JP4961244B2 - 繊維強化複合材料の製造装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、気圧差を利用して繊維質基材に液状樹脂を含浸し硬化させて複合材料を形成するＶａＲＴＭ（Vacuum assisted Resin Transfer Molding）技術に関連する技術分野に属する。

図７を参照し、ＶａＲＴＭ技術による繊維強化複合材料の成形について基本的な説明を行う。
図７（ａ）は、ＶａＲＴＭ技術による従来の製造装置の縦断面を示す図である。図示されるように、繊維質基材３１（ガラス繊維やカーボン繊維の織物など）は、成形型３２の上に載置されている。さらにこの繊維質基材３１の上を密閉シート３３で覆ってこの密閉シート３３の周縁を封止材３５により封止して繊維質基材３１を気密状態におく。そして、この繊維質基材３１を真空ポンプ５０により真空吸引した後に、大気圧Ｐ_０で押圧されている液状樹脂Ｌを減圧弁５２により減圧しながら注入して繊維質基材３１に含浸させる。こののち、繊維質基材３１に含浸した液状樹脂Ｌは常温または光、熱処理等により硬化して繊維強化複合材料となる。

図７（ｂ）から（ｅ）は、繊維質基材３１に液状樹脂Ｌが含浸していくプロセスにおいて、系内の圧力Ｐ及び繊維質基材中の樹脂含浸量（以下、樹脂量）の分布を説明する図である。
図７（ｂ）は減圧弁５２が完全に閉じられた状態における系内の圧力分布を示しており、真空ポンプ５０から減圧弁５２にかけてはこの真空ポンプ５０により到達された真空圧Ｐ_１を示し、減圧弁５２から先（図中左側）は大気圧Ｐ_０を示している。
図７（ｃ）は減圧弁５２を若干開いた状態における系内の圧力分布と樹脂量分布を示しており、減圧弁５２から繊維質基材３１の縁端にかけて、この減圧弁５２の開放量に比例する差圧ΔＰ_ｃが発生する。繊維質基材３１の内部には圧力Ｐが傾斜して分布している。そして、液状樹脂Ｌが繊維質基材３１の内部を図中左から右に流動し、含浸がほぼ平衡に達した状態では、樹脂量も圧力Ｐに対応して傾斜分布している。

図７（ｄ）は減圧弁５２をさらに開いて差圧ΔＰ_ｄ（＞ΔＰ_ｃ）にした状態における系内の圧力分布と樹脂量分布を示している。ここで、繊維質基材３１に含浸している液状樹脂Ｌの界面は、図７（ｃ）の状態における傾きを保ったまま押し上げられるので樹脂量の分布の傾きはあまり変化しない。
よって、樹脂量分布が液状樹脂Ｌの流動する方向に沿って傾斜することが避けられない問題がある。

このような問題を解決する第１の従来技術として、繊維質基材３１に密着する密閉シート３３の片面に均等間隔で溝を複数刻設し、この溝に液状樹脂Ｌを流動させて、繊維質基材３１の主面の側から液状樹脂Ｌを含浸させる技術が知られている（例えば、特許文献１）。
また第２の技術として、液状樹脂Ｌを注入する注入孔の複数を一列に並べて構成される注入ロッドと、液状樹脂Ｌを吸引する吸引孔の複数を一列に並べて構成される吸引ロッドとを交互に平行に繊維質基材３１の主面に配置して液状樹脂Ｌを含浸させる技術が知られている（例えば、特許文献２）。
そして、第３の技術として、液状樹脂Ｌを繊維質基材３１に含浸させた後に、含浸させた液状樹脂Ｌのうち上流部分を吸引する技術が知られている（例えば、特許文献３）。
特開平１０−５０４５０１号公報 特開平１１−５０１８８０号公報 特開２００４−２８４１２０号公報

しかし、特許文献１に開示されている技術では、液状樹脂Ｌを吸引する吸引孔の配置位置を最適化しなければ所望の効果が得られないので設計自由度が小さく、また特殊な密閉シートを用いるので高コスト化が避けられない。
また、特許文献２に開示されている技術では、近接する注入孔と吸引孔との間において繊維体積含有率Ｖｆ分布が傾斜する問題は解消されない。ここで、繊維体積含有率Ｖｆは、複合材料の中に含まれる繊維と樹脂の割合を示すものであって、Ｖｆ＝繊維体積／（繊維体積＋樹脂体積＋不純物体積）で示される。
そして、特許文献３に開示されている技術では、Ｖｆの分布の問題が解消されたとしても、Ｖｆの低い複合材料が得られるので新たに別の問題が発生する。
本発明は、このような問題を解決することを課題とし、繊維体積含有率Ｖｆが高くさらに面内分布の均一な繊維強化複合材料の製造装置及びその製造方法を提供することを目的とする。

前記した課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、気圧差を利用して繊維質基材に含浸させた液状樹脂を硬化させてなる繊維強化複合材料の製造装置において、前記繊維質基材の片面に接しその反対面を覆う密閉シートでこの繊維質基材を気密状態にして載置する成形型と、大気圧よりも低圧で前記液状樹脂を収容するとともにこの液状樹脂から延びる注入管が前記繊維質基材の近傍に接続する第１密封容器と、大気圧よりも低圧な内部から延びる吸引管が前記繊維質基材の近傍に接続する第２密封容器と、前記第１密封容器を大気開放により昇圧し前記第２密封容器との間に前記気圧差を生じさせる開放弁と、を備え、前記液状樹脂が前記繊維質基材に含浸した後に前記気圧差が解消する方向に前記第１密封容器の内部を降圧し前記第２密封容器の内部を昇圧することを特徴とする。
このように発明が構成されることにより、注入された液状樹脂は、生じた気圧差により第１密封容器から第２密封容器に向かって繊維質基材の面に沿って一方向に流動する。そして、液状樹脂の繊維質基材への含浸が平衡状態に到達した時点において、繊維体積含有率Ｖｆは、下流側よりも上流側に偏在した状態になっているが、前記気圧差が解消するように第１密封容器の内部を降圧し前記第２密封容器の内部を昇圧して液状樹脂を逆方向に流動させるので、Ｖｆの分布の不均一性を修正することができる。
さらに、繊維質基材に含浸される前の液状樹脂の装置内での脱泡が可能となるので、繊維質基材中に取り込まれる気泡も極限まで低減する。

次に、請求項２の発明は、請求項１に記載の繊維強化複合材料の製造装置において、第１密封容器及び前記第２密封容器の内部を連通するとともに前記気圧差の維持／解消を切り替える切替弁を有する連通管を備えることを特徴とする。
このように発明が構成されることにより、前記気圧差が解消する方向に前記第１密封容器の内部を降圧し前記第２密封容器の内部を昇圧する構成が簡便になる。

次に、請求項３の発明は、請求項２に記載の繊維強化複合材料の製造装置において、前記第２密封容器に接続してその内部を減圧するとともに、前記連通管を通じて第１密封容器の内部も減圧する真空ポンプを備えることを特徴とする。
このように発明が構成されることにより、一つの減圧手段により発明を達成させることができる。

次に請求項７の発明は、気圧差を利用して繊維質基材に含浸させた液状樹脂を硬化させてなる繊維強化複合材料の製造方法において、密閉シートで覆われ成形型に載置されて気密状態にある繊維質基材を吸引する吸引工程と、前記吸引工程に同期して前記液状樹脂を大気圧よりも低圧にする減圧工程と、低圧にされた前記液状樹脂を昇圧して前記繊維質基材との間に前記気圧差を発生させる気圧差工程と、前記液状樹脂を繊維質基材に注入しこの繊維質基材を通過した前記液状樹脂を吸引し前記含浸を促進する含浸工程と、繊維質基材に注入された前記液状樹脂を降圧して逆方向に流動させ、前記繊維質基材を通過した前記液状樹脂を昇圧して逆方向に流動させ、含浸する前記液状樹脂の分布の不均一性を修正する修正工程と、を含むことを特徴とする。
さらに、請求項８の発明は、請求項７に記載の繊維強化複合材料の製造方法において、前記修正工程における降圧／昇圧は前記気圧差(ΔP)を解消するように同期して実行されることを特徴とする。
このように発明が構成されることにより、繊維質基材繊維に含浸された液状樹脂の体積含有率Ｖｆの分布の不均一性が修正されることになる。

請求項１から請求項３、請求項７、請求項８の発明によれば、気圧差を利用して繊維質基材に液状樹脂を含浸し硬化させて複合材料を形成するＶａＲＴＭ技術において、繊維体積含有率Ｖｆが高くさらに面内分布の均一な繊維強化複合材料の製造装置及びその製造方法を提供することができる。
請求項４から請求項６の発明によれば、ロッドのサイズ及び配置を適宜調節することにより液状樹脂の注入速度及び注入位置を調節することが可能となり、繊維強化複合材料中の気泡の混入が少ない高品質の繊維強化複合材料の製造装置及びその製造方法を提供することができる。

図面を参照して、本発明に係る繊維強化複合材料の製造装置について説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明に係る繊維強化複合材料の製造装置の第１実施形態を示す鳥瞰図である。図２（ａ）は、第１実施形態に係る繊維強化複合材料の製造装置の縦断面を示す断面図である。
繊維強化複合材料の製造装置９０（以下、単に「製造装置９０」と言う場合がある）は、図１に示されるように、第１密封容器１０と、第２密封容器２０と、複合材料部３０と、連通管４０と、真空ポンプ５０とから構成される。
このように製造装置９０が構成されることにより、第１密封容器１０と第２密封容器２０との間で生じる気圧差(ΔＰ_２，ΔＰ_３)を利用し、複合材料部３０に液状樹脂Ｌを注入し、その後、この液状樹脂Ｌを光、常温または図示しない加熱装置により熱硬化させて、繊維強化複合材料を製造することができる。

第１密封容器１０は、大気圧を遮断して、その内部を任意の圧力値に設定した場合、その圧力値を保持することができるものである。
そして第１密封容器１０は、液状樹脂Ｌが満たされている容器１２を、その内部に収容することができるようになっている。この第１密封容器１０が真空圧に設定されて、その内部に液状樹脂Ｌが収容されることにより、液状樹脂Ｌの装置内での脱泡が可能となる。

また第１密封容器１０の壁面には、先端が複合材料部３０側の注入孔１４に接続する注入管１３が貫通し、この注入管１３の反対端が液状樹脂Ｌ中に浸漬するように保持されている。これにより脱泡された液状樹脂Ｌは大気圧の空気に暴露されることなく複合材料部３０に注入されるため、この複合材料部３０中に取り込まれる気泡を極限まで低減することができる。

さらに第１密封容器１０の壁面には開放弁１１が設けられており、この開放弁１１は、任意の圧力値に設定されている第１密封容器１０を大気開放して、大気圧Ｐ_０に戻すように機能するものである。また、後記する真空ポンプ５０による減圧動作をさせながらこの開放弁１１の開放量（絞り量）を適当に調節することにより、この真空ポンプ５０の到達真空度Ｐ_１と大気圧Ｐ_０との間の任意の圧力値に第１密封容器１０を設定することが可能である。
このように、開放弁１１を適宜調節することにより、大気圧Ｐ_０よりも低圧（到達真空度Ｐ_１）に設定された第１密封容器１０を昇圧し第２密封容器２０との間に任意の気圧差(ΔＰ；但し、０＜ΔＰ_２，ΔＰ_３＜Ｐ_０−Ｐ_１)を生じさせることができる。

第２密封容器２０は、その基本構造が第１密封容器１０と同様のものである。この第２密封容器２０に設置されている開放弁２１は、その内部を大気開放するものであるが前記したような気圧調整のために積極的に用いるものではなく、主に、接続される真空ポンプ５０のリーク弁として用いたり、内部に配置される後記するトラップ２２の出し入れをするときに用いられる。

また第２密封容器２０の壁面には、注入孔１４と複合材料部３０を挟んで対向する位置にある吸引孔２４に先端が接続する吸引管２３が貫通している。そして、この吸引管２３の反対端は、トラップ２２中、または上に位置している。
このトラップ２２は、繊維質基材３１の内部を通過し吸引管２３を流動して第２密封容器２０の内部に排出された液状樹脂Ｌを回収するものである。
このトラップ２２に回収された、または吸引管２３に回収された液状樹脂Ｌは、第２密封容器２０の内圧が昇圧すると、この第２密封容器２０から第１密封容器１０の方向に向かって、吸引管２３を逆方向に流動する。

そして、第２密封容器２０は、接続管５１、開閉弁５２を介して真空ポンプ５０が接続され、その内部がこの真空ポンプ５０の到達真空度Ｐ_１にまで減圧される。また、この真空ポンプ５０は、第２密封容器２０を減圧するとともに、後記する連通管４０を通じて第１密封容器１０の内部も減圧する。

連通管４０は、第１密封容器１０及び第２密封容器２０の内部を気体が相互に行きかうように連通するものである。そして、この連通管４０の途中経路に設けられている切替弁４１は、その閉／開動作に対応して第１密封容器１０及び第２密封容器２０に生じた気圧差(ΔＰ_２，ΔＰ_３)の維持／解消を切り替えるものである。
すなわち、この切替弁４１が「閉」から「開」に動作すると、気圧差(ΔＰ_２，ΔＰ_３が解消する方向に、第１密封容器１０の内部が降圧し、第２密封容器２０の内部が昇圧し、第１密封容器１０及び第２密封容器２０はともに圧力Ｐ_４（Ｐ_１＜Ｐ_４＜Ｐ_０）になる。

複合材料部３０は、図２（ａ）に示されるように、繊維質基材３１と、成形型３２と、密閉シート３３と、離型シート３４と、封止材３５と、拡散媒体３６とから構成される。
このように複合材料部３０が構成されることにより、注入管１３から注入され吸引管２３から吸引される液状樹脂Ｌは、繊維質基材３１の全体に行き渡るように内部流動し、含浸することになる。

繊維質基材３１は、含浸される液状樹脂Ｌとの親和性が高く、この液状樹脂Ｌが流動する方向に対して流動抵抗が小さくなるように繊維が織り込まれれていることが望ましい。
そして、この繊維質基材３１の近傍には、液状樹脂Ｌを注入する注入管１３の先端、及び液状樹脂Ｌを吸引する吸引管２３の先端が配置されている。

なお、この繊維質基材３１を構成する繊維の材質は、限定はなく、金属、セラミックス、高分子、ガラス、植物を適宜採用することができる。また、繊維質基材３１は、気圧差により液状樹脂Ｌがその内部を流動する性状のものであればよく、繊維で構成されていることに限定されず、例えば多孔質体で構成されてもよい。
さらに、繊維質基材３１の形状は、図示されるような、平板形状に限定されるものでなく、任意形状である。そして、配置される注入管１３及び吸引管２３の先端の位置も、図示するように繊維質基材３１の両端を挟むような配置に限定されるものでなく、繊維質基材３１の内部全般に液状樹脂Ｌが行き渡るように適宜変更される。

成形型３２は、繊維質基材３１の片面に接し、この繊維質基材３１の反対面を覆う密閉シート３３とともにこの繊維質基材３１を気密状態に保持し載置するものである。
このように気密状態に置かれた繊維質基材３１は、吸引管２３により吸引されることにより、大気圧Ｐ_０によって成形型３２に押し付けられることになり、繊維強化複合材料の片面に形状が付与されることになる。

密閉シート３３は、繊維質基材３１の成形型３２側とは反対面に、大気圧Ｐ_０で押し付けられることにより、適宜、弾性変形及び塑性変形し、この反対面に隙間無く密着するものである。このようにして、密閉シート３３は、繊維強化複合材料の成形型３２側とは反対面に形状を付与するものである。

拡散媒体３６は、密閉シート３３と繊維質基材３１との間に配置される網目状のものであって、その間を伝って液状樹脂Ｌが繊維質基材３１の主面側から充填されるようにするものである。
離型シート３４は、繊維質基材３１と拡散媒体３６との間に挟持されるものであって、含浸された液状樹脂Ｌを硬化させた後に、この拡散媒体３６の付着を防止して形成された繊維強化複合材料からの剥離を容易にするものである。さらに離型シート３４は、液状樹脂Ｌが、拡散媒体３６と繊維質基材３１との間を自由に行き来できるように液状樹脂Ｌに対し透過性を有するものである。

封止材３５は、繊維質基材３１の周縁を取り囲むように配置されるものであって（図１参照）、成形型３２及び密閉シート３３に密着して気密状態を達成するものである。
この封止材３５には、注入管１３の先端が接続する注入孔１４、及び吸引管２３の先端が接続する吸引孔２４が設けられている。
ところで、これら注入孔１４及び吸引孔２４の設けられる位置は、封止材３５に限定されるものでなく、成形型３２又は密閉シート３３に穿孔を設けて配置してもよい。

次に図２（ｂ）〜（ｅ）を参照して、本発明に係る繊維強化複合材料の製造方法の実施形態を説明する。

まず、図１に示される、第１密封容器１０及び第２密封容器２０の開放弁１１，２１を「閉」にして、連通管４０の切替弁４１、真空ポンプ５０の接続管５１の開閉弁５２を「開」にして、真空ポンプ５０を動作させると、繊維質基材３１（図２（ａ）参照）が吸引される（吸引工程）。さらにこの吸引工程に同期して第１密封容器１０が液状樹脂Ｌとともに大気圧よりも低圧に設定され、液状樹脂Ｌが脱泡される（減圧工程）。
この吸引工程、減圧工程においては、図２（ｂ）に示されるように、製造装置９０の全ての系が真空ポンプ５０の到達真空度Ｐ_１にまで到達する。

次に、連通管４０の切替弁４１を「閉」にして、第１密封容器１０の開放弁１１の開放量を小さく設定「小開」すると、図２（ｃ）に示されるように、低圧（真空度Ｐ_１）に設定されていた液状樹脂Ｌは昇圧して、繊維質基材３１との間に気圧差ΔＰ_２を発生させる。また、繊維質基材３１の内部には、勾配がΔＰ_２／ｘで表される圧力分布が発生する（気圧差工程）。
そして、この気圧差ΔＰ_２に触発されて液状樹脂Ｌが流動し、繊維質基材３１の内部を通過してほぼ平衡状態に達すると、圧力分布に対応した分布を有するＶｆの液状樹脂Ｌが含浸することになる。

次に、除々に樹脂の流動抵抗が大きくなり流速が遅くなるため、所定の流速となるように第１密封容器１０の開放弁１１の開放量を調整して「中開」にすると、図２（ｄ）に示されるように、気圧差はΔＰ_３にまで増大する。すると、Ｖｆはその分布の傾きをあまり変化させずに上昇していく。このように、開放弁１１の開放量を段階的に大きくすることで、Ｖｆ分布の傾きを小さく維持したまま、高Ｖｆ値で液状樹脂Ｌを繊維質基材３１に注入することができる。さらに、この繊維質基材３１を通過した液状樹脂Ｌが吸引管２３により積極的に吸引されることにより低分布で高Ｖｆ値の含浸が促進される（含浸工程）。
ボイド、樹脂抜けを防ぐためには樹脂の流速を遅くすることが効果的であるが、本発明の方法では両タンクの差圧を利用するため、流速コントロールが容易かつ確実に行うことができる。

次に、樹脂が全面に行き渡った後、平衡状態になるのを待って、この開放弁１１を「閉」に設定し、連通管４０の切替弁４１を「開」に設定する。すると、気体が第１密封容器１０から第２密封容器２０に移動するので、図２（ｅ）に示されるように、第１密封容器１０の内圧は大気圧Ｐ_０からＰ_４に降圧し、繊維質基材３１に注入された液状樹脂Ｌは、注入管１３を逆方向に流動し、容器１２に戻される。そして、第２密封容器２０の内圧はＰ_１からＰ_４に昇圧するので、トラップ２２に回収された液状樹脂Ｌは押し上げられ、繊維質基材３１を一度通過して吸引管２３内にある液状樹脂Ｌは再び繊維質基材３１に向かって逆方向に流動する。
これにより、繊維質基材３１におけるＶｆ値の分布は解消され、含浸する液状樹脂Ｌの分布の不均一性は修正される（修正工程）。
なお、この修正工程における、第１密封容器１０の降圧、及び第２密封容器２０の昇圧は、例示したように、切替弁４１を切り替えて気圧差ΔＰが同期して解消するように実行してもよいが、それぞれ別個の圧力調整手段を用いて別々に実行してもよい。

（第２実施形態）
図３は、本発明に係る繊維強化複合材料の製造装置の第２実施形態を示す上面図である。図４は、第２実施形態に係る繊維強化複合材料の製造装置の図３中（Ｘ−Ｘ）切断部を示す断面図である。
なお、図３において図１と同一又は相当する部分は、同一符号で示し、すでに記載した内容を援用して、詳細な説明を省略する。

第２実施形態に係る繊維強化複合材料の製造装置９０´は、注入管１３及び吸引管２３が、それぞれの先端に設けられている注入ロッド１５及び吸引ロッド２５を介して、繊維質基材３１の近傍に接続されている点において、第１実施形態（図１参照）の製造装置９０と相異している。

注入ロッド１５には、その長手方向に沿う導管１６が、元端が注入管１３に接続し先端が封止されるよう設けられ、この導管１６から略垂直方向に分岐して繊維質基材３１に開口する複数の注入孔１７，１７…が設けられている。
吸引ロッド２５には、その長手方向に沿う導管２６が、元端が吸引管２３に接続し先端が封止されるよう設けられ、この導管２６から略垂直方向に分岐して繊維質基材３１に開口する複数の吸引孔２７，２７…が設けられている。

そして、注入ロッド１５及び吸引ロッド２５は、繊維質基材３１の主面に、交互に互いに平行に配置されている。そして、注入孔１７，１７…から、繊維質基材３１の主面に対し液状樹脂Ｌが注入され、図４中矢印で示すように繊維質基材３１の内部を通過して、吸引孔２７，２７…において吸引される。

第２実施形態のように製造装置９０´が構成されることにより、大面積を有する繊維質基材３１であっても、短時間でかつ低分布で高Ｖｆ値の液状樹脂Ｌの含浸を実行することができる。
さらに、液状樹脂Ｌが、第１密封容器１０を出発し、注入管１３の移動中に、この液状樹脂Ｌの内部に発生した気泡は、導管１６にトラップされるので、この気泡が繊維質基材３１の内部に混入することがなく、高Ｖｆ値の液状樹脂Ｌが含浸されることになる。

次に図５を参照して、注入ロッド及び吸引ロッド（両者を特に区別しない場合、単に「ロッド」という）の他の実施例の説明をする。
図５（ａ）に示されるように、ロッド６０Ａは、導管６１と、外被部材６２と、離型シート６３と、を含んで構成される。

導管６１は、その長手方向に向かって液体樹脂が流動する空間を形成するとともに、その側面から液体樹脂が漏出する構造を有するものであって、例えば、コイル線材、立体網状の形状マット、側面に多数の穿孔を設けた円筒部材などを適用することが考えられる。
外被部材６２は、メッシュや不織布、立体網状の形状マット等の自由に形状変化させることが可能な拡散媒体で構成され、導管６１の外側面の全体を被覆するとともに両端が合わされて導管６１の外側面から突出する脚部６４を形成するものである。
そして、この脚部６４の先端部分において、外被部材６２の両端はそれぞれ反対方向に開いて、離型シート６３に密着する。
離型シート６３は、脚部６４が密着している面とは反対面において、繊維質基材３１上の拡散媒体３６または離型シート３４に接触するものである。

このように、ロッド６０Ａが構成されることにより、導管６１の長手方向に沿う液体樹脂の流路が規定されるとともに、脚部６４を経由して液体樹脂が繊維質基材３１に含浸するようになっている。

図５（ｂ）（ｃ）（ｄ）は注入ロッド１５、吸引ロッド２５（図３参照）のさらなる他の実施例を示す断面図である。
図５（ａ）に示されるロッド６０Ａは繊維質基材３１の上方に設けられる場合を図示しているが、図５（ｂ）（ｃ）に示されるロッド６０Ｂ、６０Ｃは繊維質基材３１の下方に設けられる構造を示す。また、図５（ｄ）に示されるロッド６０Ｄは繊維質基材３１が縦面になり、その側方に設けられる構造を示す。これにより、繊維質基材３１がどのような向きにあっても、複雑な形状を有していても対応し設けることができる。さらに、注入ロッド６０Ａが設けられている繊維質基材３１の反対面に吸引ロッド６０Ｂ，６０Ｃを設置することにより、液体樹脂を繊維質基材３１に厚さ方向に含浸させることも可能になる。

さらに、図５（ｂ）に示されるロッド６０Ｂでは、脚部６４が断面Ｊ字形状を有することにより、また図５（ｄ）に示されるロッド６０Ｄでは、脚部６４が断面Ｌ字形状を有することにより、繊維質基材３１から押し出されて来た気体及び樹脂から発生した気体と繊維質基材３１を通過した液体樹脂との分離が導管６１、外被部材６２、離型シート６３内で促進される効果と、修正工程（段落００３１の記載参照）において樹脂が逆流する際に、吸引ロッド６０Ｂ，６０Ｄ内の気体が繊維質基材３１に逆流することを防ぐ効果を持つ。
そして、図５（ｃ）に示される吸引ロッド６０Ｃにおいても、導管６１が下側に開口する断面ｃ字形状を有することにより、繊維質基材３１から押し出されてた気体および樹脂から発生した気体と繊維質基材３１を通過した液体樹脂との分離が導管６１内で促進される効果が得られる。

図６（ａ）〜（ｄ）は図５に示されるロッド１５，２５を固定するクリップの実施例を示す断面図であって、破線は取付又は取外する際のクリップの形状を示し、実線はロッドを固定している際のクリップの形状を示している。
これらクリップ７１，７２，７３，７４は、ロッド１５，２５を保持して繊維質基材３１に安定して配置するものである。

図６（ａ）のクリップ７１は、弾性を有する板材を加工して作製されたものであって、ロッド６０に対する取付又は取外の際は、破線のように押し広げて弾性変形させることにより行い、またその復元力によりロッド６０に固定されるようになっている。
図６（ｂ）のクリップ７２は、ヒンジ部分を中心に相互に回動する一対の部材から構成されるものであって、ロッド６０に対する取付又は取外の際は、ヒンジの付勢力に抗して破線のように押し広げて行い、またその復元力によりロッド６０に固定されるようになっている。

図６（ｃ）のクリップ７３は、可撓性の部材からなる断面矩形のものであって、ロッド６０に対する取付又は取外の際は、部材の弾性力に抗して破線のように押し広げて行い、またその復元力によりロッド６０に固定されるようになっている。
図６（ｄ）のクリップ７４は、可撓性の部材からなる断面円形のものであって、ロッド６０に対する取付又は取外の際は、部材の弾性力に抗して破線のように押し広げて行い、またその復元力によりロッド６０に固定されるようになっている。

以上の説明において、本発明は、記載されている実施形態に限定されるものでなく、特に、複合材料部３０，３０´は、通常のＶａＲＴＭ工法に適用されるものであれば、本発明を適宜採択することができる。
また、第１密封容器１０及び第２密封容器２０をそれぞれ別個に減圧制御できる構成を有していれば、本発明にとって連通管４０も必須の構成ではないといえる。

本発明に係る繊維強化複合材料の製造装置の第１実施形態を示す鳥瞰図である。 （ａ）は第１実施形態に係る繊維強化複合材料の製造装置の縦断面図を示し、（ｂ）〜（ｅ）は本発明に係る繊維強化複合材料の製造方法の実施形態を説明する図である。 本発明に係る繊維強化複合材料の製造装置の第２実施形態を示す上面図である。 第２実施形態に係る繊維強化複合材料の製造装置の図３中（Ｘ−Ｘ）切断部を示す断面図である。 （ａ）は注入ロッド及び吸引ロッドの他の実施例を示す断面図であり、（ｂ）（ｃ）は吸引ロッドのさらなる他の実施例を示す断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は図５に示される注入ロッド及び吸引ロッドを固定するクリップの実施例を示す断面図であって、破線は取付又は取外する際のクリップの形状を示し、実線は固定している際のクリップの形状を示している。 （ａ）はＶａＲＴＭ技術による従来の繊維強化複合材料の製造装置の縦断面図を示し、（ｂ）〜（ｅ）はＶａＲＴＭ技術による繊維強化複合材料の基本的な成形プロセスを説明する図である。

符号の説明

１０ 第１密封容器
１１ 開放弁
１３ 注入管
１４，１７ 注入孔
１５ 注入ロッド
１６，２６ 導管
１７ 注入孔
２０ 第２密封容器
２３ 吸引管
２４，２７ 吸引孔
２５ 吸引ロッド
３１ 繊維質基材
３２ 成形型
３３ 密閉シート
３５ 封止材
４０ 連通管
４１ 切替弁
５０ 真空ポンプ
６２ 外被部材
６４ 脚部
９０，９０´ 製造装置
Ｌ 液状樹脂
Ｐ_０ 大気圧
Ｐ_１ 真空圧
ΔＰ，ΔＰ_２，ΔＰ_３ 圧力
Ｖｆ 繊維体積含有率

Claims (8)

1. 気圧差を利用して繊維質基材に含浸させた液状樹脂を硬化させてなる繊維強化複合材料の製造装置において、
   前記繊維質基材の片面に接しその反対面を覆う密閉シートでこの繊維質基材を気密状態にして載置する成形型と、
   大気圧よりも低圧で前記液状樹脂を収容するとともにこの液状樹脂から延びる注入管が前記繊維質基材の近傍に接続する第１密封容器と、
   大気圧よりも低圧な内部から延びる吸引管が前記繊維質基材の近傍に接続する第２密封容器と、
   前記第１密封容器を大気開放により昇圧し前記第２密封容器との間に前記気圧差を生じさせる開放弁と、を備え、
   前記液状樹脂が前記繊維質基材に含浸した後に前記気圧差が解消する方向に前記第１密封容器の内部を降圧し前記第２密封容器の内部を昇圧することを特徴とする繊維強化複合材料の製造装置。
2. 第１密封容器及び前記第２密封容器の内部を連通するとともに前記気圧差の維持／解消を切り替える切替弁を有する連通管を備えることを特徴とする請求項１に記載の繊維強化複合材料の製造装置。
3. 前記第２密封容器に接続してその内部を減圧するとともに、前記連通管を通じて第１密封容器の内部も減圧する真空ポンプを備えることを特徴とする請求項２に記載の繊維強化複合材料の製造装置。
4. 前記注入管の先端に設けられ前記繊維質基材の主面に前記液状樹脂を注入する導管が設けられている注入ロッドと、
   前記吸引管の先端に設けられ前記繊維質基材の主面から前記液状樹脂を吸引する導管が設けられている吸引ロッドと、を備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の繊維強化複合材料の製造装置。
5. 前記注入ロッド及び前記吸引ロッドは、前記導管の外側面を被覆するとともに両端が合わされて前記外側面から突出する脚部を形成する外被部材を備え、前記繊維質基材から押し出された気体及び樹脂から発生した気体が樹脂注入後の繊維質基材に混入することを防止する構造を有することを特徴とする請求項４に記載の繊維強化複合材料の製造装置。
6. 前記注入ロッド及び前記吸引ロッドは、前記繊維質基材の互いに反対側の主面にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の繊維強化複合材料の製造装置。
7. 気圧差を利用して繊維質基材に含浸させた液状樹脂を硬化させてなる繊維強化複合材料の製造方法において、
   密閉シートで覆われ成形型に載置されて気密状態にある繊維質基材を吸引する吸引工程と、
   前記吸引工程に同期して前記液状樹脂を大気圧よりも低圧にする減圧工程と、
   低圧にされた前記液状樹脂を昇圧して前記繊維質基材との間に前記気圧差を発生させる気圧差工程と、
   前記液状樹脂を繊維質基材に注入しこの繊維質基材を通過した前記液状樹脂を吸引し前記含浸を促進する含浸工程と、
   繊維質基材に注入された前記液状樹脂を降圧して逆方向に流動させ、前記繊維質基材を通過した前記液状樹脂を昇圧して逆方向に流動させ、含浸する前記液状樹脂の分布の不均一性を修正する修正工程と、を含むことを特徴とする繊維強化複合材料の製造方法。
8. 前記修正工程における降圧／昇圧は前記気圧差を解消するように同期して実行されることを特徴とする請求項７に記載の繊維強化複合材料の製造方法。

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