JP3121855B2 - 複合材の成形装置 - Google Patents

複合材の成形装置

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JP3121855B2 JP03102687A JP10268791A JP3121855B2 JP 3121855 B2 JP3121855 B2 JP 3121855B2 JP 03102687 A JP03102687 A JP 03102687A JP 10268791 A JP10268791 A JP 10268791A JP 3121855 B2 JP3121855 B2 JP 3121855B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば航空機、船舶、
自動車あるいは一般産業機器の材料として用いられる繊
維強化型複合材の成形装置に係り、特にボイド等をなく
して高精度な板厚制御が可能な複合材の成形装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】近年、航空機、自動車等のあらゆる産業
分野において、各種複合材が適用されるようになってき
ており、しかも益々増大する傾向にある。ところで、高
性能の繊維強化樹脂複合材の製作において、強化材に二
次元の繊維シートを用いる場合には、繊維シートに予め
溶融樹脂(エポキシ樹脂等)を含浸させたプリプレグを
用い、これを積層、硬化させる方法が一般的である。一
方、複合材性能の向上のために三次元織物を用いる場合
には、所要形状の三次元織物を、成形型にセットした
後、溶融樹脂を真空引きあるいは加圧によって含浸させ
た後、加熱,硬化させる方法が採られており、この種の
方法は、例えば特開昭62−211112号公報あるい
は特開昭63−168352号公報に示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、航空・宇宙
分野に用いられるような繊維強化樹脂複合材において
は、ボイド等の欠陥が全くなく、しかも品質確保等のた
めに、繊維体積含有率Vf の厳密な制御が必要である。
ところが、特開昭62−211112号公報に示されて
いる従来の方法では、板厚はゴム層の膨張による押し付
け力に頼っているため、三次元織物ではその押し付け力
が不充分となり、平滑な面を得ることができないという
問題がある。また、繊維体積含有率Vf の厳密な制御が
困難で、ボイド等をなくするための樹脂の加圧方法も不
充分であるという問題もある。また、特開昭63−16
8352号公報に示されている従来の成形装置では、中
空の筒状をなす複合材製品の成形のために、内面側に膜
体として、膨張可能なラバーやプラスチックフィルムを
用いて加圧しているため、板厚を高精度に制御すること
ができず、また筒状以外の形状の成形には適用できない
という問題がある。本発明は、かかる現況に鑑みなされ
たもので、ボイド等の欠陥の発生がなく、しかも板厚を
高精度に制御することができる複合材の成形装置を提供
することを特徴とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成する手段として、下型と上蓋とからなる金型内に、強
化繊維織物を配置し、金型の一端に設けられた流入口か
ら樹脂を注入するとともに、余分な樹脂を、金型の他端
に設けられた流出口から排出し、樹脂を含浸させた強化
繊維織物を加熱、硬化させて成形する複合材の成形装置
において、前記下型と上蓋との間に、所定の板厚、形状
を有する一対のスペーサを配置して、前記強化繊維織物
を挟持させ、かつ前記流入口および流出口に、強化繊維
織物に向かって末広がりとなる断面三角形状の樹脂溜り
空間をそれぞれ設けるようにしたことを特徴とする。
【0005】
【作用】本発明に係る複合材の成形装置においては、金
型を構成する下型と上蓋との間に一対のスペーサが介装
され、強化繊維織物は、これら両スペーサにより両側か
ら挟持される。このため、両スペーサの板厚を適切に設
定することにより、複合材の板厚を高精度に制御するこ
とができ、またスペーサ形状を適宜変更することによ
り、板厚変化のある複合材や、断面が円やT型の複合材
でも成形することが可能となる。
【0006】また、樹脂の流入口および流出口には、強
化繊維織物に向かって末広がりとなる断面三角形状の樹
脂溜り空間がそれぞれ設けられているので、樹脂を含浸
させる際に、強化繊維織物に平面的に樹脂が含浸され、
気泡の残留を最少限に抑えることが可能となる。
【0007】
【実施例】以下、本発明の第1実施例を図1および図2
を参照して説明する。図1および図2は、本発明に係る
複合材の成形装置を示すもので、図中、符号1は金型で
あり、この金型1は、凹状をなす下型2と、この下型2
の開口端を閉止する充分な剛性を有する平板状の上蓋3
とから構成され、上蓋3は、下型2との間に例えばシリ
コンゴム等の弾性を有するパッキング4を介装した状態
で、ボルト5により下型2に連結固定されるようになっ
ている。そして、この金型1内には、三次元の平坦な繊
維織物6が配置されるようになっている。前記下型2と
上蓋3との間には、図2に示すように、適切な板厚を有
する金属板で形成される一対のスペーサ7がそれぞれ介
装されており、前記繊維織物6は、これら両スペーサ7
により両側から挟持され、その板厚が規制されるように
なっている。
【0008】前記下型2の上下端部には、図1および図
2に示すように、樹脂の流入口8および流出口9がそれ
ぞれ設けられており、これら両口8,9部分には、繊維
織物6に向かって末広がりとなる断面三角形状の樹脂溜
り空間10,11がそれぞれ設けられている。そして、
この樹脂溜り空間10,11により、繊維織物6内部に
気泡が残留するのを最少限に抑えることができるように
なっている。これについては、後に詳述する。
【0009】次に、本実施例の作用について説明する。
複合材の成形に際しては、まず下型2および上蓋3の内
面に、離型剤を塗布するとともに、予め離型剤が塗布さ
れている一対のスペーサ7を金型1内に配置し、繊維織
物6を両側から挟持する。そしてこの状態で、パッキン
グ4を介し上蓋3をボルト5によって下型2に連結固定
する。これにより、繊維織物6の板厚が一定値に設定さ
れる。次いで、流入口8から樹脂を金型1内に供給し、
余分な樹脂を流出口9から排出する。これにより、繊維
織物6に樹脂が含浸される。
【0010】ところで、含浸初期においては、流入口8
から気泡が混入することがあるが、万一気泡が混入した
としても、流入口8部分には樹脂溜り空間10が設けら
れているので、樹脂の流れが均一となり、混入した気泡
は、この均一な流れとともに上方に移動していき、流出
口9から外部に排出される。このため、繊維織物6内に
気泡が残留するのを最少限に抑えることができる。一
方、エポキシ樹脂内部のボイドや樹脂欠損等の欠陥をよ
り少なくするには、硬化時に樹脂への加圧が必要である
といわれている。そこで、本実施例においても、加圧が
行なわれる。
【0011】すなわち、流入口8に、図示しない盲蓋を
して閉止した後、流出口9からガス等を導入して金型1
内を加圧する。ここで、下方に位置する流入口8からガ
ス等を導入せず、上方に位置する流出口9からガス等を
導入するのは、樹脂を含浸させた繊維織物6の内部にガ
スが流入するおそれがあるからである。なお、硬化圧力
としては、圧力が高いほど欠陥防止には有効であるが、
エポキシ樹脂の場合には、5kgf /cm2 以上加圧すれば
所期の効果は期待できる。
【0012】しかして、繊維織物6を剛体で支持して樹
脂の含浸を行なうようにしているため、欠陥がなく繊維
体積含有率Vf の適正な複合材を成形することができ
る。図3は、本発明の第2実施例を示すもので、前記第
1実施例における平板状のスペーサ7に代え、板厚が変
化する一対のスペーサ17を用いるようにしたものであ
る。すなわち、一対のスペーサ17は、図3に示すよう
に、上半部の板厚が厚く下半部の板厚が薄い形状をなし
ており、これら各スペーサ17は、繊維織物6の形状に
合わせて製作されるようになっている。なお、その他の
点については、前記第1実施例と同一構成となってお
り、作用も同一である。しかして、スペーサ17を交換
するだけで、あらゆる形状の複合材を成形することがで
きる。
【0013】ところで、前記両実施例においては、下型
2と上蓋3とを、ボルト5のみにより連結固定する場合
について説明したが、この方法では25kgf/cm2 程度
までが限度であり、それ以上の高圧となる場合には、そ
れに耐え得る構造とする必要がある。
【0014】図4および図5は、このような高圧用に適
した本発明の第3実施例を示すもので、金型1の外面に
所定枚数の補強板21を装着するようにしたものであ
る。すなわち、下型2および上蓋3の外面は、図5に示
すように、V形状にカットされており、これらの外面に
は、蟻溝状の切欠き21aを有するC形板状の補強板2
1が、例えば両側に2枚ずつ装着されるようになってい
る。これら各補強板21は、板厚が2〜3cm以上に設定
されているとともに、各補強板21には、下型2および
上蓋3を押圧するためのボルト22が、例えば2本ずつ
螺装されている。そして、これら各ボルト22を締付け
ることにより、下型2と上蓋3とが大きな力で圧着する
ようになっている。
【0015】この下型2と上蓋3との連結固定には、図
4に示すように、操作性等を考慮して、六角穴付ボルト
23が用いられるようになっている。なお、その点につ
いては、前記第1実施例と同一構成となっており、作用
も同一である。しかして、補強板21を用いることによ
り、高い圧力にも耐えることができる。
【0016】図6は、本発明の第4実施例を示すもの
で、金型1への樹脂の注入装置を改良したものである。
すなわち、金型1の流出口9には、図6に示すように、
真空ポンプ31が接続されており、この真空ポンプ31
の起動により、樹脂中の気泡抜きが行なわれるととも
に、負圧によって樹脂が金型1内に吸入されるようにな
っている。この真空ポンプ31の入側には、図6に示す
ようにトラップ32が設置され、樹脂が真空ポンプ31
に流入するのを防止している。一方、金型1の流入口8
には、図6に示すように、樹脂タンク33の底部が接続
されており、この樹脂タンク33の上部には、樹脂タン
ク33内を加圧する加圧ポンプ34が接続されている。
そして、この加圧ポンプ34の起動により圧力差が大き
くなり、含浸速度を上げることができるとともに、負圧
のみでは含浸が不充分となる密な繊維織物6の場合で
も、充分に樹脂を含浸させることができるようになって
いる。なお、その他の点については、前記第1実施例と
同一構成となっており、作用も同一である。
【0017】しかして、繊維の織り方が粗で、締付けも
緩やかである場合には、真空圧のみで充分含浸させるこ
とが可能であるが、繊維が密になり、しかも繊維の乱れ
等を極少にするためには、適度の差圧が必要である。ま
た、図3に示すように、繊維織物6の断面積が変化する
場合には、樹脂含浸スピードを一定とせず、樹脂流入量
を適時観察し、樹脂注入圧を調整する必要がある。そし
て本実施例では、真空ポンプ31と加圧ポンプ34とを
設けているのみで、充分に対処することができる。ま
た、樹脂溜り空間10,11は、断面三角形状をなし、
端部が繊維織物6に接触しているので、樹脂注入圧を変
化させても、繊維織物6の移動を抑えることができる。
【0018】なお、前記各実施例においては、上蓋3の
内面が平坦である場合について説明したが、スペーサ
7,17を固設したような凸形状としてもよい。また、
前記各実施例においては、装置構成各部材の材質につい
ては特に説明しなかったが、樹脂の硬化特性や装置の強
度、熱膨張率の大きさ、取扱い性等を考慮した上で、ア
ルミ、スチール、グラファイト等を適宜選択すればよ
い。また、硬化後の脱型に備え、下型2の内面に抜き勾
配を設けておくことも有効である。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、金型を構
成する下型と上蓋との間に、一対のスペーサを配置し、
このスペーサで強化繊維織物を挟持するようにし、かつ
樹脂の流入口および流出口に、強化繊維織物に向かって
末広がりとなる断面三角形状の樹脂溜り空間をそれぞれ
設けるようにしているので、欠陥がなく繊維体積含有率
の適正な複合材を成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例に係る複合材の成形装置を
示す部分破断正面図である。
【図2】図1のII−II線断面図である。
【図3】本発明の第2実施例に係る複合材の成形装置を
示す断面図である。
【図4】本発明の第3実施例に係る複合材の成形装置を
示す正面図である。
【図5】図4のV−V線断面図である。
【図6】本発明の第4実施例に係る複合材の成形装置を
示す構成図である。
【符号の説明】 1 金型 2 下型 3 上蓋 6 繊維織物 7 スペーサ 17 スペーサ 8 流入口 9 流出口 10 樹脂溜り空間 11 樹脂溜り空間
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 丸 山 誠 次 東京都新宿区西新宿一丁目7番2号 富 士重工業株式会社内 (72)発明者 南 雲 隆 東京都新宿区西新宿一丁目7番2号 富 士重工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭56−53032(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B29C 70/06 B29C 39/10 B29C 39/26 B29C 45/26 - 45/44 B29C 33/00 - 33/76

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】下型と上蓋とからなる金型内に、強化繊維
    織物を配置し、金型の一端に設けられた流入口から樹脂
    を注入するとともに、余分な樹脂を、金型の他端に設け
    られた流出口から排出し、樹脂を含浸させた強化繊維織
    物を加熱、硬化させて成形する複合材の成形装置におい
    て、前記下型と上蓋との間に、所定の板厚、形状を有す
    る一対のスペーサを配置して、前記強化繊維織物を挟持
    させ、かつ前記流入口および流出口に、強化繊維織物に
    向かって末広がりとなる断面三角形状の樹脂溜り空間を
    それぞれ設けたことを特徴とする複合材の成形装置。
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JP6554128B2 (ja) * 2017-02-28 2019-07-31 株式会社Subaru 繊維強化複合材料の製造方法
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