(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上型と下型とを合わせ内部に金型キャビティを有する金型と、前記金型キャビティ内に保持される両端に開口を有する筒体と、該筒体の開口の一端を塞ぐための盲蓋体と、前記筒体の他端の開口を塞ぐと共に前記筒体を膨張させるための加圧流体を送るための通気口を設けた継手蓋体とを備え、前記筒体に前記継手蓋体の通気口を通じて加圧流体を送って内圧を加えて前記筒体を膨張させることにより、該筒体と前記金型との間に配置した成形素材を前記金型キャビティ内面に押圧すると共に、硬化させて中空状成形体を製造する内圧成形方法による中空状繊維強化樹脂成形体の製造装置において、
前記筒体の断面を、型見切り線近傍における肉厚を最大の厚肉部とし、型見切り線より最も離れた部分の肉厚が最小の薄肉部として、前記筒体の軸方向に一様に形成すると共に、前記加圧流体により前記薄肉部を加圧して膨張させて、成形素材中の残留ガスを排除して、型見切り線である最終押圧部に導いて、前記残留ガスを排出するところの前記金型の型見切り面に対して前記厚肉部を配置してなることを特徴とする中空状繊維強化樹脂成形体の製造装置。
【請求項２】
上型と下型とを合わせ内部に金型キャビティを有する金型と、前記金型キャビティ内に保持される両端に開口を有する筒体と、該筒体の開口の一端を塞ぐための盲蓋体と、前記筒体の他端の開口を塞ぐと共に前記筒体を膨張させるための加圧流体を送るための通気口を設けた継手蓋体とを備え、前記筒体に前記継手蓋体の通気口を通じて加圧流体を送って内圧を加えて該筒体を膨張させることにより、該筒体と前記金型との間に配置した成形素材を前記金型キャビティ内面に押圧すると共に、硬化させて中空状成形体を製造する内圧成形方法による中空状繊維強化樹脂成形体の製造方法において、
前記筒体の断面を、型見切り線近傍における肉厚を最大の厚肉部とし、型見切り線より最も離れた部分の肉厚が最小の薄肉部として、前記筒体の軸方向に一様に形成すると共に、前記厚肉部を前記金型の型見切り面に配置して、前記加圧流体により前記薄肉部を加圧して膨張させて、前記成形素材中の残留ガスを最終押圧部となる型見切り線に導いて、厚肉部の膨張により,前記金型の型見切り面から残留ガスを排出するようにしたことを特徴とする中空状繊維強化樹脂成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は中空状成形品の製造装置及び製造方法に関し、詳しくは、改良された内圧成形方法による中空状繊維強化樹脂成形体の製造装置及びその方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
繊維強化合成樹脂（ＦＲＰ）は、エポキシ，ポリエステルのような熱硬化性樹脂や、ポリエチレン，ポリプロピレン，ポリアミド，ＰＰＳ，ＰＥＥＫ等の熱可塑性樹脂をマトリックス材とし、これにガラス繊維，炭素繊維，アラミッド繊維等の強化繊維を混繊して得られるものであり、軽量で且つ強度特性に優れるため、航空宇宙産業から建築，スポーツ用品のような身近な製品に至るまで、幅広い分野において利用されている。
【０００３】
ＦＲＰを管状ないし中空体に成形する方法としては、遠心成形法，プルトルージョン成形法，フィラメントワインディング成形法等が知られている。まず、前記遠心成形法は、回転する円筒体の内面に、この円筒体内に同心的に配備されたローラから繊維を巻き付け、この繊維にマトリックス用の樹脂を噴霧して含浸させた後、硬化させる方法であるが、比較的径が大きく、単純な形状の製品しか製造できず、しかも装置が大掛かりとなって製造コストが高くなる等の欠点を有している。
【０００４】
また、前記プルトルージョン成形法は、樹脂を強化繊維機材に含浸させた後、金型を利用して引き抜き、樹脂を硬化させて成形品を得る方法であるが、一様の断面の真直パイプしか製造できず、設備費も嵩む等の欠点を有している。また、前記フィラメントワインディング成形法は、樹脂を含浸した繊維をマンドレルに巻き付け、樹脂が硬化した後にマンドレルを引き抜く方法であり、長繊維を富配合させることができるので比較的高強度の中空体が得られる。しかしながら、軸対称の製品しか製造することができず、また設備費も嵩む等の欠点を有する。
【０００５】
また、これらの成形法においては、マトリックスとして熱硬化性樹脂を用いることが想定されており、マトリックスが熱可塑性樹脂である場合には適用が困難であった。このような事情により、マトリックス樹脂が熱硬化性であっても熱可塑性であっても  適用可能であり、容易にパイプ状の繊維強化樹脂製品を成形することのできる方法として、内圧成形法と呼ばれる方法が開発されるに至った。
【０００６】
前記内圧成形法は、金型キャビティ内に筒状の成形素材を配備し、これを筒の内側から圧力を与えて金型に密着させた状態にて加熱硬化させる方法であり、内圧を付与するための手段によって次のような方法に分類される。
【０００７】
（ア）耐熱性に優れると共に熱膨張率の高い材料、例えば合成ゴムや四弗化樹脂からなるコアに、筒状の成形素材を巻き付けて、金型キャビティ内に配置し、加熱によりコアが熱膨張する際の圧力をもって、成形素材を金型内面に押し付けて成形する方法。
【０００８】
（イ）ナイロンやシリコンゴムのような、可撓性があり、しかも耐熱性に優れた材料で成形した袋に、筒状の成形素材を巻き付け、或いは、芯金を用いて予備成形した成形素材の中心にこの袋を配備したものを、金型キャビティ内に配備し、袋内に圧搾空気のような加圧流体を送り込んで袋を膨張させ、成形素材を金型内面に押し付けて成形する方法。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、内圧成形法によるときは、成形素材に対す加圧に関して、最も凡用性の大きな丸断面形状成形体の場合、筒体はその膨張によりほぼ同時に型内面に接触、ほぼ均一に押圧することとなる。成形素材中には多くの空気が含まれており、その大部分は成形時に型見切り面より排出されるが、少量は成形体の内部，表面に残留してボイド，ピンホールなどの成型不良を起こす。
【００１０】
これは、図１に示すように膨張した筒体が成型素材を押圧するとき、剛性の大きな金属板で押圧するのと異なり、筒体加圧面が変形し、静水圧により近い加圧状態となることから、成型素材の押圧が不十分となり強化繊維中ならびに繊維束の交差する目合い部の残留空気の排出ができにくくボイド，ピンホールの発生をきたし、また、強化繊維と樹脂の含浸状態を悪化させる。この不良は、加圧力の増大で多少軽減はできるが根本的に改善するのは難しい。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明は、従来の内圧成形法を改良し、成形品において、ボイド，ピンホール不良をなくし、強化繊維に対するマトリックス樹脂の含浸状態を良好にする方法を提供することを目的とする。
【００１２】
この目的を達成するための本発明は、上型と下型とを合わせ内部に金型キャビティを有する金型と、前記金型キャビティ内に保持される両端に開口を有する筒体と、該筒体の開口の一端を塞ぐための盲蓋体と、前記筒体の他端の開口を塞ぐと共に前記筒体を膨張させるための加圧流体を送るための通気口を設けた継手蓋体とを備え、前記筒体に前記継手蓋体の通気口を通じて加圧流体を送って内圧を加えて前記筒体を膨張させることにより、該筒体と前記金型との間に配置した成形素材を前記金型キャビティ内面に押圧すると共に、硬化させて中空状成形体を製造する内圧成形方法による中空状繊維強化樹脂成形体の製造装置において、前記筒体の断面を、型見切り線近傍における肉厚を最大の厚肉部とし、型見切り線より最も離れた部分の肉厚が最小の薄肉部として、前記筒体の軸方向に一様に形成すると共に、前記加圧流体により前記薄肉部を加圧して膨張させて、成形素材中の残留ガスを排除して、型見切り線である最終押圧部に導いて、前記残留ガスを排出するところの前記金型の型見切り面に対して前記厚肉部を配置してなることを特徴とする中空状繊維強化樹脂成形体の製造装置及びその方法としたことにより、筒体の型内面の押圧時期を制御し、型見切り線を最終押圧部となすことで残留ガスの排出を促すもので、筒体の型内面の押圧時期の制御方法として、筒体の肉厚を故意に変化させることにより、薄肉部と厚肉部の膨張開始時期の差を利用するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明すると、Ａは、内圧方式による金属製の金型であって、上型１と下型２とから構成されている。その上型１と下型２とで、後述する中空状成形品の外径に対応する金型キャビティ３が形成され、その上型１と下型２とが合わさる箇所を型見切り部Ｐとする。
【００１４】
４は筒体であり、可撓性が良好で且つ耐熱性に優れた材料としてのゴム材料が用いられている。該筒体４の周囲において、断面が厚肉部４ａと薄肉部４ｂとから構成されている。該薄肉部４ｂは、最小薄肉部４ｂ1 とこれに近似した厚さの箇所も含まれ、同様に、厚肉部４ａも全体に厚肉となっているのではなく、最大厚肉部４ａ1 とこれに近似した厚さの箇所も含まれる。その厚肉部４ａと薄肉部４ｂとの境界は、最大厚肉部４ａ1 と最小薄肉部４ｂ1 とを合計した厚さの２分の１の箇所をいう。
【００１５】
前記金型キャビティ３の第１実施の形態では、断面が円形の場合である。この場合、図２及び図４（Ａ）では、筒体４の内径が真円をなし、外径が楕円をなし、これによって、直径方向において２箇所に薄肉部４ｂ，４ｂが形成され、その他の箇所は、厚肉部４ａ，４ａとして形成されている。前記筒体４の厚肉部４ａ，４ａの最大厚肉部４ａ1 ，４ａ1 が前記金型Ａの型見切り部Ｐに位置し、且つその薄肉部４ｂ，４ｂが金型キャビティ３の奥部の略中央に位置するように構成されている。
【００１６】
また、金型キャビティ３の第２実施の形態では、断面が略正方形の場合である。この場合には、上型１と下型２とに、断面略Ｖ形状に形成されて、これが合致すると、金型キャビティ３は、略断面正方形状に形成される。この場合の筒体４は、第１の実施の形態〔図４（Ａ）〕の変形例であり、図３及び図４（Ｂ）に示すように、筒体４の内径及び外径が楕円をなし、これによって、直径方向において２箇所に薄肉部４ｂ，４ｂが形成され、前記直径方向に直交する箇所は、厚肉部４ａ，４ａとして形成されている。
【００１７】
その設置としては、図３では、前記筒体４の厚肉部４ａ，４ａの最大厚肉部４ａ1 ，４ａ1 が前記金型Ａの型見切り部Ｐに位置し、且つその薄肉部４ｂ，４ｂの最小薄肉部４ｂ1 ，４ｂ1 が金型キャビティ３の奥部の略中央に位置するように構成されている。
【００１８】
筒状の成形素材５は、強化繊維と樹脂からなり、前記筒体４と金型キャビティ３との間に挿入される。図１乃至図３では、成形素材５の内部に、筒体４が挿入され、この状態では、これが、金型Ａ内の金型キャビティ３に挿入され、前記筒体４の厚肉部４ａ，４ａ及び薄肉部４ｂ，４ｂが前述の所定位置になるようにセットされるものである。
【００１９】
また、可撓性が良好で且つ耐熱性に優れた材料からなる筒体としては、ゴム材料が用いられ、より好ましくは、弗素系のゴム材料が用いられるが特にこれに限定されるものでない。型の材質は、鉄，アルミなどの金属，成形温度に十分耐え得ることのできる樹脂などが用いられる。
【００２０】
図中６は盲蓋体で、前記金型キャビティ３内の一方の開口部を塞ぐ役割をなし、継手蓋体７には、通気口７ａが開口され、図示しない箇所からの窒素ガスの流入配管に連結されている。
【００２１】
次に、本発明の方法について説明すると、可撓性が良好で且つ耐熱性に優れた材料からなる筒体の周囲に、強化繊維と樹脂からなる成形素材を配備し、これを型に設備し、筒体の内部から圧力を加えて膨張させることにより成形素材を型の成形面に押圧することで中空状の繊維強化複合材料成形体を製造する方法において、筒体の型見切り線近傍における肉厚を最大にし、型見切り線より最も離れた部分の肉厚を最小にすることにより、型見切り線より最も離れた型成形面にまず筒体を接触押圧させ、徐々に接触面積を拡大し成形素材中の残留ガスを排除しつつ、型見切り線を最終押圧部となすことにより型見切り面から残留ガスを排出させる。これにより残留ガスに起因するボイドの不良，ピンホールの不良のない、また、強化繊維に対するマトリックス樹脂の含浸状態の良好な成形品を得ることができる。
【００２２】
【実施例１】
前記成形素材５における強化繊維としての炭素繊維を、マトリックス樹脂としてナイロン６樹脂を使用した。具体的には、炭素繊維とナイロン６樹脂繊維との混織糸によるブレード材で、炭素繊維は、６０容量％であった。また、成形素材５は、フッ素ゴムよりなる筒体４の周囲を被覆するように２層に積層した。また、筒体４の厚肉部４ａ，４ａの最大厚肉部４ａ1 ，４ａ1 は、２．５mmで、薄肉部４ｂ，４ｂの最小薄肉部４ｂ1 ，４ｂ1 が１．５mmとして、その間は、肉厚を徐々に変化させた。
【００２３】
このブレード材を成形素材５として、成形品の設定厚さが１mmとして外形断面が真円である中空状成形品を成形した。圧力１０kgf/cm2 の窒素ガスで筒体４を膨張させ、図２（Ｃ）及び図３（Ｃ）に示すごとく成形素材５を金型Ａの成形面に押圧し、これを２５５°Ｃに加熱し、１０分間保持した後冷却し、中空状成形品を得た。この実施例では、図５（Ｂ）に示すように、ボイド１０及びピンホール１１が殆ど存在しない状態に成形できた。
【００２４】
【実施例２】
実施例１と同様の成形方法，成形素材，成形条件で外形断面が正方形である中空状成形品を成形した。図３（Ａ）乃至（Ｃ）に示すごとく筒体４を金型Ａ内に配置し成形を行った。この実施例でも、図５（Ｂ）に示すように、ボイド１０及びピンホール１１が殆ど存在しない状態に成形できた。
【００２５】
【発明の効果】
請求項１の発明では、本発明によれば、従来の内圧成形法にわずかな改良を加えるだけで、ボイド，ピンホール不良がなく、強化繊維とマトリックス樹脂の含浸状態が良好な中空状繊維強化複合材料を得ることができる。
【００２６】
請求項２の方法の発明でも、ボイド，ピンホール不良がなく、強化繊維とマトリックス樹脂の含浸状態が良好な中空状繊維強化複合材料を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の成形状態を示す金型箇所の断面図
【図２】（Ａ）は本発明の第１の実施の形態で、加圧前の金型箇所の断面図
（Ｂ）は本発明の第１の実施の形態で、加圧途中の金型箇所の断面図
（Ｃ）は本発明の第１の実施の形態で、加圧完了の金型箇所の断面図
【図３】（Ａ）は本発明の第２の実施の形態で、加圧前の金型箇所の断面図
（Ｂ）は本発明の第２の実施の形態で、加圧途中の金型箇所の断面図
（Ｃ）は本発明の第２の実施の形態で、加圧完了の金型箇所の断面図
【図４】（Ａ）は筒体の一部斜視図
（Ｂ）は筒体の一部斜視図
【図５】（Ａ）は加圧前の成形素材の断面図
（Ｂ）は加圧完了した成形素材の断面図
【符号の説明】
Ａ…金型
Ｐ…型見切り部
Ｍ…中空状繊維強化樹脂成形体
３…金型キャビティ
４…筒体
４ａ…厚肉部
５…成形素材
【図１】
0003792359.tif 000002
【図２】
0003792359.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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