JP2007261226A - プリプレグ積層体の成形型及び成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】オートクレーブ３によってプリプレグ積層体を加熱硬化する工程に用いられる成形型１，２として、熱分布を一様にすると共に熱負荷を低減する成形型１，２、及びその成形型１，２を用いた成形方法を提供する。
【解決手段】成形型１，２は、所定形状を有する成形型本体１１，２１と、成形型本体１１，２１に固定されかつ、成形型本体１１，２１を床面から離れた状態で支持する少なくとも３つの脚部１４，２４と、を備える。それによって成形型１，２は、オートクレーブ３内で自立する。
【選択図】図１

Description

本発明は、プリプレグ積層体の成形型及び、その成形型を用いた成形方法に関する。

ドレープ成形等によって所定の形状に成形した未硬化のプリプレグ積層体は、成形型に保持されたまま、オートクレーブによって加熱硬化される。例えば特許文献１には、台車付きの成形型が開示されており、成形型はその台車によってオートクレーブ内に搬入される。従って、プリプレグ積層体を加熱硬化している間は、前記台車はオートクレーブに収容されたままになる。

また、例えば図６，７に示すように、成形型１０と台車５とを別体にし、その台車５に成形型１０，１０を載置してオートクレーブ３内に搬入することも知られている。この場合もプリプレグ積層体を加熱硬化している間は、前記台車５はオートクレーブ３に収容されたままになる。
特許第３４３７９５３号公報

ところが、前記オートクレーブ内は、その内周面（床面を含む）に沿って旋回する旋回流が流れており、床面上に存在する台車が、その旋回流の流れを妨げることになる（例えば図６，７の矢印参照）。それによって、オートクレーブ内の熱分布が不均一になり、硬化ムラによって成形品の残留応力や変形を招く。

また、オートクレーブ内に台車が収容されていることで熱負荷が増え、オートクレーブの正味容量（プリプレグ積層体及び成形型の容量）が減少するという不都合もある。

また例えばオートクレーブの内周面に、成形型が載置される複数の棚を予め設けておき、台車をオートクレーブの外に退出させることも考えられる。しかしながらこの場合も、旋回流の流れが棚によって妨げられるため、熱分布の不均一性という問題は依然として解決されず、また棚の分だけ熱負荷が増えてオートクレーブの正味容量も増大しない。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、オートクレーブによってプリプレグ積層体を加熱硬化する工程に用いられる成形型として、オートクレーブ内の熱分布を一様にすると共に正味容量を増大可能な成形型及び、その成形型を用いた成形方法を提供することにある。

本発明の成形型は、未硬化のプリプレグ積層体を保持した状態で、オートクレーブ内に収容される成形型である。

この成形型は、所定形状を有する成形型本体と、前記成形型本体に固定されかつ、前記成形型本体を床面から離れた状態で支持する脚部と、を備える。

この構成によると、未硬化のプリプレグ積層体を保持する成形型本体に、脚部が固定されており、その脚部によって成形型本体は床面から離れた状態で支持される。つまり、この成形型は、オートクレーブ内において自立することが可能であり、オートクレーブ内に成形型を載置するための棚を設ける必要はない。また、成形型本体は床面から離れた状態にあり、床面近傍には比較的細い脚部が、互いに間を空けて存在しているだけになるため、オートクレーブ内を旋回する旋回流が妨げられない。その結果、オートクレーブ内の熱分布を均一化させることができる。

また、成形型本体の下側を旋回流が流れることで、成形型本体の下面が直接加熱される。それによって、成形型本体に保持されたプリプレグ積層体の厚み方向の温度勾配が抑制される。

そうして、オートクレーブ内の熱分布を均一化すると共に、プリプレグ積層体の厚み方向の温度勾配を抑制することによって成形品の成形精度が向上する。

しかも、前記成形型は自立するため、その成形型をオートクレーブ内に搬入する搬送車は、その外に退出させることができる。その結果、オートクレーブ内には成形型（及びプリプレグ積層体）のみが収容されることになるため、熱負荷が低減し、オートクレーブの正味容量が増大する。

前記成形型本体は、互いに形状の異なる複数種類を含むと共に、その脚部の配置は、前記形状の異なる成形型本体の間で同じであり、前記各脚部の上面は、他の成形型本体に固定された脚部が載置される台座に構成されており、前記複数の成形型本体は、その脚部同士を上下に積み重ねることによって、互いに上下に積み重なる、としてもよい。

こうすることで、複数の成形型を上下に積み重ねた状態でオートクレーブ内に収容することができ、生産性が高まる。

また、複数の成形型は、その脚部同士を上下に積み重ねることで上下に積み重なっており、その成形型と成形型との間には空間が存在する。これによって、下側の成形型及び上側の成形型はそれぞれ、その成形型本体の下面が直接加熱されることになり、各成形型本体に保持されたプリプレグ積層体の厚み方向の温度勾配が抑制される。つまり、下側の成形型と上側の成形型とで、成形精度を同じように高めることができる。

前記複数の脚部は、前記成形型本体を積載して搬送する搬送車が、その下方位置に前後及び左右に進入及び退出可能に配置されている、とすることが望ましい。

本発明のプリプレグ積層体の成形方法は、所定形状を有する成形型本体と、該成形型本体に固定されかつ、その成形型本体を床面から離れた状態で支持する脚部と、を備えている成形型を用い、搬送車が、未硬化のプリプレグ積層体を保持した前記成形型をオートクレーブ内に搬入する工程と、前記成形型を前記オートクレーブ内で降ろして自立させた後に、前記搬送車がオートクレーブの外に退出する工程と、前記オートクレーブ内で、前記プリプレグ積層体を加熱硬化させる工程と、を含む。

この構成によると、プリプレグ積層体を保持する成形型が脚部を備えているため、搬送車によってオートクレーブ内に搬送した成形型を、そのオートクレーブ内で自立させることができる。それによって、プリプレグ積層体の加熱硬化を行う際には、搬送車をオートクレーブの外に退出させることができる、熱負荷が低減しオートクレーブの正味容量が向上する。

また、搬送車をオートクレーブの外に退出させると共に、成形型をオートクレーブ内で自立させることによって、オートクレーブ内の旋回流が妨げられず、オートクレーブ内の熱分布が均一化される。

前記成形型本体は、互いに形状の異なる複数種類を含むと共に、その脚部の配置は、前記形状の異なる成形型本体の間で同じであり、前記各脚部の上面は、他の成形型本体に固定された脚部が載置される台座に構成されており、前記成形型をオートクレーブ内に搬入する工程の前に、複数の成形型を上下に積み重ねる工程をさらに含む、としてもよい。

こうすることで、複数の成形型を上下に積み重ねた状態でオートクレーブ内に収容することができると共に、成形型と成形型との間には空間が存在しているため、前述したように、下側の成形型と上側の成形型とで、成形精度を同じように高めることができる。

以上説明したように、本発明の成形型及び成形方法によると、成形型本体に脚部を固定してオートクレーブ内で自立可能にしたから、オートクレーブ内の熱分布を均一化することができ、プリプレグ積層体の成形精度が高まると共に、オートクレーブの正味容量を増大させることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る成形型１，２を示している。この成形型１，２は、例えば航空機の翼を形成するスパー等に用いるために、長尺のプリプレグ積層体をＣ型断面に成形する型であって、後述するように、未硬化のプリプレグ積層体を保持した状態でオートクレーブ３内に収容される（図３，４参照）。

ここで、本実施形態では、成形型１，２には、その長さと形状とがそれぞれ異なる２種類（第１成形型１，第２成形型２）が含まれるとするが、成形型の種類は２種類に限るものではない。

尚、以下においては、図１における左奥から右手前方向を前後方向と呼び、図１における左手前から右奥方向を左右方向と呼ぶ。

各成形型１，２は、前後方向に延びかつ、所定の形状を有する成形型本体１１，２１を備えている。成形型本体１１，２１は、基台１２，２２と、該基台１２，２２上に固定されかつ、プリプレグ積層体を保持する型ジグ１３，２３と、からなる。ここで、基台１２，２２及び型ジグ１３，２３はそれぞれ、図例では箱状に描いているが、実際は、熱容量、熱変形及び重量等の観点から、その内部には空間が形成されていると共に、その内部空間と外部とを連通する孔が多数形成されている。

基台１２，２２には、その左右両側に、前後方向に所定の間隔を開けて合計４つの脚部１４，２４が固定されており、この脚部１４，２４によって、成形型本体１１，２１は、床面から離れた状態で支持される。つまり、この成形型１，２は自立することが可能にされている。

前記４つの脚部１４，２４の配置は、後述するＡＧＶ（Auto-Guide Vehicle）４の前後及び左右方向の大きさに応じて設定されており、ＡＧＶ４が、前後方向及び左右方向に隣り合う２つの脚部の間を通って、成形型本体１１，２１の下方位置に、左右方向及び前後方向に進入及び退出することが可能にされている（図３，４参照）。

また、第１成形型１及び第２成形型２は、その大きさが互いに異なるものの、脚部１４，２４の配置は互いに同じにされている（図１のＷ及びＬ参照）。

各脚部１４，２４の上面は座面に構成されており、図２に示すように、上方に突出する位置決め用の凸部１５が形成されている。また、各脚部１４，２４の下面には、前記凸部１５と係合する凹部１６が形成されている。

この構成によって、複数の成形型は、その脚部を上下に積み重ねることによって、上下に積み重ねることが可能にされている。ここで、上下に積み重ねることが可能であるのは、同じ種類の成形型（第１成形型１同士又は第２成形型２同士）だけでなく、脚部１４，２４の配置が共通化されていることから、異なる種類の成形型、つまり第１成形型１及び第２成形型２も上下に積み重ねることが可能である（図３，４参照）。

ＡＧＶ４は、前記成形型１，２を積載して搬送するものであり、オートクレーブ３内以外の場所では、図示は省略するが床面に配設されたマーカーに沿って移動すると共に、オートクレーブ３内においては、床面３５に突出して形成されたガイド３６（図４参照）に沿って移動する。

ＡＧＶ４は、その詳細な図示は省略するが、前後方向に移動するための走行輪と、左右方向に移動するための走行輪とを備えており、それによって前後方向及び左右方向に移動可能に構成されている。そのため、成形型１，２に対し前後方向及び左右方向のいずれの方向からも、その下方位置に進入することができると共に、その下方位置から前後方向及び左右方向のいずれの方向にも退出することができる。

ＡＧＶ４はまた、略矩形状を有していると共に、上下に昇降するよう構成されている。それによってＡＧＶ４は、成形型１，２の下方位置において上昇することにより、成形型１，２を持ち上げて、その上面に成形型本体１１，２１を積載した状態で、移動可能にされている（図５参照）。

円筒状のオートクレーブ３は、図３，４に示すように、その軸方向の一端部にファンヒータ３１が配設される一方、他端側は、成形型の搬入・搬出口３２とされており、その搬入・搬出口３２を開閉する蓋３３が取り付けられている。

また、オートクレーブ３内は、内筒と外筒との二重構造となっており、前記ファンヒータ３１からの気流は、内筒と外筒との間を通って搬入・搬出口３２まで流れ、そこから内筒の内部を通ってファンヒータ３１側へと流れる。尚、内筒の下部には、成形型が載置される床面３５が形成されている。また、内筒の上部には、軸方向に所定の間隔を空けて４つの補助ファン３４が取り付けられており、これによって、内筒の内周面及び床面３５に沿って旋回する旋回流を作っている。尚、図示は省略するが、オートクレーブ３内の側部には補助ヒータが軸方向に並んで複数、取り付けられている。

本実施形態では、このオートクレーブ３は、その内部に上下に積み重ねた２つの成形型が搬入可能な直径を有していると共に、その軸方向に２つの成形型が並んで配置可能な長さを有しており、最大４つの成形型が収容可能に構成されている。尚、オートクレーブ３の大きさについては特に限定されるものではない。

次に、図５を参照しながら、前記成形型１，２を用いた成形方法の手順について説明する。先ず、ドレープ成形等によって、プリプレグ積層体を成形型により成形する。それによって未硬化のプリプレグ積層体が成形型１，２に保持されることになる（同図のＰ１参照）。尚、図面では、図の簡略化のために、成形型１，２に保持されているプリプレグ積層体の図示を省略している。

次いで、必要に応じて２つの成形型１，２を上下に積み重ねる（Ｐ２参照）。これは、図示は省略するが、クレーン等によって行えばよい。

そうして、ＡＧＶ４を成形型２の下方位置に移動させると共に、上下に積み重なった成形型１，２を持ち上げて、蓋３３が開けられた搬入・搬出口３２からオートクレーブ３内に搬入する（Ｐ３参照）。

オートクレーブ３内の所定位置に成形型１，２を降ろして、成形型１，２を、上下に積み重なった状態のままオートクレーブ３内で自立させる。その後、ＡＧＶ４は、オートクレーブ３の外に退出する（Ｐ４参照）。

そうして蓋３３を閉めてオートクレーブ３を作動させることによって、成形型１，２に保持されたプリプレグ積層体を加熱硬化させる。

このように、前記成形型１，２は脚部１４，２４を備えていて、オートクレーブ３内において自立することが可能である。そのため、オートクレーブ３内に成形型を載置するための棚を設ける必要はない。また、図３，４に示すように、成形型本体１１，２１は床面３５から離れた状態にあり、床面近傍には比較的細い脚部１４，２４が、互いに間を空けて存在しているだけになるため、オートクレーブ３内を旋回する旋回流が妨げられない（同図の矢印参照）。その結果、オートクレーブ３内の熱分布を均一化させることができる。

また、成形型本体１１，２１の下側を旋回流が流れることで、成形型本体１１，２１の下面が直接加熱される。それによって、成形型本体１１，２１に保持されたプリプレグ積層体の厚み方向の温度勾配が抑制される。そうして、オートクレーブ３内の熱分布の均一化と相俟って成形品の精度が向上する。

しかも、前記成形型１，２は自立するため、ＡＧＶ４はオートクレーブ３の外に退出させることができる。その結果、オートクレーブ３内には成形型１，２及びプリプレグ積層体のみが収容されることになるため熱負荷が低減し、オートクレーブ３の正味容量が増大する。

さらに、前記脚部１４，２４の配置を、形状の異なる成形型１，２の間で同じにして、同じ種類の成形型同士は勿論のこと、異なる種類の成形型も上下に積み重ね可能にしたから、２つの成形型１，２を上下に積み重ねた状態でオートクレーブ３内に収容することができ、生産性を高めることができる。

しかも、２つの成形型１，２を上下に積み重ねた際に、その成形型１と成形型２との間には空間が形成されるため、下側の成形型２及び上側の成形型１はそれぞれ、その成形型本体１１，２１の下面が直接加熱されることになる。その結果、各成形型本体１１，２１に保持されたプリプレグ積層体の厚み方向の温度勾配が抑制され、下側の成形型２と上側の成形型１とで、成形精度を同じように高めることができる。

尚、前記実施形態では、成形型の脚部を４つにしているが、脚部の数はこれに限らず、少なくとも３つあれば自立可能である。また、その配置も特に限定されるものではない。

以上説明したように、本発明は、成形型をオートクレーブ３内で自立可能にして、オートクレーブ３内の熱分布の均一化、及び正味容量の増大を図ることができるから、プリプレグ積層体を加熱硬化する工程に用いられる成形型及び、それを用いた成形方法として有用である。

実施形態に係る成形型を示す斜視図である。 成形型の脚部部分を拡大して示す斜視図である。 オートクレーブの縦断面図である。 オートクレーブの横断面図である。 実施形態に係る成形型を用いたプリプレグ積層体の成形方法の手順を示す説明図である。 従来技術に関しオートクレーブによるプリプレグ積層体の加熱硬化工程の様子を示す図３対応図である。 従来技術に関しオートクレーブによるプリプレグ積層体の加熱硬化工程の様子を示す図４対応図である。

符号の説明

１，２ 成形型
１１，２１ 成形型本体
１４，２４ 脚部
３ オートクレーブ
３５ 床面
４ ＡＧＶ（搬送車）

Claims (5)

1. 未硬化のプリプレグ積層体を保持した状態で、オートクレーブ内に収容される成形型であって、
   所定形状を有する成形型本体と、
   前記成形型本体に固定されかつ、前記成形型本体を床面から離れた状態で支持する脚部と、を備えている成形型。
2. 請求項１に記載の成形型において、
   前記成形型本体は、互いに形状の異なる複数種類を含むと共に、その脚部の配置は、前記形状の異なる成形型本体の間で同じであり、
   前記各脚部の上面は、他の成形型本体に固定された脚部が載置される台座に構成されており、
   前記複数の成形型本体は、その脚部同士を上下に積み重ねることによって、互いに上下に積み重なる成形型。
3. 請求項１又は２に記載の成形型において、
   前記複数の脚部は、前記成形型本体を積載して搬送する搬送車が、その下方位置に前後及び左右に進入及び退出可能に配置されている成形型。
4. プリプレグ積層体の成形方法であって、
   所定形状を有する成形型本体と、該成形型本体に固定されかつ、その成形型本体を床面から離れた状態で支持する脚部と、を備えている成形型を用い、
   搬送車が、未硬化のプリプレグ積層体を保持した前記成形型をオートクレーブ内に搬入する工程と、
   前記成形型を前記オートクレーブ内で降ろして自立させた後に、前記搬送車がオートクレーブの外に退出する工程と、
   前記オートクレーブ内で、前記プリプレグ積層体を加熱硬化させる工程と、を含む成形方法。
5. 請求項４に記載の成形方法において、
   前記成形型本体は、互いに形状の異なる複数種類を含むと共に、その脚部の配置は、前記形状の異なる成形型本体の間で同じであり、
   前記各脚部の上面は、他の成形型本体に固定された脚部が載置される台座に構成されており、
   前記成形型をオートクレーブ内に搬入する工程の前に、複数の成形型を上下に積み重ねる工程をさらに含む成形方法。

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