(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面両端部にそれぞれ複数の案内ロッドを立設した略直方体の下型と、この下型に組み合わされる一対の上型とを有し、各上型は断面逆Ｌ形をなし、上型の上部に案内ロッドが挿通される孔を設けるとともに、上型の下端に外方に広がる曲面部を有することを特徴とする複合材の成形装置。
【請求項２】
上面両端部に案内ロッドを立設した略直方体の下型と上部に案内ロッドが挿通される孔および下端に外方に広がる曲面部を有する断面逆Ｌ形の上型を加熱する工程と、下型の上にプリプレグを配置し下型の上方に上型を配置する工程と、下型と上型とプリプレグを加熱する工程と、上型を下降させて下型の上に配置されたプリプレグを屈曲させる工程と、プリプレグを上型と下型により押圧した状態で加熱する工程と、プリプレグを上型と下型によりさらに高い押圧力で押圧する工程と、成形された複合材を冷却して上型と下型から取り外す工程とを有する複合材の成形方法。
【請求項３】
下型の上にプリプレグを配置し下型の上方に上型を配置する工程において、プリプレグの上に金属薄板を配置することを特徴とする請求項２に記載の複合材の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば航空機の構造部材として利用される熱可塑性樹脂複合材製品を成型加工するための複合材の成形方法および成形装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
繊維強化樹脂複合材は、比強度、耐食性等の機械的性質に優れているため、航空機の構造部材として使用されている。
最近、繊維強化樹脂複合材として、従来から利用されてきた熱硬化性樹脂複合材に加えて、高耐熱性の熱可塑性樹脂をマトリックスとして炭素繊維やガラス繊維を混入した熱可塑性樹脂複合材が注目されている。
【０００３】
熱硬化性樹脂複合材や熱可塑性樹脂複合材を成形するには、平板状に積層したプリプレグ積層品をＬ字形やコ字形に成形し、成形したプリプレグ積層品をオートクレーブやプレス機械を用いて再成形することで行っている。
【０００４】
被成形品の曲げ部に対応した曲面を有する２つの成形型と、２つの成形型の端面に曲面の曲率半径中心に軸線を一致して設けられた支持軸と、この支持軸に装着された回転ブロックとを有し、成形型上面のプリプレグ積層品を押圧した状態で回転ブロックにより成形する複合材の成形装置は、たとえば特開平４−２２０３２７号公報に記載されている。
【０００５】
被成形品の曲げ部に対応した曲面を有する２つの成形型と、２つの成形型の端面に曲面の曲率半径中心に軸線を一致して設けられた支持軸と、この支持軸に装着された回転ブロックと、突出部を有し成形型の上面に設けられた薄板を備え、成形型上面のプリプレグ積層品および成形型上面に設けられた薄板を押圧した状態で回転ブロックにより成形する複合材の成形装置は、たとえば特開平６−３３９９８４号公報に記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
複合材を真空バッグで覆う方式の成形手段では、熱可塑性樹脂複合材の成形温度が真空バッグを構成するシート材料の耐熱温度より高い場合、予備成形することがでぎず、複合材成形品の成形条件の制限となっている。
【０００７】
成形型上面のプリプレグ積層品をプレートにより成形型上面に押圧し、押圧したプリプレグ積層品を回転ブロックにより成形する複合材の成形装置では、プレートと回転ブロックの間のプリプレグ積層品を成形型に押圧させる力が働かない部分（Ｒ部）があるため、成形品のプレートと回転ブロックの間の部分に段差やうねりが発生することがある。
【０００８】
従来の成型治具（回転ブロック）では、回転マンドレル自体が繰り返して使用されると、回転マンドレルが熱歪みにより動きがにぶくなるとともに、回転マンドレルを平板の板厚に合わせて調整しなければならず、しかも、構造的にジョグル部の成形を行うことができない。
【０００９】
本発明は上記した点に鑑みてなされたもので、成形品を安定した品質で安価に成形できる複合材の成形方法および成形装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の複合材の成形装置は、上面両端部にそれぞれ複数の案内ロッドを立設した略直方体の下型と、この下型に組み合わされる一対の上型とを有し、各上型は断面逆Ｌ形をなし、上型の上部に案内ロッドが挿通される孔を設けるとともに、上型の下端に外方に広がる曲面部を有する構成であり、しわを発生させることなく、安定した品質の複合材成形品を成形できる。
【００１１】
本発明の複合材の成形方法は、上面両端部に案内ロッドを立設した略直方体の下型と上部に案内ロッドが挿通される孔および下端に外方に広がる曲面部を有する断面逆Ｌ形の上型を加熱する工程と、下型の上にプリプレグを配置し下型の上方に上型を配置する工程と、下型と上型とプリプレグを加熱する工程と、上型を下降させて下型の上に配置されたプリプレグを屈曲させる工程と、プリプレグを上型と下型により押圧した状態で加熱する工程と、プリプレグを上型と下型によりさらに高い押圧力で押圧する工程と、成形された複合材を冷却して上型と下型から取り外す工程とから構成され、成形品にしわを発生させることなく成形型になじんだ形状に成形することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明による複合材の成形装置の正面図、図２は本発明による複合材の成形装置の上面図、図３は本発明による複合材の成形装置の側面図を示す。
【００１３】
図１ないし図３において、符号１は本発明による複合材の成形装置の下型を示し、この下型１は、全体形状を略直方体とし、上面１ａおよび側面１ｂに成形面２が形成されている。下型１の上面１ａの両端部の側端に近い部位にはそれぞれ対をなす案内ロッド３ａおよび案内ロッド３ｂが垂直方向に延びるように立設されている。案内ロッド３ａおよび案内ロッド３ｂは同一径の円柱ロッドであるが、必要に応じて、上端を下端より小径とした円柱ロッドとすることもできる。対をなす案内ロッド３ａ，３ｂにそれぞれ上型４，４が上下方向に摺動自在に装着される。
【００１４】
上記上型４は、断面逆Ｌ形をなし上面部４ａに案内ロッド３ａ，３ｂが挿通されるカラー６が圧入された孔を有し、カラー６の孔５ａ，５ｂの直径は円柱ロッドの外径より０．２５〜０．５０ｍｍ程度大きく設定されている。上型４のカラー６が圧入される上記孔の位置は、成形される製品や積層されるプリプレグの枚数により適切に決められる。カラー６は、上型４を案内ロッド３ａ，３ｂに挿通した時、上型４が案内ロッド３ａ，３ｂに片当たりするのを防ぐように作用する。
【００１５】
上型４は、図６に示すように、カラー６の孔５ａ，５ｂを下型１に設けられた案内ロッド３ａ，３ｂに通し、案内ロッド３ａ，３ｂに沿って下降することで下型１に結合される。図示しないが上型４の内面にも成形面が形成されている。各上型４の側面部４ｂの下端外面には外面から下端が離れる方向に延びるように曲面板７が固着されている。上型４に設けられた曲面板７は、図１ないし図３に示す実施の形態では、上型４の長手方向に間隔を置いて複数設けられている。各曲面板７は、図４に示すように上端部をねじ８，８により上型４の側面部４ｂの下端部に固定される。曲面板７は、図５に示すよう上型４と一体成形することもできる。
【００１６】
上記下型１の上に配置された上型４，４の間には、図２および図３に示すように、プリプレグ積層板９（図７）を下型１に固定するための上型１０およびこの上型１０を補強するための上型補強材１１が配置されている。上型１０はボルト１２，１２により下型１に固定される。
【００１７】
つぎに、複合材の成形方法を図７ないし図１０により説明する。
【００１８】
成形の準備段階として、成形型治具である下型１と上型４と上型１０を、加熱炉に入れ、下型１と上型４と上型１０を、炉内温度４３０℃で２時間加熱処理して、下型１と上型４と上型１０を４００℃以上の温度に加熱する。
【００１９】
ついで、４００℃以上に加熱した下型１と上型４と上型１０を加熱炉から取り出し、図７に示すように、下型１の成形面２の上にプリプレグ積層板９を配置し、プリプレグ積層板９の上に厚さ約０．３ｍｍの鋼またはチタン製薄板１３を配置する。この薄板１３は、上型４と上型１０の間に隙間が形成され、この隙間により成形品にしわが発生することを防ぐために配置され、上型４と上型１０の間の隙間が少ない場合には薄板１３を省くこともできる。薄板１３の端部は下型１ｋ側部曲げ端に一致する長さである。
【００２０】
つぎに、図８に示すように、上型１０を薄板１３の上に配置し、図２に示すように、上型１０をボルト１２，１２により下型１に固定する。固定した上型１０の上に上型補強材１１を配置する。これにより、プリプレグ積層板９は、成形されるウエブ部の中心を押えるように上型１０でセットされる。
【００２１】
つぎに、図９に示すように、ストッパ１４を上型補強材１１の上に配置し、上型４を上型４に設けた孔５ａ，５ｂが下型１に立設した案内ロッド３ａ，３ｂに整合するように下型１の直上にそれぞれ配置し、上型４に設けた孔５ａ，５ｂに案内ロッド３ａ，３ｂを通すことで、上型４を案内ロッド３ａ，３ｂに沿って上型補強材１１に当接するまで下降させる。これにより、上型４，４は、下型１に対して間隔を置いて配置される。
【００２２】
つぎに、これら全体を加熱炉内にセットし、温度４２０℃で２０分加熱処理し、プリプレグ積層板９を３９５℃以上の温度に加熱する。成形品温度を均一にするために、プリプレグ積層板９はその温度３９５℃に５分間維持される。
【００２３】
つぎに、図１０に示すように、ストッパ１４を上型補強材１１から取り外し、上型４，４を案内ロッド３ａ，３ｂに沿ってさらに下降させる。上型４，４の下降により、上型４の下端に設けた曲面板７がプリプレグ積層板９の端部９ａおよび薄板１３の端部１３ａを下型の成形面２に沿って曲げる。これにより、プリプレグ積層板９は、しわの発生を抑えながら下型の成形面２に対応した成形面を有する複合材成形品が成形される。複合材成形品は、成形面の成形型治具（下型１および上型４）に対するなじみをよくするために、温度３９５℃に達するように温度４２０℃で１０分間加熱処理されその温度３９５℃を５分間維持される。
【００２４】
つぎに、複合材成形品および下型１および上型４を加熱炉から取り出し、下型１および上型４の温度がさめないうちに、下型１および上型４をコ字状をなしその端部に押圧用ボルトが取付けられている挟持具を用いて複合材成形品の成形形状が下型１および上型４の成形面になじむように押圧し、下型１、上型４および上型１０が自然冷却により温度が５０℃以下に下がったら、下型１から上型４と上型１０を分離して、複合材成形品を下型１から取り外す。
【００２５】
図１１は本発明による複合材の成形装置の他の実施の形態を示し、図１１に示す複合材の成形装置においては、薄板１３を使用する場合は、薄板１３のジョグル部２０の隅部および角部に対応する部位に切欠きを設けておくとよい。これにより、ジョグル部付き成形品を成形することができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明による複合材の成形装置は、上面両端部にそれぞれ複数の案内ロッドを立設した略直方体の下型と、この下型に組み合わされる一対の上型とを有し、各上型は断面逆Ｌ形をなし、上型の上部に案内ロッドが挿通される孔を設けるとともに、上型の下端に外方に広がる曲面部を有する構成であるので、プリプレグ積層板をしわの発生を抑えながら曲げ成形できるので、成形品にしわを発生させることなく、安定した品質で成形できる。
【００２７】
また、本発明による複合材の成形装置は、上面両端部に案内ロッドを立設した略直方体の下型と上部に案内ロッドが挿通される孔および下端に外方に広がる曲面部を有する断面逆Ｌ形の上型を加熱する工程と、下型の上にプリプレグを配置し下型の上方に上型を配置する工程と、下型と上型とプリプレグを加熱する工程と、上型を下降させて下型の上に配置されたプリプレグを屈曲させる工程と、プリプレグを上型と下型により押圧した状態で加熱する工程と、プリプレグを上型と下型によりさらに高い押圧力で押圧する工程と、成形された複合材を冷却して上型と下型から取り外す工程とから構成されるので、プリプレグ積層板を先端よりしわの発生を抑えながら曲げ成形し、成形品にさらに高い押圧力を加えることで、成形品にしわを発生させることなく、成形型になじんだ形状に安定した品質で成形できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による複合材の成形装置の正面図。
【図２】本発明による複合材の成形装置の上面図。
【図３】本発明による複合材の成形装置の側面図。
【図４】本発明による複合材の成形装置の上型の一部を示す斜視図。
【図５】本発明による複合材の成形装置の上型の変形例を示す斜視図。
【図６】本発明による複合材の成形装置の上型と下型を分解して示す図。
【図７】本発明による複合材の成形方法の第１段階を示す図。
【図８】本発明による複合材の成形方法の第２段階を示す図。
【図９】本発明による複合材の成形方法の第３段階を示す図。
【図１０】本発明による複合材の成形方法の第４段階を示す図。
【図１１】本発明による複合材の成形装置の他の実施の形態を示す図。
【符号の説明】
１  下型
２  成形面
３ａ，３ｂ  案内ロッド
４  上型
６  カラ−
７  曲面板
９  プリプレグ積層板
１０  上板
１１  上型補強材
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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