(57)【要約】【課題】  樹脂成形体をマンドレルを用いて成形する際に、脱芯を容易にする。【解決手段】  加熱硬化処理に供するシート状樹脂材１０を外周に周回装着して加熱硬化処理後に、硬化した筒状の樹脂成形体１１を抜き取るマンドレル１であり、該マンドレルの少なくとも装着用外周部２ａを、線膨張率で１５×１０−６／Ｋ以上の金属材料で構成する。該金属材料としては、アルミニムまたはアルミニウム合金が好適である。シート状樹脂材は、マンドレルの加熱膨張に連れて拡径され、そのまま加熱硬化して樹脂成形体となる。マンドレルは、加熱終了に伴って元の寸法に戻るため、マンドレルと樹脂成形体との間に小隙間が形成されて脱芯が容易になる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱硬化処理に供するシート状樹脂材を外周に周回装着して加熱硬化処理後に、硬化した筒状の樹脂成形体を抜き取るマンドレルであって、該マンドレルの少なくとも装着用外周部が、線膨張率で１５×１０−６／Ｋ以上の金属材料で構成されていることを特徴とする筒状樹脂成形体成形用マンドレル。
【請求項２】
前記金属材料が銅または銅合金であることを特徴とする請求項１記載の筒状樹脂成形体成形用マンドレル。
【請求項３】
前記マンドレルの少なくとも装着用外周部が、軽金属の金属材料で構成されていることを特徴とする請求項１記載の筒状樹脂成形体成形用マンドレル。
【請求項４】
前記軽金属の金属材料がアルミニウムまたはアルミニウム合金であることを特徴とする請求項３記載の筒状樹脂成形体成形用マンドレル。
【請求項５】
前記シート状樹脂材が強化用繊維を含むものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の筒状樹脂成形体成形用マンドレル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複合材料等の成形に用いられる筒状樹脂成形体成形用マンドレルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、Ｃ−ＦＲＰ（カーボン繊維強化樹脂）などの筒状樹脂成形体を成形する方法として、シート状樹脂材をマンドレルに巻き付けて加熱硬化させる方法が知られている。この成形方法に用いられるマンドレルには、鉄製金型または樹脂製型が用いられている。
このマンドレルを用いた樹脂成形体の成形方法の一例を添付図を用いて説明する。
【０００３】
マンドレル１は、胴部２と軸部３とを有しており、サポート４に前記軸部３を載せた状態で回転ができる構造となっている。Ｃ−ＦＲＰの成形は、先ず、このマンドレル１を回転させながら、樹脂を含浸させた繊維の糸束、帯またはシートなどのシート状繊維含有樹脂材を巻き付ける。その後、熱硬化させ、成形されたＣ−ＦＲＰ成形体からマンドレル１を脱芯する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来のマンドレルでは、シート状繊維含有樹脂材を巻きつけ、加熱硬化させた後、マンドレルから引き抜く際（脱芯）に、大きな荷重が必要であったり、場合によっては若干のテーパをマンドレルに施す必要があるという欠点があった。さらに、マンドレルが鉄製である場合、マンドレルが重く、取り扱いに難点があった。
【０００５】
この発明は上記のような従来のものの課題を解決するためになされたものであり、第１に脱芯が容易なマンドレルを提供することを目的とする。さらに、第２には軽量化による取り扱い性の向上を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち本発明の筒状樹脂成形体成形用マンドレルのうち請求項１記載の発明は、加熱硬化処理に供するシート状樹脂材を外周に周回装着して加熱硬化処理後に、硬化した筒状の樹脂成形体を抜き取るマンドレルであって、該マンドレルの少なくとも装着用外周部が、線膨張率で１５×１０−６／Ｋ以上の金属材料で構成されていることを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の筒状樹脂成形体成形用マンドレルの発明は、請求項１記載の発明において、前記金属材料が銅または銅合金であることを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の筒状樹脂成形体成形用マンドレルの発明は、請求項１記載の発明において、前記マンドレルの少なくとも装着用外周部が、軽金属の金属材料で構成されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項４記載の筒状樹脂成形体成形用マンドレルの発明は、請求項３記載の発明において、前記軽金属の金属材料がアルミニウムまたはアルミニウム合金であることを特徴とする。
【００１０】
請求項５記載の筒状樹脂成形体成形用マンドレルの発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記シート状樹脂材が強化用繊維を含むものであることを特徴とする。
【００１１】
すなわち本発明によれば、少なくともマンドレルの装着用外周部が線膨張率の大きな金属材料で構成されているので、シート状樹脂材を周回装着して所定の時間と温度で加熱硬化させる際に、マンドレルの少なくとも外周部が熱により膨張し、それに追随した形でシート状樹脂材も径方向に膨張する。その後、熱硬化処理が終了し、降温すると、マンドレルの少なくとも装着用外周部は熱収縮によって元の寸法に戻る。一方、シート状樹脂材は、上記加熱硬化処理によって熱硬化するとともに、マンドレルの膨張によって膨張した寸法がほぼ維持される。すると筒状樹脂成形体とマンドレルとは、径方向に若干の隙間を有することになり、筒状樹脂成形体をマンドレルから引き抜く脱芯が容易になる。なお、該樹脂成形体は、筒状の形態を有するものであるが、ここで筒状とは、三角筒状、四角筒状、多角形筒状、円筒状、楕円筒状などの全てを含むものであり、特定の形状の筒形状に限定されるものではない。
【００１２】
上記金属材料としては、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金などが例示される。ここで、線膨張率の下限を１５×１０−６／Ｋとしたのは、１５×１０−６／Ｋ未満の線膨張率では、成形後に、成形体とマンドレルとの間に、脱芯が容易になる程の隙間を形成することが困難なためである。なお、上記金属材料の種別は例示であり、本発明としては上記に限定されるものではない。なお、線膨張率は、温度２０℃における数値を示すものである。
【００１３】
また、さらに、上記金属材料を軽金属で構成すれば、マンドレルの軽量化がなされ、取り扱いが容易になる。該金属としては、上記線膨張率の条件も満たすものとして、アルミニウムまたはアルミニウム合金を例示することができる。
【００１４】
なお、上記線膨張率の条件や軽金属とされる金属材料は、少なくともシート状樹脂材が装着される外周部を構成するものであればよいが、マンドレル全体を該金属材料で構成するものであってもよい。また、マンドレルの胴部のみを上記金属材料で構成し、軸部を他の材料で構成することもできる。
また、シート状樹脂材は、糸束、帯、シートなどの形態を含むものである。また、該樹脂材を構成する樹脂の材料も熱硬化するものであればよく、本発明としては特定のものに限定されない。さらに、シート状樹脂材は、強化用繊維を含むものであってもよい。この場合、繊維をシート状にして、これに樹脂を含浸させることでシート状樹脂材とするものであってもよい。なお、繊維を含むシート状樹脂材は、樹脂に繊維を含浸させたものや、樹脂材と繊維材を積層し、加熱硬化時に繊維を樹脂材に含浸させるものでもよく、特定の成形方法に限定されない。要は、加熱硬化処理の結果としてシート状樹脂材に繊維が含まれるに至っているものであればよい。また、マンドレルの外周にシート状樹脂材を周回装着させる方法も特に限定されるものではなく、加熱硬化処理時にマンドレルの外周にシート状樹脂材が周回装着されている状態になっているものであればよい。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明によれば、加熱硬化処理に供するシート状樹脂材を外周に周回装着して加熱硬化処理後に、硬化した筒状の繊維強化樹脂成形体を引き抜くマンドレルであって、該マンドレルの少なくとも装着用外周部が、線膨張率で１５×１０−６／Ｋ以上の金属材料で構成されているので、加熱硬化による成形後に、成形体を容易に脱芯することが可能になる。
【００１６】
また、前記マンドレルの少なくとも装着用外周部を、さらに軽金属の金属材料で構成するものとすれば、マンドレルの軽量化が達成され、取り扱いが容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、この発明の一実施形態を図１に基づいてついて説明する。
この実施形態のマンドレル１は、図３に示す従来のマンドレルと同様の形状を有しているが、その構成材料を従来とは異なりアルミニウム合金（例えばＪＩＳＡ５０８３合金、；線膨張率２４×１０−６／Ｋ）製としている。すなわち、マンドレル１は、従来と同様に胴部２と軸部３とで構成されており、そのいずれもが線膨張率が高く、かつ軽金属であるアルミニウム合金で構成されている。
【００１８】
次に、上記マンドレル１を用いて筒状樹脂成形体を成形する手順について説明する。
先ず、上記マンドレル１の胴部２の外周部２ａに、カーボンなどの繊維に樹脂を含浸させたシート状繊維含有樹脂材（本発明のシート状樹脂材に含まれる）１０を周回して装着する。この際の周回数は適宜定めることができる。
【００１９】
シート状繊維含有樹脂材１０を装着したマンドレル１は、加熱炉５内に収容し、所定の温度（例えば１５０℃）、所定の時間（例えば１分）で加熱処理を行う。
該加熱処理に際しては、シート状繊維含有樹脂材１０の樹脂成分が次第に加熱硬化する。また、加熱による昇温によってマンドレル１は、熱膨張し、その外周寸法も拡大する。このマンドレル１の熱膨張によって前記シート状繊維含有樹脂材１０も強制的に拡径され、拡径された状態で熱硬化して成形体となる。加熱硬化処理が終了してマンドレル１が降温すると、温度低下に従って膨張していたマンドレル１は熱収縮し、常温では元の寸法に戻る。
【００２０】
この状態のマンドレル１を図２に示す。マンドレル１は降温によって加熱時よりも収縮して元の寸法になっている。一方、シート状繊維含有樹脂材１０が加熱硬化することによって得られた筒状の繊維強化樹脂成形体１１（本発明の樹脂成形体に含まれる）は、熱膨張したマンドレル１によって拡径されたままの状態で硬化、成形されたものであり、加熱前よりも寸法が大きくなっている。このため、加熱終了後、温度が十分に低下した状態では、マンドレル１の外周面と、繊維強化樹脂成形体１１の内周面との間には、小隙間Ｇが形成されている。
【００２１】
上記繊維強化樹脂成形体１１をマンドレル１１から抜き取る（脱芯する）際に、両者間には、上記のように小隙間Ｇがあり、しかもマンドレル１１が軽量の材料で構成されていることから、脱芯作業を容易に行うことができ、脱芯に要する荷重も小さなもので足りることになる。
なお、この実施形態では、マンドレル全体が本願発明で規定する金属材料で構成されているものとしたが、胴部の外周部のみを上記金属材料で構成することができる。また、軽量化による取り扱いの容易性を重視しない場合には、線膨張率のみを考慮した材料選定を行うことも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態のマンドレルを用いた成形手順を示す図である。
【図２】同じく、加熱硬化処理後のマンドレルと樹脂成形体とを示す図である。
【図３】従来のマンドレルの形態を示す図である。
【符号の説明】
【００２３】
１    マンドレル
２    胴部
２ａ  外周部
３    軸部
５    加熱炉
１０    シート状繊維含有樹脂材
１１    繊維強化樹脂成形体
Ｇ    小隙間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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