JP6728856B2

JP6728856B2 - Ｒｔｍ製造装置および繊維強化プラスチックのｒｔｍ製造方法

Info

Publication number: JP6728856B2
Application number: JP2016062098A
Authority: JP
Inventors: 有輝彦坂; 誠司辻; 守神田
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2016-03-25
Filing date: 2016-03-25
Publication date: 2020-07-22
Anticipated expiration: 2036-03-25
Also published as: JP2017170840A

Description

本発明は、ＲＴＭ法による繊維強化プラスチックの製造装置および製造方法に関し、特に、三次元形状で、かつアンダーカットを有する形状のＦＲＰを、簡易的な装置で高い生産性をもってＲＴＭ法で製造できる、繊維強化プラスチックの製造装置および製造方法に関する。

強化繊維と樹脂からなる繊維強化プラスチック（ＦｉｂｅｒＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＰｌａｓｔｉｃ：ＦＲＰ）は、軽量かつ高強度という特性から、航空機や自動車などの部材に用いられている。ＦＲＰの成形方法として、ドライの強化繊維布帛からなる基材を成形型内に配置し、マトリックス樹脂を型内に注入し強化繊維基材内に含浸させ、樹脂を硬化させた後、成形品を脱型させる、ＲＴＭ（ＲｅｓｉｎＴｒａｎｓｆｅｒＭｏｌｄｉｎｇ）成形方法と呼ばれる成形方法が知られている。

特に、大型の成形品を生産する場合、あるいは成形品の生産速度を向上させる場合においては、複数の樹脂注入孔を設け、複数の注入点から樹脂を注入することで繊維強化プラスチックの成形時間を短縮する技術や、樹脂注入時は成形型内キャビティを最終成形品厚みより厚くしておき、型閉じにより高速含浸させることで繊維強化プラスチックの成形時間を短縮する技術が用いられる。

例えば、特許文献１では、成形型と積層体との間に、厚み方向に貫通する樹脂流路を形成する中間部材を配設し、該中間部材を介して、樹脂を強化繊維積層体に対して複数の箇所からほぼ同時に注入する技術が開示されている。この方法によれば、比較的大きな三次元面状体に対しても、樹脂注入から含浸・硬化までの成形工程を、樹脂が流れない領域を生じさせることなく、高速で実施できるとされる。

また、特許文献２では、最終成形品厚みより成形キャビティを厚くした状態の成形型間に強化繊維積層体とマトリックス樹脂を投入し、型閉じに応じて注入したマトリックス樹脂を展開・含浸する技術が開示されている。この方法によれば、強化繊維積層体の流動抵抗の影響をほとんど受けず、比較的大きな三次元面状体に対しても高速注入・含浸を行うことができ、成形時間を大幅に短縮できるとされる。

一方特許文献３では、強化繊維積層体を投入した三次元形状のキャビティ全体を厚くした状態でマトリックス樹脂を注入した後、所定の厚みにキャビティを変化させる技術が開示されている。この方法によれば、樹脂の流動性を高めた状態で注入を行い、かつ硬化後の成形品の繊維体積含有率Ｖｆを高めることができ、高Ｖｆに制御された三次元形状の成形品の生産性を大幅に向上できるとされる。

さらに特許文献４では、複数に分割した構造を有する成形型で強化繊維積層体を固定し、強化繊維積層体と該成形型の一部である可動型の間に隙間を形成した状態で樹脂を注入した後、該可動型を押し込むことで強化繊維積層体に樹脂を含浸する技術が開示されている。この技術によれば大型成形品の全体に効率的に樹脂を含浸させることができるとされる。

また特許文献５では、アンダーカットを有する強化繊維積層体の上に変形可能な中間部材を配置し、中間部材の上から加圧媒体により加圧する技術が開示されている。この技術によれば、アンダーカットを有するＦＲＰを簡単な装置で成形できるとされる。

特開２００５−２４６９０２号公報特開２００５−２７１５５１号公報国際公開２０１４／１９２６０１号公報特開２０１０−１２０２７１号公報特開２００９−２８９３９号公報

しかしながら、特許文献１に開示される方法では、Ｖｆを高めるためには樹脂注入圧を高める必要があり、これにより強化繊維が乱れ、物性が低下するという問題があった。また低圧で長時間をかけて注入した場合は、生産性が低下してしまう。

また特許文献２で開示される方法では、上下型の可動方向にのみキャビティが厚くなるため、リブを有するような三次元形状では立面部のキャビティを厚くすることができず、樹脂流動挙動に差ができることで未含浸部を生じやすいという問題があった。

特許文献３〜５で開示される方法では、三次元形状の成形に適しているものの、以下のような問題があった。特許文献３で開示される方法では、型と強化繊維積層体が接した状態で樹脂を注入するため、基材特性によっては樹脂含浸が困難という問題があった。また、分割型を稼動するための駆動機構が各分割型に必要となるため、立面を多く有するような大型構造に適用することは困難である。

特許文献４で開示される方法では、樹脂注入時に成形品の一部の領域はキャビティが最終成形品厚みとなるため、樹脂注入中の型内のＶｆにばらつきが生じ、高Ｖｆ部に未含浸が生じやすくなる。

航空機構造ではリブにアンダーカットを有する形状が多々あるが、特許文献１〜４にはアンダーカット形状を製造するための技術は開示されていない。ＲＴＭ法でのアンダーカット形状の成形技術として特許文献５が挙げられるが、強化繊維積層体の上に配置した中間部材を加圧することでキャビティの厚みが決定されるため、寸法精度が低くなるという問題があった。

本発明の課題は、上記のような従来技術の現状に鑑みて、アンダーカットを有する三次元形状のＦＲＰをＲＴＭ法によって高い生産性で成形できるＲＴＭ製造装置およびＲＴＭ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、本発明に係る繊維強化プラスチックのＲＴＭ製造装置およびＲＴＭ製造方法は、以下のとおりである。
（１）複数の型からなり、アンダーカットを有する形状のキャビティが形成される成形型を有し、前記キャビティ内に強化繊維基材が積層された強化繊維積層体を配置するとともに、前記成形型に少なくとも一つの樹脂注入口と、少なくとも一つのスライドコア機構を設け、前記樹脂注入口からマトリックス樹脂を前記キャビティへ注入して前記強化繊維積層体に含浸、硬化させて繊維強化プラスチックを得るＲＴＭ製造装置において、前記スライドコア機構が前記アンダーカット部に挿入可能であり、前記マトリックス樹脂の注入前に前記スライドコア機構と前記強化繊維積層体の間に空隙が形成される位置に前記スライドコア機構を配置し、前記マトリックス樹脂が注入されつつあるときまたは注入された後、前記スライドコア機構が前記繊維強化プラスチックの形状を形成する位置に移動することを特徴とするＲＴＭ製造装置。
（２）（１）に記載のＲＴＭ製造装置において、少なくとも２つの前記スライドコア機構が連動して動作するＲＴＭ製造装置。
（３）（２）に記載のＲＴＭ製造装置において、隣り合った前記スライドコア機構の間にシール構造を有することを特徴とするＲＴＭ製造装置。
（４）（１）〜（３）のいずれかに記載のＲＴＭ製造装置において、前記スライドコア機構のうち少なくとも１つの駆動に、アンギュラピンまた加圧流体で膨張する袋の少なくとも一方を用いることを特徴とするＲＴＭ製造装置。
（５）（１）〜（４）のいずれかに記載のＲＴＭ製造装置において、前記スライドコア機構の動作速度が可変であることを特徴とするＲＴＭ製造装置。
（６）（１）〜（５）のいずれかに記載のＲＴＭ製造装置を用いて繊維強化プラスチックを製造するＲＴＭ製造方法において、前記アンダーカットを有する形状のキャビティに前記強化繊維積層体を配置し、前記スライドコア機構と前記強化繊維積層体の間に空隙が形成される位置に前記スライドコア機構を配置し、前記空隙に前記マトリックス樹脂を注入しつつあるときまたは注入した後、前記スライドコア機構を前記繊維強化プラスチックの形状を形成する位置に移動し、前記マトリックス樹脂を含浸、硬化させることを特徴とするＲＴＭ製造方法。

本発明のＲＴＭ製造装置およびＲＴＭ製造方法によれば、平面部、立面部ともに強化繊維積層体と金型の間に空隙を形成した状態で樹脂を注入することができ、かつアンダーカット形状を簡単な金型構造で脱型できる。そのため、アンダーカットや立壁を有する複雑形状のＦＲＰを、基材特性に関わらず、短時間かつ高い寸法精度で所望のＦＲＰを得ることができる。

本発明に係るＲＴＭ製造装置の一例を示した概略縦断面図である。本発明の第１の実施態様に係るＲＴＭ成形装置の一作動状態を示す概略縦断面図である。本発明の第１の実施態様に係るＲＴＭ成形装置の一作動状態を示す概略縦断面図である。本発明の第１の実施態様に係るＲＴＭ成形装置の一作動状態を示す概略縦断面図である。本発明の第１の実施態様に係るＲＴＭ成形装置を用いて得られる強化繊維プラスチックの形状を示したアイソメ図である。本発明に係るＲＴＭ製造装置のスライドコアの駆動にアンギュラピンを用いた例を示す概略縦断面図である。本発明に係るＲＴＭ製造装置を用いて得られる強化繊維プラスチックを例示した概略斜視図である。本発明に係るＲＴＭ製造装置のスライドコアの駆動に加圧流体で膨張する袋を用いた例を示す概略縦断面図である。本発明に係るＲＴＭ製造装置の作動状態を例示した概略縦断面図である。本発明の第２の実施態様に係るＲＴＭ成形装置を用いて得られる強化繊維プラスチックの形状を示したアイソメ図である。本発明の第２の実施態様に係るＲＴＭ成形装置を用いて得られる強化繊維プラスチックの形状を示した上面図である。本発明の第２の実施態様に係るＲＴＭ成形装置の一作動状態を示す概略縦断面図と平面図である。本発明の第２の実施態様に係るＲＴＭ成形装置の一作動状態を示す概略縦断面図と平面図である。本発明の第２の実施態様に係るＲＴＭ成形装置の一作動状態を示す概略縦断面図と平面図である。

以下に、本発明の望ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。

本発明の第１の実施態様について、図を用いて説明する。図１は本発明に係るＲＴＭ製造装置１の一例の概略模式図であり、図２〜４は、本発明の一実施態様のＲＴＭ製造装置の一作動状態における概略断面図を示している。図５に示す本実施態様で得られる繊維強化プラスチック２は、平滑なパネル部２１とＺ断面補強部２２からなる。本実施態様ではＺ断面補強部２２は、Ｚ型の断面形状を有し、アンダーカット部２２１を有する。

本実施態様のＲＴＭ製造装置１は、キャビティ１２を形成する一対の、一方の成形型１０ａと、対向する他方の成形型１０ｂと、スライドコア１１から形成される成形型１０、樹脂注入機９、樹脂注入ライン９１、樹脂注入孔９２、真空吸引装置８、真空吸引ライン８１と、成形型間のシール材１３から構成されている。１０ａとして上型を示し、樹脂注入孔９２、真空吸引孔８２を設けており、また他方の成形型１０ｂとして下型を示し、スライドコア１１、成形型間のシール材１３を設けているが、逆の場合でも本発明の実施に問題はない。また、スライドコア１１、樹脂注入孔９２、真空吸引孔８２は一方の成形型１０ａ、他方の成形型１０ｂどちらに設けられていても本発明の実施に問題はない。さらに樹脂注入孔９２、真空吸引孔８２はスライドコア１１に設けられていても良い。本発明においてスライドコアとは、金型内部にてスライドする機構のことをいい、その機構の一部は本ＲＴＭ製造装置で得られる繊維強化プラスチックの形状のキャビティ１２を形成するキャビティ面を形成している。本発明においてキャビティとは、シール材でシールされた、成形型、スライドコアの間の空間を表す。本発明において成形型１０、スライドコア１１の材質は必要な強度、剛性があれば特に限定されないが、成形品の精度と成形品の表面品位を高めるためには金属であることが望ましく、例えばスチールであることが好ましく、さらには、熱膨張の観点からインバーであることが好ましい。

図６に、スライドコアの駆動にアンギュラピン３を用いた場合の本発明に係るＲＴＭ製造装置の一例を示す。図６においてアンギュラピン３は、可動板３１に接続されており、可動板の上下動３２に伴いスライドコア１１が横方向３３に可動する。本発明でアンギュラピンとは、ピンが接続された可動板３１の法線方向とピンの中心線が角度θ（０°＜θ＜９０°）となるものを指す。アンギュラピンの上下動３２はこの可動板により行われるため、例えば図７のようにアンダーカット部が複数存在するような形状の成形品を所望する場合も、同じ可動板上に複数のアンギュラピン３およびスライドコア１１を設けることで実現可能であり、スライドコア１１の駆動源を増やす必要がなく、装置の複雑化を避けることができる。なお可動板の駆動については、油圧、空圧、機械式等の中から最適なものを選択すればよく、特に制限されない。

図８は、スライドコアの駆動に加圧流体で膨張する袋１６を用いた場合の本発明に係るＲＴＭ製造装置の概略断面図である。図８では、スライドコア１１と加圧流体で膨張する袋１６がスライド受け部１７に格納されている。スライド受け部の材質は必要な強度、剛性があれば特に限定されないが、成形品の精度と成形品の表面品位を高めるためには金属であることが望ましく、例えばスチールであることが好ましく、さらには、熱膨張の観点からインバーであることが好ましい。また、加圧流体で膨張する袋１６の材質は、加圧流体を入れたときに漏れが無い密閉性と、体積が大きくなる膨張性、所定の温度、大きさで破裂しない強度、加圧流体によって劣化・腐食しない耐久性を有していれば材質、形態を特に限定するものではないが、例えば、ナイロン、ポリプロピレンなどの樹脂製のフィルムを密閉シールして袋状にしたものや、シリコーンゴム、ブチルゴムなどを材料としたゴム状のシートを接着して袋状にしたものを用いることが好ましい。加圧流体については、圧縮空気、加圧水、油等、成形に必要な圧力や作業環境に応じて適切なものを選択すればよい。なお本発明においてスライドコア１１の駆動方法は、ここに例示したアンギュラピン３、加圧流体で膨張する袋１６以外にスプリング、シリンダなど、必要なスライド量さえ得ることができれば特に限定されない。

本実施態様では、強化繊維積層体４が設置されるキャビティ１２は、成形型間のシール材１３と、スライドコア１１と成形型１０間に設けられた、スライドコア１１の駆動方法に応じたシール材１３によってシールされる。スライドコア１１と成形型１０間にシール材１３を設けることで、ＲＴＭ成形方法に用いられる低粘度のマトリックス樹脂を用いた場合であっても、スライドコア１１と成形型１０との間へのマトリックス樹脂の漏れを防ぐことが可能となり、連続での高速成形を実現できる。

本実施態様ではキャビティ１２内に、パネル部４１とＺ型の断面を有する補強部４２からなる三次元形状の強化繊維積層体４を配置する。本発明における強化繊維積層体４は、強化繊維基材を複数層積層したものの他に、強化繊維基材が一層のみの場合や、強化繊維を多軸方向に配置し、一体化させたものも含む。また、本発明における強化繊維基材とは、強化繊維からなる基材の総称である。本発明における強化繊維基材に用いられる強化繊維としては、例えば炭素繊維やガラス繊維、アラミド繊維、ＰＢＯ（ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール）繊維、チラノ（チタンアルミナ）繊維、ナイロン繊維などが挙げられる。もちろん、単一の繊維で構成するだけでなく複数の繊維から構成される基材も用いることができる。

また、強化繊維基材の形態は、平織りや綾織り、朱子織り等の織物に限らず、ストランドを一方向に揃えたＵＤ（ＵｎｉＤｉｒｅｃｔｉｏｎ）材料、ノンクリンプファブリック材料や多軸基材、ランダムマットやコンティニアスストランドマット等のマット材料やニット材料、ストランドを引き揃えて熱可塑性バインダーやステッチで固定し、シート状にした基材、およびこれらを組み合わせたハイブリッド基材も用いることができる。

また本実施態様ではパネル部４１と補強部４２を任意の方法で一体化させた強化繊維積層体４を用いるが、本発明において強化繊維積層体の形態は特に制限されず、分割して製作した複数の強化繊維積層体、分割された強化繊維積層体を一体化して製作した強化繊維積層体、一体で製作した強化繊維積層体など、所望の繊維強化プラスチックの形状に適した手法で製作すればよい。

図２〜４を用いて、本実施態様での本発明のＲＴＭ製造装置の動作について説明する。本発明では、強化繊維積層体４を成形型１０内に設置する際、アンダーカット部４２１を型内に納めるために図１のようにスライドコア１１が強化繊維積層体４のアンダーカット部４２１の端部４２２より外側になる位置に配置される。この状態で強化繊維積層体４を成形型１０上に配置する。次いで、任意の駆動源によりスライドコア１１が、強化繊維積層体４のアンダーカット部４２１とパネル部４１の間の、破線で図示した空間４３の間に挿入される。本発明に係るＲＴＭ製造装置では、マトリックス樹脂の注入前にスライドコア１１は、図３のようにスライドコア１１と強化繊維積層体４の間に破線で示す空隙４５が形成される位置Ｘ１に配置される。また、スライドコア１１を有していない側の成形型（本実施態様では一方の成形型１０ａ）は、一方の成形型１０ａのキャビティ面１２ａと強化繊維積層体４のパネル部４１の間に破線で示す空隙４６が形成される位置Ｙ１まで近接させる。位置Ｘ１と、スライドコア１１の垂直面１１ａの最終位置Ｘ２の距離Ｗと、位置Ｙ１と一方の成形型１０ａのキャビティ面１２ａの最終位置Ｙ２の距離Ｈは、用いる強化繊維積層体の特性に応じて、空隙４５、４６が形成されるように決定すればよい。なお最終位置Ｘ２およびＹ２とは、キャビティ１２が所望の繊維強化プラスチック２の形状を形成する位置である。また本実施態様では図３のようにスライドコアの垂直面１１ａと強化繊維積層体４の間に空隙４５が、一方の成形型１０ａのキャビティ面１２ａと強化繊維積層体４のパネル部４１の間に空隙４６が形成されているが、本発明では空隙の形成箇所はこれに限らない。図９に、本発明に係るＲＴＭ製造装置で樹脂の注入前に空隙が形成された状態の概略断面図の例を複数示す。図９（ａ）では、本実施態様のようにスライドコア１１の垂直面１１ａと強化繊維積層体４の補強部４２の立面４２３の間に空隙４５が形成されている。また図９（ｂ）では、スライドコア１１と、補強部４２の立面４２３とフランジ部４２４それぞれの間で空隙４７が形成されている。こうすることで、補強部４２全体への樹脂含浸を良好にすることができる。これは例えば、スライドコア１１の表面に加圧膨張が可能なシートを設置し、空隙形成時は膨張させず、後述する樹脂含浸プロセス時に加圧・膨張させる、等の方法で実現することができる。

また、同様の手法により図９（ｃ）のようにスライドコア表面全体と、補強部４２、パネル部４１の下部の間に空隙４８を形成することにより、一方の成形型１０ａとパネル部４１の間の空隙４６と連通させることもできる。これにより、より強化繊維積層体４に樹脂を均一に拡散することができる。また、スライドコアの駆動源にアンギュラピン３を用いた場合は、図９（ｄ）のようにパネル部４１の下面４１２と他方の成形型１０ｂ（ここでは下型）との間にも空隙４６を形成することができ、より多くの樹脂流路を形成することができる。

なお、本発明では一方の成形型１０ａと強化繊維積層体４のパネル部４１の間の空隙４６は存在していてもしていなくても、どちらでもよい。空隙４６が存在しない場合は、スライドコア１１と補強部間の空隙を通じて優先的に補強部４２に樹脂を流すことが可能であるし、空隙４６が存在する場合は強化繊維積層体４全体により均一に樹脂を拡散することが可能となる。なお本発明でのスライドコアと強化繊維積層体間の空隙形成は上記に限らず、基材特性、成形プロセスの都合で適宜調整すれば良い。

本発明では強化繊維積層体４を成形型内に設置した後、キャビティ１２内は真空吸引孔８２を通じて、真空吸引装置８によって減圧される。本実施態様では、キャビティ１２内に強化繊維積層体４を設置した図３の状態において、キャビティ１２は成形型間のシール材１３と、スライドコア１１の駆動源に応じたシール材１３によってシールされているため、減圧することができる。なお成形型間のシール材１３は、強化繊維積層体と金型の間に空隙を形成した状態で成形型間をシールすることができれば、取付箇所、材質、形態は特に制限されない。

キャビティ内の減圧が完了した後、樹脂注入孔９２よりキャビティ１２内に所定量のマトリックス樹脂が注入される。真空吸引孔は、マトリックス樹脂注入前に閉止しても良いし、マトリックス樹脂注入中またはマトリックス樹脂注入後に閉止しても良い。本実施態様では、注入されたマトリックス樹脂は、強化繊維積層体４と比べて流動抵抗の少ない空隙４５、４６を流動してキャビティ全体に流動する。このように、図８に示したような空隙をマトリックス樹脂の流路として用いることにより、強化繊維基材の種類や特性に関わらず、高速でマトリックス樹脂をキャビティ内に注入することができる。樹脂注入孔９２は、より効率的にマトリックス樹脂をキャビティ内に充填するため、空隙４５および４６の近辺に設けることが望ましい。または、樹脂注入孔から空隙４５、４６にマトリックス樹脂を流動させるための溝を金型に形成しておくことでも、効率的にマトリックス樹脂を注入することができる。

所定量のマトリックス樹脂を注入した後、もしくは注入している途中に、任意の駆動源によりスライドコア１１が最終位置Ｘ２まで移動する。また、一方の成形型１０ａと強化繊維積層体４の間に空隙４６を形成している場合、一方の成形型１０ａは、キャビティ面１２ａの位置が最終位置Ｙ２になるよう移動する。これらの、スライドコア１１と成形型１０ａの動きは同時に行ってもよいし、独立して行っても良い。スライドコア１１の駆動にアンギュラピン３を用いる場合、アンギュラピン３が設置される可動板３１を一方の成形型１０ａにて押し下げるような構造にすると、スライドコア１１と一方の成形型１０ａが干渉することを確実に避けられるため、装置が損傷する恐れがなくなり好ましい。スライドコア１１と一方の成形型１０ａの最終位置Ｘ２、Ｙ２への移動により、注入された樹脂が強化繊維積層体４に含浸する。

なお本発明では、スライドコア１１および一方の成形型１０ａの移動速度は可変となっている。本実施態様の場合、突き出し板の駆動源（油圧等）やプレス機構の駆動源の速度調整により容易にスライドコア１１および一方の成形型１０ａの移動速度を変更することができる。移動速度については、強化繊維積層体４の含浸特性に応じて調整することで、強化繊維基材に乱れのない、力学物性に優れた成形品を得ることができる。

スライドコア１１および一方の成形型１０ａがそれぞれ最終位置に移動した、図４の状態で注入されたマトリックス樹脂が硬化される。マトリックス樹脂を硬化させるための熱源は、成形型１０に加圧水や熱媒油を流すための温度調節ラインを設けることで得ても良いし、成形型の外側に別途熱板を設けることで得ても良い。なお本発明で使用するマトリックス樹脂としては、例えばエポキシ樹脂やビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂に限らず、アクリル樹脂やポリアミド樹脂、ポリオレフィン樹脂等の熱可塑性樹脂も使用することができる。特に樹脂粘度が一時１００ｍＰａ・ｓ以下であるような、粘度が低く強化繊維基材への含浸が良好な樹脂が特に好ましい。特に強化繊維基材への含浸性を高めるためには、樹脂粘度が一時５〜５０ｍＰａ・ｓであるような樹脂が好ましい。

硬化が完了した後、一方の成形型１０ａを上昇させ、次いで突き出し板を上昇させることでスライドコア１１により成形品が脱型され、かつスライドコアがアンダーカット部とパネル部の間の空間４３より外側に移動するため、所望の繊維強化プラスチック２を得ることができる。

図１０、図１１は、本発明の第２の実施態様にて得られる繊維強化プラスチック６の概略斜視図および概略上面図を示している。第１の実施態様と同様に平滑なパネル部６１とＺ断面補強部６２、６３からなるが、本実施態様ではそれぞれのアンダーカット部６２１、６３１が接し二面アンダーカット部６４を形成しており、一方向へのスライドコアの移動だけでは脱型ができない構成となっている。このような構成の場合本発明では図１２のように二面アンダーカット部処理用スライドコア７１１と、一面アンダーカット部処理用スライドコア７１２に分割した構成を用いることができる。

図１２〜図１４を用いて本実施態様に係る本発明のＲＴＭ製造装置の動作について説明する。なお図１２〜図１４は本実施態様に係る本発明のＲＴＭ製造装置の、二面アンダーカット部６４付近でのスライドコアの動作を平面的に示したものと、概略断面図である。本実施態様に係る本発明のＲＴＭ製造装置は、第１の実施態様と同様に、繊維強化プラスチック６の形状のキャビティを形成する一対の、一方の成形型７０ａと、対向する他方の成形型７０ｂと、二面アンダーカット部処理用スライドコア７１１と、一面アンダーカット部処理用スライドコア７１２から形成される成形型７０、樹脂注入孔９２、真空吸引孔８２、成形型間のシール材７３、図示しない樹脂注入機、樹脂注入ライン、真空吸引装置、真空吸引ライン、プレス機構、から構成されている。第１の実施態様と同様、二面アンダーカット部処理用スライドコア７１１、一面アンダーカット部処理用７１２、樹脂注入孔９２、真空吸引孔８２は一方の成形型７０ａ、他方の成形型７０ｂどちらに設けられていても本発明の実施に問題はない。さらに樹脂注入孔９２、真空吸引孔８２は二面アンダーカット部処理用スライドコア７１１、一面アンダーカット部処理用スライドコア７１２のいずれかまたはいずれにも設けられていても良い。

本実施態様では図１２〜図１４に示すように複数のスライドコア機構が互いに異なる方向に作動するため、互いの動作に干渉することが無いよう、連動して作動するように制御される。複数のスライドコア機構の連動動作は、それぞれのスライドコア機構に独立した駆動手段を設けても良いし、各々のスライドコア機構をレール溝等で接続し、１つのスライドコア機構の動作に追従させて他のスライドコア機構を作動させるなど、機械的に連動させることでも達成できる。

また、本発明ではこのようにスライドコア機構を連動させて用いる場合、隣り合ったスライドコアの間にはシール構造７６が設けられる。シール構造７６は、摺動するスライドコア間での樹脂漏れを防ぐことができれば特に限定されない。このシール構造の存在により、スライドコア間に樹脂が侵入し固着することを抑制でき、所望のＦＲＰの連続成形が可能となる。

本実施態様では、第１の実施態様と同様、強化繊維積層体が設置されるキャビティ７２は、成形型間のシール材と、スライドコアの駆動源に応じたシール材と複数のスライドコア間に設けたシール構造によってシールされる。

図１２〜１４を用いて、本実施態様での本発明のＲＴＭ製造装置の動作について説明する。本実施態様ではキャビティ７２内に、パネル部４１とＺ型の断面を有する補強部４２を複数組み合わせた三次元形状の強化繊維積層体４４を投入する。第１の実施態様と同様に、強化繊維積層体を成形型内に設置する際、アンダーカット部を型内に納めるために図１２のようにスライドコアが完全に開ききった状態となる。この状態で強化繊維積層体４４を成形型上に配置する。

次いで、図示しない駆動源の作動によって二面アンダーカット部処理用スライドコア７１１、一面アンダーカット部処理用スライドコア７１２が、強化繊維積層体４のアンダーカット部４２１とパネル部４１の間の空間４３の間に挿入される。このとき第１の実施態様と同様に、各々のスライドコアは、図１３のようにスライドコアの垂直面７１１ａ、７１２ａと強化繊維積層体４の間にそれぞれ空隙４７、空隙４８が形成される位置Ｘ１に配置される。このときそれぞれのスライドコアの垂直面７１１ａ、７２２ａと最終位置Ｘ２までの距離Ａ１、Ａ２は任意に設定可能だが、樹脂流動の均一性を得るためにはＡ１とＡ２は等しくすることが好ましい。

その後、スライドコアを有していない側の成形型（本実施態様では一方の成形型７０ａ）を、一方の成形型７０ａのキャビティ面７２ａと強化繊維積層体４４のパネル部４１の間に空隙４６が形成される位置Ｙ１まで近接させる。位置Ｙ１と一方の成形型７０ａのキャビティ面７２ａの最終位置Ｙ２の距離Ｈは、用いる強化繊維積層体の特性に応じた空隙４６が形成されるように決定すればよい。なお最終位置Ｘ２およびＹ２とは、キャビティ７２が所望の繊維強化プラスチック６の形状を形成する位置である。第１の実施態様で述べたとおり、本発明ではスライドコアと強化繊維積層体の間の空隙は任意に調整可能であり、成形品形状や成形プロセスに応じて例えば図９のように適宜調整すればよい。

第１の実施態様と同様、強化繊維積層体４４を成形型内に設置した後、キャビティ内は真空吸引孔８２を通じて、真空吸引装置によって減圧される。本実施態様では、キャビティ７２内に強化繊維積層体４４を設置した図１３の状態においてキャビティ内の減圧が完了した後、樹脂注入孔９２よりキャビティ７２内に所定量のマトリックス樹脂が注入される。真空吸引孔８２は、マトリックス樹脂注入前に閉止しても良いし、マトリックス樹脂注入中またはマトリックス樹脂注入後に閉止しても良い。第１の実施態様と同様に、注入されたマトリックス樹脂は、強化繊維積層体４と比べて流動抵抗の少ない空隙４６、４７、４８を流動してキャビティ全体に流動する。

所定量のマトリックス樹脂を注入した後、もしくは注入している途中に、二面アンダーカット部処理用スライドコア７１１、一面アンダーカット部処理用スライドコア７１２が互いの動きに干渉しないよう連動しながら最終位置Ｘ２まで移動する。また、一方の成形型７０ａは、キャビティ面７２ａの位置が最終位置Ｙ２になるよう移動する。これらの、二面アンダーカット部処理用スライドコア７１１、一面アンダーカット部処理用スライドコア７１２と成形型１０ａの動きは同時に行ってもよいし、独立して行っても良い。これらの、二面アンダーカット部処理用スライドコア７１１、一面アンダーカット部処理用スライドコア７１２と成形型７０ａの動きにより、注入された樹脂が強化繊維積層体４４に含浸する。

硬化が完了した後、一方の成形型１０ａを上昇させ、次いで二面アンダーカット部処理用スライドコア７１１、一面アンダーカット部処理用スライドコア７１２を後退させることにより所望の繊維強化プラスチック６を得ることができる。

これまで説明してきた実施態様のとおり、本発明に係るＲＴＭ製造装置、ＲＴＭ製造方法を用いることで、マトリックス樹脂注入時は強化繊維積層体と金型の間に形成された空隙を利用してマトリックス樹脂を注入できるため、含浸性の低い強化繊維積層体や、高Ｖｆかつ厚いＦＲＰを容易に製造することができる。特に本発明は、所望のＦＲＰが三次元形状を有し、さらに板厚の少なくとも一部が４ｍｍ以上であり、Ｖｆが５０％以上あるような大型のものでも容易に効率よく製造することが可能となる。

本発明に係るＲＴＭ製造装置およびＲＴＭ製造方法は、三次元形状およびアンダーカットを有するあらゆるＦＲＰ成形品の製造に適用可能であり、特に、航空機や自動車の一次構造体など、パネルと補強部からなる構造体の製造に好適である。

１ＲＴＭ製造装置
１０第１の実施態様の成形型
１０ａ第１の実施態様の一方の成形型
１０ｂ第１の実施態様の他方の成形型
１１第１の実施態様のスライドコア
１１ａ第１の実施態様のスライドコアの垂直面
１２第１の実施態様のキャビティ
１２ａ第１の実施態様の一方の成形型１０ａのキャビティ面
１３第１の実施態様の成形型間のシール材
１６加圧流体で膨張する袋
１７スライド受け部
２第１の実施態様に係る繊維強化プラスチック
２１パネル部
２２Ｚ断面補強部
２２１アンダーカット部
３アンギュラピン
３１可動板
３２可動板の上下動
３３可動板の横方向移動
４強化繊維積層体
４１パネル部
４１２パネル部の下面
４２補強部
４２１アンダーカット部
４２２アンダーカット部の端部
４３アンダーカット部とパネル部の間の空間
４４第２の実施態様に係る強化繊維積層体
４５スライドコアと強化繊維積層体間の空隙
４６一方の成形型と強化繊維積層体間の空隙
４７二面アンダーカット部処理用スライドコアと強化繊維積層体間の空隙
４８一面アンダーカット部処理用スライドコアと強化繊維積層体間の空隙
５プレス機構
６第２の実施態様に係る繊維強化プラスチック
６１パネル
６２Ｚ断面補強部
６２１アンダーカット部
６３Ｚ断面補強部
６３１アンダーカット部
６４二面アンダーカット部
７０第２の実施態様の成形型
７０ａ第２の実施態様の一方の成形型
７０ｂ第２の実施態様の他方の成形型
７１スライドコア
７１１二面アンダーカット部処理用スライドコア
７１１ａ二面アンダーカット部処理用スライドコアの垂直面
７１２一面アンダーカット部処理用スライドコア
７１２ａ一面アンダーカット部処理用スライドコアの垂直面
７２第２の実施態様のキャビティ
７２ａ一方の成形型１０ａのキャビティ面
７３成形型間のシール材
７６シール構造
８真空吸引装置
８１真空吸引ライン
８２真空吸引孔
９樹脂注入機
９１樹脂注入ライン
９２樹脂注入孔

Claims

複数の型からなり、アンダーカットを有する形状のキャビティが形成される成形型を有し、前記キャビティ内に強化繊維基材が積層された強化繊維積層体を配置するとともに、前記成形型に少なくとも一つの樹脂注入口と、少なくとも一つのスライドコア機構を設け、前記樹脂注入口からマトリックス樹脂を前記キャビティへ注入して前記強化繊維積層体に含浸、硬化させて繊維強化プラスチックを得るＲＴＭ製造装置において、前記スライドコア機構が前記アンダーカット部に挿入可能であり、前記マトリックス樹脂の注入前に前記スライドコア機構と前記強化繊維積層体の間に空隙が形成される位置に前記スライドコア機構を配置し、前記マトリックス樹脂が注入されつつあるときまたは注入された後、前記スライドコア機構が前記繊維強化プラスチックの形状を形成する位置に移動することを特徴とするＲＴＭ製造装置。
請求項１に記載のＲＴＭ製造装置において、少なくとも２つの前記スライドコア機構が連動して動作するＲＴＭ製造装置。
請求項２に記載のＲＴＭ製造装置において、隣り合った前記スライドコア機構の間にシール構造を有することを特徴とするＲＴＭ製造装置。
請求項１〜３のいずれかに記載のＲＴＭ製造装置において、前記スライドコア機構のうち少なくとも１つの駆動に、アンギュラピンまた加圧流体で膨張する袋の少なくとも一方を用いることを特徴とするＲＴＭ製造装置。
請求項１〜４のいずれかに記載のＲＴＭ製造装置において、前記スライドコア機構の動作速度が可変であることを特徴とするＲＴＭ製造装置。
請求項１〜５のいずれかに記載のＲＴＭ製造装置を用いて繊維強化プラスチックを製造するＲＴＭ製造方法において、前記アンダーカットを有する形状のキャビティに前記強化繊維積層体を配置し、前記スライドコア機構と前記強化繊維積層体の間に空隙が形成される位置に前記スライドコア機構を配置し、前記空隙に前記マトリックス樹脂を注入しつつあるときまたは注入した後、前記スライドコア機構を前記繊維強化プラスチックの形状を形成する位置に移動し、前記マトリックス樹脂を含浸、硬化させることを特徴とするＲＴＭ製造方法。