JP2003053754A - 複合材中空部品の成形方法 - Google Patents
複合材中空部品の成形方法Info
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Abstract
り、異形断面複合材中空部品の成形及び中子の除去を容
易に実施でき、しかも、コストの低減をも可能にする複
合材中空部品の成形方法を提供する。 【解決手段】 中空部4aを有する複合材中空部品4を
真空/加圧/加熱成形する成形方法であって、前記中空
部4aの形状を成形する中子7の素材に可溶性部材を使
用すると共に該中子7をチュービングフィルム6に入れ
て成形型1内の所定位置にセットし、真空/加熱成形を
実施して複合材中空部品4の成形が完了した後には、前
記チュービングフィルム6内に溶剤を流し込んで前記中
子7を溶解させ、ゼリー状とした前記中子7を前記チュ
ービングフィルム6と共に前記中空部4aから引き抜く
ことを特徴としている。
Description
成形方法に係り、特に、中空部の断面形状が変化する異
形断面複合材中空部品の成形に用いて好適な技術に関す
る。
下、CFRPと呼ぶ)のような複合材で中空部品を成形
する場合、シリコンバッグを用いて真空/加熱成形する
成形方法が採用されている。図18に示す例のように、
この場合の複合材中空部品04は中空部04aの断面積
が比較的大きく、その断面形状が一定又は緩やかに変化
する程度の単純なものである。このような複合材中空部
品04は、図17に示すように、下型02と上型03と
の間に複合材中空部品04が成形される。この成形方法
において、複合材中空部品04の中空部04aは、シリ
コンバッグ07を中子としてその形状が成形される。
来技術による成形方法では、中空部の断面形状が一定で
ない異形断面複合材中空部品を成形する場合、成形終了
後にシリコンバッグ07の取り出しができなくなること
がある。特に、異形断面複合材中空部品が全体として細
長く、そして中空部の形状が長手方向に複雑又は狭隘に
変化している場合は、成形完了後において中空部の成形
に使用されるシリコンバッグ07取り出しが不可能とな
る。また、このような場合には、シリコンバッグ07が
存在するのに必要な厚みを確保することすら困難になる
ことがある。さらに、上述したシリコンバッグ07の製
作には専用治具が必要となるため、コスト面で不利にな
るという問題もあった。
であり、その目的とするところは、単純な断面形状の複
合材中空部品はもとより、異形断面複合材中空部品の成
形及び中子の除去を容易に実施でき、しかも、コストの
低減をも可能にする複合材中空部品の成形方法を提供す
ることにある。
採用することにより上記課題を解決した。請求項1に記
載の複合材中空部品の成形方法は、中空部を有する複合
材中空部品を真空/加圧/加熱成形する成形方法であっ
て、前記中空部の形状を成形する中子の素材に可溶性部
材を使用すると共に該中子をチュービングフィルムに入
れて成形型内の所定位置にセットし、真空/加圧/加熱
成形を実施して複合材中空部品の成形・硬化が完了した
後には、前記チュービングフィルム内に溶剤を流し込ん
で前記中子を溶解させ、ゼリー状とした前記中子を前記
チュービングフィルムと共に前記中空部から引き抜くこ
とを特徴とするものである。
れば、成形・硬化完了後において、可溶性部材よりなり
チュービングフィルム内に入れられた中子が溶剤を流し
込むことでゼリー状に溶解するので、断面形状が複雑に
変化する狭隘な中空部であっても、チュービングフィル
ムと共に中子を容易に中空部から除去することが可能と
なる。
法は、前記可溶性部材を発砲ウレタンとし、前記溶剤が
メチルエチルケトンであることを特徴とするものであ
る。
れば、メチルエチルケトンに浸された発砲ウレタンが溶
解してゼリー状となるので、中子の除去が容易になる。
法は、前記チュービングフィルムがチューブ状ナイロン
バッグであることを特徴とするものである。
れば、市販品の安価なチュービングフィルムを使用する
ことにより、コストの低減が可能となる。
法は、前記中空部の内面と前記チュービングフィルムと
の間に離型/通気部材を介在させたことを特徴とするも
のである。
れば、チュービングフィルム及びゼリー状となった中子
を除去する際、離型/通気部材の存在によってチュービ
ングフィルムを中空部の内面から容易に分離させること
ができる。
法は、前記離型/通気部材が離型フィルムと通気クロス
とが一体化されたベーパーソープであることを特徴とす
るものである。
れば、一体化された離型/通気部材の使用によって作業
性が向上し、また、チュービングフィルムを中空部内面
から容易に分離させる機能も確保できる。
法は、前記中空部の縦壁部分及びコーナーR部と前記ベ
ーパーソープとの間にテドラフィルムを介在させたこと
を特徴とするものである。
ドラフィルムがベーパーソープと中空部との間の縁切り
として機能するので、加熱成形時に両部材が無用に接着
するのを防止することができる。
品の成形方法の一実施形態を、図面に基づいて説明す
る。図2の説明図において、符号1は成形型、2は下
型、3は上型、4は複合材中空部品、5は離型・通気部
材(離型紙)、6はチュービングフィルム、7は中子で
ある。ここで成形する複合材中空部品4は、図1の
(a),(b)に示すように、全体として細長く、そし
て中空部4aの形状が長手方向に複雑に変化している。
また、図示の断面形状においては、狭隘な部分4bや屈
曲部4cが存在している。
は、繊維(強化材)と樹脂(マトリックス,結合材)と
を組み合わせることによって、元の素材単独よりも優れ
た特性を持たせた材料である。このような複合材には、
カーボン繊維プリプレグ(CFRP)、ガラス繊維プリ
プレグ(GFRP)、アラミド繊維プリプレグ(KFR
P)等があり、樹脂を使用する耐熱温度によって使い分
け、下記の中より樹脂を選んで繊維間を結合している。 (1)ポリエステル(93℃) (2)エポキシ(150〜177℃) (3)フェノール(180℃) (4)ビスマレイミド(250℃) (5)ポリイミド(300℃) (6)カーボン/カーボン(1700℃) なお、上述したCFRPはスキン状の素材を積層して使
用することになるが、CFRPにはクロス材と一方向材
とがあり、両素材の特性を生かして適宜組み合わされ
る。
は、真空/加圧/加熱による成形方法が採用されるが、
本発明では、中空部4aの形状を発泡ウレタン等の可溶
性部材で形成した中子7を使用して成形する。発泡ウレ
タン等の可溶性部材は、溶剤に浸すことによって容易に
溶融する材料である。発砲ウレタンを溶融させる溶剤と
しては、メチルエチルケトンが知られている。なお、可
溶性部材の選択条件には、加熱により縮むこと、溶剤に
解けることに加えて、中空部4aの形状に合わせて制作
される中子7としての成形性も含まれているのはもちろ
んである。
際、チューブ状のナイロンバッグよりなるチュービング
フィルム6に入れて型内の所定の位置にセットされる。
チューブ状のナイロンバッグは一般的に市販されている
ものであり、容易かつ安価に入手できるものである。
6は、成形完了後の複合材中空部品4にとっては不要と
なるものであり、従って、製品中に異物として残ること
なく容易に除去されることが望まれる。そこで、チュー
ビングフィルム6と中空部4aとの分離を容易にするた
め、中子7のセット時に離型/通気部材5を介在させて
おく。この離型/通気部材5としては、ベーパーソープ
と呼ばれるものが好ましい。この離型・通気部材(以
下、ベーパーソープと呼ぶ)5は、離型フィルムと通気
クロスとを一体化させてなる副資材であり、中空部4a
の全周にわたって中子7及びチュービングフィルム6を
包むように配設される。なお、このベーパーソープ5
も、成形完了後には除去される。
ルム6及びベーパーソープ5等を使用した複合材中空部
品の成形方法を、具体的な主要成形工程順に図示して簡
単に説明する。なお、以下の図3ないし図15は工程を
説明することに重点をおいた複合材中空部品4及びその
成形型1の概略断面図であり、各部材間の隙間やフィル
ム状の薄い部材等は実際より誇張して示されている。
品4の半分を製作する。図3に示す第1工程では、セパ
レーター11及びCFRPクロス材よりなるアウタース
キンA12を交互に下型2の凹断面に沿って挿入し、積
層する。ここでのセパレーター11は、アウタースキン
どうしが密着して分離できなくなるのを防ぐために挟み
込む離型紙のことである。下型2には、アウタースキン
A12の折り返し部分12aを保持するために、スキン
サポート治具13がセットされている。なお、セパレー
ター11は、折り返し部分12aにのみ挟み込むもの
で、積層されたアウタースキンA12が折り返し部分1
2aで密着するのを防止する機能を有している。従っ
て、後述する工程でアウタースキンA12を折り返した
後、セパレータ11は不要となって除去される。
トベースで積層しておいたCFRP一方向材よりなるア
ウタースキンB14を、下型2の底部にセットする。
5及びCFRPクロス材よりなるインナースキン16を
交互にアウタースキンA,B上に積層する。ここで使用
するセパレータ15も、インナースキン16の折り返し
部分16aにのみ挿入するものであり、積層されたイン
ナースキン16どうしが密着するのを防止する機能を有
している。従って、後述する工程でインナースキン16
が折り返されると、このセパレータ15は不要となって
除去される。
したインナースキン16の縦壁及びコーナーR部に、離
型紙としてテドラフィルム17を適用して貼り付ける。
縦壁及びコーナーR部のインナースキン16は、硬化時
に座屈ができやすいため、この座屈が原因となって後述
するベーパーソープを巻き込むことがある。また、浸み
出した樹脂がベーパーソープの継ぎ目に侵入すると、ベ
ーパーソープとインナースキン16とが接着して硬化後
の除去がしにくくなり、そのまま異物としてベーパーソ
ープが製品中に残ることになる。本工程におけるテドラ
フィルム17の貼り付けは、このような異物が製品中に
残るのを防止するため、縁切りをするものである。
を目的とする副資材として、ベーパーソープ5を適用
し、凹断面に沿ってインナースキン16及びテドラフィ
ルム17上に貼り付ける。このベーパーソープ5は、離
型フィルムと通気クロスとが一体となった副資材であ
り、インナースキン16面に離型フィルム側を貼り付け
て使用し、硬化後には抜き取られる。なお、ベーパーソ
ープ5には、後工程で貼り付けられるものとのオーバー
ラップ分の長さを加えておく。
ービングフィルム6とを下型2のベーパーソープ5上に
セットする。ここで使用する中子7は発砲ウレタン製の
ものであり、予め中空部4aの形状に合わせて加工して
ある。また、チュービングフィルム6はチューブ状のナ
イロンバッグであり、一般的に市販されている安価なも
のを使用することができる。さて、この工程では、上述
した発砲ウレタン製の中子7をチュービングフィルム6
の中に入れ、両者を下型2の凹断面底部に配設する。こ
の後、チュービングフィルム6のリークチェックを実施
する。このリークチェックでは、チュービングフィルム
6の両端部をシーリングテープで固定してから真空引き
を行い、リークの有無、すなわち破れの有無を確認す
る。なお、チュービングフィルム6に破れがあることが
判明した場合、後述する下型2と上型3とを一体に合わ
る工程後にチュービングフィルム6を交換することは極
めて困難である。
フィルム6に入れられた中子7の上面側に、第5工程と
同様のベーパーソープ5を適用して貼り付ける。そし
て、第5工程で貼り付けられた下面側とこの工程で貼り
付けらた上面側との継ぎ目をオーバーラップさせ、これ
によってチュービングフィルム6内の中子7はベーパー
ソープ5に包まれる。
キン16を中子7側へ折り返し、その上面側で継ぎ目を
オーバーラップさせて積層する。この時、左右のインナ
ースキン16を1枚ずつ交互に積層し、各インナースキ
ン間に挟まれているセパレーター15は順次不要となっ
て除去される。この第8工程が終了することで、とりあ
えず複合材中空部品4の上部側の作業は終了する。
品4の他の半分の製作について説明する。図11に示し
た第9工程では、上型3の面に沿ってセパレーター18
を配設した後、型底部にCFRP一方向材よりなるアウ
タースキンC19をセットする。このアウタースキンC
19は、第2工程で下型2にセットしたアウタースキン
B14と同様に、予め別のフラットベースで積層してお
いたものであり、この工程によって小部品とアウタース
キンC19を正規位置にセットとなる。ダミー治具の使
用目的は、下型にてすでにアウタースキン(CFRPク
ロス材)は断層されているため、上型にはその分アウタ
ースキンの積層は必要ないため板厚を模擬したダミー治
具が必要である。ダミー治具上には別に(フラットベー
ス上)積層したアウタースキン(CFRP一方向材)と
小部品をセットし正規位置に馴染ませ固定する。このダ
ミー治具がないと、アウタースキン(CFRP一方向
材)と小部品の位置が決まらない。
が、その前に、図12に示した第10工程において、上
述した第9工程で正規位置にセットされた小部品とアウ
タースキンC19は、上型3から外されて図10に示す
第8工程の完成品上に、すなわちオーバーラップされた
インナースキン16上にセットされる。なお、アウター
スキンC19の上型3からの離型は、セパレーター18
の存在によって容易に実施できる。そして、スキンサポ
ート治具13に保持されているアウタースキンA12の
折り返し部分12aを、左右一枚ずつアウタースキンC
19上に折り返して、継ぎ目をバットジョイントさせ
る。この時、各アウタースキンA12の折り返し部分1
2a間にはセパレーター11が存在するため容易に分離
でき、折り返し部分12aを分離させた後には、セパレ
ーター11は不要となって順次除去される。
及び積層が完了すると、続いて図13に示した第11工
程では、下型2に対して補助上型3aをセットした後上
型3を合体させる。この結果、中子7、チュービングフ
ィルム6、インナースキン16、アウタースキンA1
2、アウタースキンB14及びアウタースキンC19等
は、全て成形型1内に収納される。
4に示した第12工程において、外周バッグ20に入れ
られる。この外周バッグ20としては、安価に入手でき
る市販のチューブ状ナイロンバッグを使用できる。ま
た、この外周バッグ20は、チュービングフィルム6と
シーラントテープを用いて密封した後、内部を真空引き
する。
1は、図示省略の加熱炉、たとえばオートクレーブ(加
熱/加圧成形/硬化炉)に入れられる。加熱炉では、所
定の温度を維持して所定時間加熱し、アウタースキン
A,B,C及びインナースキンよりなる複合材を硬化さ
せる。この時、所定の圧力及び真空圧が加えられる。
了すると、続いて加熱炉から取り出した成形型1のデバ
ック作業を開始する。このデバック作業では、図15に
示すように、最初に外周バッグ20のみを取り外す。こ
の時、シーラントテープで密封したチュービングフィル
ム6に傷を付けないように十分な注意が必要である。続
いて、チュービングフィルム6のみ再度の真空引きを行
うことにより、チュービングフィルム6を外周側のベー
パーソープ5から分離させる。そして、この真空引きを
継続しながら、反対側よりチュービングフィルム6内に
溶剤を流し込み、同溶剤が全体に浸透したことを確認し
てから真空引きをやめる。図16は、真空引きしながら
溶剤21を浸透させる様子を示した概念図であり、成形
型1内にある発砲ウレタン製の中子7は、チュービング
フィルム6内で全体が溶剤21に浸される。なお、ここ
で使用する溶剤としては、メチルエチルケトン(ME
K)等が好適である。
ルム6内の中子7は、そのままの状態で所定時間放置し
ておくことによって、発泡ウレタンが溶解してゼリー状
になる。なお、硬化時に加熱された発泡ウレタン製の中
子7は、加熱温度の高温にさらされることによってある
程度まで小さく縮むが、この程度の収縮では断面形状が
複雑かつ狭隘に変化している中空形状部分から抜き出す
ことは極めて困難である。従って、上述したように、溶
剤によって発泡ウレタン製の中子7をゼリー状に溶解さ
せる必要が生じてくるのであり、チュービングフィルム
6内でゼリー状となった中子7は自由に変形するので、
中空形状部分から容易に抜き取ることができる。
取った後には、補助上型3a及び上型3を取り外し、さ
らに複合材中空部品4を下型2から脱型する。そして、
中空部4a内に残っている副資材のベーパーソープ5を
抜き取ると、複合材中空部品4の成形は完了する。な
お、加熱成形後、テドラフィルム17は内部に異物とし
て残留させる。
4を成形することにより、中空部4aの形状が複雑なも
の、断面形状が複雑に変化するもの、そして狭隘な断面
形状部分を有するものにも十分対応することができる。
すなわち、従来のシリコンバッグを使用した成形方法で
問題となっていた成形後の中子抜き取りが、メチルエチ
ルケトンに発砲ウレタンを浸してかなり自由に変形する
ことができるゼリー状に溶解させることで解決された。
従って、ゼリー状の中子は、抜き出される途中に狭隘な
断面形状部分があっても自由な変形により通過できるよ
うになり、また、屈曲部や断面形状の変化にも十分に追
従できるので、中子抜き取りが中空部4aの形状を限定
するようなことはない。なお、ゼリー状になった中子7
は、チュービングフィルム6の中に収納された状態で中
空部4aから抜き出されるので、抜き出し後の取り扱い
も極めて容易である。
aの内面との間には、離型を容易にするベーパーソープ
5が存在しているので、抜き取り時においてはチュービ
ングフィルム6が容易に分離されて破れるようなことは
ない。このベーパーソープ5は、硬化させる時の加熱温
度、離型性及び通気性等の条件を満足するものを選択す
るが、同条件を満たす他の副資材の採用も可能である。
も、硬化させる時の加熱温度に耐えるものを選択するこ
とが必要であるが、現在使用されている複合材の硬化温
度であれば、一般的に市販されているチューブ状ナイロ
ンバッグで特に問題はない。従って、調達が容易なだけ
でなく安価でもあり、複合材中空部品4の製造コストを
低減するためには好都合である。なお、従来のシリコン
バッグの制作に必要であった専用治具も不要になるの
で、この点においてもコストの低減には好都合である。
れば、以下の効果を奏する。 (1) チューブ状ナイロンバッグは安価な市販品を
購入して使用できるので、専用治具を用いるシリコンバ
ッグに比べてコストの低減が可能になる。 (2) 中空部の内部形状及び高さは、発泡ウレタン
を形状加工してなる中子を用いて成形するため、ほとん
どの形状に対応できる。すなわち、長手方向に断面形状
が変化する異形断面はもとより、断面形状が複雑又は狭
隘に変化している異形断面であっても対応可能になる。
なお、同一断面など単純な断面形状の複合材中空部品の
成形方法としても、もちろん採用可能である。 (3) 加熱成形後の副資材及び中子は容易に除去す
ることができるので、製品中に異物として残ることはな
い。
一実施形態を示す説明図である。
空部品の形状例を示しており、(a)は全体形状を示す
斜視図、(b)は(a)のA−A線に沿う断面図であ
る。
第1工程を示す説明図である。
第2工程を示す説明図である。
第3工程を示す説明図である。
第4工程を示す説明図である。
第5工程を示す説明図である。
第6工程を示す説明図である。
第7工程を示す説明図である。
の第8工程を示す説明図である。
の第9工程を示す説明図である。
の第10工程を示す説明図である。
の第11工程を示す説明図である。
の第12工程を示す説明図である。
のデバック作業を示す説明図である。
概念図である。
図である。
る複合材中空部品の形状例を示す斜視図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 中空部を有する複合材中空部品を真空
/加圧/加熱成形する成形方法であって、前記中空部の
形状を成形する中子の素材に可溶性部材を使用すると共
に該中子をチュービングフィルムに入れて成形型内の所
定位置にセットし、真空/加圧/加熱成形を実施して複
合材中空部品の成形・硬化が完了した後には、前記チュ
ービングフィルム内に溶剤を流し込んで前記中子を溶解
させ、ゼリー状とした前記中子を前記チュービングフィ
ルムと共に前記中空部から引き抜くことを特徴とする複
合材中空部品の成形方法。 - 【請求項2】 前記可溶性部材を発砲ウレタンとし、
前記溶剤がメチルエチルケトンであることを特徴とする
請求項1に記載の複合材中空部品の成形方法。 - 【請求項3】 前記チュービングフィルムがチューブ
状ナイロンバッグであることを特徴とする請求項1また
は2に記載の複合材中空部品の成形方法。 - 【請求項4】 前記中空部の内面と前記チュービング
フィルムとの間に離型/通気部材を介在させたことを特
徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の複合材中
空部品の成形方法。 - 【請求項5】 前記離型/通気部材が離型フィルムと
通気クロスとが一体化されたベーパーソープであること
を特徴とする請求項4に記載の複合材中空部品の成形方
法。 - 【請求項6】 前記中空部の縦壁部分及びコーナーR
部と前記ベーパーソープとの間にテドラフィルムを介在
させたことを特徴とする請求項5に記載の複合材中空部
品の成形方法。
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