JPH0663976A - 繊維強化複合材料による成形品の成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 繊維の乱れをなくし且つ軽量化された成形品
を成形する。 【構成】 強化用繊維を方向を揃えて配列させた複合材
料原料１３を巻いて成形材１２を作る。ヒータ２で加熱
できるようにした成形金型ケース１内に２つ割りの成形
金型４を嵌入する。成形金型４内の型巣６に成形材１２
を入れる。成形金型４を加熱すると、成形材１２が軟化
して来る。成形金型４の外部より成形材１２の中心部に
樹脂の棒９を注入する。この注入される樹脂の棒９によ
り上記軟化した成形材１２が横方向へ押し開かれて成形
される。樹脂の棒９は加熱により高粘度状態となって成
形材１２の中心部に入り、中心部で樹脂の成形品が得ら
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は航空、宇宙、化学プラン
ト、海洋構造物等に使用する繊維強化複合材料による成
形品の成形方法に関するもので、詳しくは、繊維複合材
料（ＦＲＰ）によるボルト、ねじ等の胴部周辺に膨出部
を有する成形品の成形方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】繊維強化複合材料（ＦＲＰ）による成形
品は、その特性である軽量、耐食、比強度、非磁性等が
利用されて航空、宇宙分野のほかに、化学プラント、船
舶、海洋構造物等の建設分野等に広く用いられている。

【０００３】一例として、繊維強化複合材料のうち、炭
素繊維で強化されたＣＦＲＰによるボルトを成形する場
合について示すと、従来の成形方法としては、押し込み
方法がある。すなわち、図６に示す如く、ボルトの形状
に対応させて膨出部ｂを有する型巣に加工された割金型
ａを製作し、その一方向に与圧用の孔ｃを、又、該与圧
用の孔ｃの反対側の端面ｄに逃がし穴ｅを設け、強化用
の繊維ｆの方向を揃えて配列した複合材料原料ｇを割金
型ａ内に入れ、次いで、与圧用の孔ｃに挿入したポンチ
ｈにより複合材料原料ｇに対し繊維方向に圧縮力を加え
て複合材料原料ｇを型ａ内に充満させ、圧縮方向に対し
て周辺方向に膨出するように成形させてボルトを成形す
るものである（特開昭６３−２１６７１６号公報）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
成形方法では、強化用繊維ｆが方向を揃えられて配列さ
れてなる複合材料原料ｇがそのまま繊維の方向へ押され
て圧縮させられるものであるため、繊維ｆが乱れて来
て、ねじ部となる膨出部ｂでの繊維の配列が不均一にな
るおそれがあり、又、成形品としてのボルトの中央部に
まで高価な炭素繊維が詰められて押しつぶされているも
のが得られるため、高価なものとなり、且つ軽量化が図
れない、等の問題がある。

【０００５】又、繊維の方向を揃えて作った棒を切削し
てボルトを成形することもできるが、この場合は繊維の
方向の乱れはない反面、ねじ山部ｉでは、図７の如く繊
維ｆが切れてしまい、ナットとの螺合において十分な補
強効果が得られないおそれがある。

【０００６】そこで、本発明は、ねじ部等の膨出部での
繊維の乱れをなくして品質の向上を図り膨出部の変形防
止を図ると共に、安価で軽量化が図れる繊維強化複合材
料による成形品の成形方法を提供しようとするものであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、強化用繊維を方向を揃えて配列させた複
合材料原料を巻物状に巻いて成形材を作り、該成形材を
成形金型内に入れ、次いで、上記成形金型を加熱すると
共に、該成形金型の外部から上記成形材中心に高粘度樹
脂を注入し、上記加熱により軟化した成形材を注入した
樹脂により拡大して成形金型内の形状に成形させる構成
とする。

【０００８】又、樹脂により中空の芯を作り、この樹脂
の芯に複合材料原料を巻き付けて成形材を作るように
し、該成形材を成形金型内に入れて、樹脂の芯の中心
に、成形金型の外部より高圧ガスにより拡大することも
できる。

【０００９】更に、複合材料原料を巻き付けるときに、
繊維の方向を変えて、層間での繊維の角度が任意に異な
るようにしてもよい。

【００１０】

【作用】複合材料原料を巻いて作った成形材を、加熱し
て軟化させ、その中心部に高粘度樹脂を外部から注入し
て拡大させるので、成形材は繊維の方向と直交する方向
へ押されて拡げられ、成形金型の型巣の形状に成形され
る。この際、繊維の方向は揃えられたままで乱れはな
く、ボルトのねじ部の如き膨出部でも繊維の乱れがなく
成形される。又、成形品の中心部には、安価な樹脂が注
入されているので、安価な成形品が得られると同時に軽
量化が図れる。

【００１１】樹脂の芯を用いてこれに複合材料原料を巻
き付けると、繊維の乱れをより少なくすることが可能と
なる。更に、繊維の向きを層ごとに変えると、強度を高
めることができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００１３】図１は本発明の一実施例としてボルトを成
形する場合について示すもので、外周にヒータ２を取り
付け且つ下端面の中心部に樹脂注入用孔３を有する成形
金型ケース１の内側に、ねじ部に相当する膨出部５を有
する成形品としてのボルトの外形に合わせた型巣６を形
成している成形金型４を挿入し、上記成形金型４の型巣
６の上方には、ボルトの頭部を成形させるための頭部成
形型７を流体圧シリンダ８にて上下動できるように備え
る。又、上記樹脂注入用孔３の下側には、樹脂の棒（芯
材）９を注入するための流体圧シリンダ１０を備え、樹
脂（たとえば、エポキシ樹脂）の棒９をガイド１１に沿
わせて成形金型４内に押し込むようにする。ガイド１１
には樹脂の棒９を軟化させ注入するためヒータ１７を備
えてある。

【００１４】上記成形金型４内には、強化用の繊維を方
向を揃えて配列してなる複合材料原料１３のシートを図
２に示す如く樹脂の棒９に多層に巻きつけて作った成形
材１２を、ボルトの軸方向と平行となるように挿入配置
し、成形材１２の中心の樹脂の棒９が上記樹脂注入用孔
３と一致するようにする。

【００１５】なお、複合材料原料１３のシートを多層に
巻き付けるときは、図２に一例を示す如く、強化用繊維
１３ａの方向がα又はβの如く目的に応じて任意の角度
となるようにして巻き付けることにより、層ごとに繊維
１３ａの方向を変えることができて、ボルト成形後のね
じ山部の強度が高められる。

【００１６】たとえばねじ部の外側ほど角度を大きく
し、内側にいくにしたがって角度を小さくすれば、最終
的に図３の如く徐々にねじ部に繊維が入ってゆくような
良好な繊維配列をしたねじ部が形成される。

【００１７】成形品としてのボルトの成形に際して、複
合材料原料１３を巻き付けてなる成形材１２が成形金型
４内に入れられ、該成形金型４が成形金型ケース１内に
入れると、ヒータ２にて成形金型４を加熱して成形材１
２を軟化させるようにする。次いで、頭部成形型７を下
降させて成形金型４内に挿入して頭部を成形する。その
後、ヒータ１７の加熱により軟化したエポキシ樹脂の棒
９を、樹脂注入用孔３より成形材１２の中心部へ押し込
んで注入させて行く。この際、成形金型４内の成形材１
２は、該成形金型４がヒータ２により加熱されているこ
とにより軟化しているので、その中心部に樹脂の棒９が
注入されることにより成形材１２は押し拡げられて拡大
させられ、型巣６の内面に押し付けられて成形させられ
る。成形材１２の中心部に押し込まれるエポキシ樹脂の
棒９は、押し込まれる途中から成形金型４内の加熱によ
り高粘度の状態にまで溶かされるが、流体圧シリンダ１
０によりエポキシ樹脂の棒９が連続的に押し込まれてい
るため、成形材１２の中心部に高粘度の状態で徐々に押
し込まれて成形材１２を拡大させる。これにより成形材
１２の繊維を長手方向に圧縮するのではなく、成形材１
２を半径方向に拡げて成形金型４の型巣６内に押し付け
られて成形させることから、強化用繊維１３ａの乱れは
なく、特に、図３に示す如く、ねじ部の膨出部５での繊
維の乱れがないことから品質の良いものが得られる。こ
の際、溶かされながら高圧で注入されるエポキシ樹脂の
棒９は、成形金型４の加熱により高粘度状態になるもの
であり、液状になって繊維の間から外へ洩れ出てしまう
ことがない。

【００１８】エポキシ樹脂の棒９の注入により成形材１
２が押し拡げられて型巣６の形状に成形された後、所定
の時間が経過すると、溶けた樹脂が硬化するので、成形
金型４内から取り出すことにより図４に示す如き成形品
としてのボルト１４が得られる。

【００１９】本発明の方法によって得られた成形品は、
周辺部には強化用繊維があるが、中心部には繊維がなく
樹脂が用いられたものとなるので、軽量化が図れると共
に、すべて繊維としたものに比して安価なものとするこ
とができる。

【００２０】上記の実施例において、ボルトの頭部の成
形においては、図１に示す如く、強化用繊維を巻き付け
た成形材１２とは別に、繊維を方向を揃えて配列させた
シートを巻いてなる頭部成形材１５を用意し、該頭部成
形材１５を、成形材１２の外側に嵌めてボルトの頭部形
成用の型巣６に入れ、空間部を塞ぐようにしておけば、
頭部の成形が楽に行えることになる。

【００２１】なお、上記実施例では、樹脂の棒９に複合
材料原料１３のシートを筒状に巻いて成形材１２として
成形金型４内に入れ、成形金型４の外部から別のエポキ
シ樹脂の棒９を成形材１２の中心部に押し込むようにす
る場合を示したが、図５に示す如く、予め樹脂で成形し
た筒状の芯材１６に、上記複合材料原料１３のシートを
巻きつけた構造の成形材１２を作り、これを成形金型４
内に入れ、成形金型４の外部から高圧ガスを注入させ、
軟化した樹脂の芯材１６を介して複合材料原料１３を拡
大させるようにすることもできる。このようにすると、
繊維を乱すおそれがより少なくなるという利点がある。

【００２２】又、成形金型４の外部から注入する樹脂と
して熱硬化性樹脂の場合を示したが、熱可塑性樹脂でも
よい。

【００２３】

【発明の効果】以上述べた如く、本発明の繊維強化複合
材料による成形品の成形方法によれば、強化用繊維を方
向を揃えて配列させた複合材料原料を巻き付けて成形材
を作り、該成形材を成形金型内に入れて加熱すると共
に、成形金型の外部から高粘度樹脂を上記成形材の中心
部に注入し、加熱により軟化した成形材を半径方向に拡
大させて成形させるので、成形品の周辺に膨出部がある
場合にも膨出部での繊維の乱れをなくして成形できると
共に、成形品の中心部には樹脂を用いることができて軽
量化が図れ且つ安価な成形品とすることができ、又、成
形材を樹脂の芯に巻いて作ることにより繊維の乱れをよ
り少なくすることができ、更に、複合材料原料の繊維の
方向を適宜変えて巻き付けて成形材を作ることにより、
層間で繊維の向きを任意に変えることができて、ねじ山
の如き膨出部で膨らんで変形することを防止できる、
等、クリープ変形によって締付力の低下を防止すること
に有効である、等の優れた効果を奏し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の概要を示す切断側面図であ
る。

【図２】複合材料原料を巻いて成形材を作る場合の一例
を示す斜視図である。

【図３】膨出部の繊維の状態を示す断面図である。

【図４】図１によって成形されたボルトの側面図であ
る。

【図５】成形材の他の例を示す部分の断面図である。

【図６】従来の成形方法の例を示す断面図である。

【図７】従来の繊維の棒を切削加工してボルトを作った
ときの断面図である。

【符号の説明】

１ 成形金型ケース ２ ヒータ ３ 樹脂注入用孔 ４ 成形金型 ５ 膨出部 ６ 型巣 ９ 樹脂の棒

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 強化用繊維を方向を揃えて配列させた複
   合材料原料を巻物状に巻いて成形材を作り、該成形材を
   成形金型内に入れ、次いで、上記成形金型を加熱すると
   共に、該成形金型の外部から上記成形材中心に高粘度樹
   脂を注入し、上記加熱により軟化した成形材を注入した
   樹脂により拡大して成形金型内の形状に成形させること
   を特徴とする繊維強化複合材料による成形品の成形方
   法。
2. 【請求項２】 樹脂の棒を芯として、これに複合材料原
   料を巻き付けて成形材とする請求項１記載の繊維強化複
   合材料による成形品の成形方法。
3. 【請求項３】 強化用繊維の方向を、巻き付けた層間で
   角度が異なるように変化させて成形材を作る請求項１又
   は２記載の繊維強化複合材料による成形品の成形方法。