JP5812438B2 - Ｆｒｐの製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、ＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastic: 繊維強化プラスチック）の製造方法に関し、とくに、ＲＴＭ(Resin Transfer Molding)法により強化繊維基材からなるプリフォームに注入樹脂を含浸させるＦＲＰの製造方法の改良に関する。
成形型のキャビティ内に強化繊維基材からなるプリフォームを配置し、該プリフォームの一面に対面して開口する複数の樹脂注入口から樹脂を注入してプリフォームの強化繊維基材に含浸させる、いわゆるＲＴＭ多点注入法と呼ばれるＲＴＭ法が知られている(例えば、特許文献１)。また、プリフォームの端面側に端面に沿って延びる樹脂注入ラインを設け、キャビティ内に配置したプリフォームの端面から樹脂を供給して注入する、いわゆるライン注入法と呼ばれるＲＴＭ法も知られている。
上記のような多点注入法は、ライン注入法と比較して、プリフォームの一面上に配設された多数の注入点のそれぞれから四方八方に樹脂を広げることができるため、高速含浸性に優れるという利点を有する。また、プリフォームの一面上に注入点を配置するため、プリフォーム周囲において発生しやすいレーストラッキング（異なる方向から流れてきた樹脂同士が流れを規制し合い、筋状の滞留部などを形成してしまう現象）などの特異な流れに左右されることが少なく、各注入点からの注入樹脂を、プリフォームの抵抗に応じたフローフロント形状（樹脂流れの先端部の形状）や、注入口の形状に対応したフローフロント形状に広げることができる（例えば、円形の注入口、等厚のプリフォーム、擬似等方積層プリフォームでは、円形のフローフロント形状となりやすい）。しかし、閉じた成形型内に樹脂を注入する方法であるため、成形しようとする製品の領域内にエアトラップが発生しやすくなることがあるが、そのような場合に対しては真空吸引により樹脂注入・含浸をアシストする方法も紹介されている。
一方、ライン注入法は、所定の樹脂注入ラインから特定の方向に樹脂を注入していくので、樹脂の注入速度が比較的制御しやすく、フローフロントの位置やその進行度合も監視しやすい。しかし、フローフロントの形状線が所望の形状で進行しなかったり、フローフロントが到達しにくい箇所が生じると、含浸樹脂不足部（レジンスターブ部や樹脂未含浸部）が発生しやすく、また、表面品位が十分に良好でない部位が発生するおそれがある。
特開２０１０−８９５０１号公報
ところが、上記のような多点注入法、ライン注入法のいずれにあっても、未だ、プリフォーム周囲でレーストラッキングが発生しやすく、プリフォーム外周部を先に樹脂が流れて製品内にエアがトラップされる懸念が残されている。製品内にエアがトラップされてしまうと、レジンスターブ部や樹脂未含浸部が発生しやすくなり、また、成形品に表面品位が十分に良好でない部位が発生するおそれがある。
例えば、上記のようなＲＴＭ多点注入法においては、以下のような問題が発生する場合がある。プリフォームの抵抗や樹脂注入口形状に依存したフローフロント形状は、必ずしも成形しようとする成形製品の形状とは一致しない。そのため、レーストラッキングなどにより製品の範囲内にエアトラップを引き起こすことがある。また、真空吸引でアシストする方法では、成形サイクルタイムとの兼ね合いから、完全に真空状態にするのに十分な時間をとれないことが多い。そのため、特に大きな成形型（キャビティ）の場合には、最終的にエアがトラップされた状態で成形が終了することがある。さらに、エアトラップを減らす方法として、エアと樹脂をまとめて（分離は難しいので、泡入り樹脂として）吸引、排出する方法もあるが、排出口の洗浄が煩雑で別の問題を孕んでいる。
そこで本発明の課題は、上記のような従来技術における限界に鑑み、エアトラップのない良好な品位の成形品を得ることが可能な、とくに、完全密閉型の成形型でエアトラップのない成形品を得ることが可能なＲＴＭ法を用いたＦＲＰの製造方法を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明に係るＦＲＰの製造方法は、成形型のキャビティ内に強化繊維基材からなるプリフォームを配置し、前記成形型に、樹脂を注入する樹脂注入路と少なくともエアを吸引する吸引路を設け、前記キャビティ内において、前記樹脂注入路からの注入樹脂を前記吸引路に向かう方向に流動させてプリフォームの強化繊維基材に含浸させるＦＲＰの製造方法において、前記プリフォーム自体に、前記プリフォーム内を流動する樹脂を部分的に流れにくくする高流れ抵抗領域を形成し、該高流れ抵抗領域を介して、前記吸引路に向かう方向に流れつつある樹脂のフローフロントを、成形すべき製品の形状に対し予め定めた許容領域内に納まるように制御することを特徴とする方法からなる。
加えて、この本発明に係るＦＲＰの製造方法においては、前述のようなＲＴＭ多点注入法に関して改良を加えるために、上記樹脂注入路を上記キャビティ内に配置されたプリフォームの一面に対面して開口する複数の樹脂注入口から形成し、上記高流れ抵抗領域を、上記プリフォームの内方からプリフォームの外周部に向かってプリフォーム内を流動する樹脂を部分的に流れにくくする高流れ抵抗領域として、成形すべき製品の外形に対し製品外の位置にてプリフォームの外周部に沿って延びるように形成する形態を採用する（第１の形態に係るＦＲＰの製造方法）。このような形態により、上記樹脂のフローフロントを、成形すべき製品の形状に対し予め定めた許容領域内に納まるように制御することが可能になる。
また、上記本発明に係るＦＲＰの製造方法においては、前述のようなライン注入法に関して改良を加えるために、上記樹脂注入路を上記プリフォームの周囲に設けられたランナーから形成するとともに、上記吸引路をプリフォームの中央部に配置し、上記高流れ抵抗領域を、吸引路の周囲に対応する部分に、該部分の周囲から該部分に向かってプリフォーム内を流動する樹脂を該部分では流れにくくする高流れ抵抗領域として形成する形態を採用する（第２の形態に係るＦＲＰの製造方法）。このような形態によっても、上記樹脂のフローフロントを、成形すべき製品の形状に対し予め定めた許容領域内に納まるように制御することが可能になる。この第２の形態の場合、上記高流れ抵抗領域は、基本的に、成形すべき製品に対し製品外となる位置、または、成形すべき製品において外観の意匠性を求めない位置に形成するようにする。
上記において、高流れ抵抗領域における樹脂の流れにくさの度合の好ましい範囲は、例えば、パーミアビリティで表すことが可能である。ここで、樹脂の強化繊維基材への含浸性であるパーミアビリティについては、一般に以下の式で表されることが知られている。
Ｉ＝（ε／（１−ε））√（αＰ／２）×∫〔ｄｔ／√（μ（ｔ）ｔ）〕
Ｉ：パーミアビリティ、ε：基材の抵抗、α：定数、Ｐ：基材内の真空圧、
μ（ｔ）：粘度、ｔ：経過時間
ここで、パーミアビリティは樹脂が強化繊維基材に含浸する距離（厚み）に相当する。上記高流れ抵抗領域における樹脂の流れにくさをパーミアビリティで表すと、成形すべき製品の範囲内の部位におけるパーミアビリティに対し、高流れ抵抗領域のパーミアビリティが０．８倍以下であることが好ましく、さらに好ましくは０．５倍以下である。
上記のような本発明の第１の形態に係るＦＲＰの製造方法においては、樹脂の流れ抵抗を大きくして樹脂を部分的に流れにくくする高流れ抵抗領域が、プリフォーム自体に形成され、該高流れ抵抗領域が、成形すべき製品の外形に対し製品外の位置にてプリフォームの外周部に沿って延びるように形成される。複数の樹脂注入口の各注入点から注入された樹脂のフローフロントは、初期の段階ではそれぞれ円形やそれに近い形状で広がろうとし、次いで、広がった各フローフロントが合流して不定形の状態で、あるいは、部分的には円形形状等を維持した状態で、プリフォームの外周部に向かって広がろうとする。やがて、そのフローフロントの一部が上記高流れ抵抗領域に到達すると、その到達部分で樹脂の流れ抵抗が急に大きくなるので、その部分ではフローフロントの広がりが一旦抑えられる。続いて、隣接する未だ高流れ抵抗領域に到達していない領域におけるフローフロントが、プリフォームの外周部に向かって広がろうとし、順次高流れ抵抗領域に到達していくことになり、上記同様に、高流れ抵抗領域に到達した部位にて樹脂の流れ抵抗が急に大きくなるため、その部分で一旦フローフロントの広がりが抑えられる。このような樹脂流動の挙動が順次行われる結果、プリフォームの内方からプリフォームの外周部に向かって広がっていく樹脂は、高流れ抵抗領域で囲まれた範囲内のうち、少なくとも成形すべき製品の領域の範囲の全体にわたって充満し(広がり)、その樹脂広がりの過程で内在していたエア(気泡)が順次、製品の範囲外に位置している高流れ抵抗領域側へと押し出されていく。その結果、成形すべき製品の全領域にわたって、エアが巻き込まれることなく注入樹脂がプリフォームの強化繊維基材に良好に含浸され、ＲＴＭ多点注入法による優れた高速含浸性の利点がそのまま活かされつつ、エアトラップのない望ましい成形品を得ることが可能になる。なお、プリフォーム自体に上記のような高流れ抵抗領域が設けられるものの、この高流れ抵抗領域は成形すべき製品外の位置に形成されるので、所定の成形後に除去されればよい。この除去により、材料の収率は多少低下するかも知れないが、それよりもはるかに大きな、エアトラップのない優れた品質と多点注入法の優れた高速含浸性による成形サイクルタイムの短縮の利点が得られることになる。ただし、高流れ抵抗領域は成形すべき製品外の位置に形成されるものであるから、材料の収率等の面から必要最小限の面積に抑えておくことが好ましい。一方で、製品の周囲に高流れ抵抗領域を設けることさえ出来れば基材端部を切りそろえて整える必要のない成形方法といえる。そのため、端部を切り揃える工程が不要であって、かつ、製品を安定して成形できる点で好ましい。
上記第１の形態に係るＦＲＰの製造方法においては、上記プリフォームの高流れ抵抗領域の外側に、該高流れ抵抗領域に沿って延びるように、成形型により、少なくとも高流れ抵抗領域を通して排出されてきたエアを吸引するエアトラップ領域を形成することが好ましい。このように高流れ抵抗領域の外周側にエアトラップ領域を形成すれば、前述の如く樹脂のフローフロントの広がりは高流れ抵抗領域で一旦抑えられるものの、樹脂とともに押し出されてきたエアは樹脂に比べてはるかに流動しやすいので、高流れ抵抗領域を通してエアトラップ領域へと送給あるいは吸引される。したがって、成形すべき製品内の範囲には一層エアが残留しにくくなり、成形品の品質が一層向上されることになる。
上記エアトラップ領域の体積は、製品範囲内の空間体積に比して０．１倍以上、５０倍以下であることが好ましい。さらに好ましくは、樹脂注入圧力で上記空間体積が圧縮された際の圧縮後空間体積の０．１倍以上、２倍以下であることが好ましい。上記空間体積が真空引きされている場合はその比分減じられればよい。このエアトラップ領域で（つまり、成形製品とは関係ない位置で）少なくともエアがトラップされればよいが、より好ましくは、トラップされたエアはエアトラップ領域の適当な位置に開口された吸引口から吸引、除去される。
また、上記エアトラップ領域に開口された吸引口の設置部またはその近傍に、成形型により、高流れ抵抗領域を通して樹脂が排出されてきた場合にその樹脂を流れにくくする流路縮小部を形成することが好ましい。すなわち、エアトラップ領域の吸引口近傍まで樹脂が流れてくることがあっても、流路縮小部により、エア吸引性能を大きく低下させることなく、樹脂が吸引口内へと吸引されることを抑制するのである。上記吸引口は樹脂注入口から最も遠い位置から５０ｃｍ２の範囲内に配置することが好ましい。さらには、吸引口近傍は、上記のような流路縮小部を形成するために、キャビティ厚が薄いことが好ましい。このキャビティ厚は、例えば次式を満足するように決められる。
２．５×１０-6ｍｍ＜ｔ2／Ｌ
ｔ＜ｔ’
ｔ（ｍｍ）：吸引口近傍のキャビティ厚、ｔ’(ｍｍ）：吸引口近傍外のキャビティ厚、Ｌ（ｍｍ）：吸引口近傍から近傍外までの最小距離
このような設定により、成形型内のエアを効率よく極力減らすことができる。
また、上記吸引口近傍に樹脂検知センサを配置して、吸引口の設置部近傍で、上記高流れ抵抗領域を通して樹脂が排出されてきた場合にその樹脂を検知するようにすることが好ましい。このようにすれば、樹脂を吸引口から排出させずに含浸を停止させることが可能になる。
また、上記高流れ抵抗領域は、成形すべき製品の外形に対し製品外の位置にてプリフォームの外周部の厚みを成形型により縮小することにより形成することもできるし、成形すべき製品の外形に対し製品外の位置にてプリフォームの外周部における強化繊維密度を予め高めておくことにより形成することもできる。
また、複数の樹脂注入口をそれぞれ独立に開閉制御可能な樹脂注入口に構成し、各樹脂注入口から注入された樹脂の流れの先端が同時に上記高流れ抵抗領域に到達するように、各樹脂注入口の開タイミングを制御することができる。すなわち、樹脂注入点が多数ある場合、実質的に全ての注入点からの注入樹脂が、流れ難い上記高流れ抵抗領域に同時に到達するように注入口を開けるタイミングを制御するのである。このように制御することで、必要最小限の樹脂注入量にて所望の樹脂注入、含浸を行うことが可能になる。
上記第２の形態に係るＦＲＰの製造方法においては、プリフォームの周囲に樹脂を注入するためのランナーが設けられ、該ランナーから、プリフォームの周囲からプリフォームの中央部に向けて樹脂が注入されるとともに、吸引路がプリフォームの中央部に配置され、吸引路の周囲におけるプリフォーム自体に、樹脂の流れ抵抗を大きくして樹脂を部分的に流れにくくする高流れ抵抗領域が形成される。ランナーから注入された樹脂は、プリフォームの中央部に配置された吸引路に向かって流れ、注入樹脂のフローフロントも、吸引路に向かって進行する。やがて、そのフローフロントの一部が吸引路の周囲に形成された上記高流れ抵抗領域に到達すると、その到達部分で樹脂の流れ抵抗が急に大きくなるので、その部分ではフローフロントの広がりが一旦抑えられる。続いて、隣接する未だ高流れ抵抗領域に到達していない領域におけるフローフロントが、吸引路の周囲に形成された高流れ抵抗領域に向かって広がろうとし、順次高流れ抵抗領域に到達していくことになり、上記同様に、高流れ抵抗領域に到達した部位にて樹脂の流れ抵抗が急に大きくなるため、その部分で一旦フローフロントの広がりが抑えられる。このような樹脂流動の挙動が順次行われる結果、プリフォームの外周部からプリフォームの内方に向かって広がっていく樹脂は、そのフローフロントの全体が少なくとも高流れ抵抗領域に到達することになり、高流れ抵抗領域で囲まれた範囲内以外のプリフォーム領域に対しては、注入樹脂がその領域の全体にわたって十分に充満し(広がり)、その樹脂広がりの過程で内在していたエア(気泡)が順次、高流れ抵抗領域で囲まれた範囲内、つまり吸引路が設けられている部位へと集められていく。その結果、目標とするプリフォーム領域の全体にわたって、エアが巻き込まれることなく注入樹脂がプリフォームの強化繊維基材に良好に含浸され、エアトラップのない望ましい成形品を得ることが可能になる。なお、プリフォーム自体に上記のような高流れ抵抗領域が設けられるものの、この高流れ抵抗領域は前述の如く基本的に成形すべき製品に対し製品外となる位置、または、成形すべき製品において外観の意匠性を求めない位置に形成されるので、問題とはならず、そのまま残すか、必要に応じて成形後に除去されればよい。ただし、高流れ抵抗領域は、材料の収率等の面から必要最小限の面積に抑えておくことが好ましい。高流れ抵抗領域が製品外の場合は、吸引路から媒体（同樹脂、注入樹脂より早く固まる樹脂、圧縮性流体）を導入することで成形品品位を向上させることもできる。
上記第２の形態に係るＦＲＰの製造方法においては、上記吸引路の設置部近傍で、上記高流れ抵抗領域内に流入してきた樹脂を検知するようにすることが好ましい。このようにすれば、樹脂を吸引路から排出させずに含浸を停止させることが可能になる。樹脂検知センサとしては、例えば、誘電式センサ、光ファイバを用いたセンサ、圧力センサ等が使用可能である。
また、上記高流れ抵抗領域は、該高流れ抵抗領域におけるプリフォームの厚みを成形型により縮小することにより形成することもできるし、高流れ抵抗部でのプリフォームにおける強化繊維密度を予め高めておくことにより形成することもできる。
また、上記第１及び第２の形態に係るＦＲＰの製造方法においては、プリフォームを複数枚の強化繊維基材の積層体から形成し、表層の強化繊維基材よりも内層の強化繊維基材の樹脂の流れ抵抗を低くすることもできる。すなわち、プリフォームの中層に流れの良い層を入れておくのである。この流れの良い層では、流れの悪い上記高流れ抵抗領域に対して、パーミアビリティの平均値として１０倍以上良いことが好ましい。さらに好ましくは５０倍以上である。また、プリフォームの中層のパーミアビリティは表層より１．５倍以上良いことが好ましい。さらに好ましくは２倍以上である。このようにすることにより、成形品の表面品位向上のため、エアを極力外表面側に出さずに極力中にためるようにすることが可能になる。内部のエアは上述の如く流れの良い中層により吸引路設置部側へと押し出されていく。
さらに、成形すべき製品の範囲内におけるプリフォームのキャビティ内への配置前厚みを、対応するキャビティの高さよりも大きくしておくことも好ましい。例えば、プリフォーム厚みを、強化繊維の体積含有率換算で０．５％以上、２０％以下、キャビティの高さより厚くしておくことが好ましい。このようにすれば、成形型の型締めによりプリフォームが両面から適切な押圧力によって押圧され若干圧縮される状態になるので、成形型の内面とプリフォームの表面が良好に密着され、樹脂注入路からの注入樹脂に少量のエアが含有されている場合にも、その含有エアまたはエア含有樹脂がプリフォーム表面を走るのを抑制することが可能になり、成形品の表面品位の向上に寄与できることになる。
このように、本発明に係るＦＲＰの製造方法によれば、望ましくないエアトラップを生じさせない高品位な成形品を得ることが可能になる。第１の形態に係るＦＲＰの製造方法においては、ＲＴＭ多点注入法による高速含浸性に優れているという利点を実質的にそのまま活かして高い生産性を維持しつつ、プリフォーム自体の成形すべき製品の外形に対し製品外の位置に高流れ抵抗領域を形成しておくことで、製品の範囲内に望ましくないエアトラップを生じさせない高品位な成形品を得ることが可能になる。とくに、高流れ抵抗領域の外側にエアトラップ領域を形成しておき、排出されてきたエアを適切に吸引、除去できるようにすることにより、一層高品位な成形品を効率よく得ることが可能になる。
また、第２の形態に係るＦＲＰの製造方法においては、ランナーから注入された樹脂を、そのフローフロントが全体にわたって高流れ抵抗領域に到達するように、意図的に望ましい流れに制御することができ、製品とすべきプリフォーム領域内に、望ましくないエアトラップを生じさせることなく、高品位な成形品を得ることが可能になる。
本発明の第１の形態に係る方法を実施するために用いるＲＴＭ成形装置の概略縦断面図であり、図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 図１の装置の成形型内を上面側から見た概略透視平面図である。 図２のＡ−Ａ線に沿う部分拡大断面図である。 図２の成形型内における注入樹脂の広がりの過程を示す概略平面図である。 比較のための従来の成形型内における注入樹脂の広がりの状態の一例を示す概略平面図である。 本発明の第２の形態に係る方法を実施するために用いるＲＴＭ成形装置の概略縦断面図であり、図７のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 図６の装置の成形型内を上面側から見た概略透視平面図である。 図７のＡ−Ａ線に沿う部分拡大断面図である。 図７の成形型内における注入樹脂の広がりの過程を示す概略平面図である。
以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１の形態に係る方法の実施に用いるＲＴＭ成形装置の一例を示している。図１において、ＲＴＭ成形装置１は、キャビティ２を形成する成形型３としての上型４と下型５を備えており、上型４は、プレス機構６によって型締め、型開けされるようになっている。キャビティ２内には、強化繊維基材の積層体からなり、例えば予め所定形状に賦形されたプリフォーム７が配置される。このプリフォーム７がキャビティ２内に配置された状態で、上型４が下型５に対し型締めされ、樹脂供給路８からＦＲＰを構成するための樹脂が供給され、プリフォーム７の一面(上面)に対面して開口する複数の樹脂注入路としての樹脂注入口９からキャビティ２内に樹脂が注入されてプリフォーム７を構成している強化繊維基材に含浸される。樹脂注入口９は、例えばピン状の弁体１０によって開閉され、キャビティ２の周囲はシール材１２でシールされている。成形型３は、例えば熱媒流通路１１に流通される熱媒によって加熱、冷却され、樹脂注入時には加熱されて樹脂の良好な含浸がはかられ、樹脂含浸後には、冷却(自然放冷も可能)されて注入、含浸された樹脂が硬化されて、所定のＦＲＰ成形品が作製される。
複数の樹脂注入口９は、平面的には、プリフォーム７の一面に対し、例えば図２に示すように配置されている。プリフォーム７は、平面的に見て、成形すべき製品の外形２１よりも大きく形成されており、このプリフォーム７自体に、プリフォーム７の内方（製品外形２１よりも内側の領域）からプリフォーム７の外周部に向かって広がってくる樹脂を部分的に流れにくくする高流れ抵抗領域２２が、成形すべき製品の外形２１に対し製品外の位置にてプリフォーム７の外周部に沿って延びるように形成されている。この高流れ抵抗領域２２は、本実施態様では、図３に示すように、製品外形２２に対し製品外の位置にてプリフォーム７の外周部の厚みを成形型３(上型４、下型５)により縮小することにより形成されている。ただし、前述の如く、高流れ抵抗領域を、成形すべき製品の外形に対し製品外の位置にてプリフォームの外周部における強化繊維密度を予め高めておくことにより形成することもできる。
図２、図３に示すように、上記高流れ抵抗領域２２の外側には、該高流れ抵抗領域２２に沿って延びるように、成形型３により、少なくとも高流れ抵抗領域２２を通して排出されてきたエアを吸引するエアトラップ領域２３が形成されている。このエアトラップ領域２３に対し、複数の樹脂注入口９のいずれかから最も離れた場所に、例えば距離２４だけ離れた場所に、吸引路としての吸引口２５が設置されており、該吸引口２５の設置部またはその近傍に、成形型３により、高流れ抵抗領域２２を通して樹脂が排出されてきた場合にその樹脂を流れにくくするとともにエアをトラップする流路縮小部２６が形成されている(図３)。この吸引口２５の設置部近傍には、高流れ抵抗領域２２を通して樹脂が排出されてきた場合にその樹脂を検知する樹脂検知センサ２７が設けられていることが好ましい。吸引口２５からの吸引は、例えば図３に示すように、ピン状の弁体２８の開閉動作により制御可能である。
また、図示は省略するが、複数の樹脂注入口９をそれぞれ独立に開閉制御可能な樹脂注入口に構成し、各樹脂注入口９から注入された樹脂の流れの先端（フローフロント）が実質的に同時に高流れ抵抗領域２２に到達するように、各樹脂注入口９の開タイミングを制御する制御手段を設けておくこともできる。
このように構成されたＲＴＭ成形装置１を用いて実施される本発明に係るＦＲＰの製造方法においては、各樹脂注入口９から注入された樹脂の流れは、例えば図４（Ａ）〜（Ｅ）に示すように進行する。図４（Ａ）に示すように、各樹脂注入口９からの樹脂注入が開始されると、注入された樹脂のフローフロント３１の形状は円形状態で広がる。やがて、各フローフロント３１の一部同士が合流し、図４（Ｂ）に示すような状態を経て、図４（Ｃ）に示すような状態に至る。プリフォーム７の外周部に向かって広がろうとする樹脂流れのフローフロント３１部分が高流れ抵抗領域２２に到達すると、その到達部分で樹脂の流れ抵抗が急に大きくなり、フローフロント３１の広がりが一旦抑えられる。この抑制状態が高流れ抵抗領域２２の延在方向に順次進行し、やがて図４（Ｄ）に示すように、少なくとも製品外径２１内の全領域にわたって、さらに高流れ抵抗領域２２の大半にわたる部分まで、さらにはエアトラップ領域２３の吸引口２５近傍以外の部分までにわたって、樹脂の流れが進む。吸引口２５の近傍部位までフローフロント３１の広がりが進行すると、吸引口２５の吸引は停止すればよい。停止しても、それまでの吸引による負圧が残存しているので、図４（Ｅ）に示すようにトラップエア圧縮部３２が生じ、吸引口２５の直近部まで十分に樹脂が行き渡る。
上記のような樹脂流れにおけるフローフロント３１の広がり過程においては、プリフォーム７の内方からプリフォーム７の外周部に向かって広がっていく樹脂は、少なくとも成形すべき製品の領域の範囲の全体にわたって十分に良好に充満されてプリフォーム７の強化繊維基材内に含浸されていき、その樹脂広がりに伴って、プリフォーム７に内在していたエアが、さらには樹脂中に混在されていたエア(気泡)さえもが、順次、製品の範囲外に位置している高流れ抵抗領域２２側へと、さらにはエアトラップ領域２３へと押し出されていく。したがって、成形すべき製品の全領域にわたって選択的に、エアが巻き込まれることなく注入樹脂がプリフォームの強化繊維基材に良好に含浸され、ＲＴＭ多点注入法による優れた高速含浸性の利点がそのまま活かされ、成形サイクルタイムの短縮が達成されつつ、エアトラップのない望ましい成形品を得ることが可能になる。所定の成形後に、製品外形２１外に設けられていた高流れ抵抗領域２２は、そこに含浸された樹脂とともに、必要に応じて除去されればよい。
図５に、比較のために、従来のＲＴＭ成形における、プリフォーム４１に対する樹脂注入口４２から注入された樹脂のフローフロント４３の広がりの例を示す。製品領域内であっても、樹脂が行き渡りにくい箇所にはエアトラップ領域４４が生じたり、矢印で示すような望ましくないエアの流れが生じたりして、成形製品中にエアがトラップされやすくなる。
図６は、本発明の第２の形態に係る方法の実施に用いるＲＴＭ成形装置の一例を示している。図６において、ＲＴＭ成形装置１０１は、キャビティ１０２を形成する成形型１０３としての上型１０４と下型１０５を備えており、上型１０４は、プレス機構１０６によって型締め、型開けされるようになっている。キャビティ１０２内には、強化繊維基材からなり、例えば、強化繊維基材の積層体からなり、例えば予め所定形状に賦形されたプリフォーム１０７が配置される。このプリフォーム１０７がキャビティ１０２内に配置された状態で、上型１０４が下型１０５に対し型締めされ、プリフォーム１０７の周囲に設けられたランナー１０８からプリフォーム１０７に向けてＦＲＰを構成するための樹脂が注入され、キャビティ１０２に対し吸引路としての吸引口１０９が設けられて、吸引を介してプリフォーム１０７を構成している強化繊維基材に注入樹脂が含浸される。ランナー１０８への樹脂の供給は、該ランナー１０８の適当な部位に開口された樹脂注入口１１０(図７に図示)を介して行われる。吸引口１０９は、例えばピン状の弁体１１１によって開閉され、キャビティ１０２に対し、ランナー１０８の周囲はシール材１１２でシールされている。成形型１０３は、例えば熱媒流通路１１３に流通される熱媒によって加熱、冷却され、樹脂注入時には加熱されて樹脂の良好な含浸がはかられ、樹脂含浸後には、冷却(自然放冷も可能)されて注入、含浸された樹脂が硬化されて、所定のＦＲＰ成形品が作製される。
例えば図７に、平面的な配置を示すが、上記吸引口１０９は、プリフォーム１０７の中央部に配置され、プリフォーム１０７自体の吸引口１０９の周囲に対応する部分が、該部分の周囲から該部分に向かって流動してくる樹脂を該部分では流れにくくする高流れ抵抗領域１２１に形成されている。この高流れ抵抗領域１２１は、成形すべき製品に対し製品外となる位置、または、成形すべき製品において外観の意匠性を求めない位置に形成されており、本実施態様では、図８に示すように、製品領域内におけるプリフォーム１０７の厚みを、成形型１０３(上型１０４、下型１０５)により、高流れ抵抗領域１２１において部分的に縮小することにより形成されている。ただし、前述の如く、高流れ抵抗領域を、該高流れ抵抗領域でのプリフォームにおける強化繊維密度を予め高めておくことにより形成することもできる。
本実施態様では、プリフォーム外周部１２２内に成形すべき製品の外形１２３が設定されており、プリフォーム１０７の周囲に、プリフォーム外周部１２２に沿って全周にわたって延びるように、上記ランナー１０８が設けられている。ランナー１０８に対しては、上述の如く、該ランナー１０８の適当な部位に開口された樹脂注入口１１０から樹脂が供給される。また、高流れ抵抗領域１２１における吸引口１０９の設置部近傍には、高流れ抵抗領域１２１内に流入してきた樹脂を検知する樹脂検知センサ１２４が設けられている。
このように構成されたＲＴＭ成形装置１０１を用いて実施される本発明に係るＦＲＰの製造方法においては、各樹脂注入口１１０からランナー１０８内に供給された樹脂は、ランナー１０８内を流動しつつランナー１０８からプリフォーム１０７に向けてプリフォーム１０７の周囲から注入される。この注入樹脂の流れは、例えば図９（Ａ）〜（Ｄ）に示すように進行する。図９（Ａ）に示すように、ランナー１０８からプリフォーム１０７に向けてプリフォーム１０７の周囲から注入が開始されると、注入された樹脂の流れの先端部を示すフローフロント１３１の形状は、プリフォーム外周部１２２からプリフォーム１０７の内方に向かって広がっていく。このフローフロント１３１の内方領域は、樹脂の未含浸領域１３２を示しているが、フローフロント１３１の進行に伴って、図９（Ｂ）に示すように、未含浸領域１３２が不定形に徐々に狭められていく。やがて、フローフロント１３１の一部が高流れ抵抗領域１２１に到達し、その到達部分で樹脂の流れ抵抗が急に大きくなり、フローフロント１３１の広がりが一旦抑えられる。高流れ抵抗領域１２１に到達していないフローフロント１３１部分が順次高流れ抵抗領域１２１に到達し、やがて図９（Ｃ）に示すように、フローフロント１３１の全部分が高流れ抵抗領域１２１に到達して、未含浸領域１３２は高流れ抵抗領域１２１の範囲内に納められることになる。そして、樹脂検知センサ１２４によって吸引口１０９の近傍に樹脂が到達したことが検知されると、前述の弁体１１１により吸引口１０９が閉止され、吸引に伴う樹脂の注入、含浸が停止される。吸引を停止しても、それまでの吸引による負圧が残存しているので、樹脂の吸引口１０９に向けての流れは進行し、図９（Ｄ）に示すように、エアトラップに伴うボイド領域１３３は実質的に吸引口１０９の範囲内にまで縮小される。このボイド領域１３３および上記高流れ抵抗領域１２１を含む領域は、例えば製品外領域１３４とされるので、成形後に除去されるか、あるいは外観意匠的に問題とされない場合にはそのまま残されればよい。
上記のように意図的に樹脂流れが制御されたフローフロント１３１の広がり過程においては、プリフォーム１０７の外周部からプリフォーム１０７の内方に向かって広がっていく樹脂は、成形すべき製品の領域の範囲内、あるいは外観上所望の表面品位が求められる領域の範囲内の全体にわたって、エアがトラップされることなく十分に良好に充満されてプリフォーム１０７の強化繊維基材内に含浸されていき、その樹脂広がりに伴って、プリフォーム１０７に内在していたエアが、さらには樹脂中に混在されていたエア(気泡)さえもが、順次、上記領域の範囲外に位置している高流れ抵抗領域１２１側へと、さらには吸引口１０９の設置部へと押し出されていく。したがって、目標とする製品領域の全体にわたって選択的に、エアが巻き込まれることなく注入樹脂がプリフォームの強化繊維基材に良好に含浸された、エアトラップのない望ましい成形状態を達成することが可能になる。
本発明に係るＦＲＰの製造方法は、あらゆるＲＴＭ法を用いたＦＲＰの製造に適用可能であり、とくに、優れた品位の成形品を短時間のサイクルタイムで成形することが求められる大量生産に好適なものである。
１ ＲＴＭ成形装置
２ キャビティ
３ 成形型
４ 上型
５ 下型
６ プレス機構
７ プリフォーム
８ 樹脂供給路
９ 樹脂注入口
１０ 弁体
１１ 熱媒流通路
１２ シール材
２１ 製品外形
２２ 高流れ抵抗領域
２３ エアトラップ領域
２４ 距離
２５ 吸引口
２６ 流路縮小部
２７ 樹脂検知センサ
２８ 弁体
３１ フローフロント
３２ トラップエア圧縮部
１０１ ＲＴＭ成形装置
１０２ キャビティ
１０３ 成形型
１０４ 上型
１０５ 下型
１０６ プレス機構
１０７ プリフォーム
１０８ ランナー
１０９ 吸引口
１１０ 樹脂注入口
１１１ 弁体
１１２ シール材
１１３ 熱媒流通路
１２１ 高流れ抵抗領域
１２２ プリフォーム外周部
１２３ 製品外形
１２４ 樹脂検知センサ
１３１ フローフロント
１３２ 未含浸領域
１３３ ボイド領域
１３４ 製品外領域

Claims (14)

  1. 成形型のキャビティ内に強化繊維基材からなるプリフォームを配置し、前記成形型に、樹脂を注入する樹脂注入路と少なくともエアを吸引する吸引路を設け、前記キャビティ内において、前記樹脂注入路からの注入樹脂を前記吸引路に向かう方向に流動させてプリフォームの強化繊維基材に含浸させるＦＲＰの製造方法において、前記樹脂注入路を前記キャビティ内に配置されたプリフォームの一面に対面して開口する複数の樹脂注入口から形成し、前記プリフォーム自体に、前記プリフォーム内を流動する樹脂を部分的に流れにくくする高流れ抵抗領域を形成し、前記高流れ抵抗領域を、前記プリフォームの内方から前記プリフォームの外周部に向かって前記プリフォーム内を流動する樹脂を部分的に流れにくくする高流れ抵抗領域として、成形すべき製品の外形に対し製品外の位置にて前記プリフォームの外周部に沿って延びるように形成し、該高流れ抵抗領域を介して、前記吸引路に向かう方向に流れつつある樹脂のフローフロントを、成形すべき製品の形状に対し予め定めた許容領域内に納まるように制御することを特徴とするＦＲＰの製造方法。
  2. 前記プリフォームの高流れ抵抗領域の外側に、該高流れ抵抗領域に沿って延びるように、前記成形型により、少なくとも前記高流れ抵抗領域を通して排出されてきたエアを吸引するエアトラップ領域を形成する、請求項１に記載のＦＲＰの製造方法。
  3. 前記エアトラップ領域に開口された吸引口の設置部またはその近傍に、前記成形型により、前記高流れ抵抗領域を通して樹脂が排出されてきた場合にその樹脂を流れにくくする流路縮小部を形成する、請求項２に記載のＦＲＰの製造方法。
  4. 前記吸引口の設置部近傍で、前記高流れ抵抗領域を通して樹脂が排出されてきた場合にその樹脂を検知する、請求項３に記載のＦＲＰの製造方法。
  5. 前記高流れ抵抗領域を、成形すべき製品の外形に対し製品外の位置にて前記プリフォームの外周部の厚みを前記成形型により縮小することにより形成する、請求項１〜４のいずれかに記載のＦＲＰの製造方法。
  6. 前記高流れ抵抗領域を、成形すべき製品の外形に対し製品外の位置にて前記プリフォームの外周部における強化繊維密度を予め高めておくことにより形成する、請求項１〜４のいずれかに記載のＦＲＰの製造方法。
  7. 前記複数の樹脂注入口をそれぞれ独立に開閉制御可能な樹脂注入口に構成し、各樹脂注入口から注入された樹脂のフローフロントが同時に前記高流れ抵抗領域に到達するように、各樹脂注入口の開タイミングを制御する、請求項１〜６のいずれかに記載のＦＲＰの製造方法。
  8. 成形型のキャビティ内に強化繊維基材からなるプリフォームを配置し、前記成形型に、樹脂を注入する樹脂注入路と少なくともエアを吸引する吸引路を設け、前記キャビティ内において、前記樹脂注入路からの注入樹脂を前記吸引路に向かう方向に流動させてプリフォームの強化繊維基材に含浸させるＦＲＰの製造方法において、前記樹脂注入路を前記プリフォームの周囲に設けられたランナーから形成するとともに、前記吸引路を前記プリフォームの中央部に配置し、前記プリフォーム自体に、前記プリフォーム内を流動する樹脂を部分的に流れにくくする高流れ抵抗領域を形成し、前記高流れ抵抗領域を、前記吸引路の周囲に対応する部分に、該部分の周囲から該部分に向かって前記プリフォーム内を流動する樹脂を該部分では流れにくくする高流れ抵抗領域として形成し、該高流れ抵抗領域を介して、前記吸引路に向かう方向に流れつつある樹脂のフローフロントを、成形すべき製品の形状に対し予め定めた許容領域内に納まるように制御することを特徴とするＦＲＰの製造方法。
  9. 前記高流れ抵抗領域を、成形すべき製品に対し製品外となる位置、または、成形すべき製品において外観の意匠性を求めない位置に形成する、請求項８に記載のＦＲＰの製造方法。
  10. 前記吸引路の設置部近傍で、前記高流れ抵抗領域内に流入してきた樹脂を検知する、請求項８または９に記載のＦＲＰの製造方法。
  11. 前記高流れ抵抗領域を、該高流れ抵抗領域における前記プリフォームの厚みを前記成形型により縮小することにより形成する、請求項８〜１０のいずれかに記載のＦＲＰの製造方法。
  12. 前記高流れ抵抗領域を、該高流れ抵抗領域での前記プリフォームにおける強化繊維密度を予め高めておくことにより形成する、請求項８〜１０のいずれかに記載のＦＲＰの製造方法。
  13. 前記プリフォームを複数枚の強化繊維基材の積層体から形成し、表層の強化繊維基材よりも内層の強化繊維基材の樹脂の流れ抵抗を低くする、請求項１〜１２のいずれかに記載のＦＲＰの製造方法。
  14. 成形すべき製品の範囲内における前記プリフォームの前記キャビティ内への配置前厚みを、対応する前記キャビティの高さよりも大きくしておく、請求項１〜１３のいずれかに記載のＦＲＰの製造方法。
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