(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
低融点合金で所要形状の中子を製作する中子製作工程と、
熱硬化性樹脂を母材とした繊維強化樹脂複合材を前記中子に積層する積層工程と、
積層された前記繊維強化樹脂複合材を加熱して一次硬化させる準硬化工程と、
前記準硬化工程を経た後に昇温加熱して前記中子を溶融させて除去する中子溶出工程と、
前記中子溶出工程を経た後に昇温加熱して前記繊維強化樹脂複合材を硬化させる本硬化工程と
を備えることを特徴とする複合材製中空体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複合材製中空体の製造方法に関し、特に、溶出可能な中子を用いた複合材製中空体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、カーボン繊維やガラス繊維などの強化繊維に、母材であるエポキシ樹脂やポリエステル等の熱硬化性樹脂を含浸させた繊維強化樹脂複合材が開発され、実用化されている。この繊維強化樹脂複合材を使用すると、軽量で高強度な構造体を得ることができるため、車両搭載用のエアインテークマニホールド、Ｓ字管、Ｕ字管、燃料タンクなどの各種の薄肉閉断面形状を有する構造体（以下、「中空体」という）の製造に有効に用いられている。
【０００３】
繊維強化樹脂複合材で前記した中空体を製造する際には、以下のような問題があった。すなわち、中空体が、例えば直円筒などの単純形状を呈するものであれば、フィラメントワインディング法などで容易に製造することができるが、中空体が複雑な閉断面形状を呈するものである場合には、本体部と蓋体部とを別々に調製してこれらを接合するなどの煩雑な手順を経る必要があり、製造に手間がかかっていた。
【０００４】
前記した問題を解決するために、低融点合金で所要形状の中子を調製し、この中子に熱硬化性樹脂を母材とした繊維強化樹脂複合材を積層し、この繊維強化樹脂複合材を加熱して硬化させた後、前記した中子を加熱して溶融させて除去することにより、複合材製の中空体を製造するという方法が提案されている（特開平６−１０６６３２号公報参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記した方法によると、繊維強化樹脂複合材を加熱して硬化させた後に、あらためて中子を加熱して溶融させる工程を設ける必要があるため、製造効率が低下する。また、中子を加熱して溶融させる際に、繊維強化樹脂複合材の母材である熱硬化性樹脂を硬化させる温度よりも高い温度で加熱する必要があるため、繊維強化樹脂複合材が劣化し、製品の品質が低下するおそれがある。
【０００６】
本発明の課題は、複合材製中空体の製造方法において、製造効率を格段に向上させるとともに、繊維強化樹脂複合材の劣化を防止して製品の品質を格段に向上させることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、請求項１記載の複合材製中空体の製造方法は、例えば図１ないし図８に示したように、低融点合金で所要形状の中子を製作する中子製作工程と、熱硬化性樹脂を母材とした繊維強化樹脂複合材を前記中子に積層する積層工程と、積層された前記繊維強化樹脂複合材を加熱して一次硬化させる準硬化工程と、前記準硬化工程を経た後に昇温加熱して前記中子を溶融させて除去する中子溶出工程と、前記中子溶出工程を経た後に昇温加熱して前記繊維強化樹脂複合材を硬化させる本硬化工程とを備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項１記載の発明によれば、熱硬化性樹脂を母材とした繊維強化樹脂複合材を加熱して一次硬化させる工程と、この工程を経た後に昇温加熱して低融点合金製の中子を溶融させて除去する工程と、この工程を経た後に昇温加熱して繊維強化樹脂複合材を硬化させる工程とを備えるため、繊維強化樹脂複合材を一次硬化させてから硬化させるまでの間に、低融点合金製の中子を溶融・除去することができる。従って、繊維強化樹脂複合材を加熱して硬化させた後に、あらためて中子を加熱して溶融させる工程を設ける必要がない。この結果、製造効率を格段に向上させることができる。
【０００９】
また、請求項１記載の発明によれば、熱硬化性樹脂を母材とした繊維強化樹脂複合材を加熱して一次硬化させる工程と、この工程を経た後に昇温加熱して低融点合金製の中子を溶融させて除去する工程と、この工程を経た後に昇温加熱して繊維強化樹脂複合材を硬化させる工程とを備えるため、繊維強化樹脂複合材を一次硬化させてから硬化させるまでの間に、低融点合金製の中子を溶融・除去することができる。従って、繊維強化樹脂複合材を硬化させる温度よりも高い温度で加熱する必要がない。この結果、繊維強化樹脂複合材の劣化を防止することができ、製品の品質を格段に向上させることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る複合材製中空体の製造方法を、図面に基づいて詳細に説明する。
【００１１】
まず、低融点合金で、円筒体１０を調製する（円筒体調製工程、図１参照）。この円筒体１０は、後述する回転軸取付工程および切削工程を経て、所要形状の中子４０とされるものである。この円筒体１０から製作される中子４０は、後述する積層工程でその外表面に繊維強化樹脂複合材のプリプレグ５０を積層させる中子治具としての機能を果たすとともに、後述する中子溶出工程で外部に除去されて、製品内部に中空部を形成するように機能する。
【００１２】
円筒体１０の材料となる低融点合金の融点は、プリプレグ５０を硬化成形する温度よりも低く設定されている。これは、プリプレグ５０を準硬化工程において一次硬化させた後であって本硬化工程において硬化成形する前に、この円筒体１０から調製される中子４０を溶融させて除去することにより、製品に中空部を形成するためである。
【００１３】
円筒体１０の材料となる低融点合金としては、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｉｎ、Ｃｄ、Ａｇ、Ｓｂ、Ｚｎなどを適宜選択して混合させた合金を挙げることができる。本実施の形態では、低融点合金として低温系ハンダ１４３（千住金属社製、融点１４３℃）を採用している。
【００１４】
次いで、円筒体１０に鋼製の回転軸２０を取り付ける（回転軸取付工程、図２参照）。本実施の形態では、図２に示すように、円筒体１０の中心軸の両端に位置する面（端面）１１の中心位置から回転軸２０のネジ部２１を円筒体１０内部へと螺挿することによって、回転軸２０を円筒体１０に固定している。
【００１５】
次いで、円筒体１０の表面を切歯３０で切削する（切削工程、図３参照）。本実施の形態においては、円筒体１０の両端部に取り付けた回転軸２０を（図示していない）治具で支持し、この回転軸２０を中心に円筒体１０を回転させながら切歯３０でこの円筒体１０の表面を切削して、図３に示すように瓢箪形状の中子４０を製作した。以上の円筒体調製工程、回転軸取付工程および切削工程によって、所要形状の中子４０が製作される（中子製作工程）。
【００１６】
次いで、強化繊維に熱硬化性樹脂を含浸させたテープ状のプリプレグ５０を、中子４０に積層する（積層工程、図４参照）。プリプレグ５０は、後述する準硬化工程における加熱により一次硬化し、さらに昇温させた本硬化工程における加熱により硬化成形されるものである。
【００１７】
なお、本発明において「一次硬化」とは、プリプレグ５０が完全には硬化していない状態ではあるが、後述する中子溶出工程において低融点合金製の中子４０を溶融させて除去する際にプリプレグ５０の形状が崩れない程度の硬化状態を意味する。また、「硬化」とは、プリプレグ５０が完全に硬化した状態を意味する。
【００１８】
プリプレグ５０を構成する強化繊維としては、カーボン繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、アルミナ繊維、ポリエチレン繊維、シリコンカーバイト繊維、ボロン繊維などを挙げることができる。また、プリプレグ５０の母材となる熱硬化性樹脂としては、前記したように準硬化工程で一次硬化し、さらに本硬化工程で硬化するものであれば特に限定されるものではなく、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ビスマレイド樹脂などを挙げることができる。
【００１９】
次いで、中子４０にプリプレグ５０を積層した積層体７０から回転軸２０を取り外し、加熱炉またはオートクレーブ８０内に搬入して加熱し、プリプレグ５０を一次硬化させる（準硬化工程、図５参照）。積層体７０をオートクレーブ８０内に配置する際には、ステンレス製の容器９０の上に金網１００を配置し、この上に積層体７０を配置する（図５参照）。これら容器９０および金網１００は、後述する中子溶出工程で使用するものである。本実施の形態においては、一次硬化温度が６０℃であるプリプレグ５０を一次硬化させるために、オートクレーブ８０内の温度を６０℃に設定する。
【００２０】
この準硬化工程を経た後、オートクレーブ８０内の温度を上昇させ、中子４０を加熱して溶融させて、回転軸２０を取り外したことによって積層体７０の下方に設けられた（図示していない）貫通孔から、溶融させた低融点合金４１を除去する（中子溶出工程、図６参照）。この際、加熱によって溶融した低融点合金４１は、金網１００を通過して容器９０の中に溜まることとなる（図６参照）。
【００２１】
この低融点合金製の中子４０の溶出により、積層体７０の内部には中空部７１が形成されることとなる（図８参照）。本実施の形態においては、低融点合金製の中子４０の融点が１４３℃であるため、オートクレーブ８０内の温度を１５０℃〜１６０℃程度に設定する。
【００２２】
なお、前記した準硬化工程によってプリプレグ５０が一次硬化しているため、この中子溶出工程において中子４０を溶融・除去する際に、積層体７０の形状が崩れることがない。
【００２３】
この中子溶出工程を経た後、さらに雰囲気温度を上昇させ、プリプレグ５０を加熱して硬化させる（本硬化工程、図７参照）。本実施の形態においては、本実施の形態においては、硬化温度が１７７℃であるプリプレグ５０を硬化させるために、オートクレーブ８０内の温度を１７７℃程度に設定する。この後、オートクレーブ８０内から積層体７０を取り出して、中空部７１を有する積層体７０（複合材製中空体）を得る（図８参照）。
【００２４】
本実施の形態に係る複合材製中空体の製造方法によれば、プリプレグ５０を加熱して一次硬化させた後に、昇温加熱して低融点合金製の中子４０を溶融させ、さらに昇温加熱してプリプレグ５０を硬化させるため、プリプレグ５０を一次硬化させてから硬化させるまでの間に、低融点合金製の中子４０を溶融・除去することができる。従って、プリプレグ５０を加熱して硬化させた後に、あらためて中子４０を加熱して溶融させる工程を設ける必要がない。この結果、製造効率を格段に向上させることができる。
【００２５】
また、本実施の形態に係る複合材製中空体の製造方法によれば、プリプレグ５０を加熱して一次硬化させた後に、昇温加熱して低融点合金製の中子４０を溶融させ、さらに昇温加熱してプリプレグ５０を硬化させるため、プリプレグ５０を一次硬化させてから硬化させるまでの間に、低融点合金製の中子４０を溶融・除去することができる。従って、プリプレグ５０を硬化させる温度よりも高い温度で加熱する必要がない。この結果、プリプレグ５０の劣化を防止することができ、製品の品質を格段に向上させることができる。
【００２６】
なお、本実施の形態では、一次硬化温度が６０℃で硬化温度が１７７℃のプリプレグ５０を採用したが、これに限られるものではなく、例えば、一次硬化温度が１２０℃で硬化温度が１８０℃のエポキシ樹脂を母材としたプリプレグを採用することもできる。この場合には、プリプレグを１２０℃で一次硬化させた後に昇温して１５０℃程度で維持することによって、低温系ハンダ１４３で調製した中子４０を溶融させて排出することができ、この後さらに昇温して１８０℃で硬化させることができる。
【００２７】
また、本実施の形態では、中子４０を溶融させる工程を設けているが、この工程を省略することもできる。すなわち、（前記したエポキシ樹脂を母材としたプリプレグの例で示すと）プリプレグを一次硬化させた後、１８０℃まで昇温してこの温度を維持することによって、中子４０の溶融・排出とプリプレグ５０の硬化成形とを同時に行うことができる。この場合、本硬化工程において中子４０の溶融排出がなされることになる。
【００２８】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、繊維強化樹脂複合材を加熱して硬化させた後に、あらためて中子を加熱して溶融させる工程を設ける必要がない。この結果、製造効率を格段に向上させることができる。
【００２９】
また、請求項１記載の発明によれば、繊維強化樹脂複合材を構成する熱硬化性樹脂を硬化させる温度よりも高い温度で加熱する必要がない。この結果、繊維強化樹脂複合材の劣化を防止することができ、製品の品質を格段に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る複合材製中空体の製造方法における円筒体調製工程を説明するための斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る複合材製中空体の製造方法における回転軸取付工程を説明するための斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る複合材製中空体の製造方法における切削工程を説明するための斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る複合材製中空体の製造方法における積層工程を説明するための斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る複合材製中空体の製造方法における準硬化工程を説明するための正面図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る複合材製中空体の製造方法における中子溶出工程を説明するための正面図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る複合材製中空体の製造方法における本硬化工程を説明するための正面図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る複合材製中空体の製造方法によって製造された複合材製中空体を示す一部切り欠き断面図である。
【符号の説明】
１０      円筒体
１１      端面
２０      回転軸
２１      ネジ部
３０      切歯
４０      中子
４１      溶融させた低融点合金
５０      プリプレグ
６０      ワインディングヘッド
７０      積層体
７１      中空部
８０      オートクレーブ
９０      ステンレス製の容器
１００      金網
【図１】
0004690613.tif 000002
【図２】
0004690613.tif 000003
【図３】
0004690613.tif 000004
【図４】
0004690613.tif 000005
【図５】
0004690613.tif 000006
【図６】
0004690613.tif 000007
【図７】
0004690613.tif 000008
【図８】
0004690613.tif 000009