JP2010023364A - Method of manufacturing hollow product using fiber-reinforced material and manufacturing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、繊維強化材料で中空形状の製品を製造する技術に関する。 The present invention relates to a technique for manufacturing a hollow product with a fiber reinforced material.
特許文献1に、繊維強化プラスチックによって、中空形状の製品を製造方法が開示されている。この製造方法では、プリプレグで形成した中空形状の繊維基材を成形型内で加熱硬化する際に、繊維基材の中空部分に配置したバッグを膨らませることによって、繊維基材を成形型の内面に押し付けている。 Patent Document 1 discloses a method of manufacturing a hollow product using fiber reinforced plastic. In this manufacturing method, when a hollow fiber substrate formed of prepreg is heated and cured in a mold, the fiber substrate is inflated by inflating a bag disposed in the hollow part of the fiber substrate. Is pressed against.
特許文献1に記載の製造方法では、繊維基材の中空部分に配置したバッグを膨らませた際に、バッグの膨らみ方が必ずしも一定とはならない。即ち、多数の製品を繰り返し製造した場合、バッグの膨らみ方が製品毎に変化してしまい、製造した製品の品質にばらつきが生じてしまう。そのことから、押圧力が不足することによる外観異常や、押圧力が過剰なことによる肉厚不足を、確実に防止することが困難となっている。バッグを用いた製造方法では、製造品質の繰り返し再現性を確保することが難しく、不良品率が比較的に高くなってしまう。
本発明は、上記の課題を解決する。本発明は、従来のようにバッグを用いることなく、繊維強化材料で中空形状の製品を製造する技術を提供する。
In the manufacturing method described in Patent Document 1, when the bag placed in the hollow portion of the fiber base is inflated, the way the bag is inflated is not always constant. That is, when a large number of products are repeatedly manufactured, the way the bag swells changes for each product, resulting in variations in the quality of the manufactured products. For this reason, it is difficult to reliably prevent an appearance abnormality due to insufficient pressing force and a lack of thickness due to excessive pressing force. In the manufacturing method using a bag, it is difficult to ensure reproducibility of manufacturing quality, and the defective product rate is relatively high.
The present invention solves the above problems. The present invention provides a technique for manufacturing a hollow product with a fiber reinforced material without using a bag as in the prior art.
本発明は、繊維強化材料で中空形状の製品を製造する製造方法を提供する。この製造方法は、中空部分に磁性体を配置した中空形状の繊維基材を成形型内に配置する配置工程と、成形型の内面と磁性体との間に磁場を発生した状態で、成形型内にマトリックス材料を注入する注入工程と、成形型の内面と磁性体との間に磁場を発生した状態で、成形型内のマトリックス材料を硬化する硬化工程を備えている。 The present invention provides a production method for producing a hollow product with a fiber reinforced material. This manufacturing method includes an arrangement step in which a hollow fiber base material in which a magnetic body is arranged in a hollow portion is arranged in a mold, and a magnetic field is generated between the inner surface of the mold and the magnetic body. An injection process for injecting the matrix material into the mold, and a curing process for curing the matrix material in the mold in a state where a magnetic field is generated between the inner surface of the mold and the magnetic body.
上記した製造方法では、成形型の内面と磁性体との間に発生させた磁場によって、繊維基材が成形型の内面に押し付けられる。それにより、成形型の内面に、繊維基材がしっかりと固定される。繊維基材にマトリックス材料を含浸させる際や、繊維基材に含浸させたマトリックス材料を硬化する際に、繊維基材が移動したり変形したりすることが防止される。
この製造方法によると、従来のバッグを用いることなく、繊維強化材料で中空形状の製品を精度よく製造することができる。
In the manufacturing method described above, the fiber base material is pressed against the inner surface of the mold by a magnetic field generated between the inner surface of the mold and the magnetic body. Thereby, the fiber base material is firmly fixed to the inner surface of the mold. When the fiber base material is impregnated with the matrix material or when the matrix material impregnated with the fiber base material is cured, the fiber base material is prevented from moving or deforming.
According to this manufacturing method, it is possible to accurately manufacture a hollow product using a fiber reinforced material without using a conventional bag.
上記した製造方法は、前記硬化工程後、成形型の内面と磁性体との間の磁場を消磁した状態で、成形型から製品を取り出す取出工程をさらに備えることが好ましい。
成形型から製品を取り出す際には、成形型の内面と磁性体との間の磁場を消磁させておくと、成形後の製品を変形や破損させることなく取り出すことができる。
The manufacturing method described above preferably further includes a step of taking out the product from the mold in a state where the magnetic field between the inner surface of the mold and the magnetic body is demagnetized after the curing step.
When removing the product from the mold, if the magnetic field between the inner surface of the mold and the magnetic body is demagnetized, the molded product can be removed without being deformed or damaged.
上記した製造方法で用いる磁性体は、例えば金属シートのようなシート状であってもよいし、金属球のような粒状のものを多数用いてもよい。特に、シート状の磁性体を用いると、成形型の内面に対して繊維基材を均一に押し付けることが可能となる。 The magnetic material used in the above-described manufacturing method may be in the form of a sheet such as a metal sheet, or a large number of particles such as metal spheres may be used. In particular, when a sheet-like magnetic material is used, the fiber base material can be uniformly pressed against the inner surface of the mold.
本発明は、繊維強化材料で中空形状の製品を製造するための製造装置にも具現化される。この製造装置は、繊維基材の中空部分に配置される磁性体と、磁性体が配置された繊維基材を収容する成形型と、成形型の内面と磁性体との間に磁場を発生する励磁手段を備えている。
この製造装置によると、成形型の内面と磁性体との間に磁場を発生させることによって、繊維基材を成形型の内面に押し付けることができる。それにより、成形型の内面に繊維基材をしっかりと固定することができる。繊維基材にマトリックス材料を含浸させる際や、繊維基材に含浸させたマトリックス材料を硬化する際に、繊維基材が移動したり変形したりすることを防止することができる。
The present invention is also embodied in a manufacturing apparatus for manufacturing a hollow product with a fiber reinforced material. This manufacturing apparatus generates a magnetic field between a magnetic body disposed in a hollow portion of a fiber base, a mold that houses the fiber base on which the magnetic body is disposed, and an inner surface of the mold and the magnetic body. Excitation means are provided.
According to this manufacturing apparatus, the fiber base material can be pressed against the inner surface of the mold by generating a magnetic field between the inner surface of the mold and the magnetic body. Thereby, the fiber base material can be firmly fixed to the inner surface of the mold. When the fiber base material is impregnated with the matrix material or when the matrix material impregnated with the fiber base material is cured, the fiber base material can be prevented from moving or deforming.
前記した励磁手段は、成形型の内面と磁性体の間に磁場を発生した励磁状態と、成形型の内面と磁性体の間の磁場を消磁した消磁状態を、切替可能であることが好ましい。
この構成によると、成形型から製品を取り出す際には、成形型の内面と磁性体との間の磁場を消磁させることで、成形後の製品を変形や破損させることなく取り出すことができる。
It is preferable that the excitation means described above can be switched between an excited state in which a magnetic field is generated between the inner surface of the mold and the magnetic body and a demagnetized state in which the magnetic field between the inner surface of the mold and the magnetic body is demagnetized.
According to this configuration, when the product is taken out from the mold, the molded product can be taken out without being deformed or damaged by demagnetizing the magnetic field between the inner surface of the mold and the magnetic body.
前記した励磁手段は、発生する磁場の強さを調節可能であることが好ましい。
この構成によると、繊維基材を成形型の内面に押し付ける押付力の強さを、適宜調節することができる。それにより、マトリックス材料の含浸量や硬化後の製品の肉厚等を、適宜調節することが可能となる。
It is preferable that the excitation means described above can adjust the strength of the generated magnetic field.
According to this configuration, the strength of the pressing force that presses the fiber base against the inner surface of the mold can be adjusted as appropriate. Thereby, it is possible to appropriately adjust the amount of the matrix material impregnated, the thickness of the cured product, and the like.
本発明によると、中子となるバッグを必要とすることがないので、中空形状の製品を精度よく製造することができる。それにより、多数の製品を安定した製造品質で繰り返し製造することができる。 According to the present invention, since a bag serving as a core is not required, a hollow product can be manufactured with high accuracy. Thereby, a large number of products can be repeatedly manufactured with stable manufacturing quality.
最初に、本発明を実施する好適な実施形態を列記する。
(形態1) 成形型には、磁石が設けられていることが好ましい。この磁石は、永久磁石であってもよいし、電磁石であってもよい。
成形型に永久磁石を設ける場合、磁石の向きを変更可能に設けておくことが好ましい。この場合、永久磁石の向きを変更することによって、励磁状態と消磁状態を切り替えることが可能となる。また、成形型に永久磁石を設ける場合、成形型に対して永久磁石を着脱可能に設けることも好ましい。この場合、成形型に対して永久磁石を着脱することによって、励磁状態と消磁状態を切り替えることが可能となる。
一方、成形型に電磁石を設けた場合、電磁石への通電/非通電を切り替えることによって、励磁状態と消磁状態を切り替えることが可能となる。また、成形型に電磁石を設けた場合、電磁石への通電量を調節することによって、励磁状態で発生される磁場の強さを調節することが可能となる。
(形態2) 成形型は、磁性材料で形成されていてもよいし、非磁性材料で形成されていてもよい。成形型を形成する材料は、透磁性を有する材料であればよい。
(形態3) 強化繊維には、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等を採用することができる。
(形態4) マトリックス材料には、例えば、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることができる。あるいは、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)樹脂、PPS(ポリフェニレンサルファイド)樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリカーボネート樹脂等の熱可塑性樹脂を用いることもできる。また、それらの樹脂材料に限定されず、例えばゴム材料等を用いることもできる。
First, preferred embodiments for carrying out the present invention will be listed.
(Form 1) It is preferable that the mold is provided with a magnet. This magnet may be a permanent magnet or an electromagnet.
When providing a permanent magnet in a shaping | molding die, it is preferable to provide so that the direction of a magnet can be changed. In this case, the excitation state and the demagnetization state can be switched by changing the direction of the permanent magnet. Moreover, when providing a permanent magnet in a shaping | molding die, it is also preferable to provide a permanent magnet with respect to a shaping | molding die so that attachment or detachment is possible. In this case, it is possible to switch between the excited state and the demagnetized state by attaching / detaching the permanent magnet to / from the mold.
On the other hand, when an electromagnet is provided in the mold, it is possible to switch between an excited state and a demagnetized state by switching energization / non-energization to the electromagnet. In addition, when an electromagnet is provided in the mold, it is possible to adjust the strength of the magnetic field generated in the excited state by adjusting the amount of current supplied to the electromagnet.
(Form 2) The mold may be formed of a magnetic material or a non-magnetic material. The material for forming the mold may be any material having magnetic permeability.
(Form 3) Carbon fiber, glass fiber, aramid fiber, etc. are employable as a reinforced fiber, for example.
(Form 4) As the matrix material, for example, a thermosetting resin such as an epoxy resin, a polyester resin, a phenol resin, or a polyimide resin can be used. Alternatively, a thermoplastic resin such as a PEEK (polyether ether ketone) resin, a PPS (polyphenylene sulfide) resin, a vinyl chloride resin, or a polycarbonate resin can also be used. Moreover, it is not limited to those resin materials, For example, a rubber material etc. can also be used.
本発明を実施した実施例について図面を参照しながら説明する。図1は、本実施例の製造装置10の構成を示している。製造装置10は、繊維強化プラスチック製の製品100を製造するための装置である。製品100は、中空部分100aを有する中空形状を有している。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a configuration of a
図1に示すように、製造装置10は、製品100を成形するための成形型20と、成形型20にマトリックス材料104を注入するための注入装置40を備えている。
成形型20は、上型22と下型24を備えている。上型22と下型24のそれぞれは、透磁性を有する金属材料で形成されている。上型22と下型24の間には、製品100を成形するための成形キャビティ26が形成されている。
成形型20には、マトリックス材料104の注入路28が形成されている。注入路28は、注入装置40から供給されるマトリックス材料104を、成形キャビティ26に導入する流路である。図示されていないが、成形型20には、複数の注入路28が形成されている。
注入装置40は、成形型20の成形キャビティ26に、マトリックス材料104を加圧注入することができる。注入するマトリックス材料104の種類は、特に限定されない。例えば、マトリックス材料104は、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂であってもよい。あるいは、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)樹脂、PPS(ポリフェニレンサルファイド)樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリカーボネート樹脂等の熱可塑性樹脂であってもよい。さらに、樹脂材料に限られず、例えばゴム材料であってもよい。
As shown in FIG. 1, the
The
An
The
製造装置10では、複数の磁性体30が用意されている。磁性体30は、磁性材料で形成されたシート材である。本実施例の磁性体30は、軟磁性を有するステンレス鋼のシート材によって形成されている。詳しくは後述するが、磁性体30は、中空形状に成形された繊維基材102の中空部分102aに配置される(図3参照)。本実施例では、シート状の磁性体30を、繊維基材102の内面に貼付する。磁性体30は、繊維基材102の内面形状に合わせて、複数に分割されている。
なお、磁性体30は、必ずしもシート状である必要はない。磁性体30として、例えば多数の微小な金属球を繊維基材102の中空部分102aに配置してもよい。
In the
The
成形型20の上型22及び下型24には、永久磁石32、34がそれぞれ設けられている。永久磁石32、34は、その向きを変更可能に設けられている。成形型20の上型22及び下型24では、永久磁石32、34の向きを変更することによって、成形キャビティ26の内面26aが磁化される励磁状態と、成形キャビティ26の内面26aが磁化されない消磁状態を、切り替えることができるように構成されている。励磁状態では、成形キャビティ26の内面26aと磁性体30との間に、吸引し合う磁場が発生する。それにより、製品100(あるいは、繊維基材102)は、成形キャビティ26の内面26aに押し付けられ、成形型20に対して強く固定される。一方、消磁状態では、上記した磁場が消磁され、成形型20に対して製品100(あるいは、繊維基材102)の固定が解除される。このように、成形型20の上型22及び下型24では、公知のマグネットスタンド(あるいはマグネットベース)と同様に、永久磁石32、34を用いた励磁/消磁の切替構造が設けられている。
The
次に、製造装置10を用いた製品100の製造方法について説明する。図2は、製造装置10を用いた製品100の製造方法の流れを示すフローチャートである。以下、図2に示すフローチャートに沿って、製品100の製造方法について詳細に説明する。
先ず、ステップS12では、永久磁石32、34の向きを確認し、成形型20が消磁状態となっていることを確認する。成形型20を消磁状態としておくことで、次のステップS14において、繊維基材102を成形キャビティ26に配置する作業がやりやすくなる。
Next, a method for manufacturing the
First, in step S12, the direction of the
次に、ステップS14では、図3に示すように、成形型20の成形キャビティ26内に、中空形状に成形した繊維基材102を配置する。このとき、繊維基材102の中空部分102aには、磁性体30を配置しておく。中空部分102aに配置された磁性体30は、繊維基材102を介して、成形キャビティ26の内面26aに対向する。
繊維基材102は、強化繊維を積層することによって形成されている。繊維基材102の形成は、例えば成形型20の成形キャビティ26内で行なうことができる。即ち、成形キャビティ26の内面26aに繊維基材102を積層し、さらに磁性体30を積層することによって、磁性体30を内包する中空形状の繊維基材102を形成することができる。あるいは、外部の装置や型を用いて繊維基材102を形成し、その中空部分102aに磁性体30を配置した上で、その繊維基材102を成形キャビティ26に配置してもよい。
繊維基材102に用いる強化繊維は、特に限定されないが、例えば炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等とすることができる。また、その強化繊維には、例えばプリプレグのように、未硬化の樹脂を予め含浸させておいてもよい。
Next, in step S14, as shown in FIG. 3, the
The
Although the reinforced fiber used for the
次に、ステップS16では、図4に示すように、永久磁石32、34の向きを変更し、励磁状態に切り替える。それにより、成形キャビティ26の内面26aと磁性体30との間に、吸引し合う磁場を発生させる。磁性体30は、繊維基材102を成形キャビティ26の内面26aに押し付け、繊維基材102を成形キャビティ26の内面26aに固定する。
ここで、成形型20には、永久磁石32、34に代えて、電磁コイルを用いた電磁石を設けておくこともできる。この場合、電磁コイルへの通電を開始することによって、励磁状態への切り替えを行うことができる。また、成形型20に電磁石を設けた構成であると、その電磁コイルに通電する電流値によって、発生させる磁場を調節することができる。即ち、磁性体30による繊維基材102の押付力を調節することができる。
Next, in step S16, as shown in FIG. 4, the directions of the
Here, the molding die 20 may be provided with an electromagnet using an electromagnetic coil instead of the
次に、ステップS18では、図5に示すように、注入装置40によって、成形型20の成形キャビティ26に、マトリックス材料104を注入する。それにより、成形キャビティ26内の繊維基材102に、マトリックス材料104を含浸させる。成形型20が励磁状態となっているので、繊維基材102は磁性体30によって成形キャビティ26の内面26aに押し付けられている。従って、マトリックス材料104の流動による繊維基材102の変形が防止される。繊維基材102には、適量のマトリックス材料104が含浸される。先にも説明したように、マトリックス材料104には、様々な種類のものを用いることができる。ここでは、マトリックス材料104に、熱硬化性樹脂(例えばエポキシ樹脂)を用いるものとする。従って、マトリックス材料104の注入時に、成形型20を加熱する必要はない。その一方において、マトリックス材料104に熱可塑性樹脂を用いる場合は、マトリックス材料104を注入する際に、成形型20を加熱しておくとよい。
Next, in step S <b> 18, as shown in FIG. 5, the
次に、ステップS20では、図6に示すように、成形型20を加熱炉50内に配置し、成形キャビティ26内のマトリックス材料104を加熱硬化する。成形型20が励磁状態となっているので、繊維基材102及びマトリックス材料104は、磁性体30によって成形キャビティ26の内面26aに押し付けられている。それにより、マトリックス材料104は、成形キャビティ26の内面26aに沿う形状で、加熱硬化される。磁性体30による繊維基材102の押付力は、加熱硬化時における温度上昇においても、大きく変動することなく安定している。なお、マトリックス材料104に熱可塑性樹脂を用いた場合には、成形型20を冷却することによって、マトリックス材料104を硬化させることになる。
Next, in step S20, as shown in FIG. 6, the molding die 20 is placed in the
次に、ステップS22、S24では、図7に示すように、加熱硬化による成形が完了した製品100を、成形型20から取り出す作業を実施する。
先ず、ステップS22では、成形型20を開く前に、永久磁石32、34の向きを変更し、成形型20を消磁状態に切り替える。それにより、成形キャビティ26の内面26aと磁性体30の間の磁場が消滅し、製品100の成形型20に対する固定が解除される。なお、永久磁石32、34に代えて、成形型20に電磁石を設けている場合は、その電磁コイルへの通電を停止することによって、成形型20を消磁状態に切り替える。
次いで、ステップS24では、成形型20を開き、成形型20の成形キャビティ26から製品100を取り出す。成形型20を消磁状態としておくことで、製品100を変形させることなく、スムーズに取り出すことができる。
最後に、ステップS26では、図8に示すように、製品100から不要部分100bを切除し、製品100の中空部分100aから磁性体30を取り出す。以上により、製造装置10による製品100の製造は完了する。その後、製品100に必要な仕上げ作業を施すことで、製品100は完成する。
Next, in steps S22 and S24, as shown in FIG. 7, an operation of taking out the
First, in step S22, before opening the
Next, in step S <b> 24, the
Finally, in step S26, as shown in FIG. 8, the
以上のように、本実施例の製造装置10によると、例えば炭素繊維強化プラスチック(CFRP)製の製品100を、RTM(Resin Transfer Molding)法によって、精度よく製造することができる。成形型20に対する繊維基材102の固定に磁力を用いることから、バッグの内圧によって固定する従来の手法に比べて、繊維基材102に加えられる成形型20への押圧力が安定する。それにより、繊維基材102へ含浸するマトリックス材料104の含浸量や、硬化後の製品100の表面性状に、個体差(製品間の品質差)が生じにくい。多数の製品100を、安定した製造品質で製造することができる。
As described above, according to the
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、製造する製品100の形状は、上記した実施例の形状に限定されず、様々な形状の製品100を製造することができる。例えば、図9に示す曲面部分100cを有するような製品100や、図10に示す鋭角部分100dを有するような製品100についても、成形キャビティ26の形状を変更することによって、上記した実施例と同様に製造することができる。
また、上記した製造装置10及び製造方法では、磁性体30を、マグネットシート等のような既に着磁されている磁性体とすることもできる。この場合、成形型20に永久磁石32、34や電磁石を設ける必要はなく、成形型20を金属等の磁性体によって形成すればよい。この場合でも、成形キャビティ26の内面26aと磁性体30との間に磁場を発生した状態で、成形キャビティ26内にマトリックス材料104を注入し、そのマトリックス材料104を硬化することができる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
For example, the shape of the
In the
The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology illustrated in the present specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.
10:製造装置
20:成形型
26:成形キャビティ
26a:キャビティ26の内面
28:注入路
30:磁性体
32、34:永久磁石
40:注入装置
100:製品
100a:製品の中空部分
102:繊維基材
102a:繊維基材の中空部分
104:マトリックス材料
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10: Manufacturing apparatus 20: Mold 26:
Claims (6)
中空部分に磁性体を配置した中空形状の繊維基材を成形型内に配置する配置工程と、
成形型の内面と磁性体との間に磁場を発生した状態で、成形型内にマトリックス材料を注入する注入工程と、
成形型の内面と磁性体との間に磁場を発生した状態で、成形型内のマトリックス材料を硬化する硬化工程と、
を備える製造方法。 It is a manufacturing method for manufacturing a hollow product with a fiber reinforced material,
An arrangement step of arranging a hollow fiber substrate in which a magnetic body is arranged in a hollow portion in a mold,
An injection step of injecting a matrix material into the mold in a state where a magnetic field is generated between the inner surface of the mold and the magnetic body;
A curing step of curing the matrix material in the mold in a state where a magnetic field is generated between the inner surface of the mold and the magnetic body;
A manufacturing method comprising:
中空形状の繊維基材が配置される成形型と、
前記繊維基材の中空部分に配置される磁性体と、
前記成形型の内面と磁性体との間に磁場を発生する励磁手段と、
を備える製造装置。 It is a production device for producing hollow products with fiber reinforced materials,
A mold in which a hollow fiber substrate is disposed;
A magnetic body disposed in a hollow portion of the fiber base;
Excitation means for generating a magnetic field between the inner surface of the mold and the magnetic material;
A manufacturing apparatus comprising:
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