(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維強化樹脂複合材製の成形品と同等の熱膨脹率を有する複合材で形成された成形型表面板と、この成形型表面板を内側から支持する補強枠体と、前記成形型表面板に設けられて補強枠体側に突出する複数のスタッドボルトと、各スタッドボルトを補強枠体に固定する固定金具と、前記成形品と同等の熱膨脹率を有する複合材で形成され成形型表面板と補強枠体との間に介装されて成形型表面板のモールドラインを変化させるシムとを具備することを特徴とする複合材の成形型。
【請求項２】
シムは、スタッドボルト用の挿通孔を有していることを特徴とする請求項１記載の複合材の成形型。
【請求項３】
成形しようとする繊維強化樹脂複合材成形品の複合材と同等の熱膨脹率を有する複合材で成形型表面板を形成し、複数のスタッドボルトを成形型表面板に内側に突出するように設け、成形型表面板を内側から補強枠体で支持し、各スタッドボルトを補強枠体に固定し、成形型表面板と同等の熱膨脹率を有する複合材で形成したシムを成形型表面板と補強枠体との間に介装し、介装するシムにより成形型表面板のモールドラインを変化させることを特徴とする複合材の成形方法。
【請求項４】
シムは、成形型表面板の上に複合材を積層して硬化させて成形した成形品を上記成形型表面板から外した時の上記成形品のモールドラインと正規モールドラインとの差に基づいて製作されることを特徴とする請求項３に記載の複合材の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、航空機の外板やフェアリング等の構造部材となる熱硬化性繊維強化樹脂複合材の成形型および複合材の成形方法に係り、特に、曲面や複曲面等の複雑形状の成形品を精度よく成形することができる複合材成形型および複合材の成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複合材部品の成形型として、特願昭６３−１０２９３３号に示されているように、成形型を金属材料で構成し、成形後の寸法・角度変化を予め織り込んで成形型各部の寸法を設定するものや、実開平１−１５６０２４号公報に示されているように、成形型表面板と補強枠体を成形すべき複合材と同等の熱膨脹率を有する複合材で構成し、補強枠体と成形型表面板との間に隙間を持たせ、補強枠体と成形型表面板をアングル材を介し部分的に接合するものは知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
複合材部品の成形型を金属材料で構成したものは、成形品が曲面や複曲面等の複雑形状の場合に、成形品自体の変形（寸法・角度変化）予測が困難であるため、成形型に成形品の変形を予め織り込むことができないという問題がある。
【０００４】
また、複合材部品の成形型を複合材で構成したものは、成形型と成形品との間の熱膨脹差に起因する変形は防止することができるが、複合材の成形品が材質（繊維・樹脂）、積層繊維配向、板厚、形状あるいは成形プロセス等によっても変形するため、このような要因による成形品の変形は防止することができないという問題がある。
【０００５】
そして、このような変形が成形型に発生した場合、航空機の構造組立において重要となる外表面の部品のモールドが合致しない等の重大な問題が生じ、この場合には、成形型の改修・再作が必要となり、過大なコストおよび時間がかかるという問題がある。
【０００６】
本発明は、かかる現況に鑑みなされたもので、成形品が曲面や複曲面等の複雑形状の場合であっても、成形後の成形品を所望の形状・寸法に精度よく成形することができる複合材の成形型および複合材の成形方法を提供することを目的とする。
【０００７】
本発明の他の目的は、モールドラインの変更が容易で、かつ正確に行なうことができることにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、成形型表面板の端部から中央部までのモールドラインの調整が可能で、かつ調整後の形状保持を安定させることができることにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、スタッドボルトの引張・圧縮による成形型表面板の局部的な変形を防止することができることにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、成形品の硬化中にシムがずれてモールドラインが変化するのを防止することができることにある。
【００１１】
本発明のさらに他の目的は、成形品の品質を大幅に向上させることができることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の複合材の成形型は、繊維強化樹脂複合材製の成形品と同等の熱膨脹率を有する複合材で形成された成形型表面板と、この成形型表面板を内側から支持する補強枠体と、前記成形型表面板に設けられて補強枠体側に突出する複数のスタッドボルトと、各スタッドボルトを補強枠体に固定する固定金具と、前記成形品と同等の熱膨脹率を有する複合材で形成され成形型表面板と補強枠体との間に介装されて成形型表面板のモールドラインを変化させるシムとを有し、シムの板厚調整で成形型表面板のモールドラインを自在に変化させることが可能となり、成形品が曲面や複曲面等の複雑形状の場合であっても、成形後の成形品を所望の形状・寸法に精度よく成形することが可能となるとともに、モールドラインの変更が容易で、しかも正確に行なうことが可能となる。
【００１３】
また、本発明の複合材の成形型では、各スタッドボルトを成形型表面板に一体化されているので、成形型表面板の端部から中央部までのモールドラインの調整が可能となり、また、各スタッドボルトは、固定金具を介し補強枠体に固定されているので、成形型表面板の形状保持を安定させることが可能となり、成形型表面板上で真空引きを行なっても、成形型表面板が反るおそれがない。
【００１４】
さらに、本発明の複合材の成形型では、成形型表面板と補強枠体との間にシムが介装されているので、スタッドボルトの引張・圧縮による成形型表面板の局部的な変形を防止することが可能となり、またシムは、成形品と同等の熱膨脹率を有する複合材で形成されているので、熱膨脹により成形型表面板のモールドラインが変化してしまうおそれがなく、また、シムに、スタッドボルト用の挿通孔を設けてあるので、成形品の硬化中にシムがずれてモールドラインが変化するといった不具合がない。
【００１５】
本発明の複合材の成形方法は、成形しようとする繊維強化樹脂複合材成形品の複合材と同等の熱膨脹率を有する複合材で成形型表面板を形成し、複数のスタッドボルトを成形型表面板に内側に突出するように設け、成形型表面板を内側から補強枠体で支持し、各スタッドボルトを補強枠体に固定し、成形型表面板と同等の熱膨脹率を有する複合材で形成したシムを成形型表面板と補強枠体との間に介装し、介装するシムにより成形型表面板のモールドラインを変化させ、改修モールド成形型を完成し、この改修モールド成形型により成形品を所望の形状・寸法に精度よく成形することを可能にする。
【００１６】
本発明の複合材の成形方法によれば、成形品が材質（繊維・樹脂）、積層繊維配向、板厚、形状あるいは成形プロセス等の要因で変形することがあっても、この変形量をシムで補正し、成形品を所望の形状・寸法に精度よく成形することを可能にする。
【００１７】
本発明の複合材の成形方法では、シムを成形型表面板の上に複合材を積層して硬化させて成形した成形品を上記成形型表面板から外した時の上記成形品のモールドラインと正規モールドラインとの差に基づいて製作するようにすることで、成形品の精度がより高くなり、成形品の品質を大幅に向上させることが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の態様】
以下、本発明の実施の態様を図面を参照して説明する。
【００１９】
図１は、本発明の実施の一形態に係る複合材の成形型を示すもので、この成形型１は、成形型表面板２と、この成形型表面板２を内側から支持する補強枠体３と、成形型表面板２の内面から突出する複数のスタッドボルト４と、これら各スタッドボルト４を補強枠体３に固定する固定金具５と、成形型表面板２と補強枠体３との間に介装されるシム６とを備えている。
【００２０】
前記成形型表面板２は、図２に示すように、成形品１０と同等の熱膨脹率を有するＣＦＲＰ、ＧＦＲＰ等の治具材を積層して形成されている。前記スタッドボルト４は、成形型表面板２の大きさ、形状等によっても異なるが、通常は２００ｍｍピッチ程度の間隔で頭部が成形型表面板２の層間に埋設されて補強枠体３側に突出している。そして、このスタッドボルト４の頭部には、成形型表面板２の層間剥離を防止するため、プライマ等の表面処理が施され、頭部と成形型表面板２とが充分接着するよう考慮されている。
【００２１】
また、前記補強枠体３は、ハニカムコアの両面にＣＦＲＰを積層して硬化させたハニカムサンドウィッチパネルで組立てられ、成形型表面板２との接触面は成形型表面板２の形状に合わせて加工され、さらに周壁には軽減孔７を穿設して構成され、これにより熱伝達性の向上と軽量化とを施したエッグクレート構造となっている。上記ハニカムサンドウィッチパネルは熱膨張が極めて小さい上に軽量なので、補強枠体３の材料として非常に好ましいものである。
【００２２】
また、前記固定金具５は、図２に示すように、各スタッドボルト４の位置に合わせ補強枠体３の壁面にボルト・ナット８を介し取付けられており、スタッドボルト４は、固定金具５を介しその両側から固定ナット９を締付けることにより、固定金具５に固定されるようになっている。
【００２３】
また、前記シム６は、成形品１０と同等の熱膨脹率を有するＣＦＲＰ、ＧＦＲＰ、ＳｉＣＦＲＰ等の治具材を積層するとともに、この素材を７０ｍｍ×７０ｍｍ程度に切断して形成されており、その板面には、図２に示すように、スタッドボルト４用の挿通孔１１が設けられている。そして、このシム６を成形型表面板２と補強枠体３との間に介装することにより、成形型表面板２のモールドラインを変化させることができるようになっている。
【００２４】
次に、本実施の形態の作用について説明する。
【００２５】
成形型１の製作に際しては、まず成形型１を製作するための型であるツーリングツールに離型処理を施した後、成形品１０と同等の熱膨脹率を有する例えばＣＦＲＰのプリプレグを積層して成形型表面板２を製作する。この際、成形型表面板２の大きさ、形状等によっても異なるが、２００ｍｍ程度のピッチで成形型表面板２の層間にスタッドボルト４の頭部を埋設しておく。また、スタッドボルト４は、成形型表面板２の層間剥離を防止するため、その頭部にプライマ等の表面処理を施したものを用い、スタッドボルト４とＣＦＲＰとの接着性をよくする。
【００２６】
このように、成形型表面板２にスタッドボルト４を埋設した状態で、バギング・加熱・加圧し、成形型表面板２を硬化させる。そして、硬化後、成形型表面板２の外形仕上げ等を行なう。これと同時あるいは相前後して、シム６として適当な複合材の素材も硬化させておく。
【００２７】
成形型表面板２の硬化後、補強枠体３を製作する。補強枠体３は、ハニカムサンドウィッチパネルを組立て、成形型表面板２との接触面は、成形型表面板２の形状に合わせて加工し、周壁には軽減孔７を穿設する。そしてこれにより、熱伝達性の向上および軽量化を施したエッグクレート構造とする。
【００２８】
次いで、成形型表面板２に埋設したスタッドボルト４の位置に合わせ、補強枠体３の壁面に固定金具５をボルト・ナット８により固定し、その後スタッドボルト４を、固定金具５の両側から締付けることにより固定金具５に固定する。
【００２９】
このようにして、成形型表面板２と補強枠体３とを一体に連結した後、成形型１のポストキュア（二次硬化）を行なって、シム６なしの正規モールドラインの成形型１を完成させる。
【００３０】
成形品１０の製作に際しては、図３に示すように、正規モールドラインの成形型１を用い、その成形型表面板２の表面に離型処理を行なって複合材を積層し、硬化させ成形品１０を成形する。
【００３１】
成形後脱型し、図４に示すように、成形品１０の変形量１２、すなわち正規モールドライン１３と成形後の成形品モールドライン１４との差を測定する。変形は通常、図４に示すようにＲが小さくなるように収縮する。
【００３２】
次いで、前後変形量１２を用い、図５に示すように、この変形量１２と同等板厚のシム６を製作する。このシム６は、予め硬化させておき、変形量１２に合わせ研削して製作する。そして、このシム６を図６に示すように成形型１に適用し、改修モールドライン１５に変更した改修モールド成形型１′とする。
【００３３】
次いで、この改修モールド成形型１′を用い、複合材を積層して硬化させ成形品１０′を成形する。そして、成形後の成形品１０′につき、図７に示すようにそのモールドライン１４′を測定する。
【００３４】
通常は、このモールドライン１４′が正規モールドライン１３と一致することになるが、両モールドライン１３，１４′が一致しない場合には、両モールドライン１３，１４′の変形量を測定し、この変形量に基づきシム６を再製作する。そして、このシム６を改修モールド成形型１′にセットして成形品１０′を再成形する。これでも、正規モールドライン１３にならない場合には、この作業を正規モールドライン１３になるまで繰返す。
【００３５】
しかして、成形型１の成形型表面板２は、成形品１０と同等の熱膨脹率を有する複合材で形成されているので、金属材料を用いた成形型と異なり、熱膨脹差による成形品の変形がない。また、金属材料に比べ軽量化を図ることができ、補強枠体３もハニカム構造体で軽量化が図られているので、成形型１のハンドリング性を大幅に向上させることができる。また、成形型表面板２は低熱膨脹であるため、成形品１０の硬化中に成形型１に寸法誤差を生じることがなく、寸法精度の向上を図ることができるとともに、品質の安定化を図ることができる。
【００３６】
また、シム６の板厚調整により変形量１２を吸収するようにしているので、成形型表面板２のモールドラインを自由に変化させることができ、Ｌ型や曲面・複曲面等の複雑形状の成形品であっても、充分に対応することができるとともに、モールドラインの変更が容易で、かつ正確に行なうことができる。
【００３７】
また、成形型表面板２に複数のスタッドボルト４の頭部を埋設して一体化しているので、成形型表面板２の端部から中央部までのモールドラインの調整を行なうことができる。また、成形型表面板２と補強枠体３との間にシム６が介装されているので、スタッドボルト４の引張・圧縮による成形型表面板２の局部的な変形を、シム６により防止することができる。
【００３８】
また、このシム６は、成形品と同等の熱膨脹率を有する複合材で形成されているので、熱膨脹により成形型１の成形型表面板２のモールドラインが変化してしまうといった不具合がない。またシム６はスタッドボルト４用の挿通孔１１を有しているので、成形品１０，１０′の硬化中に、シム６が位置ずれしてモールドラインが変化してしまうといった不具合もない。
【００３９】
また、成形型表面板２は、スタッドボルト４および固定金具５を介し補強枠体３に一体に連結されているので、成形型表面板２の形状保持を安定させ、成形型表面板２上で真空引きを行なっても、成形型表面板２が反るおそれがない。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の複合材の成形型は、成形型表面板と、補強枠体と、スタッドボルトと、固定金具と、シムとから構成したので、シムの板厚調整のみにより成形型表面板のモールドラインを自在に変化させることができ、成形品が曲面や複曲面等の複雑形状の場合であっても、成形後の成形品を所望の形状・寸法に精度よく成形することができ、モールドラインの変更が容易で、しかも正確に行なうことができる。
【００４１】
また、本発明の複合材の成形型は、各スタッドボルトを成形型表面板に一体化することで、成形型表面板の端部から中央部までのモールドラインの調整が可能となり、各スタッドボルトを補強枠体に固定することで、成形型表面板の形状保持が安定し、成形型表面板上で真空引きを行なっても、成形型表面板が反るおそれがなく、成形型表面板と補強枠体との間にシムを介装することで、スタッドボルトの引張・圧縮による成形型表面板の局部的な変形をシムで防止することができる。また、このシムは、成形品と同等の熱膨脹率を有する複合材で形成することで、熱膨脹により成形型表面板のモールドラインが変化してしまうといった不具合がなく、また、シムにスタッドボルト用の挿通孔を設けることで、成形品の硬化中にシムの位置がずれてモールドラインが変化してしまうといった不具合がない。
【００４２】
本発明の複合材の成形方法は、成形しようとする繊維強化樹脂複合材成形品の複合材と同等の熱膨脹率を有する複合材で成形型表面板を形成し、複数のスタッドボルトを成形型表面板に内側に突出するように設け、成形型表面板を内側から補強枠体で支持し、各スタッドボルトを補強枠体に固定し、成形型表面板と同等の熱膨脹率を有する複合材で形成したシムを成形型表面板と補強枠体との間に介装し、介装するシムにより成形型表面板のモールドラインを変化させることで、改修モールド成形型を完成し、この改修モールド成形型を用いて正規成形品を成形するので、成形品が、材質（繊維・樹脂）、積層繊維配向、板厚、形状あるいは成形プロセス等の要因で変形することがあっても、この変形量をシムで補正し、成形品を所望の形状・寸法に精度よく成形することができる。
【００４３】
本発明の複合材の成形方法では、シムを成形型表面板の上に複合材を積層して硬化させて成形した成形品を上記成形型表面板から外した時の上記成形品のモールドラインと正規モールドラインとの差に基づいて製作することで、成形品の精度がより高くなり、成形品の品質を大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係る複合材の成形型を示す斜視図。
【図２】図１のＩＩ部拡大図。
【図３】正規モールド成形型を用いた成形品の成形方法を示す図。
【図４】正規モールド成形型を用いて成形された成形品の正規モールドラインからの変形量を示す図。
【図５】図４の変形量に基づき製作されるシムを示す図。
【図６】製作されたシムを装着して構成される改修モールド成形型を用いた成形品の成形方法を示す図。
【図７】改修モールド成形型を用いて成形された成形品の正規モールドラインからの変形量を示す図。
【符号の説明】
１  成形型
１′  改修モールド成形型
２  成形型表面板
３  補強枠体
４  スタッドボルト
５  固定金具
６  シム
７  軽減孔
８  ボルト・ナット
９  固定ナット
１０，１０′  成形品
１１  挿通孔
１２  変形量
１３  正規モールドライン
１４  成形品モールドライン
１４′  モールドライン
１５  改修モールドライン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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