示すような、ＦＲＰ構造体としてのバイクのカウルを製造できる。図示例では、カウル５１の成形形状よりも小さい積層織物シートからなる主強化繊維基材５２の周囲に短繊維と熱可塑樹脂で構成した副強化繊維基材５３を接着一体化し、それらにマトリックス樹脂を注入、含浸させてＦＲＰ部５４とＦＲＰ部５５が一体成形されたＦＲＰ製のカウル５１が製造されている。外形形状の隅々まで強化繊維が配置されたＦＲＰ構造体となるので、全体にわたって優れた強度、剛性を発現でき、欠けなどのおそれを除去することが可能になる。
【００３３】
また、本発明においては、例えば図９、図１０に示すような方法も提供される。上型１６、下型からなる成形型の成形形状より若干大きく（要求性能や成形形状のサイズにより異なるが、おおよそ型形状の幅が１００ｍｍ以内では幅の１０〜２０％、幅が１００ｍｍ以上では５〜１５％、幅が１０００ｍｍ以上では２〜１０％大きい）、寸法精度も従来より許容範囲が広く設定できる、複数の織物基材を重ねた強化繊維基材６１を賦形型により成形型に設置する前に準備しておく。そして、成形形状の稜線を越える基材部分６２は、稜線全体にわたって、基材内側に基材から９０度以内の鋭角方向に折れ返される。なおこのとき、稜線の形状により必要に応じて稜線を超えた部分に折り目や切り目を入れて、基材側に折り曲げやすくすることも好適である。上型１６を型締めすると、上記折り曲げられていた部分６２が下降する上型１６によって自然に完全に折り返され、成形形状内が織物基材で満たされる。本実施態様では、複数枚の織物シート端部が折り返されるので、稜線に沿って肉厚の大きい部分が形成され、追加の工程を要することなくヘミング加工が実現できる。このような成形方法においても、外形形状の隅々まで強化繊維が配置されたＦＲＰ構造体となるので、全体にわたって優れた強度、剛性を発現でき、欠けなどのおそれを除去することが可能になる。
【００３４】
さらに、本発明においては、例えば図１１、図１２に示すような方法も提供される。図９、図１０に示した方法に比べ、複数の織物シートからなる強化繊維基材７１の内、金型１７の表面に最も近い基材７２（最下層基材）のみ、あるいは最下層の数層のみを、成形形状より大きく（サイズは上述の通り）して、そのほかは成形形状より小さく（サイズは上述の通り）して、最下層基材７２の成形形状からはみ出した部分７３を折り返すことで、最下層基材で端部を包むような強化繊維基材を構成することができる。この方法においても、稜線の形状により必要に応じて稜線を超えた部分に折り目や切り目を入れて、基材側に折り曲げやすくすることも好適である。上型１６が下降し、下型１７と密着することで上記部分７３が完全に折り返され、これに樹脂を含浸させ、硬化させることで、外形形状の隅々まで強化繊維が配置されたＦＲＰ構造体となり、全体にわたって優れた強度、剛性を発現でき、欠けなどのおそれを除去することが可能になる。
【００３５】
なお、図９〜図１２に示した方法において、折り目や切り目を入れても必ず図のように綺麗に収まるとは限らないが、基材内側に向けて基材に対し９０度以内の鋭角に折り返した状態から基材側に倒されることにより、上下金型の間に基材を挟むことなく、成形後の不要な部分の削除工程を避けられることには変わらない。
【実施例】
【００３６】
図４に示した装置および図６に示した手法を用いて、ＦＲＰ構造体として図７、図８に示したバイクのカウルを以下のように成形した結果、全体にわたって優れた強度、剛性を発現でき、欠けなどのおそれのない成形品を得ることができた。
【００３７】
下金型には、織物４枚（ＣＯ６３４３Ｂ：Ｔ３００−３Ｋ、組織：平織、目付：２００ｇ／ｍ2 、東レ（株）製）からなる強化繊維基材を重ねて賦形型によりあらかじめ型形状に倣わせる。型形状に倣わせるために、強化繊維基材に熱可塑性の粘着材を付与しておき、型形状に倣わせた状態で加熱して複数枚の強化繊維基材を一体化する。このことにより賦形された形状での維持が可能となる。上型と下型は、ともに温調機８によって１００℃に一定に加温されている。
【００３８】
事前に賦形された主強化繊維基材を下型に配置する。同時に、図６に示したように型の稜線に隔壁を配置する。次に、強化繊維（炭素繊維ロービング）を５〜５０ｍｍ程度に切断して成形形状でかつ強化繊維基材の無い部分に噴霧する。切断した強化繊維にあわせて熱可塑性の樹脂粉末を噴霧する。切断した強化繊維は、主強化繊維基材の繊維体積含有率Ｖｆが５０％設計のため、成形後のＶｆがおおよそ４０％になるような割合で噴霧した。熱可塑性樹脂は、上記Ｖｆの繊維量に対して重量比１％になるように噴霧した。実施例ではそれぞれを手作業にて行ったため、部分的なばらつきが大きいが、ロボットアームなどにより一定の動作を実行するよう機械化も可能である。なお、切断した強化繊維は、織物で構成される主強化繊維基材に、熱可塑樹脂にて密着して一体化するように重なりがあることが望ましい。主強化繊維基材と切断した繊維との間に隙間が発生すると、局部的な強度低下のため応力集中などの問題が発生する。
【００３９】
このように主強化繊維基材と副強化繊維基材の準備ができた後、隔壁を取り上型を降下して下型と密着させる。このとき、短繊維は上型と下型の成形形状空間に収まる。なお成形型を用いずに、成形型とおおよそ同一形状の賦形型を用いて、事前に主強化繊維基材と副強化繊維基材を加熱して接着して一体化しておき、成形型に設置してもよい。
【００４０】
そして、図４における注入口８ａには樹脂注入用流路１３を接続し、排出口８ｂには排出路１４を接続する。注入用流路１３、排出路１４ともに直径１２ｍｍ、厚さ２ｍｍの”テフロン（登録商標）”製チューブを使用した。排出路１４には樹脂が真空ポンプ７ａまで流入するのを防ぐため、途中に樹脂トラップ１５を設けた。型内の密閉を保つため、シール材２０を型の外周に配置した。上型１６を閉じることで、型の内部が樹脂注入用流路１３と排出路１４以外に連通していないことが理想的である。しかし、実質的には完全な密閉は困難であり、たとえば、樹脂注入路１３に配置される注入バルブ２２ａを閉じ排出バルブ２２ｂを開した状態で真空圧力計（図示略）の圧力をモニターし、ここでは真空ポンプ７ａ停止後１０秒間０．０１ＭＰａを保持できた状態であれば成形上問題ないとして密閉の状態を確認することとした。
【００４１】
排出口８ｂから真空ポンプ７ａで排出し、型内圧力を０．０１ＭＰａ以下となったことを該真空圧力計により確認した後、加圧装置２３により樹脂の注入を開始する。加圧装置２３は、シリンジポンプを用いており、樹脂注入時にはタンク側への樹脂の逆流を防ぐように構成されている。樹脂は主剤として”エピコート”８２８（油化シェルエポキシ社製、エポキシ樹脂）、硬化剤は東レ（株）でブレンドしたＴＲ−Ｃ３５Ｈ（イミダゾール誘導体）を混合して得た液状エポキシ樹脂を使用した。樹脂注入装置３では事前に主剤５、硬化剤６を攪拌しながら４０℃に加温し、所定の粘度まで降下させ、かつ真空ポンプ２４で脱泡を行った。
【００４２】
樹脂注入の初期は樹脂混合ユニット４内の空気、ホース内の空気が入るため型内には流さずに図示しない分岐路から廃棄した。加圧装置２３は２００ｇ／ストロークに設定した。最初の樹脂を廃棄した後、注入用流路１３に設置した注入圧力計３１によって注入樹脂圧（今回：０．６ＭＰａ）を確認して注入バルブ２２ａを開け、型内に樹脂を注入する。注入開始時は、排出路１４は開の状態とした。このとき型内圧力Ｐｍ＜供給圧力Ｐｉにより樹脂が型内に容易に注入される。樹脂が型内に充満すると、排出路１４を閉じて樹脂注入を１分続け、念のため注入樹脂圧Ｐｉと型内樹脂圧力Ｐｍを同一にして上記手段によっても残った樹脂中のガスを押しつぶす。１分後に注入路１３を閉じ樹脂注入を終了する。この状態で４０分間放置し、硬化させた。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、隅々まで強化繊維の配置が望まれるＦＲＰ構造体、特に端部の強度を維持することが要求されるＦＲＰ製薄板の製造に好適な方法である。また、本発明は、エポキシ樹脂を用いたＲＴＭ成形法に限らず、樹脂流動によるＦＲＰ成形法のすべてに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】従来の成形品の斜視図である。
【図２】図１の成形品のＡ−Ａ断面図である。
【図３】従来の別の成形品の断面図である。
【図４】本発明の一実施態様に係るＲＴＭ成形システムの機器系統図である。
【図５】図４のシステムで採用可能な構造の部分斜視図である。
【図６】本発明方法の一例を示す概略構成図である。
【図７】本発明方法による成形品の一例を示す斜視図である。
【図８】図７の成形品のＡ−Ａ断面図である。
【図９】本発明方法の別の例を示す概略構成図である。
【図１０】図９の次のステップを示す概略構成図である。
【図１１】本発明方法のさらに別の例を示す概略構成図である。
【図１２】図１１の次のステップを示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  金型昇降装置
２  成形型
３  樹脂注入装置
４  混合ユニット
５  主剤タンク
６  硬化剤タンク
７ａ  真空ポンプ
７ｂ  加圧ポンプ
８ａ  注入口
８ｂ  排出口
９  油圧ユニット
１０  油圧ポンプ
１１  油圧シリンダー
１２  逆止弁
１３  樹脂注入流路
１４  排出路
１５  樹脂トラップ
１６  上型
１７  下型
２０  シール材
２１  バイスグリップ
２２ａ  注入バルブ
２２ｂ  排出バルブ
２２ｃ  制御装置
２３  加圧装置
２４  真空ポンプ
２５、２６  金型温調機
３１  注入圧力計
３２  型内圧力計
４０  強化繊維基材
４１  強化繊維糸
４２  熱可塑性樹脂の粒子
４３  充填装置
４４  隔壁
５１  ＦＲＰ構造体としてのバイクのカウル
５２  主強化繊維基材
５３  副強化繊維基材
５４、５５  ＦＲＰ部
６１  強化繊維基材
６２  成形形状からはみ出し折り曲げられた部分
７１  強化繊維基材
７２  下型の表面に最も近い最下層基材
７３  最下層基材の成形形状からはみ出し折り曲げられた部分
【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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