(57)【要約】【課題】繊維強化樹脂成形品を、厚肉なものや、繊維体積含有率が高いものとして作製する場合であっても、十分な強度を示すものを歩留まりよく、しかも、効率よく得る。【解決手段】下型１２、上型１４によって形成される閉空間７０は、繊維基材８０を収容した製品キャビティ１６と、シール間室５８からなる。さらに、製品キャビティ１６は、第１空間８２と第２空間８８に区分される。閉空間７０の排気を行った後、先ず、液状樹脂７６を第１の所定量で第１空間８２に供給する。そして、供給停止後に（又は供給を継続しながら）型閉じをさらに進行させて製品キャビティ１６の容積を低減する。さらに、液状樹脂７６を第２の所定量で第１空間８２に供給し、第１傾斜壁２６と第２傾斜壁４４の間を通過させて第２空間８８に流動させる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下型と上型で形成される製品キャビティに予め配置された繊維基材に対し、前記製品キャビティに供給された液状樹脂を含浸させることで繊維強化樹脂成形品を得る繊維強化樹脂成形品の成形方法において、
前記下型又は前記上型に、第１シール部材又は第２シール部材のいずれか一方をそれぞれ、又は双方を設け、さらに、前記下型又は前記上型の少なくとも一方に排気用通路を形成し、
型開き状態から型閉じ状態に至るまでの途中で、前記第１シール部材により、前記下型と前記上型の間に製品キャビティを含む閉空間を形成する第１の工程と、
前記閉空間が形成された後で型閉じ状態にさらに近づいて前記第１シール部材と前記第２シール部材との間にシール間室が形成される前に、該シール間室が形成された際に該シール間室に連通する前記排気用通路を介して、前記閉空間の排気を行う第２の工程と、
前記第２シール部材により、前記閉空間が、前記製品キャビティと前記シール間室とに区分された後、前記液状樹脂を第１の所定量で前記製品キャビティに供給する第３の工程と、
型閉じをさらに進行させて前記製品キャビティの容積を低減する第４の工程と、
前記製品キャビティの容積が低減されると同時又はその後に、前記液状樹脂を第２の所定量で前記製品キャビティに供給して流動させる第５の工程と、
前記繊維基材に含浸した前記液状樹脂が硬化して繊維強化樹脂成形品が得られた後、離型を行う第６の工程と、
を有することを特徴とする繊維強化樹脂成形品の成形方法。
【請求項２】
請求項１記載の成形方法において、前記第３の工程及び前記第４の工程を、型閉じを継続しながら連続的に行うことを特徴とする繊維強化樹脂成形品の成形方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の成形方法において、前記第１の所定量で前記液状樹脂を供給した後、前記第２の所定量で前記液状樹脂を供給するまで、前記第１の所定量及び前記第２の所定量よりも低量の前記液状樹脂を継続して前記製品キャビティに供給することを特徴とする繊維強化樹脂成形品の成形方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の成形方法において、型閉じの終了と同時又はその後に前記第２の所定量で前記液状樹脂を前記製品キャビティに供給することで、前記第５の工程を行うことを特徴とする繊維強化樹脂成形品の成形方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の成形方法において、前記製品キャビティが、第１空間と、前記第１空間に連なり且つ該第１空間に比して小容積な第２空間とを含み、
前記第２シール部材により、前記閉空間が前記製品キャビティと前記シール間室とに区分された後に型閉じを一旦停止して前記液状樹脂を供給する際、供給先を前記第１空間とし、
前記製品キャビティの容積が低減されると同時又はその後に、前記液状樹脂を前記第２の所定量で供給して流動させる際、供給先を前記第１空間とし、且つ流動先を前記第２空間とすることを特徴とする繊維強化樹脂成形品の成形方法。
【請求項６】
請求項５記載の成形方法において、前記第１空間は、前記下型の平坦壁部と、前記平坦壁部から立ち上がった立ち上がり壁部と、前記上型の、前記平坦壁部に対向して平坦な対向平坦壁部と、前記対向平坦壁部に連なり且つ前記立ち上がり壁部に対向する対向立ち上がり壁部とで形成される空間を含み、
前記平坦壁部と前記対向平坦壁部との離間距離よりも、前記立ち上がり壁部と前記対向立ち上がり壁部との離間距離を小さく設定し、
且つ前記液状樹脂を、前記平坦壁部と前記対向平坦壁部との間を上流側、前記立ち上がり壁部と前記対向立ち上がり壁部との間を下流側として流動させ、
前記第２空間を、前記立ち上がり壁部と前記対向立ち上がり壁部との間のさらに下流側に形成することを特徴とする繊維強化樹脂成形品の成形方法。
【請求項７】
請求項５又は６記載の成形方法において、型閉じの終了と同時又はその後に前記第１空間に前記液状樹脂を前記第２の所定量で供給することで、前記第５の工程を行うことを特徴とする繊維強化樹脂成形品の成形方法。
【請求項８】
下型と上型で形成される製品キャビティに予め配置された繊維基材に対し、前記製品キャビティに供給された液状樹脂を含浸させることで繊維強化樹脂成形品を得る繊維強化樹脂成形品の成形装置において、
前記下型又は前記上型には、第１シール部材又は第２シール部材のいずれか一方がそれぞれ、又は双方が設けられ、さらに、前記下型又は前記上型の少なくとも一方に排気用通路が形成され、
型開き状態から型閉じ状態に至るまでの途中で、前記第１シール部材により、前記下型と前記上型の間に製品キャビティを含む閉空間が形成され、
前記閉空間が形成された後、さらに型閉じ状態に近づく途中で、前記第２シール部材により、前記閉空間が、前記製品キャビティと、前記第１シール部材と前記第２シール部材との間に形成されるシール間室とに区分されるとともに、前記排気用通路が前記シール間室に連通し、
前記シール間室が形成される前に、前記排気用通路を介して前記閉空間の排気を行う排気手段と、
前記下型又は前記上型から前記製品キャビティに前記液状樹脂を供給する射出機と、
を有し、
前記射出機は、前記液状樹脂を第１の所定量で前記製品キャビティに供給した後、型閉じがさらに進行して前記製品キャビティの容積が低減され始めると同時に、又はその後に、前記液状樹脂を第２の所定量で前記製品キャビティに供給することを特徴とする繊維強化樹脂成形品の成形装置。
【請求項９】
請求項８記載の成形装置において、前記第１の所定量で前記液状樹脂が前記製品キャビティに供給された後、前記第２の所定量で前記液状樹脂が前記製品キャビティに供給されるまで、型閉じを継続して行うことを特徴とする繊維強化樹脂成形品の成形装置。
【請求項１０】
請求項８又は９記載の成形装置において、前記射出機は、前記第１の所定量で前記液状樹脂を前記製品キャビティに供給した後、前記第２の所定量で前記液状樹脂を前記製品キャビティに供給するまで、記第１の所定量及び前記第２の所定量よりも低量の前記液状樹脂を継続して前記製品キャビティに供給することを特徴とする繊維強化樹脂成形品の成形装置。
【請求項１１】
請求項８〜１０のいずれか１項に記載の成形装置において、前記射出機が前記第２の所定量で前記液状樹脂を前記製品キャビティに供給するのが、型閉じの終了と同時又はその後であることを特徴とする繊維強化樹脂成形品の成形装置。
【請求項１２】
請求項８〜１１のいずれか１項に記載の成形装置において、前記製品キャビティが、第１空間と、前記第１空間に連なり且つ該第１空間に比して小容積な第２空間とを含んで形成され、
前記射出機は、型閉じが一旦停止された際に前記液状樹脂を前記第１空間に供給した後、型閉じが再開されて前記第２空間の容積が低減され始めると同時に、又は型閉じの終了と同時ないし終了後に、前記液状樹脂を前記第１空間に前記第２の所定量で供給することを特徴とする繊維強化樹脂成形品の成形装置。
【請求項１３】
請求項１２記載の成形装置において、前記第１空間は、前記下型の平坦壁部と、前記平坦壁部から立ち上がった立ち上がり壁部と、前記上型の、前記平坦壁部に対向して平坦な対向平坦壁部と、前記対向平坦壁部に連なり且つ前記立ち上がり壁部に対向する対向立ち上がり壁部とで形成される空間を含み、
前記平坦壁部と前記対向平坦壁部との離間距離よりも、前記立ち上がり壁部と前記対向立ち上がり壁部との離間距離が小さく設定され、
且つ前記射出機は、前記液状樹脂を、前記平坦壁部と前記対向平坦壁部との間を上流側、前記立ち上がり壁部と前記対向立ち上がり壁部との間を下流側とし、さらにその後に前記第２空間に流動するように、前記第１空間に前記第２の所定量で供給することを特徴とする繊維強化樹脂成形品の成形装置。
【請求項１４】
請求項８〜１３のいずれか１項に記載の成形装置において、前記シール間室を、前記排気用通路を介して大気に開放可能なシール間室大気開放手段を有することを特徴とする繊維強化樹脂成形品の成形装置。
【請求項１５】
請求項１４記載の成形装置において、前記シール間室大気開放手段が三方弁であることを特徴とする繊維強化樹脂成形品の成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維基材に対して液状樹脂を含浸させることで繊維強化樹脂成形品を得る繊維強化樹脂成形品の成形方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維基材と樹脂との複合材である繊維強化樹脂は、軽量且つ高強度な素材として周知であり、近時、その成形品が、自動車車体や航空機の構成部材として採用されつつある。
【０００３】
繊維強化樹脂成形品（以下、「ＦＲＰ成形品」と表記することもある）は、例えば、ＲＴＭ（Resin Transfer Molding）成形法によって得られる。ここで、ＲＴＭ成形法とは、成形型で形成されるキャビティに繊維基材を予め配置しておき、型閉じを行った後に前記キャビティの排気を行い、さらに、液状樹脂を前記キャビティに供給するものである。
【０００４】
ところで、場合によっては、厚みが１０数ｍｍ程度もある厚肉なＦＲＰ成形品や、繊維体積含有率がおよそ５０％以上と比較的高いＦＲＰ成形品が希求されることがある。この種のＦＲＰ成形品をＲＴＭ成形法にて短いサイクルタイム（ハイサイクル）で成形するためには、硬化反応が早く短時間で粘度が上昇する液状樹脂を用いる必要がある。この場合、繊維基材による液状樹脂に対する流動抵抗が大きくなるために液状樹脂が繊維基材上を十分に展開しなくなり、その結果、樹脂が含浸していない未含浸部位が生じることがある。このようなＦＲＰ成形品は強度が十分ではなく、従って、製品として供することができない。
【０００５】
このことから諒解されるように、ハイサイクルなＲＴＭ成形法には、厚肉なＦＲＰ成形品や、繊維体積含有率が高いＦＲＰ成形品を歩留まりよく得ることが困難であるという不具合が顕在化している。
【０００６】
そこで、特許文献１において、適量の液状樹脂をキャビティ内に略均等に行き渡らせるべく、下型と上型が所定距離開いた状態で、繊維基材を予め収容したキャビティに液状樹脂を注入した後、該液状樹脂をキャビティから排出しながら型閉じ状態に近づけ、さらに、キャビティからの液状樹脂の排出を停止するとともに、型閉じした状態で液状樹脂を硬化させることが提案されている。
【０００７】
また、特許文献２には、上記と同様の目的で、下型と上型が所定距離開いた状態で、繊維基材を予め収容したキャビティに液状樹脂を注入して該液状樹脂を繊維基材に含浸させ、その後、型閉じを行い、さらに、繊維基材に余剰に注入・含浸された液状樹脂を吸引除去することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１１−８４７号公報
【特許文献２】国際公開第２０１１／０４３２５３号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１、２記載の技術はいずれも、樹脂の注入時に下型と上型が所定距離開いた状態、換言すれば、型閉じが不完全な状態とし、これにより液状樹脂の流動抵抗を低減するものである。しかしながら、例えば、キャビティ内の凹部と凸部の標高差が大きいときには、液状樹脂が凹部から凸部側に流動することは困難である。また、液状樹脂の流通路中に、断面積が特に狭小である箇所（狭窄部）が存在する場合、十分な圧力が得られないと、液状樹脂が狭窄部を通過してその下流側に到達することも困難である。このように、公知の従来技術では、未含浸部位が生じることを回避し得ない場合がある。
【００１０】
特に、大型成形品を成形するときには、繊維基材の厚み分布や金型加工精度分布等に起因して繊維基材と上型間の距離に僅かな差が存在することがある。このような差が生じた箇所は、液状樹脂の流通路中に断面積が僅かに狭小となった狭窄部となる。この狭窄部を回避して液状樹脂が流れるようになり、その結果として未含浸部が生じることを回避し得ないこともある。
【００１１】
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、繊維基材の末端（縁部）まで液状樹脂を含浸させることが容易であり、このために未含浸部位が生じることが回避された繊維強化樹脂成形品を得ることが可能な繊維強化樹脂成形品の成形方法及びその装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記の目的を達成するために、本発明は、下型と上型で形成される製品キャビティに予め配置された繊維基材に対し、前記製品キャビティに供給された液状樹脂を含浸させることで繊維強化樹脂成形品を得る繊維強化樹脂成形品の成形方法において、
前記下型又は前記上型に、第１シール部材又は第２シール部材のいずれか一方をそれぞれ、又は双方を設け、さらに、前記下型又は前記上型の少なくとも一方に排気用通路を形成し、
型開き状態から型閉じ状態に至るまでの途中で、前記第１シール部材により、前記下型と前記上型の間に製品キャビティを含む閉空間を形成する第１の工程と、
前記閉空間が形成された後で型閉じ状態にさらに近づいて前記第１シール部材と前記第２シール部材との間にシール間室が形成される前に、該シール間室が形成された際に該シール間室に連通する前記排気用通路を介して、前記閉空間の排気を行う第２の工程と、
前記第２シール部材により、前記閉空間が、前記製品キャビティと前記シール間室とに区分された後、前記液状樹脂を第１の所定量で前記製品キャビティに供給する第３の工程と、
型閉じをさらに進行させて前記製品キャビティの容積を低減する第４の工程と、
前記製品キャビティの容積が低減されると同時又はその後に、前記液状樹脂を第２の所定量で前記製品キャビティに供給して流動させる第５の工程と、
前記繊維基材に含浸した前記液状樹脂が硬化して繊維強化樹脂成形品が得られた後、離型を行う第６の工程と、
を有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、下型と上型で形成される製品キャビティに予め配置された繊維基材に対し、前記製品キャビティに供給された液状樹脂を含浸させることで繊維強化樹脂成形品を得る繊維強化樹脂成形品の成形装置において、
前記下型又は前記上型には、第１シール部材又は第２シール部材のいずれか一方がそれぞれ、又は双方が設けられ、さらに、前記下型又は前記上型の少なくとも一方に排気用通路が形成され、
型開き状態から型閉じ状態に至るまでの途中で、前記第１シール部材により、前記下型と前記上型の間に製品キャビティを含む閉空間が形成され、
前記閉空間が形成された後、さらに型閉じ状態に近づく途中で、前記第２シール部材により、前記閉空間が、前記製品キャビティと、前記第１シール部材と前記第２シール部材との間に形成されるシール間室とに区分されるとともに、前記排気用通路が前記シール間室に連通し、
前記シール間室が形成される前に、前記排気用通路を介して前記閉空間の排気を行う排気手段と、
前記下型又は前記上型から前記製品キャビティに前記液状樹脂を供給する射出機と、
を有し、
前記射出機は、前記液状樹脂を第１の所定量で前記製品キャビティに供給した後、型閉じがさらに進行して前記製品キャビティの容積が低減され始めると同時に、又はその後に、前記液状樹脂を第２の所定量で前記製品キャビティに供給することを特徴とする。
【００１４】
すなわち、本発明においては、製品キャビティに液状樹脂を第１の所定量で供給した後、型閉じを進行させて製品キャビティの容積を低減し、さらに、製品キャビティに第２の所定量で供給された液状樹脂を該製品キャビティ内で流動させるようにしている。このため、製品キャビティ内に大きな標高差や狭窄部が存在する場合であっても、液状樹脂が製品キャビティの末端まで到達ないし展開することが容易となる。従って、大型成形品を成形するようなときにも、未含浸部が生じることを回避することができるようになる。なお、第１の所定量と第２の所定量は同一量であってもよいし、異なる量であってもよい。
【００１５】
しかも、製品キャビティが負圧となっているので、該製品キャビティに第１の所定量ないし第２の所定量で供給された液状樹脂は、上型から押圧されることと相俟って、繊維基材の全体にわたって容易に展開する。以上のような理由から、ＦＲＰ成形品として、厚肉のものや繊維体積含有率が高いものを得ることが容易となる。
【００１６】
その上、液状樹脂が繊維基材を超えて大きく展開したときには、液状樹脂が第２シール部材によって堰止される。このため、液状樹脂が製品キャビティ外に漏洩することが防止される。従って、漏洩によって液状樹脂の量が不足したり、このことに起因してＦＲＰ成形品に未含浸部位が生じたりすることが回避される。従って、十分な強度を示すＦＲＰ成形品を歩留まりよく得ることができる。
【００１７】
加えて、液状樹脂が第２シール部材によって堰止されるため、シール間室や、該シール間室に連通するようにして設けられた排気用通路に液状樹脂が引き込まれることが防止される。このため、次回の成形作業時に吸気力が低下することが回避される。
【００１８】
また、排気用通路に弁を設けたとしても、該弁を分解清掃又は交換する必要がない。以上のような理由から、単位時間当たりの成形作業回数が増加し、その結果、ＦＲＰ成形品の生産効率が向上する。
【００１９】
従って、本発明においては、ＦＲＰ成形品として、厚肉のものや繊維体積含有率が高いものを作製する場合であっても、十分な強度を示すものを歩留まりよく、しかも、効率よく得ることができる。
【００２０】
なお、液状樹脂を第１の所定量で製品キャビティに供給した後、該液状樹脂を第２の所定量で製品キャビティに供給するまで（換言すれば、第３の工程及び第４の工程）を、型閉じを継続しながら連続的に行うようにしてもよい。
【００２１】
また、第１の所定量で液状樹脂を供給した後、第２の所定量で液状樹脂を供給するまでは、供給を停止するようにしてもよいし、第１の所定量及び第２の所定量よりも低量の液状樹脂を継続して供給するようにしてもよい。
【００２２】
さらに、型閉じが終了したと同時又はその後に、第２の所定量で液状樹脂を供給する第５の工程を行うようにしてもよい。そして、液状樹脂の供給の停止、製品キャビティの容積低減、液状樹脂の再供給を繰り返して行うようにしてもよい。
【００２３】
製品キャビティを、第１空間と、前記第１空間に連なり且つ該第１空間に比して小容積な第２空間とを含むように形成してもよい。この場合、前記第２シール部材により、前記閉空間が前記製品キャビティと前記シール間室とに区分された後に型閉じを一旦停止して前記液状樹脂を供給する際の供給先を前記第１空間とする。また、前記製品キャビティの容積が低減されると同時又はその後に、前記液状樹脂を第２の所定量で供給して流動させる際の供給先を前記第１空間とし、且つ流動先を前記第２空間とする。
【００２４】
すなわち、この場合、第１空間に第２の所定量で供給された液状樹脂を、容積が低減された第２空間に流入させる。液状樹脂が第２の所定量で供給される際、第１空間が既に液状樹脂で満たされているので、第２の所定量で供給された液状樹脂が第２空間側に容易に流動する。従って、液状樹脂が第２空間の末端まで到達ないし展開することが容易となる。なお、典型的には、第１空間は鉛直下方に指向する凹部であり、一方、第２空間は鉛直上方に指向する凸部である。
【００２５】
第１空間は、例えば、前記下型の平坦壁部と、前記平坦壁部から立ち上がった立ち上がり壁部と、前記上型の、前記平坦壁部に対向して平坦な対向平坦壁部と、前記対向平坦壁部に連なり且つ前記立ち上がり壁部に対向する対向立ち上がり壁部とで形成される空間を含む。この場合、前記平坦壁部と前記対向平坦壁部との法線方向の離間距離よりも、前記立ち上がり壁部と前記対向立ち上がり壁部との法線方向の離間距離が小さく設定される。すなわち、前記立ち上がり壁部と前記対向立ち上がり壁部の間は、断面積が小さな狭窄部である。
【００２６】
この場合において、液状樹脂は、前記平坦壁部と前記対向平坦壁部との間を上流側、前記立ち上がり壁部と前記対向立ち上がり壁部との間を下流側として流動し、その後、前記第２空間に流入する。すなわち、該第２空間は、前記立ち上がり壁部と前記対向立ち上がり壁部との間のさらに下流側に形成される。
【００２７】
本発明では、上記したように製品キャビティの容積を低減させて液状樹脂を第２の所定量で供給するようにしている。このため、第２の所定量で供給された液状樹脂は、十分な圧力を保つ。さらに、狭窄部では、断面積が低減するために液状樹脂の圧力が一層大きくなる。このような理由から、液状樹脂が第２空間に容易に到達するようになる。
【００２８】
従って、上記したような形状の成形装置内であっても、製品キャビティの末端まで液状樹脂を行き渡らせることができる。すなわち、複雑な３次元形状をなし、且つ厚肉な、又は繊維体積含有率が高いＦＲＰ成形品であっても、縁部まで樹脂が含浸されたものを歩留まりよく得ることが一層容易となる。
【００２９】
第２の所定量での液状樹脂の前記第１空間への供給（第５の工程）は、型閉じを一旦停止した後で行うようにしてもよいし、型閉じを一旦停止することなく、型閉じの最中に開始するようにしてもよい。又は、型閉じの終了と同時又はその後に、第２の所定量での液状樹脂の前記第１空間への供給（第５の工程）を開始することもできる。
【００３０】
加えて、上記と同様に第１の所定量で液状樹脂を第１空間に供給した後、第２の所定量で液状樹脂を第１空間に供給するまでは、供給を停止するようにしてもよいし、第１の所定量及び第２の所定量よりも低量の液状樹脂を継続して供給するようにしてもよい。さらに、第１空間への液状樹脂の供給の停止、製品キャビティの容積低減、第１空間への液状樹脂の再供給を繰り返して行うようにしてもよい。
【００３１】
また、上記した構成においては、シール間室を、排気用通路を介して大気に開放可能なシール間室大気開放手段をさらに設けることが好ましい。第２シール部材によって製品キャビティ及びシール間室を形成した後、該シール間室を大気に開放して（大気圧として）液状樹脂の供給を行うと、万一、第２シール部材に欠損が生じて液状樹脂を十分に堰止し得ない場合には、液状樹脂が大気に押圧される。製品キャビティ内が負圧であるからである。
【００３２】
従って、液状樹脂がシール間室、ひいては排気用通路に引き込まれることを一層有効に防止することが可能となる。
【００３３】
なお、シール間室大気開放手段の好適な具体例としては、三方弁を挙げることができる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、製品キャビティに液状樹脂を第１の所定量で供給した後、型閉じを進行させて製品キャビティの容積を低減するとともに、製品キャビティに液状樹脂を第２の所定量で供給するようにしている。このため、大きな標高差が存在するような製品キャビティであっても、液状樹脂が末端まで到達ないし展開することが容易となる。
【００３５】
このため、複雑な３次元形状をなし、且つ厚肉な、又は繊維体積含有率が高いＦＲＰ成形品であっても、縁部まで樹脂が含浸され、このために十分な強度を示すものを容易に且つ歩留まりよく得ることができる。
【００３６】
また、本発明は、液状樹脂を１回供給するのみでは繊維基材表面に広く行き渡らせることができず未含浸部が発生してしまうような形状の製品キャビティ全てに対して有効である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の形態に係る繊維強化樹脂成形品用成形装置が型開き状態にあるときの要部概略縦断面図である。
【図２】図１から型閉じ状態とされている途中に、下型と上型の間に閉空間が形成された状態を示す要部概略縦断面図である。
【図３】図２からさらに型閉じ状態に近づき、前記閉空間がシール間室と製品キャビティに区分された状態を示す要部概略縦断面図である。
【図４】製品キャビティに液状樹脂が供給された状態を示す要部概略縦断面図である。
【図５】型閉じがなされ、液状樹脂が繊維基材に沿って展開した状態を示す要部概略縦断面図である。
【図６】液状樹脂が繊維基材に含浸され、ＦＲＰ成形品が得られた状態を示す要部概略縦断面図である。
【図７】型開きを行い、前記ＦＲＰ成形品を離型した状態を示す要部概略縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、本発明に係る繊維強化樹脂成形品（ＦＲＰ成形品）の成形方法につき、それを実施する成形装置との関係で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００３９】
図１は、本実施の形態に係る繊維強化樹脂成形品用成形装置（以下、単に「成形装置」ともいう）１０の要部概略縦断面図である。この成形装置１０は、成形型としての下型１２と上型１４を備え、これら下型１２と上型１４の間に製品キャビティ１６（図３〜図６参照）が形成される。なお、図１は、成形装置１０が型開き状態にあるときを示している。
【００４０】
下型１２は位置決め固定された固定型であり、キャビティ形成面には、図１における左方から右方に向かって第１平坦壁部１７、第１凸部１８、第２平坦壁部２０、第１凹部２２、第３平坦壁部２４がこの順序で連なる。第１凸部１８は、第１平坦壁部１７及び第２平坦壁部２０に対して鉛直上方に指向して突出しており、また、第１凹部２２は、第２平坦壁部２０及び第３平坦壁部２４に対して鉛直下方に指向して陥没している。
【００４１】
以上の構成において、第２平坦壁部２０と第１凸部１８の頂面との間には、第２平坦壁部２０から第１凸部１８の頂面に向かって立ち上がった第１傾斜壁２６（立ち上がり壁部）が介在する。
【００４２】
下型１２の上端面の縁部には、上型１４に指向して突出した突部２８が形成されている。この突部２８の外側面には第１溝３０が周回形成されており、該第１溝３０には、第１シール部材３２が挿入される。第１シール部材３２の一部は、第１溝３０から露呈する。
【００４３】
一方、上型１４は、図示しない昇降機構の作用下に、下型１２に対して下降（接近）又は上昇（離間）することが可能な可動型である。この上型１４のキャビティ形成面には、図１における左方から右方に向かって、第１平坦壁部１７に対向する第４平坦壁部３４、第１凸部１８が進入する第２凹部３６、第２平坦壁部２０に対向する第５平坦壁部３８（対向平坦壁部）、第１凹部２２に進入する第２凸部４０、第３平坦壁部２４に対向する第６平坦壁部４２が連なる。この構成において、第５平坦壁部３８と第２凹部３６の天井面との間には、第１傾斜壁２６（立ち上がり壁部）に対向するように傾斜した第２傾斜壁４４（対向立ち上がり壁部）が介在する。
【００４４】
このようなキャビティ形成面を有する上型１４が下型１２に接近して型閉じがなされることに伴い、製品キャビティ１６（図３〜図６参照）が形成される。
【００４５】
上型１４は、さらに、柱状部４６と基部４８を有する。キャビティ形成面は、柱状部４６を介して基部４８に連なる。
【００４６】
基部４８の下端面の縁部には、下型１２に指向して延在し、型閉じがなされる際には前記突部２８の外側面側を囲繞する囲繞壁５０が設けられる。このため、柱状部４６と囲繞壁５０との間には、相対的に陥没した挿入部５２が形成される。すなわち、挿入部５２は、柱状部４６の側面、基部４８の下端面及び囲繞壁５０の内側面によって形成される。
【００４７】
柱状部４６の側面、すなわち、挿入部５２には第２溝５４が周回形成され、この第２溝５４には第２シール部材５６が挿入される。第１シール部材３２と同様に、第２シール部材５６もその一部が第２溝５４から露呈する。
【００４８】
後述するように、挿入部５２には突部２８が進入する。これに伴って第１シール部材３２が囲繞壁５０の内側面に当接するとともに、第２シール部材５６が突部２８の内側面に当接する（図３参照）。その結果、第１シール部材３２と第２シール部材５６の間に、製品キャビティ１６に対して区分された室が形成される。以下、この室を「シール間室」と表記し、その参照符号を５８とする。
【００４９】
基部４８には、シール間室５８に連通するようにして排気用通路６０が形成される。該排気用通路６０には排気管６２が連なり、該排気管６２には、三方弁６４及びポンプ６６（排気手段）が上流側からこの順序で介装される。
【００５０】
三方弁６４には、さらに、大気に開放された開放管６８が接続される。すなわち、三方弁６４は、ポンプ６６に向かう流路と、大気に開放する流路とを切り換える役割を果たす。ポンプ６６に向かう流路に切り換えられたときには、ポンプ６６によって後述する閉空間７０（図２参照）の排気が行われる。一方、大気に開放する流路に切り換えられたときには、シール間室５８が大気に開放される。すなわち、三方弁６４は、シール間室大気開放手段として機能する。なお、開放管６８を接続することなく、三方弁６４の３個のポート中の１個を大気に開放するようにしてもよい。
【００５１】
上型１４には、基部４８から柱状部４６を経由して第５平坦壁部３８まで連なるランナ７２が形成される。このランナ７２は、注入機７４から導出された液状樹脂７６（図４参照）を前記製品キャビティ１６に供給するための供給路である。
【００５２】
本実施の形態に係る成形装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、その作用効果につき、本実施の形態に係るＦＲＰ成形品の成形方法との関係で説明する。
【００５３】
はじめに、図１に示すように、成形装置１０を型開き状態とし、ＦＲＰ成形品７８（図６及び図７参照）を構成する繊維基材８０を、下型１２のキャビティ形成面に配置する。この時点では、下型１２と上型１４は互いに離間しており、従って、下型１２と上型１４の間には、大気に開放した開空間が形成される。この時点で、三方弁６４は閉止状態である。
【００５４】
次に、第１の工程を開始するべく前記昇降機構を付勢し、上型１４を下型１２に向かって下降させる。この下降の最中に、上型１４の囲繞壁５０の内側面が下型１２の突部２８の外側面に対向する。囲繞壁５０の内側面が第１シール部材３２に接触すると、該第１シール部材３２により、突部２８と囲繞壁５０の間がシールされる。その結果、下型１２と上型１４の間に大気から遮断された閉空間７０が形成される。図２〜図４を参照して諒解されるように、閉空間７０は、製品キャビティ１６とシール間室５８が連通した空間である。
【００５５】
このようにして閉空間７０が形成されると、第２の工程が開始される。すなわち、ポンプ６６が付勢されるとともに、三方弁６４が操作されてポンプ６６に向かう流路が開く。すなわち、排気管６２が閉空間７０と連通状態となり、このため、閉空間７０内の大気がポンプ６６によって排気される。その結果、閉空間７０が、５０〜１００ｋＰａ程度の負圧となる。
【００５６】
なお、閉空間７０の排気が行われている最中も上型１４の降下が継続される。従って、図３に示すように、第１凸部１８が第２凹部３６に進入するとともに、第１凹部２２に第２凸部４０が進入する。また、突部２８が挿入部５２に近接し、さらに、突部２８の内側面と柱状部４６の側面とが対向する。すなわち、成形装置１０は、型閉じ状態に一層近づく。
【００５７】
突部２８の内側面が第２シール部材５６に接触すると、該第２シール部材５６により、突部２８と柱状部４６の間がシールされる。その一方で、突部２８と囲繞壁５０との間では、第１シール部材３２によってシールされた状態が維持されている。従って、第１シール部材３２と第２シール部材５６の間にシール間室５８が形成される。図３から容易に諒解されるように、シール間室５８は、第１シール部材３２によって製品キャビティ１６から遮断されている。換言すれば、閉空間７０がシール間室５８と製品キャビティ１６とに区分され、両者が互いに独立した閉空間となる。
【００５８】
さらに、製品キャビティ１６の右方には、第２平坦壁部２０から第１凸部１８の頂面に向かって立ち上がった第１傾斜壁２６（立ち上がり壁部）、第２平坦壁部２０、第１凹部２２、第３平坦壁部２４、第５平坦壁部３８から第２凹部３６の天井面に向かって傾斜した第２傾斜壁４４（対向立ち上がり壁部）、第５平坦壁部３８、第２凸部４０、第６平坦壁部４２で形成される第１空間８２が形成される。一方、左方には、第１平坦壁部１７、第１平坦壁部１７から第１凸部１８の頂面に向かう傾斜壁部８４、第４平坦壁部３４、第４平坦壁部３４と第２凹部３６の天井面との間に介在する傾斜壁部８６、第２凹部３６の天井面で形成される第２空間８８が形成される。第２空間８８は、第１空間８２の、第１傾斜壁２６と第２傾斜壁４４との間のクリアランスを介して互いに連なる。
【００５９】
勿論、第１傾斜壁２６と第２傾斜壁４４は互いに対向している。そして、両傾斜壁２６、４４の間は、第１凸部１８の頂面と第２凹部３６の天井面との間のクリアランスや、第２平坦壁部２０と第５平坦壁部３８との間のクリアランスに比して狭小となっている。換言すれば、両傾斜壁２６、４４の間は、断面積が他の箇所に比して小さな狭窄部である。
【００６０】
上型１４が所定の位置まで下降した時点で、三方弁６４を閉止状態とするとともにポンプ６６を滅勢し、排気を停止する。なお、排気の停止タイミングは、第１シール部材３２及び第２シール部材５６の取付位置と上型１４の降下速度からシール間室５８が形成されるタイミングを予め算出し、この算出結果に基づいて設定すればよい。
【００６１】
本実施の形態では、この時点で、上型１４の下降を一旦停止する。上型１４の下降停止は、上記した排気停止と同時であってもよいし、排気停止の前又は後であってもよい。
【００６２】
そして、第３の工程を行う。すなわち、図４に示すように、注入機７４から液状樹脂７６を第１の所定量で導出する。ここで、液状樹脂７６の好適な例としては、反応ポリアミド（ε−カプロラクタム）樹脂やエポキシ樹脂、ウレタン樹脂等が挙げられる。反応ポリアミド（ε−カプロラクタム）樹脂の場合、触媒や活性剤を同時に供給するようにしてもよい。触媒としては、ナトリウム等のアルカリ金属、その酸化物、水酸化物、水素化物や、アルカリ土類金属、その酸化物、水酸化物、水素化物等が例示され、活性剤としては、イソシアネート、アシルラクタム、イソシアヌレート誘導体、酸ハライド、カルバミドラクタム等が例示される。
【００６３】
また、エポキシ樹脂の場合、酸無水物、脂肪族ポリアミン、アミドアミン、ポリアミド、ルイス塩基、芳香族ポリアミン等からなる硬化剤を同時に供給するようにしてもよい。さらに、ウレタン樹脂の場合、ポリオール、イソシアネート及び第三成分を同時に供給するようにしてもよい。
【００６４】
以上のような液状樹脂７６は、ランナ７２を通過した後、製品キャビティ１６の一部である第１空間８２、一層具体的には、第２平坦壁部２０と第５平坦壁部３８との間に導出される。液状樹脂７６は、さらに、第１凹部２２と第２凸部４０の間に向かって流下する。液状樹脂７６に重力が作用するため、この方向の流動は容易に起こる。
【００６５】
第１凹部２２と第２凸部４０の間が満たされると、オーバーフローした液状樹脂７６が第３平坦壁部２４と第６平坦壁部４２との間に流入する。このようにして、第１空間８２の各箇所に液状樹脂７６が行き渡る。第１の所定量の液状樹脂７６が第１空間８２に導入されると、注入機７４からの液状樹脂７６の射出が一旦停止される。
【００６６】
この射出停止の前もしくは後、又は射出停止と同時に、三方弁６４が操作されて大気に開放する流路が開く。すなわち、開放管６８がシール間室５８と連通状態となり、このため、シール間室５８が大気に開放された状態となる。結局、シール間室５８が大気圧となる。
【００６７】
次に、第４の工程を行うべく上型１４を再下降させる。これにより型閉じが再開されるため、図５に示すように、製品キャビティ１６の容積が低減する。すなわち、第１空間８２及び第２空間８８の双方の容積が低減する。
【００６８】
このようにして第２空間８８の容積が低減すると同時に、又は、低減し始めた後に、換言すれば、上型１４の再下降が開始すると同時又はその後に、注入機７４から液状樹脂７６を第２の所定量で射出して第５の工程を行う。なお、第１の所定量と第２の所定量は同一量であってもよいし、異なる量であってもよい。また、液状樹脂７６の再射出は、型閉じがなされると同時又はその後に行うようにしてもよい。ここで、本明細書においていう「型閉じ」は、繊維基材８０と上型１４のキャビティ形成面との間に液状樹脂７６が流動可能な若干の間隙が形成された状態に至るまでを指し、当該状態に至ったときが「型閉じ終了」である。
【００６９】
型閉じの進行途中で再射出を行う場合を例示して説明すると、図５に示すように、型閉じが進行する最中に第１凸部１８が第２凹部３６に進入する。その一方で、第２凸部４０が第１凹部２２に進入する。この進入に伴い、第１空間８２に導入済の液状樹脂７６が押圧される。押圧を受けた液状樹脂７６は、繊維基材８０に沿って展延（展開）する。液状樹脂７６が第２凸部４０（上型１４）から加圧されることと、製品キャビティ１６が負圧であることとが相俟って、液状樹脂７６の展開が容易に進行する。
【００７０】
このように、本実施の形態では、型開き状態（図１参照）から型閉じ状態（図５参照）となるに至るまでの途中で、製品キャビティ１６を含む閉空間７０を負圧にするようにしている。このため、型閉じがさらに進行すると、第１空間８２に既に供給された液状樹脂７６が、負圧となっている第１空間８２内で上型１４によって押圧される。これにより、液状樹脂７６を繊維基材８０に沿って十分に展開させることが可能となる。
【００７１】
なお、液状樹脂７６の一部が、第１傾斜壁２６と第２傾斜壁４４の間を経由して第２空間８８に流動しても特に差し支えはない。
【００７２】
一方、第１空間８２中の第２平坦壁部２０と第５平坦壁部３８の間に再射出された液状樹脂７６は、第１空間８２が既に液状樹脂７６で埋まっているため、第１傾斜壁２６と第２傾斜壁４４との間のクリアランスに向かって流動する。ここで、第１傾斜壁２６と第２傾斜壁４４との間は狭窄部である。すなわち、断面積が他の箇所に比して小さくなっている。従って、両傾斜壁部の間を流動する液状樹脂７６が高圧となる。
【００７３】
その結果として、液状樹脂７６が、下流側である第２空間８８に向かって流動するようになる。なお、再射出を行う時点での第２空間８８の断面積、すなわち、下型１２と上型１４の離間距離が過度に小さいと、液状樹脂７６が第２空間８８の末端に到達することが困難となり、ＦＲＰ成形品７８の縁部における繊維の体積比が小さくなる。再射出を行う際の下型１２と上型１４の離間距離は、これを回避して液状樹脂７６が第２空間８８の末端に到達可能となるように設定される。
【００７４】
以上のような理由から、第２空間８８の最下流側（末端）である第１平坦壁部１７と第４平坦壁部３４との間にも、液状樹脂７６が行き渡る。すなわち、液状樹脂７６が繊維基材８０上に万遍なく展開する。製品キャビティ１６が負圧であることも、液状樹脂７６の展開に寄与する。
【００７５】
結局、比較的大容積である第１空間８２に先ず液状樹脂７６を第１の所定量で供給し、その後、該第１空間８２に第２の所定量で供給した液状樹脂７６が狭窄部（第１傾斜壁２６と第２傾斜壁４４との間）を通過するようにすると、該液状樹脂７６が、比較的小容量である下流側の第２空間８８に到達・展開することが容易となる。上記したように、狭窄部を通過することによって液状樹脂７６の圧力が上昇するからである。
【００７６】
以上のように、第１空間８２の第２平坦壁部２０と第５平坦壁部３８との間を上流側、狭窄部を下流側、第２空間８８を狭窄部よりもさらに下流側として液状樹脂７６を流動させることにより、該液状樹脂７６を第２空間８８の末端まで展開させることが容易となる。このため、ＦＲＰ成形品７８（図６参照）として、厚肉なものや繊維体積含有率が比較的高いものを作製することが可能である。
【００７７】
ここで、シール間室５８と製品キャビティ１６との間には第２シール部材５６が存在する。このため、万一、液状樹脂７６が繊維基材８０を超えて大きく展開したとしても、液状樹脂７６は、最終的には第２シール部材５６に堰止される。
【００７８】
また、本実施の形態では、シール間室５８が上記したように大気圧となっており、且つ製品キャビティ１６が負圧となっている。すなわち、シール間室５８と製品キャビティ１６との間に圧力差が生じており、且つシール間室５８の方が高圧である。従って、第２シール部材５６に欠損があり、このために液状樹脂７６を十分に堰止し得ない場合には、液状樹脂７６がシール間室５８の大気によって押圧される。従って、液状樹脂７６がシール間室５８に進入することが回避される。
【００７９】
以上のように、本実施の形態によれば、製品キャビティ１６の外部に液状樹脂７６が漏洩することが回避される。すなわち、シール間室５８、ひいては排気用通路６０や排気管６２、三方弁６４に液状樹脂７６が進入することを防止することができる。このため、次回の成形作業時に吸気力が低下することが防止される。
【００８０】
また、三方弁６４を分解清掃又は交換する必要がない。従って、成形作業を中断することなく繰り返して実施することができる。このため、単位時間当たりの成形作業回数が増加し、その結果、ＦＲＰ成形品７８の生産効率が向上する。
【００８１】
展開した液状樹脂７６は、繊維基材８０の繊維間に浸透する。すなわち、図６に示すように、液状樹脂７６が繊維基材８０に含浸される。この際、上型１４の押圧力を上昇させる、いわゆる型締めを行うようにしてもよい。
【００８２】
その後、所定時間の経過とともに液状樹脂７６が硬化する。これにより、所定の形状をなすＦＲＰ成形品７８が得られるに至る。さらに、図７に示すように、前記昇降機構の作用下に上型１４を上昇させて型開きを行った後、成形装置１０からＦＲＰ成形品７８を取り出す。すなわち、いわゆる離型を行う（第６の工程）。この際には、例えば、エジェクタピン（図示せず）等が作動する。
【００８３】
上記したように液状樹脂７６が第１空間８２及び第２空間８８（製品キャビティ１６）に行き渡り、且つ排気用通路６０に引き込まれることが回避されるので、液状樹脂７６が製品キャビティ１６外に漏洩することに起因して液状樹脂７６の量が不足することや、その結果としてＦＲＰ成形品７８に未含浸部位が生じることが回避される。従って、このＦＲＰ成形品７８は十分な強度を示す。
【００８４】
結局、本実施の形態によれば、ＦＲＰ成形品７８を、厚肉なものや繊維体積含有率が高いものとして作製するような場合であっても、十分な強度を示すものとして歩留まりよく得ることができる。しかも、その生産効率も向上する。
【００８５】
本発明は、上記した実施の形態に特に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００８６】
例えば、第５の工程では、型閉じが終了したと同時又はその後に液状樹脂７６の再射出を行うようにしてもよい。この場合においても、上記と同様の理由で液状樹脂７６が容易に展開する。
【００８７】
また、液状樹脂７６を第１の所定量で製品キャビティ１６に供給した後、液状樹脂７６を第２の所定量で製品キャビティ１６に供給するまで、換言すれば、第３の工程及び第４の工程を、型閉じを継続しながら連続的に行うようにしてもよい。さらに、上記した実施の形態では、第１の所定量の液状樹脂７６を射出（供給）した後に該液状樹脂７６の供給を一旦停止し、第２の所定量の液状樹脂７６を射出（供給）するようにしているが、第１の所定量の液状樹脂７６を供給した後に該液状樹脂７６の供給を継続し、所定のタイミングで第２の所定量の液状樹脂７６を供給するようにしてもよい。この場合、供給継続時の液状樹脂７６の供給量を、第１の所定量及び第２の所定量よりも低量とすればよい。
【００８８】
そして、三方弁６４に代替して二方弁を用い、シール間室５８を大気圧に開放することなく、液状樹脂７６の供給以降の工程を実施するようにしてもよい。
【００８９】
さらにまた、第１シール部材３２、第２シール部材５６を、上記した実施の形態とは逆に、上型１４、下型１２の各々に設けるようにしてもよいし、第１シール部材３２及び第２シール部材５６の双方を下型１２、又は上型１４のいずれか一方に設けるようにしてもよい。以上のような構成においても、上記した成形装置１０において実施された成形作業と同様の成形作業を遂行することができる。
【符号の説明】
【００９０】
１０…繊維強化樹脂成形品用成形装置        １２…下型
１４…上型                                １６…製品キャビティ
１７、２０、２４、３４…平坦壁部          １８、４０…凸部
２２、３６…凹部                          ２６、４４…傾斜壁
２８…突部                                ３２、５６…シール部材
５０…囲繞壁                              ５２…挿入部
５８…シール間室                          ６０…排気用通路
６２…排気管                              ６４…三方弁
６６…ポンプ                              ６８…開放管
７０…閉空間                              ７２…ランナ
７４…注入機                              ８０…繊維基材
７６…液状樹脂                            ７８…繊維強化樹脂成形品
８２…第１空間                            ８８…第２空間
【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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