JP5104662B2

JP5104662B2 - 繊維強化樹脂成形体の製造装置及び製造方法

Info

Publication number: JP5104662B2
Application number: JP2008219553A
Authority: JP
Inventors: 公廣金子; 崇岩倉; 宗雄村上; 茂内海
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-08-28
Filing date: 2008-08-28
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2028-08-28
Also published as: JP2010052271A

Description

この発明は、強化繊維にマトリックス樹脂を含浸し、硬化させて一体成形される繊維強化樹脂成形体の製造装置及び製造方法に関するものである。

従来の繊維強化樹脂の成形では曲面が型内に存在する場合、基材を型面の所定の位置に固定する必要があり、スプレーのりを使用して型に基材を固定し樹脂を含浸させるものがある。樹脂を含浸させ硬化させた後は、脱型のために型と製品密着面の端部より空気、水を入れる、または、型に直接穴をあけて成形する際にはその穴を何かでふさいで製品の脱型時にその穴を利用して空気、水を入れる等の方法により製品を脱型させるものがある。さらには、特許文献１に記載のような、成形型内に製品を押し出すためのエジェクタピンを設け、エジェクタピンとそれを納めるシリンダとの間の隙間に熱可塑性樹脂の層を形成するものも案出されるに至っている。

特開２００６−２０５５４６

従来の技術では、成形型の曲面に合わせて繊維強化樹脂の基材、例えばガラスクロス等を任意の積層構成で曲面に沿わせて積層しなければならず、固定することが難しい。基材の積層後においても、上型またはフィルム等（上型の代わりになるもの）を使用し樹脂を含浸させるが、その際、樹脂含浸時に基材が樹脂の勢いでずれてしまうことがあるという問題点があった。また、樹脂を含浸させ硬化させた後に脱型を行なうが、金型面と製品面が密着しているため脱型の作業が容易には行なえないという問題点もあった。特に、樹脂含浸時に真空圧を利用している場合には、成形型と製品面が真空状態になって密着性が高まり、脱型はより困難となる。さらに、金型にエジェクタを入れる構成としても良いが、大型成形品に適用する場合には、エジェクタ本数が増加し、脱型のための装置が複雑となってしまうという問題点があった。

この発明は、繊維強化樹脂の成形工程において、ガラスクロス等の基材がずれてしまうことが抑制され、また、成形後の脱型工程において、より簡便な方法で繊維強化樹脂を金型から取り外すことができる繊維強化樹脂成形体の製造装置及び製造方法を得ることを目的とする。

請求項１の発明に係る繊維強化樹脂成形体の製造装置は、成形体を製作する半球形状を有する底部に内部から外部に向けて貫通する穴を設けた金型と、この金型の上記穴に設けられ、通気性を有する入れ子と、繊維クロスを上記金型内部に吸着保持すると共に、上記繊維クロス上に設けられた樹脂含浸ガイド部材と上記金型とで形成された密閉部を真空引きし、上記繊維クロスを上記金型内部の形状に成形する際に、上記入れ子から上記金型内の空気を吸引し、上記金型から上記繊維クロスの成形体を脱型させる際に、上記入れ子を通して上記金型内に空気を流入させる吸引流入装置とを備えたものである。

請求項２の発明に係る繊維強化樹脂成形体の製造方法は、成形体を製作する内部から外部に向けて貫通する穴に通気性を有する入れ子を設けた金型内から、上記入れ子を介して金型内の空気を吸引し繊維クロスを上記金型内部に吸着保持すると共に、上記繊維クロス上に設けられた樹脂含浸ガイド部材と上記金型とで形成された密閉部を真空引きする真空引き工程と、真空引き後、上記樹脂含浸ガイド部材と上記金型との間に樹脂を流入させて、金型内の上記繊維クロスに含浸させる樹脂含浸工程と、樹脂含浸後、樹脂を硬化させる樹脂硬化工程と、樹脂硬化後、上記入れ子を介して空気を金型内に流入し、上記繊維クロスの成形体を金型から取り外す脱型工程とを備えたものである。

請求項３の発明に係る繊維強化樹脂成形体の製造方法は、成形体を製作する半球形状を有する底部に設けられた内部から外部に向けて貫通する穴に通気性を有する入れ子を設けた金型内から、上記入れ子を介して金型内の空気を吸引し繊維クロスを上記金型内部に吸着保持すると共に、上記繊維クロス上に設けられた樹脂含浸ガイド部材と上記金型とで形成された密閉部を真空引きする真空引き工程と、真空引き後、上記樹脂含浸ガイド部材と上記金型との間に樹脂を流入させて、金型内の上記繊維クロスに含浸させる樹脂含浸工程と、樹脂含浸後、樹脂を硬化させる樹脂硬化工程と、樹脂硬化後、上記入れ子を介して空気を金型内に流入し、上記繊維クロスの成形体を金型から取り外す脱型工程とを備えたものである。

請求項１乃至請求項６に記載の発明によれば、金型に通気性を有する入れ子を設け、この入れ子を介して、金型内の空気を吸引して真空引きして、繊維クロスを金型内で保持し、成形後は入れ子を介して金型内に空気を流入させることにより、繊維強化樹脂成形体の金型から脱型を簡便に行うことができるものである。また、入れ子の金型内部への露出面にフッ化エチレンコーティングを施すことにより、さらに容易に繊維強化樹脂成形体の脱型が行えるものである。

実施の形態１

この発明の実施の形態１に係る繊維強化樹脂成形体の製造装置及び製造方法について、図１乃至図６を用いて説明する。図１はこの発明の実施の形態１に係る繊維強化樹脂成形体の一例であるアンテナ装置用レドームである。図２はこの発明の実施の形態１に係る繊維強化樹脂成形体の製造装置全体の構成を表す構成図である。また、図３はこの発明の実施の形態１に係る繊維強化樹脂成形体の製造方法の工程を表わすフローチャート図である。図１におけるレドーム１は略半球状の頭部ドームを有しており、アンテナ装置の高さに合わせて所定の高さを有する。レドーム１内にはアンテナ装置が収納され、レドーム１によって外部環境（風や雨など）からアンテナ装置が保護される。レドームのようにある程度の高さを有し、頭部が略半球状となっているような成形品では金型が深くなって、製造工程上、成形後の成形品と金型との密着性が高まり、脱型工程に時間を要するものである。ただし、この発明における繊維強化樹脂成形体は、図１に示したレドームに限られるものではない。

図２において、２は金型（下金型）であり、３は上金型の代わりとなる吸引フィルム、４は吸引フィルム３と金型２との間に設けたブチルゴム、５は金型２、吸引フィルム３、ブチルゴム４によって囲まれるキャビティ空間である。６はキャビティ空間５へ樹脂を注入する樹脂注入パイプであり、７は多孔質であり通気性を有するポーラス金属による入れ子であり、金型２の凹形状の底部の中央部分に設けられた貫通穴（成形体を製作する内部から外部に向けて貫通する穴）に嵌合する。入れ子７のキャビティ空間５側の露出面には、フッ化エチレンコーティング７ａが施されている。８は入れ子７に接続された吸引・流入用のパイプであり、９は吸引・流入装置（ポンプ装置）である。吸引・流入装置９を作動させて吸引すると、入れ子７及びパイプ８を介してキャビティ空間５を吸引できる構造となっており、逆に、吸引・流入装置９を作動させて流入すると、入れ子７及びパイプ８を介してキャビティ空間５へ空気を流入することができる。なお１０は繊維強化樹脂成形品に含まれる繊維クロス、例えば炭素繊維織布やガラスクロス、有機繊維織布などを表わしている。

次に、図３によりこの発明の実施の形態１に係る繊維強化樹脂成形体の製造方法について工程を追って説明する。まず、図３におけるステップＳ１のクロス設置工程について説明する。図４はクロス設置工程での装置等の状態を表わす模式図であり、図４に示すように吸引フィルム３を金型２に取り付けない状態で、金型２に繊維クロス１０を被せる。この状態で、吸引・流入装置９を作動させて、入れ子７及びパイプ８を介してＡ方向へ吸気すると、繊維クロス１０は金型２の内壁に吸いつけられる。入れ子７は、全体に微細な連通孔を有したポーラス金属によってできているため、Ａ方向に空気を吸引することで、入れ子７の内面においてＡ方向へ吸引力が働き、ガラスクロス１０が入れ子７内面及び金型２内壁に保持されることになる。繊維クロス１０が金型２の内壁に保持されたところで、吸引フィルム３を繊維クロス１０の上から金型２に沿って被せ、ブチルゴム４を挟んで周囲をシールし、キャビティ空間５を密閉する。この状態は図１に示した状態である。なお、樹脂注入パイプ６の一端は吸引フィルム３とガラスクロス１０との間に入れ、他端はバルブを介して樹脂タンクに接続する。ステップＳ１の工程では、キャビティ空間５を密閉するため、バルブを閉めておく。

次に図３に示すステップＳ２の真空引き工程に移る。この工程では、吸引・流入装置９を作動させて吸引し、入れ子７及びパイプ８を介してキャビティ空間５の空気を吸引する。所定の真空状態に到達したことを真空ゲージ等で確認し、次工程の樹脂含浸工程に移行する。図５は樹脂含浸工程での装置等の状態を表わす模式図であり、ステップＳ３の樹脂含浸工程では、樹脂注入パイプ６のバルブを開けて樹脂タンクから樹脂をキャビティ空間５内へ流入させる（図５に示すＢ方向に樹脂が流入する）。流入した樹脂は金型２に沿って浸透し、キャビティ空間５に充填され繊維クロス１０を含浸する。

ステップＳ４では、十分に樹脂が含浸された状態から樹脂の硬化工程を開始する。樹脂の硬化時間は、樹脂の性質や硬化剤、また周囲温度などの条件により決まる。金型２にヒーターを取り付けて加熱などすることにより、硬化を促進することもできる。樹脂を十分に硬化させた後、ステップＳ５の脱型工程に移行する。図６は脱型工程での装置等の状態を表わす模式図である。脱型工程では、まず吸引フィルム５を装置から取り外す。次に、吸引・流入装置９からパイプ８及び入れ子７を介して金型２内に空気を流入させる（図６に示すＣ方向へ空気が流入する）。繊維強化樹脂成形体１１の金型２の口付近を吊り上げながら、Ｃ方向への空気流入を行うことにより、より簡便に短時間で繊維強化樹脂成形体１１の脱型を行うことが可能となる。

入れ子７がポーラス金属でできていることにより、吸引の際に繊維クロス１０が吸引箇所で引き込まれることが抑制される。また、入れ子７の金型２内の面を金型２の内壁に沿った面とすることにより、繊維強化樹脂成形体１１の表面形状を滑らかに仕上げることができる。また、入れ子７の金型２内の面にフッ化エチレンコーティング７ａを施すことにより、脱型時に、繊維強化樹脂成形体１１が入れ子７から離れ易くなる。

実施の形態２

繊維クロスの保持および空気流入による脱型を更に容易に行なうために金型曲面に複数の貫通穴を設け、複数のポーラス金属による入れ子７を金型に内蔵させてもよい。図７はこの発明の実施の形態２に係る繊維強化樹脂成形体の製造装置の構成を表わす構成図であり、このような貫通穴と入れ子７を金型２の曲面に沿って複数設けたものである。吸引・流入装置９は、複数の入れ子７と複数のパイプ８により接続され、金型２のキャビティ空間５の空気の吸引と、キャビティ空間５への空気の流入を行う。なお、この発明の実施の形態２における製造工程は、図３のフローチャート図、図４乃至図６の模式図を用いて、実施の形態１において説明したものと同等であり、ここでの説明を省略する。複数の貫通穴と入れ子７を金型２の曲面に沿って設けることにより、金型２の内壁曲面での繊維クロスの保持をより確実に行なうことができ、脱型時も空気流入量が多くなるため容易に脱型を行なうことが可能となる。

実施の形態３

上金型、下金型からなる従来のＲＴＭ（ＲｅｓｉｎＴｒａｎｓｆｅｒＭｏｌｄｉｎｇ）法のようなＦＲＰ成型方法でも、下型内にポーラス金属による入れ子７を内蔵させることにより金型内部での繊維クロスの保持力を高め、樹脂含浸時のガラスクロスのずれを防止することができる。図８はこの発明の実施の形態３に係る繊維強化樹脂成形体の製造装置の構成を表わす構成図であり、図８において、下金型１２に貫通穴に設け入れ子７を嵌合し、実施の形態１における吸引フィルム３は上金型１３により代替される。実施の形態１において、吸引フィルム３を被せたり取り外したりする工程は、上金型１３を下金型１２に取り付けたり取りはずしたりする工程に置き換えられるほか、繊維強化樹脂成形体の製造方法のフローチャート及び各工程は実施の形態１において説明したものと同等である。このような下金型１２、上金型１３からなる製造装置においても、型開き後、成形体を脱型する際には内蔵したポーラス金属による入れ子７から成形体と下金型１２との間に空気を流入させることにより脱型を容易に行なうことが可能となる。

なお、実施の形態１乃至実施の形態３を通じて、繊維強化樹脂成形体がアンテナ装置用のレドームである場合のように、金型が半球状の形状を持ち、成形後の繊維強化樹脂成形体が金型の形状に沿って、その金型内壁に密着するようなときには、この発明における金型に入れ子７を設けて空気の吸引・流入を行う製造装置、及び製造方法は、脱型を簡便に行うためにとくに有効となるものである。

この発明の実施の形態１に係る繊維強化樹脂成形体の一例であるアンテナ装置用レドームである。この発明の実施の形態１に係る繊維強化樹脂成形体の製造装置全体の構成を表す構成図である。この発明の実施の形態１に係る繊維強化樹脂成形体の製造方法の工程を表わすフローチャート図である。クロス設置工程での装置等の状態を表わす模式図である。樹脂含浸工程での装置等の状態を表わす模式図である。脱型工程での装置等の状態を表わす模式図である。この発明の実施の形態２に係る繊維強化樹脂成形体の製造装置の構成を表わす構成図である。この発明の実施の形態３に係る繊維強化樹脂成形体の製造装置の構成を表わす構成図である。

符号の説明

１繊維強化樹脂成形体（レドーム）
２金型
３吸引フィルム
５キャビティ空間
７入れ子
７ａフッ化エチレンコーティング
９吸引・流入装置
１０繊維クロス
１１繊維強化樹脂成形体
１２下金型
１３上金型

Claims

成形体を製作する半球形状を有する底部に内部から外部に向けて貫通する穴を設けた金型と、この金型の上記穴に設けられ、通気性を有する入れ子と、繊維クロスを上記金型内部に吸着保持すると共に、上記繊維クロス上に設けられた樹脂含浸ガイド部材と上記金型とで形成された密閉部を真空引きし、上記繊維クロスを上記金型内部の形状に成形する際に、上記入れ子から上記金型内の空気を吸引し、上記金型から上記繊維クロスの成形体を脱型させる際に、上記入れ子を通して上記金型内に空気を流入させる吸引流入装置とを備えたことを特徴とする繊維強化樹脂成形体の製造装置。
成形体を製作する内部から外部に向けて貫通する穴に通気性を有する入れ子を設けた金型内から、上記入れ子を介して金型内の空気を吸引し繊維クロスを上記金型内部に吸着保持すると共に、上記繊維クロス上に設けられた樹脂含浸ガイド部材と上記金型とで形成された密閉部を真空引きする真空引き工程と、真空引き後、上記樹脂含浸ガイド部材と上記金型との間に樹脂を流入させて、金型内の上記繊維クロスに含浸させる樹脂含浸工程と、樹脂含浸後、樹脂を硬化させる樹脂硬化工程と、樹脂硬化後、上記入れ子を介して空気を金型内に流入し、上記繊維クロスの成形体を金型から取り外す脱型工程とを備えたことを特徴とする繊維強化樹脂成形体の製造方法。
成形体を製作する半球形状を有する底部に設けられた内部から外部に向けて貫通する穴に通気性を有する入れ子を設けた金型内から、上記入れ子を介して金型内の空気を吸引し繊維クロスを上記金型内部に吸着保持すると共に、上記繊維クロス上に設けられた樹脂含浸ガイド部材と上記金型とで形成された密閉部を真空引きする真空引き工程と、真空引き後、上記樹脂含浸ガイド部材と上記金型との間に樹脂を流入させて、金型内の上記繊維クロスに含浸させる樹脂含浸工程と、樹脂含浸後、樹脂を硬化させる樹脂硬化工程と、樹脂硬化後、上記入れ子を介して空気を金型内に流入し、上記繊維クロスの成形体を金型から取り外す脱型工程とを備えたことを特徴とする繊維強化樹脂成形体の製造方法。