(57)【要約】【課題】外内寸法に精確度が要求されるような断面が角形のＦＲＰ製角パイプを、プリプレグを用いて、オートクレーブやホットプレスを用いる圧縮成形法で、容易に成形体として得る方法を提供すること。【解決手段】ＦＲＰ製角パイプを成形するに際し、断面が角形のマンドレル（中子）にプリプレグを巻回・積層し、このプリプレグの表面に、角パイプの外型となる分割型の型枠を装着・固定し、次いで、型枠を加熱・加圧することからなるＦＲＰ製角パイプの成形法。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＦＲＰ製角パイプを成形するに際し、断面が角形のマンドレル（中子）にプリプレグを巻回・積層し、該プリプレグの表面に、角パイプの外型となる分割型の型枠を装着・固定し、次いで、型枠を加熱・加圧することを特徴とするＦＲＰ製角パイプの成形法。
【請求項２】
マンドレルが、中空のマンドレルである請求項１記載のＦＲＰ製角パイプの成形法。
【請求項３】
プリプレグが、炭素繊維を繊維強化材としたものである請求項１又は２記載のＦＲＰ製角パイプの成形法。
【請求項４】
分割型の型枠が、少なくともそのプリプレグに接する面が剥離性フィルムで被覆されているものである請求項１〜３のいずれか１項記載のＦＲＰ製角パイプの成形法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業用途あるいは構造部材として用いられる、ＦＲＰ製の角パイプの成形法に関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）は、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂や、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ等の熱可塑性樹脂のマトリックス樹脂と、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等の強化繊維からなるものであり、軽量で且つ強度特性に優れるため、近年、航空宇宙産業から一般産業分野に至るまで、幅広い分野において利用されている。
【０００３】
ＦＲＰを管状ないし中空状の中空部材に成形する方法としては、遠心成形法、プルトルージョン成形法、フィラメントワインディング成形法、内圧成形法等が知られている。これらの方法のうち内圧成形法（例えば、特許文献１参照）は、比較的簡便な方法であり、金型キャビティ内に筒状の成形素材を配置し、これを筒の内側から圧力を与えて金型に密着させた状態にて加熱硬化させる方法であり、マトリックス樹脂が熱硬化性であっても熱可塑性であっても適用可能であり、通常の中空管状のＦＲＰ製成形品を成形するのに適している。
【０００４】
内圧成形法で中空管状のＦＲＰ製成形品（中空部材）を成形するには、通常、繊維強化材に樹脂を含浸させ、流動性や粘着性を調節して取り扱い性を良くしたシート状の成形中間体である、プリプレグが用いられる場合が多い。そして、プリプレグを用い、金型キャビティ内に中空管状に配置したプリプレグの内部に、膨張性を有するバッグやチューブ等を入れる。次いで、圧縮空気等を用いてバッグやチューブ等をふくらませ、型の内側から圧力をかけてプリプレグを型の内壁面に押しつけ、この状態でプリプレグを加熱硬化させ成形を行う加圧バッグ成形法が用いられている。しかしながら、上記のような従来の加圧バッグ成形法の場合には、中空部材の外表面は成形型に沿った精確な表面に成形されるが、内表面は必ずしも十分な精度に成形できないという問題があった（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平６−１５５５９５号公報
【特許文献２】特開２００３−３３４８３５号公報
【０００５】
一方、中空部材の内表面が精確な表面に成形された成形品を得るための簡便な成形法として、中子（マンドレル又は内型）を用い、この中子（例えば、アルミ製や鉄製）にプリプレグを巻回・積層し、巻回・積層したプリプレグを、金型の上型と下型の間のキャビティに配置し、型締めし、次いでオートクレーブ成形又はホットプレス成形する方法が知られている（例えば、特許文献３参照）。この方法は、簡便な成形法であるため、安価に中空部材を製造することができるという利点を有してはいる。しかし、外内寸法に精確度が要求されるような角パイプを成形する場合には、従来の成形法では、外表面の角が出ずＲが付き易いという問題があった。
【特許文献３】特開２００３−３３４８３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、外内寸法に精確度が要求されるような断面が角形のＦＲＰ製角パイプを、プリプレグを用いて、オートクレーブやホットプレスを用いる圧縮成形法で、容易に成形体として得る方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のうち請求項１記載の発明は、ＦＲＰ製角パイプを成形するに際し、断面が角形のマンドレル（中子）にプリプレグを巻回・積層し、このプリプレグの表面に、角パイプの外型となる分割型の型枠を装着・固定し、次いで、型枠を加熱・加圧することを特徴とするＦＲＰ製角パイプの成形法である。
【０００８】
本発明のうち請求項２に記載された発明は、マンドレルが、中空のマンドレルである請求項１記載のＦＲＰ製角パイプの成形法である。
【０００９】
本発明のうち請求項３記載の発明は、プリプレグが、炭素繊維を繊維強化材としたものである請求項１又は２記載のＦＲＰ製角パイプの成形法である。
【００１０】
本発明のうち請求項４記載の発明は、分割型の型枠が、少なくともそのプリプレグに接する面が剥離性フィルムで被覆されているものである請求項１〜３のいずれか１項記載のＦＲＰ製角パイプの成形法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、取扱い性や作業性に優れたプリプレグを用いて、断面が角形のＦＲＰ製の中空部材である角パイプを、精度良く且つ容易に成形することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明において、ＦＲＰ製角パイプは、断面が角形のマンドレルにプリプレグを複数回巻回して得られるものである。マンドレル自体は、それぞれの角部が、例えば、正確な三角形、四角形、五角形、六角形のものだけでなく、角部が丸みを帯びたもの、即ち、Ｒ状になっているものでも良い。しかし、マンドレルに対応した中空部を有する角パイプの外壁断面は、外壁の有する角部の少なくとも一つが、正確な角を有する（Ｒ状になっていない）ものでなければならない。プリプレグを用いてかかる角パイプを成形しようとすると、プリプレグを形成する繊維強化材がかなりの剛性を有するために、正確な外壁の角度を出すことが困難である。
【００１３】
この状態を図面で説明する。図１は、従来の方法で、外表面が四角形の角パイプの金型成形を行う場合の説明図（断面図）である。図１において、１は角パイプの外表面形状に対応した形状を有する上下２分割型の金型の上型、２は下型を示す。３は断面が四角形のマンドレル、４はマンドレルに複数回巻回したプリプレグ、５は下型の角部に対応する部分である。プリプレグを用いて金型で成形する図１のような従来の方法では、下型のキャビティの角部付近でプリプレグが突っ張ってしまい、下型の角部に対応する部分５においては、正確に角度が形成されずＲ状になってしまうという問題がある。
【００１４】
本発明の成形法は、前記のような問題点を解決するものであって、ＦＲＰ製角パイプを成形するに際し、断面が角形のマンドレル（中子）にプリプレグを巻回・積層し、このプリプレグの表面に、角パイプの外型となる分割型の型枠を装着・固定し、次いで、型枠を加熱・加圧することを特徴とする成形法である。本発明を図２を参照しながら説明する。
【００１５】
図２は本発明を説明するための図（断面図）である。図２は、角パイプの壁の断面状態を示しており、３はマンドレル（中空）、４は複数回巻回したプリプレグ、即ち、角パイプの壁の断面を示す。６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄは、角パイプの外型となる分割型の型枠、即ち枠板であり、角パイプのそれぞれ上下左右の外表面を形成する型枠である。７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄは、剥離性フィルムであって、それぞれの型枠がフィルムで覆われている状態を示している。
【００１６】
図２において、マンドレル３は中空のものを示しているが、中がつまった中実のものでもかまわない。マンドレルの材質は特に制限はなく、例えば、アルミや鉄、あるいはＦＲＰ製のものを用いることができる。図２では、分割型の型枠が、少なくともそのプリプレグに接する面が剥離性フィルムで被覆されている状態を示している。かかるフィルムを用いると、成形品の脱型の際に便利であり、本発明においては好ましい。剥離性フィルムとしては、特に制限はないが、例えば、シリコン樹脂フィルムやフッ素樹脂フィルムを用いることができる。フッ素樹脂フィルムとしては、例えば、テドラー（デュポン社登録商標）フィルムが好ましい。
【００１７】
本発明においては、断面が角形のマンドレル（中子）にプリプレグを巻回・積層し、このプリプレグの表面に、角パイプの外型となる分割型の型枠を装着・固定する。分割型の型枠は、目的とする角パイプの外表面の形状、例えば、三角形や四角形や五角形や六角形に対応した形状を形成できる、肉厚が５ｍｍＴ程度の枠板である。断面が四角形の角パイプの場合には、図２に示したように４枚の枠板を用いれば良い。マンドレルの断面も、角パイプの外表面に対応した角形（Ｒを有しているものも含む）でなければならない。しかし、型枠やマンドレルについては、材質、その他に特に制限はない。
【００１８】
本発明においてプリプレグの表面に装着された分割型の型枠を固定する方法・手段（図２では図示せず）は、特に限定されるものではない。例えば、型枠を互いにネジ止めする、あるいはテープ等で巻回して固定する方法・手段を採用することができる。簡単で便利なのは、型枠を耐熱性の樹脂テープで固定する方法である。
【００１９】
本発明においては、角パイプの外型となる分割型の型枠を装着・固定し、次いで、型枠を加熱・加圧する。本発明では型枠は分割された枠板なので、例えば、上下の両面から圧力がかかり、角パイプの角形状が精確に成形される。型枠を加熱・加圧する方法・手段としては、通常のオートクレーブによる成形、ホットプレス成形、真空成形等の方法で行えば良い。成形条件は、圧力は０．０５〜４ＭＰａ、温度は８０〜２００℃、時間は１〜３時間が適当である。プリプレグを加熱硬化させた後、型枠あるいは全体を冷却し、成形品を脱型して取り出す。なお、真空成形においては、型枠を含む全体をバギングフィルムで包み密封し、そして内部を減圧状態にし、硬化炉等で加熱することによって、結果的に、圧縮成形が行われる。
【００２０】
本発明においては、マンドレルに巻回・積層するプリプレグは何でも良く、特に制限されるものではない。プリプレグとは、繊維強化材に、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂などのマトリックス樹脂を含浸させ、流動性や粘着性を調節して取り扱い性を良くした成形中間材である。本発明においては、マンドレルに巻回・積層するプリプレグを形成する繊維強化材の形態については特に制限はない。繊維強化材は、通常、例えば、平織、綾織、朱子織等の経糸と緯糸から構成されるものの他、繊維束を一方向に引き揃えシート状とし、これを直角方向にステッチ糸で縫合した一軸織物、一方向に引き揃えたシート状物を角度を変えて複数積層し、これを直角方向にステッチ糸で縫合した多軸織物等の形で用いられる。
あるいはまた、繊維束（ストランド）を平行に一方向に引き揃えシート状とし、これに樹脂を含浸させたもの、あるいは、繊維束を±４５度に配列し、これに樹脂を含浸させたものであっても良い。
【００２１】
繊維強化材としては、特に制限はなく、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、金属繊維等が挙げられる。好ましいのは炭素繊維である。
【００２２】
熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂、シアン酸エステル樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、フェノキシ樹脂、アルキド樹脂、ウレタン樹脂、マレイミド樹脂とシアン酸エステル樹脂の予備重合樹脂から選ばれる樹脂がある。これらは１種又は２種以上の混合物として用いることもできる。熱可塑性樹脂としては、ポリプロピレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、芳香族ポリアミド、芳香族ポリエステル、芳香族ポリカーボネート、ポリエーテルイミド、ポリアリーレンオキシド、熱可塑性ポリイミド、ポリアミドイミドがある。これらの樹脂は、２種以上併用しても良い。
【実施例】
【００２３】
以下、実施例により本発明を説明する。図２に示したような、断面が四角形のＦＲＰ製角パイプを成形する例を説明する。先ず、図２の３で示したような中空の中子（アルミ製）に、炭素繊維のプリプレグ４を巻き付けた。炭素繊維のプリプレグとしては、炭素繊維ＨＴＡ３Ｋ（東邦テナックス社製、汎用グレードの炭素繊維、３０００フィラメント）を経糸緯糸とした平織物（東邦テナックス社製、Ｗ−３１０１）に、エポキシ樹脂を含浸させたものを用いた（樹脂含有率：４０％）。このプリプレグを５枚、積層パターンが（０／９０）、（±４５）、（３０／１２０）、（±４５）、（０／９０）となる様に重ねて、中子に巻き付けた。
【００２４】
そして、図２に示したように、上記プリプレグを巻回・積層した中子の、上下、前後、左右を肉厚が５ｍｍＴのステンレスの枠板で押さえ、枠板は、シリコン樹脂系の耐熱樹脂テープで固定した（分割型の型枠を装着・固定）。なお、プリプレグと枠板の間には、テドラー（デュポン社登録商標）フィルムを配置した。その後、型枠をオートクレーブに入れて、圧力４ｋｇｆ／ｃｍ２、温度１３０℃で２時間加熱硬化せしめ、その後冷却、脱形して断面が図２に示したような角形状を有する角パイプを得た。得られた角パイプの四隅は精確に直角に成形されていた。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】従来の成形法の説明図である。
【図２】本発明の成形法の説明図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  金型の上型
２  金型の下型
３  マンドレル（中子）
４  マンドレルに巻回されたプリプレグ
５  下型の角部（プリプレグが敷設されない部分）
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ  分割型の型枠
７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ  剥離性フィルム
【図１】
2007203468.tif 000003
【図２】
2007203468.tif 000004