(57)【要約】  キャビティ２１を有する下型２と、型締め状態で下型２のキャビティ２１と嵌合してプリプレグ積層体Ｐを挟み込むコア３１を有する上型３と、下型２及び上型３を介してプリプレグ積層体Ｐを加熱する熱源１０を備え、下型２及び上型３間においてプリプレグ積層体Ｐの樹脂を熱源１０により加熱しつつ加圧して繊維強化複合部材を成形する繊維強化複合部材の成形装置１において、下型２には、キャビティ用抜熱防止部２６が配置され、上型３には、コア用抜熱防止部３６が配置されており、成形の際の加熱時に上型のキャビティ及び下型のコアの各周囲から熱が逃げるのを防ぐことが可能であり、その結果、皺等の不具合がほとんどない繊維強化複合部材を得ることができる。
2017061046.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維織布に樹脂を含浸させたプリプレグと接するキャビティを有する一方の成形金型と、
型締め状態において前記一方の成形金型の前記キャビティとの間で複数枚積層した前記プリプレグを挟み込む他方の成形金型と、
前記一方の成形金型及び前記他方の成形金型を介して前記プリプレグの前記樹脂を加熱する加熱部を備え、
前記一方の成形金型及び前記他方の成形金型間において複数枚積層した前記プリプレグの前記樹脂を前記加熱部により加熱しつつ加圧して前記繊維強化複合部材を成形する繊維強化複合部材の成形装置において、
前記一方の成形金型には、前記プリプレグの前記樹脂の加熱時に、前記キャビティの周囲に熱が逃げるのを阻止するキャビティ用抜熱防止部が配置されている繊維強化複合部材の成形装置。
【請求項２】
前記他方の成形金型は、型締め状態において前記一方の成形金型の前記キャビティと嵌合して該キャビティとの間で複数枚積層した前記プリプレグを挟み込むコアを有し、前記他方の成形金型には、前記プリプレグの前記樹脂の加熱時に、前記コアの周囲に熱が逃げるのを阻止するコア用抜熱防止部が配置されている請求項１に記載の繊維強化複合部材の成形装置。
【請求項３】
前記キャビティ用抜熱防止部は、前記キャビティの周囲における前記一方の成形金型内に形成されたセルと、前記セルに配置されたヒータを具備している請求項１に記載の繊維強化複合部材の成形装置。
【請求項４】
前記キャビティ用抜熱防止部は、前記キャビティの周囲における前記一方の成形金型内に形成されたセルと、前記セルに配置されたヒータを具備している請求項２に記載の繊維強化複合部材の成形装置。
【請求項５】
前記コア用抜熱防止部は、前記コアの周囲における前記他方の成形金型内に形成されたセルと、前記セルに配置されたヒータを具備している請求項２に記載の繊維強化複合部材の成形装置。
【請求項６】
前記コア用抜熱防止部は、前記コアの周囲における前記他方の成形金型内に形成されたセルと、前記セルに配置されたヒータを具備している請求項４に記載の繊維強化複合部材の成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、繊維織布にマトリックスとしての熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を含浸させたプリプレグを複数枚積層して成る繊維強化複合部材を成形するのに用いられる繊維強化複合部材の成形装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
上記した繊維織布、例えば、炭素繊維織布にマトリックスとしての熱可塑性樹脂を含浸させたプリプレグを複数枚積層して熱可塑性ＣＦＲＰ部材（繊維強化複合部材）を成形する場合、オートクレーブを用いた成形法が既に確立されているが、近年、このオートクレーブを用いた成形法に代わる成形法として成形装置を用いた金型熱プレス成形法が構築されつつある。【０００３】
この金型熱プレス成形法に用いる成形装置としては、例えば、特許文献１に記載されたものがある。この成形装置は、下型（一方の成形金型）と、この下型に対して接近離間する上型（他方の成形金型）を備えており、上型には下方に向けて突出するコアが配置され、一方、下型には上方に向けて開口するキャビティが配置されている。【０００４】
この成形装置において、成形時には、型開きした状態の下型のキャビティ上に複数枚積層させたプリプレグをセットした後、上型を下降させて上型のコア及び下型のキャビティの間にプリプレグを挟み込んで熱すると共に、熱可塑性樹脂が溶融したプリプレグを上型と下型とで加圧する。
そして、この加圧後に上型及び下型を介して熱可塑性樹脂を冷却して固化させることで、様々な形の熱可塑性ＣＦＲＰ部材を得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2002-086483号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上記した従来の成形装置では、成形の際の加熱時において、互いに嵌合する下型のキャビティ及び上型のコアの各周囲から熱が逃げ易い。特に下型のキャビティにおける底面と壁面とが交わる部分や上型におけるコアが立ち上がる部分から熱が逃げ易い。【０００７】
つまり、上記した従来の成形装置では、成形の際の加熱時において、下型のキャビティ及び上型のコアの各周囲から熱が逃げることで、加熱温度のばらつきが生じてしまい、成形品である熱可塑性ＣＦＲＰ部材に炭素繊維の蛇行による皺等の不具合が発生する可能性があるという問題を有しており、これを解決することが従来の課題となっている。【０００８】
本開示は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、成形の際の加熱時において、少なくとも一方の成形金型のキャビティの周囲から熱が逃げるのを防ぐことができ、その結果、皺等の不具合がほとんどない繊維強化複合部材を得ることが可能な繊維強化複合部材の成形装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の態様は、繊維織布に樹脂（熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂）を含浸させたプリプレグと接するキャビティを有する一方の成形金型と、型締め状態において前記一方の成形金型の前記キャビティとの間で複数枚積層した前記プリプレグを挟み込む他方の成形金型と、前記一方の成形金型及び前記他方の成形金型を介して前記プリプレグの前記樹脂を加熱する加熱部を備え、前記一方の成形金型及び前記他方の成形金型間で複数枚積層した前記プリプレグの前記樹脂を前記加熱部により加熱しつつ加圧して前記繊維強化複合部材を成形する繊維強化複合部材の成形装置において、前記一方の成形金型には、前記プリプレグの前記樹脂の加熱時に、前記キャビティの周囲に熱が逃げるのを阻止するキャビティ用抜熱防止部が配置されている構成としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の第１の態様に係る繊維強化複合部材の成形装置では、成形の際の加熱時において、少なくとも一方の成形金型のキャビティの周囲から熱が逃げるのを防ぐことができる。
したがって、加熱温度のばらつきが生じ難くなって、皺等の不具合がほとんどない繊維強化複合部材を得ることが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施例による繊維強化複合部材の成形装置における下型及び上型を示す斜視説明図である。
【図２】図１における繊維強化複合部材の成形装置を示す断面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る繊維強化複合部材の成形装置の一実施例を図面に基づいて説明する。
図１及び図２は本発明に係る繊維強化複合部材の成形装置の一実施例を示している。
【００１３】
図１に示すように、この成形装置１は、繊維織布に熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を含浸させたプリプレグを複数枚積層して成る繊維強化複合部材（例えば熱可塑性ＣＦＲＰ部材）の成形装置１であって、下型（一方の成形金型）２及び上型（他方の成形金型）３を備えている。繊維強化複合部材は、繊維織布に熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を含浸させた互いに繊維配向方向が異なる複数枚のプリプレグを交互に積層して平板状に成形されるものとなっている。
【００１４】
下型２は、図２にも示すように、キャビティ２１を有している。一方、下降上昇して下型２に接近離間する上型３は、型締め状態において下型２のキャビティ２１と嵌合してこのキャビティ２１との間でプリプレグを複数枚積層したプリプレグ積層体（成形前の繊維強化複合部材）Ｐを挟み込むコア３１を有している。
【００１５】
下型２は、キャビティ２１のプリプレグ積層体Ｐと接する成形面２１ａを加熱する加熱部としての熱源１０を具備している。一方、上型３も、コア３１のプリプレグ積層体Ｐと接する成形面３１ａを加熱する加熱部としての熱源１０を具備している。これらの熱源１０，１０は、下型２及び上型３に対して各々の成形面２１ａ，３１ａとは反対側から熱をそれぞれ付与するようになっており、この成形装置１では、下型２及び上型３間においてプリプレグ積層体Ｐの熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を熱源１０，１０により加熱しつつ加圧して繊維強化複合部材を成形するようにしている。
【００１６】
また、この成形装置１は、下型２におけるキャビティ２１の周囲を囲むようにして配置されたキャビティ用抜熱防止部２６を備えている。このキャビティ用抜熱防止部２６は、キャビティ２１の周囲において成形面２１ａの反対側で開口する複数のセル２３と、これらのセル２３の一つ一つに配置されたヒータ４を具備している。
【００１７】
このキャビティ用抜熱防止部２６は、プリプレグ積層体Ｐの熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂の加熱時において、セル２３内をヒータ４で加熱することでキャビティ２１の周囲に熱が逃げるのを阻止している。
【００１８】
さらに、この成形装置１は、上型３におけるコア３１の周囲を囲むようにして配置されたコア用抜熱防止部３６を備えている。このコア用抜熱防止部３６は、コア３１の周囲において成形面３１ａの反対側で開口する複数のセル３３と、これらのセル３３の一つ一つに配置されたヒータ４を具備している。
【００１９】
このコア用抜熱防止部３６も、プリプレグ積層体Ｐの熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂の加熱時において、セル３３内をヒータ４で加熱することでコア３１の周囲に熱が逃げるのを阻止している。
【００２０】
次に、この成形装置１により繊維強化複合部材を成形する要領を説明する。まず、型開きした状態の下型２のキャビティ２１上にプリプレグを複数枚積層させたプリプレグ積層体Ｐをセットする。
【００２１】
この後、上型３を下降させて型締め状態として、上型３のコア３１及び下型２のキャビティ２１の間にプリプレグ積層体Ｐを挟み込み、加熱部としての熱源１０及びヒータ４の加熱動作をコントロールしながらプリプレグ積層体Ｐに熱を加えると共に、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂が溶融したプリプレグ積層体Ｐを上型３と下型２とで加圧する。
【００２２】
この加熱加圧時において、下型２では、キャビティ２１の周囲を囲むようにして配置したキャビティ用抜熱防止部２６のセル２３内がヒータ４によって加熱されているので、熱源１０からの熱がキャビティ２１の周囲に逃げることが阻止され、一方、上型３でも、コア３１の周囲を囲むようにして配置したコア用抜熱防止部３６のセル３３内がヒータ４により加熱されているので、熱源１０からの熱がコア３１の周囲に逃げることが阻止されている。
【００２３】
そして、樹脂が熱硬化性樹脂である場合には、熱源１０に加熱動作を継続して行わせて熱硬化性樹脂を硬化させてから、熱源１０の加熱動作を停止させることで、プリプレグ積層体Ｐの成形品（繊維強化複合部材）が得られる。
また、樹脂が熱可塑性樹脂である場合には、上記加圧後において、熱源１０の加熱動作を停止させて、上型３及び下型２を介して熱可塑性樹脂を冷却して固化させることで、プリプレグ積層体Ｐの成形品（繊維強化複合部材）が得られる。
【００２４】
したがって、この成形装置１では、プリプレグを複数枚積層させたプリプレグ積層体Ｐの加熱加圧時において、下型２のキャビティ２１のみならず、この下型２のキャビティ２１と嵌合する上型３のコア３１の周囲からも熱が逃げることがなくなるので、プリプレグ積層体Ｐに対する加熱がばらつきなく成されることとなる。その結果、繊維の蛇行による皺等の不具合がないプリプレグ積層体Ｐの成形品（繊維強化複合部材）が得られることとなる。
【００２５】
また、この成形装置１では、下型２のキャビティ２１の周囲に熱が逃げるのを阻止するキャビティ用抜熱防止部２６及び上型３のコア３１の周囲に熱が逃げるのを阻止するコア用抜熱防止部３６として、セル２３，３３内にヒータ４をそれぞれ配置する構成を採用しているので、構成の簡略化が図られる。
【００２６】
上記した実施例では、上型３が型締め状態において下型２のキャビティ２１と嵌合するコア３１を有している場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、上型３の成形面側が下型２のキャビティ２１内に浅く納まるようなフラットな形状を成していてもよい。
【００２７】
また、上記した実施例では、プリプレグを構成する繊維織布が、繊維に炭素繊維を用いた炭素繊維織布である場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。
【００２８】
本開示に係る繊維強化複合部材の成形装置の構成は、上記した実施例に限定されるものではない。
【００２９】
本発明の第１の態様は、繊維織布に樹脂（熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂）を含浸させたプリプレグと接するキャビティを有する一方の成形金型と、型締め状態において前記一方の成形金型の前記キャビティとの間で複数枚積層した前記プリプレグを挟み込む他方の成形金型と、前記一方の成形金型及び前記他方の成形金型を介して前記プリプレグの前記樹脂を加熱する加熱部を備え、前記一方の成形金型及び前記他方の成形金型間で複数枚積層した前記プリプレグの前記樹脂を前記加熱部により加熱しつつ加圧して前記繊維強化複合部材を成形する繊維強化複合部材の成形装置において、前記一方の成形金型には、前記プリプレグの前記樹脂の加熱時に、前記キャビティの周囲に熱が逃げるのを阻止するキャビティ用抜熱防止部が配置されている構成としている。
【００３０】
本発明の第１の態様に係る繊維強化複合部材の成形装置では、複数枚積層させたプリプレグの加熱加圧時において、下型のキャビティの周囲から熱が逃げることがなくなるので、複数枚積層させたプリプレグに対する加熱がばらつきなく成されることとなる。したがって、繊維の蛇行による皺等の不具合がない繊維強化複合部材が得られることとなる。
【００３１】
本発明の第２の態様において、前記他方の成形金型は、型締め状態において前記一方の成形金型の前記キャビティと嵌合して該キャビティとの間で複数枚積層した前記プリプレグを挟み込むコアを有し、前記他方の成形金型には、前記プリプレグの前記樹脂の加熱時に、前記コアの周囲に熱が逃げるのを阻止するコア用抜熱防止部が配置されている構成としている。
【００３２】
本発明の第２の態様に係る繊維強化複合部材の成形装置では、複数枚積層させたプリプレグの加熱加圧時において、下型のキャビティのみならず、この下型のキャビティと嵌合する上型のコアの周囲からも熱が逃げることがなくなるので、複数枚積層させたプリプレグに対する加熱がばらつきなく成されることとなる。したがって、繊維の蛇行による皺等の不具合がない繊維強化複合部材が得られることとなる。
【００３３】
本発明の第３，４の態様において、前記キャビティ用抜熱防止部は、前記キャビティの周囲における前記一方の成形金型内に形成されたセルと、前記セルに配置されたヒータを具備している構成とし、本発明の第５，６の態様において、前記コア用抜熱防止部は、前記コアの周囲における前記他方の成形金型内に形成されたセルと、前記セルに配置されたヒータを具備している構成としている。
【００３４】
本発明の第３〜６の態様に係る繊維強化複合部材の成形装置では、下型のキャビティの周囲に熱が逃げるのを阻止するキャビティ用抜熱防止部及び上型のコアの周囲に熱が逃げるのを阻止するコア用抜熱防止部として、セル内にヒータをそれぞれ配置する構成を採用しているので、構成の簡略化が図られることとなる。
【００３５】
本発明の各態様に係る繊維強化複合部材の成形装置において、プリプレグを構成する繊維織布としては、例えば、繊維に炭素繊維を用いた炭素繊維織布を採用することができるが、これに限定されない。
【００３６】
この際、繊維織布のマトリックスとしての樹脂には、エポキシ樹脂，フェノール樹脂，ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂が用いられるほか、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン樹脂），ＰＥＩ（ポリエーテルイミド樹脂），ＰＩＸＡ（熱可塑性ポリイミド樹脂）等の熱可塑性樹脂が用いられる。
【符号の説明】
【００３７】
１  繊維強化複合部材の成形装置
２  下型（一方の成形金型）
３  上型（他方の成形金型）
４  ヒータ（抜熱防止部）
１０  熱源（加熱部）
２１  キャビティ
２１ａ  キャビティ側の成形面
２３  セル（キャビティ用抜熱防止部）
２６  キャビティ用抜熱防止部
３１  コア
３１ａ  コア側の成形面
３３  セル（コア用抜熱防止部）
３６  コア用抜熱防止部
Ｐ  プリプレグ積層体（繊維強化複合部材）
【図１】
2017061046.tif 000003
【図２】
2017061046.tif 000004
【国際調査報告】
2017061046.tif 000005
2017061046.tif 000006
2017061046.tif 000007
2017061046.tif 000008