JP2016221929A - 樹脂複合材料の硬化装置、硬化方法、および樹脂成形品 - Google Patents

樹脂複合材料の硬化装置、硬化方法、および樹脂成形品 Download PDF

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Abstract

【課題】レーザー光を用いて、簡素な設備により、樹脂複合材料を高強度に硬化させる。【解決手段】硬化装置１は、レーザー光Ｌを透過させる材質（例えば石英ガラス）で形成され、未硬化の樹脂複合材料２の表面に圧接されて該樹脂複合材料２を加圧する加圧体４と、この加圧体４を通して未硬化の樹脂複合材料２にレーザー光Ｌを照射するレーザー光供給部５と、を具備することを特徴とする。また、レーザー光供給部５から供給されるレーザー光Ｌの照射位置を加圧体４による加圧範囲の中で移動させる照射位置調整部６が備えられている。【選択図】図１

Description

本発明は、樹脂複合材料の硬化装置、硬化方法、および樹脂成形品に関するものである。
特許文献１等に開示されているように、樹脂材料にレーザー光を照射することにより、樹脂材料の特定の部位を加熱し、その部位の特性改良、高機能化、組成変更等の構造変更を行うことができることが知られている。プリプレグ等の複合材料や、他の熱硬化性樹脂、または熱可塑性樹脂においても、その未硬化のものにレーザー光を照射して加熱することが考えられる。これにより、オートクレーブ等の大掛かりな設備を用いることなく容易に樹脂成形品を製造可能にし、製造コストを低減させることが期待できる。
特許第３９５３８９１号公報
しかしながら、プリプレグ等の樹脂複合材料を硬化させる場合には、加熱するだけでなく、加熱と同時に加圧して気泡を脱気しないと所定の強度が得られない。一般には、未硬化の樹脂複合材料を、成形型や治具等を用いて所定の樹脂成形品の形状に造形し、これを真空バッグで被包して真空引きし、治具・成形型等への密着性を高めた上で、その全体をオートクレーブ等の加熱器に収容し、加熱・加圧・脱気しながら樹脂を硬化させている。
治具、成形型、真空バッグ等の加圧部材は、いずれもレーザー光を遮る素材でできているため、前述のように未硬化の樹脂複合材料にレーザー光を照射して加熱・硬化させることができない。したがって、オーブンやオートクレーブ等により加熱することが必須であり、これらの設備は製品形状毎に準備する必要があるため、樹脂成形品の製造コストが上昇する原因となっていた。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、レーザー光を用いて、簡素な設備により、樹脂複合材料を高強度に硬化させることのできる樹脂複合材料の硬化装置、硬化方法、および樹脂成形品を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明は、以下の手段を採用する。
本発明の第１態様に係る樹脂複合材料の硬化装置は、レーザー光を透過させる材質で形成され、未硬化の樹脂複合材料の表面に圧接されて該樹脂複合材料を加圧する加圧体と、前記加圧体を通して未硬化の前記樹脂複合材料に前記レーザー光を照射するレーザー光供給部と、を具備してなることを特徴とする。
上記構成の硬化装置によれば、未硬化の樹脂複合材料の表面に加圧体を圧接して加圧しながら、レーザー光供給部から供給されるレーザー光を、加圧体を通して樹脂複合材料の表面に照射し、樹脂複合材料を加熱して硬化させることができる。しかも、加圧しながら加熱することで樹脂複合材料の脱気を行い、成形強度を高めることができる。
加圧体は、樹脂複合材料によって製造する樹脂成形品の表面全体に圧接される大きさにしなくてもよい。つまり、加圧体を、樹脂複合材料（樹脂成形品）の表面の一部のみに圧接される大きさに形成し、この加圧体で樹脂複合材料の表面を部分的に加圧・加熱することを繰り返すことによって全体を硬化させることができる。したがって、従来のように樹脂複合材料（樹脂成形品）の全体を収容可能な真空バッグや大容量のオートクレーブ等の加熱器を用意する必要がなく、簡素な設備により、樹脂複合材料を容易に硬化させることができる。
前記加圧体の材質としては石英ガラスが適している。石英ガラスはレーザー光を良好に透過させ、高い耐熱性および耐薬品性を備えると同時に高硬度であることから、仮に硬化した樹脂材料が付着する等しても容易に剥離することができ、表面の再研摩も可能である。しかも、広く普及している材料であるため、比較的低価格であり、加圧体として利用するのに適している。
前記構成において、前記レーザー光供給部から供給される前記レーザー光の照射位置を前記加圧体による加圧範囲の中で移動させる照射位置調整部をさらに設けてもよい。
上記構成によれば、例えば加圧体による加圧範囲内の一箇所から、その周辺部に向かってレーザー光の照射位置を移動（拡張）させることができる。これにより、未硬化の樹脂複合材料に含まれる気泡を、加圧範囲の外側に向かって押し出し、最終的には加圧範囲内の全ての気泡を脱気して樹脂複合材料を高強度に硬化させることができる。
前記構成において、前記レーザー光供給部は、光ファイバーによって前記樹脂複合材料に前記レーザー光を供給するようにしてもよい。このように柔軟性のある光ファイバーによって樹脂複合材料にレーザー光を供給することにより、レーザー光供給部と加圧体との相対位置関係を自由化することができ、硬化装置の構成を簡略化することができる。
前記構成において、前記レーザー光供給部は、複数の光ファイバーによって前記樹脂複合材料に前記レーザー光を供給し、前記照射位置調整部は、複数の前記光ファイバーのうちのいずれかを選択して前記レーザー光を供給可能にしてもよい。
上記構成によれば、柔軟性のある光ファイバーによってレーザー光供給部と加圧体との相対位置関係を自由化し、硬化装置の構成を簡略化するとともに、樹脂複合材料に含まれる気泡が、加圧範囲の外側に向かって押し出されるようにレーザー光の照射位置を選択して、樹脂複合材料の成形強度を高めることができる。
前記構成において、前記光ファイバーは、前記加圧体に形成されたファイバー挿入孔に挿入され、前記ファイバー挿入孔は、前記加圧体の加圧面よりも手前で閉塞しているのが好ましい。
上記構成によれば、加圧体の加圧面にファイバー挿入孔が開口していないため、ファイバー挿入孔に挿入された光ファイバーの先端部が未硬化の樹脂複合材料に触れる等して汚損されることがなく、光ファイバーを経て供給されるレーザー光を良好に樹脂複合材料に照射して樹脂複合材料を高強度に硬化させることができる。
前記構成において、前記加圧体を、複数の加圧子を隣接させて構成し、前記複数の加圧子を互いに独立的に前記樹脂複合材料の表面に圧接・離脱可能とし、各々の前記加圧子にそれぞれ独立的に前記レーザー光供給部から前記レーザー光を供給するようにしてもよい。
上記構成によれば、加圧体による加圧範囲内の一点からその周辺部に向かって加圧子を順次圧接するとともに、圧接されている加圧子にのみレーザー光を供給することができる。これにより、未硬化の樹脂複合材料に含まれる気泡を加圧範囲の一点からその周辺部に向かって押し出すようにして加圧することができ、樹脂複合材料を良好に脱気して高強度に硬化させることができる。
前記構成において、前記加圧体の加圧面を、前記樹脂複合材料の表面に圧接されながら該表面上を転動可能な形状とし、前記加圧面における前記樹脂複合材料の表面に圧接されている範囲に前記レーザー光供給部から前記レーザー光を照射するようにしてもよい。
上記構成によれば、樹脂複合材料の表面を転動する加圧体の加圧面のうち、樹脂複合材料の表面に圧接されている範囲にのみレーザー光供給部からレーザー光を照射することができる。これにより、未硬化の樹脂複合材料に含まれる気泡を加圧範囲の一点からその周辺部に向かって連続的に押し出すようにして加圧することができ、樹脂複合材料を良好に脱気して高強度に硬化させることができる。また、樹脂複合材料の硬化後に加圧体を樹脂複合材料から剥離する工程を省略することができる。
また、本発明の第２態様に係る樹脂複合材料の硬化方法は、レーザー光を透過する材質で形成された加圧体を未硬化の樹脂複合材料の表面に圧接して該表面を加圧する加圧ステップと、前記加圧体を通して未硬化の前記樹脂複合材料に前記レーザー光を照射するレーザー光照射ステップと、を具備することを特徴とする。
上記の硬化方法では、まず加圧ステップにおいて未硬化の樹脂複合材料の表面に加圧体が圧接され、次にレーザー光照射ステップにおいて加圧体を通して樹脂複合材料にレーザー光が照射されて樹脂複合材料の硬化が行われる。
上記の硬化方法によれば、加圧体によって未硬化の樹脂複合材料の任意の場所を加圧しながら、レーザー光によって樹脂複合材料を加熱させることができる。また、加熱と同時に加圧することで樹脂複合材料の脱気を行い、成形強度を高めることができる。
加圧体は、樹脂複合材料によって製造する樹脂成形品の表面全体に圧接される大きさにしなくてもよく、樹脂複合材料（樹脂成形品）の表面の一部のみに圧接される大きさに形成した加圧体で樹脂複合材料の表面を部分的に加圧・加熱することを繰り返すことにより、樹脂複合材料の全体を硬化させることができる。したがって、簡素な設備により、樹脂複合材料を容易に硬化させることができる。
前記の硬化方法において、前記レーザー光照射ステップでは、前記レーザー光の照射位置を、前記加圧体による加圧範囲の一点から、その周辺部に向かって拡張させるのが好ましい。
上記方法によれば、レーザー光の熱により、加圧体による加圧範囲の一箇所からその周辺部に向かって樹脂複合材料が軟化していき、これと同時に樹脂複合材料に含まれる気泡が加圧範囲の一箇所からその周辺部に向かって押し出される。このため、最終的には加圧範囲内の全ての気泡を脱気させて樹脂複合材料を高強度に硬化させることができる。
前記の硬化方法において、前記加圧ステップでは、前記加圧体による加圧範囲の一点から、その周辺部に向かって順に加圧するのが好ましい。このように、加圧体による加圧範囲の一点からその周辺部に向かって順に加圧することにより、未硬化の樹脂複合材料に含まれる気泡を加圧範囲の一点から周辺部に向かって押し出すことができ、樹脂複合材料を良好に脱気して高強度に硬化させることができる。
また、本発明の第３態様に係る樹脂成形品は、前記いずれかの態様の樹脂複合材料の硬化方法によって製造されたことを特徴としており、その硬化時に加圧および脱気されることによって高強度なものとなる。
以上のように、本発明に係る樹脂複合材料および硬化装置によれば、レーザー光を用いて、簡素な設備により、樹脂複合材料を高強度に硬化させることができる。また、本発明に係る樹脂成形品は、その硬化時に加圧および脱気されることによって高強度なものとなっている。
本発明の第１実施形態に係る硬化装置と硬化方法とを示す縦断面図であり、（Ａ）は積層ステップ、（Ｂ）は加圧ステップ、（Ｃ）はレーザー光照射ステップ、（Ｄ）は離型ステップを示している。 本発明に係る硬化方法をフローチャートで示す図である。 本発明の第２実施形態に係る硬化装置と硬化方法とを示す縦断面図であり、（Ａ）は積層ステップ、（Ｂ）は加圧ステップ、（Ｃ）はレーザー光照射ステップ、（Ｄ）は離型ステップを示している。 本発明の第３実施形態に係る硬化装置と硬化方法とを示す縦断面図であり、（Ａ）は積層ステップ、（Ｂ），（Ｃ）は加圧ステップとレーザー光照射ステップ、（Ｄ）は離型ステップを示している。 本発明の第４実施形態に係る硬化装置と硬化方法とを示す縦断面図であり、（Ａ）は積層ステップ、（Ｂ），（Ｃ）は加圧ステップとレーザー光照射ステップ、（Ｄ）は離型ステップを示している。
以下に、本発明の複数の実施形態について図面を参照しながら説明する。
［第１実施形態］
図１（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の第１実施形態に係る硬化装置１と硬化方法とを示す縦断面図である。
この硬化装置１は、例えば未硬化のプリプレグ２（樹脂複合材料）を、その厚さ方向に加圧しながら加熱して硬化させる装置である。プリプレグ２は、周知の通り、炭素繊維やガラス繊維等の繊維状補強材２ａに、熱硬化性または熱可塑性の樹脂材料２ｂが積層や含浸等により半一体化された変形可能な中間成形材料である。このプリプレグ２を成形台３や図示しない成形型、治具等に積層し、その厚さ方向に加圧（圧縮）しながら加熱することで、繊維状補強材２ａと樹脂材料２ｂとの間に含まれる気泡（ボイド）Ｂを脱気させて強靭な樹脂成形品２Ａが形成される。
硬化装置１は、成形台３や成形型、治具等に積層されたプリプレグ２を加圧する加圧体４と、この加圧体４を通してプリプレグ２にレーザー光Ｌを照射するレーザー発振器等のレーザー光供給部５と、レーザー光Ｌの照射位置を調整する照射位置調整部６とを具備して構成されている。
加圧体４は、レーザー光Ｌを良好に透過させる材質で形成されている。その材質として最も好ましいのは石英ガラスである。なお、本実施形態において、加圧体４は平坦な加圧面４ａを有する直方体形状に形成されているが、プリプレグ２の表面に密着する加圧面形状を有していれば、平板状や、曲面を有する形状等、他の形状であってもよい。プリプレグ２を載置する成形台３等も、平坦に限らず、曲面状等であってもよい。
レーザー光供給部５は、ＣＯ２レーザーやＹＡＧレーザー等のレーザー光Ｌを照射する構成部であり、照射位置調整部６は、レーザー光供給部５から照射されるレーザー光Ｌの照射位置を、プリプレグ２の、加圧体４による加圧範囲の中で移動させる構成部である。
加圧体４は、図示しない駆動装置の力やウェイトの重量等によってプリプレグ２の表面に圧接されるようになっているが、上記の駆動装置やウェイト等によってレーザー光供給部５から照射されるレーザー光Ｌが遮られないようにする必要がある。
照射位置調整部６としては、例えばレーザー光供給部５に組み込まれてレーザー光Ｌの照射方向（照射角度）を調整する照射方向調整部６ａや、レーザー光供給部５全体の位置をプリプレグ２の面方向に沿って移動させる位置調整部６ｂ等が考えられる。しかし、プリプレグ２へのレーザー光Ｌの照射位置を移動できるものであれば、他の構造のものであってもよい。
以上のように構成された硬化装置１によるプリプレグ２の硬化方法は次の通りである。なお、図２はプリプレグ２の硬化方法を示すフローチャートである。
まず、図１（Ａ）に示すように、未硬化のプリプレグ２を成形台３や所定の成形型、治具等に積層（あるいは載置、ワインディング等）する（積層ステップＳ１）。
次に、図１（Ｂ）に示すように、加圧体４を未硬化のプリプレグ２の表面に圧接し、加圧体４の加圧面４ａによって該表面を加圧する（加圧ステップＳ２）。この時には、プリプレグ２の内部に含まれる気泡Ｂが外部に押し出される程度の加圧力に設定する。
次に、図１（Ｃ）に示すように、レーザー光供給部５からプリプレグ２にレーザー光Ｌを照射する（レーザー光照射ステップＳ３）。レーザー光Ｌは加圧体４を透過してプリプレグ２に照射され、プリプレグ２が加熱され、軟化する。この時には、照射位置調整部６により、加圧体４による加圧範囲の一点、例えば中央部から、その周辺部に向かってレーザー光Ｌの照射位置を移動させる。
なお、加圧体４による加圧（加圧ステップＳ２）と、レーザー光Ｌの照射（レーザー光照射ステップＳ３）とを同時に開始してもよいし、レーザー光Ｌの照射（レーザー光照射ステップＳ３）により樹脂材料２ｂの軟化が開始されてから加圧体４による加圧（加圧ステップＳ２）を開始してもよい。
加圧体４による加圧範囲の中央部から周辺部に向かってレーザー光Ｌの照射位置を移動させることにより、プリプレグ２の樹脂材料２ｂが加圧範囲の中央部から周辺部に向かって順に軟化していき、これとともにプリプレグ２に含まれる気泡Ｂが中央部から周辺部に向かって押し出され、最終的には加圧範囲内の全ての気泡Ｂが脱気される。
プリプレグ２の樹脂材料２ｂが熱硬化性樹脂の場合は、軟化した樹脂材料２ｂを加圧することで硬化反応が起こり、樹脂材料２ｂが硬化する。一方、樹脂材料２ｂが熱可塑性樹脂の場合は、加熱された樹脂材料２ｂが冷却されることにより硬化する。
なお、レーザー光Ｌの照射開始位置は必ずしも加圧体４による加圧範囲の中央部でなくてもよい。例えば最初に加圧範囲の一端部に照射し、ここから加圧範囲の他端部に向かって照射位置を移動させいくようにしてもよい。この場合も、同様にプリプレグ２に含まれる気泡Ｂを加圧範囲の一端部から他端部に向かって押し出すことができる。
加圧体４による加圧およびレーザー光Ｌの照射によってプリプレグ２が硬化したら、加圧体４を圧接する場所をずらし、再び加圧体４による加圧とレーザー光Ｌの照射とを行う。これを反復することにより、プリプレグ２の全体を硬化させて樹脂成形品２Ａを形成する。
最後に、図１（Ｄ）に示すように、加圧体４を樹脂成形品２Ａから剥離し、さらに樹脂成形品２Ａを成形台３から剥離して樹脂成形品２Ａの完成となる（離型ステップＳ４）。
上記の硬化装置１および硬化方法によれば、未硬化のプリプレグ２の任意の場所の表面に加圧体４を圧接して加圧しながら、レーザー光供給部５から供給されるレーザー光Ｌを、加圧体４を通してプリプレグ２の表面に照射し、プリプレグ２を加熱して硬化させることができる。しかも、加圧しながら加熱することでプリプレグ２の脱気を行い、樹脂成形品２Ａの成形強度を高めることができる。
加圧体４は、プリプレグ２によって製造する樹脂成形品２Ａの表面全体に圧接される大きさにしなくてもよい。つまり、加圧体４を、プリプレグ２（樹脂成形品２Ａ）の表面の一部のみに圧接される大きさや形状に形成し、この加圧体４でプリプレグ２の表面を複数回に亘って部分的に加圧・加熱することを繰り返すことによって全体を硬化させることができる。したがって、従来のようにプリプレグ２（樹脂成形品２Ａ）の全体を収容可能な真空バッグや大容量のオートクレーブ等の加熱器を用意する必要がなく、簡素な設備により、プリプレグ２等の熱硬化性樹脂、または熱可塑性樹脂を容易に加熱することができる。
また、この硬化装置１は、レーザー光供給部５から供給されるレーザー光Ｌの照射位置を加圧体４による加圧範囲の中で移動させる照射位置調整部６を備えているため、前記のように、レーザー光Ｌの照射位置を、加圧体４による加圧範囲の一点から、その周辺部に向かって、例えば環状に拡張させることができる。
このように、レーザー光Ｌの照射位置を加圧範囲の一点からその周辺部に向かって拡張させることにより、レーザー光Ｌの熱により、加圧範囲の一箇所からその周辺部に向かってプリプレグ２が軟化していく。これと同時に、未硬化のプリプレグ２に含まれる気泡Ｂが周辺部に向かって押し出される。したがって、最終的には加圧範囲内の全ての気泡Ｂを脱気してプリプレグ２を高強度に硬化させることができる。
この硬化装置１では、加圧体４の材質として石英ガラスを用いている。石英ガラスはレーザー光Ｌを良好に透過させ、高い耐熱性および耐薬品性を備えると同時に高硬度であることから、仮に硬化した樹脂材料が付着する等しても容易に剥離することができ、表面の再研摩も可能である。しかも、石英ガラスは広く普及している材料であるため、比較的低価格である。したがって、加圧体４の材質として利用するのに適している。
［第２実施形態］
図３（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の第２実施形態に係る硬化装置１１と硬化方法とを示す縦断面図である。
この硬化装置１１は、レーザー光供給部５が、１本の光ファイバー１２と、照射位置調整部であるデマルチプレクサ１３と、複数の光ファイバー１４とを介してプリプレグ２にレーザー光Ｌを供給するようになっている。その他の構成は第１実施形態の硬化装置１と同様である。
図３（Ａ）中に一部拡大して示すように、複数の光ファイバー１４の先端部は、加圧体４の上面側から加圧面４ａ側に向かって形成されたファイバー挿入孔４ｂに挿入されており、このファイバー挿入孔４ｂは、加圧面４ａよりも手前で閉塞している。したがって、各光ファイバー１４の先端部は加圧面４ａから突出しない。
レーザー光供給部５から１本の光ファイバー１２を経てデマルチプレクサ１３に供給されたレーザー光Ｌは、複数の光ファイバー１４から加圧体４に供給される。その際、デマルチプレクサ１３は、レーザー光Ｌの照射位置を、加圧体４による加圧範囲の中で移動させることができる。具体的には、複数の光ファイバー１４のうち、加圧体４による加圧範囲内（加圧面４ａ内）の一点に位置するものから、その周辺部に位置するものに向かって順にレーザー光Ｌを供給し、レーザー光Ｌの照射範囲を、例えば環状に拡張させることができる。
以上のように構成された硬化装置１１によるプリプレグ２の硬化方法は次の通りである。この硬化方法も図２に示すフローチャートに沿う手順で行われる。
まず、図３（Ａ）に示すように、未硬化のプリプレグ２を成形台３や所定の成形型、治具等に積層（あるいは載置、ワインディング等）する（積層ステップＳ１）。
次に、図３（Ｂ）に示すように、加圧体４を未硬化のプリプレグ２の表面に圧接し、加圧体４の加圧面４ａによって該表面を加圧する（加圧ステップＳ２）。この時には、プリプレグ２の内部に含まれる気泡Ｂが外部に押し出される程度の加圧力に調整する。
次に、図３（Ｃ）に示すように、レーザー光供給部５から、光ファイバー１２と、デマルチプレクサ１３と、光ファイバー１４と、加圧体４とを経てプリプレグ２にレーザー光Ｌを照射する（レーザー光照射ステップＳ３）。レーザー光Ｌは加圧体４を透過してプリプレグ２に照射され、プリプレグ２が加熱される。
この時には、照射位置調整部であるデマルチプレクサ１３により、加圧体４による加圧範囲の一点、例えば中央部から、その周辺部に向かってレーザー光Ｌの照射位置が移動するように、各光ファイバー１４からレーザー光Ｌが照射される。
なお、加圧体４の圧接（加圧ステップＳ２）と、レーザー光Ｌの照射（レーザー光照射ステップＳ３）とを同時に開始してもよいし、レーザー光Ｌの照射（レーザー光照射ステップＳ３）により樹脂材料２ｂの軟化が開始されてから加圧体４による加圧（加圧ステップＳ２）を開始してもよい。
加圧体４による加圧範囲の中央部から周辺部に向かってレーザー光Ｌの照射位置を移動させることにより、プリプレグ２の樹脂材料２ｂが加圧範囲の中央部から周辺部に向かって順に軟化していき、これとともにプリプレグ２に含まれる気泡Ｂが中央部から周辺部に向かって押し出される。
プリプレグ２の樹脂材料２ｂが熱硬化性樹脂の場合は、軟化した樹脂材料２ｂを加圧することで硬化反応が起こり、樹脂材料２ｂが硬化する。一方、樹脂材料２ｂが熱可塑性樹脂の場合は、加熱された樹脂材料２ｂが冷却されることにより硬化する。
なお、第１実施形態と同様に、レーザー光Ｌの照射開始位置は必ずしも加圧体４による加圧範囲の中央部でなくてもよい。また、プリプレグ２が硬化する度に加圧体４による圧接位置をずらし、再び加圧体４による加圧とレーザー光Ｌの照射とを反復することによりプリプレグ２の全体を硬化させて樹脂成形品２Ａを形成する点も第１実施形態と同様である。
最後に、図３（Ｄ）に示すように、加圧体４を樹脂成形品２Ａから剥離し、さらに樹脂成形品２Ａを成形台３から剥離して樹脂成形品２Ａの完成となる（離型ステップＳ４）。
この第２実施形態における硬化装置１１および硬化方法によれば、第１実施形態における硬化装置１および硬化方法と同様な効果が得られる。それに加えて、この硬化装置１１は、レーザー光供給部５から柔軟な光ファイバー１２，１４を介して加圧体４にレーザー光Ｌを供給するようになっているため、レーザー光供給部５と加圧体４との相対位置関係を自由化することができる。即ち、空間中では直進するレーザー光Ｌを自由に湾曲させて加圧体４に供給できるため、例えばレーザー光供給部５を固定しておき、加圧体４のみを可動させるといった装置構成にして、硬化装置１１の構成を簡略化（自由化）することができる。
また、デマルチプレクサ１３により、複数の光ファイバー１４のうち、加圧体４による加圧範囲内の一点に位置するものから、その周辺部に位置するものに向かって順にレーザー光Ｌを供給し、この順番で樹脂材料２ｂを軟化させることができるため、プリプレグ２に含まれる気泡が加圧範囲内の一点からその周辺部に向かって押し出されるようにして、プリプレグ２の成形強度を高めることができる。
さらに、複数の光ファイバー１４が、加圧体４に形成されたファイバー挿入孔４ｂに挿入され、ファイバー挿入孔４ｂは、加圧体４の加圧面４ａよりも手前で閉塞しているため、各光ファイバー１４の先端部が未硬化の樹脂材料に触れる等して汚損されることがない。したがって、光ファイバー１４を経て供給されるレーザー光Ｌを良好にプリプレグ２に照射してプリプレグ２を高強度に硬化させることができる。
［第３実施形態］
図４（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の第３実施形態に係る硬化装置２１と硬化方法とを示す縦断面図である。
この硬化装置２１は、その加圧体４が複数の加圧子４Ａを隣接させた構成となっており、各々の加圧子４Ａにそれぞれ独立的にレーザー光供給部５からレーザー光Ｌが供給されるようになっている。また、複数の加圧子４Ａは、互いに独立的にプリプレグ２の表面に圧接・離脱可能である。
その他の点については第２実施形態における硬化装置１１と同様であるため、各部に同一符号を付して説明を省略する。
この硬化装置２１によるプリプレグ２の硬化方法は次の通りである。
まず、図４（Ａ）に示すように、未硬化のプリプレグ２を成形台３や所定の成形型、治具等に積層（あるいは載置、ワインディング等）する（積層ステップ）。
次に、図４（Ｂ）に示すように、加圧体４を未硬化のプリプレグ２の表面に圧接し、加圧体４の加圧面４ａによって該表面を加圧する（加圧ステップ）。この時には、加圧体４による加圧範囲の一点から、その周辺部に向かって順に加圧していく。即ち、隣接して配列されている複数の加圧子４Ａのうちの、例えば中央付近に位置する加圧子４Ａをまずプリプレグ２の表面に圧接し、この加圧子４Ａにレーザー光Ｌを供給して、プリプレグ２の加圧部にレーザー光Ｌを照射する（レーザー光照射ステップ）。
レーザー光Ｌの照射により、プリプレグ２の樹脂材料２ｂが軟化し、加圧子４Ａによる押圧により、プリプレグ２の内部に含まれる気泡Ｂが外側に押し出される。プリプレグ２の樹脂材料２ｂが熱硬化性樹脂の場合は、軟化した樹脂材料２ｂを加圧することで硬化反応が起こり、樹脂材料２ｂが硬化する。一方、樹脂材料２ｂが熱可塑性樹脂の場合は、加熱された樹脂材料２ｂが冷却されることにより硬化する。
次に、隣接する加圧子４Ａをプリプレグ２の表面に圧接し、同様にレーザー光Ｌを照射する。これを繰り返すことにより、図４（Ｃ）に示すように、全ての加圧子４Ａがプリプレグ２の表面に圧接され、脱気と硬化が完了して樹脂成形品２Ａが形成される。プリプレグ２の大きさによっては上記工程を数回繰り返す。
最後に、図４（Ｄ）に示すように、加圧体４（加圧子４Ａ）を樹脂成形品２Ａから剥離し、さらに樹脂成形品２Ａを成形台３から剥離して樹脂成形品２Ａの完成となる（離型ステップ）。
上記の硬化装置２１および硬化方法によれば、第２実施形態における硬化装置１１および硬化方法と同様な効果が得られる。それに加えて、この硬化装置２１は、複数の加圧子４Ａを隣接させて加圧体４を構成し、これら複数の加圧子４Ａを互いに独立的にプリプレグ２の表面に圧接・離脱可能とするとともに、各々の加圧子４Ａにそれぞれ独立的にレーザー光供給部５からレーザー光Ｌを供給するようにしている。
このため、加圧ステップにおいては、加圧体４による加圧範囲内の一点からその周辺部に向かって加圧子４Ａを順次圧接するとともに、圧接されている加圧子４Ａにのみレーザー光Ｌを供給することができる。これにより、未硬化のプリプレグ２に含まれる気泡Ｂを加圧範囲の一点からその周辺部に向かって押し出すようにして加圧することができ、プリプレグ２を良好に脱気して高強度に硬化させることができる。
［第４実施形態］
図５（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の第４実施形態に係る硬化装置３１と硬化方法とを示す縦断面図である。
この硬化装置３１は、成形台３や成形型、治具等に積層されたプリプレグ２を加圧する転動型の加圧体４と、この加圧体４を通してプリプレグ２にレーザー光Ｌを照射するレーザー光供給部５と、レーザー光Ｌの照射位置を調整する照射位置調整部としてのデマルチプレクサ１３と、光ファイバー１２，１４とを具備して構成されている。
加圧体４は、例えば円柱形に形成されており、その外周面をなす加圧面４ａが、プリプレグ２の表面に圧接されながら該表面上を転動可能な曲面となっている。加圧体４の形状は、円柱形に限らず、部分円柱形、球形、多角柱状等、その外周面が加圧面４ａとしてプリプレグ２の表面を転動可能な形状であればよく、成形するプリプレグ２の形状に合わせて適宜選定すればよい。
加圧体４の中心部にあるデマルチプレクサ１３の中心部が図示しない軸支部に軸支され、加圧体４はデマルチプレクサ１３と一体に回転することができる。また、デマルチプレクサ１３の軸支部は加圧体４の加圧面４ａをプリプレグ２の表面に圧接させる力を加えることができる。
レーザー光供給部５とデマルチプレクサ１３との間は１本の光ファイバー１２によって接続されている。また、デマルチプレクサ１３から放射方向に延びる複数の光ファイバー１４が、図５（Ａ）中に一部拡大して示すように、加圧体４の内面から加圧面４ａ側に向かって形成されたファイバー挿入孔４ｂに挿入されている。各ファイバー挿入孔４ｂは加圧面４ａよりも手前で閉塞しているため、光ファイバー１４の先端部は加圧面４ａから突出しない。
レーザー光供給部５から１本の光ファイバー１２を経てデマルチプレクサ１３に供給されたレーザー光Ｌは、複数の光ファイバー１４を経て加圧体４に供給される。その際、デマルチプレクサ１３は、加圧面４ａにおけるプリプレグ２の表面に圧接されている範囲にのみレーザー光供給部５からレーザー光Ｌが照射されるように光ファイバー１４を選定してレーザー光Ｌを供給する。
以上のように構成された硬化装置３１によるプリプレグ２の硬化方法は次の通りである。
まず、図５（Ａ）に示すように、未硬化のプリプレグ２を成形台３や所定の成形型、治具等に積層（あるいは載置、ワインディング等）する（積層ステップ）。
次に、図５（Ｂ）からに図５（Ｃ）示すように、加圧体４を未硬化のプリプレグ２の表面に圧接しながら、そのまま加圧体４をゆっくりと転動させて加圧面４ａにより該表面を加圧する（加圧ステップ）。この時には、プリプレグ２の表面の一箇所から、その周辺部に向かって順に加圧していく。一例として、プリプレグ２の一端から他端に向かって加圧体４を転動させる。
このように加圧体４を転動させて加圧面４ａによりプリプレグ２の表面を加圧しながら、加圧面４ａにおけるプリプレグ２の表面に圧接されている範囲にレーザー光供給部５からレーザー光を照射する（レーザー光照射ステップ）。この時には、照射位置調整部であるデマルチプレクサ１３により、プリプレグ２の表面に圧接されている加圧面４ａの範囲に対応する光ファイバー１４にのみレーザー光Ｌが供給される。これにより、プリプレグ２は加圧された部分から軟化していく。
レーザー光Ｌの照射により、プリプレグ２の樹脂材料２ｂが軟化すると、プリプレグ２の内部に含まれる気泡Ｂが、加圧体４によって加圧された範囲から、加圧されていない範囲に向かって押し出される。プリプレグ２の樹脂材料２ｂが熱硬化性樹脂の場合は、軟化した樹脂材料２ｂを加圧することで硬化反応が起こり、樹脂材料２ｂが硬化する。一方、樹脂材料２ｂが熱可塑性樹脂の場合は、加熱された樹脂材料２ｂが冷却されることにより硬化する。
このように、ゆっくりと加圧体４を転動させながらレーザー光Ｌを照射することにより、プリプレグ２の表面全体が加圧され、脱気と硬化が完了して樹脂成形品２Ａが形成される。最後に、図５（Ｄ）に示すように、樹脂成形品２Ａを成形台３から剥離して樹脂成形品２Ａの完成となる（離型ステップ）。
上記の硬化装置３１および硬化方法によれば、第３実施形態における硬化装置２１および硬化方法と同様な効果が得られる。それに加えて、この硬化装置３１は、加圧体４の加圧面４ａを、プリプレグ２の表面に圧接されながら該表面上を転動可能な形状とし、且つ、加圧面４ａにおけるプリプレグ２の表面に圧接されている範囲にレーザー光供給部５からレーザー光Ｌを照射するように構成されている。
このため、プリプレグ２の表面を転動する加圧体４の加圧面４ａのうち、プリプレグ２の表面に圧接されている範囲にのみレーザー光供給部５からレーザー光Ｌが照射される。これにより、未硬化のプリプレグ２に含まれる気泡を加圧範囲の一点からその周辺部に向かって連続的に押し出すようにして加圧することができ、プリプレグ２を良好に脱気して高強度に硬化させることができる。また、プリプレグ２の硬化後に加圧体４をプリプレグ２から剥離する工程を省略することができる。
以上説明したように、上記実施形態に係る樹脂複合材料の硬化装置１，１１，２１，３１および硬化方法によれば、レーザー光Ｌを用いて、簡素な設備により、プリプレグ２等の繊維複合材料を高強度に硬化させることができる。また、本発明に係る樹脂成形品２Ａは、その硬化時に加圧および脱気されることによって高強度なものとなる。
なお、本発明は上記第１〜第４実施形態の構成のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更や改良を加えることができ、このように変更や改良を加えた実施形態も本発明の権利範囲に含まれるものとする。
例えば、加圧体４の全体形状や、加圧面４ａの形状等は、上記各実施形態のものに限定されない。また、プリプレグ２の形状等についても、他の形状例が考えられる。
１，１１，２１，３１ 硬化装置
２ プリプレグ（樹脂複合材料）
２Ａ 樹脂成形品
４ 加圧体
４Ａ 加圧子
４ａ 加圧面
４ｂ ファイバー挿入孔
５ レーザー光供給部
６ 照射位置調整部
１２，１４ 光ファイバー
１３ デマルチプレクサ（照射位置調整部）
Ｌ レーザー光
Ｓ１ 積層ステップ
Ｓ２ 加圧ステップ
Ｓ３ レーザー光照射ステップ
Ｓ４ 離型ステップ

Claims (12)

  1. レーザー光を透過させる材質で形成され、未硬化の樹脂複合材料の表面に圧接されて該樹脂複合材料を加圧する加圧体と、
    前記加圧体を通して未硬化の前記樹脂複合材料に前記レーザー光を照射するレーザー光供給部と、
    を具備することを特徴とする樹脂複合材料の硬化装置。
  2. 前記加圧体の材質は石英ガラスである請求項１に記載の樹脂複合材料の硬化装置。
  3. 前記レーザー光供給部から供給される前記レーザー光の照射位置を前記加圧体による加圧範囲の中で移動させる照射位置調整部をさらに備えた請求項１または２に記載の樹脂複合材料の硬化装置。
  4. 前記レーザー光供給部は、光ファイバーによって前記樹脂複合材料に前記レーザー光を供給する請求項１から３のいずれかに記載の樹脂複合材料の硬化装置。
  5. 前記レーザー光供給部は、複数の光ファイバーによって前記樹脂複合材料に前記レーザー光を供給し、
    前記照射位置調整部は、複数の前記光ファイバーのうちのいずれかを選択して前記レーザー光を供給可能である請求項４に記載の樹脂複合材料の硬化装置。
  6. 前記光ファイバーは、前記加圧体に形成されたファイバー挿入孔に挿入され、前記ファイバー挿入孔は、前記加圧体の加圧面よりも手前で閉塞している請求項４または５に記載の樹脂複合材料の硬化装置。
  7. 前記加圧体は、複数の加圧子が隣接して構成されており、
    前記複数の加圧子は互いに独立的に前記樹脂複合材料の表面に圧接・離脱可能であり、
    各々の前記加圧子にそれぞれ独立的に前記レーザー光供給部から前記レーザー光が供給される請求項１から６のいずれかに記載の樹脂複合材料の硬化装置。
  8. 前記加圧体の加圧面は、前記樹脂複合材料の表面に圧接されながら該表面上を転動可能な形状であり、
    前記加圧面における前記樹脂複合材料の表面に圧接されている範囲に前記レーザー光供給部から前記レーザー光を照射する請求項１から６のいずれかに記載の樹脂複合材料の硬化装置。
  9. レーザー光を透過する材質で形成された加圧体を未硬化の樹脂複合材料の表面に圧接して該表面を加圧する加圧ステップと、
    前記加圧体を通して未硬化の前記樹脂複合材料に前記レーザー光を照射するレーザー光照射ステップと、
    を具備することを特徴とする樹脂複合材料の硬化方法。
  10. 前記レーザー光照射ステップでは、前記レーザー光の照射位置を、前記加圧体による加圧範囲の一点から、その周辺部に向かって拡張させる請求項９に記載の樹脂複合材料の硬化方法。
  11. 前記加圧ステップでは、前記加圧体による加圧範囲の一点から、その周辺部に向かって順に加圧していく請求項９または１０に記載の樹脂複合材料の硬化方法。
  12. 請求項９から１１のいずれかに記載の樹脂複合材料の硬化方法によって製造されたことを特徴とする樹脂成形品。
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