JP2024070038A - 成形治具および複合材料製パネル構造体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】成形時の積層体の位置を安定して維持するとともに、成形品にしわやうねりが発生することを抑止する。【解決手段】成形治具１は、強化繊維およびマトリクス樹脂を含有する複数のシート材が積層された積層体１０をプレス成形によってパネル構造体１００に成形するための成形治具である。成形治具１は、フレーム２と複数の支持機構３とを有する。支持機構３は、フレーム固定部３１と、フレーム固定部３１に揺動可能に支持された支持アーム３２と、支持アーム３２に支持され、複数のシート材の相対的なすべりを許容するように積層体１０を支持する積層体支持部３３と、を有する。【選択図】図３

Description

本開示は、成形治具および複合材料製パネル構造体の製造方法に関する。

近年、軽く強度の高い特性を有する複合材料が、金属に代わる軽量化材料として、航空機、自動車をはじめとする各種の産業分野で利用されている。このような複合材料の適用が進む中で、高い生産性と低コストでの製造が可能なプレス成形法が注目されている。

特許文献１には、強化繊維を含む複数のプリプレグを積層して積層体を形成し、当該積層体をプレス成形することで、パネル構造体を製造する技術が開示されている。

国際公開第２０２２／０３９２２６号

上記のように強化繊維を含む積層体をプレス成形することでパネル構造体を製造する場合、成形時に積層体の位置を正確に維持できないという問題や、成形品にしわやうねりが発生しやすいという問題があった。例えば積層体が熱可塑性樹脂を含む場合、積層体が予熱装置で融点以上に予熱されたのち、金型でプレス成形される。この際、積層体を予熱装置内や金型内で保持するために、積層体の端部に装着された装着部材をバネや糸で吊る方法が主に採用されていた。前記装着部材として、積層体の端部を強い力で挟持するクランプ部材や、積層体に開口された孔部に挿通された線材などが用いられる。しかし、既存のこれらの方法では、予熱時やプレス成形時に積層体全体の位置が変化しやすく、更に、金型による積層体の変形に各層の強化繊維が充分追従できないことから成形品にしわやうねりが発生しやすくなる。

本開示の目的は、成形時の積層体の位置を安定して維持するとともに、成形品にしわやうねりが発生することを抑止することが可能な成形治具および複合材料製パネル構造体の製造方法を提供することにある。

本開示の一の局面に係る成形治具は、強化繊維およびマトリクス樹脂を含有する複数のシート材が積層された積層体をプレス成形によって成形体に成形するための成形治具であって、フレームと、前記フレームに装着され、前記積層体を支持する複数の支持機構と、を備え、前記複数の支持機構の各々は、前記フレームに固定された固定部と、前記固定部に揺動可能に支持された揺動部と、前記揺動部に支持され、前記複数のシート材の相対的なすべりを許容するように前記積層体を支持する積層体支持部と、を有する。

また、本開示の他の局面に係る複合材料製パネル構造体の製造方法は、強化繊維およびマトリクス樹脂を含有する複合材料製パネル構造体の製造方法であって、前記強化繊維および前記マトリクス樹脂を含む複数のシート材を積層して積層体を形成することと、フレームおよび当該フレームに揺動可能に支持された複数の支持機構を含む成形治具を準備することと、前記成形治具の前記複数の支持機構によって前記積層体に所定の張力を付与した状態で前記積層体を支持することと、前記成形治具によって前記積層体を支持した状態で前記積層体をプレス成形することで前記複数のシート材の相対的なすべりを許容しながら前記積層体から前記パネル構造体を成形することと、を備える。

本開示によれば、成形時の積層体の位置を安定して維持するとともに、成形品にしわやうねりが発生することを抑止することができる。

図１は、本開示の一実施形態に係る複合材料製パネル構造体の製造方法の工程図である。 図２は、本開示の一実施形態に係る成形治具の斜視図である。 図３は、本開示の一実施形態に係る成形治具の支持機構の側面図である。 図４は、本開示の一実施形態に係る成形治具に支持された積層体がプレス成形される様子を示す模式図である。 図５は、本開示の一実施形態に係る成形治具に支持された積層体がプレス成形される様子を示す模式図である。 図６は、本開示の一実施形態に係る成形治具に支持された積層体がプレス成形される様子を示す模式図である。 図７は、本開示の一実施形態に係る成形治具の斜視図である。 図８は、本開示の第１変形実施形態に係る成形治具の支持機構の側面図である。 図９Ａは、本開示の第２変形実施形態に係る成形治具の支持機構の模式的な側面図である。 図９Ｂは、本開示の第２変形実施形態に係る成形治具の支持機構の模式的な側面図である。 図１０Ａは、本開示の第３変形実施形態に係る成形治具の支持機構の模式的な側面図である。 図１０Ｂは、本開示の第３変形実施形態に係る成形治具の支持機構の模式的な側面図である。 図１１Ａは、積層体において層間すべりが発生する様子を示す模式図である。 図１１Ｂは、積層体においてうねり、よれが発生する様子を示す模式図である。

以下、図面に基づいて、本開示の一実施形態を詳細に説明する。以下の説明では、複合材料製パネル構造体を単にパネル構造体と称する。当該パネル構造体は、強化繊維およびマトリクス樹脂を含有する。まず、複数のシート材が積層されることで積層体が形成され、当該積層体がプレス成形されることでパネル構造体が製造される。一例として、前記シート材は、強化繊維として連続繊維を含むプリプレグである。

なお、上記のプリプレグについて、パネル構造体の複合材料層を構成する強化繊維および樹脂組成物の具体的な種類は特に限定されるものではない。パネル構造体が適用される部品において良好な物性を実現できるものであれば、強化繊維の具体的な種類は特に限定されないが、例えば、炭素繊維、ポリエステル繊維、ＰＢＯ繊維すなわちポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維、ボロン繊維、アラミド繊維、ガラス繊維、シリカ繊維、炭化ケイ素繊維、ナイロン繊維、等を挙げることができる。この場合、１種類の強化繊維のみが用いられてもよいし、２種類以上の強化繊維が用いられてもよい。本実施形態では、強化繊維として炭素繊維が好適に用いられる。また、強化繊維の形態は特に限定されないが、代表的には、組物、織物、編物、不織布等で構成された基材が用いられる。

また、強化繊維に含浸される樹脂組成物は、基材を支持するマトリクス材、すなわち母材として使用可能な樹脂材料を含有していればよい。具体的な樹脂材料としては、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂とが挙げられる。本実施形態では、熱可塑性樹脂が用いられる。

熱可塑性樹脂の具体的な種類も特に限定されないが、ＰＰＳすなわちポリフェニレンスルフィド、ＰＥＥＫすなわちポリエーテルエーテルケトン、ＰＥＩすなわちポリエーテルイミド等のエンジニアリングプラスチックが好適に用いられる。これら熱可塑性樹脂の具体的な化学構造は特に限定されず、公知の種々のモノマーが重合されたポリマーであってもよいし、複数のモノマーが重合されたコポリマーであってもよい。また、平均分子量、主鎖および側鎖の構造等についても特に限定されない。

なお、マトリクス材は、上記の熱可塑性樹脂のみで構成されてもよい。すなわちマトリクス材は、公知の樹脂材料のみであってもよい。一方、マトリクス材は、公知の硬化剤、硬化促進剤、繊維基材以外の補強材または充填材、その他公知の添加剤を含んでいてもよい。硬化剤、硬化促進剤等の添加剤の具体的な種類、組成等についても特に限定されず、公知の種類または組成のものが用いられる。

図１は、本開示の一実施形態に係るパネル構造体の製造方法の工程図である。図２は、本実施形態に係る成形治具１の斜視図である。なお、図２以降の各図では説明を容易とするために上下、左右、前後の各方向が図示されているが、当該方向は本開示に係る成形治具、製造方法を限定するものではない。

図１に示すように、本実施形態に係る製造方法は、前述の複数のシート材を積層して積層体を形成するＳ１工程と、積層体を成形治具に装着するＳ２工程と、積層体を支持した成形治具を予熱装置に搬入するＳ３工程と、予熱装置内で積層体を予熱するＳ４工程と、予熱後に成形治具をプレス装置に搬入するＳ５工程と、成形治具に装着された積層体にプレス加工を施すＳ６工程とを含む。Ｓ６工程後の成形体から不要な部分が取り除かれると、成形品としてパネル構造体が完成する。

図２に示すように、本実施形態に係る成形治具１は、積層体１０を周囲から囲む構造を有し、全体として略平板形状を有している。このような形状を有することで、作業者が積層体１０を含む成形治具１を予熱装置やプレス装置に容易に搬入することができる。図２における上下方向が、積層体１０に対するプレス方向に相当する。

成形治具１は、フレーム２と、複数の支持機構３とを有している。フレーム２は、平板形状を有し、その中央部には矩形状の開口部２Ａが開口されている。フレーム２には、金属材料が用いられている。フレーム２は、予熱装置やプレス装置内で積層体１０を保持するための充分な剛性を有している。複数の支持機構３は、フレーム２に揺動可能に装着されており、積層体１０を支持する機能を有している。本実施形態では、図２のフレーム２の左右の内側部にそれぞれ３つずつの支持機構３が装着されている。この左右３対の支持機構３の間に、積層体１０が配置される。

図２に示される各支持機構３は、上下方向および左右方向における積層体１０の移動を許容し、前後方向における積層体１０の移動を阻止するように積層体１０を支持する。このように、各支持機構３が積層体１０の移動方向を規制するため、プレス成形時に積層体１０の繊維配向が設計上の方向からずれることが抑止され、成形後のパネル構造体の強度低下が生じにくくなる。

図３は、本実施形態に係る成形治具１の支持機構３の側面図である。図３では、図２の右側の３つの支持機構３のうちの１つの支持機構３が図示されている。なお、図３の二点鎖線は図２における支持機構３の姿勢を示し、図３の実線は後記のように支持機構３が下方に揺動した状態を示す。図２の６つの支持機構３は同じ構造を有しているため、以下では図３の支持機構３を例にして、支持機構３の構造、機能について詳述する。

支持機構３は、固定部３１と、支持アーム３２と、積層体支持部３３と、第１ばね部材３４とを有する。

固定部３１は、フレーム２に固定される。固定部３１は、図３に示すようにＬ字形状の断面を有している。本実施形態では、固定部３１は、ボルトによってフレーム２に固定されている。

支持アーム３２は、固定部３１に揺動可能に支持されている。支持アーム３２は、本開示の揺動部に相当する。図２に示すように、支持アーム３２は、前後一対の板状部３２０を含む。当該一対の板状部３２０同士は、複数の接続ピン３２１によって相互に接続されている。

支持アーム３２の各板状部３２０は、固定部３１に揺動可能に支持された第１アーム３２Ａと、積層体支持部３３を支持するとともに第１アーム３２Ａに揺動可能に支持された第２アーム３２Ｂとを含む。

積層体支持部３３は、積層体１０を支持する機能を有している。積層体支持部３３は、支持アーム３２の第２アーム３２Ｂに揺動可能に支持されている。積層体支持部３３は、第１支持部３３Ａと、第２支持部３３Ｂとを有する。図３に示すように、積層体１０のうち、プレス方向と交差する下面を第１面１０１、前記下面と反対の上面を第２面１０２と称する。第１支持部３３Ａは積層体１０の第１面１０１を支持し、第２支持部３３Ｂは積層体１０の第２面１０２を支持する。本実施形態では、第１支持部３３Ａおよび第２支持部３３Ｂは、積層体１０を上下から挟持する。積層体支持部３３が積層体１０を挟持した状態で、第２支持部３３Ｂが第１支持部３３Ａに向かって付勢されることで、積層体１０に所定の挟持力が付与される。また、第２支持部３３Ｂは、第１支持部３３Ａに対して積層体１０と平行な方向にスライド移動できる。

なお、図３では、第１支点部Ｐ１、第２支点部Ｐ２、第３支点部Ｐ４が図示されている。第１支点部Ｐ１は、第１アーム３２Ａの固定部３１に対する揺動支点である。第２支点部Ｐ２は、第２アーム３２Ｂの第１アーム３２Ａに対する揺動支点である。第３支点部Ｐ３は、積層体支持部３３の第２アーム３２Ｂに対する揺動支点である。第１アーム３２Ａ、第２アーム３２Ｂおよび積層体支持部３３の揺動における中心軸は、プレス方向と直交する前後方向に延びている。

第１ばね部材３４は、固定部３１と積層体支持部３３との間に介在する圧縮ばねである。第１ばね部材３４の一端部は固定部３１に固定されており、第１ばね部材３４の他端部は積層体支持部３３に固定されている。第１ばね部材３４は、積層体１０に対するプレス成形時に弾性変形する。第１ばね部材３４は、本開示におけるばね部に相当する。

図４乃至図６は、本実施形態に係る成形治具１に支持された積層体１０がプレス成形される様子を示す模式図である。図７は、実施形態に係る成形治具１の斜視図であって、図６の状態に対応する図である。

図２に示すように、積層体１０が成形治具１に装着、支持された状態で、図１のＳ３工程、Ｓ４工程がそれぞれ実行された後、Ｓ５工程において成形治具１がプレス装置Ｋに搬入される。本実施形態では、成形治具１の複数の支持機構３が積層体１０に張力を付与しながら当該積層体１０を支持しているため、予熱による積層体１０の撓みを防止することができる。また、成形治具１は、予熱装置およびプレス装置への搬入、搬出時に、積層体１０の揺れを防止することができる。

図４に示すように、一例として、プレス装置Ｋは、第１金型部Ｋ１と、第２金型部Ｋ２とを有する。第１金型部Ｋ１には、上方に向かって凹部Ｋ１１が形成され、第２金型部Ｋ２には上方に向かって凸部Ｋ２１が形成されている。上記の凹部Ｋ１１と凸部Ｋ２１とが嵌合することで、積層体１０に所定の形状が付与される。

積層体１０に対するプレス成形前の段階では、図４に示すように、積層体１０が左右方向に水平に延びており、左右の支持機構３が積層体１０の両端部をそれぞれ支持している。この際、積層体１０が左右両側から支持機構３によって引っ張られることで、積層体１０には第１ばね部材３４のばね力によって張力が付与されている。このように、支持機構３が積層体１０を適度に引っ張った際に、予熱により軟化した積層体１０が大きく変形しないよう、第１ばね部材３４のばね定数が設定されている。なお、図４の状態の支持機構３の姿勢が、図３では二点鎖線で示されている。

図４に示す状態から図５に示すように第１金型部Ｋ１が下降すると、凹部Ｋ１１と凸部Ｋ２１とが嵌合し、積層体１０が凸部Ｋ２１に沿った形状に成形される。積層体１０が第１金型部Ｋ１によって押し下げられることに伴って、右側の支持機構３は図３の下方向かつ左方向に引っ張られる。この結果、図３の矢印で示すように第１アーム３２Ａ、第２アーム３２Ｂおよび積層体支持部３３がそれぞれ第１支点部Ｐ１、第２支点部Ｐ２および第３支点部Ｐ３回りに回動する。また、図７に示すように、各支持機構３がフレーム２の中央部に向かって下方に回動した状態となる。この際、図４の状態よりも、支持アーム３２が伸長し、第１ばね部材３４が強制的に引っ張られた状態となる。

図５に示す状態から図６に示すように第１金型部Ｋ１が再び上昇すると、積層体１０の成形体であるパネル構造体１００が、左右の支持機構３によって支持された状態となる。この際も、パネル構造体１００が左右両側から支持機構３によって引っ張られているため、パネル構造体１００にも第１ばね部材３４のばね力によって所定の張力が付与されている。なお、成形後のパネル構造体１００の形状を損なうことがないように、第１ばね部材３４のばね定数が設定されている。

図１１Ａは、本実施形態に係る積層体１０のプレス成形時に、層間すべりが発生した様子を示す模式図である。図１１Ｂは、積層体１０と比較される他の積層体１０Ｚのプレス成形時に、うねりやよれが発生した様子を示す模式図である。積層体１０Ｚの複数のシート材の端部は保持部材Ｊによって相互に固定されている。保持部材Ｊは、各シート材に形成された孔部に挿通された金属線材である。

図１１Ｂのように、積層体１０Ｚの複数のシート材の端部が保持部材Ｊによって相互に固定されている場合、プレス型による積層体１０Ｚの変形に各シート材内の強化繊維が充分追従できないことから、うねり、よれが発生しやすい。この結果、プレス成形後のパネル構造体の表面にも、しわが発生しやすくなる。

一方、本実施形態では、図３の第１支持部３３Ａに対して第２支持部３３Ｂがスライド移動可能であるため、図１１Ａに示すように、複数のシート材における層間すべりが促進される。この結果、成形後のパネル構造体１００にしわが発生することが抑制される。

以上のように、本実施形態に係る成形治具１では、成形治具１の複数の支持機構３によって積層体１０を支持した状態で、積層体１０を成形治具１と一体で予熱装置内や金型内に移動させることができる。このため、予熱工程やプレス工程において積層体１０の位置を安定して維持することができる。また、複数の支持機構３は、支持アーム３２と積層体支持部３３とを有し、積層体１０の複数のシート材の相対的なすべりを許容するように積層体１０を支持する。このため、プレス成形時においてシート材同士のすべりが妨げられることがなく、成形後のパネル構造体１００にしわやうねりが発生することを抑止することができる。

また、本実施形態では、積層体支持部３３がプレス成形前の積層体１０に装着されると第１ばね部材３４が積層体１０に所定の張力を付与するように弾性変形する。このように、第１ばね部材３４の弾性力によってプレス成形前に積層体１０に張力を付与しながら積層体１０を支持することで、積層体１０の位置を更に安定して維持することができる。また、プレス成形前に積層体１０に予熱処理を施す場合には、予熱後の積層体１０の撓みを抑制することもできる。

更に、本実施形態では、支持アーム３２が第１アーム３２Ａと第２アーム３２Ｂとを有している。このため、支持アーム３２が単一の部材である場合と比較して、積層体支持部３３がプレス成形時の積層体１０の移動にスムーズに追従することができる。

また、積層体支持部３３が第１アーム３２Ａに揺動可能に支持されているため、積層体支持部３３がプレス成形時の積層体１０の複雑な移動に追従することができる。

更に、本実施形態では、成形治具１が積層体１０の前後方向における移動を阻止しながら、プレス方向および左右方向における積層体１０の変形を許容するため、積層体１０の位置を安定して保持しながらプレス加工を行うことができる。

＜第１変形実施形態＞
次に、本開示の第１変形実施形態に係る成形治具１について説明する。図８は、本変形実施形態に係る成形治具１の支持機構３の側面図である。図８においても、二点鎖線はプレス成形前の状態を示し、実線はプレス成形時の状態を示している。なお、本変形実施形態では、先の実施形態との相違点を中心に説明する。また、先の実施形態と同様の構造、機能を有する部材については、同じ符号を付している。図８に示すように、支持機構３は、固定部３１と、支持アーム３２と、積層体支持部３３と、第２ばね部材３５と、第３ばね部材３６とを有する。

本変形実施形態では、積層体支持部３３が第１支持部３３Ｃと、第２支持部３３Ｄとを有する。第１支持部３３Ｃは、積層体１０の第１面１０１を支持する。また、第２支持部３３Ｄは、第１支持部３３Ｃとの間で積層体１０を所定の挟持力で挟持するように積層体１０の第２面１０２を支持する。上記の挟持力は、第２支持部３３Ｄの基端部に設けられた調整ねじ３３Ｅによって調整することができる。

第２ばね部材３５は、固定部３１と支持アーム３２の第１アーム３２Ａとの間に介在する。一方、第３ばね部材３６は、第３支点部Ｐ３に配置されている。第３支点部Ｐ３は、積層体支持部３３の第２アーム３２Ｂに対する揺動支点である。第３ばね部材３６は、トーションスプリングである。第３ばね部材３６は、第３支点部Ｐ３を支点とする揺動方向に積層体支持部３３を付勢する。

本変形実施形態においても、プレス成形前に、第２ばね部材３５および第３ばね部材３６のばね力によって積層体１０に所定の張力を付与した状態で、各支持機構３が積層体１０を支持することができる。このため、予熱工程やプレス工程において積層体１０の位置を安定して維持することができる。

また、図４乃至図６のように、プレス装置Ｋの第１金型部Ｋ１、第２金型部Ｋ２によって積層体１０がプレス成形されると、支持機構３は図８の下方向かつ左方向に引っ張られる。この際、第２ばね部材３５および第３ばね部材３６が弾性変形しながら、第１アーム３２Ａ、第２アーム３２Ｂおよび積層体支持部３３が、それぞれ第１支点部Ｐ１、第２支点部Ｐ２および第３支点部Ｐ３周りに揺動する。この結果、積層体支持部３３が積層体１０の移動に容易に追従することができる。この際、第２ばね部材３５および第３ばね部材３６のばね力によって、支持機構３が積層体１０に張力を付与し続けることができる。

更に、プレス成形時には、積層体支持部３３の第１支持部３３Ｃおよび第２支持部３３Ｄにおいて積層体１０の層間すべりが許容されるため、プレス成形後のパネル構造体１００にしわが発生することが抑止される。なお、本変形実施形態では、プレス成形時の積層体１０の複数のシート材のすべり力が第１支持部３３Ｃおよび第２支持部３３Ｄの挟持力を超えた場合に、前記複数のシート材が相対的にすべることができる。

＜第２変形実施形態＞
次に、本開示の第２変形実施形態に係る成形治具１について説明する。図９Ａ、図９Ｂは、本変形実施形態に係る成形治具１の支持機構３の模式的な側面図である。本変形実施形態では、先の実施形態と比較して、積層体支持部３３が積層体１０を支持する構造において相違する。例えば、図９Ａに示すように、積層体１０は、第１シート材１０Ａ、第２シート材１０Ｂおよび第３シート材１０Ｃの３層構造を有する。第１シート材１０Ａの下面部は積層体１０の第１面１０１に相当し、第３シート材１０Ｃの上面部は積層体１０の第２面１０２に相当する。積層体支持部３３は、積層体１０の第１面１０１に接着剤３３Ｓによって接着固定されている。なお、他の実施形態において、積層体支持部３３は、積層体１０の第１面１０１に融着されてもよい。

図９Ａに示される積層体１０の端部では、積層体１０の予熱時に第２面１０２は予熱装置の熱を受けて溶けるが、第１面１０１は積層体支持部３３によって覆われており予熱装置の熱を直接受けないため、第２面１０２と比較すると溶けない。

積層体１０の第１シート材１０Ａは積層体支持部３３に接着固定されているため、積層体１０のプレス成形時、第１シート材１０Ａは積層体支持部３３に追従して図９Ｂの矢印Ｑ１方向に移動する。一方、第３シート材１０Ｃは積層体支持部３３に拘束されていないため、積層体１０の変形に伴う周長差によって第３シート材１０Ｃは矢印Ｑ２方向に移動する。なお、第１シート材１０Ａと第３シート材１０Ｃとの間の第２シート材１０Ｂも、第３シート材１０Ｃに追従するように移動する。この結果、３層のシート材における層間すべりが促進される。したがって、プレス成形後のパネル構造体１００にしわが発生することが抑止される。

＜第３変形実施形態＞
次に、本開示の第３変形実施形態に係る成形治具１について説明する。図１０Ａ、図１０Ｂは、本変形実施形態に係る成形治具１の支持機構３の模式的な側面図である。本変形実施形態においても、先の実施形態と比較して、積層体支持部３３が積層体１０を支持する構造において相違する。例えば、図１０Ａに示すように、積層体１０は、第１シート材１０Ａ、第２シート材１０Ｂ、第３シート材１０Ｃ、第４シート材１０Ｄ、第５シート材１０Ｅ、第６シート材１０Ｆの６層構造を有する。第１シート材１０Ａの下面部は積層体１０の第１面１０１に相当し、第６シート材１０Ｆの上面部は積層体１０の第２面１０２に相当する。予熱処理を受ける前の積層体１０の状態において、積層体１０の端部は段差を有している。具体的に、第１シート材１０Ａ、第２シート材１０Ｂ及び第３シート材１０Ｃは、第４シート材１０Ｄ、第５シート材１０Ｅおよび第６シート材１０Ｆよりも積層体１０の幅方向外側に長く突出している。更に、第１シート材１０Ａおよび第２シート材１０Ｂは、第３シート材１０Ｃよりも前記幅方向外側に突出している。

一方、積層体支持部３３は、第１支持部３３Ａと第２支持部３３Ｂとを含む。第２支持部３３Ｂはボルトによって第１支持部３３Ａに固定されている。第１支持部３３Ａと第２支持部３３Ｂとの間には、積層体１０の第１シート材１０Ａおよび第２シート材１０Ｂのそれぞれの端部が挟持されている。なお、他の実施形態において、第３シート材１０Ｃも同様に挟持されていてもよい。また、第１支持部３３Ａと第２支持部３３Ｂとの間に挟持されるシート材の数は上記に限定されるものではない。

このように、本実施形態では、積層体１０の第１シート材１０Ａおよび第２シート材１０Ｂは積層体支持部３３に強く挟持されている。このため、積層体１０のプレス成形時、第１シート材１０Ａおよび第２シート材１０Ｂは積層体支持部３３に追従して図１０Ｂの矢印Ｑ１方向に移動する。一方、第４シート材１０Ｄ、第５シート材１０Ｅおよび第６シート材１０Ｆは積層体支持部３３に拘束されていないため、積層体１０の変形に伴う周長差によって矢印Ｑ２方向に移動する。この結果、６層のシート材における層間すべりが促進される。したがって、本変形実施形態においても、プレス成形後のパネル構造体１００にしわが発生することが抑止される。

上記のように、図９Ａ、図１０Ａの態様では、積層体１０の第１面１０１を拘束した状態で第２面１０２の移動を許容することによって、前記複数のシート材の相対的なすべりを発生させることができる。

以上、本開示の各実施形態に係る成形治具１およびパネル構造体１００の製造方法について説明したが、本開示は上掲の実施形態に何ら限定されない。例えば、上述の成形治具１、パネル構造体１００の製造方法などについて、次のような変形実施形態を取ることができる。

上記の実施形態では、強化繊維に含浸され基材を支持するマトリクス材が熱可塑性樹脂である態様にて説明したが、マトリクス材は熱硬化性樹脂でもよい。

熱硬化性樹脂の具体的な種類は特に限定されないが、代表的には、例えば、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、シアネートエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂等が挙げられる。これら熱硬化性樹脂は単独種で用いられてもよいし、複数種が組み合わせられて用いられもよい。また、これら熱硬化性樹脂のより具体的な化学構造も特に限定されず、公知の種々のモノマーが重合されたポリマーであってもよいし、複数のモノマーが重合されたコポリマーであってもよい。また、平均分子量、主鎖および側鎖の構造等についても特に限定されない。

また、この場合も、マトリクス材は、上記の熱硬化性樹脂のみで構成されてもよいし、公知の硬化剤、硬化促進剤、繊維基材以外の補強材または充填材、その他公知の添加剤を含んでいてもよい。

すなわち、本開示において、マトリクス材は、熱硬化性樹脂および他の成分を含有する熱硬化性樹脂組成物、あるいは、熱可塑性樹脂および他の成分を含有する熱可塑性樹脂組成物であってもよい。したがって、本開示における複合材料は、強化繊維と熱硬化性樹脂または熱硬化性樹脂組成物とで構成される「熱硬化型」であってもよいし、強化繊維と熱可塑性樹脂または熱可塑性樹脂組成物とで構成される「熱可塑型」であってもよい。

［本開示のまとめ］
以上説明した具体的実施形態には、以下の構成を有する開示が含まれている。

本開示の第１の局面に係る成形治具は、強化繊維およびマトリクス樹脂を含有する複数のシート材が積層された積層体をプレス成形によって成形体に成形するための成形治具であって、フレームと、前記フレームに装着され、前記積層体を支持する複数の支持機構と、を備え、前記複数の支持機構の各々は、前記フレームに固定された固定部と、前記固定部に揺動可能に支持された揺動部と、前記揺動部に支持され、前記複数のシート材の相対的なすべりを許容するように前記積層体を支持する積層体支持部と、を有する。

本構成によれば、積層体をプレス成形する際に、成形治具の複数の支持機構によって積層体を支持した状態で、積層体を成形治具とともに予熱装置内や金型内に移動させることができる。このため、予熱工程やプレス工程において積層体の位置を安定して維持することができる。また、複数の支持機構は、揺動部と積層体支持部とを有し、複数のシート材の相対的なすべりを許容するように積層体を支持するため、プレス成形時においてシート材同士のすべりが妨げられることに起因して成形体にしわやうねりが発生することを抑止することができる。

本開示の第２の局面に係る成形治具は、第１の局面に係る成形治具において、前記固定部と前記積層体支持部との間に介在し、前記積層体支持部が前記プレス成形前の前記積層体に装着されると前記積層体に所定の張力を付与するように弾性変形するばね部を更に備える。

本構成によれば、ばね部の弾性力によって、プレス成形前に積層体に張力を付与することで積層体の位置を更に安定して維持することができる。また、プレス成形前に積層体に予熱処理を施す場合には、予熱後の積層体の撓みを抑制することができる。

本開示の第３の局面に係る成形治具は、第１または第２の局面に係る成形治具において、前記揺動部は、前記固定部に揺動可能に支持された第１アームと、前記積層体支持部を支持するとともに前記第１アームに揺動可能に支持された第２アームとを含む。

本構成によれば、第１アームおよび第２アームの揺動動作によって、積層体支持部をプレス成形時の積層体の移動にスムーズに追従させることができる。

本開示の第４の局面に係る成形治具は、第３の局面に係る成形治具において、前記積層体支持部は、前記第２アームに揺動可能に支持されている。

本構成によれば、積層体支持部が第２アームに対して揺動できるため、プレス成形時の積層体の複雑な移動に対しても積層体支持部を追従させることができる。

本開示の第５の局面に係る成形治具は、第１から第４の局面に係る成形治具において、前記積層体は当該積層体に対するプレス方向と交差する第１面と、当該第１面とは反対の第２面とを有し、前記積層体支持部は、前記積層体の前記第１面を支持する第１支持部と、前記積層体の前記第２面を支持し前記第１支持部に対してスライド移動可能な第２支持部とを有する。

本構成によれば、第１支持部に対する第２支持部のスライド移動によって、プレス成形時の複数のシート材の相対的なすべりを許容することができる。

本開示の第６の局面に係る成形治具は、第１から第４の局面に係る成形治具において、前記積層体は当該積層体に対するプレス方向と交差する第１面と、当該第１面とは反対の第２面とを有し、前記積層体支持部は、前記積層体の前記第１面を支持する第１支持部と、前記第１支持部との間で前記積層体を所定の挟持力で挟持するように前記積層体の前記第２面を支持する第２支持部とを有する。

本構成によれば、複数のシート材のすべり力が第１支持部および第２支持部の挟持力を超えた場合に、前記複数のシート材の相対的なすべりを発生させることができる。

本開示の第７の局面に係る成形治具は、第１から第６の局面に係る成形治具において、前記支持機構は、前記積層体に対するプレス方向および当該プレス方向と直交する第１方向の各方向における前記積層体の移動を許容し、前記プレス方向および前記第１方向の各々と直交する第２方向における前記積層体の移動を阻止するように前記積層体を支持する。

本構成によれば、成形治具が積層体の第２方向における移動を阻止しながら、プレス方向および第１方向における積層体の変形を許容するため、積層体の位置を安定して保持しながらプレス加工を行うことができる。

本開示の第８の局面に係る複合材料製パネル構造体の製造方法は、強化繊維およびマトリクス樹脂を含有する複合材料製パネル構造体の製造方法であって、前記強化繊維および前記マトリクス樹脂を含む複数のシート材を積層して積層体を形成することと、フレームおよび当該フレームに揺動可能に支持された複数の支持機構を含む成形治具を準備することと、前記成形治具の前記複数の支持機構によって前記積層体に所定の張力を付与した状態で前記積層体を支持することと、前記成形治具によって前記積層体を支持した状態で前記積層体をプレス成形することで前記複数のシート材の相対的なすべりを許容しながら前記積層体から前記パネル構造体を成形することと、を備える。

本方法によれば、積層体をプレス成形する際に、成形治具によって積層体を支持した状態で、積層体を成形治具とともに金型内に移動させることができる。このため、プレス工程において積層体の位置を安定して維持することができる。また、成形治具によって、プレス成形時の複数のシート材の相対的なすべりを許容できるため、シート材同士のすべりが妨げられることに起因してパネル構造体にしわやうねりが発生することを抑止することができる。

本開示の第９の局面に係る複合材料製パネル構造体の製造方法は、第８の局面に係る複合材料製パネル構造体の製造方法において、前記複数の支持機構によって、前記プレス成形前の前記積層体に所定の張力を付与した状態で前記積層体を支持することを更に備える。

本方法によれば、プレス成形前に積層体に張力を付与することで積層体の位置を安定して維持することができる。

本開示の第１０の局面に係る複合材料製パネル構造体の製造方法は、第８の局面に係る複合材料製パネル構造体の製造方法において、前記積層体に対するプレス方向および当該プレス方向と直交する第１方向の各方向における前記積層体の移動を許容し、前記プレス方向および前記第１方向の各々と直交する第２方向における前記積層体の移動を阻止するように、前記複数の支持機構によって前記積層体を支持することを更に備える。

本方法によれば、成形治具によって積層体の第２方向における移動を阻止しながら、プレス方向および第１方向における積層体の変形を許容できるため、積層体の位置を安定して保持しながらプレス加工を行うことができる。

本開示の第１１の局面に係る複合材料製パネル構造体の製造方法は、第８の局面に係る複合材料製パネル構造体の製造方法において、前記積層体として、当該積層体に対するプレス方向と交差する第１面と、当該第１面とは反対の第２面とを有するものを準備し、前記支持機構として、前記積層体の前記第１面を支持する第１支持部と、前記積層体の前記第２面を支持する第２支持部とを有するものを用いることと、前記積層体をプレス成形する際に、前記第２支持部が前記第１支持部に対してスライド移動することで前記複数のシート材の相対的なすべりを許容することと、を更に備える。

本方法によれば、第１支持部に対する第２支持部のスライド移動によって、プレス成形時の複数のシート材の相対的なすべりを許容することができる。

本開示の第１２の局面に係る複合材料製パネル構造体の製造方法は、第８の局面に係る複合材料製パネル構造体の製造方法において、前記積層体として、当該積層体に対するプレス方向と交差する第１面と、当該第１面とは反対の第２面とを有するものを準備し、前記支持機構として、前記積層体の前記第１面を支持する第１支持部と、前記第１支持部との間で前記積層体を所定の挟持力で挟持するように前記積層体の前記第２面を支持する第２支持部とを有するものを用いることと、前記積層体のプレス成形時における前記複数のシート材の相対的なすべりを許容するように前記挟持力を設定することと、を更に備える。

本方法によれば、複数のシート材のすべり力が第１支持部および第２支持部の挟持力を超えた場合に、前記複数のシート材の相対的なすべりを発生させることができる。

本開示の第１３の局面に係る複合材料製パネル構造体の製造方法は、第８の局面に係る複合材料製パネル構造体の製造方法において、前記積層体として、当該積層体に対するプレス方向と交差する第１面と、当該第１面とは反対の第２面とを有するものを準備することと、前記積層体をプレス成形する際に前記複数のシート材の相対的なすべりに伴って前記積層体の前記第２面が前記第１面に対してスライド移動することを許容するように、前記支持機構を前記積層体の前記第１面および前記第２面のうち前記第１面のみに固定することと、を更に備える。

本方法によれば、積層体の第１の面を拘束した状態で第２の面の移動を許容することによって、前記複数のシート材の相対的なすべりを発生させることができる。

１ 成形治具
１０ 積層体
１００ パネル構造体
１０１ 第１面
１０２ 第２面
２ フレーム
２Ａ 開口部
３ 支持機構
３１ 固定部
３２ 支持アーム
３２Ａ 第１アーム
３２Ｂ 第２アーム
３３ 積層体支持部
３３Ａ、３３Ｃ 第１支持部
３３Ｂ、３３Ｄ 第２支持部
３４ 第１ばね部材
３５ 第２ばね部材
３６ 第３ばね部材
Ｊ 保持部材
Ｋ プレス装置
Ｋ１ 第１金型部
Ｋ２ 第２金型部
Ｐ１ 第１支点部
Ｐ２ 第２支点部
Ｐ３ 第３支点部

Claims (13)

1. 強化繊維およびマトリクス樹脂を含有する複数のシート材が積層された積層体をプレス成形によって成形体に成形するための成形治具であって、
   フレームと、
   前記フレームに装着され、前記積層体を支持する複数の支持機構と、
   を備え、
   前記複数の支持機構の各々は、
   前記フレームに固定された固定部と、
   前記固定部に揺動可能に支持された揺動部と、
   前記揺動部に支持され、前記複数のシート材の相対的なすべりを許容するように前記積層体を支持する積層体支持部と、
   を有する、成形治具。
2. 前記固定部と前記積層体支持部との間に介在し、前記積層体支持部が前記プレス成形前の前記積層体に装着されると前記積層体に所定の張力を付与するように弾性変形するばね部を更に備える、請求項１に記載の成形治具。
3. 前記揺動部は、前記固定部に揺動可能に支持された第１アームと、前記積層体支持部を支持するとともに前記第１アームに揺動可能に支持された第２アームとを含む、請求項１に記載の成形治具。
4. 前記積層体支持部は、前記第２アームに揺動可能に支持されている、請求項３に記載の成形治具。
5. 前記積層体は当該積層体に対するプレス方向と交差する第１面と、当該第１面とは反対の第２面とを有し、
   前記積層体支持部は、前記積層体の前記第１面を支持する第１支持部と、前記積層体の前記第２面を支持し前記第１支持部に対してスライド移動可能な第２支持部とを有する、請求項１に記載の成形治具。
6. 前記積層体は当該積層体に対するプレス方向と交差する第１面と、当該第１面とは反対の第２面とを有し、
   前記積層体支持部は、前記積層体の前記第１面を支持する第１支持部と、前記第１支持部との間で前記積層体を所定の挟持力で挟持するように前記積層体の前記第２面を支持する第２支持部とを有する、請求項１に記載の成形治具。
7. 前記支持機構は、前記積層体に対するプレス方向および当該プレス方向と直交する第１方向の各方向における前記積層体の移動を許容し、前記プレス方向および前記第１方向の各々と直交する第２方向における前記積層体の移動を阻止するように前記積層体を支持する、請求項１に記載の成形治具。
8. 強化繊維およびマトリクス樹脂を含有する複合材料製パネル構造体の製造方法であって、
   前記強化繊維および前記マトリクス樹脂を含む複数のシート材を積層して積層体を形成することと、
   フレームおよび当該フレームに揺動可能に支持された複数の支持機構を含む成形治具を準備することと、
   前記成形治具の前記複数の支持機構によって前記積層体に所定の張力を付与した状態で前記積層体を支持することと、
   前記成形治具によって前記積層体を支持した状態で前記積層体をプレス成形することで前記複数のシート材の相対的なすべりを許容しながら前記積層体から前記パネル構造体を成形することと、
   を備える、複合材料製パネル構造体の製造方法。
9. 前記複数の支持機構によって、前記プレス成形前の前記積層体に所定の張力を付与した状態で前記積層体を支持することを更に備える、請求項７に記載の複合材料製パネル構造体の製造方法。
10. 前記積層体に対するプレス方向および当該プレス方向と直交する第１方向の各方向における前記積層体の移動を許容し、前記プレス方向および前記第１方向の各々と直交する第２方向における前記積層体の移動を阻止するように、前記複数の支持機構によって前記積層体を支持することを更に備える、請求項８に記載の複合材料製パネル構造体の製造方法。
11. 前記積層体として、当該積層体に対するプレス方向と交差する第１面と、当該第１面とは反対の第２面とを有するものを準備し、前記支持機構として、前記積層体の前記第１面を支持する第１支持部と、前記積層体の前記第２面を支持する第２支持部とを有するものを用いることと、
    前記積層体をプレス成形する際に、前記第２支持部が前記第１支持部に対してスライド移動することで前記複数のシート材の相対的なすべりを許容することと、
    を更に備える、請求項８に記載の複合材料製パネル構造体の製造方法。
12. 前記積層体として、当該積層体に対するプレス方向と交差する第１面と、当該第１面とは反対の第２面とを有するものを準備し、前記支持機構として、前記積層体の前記第１面を支持する第１支持部と、前記第１支持部との間で前記積層体を所定の挟持力で挟持するように前記積層体の前記第２面を支持する第２支持部とを有するものを用いることと、
    前記積層体のプレス成形時における前記複数のシート材の相対的なすべりを許容するように前記挟持力を設定することと、
    を更に備える、請求項８に記載の複合材料製パネル構造体の製造方法。
13. 前記積層体として、当該積層体に対するプレス方向と交差する第１面と、当該第１面とは反対の第２面とを有するものを準備することと、
    前記積層体をプレス成形する際に前記複数のシート材の相対的なすべりに伴って前記積層体の前記第２面が前記第１面に対してスライド移動することを許容するように、前記支持機構を前記積層体の前記第１面および前記第２面のうち前記第１面のみに固定することと、
    を更に備える、請求項８に記載の複合材料製パネル構造体の製造方法。