JP2009505854A - サンドイッチ部品を製造する方法およびプレス機 - Google Patents

Abstract

本発明は、開放型コア構造体２とその両側に設けられたカバー層１、３とを有するサンドイッチ部品の製造方法に関する。カバー層１、３は、硬化性プラスチック材料によって形成され、サンドイッチ部品は、閉じた装置の中で圧力を加えて硬化される。本発明によると、カバー層１、３が少なくとも部分的に凝固する前に、充填ガス、特に、窒素又は空気をコア構造体２に導入する。充填ガス圧力Ｐ_充填ガスは、特に、カバー層１、３にひけマークが少なくとも大きく形成されることを防止するように、閉じた装置の作動圧力Ｐ_作動以下となるように選択する。サンドイッチ部品の硬化工程時における、コア構造体の中の充填ガスの充填ガス圧力Ｐ_充填ガスを適切に制御することによって、表面がほぼ最適な特性を有する、特に、コア構造体２のカバー層１、３に、コア構造体２のセルが冷却することにより負圧が生じると形成されやすくなるひけマークが形成されていない、サンドイッチ部品を製造することができるので、サンドイッチ部品に、例えば、研磨、むら取りなどの高額な機械的補修が不要となる。更に、本発明は、本方法を実施するプレス機に関する。
【選択図】図１

Description

本発明は、開放型コア構造体と両側に設けたカバー層とを含むサンドイッチ部品の製造方法であって、カバー層を硬化性プラスチック材料で形成し、サンドイッチ部品を閉じた装置内で圧力をかけて硬化する方法に関する。

更に、本発明は、フレームによって囲繞されて分離され、少なくとも一つのヒータによって温度制御可能な二つのプレス領域を用いて、コア構造体と硬化性プラスチック材料で形成された少なくとも二つのカバー層をフレームの所定の位置に設けてサンドイッチ部品を形成することができる、本発明の方法を実施するプレス機に関する。

通常、軽量構造物の分野、特に、航空機用構造体に適用するサンドイッチ部品は、両側にカバー層を設けたコア構造体によって形成される。多くの場合、カバー層は、前もって製造したいわゆる「プリプレグ」材料で作られる。プリプレグ材料は、強化繊維を織った材料、或いは強化繊維を間に挿入したスクリム、或いは、硬化性プラスチック材料、例えば、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂又はＢＭＩ樹脂を工場で事前に含浸した個別の強化繊維を含む。プリプレグ材料は、保存温度が低くても保存寿命が限定的であるため、短期間で処理する必要がある。多くの場合、様々な幾何形状を有するハニカム構造体、又は折り重ね式ハニカム構造体が使用される。

完成したサンドイッチ部品、例えば、平面状のサンドイッチパネルを製造する場合、カバー層は、コア構造体の両側の所定の位置に設けることが好ましい。カバー層は、必要とされる剛性の要件に応じて、プリプレグ材料を順に積層した複数の層を有することができる。次いで、この構造体を、正確に規定した期間、適当な装置、特に、プレス機又はオートクレーブ内で高温高圧にして硬化してサンドイッチ部品の完成品を形成する。

周囲温度と比較して必要とする硬化温度が、例えば、１４０℃と高いために、コア構造体の各セル内の内部圧力は高くなる。カバー層に含まれる硬化性プラスチック材料は、硬化工程中にその粘度が変化するため、最初に、セル内部の超過圧力が漏出することがある。硬化工程の終了後、サンドイッチ部品を冷却すると、コア構造体の各セル内に僅かに負圧が生じる。この負圧が、コア構造体の各セルの上にひけマークが発生する原因となる。このような挙動は、使用する硬化性プラスチック材料または樹脂系とは無関係である。

特に、航空機の客室用の内張り部品として使用する場合、完成したサンドイッチ部品の表面の品質を十分に保証するために、通常、例えば、研磨及びむら取りなどによって、ある程度入念に表面を補修することが必要とされる。更に、硬化工程中に発生する蒸気によって、プラスチック材料又はプリプレグ材料は、少なくとも一部の領域で気泡が生じ、カバー層の内面の領域において、カバー層とコア構造体の間の機械的接合が阻害されることがある。

本発明は、最適な表面を備えたサンドイッチ部品を製造することを可能にする、サンドイッチ部品の製造方法を提示することを目的とする。

本目的は、第１に、請求項１の特徴を備えた方法によって達成される。

充填ガス、特に窒素又は空気をコア構造体に、少なくともカバー層が部分的に凝固する前に導入する。充填ガスの圧力を、特に、カバー層にひけマークが少なくとも大きく形成されることを防止するように、閉じた装置の作動圧力以下となるように選択することによって、一般的に機械的補修を必要としない表面がほぼ最適な特性を有するサンドイッチ部品を製造することができる。

本発明の一実施の形態の方法は、充填ガスの圧力を制御調整装置によって、カバー層の凝固度の関数となるように変更する。このようにして、本発明の方法は、極めて正確に処理を制御することができるため、ほぼ最適な表面、特に、ひけマークなどのないサンドイッチ部品を生成できる。

本発明の有利な更なる実施の形態では、充填ガスの温度を下げて装置内のサンドイッチ部品の滞留時間を削減する。硬化されたサンドイッチ部品の冷却時間を短縮するため、製造方法全体を加速できる。

本発明の更なる実施の形態によると、サンドイッチ部品を硬化させために、プレス機またはオートクレーブを使用する。本発明による方法を実施するために、最初に少なくとも一つのカバー層を、続いて、必要な開放型コア構造体及び少なくとも１つの更なるカバー層をプレス機内に配置して、高圧、高温で硬化させる。この間、コア構造体は充填ガスで満たす。この方法では、硬化工程中にカバー層をコア構造体に十分に適合させて、カバー層をコア構造体に十分強力に接合させるために、充填ガスの圧力はプレス機の作動圧力を超えてはならない。代替の方法では、サンドイッチ部品の硬化をオートクレーブ内で行うこともできる。この方法でも同様に、オートクレーブの内部圧力を、充填ガス圧力を超えるように選択する必要がある。

本発明の有利な更なる実施の形態の方法は、カバー層の凝固度、特に、カバー層の粘性状態を制御調整装置によって求めて、それに応じて、充填ガス圧力を変えるようにする。

このようにして、冷却工程中にコア構造体のセルに発生し、入念な機械的補修を別途必要とする、カバー層内のひけの形成を、充填ガス圧力を上げることでほとんど完全に抑制することができる。この方法では、カバー層の凝固度を直接決定するため、それぞれの凝固度を実験により求めた、例えば、使用するプリプレグ材料又は使用する樹脂系のそれぞれの時間及び／又は温度に対応する硬化曲線を用いてカバー層の凝固度を間接的に決定する場合と比較して、サンドイッチ部品のコア構造体の充填ガス圧力をより厳密に制御して、ひけメークを防止することができる。

有利な更なる実施の形態によると、少なくとも１つのカバー層の粘性状態を制御調整装置によって比誘電率の変化から求める。例えば、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ＢＭＩ樹脂などの硬化性プラスチック材料を用いて形成したカバー層は、硬化工程中に比誘電率が変化する。この比誘電率は、制御調整装置によって、例えば、プレス機などの閉じた装置に適切に配置した、例えば、センサを用いるなどの、簡単な方法で取得できる。

有利な更なる実施の形態の方法によると、サンドイッチ部品と一体の外縁シールを形成するために、閉じた装置の中で硬化工程を行う前に、少なくとも一つのカバー層が、コア構造体を超えて突出し、少なくともコア構造体の少なくとも一つの縁部及び／又は他のカバー層に対向して位置する少なくとも一部の部位に延在する外縁部位を有する。一体の外縁シールを形成する場合、少なくとも１つのカバー層が、コア構造体の上面または底面より大きい面積を有する必要がある。一体外縁シールを形成する場合、突出した外縁部分は、少なくともコア構造体の縁部に対向するように配置する。このため、外縁部分が９０°「傾斜する」必要がある。外縁部位の幅が十分にある場合、この外縁部位を、コア構造体の両方の縁部と、他のカバー層の上部に対向して配置することによって、一体の外縁シールとコア構造体及びカバー層の間の結行を極めて良好にすることができる。このようにして形成した、コア構造体及び相応に「傾斜した」カバー層を有する構造体を、例えば、適当なプレス装置のフレーム内に配置する。この構成では、一方では、充填ガスの供給中に、コア構造体の縁部を囲んで配置したカバー層がふくれ出すことのないよう、フレームは、サンドイッチ部品の最終的に帰着する寸法と正確に一致する必要がある。他方で、コア構造体の縁部に対向して配置する少なくとも１つのカバー層の外縁領域の材料厚さが加わることを十分に考慮して、硬化するサンドイッチ部品がフレーム内に収まるように、フレームは小さすぎてはならない。サンドイッチ部品の４つの側面を全て、カバー層のプリプレグ材料で囲む場合、連結装置、又は充填ガス用の吸気及び排気用接続部品を、少なくとも１つの側面で、コア構造体の縁部を囲んで配置したカバー層を貫通する必要になる。

本方法の有利な更なる実施の形態は、添付の特許請求の範囲に含まれる。

更に、本発明の目的は、請求項８に記載の方法を実施するプレス機によって達成される。

フレームは、サンドイッチ部品の硬化工程中に、特に、少なくとも部分的にひけマークがカバー層に発生するのを防止するために、充填ガスをコア構造体に注入する、及び／又はガス構造体から排気する少なくとも一つの連結装置を有する。これにより、特に、研磨やむら取りなどの機械的補修を何ら必要とせずに、良好な面品質のサンドイッチ部品を単純な方法で製造することができる。

プレス機の有利な設計は、制御調整装置を用いて、プレス機の作動圧力及び／又は充填ガスの圧力を変更可能としている。

これによって、充填ガス圧力を正確に制御することができ、特に、硬化工程中にカバー層にひけマークが形成されることを大幅に防止できる。

有利な更なる実施の形態のプレス機によると、少なくとも１つのプレス領域の温度を、制御調整装置を用いて変更できる。この実施の形態により、硬化工程を正確に、とりわけ信頼性高く再現することができるので、製造したサンドイッチ部品の機械特性を常時確実に同一にできる。

有利な更なる実施の形態は、充填ガスの温度を制御調整装置によって変更可能とする。これによって、硬化工程が終了に近づくにつれを冷却して、充填ガスの温度を下げることにより、仕上がった硬化したサンドイッチ部品をプレス機からより早く取り出せるようになる。このため、製造工程全体の期間を短縮できる。

本発明の有利な更なる実施の形態のプレス機によれば、カバー層の硬化度、特に、カバー層の粘性状態を制御調整装置を用いて求めることができる。粘性状態を直接測定することにより、実験により求めた、時間、及び／又は温度に対応させた硬化曲線（粘性特性図）などを用いてカバー層の硬化度を間接的に求める場合と比較して、硬化工程のより正確な制御が可能になる。

本発明の有利な更なる実施の形態のプレス機については、添付の特許請求の範囲に開示する。

以下の添付の図面を参照して、本発明について説明をする。

図１を参照して、本発明による方法とその方法を実施するために使用するプレス機について説明する。

図１は、製造するサンドイッチ部品の構成部品を備えた、本方法を実施するためのプレス機の斜視図である。

図示の代表的な実施の形態では、サンドイッチ部品は、カバー層１、コア構造体２、及び更なるカバー層３を有する。カバー層１、３はプリプレグ材料を含む。いわゆるプリプレグ材料は、硬化性プラスチック材料で前もって含浸した、強化繊維を織った材料、強化繊維を間に挿入したスクリム、または個別の強化繊維とすることができる。特に、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維などを強化繊維として使用することができる。特に、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ＢＭＩ樹脂などをプリプレグ材料用の硬化性プラスチック材料として使用する。熱を与えるとプリプレグ材料を硬化させることができる。図示の代表的な実施の形態では、コア構造体２は、溝が形成されたハニカムコアである。溝が形成されたハニカムコアの代わりに、所望の、開放型で立体的な、特に、水はけのよいコア構造体を、例えば、樹脂の安定した編み物、樹脂の安定した織物、孔が形成されたコア構造体、開放孔型発泡プラスチック、折り重ね式ハニカムコア、（例えば、鶏卵箱の形態の）織布用成形スペーサなどとともに使用することができる。

サンドイッチ部品の製造で使用するプレス機は、特に、上部プレス領域４と、下部プレス領域５と、製造するサンドイッチ部品を耐圧して囲繞するフレーム６とを有する。一次元的又は二次元的に湾曲したサンドイッチ部品を製造する場合、プレス領域４、５は、図示の平面形状とは異なる幾何形状を有することができる。例えば、プレス領域を球状に湾曲させてもよい。プレス領域４、５及びフレーム６は、ヒータ装置（図示せず）を有する。例えば、油圧シリンダなどの駆動装置（図示せず）を用いて、少なくとも上方のプレス領域４を下方のプレス領域５に向けて所定の機械力Ｆで下降させることができる。プレス領域４に作用する機械力によって、プレス機内に作動圧力Ｐ_作動が生じる。作動圧力Ｐ_作動は、最大１５ｂａｒである。制御調整装置７を用いて、少なくとも上部プレス領域４に作用する機械力Ｆと、上部プレス領域４及び下部プレス領域５を温度制御するヒータとを制御及び調整できる。プレス機の外部は、通常の周囲気圧Ｐ_周囲および通常の周囲温度Ｔ_周囲とする。

本発明による方法を実行するために、完成したサンドイッチ部品を形成する、カバー層１、３及びコア構造体２を含めた構成物をフレーム６内に配置する。続いて、少なくとも上部プレス領域４を力Ｆで下方に下部プレス領域５に対して押圧して、カバー層１、３をコア構造体２に強く押し付ける。このようにして、コア構造体２とカバー層１、３との間に、機械的耐負荷性が非常に高い結合が得られる。こうして、ヒータ装置を用いてプレス領域４、５の温度Ｔ_{プレス領域}を設定して、カバー層１、３を形成するために用いるプリプレグ材料を、それぞれのプリプレグ材料または樹脂系に最適な硬化温度で硬化させる。

図示の代表的な実施の形態では、プレス機のフレーム６は、所定の充填ガス圧力Ｐ_充填ガスでコア構造体２に充填ガスを注入する、又は排気する３つの連結装置８〜１０を備える。充填ガス圧力Ｐ_充填ガスは制御調整装置を用いて制御できる好適な制御弁を使用して制御することができる。制御弁は、圧力ガス貯蔵装置からの流入量に影響を与える。コア構造体２内の圧力を所定のレベルに下げることができるように、必要な場合は、例えば、ポンプなどの送ガス装置を設けてもよい。連結装置８〜１０を流れる充填ガスの流入および流出の制御、特に、充填ガス圧力Ｐ_充填ガスと、充填ガスの供給量および排気量については、制御弁（図示せず）を用いて制御調整装置７が制御する。フレーム６は、プレス工程時にプレス領域４、５が移動中であっても封止要素（図示せず）を用いて高い耐圧性を保ちつつプレス領域４、５を封止するため、大気圧Ｐ_周囲と比較して高い充填圧力Ｐ_充填ガスをコア構造体２内に生成できるようにしている。３つの連結装置８〜１０は、コア構造体２内の充填ガス圧力を迅速に所定の値に調整できるようになっている。本構成の機能は、連結装置の数量が異なっても十分に実現できる。

充填ガスとして、例えば、空気、窒素、又はその他の化学的に不活性なガスを使用することができる。本発明の方法を実施する際、制御調整装置７は、サンドイッチ部品の硬化工程中に、カバー層１、３の凝固状態又は粘性状態の程度を常時収集する。

例えば、カバー層１、３を形成するために用いるプラスチック材料又はプリプレグ材料の比誘電率の変化を硬化工程中に測定することによって、凝固度を求めることができる。このために、適当な電気的センサをプレス領域４、５またはカバー層１、３の領域に配置する。

或いは、時間、温度、圧力に対応させた、それぞれのプリプレグ材料の硬化曲線を実験により求めることもできる。これらの硬化曲線は制御調整装置７に保存する。次いで、硬化工程の継続時間を測定することによって、制御調整装置７は、例えば、いずれの場合にも、ヒータによって決定されたプレス領域４、５の温度の関数として、カバー層１、３の、ある時点の凝固度またはある時点の粘性状態を求めることができる。

次いで、このようにして求めたカバー層１、３のある時点での凝固度またはそれぞれの粘性状態から、必要な充填ガス圧力Ｐ_充填ガスを求めて、硬化工程中に、カバー層１、３内にひけマークが発生することを確実に防止することができる。この手順では、硬化工程が進行して、カバー層１、３の硬化度が増加すると、カバー層１、３とコア構造体２の間の接着結合の機械的な耐負荷性が向上するので、カバー層１、３の増加する硬化度の関数として、充填ガス圧力Ｐ_充填ガスを次第に増大できることを考慮する必要がある。

プレス機が、押圧力Ｆによって、カバー層１、３またはコア構造体２に加える充填ガス圧力Ｐ_充填ガスを、プレス機の作動圧力Ｐ_作動を超えないように選択しながらも、コア構造体２に作用するカバー層１、３の接触圧力が十分となるようにすることが好ましい。この作動圧力Ｐ_作動即ち接触圧力は、カバー層１、３とコア構造体２とを接着して結合するために必要とされる。この接着結合は、十分な機械的耐負荷性を有するため、製造するサンドイッチ部品の全体強度を達成するために必須である。

硬化工程の進行の関数として、すなわち、カバー層１、３の増加する凝固度の関数として、制御調整装置７を用いて充填ガス圧力Ｐ_充填ガスを相応に制御することによって、表面の品質をほぼ最適とした、換言すると、特に、ひけマークなどのないサンドイッチ部品を製造することができる。したがって、特に、航空機の客室内の内張り部品として使用する場合にこれまで必要とされた、サンドイッチ部品表面の研削やむら取りなどによる高額な機械的補修を不要とすることができる。

最初から製造するサンドイッチ部品の外縁にシールを設ける場合、例えば、カバー層１の面積を、コア構造体２の上部１１または底部１２の面積より広くすることができる。次いで、余分なカバー層の材料を、コア構造体２の縁部１３〜１６上に配置して、硬化工程中に、縁部１３〜１６と結合して外縁シールを形成する。更に、上部１１から、余分なカバー層の材料を、コア構造体２の底面１２に対して直角に、縁部１３〜１６のまわりに引き寄せることができる。外縁シールを一体として製造する場合、相応して正確に合わせたフレーム６が必要であり、カバー層１、３を形成するために使用する材料の材料厚を考慮する必要がある。このように本発明による手法を用いると、続けて外縁シールの製造をすることせずに、例えば、へら又はその他の塗布工具を用いてシール材料を貼り付けることによって、外縁シールを形成することができる。

本手法は、図示の代表的な実施の形態において、充填ガス用の吸気および排気用接続部品として機能する連結装置８〜１０が、少なくともコア構造体２の縁部１６に対向して設けたカバー層材料を貫通する必要がある。これらの貫通部の位置は、最終的な取り付け時に見えなくなるように、特に、内張り部品の製造時に選択することが好ましい。硬化した後、これら貫通部は、湿分および／または外部から粒子が進入しないように、適当な材料で閉塞する必要がある。

更に、必要な場合、温度制御装置、特に、加熱機能と冷却機能とを兼ね備えた装置を用いて、充填ガスの温度Ｔ_充填ガスを目標値に下げることができる。この場合、サンドイッチ部品を冷却することによって、プレス機から前記サンドイッチ部品をより早く取り出すことが可能となり、特に、製造工程を確実に短縮することができる。

プレス領域４、５の温度は、例えば、１４０℃など、使用する樹脂系に応じて十分に迅速な硬化工程を確実とする温度とする。充填ガス圧力Ｐ_充填ガスは、カバー層１、３とコア構造体２との機械的結合を十分に強力に保つため、６ｂａｒより小さいことが好ましい。

或いは、サンドイッチ部品の硬化をオートクレーブで行ってもよい。

図１は、本発明の方法を実施するプレス機の概略図である。

符号の説明

１ カバー層
２ コア構造体
３ カバー層
４ プレス領域（上部）
５ プレス領域（下部）
６ フレーム
７ 制御調整装置
８ 連結装置
９ 連結装置
１０ 連結装置
１１ 上部（コア構造体）
１２ 底部（コア構造体）
１３ 縁部
１４ 縁部
１５ 縁部
１６ 縁部

Claims (15)

1. 開放型コア構造体（２）と、その両側に設けたカバー層（１，３）とを有するサンドイッチ部品の製造方法であって、
   前記カバー層（１、３）は、硬化性プラスチック材料で形成され、
   前記サンドイッチ部品は、閉じた装置の中で圧力をかけて硬化し、
   少なくとも前記カバー層（１、３）が部分的に凝固する前に、充填ガス、特に窒素又は空気をコア構造体（２）に導入し、
   充填ガス圧力は、特に、前記カバー層（１、３）にひけマークが形成されることを防止するため、前記閉じた装置の作動圧力以下となるように選択した、方法。
2. 前記充填ガス圧力を、制御調整装置（７）によって、前記カバー層の凝固度の関数として変更する、請求項１記載の方法。
3. 前記充填ガスの温度を下げて前記サンドイッチ部品の前記閉じた装置の中の滞留時間を短縮する、請求項１又は請求項２に記載の方法。
4. 前記サンドイッチ部品を硬化する装置としてプレス機又はオートクレーブを用いる、請求項１から請求項３迄の何れかに記載の方法。
5. 制御調整装置（７）は、前記カバー層（１、３）の凝固度、特に、前記カバー層（１、３）の粘性状態を取得し、前記充填ガス圧力を変更する、請求項１から請求項４迄の何れかに記載の方法。
6. 制御調整装置（７）は、比誘電率の変化によって少なくとも一つのカバー層（１、３）の粘性状態を測定する、請求項１から請求項５迄の何れかに記載の方法。
7. 前記サンドイッチ部品と一体の外縁シールを形成するために、前記閉じた装置の中で硬化工程を行う前に、少なくとも一つのカバー層（１、３）が、前記コア構造体（２）を超えて突出し、少なくとも前記コア構造体（２）の少なくとも一つの縁部（１３、１４、１５、１６）又は他のカバー層（１，３）に対向して位置する少なくとも一部の部位に延在する外縁部位を有する、請求項１から請求項６迄の何れかに記載の方法。
8. 少なくとも一つのヒータによって温度制御が可能な、フレーム（６）によって囲繞されて封止される二つのプレス領域（４、５）を有する、請求項１から請求項７迄の何れかに記載の方法を実施するプレス機であって、
   サンドイッチ部品を生成するために、硬化性プラスチック材料を用いて形成される少なくとも二つのカバー層（１、３）及びコア構造体は、前記フレーム（６）の所定の位置に配置して押圧可能で、
   前記フレーム（６）は、前記サンドイッチ部品の硬化工程において、特に、少なくとも部分的に、前記カバー層（１、３）にひけマークが形成されることを防止するために、充填ガスを前記コア構造体（２）に注入する、又は前記コア構造体（２）から排気する少なくとも一つの連結装置（８、９、１０）を有する、プレス機。
9. 前記プレス機の作動圧力Ｐ_作動又は充填ガス圧力Ｐ_充填ガスは、制御調整装置（７）によって変更可能である、請求項８記載のプレス機。
10. 少なくとも一つのプレス領域（４、５）の温度Ｔ_{プレス領域}は、制御調整装置（７）によって変更可能である、請求項８又は請求項９記載のプレス機。
11. 前記充填ガスの温度Ｔ_充填ガスは、制御調整装置（７）によって変更可能である、請求項８から請求項１０迄の何れかに記載のプレス機。
12. 前記カバー層（１、３）の硬化度、特に、前記カバー層（１、３）の粘性状態は、制御調整装置（７）によって取得できる、請求項８から請求項１１迄の何れかに記載のプレス機。
13. 前記カバー層（１、３）の硬化工程における粘性状態は、制御調整装置（７）によって比誘電率を測定して取得できる、請求項８から請求項１２迄の何れかに記載のプレス機。
14. 前記充填ガス圧力Ｐ_充填ガスは、硬化性プラスチック材料を用いて形成した前記カバー層（１、３）の粘性状態の関数として、制御調整装置（７）によって、特に、前記カバー層（１、３）にひけマークが形成されることを部分的に防止するために、変更できる、請求項８から請求項１３迄の何れかに記載のプレス機。
15. 硬化工程の進行は、制御調整装置（７）によって制御可能である、請求項８から請求項１４迄の何れかに記載のプレス機。

Images