JP7082999B2 - 中空成形品の成形システム及び中空成形品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、繊維強化樹脂製の中空成形品の成形システム及び中空成形品の製造方法に関する。

繊維強化樹脂製の中空成形品は、軽量でありながら強度に優れていることから、ゴルフクラブシャフト、テニスラケット等のスポーツ用品や、自動車、航空機等に向けた構造材料として使用されている。こうした中空成形品の成形方法として、いわゆる内圧成形法が知られている。

特許文献１には、筒状の中空成形品を内圧成形法によって成形することが記載されている。ここでは、成形用のバッグとしてのフッ素ゴムチューブに、繊維強化樹脂製の成形基材を被覆したものを加熱された状態の金型内に配置し、フッ素ゴムチューブの内部に窒素ガスを注入することにより成形素材を金型の内面に押し当てている。窒素ガスの注入前には、真空ポンプによって金型内を所定の真空度にまで減圧するとともに、成形中も真空状態を維持している。金型内の真空度を高めることによって、複雑な形状の中空成形品を成形することができるとされている。

特開平５－３２９８５６号公報

ところで、特許文献１に記載されるような従来の内圧成形法では、窒素ガス等の圧縮空気により付与される内圧は、せいぜい０．５ＭＰａ程度であり、成形基材を金型の内面へ押圧する際の押圧力としては不十分である。そのため、中空成形品の隅々まで圧縮空気が十分に行き渡り難く、金型の内面への押圧が不十分となる場合がある。金型の内面への押圧が不十分であると、成形基材同士の間に空隙が発生し易くなり、成形後に成形品にボイドが発生する原因となる。そして、中空成形品にボイドが多く発生すると、その部分での強度を確保することができず、中空成形品の強度が低下してしまう事態が生じる。押圧力が不十分であることによる問題は、金型内を所定の真空度まで減圧した場合であっても生じ得る問題である。

本発明は、こうした従来の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、ボイドの発生を抑制して、強度に優れた中空成形品を提供することである。

上記の課題を解決するため、本発明の繊維強化樹脂製の中空成形品の成形システムは、前記中空成形品の外殻形状のキャビティを備える金型と、前記金型内に配置されるバッグと、加熱された流体を前記バッグ内に供給する温調循環装置とを備え、前記温調循環装置と前記バッグとの間で、加熱された前記流体としての過熱水蒸気を循環させる。

上記の構成によれば、バッグ内に過熱水蒸気を供給しながら繊維強化樹脂製の中空成形品を成形することができるため、成形に必要な温度が得られるだけでなく、圧縮空気を供給する場合に比べてバッグ内に高い圧力を付与することができる。そのため、繊維強化樹脂製の成形基材を金型の内面に強い押圧力で押し付けることが可能となり、成形基材の層間に隙間が発生することが抑制される。これにより、成形品にボイドが発生することが抑制され、強度に優れた中空成形品が得られる。

上記の構成において、前記温調循環装置は、過熱水蒸気を生成する加熱装置と過熱水蒸気の温度を検出する温度センサを備え、前記温度センサは、前記加熱装置から前記バッグへの過熱水蒸気の供給側に設けられ、前記温調循環装置は、前記温度センサでの過熱水蒸気の温度の検出値に基づいて、前記加熱装置内の過熱水蒸気の温度を調節する温調手段を有していることが好ましい。

上記の構成によれば、成形温度、成形圧力の変動が抑制された状態で、所望の温度、圧力の過熱水蒸気を常にバッグ内に供給することができる。そのため、強化樹脂製の成形基材を金型の内面に常に所望の押圧力で押し付けながら成形することが可能となり、これにより、強度に優れた中空成形品が得られる。

上記の構成において、前記温調循環装置は、加圧ポンプをさらに備え、前記加圧ポンプは、前記加熱装置から前記バッグへの過熱水蒸気の供給側であって前記温度センサの上流側に設けられ、前記温調手段は、前記温度センサでの過熱水蒸気の温度の検出値に基づいて、前記加熱装置での加熱温度及び前記加圧ポンプでの供給圧の少なくともいずれかを調節することが好ましい。

上記の構成によれば、過熱水蒸気の温度、圧力の管理がし易い。
上記の構成において、前記温調循環装置との間で前記流体としての水を循環させる冷水循環装置を備えていることが好ましい。

上記の構成によれば、成形開始時には、温調循環装置を介して冷水循環装置とバッグとの間で水を循環させることができる。そのため、成形前に、温調循環装置の内部やバッグの内部、或いは、冷水循環装置、温調循環装置、及びバッグを繋ぐ流体通路の内部を水で充填することができる。これにより、流体通路等の内部に存在していた空気を容易に排除することができる。また、成形終了時には、成形に使用した過熱水蒸気を、冷水循環装置内の水とともに外部へ排出させることができる。このように、成形開始時の流体の供給や、成形終了時の流体の排出を容易に行うことができる。

上記の構成において、前記バッグはシリコン樹脂製であることが好ましい。
シリコン樹脂は、耐熱性に優れているだけでなく、可撓性に優れている。そのため、金型の内面形状が複雑であってもその形状に追随し易く、バッグ内に付与された圧力を成形基材に均等に伝えることができる。また、離型性にも優れているため、成形後に中空成形体から取り出し易い。

本発明によれば、ボイドの発生が抑制されて、強度に優れた中空成形品が得られる。

本実施形態の中空成形品の成形システムの概略図。 金型の長手方向断面図。 金型を型締めした状態の部分断面図。 金型の短手方向断面図であって、図３におけるＡ－Ａ線断面図。 アダプタの斜視図。 成形システムの立ち上げ時のフローチャート。 成形システムでの成形時のフローチャート。 成形システムの終了時のフローチャート。

以下、本発明を具体化した中空成形品の成形システムの一実施形態について説明する。
図１に示すように、本実施形態の成形システム１は、冷水循環装置１０、温調循環装置２０、バッグ３０、及び金型４０を備えている。

本実施形態では、繊維強化樹脂製の中空成形品として、径方向断面が四角形状の長尺筒体を成形する場合について説明する。図３及び図４に示すように、成形品は、繊維強化樹脂製のシート状の成形基材６０を金型４０のキャビティ内に複数層積層し、金型４０内で加熱硬化させて成形される。成形基材６０を構成する繊維強化樹脂材料の材質は特に限定されない。強化繊維、樹脂とも従来公知のものを使用することができる。強化繊維としては、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等が挙げられる。また、樹脂としては、熱硬化性樹脂が好ましく、例えば、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂等が挙げられる。

成形システム１は、成形システム１を構成する装置間で、流体としての水を、状態変化させながら流通させるように構成されている。
図１に示すように、冷水循環装置１０の内部には水が貯留されている。冷水循環装置１０には供給ポンプ１１が内蔵されており、供給ポンプ１１の供給圧により冷水循環装置１０から温調循環装置２０に水が供給される。冷水循環装置１０は、空冷式であっても水冷式であってもよい。

温調循環装置２０は、加熱装置２１、加圧ポンプ２２、及び温度センサ２３を備えている。加熱装置２１では、冷水循環装置１０から供給された水を１００℃以上に加熱して、過熱水蒸気を生成する。加圧ポンプ２２は、加熱装置２１で生成された過熱水蒸気をバッグ３０に供給する際の供給圧を調節する。加圧ポンプ２２には、過熱水蒸気の供給圧を調節する図示しない圧力調節手段が設けられている。温度センサ２３は、加熱装置２１で生成された過熱水蒸気の温度を検出する。

バッグ３０は、成形に先立って金型４０の内部に配置される。成形時には、バッグ３０の内部に、加熱装置２１で生成された過熱水蒸気が加圧ポンプ２２を介して供給されるとともに、温調循環装置２０との間で過熱水蒸気が循環される。そのため、バッグ３０は、耐熱性及び可撓性に優れた合成樹脂で筒状に形成されている。合成樹脂の材質は時に限定されないが、成形時に金型４０のキャビティ形状に追随し易く、成形時の過熱水蒸気の温度に対して強度を保持できるといった点から、可撓性及び耐熱性に優れたシリコン樹脂製であることが好ましい。

図２に示すように、金型４０は、上型４１及び下型４２を備えており、型締めによって中空成形品の外殻形状に沿った長尺状のキャビティが内部に形成される。上型４１には、凹部４１ａ、凹部４１ｂ、及び凹部４１ｃが形成され、下型４２には、凹部４１ａ、凹部４２ｂ、及び凹部４２ｃが形成されている。凹部４１ａ及び凹部４２ａは、型締めによって中空成形品の外殻形状を形成し、成形時に成形基材が配置される。凹部４１ｂ及び凹部４２ｂは、型締めによって、後に説明するアダプタ５０の外殻形状を形成し、成形時にアダプタ５０が配置される。凹部４１ｃ及び凹部４２ｃは、成形時に、成形基材及びアダプタ５０に被覆されていない部分のバッグ３０が配置される。

図２及び図３に示すように、上型４１の長手方向両端部には、温調循環装置２０との間で過熱水蒸気を循環させる際の通路となる流体通路４３が形成されている。一つの流体通路４３の一端側は、上型４１の長手方向端面に開口し、他端側は、上型４１の凹部４１ｂの内面に開口している。金型４０の両端部の流体通路４３のうちの一方は、温調循環装置２０からの過熱水蒸気の供給通路を構成し、他方は、バッグ３０からの過熱水蒸気の排出通路を構成している。

図２及び図４に示すように、下型４２の上面には、凹部４２ａ、４２ｂ、４２ｃを囲むように、環状の溝４４が凹設されている。溝４４には、Ｏリング４５が嵌め込まれており、型締め時に上型４１との間でＯリング４５が圧縮変形されて、キャビティ内の密閉性が確保される。

図３及び図５に示すように、成形時には、金型４０内に、バッグ３０を固定するとともに流体通路４３とバッグ３０の内部とを連通させるアダプタ５０が配置される。アダプタ５０は、金型４０の長手方向両端部のそれぞれに、相対するような状態で配置される。

図５に示すように、アダプタ５０は、アダプタ本体５１、板バネ５２、及び締付部材５３を備えている。アダプタ本体５１には、基部５４と筒部５５が形成されている。ここで、説明の便宜上、アダプタ本体５１において筒部５５が形成された側をアダプタ５０の上方、基部５４が形成された側を下方とする。

アダプタ本体５１には、過熱水蒸気の通路となる流体通路５６が形成されている。流体通路５６の一端側は、アダプタ本体５１の側面に開口し、他端側は、アダプタ本体５１の上面に開口している。図３に示すように、アダプタ５０を金型４０の凹部４１ｂ、４２ｂに配置した状態では、一端側の開口が上型４１の流体通路４３の位置と合致し、他端側の開口がバッグ３０に向かって開口する。金型４０の長手方向両端部の配置されるアダプタ５０のうち、一方のアダプタ５０では、アダプタ本体５１の流体通路５６は、温調循環装置２０からの過熱水蒸気の供給通路を構成し、他方のアダプタ５０では、バッグ３０からの過熱水蒸気の排出通路を構成することになる。

図５に示すように、筒部５５は、同一中心をなす円筒状の内筒部５７及び外筒部５８を備えた２重筒状に形成されている。内筒部５７の外周面は上下方向に同径となるように形成されている一方で、内筒部５７の内周面は、上方ほど拡径するようなテーパ形状に形成されている。これにより、アダプタ５０を金型４０に配置すると、流体通路５６は、図３に示すように、バッグ３０に向かって拡径した形状となる。また、外筒部５８の内周面は上方ほど拡径するテーパ形状に形成されている。外筒部５８の外周面は上下方向に同径となるように形成され、締付部材５３が螺合する螺条が形成されている。

図３及び図５に示すように、板バネ５２は、内筒部５７の外周面と外筒部５８の外周面との間の空間に配置される。成形時には、板バネ５２の内周側にバッグ３０の端部を配置して、バッグ３０を板バネ５２とともに内筒部５７に外嵌する。板バネ５２の外周面は、上方ほど拡径するテーパ形状に形成されている。そのため、板バネ５２が内筒部５７と外筒部５８との間の空間内に挿入されると、板バネ５２の外周面が外筒部５８のテーパ形状の内周面に押されて、板バネ５２によりバッグ３０の端部が締め付けられて、内筒部５７の外周面に押し付けられる。これにより、バッグ３０内の気密性が保持される。

次に、成形システム１による中空成形品の成形方法について、作用とともに説明する。
中空成形品の成形方法は、バッグ３０にアダプタ５０を取り付ける前工程、金型４０のキャビティ内に繊維強化樹脂製の成形基材６０を配置する成形基材配置工程、下型４２内にバッグ３０を配置して型締めする型締め工程、成形システム１を起動する準備工程、成形システム１により成形体を成形する成形工程、成形システム１を終了する終了工程、及び成形体を取り出す後工程を備えている。

前工程では、金型４０のキャビティの長手方向の長さと略同一の長さの筒状のバッグ３０を準備して、その両端部のそれぞれにアダプタ５０を取り付ける。バッグ３０の両端部のそれぞれから締付部材５３を外嵌した後、バッグ３０の両端部のそれぞれに板バネ５２を外嵌する。続いて、バッグ３０の両端部のそれぞれで、板バネ５２をバッグ３０の両端部とともにアダプタ本体５１の内筒部５７と外筒部５８との間の空間に嵌め込む。そして、先に概観されていた締付部材５３を、両端部に取り付けられたアダプタ本体５１の外筒部５８の外周面から締め付ける。これにより、バッグ３０の両端部にアダプタ５０が取り付けられ、バッグ３０の内部空間がアダプタ５０に形成された流体通路５６を介して外部と連通した状態となる。

成形基材配置工程では、下型４２の凹部４２ａに成形基材６０を配置する。図４に示すように、下型４２に配置する成形基材６０は、あらかじめ凹部４２ａの長手方向の長さと略同一の長さであって、金型４０のキャビティの短手方向の内周面の長さより少し短い形状に切断されたものを複数枚準備して順に積層する。成形基材６０における強化繊維の配向角度は、成形体に要求される性状に応じて適宜調整すればよい。これは、後に説明する型締め工程の際に上型４１側に配置する成形基材６０についても同様である。

型締め工程では、下型４２の内部に、アダプタ５０が取り付けられたバッグ３０を配置する。続いて、バッグ３０の上方から成形基材６０を配置する。図４に示すように、ここでの成形基材６０は、あらかじめ凹部４１ａの長手方向の長さと略同一の長さであって、凹部４１ａの短手方向の長さより少し短い形状に切断されたものを複数枚準備して順に積層する。この状態で、下型４２の上に上型４１を配置し、図示しない締付具により型締めする。図４に示すように、金型４０を型締めした状態では、下型４２の溝４４に嵌め込まれたＯリング４５が圧縮されて上型４１の下面に押し付けられ、金型４０のキャビティ内が気密状態に保持される。

図１に示すように、成形システム１を起動する準備工程では、成形システム１の供給ポンプ１１及び加圧ポンプ２２をＯＮにするとともに、加熱装置２１における冷水循環装置１０側の流体通路に設けられた排出口２１ａを開放する。準備工程では、加熱装置２１での加熱は行わない。供給ポンプ１１の供給圧によって冷水循環装置１０内の水が加熱装置２１に供給されるとともに、加圧ポンプ２２の供給圧によって加熱装置２１内の水がバッグ３０内に供給される。また、バッグ３０の水は、加熱装置２１を介して冷水循環装置１０へ戻る。これにより、冷水循環装置１０、温調循環装置２０、金型４０内のバッグ３０との間で流体が循環する第１ルートＲ１が形成される。第１ルートＲ１が選択されたときの供給ポンプ１１及び加圧ポンプ２２の供給圧は同程度であり、例えば０．２５ＭＰａ以上であることが好ましい。

図６に示すように、準備工程では、ステップＳ１１で、第１ルートＲ１が選択され、ステップＳ１２で、流体としての水が冷水循環装置から供給される。供給された水は第１ルートＲ１で循環することにより、成形前に、温調循環装置２０の内部やバッグ３０の内部、或いは、冷水循環装置１０、温調循環装置２０、及びバッグ３０を繋ぐ流体通路の内部が水で充填される。これにより、流体通路等の内部に存在していた空気が排除される。

図７に示すように、成形システム１により成形体を成形する成形工程では、ステップＳ２１で、供給ポンプ１１をＯＦＦにするとともに、加熱装置２１における冷水循環装置１０側の流体通路に設けられた排出口２１ａを閉塞する。これにより、加熱装置２１内の流体が加圧ポンプ２２の供給圧によってバッグ３０内に供給され、温調循環装置２０と金型４０内のバッグ３０との間で流体が循環する第２ルートＲ２が形成される。成形工程は、第２ルートＲ２を選択して行う。

成形工程では、成形に先立ち、ステップＳ２２で、第２ルートＲ２上の加圧ポンプ２２をＯＦＦにする。ステップＳ２３では、この状態で加熱装置２１での加熱を開始し、加熱装置２１内の水から所定温度、所定圧力の過熱水蒸気を生成する。過熱水蒸気の温度は、繊維強化樹脂製の成形基材６０を構成する熱硬化性樹脂の熱硬化温度より少し高い温度であることが好ましく、例えば、熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂の場合、４０～１４０℃程度であることが好ましい。また、過熱水蒸気の圧力は、１．０～１．８ＭＰａ程度であることが好ましい。

加熱装置２１内の過熱水蒸気が所定温度に達したら、ステップＳ２４で、加圧ポンプ２２をＯＮにして、過熱水蒸気をバッグ３０内へ供給するとともに、第２ルートＲ２を介して過熱水蒸気を循環させる。このときの加圧ポンプ２２の供給圧は、０．８５ＭＰａ以上であることが好ましい。また、過熱水蒸気の流速は、金型４０の入口と出口での過熱水蒸気の温度が同程度になるように設定すればよい。過熱水蒸気が供給されたバッグ３０では、過熱水蒸気の圧力によって内圧が高まって、成形基材６０を金型４０のキャビティの内面に押し付ける。また、過熱水蒸気の熱によって成形基材６０を構成する熱硬化性樹脂が熱硬化を始める。なお、本実施形態の成形装置では、金型４０は加熱されていない。

図７に示すように、成形システム１は、加熱装置２１からバッグ３０へ供給される過熱水蒸気の温度の検出値に基づいて加熱装置２１内の過熱水蒸気の温度を調節する調節手段を有している。調節手段は、一定時間ごとに温度センサ２３で過熱水蒸気の温度を検出し、温度の検出値に基づいて、加熱装置２１内の過熱水蒸気の温度を調節する。

ステップＳ２５では、温度センサ２３で過熱水蒸気の温度を検出する。ステップＳ２６では、過熱水蒸気の温度の検出値を過熱水蒸気の温度の目標値と比較する。そして、検出値が目標値に対して所定以上離れていると判断した場合には、ステップＳ２７で目標値より低いかどうかを判断する。検出値が目標値より低いと判断された場合、つまり、目標値より所定以上低いと判断された場合には、ステップＳ２８で加熱装置２１での加熱をそのまま続行する。一方、目標値より所定以上高いと判断された場合には、ステップＳ２９で、一時的に第１ルートＲ１を選択し、冷水循環装置１０から温調循環装置２０への水の供給によって過熱水蒸気の温度を調節する。

また、ステップＳ２６で検出値が目標値に対して所定以上離れておらず、許容範囲であると判断した場合にも、その状態を継続する。そして、ステップＳ３０では、過熱水蒸気が所定温度に達して第２ルートＲ２を介した成形を開始した後所定時間経過したかどうかを判断する。所定時間経過していないと判断された場合には、ステップＳ２５に戻って、過熱水蒸気の温度の検出を所定時間ごとに続行し、所定時間経過したと判断した場合には、成形工程を終了する。なお、ステップＳ３０での所定時間は、成形基材６０を構成する熱硬化性樹脂の硬化温度により適宜設定すればよい。

成形工程を経て、金型４０内では、成形基材６０を構成する熱硬化性樹脂が熱硬化して中空成形体が成形される。バッグ３０内には、過熱水蒸気によって、熱硬化性樹脂が熱硬化するために必要な温度が得られるため、過熱水蒸気による熱のみで、成形体が成形される。また、過熱水蒸気による高い圧力によって成形基材６０が金型４０のキャビティ内面に押し付けられる。バッグ３０の高い内圧によって複数層の成形基材６０の間に隙間が形成することが抑制され、成形された中空成形体にボイドが発生することが抑制される。

図８に示すように、成形システム１を終了する終了工程では、ステップＳ３１で、成形システム１での第１ルートＲ１を選択する。具体的には、供給ポンプ１１及び加圧ポンプ２２をＯＮにするとともに、加熱装置２１における冷水循環装置１０側の流体通路に設けられた排出口２１ａを開放する。加熱装置２１、バッグ３０、及び第２ルートＲ２の流体通路内に存在する過熱水蒸気は、加熱装置２１の排出口２１ａから排出されて、冷水循環装置１０に運ばれる。過熱水蒸気は、冷水循環装置１０までの流体通路内で徐々に排熱して温度が低下し、冷水循環装置１０では、冷水循環装置１０内の水と適宜混合して外部に排出される。

後工程では、金型４０を型開きして、金型４０の内部から、アダプタ５０が取り付けられたバッグ３０とともに成形体を取り出す。締付部材５３を緩めて、バッグ３０の両端部からアダプタ本体５１及び締付部材５３を取り外す。これにより、バッグ３０の周囲に成形体が成形され、バッグ３０の両端部に板バネ５２が取り付けられた状態のものが得られる。必要に応じて、成形体内部からバッグ３０を取り除くか、或いは、成形体の両端縁でバッグ３０を切り落とすことにより、成形体が得られる。

次に、上記実施形態の成形システム１、中空成形体の成形方法の効果について説明する。
（１）上記実施形態の成形システム１は、中空成形品の外殻形状のキャビティを備える金型４０と、金型４０内に配置されるバッグ３０と、過熱水蒸気をバッグ３０内に供給する温調循環装置２０を備えている。そして、温調循環装置２０とバッグ３０との間で、過熱水蒸気を循環させている。

そのため、中空成形品の成形に必要な温度が得られるだけでなく、バッグ３０内に過熱水蒸気に基づく高い圧力を付与することができる。流体として圧縮空気を供給する場合に比べて、成形基材６０をより強い押圧力で金型４０の内面に押し付けることができる。これにより、複数層の成形基材６０の層間に隙間が発生することが抑制され、中空成形品にボイドが発生することが抑制される。強度に優れた中空成形品が得られる。

（２）温調循環装置は、過熱水蒸気を生成する加熱装置２１と過熱水蒸気の温度を検出する温度センサ２３を備え、温度センサ２３で所定時間ごとに過熱水蒸気の温度を検出して、その検出値に基づいて、加熱装置２１内の過熱水蒸気の温度を調節している。

そのため、成形温度、成形圧力の変動が抑制された状態で、所望の温度、圧力の過熱水蒸気を常にバッグ３０内に供給することができる。
（３）上記実施形態の成形システム１は、温調循環装置２０との間で流体を循環させる冷水循環装置１０を備えている。

そのため、成形開始時には、温調循環装置２０を介して冷水循環装置１０とバッグ３０との間で水を循環させることができるため、成形前に、各装置の内部や流体通路の内部を水で充填することができる。また、成形終了時には、成形工程で発生させた過熱水蒸気を、冷水循環装置１０内の水とともに外部へ排出させることができる。このように、成形開始時の流体の供給や、成形終了時の流体の排出を容易に行うことができる。

（４）温調循環装置２０は、温度センサ２３での過熱水蒸気の温度の検出値に基づいて、加熱装置２１での加熱を続行するか、冷水循環装置１０から水が供給される第１ルートＲ１を選択するかの判断をしている。

過熱水蒸気の温度が高い場合には、冷水循環装置１０から水を供給可能としているため、過熱水蒸気の温度、圧力の管理を容易に行うことができる。
（５）バッグ３０はシリコン樹脂製である。

そのため、可撓性に優れており、金型４０の内面形状が複雑であってもその形状に追随し易い。バッグ３０内に付与された圧力を成形基材６０に均等に伝えることができる。これにより、中空成形品のボイドの発生を抑制することができる。

また、例えば、中空成形体として曲管を成形するような場合、短い側の周壁の長さに合わせてバッグ３０を形成すれば、バッグ３０は、成形時に長い側の周壁に沿って伸び易い。そのため、短い側の周壁でのバッグ３０のたるみを抑制することができる。これにより、成形品の肉厚にばらつきが生じることが抑制される。

さらに、シリコン樹脂は耐熱性、離型性にも優れているため、成形時に強度が保持され、成形後に中空成形体から取り出し易い。
（６）下型４２の溝４４には、Ｏリング４５が嵌め込まれており、型締め時に上型４１との間でＯリング４５が圧縮変形される。

そのため、成形時にバッグ３０から流体が漏れるような事態が生じても、流体が金型４０の外部に排出されることが抑制される。
（７）バッグ３０の両端部は、アダプタ５０に設けられた板バネ５２及び締付部材５３によって締め付けられる。

そのため、バッグ３０内に高圧の過熱水蒸気が供給されても、バッグ３０からの過熱水蒸気の漏れが抑制された状態を実現することができる。また、アダプタ５０に板バネ５２が設けられていることで高圧に耐えられるため、中空成形品にボイドが発生することを抑制することができる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

・成形基材配置工程と型締め工程は上記実施形態のものに限定されない。例えば、アダプタ５０が取り付けられたバッグ３０の周面に成形基材を巻き付け、成形基材が巻き付けられたバッグ３０を下型４２の内部に配置して、上型４１で型締めするようにしてもよい。

・成形工程では、バッグ３０に供給される過熱水蒸気の温度を所定時間ごとに検出し、過熱水蒸気の温度の目標値を比較して、加熱装置２１における加熱温度を調節した。過熱水蒸気の温度を調節する調節手段は、これに限定されず、加圧ポンプ２２の供給圧を調節することで行ってもよい。また、加圧ポンプ２２の供給圧の調節は、加熱装置２１における加熱温度の調節と併せて行い、加圧ポンプ２２での供給圧の調節により、過熱水蒸気の温度の微調整を行うようにしてもよい。この場合、過熱水蒸気の温度の検出値が目標値より所定以上高いと判断されたときに、加圧ポンプ２２を緩める調節を行い、過熱水蒸気の温度の検出値が目標値より所定以上低いと判断されたときに、加熱装置２１の加熱温度を上げるようにしてもよい。

・上記実施形態では、加熱装置２１における加熱温度の調節を、ステップＳ２７で目標より低いと判断された場合には、そのまま加熱を続行し、高いと判断された場合には、一時的に第１ルートＲ１を選択して水を供給するようにした。調節手段はこれに限定されず、例えば、ステップＳ２７で目標より低いと判断された場合には、加熱の設定温度を上げ、高いと判断された場合には、加熱の設定温度を下げるようにしてもよい。

・成形工程で過熱水蒸気量が不十分となった場合に、一時的に第１ルートＲ１を選択して、冷水循環装置１０から温調循環装置２０へ水を供給するようにしてもよい。
・成形工程では、金型４０を加熱するようにしてもよい。

・金型４０の形状は、中空成形体の形状に基づいて適宜変更可能である。
次に、上記実施形態及び変更例から把握できる技術的思想を以下に記載する。
（イ）繊維強化樹脂製の中空成形品の成形システムであって、前記中空成形品の外殻形状のキャビティを備え、上型及び下型を有する金型と、前記金型内に配置されるバッグと、前記バッグとの間で過熱水蒸気を循環させる温調循環装置とを備え、前記上型及び下型の少なくとも一方には、前記キャビティを囲むように溝が形成され、前記溝内にＯリングが配設されていることを特徴とする中空成形品の成形システム。

（ロ）内筒部及び外筒部を備えた二重管構造を有するとともに、該内筒部内に前記バッグ内へ過熱水蒸気を供給する流体通路が形成されたアダプタを備え、前記アダプタには、前記内筒部と前記外筒部との間の空間に挿入されて取り付けられた前記バッグを、前記内筒部の外周面に付勢する板バネが設けられていることを特徴とする前記（イ）に記載の中空成形品の成形システム。

（ハ）金型のキャビティ内に繊維強化樹脂製の成形基材を配置する成形基材配置工程と、前記金型の内部にバッグを配置して型締めする型締め工程と、前記バッグに過熱水蒸気を供給して、前記バッグからの熱及び圧力によって前記成形基材を前記金型の内面に押し当てながら加熱する成形工程を備えていることを特徴とする中空成形品の成形方法。

（ニ）加熱装置内で水を加熱して過熱水蒸気を生成する過熱水蒸気生成工程を備え、前記成形工程では、前記加熱装置と前記バッグとの間で過熱水蒸気を循環させることを特徴とする前記（ハ）に記載の中空成形品の成形方法。

本発明の成形システム１によって中空成形品を成形した実施例について説明する。
＜中空成形品の成形＞
上記成形方法に従って中空成形品の試作品１を成形した。試作品１は、径方向断面が四角形状の長尺筒体である。成形基材６０は、炭素繊維にエポキシ樹脂が含浸されたシート状基材であるシートプリプレグ（Ｐ３２５２Ｓ－１０、東レ株式会社製）を使用した。シートプリプレグを８層積層した状態で、金型４０内に配置した。成形システム１の加熱装置２１では、冷水循環装置１０から供給された水を１２０℃となるまで加熱した。１２０℃に達したことを確認後、成形システム１の第２ルートＲ２を選択して、バッグ３０内に過熱水蒸気を供給した。金型４０の流体通路４３のうち過熱水蒸気の供給通路の入口での過熱水蒸気の温度と、過熱水蒸気の排出通路の出口での過熱水蒸気の温度を測定したところ、ともに約１４０℃であった。これにより、バッグ３０内の過熱水蒸気の温度が約１４０℃であることを確認した。また、過熱水蒸気が循環しているバッグ３０内の内圧は１～１．５ＭＰａに保たれていた。加熱装置２１での過熱水蒸気の温度が１４０℃となり、第２ルートＲ２を介した成形を開始してから９０分経過後に成形工程を終了した。その後、アフターキュア等の後工程を経て試作品１を得た。

また、金型４０が加熱された状態で成形工程を行ったものを試作品２とした。金型４０の加熱温度は、１４０℃に設定した。金型４０を加熱したこと以外は、試作品１と同様にして成形した。

試作品１の成形方法において、加熱流体を過熱水蒸気に代えて空気を循環させることにより成形工程を行ったものを試作品３とした。バッグ３０内の空気の温度は約１４０℃であり、バッグ３０内の内圧は約０．５ＭＰａであった。

＜ボイド解析方法＞
試作品１～３中のボイドを解析して、ボイド率（％）を算出した。ボイドの解析には、マイクロフォーカスＸ線発生装置であるＴＯＳＣＡＮＥＲ－３２３００μＦＤ（東芝ＩＴコントロールシステム株式会社製）を使用した。Ｘ線ＣＴスキャンによって得られた断面画像を解析して、試作品１～３中のボイド率（％）を算出した。ボイド率（％）は、中空成形品の体積（ｃｍ^３）とボイド体積（ｃｍ^３）を測定し、以下の式に従って算出した。その結果を表１に示した。

ボイド率（％）＝（ボイド体積／中空成形品の体積）×１００ ・・・・・ （１）

表１のボイド率（％）の結果より、加熱流体として空気を循環させて成形した試作品３に対して、空気に代えて高い内圧が得られる過熱水蒸気を循環させて成形した試作品２では、ボイド率（％）の顕著な減少が見られた。試作品３では筒状の周壁全体に亘って多数のボイドが確認されたが、試作品２では、周壁全体に亘るボイドは確認されなかった。

金型４０を加熱せず、バッグ３０内の過熱水蒸気の熱及び内圧のみで成形した試作品１でも、ボイド率（％）は試作品３に比べて顕著な減少が見られた。試作品１でも、周壁全体に亘るボイドは確認されなかった。試作品１では、金型４０を加熱していない分、成形時間が試作品２に比べて少し長くなるが、ボイドの発生に関しては、試作品２との間で大きな違いは観察されなかった。過熱水蒸気をバッグ３０内に循環させるだけでも、強度に優れた成形品を成形することができることがわかった。

１…成形システム、１０…冷水循環装置、１１…供給ポンプ、２０…温調循環装置、２１…加熱装置、２２…加圧ポンプ、２３…温度センサ、３０…バッグ、４０…金型、４１…上型（金型）、４２…下型（金型）、５０…アダプタ、６０…成形素材。

Claims (7)

1. 繊維強化樹脂製の中空成形品の成形システムであって、
   前記中空成形品の外殻形状のキャビティを備える金型と、
   前記金型内に配置されるバッグと、
   加熱された流体を前記バッグ内に供給する温調循環装置と
   を備え、
   前記温調循環装置と前記バッグとの間で、加熱された前記流体としての過熱水蒸気を循環させ、
   前記温調循環装置との間で前記流体としての水を循環させる冷水循環装置をさらに備えていることを特徴とする中空成形品の成形システム。
2. 前記温調循環装置は、過熱水蒸気を生成する加熱装置と過熱水蒸気の温度を検出する温度センサを備え、前記温度センサでの過熱水蒸気の温度の検出値に基づいて、前記加熱装置での前記流体の加熱の続行及び前記冷水循環装置からの水の供給のいずれかを選択することを特徴とする請求項１に記載の中空成形品の成形システム。
3. 前記温調循環装置は、過熱水蒸気を生成する加熱装置と過熱水蒸気の温度を検出する温度センサを備え、
   前記温度センサは、前記加熱装置から前記バッグへの過熱水蒸気の供給側に設けられ、
   前記温調循環装置は、前記温度センサでの過熱水蒸気の温度の検出値に基づいて、前記加熱装置内の過熱水蒸気の温度を調節する温調手段を有していることを特徴とする請求項１に記載の中空成形品の成形システム。
4. 前記温調循環装置は、加圧ポンプをさらに備え、
   前記加圧ポンプは、前記加熱装置から前記バッグへの過熱水蒸気の供給側であって前記温度センサの上流側に設けられ、
   前記温調手段は、前記温度センサでの過熱水蒸気の温度の検出値に基づいて、前記加熱装置での加熱温度及び前記加圧ポンプでの供給圧の少なくともいずれかを調節することを特徴とする請求項３に記載の中空成形品の成形システム。
5. 前記バッグはシリコン樹脂製である請求項１～４のいずれか一項に記載の中空成形品の成形システム。
6. 金型のキャビティ内に繊維強化樹脂製の成形基材を配置する成形基材配置工程と、
   前記成形基材が配置された前記金型の内部にバッグを配置して型締めする型締め工程と、
   前記バッグに過熱水蒸気を供給して、前記バッグからの熱及び圧力によって前記成形基材を前記金型の内面に押し当てながら加熱する成形工程とを備えていることを特徴とする中空成形品の製造方法。
7. 加熱装置内で水を加熱して過熱水蒸気を生成する過熱水蒸気生成工程を備え、
   前記成形工程では、前記加熱装置と前記バッグとの間で過熱水蒸気を循環させることを特徴とする請求項６に記載の中空成形品の製造方法。

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