JP2018083305A

JP2018083305A - 中空形状構造体の製造方法

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Publication number: JP2018083305A
Application number: JP2016226248A
Authority: JP
Inventors: 直人赤沼; Naoto Akanuma; 陸子赤沼; Michiko Akanuma
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-11-21
Filing date: 2016-11-21
Publication date: 2018-05-31
Anticipated expiration: 2036-11-21
Also published as: JP6811594B2

Abstract

【課題】外型、内型、及び真空引きを用いた一体成型法により、複雑な形状を有する中空形状構造体を製造することができるようにする。【解決手段】中空形状構造体Ｓの製造方法は、複数の外型１１、１２の１つの面にプリプレグ２を載置する載置工程と、プリプレグ２が載置された複数の外型１１、１２を、複数の外型１１、１２に載置された複数のプリプレグ２が向かい合うように合体させる合体工程と、複数の外型１１、１２に載置された複数のプリプレグ２、及び複数の外型１１、１２におけるプリプレグ２が載置されていない面を覆うように袋状の第１フィルム３を配置する配置工程と、所定の温度下で第１フィルム３の外側を加圧した状態で、第１フィルム３の開口部３１から空気を吸引する吸引工程と、を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、中空形状構造体の製造方法に関するものである。

一体成型で中空形状構造体を成型することが行われている。特許文献１には、外型、内型、及び被成形物を真空バッグで覆った状態で、真空バッグの内側を吸引、減圧することで、中空部を有する成形品を製造することが開示されている。

特許第５３１３６４６号公報

しかし、外型、内型、及び真空バッグを用いて、中空部を有する構造体を成型した場合には、単純な形状は成型できても、複雑な形状を有する中空形状構造体を製造することは困難であるという問題が生じていた。

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、外型、内型、及び真空引きを用いた一体成型法により、複雑な形状を有する中空形状構造体を製造することができるようにすることを目的とする。

本発明の第１の態様においては、複数の外型の１つの面にプリプレグを載置する載置工程と、前記プリプレグが載置された前記複数の外型を、前記複数の外型に載置された複数の前記プリプレグが向かい合うように合体させる合体工程と、前記複数の外型に載置された複数の前記プリプレグ、及び前記複数の外型における前記プリプレグが載置されていない面を覆うように袋状の第１フィルムを配置する配置工程と、所定の温度下で前記第１フィルムの外側を加圧した状態で、前記第１フィルムの開口部から空気を吸引する吸引工程と、を有することを特徴とする中空形状構造体の製造方法を提供する。

また、前記配置工程は、前記第１フィルムを前記複数の外型を覆うように配置する工程と、前記第１フィルムの一部を向かい合う複数の前記プリプレグの間の空間に押し込む工程と、を有するようにしてもよい。また、前記載置工程の後に前記プリプレグの表面に第２フィルムを貼る工程と、内型を準備する工程と、前記内型を前記第２フィルムに載置する工程と、を有するようにしてもよい。

また、前記内型を準備する工程は、第３フィルムによって前記内型を包装する工程と、前記第３フィルムの一部を棒状に捻じる工程と、を有し、前記内型を前記第２フィルムに載置する工程は、捻じった前記第３フィルムの一部が向かい合う複数の前記プリプレグの間の空間の外側に出るように、前記第３フィルムによって包装された前記内型を前記外型に配置する工程を有するようしてもよい。また、前記内型を前記第２フィルムに載置する工程の後に、空気を通す複数の孔を有するシートを、前記シートの一端は前記内型に接し、かつ他端は向かい合う前記複数の外型の間の空間の外側に出るように配置する工程を有するようにしてもよい。

本発明によれば、複雑な形状を有する中空形状構造体を製造することができるという効果を奏する。

第１の実施形態に係る中空形状構造体Ｓの製造方法における準備段階の構成を示す。第１の実施形態に係る中空形状構造体Ｓの製造方法における製造段階の構成を示す。中空形状構造体Ｓの一例の断面図を示す。第２の実施形態に係る中空形状構造体Ｓの製造方法における準備段階の構成を示す。第２の実施形態に係る中空形状構造体Ｓの製造方法における製造段階の構成を示す。

＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態に係る中空形状構造体Ｓの製造方法における準備段階の構成を示す図である。図１（ａ）は、外型１の構成を示す図である。図１（ｂ）は、プリプレグ２が載置された外型１の構成を示す図である。図２は、第１の実施形態に係る中空形状構造体Ｓの製造方法における製造段階の構成を示す図である。図３は、中空形状構造体Ｓの一例の断面図である。

図３に示されるような中空形状構造体Ｓは、航空、宇宙、自動車、医療（ＣＴ、ＭＲＩの台座）等で使用される。以下に、中空形状構造体Ｓの製造方法について説明する。

図１（ａ）に示されるように、まず、外型１を準備する。外型１として、上型１１と下型１２とを準備する。外型１は、金型、パールボード、樹脂型（ＣＦＲＰ、ＦＲＰ）のいずれでもよい。金型、パールボードは、図面よりＣＡＤ等を使用して直接作成してもよい。樹脂型は、パールボードから成形する。

次に、図１（ｂ）に示されるように、複数の外型（上型１１と下型１２）の１つの面にプリプレグ２を載置する。プリプレグ２は、中空形状構造体Ｓが製造される材料である。プリプレグ２は、例えば、カーボン繊維等の強化プラスチック成型材料である。製造される中空形状構造体Ｓの強度を保持するために、必要に応じて外型１の特定の部分に、２重、３重にプリプレグ２を積層してもよい。

次に、図２に示されるように、プリプレグ２が載置された複数の外型（上型１１と下型１２）を、複数の外型に載置された複数のプリプレグ２が向かい合うように合体させる。
次に、複数の外型（上型１１と下型１２）に載置された複数のプリプレグ２、及び複数の外型におけるプリプレグ２が載置されていない面を覆うように袋状の第１フィルム３を配置する。第１フィルム３は、例えば、耐熱性真空引用フィルムである。第１フィルム３は、開口部３１を有する。開口部３１は、袋形状の第１フィルム３の開口である。開口部３１は、外型１の外側におけるどの位置に位置してもよい。

具体的には、第１フィルム３を複数の外型を覆うように配置し、第１フィルム３の一部を向かい合う複数のプリプレグ２の間の空間に押し込む。第１の実施形態に係る中空形状構造体Ｓの製造方法は、このような工程を有するので、外型１及びプリプレグ２の全ての外側面が第１フィルム３で覆われるようにすることができる。

次に、所定の温度下で第１フィルム３の外側を加圧した状態で、第１フィルム３の開口部３１から空気を吸引する。具体的には、第１フィルム３により包装された外型１を、オートクレープ４に入れて、約３時間、３ｋｇ／ｃｍ^２で加圧しながら、１３０℃もしくは１８０℃で加熱し、かつ、第１フィルム３の内側から空気を吸引する。第１フィルム３の内側から空気を吸引することで、第１フィルム３の内側を、真空の状態にする。オートクレープ４は、例えば、内部を高圧力にすることが可能な耐圧性の装置である。

その後、オートクレープ４の内側を冷却する。冷却された外型１をオートクレープ４の内側から取り出し、外型１から第１フィルム３を取り外す。そして、複数の外型（上型１１と下型１２）を分離して、複数の外型の内側から中空形状構造体Ｓを取り出す。そして、取り出した中空形状構造体Ｓに付着したバリ等を取り除く。このようにして、図３に示されるような、中空形状構造体Ｓが完成する。

［第１の実施形態に係る中空形状構造体Ｓの製造方法による効果］
第１の実施形態に係る中空形状構造体Ｓの製造方法は、複数の外型（上型１１と下型１２）の１つの面にプリプレグ２を載置する載置工程と、プリプレグ２が載置された複数の外型を、複数の外型に載置された複数のプリプレグ２が向かい合うように合体させる合体工程と、を有する。また、第１の実施形態に係る中空形状構造体Ｓの製造方法は、複数の外型に載置された複数のプリプレグ２、及び複数の外型におけるプリプレグ２が載置されていない面を覆うように袋状の第１フィルム３を配置する配置工程を有する。そして、第１の実施形態に係る中空形状構造体Ｓの製造方法は、所定の温度下で第１フィルム３の外側を加圧した状態で、第１フィルム３の開口部３１から空気を吸引する吸引工程を有する。

第１の実施形態に係る中空形状構造体Ｓの製造方法は、このような工程を有するので、真空引きされることに加えて、加圧もされることで、複雑な形状の中空形状構造体を製造することができる。

＜第２の実施形態＞
第２の実施形態に係る中空形状構造体Ｓの製造方法は、第１の実施形態に係る中空形状構造体Ｓの製造方法と比べて、内型６を用いる点で相違する。図４は、第２の実施形態に係る中空形状構造体Ｓの製造方法における準備段階の構成を示す図である。図４（ａ）は、実施例１を示す図である。図４（ｂ）は、実施例２を示す図である。図５は、第２の実施形態に係る中空形状構造体Ｓの製造方法における製造段階の構成を示す図である。

図４（ａ）に示されるように、まず、外型１を準備する。外型１として、上型１１と下型１２とを準備する。
次に、複数の外型（上型１１と下型１２）の１つの面にプリプレグ２を載置する。

次に、プリプレグ２の表面に第２フィルム５を貼る。第２フィルム５は、例えば、耐熱性離型フィルムである。第２フィルム５は、後述する内型６が中空形状構造体Ｓの内壁に貼着するのを防止し、成型後、内型６を取り出しやすくするために用いられる。また、第２フィルム５は、第１フィルム３が中空形状構造体Ｓの内壁に貼着するのを防止するために用いられる。第２フィルム５は、厚さ約２０ミクロンであることが望ましい。

次に、内型６を準備する。内型６は、例えば、中空形状構造体Ｓの先端部に、一定の強度を有する所望の外形状を有するようにさせ、中空形状構造体Ｓを確実かつ効果的に形成するために用いられる。内型６は、外型１の内側の空間に配置される。内型６は、例えば、シリコンゴム製である。また、内型６は、成型後に中空形状構造体Ｓの内側から取り出し易くするために、例えば、図４（ｂ）に示されるように、外型１の先端部の内側に複数の板状の内型６を積層させた状態で配置するようにしてもよい。このようにすることで、成型後に、中空形状構造体Ｓから内型６を離間し易くすることができる。

この際に、内型６を第３フィルム７によって包装する場合には、内型６の準備として、第３フィルム７によって内型６を包装する。第３フィルム７は、例えば耐熱離型フィルムである。そして、第３フィルム７の一部を棒状に捻じる。具体的には、第３フィルム７で内型６を包装した後に残された第３フィルム７の部分を、棒状に捻じる。図４（ｂ）に示されるように、複数の内型６を層構造に構成して用いる場合には、複数の内型６のそれぞれを第３フィルム７によって包装する。そして、複数の内型６を包装している第３フィルム７のそれぞれの包装部分以外の一部を棒状に捻じる。そして、包装した複数の内型６を層状に重ねる。第３フィルム７の厚さは、約４０ミクロンが望ましい。

次に、内型６を第２フィルム５に載置する。この際に、内型６を第３フィルム７によって包装する場合には、捻じった第３フィルム７の一部が向かい合う複数のプリプレグ２の間の空間の外側に出るように、第３フィルム７によって包装された内型６を外型１に配置する。具体的には、捻じった第３フィルム７の内型６を包装する側の端部とは反対側の端部が、向かい合う複数のプリプレグ２によって形成される開口部２１から突出して、向かい合う複数のプリプレグ２の間の空間の外側に位置するように、第３フィルム７によって包装された内型６を外型１に配置する。

図５に示されるように、向かい合う複数のプリプレグ２によって形成される開口部２１は、向かい合う複数の外型１によって形成される開口部１３よりも、向かい合う複数の外型１の間の空間の内側に位置する。捻じった第３フィルム７の内型６を包装する側の端部とは反対側の端部は、向かい合う複数のプリプレグ２によって形成される開口部２１、及び向かい合う複数の外型１によって形成される開口部１３から突出して、向かい合う複数の外型１の間の空間の外側に位置していてもよい。

第２の実施形態に係る中空形状構造体Ｓの製造方法は、このように、第３フィルム７により包装された内型６を外型１に配置するので、成型後に、内型６を包装した第３フィルム７の一部である棒状のフィルムを、例えば指でつまんで引き抜くことにより、内型６を中空形状構造体Ｓの内側から取り出すことができる。

また、第２の実施形態に係る中空形状構造体Ｓの製造方法は、上述したように内型６を準備して、内型６を第２フィルム５に載置する工程を有するので、複雑な形状を有する中空形状構造体Ｓの、特に先端部といった小さな部分でも、大きな強度を有するように製造することができる。

次に、空気を通す複数の孔を有するシート８を、シート８の一端は内型６に接し、かつ他端は向かい合う複数の外型１の間の空間の外側に出るように配置する。シート８は、例えば、ブリーザクロスである。ブリーザクロスは、ポリエステル製の不織布で、細かな空気路が網目状に配置されている。具体的には、シート８の内型６と接している側の端部とは反対側の端部は、向かい合う複数のプリプレグ２によって形成される開口部２１、及び向かい合う複数の外型１によって形成される開口部１３から突出して、向かい合う複数の外型１の間の空間の外側に位置する。

内型６が、第３フィルム７で包装されている場合には、シート８の一端が内型６に接するとは、シート８の一端が内型６を包装している第３フィルム７に接することを意味する。

第２の実施形態に係る中空形状構造体Ｓの製造方法は、このようにシート８を配置するので、外型１の内側全体の真空引きが外型１の内側の奥まった先端の部分まで、真空効果を奏するようにすることができる。その結果、外型１の内側の奥まった先端の部分まで、外型１の形状と同一の形状に中空形状構造体Ｓを成型することが可能になる。

次に、図５に示されるように、プリプレグ２が載置された複数の外型（上型１１と下型１２）を、複数の外型に載置された複数のプリプレグ２が向かい合うように合体させる。
次に、複数の外型（上型１１と下型１２）に載置された複数のプリプレグ２、及び複数の外型におけるプリプレグ２が載置されていない面を覆うように袋状の第１フィルム３を配置する。第１フィルム３は、例えば、耐熱性真空引用フィルムである。第１フィルム３は、開口部３１を有する。開口部３１は、袋形状の第１フィルム３の開口である。

具体的には、第１フィルム３を複数の外型を覆うように配置し、第１フィルム３の一部を向かい合う複数のプリプレグ２の間の空間に押し込む。より具体的には、第１フィルム３を複数の外型を覆うように配置し、第１フィルム３の一部を向かい合うプリプレグ２の表面に配置された第２フィルム５、内型６又は第３フィルム７に包装された内型６、及びシート８の間の空間に押し込む。このとき、シート８の内型６と接する側の端部とは反対側の端部を第１フィルム３の開口部３１の付近であって、かつ、第１フィルム３の内側に配置されるように調整する。

次に、所定の温度下で第１フィルム３の外側を加圧した状態で、第１フィルム３の開口部３１から空気を吸引する。具体的には、第１フィルム３により包装された外型１を、オートクレープ４に入れて、約３時間、３ｋｇ／ｃｍ^２で加圧しながら、１３０℃もしくは１８０℃で加熱し、かつ、第１フィルム３の内側から空気を吸引する。第１フィルム３の内側から空気を吸引することで、第１フィルム３の内側を、真空の状態にする。

その後、オートクレープ４の内側を冷却する。そして、冷却された外型１をオートクレープ４の内側から取り出す。そして、外型１から第１フィルム３を取り外し、複数の外型（上型１１、下型１２）を分離して、中空形状構造体Ｓの内側からシート８を引き抜く。そして、内型６を包装した第３フィルム７の一部である棒状のフィルムを、例えば指でつまんで引き抜くことにより、内型６を中空形状構造体Ｓの内側から取り出す。そして、中空形状構造体Ｓに付着したバリ等を取り除く。このようにして、中空形状構造体Ｓが完成する。

第２の実施形態に係る中空形状構造体Ｓの製造方法は、内型６を準備する工程と、内型６を第２フィルム５に載置する工程と、を有する。第２の実施形態に係る中空形状構造体Ｓの製造方法は、このような工程を有するので、第１の実施形態に係る中空形状構造体Ｓの製造方法よりも、さらに複雑な形状の中空形状構造体を製造することができる。また、第２の実施形態に係る中空形状構造体Ｓの製造方法は、複雑な形状を有する中空形状構造体Ｓの、特に先端部といった小さな部分でも、大きな強度を有するように製造することができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１・・・外型
１１・・・上型
１２・・・下型
１３・・・開口部
２・・・プリプレグ
２１・・・開口部
３・・・第１フィルム
３１・・・開口部
４・・・オートクレープ
５・・・第２フィルム
６・・・内型
７・・・第３フィルム
８・・・シート
Ｓ・・・中空形状構造体

Claims

複数の外型の１つの面にプリプレグを載置する載置工程と、
前記プリプレグが載置された前記複数の外型を、前記複数の外型に載置された複数の前記プリプレグが向かい合うように合体させる合体工程と、
前記複数の外型に載置された複数の前記プリプレグ、及び前記複数の外型における前記プリプレグが載置されていない面を覆うように袋状の第１フィルムを配置する配置工程と、
所定の温度下で前記第１フィルムの外側を加圧した状態で、前記第１フィルムの開口部から空気を吸引する吸引工程と、
を有することを特徴とする中空形状構造体の製造方法。
前記配置工程は、
前記第１フィルムを前記複数の外型を覆うように配置する工程と、
前記第１フィルムの一部を向かい合う複数の前記プリプレグの間の空間に押し込む工程と、
を有することを特徴とする、
請求項１に記載の中空形状構造体の製造方法。
前記載置工程の後に前記プリプレグの表面に第２フィルムを貼る工程と、
内型を準備する工程と、
前記内型を前記第２フィルムに載置する工程と、
を有することを特徴とする、
請求項１又は２に記載の中空形状構造体の製造方法。
前記内型を準備する工程は、
第３フィルムによって前記内型を包装する工程と、
前記第３フィルムの一部を棒状に捻じる工程と、
を有し、
前記内型を前記第２フィルムに載置する工程は、
捻じった前記第３フィルムの一部が向かい合う複数の前記プリプレグの間の空間の外側に出るように、前記第３フィルムによって包装された前記内型を前記外型に配置する工程を有することを特徴とする、
請求項３に記載の中空形状構造体の製造方法。
前記内型を前記第２フィルムに載置する工程の後に、
空気を通す複数の孔を有するシートを、前記シートの一端は前記内型に接し、かつ他端は向かい合う前記複数の外型の間の空間の外側に出るように配置する工程を有することを特徴とする、
請求項３又は４に記載の中空形状構造体の製造方法。