JP4380974B2 - 繊維強化樹脂構造体の製造方法及び、その製造装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、航空機の機体、風車の翼のような大型の構造物に適用することができる繊維強化樹脂構造体の製造方法及び、その製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
繊維強化樹脂(FRP)の用途は、多方面に拡がっている。カーボン繊維ロツドは、釣り竿、ゴルフパターに有用に用いられている。多層化繊維強化樹脂は、ボート、ヨットのような船体構造に有用に用いられている。
このように軽量で、かつ高強度の特性から航空機の機体、風車の翼のような大型の構造物に対する繊維強化樹脂の利用が望まれる。
【０００３】
この種の構造化物体の強度の保証又はその物性の安定のためには、繊維強化樹脂の中に泡、空洞が製造プロセスで、入り込まないことが重要である。成形型の中に敷かれている繊維層に流動性樹脂を流し込んでその繊維層に流動性樹脂を含浸させる工法では、樹脂層の中に空洞が生じることがある。この空洞を層中に生じさせない技術として、真空成形方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
上記特許文献１によると、型の内面と真空フィルムで閉じられるモールドキャビティーの中は一方側で真空引きが行われ他方側から流動性樹脂が注入され、キャビティーの中で空気は流動性樹脂により置換され、泡、空洞がない繊維強化樹脂構造体が製造される技術が記載されている。
【０００４】
流動性がある樹脂が繊維層に空間的に均一に分散して配分されるように、真空成形技術が改良される必要がある。そのような改良技術として、（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）が知られている。
これらの公知技術の共通点は、図１２に抽象化されて概念的に示されるように、型101と真空フィルム102との間に形成されるキャビティーに格子状穴を持つ構造特にナイロンネット103を敷き、図１３に示されるように、樹脂注入用ホース104に開けた多くの穴から流動性樹脂105を注入し、キャビティーの端部106から真空引き107を行い、ナイロンネット103の格子状網目を透過させて樹脂を基層の繊維マット108に含浸させることである。ナイロンネット103は、流動性樹脂の2次元の拡散均一性を与えるために用いられている。
【０００５】
中空化され軽量化されるが構造上強度が高い半円筒形状、扁平楕円体中空形状(の半分)のFRP製品を製造する場合には、流動速度が均一になり難く、図１３に示されるように、流動性樹脂が均一に流れず樹脂が繊維層に含浸されない未含浸部位108が発生しやすく、含浸欠陥が生じやすい。
【０００６】
注入される樹脂の流動性と拡散性とを同時的に改善することにより含浸欠陥の発生を抑制することが求められる。樹脂注入速度を速くすることにより製造サイクルを短縮することが望まれる。
【０００７】
そこで、樹脂注入速度の調整を容易にすることにより含浸欠陥の発生を抑制するとともに、樹脂注入速度を速くすることにより製造サイクルを短縮することができる繊維強化樹脂構造体の製造装置、及び、その製造方法を先に出願した（特願２００２−１６７７８５号）。
【０００８】
【特許文献１】
特開昭６０−８３８２６号公報
【特許文献２】
米国特許第４９０２２１５号明細書
【特許文献３】
米国特許第５９０４９７２号明細書
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、含浸欠陥の発生を抑制するとともに、樹脂注入速度をより速くすることにより製造サイクルを短縮することができる繊維強化樹脂構造体の製造方法及び、その製造装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、第１型と第２型とでキャビティーを形成し、このキャビティー内を真空引きすることでキャビティー内に流動性樹脂を注入する工法で、該キャビティー内に繊維層を配置すると共に、該繊維層の一面側に、上記流動性樹脂を１次元方向に案内する案内通路と、該案内通路の上記流動性樹脂の流れを案内通路の流れと直交し、かつ繊維層と平行な２次元方向に拡散させる拡散通路とを形成し、上記流動性樹脂を上記案内通路および拡散通路を通して上記繊維層に流動性樹脂を含浸させて繊維強化樹脂構造体を製造する製造方法において、上記繊維層の一面側の全域または部分的に、上記流動性樹脂の流動性を増幅するパスメディアを配置してから、このパスメディアの上に拡散通路を形成する樋受けとしての接合体を配置し、この接合体の上に案内通路となる樋を配置し、上記繊維層と、パスメディア上に配置されて上記拡散通路を形成する上記樋の上側に上記第２型となる変形成形型を被せ、上記案内通路に注入された流動性樹脂を上記拡散通路から上記パスメディアを通して上記繊維層に含浸させて繊維強化樹脂構造体を製造することにある。
また、本発明は、第１型とフィルム状の第２型とでキャビティーを形成し、このキャビティー内を真空引きすることでキャビティー内に流動性樹脂を注入する工法で、該キャビティー内に繊維層を配置すると共に、該繊維層の一面側に、上記流動性樹脂を１次元方向に案内する案内通路と、該案内通路の上記流動性樹脂の流れを案内通路の流れと直交し、かつ繊維層に平行な２次元方向に拡散させる拡散通路とを形成し、上記流動性樹脂を上記案内通路および拡散通路を通して上記繊維層に流動性樹脂を含浸させて繊維強化樹脂構造体を製造する製造方法において、上記繊維層の一面側の全域または部分的に、上記流動性樹脂の流動性を増幅するパスメディアを、繊維層の全部または一部を覆うように配置してから、このパスメディアの上に拡散通路を形成する樋受けとしての接合体を配置し、この接合体の上に案内通路となる樋を配置し、上記繊維層と、パスメディア上に配置されて上記拡散通路を形成する上記樋の上側に上記第２型となる変形成形型を被せ、上記案内通路に注入された流動性樹脂を上記拡散通路から上記パスメディアを通して上記繊維層に含浸させて繊維強化樹脂構造体を製造することにある。
さらに、第１型と第２型とでキャビティーを形成し、このキャビティー内を真空引きすることでキャビティー内に流動性樹脂を注入する工法で、該キャビティー内に繊維層を配置すると共に、該繊維層の一面側に、上記流動性樹脂を１次元方向に案内する案内通路と、該案内通路の上記流動性樹脂の流れを案内通路の流れと直交し、かつ繊維層に平行な２次元方向に拡散させる拡散通路とを形成し、上記流動性樹脂を上記案内通路および拡散通路を通して上記繊維層に流動性樹脂を含浸させて繊維強化樹脂構造体を製造する製造方法において、上記繊維層の一面側の全域または部分的に、上記流動性樹脂の流動性を増幅するパスメディアを配置し、このパスメディアの上に拡散通路を形成する樋受けとしての接合体を配置し、この接合体の上に案内通路となる樋を配置し、この樋の上側に上記第２型となる変形成形型を被せ、上記案内通路に注入された流動性樹脂を上記拡散通路から上記パスメディアを通して上記繊維層に含浸させて繊維強化樹脂構造体を製造するとともに、
上記案内通路に流動性樹脂を注入する注入時に、繊維強化樹脂構造体の内部に未含浸部が発生した場合、構造体の内部に生じる未含浸部にチューブを差し込んで、未含浸部を真空引きして上記流動性樹脂の流動性を増幅するとともに、チューブを差し込んで真空引きする際に、チューブを刺し込む第２型の真空漏れを防ぐシールテープを貼り付け、未含浸部を除去することにある。
またさらに、第１型と第２型とでキャビティーを形成し、このキャビティー内を真空引きすることでキャビティー内に流動性樹脂を注入して構造体を製造する装置で、該キャビティー内に繊維層を配置すると共に、該繊維層の一面側に、上記流動性樹脂を１次元方向に案内する案内通路と、該案内通路の上記流動性樹脂の流れを案内通路の流れと直交し、かつ繊維層に平行な２次元方向に拡散させる拡散通路とを形成し、上記流動性樹脂を上記案内通路および拡散通路を通して上記繊維層に流動性樹脂を含浸させて繊維強化樹脂構造体を製造する製造装置において、上記繊維層の一面側の全域または部分的に配置された上記流動性樹脂の流動性を増幅するパスメディアと、このパスメディアの上に配置された拡散通路を形成する樋受けとしての接合体と、この接合体の上に配置された案内通路となる樋と、この上記繊維層およびパスメディア上に配置されて上記拡散通路を形成する樋の上側に被せて配置された上記第２型となる変形成形型とを備え、上記案内通路としての樋に注入された流動性樹脂を上記拡散通路としての接合体から上記パスメディアを通して上記繊維層に含浸させて繊維強化樹脂構造体を成形するように構成したことにある。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
本発明による繊維強化樹脂構造体の製造装置の実施の形態は、真空用シートが不変形成形型とともに用いられる。
図１に示すように、第２型となる真空用シート(変形成形型)１は、第１型となる不変形成形型２とによりキャビテイー３を構成する。キヤビティー３は、真空ポンプ(図示しない)により減圧される。真空用シート１は、透明樹脂フィルムまたは透明樹脂シートなどで形成され、それぞれの面の法線の方向に変形自在で、透明又は半透明である。真空用シート１は、光透過性であり、作業員は、樹脂の拡散の状況を見ながら、注入位置、注入圧力を制御して、その拡散の均一性を調整することができる。
【００１２】
真空用シート１には、図２に示されるように、複数の樹脂注入口４が配置されている。真空用シート１と樹脂注入口４は密着していて、真空用シート１と樹脂注入口４との間で空気漏れはない。フレキシブルである樹脂供給ホースの注入口端５は、樹脂注入口４に着脱自在である。注入ロ端５が樹脂注入口４に差し込まれれば樹脂注入口４と注入ロ端５が接続され、注入ロ端５が樹脂注入ロ４から抜かれれば樹脂注入口４と注入ロ端５が離脱される形式のカップリングが用いられている。
【００１３】
図１と図３〜図５とは、本発明による繊維強化樹脂構造体の製造方法の実施の形態を示している。
第１型となる不変形成形型２は、図３に示されるように、工場の床面６に載置されている。不変形成形型２の上面には、半円筒面状の凹面７が形成されている。
図４に示されるように、凹面７に離型剤が塗られ離型剤層８が凹面７に形成されている。
【００１４】
図５に示されるように、離型剤層８に繊維で形成される繊維積層９が形成される。繊維積層９は、図６に示されるように、複数層の繊維層１０と複数層の発泡樹脂層１１とが複合して多層化した積層構造を有している。
繊維層１０の繊維としては、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、炭素チューブが用いられる。
繊維層１０は、通常は多層化されより強化される。繊維層１０は、格子状に繊維群が延びマトリックス状に織られているマトリックス繊維から形成される。２つの繊維層１０の間にサンドイッチ発泡体が介設されることが好ましい。
この繊維積層９の一面、すなわち最上層の層面には、樹脂の流動性に優れ、かつフレキシブルな素材で成形されたパスメディア１９が配置されている。
【００１５】
このパスメディア１９としては、例えば、網、あるいは連続した空隙を有するシートなどが用いられる。このパスメディア１９は、繊維積層９の全域、あるいは繊維積層９を部分的に覆うように配置され、流動性樹脂の流動性を増幅するもので、構造体の成形後には除去される。
【００１６】
パスメディア１９が配置された繊維積層９の最上層の層面に、案内通路１２Ａとなる複数の樹脂拡散促進注入口群形成樋１２が配列される。複数の樹脂拡散促進注入口群形成樋１２は、同一円筒面上に略等間隔で円周方向に並び、それぞれに軸方向に延びている。樹脂拡散促進注入口群形成樋１２と、パスメディア１９が設けられた繊維積層９との間に、樹脂拡散促進注入口群形成樋１２とともに拡散通路１２Ｂを形成する樋受け１３が接合体１３Ａとして介設されて配置される。1つの樹脂拡散促進注入口群形成樋１２に対して、１つの樋受け１３が配置されている。樋受け１３は、パスメディア１９の上面あるいは繊維積層９の上面に接着剤で軽く固定されている。拡散通路１２Ｂは、案内通路１２Ａに沿って１次元的に流動する粘性抵抗が大きい流動性樹脂の流れを、その１次元方向に直交する成分をもって多数の注入口群１７から２次元方向に拡散し、案内通路１２Ａの流れと交叉する２次元方向に拡散させるものである。
【００１７】
樋受け１３は、図７に示されるように、上面側が波面１４に又は凹凸面状に形成されている。半割り状の(半円筒状の)樹脂拡散促進注入口群形成樋１２の両端面は、樋受け１３の波面１４に対して接平面１５を形成している。接平面１５は、繊維積層９の面にあり、軸方向に向く直線１６に対して平行ではなく、小さい角度で傾斜していることが好ましい。樹脂拡散促進注入口群形成樋１２と樋受け１３との間に形成される複数の隙間の集合である注入ロ群１７の１つ１つの隙間、すなわち拡散通路１２Ｂの断面積は、互いに同じでなく、少しずつ異なっていることが好ましい。隣り合う波面１４の頂点領域の間隔Ｄjは、同じでなく少しずつ異なっていることが好ましい。断面積又は間隔のこのような相違は、樹脂拡散促進注入口群形成樋１２の中に導入される流動性樹脂が隙間、すなわち拡散通路１２Ｂから流出する量を調整して均一化する。凹凸面は、滑らかな波面１４に限られず、断面上で三角形あるいは矩形等の任意の形状で形成されるジグザグ面に代替され得る。樋１２と樋受け１３とは一体化され得る。
【００１８】
繊維積層９を形成する多層形成工程の次の工程は、繊維積層９の上にパスメディア１９を配置してから繊維積層９と樹脂拡散促進注入口群形成樋１２の上側に真空用シート１を被せる手作業のシート被覆工程である。不変形成形型２の両側上面にシール帯１８を置いて、繊維積層９と樹脂拡散促進注入口群形成樋１２とシール帯１８の上側に真空用シート１が載せられる。
そして、図示されない吸引口から空気を吸い込むことにより、真空用シート１と凹面７との間の空気が吸引されて排出され、真空用シート１と凹面７の間にキヤビティー３が形成される。
【００１９】
シート被覆工程の次の工程は、キヤビティー３に流動性樹脂を注入する注入工程である。図２に示される樹脂注入口４は、図８および図９に示されるように、１本の樹脂拡散促進注入口群形成樋１２に１箇所又は複数箇所に配置されて設けられている。樹脂注入口４から図９矢印のように導入される流動性樹脂は、樹脂拡散促進注入口群形成樋１２の中で軸方向Ａに流れる（図８参照）。流動性樹脂は、樹脂拡散促進注入口群形成樋１２から強い粘性抵抗を受けて樹脂拡散促進注入口群形成樋１２の中で流れながら、軸方向Ａと凹面７の法線に直交する両方向Ｂ１，Ｂ２に押し出されてキャビティー３に注入される（図８および図９参照）。
【００２０】
上記のようにキヤビティー３は真空状態であり、流動性樹脂は真空用シート１を介して大気圧を受けて円滑にキヤビティー３に浸入する。隣り合う注入口群１７から押し出される流動性樹脂の複流は、拡散し且つ混ざり合い、更に、繊維積層９に染み込むように深層まで浸透する。樹脂拡散促進注入口群形成樋１２から注入された流動性樹脂は２次元的に拡散し、次に、３次元的に拡散して、パスメディア１９を通して繊維積層９の中に均等に浸透し、真空引きによって空気は抜かれ、繊維積層９と繊維積層９に浸透した樹脂とから構成される繊維強化樹脂は気泡を含まない。このように高拡散率で浸透する流動性樹脂の浸透速度は速く、生産サイクルが短縮される。
【００２１】
このように形成された繊維強化樹脂は、真空用シート１を介して大気圧に押されながら、自然に、又は、積極的加熱環境で硬化して、硬い繊維強化樹脂構造体に変容する。繊維強化樹脂構造体が製造された後、真空用シート１を外して、樹脂拡散促進注入口群形成樋１２および樋受け１３を取り除き、パスメディア１９を外して、繊維強化樹脂構造体を不変形成形型２から取り出す。
【００２２】
なお、上記実施の形態では、パスメディア１９を繊維強化樹脂構造体製造後に、取り除いたが、繊維層と同質のガラス繊維あるいはカーボン繊維マット（フエルト）で成形することにより、繊維強化樹脂構造体の製造後にパスメディア１９を取り除く必要がなくなる。この場合、パスメディア１９は繊維強化樹脂構造体と完全に一体化し、補強材の一部を構成する。
これによって、製造工数が削減され、作業能率の向上を図ることができる。
このマットは、樹脂の通路確保のためには、空隙率が大きく厚いほうが望ましいが、厚すぎると繊維強化樹脂自体の材料物性を低下させる可能性があるため、目的に応じて材質を選定する。
【００２３】
また、万一、樹脂注入時に繊維強化樹脂構造体の内部に図１０で示したような未含浸部２０が発生した場合、真空用シート１表面から繊維強化樹脂構造体の未含浸部２０に対して、金属針、プラスチックチューブなどの先端が鋭利なチューブ２１を差し込んで真空吸引する。その際、真空漏れを防ぐため、チューブ２１を刺し込む真空用シート１表面に予め粘着性のあるシールテープ２２を貼り付ける。
【００２４】
上記実施の形態によると、繊維強化樹脂構造体の製造時に繊維積層９の表面にパスメディア１９を配置したので、流動性樹脂の流動性を増幅することができ、流動性樹脂が均一に含浸した繊維強化樹脂構造体を製造することができる。
【００２５】
なお、図１１に示すように、樋受け１３の板面に多数の孔１３ａを開けることにより、流動性樹脂を孔１３ａから樋受け１３の下面側に通して繊維積層９に含浸させることができる。
【００２６】
また、本発明の注入工程では、1本の樹脂拡散促進注入口群形成樋１２の複数の注入口４の開閉度を制御して、全体的に流れ量を均一化することができる。その制御は、作業員が透明シート１の外側から流れ状況を見ながら判断することが望ましい。
さらに、実施の既述の形態のFRP構造体は、完全半円筒として記述されているが、樹脂成形技術特にインサート射出成形技術の一般的特徴として、多様に複合化される内外曲面を持つ複雑なFRP構造体の成形が可能である。そのようなFRP成形方法は、硬さと弾性(柔軟性)が同時に要求されるボート、ヨット、船舶、車体、航空機機体、船舶回転翼、風車のような曲面形成構造体のために有益に利用され得る。
【００２７】
なお、本発明は、上記実施の形態のみに限定されるものではなく、例えば、樹脂拡散促進注入口群形成樋１２および樋受け１３の数、および材質は、必要に応じて選定すれば良く、また、樋受け１３は、繊維積層９全体を覆うような構造のものでも良い。さらに、パスメディア１９は、繊維積層９の全体あるいは一部を覆うようなものでも良く、その厚さも材質によって任意に設定することができる。その他、本発明の要旨を変更しない範囲内で、適宜、変更して実施し得ることは言うまでもない。
【００２８】
【発明の効果】
以上のべたように、本発明による、繊維強化樹脂構造体の製造方法及び、その製造装置によれば、以下の効果を奏する。
請求項１において、第１型と第２型とでキャビティーを形成し、このキャビティー内を真空引きすることでキャビティー内に流動性樹脂を注入する工法で、該キャビティー内に繊維層を配置すると共に、該繊維層の一面側に、上記流動性樹脂を１次元方向に案内する案内通路と、該案内通路の上記流動性樹脂の流れを案内通路の流れと直交し、かつ繊維層と平行な２次元方向に拡散させる拡散通路とを形成し、上記流動性樹脂を上記案内通路および拡散通路を通して上記繊維層に流動性樹脂を含浸させて繊維強化樹脂構造体を製造する製造方法において、上記繊維層の一面側の全域または部分的に、上記流動性樹脂の流動性を増幅するパスメディアを配置してから、このパスメディアの上に拡散通路を形成する樋受けとしての接合体を配置し、この接合体の上に案内通路となる樋を配置し、上記繊維層と、パスメディア上に配置されて上記拡散通路を形成する上記樋の上側に上記第２型となる変形成形型を被せ、上記案内通路に注入された流動性樹脂を上記拡散通路から上記パスメディアを通して上記繊維層に含浸させて繊維強化樹脂構造体を製造するので、３次元的に均一に流動性樹脂を拡散させて繊維層に含浸させることができる。
請求項２において、第１型とフィルム状の第２型とでキャビティーを形成し、このキャビティー内を真空引きすることでキャビティー内に流動性樹脂を注入する工法で、該キャビティー内に繊維層を配置すると共に、該繊維層の一面側に、上記流動性樹脂を１次元方向に案内する案内通路と、該案内通路の上記流動性樹脂の流れを案内通路の流れと直交し、かつ繊維層に平行な２次元方向に拡散させる拡散通路とを形成し、上記流動性樹脂を上記案内通路および拡散通路を通して上記繊維層に流動性樹脂を含浸させて繊維強化樹脂構造体を製造する製造方法において、上記繊維層の一面側の全域または部分的に、上記流動性樹脂の流動性を増幅するパスメディアを、繊維層の全部または一部を覆うように配置してから、このパスメディアの上に拡散通路を形成する樋受けとしての接合体を配置し、この接合体の上に案内通路となる樋を配置し、上記繊維層と、パスメディア上に配置されて上記拡散通路を形成する上記樋の上側に上記第２型となる変形成形型を被せ、上記案内通路に注入された流動性樹脂を上記拡散通路から上記パスメディアを通して上記繊維層に含浸させて繊維強化樹脂構造体を製造するので、３次元的に均一に流動性樹脂を拡散させて繊維層に含浸させることができる。
請求項３において、上記パスメディアに、網を用いたので、繊維層に流動性樹脂を拡散させることができる。
請求項４において、上記パスメディアに、空隙を有するシートを用いたので、繊維層に流動性樹脂を拡散させることができる。
請求項５において、上記パスメディアに、繊維層と同質のガラス繊維あるいはカーボン繊維のマットを用いたので、繊維強化樹脂構造体成形後にパスメディアを取り外す必要がない。
請求項６において、第１型と第２型とでキャビティーを形成し、このキャビティー内を真空引きすることでキャビティー内に流動性樹脂を注入する工法で、該キャビティー内に繊維層を配置すると共に、該繊維層の一面側に、上記流動性樹脂を１次元方向に案内する案内通路と、該案内通路の上記流動性樹脂の流れを案内通路の流れと直交し、かつ繊維層に平行な２次元方向に拡散させる拡散通路とを形成し、上記流動性樹脂を上記案内通路および拡散通路を通して上記繊維層に流動性樹脂を含浸させて繊維強化樹脂構造体を製造する製造方法において、上記繊維層の一面側の全域または部分的に、上記流動性樹脂の流動性を増幅するパスメディアを配置し、このパスメディアの上に拡散通路を形成する樋受けとしての接合体を配置し、この接合体の上に案内通路となる樋を配置し、この樋の上側に上記第２型となる変形成形型を被せ、上記案内通路に注入された流動性樹脂を上記拡散通路から上記パスメディアを通して上記繊維層に含浸させて繊維強化樹脂構造体を製造するとともに、上記案内通路に流動性樹脂を注入する注入時に、繊維強化樹脂構造体の内部に未含浸部が発生した場合、構造体の内部に生じる未含浸部にチューブを差し込んで、未含浸部を真空引きして上記流動性樹脂の流動性を増幅するとともに、チューブを差し込んで真空引きする際に、チューブを刺し込む第２型の真空漏れを防ぐシールテープを貼り付け、未含浸部を除去するので、欠陥のない繊維強化樹脂構造体を製造することができる。
請求項７において、第１型と第２型とでキャビティーを形成し、このキャビティー内を真空引きすることでキャビティー内に流動性樹脂を注入して構造体を製造する装置で、該キャビティー内に繊維層を配置すると共に、該繊維層の一面側に、上記流動性樹脂を１次元方向に案内する案内通路と、該案内通路の上記流動性樹脂の流れを案内通路の流れと直交し、かつ繊維層に平行な２次元方向に拡散させる拡散通路とを形成し、上記流動性樹脂を上記案内通路および拡散通路を通して上記繊維層に流動性樹脂を含浸させて繊維強化樹脂構造体を製造する製造装置において、上記繊維層の一面側の全域または部分的に配置された上記流動性樹脂の流動性を増幅するパスメディアと、このパスメディアの上に配置された拡散通路を形成する樋受けとしての接合体と、この接合体の上に配置された案内通路となる樋と、この上記繊維層およびパスメディア上に配置されて上記拡散通路を形成する樋の上側に被せて配置された上記第２型となる変形成形型とを備え、上記案内通路としての樋に注入された流動性樹脂を上記拡散通路としての接合体から上記パスメディアを通して上記繊維層に含浸させて繊維強化樹脂構造体を成形するように構成したので、３次元的に均一に流動性樹脂を拡散させて繊維層に含浸させることができる。
本発明による繊維強化樹脂構造体の製造装置は、拡散均一性がよく、次世代風車のような大型又は超大型の構造体の成形に特に好適である。
請求項８において、上記パスメディアに、繊維層と同質のガラス繊維あるいはカーボン繊維のマットを用いたので、繊維強化樹脂構造体成形後にパスメディアを取り外す必要がないことから、製造作業の能率を向上することができる。
請求項９において、上記案内通路として半円筒状の管を複数用いるとともに該管の内面側を上記繊維層に向けて配置したので、流動性樹脂の流動性を向上することができる。
請求項１０において、上記拡散通路として案内通路の下部側に配置される接合体を用いるとともに、該接合体の上面に上記案内通路との間に拡散通路を形成する複数の間隙を形成したので、３次元的に均一に流動性樹脂を拡散させて繊維層に含浸させることができる。
請求項１１において、上記接合体に上面が凹凸に形成された板を用いたので、低コストで流動性樹脂の拡散通路を形成することができる。
請求項１２において、上記接合体の板面に上記流動性樹脂の通路となる多数の孔を形成したので、接合体の下面にも流動性樹脂を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による繊維強化樹脂構造体の製造装置を示す断面図である。
【図２】図１の樹脂注入口を示す断面図である。
【図３】本発明による繊維強化樹脂構造体の製造方法の工程を示す断面図である。
【図４】図３の次の工程を示す断面図である。
【図５】図４の次の工程を示す断面図である。
【図６】図５の部分拡大図である。
【図７】図１のＸ−Ｘ方向断面図である。
【図８】図１の拡大平面図である。
【図９】図８の全体を示す概念図である。
【図１０】図１の接合体の変形例を示す斜視図である。
【図１１】未含浸部の除去方法を示す概念図である。
【図１２】従来の成形装置を示す断面図である。
【図１３】図１２の平面図である。
【符号の説明】
１ 真空用シート（変形成形型、第２型）
２ 不変形成形型（第１型）
３ キャビティー
９ 繊維積層（繊維層）
１０ 繊維層
１２ 樹脂拡散促進注入口群形成樋
１２Ａ 案内通路
１２Ｂ 拡散通路
１３ 樋受け（波板）
１３Ａ 接合体
１４ 波面
１７ 注入口群（隙間）
１９ パスメディア
２０ 未含浸部
２１ チューブ
２２ シールテープ
Ａ１ １次元方向
Ｂ１，Ｂ２ ２次元方向
【発明の属する技術分野】
本発明は、航空機の機体、風車の翼のような大型の構造物に適用することができる繊維強化樹脂構造体の製造方法及び、その製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
繊維強化樹脂(FRP)の用途は、多方面に拡がっている。カーボン繊維ロツドは、釣り竿、ゴルフパターに有用に用いられている。多層化繊維強化樹脂は、ボート、ヨットのような船体構造に有用に用いられている。
このように軽量で、かつ高強度の特性から航空機の機体、風車の翼のような大型の構造物に対する繊維強化樹脂の利用が望まれる。
【０００３】
この種の構造化物体の強度の保証又はその物性の安定のためには、繊維強化樹脂の中に泡、空洞が製造プロセスで、入り込まないことが重要である。成形型の中に敷かれている繊維層に流動性樹脂を流し込んでその繊維層に流動性樹脂を含浸させる工法では、樹脂層の中に空洞が生じることがある。この空洞を層中に生じさせない技術として、真空成形方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
上記特許文献１によると、型の内面と真空フィルムで閉じられるモールドキャビティーの中は一方側で真空引きが行われ他方側から流動性樹脂が注入され、キャビティーの中で空気は流動性樹脂により置換され、泡、空洞がない繊維強化樹脂構造体が製造される技術が記載されている。
【０００４】
流動性がある樹脂が繊維層に空間的に均一に分散して配分されるように、真空成形技術が改良される必要がある。そのような改良技術として、（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）が知られている。
これらの公知技術の共通点は、図１２に抽象化されて概念的に示されるように、型101と真空フィルム102との間に形成されるキャビティーに格子状穴を持つ構造特にナイロンネット103を敷き、図１３に示されるように、樹脂注入用ホース104に開けた多くの穴から流動性樹脂105を注入し、キャビティーの端部106から真空引き107を行い、ナイロンネット103の格子状網目を透過させて樹脂を基層の繊維マット108に含浸させることである。ナイロンネット103は、流動性樹脂の2次元の拡散均一性を与えるために用いられている。
【０００５】
中空化され軽量化されるが構造上強度が高い半円筒形状、扁平楕円体中空形状(の半分)のFRP製品を製造する場合には、流動速度が均一になり難く、図１３に示されるように、流動性樹脂が均一に流れず樹脂が繊維層に含浸されない未含浸部位108が発生しやすく、含浸欠陥が生じやすい。
【０００６】
注入される樹脂の流動性と拡散性とを同時的に改善することにより含浸欠陥の発生を抑制することが求められる。樹脂注入速度を速くすることにより製造サイクルを短縮することが望まれる。
【０００７】
そこで、樹脂注入速度の調整を容易にすることにより含浸欠陥の発生を抑制するとともに、樹脂注入速度を速くすることにより製造サイクルを短縮することができる繊維強化樹脂構造体の製造装置、及び、その製造方法を先に出願した（特願２００２−１６７７８５号）。
【０００８】
【特許文献１】
特開昭６０−８３８２６号公報
【特許文献２】
米国特許第４９０２２１５号明細書
【特許文献３】
米国特許第５９０４９７２号明細書
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、含浸欠陥の発生を抑制するとともに、樹脂注入速度をより速くすることにより製造サイクルを短縮することができる繊維強化樹脂構造体の製造方法及び、その製造装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、第１型と第２型とでキャビティーを形成し、このキャビティー内を真空引きすることでキャビティー内に流動性樹脂を注入する工法で、該キャビティー内に繊維層を配置すると共に、該繊維層の一面側に、上記流動性樹脂を１次元方向に案内する案内通路と、該案内通路の上記流動性樹脂の流れを案内通路の流れと直交し、かつ繊維層と平行な２次元方向に拡散させる拡散通路とを形成し、上記流動性樹脂を上記案内通路および拡散通路を通して上記繊維層に流動性樹脂を含浸させて繊維強化樹脂構造体を製造する製造方法において、上記繊維層の一面側の全域または部分的に、上記流動性樹脂の流動性を増幅するパスメディアを配置してから、このパスメディアの上に拡散通路を形成する樋受けとしての接合体を配置し、この接合体の上に案内通路となる樋を配置し、上記繊維層と、パスメディア上に配置されて上記拡散通路を形成する上記樋の上側に上記第２型となる変形成形型を被せ、上記案内通路に注入された流動性樹脂を上記拡散通路から上記パスメディアを通して上記繊維層に含浸させて繊維強化樹脂構造体を製造することにある。
また、本発明は、第１型とフィルム状の第２型とでキャビティーを形成し、このキャビティー内を真空引きすることでキャビティー内に流動性樹脂を注入する工法で、該キャビティー内に繊維層を配置すると共に、該繊維層の一面側に、上記流動性樹脂を１次元方向に案内する案内通路と、該案内通路の上記流動性樹脂の流れを案内通路の流れと直交し、かつ繊維層に平行な２次元方向に拡散させる拡散通路とを形成し、上記流動性樹脂を上記案内通路および拡散通路を通して上記繊維層に流動性樹脂を含浸させて繊維強化樹脂構造体を製造する製造方法において、上記繊維層の一面側の全域または部分的に、上記流動性樹脂の流動性を増幅するパスメディアを、繊維層の全部または一部を覆うように配置してから、このパスメディアの上に拡散通路を形成する樋受けとしての接合体を配置し、この接合体の上に案内通路となる樋を配置し、上記繊維層と、パスメディア上に配置されて上記拡散通路を形成する上記樋の上側に上記第２型となる変形成形型を被せ、上記案内通路に注入された流動性樹脂を上記拡散通路から上記パスメディアを通して上記繊維層に含浸させて繊維強化樹脂構造体を製造することにある。
さらに、第１型と第２型とでキャビティーを形成し、このキャビティー内を真空引きすることでキャビティー内に流動性樹脂を注入する工法で、該キャビティー内に繊維層を配置すると共に、該繊維層の一面側に、上記流動性樹脂を１次元方向に案内する案内通路と、該案内通路の上記流動性樹脂の流れを案内通路の流れと直交し、かつ繊維層に平行な２次元方向に拡散させる拡散通路とを形成し、上記流動性樹脂を上記案内通路および拡散通路を通して上記繊維層に流動性樹脂を含浸させて繊維強化樹脂構造体を製造する製造方法において、上記繊維層の一面側の全域または部分的に、上記流動性樹脂の流動性を増幅するパスメディアを配置し、このパスメディアの上に拡散通路を形成する樋受けとしての接合体を配置し、この接合体の上に案内通路となる樋を配置し、この樋の上側に上記第２型となる変形成形型を被せ、上記案内通路に注入された流動性樹脂を上記拡散通路から上記パスメディアを通して上記繊維層に含浸させて繊維強化樹脂構造体を製造するとともに、
上記案内通路に流動性樹脂を注入する注入時に、繊維強化樹脂構造体の内部に未含浸部が発生した場合、構造体の内部に生じる未含浸部にチューブを差し込んで、未含浸部を真空引きして上記流動性樹脂の流動性を増幅するとともに、チューブを差し込んで真空引きする際に、チューブを刺し込む第２型の真空漏れを防ぐシールテープを貼り付け、未含浸部を除去することにある。
またさらに、第１型と第２型とでキャビティーを形成し、このキャビティー内を真空引きすることでキャビティー内に流動性樹脂を注入して構造体を製造する装置で、該キャビティー内に繊維層を配置すると共に、該繊維層の一面側に、上記流動性樹脂を１次元方向に案内する案内通路と、該案内通路の上記流動性樹脂の流れを案内通路の流れと直交し、かつ繊維層に平行な２次元方向に拡散させる拡散通路とを形成し、上記流動性樹脂を上記案内通路および拡散通路を通して上記繊維層に流動性樹脂を含浸させて繊維強化樹脂構造体を製造する製造装置において、上記繊維層の一面側の全域または部分的に配置された上記流動性樹脂の流動性を増幅するパスメディアと、このパスメディアの上に配置された拡散通路を形成する樋受けとしての接合体と、この接合体の上に配置された案内通路となる樋と、この上記繊維層およびパスメディア上に配置されて上記拡散通路を形成する樋の上側に被せて配置された上記第２型となる変形成形型とを備え、上記案内通路としての樋に注入された流動性樹脂を上記拡散通路としての接合体から上記パスメディアを通して上記繊維層に含浸させて繊維強化樹脂構造体を成形するように構成したことにある。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
本発明による繊維強化樹脂構造体の製造装置の実施の形態は、真空用シートが不変形成形型とともに用いられる。
図１に示すように、第２型となる真空用シート(変形成形型)１は、第１型となる不変形成形型２とによりキャビテイー３を構成する。キヤビティー３は、真空ポンプ(図示しない)により減圧される。真空用シート１は、透明樹脂フィルムまたは透明樹脂シートなどで形成され、それぞれの面の法線の方向に変形自在で、透明又は半透明である。真空用シート１は、光透過性であり、作業員は、樹脂の拡散の状況を見ながら、注入位置、注入圧力を制御して、その拡散の均一性を調整することができる。
【００１２】
真空用シート１には、図２に示されるように、複数の樹脂注入口４が配置されている。真空用シート１と樹脂注入口４は密着していて、真空用シート１と樹脂注入口４との間で空気漏れはない。フレキシブルである樹脂供給ホースの注入口端５は、樹脂注入口４に着脱自在である。注入ロ端５が樹脂注入口４に差し込まれれば樹脂注入口４と注入ロ端５が接続され、注入ロ端５が樹脂注入ロ４から抜かれれば樹脂注入口４と注入ロ端５が離脱される形式のカップリングが用いられている。
【００１３】
図１と図３〜図５とは、本発明による繊維強化樹脂構造体の製造方法の実施の形態を示している。
第１型となる不変形成形型２は、図３に示されるように、工場の床面６に載置されている。不変形成形型２の上面には、半円筒面状の凹面７が形成されている。
図４に示されるように、凹面７に離型剤が塗られ離型剤層８が凹面７に形成されている。
【００１４】
図５に示されるように、離型剤層８に繊維で形成される繊維積層９が形成される。繊維積層９は、図６に示されるように、複数層の繊維層１０と複数層の発泡樹脂層１１とが複合して多層化した積層構造を有している。
繊維層１０の繊維としては、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、炭素チューブが用いられる。
繊維層１０は、通常は多層化されより強化される。繊維層１０は、格子状に繊維群が延びマトリックス状に織られているマトリックス繊維から形成される。２つの繊維層１０の間にサンドイッチ発泡体が介設されることが好ましい。
この繊維積層９の一面、すなわち最上層の層面には、樹脂の流動性に優れ、かつフレキシブルな素材で成形されたパスメディア１９が配置されている。
【００１５】
このパスメディア１９としては、例えば、網、あるいは連続した空隙を有するシートなどが用いられる。このパスメディア１９は、繊維積層９の全域、あるいは繊維積層９を部分的に覆うように配置され、流動性樹脂の流動性を増幅するもので、構造体の成形後には除去される。
【００１６】
パスメディア１９が配置された繊維積層９の最上層の層面に、案内通路１２Ａとなる複数の樹脂拡散促進注入口群形成樋１２が配列される。複数の樹脂拡散促進注入口群形成樋１２は、同一円筒面上に略等間隔で円周方向に並び、それぞれに軸方向に延びている。樹脂拡散促進注入口群形成樋１２と、パスメディア１９が設けられた繊維積層９との間に、樹脂拡散促進注入口群形成樋１２とともに拡散通路１２Ｂを形成する樋受け１３が接合体１３Ａとして介設されて配置される。1つの樹脂拡散促進注入口群形成樋１２に対して、１つの樋受け１３が配置されている。樋受け１３は、パスメディア１９の上面あるいは繊維積層９の上面に接着剤で軽く固定されている。拡散通路１２Ｂは、案内通路１２Ａに沿って１次元的に流動する粘性抵抗が大きい流動性樹脂の流れを、その１次元方向に直交する成分をもって多数の注入口群１７から２次元方向に拡散し、案内通路１２Ａの流れと交叉する２次元方向に拡散させるものである。
【００１７】
樋受け１３は、図７に示されるように、上面側が波面１４に又は凹凸面状に形成されている。半割り状の(半円筒状の)樹脂拡散促進注入口群形成樋１２の両端面は、樋受け１３の波面１４に対して接平面１５を形成している。接平面１５は、繊維積層９の面にあり、軸方向に向く直線１６に対して平行ではなく、小さい角度で傾斜していることが好ましい。樹脂拡散促進注入口群形成樋１２と樋受け１３との間に形成される複数の隙間の集合である注入ロ群１７の１つ１つの隙間、すなわち拡散通路１２Ｂの断面積は、互いに同じでなく、少しずつ異なっていることが好ましい。隣り合う波面１４の頂点領域の間隔Ｄjは、同じでなく少しずつ異なっていることが好ましい。断面積又は間隔のこのような相違は、樹脂拡散促進注入口群形成樋１２の中に導入される流動性樹脂が隙間、すなわち拡散通路１２Ｂから流出する量を調整して均一化する。凹凸面は、滑らかな波面１４に限られず、断面上で三角形あるいは矩形等の任意の形状で形成されるジグザグ面に代替され得る。樋１２と樋受け１３とは一体化され得る。
【００１８】
繊維積層９を形成する多層形成工程の次の工程は、繊維積層９の上にパスメディア１９を配置してから繊維積層９と樹脂拡散促進注入口群形成樋１２の上側に真空用シート１を被せる手作業のシート被覆工程である。不変形成形型２の両側上面にシール帯１８を置いて、繊維積層９と樹脂拡散促進注入口群形成樋１２とシール帯１８の上側に真空用シート１が載せられる。
そして、図示されない吸引口から空気を吸い込むことにより、真空用シート１と凹面７との間の空気が吸引されて排出され、真空用シート１と凹面７の間にキヤビティー３が形成される。
【００１９】
シート被覆工程の次の工程は、キヤビティー３に流動性樹脂を注入する注入工程である。図２に示される樹脂注入口４は、図８および図９に示されるように、１本の樹脂拡散促進注入口群形成樋１２に１箇所又は複数箇所に配置されて設けられている。樹脂注入口４から図９矢印のように導入される流動性樹脂は、樹脂拡散促進注入口群形成樋１２の中で軸方向Ａに流れる（図８参照）。流動性樹脂は、樹脂拡散促進注入口群形成樋１２から強い粘性抵抗を受けて樹脂拡散促進注入口群形成樋１２の中で流れながら、軸方向Ａと凹面７の法線に直交する両方向Ｂ１，Ｂ２に押し出されてキャビティー３に注入される（図８および図９参照）。
【００２０】
上記のようにキヤビティー３は真空状態であり、流動性樹脂は真空用シート１を介して大気圧を受けて円滑にキヤビティー３に浸入する。隣り合う注入口群１７から押し出される流動性樹脂の複流は、拡散し且つ混ざり合い、更に、繊維積層９に染み込むように深層まで浸透する。樹脂拡散促進注入口群形成樋１２から注入された流動性樹脂は２次元的に拡散し、次に、３次元的に拡散して、パスメディア１９を通して繊維積層９の中に均等に浸透し、真空引きによって空気は抜かれ、繊維積層９と繊維積層９に浸透した樹脂とから構成される繊維強化樹脂は気泡を含まない。このように高拡散率で浸透する流動性樹脂の浸透速度は速く、生産サイクルが短縮される。
【００２１】
このように形成された繊維強化樹脂は、真空用シート１を介して大気圧に押されながら、自然に、又は、積極的加熱環境で硬化して、硬い繊維強化樹脂構造体に変容する。繊維強化樹脂構造体が製造された後、真空用シート１を外して、樹脂拡散促進注入口群形成樋１２および樋受け１３を取り除き、パスメディア１９を外して、繊維強化樹脂構造体を不変形成形型２から取り出す。
【００２２】
なお、上記実施の形態では、パスメディア１９を繊維強化樹脂構造体製造後に、取り除いたが、繊維層と同質のガラス繊維あるいはカーボン繊維マット（フエルト）で成形することにより、繊維強化樹脂構造体の製造後にパスメディア１９を取り除く必要がなくなる。この場合、パスメディア１９は繊維強化樹脂構造体と完全に一体化し、補強材の一部を構成する。
これによって、製造工数が削減され、作業能率の向上を図ることができる。
このマットは、樹脂の通路確保のためには、空隙率が大きく厚いほうが望ましいが、厚すぎると繊維強化樹脂自体の材料物性を低下させる可能性があるため、目的に応じて材質を選定する。
【００２３】
また、万一、樹脂注入時に繊維強化樹脂構造体の内部に図１０で示したような未含浸部２０が発生した場合、真空用シート１表面から繊維強化樹脂構造体の未含浸部２０に対して、金属針、プラスチックチューブなどの先端が鋭利なチューブ２１を差し込んで真空吸引する。その際、真空漏れを防ぐため、チューブ２１を刺し込む真空用シート１表面に予め粘着性のあるシールテープ２２を貼り付ける。
【００２４】
上記実施の形態によると、繊維強化樹脂構造体の製造時に繊維積層９の表面にパスメディア１９を配置したので、流動性樹脂の流動性を増幅することができ、流動性樹脂が均一に含浸した繊維強化樹脂構造体を製造することができる。
【００２５】
なお、図１１に示すように、樋受け１３の板面に多数の孔１３ａを開けることにより、流動性樹脂を孔１３ａから樋受け１３の下面側に通して繊維積層９に含浸させることができる。
【００２６】
また、本発明の注入工程では、1本の樹脂拡散促進注入口群形成樋１２の複数の注入口４の開閉度を制御して、全体的に流れ量を均一化することができる。その制御は、作業員が透明シート１の外側から流れ状況を見ながら判断することが望ましい。
さらに、実施の既述の形態のFRP構造体は、完全半円筒として記述されているが、樹脂成形技術特にインサート射出成形技術の一般的特徴として、多様に複合化される内外曲面を持つ複雑なFRP構造体の成形が可能である。そのようなFRP成形方法は、硬さと弾性(柔軟性)が同時に要求されるボート、ヨット、船舶、車体、航空機機体、船舶回転翼、風車のような曲面形成構造体のために有益に利用され得る。
【００２７】
なお、本発明は、上記実施の形態のみに限定されるものではなく、例えば、樹脂拡散促進注入口群形成樋１２および樋受け１３の数、および材質は、必要に応じて選定すれば良く、また、樋受け１３は、繊維積層９全体を覆うような構造のものでも良い。さらに、パスメディア１９は、繊維積層９の全体あるいは一部を覆うようなものでも良く、その厚さも材質によって任意に設定することができる。その他、本発明の要旨を変更しない範囲内で、適宜、変更して実施し得ることは言うまでもない。
【００２８】
【発明の効果】
以上のべたように、本発明による、繊維強化樹脂構造体の製造方法及び、その製造装置によれば、以下の効果を奏する。
請求項１において、第１型と第２型とでキャビティーを形成し、このキャビティー内を真空引きすることでキャビティー内に流動性樹脂を注入する工法で、該キャビティー内に繊維層を配置すると共に、該繊維層の一面側に、上記流動性樹脂を１次元方向に案内する案内通路と、該案内通路の上記流動性樹脂の流れを案内通路の流れと直交し、かつ繊維層と平行な２次元方向に拡散させる拡散通路とを形成し、上記流動性樹脂を上記案内通路および拡散通路を通して上記繊維層に流動性樹脂を含浸させて繊維強化樹脂構造体を製造する製造方法において、上記繊維層の一面側の全域または部分的に、上記流動性樹脂の流動性を増幅するパスメディアを配置してから、このパスメディアの上に拡散通路を形成する樋受けとしての接合体を配置し、この接合体の上に案内通路となる樋を配置し、上記繊維層と、パスメディア上に配置されて上記拡散通路を形成する上記樋の上側に上記第２型となる変形成形型を被せ、上記案内通路に注入された流動性樹脂を上記拡散通路から上記パスメディアを通して上記繊維層に含浸させて繊維強化樹脂構造体を製造するので、３次元的に均一に流動性樹脂を拡散させて繊維層に含浸させることができる。
請求項２において、第１型とフィルム状の第２型とでキャビティーを形成し、このキャビティー内を真空引きすることでキャビティー内に流動性樹脂を注入する工法で、該キャビティー内に繊維層を配置すると共に、該繊維層の一面側に、上記流動性樹脂を１次元方向に案内する案内通路と、該案内通路の上記流動性樹脂の流れを案内通路の流れと直交し、かつ繊維層に平行な２次元方向に拡散させる拡散通路とを形成し、上記流動性樹脂を上記案内通路および拡散通路を通して上記繊維層に流動性樹脂を含浸させて繊維強化樹脂構造体を製造する製造方法において、上記繊維層の一面側の全域または部分的に、上記流動性樹脂の流動性を増幅するパスメディアを、繊維層の全部または一部を覆うように配置してから、このパスメディアの上に拡散通路を形成する樋受けとしての接合体を配置し、この接合体の上に案内通路となる樋を配置し、上記繊維層と、パスメディア上に配置されて上記拡散通路を形成する上記樋の上側に上記第２型となる変形成形型を被せ、上記案内通路に注入された流動性樹脂を上記拡散通路から上記パスメディアを通して上記繊維層に含浸させて繊維強化樹脂構造体を製造するので、３次元的に均一に流動性樹脂を拡散させて繊維層に含浸させることができる。
請求項３において、上記パスメディアに、網を用いたので、繊維層に流動性樹脂を拡散させることができる。
請求項４において、上記パスメディアに、空隙を有するシートを用いたので、繊維層に流動性樹脂を拡散させることができる。
請求項５において、上記パスメディアに、繊維層と同質のガラス繊維あるいはカーボン繊維のマットを用いたので、繊維強化樹脂構造体成形後にパスメディアを取り外す必要がない。
請求項６において、第１型と第２型とでキャビティーを形成し、このキャビティー内を真空引きすることでキャビティー内に流動性樹脂を注入する工法で、該キャビティー内に繊維層を配置すると共に、該繊維層の一面側に、上記流動性樹脂を１次元方向に案内する案内通路と、該案内通路の上記流動性樹脂の流れを案内通路の流れと直交し、かつ繊維層に平行な２次元方向に拡散させる拡散通路とを形成し、上記流動性樹脂を上記案内通路および拡散通路を通して上記繊維層に流動性樹脂を含浸させて繊維強化樹脂構造体を製造する製造方法において、上記繊維層の一面側の全域または部分的に、上記流動性樹脂の流動性を増幅するパスメディアを配置し、このパスメディアの上に拡散通路を形成する樋受けとしての接合体を配置し、この接合体の上に案内通路となる樋を配置し、この樋の上側に上記第２型となる変形成形型を被せ、上記案内通路に注入された流動性樹脂を上記拡散通路から上記パスメディアを通して上記繊維層に含浸させて繊維強化樹脂構造体を製造するとともに、上記案内通路に流動性樹脂を注入する注入時に、繊維強化樹脂構造体の内部に未含浸部が発生した場合、構造体の内部に生じる未含浸部にチューブを差し込んで、未含浸部を真空引きして上記流動性樹脂の流動性を増幅するとともに、チューブを差し込んで真空引きする際に、チューブを刺し込む第２型の真空漏れを防ぐシールテープを貼り付け、未含浸部を除去するので、欠陥のない繊維強化樹脂構造体を製造することができる。
請求項７において、第１型と第２型とでキャビティーを形成し、このキャビティー内を真空引きすることでキャビティー内に流動性樹脂を注入して構造体を製造する装置で、該キャビティー内に繊維層を配置すると共に、該繊維層の一面側に、上記流動性樹脂を１次元方向に案内する案内通路と、該案内通路の上記流動性樹脂の流れを案内通路の流れと直交し、かつ繊維層に平行な２次元方向に拡散させる拡散通路とを形成し、上記流動性樹脂を上記案内通路および拡散通路を通して上記繊維層に流動性樹脂を含浸させて繊維強化樹脂構造体を製造する製造装置において、上記繊維層の一面側の全域または部分的に配置された上記流動性樹脂の流動性を増幅するパスメディアと、このパスメディアの上に配置された拡散通路を形成する樋受けとしての接合体と、この接合体の上に配置された案内通路となる樋と、この上記繊維層およびパスメディア上に配置されて上記拡散通路を形成する樋の上側に被せて配置された上記第２型となる変形成形型とを備え、上記案内通路としての樋に注入された流動性樹脂を上記拡散通路としての接合体から上記パスメディアを通して上記繊維層に含浸させて繊維強化樹脂構造体を成形するように構成したので、３次元的に均一に流動性樹脂を拡散させて繊維層に含浸させることができる。
本発明による繊維強化樹脂構造体の製造装置は、拡散均一性がよく、次世代風車のような大型又は超大型の構造体の成形に特に好適である。
請求項８において、上記パスメディアに、繊維層と同質のガラス繊維あるいはカーボン繊維のマットを用いたので、繊維強化樹脂構造体成形後にパスメディアを取り外す必要がないことから、製造作業の能率を向上することができる。
請求項９において、上記案内通路として半円筒状の管を複数用いるとともに該管の内面側を上記繊維層に向けて配置したので、流動性樹脂の流動性を向上することができる。
請求項１０において、上記拡散通路として案内通路の下部側に配置される接合体を用いるとともに、該接合体の上面に上記案内通路との間に拡散通路を形成する複数の間隙を形成したので、３次元的に均一に流動性樹脂を拡散させて繊維層に含浸させることができる。
請求項１１において、上記接合体に上面が凹凸に形成された板を用いたので、低コストで流動性樹脂の拡散通路を形成することができる。
請求項１２において、上記接合体の板面に上記流動性樹脂の通路となる多数の孔を形成したので、接合体の下面にも流動性樹脂を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による繊維強化樹脂構造体の製造装置を示す断面図である。
【図２】図１の樹脂注入口を示す断面図である。
【図３】本発明による繊維強化樹脂構造体の製造方法の工程を示す断面図である。
【図４】図３の次の工程を示す断面図である。
【図５】図４の次の工程を示す断面図である。
【図６】図５の部分拡大図である。
【図７】図１のＸ−Ｘ方向断面図である。
【図８】図１の拡大平面図である。
【図９】図８の全体を示す概念図である。
【図１０】図１の接合体の変形例を示す斜視図である。
【図１１】未含浸部の除去方法を示す概念図である。
【図１２】従来の成形装置を示す断面図である。
【図１３】図１２の平面図である。
【符号の説明】
１ 真空用シート（変形成形型、第２型）
２ 不変形成形型（第１型）
３ キャビティー
９ 繊維積層（繊維層）
１０ 繊維層
１２ 樹脂拡散促進注入口群形成樋
１２Ａ 案内通路
１２Ｂ 拡散通路
１３ 樋受け（波板）
１３Ａ 接合体
１４ 波面
１７ 注入口群（隙間）
１９ パスメディア
２０ 未含浸部
２１ チューブ
２２ シールテープ
Ａ１ １次元方向
Ｂ１，Ｂ２ ２次元方向
Claims (12)
- 第１型と第２型とでキャビティーを形成し、このキャビティー内を真空引きすることでキャビティー内に流動性樹脂を注入する工法で、該キャビティー内に繊維層を配置すると共に、該繊維層の一面側に、上記流動性樹脂を１次元方向に案内する案内通路と、該案内通路の上記流動性樹脂の流れを案内通路の流れと直交し、かつ繊維層と平行な２次元方向に拡散させる拡散通路とを形成し、上記流動性樹脂を上記案内通路および拡散通路を通して上記繊維層に流動性樹脂を含浸させて繊維強化樹脂構造体を製造する製造方法において、
上記繊維層の一面側の全域または部分的に、上記流動性樹脂の流動性を増幅するパスメディアを配置してから、このパスメディアの上に拡散通路を形成する樋受けとしての接合体を配置し、この接合体の上に案内通路となる樋を配置し、上記繊維層と、パスメディア上に配置されて上記拡散通路を形成する上記樋の上側に上記第２型となる変形成形型を被せ、上記案内通路に注入された流動性樹脂を上記拡散通路から上記パスメディアを通して上記繊維層に含浸させて繊維強化樹脂構造体を製造することを特徴とする繊維強化樹脂構造体の製造方法。 - 第１型とフィルム状の第２型とでキャビティーを形成し、このキャビティー内を真空引きすることでキャビティー内に流動性樹脂を注入する工法で、該キャビティー内に繊維層を配置すると共に、該繊維層の一面側に、上記流動性樹脂を１次元方向に案内する案内通路と、該案内通路の上記流動性樹脂の流れを案内通路の流れと直交し、かつ繊維層に平行な２次元方向に拡散させる拡散通路とを形成し、上記流動性樹脂を上記案内通路および拡散通路を通して上記繊維層に流動性樹脂を含浸させて繊維強化樹脂構造体を製造する製造方法において、
上記繊維層の一面側の全域または部分的に、上記流動性樹脂の流動性を増幅するパスメディアを、繊維層の全部または一部を覆うように配置してから、このパスメディアの上に拡散通路を形成する樋受けとしての接合体を配置し、この接合体の上に案内通路となる樋を配置し、上記繊維層と、パスメディア上に配置されて上記拡散通路を形成する上記樋の上側に上記第２型となる変形成形型を被せ、上記案内通路に注入された流動性樹脂を上記拡散通路から上記パスメディアを通して上記繊維層に含浸させて繊維強化樹脂構造体を製造することを特徴とする繊維強化樹脂構造体の製造方法。 - 上記パスメディアに、網を用いたことを特徴とする請求項１または２に記載の繊維強化樹脂構造体の製造方法。
- 上記パスメディアに、空隙を有するシートを用いたことを特徴とする請求項１または２に記載の繊維強化樹脂構造体の製造方法。
- 上記パスメディアに、繊維層と同質のガラス繊維あるいはカーボン繊維のマットを用いたことを特徴とする請求項１または２に記載の繊維強化樹脂構造体の製造方法。
- 第１型と第２型とでキャビティーを形成し、このキャビティー内を真空引きすることでキャビティー内に流動性樹脂を注入する工法で、該キャビティー内に繊維層を配置すると共に、該繊維層の一面側に、上記流動性樹脂を１次元方向に案内する案内通路と、該案内通路の上記流動性樹脂の流れを案内通路の流れと直交し、かつ繊維層に平行な２次元方向に拡散させる拡散通路とを形成し、上記流動性樹脂を上記案内通路および拡散通路を通して上記繊維層に流動性樹脂を含浸させて繊維強化樹脂構造体を製造する製造方法において、
上記繊維層の一面側の全域または部分的に、上記流動性樹脂の流動性を増幅するパスメディアを配置し、このパスメディアの上に拡散通路を形成する樋受けとしての接合体を配置し、この接合体の上に案内通路となる樋を配置し、この樋の上側に上記第２型となる変形成形型を被せ、上記案内通路に注入された流動性樹脂を上記拡散通路から上記パスメディアを通して上記繊維層に含浸させて繊維強化樹脂構造体を製造するとともに、
上記案内通路に流動性樹脂を注入する注入時に、繊維強化樹脂構造体の内部に未含浸部が発生した場合、構造体の内部に生じる未含浸部にチューブを差し込んで、未含浸部を真空引きして上記流動性樹脂の流動性を増幅するとともに、チューブを差し込んで真空引きする際に、チューブを刺し込む第２型の真空漏れを防ぐシールテープを貼り付け、未含浸部を除去することを特徴とする繊維強化樹脂構造体の製造方法。 - 第１型と第２型とでキャビティーを形成し、このキャビティー内を真空引きすることでキャビティー内に流動性樹脂を注入して構造体を製造する装置で、該キャビティー内に繊維層を配置すると共に、該繊維層の一面側に、上記流動性樹脂を１次元方向に案内する案内通路と、該案内通路の上記流動性樹脂の流れを案内通路の流れと直交し、かつ繊維層に平行な２次元方向に拡散させる拡散通路とを形成し、上記流動性樹脂を上記案内通路および拡散通路を通して上記繊維層に流動性樹脂を含浸させて繊維強化樹脂構造体を製造する製造装置において、上記繊維層の一面側の全域または部分的に配置された上記流動性樹脂の流動性を増幅するパスメディアと、このパスメディアの上に配置された拡散通路を形成する樋受けとしての接合体と、この接合体の上に配置された案内通路となる樋と、この上記繊維層およびパスメディア上に配置されて上記拡散通路を形成する樋の上側に被せて配置された上記第２型となる変形成形型とを備え、上記案内通路としての樋に注入された流動性樹脂を上記拡散通路としての接合体から上記パスメディアを通して上記繊維層に含浸させて繊維強化樹脂構造体を成形するように構成したことを特徴とする繊維強化樹脂構造体の製造装置。
- 上記パスメディアに、繊維層と同質のガラス繊維あるいはカーボン繊維のマットを用いたことを特徴とする請求項７に記載の繊維強化樹脂構造体の製造装置。
- 上記案内通路として半円筒状の管を複数用いるとともに該管の内面側を上記繊維層に向けて配置したことを特徴とする請求項７に記載の繊維強化樹脂構造体の製造装置。
- 上記拡散通路として案内通路の下部側に配置される接合体を用いるとともに、該接合体の上面に上記案内通路との間に拡散通路を形成する複数の間隙を形成したことを特徴とする請求項７ないし９のいずれか１項に記載の繊維強化樹脂構造体の製造装置。
- 上記接合体に上面が凹凸に形成された板を用いたことを特徴とする請求項７ないし１０のいずれか１項に記載の繊維強化樹脂構造体の製造装置。
- 上記接合体の板面に上記流動性樹脂の通路となる多数の孔を形成したことを特徴とする請求項１０または１１に記載の繊維強化樹脂構造体の製造装置。
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