JP2003039479A

JP2003039479A - Ｒｔｍ樹脂流動制御方法及び装置

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Publication number: JP2003039479A
Application number: JP2001234756A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Sakai; 酒井　　茂; Masaaki Jinno; 昌明神野; Yasuhiro Yamaguchi; 山口　　泰弘; Kenjiro Yamagishi; 謙二郎山岸; Kenichi Yanagisawa; 健一柳沢; Ikuo Okumura; 郁夫奥村; Taketo Fukuda; 武人福田; Shinya Motoki; 信弥元木; Katsuhiko Aisaka; 勝彦逢坂
Original assignee: R & D Inst Of Metals & Composi; R & D Inst Of Metals & Composites For Future Industries
Current assignee: R & D Inst Of Metals & Composi; R & D Inst Of Metals & Composites For Future Industries
Priority date: 2001-08-02
Filing date: 2001-08-02
Publication date: 2003-02-13
Anticipated expiration: 2021-08-02
Also published as: JP4718727B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ＲＴＭ樹脂流動制御方法及び装置に関し、成
形時の金型内の樹脂の流動を均一にして製品の品質のバ
ラツキをなくする。【解決手段】金型１０内には繊維基材２０がセットさ
れ、注入装置２から圧力、温度が設定された樹脂が樹脂
注入口１１ａから注入され、金型１０内の繊維基材２０
に含浸し、樹脂流出口１１ｂから流出する。繊維基材２
０は樹脂が硬化後、製品として金型１０から取り出され
る。金型内表面には流動センサ１が多数配置され、樹脂
の流動先端を検出し、その信号は制御装置３へ入力さ
れ、予め設定された記憶装置４内の最適のシミュレーシ
ョン結果のデータと比較され、金型内両側の隙間１２
ａ，１２ｂ内と中央部との樹脂流動を均一になるように
注入装置２の圧力、温度が制御され、最適の流動パター
ンに近づける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はＲＴＭ樹脂流動制御
方法及び装置に関し、金型内の樹脂の流動を均一にして
安定した成形品質が得られるようにしたものである。

【０００２】

【従来の技術】ＲＴＭ（Resin Transfer Molding) 成形
法では、金型中に３次元織物等の繊維基材をセットして
おき、金型内部に樹脂を注入して含浸させ、その後、硬
化させて金型から取外し、製品として完成させている。
この際の樹脂の流動（含浸）状況は、モニタ等は行わず
に事前の設定試験やシミュレーションを実施し、設定さ
れた条件に基づいて注入している。

【０００３】図６は従来のＲＴＭ成形方法を示す図であ
り、金型１０は図示省略しているが開放可能な構造で、
内部には繊維基材２０がセットされており、本例では樹
脂注入口１１ａと樹脂流出口１１ｂが設けられている。
樹脂はシリンダ等により注入口１１ａから予め定められ
た圧力と温度で注入され、繊維基材２０内に流れて繊維
間に含浸し、３０で示すような樹脂流れとなり、流動し
ながら樹脂流出口１２ｂから流出する。繊維基材２０内
に含浸した樹脂は硬化させ、金型１０を開放して製品が
取り出される。

【０００４】上記のＲＴＭ成形においては、樹脂は１個
所の注入口１１ａから注入され、反対側の流出口１１ｂ
から流出し、金型１０内にセッティングされた繊維基材
２０と金型周辺との間には隙間１２ａ，１２ｂが存在す
る。そのために流入する樹脂の流動は不均一な流動パタ
ーン３０となってしまう。即ち、繊維基材２０の存在す
る中央部では３０ａで示すように流れが遅く、周辺の隙
間１２ａ，１２ｂにおいては流速が速く、先に樹脂が通
過する。又、繊維基材２０に高い寸法精度を求めること
は難しく、金型１０へのセッティング時に型と繊維基材
２０との隙間１２ａ，１２ｂもバラツキがあり、測定も
難しい。隙間１２ａ，１２ｂが予想以上あれば、前述の
ように成型時には樹脂が隙間１２ａ，１２ｂを先に流れ
る傾向が著しくなり、繊維基材２０への含浸が不十分と
なってしまう。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、従来の
ＲＴＭ成形方法では、注入する樹脂の金型内での流動状
況は、直接モニタすることはなく、事前の設定試験やシ
ミュレーションで設定した条件で実施している。しか
し、同じ金型内に同じ繊維基材をセッティングしたとし
ても、その都度同じ流動パターンとなるとは限らず、特
に金型と繊維基材との隙間が大きい場合には周辺の隙間
へ樹脂が先に流れ、中央部分への流れが不充分となり、
繊維基材への樹脂の含浸が不足して製品の品質が低下
し、バラツキが生じてしまう。

【０００６】そこで本発明では、予めシミュレーション
により金型内の両隙間部とその他中央部との樹脂流動の
透過係数の比率を定めておき、この比率が所定の許容範
囲を超えた場合の樹脂注入の圧力低減量を予め複数ケー
ス基準データとして設定しておく。金型内には流動セン
サを設置して実際の流動状況をモニタリングし、モニタ
した実際の流動パターンと予め設定した基準データとを
比較することにより、隙間部と中央部とで流動に変動が
大きければ、これを修正し、均一な樹脂の流れとし、製
品の品質のバラツキをなくすることができるＲＴＭ樹脂
流動制御方法及び装置を提供することを課題としてなさ
れたものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は前述の課題を解
決するために、次の（１）の制御方法、（２），（３）
の制御装置を提供する。

【０００８】（１）ＲＴＭ成形用金型内に繊維基材を固
定しておき、同金型の注入口より樹脂を注入して流出口
へ向かって流動させることにより前記繊維基材に含浸さ
せた後、同繊維基材の樹脂を硬化させ金型より取り出す
ＲＴＭ成形方法において、（Ａ）前記金型内の樹脂流れ
方向の周辺隙間部とその他中央部における樹脂流動の透
過係数の比率が所定の許容範囲を超えた場合の同比率に
対する前記注入口での圧力低減量を複数ケース予め基準
データとして定めておき；（Ｂ）前記金型内を流れる実
際の樹脂流動の先端位置のパターンを測定し、その位置
での周辺隙間部とその他中央部との透過係数の比率を求
め；（Ｃ）同測定したパターンでの比率が所定の許容範
囲内であれば、前記注入口の樹脂注入条件を前記予め設
定した基準データの圧力に設定し、許容範囲外であれ
ば、前記予め定めた許容範囲を超えた場合の比率のうち
対応する比率の圧力低減量を適用して前記注入口の樹脂
注入圧力を低減させる工程とを備えてなることを特徴と
するＲＴＭ樹脂流動制御方法。

【０００９】（２）ＲＴＭ成形用金型内の表面に埋設さ
れ樹脂流れ方向に複数本並設して配置された流動センサ
と、前記金型内の樹脂流れ方向の周辺隙間部とその他中
央部における樹脂流動透過透過係数の比率が所定の許容
範囲を超えた場合の同比率に対する金型の注入口での圧
力低減量を複数ケース基準データとして予め記憶させて
おく記憶装置と、前記金型の注入口へ所定圧力の樹脂を
注入する注入装置と、前記流動センサからの検出信号を
取込み、同取り込んだ信号に対応する前記記憶装置に記
憶されている基準データとを比較し、その比較結果に基
づいて前記注入装置を制御する制御装置とを備えてなる
ことを特徴とするＲＴＭ樹脂流動制御装置。

【００１０】（３）前記流動センサは前記周辺の隙間部
のみに配置したことを特徴とする（２）記載のＲＴＭ樹
脂流動制御装置。

【００１１】本発明の（１）においては、工程（Ａ）に
おいて、周辺部とその他中央部との流動パターンが著し
く変動し、所定の許容範囲を超えた場合、その比率に対
する樹脂注入圧力の低減量を予め定めておき、（Ｂ）に
おいて、実際の金型内の流動パターンが測定され、その
時の比率も求められる。（Ｃ）において、実際の流動パ
ターンでの比率が許容範囲内であれば、最初に設定した
圧力のままとし、許容範囲を超えていれば、予め設定し
た許容範囲を超えた場合の比率データのうち、対応する
比率に相当する注入口の圧力低減量で注入口の圧力を低
下させる。従って、周辺部とその他中央部との樹脂の流
動パターンが均一なパターンとなり、繊維基材へ含浸す
る樹脂も均一となり製品の品質のバラツキも解消され
る。

【００１２】本発明の（２）は、制御装置の発明であ
り、複数の流動センサと、周辺部とその他中央部との間
で流動パターンが許容範囲を超えて変動している場合の
注入口の圧力低減量を予め基準データとして設定してお
く記憶装置と、金型の注入口への樹脂を適切な圧力で注
入する注入装置と、同注入装置を制御する制御装置とで
構成されるので、上記（１）の制御方法が確実に実施で
き、樹脂の周辺部への片寄った含浸を防止し、製品の品
質のバラツキのないＲＴＭ成形品を製造できるものであ
る。

【００１３】本発明の（３）では、センサは周辺のみに
配置するので、簡単な構成で樹脂の周辺部への片寄りを
なくし、均一な流動パターンとして製品の品質のバラツ
キをなくすことが可能となる。なお、本発明の（３）で
は、周辺部の隙間が大きく、明らかに周辺部へ樹脂が先
に流れることが予測されるような形状の成形品の場合に
適用されると有効なものであり、周辺部のみのセンサか
らの流動先端の検出のみで、上記（１）と同等の効果が
得られるものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明の実
施の第１形態に係るＲＴＭ樹脂流動制御装置の全体構成
図である。図において、金型１０内の表面には樹脂の流
動の先端を検知する流動センサ１が多数配列して設けら
れている。２は注入装置であり、シリンダ、加熱装置等
からなり、適切な圧力、温度に調節された樹脂を樹脂注
入口１１ａへ注入する。注入された樹脂は金型１０内を
流動し、繊維基材２０内へ含浸し、樹脂流出口１１ｂよ
り流出する。

【００１５】３は制御装置であり、流動センサ１からの
検出信号を取込み、後述するように予め定められた流動
パターンとなるように注入装置２の樹脂注入圧力を制御
する。４は記憶装置であり、事前の試験やシミュレーシ
ョンにより、予め流動パターンが変動して許容範囲を超
えた場合の注入口１１ａの樹脂注入圧力の低減量が設定
されており、制御装置３により参照される。１２ａ，１
２ｂは金型内の周辺の繊維基材２０との間の隙間であ
る。

【００１６】上記構成の実施の第１形態において、樹脂
が注入されると、樹脂の流れの各進行方向での先端は複
数の流動センサ１により時々刻々に検知され、制御装置
３へ入力される。制御装置３では、検知された各位置で
の流動パターンと、その位置での予め記憶装置４に記憶
されている隙間１２ａ，１２ｂとその他中央部との透過
係数の比とを比較し、測定した流動パターンでの対応す
る比が、許容範囲内であれば、初期の注入圧力のままと
し、許容範囲を超えていると、予め設定してある許容範
囲を超えた場合の比のうちから、対応する比の圧力低減
量を選び、この圧力低減量で注入装置２の圧力を制御す
る。

【００１７】制御装置３は、このように検出した実際の
流動パターンが、許容範囲を超えて周辺の隙間１２ａ，
１２ｂと中央部との間で変動していると、注入口の注入
圧力を減少するように注入装置２を制御するので、樹脂
の流れが均一な流れとなる流動パターンに近づくように
制御することができる。特に、金型の周辺の隙間１２
ａ，１２ｂに先に樹脂が流れるような場合には、この周
辺の隙間１２ａ，１２ｂの流れを少なくし、中央部との
差が小さくなるようにして繊維基材２０に樹脂が均一に
含浸するように制御され、均一な品質の製品が得られ
る。

【００１８】図２は上記に説明した流動パターン先端を
検知するセンサの一例を示す原理図で、センサの一部を
示している。流動センサ１は帯状の金属薄膜を絶縁ボー
ド上にプリントして配置した構成であり、その表面を覆
う樹脂の長さにより誘電体損失係数が変化するような特
性１４を有する。従って、３本のセンサ１Ａ，１Ｂ，１
Ｃの表面に樹脂が、図示のようなパターンで右側から左
側へ流れると、その先端の位置Ａ，Ｂ，Ｃに対応する特
性値を選べれば、時間ｔにおけるその流動先端位置ＬA
，ＬB ，ＬC が検知できるものである。

【００１９】制御装置３では、このような方法により複
数の流動センサ１からの検出した信号を取込み、センサ
の特性１４から流動する樹脂の先端位置を算出して実際
の流動パターンを求め、その時の周辺の隙間１２ａ，１
２ｂと中央部との樹脂の透過係数の比を求める。この比
が所定の許容範囲内であれば、注入圧力は初期のままと
し、許容範囲を超えていると、隙間１２ａ，１２ｂと中
央部との流動パターンの差をなくするような樹脂の注入
圧力となるように圧力を減じて注入装置２を制御するも
のである。

【００２０】図３は上記のように樹脂の流動を制御した
結果を示す図で、制御前の流動パターン（先端）１３は
点線で示すように周辺の隙間１２ａ，１２ｂにおいて先
に流れ、中央部が遅れて流れるので繊維基材２０への樹
脂の含有が不充分であった。これに対して制御後の流動
パターン（先端）１５は隙間１２ａ，１２ｂの流れは遅
くし、中央部との差が小さくなるように樹脂の注入の圧
力を時々刻々に制御するので、フラットに近い流動パタ
ーンとなり均一な樹脂の含浸がなされる。

【００２１】次に、図４は本発明の実施の第１形態にお
ける制御装置３での制御のフローチャートの一例であ
る。図において、まずＳ１ではの樹脂流動シミュレー
ションにより、隙間部とその他の部位との樹脂の透過係
数の比を変えて各位置での流動フロント（先端）の推移
を計算し、その比の許容範囲を設定する。又、流動セ
ンサの位置を設定し、隙間の流動が設定許容範囲を超
えた場合の対応手段として、その超えた程度に応じて樹
脂の注入圧力の低減量を設定しておく。又、特別のケー
スとして補助排出口を使用し、樹脂を排出するケースも
設定する。これらの設定データはすべて記憶装置４へ記
憶させる。

【００２２】次に、Ｓ２において樹脂注入を開始し、Ｓ
３でセンサ上の樹脂の流動フロントを検出し、その流動
フロントでの許容範囲（透過係数の比）を推定する。次
にＳ４において、検出した値の透過係数の比は許容範囲
か否かを調べ、許容範囲内であれば、Ｓ５において注入
圧力を初期の設定値とし、許容範囲外であれば、事前に
設定した手段、即ち、検出データの比と予め設定してあ
る対応する比に相当する圧力低減量で圧力を所定の値だ
け減少させ樹脂の隙間部への過度の流入を抑え、中央部
との差が小さくなるように均一な流れとする。

【００２３】Ｓ５，Ｓ６での圧力設定が終わると、Ｓ７
において樹脂充填が完了か否かを調べ、完了であればＳ
８で停止し、完了でなければ、Ｓ３に戻り、再びセンサ
での検出値を入力して同様な工程を繰り返す。このよう
な抑制をすることにより樹脂の隙間１２ａ，１２ｂへの
過度の流入を抑え、図３に示すように繊維基材への均一
な含浸を行い、製品の品質のバラツキをなくして均一な
品質を得ることができる。

【００２４】図５は本発明の実施の第２形態に係るＲＴ
Ｍ樹脂流動制御装置の全体構成図である。図において、
本実施の第２形態の特徴部分は図１に示す実施の第１形
態と比べて流動センサ１を周辺の隙間１２ａ，１２ｂに
のみ配置し、その他の中央部へのセンサを省略したもの
であり、その他の構成は図１に示す構成と同じである。

【００２５】上記の実施の第２形態の構成は、金型１０
と繊維基材２０との隙間が大きくなるような形状の製品
を成形する場合で、中央部よりも周辺の隙間１２ａ，１
２ｂの方へ樹脂が先に流れることが明らかに予測される
ような成形に適用されるものであり、センサの数が少な
いが、周辺の隙間の樹脂の流れのみを制御することによ
り、上記実施の第１形態と同様に、樹脂の金型内の流れ
を図３に示すように均一にすることができ、製品のバラ
ツキを少なくすることができる。

【００２６】

【発明の効果】本発明のＲＴＭ樹脂流動制御方法は、
（１）ＲＴＭ成形用金型内に繊維基材を固定しておき、
同金型の注入口より樹脂を注入して流出口へ向かって流
動させることにより前記繊維基材に含浸させた後、同繊
維基材の樹脂を硬化させ金型より取り出すＲＴＭ成形方
法において、（Ａ）前記金型内の樹脂流れ方向の周辺隙
間部とその他中央部における樹脂流動の透過係数の比率
が所定の許容範囲を超えた場合の同比率に対する前記注
入口での圧力低減量を複数ケース予め基準データとして
定めておき；（Ｂ）前記金型内を流れる実際の樹脂流動
の先端位置のパターンを測定し、その位置での周辺隙間
部とその他中央部との透過係数の比率を求め；（Ｃ）同
測定したパターンでの比率が所定の許容範囲内であれ
ば、前記注入口の樹脂注入条件を前記予め設定した基準
データの圧力に設定し、許容範囲外であれば、前記予め
定めた許容範囲を超えた場合の比率のうち対応する比率
の圧力低減量を適用して前記注入口の樹脂注入圧力を低
減させる工程とを備えたことを特徴としている。

【００２７】このような制御方法により、金型内へ流入
する樹脂の注入圧が適正に調整され、周辺部とその他中
央部との樹脂の流動パターンが均一なパターンとなり、
繊維基材へ含浸する樹脂も均一となり製品の品質のバラ
ツキも解消される。

【００２８】本発明の（２）は、制御装置の発明であ
り、複数の流動センサと、周辺部とその他中央部との間
で流動パターンが許容範囲を超えて変動している場合の
注入口の圧力低減量を予め基準データとして設定してお
く記憶装置と、金型の注入口への樹脂を適切な圧力で注
入する注入装置と、同注入装置を制御する制御装置とで
構成されるので、上記（１）の制御方法が確実に実施で
き、樹脂の周辺部への片寄りを防止し、製品の品質のバ
ラツキのないＲＴＭ成形品を製造できるものである。

【００２９】本発明の（３）では、センサは周辺のみに
配置するので、簡単な構成で樹脂の周辺部への片寄りを
なくし、均一な流動パターンとして製品の品質のバラツ
キをなくすことが可能となる。なお、本発明の（３）で
は、周辺部の隙間が大きく、明らかに周辺部へ樹脂が先
に流れることが予測されるような形状の成形品の場合に
適用されると有効なものであり、周辺部のみのセンサか
らの流動先端の検出のみで、上記（１）と同等の効果が
得られるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の第１形態に係るＲＴＭ樹脂流動
制御装置の全体構成図である。

【図２】本発明の実施の第１形態に係るＲＴＭ樹脂流動
制御装置に用いられるセンサによる流動パターン検出の
原理を示す図である。

【図３】本発明の実施の第１形態に係るＲＴＭ樹脂流動
制御後の流動パターンを示す図である。

【図４】本発明の実施の第１形態に係るＲＴＭ樹脂流動
制御装置の制御フローチャートである。

【図５】本発明の実施の第２形態に係るＲＴＭ樹脂流動
制御装置の全体構成図である。

【図６】従来のＲＴＭ成形方法を示す説明図である。

【符号の説明】

１流動センサ２注入装置３制御装置４記憶装置１０金型１１ａ樹脂注入口１１ｂ樹脂流出口１２ａ，１２ｂ隙間１４流動センサ特性２０繊維基材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山口泰弘名古屋市港区大江町10番地三菱重工業株式会社名古屋航空宇宙システム製作所内 (72)発明者山岸謙二郎神奈川県横浜市磯子区新中原町１石川島播磨重工業株式会社基盤技術研究所内 (72)発明者柳沢健一神奈川県横浜市磯子区新中原町１石川島播磨重工業株式会社基盤技術研究所内 (72)発明者奥村郁夫神奈川県横浜市磯子区新中原町１石川島播磨重工業株式会社基盤技術研究所内 (72)発明者福田武人大阪府大阪狭山市大野台１−17−８ (72)発明者元木信弥大阪府箕面市石丸２−５−21−104 (72)発明者逢坂勝彦大阪府大阪市生野区桃谷２−13−11 Ｆターム(参考） 4F206 AD16 AP20 AR034 AR064 JA07 JB12 JL02 JL09 JM04 JP17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＲＴＭ成形用金型内に繊維基材を固定し
ておき、同金型の注入口より樹脂を注入して流出口へ向
かって流動させることにより前記繊維基材に含浸させた
後、同繊維基材の樹脂を硬化させ金型より取り出すＲＴ
Ｍ成形方法において、（Ａ）前記金型内の樹脂流れ方向
の周辺隙間部とその他中央部における樹脂流動の容易さ
を示す係数（透過係数）の比率が所定の許容範囲を超え
た場合の同比率に対する前記注入口での圧力低減量を複
数ケース予め基準データとして定めておき；（Ｂ）前記
金型内を流れる実際の樹脂流動の先端位置のパターンを
測定し、その位置での周辺隙間部とその他中央部との透
過係数の比率を求め；（Ｃ）同測定したパターンでの透
過係数の比率が所定の許容範囲内であれば、前記注入口
の樹脂注入条件を前記予め設定した基準データの圧力に
設定し、許容範囲外であれば、前記予め定めた許容範囲
を超えた場合の比率のうち対応する比率の圧力低減量を
適用して前記注入口の樹脂注入圧力を低減させる工程と
を備えてなることを特徴とするＲＴＭ樹脂流動制御方
法。
【請求項２】ＲＴＭ成形用金型内の表面に埋設され樹
脂流れ方向に複数本並設して配置された流動センサと、
前記金型内の樹脂流れ方向の周辺隙間部とその他中央部
における樹脂の透過係数の比率が所定の許容範囲を超え
た場合の同比率に対する金型の注入口での圧力低減量を
複数ケース基準データとして予め記憶させておく記憶装
置と、前記金型の注入口へ所定圧力の樹脂を注入する注
入装置と、前記流動センサからの検出信号を取込み、同
取り込んだ信号に対応する前記記憶装置に記憶されてい
る基準データとを比較し、その比較結果に基づいて前記
注入装置を制御する制御装置とを備えてなることを特徴
とするＲＴＭ樹脂流動制御装置。
【請求項３】前記流動センサは前記周辺の隙間部のみ
に配置したことを特徴とする請求項２記載のＲＴＭ樹脂
流動制御装置。