JP7443717B2 - 複合材料の成形方法および複合材料の成形装置 - Google Patents

Description

本発明は、複合材料の成形方法および複合材料の成形装置に関する。

近年、自動車の車体軽量化のために強化基材に樹脂を含浸させた複合材料が自動車部品として用いられている。複合材料の成形方法として、量産化に適したＲＴＭ（Ｒｅｓｉｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｌｄｉｎｇ）成形法が注目されている。

ＲＴＭ成形法にあっては、まず強化基材を成形型内のキャビティに配置し、キャビティ内に樹脂を注入し、強化基材に樹脂を含浸させて、樹脂を硬化させることによって、複合材料を形成する（特許文献１を参照）。

特開２０１０－７６３５６号公報

しかしながら、樹脂を含浸硬化させる前の強化基材は比較的柔らかいため、成形型に強化基材を配置するとき、成形型に対する強化基材の位置決めが難しい。このため、強化基材の配置に長時間を要してしまう。高精度のロボットを用いることもできるが、コスト的に不利なものとなる。

さらに、キャビティ内に注入した樹脂は、強化基材の表裏両面のうち樹脂が注入された側の面（表面）から反対側の面（裏面）に向かって順々に含侵が進行する。このため、強化基材に対する樹脂の含浸性が悪く、樹脂の含浸に長時間を要してしまい、生産性が低下する。

そこで、本発明は、成形型に対する強化基材の位置決めを容易にし、かつ、強化基材に対する樹脂の含浸性を向上させることができる複合材料の成形方法および複合材料の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本発明に係る複合材料の成形方法は、少なくとも２つの型が相対的に開閉可能に備えられた成形型のキャビティに強化基材を配置し、前記成形型の樹脂注入口から前記キャビティに樹脂を注入し、前記樹脂を前記強化基材に含侵させ硬化させて複合材料を成形する成形方法であって、まず、前記強化基材を前記成形型に配置するときに、前記成形型から成形品を押し出し可能なイジェクタピンを前記成形型の成形面から突出させ、前記強化基材の厚み方向に貫通して形成された貫通穴に対して前記イジェクタピンを挿通するように前記強化基材を配置して位置決めする、そして、前記成形型を閉じて前記イジェクタピンを前記強化基材の前記貫通穴から退避させ、前記キャビティに注入された前記樹脂を前記成形面に形成され前記樹脂の流動を誘導する誘導溝を通して前記貫通穴に流入させ、前記樹脂を前記貫通穴内から前記強化基材に含侵させる。

上記目的を達成する本発明に係る複合材料の成形装置は、少なくとも２つの型が相対的に開閉可能に備えられ強化基材が配置されるキャビティを形成する成形型と、前記成形型に備えられ前記キャビティに樹脂を注入する樹脂注入口と、前記キャビティ内に突出して前記成形型から成形品を押し出し可能なイジェクタピンと、前記成形型の開閉動作、前記樹脂注入口からの前記樹脂の注入動作、および前記イジェクタピンの動作を制御する制御部と、を有する。前記制御部は、前記強化基材を前記成形型に配置するときに前記イジェクタピンを前記成形型の成形面から突出させることによって、前記強化基材の厚み方向に貫通して形成された貫通穴に対して前記イジェクタピンを挿通するように前記強化基材を配置して位置決めすることを可能とする。前記制御部はさらに、前記成形型を閉じて前記イジェクタピンを前記強化基材の前記貫通穴から退避させることによって、前記キャビティに注入された前記樹脂を前記成形面に形成され前記樹脂の流動を誘導する誘導溝を通して前記貫通穴に流入させることを可能とする。

本発明に係る複合材料の成形方法および複合材料の成形装置によれば、強化基材を成形型に配置するときにイジェクタピンを成形型の成形面から突出させるため、強化基材の貫通穴に対してイジェクタピンを挿通するように強化基材を配置して位置決めできる。これにより、成形型に対する強化基材の位置決めが容易になる。さらに、キャビティ内に樹脂を注入するときにイジェクタピンを強化基材の貫通穴から退避させるため、キャビティに注入された樹脂を貫通穴に流入させ、樹脂を貫通穴内から強化基材に含侵できる。これにより、強化基材に対する樹脂の含浸性を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る複合材料の成形装置および成形方法を用いて成形した複合材料の一例を示す平面図である。 図１Ａの１Ｂ－１Ｂ線に沿う断面図である。 図１Ａの複合材料の成形に用いられる強化基材を示す平面図である。 図２Ａの２Ｂ－２Ｂ線に沿う断面図である。 本発明の実施形態に係る複合材料の成形装置を示す断面図である。 強化基材の貫通穴に対してイジェクタピンを挿通させて、成形型に強化基材を配置した状態を示す平面図である。 成形型に備えられ樹脂を誘導する誘導溝と、強化基材の貫通穴および穴部との位置関係を説明するための平面図である。 本発明の実施形態に係る複合材料の成形方法を示すフローチャートである。 強化基材の貫通穴に対してイジェクタピンを挿通させて、成形型に強化基材を配置した状態を模式的に示す図である。 シール領域を気密に封止した状態を模式的に示す図である。 シール領域を吸引する状態を模式的に示す図である。 成形型への樹脂の注入を模式的に示す図である。 樹脂注入後に、成形型を型締めした状態を模式的に示す図である。 シール領域の吸引を停止した状態を模式的に示す図である。 成形型を開いた状態を模式的に示す図である。 成形品である複合材料の脱型を模式的に示す図である。 本発明の実施形態において、強化基材の貫通穴に流入させた樹脂が貫通穴内から強化基材に含侵する様子を模式的に示す断面図である。 強化基材に貫通穴を備えていない対比例において、樹脂が強化基材の表面から裏面に向かって順々に含侵する様子を模式的に示す断面図である。 樹脂が流入可能な穴部を強化基材に形成する変形例を示す図である。

以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、以下の説明は特許請求の範囲に記載される技術的範囲や用語の意義を限定するものではない。また、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。

（複合材料）
図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａ、および図２Ｂを参照して、複合材料１０は、強化基材１１に樹脂１２を含浸させて硬化させることによって形成される。複合材料１０は、強化基材１１および樹脂１２を組み合わせることによって、樹脂１２単体で構成される成形品に比べて高い強度および剛性を備えている。

本実施形態に係る複合材料１０は、例えば自動車部品のピラーに適用され、平坦部２０の左右両側から脚部２１がやや拡がるように伸びている形状を有する。強化基材１１は、強化基材１１の厚み方向（板厚方向）に貫通して形成された貫通穴３０を有する。貫通穴３０は、強化基材１１の繊維を切断して形成されている。超音波カット、レーザーカット、プレスカット、はさみカットなど様々な切断機構を使用することによって、貫通穴３０を形成できる。貫通穴３０は、成形後には樹脂１２が流入して硬化し塞がれている。

樹脂１２は、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂によって構成することができる。

強化基材１１は、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、有機繊維等の織物シート１１Ｂ（強化基材要素に相当する。図８Ａを参照）を複数積層して構成することができる。

（成形装置）
本実施形態に係る複合材料１０の成形装置１００について説明する。

図３を参照して、成形装置１００は、成形型２００と、第１のシール部材３１０と、第２のシール部材３２０と、排気部４００と、樹脂注入部５００と、イジェクタ部７００と、制御部６００と、を有する。成形型２００は、少なくとも２つの型（上型２１０および下型２２０）が相対的に開閉可能に備えられ強化基材１１が配置されるキャビティ２５０を形成する。樹脂注入部５００は、成形型２００に備えられキャビティ２５０に樹脂１２を注入する樹脂注入口２４０を有する。イジェクタ部７００は、成形型２００の成形面２２１Ｓから突出して成形型２００から成形品を押し出し可能なイジェクタピン７１０を有する。制御部６００は、成形型２００の開閉動作、樹脂注入口２４０からの樹脂１２の注入動作、およびイジェクタピン７１０の動作を制御する。以下、成形装置１００の各部の構成について詳細に説明する。

成形型２００は、接近離反可能な一対の上型２１０および下型２２０を有する。また、上型２１０には、排気部４００と連通する排気口２３０と、樹脂注入部５００と連通する樹脂注入口２４０と、を設けている。成形型２００は、上型２１０と下型２２０との間にキャビティ２５０を形成する（図７Ｅを参照）。

なお、本明細書において、「キャビティ２５０」とは、型締めした状態において、成形品である複合材料１０と略同様の形状を有する空洞（いわゆる、製品キャビティ）のことを意味する。また、下型２２０に対して、上型２１０が配置される側（図３中の上側）を「上側」と称し、上型２１０に対して、下型２２０が配置される側（図３中の下側）を「下側」と称する。

上型２１０は、下型２２０に対して近接離反自在な可動型である。上型２１０は、上側に向かって凹んだ形状を有する凹部２１１と、凹部２１１を囲うように下側に向かって突出した形状を有する第１の縦壁部２１２と、凹部２１１および第１の縦壁部２１２の上側に連続して形成された基部２１３と、基部２１３の上側に配置された蓋部２１４と、を有する。上型２１０の蓋部２１４は、例えば、油圧シリンダー等を備える不図示の駆動装置と接続している。

凹部２１１には、キャビティ２５０を形成する第１の成形面２１１Ｓが形成されている。

基部２１３の外側面２１３Ｓには、第１の溝部２１３Ａが形成されている。当該第１の溝部２１３Ａには、第１のシール部材３１０が挿入されている。

第１の縦壁部２１２の外側面２１２Ｓには、第２の溝部２１２Ａが形成されている。当該第２の溝部２１２Ａには、第２のシール部材３２０が挿入されている。

下型２２０は、固定型である。下型２２０は、凹部２１１の第１の成形面２１１Ｓと協働して、凹部２１１との間にキャビティ２５０を形成する第２の成形面２２１Ｓが形成された凸部２２１と、凸部２２１および第１の縦壁部２１２を囲うように配置された第２の縦壁部２２２と、を有する。

第２の縦壁部２２２は、図３に示すように上型２１０を下型２２０に対して相対的に接近させた状態において、第１の縦壁部２１２の外側面２１２Ｓと対向するように形成された内側面２２２Ｓを有する。

第１のシール部材３１０および第２のシール部材３２０は、上型２１０と下型２２０が対向する面のうち、上型２１０と下型２２０が相対的に接近する型締め方向（図３の上下方向）に沿う面である第１の縦壁部２１２の外側面２１２Ｓおよび基部２１３の外側面２１３Ｓにそれぞれ配置される。このように、成形型２００は、第１のシール部材３１０および第２のシール部材３２０が型締め方向の異なる位置に配置された縦摺り構造を有している。このため、上型２１０を下型２２０に対して相対的に接近させる動作によって、異なるタイミングで第１のシール部材３１０および第２のシール部材３２０のシール機能をそれぞれ発揮させることができる。

図７Ａに示す型開き状態から、図７Ｂに示すように上型２１０を下型２２０に対して相対的に接近させた状態で、かつ、型締めする前の状態において、第１のシール部材３１０は、第１の成形面２１１Ｓ、第２の成形面２２１Ｓ、第１の縦壁部２１２の外側面２１２Ｓおよび第２の縦壁部２２２の内側面２２２Ｓとの間に気密に封止されたシール領域２７０を形成する。ここで、シール領域２７０は、キャビティ２５０と、後述する外周領域２６０と、を含む領域である。図７Ｂ、図７Ｃ、および図７Ｄに示すように、型締めする前の状態において、キャビティ２５０と外周領域２６０は、互いに連通している。

図７Ｂ、図７Ｃ、および図７Ｄに示す状態から、図７Ｅに示すようにさらに上型２１０を下型２２０に対して相対的に接近させて成形型２００を型締めした状態において、第２のシール部材３２０は、第１の成形面２１１Ｓおよび第２の成形面２２１Ｓとの間に液密に封止されたキャビティ２５０を形成する。また、成形型２００を型締めした状態において、第１のシール部材３１０と第２のシール部材３２０との間には、キャビティ２５０の外周に位置する外周領域２６０が形成される。換言すると、第２のシール部材３２０は、キャビティ２５０と外周領域２６０との間を液密に封止する。また、成形型２００を型締めした状態において、外周領域２６０の体積は、キャビティ２５０内に注入する樹脂１２の体積よりも大きくなるように構成されている。

なお、本明細書において、「成形型２００を型締めした状態」とは、成形型２００のキャビティ２５０の形状が、最終的に作製される複合材料１０の形状と略同等になるまで、上型２１０を下型２２０に対して相対的に接近させた状態を意味する。

本実施形態では、図７Ｅに示すように、成形型２００を型締めした状態において、上型２１０および下型２２０は、互いに当接する第１の当接面２１０Ｓおよび第２の当接面２２０Ｓを有する。成形型２００を型締めした状態において、第１の当接面２１０Ｓと、第２の当接面２２０Ｓとの間の距離Ｄ１は０（ゼロ）ｍｍになる。この状態では、キャビティ２５０の大きさが樹脂１２を硬化させる前の複合材料１０と略同等であり、上型２１０の第１の成形面２１１Ｓと、複合材料１０との間には、ほぼ隙間がない状態である。

また、図７Ｂ、図７Ｃ、および図７Ｄに示すように、成形型２００を型締めする前の状態では、上型２１０の第１の成形面２１１Ｓと、強化基材１１との間には、隙間Ｇが形成される。この状態において、第１の当接面２１０Ｓと、第２の当接面２２０Ｓとの間の距離Ｄ１は、成形型２００の形状などによっても異なるが、例えば、３３ｍｍ程度とすることができる。

図３を参照して、排気口２３０は、外周領域２６０よりも上側に配置されている。

樹脂注入口２４０は、キャビティ２５０の略中央に配置されている。すなわち、樹脂注入口２４０は、外周領域２６０から比較的離れた位置に配置されている。

第１のシール部材３１０および第２のシール部材３２０を構成する材料は、気密または液密に封止できる材料であれば特に限定されないが、例えば、ゴム等の弾性材料とすることができる。

排気部４００は、公知の真空ポンプにより構成される。排気部４００は、上型２１０に形成された排気口２３０と連通するように構成され、排気口２３０を介して外周領域２６０から気体を吸引する。排気部４００は、排気口２３０との間に、圧力計４１０およびバルブ４２０を有する。圧力計４１０は、排気部４００による吸引圧力を計測する。当該吸引圧力の値を基に、シール領域２７０内の真空度を調整することができる。バルブ４２０は、空気の流路を開閉する。これによって、排気部４００による吸引の動作のＯＮ／ＯＦＦを切り替えることができる。

樹脂注入部５００は、上型２１０に形成された樹脂注入口２４０と連通するように構成され、樹脂注入口２４０を介してキャビティ２５０内に樹脂１２を注入する。樹脂注入部５００は、公知のポンプ機構により構成することができる。

イジェクタ部７００は、本実施形態では下型２２０に備えられている。イジェクタ部７００は、下型２２０の第２の成形面２２１Ｓ（成形型の成形面に相当する）から突出して成形型２００から成形品を押し出し可能なイジェクタピン７１０と、イジェクタピン７１０を収容可能な収容部７２０と、イジェクタピン７１０をキャビティ２５０に対して進退駆動する駆動部７３０と、を有する。駆動部７３０は、例えば油圧シリンダー等を備える。イジェクタピン７１０は、駆動部７３０によって駆動されて、収容部７２０に収容された状態（図３を参照）と、第２の成形面２２１Ｓから突出した状態（図７Ａおよび図７Ｈを参照）とを切り替え可能に構成される。

本実施形態のイジェクタピン７１０は、強化基材１１を成形型２００に配置するときに成形型２００に対する強化基材１１の位置決めを行うロケートピンの機能を発揮する。図７Ａに示すように、イジェクタピン７１０は、強化基材１１を下型２２０に配置するときに第２の成形面２２１Ｓから突出する。強化基材１１の貫通穴３０に対してイジェクタピン７１０を挿通するように強化基材１１を配置することによって、強化基材１１は、成形型２００に対して位置決めされる。樹脂１２を含浸硬化させる前の強化基材１１は比較的柔らかいが、イジェクタピン７１０にロケートピンの機能を発揮させることによって、成形型２００に対する強化基材１１の位置決めが容易になる。このため、成形型２００に強化基材１１を配置するために要する時間を短縮でき、生産性の向上を図ることができる。また、成形型２００に強化基材１１を配置するために高精度のロボットを用いる必要がなく、コスト的にも有利なものとなる。

イジェクタピン７１０の本数は、複合材料１０の形状や大きさ、成形型２００から成形品を押し出すときに要する脱型力などを考慮して適宜選択できる。ロケートピンの機能は、複数本のイジェクタピン７１０のすべてに付与する必要はない。複数本のイジェクタピン７１０のうちの一部のイジェクタピン７１０がロケートピンの機能を有していればよい。成形型２００に対する強化基材１１の位置決めを良好に行う観点から、ロケートピンの機能を付与するイジェクタピン７１０の本数や位置を選択できる。

図４に示すように、本実施形態においては、成形型２００は６本のイジェクタピン７１０を有し、６本のイジェクタピン７１０のすべてにロケートピンの機能を付与している。イジェクタピン７１０は、ほぼ等間隔に配置することができる。ロケートピンの機能を発揮するイジェクタピン７１０の本数に合わせて、強化基材１１は、６個の貫通穴３０を有する。

強化基材１１は、イジェクタピン７１０が挿通される貫通穴３０の他に、強化基材１１の厚み方向に伸びておりキャビティ２５０に注入された樹脂１２が流入可能な穴部４０をさらに有することができる。貫通穴３０および穴部４０は、樹脂１２の流動性および強化基材１１への含浸性を考慮して形成個数、穴の形状や寸法、形成位置を選択できる。

本実施形態においては、強化基材１１は、イジェクタピン７１０が挿通される６個の貫通穴３０の他に、５個の穴部４０を有する。穴部４０のそれぞれは、貫通穴３０と同じ内径寸法を有し、貫通穴３０と同様に強化基材１１の繊維を切断して形成されている。６個の貫通穴３０および５個の穴部４０は、一列にほぼ等間隔に配置することができる。

なお、強化基材１１の繊維を切断して貫通穴３０や穴部４０を形成する場合には、貫通穴３０や穴部４０の周囲は、強化基材１１の他の部分に比べて強度が低下する。このため、機械的強度の低下が許容範囲となるように、形成個数や穴の内径寸法が選択される。穴の内径は小さい方が好ましく、例えば、数ミリ程度である。また、強化基材１１を形成する織物シート１１Ｂの積層数は、貫通穴３０や穴部４０の周囲の強度低下を考慮して、成形品である複合材料１０に必要な強度を得られるように予め調整することができる。

図３および図５を参照して、上型２１０の第１の成形面２１１Ｓは、樹脂１２の流動を誘導する誘導溝２１５が形成されている。図５は、上型２１０を上方から見た平面図であり、誘導溝２１５は破線によって示されている。誘導溝２１５は、強化基材１１の貫通穴３０および穴部４０と向かい合う位置に形成されている。このため、キャビティ２５０に注入された樹脂１２は、誘導溝２１５を通って、強化基材１１の貫通穴３０および穴部４０に向けて流動し易い。

制御部６００は、図３を参照して、成形型２００、排気部４００、樹脂注入部５００およびイジェクタ部７００の作動を制御する。具体的には、制御部６００は、ＲＯＭやＲＡＭから構成される記憶部６１０と、ＣＰＵを主体に構成される演算部６２０と、各種データや制御指令の送受信を行う入出力部６３０と、を有する。入出力部６３０は、成形型２００、排気部４００、樹脂注入部５００およびイジェクタ部７００に電気的に接続している。

（成形方法）
次に、図６を参照して、本実施形態に係る複合材料１０の成形方法を説明する。

本実施形態に係る複合材料１０の成形方法は、いわゆるＣＲＴＭ（Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｒｅｓｉｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｌｄｉｎｇ）成形法と称される成形方法である。ＣＲＴＭ成形法では、樹脂１２をキャビティ２５０内に注入する際に、成形型２００は型締めされておらず、成形型２００と強化基材１１との間に隙間Ｇを開けた状態で、樹脂１２がキャビティ２５０の一部に注入される。その後、成形型２００が型締めされることによって、樹脂１２がキャビティ２５０内に充填される。これにより、キャビティ２５０内における樹脂１２の流動抵抗が低減されるため、強化基材１１の配向の乱れを抑制することができる。

複合材料１０の成形方法は、図６に示すように、概説すると、成形型２００に強化基材１１を配置し（工程Ｓ１）、シール領域２７０を気密に封止する（工程Ｓ２）。そして、シール領域２７０内の気体を排気する動作を開始し（工程Ｓ３）、シール領域２７０内が所定の真空度（しきい値）に到達したら（工程Ｓ４）、成形型２００のキャビティ２５０内に樹脂１２を注入する（工程Ｓ５）。さらに、成形型２００を型締めして、キャビティ２５０を液密に封止する（工程Ｓ６）。その後、樹脂１２を硬化させて（工程Ｓ７）、気体を排気する動作を停止し（工程Ｓ８）、複合材料１０を成形型２００から脱型する（工程Ｓ９）。なお、各工程において、成形型２００、排気部４００、樹脂注入部５００およびイジェクタ部７００の作動は、制御部６００によって制御される。

以下、複合材料１０の成形方法の各工程について詳述する。

工程Ｓ１では、図７Ａに示すように、成形型２００の下型２２０に強化基材１１を配置する。このとき、イジェクタピン７１０は、下型２２０の第２の成形面２２１Ｓから突出している。このため、強化基材１１の貫通穴３０に対してイジェクタピン７１０を挿通するように強化基材１１を配置して位置決めできる。これにより、成形型２００に対する強化基材１１の位置決めが容易になる。

工程Ｓ２では、図７Ｂに示すように、上型２１０を下型２２０に対して相対的に接近させて、第１のシール部材３１０によってシール領域２７０を気密に封止する。このとき、成形型２００は、型締めする前の状態であり、第１の当接面２１０Ｓと、第２の当接面２２０Ｓとの間の距離Ｄ１は、３３ｍｍ程度である。この状態で、上型２１０の第１の成形面２１１Ｓと、強化基材１１との間には、隙間Ｇが形成される。

また、工程Ｓ２では、イジェクタピン７１０を強化基材１１の貫通穴３０から退避させる。イジェクタピン７１０の上端面は、下型２２０の第２の成形面２２１Ｓとほぼ面一となる。

工程Ｓ３では、図７Ｃに示すように、排気部４００のバルブ４２０を開いて、外周領域２６０から気体を吸引して（図７Ｃに付す矢印を参照）、シール領域２７０内の気体を排気する動作を開始する。

シール領域２７０内が所定の真空度に到達したら（工程４）、図７Ｄに示すように、成形型２００のキャビティ２５０内の一部に樹脂１２を注入する（工程５）。

キャビティ２５０内の一部に樹脂１２を注入するため、キャビティ２５０と外周領域２６０とが連通した状態で、キャビティ２５０内の樹脂１２が外周領域２６０へ漏れ出ることを抑制することができる。これにより、樹脂１２が排気口２３０に流れ込むことを防止することができる。

また、本実施形態では、樹脂注入口２４０は、上型２１０に配置されているため、樹脂１２は隙間Ｇを介して流動する。このため、樹脂１２の流動抵抗を低減して、強化基材１１の配向の乱れを抑制することができる。また、隙間Ｇが形成されているため、注入された樹脂１２は、キャビティ２５０の全体に広がらずに、樹脂注入口２４０付近に溜まる。このため、樹脂１２が外周領域２６０へ漏れ出ることを抑制することができる。

工程Ｓ５では、排気部４００は、シール領域２７０内の気体を排気する動作を維持する。排気口２３０は、外周領域２６０よりも上側に配置されているため、キャビティ２５０内に注入した樹脂１２が排気口２３０に流れ込むことを防止することができる。

工程Ｓ６では、図７Ｅに示すように、成形型２００を型締めして、第２のシール部材３２０によってキャビティ２５０と外周領域２６０との間を液密に封止する。

成形型２００を型締めすることによって、上型２１０の第１の成形面２１１Ｓと、強化基材１１との間の隙間Ｇが圧縮されて、隙間Ｇに溜まっていた樹脂１２が押圧されて、強化基材１１に含浸する。同時に、キャビティ２５０の周りを液密に封止しているため、キャビティ２５０から樹脂１２が外周領域２６０へ漏れ出ることをより確実に防止することができる。

図８Ｂを参照して、強化基材１１に貫通穴３０等を備えていない対比例において、キャビティ２５０内に注入した樹脂１２は、強化基材１１の表裏両面のうち樹脂１２が注入された側の面（図中上側の表面）から反対側の面（図中下側の裏面）に向かって順々に含侵が進行するのみである。このため、強化基材１１に対する樹脂１２の含浸性が悪く、樹脂１２の含浸に長時間を要してしまい、生産性が低下するという課題がある。

図８Ａを参照して、このような課題に対して本実施形態にあっては、左右方向に伸びる矢印１５によって示されるように、キャビティ２５０に注入された樹脂１２は、強化基材１１の貫通穴３０および穴部４０に流入し、貫通穴３０内および穴部４０内から強化基材１１に含侵する。これにより、強化基材１１に対する樹脂１２の含浸性を向上させることができる。このため、樹脂１２の含浸に要する時間を短縮でき、生産性の向上を図ることができる。

また、成形型２００は、上型２１０に凹部２１１を有し、下型２２０に凹部２１１との間にキャビティ２５０を形成する凸部２２１を有するため、樹脂１２の自重を活かして、樹脂１２を強化基材１１の全体に展開させて含浸し易くすることができる。

また、排気口２３０は、外周領域２６０よりも上側に配置されている。また、成形型２００を型締めした状態において、外周領域２６０の体積は、キャビティ２５０内に注入する樹脂１２の体積よりも大きくなるように構成されている。このため、仮に、成形型２００を型締めした後に、樹脂１２が外周領域２６０へ漏れ出たとしても、樹脂１２が排気口２３０に流れ込むことを防止することができる。

工程Ｓ７では、成形型２００を型締めした状態を維持したまま、樹脂１２を硬化させる。樹脂１２が熱硬化性樹脂の場合、例えば、ヒーター等の加熱装置を用いて成形型２００を加熱することによって、樹脂１２を硬化させることができる。

工程Ｓ８では、図７Ｆに示すように、排気部４００のバルブ４２０を閉めて、外周領域２６０から気体を吸引（排気）する動作を停止する。つまり、工程３～７までの間は、排気部４００は、気体を排気する動作を維持している。工程６において、キャビティ２５０と外周領域２６０との間を液密に封止する前に、キャビティ２５０と外周領域２６０とが連通した状態で、外周領域２６０から気体を吸引して、キャビティ２５０内の気体を排気している。このため、キャビティ２５０に注入される樹脂１２に含まれる気体を、減圧状態の外周領域２６０から排気口２３０へ排気することができる。これにより、成形品である複合材料１０にボイドが発生することを抑制して、機械強度および外観品質を向上させることができる。

工程Ｓ９では、まず、図７Ｇに示すように、上型２１０を下型２２０から離反するように移動させて、成形型２００を開く。次に、図７Ｈに示すように、イジェクタピン７１０を下型２２０の第２の成形面２２１Ｓから突出させ、成形品である複合材料１０を脱型する。成形型２００を開いて成形品を取り出すときには、イジェクタピン７１０は、貫通穴３０において硬化した樹脂１２の部分に接触して成形品を押し出す。

なお、本実施形態では、複合材料１０は、比較的単純な形状を有するが、これに限定されない。複合材料１０は、例えば、自動車の車体に使用されるピラーやフロントサイドメンバー等の骨格部品、ルーフやフード等の外板部品として作製される場合、それらに対応したより複雑な形状を有する。

以上説明したように、本実施形態に係る複合材料１０の成形方法および複合材料１０の成形装置１００によれば、強化基材１１を成形型２００に配置するときに、成形型２００から成形品を押し出し可能なイジェクタピン７１０を成形型２００の成形面２２１Ｓから突出させ、強化基材１１の厚み方向に貫通して形成された貫通穴３０に対してイジェクタピン７１０を挿通するように強化基材１１を配置して位置決めする。そして、成形型２００を閉じてイジェクタピン７１０を強化基材１１の貫通穴３０から退避させ、キャビティ２５０に注入された樹脂１２を貫通穴３０に流入させ、樹脂１２を貫通穴３０内から強化基材１１に含侵させる。

このように構成した複合材料１０の成形方法および複合材料１０の成形装置１００によれば、強化基材１１を成形型２００に配置するときにイジェクタピン７１０を成形型２００の成形面２２１Ｓから突出させるため、強化基材１１の貫通穴３０に対してイジェクタピン７１０を挿通するように強化基材１１を配置して位置決めできる。これにより、成形型２００に対する強化基材１１の位置決めが容易になる。さらに、キャビティ２５０内に樹脂１２を注入するときにイジェクタピン７１０を強化基材１１の貫通穴３０から退避させるため、キャビティ２５０に注入された樹脂１２を貫通穴３０に流入させ、樹脂１２を貫通穴３０内から強化基材１１に含侵できる。これにより、強化基材１１に対する樹脂１２の含浸性を向上させることができる。したがって、強化基材１１を成形型２００に配置するときの位置ずれに起因した成形不良（板厚ばらつき、含浸不良、樹脂クラックなど）を抑制でき、樹脂１２の含浸性の向上を通して成形品の機械強度を確保できる。

また、キャビティ２５０に樹脂１２を注入するときに、樹脂注入口２４０と貫通穴３０とを連通する隙間Ｇを形成する。このように隙間Ｇが存在することによって、樹脂１２の流動抵抗によって強化基材１１の配置が乱れることを抑制することができる。さらに、樹脂注入口２４０が貫通穴３０に向かい合っていない場合であっても、樹脂注入口２４０から注入された樹脂１２を貫通穴３０に迅速に到達させて流入させ、強化基材１１への樹脂１２の含浸を促進できる。

また、強化基材１１は、複数の強化基材要素１１Ｂが積層されて形成されている。これにより、厚肉部を設けるために複数の強化基材要素１１Ｂを積層した強化基材１１を適用した複合材料１０を成形する場合にも、成形型２００に対する強化基材１１の位置決めが容易であり、強化基材１１に対する樹脂１２の含浸性を向上させることができる。

また、貫通穴３０は、強化基材１１の繊維を切断して形成されている。これにより、樹脂１２を貫通穴３０に流入させ易くなり、強化基材１１への樹脂１２の含浸を促進できる。

また、強化基材１１は、イジェクタピン７１０が挿通される貫通穴３０の他に、強化基材１１の厚み方向に伸びておりキャビティ２５０に注入された樹脂１２が流入可能な穴部４０をさらに有する。これにより、キャビティ２５０に注入された樹脂１２を貫通穴３０のみならず穴部４０に流入させ、樹脂１２を貫通穴３０内および穴部４０内から強化基材１１に含侵でき、強化基材１１への樹脂１２の含浸を一層促進できる。

また、キャビティ２５０内の一部に樹脂１２を注入した後に、閉じた成形型２００における少なくとも２つの型（上型２１０および下型２２０）を相対的にさらに接近させ、樹脂１２が硬化するまで成形型２００を型締めする。成形型２００を型締めすることによって、注入された樹脂１２を押圧して強化基材１１に含浸でき、強化基材１１への樹脂１２の含浸を一層促進できる。

また、成形型２００を開いて成形品を取り出すときに、イジェクタピン７１０は、貫通穴３０において硬化した樹脂１２の部分に接触して成形品を押し出す。貫通穴３０は樹脂１２によって塞がれることから、イジェクタピン７１０は本来の機能を支障なく発揮できる。

以上、実施形態を通じて複合材料１０の成形方法および複合材料１０の成形装置１００を説明したが、本発明は実施形態において説明した構成のみに限定されることはなく、特許請求の範囲の記載に基づいて適宜変更することが可能である。

例えば、貫通穴３０のみならず穴部４０をさらに有する強化基材１１を示したが、穴部４０は必須のものではない。イジェクタピン７１０が挿通される貫通穴３０のみを有する強化基材１１を用いることができる。

また、強化基材１１の繊維を切断して形成した穴部４０を示したが、この場合に限定されない。穴部４０は、強化基材１１の厚み方向に伸びておりキャビティ２５０に注入された樹脂１２が流入可能に構成されていればよい。例えば、図９に示すように、円錐状の先端部を有する挿通部材１２１を用いて、この挿通部材１２１を円錐状の先端から強化基材１１の繊維１１Ａ間に挿通し、繊維１１Ａの間隔を徐々に広げることによって穴部４０を形成することができる。これにより、強化基材１１の繊維１１Ａを切断することなく、穴部４０を形成することができるため、複合材料１０の機械的強度の低下を抑えることができる。

１０ 複合材料、
１１ 強化基材、
１１Ａ 繊維、
１１Ｂ 織物シート（強化基材要素）、
１２ 樹脂、
３０ 貫通穴、
４０ 穴部、
１００ 成形装置、
２００ 成形型、
２１０ 上型、
２１１ 凹部、
２１１Ｓ 第１の成形面、
２１５ 誘導溝、
２２０ 下型、
２２１ 凸部、
２２１Ｓ 第２の成形面（成形型の成形面）、
２３０ 排気口、
２４０ 樹脂注入口、
２５０ キャビティ、
２６０ 外周領域、
２７０ シール領域、
３１０ 第１のシール部材、
３２０ 第２のシール部材、
４００ 排気部、
５００ 樹脂注入部、
６００ 制御部、
６１０ 記憶部、
６２０ 演算部、
６３０ 入出力部、
７００ イジェクタ部、
７１０ イジェクタピン、
７２０ 収容部、
７３０ 駆動部、
Ｇ 隙間。

Claims (8)

1. 少なくとも２つの型が相対的に開閉可能に備えられた成形型のキャビティに強化基材を配置し、前記成形型の樹脂注入口から前記キャビティに樹脂を注入し、前記樹脂を前記強化基材に含侵させ硬化させて複合材料を成形する成形方法であって、
   前記強化基材を前記成形型に配置するときに、前記成形型から成形品を押し出し可能なイジェクタピンを前記成形型の成形面から突出させ、前記強化基材の厚み方向に貫通して形成された貫通穴に対して前記イジェクタピンを挿通するように前記強化基材を配置して位置決めし、
   前記成形型を閉じて前記イジェクタピンを前記強化基材の前記貫通穴から退避させ、前記キャビティに注入された前記樹脂を前記成形面に形成され前記樹脂の流動を誘導する誘導溝を通して前記貫通穴に流入させ、前記樹脂を前記貫通穴内から前記強化基材に含侵させる、複合材料の成形方法。
2. 前記キャビティに前記樹脂を注入するときに、前記樹脂注入口と前記貫通穴とを連通する隙間を形成する、請求項１に記載の複合材料の成形方法。
3. 前記強化基材は、複数の強化基材要素が積層されて形成されている、請求項１または請求項２に記載の複合材料の成形方法。
4. 前記貫通穴は、前記強化基材の繊維を切断して形成されている、請求項１～３のいずれか１項に記載の複合材料の成形方法。
5. 前記強化基材は、前記イジェクタピンが挿通される前記貫通穴の他に、前記強化基材の厚み方向に伸びており前記キャビティに注入された前記樹脂が流入可能な穴部をさらに有し、前記キャビティに注入された前記樹脂を前記誘導溝を通して前記穴部に流入させ、前記樹脂を前記穴部内から前記強化基材に含侵させる、請求項１～４のいずれか１項に記載の複合材料の成形方法。
6. 前記キャビティ内の一部に前記樹脂を注入した後に、閉じた前記成形型における少なくとも２つの前記型を相対的にさらに接近させ、前記樹脂が硬化するまで前記成形型を型締めする、請求項１～５のいずれか１項に記載の複合材料の成形方法。
7. 前記成形型を開いて前記成形品を取り出すときに、前記イジェクタピンは、前記貫通穴において硬化した前記樹脂の部分に接触して前記成形品を押し出す、請求項１～６のいずれか１項に記載の複合材料の成形方法。
8. 少なくとも２つの型が相対的に開閉可能に備えられ強化基材が配置されるキャビティを形成する成形型と、
   前記成形型に備えられ前記キャビティに樹脂を注入する樹脂注入口と、
   前記キャビティ内に突出して前記成形型から成形品を押し出し可能なイジェクタピンと、
   前記成形型の開閉動作、前記樹脂注入口からの前記樹脂の注入動作、および前記イジェクタピンの動作を制御する制御部と、を有し、
   前記制御部は、前記強化基材を前記成形型に配置するときに前記イジェクタピンを前記成形型の成形面から突出させることによって、前記強化基材の厚み方向に貫通して形成された貫通穴に対して前記イジェクタピンを挿通するように前記強化基材を配置して位置決めすることを可能とし、
   前記制御部はさらに、前記成形型を閉じて前記イジェクタピンを前記強化基材の前記貫通穴から退避させることによって、前記キャビティに注入された前記樹脂を前記成形面に形成され前記樹脂の流動を誘導する誘導溝を通して前記貫通穴に流入させることを可能とする、複合材料の成形装置。