JP7238048B2 - 複合材の加工装置及び複合材の加工方法 - Google Patents

複合材の加工装置及び複合材の加工方法 Download PDF

Info

Publication number
JP7238048B2
JP7238048B2 JP2021133177A JP2021133177A JP7238048B2 JP 7238048 B2 JP7238048 B2 JP 7238048B2 JP 2021133177 A JP2021133177 A JP 2021133177A JP 2021133177 A JP2021133177 A JP 2021133177A JP 7238048 B2 JP7238048 B2 JP 7238048B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
composite material
mold
cooling
heating
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2021133177A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2023027854A (ja
Inventor
祐樹 可児
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to JP2021133177A priority Critical patent/JP7238048B2/ja
Priority to US17/882,983 priority patent/US20230056597A1/en
Priority to EP22190522.7A priority patent/EP4137298A1/en
Publication of JP2023027854A publication Critical patent/JP2023027854A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7238048B2 publication Critical patent/JP7238048B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/40—Shaping or impregnating by compression not applied
    • B29C70/42—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C70/46—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using matched moulds, e.g. for deforming sheet moulding compounds [SMC] or prepregs
    • B29C70/462—Moulding structures having an axis of symmetry or at least one channel, e.g. tubular structures, frames
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/40—Shaping or impregnating by compression not applied
    • B29C70/42—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C70/46—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using matched moulds, e.g. for deforming sheet moulding compounds [SMC] or prepregs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C33/00—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor
    • B29C33/02—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor with incorporated heating or cooling means
    • B29C33/04—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor with incorporated heating or cooling means using liquids, gas or steam
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C33/00—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor
    • B29C33/34—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor movable, e.g. to or from the moulding station
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C33/00—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor
    • B29C33/56—Coatings, e.g. enameled or galvanised; Releasing, lubricating or separating agents
    • B29C33/565—Consisting of shell-like structures supported by backing material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C35/00—Heating, cooling or curing, e.g. crosslinking or vulcanising; Apparatus therefor
    • B29C35/16—Cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/06—Fibrous reinforcements only
    • B29C70/10—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres
    • B29C70/16—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length
    • B29C70/18—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length in the form of a mat, e.g. sheet moulding compound [SMC]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/54—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations, e.g. feeding or storage of prepregs or SMC after impregnation or during ageing
    • B29C70/541—Positioning reinforcements in a mould, e.g. using clamping means for the reinforcement
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C35/00—Heating, cooling or curing, e.g. crosslinking or vulcanising; Apparatus therefor
    • B29C35/16—Cooling
    • B29C2035/1616—Cooling using liquids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • B29D99/0003—Producing profiled members, e.g. beams
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2101/00—Use of unspecified macromolecular compounds as moulding material
    • B29K2101/12—Thermoplastic materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2105/00—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/06—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts
    • B29K2105/08—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts of continuous length, e.g. cords, rovings, mats, fabrics, strands or yarns
    • B29K2105/0854—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts of continuous length, e.g. cords, rovings, mats, fabrics, strands or yarns in the form of a non-woven mat
    • B29K2105/0863—SMC, i.e. sheet moulding compound
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2307/00—Use of elements other than metals as reinforcement
    • B29K2307/04—Carbon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/30—Vehicles, e.g. ships or aircraft, or body parts thereof
    • B29L2031/3076—Aircrafts
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/40—Weight reduction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Moulding By Coating Moulds (AREA)

Description

本開示は、複合材の加工装置及び複合材の加工方法に関するものである。
航空機の胴体、主翼等の航空機部品は、例えば熱可塑性の炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）等の複合材が用いられる場合がある。このような熱可塑性の複合材を所望の形状に加工する方法として、金型等で複合材を加圧することで複合材を変形させ、さらに、加圧状態を保ったまま金型等の温度を徐々に降温することで複合材を凝固させる方法が知られている（例えば、特許文献１）。
特許文献１には、炭素繊維の織物等の補強材繊維と、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂等の樹脂材料とを組み合わせた複合材料をプレス成形するためのプレス成形金型が記載されている。このプレス成形金型は、上下移動する可動金型と、固定金型と、可動金型と固定金型との間に配置される金型入り駒と、を備えている。また、固定金型及び可動金型には、冷却媒体が流通する冷却通路が設けられている。また、金型入り駒には、電熱ヒータが設けられている。
特許第５８２６２４３号公報
しかしながら、特許文献１に記載の装置は、同一の金型（固定金型及び可動金型）で、被成形品（複合材）の加熱及び冷却を行っている。これにより、加熱工程後の冷却工程において、冷却通路を流通する冷却媒体によって高温の金型を冷却することとなるので、冷却通路の配置等に起因して金型に温度のバラつきが生じる。詳細には、例えば、冷却通路の近傍は降温し易いので他の領域よりも温度低くなり、冷却通路から遠い箇所は降温し難いので他の領域よりも温度が高くなる。金型の温度にバラつきが生じると、金型の温度が伝達する複合材の温度にもバラつきが生じる。これによって、複合材の凝固進行が場所によって不均一となり、複合材に凝固済みの箇所と凝固していない箇所（以下、「未凝固箇所」と称する）とが生じることとなる。複合材の一部に凝固済みの箇所が生じると、凝固済みの箇所が、金型を支えるようになってしまい、未凝固箇所への圧力の印加を阻害する。これにより、未凝固箇所において、加圧不足や複合材と金型との接触不良を引き起こす可能性があった。加圧不足や複合材と金型との接触不良が生じると、加工後の成形品に、ボイド等が発生し品質が悪化する可能性があった。
本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、加工後の成形品の品質を向上させることができる複合材の加工装置及び複合材の加工方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本開示の複合材の加工装置及び複合材の加工方法は以下の手段を採用する。
本開示の一態様に係る複合材の加工装置は、繊維と熱可塑性の樹脂とが複合している複合材の加工装置であって、前記複合材を挟持する一対のパレットと、一対の前記パレットを介して前記複合材を加圧及び加熱する加熱金型と、一対の前記パレットを介して前記複合材を加圧及び冷却する冷却金型と、前記冷却金型の温度を調整する温度調整部と、前記複合材を挟持した状態の一対の前記パレットを前記加熱金型から前記冷却金型へ搬送する搬送部と、備える。
本開示の一態様に係る複合材の加工方法は、繊維と熱可塑性の樹脂とが複合している複合材の加工方法であって、加熱金型で、前記複合材を挟持する一対のパレットを介して前記複合材を加圧及び加熱する加熱工程と、温度調整部を有する冷却金型で、一対の前記パレットを介して前記複合材を加圧及び冷却する冷却工程と、前記複合材を挟持した状態の一対の前記パレットを前記加熱金型から前記冷却金型へ搬送する搬送工程と、備える。
本開示によれば、加工後の成形品の品質を向上させることができる。
本開示の実施形態に係る加工装置を示す斜視図である。 本開示の実施形態に係る成形品を示す斜視図である。 本開示の実施形態に係る加熱金型を示す断面図であって、図１のＡ－Ａ矢視断面図である。 本開示の実施形態に係る加熱金型を示す断面図であって、図１のＢ－Ｂ矢視断面図である。 本開示の実施形態に係る加熱金型を示す断面図であって、パレット及び複合材を加圧している状態を示している。 本開示の実施形態に係るパレット及び複合材の搬送工程における状態を示す縦断面図である。 本開示の実施形態に係る冷却金型を示す模式的な縦断面図であって、パレット及び複合材を加圧している状態を示している。 本開示の実施形態に係る冷却金型を示す模式的な縦断面図であって、パレット及び複合材を加圧している状態を示している。 本開示の変形例に係る冷却金型を示す模式的な平面図である。 本開示の変形例に係る加工装置を示す斜視図である。
以下に、本開示に係る複合材の加工装置及び複合材の加工方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。図面及び以下の説明では、加熱金型及び冷却金型が複合材を押圧する方向をＺ軸方向とし、複合材及び成形品の長手方向をＸ軸方向とし、Ｚ軸方向及びＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向とする。
本実施形態に係る加工装置１０は、航空機構造体を構成する航空機部品であるストリンガ、スパー、フレーム、リブ等を製造するために、その材料となる平板状の複合材１を所望の形状へ成形するための装置である。複合材１の例として、例えば、熱可塑性の樹脂と炭素繊維とが複合した炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）が挙げられる。具体的には、複合材１は、繊維に樹脂が含浸している繊維強化シートを複数枚積層した積層体であってもよい。なお、複合材１の材料は、繊維と熱可塑性の樹脂とが複合した複合材であればよく、上記説明の複合材１に限定されない。
本実施形態に係る加工装置１０は、図１に示すように、平板状の複合材１を加工することで、成形品２（図２参照）を製造する装置である。本実施形態に係る成形品２は、図２に示すように、長尺状の部材である。成形品２のＸ軸方向の長さは、５ｍ～１０ｍ程度とされている。成形品２のＸ軸方向に直交する面で切断した際の断面の形状は、ハット形状を為している。詳細には、成形品２は、Ｙ軸方向の両端に配置されてＸ軸方向及びＹ軸方向へ延びる一対のフランジ部２ａと、各フランジ部２ａのＹ軸方向の内側端部から斜め内側方向へ延びる一対のウェブ部２ｂと、一対のウェブ部２ｂの内側端部同士を連結するキャップ部２ｃと、を有している。成形品２は、Ｘ軸方向に直交する面で切断した際の断面の形状が、Ｘ軸方向の略全域で同様の形状とされている。また、成形品２は、板厚が２ｍｍ～３ｍｍ程度とされている。なお、成形品２の形状及び板厚は一例であって、これに限定されない。
本実施形態に係る加工装置１０は、図１に示すように、複合材１を挟持する一対のパレット２０と、一対のパレット２０を介して複合材１を加圧及び加熱する加熱金型３０と、一対のパレット２０を介して複合材１を加圧及び冷却する冷却金型４０と、複合材１を挟持した状態の一対のパレット２０を加熱金型３０から冷却金型４０へ搬送する搬送装置（搬送部）５０と、を備えている。加熱金型３０と冷却金型４０とは、Ｙ軸方向に隣接して配置される。
また、加工装置１０は、加熱金型３０をＺ軸方向に移動させる加熱金型移動装置（図示省略）と、冷却金型４０をＺ軸方向に移動させる冷却金型移動装置（図示省略）と、を備えている。
加熱金型３０は、図３及び図４に示すように、複合材１の押圧方向（Ｚ軸方向）の一方側に配置される第１加熱金型３１と、複合材１の押圧方向の他方側に配置される第２加熱金型３２と、を有している。第１加熱金型３１と第２加熱金型３２とは、複合材１を挟むように配置されている。なお、図３及び図４は、加熱金型３０が複合材１を押圧する前の状態を示している。
第１加熱金型３１は、図３に示すように、複合材１を押圧する押圧面３１ａのＹ軸方向の略中央部が下方に突出している。この突出部分が、成形品２のウェブ部２ｂ及びキャップ部２ｃを成形する。また、押圧面３１ａのＹ軸方向の両端部が平面となっている。この平面部が、成形品２のフランジ部２ａを成形する。
第２加熱金型３２は、複合材１を押圧する押圧面３２ａのＹ軸方向の略中央部が下方に凹んでいる。この凹んでいる部分が、成形品２のウェブ部２ｂ及びキャップ部２ｃを成形する。また、押圧面３２ａのＹ軸方向の両端部が平面となっている。この平面部が、成形品２のフランジ部２ａを成形する。
図４に示すように、第１加熱金型３１及び第２加熱金型３２の内部には、複数の加熱金型ヒータ３３が設けられている。加熱金型ヒータ３３は、発熱することで、第１加熱金型３１及び第２加熱金型３２を加熱する。各加熱金型ヒータ３３は、Ｙ軸方向に延在している。複数の加熱金型ヒータ３３は、Ｘ軸方向に沿って所定の間隔で並んで配置されている。
加熱金型移動装置は、図３の矢印に示すように、第１加熱金型３１及び第２加熱金型３２を互いに近付くようにＺ軸方向に移動させる。すなわち、加熱金型移動装置は、第１加熱金型３１及び第２加熱金型３２が複合材１を押圧するように、第１加熱金型３１及び第２加熱金型３２を移動させる。加熱金型移動装置の駆動力によって、第１加熱金型３１と第２加熱金型３２との間で複合材１が押圧され変形する。なお、加熱金型移動装置は、第１加熱金型３１及び第２加熱金型３２のいずれか一方を他方に近付くように移動させてもよい。
冷却金型４０は、図１に示すように、加熱金型３０とＹ軸方向に所定の間隔で並んで配置されている。冷却金型４０は、図７及び図８に示すように、複合材１の押圧方向（Ｚ軸方向）の一方側に配置される第１冷却金型４１と、複合材１の押圧方向の他方側に配置される第２冷却金型４２と、を有している。第１冷却金型４１と第２冷却金型４２とは、複合材１を挟むように配置されている。なお、図７及び図８は、冷却金型４０が複合材１を押圧している状態を示している。
第１冷却金型４１は、図７に示すように、複合材１を押圧する押圧面４１ａのＹ軸方向の略中央部が下方に突出している。この突出部分が、成形品２のウェブ部２ｂ及びキャップ部２ｃを成形する。また、押圧面４１ａのＹ軸方向の両端部が平面となっている。この平面部が、成形品２のフランジ部２ａを成形する。第１冷却金型４１の押圧面４１ａは、第１加熱金型３１の押圧面３１ａ（図５参照）と略同一の形状をしている。
第２冷却金型４２は、複合材１を押圧する押圧面４２ａのＹ軸方向の略中央部が下方に凹んでいる。この凹んでいる部分が、成形品２のウェブ部２ｂ及びキャップ部２ｃを成形する。また、押圧面４２ａのＹ軸方向の両端部が平面となっている。この平面部が、成形品２のフランジ部２ａを成形する。第２冷却金型４２の押圧面４２ａは、第２加熱金型３２の押圧面３２ａ（図５参照）と略同一の形状をしている。
図８に示すように、第１冷却金型４１及び第２冷却金型４２の内部には、温度調整部４５が設けられている。温度調整部４５は、複数の冷却金型ヒータ４３及び冷却媒体配管４４を有している。冷却金型ヒータ４３は、発熱することで第１冷却金型４１及び第２冷却金型４２を加熱する。各冷却金型ヒータ４３は、Ｙ軸方向に延在している。複数の冷却金型ヒータ４３は、Ｘ軸方向に沿って所定の間隔（不等間隔）で並んで配置されている。冷却媒体配管４４は、内部を冷却媒体（例えば、水）が流通している。冷却媒体配管４４は、内部を流通する冷却媒体と第１冷却金型４１及び第２冷却金型４２と熱交換することで、第１冷却金型４１及び第２冷却金型４２を冷却する。各冷却媒体配管４４は、Ｙ軸方向に延在している。複数の冷却媒体配管４４は、Ｘ軸方向に沿って所定の間隔（不等間隔）で並んで配置されている。複数の冷却金型ヒータ４３は、複数の冷却媒体配管４４よりも押圧面４１ａ，４２ａ側に配置されている。温度調整部４５は、冷却金型ヒータ４３の出力や、冷却媒体配管４４内を流通する冷却媒体の流量を調整することで、冷却金型４０の温度を徴することができる。なお、冷却金型ヒータ４３と、冷却媒体配管４４との配置は上記説明の配置に限定されない。例えば、複数の冷却媒体配管４４を、複数の冷却金型ヒータ４３よりも押圧面４１ａ，４２ａ側に配置してもよい。
冷却金型移動装置は、図７の矢印に示すように、第１冷却金型４１及び第２冷却金型４２を互いに近付くようにＺ軸方向に移動させる。すなわち、冷却金型移動装置は、第１冷却金型４１及び第２冷却金型４２が複合材１を押圧するように、第１冷却金型４１及び第２冷却金型４２を移動させる。冷却金型移動装置の駆動力によって、第１冷却金型４１と第２冷却金型４２との間で複合材１が押圧される。なお、冷却金型移動装置は、第１冷却金型４１及び第２冷却金型４２のいずれか一方を他方に近付くように移動させてもよい。
パレット２０は、剛性の高く、かつ、熱伝導率の高い金属材料（例えば、ステンレス）で形成されている。パレット２０のＸ軸方向及びＹ軸方向の長さは、複合材１（成形品２）のＸ軸方向及びＹ軸方向の長さよりも長い。また、一対のパレット２０は、図３及び図４に示すように、第１加熱金型３１の押圧面３１ａと複合材１との間に設けられる第１パレット２１と、第２加熱金型３２の押圧面３２ａと複合材１との間に設けられる第２パレット２２と、を有している。第１パレット２１と第２パレット２２との間に複合材１は設けられている。本実施形態の第１パレット２１及び第２パレット２２は、板厚がＸ軸方向及びＹ軸方向の全域に亘って同一とされている。
第１パレット２１は、図５に示すように、第１加熱金型３１の押圧面３１ａと当接する金型当接面２１ａと、複合材１と当接する複合材当接面２１ｂと、を有している。金型当接面２１ａは、冷却金型４０へ搬送された際には、第１冷却金型４１の押圧面４１ａと当接する（図７参照）。
第１パレット２１は、第１加熱金型３１の押圧面３１ａ及び第１冷却金型４１の押圧面４１ａの形状に応じた形状をしている。すなわち、第１パレット２１は、第１加熱金型３１の押圧面３１ａ及び第１冷却金型４１の押圧面４１ａに設けられた突出部分に対応するようにＹ軸方向の略中央部が下方に突出している。この突出部分が、成形品２のウェブ部２ｂ及びキャップ部２ｃを成形する。また、第１パレット２１は、第１加熱金型３１の押圧面３１ａ及び第１冷却金型４１の押圧面４１ａに設けられた平面部分と対応するように、のＹ軸方向の両端部が平面となっている。この平面部が、成形品２のフランジ部２ａを成形する。
第２パレット２２は、図５に示すように、第２加熱金型３２の押圧面３２ａと当接する金型当接面２２ａと、複合材１と当接する複合材当接面２２ｂと、を有している。金型当接面２２ａは、冷却金型４０へ搬送された際には、第２冷却金型４２の押圧面４２ａと当接する（図７参照）。
第２パレット２２は、第２加熱金型３２の押圧面３２ａ及び第２冷却金型４２の押圧面４２ａの形状に応じた形状をしている。すなわち、第２パレット２２は、第２加熱金型３２の押圧面３２ａ及び第２冷却金型４２の押圧面４２ａに設けられた突出部分に対応するようにＹ軸方向の略中央部が下方に突出している。この突出部分が、成形品２のウェブ部２ｂ及びキャップ部２ｃを成形する。また、第２パレット２２は、第２加熱金型３２の押圧面３２ａ及び第２冷却金型４２の押圧面４２ａに設けられた平面部分と対応するように、のＹ軸方向の両端部が平面となっている。この平面部が、成形品２のフランジ部２ａを成形する。
また、第１パレット２１と第２パレット２２とは、図６に示すように、少なくとも搬送工程において、ブラケット（規制部）２４によって相対移動が規制されている。ブラケット２４は、第１パレット２１と第２パレット２２とを挟むことで相対移動を規制する自動チャック機構（自動クランプ機構）である。ブラケット２４は、例えば、第１パレット２１及び第２パレット２２のＹ軸方向の両端部に設けられている。ブラケット２４は、第１パレット２１及び第２パレット２２に着脱可能に固定されることで、第１パレット２１と第２パレット２２との相対移動を規制している。なお、規制部の構造は、上述のブラケット２４に限定されない。規制部は、第１パレット２１と第２パレット２２との相対移動を規制する構造であれば、どのような構造であってもよい。
搬送装置５０は、図１に示すように、加熱金型３０と冷却金型４０とを繋ぐ一対のレール５１及びレール５１をＺ軸方向に移動させるレール移動装置（図示省略）を備えている。各レール５１は、Ｙ軸方向に沿って直線状に延在している。一方のレール５１は、Ｙ軸方向の一端（図１の左端）が加熱金型３０（詳細には、第２加熱金型３２）のＸ軸方向の一端に近接しており、他端（図１の右端）が冷却金型４０（詳細には、第２冷却金型４２）のＸ軸方向の一端に近接している。また、他方のレール５１は、Ｙ軸方向の一端（図１の左端）が加熱金型３０（詳細には、第２加熱金型３２）のＸ軸方向の他端に近接しており、他端が冷却金型４０（詳細には、第２冷却金型４２）のＸ軸方向の他端に近接している。すなわち、一対のレール５１は、加熱金型３０及び冷却金型４０を挟むように配置されている。また、一対のレール５１は、加熱金型３０及び冷却金型４０と干渉しないように配置されている。これにより、一対のレール５１は、加熱金型３０及び冷却金型４０に対して、Ｚ軸方向に相対移動可能とされている。一対のレール５１の上面にはパレット２０のＸ軸方向の端部が載置されている。
また、搬送装置５０は、一対のパレット２０をレール５１に沿って搬送する搬送機構（図示省略）を備えている。搬送機構は、一対のパレット２０を搬送することができる手段であれば、特に限定されない。例えば、レール５１がベルトコンベアとされていてもよい。ベルトコンベアが駆動源からの駆動力によって回転することで、ベルトコンベアに載置された一対のパレット２０が搬送されてもよい。また、レール５１の上面が歯切りされたラックとされており、パレット２０に接続された小歯車（ピニオン）がラックに係合し、ピニオンが駆動源からの駆動力によって回転することで、一対のパレット２０が搬送されてもよい。
次に、上述の加工装置１０等を用いて複合材１を加工し、成形品２を製造する方法について説明する。
［複合材製造工程］
まず、平板状の複合材１を製造する方法について説明する。
最初に、複数の複合材基材（例えば、繊維強化シート）を積層し、平板状の積層体を製造する。次に、積層体をプレス機（図示省略）に設置する。このプレス機には、積層体を加熱する加熱機構（電熱ヒータ等）及び積層体を冷却する冷却機構（冷却媒体配管等）を備えている。次に、プレス機を作動させて、積層体を加圧するとともに加熱する。このとき、積層体の温度が、積層体に含まれる樹脂の融点以上となるまで、積層体を加熱する。これにより、樹脂が溶融し、繊維に樹脂が含浸する。また、加圧により積層体を構成する基材同士の隙間が潰されることで積層体が脱気される。次に、冷却機構を作動させ、積層体を加圧しつつ冷却する。このとき、積層体の温度が、積層体に含まれる樹脂のガラス転位温度以下となるまで、積層体を冷却する。これにより、樹脂が固化する。次に、プレス機を停止させ、積層体（複合材１）を取り出す。このようにして、平板状の複合材１が製造される。
なお、平板状の複合材１を製造する方法は上記説明の方法に限定されない。例えば、オートクレーブ成形によって製造してもよい。
次に、加工装置１０を用いて平板状の複合材１を加工し、成形品２を製造する方法について説明する。
［設置工程］
まず、図３及び図４に示すように、加熱金型３０に一対のパレット２０を取り付ける。次に、平板状の複合材１を一対のパレット２０の間に設置する。このとき、複合材１を第２パレット２２の複合材当接面２２ｂ上に載置してもよい。また、加熱金型３０に一対のパレット２０を設置する際に、パレット２０をレール５１にも設置する。
なお、加熱金型３０及びパレット２０は、複合材１が設置される前に、加熱金型３０に設けられた加熱金型ヒータ３３によって、所定の温度（複合材１に含まれる樹脂の融点以上の温度）まで加熱されていてもよい。このようにすることで、複合材１を均一に加熱することができる。
［加圧・加熱工程］
平板状の複合材１を一対のパレット２０の間に設置したら、次に、図３及び図４の矢印に示すように、加熱金型押圧装置によって、第１加熱金型３１及び第２加熱金型３２を互いが近付くように移動させ、複合材１を押圧する。このように、複合材１を一対のパレット２０を介して加圧するとともに加熱することで、図５に示すように、複合材１を加熱金型３０及びパレット２０に応じた形状へ成形する。所定の時間複合材１を加圧及び加熱したら、加熱金型押圧装置によって、第１加熱金型３１及び第２加熱金型３２を互いが遠ざかるように移動させ、複合材１の加圧を停止する。このとき、一対のパレット２０は、複合材１を挟持した状態のまま維持される。
［搬送工程］
次に、図６に示すように、一対のパレット２０にブラケット２４を取り付ける。次に、搬送装置５０によって、複合材１を挟持した状態の一対のパレット２０を加熱金型３０から冷却金型４０へ搬送する。詳細には、パレット２０は、搬送機構によって、レール５１に沿って第２冷却金型４２の押圧面４２ａの僅かに上方（例えば、数ｃｍ上方）まで搬送される。なお、第２冷却金型４２の高さ位置や成形品２の高さ位置に応じて、予めレール５１の高さを調節しておいてもよい。このようにすることで、第２冷却金型４２とパレット２０とのＺ軸方向の相対位置を最適な位置とすることができる。したがって、冷却金型４０で好適にパレット２０を挟むことができる。
［加圧・冷却工程］
冷却金型４０は、パレット２０が搬送されてくる前に、温度調整部４５によって、全体が所定の温度（複合材１に含まれる樹脂の凝固温度以下の温度）に維持されている。
複合材１を挟持した状態の一対のパレット２０が冷却金型４０まで搬送されると、次に、図７及び図８の矢印に示すように、冷却金型押圧装置によって、第１冷却金型４１及び第２冷却金型４２を互いが近付くように移動させる。このとき、パレット２０は、第２冷却金型４２の僅かに上方に位置しているので、第２冷却金型４２によって持ち上げられる。第２冷却金型４２によって持ち上がられたパレット２０は、第１冷却金型４１と第２冷却金型４２とによって挟まれ、上下方向から押圧される。このようにして、一対のパレット２０に挟持された状態の複合材１を押圧する。このとき、一対のパレット２０にはブラケット２４を取り付けたままとする。このように、複合材１を一対のパレット２０を介して加圧するとともに冷却することで、複合材１を凝固させる。所定の時間複合材１を加圧及び冷却したら、冷却金型押圧装置によって、第１冷却金型４１及び第２冷却金型４２を互いが遠ざかるように移動させ、複合材１の加圧を停止する。
［取出工程］
加圧を停止すると、冷却金型４０から複合材１を挟持した状態の一対のパレット２０を取り外す。次に、パレット２０に取り付けられたブラケット２４を取り外すとともに、一対のパレット２０を複合材１（成形品２）から取り外す。本工程で一対のパレット２０から複合材１を取り外すまで、パレット２０と複合材１とは密着している。このように、図２に示すような、所望の形状の成形品２を製造する。
本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
複合材１に含まれる樹脂は、加熱金型３０で加熱されることで溶融する。本実施形態では、複合材１を挟持する一対のパレット２０を備え、この一対のパレット２０を介して、加熱金型３０で複合材１を加圧及び加熱している。これにより、複合材１が加熱金型３０と直接接触しない。したがって、加熱金型３０から複合材１を取り外す際に、溶融した樹脂が加熱金型３０の表面（押圧面３１ａ，３２ａ）に貼り付かない。よって、溶融した樹脂が加熱金型３０に張り付くことで複合材１の形状が崩れてしまう事態を発生し難くすることができる。
また、上述のように、複合材１に含まれる樹脂は、加熱金型３０で加熱されることで溶融するため、加熱金型３０で加熱した複合材１のみを搬送することは難しい。本実施形態では、複合材１を挟持した状態の一対のパレット２０を加熱金型３０から冷却金型４０へ搬送する搬送装置５０を備えている。このように、一対のパレット２０で挟持された状態で複合材１を搬送することで、複合材１の形状を崩さずに、容易に加熱金型３０から冷却金型４０へ複合材１を搬送することができる。
また、加熱金型３０と冷却金型４０へ複合材１を容易に搬送する搬送装置５０を備えることで、加熱金型３０と冷却金型４０とを別々の金型とすることができる。加熱金型３０と冷却金型４０とを別々の金型とすることで、複合材１が設置されていない状態で、温度調整部４５によって冷却金型４０を位置による温度のバラつきを抑制しつつ確実に所望の温度に維持することができる。これにより、冷却金型４０の全体が略均一に所定の温度に維持された状態で、複合材１を冷却金型４０へ搬送することができる。したがって、複合材１を冷却する際の温度のバラつきを抑制することができる。よって、複合材１に作用する押圧力を均一化することができる。よって、ボイドの発生等を抑制することができるので、加工後の成形品２の品質を向上させることができる。
また、本実施形態では、加熱金型３０及び冷却金型４０が、一対のパレット２０を介して複合材１を加圧する。これにより、パレット２０の形状を変更することで、様々な形状に複合材１を変形させることができる。すなわち、複合材当接面２１ｂ，２２ｂの形状を変更するだけで、様々な形状に複合材１を変形させることができる。したがって、同じ加熱金型３０及び冷却金型４０で、様々な形状に複合材１を成形することができる。よって、異なる形状の複合材１を成形するために異なる金型を用いる場合と比較して、コストを低減することができる。
また、本実施形態では、一対のパレット２０の相対移動を規制するブラケット２４を備えている。これにより、加熱金型３０から冷却金型４０へ搬送する際等に、ブラケット２４によって一対のパレット２０の相対移動を規制することができる。これにより、複合材１の形状を崩れ難くすることができる。
また、複合材１を所望の形状に加工する方法として、いわゆる連続成形方法で加工することも考えられる。しかしながら、連続成形方法は、長手方向に沿って断面形状が一定である長尺部品である成形品を製造する場合にしか用いることはできないので、複雑な形状の成形品を成形することができない。また、連続成形中は進行方向の位置毎に部品温度がそれぞれ異なるため、複合材に含まれる樹脂粘度や凝固収縮量も異なり、加圧量の制御が難しい課題があった。また、連続成形方法では、複合材の進行方向が、複合材の長手方向に限られていたため、加工装置の長手方向の長さが増大してしまっていた。このため、連続成形用の加工装置を設置する際のレイアウト上の制限が多くなっていた。
一方、本実施形態では、加熱金型３０及び冷却金型４０で、一度に複合材１の全体を加圧するとともに、加熱及び冷却している。このため、煩雑な加圧量の制御等を行う必要がないので、作業工程を簡易化することができる。また、加熱金型３０と冷却金型４０との相対位置を自由にできるので、加工装置１０を設置する際のレイアウト上の自由度を向上させることができる。
また、複合材１を所望の形状に加工する方法として、ヒータやオーブン等で予め融点以上まで加熱した熱可塑性の複合材を、凝固が促進しやすい温度とされた金型まで速やかに搬送するとともに金型でプレスして変形させ、そのまま金型で凝固させる方法も考えられる。
しかしながら、この方法では、複合材を変形させながら冷却させるため、変形過程において、樹脂が繊維に十分に含浸する前に樹脂が凝固してしまう可能性があった。すなわち、変形させている間に複合材が冷えてしまい、複合材が不完全なまま凝固してしまう可能性があった。このため、加工後の成形品にボイド等が発生し品質が悪化する可能性があった。特に、樹脂が全体に含浸するのに時間を要する大型の部品や複雑形状の部品では、この問題が顕著であったため、大型部品や複雑形状の部品にはこの方法を適用し難かった。
また、ヒータ等から金型まで複合材を搬送する際に、複合材が大気に触れて放熱してしまうことを防ぐため、搬送経路を壁で囲って断熱したり、高速で搬送したりする等の処置が必要となる。このため、設備が煩雑になる可能性や、設備コストが増大する可能性があった。
一方、本実施形態では、冷却金型４０では複合材１の変形を行っていない。すなわち、複合材１を変形する工程と、複合材１を冷却する工程とを別の工程としている。これにより、複合材１を所望の形状に確実に変形させた後であって、かつ、樹脂の含浸も十分になされている状態を保ったまま、冷却工程で冷却することができる。したがって、複合材１を変形する工程において、不完全なまま凝固してしまうことを防ぐことができるので、加工後の成形品２の品質を向上させることができる。
また、加熱金型３０から冷却金型４０まで搬送する際に、複合材１の両面にパレット２０が当接しているため、大気によって複合材１が冷却されるのを抑制することができる。これにより、成形品質を向上させることができる。また、搬送経路を断熱する設備や高速搬送が不要になるので、設備に求められる能力要件を緩和できる。したがって、設備の簡素化することができるとともに、コストを低減することができる。
［変形例］
次に、本実施形態の変形例について図９を用いて説明する。図９は、冷却金型４０の模式的な平面図である。
本変形例では、製造する成形品の形状が上記実施形態の形状と異なっている。具体的には、本実施形態で製造する成形品は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の略中央領域の板厚が、他の領域よりも厚くなっている。したがって、凝固する前の複合材１の形状も、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の略中央領域（第１領域）の板厚が、他の領域（第２領域）よりも厚くなっている。
また、本変形例では、冷却金型４０の温度が位置によって異なっている点で上記実施形態と相違している。冷却金型４０は、複合材１の板厚が厚い領域と当接する部分Ｒ１の温度が、他の領域と当接する部分Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の温度よりも低くなっている。各部分の温度の調節は、各部分に内蔵された温度調整部４５によって行われる。すなわち、温度調整部４５は、部分Ｒ１等の温度を、各部分が当接する複合材１の領域の形状に応じた温度に調整している。詳細には、温度調整部４５は、各部分の温度を、各々、各部分が当接する複合材１の領域の厚さに応じた温度に調整している。複合材１の厚さが厚い領域は、複合材１内部における板厚方向の伝熱に比較的時間を要することにより、凝固し難いので、当該領域が当接する部分の温度を低くしている。
また、本変形例では、冷却金型４０は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の端部の温度が、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の中央部の温度よりも高くなっている。各部分の温度の調節は、各部分に内蔵された温度調整部４５によって行われる。すなわち、温度調整部４５は、冷却金型４０の位置に応じた温度に調整している。具体的には、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の端に位置する部分Ｒ３，Ｒ４の温度は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の中央に位置する部分Ｒ２の温度よりも高くなっている。また、本実施形態では、Ｘ軸方向の端に位置する部分Ｒ４の温度は、Ｙ軸方向の端に位置する部分Ｒ３の温度よりも高くなっている。
具体的には、本変形例では、部分Ｒ１の温度を２７５℃とし、部分Ｒ２の温度を２８０℃とし、部分Ｒ３の温度を２８３℃とし、部分Ｒ４の温度を２８５℃としている。
本変形例によれば、以下の作用効果を奏する。
複合材１の各領域は、形状に応じて凝固が進行する速度が異なる。例えば、同じ温度で冷却した場合、厚さが厚い領域は厚さが薄い領域よりも凝固が進行する速度が遅い。また、複合材１の各領域は、当接する冷却金型４０の温度に応じて、凝固が進行する速度が変化する。詳細には、同じ形状の領域を冷却した場合、当接する冷却金型４０の温度が高い領域は、当接する冷却金型４０の温度が低い領域よりも凝固が進行する速度が遅い。
本変形例では、温度調整部４５が、各部分Ｒ１～Ｒ４の温度を、各部分Ｒ１～Ｒ４が当接する複合材１の領域の形状（具体的には、厚さ）に応じた温度に調整する。これにより、複合材１の各領域の凝固進行を、形状に応じた凝固進行とすることができる。したがって、各領域における凝固進行を均一化することができるので、複合材１に作用する押圧力を均一化することができる。よって、ボイドの発生等を抑制することができるので、加工後の成形品の品質を向上させることができる。
また、複合材１の各領域は、位置に応じて凝固が進行する速度が異なる。例えば、冷却金型４０の各領域の温度を全て同じ温度とした場合、複合材１の端部に位置する領域は、中央に位置する領域よりも、外気によって冷却され易いので凝固が進行する速度が速い。また、上述のように、複合材１の各領域は、当接する冷却金型４０の温度に応じて、凝固が進行する速度が変化する。
本変形例では、温度調整部４５が、各部分Ｒ１～Ｒ４の温度を、各部分Ｒ１～Ｒ４が当接する複合材１の領域の位置に応じた温度に調整する。これにより、複合材１の各領域の凝固進行を、位置に応じた凝固進行とすることができる。したがって、各領域における凝固進行を均一化することができるので、複合材１に作用する押圧力を均一化することができる。よって、ボイドの発生等を抑制することができるので、加工後の成形品の品質を向上させることができる。
なお、本開示は、上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。
例えば、加熱金型３０で複合材１を加熱及び変形させる工程の前に、図示省略の予熱装置（例えば、赤外線ヒータ等）で平板状の複合材１に対して予備加熱を行う工程を設けてもよい。複合材１を予備加熱する際には、パレット２０を用いずに、複合材１のみを加熱する。予備加熱工程で事前にある程度複合材１を加熱することで、加熱金型３０で常温（室温）から加熱する場合と比較して、加圧・加熱工程において複合材１を速く均一に融点（複合材１に含まれる樹脂の融点）以上まで加熱することができる。
なお、予備加熱工程で、樹脂の融点以上まで複合材１を加熱してもよい。この場合には、加圧・加熱工程における加熱時間を、大幅に短縮もしくはゼロにすることができる。また、予備加熱工程で、樹脂の融点と同等か樹脂の融点よりもやや低い温度まで複合材１を加熱してもよい。この場合には、予備加熱装置から加熱金型３０まで搬送する際の形崩れを抑制することができる。
また、予備加熱装置から加熱金型３０まで複合材１を搬送する方法については、特に限定されない。例えば、レール５１を予備加熱装置まで延長し、予備加熱装置から加熱金型３０までレール５１を用いて複合材１を搬送してもよい。レール５１を用いる場合には、予備加熱装置において一対のパレット２０で複合材１を挟持し、一対のパレット２０で挟持された状態で複合材１を搬送する。また、例えば、レール５１とは別に、予備加熱装置と加熱金型３０とを接続するレールを設け、このレールによって予備加熱装置から加熱金型３０まで複合材１を搬送してもよい。また、予備加熱装置から加熱金型３０まで複合材１を搬送するロボットを設けてもよい。レール５１とは別のレールで複合材１を搬送する場合や、ロボットで複合材１を搬送する場合には、一対のパレット２０は加熱金型３０に設置された状態で待機している。
また、上記実施形態では、Ｘ軸方向に直交する面で切断した際の断面形状がハット形状の成形品２を加工装置１０で製造する場合について説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、Ｘ軸方向に直交する面で切断した際の断面形状がＣ形状やＬ形状やＺ形状の成形品を製造する場合に、本開示に係る加工装置１０及び加工方法を用いてもよい。また、平板状の成形品を製造する場合に、本開示に係る加工装置１０及び加工方法を用いてもよい。これらの場合には、加熱金型及び冷却金型の押圧面は、成形品の形状に応じた形状をしている。また、パレットの金型当接面及び複合材当接面は、成形品の形状に応じた形状をしている。
また、例えば、Ｘ軸方向に沿って湾曲又は屈曲する成形品を製造する場合に、本開示に係る加工装置１０及び加工方法を用いてもよい。また、全長が数メートルとなる大型の成形品を製造する場合に、本開示に係る加工装置１０及び加工方法を用いてもよい。また、板厚が５ｍｍ以上となる成形品を製造する場合に、本開示に係る加工装置１０及び加工方法を用いてもよい。また、繊維方向（繊維が延在する方向）が全て同方向である複合材基材を成形する際に本開示に係る加工装置１０及び加工方法を用いてもよい。また、Ｘ軸方向又はＹ軸方向に沿って板厚が変化する成形品を製造する場合に、本開示に係る加工装置１０及び加工方法を用いてもよい。これらの場合には、加熱金型３０の押圧面３１ａ，３２ａ及び冷却金型４０の押圧面４１ａ，４２ａを、成形品の形状に応じた形状にせずとも、パレット２０の金型当接面２１ａ、２２ａ及び複合材当接面２１ｂ、２２ｂを成形品の形状に応じた形状とすることで、成形品を製造することができる。
また、上記実施形態では、加熱金型３０及び冷却金型４０が各々１つの場合について説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、加熱金型３０及び冷却金型４０は、複数設けられていてもよい。
また、上記実施形態では、加熱金型３０と冷却金型４０とがＹ軸方向に並んで配置される例について説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、図１０に示す加工装置１１０のように、加熱金型３０と冷却金型４０とをＸ軸方向に並んで配置してもよい。この場合には、一対のレール１５１は、Ｘ軸方向に延在するように配置され、加熱金型３０と冷却金型４０とを接続している。
以上説明した実施形態に記載の複合材の加工装置及び複合材の加工方法は、例えば以下のように把握される。
本開示の一態様に係る複合材の加工装置は、繊維と熱可塑性の樹脂とが複合している複合材（１）の加工装置（１０）であって、前記複合材を挟持する一対のパレット（２０）と、一対の前記パレットを介して前記複合材を加圧及び加熱する加熱金型（３０）と、一対の前記パレットを介して前記複合材を加圧及び冷却する冷却金型（４０）と、前記冷却金型の温度を調整する温度調整部（４５）と、前記複合材を挟持した状態の一対の前記パレットを前記加熱金型から前記冷却金型へ搬送する搬送部（５０）と、備える。
複合材に含まれる樹脂は、加熱金型で加熱されることで溶融する。上記構成では、複合材を挟持する一対のパレットを備え、この一対のパレットを介して、加熱金型で複合材を加圧及び加熱している。これにより、複合材が加熱金型と直接接触しない。したがって、加熱金型から複合材を取り外す際に、溶融した樹脂が加熱金型の表面に貼り付かない。よって、溶融した樹脂が加熱金型に張り付くことで複合材の形状が崩れてしまう事態を発生し難くすることができる。
また、上述のように、複合材に含まれる樹脂は、加熱金型で加熱されることで溶融するため、加熱金型で加熱した複合材のみを搬送することは難しい。上記構成では、複合材を挟持した状態の一対のパレットを加熱金型から冷却金型へ搬送する搬送手段を備えている。このように、一対のパレットで挟持された状態で複合材を搬送することで、複合材の形状を崩さずに、容易に加熱金型から冷却金型へ複合材を搬送することができる。
また、加熱金型と冷却金型へ複合材を容易に搬送する搬送部を備えることで、加熱金型と冷却金型とを別々の金型とすることができる。加熱金型と冷却金型とを別々の金型とすることで、複合材が設置されていない状態で、温度調整部によって冷却金型を位置による温度のバラつきを抑制しつつ確実に所望の温度に維持することができる。これにより、冷却金型の全体が略均一に所定の温度に維持された状態で、複合材を冷却金型へ搬送することができる。したがって、複合材を冷却する際の温度のバラつきを抑制することができる。よって、複合材に作用する押圧力を均一化することができる。よって、ボイドの発生等を抑制することができるので、加工後の成形品の品質を向上させることができる。
また、加熱金型と冷却金型とを別々の金型とすることができるので、複合材１を変形する工程と、複合材１を冷却する工程とを別の工程とすることができる。これにより、複合材を所望の形状に確実に変形させた後であって、かつ、樹脂の含浸も十分になされている状態を保ったまま、複合材を冷却工程で冷却することができる。したがって、複合材を変形する工程において、不完全なまま凝固してしまうことを防ぐことができる。よって、加工後の成形品の品質を向上させることができる。
また、加熱金型から冷却金型まで搬送する際に、複合材がパレットに挟持されているため、大気によって複合材が冷却されるのを抑制することができる。これにより、加工後の成形品の品質を向上させることができる。また、搬送中の複合材の冷却を抑制するための設備（例えば、搬送経路を断熱する設備）や、複合材の高速搬送が不要になるので、設備に求められる能力要件を緩和できる。したがって、設備の簡素化することができるとともに、コストを低減することができる。
また、上記構成では、加熱金型及び冷却金型が、一対のパレットを介して複合材を加圧する。これにより、パレットの形状を変更することで、様々な形状に複合材を変形させることができる。したがって、同じ加熱金型及び冷却金型で、様々な形状に複合材を成形することができる。よって、異なる形状の複合材を成形するために異なる金型を用いる場合と比較して、コストを低減することができる。
また、本開示の一態様に係る複合材の加工装置は、一対の前記パレットの相対移動を規制する規制部（２４）を備える。
上記構成では、一対のパレットの相対移動を規制する規制部を備えている。これにより、加熱金型から冷却金型へ搬送する際等に、規制部によって一対のパレットの相対移動を規制することができる。これにより、複合材の形状を崩れ難くすることができる。
また、本開示の一態様に係る複合材の加工装置は、前記冷却金型は、前記複合材の第１領域が当接する第１当接部（Ｒ１）と、前記複合材の第２領域が当接する第２当接部（Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４）と、を有し、前記温度調整部は、前記第１当接部及び前記第２当接部の温度を、各当接部が当接する前記複合材の領域の形状に応じた温度に調整する。
複合材の各領域は、形状に応じて凝固が進行する速度が異なる。例えば、同じ温度で冷却した場合、厚さが厚い領域は、複合材の内部における板厚方向の伝熱に比較的時間を要する。このため、厚さが薄い領域よりも凝固が進行する速度が遅い。また、複合材の各領域は、当接する冷却金型の温度に応じて、凝固が進行する速度が変化する。詳細には、同じ形状の領域を冷却した場合、当接する冷却金型の温度が高い領域は、当接する冷却金型の温度が低い領域よりも凝固が進行する速度が遅い。
上記構成では、温度調整部が、第１当接部及び第２当接部の温度を、各当接部が当接する複合材の領域の形状に応じた温度に調整する。これにより、複合材の各領域の凝固進行を、形状に応じた凝固進行とすることができる。したがって、各領域における凝固進行を均一化することができるので、複合材に作用する押圧力を均一化することができる。よって、ボイドの発生等を抑制することができるので、加工後の成形品の品質を向上させることができる。
なお、複合材の形状とは、例えば、複合材の厚さであってもよい。すなわち、温度調整部は、第１当接部及び第２当接部の温度を、各々、第１領域及び第２領域の厚さに応じた温度に調整してもよい。詳細には、例えば、第１領域の厚さが第２領域の厚さよりも厚い場合には、第１当接部の温度を第２当接部の温度よりも低くしてもよい。
また、本開示の一態様に係る複合材の加工装置は、前記冷却金型は、前記複合材の第１領域が当接する第１当接部（Ｒ１）と、前記複合材の第２領域が当接する第２当接部（Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４）と、を有し、前記温度調整部は、前記第１当接部及び前記第２当接部の温度を、各当接部が当接する前記複合材の領域の位置に応じた温度に調整する。
複合材の各領域は、位置に応じて凝固が進行する速度が異なる。例えば、冷却金型の各領域の温度を全て同じ温度とした場合、複合材の端部に位置する領域は、中央に位置する領域よりも、外気によって冷却され易いので凝固が進行する速度が速い。また、上述のように、複合材の各領域は、当接する冷却金型の温度に応じて、凝固が進行する速度が変化する。
上記構成では、温度調整部が、第１当接部及び第２当接部の温度を、各当接部が当接する複合材の領域の位置に応じた温度に調整する。これにより、複合材の各領域の凝固進行を、位置に応じた凝固進行とすることができる。したがって、各領域における凝固進行を均一化することができるので、複合材に作用する押圧力を均一化することができる。よって、ボイドの発生等を抑制することができるので、加工後の成形品の品質を向上させることができる。
また、本開示の一態様に係る複合材の加工方法は、繊維と熱可塑性の樹脂とが複合している複合材（１）の加工方法であって、加熱金型（３０）で、前記複合材を挟持する一対のパレット（２０）を介して前記複合材を加圧及び加熱する加熱工程と、温度調整部（４５）を有する冷却金型（４０）で、一対の前記パレットを介して前記複合材を加圧及び冷却する冷却工程と、前記複合材を挟持した状態の一対の前記パレットを前記加熱金型から前記冷却金型へ搬送する搬送工程と、備える。
１ ：複合材
２ ：成形品
２ａ ：フランジ部
２ｂ ：ウェブ部
２ｃ ：キャップ部
１０ ：加工装置
２０ ：パレット
２１ ：第１パレット
２１ａ ：金型当接面
２１ｂ ：複合材当接面
２２ ：第２パレット
２２ａ ：金型当接面
２２ｂ ：複合材当接面
２４ ：ブラケット（規制部）
３０ ：加熱金型
３１ ：第１加熱金型
３１ａ ：押圧面
３２ ：第２加熱金型
３２ａ ：押圧面
３３ ：加熱金型ヒータ
４０ ：冷却金型
４１ ：第１冷却金型
４１ａ ：押圧面
４２ ：第２冷却金型
４２ａ ：押圧面
４３ ：冷却金型ヒータ
４４ ：冷却媒体配管
４５ ：温度調整部
５０ ：搬送装置（搬送部）
５１ ：レール

Claims (5)

  1. 繊維と熱可塑性の樹脂とが複合している複合材の加工装置であって、
    前記複合材を挟持する一対のパレットと、
    一対の前記パレットを介して前記複合材を挟持した状態で前記複合材を加圧及び加熱する加熱金型と、
    一対の前記パレットを介して前記複合材を挟持した状態で前記複合材を加圧及び冷却する冷却金型と、
    前記冷却金型の温度を調整する温度調整部と、
    前記複合材を挟持した状態の一対の前記パレットを前記加熱金型から前記冷却金型へ搬送する搬送部と、備える複合材の加工装置。
  2. 一対の前記パレットの相対移動を規制する規制部を備える請求項１に記載の複合材の加工装置。
  3. 前記冷却金型は、前記複合材の第１領域が当接する第１当接部と、前記複合材の第２領域が当接する第２当接部と、を有し、
    前記温度調整部は、前記第１当接部及び前記第２当接部の温度を、各当接部が当接する前記複合材の領域の形状に応じた温度に調整する請求項１または請求項２に記載の複合材の加工装置。
  4. 前記冷却金型は、前記複合材の第１領域が当接する第１当接部と、前記複合材の第２領域が当接する第２当接部と、を有し、
    前記温度調整部は、前記第１当接部及び前記第２当接部の温度を、各当接部が当接する前記複合材の領域の位置に応じた温度に調整する請求項１または請求項２に記載の複合材の加工装置。
  5. 繊維と熱可塑性の樹脂とが複合している複合材の加工方法であって、
    加熱金型で、前記複合材を挟持する一対のパレットを介して前記複合材を挟持した状態で前記複合材を加圧及び加熱する加熱工程と、
    温度調整部を有する冷却金型で、一対の前記パレットを介して前記複合材を挟持した状態で前記複合材を加圧及び冷却する冷却工程と、
    前記複合材を挟持した状態の一対の前記パレットを前記加熱金型から前記冷却金型へ搬送する搬送工程と、備える複合材の加工方法。
JP2021133177A 2021-08-18 2021-08-18 複合材の加工装置及び複合材の加工方法 Active JP7238048B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021133177A JP7238048B2 (ja) 2021-08-18 2021-08-18 複合材の加工装置及び複合材の加工方法
US17/882,983 US20230056597A1 (en) 2021-08-18 2022-08-08 Processing apparatus for composite material and processing method for composite material
EP22190522.7A EP4137298A1 (en) 2021-08-18 2022-08-16 Processing apparatus for composite material and processing method for composite material

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021133177A JP7238048B2 (ja) 2021-08-18 2021-08-18 複合材の加工装置及び複合材の加工方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2023027854A JP2023027854A (ja) 2023-03-03
JP7238048B2 true JP7238048B2 (ja) 2023-03-13

Family

ID=83271201

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021133177A Active JP7238048B2 (ja) 2021-08-18 2021-08-18 複合材の加工装置及び複合材の加工方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20230056597A1 (ja)
EP (1) EP4137298A1 (ja)
JP (1) JP7238048B2 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11904510B2 (en) * 2022-02-10 2024-02-20 The Boeing Company Continuous compression molding machines and methods of continuous compression molding a consolidated thermoplastic matrix composite material

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017518904A (ja) 2014-06-27 2017-07-13 グローブ マシーン マニュファクチャリング カンパニー 滑り具、システム、およびこの滑り具を用いた成形方法

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT377228B (de) * 1980-07-24 1985-02-25 Lignotock Verfahrenstech Verfahren und vorrichtung zum herstellen von formteilen aus ebenen wirrfaservliesmatten, vorzugsweise aus mit bindemittel versehenen zellulose-oder lignozellulosefasern
US5026514A (en) * 1989-05-05 1991-06-25 Hauwiller Paul B Incremental forming of thermoplastic composites
WO2005095091A1 (de) * 2004-03-30 2005-10-13 Plastxform Ag Verfahren zur herstellung von formkörpern aus thermoplastischem material
US20150129118A1 (en) * 2006-02-02 2015-05-14 The Boeing Company Compression Molding of Composite Structures Using Flexible Tooling
BRPI0708599A2 (pt) * 2006-03-08 2011-06-07 Toray Industries processo e aparelho para produzir moldagem de fibras de reforço
CN101466535B (zh) * 2006-11-22 2013-05-22 福井县 热塑性树脂多层增强片材及其制造方法、以及热塑性树脂复合材料成形品的成形方法
US20130193611A1 (en) * 2010-10-01 2013-08-01 Composite Polymeric Flowforming with X-Y Translating Mold Base Composite Polymeric Flowforming with X-Y Translating Mold Base
US8826509B2 (en) * 2011-10-21 2014-09-09 Spirit Aerosystems, Inc. Automated multi-stage machine for forming composite details
DE102012010469B4 (de) * 2012-05-26 2017-10-05 Daimler Ag Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Bauteilen
JP5674748B2 (ja) * 2012-11-19 2015-02-25 アイシン高丘株式会社 金属／ｃｆｒｐ複合構造体の製造方法及び製造設備
JP5810201B2 (ja) * 2013-09-27 2015-11-11 積水化成品工業株式会社 繊維強化複合体、輸送機器構成用部材及び繊維強化複合体の製造方法
US9566746B2 (en) * 2013-11-06 2017-02-14 The Boeing Company Methods and tools for forming contoured composite structures with shape memory alloy
JP5826243B2 (ja) 2013-12-13 2015-12-02 株式会社郷製作所 プレス成型金型及びこれを用いたプレス成型方法
DE102014209815A1 (de) * 2014-03-07 2015-09-10 Leichtbau-Zentrum Sachsen Gmbh Verfahren zur Verbindung von faserverstärkten Kunststoffbauteilen mit duroplastischer Matrix
EP3305496B1 (en) * 2015-06-02 2020-07-08 Mitsubishi Chemical Corporation Method for manufacturing fiber-reinforced plastic molded body
US10183421B2 (en) * 2016-09-16 2019-01-22 General Electric Company Molding method
KR102286766B1 (ko) * 2017-09-13 2021-08-06 주식회사 성우하이텍 복합소재 성형장치
CN111788057B (zh) * 2018-03-30 2022-05-31 东丽株式会社 压制成型品的制造方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017518904A (ja) 2014-06-27 2017-07-13 グローブ マシーン マニュファクチャリング カンパニー 滑り具、システム、およびこの滑り具を用いた成形方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20230056597A1 (en) 2023-02-23
EP4137298A1 (en) 2023-02-22
JP2023027854A (ja) 2023-03-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9044905B2 (en) Forming device for manufacturing profiled semifinished products, system with such a forming device and method for manufacturing profiled semifinished products
JP4867917B2 (ja) 強化繊維成形体の製造方法および製造装置
US7419373B2 (en) Apparatus and method for induction lamination of electrically conductive fiber-reinforced composite materials
JPWO2011046137A1 (ja) ビーム材の製造方法および製造装置
RU2671346C1 (ru) Способ изготовления композиционного материала и устройство изготовления композиционного материала
JP5937894B2 (ja) 複合材ストリンガーの連続プリフォーム装置
JP7238048B2 (ja) 複合材の加工装置及び複合材の加工方法
JPWO2017042920A1 (ja) 複合材料の製造方法、複合材料の製造装置、複合材料用プリフォームおよび複合材料
JP6384213B2 (ja) 複合材料の製造方法、複合材料の製造装置
WO2016063609A1 (ja) 成形品の製造方法、成形品、および成形品の製造装置
CA3119802C (en) Frp molding system and method
EP3466631B1 (en) Method and apparatus for manufacturing composite material
JP6543940B2 (ja) 複合材料の成形方法および成形装置
WO2023286759A1 (ja) 成形装置および成形方法
JP7358425B2 (ja) 複合材の加工装置及び複合材の加工方法
JP7404318B2 (ja) 複合材の加工装置及び複合材の加工方法
WO2022145012A1 (ja) 複合材接合装置及び複合材接合方法
JP7340704B2 (ja) Ｆｒｐ成形システムと方法
JP5687144B2 (ja) 乗客コンベア用移動手摺の仕上げ加工装置
CN112793279A (zh) 用于形成复合层压件以获得z形型材的装置和方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220214

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20221101

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230104

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230131

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230301

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7238048

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150