(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空筒状に形成した補強繊維基材からなるプリフォームの中空部内に脱気用多孔質フィルターと熱膨張体とを一体的に組み合わせた圧力媒体を密着させた状態で挿入し、このプリフォームを金型内に配置した後、揮発分を含有する熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を金型内に注入してプリフォームに含浸させ、その後、金型を密封した状態で加熱することにより、前記圧力媒体を膨張させてプリフォームの外周面を金型内面に圧着させると共に硬化させて製造する複合樹脂製品の成形方法。
【請求項２】
中空筒状に形成した補強繊維基材からなるプリフォームの中空部内にマンドレルを挿入し、該プリフォームの外周面に脱気用多孔質フィルターと熱膨張体とを一体的に組み合わせた筒状の圧力媒体を被嵌させ、このように構成したプリフォーム及び圧力媒体を金型内に配置して、揮発分を含有する熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂をプリフォームに含浸させ、その後、金型を密封した状態で加熱することにより、前記圧力媒体を膨張させてプリフォームの内壁面をマンドレル表面に圧着させると共に硬化させて製造する複合樹脂製品の成形方法。
【請求項３】
中空筒状に形成した補強繊維基材からなるプリフォームの中空部内にマンドレルを挿入し、該プリフォームの外周面に脱気用多孔質フィルターと熱膨張体とを一体的に組み合わせた筒状の圧力媒体を被嵌させ、揮発分を含有する熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂をプリフォームに含浸させ、その後、加熱することにより、前記圧力媒体を膨張させてプリフォームの内壁面をマンドレル表面に圧着させると共に硬化させて製造する複合樹脂製品の成形方法。
【請求項４】
前記圧力媒体を構成する熱膨張体が、線膨張係数1.0 ×10-5°Ｃ-1以上のフッ素樹脂である請求項１，２または３に記載の複合樹脂製品の成形方法。
【請求項５】
前記圧力媒体を構成する脱気用多孔質フィルターが、ポリテトラフルオロエチレン樹脂，焼結金属，グラファイトまたはセラミックスの何れかから選らばれた一つであり、空隙率が４０％〜１０％の範囲である請求項１，２，３または４に記載の複合樹脂製品の成形方法。
【請求項６】
揮発分を含有し、成形時に圧力印加が可能な熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂の成形品を成形する複合樹脂製品の成形装置において、
前記成形装置を、脱気用多孔質フィルターと熱膨張体とを一体的に組み合わせた圧力媒体と、中空筒状に形成した補強繊維基材からなるプリフォームと、プリフォームを配設し、揮発分を含有する熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を含浸させる金型とで構成して成る複合樹脂製品の成形装置。
【請求項７】
前記中空筒状の樹脂製品を、内径寸法を基準とする場合には、プリフォームの中空部内に嵌合するマンドレルを用いる請求項６に記載の複合樹脂製品の成形装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複合樹脂製品の成形方法及びその装置に係わり、更に詳しくは成形時に外部圧力印加装置を必要とせず、寸法精度の安定した筒状製品を効率良く、しかも低いコストで製造することが出来る複合樹脂製品の成形方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、補強繊維基材にマトリックス樹脂を含浸させて所定の形状に成形する複合樹脂製品の成形方法として、熱膨張性を有する中子を使用した成形方法（特開平5-131555号公報) と、多孔質フィルターを用いて、溶媒及び反応生成ガスを金型外に排出させて硬化させる成形方法（特開平9-117964号公報) とが知られている。
【０００３】
前者の熱膨張性を有する中子を使用した成形方法は、熱膨張性中子と該中子の外側に配置したパイプ状の外型との間に、熱可塑性樹脂をマトリックスとするプリプレグを介在させ、次いで熱可塑性樹脂の可塑化温度以上の温度にプリプレグ及び中子を加熱して中子を膨張させることにより、中子と外型との間に繊維強化樹脂中空体を成形する方法である。
【０００４】
また、後者の多孔質フィルターを用いて行う成形方法は、一方の金型のキャビティ内に補強繊維基材を配置した後、他方の金型を嵌合させ、前記キャビティ内にマトリックス樹脂を減圧，または加圧搬送させて、補強繊維基材にマトリックス樹脂を含浸させ、その含浸の際に生ずる低分子量物質を、多孔質フィルターによって選択しながら系外に除去して複合材を成形するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、揮発分を含有する樹脂（例えば、ポリイミド樹脂等）を用いて、筒状部品等の複合製品を製造する場合、上記のような熱膨張性中子のみを用いる方法では、ガス抜きが不可能であるため、溶媒，水，アルコール等の低分子量物質が金型内に残留してマトリックス樹脂に混入してボイドを発生させ、複合成形品の品質に悪影響を及ぼすと言う問題がある。
【０００６】
また多孔質フィルターのみを用いる方法では、圧力伝達時の圧力損失が大きくなり、成形時に外部圧力印加装置が必要となって、大量生産が不可能になる上にコストアップとなる問題がある。
【０００７】
また、図７に示すように、金型１内に筒状成形体２の内外を脱気用多孔質フィルター３と熱膨張性中子から成る圧力印加用熱膨張体４とで挟み込むように配設する、所謂、多孔質フィルター３と圧力印加用熱膨張体４とを単に組み合わせる方法では、成形体２の内外両面が弾性材料と接する構造となるため、硬化した複合樹脂製品の寸法精度，外観等の品質が低下すると言う問題があった。
【０００８】
この発明の目的は、成形時に外部圧力印加装置を必要とせず、大量生産が可能となり、寸法精度の安定した筒状製品を効率良く、しかも低いコストで製造することが出来る複合樹脂製品の成形方法及びその装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明は上記目的を達成するため、複合樹脂製品の第１の成形方法としては、中空筒状に形成した補強繊維基材からなるプリフォームの中空部内に脱気用多孔質フィルターと熱膨張体とを一体的に組み合わせた圧力媒体を密着させた状態で挿入し、このプリフォームを金型内に配置した後、揮発分を含有する熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を金型内に注入してプリフォームに含浸させ、その後、金型を密封した状態で加熱することにより、前記圧力媒体を膨張させてプリフォームの外周面を金型内面に圧着させると共に硬化させて製造することを要旨とするものである。
【００１０】
また、この発明の複合樹脂製品の第２の成形方法としては、中空筒状に形成した補強繊維基材からなるプリフォームの中空部内にマンドレルを挿入し、該プリフォームの外周面に脱気用多孔質フィルターと熱膨張体とを一体的に組み合わせた筒状の圧力媒体を被嵌させ、このように構成したプリフォーム及び圧力媒体を金型内に配置して、揮発分を含有する熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂をプリフォームに含浸させ、その後、金型を密封した状態で加熱することにより、前記圧力媒体を膨張させてプリフォームの内壁面をマンドレル表面に圧着させると共に硬化させて製造することを要旨とするものである。
【００１１】
更に、この発明の複合樹脂製品の第３の成形方法としては、中空筒状に形成した補強繊維基材からなるプリフォームの中空部内にマンドレルを挿入し、該プリフォームの外周面に脱気用多孔質フィルターと熱膨張体とを一体的に組み合わせた筒状の圧力媒体を被嵌させ、揮発分を含有する熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂をプリフォームに含浸させ、その後、加熱することにより、前記圧力媒体を膨張させてプリフォームの内壁面をマンドレル表面に圧着させると共に硬化させて製造することを要旨とするものである。
【００１２】
また、この発明の複合樹脂製品の成形装置としては、成形装置を、脱気用多孔質フィルターと熱膨張体とを一体的に組み合わせた圧力媒体と、中空筒状に形成した補強繊維基材からなるプリフォームと、プリフォームを配設し、揮発分を含有する熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を含浸させる金型とで構成したことを要旨とするものである。    この発明は上記のように構成され、揮発分を含有する熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を用いて筒状部品等を成形する場合、脱気用多孔質フィルターと熱膨張体とを一体的に組み合わせた圧力媒体を使用し、該圧力媒体と内壁面が剛体である金型との間に筒状のプリフォーム（被成形体）を配設し、圧力媒体を膨張させてプリフォームの外周面または内壁面を金型の内壁面またはマンドレルの表面に圧着させ、加熱硬化させることで、成形体の外面もしくは内面の寸法精度を高めることが出来るものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づき、この発明の実施形態を説明する。
図１は、この発明の複合樹脂製品を成形するための成形装置の分解斜視図を示し、この成形装置１０は、脱気用多孔質フィルター１１と熱膨張体１２とを一体的に組み合わせた圧力媒体１３と、中空筒状に形成した補強繊維基材からなるプリフォーム１４と、プリフォーム１４を金型内に配設して、揮発分を含有する熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を含浸させる二分割型の金型１５とで構成される。
【００１４】
なお、上記の成形装置１０は、中空筒状体から成る複合樹脂製品を成形する場合、プリフォーム１４の外表面を剛体である金型１５に密着させて成形する外寸法を精度良く仕上げる外寸法基準とした実施形態であり、またプリフォーム１４の中空部を基準とする内寸法基準とする場合には、プリフォーム１４の中空部に嵌合する金属製，樹脂製等のマンドレル１６を使用するものである。
【００１５】
前記圧力媒体１３を構成する熱膨張体１２は、線膨張係数1.0 ×10-5°Ｃ-1以上のフッ素樹脂を使用し、また圧力媒体を構成する脱気用多孔質フィルター１１は、ポリテトラフルオロエチレン樹脂，焼結金属，グラファイトまたはセラミックスの何れかから選らばれた一つであるのが好ましく、空隙率が４０％〜１０％の範囲、好ましくは３５％〜１５％の範囲のものを使用する。
【００１６】
前記空隙率が４０％以上であると、樹脂のフローが大きく多孔質フィルターとして機能をはたさず、１０％以下であると低分子量物質等の除去が困難となるためである。
【００１７】
次に、この発明の複合樹脂製品を成形する成形方法について説明する。
図１は、複合樹脂製品を成形する成形方法の第１実施形態を示す分解斜視図を示しており、この第１実施形態は、複合樹脂製品の外寸法基準とした実施形態であり、先ず中空筒状に形成した織物、繊維を引き揃えた一方向材、すだれ一方向材等の補強繊維基材からなるプリフォーム１４が嵌合する金型１５を準備する。
【００１８】
そして、前記中空筒状に形成した補強繊維基材からなるプリフォーム１４の中空部１４ａ内に、上記のような構成から成る脱気用多孔質フィルター１１と熱膨張体１２とを一体的に組み合わせた圧力媒体１３を密着させた状態で挿入し、このプリフォーム１４を金型１５内に配置する。
【００１９】
その後、揮発分を含有する図示しない熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を前記金型１５内に注入してプリフォーム１４に含浸させ、その後、金型１５を密封した状態で、例えば図示しないオーブンに入れ、加熱することにより、不要な揮発分を前記脱気用多孔質フィルター１１を通して選択的に金型外に排出させながら、前記圧力媒体１３を膨張させてプリフォーム１４の外周面を金型１５の内面に圧着させると共に硬化させて中空円筒状の複合樹脂製品を製造するものである。
【００２０】
図２には、圧力媒体１３の構成を示している。脱気用多孔質フィルター１１と熱膨張体１２との構成は、図１の実施形態に限定されず、図示したように、熱膨張体１２の両端、若しくは片端に脱気用多孔質フィルター１１を配置した構成としても良い。
【００２１】
次に、図３〜図５は、この発明の成形方法の第２実施形態における分解説明図であり、この実施形態は、複合樹脂製品の内寸法基準とした実施形態であり、先ず、中空筒状に形成した圧力媒体１３が嵌合する金型１５と、プリフォーム１４の中空部１４ａ内に嵌合する金属製または樹脂製のマンドレル１６を準備する。
【００２２】
そして、中空筒状に形成した補強繊維基材からなるプリフォーム１４の中空部１４ａ内にマンドレル１６を挿入し、該プリフォーム１４の外周面に脱気用多孔質フィルター１１と熱膨張体１２とを一体的に組み合わせた筒状の圧力媒体１３を被嵌させ、このように構成したプリフォーム１４及び圧力媒体１３を金型１５内に配置した後、揮発分を含有する熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂をプリフォーム１４に含浸させ、その後、金型１５を密封した状態でオーブンに入れ、加熱することにより、不要な揮発分を前記脱気用多孔質フィルター１１を通して選択的に金型外に排出させながら、前記圧力媒体１３を膨張させてプリフォーム１４の内壁面をマンドレル１６の表面に圧着させると共に硬化させて中空筒状体から成る複合樹脂製品を成形する。
【００２３】
図４は、上記第２実施形態において、圧力媒体１３を構成する脱気用多孔質フィルター１１の端末部を熱膨張体１２よりも長く形成した場合である。
【００２４】
図６は、この発明の成形方法の第３実施形態における分解斜視図であり、この実施形態は、中空方形状の複合樹脂製品の外寸法基準とした実施形態であり、上記実施形態が、中空円筒状の複合樹脂製品の成形を対象としていたのに対して、この実施形態は、断面四角形状の複合樹脂製品を成形する場合である。
【００２５】
即ち、図６に示すように中空方形状に形成した補強繊維基材からなるプリフォーム１４Ａが嵌合する金型１５Ａを準備する。そして、プリフォーム１４Ａの中空部１４ａ内に、断面四角形状に形成した脱気用多孔質フィルター１１Ａと熱膨張体１２Ａとを一体的に組み合わせた圧力媒体１３Ａを密着させた状態で挿入し、このプリフォーム１４Ａを金型１５Ａ内に配置する。
【００２６】
その後、揮発分を含有する図示しない熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を前記金型１５Ａ内に注入してプリフォーム１４Ａに含浸させ、その後、金型１５Ａを密封した状態で図示しないオーブンに入れ、加熱することにより、不要な揮発分を前記脱気用多孔質フィルター１１を通して選択的に金型外に排出させながら、前記圧力媒体１３Ａを膨張させてプリフォーム１４Ａの外周面を金型１５Ａの内面に圧着させると共に硬化させて中空方形状の複合樹脂製品を製造するものである。
【００２７】
以上のような方法により、揮発分を含有する熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を用いて筒状部品等を成形する場合、脱気用多孔質フィルター１１と熱膨張体１２とを一体的に組み合わせた圧力媒体１３を使用し、該圧力媒体１３と内壁面が剛体である金型１５との間に筒状のプリフォーム１４（被成形体）を配設し、圧力媒体１３を膨張させてプリフォーム１４の外周面または内壁面を金型１５の内壁面またはマンドレルの表面に圧着させ、加熱硬化させることで、成形体の外面もしくは内面の寸法精度を高めることが出来るものである。
【００２８】
【発明の効果】
この発明は、上記のように構成したので、以下のような優れた効果を奏するものである。
▲１▼．成形時に外部圧力印加装置を必要とせず、大量生産が可能となり、従って低コスト化を図ることが出来る。
▲２▼．揮発成分を含有する樹脂を用いて、筒状部品等の成形が容易となる。
▲３▼．金型・圧力媒体の形状を設計することにより、複雑形状を有する材料の成形が可能となる。
▲４▼．寸法精度の安定した筒状製品を効率良く製造することが出来る。
▲５▼．装置全体の構成が簡単であるため、安価に製作出来ると共に、メンテナンスも容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施形態の成形方法を実施するための成形装置の分解構成図と、成形方法の説明図である。
【図２】第１実施形態において使用可能なプリフォームと、圧力媒体との斜視図である。
【図３】この発明の第２実施形態の成形方法を実施するための成形装置の分解構成図と、成形方法の説明図である。
【図４】第２実施形態において使用可能なマンドレルを挿入したプリフォームと、圧力媒体を構成する脱気用多孔質フィルターと熱膨張体との斜視図である。
【図５】第２実施形態において使用可能なマンドレルを挿入したプリフォームと、圧力媒体を構成する脱気用多孔質フィルターの斜視図である。
【図６】この発明の第３実施形態の成形方法を実施するための成形装置の分解構成図と、成形方法の説明図である。
【図７】従来の成形装置の断面図である。
【符号の説明】
１０  成形装置
１１  脱気用多孔質フィルター
１２  熱膨張体
１３  圧力媒体
１４  プリフォーム
１５  金型
１６  金属製マンドレル
１４ａ  プリフォームの中空部
【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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