JP2000015710A - Ｆｒｐ製構造体の製造方法 - Google Patents

Ｆｒｐ製構造体の製造方法

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JP2000015710A JP10189353A JP18935398A JP2000015710A JP 2000015710 A JP2000015710 A JP 2000015710A JP 10189353 A JP10189353 A JP 10189353A JP 18935398 A JP18935398 A JP 18935398A JP 2000015710 A JP2000015710 A JP 2000015710A
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Hiroshi Tamura
村 博 田
Taiga Yoshida
田 大 我 吉
Takashi Harada
田 敬 原
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Nissan Motor Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＦＲＰ製構造体の製造において、始めから一
体成形する方法では寸法精度を確保するのが難しく、各
部品をＦＲＰ化してから組み合わせる方法では手間がか
かり、いずれもの場合も機械加工を要するという問題点
があった。 【解決手段】 プリプレグを用いて複数の構造部材（１
〜４）を各々成形し、各構造部材（１〜４）を半硬化状
態に仮成形し、各構造部材（１〜４）を組合わせてプリ
フォームとし、プリフォームを硬化処理してＦＲＰ製構
造体（Ａ）とする製造方法とすることにより、機械加工
を不要にし、工程を簡略化するとともに寸法精度の高い
構造体（Ａ）の製造を実現した。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＦＲＰ製の構造体
を製造する方法に関し、とくに、複雑な形状を有する構
造体の製造に適したＦＲＰ製構造体の製造方法に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、ＦＲＰ製構造体は、連続した繊
維または織布や不織布とした繊維に熱硬化性樹脂を含浸
すると共に、その繊維を積層して構造体の形状に対応し
たプリフォームを成形し、プリフォームに加熱および加
圧による硬化処理を施すことにより製造されている。
【０００３】また、従来において、例えば複雑な形状を
有するＦＲＰ製構造体を製造するには、繊維の積層から
硬化処理に至るまで全体を一体的に成形する方法のほ
か、構造体を複数の部品に分け、各部品をそれぞれＦＲ
Ｐ化した後に、接着剤やビス類を用いて各部品を組合わ
せる方向が用いられていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たような従来のＦＲＰ製構造体の製造方法にあっては、
全体を一体成形する場合、構造体の形状が複雑になると
寸法精度が低下しやすくなる。このため、高い精度が要
求される構造体を得るには、後に切削等の加工を施す必
要があり、このような後加工を行うと、繊維の破断によ
って強度低下が生じる恐れがあるという問題点があっ
た。また、個別にＦＲＰ化した各部品を組合わせる場合
では、一体成形に比べて寸法精度は高められるが、ビス
の挿通孔を形成するなどの前加工が必要であり、この加
工により繊維が破断されることになると共に、各部品の
組合わせに手間がかかるなどの問題点があり、これらの
問題点を解決することが課題であった。
【０００５】
【発明の目的】本発明は、上記従来の課題に着目して成
されたもので、とくに複雑な形状のＦＲＰ製構造体を製
造するのに好適であって、寸法精度ならびに品質の向上
や製造工程の簡略化などを図ることができるＦＲＰ製構
造体の製造方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明に係わるＦＲＰ製
構造体の製造方法は、請求項１として、ＦＲＰ製構造体
を製造するに際し、プリプレグを用いて構造体を構成す
る複数の構造部材を各々成形し、各構造部材を半硬化状
態に仮成形したのち、各構造部材を組合わせてプリフォ
ームとし、プリフォームを硬化処理してＦＲＰ製構造体
とする構成とし、請求項２として、各構造部材を仮成形
成形したのち、各構造部材の整形を行い、各構造部材を
組合わせてプリフォームとする構成とし、請求項３とし
て、各構造部材を仮成形するに際し、プリプレグのマト
リックス樹脂の反応率を０．２〜０．８とする半硬化処
理を行う構成とし、請求項４として、構造体がロケット
の段間に用いる継手であって、継手を構成する構造部材
として、略円筒形状の主部材と、主部材の側面にその軸
線方向に沿って設ける補強部材と、主部材の開口部に沿
って設ける環状の連結部材を各々成形する構成とし、上
記の構成を課題を解決するための手段としている。
【０００７】プリプレグは、強化繊維となるガラス繊維
や炭素繊維等の各種繊維に、マトリックス樹脂となるフ
ェノール樹脂やエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸さ
せ、マトリックス樹脂の反応率（硬化状態を１とする硬
化の度合い）が０．０１〜０．２程度となるように半硬
化させたものである。このプリプレグとしては、連続す
る線状のもの、一方向に繊維を配向させたもの（ＵＤプ
リプレグ）、織布あるいは不織布のように多方向に繊維
を配向させたものなどを用いることができる。
【０００８】プリプレグを用いて成形した構造部材を半
硬化状態に仮成形するには、構造部材をゴムバッグやフ
ィルムで包んだのち、その内部を真空引きして構造部材
を加圧するとともに同構造部材を加熱する。この仮成形
において、プリプレグのマトリックス樹脂の反応率を
０．２〜０．８としたのは、反応率を０．２よりも小さ
くすると、樹脂の硬化不足によって成形した構造部材の
形状を維持するのが難しく、各構造部材の組合わせ作業
等が困難になるからであり、また、反応率を０．８より
も大きくすると、樹脂が硬化し過ぎとなり、各構造部材
を組合わせたプリフォームを硬化処理する際に、各構造
部材の一体化が困難になるからである。
【０００９】さらに、プリフォームの硬化処理として
は、例えば仮成形と同様に、プリフォームをゴムバッグ
やフィルムで包んだのち、その内部を真空引きしてプリ
フォームを加圧するとともに同プリフォームを加熱し、
マトリックス樹脂の反応率が１となる状態にする。
【００１０】
【発明の作用】本発明の請求項１に係わるＦＲＰ製構造
体の製造方法では、プリプレグを用いて構造体を構成す
る複数の構造部材を各々成形し、各構造部材を半硬化状
態に仮成形するので、作業が容易であるとともに構造部
材の寸法精度が確保しやすくなる。そして、精度良く成
形した各構造部材を組合わせてプリフォームとし、この
プリフォームを硬化処理するので、各構造部材に組合わ
せのための機械加工を施す必要がなく、また、各構造部
材の寸法精度が良好であるから、プリフォームの寸法精
度も良好なものとなり、プリフォームを硬化処理したの
ちに寸法修正のための機械加工を施す必要もなく、構造
体の寸法精度および品質が確保される。
【００１１】本発明の請求項２に係わるＦＲＰ製構造体
の製造方法では、各構造部材を仮成形したのち、各構造
部材の整形を行う。つまり、仮成形した段階では各構造
部材が半硬化状態であるため、この段階で各構造部材が
所定の寸法になっているかを確認して補修を行う。この
のち、各構造部材を組合わせてプリフォームとし、この
プリフォームを硬化処理することにより、構造体の寸法
精度がより一層高められることとなる。
【００１２】本発明の請求項３に係わるＦＲＰ製構造体
の製造方法では、各構造部材を仮成形するに際し、プリ
プレグのマトリックス樹脂の反応率を０．２〜０．８と
する半硬化処理を行うので、樹脂の硬化不足が防止さ
れ、各構造部材の形状を維持して組合わせの作業を容易
にし得ると共に、良好な寸法精度が確保され、また、樹
脂の硬化し過ぎが防止され、各構造部材を確実に一体化
し得ることとなる。
【００１３】本発明の請求項４に係わるＦＲＰ製構造体
の製造方法では、略円筒形状の主部材と、主部材の側面
にその軸線方向に沿って設ける補強部材と、主部材の開
口部に沿って設ける環状の連結部材を備えたロケットの
段間用継手の製造において、作業が容易になるとともに
良好な寸法精度が確保され、また、機械加工も不要にな
り、継手の寸法精度および品質が確保される。
【００１４】
【発明の効果】本発明の請求項１に係わるＦＲＰ製構造
体の製造方法によれば、とくに複雑な形状を有する構造
体の製造に好適であって、プリプレグを用いて構造体を
構成する複数の構造部材を各々成形し、各構造部材を半
硬化状態に仮成形することから、各構造部材を簡単に且
つ精度良く成形することができ、このような各構造部材
を組合わせてプリフォームとし、このプリフォームを硬
化処理することから、プリフォームも精度良く成形する
ことができると共に、組合わせのための機械加工や寸法
修正のための機械加工が不要になり、機械加工による強
度低下等の不具合を解消することができ、全体として、
構造体の寸法精度ならびに品質の向上、および製造工程
の簡略化等を実現することができる。また、マトリック
ス樹脂が異なる構造部材を成形し、これらの構造部材を
一体化させて構造体を製造することができ、設計の自由
度を著しく高めることができる。
【００１５】本発明の請求項２に係わるＦＲＰ製構造体
の製造方法によれば、請求項１と同様の効果を得ること
ができるうえに、各構造部材を仮成形したのちに整形を
行うことから、所定の寸法に合わせた補修等を容易に行
うことができ、その後のプリフォームや構造体の寸法精
度および品質をより一層高めることができる。
【００１６】本発明の請求項３に係わるＦＲＰ製構造体
の製造方法によれば、請求項１および２と同様の効果を
得ることができるうえに、マトリックス樹脂の硬化不足
および硬化し過ぎを防止し、各構造部材の組合わせ作業
のさらなる容易化、各構造部材の確実な一体化、および
構造体の寸法精度や品質のさらなる向上などを実現する
ことができる。
【００１７】本発明の請求項４に係わるＦＲＰ製構造体
の製造方法によれば、略円筒形状の主部材と、主部材の
側面にその軸線方向に沿って設ける補強部材と、主部材
の開口部に沿って設ける環状の連結部材を備えたロケッ
トの段間用継手を製造するに際し、請求項１と同様に、
主部材、補強部材、連結部材およびプリフォームを簡単
に且つ精度良く成形することができ、組合わせのための
機械加工や寸法修正のための機械加工が不要になり、機
械加工による強度低下等の不具合を解消することがで
き、全体として、継手の寸法精度ならびに品質の向上、
および製造工程の簡略化などを実現することができる。
また、請求項２と同様に、仮成形した主部材、補強部材
および連結部材に対して補修等を容易に行うことがで
き、その後のプリフォームや継手の寸法精度および品質
をより一層高めることができる。さらに、請求項３と同
様に、マトリックス樹脂の硬化不足や硬化し過ぎを防止
し、主部材、補強部材および連結部材の組合わせ作業の
さらなる容易化、各部材の確実な一体化、および継手の
寸法精度や品質のさらなる向上などを実現することがで
きる。
【００１８】
【実施例】以下、図面に基づいて、本発明に係わるＦＲ
Ｐ製構造体の製造方法の一実施例を説明する。
【００１９】図２および図３に示すこの実施例のＦＲＰ
製構造体Ａは、ロケットの段間に用いられる継手であ
る。構造体Ａは、上部側を小径とした概略円筒体であっ
て、当該構造体Ａを構成する構造部材として、図１
（ｂ）にも示すように、略円筒形状の主部材１と、主部
材１の側面にその軸線方向に沿って設ける補強部材２
と、主部材１の上側の開口部に沿って設ける環状の上側
連結部材３と、主部材１の下側の開口部に沿って設ける
環状の下側連結部材４を備えている。
【００２０】主部材１は、全体的に均一な厚さ（０．４
ｍｍ程度）を有している。補強部材２は、図３（ｂ）に
断面を示すように、主部材１の外周面に接合される帯状
の基板２ａに、その長手方向に沿って２条の突片２ｂ，
２ｂを有しており、主部材１の円周方向に対して、等間
隔で複数個（この実施例では２４個）設けてある。
【００２１】上側連結部材３は、上部側を小径とした円
筒部３ａの上部に、外側への張出し部３ｂを有すると共
に、円筒部３ａの下部に、尖頭状断面を形成するテーパ
部３ｃを有しており、下側約半分が主部材１の内側に接
合される。他方、下側連結部材４は、上部側を小径とし
た円筒部４ａの上部に、尖頭状断面を形成するテーパ部
４ａを有すると共に、円筒部４ａの下部に、内側への張
出し部４ｃを有しており、上側約半分が主部材１の内側
に接合される。
【００２２】また、構造体Ａは、主部材１の上側に露出
した上側連結部材３の外周に、上側補強用リング５，６
が設けてあると共に、上側連結部材３の内周に、連結用
リング７が設けてあり、且つ、主部材１の下側に露出し
た下側連結部材４の外周から底面にかけて、下側補強用
リング８，９が設けてある。これらのリング５〜９は例
えば金属製である。連結用リング７には、図示しないロ
ケットの上段部を連結するためのボルト類の取付け孔１
０が形成してある。他方、下側連結部材４および下側補
強用リング８，９には、図示しないロケットの下段部を
連結するためのボルト類の取付け孔１１が形成してあ
る。
【００２３】上記構造体Ａを製造するには、図１（ａ）
の第１工程Ｂ１に示すように、まずプリプレグのカット
を行う。プリプレグは、強化繊維であるガラス繊維や炭
素繊維等の繊維に、マトリックス樹脂であるフェノール
樹脂やエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸し、これを
半硬化させたものである。
【００２４】この実施例では、主部材１および連結部材
３，４に対して、炭素繊維を直交する２方向に配向させ
たシートに、１２０度以上で硬化するタイプのエポキシ
樹脂を含浸したクロスプリプレグを用い、補強部材２に
対して、同じく炭素繊維を一方向に配向させたシート
に、１２０度以上で硬化するタイプのエポキシ樹脂を含
浸したＵＤプリプレグを用いている。これらのプリプレ
グにおけるマトリックス樹脂の反応率（硬化状態を１と
する硬化の度合い）は０．０１〜０．２程度である。そ
して、第１工程Ｂ１において、各部材１〜４を成形する
のに必要な形状および枚数のプリプレグを得る。
【００２５】次に、第２工程Ｂ２において、各構造部材
の成形を行う。これらは、第１工程Ｂ１で得たプリプレ
グを個別の治具に積層することにより行われる。例え
ば、主部材１では、機軸方向に対して、繊維配向が±４
５度となるようにプリプレグを積層する。また、補強部
材２および上下の連結部材３，４にあっても、各々に要
求される強度に対応した繊維配向となるようにプリプレ
グを積層する。なお、主部材１および上下の連結部材
３，４は、いずれも環状であるから、クロスプリプレグ
を連続したテープ状にし、このプリプレグを治具に巻き
付けることによって成形しても良い。
【００２６】上記の如く成形した各部材１〜４は、第３
工程Ｂ３において、半硬化状態にする仮成形が施され
る。この仮成形は、プリプレグの積層体である個々の部
材１〜４をゴムバッグで被覆すると共に、ナイロン等の
フィルムで包み込み、その内部を例えば６５０ｍｍＨｇ
以下となるように真空引きする。そして、各部材１〜４
に４ｋｇ／ｃｍ２の圧力を加えると共に、各部材１〜４
を８０℃で加熱し、この加圧および加熱を２時間行うこ
とにより、プリプレグのマトリックス樹脂の反応率が
０．２〜０．８の範囲となるように半硬化させる。これ
により、各部材１〜４が、その形状を維持し得るととも
に後の硬化処理によって一体化し得る状態に半硬化す
る。
【００２７】次に、第４工程Ｂ４において、構造部材の
整形を行う。これは、仮成形後の各部材１〜４が所定寸
法になっているかを確認し、必要に応じて補修を行う。
このとき、各部材１〜４は、仮成形による半硬化状態で
あるため、補修にはきわめて容易に対処し得るものとな
っている。こののち、第５工程Ｂ５において、各部材１
〜４を組み合わせてこれをプリフォームとする。このと
き、各部材１〜４は、半硬化状態であるとともに前工程
で寸法精度が確保されているので、互いに密着し、プリ
フォーム全体の寸法精度も良好なものとなる。
【００２８】こののち、第６工程Ｂ６において、プリフ
ォームを硬化処理する。この硬化処理は、各部材１〜４
の接合部に均一な圧力が加わるようにプリフォームをゴ
ムバッグで被覆したのち、これをナイロンフィルムで包
み込み、その内部が６５０ｍｍＨｇ以下となるように真
空引きする。そして、プリフォームに４ｋｇ／ｃｍ２の
圧力を加えると共に、プリフォームを１３５℃で加熱
し、この加圧および加熱を４時間行うことにより、プリ
フォームを完全に硬化（マトリックス樹脂の反応率が
１）させる。これにより構造体Ａが完成する。
【００２９】このようにして製造された構造体Ａは、半
硬化させた各部材１〜４を組み合わせて硬化処理により
一体化するので、各部材１〜４を成形したのち、これら
を組み合わせるための機械加工が不要である。また、予
め各部材１〜４が精度良く成形されるので、プリフォー
ムおよび構造体の寸法精度も良好なものとなり、寸法修
正のための機械加工も不要である。したがって、これら
の機械加工の工程がすべて不要になると共に、機械加工
による強度低下の発生が解消され、構造体の品質が良好
なものとなる。
【００３０】ここで、上記実施例の構造体Ａの製造方法
に対して、比較例１として、上下の連結部材（３，
４）、主部材（１）および補強部材（２）の順でプリプ
レグを積層して、構造体全体のプリフォームを一体成形
し、このプリフォームを上記実施例と同様の条件で硬化
処理して構造体を製造した。また、比較例２として、プ
リプレグを用いて上下の連結部材、主部材および補強部
材を個別に成形し、各部材を上記実施例と同様の条件で
硬化処理したのち、各部材に互いに組み合わせるための
穴あけ加工等を施し、各部材を接着剤（常温硬化型エポ
キシ樹脂系接着剤）やビス等で組み付けて構造体を製造
した。
【００３１】その結果、ロケット用の継手のような複雑
な形状を有する構造体を製造するに際し、当初から一体
成形を行う比較例１では、とくに厚肉の部分に規格外の
寸法誤差が生じ、その寸法誤差を修正するために切削加
工を施したところ、繊維が切断された。また、図３
（ａ）中の拡大図に示すような屈曲Ｃが発生し、このよ
うな部分は加工により修正することができないので、繊
維の屈曲による強度低下の恐れがあるものとなった。ま
た、各部材をＦＲＰ化する比較例２では、各部材に寸法
誤差がある場合、各部材が既にＦＲＰ化されているた
め、補修を行って所定の寸法にすることが難しく、ま
た、穴あけ加工の際に、その周囲に繊維層の剥離が発生
するなどの不具合があった。
【００３２】これらの比較例１，２に対して、上記実施
例の製造方法に基づいて製造した構造体Ａは、複雑な形
状を有するものでありながら機械加工が不要であり、寸
法を検査した結果、所定の寸法に対する誤差が±０．１
ｍｍの範囲であり、寸法精度がきわめて高いものである
ことを確認した。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるＦＲＰ製構造体の製造方法の工
程を説明するブロック図（ａ）および各構造体を分解状
態にして示す断面図（ｂ）である。
【図２】構造体であるロケット用継手の平面図（ａ）お
よび片側省略の側面図（ｂ）である。
【図３】成形不良状態を示す拡大図とともに継手を示す
片側省略の断面図（ａ）および補強部材の断面図（ｂ）
である。
【符号の説明】
Ａ 構造体（継手） １ 主部材（構造部材） ２ 補強部材（構造部材） ３ 上側連結部材（構造部材） ４ 下側連結部材（構造部材）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原 田 敬 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 Ｆターム(参考） 4F205 AA39 AD16 AG13 AH31 HA19 HA45 HB01 HK05 HK16 HL13

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ＦＲＰ製構造体を製造するに際し、プリ
    プレグを用いて構造体を構成する複数の構造部材を各々
    成形し、各構造部材を半硬化状態に仮成形したのち、各
    構造部材を組合わせてプリフォームとし、プリフォーム
    を硬化処理してＦＲＰ製構造体とすることを特徴とする
    ＦＲＰ製構造体の製造方法。
  2. 【請求項２】 各構造部材を仮成形したのち、各構造部
    材の整形を行い、各部材を組合わせてプリフォームとす
    ることを特徴とする請求項１に記載のＦＲＰ製構造体の
    製造方法。
  3. 【請求項３】 各構造部材を仮成形するに際し、プリプ
    レグのマトリックス樹脂の反応率を０．２〜０．８とす
    る半硬化処理を行うことを特徴とする請求項１または２
    に記載のＦＲＰ製構造体の製造方法。
  4. 【請求項４】 構造体がロケットの段間に用いる継手で
    あって、継手を構成する構造部材として、略円筒形状の
    主部材と、主部材の側面にその軸線方向に沿って設ける
    補強部材と、主部材の開口部に沿って設ける環状の連結
    部材を各々成形することを特徴とする請求項１〜３のい
    ずれかに記載のＦＲＰ製構造体の製造方法。
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