JP3884545B2

JP3884545B2 - Ｆｒｐ部品の加熱成型方法

Info

Publication number: JP3884545B2
Application number: JP29157797A
Authority: JP
Inventors: 光市深沢
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 1997-10-08
Filing date: 1997-10-08
Publication date: 2007-02-21
Anticipated expiration: 2017-10-08
Also published as: JPH11105054A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外形が規定された所定厚みで中空のＦＲＰ製の部材を形成するために、対となる外型と中子を用いて両者間に位置せしめたＦＲＰ素材を加熱・加圧して硬化させるＦＲＰ部品の加熱成型方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
軽量且つ高剛性が要求される工業部品には、エポキシ等の合成樹脂をガラス繊維その他で強化した強化プラスチック（ＦＲＰ）が適しひろく応用されている。中でも、例えば飛行体の外装等に用いられる部品などの場合には外形側に精密寸法が要求される（外形基準加工）。外形基準の部品製造方法として加熱加圧硬化型ＦＲＰ製品の成型加工が多く用いられている。
【０００３】
この成型方法について簡単に説明する。図３の(a) 〜(e) の各図は、外形基準加熱加圧硬化型ＦＲＰ成型加工（以下では、単にＦＲＰ成型加工と記す）に係る外型（そとがた）の一例とこの外型を用いて得られる成型品等を示しており、図３(a) は２分割された外型の組み合わせた状態での上面図を、図３(b) は開口側の側面図を、また、図３(c) は、図３(a) におけるＹ−Ｙ線断面図を夫々示している。図３(d) はこの外型によって製造される中空のＦＲＰ製品(10)を示した外観斜視図で、翼状部品の先端部キャップ部材の一例である。なお、図３(e) は、図示ＦＲＰ製品(10)に適合した中子(2) を示した外観斜視図である。
【０００４】
図３の外型は、鋼その他の金属製で、上下に分割された２部材(1A,1B) で構成され、夫々の当接面側に所定形状の凹部が形成されており、両凹部による空間部は一方の側面で開口し外部に連通している（開口部；1b）。凹部の表面(1a,1a) は、規定形状・寸法に仕上げられており製品の外表面に対応する。なお、ＦＲＰ成型加工法には外型のみを用いた製法もあるが、これに加えて芯材としての中子（なかご）を併用する製法もある（各製造方法については後述する）。
【０００５】
中子(2) はエラストマ素材で形成されていて、外型(1A,1B) の組み合わせ状態における内部空間形状と略相似形僅に小さい所定形状の外表面を備えている。外型(1A,1B) の前述開口端(1b)に対応する部分は略平面状の押圧面(2ｂ) となっている。なお、中子(2) と外型(1A,1B) の寸法的関係については、外型モールド(1A,1B) が、外表面所定形状で一端には押圧面(2b)が設けられた中子(2) の外表面と略相似形僅に大きい所定形状の内表面を備え前記押圧面(2b)に対応した開口端(1b)を有していると見ることもできる。要は、中子(2) の外表面と外型(1A,1B) の凹部内表面との距離が一定間隔（製品の厚みに相当）となっている関係にあれば良い。
【０００６】
図２(a) に示す従来の製造方法の場合、先ず外型モールドの内側にＦＲＰ素材（生地）を所定厚みに積層する。そして、全体に真空バッグを掛け、この状態でオートクレーブを用いて加圧・加熱してＦＲＰを硬化させる。加圧は例えば、３.5Kg/cm2、加熱時間は３時間程度である。
【０００７】
また、図２(b) に示す方法では、最初に中子（2;芯材料）のうえにＦＲＰ素材（生地）を積層する。そして外方から外形モールドを組付け、この状態のまま真空バッグを掛けてオートクレーブ硬化させている。
【０００８】
ところで、上述した従来の各工法においては何れの場合も、ＦＲＰの内のりにオートクレーブ圧力が伝達しづらいため各部で均一とはならず、このことが原因となって各種の品質欠陥が発生する慮があった。即ち、樹脂成分が極端に少ない部分ができたり（レジンスターブ）、樹脂が局部的に過多になったり（レジンリッチ）、泡状部の発生（ボイド）が発生する場合があり歩留りを著しく低下させており、コストを押し上げていた。また、使用する真空バッグが破損してしまう不具合も少なからずあった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述したように従来の外形基準のＦＲＰ成型方法に見られた品質欠陥が発生しやすいとの難点を解消して、軽微な設備しか必要とせずしかも品質欠陥が発生せず常に高品位な中空形状の製品が安定して得られる外形基準のＦＲＰ成型方法を新規に提案することを目的になされたものである。
【００１０】
本発明は、エラストマ素材で形成されて外表面所定形状で一端には押圧面（２ｂ）が設けられた中子（２）の外表面上にＦＲＰ生地（１０ａ）を積層して積層体（１０ｂ）を形成する過程と、当該積層体（１０ｂ）の外側に前記中子（２）の外表面と略相似形僅に大きい所定形状の内表面を備え前記押圧面（２ｂ）に対応した開口端（１ｂ）を有した外型モールド（１Ａ、１Ｂ）を配置する過程と、略平板状の降伏板（３）を外型モールドの開口端部に前記エラストマ製中子の押圧面（２ｂ）と当接させて固定し組立体（５）とする過程と、上記組立体（５）を加熱室内で常圧下にて、規定温度で規定時間の加熱のみによって中子（２）を熱膨張させることにより、該中子と、該外型モールド（１Ａ、１Ｂ）及び降伏板（３）との圧力を所定圧力に高めた状態でＦＲＰ積層体を硬化させる過程とからなるＦＲＰ部品の加熱成型方法にある。
【００１１】
本発明は、シリコンゴムで形成されて外表面所定形状で一端には押圧面（２ｂ）が設けられた中子（２）の外表面上にＦＲＰ生地（１０ａ）を積層して積層体（１０ｂ）を形成する過程と、当該積層体（１０ｂ）の外側に金属製で適宜分割されて前記中子の外表面と略相似形の内表面を備え前記押圧面（２ｂ）に対応した開口端（１ｂ）を有した金属外型モールド（１Ａ、１Ｂ）を組付け配置する過程と、板状金属製の降伏板（３）を前記シリコンゴム製中子の押圧面に当接させて開口端を封止して金属外型モールド（１Ａ、１Ｂ）に固定し組立体（５）とする過程と、上記組立体（５）をオーブン装置の中で常圧下にて、規定温度で規定時間の加熱のみによって中子（２）を熱膨張させることにより、該中子と、該外型モールド（１Ａ、１Ｂ）及び降伏板（３）との圧力を所定圧力に高めた状態でＦＲＰ積層体を硬化させる過程とからなるＦＲＰ部品の加熱成型方法にある。
【００１２】
【発明の実施の形態】
〔実施例〕以下、実施例をあげ添付図面に沿って本発明を詳細に説明する。図１(a) 〜(d) の各図は、本発明のＦＲＰ部品の加熱成型方法に係る外型、中子、これらを用いて得られる成型品等を示す図であって、図１(a) は２分割された外型の組み合わせた状態での上面図を、図１(b) は図１(a) におけるＹ−Ｙ線断面図を、また、図１(c) はこの型で得られる中空ＦＲＰ製品(10)の外観斜視図を、図１(d) は図示ＦＲＰ製品に適合した中子(2) の外観斜視図を夫々示している。図示ＦＲＰ製品は、外形基準加熱加圧硬化型ＦＲＰ成型加工による翼状部品の先端部キャップ部材である。
【００１３】
図１の外型は、ほぼ前述図３の従来品と同じで、鋼その他の金属製の上下に分割された２部材(1A,1B) で構成され、夫々の当接面側に所定形状の凹部が形成されており、両凹部による空間部は一方の側面で開口し外部に連通している（開口部；1b）。この開口端(1b)には、降伏板(3) を強固に固定するための固定手段としてねじ孔が形成されている。前記凹部の内表面(1a,1a) は、規定形状・寸法に仕上げられており製品の外表面に対応させてある。
【００１４】
降伏板(3) は、薄い適宜厚みで略平板状の金属板であり、外型の前記開口端部に強固に取付られて開口部全体を塞ぐようになっている。製造時には、外型内部に収容される後述のエラストマ製中子の一端（押圧面）と当接することになる。降伏板(3) の材質及び厚みは、内側から受ける（エラストマ製中子による）力に応じて変形しつつ略一定の反力を呈するように選定・選択される（この点については後に詳述する）。
【００１５】
中子(2) はこの分野で既知のエラストマ素材で形成すれば良く実施例ではシリコンゴムにより形成されており、外型(1A,1B) の組み合わせ状態における内部空間形状と略相似形僅に小さい所定形状の外表面を備えている。外型(1A,1B) の前述開口端(1b)に対応する部分は略平面状の押圧面(2ｂ) となっている。この中子(2) と外型(1A,1B) の常温に於ける寸法的関係は先の図３の場合と同様で、中子(2) の外表面と外型(1A,1B) の凹部内表面との距離が一定間隔（製品の厚みに相当）となっている。
【００１６】
上述した外型、降伏板、中子は製造時に加熱されることを想定して夫々が適切な材質・機械的寸法（従って、強度及び熱膨張変化程度）が決定されている。実施例では、シリコンゴムと外型金属夫々の熱膨張率を考慮した上で硬化のための加熱状態（設定温度、例えば130 °Ｃ）において、製品の良好な仕上がりのために必要とされる３Kg/cm2 の圧力が成型品の各部で均一に得られるように、金属降伏板の厚み（従って内方からの圧力に対応する強度）が決定されている。もしも外型、降伏板、中子の材質に性状が大きくことなるものを用いる場合であれば、対応して降伏板の強度を適正なものに選定すれば良い。
【００１７】
以下、上述した外型、降伏板、中子を用いた、本発明方法による製造工程について説明する。
先ず最初に中子(2) の外表面上にＦＲＰ生地(10a) を積層して積層体(10b) を形成する。そしてこの積層体(10b) の外側に開口端(1b)を有した外型モールド(1A,1B) を組付ける（配置）。続いて、降伏板(3) を前記エラストマ製中子の押圧面(2b)と当接させて外型モールドの開口端部にボルト止めにより固定し組立体(5) とする。
【００１８】
この組立体(5) を加熱室内にて規定温度（130 °Ｃ) で規定時間（例えば３時間）加熱してＦＲＰ積層体を硬化させる。加熱室は常圧のままで良く、規定温度まで加熱された中子は熱膨張により体積増加してその外表面で成型品の内側面全体を押圧し続けることになるが、同じ押圧力が降伏板(3) の内側面にも加わることになるが過度の応力には押圧板が変形することで調節作用が生じて押圧板の機械的強度に対応して、成型時に必要とする例えば３Kg/cm2の圧力が常に得られこの圧力と略同じ均一圧力がエラストマ中子(2) を介して各部に伝わり成型品の内側面全体が略３Kg/cm2の圧力で加熱時間の間ずっと押圧され続ける。この間に積層体(10b) が適正な状態で硬化する。
【００１９】
この結果、欠陥なしに成型品が硬化し良品が得られるのである。しかも、上述したように本発明の加熱過程では、組立体(5) の周囲圧力は常圧のままで良いので、オーブンその他の軽微な加熱設備で足りる。なお、エラストマ中子(2) の熱膨張率は経時変化があるが、実施例のように降伏板(3) を用いるようにすればエラストマ中子の熱膨張率変化に影響されず常に所望の硬化時圧力を得ることができ、エラストマ中子を繰り返し使っても何ら不都合がなく、製造コストの低減につながる。
【００２０】
そして充分に硬化させた後、加熱停止し放置してから外型等を分離し成型品を取り出す。以上の各過程を経て所望のＦＲＰ部品(10)が得られる。
なお、外型に分割するものを使った例を示したが、製造品の形状によっては必ずしも分割可能な外型でなくて良く一体でも良い。
以上説明したように、本発明の方法によれば外形基準のＦＲＰ成型による中空ＦＲＰ製品の内のりに均一な圧力が得られてレジンスターブ、レジンリッチ、ボイド等の欠陥が発生することが無く高歩留りとなる。また、中子の耐用期間も格段に長くなる利点もある。
【００２１】
【発明の効果】
上述したように本発明では、前述構成、略記すればシリコンゴムその他のエラストマ素材製中子の外表面上にＦＲＰ生地を積層し、外側に金属等でなる外型モールドを組み合わせ、金属製降伏板(3) を外型モールドの開口端部に固定し、これを加熱室内で常圧下にて規定温度で規定時間加熱しＦＲＰ積層体を硬化させることにより、レジンスターブ、レジンリッチ、ボイド等の欠陥がない良好な製品が簡易な加熱設備にて確実に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 (a) は本発明に係る２分割された外型の組み合わせた状態での上面図、(b) は図１(a) におけるＹ−Ｙ線断面図、(c) はこの型で得られる中空ＦＲＰ製品の外観斜視図、(d) は図示ＦＲＰ製品に適合した中子の外観斜視図である。
【図２】 (a) 及び(b) は、共に従来の製造方法を説明する図である。
【図３】図３(a) はを、図３(b) はまた、図３を夫々示している。図３、翼状部品の先端部キャップ部材の一例である。なお、図３
(a) は２分割された外型の組み合わせた状態での上面図、(b) は開口側の側面図、(c) は、図３(a) におけるＹ−Ｙ線断面図、(d) 中空のＦＲＰ製品を示す外観斜視図、(e) は中子を示した外観斜視図である。
【符号の説明】
(1A,1B) …外型モールド、
(1b)…開口端、
(2) …中子、
(2b)…押圧面、
(3) …降伏板、
(5) …組立体、
(10a) …ＦＲＰ生地、
(10b) …積層体。

Claims

エラストマ素材で形成されて外表面所定形状で一端には押圧面（２ｂ）が設けられた中子（２）の外表面上にＦＲＰ生地（１０ａ）を積層して積層体（１０ｂ）を形成する過程と、当該積層体（１０ｂ）の外側に前記中子（２）の外表面と略相似形僅に大きい所定形状の内表面を備え前記押圧面（２ｂ）に対応した開口端（１ｂ）を有した外型モールド（１Ａ、１Ｂ）を配置する過程と、略平板状の降伏板（３）を外型モールドの開口端部に前記エラストマ製中子の押圧面（２ｂ）と当接させて固定し組立体（５）とする過程と、上記組立体（５）を加熱室内で常圧下にて、規定温度で規定時間の加熱のみによって中子（２）を熱膨張させることにより、該中子と、該外型モールド（１Ａ、１Ｂ）及び降伏板（３）との圧力を所定圧力に高めた状態でＦＲＰ積層体を硬化させる過程とからなるＦＲＰ部品の加熱成型方法。
シリコンゴムで形成されて外表面所定形状で一端には押圧面（２ｂ）が設けられた中子（２）の外表面上にＦＲＰ生地（１０ａ）を積層して積層体（１０ｂ）を形成する過程と、当該積層体（１０ｂ）の外側に金属製で適宜分割されて前記中子の外表面と略相似形の内表面を備え前記押圧面（２ｂ）に対応した開口端（１ｂ）を有した金属外型モールド（１Ａ、１Ｂ）を組付け配置する過程と、板状金属製の降伏板（３）を前記シリコンゴム製中子の押圧面に当接させて開口端を封止して金属外型モールド（１Ａ、１Ｂ）に固定し組立体（５）とする過程と、上記組立体（５）をオーブン装置の中で常圧下にて、規定温度で規定時間の加熱のみによって中子（２）を熱膨張させることにより、該中子と、該外型モールド（１Ａ、１Ｂ）及び降伏板（３）との圧力を所定圧力に高めた状態でＦＲＰ積層体を硬化させる過程とからなるＦＲＰ部品の加熱成型方法。