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発明の名称 複合材の成形装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平10−296737
公開日 平成10年(1998)11月10日
出願番号 特願平9−121470
出願日 平成9年(1997)4月25日
代理人
発明者 加藤 朝久
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】上型と下型とで構成された成形型内に繊維織物を配し、型外部より樹脂を注入し、加熱硬化する複合材の成形装置において、ベースの上に凸設した心金を有する下型と、繊維織物を挟み前記心金の上に載置すると共に、前記上型に対向する面にバネを担持した圧力板と、前記圧力板を押圧すると共に、前記心金との間で前記繊維織物を所定形状に成形する上型と、を備えたことを特徴とする複合材の成形装置。
【請求項2】前記圧力板は、上面に凹設された穴と、この穴の中心部に立てられた案内ピンとでバネを担持し、前記上型の前記圧力板に対峙する天井部に前記案内ピンの逃げ孔が形成されていることを特徴とする請求項1記載の複合材の成形装置。
【請求項3】前記上型が外型と内型とに分割され この分割面の断面が台形状に形成され、さらに前記内型がその天井部において分割されていることを特徴とする請求項1または2記載の複合材の成形装置
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、繊維織物により補強された強化樹脂からなる複合材の成形方法において、樹脂を含まない繊維を成形型内に配し、型外部より樹脂を注入し、注入の後、加熱、硬化させるRTM(Resin Transfer Molding)成形の成形装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、航空機、自動車等のあらゆる産業分野において、各種複合材が適用されるようになってきており、しかも益々増大する傾向にある。ところが、一方で製造コストが高いという問題があり、低コスト化のための研究が盛んに行われRTM成形法が今日徐々に普及している。さて、繊維織物を折り曲げて複合材を成形する方法として、例えば予め樹脂が含浸してあるプリプレグ複合材の折曲げ成形装置による方法では、特公平5−14834号公報が知られている。また、前述したように、今日徐々に普及しているRTM成形法により平面状の繊維織物を折り曲げて複合材を成形する装置としては、図7に一例として示す装置が従来から一般的に知られている。図7の成形装置は下型80と上型100により構成され、下型80はベース81の上に心金82を凸設し、心金82の上面に樹脂を含まない繊維織物90を積層し、上型100を下型80に被せて繊維織物90をチャンネル断面形状に折り曲げる。その後、型外部より樹脂を注入し、加熱、硬化させて、繊維織物で補強された強化樹脂よりなる複合材にする。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、RTM成形法において繊維織物を折り曲げて複合材を成形する図7の従来の成形装置では、上型100を下型80に組付けるとき、上型100は繊維織物90を心金82に倣ってチャンネル形状に折り曲げるとともに、繊維織物90の初期の厚さT(1)を所定の厚さT(2)に成形する。ところが、図8に示すように上型100の天井面101が繊維織物90のウェブ部92に当接する前に、フランジ部91が上型100と心金82に挟まれて強く圧接されているため、更に上型100を降下して繊維織物90のウェブ部92の厚さT(1)を所定の厚さT(2)に成形するとき、繊維織物はフランジ部方向に逃げられないため、ウェブ部92に余った繊維が皺となって現れ、強度低下を引き起こす、あるいは所定の厚さを得られない等、品質不良となる問題があった。
【0004】そこで本発明は、従来技術の有する問題点を解消するため、繊維織物により補強された強化樹脂からなる複合材をRTM成形法で成形するとき、皺のない良好な品質の成形を可能とする、複合材の成形装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】前述した目的を達成するために、本発明のうちで請求項1記載の発明は、上型と下型とで構成された成形型内に繊維織物を配し、型外部より樹脂を注入し、加熱硬化する複合材の成形装置において、ベースの上に凸設した心金を有する下型と、繊維織物を挟み前記心金の上に載置すると共に、前記上型に対向する面にバネを担持した圧力板と、前記圧力板を押圧すると共に、前記心金との間で前記繊維織物を所定形状に成形する上型と、を備えたことを特徴とする。
【0006】また請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明の構成のうち、前記圧力板は上面に凹設された穴とこの穴の中心部に立てられた案内ピンとでバネを担持し、前記上型の前記圧力板に対峙する天井部に前記案内ピンの逃げ孔が形成されていることを特徴とする。
【0007】また請求項3記載の発明は、請求項1または2記載の発明の構成のうち、前記上型が外型と内型とに分割され この分割面の断面が台形状に形成され、さらに前記内型がその天井部において分割されていることを特徴とする。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明の第1の実施の形態を図1〜図5に基づき説明する。
【0009】図1は本実施の形態の成形型の外観を示す斜視図であって、繊維織物30を下型である心金20上に載置し上型50の押圧により成形する場合、圧力板40を介在させている。
【0010】図2は図1の横断面図を示す。図2において下型10は、平板状のベース13上に製品の所定の形状に合わせて凸設された心金20を設けている。ベース13の心金20側の面に周回溝11を設け、周回溝11にはシリコン系ゴム材質のシーリング部材12が配されている。
【0011】繊維織物30の上に載置する圧力板40について説明する。圧力板40は上面の長手方向に凹設された複数個の穴41(図1参照)を有し、各々の穴41の外周には周回溝42を設け、周回溝42にOリング43を嵌入させている。圧力板40は、例えば鋼など比重が大きい金属で、かつ熱膨張の比較的少ない材質とする。穴41内にバネ44を挿入し、案内ピン45を穴41の中心部に突設しバネ44を担持する。バネ44は穴41の深さより高く圧力板40の上面より突出する長さに設定する。図2や図3に図示した例は、圧力板40の底面46の幅は、心金20の上面の平面部分の幅とほぼ等しくしているが、心金20の側面のR部終端までR部を設けて延長してもよい。
【0012】上型50は略コの字の形状をなし、天井部51が圧力板40の上面と嵌合し、天井部51の平面部であって案内ピン45に対峙する位置に逃げ孔52を穿設する。また、側面部53は製品の所定の形状に合わせた傾斜面を形成し、心金20との間で繊維織物30を所定の形状に成形する。
【0013】次にこのように構成された成形装置において、繊維織物を成形する工程を説明する。予め何層かに積層された樹脂未注入の繊維織物30を心金20の上面に配し、さらに圧力板40を積み重ね、繊維織物30を圧力板40と心金20で挟持する。このとき、繊維織物30は圧力板40の自重により圧力板40と心金20に圧接され、繊維織物を配した状態での繊維織物30のウェブ部の皺の発生が防止される。次に、上型50を圧力板40と心金20に被せると、上型50は側面部53で心金20の形状に倣って繊維織物30を徐々にチャンネル形状に成形していくとともに、天井部51がバネ44を押圧し、そのバネ力により圧力板40は繊維織物30のウェブ部を強く心金20に圧接し、ウェブ部を所定の厚さに成形する。上型50の天井部51がバネ44を押圧するタイミングを、繊維織物30のフランジ部が上型50の側面部53と心金20に強く圧接される前になるように、上型50、バネ44、圧力板40の各部寸法が適切に設定されている。ウェブ部を所定厚さに成形するとき余った繊維織物はフランジ部の方向に逃げることが可能なため、ウェブ部の皺の発生が防止される。さらに上型50が降下すると側面部53の傾斜面のくさび作用で繊維織物30のフランジ部は心金20に強く圧接され所定厚さに成形される。そして上型50のフランジ部54が下型10に密着すると、上型50と下型10を図示しないボルトで締結する。
【0014】図3および図4は、このようにして上型50と下型10を締結したときの、それぞれ横断面図および縦断面図である。
【0015】図5は下型10と上型50を締結した後に行う樹脂注入装置の斜視図を示す。圧力筒60の中に充填された樹脂61は高圧ガス62の圧力により配管63を通って上型注入口より上型50内に注入される。型内は排出管64で真空引きされており、型内に入ってきた樹脂61は、型内の全体に行き渡る。このとき、シーリング部材12は下型10と上型50の内部から型外部への樹脂61の漏出を防止し、Oリング43は穴41への樹脂61の漏入を防止する(図3参照)。そして、樹脂61は型内を満たすと、排出管64を通って型外に出る。型内に樹脂61が満たされた後、配管類を取外し、炉内に型を入れ温度を高め樹脂61を硬化させる、あるいは型の外表面にヒーターを取付け、型の温度を上昇させることで樹脂61を硬化させる。硬化後、上型50、圧力板40、下型10を取外し、トリミングを行い、製品が完成する。また、図4において、圧力板40と心金20との間隙高さTを設計厚になるように製作することにより、出来上りの製品を所定の繊維体積含有率(Vf)にコントロールすることができる。
【0016】本発明の第2の実施の形態を図6に基づき説明する。本実施の形態においては、第1の実施の形態における上型を外上型と内上型とに分離し、さらに内上型を2分割している。図6において下型10、圧力板40は前述した第1の実施の形態と同じである。上型50は外上型55と内上型56、内上型57により構成され、内上型56、内上型57は水平方向に移動できるようになっている。外上型55の内面は内上型56、内上型57の外面と嵌合し、かつ側面部は傾斜面58を形成している。内上型56、内上型57は天井部が圧力板40と嵌合し、案内ピン45に対峙する天井部の位置に逃げ孔52を穿設し、かつ側面部56a、側面部57aは心金20との間で繊維織物30をウェブ部とフランジ部のなす角度がほぼ直角の所定のチャンネル状に成形する形状に形成されている。。内上型56、内上型57は圧力板40の上面長手方向で周回溝42の外側に位置する分割面59で2分割される。
【0017】次に本発明の作用を説明する。予め何層かに積層された樹脂未注入の繊維織物30を心金20の上面に配し、繊維織物30の上面に圧力板40を載せる。繊維織物30のウェブ部は圧力板40の自重により圧力板40と心金20の間に圧接され、繊維織物30が積層された状態でのウェブ部の皺の発生を防止する。次に、内上型56、内上型57が上方から降下して圧力板40に被さる。このとき、内上型56、内上型57は繊維織物30を心金20に倣ってチャンネル状に成形するが、分割面59で2分割されているためウェブ部とほぼ直角のフランジ部を押すときの大きな反力を受けられず、フランジ部を心金20に圧接する力は弱く、フランジ部は所定の肉厚より厚くなる。一方、内上型56はバネ44を押圧し、圧力板40が繊維織物30のウェブ部を心金20に強く圧接する。前述のようにフランジ部が心金20と内上型56、内上型57に圧接されている力は弱いので、ウェブ部の余分な繊維織物をフランジ部へ逃がしながらウェブ部を所定の厚さに成形し、皺の発生が防止される。次に外上型55を内上型56、内上型57に被せ、外上型55は傾斜面58のくさび作用で内上型56、内上型57を繊維織物30のフランジ部の方向に徐々に押し動かし、フランジ部を強い力で確実に押えて、フランジ部を所定の厚さに成形すると共に皺の発生を防止する。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のRTM成形法による、繊維織物により補強された強化樹脂からなる複合材の成形装置は、成形型を上型と下型で構成し、型の内部にバネを担持した圧力板を配して、圧力板の自重に加え、上型を被せる時にバネを介して心金の上面部分から繊維織物を押圧することができるので、皺のない良好な品質の複合材を成形することができる また、上型を外上型と内上型に分離し、これらの側面部を傾斜面とし、かつ内上型を2分割することにより、チャンネルのウェブ部とフランジ部のなす角度がほぼ直角の断面形状の場合にもフランジ部を強く押えることができ、フランジ部にも皺のない良好な品質の複合材を成形することができる



 

 


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