JP2013022835A - 繊維強化樹脂を備える製品を少なくとも２つ製造する方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 繊維強化樹脂を備える製品を少なくとも２つ製造する際、成形型の構造が複雑で、容積も大きくなっても、繊維基材へ樹脂材を含浸するのが容易で、樹脂材を硬化するための温度および時間の制御、管理が容易で、且つ、成形型の清掃も容易とする。
【解決手段】 繊維強化樹脂を備える扁平形状の製品を複数同時に製造するために、先ず、この複数の製品の扁平形状を有する複数のキャビティ部１２ａ、１２ｂが、中子１３を介して重なるように形成される成形型１１を用意する。そして、このキャビティ部に、繊維基材１をそれぞれ配置し、成形型１１内に樹脂材を注入して、繊維基材１にこの樹脂材を含浸、硬化することで、繊維硬化樹脂を備える製品を複数同時に成型する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、繊維強化樹脂を備える製品を少なくとも２つ製造する方法および装置に関する。

繊維強化樹脂を製造する方法として、樹脂トランスファモールディング（ＲＴＭ）成形法が知られている。ＲＴＭ成形法は、成形型内に予め配置した繊維基材に、樹脂を注入して含浸させた後、硬化し、繊維強化樹脂を成形する方法である（例えば、国際公開第２００７／０１３５４４号パンフレット）。成形型で繊維強化樹脂の全面を覆うため、形状や表面の成型精度が高く、よって、航空機などの構造部材用の製造法として提案されている。

国際公開第２００７／０１３５４４号パンフレット

ＲＴＭ成形法に用いられる樹脂は多岐にわたるが、航空機の構造部材用としては、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を使用することが多い。熱硬化性樹脂を成形型内に注入する際、繊維基材への樹脂材の含浸性を高めるため、樹脂材を加熱し、粘度を下げることが推奨されている。しかしながら、図１に示すように、熱硬化性樹脂を加熱した場合は硬化反応が進んでしまうため、加熱から一定時間経過後は粘度が高くなり、含浸性が低下する。よって、樹脂材が、含浸に適した粘度域を有する含浸可能時間は限られることから、ＲＴＭ成形法によって複雑な形状を有する製品や、大きな容積を有する製品を成型するのは難しいという問題がある。

ＲＴＭ成形法は、オートクレーブ成形法と同様に、成形型内が均一な硬化状態となるような温度および時間の制御、管理が必要となる。特に、航空機の構造部材用の部品では、品質要求が厳しくなるので、温度および時間の制御、管理に対する要求も厳格となる。

よって、ＲＴＭ成形法での生産性を向上させるために、１つの成形型で複数の製品を同時に成形するには、上記の問題点から、非常に困難であることがわかる。すなわち、第一に、成形型の構造が複雑になり、製品の容積も大きくなることから、繊維基材へ樹脂材を十分に含浸することが難しくなる。第二に、硬化状態を決定する温度および時間の制御、管理が、一つ製品を成型する場合よりも、複雑、困難になる。また、これらに加え、第三に、成形型が複雑になることから、成形型の清掃も煩雑化し、作業性が低下する。

そこで本発明は、上記の問題点に鑑み、繊維強化樹脂を備える製品を少なくとも２つ製造する際、成形型の構造が複雑で、容積も大きくなっても、繊維基材へ樹脂材を含浸するのが容易で、樹脂材を硬化するための温度および時間の制御、管理が容易で、且つ、成形型の清掃も容易に行うことができる製造方法および製造装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、その一態様として、繊維強化樹脂を備える扁平形状の製品を少なくとも２つ製造する方法であって、前記少なくとも２つの製品の前記扁平形状を有する少なくとも２つのキャビティ部が、中子を介して重なるように形成される成形型を用意するステップと、前記成形型の前記少なくとも２つのキャビティ部に、繊維基材をそれぞれ配置するステップと、前記成形型内に樹脂材を注入して、前記繊維基材にこの樹脂材を含浸するステップと、前記樹脂材を硬化して、前記少なくとも２つの製品を形成するステップとを含むものである。

ここで、本明細書において、「扁平形状」とは、製品を一方の方向（すなわち、複数の製品を重ね合わせる方向）に潰した形状をいう。よって、扁平形状の製品は、その断面が平らな形状に留まらず、その断面が湾曲した形状であっても、折れ曲がった形状であってもよい。このような扁平形状としては、例えば、断面が波形、円弧形、椀形、コップ形、ハット形、櫛形、Ｔ字形、Ｖ字形、Ｗ字形、Ｍ字形、Ｎ字形、重ね合わせる方向に向かって断面がＥ字形、Ｆ字形、Ｓ字形、Ｚ字形、Ｌ字形などの形状がある。これら形状は、一列に並べて重ね合わせてもよいし、または、互い違いに（すなわちオフセットに）並べて重ね合わせてもよい。

前記少なくとも２つの製品は、異なる形状であってもよいが、実質的に同一の形状を有することが好ましい。また、前記樹脂材としては、連鎖硬化型の樹脂組成物を用いることが好ましい。

前記製品は、軽量化コアと、前記軽量化コアの表面の少なくとも一部に隣接して前記繊維強化樹脂を備える複合材であることが好ましい。この場合、前記繊維基材の配置ステップは、前記各キャビティ内に、前記軽量化コアが前記繊維強化樹脂と隣接する部分と実質的に同一の形状を有する部分を具備する第２の中子と、この第２の中子に隣接して繊維基材を配置することを含み、前記製品の形成ステップが、前記樹脂材を硬化した後、前記成形型で成型した前記繊維基材を含む硬化樹脂を、前記第２の中子と分離するステップと、前記軽量化コアを、前記繊維基材を含む硬化樹脂と一体化し、前記複合材を形成するステップとを更に含むことが好ましい。なお、本発明の複合材は、前記軽量化コアと前記繊維強化樹脂とが、直接的に隣接してもよいし、接着剤を介して隣接してもよい。

また、前記複合材の形成ステップは、前記軽量化コアを、前記第２の中子を配置した位置であって前記軽量化コアと実質的に同一の形状を有する部分の位置で、前記繊維基材を含む硬化樹脂と一体化してもよい。

本発明は、別の態様として、繊維強化樹脂を備える扁平形状の製品を少なくとも２つ製造する装置であって、前記少なくとも２つの製品の前記扁平形状を有する少なくとも２つのキャビティ部内に、繊維基材をそれぞれ配置した後、樹脂材を注入し、前記繊維基材にこの樹脂材を含浸し、硬化することで、前記繊維強化樹脂を形成する成形型と、前記少なくとも２つのキャビティ部が重なるように、前記少なくとも２つのキャビティ部の間に介して位置する中子とを備えるものである。

前記製品は、軽量化コアと、前記軽量化コアの表面の少なくとも一部に隣接して前記繊維強化樹脂を備える複合材が好ましい。この場合、前記装置は、前記キャビティ内に、前記軽量化コアが前記繊維強化樹脂と隣接する部分と実質的に同一の形状を有する部分を具備する第２の中子を更に備えることが好ましい。前記第２の中子は、前記キャビティ内において、前記複合材における前記軽量化コアの位置に、前記軽量化コアと実質的に同一の形状を有する部分が配置されるようにしてもよい。

このように本発明によれば、繊維強化樹脂を備える製品を扁平形状の製品に限定し、成形型のキャビティを、このような製品の扁平形状を有する複数のキャビティ部が、中子を介して重なるように形成されるようにしたことで、成形型の構造が複雑で、容積が大きくなっても、繊維基材へ樹脂材を含浸するのが短時間で容易にでき、また、樹脂材を硬化するための温度および時間の制御、管理も容易で、且つ、成形型の清掃も容易に行うことができる。

本発明に係る繊維強化樹脂を備える製品を製造する際の樹脂含浸時における温度、粘度、時間の関係を示すグラフである。 本発明に係る繊維強化樹脂を備える製品を製造する方法の一実施の形態を説明するフローチャートである。 本発明に係る繊維強化樹脂を備える製品を製造する装置の一実施の形態を示す模式図である。 図３に示す装置の成形型の一実施例を模式的に示す断面図である。 図３に示す装置の成形型の一実施例を模式的に示す断面図である。 図３に示す装置の成形型の一実施例を模式的に示す断面図である。 図３に示す装置の成形型の一実施例を模式的に示す断面図である。 図３に示す装置の成形型の一実施例を模式的に示す断面図である。 図３に示す装置の成形型の一実施例を模式的に示す断面図である。 図３に示す装置の成形型の一実施例を模式的に示す断面図である。 図２に示す製造方法のステップ２１０において、図１０に示す成形型の使用状態を模式的に示す断面図である。 図２に示す製造方法のステップ２３０において、図１０に示す成形型から得られる製品を模式的に示す断面図である。 図３に示す装置の成形型の一実施例を模式的に示す断面図である。 図１３に示す成型型で得た繊維強化樹脂を用いて、図２に示す製造方法のステップ２２０を模式的に説明する断面図である。 図３に示す装置の成形型の一実施例を模式的に示す断面図である。 図１３又は図１５に示す成形型を用いた場合の図２に示す製造方法のステップ２３０を模式的に説明する断面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の一実施の形態について説明する。図２に示すように、本実施の形態における複数の繊維強化樹脂を備える製品の製造方法１００では、先ず、成形型に中子と繊維基材を配置するステップ１１０を行う。図３に示すように、本発明に係る製造装置の一実施の形態であるＲＴＭ成形装置１０は、成形型１１を備え、この成形型１１の内部には、複数の製品を成型するためのキャビティ１２が形成される。なお、このＲＴＭ成形装置１０は、成形型１１の上下の外側に、この成形型１１を挟み込み、外側から圧力をかける一対のプレス１４を備えているが、成形型１１を閉じて固定できる他の機構でもよい。プレスであれば型締め力を調整しやすいため、好ましい。

成形型１１の一方の端部には、キャビティ１２内に樹脂材を注入するための樹脂注入口１５ａを備え、その反対端には、吸引口１５ｂを備える。樹脂注入口１５ａは、樹脂材を注入するための機構と接続する。例えば、インジェクタ１６と接続する。樹脂材を注入するための機構には成形型内を加圧する機能が付帯していることが好ましい。吸引口１５ｂは、真空ライン１７を介して、真空ポンプ１８等と接続してもよい。なお、真空ライン１７には、樹脂材が真空ポンプ１８に吸い込まれるのを防ぐため、真空トラップ１９等を設けてもよい。

成形型１１について更に詳しく説明する。図３に示すように、この実施例では、成形型１１は、上型１１ａと下型１１ｂと、これら２つの型により形成されるキャビティ１２内に位置する中子１３を備える。そして、このキャビティ１２は、この中子１３を介して重なる断面が平らな形状を有する２つのキャビティ部１２ａ、１２ｂに分割される。これらキャビティ部１２ａ、１２ｂのそれぞれが、１つの製品を成型するためのものである。上型１１ａと下型１１ｂの間には、合わせ面を封止するための封止材１７を配置する。

図３に示すように、中子１３の縁部の窪み部１３ａが、下型１１ｂの内壁の突出部１１ｃに係合することによって、中子１３が成形型１１の所定の位置に固定されている。なお、本発明は、これに限定されず、中子１３は、下型１１ｂではなく、上型１１ａと係合して所定の位置に固定してもよく、また、治具などを用いて所定の位置に固定してもよい。

上型１１ａ、下型１１ｂ、及び中子１３は、一般的に型材として利用される材料を使用でき、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、ステンレス鋼やインバー等の合金鋼等の金属製でもよいし、繊維強化樹脂やガラス製でもよい。また、これらは、このような非断熱性材料ではく、断熱性材料で構成することもできる。断熱性材料としては、特に限定されないが、熱伝導率が好ましくは０．３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下、更に好ましくは０．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）、最も好ましくは０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の材料が好ましい。また、材料としては、容積比熱が小さいものが好ましく、例えばアルミニウム以下の材料が好ましい。また、材料としては、熱容量が小さいものが好ましく、例えばアルミニウム以下の材料が好ましい。例えば、表面が耐熱性の高分子フィルムで、内部が発泡体のものを用いることができる。

そして、２つのキャビティ部１２ａ、１２ｂ内に、それぞれ平らな繊維基材１を配置する。繊維基材１としては、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維などの繊維強化樹脂用の繊維を広く使用することができる。繊維基材１には、必要により、治具や、ナット等の部品を付けてもよい。なお、必要に応じて、中子１３と繊維基材１との間には、ピールプライなどの離型材（図示省略）を配置してもよい。または、中子１３の表面を離型処理してもよい。または、中子１３を離型材料で構成してもよい。必要により、繊維基材１を所定の位置に固定するための構造を、繊維基材２１に接する中子及び成形型に設けてもよい。例えば、図４では、上型１１ａ、下型１１ｂ、又は中子１３に設けてもよい。成形型１１内に、中子１３とともに繊維基材１を配置したら、上型１１ａと下型１１ｂを閉じる。なお、型を閉じた後、必要に応じて、プレス１４等により成形型１１を挟み込み、外側から圧力をかける。

次に、キャビティ１２内に樹脂材を注入するステップ１２０を行う。なお、樹脂注入ステップの前に、必要に応じて、吸引口１５ｂおよび真空ライン１７を通じて、真空ポンプ１８等によりキャビティ１２内を減圧するステップ１１２や、成形型内の繊維基材を乾燥するステップ１０４を行う。特にキャビティ内１２を真空状態になるまで減圧することが好ましい。また、必要に応じて、成形型１１を加温しても良い。加温する場合は、含浸温度や乾燥温度等の所定の温度まで加温する。なお、図２では、減圧ステップ１１２の後に乾燥ステップ１１４を行う場合を示したが、乾燥ステップ１１４の後に減圧ステップ１１２を行ってもよい。また、必要に応じて、樹脂材は、注入前に、予備加熱しておいてもよい。その後、樹脂注入口１５ａを介してインジェクタ１６等から樹脂材をキャビティ１２内に注入する。樹脂材は、注入前に、予備加熱しておいてもよい。樹脂材は、中子１３の端部と下型１１ｂとの間の樹脂流路や、上型１１ａや下型１１ｂと繊維基材１との間の樹脂流路、中子１３と繊維基材１との間の樹脂流路を通じて成形型１１内を流れて、２つのキャビティ部１２ａ、１２ｂ内を速やかに満たす。なお、必要により、上型１１ａや、下型１１ｂ、中子１３の各部に、樹脂材が流れる樹脂流路を設けてもよい。

２つのキャビティ部１２ａ、１２ｂは、断面が平らな形状で、これらが重ね合わさって配置されていることから、樹脂材を２つのキャビティ部１２ａ、１２ｂ内に容易に満たすことができる。そして、樹脂材は、それぞれ配置された繊維基材１に容易に含浸する。この際、必要に応じて、真空配管を閉じ、樹脂材を注入するための機構、例えば、インジェクタ１６等により加圧してもよい。インジェクタ１６等によって加圧することで、樹脂材の含浸を促進することができる。また、樹脂材でキャビティ１２内を満たした後、必要に応じて、吸引口１５ｂを閉じ、樹脂注入口１５ａからの圧力により、キャビティ１２内の圧力を加圧してもよい（ステップ１２２）。加圧力としては３気圧以上が好ましく、５気圧以上が更に好ましく、１０気圧以上が最も好ましい。また、キャビティ１４内の圧力の上限は、特に限定されないが、１００気圧以下が好ましい。樹脂材が繊維基材１に含浸した後、必要に応じて、プレス１４等を用いて更に成形型１１を締め込んでもよい。

そして、注入した樹脂材を硬化するステップ１３０を行う。硬化は、用いる樹脂材に合せて、熱、または熱と紫外線（ＵＶ）またはこれら両方を付与することで行う。熱の付与は、例えばプレス１４等や成形治具に組み込まれたヒーター等が備える加熱機能により行うことができる。また、ＵＶの照射は、ＵＶランプ（図示省略）等により行うことができる。樹脂材が注入された２つのキャビティ部１２ａ、１２ｂは、断面が平らな形状で、これらが重ね合わさって配置されていることから、硬化のための加熱および時間の制御、管理を容易に行うことができる。樹脂材が硬化したら、成形型１１から、繊維強化樹脂を備えた製品を取り出す。

また、成形型１１は、２つの製品を成型するために複雑な構造を有しているが、２つのキャビティ部１２ａ、１２ｂは、上型１１ａと下型１１ｂから取り外される中子１３を介して形成されるため、成形型１１の清掃は容易である。

なお、用いる樹脂材としては、特に限定されないが、連鎖硬化型の樹脂組成物を用いることが好ましい。「連鎖硬化型の樹脂組成物」とは、熱やＵＶ等のエネルギー線の照射により硬化を開始し、硬化の際、硬化反応熱が発生して、この硬化反応熱により硬化反応が連鎖的に進行して硬化反応熱が連続的に発生し、組成物中のエネルギー線遮蔽性物質の有無に関わらず、エネルギー線の照射無しで硬化反応の自己発生熱により硬化反応が連鎖的に進行する特性を有する樹脂である（特開平１１−１９３３２２号公報、特許第３９５０２４１号公報、特許第３９４４２１７号公報）。

このような連鎖硬化型の樹脂組成物として、例えば、光重合性オリゴマーや光重合性モノマーなどの光重合性樹脂成分に、光重合開始剤と、光と熱の双方で重合を開始させる光・熱重合開始剤を成分とする２元系以上からなる重合開始剤成分を配合した樹脂組成物を用いることができる。光重合性樹脂成分としては、カチオン系樹脂が好ましく、エポキシ樹脂がより好ましく、脂環式エポキシ樹脂、グリシジルエーテル型エポキシ樹脂、エポキシ化ポリオレフィン樹脂がさらに好ましい。光重合開始剤としては、ジアゾニウム塩、ヨードニウム塩、ピリジニウム塩、ホスホニウム塩、スルホニウム塩、鉄−アレン化合物およびスルホン酸エステルが好ましい。光・熱重合開始剤としては、アリール系スルホニウム塩が好ましい。光重合性樹脂成分１００重量部に対し、重合開始剤成分０．５〜６．０重量部を含むことが好ましい。光・熱重合開始剤／光重合開始剤の重量比は１〜４であることが好ましい。

また、連鎖硬化型の樹脂組成物として、例えば、光重合性樹脂成分に、光重合開始剤成分と、光重合性樹脂成分を常温硬化または加熱硬化させるのに用いる硬化剤成分とを配合した樹脂組成物も用いることができる（特開２００１−８９６３９号公報、特許第４１０８０９４号公報、特許第４２４１７２１号公報）。この樹脂組成物では、光重合性樹脂成分として、分子構造に環状エーテル構造を有するエポキシ樹脂が好ましい。光重合開始剤成分としては、鉄−アレン系化合物やスルホニウム塩が好ましい。硬化剤成分としては酸無水物が好ましい。光重合性樹脂成分１ｍｏｌに対し、硬化剤成分を０．１〜１．４ｍｏｌの比率で配合することが好ましい。また、樹脂組成物中の光重合開始剤成分以外の他成分の総重量１００重量部に対し、光重合開始剤成分を０．１〜６．０重量部の比率で配合することが好ましい。

さらに、連鎖硬化型の樹脂組成物として、例えば、分子内に２個のシクロヘキセンオキシドを有する脂環式エポキシ化合物と、変性ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂とを含有し、脂環式エポキシ化合物の含有量が、上記２成分の合計を１００質量％とした際の２５〜９０質量％である樹脂組成物や、分子内に２個のシクロヘキセンオキシドを有する脂環式エポキシ化合物と、変性ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂と、液状ビスフェノール型エポキシ樹脂とを含有し、脂環式エポキシ化合物の含有量が、上記３成分の合計を１００質量％とした際の２５〜９０質量％である樹脂組成物を用いることができる（特開２０１１−０７９９８９号公報）。

このような連鎖硬化型の樹脂組成物を用いることで、熱やＵＶ等のエネルギーを与えることにより、連鎖硬化反応を起こし、成形型１１内の樹脂材を硬化することができる。中子１３が樹脂材全体に均等に硬化のためのエネルギーを与えるのが困難な形状であっても、連鎖硬化反応は、自己発生熱により硬化反応が連鎖的に進行するため、短時間で樹脂材全体の硬化を完了することができる。硬化時間は、成形対象の大きさや板厚、樹脂の種類等によって変わるものの、例えば、縦横の長さが１ｍで厚さが２ｍｍ程度の一般的なＣＦＲＰの場合であれば、連鎖硬化開始から硬化完了まで１〜１０分程度である。硬化は、樹脂材をハンドリング可能な状態にまで硬化すればよい。例えば、繊維基材を含む硬化した樹脂材が常温でその形状を維持する状態であれば、ハンドリング可能である。連鎖硬化反応が完了すると、連鎖硬化型の樹脂組成物は、このようなハンドリング可能な状態にまで硬化する。

そして、樹脂注入ステップの後、注入した樹脂材を硬化するステップ１３０を行う。なお、硬化ステップ１３０における硬化は、半硬化も含むものである。本明細書において、「半硬化」とは、樹脂材が固体化しているが、架橋反応が全ては完了していない状態の硬化であって、ハンドリング可能な状態にまで硬化している状態である。もちろん、この硬化ステップ１３０で、樹脂材を完全硬化してもよい。硬化ステップ１３０に熱を用いる場合の温度は、その樹脂材の組成や用いる触媒によって異なるが、例えば、８０℃〜２５０℃が好ましく、中でも１１０℃以上がより好ましく、１５０℃以上が更に好ましい。また、成形型１１及び中子１３に非断熱性材料を用いることで、硬化における樹脂材の温度制御を容易に行うことができる。

硬化ステップ１３０の後、成形型から中子と繊維強化樹脂を取り出すステップ１４０を行う。なお、この取り出しステップ１３０の前に、必要に応じて、成形型を冷却するステップ１３２を行う。冷却は、例えば、水冷等の冷却設備（図示省略）を用いることができる。成形型１１を冷却することで、成形型１１の取り扱いや、その中から中子１３及び繊維強化樹脂の取り出しが、安全かつ容易に行える。

樹脂材としては、連鎖硬化型の樹脂組成物の他、硬化型樹脂や熱可塑性樹脂を用いることもできる。硬化型樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ビスマレイミド樹脂、ポリイミド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ベンゾオキサジン樹脂等を用いることができる。硬化ステップ１３０における硬化型樹脂の加熱する場合は、その組成によって異なるが、１００〜３５０℃の範囲とすることが好ましい。熱可塑性樹脂としては、例えば、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ、ＰＥＫＫ、ＰＥＫ、ＰＩ、ＰＥＩ、ＰＡ等を用いることができる。

成形型１１としては、図４の実施例に限定されず、図５〜図９に示す各実施例の構造を採用することができる。例えば、図５に示すように、成形型２１は、上型２１ａと下型２１ｂとの間に３つの中子２３を介して、断面が平らな４つのキャビティ部２２ａ〜２２ｄが重ね合わさるように形成される。このように４つのキャビティ部２２ａ〜２２ｄを形成しても、樹脂材は、中子２３の端部と下型２１ｂとの間の樹脂流路を流れ、並列に４つのキャビティ部２２ａ〜２２ｄ内を速やかに満たす。そして、樹脂材は各キャビティ部に配置した４つの繊維基材２に容易に含浸するので、４つの製品であっても同様に容易に同時成型することができる。同時に成型する製品の数のとして特に制限はないが、ヒーター間の距離や水冷機構の距離が広くなりすぎると、加熱や冷却の効率が低下し、ムラも大きくなるため、製品に合わせて適切な距離であることが好ましい。たとえば、ヒーター間の距離は１ｍ以内が好ましく、５０ｃｍ以内が更に好ましい。

また、図６に示すように、成形型３１は、重ね合わさる複数のキャビティ部３２ａ〜３２ｂが、その断面において波形に湾曲する形状を有している。このように湾曲した形状であっても、平らな形状と同様に、樹脂材は複数のキャビティ部３２ａ〜３２ｃ内を容易に満たし、配置した繊維基材３に含浸するので、平らな形状と同様の効果を得ることができる。

図７に示す成形型４１では、断面がハット型に折れ曲がった形状を有する複数のキャビティ部４２ａ〜４２ｂが形成されている。このような形状であっても、平らな形状と同様に、樹脂材は複数のキャビティ部４２ａ〜４２ｃ内を容易に満たし、配置した繊維基材４に含浸するので、平らな形状と同様の効果を得ることができる。

図８に示す成形型５１では、断面がＮ字型に折れ曲がった形状を有する複数のキャビティ部５２ａ〜５２ｂが形成されている。このような形状であっても、平らな形状と同様に、樹脂材は複数のキャビティ部５２ａ〜５２ｃ内を容易に満たし、配置した繊維基材５に含浸するので、平らな形状と同様の効果を得ることができる。

図９に示す成形型６１では、断面がＶ字型に折れ曲がった形状を有する複数のキャビティ部６２ａ〜６２ｂが形成されている。このような形状であっても、平らな形状と同様に、樹脂材は複数のキャビティ部６２ａ〜６２ｃ内を容易に満たし、配置した繊維基材６に含浸するので、平らな形状と同様の効果を得ることができる。

さらに、本発明によれば、製品として、軽量化コアと、軽量化コアの表面の少なくとも一部に隣接する繊維強化樹脂とを備える複合材を複数、同時に成型することができる。この製造方法の実施の形態を、図１および図１０〜図１２を用いて説明する。

本実施の形態においては、図１のフローチャートのステップ１１０では、上述してきた実施の形態と異なり、二種類の中子を成形型に配置する。本実施の形態に用いる成形型７１は、図１０に示すように、上型７１ａと下型７１ｂと第１の中子７３とを備える。これら型および第１の中子によって、その内部に、成形すべき複合材の形状を有するキャビティ部７２ａ、７２ｂが２つ形成される。また、成形型７１は、成形すべき複合材の軽量化コアが前記繊維強化樹脂と隣接する部分と実質的に同じ形状を有する第２の中子７４を備える。第２の中子７４は、各キャビティ部７２ａ、７２ｂ内において、成形すべき複合材の軽量化コアに対応する位置に配置される。第２の中子７４は、特に図示しないが、上型７１ａ、下型７１ｂ、第１の中子７３の構造や、治具などによって所定の位置に固定される。

そして、各キャビティ部７２ａ、７２ｂ内に、成形すべき複合材の繊維強化樹脂の位置に、繊維基材７をそれぞれ配置する。必要に応じて、第２の中子７４と繊維基材７との間には、ピールプライなどの離型材（図示省略）を配置してもよい。または、第２の中子７４の表面を離型処理してもよい。または、第２の中子７４を離型材料で構成してもよい。

次に、図２に示すように、キャビティ内に樹脂材を注入するステップ１２０を行う。なお、この樹脂注入ステップの前に、必要に応じて、成形型内を減圧するステップ１１２を行う。特に、キャビティ内を真空状態にまで減圧することが好ましい。また、図２に示すように、必要に応じて、成形型内の繊維基材を乾燥するステップ１１４を行う。乾燥は、上述したようにプレス１４により成形型７１を加熱することで行うことができる。また、必要に応じて、成形型７１を樹脂材の含浸温度まで加熱してもよい。もちろん、本実施の形態でも、乾燥ステップ１１４の後に減圧ステップ１１２を行ってもよい。また、必要に応じて、樹脂材は、注入前に、予備加熱をしておいてもよい。

各キャビティ部７２内に注入された樹脂材は、各繊維基材７に含浸する。この際、必要に応じて、樹脂材を加圧する。これにより樹脂材の含浸を促進することができる。また、吸引口１５ｂを閉じ、樹脂注入口１５ａからの圧力により、キャビティ７２内の圧力を加圧してもよい（図１のステップ１１２）。樹脂材が繊維基材７に含浸した後、必要に応じて、プレス１４を用いて更に成形型７１を締め込んでもよい。

そして、樹脂注入ステップの後、注入した樹脂材を硬化するステップ１３０を行う。なお、硬化ステップ１３０における硬化は、半硬化も含むものである。もちろん、この硬化ステップ１３０で、樹脂材を完全硬化してもよい。

硬化ステップ１３０の後、図２に示すように、成形型から２種類の中子と繊維強化樹脂を取り出すステップ１４０を行う。上型７１ａを外して成形型７１を開き、成形型７１により成形された繊維基材を含む硬化樹脂、すなわち、繊維強化樹脂と第２の中子７４を取り出す。そして、繊維強化樹脂と第２の中子７４とを分離する。これらの間にピールプライを配置した場合、ピールプライも分離する。

なお、この取り出しステップ１４０の前に、必要に応じて、成形型７１を冷却するステップ１２２を行う。冷却は、上述した実施の形態と同様である。

繊維強化樹脂を分離したら、成形型にハニカム材と繊維強化樹脂を配置するステップ２１０を行う。図１１に示すように、成形型７１内の第２の中子を配置した位置に、ハニカム材８ｂを配置し、繊維基材を配置した位置に、繊維強化樹脂８ａを配置する。なお、ハニカム材８ｂに限定されず、成形すべき複合体の重量を軽量化できる軽量化コアであれば、例えば、ロハセル（登録商標）などの発泡樹脂体を用いることもできる。なお、必要に応じて、ハニカム材８ｂと繊維強化樹脂８ａとの間に、フィルム状の接着剤（図示省略）を配置してもよい。接着剤としては、エポキシ樹脂系接着剤などを用いることもできる。また、接着剤として、樹脂材に用いたものと同じ樹脂組成物を用いることができ、例えば、上述した連鎖硬化型の樹脂組成物を用いてもよい。

成形型７１内に、ハニカム材８ｂと繊維強化樹脂８ａを配置したら、上型７１ａ、下型７１ｂを閉じる。型を閉じた後、必要に応じて、上型７１ａ及び下型７１ｂの外側に位置するプレス１４により成形型７１を挟み込み、外側から圧力をかける。

なお、図９に示すように、ハニカム材と繊維強化樹脂を配置したら、必要に応じて、成形型内を真空引きするステップ２１２を行う。真空引きは、減圧ステップ１１２で説明したように、真空ポンプ１８を用いて成形型７１内を真空状態にまで減圧することで行うことができる。

次に、ハニカム材と繊維強化樹脂とを一体化するステップ２２０を行う。図１１に示すように、繊維強化樹脂８ａは、硬化ステップ１３０で既に硬化してあるので、ハニカム材８ｂと直接的に接触して一体化しても、ハニカム材８ｂの表面の孔内に樹脂が流入するのを防ぐことができる。

一体化は、例えば、プレス１４や成形型１０に組み込んだヒータ（図示省略）によって、成形型７１加熱することで行うことができる。例えば、繊維強化樹脂８ａが半硬化状態の場合、繊維強化樹脂８ａが完全に硬化するまで加熱することで、ハニカム材８ｂと繊維強化樹脂８ａを接着して、一体化することができる。例えば、接着剤を用いる場合は、熱硬化型の接着剤であれば、接着剤の硬化温度以上に加熱することで、ハニカム材８ｂと繊維強化樹脂８ａを接着して一体化することができる。また、この加熱は、半硬化状態の繊維強化樹脂のポストキュアと接着剤の硬化を同時に行うこともでき、これにより接着品質の向上と製造時間の短縮を図ることができる。なお、接着剤が熱硬化型でなければ、特に加熱することなく、ハニカム材と繊維強化樹脂を接着して一体化することができる。

また、一体化ステップ２２０で成形型７１を加熱することで、複合材の一体化精度を更に高めることができる。特に半硬化状態の繊維強化樹脂８ａの場合には、複合材の一体化精度を高めることができる。一体化ステップ２２０での加熱温度は、繊維強化樹脂８ａのガラス転移温度以上とすることが好ましい。ガラス転移温度以上にすることで、繊維強化樹脂８ａの樹脂成分が軟化することから、繊維強化樹脂８ａの表面がハニカム材８ｂの形状に合わせて変形し、複合材の成型精度を向上することができる。この観点から、半硬化状態の繊維強化樹脂８ａとしては、ガラス転移温度が好ましくは８０〜２００℃、より好ましくは８０〜１５０℃の樹脂組成物を用いることが好ましい。

そして、図２に示すように、成形型から複合材を取り出すステップ２３０を行う。上型７１ａを開き、図１２に示すように、ハニカム材８ｂのコア層と、それを両側から挟む２層の繊維強化樹脂８ａとを備える３層構造の複合材８を２つ、成形型から取り出すことができる。このように複合材８は、繊維強化樹脂８ａとハニカム材８ｂの他、必要に応じて接着剤を備えるだけであるので、複合材の重量は増加しない。また、繊維強化樹脂８ａは、ステップ１１０〜１４０において複合材を成型する成形型７１を用いて成型されているので、寸法が安定しており、ハニカム材８ｂにフィットさせやすく、高い成型精度の複合材８を得ることができる。さらに、このようなＲＴＭ成形法を採用することで、プリプレグを用いる成形法に比べて、高レートで生産することができる。

なお、図１０〜図１２に示す実施の形態では、ハニカム材８ｂに対して、それを両側から２枚の繊維強化樹脂８ａで挟んだ３層構造の複合材８を製造する場合を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、本発明によれば、ハニカム材の片方の面に１枚の繊維強化樹脂が隣接する複合材を製造することもできる。また、ハニカム材の全周を、繊維強化樹脂で覆った複数層構造の複合材を製造することもできる。

また、本実施の形態では、その全体形状がハニカム材８ｂと同一の形状を有する第２の中子７４を用いて複合材８を製造する場合を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、ハニカム材と同一の形状を有する部分を含む中子を用いて複合材を製造することができる。この場合、中子を配置した位置のうち、ハニカム材と同一の形状を有する部分の位置には、ハニカム材を配置するとともに、残りの中子の部分には、中空の部材や中実の部材を配置する。これにより、ハニカム材と、中空または中実の部材と、これらに隣接した繊維強化樹脂とを備えた複合材を得ることができる。

また、例えば、ハニカム材が繊維強化樹脂と隣接する部分と実質的に同一の形状を有する部分を含む中子を用いて複合材を製造することもできる。この場合、図１３及び図１４に示すように、成形型９１により形成される複合材は、厚みのあるハニカム材８ｄを備えるものであるが、この複合材の繊維強化樹脂８ｃ、８ｅを成型する成形型８１では、第２の中子８４の表面を、ハニカム材が繊維強化樹脂と隣接する部分と実質的に同一の形状を維持したまま、第２の中子８４の厚さを、ハニカム材８ｄよりも薄くする。なお、図１３に示すように、第２の中子８４の厚さをより薄くするために、成形型８１において成型される２枚の繊維強化樹脂間の角度を、複合材における２層の繊維強化樹脂間の角度と変えることもできる。

このようにハニカム材８ｄよりも第２の中子８４の大きさを小さくすることで、成形型８１において繊維強化樹脂を成型する際に必要なエネルギーを低減することができるとともに、硬化ステップ１３０等における成形型８１内の温度コントロールが容易になり、更に第２の中子８４の取り回しが容易になる。

なお、図１〜図１２に示した各実施の形態では、上型および下型が製品の成形面を直接有したが、本発明はこれに限定されない。例えば、図１３に示すように、上型８１ａ又は下型８１ｂと隣接する第３の中子８５が、成形すべき製品の成形面を有してもよい。また、上型８１ａと下型８１ｂとの間に、筒形状を有する枠型８１ｄを設けてもよい。第３の中子８５は、上型８１ａ又は下型８１ｂに固定されていることが好ましく、または、上型８１ａ又は下型８１ｂと一体化していることが好ましい。第３の中子８５を上型８１ａ又は下型８１ｂに固定する方法としては、例えば、第３の中子８５と上型８１ａ又は下型８１ｂの接合面間をボルトまたはピン（図示省略）で直接、結合してもよい。または、第３の中子８５を枠型８１ｄに固定してもよい。

また、成形型８１で成型する２枚の繊維強化樹脂間の角度を複合材とは変えた場合、図１３に示すように、成形型８１において一方の繊維強化樹脂の長さが短くなることから、短い方の繊維強化樹脂を所定の形状に成型するために、枠型８１ｄに隣接して第４の中子８６を配置してもよい。図１４には、複合材を成形する成形型９１において、ハニカム材８ｄと繊維強化樹脂８ｃ、８ｅとの間に必要に応じて配置されるフィルム状の接着剤８ｆを示している。

ハニカム材８ｄと第２の中子８４の大きさを変えた場合、繊維強化樹脂を成型する一連のステップ１１０〜１４０で用いる成形型８１と、一体化ステップ２２０で用いる成形型９１とは、枠型８１ｄ、９１ｄの高さが異なるものとなる。また、成形型８１で成型する２枚の繊維強化樹脂間の角度を複合材とは変えた場合、ステップ１１０〜１４０で用いる成形型８１とステップ２２０で用いる成形型９１とは、第１の中子８３、９３の形状が異なるものとなる。なお、この場合、上型８１ａ、９１ａ及び下型８１ｂ、９１ｂの幅も異なるものとなるが、成形型８１、９１において、枠型８１ｄ、９１ｄに隣接して第４の中子を配置するとともに、この第４の中子の大きさを調節することで、上型８１ａ、９１ａ及び下型８１ｂ、９１ｂの幅を同一にすることもできる。

さらに、図１０〜図１２及び図１３〜図１４の各実施の形態では、２層の繊維強化樹脂に挟まれたハニカム材のコア層を備える複合材を製造する際、この２層の繊維強化樹脂を成型する成形型７１、８１において、これらの間に位置する第２の中子７４、８４のみが、ハニカム材が繊維強化樹脂と隣接する部分と実質的に同一の形状を有する場合を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図１３の改変として図１５に示すように、この成形型８１では、一方の繊維強化樹脂の成型形状を天地逆にして、上型８１ａ又は下型８１ｂに隣接する第３の中子８８が、ハニカム材８ｄが繊維強化樹脂８ｃ、８ｅと隣接する部分と実質的に同一の形状を有するようにしてもよい。この場合、成型される２枚の繊維強化樹脂に挟まれる第２の中子８７は、ハニカム材８ｄが他方の繊維強化樹脂と隣接する部分と実質的に同一の形状を有するとともに、複合材の成型面も有する。

さらに、上述した実施の形態では、ステップ２１０〜２３０において、成形型９１を用いてハニカム材と繊維強化樹脂を一体化して複合材を製造したが、本発明はこれに限定されず、図１４の改変として図１６に示すように、ハニカム材８ｄと繊維強化樹脂８ｃ、８ｅとを所定の位置に配置して、シート状やフィルム状などの材料からなるバッグ１００に封入し、オーブン又はオートクレーブ等（図示省略）によってこのバッグを加熱しても、ハニカム材８ｄと繊維強化樹脂８ｃ、８ｅとを一体化した複合材を製造することができる。バッグ１００に封入する繊維強化樹脂８ｃ、８ｅは、ハニカム材８ｄが繊維強化樹脂と隣接する部分と実質的に同一の形状を有する部分を具備する中子を用いて成形型によって成型されていることから、ハニカム材８ｄとの一体化を行う際に成形型を用いなくても、所定の形状を有する複合材を得ることができる。なお、バッグ１００は、図１６に示すように、下型１０１とシール材１０２を介して密閉してもよい。また、必要により、成形型で用いた複合材の成形面を有する中子、ここでは第３の中子８５を下型１０１に配置してもよいし、中子８５が下型１０１と一体化したものでも良い。このようなバッグで一体化を行う場合でも、成形型で一体化を行う場合と同様に、ハニカム材と中空または中実の部材とを備えた複合材を得ることもできる。さらに、中子全体がハニカム材全体と形状が同一である場合に限られず、ハニカム材が繊維強化樹脂と隣接する部分と同一の形状を有する部分を中子が有しておればよい。

また、成形型７１、８１の第２の中子７４、８４の構成として、例えば、中子にヒータ等（図示省略）を設けることで、加熱機能を付与することができる。これにより、乾燥ステップ１１４での成形型の加熱や硬化ステップ１３０での樹脂材の加熱を促進することができる。また、例えば、中子に水冷やペルチェ素子等を設けることで、冷却機能を付与することができる。これにより、冷却ステップ１３２での成形型の冷却を促進することができる。

成形型７１、８１の第２の中子７４、８４は、配置ステップ１１０から硬化ステップ１３０の間において、加熱等により膨張して又は収縮して、軽量化コアと実質的に同じ形状を有するものでもよい。例えば、中子をアルミニウム等の高線膨張率な金属やゴム、シリコンバッグ等を用いて形成することで、このような膨張機能や収縮機能を付与することができる。また、中子の一部が溶解して、軽量化コアと実質的に同じ形状を有するものでもよい。このような溶解が起こる部分の材料としては、例えば、水溶性樹脂やフィルムでパッキングされたワックス等を用いることができる。

１〜７ 繊維基材
８ 複合材
８ａ、８ｃ、８ｅ 繊維強化樹脂
８ｂ、８ｄ ハニカム材
１０ ＲＴＭ成形装置
１１、２１、３１、４１、５１、６１、７１、８１、９１ 成形型
１１ａ、２１ａ、３１ａ、４１ａ、５１ａ、６１ａ、７１ａ、８１ａ、９１ａ 上型
１１ｂ、２１ｂ、３１ｂ、４１ｂ、５１ｂ、６１ｂ、７１ｂ、８１ｂ、９１ｂ 下型
１２、２２、３２、４２、５２、６２、７２、８２ キャビティ
１３、２３、３３、４３、５３、６３ 中子
１４ プレス
１５ａ 樹脂注入口
１５ｂ 吸引口
１６ インジェクタ
１７ 真空ライン
１８ 真空ポンプ
１９ 真空トラップ
７３、８３、９３ 第１の中子
７４、８４、８７、９４ 第２の中子
８５、８８、９５ 第３の中子
８６ 第４の中子
１００ バッグ
１０１ 下型
１０２ シール材

Claims (9)

1. 繊維強化樹脂を備える扁平形状の製品を少なくとも２つ製造する方法であって、
   前記少なくとも２つの製品の前記扁平形状を有する少なくとも２つのキャビティ部が、中子を介して重なるように形成される成形型を用意するステップと、
   前記成形型の前記少なくとも２つのキャビティ部に、繊維基材をそれぞれ配置するステップと、
   前記成形型内に樹脂材を注入して、前記繊維基材にこの樹脂材を含浸するステップと、
   前記樹脂材を硬化して、前記少なくとも２つの製品を形成するステップと
   を含む方法。
2. 前記少なくとも２つの製品が、実質的に同一の形状を有する請求項１に記載の方法。
3. 前記樹脂材として、連鎖硬化型の樹脂組成物を用いる請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記製品が、軽量化コアと、前記軽量化コアの表面の少なくとも一部に隣接して前記繊維強化樹脂を備える複合材である請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記繊維基材の配置ステップが、前記各キャビティ内に、前記軽量化コアが前記繊維強化樹脂と隣接する部分と実質的に同一の形状を有する部分を備える第２の中子と、この第２の中子に隣接して繊維基材を配置することを含み、
   前記製品の形成ステップが、前記樹脂材を硬化した後、
   前記成形型で成型した前記繊維基材を含む硬化樹脂を、前記第２の中子と分離するステップと、
   前記軽量化コアを、前記繊維基材を含む硬化樹脂と一体化し、前記複合材を形成するステップと
   を更に含む請求項４に記載の方法。
6. 前記複合材の形成ステップが、前記軽量化コアを、前記第２の中子を配置した位置であって前記軽量化コアと実質的に同一の形状を有する部分の位置で、前記繊維基材を含む硬化樹脂と一体化することを含む請求項５に記載の方法。
7. 繊維強化樹脂を備える扁平形状の製品を少なくとも２つ製造する装置であって、
   前記少なくとも２つの製品の前記扁平形状を有する少なくとも２つのキャビティ部内に、繊維基材をそれぞれ配置した後、樹脂材を注入し、前記繊維基材にこの樹脂材を含浸し、硬化することで、前記繊維強化樹脂を形成する成形型と、
   前記少なくとも２つのキャビティ部が重なるように、前記少なくとも２つのキャビティ部の間に介して位置する中子と
   を備える装置。
8. 前記製品が、軽量化コアと、前記軽量化コアの表面の少なくとも一部に隣接して前記繊維強化樹脂を備える複合材であって、
   前記キャビティ内に、前記軽量化コアが前記繊維強化樹脂と隣接する部分と実質的に同一の形状を有する部分を具備する第２の中子を更に備える請求項７に記載の装置。
9. 前記第２の中子が、前記キャビティ内において、前記複合材における前記軽量化コアの位置に、前記軽量化コアと実質的に同一の形状を有する部分が配置される請求項８に記載の装置。
   

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