JP2016135572A - 複合材料の成形方法、複合材料の成形装置、および複合材料 - Google Patents

Abstract

【課題】成形後に煩雑な前処理を施すことなく良好な接着強度を有する複合材料を得ることができ、生産コストの増加を抑え、品質管理を容易かつ適切に行うことができる複合材料の成形方法、成形装置、および複合材料を提供する。【解決手段】プリフォーム成形装置に炭素繊維を配置する工程（ステップＳ１１）、炭素繊維のプリフォーム成形を行う工程（ステップＳ１２）、プリフォームを成形型のキャビティに配置する工程（ステップＳ１３）、キャビティ内を真空引きする工程（ステップＳ１４）、キャビティ内に樹脂を注入する工程（ステップＳ１５）、炭素繊維に含浸した樹脂の一部を冷却して樹脂の硬化を抑制しながら未硬化の樹脂を除去する工程（ステップＳ１６）、成形した複合材料を成形型から脱型する工程（ステップＳ１７）、複合材料の樹脂の未含浸部に接着材を塗布する工程（ステップＳ１８）、複合材料を接着する工程（ステップＳ１９）と、を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、複合材料の成形方法、複合材料の成形装置、および複合材料に関する。

近年、自動車の車体軽量化のために強化基材に樹脂を含浸させた複合材料が自動車部品として用いられている。複合材料の成形方法として、例えば、下記特許文献１に記載されているような量産化に適したＲＴＭ（Ｒｅｓｉｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｌｄｉｎｇ）成形法が注目されている。

ＲＴＭ成形法にあっては、まず、開閉可能な一対の下型（雌型）、上型（雄型）からなる成形型内のキャビティに強化基材を配置する。型を閉締した後、樹脂注入口から樹脂を注入し、強化基材に樹脂を含浸させる。そして、キャビティ内に注入した樹脂を硬化させることによって複合材料を完成させる。完成した複合材料は、例えば、他の部材（他の複合材料や、その他材質の異なる部材）と接着材を使用して接合され、自動車用の部品等を構成する。

複合材料の接着を行う場合、複合材料の接着面には所定の前処理を施す。前処理としては、例えば、下記特許文献２に記載されているようなサンドブラスト処理やプラズマ処理による表面改質が行われる。接着面の表面改質を行うことの利点として、濡れ性の向上、官能基の生成、接着面積の増加といった接着性の向上に寄与する様々な点が挙げられる。また、ＲＴＭ成形法において使用される樹脂（例えば、エポキシ樹脂）の内部には、脱型時の離型性を向上させるために内部離型剤を混入させることがあるが、この内部離型剤が成形後に複合材料の表面に析出すると、接着面に塗布した接着材の密着性が低下して、接着強度が低下する。このため、複合材料を接着する場合には、複合材料の接着面に対して前処理を施すことが求められる。

特開２００５−１９３５８７号公報 特開２００８−２４８１９６号公報

しかしながら、上記のように接着性の向上を図るために複合材料を成形した後に煩雑な前処理工程を追加すると、工程数が増加する分、生産コストを増加させることになる。また、従来のサンドブラスト処理やプラズマ処理を実施すると、表面粗さや濡れ性のみならず、指標化が困難な官能器の生成についても評価をせざる得ないため、量産工程下において適切な品質管理が行い難いという問題もある。

そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、成形後に煩雑な前処理を施すことなく良好な接着強度を確保することが可能な複合材料を取得することを可能にし、前処理工程の実施に伴う生産コストの増加を抑えることができ、さらに、品質管理を容易かつ適切に行うことができる複合材料の成形方法、複合材料の成形装置、および複合材料を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明に係る複合材料の成形方法は、強化基材と強化基材の少なくとも一部に含浸した樹脂からなる複合材料の成形方法であって、開閉自在な成形型のキャビティ内に強化基材を配置した状態で溶融した樹脂をキャビティ内に注入する工程を有している。さらに、強化基材に含浸した樹脂の少なくとも一部の温度を樹脂の硬化温度よりも低い温度に維持して硬化を抑制しながら、硬化が抑制された未硬化の樹脂を除去することにより樹脂が含浸していない樹脂の未含浸部を形成しつつ、強化基材の他の部位に含浸した樹脂を硬化させて複合材料を成形する工程を有している。

上記目的を達成する本発明に係る複合材料の成形装置は、強化基材と強化基材の少なくとも一部に含浸した樹脂からなる複合材料を成形する複合材料の成形装置であって、強化基材が配置されるキャビティを形成する開閉自在な成形型と、溶融した樹脂をキャビティ内に注入する樹脂注入部と、を有している。さらに、成形型に設けられ、強化基材に含浸した樹脂の少なくとも一部の温度を樹脂の硬化温度よりも低い温度に維持して硬化を抑制しながら、硬化が抑制された未硬化の樹脂を除去することにより樹脂が含浸していない樹脂の未含浸部を複合材料に形成する樹脂除去部を有している。

上記目的を達成する本発明に係る複合材料は、強化基材と強化基材に含浸した樹脂からなり、強化基材の少なくとも一部に、未硬化の樹脂を成形時に除去して形成された樹脂の未含浸部が形成されてなる、複合材料である。

本発明によれば、樹脂が含浸していない未含浸部を複合材料に形成し、当該未含浸部を接着部として使用することにより、樹脂に含まれる内部離型剤の析出に伴う接着強度の低下が発生するのを好適に防止することができる。そして、成形後に煩雑な前処理を施すことなく良好な接着強度を確保することが可能になるため、前処理工程の実施に伴う生産コストの増加を抑えることができ、さらに、成形後の品質管理を容易かつ適切に行うことが可能になる。

本発明の実施形態に係る複合材料の成形装置の概略図である。 実施形態に係る複合材料の成形方法を示すフローチャートである。 実施形態に係るプリフォーム成形装置の概観斜視図である。 図４は、実施形態に係る成形型を説明するための図であり、図４（Ａ）は成形型の概観斜視図、図４（Ｂ）は成形型の下型に設けられた吸引孔を示す斜視図である。 図５は、図４（Ａ）に示す５Ａ−５Ａ線に沿う成形型の概略断面図であり、図５（Ａ）は型開きした際の成形型を示す図、図５（Ｂ）は型閉じした際の成形型を示す図である。 図６は、実施形態に係る成形型を使用した成形方法を説明するための図であり、図６（Ａ）はキャビティ内へ樹脂を注入する前の様子を示す部分拡大図、図６（Ｂ）は未硬化の樹脂を強化基材から除去する際の様子を示す部分拡大図、図６（Ｃ）は成形型から複合材料を脱型する際の様子を示す部分拡大図である。 図７は、接着材を使用して複合材料を他の部材に接着する工程を示す図であり、図７（Ａ）は樹脂の未含浸部に塗布した接着材を使用して接着を行う際の様子を示す部分拡大図、図７（Ｂ）は接着された複合材料と他の部材を示す部分拡大図である。 図８は、実施形態に係る複合材料の成形方法を適用して成形した自動車部品を示す図であり、図８（Ａ）は、複合材料からなる各種の自動車部品を示す図、図８（Ｂ）は、自動車部品を接合して形成した車体を示す図である。

以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、以下の説明は特許請求の範囲に記載される技術的範囲や用語の意義を限定するものではない。また、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

図１は、実施形態に係る複合材料の成形装置１００の概略図である。図２は、実施形態に係る複合材料の成形方法を示すフローチャートである。図３は、実施形態に係るプリフォーム成形装置４００を示す斜視図である。図４は、実施形態に係る成形型１１０および成形型１１０に設けられた吸引孔１４９を示す斜視図である。図５は、実施形態に係る成形型１１０を簡略化して示す断面図である。図６は、実施形態に係る成形型１１０を使用した成形方法を説明するための拡大断面図である。図７は、接着材ｇを使用して複合材料２００を他の部材に接着する工程を示す拡大断面図である。図８は、実施形態に係る複合材料２００を使用した自動車部品３０１〜３０３および車体３００を示す斜視図である。

以下、各図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

本実施形態に係る複合材料の成形方法によって得られる複合材料２００は、強化基材２１０と樹脂２２０によって構成されている。複合材料２００は、強化基材２１０と樹脂２２０が組み合わせられることにより、樹脂単体で構成される成形品に比べて高い強度および剛性を備えたものとなる。また、図８に示すような自動車の車体３００（図８（Ｂ）を参照）に使用されるフロントサイドメンバー３０１やピラー３０２等の骨格部品、ルーフ３０３等の外板部品に複合材料２００を適用することによって、鉄鋼材料からなる部品を組み付けて構成した車体と比べて、車体３００の軽量化を図ることができる。

強化基材２１０は、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、有機繊維等の織物シートによって形成することができる。強化基材２１０は、例えば、後述するプリフォーム成形装置４００（図３を参照）を使用して、所定の形状にプリフォームした状態で準備することができる。本実施形態においては、強化基材２１０として炭素繊維を使用した例を説明する。炭素繊維は、熱膨張係数が小さく、寸法安定性に優れ、高温下においても機械的特性の低下が少ないという特徴があるため、自動車の車体３００等の複合材料２００の強化基材として好適に使用することができる。

樹脂２２０は、例えば、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂、フェノール樹脂等が用いられる。本実施形態においては、機械的特性、寸法安定性に優れたエポキシ樹脂を用いる。エポキシ樹脂は２液タイプが主流であり、主剤および硬化剤を混合して使用する。主剤はビスフェノールＡ型のエポキシ樹脂、硬化剤はアミン系のものが一般的に用いられるが、特にこれに限定されるものではなく、所望の材料特性に合わせて適宜選択できる。また、樹脂２２０には、複合材料２００を成形した後の脱型を容易に行い得るように、内部離型剤を含ませている。内部離型剤の種類は、特に限定されず、例えば、ステアリン酸亜鉛を主成分とする公知のものを使用することができる。

まず、成形装置１００について説明する。

図１を参照して、本実施形態に係る複合材料の成形装置（以下、「成形装置」とする）１００は、概説すると、強化基材としての炭素繊維２１０が配置されるキャビティ１５０を形成する開閉自在な成形型１１０と、成形型１１０に型締圧力を負荷するプレス部２０と、キャビティ１５０内に溶融した樹脂２２０を注入する樹脂注入部３０と、を有している。成形型１１０は、相対的に接近離反移動自在な上型（雌型）１３０と下型（雄型）１４０とを有している。

また、成形装置１００は、樹脂２２０の注入圧力を調整自在なバルブ４０と、キャビティ１５０内の圧力を測定する圧力計５０と、成形型１１０内を真空引きする吸引部１４７と、吸引部１４７による吸引力を調整する吸引力調整部６０と、成形型１１０の温度を調整する成形型温度調整部７０と、キャビティ１５０内に注入した樹脂２２０の一部を冷却する冷却部１３７と、冷却部１３７を作動させて樹脂２２０の温度を調整する樹脂温度調整部７５と、成形装置１００全体の動作を制御する制御部８０と、を有している。成形型１１０に設けられた冷却部１３７と吸引部１４７は、複合材料２００に樹脂２２０の未含浸部２０１ａ（図６（Ｂ）を参照）を形成する樹脂除去部１６０としての機能を有している。

図１に示すように、プレス部２０は、例えば、油圧等の流体圧を用いたシリンダー２１を備え油圧等を制御することによって型締圧力を調整自在なプレス機により構成することができる。

樹脂注入部３０は、主剤を充填した主剤タンク３１と、硬化剤を充填した硬化剤タンク３２と、主剤、硬化剤、およびそれらが混合された樹脂２２０の搬送流路を形成するチューブ３６と、キャビティ１５０内への樹脂２２０の注入圧力を測定する圧力計３４と、樹脂２２０の注入圧力を調整自在なバルブ４０と、を有している。

樹脂注入部３０は、主剤タンク３１から供給される主剤と、硬化剤タンク３２から供給される硬化剤とを一定の圧力下において循環させつつ、成形型１１０のキャビティ１５０内へ供給可能な公知の循環式のポンプ機構により構成することができる。圧力計３４は、樹脂２２０の注入圧力を測定するために、注入口１３付近のチューブ３６に配置する。樹脂注入部３０は、バルブ４０の開度を調整することによって、キャビティ１５０内への樹脂２２０の注入量および成形型１１０に供給される樹脂２２０の注入圧力を調整する。

圧力計５０は、公知のひずみゲージ等からなる検出部を備えており、キャビティ１５０内の圧力を測定するために成形型１１０に配置される。

吸引力調整部６０は、例えば、公知の真空ポンプにより構成することができる。吸引力調整部６０は、樹脂２２０の注入前に成形型１１０の下型１４０に設けた吸引部１４７を介してキャビティ１５０内の空気を吸引（真空引き）し、キャビティ１５０内を真空状態にする。また、後述するように、樹脂２２０をキャビティ１５０内に注入した後においても吸引力調整部６０を作動させてキャビティ１５０内を吸引することにより、樹脂２２０の一部をキャビティ１５０の外部へ排出することが可能になっている（図６（Ｂ）を参照）。

成形型温度調整部７０は、成形型１１０を樹脂２２０の硬化温度まで加熱し、キャビティ１５０内に注入された樹脂２２０を硬化させる。成形型温度調整部７０は、加熱を行うための装置として、例えば、成形型１１０を直接的に加熱する電気ヒーターや、油などの熱媒体を循環させることによって温度調整を行う温度調整機構等を備えるように構成することができる。

樹脂温度調整部７５は、キャビティ１５０に注入した樹脂２２０の温度を調整する。具体的には、樹脂温度調整部７５は、成形型１１０の上型１３０内に入れ子型構造で設けられた冷却部１３７に所定の動作信号を送信して冷却部１３７を作動させることにより、キャビティ１５０内に注入された樹脂２２０の一部を冷却する（図６（Ｂ）を参照）。冷却部１３７は、樹脂２２０を冷却する冷却用のガスを供給する。

制御部８０は、成形装置１００全体の動作を制御する。制御部８０は、記憶部８１と、演算部８２と、各種データや制御指令の送受信を行う入出力部８３と、を有している。入出力部８３は、圧力計３４、５０と、バルブ４０と、吸引力調整部６０と、成形型温度調整部７０と、樹脂温度調整部７５とに電気的に接続している。

記憶部８１は、ＲＯＭやＲＡＭから構成し、キャビティ１５０内の圧力等のデータを記憶する。演算部８２は、ＣＰＵを主体に構成され、入出力部８３を介して圧力計３４、５０からの樹脂２２０の注入圧力およびキャビティ１５０内の圧力のデータを受信する。演算部８２は、記憶部８１から読み出したデータおよび入出力部８３から受信したデータに基づいて、バルブ４０の開度、吸引力調整部６０の吸印圧、成形型温度調整部７０による成形型１１０の加熱温度、樹脂温度調整部７５による樹脂２２０の冷却温度等を算出する。算出したデータに基づく制御信号は、入出力部８３を介してバルブ４０、吸引力調整部６０、成形型温度調整部７０、樹脂温度調整部７５へ送信する。このようにして、制御部８０は、樹脂２２０の注入圧力、吸引時のキャビティ１５０内の圧力、成形型１１０の温度、キャビティ１５０内の樹脂２２０の温度等を制御する。

次に、プリフォーム成形装置４００について説明する。

図３に示すように、プリフォーム成形装置４００は、プリフォーム（予備賦形）の対象となる炭素繊維２１０が配置される下型４２０と、下型４２０に対して接近離反移動自在な上型４１０と、を有している。

上型４１０は、所定のロッド４５０によりそれぞれ支持された複数の押し子４１１〜４１５を備えている。各押し子４１１〜４１５は、炭素繊維２１０のプリフォーム形状に合致した形状に形成された成形面を有している。炭素繊維２１０を下型４２０に配置した状態で上型４１０を下型４２０に接近移動させて、各押し子４１１〜４１５から炭素繊維２１０に対して加圧力を付与することにより、炭素繊維２１０をプリフォーム成形することが可能になっている。

プリフォームする炭素繊維２１０は、例えば、シート状に予め加工されたものを、下型４２０上に複数積層してセットすることができる。図３中の一点鎖線で示す炭素繊維２１０は、プリフォーム成形前のものであり、実線で示す炭素繊維２１０は、プリフォーム成形後のものである。

次に、成形型１１０について説明する。

図４（Ａ）、図５（Ａ）、図５（Ｂ）に示すように、成形型１１０が備える上型１３０は、プリフォーム成形された複合材料２００の外形形状に合致した形状の成形面１３１と、成形型１１０へ供給される樹脂２２０の通り道となる樹脂流路１３５と、樹脂流路１３５の先端側に位置し、キャビティ１５０内へ樹脂２２０を導くゲート部１３６と、冷却部１３７と、を有している。樹脂流路１３５は、注入口１３を介して、樹脂注入部３０のチューブ３６と液密・気密に連結している。

成形型１１０が備える下型１４０は、複合材料２００の外形形状に合致した形状の成形面１４１と、樹脂２２０を吸引する吸引部１４７と、吸引部１４７に液密・気密に連結された吸引チューブ１４５と、成形面１４１に形成された吸引孔１４９と、を有している。

上型１３０は、下型１４０に対して接近離反移動自在に構成されており、図４（Ａ）、図５（Ａ）に示すように、上型１３０が下型１４０から離反すると、成形型１１０が型開きした状態となる。成形型１１０を開くことにより、プリフォーム成形された炭素繊維２１０を下型１４０に配置することが可能になる。また、図５（Ｂ）に示すように、上型１３０を下型１４０に接近移動させて型を閉じると、上型１３０の成形面１３１と下型１４０の成形面１４１との間にキャビティ１５０が形成される。図５（Ｂ）中の矢印ｕは、上型１３０の離反移動方向（型開き方向）を示し、矢印ｄは、上型１３０の接近移動方向（型閉じ方向）を示す。

図６（Ａ）に示すように、下型１４０に設けられた吸引部１４７は、所定の容積のチャンバ１４７ａと、成形面１４１に形成した吸引孔１４９とチャンバ１４７ａとを連通する連通路１４７ｂと、を有している。チャンバ１４７ａは、吸引チューブ１４５を介して、真空ポンプ等により構成される吸引力調整部６０に連結している（図１を参照）。吸引力調整部６０を作動させてチャンバ１４７ａ内を減圧すると、連通路１４７ｂを介してチャンバ１４７ａに連通した吸引孔１４９までその減圧作用が及ぶ。このため、成形型１１０を閉じてキャビティ１５０を形成した状態で吸引部１４７を減圧すると、キャビティ１５０内にもその減圧作用が及ぶことになる。

図４（Ｂ）に示すように、吸引孔１４９は、下型１４０の成形面１４１の所定の位置に複数個設けている。吸引孔１４９の形状等は特に限定されないが、例えば、吸引孔１４９に連通する吸引部１４７内へ樹脂２２０を引き込み易くするために、内径を部分的に狭めるように形成した窪み１４９ａを設けることができる。なお、吸引孔１４９を設ける位置、個数等も特に限定されず、適宜変更することが可能である。

図６（Ｂ）に示すように、冷却部１３７は、冷却用のガスを吐出して樹脂２２０に対して噴き付ける送風機により構成している（ガスの噴き付けを図中の矢印ｃで示す）。ガスの種類は、特に限定されず、例えば、空気や窒素ガスなどを使用することができる。冷却部１３７は、その一部（下端部）が上型１３０の成形面１３１に臨むように、上型１３０内に入れ子状に設置している。このため、成形型１１０を閉じた際に冷却部１３７を炭素繊維２１０の表面に近接して配置することができ、冷却効果を高めることができる。

本実施形態においては、冷却部１３７は、冷却用のガスを供給して樹脂２２０を冷却するように構成しているが、例えば、液体や気体等の冷媒を循環させて温度調整を行う公知の温調器回路を有するように構成することも可能である。冷却部１３７がこのように構成される場合においても、冷却部１３７の一部を直接的に樹脂２２０に接触させることにより、樹脂２２０を冷却させることができる。

上型１３０に設けられた冷却部１３７は、成形型１１０を型閉じした際に、下型１４０に形成した吸引孔１４９に向かい合わせて配置される（図６（Ａ）を参照）。冷却部１３７と吸引孔１４９とに挟まれて配置される炭素繊維２１０の所定の部分２１１（図４（Ａ）の網掛け部分。以下、「冷却対象部位」とする。）は、含浸した樹脂２２０の硬化が抑制され、かつ、その樹脂２２０が除去される部分となる。冷却対象部位２１１を設ける位置、その大きさや形状等は、成形後に得られる複合材料２００の製品仕様等に応じて任意に設定することができる。

次に、実施形態に係る複合材料２００の成形方法を説明する。

図２に示すように、複合材料２００の成形方法は、プリフォーム成形装置４００に炭素繊維２１０を配置する工程（ステップＳ１１）と、炭素繊維２１０のプリフォーム成形を行う工程（ステップＳ１２）と、プリフォームした炭素繊維２１０を成形型１１０のキャビティ１５０に配置する工程（ステップＳ１３）と、キャビティ１５０内を真空引きする工程（ステップＳ１４）と、キャビティ１５０内に樹脂２２０を注入する工程（ステップＳ１５）と、炭素繊維２１０に含浸した樹脂２２０の一部を冷却して樹脂２２０の硬化を抑制しながら未硬化の樹脂２２０を除去する工程（ステップＳ１６）と、成形した複合材料２００を成形型１１０から脱型する工程（ステップＳ１７）と、複合材料２００の樹脂２２０の未含浸部２０１ａに接着材ｇを塗布する工程（ステップＳ１８）と、複合材料２００を接着する工程（ステップＳ１９）と、を有する。

各工程について説明する。

まず、ステップＳ１１として、プリフォーム成形装置４００の下型４２０に炭素繊維２１０を配置する（図３を参照）。そして、ステップＳ１２として、プリフォーム成形装置４００の上型４１０を下型４２０に対して接近移動させて炭素繊維２１０をプリフォーム成形する。

次に、ステップＳ１３として、プリフォーム成形した炭素繊維２１０を成形型１１０のキャビティ１５０に配置する（図５（Ａ）、図５（Ｂ）を参照）。

次に、ステップＳ１４として、キャビティ１５０内の空気を吸引し、真空引きを行い、キャビティ１５０内を真空状態にする。真空引きを行うことによって、キャビティ１５０内に注入した樹脂２２０の表面に気泡が発生するのを防止することが可能になる。これにより、成形品である複合材料２００にボイドやピットが発生するのを抑制することができ、複合材料２００の機械的特性や意匠性を向上させることが可能になる。

次に、ステップＳ１５として、キャビティ１５０内に溶融した樹脂２２０を注入する。成形型１１０は、樹脂２２０（例えば、エポキシ樹脂）の硬化温度以上（例えば、１００℃〜１６０℃程度）に予熱しておく。真空引き（ステップＳ１４）は、樹脂の注入の開始前後に亘って継続して実施する。

次に、ステップＳ１６として、炭素繊維２１０の一部を冷却部１３７により冷却して樹脂２２０ａの硬化を抑止しながら、その未硬化の樹脂２２０ａを除去する。

ここで、図６の各図には、樹脂２２０の注入の開始時から複合材料２００を成形型１１０から脱型するまでの各工程の様子が示される。各図は、図５（Ｂ）の破線６Ａで示す部分の拡大図である。

図６（Ａ）に示すように、成形型１１０を閉じた状態において、冷却部１３７は炭素繊維２１０の冷却対象部位２１１に向かい合わせて配置する。真空引き（ステップＳ１４）が樹脂２２０の注入開始前後に亘って継続して行われることにより、樹脂２２０の注入前においては、キャビティ１５０内に残留する空気が吸引部１４７のチャンバ１４７ａ内へ排出される（空気の流れを矢印ａで示す）。

図６（Ｂ）に示すように、樹脂２２０の注入を開始すると、樹脂２２０は炭素繊維２１０の内部を伝わって徐々に含浸されていく。樹脂２２０の注入が開始された後、冷却部１３７を作動させて、冷却用のガスを冷却対象部位２１１に含浸した樹脂２２０に対して噴き付ける（矢印ｃを参照）。冷却用のガスの温度は、噴き付けを開始する前に、所定の温度以下に予め調整しておく。なお、冷却用のガスの噴き付けは、樹脂２２０の注入を開始する前から実施してもよい。

炭素繊維２１０の冷却対象部位２１１に含浸した樹脂２２０の温度は、樹脂２２０の硬化温度よりも低い温度（例えば、５０℃〜８０℃）に維持する。これにより、冷却対象部位２１１に含浸した樹脂２２０の硬化を抑制する。一方、冷却対象部位２１１以外の部位に含浸した樹脂２２０の温度は、加温した成形型１１０から伝わる熱により、樹脂２２０の硬化温度以上に温めて硬化を促進させる。

冷却対象部位２１１に含浸した樹脂２２０の硬化を抑制しつつ、吸引部１４７による吸引を実施すると、冷却対象部位２１１の内部から未硬化の樹脂２２０ａが吸引されて、チャンバ１４７ａ内へ引き込まれる。冷却対象部位２１１以外の部位に含浸した樹脂２２０は硬化が促進されているため、チャンバ１４７ａ内への引き込みが抑えられる。この際、冷却部１３７から冷却用のガスを噴き付けつつ、その冷却用のガスとともに未硬化の樹脂２２０ａを吸引しているため、未硬化の樹脂２２０ａを冷却用のガスにより押し流して吸引部１４７側へ流動させることができる。これにより、未硬化の樹脂２２０ａの除去を効率良く行うことができる。また、本実施形態に係る成形型１１０においては、上型１３０側から冷却用のガスを噴き付けて、下型１４０側で未硬化の樹脂２２０ａを吸引するため、重力の作用方向に沿って未硬化の樹脂２２０ａを流動させることができる。したがって、未硬化の樹脂２２０ａの除去をより一層効率良く行うことが可能になる。なお、炭素繊維２１０から除去した未硬化の樹脂２２０ａは、例えば、吸引部１４７のチャンバ１４７ａ内に一時的に保管するようにしてもよいし、吸引チューブ１４５に連結される回収容器等を別途に準備して、当該容器内へ収容させるようにしてもよい。

また、本実施形態に係る成形方法においては、キャビティ１５０内の吸引（真空引き）を樹脂２２０の注入を開始する前後に亘って継続して実施しているため、キャビティ１５０内に注入された樹脂２２０は、減圧作用により炭素繊維２１０内へ速やかに行き渡る。さらに、樹脂２２０の注入前に真空引きする工程と、未硬化の樹脂２２０ａを吸引する工程とを別途に実施することによる工程数の増加や成形装置１００の動作制御の煩雑化が招かれるのを防止できる。

図６（Ｃ）に示すように、複合材料２００を脱型する際には、樹脂２２０が含浸していない未含浸部２０１ａと、硬化した樹脂２２０が含浸した含浸部２０２が複合材料２００に形成される。なお、未含浸部２０１ａは、少なくともその表裏両面のいずれかの面に接着材ｇの密着性を低下させ得る程度の樹脂２２０およびその組成材料が残留しない状態で形成されていればよく、未含浸部２０１ａ内に樹脂２２０が完全に存在していない状態でなくてもよい。

再び図２を参照して、ステップＳ１７として、冷却により硬化が抑制された部分以外の樹脂２２０が硬化した後、成形型１１０を開いて、炭素繊維２１０および樹脂２２０が一体化された複合材料２００を脱型する（図６（Ｃ）を参照）。

次に、ステップＳ１８として、複合材料２００の未含浸部２０１ａに接着材ｇを塗布する（図７（Ａ）を参照）。接着材ｇの材質等は特に限定されず、公知のものを使用することができる。

未含浸部２０１ａの表面は、他の部材２７０との接着がなされる接着部（接着面）を構成する。この接着部付近には樹脂２２０が含浸してないため、樹脂２２０に含まれる内部離型剤が表面に析出することはない。よって、接着部に対する前処理を実施しなくとも、接着材ｇとの密着性を確保することができ、接着強度を向上させることが可能になる。また、前処理としてサンドブラスト処理やプラズマ処理を実施する場合に生じる品質確保や品質保証についての問題が生じることもないため、複合材料２００の取り扱いが容易なものとなる。

図７（Ａ）、図７（Ｂ）に示すように、例えば、複合材料２００は、複合材料２００の成形と同様の手順によって未含浸部２７１ａが形成された複合材料２７０に接着させることができる。この際、接着箇所は、例えば、各複合材料２００、２７０の未含浸部２０１ａ、２７１ａに設定することができる。なお、複合材料２００を接着させる対象となる他の部材は、図８（Ａ）に示す各部品や、複合材料以外の材料、例えば、樹脂成形品や金属材料などでもよい。

以上説明したように、本実施形態に係る複合材料の成形方法および成形装置１００によれば、樹脂２２０が含浸していない未含浸部２０１ａを複合材料２００に形成し、当該未含浸部２０１ａを接着部として使用することにより、樹脂２２０ａに含まれる内部離型剤の析出に伴う接着強度の低下が発生するのを好適に防止することができる。そして、成形後に煩雑な前処理を施すことなく良好な接着強度を確保することが可能になるため、前処理工程の実施に伴う生産コストの増加を抑えることができ、さらに、成形後の品質管理を容易かつ適切に行うことが可能になる。

また、炭素繊維２１０に含浸した樹脂２２０に対して冷却用のガスを噴き付けながら未硬化の樹脂２２０ａを吸引するため、未硬化の樹脂２２０ａを冷却用のガスにより押し流して吸引部１４７側へ流動させることができ、未硬化の樹脂２２０ａの除去を効率良く行うことができる。

また、キャビティ１５０内の真空引きを樹脂２２０の注入を開始する前後に亘って継続して実施しているため、キャビティ１５０内に注入された樹脂２２０を減圧作用により炭素繊維２１０内へ速やかに行き渡らせることができる。さらに、樹脂２２０の注入前に真空引きする工程と、未硬化の樹脂２２０ａを吸引する工程とを別途に実施することによる工程数の増加や成形装置１００の動作制御の煩雑化が招かれるのを防止できる。これに加えて、成形品である複合材料２００にボイドやピットが発生するのを抑制することができ、複合材料２００の機械的特性や意匠性を向上させることが可能になる。

また、複合材料２００に形成した樹脂２２０の未含浸部２０１ａに塗布した接着材ｇを介して、複合材料２００を他の部材２７０に対して好適に接着させることができる。

また、炭素繊維２１０と当該炭素繊維２１０に含浸した樹脂２２０からなり、炭素繊維２１０の少なくとも一部に、未硬化の樹脂２２０ａを成形時に除去して形成された樹脂の未含浸部２０１ａが形成されてなる複合材料２００を得ることができる。

以上、実施形態を通じて複合材料の成形方法、成形装置、および複合材料を説明したが、本発明は実施形態において説明した構成のみに限定されることはなく、特許請求の範囲の記載に基づいて適宜変更することが可能である。

例えば、上型１３０に冷却部１３７を配置し、下型１４０に吸引部１４７を配置した例を示したが、上型１３０に吸引部１４７を配置し、下型１４０に冷却部１３７を配置するように成形装置１００を改変することが可能である。

また、例えば、実施形態においては、樹脂２２０の注入前後に亘ってキャビティ１５０内を真空引きして未硬化の樹脂２２０ａを除去する例を示したが、未硬化の樹脂２２０ａを除去する際の吸引力は、樹脂２２０の吸引を実現し得る限りにおいて適宜変更することが可能である。

その他、複合材料の成形方法の各工程および複合材料の成形装置の各部の構成は、成形時に一部の樹脂の硬化を抑制して当該樹脂の一部を未硬化にし、未硬化の樹脂を除去することにより、複合材料のいずれかの部位に樹脂が含浸されていない未含浸部を形成することが可能な限りにおいて適宜変更することが可能である。

６０ 吸引力調整部、
７５ 樹脂温度調整部、
１００ 成形装置、
１１０ 成形型、
１３０ 上型、
１３７ 冷却部、
１４０ 下型、
１４５ 吸引チューブ、
１４７ 吸引部、
１４７ａ チャンバ、
１４７ｂ 連通路、
１４９ 吸引孔、
１４９ａ 吸引孔の窪み、
１５０ キャビティ、
１６０ 樹脂除去部、
２００ 複合材料、
２０１ａ 樹脂の未含浸部、
２０２ 樹脂の含浸部、
２１０ 炭素繊維（強化基材）、
２１１ 冷却対象部位、
２２０ 樹脂、
２２０ａ 未硬化の樹脂、
２７０ 複合材料（他の部材）、
３００ 車体、
４００ プリフォーム成形装置、
ｇ 接着材。

Claims (8)

1. 強化基材と前記強化基材の少なくとも一部に含浸した樹脂からなる複合材料の成形方法であって、
   開閉自在な成形型のキャビティ内に強化基材を配置した状態で溶融した樹脂を前記キャビティ内に注入する工程と、
   前記強化基材に含浸した前記樹脂の少なくとも一部の温度を前記樹脂の硬化温度よりも低い温度に維持して硬化を抑制しながら、硬化が抑制された未硬化の前記樹脂を除去することにより前記樹脂が含浸していない樹脂の未含浸部を形成しつつ、前記強化基材の他の部位に含浸した前記樹脂を硬化させて複合材料を成形する工程と、を有する複合材料の成形方法。
2. 前記複合材料を成形する工程において、未硬化の前記樹脂の除去は、前記強化基材に含浸した前記樹脂に対して冷却用のガスを噴き付けながら未硬化の前記樹脂を吸引して行う、請求項１に記載の複合材料の成形方法。
3. 前記キャビティ内へ前記樹脂を注入する工程の前に開始され、前記キャビティ内を真空引きする真空引き工程をさらに有し、
   前記真空引き工程を、前記キャビティ内への前記樹脂の注入の開始後まで継続して行うことにより未硬化の前記樹脂を吸引してなる、請求項２に記載の複合材料の成形方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の成形方法により成形された前記複合材料の前記樹脂の未含浸部に接着材を塗布する工程と、
   前記接着材を介して前記複合材料と他の部材とを接着する工程と、をさらに有する複合材料の接着方法。
5. 強化基材と前記強化基材の少なくとも一部に含浸した樹脂からなる複合材料を成形する複合材料の成形装置であって、
   強化基材が配置されるキャビティを形成する開閉自在な成形型と、
   溶融した樹脂を前記キャビティ内に注入する樹脂注入部と、
   前記成形型に設けられ、前記強化基材に含浸した前記樹脂の少なくとも一部の温度を前記樹脂の硬化温度よりも低い温度に維持して硬化を抑制しながら、硬化が抑制された未硬化の前記樹脂を除去することにより前記樹脂が含浸していない樹脂の未含浸部を複合材料に形成する樹脂除去部と、を有する複合材料の成形装置。
6. 前記樹脂除去部は、
   前記樹脂の少なくとも一部に冷却用のガスを噴き付ける冷却部と、
   前記ガスが噴き付けられた未硬化の前記樹脂を吸引する吸引部と、を有する請求項５に記載の複合材料の成形装置。
7. 前記吸引部は、前記キャビティ内へ前記樹脂を注入する前に前記キャビティ内を吸引して真空状態にし、かつ、前記キャビティ内への前記樹脂の注入の開始後まで吸引を継続して行うことにより未硬化の前記樹脂を吸引する、請求項６に記載の複合材料の成形装置。
8. 強化基材と前記強化基材に含浸した樹脂からなり、前記強化基材の少なくとも一部に、未硬化の前記樹脂を成形時に除去して形成された樹脂の未含浸部が形成されてなる、複合材料。