JPH04312838A - フィラメント・ワインディングによる筒状体の型材成形方法と該方法に使用する成形装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、フィラメント・ワイン
ディング（液状樹脂を含浸させた繊維をマンドレルに巻
き付けていく方法）によって形成された筒状体を、断面
Ｉ型、Ｈ型、Ｌ型等の長尺の型材に成形するための成形
方法、及びその成形の際に使用する成形装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、航空機、建造物等に使用される床
材、桁、支柱等の長尺の型材は、軽量で強度と剛性に優
れた材質が要求されている。この要望に応える型材とし
て、フィラメント・ワインディングによって形成された
筒状体から作られる型材がある。その例として、Ｈ型材
の製作順序は次の通りである（図２１乃至図２３参照）
。 （１）ロービング・プリプレグ３０を角柱状のマンドレ
ル３１に巻付け、マンドレル３１上に角筒状体３２を形
成する（図２１参照）。ロービング・プリプレグとは、
炭素繊維、ガラス繊維及びアラミド繊維等からなる糸で
あって、予めエポキシ樹脂等を含浸してある。 （２）マンドレル３１を角筒状体３２から抜取り、角筒
状体３２単体にする。 （３）角筒状体３２を長手方向に切断し、２本の断面コ
字状の長尺材３３，３３にする（図２２参照）。 （４）最後に、ハニカムコア３４を間にして２本の断面
コ字状の長尺材３３，３３を背中合わせに接着すること
によってＨ型材３５にする（図２３参照）。ハニカムコ
ア３４とは、蜂の巣状の６角孔（図示省略）が多数あい
ている板状部材である。 なお、上記（３）において、切断する箇所を変更するこ
とによって［図２４（ａ）参照］、Ｌ型材［図２４（ｂ
）参照］を作ることができる。又、Ｌ型材を背中合わせ
に接着することによってＴ型材を作ることもできる［図
２４（ｃ）参照］。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
成形方法であると、切断作業と接着作業とが必要であり
、成形に手間を要し、作業能率が悪いという問題点を有
している。さらに、ロービング・プリプレグを切断する
ことになるため、所望の強度を得にくいという問題点も
有している。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、第１に、本体
フレームから出没片が突出したマンドレル上にフィラメ
ント・ワインディングによって芯材を積層して前記マン
ドレル上に筒状体を形成し、成形治具の加熱された押圧
片を前記筒状体に接触させた状態で前記出没片を前記本
体フレーム内に引っ込めて前記筒状体から前記マンドレ
ルを抜取り、その後、前記筒状体を前記押圧片で押圧し
て型材に成形する方法であり、第２発明は、本体フレー
ムに出没片が出没可能に具えられたマンドレルと、フィ
ラメント・ワインディングによって形成された筒状体を
押圧する温度調節可能の押圧片を具えた成形治具とを有
する型材成形装置である。

【０００５】

【作用】型材は次の成形順序によって作られる。 （１）フィラメント・ワインディングによって芯材をマ
ンドレルの上に積層してマンドレル上に筒状体を形成す
る。 （２）成形治具の押圧片を加熱して筒状体に接触させる
（或いは、押圧片を筒状体に接触させてから加熱する）
。 （３）熱によって筒状体が押圧片に貼り付いた後、出没
片を本体フレーム内に引っ込め、マンドレルを筒状体か
ら抜取り、筒状体が単体で成形治具に貼り付いたままの
状態にする。 （４）押圧片で筒状体を押し潰すようにして押圧し所望
の形状にする　。

【０００６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。型材成形装置４０（図８参照）は、マンドレル４
１と、成形治具４２とを有している。マンドレル４１（
図１８乃至図２０参照）は、本体フレーム５０の側面を
出没する一対２組、都合４枚（一対は省略）の出没片５
１を有している。出没片５１の出没移動は本体フレーム
５０と一体の一対のガイド片５２（片方は図示省略）を
案内にして行なわれる。出没片５１には斜孔５３が４つ
形成されている。各斜孔５３には、本体フレーム５０上
を移動する移動フレーム５４の突軸５５が係合している
。移動フレーム５４には、本体フレーム５０の鍔５６に
遊嵌しているボルト５７がねじ込まれている。移動フレ
ーム５４は両側が折り曲げられた案内カバー５８に案内
されて移動するようになっている。

【０００７】従って、マンドレル４１は、図１８におい
て、ボルト５７を手で回し移動フレーム５４から突出方
向へ移動させた後、矢印Ａ方向に押すと、ボルト５７と
移動フレーム５４が同方向に移動し、斜孔５３と突軸５
５との係合によって出没片５１が本体フレーム内に引っ
込むようになっている。又、この状態からボルト５７を
矢印Ａと反対方向に引くと、移動フレーム５４が同方向
に移動し、出没片５１が本体フレーム５０から突出する
ようになっている。

【０００８】成形治具４２（図８参照）は、左右方向と
上下方向で相対する一対２組の押圧片６０，６０，６１
，６１を有し、成形機６２に設けられている（図７参照
）。各押圧片６０，６１は成形機６２の油圧シリンダ或
いはエアーシリンダのピストン６３，６４の先端に着脱
自在に設けられている。上下方向の押圧片６０，６０は
断面コ字状のチャンネル部材である。左右方向の押圧片
６１，６１は長尺の平板形状をしている。各押圧片６０
，６１の内部にはニクロム線（図示省略）が埋設されて
いる。

【０００９】次に、断面Ｈ状の型材を成形する場合の成
形順序を説明する。 （１）マンドレル４１の本体フレーム５０から出没片５
１を突出させる（図１参照）。 （２）マンドレル４１をフィラメント・ワインディング
機４３に取付ける（図２参照）。 （３）マンドレル４１を回転させ、マンドレル４１に離
型テープ４４を螺旋状に巻付ける（図３参照）。離型テ
ープ４４はマンドレル４１が後述する筒状体７０から分
離しやすくするためのテープである。

【００１０】（４）マンドレル４１の両側面長手方向に
フランジ芯材７１，７１をロービング・プリプレグの巻
付けによって取付ける（図４参照、ロービング・プリプ
レグは図示省略）。 フランジ芯材７１は、Ｈ型材のフランジの芯になる部材
であり、ファイバー・レインフォースト・プラスチック
（ＦＲＰ）、即ち、樹脂系繊維強化複合材料からなる繊
維を長方形の長辺に相当する方向に並べて形成した長方
形の繊維部材である。Ｈ型材のフランジには、Ｈ型材の
使用状態において、最大の曲げモーメントが加わるため
、フランジ芯材７１の長手方向をマンドレル４１の長手
方向に合わせて設けなければならない。この状態のフラ
ンジ芯材７１を「０度層」という。

【００１１】（５）マンドレル４１全体にウェブ材７２
をロービング・プリプレグの巻付けによって取付け、マ
ンドレル上に筒状体７０を形成する（図５参照、ロービ
ング・プリプレグは図示省略）。ウェブ材７２は、Ｈ型
材のウェブになる部分で、樹脂系繊維強化複合材料から
なる繊維を長方形の長辺に対し左右約４５度の方向に並
べて形成した長方形の繊維部材である。Ｈ型材のウェブ
には、Ｈ型材の使用状態において、最大の剪断応力が加
わるため、ウェブ材７２の繊維をマンドレル４１の長手
方向に対して約４５度の方向に向けて設けなければなら
ない。この状態のウェブ材７２を「４５度層」という。

【００１２】（６）マンドレル４１をフィラメント・ワ
インディング機４３から取り外し、筒状体７０の端部７
０１，７０１を切除し、筒状体７０の長さを所定の長さ
にし、且つ筒状体７０の両端の形状を整える（図６参照
）。 （７）マンドレル４１を成形機４５に取付ける（図７参
照）。 （８）成形治具４２の押圧片６０，６１を摂氏約３０度
に加熱して筒状体７０に接触させ、軽く押圧する（或い
は、押圧片６０，６１を筒状体７０　に接触させてから
加熱する）（図８参照）。このとき上下方向の一対の押
圧片６０，６０の両側にシリコンゴムシール７３，７３
，７３，７３が具えられている。

【００１３】（９）熱によって筒状体７０が各押圧片６
０，６１に貼り付いた後、出没片５１を本体フレーム５
０内に引っ込める（図９参照）。 （１０）押圧片６０，６１をマンドレル４１から離れる
方向に僅かに移動させ、筒状体７０をマンドレル４１か
ら離し、離型テープ４４とマンドレル４１との間に隙間
を設ける（図１０参照）。 （１１）押圧片６０，６１を摂氏約２０度に冷却した後
、成形機４５のスライドヘッド７５（図７参照）によっ
て筒状体７０からマンドレル４１を抜取り、筒状体７０
が単体で押圧片６０，６１に貼り付いたままの状態にす
る。 その後、離型テープ４４を引っ張り出す（図１１参照）
。

【００１４】（１２）上下方向の一対の押圧片６０，６
０で筒状体７０を上下方向から押圧する（図１２参照）
。 （１３）左右方向の一対の押圧片６１，６１で筒状体７
０を左右方向から押圧し、断面Ｈ状にする（図１３参照
）。 （１４）ピストン６３，６３，６４，６４を各押圧片６
０，６０，６１，６１から分離させ、各押圧片６０，６
０，６１，６１が筒状体７０に接触したままの状態にし
ておく。又、シリコンゴムシール７３も筒状体７０に接
触させたままにしておく（図１４参照）。この工程にお
いて、断面Ｈ状になった筒状体７０は成形機４５から分
離されたことになる。

【００１５】（１５）断面Ｈ状になった筒状体７０の両
側にＨ状の端末シリコンゴムシール４６、端末シール板
４７を順に取付け全体をブリーザークロス４８、耐熱フ
ィルムバッグ４９の順に覆う。又、耐熱フィルムバッグ
４９と上下方向の押圧片６０，６０との間にシーリング
テープ７４，７４を設ける（図１６参照）。 （１６）加熱炉（図示省略）に入れて全体を加熱し、全
体を硬化させる。 （１７）断面Ｈ状になった筒状体７０から各押圧片等を
取り除く（図１７参照）。これによって、Ｈ型材８０が
作られたことになる。

【００１６】なお、ピストン６３，６４の動作は、制御
回路（図示省略）の制御によって行なわれる。又、押圧
片の形状及び作動順序を変えることによって、Ｈ型材の
他に、Ｉ型材、Ｌ型材、Ｔ型材、Ｕ型材等の種々の断面
形状をした型材を成形することができることは勿論であ
る。

【００１７】

【発明の効果】本発明の型材成形方法及び成形装置は、
型材を連続的に成形することができること、切断工程が
ないため型材の強度を高めることができること、作業能
率が向上すること等の顕著な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の成形装置を構成するマンドレルを長手
方向に対して直角方向の断面図であり、出没片が突出し
た状態の図である。

【図２】マンドレルをフィラメント・ワインディング機
に取付けた状態の斜視図である。

【図３】マンドレルに離型テープを巻付けた状態の図で
ある。

【図４】マンドレルにフランジ芯材を取付けた状態の図
である。

【図５】マンドレルにウェブ材を取付けた状態の図であ
る。

【図６】筒状体の両端を切除した状態の図である。

【図７】マンドレルを成形機に取付た状態の図である。

【図８】押圧片を筒状体に接触させた状態の図である。

【図９】突出片を本体フレームに引っ込めた状態の図で
ある。

【図１０】離型テープとマンドレルの間に隙間を設けた
状態の図である。

【図１１】筒状体からマンドレルを抜取った後の筒状体
と押圧片の状態図である。

【図１２】筒状体を押圧片で上下方向から押圧した状態
の図である。

【図１３】筒状体を押圧片で左右方向から押圧した状態
の図である。

【図１４】押圧片からピストンを分離した状態の図であ
る。

【図１５】（ａ）は端末シリコンゴムの斜視図である。 （ｂ）は端末シール板の斜視図である。

【図１６】加熱炉に入れる前の筒状体のシール状態の図
である。

【図１７】Ｈ型材の斜視図である。

【図１８】マンドレルの平面図である。

【図１９】図１８のマンドレルを手前側から見た図であ
る。

【図２０】図１９のマンドレルを左側から見た図である
。

【図２１】従来の成形方法において、マンドレルにロー
ビング・プリプレグを巻付けている状態の図である。

【図２２】従来の成形方法の途中において筒状体を切断
した状態の斜視図である。

【図２３】従来の成形方法によって作られたＨ型材の斜
視図である。

【図２４】（ａ）は従来の成形方法によって作られた筒
状体の切断箇所を示す図である。（ｂ）はＬ型材を示す
図である。 （ｃ）はＨ型材を示す図である。

【符号の説明】

４０　　型材成形装置 ４１　　マンドレル ４２　　成形治具 ４４　　離型テープ ５０　　本体フレーム ５１　　出没片 ６０，６１　　押圧片 ７０　　筒状体 ７１　　フランジ芯材（芯材） ７２　　ウェブ材（芯材）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　本体フレームから出没片が突出したマ
   ンドレル上にフィラメント・ワインディングによって芯
   材を積層して前記マンドレル上に筒状体を形成し、成形
   治具の加熱された押圧片を前記筒状体に接触させた状態
   で前記出没片を前記本体フレーム内に引っ込めて前記筒
   状体から前記マンドレルを抜取り、その後、前記筒状体
   を前記押圧片で押圧して型材とすることを特徴とする、
   フィラメント・ワインディングによる筒状体の型材成形
   方法。
2. 【請求項２】　　本体フレームに出没片が出没可能に具
   えられたマンドレルと、フィラメント・ワインディング
   によって形成された筒状体を押圧する温度調節可能の押
   圧片を具えた成形治具とを有してなる、筒状フィラメン
   トの型材成形装置。