JP2015160421A - Ｒｔｍ成形装置およびｒｔｍ製造方法、ならびにこれらを用いた繊維強化樹脂成形体 - Google Patents

Abstract

【課題】大流量で樹脂を注入した場合でも樹脂吐出孔直下の強化繊維基材の乱れを防止可能なＲＴＭ成形装置およびＲＴＭ製造方法、ならびにこれらを用いた繊維強化樹脂成形体を提供する。
【解決手段】上下一対の成形型を有するＲＴＭ成形装置であって、前記成形型の間には強化繊維を複数積層した強化繊維積層体を配置するキャビティが形成され、前記キャビティ内に配置される強化繊維積層体の一方の表層に対して開口する樹脂吐出孔と、該樹脂吐出孔に連通する樹脂注入調整機構が少なくともいずれか一方の型に設けられ、前記キャビティへの樹脂注入開始時から一定時間ｔ_１（秒）は、前記樹脂注入調整機構のキャビティに接する面と前記成形型内表面とが略面一とならない注入時位置に、一定時間ｔ_１（秒）経過後に、前記樹脂注入調整機構のキャビティに接する面が前記成形型内表面と略面一となる保持時位置に移動するＲＴＭ成形装置。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＲＴＭ成形装置およびＲＴＭ製造方法、ならびに繊維強化樹脂成形体に関し、特に、樹脂吐出孔直下での成形品表面品位不良の発生を防止することが可能なＲＴＭ成形装置および成形方法、繊維強化樹脂成形体に関する。

生産性に優れた繊維強化プラスチック（Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ：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成形方法と呼ばれる成形方法が知られている。

特に、成形品の生産速度を向上させる場合、あるいは、大型の成形品を生産する場合においては、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樹脂成形体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、金型と積層体との間に、一方の型と他方の型の間に、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、樹脂を強化繊維基材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が生じさせることなく、高速で実施できる。しかしながら、樹脂硬化後には樹脂流路用溝、および貫通孔に樹脂の塊が残ることから、成形品の重量増加を招いたり、当該塊の樹脂収縮の影響により成形品の表面に凹凸等の外観不良が現れたりする問題があったため、例えば外板部材のような意匠性を要する部材に適用することができなかった。

これに対し、特許文献２では、強化繊維基材と接する成形型の少なくとも一面に樹脂注入口を設け、冷熱媒体が流れる機構と樹脂の流量を制御するバルブ機構を備えてなる樹脂注入部を複数設けて、この複数の樹脂注入部より吐出される樹脂を前記樹脂注入口から注入する技術が開示されている。この技術によれば、樹脂流路や注入口近傍で発生する樹脂塊はなくなる一方、できるだけ樹脂を早く含浸させるために樹脂流量を大きくすると、注入口直下近傍の繊維積層体にかかる圧力も大きくなるため、前記繊維積層体を構成する強化繊維基材の乱れが生じるという問題がある。

この強化繊維基材の乱れとは、例えば図１に示すように、織物状の強化繊維基材４１の繊維束４１１が注入された樹脂６１の圧力により押されて樹脂注入前の位置からずれる現象であり、成形品の外観意匠性が低下するだけでなく、意図しない繊維配向となることで力学物性も低下する。

特許文献３では、特許文献２の樹脂注入口の先端部における樹脂流路の横断面を、樹脂流れ方向にみて該先端部直前における樹脂流路の横断面に対し拡大した形態（流路下流側に向けてラッパ状に末広がり状に形成された形態）にする樹脂注入孔を用いた技術が開示されている。この技術によれば、樹脂注入口における樹脂圧力が低下するため、強化繊維基材の乱れを抑制しながら、樹脂流動抵抗が低下することで含浸速度を早くすることができるが、特許文献１同様に、ラッパ状の樹脂形状が成形品に転写されるため成形体の表面品位に問題が生じる。

一方、樹脂注入時の強化繊維基材の乱れを抑制する技術として、例えば特許文献４のように、少なくとも１つ以上の突起が形成された押さえ面を有する治具を用いて樹脂注入・硬化させる技術が開示されている。この技術によれば、樹脂の含浸時に繊維体は治具によって固定され、特に、治具の突起によって強い押圧力でしっかりと固定されるので、注入された樹脂によって繊維体の繊維が押し流されることは防止される一方、治具の存在により樹脂流路が狭くなり、樹脂流量が小さくなるため成形時間は長くなる。

特開２００５−２４６９０２号公報 特開２０１０−８９５０１号公報 特開２０１２−１９２５４２号公報 特開２００４−２４９５９２号公報

上述の通り、強化繊維積層体の一面に対面して配置された樹脂吐出孔から樹脂を注入する方法において、特許文献１や特許文献３で開示されるような方法では、樹脂塊の残存等によって成形体の表面品位が低下するという問題があった。また、特許文献２に開示されるような方法では、繊維積層体を構成する強化繊維基材の乱れが生じるという問題があった。一方、特許文献４で開示されるような方法においては、固定治具の存在により樹脂流路が狭くなり、樹脂流量が小さくなるため成形時間は長くなるという問題があった。

そこで本発明の課題は、上記のような従来技術の現状に鑑みて、大流量で樹脂を注入した場合でも樹脂吐出孔直下の強化繊維基材の乱れを防止可能なＲＴＭ成形装置およびＲＴＭ製造方法、ならびにこれらを用いた繊維強化樹脂成形体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ＲＴＭ成形装置は、
（１）上下一対の成形型を有するＲＴＭ成形装置であって、
前記成形型の間には強化繊維を複数積層した強化繊維積層体を配置するキャビティが形成され、
前記キャビティ内に配置される強化繊維積層体の一方の表層に対して開口する樹脂吐出孔と、該樹脂吐出孔に連通する樹脂注入調整機構が少なくともいずれか一方の型に設けられ、
前記キャビティへの樹脂注入開始時から一定時間ｔ_１（秒）は、前記樹脂注入調整機構のキャビティに接する面と前記成形型内表面とが略面一とならない注入時位置に、
一定時間ｔ_１（秒）経過後に、前記樹脂注入調整機構のキャビティに接する面が前記成形型内表面と略面一となる保持時位置に移動することを特徴とするＲＴＭ成形装置。
（２）前記樹脂吐出孔の断面積Ｓ_１（ｃｍ^２）と、前記樹脂注入調整機構の前記キャビティに接する面の投影面積Ｓ_２（ｃｍ^２）の比が下記関係式（Ｉ）を充足する、（１）に記載のＲＴＭ成形装置。
２＜（Ｓ_２／Ｓ_１）＜２０ ・・・（Ｉ）
（３）前記一定時間ｔ_１（秒）として、樹脂注入開始後、樹脂粘度が１００ｍＰａ・ｓに達するより短い時間とすることを特徴とする、（１）または（２）に記載のＲＴＭ成形装置。
（４）前記注入時位置が、（Ａ）または（Ｂ）の位置であることを特徴とする、（１）〜（３）のいずれかに記載のＲＴＭ成形装置。
（Ａ）前記樹脂注入調整機構の接する面が前記強化繊維積層体の一部を押圧する位置ｙ_１
（Ｂ）前記樹脂注入調整機構の接する面と前記強化繊維積層体とが離間した位置ｙ_２
（５）前記注入時位置が、樹脂注入開始時に前記（Ａ）または（Ｂ）の位置にあり、一定時間ｔ_２（秒：０＜ｔ_２＜ｔ_１）経過後に、樹脂注入開始時と異なる他方の位置に移動させることを特徴とする（４）に記載のＲＴＭ成形装置。
（６）前記樹脂注入調整機構が前記位置（Ａ）に移動した際、前記樹脂注入調整機構に押圧された範囲における前記強化繊維積層体の繊維体積含有率Ｖ_ｆ１が、押圧前における前記強化繊維積層体の繊維体積含有率Ｖ_ｆ０の１．１倍以上１．３倍以下であることを特徴とする（４）または（５）に記載のＲＴＭ成形装置。
（７）前記樹脂注入調整機構が前記位置（Ｂ）に移動した際、前記樹脂注入調整機構のキャビティに接する面と、前記成形型内表面との距離ｄ_２が、０．２ｍｍ＜ｄ_２＜１ｍｍの範囲にあることを特徴とする、（４）または（５）に記載のＲＴＭ成形装置。
からなる。また、本発明に係るＲＴＭ製造方法は、
（８）上下一対の成形型の間に形成されたキャビティ内に強化繊維基材を複数積層した強化繊維積層体を配置し、
少なくとも一方の型に該強化繊維積層体の一方の表層に対向して開口する樹脂吐出孔と、該樹脂吐出孔に連通する樹脂注入調整機構とが設けられ、
該樹脂吐出孔から樹脂を注入して該強化繊維積層体に含浸させ、硬化させるＲＴＭ製造方法において、
前記キャビティへの樹脂注入開始時から一定時間ｔ_１（秒）は、前記樹脂注入調整機構の前記キャビティに接する面の位置を前記成形型表面と略面一とならない注入時位置に移動させ、一定時間ｔ_１（秒）経過後に前記樹脂注入調整機構のキャビティ側の面の位置を該成形型表面と略面一となる保持時位置に移動させ、該樹脂を硬化させて繊維強化樹脂成形体を得ることを特徴とするＲＴＭ製造方法。
（９）前記樹脂吐出孔の断面積Ｓ_１（ｃｍ^２）と、前記樹脂注入調整機構の前記キャビティに接する面の投影面積Ｓ_２（ｃｍ^２）の比を、下記関係式（Ｉ）を充足するように設定する（８）に記載のＲＴＭ製造方法。
２＜（Ｓ_２／Ｓ_１）＜２０ ・・・（Ｉ）
（１０）前記一定時間ｔ_１（秒）が、樹脂注入開始後、樹脂粘度が１００ｍＰａ・ｓに達する時間よりも短いことを特徴とする、（８）または（９）に記載のＲＴＭ製造方法。
（１１）前記注入時位置を、以下の（Ａ）または（Ｂ）の位置とすることを特徴とする（８）〜（１０）のいずれかに記載のＲＴＭ製造方法。
（Ａ）前記樹脂注入調整機構の接する面が前記強化繊維積層体の一部を押圧する位置ｙ_１
（Ｂ）前記樹脂注入調整機構の接する面と前記強化繊維積層体とが離間した位置ｙ_２
（１２）前記樹脂注入調整機構の前記注入時位置を、樹脂注入開始時においては前記（Ａ）または（Ｂ）の位置にあり、一定時間ｔ_２（秒：０＜ｔ_２＜ｔ_１）経過後に、樹脂注入開始時とは異なる他方の位置に移動することを特徴とする、（１１）に記載のＲＴＭ製造方法。
（１３）前記樹脂注入調整機構を前記位置（Ａ）に移動した際において、前記樹脂注入調整機構の直下の前記強化繊維積層体の繊維体積含有率Ｖ_ｆ１を、前記樹脂注入調整機構の直下以外の前記強化繊維積層体の繊維体積含有率Ｖ_ｆ０の１．１倍以上１．３倍以下となるように前記樹脂注入調整機構を移動させることを特徴とする（１１）または（１２）に記載のＲＴＭ製造方法。
（１４）前記樹脂注入調整機構を前記位置（Ｂ）に移動した際において、前記樹脂注入調整機構の前記強化繊維積層体と対向する面と、前記強化繊維積層体の前期樹脂注入調整機構と対向する面の距離ｄ_２を、０．２ｍｍ＜ｄ_２＜１ｍｍを満たすように、前記樹脂注入調整機構を移動させることを特徴とする（１１）または（１２）に記載のＲＴＭ製造方法。
からなる。また、本発明に係る繊維強化樹脂成形体は、
（１５）（８）〜（１４）のいずれかに記載のＲＴＭ成形方法を用いて得られる、繊維強化樹脂成形体。
からなる。

このように構成された本発明のＲＴＭ成形装置およびＲＴＭ製造方法によれば、強化繊維積層体の面内から樹脂を注入するに際し、樹脂吐出孔近傍の強化繊維基材に乱れを生じることなく高い樹脂流量を確保でき、かつ成形後の繊維強化樹脂成形体に注入口形状の転写がなく、もしくは転写した場合でも目立たないため除去する必要のない、高意匠な成形品を短時間で得ることができる。

従来技術における強化繊維基材の乱れを例示した模式図である。 本発明に係るＲＴＭ成形装置の一作動状態を示す概略縦断面図である。 本発明の一実施形態に係るＲＴＭ成形装置の樹脂注入調整機構が成形型内表面と略面一とならない一作動状態の概略断面図である。 本発明の一実施形態に係るＲＴＭ成形装置の樹脂注入調整機構が成形型内表面と略面一となる一作動状態の概略断面図である。 本発明の一実施形態に係るＲＴＭ成形装置の樹脂吐出孔と樹脂注入調整機構の断面積を例示した概略断面図である。 本発明の一実施形態に係るＲＴＭ成形装置の樹脂注入調整機構が注入時位置（Ａ）にあり、強化繊維積層体を押圧している状態を例示した概略断面図である。 本発明の一実施形態に係るＲＴＭ成形装置の樹脂注入調整機構が注入時位置（Ｂ）にあり、樹脂注入調整機構と強化繊維積層体との間に空間を形成している状態を例示した概略断面図である。 本発明の一実施形態に係るＲＴＭ成形装置の樹脂注入調整機構の一作動状態を示す概略断面図である。 本発明の別の実施形態に係るＲＴＭ成形装置の樹脂注入調整機構の一作動状態を示す概略断面図である。 実施例で用いた試験装置の概略断面図である。

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。

図２は、本発明の一実施態様に係るＲＴＭ成形装置の一作動状態を示している。

本発明のＲＴＭ成形装置は、キャビティ１２を形成する少なくとも一対の型１０ａ、１０ｂ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、樹脂注入調節機構２および樹脂吐出孔３からなる樹脂注入部１３、プレス機構５から構成されている。

強化繊維基材積層体４が設置されるキャビティ１２は、型１０ａおよび１０ｂの間に設置されたシール材１１でシールされる。

ここで、本発明に係るＲＴＭ成形装置を用いて繊維強化樹脂成形体を得る方法の一例を説明する。強化繊維積層体４が配置された後、成形型１０が閉じられた状態で、強化繊維積層体４の一面（図２では上面側）に対面して開口する、例えばピン状の弁体３１によって開閉される樹脂吐出孔３から、樹脂注入機９から送られたマトリックス樹脂が注入されて強化繊維積層体４に含浸され、次いで樹脂が硬化されてキャビティ１２と同等形状の繊維強化樹脂成形体が成形される。

樹脂注入部１３に設置される樹脂注入調節機構２は、キャビティ１２内への樹脂注入開始時から一定時間ｔ_１（秒）は、この樹脂注入調整機構２のキャビティ１２に対面する面２１が成形型１０ａの型内表面１０１ａと、例えば図３ａのように略面一にならない位置（以降、注入時位置と呼ぶ）にあり、一定時間ｔ_１（秒）経過後に図３ｂのようにキャビティ１２に対面する面２１が成形型１０ａの型内表面１０１ａと略面一となる位置（以降、保持時位置と呼ぶ）に移動する。

樹脂注入開始時に樹脂注入調節機構２が注入時位置に移動することによって、強化繊維基材積層体４から離れる方向へ移動させた場合においては、見かけの樹脂注入口径を大きくして樹脂吐出孔３近傍の樹脂圧力を低下させることができる。一方、強化繊維基材積層体４に近づく方向へ移動させた場合においては、キャビティ１２強化繊維積層体の把持力を大きくすることができる。いずれの場合においても、樹脂注入流量を大きくしても、樹脂吐出孔３直下の強化繊維積層体４を構成する強化繊維基材に乱れが生じず、高意匠表面を有する繊維強化樹脂成形体を短時間で得ることができる。

さらに、樹脂注入後一定時間ｔ_１（秒）が経過した後、樹脂注入調整機構２が保持時位置に移動することで、樹脂注入調整機構２そのもの上型の境界部の形状が成形品表面に実質的に転写されることなく、高意匠性を有する強化繊維樹脂が得られる。

次に、図３ａ、図３ｂに本発明の一実施形態に係るＲＴＭ成形装置の樹脂注入調整機構の概略断面図を示す。

樹脂注入調整機構２は、成形型のキャビティ１２に対面する面２１側の面の形状が、対応する箇所の繊維強化樹脂成形体の形状を成す可動部材２３と、可動部材を上下動するための駆動機構２２から構成される。

可動部材２３は、樹脂が成形型１０ａとの間に浸入しないよう、上型側へ延びた構造を有し、上型側面との間にシール材２４、２５を備えている。シール材２４、２５の材質は特に限定されず、マトリックス樹脂に対する耐薬品性や注入圧力でシールが決壊しない耐圧性を有するものを選択すればよい。

駆動機構２２としてピストンが樹脂吐出孔３を開閉する弁体３１の可動方向２６に動くことで、可動部材２３が移動する機構を例示しているが、駆動機構は特に限定されず、ピストン以外に、ボールねじやラック・ピニオン機構などを用いてもよく、またその駆動方法は空気式、油圧式、電動式のいずれでもよい。

また、樹脂注入調整機構２を構成する部材の材質は特に限定されないが、後述するマトリックス樹脂を硬化させる時の温度上昇に伴う材質の熱膨張により、隙間が生じてシール不良になったり、スムーズに可動できなくなったりすることがないように、上型１０ａの材料との熱膨張係数の差が±１．０×１０^−６／Ｋ以下の材料が好ましい。

次に、図４に本発明の一実施形態に係るＲＴＭ成形装置の樹脂吐出孔と樹脂注入調整機構の断面積を例示した概略断面図を示す。

樹脂吐出孔３の断面積Ｓ_１（ｃｍ^２）と、樹脂注入調整機構２を構成する可動部材２ａの、キャビティ１２に対面する面２１の投影面積Ｓ_２（ｃｍ^２）の比は以下の関係式（Ｉ）を充足することが好ましい。
２＜（Ｓ_２／Ｓ_１）＜２０ （Ｉ）

Ｓ_２／Ｓ_１が２以下になると、樹脂吐出孔３の断面積Ｓ_１（ｃｍ^２）と樹脂注入調整機構２を構成する可動部材２ａの、キャビティ１２に対面する面２１の投影面積Ｓ_２（ｃｍ^２）間の差が小さくなり、樹脂吐出孔３直下の強化繊維基材の乱れを抑制することができず、強化繊維樹脂成形体の表面意匠性に問題が生じる。

Ｓ_２／Ｓ_１が２０以上になると、強化繊維積層体の押圧される面積が大きくなり、樹脂注入調整機構２のキャビティに対面する面２１が成形型１０ａの型内表面１０１ａと略面一になっても、強化繊維積層体の押圧された領域が復元せず、樹脂注入調整機構２の直下に樹脂リッチが生じやすくなるほか、樹脂注入調整機構２の側面と上型１０ａの間にマトリックス樹脂が入り込んで硬化した際に、接着面積が大きくなるため接着力が高くなり、可動部材２３が動かなくなりやすくなる。また、樹脂注入調整機構２が大きくなればなるほど駆動機構も大きくする必要があるほか、上型１０ａに樹脂注入調整機構２を取り付けるための掘り込み量が大きくなるため、上型１０ａの剛性が下がり樹脂注入時や上型温度変化時にたわみやすくなる。さらに、可動部材２ａは温度調整機能を有さないため、Ｓ_２／Ｓ_１が２０以上になると直下の樹脂に十分な熱を与えることができず、硬化不良を招くおそれがある。本発明の効果をより得やすくするためには、Ｓ_２／Ｓ_１は５より大きく、１５より小さいことが好ましい。

樹脂注入調整機構２が樹脂注入開始後に注入時位置から保持時位置へ移動するまでの時間ｔ_１（秒）としては、マトリックス樹脂が注入開始された後、樹脂の粘度が１００ｍＰａ・ｓに達する時間より短く設定されることが好ましい。注入された樹脂は、熱硬化性樹脂を用いた場合は硬化反応の進行により、熱可塑性樹脂を用いた場合は樹脂温度の低下により粘度が上昇し、最終的に繊維強化樹脂成形体となる。樹脂粘度が１００ｍＰａ・ｓを超えてから樹脂注入調整機構２を動かすと、その形状が繊維強化樹脂成形体表面に転写されてしまい、表面意匠性に問題が生じる。注入開始後に樹脂の粘度が１００ｍＰａ・ｓに達するまでの時間は、成形前に実施される予備試験から決定しても良いし、注入された金型内の樹脂粘度を直接測定しながら決定しても良い。予備試験からｔ１（秒）を決定する場合は、たとえば動的粘弾性測定装置を使用して、樹脂を金型内に注入したときの温度変化を模擬し、その際の粘度変化を測定することで樹脂注入開始から樹脂の粘度が１００ｍＰａ・ｓに達するまでの時間ｔ_１（秒）を求めることができる。金型内に注入された樹脂粘度を直接測定しながらｔ_１（秒）を決定する場合は、たとえば誘電率センサを樹脂注入部１３の直下に配置し、金型内樹脂の誘電分析を行うことで樹脂粘度の推移をリアルタイムに計測することで、樹脂注入開始から樹脂の粘度が１００ｍＰａ・ｓに達するまでの時間を予測して、ｔ_１（秒）を決定することができる。

本発明で使用する樹脂としては、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１０Ｐａ・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。

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（Ｕｎｉ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）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、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。このハイブリッド基材として、例えば、一方向材と織物材を組み合わせた不織布の上に一方向材を配置した基材が挙げられる。

次に、樹脂注入調整機構２について説明する。

樹脂注入調整機構２は、樹脂注入開始時までに注入時位置として以下の（Ａ）または（Ｂ）の位置に移動し、注入開始から一定時間ｔ_１（秒）の間は注入時位置を保持することが好ましい。
（Ａ）樹脂注入調整機構２の、キャビティと接する面２１が前記強化繊維積層体４の一部を押圧する位置ｙ_１
（Ｂ）樹脂注入調整機構２の、キャビティと接する面２１と強化繊維積層体４とが離間した位置ｙ_２

樹脂注入調整機構２が位置ｙ_１（Ａ）にある場合、図５のように樹脂注入調整機構２のキャビティと接する面２１が強化繊維積層体４の一部を押圧することで、樹脂吐出孔３近傍での強化繊維積層体４の把持力が増加するため、樹脂流動力に対する強化繊維基材の抵抗力が大きくなり、樹脂吐出孔近傍での強化繊維基材の乱れが抑制される。本発明の効果を得るためには、キャビティと接する面２１に押圧された範囲における強化繊維積層体４の繊維体積含有率Ｖ_ｆ１が、押圧前における繊維強化積層体４の繊維体積含有率Ｖ_ｆ０（３５−５５％）の１．１倍以上１．３倍以下の範囲となるように前記位置ｙ_１を設定することが好ましい。

Ｖ_ｆ１がＶ_ｆ０の１．１倍より小さくなると、強化繊維基材の乱れを抑制するのに十分な強化繊維積層体の把持力が得られず、樹脂流動時の圧力で強化繊維基材が移動し、乱れが発生する。またＶ_ｆ１がＶ_ｆ０の１．３倍より大きくなると、強化繊維積層体内の樹脂流路の働きをする空隙が小さくなるため、注入時の流量低下を招く。

一方、樹脂注入調整機構２が位置ｙ_２（Ｂ）にある場合、図６のように樹脂注入調整機構２のキャビティと接する面２１と、直下の強化繊維積層体４との間に空隙７が形成され、樹脂吐出孔３から吐出された樹脂は空隙７を充填した後強化繊維積層体４に含浸する。このとき空隙７は樹脂吐出孔３よりも大口径の見かけの樹脂注入口として働き、樹脂が強化繊維積層体４に及ぼす圧力Ｐ_２は、樹脂吐出孔３からの吐出圧力Ｐ_０よりも低くなるため、樹脂吐出孔３直下での強化繊維基材の乱れが抑制される。前記位置ｙ_２は、樹脂注入機構２のキャビティと接する面２１と上型１０ａの型内表面１０１ａとの距離ｄ_２が０．２ｍｍ＜ｄ_２＜１ｍｍの範囲となるように設定することが好ましく、０．５ｍｍ＜ｄ_２＜０．８ｍｍであることがより好ましい。

ｄ_２が０．２ｍｍ以下になると、樹脂注入調整機構２のキャビティと接する面２１と強化繊維積層体４の間の距離が近すぎるため、樹脂が強化繊維積層体４に及ぼす圧力Ｐ_２が一定にならず吐出孔３の直下で圧力が高くなるため強化繊維基材の乱れを抑制することができなくなる。またｄ_２が１ｍｍ以上になると、得られた強化繊維樹脂の樹脂注入調整機構２直下に当たる領域に樹脂リッチが形成され、意匠性に問題が生じる。

その後、図７に示すように、上記の位置ｙ_１（Ａ）またはｙ_２（Ｂ）から、樹脂注入開始から一定時間ｔ_１（秒）が経過した後、樹脂注入調整機構２は、キャビティに接する面２１が上型１０ａの型内表面１０１ａと略面一となる保持時位置に移動し樹脂を硬化させることで強化繊維基材に乱れの無い、高意匠性を有する強化繊維樹脂が得られる。特に位置ｙ_２（Ｂ）から樹脂注入調整機構２の、キャビティに接する面２１が上型１０ａの型内表面１０１ａと略面一となる保持時位置に移動する場合は、型内樹脂圧を維持できるため、樹脂の硬化収縮による表面意匠性の低下を防ぐことができる。

さらに、図８に本発明の別の実施形態に係るＲＴＭ成形装置の樹脂注入調整機構の一作動状態を示す概略断面図を示す。

本実施形態においては、樹脂注入開始時に樹脂注入調整機構２は位置ｙ_１または位置ｙ_２にあり、一定時間ｔ_２（秒）経過後（０＜ｔ_２＜ｔ_１）に樹脂注入開始時とは異なる他方の位置に移動し、注入開始から一定時間ｔ_１（秒）が経過した時点で、樹脂注入調整機構２は、キャビティに接する面２１が上型１０ａの型内表面１０１ａと略面一となる保持時位置に移動し、樹脂注入後に樹脂を硬化させることでも強化繊維基材に乱れの無い、高意匠性を有する強化繊維樹脂が得られる。

このように、本発明に係るＲＴＭ成形装置および成形方法では、樹脂注入口直下の強化繊維積層体の把持力を上げたり、樹脂吐出孔より大口径の見かけの樹脂注入口を形成できる樹脂注入調整機構を用いたりすることで、樹脂吐出孔近傍の繊維強化基材に乱れを生じることなく高い流量で樹脂を注入することができ、高意匠な繊維強化樹脂成形体を短時間で得ることができる。

以下に本発明を実施例と比較例を用いて、さらに詳細に説明する。

実施例では、以下に述べる材料を使用した。
・強化繊維基材：東レ（株）製炭素繊維織物“ＣＫ６２５５”（織り組織：平織り、織物目付：３３０ｇ／ｍ^２）、熱可塑性樹脂のバインダ（粒状）が５ｇ／ｍ^２付着されているもの
・樹脂：東レ（株）製エポキシ樹脂

実施例では、図９に断面図を示すような、試験装置８を用いた。試験装置８は４５０ｍｍ×４５０ｍｍの平板型キャビティ８１を有する成形型８２上型８２ａと下型８２ｂを備えており、上型８２ａには樹脂吐出孔８３と、その近傍に樹脂注入調整機構８４を設けた。樹脂注入調整機構８４は、図示しないボールねじを用いて、手動で昇降させることができるようにした。試験装置８における上型８２ａは図示しないプレス機構により型締め、型開けできるように構成した。本実施例では、プレス荷重はすべて５０ｔとした。また、試験装置８の樹脂吐出孔８３はピン状の弁体８５で開閉されるようになっており、キャビティ８１の周囲はシリコーンゴム８６によってシールした。また、成形型８２は図示しない熱媒流路を有しており、実施例では加圧水を流すことで成形型８２を１２０℃に加熱して試験を実施した。

（実施例１〜５）
上記試験装置８の下型８２ｂに、強化繊維基材からなる強化繊維積層体８７を配置し、上型８２ａを閉じた。ここで用いた強化繊維積層体の構成は以下の通りである。
・強化繊維基材（０／９０°繊維配向）× ４ｐｌｙ

次に、成形型の温度を１２０℃に保った状態で金型内を真空状態に保持し、樹脂注入調整機構８４で樹脂注入調整機構直下の強化繊維積層体８７を押圧し、表１に示すように、押圧された範囲の繊維体積含有率Ｖ_ｆ１が、押圧前の繊維体積含有率Ｖ_ｆ０（４５−５０％）の１．１〜１．５倍となるように位置を調整した。また各実施例において、樹脂吐出孔８３の径Ｓ_１と、樹脂注入調整機構８４のキャビティに接する面８４１の投影面積Ｓ_２の比Ｓ_２／Ｓ_１を、２、５、１０、１５、２０倍に順次変更して試験を実施した。

この状態で樹脂吐出孔８３を開け、図示しない樹脂注入機を用いて樹脂を注入した。このときの樹脂流量は４０ｇ／ｓとした。注入開始から５秒後に、樹脂注入調整機構８４を、キャビティに接する面８４１と上型８２ａの型内表面８２１ａが略面一になるよう移動し、その状態を保持して樹脂を硬化させ、繊維強化樹脂成形体を得た。なお注入開始後５秒経過時の樹脂粘度は５０ｍＰａ・ｓ以下であった。

表１に、得られた繊維強化樹脂成形体の注入口直下の表面品位を示す。Ｖ_ｆ１／Ｖ_ｆ０を１．１〜１．３倍とした実施例１〜３では、Ｓ_２／Ｓ_１を５〜１５とすることで強化繊維基材の乱れや樹脂リッチが無く平滑な、高意匠な表面が得られた。Ｓ_２／Ｓ_１を２とした場合は、強化繊維積層体を押圧することができる範囲が狭く、樹脂吐出孔８３近傍で強化繊維基材の乱れが発生した。またＳ_２／Ｓ_１を２０とした場合は、樹脂注入調整機構８４の直下に樹脂リッチが発生した。また、Ｖ_ｆ１／Ｖ_ｆ０を１．４〜１．５倍とした実施例４、５では、樹脂吐出孔８３近傍の樹脂流路が閉塞し、樹脂注入を完了することができなかった。

（実施例６〜９）
樹脂注入調整機構８４のキャビティに接する面８４１と、上型８２ａの型内表面８２１ａの距離ｄ_２を、表２に示すように０．１〜１．２ｍｍとなるように樹脂注入調整機構８４の位置を調整した以外は、実施例１〜５と同様にして繊維強化樹脂成形体を得た。

表２に、得られた繊維強化樹脂成形体の注入口直下の表面品位を示す。ｄ_２を０．２〜１ｍｍとした実施例７〜１０では、Ｓ_２／Ｓ_１を５〜１５とすることで強化繊維基材の乱れや樹脂リッチが無く平滑な、高意匠な表面が得られた。Ｓ_２／Ｓ_１を２とした場合は、樹脂吐出孔８３での吐出圧を下げる効果が小さくなり、樹脂吐出孔８３近傍で強化繊維基材の乱れが発生した。またＳ_２／Ｓ_１を２０とした場合は、樹脂注入調整機構８４の直下に樹脂リッチが発生した。ｄ_２を０．１ｍｍとした実施例６では、Ｓ_２／Ｓ_１の値に関わらず樹脂吐出孔８３近傍で強化繊維基材の乱れが生じた。またｄ_２を１．２ｍｍとした実施例１１ではＳ_２／Ｓ_１の値に関わらず、樹脂注入調整機構８４の直下において樹脂リッチが観られた。

（比較例１）
注入開始から硬化完了まで、樹脂注入調整機構８４のキャビティに接する面８４１と、上型８２ａの型内表面８２１ａを略面一にした状態に保持した以外は、実施例１〜１１と同様にして繊維強化樹脂成形体を得た。

得られた繊維強化樹脂成形体の樹脂吐出孔８３近傍を目視にて観察したところ、強化繊維基材の経糸、緯糸が注入口直下を中心に同心円状に広がっており、激しく乱れている様子が確認された。

（比較例２）
樹脂注入調整機構８４で樹脂注入調整機構直下の強化繊維積層体８７を押圧し、押圧された範囲の繊維体積含有率Ｖ_ｆ１が、押圧前の繊維体積含有率Ｖ_ｆ０の１．２倍となるように位置を調整し、注入された樹脂の粘度が１００ｍＰａ・ｓを超えた後に樹脂注入調整機構８４のキャビティに接する面８４１と、上型８２ａの型内表面８２１ａを略面一にした以外は、実施例１〜１１と同様にして繊維強化樹脂成形体を得た。

得られた繊維強化樹脂成形体の樹脂注入調整機構８４の直下には、樹脂注入調整機構８４の移動時に樹脂粘度が高かったことで生じたと考えられる、凹みが観察された。

（比較例３）
注入開始時は樹脂注入調整機構８４のキャビティに接する面８４１と、上型８２ａの型内表面８２１ａの距離ｄ_２を０．５ｍｍとなるように樹脂注入調整機構８４の位置を調整し、注入された樹脂の粘度が１００ｍＰａ・ｓを超えた後に樹脂注入調整機構８４のキャビティに接する面８４１と、上型８２ａの型内表面８２１ａを略面一にした以外は、実施例１〜１１と同様にして繊維強化樹脂成形体を得た。

得られた繊維強化樹脂成形体の樹脂注入調整機構８４の直下に、粘度が高い樹脂が押し込まれたことによるものと思われる、強化繊維基材の乱れが確認された。

本発明に係るＲＴＭ成形装置およびＲＴＭ製造方法、繊維強化樹脂成形体は、成形品の樹脂吐出孔近傍の表面品位の向上が望まれるあらゆる繊維強化樹脂成形体のＲＴＭ成形に適用可能である。中でも、高い表面品位を有しつつ成形時間の短縮が望まれる、自動車部材として好ましく用いられる。

１ ＲＴＭ成形装置
１０ 成形型
１０ａ 上型
１０ｂ 下型
１０１ａ 上型内表面
１１ シール材
１２ キャビティ
１３ 樹脂注入部
２ 樹脂注入調整機構
２１ キャビティに接する面
２２ ピストン
２３ 可動部材
２４ シール材
２５ シール材
２６ 可動方向
３ 樹脂吐出孔
３１ 弁体
４ 強化繊維積層体
４１ 強化繊維基材
４１１ 繊維束
５ プレス機構
６ マトリックス樹脂
７ 空間
８ 試験装置
８１ キャビティ
８２ 成形型
８２ａ 上型
８２ｂ 下型
８３ 樹脂吐出孔
８４ 樹脂注入調整機構
８５ 弁体
８６ シール材
８７ 強化繊維積層体
９ 樹脂注入機
９１ 樹脂注入ライン

Claims (15)

1. 上下一対の成形型を有するＲＴＭ成形装置であって、
   前記成形型の間には強化繊維を複数積層した強化繊維積層体を配置するキャビティが形成され、
   前記キャビティ内に配置される強化繊維積層体の一方の表層に対して開口する樹脂吐出孔と、該樹脂吐出孔に連通する樹脂注入調整機構が少なくともいずれか一方の型に設けられ、
   前記キャビティへの樹脂注入開始時から一定時間ｔ_１（秒）は、前記樹脂注入調整機構のキャビティに接する面と前記成形型内表面とが略面一とならない注入時位置に、
   一定時間ｔ_１（秒）経過後は、前記樹脂注入調整機構のキャビティに接する面が前記成形型内表面と略面一となる保持時位置に移動することを特徴とするＲＴＭ成形装置。
2. 前記樹脂吐出孔の断面積Ｓ_１（ｃｍ^２）と、前記樹脂注入調整機構の前記キャビティに接する面の投影面積Ｓ_２（ｃｍ^２）の比が下記関係式（Ｉ）を充足する、請求項１に記載のＲＴＭ成形装置。
   ２＜（Ｓ_２／Ｓ_１）＜２０ ・・・（Ｉ）
3. 前記一定時間ｔ_１（秒）として、樹脂注入開始後、樹脂粘度が１００ｍＰａ・ｓに達するより短い時間とすることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のＲＴＭ成形装置。
4. 前記注入時位置が、（Ａ）または（Ｂ）の位置であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のＲＴＭ成形装置。
   （Ａ）前記樹脂注入調整機構の接する面が前記強化繊維積層体の一部を押圧する位置ｙ_１
   （Ｂ）前記樹脂注入調整機構の接する面と前記強化繊維積層体とが離間した位置ｙ_２
5. 前記注入時位置が、樹脂注入開始時に前記（Ａ）または（Ｂ）の位置にあり、一定時間ｔ_２（秒：０＜ｔ_２＜ｔ_１）経過後に、樹脂注入開始時と異なる他方の位置に移動させることを特徴とする請求項４に記載のＲＴＭ成形装置。
6. 前記樹脂注入調整機構が前記位置（Ａ）に移動した際、前記樹脂注入調整機構に押圧された範囲における前記強化繊維積層体の繊維体積含有率Ｖｆ_１が、押圧前における前記強化繊維積層体の繊維体積含有率Ｖｆ_０の１．１倍以上１．３倍以下であることを特徴とする請求項４または５に記載のＲＴＭ成形装置。
7. 前記樹脂注入調整機構が前記位置（Ｂ）に移動した際、前記樹脂注入調整機構のキャビティに接する面と、前記成形型内表面との距離ｄ_２が、０．２ｍｍ＜ｄ_２＜１ｍｍの範囲にあることを特徴とする、請求項４または請求項５に記載のＲＴＭ成形装置。
8. 上下一対の成形型の間に形成されたキャビティ内に強化繊維基材を複数積層した強化繊維積層体を配置し、
   少なくとも一方の型に該強化繊維積層体の一方の表層に対向して開口する樹脂吐出孔と、該樹脂吐出孔に連通する樹脂注入調整機構とが設けられ、
   該樹脂吐出孔から樹脂を注入して該強化繊維積層体に含浸させ、硬化させるＲＴＭ製造方法において、
   前記キャビティへの樹脂注入開始時から一定時間ｔ_１（秒）は、前記樹脂注入調整機構の前記キャビティに接する面の位置を前記成形型表面と略面一とならない注入時位置に移動させ、一定時間ｔ_１（秒）経過後に前記樹脂注入調整機構のキャビティ側の面の位置を該成形型表面と略面一となる保持時位置に移動させ、該樹脂を硬化させて繊維強化樹脂成形体を得ることを特徴とするＲＴＭ製造方法。
9. 前記樹脂吐出孔の断面積Ｓ_１（ｃｍ^２）と、前記樹脂注入調整機構の前記キャビティに接する面の投影面積Ｓ_２（ｃｍ^２）の比を、下記関係式（Ｉ）を充足するように設定する請求項８に記載のＲＴＭ製造方法。
   ２＜（Ｓ_２／Ｓ_１）＜２０ ・・・（Ｉ）
10. 前記一定時間ｔ_１（秒）が、樹脂注入開始後、樹脂粘度が１００ｍＰａ・ｓに達する時間よりも短いことを特徴とする、請求項８または９に記載のＲＴＭ製造方法。
11. 前記注入時位置を、以下の（Ａ）または（Ｂ）の位置とすることを特徴とする請求項８〜請求項１０のいずれかに記載のＲＴＭ製造方法。
    （Ａ）前記樹脂注入調整機構の接する面が前記強化繊維積層体の一部を押圧する位置ｙ_１
    （Ｂ）前記樹脂注入調整機構の接する面と前記強化繊維積層体とが離間した位置ｙ_２
12. 前記樹脂注入調整機構の前記注入時位置を、樹脂注入開始時においては前記（Ａ）または（Ｂ）の位置にあり、一定時間ｔ_２（秒：０＜ｔ_２＜ｔ_１）経過後に、樹脂注入開始時とは異なる他方の位置に移動することを特徴とする、請求項１１に記載のＲＴＭ製造方法。
13. 前記樹脂注入調整機構を前記位置（Ａ）に移動した際において、前記樹脂注入調整機構の直下の前記強化繊維積層体の繊維体積含有率Ｖ_ｆ１を、前記樹脂注入調整機構の直下以外の前記強化繊維積層体の繊維体積含有率Ｖ_ｆ０の１．１倍以上１．３倍以下となるように前記樹脂注入調整機構を移動させることを特徴とする請求項１１または１２のいずれかに記載のＲＴＭ製造方法。
14. 前記樹脂注入調整機構を前記位置（Ｂ）に移動した際において、前記樹脂注入調整機構の前記強化繊維積層体と対向する面と、前記強化繊維積層体の前期樹脂注入調整機構と対向する面の距離ｄ_２を、０．２ｍｍ＜ｄ_２＜１ｍｍを満たすように、前記樹脂注入調整機構を移動させることを特徴とする請求項１１または１２に記載のＲＴＭ製造方法。
15. 請求項８〜請求項１４のいずれかに記載のＲＴＭ製造方法を用いて得られる、繊維強化樹脂成形体。

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