JPH088109A - 三次元曲面ｆｒｐ部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、任意の曲率半径の円筒面に沿い、
かつ、その母線に対して任意の角度に傾斜する帯板状の
三次元曲面ＦＲＰ部材を容易に、しかも安価に製造でき
るようにした三次元曲面ＦＲＰ部材の製造方法を提供す
ることを目的とする。 【構成】 本発明は、任意の曲率半径を有する部分円筒
状の曲面ＦＲＰ板を形成し、この曲面ＦＲＰ板を所定の
幅のストリップに裁断し、このストリップを任意の角度
だけねじりながらガラス転移温度以上で加熱することを
特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超電導コイルや核融合
装置のヘリカルコイルなどにスペーサーとして好適に用
いられる三次元曲面ＦＲＰ部材の製造方法に関し、任意
の曲率半径の円筒面に沿い、かつ、その母線に対して任
意の角度に傾斜する帯板状の三次元曲面ＦＲＰ部材を容
易に、しかも安価に製造できるようにした三次元曲面Ｆ
ＲＰ部材の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】超電導コイルや核融合装置のヘリカルコ
イルなどにおいては、例えば所定の曲率半径の円筒面に
沿い、かつ、その母線に対して傾斜する帯板状の三次元
曲面ＦＲＰ部材がスペーサとして用いられている。

【０００３】この三次元曲面ＦＲＰ部材は、フラットな
積層板や成形品より三次元機械加工によって形成された
り、所定の形状の金型で成形されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の製造方法では、小量生産には適しているが、
数万個、数十万個という大量生産を行う場合には、コス
ト高になるという問題がある。

【０００５】特に、金型成形する場合には円筒面の曲率
半径や母線に対する傾斜角度が異なるごとに異なる金型
を用意する必要があり、金型費用が嵩む上、多種類の金
型を保管するスペースが必要になり、しかも多種類の金
型を管理しなければならず、その管理に煩わしさが生じ
るなどの課題がある。

【０００６】本発明は、上記技術的課題を考慮して完成
されたものであり、任意の曲率半径の円筒面に沿い、か
つ、その母線に対して任意の角度に傾斜する帯板状の三
次元曲面ＦＲＰ部材を容易に、しかも安価に製造できる
ようにした三次元曲面ＦＲＰ部材の製造方法を提供する
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る三次元曲面
ＦＲＰ部材の製造方法は、上記の目的を達成するため
に、任意の曲率半径を有する部分円筒状の曲面ＦＲＰ板
を形成し、この曲面ＦＲＰ板を所定の幅のストリップに
裁断し、このストリップを任意の角度だけねじりながら
ガラス転移温度以上で加熱することを特徴とするもので
ある。

【０００８】本発明において、曲面ＦＲＰ板を構成する
プラスチックは特に限定されるものではなく、一般に積
層板の結合剤として使用される熱硬化性の樹脂、例えば
ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、メラ
ミン樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、或いはこ
れの変成物などを用いることができる。

【０００９】また、本発明において、上記プラスチック
を補強する繊維は、特に限定されるものではなく、一般
にＦＲＰの補強繊維として使用されるもの、例えばガラ
ス繊維、酸化珪素繊維(石英ガラス繊維)、カーボン繊
維、ボロン繊維などの無機質繊維、ポリエステル、ポリ
イミド、芳香族ポリアミド、ポリ四フッ化エチレン、ア
ラミド繊維などの有機質繊維を用いたり、これらの無機
質繊維又は有機質繊維の中の２種類以上を併用してもよ
い。

【００１０】これらの中では、耐熱性、耐衝撃性、寸法
安定性及び電気絶縁性などの電気特性に優れたガラス繊
維が好ましく、又、ガラスとしてはＥガラスと呼ばれる
アルカリ分０．８％以下の無アルカリガラス、Ｃガラス
と呼ばれる化学用ガラス、Ａガラスと呼ばれる一般用含
アルカリガラス、Ｓガラスと呼ばれる高強度ガラス、高
弾性ガラス(ＹＭ−３１−Ａ)、ガラス綿用ガラスなどが
その例として挙げられるが特に耐久性が優れているＥガ
ラスを用いることが最も好ましい。

【００１１】これらガラス繊維の表面は無処理であって
もよいが、樹脂との結合力を高めるため、樹脂の種類に
対応してボラン処理、シラン処理、ガラン処理、アミノ
シラン処理などの表面処理を施すことが好ましい。

【００１２】ＦＲＰの補強に用いる繊維は特に組織化す
ることは必要でないが、取扱性や機械的強度を高めるた
めに編布、織布、不織布など任意の組織を有するマット
状ないし布状にして使用することが好ましい。

【００１３】即ち、ガラス繊維の場合には繊維化された
ストランドを結合剤で不織布状に結合させたボンデッド
マット、ボンデッドマットを成形したサーフェスマッ
ト、ストランドを撚ったガラス糸、ガラス糸を製織した
ガラスクロス及びガラステープ、これらに表面処理を施
した処理クロス及び処理テープ、ストランドを切断した
チョップドストランド、ストランドを揃えたロービン
グ、ロービングを製織したロービングクロス、チョップ
ドストランドを成形したチョップドストランドマット、
ストランドを成形したコンティニュアスストランドマッ
ト、ストランドを粉砕したミルドファイバーなどを用い
ることができる。

【００１４】この補強繊維への樹脂の含浸量は一般に１
０〜６０重量％であるが、超電導などの分野においては
熱膨張係数を低く抑えることが必要であり、樹脂量とし
ては下限の１４〜２０％にするものも含まれる。

【００１５】本発明において、ＦＲＰ板を形成する方法
は特に限定されるものではなく、例えばハンドレイアッ
プ成形法、スプレーアップ成形法、真空バッグ成形法、
加圧バッグ成形法、オートクレーブ成形法、コールドプ
レス成形法、スクイーズ成形法、リザーバー成形法、樹
脂吸い上げ成形法(マーコ法)、レジンシンジェクション
成形法、減圧注入成形法、プリプレグ成形法、マッチド
ダイ成形法、ＳＭＣ成形法、ＢＭＣ成形法、引抜き成形
法、連続積層成形法、遠心成形法などを採用することが
できる。

【００１６】これらの中では、成形加工が容易なプリプ
レグを形成するプリプレグ法を採用することが推奨され
るのであり、補強繊維からなる基材に樹脂を含浸させ乾
燥状態、或いは半乾燥状態のプリプレグを形成するプリ
プレグ法が推奨される。

【００１７】なお、プリプレグ法としては、基材とフィ
クムレジンとを積層して加熱溶融することにより樹脂を
基材に含浸させるドライ方式と、粘度の低い樹脂或いは
樹脂を溶剤に溶かし、基材に含浸させた後乾燥路を通し
て乾燥させるウェット方式とがあり、いずれの方式を採
用してもよい。

【００１８】プリプレグ法などによって形成されたＦＲ
Ｐ板は平面状に形成されているので、このプリプレグを
任意の円筒周面に倣う曲面板に成形する必要があり、こ
の成形方法としては、プレス法、真空バッグ法、加圧バ
ッグ法、オートクレープ法などがある。これらの成形方
法の中では、正確な形状形成が容易なプレス法が推奨さ
れる。

【００１９】ここで、円筒周面とは、平滑な円筒周面に
限定されず、円筒面の周方向に規則的に波形が連続する
場合も含まれる。

【００２０】本発明において、任意の曲率半径を有する
部分円筒状の曲面ＦＲＰ板を形成した後、この曲面ＦＲ
Ｐ板が母線に平行な裁断線で裁断することにより、所定
の幅のストリップに裁断される。

【００２１】この後、ストリップの両端部を支持してス
トリップを捩じり、この捩じった状態を保持しながらス
トリップをガラス転移温度以上で加熱することにより、
ポストフォーミングを行う。この場合の加熱温度はガラ
ス転移温度に、プラス１０〜１００℃とすることが好ま
しく、ガラス転移温度に、プラス１０℃未満の場合には
ストリップの変形が不十分になる恐れがあるので好まし
くなく、又、ガラス転移温度に、プラス１００℃を超え
る場合には脆性が高くなり過ぎて、クラックや折損が発
生し易くなるので好ましくない。加熱温度をガラス転移
温度に、プラス２０〜５０℃とする場合には最も好まし
い結果が得られる。

【００２２】又、加熱時間は、ＦＲＰの種類と加熱温度
とを考慮して経験的に得られた最適時間とすればよい。
この加熱時間は一般的には数十秒〜数時間でよいが、十
分に変形させるために、できるかぎり長時間を設定する
ことが好ましい。

【００２３】本発明においては、必要に応じて、ポスト
フォーミング後にバリ取り、孔開け、切欠、テーパー加
工などの端部処理を行うために仕上工程を設けることは
何ら差し支えない。

【００２４】

【作用】本発明において、任意の曲率半径を有する部分
円筒状の曲面ＦＲＰ板を形成することにより、ＦＲＰ部
材を沿わせる円筒面に沿う曲率半径の曲面ＦＲＰ板が形
成され、この曲面ＦＲＰを所定の幅のストリップに裁断
した後、このストリップを任意の角度だけねじりながら
ガラス転移温度以上で加熱することにより三次元曲面の
任意の曲率半径の円筒面に沿い、かつ、その母線に対し
て任意の角度に傾斜する帯板状の三次元曲面ＦＲＰ部材
を形成することができる。

【００２５】

【実施例】本発明の一実施例に係る三次元曲面ＦＲＰ部
材の製造方法を図面に基づいて具体的に説明すれば、以
下の通りである。

【００２６】まず、図１に示すように、所要の長さＬと
幅Ｗ、更に曲率半径Ｒ、例えば長さＬ１０００ｍｍ、幅
Ｗ５００ｍｍ、更に曲率半径Ｒ１０００ｍｍを有する部
分円筒状の曲面ＦＲＰ板１が形成されるが、この曲面Ｆ
ＲＰ板１の具体的な製造方法の例を以下に説明する。

【００２７】エポキシガラスクロスプリプレグ（樹脂量
１５重量％）は、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（エ
ポキシ当量４５０、油化シェル製、商品名：エピコート
１００１）１００重量部、アミン系硬化剤（ジシアンジ
アミド 日本カーバイド製、商品名ヂシアンヂアミド）
３重量部、イミダゾール化合物（四国化成製、商品名：
キュアゾール２Ｅ４ＭＺ−ＣＮ）１重量部を溶剤（メチ
ル・エチル・ケトン、エチレングリコールモノメチルエ
ーテル）に溶解し、エポキシ配合体を得た。

【００２８】次に基材として、帯状のガラスクロス（打
ち込み４４／３２、糸使い７５１／０、アサヒシェーベ
ル製、商品名：ＡＳ７６２８／４５０）を用い、上記エ
ポキシ配合体を含浸塗布した。

【００２９】次いで、１２０℃５分の条件にて乾燥ゾー
ンに通し、Ｂステージのエポキシプリプレグを得た。

【００３０】この場合、樹脂含有量はキスコーターのギ
ャップ、エポキシ樹脂配合体のベース、含浸速度により
調整し目的の樹脂含有量のプリプレグを作成した。

【００３１】更に、本発明の第一工程として、上記エポ
キシプリプレグを用い、アールのついた形状の成形金型
を用い成形する。

【００３２】実施例として、Ｒ＝１０００ｍｍ、厚さ３
ｍｍの成形品を金型成形にて作成した（成形製品サイズ
は、幅Ｗ５００ｍｍ、長さＬ１０００ｍｍ）。

【００３３】なお、本発明における円筒周面には、上述
したように、円筒面の周方向に規則的に波形が連続する
場合も含まれるが、この実施例では図面を簡単にするた
めに平滑な円筒周面の場合を例にとって説明している。

【００３４】次いで、上記曲面ＦＲＰ板１を形成した
後、図２に示すように、分割切断する第二の工程に入
り、この曲面ＦＲＰ板１が母線に平行な裁断線２で裁断
することにより、所定の幅、つまり切断方向はアールの
方向に対し直角な方向に、例えば３０ｍｍのストリップ
３に裁断される（つまり幅３０ｍｍにアールがついた形
状になる）。

【００３５】次に、図３に示すように、ポストフォーミ
ングの第三工程において、幅３０ｍｍのアール付きスト
リップ(長さ１０００ｍｍ)３を筒状治具４の中に入れ、
ストリップ３の両端に一対の撥状治具５を取り付け、一
方の撥状治具５に対して他方の撥状治具５にネジリ加工
（４５度のネジリ／ｍ）を施した。

【００３６】この場合、冶具としては、幅３０ｍｍのア
ール付きストリップ３をその両端にて４５度のネジリ角
度に強制することが出来るものであればよく、パイプ
（内径３５ｍｍ、長さ１０００ｍｍ）を利用し、その中
にアール付きストリップ３を挿入しパイプ両端にて４５
度にネジリ状態に保持する。勿論、パイプ利用以外で
も、アール付きストリップ３の両端部をネジリそのまま
保つことが可能な冶具であればよい。

【００３７】この強制的にネジリ固定された状態で例え
ばオートクレープの中にストリップ３及び治具４・５を
入れプリプレグのガラス転移温度以上、例えば１５０℃
で１時間熱風乾燥機にいれる。室温まで冷却後、アール
付きストリップ３を冶具より解放する。

【００３８】このように構成することにより、図４及び
図５に示すように、曲率半径Ｒ１０００ｍｍの円筒周面
６に沿い、かつ、その母線７に対して所定の角度に傾斜
する帯板状の三次元曲面ＦＲＰ部材８を得ることができ
る。

【００３９】なお、図４の２点鎖線は三次元曲面ＦＲＰ
部材８をその軸心方向から見た図であり、実線は図５の
円筒周面６の軸心方向から見た図である。

【００４０】この第一工程から第三工程にてＲ付き且つ
ネジリが付与された三次元加工品が形成される。

【００４１】なお、この後、裁断面のバリ取り、端部処
理、取付けネジを挿通或いは螺合する孔の孔開けなどの
仕上げなどの仕上げ処理が必要に応じて行なわれる。

【００４２】更に、上記ストリップ３から１００ｍｍの
サイズに切断の第四工程で実施例は完成する。この実施
例では、厚さ３ｍｍ×５００ｍｍ×１０００ｍｍより最
終三次元成形品厚さ３ｍｍ×３０ｍｍ×１００ｍｍサイ
ズが約１３０ケ作製できる。

【００４３】これにより、第一工程から第四工程の比較
的容易な製造工程により、三次元成形品が一度に多数出
来ることになり、大幅なコストダウンが可能となる。

【００４４】この三次元曲面ＦＲＰ部材の製造方法によ
れば、曲面ＦＲＰ板１を形成し、これを複数のストリッ
プ３に裁断し、捩じってポストフォーミングするという
簡単な工程で容易に三次元ＦＲＰ部材８を形成すること
ができる。

【００４５】又、金型としては曲面ＦＲＰ板１を形成す
るために三次元曲面ＦＲＰ部材を直接形成する金型に比
べて三次元曲面を有しない簡単な形状の金型を用いれば
よいので、金型費用が安価になる。

【００４６】更に、フラットな積層板や成形品に機械加
工で三次元曲面を形成する場合に比べれば、機械加工と
しては曲面ＦＲＰ板１を直線裁断すればよく、機械加工
費用が格段に安価になる。

【００４７】しかも、同時に複数のストリップ３の円筒
周面に沿う曲面を形成でき、又、オートクレープの使用
によって複数のストリップ３の変形を同時に処理できる
ので、大量生産を図る上でコストダウンを図れる。

【００４８】その上、ストリップ３をポストフォーミン
グする時の治具４・５の構成が簡単であるので、コスト
ダウンを図る上で一層有利になる。

【００４９】そして、本発明は、三次元成形品を一度に
三次元金型で成形する従来の方法では、ロットが大きく
なっても量産効果が期待できない欠点を、製法を量産容
易な複数の工程に分割することにより、大幅なコストダ
ウンを可能にするのである。

【００５０】本発明は、上記の実施例に限定されるもの
でなく、その態様の一部分を種々に変形して実施する事
は可能である。

【００５１】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の三次元
曲面ＦＲＰ部材の製造方法によれば、三次元曲面を含ま
ない単純な形状の曲面ＦＲＰ板の形成、この曲面ＦＲＰ
板の裁断及び裁断されたストリップのポストフォーミン
グという簡単な工程で、複雑な三次元曲面を有するＦＲ
Ｐ部材を形成することができる。

【００５２】又、複雑な三次元曲面の機械加工や、複雑
な三次元曲面を有する金型が不要になり、コストダウン
が図れる上、曲面ＦＲＰ板の形成時に複数の三次元曲面
ＦＲＰ部材の任意の曲率半径を有する円筒状の曲面に沿
う面の形成を同時にできると共に、ポストフォーミング
時に複数の三次元曲面ＦＲＰ部材のそのねじれを同時に
形成できるので大量生産が可能になり、この大量生産に
より一層コストダウンを図ることができるようになるの
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一工程である部分円筒状の曲面ＦＲＰ
板を製造する例を示す説明図である。

【図２】本発明の一工程で得られた曲面ＦＲＰ板を裁断
してストリップを製造する説明図である。

【図３】本発明においてネジリ加工を施す説明図であ
る。

【図４】本発明においてアール付きストリップを製造す
る説明図である。

【図５】本発明により作られた三次元曲面ＦＲＰ部材の
斜視図である。

【符号の説明】

１ 曲面ＦＲＰ板 ２ 切断線 ３ ストリップ ４ 筒状治具 ５ 撥状治具 ６ 円筒面 ７ 母線 ８ 三次元曲面ＦＲＰ部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２９Ｄ 31/00 2126−4Ｆ Ｈ０１Ｆ 6/06 41/00 Ｂ Ｈ０２Ｋ 3/46 Ｚ Ｈ０１Ｆ 5/08 Ｄ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 任意の曲率半径を有する部分円筒状の曲
   面ＦＲＰ板を形成し、この曲面ＦＲＰ板を所定の幅のス
   トリップに裁断し、このストリップを任意の角度だけね
   じりながらガラス転移温度以上で加熱することを特徴と
   する三次元曲面ＦＲＰ部分の製造方法。