JP3698517B2

JP3698517B2 - 複合材の成形装置

Info

Publication number: JP3698517B2
Application number: JP12147097A
Authority: JP
Inventors: 朝久加藤
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1997-04-25
Filing date: 1997-04-25
Publication date: 2005-09-21
Anticipated expiration: 2017-04-25
Also published as: JPH10296737A; US6146122A; US6458308B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、繊維織物により補強された強化樹脂からなる複合材の成形方法において、樹脂を含まない繊維を成形型内に配し、型外部より樹脂を注入し、注入の後、加熱、硬化させるＲＴＭ（ＲｅｓｉｎＴｒａｎｓｆｅｒＭｏｌｄｉｎｇ）成形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。ところが、一方で製造コストが高いという問題があり、低コスト化のための研究が盛んに行われＲＴＭ成形法が今日徐々に普及している。さて、繊維織物を折り曲げて複合材を成形する方法として、例えば予め樹脂が含浸してあるプリプレグ複合材の折曲げ成形装置による方法では、特公平５−１４８３４号公報が知られている。また、前述したように、今日徐々に普及しているＲＴＭ成形法により平面状の繊維織物を折り曲げて複合材を成形する装置としては、図７に一例として示す装置が従来から一般的に知られている。図７の成形装置は下型８０と上型１００により構成され、下型８０はベース８１の上に心金８２を凸設し、心金８２の上面に樹脂を含まない繊維織物９０を積層し、上型１００を下型８０に被せて繊維織物９０をチャンネル断面形状に折り曲げる。その後、型外部より樹脂を注入し、加熱、硬化させて、繊維織物で補強された強化樹脂よりなる複合材にする。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＲＴＭ成形法において繊維織物を折り曲げて複合材を成形する図７の従来の成形装置では、上型１００を下型８０に組付けるとき、上型１００は繊維織物９０を心金８２に倣ってチャンネル形状に折り曲げるとともに、繊維織物９０の初期の厚さＴ（１）を所定の厚さＴ（２）に成形する。ところが、図８に示すように上型１００の天井面１０１が繊維織物９０のウェブ部９２に当接する前に、フランジ部９１が上型１００と心金８２に挟まれて強く圧接されているため、更に上型１００を降下して繊維織物９０のウェブ部９２の厚さＴ（１）を所定の厚さＴ（２）に成形するとき、繊維織物はフランジ部方向に逃げられないため、ウェブ部９２に余った繊維が皺となって現れ、強度低下を引き起こす、あるいは所定の厚さを得られない等、品質不良となる問題があった。
【０００４】
そこで本発明は、従来技術の有する問題点を解消するため、繊維織物により補強された強化樹脂からなる複合材をＲＴＭ成形法で成形するとき、皺のない良好な品質の成形を可能とする、複合材の成形装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本発明のうちで請求項１記載の発明は、上型と下型とで構成された成形型内に繊維織物を配し、型外部より樹脂を注入し、加熱硬化する複合材の成形装置において、ベースの上に凸設した心金を有する下型と、繊維織物を挟み前記心金の上に載置すると共に、前記上型に対向する面にバネを担持した圧力板と、前記圧力板を押圧すると共に、前記心金との間で前記繊維織物を所定形状に成形する上型と、を備えたことを特徴とする。
【０００６】
また請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明の構成のうち、前記圧力板は上面に凹設された穴とこの穴の中心部に立てられた案内ピンとでバネを担持し、前記上型の前記圧力板に対峙する天井部に前記案内ピンの逃げ孔が形成されていることを特徴とする。
【０００７】
また請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明の構成のうち、前記上型が外型と内型とに分割され、この分割面の断面が台形状に形成され、さらに前記内型がその天井部において分割されていることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態を図１〜図５に基づき説明する。
【０００９】
図１は本実施の形態の成形型の外観を示す斜視図であって、繊維織物３０を下型である心金２０上に載置し上型５０の押圧により成形する場合、圧力板４０を介在させている。
【００１０】
図２は図１の横断面図を示す。図２において下型１０は、平板状のベース１３上に製品の所定の形状に合わせて凸設された心金２０を設けている。ベース１３の心金２０側の面に周回溝１１を設け、周回溝１１にはシリコン系ゴム材質のシーリング部材１２が配されている。
【００１１】
繊維織物３０の上に載置する圧力板４０について説明する。
圧力板４０は上面の長手方向に凹設された複数個の穴４１（図１参照）を有し、各々の穴４１の外周には周回溝４２を設け、周回溝４２にＯリング４３を嵌入させている。圧力板４０は、例えば鋼など比重が大きい金属で、かつ熱膨張の比較的少ない材質とする。穴４１内にバネ４４を挿入し、案内ピン４５を穴４１の中心部に突設しバネ４４を担持する。バネ４４は穴４１の深さより高く圧力板４０の上面より突出する長さに設定する。図２や図３に図示した例は、圧力板４０の底面４６の幅は、心金２０の上面の平面部分の幅とほぼ等しくしているが、心金２０の側面のＲ部終端までＲ部を設けて延長してもよい。
【００１２】
上型５０は略コの字の形状をなし、天井部５１が圧力板４０の上面と嵌合し、天井部５１の平面部であって案内ピン４５に対峙する位置に逃げ孔５２を穿設する。また、側面部５３は製品の所定の形状に合わせた傾斜面を形成し、心金２０との間で繊維織物３０を所定の形状に成形する。
【００１３】
次にこのように構成された成形装置において、繊維織物を成形する工程を説明する。
予め何層かに積層された樹脂未注入の繊維織物３０を心金２０の上面に配し、さらに圧力板４０を積み重ね、繊維織物３０を圧力板４０と心金２０で挟持する。このとき、繊維織物３０は圧力板４０の自重により圧力板４０と心金２０に圧接され、繊維織物を配した状態での繊維織物３０のウェブ部の皺の発生が防止される。次に、上型５０を圧力板４０と心金２０に被せると、上型５０は側面部５３で心金２０の形状に倣って繊維織物３０を徐々にチャンネル形状に成形していくとともに、天井部５１がバネ４４を押圧し、そのバネ力により圧力板４０は繊維織物３０のウェブ部を強く心金２０に圧接し、ウェブ部を所定の厚さに成形する。上型５０の天井部５１がバネ４４を押圧するタイミングを、繊維織物３０のフランジ部が上型５０の側面部５３と心金２０に強く圧接される前になるように、上型５０、バネ４４、圧力板４０の各部寸法が適切に設定されている。ウェブ部を所定厚さに成形するとき余った繊維織物はフランジ部の方向に逃げることが可能なため、ウェブ部の皺の発生が防止される。さらに上型５０が降下すると側面部５３の傾斜面のくさび作用で繊維織物３０のフランジ部は心金２０に強く圧接され所定厚さに成形される。そして上型５０のフランジ部５４が下型１０に密着すると、上型５０と下型１０を図示しないボルトで締結する。
【００１４】
図３および図４は、このようにして上型５０と下型１０を締結したときの、それぞれ横断面図および縦断面図である。
【００１５】
図５は下型１０と上型５０を締結した後に行う樹脂注入装置の斜視図を示す。圧力筒６０の中に充填された樹脂６１は高圧ガス６２の圧力により配管６３を通って上型注入口より上型５０内に注入される。型内は排出管６４で真空引きされており、型内に入ってきた樹脂６１は、型内の全体に行き渡る。このとき、シーリング部材１２は下型１０と上型５０の内部から型外部への樹脂６１の漏出を防止し、Ｏリング４３は穴４１への樹脂６１の漏入を防止する（図３参照）。そして、樹脂６１は型内を満たすと、排出管６４を通って型外に出る。型内に樹脂６１が満たされた後、配管類を取外し、炉内に型を入れ温度を高め樹脂６１を硬化させる、あるいは型の外表面にヒーターを取付け、型の温度を上昇させることで樹脂６１を硬化させる。硬化後、上型５０、圧力板４０、下型１０を取外し、トリミングを行い、製品が完成する。また、図４において、圧力板４０と心金２０との間隙高さＴを設計厚になるように製作することにより、出来上りの製品を所定の繊維体積含有率（Ｖｆ）にコントロールすることができる。
【００１６】
本発明の第２の実施の形態を図６に基づき説明する。
本実施の形態においては、第１の実施の形態における上型を外上型と内上型とに分離し、さらに内上型を２分割している。図６において下型１０、圧力板４０は前述した第１の実施の形態と同じである。上型５０は外上型５５と内上型５６、内上型５７により構成され、内上型５６、内上型５７は水平方向に移動できるようになっている。外上型５５の内面は内上型５６、内上型５７の外面と嵌合し、かつ側面部は傾斜面５８を形成している。内上型５６、内上型５７は天井部が圧力板４０と嵌合し、案内ピン４５に対峙する天井部の位置に逃げ孔５２を穿設し、かつ側面部５６ａ、側面部５７ａは心金２０との間で繊維織物３０をウェブ部とフランジ部のなす角度がほぼ直角の所定のチャンネル状に成形する形状に形成されている。。内上型５６、内上型５７は圧力板４０の上面長手方向で周回溝４２の外側に位置する分割面５９で２分割される。
【００１７】
次に本発明の作用を説明する。
予め何層かに積層された樹脂未注入の繊維織物３０を心金２０の上面に配し、繊維織物３０の上面に圧力板４０を載せる。繊維織物３０のウェブ部は圧力板４０の自重により圧力板４０と心金２０の間に圧接され、繊維織物３０が積層された状態でのウェブ部の皺の発生を防止する。次に、内上型５６、内上型５７が上方から降下して圧力板４０に被さる。このとき、内上型５６、内上型５７は繊維織物３０を心金２０に倣ってチャンネル状に成形するが、分割面５９で２分割されているためウェブ部とほぼ直角のフランジ部を押すときの大きな反力を受けられず、フランジ部を心金２０に圧接する力は弱く、フランジ部は所定の肉厚より厚くなる。一方、内上型５６はバネ４４を押圧し、圧力板４０が繊維織物３０のウェブ部を心金２０に強く圧接する。前述のようにフランジ部が心金２０と内上型５６、内上型５７に圧接されている力は弱いので、ウェブ部の余分な繊維織物をフランジ部へ逃がしながらウェブ部を所定の厚さに成形し、皺の発生が防止される。次に外上型５５を内上型５６、内上型５７に被せ、外上型５５は傾斜面５８のくさび作用で内上型５６、内上型５７を繊維織物３０のフランジ部の方向に徐々に押し動かし、フランジ部を強い力で確実に押えて、フランジ部を所定の厚さに成形すると共に皺の発生を防止する。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のＲＴＭ成形法による、繊維織物により補強された強化樹脂からなる複合材の成形装置は、成形型を上型と下型で構成し、型の内部にバネを担持した圧力板を配して、圧力板の自重に加え、上型を被せる時にバネを介して心金の上面部分から繊維織物を押圧することができるので、皺のない良好な品質の複合材を成形することができる。また、上型を外上型と内上型に分離し、これらの側面部を傾斜面とし、かつ内上型を２分割することにより、チャンネルのウェブ部とフランジ部のなす角度がほぼ直角の断面形状の場合にもフランジ部を強く押えることができ、フランジ部にも皺のない良好な品質の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の実施の形態に係る複合材の成形装置を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る複合材の成形装置の横断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る複合材の成形装置の成形型セット後の横断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る複合材の成形装置の成形型セット後の縦断面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る複合材の成形装置の樹脂注入装置を示す斜視図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る複合材成形装置の横断面図である。
【図７】従来の複合材成形装置の横断面図である。
【図８】図７の成形工程を示す横断面図である。
【符号の説明】
１０下型
２０心金
３０繊維織物
４０圧力板
４４バネ
５０上型
５５外上型
５６内上型
５７内上型

Claims

上型と下型とで構成された成形型内に繊維織物を配し、型外部より樹脂を注入し、加熱硬化する複合材の成形装置において、
ベースの上に凸設した心金を有する下型と、
繊維織物を挟み前記心金の上に載置すると共に、前記上型に対向する面にバネを担持した圧力板と、
前記圧力板を押圧すると共に、前記心金との間で前記繊維織物を所定形状に成形する上型と、
を備えたことを特徴とする複合材の成形装置。
前記圧力板は、上面に凹設された穴と、この穴の中心部に立てられた案内ピンとでバネを担持し、前記上型の前記圧力板に対峙する天井部に前記案内ピンの逃げ孔が形成されていることを特徴とする請求項１記載の複合材の成形装置。
前記上型が外型と内型とに分割され、この分割面の断面が台形状に形成され、さらに前記内型がその天井部において分割されていることを特徴とする請求項１または２記載の複合材の成形装置。