(57)【要約】【課題】金属ブッシュ等の軸受け部材を有するＦＲＰ成形品を、ＲＴＭ成形法で一体成形する方法を提供すること。【解決手段】繊維強化材とマトリックス樹脂とからなるＦＲＰ成形品であって回転軸を支える金属ブッシュ等の軸受け部材を有するものを、ＲＴＭ成形法により一体成形するに際し、該軸受け部材として、その外表面の少なく一部に滑り止め加工が施され、且つ、少なくとも該滑り止め加工が施された部分が繊維強化材で被覆されたものを用いることからなる軸受部材を有するＦＲＰ成形品の一体成形法。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維強化材とマトリックス樹脂とからなるＦＲＰ成形品であって回転軸を支える軸受け部材を有するものを、樹脂トランスファー成形法により一体成形するに際し、該軸受け部材として、その外表面の少なく一部に滑り止め加工が施され、且つ、少なくとも該滑り止め加工が施された部分が繊維強化材で被覆されたものを用いることを特徴とする軸受け部材を有するＦＲＰ成形品の一体成形法。
【請求項２】
軸受け部材が、金属ブッシュであることを特徴とする請求項１記載の軸受け部材を有するＦＲＰ成形品の一体成形法。
【請求項３】
滑り止め加工が、ローレット加工によるものである請求項１又は２記載の軸受け部材を有するＦＲＰ成形品の一体成形法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂トランスファー（ＲＴＭ）成形法による、軸受け部材を有するＦＲＰ成形品の一体成形法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＦＲＰは、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂や、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ等の熱可塑性樹脂のマトリックス樹脂と、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等の繊維強化材とからなるものであり、軽量で且つ強度特性に優れるため、近年、航空宇宙産業から一般産業分野に至るまで、幅広い分野において利用されている。そして、その成形方法としては色々な方法・手段が知られているが、ＲＴＭ成形法は、特に多品種中量生産に適する成形法として注目されている。
【０００３】
ＲＴＭ成形法においては、上型と下型からなる金型内部に、繊維強化材を成形品形状に賦形したプリフォーム又はシート状の繊維強化材を配置し、金型を型締めした後、上型と下型が形成するキャビティ内を、金型の排出口から排出用ホースを介して排気し、一方、金型の注入口から注入用ホースを介して樹脂をキャビティ内に注入して繊維強化材に含浸せしめ、そして必要なら加熱して硬化させる方法がとられる。プリフォームとは、例えば、繊維強化材の連続ストランドを熱可塑性樹脂をバインダーとして結合し、成形型に近似した形状寸法に製作した半成形品である。
【０００４】
上記のようなＲＴＭ成形法は、従来幾つかの部品の組み立てによって製作していた製品を、一体的に成形することができるという特徴を有する。そして、また、他の部品あるいは副資材等を所望の箇所に配置あるいは設置した製品を、一体的に成形加工できるという利点もある。このような特徴・利点を利用して、金属部材等を有する各種のＦＲＰ成形品が製造されている（例えば、特許文献１〜３参照）。そして、本発明者はそれらの応用の一つとして、例えば、風力発電のブレードのように、回転中心軸を持ったＦＲＰ成形品の成形について検討している過程で、特定の金属部材に特定の前処理を施しておけば、非常に優れた一体成形品が得られることを見出した。
【特許文献１】特開平７−５２８６１号公報
【特許文献２】特開平８−５３０９２号公報
【特許文献３】特開平１１−１３９３７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば、風力発電のブレードのように、回転中心軸を持ったＦＲＰ成形品をＲＴＭ成形法で成形する場合、回転部材の回転軸に対応して支持部材に耐摩耗性の金属ブッシュ等の軸受け部材を配置する必要がある。従来は、支持部材に、後加工により金属ブッシュ等を埋め込み接着するのが一般的な製法であった。しかし、かかる方法では、金属ブッシュ等の位置決めの困難さ、接着斑による性能のバラツキといった問題が発生し、その結果、工程の複雑化、更には、製作コストの増加という問題があった。本発明は、これを解決するために、金属ブッシュ等に特定の前処理を施したものを用いて、ＲＴＭ成形法により一体成形を行うものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の請求項１に記載された発明は、繊維強化材とマトリックス樹脂とからなるＦＲＰ成形品であって回転軸を支える軸受け部材を有するものを、樹脂トランスファー（ＲＴＭ）成形法により一体成形するに際し、該軸受け部材として、その外表面の少なく一部に滑り止め加工が施され、且つ、少なくとも該滑り止め加工が施された部分が繊維強化材で被覆されたものを用いることを特徴とする軸受け部材を有するＦＲＰ成形品の一体成形法である。
【０００７】
請求項２に記載された発明は、軸受け部材が、金属ブッシュであることを特徴とする請求項１記載の軸受け部材を有するＦＲＰ成形品の一体成形法である。
【０００８】
そして、請求項３に記載された発明は、滑り止め加工が、ローレット加工によるものである請求項１又は２記載の軸受け部材を有するＦＲＰ成形品の一体成形法である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一体成形法によると、金属ブッシュの位置決めの簡便化及び確実化を実現できる上、ＦＲＰ成形品と金属ブッシュの接着性を向上させることができ、引いては優れた品質のＦＲＰ成形品を効率良く成形することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は、繊維強化材とマトリックス樹脂とからなるＦＲＰ成形品であって回転軸を支える軸受け部材を有するものを、ＲＴＭ成形法により一体成形するに際し、該軸受け部材として、その外表面の少なく一部に滑り止め加工が施され、且つ、少なくとも該滑り止め加工が施された部分が繊維強化材で被覆されたものを用いる方法である。
【００１１】
回転軸を支える軸受け部材を有するＦＲＰ成形品とは、例えば、風力発電のブレードのように、回転体として構成されるＦＲＰ成形品において、回転部材の回転軸に対応し、その回転軸を支える軸受けを有するＦＲＰ成形品又は部材を意味する。軸受け部材としては、どのようなものでも良く、また、その材質は樹脂製のものでも良いが、耐摩耗性という点では、アルミ等の金属製のブッシュ（金属ブッシュ）が好ましい。
【００１２】
本発明の一体成形法においては、前記軸受け部材として、その外表面の少なく一部に滑り止め加工が施されたものを用いる。滑り止め加工としては、どのような加工でも良いが、好ましいのはローレット加工によるものである。ローレット加工とは、主に丸物の滑り止めを目的として施された浅い切削加工を意味する。更に本発明の一体成形に際しては、前記軸受け部材の滑り止め加工が施された部分を、繊維強化材で被覆した状態で成形に供する。
【００１３】
以上のように、本発明においては、軸受け部材が最初から成形材料（プリフォーム等の繊維強化材）に挿入・配置されているので、従来の後加工による方法に比べ、接着工程及び位置決め等の工程を削減できる。また、軸受け部材の外表面の少なくとも一部に、ローレット加工等の滑り止め加工が施さており、且つ、少なくともこの滑り止め加工が施された部分が繊維強化材で被覆されて一体成形されるので、金属ブッシュ等の軸受け部材の接着強度の向上が実現される。
【００１４】
前記本発明について図を用いて説明する。図１は、本発明で用いられる軸受け部材の一例の斜視図である。１は軸受け部材、２は軸受け部材の外表面の一部に施された滑り止め加工（ローレット加工）を示す。
【００１５】
図２は、前記滑り止め加工が施された軸受け部材を繊維強化材で被覆したものを、成形材料（プリフォーム等の繊維強化材）の所定の位置に挿入・配置する様子を示す説明図（断面図）である。１は軸受け部材（断面図）、３は滑り止め加工面を覆っている繊維強化材である。４はプリフォーム等の繊維強化材からなる成形材料である。滑り止め加工面を繊維強化材で被覆する方法としては、特に制限はない。軸受け部材に繊維強化材を巻付けても良いし、あるいは、織物等のシート状の繊維強化材を軸受け部材の外径の大きさで打ち抜き穴の開いたものを、軸受け部材を囲んで積層したものでも良い。
【００１６】
本発明のＲＴＭ成形法で、ＦＲＰ成形品を成形するに際し用いられるマトリックス樹脂としては、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂があるが、好ましいのは熱硬化性樹脂である。熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂を混合して用いることもできる。好ましい熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコン樹脂、マレイミド樹脂、ビニルエステル樹脂、シアン酸エステル樹脂、マレイミド樹脂とシアン酸エステル樹脂を予備重合した樹脂等があり、これらの熱硬化性樹脂を適宜量配合したものでも良い。これらの樹脂のうち、耐熱性、弾性率、耐薬品性に優れたエポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂が好ましい。これらの熱硬化性樹脂には、硬化剤、硬化促進剤等が含まれていてもよい。
【００１７】
繊維強化材としては、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、金属繊維等の、通常の繊維強化材に用いる材料が使用できる。中でも、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維が好ましい。繊維強化材の形態としては特に制限されず、織物又は不織布等が利用できる。織物としては、平織物、綾織物、朱子織物等、あるいは一軸織物、多軸織物等を挙げることができる。織物を形成する強化繊維ストランドは、繊維径４〜８μｍのモノフィラメントを一束あたり５００〜２４，０００本とすることが好ましい。織物等の厚さは、成形品の用途により適宜選択するものであり、特に制限はない。なお、一軸織物とは、互いに平行に並んだ強化繊維ストランドをナイロン糸、ポリエステル糸、ガラス繊維糸等で編んだ織物をいう。多軸織物とは、互いに平行に並んだ強化繊維ストランドを角度を変えて積層してナイロン糸、ポリエステル糸、ガラス繊維糸等で編んだ織物をいう。
【００１８】
ＲＴＭ成形法は、長繊維や短繊維からなる繊維強化材料を、成形品形状に賦形したプリフォームあるいはシート状で、上型下型からなる金型内部に配置し、金型を型締めした後、樹脂注入口から樹脂を減圧下に注入して繊維強化材料に含浸させ、必要なら加熱して硬化の後、金型を開いて脱型する成形方法である。いわゆるプリプレグが必要でなく、オートクレーブ法やハンドレイアップ法に比べて生産性が良く、両面の仕上がりの良い、品質の優れた成形品が得られるという特徴がある。
【００１９】
本発明のＲＴＭ成形法おいて用いられる型としては、特に制限はないが、剛性の高い金属の金型やＦＲＰ型等の金型が用いられる。下型には、シリコーンワックス等の公知の離型剤を用いて離型処理した後、繊維強化材を敷設・積層しても良い。また、成形品を取出す際の離型性を高める目的で、繊維強化材上にはピールクロス等を重ねても良い。以下、実施例により本発明を詳述する。
【実施例】
【００２０】
（１）金型
水平方向に対して回転中心軸（Φ１０ｍｍ）を持つ成形品を成形するよう考慮し、この中心軸部分に鉄製で、外径Φ２０ｍｍ×内径Φ１０ｍｍ、高さ２２．８５ｍｍの軸受け（金属ブッシュ）が配置されるような金型を製作した。金型に位置決め用のピンを配し、その位置決め用ピンに金属ブッシュを差し込めるように構成した。また、金型には、成形品表層にあたる繊維強化材と、厚み調整用のウレタン製フォーム材が配置できるだけのクリアランスを持たせた。金型には、樹脂注入口と排出口の役割を担う穴が最低２つあり、穴径Φ１０ｍｍ、穴の金型外側には３／８Ｂのテーパメスネジを深さ１５ｍｍで切っている。ここに一般で市販されているプッシュワン（メイルコネクタとも称される）（Φ１０ｍｍ×３／８Ｂ、オス・テーパネジ）を差し込んだ。
【００２１】
なお、このプッシュワンには細工を施した。即ち、ネジ側よりプッシュワン内部の真空用Ｏリングまで、Φ１０ｍｍのドリルを用いて既存の穴を広げておいた。これにより、金型内部まで樹脂製ホースを挿入することができる上、真空を保持しながら樹脂注入・排出が容易に可能となる。また、下型パーティングライン面上の外周には、金型内キャビティを真空状態に保ち、更に、注入される樹脂が外部に漏れるのを防ぐためのＯリングを配置した。Ｏリング配置用のミゾ形状は、高さ４．２ｍｍｈ×幅７．５ｍｍとした。また使用したＯリングは、外径Φ７ｍｍ×内径Φ３ｍｍのシリコン製中空ホースであった。
【００２２】
（２）成型準備
先ず、金型に成形品の表層になるガラス基材を配置した。使用したガラス基材は日東紡社製
ガラス繊維織物ＷＬＡ１００Ｂ（２０８ｇ／ｍ２）を２層重ねて用いた。回転軸を支える軸受け部分はΦ８ｍｍでくり抜いた。そうすることで製品面にあたる全面に基材が配置できるようにした。次に、前記位置決め用のピンに小林鋲螺社製
高さ２２．８５ｍｍ、外径Φ２０ｍｍ×内径Φ１０ｍｍ、表面にローレット加工を施したアルミブッシュ（図１参照）を差し込んだ。軸受け部分以外の部分には、厚みを確保するためのウレタン製フォーム材を配置した。配置したウレタンフォームはサンコーウレタン社製（比重：０．０２ｇ／ｃｍ３）であった。
【００２３】
一方、日東紡社製ガラス繊維織物ＷＲ５７０（５７０ｇ／ｍ２）を長さ５６ｍｍ×幅６０ｍｍで切り出し、アルミブッシュの中心軸に当たる部分をΦ２０ｍｍでくり抜いておいた。これを、すでに金型に配置されているアルミブッシュに４０層差し込んで、アルミブッシュのローレット加工面を覆うようにした。最後に反対側の表層基材として、ニットーボー社製ガラス繊維織物ＷＬＡ１００Ｂ（２０８ｇ／ｍ２）を２層、既に配置されているウレタン製フォーム材の上面に載せ、金型を閉じた。
【００２４】
（３）成形加工
樹脂注入口側のホースをクランプ等で閉じ、樹脂排出口側のホース端は真空ポンプにつないだ。真空ポンプを動作させ、金型内を真空状態にした。その後、樹脂注入ホースの先端を樹脂タンクの中に差し込み、クランプを開放した。真空圧力を利用し、樹脂タンクから金型内に樹脂が注入された。なお、樹脂としては、エポキシ樹脂であるアデカレジンＥＰ−４９０１（アデカ社製）を１００重量部と１，３−ＢＡＣ（三菱ガス化学社製）を２０重量部混合した混合液を用いた。金型内に樹脂が十分充填された後、樹脂注入口側及び排出口側のホースをクランプ等で閉じた。金型内は密閉状態となり、金型内部に注入された樹脂はその後硬化した。
【００２５】
（４）脱型
樹脂が十分硬化した後、金型を開放し脱型を行った。かかる方法で、アルミブッシュが一体成形されたＦＲＰ成形品が得られた。このように、本発明の方法によると、軸受け部材の位置決めが簡単であり、且つ、回転中心軸部分における成形品と軸受け部材の接着性が強力な成形品が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、本発明で用いられる軸受け部材の一例の斜視図を示す。
【図２】図２は、軸受け部材を繊維強化材で被覆したものを、成形材料の所定の位置に挿入・配置する様子を示す説明図（断面図）である。
【図１】
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【図２】
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