JP2021171945A

JP2021171945A - 複合材料の成形装置

Info

Publication number: JP2021171945A
Application number: JP2020075438A
Authority: JP
Inventors: 勝宏臼井; Katsuhiro Usui
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2020-04-21
Filing date: 2020-04-21
Publication date: 2021-11-01
Anticipated expiration: 2040-04-21
Also published as: JP7468116B2

Abstract

【課題】成形品である複合材料に樹脂のバックフローに起因して樹脂リッチ部分が生じることを抑制することができる複合材料の成形装置を提供する。【解決手段】複合材料１０の成形装置１００は、少なくとも２つの型（上型２１０、下型２２０）が相対的に開閉可能に備えられ強化基材１１が配置されるキャビティ２５０を形成する成形型２００と、成形型に備えられキャビティに樹脂１２を注入する樹脂注入口２４０と、を有し、成形型は、上型（少なくとも２つの型のいずれか）に設けられ、第２の成形面２１２Ｓ（少なくとも２つの型のいずれかの分割面）から突出して配置される第３のシール部材３３０（シール部材）を備える。第３のシール部材は、上型と下型を相対的に閉じて樹脂注入口からキャビティに樹脂を注入した後に、上型と下型を相対的にさらに接近させるときに、強化基材を押圧する。【選択図】図３

Description

本発明は、複合材料の成形装置に関する。

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、量産化に適したＲＴＭ（ＲｅｓｉｎＴｒａｎｓｆｅｒＭｏｌｄｉｎｇ）成形法が注目されている。

ＲＴＭ成形法にあっては、まず強化基材を成形型内のキャビティに配置し、キャビティ内に樹脂を注入し、強化基材に樹脂を含浸させて、樹脂を硬化させることによって、複合材料を形成する（特許文献１を参照）。

特開２００６−１８８０５０号公報

しかしながら、樹脂を含浸硬化させる前の強化基材は比較的柔らかいため、樹脂を注入した後に型締めするときに、樹脂が注入時と逆方向に流れて（バックフロー）、型の分割面に配置された強化基材がキャビティの中央側に向かって持ち上がってしまう（寄ってしまう）場合がある。そのため、強化基材を意図した位置で成形（硬化）させることができず、成形品である複合材料に樹脂のみが存在する樹脂リッチ部分が生じてしまうという問題があった。

そこで、本発明は、成形品である複合材料に樹脂のバックフローに起因して樹脂リッチ部分が生じることを抑制することができる複合材料の成形装置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装置は、少なくとも２つの型が相対的に開閉可能に備えられ強化基材が配置されるキャビティを形成する成形型と、前記成形型に備えられ前記キャビティに樹脂を注入する樹脂注入口と、を有し、前記成形型は、前記型のいずれかに設けられ、前記少なくとも２つの型の分割面から突出して配置されるシール部材を備え、前記シール部材は、複数の前記型を相対的に閉じて前記樹脂注入口から前記キャビティに前記樹脂を注入した後に、複数の前記型を相対的にさらに接近させるときに、前記強化基材を押圧する。

本発明に係る複合材料の成形装置によれば、シール部材は、複合材料を成形する際に、キャビティ内に位置し、強化基材を押圧することができる。そのため、シール部材は、樹脂のバックフローによって強化基材が持ち上がってしまう（寄ってしまう）ことを抑制することができる。したがって、本発明に係る複合材料の成形装置は、成形品である複合材料に樹脂のバックフローに起因して樹脂リッチ部分が生じることを抑制することができる。

本発明の実施形態に係る複合材料の成形装置を用いて成形した複合材料の一例を示す平面図である。図１Ａの１Ｂ−１Ｂ線に沿う断面図である。図１Ａの複合材料の成形に用いられる強化基材を示す平面図である。図２Ａの２Ｂ−２Ｂ線に沿う断面図である。本発明の実施形態に係る複合材料の成形装置を示す断面図である。複合材料の成形装置に配置されるシール部材を示す部分拡大図である。本発明の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。強化基材の貫通穴に対してイジェクタピンを挿通させて、成形型に強化基材を配置した状態を模式的に示す図である。シール領域を気密に封止した状態を模式的に示す図である。シール領域を吸引する状態を模式的に示す図である。成形型への樹脂の注入を模式的に示す図である。樹脂注入後に、成形型を型締めした状態を模式的に示す図である。シール領域の吸引を停止した状態を模式的に示す図である。成形型を開いた状態を模式的に示す図である。成形品である複合材料の脱型を模式的に示す図である。強化基材を挟み込むことを可能とするシール部材の変形例を示す図である。

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。

（複合材料）
図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａ、および図２Ｂを参照して、複合材料１０は、強化基材１１に樹脂１２を含浸させて硬化させることによって形成される。複合材料１０は、強化基材１１および樹脂１２を組み合わせることによって、樹脂１２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ている。

本実施形態に係る複合材料１０は、例えば自動車部品のピラーに適用され、平坦部２０の左右両側から脚部２１がやや拡がるように伸び、各脚部２１の左右両側から第２平坦部２２が伸びている形状を有する。強化基材１１は、強化基材１１の厚み方向（板厚方向）に貫通して形成された貫通穴３０を有する。貫通穴３０は、強化基材１１の繊維を切断して形成されている。超音波カット、レーザーカット、プレスカット、はさみカットなど様々な切断機構を使用することによって、貫通穴３０を形成できる。貫通穴３０は、成形後には樹脂１２が流入して硬化し塞がれている。

樹脂１２は、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂によって構成することができる。

強化基材１１は、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、有機繊維等の織物シート１１Ｂ（強化基材要素ともいう）を複数積層して構成することができる。

（成形装置）
本実施形態に係る複合材料１０の成形装置１００について説明する。

図３を参照して、成形装置１００は、成形型２００と、第１のシール部材３１０と、第２のシール部材３２０と、第３のシール部材３３０（「シール部材」に相当する）と、排気部４００と、樹脂注入部５００と、イジェクタ部７００と、制御部６００と、を有する。成形型２００は、少なくとも２つの型（上型２１０および下型２２０）が相対的に開閉可能に備えられ強化基材１１が配置されるキャビティ２５０を形成する。樹脂注入部５００は、成形型２００に備えられキャビティ２５０に樹脂１２を注入する樹脂注入口２４０を有する。イジェクタ部７００は、成形型２００の成形面（第３の成形面２２１Ｓ）から突出して成形型２００から成形品を押し出し可能なイジェクタピン７１０を有する。制御部６００は、成形型２００の開閉動作、樹脂注入口２４０からの樹脂１２の注入動作、およびイジェクタピン７１０の動作を制御する。以下、成形装置１００の各部の構成について詳細に説明する。

成形型２００は、接近離反可能な一対の上型２１０および下型２２０を有する。また、上型２１０には、排気部４００と連通する排気口２３０と、樹脂注入部５００と連通する樹脂注入口２４０と、を設けている。成形型２００は、上型２１０と下型２２０との間にキャビティ２５０を形成する（図６Ｅを参照）。

なお、本明細書において、「キャビティ２５０」とは、複合材料１０を成形する工程において、上型２１０を下型２２０に対して相対的に接近させて、上型２１０と下型２２０との間を気密に封止してから、上型２１０を下型２２０に対して相対的に離間させて、成形型２００を開くまでに、上型２１０と下型２２０との間に形成される空洞（図６Ｂ〜図６Ｆを参照）のことを意味する。また、下型２２０に対して、上型２１０が配置される側（図３中の上側）を「上側」と称し、上型２１０に対して、下型２２０が配置される側（図３中の下側）を「下側」と称する。

上型２１０は、下型２２０に対して近接離反自在な可動型である。上型２１０は、上側に向かって凹んだ形状を有する凹部２１１と、凹部２１１の外縁部に延在する第１の横壁部２１２と、凹部２１１および第１の横壁部２１２を囲うように下側に向かって突出した形状を有する第１の縦壁部２１３と、凹部２１１および第１の縦壁部２１３の上側に連続して形成された基部２１４と、基部２１４の上側に配置された蓋部２１５と、を有する。上型２１０の蓋部２１５は、例えば、油圧シリンダー等を備える不図示の駆動装置と接続している。

凹部２１１には、キャビティ２５０を形成する第１の成形面２１１Ｓが形成されている。また、第１の成形面２１１Ｓと、第１の横壁部２１２に形成された第２の成形面２１２Ｓは、複合材料１０を成形する際に、強化基材１１を挟んで下型２２０と対向する、上型２１０の分割面として機能する。

基部２１４の外側面２１４Ｓには、第１の溝部２１４Ａが形成されている。当該第１の溝部２１４Ａには、第１のシール部材３１０が挿入されている。

第１の縦壁部２１３の外側面２１３Ｓには、第２の溝部２１３Ａが形成されている。当該第２の溝部２１３Ａには、第２のシール部材３２０が挿入されている（図４を参照）。

上型２１０の分割面である、第１の横壁部２１２の外側面（第２の成形面２１２Ｓ）には、第３の溝部２１２Ａが形成されている。当該第３の溝部２１２Ａには、第３のシール部材３３０が挿入されている（図４を参照）。

第３のシール部材３３０は、上型２１０の分割面の外周部（第２の成形面２１２Ｓの外周部）に沿って少なくとも部分的に設けられていることが好ましい。これにより、成形装置１００は、複合材料１０を成形する際に、第３のシール部材３３０が押圧することができる強化基材１１の配置の乱れを抑制することができる。なお、上型２１０の分割面の外周部に対して第３のシール部材３３０が設けられている範囲は、特に限定されないが、図示する実施形態では、第３のシール部材３３０が第２の成形面２１２Ｓの外周部の全周に設けられている。これにより、成形装置１００は、複合材料１０を成形する際に、キャビティ２５０内に位置し、強化基材１１を全周にわたって押圧することができる。そのため、成形装置１００は、複合材料１０を成形する際に、全周にわたって強化基材１１の配置の乱れを抑制することができ、成形品である複合材料１０の外周部の全周において、樹脂リッチ部分が生じることを抑制することができる。

また、第３のシール部材３３０は、図４に示すように、上型２１０の分割面の外周部（第２の成形面２１２Ｓの外周部）から距離Ｄ２（「所定の間隔」に相当する）を置いて設けられている。第３のシール部材３３０は、バックフローによって強化基材１１の配置に乱れが生じやすい強化基材１１の外縁部の周辺に設けられていればよく、第３のシール部材３３０の位置（第２の成形面２１２Ｓの外周部との距離Ｄ２）は、適宜設定することができる。なお、距離Ｄ２は、５ｍｍ程度であることが好ましい。

本実施形態における複合材料１０は、成形された後に、フランジ部分（第２平坦部２２）がカットされる。そのため、強化基材１１は、第２平坦部２２の外縁部まで延在している必要がなく、複合材料１０を成形する際に第３のシール部材３３０によって押圧される位置まで延在していればよい。このように、第３のシール部材３３０が上型２１０の分割面の外周部から所定の距離を置いて設けられることによって、複合材料１０の外縁部を形成する第２平坦部２２に配置される強化基材１１の量を抑えることができる。また、第２平坦部２２をカットする際に生じる強化基材１１の廃棄量を抑えることができる。

下型２２０は、固定型である。下型２２０は、凹部２１１の第１の成形面２１１Ｓと協働して、凹部２１１との間にキャビティ２５０を形成する第３の成形面２２１Ｓが形成された凸部２２１と、凸部２２１の外縁部に延在し第４の成形面２２２Ｓが形成された第２の横壁部２２２と、凸部２２１および第１の縦壁部２１３を囲うように配置された第２の縦壁部２２３と、を有する。第３の成形面２２１Ｓと第４の成形面２２２Ｓは、上型２１０の分割面に対応する下型２２０の分割面として機能する。

第２の縦壁部２２３は、図３に示すように上型２１０を下型２２０に対して相対的に接近させた状態において、第１の縦壁部２１３の外側面２１３Ｓと対向するように形成された内側面２２３Ｓを有する。

第１のシール部材３１０および第２のシール部材３２０は、上型２１０と下型２２０が対向する面のうち、上型２１０と下型２２０が相対的に接近する型締め方向（図３の上下方向）に沿う面である第１の縦壁部２１３の外側面２１３Ｓおよび基部２１４の外側面２１４Ｓにそれぞれ配置される。このように、成形型２００は、第１のシール部材３１０および第２のシール部材３２０が型締め方向の異なる位置に配置された縦摺り構造を有している。このため、上型２１０を下型２２０に対して相対的に接近させる動作によって、異なるタイミングで第１のシール部材３１０および第２のシール部材３２０のシール機能をそれぞれ発揮させることができる。

また、第３のシール部材３３０は、上型２１０と下型２２０が対向する面のうち、上型２１０の第１の横壁部２１２の第２の成形面２１２Ｓに配置される。第３のシール部材３３０は、上型２１０よび下型２２０を相対的に閉じて樹脂注入口２４０からキャビティ２５０に樹脂１２を注入した後に、上型２１０よび下型２２０を相対的にさらに接近させるタイミングにおいて強化基材１１を押圧する位置に配置されている。そのため、成形型２００は、上型２１０を下型２２０に対して相対的に接近させる動作によって、成形型２００を型締めしてキャビティ２５０を液密に封止する（後述する工程Ｓ６）ときに、上型２１０と下型２２０との間に強化基材１１を挟み込むことができる。これにより、第３のシール部材３３０は、キャビティ２５０内に樹脂１２を注入して複合材料１０を成形する際に、複合材料１０の外縁部を形成する強化基材１１の配置が乱れてしまうことを抑制し、樹脂１２のバックフローに起因して強化基材１１がキャビティ２５０の中央側に向かって持ち上がってしまう（寄ってしまう）ことを抑制することができる。

図６Ａに示す型開き状態から、図６Ｂに示すように上型２１０を下型２２０に対して相対的に接近させた状態で、かつ、型締めする前の状態において、第１のシール部材３１０は、第１の成形面２１１Ｓ、第３の成形面２２１Ｓ、第２の成形面２１２Ｓ、第４の成形面２２２Ｓ、第１の縦壁部２１３の外側面２１３Ｓおよび第２の縦壁部２２３の内側面２２３Ｓとの間に気密に封止されたシール領域２７０を形成する。ここで、シール領域２７０は、キャビティ２５０と、後述する外周領域２６０と、を含む領域である。図６Ｂ、図６Ｃ、および図６Ｄに示すように、型締めする前の状態において、キャビティ２５０と外周領域２６０は、互いに連通している。

図６Ｂ、図６Ｃ、および図６Ｄに示す状態から、図６Ｅに示すようにさらに上型２１０を下型２２０に対して相対的に接近させて成形型２００を型締めした状態において、第２のシール部材３２０は、第１の成形面２１１Ｓおよび第３の成形面２２１Ｓとの間に液密に封止されたキャビティ２５０を形成する。また、成形型２００を型締めした状態において、第１のシール部材３１０と第２のシール部材３２０との間には、キャビティ２５０の外周に位置する外周領域２６０が形成される。換言すると、第２のシール部材３２０は、キャビティ２５０と外周領域２６０との間を液密に封止する。また、成形型２００を型締めした状態において、外周領域２６０の体積は、キャビティ２５０内に注入する樹脂１２の体積よりも大きくなるように構成されている。また、成形型２００を型締めした状態において、第３のシール部材３３０は、キャビティ２５０内に位置し、強化基材１１を押圧することができる。そのため、成形装置１００は、成形品である複合材料１０の外縁部の全周において樹脂１２のバックフローに起因して樹脂リッチ部分が生じることを抑制することができる。

なお、本明細書において、「成形型２００を型締めした状態」とは、成形型２００のキャビティ２５０の形状が、最終的に作製される複合材料１０の形状と略同等になるまで、上型２１０を下型２２０に対して相対的に接近させた状態を意味する。

本実施形態では、図６Ｅに示すように、成形型２００を型締めした状態において、上型２１０および下型２２０は、互いに当接する第１の当接面２１０Ｓおよび第２の当接面２２０Ｓを有する。成形型２００を型締めした状態において、第１の当接面２１０Ｓと、第２の当接面２２０Ｓとの間の距離Ｄ１は０（ゼロ）ｍｍになる。この状態では、キャビティ２５０の大きさが樹脂１２を硬化させる前の複合材料１０と略同等であり、上型２１０の第１の成形面２１１Ｓと、複合材料１０との間には、ほぼ隙間がない状態である。

また、図６Ｂ、図６Ｃ、および図６Ｄに示すように、成形型２００を型締めする前の状態では、上型２１０の第１の成形面２１１Ｓと、強化基材１１との間には、隙間Ｇが形成される。この状態において、第１の当接面２１０Ｓと、第２の当接面２２０Ｓとの間の距離Ｄ１は、成形型２００の形状などによっても異なるが、例えば、７．３ｍｍ程度とすることができる。

図３を参照して、排気口２３０は、外周領域２６０よりも上側に配置されている。

樹脂注入口２４０は、キャビティ２５０の略中央に配置されている。すなわち、樹脂注入口２４０は、外周領域２６０から比較的離れた位置に配置されている。

第１のシール部材３１０、第２のシール部材３２０を構成する材料は、気密または液密に封止できる材料であれば特に限定されないが、例えば、シリコンゴム等の弾性材料とすることができる。

また、第３のシール部材３３０を構成する材料は、複合材料１０を成形する際に強化基材１１を押圧することができる材料であれば特に限定されないが、例えば、シリコンゴム等の弾性材料とすることができる。特に、第３のシール部材３３０をシリコンゴムで構成する場合、第３のシール部材３３０は複合材料１０を成形する工程における温度変化（常温から１２０℃程度）に耐えうる耐久性を確保することができる。また、第３のシール部材３３０は、温度上昇による過度な膨張が生じることを抑制し、安定して複合材料１０を成形することができる。

排気部４００は、公知の真空ポンプにより構成される。排気部４００は、上型２１０に形成された排気口２３０と連通するように構成され、排気口２３０を介して外周領域２６０から気体を吸引する。排気部４００は、排気口２３０との間に、圧力計４１０およびバルブ４２０を有する。圧力計４１０は、排気部４００による吸引圧力を計測する。当該吸引圧力の値を基に、シール領域２７０内の真空度を調整することができる。バルブ４２０は、空気の流路を開閉する。これによって、排気部４００による吸引の動作のＯＮ／ＯＦＦを切り替えることができる。

樹脂注入部５００は、上型２１０に形成された樹脂注入口２４０と連通するように構成され、樹脂注入口２４０を介してキャビティ２５０内に樹脂１２を注入する。樹脂注入部５００は、公知のポンプ機構により構成することができる。

イジェクタ部７００は、下型２２０に備えられている。イジェクタ部７００は、下型２２０の第３の成形面２２１Ｓから突出して成形型２００から成形品を押し出し可能なイジェクタピン７１０と、イジェクタピン７１０を収容可能な収容部７２０と、イジェクタピン７１０をキャビティ２５０に対して進退駆動する駆動部７３０と、を有する。駆動部７３０は、例えば油圧シリンダー等を備える。イジェクタピン７１０は、駆動部７３０によって駆動されて、収容部７２０に収容された状態（図３を参照）と、第３の成形面２２１Ｓから突出した状態（図６Ａおよび図６Ｈを参照）とを切り替え可能に構成される。

イジェクタピン７１０は、強化基材１１を成形型２００に配置するときに成形型２００に対する強化基材１１の位置決めを行うロケートピンの機能を発揮する。図６Ａに示すように、イジェクタピン７１０は、強化基材１１を下型２２０に配置するときに第３の成形面２２１Ｓから突出する。強化基材１１の貫通穴３０に対してイジェクタピン７１０を挿通するように強化基材１１を配置することによって、強化基材１１は、成形型２００に対して位置決めされる。樹脂１２を含浸硬化させる前の強化基材１１は比較的柔らかいが、イジェクタピン７１０にロケートピンの機能を発揮させることによって、成形型２００に対する強化基材１１の位置決めが容易になる。このため、成形型２００に強化基材１１を配置するために要する時間を短縮でき、生産性の向上を図ることができる。また、成形型２００に強化基材１１を配置するために高精度のロボットを用いる必要がなく、コスト的にも有利なものとなる。

イジェクタピン７１０の本数は、複合材料１０の形状や大きさ、成形型２００から成形品を押し出すときに要する脱型力などを考慮して適宜選択できる。ロケートピンの機能は、複数本のイジェクタピン７１０のすべてに付与する必要はない。複数本のイジェクタピン７１０のうちの一部のイジェクタピン７１０がロケートピンの機能を有していればよい。成形型２００に対する強化基材１１の位置決めを良好に行う観点から、ロケートピンの機能を付与するイジェクタピン７１０の本数や位置を選択できる。

また、上型２１０の第１の成形面２１１Ｓは、樹脂１２の流動を誘導する誘導溝２１６が形成されている（図３を参照）。誘導溝２１６は、強化基材１１の貫通穴３０と向かい合う位置に形成されている（図６Ｅ、図６Ｆを参照）。このため、キャビティ２５０に注入された樹脂１２は、誘導溝２１６を通って、強化基材１１の貫通穴３０に向けて流動し易い。

制御部６００は、図３を参照して、成形型２００、排気部４００、樹脂注入部５００およびイジェクタ部７００の作動を制御する。具体的には、制御部６００は、ＲＯＭやＲＡＭから構成される記憶部６１０と、ＣＰＵを主体に構成される演算部６２０と、各種データや制御指令の送受信を行う入出力部６３０と、を有する。入出力部６３０は、成形型２００、排気部４００、樹脂注入部５００およびイジェクタ部７００に電気的に接続している。

（成形方法）
次に、図５を参照して、本実施形態に係る複合材料１０の成形方法を説明する。

本実施形態に係る複合材料１０の成形方法は、いわゆるＣＲＴＭ（ＣｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎＲｅｓｉｎＴｒａｎｓｆｅｒＭｏｌｄｉｎｇ）成形法と称される成形方法である。ＣＲＴＭ成形法では、樹脂１２をキャビティ２５０内に注入する際に、成形型２００は型締めされておらず、成形型２００と強化基材１１との間に隙間Ｇを開けた状態で、樹脂１２がキャビティ２５０の一部に注入される。その後、成形型２００が型締めされることによって、樹脂１２がキャビティ２５０内に充填される。これにより、キャビティ２５０内における樹脂１２の流動抵抗が低減されるため、強化基材１１の配向の乱れを抑制することができる。また、成形型２００は、成形型２００が型締めされるときに、第３のシール部材３３０が強化基材１１の外縁部を押圧することによって、上型２１０と下型２２０との間に強化基材１１を挟み込むことができるため、樹脂１２のバックフローに起因する強化基材１１の配向の乱れをより抑制することができる。

複合材料１０の成形方法は、図５に示すように、概説すると、成形型２００に強化基材１１を配置し（工程Ｓ１）、シール領域２７０を気密に封止する（工程Ｓ２）。そして、シール領域２７０内の気体を排気する動作を開始し（工程Ｓ３）、シール領域２７０内が所定の真空度（しきい値）に到達したら（工程Ｓ４）、成形型２００のキャビティ２５０内に樹脂１２を注入する（工程Ｓ５）。さらに、成形型２００を型締めして、キャビティ２５０を液密に封止する（工程Ｓ６）。その後、樹脂１２を硬化させて（工程Ｓ７）、気体を排気する動作を停止し（工程Ｓ８）、複合材料１０を成形型２００から脱型する（工程Ｓ９）。なお、各工程において、成形型２００、排気部４００、樹脂注入部５００およびイジェクタ部７００の作動は、制御部６００によって制御される。

以下、複合材料１０の成形方法の各工程について詳述する。

工程Ｓ１では、図６Ａに示すように、成形型２００の下型２２０に強化基材１１を配置する。このとき、イジェクタピン７１０は、下型２２０の第３の成形面２２１Ｓから突出している。このため、強化基材１１の貫通穴３０に対してイジェクタピン７１０を挿通するように強化基材１１を配置して位置決めできる。これにより、成形型２００に対する強化基材１１の位置決めが容易になる。

工程Ｓ２では、図６Ｂに示すように、上型２１０を下型２２０に対して相対的に接近させて、第１のシール部材３１０によってシール領域２７０を気密に封止する。このとき、成形型２００は、型締めする前の状態であり、第１の当接面２１０Ｓと、第２の当接面２２０Ｓとの間の距離Ｄ１は、７．３ｍｍ程度である。この状態で、上型２１０の第１の成形面２１１Ｓと、強化基材１１との間には、隙間Ｇが形成される。

また、工程Ｓ２では、イジェクタピン７１０を強化基材１１の貫通穴３０から退避させる。イジェクタピン７１０の上端面は、下型２２０の第３の成形面２２１Ｓとほぼ面一となる。

工程Ｓ３では、図６Ｃに示すように、排気部４００のバルブ４２０を開いて、外周領域２６０から気体を吸引して（図６Ｃに付す矢印を参照）、シール領域２７０内の気体を排気する動作を開始する。

シール領域２７０内が所定の真空度に到達したら（工程Ｓ４）、図６Ｄに示すように、成形型２００のキャビティ２５０内の一部に樹脂１２を注入する（工程Ｓ５）。

キャビティ２５０内の一部に樹脂１２を注入するため、キャビティ２５０と外周領域２６０とが連通した状態で、キャビティ２５０内の樹脂１２が外周領域２６０へ漏れ出ることを抑制することができる。これにより、樹脂１２が排気口２３０に流れ込むことを防止することができる。

また、本実施形態では、樹脂注入口２４０は、上型２１０に配置されているため、樹脂１２は隙間Ｇを介して流動する。このため、樹脂１２の流動抵抗を低減して、強化基材１１の配向の乱れを抑制することができる。また、隙間Ｇが形成されているため、注入された樹脂１２は、キャビティ２５０の全体に広がらずに、樹脂注入口２４０付近に溜まる。このため、樹脂１２が外周領域２６０へ漏れ出ることを抑制することができる。

工程Ｓ５では、排気部４００は、シール領域２７０内の気体を排気する動作を維持する。排気口２３０は、外周領域２６０よりも上側に配置されているため、キャビティ２５０内に注入した樹脂１２が排気口２３０に流れ込むことを防止することができる。

工程Ｓ６では、図６Ｅに示すように、成形型２００を型締めして、第２のシール部材３２０によってキャビティ２５０と外周領域２６０との間を液密に封止する。

成形型２００を型締めすることによって、上型２１０の第１の成形面２１１Ｓと、強化基材１１との間の隙間Ｇが圧縮されて、隙間Ｇに溜まっていた樹脂１２が押圧されて、強化基材１１に含浸する。同時に、キャビティ２５０の周りを液密に封止しているため、キャビティ２５０から樹脂１２が外周領域２６０へ漏れ出ることをより確実に防止することができる。

このとき、キャビティ２５０に注入された樹脂１２は、強化基材１１の貫通穴３０に流入し、貫通穴３０内から強化基材１１に含侵する。これにより、強化基材１１に対する樹脂１２の含浸性を向上させることができる。このため、樹脂１２の含浸に要する時間を短縮でき、生産性の向上を図ることができる。

また、成形型２００は、上型２１０に凹部２１１を有し、下型２２０に凹部２１１との間にキャビティ２５０を形成する凸部２２１を有するため、樹脂１２の自重を活かして、樹脂１２を強化基材１１の全体に展開させて含浸し易くすることができる。

また、排気口２３０は、外周領域２６０よりも上側に配置されている。また、成形型２００を型締めした状態において、外周領域２６０の体積は、キャビティ２５０内に注入する樹脂１２の体積よりも大きくなるように構成されている。このため、仮に、成形型２００を型締めした後に、樹脂１２が外周領域２６０へ漏れ出たとしても、樹脂１２が排気口２３０に流れ込むことを防止することができる。

また、工程Ｓ６では、図６Ｅに示すように、上型２１０を下型２２０に対して相対的に接近させたときに、第３のシール部材３３０によって、強化基材１１の外縁部を挟み込むことができる。そのため、成形型２００のキャビティ２５０内に樹脂１２を注入して複合材料１０を成形する際に、強化基材１１の配向の乱れをより抑制することができる。

工程Ｓ７では、成形型２００を型締めした状態を維持したまま、樹脂１２を硬化させる。樹脂１２が熱硬化性樹脂の場合、例えば、ヒーター等の加熱装置を用いて成形型２００を加熱することによって、樹脂１２を硬化させることができる。

また、工程Ｓ７では、図６Ｅに示すように、成形型２００を型締めしたときに、第３のシール部材３３０により強化基材１１の外縁部を押圧することによって、上型２１０と下型２２０との間に強化基材１１の外縁部を挟み込むことができる。そのため、成形型２００のキャビティ２５０内に樹脂１２を注入して複合材料１０を成形する際に、樹脂１２のバックフローに起因する強化基材１１の配向の乱れをより抑制することができる。

工程Ｓ８では、図６Ｆに示すように、排気部４００のバルブ４２０を閉めて、外周領域２６０から気体を吸引（排気）する動作を停止する。つまり、工程Ｓ３〜Ｓ７までの間は、排気部４００は、気体を排気する動作を維持している。工程Ｓ６において、キャビティ２５０と外周領域２６０との間を液密に封止する前に、キャビティ２５０と外周領域２６０とが連通した状態で、外周領域２６０から気体を吸引して、キャビティ２５０内の気体を排気している。このため、キャビティ２５０に注入される樹脂１２に含まれる気体を、減圧状態の外周領域２６０から排気口２３０へ排気することができる。これにより、成形品である複合材料１０にボイドが発生することを抑制して、機械強度および外観品質を向上させることができる。

工程Ｓ９では、まず、図６Ｇに示すように、上型２１０を下型２２０から離反するように移動させて、成形型２００を開く。次に、図６Ｈに示すように、イジェクタピン７１０を下型２２０の第３の成形面２２１Ｓから突出させ、成形品である複合材料１０を脱型する。成形型２００を開いて成形品を取り出すときには、イジェクタピン７１０は、貫通穴３０において硬化した樹脂１２の部分に接触して成形品を押し出す。

なお、本実施形態では、複合材料１０は、比較的単純な形状を有するが、これに限定されない。複合材料１０は、例えば、自動車の車体に使用されるピラーやフロントサイドメンバー等の骨格部品、ルーフやフード等の外板部品として作製される場合、それらに対応したより複雑な形状を有する。

また、上記では、第３のシール部材３３０は、工程Ｓ６において強化基材１１の外縁部を押圧することができると説明した。しかし、第３のシール部材３３０は、工程Ｓ２〜Ｓ６の間に強化基材１１の外縁部を押圧することができればよく、上型２１０よび下型２２０を相対的に閉じて樹脂注入口２４０からキャビティ２５０に樹脂１２を注入した後に、上型２１０よび下型２２０を相対的にさらに接近させるときに、第３のシール部材３３０が強化基材１１の外縁部を押圧することができればよい。

以上説明したように、本実施形態に係る複合材料１０の成形装置１００によれば、少なくとも２つの型（上型２１０、下型２２０）が相対的に開閉可能に備えられ強化基材１１が配置されるキャビティ２５０を形成する成形型２００と、成形型２００に備えられキャビティ２５０に樹脂１２を注入する樹脂注入口２４０と、を有し、成形型２００は、上型２１０（少なくとも２つの型のいずれか）に設けられ、第２の成形面２１２Ｓ（少なくとも２つの型のいずれかの分割面）から突出して配置される第３のシール部材３３０（シール部材）を備える。第３のシール部材３３０は、上型２１０と下型２２０（複数の型）を相対的に閉じて樹脂注入口２４０からキャビティ２５０に樹脂１２を注入した後に、上型２１０と下型２２０を相対的にさらに接近させるときに、強化基材１１を押圧する。

このように構成した複合材料１０の成形装置１００によれば、第３のシール部材３３０は、複合材料１０を成形する際に、キャビティ２５０内に位置し、強化基材１１を押圧することができる。そのため、第３のシール部材３３０は、第２の成形面２１２Ｓに配置された強化基材１１が樹脂１２のバックフローによって持ち上がってしまう（寄ってしまう）ことを抑制することができる。したがって、複合材料１０の成形装置１００は、成形品である複合材料１０に樹脂１２のバックフローに起因して樹脂リッチ部分が生じることを抑制することができる。

また、第３のシール部材３３０（シール部材）は、第２の成形面２１２Ｓの外周部（分割面の外周部）に沿って少なくとも部分的に設けられる。これにより、複合材料１０の成形装置１００は、複合材料１０を成形する際に、第３のシール部材３３０が押圧することができる強化基材１１の配置の乱れを抑制することができる。また、複合材料１０の成形装置１００は、第３のシール部材３３０を第２の成形面２１２Ｓの外周部の全周にわたって配置したときには、複合材料１０を成形する際に、全周にわたって強化基材１１の配置の乱れを抑制することができ、成形品である複合材料１０の外周部の全周において、樹脂リッチ部分が生じることを抑制することができる。

また、第３のシール部材３３０（シール部材）は、第２の成形面２１２Ｓの外周部（分割面の外周部）から距離Ｄ２（所定の間隔）を置いて設けられる。第３のシール部材３３０は、バックフローによって強化基材１１の配置に乱れが生じやすい強化基材１１の外縁部の周辺に設けられていればよく、第３のシール部材３３０の位置（第２の成形面２１２Ｓの外周部との距離Ｄ２）は、適宜設定することができる。また、強化基材１１は、複合材料１０を成形する際に第３のシール部材３３０によって押圧される位置まで延在していればよく、複合材料１０の外縁部を形成する第２平坦部２２に配置される強化基材１１の量を抑えることができる。また、フランジ部分（第２平坦部２２）をカットする際に生じる、強化基材１１の廃棄量を抑えることができる。

また、第３のシール部材３３０（シール部材）は、シリコンゴムからなる。これにより、第３のシール部材３３０は、複合材料１０を成形する工程における温度変化（常温から１２０℃程度）に耐えうる耐久性を確保することができる。また、第３のシール部材３３０は、温度上昇による過度な膨張が生じることを抑制し、安定して複合材料１０を成形することができる。

次に、実施形態に係る第３のシール部材３３０の変形例について説明する。なお、変形例の説明において、上述した成形装置１００と共通する構成には同一の符号を付し、その説明を適宜省略する。また、変形例の説明で特に説明がない内容については、前述した実施形態と同一のものとすることができる。

（変形例）
変形例に係る第３のシール部材３４０は、図７に示すように、第３の溝部２１２Ａに設けられる。第３のシール部材３４０は、上型２１０に接続される支持部材３４１と、支持部材３４１に接続され、上型２１０と下型２２０を相対的に閉じて樹脂注入口２４０からキャビティ２５０に樹脂１２を注入した後に、上型２１０と下型２２０を相対的にさらに接近させるときに、強化基材１１を押圧することを可能とする押圧部材３４２と、からなる。

支持部材３４１を構成する材料は、収縮伸長可能な材料であれば特に限定されないが、例えば、バネ等の弾性材料とすることができる。

押圧部材３４２を構成する材料は、複合材料１０を成形する際に強化基材１１を押圧することができる材料であれば特に限定されないが、例えば、第３のシール部材３３０と同様の材料とすることができ、シリコンゴム等の弾性材料とすることができる。

変形例に係る第３のシール部材３４０は、複合材料１０を成形する際に、強化基材１１を押圧することができる。そのため、第３のシール部材３４０は、第２の成形面２１２Ｓに配置された強化基材１１がキャビティ２５０の中央側に向かって持ち上がってしまう（寄ってしまう）ことを抑制することができる。したがって、本発明に係る複合材料１０の成形装置１００は、成形品である複合材料１０の外縁部に樹脂リッチ部分が生じることを抑制することができる。また、第３のシール部材３４０が、上型２１０に接続され、弾性を有する支持部材３４１と、支持部材３４１に接続され、強化基材１１を押圧可能な押圧部材３４２と、からなることによって、支持部材３４１は成形型２００を型締めしたときに収縮し、押圧部材３４２が強化基材１１をより強い力で押圧することができる。

以上、実施形態を通じて複合材料１０の成形装置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。

１０複合材料、
１１強化基材、
１２樹脂、
１００成形装置、
２００成形型、
２１０上型、
２１１凹部、
２１１Ｓ第１の成形面（分割面）、
２１２第１の横壁部、
２１２Ｓ第２の成形面（分割面）、
２２０下型、
２４０樹脂注入口、
２５０キャビティ、
３１０第１のシール部材、
３２０第２のシール部材、
３３０、３４０第３のシール部材（シール部材）。

Claims

少なくとも２つの型が相対的に開閉可能に備えられ強化基材が配置されるキャビティを形成する成形型と、
前記成形型に備えられ前記キャビティに樹脂を注入する樹脂注入口と、を有し、
前記成形型は、前記少なくとも２つの型のいずれかに設けられ、前記少なくとも２つの型の分割面から突出して配置されるシール部材を備え、
前記シール部材は、複数の前記型を相対的に閉じて前記樹脂注入口から前記キャビティに樹脂を注入した後に、複数の前記型を相対的にさらに接近させるときに、前記強化基材を押圧する、複合材料の成形装置。
前記シール部材は、前記分割面の外周部に沿って少なくとも部分的に設けられる、請求項１に記載の複合材料の成形装置。
前記シール部材は、前記分割面の前記外周部から所定の間隔を置いて設けられる、請求項２に記載の複合材料の成形装置。
前記シール部材は、シリコンゴムからなる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の複合材料の成形装置。
前記シール部材は、
前記型に接続され、弾性を有する支持部材と、
前記支持部材に接続され、前記強化基材を押圧可能な押圧部材と、からなる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の複合材料の成形装置。