JP6915379B2

JP6915379B2 - 複合材料の成形方法および成形装置

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Publication number: JP6915379B2
Application number: JP2017104710A
Authority: JP
Inventors: ジヤア蒋; 寛晃岡井
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2017-05-26
Filing date: 2017-05-26
Publication date: 2021-08-04
Anticipated expiration: 2037-05-26
Also published as: JP2018199254A

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、ＲＴＭ（ＲｅｓｉｎＴｒａｎｓｆｅｒＭｏｌｄｉｎｇ）成形法によって製造された成形品が、自動車部品に適用されている。ＲＴＭ成形法においては、繊維を含有する強化基材が配置されている金型（固定型および可動型）に、樹脂を注入することによって、強化基材に樹脂を含侵させて成形品（複合材料）が成形される。

一方、サイクルタイムの短縮のためには、単位時間当たりの樹脂注入量を増加させることによって、樹脂注入時間を短くする必要がある。しかし、強化基材が流動抵抗となり、単位時間当たりの樹脂注入量を増加させることが困難であった。

そのため、樹脂の注入時における固定型と可動型との間隔を大きくすることで、強化基材の流動抵抗を減少させている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１０−２２１６４２号公報

しかし、固定型と可動型との間隔を、強化基材の大気中での見かけの厚さ以上とする場合、金型に配置されている強化基材の保持力が弱まる。そのため、高圧で注入される樹脂の流動によって、強化基材を構成している繊維が動き、繊維の配向乱れが生じる虞がある。繊維の配向乱れは、成形品の強度や剛性の低下を引き起こし、外観品質が損なわれるため、好ましくない。

一方、強化基材の保持力を確保するため、固定型と可動型との間隔を、強化基材の大気中での見かけの厚さ未満に設定する場合、強化基材の流動抵抗の減少は限定的である。つまり、単位時間当たりの樹脂注入量の増加は、十分ではなかった。

本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、強化基材を構成している繊維の配向乱れを抑制しながら単位時間当たりの樹脂注入量をより増加させ得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ための本発明の一様相は、繊維を含有する強化基材に樹脂を含侵させて複合材料を成形する成形方法である。前記成形方法においては、固定型と可動型との間隔が強化基材の大気中での見かけの厚さ以上の状態で型締めし、押さえ部材によって前記強化基材が押さえ付けられた状態で、樹脂に注入し、前記樹脂の注入の完了後、前記押さえ部材を後退させる。

上記目的を達成するための本発明の別の一様相は、繊維を含有する強化基材に樹脂を含侵させて複合材料を成形する成形装置である。前記成形装置の制御装置は、固定型と可動型との間隔が強化基材の大気中での見かけの厚さ以上の状態で型締めし、押さえ部材によって前記強化基材が押さえ付けられた状態で、樹脂に注入し、前記樹脂の注入の完了後、前記押さえ部材を後退させるように構成されている。

本発明の一様相および別の一様相によれば、固定型と可動型との間隔を強化基材の大気中での見かけの厚さ未満に設定する場合に比較し、単位時間当たりの樹脂注入量をより大きくすることが可能である。また、押さえ部材によって強化基材の保持力が確保されるため、高圧で注入される樹脂の流動によって、強化基材を構成している繊維が動くことが妨げられ、これにより、繊維の配向乱れが抑制される。したがって、強化基材を構成している繊維の配向乱れを抑制しながら単位時間当たりの樹脂注入量をより増加させ得る複合材料の成形方法および成形装置を提供することが可能である。

本発明の実施の形態に係る成形装置を説明するための概略図である。図１に示される押さえ部材の配置を説明するための平面図である。押さえ部材を説明するための拡大図である。図３に示される押さえ部材に係るバリを説明するための平面図である。図３に示される押さえ部材に係るバリを説明するための断面図である。図１の成形装置が適用される成形方法を説明するためのフローチャートである。図６に示される型締め工程を説明するための側面図である。図６に示される押さえ工程を説明するための側面図である。図６に示される樹脂注入工程を説明するための側面図である。図６に示される圧縮工程を説明するための側面図である。図６に示される型開き工程を説明するための側面図である。本実施の形態に係る変形例１を説明するための断面図である。本実施の形態に係る変形例２を説明するための断面図である。図１３に示される押さえ部材の押さえ工程での動作を説明するための断面図である。図１３に示される押さえ部材の型開き工程での動作を説明するための断面図である。本実施の形態に係る変形例３を説明するための概略図である。図１６に示される伸縮性シートの配置を説明するための平面図である。図１６に示される伸縮性シートの押さえ工程での作用を説明するための断面図である。本実施の形態に係る変形例４を説明するための断面図である。図１９に示される押さえ部材の後退動作を説明するための断面図である。実施例１〜８および比較例１〜３における樹脂注入速度と配向性との関係を示している性能比較結果のテーブルである。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。なお、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、本発明の実施の形態１に係る成形装置を説明するための概略図、図２は、図１に示される押さえ部材の配置を説明するための平面図、図３は、エジェクタピンを説明するための拡大図、図４および図５は、図３に示される押さえ部材に係るバリを説明するための平面図および断面図である。

図１に示されるように、本発明の実施の形態１に係る成形装置１００は、繊維を含有する強化基材に注入樹脂を含侵させて複合材料を成形するために使用され、固定型１１０、可動型１２０、第１駆動装置１３０、エジェクタプレート１３５、第２駆動装置１４４、周縁シール部材１８０、樹脂注入装置１８５、減圧装置１９０および制御装置１９５を有する。

固定型１１０は、プリフォーム１０が配置されるキャビティ面１１２を有する。プリフォーム１０は、シート状の繊維からなる（繊維を含有する）強化基材であり、キャビティ面１１２の形状に沿うように事前のプリフォーミングされている。必要に応じて、プリフォーム１０は、複数の強化基材が接着剤を介して積層された構成を適用することも可能である。

強化基材は、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ポリアミド繊維、ポリプロピレン繊維、アクリル繊維であり、繊維を縦横に組み合わせた織物の構造を有する。強化基材を積層するための接着剤は、例えば、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂である。熱可塑性樹脂は、ポリオレフィン樹脂、スチレン系樹脂、ポリアミド樹脂、ポリウレタン樹脂等である。熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等である。

可動型１２０は、固定型１１０に対して近接離間可能に構成され、キャビティ面１２２を有する。キャビティ面１２２は、樹脂注入口１２４、複数の開口部１２６、および、吸入口１２８を有する。なお、可動型１２０のキャビティ面１２２と固定型１１０のキャビティ面１１２とは、一体として、製造される複合材料の形状を規定している。

第１駆動装置１３０は、例えば、電動シリンダーあるいは油圧シリンダーを有しており、可動型１２０を駆動し、固定型１１０に対する可動型１２０の位置を変更できるように構成されている。

エジェクタプレート１３５は、複数の押さえ部材１４０を有する。押さえ部材１４０は、金属製であり、エジェクタピンを兼ねており、可動型１２０のキャビティ面１２２の開口部１２６から突出自在に構成される。押さえ部材１４０（および開口部１２６）は、図２に示されるように、可動型１２０のキャビティ面１２２の樹脂注入口１２４の周りを取り囲むように位置決めされている。

押さえ部材１４０の外周と開口部１２６の内周との間には、図３に示されるように、環状シール部材１４２が配置されている。環状シール部材１４２は、フッ素ゴムから形成され、押さえ部材１４０と開口部１２６の内周との接触面（摺動面）に注入樹脂２０が流入しないように構成されている。環状シール部材１４２の材質は、フッ素ゴムに限定されず、その他の良好な耐薬品性および耐久性を有するゴムを適用することも可能である。

押さえ部材１４０における突出側の端部１４１は、面取りされており、端部１４１の外周と開口部１２６の内周との間に、隙間Ｃを形成する。隙間Ｃは、注入樹脂２０が流入することによって、図４および図５に示されるように、隙間Ｃに対応するバリＦが、製造される複合材料３０に形成される。バリＦは、検査基準や接着目印に利用することが可能である。

第２駆動装置１４４は、例えば、電動シリンダーあるいは油圧シリンダーを有しており、エジェクタプレート１３５を駆動し、可動型１２０に対するエジェクタプレート１３５の位置を変更できるように構成されている。つまり、第２駆動装置１４４は、エジェクタプレート１３５を介して押さえ部材１４０を開口部１２６から突出させ、また、開口部１２６に後退させるために使用される。必要に応じ、押さえ部材１４０毎に駆動装置を設けることによって、エジェクタプレート１３５を省略することも可能である。

周縁シール部材１８０は、可動型１２０のキャビティ面１２２の周りを取り囲むように配置されており、型締めの際に固定型１１０と可動型１２０との間を密閉するように構成される。周縁シール部材１８０は、例えば、ゴム等の弾性材料から形成される。

樹脂注入装置１８５は、注入樹脂２０を保持しており、可動型１２０のキャビティ面１２２の樹脂注入口１２４に連通している。注入樹脂２０は、例えば、２液タイプのエポキシ樹脂であり、主剤と硬化剤とを混合して使用される。主剤は、ビスフェノールＡ型のエポキシ樹脂、硬化剤はアミン系である。

注入樹脂２０は、上記形態に限定されず、その他のエポキシ樹脂やフェノール樹脂等の熱硬化性樹脂を適用することが可能である。また、注入樹脂２０は、必要に応じて、熱可塑性樹脂を適用することも可能である。さらに、注入樹脂２０は、離型材を含有させることも可能である。

減圧装置１９０は、例えば、真空ポンプを有しており、可動型１２０のキャビティ面１２２の吸入口１２８に連通されている。

制御装置１９５は、プログラムにしたがって各部の制御や各種の演算処理を実施するマイクロプロセッサー等から構成される制御回路１９７を有し、第１駆動装置１３０、第２駆動装置１４４、樹脂注入装置１８５および減圧装置１９０に接続されている。成形装置１００の各機能は、それに対応するプログラムを制御装置１９５が実行することにより発揮される。

例えば、制御装置１９５は、可動型１２０の位置、押さえ部材１４０の突出量および樹脂注入装置１８５による樹脂注入を、制御する。つまり、制御装置１９５は、後述するように、可動型１２０を移動させて、固定型１１０と可動型１２０との間隔が、プリフォーム１０の大気中での見かけの厚さ以上の状態で型締めし、型締めの状態で、押さえ部材１４０を、プリフォーム１０を押圧するまで開口部１２６から突出させ、プリフォーム１０が押さえ付けられた状態で、樹脂１７２を注入させ、樹脂１７２の注入の完了後、押さえ部材１４０を開口部１２６に後退させるように構成されている。

次に、成形装置１００が適用される成形方法を説明する。

図６は、図１の成形装置が適用される成形方法を説明するためのフローチャート、図７、図８、図９、図１０および図１１は、図６に示される型締め工程、押さえ工程を、樹脂注入工程、圧縮工程および型開き工程を説明するための側面図である。なお、図７〜図１１においては、環状シール部材１４２、第１駆動装置１３０、第２駆動装置１４４、樹脂注入装置１８５、減圧装置１９０および制御装置１９５は、省略されている。

本成形方法は、プリフォーム１０に樹脂２０を含侵させて複合材料３０を成形するために使用され、図６に示されるように、基材配置工程、型締め工程、押さえ工程、樹脂注入工程、圧縮工程および型開き工程を、概して有する。

基材配置工程においては、可動型１２０を固定型１１０から離間させた状態で、固定型１１０のキャビティ面１１２に、プリフォーム１０が配置される（図１参照）。

型締め工程においては、第１駆動装置が制御され、図７に示されるように、固定型１１０に対する可動型１２０の位置が変更される。可動型１２０は、固定型１１０に近接するように移動して、型締めされる。これにより、固定型１１０、可動型１２０および周縁シール部材１８０によって密閉空間Ｓが形成される。なお、固定型１１０と可動型１２０との間隔Ｄは、プリフォーム１０の大気中での見かけの厚さＴ_Ｐ以上の状態で維持される。

押さえ工程においては、型締めの状態で第２駆動装置が制御され、図８に示されるように、可動型１２０に対する押さえ部材１４０の位置が変更される。押さえ部材１４０は、樹脂注入口１２４の周りを取り囲むように位置決めされている開口部１２６から突出し、プリフォーム１０を押さえ付ける。これにより、固定型１１０と可動型１２０との間隔Ｄが、プリフォーム１０の大気中での見かけの厚さＴ_Ｐ以上であるが、プリフォーム１０の保持力が確保される。

樹脂注入工程においては、押さえ部材によってプリフォームが押さえ付けられた状態で、樹脂注入装置および減圧装置が制御される。これにより、図９に示されるように、密閉空間Ｓが減圧された状態で、注入樹脂２０は、可動型１２０のキャビティ面１２２の樹脂注入口１２４から密閉空間Ｓに導入される。導入された注入樹脂２０は、密閉空間Ｓの全体を満たし、プリフォーム１０に含浸される。

この際、固定型１１０と可動型１２０との間隔Ｄが、プリフォーム１０の大気中での見かけの厚さＴ_Ｐ以上あるため、見かけの厚さＴ_Ｐ未満である場合に比較し、単位時間当たりの樹脂注入量をより大きくすることが可能である。また、押さえ部材１４０によってプリフォーム１０の保持力が確保されているため、高圧で注入される樹脂２０の流動によって、プリフォーム１０を構成している繊維が動くことが妨げられ、これにより、繊維の配向乱れが抑制される。また、押さえ部材１４０は、繊維の乱れが発生し易い樹脂注入口１２４の周囲を押さえているため、繊維の配向乱れが効率的に抑制される。

樹脂２０の注入の完了後、第２駆動装置が制御されて、押さえ部材１４０が開口部１２６に後退させられる。これにより、押さえ部材１４０による成形への干渉が抑制される。

環状シール部材１４２は、押さえ部材１４０の外周と開口部１２６の内周との接触面（摺動面）に、注入樹脂２０が流入することを抑制する（図３参照）。したがって、注入樹脂２０が、接触面（摺動面）に損傷を与えることが防止されるため、押さえ部材１４０は、開口部１２６に容易に後退することが可能である。

圧縮工程においては、第１駆動装置が制御され、図１０に示されるように、可動型１２０が、固定型１１０にさらに近接するように移動させられる。これにより、固定型１１０と可動型１２０との間隔Ｄは、プリフォーム１０の大気中での見かけの厚さＴ_Ｐ以上から、予め設定された複合材料（成形品）の厚みＴ_Ｍまで狭められる。

そして、この状態は、プリフォーム１０に含侵した注入樹脂２０の硬化（複合材料３０の成形）が完了するまで、維持される。なお、注入樹脂２０が熱硬化性樹脂の場合、例えば、固定型１１０および／又は可動型１２０は、ヒーター等の加熱装置によって昇温される。また、符号１０Ａは、注入樹脂が含侵したプリフォームを示している。

型開き工程においては、第１駆動装置および第２駆動装置が制御され、図１１に示されるように、固定型１１０に対する可動型１２０の位置および可動型１２０に対する押さえ部材１４０の位置が変更される。これにより、可動型１２０は、固定型１１０から離間するように移動して型開きされる。一方、押さえ部材１４０は、エジェクタピンとして機能する。つまり、開口部１２６から突出する押さえ部材１４０によって、可動型１２０に付着している成形品である複合材料３０が、剥離（脱型）される。

なお、樹脂注入工程あるいは圧縮工程において、押さえ部材１４０の面取りされた端部１４１と開口部１２６の内周との間に形成される隙間Ｃ（図３参照）には、注入樹脂２０が流入するため、複合材料３０は、隙間Ｃに対応するバリＦを有する（図４および図５参照）。

次に、変形例１を説明する。

図１２は、本実施の形態に係る変形例１を説明するための断面図である。

変形例１に係る押さえ部材１４０は、図１２に示されるように、樹脂材料によって構成されている。樹脂材料は、例えば、フッ素樹脂や硬質ゴムである。

押さえ部材１４０は、注入樹脂２０からの伝熱に基づいて熱膨張する一方、樹脂材料の熱膨張率は、概して金属の熱膨張率より大きい。そのため、押さえ部材１４０が樹脂材料によって構成される場合、熱膨張率の差異に基づき、金属によって構成される場合に比較し、押さえ部材１４０の外周と開口部１２６の内周との間のシール性を向上させることが可能であり、また、環状シール部材１４２を適宜省略することも可能である。つまり、押さえ部材１４０の材料は、注入樹脂２０からの伝熱に基づいて熱膨張することによって、押さえ部材１４０の外周と開口部１２６の内周との間のシール性を向上させ得る樹脂材料から選択されることが好ましい。

押さえ部材１４０は、全体が樹脂材料あるは金属によって構成される形態に限定されず、例えば、開口部１２６の内周と接する部位およびその近傍のみを樹脂材料によって構成することが可能である。また、押さえ部材１４０は、金属芯材の周囲を樹脂材料によって被覆して構成することも可能である。

次に、変形例２を説明する。

図１３は、本実施の形態に係る変形例２を説明するための断面図、図１４および図１５は、図１３に示される押さえ部材の押さえ工程および型開き工程での動作を説明するための断面図である。

変形例２に係る押さえ部材１４０は、図１３に示されるように、スリーブ部１５０、ピン部１５２および伸縮性膜１５４を有する。スリーブ部１５０は、略円筒状の金属部材であり、可動型１２０のキャビティ面１２２の開口部１２６から突出自在に構成される。ピン部１５２は、中実の金属部材であり、スリーブ部１５０の貫通孔１５１に配置され、スリーブ部１５０から突出自在に構成される。伸縮性膜１５４は、例えば、フッ素ゴムからなり、貫通孔１５１を密閉している。

伸縮性膜１５４は、開口部１２６の周囲と伸縮性膜１５４とが面一となっている（伸縮性膜１５４が開口部１２６から突出していない）状態で、貫通孔１５１から突出するピン部１５２によって弾性変形し、ピン部１５２が、伸縮性膜１５４を介してプリフォーム１０を押さえ付けることを許容するように構成されている。

したがって、押さえ工程においては、図１４に示されるように、スリーブ部１５０の貫通孔１５１は、伸縮性膜１５４によって密閉されているため（注入樹脂と直接接触ないため）、ピン部１５２の外周とスリーブ部１５０の内周との間への注入樹脂の流入は確実に排除される。そのため、注入樹脂が、ピン部１５２の外周とスリーブ部１５０の内周との接触面（摺動面）に損傷を与えることが防止され、ピン部１５２は、スリーブ部１５０の貫通孔１５１に容易に後退することが可能である。

なお、型開き工程においては、図１５に示されるように、スリーブ部１５０、ピン部１５２および伸縮性膜１５４は、一体として、開口部１２６から突出し、可動型１２０から複合材料３０を剥離する。また、押さえ工程のように、スリーブ部１５０を開口部１２６から突出させず、スリーブ部１５０の貫通孔１５１から突出するピン部１５２によって複合材料３０を剥離することも可能である。

ピン部１５２の材質は、金属に限定されず、伸縮性膜１５４を弾性変形させ得る剛性を有していれば特に限定されない。伸縮性膜１５４は、プリフォーム１０に到達し得る弾性変形能を有していれば、フッ素ゴムに限定されず、その他の良好な耐薬品性および耐久性を有するゴムを適用することも可能である。

次に、変形例３を説明する。

図１６は、本実施の形態に係る変形例３を説明するための概略図、図１７は、図１６に示される伸縮性シートの配置を説明するための平面図、図１８は、図１６に示される伸縮性シートの押さえ工程での作用を説明するための断面図である。なお、図１６においては、第１駆動装置１３０、第２駆動装置１４４、樹脂注入装置１８５、減圧装置１９０および制御装置１９５は、省略されている。

変形例３に係る成形装置は、図１６および図１７に示されるように、伸縮性シート材１６０を有する。伸縮性シート材１６０は、例えば、フッ素ゴムからなり、注入樹脂の注入および減圧に干渉しないように樹脂注入口１２４および吸入口１２８を除き、可動型１２０のキャビティ面１２２全面を覆うように配置される。

伸縮性シート材１６０は、可動型１２０のキャビティ面１２２の開口部１２６から突出する押さえ部材１４０によって弾性変形し、押さえ部材１４０が、伸縮性シート材１６０を介してプリフォーム１０を押さえ付けることを許容するように、構成されている。

したがって、押さえ工程においては、図１８に示されるように、押さえ部材１４０が突出する開口部１２６は、伸縮性シート材１６０によって覆われているため（注入樹脂と直接接触ないため）、押さえ部材１４０の外周と開口部１２６の内周との間への注入樹脂の流入は確実に排除される。したがって、流入した注入樹脂が、押さえ部材１４０の外周と開口部１２６の内周との接触面（摺動面）に損傷を与えることが防止され、押さえ部材１４０は、開口部１２６に容易に後退することが可能である。

伸縮性シート材１６０の材質は、プリフォーム１０に到達し得る弾性変形能を有していれば、フッ素ゴムに限定されず、その他の良好な耐薬品性および耐久性を有するゴムを適用することも可能である。また、伸縮性シート材１６０は、少なくとも全ての開口部１２６を塞いでいれば、可動型１２０のキャビティ面１２２全面を覆う形態に限定されない。

次に、変形例４を説明する。

図１９は、本実施の形態に係る変形例４を説明するための断面図、図２０は、図１９に示される押さえ部材の後退動作を説明するための断面図である。

変形例４に係る成形装置は、図１９に示されるように、圧力調整装置１７８をさらに有し、かつ、押さえ部材１４０は、可動型１２０のキャビティ面１２２の開口部１２６を密閉する中空構造体１７０から構成される。なお、開口部１２６は、円筒状本体部１２７Ａおよびリング状部１２７Ｂを有する。円筒状本体部１２７Ａは、一端がキャビティ面側に位置し、他端が、リング状部１２７Ｂに連結されている。リング状部１２７Ｂは、圧力調整装置１７８に連通しており、その径は、円筒状本体部１２７Ａの径より大きい。

圧力調整装置１７８は、制御装置１９５（図１参照）に接続されており、流体（ガスあるいは液体）を、開口部１２６のリング状部１２７Ｂを経由して、中空構造体１７０の内部に導入することにより、中空構造体１７０の内部の圧力を調整可能に構成されている。

中空構造体１７０は、例えば、フッ素ゴムからなり、流体が導入されて内部が正圧にされると（昇圧すると）拡張してプリフォーム１０を押さえ付けるまで開口部１２６から突出し、そして、図２０に示されるように、流体が排出されて内部が負圧にされると（減圧されると）収縮して開口部１２６に後退するように、構成されている。

詳述すると、中空構造体１７０は、互いに連通している基部１７２、フランジ部１７４および突出部１７６を有する。基部１７２は、円筒状であり、開口部１２６の円筒状本体部１２７Ａの内周に密着するように構成される。フランジ部１７４は、基部１７２の一端から側方に延長し、開口部１２６のリング状部１２７Ｂの内部に配置されて固定される。突出部１７６は、基部１７２から隆起するように設けられている中空体であり、その径は、基部１７２の径より小さく、中空構造体１７０の内部が負圧にされると収縮して、円筒状本体部１２７Ａに収容されるように構成されている。

したがって、中空構造体１７０は、開口部１２６から突出する場合および開口部１２６に後退する場合、開口部１２６の内周と摺動しないため、中空構造体１７０の外周と開口部１２６の内周との間に流入した注入樹脂による中空構造体１７０の後退への干渉が抑制される（中空構造体１７０は、開口部１２６に容易に後退することが可能である）。

なお、突出時の中空構造体１７０の内圧は、プリフォーム１０を押さえ付ける力を考慮して設定され、後退時の中空構造体１７０の内圧は、突出部１７６を変形させる力を考慮して設定される。また、中空構造体１７０の材質は、突出部１７６が基部１７２に収容され得る変形能を有していれば、フッ素ゴムに限定されず、その他の良好な耐薬品性および耐久性を有するゴムを適用することも可能である。

次に、実施例１〜８の性能比較結果を説明する。

図２１は、実施例１〜８および比較例１〜３における樹脂注入速度と配向性との関係を示している性能比較結果のテーブルである。

実施例１〜８は、型締め時にける固定型と可動型との間隔Ｄが、プリフォームの大気中の見かけの厚みＴ_Ｐ以上である。樹脂注入速度［ｍｍ／ｓ］は、実施例１、３、５、７は、１００であり、実施例２、４、６、８は、１５０である。

一方、比較例１〜３は、型締め時にける固定型と可動型との間隔Ｄが、プリフォームの大気中の見かけの厚みＴ_Ｐ未満かつ予め設定された成形品の厚みＴ_Ｍより大きくなるように設定されている。樹脂注入速度［ｍｍ／ｓ］は、比較例１、２、３は、３０、５０、８０である。なお、樹脂注入速度は、単位時間当たりの樹脂注入量に比例する。

なお、実施例１および２は、図３に示される構成に対応し、実施例３および４は、図１３に示される構成に対応し、実施例５および６は、図１６に示される構成に対応し、実施例７および８は、図１９に示される構成に対応している。

性能評価は目視で行い、プリフォームを構成している繊維の配向乱れがない場合をＡ、繊維の配向乱れが若干存在する場合をＢ、繊維の配向乱れが顕著に存在する場合をＣで示している。

図２１に示されるように、比較例１は、良好な配向性を有しており、Ａの評価であるが、樹脂注入速度が３０［ｍｍ／ｓ］であり、タイムサイクルを短縮化することが困難である。また、比較例１に比較して樹脂注入速度を増加させた比較例２の場合は、繊維の配向乱れが生じており、Ｂの評価である。さらに、比較例２に比較して樹脂注入速度を増加させた比較例３の場合、顕著な繊維の配向乱れが生じており、Ｃの評価であった。つまり、比較例１〜３は、繊維の配向乱れを抑制しながら樹脂注入速度を増加させることが困難である。

一方、実施例１〜８は、大幅なタイムサイクルの短縮化が可能である樹脂注入速度（１００［ｍｍ／ｓ］および１５０［ｍｍ／ｓ］）において、Ａの評価であり、プリフォームを構成している繊維の配向乱れはなく、良好な配向性を有する。つまり、実施例１〜８は、比較例１〜３と異なり、繊維の配向乱れを抑制しながら樹脂注入速度（単位時間当たりの樹脂注入量）をより増加させてサイクルタイムを向上させることが可能である。

以上のように、本実施の形態においては、固定型と可動型との間隔が強化基材（プリフォーム）の大気中での見かけの厚さ以上であるため、見かけの厚さ未満である場合に比較し、単位時間当たりの樹脂注入量をより大きくすることが可能である。また、可動型のキャビティ面の開口部から突出する押さえ部材によって強化基材の保持力が確保されるため、高圧で注入される注入樹脂の流動によって、強化基材を構成している繊維が動くことが妨げられ、これにより、繊維の配向乱れが抑制される。したがって、強化基材を構成している繊維の配向乱れを抑制しながら単位時間当たりの樹脂注入量をより増加させ得る複合材料の成形方法および成形装置を提供することが可能である。

押さえ部材の外周と開口部の内周との間に、環状シール部材を配置して、注入樹脂の流入を抑制する場合、注入樹脂が、押さえ部材の外周と開口部の内周との接触面（摺動面）に、損傷を与えることが防止され、押さえ部材は、開口部に容易に後退することが可能である。

押さえ部材における突出側の端部が、面取りされており、前記端部の外周と開口部の内周との間に形成される隙間に、注入樹脂を流入させ、前記隙間に対応するバリを複合材料に形成する場合、検査基準や接着目印に利用されるバリを、効率的に形成することが可能である。

押さえ部材において少なくとも開口部の内周と接する部位を、注入樹脂からの伝熱に基づいて熱膨張することによって、前記部位の外周と開口部の内周との間のシール性を向上させ得る樹脂材料から構成する場合、注入樹脂が押さえ部材の外周と開口部の内周との間に流入して接触面（摺動面）に損傷を与えることが防止され、また、押さえ部材が開口部に後退することを妨げることが抑制される。

押さえ部材を、スリーブ部、中実のピン部および伸縮性膜によって構成し、スリーブ部の貫通孔からピン部を突出させ、貫通孔を密閉している伸縮性膜を弾性変形させ、伸縮性膜を介して強化基材を押さえ付ける場合、スリーブ部の貫通孔は、伸縮性膜によって密閉されているため（注入樹脂と直接接触ないため）、ピン部の外周とスリーブ部の内周との間への注入樹脂の流入は確実に排除される。したがって、注入された注入樹脂が、ピン部の外周とスリーブ部の内周との接触面（摺動面）に損傷を与えることが防止され、ピン部は、スリーブ部の貫通孔に容易に後退することが可能である。

伸縮性シート材を、開口部から突出する押さえ部材によって弾性変形させて、伸縮性シート材を介して強化基材を押さえ付ける場合、開口部は、伸縮性シート材によって覆われているため（注入樹脂と直接接触ないため）、押さえ部材の外周と開口部の内周との間への注入樹脂の流入は確実に排除される。したがって、流入した注入樹脂が、押さえ部材の外周と開口部の内周との接触面（摺動面）に損傷を与えることが防止され、押さえ部材は、開口部に容易に後退することが可能である。

押さえ部材を、開口部を密閉する中空の構造体から構成する場合、押さえ部材は、摺動しないため、押さえ部材の外周とキャビティ面の開口部の内周との間に流入した注入樹脂による押さえ部材の後退への干渉が抑制される（押さえ部材は、開口部に容易に後退することが可能である）。

押さえ部材が突出する開口部を、樹脂注入口の周りを取り囲むように配置する場合、強化基材を構成している繊維の乱れが発生し易い注入樹脂の注入口の周囲が押さえ部材によって押さえ付けられるため、繊維の配向乱れを効率的に抑制することが可能である。

押さえ部材がエジェクタピンを兼ねる場合、部品点数の増加を抑制することが可能である。

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲で種々改変することができる。

例えば、プリフォームおよび複合材料（成形品）の形状は、上記形態に限定されず、自動車の車体に使用されるフロントサイドメンバーやピラー等の骨格部品、ルーフ等の外板部品に適用される場合、それらに対応したより複雑な形状を呈することとなる。また、押さえ部材は、エジェクタピンを兼ねる形態に限定されず、独立して設けることも可能である。

１０プリフォーム（強化基材）、
１０Ａ注入樹脂が含侵したプリフォーム、
２０注入樹脂、
３０複合材料（成形品）、
１００成形装置、
１１０固定型、
１１２キャビティ面、
１２０可動型、
１２２キャビティ面、
１２４樹脂注入口、
１２６開口部、
１２７Ａ円筒状本体部、
１２７Ｂリング状部、
１２８吸入口、
１３０第１駆動装置、
１３５エジェクタプレート、
１４０押さえ部材（エジェクタピン）、
１４１端部、
１４２環状シール部材、
１４４第２駆動装置、
１５０スリーブ部、
１５１貫通孔、
１５２ピン部、
１５４伸縮性膜、
１６０伸縮性シート材、
１７０中空構造体（押さえ部材）、
１７２基部、
１７４フランジ部、
１７６突出部、
１７８圧力調整装置、
１８０周縁シール部材、
１８５樹脂注入装置、
１９０減圧装置、
１９５制御装置、
１９７制御回路、
Ｃ隙間、
Ｄ固定型と可動型との間隔、
Ｆバリ、
Ｓ密閉空間、
Ｔ_Ｍ予め設定された複合材料の厚み、
Ｔ_Ｐプリフォームの大気中での見かけの厚み。

Claims

繊維を含有する強化基材に樹脂を含侵させて複合材料を成形する成形方法であって、
可動型を移動させ、前記強化基材が配置された固定型と前記可動型との間隔が、前記強化基材の大気中での見かけの厚さ以上の状態で型締めし、
前記型締めの状態で、押さえ部材を、前記強化基材を押さえ付けるまで前記可動型のキャビティ面に形成された開口部から突出させ、
前記強化基材が押さえ付けられた状態で、前記樹脂を注入し、
前記樹脂の注入の完了後、前記押さえ部材を前記開口部に後退させてなり、
前記押さえ部材の外周と前記開口部の内周との間に配置される環状シール部材によって、前記樹脂の流入を抑制し、
前記押さえ部材における面取りされている突出側の端部の外周と前記開口部の内周との間に形成される隙間に、前記樹脂を流入させ、前記隙間に対応するバリを前記複合材料に形成することを特徴とする成形方法。
前記押さえ部材において少なくとも前記開口部の内周と接する部位を、樹脂材料から構成し、前記部位を前記樹脂からの伝熱に基づいて熱膨張させることによって、前記部位の外周と前記開口部の内周との間のシール性を向上させることを特徴とする請求項１に記載の成形方法。
繊維を含有する強化基材に樹脂を含侵させて複合材料を成形する成形方法であって、
可動型を移動させ、前記強化基材が配置された固定型と前記可動型との間隔が、前記強化基材の大気中での見かけの厚さ以上の状態で型締めし、
前記型締めの状態で、押さえ部材を、前記強化基材を押さえ付けるまで前記可動型のキャビティ面に形成された開口部から突出させ、
前記強化基材が押さえ付けられた状態で、前記樹脂を注入し、
前記樹脂の注入の完了後、前記押さえ部材を前記開口部に後退させてなり、
前記押さえ部材は、スリーブ部、中実のピン部および伸縮性膜を有しており、
前記スリーブ部の貫通孔から前記ピン部を突出させ、前記貫通孔を密閉している前記伸縮性膜を弾性変形させ、前記伸縮性膜を介して前記強化基材を押さえ付けることを特徴とする成形方法。
繊維を含有する強化基材に樹脂を含侵させて複合材料を成形する成形方法であって、
可動型を移動させ、前記強化基材が配置された固定型と前記可動型との間隔が、前記強化基材の大気中での見かけの厚さ以上の状態で型締めし、
前記型締めの状態で、押さえ部材を、前記強化基材を押さえ付けるまで前記可動型のキャビティ面に形成された開口部から突出させ、
前記強化基材が押さえ付けられた状態で、前記樹脂を注入し、
前記樹脂の注入の完了後、前記押さえ部材を前記開口部に後退させてなり、
前記キャビティ面に少なくとも前記開口部を覆うように配置される伸縮性シート材を、前記開口部から突出する前記押さえ部材によって弾性変形させて、前記伸縮性シート材を介して前記強化基材を押さえ付けることを特徴とする成形方法。
繊維を含有する強化基材に樹脂を含侵させて複合材料を成形する成形方法であって、
可動型を移動させ、前記強化基材が配置された固定型と前記可動型との間隔が、前記強化基材の大気中での見かけの厚さ以上の状態で型締めし、
前記型締めの状態で、押さえ部材を、前記強化基材を押さえ付けるまで前記可動型のキャビティ面に形成された開口部から突出させ、
前記強化基材が押さえ付けられた状態で、前記樹脂を注入し、
前記樹脂の注入の完了後、前記押さえ部材を前記開口部に後退させてなり、
前記押さえ部材は、前記開口部を密閉する中空の構造体から構成されており、
前記押さえ部材による前記強化基材の押圧は、前記構造体の内部を正圧にして拡張させて、前記開口部から突出させることによって実行され、
前記押さえ部材の前記開口部への後退は、前記構造体の内部を負圧にして収縮させることによって実行されることを特徴とする成形方法。
前記押さえ部材による前記強化基材の押圧は、
前記キャビティ面に配置される前記樹脂の注入口の周りを取り囲むように位置決めされている複数の前記開口部から、複数の前記押さえ部材を突出させることによって実行されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の成形方法。
型開きの際、前記押さえ部材を、前記開口部から突出させることによって、成形された前記複合材料を、前記可動型から脱型させることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の成形方法。
繊維を含有する強化基材に樹脂を含侵させて複合材料を成形する成形装置であって、
前記強化基材が配置される固定型と、
開口部が形成されたキャビティ面を有し、かつ、前記固定型に対して近接離間可能に構成される可動型と、
前記開口部から突出自在に構成される押さえ部材と、
前記樹脂を注入するための樹脂注入装置と、
前記可動型の位置、前記押さえ部材の突出量および前記樹脂注入装置による樹脂注入を制御する制御装置と、を有し、
前記制御装置は、
前記可動型を移動させて、前記固定型と前記可動型との間隔が、前記強化基材の大気中での見かけの厚さ以上の状態で型締めし、
前記型締めの状態で、前記押さえ部材を、前記強化基材を押さえ付けるまで前記開口部から突出させ、
前記強化基材が押さえ付けられた状態で、前記樹脂を注入させ、
前記樹脂の注入の完了後、前記押さえ部材を前記開口部に後退させるように構成されてなり、
前記押さえ部材の外周と前記開口部の内周との間に、環状シール部材が配置され、
前記押さえ部材における突出側の端部は、面取りされていることを特徴とする成形装置。
前記押さえ部材において少なくとも前記開口部の内周と接する部位は、前記樹脂からの伝熱に基づいて熱膨張することによって、前記部位の外周と前記開口部の内周との間のシール性を向上させ得る樹脂材料から構成されていることを特徴とする請求項８に記載の成形装置。
繊維を含有する強化基材に樹脂を含侵させて複合材料を成形する成形装置であって、
前記強化基材が配置される固定型と、
開口部が形成されたキャビティ面を有し、かつ、前記固定型に対して近接離間可能に構成される可動型と、
前記開口部から突出自在に構成される押さえ部材と、
前記樹脂を注入するための樹脂注入装置と、
前記可動型の位置、前記押さえ部材の突出量および前記樹脂注入装置による樹脂注入を制御する制御装置と、を有し、
前記制御装置は、
前記可動型を移動させて、前記固定型と前記可動型との間隔が、前記強化基材の大気中での見かけの厚さ以上の状態で型締めし、
前記型締めの状態で、前記押さえ部材を、前記強化基材を押さえ付けるまで前記開口部から突出させ、
前記強化基材が押さえ付けられた状態で、前記樹脂を注入させ、
前記樹脂の注入の完了後、前記押さえ部材を前記開口部に後退させるように構成されてなり、
前記押さえ部材は、前記開口部から突出自在に構成されるスリーブ部と、前記スリーブ部の貫通孔に配置され、前記スリーブ部から突出自在に構成される中実のピン部と、前記貫通孔を密閉している伸縮性膜と、を有し、
前記伸縮性膜は、前記貫通孔から突出する前記ピン部によって弾性変形し、前記ピン部が、前記伸縮性膜を介して前記強化基材を押さえ付けることを許容するように構成されていることを特徴とする成形装置。
繊維を含有する強化基材に樹脂を含侵させて複合材料を成形する成形装置であって、
前記強化基材が配置される固定型と、
開口部が形成されたキャビティ面を有し、かつ、前記固定型に対して近接離間可能に構成される可動型と、
前記開口部から突出自在に構成される押さえ部材と、
前記樹脂を注入するための樹脂注入装置と、
前記可動型の位置、前記押さえ部材の突出量および前記樹脂注入装置による樹脂注入を制御する制御装置と、を有し、
前記制御装置は、
前記可動型を移動させて、前記固定型と前記可動型との間隔が、前記強化基材の大気中での見かけの厚さ以上の状態で型締めし、
前記型締めの状態で、前記押さえ部材を、前記強化基材を押さえ付けるまで前記開口部から突出させ、
前記強化基材が押さえ付けられた状態で、前記樹脂を注入させ、
前記樹脂の注入の完了後、前記押さえ部材を前記開口部に後退させるように構成されてなり、
前記キャビティ面に少なくとも前記開口部を覆うように配置される伸縮性シート材を、さらに有しており、
前記伸縮性シート材は、前記開口部から突出する前記押さえ部材によって弾性変形し、前記押さえ部材が、前記伸縮性シート材を介して前記強化基材を押さえ付けることを許容するように、構成されていることを特徴とする成形装置。
繊維を含有する強化基材に樹脂を含侵させて複合材料を成形する成形装置であって、
前記強化基材が配置される固定型と、
開口部が形成されたキャビティ面を有し、かつ、前記固定型に対して近接離間可能に構成される可動型と、
前記開口部から突出自在に構成される押さえ部材と、
前記樹脂を注入するための樹脂注入装置と、
前記可動型の位置、前記押さえ部材の突出量および前記樹脂注入装置による樹脂注入を制御する制御装置と、を有し、
前記制御装置は、
前記可動型を移動させて、前記固定型と前記可動型との間隔が、前記強化基材の大気中での見かけの厚さ以上の状態で型締めし、
前記型締めの状態で、前記押さえ部材を、前記強化基材を押さえ付けるまで前記開口部から突出させ、
前記強化基材が押さえ付けられた状態で、前記樹脂を注入させ、
前記樹脂の注入の完了後、前記押さえ部材を前記開口部に後退させるように構成されてなり、
前記押さえ部材は、前記開口部を密閉する中空の構造体から構成されており、
前記構造体は、前記構造体の内部が正圧にされると拡張して前記強化基材を押さえ付けるまで前記開口部から突出し、前記構造体の内部が負圧にされると収縮して前記開口部に後退するように、構成されていることを特徴とする成形装置。
前記開口部および前記押さえ部材は、複数配置され、
前記キャビティ面は、前記樹脂の注入口を有しており、
複数の前記開口部は、前記注入口の周りを取り囲むように位置決めされていることを特徴とする請求項８〜１２のいずれか１項に記載の成形装置。
前記押さえ部材は、エジェクタピンを兼ねていることを特徴とする請求項８〜１３のいずれか１項に記載の成形装置。