JP2016144922A - 複合材料の成形方法、成形装置、および複合材料 - Google Patents

Abstract

【課題】成形品である複合材料の縁部における樹脂リッチ部分の形成を抑制し、縁部をカットするトリム加工を省くことのできる複合材料ならびにその成形方法および成形装置を提供する。【解決手段】成形装置１００は、第１の繊維部材３１１を含有する第１の基材３１０と、第１の繊維部材よりも長さが短い第２の繊維部材３２１を含有する第２の基材３２０と、第１と第２の基材をモールドする樹脂３３０と、を有する複合材料３００を成形する装置である。成形装置は、第１の基材および第２の基材を配置するキャビティ１３を備える開閉可能な成形型１０と、開いた成形型内に成形型の割り面１７ｂを越えないように配置した第１の基材の外周縁部のうち割り面に近接する少なくとも１つの縁部と、縁部に向かい合う成形型内面との間の隙間に第２の基材を配置する配置部２０と、キャビティに樹脂を注入する樹脂注入部３０と、を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、複合材料の成形方法、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繊維等から成る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、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基材を設置する。型を閉締した後、樹脂注入口から樹脂を注入し、基材に樹脂を含浸させる。そして、キャビティ内において樹脂を硬化させることによって、複合材料を得る。

基材を成形型に配置して成形型を閉じた場合に、成形型の上型および下型の割り面の間に基材の縁部が噛み込まないようにする必要がある。このため、基材の大きさは、この基材を成形型内に配置した場合に割り面を越えない大きさとしている。これによって、成形品である複合材料の縁部に樹脂のみから構成される樹脂リッチ部分が生じ、縁部の強度が他の部分に比べて低くなってしまう。そこで、樹脂リッチ部分を除去するために複合材料の縁部をカットするトリム加工が行われる（特許文献１を参照）。

特開２０１０−７６３５６号公報

しかし縁部のトリム加工を行うと、製造時間がかかり、生産コストも増加してしまう。

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、成形品である複合材料の縁部における樹脂リッチ部分の形成を抑制し、縁部のトリム加工を省くことのできる複合材料の成形方法および成形装置を提供し、さらには縁部のトリム加工を省くことのできる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、第１の繊維部材を含有する第１の基材と、前記第１の繊維部材よりも長さが短い第２の繊維部材を含有する第２の基材と、前記第１と第２の基材をモールドする樹脂と、を有する複合材料を成形する方法である。前記第１の基材の大きさを前記第１の基材を開閉自在な成形型内に配置した場合に前記成形型の割り面を越えない大きさとした前記第１の基材を準備する。次いで、開いた前記成形型内に前記割り面を越えないように前記第１の基材を配置し、前記第１の基材の外周縁部のうち前記割り面に近接する少なくとも１つの縁部と、前記縁部に向かい合う成形型内面との間の隙間に前記第２の基材を配置する。そして、前記成形型を閉じ、前記成形型内のキャビティに前記樹脂を注入する。

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、第１の繊維部材を含有する第１の基材と、前記第１の繊維部材よりも長さが短い第２の繊維部材を含有する第２の基材と、前記第１と第２の基材をモールドする樹脂と、を有する複合材料を成形する装置である。複合材料の成形装置は、前記第１の基材および前記第２の基材を配置するキャビティを備える開閉可能な成形型を有する。さらに、複合材料の成形装置は、開いた前記成形型内に前記成形型の割り面を越えないように配置した前記第１の基材の外周縁部のうち前記割り面に近接する少なくとも１つの縁部と、前記縁部に向かい合う成形型内面との間の隙間に前記第２の基材を配置する配置部を有する。複合材料の成形装置は、前記キャビティに前記樹脂を注入する樹脂注入部を有する。

上記目的を達成する本発明に係る複合材料は、第１の繊維部材を含有する第１の基材と、前記第１の繊維部材よりも長さが短い第２の繊維部材を含有する第２の基材と、前記第１と第２の基材をモールドする樹脂と、を有する。この複合材料にあっては、前記第１の基材の外周縁部のうち少なくとも１つの縁部に対して外方側に前記第２の基材が位置している。

本発明に係る複合材料の成形方法および複合材料の成形装置では、第１の基材は、第１の基材を開閉自在な成形型内に配置した場合に、第１の基材の大きさが成形型の割り面を越えない大きさとなるように準備される。この構成によって、第１の基材の縁部が、成形型を閉じた場合に成形型の割り面に噛み込まないようにすることができる。また、本発明に係る成形装置および成形方法では、第１の基材の外周縁部のうち割り面に近接する少なくとも１つの縁部と、この縁部に向かい合う成形型内面との間の隙間に第２の基材を配置する。さらに、第２の基材に含有される第２の繊維部材は、第１の繊維部材よりも長さが短い。これらの構成によって、隙間に配置した第２の基材に含有される第２の繊維部材を、注入した樹脂の流動によって容易にキャビティの端部に動かすことができ、キャビティの端部にまで第２の繊維部材を充填することが可能となる。これによって、成形品である複合材料の縁部における樹脂リッチ部分の形成を抑制し、縁部のトリム加工を省くことができ、製造時間の短縮および生産コストの増加を抑えることができる。

本発明に係る複合材料では、第１の基材の外周縁部のうち少なくとも１つの縁部に対して外方側に第２の基材が位置している。そのため、複合材料はその縁部において樹脂リッチ部を有していないことから、トリム加工が不要となる。

図１（Ａ）は、本実施形態に係る成形装置によって得られる複合材料を示す斜視図、図１（Ｂ）は、同複合材料を示す正面図、図１（Ｃ）は、図１（Ｂ）の側面図である。図１（Ｄ）は、図１（Ｃ）の１Ｄ−１Ｄ線に沿った断面図、図１（Ｅ）は、図１（Ｂ）の１Ｅ−１Ｅ線に沿った断面図である。図１（Ｆ１）および（Ｆ２）は、それぞれ図１（Ｄ）に破線によって囲まれた部分Ｆ１およびＦ２を示す拡大図、図１（Ｇ１）および（Ｇ２）は、それぞれ図１（Ｅ）に破線によって囲まれた部分Ｇ１およびＧ２を示す拡大図である。 図２は、本実施形態に係る成形装置を示す概略図であって、同成形装置における成形型のキャビティに第１の基材および第２の基材が配置され、成形型が閉じられた状態を示す概略図である。 図３（Ａ）は、同成形装置の成形型を示す斜視図、図３（Ｂ）は、同成形型における上型を示す斜視図、図３（Ｃ）は、同成形型における下型を示す斜視図である。 図４は、同成形装置の配置部によって、同下型の凹部に第２の基材を構成する短繊維および樹脂を吹き付けている状態を示す概略図である。 図５（Ａ）は、同下型の凹部に同第１の基材を配置した状態を示す斜視図、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の状態から第１の基材の外周縁部に第２の基材をさらに配置した状態を示す斜視図である。 図６は、本実施形態に係る成形方法の手順を示すフローチャートである。 図７（Ａ）は、変形例に係る成形装置によって成形される複合材料を示す斜視図、図７（Ｂ）は、同複合材料を示す正面図、図７（Ｃ）は、図７（Ｂ）の側面図である。図７（Ｃ）は、図７（Ｂ）の７Ｄ−７Ｄ線に沿った断面図、図７（Ｅ）は、図７（Ｂ）の７Ｅ−７Ｅ線に沿った断面図である。図７（Ｆ１）および（Ｆ２）は、それぞれ図７（Ｄ）に破線によって囲まれた部分Ｆ１およびＦ２を示す拡大図、図７（Ｇ１）および（Ｇ２）は、それぞれ図７（Ｅ）に破線によって囲まれた部分Ｇ１およびＧ２を示す拡大図である。 図８（Ａ）は、変形例に係る成形装置の成形型を示す斜視図、図８（Ｂ）は、同成型における上型を示す斜視図、図８（Ｃ）は同成形型における下型を示す斜視図である。 図９（Ａ）は、同成形型の下型に第１の基材を配置した状態を示す斜視図、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）の状態から第１の基材の外周縁部に第２の基材をさらに配置した状態を示す斜視図である。

以下、添付した図面を参照しながら、本実施形態を説明する。なお、以下の記載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。

実施形態に係る複合材料３００ならびに複合材料３００の成形装置１００および成形方法について、図１〜図６を参照しながら説明する。

まず、図１および図５を参照して、複合材料３００について説明する。

図１（Ａ）は、本実施形態に係る成形装置１００によって得られる複合材料３００を示す斜視図である。図１（Ｂ）は、複合材料３００を示す正面図である。図１（Ｃ）は、図１（Ｂ）の側面図である。図１（Ｄ）は、図１（Ｃ）の１Ｄ−１Ｄ線に沿った断面図である。図１（Ｅ）は、図１（Ｂ）の１Ｅ−１Ｅ線に沿った断面図である。図１（Ｆ１）および（Ｆ２）は、それぞれ図１（Ｄ）に破線によって囲まれた部分Ｆ１およびＦ２を示す拡大図である。図１（Ｇ１）および（Ｇ２）は、それぞれ図１（Ｅ）に破線によって囲まれた部分Ｇ１およびＧ２を示す拡大図である。図５（Ａ）は、成形装置１００の下型１２の凹部１５に第１の基材３１０を配置した状態を示す斜視図である。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の状態から第１の基材３１０の外周縁部のすべての縁部３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃおよび３１０ｄに第２の基材３２０をさらに配置した状態を示す斜視図である。

本実施形態に係る成形方法および成形装置１００によって得られる成形品である複合材料３００は、第１の繊維部材３１１を含有する第１の基材３１０と、第１の繊維部材３１１よりも長さが短い第２の繊維部材３２１を含有する第２の基材３２０と、第１と第２の基材３１０、３２０をモールドする樹脂３３０と、を有する。この複合材料３００にあっては、第１の基材３１０の外周縁部のうち少なくとも１つの縁部に対して外方側に第２の基材３２０が位置している。図示する実施形態では、第１の基材３１０の外周縁部のすべての縁部３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃおよび３１０ｄに対して外方側に第２の基材３２０を位置させてある。複合材料３００は、樹脂３３０を第１の基材３１０および第２の基材３２０と組み合わせることによって、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。以下、複合材料３００について詳述する。

複合材料３００の外形形状は、所望の形状を有することができる。図１（Ａ）に示すように、複合材料３００は、平板部と、平板部の両端において略垂直に曲がっている縦壁部とを有する。複合材料３００の外周縁部は、具体的には、両端が略垂直に曲がっている形状を有する縁部３００ｃおよび３００ｄと、縦壁部先端の縁部３００ａおよび３００ｂとを有する。

第１の基材３１０は、複合材料３００を強化するための第１の繊維部材３１１を有する。第１の繊維部材３１１は、炭素繊維、ガラス繊維、有機繊維等を適用できる。本実施形態においては、第１の繊維部材３１１として、炭素繊維をシート状に予め加工した炭素繊維シートを用いる。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、自動車の車体等に使用される複合材料３００において好適に使用することができる。第１の基材３１０は、第１の繊維部材３１１としての炭素繊維シートを積層することによって形成する。以下の説明においては、第１の繊維部材３１１を炭素繊維シート３１１とも称する。

第２の基材３２０は、複合材料３００を強化するための第２の繊維部材３２１を有する。第２の繊維部材３２１は、第１の繊維部材３１１と同様に、炭素繊維、ガラス繊維、有機繊維等を適用できる。但し、第２の繊維部材３２１には、炭素繊維シート３１１よりも長さを短くした炭素繊維、ガラス繊維、有機繊維等を適用する。本実施形態においては、第２の繊維部材３２１として、長さ数ミリ〜数十ミリ程度の短繊維状の炭素繊維を用いる。以下の説明においては、第２の繊維部材３２１を短繊維３２１とも称する。図１（Ｄ）〜図１（Ｇ２）に示すように、短繊維３２１（第２の繊維部材３２１）は、第１の基材３１０の外周縁部のすべての縁部３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃおよび３１０ｄに対して外方側に位置する。

樹脂３３０は、炭素繊維シート３１１および短繊維３２１の内部に含浸しつつ、炭素繊維シート３１１および短繊維３２１の全体をモールドする。樹脂３３０は、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂、フェノール樹脂等または熱可塑性樹脂が用いられる。本実施形態においては、樹脂３３０として、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。

本実施形態では、第２の基材３２０は、第２の繊維部材３２１を一体化させる樹脂３２２をさらに含有する。第２の繊維部材３２１を樹脂３２２によって一体化させことによって、第２の繊維部材３２１を第１の基材３１０の外周縁部の縁部に付着させ易くなる。第２の繊維部材３２１としての短繊維３２１の取り扱いも容易になる。短繊維３２１を一体化させる樹脂３２２には、モールド用の樹脂３３０と同種の樹脂材料を用いる。樹脂３３０としてエポキシ樹脂を用いているため、樹脂３２２も樹脂３３０と同様のエポキシ樹脂を用いる。第２の基材３２０の樹脂３２２は、成形時にモールド用の樹脂３３０と混ざり合い、一体となって硬化した状態となる。

なお、本実施形態では、第１の基材３１０は、第１の繊維部材３１１のみからなる構成としたが、第１の繊維部材３１１に樹脂等を含浸させたものを用いることも可能である。また、第２の基材３２０は樹脂３２２を含有する構成としたが、これに限定されない。例えば、第２の基材３２０は、第２の繊維部材３２１のみからなる構成としてもよい。

次に、図２〜図５を参照して、成形装置１００について説明する。

図２は、本実施形態に係る成形装置１００を示す概略図であって、成形装置１００における成形型１０のキャビティ１３に第１の基材３１０および第２の基材３２０が配置され、成形型１０が閉じられた状態を示す概略図である。

本実施形態に係る成形装置１００は、第１の繊維部材３１１（炭素繊維シート３１１）を含有する第１の基材３１０と、第１の繊維部材３１１（炭素繊維シート３１１）よりも長さが短い第２の繊維部材３２１（短繊維３２１）を含有する第２の基材３２０と、第１の基材３１０および第２の基材３２０をモールドする樹脂３３０と、を有する複合材料３００を成形する装置である。成形装置１００は、第１の基材３１０および第２の基材３２０を配置するキャビティ１３を備える開閉可能な成形型１０を有する。成形装置１００は、さらに、開いた成形型１０内に成形型１０の割り面１７ｂを越えないように配置した第１の基材３１０の外周縁部のうち割り面１７ｂに近接する少なくとも１つの縁部と、縁部に向かい合う成形型１０内面と、の間の隙間に第２の基材３２０を配置する配置部２０を有する。さらに、成形装置１００は、キャビティ１３に樹脂３３０を注入する樹脂注入部３０と、成形型１０の温度を調整する型温度調整部４０と、成形装置１００全体の作動を制御する制御部５０と、を有する。以下、成形装置１００について詳述する。

図３（Ａ）は、成形装置１００における成形型１０を示す斜視図である。図３（Ｂ）は、成形型１０における上型１１を示す斜視図である。図３（Ｃ）は、成形型１０における下型１２を示す斜視図である。

成形型１０は、図３（Ａ）を参照して、開閉可能な一対の上型１１（雄型）と、下型１２（雌型）と、を有する。

上型１１は、図３（Ｂ）を参照して、上型１１の下型１２に臨む側の面に、矩形状に突き出た凸部１４と、下型１２に係合させた場合に下型１２に当接する割り面１７ａと、を有する。下型１２は、図３（Ｃ）を参照して、下型１２の上型１１に臨む側の面に矩形状に窪ませた凹部１５と、上型１１に係合させた場合に上型１１と当接する割り面１７ｂと、を有する。成形型１０を閉じると、上型１１の割り面１７ａと下型１２の割り面１７ｂとが当接する。閉じた成形型１０の凸部１４と凹部１５との間に、平板部と、平板部の両端において略垂直に曲がっている縦壁部とを有する中空のキャビティ１３を形成する。キャビティ１３には、第１の基材３１０および第２の基材３２０を配置し、樹脂３３０を充填する。成形品である複合材料３００の外形形状は、キャビティ１３の内面形状を有する。そのため、成形装置１００によって得られる複合材料３００は、前述したように、平板部と、平板部の両端において略垂直に曲がっている縦壁部とを有する。

上型１１は、さらに、図３（Ｂ）に示すように、上型１１の下型１２に面する側とは反対側の面の略中央に注入口１６を有する。注入口１６は、キャビティ１３に連通する貫通穴である。注入口１６は、樹脂注入部３０に連結し、注入口１６を介して上方からキャビティ１３内に樹脂３３０を注入する。注入口１６を上型１１の略中央に配置することによって、成形型１０内に配置した第２の繊維部材３２１を、注入した樹脂３３０の流動を利用してキャビティ１３の端部に動かし、キャビティ１３の端部にまで第２の繊維部材３２１を充填させることが可能となる。ただし、注入口１６の位置は、これに限定されず、配置する第２の基材３２０の位置に応じて、適宜変更可能である。

図４は、本実施形態に係る配置部２０によって、下型１２に短繊維３２１および樹脂３２２を吹き付けている状態を示す概略図である。図５（Ａ）は、下型１２の凹部１５に第１の基材３１０を配置した状態を示す斜視図である。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の状態から第１の基材３１０の外周縁部に第２の基材３２０を配置した状態を示す斜視図である。

配置部２０は、図４を参照して、短繊維３２１および樹脂３２２を吹き付けるスプレー２１と、スプレー２１に接続した伸縮自在なシャフト２２と、を有する。さらに、配置部２０は、短繊維３２１をスプレー２１に供給する短繊維供給部２３と、樹脂３２２をスプレー２１に供給する樹脂供給部２４と、短繊維３２１および樹脂３２２が割り面１７ｂに吹き付けられるのを防ぐシール板２５と、を有する。

スプレー２１の先端には、短繊維３２１を噴射するための第１の複数穴（図示せず）と、樹脂３２２を噴射するための第２の複数の穴（図示せず）と、をそれぞれ設ける。第１の複数の穴は、コンプレッサー（図示していない）と、短繊維供給部２３と、に接続され、圧縮空気を用いて短繊維３２１を噴射する。第２の複数の穴も、コンプレッサー（図示していない）と、樹脂供給部２４と、に接続され、圧縮空気を用いて樹脂３２２を噴射する。スプレー２１の端部は、シャフト２２の一端に回転自由に接続される。これによって、シャフト２２に対するスプレー２１の向きを調整することが可能となる。シャフト２２のスプレー２１に接続されていない側の端部は、スプレー２１の先端に設けた第１の複数の穴および第２の複数の穴が下型１２の凹部１５に面するように、下型１２の上方に配置する。なお、シャフト２２は、下型１２の上方において凹部１５の窪んでいる底面と平行な方向に移動可能な構造を有する（図示していない）。さらに、シャフト２２は、シャフト２２の軸方向長さを伸縮させることが可能な構造を有し、スプレー２１を下型１２の凹部１５底面に対して接近および離反させることも可能である。以上の構成によって、スプレー２１の位置および向きを調整することが可能である。

短繊維供給部２３は、スプレー２１の第１の複数の穴に短繊維３２１を供給する。なお、短繊維供給部２３は、ロービング状の炭素繊維を短く裁断することによって短繊維３２１を得る。樹脂供給部２４は、スプレー２１の第２の複数の穴に樹脂３２２を供給する。シール板２５は、下型１２の割り面１７ｂを覆うように割り面１７ｂ上に配置する。これによって、スプレー２１によって吹き付けた短繊維３２１および樹脂３２２が割り面１７ｂ上に付着することを防ぐことができる。シール板２５は、割り面１７ｂ上から容易に着脱可能な構造であって、第２の基材３２０の配置が完了した場合は、割り面１７ｂ上から取り外される。

次に、配置部２０によって配置される短繊維３２１および樹脂３２２からなる第２の基材３２０の配置箇所について詳述する。第２の基材３２０は、図５を参照して、炭素繊維シート３１１の外周縁部のすべての縁部３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃおよび３１０ｄに対して外方側に配置する。なお、第１の基材３１０は、下型１２に配置した場合に、縁部３１０ａおよび３１０ｂが割り面１７ｂを超えず、かつ、縁部３１０ｃおよび３１０ｄが、縁部３１０ｃおよび３１０ｄと向かい合う成形型１０の内面と離間するように準備しておく。

配置された第２の基材３２０は、図５（Ｂ）を参照して、第１の基材３１０の縁部３１０ａに沿って配置された部分３２０ａと、第１の基材３１０の縁部３１０ｂに沿って配置された部分３２０ｂと、第１の基材３１０の縁部３１０ｃに沿って配置された部分３２０ｃと、第１の基材３１０の縁部３１０ｄに沿って配置された部分３２０ｄと、からなる。配置された第２の基材３２０は、その後、ローラ等を用いて脱泡してもよい。なお、配置部２０の構成は、第２の基材３２０を所望の位置に配置可能であれば、本実施形態のスプレーを用いた構成に限定されない。例えば、ローラ等に第２の基材３２０を塗布し、第２の基材３２０を所定の厚さまで塗り重ねていくことも可能である。

なお、第２の基材３２０は、図５（Ｂ）に示すように、隙間を全て充填するように配置する必要はない。例えば、図４に示すように、第２の基材３２０を、シール板２５との間に空隙が残るように、第１の基材３１０の縁部３１０ａ、３１０ｂに配置することも可能である。このような構成によって、短繊維３２１が、成形型１０を閉じた場合に割り面１７ａおよび１７ｂの間に噛み込まないようにすることが可能である。配置した第２の基材３２０は、樹脂注入部３０によって注入した樹脂３３０の流動によって、キャビティ１３の隅に充填されるように動かすことができる。そのため、このような構成によっても、複合材料３００の外周縁部における樹脂リッチ部の形成を抑制することが可能である。

第１の基材３１０の外周縁部３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃおよび３１０ｄのうち割り面１７ｂに近接する縁部３１０ａおよび３１０ｂは、割り面１７ｂを越えないように開いた成形型１０内に配置する。この構成によって、閉じた成形型１０の割り面１７ａおよび１７ｂの間に、第１の基材３１０の縁部３１０ａおよび３１０ｂが噛み込みことを防ぐことができる。さらに、例えば第１の基材３１０において、積層した各炭素繊維シート３１１の位置や大きさに多少ばらつきがある場合にも、複合材料３００の外周縁部における樹脂リッチ部の形成を抑制することが可能である。

樹脂注入部３０は、成形型１０のキャビティ１３に樹脂３３０を注入する。樹脂注入部３０は、再び図２を参照して、主剤タンク３１と、硬化剤タンク３２と、主剤ポンプ３３と、硬化剤ポンプ３４と、チューブ３５と、圧力計３６と、バルブ３７と、を有する。

主剤タンク３１は、内部に主剤を充填し、主剤ポンプ３３に接続する。硬化剤タンク３２は、内部に硬化剤を充填し、硬化剤ポンプ３４に接続する。主剤ポンプ３３は、バルブ３７を介してチューブ３５に接続し、主剤タンク３１内に充填された主剤を、チューブ３５を介してキャビティ１３に送液する。硬化剤ポンプ３４も同様に、バルブ３７を介してチューブ３５に接続し、硬化剤タンク３２内に充填された効果剤を、チューブ３５を介してキャビティ１３に送液する。

チューブ３５は、主剤ポンプ３３および硬化剤ポンプ３４と成形型１０の注入口１６とに接続され、主剤および硬化剤が混合された樹脂３３０の搬送経路を形成する。圧力計３６は、樹脂３３０の注入圧力を測定するため、注入口１６付近のチューブ３５に配置する。バルブ３７は、チューブ３５を介して成形型１０の注入口１６に接続し、キャビティ１３に送液する樹脂３３０の注入圧力を調整する。

型温度調整部４０は、加熱部材である電気ヒータ（図示せず）を有し、電気ヒータによって直接成形型１０を樹脂３３０および樹脂３２２の硬化温度まで加熱し、キャビティ１３内に注入された樹脂３３０と、配置部２０によって配置した樹脂３２２と、を硬化させる。なお、本実施形態では、型温度調整部４０は電気ヒータによって直接成形型１０を加熱する構成としたが、これに限定されない。たとえば、油などの熱媒体を電気ヒータによって加熱し、成形型１０内に熱媒体を循環させることによって、成形型１０の温度を調整してもよい。

制御部５０は、複合材料３００の成形装置１００全体の動作を制御する。制御部５０は、記憶部５１と、演算部５２と、各種データや制御指令の送受信を行う入出力部５３と、を有する。入出力部５３は、配置部２０のスプレー２１、シャフト２２、短繊維供給部２３および樹脂供給部２４と、樹脂注入部３０と、型温度調整部４０と、に電気的に接続している。

記憶部５１は、ＲＯＭやＲＡＭから構成し、スプレー２１の向きおよび短繊維３２１および樹脂３２２の吹き付け量、シャフト２２位置および伸縮量等のデータを記憶する。演算部５２は、ＣＰＵを主体に構成され、入出力部５３を介してスプレー２１の向きおよび短繊維３２１および樹脂３２２の吹き出し量、シャフト２２の位置および伸縮量等を受信する。演算部５２は、記憶部５１から読み出したデータおよび入出力部５３から受信したデータに基づいて、スプレー２１の向きおよび短繊維３２１および樹脂３２２の吹き出し量、シャフト２２の位置および伸縮量等、型温度調整部４０による型の加熱・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５３を介して、配置部２０のスプレー２１、シャフト２２、短繊維供給部２３および樹脂供給部２４、型温度調整部４０等に送信する。このようにして、制御部５０は、スプレー２１の向きおよび短繊維３２１および樹脂３２２の吹き出し量、シャフト２２の位置および伸縮量等を制御する。

図６は、本実施形態に係る成形方法の手順を示すフローチャートである。以下、図６を参照して成形装置１００を用いた複合材料３００の成形方法の手順について説明する。

本実施形態の成形方法は、第１の基材３１０の準備工程（ステップＳ１）と、第１の基材３１０の配置工程（ステップＳ２）と、第２の基材３２０の配置工程（ステップＳ３）と、を有する。さらに、成形方法は、樹脂３３０の注入工程（ステップＳ４）と、樹脂３３０および樹脂３２２の硬化工程（ステップＳ５）と、複合材料３００の脱型工程（ステップＳ６）と、を有する。以下、各工程について詳述する。なお、ステップＳ１、Ｓ２、およびＳ６の操作を除き、制御部５０が各ステップの処理を実行する。

まず、第１の基材３１０の大きさを第１の基材３１０を開閉自在な成形型１０内に配置した場合に成形型１０の割り面１７ｂを越えない大きさとした第１の基材３１０を準備する（ステップＳ１）。本実施形態では、上記に加えて、第１の基材３１０の大きさを第１の基材３１０を成形型１０内に配置した場合に、縁部３１０ｃおよび３１０ｄが成形型１０内面から離間する大きさとする。

次に、開いた成形型１０内に割り面１７ｂを越えないように第１の基材３１０を配置する（ステップＳ２）。このとき、縁部３１０ｃおよび３１０ｄが成形型１０内面から離間するように第１の基材３１０を成形型１０内に配置する。なお、配置前に、キャビティ１３に臨む下型１２および上型１１の内面を、所定の有機溶剤を用いて脱脂処理し、離型剤を用いて、脱型工程（ステップＳ６）に備えておくことが好ましい。

第１の基材３１０の外周縁部のうち、割り面１７ｂに近接する縁部３１０ａおよび３１０ｂと、縁部３１０ａおよび３１０ｂに向かい合う成形型１０内面との間の隙間に第２の基材３２０を配置する（ステップＳ３）。第２の基材３２０を、第１の基材３１０の縁部３１０ｃおよび３１０ｄと、縁部３１０ｃおよび３１０ｄに向かい合う成形型１０内面との間の隙間にも第２の基材３２０を配置する（ステップＳ３）。すなわち、第２の基材３２０を、第１の基材３１０の外周縁部のすべての縁部３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃおよび３１０ｄに対して外方側に配置する。

次に、成形型１０を閉じ、成形型１０内のキャビティ１３に樹脂３３０を注入する（ステップＳ４）。注入された樹脂３３０は、第１の基材３１０に含浸する。注入した樹脂３３０の流動によって、ステップＳ３において配置した第２の基材３２０に含有される短繊維３２１および樹脂３２２は、キャビティ１３の端部まで行き渡る。

次に、型温度調整部４０の電気ヒータによって成形型１０を、ステップＳ３において配置した第２の基材３２０に含有される樹脂３２２およびステップＳ４において注入された樹脂３３０の硬化温度まで加熱し、キャビティ１３内の樹脂３３０および樹脂３２２を硬化させる（ステップＳ５）。

成形型１０を開き、成形された複合材料３００を脱型すると、成形が完了する（ステップＳ６）。

本実施形態に係る成形装置１００および成形方法では、第１の基材３１０の大きさを第１の基材３１０を開閉自在な成形型１０内に配置した場合に成形型１０の割り面１７ｂを越えない大きさとした第１の基材３１０を準備する。この構成によって、成形型１０を閉じた場合において、成形型１０の割り面１７ａおよび割り面１７ｂの間への第１の基材３１０の縁部の噛み込みを防止することができる。また、本実施形態に係る成形装置１００および成形方法では、第１の基材３１０の外周縁部のうち割り面１７ｂに近接する少なくとも１つの縁部と、この縁部に向かい合う成形型１０内面との間の隙間に第２の基材３２０を配置する。さらに、第２の基材３２０に含有される第２の繊維部材３２１は、第１の繊維部材３１１よりも長さが短い。この構成によって、隙間に配置した第２の基材３２０に含有される第２の繊維部材３２１を、注入した樹脂３３０の流動によって容易に動かすことができ、キャビティ１３の端部にまで第２の繊維部材３２１を充填することが可能となる。これによって、成形品である複合材料３００の縁部における樹脂リッチ部分の形成を抑制し、縁部のトリム加工を省くことができ、製造時間の短縮および生産コストの増加を抑えることができる。

本実施形態に係る成形装置１００および成形方法では、第２の繊維部材３２１は短繊維である。第２の繊維部材３２１として長さが短い短繊維を用いることによって、キャビティ１３内に配置した第２の繊維部材３２１はキャビティ１３内に注入した樹脂３３０の流動に伴わせて容易に動かすことが可能である。そのため、キャビティ１３の端部に第２の繊維部材３２１を容易に充填させることが可能となる。

本実施形態に係る成形装置１００および成形方法では、第２の基材３２０は、第２の繊維部材（短繊維）３２１と、第２の繊維部材３２１を一体にする樹脂３２２と、を有する。第２の繊維部材３２１を樹脂３２２によって一体化させことによって、第２の繊維部材３２１を第１の基材３１０の外周縁部の縁部に付着させ易くなる。第２の繊維部材３２１としての短繊維３２１の取り扱いも容易になる。

本実施形態に係る成形装置１００および成形方法では、第２の基材３２０を吹き付けることによって、第１の基材３１０の外周縁部と成形型１０内面との間の隙間に配置する。この構成によって、任意のキャビティ形状に第２の基材３２０を容易に配置することが可能となる。また、手動で第２の基材３２０を塗り重ねる必要はなくなり、第２の基材３２０を容易にかつ効率的に配置することが可能となる。

本実施形態に係る複合材料３００では、第１の基材３１０の外周縁部のうち少なくとも１つの縁部に対して外方側に第２の基材３２０が位置している。そのため、複合材料３００はその縁部において樹脂リッチ部を有していないことから、トリム加工が不要となる。

次に上述した実施形態に対して、複合材料の形状および成形型内のキャビティの形状を変更した変形例について詳述する。下記の変形例の説明においては、前述した実施形態と同様の構成からなるものについては、同一の符号を使用し、前述した説明を省略する。

まず、図７および図９を参照して、複合材料４００について説明する。

図７（Ａ）は、変形例に係る成形装置によって成形される複合材料４００を示す斜視図である。図７（Ｂ）は、複合材料４００を示す正面図である。図７（Ｃ）は、図７（Ｂ）の側面図である。図７（Ｃ）は、図７（Ｂ）の７Ｄ−７Ｄ線に沿った断面図である。図７（Ｅ）は、図７（Ｂ）の７Ｅ−７Ｅ線に沿った断面図である。図７（Ｆ１）および（Ｆ２）は、それぞれ図７（Ｄ）に破線によって囲まれた部分Ｆ１およびＦ２を示す拡大図である。図７（Ｇ１）および（Ｇ２）は、それぞれ図７（Ｅ）に破線によって囲まれた部分Ｇ１およびＧ２を示す拡大図である。図９（Ａ）は、成形型２１０の下型２１２に第１の基材４１０を配置した状態を示す斜視図である。図９（Ａ）は、成形装置の下型２１２の凹部２１５に第１の基材４１０を配置した状態を示す斜視図である。図９（Ｂ）は、図９（Ａ）の状態から第１の基材４１０の外周縁部のすべての縁部４１０ａ、４１０ｂ、４１０ｃおよび４１０ｄに第２の基材４２０をさらに配置した状態を示す斜視図である。

本変形例に係る成形方法および成形装置によって得られる成形品である複合材料４００は、第１の繊維部材４１１を含有する第１の基材４１０と、第１の繊維部材４１１よりも長さが短い第２の繊維部材４２１を含有する第２の基材４２０と、第１と第２の基材４１０、４２０をモールドする樹脂４３０と、を有する。この複合材料４００にあっては、第１の基材４１０の外周縁部のうち少なくとも１つの縁部に対して外方側に第２の基材４２０が位置している。図示する実施形態の変形例では、第１の基材４１０の外周縁部のすべての縁部４１０ａ、４１０ｂ、４１０ｃおよび４１０ｄに対して外方側に第２の基材４２０を位置させてある。以下、複合材料４００について詳述する。

複合材料４００は、図７（Ａ）に示すように、平板形状を有する。複合材料４００の外周縁部は、具体的には、縁部４００ａ、４００ｂ、４００ａおよび４００ｃと、を有する。

第１の基材４１０は、複合材料４００を強化するための第１の繊維部材４１１を有する。実施形態と同様に、第１の繊維部材４１１としては、炭素繊維シートを用いる。第１の基材３１０は、第１の繊維部材３１１としての炭素繊維シートを積層することによって形成する。以下の説明においては、第１の繊維部材４１１を炭素繊維シート４１１とも称する。

第２の基材４２０は、複合材料４００を強化するための第２の繊維部材４２１を有する。本変形例では、実施形態と同様に、第２の繊維部材には長さ数ミリ〜数十ミリ程度の短繊維状の炭素繊維を用いる。以下の説明においては、第２の繊維部材４２１を短繊維４２１とも称する。図７（Ｄ）〜図７（Ｇ２）に示すように、短繊維４２１（第２の繊維部材４２１）は、第１の基材４１０の外周縁部のすべての縁部４１０ａ、４１０ｂ、４１０ｃおよび４１０ｄに対して外方側に位置する。

樹脂４３０は、炭素繊維シート４１１および短繊維４２１の内部に含浸しつつ、炭素繊維シート４１１および短繊維４２１の全体をモールドする。実施形態と同様に、樹脂４３０には、エポキシ樹脂を用いる。

本変形例では、実施形態と同様に第２の基材４２０は、第２の繊維部材４２１を一体化させる樹脂４２２をさらに含有する。短繊維４２１を一体化させる樹脂４２２には、モールド用の樹脂４３０と同様に、エポキシ樹脂を用いる。第２の基材４２０の樹脂４２２は、成形時にモールド用の樹脂４３０と混ざり合い、一体となって硬化した状態となる。

次に、本変形例に係る成形装置について詳述する。なお、実施形態と同様の説明は省略する。そのため下記においては、成形装置のうち、成形型２１０と、配置部２０によって配置される第２の基材４２０の配置位置について述べる。

図８（Ａ）は、変形例に係る成形装置の成形型２１０を示す斜視図である。図８（Ｂ）は、成形型２１０における上型２１１を示す斜視図である。図８（Ｃ）は、成形型２１０における下型２１２を示す斜視図である。

成形装置に係る成形型２１０は、図８（Ａ）を参照して、上型２１１（雄型）と、下型２１２（雌型）と、を有する。

上型２１１は、図８（Ｂ）を参照して、実施形態とは異なり凸部１４を有さず、下型２１２に臨む側の面は平坦である。また、上型２１１には実施形態と同様に、樹脂４３０の注入口２１６を設ける。下型２１２は、図８（Ｃ）を参照して、下型２１２の上型２１１に臨む側の面に矩形状に窪んだ凹部２１５と、上型２１１に係合させた場合に上型２１１と当接する割り面２１７ｂと、を有する。成形型２１０を閉じると、上型２１１の下型２１２に臨む側の面と下型２１２の割り面２１７ｂとが当接する。閉じた成形型２１０と凹部２１５との間に、平板形状の中空なキャビティ２１３を形成する。

図９（Ａ）は、成形型２１０の下型２１２に第１の基材４１０を配置した状態を示す斜視図である。図９（Ｂ）は、成形型２１０の下型２１２に第１の基材４１０および第２の基材４２０を配置した状態を示す斜視図である。

配置部２０は、開いた成形型２１０の下型２１２に、下型２１２の割り面２１７ｂを越えないように配置した第１の基材４１０の外周縁部の全ての縁部４１０ａ、４１０ｂ、４１０ｃおよび４１０ｄと、縁部４１０ａ、４１０ｂ、４１０ｃおよび４１０ｄに向かい合う成形型２１０内面と、の間の隙間に第２の基材４２０を配置する。なお、第１の基材４１０は、これらの隙間を設けるために、縁部４１０ａ、４１０ｂ、４１０ｃおよび４１０ｄが、これら縁部と向かい合う成形型２１０の内面と離間するように準備しておく。

配置された第２の基材４２０は、図９（Ｂ）を参照して、第１の基材４１０の縁部４１０ａに沿って配置された部分４２０ａと、第１の基材４１０の縁部４１０ｂに沿って配置された部分４２０ｂと、第１の基材４１０の縁部４１０ｃに沿って配置された部分４２０ｃと、第１の基材４１０の縁部４１０ｄに沿って配置された部分４２０ｄと、からなる。配置後は、実施形態と同様に樹脂注入部３０によって樹脂４３０を注入する。そして、型温度調整部４０によって、成形型２１０の温度を昇温して、内部の樹脂４３０および樹脂４２２を硬化させ、成形品である複合材料４００を得る。

以上のように、成形装置によって、外周縁部において短繊維４２１を充填した複合材料４００を得ることができる。

以上、実施形態および実施形態の変形例を通じて複合材料３００および４００の成形方法および成形装置１００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ない。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。

たとえば、本実施形態および変形例では、第２の基材３２０、４２０が樹脂３２２、４２２および第２の繊維部材３２１、４２１（短繊維）からなる構成としたが、これに限定されない。たとえば、第２の基材３２０、４２０は、樹脂を含まず第２の基材３２０、４２０を第２の繊維部材３２１、４２１のみからなる構成としてもよい。また、第２の基材３２０、４２０は、短繊維と樹脂等を混合し、塊状またはペレット状にしたＢＭＣ（Ｂｕｌｋ Ｍｏｌｄｉｎｇ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ）であってもよい。また、第２の基材３２０、４２０は、樹脂ペーストを短繊維に含浸させ、シート状にしたＳＭＣ（Ｓｈｅｅｔ Ｍｏｌｄｉｎｇ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ）であってもよい。

たとえば、本実施形態および変形例では、第１の基材３１０、４１０は第１の繊維部材３１１、４１１（炭素繊維シート）のみからなるとしたが、これに限定されない。たとえば、第１の基材３１０、４１０は、第１の繊維部材３１１、４１１に予め樹脂等を含浸したものであってもよい。

たとえば、本実施形態および変形例では、樹脂３３０、４３０は、熱硬化性樹脂であるとしたが、熱可塑性樹脂を用いてもよい。この場合は、型温度調整部４０は、冷却部をさらに有し、キャビティ１３、２１３内に樹脂３３０、４３０を注入する間は成形型１０、２１０を加熱部によって加熱し、樹脂の３３０、４３０注入後は成形型１０、２１０を冷却する。これによって、樹脂３３０、４３０の注入時の樹脂の粘度を低下させて第１および第２の基材３１０、４１０、３２０、４２０に含浸し易くし、注入後に冷却することで樹脂３３０、４３０を硬化することができる。

１０、２１０ 成形型、
１１、２１１ 上型、
１２、２１２ 下型、
１３、２１３ キャビティ、
１４ 凸部、
１５、２１５ 凹部、
１６、２１６ 注入口、
１７ａ、１７ｂ、２１７ｂ 割り面、
２０ 配置部、
２１ スプレー、
２２ シャフト、
２３ 短繊維供給部、
２４ 樹脂供給部、
２５ シール板、
３０ 樹脂注入部、
３１ 主剤タンク、
３２ 硬化剤タンク、
３３ 主剤ポンプ、
３４ 硬化剤ポンプ、
３５ チューブ、
３６ 圧力計、
３７ バルブ、
４０ 型温度調整部、
５０ 制御部、
５１ 記憶部、
５２ 演算部、
５３ 入出力部、
３００、４００ 複合材料、
３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄ （複合材料の）縁部、
４００ａ、４００ｂ、４００ｃ、４００ｄ （複合材料の）縁部、
３１０、４１０ 第１の基材、
３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ、３１０ｄ （第１の基材の）縁部、
４１０ａ、４１０ｂ、４１０ｃ、４１０ｄ （第１の基材の）縁部、
３１１、４１１ 炭素繊維シート（第１の繊維部材）、
３２０、４２０ 第２の基材、
３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃ、３２０ｄ （第２の基材の）部分、
４２０ａ、４２０ｂ、４２０ｃ、４２０ｄ （第２の基材の）部分、
３２１、４２１ 短繊維（第２の繊維部材）、
３２２、４２２ （第２の基材に含有される）樹脂、
３３０、４３０ （樹脂注入部によって注入される）樹脂。

Claims (9)

1. 第１の繊維部材を含有する第１の基材と、前記第１の繊維部材よりも長さが短い第２の繊維部材を含有する第２の基材と、前記第１と第２の基材をモールドする樹脂と、を有する複合材料を成形する方法であって、
   前記第１の基材の大きさを前記第１の基材を開閉自在な成形型内に配置した場合に前記成形型の割り面を越えない大きさとした前記第１の基材を準備し、
   開いた前記成形型内に前記割り面を越えないように前記第１の基材を配置し、
   前記第１の基材の外周縁部のうち前記割り面に近接する少なくとも１つの縁部と、前記縁部に向かい合う成形型内面との間の隙間に前記第２の基材を配置し、
   前記成形型を閉じ、前記成形型内のキャビティに前記樹脂を注入してなる、複合材料の成形方法。
2. 前記第２の繊維部材が短繊維である、請求項１に記載の複合材料の成形方法。
3. 前記第２の基材が、前記第２の繊維部材を一体化させる樹脂をさらに含有する、請求項１または２に記載の複合材料の成形方法。
4. 前記第２の基材を吹き付けることによって、前記隙間に前記第２の基材を配置する、請求項１〜３のいずれか１つに記載の複合材料の成形方法。
5. 第１の繊維部材を含有する第１の基材と、前記第１の繊維部材よりも長さが短い第２の繊維部材を含有する第２の基材と、前記第１と第２の基材をモールドする樹脂と、を有する複合材料を成形する装置であって、
   前記第１の基材および前記第２の基材を配置するキャビティを備える開閉可能な成形型と、
   開いた前記成形型内に前記成形型の割り面を越えないように配置した前記第１の基材の外周縁部のうち前記割り面に近接する少なくとも１つの縁部と、前記縁部に向かい合う成形型内面との間の隙間に前記第２の基材を配置する配置部と、
   前記キャビティに前記樹脂を注入する樹脂注入部と、を有する、複合材料の成形装置。
6. 前記第２の繊維部材が短繊維である、請求項５に記載の複合材料の成形装置。
7. 前記第２の基材が、前記第２の繊維部材を一体化させる樹脂をさらに含有する、請求項５または６に記載の複合材料の成形装置。
8. 前記配置部が、前記第２の基材を吹き付けることによって、前記隙間に前記第２の基材を配置する、請求項５〜７のいずれか１つに記載の複合材料の成形方法。
9. 第１の繊維部材を含有する第１の基材と、前記第１の繊維部材よりも長さが短い第２の繊維部材を含有する第２の基材と、前記第１と第２の基材をモールドする樹脂と、を有する複合材料であって、
   前記第１の基材の外周縁部のうち少なくとも１つの縁部に対して外方側に前記第２の基材が位置してなる、複合材料。