JP6384213B2 - 複合材料の製造方法、複合材料の製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、複合材料の製造方法、複合材料の製造装置に関する。

近年、自動車の車体軽量化のために強化基材に樹脂を含浸させた複合材料が自動車部品として用いられている。複合材料の成形方法として、例えば、下記特許文献１に記載されているような量産化に適したＲＴＭ（Ｒｅｓｉｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｌｄｉｎｇ）成形法が注目されている。

ＲＴＭ成形法にあっては、まず、開閉可能な一対の下型（雌型）、上型（雄型）からなる成形型内のキャビティに強化基材を配置する。型を閉締した後、樹脂注入口から樹脂を注入し、強化基材に樹脂を含浸させる。そして、キャビティ内に注入した樹脂を硬化させることによって複合材料を完成させる。完成した複合材料は、例えば、他の部材（他の複合材料や、その他材質の異なる部材）と接合され、自動車用の部品等を構成する。

複合材料の接着を行う場合、複合材料の接着面には所定の前処理を施す。前処理としては、例えば、下記特許文献２に記載されているようなサンドブラスト処理やプラズマ処理による表面改質が行われる。接着面の表面改質を行うことの利点として、濡れ性の向上、官能基の生成、接着面積の増加といった接着性の向上に寄与する様々な点が挙げられる。また、ＲＴＭ成形法において使用される樹脂（例えば、エポキシ樹脂）の内部には、脱型時の離型性を向上させるために内部離型剤を混入させることがあるが、この内部離型剤が成形後に複合材料の表面に析出すると、接着面に塗布した接着材の密着性が低下して、接着強度が低下する。このため、複合材料を接着させる場合には、複合材料の接着面に対して前処理を施すことが求められる。

特開２００５−１９３５８７号公報 特開２００８−２４８１９６号公報

しかしながら、上記のように接着性の向上を図るために複合材料を成形した後に煩雑な前処理工程を追加すると、工程数が増加する分、生産コストを増加させることになる。また、従来のサンドブラスト処理やプラズマ処理を実施すると、表面粗さや濡れ性のみならず、指標化が困難な官能器の生成についても評価をせざる得ないため、量産工程下において適切な品質管理が行い難いという問題もある。

そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、成形後に煩雑な前処理を施すことなく良好な接着強度を確保することが可能な複合材料を取得することを可能にし、前処理工程の実施に伴う生産コストの増加を抑えることができ、さらに、品質管理を容易に行うことができる複合材料の製造方法、複合材料の製造装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明に係る複合材料の製造方法は、強化基材と強化基材のすくなくとも一部に含浸された樹脂からなる複合材料の製造方法であって、外表面の少なくとも一部に付着したマスキング材により覆われたマスキング部が形成された強化基材を開閉自在な成形型のキャビティ内に配置した状態で、溶融した樹脂をキャビティ内に注入する工程と、マスキング部の少なくとも一部の温度を樹脂の硬化温度よりも低い温度に維持してマスキング部に含浸した樹脂の硬化を抑制しつつ、強化基材においてマスキング部を除く他の部位に含浸した樹脂を硬化させて、強化基材に樹脂が含浸してなる複合材料を成形する工程と、を有している。さらに、成形型から複合材料を脱型する工程と、複合材料に付着したマスキング材の少なくとも一部を取り除くことによって未硬化の樹脂を除去して、樹脂が含浸していない未含浸部を複合材料に形成する工程と、を有している。

上記目的を達成する本発明に係る複合材料の製造装置は、強化基材と強化基材の少なくとも一部に含浸された樹脂からなる複合材料を製造する複合材料の製造装置であって、外表面の少なくとも一部に付着したマスキング材により覆われたマスキング部が形成された強化基材が配置されるキャビティを形成する開閉自在な成形型と、溶融した樹脂をキャビティ内に注入する樹脂注入部と、成形型に設けられ、溶融した樹脂がキャビティ内に注入された状態においてマスキング部の少なくとも一部の温度を樹脂の硬化温度よりも低い温度に維持してマスキング部に含浸した樹脂の硬化を抑制する温度調整部と、を有している。そして、成形型から脱型した複合材料に付着したマスキング材の少なくとも一部を取り除くことによって未硬化の樹脂を除去して、樹脂が含浸していない未含浸部を形成することを可能にする。

本発明によれば、樹脂が含浸していない未含浸部を複合材料に形成し、当該未含浸部を接着部として使用することにより、樹脂に含まれる内部離型剤の析出に伴う接着強度の低下が発生するのを好適に防止することができる。成形後に煩雑な前処理を施すことなく良好な接着強度を確保することが可能になるため、前処理工程の実施に伴う生産コストの増加を抑えることができ、さらに、品質管理を容易に行うことができる。

本発明の実施形態に係る複合材料の成形装置の概略図である。 実施形態に係る複合材料の製造方法を示すフローチャートである。 実施形態に係るプリフォーム成形部および強化基材を説明するための図であり、図３（Ａ）はプリフォーム成形部の概観斜視図、図３（Ｂ）はプリフォーム成形後の強化基材の概観斜視図である。 プリフォーム成形部に備えられるマスキング材供給部の概観斜視図である。 図５は、実施形態に係る成形型を説明するための図であり、図５（Ａ）は成形型の概観斜視図、図５（Ｂ）はマスキング材の投影面と樹脂温度調整部との関係を示す斜視図である。 図６は、図５（Ａ）に示す６Ａ−６Ａ線に沿う成形型の概略断面図であり、図６（Ａ）は型開きした際の成形型を示す図、図６（Ｂ）は型閉じした際の成形型を示す図である。 図７は、実施形態に係る成形型を使用した成形方法を説明するための図であり、図７（Ａ）はキャビティ内へ樹脂を注入する前の様子を示す部分拡大図、図７（Ｂ）は樹脂が強化基材に含浸される際の様子を示す部分拡大図、図７（Ｃ）は成形型から複合材料を脱型する際の様子を示す部分拡大図である。 図８は、接着材を使用して複合材料を他の部材に接着する工程を示す図であり、図８（Ａ）はマスキング材の一部を複合材料から取り除く作業を示す部分拡大図、図８（Ｂ）は樹脂の未含浸部に塗布した接着材を使用して接着を行う際の様子を示す部分拡大図、図８（Ｃ）は接着された複合材料と他の部材を示す部分拡大図である。 図９は、実施形態に係る複合材料の製造方法を適用して製造した自動車部品を示す図であり、図９（Ａ）は、複合材料を使用した各種の自動車部品を示す図、図９（Ｂ）は、自動車部品を接合して形成した車体を示す図である。

以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、以下の説明は特許請求の範囲に記載される技術的範囲や用語の意義を限定するものではない。また、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

図１は、実施形態に係る複合材料の成形装置１００の概略図である。図２は、実施形態に係る複合材料の製造方法を示すフローチャートである。図３は、実施形態に係るプリフォーム成形部４００およびプリフォーム成形された強化基材２１０を示す斜視図である。図４は、プリフォーム成形部４００に備えられるマスキング材供給部５００を示す斜視図である。図５は、実施形態に係る成形型１１０を示す斜視図である。図６は、実施形態に係る成形型１１０を簡略化して示す断面図である。図７は、実施形態に係る成形型を使用した製造方法を説明するための拡大断面図である。図８は、接着材ｇを使用して複合材料２００を他の部材に接着する工程を示す拡大断面図である。図９は、実施形態に係る複合材料２００を使用した自動車部品３０１〜３０３および車体３００を示す斜視図である。

以下、各図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

本実施形態に係る複合材料の製造方法によって得られる複合材料２００は、強化基材２１０と樹脂２２０によって構成されている。複合材料２００は、強化基材２１０と樹脂２２０が組み合わせられることにより、樹脂単体で構成される成形品に比べて高い強度および剛性を備えたものとなる。また、図９に示すような自動車の車体３００（図９（Ｂ）を参照）に使用されるフロントサイドメンバー３０１やピラー３０２等の骨格部品、ルーフ３０３等の外板部品に複合材料２００を適用することによって、鉄鋼材料からなる部品を組み付けて構成した車体と比べて、車体３００の軽量化を図ることができる。

強化基材２１０は、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、有機繊維等の織物シートによって形成することができる。強化基材２１０は、例えば、後述するプリフォーム成形装置４００（図３（Ａ）を参照）を使用して、所定の形状にプリフォームした状態で準備することができる。本実施形態においては、強化基材２１０として炭素繊維を使用した例を説明する。炭素繊維は、熱膨張係数が小さく、寸法安定性に優れ、高温下においても機械的特性の低下が少ないという特徴があるため、自動車の車体３００等の複合材料２００の強化基材として好適に使用することができる。

樹脂２２０は、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂、フェノール樹脂等が用いられる。本実施形態においては、機械的特性、寸法安定性に優れたエポキシ樹脂を用いる。エポキシ樹脂は２液タイプが主流であり、主剤および硬化剤を混合して使用する。主剤はビスフェノールＡ型のエポキシ樹脂、硬化剤はアミン系のものが一般的に用いられるが、特にこれに限定されるものではなく、所望の材料特性に合わせて適宜選択できる。また、樹脂２２０には、複合材料２００を成形した後の脱型を容易に行い得るように、内部離型剤を含ませている。内部離型剤の種類は、特に限定されず、例えば、ステアリン酸亜鉛を主成分とする公知のものを使用することができる。

本実施形態に係る複合材料の製造装置は、図１に示す成形装置１００と、図３（Ａ）に示すプリフォーム成形装置４００（「プリフォーム成形部」に相当する）とにより構成している。

まず、成形装置１００について説明する。

図１を参照して、複合材料の成形装置（以下、「成形装置」とする）１００は、概説すると、強化基材としての炭素繊維２１０が配置されるキャビティ１５０を形成する開閉自在な成形型１１０と、成形型１１０に型締圧力を負荷するプレス部２０と、キャビティ１５０内に溶融した樹脂２２０を注入する樹脂注入部３０と、を有している。成形型１１０は、相対的に接近離反移動自在な上型（雌型）１３０と下型（雄型）１４０とを有している。

また、成形装置１００は、樹脂２２０の注入圧力を調整自在なバルブ４０と、キャビティ１５０内の圧力を測定する圧力計５０と、成形型１１０内を真空引きする吸引部６０と、成形型１１０の温度を調整する成形型温度調整部７０と、キャビティ１５０内に注入した樹脂２２０の一部の温度を調整する樹脂温度調整部７５と、成形装置１００全体の動作を制御する制御部８０と、をさらに有している。

図１に示すように、プレス部２０は、例えば、油圧等の流体圧を用いたシリンダー２１を備え、油圧等を制御することによって型締圧力を調整自在なプレス機により構成することができる。

樹脂注入部３０は、主剤を充填した主剤タンク３１と、硬化剤を充填した硬化剤タンク３２と、主剤、硬化剤、およびそれらが混合された樹脂２２０の搬送流路を形成するチューブ３６と、キャビティ１５０内への樹脂２２０の注入圧力を測定する圧力計３４と、樹脂２２０の注入圧力を調整自在なバルブ４０と、を有している。

樹脂注入部３０は、主剤タンク３１から供給される主剤と、硬化剤タンク３２から供給される硬化剤とを一定の圧力下において循環させつつ、成形型１１０へ供給可能な公知の循環式のポンプ機構により構成することができる。圧力計３４は、樹脂２２０の注入圧力を測定するために、注入口１３付近のチューブ３６に配置する。樹脂注入部３０は、バルブ４０の開度を調整することによって、キャビティ１５０内への樹脂２２０の注入量および成形型１０に供給される樹脂２２０の注入圧力を調整する。

圧力計５０は、ひずみゲージ等を備え、キャビティ１５０内の圧力を測定するために成形型１１０に配置される。

吸引部６０は、真空ポンプ（図示せず）を有する。吸引部６０は、樹脂２２０の注入前に成形型１１０に取り付けた吸引口１４を介してキャビティ１５０内の空気を吸引（真空引き）し、キャビティ１５０内を真空状態にする。

成形型温度調整部７０は、成形型１０を樹脂２２０の硬化温度まで加熱し、キャビティ１５０内に注入された樹脂２２０を硬化させる。成形型温度調整部７０には、加熱を行うための装置として、例えば、成形型１１０を直接的に加熱する電気ヒーターや、油などの熱媒体を循環させることによって温度調整を行う温度調整機構等を備えさせることができる。

樹脂温度調整部７５は、キャビティ１５０に注入した樹脂２２０の温度を調整する。樹脂温度調整部７５は、成形型１１０の上型１３０内に入れ子型構造で設けられた冷却部１３７に所定の動作指令を送信し、冷却部１３７に対向して配置される樹脂２２０の一部の温度を冷却する。樹脂温度調整部７５および冷却部１３７の各機能については後述する。

制御部８０は、成形装置１００全体の動作を制御する。制御部８０は、記憶部８１と、演算部８２と、各種データや制御指令の送受信を行う入出力部８３と、を有している。入出力部８３は、圧力計３４、５０と、バルブ４０と、吸引部６０と、成形型温度調整部７０と、樹脂温度調整部７５とに電気的に接続している。

記憶部８１は、ＲＯＭやＲＡＭから構成し、キャビティ１５０内の圧力等のデータを記憶する。演算部８２は、ＣＰＵを主体に構成され、入出力部８３を介して圧力計３４、５０からの樹脂２２０の注入圧力およびキャビティ１５０内の圧力のデータを受信する。演算部８２は、記憶部８１から読み出したデータおよび入出力部８３から受信したデータに基づいて、バルブ４０の開度、吸引部６０の吸入圧、成形型温度調整部７０による成形型１１０の加熱温度、樹脂温度調整部７５による樹脂２２０の冷却温度等を算出する。算出したデータに基づく制御信号は、入出力部８３を介してバルブ４０、吸引部６０、成形型温度調整部７０、樹脂温度調整部７５へ送信する。このようにして、制御部８０は、樹脂２２０の注入圧力、真空引き時のキャビティ１５０内の圧力、成形型１１０の温度、キャビティ１５０内の樹脂２２０の温度等を制御する。

次に、プリフォーム成形装置４００について説明する。

図３（Ａ）に示すように、プリフォーム成形装置４００は、プリフォーム（予備賦形）の対象となる炭素繊維２１０が配置される下型４２０と、下型４２０に対して接近離反移動自在な上型４１０と、を有している。

上型４１０は、所定のロッド４５０によりそれぞれ支持された複数の押し子４１１〜４１５を備えている。各押し子４１１〜４１５には、炭素繊維２１０のプリフォーム形状に合致する形状に応じた成形面が形成されている。炭素繊維２１０を下型４２０に配置した状態で上型４１０を下型４２０に接近移動させて、各押し子４１１〜４１５から炭素繊維２１０に対して加圧力を付与することにより、炭素繊維２１０をプリフォーム成形することが可能となっている。なお、プリフォーム成形装置４００の動作は、例えば、成形装置１００の制御部８０により制御することが可能である。

プリフォームする炭素繊維２１０は、例えば、シート状に予め加工されたものを、下型４２０上に複数積層してセットすることができる。図３（Ａ）中の一点鎖線で示す炭素繊維２１０は、プリフォーム成形前のものであり、実線で示す炭素繊維２１０は、プリフォーム成形後のものである。

図３（Ａ）および図４に示すように、プリフォーム成形装置４００は、炭素繊維２１０に所定のマスキング材５１０を付着させる（取り付ける）マスキング材供給部５００を有している。図示例においては、マスキング材供給部５００は、上型４１０の押し子４１１、４１５に設置しているが、設置位置はマスキング材５１０を付着させる位置等の条件に応じて適宜変更することが可能である。

図４に示すように、マスキング材供給部５００は、マスキング材５１０を巻き付けた状態で保持する供給ローラー５２０と、供給ローラー５２０により提供されるマスキング材５１０を所望の位置でカットする切断カッター５３１と、を有している。

切断カッター５３１は、図中の矢印ｒに示す方向に沿って回動自在に軸支されている。マスキング材供給部５００は、制御部８０により動作制御がなされ、供給ローラー５２０を動作させることによりマスキング材５１０を押し出す。このマスキング材５１０を押し出す動作は、プリフォーム成形装置４００が炭素繊維２１０に対してプリフォームを行う動作に連動して実施させることができる。本実施形態においては、炭素繊維２１０の上面（上型４１０と向かい合う面）にマスキング材５１０を取り付けているが、例えば、炭素繊維２１０の下面にマスキング材５１０を取り付けることも可能である。この場合は、マスキング材５１０を炭素繊維２１０に取り付けた後、炭素繊維２１０に対するプリフォーム成形を実施するように作業手順を変更する。

図３（Ｂ）には、プリフォーム成形され、かつ、マスキング材５１０が取り付けられた炭素繊維２１０が示される。本実施形態においては、炭素繊維２１０の長手方向の両端にマスキング材５１０をそれぞれ一つずつ取り付けているが、取り付ける位置や個数、マスキング材５１０の大きさ等は適宜変更することが可能である。

炭素繊維２１０においてマスキング材５１０が取り付けられた部位は、マスキング材５１０により表面が覆われたマスキング部２１１を構成する。

マスキング材５１０は、炭素繊維２１０の外表面側に向かい合う面（付着面）に所定の付着力（接着力）が備えられたテープにより構成している。したがって、炭素繊維２１０上に供給されたマスキング材５１０は、その付着面を介して、所定の付着力で炭素繊維２１０に固定される。この付着力の大きさは、特に限定されず、炭素繊維２１０から不用意な脱落が生じることのない範囲で適宜変更することが可能である。なお、付着面の反対側の面（表面）には付着性を備えさせていない。

マスキング材５１０の材質や構成等は、特に限定されないが、例えば、ビニール、紙、綿、布等に構成された簡易なテープを使用することが可能である。ただし、樹脂２２０の含浸性が高いもの使用すると、後述する未硬化の樹脂２２０の除去効果がより高まるため、綿テープを使用することがより好ましい。

次に、成形型１１０について説明する。

図５（Ａ）、図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、成形型１１０が備える上型１３０は、プリフォーム成形された複合材料２００の外形形状に合致した形状の成形面１３１と、成形型１１０へ供給される樹脂２２０の通り道となる樹脂流路１３５と、樹脂流路１３５の先端側に位置し、キャビティ１５０内へ樹脂２２０を導くゲート部１３６と、冷却部１３７と、を有している。樹脂流路１３５は、注入口１３を介して、樹脂注入部３０のチューブ３６と液密・気密に連結している。

成形型１１０が備える下型１４０は、複合材料２００の外形形状に合致した形状の成形面１４１を有する。

上型１３０は、下型１４０に対して、接近離反移動自在に構成されており、図５（Ａ）、図６（Ａ）に示すように、上型１３０が下型１４０から離反すると、成形型１１０が型開きした状態となる。成形型１１０を開くことにより、プリフォーム成形された炭素繊維２１０を下型１４０に配置することが可能になる。また、図６（Ｂ）に示すように、上型１３０を下型１４０に接近移動させると、上型１３０の成形面１３１と下型１４０の成形面１４１との間にキャビティ１５０が形成される。なお、図６（Ｂ）中の矢印ｕは、上型１３０の離反移動方向（型開き方向）を示し、矢印ｄは、上型１３０の接近移動方向（型閉じ方向）を示す。

上型１３０に設けられた各冷却部１３７は、成形型１１０を型閉じした際に、炭素繊維２１０に取り付けたマスキング材５１０に向かい合わせられるように設置している（図６（Ｂ）を参照）。冷却部１３７は、マスキング材５１０により覆われた炭素繊維２１０のマスキング部２１１を冷却する。より具体的には、成形型１１０を使用して複合材料２００を成形するにあたり、キャビティ１５０内に樹脂２２０を注入し、その樹脂２２０がマスキング部２１１に到達したら、マスキング部２１１を冷却して、マスキング部２１１に含浸した樹脂２２０が硬化するのを抑制する。そして、図８（Ａ）に示すように、複合材料２００の成形が完了して成形型１１０から脱型した後、マスキング材５１０を取り除くことにより、マスキング材５１０の付着面に付着した未硬化の樹脂２２０ａを複合材料２００から除去する。この未硬化の樹脂２２０ａを除去することにより、複合材料２００に樹脂２２０が含浸されていない未含浸部２０１ａを形成することが可能になる。

例えば、マスキング部２１１などのように、樹脂２２０を含浸させたくない箇所については、他の部位よりも炭素繊維２１０の密度が高くなるように、肉厚方向（厚み方向）の炭素繊維２１０の積層数を増やすことも可能である。このようにすることで、マスキング部５１０付近の樹脂２２０の含浸性がより低下するため、マスキング材５１０との併用によって樹脂２２０の未含浸部２０１ａをより一層容易に形成することが可能になる。

冷却部１３７は、液体や気体等の冷媒を循環させて温度調整を行う公知の温調器回路を有するように構成することができる。図６（Ａ）に示すように、冷却部１３７の一部を、上型１３０の成形面１３１に臨むように配置することにより、成形型１１０を閉じた際に冷却部１３７をマスキング材５１０に直接接触させることが可能になる。このように冷却部１３７を配置することにより、マスキング部２１１の冷却効果を高めることが可能になる。

図５（Ｂ）に示すように、冷却部１３７は、マスキング材５１０の投影面の面積（Ｗ２×Ｌ２）よりも小さな面積（Ｌ１×Ｗ１）でマスキング部２１１を冷却するように配置することができる。これにより、以下のような問題が発生するのを未然に防止することができる。

成形の最中に、マスキング材５１０全体を冷却すると、マスキング材５１０に覆われたマスキング部２１１に含浸した大部分の樹脂２２０の硬化が抑制される。このため、マスキング材５１０と炭素繊維２１０との間で作用する樹脂２２０による接着効果が著しく低下して、マスキング材５１０は自身の付着力のみで炭素繊維２１０の表面に保持されることになる。この状態で成形型１１０を型開きすると、型開きに伴いマスキング材５１０が上型１３０の成形面１３１に張り付いてしまう虞がある。成形面１３１にマスキング材５１０が残留すると、成形面１３１の清掃が必要となり、品質保証を図り難くなってしまう。そこで、本実施形態においては樹脂２２０の一部をマスキング材５１０に硬化させて、脱型時に、複合材料２００の表面にマスキング材５１０がより確実に保持されるようにしている。

次に、実施形態に係る複合材料２００の製造方法を説明する。

図２に示すように、複合材料２００の製造方法は、プリフォーム成形装置４００に炭素繊維２１０を配置する工程（ステップＳ１１）と、炭素繊維２１０のプリフォーム成形とマスキング部２１１の形成を行う工程（ステップＳ１２）と、プリフォームした炭素繊維２１０を成形型１１０のキャビティ１５０に配置する工程（ステップＳ１３）と、キャビティ１５０内に樹脂２２０を注入する工程（ステップＳ１４）と、炭素繊維２１０のマスキング部２１１を冷却しつつ、マスキング部２１１以外の部位の樹脂２２０を硬化させる工程（ステップＳ１５）と、成形した複合材料２００を成形型１１０から脱型する工程（ステップＳ１６）と、複合材料２００からマスキング材５１０を取り除く工程（ステップＳ１７）と、複合材料２００の樹脂２２０の未含浸部２０１ａに接着材ｇを塗布する工程（ステップＳ１８）と、複合材料２００を接着する工程（ステップＳ１９）と、を有する。

各工程について説明する。

まず、ステップＳ１１として、プリフォーム成形装置４００の下型４２０に炭素繊維２１０を配置する（図３（Ａ）を参照）。そして、ステップＳ１２として、プリフォーム成形装置４００の上型４１０を下型４２０に移動させて炭素繊維２１０をプリフォーム成形する。この際、炭素繊維２１０の外表面の所定の位置にマスキング材５１０を取り付けて、炭素繊維２１０にマスキング部２１１を形成する。

次に、ステップＳ１３として、プリフォーム成形した炭素繊維２１０を成形型１１０のキャビティ１５０に配置する（図６（Ｂ）を参照）。

次に、ステップＳ１４として、キャビティ１５０内に樹脂２２０を注入する。成形型１１０は、樹脂２２０（例えば、エポキシ樹脂）の硬化温度以上（例えば、１００℃〜１６０℃程度）に予熱しておく。

次に、ステップＳ１５として、炭素繊維２１０のマスキング部２１１を冷却部１３７により冷却しつつ、マスキング部２１１以外の部位に含浸した樹脂２２０を硬化させる。

ここで、図７には、樹脂２２０の注入の開始時から複合材料２００を成形型１１０から脱型するまでのマスキング部２１１の様子が示される。各図は、図６（Ｂ）の一点鎖線７Ａで示す部分の拡大図である。

図７（Ａ）に示すように、成形型１１０を閉じると、冷却部１３７が炭素繊維２１０のマスキング部２１１に向かい合う位置に配置される。

図７（Ｂ）に示すように、樹脂２２０の注入が開始すると、樹脂２２０が炭素繊維２１０の内部を伝わって徐々に含浸されていく。冷却部１３７は、マスキング部２１１の温度を樹脂２２０の硬化温度よりも低い温度（例えば、５０℃〜８０℃）に維持する。なお、マスキング部２１１の冷却は、樹脂２２０の注入を開始する前から実施することもできる。

図７（Ｃ）に示すように、複合材料２００を脱型する際には、樹脂２２０が硬化していない未硬化部分２０１と、樹脂２２０が硬化した硬化部分２０２が複合材料２００に形成される。未硬化部分２０１は、例えば、冷却部１３７により直接的に冷却された部分に形成される。未硬化部分２０１の厚み寸法（図７（Ｃ）の上下方向の寸法）は、冷却部１３７によりどの程度冷却するかによって調整することができるため、成形作業を実施する度に所望の大きさに変更することができる。

次に、ステップＳ１６として、冷却により硬化が抑制された部分以外の樹脂２２０が硬化した後、成形型１１０を開いて、炭素繊維２１０および樹脂２２０が一体化された複合材料２００を脱型する（図７（Ｃ）を参照）。

次に、ステップＳ１７として、複合材料２００からマスキング材５１０を取り除くことによって、未硬化の樹脂２２０ａを除去する（図８（Ａ）を参照）。これにより、複合材料２００に樹脂２２０が含浸されていない未含浸部２０１ａを形成する。マスキング材５１０を取り除く量（面積）は、必要に応じて調整する。マスキング材５１０を取り除く量を調整することにより、未含浸部２０１ａの面積や形状等を変更することができる。なお、マスキング材５１０をより確実に取り除くために、例えば、アセトン等の薬品を併用してマスキング材５１０を拭き取ることも可能である。

次に、ステップＳ１８として、複合材料２００の未含浸部２０１ａに接着材ｇを塗布する（図８（Ｂ）を参照）。接着材ｇの材質は特に限定されず、公知のものを使用することができる。

未含浸部２０１ａの表面は、他の部材２７０との接着がなされる接着部（接着面）を構成する。この接着部付近には樹脂２２０が含浸されてないため、樹脂２２０に含まれる内部離型剤が表面に析出することがない。よって、接着部に対する前処理を実施しなくとも、接着材ｇとの密着性を確保することができ、接着強度を向上させることが可能になる。また、前処理としてサンドブラスト処理やプラズマ処理を実施する場合に生じる品質確保や品質保証についての問題が生じることもないため、複合材料２００の取り扱いが容易なものとなる。

図８（Ｂ）、図８（Ｃ）に示すように、例えば、複合材料２００は、同様の手順により未含浸部２７１ａが形成された複合材料２７０に接着させることができる。この際、接着箇所は、例えば、各複合材料２００、２７０の未含浸部２０１ａ、２７１ａに設定することができる。なお、複合材料２００を接着させる対象となる部材は、図９（Ａ）に示す部品や、複合材料以外の材料、例えば、樹脂成形品や金属材料などでもよい。

以上説明したように、本実施形態に係る複合材料の製造方法および製造装置によれば、樹脂２２０が含浸していない未含浸部２０１ａを複合材料２００に形成し、当該未含浸部２０１ａを接着部として使用することにより、樹脂２２０に含まれる内部離型剤の析出に伴う接着強度の低下が発生するのを好適に防止することができる。成形後に煩雑な前処理を施すことなく良好な接着強度を確保することが可能になるため、前処理工程の実施に伴う生産コストの増加を抑えることができ、さらに、品質管理を容易に行うことが可能になる。

また、マスキング材５１０の投影面の面積よりも小さな面積でマスキング部２１１を冷却することにより、脱型時に成形型１１０にマスキング材５１０が残留するのをより確実に防止することができ、マスキング材５１０の残留に伴う品質保証の低下が発生するのを防止することができる。

また、炭素繊維２１０をプリフォーム成形するとともに炭素繊維２１０にマスキング材５１０を付着させることが可能になるため、工程数を削減することができ、複合材料２００の生産性の向上を図ることができる。

また、複合材料２００に形成した樹脂２２０の未含浸部２０１ａに塗布した接着材ｇを介して、複合材料２００を他の部材２７０に対して好適に接着させることができる。

また、炭素繊維２１０と当該炭素繊維２１０に含浸された樹脂２２０からなり、炭素繊維２１０の少なくとも一部に、未硬化の樹脂２２０を除去して形成された樹脂の未含浸部２０１ａが形成されてなる複合材料２００を得ることができる。

以上、実施形態を通じて複合材料の製造方法、製造装置、および複合材料を説明したが、本発明は実施形態において説明した構成のみに限定されることはなく、特許請求の範囲の記載に基づいて適宜変更することが可能である。

例えば、複合材料の製造装置を、成形装置１００とプリフォーム成形装置４００とにより構成した例を説明したが、成形装置１００のみで複合材料の製造装置を構成することも可能である。また、マスキング材の取付け作業とプリフォーム成形は、それぞれ別個に実施することも可能である。マスキング材を取り付ける作業については、作業者等が手作業で行うこともできる。例えば、強化基材の裏面側（下型側の面）に樹脂の未含浸部を形成することも可能である。この場合、冷却部は、成形型の下型に設置される。

その他、複合材料の製造方法の各工程および複合材料の製造装置の各部の構成は、樹脂の一部に未硬化の部分を形成し、未硬化の部分をマスキング材により除去して、複合材料のいずれかの部位に樹脂が含浸されていない未含浸部を形成することが可能な限りにおいて適宜変更することが可能である。

７５ 樹脂温度調整部、
１００ 成形装置、
１１０ 成形型、
１３０ 上型、
１３７ 冷却部、
１４０ 下型、
１５０ キャビティ、
２００ 複合材料、
２０１ 樹脂の未硬化部、
２０１ａ 未含浸部、
２０２ 樹脂の硬化部、
２１０ 炭素繊維（強化基材）、
２１１ マスキング部、
２２０ 樹脂、
２２０ａ 未硬化の樹脂、
２７０ 複合材料（他の部材）、
３００ 車体、
４００ プリフォーム成形装置（プリフォーム成形部）、
５００ マスキング材供給部、
５１０ マスキング材、
ｇ 接着材。

Claims (7)

1. 強化基材と前記強化基材の少なくとも一部に含浸された樹脂からなる複合材料の製造方法であって、
   外表面の少なくとも一部に付着したマスキング材により覆われたマスキング部が形成された強化基材を開閉自在な成形型のキャビティ内に配置した状態で、溶融した樹脂を前記キャビティ内に注入する工程と、
   前記マスキング部の少なくとも一部の温度を前記樹脂の硬化温度よりも低い温度に維持して前記マスキング部に含浸した前記樹脂の硬化を抑制しつつ、前記強化基材において前記マスキング部を除く他の部位に含浸した前記樹脂を硬化させて、前記強化基材に前記樹脂が含浸してなる複合材料を成形する工程と、
   前記成形型から前記複合材料を脱型する工程と、
   前記複合材料に付着した前記マスキング材の少なくとも一部を取り除くことによって未硬化の前記樹脂を除去して、前記樹脂が含浸していない未含浸部を前記複合材料に形成する工程と、を有する複合材料の製造方法。
2. 前記複合材料を成形する工程において、前記マスキング部は、前記マスキング材の投影面の面積よりも小さな面積で冷却されることにより前記樹脂の硬化温度よりも低い温度に維持されてなる、請求項１に記載の複合材料の製造方法。
3. 前記キャビティ内に前記強化基材を配置する前に、前記強化基材をプリフォーム成形するとともに前記強化基材に前記マスキング材を付着させる工程をさらに有する請求項１または請求項２に記載の複合材料の製造方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の製造方法により製造された前記複合材料の前記未含浸部に接着材を塗布する工程と、前記接着材を介して前記複合材料と他の部材とを接着する工程と、をさらに有する複合材料の接着方法。
5. 強化基材と前記強化基材の少なくとも一部に含浸された樹脂からなる複合材料を製造する複合材料の製造装置であって、
   外表面の少なくとも一部に付着したマスキング材により覆われたマスキング部が形成された強化基材が配置されるキャビティを形成する開閉自在な成形型と、
   溶融した樹脂を前記キャビティ内に注入する樹脂注入部と、
   前記成形型に設けられ、溶融した前記樹脂が前記キャビティ内に注入された状態において前記マスキング部の少なくとも一部の温度を前記樹脂の硬化温度よりも低い温度に維持して前記マスキング部に含浸した前記樹脂の硬化を抑制する樹脂温度調整部と、を有し、
   前記成形型から脱型した前記複合材料に付着した前記マスキング材の少なくとも一部を取り除くことによって未硬化の前記樹脂を除去して、前記樹脂が含浸していない未含浸部を形成することを可能にする、複合材料の製造装置。
6. 前記樹脂温度調整部は、前記マスキング材の投影面の面積よりも小さな面積で前記マスキング部を冷却して、前記樹脂の硬化温度よりも低い温度に前記マスキング部の温度を維持する、請求項５に記載の複合材料の製造装置。
7. 前記強化基材をプリフォーム成形するプリフォーム成形部と、
   前記プリフォーム成形部に設けられ、前記強化基材に前記マスキング材を付着させるマスキング材供給部と、をさらに有する請求項５または請求項６に記載の複合材料の製造装置。