JP6402775B2 - 複合材料の成形方法および成形装置 - Google Patents

Description

本発明は、複合材料の成形方法および成形装置に関する。

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、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設置する。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、キャビティ内において樹脂を硬化させることによって、複合材料を得る。

特開２００５−１９３５８７号公報

キャビティ内に樹脂を注入する際に、樹脂の注入圧力を高くすることによって成形時間を短縮することができる。その一方、高圧注入によって、キャビティ内の圧力が急激に上がり、型が開いてしまう。成形時に型が開いてしまうと、成形品にバリが生じ、成形不良の原因となる。そのため、プレス機によって高い型締圧力を負荷して型締する必要があり、プレス機が大型化し、これに伴って設備費用が高くなるという問題が生じている。

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、成形時間を短縮しつつ、型締圧力を抑えることを可能とする複合材料の成形方法および成形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成形方法は、開閉可能な成形型内のキャビティに強化基材を配置し、前記成形型に型締圧力を負荷した状態において樹脂を前記キャビティ内に注入し、前記樹脂を硬化させて複合材料を成形する成形方法である。前記樹脂を前記キャビティ内に注入するとき、前記樹脂の注入圧力を前記型締圧力よりも高い第１の圧力と前記型締圧力よりも低い第２の圧力との間において調整し、かつ、前記型締圧力よりも高い圧力から前記型締圧力よりも低い圧力へ前記樹脂の前記注入圧力を減圧と定圧保持を複数回繰り返しながら徐々に降下させる。これよって、前記樹脂の注入開始から注入終了まで前記キャビティ内の圧力が前記型締圧力を超えることなく前記樹脂を注入する。

上記目的を達成する本発明に係る複合材料の成形装置は、強化基材を配置するキャビティが形成された開閉可能な成形型と、前記成形型に型締圧力を負荷するプレス部と、前記キャビティ内に樹脂を注入する樹脂注入部と、前記樹脂注入部に備えられ前記樹脂の注入圧力を調整自在な圧力調整部と、前記キャビティ内の圧力に基づいて前記圧力調整部の作動を制御する制御部と、を有する。前記制御部は、前記圧力調整部の作動を制御し、前記樹脂の前記注入圧力を前記型締圧力よりも高い第１の圧力と前記型締圧力よりも低い第２の圧力との間において調整し、かつ、前記型締圧力よりも高い圧力から前記型締圧力よりも低い圧力へ前記樹脂の前記注入圧力を減圧と定圧保持を複数回繰り返しながら徐々に降下させる。これよって、前記樹脂の注入開始から注入終了まで前記キャビティ内の圧力が前記型締圧力を超えることなく前記樹脂を注入させる。

本実施形態に係る複合材料の成形装置の概略図である。 本実施形態に係る樹脂注入部の構成を示す概略図である。 本実施形態に係る複合材料の成形方法を示すフローチャートである。 図４（Ａ）は、本実施形態に係るキャビティ内の圧力の時間推移を表すグラフ図であり、図４（Ｂ）は、本実施形態に係る樹脂の注入圧力の時間推移を表すグラフ図である。 図５（Ａ）は、複合材料を使用した自動車部品を示す図であり、図５（Ｂ）は、部品を接合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、以下の記載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、複合材料２００の成形装置１００の概略図である。図２は、樹脂注入部３０の構成を示す概略図である。図３は、複合材料２００の成形方法を示すフローチャートである。図４（Ａ）は、本実施形態に係るキャビティ１５内の圧力Ｐｒの時間推移を表すグラフ図であり、図４（Ｂ）は、本実施形態に係る樹脂の注入圧力Ｐｉの時間推移を表すグラフ図である。図５は、複合材料２００を使用した自動車部品３０１〜３０３および車体３００の概略図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

本実施形態に係る成形方法および成形装置１００によって得られる複合材料２００は、強化基材２１０と、樹脂２２０と、によって構成されている。強化基材２１０と組み合わせることによって樹脂２２０単体に比べて高い強度および剛性を備える複合材料２００となる。また、図５に示すように、自動車の車体３００（図５（Ｂ）を参照）に使用される部品であ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を使用することによって、鉄鋼材料を使用した場合に比べて車体の軽量化が可能となる。

強化基材２１０は、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され、積層された状態において成形型１０に形成されたキャビティ１５内に配置してプリフォームする。本実施形態においては、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炭素繊維を用いる。なお、プリフォームは成形型１０以外の別型により行ってもよい。

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。

図１を参照して、本実施形態に係る成形装置１００は、概説すると、炭素繊維２１０（強化基材に相当）を配置するキャビティ１５が形成された開閉可能な成形型１０と、成形型１０に型締圧力Ｐｍを負荷するプレス部２０と、キャビティ１５内に樹脂２２０を注入する樹脂注入部３０と、樹脂注入部３０に備えられ樹脂２２０の注入圧力Ｐｉを調整自在なバルブ４０（圧力調整部に相当）と、を有する。成形装置１００は、キャビティ１５内の圧力Ｐｒを測定する圧力計５０と、成形型１０内を真空引きする吸引部６０と、成形型１０の温度を調整する成形型温度調整部７０と、成形装置１００全体の作動を制御する制御部８０と、をさらに有する。制御部８０は、圧力計５０によって測定したキャビティ１５内の圧力Ｐｒに基づいてバルブ４０の作動を制御する。以下、成形装置１００について詳述する。

成形型１０は、開閉可能な一対の上型１１（雄型）と、下型１２（雌型）と、を有する。上型１１と下型１２の間に、密閉自在なキャビティ１５を形成する。炭素繊維２１０は、積層してプリフォームした状態において予めキャビティ１５内に配置する。上型１１の上方部に、注入口１３を設ける。注入口１３を樹脂注入部３０に連結し、上方からキャビティ１５内に樹脂２２０を注入する。樹脂２２０は、炭素繊維２１０の上面から内部に含浸する。また、下型１２の端部に、吸引口１４を設ける。吸引口１４を吸引部６０に連結し、キャビティ１５内を真空引きして空気を吸引除去する。キャビティ１５内を密閉状態にするために、上型１１と下型１２の合わせ面にシール部材等を設けてもよい。

プレス部２０は、成形型１０の上型１１に型締圧力Ｐｍを負荷する。プレス部２０は、油圧等の流体圧を用いたシリンダー２１を有し、油圧等を制御することによって型締圧力Ｐｍを調整する。

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、樹脂２２０のキャビティ１５内への注入圧力Ｐｉを測定する圧力計３４と、樹脂２２０の注入圧力Ｐｉを調整自在なバルブ４０と、を有する。圧力計３４は、樹脂２２０の注入圧力Ｐｉを測定するため、注入口１３付近のチューブ３６に配置する。

図２を参照して、樹脂注入部３０は、主剤タンク３１および硬化剤タンク３２に連結されるチューブ３３ａ、３３ｂにそれぞれ配置されたポンプ３５ａ、３５ｂをさらに有する。ポンプ３５ａ、３５ｂは、主剤および硬化剤を一定圧力においてバルブ４０に向けて吐出する。

バルブ４０は、チューブ３６を介して成形型１０の注入口１３に接続する。バルブ４０は、シリンダー４１と、ピストン４２と、を有する。シリンダー４１は、ピストン４２の基端部４２ａによって区画された２つのチャンバ４１ｕ、４１ｄを有する。２つのチャンバ４１ｕ、４１ｄに供給する空圧または油圧などの流体圧を調整することによって、ピストン４２は図において上下方向に移動する。ピストン４２がシリンダー４１内を移動することによって、主剤および硬化剤の流通経路の開度を調整する。このバルブ４０の開度によって、樹脂２２０のキャビティ１５内への注入量Ｑｉを調整し、成形型１０に搬送される樹脂２２０の注入圧力Ｐｉを調整する。なお、樹脂２２０が硬化する前の状態において粘度が２００［ｍＰａ・ｓ］以下のとき、キャビティ１５内への樹脂２２０の注入量Ｑｉと注入圧力Ｐｉは、Ｑｉ^２＝Ａ×Ｐｉ（Ａは、流出係数、流路面積および流体密度によって決まる値）の式によって表される相関関係にあることが知られている。

シリンダー４１は、上側吸入口４４ａ、４４ｂと、下側吐出口４５ａ、４５ｂと、を有する。ピストン４２が図において上方に移動すると、下側吐出口４５ａ、４５ｂが開く。下側吐出口４５ａ、４５ｂのそれぞれから吐出した主剤および硬化剤は、混合されて樹脂２２０となる。樹脂２２０は、チューブ３６を介して注入口１３に吐出される。ピストン４２が図において下方に移動すると、上側吸入口４４ａ、４４ｂと下側吐出口４５ａ、４５ｂとが、ピストン４２に形成した凹部４３ａ、４３ｂを介して連通する。主剤および硬化剤は、下側吐出口４５ａ、４５ｂから凹部４３ａ、４３ｂを通り、上側吸入口４４ａ、４４ｂから主剤タンク３１および硬化剤タンク３２に再び戻される。この動作によって、主剤および硬化剤は、一定の圧力においてチューブ３３ａ、３３ｂ内を循環する。

図１を再び参照して、圧力計５０は、ひずみゲージ等を備え、キャビティ１５内の圧力Ｐｒを測定するために成形型１０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の注入前に吸引口１４からキャビティ１５内の空気を吸引（真空引き）し、キャビティ１５内を真空状態にする。

成形型温度調整部７０は、加熱部材７１を有し、成形型１０を樹脂２２０の硬化温度まで加熱し、キャビティ１５内に注入された樹脂２２０を硬化させる。加熱部材は、電気ヒーターであり、直接的に成形型１０を加熱する。なお、加熱部材はこれ限定されず、たとえば、油などの熱媒体を電気ヒーターによって加熱し、成形型１０内に熱媒体を循環させることによって、成形型１０の温度を調整してもよい。

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、入出力部８３と、を有する。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とに接続される。記憶部８１は、ＲＯＭやＲＡＭから構成し、後述するキャビティ１５内の圧力Ｐｒのしきい値Ｐｃ等のデータを予め記憶する。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Ｐｉおよびキャビティ１５内の圧力Ｐｒ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を基にバルブ４０のピストン４２位置、吸引部６０の吸入圧および成形型温度調整部７０による成形型１０の加熱温度を算出する。算出データを基にした制御信号は、入出力部８３を介してバルブ４０、吸引部６０および成形型温度調整部７０に送信する。このようにして、制御部８０は、樹脂２２０の注入圧力Ｐｉ、真空引き時のキャビティ１５内の圧力Ｐｒ、成形型温度等を制御する。

以下、図３を参照して複合材料２００の成形方法の手順について説明する。

図３に示すように、複合材料２００の成形方法は、炭素繊維２１０を配置する工程（ステップＳ１）と、真空吸引を行う工程（ステップＳ２）と、樹脂２２０を注入する工程（ステップＳ３〜Ｓ８）と、樹脂２２０を硬化させる工程（ステップＳ９）と、脱型する工程（ステップＳ１０）と、を有する。以下、各工程について詳述する。なお、ステップＳ１、Ｓ９、Ｓ１０の操作を除き、制御部８０が各ステップの処理を実行する。

まず、炭素繊維２１０を積層し、成形型１０のキャビティ１５内に配置してプリフォームする（ステップＳ１）。このとき、キャビティ１５に臨む型内面を、所定の有機溶剤を用いて脱脂処理し、離型剤を用いて離型処理を施しておく。

次に、成形型１０を閉じ、吸引部６０によって吸引口１４から空気を吸引し、真空引きを行い、キャビティ１５内を真空状態にする（ステップＳ２）。このとき、圧力が負圧となるように圧力計５０のデータを基に制御部８０によって調整する。真空引き終了後、吸引口１４は完全に閉じ、成形終了まで閉じた状態にしておく。真空引きを行うことによって、表面に発生する気泡を防止し、成形品である複合材料２００のボイドやピットを減らすことができ、複合材料２００の機械的特性や意匠性を向上させることができる。

樹脂２２０の注入圧力Ｐｉが型締圧力Ｐｍよりも高い第１の圧力Ｐ１（図４（Ｂ）を参照）となるように調整し、注入口１３から樹脂２２０の注入を開始する（ステップＳ３）。注入された樹脂２２０は、炭素繊維２１０の上面から含浸していく。注入した樹脂２２０がキャビティ１５内を完全に満たしたとき、注入圧力Ｐｉと型締圧力Ｐｍはほぼ同じ圧力となる。

樹脂２２０の注入開始後、所定時間内に圧力計３４によってキャビティ１５内の圧力Ｐｒを測定する（ステップＳ４）。キャビティ１５内の圧力Ｐｒがしきい値Ｐｃに達するまで、樹脂２２０の注入、およびキャビティ１５内の圧力Ｐｒの測定を継続する（ステップＳ５：「Ｎｏ」、ステップＳ３、Ｓ４）。キャビティ１５内の圧力Ｐｒがしきい値Ｐｃに達したら（ステップＳ５：「Ｙｅｓ」）、樹脂２２０の注入圧力Ｐｉを降下する（ステップＳ６）。

しきい値Ｐｃは、樹脂２２０の材料特性、注入量、注入速度等に基づいて予め型締圧力Ｐｍよりも少し低い値に設定する。本実施形態においては、しきい値Ｐｃを型締圧力Ｐｍの９０％に設定している。圧力測定の誤差を考慮して、たとえば、しきい値は型締圧力Ｐｍの８５％〜９５％の範囲の値を選択することができる。しきい値Ｐｃを高い値に設定することによって、型締圧力Ｐｍ近傍まで樹脂２２０の注入圧力Ｐｉを上げ、注入時間を短縮することができる。さらに、キャビティ１５内の圧力Ｐｒが高い状態になることによって、炭素繊維２１０への樹脂２２０の含浸性を向上することができる。

樹脂２２０の注入圧力Ｐｉを測定しながら型締圧力Ｐｍよりも高い第１の圧力Ｐ１と型締圧力Ｐｍよりも低い第２の圧力Ｐ２との間において調整し、かつ、型締圧力Ｐｍよりも高い圧力から型締圧力Ｐｍよりも低い圧力へ樹脂２２０の注入圧力Ｐｉを少なくとも１回は降下させる。この制御によって、樹脂２２０の注入開始から注入終了までキャビティ１５内の圧力が型締圧力Ｐｍを超えることないように樹脂２２０を注入する（ステップＳ７）。上述したように、注入時間を短縮する観点からは、しきい値Ｐｃをできるだけ高い値に設定することが好ましい。ただし、樹脂２２０の注入圧力制御においてキャビティ１５内の圧力Ｐｒが型締圧力Ｐｍを超えるオーバーシュートが生じないように、しきい値Ｐｃを設定することが好ましい。

キャビティ１５内に樹脂２２０が完全に充填されるまでステップＳ７の動作を繰り返す（ステップＳ８：「Ｎｏ」、ステップＳ７）。

キャビティ１５内に樹脂２２０を規定量注入し終えると（ステップＳ８：「Ｙｅｓ」）、キャビティ１５内の樹脂２２０が十分硬化するまで放置する（ステップＳ９）。なお、成形型１０全体は、成形型温度調整部７０によって樹脂２２０の硬化温度に予め温度調節してある。

成形型１０を開き、成形された複合材料２００を脱型すると、成形が完了する（ステップＳ１０）。

次に、図４を参照して、本実施形態の成形方法に係る樹脂２２０の注入圧力Ｐｉの制御について詳述する。

図４（Ａ）および（Ｂ）に実線によって示されるグラフは、図３に示す本実施形態に係る成形方法によるキャビティ１５内の圧力Ｐｒおよび樹脂２２０の注入圧力Ｐｉの時間推移を示す。破線によって示されるグラフは、対比例であり、樹脂２２０の注入圧力Ｐｉを注入完了まで一定に高圧注入した場合のキャビティ１５内の圧力Ｐｒおよび樹脂２２０の注入圧力Ｐｉの時間推移を示す。時間０［ｓｅｃ］〜ｔ１は、型締工程、時間ｔ１〜ｔ２は、真空引き工程、時間ｔ２〜ｔ３は、樹脂２２０の注入工程、ｔ３以降は樹脂２２０の硬化工程である。ここで、図４（Ａ）および（Ｂ）に示すように、樹脂２２０を注入圧力Ｐｉで注入後、キャビティ１５内の圧力Ｐｒは直ぐには上昇せず、注入圧力Ｐｉより遅れて徐々に上昇する。

キャビティ１５内の圧力Ｐｒが上昇し、しきい値Ｐｃに達したとき、図４（Ｂ）に示す階段状になるように樹脂２２０の注入圧力Ｐｉを徐々に降下させる。このとき、図４（Ａ）に示す樹脂２２０の注入開始から注入終了までキャビティ１５内の圧力Ｐｒが型締圧力Ｐｍを超えることのないように、制御部８０によってバルブ４０を制御して、型締圧力Ｐｍよりも高い第１の圧力Ｐ１と、型締圧力Ｐｍよりも低い第２の圧力Ｐ２との間において樹脂２２０の注入圧力Ｐｉを調整する。樹脂２２０の注入圧力Ｐｉは、型締圧力Ｐｍよりも高い圧力から型締圧力Ｐｍよりも低い圧力へ少なくとも１回降下させる。第２の圧力Ｐ２は、ゲージ圧０［ＭＰａ］から型締圧力Ｐｍの間において任意の値を設定できる。

図４（Ａ）に破線によって示すように、樹脂２２０の注入圧力Ｐｉを注入完了まで一定に高圧注入した対比例にあっては、キャビティ１５内の圧力Ｐｒが型締圧力Ｐｍよりも著しく高い圧力Ｐ３まで高くなってしまう。

これに対して、本実施形態にあっては、樹脂２２０の注入圧力Ｐｉを制御することによって、樹脂２２０の注入開始から注入終了までキャビティ１５内の圧力Ｐｒが型締圧力Ｐｍを超えることなく樹脂２２０を注入している。キャビティ１５内の圧力Ｐｒが型締圧力Ｐｍを超えることがないように注入することから、プレス部２０が発生する型締圧力Ｐｍを抑えることができる。型締圧力Ｐｍを抑制できることを通して、プレス機の小型化が可能となり、設備費用の低減に寄与することができる。

また、本実施形態の成形方法では、硬化開始時に、対比例（図４（Ａ）破線）のようにキャビティ１５内の圧力Ｐｒが急激に降下しない。圧力が急降下すると硬化時の樹脂２２０の収縮率は高くなる。したがって、本実施形態の成形方法によれば、対比例のように樹脂２２０の高圧注入を一定にしたときに比べて成形品である複合材料２００の成形収縮率を低下させ、設計通りの形状を安定して得ることができる。その結果、寸法安定性の高い良品質な複合材料２００の成形品を得ることができる。

なお、樹脂２２０の注入圧力Ｐｉの制御は、樹脂２２０の材料特性によって適宜変更することができる。たとえば、樹脂２２０がキャビティ１５内に注入されてから硬化するまでの硬化時間によって適宜変更する。硬化時間が短い樹脂２２０を使用する場合は、樹脂２２０の注入時間を短くする必要があるので、樹脂２２０の注入圧力Ｐｉを注入開始から第１の圧力Ｐ１とする。これによって、高い圧力によって樹脂２２０の注入を開始し、キャビティ１５内の圧力Ｐｒが型締圧力Ｐｍにできるだけ近い値となるように制御する。逆に、硬化時間が長い樹脂２２０を使用する場合は、樹脂２２０の注入時間を長くすることができるので、注入開始時の樹脂２２０の注入圧力Ｐｉを型締圧力Ｐｍより低い値とすることもできる。ただし、この場合においても、成形時間を短縮するために、注入する間に樹脂２２０の注入圧力Ｐｉを型締圧力Ｐｍよりも高い圧力とする。

以上説明したように、本実施形態に係る成形装置１００および成形方法では、樹脂２２０をキャビティ１５内に注入するとき、樹脂２２０の注入圧力Ｐｉを型締圧力Ｐｍよりも高い第１の圧力と型締圧力Ｐｍよりも低い第２の圧力との間において調整し、かつ、型締圧力Ｐｍよりも高い圧力から型締圧力Ｐｍよりも低い圧力へ樹脂２２０の注入圧力Ｐｉを少なくとも１回は降下させる。これよって、樹脂２２０の注入開始から注入終了までキャビティ１５内の圧力Ｐｒが型締圧力Ｐｍを超えることなく樹脂２２０を注入する。

このように構成した成形装置１００および成形装置１００を使用する成形方法によれば、注入開始から注入終了までの間に型締圧力Ｐｍよりも高い圧力によって樹脂２２０を注入する時間帯を有することによって、注入開始から注入終了まで型締圧力Ｐｍよりも低い圧力によって注入したときに比べて注入開始から注入終了までの平均注入圧力が高くなる。その結果、樹脂２２０の注入時間を短縮し、成形時間を短縮することができる。また、樹脂２２０の注入圧力Ｐｉを調整し、キャビティ１５内の圧力Ｐｒが型締圧力Ｐｍを超えないようにすることによって、型締圧力Ｐｍを抑えることができる。型締圧力Ｐｍを抑制できることを通して、プレス機の小型化が可能となり、設備費用の低減に寄与することができる。

また、本実施形態に係る成形装置１００および成形方法では、樹脂２２０の注入圧力Ｐｉを、型締圧力Ｐｍよりも高い圧力から型締圧力Ｐｍよりも低い圧力まで、徐々に降下させる。

このように構成した成形装置１００および成形装置１００を使用する成形方法によれば、注入開始から注入終了まで低圧力によって注入したときに比べて注入開始から注入終了までの平均注入圧力が高くなる。その結果、樹脂２２０の注入時間を短縮し、成形時間を短縮することができる。

また、本実施形態に係る成形装置１００および成形方法では、キャビティ１５内の圧力Ｐｒが上昇し予め設定したしきい値Ｐｃに達すると、樹脂２２０の注入圧力Ｐｉを、第１の圧力から降下させる。

このように構成した成形装置１００および成形装置１００を使用する成形方法によれば、樹脂２２０の注入圧力Ｐｉの制御の基準値を設けることで、制御が容易になる。

また、本実施形態に係る成形装置１００および成形方法では、樹脂２２０の注入開始時の注入圧力Ｐｉを第１の圧力とする。

このように構成した成形装置１００および成形装置１００を使用する成形方法によれば、キャビティ１５内の圧力Ｐｒがまだ低い状態である樹脂２２０の注入開始時に高圧注入することによって、キャビティ１５内の圧力Ｐｒと樹脂２２０の注入圧力Ｐｉの差圧が大きくなり、樹脂２２０がキャビティ１５内へ流入しやすくなる。その結果、樹脂２２０の注入速度を高め、成形時間をさらに短縮することができる。

また、本実施形態に係る成形装置１００および成形方法では、樹脂２２０を注入する前に、成形型１０内を真空引きする。

このように構成した成形装置１００および成形装置１００を使用する成形方法によれば、樹脂２２０の注入前にキャビティ１５内を真空状態にすることによって、樹脂２２０注入後に樹脂２２０内および表面に発生する気泡を防止し、成形品である複合材料２００のボイドやピットを減らすことができる。これによって、複合材料２００の機械的特性や意匠性を向上させることができる。

また、本実施形態に係る成形装置１００および成形方法では、強化基材２１０は炭素繊維から形成されてなる。

このように構成した成形装置１００および成形装置１００を使用する成形方法によれば、炭素繊維を強化基材に使用することによって、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複合材料２００を成形することができる。

また、本実施形態に係る成形装置１００および成形方法では、複合材料２００は自動車部品に使用される。

このように構成した成形装置１００および成形装置１００を使用する成形方法によれば、量産に適した複合材料２００の自動車部品を成形することができ、車体の軽量化が可能となる。

以上、実施形態を通じて複合材料２００の成形方法および成形装置１００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。

たとえば、本実施形態においては、樹脂２２０は、熱硬化性樹脂であるとしたが、熱可塑性樹脂を用いてもよい。この場合は、成形型温度調整部７０は、冷却部材７２をさらに有し、キャビティ１５内に樹脂２２０を注入する間は成形型１０を加熱部材７１によって加熱し、樹脂２２０の注入後は成形型１０を冷却する。これによって、樹脂２２０の注入時の樹脂２２０の粘度を低下させて炭素繊維２１０に含浸し易くし、注入後に冷却することで樹脂２２０を硬化することができる。

また、本実施形態では、キャビティ１５内の圧力Ｐｒを圧力計５０で測定しているが、測定方法はこれに限定されず、樹脂２２０の注入圧力Ｐｉと注入口１３の大きさ、キャビティ１５の容積から推定してもよい。

また、本実施形態では、樹脂２２０の注入圧力Ｐｉを型締圧力Ｐｍよりも高い圧力（第１の圧力Ｐ１）として樹脂２２０の注入を開始したが、注入開始から注入終了までに樹脂２２０の注入圧力Ｐｉが第１の圧力Ｐ１となる時点があればよい。

また、本実施形態では、キャビティ１５内の圧力がしきい値Ｐｃに達した後、樹脂２２０の注入圧力Ｐｉを階段状に徐々に降下させている（図３のステップＳ６、図４（Ｂ）を参照）。注入圧力Ｐｉを降下させるパターンは図示した階段状に限られるものではなく、適宜のパターンを設定することができる。たとえば、注入圧力Ｐｉを、型締圧力Ｐｍよりも高い圧力から型締圧力Ｐｍよりも低い圧力まで、一度に（一気に）降下させたり、カーブを描くように徐々に降下させたりすることができる。

また、本実施形態では、上型１１に樹脂２２０の注入口１３を、下型１２に真空引きのための吸引部６０を設けたが、それぞれ上型１１または下型１２のいずれに設けてもよい。

また、本実施形態では、注入口１３と吸引口１４の数はそれぞれ１つとしたが、数はこれに限定されず、複数有していてもよい。

１０ 成形型、
１１ 上型、
１２ 下型、
１３ 注入口、
１４ 吸引口、
１５ キャビティ、
２０ プレス部、
３０ 樹脂注入部、
３１ 主剤タンク、
３２ 硬化剤タンク、
３３、３６ チューブ、
３４、５０ 圧力計、
３５ ポンプ、
４０ バルブ（圧力調整部）、
４１ シリンダー、
４２ ピストン、
６０ 吸引部、
７０ 成形型温度調整部、
８０ 制御部、
１００ 成形装置、
２００ 複合材料、
２１０ 炭素繊維（強化基材）、
２２０ 樹脂、
３００ 車体、
Ｐｍ 型締圧力、
Ｐｒ キャビティ内の圧力、
Ｐｉ 注入圧力、
Ｐｃ しきい値、
Ｐ１ 第１の圧力、
Ｐ２ 第２の圧力、
Ｑｉ 注入量。

Claims (12)

1. 開閉可能な成形型内のキャビティに強化基材を配置し、前記成形型に型締圧力を負荷した状態において樹脂を前記キャビティ内に注入し、前記樹脂を硬化させて複合材料を成形する成形方法であって、
   前記樹脂を前記キャビティ内に注入するとき、前記樹脂の注入圧力を前記型締圧力よりも高い第１の圧力と前記型締圧力よりも低い第２の圧力との間において調整し、かつ、前記型締圧力よりも高い圧力から前記型締圧力よりも低い圧力へ前記樹脂の前記注入圧力を減圧と定圧保持を複数回繰り返しながら徐々に降下させることによって、前記樹脂の注入開始から注入終了まで前記キャビティ内の圧力が前記型締圧力を超えることなく前記樹脂を注入する、複合材料の成形方法。
2. 前記キャビティ内の圧力が上昇し予め設定したしきい値に達すると、前記樹脂の前記注入圧力を、前記第１の圧力から降下させる、請求項１に記載の複合材料の成形方法。
3. 前記樹脂の注入開始時の前記注入圧力を前記第１の圧力とする、請求項１または請求項２に記載の複合材料の成形方法。
4. 前記樹脂を注入する前に、前記成形型内を真空引きする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の複合材料の成形方法。
5. 前記強化基材は炭素繊維から形成されてなる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の複合材料の成形方法。
6. 前記複合材料は自動車部品に使用される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の複合材料の成形方法。
7. 強化基材を配置するキャビティが形成された開閉可能な成形型と、
   前記成形型に型締圧力を負荷するプレス部と、
   前記キャビティ内に樹脂を注入する樹脂注入部と、
   前記樹脂注入部に備えられ前記樹脂の注入圧力を調整自在な圧力調整部と、
   前記キャビティ内の圧力に基づいて前記圧力調整部の作動を制御する制御部と、を有し、
   前記制御部は、前記圧力調整部の作動を制御し、前記樹脂の前記注入圧力を前記型締圧力よりも高い第１の圧力と前記型締圧力よりも低い第２の圧力との間において調整し、かつ、前記型締圧力よりも高い圧力から前記型締圧力よりも低い圧力へ前記樹脂の前記注入圧力を減圧と定圧保持を複数回繰り返しながら徐々に降下させることによって、前記樹脂の注入開始から注入終了まで前記キャビティ内の圧力が前記型締圧力を超えることなく前記樹脂を注入させる、複合材料の成形装置。
8. 前記制御部は、前記キャビティ内の圧力が上昇し予め設定したしきい値に達すると、前記樹脂の前記注入圧力を、前記第１の圧力から降下させる、請求項７に記載の複合材料の成形装置。
9. 前記樹脂の注入開始時の前記注入圧力を前記第１の圧力とする、請求項７または請求項８に記載の複合材料の成形装置。
10. 前記成形型内を真空引きする吸引部をさらに有し、
    前記制御部は、前記樹脂を注入する前に、前記吸引部の作動を制御して前記成形型内を真空引きする、請求項７〜９のいずれか１項に記載の複合材料の成形装置。
11. 前記強化基材は炭素繊維から形成されてなる、請求項７〜１０のいずれか１項に記載の複合材料の成形装置。
12. 前記複合材料は自動車部品用の材料である、請求項７〜１１のいずれか１項に記載の複合材料の成形装置。