特許 7426282 含浸容器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-24

(45)【発行日】2024-02-01

(54)【発明の名称】含浸容器

(51)【国際特許分類】

   B29C 39/44 20060101AFI20240125BHJP

   G01N 15/08 20060101ALI20240125BHJP

   B29C 39/10 20060101ALI20240125BHJP

   B29C 70/06 20060101ALI20240125BHJP

   B29C 70/48 20060101ALI20240125BHJP

【ＦＩ】

B29C39/44

G01N15/08 C

B29C39/10

B29C70/06

B29C70/48

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020075467

(22)【出願日】2020-04-21

(65)【公開番号】P2021171947

(43)【公開日】2021-11-01

【審査請求日】2023-02-24

(73)【特許権者】

【識別番号】515086908

【氏名又は名称】株式会社トヨタプロダクションエンジニアリング

(74)【代理人】

【識別番号】100114306

【弁理士】

【氏名又は名称】中辻 史郎

(74)【代理人】

【識別番号】100148655

【弁理士】

【氏名又は名称】諏訪 淳一

(72)【発明者】

【氏名】宮田 大地

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 鉄兵

(72)【発明者】

【氏名】川原田 駿人

【審査官】関口 貴夫

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２９Ｃ ３９／４４

Ｇ０１Ｎ １５／０８

Ｂ２９Ｃ ３９／１０

Ｂ２９Ｃ ７０／００－７０／８８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

含浸液に対してのシート状の被含浸物の含浸性の評価に用いられ、前記被含浸物を中空部に閉じ込め前記含浸液を前記中空部に供給して前記被含浸物に含浸させる含浸容器であって、
前記中空部の下側凹部を形成し、下部に設けられた導入孔から前記含浸液を前記中空部に導入する下型部と、前記中空部の上側凹部を形成し、上部に設けられた導出孔から、前記中空部からの前記含浸液を導出する上型部とを備え、前記下側凹部と前記上側凹部とが向かい合って前記下型部と前記上型部とが結合することによって前記中空部を形成し、
前記下型部は、前記下側凹部の底面を形成するとともに、前記被含浸物の下部表面に対して垂直方向で前記被含浸物の下部表面全体に広がって形成された複数の下部貫通孔を有した下部整流部を有し、
前記上型部は、前記上側凹部の底面を形成するとともに、前記被含浸物の上部表面に対して垂直方向で前記被含浸物の上部表面全体に広がって形成された複数の上部貫通孔を有した上部整流部を有し、
前記上部整流部の上部貫通孔は、前記上側凹部の中心から周縁に向けて順次、半径方向の孔径を大きく形成したことを特徴とする含浸容器。

【請求項2】

前記下部整流部の下部貫通孔は、前記下側凹部の中心から周縁に向けて順次、半径方向の孔径を大きく形成したことを特徴とする請求項１に記載の含浸容器。

【請求項3】

前記上部貫通孔の半径方向の孔径は、向かい合う領域の下部貫通孔の半径方向の孔径よりも小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載の含浸容器。

【請求項4】

前記上部貫通孔の孔径は、上部に向かって小さく形成されることを特徴とする請求項１～３のいずれか一つに記載の含浸容器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、含浸液に対しての被含浸物の含浸条件の評価を安定、かつ、高い信頼性で得ることができる含浸容器に関する。

【背景技術】

【0002】

生産性の高い繊維強化複合材料の成形法として、ＲＴＭ（Ｒｅｓｉｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｌｄｉｎｇ）成形法が知られている。ＲＴＭ成形法は、炭素繊維やガラス繊維等のシート状の繊維強化基材（被含浸物）を成形型内に配置して型締めし、該型内に樹脂を供給して繊維強化基材に樹脂を含浸させた後、該樹脂を硬化させて成形する方法である。ＲＴＭ成形法は、短いサイクルでの連続生産による大量部品の製造方法として期待される。

【0003】

ＲＴＭ法によって安定した品質の成形体を短いサイクルで製造するためには、含浸速度を高くすることが求められる。そのためには、樹脂の供給条件、被含浸物の繊維束の太さや織物の仕様、積層方法等の条件を実験により事前に定める必要があるが、この実験をＲＴＭ大型設備（注入機や金型）にて行い、成形状態を評価することは時間、コストがかかり煩雑である。そのため、被含浸物への樹脂の含浸性を簡易的に評価する方法が提案されている。

【0004】

特許文献１には、被含浸物が収容される中空部を形成する上蓋部とステージ部とを備えた本体部を設け、上蓋部とステージ部とに、同一形状の貫通孔を設けた含浸試験装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１８－１４６３９２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、従来の含浸試験装置において用いられる本体部（含浸容器）は、上蓋部及びステージ部に同一形状の貫通孔を設けて含浸液の整流化を行っているものの、被含浸物によっては、被含浸物の面方向に対して含浸液の不均一が生じる場合がある。すなわち、被含浸物の厚さ方向に対する含浸の度合いが不均一になる場合がある。この含浸の不均一は、被含浸物が繊維の編み物であり編み方によって被含浸液の流れが不規則になるものと考えられる。したがって、被含浸物の繊維の編み方によっては含浸の不均一が生じてしまい、含浸液に対しての被含浸物の含浸条件の評価が不安定になり、信頼性が悪くなるという課題があった。

【0007】

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、含浸液に対しての被含浸物の含浸条件の評価を安定、かつ、高い信頼性で得ることができる含浸容器を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明は、含浸液に対してのシート状の被含浸物の含浸性の評価に用いられ、前記被含浸物を中空部に閉じ込め前記含浸液を前記中空部に供給して前記被含浸物に含浸させる含浸容器であって、前記中空部の下側凹部を形成し、下部に設けられた導入孔から前記含浸液を前記中空部に導入する下型部と、前記中空部の上側凹部を形成し、上部に設けられた導出孔から、前記中空部からの前記含浸液を導出する上型部とを備え、前記下側凹部と前記上側凹部とが向かい合って前記下型部と前記上型部とが結合することによって前記中空部を形成し、前記下型部は、前記下側凹部の底面を形成するとともに、前記被含浸物の下部表面に対して垂直方向で前記被含浸物の下部表面全体に広がって形成された複数の下部貫通孔を有した下部整流部を有し、前記上型部は、前記上側凹部の底面を形成するとともに、前記被含浸物の上部表面に対して垂直方向で前記被含浸物の上部表面全体に広がって形成された複数の上部貫通孔を有した上部整流部を有し、前記上部整流部の上部貫通孔は、前記上側凹部の中心から周縁に向けて順次、半径方向の孔径を大きく形成したことを特徴とする。

【0009】

また、本発明は、上記の発明において、前記下部整流部の下部貫通孔は、前記下側凹部の中心から周縁に向けて順次、半径方向の孔径を大きく形成したことを特徴とする。

【0010】

また、本発明は、上記の発明において、前記上部貫通孔の半径方向の孔径は、向かい合う領域の下部貫通孔の半径方向の孔径よりも小さいことを特徴とする。

【0011】

また、本発明は、上記の発明において、前記上部貫通孔の孔径は、上部に向かって小さく形成されることを特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、含浸液に対しての被含浸物の含浸条件の評価を安定、かつ、高い信頼性で得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、本実施の形態に係る含浸容器を含む含浸評価装置の概要構成を示す模式図である。

【図2】図２は、含浸容器の詳細構成を示す断面図である。

【図3】図３は、図２に示した含浸容器のＡ－Ａ線断面図である。

【図4】図４は、変形例１にかかる上部貫通孔及び下部貫通孔の形状を示す断面図である。

【図5】図５は、変形例２にかかる上部貫通孔及び下部貫通孔の形状を示す断面図である。

【図6】図６は、変形例３にかかる上部貫通孔及び下部貫通孔の形状を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、添付図面を参照して、本実施の形態に係る含浸容器について説明する。

【0015】

＜概要構成＞
図１は、本実施の形態に係る含浸容器３を含む含浸評価装置１００の概要構成を示す模式図である。含浸評価装置１００は、含浸容器３の中空部Ｅ内に配置されたシート状の被含浸物１０に対する含浸条件、特に含浸係数を評価するものである。シート状の被含浸物１０は、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等の有機、無機繊維の織物や不織布、フェルト、マット等のシート状の繊維基材である。この被含浸物１０は、複数の被含浸物を積層されたものであってもよい。中空部Ｅに供給される含浸液Ｌは、例えば樹脂であり、ＲＴＭ成形法では、被含浸物１０に樹脂を含浸させた後に、樹脂を硬化させて成形するものである。ただし、含浸液Ｌは、評価のために繰り返しの使用を行うため、樹脂の粘度に近い油を用いている。この油を用いることによって装置のメンテナンスが容易になる。含浸評価装置１００は、含浸液Ｌである樹脂の供給条件、被含浸物１０の繊維束の太さや織物の仕様、積層方法等の条件を予め評価する装置であり、上記のように、被含浸物１０の厚さ方向に対する含浸係数を評価するものである。

【0016】

図１に示すように、含浸評価装置１００は、供給タンク１、ポンプ２、含浸容器３、貯留タンク４及び評価制御装置５を有する。供給タンク１とポンプ２との間、ポンプ２と含浸容器３との間、及び、含浸容器３と貯留タンク４との間は、それぞれ配管Ｌ１～Ｌ３で接続される。ポンプ２が駆動されると、供給タンク１内の含浸液Ｌが配管Ｌ１を介して吸い込まれ、配管Ｌ２を介して含浸容器３に含浸液Ｌが供給される。

【0017】

含浸容器３には予め評価すべき被含浸物１０が中空部Ｅに配置され、配管Ｌ２を介して導入される含浸液Ｌが中空部Ｅに供給される。中空部Ｅに供給された含浸液Ｌは、被含浸物１０に含浸し、その後、配管Ｌ３を介して貯留タンク４に吐出される。供給タンク１には、含浸液Ｌの温度を検出する温度センサＳ０が設けられる。配管Ｌ２には、配管Ｌ２内の含浸液Ｌの圧力を検出する圧力センサＳ１、及び、含浸液Ｌの流量を検出する流量センサＳ２が設けられる。また、配管Ｌ３には、配管Ｌ３内の含浸液Ｌの圧力を検出する圧力センサＳ３が設けられる。評価制御装置５は、ポンプ２の起動、停止、流量制御などを行うとともに、温度センサＳ０が検出した温度Ｔ、圧力センサＳ１が検出した圧力Ｐ１、流量センサＳ２が検出した流量Ｑ、圧力センサＳ３が検出した圧力Ｐ２を取得する。評価制御装置５は、被含浸物１０の断面積Ａ、厚さｚを予め保持している。なお、評価制御装置５は、含浸液Ｌの物性データである温度と粘度との関係を用い、温度センサＳ０が検出した温度Ｔに対応する粘度ηを求める。

【0018】

そして、評価制御装置５は、次式（１）に示すダルシーの法則をもとに、次式（２）により含浸係数ｋを算出する。
Ｑ＝－（Ａ・ｋ）／η・（ｄ（ΔＰ）／ｄｚ） …（１）
ｋ＝－（Ｑ／Ａ）・η・（ｄｚ／ｄ（ΔＰ）） …（２）
ここで、Ｑは、流量センサＳ２が検出した単位時間当たりの流量であり、ΔＰは、圧力センサＳ１が検出した圧力Ｐ１と圧力センサＳ３が検出した圧力Ｐ２との圧力差である。また、上記のように、Ａは被含浸物１０の断面積、ηは粘度である。

【0019】

なお、評価制御装置５は、ポンプ２の制御と被含浸物１０への含浸性の評価とを行うようにしていたが、これに限らず、ポンプ２の制御を行うポンプ制御装置と、温度センサＳ０、圧力センサＳ１，Ｓ３、流量センサＳ２などの検出結果をもとに被含浸物１０への含浸性の評価を行う評価装置とを別体として構成してもよい。さらに、評価装置に替えて、温度センサＳ０、圧力センサＳ１，Ｓ３、流量センサＳ２などの検出結果を記録するデータロガーを配置し、このデータロガーが記録したデータをもとに、後刻、被含浸物１０への含浸性の評価を行うようにしてもよい。

【0020】

＜含浸容器の構成＞
図２は、含浸容器３の詳細構成を示す断面図である。また、図３は、図２に示した含浸容器３のＡ－Ａ線断面図である。図２に示すように、含浸容器３は、下型部２０と上型部３０とを有する。下型部２０は、被含浸物１０が配置される中空部Ｅの下側凹部２２ａを形成し、下部（－Ｚ方向）に設けられた導入孔２０ａから含浸液Ｌを中空部Ｅに導入する。上型部３０は、中空部Ｅの上側凹部３２ａを形成し、上部（＋Ｚ方向）に設けられた導出孔３０ａから、中空部Ｅからの含浸液Ｌを導出する。中空部Ｅは、下側凹部２２ａと上側凹部３２ａとがＺ方向で向かい合って下型部２０と上型部３０とが結合することによって形成される。

【0021】

下型部２０は、下側凹部２２ａの底面を形成するとともに、被含浸物１０の下部表面に対して垂直方向で被含浸物１０の下部表面全体に広がって形成された複数の下部貫通孔２３を有した下部整流部２２を有する。また、上型部３０は、上側凹部３２ａの底面を形成するとともに、被含浸物１０の上部表面に対して垂直方向で被含浸物１０の上部表面全体に広がって形成された複数の上部貫通孔３３を有した上部整流部３２を有する。すなわち、下部貫通孔２３及び上部貫通孔３３は、被含浸物１０の厚さ方向（Ｚ方向）に向けて形成される。

【0022】

下型部２０の導入孔２０ａは、配管Ｌ２に接続され、上型部３０の導出孔３０ａは、配管Ｌ３に接続される。導入孔２０ａと下部整流部２２との間には、下部整流部２２側に向けて広がるテーパ形状の空間Ｅ１が形成され、導入した含浸液Ｌは下部整流部２２の下部貫通孔２３側に向けて流れる。一方、導出孔３０ａと上部整流部３２との間には、上部整流部３２側に向けて広がるテーパ形状の空間Ｅ２が形成され、上部貫通孔３３から流出した含浸液Ｌは、導出孔３０ａに向けて集められる。

【0023】

下部整流部２２は、下型部２０の下型本体部２１に対し、シール１３を介して接続される。同様に、上部整流部３２は、上型部３０の上型本体部３１に対し、シール１４を介して接続される。また、下部整流部２２と上部整流部３２とは、位置決め突起１１を介してそれぞれが位置決めされて中空部Ｅを形成するとともに、シール１２を介して接続される。

【0024】

含浸容器３の周縁には、Ｚ方向に貫かれた貫通孔４３が形成され、貫通孔４３にボルト４０が挿入され、ナット４１を介して下型部２０と上型部３０とが位置決めされつつボルト締めされる。これにより、下型部２０と上型部３０との結合状態が維持される。

【0025】

図２及び図３に示すように、上部貫通孔３３は、上側凹部３２ａ（中空部Ｅ）の中心軸Ｃから、周縁Ｅｄに向けて順次、半径方向ＡＲの孔径を大きくするように形成される。同様に、下部貫通孔２３は、中心軸Ｃから、周縁Ｅｄに向けて順次、半径方向ＡＲの孔径を大きくするように形成されている。

【0026】

上部貫通孔３３及び下部貫通孔２３は、容易な穴形成とするため、中心軸Ｃ側を円形孔にし、周縁Ｅｄ側を長孔にしている。なお、図３に示した上部貫通孔３３では、周方向の孔径も半径方向ＡＲに向けて大きくするようにしている。図３に示した上部貫通孔３３では、周縁Ｅｄ側の上部貫通孔３３間に穴が形成されていないが、この隙間を埋めるように、上部貫通孔３３及び下部貫通孔２３は、半径方向ＡＲに向けて孔径を大きくした貫通孔を設ける。なお、上部貫通孔３３及び下部貫通孔２３の孔パターンは同一としている。

【0027】

本実施の形態では、下部貫通孔２３の中心軸Ｃ側は、周縁Ｅｄ側に比べて、孔径が小さいため、導入される含浸液Ｌの圧損が大きく、下部貫通孔２３の周縁Ｅｄ側は、中心軸Ｃ側に比べて、孔径が大きいため、導入される含浸液のＬの圧損が小さい。このため、導入孔２０ａから導入された含浸液Ｌは、周縁Ｅｄ側に広がって、被含浸物１０の下部表面全体に均一な流量で供給される。同様に、上部貫通孔３３の中心軸Ｃ側は、周縁Ｅｄ側に比べて、孔径が小さいため、導入される含浸液Ｌの圧損が大きく、上部貫通孔３３の周縁Ｅｄ側は、中心軸Ｃ側に比べて、孔径が大きいため、導入される含浸液のＬの圧損が小さい。このため、中空部Ｅから導出される含浸液Ｌは、周縁Ｅｄ側に広がり、被含浸物１０の上部表面全体から均一な流量で導出される。したがって、中空部Ｅの被含浸物１０の面方向には均一な流量及び速度の含浸液Ｌが供給され、かつ、被含浸物１０の面方向に対して均一な流量及び速度の含浸液Ｌが流出され、被含浸物１０の厚さ方向（Ｚ方向）に対する含浸液Ｌの含浸を均一化することができ、安定し、かつ、信頼性の高い含浸係数ｋを得ることができる。

【0028】

なお、上記の実施の形態では、筐体の側面まで延びる上部整流部３２及び下部整流部２２にそれぞれ上部貫通孔３３及び下部貫通孔２３を設けていたが、上部貫通孔３３及び下部貫通孔２３が形成される領域のみの上部整流部及び下部整流部を、それぞれ上型部３０及び下型部２０に嵌め込むように形成してもよい。

【0029】

＜変形例１＞
図４は、変形例１にかかる上部貫通孔及び下部貫通孔の形状を示す断面図である。図４に示すように、変形例１では、実施の形態に対して、下部貫通孔２３に対応する下部貫通孔２３ａを半径方向ＡＲに向けて同一の孔径とし、面的に均一に分散配置している。

【0030】

したがって、変形例１では、下部貫通孔２３ａの中心軸Ｃ側に流入する含浸液Ｌの流量及び速度が、周縁Ｅｄ側よりも大きくなる。しかし、上部貫通孔３３は、中心軸Ｃから周縁Ｅｄに向けて順次、半径方向ＡＲの孔径を大きく形成しているので、中空部Ｅにおいて、中心軸Ｃ側に流入した含浸液Ｌは、半径方向ＡＲに向けて移動するため、結果的に、含浸液Ｌは、被含浸物１０の面方向に対して均一な流量及び速度をもって供給されることになる。

【0031】

＜変形例２＞
図５は、変形例２にかかる上部貫通孔及び下部貫通孔の形状を示す断面図である。図５に示すように、変形例２では、実施の形態に対して、上部貫通孔３３に対応する上部貫通孔３３ａの孔径を、上部（＋Ｚ方向）に向けて小さくなるように形成している。下部貫通孔２３は、実施の形態と同じである。

【0032】

したがって、上部貫通孔３３ａ及び下部貫通孔２３は、半径方向ＡＲに対して均一な圧損をもつものの、上部貫通孔３３ａの全体の圧損は、下部貫通孔２３の全体圧損に対して大きくなる。このため、中空部Ｅには、含浸液Ｌが滞留しやすくなり、中空部Ｅが含浸液Ｌに対するバッファ的な作用を生じさせ、さらに上部貫通孔３３ａから流出する含浸液Ｌの流量及び速度が半径方向ＡＲに対して均一化する。

【0033】

なお、図５では、上部貫通孔３３ａをテーパ状に形成しているが、上部貫通孔３３ａの孔径が上部（＋Ｚ方向）に向けて小さくなっていればよく、孔径は直線的に減少しなくてもよい。

【0034】

＜変形例３＞
図６は、変形例３にかかる上部貫通孔及び下部貫通孔の形状を示す断面図である。図６に示すように、変形例３では、実施の形態に対して、下部貫通孔２３に対応する下部貫通孔２３ｂの半径方向ＡＲの孔径を、向かい合う領域の上部貫通孔３３の半径方向ＡＲの孔径よりも大きくしている。

【0035】

したがって、上部貫通孔３３及び下部貫通孔２３ｂは、半径方向ＡＲに対して均一な圧損をもつものの、上部貫通孔３３の全体の圧損は、下部貫通孔２３ｂの全体圧損に対して大きくなる。このため、中空部Ｅには、含浸液Ｌが滞留しやすくなり、上部貫通孔３３から流出する含浸液Ｌの流量及び速度が半径方向ＡＲに対して均一化する。

【0036】

なお、図６では、下部貫通孔２３ｂの半径方向ＡＲの孔径を、向かい合う領域の上部貫通孔３３の半径方向ＡＲの孔径よりも大きくしているが、逆に、上部貫通孔３３の半径方向ＡＲの孔径を、向かい合う領域の下部貫通孔２３の半径方向ＡＲの孔径よりも小さくするようにしてもよい。

【0037】

また、上記の実施の形態及び変形例で図示した各構成は機能概略的なものであり、必ずしも物理的に図示の構成をされていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の形態は図示のものに限られず、その全部又は一部を各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。

【産業上の利用可能性】

【0038】

本発明の含浸容器は、含浸液に対しての被含浸物の含浸条件の評価を安定、かつ、高い信頼性で得る場合に有用である。

【符号の説明】

【0039】

１ 供給タンク
２ ポンプ
３ 含浸容器
４ 貯留タンク
５ 評価制御装置
１０ 被含浸物
１１ 位置決め突起
１２～１４ シール
２０ 下型部
２０ａ 導入孔
２１ 下型本体部
２２ 下部整流部
２２ａ 下側凹部
２３，２３ａ，２３ｂ 下部貫通孔
３０ 上型部
３０ａ 導出孔
３１ 上型本体部
３２ 上部整流部
３２ａ 上側凹部
３３，３３ａ 上部貫通孔
４０ ボルト
４１ ナット
４３ 貫通孔
１００ 含浸評価装置
ＡＲ 半径方向
Ｃ 中心軸
Ｅ 中空部
Ｅ１，Ｅ２ 空間
Ｅｄ 周縁
Ｌ 含浸液
Ｌ１～Ｌ３ 配管
Ｓ０ 温度センサ
Ｓ１，Ｓ３ 圧力センサ
Ｓ２ 流量センサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】