(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空構造曲物の成形方法であって、先細りの形状であるスプリングバックが可能な金属製の柱状の芯金に、ＦＲＰプリプレグを巻きつけ、このＦＲＰプリプレグを巻きつけた芯金を、中空構造曲物の外形部分をキャビティとする金型内に設置し、ついで、この金型を加熱して成形品を得たのち、芯金を脱芯することを特徴とする中空構造曲物の成形方法。
【請求項２】
芯金の最大直径値は、２０ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の中空構造曲物の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バイオリンの弓の竿部分、パイプ等に用いられる中空構造の曲物の成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のパイプなどの中空構造物の成形方法として、金属製の円柱状の芯金に、補強材に熱硬化性樹脂を含浸させたプリプレグを、所望の形状に巻きつけて、これを加熱して硬化させて成型品を得、この成形品から芯金を抜き出し、所望の中空構造物を得るというものがあった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような成形方法においては、直管状の中空構造物しか製造することができず、以下の理由で、中空構造曲物を製造することができなかった。
第１に、中空構造物の曲率が高くなると、芯金を引き抜くことが困難になる。特に、細径のもの、長尺のものになると、曲率が小さくても脱芯が困難となり、中空構造曲物を得ることができなかった。
第２に、上記中空構造物の成形方法を用いて中空構造曲物を成形する場合には、プリプレグを巻き付けた芯金を、曲げた状態を保ちながら加熱成形することになるが、この方法では、所望の形状に曲げることは難しく、また同一形状の中空構造曲物を得ることが困難であった。
【０００４】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、芯金にプリプレグを巻きつけて、これを加熱して硬化させたのちに、芯金を脱芯して中空構造物を得る成形方法を用いて、曲物を成形することができるようにすることを目的とするものであり、そのために、芯金の脱芯が容易にでき、細径のものや長尺のものでも容易に成形することができ、また、所望の形状の曲物を、複数容易に成形することができる中空製造曲物の成形方法を得ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するために、本願発明においては、先細りの形状であるスプリングバックが可能な金属製の柱状の芯金に、ＦＲＰプリプレグを巻きつけ、このＦＲＰプリプレグを巻きつけた芯金を、中空構造曲物の外形部分をキャビティとする金型内に設置し、ついで、この金型を加熱して成形品を得たのち、芯金を脱芯することを特徴とする中空構造曲物の成形方法を提供する。
このとき、芯金の最大直径値は、２０ｍｍであることが好ましい。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の中空構造曲物の成形方法について、図１〜５を用いて説明する。
図１は、本発明の中空構造曲物の成形方法に用いられる芯金の一例を示したものである。
この芯金１は、柱状のもので、その形状としては、全部またはその一部がテ―パ状の先細り形状のものであるとされる。また、その直径の最大値は、所望の中空構造曲物の形状にもよるが、スプリングバックが可能とされる２０ｍｍ程度までとされることが望ましい。
【０００７】
また、この芯金１は、所望の中空構造曲物の中空部分の形状を型どったプリプレグ装着部分１ｃと、後工程において用いられる金型に固定される金型セット部分１ｂおよび１ｄと、余長部分１ａおよび１ｅの部分に分けることができる。
上記金型セット部分１ｂおよび１ｄは、金型に固定できるだけの長さであればよく、７０〜１２０ｍｍ程度とされる。
また余長部分１ａおよび１ｅは、芯金１を金型に設置する際に、作業しやすくように、金型からはみだすように設けられたもので、その長さは、７０〜１２０ｍｍとされる。よって、芯金１の長さは、所望の中空構造曲物の長さ（プリプレグ装着部１ｃの長さ）よりも、２８０〜４８０ｍｍ程度長く設計される。
【０００８】
また、芯金１の材料としては、鉄、銅、アルミニウム等の金属が好適に用いられ、スプリングバックが可能なもの、すなわち、強制的に力を加えられて変形したとしても、その力がなくなった場合に、元の形状に戻るという性質を有するものが好適に用いられる。このようなスプリングバックが可能な芯金１であれば、成形後の脱芯が容易であり、また再使用が可能なため、同一形状の中空構造曲物を得るのに都合がよい。
【０００９】
この中空構造曲物の成形方法においては、上述の芯金１を用い、まず、図２に示すように、この芯金１のプリプレグ装着部分１ｃに、プリプレグ２を所望の中空構造曲物の外形部分の形状となるように巻きつける。
このときのプリプレグ２の巻きつけ方法としては、シート状のものを芯金１に巻きつけるローリング法、ひも状あるいはリボン状のものを専用の機械により、角度を付けながら芯金１に巻きついけていく、フィラメントワインディング（ＦＷ法）等が挙げられる。
このとき、芯金１に巻きつけるプリプレグ２の積層数、積層角度を調節することによって、所望の外形を得ることができるとともに、その剛性を調整することができる。
また、所望の中空構造曲物の外形にもよるが、プリプレグ２は、場所によって積層数を調節することによって、ストレート状にも、テーパ状にも巻きつけることができる。
【００１０】
上記プリプレグ２は、強化繊維に、マトリックスとなる熱硬化性樹脂を含浸させた複合材料であり、これを加熱して熱硬化性樹脂を硬化させることによってＦＲＰ（繊維強化プラスチック）を形成することができるものである。
このプリプレグ２に用いられる強化繊維としては、ガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維、ポリエステル、ボロン、アルミナ等が挙げられる。
この強化繊維の形態としては、一方向性織物や二方向織物等が挙げられる。
また熱硬化性樹脂としては、不飽和ポリエステル樹脂、シアリルフタレート樹脂、エポキシ樹脂等が好適に用いられる。
そして、このプリプレグ２の形状は、シート状のものであっても、ロービング（ひも状のもの）であっても、リボン状のものであってもよく、中空構造曲物の形状や用途によって適宜選択される。
【００１１】
このプリプレグ２の厚さとしては、特に限定される物ではないが、芯金に巻き付けやすく、所望の強度が得られる程度がよく０.５ｍｍ程度とされる。
また、成形後の中空構造曲物が十分な強度を有するように、プリプレグ２としては、繊維のヤング率が６×１０3ｋｇｆ/ｍｍ2以上、強度が２００ｋｇｆ/ｍｍ2以上のものを用い、その添加率が、Ｖｆ３０％以上である複合材料であることが望ましい。
【００１２】
このようなプリプレグ２を芯金１に巻きつけた後に、このプリプレグ２上にシュリンクテープ（図示せず）を巻き付けることが望ましい。このシュリンクテープは、プリプレグ２を保持するためのもので、その材料としては、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリイミド、ナイロン、塩化ビニル等が樹脂が挙げられる。
【００１３】
次に、図３の(ａ）および(ｂ)に示すように、上記プリプレグ２を巻きつけた芯金１を、金型３に設置する。
この金型３は、芯金１の半割形状の上型３Ａと下型３Ｂとからなり、その内部に中空構造曲物の外形部分に相当するキャビティが形成され、このキャビティは、プリプレグ２およびシュリンクテープを巻きつけた芯金１のプリプレグ装着部分１ｃの外径よりも、０〜２.５ｍｍ程度大きくなるように形成される。
【００１４】
また、金型３には、芯金１の金型セット部分１ｂおよび１ｄの収容部が、芯金１の金型セット部分１ｂおよび１ｄの外形とほぼ同形となるように形成されている。このようにすれば、芯金１を金型３に保持することができる。また、この部分を接着剤によって仮止めして固定してもよい。このようにすれば、芯金１が金型３に固定され、作業性が向上する。この接着剤としては、シアノアクリレート系のものや、エポキシ系のもの等が例として挙げられる。
また、芯金１の余長部分１ａおよび１ｅは、金型１からはみ出すようにされる。このようにすれば、芯金１を金型３に設置しやすくなり、作業性が向上する。
【００１５】
芯金１を金型３の下型３Ｂに設置して、そのうえに、上型３Ａを被せて、金型３を閉じ、次に、この金型３を加熱することによって、内部のプリプレグ２を硬化させて、成形品を得る。
このときの加熱条件としては、プリプレグ２中の熱硬化性樹脂が硬化するのに十分な温度と時間であればよいが、温度は、８０〜１５０℃、加熱時間は１０〜６０分程度とすればよい。
【００１６】
ついで、この金型３から、図４に示すような曲物に成形された成形品４を取り出す。そして、この成形品４から芯金１を抜き出して、所望中空構造曲物を得ることができる。このとき、図５（ａ）に示すように、成形品４から脱芯された芯金１は、スプリングバックして元の形状に戻り、再使用可能なものとなる。
【００１７】
このように、中空構造曲物の形状が型どられた金型３を用いることによって、容易に、プリプレグ２を巻きつけた芯金１を所望の形状に曲げることができる。
また、細径のものや、長尺のものであっても、金型３により容易に曲げることができる。
また、芯金１が先細り形状のものであるので、さらに硬化後の成型品からの脱脱芯が容易となり、中空構造曲物を容易に得ることができる。
さらに、芯金１にスプリングバックの可能なものを用いているので、硬化後の成形品からの芯金１の抜き出しが容易にできる。また、芯金１および金型３は、再使用することができるものであるので、同一形状のものを複数、容易に得ることができる。
【００１８】
このような中空構造曲物の成形方法は、バイオリンの弓の竿部分、パイプ等の成形に用いることができる。
【００１９】
【実施例】
以下、実施例を示して本発明を詳しく説明する。
（実施例１）
芯金１として、黄銅からなる、全長１１００ｍｍ、テーパ状部が７００ｍｍ、最大直径６ｍｍ、最小直径３ｍｍの先細り形状のものを用い、この芯金１の両端から１００ｍｍのところをそれぞれ余長部１ａおよび１ｅとし、さらに、両端から１００〜２００ｍｍのところはそれぞれ金型セット部１ｂおよび１ｄ、残りの中央部分はプリプレグ装着部分１ｃとして、この芯金１のプリプレグ装着部１ｃに、一方向性カーボン繊維にエポキシ樹脂を含浸させた、厚さ０.１２ｍｍのプリプレグ２を、ローリング法により８層巻き付けた。
【００２０】
ついで、このプリプレグ２上に、ポリエチレンからなるシュリンクテープを巻きつけた。
ついで、所望の中空構造曲物の外形のキャビティとする金型３の下型３Ｂに、上記プリプレグ２とシュリンクテープを巻き付けた芯金１を設置した。このとき、芯金１の金型セット部１ｂおよび１ｄを、上記金型３の所定の位置に固定し、金型３内で、芯金１があばれないようにした。
また、このとき金型３のキャビティの形状は、最大直径を８.５ｍｍとし、芯金１のテーパ形状部においては、芯金１の直径よりも０.５ｍｍ程度大きくなるようにされた。
【００２１】
ついで、金型３の上型３Ａを被せて金型３を閉じ、これを１３０度に加熱して内部のプリプレグ２を硬化させた。
ついで、この金型３から、プリプレグ２が硬化した成形品４を取り出し、この成形品４から芯金１を抜き出した。
このとき、芯金１は、成形品から容易に抜き出すことができ、弓状の中空構造曲物を得ることができた。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の中空構造曲物の成型法においては、先細りの形状であるスプリングバックが可能な金属製の柱状の芯金に、ＦＲＰプリプレグを巻き付け、このＦＲＰプリプレグを巻きつけた芯金を、中空構造曲物の外形部分をキャビティとする金型内に設置し、ついで、この金型を加熱して、ＦＲＰプリプレグを硬化させて成形品を得たのち、芯金を脱芯するものである。
よって、本発明においては、金型を用いて成形するものであるので、芯金にプリプレグを巻きつけて、これを加熱して硬化させたのちに、芯金を脱芯して中空構造物を得る成形方法を用いて、容易に曲物を成形することができる。
また、芯金の脱芯が容易にできるものであり、細径のものや、長尺のものでも成形が容易にできる。また、スプリングバックが可能な芯金や、あらかじめ、所望の形状とされた金型を用いているので、同一形状のものを容易に複数成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の成形法に用いられる芯金の一例を示した斜視図である。
【図２】本発明の成形法の一例の一工程を説明するための斜視図である。
【図３】本発明の成形法の一例の一工程を説明するための斜視図である。
【図４】本発明の成形法の一例の一工程を説明するための構成図である。
【図５】本発明の成形法の一例の一工程を説明するための構成図である。
【符号の説明】
１  芯金
２  プリプレグ
３  金型
４  成形品
【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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