(57)【要約】【課題】空隙等の欠陥の無い複雑な形状を有する成形体を容易に成形できる繊維強化樹脂成形体の製造方法を提供する。【解決手段】下型と、該下型内に嵌入される可撓性を有する上型であってその底面が下型内底面の曲率半径よりも小曲率半径に形成された上型との間に、前記上型底面よりも小曲率半径の可撓性カウルプレートを、更に該カウルプレートの下方にプリプレグを挿入する工程（Ｄ）と、次いで上型を下型方向に押付けプリプレグを１点又は線に沿って押圧し、カウルプレートを変形させながら下型に倣わせて成形すると共に上型と下型との間を減圧にする工程（Ｅ）と、その後加熱してプリプレグを硬化させる工程（Ｆ）とを有する繊維強化樹脂成形体の製造方法。カウルプレートは省くことができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下型と、該下型内に嵌入される可撓性を有する上型であってその底面が下型内底面の曲率半径よりも小曲率半径に形成された上型との間にプリプレグを挿入する工程（Ａ）と、次いで上型を下型方向に押付けプリプレグを１点又は線に沿って押圧し、上型を変形させながら下型に倣わせて成形すると共に上型と下型との間を減圧にする工程（Ｂ）と、その後加熱してプリプレグを硬化させる工程（Ｃ）とを有する繊維強化樹脂成形体の製造方法。
【請求項２】
下型と、該下型内に嵌入される可撓性を有する上型であってその底面が下型内底面の曲率半径よりも小曲率半径に形成された上型との間に、前記上型底面よりも小曲率半径の可撓性カウルプレートを、更に該カウルプレートの下方にプリプレグを挿入する工程（Ｄ）と、次いで上型を下型方向に押付けプリプレグを１点又は線に沿って押圧し、カウルプレートを変形させながら下型に倣わせて成形すると共に上型と下型との間を減圧にする工程（Ｅ）と、その後加熱してプリプレグを硬化させる工程（Ｆ）とを有する繊維強化樹脂成形体の製造方法。
【請求項３】
繊維強化樹脂成形体が３次元構造を有する請求項１又は２に記載の繊維強化樹脂成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複雑な形状を有する繊維強化樹脂成形体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維強化樹脂成形体は、軽量で高い剛性を有しており、浴槽や洗面台等の家具類、スポーツ用品、自動車部品、航空機部品等比較的大型の部品に用いられている。
【０００３】
比較的大型で複雑な形状を有する繊維強化樹脂複合材料を製造する方法としては、一般にバッグ成形法が用いられている。
【０００４】
バッグ成形法として、型のキャビティ内表面に複数のプリプレグを互に重ね合わせて敷設し、その内側に配置した膨張バッグ内に流体を充填することによりバッグを膨張させてプリプレグを型の内表面に密着させ、その状態で加熱することによりプリプレグを硬化させる方法（特許文献１）が提案されている。
【０００５】
或は、バッグ成形法として、型とバッグの間を減圧した後バッグに気体を充填する方法（特許文献２）が開示されている。
【０００６】
しかしながら、従来のバッグ成形法においては、型に敷設するプリプレグの重ね合わせ部分に空隙を生じたり、上下に重ね合わせているプリプレグの上下の長さが等しくない場合に重ね合わせ部が波打ったりし、得られる成形体の表面が平滑にならない場合や成形体内に空隙が生じる等の問題、更にコスト高となる問題がある。
【特許文献１】特開平９−７０８４３号公報（請求項１）
【特許文献２】特開平５−３２９８５６号公報（請求項１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、煩雑な操作を行うことなく、複雑な形状で、空隙等の欠陥の無い表面が平滑な繊維強化樹脂成形体を容易に製造する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】
本発明者は鋭意研究の結果、その下底面が下型内底面の曲率半径よりも小曲率半径に形成された可撓性を有する上型、或はその下底面が下型内底面の曲率半径よりも小曲率半径に形成された可撓性を有するカウルプレートを用い、最初に型内の１点又は点の集合した１線を中心とし、この点又は線から型の押圧部分を下型内底面に沿って広げるように上型或はカウルプレートを変形させながらプリプレグを下型に倣わせて成形することにより、成形体に空隙や波打部分を生じることなく容易に複雑な形状の繊維強化樹脂成形体を製造できることを見出し本発明の完成に到った。
【０００９】
上記課題を解決する本発明は、以下に記載するものである。
【００１０】
〔１〕  下型と、該下型内に嵌入される可撓性を有する上型であってその底面が下型内底面の曲率半径よりも小曲率半径に形成された上型との間にプリプレグを挿入する工程（Ａ）と、次いで上型を下型方向に押付けプリプレグを１点又は線に沿って押圧し、上型を変形させながら下型に倣わせて成形すると共に上型と下型との間を減圧にする工程（Ｂ）と、その後加熱してプリプレグを硬化させる工程（Ｃ）とを有する繊維強化樹脂成形体の製造方法。
【００１１】
〔２〕  下型と、該下型内に嵌入される可撓性を有する上型であってその底面が下型内底面の曲率半径よりも小曲率半径に形成された上型との間に、前記上型底面よりも小曲率半径の可撓性カウルプレートを、更に該カウルプレートの下方にプリプレグを挿入する工程（Ｄ）と、次いで上型を下型方向に押付けプリプレグを１点又は線に沿って押圧し、カウルプレートを変形させながら下型に倣わせて成形すると共に上型と下型との間を減圧にする工程（Ｅ）と、その後加熱してプリプレグを硬化させる工程（Ｆ）とを有する繊維強化樹脂成形体の製造方法。
【００１２】
〔３〕  繊維強化樹脂成形体が３次元構造を有する〔１〕又は〔２〕に記載の繊維強化樹脂成形体の製造方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、プリプレグの重ね合わせ部分の波打や、空隙等が発生することなく表面の平滑な繊維強化樹脂複合材料からなる複雑な形状の成形品を得ることができる。
【００１４】
本発明の繊維強化樹脂成形体の製造方法により自動連続成形が可能となり製造コストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明について図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
図２は本発明の繊維強化樹脂成形体の製造方法の一例を示す。尚、図１は同平面図である。図２中で、１は弾性変形が困難な金属製の下型で上面が開放された矩形の中空部３１を有する。下型１の内底面３２は略平面に形成され、その曲率半径は大きい。この下型１の内面は、後述する成形によりプリプレグ４の外面形状が所望の形状となるよう形成されている。
【００１７】
２は前記下型１の中空部３１に嵌入される下部上型で、弾力性があるシリコン樹脂製で、その底面３３は下型内底面３２よりも曲率半径が小さく形成されている。また、下部上型２の上面３４は平面に形成されている。３は上部上型で、その下面３５は平面に形成されている。この上部上型３はシリコン樹脂製で弾力性があり、下部上型２を押圧する。５はカウルプレートで、ＦＲＰ製である。その底部３６は下部上型２の下面３３よりも曲率半径が小さく、且つ、その外側面と垂直面とのなす平均角度θが約１０度となるよう形成されている。このカウルプレート５は、後述する成形の過程で、その底部３６の曲率半径が大きくなり、且つ、平均角度θが約０度となった際に、プリプレグ４の内面形状が所望の形状となるよう形成されている。この状態でまずプリプレグ４を前記下型１の内底面３２に沿って敷設する（工程Ｄ）。
【００１８】
図３は、上部上型３を下型１方向に押付け上部上型３、下部上型２を下型１の中空部３１に挿入する状態を示す。更に、下型１、下部上型２、上部上型３、カウルプレート５及びプリプレグ４をバッグ１１とグランドシート１２で覆い、シール材１３で密封する。形成した密封空間から空気吸引口１４を通じて空気を吸引することにより密封空間を減圧にする。その結果、大気圧がバッグ１１を押圧し、バッグ１１からの押圧力で、上部上型３が下部上型２を押圧し、下部上型２がカウルプレート５を押圧し、カウルプレート５がプリプレグ４を押圧し、これらが下型１方向に移動する。この結果、プリプレグ４は下型１の内底面３２とＸで線状に接する。尚、θは約１０度である（工程Ｅの初期段階）。図３中のその他の符号は図２と同様である。
【００１９】
図４は、バッグ１１とグランドシート１２及びシール材１３による密封空間から空気が空気吸引口１４を通じて更に吸引され密封空間が更に減圧となっている状態を示す。その結果、バッグ１１からの押圧力で、上部上型３、下部上型２、カウルプレート５がそれぞれ変形しながら下型１方向に更に移動し、プリプレグ４を下型１の内底面３２に押圧する。プリプレグ４は、下型１の内底面３２に倣わせて成形される。即ち、プリプレグ４は、下型内底面３２との接触部分を線状部Ｘから、下型内の一方の隅部Ｙ１と、もう一方の隅部Ｙ２にまで順次拡大するよう成形される。この結果、下型内底面３２とカウルプレート５との間に存在する空気は順次排出されプリプレグ４と下型内底面３２との間には空隙が生じない。また、プリプレグ４の底面は波打ちが無く平滑に成形される。この間、下部上型の底部３３は、その曲率半径が次第に大きくなるように変形している。また、カウルプレート５もその底部３６の曲率半径が大きくなるように変形し、且つ、その外側面と垂直面とのなす平均角度θが小さく（約５度）なるよう変形している（工程Ｅの中期段階）。
【００２０】
図５は、バッグ１１とグランドシート１２及びシール材１３による密封空間が更に減圧となっている状態を示す。その結果、バッグ１１からの押圧力で、上部上型３、下部上型２は、それぞれ更に下型１方向に移動し、且つ下型１方向の厚みを減じ、横方向（下型１方向と直交する方向）に幅を拡大するよう変形している。また、下部上型の底部３３は、その曲率半径が更に大きくなり略下型内底面３２の曲率半径と等しくなっている。カウルプレート５は下型１方向に移動し、その底部３６の曲率半径が更に大きくなって略下型内底面３２の曲率半径と等しくなり、且つ、その外側面と垂直面とのなす平均角度θが殆ど０度となるよう変形している。プリプレグ４は、上記カウルプレート５の移動及び変形による押圧力を受けて、その外面を下型１の側部Ｚ１と、もう一方の側部Ｚ２を含めた下型１の内面に倣わせて所望の形状に成形される。この結果、プリプレグ４と下型内面との間には空隙が生じない。また、プリプレグ４の外面は波打ちが無く平滑である。更に、プリプレグ４は、その内面をカウルプレート５の外面に倣わせて所望の形状に成形される。この結果、プリプレグ４とカウルプレート５との間には空隙が生じない。また、プリプレグ４の内面は波打ちが無く平滑である。（工程Ｅの終期段階）。
【００２１】
工程Ｅの終期段階を経たプリプレグ４は、図示していないが、更に加熱してプリプレグを硬化させる工程（工程Ｆ）に供され、繊維強化樹脂成形体が得られる。
【００２２】
尚、本発明の一例を上記の通り説明したがこれに限らず、本発明は下記するものであることができる。
【００２３】
本発明において、下部上型２、上部上型３は、バッグから加わる押圧力で弾性変形するものであり、上記説明ではシリコン樹脂製のものを用いているが、その他の可撓性材質のものであっても良い。また、図６が示すように上部上型３の上端周縁に比較的薄い気密カバー部１５を形成して、下型１と上部上型３との間をシールできるようにすることにより、リユーザブルバッグとして機能させることもできる。この場合は、バッグ１１、グランドシート１２は不要になる。
【００２４】
尚、上記例においては上型に２つの分割型を用いて説明したが、分割型の分割数は任意であり、分割の無い上型であっても良い。
【００２５】
本発明におけるカウルプレートは、下部上型２、上部上型３よりは弾性変形し難い可撓性材質のものが好ましい。上記説明では、カウルプレートにＦＲＰ製のものを用いているが、弾性変形が可能な程度の肉薄の金属製のものであっても良い。
【００２６】
更に、上記説明では、繊維強化樹脂成形体を製造する初期段階でプリプレグ４の底部と下型内底面とが線状に接触しているが、上型底面を下方に突出した円錐状、角錐状等に形成して点接触するようにしても良い。
【００２７】
尚、プリプレグ４としては公知のプリプレグを制限なく用いることができ、１プライから数十プライに積層されたプリプレグを用いることができる。プリプレグへ加える圧力は０．０５〜７ＭＰａとすることが好ましい。プリプレグを加熱硬化させる際の加熱温度としては９０〜１８０℃程度、加熱時間は１２０〜４８０分程度とすることが好ましい。これらは当業者が公知の範囲である。
【００２８】
また、上記説明では、カウルプレートを用いているが、本発明の繊維強化樹脂成形体の製造方法では、このカウルプレートを省くこともできる。以下、この場合について、図面により説明する。
【００２９】
図８は本発明の繊維強化樹脂成形体の製造方法の他の一例を示す。尚、図７は同平面図である。図８中で、５１は弾性変形が困難な金属製の下型で上面が開放された矩形の中空部８１を有する。下型５１の内底面８２は略平面に形成され、その曲率半径は大きい。この下型５１の内面は、後述する成形によりプリプレグ５４の外面形状が所望の形状となるよう形成されている。
【００３０】
５２は前記下型５１の中空部８１に嵌入される上型で、弾力性があるシリコン樹脂製で、その底面８３は下型内底面８２よりも曲率半径が小さく形成されている。この上型５２は、その外側面と垂直面とのなす平均角度δが約１０度となるよう形成されている。この上型５２は、後述する成形の過程で、その底部８３の曲率半径が大きくなり、且つ、平均角度δが約０度となった際に、プリプレグ５４の内面形状が所望の形状となるよう形成されている。この状態でまずプリプレグ５４を前記下型５１の内底面８２に沿って敷設する（工程Ａ）。
【００３１】
図９は、上型５２を下型５１方向に押付け上型５２を下型５１の中空部８１に挿入する状態を示す。更に、下型５１、上型５２及びプリプレグ５４をバッグ６１とグランドシート６２で覆い、シール材６３で密封する。形成した密封空間から空気吸引口６４を通じて空気が吸引され密封空間が減圧となっている。その結果、バッグ６１からの押圧力で、上型５２がプリプレグ５４を押圧し、それぞれが下型５１方向に移動している。この結果、プリプレグ５４は下型５１の内底面８２とＸで線状に接するように移動する。尚、δは約１０度である（工程Ｂの初期段階）。図９中のその他の符号は図８と同様である。
【００３２】
図１０は、バッグ６１とグランドシート６２及びシール材６３による密封空間から空気が空気吸引口６４を通じて更に吸引され密封空間が更に減圧となっている状態を示す。その結果、バッグ６１からの押圧力で、上型５２が変形しながら下型５１方向に移動し、プリプレグ５４を下型５１の内底面８２に押圧している。プリプレグ５４は、下型５１の内底面８２に倣わせて成形される。即ち、プリプレグ５４は、下型内底面８２との接触部分を線状部Ｘから、下型５１内の両隅部Ｙ１、Ｙ２まで順次拡大するよう成形される。この結果、プリプレグ５４と下型内底面８２との間には空隙が生じない。この間、上型の底部８３は、その曲率半径が次第に大きくなるように変形し、且つ、その外側面と垂直面とのなす平均角度δが小さく（約５度）なるよう変形している（工程Ｂの中期段階）。
【００３３】
図１１は、密封空間が更に減圧となっている状態を示す。その結果、バッグ６１からの押圧力で、上型５２が更に下型５１方向に移動し、且つ下型５１方向の厚みを減じ、横方向（下型１方向と直交する方向）に幅を拡大するよう変形している。また、上型の底部８３は、その曲率半径が更に大きくなって略下型内底面８２の曲率半径と等しくなり、且つ、その外側面と垂直面とのなす平均角度θが殆ど０度となるよう変形している。プリプレグ５４は、上記上型５２の移動及び変形による押圧力を受けて、その外面を下型５１の側部内面に倣わせて所望の形状に成形され、その内面を上型５２の外面に倣わせて所望の形状に成形される。この結果、プリプレグ５４と下型内面及び上型５２の外面との間には空隙が生じない。また、プリプレグ５４の外面及び内面は波打ちが無く平滑である（工程Ｂの終期段階）。
【００３４】
工程Ｂを経たプリプレグ５４は、更に加熱してプリプレグを硬化させる工程（工程Ｃ）に供される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の製造方法により得られる成形品の一例を示す正面図である。
【図２】本発明の工程Ｄにおける断面図の一例を示す図である。
【図３】本発明の工程Ｅの初期段階における断面図の一例を示す図である。
【図４】本発明の工程Ｅの中期段階における断面図の一例を示す図である。
【図５】本発明の工程Ｅの終期段階における断面図の一例を示す図である。
【図６】本発明において上型をリユーザブルバッグとして用いた場合の一例を示す断面図である。
【図７】本発明の製造方法により得られる成形品の他の一例を示す正面図である。
【図８】本発明の工程Ａにおける断面図の一例を示す図である。
【図９】本発明の工程Ｂの初期段階における断面図の一例を示す図である。
【図１０】本発明の工程Ｂの中期段階における断面図の一例を示す図である。
【図１１】本発明の工程Ｂの終期段階における断面図の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１、５１    下型
２    下部上型
３    上部上型
５２    上型
４、５４    プリプレグ
５    カウルプレート
１１、６１    バッグ
１２、６２    グランドシート
１３、６３    シール材
１４、６４    空気吸引口
１５    気密カバー部
３１、８１    下型の中空部
３２、８２    下型内底面
３３    下部上型の底面
８３    上型の底面
３４    上部上型の上面
３５    下部上型の底面
３６    カウルプレートの底面
Ｘ    プリプレグの下側と下型内底面との線状接触部
Ｙ１    下型内の一方の隅部
Ｙ２    下型内のもう一方の隅部
Ｚ１    下型内の一方の側面部
Ｚ２    下型内のもう一方の側面部
θ    カウルプレートの外側面と垂直面とのなす平均角度
δ    上型外側面と垂直面とのなす平均角度
【図１】
2005288756.tif 000003
【図２】
2005288756.tif 000004
【図３】
2005288756.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005288756.tif 000009
【図８】
2005288756.tif 000010
【図９】
2005288756.tif 000011
【図１０】
2005288756.tif 000012
【図１１】
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