JP6582429B2 - サンドイッチ成形体およびその成形方法ならびに成形装置 - Google Patents

Description

本発明は、サンドイッチ成形体およびその成形方法ならびに成形装置に関する。

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。特に、車体全体における軽量化効果の高いルーフやフードへのＦＲＰの適用が必要とされているが、これらの部材は高い剛性が要求される。剛性を高めるために、複合材料からなる表面層の間に芯材層を設けるサンドイッチ成形体が知られている（特許文献１を参照）。

特開２００２−２８４０３８号公報

サンドイッチ成形体の成形を成形型内で樹脂を硬化させて表面層を形成するとき、芯材層の表面側から樹脂を押圧する力が働かないため、成形型の型締圧力によって樹脂が芯材層へ押圧される。これによって、芯材層の外表面形状を転写し、その影響がサンドイッチ成形体の表面に現れて外観品質が損なわれるという問題が生じている。自動車のルーフやフード等の表面外観品質が必要な部位に適用する場合、表面研磨工程を追加するなどして二次加工が必要となり製造時間および費用を増大する要因となってしまう。

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、芯材層の形状に拘わらず高い外観品質を有するサンドイッチ成形体およびその成形方法ならびに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サンドイッチ成形体は、ガス透過性を備え、不織布から形成されてなる芯材層と、前記芯材層の表面側に配置され、樹脂を含む表面層と、前記表面層と、前記芯材層との間に設けられ、ガス不透過性を備えるシール層と、を有する。また、サンドイッチ成形体は、ガス透過性を備える芯材層と、前記芯材層の表面側に配置され、樹脂を含む表面層と、前記表面層と、前記芯材層との間に設けられ、ガス不透過性を備えるシール層と、を有し、筒状に形成される。

上記目的を達成する本発明に係るサンドイッチ成形体の成形装置は、ガス透過性を有する芯材層と、前記芯材層の表面側に配置され、ガス不透過性を有するシール層と、を有する組立体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、前記芯材層にガスを供給して、前記シール層を前記キャビティ内面に向かう方向に押圧する圧力を付与するガス供給部と、前記シール層と、前記キャビティ内面との間に樹脂を含む表面層を形成する形成部と、を有する。

上記目的を達成する本発明に係るサンドイッチ成形体の成形方法は、ガス透過性を有する芯材層と、前記芯材層の表面側に配置され、ガス不透過性を有するシール層と、を有する組立体を開閉可能な成形型のキャビティ内に配置する。その後、前記芯材層にガスを供給して前記シール層を前記キャビティ内面に向かう方向に押圧する圧力を付与した状態において、前記シール層と、前記キャビティ内面との間に樹脂を含む表面層を形成する。

本発明に係るサンドイッチ成形体の成形方法および成形装置によれば、表面層に対して芯材層との間に設けられたシール層を介して押圧する圧力を加えるので表面層が芯材層の外表面形状を転写することなく、キャビティ内面の形状を付与することができる。また、芯材層の板厚を設計通りに得ることができる。これによって、高い外観品質を有するサンドイッチ成形体を成形することができる。

また、本発明に係るサンドイッチ成形体によれば、高い外観品質を備えるので、自動車のルーフやフード等の表面外観品質が必要な部位に適用することができる。

図１（Ａ）は、第１実施形態に係るサンドイッチ成形体の断面図であり、図１（Ｂ）は、第１実施形態に係る組立体の断面図である。 第１実施形態に係るサンドイッチ成形体の成形装置の概略図である。 図３Ａは、第１実施形態に係る組立体の成形方法を示すフローチャートである。 図３Ｂは、第１実施形態に係るサンドイッチ成形体の成形方法を示すフローチャートである。 図４（Ａ）は、第１実施形態に係る成形方法よって成形したサンドイッチ成形体の成形前後の断面図であり、図４（Ｂ）は、対比例の成形方法によって成形したサンドイッチ成形体の成形前後の断面図である。 図５（Ａ）は、第２実施形態に係るサンドイッチ成形体の断面図であり、図５（Ｂ）は、第２実施形態に係る組立体の断面図である。 図６は、第２実施形態に係るサンドイッチ成形体の成形装置の概略図である。 図７Ａは、第２実施形態に係る組立体の成形方法を示すフローチャートである。 図７Ｂは、第２実施形態に係るサンドイッチ成形体の成形方法を示すフローチャートである。 図８は、変形例に係る筒状のサンドイッチ成形体の断面図である。

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。

（第１実施形態）
図１（Ａ）は、第１実施形態に係るサンドイッチ成形体３００の断面図であり、図１（Ｂ）は、第１実施形態に係る組立体４００の断面図である。図２は、第１実施形態に係るサンドイッチ成形体３００の成形装置１００の概略図である。図３Ａは、第１実施形態に係る組立体４００の成形方法を示すフローチャートである。図３Ｂは、第１実施形態に係るサンドイッチ成形体３００の成形方法を示すフローチャートである。図４（Ａ）は、第１実施形態に係る成形方法よって成形した成形時および成形後のサンドイッチ成形体３００の断面図であり、図４（Ｂ）は、対比例の成形方法によって成形した成形時および成形後のサンドイッチ成形体３００の断面図である。

第１実施形態に係る成形装置１００および成形方法によって得られるサンドイッチ成形体３００は、図１（Ａ）に示すように、ガス透過性を備える芯材層３１０と、芯材層３１０の表面側に配置され、樹脂３２２を含む表面層３２０と、表面層３２０と、芯材層３１０との間に設けられ、ガス不透過性を備えるシール層３３０と、を有する。

芯材層３１０は、ガス透過性を有する芯材３１１から形成される。芯材３１１は、例えば、繊維を織らずに絡み合わせたシート状の不織布を使用する。不織布３１１は、繊維間の間隙を調整することによって容易に空孔を形成することができ、ガス透過性を持たせることができる。不織布３１１を構成する繊維としては、例えば、ガラス繊維、アラミド繊維、セルロース繊維、ナイロン繊維、ビニロン繊維、ポリエステル繊維、ポリオレフィン繊維、レーヨン繊維等が使用できる。これらの強化繊維は単独で用いても、また、２種以上併用してもよい。実施形態においては、比較的安価なガラス繊維を使用する。

表面層３２０は、強化基材３２１および樹脂３２２の複合材料から形成される。強化基材３２１と樹脂３２２を組み合わせることによって、樹脂３２２単体によって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。ただし、表面層３２０は、樹脂３２２単体によって形成してもよい。

強化基材３２１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る。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の織物シートを用いる。

樹脂３２２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。

シール層３３０は、ガス不透過性を有するフィルム状のシール材３３１から形成され、芯材層３１０周りを密閉する。シール材３３１は、例えば、耐熱性に優れ、熱変形の少ないナイロンフィルムを好適に用いることができる。ナイロンフィルム３３１は、成形時における高温環境下であっても溶融または変形することなく成形することができ、高品質なサンドイッチ成形体３００を得ることができる。

本明細書において、「ガス不透過性」とは、乾燥時、雰囲気温度約２０℃において、０．０１（ｇ／ｍ^２・２４ｈ・１ａｔｍ）以下の窒素ガス透過率を有することを意味する。なお、シール材３３１は、ナイロンフィルム３３１に限定されず、例えば、塩化ビニル樹脂等から形成されるシートを用いてもよい。

サンドイッチ成形体３００は、予め所定の形状にプリフォームされた組立体４００を成形して形成される。図１（Ｂ）に示すように、組立体４００は、ガス透過性を有する芯材層３１０と、芯材層３１０の表面側に配置され、ガス不透過性を有するシール層３３０と、シール層３３０を貫通し芯材層３１０まで伸びている孔部ｈと、を有する。本実施形態において、組立体４００は、表面側にプリプレグ３２３をさらに有する。

プリプレグ３２３は、強化基材３２１に樹脂３２２を含浸させて未硬化のシート状に成形されたものである。プリプレグ３２３を硬化温度まで加熱すると硬化して表面層３２０が形成される。なお、プリプレグ３２３は形状が固定されるので織物シートに限定されず、長繊維を一方向に揃えて並べてシート状とした一方向シートを用いてもよい。

以下、図２に基づいて第１実施形態に係るサンドイッチ成形体３００の成形装置１００について説明する。

図２に示すように、第１実施形態に係るサンドイッチ成形体３００の成形装置１００は、組立体４００を配置するキャビティ１３が形成された開閉可能な成形型１０と、芯材層３１０にガスを供給して、シール層３３０をキャビティ１３内面に向かう方向に押圧する圧力を付与するガス供給部２０と、シール層３３０とキャビティ１３内面との間に樹脂３２２を含む表面層３２０を形成する形成部３０と、を有する。成形装置１００は、成形型１０に型締圧力Ｐｍを負荷するプレス部４０と、成形装置１００全体の作動を制御する制御部５０と、をさらに有する。制御部５０は、ガス供給部２０および形成部３０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。成形型１０は、上型１１と下型１２の間に、密閉自在なキャビティ１３を形成する。予めキャビティ１３内にプリフォームした組立体４００を配置する。キャビティ１３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。

ガス供給部２０は、ガスを貯蔵するガスタンク２１と、ガスを注入するガスニードル２２と、ガスニードル２２へ連通する連通路２３と、連通路２３のガス供給圧力を測定する圧力計２４と、下型１２にはめ込まれ、ガスニードル２２を設置する入子２５と、を有する。ガス供給部２０は、連通路２３を介して、芯材層３１０へガスを供給する。入子２５は、成形型１０の下型１２に着脱自在に設けられる。ガスは、窒素ガス、炭酸ガス、アルゴンガス等の不活性ガスを使用する。本実施形態にいては、炭酸ガスに比べてナイロンフィルム３３１を透過しにくい窒素ガスを使用する。

ガスニードル２２は、組立体４００の孔部ｈに挿入する。これによって、組立体４００の中間に位置する芯材層３１０にガスを直接注入することができる。

形成部３０は、型温度調整部３１を有する。型温度調整部３１は、加熱部材を有し、成形型１０を樹脂３２２の硬化温度まで加熱し、キャビティ１３内のプリプレグ３２３の樹脂３２２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、加熱部材はこれに限定されず、例えば、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。

プレス部４０は、成形型１０の上型１１に型締圧力Ｐｍを負荷する。プレス部４０は、油圧等の流体圧を用いたシリンダーを有し、油圧等を制御することによって型締圧力Ｐｍを調整する。

制御部５０は、サンドイッチ成形体３００の成形装置１００全体の動作を制御する。制御部５０は、記憶部５１と、演算部５２と、各種データや制御指令の送受信を行う入出力部５３と、を有する。入出力部５３は、ガス供給部２０と、型温度調整部３１と、プレス部４０と、に電気的に接続している。

記憶部５１は、ＲＯＭやＲＡＭから構成し、成形型１０の温度等のデータを記憶する。演算部５２は、ＣＰＵを主体に構成され、入出力部５３を介して成形型１０の温度、ガス注入圧力Ｐｇ等のデータを受信する。演算部５２は、記憶部５１から読み出したデータおよび入出力部５３から受信したデータに基づいて、ガス注入圧力Ｐｇ、型温度調整部３１による型の加熱・冷却温度、プレス部４０による成形型１０の型締圧力Ｐｍ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５３を介してガス供給部２０、型温度調整部３１、プレス部４０等に送信する。このようにして、制御部５０は、ガスの注入圧力、成形型１０の温度等を制御する。

以下、第１実施形態に係る組立体４００およびサンドイッチ成形体３００の製造方法について、図３Ａおよび図３Ｂを参照しながら説明する。

まず、図３Ａを参照して、組立体４００を成形するプリフォーム工程（ステップＳ１１１〜Ｓ１１４）について説明する。プリフォームには、プリフォーム型（図示せず）を使用する。プリフォーム型は、上型と、下型と、位置決めピンと、を有する。

まず、ガラス繊維からなる不織布３１１、炭素繊維３２１にエポキシ樹脂３２２が含浸したプリプレグ３２３、ナイロンフィルム３３１を準備する（ステップＳ１１１）。

次に、プリフォーム型の下型に、プリプレグ３２３、ナイロンフィルム３３１、不織布３１１、ナイロンフィルム３３１、プリプレグ３２３の順に積層する（ステップＳ１１２）。このとき、プリプレグ３２３およびナイロンフィルム３３１に予め設けられた孔部ｈを位置決め用の孔として使用し、孔部ｈに位置決めピンを挿入して積層する。ナイロンフィルム３３１と不織布３１１との層間には、接着剤ｇを予め塗布しておく。接着剤ｇは、例えば、熱可塑性樹脂からなり、所定の温度に加熱されると溶融または軟化するという特性を有する。

次に、プリフォーム型の上型を閉じ、プリプレグ３２３の樹脂３２２が硬化または流動しない温度までプリフォーム型を加熱する（ステップＳ１１３）。プリプレグ３２３の樹脂３２２を軟化させることで粘着性を発現し、プリプレグ３２３とナイロンフィルム３３１とを溶着する。本実施形態に用いるプリプレグ３２３の場合、約３０℃に加熱することで十分な粘着性を得ることができる。また、加熱によって、ナイロンフィルム３３１と不織布３１１との層間に塗布した接着剤ｇも溶融する。

その後、冷却し、接着剤ｇが固化してプリプレグ３２３と、ナイロンフィルム３３１と、不織布３１１と、が固定された後、脱型する。このようにして、プリフォームされた組立体４００が得られる（ステップＳ１１４）。

次に、図２および図３Ｂを参照して、サンドイッチ成形体３００の成形工程（ステップＳ１２１〜Ｓ１２６）について説明する。

まず、組立体４００を成形型１０のキャビティ１３内に配置する（ステップＳ１２１）。このとき、位置決めに使用した孔部ｈにガスニードル２２を挿入する。これによって、ガスニードル２２が位置決めピンの役割を果たし、組立体４００をキャビティ１３内において位置決めすることができる。

次に、上型１１を閉じ、プレス部４０によって成形型１０を型締めする（ステップＳ１２２）。

次に、ガス供給部２０によって芯材層３１０に窒素ガスを注入する（ステップＳ１２３）。ガス注入圧力Ｐｇは、成形型１０が型開きを起こさないように型締圧力Ｐｍ以下に調整する。芯材層３１０は、シール層３３０によって密閉されているので、シール層３３０は、ガス注入圧力Ｐｇによって表面側に押圧される。シール層３３０は、ガス不透過性を有するナイロンフィルム３３１によって形成されているので、表面層３２０内にガスを通さず、強度低下や外観品質低下の原因となるボイドを表面層３２０に生じない。シール層３３０によって、ボイド発生等の成形不具合の発生を防止することができる。

次に、成形型１０をプリプレグ３２３の樹脂３２２の硬化温度まで加熱する（ステップＳ１２４）。硬化温度は、プリプレグ３２３によるが、本実施形態において使用するエポキシ樹脂の場合は、１２０〜１３０℃である。当該温度まで加熱しても、ナイロンフィルム３３１は耐熱性があるので溶融または変形せずに表面層３２０を押圧することができる。プリプレグ３２３の樹脂３２２が十分硬化するまで放置する。

次に、成形型１０を開き、成形されたサンドイッチ成形体３００を脱型する（ステップＳ１２５）。

最後に、サンドイッチ成形体３００の表面層３２０に使用したものと同じプリプレグ３２３を孔部ｈの表面側に貼付する（ステップＳ１２６）。脱型直後は、サンドイッチ成形体３００の表面温度が高いので再加熱することなくプリプレグ３２３を貼付し、樹脂３２２を硬化することができる。なお、孔部ｈは、樹脂３２２によって孔埋めしてもよい。

図４（Ａ）に示すように、本発明に係る成形方法では、ナイロンフィルム３３１が窒素ガスに対して不透過性を有するので、ガス注入圧力Ｐｇは、芯材層３１０の表面側をキャビティ１３内面に向かう方向に押圧する。したがって、表面層３２０が芯材層３１０の外表面形状を転写することなく、キャビティ１３内面に密着し、その状態において樹脂３２２が硬化するので所望の形状を表面層３２０に付与することができる。また、芯材層３１０が直接的に型締圧力Ｐｍによって押圧されないので、板厚を設計通りに得ることができる。これによって、高い外観品質を有するサンドイッチ成形体３００を成形することができる。

これに対し、図４（Ｂ）に示すように、対比例の成形方法では、成形時に表面層３２０に係る力は型締圧力Ｐｍのみで、芯材層３１０の表面側をキャビティ１３内面に向かう方向に押圧していない。よって、プリプレグ３２３の樹脂３２２が芯材層３１０の外表面形状を転写したまま硬化し、キャビティ１３内面の形状を表面に転写することができなかった。また、不織布３１１のような柔らかい材料を芯材層３１０に使用する場合、型締圧力Ｐｍによって芯材層３１０が容易に変形し、芯材層３１０の板厚を設計通りに得ることができなくなってしまう。

以上説明したように、第１実施形態に係るサンドイッチ成形体３００は、ガス透過性を備える芯材層３１０と、芯材層３１０の表面側に配置され、樹脂３２２を含む表面層３２０と、表面層３２０と芯材層３１０との間に設けられ、ガス不透過性を備えるシール層３３０と、を有する。

このように構成したサンドイッチ成形体３００によれば、表面層３２０に対して芯材層３１０との間に設けられたシール層３３０を介して押圧する圧力を加えるので表面層３２０が芯材層３１０の外表面形状を転写することなく、キャビティ１３内面の形状を付与することができる。また、芯材層３１０の板厚を設計通りに得ることができる。これによって、サンドイッチ成形体３００は、高い外観品質を有するので、自動車のルーフやフード等の表面外観品質が必要な部位に適用することができる。

また、第１実施形態に係るサンドイッチ成形体３００において、表面層３２０は、強化基材３２１をさらに有する。

このように構成したサンドイッチ成形体３００は、強化基材３２１と樹脂３２２を組み合わせることによって、樹脂３２２単体によって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、第１実施形態に係るサンドイッチ成形体３００は、表面層３２０は、プリプレグ３２３から形成されてなる。

このように構成したサンドイッチ成形体３００は、強化基材３２１に樹脂３２２を含浸させる工程が不要となるので、成形時間を短縮でき、成形が容易である。

また、第１実施形態に係るサンドイッチ成形体３００において、芯材層３１０は、不織布３１１から形成されてなる。

このように構成したサンドイッチ成形体３００は、軽量な不織布３１１の層によって、軽量でかつ高い剛性を有する。

また、第１実施形態に係るサンドイッチ成形体３００において、シール層３３０は、ナイロンフィルム３３１から形成されてなる。

このように構成したサンドイッチ成形体３００は、成形時における高温環境下でもナイロンフィルム３３１は溶融または変形することなく成形することができ、高い品質を確保できる。

また、第１実施形態に係るサンドイッチ成形体３００の成形装置１００および成形方法では、シール層３３０をキャビティ１３内面に向かう方向に押圧する圧力を付与するガス供給部２０と、シール層３３０と、キャビティ１３内面との間に樹脂３２２を含む表面層３２０を形成する形成部３０と、を有する。

このように構成したサンドイッチ成形体３００の成形方法および成形装置１００によれば、表面層３２０に対して芯材層３１０との間に設けられたシール層３３０を介して押圧する圧力を加えるので表面層３２０が芯材層３１０の外表面形状を転写することなく、キャビティ１３内面の形状を付与することができる。また、芯材層３１０の板厚を設計通りに得ることができる。これによって、高い外観品質を有するサンドイッチ成形体３００を成形することができる。

また、第１実施形態に係る組立体４００は、シール層３３０を貫通し芯材層３１０まで伸びている孔部ｈを有し、ガス供給部２０は、孔部ｈに挿入されるガスニードル２２を有する。

このように構成したサンドイッチ成形体３００の成形方法および成形装置１００によれば、サンドイッチ成形体３００の中間に位置する芯材層３１０にガスを直接注入することができる。

また、孔部ｈは、組立体４００を形成するときに位置決め用の孔として使用されたものである。

このように構成したサンドイッチ成形体３００の成形方法および成形装置１００によれば、ガスの注入のために孔を設ける手間を省くことができる。

（第２実施形態）
図５（Ａ）は、第２実施形態に係るサンドイッチ成形体３００の断面図であり、図５（Ｂ）は、第２施形態に係る組立体５００の断面図である。図６は、第２実施形態に係るサンドイッチ成形体３００の成形装置２００の概略図である。図７Ａは、第２実施形態に係る組立体５００の成形方法を示すフローチャートである。図７Ｂは、第２実施形態に係るサンドイッチ成形体３００の成形方法を示すフローチャートである。

以下、図面に基づいて第２実施形態に係るサンドイッチ成形体３００およびその成形装置２００ならびに成形方法について説明する。

本実施形態に係る成形装置２００および成形方法によって得られるサンドイッチ成形体３００は、図５（Ａ）に示すように、第１実施形態と同じ構成であり、ガス透過性を備える芯材層３１０と、芯材層３１０の表面側に配置され、樹脂３２２を含む表面層３２０と、表面層３２０と、芯材層３１０との間に設けられ、ガス不透過性を備えるシール層３３０と、を有する。第１実施形態と同じく、芯材層３１０は、不織布３１１から形成され、シール層３３０は、ナイロンフィルム３３１から形成される。

第１実施形態では、表面層３２０をプリプレグ３２３によって成形したが、本実施形態においては、表面層３２０を強化基材である炭素繊維３２１に樹脂３２２を含浸させて成形する。

図５（Ｂ）を参照して、本実施形態に係る組立体５００は、第１実施形態と同様に、ガス透過性を有する芯材層３１０と、芯材層３１０の表面側に配置され、ガス不透過性を有するシール層３３０と、シール層３３０を貫通し芯材層３１０まで伸びている孔部ｈと、を有する。本実施形態において、組立体５００は、表面側に第１実施形態におけるプリプレグ３２３の代わりに炭素繊維３２１をさらに有する。

図６に示すように、第２実施形態に係るサンドイッチ成形体３００の成形装置２００は、第１実施形態と同様に、成形型２１０と、ガス供給部２０と、形成部２３０と、プレス部４０と、制御部２５０と、を有する。制御部２５０は、ガス供給部２０および形成部２３０の作動を制御する。ガス供給部２０およびプレス部４０の構成は第１実施形態に係るサンドイッチ成形体３００の成形装置１００と同様の構成であるので説明を省略する。

成形型２１０は樹脂３２２をキャビティ２１３内に注入するための少なくとも２つの注入口２１４をさらに有する。注入口２１４は、上型２１１および下型２１２にそれぞれ設けられ、キャビティ２１３内面とナイロンフィルム３３１との間に連通する樹脂３２２の搬送経路である連通路２１５を有する。

形成部２３０は、型温度調整部３１と、樹脂注入部２３２と、を有する。型温度調整部３１の構成は、第１実施形態と同様の構成であるので説明を省略する。

樹脂注入部２３２は、主剤を充填した主剤タンク２３２ａと、硬化剤を充填した硬化剤タンク２３２ｂと、主剤、硬化剤、およびそれらが混合された樹脂３２２の搬送流路を形成するチューブ２３２ｃと、樹脂３２２の注入圧力を調整自在なバルブ２３２ｄと、を有する。樹脂注入部２３２は、主剤タンク２３２ａから供給される主剤と、硬化剤タンク２３２ｂ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２１０へ供給可能な公知の循環式のポンプ機構によって構成することができる。

制御部２５０は、サンドイッチ成形体３００の成形装置２００全体の動作を制御する。制御部２５０は、記憶部２５１と、演算部２５２と、各種データや制御指令の送受信を行う入出力部２５３と、を有する。入出力部２５３は、ガス供給部２０と、型温度調整部３１と、プレス部４０と、樹脂注入部２３２と、に電気的に接続している。各構成の動作は、第１実施形態と同様なので説明を省略する。

以下、第２実施形態に係る組立体５００およびサンドイッチ成形体３００の製造方法について、図７Ａおよび図７Ｂを参照しながら説明する。

まず、図７Ａを参照して、組立体５００を成形するプリフォーム工程（ステップＳ２１１〜Ｓ２１４）について説明する。プリフォームには、プリフォーム型（図示せず）を使用する。プリフォーム型は、第１実施形態と同様の構成であり、上型と、下型と、位置決めピンと、を有する。

まず、ガラス繊維からなる不織布３１１、炭素繊維３２１、ナイロンフィルム３３１を準備する（ステップＳ２１１）。炭素繊維３２１は、織物シートを複数枚積層する。

また、炭素繊維３２１およびナイロンフィルム３３１と不織布３１１との層間には、接着剤ｇを塗布する。接着剤ｇは、第１実施形態と同様のものを用いる。

プリフォーム型の下型に、炭素繊維３２１、ナイロンフィルム３３１、不織布３１１、ナイロンフィルム３３１、炭素繊維３２１の順に積層する（ステップＳ２１２）。このとき、ナイロンフィルム３３１に予め設けられた孔部ｈを位置決め用の孔として使用し、孔部ｈおよび炭素繊維３２１の繊維間に位置決めピンを挿入して積層する。

プリフォーム型の上型を閉じ、炭素繊維３２１の接着剤ｇが溶融する温度までプリフォーム型を加熱する（ステップＳ２１３）。加熱によって、炭素繊維３２１およびナイロンフィルム３３１と不織布３１１との層間に塗布した接着剤ｇも溶融する。

その後、冷却し、接着剤ｇが固化することによって、炭素繊維３２１と、ナイロンフィルム３３１と、不織布３１１と、が固定された後、脱型する。このようにして、プリフォームされた組立体５００が得られる（ステップＳ２１４）。

次に、図７Ｂを参照して、サンドイッチ成形体３００の成形工程（ステップＳ２２１〜Ｓ２２６）について説明する。

まず、組立体５００を成形型２１０のキャビティ２１３内に配置する（ステップＳ２２１）。このとき、位置決めに使用した孔部ｈにガスニードル２２を挿入する。これによって、ガスニードル２２が位置決めピンの役割を果たし、組立体５００をキャビティ２１３内において位置決めすることができる。

次に、上型２１１を閉じ、プレス部４０によって成形型２１０を型締めする（ステップＳ２２２）。

ガス供給部２０によって芯材層３１０に窒素ガスを注入する（ステップＳ２２３）。ガス注入圧力Ｐｇは、成形型２１０が型開きを起こさないように型締圧力Ｐｍ以下に調整する。

成形型２１０を樹脂３２２の硬化温度まで加熱する（ステップＳ２２４）。

キャビティ２１３内面とナイロンフィルム３３１との間に樹脂３２２を注入する（ステップＳ２２５）。このとき、ガス注入圧力Ｐｇは樹脂注入圧Ｐｒと同程度に保つ。樹脂３２２を規定量注入し終えると、樹脂３２２が十分硬化するまで放置する。

成形型２１０を開き、成形されたサンドイッチ成形体３００を脱型する（ステップＳ２２６）。

以上説明したように、第２実施形態に係るサンドイッチ成形体３００の成形装置２００および成形方法において、形成部２３０は、キャビティ２１３内に樹脂３２２を注入する樹脂注入部２３２をさらに有する。

このように構成したサンドイッチ成形体３００の成形方法および成形装置２００によれば、炭素繊維３２１や樹脂３２２単体に比べて高価なプリプレグ３２３を使用することなくサンドイッチ成形体３００を成形することができるので、材料費を低減することができる。

以上、実施形態を通じてサンドイッチ成形体３００の成形方法および成形装置２００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、各実施形態においては、図１（Ａ）および図５（Ａ）に示すように、板状のサンドイッチ成形体３００について説明したが、板状に限定されず、図８に変形例として示すように、筒状のサンドイッチ成形体６００であってもよい。筒状に成形することによって、筒状の成形品としての適用範囲がさらに広がる。

また、サンドイッチ成形体３００の芯材層３１０は不織布３１１から形成されるとしたが、ガス透過性を備える柔軟な材料であればこれに限定されず、多孔質のゴム材等を用いることができる。

また、シール層３３０は、芯材層３１０の芯材３１１とは別体の部材としてシール材３３１を使用するとしたが、これに限られない。芯材層３１０の表面を熱処理や化学処理等によって空孔を埋めて表面側にガス不透過性を付与し、芯材層３１０の表層部分をシール層３３０として機能させることができる。

また、組立体４００、５００は、孔部ｈを有していたが、これに限定されず、孔部ｈを有していなくてもよい。例えば、プリフォーム工程において成形品形状によって位置決めができる場合は、位置決め用の孔は不要である。この場合は、ガスニードル２２先端部を鋭利にし、プリプレグ３２３に突き刺してガスを注入させることもできる。

また、組立体４００、５００は、プリフォームをしてキャビティ１３、２１３内に配置するとしたがプリフォームを行わずに直接キャビティ１３、２１３内で積層して配置してもよい。

１０、２１０ 成形型、
１１、２１１ 上型、
１２、２１２ 下型、
１３、２１３ キャビティ、
２１４ 注入口、
２０ ガス供給部、
２１ ガスタンク、
２２ ガスニードル、
２３、２１５ 連通路、
２４ 圧力計、
２５ 入子、
３０、２３０ 形成部、
３１ 型温度調整部、
２３２ 樹脂注入部、
２３２ａ 主剤タンク、
２３２ｂ 硬化剤タンク、
２３２ｃ チューブ、
２３２ｄ バルブ、
４０ プレス部、
５０、２５０ 制御部、
５１、２５１ 記憶部、
５２、２５２ 演算部、
５３、２５３ 入出力部、
１００、２００ 成形装置、
３００、６００ サンドイッチ成形体、
３１０ 芯材層、
３１１ 不織布（芯材）、
３２０ 表面層、
３２１ 炭素繊維（強化基材）、
３２２ 樹脂、
３２３ プリプレグ、
３３０ シール層、
３３１ ナイロンフィルム（シール材）、
４００、５００ 組立体、
Ｐｇ ガス注入圧力、
Ｐｍ 型締圧力、
Ｐｒ 樹脂注入圧、
ｇ 接着剤、
ｈ 孔部。

Claims (21)

1. ガス透過性を備え、不織布から形成されてなる芯材層と、
   前記芯材層の表面側に配置され、樹脂を含む表面層と、
   前記表面層と、前記芯材層との間に設けられ、ガス不透過性を備えるシール層と、を有する、サンドイッチ成形体。
2. ガス透過性を備える芯材層と、
   前記芯材層の表面側に配置され、樹脂を含む表面層と、
   前記表面層と、前記芯材層との間に設けられ、ガス不透過性を備えるシール層と、を有し、
   筒状に形成される、サンドイッチ成形体。
3. 前記表面層は、強化基材をさらに有する、請求項１または請求項２に記載のサンドイッチ成形体。
4. 前記表面層は、プリプレグから形成されてなる、請求項３に記載のサンドイッチ成形体。
5. 前記シール層は、ナイロンフィルムから形成されてなる、請求項１〜４のいずれか１項に記載のサンドイッチ成形体。
6. ガス透過性を有する芯材層と、前記芯材層の表面側に配置され、ガス不透過性を有するシール層と、を有する組立体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、
   前記芯材層にガスを供給して、前記シール層を前記キャビティ内面に向かう方向に押圧する圧力を付与するガス供給部と、
   前記シール層と、前記キャビティ内面との間に樹脂を含む表面層を形成する形成部と、を有する、サンドイッチ成形体の製造装置。
7. 前記組立体は、前記シール層を貫通し前記芯材層まで伸びている孔部を有し、
   前記ガス供給部は、前記孔部に挿入されるガスニードルを有する、請求項６に記載のサンドイッチ成形体の製造装置。
8. 前記孔部は、前記組立体を形成するときに位置決め用の孔として使用されたものである、請求項７に記載のサンドイッチ成形体の製造装置。
9. 前記形成部は、前記キャビティ内に前記樹脂を注入する樹脂注入部をさらに有する、請求項６〜８のいずれか１項に記載のサンドイッチ成形体の製造装置。
10. 前記表面層は、強化基材をさらに有する、請求項６〜９のいずれか１項に記載のサンドイッチ成形体の製造装置。
11. 前記表面層は、プリプレグから形成されてなる、請求項１０に記載のサンドイッチ成形体の製造装置。
12. 前記芯材層は、不織布から形成されてなる、請求項６〜１１のいずれか１項に記載のサンドイッチ成形体の製造装置。
13. 前記シール層は、ナイロンフィルムから形成されてなる、請求項６〜１２のいずれか１項に記載のサンドイッチ成形体の製造装置。
14. ガス透過性を有する芯材層と、前記芯材層の表面側に配置され、ガス不透過性を有するシール層と、を有する組立体を開閉可能な成形型のキャビティ内に配置し、
    前記芯材層にガスを供給して前記シール層を前記キャビティ内面に向かう方向に押圧する圧力を付与した状態において、前記シール層と、前記キャビティ内面との間に樹脂を含む表面層を形成する、サンドイッチ成形体の製造方法。
15. 前記組立体に、前記シール層を貫通し前記芯材層まで伸びている孔部を形成し、
    前記孔部にガスニードルを挿入する、請求項１４に記載のサンドイッチ成形体の製造方法。
16. 前記組立体を形成するときに、前記孔部を位置決め用の孔として使用されたものである、請求項１５に記載のサンドイッチ成形体の製造方法。
17. 前記成形型を閉じた後、前記キャビティ内に前記樹脂を注入する、請求項１４〜１６のいずれか１項に記載のサンドイッチ成形体の製造方法。
18. 前記表面層は、強化基材をさらに有する、請求項１４〜１７のいずれか１項に記載のサンドイッチ成形体の製造方法。
19. 前記表面層は、プリプレグから形成されてなる、請求項１８に記載のサンドイッチ成形体の製造方法。
20. 前記芯材層は、不織布から形成されてなる、請求項１４〜１９のいずれか１項に記載のサンドイッチ成形体の製造方法。
21. 前記シール層は、ナイロンフィルムから形成されてなる、請求項１４〜２０のいずれか１項に記載のサンドイッチ成形体の製造方法。