(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
網目状に設けられた溝部と、これらの溝部に連通しつつこれらの溝部の周囲に設けられた閉じた溝とにより形成されている、相互に独立して設けられた少なくとも２つの真空吸引路をその表面に有する成形治具上に通気性シートを配置し、
通気性シート上にプリプレグを積層し、
成形治具の外周部にプリプレグを囲むようにシール材を配置し、
これら全体を真空バッグフィルムで覆い、
真空バッグフィルムの内部を真空吸引し、加圧加熱硬化処理することを特徴とする複合材の成形方法。
【請求項２】
プリプレグと真空バッグフィルムとの間に通気性シートを介装することを特徴とする請求項１記載の複合材の成形方法。
【請求項３】
網目状に設けられた溝部と、これらの溝部に連通しつつこれらの溝部の周囲に設けられた閉じた溝とにより形成されている、相互に独立して設けられた少なくとも２つの真空吸引路をその表面に有する成形治具上に通気性を有する成形型を配置し、
成形型上にプリプレグを積層し、
成形治具の外周部にプリプレグを囲むようにシール材を配置し、
これら全体を真空バッグフィルムで覆い、
真空バッグフィルムの内部を真空吸引し、
加圧加熱硬化処理することを特徴とする複合材の成形方法。
【請求項４】
成形型とプリプレグとの間に通気性を有する離型フィルムを介装することを特徴とする請求項３記載の複合材の成形方法。
【請求項５】
前記真空吸引路は、前記溝部または前記閉じた溝に連通している、前記真空吸引路に真空装置を接続するための口金を有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の複合材の成形方法。
【請求項６】
表面に設けた交差する溝部と、これらの溝部に連通しつつこれらの溝部の周囲に設けられた閉じた溝とにより形成された、相互に独立して設けられた少なくとも２つの真空吸引路と、
隣り合う溝部の間に形成された支持部と、
真空吸引路に真空装置を接続するための口金とを有することを特徴とする成形治具。
【請求項７】
支持部は升目状をなしていることを特徴とする請求項６に記載の成形治具。
【請求項８】
真空吸引路の上に通気性を有する成形型を配置したことを特徴とする請求項６または７に記載の成形治具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複合材成形における真空吸引により成形品のガス残留を防ぐことができる複合材の成形方法および成形治具に関し、詳しくは熱硬化型ポリイミド系樹脂を使用した複合材の成形方法および成形治具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
航空機用複合材の成形方法に真空バッグ成形方法が適用されている。この真空バッグ成形方法は、プリプレグを平滑面を有する成形治具上に積層し、積層したプリプレグを通気性シートおよび真空バッグフィルムで覆い、真空バッグフィルムの内部空間を成形治具に設けられた吸引口から真空吸引し、オートクレーブ内で加圧加熱硬化して所定形状の成形品を得る方法である。
【０００３】
上記真空バッグ成形方法においては、プリプレグの積層時にプリプレグ間にガスが混入したり、成形中に発生したガスがプリプレグ中に残存するし、成形後に気泡として残留することになり、製品の強度等の品質が著しく劣化させることになる。
【０００４】
プリプレグ中のガスの排出を効果的に行なう方法として、実開平３−１２９４２２号公報に、成形型の周囲に筒状体を配置し、真空吸引の際にガスを筒状体に入り込み易くし、プリプレグ中のガスの排出を行なう方法が開示されている。
【０００５】
また、特開平２−１６２０１６号公報には、複合材の中央部から周辺部に向けて徐々に気泡を排除するようにし、プリプレグ中ガスの排出を行なう方法が開示されている。
【０００６】
さらに、これらの技術手段に関連するものとして、多孔質通気性物質を用いた成形型（特開昭６０−２４９０５号公報参照）やバキューム吸着方式のワークホルダ（実開平６−７１０３９号公報参照）が知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の成形方法においては、ポリイミド系複合材の成形時における成形圧力は３２０℃で１４ｋｇｆ／ｃｍ2 程度であり、エポキシ系複合材の成形圧力（１８０℃で７〜８ｋｇｆ／ｃｍ2 ）より相当高く、硬化時にはガスが発生するので成形時には常に真空吸引が必要であるが、真空吸引の際に、大気圧もしくは成形圧力によって通気性シート等のガス通路が塞がり、複合材中のガスの排出が不充分となり、ガスが気泡として複合材成形品内部に残留するという問題がある。
【０００８】
また、前記実開平３−１２９４２２号公報に開示されている技術手段は、このような場合でもガス通路を確保することはできるものの、吸引が成形品の外周部のみであるため、成形品の全体形状が大きくなると、成形品中央部からのガスの排出が必ずしも充分に行なわれないという問題がある。
【０００９】
本発明は、上記した点を考慮してなされたもので、成形品が大きい場合であっても、複合材中のガスの排出を確実に行ない、ガスが成形品内に残留するのを防止し、高品質の複合材製品を容易に得ることができる複合材の成形方法および成形治具を提供することを目的とする。
【００１０】
本発明の他の目的は、成形型を交換するだけで各種形状の複合材製品を得ることができ、成形治具の共用化を図ることができるようにすることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の複合材の成形方法は、網目状に設けられた溝部と、これらの溝部に連通しつつこれらの溝部の周囲に設けられた閉じた溝とにより形成されている、相互に独立して設けられた少なくとも２つの真空吸引路をその表面に有する成形治具上に通気性シートを配置し、通気性シート上にプリプレグを積層し、成形治具の外周部にプリプレグを囲むようにシール材を配置し、これら全体を真空バッグフィルムで覆い、真空バッグフィルムの内部を真空吸引し、加圧加熱硬化処理して複合材製品を得るものであり、真空吸引を成形治具表面の真空吸引路を介して行なうことで、大気圧や成形圧力に影響されることなく吸引路を確保でき、成形品の下面全域から充分にガスを排出することが可能となり、気泡のない高品質の複合材製品を得ることができる。
【００１２】
本発明の複合材の成形方法は、網目状に設けられた溝部と、これらの溝部に連通しつつこれらの溝部の周囲に設けられた閉じた溝とにより形成されている、相互に独立して設けられた少なくとも２つの真空吸引路をその表面に有する成形治具上に通気性を有する成形型を配置し、成形型上にプリプレグを積層し、成形治具の外周部にプリプレグを囲むようにシール材を配置し、これら全体を真空バッグフィルムで覆い、真空バッグフィルムの内部を真空吸引し、加圧加熱硬化処理して複合材製品を得るものであり、成形型の交換のみで各種形状の成形品を成形でき、成形治具は共用とすることが可能となる。
【００１３】
本発明の成形治具は、表面に設けた交差する溝部と、これらの溝部に連通しつつこれらの溝部の周囲に設けられた閉じた溝とにより形成された、相互に独立して設けられた少なくとも２つの真空吸引路と、隣り合う溝部の間に形成された支持部と、真空吸引路に真空装置を接続するための口金とを有し、溝部の一点で真空引きした場合であっても、成形品の下面全域を均等に吸引することができる。
【００１４】
【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。
【００１５】
図１および図２は、本発明の第１の実施の形態に係る複合材の成形方法に用いる成形治具を示し、この成形治具１は、例えば平板状をなすスチールあるいはアルミニウム合金等の成形治具本体２を有する。この成形治具本体２の上面には２つの真空吸引路３が独立した２つの経路を形成するように設けられている。
【００１６】
上記各真空吸引路３は、図２に示すように、升目状に配された凹み溝４により形成され、隣り合う凹み溝４の間に支持部５が形成されている。これら支持部５に後述するプリプレグ９が支持される。凹み溝４は、例えば幅が０．５〜２．０ｍｍ、深さが約２ｍｍ、ピッチが約２５〜１００ｍｍである。各真空吸引路３には口金６が連結されている。口金６は吸引ホース７を介して図示しない真空装置に接続されている。
【００１７】
本発明の第１の実施の形態に係る複合材の成形方法について説明する。
【００１８】
まず、成形治具１を固定配置し、図１に示すように、この成形治具１の口金６を吸引ホース７を介して図示しない真空装置に接続する。
【００１９】
つぎに、通気性シート８を、図１に示すように、成形治具１の上面に真空吸引路３上に位置するように配置する。この通気性シート８は、図５に示すように、通気性を有するガラスクロスで形成される外側シート８ａと内側シート８ｂで構成されている。内側シート８ｂは、外側シート８ａよりも織目が細かいガラスクロスで形成され離型処理が施されている。
【００２０】
ついで、通気性シート８の上に炭素繊維またはガラス繊維に半硬化樹脂を含浸させたプリプレグ９を積層し、積層したプリプレグ９の上に、図５に示すように、通気性シート１０を配置する。この通気性シート１０は、通気性を有するガラスクロスで形成される外側シート１０ａと内側シート１０ｂで構成されている。内側シート１０ｂは、外側シート１０ａよりも織目が細かいガラスクロスで形成され離型処理が施されている。
【００２１】
ついで、上記成形治具１の外周部に、図３および図４に示すように、両真空吸引路３，３を囲むようにリング状をなす例えばシリコーン系のシール材１１が配置される。そして、ナイロンまたはポリイミド系の真空バッグフィルム１２が、成形治具１の上面に設けられたシール材１１に周辺部分をシールするように配置される。これにより、成形準備段階は終了する。
【００２２】
つぎに、成形治具１をオートクレーブ内に配置し、図示しない真空装置を作動させて、各真空吸引路３を通して真空バッグフィルム１２の内部空間を真空吸引し、その状態を保持したまま、加圧加熱硬化処理して複合材製品を得る。
【００２３】
上記複合材の成形方法によれば、成形治具１に載置されたプリプレグ９は、その下面全域から真空吸引され、しかも、真空吸引路３が大気圧や成形圧力による影響を受けることがないので、プリプレグ９の積層時にプリプレグ９の間に残存するガスや成形中にプリプレグ９から発生するガスを成形中に成形治具１の下面から外部に排出することができる。
【００２４】
上記複合材の成形方法は、従来の成形方法に比較して、複合材成形における真空吸引を不具合なく行なうことができ、成形治具１の表面形状を成形品の形状に合わせ加工することにより様々な部品形状に適用することができる。
【００２５】
なお、上記第１の実施の形態においては、両方の真空吸引路３に亘るような大形成形品の成形について説明したが、一方の真空吸引路３のみでも足りるような小形の成形品を成形する場合には、図６に示すように、一方の真空吸引路３のみを用いて成形することができる。これにより、通気性シート８，１０、シール材１１および真空バッグフィルム１２等を必要最少限の大きさとしてコストダウンを図ることができる。
【００２６】
図７は、本発明の第２の実施の形態に係る複合材の成形方法に用いる成形治具を示すもので、この成形治具２１は、上記成形治具１と同一構成の成形治具本体２と、成形治具本体２の上面に着脱可能に配置された成形型２０とから構成されている。成形型２０は、通気性を有するグラファイト製で成形品の成形モールド２０ａを有する。
【００２７】
成形治具本体２の上面に設けた真空吸引路３は、図７に示すように、升目状に配された凹み溝４を有し、隣り合う凹み溝４の間に支持部５が形成されている。凹み溝４は、幅が０．５〜２．０ｍｍ、深さが約２ｍｍ、ピッチが約２５〜１００ｍｍである。各真空吸引路３には口金６が連結されている。口金６は吸引ホース７を介して図示しない真空装置に接続されている。
【００２８】
本発明の第２の実施の形態に係る複合材の成形方法について説明する。
【００２９】
まず、成形治具２１の上面に、図９に示すように、成形型２０を配置し、成形型２０の成形モールド２０ａの上面に多孔質性の離型フィルム２２を介しプリプレグ９を積層する。
【００３０】
ついで、上記成形治具２１の外周部に、図８および図９に示すように、両真空吸引路３を囲むようにリング状をなすシール材１１を配置し、その上に真空バッグフィルム１２を配置する。
【００３１】
ついで、図示しない真空装置を作動させて、各真空吸引路３を通して真空バッグフィルム１２の内部空間を真空吸引し、その状態を保持したまま、プリプレグ積層体を加圧加熱硬化処理して複合材製品を得る。
【００３２】
上記複合材の成形方法においては、成形型２０を用いて成形するので、成形治具２１に設けた真空吸引路３の升目を粗くしても成形品を充分に真空吸引することができ、成形型２０を交換するだけで各種形状の成形品を成形できる。また、成形治具を共用することで成形治具の製作コストを低く抑えることができる。
【００３３】
なお、第２の実施の形態においては、成形型２０を通気性を有するグラファイトで形成する場合について説明したが、図１０に示すように、スチールあるいはアルミニウム合金製のマンドレル３１に通気性を確保するための直径１．０〜２．０ｍｍ、ピッチ約１インチの真空吸引孔３２を穿設した成形型３０を用いることもできる。
【００３４】
両実施の形態においては、真空吸引路３を成形治具２の上面の２箇所に独立して設けた場合について説明したが、成形治具２の上面全域に単一の真空吸引路３を設けるようにしても、成形治具２の上面に３箇所以上に真空吸引路３を設けるようにしてもよい。真空吸引路３の構成も升目状に配した凹み溝４に限らず、渦巻き状とした溝であってもよい。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、表面に真空吸引路を有する成形治具上に、通気性シートを介してプリプレグを積層したことで、吸引路が大気圧や成形圧力に影響されることなく確保でき、成形品の下面全域からガスを確実に外部に排出することができ、気泡のない高品質の複合材製品を成形することができる。
【００３６】
また、本発明は、表面に真空吸引路を有する成形治具上に通気性を有する成形型を配置し、この成形型上にプリプレグを積層したことで、吸引路を大気圧や成形圧力に影響されることなく確保できるとともに、成形型を交換するだけで各種形状の成形品を成形することができ、成形治具の共用化を図ることができる。
【００３７】
さらに、本発明は、真空吸引路を交差する溝部により形成し、隣り合う溝部の間に支持部を形成したことで、溝部の一点で真空引きした場合であっても、成形品の下面全域を均等に吸引することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る複合材の成形方法に用いる成形治具にプリプレグを配置した状態を示す斜視図。
【図２】図１の成形治具の真空吸引路の構成を示す図。
【図３】図１の成形治具上を真空バッグフィルムで覆った状態を示す図。
【図４】図３の要部断面図。
【図５】通気性シートの構成を示す図。
【図６】一方の真空吸引路を用いて成形品を成形する状態を示す図３相当図。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る複合材の成形方法に用いる成形治具にプリプレグを配置した状態を示す斜視図。
【図８】図７の成形治具上を真空バッグフィルムで覆った状態を示す図。
【図９】図８の要部断面図。
【図１０】本発明の第２の実施の形態における異なる構造の成形型を示す斜視図。
【符号の説明】
１  成形治具
２  成形治具本体
３  真空吸引路
４  凹み溝
５  支持部
６  口金
７  吸引ホース
８，１０  通気性シート
８ａ，１０ａ  外側シート
８ｂ，１０ｂ  内側シート
９  プリプレグ
１１  シール材
１２  真空バッグフィルム
２０  成形型
２０ａ  成形モールド
２１  成形治具
２２  離型フィルム
【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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