JPH03126532A - 複合材の折曲成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、繊維を網目状に積層した繊維強化複合材料の
プリプレグを成形する複合材の折曲成形方法に係り、特
に基準面とその両側から垂下するフランジ面とから門形
をなす構造体を成形する際に、基準面とフランジ面との
連結縁が曲線をなしている場合でも、皺や筋を生じさせ
ることなく成形できる複合材の折曲成形方法に関する。

（従来の技術） 従来、繊維を網目上に積層したｍ維強化複合材料のプリ
プレグを成形する方法としては、例えば特開昭５９−１
２９１１９号公報に示されているように、複合材を、人
手によって１枚１枚成形型に搬入して積層していく方法
、あるいは実願昭６２−２６８３８号に示されているよ
うに、真空圧を利用し、真空バッグとサイドブロックと
を利用して成形を行なう方法が知られている。

（発明が解決しようとする課題） 前記従来の成形方法において、人手により積層する前者
は、人力成形となるため、成形品の品質にバラ付きが生
じるとともに、積層工数が増大して重労働となり、また
、曲面を何する積層の場合、希望する形状に成形するた
めには、複雑な手の動きや熟練が要求される。また、作
業時間が長くなるため、プリプレグの使用有効期限が短
くなり、大形部品の積層が困難であるという問題がある
。

一方、真空バッグを用いる後者は、作業時間も短く大形
部品の積層も可能であるが、サイドブロックを下降させ
た際に、プリプレグおよび真空バッグをサイドブロック
に押し付ける力が働がない場合があり、この場合には、
プリプレグの折曲げ部分に皺やよじれが発生する等の問
題がある。

また、ｉ′ｉ？Ｊ記従来のいずれの成形方法でも、成形
の基準面が波形等に変形していたり、あるいは折曲げ部
が曲線である等、基準面とフランジ面との連結縁が曲線
をなす複合材を折曲成形する場合には、皺や筋が生じる
という問題がある。

そこで本出願人は先になした特許出願（出願［１平成１
年８月２８日）基準面とフランジ面との連結縁が曲線を
なしている場合でも、皺や筋を生じさせることなく成形
できる複合材の折曲成形方法を提案した。

ところが、この複合材の折曲成形方法を用いても、フラ
ンジ面の下端に皺や筋が多少発生するおそれがあり、ま
た基■而が波形等に変形している場合には、プリプレグ
が成形型に密着しないおそれがある。

本発明は、かかる現況に鑑みてなされたもので、基準面
とその両側から垂下するフランジ面とから門形をなす構
造体を成形する際に、基準面とフランジ面との連結縁が
曲線をなしている場合でも、皺や筋を全く生じさせるこ
となく成形でき、しかも基準面が変形している場合でも
、プリプレグを成形型に密着させて折曲成形することが
できる複合材の折曲成形方法を提供することを目的とす
る。

〔発明の構成〕

（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、基準面とそ
の両側から垂下するフランジ面とから門形をなしかつ基
準面とフランジ面との連結縁が曲線をなす構造体を、繊
維を網目状に積層した繊維強化複合材料のプリプレグに
より成形する複合材の折曲成形方法において、前記基準
面およびフランジ面を成形するための成形型と、成形型
の両側に配置され上面の所定位置に上方に凸の成形補助
コマを有する成形補助型と、この成形補助型を所定位置
に停止可能に昇降させる昇降機構と、前記基準面に倣っ
た形状をなしプリプレグを上面側から押圧して基準面の
成形を行なう加圧板と、気体により膨張する弾性体で形
成されプリプレグを加圧板の上面側から押圧する押型と
を備え、前記プリプレグを、基準面とフランジ面との連
結縁に対し、繊維の方向が概略４５°の角度となるよう
に配置するとともに、このプリプレグのフランジ面側の
両端部を前記連結縁の形状に対応させてカットし、かつ
前記加圧板で基準面が成形されたプリプレグのフランジ
面側の両端部を押型と成形補助型として挟持した状態で
、成形補助型を下降させてフランジ面の成形を行なうよ
うにしたことを特徴とする。

（作　用） 本発明に係る複合材の折曲成形方法において、プリプレ
グは、その繊維の方向を、基準面とフランジ面との連結
縁に対し概略４５６の角度となるようにして成形型およ
び成形補助型の上面に配置され、基準面に加圧板により
上面側から押圧されて基準面の成形がなされる。このた
め、基準面か波形等に変形している場合でも、プリプレ
グを成彫型に密行させて基準面の成形を行なうことか１
−ｉＪ能となる。次いで、プリプレグは、そのフランジ
面側の両端部が、押型と成形補助型とて上下から挟持さ
れ、この状態で、成形補助型が下降してフランジ面の成
形がなされる。このため、プリプレグは、下方に引張ら
れながら成形されることになり、しかも、プリプレグの
フランジ面側の両端部は、連結縁の形状に対応させてカ
ットされ、フランジ面下端でのダブ付きが生じないよう
になっているので、フランジ面の下端においても、皺や
筋が発生するおそれはない。

（実施例） 以下、本発明の一例を図面を参照して説明する。

第１図は、本発明に係る複合材の折曲成形方法を実施す
るための装置の一例を示すもので、図中、符号１は、加
温されたベース２上に設置された成形型であり、この成
形型１は、後述するプリプレグ３の成形を容易にするた
め、所定温度に加熱されるようになっている。

前記成形型１は、第２図および第３図に示すように、成
形の基僧面４と、この基■而４の両側から垂下するフラ
ンジ面５とから門形をなす成形面を備えており、前記基
■面４には、山部６ａと谷部６ｂとを長平方向に交互に
配した波形の凹凸６が形成され、これにより、基準面４
とフランジ面５との連結縁７が曲線となるようになって
いる。

この成形型１の外周部には、第１図および第３図に示す
ように、中央部に成形型１を通す開口部８ａを有する成
形補助型８が設置されており、この成形補助型８は、第
１図に示すように、前記ベース２との間に介装されたス
プリングまたは油圧機構９の付勢力により常時上方に押
圧され、後述する押型１０で上方から押圧することによ
り、所定位置に停止可能に昇降するようになっている。

すなわち、本実施例では、スプリングまたは油圧機（１
が９で成形補助型８の昇降機構が構成されている。

この成形？＋ｆｉ助型８の上面には、第３図に示すよう
に、前記凹凸６の山部６ａに対応して、上方に凸の蒲鉾
状をなす成形補助コマ１１がそれぞれ設けられ、成形補
助型８と一体で昇降するようになっている。

前記プリプレグ３は、第４図に示すように、繊維３ａを
数層ないし数十層網目上に積層した繊維強化複合材料で
形成され、かつ第５図に示すように、その両端縁には、
前記連結縁７の凹凸、６に倣った波形のカット部１２が
設けられている。

すなわち、これら各カット部１２を、第６図に示すよう
に、波の高さをｈ１山部の半径をｒｌ、谷部の半径をｒ
２、波長を１と規定し、かつ前記凹凸６を、第７図に示
すように、波の高さをＨ１山部６ａの半径をＲ１谷部６
ｂの半径をＲ２、波長の実長をＬと規定すると、以下の
設定条件を満足するようになっている。

二のように構成されたブリブリグ３は、前記連結縁７に
対し、繊維３ａの方向が概略４５°の角度になるように
して、前記成形型１および成形補助型８の上面に載置さ
れ、押型１０による押圧加工に先立ち、第８図に示すよ
うに、加圧板１３により抑圧加工されて基準面の加工が
なされ、その後押型１０による押圧加工により、フラン
ジ面の加工がなされるようになっている。

前記加圧板１３は、第８図に示すように、成形型１の基
準面４に倣った波形に成形加工された剛性金属板等で形
成されており、この加圧板１３は、予め波形に形成され
たプリプレグ３を成形型１の基準面４に押圧することに
より、基準面の成形を行なうようになっている。

一方、前記押型１０は、第１ａ図に示すような、弾性を
有する耐熱性のゴムバッグ１０ａと、このゴムバッグ１
０ａ内に送給される高温または常温の圧力空気１０ｂと
からまたは第１ｂ図に示すような弾性かつ耐熱性の平板
１０ｃと、この内部空間１０ａ内に送給される高温また
は常温の圧力空気１０ｂとから構成されており、前記ゴ
ムバッグ１０ａは、圧力空気１０ｂの送給により膨張し
て、プリプレグ３のフランジ面５側の両端を、成形補助
型８との間で上下に挟持し、この状態で成形補助型８を
下降させることにより、フランジ面５の成形を行なうよ
うになっている。

第９図は、このようにして折曲成形され、かつ余肉部が
カットされた完成品１４を示す。

次に、本発明に係る複合材の折曲げ成形方法について説
明する。

まず、第１図に示す状態の成形型１および成形補助型８
上に、第８図に示すように波形に形成されたプリプレグ
３を裁置し、加圧板１３で上方から押圧して基準面の成
形を行なう。この際、加圧板１３は、成形型１の基準面
４に倣った形状をなしているので、プリプレグ３を、凹
凸６に完全に密着させて基準面の成形を行なうことがで
きる。

次いで、加圧板１３の上面側から、押型１０によりプリ
プレグ３を押圧する。これにより、プリプレグ３は、第
１０図および第１１図に示すように、成形補助型８およ
び成形補助コマ１１の上面に密着する。

次いで、ゴムバック１０ａ内の圧力空気１０ｂの圧力を
高めるか、あるいはスプリングまたは油圧機構９の付勢
力を機械的に弱めると、第１２図に示すように成形補助
型８が次第に下降してフランジ面５の成形がなされる。

この際、プリプレグ３は、フランジ面５側の両端が、成
形補助型８と押型１ｏとにより上下から挟持されるので
、成形補助型８の下降により下方に引張られ、しかも成
形補助型８の上面に成形補助コマ１１を設けることによ
り、凹凸６の谷部６ｂに相当する部分が、成形補助コマ
１１側の間に広げられる。加えて、プリプレグ３両側端
のカット部１２により、成形時のダブ付きが防止される
。このため、フランジ面５に皺や筋が生じるおそれがな
い。これについては、後に詳述する。

成形補助型８が、第１３図に示すようにド端まで下降し
たならば、ゴムバッグ１０ａ内に常温または冷たい圧力
空気１０ｂを供給し、ゴムバッグ１０ａおよびプリプレ
グ３を冷却する。なお、成形型１は、ベース２側から冷
却される。

プリプレグ３が充分に冷却されたならば、押型１０によ
る抑圧を解除し、成形を完了させる。そしてその後、フ
ランジ面の下端をカットすることにより、第９図に示す
完成品１４が得られる。

次に、皺や筋の発生について説明する。

プリプレグ３は、第１４図に示すように繊維が網目状に
積層されているが、繊維は伸びないため、矢印方向に引
張ることはできない。そこで、第１５図に示す矢印Ｘ、
Ｙ方向に引張ることになるが、これにより、プリプレグ
３の網目は、第１６図に実線で示すように四辺形であっ
たものが、鎖線で示すように菱形に変形し、あたかも繊
維が伸びたようになる。

ところで、プリプレグ３を、第１７図に示す形状に成形
する場合、その全長をＡ１基準面部２０の長さをＡ　、
フランジ面部２１の長さをＡ２とすると、基準面部２０
には凹凸６が付いているのでその分長くなり、 Ａ１〉Ａ２　　　・・・・・・・・・（２）となる。

したがって、４１純にこの成形を行なうと、両者の差Ａ
３　（Ａ３−Ａ、−Ａ２）の分だけフランジ面部２１に
ダブ付きが生じ、第１８図に示すように皺や筋２２とな
って表われる。この皺や筋２２は、フランジ面部２１に
おける凹凸６の谷部６ｂに相当する部分に発生する。

フランジ面部２１に皺や筋２２を発生させないためには
、以下の２つの方法が考えられる。

第１の方法は、谷部６ｂのプリプレグ３を±４５″方向
に広げながらマンドレルに密着させる方法であり、また
第２の方法は、山部６ａの成形よりも谷部６ｂの±４５
°方向の繊維を先に広げる方法である。

第１の方法を実現する手段としては、プリプレグ３をク
ランプさせて機械的に引張ることが考えられる。ハンド
レイアップの場合は、手がクランプ代わりになって自由
に引張れるが、成形装置に、これと同等の機能を有する
クランプ機構を組込むことは、極めて困難であり、実用
的でない。

一方、第２の方法を実現する手段としては、前記第１実
施例のように、成形補助型８を用い、その上面に、一定
の条件を満たすように成形補助コマ１１を配することが
考えられる。

すなわち、第２４図に示すように、凹凸６の山部６ａの
頂部Ｐ　ｌ、　　Ｐ　２間において、凹凸６の表面長さ
、すなわち連結縁７の長さをａｌこれに対応する成形補
助型８および成形補助コマ１１の表面長さをｂとすると
、 ａ≦ｂ　　　　・・・・・・・・・（３）となるように
成形補助コマ１１を設定する。そして、第２５図および
第２６図に示すようにプリプレグ３を成形する。すると
、谷部６ｂ部分のプリプレグ３が、成形補助コマ１１の
下端部に向かって引張られ、ハンドレイアップと同様の
効果が得られる。

しかも、プリプレグ３０両端端には、凹凸６の形状に倣
ったカット部１２が設けられているので、谷部６ｂ部分
のプリプレグ３が成形補助コマ１１の下端部に向って引
張られても、プリプレグ３の山部５ａ部分にダブ付きが
生ぜず、皺や筋２２の発生を完全に防止することができ
る。

なお、前記実施の一例においては、第９図に示すように
基準面が波形に変形している完成品１４を成形する場合
について説明したが、第２７図に示す形状の完成品１４
Ａや、第２８図に示す形状の完成品１４Ｂを成形する場
合にも同様に適用でき、同様の効果が期待できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、プリプレグを、基準面と
フランジ面との連結縁に対し、繊維の方向が概略４５’
の角度となるように配置し、このプリプレグを、加圧板
で押圧して基準面の成形を行なうとともに、プリプレグ
のフランジ面側の両端部を押型と成形補助型とで挟持し
た状態で、成形補助型を下降させてフランジ面の成形を
行ない、しかも、プリプレグのフランジ面側の両端部は
、連結縁の形状に対応させてカットされているので、プ
リプレグを、成形型の基準面およびフランジ面に充分密
着させて折曲成形することができる。しかも、成形補助
コマにより、弛みがないようにプリプレグを引張ること
ができるとともに、プリプレグのカット部により、成形
補助コマでプリプレグを引張ることに伴なうダブ付きも
なくなるので、基準面とフランジ面との連結縁が曲線を
なす場合でも、皺や筋の発生を完全に防止することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る複合材の折曲成形方法を実施する
ための装置の一例を示す構成図、第１ａ図および第１ｂ
図は押型を示す図、第２図は成形型の構造を示す斜視図
、第３図は成形型の基準面の形状と成形補助コマの設置
位置との関係を示す斜視図、第４図はプリプレグの構造
を示す斜視図、第５図は両側端にカット部を設けたプリ
プレグを示す斜視図、第６図は第５図の■部拡大図、第
７図は成形型の凹凸を示す詳細図、第８図は基準面の成
形方法を示す説明図、第９図は折曲成形により加工さ札
た完成品の斜視図、第１０図は第１図に示す装置を用い
た複合材の折曲成形方法における成形初期の状態を示す
説明図、第１１図は第１０図のＸＩ−ＸＩ線断面図、第
１２図は同様の成形途中の状態を示す第１１図相当図、
第１３図は同様の成形末期の状態を示す第１１図相当図
、第１４図ないし第１６図はプリプレグの伸びの方向を
示す説明図、第１７図および第１８図は、成形形状と皺
や筋の発生との関係を示す説明図、第１９図ないし第２
２図はフランジ面部の凹凸谷部に相当する部分に皺や筋
が発生するメカニズムを示す説明図、第２３図は皺や筋
を発生しないように繊維を広げたときの±４５°方向の
繊維の走りを示す説明図、第２４図は第２３図に示すよ
うな繊維の走りを得るための成形補助コマの条件を示す
説明図、第２５図はこの条件でプリプレグを成形してい
る状態を示す説明図、第２６図は第２５図のＸＸＶＴ　
−ＸＸＶＩ線断面図、第２７図および第２８図は異なる
形状の完成品をそれぞれ示す斜視図である。 １・・・成形型、３・・・プリプレグ、３ａ・・・繊維
、４・基準面、５・・・フランジ面、６・・・凹凸、７
・・・連結縁、８・・・成形補助型、９・・・スプリン
グまたＣよン由圧Ｊｆｉ＋１１０・・・押型、　１０ａ
　・・・コ゛ムノく・ツク゛、　１０ｂ・・・圧力空気
、１１・・・成形補助コマ、１２・・・力・ント部、１
３・・・加圧板。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 基準面とその両側から垂下するフランジ面とから門形を
   なしかつ基準面とフランジ面との連結縁が曲線をなす構
   造体を、繊維を網目状に積層した繊維強化複合材料のプ
   リプレグにより成形する複合材の折曲成形方法において
   、前記基準面およびフランジ面を成形するための成形型
   と、成形型の両側に配置され上面の所定位置に上方に凸
   の成形補助コマを有する成形補助型と、この成形補助型
   を所定位置に停止可能に昇降させる昇降機構と、前記基
   準面に倣った形状をなしプリプレグを上面側から押圧し
   て基準面の成形を行なう加圧板と、気体により膨張する
   弾性体で形成されプリプレグを加圧板の上面側から押圧
   する押型とを備え、前記プリプレグを、基準面とフラン
   ジ面との連結縁に対し、繊維の方向が概略４５゜の角度
   となるように配置するとともに、このプリプレグのフラ
   ンジ面側の両端部を前記連結縁の形状に対応させてカッ
   トし、かつ前記加圧板で基準面が成形されたプリプレグ
   のフランジ面側の両端部を押型と成形補助型として挟持
   した状態で、成形補助型を下降させてフランジ面の成形
   を行なうことを特徴とする複合材の折曲成形方法。