(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１型と、該第１型を覆うフィルム状の第２型とからキャビティーを形成してなり、該キャビティー内に設置された繊維積層体に、減圧状態で樹脂を含浸させてなる繊維強化樹脂構造体の製造装置であって、
前記第２型側に配設され、前記繊維積層体に含浸させる樹脂量を増加させる網目状の樹脂フローメディアと、
前記樹脂フローメディアの第１型側又は第２型側のいずれか一方又は両方に配設されてなり、主樹脂供給部から注入される流動樹脂のフローフロントの進行を抑制する樹脂流れ抑制部材とを有することを特徴とする繊維強化樹脂構造体の製造装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記樹脂流れ抑制部材が、
主樹脂供給部の次に樹脂を注入する副樹脂供給部の注入口近傍であって、前記主樹脂供給部から樹脂フローメディアを介して流れる樹脂のフローフロントを抑制する側に配設してなることを特徴とする繊維強化樹脂構造体の製造装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記樹脂抑制部材が、軟質材、スポンジ又は真空引きの際に大気圧でつぶれて樹脂フローメディアの網目を閉塞する部材のいずれかであることを特徴とする繊維強化樹脂構造体の製造装置。
【請求項４】
樹脂流れ抑制部材を樹脂フローメディアの所定位置に配して、樹脂フローメディア側の樹脂進行が速い樹脂のフローフロントの流れを抑制しつつ繊維積層体に樹脂を含浸することを特徴とする繊維強化樹脂構造体の製造方法。
【請求項５】
樹脂流量を増加させる樹脂フローメディアの所定位置に配した樹脂流れ抑制部材により、主樹脂供給部から供給された樹脂の樹脂フローメディア側の進行が速いフローフロントの流れを抑制し、主樹脂供給部からの樹脂流れを抑制した後に、副樹脂供給部から樹脂を続けて供給して繊維積層体に樹脂を均一に含浸することを特徴とする繊維強化樹脂構造体の製造方法。
【請求項６】
請求項４又は５において、
前記樹脂抑制部材が、軟質材、スポンジ又は真空引きの際に、大気圧でつぶれて樹脂フローメディアの網目を閉塞する部材のいずれかであることを特徴とする繊維強化樹脂構造体の製造方法。
【請求項７】
請求項４乃至６のいずれか一つにおいて、
繊維強化構造体が大型構造物であることを特徴とする繊維強化樹脂構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機の機体、船舶、鉄道車両、風車の翼のような大型の構造物に適用することができる繊維強化樹脂構造体の製造装置及び製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維強化樹脂（ＦＲＰ）の用途は、多方面に拡がっている。カーボン繊維ロッドは、釣り竿、ゴルフパターに有用に用いられている。多層化繊維強化樹脂は、ボート、ヨットのような船体構造に有用に用いられている。このように軽量で、かつ高強度の特性から、近年では航空機の機体、風車の翼のような大型の構造物に対する繊維強化樹脂の利用が望まれる。
【０００３】
この種の繊維強化構造体の強度の保証又はその物性の安定のためには、繊維強化樹脂の中に泡、空洞が製造プロセスで、入り込まないことが重要である。成形型の中に敷かれている繊維積層体に流動性樹脂を流し込んでその繊維層に流動性樹脂を含浸させる工法では、樹脂層の中に空洞が生じることがある。この空洞を層中に生じさせない技術として、真空成形方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
上記特許文献１によると、型の内面と真空フィルムで閉じられるモールドキャビティーの中は一方側で真空引きが行われ他方側から流動性樹脂が注入され、キャビティーの中で空気は流動性樹脂により置換され、泡、空洞が少ない繊維強化樹脂構造体が製造される技術が記載されている。
【０００４】
この技術によると、流動性がある樹脂が繊維層に空間的に均一に分散して配分されるように、真空成形技術が改良される必要がある。そのような改良技術として、例えば、特許文献２、特許文献３が知られている。
これらの公知技術の共通点は、図７に抽象化されて概念的に示されるように、型１０１と真空フィルム１０２との間に形成されるキャビティーに格子状穴を持つ構造特にナイロンネット等の樹脂フローメディア１０３を樹脂積層体１０６の表面側に敷き、図８に示されるように、樹脂注入用ホース１０４に開けた多くの穴から流動性樹脂１０５を注入し、キャビティーの端部から真空引き１０７を行い、樹脂フローメディア１０３の格子状網目を透過させて樹脂を基層の繊維積層体１０６に含浸させることである。ここで、前記樹脂フローメディア１０３は、流動性樹脂の２次元の拡散均一性を与えるために用いられている。
【０００５】
この技術によると、板厚が厚いＦＲＰ製品を製造する場合には、流動速度が均一になり難く、図８に示されるように、流動性樹脂が均一に流れず、樹脂が繊維積層体に含浸されない未含浸部位１０８が発生しやすく、含浸欠陥が生じやすい。
【０００６】
このように、注入される樹脂の流動性と拡散性とを同時的に改善することにより含浸欠陥の発生を抑制することが求められる。その結果、樹脂注入速度を速くすることにより製造サイクルを短縮することが望まれる。
【０００７】
【特許文献１】特開昭６０−８３８２６号公報
【特許文献２】米国特許第４９０２２１５号明細書
【特許文献３】米国特許第５９０４９７２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、樹脂フローメディア１０３を用いている場合には、その注入される樹脂の流動性が樹脂フローメディア１０３の近傍側と型１０１面側とでその拡散性に差異が生じており、この差異を改善することにより含浸欠陥の発生を抑制することが切望されている。特に板厚が厚い又は長尺の大型構造体の製造に際しては、未含浸部の発生が多いことから、未含浸部の発生がないことが求められている。
【０００９】
本発明は、前記問題に鑑み、含浸欠陥の発生を解消することができる繊維強化樹脂構造体の製造装置及びその製造方法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】
【００１０】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、第１型と、該第１型を覆うフィルム状の第２型とからキャビティーを形成してなり、該キャビティー内に設置された繊維積層体に、減圧状態で樹脂を含浸させてなる繊維強化樹脂構造体の製造装置であって、前記第２型側に配設され、前記繊維積層体に含浸させる樹脂量を増加させる網目状の樹脂フローメディアと、前記樹脂フローメディアの第１型側又は第２型側のいずれか一方又は両方に配設されてなり、主樹脂供給部から注入される流動樹脂のフローフロントの進行を抑制する樹脂流れ抑制部材とを有することを特徴とする繊維強化樹脂構造体の製造装置にある。
【００１１】
第２の発明は、第１の発明において、前記樹脂流れ抑制部材が、主樹脂供給部の次に樹脂を注入する副樹脂供給部の注入口近傍であって、前記主樹脂供給部から樹脂フローメディアを介して流れる樹脂のフローフロントを抑制する側に配設してなることを特徴とする繊維強化樹脂構造体の製造装置にある。
【００１２】
第３の発明は、第１又は２の発明において、前記樹脂抑制部材が、軟質材、スポンジ又は真空引きの際に大気圧でつぶれて樹脂フローメディアの網目を閉塞する部材のいずれかであることを特徴とする繊維強化樹脂構造体の製造装置にある。
【００１３】
第４の発明は、樹脂流れ抑制部材を樹脂フローメディアの所定位置に配して、樹脂フローメディア側の樹脂進行が速い樹脂のフローフロントの流れを抑制しつつ繊維積層体に樹脂を含浸することを特徴とする繊維強化樹脂構造体の製造方法にある。
【００１４】
第５の発明は、樹脂流量を増加させる樹脂フローメディアの所定位置に配した樹脂流れ抑制部材により、主樹脂供給部から供給された樹脂の樹脂フローメディア側の進行が速いフローフロントの流れを抑制し、主樹脂供給部からの樹脂流れを抑制した後に、副樹脂供給部から樹脂を続けて供給して繊維積層体に樹脂を均一に含浸することを特徴とする繊維強化樹脂構造体の製造方法にある。
【００１５】
第６の発明は、第４又は５の発明において、前記樹脂抑制部材が、軟質材、スポンジ又は真空引きの際に、大気圧でつぶれて樹脂フローメディアの網目を閉塞する部材のいずれかであることを特徴とする繊維強化樹脂構造体の製造方法にある。
【００１６】
第７の発明は、第４乃至６のいずれか一つの発明において、繊維強化構造体が大型構造物であることを特徴とする繊維強化樹脂構造体の製造方法にある。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、樹脂の流動性を増幅する樹脂フローメディアの所定位置に配した脂流れ抑制部材により、樹脂進行が速いフローフロントの流れを抑制でき、繊維積層体に樹脂を均一に含浸することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例】
【００１９】
本発明による実施例に係る繊維強化樹脂構造体の製造装置について、図面を参照して説明する。
図１−１、図１−２は、実施例に係る繊維強化樹脂構造体の製造装置を示す概念図である。
図１−１に示すように、本実施例に係る繊維強化樹脂構造体の製造装置の実施の形態は、真空用シートが不変形成形型とともに用いられる。
図１−１に示すように、繊維強化樹脂構造体の製造装置１０−１は、第１型１１と、該第１型１１を覆うフィルム状の第２型１２とからキャビティーを形成してなり、該キャビティー内に設置された繊維積層体１５に、減圧状態で樹脂１６を含浸させてなる繊維強化樹脂構造体の製造装置であって、前記第２型１２側に配設され、前記繊維積層体１５に含浸させる樹脂１６の流量を増加させる網目状の樹脂フローメディア２２と、前記樹脂フローメディア２２の第１型１１側に配設されてなり、主樹脂供給部（第１の樹脂供給部）１４−１から注入される流動樹脂のフローフロントの進行を抑制する樹脂流れ抑制部材２１とを有するものである。
【００２０】
ここで、本実施例では、第１型１１と、該第１型１１を覆う変形成形型１２とからキャビティーを形成してなり、該キャビティー内は図示しない真空ポンプにより減圧されている。なお、１３は気密保持用のシール帯を図示する。
【００２１】
第２型１２は、例えば透明樹脂フィルムまたは透明樹脂シート等の真空用シートで形成され、それぞれの面の法線の方向に変形自在で、透明又は半透明である。また、前記第２型１２は、光透過性であり、作業員は、樹脂の拡散の状況を見ながら、注入位置、注入圧力を制御して、その拡散の均一性を調整することができる。
【００２２】
本実施例では、第２型１２に、図１−１に示されるように、複数の樹脂注入口である第１〜第３の樹脂供給部１４−１〜１４−３が配置されている。
本実施例では第１の樹脂供給部１４−１を主樹脂供給部とし、第２及び第３樹脂供給部１４−２、１４−３を主樹脂供給部に続いて樹脂を供給する副樹脂供給部としている。
ここで、前記樹脂供給部１４−１〜１４−３は、例えば長尺大型構造体の成形ではその長手方向に沿って当該供給管が配設されており、所定間隔をもって樹脂注入口が形成されている。また、副樹脂供給部は大型構造体の製造に合わせて２以上設けるようにしてもよい。
【００２３】
また、樹脂１６の供給の際には、図示しない真空ポンプにより減圧され、第２型（真空シート）１２と第１〜第３の樹脂供給部１４−１〜１４−３は密着していて、前記第２型１２と第１〜第３の樹脂供給部１４―１〜１４−３との間で空気漏れはない。なお、図１では、減圧前の状態を模式的に示しており、実際は減圧された後に樹脂が供給されることとなる。
また、図中、符号１５は繊維積層体であり、ここに樹脂１６が含浸されることとなる。
【００２４】
本実施の形態では、第２の樹脂供給部１４−２、第３の樹脂供給部１４−３の樹脂流入手前側に樹脂流れ抑制部材２１が樹脂フローメディア２２の下側（第１型１１側）に配設されている。
ここで、図１−１は断面図であり、前述したように樹脂供給部が長手方向に設けられている場合には、前記樹脂流れ抑制部材２１もその長手方向に沿って設けられている。
なお、前記樹脂流れ抑制部材２１は図示しない剥離シートと樹脂フローメディア２２との間に配設されるようにしており、成形後は剥離シートを剥離することで、樹脂フローメディア２２と共に分離するようにしている。
【００２５】
前記樹脂フローメディア２２は、流動性樹脂の流動性を増幅するもので、例えば、網、あるいは連続した空隙を有するシートなどが用いられる。この樹脂フローメディア２２は、樹脂積層体１５の上面の全域あるいは一部を覆うように配置されている。
【００２６】
前記繊維積層体１５は、複数層の繊維層と複数層の発泡樹脂層とが複合して多層化した積層構造を有している。繊維層の繊維としては、例えばガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、炭素繊維チューブが用いられる。上記繊維層は、通常は多層化されより強化される。繊維層は、格子状に繊維群が延びマトリックス状に織られているマトリックス繊維から形成される。曲げ剛性が必要な部材は、２つの繊維層の間にサンドイッチ発泡体が介設されることが好ましい。
【００２７】
上記繊維積層体１５の上面に配された樹脂フローメディア２２の第１型１１側に樹脂流れ抑制部材２１を設けることにより、主樹脂供給部から流入された樹脂流れが形成する樹脂フローフロントの内、樹脂フローメディア２２側の樹脂進行が速いフローフロントの流れを抑制する。これにより、主樹脂供給部からの樹脂流れを樹脂フローフロント側と基部側とで一致させることができる。その後、副樹脂供給部（第２樹脂供給部又は第３樹脂供給部）から樹脂を注入することで、樹脂が繊維積層体１５に含浸されない未含浸部位の発生がなくなり、その結果従来のような含浸欠陥が解消される。
【００２８】
前記樹脂流れ抑制部材２１の材質は、例えば軟質材、スポンジ状のテープ、真空引きの際に、大気圧でつぶれて樹脂フローメディア２２の網目と第２型で出来るキャビティーをつぶすようなものでなければ何れのものでも良い。
【００２９】
なお、図１−１の繊維強化樹脂構造体の製造装置１０−１では、樹脂流れ抑制部材２１が樹脂フローメディア２２の下側（第１型１１側）に配設されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、図１−２の繊維強化樹脂構造体の製造装置１０−２に示すように、樹脂流れ抑制部材２１が樹脂フローメディア２２の上側（第２型１２側）に配設するようにしてもよい。また、第１型１１と第２型１２との両方に樹脂流れ抑制部材２１を設けるようにしてもよい。なお、樹脂流れ抑制部材２１の配置は、いずれの配置でも好ましいが、特に好ましくは、第１型１１側に配設するのが良い。
【００３０】
次に、キャビティー内に流動性樹脂を未含浸領域がないように注入する注入工程について図２（工程１）〜図６（工程５）を用いて説明する。
主樹脂供給部である第１の樹脂供給部１４−１から樹脂１６を、樹脂通路に供給し、樹脂フローメディア２２に含浸させる。そして、樹脂フローメディア２２に含浸した樹脂１６は、繊維積層体１５に含浸する。
【００３１】
先ず、図２において、第１の樹脂供給部１４−１の供給口に供給された樹脂１６は、キャビティー内の負圧によって均等に樹脂フローメディア２２側に供給される。
【００３２】
上記のようにキャビティーは減圧状態であり、流動性樹脂１６は大気圧を受けて円滑にキヤビティーに浸入する。そして、流動性樹脂の複流は、拡散し且つ混ざり合い、更に、繊維積層体１５に染み込むように深層まで浸透する。
【００３３】
その浸透の際、流入された樹脂１６は樹脂フローメディア２２に案内されて、その樹脂１６の流動性の増幅作用により、前記樹脂フローフロント１６ａは、前記樹脂フローメディア２２側に近いほうの進行が促進されることとなる。
【００３４】
その後、図２の工程１に示すように、樹脂流れ抑制部材２１のあるところまで樹脂フローフロント１６ａが進行すると、当該樹脂流れ抑制部材２１の樹脂流れ抑制作用により、図３〜５の工程２〜４に順次示すように、その抑制作用により樹脂のフローフロント１６ａが徐々に正立状態となる。
【００３５】
そして、副樹脂供給部である第２の樹脂供給部１４−２の入り口近傍では、図６の工程５に示すようにフローフロント１６ａが一様に通過することとなるので、その際に樹脂１６を第２の樹脂供給部１４−２から供給することにより、樹脂の未含浸部の発生を解消させている。なお、副樹脂供給部である第２の樹脂供給部１４−２と第３の樹脂供給部１４−３からの樹脂の注入時期は、そのときの樹脂流れの状態によっていずれが前後するかは異なる。
【００３６】
このように形成された繊維強化樹脂は、第２型（真空用シート）１２を介して大気圧に押されながら、室温又は、積極的加熱環境で硬化して、硬い繊維強化樹脂構造体に変容する。繊維強化樹脂構造体が製造された後、前記第２型（真空用シート）１２を外して、第１〜第３の樹脂供給部１４−１〜１４−３、樹脂流れ抑制部材２１及び樹脂フローメディア２２を外して、繊維強化樹脂構造体を第１型１１から取り出す。
【００３７】
なお、上記実施の形態では、樹脂フローメディア２２を繊維強化樹脂構造体製造後に、取り除いたが、繊維層と同質のガラス繊維あるいはカーボン繊維マット（フエルト）で成形することにより、繊維強化樹脂構造体の製造後に樹脂フローメディア２２を取り除く必要がなくなる。この場合、樹脂フローメディア２２は繊維強化樹脂構造体と完全に一体化し、補強材の一部を構成することとなる。
これによって、製造工数が削減され、作業能率の向上を図ることができる。
【００３８】
この樹脂フローメディア２２は、樹脂の通路確保のためには、空隙率が大きく厚いほうが望ましいが、厚すぎると繊維強化樹脂自体の材料物性を低下させる可能性があるため、目的に応じて材質を選定すればよい。
【００３９】
また、実施例によると、繊維強化樹脂構造体の製造時に繊維積層体１５の表面に樹脂フローメディア２２を配置すると共に、主樹脂供給部である第１の樹脂供給部１４−１から供給された樹脂流れ方向に配設された次の樹脂供給部１４−２、１４−３の樹脂流入手前側に樹脂流れ抑制部材２１が前記樹脂フローメディア２２の網目をつぶすように配設されているので、流入された流動性樹脂のフローフロント１６ａの流動を抑制することができ、流動性樹脂が樹脂積層体内に均一に含浸し、その結果未含浸欠陥のない繊維強化樹脂構造体を製造することができる。
【００４０】
本発明の注入工程では、主樹脂供給部から供給された樹脂の拡散状況を監視し、副樹脂供給部の開閉度を制御して、未含浸部位がない状態で全体的に流れ量を均一化することができる。その制御は、作業員が透明シート１の外側から流れ状況を見ながら判断することが望ましい。
【００４１】
さらに、本実施例のＦＲＰ構造体は、平板として記述されているが、樹脂成形技術特にインサート射出成形技術の一般的特徴として、多様に複合化される内外曲面を持つ複雑な大型形状のＦＲＰ構造体の成形が可能である。そのようなＦＲＰ成形方法は、硬さと弾性(柔軟性)が同時に要求されるボート、ヨット、船舶、車体、航空機機体、船舶回転翼、風車翼のような曲面形成構造体のために有益に利用され得る。
【００４２】
［試験例］
先ず、繊維積層体１５としては、ガラス繊維（４００×５００×１．２４（ｍｍ）×２３層）：含浸係数１．１６×１０-11（ｍ2）を用いた。
また、樹脂１６としては、ポリエステル樹脂（粘度：１６０ｍＰａｓ、ゲル化タイム：２００ｍｉｎ）を用いた。
また、樹脂フローメディア２２としてはナイロン製魚網（４００×５００ｍｍ、含浸係数１．１６×１０-11（ｍ2））を用いた。
また、樹脂流れ抑制部材２１としては、スポンジゴム（８０×５×４００（ｍｍ））を用いた。
【００４３】
樹脂１６を図１に示すようなキャビティー内に圧力差０．１ＭＰａで注入し、積層体に含浸させた。その際、主樹脂供給部から注入した樹脂は樹脂流れ抑制部材２１によりそのフローフロントの流れが抑制され、副樹脂供給部である第２の樹脂供給部を均一な流れで通過した。その後、第２の樹脂供給部１４−２から樹脂を注入することで、未含浸部がない繊維強化樹脂構造体を得ることができた。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
以上のように、本発明によれば、含浸欠陥の発生を解消することができる例えば航空機の機体、船舶、鉄道車両、風車の翼のような大型の構造物等の大型の繊維強化樹脂構造体の製造に用いて適している。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１−１】本発明の実施例に係る繊維強化樹脂構造体の製造装置の概略図である。
【図１−２】本発明の他の実施例に係る繊維強化樹脂構造体の製造装置の概略図である。
【図２】実施例に係る繊維強化樹脂構造体の製造工程の工程１の模式図である。
【図３】実施例に係る繊維強化樹脂構造体の製造工程の工程２の模式図である。
【図４】実施例に係る繊維強化樹脂構造体の製造工程の工程３の模式図である。
【図５】実施例に係る繊維強化樹脂構造体の製造工程の工程４の模式図である。
【図６】実施例に係る繊維強化樹脂構造体の製造工程の工程５の模式図である。
【図７】従来技術の繊維強化樹脂構造体の製造装置の概念図である。
【図８】図７の平面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０−１、１０−２  繊維強化樹脂構造体の製造装置
１１  第１型
１２  変形成形用の第２型
１３  減圧用のシール帯
１４−１〜１４−３  第１〜第３の樹脂供給部
１５  繊維積層体
１６  樹脂
【図１−１】
0005010528.tif 000002
【図１−２】
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【図２】
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【図３】
0005010528.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
0005010528.tif 000008
【図７】
0005010528.tif 000009
【図８】
0005010528.tif 000010