JP6185356B2 - Ｆｒｐ成形品の製造方法および成形型 - Google Patents

Description

本発明は、繊維強化材と樹脂とからなるパイプ状のＦＲＰ（繊維強化プラスチック）成形品を製造する製造方法およびその成形型に関する。

ＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics）成形品は、軽量で機械特性に優れるため、近年、航空宇宙産業から一般産業に至るまで幅広い分野において利用されている。
ＦＲＰ成形品の成形方法の１つであるレジン・トランスファー・モールディング（Resin Transfer Molding）成形法は、特に多品種中量生産に適する成形法として注目されている。なお、レジン・トランスファー・モールディング成形法を、単に「ＲＴＭ成形法」と表す。

ＲＴＭ成形法に用いる成形型は、例えば、上型と下型とからなり、内部にキャビティを有する。パイプ状の成形品は、ＲＴＭ成形法を利用して製造される場合、キャビティを構成する下型の凹入部に、外周に繊維強化材が配された芯材を配置し、上型を型締めした後、キャビティ内に注入された液状の樹脂材料を固体化することで、得られる。
芯材としては、例えば、特許文献１では圧縮空気を利用したゴム製の弾性袋が、特許文献２では圧縮空気により膨張するポリエチレン製の中空中子がそれぞれ利用されている。

なお、キャビティ内に配された弾性袋や中空中子は、樹脂材料の注入等に合わせて、圧縮空気が送り込まれて膨張する。

特開平４−２４６５１０号公報 特開２００７−６２１５０号公報

弾性袋や中空中子を芯材として利用する上記技術においては、弾性袋や中空中子に圧縮空気の送出が可能な状態で、繊維強化材をキャビティ内にセットするのに時間を要するだけでなく、弾性袋が膨張した際にしわになり、このしわ部分に樹脂材料が入り込み、固体化した後の脱型に時間を要するという問題がある。
なお、言うまでもなく、キャビティ内に注入される液状の樹脂材料が成形型から漏出しないように弾性袋や中空中子に圧縮空気を送出する機構を設ける必要があり、成形型の構造が複雑になる。

そこで本発明は、上記のような問題点に着目し、パイプ状ＦＲＰ成形品を容易に製造することができる製造方法及びその成形型を提供することを目的とする。

本発明に係るパイプ状ＦＲＰ成形品の製造方法は、内型の外周に配された繊維強化材を前記内型と共に外型内に配した後に、前記外型内に液状の樹脂材料を注入し、少なくとも一方の端部が開口するパイプ状のＦＲＰ成形品を製造し、前記内型として、注入される前記液状の樹脂材料の圧力により変形しない剛性を有する型を用い、前記液状の樹脂材料が前記外型内で固体化した後、前記内型を脱型することを特徴としている。

本発明に係る成形型は、内型の外周に配された繊維強化材を前記内型と共に外型内に配した後に、前記外型内に液状の樹脂材料を注入し、少なくとも一方の端部が開口するパイプ状のＦＲＰ成形品を製造する型であって前記内型と前記外型とからなり、前記内型は、注入される前記液状の樹脂材料の圧力により変形しない剛性を有することを特徴としている。

内型として、注入される液状の樹脂材料の圧力により変形しない剛性を有する型を利用している。このため、弾性袋や中空中子のように圧縮空気を利用する必要がなく、ＦＲＰ成形品を容易に製造することができる。

成形品を示す概略斜視図である。 成形型の分割斜視図である。 下型部を分解した状態の斜視図である。 成形型のパッキン構造を説明する図である。 成形品の製造方法を示す概略図である。 成形品の製造方法を示す概略図である。 成形品の製造方法を示す概略図である。 加熱状態を示す図である。 第２実施形態の例１における成形時の成形型の断面図である。 第２実施形態の例２における成形時の成形型の断面図である。 第２実施形態の例２における成形型を用いた加熱状態を示す図である。

≪本発明の概要≫
１．全体
ＦＲＰ成形品の製造方法に係る一つの形態は、内型の外周に配された繊維強化材を前記内型と共に外型内に配した後に、前記外型内に液状の樹脂材料を注入し、少なくとも一方の端部が開口するパイプ状のＦＲＰ成形品を製造し、前記内型として、注入される前記液状の樹脂材料の圧力により変形しない剛性を有する型を用い、前記液状の樹脂材料が前記外型内で固体化した後、前記内型を脱型する。

ここでいう「前記液状の樹脂材料が固体化する」とは、樹脂材料が熱硬化性樹脂の場合は加熱等により硬化することを意味し、樹脂材料が熱可塑性樹脂の場合は冷却により固化することを意味する。
また、前記樹脂材料は、熱硬化性樹脂材料であり、前記液状の樹脂材料の注入後に、当該注入された樹脂材料を加熱により硬化させて固体化する加熱工程を含み、前記加熱工程では、前記内型の最高温度が、前記外型の最高温度より低くなるように、前記内型の温度が調整される。

前記加熱工程において、前記外型の最高温度と前記内型の最高温度との差が１０℃以上４０℃以下である。前記内型として、前記外型の熱膨張係数より大きい熱膨張係数を有する材料を用いる。
２．樹脂
樹脂の例としては、通常マトリックス樹脂として用いられている材料を使用でき、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂とがある（下記（１）（２）参照）。好ましいのは熱硬化性樹脂である。また、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂とを混合した樹脂を用いることもできる。
（１）熱硬化性樹脂
エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコン樹脂、マレイミド樹脂、ビニルエステル樹脂、シアン酸エステル樹脂、マレイミド樹脂とシアン酸エステル樹脂を予備重合した樹脂等があり、これらの熱硬化性樹脂を適宜量配合したものでもよい。

これらの樹脂のうち、耐熱性、弾性率、耐薬品性に優れたエポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂が好ましい。これらの熱硬化性樹脂には、硬化剤、硬化促進剤等が適宜含まれる。
（２）熱可塑性樹脂
ポリカーボネート樹脂、スチレン系樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリオレフィン樹脂およびポリアセタール樹脂等があり、これらの樹脂を適宜量配合してもよい。
３．繊維強化材
（１）繊維の種類
繊維強化材の例としては、通常の繊維強化材として用いられている材料を使用でき、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、金属繊維等の強化繊維を使用できる。中でも、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維が好ましい。
（２）繊維長
繊維長は、所謂、長繊維・短繊維でもよい。また、両方を組み合わせて使用することもできる。好ましいのは長繊維である。なお、長繊維とは、概ね１３［ｍｍ］以上の繊維をいう。
（３）形態
形態としては、特に制限されず、例えば、織物、組紐、不織布等を利用することができる。織物としては、平織物、綾織物、朱子織物等、あるいは一軸織物、多軸織物等を挙げることができる。織物等の厚さは、成形品の用途により適宜選択するものであり、特に制限はない。

なお、一軸織物とは、互いに平行に並んだ繊維強化材ストランドをナイロン糸、ポリエステル糸、ガラス繊維糸等で編んだ織物をいう。多軸織物とは、互いに平行に並んだ繊維強化材ストランドの角度を変えて積層してナイロン糸、ポリエステル糸、ガラス繊維糸等で編んだ織物をいう。
４．成形型
ＦＲＰ成形品の製造する成形型に係る一つの形態は、内型の外周に配された繊維強化材を前記内型と共に外型内に配した後に、前記外型内に液状の樹脂材料を注入し、少なくとも一方の端部が開口するパイプ状のＦＲＰ成形品を製造する型であって前記内型と前記外型とからなる成形型において、前記内型は、注入される前記液状の樹脂材料の圧力により変形しない剛性を有する。

成形型は、外型と、外型内に収容される内型とからなり、内型が収容された状態で内型と外型との間にできる空間がパイプ状ＦＲＰ成形品に対応したキャビティとなる。成形型は、キャビティ内に繊維強化材を配置できるように、分割タイプ（割型）が利用され、分割数は２個でもよいし、３個以上であってもよい。成形型は、金属製、木製、樹脂製であってもよい。

前記内型は、前記繊維強化材が配される筒部と、貫通孔を有し且つ前記貫通孔を介して前記筒部の内部と外部とが連通可能な状態に前記筒部の両端を塞ぐ端壁部と、筒状を有し且つ内周面が前記端壁部の貫通孔の外側に位置する状態で前記端壁部に設けられたパイプ部とを備え、前記内型は、前記パイプ部における前記端壁部と反対側の端部の開口が、前記外側の外部に位置するように、前記筒部が前記外型内に収容される。前記パイプ部は、前記筒部の中心軸と平行な方向に延出し、前記外型は、箱状をし、前記筒部の中心軸の延長仮想線分と交差する壁部は、前記パイプが挿通する貫通孔を有している。

また、前記内型の材料は、前記外型の熱膨張係数より大きい熱膨張係数を有する材料である。前記外型は、複数の部材を組み合わせて構成され、各部材の付き合せた部分にパッキンが配されている。
≪実施形態≫
以下、本発明に係る実施形態について説明する。

ここで説明する材料、数値は好ましい例を例示しているだけであり、この形態に制限されることはない。また、本発明の技術的思想の範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。また、他の実施形態同士や変形例同士、さらには実施形態と変形例との組み合わせは、矛盾が生じない範囲で可能である。さらに、各図面における部材の縮尺は実際のものとは異なる。
＜第１実施形態＞
第１実施形態では、内型と外型とからなる成形型を用いてＲＴＭ成形法によりパイプ状のＦＲＰ成形品（以下、単に、「成形品」とする。）を製造する場合について説明する。

なお、外型は成形品（成形中であっても成形品としている。）の外側に位置し、内型は成形品の内側に位置する。内型は、芯材やマンドレルとも言われる。
１．概略
図１は、成形品を示す概略斜視図である。
成形品１は、繊維強化材と固体化した樹脂とからなり、パイプ状をしている。ここでの成形品１の横断面形状は、矩形環状に近い形状をしている。より正確に言うと、横断面形状は、長方形の環状の角が面取りされたような環状形状をしている。

成形品１は、芯材やマンドレルとして機能する内型の外周に繊維強化材を配置し、当該繊維強化材が配された内型を外型内に収容した後、外型内のキャビティに液状の樹脂材料を注入し、当該樹脂材料を固体化し、製造される。
なお、樹脂は、液状のものを樹脂材料といい、固体化したものを樹脂として区別する。
２．成形品
成形品１を構成する繊維強化材は、多数本の強化繊維束から構成される。強化繊維束は、多数本の強化繊維から構成され、各強化繊維束は、成形品１の中心軸の延伸する方向に対して所定の角度で配される。
３．成形型
図２は、成形型の分割斜視図である。

成形型３は、図２に示すように、外型５と、外型５内に収容される内型７とからなる。外型５は、内型７を収容するために、割型構造をしている。ここでは、外型５は、大きく分けて、下型部９と上型部１１との２つからなる。
なお、内型７は、成形時の内型７の温度を調整するための温度調整機能を有するため、内型７の一部が外型５の外側に位置する場合もある。
（１）内型
内型７は、成形品１に対応した形状をしている。ここでは、成形品１は長尺のパイプ状をしているため、内型７も長尺状をしている。なお、内型７の外周形状が成形品の内周形状に一致する。

ここでは、内型７は、横断面において、矩形状に近い形状を外周形状に有する。より正確に言うと、横断面の外周形状は、長方形状の角が面取りされたような形状をしている。
内型７は、例えば、筒部１３と、筒部１３の両端に設けられた端壁部１５，１７とを備える。筒部１３の外周形状が、成形品１の内周形状に一致する。
筒部１３及び端壁部１５，１７の何れかには、後述する外型５内の所定位置に内型７を配置する際に、内型７を位置決めする位置決め手段の一部が設けられている。

ここでは、位置決め手段の一部は、端壁部１５，１７（具体的には、端壁部１５，１７の略中央である。）に設けられたパイプ部１９，２１である。パイプ部１９，２１は、筒部１３の中心軸の延長上に中心軸を有する。
内型７には、成形時に筒部１３の温度を調整するための温度調整機構の一部が設けられている。ここでは、温度調整機構は、成形時に内型７の内部に、内型７の温度よりも低い温度の流体を流入させることで実施している。

端壁部１５，１７は、パイプ部１９，２１の内部空間にのみ連通する貫通孔（図示省略）を有している。換言すると、端壁部１５，１７の貫通孔は、パイプ部１９，２１の内周よりも小さく、パイプ部１９，２１の内周が端壁部１５，１７の貫通孔の外側に位置するように、パイプ部１９，２１が端壁部１５，１７に設けられている。なお、内型７が外型５内に収容された状態では、パイプ部１９，２１の端部（端壁部１５，１７と反対側の端部である。）の開口が外型５の外部に位置する。

これにより、内型７の内部は、パイプ部１９，２１を介して、両端の端壁部１５の貫通孔から中空の筒部１３パイプ部１９へと流通路が形成され、内型７の外部と連通可能となる。この流通路は、成形時に外型５の外部から空気を送り込む流通路として利用され、上記の温度調節機構の一部を構成する。
（２）外型
外型５は、全体として長尺状の箱状をしている。ここでは、箱の底板及び側板に相当する部分が下型部９であり、箱の上板に相当する部分が上型部１１である。なお、成形品１の中心軸の延伸する方向を、縦方向とし、当該縦手方向と直交する方向を横方向とする。

上型部１１は、図２に示すように、下型部９の内部空間を塞ぐ縦板部材により構成される。
図３は、下型部を分解した状態の斜視図である。
下型部９は、図３に示すように、例えば、底板部材２３と、２つ（一対）の縦板部材２５，２７と、２つ（一対）の横板部材２９，３１とからなり、これらの部材２３〜３１が結合して組み立てられる。

ここで、縦板部材２５，２７は、箱の縦方向と平行に配される部材であり、横板部材２７，２９は、箱の横方向と平行に配される部材である。なお、各板部材２３〜３１の結合は、係合手段、螺合手段、挟持手段（例えば、蝦蛄万力である。）等の周知の結合手段を利用できる。ここでは、ネジを利用した螺合手段を採用している。
底板部材２３は、図３に示すように、長尺の平板状をしている。横板部材２９，３１は、ここでは、底板部材２３の上面２３ａに載置される構造を採用し、底板部材２３の上面２３ａと当接する当接部４１，４３と、当接部４１，４３の端から立設する横板部４５，４７とを有している。

つまり、横板部材２９，３１は、下型７の横方向からみた形状が「Ｌ」字状をしている。横板部材２９，３１は、当接部４１，４３が底板部材２３の縦方向の端側に向って横板部４５，４７から延伸するように、底板部材２３に載置される。
横板部材２９，３１の横板部４５，４７には、内型７を外型５内で位置決めするための位置決め手段の一部が設けられている。位置決め手段の一部は、中央部分に形成された貫通孔４９，５１である。この貫通孔４９，５１は、内型７のパイプ部１９，２１に対応した形状を有している。ここでは、パイプ部１９，２１の外周形状が多角形状をし、貫通孔の形状（横板部４５，４７の内周形状である。）が同じ多角形状をしている。より具体的には、多角形状は正方形状である。

横板部材２９，３１の上面（実際には、横板部４５，４７の上面４５ｃ、４７ｃ（「４５ｃ」については図４参照。）である。）が上型部１１の下面１１ａと当接する。また、横板部材２９，３１における横板部４５，４７の横方向の端面と当接部４１，４３の横方向の端面とが交差する部分と、横板部４５，４７の横方向の端面とが少なくとも縦板部材２５，２７の内面（５５ａ，５７ａ）と当接する。

縦板部材２５，２７は、一部分が底板部材２３の端面２３ｂ，２３ｃに当接する縦板部５５，５７と、縦板部５５，５７の上端部から外方へと張り出す外鍔部５９，６１とを有する。つまり、縦板部材２５，２７は、下型７の縦方向からみた形状が「Ｌ」字状をし、全体として長尺状をした部材である。外鍔部５９，６１の上面５９ａ，６１ａは、上型部１１の下面１１ａと当接する。

外型５には、成形時に成形型３の内部に液状の樹脂材料を注入するための注入ゲートと、成形型３内の空気を排出したり、樹脂材料を吸引したりするため排出ゲートとが設けられている。
ここでは、注入ゲートと排出ゲートは下型部９に設けられ、より具体的には、一方の縦板部材２５の縦板部５５に注入ゲート６３が、他方の縦板部材２７の縦板部５７に排出ゲート６５がそれぞれ設けられている。
（３）成形型の密閉性
図４は、成形型のパッキン構造を説明する図である。

なお、図４では、成形型３を構成する各部材における結合部分でのパッキン構造が分かるように、成形型３の一部をずらしながら示している。
各部材における他部材との対向する部分には、シール用のパッキンが配され、以下、パッキンの配置位置等について説明する。なお、パッキンを配する部分には、パッキンのずれを防止する溝が設けられている（図示省略）。
（３−１）底板部材２３と縦板部材２５，２７
底板部材２３と縦板部材２５，２７との密閉用のパッキン７１，７３は、成形型３の中心軸方向（外型５の縦方向でもある。）に沿って配されている。具体的には、底板部材２３の端面２３ｂ，２３ｃと、縦板部材２５，２７の縦板部５５，５７との対向部分にパッキン７１が配されている。
（３−２）底板部材２３と横板部材２９，３１
底板部材２３と横板部材２９との密閉用のパッキン７５は、成形型３の中心軸方向と直交する（外型５の横方向でもある。）状態で配されている。具体的には、底板部材２３材の上面２３ａと、横板部材２９における横板部４５の下方に相当する面との対向部分にパッキン７５が配されている。このパッキン７５の端部７５ａ，７５ｂは底板部材２３の上面２３ａから端面（横方向と直交する端面）２３ｂ，２３ｃへと折り曲げられ、パッキン７１，７３と交差する。

ここでは、一対の横板部材２９，３１の内、横板部材２９について説明したが、横板部材３１と底板部材２３との間のパッキンについても同じである。
（３−３）縦板部材２５，２７と上型部１１
縦板部材２５，２７と上型部１１との密閉用のパッキン７７，７９は、成形型３の中心軸方向に沿って配されている。具体的には、縦板部材２５，２７の外鍔部５９，６１の上面５９ａ，６１ａと、上型部１１の下面１１ａとの対向部分にパッキン７７，７９が配されている。このパッキン７７，７９は、縦板部材２５，２７の縦方向の端側で、横板部材２９（，３１）側（横方向側）へと屈曲した後、縦板部５５，５７の内面５５ａ，５７ａに沿うように折り曲げられ、縦板部材２５，２７と横板部材２９との密閉用のパッキン８１，８３とつながる。

ここでは、一対の横板部材２９，３１の内、横板部材２９側のパッキンについて説明したが、横板部材３１側のパッキンについても同じである。
（３−４）縦板部材２５，２７と横板部材２９，３１
縦板部材２５，２７と横板部材２９との密閉用のパッキン８１，８３は、成形型３の中心軸方向と直交して（周方向の一部に）配されている。具体的には、縦板部材２５，２７の縦板部５５，５７の内面５５ａ，５７ａと、横板部材２９の横板部４５の横方向と直交する端面４５ａ，４５ｂとの対向部分にパッキン８１，８３が配されている。

このパッキン８１，８３の底板部材２３側の端部は、パッキン７５における底板部材２３の上面２３ａから端面２３ｂ，２３ｃへと折り曲げられた部分７５ａ，７５ｂと重なるまで延びている。なお、ここでは、一対の横板部材２９，３１の内、横板部材２９について説明したが、横板部材３１と縦板部材２５，２７との間のパッキンについても同じである。
（３−５）横板部材２９と上型部１１
横板部材２９と上型部１１との密閉用のパッキン８５は、成形型３の中心軸方向と直交して（外型５の横方向である。）配されている。具体的には、横板部４５の上面４５ｃと、上型部１１の下面１１ａとの対向部分にパッキン８５が配されている。

このパッキン８５は、横板部材２９の横板部４５の横方向と直交する端で、その端面側へと屈曲し、パッキン８１，８３と重なる。なお、ここでも、一対の横板部材２９，３１の内、横板部材２９について説明したが、横板部材３１と上型部１１との間のパッキンについても同じである。
（３−６）横板部材２９と内型７
内型７のパイプ部１９，２１は、その基部側を除いては、外型５の横板部材２９，３１の貫通孔４９，５１に挿入される。このため、横板部材２９と内型７との密閉用のパッキン８７は、成形型３の中心軸方向と直交して（周方向の全部に）配されている。

具体的には、横板部材２９の横板部４５の内面であって貫通孔４９の廻りの部分と、内型７の端壁部１５であってパイプ部１９の廻りの部分との対向部分にパッキン８７が全周に亘って配されている。なお、ここでも、一対の横板部材２９，３１の内、横板部材２９について説明したが、横板部材３１と内型７との間のパッキンについても同じである。
（４）内型の位置決め
第１実施形態では、内型７のパイプ部１９，２１の外観形状が非円形をし、パイプ部１９，２１が挿入される外型５の横板部材２９，３１の貫通孔４９，５１の形状が、パイプ部１９，２１の外周形状と一致している。

一方、横板部材２９，３１の貫通孔４９，５１の位置は、外型５内に配される内型７の位置に対応して設けられている。
このため、内型７のパイプ部１９，２１を外型５の横板部材２９，３１の各貫通孔４９，５１に挿通させて、外型５を組み立てるだけで、内型７の外型５への位置合わせが容易に行うことができる。

なお、パイプ部１９，２１の外周の形状は正方形状をしているが、筒部１３の外周形状が矩形状をしているため、外型５内の内型７の姿勢が分かりやすく、その姿勢が維持するように、パイプ部１９，２１を貫通孔４９，５１に挿入すればよい。
（５）内型の温度調整について
第１実施形態では、成形時（少なくとも、成形中の外型５に接している硬化中の樹脂材料の硬化度が８０％になるまで）の内型７の温度が外型５の温度より低く且つ内型７の最高温度が外型５の最高温度より低くなるように、温度調整機構が設けられている。具体的には、内型７の両端に配されているパイプ部１９，２１が、外型５の内部から外部へと延出し、当該パイプ部１９，２１から内型７の温度よりも低い温度の流体を内型７の内部に送り込むことにより、温度調整している。なお、流体としては、例えば、空気、アルゴン、窒素等の気体や水、オイル等の液体がある。

ここでは、内型７と外型５との位置決め手段の一部である内型７のパイプ部１９，２１を利用して温度調整機構を設けているので、成形型構造を簡易にすることができる。
４．製造方法
図５〜図７は、成形品の製造方法を示す概略図である。
成形品１の製造方法は、成形前工程と、成形工程と、成形後工程とを含む。なお、図５〜図７は、代表的な工程のみを示し、図６及び図７では、成形型３の組み立て時のネジやパッキン等の図示を省略している。
（１）成形前工程
成形前工程は、図５に示すように内型７の筒部１３に繊維強化材９１を配する繊維配置工程と、図６に示すように繊維強化材９１が配置されている内型７を外型５内の所定位置に配置する内型配置工程とを含む。

繊維配置工程は、例えば、複数本の強化繊維束を一定方向に引き揃えられたシートや複数本の強化繊維束が所定のパターンで織られた織物状のシート等を利用する。
より具体的には、強化繊維束の配向角が内型７に対して所望の角度となるように、所定寸法に切断されたシート９１を内型７の筒部１３に配置する。ここでは、シート９１を内型７の筒部１３に積層するように配置している。

なお、複数枚のシート９１を使用して、内型７（の中心軸）に対するシート９１の強化繊維束の角度を層ごとに変わるように配置してもよいし、内型７（の中心軸）に対して一定の角度で配置してもよい。
繊維強化材９１が配された内型（以下、単に、「内型」ともいう。）７は、図６に示すように、内型７の両端に存在するパイプ部１９，２１を外型５の横板部材２９，３１の貫通孔４９，５１に挿入し、内型７の端壁部１５，１７と横板部材２９，３１とを当接させる。

横板部材２９，３１の貫通孔４９，５１にパイプ部１９，２１を挿入した内型７は、底板部材２３の上面２３ａに載置された状態でネジにより結合（固定）される。その後、一対の縦板部材２５，２７により内型７を挟むように、縦板部材２５，２７を底板部材２３にネジにより固定する。これにより、内型７は外型５の下型部９内に配置される。
内型７が下型部９内に配置されると、図７に示すように、上型部１１により下型部９の開口を塞いで型締めする。型締めは、図示を省略しているネジにより行われる。
（２）成形工程
成形工程は、型締された成形型３に対して、注入ゲート６３から液状の樹脂材料を注入する樹脂注入工程と、注入した樹脂材料を固体化させる固体化工程とを含む。なお、液状の樹脂材料が固体化したものが成形品１である。

ここでは、樹脂材料に熱硬化性樹脂を用いた例について説明する。このため固体化工程は、液状の樹脂材料を加熱により硬化する硬化工程となる。
本実施形態では、樹脂材料をキャビティ内に注入する前に、例えば、キャビティ内を排出ゲート６５から排気する工程を行ってもよいし、樹脂注入時も排気する工程を行ってもよい。

樹脂注入工程においては、注入ゲート６３から樹脂材料が注入され、キャビティ内を順次充填し、やがて、キャビティ内が樹脂材料により完全に充填される。
硬化工程は、注入された樹脂材料を加熱する。加熱は、成形型３に埋設するヒータや、加熱炉内に成形型を配することで行う。本実施形態では、加熱炉を利用して行う。
図８は、加熱状態を示す図である。

樹脂材料への加熱は、加熱炉内の雰囲気温度を上昇させて、成形型３の温度を上昇させることで行われる。
加熱炉の加熱は、図８に示すように、樹脂材料の硬化温度である設定温度Ｔ１にまで加熱する。この加熱により、外型５と内型７との各温度が上昇し始める。外型５は加熱炉内の空気に直接接触し、内型７は外型５内に収容されているため、外型５の方が内型７よりも早期に温度上昇し始める。

外型５の温度は、加熱炉内の温度上昇に伴って上昇し、やがて、加熱炉内の温度（設定温度Ｔ1）と等しい温度となり、その後、その温度が一定に維持される。
キャビティ内の樹脂材料は、外型５と接触しており、外型５の温度上昇に伴って上昇し、やがて、外型５の温度Ｔ１と等しい温度となり、その後、温度が一定に維持される。
内型７は、樹脂材料と接触しており、樹脂材料の温度上昇に伴い、温度上昇し、やがて、設定温度Ｔ２と等しい温度に達する。なお、図より明らかであるが、設定温度Ｔ２は設定温度Ｔ１よりも低い。

樹脂材料は外型５からの伝熱により温度上昇し、内型７は樹脂材料や外型５からの伝熱により温度上昇する。このため、内型７の温度上昇率は、外型５の温度上昇率よりも低くなる。
内型７の温度が設定温度Ｔ２になると、温度Ｔ２よりも低い温度の圧縮空気を内型７のパイプ部１９，２１の一方から筒部１３の内部へと定期的に送り込み、内型７の温度を温度Ｔ２で管理する。

内型７の温度が温度Ｔ２で管理され、所定時間が経過すると、加熱炉の加熱をやめ、加熱炉内の温度を降下させる。所定時間は、加熱により樹脂材料の硬化が進み、成形品１の形状等を維持できる状態になる時間である。なお、樹脂材料の硬化が不足している場合は、脱型後に成形品１にのみ加熱すればよい。
なお、加熱炉内の温度の降下により、外型５、成形品１及び内型７の温度が徐々に降下する。
（３）成形後工程
成形後工程は、外型５から内型７を取り出す取出し工程と、取り出された内型７から成形品１を脱型する脱型工程とを含む。

取出し工程は、上型部１１を下型部９から取り外した後、下型部９の各部材２３〜３１を分解することで行うことができる。具体的には、各部材２３〜３１を結合しているネジを取り外すことで行う。
脱型工程では、成形品１を固定して、内型７を成形品１の中心軸方向に押し込む又は引き抜くことで行うことができる。

この際、内型７の筒部１３を、注入される液体の樹脂材料の圧力により変形しない剛性を有する型を用いているので、従来の弾性袋を利用した際のしわが発生しなくなり、脱型を容易に行うことができる。
また、成形品１を構成する樹脂よりも高い熱膨張率を有する材料で筒部１３を構成することで、脱型をより容易に行うことができる。
５．成形品の表面状態
第１実施形態では、成形時の内型７の温度を外型５の温度より低くなるように加熱し、且つ内型７の最高温度を、成形時の外型５の最高温度よりも低くなるようにしている。すなわち、外型５に接触する側を、内側に接触する側よりも先に硬化させて（目安として硬化度８０％である。）いる。これにより、成形品１における外型５と対向する面の外観を向上させることができる。

つまり、成形時の内型７の温度を外型５の温度よりも低くすることで、内型７の温度を外型５の温度に近づけた場合比べて、外型側の面に生じていた樹脂ヒケを無くすことができる。
この理由は以下の通りと考えられる。一般的に熱硬化性樹脂は所定の加熱条件（加熱温度や加熱時間等である。）を超えると架橋反応が進み、粘性が高くなる。このため、高温側から樹脂の粘度が高くなっていく。樹脂ヒケは、樹脂の温度上昇に伴い、低温（低粘度）側へ移動するため、高温側でなくなる。
［実施例１］
第１実施形態に係る実施例について説明する。
（１）成形品
成形品１は、横断面形状が矩形環状をしたパイプ状をしている。横断面における寸法は、長辺（外寸法）が１４０ｍｍ、短辺（外寸法）が９５ｍｍ、厚みが３．２ｍｍである。なお、成形品１における繊維体積含有率は４８％である。
（２）材料
繊維強化材は、炭素繊維基材（ＮＣＦタイプ１２３（ＣＲ＋４５０Ａ、組織：一方向材、目付：４５０ｇ／ｍ²）、東邦テナックス(株)製）を利用している。強化繊維の配向角は、０°／９０°であり、６枚積層する。

樹脂材料は、ビニルエステル樹脂（日本ユピカ製）である。
（３）成形型
内型７をアルミニウム（熱膨張率（２０℃）：２３．１×１０^-6）により構成し、外型５を鉄（熱膨張率（２０℃）：１１．８×１０^-6）により構成している。なお、熱膨張率の単位は、１／Ｋである。
（４）成形条件
排出ゲート６５を介して成形型３のキャビティ内を真空にした後、注入圧を０．２ＭＰａとして、温度が４０℃の液状の樹脂材料を注入ゲート６３からキャビティ内に注入する。この状態で、成形型３を加熱炉内に配して、図８で示す条件で加熱して、注入した樹脂材料を硬化させる。

ここでの設定温度Ｔ１は１００［℃］であり、設定温度Ｔ２は７０［℃］である。内型７の温度が７０［℃］になると、内型７の端部のパイプ部１９，２１を利用して、筒部１３内へと室温の圧縮空気を送り込んで、内型７の温度が７０［℃］となるように調整する。
（５）脱型
キャビティ内の樹脂材料が硬化し、成形型３の温度が室温に近い温度にまで降下すると、成形型３を分解して、成形品１が外周に形成された内型７を取り出し、成形品１から内型７を抜く（脱型）。

この際、内型７として、熱膨張率の高い材料を使用しているため、キャビティ内の樹脂材料が硬化した際の内型７の外周寸法は、室温での内型７の外周寸法より大きく、その差が大きくなる。これにより、脱型の際の成形品１に作用させる負荷を小さくでき、脱型を容易に行うことができる。
（６）全体として
従来の弾性袋を内型（芯材）として利用して、パイプ状の成形品を得る場合に比べて、繊維強化材９１が配された内型（チューブ）７を外型５に組み込む作業及び内型７の脱型作業で、約３０分の時間短縮を行うことができる。
＜第２実施形態＞
第１実施形態における成形品１は、横断面形状が矩形をした四角状のパイプ状をしていたが、横断面形状が他の形状をしたパイプ状であってもよい。以下、他の形状について説明する。
（１）例１
図９は、第２実施形態の例１における成形時の成形型の断面図である。

第２実施形態の例１に係る成形品１０１は、図９に示すように、横断面形状が、１つの長辺が内側に凹入するような矩形状をしたパイプ状をしている。
成形品１０１は、ＲＴＭ法を利用して成形される。成形型１０３は、第１実施形態と同様に、内型１０５と外型１０７とから構成され、内型１０５が外型１０７内に収容される。

内型１０５は、第１実施形態と同様に、繊維強化材を成形品１０１の形状に賦形するための芯材やマンドレルとして機能する。内型１０５は、熱膨張率の高い材料が用いられている。内型１０５には、内型１０５の温度を調整するための温度調整機構の一部が設けられている。具体的には、第１実施形態と同様に、成形時の内型１０５よりも温度の低い流体（例えば圧縮空気である。）を内型１０５の内部に流すための流通路１０５ａが形成されている。この流通路１０５ａは内型１０５の中心軸に沿って設けられ、ここでは一例として５個形成されている。

外型１０７は、第１実施形態と同様に、割型構造をし、下型部１０９と上型部１１１とから構成される。なお、外型１０７内に内型１０５が収容された状態で、外型１０７と内型１０５との間の空間がキャビティとなる。
下型部１０９と上型部１１１との型締めは、ここでは、加圧機（プレス機）が利用され、成形型１０３の加熱は、加圧機（プレス機）からの伝熱を利用して行われる。なお、成形型１０３の加熱は、第１実施形態で説明した図８のようにして行われる。
（２）例２
図１０は、第２実施形態の例２における成形時の成形型の断面図である。

第２実施形態の例２に係る成形品１５１は、図１０に示すように、横断面形状が、円形状をしたパイプ状をしている。つまり、成形品１５１は、円筒状をしている。
成形品１５１は、ＲＴＭ法を利用して成形される。成形型１５３は、第１実施形態と同様に、内型１５５と外型１５７とから構成され、内型１５５が外型１０７内に収容される。

内型１５５は、第１実施形態と同様に、繊維強化材を成形品１５１の形状に賦形するための芯材やマンドレルとして機能する。内型１５５は、熱膨張率の高い材料が用いられている。
内型１５５は、第１実施形態の内型７と同様に、繊維強化材が配される筒部１５９と端壁部１６１とパイプ部１６３とを有し、端壁部１６１はパイプ部１６３に連通する貫通孔１６１ａを有する。

パイプ部１６３における端壁部１６１と反対側の端部は、第１実施形態と同様に、内型１５５が外型１５７内に組み込まれた際に、外型１５７の外部に位置し、流通路を構成している。
内型１５５には、内型１５５の温度を調整するための温度調整機構の一部が設けられている。温度調整機構は、内型を加熱する加熱手段と、内型を冷却する冷却手段とである。

ここでは、加熱手段として例えばカートリッジヒータ１６５が利用され、筒部１５９内に１本又は複数本（ここでは、４本である。）埋め込まれている。冷却手段は、内型１５５内に設けられた流通路と、成形時の内型１５５の温度よりも低い流体（例えば水である。）を送り込む送出装置（ポンプ）とからなる。
外型１５７は、第１実施形態と同様に、割型構造をし、下型部１７１と上型部１７３とから構成される。なお、外型１５７内に内型１５５が収容された状態で、外型１５７と内型１５５との間の空間がキャビティとなる。

外型１５７を構成する下型部１７１と上型部１７３には、内型１５５と同様に、加熱手段が設けられている。具体的には、複数本のカートリッジヒータ１７５が上型部１７３と下型部１７１とに埋設されている。
下型部１７１と上型部１７３との型締めは、第１実施形態と同様に、ネジ等で行われる。キャビティ内の樹脂材料は、外型１５７のカートリッジヒータ１７５と内型１５５のカートリッジヒータ１６５とにより加熱される。

図１１は、第２実施形態の例２における成形型を用いた加熱状態を示す図である。
繊維強化材１５１が配された内型１５５を外型１５７内に配置し、液状の樹脂材料が外型１５７内に注入された後、外型１５７内のカートリッジヒータ１７５と、内型１５５のカートリッジヒータ１６５とで加熱する。なお、ここでは、樹脂としてビニルエステル樹脂（リポキシ Ｒ−９８６：昭和電工製）が利用されている。

内型１５５及び外型１５７とも加熱を始める。この際の加熱は、図１１に示すように、外型１５７の温度上昇の方が、内型１５５の温度上昇よりも速い。具体的には、加熱を開始してから約４５分程度で、外型１５７の上型部１７３と下型部１７１の温度が、樹脂材料の硬化が始まる７０℃に達しているのに対し、内型１５５は３０℃程度である。
その後も、内型１５５、外型１５７とも加熱されて、加熱を開始してから約１時間４５分後に、外型１５７は８０℃に達し、内型１５５は５０℃に達し、さらに、内型１５５は、時間をかけて８０℃へと加熱される。

本例の樹脂の場合、外型１５７の温度が、７０℃に達してから約１時間をかけて８０℃になる間に、樹脂材料は硬化する。
このように、樹脂材料が硬化する前の段階で、外型１５７と内型１５５とを温度差を持たせて加熱することで、樹脂材料における外型１５７に接している部分から硬化を始め、最後に内型１５５に接している部分が硬化する。

これにより外観品質の高い成形品が得られる。
＜変形例＞
１．成形品
成形品の形状は、第１及び第２実施形態（以下、単に「実施形態」ともいう。）で説明した成形品１，１０１，１５１の形状以外でもよく、横断面が、例えば、三角形状、５角形状以上の多角形状であってもよいし、楕円形状や長円形状であってもよい。

また、実施形態に係る成形品は、中央部と両端部とで横断面形状・寸法が同じである。つまり、成形品の横断面形状や寸法が、断面位置に関係なく、一定であったが、断面位置によって横断面形状や寸法が異なるようなパイプ状であってよいし、断面位置によって形状が同じであって寸法が異なるようなパイプ状であってもよい。
前者の具体的な例としては、一端での横断面形状が長円形状で、他端での横断面形状が円形状をした筒状がある。ここでの円形は、長円の短軸を直径するものであり、一端側から内型を脱型すればよい。

後者の具体的な例としては、一端及び他端での横断面形状が正方形状で、一端から他端に移るに従って、徐々に一辺の長さが小さくなるような筒状がある。この場合、一端側から内型を脱型すればよい。
実施形態に係る成形品１，１０１，１５１は、その中心軸が直線であったが、成形型に注入した樹脂材料が固体化した後に、内型を溶融したり、変形させたりすることなく、脱型できれば、中心軸は円弧状をしていてもよい。

また、成形品は、内型を脱型するための開口を有していれば良く、中心軸方向の両端の内、少なくとも一方が開口していればよい。
２．成形型
（１）構造
実施形態では、分割できない一体構造の内型７，１０５，１５５を採用していたが、分割構造を採用してもよい。例えば、直管状の筒を直角状に結合して「Ｌ」状にし、「Ｌ」状の成形品を得るようにしてもよい。

実施形態では、外型５，１０７，１５７は上型部１１，１１１，１７３と下型部９，１０９，１７１とで構成していたが、例えば、右型部と左型部等で構成してもよい。つまり、分割構造の外型を使用する場合、その分割の仕方は特に限定するものではない。例えば、上下左右に分割してもよいし、中心軸方向に分割してもよい。
（２）内型の位置決め手段
実施形態では、内型７のパイプ部１９，２１の外周形状と、外型５の横板部材２９，３１の貫通孔４９，５１の内周形状を非円形状の正方形状としている。

しかしながら、内型の外型内での姿勢に関係ない場合、例えば、成形品が円筒状をしている場合、パイプ部の外周形状や貫通孔の内周形状は円形状をしていてもよい。
逆に、内型の外型内での姿勢が決まっている場合、例えば、成形品が断面形状が三角形状をしたパイプ状をしている場合は、パイプ部の外周形状や貫通孔の内周形状は、外型内で内型の姿勢が一義的に決定するような形状が好ましい。このような形状としては、例えば、２等辺三角形状やかまぼこ形状等がある。
（３）材料
実施形態では、内型にアルミニウム、外側に鉄をそれぞれ使用したが、他の金属材料であってもよいし、他の材料であってもよい。他の金属材料としては、ジュラルミン等の合金、真鍮、銅、ステンレス等がある。また、他の材料としては、木材、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂等がある。

なお、内型を構成する材料としては、脱型の観点から、成形品を構成する樹脂材料の熱膨張率よりも高い熱膨張率を有する材料が好ましい。
内型の熱膨張率と外型の熱膨張率との比は、成形品の外周面の外観性の観点からは、内型の熱膨張率が、外型の熱膨張率に対して、１．２倍以上、３．８倍以下の範囲内にあることが好ましい。

なお、１．２倍になる例は、内型にジュラルミンを、外型に真鍮をそれぞれ利用した場合であり、３．８倍となる例は、内型にアルミニウムを、外側に木材をそれぞれ利用した場合である。
（４）温度差
実施形態では、樹脂材料が硬化を開始するまでの内型と外型との温度差は、必ず、外型の温度の方が内型の温度よりも高く、外型と内型との温度差は、例えば、加熱を開始した時点を基準して、経過時間が同じであれば、必ず外型の方が１０℃〜４０℃程度高くなっている。

しかしながら、外型と内型の温度差は、使用する樹脂材料にもよって異なるし、さらには、エポキシ樹脂であっても、その種類によっても異なる。
例えば、ハンツマンジャパン製のエポキシ樹脂（樹脂ＸＢ３５２３／硬化剤ＸＢ３４５８）の場合、温度差が２５℃〜３５℃が好ましく、三菱化学製のエポキシ樹脂（エピコート）の場合、１５℃〜２５℃が好ましい。

さらに、同一の樹脂であっても、昇温スピード（温度上昇率）、設定温度、成形品の厚み等によっても、若干の差がある。
つまり、使用する樹脂について、予め実験することで、良好な外型と内型のそれぞれの加熱条件が得られ、その条件で行うことで、温度が高い方の型に接している面が良好となる。

１ 成形品
３ 成形型
５ 外型
７ 内型

Claims (9)

1. 内型の外周に配された繊維強化材を前記内型と共に外型内に配した後に、前記外型内に液状の樹脂材料を注入し、少なくとも一方の端部が開口するパイプ状のＦＲＰ成形品を製造するＦＲＰ成形品の製造方法において、
   前記内型として、注入される前記液状の樹脂材料の圧力により変形しない剛性を有するとともに、
   前記内型は、前記繊維強化材が配される筒部と、貫通孔を有し且つ前記貫通孔を介して前記筒部の内部と外部とが連通可能な状態に前記筒部の両端を塞ぐ端壁部と、筒状を有し且つ内周面が前記端壁部の貫通孔の外側に位置する状態で前記端壁部に設けられたパイプ部とを備え、
   前記内型は、前記パイプ部における前記端壁部と反対側の端部の開口が、前記外型の外部に位置するように、前記筒部が前記外型内に収容される型を用い、
   前記液状の樹脂材料が前記外型内で固体化した後、前記内型を脱型する
   ことを特徴とする製造方法。
2. 前記樹脂材料は、熱硬化性樹脂材料であり、
   前記液状の樹脂材料の注入後に、当該注入された樹脂材料を加熱により硬化させて固体化する加熱工程を含み、
   前記加熱工程では、前記内型の最高温度が、前記外型の最高温度より低くなるように、前記内型の温度が調整される
   ことを特徴する請求項１に記載の製造方法。
3. 前記加熱工程において、前記外型の最高温度と前記内型の最高温度との差が１０℃以上４０℃以下である
   ことを特徴とする請求項２に記載の製造方法。
4. 前記内型として、前記外型の熱膨張係数より大きい熱膨張係数を有する材料を用いる
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の製造方法。
5. 内型の外周に配された繊維強化材を前記内型と共に外型内に配した後に、前記外型内に液状の樹脂材料を注入し、少なくとも一方の端部が開口するパイプ状のＦＲＰ成形品を製造する型であって前記内型と前記外型とからなる成形型において、
   前記内型は、注入される前記液状の樹脂材料の圧力により変形しない剛性を有し、
   前記内型は、前記繊維強化材が配される筒部と、貫通孔を有し且つ前記貫通孔を介して前記筒部の内部と外部とが連通可能な状態に前記筒部の両端を塞ぐ端壁部と、筒状を有し且つ内周面が前記端壁部の貫通孔の外側に位置する状態で前記端壁部に設けられたパイプ部とを備え、
   前記内型は、前記パイプ部における前記端壁部と反対側の端部の開口が、前記外型の外部に位置するように、前記筒部が前記外型内に収容される
   ことを特徴とする成形型。
6. 前記パイプ部は、前記筒部の中心軸と平行な方向に延出し、
   前記外型は、箱状をし、前記筒部の中心軸の延長仮想線分と交差する壁部は、前記パイプ部が挿通する貫通孔を有している
   ことを特徴とする請求項５に記載の成形型。
7. 前記内型の材料は、前記外型の熱膨張係数より大きい熱膨張係数を有する材料である
   ことを特徴とする請求項５〜６の何れか１項に記載の成形型。
8. 前記外型は、複数の部材を組み合わせて構成され、各部材の付き合せた部分にパッキンが配されている
   ことを特徴とする請求項５〜７の何れか１項に記載の成形型。
9. 前記パイプ部は、前記筒部の中心軸と平行な方向に延出し、
   前記外型は、箱状をし、前記筒部の中心軸の延長仮想線分と交差する壁部は、前記パイプ部が挿通する貫通孔を有している
   ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の製造方法。

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