(57)【要約】【課題】成形型の構造を大幅に簡素化してその加工費用を低減でき、かつ、アンダーカット形状を有するＦＲＰ成形品であっても効率よく迅速に成形可能なＲＴＭ成形方法を提供する。【解決手段】互いに対向配置される第１、第２の型を含む複数の型からなる成形型のキャビティ部に強化繊維基材を配置し、型締めした後、樹脂を注入してＦＲＰ成形品を成形するに際し、第１の型と第２の型との間に、成形品の形状に沿う形状に予め形成された中間部材を設け、中間部材と第２の型との間に加圧媒体を充填し、中間部材と第１の型との間に強化繊維基材を配置して樹脂を注入することを特徴とするＲＴＭ成形方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向配置される第１、第２の型を含む複数の型からなる成形型のキャビティ部に強化繊維基材を配置し、型締めした後、樹脂を注入してＦＲＰ成形品を成形するＲＴＭ成形方法であって、第１の型と第２の型との間に、成形品の形状に沿う形状に予め形成された中間部材を設け、該中間部材と第２の型との間に加圧媒体を充填し、前記中間部材と第１の型との間に強化繊維基材を配置して樹脂を注入することを特徴とするＲＴＭ成形方法。
【請求項２】
前記第１、第２の型の少なくとも１つが、型開き方向に対し、少なくとも１つのアンダーカット部を有している、請求項１に記載のＲＴＭ成形方法。
【請求項３】
前記中間部材と第２の型との間で、充填される加圧媒体をシールする、請求項１または２に記載のＲＴＭ成形方法。
【請求項４】
前記加圧媒体により前記中間部材を０．０５〜１ＭＰａの圧力で加圧する、請求項１〜３のいずれかに記載のＲＴＭ成形方法。
【請求項５】
前記中間部材の厚みが０．１〜５ｍｍの範囲内にある、請求項１〜４のいずれかに記載のＲＴＭ成形方法。
【請求項６】
前記中間部材の少なくとも片面に、溝が形成されている、請求項１〜５のいずれかに記載のＲＴＭ成形方法。
【請求項７】
前記アンダーカット部に対して割子を設ける、請求項２〜６のいずれかに記載のＲＴＭ成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＦＲＰ（繊維強化樹脂）成形品のＲＴＭ（Resin Transfer Molding）成形方法に関し、とくに、成形型にアンダーカット部を設ける必要がある場合に好適なＲＴＭ成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の型からなる成形型のキャビティ内に強化繊維基材を配置し、型締めした後、樹脂を注入してＦＲＰ成形品を成形するＲＴＭ成形方法が知られている（例えば、特許文献１）。このようなＲＴＭ成形方法において、成形型が例えば下型と上型からなる両面型の場合、成形すべきＦＲＰ成形品にアンダーカット形状が存在すると、そのアンダーカット形状への成形は通常困難である。つまり、成形型にもアンダーカット部を設ける必要があるが、アンダーカット部があると、そのままでは型が閉まらない。そこで、このような場合、両面型のいずれかの部分を割型にし（例えば、複数の置き子（スライドコア）を設けた構造とし）、アンダーカット部が存在する場合にあっても、型締めを可能とし、かつ、成形後の成形品の脱型も可能としている。
【０００３】
例えば図３に示すように、下型１０１のキャビティ部１０２に、強化繊維基材が予め所定形状に賦形されたプリフォーム１０３を配置するに際し、割型１０４を少なくとも一つ、場合によっては複数設け、アンダーカット部１０５を有する上型１０６を仮閉じした後、割型１０４をスライドさせて所定のキャビティ形状を形成し、その状態で正規に型締めして樹脂の注入を開始する。
【０００４】
しかし、このような方法では、成形型に少なくとも一つのスライド可能な割型１０４を設け、それをスライドコア化する必要があるので、型が複雑になり、その加工費用も高くなる。また、とくに複数の割型１０４を設ける場合には、成形型のキャビティのシールが難しくなり、たとえシールできてもシール構造が複雑になるという問題もある。
【０００５】
このような両面型を使用する場合の問題に対し、片面型を使用し、その片面型のキャビティ内に強化繊維基材のプリフォームを配置し、上型を用いることなく、全体をバッグ材で覆ってその内部を減圧し、減圧された内部に樹脂を注入する方法が知られている（例えば、特許文献２）。この方法では、図３に示したようなアンダーカット部を有する上型が不要となるため、型構造全体としては簡素化が可能になるが、真空圧を利用して樹脂注入を行うものに適用が限られ、樹脂の加圧注入ができないため、成形サイクルのタクトタイムが長くなるという、成形品の製造効率の問題を抱えることになる。
【特許文献１】ＷＯ２００５／０７７６３２号公報
【特許文献２】米国特許第５０５２９０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで本発明の課題は、上記のような現状に鑑み、とくにアンダーカット形状を有するＦＲＰ成形品を成形する際の成形型の構造を大幅に簡素化してその加工費用を低減でき、かつ、型締めの際のシールも簡単な構造で容易に行うことができ、アンダーカット形状を有するＦＲＰ成形品であっても効率よくしかも迅速に成形可能なＲＴＭ成形方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係るＲＴＭ成形方法は、互いに対向配置される第１、第２の型を含む複数の型からなる成形型のキャビティ部に強化繊維基材を配置し、型締めした後、樹脂を注入してＦＲＰ成形品を成形するＲＴＭ成形方法であって、第１の型と第２の型との間に、成形品の形状に沿う形状に予め形成された中間部材を設け、該中間部材と第２の型との間に加圧媒体を充填し、前記中間部材と第１の型との間に強化繊維基材を配置して樹脂を注入することを特徴とする方法からなる。
【０００８】
上記第１の型としては、例えば下型からなり、第２の型は、例えば上型からなる。また、上記中間部材は、例えば、比較的薄肉の板状部材から構成でき、素材としては、ＦＲＰの成形時の温度に耐え得るものであればよく、プラスチックの成形板（例えば、熱賦形された板状体）や金属板の使用が可能である。中間部材は、成形毎の使い捨てとしてもよく、所定回数の成形に繰り返し使用とすることも可能である。さらに、加圧媒体としては、空気等の気体、温水や油等の液体の使用が可能であり、さらには、ある程度の粘性を有する液状流体の使用も可能である。
【０００９】
このようなＲＴＭ成形方法においては、第１の型と第２の型との間に設けられる成形品の形状に沿う形状に予め形成された中間部材が、該中間部材と第２の型との間に充填される加圧媒体によって第１の型側に押圧されるので、従来構造における、成形品の形状に沿う内面形状を有する上型と同等の機能を発揮できる。したがって、本発明に係る第２の型には、従来構造における上型のような機能は要求されず、型締め後には、単に充填された加圧媒体を所定の圧力の封入状態に保つだけの機能を満足すればよいことになり、第２の型の構造の大幅な簡素化が可能になる。とくに、ＦＲＰ成形品にアンダーカット形状が要求される場合にも、第２の型をアンダーカット部を有する複雑な構造にする必要は無くなり、第２の型としてはごく簡単な構造でよくなり、単に、中間部材を成形品の形状に沿う形状に形成しておけばよくなる。中間部材と第１の型との間には強化繊維基材が配置され、そこに樹脂が注入されてＦＲＰ成形品が成形されるが、中間部材は成形品の形状に沿う形状に予め形成されており、第１の型は成形品の形状に沿う形状のキャビティ部を有するから、中間部材と第１の型との間には、前述した従来構造における下型と上型との間に形成されるキャビティと同等のキャビティが形成される。このキャビティにおいては、第１の型側の面は第１の型自体の剛性により剛体面に保たれ、中間部材側については、中間部材と第２の型との間に充填された加圧媒体によって、中間部材と第１の型との間に樹脂が注入されるときにも、該注入樹脂圧に対抗する加圧媒体の押圧力により、中間部材は所定形状のままに保たれる。つまり、注入樹脂の圧力と加圧媒体の押圧力とが実質的に釣り合って、中間部材は予め形成されている所定の形状に保たれる。その結果、ＦＲＰ成形品は、簡素化された型構造でありながら、両面ともに所定の形状に成形されることになる。この成形は、樹脂を加圧注入する場合にも可能であるから、キャビティ内を減圧しその真空圧を利用して樹脂注入を行う場合に比べ、成形サイクルのタクトタイムの大幅な短縮が可能になる。
【００１０】
このような本発明に係るＲＴＭ成形方法では、上記第１、第２の型の少なくとも１つが、型開き方向に対し、少なくとも１つのアンダーカット部を有している形態とすることが可能であり、この方法は、ＦＲＰ成形品にアンダーカット形状が要求される場合にとくに有効な方法である。
【００１１】
また、中間部材と第２の型との間に充填される加圧媒体は、これら中間部材と第２の型との間でシールされればよい。例えば、中間部材と第２の型との間に、中間部材の外周に沿って延びるシール材を配置し、該シール材でこの部分をシールすればよい。中間部材の存在により第２の型の構造は大幅に簡素化できるので、この間における型締めの際のシールのための構造も大幅に簡素化される。
【００１２】
加圧媒体の圧力としては、例えば０．０５〜１ＭＰａの圧力に設定できる。すなわち、樹脂注入圧力とのバランスを考慮すればよいので、この程度の圧力でよい。ただし、より低圧やより高圧の樹脂注入圧力とする場合には、加圧媒体の圧力も上記範囲に限定されるものではない。また、樹脂を注入する時、加圧媒体の圧力を樹脂注入圧力よりも低くし、樹脂が型内を満たした後で、加圧媒体の圧力を樹脂圧力よりも上げることにより、成形時間を短縮してもよい。
【００１３】
また、中間部材の厚みとしては、０．１〜５ｍｍの範囲内にあることが好ましい。中間部材の各面に加わる加圧媒体の圧力と注入樹脂の圧力とは、上述の如く実質的にバランスされるから、中間部材自体に大きな剛性は要求されず、適当な厚みの板状部材に形成しておけばよい。実際の厚みとしては、上記範囲内で、成形品の面積や各面の溝の有無、加圧媒体の圧力や樹脂注入圧力等を勘案して、適宜設定すればよい。
【００１４】
また、中間部材の少なくとも片面に、溝が形成されている構造を採用することもできる。とくに中間部材の第１の型側の面に溝が形成されていると、その溝が樹脂流路として機能できるので、注入樹脂の良好な拡散、強化繊維基材への均一で良好な含浸を助長できるようになる。中間部材の第２の型側の面に溝が形成されていると、その溝は、例えば、加圧媒体が液体等である場合のより均一な分散を促すことが可能である。
【００１５】
上述の如く、本発明に係るＲＴＭ成形方法は、とくにＦＲＰ成形品にアンダーカット形状が要求される場合に有効な方法であるが、必要に応じて、型のアンダーカット部に対して割子を設けることもできる。割子を設けておけば、成形品の型からの脱型が容易になる。
【発明の効果】
【００１６】
このように、本発明に係るＲＴＭ成形方法によれば、とくにアンダーカット形状を有するＦＲＰ成形品を成形する際の成形型の構造を大幅に簡素化でき、その加工費用を大幅に低減できる。また、型締めの際のシール構造も大幅に簡素化できる。したがって、簡単な構造の成形型を用いて所望のＦＲＰ成形品、とくにアンダーカット形状を有するＦＲＰ成形品を容易に効率よく成形できるようになる。さらに、基本的に樹脂を加圧注入できるので、適切な注入条件を採用することにより、成形サイクルのタクトタイムの大幅な短縮が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係るＲＴＭ成形方法の実施の様子を示している。図１において、１は、本発明における互いに対向配置される第１の型としての下型を、２は、第２の型としての上型を、それぞれ示している。図１には成形型を構成する複数の型として第１の型１と第２の型２のみを示しているが、本発明においては３個以上の型で成形型を構成することも可能である。第１の型１と第２の型２との間には、ＦＲＰ成形品の形状に沿う形状に予め形成された、例えば厚みが０．１〜５ｍｍの板状部材からなる中間部材３が配置される。この中間部材３と第２の型２との間の空間内に、例えば空気や温水等の加圧媒体４が、例えば０．０５〜１ＭＰａの圧力にて充填される。充填される加圧媒体４は、中間部材３と第２の型２との間に配置されたシール材５によってシールされ、充填された加圧媒体４の圧力は上記所望の圧力に保たれる。一方、中間部材３と第１の型１との間には、強化繊維基材のプリフォーム６が配置され、該プリフォーム６は、第１の型１のキャビティ部７内に配置される。加圧媒体４が中間部材３と第２の型２との間に充填された状態で、あるいは充填とともに、第１の型１のキャビティ部７内に、つまり中間部材３と第１の型１との間に、ＦＲＰのマトリックスとなる樹脂８が加圧注入される。注入された樹脂８は、中間部材３と第１の型１との間を拡散されるとともにプリフォーム６として形成された強化繊維基材内に含浸され、注入樹脂が硬化されて所定のＦＲＰ成形品が成形される。
【００１８】
図示例では、成形されるべきＦＲＰ成形品は、一つのアンダーカット形状部分を有しており、それに対応する中間部材３部分も、アンダーカット部９に形成され、さらに、それに対応する下型１部分にもアンダーカット形状部分が形成されている。本実施態様は、下型１がこのようなアンダーカット形状部分を有していてもＦＲＰ成形品を下型１から脱型可能な場合（図の斜め左上方に脱型可能な場合）を示しており、下型１のアンダーカット形状部分は下型１自体の一部として構成されている態様を示したものである。
【００１９】
ＦＲＰ成形品の成形においては、成形品の一面形状に予め形成された中間部材３がその片面側から、充填された加圧媒体４によって第１の型１側に押圧され、中間部材３の他面側、つまり、中間部材３と第１の型１との間に配置されている強化繊維基材のプリフォーム６に対しては、樹脂８が加圧注入され、この部分の第１の型１のキャビティ部７内に充満されて強化繊維基材中に含浸される。中間部材３と第２の型２との間に充填された加圧媒体４による中間部材３に対する図１の下方への押圧力と、中間部材３と第１の型１との間に注入され充満された樹脂８の圧力とが、実質的にバランスされ、介在された中間部材３は、元の予め形成された形状に保たれる。第２の型２にアンダーカット部を形成したり、それに相当する割型を設けたりすることなく、単に薄板部材からなる中間部材３をアンダーカット部を備えて形状に形成しておくだけで、アンダーカット形状部分を有する所望のＦＲＰ成形品の成形が可能になり、成形型の構造、とくに第２の型２の構造が大幅に簡素化され、型加工費用が大幅に低減される。また、脱型時には、第２の型２は単に上方に型開きするだけでよく、脱型後に、あるいは脱型とともに、ＦＲＰ成形品から中間部材３を除去すればよいから、脱型も極めて簡単になり、効率のよい成形が可能になる。
【００２０】
また、中間部材３を所定形状に保つために充填される加圧媒体４による押圧力と、注入樹脂８の圧力とをバランスさせる形態とされているので、樹脂８は基本的に加圧注入できる。加圧注入の場合には、減圧注入に比べて、実質的に任意の注入速度に設定でき、注入時間を容易に所望の時間に制御できるから、成形サイクルのタクトタイムの大幅な短縮が可能になる。
【００２１】
図２は、本発明の別の実施態様に係るＲＴＭ成形方法の実施の様子を示している。本実施態様は、図１に示した実施態様の形態のままでは第１の型１からのＦＲＰ成形品の脱型が困難になる場合を想定したもので、図１に示した形態に比べ、第１の型１のアンダーカット部に対して、例えばスライド可能な割子１１を設けたものである。その他の構成は、実質的に図１に示した形態に準じるので、図１に付したのと同じ符号を付すことにより説明を省略する。
【００２２】
本実施態様においては、上記のように必要に応じてスライド可能な割子１１を設けることにより、脱型が困難なアンダーカット部を有する成形品の成形の場合にあっても、容易に脱型できるようになる。ただしこの場合にも、第２の型２の構造が大幅に簡素化され、型加工費用が大幅に低減され、第２の型２の型開きが極めて簡単に行われ得ることに変わりはない。また、樹脂８の加圧注入により、成形サイクルのタクトタイムの大幅な短縮が可能である。
【００２３】
なお、本発明においてＦＲＰ（繊維強化樹脂）とは、強化繊維により強化された樹脂を指し、強化繊維としては、炭素繊維の他、例えば、ガラス繊維等の無機繊維や、ケブラー繊維、ポリエチレン繊維、ポリアミド繊維などの有機繊維からなる強化繊維を使用することも可能である。成形品の剛性等の制御の容易性の面からは、とくに炭素繊維が好ましい。ＦＲＰのマトリックス樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂が挙げられ、さらには、ポリアミド樹脂、ポリオレフィン樹脂、ジシクロペンタジエン樹脂、ポリウレタン樹脂等の熱可塑性樹脂も使用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明に係るＲＴＭ成形方法は、強化繊維基材を用いてＦＲＰ成形品を成形するあらゆるＲＴＭ成形に適用でき、とくにＦＲＰ成形品がアンダーカット形状を有する場合に好適な方法である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施態様に係るＲＴＭ成形方法の実施の様子を示す概略断面図である。
【図２】本発明の別の実施態様に係るＲＴＭ成形方法の実施の様子を示す概略断面図である。
【図３】従来のＲＴＭ成形方法の実施の様子を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  第１の型としての下型
２  第２の型としての上型
３  中間部材
４  加圧媒体
５  シール材
６  強化繊維基材のプリフォーム
７  第１の型のキャビティ部
８  注入される樹脂
９  アンダーカット部
１１  割子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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