JP4414801B2 - 繊維強化プラスチックの成形方法および成形装置 - Google Patents

Description

本発明は、繊維強化プラスチックの成形方法および成形装置に関し、特に、マトリックス樹脂の均一な含浸に好適な繊維強化プラスチックの成形方法および成形装置に関するものである。

従来から繊維強化プラスチック（以下、ＦＲＰと称す）製の樹脂製品を成形するために種々の繊維強化プラスチックの成形方法が提案されている（特許文献１〜３参照）。

これらは、いずれも成形型内に強化繊維を配置し、成形型を密閉した状態でマトリックス樹脂である熱硬化性樹脂を型内に充填して強化繊維に均一に含浸させ、加熱硬化させることによりＦＲＰ製の樹脂製品を成形するようにしている。
特開２００１−２６０２３８号公報 特開平０８−３２３８７０号公報 特開平１１−３４８０５９号公報

しかしながら、上記従来例においては、密閉した成形型内に配置した強化繊維に熱硬化性のマトリックス樹脂を充填・含浸させるものであるため、できるだけ速く充填させるために樹脂注入圧力を高圧とすることが有効であるが、成形型内に配置した強化繊維に偏りや配向の乱れを生じ、効果的に樹脂充填時間を短縮することが難しいものであった。

上記特許文献３においては、樹脂注入口と強化繊維間に樹脂透過率を調整する層を設けて、強化繊維層にかかる樹脂圧力を均一化し、強化繊維の繊維配向の乱れを防止するものであるが、透過率調整部材により樹脂の流入量を制限するものであるため、より一層注入圧力を上昇させる必要があり実用的とは言い難いものであった。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、強化繊維の偏りや乱れを生ずることなく短時間で注入充填可能な繊維強化プラスチックの成形方法および成形装置を提供することを目的とする。

本発明は、成形型の成形キャビティに配置した強化繊維層にマトリックス樹脂を含浸させて加熱硬化させる繊維強化プラスチックの成形方法であり、型開きした成形型の成形キャビティに挿入した袋状キャビティ内にマトリックス樹脂を注入し、型開き状態から型閉じ状態の間において、マトリックス樹脂を前記袋状キャビティに設けた無数の穴より成形キャビティ内の強化繊維層上に拡散するように展開させ、その後の型閉じにより展開したマトリックス樹脂を強化繊維層に含浸させるようにした。

したがって、本発明では、成形型の成形キャビティに配置した強化繊維層にマトリックス樹脂を含浸させて加熱硬化させる繊維強化プラスチックの成形方法であり、型開きした成形型の成形キャビティに挿入した袋状キャビティ内にマトリックス樹脂を注入し、型開き状態から型閉じ状態の間において、マトリックス樹脂を前記袋状キャビティに設けた無数の穴より成形キャビティ内の強化繊維層上に拡散するように展開させ、その後の型閉じにより展開したマトリックス樹脂を強化繊維層に含浸させるようにしたため、設定した充填量のマトリックス樹脂を強化繊維層に広く付着させた状態で、短時間に成形型内に注入できる。また、上型を閉じることで、袋状キャビティ内のマトリックス樹脂を成形キャビティ面全体に行き渡らせ、さらに、袋状キャビティの無数の小穴から強化繊維層全体において、概略強化繊維層の板厚厚み方向に含浸させることができ、成形時間を大幅に短縮することができる。

以下、本発明の繊維強化プラスチックの成形方法および成形装置を各実施形態に基づいて説明する。

（参考例１）
図１〜図３は、繊維強化プラスチックの成形方法(型閉じ途中段階においてマトリックス樹脂を注入する、Ｒｅｓｉｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｌｄｉｎｇ、ＲＴＭ成形方法ともいう)および成形装置(ＲＴＭ成形装置)の参考例１を示し、図１は繊維強化プラスチックの成形装置の断面図、図２は繊維強化プラスチックの成形工程を示す工程図、図３は樹脂注入時における注入樹脂の流動状態を示す部分断面図、図４は型閉め時の樹脂流動状態を示す部分断面図である。

図１において、ＲＴＭ成形装置は、上型２および下型３からなる成形型１と、開閉弁４を経由させて樹脂注入口５から成形型１内にマトリックス樹脂を注入する樹脂注入装置６と、吸引口７から成形型１内の空気を吸引する吸引装置８とを備える。

前記成形型１は、型閉め時に成形キャビティを形成するよう上型２および下型３が形成されている。上下の成形型１には、型閉じ時に成形キャビティを加熱することで成形品を硬化させるよう機能する加熱・冷却配管からなる型温調配管９が複数配置されている。図示例のように、成形キャビティは、下型３側を窪ませるとともに上型２を突出させる状態で、上下型２、３間に設けられ、型開き時に、下型３のキャビティ面３Ａに投入されるＦＲＰの強化繊維層１０を安定して保持するようにしている。また、この下型３のキャビティ面３Ａは、下側３へ窪んでいることにより、注入されるマトリックス樹脂をキャビティ面３Ａに溜めるようにも機能する。

下型３の成形キャビティ面３Ａを構成する周囲には、成形キャビティ３Ａとなる領域を取囲んで周上に所定深さのシール収容溝３Ｂを備える。シール収容溝３Ｂには、シール収容溝３Ｂの深さより大きい直径の密封シール１１の下側部分が挿入され、密封シール１１の上側部分はシール収容溝３Ｂの上部に突出された状態となっている。上型２には、型閉め時に前記密封シール１１に当接して成形キャビティを密閉するシール面２Ｂが形成されている。

前記密封シール１１は、例えば、一般的な丸棒状のゴムシールであり、ＲＴＭ成形用として耐熱性があればよい。密封シール１１の直径とシール収容溝３Ｂの深さとの関係は、例えば、密封シール１１の直径を１０ｍｍとすれば、シール収容溝３Ｂの深さは５ｍｍと、設定して、型閉じ時に、上下型２、３の型閉じまでのストロークが５ｍｍとなった際に、密封シール１１と上型２のシール面２Ｂとが接触して、成形キャビティを外気から遮断するよう構成する。

また、上型２には、シール面２Ｂの内側において成形キャビティ面２Ａの外周部分に間隔をあけて開口させて複数の吸引口７が配置され、成形キャビティ面２Ａの中央領域に開口させて樹脂注入口５が配置されている。前記樹脂注入口５は、成形キャビティ面２Ａの中央領域に１個だけ設けてもよいが、複数個が等分布状態となるよう複数個の注入口５が成形キャビティ面２Ａの周辺領域を避けて開口されるようにすることが望ましい。

以上の構成のＲＴＭ成形装置によるＲＴＭ成形工程について以下に説明する。

図１は、強化繊維層１０のセット状態を示し、型開きした成形型１内の下型３へ強化繊維層１０を投入する。この工程では、樹脂注入装置６との間の開閉弁４は閉じられ、空気吸引装置８の吸引作動は停止されている。投入する強化繊維層１０は、予め決定した製品板厚に応じた厚さとされており、下型３のキャビティ面３Ａに載置される。

続いて、型閉じが開始され、図２（Ａ）に示すように、下型３の密封シール１１が上型２のシール面２Ｂに接する状態となった段階で型閉じ動作が停止される。この状態では、下型３キャビティ面３Ａに載置された強化繊維層１０の表面と上型２キャビティ面２Ａとの間に、密封シール１１がシール収容溝３Ｂから突出している寸法分（上記例では、５ｍｍ）だけ隙間が存在し、密封シール１１と上型２シール面２Ｂとが接触することで、成形キャビティの空間と外気とが遮断される。

次いで、開閉弁４が開かれ、樹脂注入装置６より樹脂注入口５を通じて成形キャビティ内に予め繊維含有量から計算した所定量の熱硬化性樹脂１２を射出する。成形キャビティ内に射出された熱硬化性樹脂１２は、一部は強化繊維層１０に浸透されるが、大部分は、図３において矢印で示すように、強化繊維層１０の上側に沿って成形キャビティ内を拡がってゆく。熱硬化性樹脂１２の射出が終了した時点で開閉弁４が閉じられる。

次いで、空気吸引装置８が作動され、図２（Ｂ）に示すように、成形型１内の成形キャビティ内の空気が吸引口７を経由して吸引されるとともに上型２を下型３に接近させる型閉じが再開される。この過程で、強化繊維層１０の上に載った樹脂１２は、強化繊維層１０の表面と上型２の成形キャビティ面２Ａとの間の隙間が小さくなることにより、強化繊維層１０の表面と上型２の成形キャビティ面２Ａとの間の空間に拡がってゆき、空間容積が注入樹脂量に相当する大きさまで薄く縮小された段階で、前記空間全体に行き渡る（展開される）。

この時の充填速度は、型締めしたキャビティ内に樹脂を注入する従来においては、図５に示すように、注入された樹脂１２は、強化繊維層１０の繊維間の隙間を通ってキャビティ全体に拡がってゆくため、樹脂１２の拡がり速度が極端に遅いのに対して、本実施形態においては、注入樹脂１２が強化繊維層１０と上型２のキャビティ面２Ａとの間の空間内で拡がって行くため、拡散に抵抗がなく短時間に空間全体に行き渡らせることができる。

引続く、型閉じ動作においては、成形キャビティ内空間が概略真空状態となっているため、図４に示すように、注入樹脂１２は強制的に強化繊維層１０の隙間内に押込まれ、含浸されてゆき、型閉じが完了した段階では、注入樹脂１２が強化繊維層１０全体に含浸している状態となる。

この時の含浸速度は、圧力により注入された樹脂１２を強化繊維層１０の繊維間の隙間に含浸させる従来の方法に対して、本実施形態においては、型閉じにより樹脂１２を強化繊維層１０の表面側から強化繊維層１０内に板厚厚み方向に樹脂１２を含浸させるものであるため、強化繊維１０の偏りや乱れが生ずることなく、大幅に増加させることができる。すなわち、短時間に含浸を終了させることができる。

次いで、成形型１は型温調配管９に加熱媒体が流通されることにより、成形キャビティが加熱され、成形キャビティ内の熱硬化性樹脂１２が硬化され、強化繊維層１０と熱硬化性樹脂１２との複合によるＦＲＰ化がなされる。

前記樹脂１２の硬化が終わった段階で、図２（Ｃ）に示すように、成形型１は型開きされ、ＦＲＰ製品Ｗが取出される。

なお、上記工程では、強化繊維層１０に樹脂１２の含浸が完了した段階で、成形型１が型温調配管９により加熱されるように説明しているが、成形型１の加熱は、型開きされた成形型１内へ予め強化繊維層１０を投入する以前から開始してもよく、このようにすると、熱硬化性樹脂１２の硬化時間を短縮することができる。

また、成形型１が金属製でなく、例えば、ＦＲＰ製の成形型を利用する場合には、軽量であることから、型閉じ後に、閉じた成形型そのものを加熱炉に設定した時間だけ通過させることにより、熱硬化性樹脂の硬化をさせるようにしてもよい。

以上説明したＲＴＭ成形装置およびＲＴＭ成形方法によれば、従来のように、型締めしたキャビティ内に樹脂を注入するものでなく、投入した強化繊維層１０と上型２の間に隙間が有る状態で樹脂１２を射出するため、設定した充填量の樹脂１２を短時間で成形型１内に注入できる。また、成形型１を閉じることで、強化繊維層１０と上型２との隙間に有る樹脂１２をキャビティ形状面２Ａ全体に行き渡らせ、次の段階では、形状面２Ａ全体において板厚厚み方向のみに樹脂１２を含浸させることができる。このため、成形時間を大幅に短縮することができる。

本参考例１においては、以下に記載する効果を奏することができる。

（ア）成形型１の成形キャビティに配置した強化繊維層１０にマトリックス樹脂１２を含浸させて加熱硬化させるレジントランスファモールディング成形方法であり、開いている状態の成形型１間に強化繊維層１０とマトリックス樹脂１２を投入し、型閉じに応じてマトリックス樹脂１２を成形キャビティ内で強化繊維層１０の表面に展開させ、その後の型閉じにより展開したマトリックス樹脂１２を強化繊維層１０に含浸させるようにしたため、強化繊維１０の全体にマトリックス樹脂１２を行き渡らせて展開され、さらに強化繊維層１０全体において板厚厚み方向に含浸させることができ、均一な含浸が可能となる。したがって、成形時間を大幅に短縮することができる。

（イ）マトリックス樹脂１２の展開時に、成形キャビティを外気と遮断し、負圧状態とするため、マトリックス樹脂１２の成形キャビティ内への展開およびマトリックス樹脂１２の強化繊維層１０への含浸を迅速にできる
（ウ）マトリックス樹脂１２は、型閉じ途中における成形キャビティを外気と遮断し、負圧状態として注入するため、強化繊維層１０と上型２キャビティ面２Ａとの間の隙間へマトリックス樹脂１２を射出でき、設定した充填量のマトリックス樹脂１２を短時間で成形型内に注入できる。

（第１実施形態）
図６は、本発明を適用した繊維強化プラスチックの成形装置および繊維強化プラスチックの成形方法の第１実施形態を示し、図６（Ａ）は繊維強化プラスチックの成形装置の断面図、図６（Ｂ）〜（Ｄ）は繊維強化プラスチックの成形工程を示す工程図である。本実施形態においては、成形型の型閉じを開始する前にマトリックス樹脂を注入することにより成形時間を短縮化するものである。なお、図１〜図５と同一装置には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。

本実施形態の繊維強化プラスチックの成形装置は、参考例１の繊維強化プラスチックの成形装置と殆ど同じであるが、マトリックス樹脂１２の注入口５の成形キャビティ面２Ａへの開口端に袋状キャビティ１５を設置する構成を追加している。前記袋状キャビティ１５は、ＦＲＰ成形によく使用されるバギングフィルムを袋状にしたものであり、多数の小穴（例えば、直径２ｍｍ程度）を均等に分布（例えば、１０ｍｍピッチ）させて備える。この小穴の穴径、穴ピッチはマトリックス樹脂１２の粘度に応じて変更してもよい。また、袋状キャビティ１５の大きさは、マトリックス樹脂１２の設定した注入量より大きく、成形型１内で潰れた時に概略成形キャビティ全体に広がる大きさとする。

前記袋状キャビティ１５は、注入口５から成形キャビティにマトリックス樹脂１２が注入されると、先ず袋状キャビティ１５に溜まり、次いで袋状キャビティ１５の無数の小穴から成形キャビティを構成する下型３のキャビティ面３Ａ上に垂れるようにしている。

以上の構成の繊維強化プラスチックの成形装置による繊維強化プラスチックの成形工程について、以下に説明する。

図６（Ａ）は、繊維強化層１０のセット状態を示し、型開きした成形型１内の下型３へ強化繊維層１０を投入し、下型３のキャビティ面３Ａに載置する。次いで、開閉弁４が開かれ、樹脂注入装置６より樹脂注入口５を通じて成形キャビティ内に予め繊維含有量から計算した所定量の熱硬化性樹脂１２を射出する。成形キャビティ内に射出された熱硬化性樹脂１２は、袋状キャビティ１５内に溜まり、袋状キャビティ１５に設けた無数の小穴から下型上の強化繊維層１０の上に垂れる。なお、このときに垂れるマトリックス樹脂１２が成形型１の外にこぼれないよう使用するマトリックス樹脂１２の粘度に応じて小穴の穴径、穴ピッチは予め実験により設定しておく。射出が終了した時点で、型閉じを開始する。

上型のシール面２Ｂが密封シール１１に接触すると、空気吸引装置８が作動され、成形型１内の成形キャビティ内の空気が吸引口７を経由して吸引を開始する。この状態では、成形キャビティの空間と外気とが遮断され、下型キャビティ面３Ａに載置された強化繊維層１０の表面と上型２キャビティ面２Ａとの間に、密封シール１１がシール収容溝３Ｂから突出している寸法分（例えば、５ｍｍ）だけ隙間が存在する（図６（Ｂ）参照）。マトリックス樹脂１２の入った袋状キャビティ１５は、強化繊維層１０と上型２の間隔が小さくなるに連れて成形キャビティ内で拡がり、強化繊維層１０の表面と上型２キャビティ面２Ａとの間隔が樹脂量の容積とほぼ同等になった時点で成形キャビティ全体の表面上にマトリックス樹脂１２の入った袋状キャビティ１５と袋状キャビティ１５から流れ出たマトリックス樹脂１２が行き渡る。

さらに、成形型１を閉じていくと、袋状キャビティ１５は上型２に押されて潰れていき、内部のマトリックス樹脂１２が袋状キャビティ１５の無数の小穴を通じて排出され、また、成形キャビティ内が概略真空状態になっているため、マトリックス樹脂１２が強化繊維層１０に含浸し、完全に型閉じされた状態では、図６（Ｃ）に示すように、強化繊維層１０全体に含浸している状態となる。

次いで、成形型１は型温調配管９に加熱媒体が流通されて成形キャビティが加熱され、成形キャビティ内の熱硬化性樹脂１２が硬化され、強化繊維層１０と熱硬化性樹脂１２との複合によるＦＲＰ化がなされる。前記樹脂の硬化が終わった段階で、図６（Ｄ）に示すように、成形型１は型開きされ、ＦＲＰ製品Ｗが取出される。ＦＲＰ製品Ｗの表面若しくは上型２のキャビティ面２Ａに残る潰れた袋状キャビティ１５は、ＦＲＰ成形で一般的に使用するバギングフィルムの材質でできているため、ＦＲＰ製品Ｗ等から容易にはがせる。

以上説明した繊維強化プラスチックの成形装置および繊維強化プラスチックの成形方法によれば、注入口５と強化繊維層１０の間に無数の小穴を有する袋状キャビティ１５を設けることで、設定した充填量のマトリックス樹脂１２を短時間で成形型１内に注入できる。そして、型閉じに応じて袋状キャビティ１５内の樹脂１２を成形キャビティ全体に行き渡らせ、さらに袋状キャビティ１５の小穴から成形キャビティ面２Ａ全体において強化繊維層１０に概略板厚厚み方向のみに含浸させることができ、成形時間を大幅に短縮することができる。

本実施形態においては、参考例１における効果（ア）、（イ）に加えて以下に記載した効果を奏することができる。

（エ）マトリックス樹脂１２は、型開きした成形キャビティに挿入した袋状キャビティ１５内に注入し、袋状キャビティ１５に設けた無数の穴より成形キャビティ内の強化繊維層１０上に拡散させるため、設定した充填量のマトリックス樹脂１２を強化繊維層１０に広く付着させた状態で、短時間に成形型１内に注入できる。また、上型２を閉じることで、袋状キャビティ１５内のマトリックス樹脂１２を成形キャビティ面２Ａ全体に行き渡らせ、さらに、袋状キャビティ１５の無数の小穴から強化繊維層１０全体において、概略強化繊維層１０の板厚厚み方向に含浸させることができ、成形時間を大幅に短縮することができる。

（参考例２）
図７は、繊維強化プラスチックの成形装置および繊維強化プラスチックの成形方法の参考例２を示し、図７（Ａ）は繊維強化プラスチックの成形装置の断面図、図７（Ｂ）〜（Ｄ）は繊維強化プラスチックの成形工程を示す工程図である。本参考例２においては、成形型の型閉じを開始前にマトリックス樹脂をノズルにより注入することにより成形時間を短縮化するものである。なお、図１〜図６と同一装置には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。

本参考例２の繊維強化プラスチックの成形装置は、参考例１の繊維強化プラスチックの成形装置と殆ど同じであるが、上型２に設けていた樹脂注入口５は省略され、代わりにマトリックス樹脂１２を注入するためのノズル１６を別途設けている。ノズル１６はマトリックス樹脂１２の射出口を複数個備え、下型３の成形キャビティ面３Ａ上を横移動可能な構造としている。

以上の構成の繊維強化プラスチックの成形装置による繊維強化プラスチックの成形工程について、以下に説明する。

図７（Ａ）は、繊維強化層１０のセット状態を示し、型開きした成形型１内の下型３へ強化繊維層１０を投入し、下型３のキャビティ面３Ａに載置する。次いで、樹脂射出口を設けたノズル１６を下型３の上に移動させ、ノズル１６から予め強化繊維含有量から計算した所定量の熱硬化性樹脂１２を繊維強化層１０の上に射出する。このときノズル１６を横移動制御して、マトリックス樹脂１２が強化繊維層１０のほぼ全域にかかるようにする。マトリックス樹脂１２は強化繊維層１０の表面に付着し、付着しきれなかったマトリックス樹脂１２は強化繊維層１０の上面中央部が低くなっていることから、ここに溜まる。

マトリックス樹脂１２を射出し終わった時点でノズル１６を型外に退避させ、型閉じを開始し、並行して空気吸引装置８を作動し、成形型１内の成形キャビティ内の空気を吸引口７を経由して吸引開始する。

上型２のシール面２Ｂが密封シール１１に接触すると、成形キャビティの空間と外気とが遮断され、下型３キャビティ面３Ａに載置された強化繊維層１０の表面と上型２キャビティ面２Ａとの間に、密封シール１１がシール収容溝３Ｂから突出している寸法分（例えば、５ｍｍ）だけ隙間が存在する（図７（Ｂ）参照）。マトリックス樹脂１２は、強化繊維層１０と上型２の間隔が小さくなるに連れて成形キャビティ内で再び拡がり、強化繊維層１０の表面と上型２キャビティ面２Ａとの間隔が樹脂量の容積とほぼ同等になった時点で成形キャビティ全体の表面上にマトリックス樹脂１２が行き渡る。

さらに、成形型１を閉じていくと、参考例１と同様に、成形キャビティ内が概略真空状態になっているため、マトリックス樹脂１２が繊維層１０に含浸し、完全に型閉じされた状態では、図７（Ｃ）に示すように、強化繊維層１０全体に含浸している状態となる。

以下参考例１と同様に、成形型１の成形キャビティが加熱され、成形キャビティ内の熱硬化性樹脂１２が硬化され、強化繊維層１０と熱硬化性樹脂１２との複合によるＦＲＰ化がなされる。前記樹脂１２の硬化が終わった段階で、図７（Ｄ）に示すように、成形型１は型開きされ、ＦＲＰ製品Ｗが取出される。

以上説明した繊維強化プラスチックの成形装置および繊維強化プラスチックの成形方法によれば、注入ノズル１６よりマトリックス樹脂１２を強化繊維層１０の上に射出することで設定した充填量のマトリックス樹脂１２を短時間で型１内に注入することができる。そして、型閉じにより強化繊維層１０と上型２成形キャビティ面２Ａとの隙間に有るマトリックス樹脂１２を成形キャビティ全体に拡げ、成形キャビティ全体において強化繊維層１０の板厚厚み方向に含浸させることができ、成形時間を大幅に短縮することができる。

本参考例２においては、参考例１における効果（ア）、（イ）に加えて、以下に記載する効果を奏することができる。

（オ）マトリックス樹脂１２は、型開きした成形型１に投入された強化繊維層１０の上面に付着するよう注入ノズル１６により注入するため、設定した充填量のマトリックス樹脂１２を強化繊維層１０の全面に付着させた状態で、短時間で成形型１内に注入できる。このため、成形時間を大幅に短縮することができる。

（参考例３）
図８は、繊維強化プラスチックの成形装置および繊維強化プラスチックの成形方法の参考例３を示し、図８（Ａ）は繊維強化プラスチックの成形装置の断面図、図８（Ｂ）〜（Ｄ）は繊維強化プラスチックの成形工程を示す工程図である。本参考例３においては、成形型への強化繊維層の投入前にマトリックス樹脂をノズルにより注入することにより成形時間を短縮化するものである。なお、図１〜図７と同一装置には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。

本参考例３の繊維強化プラスチックの成形装置は、参考例１の繊維強化プラスチックの成形装置と殆ど同じであるが、上型２に設けていた樹脂注入口５は省略され、代わりにマトリックス樹脂１２を注入するためのノズル１７を別途設けている。図示例では、マトリックス樹脂１２の射出口を１ヵ所としたが、複数の射出口や１ヶ所の射出口を持つノズル１７を複数個持つものでもよい。

以上の構成の繊維強化プラスチックの成形装置による繊維強化プラスチックの成形工程について、以下に説明する。

図８（Ａ）は、繊維強化層セット状態を示し、型開きした成形型１内の下型３へ、先ず、予め繊維含有量から計算した所定量の熱硬化性樹脂１２を射出する。この時下型３キャビティ面３Ａのほぼ全体にマトリックス樹脂１２を載せるよう、上記ノズル１７を成形キャビティ面３Ａの形状に合わせた構造に構成する。マトリックス樹脂１２は下型３キャビティ面３Ａに付着し、付着しきれなかったマトリックス樹脂１２は下型３キャビティ面３Ａの中央部が低くなっていることから、ここに溜まる。マトリックス樹脂１２を射出し終わった時点でノズル１７を型外に退避させ、次いで、マトリックス樹脂１２の上に製品板厚に応じた強化繊維層１０を投入する。この時型１内の空気の吸引を完全に行うために、強化繊維層１０の最上層にはピールプライ１８（剥離層）等を重ねておくことが好ましい。投入された強化繊維層１０は下型３キャビティ面３Ａの中央に溜まったマトリックス樹脂１２に浮いた状態となる。

型閉じを開始し、並行して空気吸引装置８を作動し、成形型１内の成形キャビティ内の空気を吸引口７を経由して吸引開始する。上型２キャビティ面２Ａと強化繊維層１０の上面とが接触し、強化繊維層１０の下面と下型３キャビティ面３Ａとの間で溜まったマトリックス樹脂１２が拡げられてゆく。上型２のシール面２Ｂが密封シール１１に接触すると、成形キャビティの空間と外気とが遮断され、下型３キャビティ面３Ａと強化繊維層１０の下表面との間に、密封シール１１がシール収容溝３Ｂから突出している寸法分（例えば、５ｍｍ）だけ隙間が存在する（図８（Ｂ）参照）。マトリックス樹脂１２は、強化繊維層１０と下型３の間隔が小さくなるに連れて成形キャビティ内で拡がり、強化繊維層１０の表面と下型３キャビティ面３Ａとの間隔が樹脂量の容積とほぼ同等になった時点で成形キャビティ全体の表面上にマトリックス樹脂１２が行き渡る。

さらに、成形型１を閉じていくと、成形キャビティ内が概略真空状態になっているため、マトリックス樹脂１２が繊維層１０に下面から含浸し、完全に型閉じされた状態では、図８（Ｃ）に示すように、強化繊維層１０全体に含浸している状態となる。

以下参考例１と同様に、成形型１の成形キャビティが加熱され、成形キャビティ内の熱硬化性樹脂１２が硬化され、強化繊維層１０と熱硬化性樹脂１２との複合によるＦＲＰ化がなされる。前記樹脂１２の硬化が終わった段階で、図８（Ｄ）に示すように、成形型１は型開きされ、ＦＲＰ製品Ｗが取出される。

以上説明した繊維強化プラスチックの成形装置および繊維強化プラスチックの成形方法によれば、強化繊維層１０を配置する前に注入ノズル１７よりマトリックス樹脂１２を下型３キャビティ面３Ａの上に射出することで設定した充填量のマトリックス樹脂１２を短時間で型内に注入することができる。そして、強化繊維層１０をマトリックス樹脂１２の上に載せ上型２を閉じることで強化繊維層１０と下型３キャビティ面３Ａとの隙間に有るマトリックス樹脂１２を成形キャビティ面３Ａ全体に行き渡らせ、さらに成形キャビティ面３Ａ全体において強化繊維層１０の板厚厚み方向に含浸させることができ、成形時間を大幅に短縮することができる。

本参考例３においては、参考例１における効果（ア）、（イ）に加えて、以下に記載する効果を奏することができる。

（カ）マトリックス樹脂１２は、強化繊維層１０の投入前の型開きした成形型１の下型３キャビティ面３Ａに付着するよう注入ノズル１７により注入するため、設定した充填量のマトリックス樹脂１２を下型３キャビティ面３Ａの全面に付着させた状態で、短時間で成形型１内に注入でき、下面からマトリックス樹脂１２を強化繊維層１０に含浸でき、より均一な含浸ができる。したがって、成形時間を大幅に短縮することができる。

なお、上記実施形態において、型閉じ過程で成形キャビティを外気と遮断するものとして、シール収容溝３Ｂを密封シール１１の径より浅くしているものについて説明したが、図示はしないが、ガスケットが下型から設定した量だけ弾性的に突出するものであってもよい。

本発明の参考例１を示す繊維強化プラスチックの成形装置の断面図。 同じく繊維強化プラスチックの成形工程を（Ａ）〜（Ｃ）に分けて示す工程図。 樹脂注入時における注入樹脂の流動状態を示す部分断面図。 型閉め時の樹脂流動状態を示す部分断面図。 従来における樹脂流動状態を示す部分断面図。 本発明の第１実施形態を示す繊維強化プラスチックの成形装置および繊維強 化プラスチックの成形方法を（Ａ）〜（Ｄ）に分けて示す断面図。 本発明の参考例２を示す繊維強化プラスチックの成形装置および繊維強化プ ラスチックの成形方法を（Ａ）〜（Ｄ）に分けて示す断面図。 本発明の参考例３を示す繊維強化プラスチックの成形装置および繊維強化プ ラスチックの成形方法を（Ａ）〜（Ｄ）に分けて示す断面図。

符号の説明

１ 成形型
２ 上型
３ 下型
４ 開閉弁
５ 注入口
６ 樹脂注入装置
７ 吸引口
８ 吸引装置
９ 型温調配管
１０ 強化繊維層
１１ 密封シール
１２ マトリックス樹脂、熱硬化性樹脂
１５ 袋状キャビティ
１６、１７ ノズル

Claims (4)

1. 成形型の成形キャビティに配置した強化繊維層にマトリックス樹脂を含浸させて加熱硬化させる繊維強化プラスチックの成形方法であり、
   型開きした成形型の成形キャビティに挿入した袋状キャビティ内にマトリックス樹脂を注入し、
   型開き状態から型閉じ状態の間において、マトリックス樹脂を前記袋状キャビティに設けた無数の穴より成形キャビティ内の強化繊維層上に拡散するように展開させ、
   その後の型閉じにより展開したマトリックス樹脂を強化繊維層に含浸させることを特徴とする繊維強化プラスチックの成形方法。
2. 前記マトリックス樹脂の展開時に、成形キャビティを外気と遮断し、負圧状態とすることを特徴とする請求項１に記載の繊維強化プラスチックの成形方法。
3. 前記マトリックス樹脂は、型閉じ途中における成形型の成形キャビティを外気と遮断し、負圧状態として注入することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の繊維強化プラスチックの成形方法。
4. 成形型の成形キャビティに配置した強化繊維層にマトリックス樹脂を含浸させて加熱硬化させる繊維強化プラスチックの成形装置であり、
   前記成形型の成形キャビティに挿入され、無数の穴を備えて、型開き状態においてマトリックス樹脂の注入を受け、型開き状態から型閉じ状態の間において無数の穴より成形キャビティ内の強化繊維層上にマトリックス樹脂を拡散させる袋状キャビティと、
   型開きした成形型の成形キャビティ内の袋状キャビティ内にマトリックス樹脂を注入する手段と、
   型閉じ途中から成形キャビティを外気と遮断する手段と、
   外気遮断中に成形キャビティ内を負圧状態とする手段と、を備えることを特徴とする繊維強化プラスチックの成形装置。

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