JP6766268B1 - Frp成形システムと方法 - Google Patents
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Abstract
Description
そのため、近年、アルミニウム合金に代わる構造部材として、航空機、小型船舶、自動車等に、用いられている。以下、繊維強化複合材を単に、「FRP」と呼ぶ。
そこで、例えば、特許文献1の手段を用いて大型FRP成形品を製造することが考えられる。
(1)大型FRP部品を加圧できる大型の金型と大型のプレス機が必要になる。
(2)円弧状のFRP部品を成形する場合、成形品の均質化のためにFRP部品の円弧に直交する半径方向に加圧する必要がある。
しかし、この場合、FRP部品の円弧に対し半径方向に加圧する金型は、構造が複雑となる。
前記FRP部品の内面形状と嵌合する外面を有する円弧状の内面治具プレートと、
前記FRP部品の外面形状と嵌合する内面を有する円弧状の外面治具プレートと、
前記内面治具プレートと前記外面治具プレートの間に前記FRP素材が挟まれた一体治具プレートの一部を前記FRP部品の円弧に直交する半径方向に間欠的に圧縮して前記FRP部品を部分的に成形する部分プレス装置と、
前記部分プレス装置による前記一体治具プレートの圧縮部分を間欠的に移動する搬送装置と、
前記一体治具プレートの前記一部を間に挟さむ上型及び下型と、を備え、
前記上型は、前記一体治具プレートの内面に密着する内面円弧面を有し、
前記下型は、前記一体治具プレートの外面に密着する外面円弧面を有し、
前記部分プレス装置は、前記上型と前記下型で前記一部を圧縮する、FRP成形システムが提供される。
前記FRP部品の内面形状と嵌合する外面を有する円弧状の内面治具プレートと、前記FRP部品の外面形状と嵌合する内面を有する円弧状の外面治具プレートと、を準備する治具準備工程と、
前記内面治具プレートと前記外面治具プレートの間に前記FRP素材を挟んで一体治具プレートを形成する治具一体化工程と、
前記一体治具プレートの一部を前記FRP部品の円弧に直交する半径方向に間欠的に圧縮して前記FRP部品を部分的に成形する部分プレス工程と、
前記部分プレス工程による前記一体治具プレートの圧縮部分を間欠的に移動する搬送工程と、を有し、
前記部分プレス工程と前記搬送工程と、を繰り返す、FRP成形方法が提供される。
本発明により製造するFRP部品3は、半径が1m以上の円弧状のFRP部品3である。例として、図1Aは、FRP部品3の代表的な斜視図、図1Bは、軸方向の中間に形状変化部4aを有するFRP部品3の側面図、図1Cは、周方向の端部に形状変化部4bを有するFRP部品3の端面図である。
なお「嵌合する」とは、互いに雄雌の形状であり、密着した際にその間に隙間が生じない関係を意味する。
例として、図2Bにおいて、内面治具プレート10は、FRP部品3の軸方向中間の形状変化部4aに対応する形状変化部11aを有する。また、図2Cにおいて、内面治具プレート10は、FRP部品3の周方向端部の形状変化部4bに対応する形状変化部11bを有する。
成形前の樹脂は、熱可塑性樹脂では固化しており、熱硬化性樹脂では軟化(未硬化)している。
なお、図3Bにおいて、FRP素材2は、FRP部品3の形状変化部4aに対応する形状変化部2aを有する。図3Cの場合も同様である。
また、板厚変化も曲率変化も無いFRP部品3を作るときは、内面治具プレート10及び外面治具プレート12を使用しなくてもよい。
この固定治具は、後述する上型16に対し下型18を押し付ける際に、これらと干渉せず、かつFRP部品3の円弧に直交する半径方向に内面治具プレート10に対し外面治具プレート12が移動可能に設定されている。
FRP素材2の幅は、FRP部品3の円弧の周方向長さに相当する。FRP素材2の長さは、FRP部品3の軸方向長さに相当する。
ここで、「実質的に」とは、FRP素材2の厚さにより成形前は厳密には同心ではないが、成形後に同心となることを意味する。
この際、樹脂が熱可塑性樹脂である場合には、加熱後に冷却し、樹脂が、熱硬化性樹脂である場合には加熱して硬化させる。
FRP素材2の成形時に、樹脂および繊維の一部が流動して移動し、図4Bに示すように、内面治具プレート10の形状変化部11aに密着したFRP部品3の形状変化部4aが成形される。
上型16は、一体治具プレート14の内面14aに密着する内面円弧面16aを有する。下型18は、一体治具プレート14の外面14bに密着する外面円弧面18bを有する。
「間欠的に圧縮」とは、部分プレス装置20と搬送装置30により、一体治具プレート14の圧縮と搬送を繰り返すことを意味する。
この例では、部分プレス装置20は、下面に上型16を固定する上部ボルスター21と、上面に下型18を固定するスライド22と、スライド22を上下に往復動させる液圧ラム23と、上部ボルスター21と液圧ラム23が固定されたプレスフレーム24とを有する。
プレスフレーム24は、一体治具プレート14の圧縮部分を間欠的に移動する際に、一体治具プレート14と干渉しないように、上部構造が設定されている。
なお、一体治具プレート14とプレス上部構造が干渉しない限りで、ボルスタとスライド22、液状ラム23の上下関係が逆となっても良い。すなわちスライド22と液状ラム23が上部で、ボルスタが下部にあっても良い。
搬送装置30は、把持装置32と移動装置34とを有する。
把持装置32は、一体治具プレート14を部分的に把持する。移動装置34は、把持装置32を一体治具プレート14の移動方向Xに移動する。
また、把持装置32は、一体治具プレート14の非圧縮部分を把持する。この場合、例えば部分プレス装置20による圧縮中に把持部分を移動してもよい。
加熱装置40は、一体治具プレート14の移動方向Xに対し、所定の温度分布を有する。
この例は、プリプレグ1が熱可塑性樹脂を含む場合である。図6Aは、上型16の内面円弧面16aを示し、図6Bは、下型18の外面円弧面18bを示している。また、図中の符号a,b,cは、予備加熱ゾーン、本成形ゾーン、冷却ゾーンをそれぞれ示している。
また、上記の温度分布は、FRP部品3の成形時の温度分布であり、搬送時には、内面円弧面16a又は外面円弧面18bの全面が200℃以下であるのがよい。
本発明によるFRP成形方法は、複数のプリプレグ1が積層された板状のFRP素材2を成形して半径が1m以上の円弧状のFRP部品3を製造する方法である。
搬送工程S4では、部分プレス工程S3による一体治具プレート14の圧縮部分(プレス部分15)を間欠的に移動する。
部分プレス工程S3と搬送工程S4とを繰り返して、一体治具プレート14の全部を圧縮してFRP部品3の全体を成形する。
例えば、上述した例では、FRP部品3は円弧状であるが、本発明は、フラット形状のFRP部品にも同様に適用することができる。
Claims (9)
- 複数のプリプレグが積層された板状のFRP素材を成形して円弧状のFRP部品を製造するFRP成形システムであって、
前記FRP部品の内面形状と嵌合する外面を有する円弧状の内面治具プレートと、
前記FRP部品の外面形状と嵌合する内面を有する円弧状の外面治具プレートと、
前記内面治具プレートと前記外面治具プレートの間に前記FRP素材が挟まれた一体治具プレートの一部を前記FRP部品の円弧に直交する半径方向に間欠的に圧縮して前記FRP部品を部分的に成形する部分プレス装置と、
前記部分プレス装置による前記一体治具プレートの圧縮部分を間欠的に移動する搬送装置と、
前記一体治具プレートの前記一部を間に挟さむ上型及び下型と、を備え、
前記上型は、前記一体治具プレートの内面に密着する内面円弧面を有し、
前記下型は、前記一体治具プレートの外面に密着する外面円弧面を有し、
前記部分プレス装置は、前記上型と前記下型で前記一部を圧縮する、FRP成形システム。 - 前記内面治具プレート及び前記外面治具プレートは、その間に前記FRP部品の板厚変化又は曲率変化に対応した面形状を有し、
前記一体治具プレートの内面と外面は、同心かつそれぞれ半径一定の円弧面を有する、請求項1に記載のFRP成形システム。 - 前記上型又は前記下型を加熱する加熱装置を備え、
前記加熱装置は、前記一体治具プレートの移動方向に対し、所定の温度分布を有する、請求項1に記載のFRP成形システム。 - 前記プリプレグは、熱可塑性樹脂を含み、
前記温度分布は、前記移動方向の中央部において前記熱可塑性樹脂が流動する溶融温度以上であり、前記中央部の上流側及び下流側において前記熱可塑性樹脂が固化する固化温度以下である、請求項3に記載のFRP成形システム。 - 前記プリプレグは、熱硬化性樹脂を含み、
前記温度分布は、前記移動方向の中央部において前記熱硬化性樹脂が硬化する硬化温度以上である、請求項3に記載のFRP成形システム。 - 前記搬送装置は、前記一体治具プレートを部分的に把持する把持装置と、
前記把持装置を前記一体治具プレートの移動方向に移動する移動装置と、を有する、請求項1に記載のFRP成形システム。 - 複数のプリプレグが積層された板状のFRP素材を成形して円弧状のFRP部品を製造するFRP成形方法であって、
前記FRP部品の内面形状と嵌合する外面を有する円弧状の内面治具プレートと、前記FRP部品の外面形状と嵌合する内面を有する円弧状の外面治具プレートと、を準備する治具準備工程と、
前記内面治具プレートと前記外面治具プレートの間に前記FRP素材を挟んで一体治具プレートを形成する治具一体化工程と、
前記一体治具プレートの一部を前記FRP部品の円弧に直交する半径方向に間欠的に圧縮して前記FRP部品を部分的に成形する部分プレス工程と、
前記部分プレス工程による前記一体治具プレートの圧縮部分を間欠的に移動する搬送工程と、を有し、
前記部分プレス工程と前記搬送工程と、を繰り返す、FRP成形方法。 - 前記一体治具プレートから前記内面治具プレートと前記外面治具プレートを分離して成形された前記FRP部品を取り出す離型工程を有する、請求項7に記載のFRP成形方法。
- 前記治具一体化工程において、前記内面治具プレートの前記外面と前記外面治具プレートの前記内面に離型剤を塗布する、請求項7に記載のFRP成形方法。
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