JP2001315149A - 繊維強化複合材からなるジョグル付き半硬化物品の製造方法、及びそれを用いた予備成形構造体の製造方法 - Google Patents

繊維強化複合材からなるジョグル付き半硬化物品の製造方法、及びそれを用いた予備成形構造体の製造方法

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    • Y10T156/1043—Subsequent to assembly

Abstract

(57)【要約】 【課題】 繊維強化複合材からなるジョグル付き半硬化
物品を安定した高い品質で製造することができ、従来法
よりも工程数及びコストを削減可能な、ジョグル付き半
硬化物品の製造方法、並びにそれを用いた予備成形構造
体の製造方法を提供する。 【解決手段】 (a)複数の繊維強化複合材を積層し、こ
れを加熱・加圧し、次いで冷却・加圧して平板状積層体
を作製する工程、(b)平板状積層体を加熱により軟化
し、成形型に載置して冷却・加圧により成形して単純形
状半硬化物品を作製する工程、及び(c)単純形状半硬化
物品の端部を加熱・加圧することにより、該端部にジョ
グルを形成する工程を含む、繊維強化複合材からなるジ
ョグル付き半硬化物品の製造方法、並びにそれを用いた
予備成形構造体の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は繊維強化複合材から
なるジョグル付き半硬化物品の製造方法、及びその方法
を用いた予備成形構造体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】繊維強化複合材（プリプレグ）からなる
スティフンドパネルは軽量で高強度であるため、自動
車、船舶、航空機等の胴体構造体に広く使用されてい
る。スティフンドパネルは一般に、成形型上に繊維強化
複合材からなるスキン及びスティフナ（ストリンガーや
フレーム）を載置し、加圧バッグ等を使用して加熱・加
圧することにより接着成形して製造する。スティフナは
半硬化状態の予備成形構造体としてスキン上に配置し、
その後スキンと一体化し本硬化するのが軽量化の観点か
ら好ましい。
【０００３】図１は上記予備成形構造体の一例を示す斜
視図である。図１の予備成形構造体１は、Ｔ型単純形状
半硬化物品2a及び2b（ストリンガー部材）を所定間隔で
直線状に配列し、これらにＴ型ジョグル付き半硬化物品
3a、3b及び3c（フレーム部材）のジョグルを重ね合わせ
て構成されている。図１に示す半硬化物品は面部及び突
起部からなるＴ型の形状を有し、長手方向においては平
面状又は一定曲率を持った曲面状である。半硬化物品と
しては他にもＣ型、Ｉ型等の断面形状を有するものが使
用されている。
【０００４】従来、上記ような半硬化物品は、所望の積
層構造に合うように繊維強化複合材を別々に幾度も切断
し、それらを成形型上に順次積層し、成形する方法によ
り製造されている。しかしながらこの方法では、切断し
た繊維強化複合材を成形型上に順次積層する工程は手作
業によるので、多大な労力を必要とする。特にジョグル
を有する半硬化物品のような複雑形状のものの場合、積
層作業が格段に難しくなり、品質にばらつきが生じやす
い。また、長さの違いやジョグルの有無等により多数の
専用型が必要であるため、高コストを招く。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従って本発明の目的
は、繊維強化複合材からなるジョグル付き半硬化物品を
安定した高い品質で製造することができ、従来法よりも
工程数及びコストを削減可能な、ジョグル付き半硬化物
品の製造方法を提供することである。本発明のもう一つ
の目的は、上記ジョグル付き半硬化物品の製造方法を用
いることにより工程数及びコストを削減可能な、予備成
形構造体の製造方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題に鑑み鋭意研究
の結果、本発明者らは繊維強化複合材を複数積層した平
板状積層体を予め作製し、これを適宜成形して単純形状
半硬化物品を作製し、該単純形状半硬化物品の端部を加
熱・加圧することにより、繊維強化複合材からなるジョ
グル付き半硬化物品を安定した高い品質で製造すること
ができ、従来法よりも工程数及びコストを削減できるこ
とを発見し本発明に想到した。
【０００７】すなわち、本発明のジョグル付き半硬化物
品の製造方法は、(a)複数の繊維強化複合材を積層し、
これを加熱・加圧し、次いで冷却・加圧して平板状積層
体を作製する工程、(b)平板状積層体を加熱により軟化
し、成形型に載置して冷却・加圧により成形して単純形
状半硬化物品を作製する工程、及び(c)単純形状半硬化
物品の端部を加熱・加圧することにより、該端部にジョ
グルを形成する工程を含むことを特徴とする。
【０００８】本発明のジョグル付き半硬化物品の製造方
法は、Ｔ型形状を有する半硬化物品の製造に好ましく適
用できる。
【０００９】また、本発明の予備成形構造体の製造方法
は、繊維強化複合材からなる単純形状半硬化物品Ｉに繊
維強化複合材からなるジョグル付き半硬化物品のジョグ
ルを重ね合わせて構成される、繊維強化複合材からなる
予備成形構造体を製造する方法であって、単純形状半硬
化物品Ｉを(a')複数の繊維強化複合材を積層し、これを
加熱・加圧し、次いで冷却・加圧して平板状積層体を作
製する工程、及び(b')平板状積層体を加熱により軟化
し、成形型に載置して冷却・加圧により成形する工程を
含む方法により製造し、ジョグル付き半硬化物品を
(a'')複数の繊維強化複合材を積層し、これを加熱・加
圧し、次いで冷却・加圧して平板状積層体を作製する工
程、(b'')平板状積層体を加熱により軟化し、成形型に
載置して冷却・加圧により成形して単純形状半硬化物品
IIを作製する工程、及び(c'')単純形状半硬化物品IIの
端部を加熱・加圧することにより、該端部にジョグルを
形成する工程を含む方法により製造することを特徴とす
る。
【００１０】本発明の予備成形構造体の製造方法は、前
記単純形状半硬化物品Ｉ及びIIがＴ型形状を有する場合
に好適に使用できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】〔１〕ジョグル付き半硬化物品の
製造方法 本発明の繊維強化複合材からなるジョグル付き半硬化物
品の製造方法は、(a)複数の繊維強化複合材を積層し、
これを加熱・加圧し、次いで冷却・加圧して平板状積層
体を作製する工程、(b)平板状積層体を加熱により軟化
し、成形型に載置して冷却・加圧により成形して単純形
状半硬化物品を作製する工程、及び(c)単純形状半硬化
物品の端部を加熱・加圧することにより、該端部にジョ
グルを形成する工程を含む。
【００１２】本発明では、「繊維強化複合材が半硬化し
た状態」とは繊維強化複合材が１〜80％の硬化度を有す
る状態をいう。半硬化状態のストリンガー部材やフレー
ム部材を製造する場合、取り扱いや保管を容易にし、ス
キンと一体成形する際に適した物性を得るためには半硬
化物品の硬化度は１〜50％とするのが好ましく、本発明
の製造方法はそのような硬化度を有する半硬化物品の製
造にも好ましく適用できる。
【００１３】本発明では、炭素繊維、ガラス繊維、アラ
ミド繊維等の強化繊維の織布に熱硬化性樹脂（エポキシ
樹脂、ビスマレイミド樹脂、フェノール樹脂等）又は熱
可塑性樹脂（PEEK、ナイロン６、ナイロン６６、ポリエ
チレンテレフタレート等）を含浸させてなる繊維強化複
合材が使用可能である。熱硬化性樹脂はエポキシ樹脂で
あるのが好ましく、熱可塑性樹脂はナイロンであるのが
好ましい。強化繊維と熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂と
の配合割合は任意に調整しうる。また、繊維強化複合材
の大きさも特に限定されない。繊維強化複合材を積層す
る際の積層構造（各複合材の繊維方向）は特に限定され
ず、例えば(±45°／０°／０°／０°／0-90°)等に配
列してよい。また積層数も任意に決定すればよい。
【００１４】工程(a)において、加熱・加圧は熱間加圧
ロール、熱プレス等を使用し、20〜100℃で行うのが好
ましい。加熱温度が100℃より高いと樹脂の流動が過大
となり、20℃より低いとスタック不良となるため好まし
くない。また加圧は0.1〜10kg/cm2とするのが好まし
い。10kg/cm2より大きいと繊維配向の乱れが起こり、0.
1kg/cm2より小さいとスタック不良となるため好ましく
ない。
【００１５】工程(a)において、冷却・加圧は冷間加圧
ロール、冷間プレス等を使用し、10〜30℃で行うのが好
ましい。冷却温度が30℃より高いとスタックのはがれが
発生し、10℃より低いと冷却に多くのエネルギーが必要
となるため好ましくない。また加圧は0.1〜10kg/cm2と
するのが好ましい。10kg/cm2より大きいと繊維配向の乱
れが起こり、0.1kg/cm2より小さいとスタック不良とな
るため好ましくない。
【００１６】工程(a)により得られた平板状積層体は、
成形前に必要に応じて所望の形状に切断してもよい。切
断は刃物による裁断機、ウォータージェット等を用いて
行えばよい。切断する大きさは用途に応じて適宜調節す
ればよい。
【００１７】工程(b)において、平板状積層体を軟化す
るための加熱は、オーブン、ヒーター等を用いて、60〜
100℃で10〜90分間行うのが好ましい。
【００１８】工程(b)において、冷却・加圧は冷間加圧
ロール、冷間プレス等を使用し、０〜50℃で行うのが好
ましい。冷却温度が50℃より高いと冷却不十分による付
形の戻りが起こり、０℃より低いと急冷による付形前の
樹脂流動停止が起こり付形不良となるため好ましくな
い。また加圧は0.1〜10kg/cm2とするのが好ましい。10k
g/cm2より大きいと繊維配向の乱れが発生し、0.1kg/cm2
より小さいと付形が十分されないため好ましくない。
【００１９】工程(b)において、成形型としては、例え
ばスチール、アルミ等からなるものが使用できる。工程
(b)で用いる成形型の形状はジョグルの有無を反映しな
いため、ジョグルを有する半硬化物品、有さない半硬化
物品、長さが異なる半硬化物品等の製造に共通して１つ
の成形型を使用することができ、コスト削減が可能とな
る。
【００２０】工程(c)において、単純形状半硬化物品の
端部の加熱・加圧の方法は特に限定されない。半硬化物
品の端部をドライヤーで軽くあぶった後、プレス機に載
置し人力で軽くプレスするのが、非常に簡便であり好ま
しい。
【００２１】成形するジョグルの段差は特に限定されな
いが、例えば航空機の胴体構造体を形成するフレーム部
材の場合には0.5〜５mmとするのが好ましい。
【００２２】本発明のジョグル付き半硬化物品の製造方
法は、Ｔ型形状を有する半硬化物品の製造に好ましく適
用でき、他にもＣ型、Ｉ型等の様々な断面形状を有する
半硬化物品を製造する際に使用できる。また、長手方向
において直線状又は一定曲率を持った曲線状であるジョ
グル付き半硬化物品の製造に適用できる。以下、本発明
のジョグル付き半硬化物品の製造方法により、図２に示
すＴ型ジョグル付き半硬化物品3dを製造する場合につい
て図３〜９を用いて説明するが、本発明はそれにより限
定されるものではない。
【００２３】(a)平板状積層体を作製する工程 図３は、５つの繊維強化複合材4a〜4eを自動的に積層
し、熱間加圧ロール６を通して加熱・加圧し、更に冷間
加圧ロール７を通して冷却・加圧することにより、平板
状積層体5aを作製する様子を示す。このように積層作業
はジョグルのない単純な形状で行うので、工程(a)は自
動化が可能であり、製造工程数が削減され、品質が安定
する。
【００２４】得られた平板状積層体5aを所定の大きさに
切断し、図４に示す平板状積層体5b、5c及び5dを得る。
従来法では繊維強化複合材を幾度も切断し、それらを成
形型上に順次積層していたのに対して、本発明では予め
平板状積層体5aを作製し、これを切断・成形するので切
断工程数を〔１／積層枚数〕に低減することができる。
【００２５】(b)平板状積層体を加熱により軟化し、冷
却・加圧により成形する工程 通常、Ｔ型ジョグル付き半硬化物品3dを製造する場合
は、まず２段階での成形により図５に示すＴ型単純形状
半硬化物品2cを作製する。即ち、得られた平板状積層体
5b、5c及び5dを加熱により軟化し、冷却・加圧により成
形して図６に示すＬ型単純形状半硬化物品8a及び8b、並
びに平板状単純形状半硬化物品8cをそれぞれ作製し、次
いでこれらを再度加熱により軟化し、冷却・加圧により
成形してＴ型半硬化物品2cを得る。もちろん、Ｃ型等の
より簡単な形状のジョグル付き半硬化物品を製造する場
合は１段階の成形でよい。
【００２６】Ｌ型単純形状半硬化物品8a及び8bの形状は
同じであるので、共に図７に示す単純な成形型9a及び9b
を用いて、平板状積層体5b及び5cから成形することがで
きる。また、半硬化物品8cのような平面状のものは平板
状積層体5aから切り出すだけでよい。即ち、8cは5dと同
じものを示す。本実施例では、半硬化物品8a、8b及び8c
の積層構造を同じとしたため、１種類の平板状積層体5a
を作製するだけでよく、従来法に比べ積層工程数が少な
いという利点がある。
【００２７】Ｔ型単純形状半硬化物品2cは、まず軟化し
た上記単純形状半硬化物品8a、8b及び8cを図８に示す成
形型9fに載置し、続いて成形型9c〜9eを配置し、冷却・
加圧して製造できる。図８の成形型は長さやジョグルの
有無に関わらず、曲率が同じ他の半硬化物品を作製する
場合にも利用できる。
【００２８】(c)単純形状半硬化物品の端部にジョグル
を形成する工程 次に、得られた半硬化物品の端部を加熱・加圧し、ジョ
グルを形成する。本例では、Ｔ型単純形状半硬化物品2c
の端部のみをドライヤーにより加熱し、図９に示すプレ
ス機10に載置し、矢印Ａのようにプレスしジョグルを形
成して、図２に示すＴ型ジョグル付き半硬化物品3dを製
造する。図９のようなプレス機は、単純形状半硬化物品
の長さに関係なく使用でき、また様々な断面形状を有す
る半硬化物品に使用可能である。ジョグルを成形する際
に半硬化物品に多少のしわが寄ることがあるが、このし
わは本硬化する際に消えるので問題とならない。本発明
の方法により製造されるジョグル付き半硬化物品は室温
程度で保管しておくことができる。
【００２９】〔２〕予備成形構造体の製造方法 本発明の予備成形構造体の製造方法は、繊維強化複合材
からなる単純形状半硬化物品Ｉに繊維強化複合材からな
るジョグル付き半硬化物品のジョグルを重ね合わせて構
成される、繊維強化複合材からなる予備成形構造体を製
造する方法である。図１に示す予備成形構造体１の場
合、図10中に示すように単純形状半硬化物品2a及び2bを
所定間隔で配列し、これらにジョグル付き半硬化物品3
a、3b及び3cのジョグルを矢印Ｂで示すように重ね合わ
せる。
【００３０】上記単純形状半硬化物品Ｉは(a')複数の繊
維強化複合材を積層し、これを加熱・加圧し、次いで冷
却・加圧して平板状積層体を作製する工程、及び(b')平
板状積層体を加熱により軟化し、成形型に載置して冷却
・加圧により成形する工程を含む方法により製造する。
また、上記ジョグル付き半硬化物品は(a'')複数の繊維
強化複合材を積層し、これを加熱・加圧し、次いで冷却
・加圧して平板状積層体を作製する工程、(b'')平板状
積層体を加熱により軟化し、成形型に載置して冷却・加
圧により成形して単純形状半硬化物品IIを作製する工
程、及び(c'')単純形状半硬化物品IIの端部を加熱・加
圧することにより、該端部にジョグルを形成する工程を
含む方法により製造する。
【００３１】工程(a')及び(a'')において使用可能な繊
維強化複合材、好ましい硬化度、加熱・加圧条件、冷却
・加圧条件等は上記工程(a)の場合と同様であり、工程
(b')及び(b'')において加熱条件、冷却・加圧条件、使
用する成形型等は上記工程(b)の場合と同様であり、工
程(c'')において加熱・加圧条件等は上記工程(c)の場合
と同様である。即ち、本発明の予備成形構造体の製造方
法で用いる単純形状半硬化物品Ｉは上記工程(a)及び(b)
を含む方法により製造し、ジョグル付き半硬化物品は上
記本発明のジョグル付き半硬化物品の製造方法により製
造する。
【００３２】本発明の予備成形構造体の製造方法は、上
記図１に示す予備成形構造体１のような単純形状半硬化
物品Ｉ及びIIがＴ型形状を有する場合に好ましく利用で
きる。また本発明の予備成形構造体の製造方法は半硬化
物品の断面形状がＣ型、Ｉ型等である場合にも利用でき
る。半硬化物品の長手方向の形状も特に限定されない。
また、半硬化物品の数及び位置も特に限定されず、予備
成形構造体は格子状等であってよい。なお単純形状半硬
化物品Ｉ及びジョグル付き半硬化物品は異なる材料から
形成してもよいが、同じ材料からなるのが好ましい。積
層構造も同じ場合は作製する平板状積層体は１種でよ
く、好ましい。
【００３３】本発明による予備成形構造体は、適宜治具
等を用いて熱プレス、オートクレーブ等により加熱・加
圧してスキン等と一体化・本硬化できる。予備成形構造
体は製造後すぐに本硬化してもよいが、室温程度で保管
しておくこともできる。
【００３４】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明のジョグル
付き半硬化物品の製造方法によれば、繊維強化複合材か
らなる、端部にジョグルを有する半硬化物品を安定した
高い品質で製造することができ、従来法よりも工程数及
びコストを削減することができる。また、上記ジョグル
付き半硬化物品の製造方法を用いた本発明の予備成形構
造体の製造方法によれば、少工程数・低コストで予備成
形構造体が製造できる。本発明は航空機の胴体等に用い
るスティフンドパネルのスティフナの製造に適してい
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明により製造できる予備成形構造体の一
例を示す斜視図である。
【図２】 本発明により製造できるＴ型ジョグル付き半
硬化物品の一例を示す斜視図である。
【図３】 本発明で用いる平板状積層体を作製する様子
を示す斜視図である。
【図４】 図３に示す平板状積層体を切断した状態を示
す斜視図である。
【図５】 本発明で作製するＴ型単純形状半硬化物品の
一例を示す斜視図である。
【図６】 図４に示す平板状積層体を用いて作製したＬ
型単純形状半硬化物品及び平板状単純形状半硬化物品を
示す斜視図である。
【図７】 図６に示すＬ型単純形状半硬化物品を成形す
る様子を示す正面図である。
【図８】 図６に示す単純形状半硬化物品を用いて図５
に示すＴ型単純形状半硬化物品を成形する様子を示す斜
視図である。
【図９】 図５に示すＴ型単純形状半硬化物品の端部に
ジョグルを成形するためのプレス機を示す斜視図であ
る。
【図10】 Ｔ型ジョグル付き半硬化物品のジョグルをＴ
型単純形状半硬化物品に重ね合わせる様子を示す正面図
である。
【符号の説明】
１・・・予備成形構造体 2a、2b、2c・・・Ｔ型単純形状半硬化物品 3a、3b、3c、3d・・・Ｔ型ジョグル付き半硬化物品 4a、4b、4c、4d、4e・・・繊維強化複合材 5a、5b、5c、5d・・・平板状積層体 ６・・・熱間加圧ロール ７・・・冷間加圧ロール 8a、8b・・・Ｌ型単純形状半硬化物品 8c・・・平板状単純形状半硬化物品 9a、9b、9c、9d、9e、9f・・・成形型 10・・・プレス機
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4F072 AB06 AB09 AB10 AD09 AD14 AD23 AG03 AK02 AK14 AL09 4F204 AA28 AA29 AA37 AA39 AC03 AD08 AD16 AG21 AH25 FA01 FB01 FG03 FN11 FN15 FW41

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 繊維強化複合材からなり、端部にジョグ
    ルを有する半硬化物品を製造する方法であって、(a)複
    数の繊維強化複合材を積層し、これを加熱・加圧し、次
    いで冷却・加圧して平板状積層体を作製する工程、(b)
    前記平板状積層体を加熱により軟化し、成形型に載置し
    て冷却・加圧により成形して単純形状半硬化物品を作製
    する工程、及び(c)前記単純形状半硬化物品の端部を加
    熱・加圧することにより、該端部にジョグルを形成する
    工程を含むことを特徴とするジョグル付き半硬化物品の
    製造方法。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載のジョグル付き半硬化物
    品の製造方法において、前記単純形状半硬化物品がＴ型
    形状を有することを特徴とするジョグル付き半硬化物品
    の製造方法。
  3. 【請求項３】 繊維強化複合材からなる単純形状半硬化
    物品Ｉに繊維強化複合材からなるジョグル付き半硬化物
    品のジョグルを重ね合わせて構成される予備成形構造体
    を製造する方法であって、 前記単純形状半硬化物品Ｉを(a')複数の繊維強化複合材
    を積層し、これを加熱・加圧し、次いで冷却・加圧して
    平板状積層体を作製する工程、及び(b')前記平板状積層
    体を加熱により軟化し、成形型に載置して冷却・加圧に
    より成形する工程を含む方法により製造し、 前記ジョグル付き半硬化物品を(a'')複数の繊維強化複
    合材を積層し、これを加熱・加圧し、次いで冷却・加圧
    して平板状積層体を作製する工程、(b'')前記平板状積
    層体を加熱により軟化し、成形型に載置して冷却・加圧
    により成形して単純形状半硬化物品IIを作製する工程、
    及び(c'')前記単純形状半硬化物品IIの端部を加熱・加
    圧することにより、該端部にジョグルを形成する工程を
    含む方法により製造することを特徴とする予備成形構造
    体の製造方法。
  4. 【請求項４】 請求項３に記載の予備成形構造体の製造
    方法において、前記単純形状半硬化物品Ｉ及びIIがＴ型
    形状を有することを特徴とする予備成形構造体の製造方
    法。
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