JP2009067046A - 成形型及び成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 オートクレーブ装置を用いることなく、複合材成形品の品質及び生産性を向上させる成形型及び成形方法を提供する。
【解決手段】 成形型は、複合材成型品の形状に応じた型表面３２を有する型表面シェル層１５と、型表面シェル層１５を支持する支持体１６とから主に構成されている。型表面シェル層１５は通気性を有する材料よりなり、その型形状面３２にプリプレグ材３４を載置する。次にプリプレグ材３４を非通気性の真空バッグフィルム３５で覆い、支持体１６の空洞部３０の真空引きをする。型表面シェル層１５は通気性を有しているため、型形状面３２上に存在する空気も型表面シェル層１５を介して空洞部３０内に排出されることになる。その結果、プリプレグ材３４は真空バッグフィルム３５の外方の大気圧によって型形状面３２に押し付けられ、強固に密着する。
【選択図】 図３

Description

この発明は成形型及び成形方法に関し、特に複合材成形品を成形するために用いられる成形型及び成形方法に関するものである。

従来、複合材成形品は、ガラス繊維、カーボン繊維やアラミド繊維等及びガラス繊維、カーボン繊維とアラミド繊維等のハイブリッド繊維のプリプレグ材のオートクレーブ成形によって製造されている。オートクレーブ成形では、アルミ材や低膨張金属インバー等の金属材を機械加工して製作した成形型か、又は合成木材等のマスターモデルから反転製作したエポキシ樹脂型やニッケル電鋳型が使用されている。

成形時には、オートクレーブ装置内でこのような成形型の型形状面上にプリプレグ材を設置し、次いで、ピールプライ、ブリーダークロスおよび真空バッグフィルムの順で該プリプレグ材を覆う。該ブリーダークロスの外縁に接して真空パイプを連結したスタッドを真空バッグフィルムに貫通させて設置する。次に、オートクレーブ装置内を高圧（０．３〜０．７ＭＰａｓ）にすると共に、この真空パイプを介して真空引きを行う。すると、ピールプライ、ブリーダークロスを介してプリプレグ材周りの空気が排出され、ブリーダークロスの外表面からの加圧と共にプリプレグ材は型表面に密着する。

そして、オートクレーブ装置内の温度を所定の温度（１００℃以上）に上昇させ、この状態を一定時間保持する。これによって、プリプレグ材は所望の形状に変形した状態で硬化する。硬化が終了すると、オートクレーブ装置から取り出し、成形型から成型品を離型させることによって複合材成形品が製造される。

上記のような従来のオートクレーブ成形法では、高価なオートクレーブ装置の使用を前提としたものであるため、複合材成形品のコストが上昇してしまう。又、温度の上昇下降時間を含めて一定時間オートクレーブ装置を占有してしまうことになり、生産性が良いとは言えない。さらに、オートクレーブ装置内でプリプレグ材の真空引きがされるため、プリプレグ材の型表面への密着状況を十分確認することができない。特に大型の複合材成形品にあっては、スタッドによる真空引きで中央部の密着性を高めるのは容易ではないため、成型品の歩留まりを低下させる虞がある。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、オートクレーブ装置を用いることなく、複合材成形品の品質及び生産性を向上させる成形型及び成形方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、請求項１記載の発明は、複合材成型品を成形するために用いられる成形型であって、通気性を有し、その型形状面に複合材を設置するための型表面シェル層と、型表面シェル層の背面側に設けられ、型表面シェル層を介して通過する気体を排出するための空洞部を有する支持体とを備えたものである。

このように構成すると、安定した気体の排出が型表面シェル層の全面から可能となる。

請求項２記載の発明は、複合材成型品を成形するために用いられる成形型であって、通気性を有し、その型形状面に複合材を設置するための型表面シェル層と、型表面シェル層の背面に接するように配置された底板とを備え、型表面シェル層の底板側の面には、型表面シェル層を通過する気体を排出するための凹部が形成されたものである。

このように構成すると、安定した気体の排出が型表面シェル層の全面から可能となる。

請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２記載の発明の構成において、型表面シェル層の背面側に設けられ、型表面シェル層の温度を制御するための温度制御用パイプを更に備えたものである。

このように構成すると、成形時に型表面シェル層の温度を所望の温度に維持できる。

請求項４記載の発明は、請求項１から請求項３記載の発明の構成において、型表面シェル層は、表面積１００ｃｍ^２当たり、穴径１〜４００μｍの面積に相当する微孔が１個以上形成されているものである。

このように構成すると、複合材の熱硬化性樹脂が微孔内に侵入せず、気体のみが通過する。

請求項５記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の発明の構成において、通気性は、型表面シェル層の表面側と裏面側との圧力差が０．１ＭＰａｓの条件下で表面積１ｃｍ^２当たり０．００１リットル／分以上の空気流量を有するものである。

このように構成すると、迅速な気体の排出が可能となる。

請求項６記載の発明は、複合材成型品を成形するため成形方法であって、通気性を有する型表面シェル層を設置する工程と、型表面シェル層の表面に複合材を設置する工程と、複合材を完全に覆うように真空バッグフィルムを設置する工程と、型表面シェル層を介して、複合材と型表面シェル層との間の気体を排出する工程とを備えたものである。

このように構成すると、複合材は型表面シェル層に容易に密着する。

請求項７記載の発明は、請求項６記載の発明の構成において、複合材を加熱して硬化させる工程と、型表面シェル層の背面に気体を導入して加圧し、硬化した複合材を型表面シェル層から離形させる工程とを更に備えたものである。

このように構成すると、型表面シェル層から気体が噴出する。

請求項８記載の発明は、複合材成型品を成形するため成形方法であって、通気性を有し、円筒形状を有する型表面円筒層を設置する工程と、型表面円筒層の側壁表面に複合材を設置する工程と、複合材を完全に覆うように真空バッグフィルムを設置する工程と、型表面円筒層を介して、複合材と型表面円筒層との間の気体を排出する工程とを備えたものである。

このように構成すると、複合材は型表面円筒層の側壁表面に容易に密着する。

請求項９記載の発明は、請求項８記載の発明の構成において、複合材を加熱して硬化させる工程と、型表面円筒層の背面に気体を導入して加圧し、硬化した複合材を型表面円筒層から離形させる工程とを更に備えたものである。

このように構成すると、型表面円筒層から気体が噴出する。

請求項１０記載の発明は、請求項９記載の発明の構成において、型表面円筒層の側壁表面は、型表面円筒層の長手方向の一方端から他方端に向かって径が徐々に増加する形状を有するものである。

このように構成すると、複合材成形品の内面も長手方向に向かって傾斜する。

以上説明したように、請求項１記載の発明は、安定した気体の排出が型表面シェル層の全面から可能となるので、複合材の外表面を特に加圧することなく型表面シェル層との密着性が向上する。その結果、オートクレーブ装置での成形を不要とする。又、ピールプライ、ブリーダークロス等の副資材も不要となる。

請求項２記載の発明は、安定した気体の排出が型表面シェル層の全面から可能となるので、複合材の外表面を特に加圧することなく型表面シェル層との密着性が向上する。その結果、オートクレーブ装置での成形を不要とする。又、ピールプライ、ブリーダークロス等の副資材も不要となる。

請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２記載の発明の効果に加えて、成形時に型表面シェル層の温度を所望の温度に維持できるので、成形時の加熱源を別途必要としない。

請求項４記載の発明は、請求項１から請求項３記載の発明の効果に加えて、複合材の熱硬化性樹脂が微孔内に侵入しないので、複合材と型表面シェル層との間の気体の排出が安定して実行される。

請求項５記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の発明の効果に加えて、迅速な気体の排出が可能となるので、生産性がより向上する。

請求項６記載の発明は、複合材は型表面シェル層に容易に密着するので、複合材の外表面を特に加圧する必要が無い。

請求項７記載の発明は、請求項６記載の発明の効果に加えて、型表面シェル層から気体が噴出するので、硬化した複合材全体を短時間で効率的に離型させることが可能となる。

請求項８記載の発明は、複合材は型表面円筒層の側壁表面に容易に密着するので、複合材の外表面を特に加圧する必要が無い。

請求項９記載の発明は、請求項８記載の発明の効果に加えて、型表面円筒層から気体が噴出するので、硬化した複合材全体を短時間で効率的に離型させることが可能となる。

請求項１０記載の発明は、請求項９記載の発明の効果に加えて、複合材成形品の内面も長手方向に向かって傾斜するので、硬化した複合材の離型がより容易となる。

図１はこの発明の第１の実施の形態による成形型の外観形状を示す概略斜視図であり、図２は図１で示したＩＩ−ＩＩラインの断面図である。

これらの図を参照して、成形型１１は、成形しようとする複合材成型品１３の形状に応じた型形状面３２を有する型表面シェル層１５と、型表面シェル層１５を支持する支持体１６とから主に構成されている。型表面シェル層１５は通気性を有する材料よりなる。型表面シェル層１５を支持する支持体１６は、非通気性材料よりなり、矩形平板状の底板１８と、底板１８の外縁から上方に立上り、型表面シェル層１５の端部にシール材２０を介して接続する側板１９ａ，１９ｂと、型表面シェル層１５の背面側と底板１８との間に配置された複数の補強リブ２３ａ〜２３ｃとから構成されている。

補強リブ２３ａ〜２３ｃの各々には開口２４ａ〜２４ｃが形成され、底板１８にも開口２６が形成されている。このように支持体１６を構成することにより、型表面シェル層１５の背面側にシールされた空洞部３０が形成されることになる。

又、型表面シェル層１５の背面に接するように複数の温度制御用パイプ２８ａ〜２８ｄが取付けられている。この温度制御用パイプ２８の各々には図示しない装置により所定の温度に維持された液体が流れるように構成されている。

型表面シェル層１５は、素材自体が通気性を有するものとして空気透過性多孔質スラブ材を機械加工した表面シェル層、所定の表面形状をマスターモデル等から複製して作成されたポーラスニッケル電鋳表面シェル層又は空気透過性ポーラス材表面シェル層が使用される。尚、素材自体が通気性を有しないものとしては、穴径１μm〜４００μｍの通気性微孔を１００ｃｍ^２に１個以上穴あけ加工したアルミ板、スチール板等からなる表面シェル層を機械加工して型表面シェル層１５として使用しても良い。

又、空気透過性多孔質スラブ材および空気透過性ポーラス材としては、有機粉末や無機粉末を有機もしくは無機バインダーで固化したスラブ材やポーラス材、有機材や無機材を発泡させたスラブ材やポーラス材、有機粉末や無機粉末をスタンピング成形、又はプレス成形や振動成形等をした後加熱硬化や焼結させたスラブ材やポーラス材を使用すれば良い。そして、これらのスラブ材かポーラス材は、穴径１μm〜４００μｍの開口面積に相当する空気透過性微孔を１００ｃｍ^２に１個以上有していれば良い。

尚、型表面シェル層１５の通気量として、型表面形状側と背面側との圧力差が０．１ＭＰａｓの条件下で表面積１ｃｍ^２当たりの１分間の空気流量が０．００１リットル以上あれば迅速な気体の排出が可能となるため好ましい。したがって、型表面シェル層１５の適切な厚さは通気性微孔の合計開口面積と上記の通気量とによって決定されることになる。

補強リブ２３は、型表面シェル層１５に対して溶接又はエポキシ樹脂をベースとした結合材により結合される。又、補強リブ部２３の材料としては非通気性の耐熱合板、フェノール板、耐熱ハニカム板、アルミ材またはスチール材等が用いられるが、通気性の素材を用いても良い。尚、成形型１１の製造方法については後述する。

次に、この成形型１１の使用方法について説明する。

図３は図２に対応した図であって、複合材成形品の成形状態を示した図である。

図を参照して、型表面シェル層１５の型形状面３２にプリプレグ材３４を載置する。次にプリプレグ材３４を完全に覆うように非通気性の真空バッグフィルム３５を設置する。このとき、真空バッグフィルム３５の端部は支持板１６の側板１９の上面に位置するようにしてシールすることが好ましい。尚、この状態にあっては、プリプレグ材３４の周りには空気が存在しているため、プリプレグ材３４の型表面シェル層１５に対する密着程度は高くない。

プリプレグ材３４と真空バッグフィルム３５の設置が終了すると、図示しない真空装置を駆動して支持体１６の開口２６を介して空洞部３０の空気を排出させる。補強リブ２３の各々には開口２４が形成されているため、矢印で示すように空洞部３０の全体の空気が排出されることになる。一方、上述のように型表面シェル層１５は通気性を有しているため、型表面シェル層１５の型形状面３２上に存在する空気も型表面シェル層１５を介して矢印で示すように空洞部３０内に排出されることになる。型表面シェル層１５の型形状面３２に載置されたプリプレグ材３４は真空バッグフィルム３５で覆われているため、開口２６からの空気の排出が継続されると真空バッグフィルム３５と型表面シェル層１５の型形状面３２との間のスペースは真空状態となる。そのため、破線の矢印で示すように真空バッグフィルム３５の外表面が周囲に存在する大気圧によって加圧されることになる。その結果、プリプレグ材３４は真空バッグフィルム３５を介して型表面シェル層１５の型形状面３２に押し付けられ、強固に密着する。

尚、複合材成型品の形状によっては、型表面シェル層１５の型形状面３２に大きな段差形状や鋭角的な表面形状を有する場合がある。この場合、プリプレグ材３４のコシの強さから真空バッグフィルム３５の外面にかかる大気圧だけではプリプレグ材３４が型形状面３２に完全に密着しない虞がある。このような場合には、段差形状等に応じて形成された当て木型をプリプレグ材３４と真空バッグフィルム３５との間に設置し、上述のように真空バッグフィルム３５内を真空状態にすれば良い。これによって、プリプレグ材３４の当該部分は、大気圧によって当て木型を介して型形状面３２に沿って完全に密着する。

この状態で図示しない温度調整装置により、型表面シェル層１５の背面に配置された温度制御用パイプに所定の温度に加熱された流体が流され、型表面シェル層１５を所定の温度に一定時間維持する。これによって、所定形状に維持されたプリプレグ材３４の熱硬化が進行し、複合材成形品が形成される。

このように、この成形型１１によれば周囲が常圧の状態で成形できるため、高価なオートクレーブ装置を必要としない。そして、プリプレグ材３４の型表面シェル層１５への安定した密着度を確保することが可能となる。又、成形型１１自体でプリプレグ材３４の温度制御が可能となるため、別途外部の熱源を必要としない。

次に、プリプレグ材３４の硬化によって形成された複合材成型品の離型について説明する。

図４は図３に対応した図であって、硬化後の複合材成型品の離型状態を示した図である。

図を参照して、プリプレグ材３４の硬化が終了して複合材成型品１３が成形されると真空装置を停止する。そして、温度調整装置によって温度制御用パイプ２８内に流れる加熱流体の温度を制御して常温の流体を流すように制御する。これによって、複合材成型品１３及び型表面シェル層１５の温度を降下させて常温とする。そして、複合材成型品１３の上方を覆っていた真空バッグフィルム３５を除去する。

次に、図示しない空気供給装置を駆動し、支持体１６の開口２６を介して空洞部３０に圧縮空気を供給する。圧縮空気は矢印で示すように補強リブ２３の各々の開口２４を介して空洞部３０全体に行き渡る。上述のように型表面シェル層１５は通気性を有するため、圧縮空気は空洞部３０から型表面シェル層１５を通過し、その型形状面３２から外方に噴出することになる。即ち、矢印のように噴出空気は複合材成型品１３を押し上げるように作用し、複合材成型品１３は型表面シェル層１５から離型する。尚、この噴出空気は型表面シェル層１５の型形状面３２の全面から均等に噴出されるため、複合材成型品１３のスムーズな離型が可能となる。又、圧縮空気の圧力は、０．００１〜０．１ＭＰａｓであると離型効率の観点で好ましい。

従来のオートクレーブ成形では離型は複合材成型品の端部から順次行わねばならず、航空機部品や自動車部品等の大型の複合材成型品であれば特に時間がかかり生産性を低下させていた。本発明の成形型であれば複合材成型品の大きさに関わらず極めてスムーズに短時間で離型作業が終了する。

図５は図１で示した成形型の製造工程を模式的に示した概略断面図である。

図を参照して、その（１）に示すように通気性を有する表面シェル層３８を準備し、その下面に必要な温度制御用パイプ２８を設置する。

次に、その（２）に示すように表面シェル層３８に底板１８、側板１９及び補強リブ２３からなる支持体１６を取付ける。このとき、側板１９の上部はシール材２０を介して表面シェル層３８の端部に接続され、支持体１６内の空洞部３０の気密性を確保する。

次に、その（３）に示すように表面シェル層３８の表面を機械加工によって切削し型形状面３２を形成することによって、成形型の製造が完了する。

尚、上記の第１の実施の形態では、複合材としてプリプレグ材の型成形に適用しているが、複合材によるＲＴＭ成形、ＶＡＲＩ成形、ヒュージョン成形、インヒュージョン成形や真空バッグ成形等によるＦＲＰ複合材成形品及びハニカムパネル成形品にも同様に適用できる。

又、上記の第１の実施の形態では、型表面シェル層の背面に空洞部が設けられているが、この空洞部は型表面シェル層を通過する気体の排出スペースの機能を発揮するものを意味し、他の構造であっても良い。

更に、上記の第１の実施の形態では、型表面シェル層を表面シェル層の機械加工で形成しているが、これに代えてマスターモデルからの複製によって型表面シェル層を形成しても良い。

更に、上記の第１の実施の形態では、型表面シェル層の背面に温度制御用パイプを設けているが、温度制御用パイプは必ずしも無くても良い。この場合、常圧下における加熱オーブン等を利用して複合材を熱硬化させれば良い。又、必要に応じてオートクレーブ装置内でも本発明の成形型を使用することができる。

更に、上記の第１の実施の形態では、空気中の成形を前提としているが、窒素等の不活性ガス雰囲気内での成形にも同様に適用できる。

図６はこの発明の第２の実施の形態による成形型の外観形状を示す概略斜視図であり、第１の実施の形態による図１に対応した図であり、図７は図６で示したＶＩＩ−ＶＩＩラインの拡大断面図であり、図８は図７で示したＶＩＩＩ−ＶＩＩＩラインの断面図である。

この成形型は、材料の仕様や使用方法等は基本的に第１の実施の形態による成形型と同一であるので、ここでは相違点を中心に説明する。

これらの図を参照して、まず、型表面シェル層１５の湾曲度が大きく異なっている。すなわち、第１の実施の形態による成形型で成形する複合材成形品１３は比較的湾曲度が大きいものを対象としているのに対し、この実施の形態による成形型１１は、湾曲度が比較的小さい、例えば自動車のルーフやボンネット等の複合材成形品１３を対象としている。したがって、型表面シェル層１５の最高点と最低点とで規定される厚さは相対的に薄いものとなる。

そのため、この実施の形態では、型表面シェル層１５は所定厚の素材の一方面を加工することによって型形状面３２を形成することができる。そして、他方面（背面）には加工位置に応じた深さの凹部４３ａ〜４３ｅが５列で平行に型形状面３２の長手方向に形成されている。この凹部４３ａ〜４３ｅは図２における空洞部３０に相当するものであり、空洞部３０と同様に通気性を有する型表面シェル層１５を介しての空気の排出を効率的に可能となる。そして、各凹部４３ａ〜４３ｅに対して直交する方向に溝４５ａ〜４５ｃが形成されることによって凹部４３ａ〜４３ｅを通気状態にし、その端部は側板１９に形成された開口２６ａ〜２６ｃの各々に接続されている。

このようにこの実施の形態では、空洞部を必要としないので型表面シェル層１５は直接肉厚の底板１８の上に設置されている。尚、底板１８には温度制御パイプ２８ａ〜２８ｄが埋め込まれている。これによって型表面シェル層１５の温度が制御されている。

使用に際しては、図示しない真空装置を駆動して開口２６ａ〜２６ｃを介して溝４５ａ〜４５ｃ及び凹部４３ａ〜４３ｅを介して型表面シェル層１５と底板１８との間のスペースの空気を排出させる。そして、図示しない温度調整装置によって温度制御パイプ２８ａ〜２８ｄに所定の温度に加熱された流体を流すことにより型表面シェル層１５の温度を所望の条件に制御する。

このように、第２の実施の形態によれば、型表面シェル層１５を実質的に薄く形成できると共に空洞部を設ける必要がないため、全体的にコンパクトとなると共にコスト的に有利な成形型になる。

図９はこの発明の第３の実施の形態による成形型の概略断面図であり、第２の実施の形態による図７に対応した図である。

この成形型は、基本的に第２の実施の形態による成形型と同一であるので、相違点について以下説明する。

図を参照して、成形型１１において底板１８より上の部分は第２の実施の形態による成形型の部分と全く同一である。しかし、この実施の形態による底板１８には温度制御用パイプが埋設されていない。その代わり、底板１８は薄く形成され、使用時には底板１８は温熱プレート４７の上に設置される。これによって、温度制御された温熱プレート４７の温度が底板１８を介して型表面シェル層１５に伝達され、型表面シェル層１５が成形時に所望の温度に制御される。

図１０はこの発明の第４の実施の形態による成形型の外観形状を示す概略斜視図であり、図１１は図１０で示したＸＩ−ＸＩラインの拡大断面図であり、図１２は図１０で示したＸＩＩ−ＸＩＩラインの拡大断面図である。

これらの図を参照して、型表面円筒層５０は細長い円筒形状を有しているが、その材質は先の第１の実施の形態による型表面シェル層１５と同一であり、通気性を有するものである。型表面円筒層５０の長手方向の両端はシール材２０ａ，２０ｂを介して円板状の蓋板５１ａ，５１ｂが取り付けられ、型表面円筒層５０の内部の空洞部３０を外方からシールしている。蓋板５１ａには開口２６が形成されており、空洞部３０と外方とを通気可能としている。尚、型表面円筒層５０の側壁表面５２は蓋板５１ｂ側から蓋板５１ａ側に向かってその径が徐々に太くなるように形成されているが、その理由に付いては後述する。

蓋板５１ａを貫通した温度制御用パイプ２８は空洞部３０において型表面円筒層５０の内面に沿って配置され、蓋板５１ｂを貫通して外部に一旦出た後、再度、蓋板５１ｂ、空洞部３０及び蓋板５１ａを通過して戻るように設置されている。このような温度制御用パイプ２８が２対設けられている。

この成形型は例えばゴルフクラブのシャフトや釣竿のような比較的径が細くて（直径３０ｍｍ未満）長い円筒状の複合材成形品を対象とするものである。

使用に際しては、図１１及び図１２に示されているように、型表面円筒層５０の側壁表面５２を略全周覆うようにプリプレグ材３４を設置する。この後、第１の実施の形態と同様に真空バッグフィルム等を設置した上、開口２６を介した真空引き及び温度制御パイプ２８を用いた温度制御を行うことによって、プリプレグ材３４は硬化し複合材成形品が成形される。

次に成形された複合材成形品を離型する際には、同様に開口２６から空洞部３０に圧縮空気を供給すれば良い。この場合、型表面円筒層３４は上述のように径が徐々に太くなるように表面がテーパー状に形成されているため、複合材成形品は型表面円筒層３４から浮き上がった時に径の細い方に移動し離型動作がスムーズに行われる。又、離型後の複合材成形品の成形型１１からの取り出しも型表面円筒層３４の外面のテーパー形状によって容易となる。

図１３はこの発明の第５の実施の形態による成形型の外観形状を示す概略斜視図であり、図１４は図１３で示したＸＩＶ−ＸＩＶラインの拡大断面図であり、図１５は図１４で示したＸＶ−ＸＶラインの拡大断面図であり、図１６は図１４で示したＸＶＩ−ＸＶＩラインの拡大断面図である。

これらの図を参照して、型表面円筒層５０は、第４の実施と異なりやや太い円筒形状を有しているが、その材質は先の第１の実施の形態による型表面シェル層１５と同一であり、通気性を有するものである。

型表面円筒層５０は、その内面に長手方向に互いに平行に延びる凹部４３が複数形成されており、凹部４３の各々の間の部分４６が金属製の補強パイプ５５の側壁表面に密着するように取り付けられている。補強パイプ５５は、後述するように使用の際の型表面円筒層５０の内面側への変形等を防止するためのものである。又、型表面円筒層５０の長手方向の一方端はシール材２０ａを介してリング状のスペーサー５３に取り付けられ、スペーサー５３は円板状の蓋板５１ａに一体的に取り付けられている。一方、型表面円筒層５０の長手方向の他方端はシール材２０ｂを介して円板状の蓋板５１ｂに一体的に取り付けられている。補強パイプ５５の一方端は蓋板５１ｂに接続され、その他方端は円板状の仕切板５７に接続されている。仕切板５７はスペーサー５３の幅分の高さを有する複数の支持板５６を介して蓋板５１ａに接続されている。

このようにして、型表面円筒層５０の内部の凹部４３を外方からシールしている。蓋板５１ａには開口２６が形成されており、凹部４３の各々と外方とをスペーサー５３を介して通気可能としている。尚、型表面円筒層５０の側壁表面５２は蓋板５１側から蓋板５１側に向かってその径が徐々に太くなるように形成されているが、その理由に付いては後述する。

蓋板５１ａを貫通した温度制御用パイプ２８は、スペーサー５３の部分を通過して仕切板５７を更に貫通し、補強パイプ５５の内面に沿って配置され、蓋板５１ｂを貫通して外部に一旦出た後、再度、蓋板５１ｂ、補強パイプ５５の内面、仕切板５７、スペーサー５３の部分及び蓋板５１ａを通過して戻るように設置されている。このような温度制御用パイプ２８が３対設けられている。

尚、この成形型は例えばロボットの骨格のような比較的径が太くて（直径３０ｍｍ以上）短い円筒状の複合材成形品を対象とするものである。

使用に際しては、図１４及び図１５に示されているように、型表面円筒層５０の側壁表面５２を略全周覆うようにプリプレグ材３４を設置する。この後、第１の実施の形態と同様に真空バッグフィルム等を設置した上、開口２６を介した真空引き及び温度制御パイプ２８を用いた温度制御を行うことによって、プリプレグ材３４は硬化し複合材成形品が成形される。尚、温度制御パイプ２８の温度は補強パイプ５５を介して型表面円筒層５０に伝達され、プリプレグ材３４を所望の温度に加熱する。

次に成形された複合材成形品を離型する際には、同様に開口２６から凹部４３に圧縮空気を供給すれば良い。この場合、型表面円筒層３４は上述のように径が徐々に太くなるように表面がテーパー状に形成されているため、複合材成形品は型表面円筒層３４から浮き上がった時に径の細い方に移動し離型動作がスムーズに行われる。又、離型後の複合材成形品の成形型からの取り出しも型表面円筒層３４のテーパー形状によって容易となる。

尚、この実施の形態による成形型１１には型表面円筒層３４の内面に補強パイプ５５が取り付けられている。そのため、真空引きをした際に内面が低圧になることになる型表面円筒層５０の変形が防止され、成形型１１の信頼性を向上する。

ところで、この実施の形態にあっては、型表面円筒層５０の内面に長手方向に延びる凹部４３を形成する必要がある。しかし、型表面円筒層５０の長手方向の長さが所定以上長くなると、凹部４３の形成が容易ではない。

図１７は第５の実施の形態による成形型の製造方法を概略的に示す工程図である。

図を参照して、まず、その（１）に示すように、補強パイプ５５を準備した後、型表面円筒層の長手方向の長さをｎ等分した幅Ｗを有する型表面円筒層５０ａを準備する。この型表面円筒層５０ａにはすでに凹部４３ａが形成されているが、幅Ｗが短いため問題なく形成できる。すなわち、幅Ｗは凹部４３の加工が可能な範囲で決定すれば良い。

次に、その（２）示すように、型表面円筒層５０ａを補強パイプ５５に通して取り付け、同様の幅Ｗを有する型表面円筒層５０ｂを準備した後、型表面円筒層５０ａに隣接するように補強パイプ５５に通して取り付ける。このとき、接着剤等を用いて型表面円筒層５０ａと型表面円筒層５０ｂとを一体化する。

次に、その（３）に示すように、型表面円筒層５０ｎまで順次同様の要領で準備して補強パイプに取り付けることによって第５の実施の形態による成形型の主要部が形成される。その後、スペーサーや蓋板等を取り付けることによって、図１３で示した成形型が完成する。

尚、上記の第２の実施の形態では、開口２６、温度制御用パイプ２８及び凹部４３の数やレイアウトを特定しているが、これらは自在に設定すれば良い。

又、上記の第３の実施の形態では、開口２６及び凹部４３の数やレイアウトを特定しているが、これらは自在に設定すれば良い。

更に、上記の第４及び第５の実施の形態では、温度制御用パイプ２８の数やレイアウトを特定しているが、これらは自在に設定すれば良い。

更に、上記の第４及び第５の実施の形態では、型表面円筒層の側壁表面は傾斜しているが、側壁表面は傾斜していなくても良い。

更に、上記の第５の実施の形態では、仕切板を設けているが、仕切板はなくても良い。

この実施例１は、上記の第１の実施の形態を前提とした成形型に基づくものである。

型表面シェル層１５としてのスラブ材にＰｏｒｔｅｃ社（スイス）製「ＭＥＴＡＰＯＲ ＨＤ２１０ＡＬ」を用いた。このスラブ材を型表面形状のＣＡＤ加工データを利用して機械加工した。型表面シェル層１５の型形状面３２の上にそれぞれ三菱レイヨン社製ＣＦプリプレグ材ＴＲ３１１０−３８１ＧＭＸを１０プライ重ねた後、真空バッグフィルム３５で型表面全体を覆った。通常使用されるシール材を使用してこの真空バッグフィルム３５の外周と型表面シェル層１５を支持する型外周のアルミ製の側板１９を接合シールした。

次いで各々の成形型１１の支持体１６の底板１８の開口１６に取り付けられた真空パイプを通じて真空ポンプに連結したホースより真空引きを行った。これによって型表面シェル層１５の背面よりカーボンプリプレグ材３４を真空状態にした後、この成形型１１全体を通常の加熱オーブンに入れて所定の時間、所定の温度をかけて前記プリプレグ材を硬化成形した。その後、真空状態を解除してから複合材成形品１３を含む成形型１１全体を室温まで冷却した。

次に、使用した真空バッグフィルム３５を取り除いた後、底板１８に取り付けられた真空パイプを経由して０．０３ＭＰａｓの圧縮空気を導入した。これによって、該圧縮空気を型表面シェル層１５の背面より型形状面３２側まで通過させることにより硬化された複合材成形品１３を成形型１１から離型させた。

この実施例２は、上記の第１の実施の形態による成形型に基づくものである。

型表面シェル層１５としてのスラブ材にＰｏｒｔｅｃ社（スイス）製「ＭＥＴＡＰＯＲ ＨＤ２１０ＡＬ」を用い、背面に温度制御用パイプ２８を設置した該スラブ材をアルミ材による補強リブ２３と耐熱エポキシ樹脂結合材で一体化した。該スラブ材の型表面形状を実施例１と同様に加工した。

次に、型形状面３２上にそれぞれ三菱レイヨン社製ＣＦプリプレグ材ＴＲ３１１０−３８１ＧＭＸを１０プライ重ねた後、真空バッグフィルム３５で型表面全体を覆った。通常使用されるシール材を使用してこの真空バッグフィルム３５の外周と型表面シェル層１５を支持する型外周のアルミ製側板１９を接合シールした。

次に、実施例１と同様に真空引きを行った後、温度制御用パイプ２８に所定温度に加温した調節油を注入して所定の時間、所定の温度をかけてプリプレグ材３４を硬化成形した。その後、真空を解除してから温度制御用パイプ２８に室温の調節油を注入して複合成形品１３を含む成形型１１全体を室温まで冷却し、実施例１と同様に硬化された複合材成形品１３を成形型１１から離型させた。

この発明の第１の実施の形態による成形型の外観形状を示した概略斜視図である。 図１で示したＩＩ−ＩＩラインの断面図である。 図１で示した成形型の成形状態を示した断面図である。 図１で示した成形型の離型状態を示した断面図である。 図１で示した成形型の製造方法を示した概略工程図である。 この発明の第２の実施の形態による成形型の外観形状を示した概略斜視図である。 図６で示したＶＩＩ−ＶＩＩラインの拡大断面図である。 図７で示したＶＩＩＩ−ＶＩＩＩラインの断面図である。 この発明の第３の実施の形態による成形型の概略断面図である。 この発明の第４の実施の形態による成形型の外観形状を示した概略斜視図である。 図１０で示したＸＩ−ＸＩラインの拡大断面図である。 図１０で示したＸＩＩ−ＸＩＩラインの拡大断面図である。 この発明の第５の実施の形態による成形型の外観形状を示した概略斜視図である。 図１３で示したＸＩＶ−ＸＩＶラインの拡大断面図である。 図１４で示したＸＶ−ＸＶラインの拡大断面図である。 図１４で示したＸＶＩ−ＸＶＩラインの拡大断面図である。 この発明の第５の実施の形態による成形型の製造方法を概略的に示した工程図である。

符号の説明

１１…成形型
１３…複合材成型品
１５…型表面シェル層
１６…支持体
１８…底板
２８…温度制御用パイプ
３０…空洞部
３２…型形状面
３４…プリプレグ材
３５…真空バッグフィルム
４３…凹部
５０…型表面円筒層
５２…側壁表面
尚、各図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (10)

1. 複合材成型品を成形するために用いられる成形型であって、
   通気性を有し、その型形状面に複合材を設置するための型表面シェル層と、
   前記型表面シェル層の背面側に設けられ、前記型表面シェル層を介して通過する気体を排出するための空洞部を有する支持体とを備えた、成形型。
2. 複合材成型品を成形するために用いられる成形型であって、
   通気性を有し、その型形状面に複合材を設置するための型表面シェル層と、
   前記型表面シェル層の背面に接するように配置された底板とを備え、
   前記型表面シェル層の前記底板側の面には、前記型表面シェル層を通過する気体を排出するための凹部が形成された、成形型。
3. 前記型形状面の背面側に設けられ、前記型表面シェル層の温度を制御するための温度制御用パイプを更に備えた、請求項１又は請求項２記載の成形型。
4. 前記型表面シェル層は、表面積１００ｃｍ^２当たり、穴径１〜４００μｍの開口面積に相当する微孔が１個以上形成されている、請求項１から請求項３記載の成形型。
5. 前記通気性は、前記型表面シェル層の表面側と裏面側との圧力差が０．１ＭＰａｓの条件下で、表面積１ｃｍ^２当たり０．００１リットル／分以上の空気流量を有する、請求項１から請求項４のいずれかに記載の成形型。
6. 複合材成型品を成形するため成形方法であって、
   通気性を有する型表面シェル層を設置する工程と、
   前記型表面シェル層の表面に複合材を設置する工程と、
   前記複合材を完全に覆うように真空バッグフィルムを設置する工程と、
   前記型表面シェル層を介して、前記複合材と前記型表面シェル層との間の気体を排出する工程とを備えた、成形方法。
7. 前記複合材を加熱して硬化させる工程と、
   前記型表面シェル層の背面に気体を導入して加圧し、前記硬化した前記複合材を前記型表面シェル層から離形させる工程とを更に備えた、請求項６記載の成形方法。
8. 複合材成型品を成形するため成形方法であって、
   通気性を有し、円筒形状を有する型表面円筒層を設置する工程と、
   前記型表面円筒層の側壁表面に複合材を設置する工程と、
   前記複合材を完全に覆うように真空バッグフィルムを設置する工程と、
   前記型表面円筒層を介して、前記複合材と前記型表面円筒層との間の気体を排出する工程とを備えた、成形方法。
9. 前記複合材を加熱して硬化させる工程と、
   前記型表面円筒層の背面に気体を導入して加圧し、前記硬化した前記複合材を前記型表面円筒層から離形させる工程とを更に備えた、請求項８記載の成形方法。
10. 前記型表面円筒層の前記側壁表面は、前記型表面円筒層の長手方向の一方端から他方端に向かって径が徐々に増加する形状を有する、請求項９記載の成形方法。

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