(57)【要約】【課題】  成形時間を短縮しつつ、型締圧力を抑えることを可能とする複合材料の成形方法および成形装置を提供する。【解決手段】  複合材料の成形方法にあっては、開閉可能な成形型内のキャビティに強化基材を配置し、成形型に型締圧力を負荷した状態において樹脂をキャビティ内に注入し、樹脂を硬化させて複合材料を成形する。成形型を閉じた後に、樹脂をキャビティ内に注入し、キャビティ内の圧力が型締圧力以下のしきい値に達したときにキャビティ内を真空引きし、空気を排出しながら樹脂を拡散させる（Ｓ２０１〜Ｓ２０７）。これによって、真空引きの時間を短縮し、樹脂の注入開始から注入終了までキャビティ内の圧力が型締圧力を超えることなく樹脂を注入する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開閉可能な成形型内のキャビティに強化基材を配置し、前記成形型に型締圧力を負荷した状態において樹脂を前記キャビティ内に注入し、前記樹脂を硬化させて複合材料を成形する成形方法であって、
前記成形型を閉じた後に、前記樹脂を前記キャビティ内に注入し、
前記キャビティ内の圧力が前記型締圧力以下のしきい値に達したときに前記キャビティ内の空気を真空引きし、空気を排出しながら前記樹脂を拡散させる、複合材料の成形方法。
【請求項２】
前記キャビティ内へ前記樹脂の注入および前記キャビティ内の真空引きを少なくとも２回は繰り返す、請求項１に記載の複合材料の成形方法。
【請求項３】
前記キャビティ内を真空引きする間は前記樹脂の注入を中断する、請求項１または請求項２に記載の複合材料の成形方法。
【請求項４】
前記キャビティ内を真空引きするときは前記樹脂の一部も同時に吸引する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の複合材料の成形方法。
【請求項５】
前記強化基材は炭素繊維から形成されてなる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の複合材料の成形方法。
【請求項６】
前記複合材料は自動車部品に使用される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の複合材料の成形方法。
【請求項７】
強化基材を配置するキャビティが形成された開閉可能な成形型と、
前記キャビティ内に樹脂を注入する樹脂注入部と、
前記樹脂注入部に備えられ前記樹脂の注入圧力を調整自在な圧力調整部と、
前記成形型内を減圧する吸引部と、
前記キャビティ内の圧力に基づいて前記圧力調整部および前記吸引部の作動を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、前記成形型を閉じた後に、前記樹脂を前記キャビティ内に注入させ、
前記キャビティ内の圧力が型締圧力以下のしきい値に達したときに前記キャビティ内の空気を真空引きし、空気を排出しながら前記樹脂を拡散させる、複合材料の成形装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記キャビティ内へ前記樹脂の注入および前記キャビティ内の真空引きを少なくとも２回は繰り返すように制御する、請求項７に記載の複合材料の成形装置。
【請求項９】
前記制御部は、前記キャビティ内を真空引きする間は前記樹脂注入部の作動を停止する、請求項７または請求項８に記載の複合材料の成形装置。
【請求項１０】
前記制御部は、前記キャビティ内を真空引きするときは前記樹脂の一部も同時に吸引する、請求項７〜９のいずれか１項に記載の複合材料の成形装置。
【請求項１１】
前記強化基材は炭素繊維から形成されてなる、請求項７〜１０のいずれか１項に記載の複合材料の成形装置。
【請求項１２】
前記複合材料は自動車部品用の材料である、請求項７〜１１のいずれか１項に記載の複合材料の成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合材料の成形方法および成形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の車体軽量化のために強化基材に樹脂を含浸させた複合材料が自動車部品として用いられている。複合材料の成形方法として、量産化に適したＲＴＭ（Ｒｅｓｉｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｍｏｌｄｉｎｇ）成形法が注目されている。ＲＴＭ成形法は、開閉可能な一対の下型（雌型）、上型（雄型）から成る成形型内のキャビティに強化基材を設置し、型を閉締した後、樹脂注入口から樹脂を注入して強化基材に含浸させ、その後、キャビティ内において硬化させる複合材料の成形方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１９３５８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
キャビティ内に樹脂を注入する前に、真空引きをし、成形型内を真空状態にしてから樹脂を注入する方法が一般的に用いられているが、真空引きに時間がかかり製造に要する時間が長くなってしてしまうという問題がある。
【０００５】
また、製造時間を短縮するために、樹脂の注入圧力を高くすることができる。しかし、高圧注入によって、キャビティ内の圧力が急激に上がり、型が開いてしまう。そのため、型をプレス機によって高圧力によって型締する必要があり、プレス機が大型化して設備費用が高くなるという問題が生じている。
【０００６】
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、成形時間を短縮しつつ、型締圧力を抑えることによってプレス機を小型化することを可能とする複合材料の成形方法および成形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】
【０００７】
上記目的を達成する本発明に係る複合材料の成形方法は、開閉可能な成形型内のキャビティに強化基材を配置し、前記成形型に型締圧力を負荷した状態において樹脂を前記キャビティ内に注入し、前記樹脂を硬化させて複合材料を成形する成形方法である。前記成形型を閉じた後に、前記樹脂を前記キャビティ内に注入し、前記キャビティ内の圧力が前記型締圧力以下のしきい値に達したときに前記キャビティ内を真空引きし、空気を排出しながら前記樹脂を拡散させる。
【０００８】
上記目的を達成する本発明に係る複合材料の成形装置は、強化基材を配置するキャビティが形成された開閉可能な成形型と、前記キャビティ内に樹脂を注入する樹脂注入部と、前記成形型内を減圧する吸引部と、前記キャビティ内の圧力に基づいて前記樹脂注入部および前記吸引部の作動を制御する制御部と、を有する。前記制御部は、前記成形型を閉じた後に、前記樹脂を前記キャビティ内に注入させ、前記キャビティ内の圧力が前記型締圧力以下のしきい値に達したときに前記キャビティ内を真空引きし、空気を排出しながら前記樹脂を拡散させる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る複合材料の成形方法および成形装置によれば、成形型を閉じた後、樹脂を注入する前に真空引きをしないので、真空引きの時間を削減でき、成形時間を短縮することができる。
【００１０】
また、樹脂の注入圧力および樹脂の注入後における真空引きの吸入圧力を調整し、キャビティ内の圧力が型締圧力を超えないようにすることによって、型締圧力を抑えることができる。型締圧力を抑制できることを通して、プレス機の小型化が可能となり、設備費用の低減に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態に係る複合材料の成形装置の概略図である。
【図２】本実施形態に係る樹脂注入部の構成を示す概略図である。
【図３】本実施形態に係る複合材料の成形方法を示すフローチャートである。
【図４】図３の樹脂注入・真空吸引工程のサブルーチンフローチャートである。
【図５】図５（Ａ）は、本実施形態に係るキャビティ内の圧力の時間推移を表すグラフ図であり、図５（Ｂ）は、本実施形態に係る樹脂の注入圧力の時間推移を表すグラフ図であり、図５（Ｃ）は、本実施形態に係る吸入圧力の時間推移を表すグラフ図である。
【図６】複合材料を使用した自動車部品を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、以下の記載は特許請求の範囲に記載される技術的範囲や用語の意義を限定するものではない。また、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
【００１３】
図１は、複合材料２００の成形装置１００の概略図である。図２は、樹脂注入部３０の構成を示す概略図である。図３は、複合材料２００の成形方法を示すフローチャートである。図４は、図３の樹脂注入・真空吸引工程（Ｓ１０３）のサブルーチンフローチャートである。図５（Ａ）は、キャビティ内の圧力の時間推移を表すグラフ図であり、図５（Ｂ）は、樹脂の注入圧力の時間推移を表すグラフ図であり、図５（Ｃ）は、吸入圧力Ｐｓの時間推移を表すグラフ図である。図６は、複合材料２００を使用した自動車部品の概略図である。
【００１４】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
【００１５】
本実施形態に係る成形方法および成形装置１００によって得られる複合材料２００は、強化基材２１０と、樹脂２２０と、によって構成されている。強化基材２１０と組み合わせることによって樹脂２２０単体に比べて高い強度および剛性を備える複合材料２００となる。また、図６に示すように、自動車の車体３００（図６（Ｂ）を参照）に使用される部品であるフロントサイドメンバー３０１やピラー３０２等の骨格部品、ルーフ３０３等の外板部品に複合材料２００を使用することによって、鉄鋼材料を使用した場合に比べて車体３００の軽量化が可能となる。
【００１６】
強化基材２１０は、炭素繊維、ガラス繊維、有機繊維等の織物シートによって形成され、積層された状態においてキャビティ１５内に配置してプリフォームする。本実施形態においては、熱膨張係数が小さく寸法安定性に優れ、高温下においても機械的特性の低下が少ない炭素繊維を用いる。なお、プリフォームは成形型１０以外の別型により行ってもよい。
【００１７】
樹脂２２０は、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂、フェノール樹脂等が用いられる。本実施形態においては、機械的特性、寸法安定性に優れたエポキシ樹脂を用いる。エポキシ樹脂は２液タイプが主流であり、主剤および硬化剤を混合して使用する。主剤はビスフェノールＡ型のエポキシ樹脂、硬化剤はアミン系のものが一般的に用いられるが、特にこれに限定されるものではなく、所望の材料特性に合わせて適宜選択できる。
【００１８】
図１を参照して、本実施形態に係る成形装置１００は、概説すると、炭素繊維２１０（強化基材に相当）を配置するキャビティ１５が形成された開閉可能な成形型１０と、成形型１０に型締圧力Ｐｍを負荷するプレス部２０と、キャビティ１５内に樹脂２２０を注入する樹脂注入部３０と、樹脂注入部３０に備えられ樹脂２２０の注入圧力Ｐｉを調整自在な注入バルブ４０（圧力調整部に相当）と、を有する。成形装置１００は、キャビティ１５内の圧力Ｐｒを測定する圧力計５０と、成形型１０内を真空引きする吸引部６０と、成形型１０の温度を調整する成形型温度調整部７０と、成形装置１００全体の作動を制御する制御部８０と、をさらに有する。制御部８０は、圧力計５０によって測定したキャビティ１５内の圧力Ｐｒに基づいて注入バルブ４０および吸引部６０の作動を制御する。以下、成形装置１００について詳述する。
【００１９】
成形型１０は、開閉可能な一対の上型１１（雄型）と、下型１２（雌型）と、を有する。上型１１と下型１２の間に、密閉自在なキャビティ１５を形成する。炭素繊維２１０は、積層してプリフォームした状態において予めキャビティ１５内に配置する。上型１１の上方部に、注入口１３を設ける。注入口１３を樹脂注入部３０に連結し、上方からキャビティ１５内に樹脂２２０を注入する。樹脂２２０は、炭素繊維２１０の上面から内部に含浸する。また、下型１２の端部に、吸引口１４を設ける。吸引口１４を吸引部６０に連結し、キャビティ１５内を真空引きして空気を吸引する。キャビティ１５内を密閉状態にするために、上型１１と下型１２の合わせ面にシール部材等を設けてもよい。
【００２０】
プレス部２０は、成形型１０の上型１１に型締圧力Ｐｍを負荷する。プレス部２０は、油圧等の流体圧を用いたシリンダー２１を有し、油圧等を制御することによって型締圧力Ｐｍを調整する。
【００２１】
樹脂注入部３０は、主剤を充填した主剤タンク３１と、硬化剤を充填した硬化剤タンク３２と、主剤、硬化剤、およびそれらが混合された樹脂２２０の搬送流路を形成するチューブ３３ａ、３３ｂ、３６（図２を参照）と、樹脂２２０のキャビティ１５内への注入圧力Ｐｉを測定する圧力計３４と、樹脂２２０の注入圧力Ｐｉを調整自在な注入バルブ４０と、を有する。圧力計３４は、樹脂２２０の注入圧力Ｐｉを測定するため、注入口１３付近のチューブ３６に配置する。
【００２２】
図２を参照して、樹脂注入部３０は、主剤タンク３１および硬化剤タンク３２に連結されるチューブ３３ａ、３３ｂにそれぞれ配置されたポンプ３５ａ、３５ｂをさらに有する。ポンプ３５ａ、３５ｂは、主剤および硬化剤を一定圧力において注入バルブ４０に向けて吐出する。
【００２３】
注入バルブ４０は、チューブ３６を介して成形型１０の注入口１３に接続する。注入バルブ４０は、シリンダー４１と、ピストン４２と、を有する。シリンダー４１は、ピストン４２の基端部４２ａによって区画された２つのチャンバ４１ｕ、４１ｄを有する。２つのチャンバ４１ｕ、４１ｄに供給する空圧または油圧などの流体圧を調整することによって、ピストン４２は図２において上下方向に移動する。ピストン４２がシリンダー４１内を移動することによって、主剤および硬化剤の流通経路の開度を調整する。この注入バルブ４０の開度によって、樹脂２２０のキャビティ１５内への注入量Ｑｉを調整し、成形型１０に搬送される樹脂２２０の注入圧力Ｐｉを調整する。なお、樹脂２２０が硬化する前の状態において粘度が２００［ｍＰａ・ｓ］以下のとき、キャビティ１５内への樹脂２２０の注入量Ｑｉと注入圧力Ｐｉは、Ｑｉ２＝Ａ×Ｐｉ（Ａは、流出係数、流路面積および流体密度によって決まる値）の式によって表される相関関係にあることが知られている。
【００２４】
シリンダー４１は、上側吸入口４４ａ、４４ｂと、下側吐出口４５ａ、４５ｂと、を有する。ピストン４２が図において上方に移動すると、下側吐出口４５ａ、４５ｂが開く。下側吐出口４５ａ、４５ｂのそれぞれから吐出した主剤および硬化剤は、混合されて樹脂２２０となる。樹脂２２０は、チューブ３６を介して注入口１３に吐出される。ピストン４２が図において下方に移動すると、上側吸入口４４ａ、４４ｂと下側吐出口４５ａ、４５ｂとが、ピストン４２に形成した凹部４３ａ、４３ｂを介して連通する。主剤および硬化剤は、下側吐出口４５ａ、４５ｂから凹部４３ａ、４３ｂを通り、上側吸入口４４ａ、４４ｂから主剤タンク３１および硬化剤タンク３２に再び戻される。この動作によって、主剤および硬化剤は、一定の圧力においてチューブ３３ａ、３３ｂ内を循環する。
【００２５】
図１を再び参照して、圧力計５０は、ひずみゲージ等を備え、キャビティ１５内の圧力Ｐｒを測定するために成形型１０に配置される。
【００２６】
吸引部６０は、真空ポンプ６１と、圧力計６２、吸引バルブ６３と、検出部６４と、を有する。真空ポンプ６１は、樹脂２２０の注入後にキャビティ１５内の圧力Ｐｒが型締圧力Ｐｍ以下のしきい値Ｐｃ（ｎ）（ｎ＝１、２・・・）に達したときに吸引口１４からキャビティ１５内の空気を吸引（真空引き）し、キャビティ１５内の圧力Ｐｒを減圧する。ここで、ｎはしきい値の個数であり、後述する樹脂２００の注入・真空吸引の工程（ステップＳ１０３）の繰り返し数と等しい。繰り返し数は、１回または複数回とし、これに合わせてｎの値は１または２以上とする。吸引部６０の吸入圧力Ｐｓは、圧力計６２の値を基に制御する。
【００２７】
吸引バルブ６３は、真空ポンプ６１と吸引口１４との間に設置され、空気の流路を開閉する。これによって、真空ポンプ６１による真空吸引の動作のＯＮ／ＯＦＦを切り替える。
【００２８】
検出部６４は、たとえば、発光素子６４ａと、受光素子６４ｂと、を備える透過型のセンサーであり、キャビティ１５と吸引口１４との間に設置する。キャビティ１５内の空気が完全に吸引されるとキャビティ１５内の樹脂２２０が吸引される。発光素子６４ａから受光素子６４ｂへの光路が遮られることによって、検出部６４は樹脂２２０を検出し、吸引バルブ６３は流路を閉じ、真空吸引の動作をＯＦＦにする。このようにして、吸引部６０は、空気のみを吸引する。
【００２９】
成形型温度調整部７０は、加熱部材７１を有し、成形型１０を樹脂２２０の硬化温度まで加熱し、キャビティ１５内に注入された樹脂２２０を硬化する。加熱部材は、電気ヒーターであり、直接的に成形型１０を加熱する。なお、加熱部材はこれ限定されず、たとえば、油などの熱媒体を電気ヒーターによって加熱し、成形型１０内に熱媒体を循環させることによって、成形型１０の温度を調整してもよい。
【００３０】
制御部８０は、成形装置１００全体の動作を制御する。制御部８０は、記憶部８１と、演算部８２と、入出力部８３と、を有する。入出力部８３は、圧力計３４、５０、６２と、注入バルブ４０と、吸引部６０と、成形型温度調整部７０とに接続される。記憶部８１は、ＲＯＭやＲＡＭから構成し、後述するキャビティ１５内の圧力Ｐｒのしきい値Ｐｃ（ｎ）等のデータを予め記憶する。演算部８２は、ＣＰＵを主体に構成され、入出力部８３を介して圧力計３４、５０、６２からの樹脂２２０の注入圧力Ｐｉ、吸引部６０の吸入圧力Ｐｓおよびキャビティ１５内の圧力Ｐｒのデータを受信する。演算部８２は、記憶部８１から読み出したデータおよび入出力部８３から受信したデータを基に注入バルブ４０のピストン４２位置、吸引部６０の吸入圧力Ｐｓ、吸引バルブ６３の動作および成形型温度調整部７０による成形型１０の加熱温度を算出する。算出データを基にした制御信号は、入出力部８３を介して注入バルブ４０、吸引部６０および成形型温度調整部７０に送信する。このようにして、制御部８０は、樹脂２２０の注入圧力Ｐｉ、吸引部６０の吸入圧力Ｐｓ、吸引バルブ６３の動作、キャビティ１５内の圧力Ｐｒおよび成形型温度等を制御する。
【００３１】
以下、図３を参照して複合材料２００の成形方法の手順について説明する。
【００３２】
図３に示すように、複合材料２００の成形方法は、炭素繊維２１０を配置する工程（ステップＳ１０１）と、樹脂２２０を注入・真空吸引する工程（ステップＳ１０２、Ｓ１０３、Ｓ１０４：「Ｎｏ」、Ｓ１０５）と、最後の樹脂２２０を注入する工程（ステップＳ１０４：「Ｙｅｓ」、Ｓ１０６、Ｓ１０７）と、樹脂２２０を硬化させる工程（ステップＳ１０８）と、脱型する工程（ステップＳ１０９）と、を有する。以下、各工程について詳述する。なお、ステップＳ１０１、Ｓ１０８、Ｓ１０９の操作を除き、制御部８０が各ステップの処理を実行する。
【００３３】
まず、炭素繊維２１０を積層し、成形型１０のキャビティ１５内に配置してプリフォームする（ステップＳ１０１）。このとき、キャビティ１５に臨む型内面を、所定の有機溶剤を用いて脱脂処理し、離型剤を用いて離型処理を施しておく。
【００３４】
次に、樹脂２２０の注入および真空吸引を行う（ステップＳ１０３）。ここで、樹脂２２０の注入および真空吸引の工程の繰り返しの回数をｎ回とする。なお、ｎは１以上の値である。ｎ回目の樹脂２２０の注入および真空吸引の工程でキャビティ１５内の空気が完全に吸引されていない場合は、ｎの値を１だけインクリメントし（ステップＳ１０４：「Ｎｏ」、ステップＳ１０５）、樹脂２２０の注入および真空吸引の工程を繰り返す（ステップＳ１０３）。ここで、検出部６４が樹脂２２０の吸引を検出したとき、キャビティ１５内の空気が完全に吸引されたものと判断する。キャビティ１５内の空気を完全に吸引することによって、樹脂２２０内および表面に発生する気泡を防止し、成形品の機械的特性や意匠性を向上させることができる。
【００３５】
キャビティ１５内の空気を完全に吸引したら（ステップＳ１０４：「Ｙｅｓ」）、最後の樹脂２２０の注入を開始する（ステップＳ１０５）。規定量の樹脂２２０を注入し、キャビティ１５内が完全に樹脂２２０によって充填されるまで樹脂２２０の注入を継続する（ステップＳ１０７：「Ｎｏ」、ステップＳ１０６）。樹脂２２０をキャビティ１５内に完全に充填した時（図５（Ａ）、時間ｔ５を参照）キャビティ１５内の圧力Ｐｒは最大となる。この時点の圧力をＰｍａｘとする。しきい値Ｐｃ（ｎ）およびキャビティ１５内の圧力Ｐｒの最大値Ｐｍａｘは、型締圧力Ｐｍとの関係でＰｃ（ｎ）≦Ｐｍａｘ≦Ｐｍとなるように予め設定する。
【００３６】
規定量の樹脂２２０の注入が完了したら（ステップＳ１０７：「Ｙｅｓ」）、キャビティ１５内の樹脂２２０が十分硬化するまで放置する（ステップＳ１０８）。なお、成形型１０全体は、成形型温度調整部７０によって樹脂２２０の硬化温度に予め温度調節してある。
【００３７】
成形された複合材料２００を脱型すると、成形が完了する（ステップＳ１０９）。
【００３８】
次に、図４を参照して、樹脂２００の注入・真空吸引の工程（ステップＳ１０３）について詳述する。
【００３９】
成形型１０を閉じ、注入口１３から樹脂２２０の注入を開始する（ステップＳ２０１）。樹脂２２０の注入開始後、所定時間内に圧力計３４によってキャビティ１５内の圧力Ｐｒを測定する（ステップＳ２０２）。ｎ回目の樹脂２００の注入・真空吸引の工程において、キャビティ１５内の圧力Ｐｒがしきい値Ｐｃ（ｎ）に達するまで、樹脂２２０の注入、およびキャビティ１５内の圧力Ｐｒの測定を継続する（ステップＳ２０３：「Ｎｏ」、ステップＳ２０１、Ｓ２０２）。キャビティ１５内の圧力Ｐｒがしきい値Ｐｃ（ｎ）に達したら（ステップＳ２０３：「Ｙｅｓ」）、樹脂２２０の注入を停止し（ステップＳ２０４）、吸引口１４からキャビティ１５内の空気の吸引（真空引き）を開始する（ステップＳ２０５）。真空引き開始後、所定時間内に圧力計３４によってキャビティ１５内の圧力Ｐｒを測定する（ステップＳ２０６）。キャビティ１５内の圧力Ｐｒが規定圧に減圧されるまで、真空引きおよびキャビティ１５内の圧力Ｐｒの測定を継続する（ステップＳ２０７：「Ｎｏ」、ステップＳ２０５、Ｓ２０６）。キャビティ１５内の圧力Ｐｒが規定圧まで減圧されたら（ステップＳ２０７：「Ｙｅｓ」）、真空引きを停止する（ステップＳ２０８）。ここで、ｎ回目のしきい値とｎ＋１回目のしきい値との関係は、Ｐｃ（ｎ）≦Ｐｃ（ｎ＋１）となるように予め設定しておく。ただし、Ｐｃ（ｎ）は型締圧力Ｐｍ以下の値である。本実施形態においては、ステップＳ１０３の動作を２回繰り返す。よって、ステップＳ２０７の規定圧は、２回の真空吸引によってキャビティ１５内の空気を完全に吸引できるような値に設定する。
【００４０】
次に、図５を参照して、本実施形態の成形方法に係る樹脂２２０の注入圧力Ｐｉおよび吸引部６０の吸入圧力Ｐｓの制御について詳述する。
【００４１】
図５（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）に実線によって示されるグラフは、図３および図４に示す本実施形態に係る成形方法によるキャビティ１５内の圧力Ｐｒ、樹脂２２０の注入圧力Ｐｉおよび吸引部６０の吸入圧力Ｐｓの時間推移を示す。時間０［ｓｅｃ］〜ｔ０は、型締工程、時間ｔ０〜ｔ１は、１回目の樹脂２２０の注入工程、時間ｔ１〜ｔ２は、１回目の真空引き工程、時間ｔ２〜ｔ３は、２回目の樹脂２２０の注入工程、時間ｔ３〜ｔ４は、２回目の真空引き工程、時間ｔ４〜ｔ５は、最後の樹脂２２０の注入工程、ｔ５以降は樹脂２２０の硬化工程である。図５（Ｂ）および（Ｃ）に示すように、樹脂２２０を注入する間は、吸引部６０の吸入圧力Ｐｓを０［ＭＰａ］として真空吸引を停止する。逆に、真空吸引をする間は、樹脂２２０の注入圧力Ｐｉを０［ＭＰａ］として樹脂２２０の注入を停止する。これによって、真空吸引によってキャビティ１５内の圧力Ｐｒを減圧する間は、樹脂２２０の注入を停止する。よって、樹脂２２０を注入しながら真空吸引を行ったときに比べて、樹脂２２０を注入することによる加圧がないので、より短い時間でキャビティ１５内の圧力Ｐｒを減圧することができる。また、キャビティ１５内の圧力Ｐｒを低圧状態にした後に樹脂２２０の注入を再度開始するので、高い注入圧力Ｐｉによって樹脂２２０を注入してもキャビティ１５内の圧力Ｐｒを型締圧力Ｐｍ以下に保つことができ、注入速度を上げることができるので、成形時間をさらに短縮することができる。
【００４２】
図５（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）に破線によって示されるグラフは、対比例であり、時間０［ｓｅｃ］〜ｔ０は、型締工程、時間ｔ０〜ｔｈ１は、真空引き工程、時間ｔｈ１〜ｔｈ２は、樹脂２２０の注入工程、ｔｈ２以降は樹脂２２０の硬化工程である。対比例は、樹脂２２０の注入を行う前にキャビティ１５内の空気を吸引して排出し、キャビティ１５内を真空状態に（真空引き）し、樹脂２２０の注入は注入圧力Ｐｉを注入完了まで一定に高圧注入する点において本実施形態と相違する。図５（Ａ）に破線によって示すように、樹脂２２０の注入圧力Ｐｉを注入完了まで一定に高圧注入した対比例にあっては、キャビティ１５内の圧力Ｐｒが型締圧力Ｐｍよりも著しく高い圧力Ｐｈまで高くなってしまう。これに対して、本実施形態にあっては、樹脂２２０を複数回に分けて注入することによって、キャビティ１５内の圧力Ｐｒがより確実に型締圧力Ｐｍを超えることがないように注入することから、プレス部２０が発生する型締圧力Ｐｍを抑えることができる。型締圧力Ｐｍを抑制できることを通して、プレス機の小型化が可能となり、設備費用の低減に寄与することができる。
【００４３】
また、樹脂２２０の注入を行う前の真空引き工程がない。本実施形態においても樹脂２２０の注入後に真空引きを行うが、キャビティ１５内に樹脂２２０が注入された後は、樹脂２２０の体積分だけキャビティ１５内の空気の容積が減り、空気が圧縮される。樹脂２２０によって圧縮された空気は高圧状態にあるので、吸引バルブ６３を開いたとき外気圧との差圧が大きいので、より短時間によって空気を吸引でき、成形時間をさらに短縮することができる。
【００４４】
また、本実施形態の成形方法では、硬化開始時のキャビティ１５内の圧力Ｐｍａｘが型締圧力Ｐｍより低いので、対比例（図５（Ａ）破線）のようにキャビティ１５内の圧力Ｐｒが急激に降下しない。圧力が急降下すると硬化時の樹脂２２０の収縮率は高くなる。したがって、本実施形態の成形方法によれば、対比例のように樹脂２２０の高圧注入を一定にしたときに比べて成形品である複合材料２００の成形収縮率を低下させ、設計通りの形状を安定して得ることができる。したがって、寸法安定性の高い良品質な複合材料２００の成形品を得ることができる。
【００４５】
なお、樹脂２２０の注入圧力Ｐｉの制御は、樹脂２２０の材料特性によって適宜変更することができる。たとえば、樹脂２２０がキャビティ１５内に注入されてから硬化するまでの硬化時間によって適宜変更する。
【００４６】
以上説明したように、本実施形態に係る成形装置１００および成形方法では、成形型１０を閉じた後に、樹脂２２０をキャビティ１５内に注入し、キャビティ１５内の圧力Ｐｒが型締圧力Ｐｍ以下のしきい値に達したときにキャビティ１５内を真空引きし、空気を排出しながら樹脂２２０を拡散させる。
【００４７】
このように構成した成形装置１００および成形装置１００を使用した成形方法によれば、成形型１０を閉じた後、樹脂２２０を注入する前に真空引きをしないので、真空引きの時間を削減でき、成形時間を短縮することができる。また、樹脂２２０の注入圧力Ｐｉおよび樹脂２２０の注入後における真空引きの吸入圧力Ｐｓを調整し、キャビティ１５内の圧力Ｐｒが型締圧力Ｐｍを超えないようにすることによって、型締圧力Ｐｍを抑えることができる。型締圧力Ｐｍを抑制できることを通して、プレス機の小型化が可能となり、設備費用の低減に寄与することができる。
【００４８】
また、本実施形態に係る成形装置１００および成形方法では、キャビティ１５内へ樹脂２２０の注入およびキャビティ１５内の真空引きを２回繰り返す。
【００４９】
このように構成した成形装置１００および成形装置１００を使用した成形方法によれば、１度に樹脂２２０を注入するのではなく、複数回に分けて注入することによって、キャビティ１５内の圧力Ｐｒをより確実に低く制御することができる。これによって、型締圧力Ｐｍを抑制しさらにプレス機の小型化が可能となり、設備費用の低減に寄与することができる。また、キャビティ１５内に樹脂２２０が注入された後は、樹脂２２０の体積分だけキャビティ１５内の空気の容積が減り、空気が圧縮される。樹脂２２０によって圧縮された空気は高圧状態にあるので、吸引バルブ６３を開いたとき外気圧との差圧が大きくなることによって、より短時間によって空気を吸引でき、成形時間をさらに短縮することができる。
【００５０】
また、本実施形態に係る成形装置１００および成形方法では、キャビティ１５内を真空引きする間は樹脂２２０の注入を中断する。
【００５１】
このように構成した成形装置１００および成形装置１００を使用した成形方法によれば、真空吸引によってキャビティ１５内の圧力Ｐｒを減圧する間は、樹脂２２０の注入を停止する。よって、樹脂２２０を注入しながら真空吸引を行ったときに比べて、樹脂２２０を注入することによる加圧がないので、より短い時間でキャビティ１５内の圧力Ｐｒを減圧することができる。また、キャビティ１５内の圧力Ｐｒを低圧状態にした後に樹脂２２０の注入を再度開始するので、高い注入圧力Ｐｉによって樹脂２２０を注入してもキャビティ１５内の圧力Ｐｒを型締圧力Ｐｍ以下に保つことができ、注入速度を上げることができるので、成形時間をさらに短縮することができる。
【００５２】
また、本実施形態に係る成形装置１００および成形方法では、強化基材２１０は炭素繊維から形成されてなる。
【００５３】
このように構成した成形装置１００および成形装置１００を使用した成形方法によれば、炭素繊維を強化基材に使用することによって、熱膨張係数が小さく寸法安定性に優れ、高温下においても機械的特性の低下が少ない複合材料２００を成形することができる。
【００５４】
また、本実施形態に係る成形装置１００および成形方法では、複合材料２００は自動車部品３０１〜３０３に使用される。
【００５５】
このように構成した成形装置１００および成形方法によれば、量産に適した複合材料２００の自動車部品を成形することができ、車体３００の軽量化が可能となる。
【００５６】
以上、実施形態を通じて複合材料２００の成形方法および成形装置１００を説明したが、本発明は実施形態において説明した構成のみに限定されることはなく、特許請求の範囲の記載に基づいて適宜変更することが可能である。
【００５７】
たとえば、吸引部６０は、本実施形態においては、キャビティ１５内の空気を吸引するとしたが、樹脂２２０の一部も同時に吸引してもよい。これによって、キャビティ１５内の樹脂２２０の流れが円滑になり、より短時間によって樹脂２２０を拡散させ、含浸させることができる。
【００５８】
また、本実施形態では、樹脂２２０は、熱硬化性樹脂であるとしたが、熱可塑性樹脂を用いてもよい。この場合は、成形型温度調整部７０は、冷却部材７２をさらに有し、キャビティ１５内に樹脂２２０を注入する間は成形型１０を加熱部材７１によって加熱し、樹脂２２０の注入後は成形型１０を冷却する。これによって、樹脂２２０の注入時の樹脂２２０の粘度を低下させて炭素繊維２１０に含浸し易くし、注入後に冷却することによって樹脂２２０を硬化することができる。
【００５９】
また、本実施形態では、キャビティ１５内の圧力Ｐｒを圧力計５０によって測定しているが、測定方法はこれに限定されず、樹脂２２０の注入圧力Ｐｉと注入口１３の大きさ、キャビティ１５の容積から推定してもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１０    成形型、
１１    上型、
１２    下型、
１３    注入口、
１４    吸引口、
１５    キャビティ、
２０    プレス部、
３０    樹脂注入部、
３１    主剤タンク、
３２    硬化剤タンク、
３３ａ、３３ｂ、３６  チューブ、
３４、５０、６２  圧力計、
３５ａ、３５ｂ    ポンプ、
４０    注入バルブ（圧力調整部）、
４１    シリンダー、
４２    ピストン、
６０    吸引部、
７０    成形型温度調整部、
８０    制御部、
１００  成形装置、
２００  複合材料、
２１０  炭素繊維（強化基材）、
２２０  樹脂、
３００  車体、
Ｐｍ    型締圧力、
Ｐｒ    キャビティ内の圧力、
Ｐｉ    注入圧力、
Ｐｓ    吸入圧力、
Ｐｃ（ｎ）  しきい値、
Ｐｍａｘ    キャビティ内圧力の最大値、
Ｑｉ    注入量。
【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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