JPH0313943B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、繊維強化複合材製品の成形方法に関
する。とくに本発明は、繊維強化金属製の筒状部
材の静水圧成形方法に関する。

〔従来技術〕

従来、繊維強化金属製の筒状部材の成形方法と
して、静水圧成形方法が知られている。この方法
は金属製の筒状の外側カプセルと内側カプセルと
からなるカプセル装置を用いるもので、これら外
側カプセルと内側カプセルの間に、強化繊維にマ
トリクス金属を含浸したワイヤプリフオーム等の
素材や強化繊維の間にマトリツクス金属粉末を充
填した素材を入れた後、カプセル装置の両端面を
閉鎖し、カプセル装置内部を真空排気して該カプ
セル装置を密封し、外部からの加熱および加圧に
より成形を行う。この外部からの加熱および加圧
によりカプセルに変形を生じ、内部の素材には成
形圧力が与えられる。成形後は、カプセルを切削
その他の機械加工により除去して、繊維強化金属
製品を取り出す。

この従来の静水圧成形方法においては、外側カ
プセルの内側カプセルとで構成されるカプセル装
置の端部は比較的剛性が高く、また中間部の平坦
な形状の部分は比較的剛性が低くなり、成形時の
カプセルの変形量に差を生じる。その結果、所定
形状の製品が成形のみでは得られなくなり、成形
後に機械加工により仕上げを行うことが必要にな
る。しかし、一般に繊維強化金属は機械加工特性
が悪く、仕上げ作業が困難であり、また機械加工
により強化繊維が切断されて繊維強化金属の特性
を損なう虞れがある。

このような問題を解決するために、外側カプセ
ルに厚肉の鋼管を、内側カプセルに薄肉の鋼管を
用いてカプセル装置を構成し、成形時に主として
内側カプセルのみに変形を生じるようにして、外
側カプセルの内面で繊維強化金属製品の所定形状
を得るようにする方法が提案されている。この提
案された方法は、繊維強化金属素材の成形におけ
る体積収縮率が比較的小さいばあいには問題は少
ないが、直径15μｍ以下の炭素繊維等のマルチフ
イラメントなどのばあいには、成形時の体積収縮
率が大きく、内側カプセルの変形能が不足し、繊
維強化金属素材に十分な成形圧力が与えられな
い、という問題がある。

カプセルをアルミニウム合金により形成すると
十分な変形量は得られるが、外側カプセルと内側
カプセルの変形量の割合が制御困難で、成形寸法
精度が劣るものとなる。また、繊維強化金属のマ
トリツクス金属としてアルミニウムまたはアルミ
ニウム合金を使用するばあいには、成形後にカプ
セルを機械加工によつて除去するに際して、切削
により生じる熱により厚さ方向に熱応力が発生し
たり、工具の先端部が繊維強化金属に部分的に食
い込んだりすることにより、繊維強化金属の表面
近傍に層間剥離を生じ、表面の割れやめくれの原
因となる。

このような層間剥離の問題を解決するために、
成形に際して、繊維強化金属の外側にアルミ箔等
の積層材を配置して、この積層材を機械加工時の
緩衝材として機能させることも考えられるが、こ
の方法では、成形時にアルミ箔同志の接合が不十
分なばあいが多く、表面近傍の層間剥離を生じ、
繊維強化金属製品の表面に凹凸が見られ、外観お
よび性能上問題が残る。

〔発明が解決しようとする課題〕 本発明は、静水圧成形方法において、成形時の
体積収縮率が大きい繊維強化金属素材を使用する
ばあいに成形圧力が不足する、という従来の方法
の問題と繊維強化金属製品をカプセルから取り出
すときに層間剥離が生じる、という問題を同時に
解決するものである。

すなわち、本発明は、繊維強化金属の静水圧成
形方法において、成形時の体積収縮率が大きい繊
維強化金属素材を使用するばあいにも優れた成形
品質を得ることができ、かつ成形品取り出しのた
めの機械加工における層間剥離を生じる虞れのな
い方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するため、本発明においては、
内側カプセルと外側カプセルで形成される成形用
カプセル装置の内部において、外側カプセルと内
側カプセルのいずれか一方に隣接して、成形温度
条件で該カプセルの材料より高い剛性を有する材
料の変形防止部材を配置し、外側カプセルと内側
カプセルのいずれか他方と変形防止部材との間に
繊維強化金属素材を封入して静水圧成形を行う。
本発明の一態様においては、変形防止部材と繊維
強化金属素材との間に、該繊維強化金属素材のマ
トリツクス金属と接合性の良い材料からなるライ
ナを配置して前記静水圧成形を行う。

〔作用〕

本発明の上記構成によれば、成形時の圧力によ
つても、変形防止部材は変形を生じず、該変形防
止部材から離れた方のカプセルのみが変形する。
したがつて、変形防止部材の面により、精度の高
い成形を行うことが可能になる。また、変形防止
部材と繊維強化金属素材との間にライナを設けた
構成では、該ライナが繊維強化金属製品に対して
良好に接合するので、該ライナが、成形後の機械
加工に際して、加工熱による熱応力や工具先端の
食い込みに対する緩衝材として機能することにな
り、繊維強化金属製品の表面のめくれや割れなど
の発生を防止して、平滑で良好な表面を有する繊
維強化金属製品を得ることが可能になる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図について説明する。
第１図および第２図は本発明の第一の実施例を示
すもので、本発明による繊維強化金属製品の成形
方法に使用されるカプセル装置６は、外側カプセ
ル１と内側カプセル２とからなる。外側カプセル
１と内側カプセル２は、ともに円筒形で、互いに
同軸に配置されている。外側カプセル１の内面に
沿つて円筒形の変形防止部材４が配置され、該変
形防止部材４と内側カプセル２との間に繊維強化
金属素材３が充填される。外側カプセル１と内側
カプセル２は、いずれもアルミニウム系金属によ
り形成され、変形防止部材４は鋼により形成され
る。繊維強化金属素材３は、一例としては、直径
約7μｍの炭素繊維にアルミニウムまたはアルミ
ニウム合金を含浸して得られるワイヤプリフオー
ムをフイラメントワインデイング法によりシート
状に形成したプリフオームを使用し、この素材３
を内側カプセル２に巻きつけた後、変形防止部材
４の内部に挿入する。他の方法としては、内側カ
プセル２と変形防止部材４との間に炭素繊維にア
ルミニウムまたはアルミニウム合金の粉末を配合
したプリフオームを充填してもよい。

このようにカプセル装置６内に繊維強化金属素
材３を充填したのち、カプセル装置６の端部に端
板７を溶接してカプセル装置６を封鎖する。端板
７もカプセル１，２と同一の金属材料により構成
する。端板７には排気口８が形成されており、こ
の排気口８からカプセル装置６の内部の空気を排
除して、該カプセル装置６内を真空状態にする。
次いで、カプセル装置６を加熱しながら該カプセ
ル装置６の周囲を高圧状態にする。加熱温度およ
び圧力は繊維の種類およびマトリツクス金属によ
り異なるが、本実施例のばあいは、温度を550な
いし560℃とし、圧力を約1000Kg／cm²とする。加
熱によりカプセル１，２の剛性が低下し、変形が
容易な状態となる。カプセル装置６の周囲に与え
られる圧力により、内側カプセル２が半径方向外
向きに膨らむように変形し、内部の繊維強化金属
素材３に成形圧力を与える。外側カプセル１の内
側には変形防止部材４が配置されているため、該
外側カプセル１はほとんど変形せず、変形は主と
して内側カプセル２にのみ生じることになる。し
たがつて、成形品の外側面は変形防止部材の内面
により精度良く成形される。

成形後に、外側カプセル１と内側カプセル２、
および変形防止部材４は、切削等の機械加工によ
り除去され、成形品が取り出される。

第３図は本発明の他の実施例を示す横断面図で
ある。この実施例においては、変形防止部材４と
繊維強化金属素材３との間にライナ５が配置され
る。ライナ５は、繊維強化金属素材３のマトリツ
クス金属と同材質または該マトリツクス金属に対
して接合性の良い金属材料により構成される。こ
の実施例においても、成形は前例におけると同様
に行われる。本実施例では、変形防止部材４と繊
維強化金属素材３との間にライナ５が配置されて
いるので、このライナ５が成形後の機械加工に際
しての緩衝材として機能する。すなわち、機械加
工に際して発生する熱による熱応力の発生を抑制
し、切削工具の食い込みなどによる表面剥離を防
止することができる。さらに、ライナ５の厚さを
変えることにより繊維強化金属製品の厚さを容易
に制御することが可能になる。すなわち、繊維強
化金属素材の厚さが変化してもカプセル装置の寸
法をその都度変えることが必要なくなり、ライナ
の厚さを変えることで対処できる。

以上述べた実施例では、繊維強化金属のマトリ
ツクス金属としてアルミニウムまたはアルミニウ
ム合金を使用したが、カプセルの材質を適当に選
定することにより、マグネシウムやチタンをマト
リツクス金属として使用することも可能である。
また、強化繊維としては、炭素繊維以外の繊維、
たとえば炭化珪素系の繊維やボロン系の繊維も使
用可能である。さらに、本発明の方法は、円筒形
の成形品の製造だけでなく、多角形断面形状の筒
形部品の製造にも適用できる。

〔効果〕

以上述べたように、本発明の方法においては、
カプセル装置を構成する外側カプセルと内側カプ
セルのいずれか一方に隣接して剛性の高い変形防
止部材を配置したので、繊維強化金属の成形寸法
精度を従来の方法に比して飛躍的に高めることが
できる。また、変形防止部材と繊維強化金属素材
との間にライナを配置した本発明の態様において
は、成形後の機械加工に際して、このライナを緩
衝材として作用させることが可能になり、製品表
面近傍の層間剥離等の欠陥の発生を防止すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すカプセル装置
の一部切り欠き側面図、第２図は第１図のカプセ
ル装置の横断面図、第３図は他の実施例を示すカ
プセル装置の横断面図である。 １……外側カプセル、２……内側カプセル、３
……繊維強化金属素材、４……変形防止部材、５
……ライナ、６……カプセル装置、７……端板、
８……排気口。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内側カプセルと外側カプセルで形成される成
   形用カプセル装置の内部に繊維強化金属素材を封
   入し加熱条件下で前記カプセル装置の外部から加
   圧して成形を行う静水圧成形による繊維強化金属
   製品の成形方法において、前記カプセル装置内
   で、前記外側カプセルと前記内側カプセルのいず
   れか一方に隣接して、成形温度条件で前記カプセ
   ルの材料より高い剛性を有する材料の変形防止部
   材を配置し、前記外側カプセルと前記内側カプセ
   ルのいずれか他方と前記変形防止部材との間に前
   記繊維強化金属素材を封入して静水圧成形を行う
   ことを特徴とする繊維強化金属製品の成形方法。 ２ 請求項１に記載した成形方法において、前記
   変形防止部材と前記繊維強化金属素材との間に、
   前記繊維強化金属素材のマトリツクス金属と接合
   性の良い材料からなるライナを配置して前記静水
   圧成形を行うことを特徴とする繊維強化金属製品
   の成形方法。 ３ 請求項１または２に記載した成形方法におい
   て、前記内側カプセルの前記外側カプセルがアル
   ミニウム系の金属により形成され、前記変形防止
   部材が鋼により形成されたことを特徴とする繊維
   強化金属製品の成形方法。