JPH04332627A - 複合材の成形装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば航空機、船舶、
自動車あるいは一般産業機器の材料として用いられる繊
維強化型複合材の成形装置に係り、特にボイド等をなく
して高精度な板厚制御が可能な複合材の成形装置に関す
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。ところで、高
性能の繊維強化樹脂複合材の製作において、強化材に二
次元の繊維シートを用いる場合には、繊維シートに予め
溶融樹脂（エポキシ樹脂等）を含浸させたプリプレグを
用い、これを積層、硬化させる方法が一般的である。一
方、複合材性能の向上のために三次元織物を用いる場合
には、所要形状の三次元織物を、成形型にセットした後
、溶融樹脂を真空引きあるいは加圧によって含浸させた
後、加熱，硬化させる方法が採られており、この種の方
法は、例えば特開昭６２−２１１１１２号公報あるいは
特開昭６３−１６８３５２号公報に示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、航空・宇宙
分野に用いられるような繊維強化樹脂複合材においては
、ボイド等の欠陥が全くなく、しかも品質確保等のため
に、繊維体積含有率Ｖｆ　の厳密な制御が必要である。 ところが、特開昭６２−２１１１１２号公報に示されて
いる従来の方法では、板厚はゴム層の膨張による押し付
け力に頼っているため、三次元織物ではその押し付け力
が不充分となり、平滑な面を得ることができないという
問題がある。また、繊維体積含有率Ｖｆ　の厳密な制御
が困難で、ボイド等をなくするための樹脂の加圧方法も
不充分であるという問題もある。また、特開昭６３−１
６８３５２号公報に示されている従来の成形装置では、
中空の筒状をなす複合材製品の成形のために、内面側に
膜体として、膨張可能なラバーやプラスチックフィルム
を用いて加圧しているため、板厚を高精度に制御するこ
とができず、また筒状以外の形状の成形には適用できな
いという問題がある。本発明は、かかる現況に鑑みなさ
れたもので、ボイド等の欠陥の発生がなく、しかも板厚
を高精度に制御することができる複合材の成形装置を提
供することを特徴とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成する手段として、下型と上蓋とからなる金型内に、強
化繊維織物を配置し、金型の一端に設けられた流入口か
ら樹脂を注入するとともに、余分な樹脂を、金型の他端
に設けられた流出口から排出し、樹脂を含浸させた強化
繊維織物を加熱、硬化させて成形する複合材の成形装置
において、前記下型と上蓋との間に、所定の板厚、形状
を有する一対のスペーサを配置して、前記強化繊維織物
を挟持させ、かつ前記流入口および流出口に、強化繊維
織物に向かって末広がりとなる断面三角形状の樹脂溜り
空間をそれぞれ設けるようにしたことを特徴とする。

【０００５】

【作用】本発明に係る複合材の成形装置においては、金
型を構成する下型と上蓋との間に一対のスペーサが介装
され、強化繊維織物は、これら両スペーサにより両側か
ら挟持される。このため、両スペーサの板厚を適切に設
定することにより、複合材の板厚を高精度に制御するこ
とができ、またスペーサ形状を適宜変更することにより
、板厚変化のある複合材や、断面が円やＴ型の複合材で
も成形することが可能となる。

【０００６】また、樹脂の流入口および流出口には、強
化繊維織物に向かって末広がりとなる断面三角形状の樹
脂溜り空間がそれぞれ設けられているので、樹脂を含浸
させる際に、強化繊維織物に平面的に樹脂が含浸され、
気泡の残留を最少限に抑えることが可能となる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の第１実施例を図１および図２
を参照して説明する。図１および図２は、本発明に係る
複合材の成形装置を示すもので、図中、符号１は金型で
あり、この金型１は、凹状をなす下型２と、この下型２
の開口端を閉止する充分な剛性を有する平板状の上蓋３
とから構成され、上蓋３は、下型２との間に例えばシリ
コンゴム等の弾性を有するパッキング４を介装した状態
で、ボルト５により下型２に連結固定されるようになっ
ている。そして、この金型１内には、三次元の平坦な繊
維織物６が配置されるようになっている。前記下型２と
上蓋３との間には、図２に示すように、適切な板厚を有
する金属板で形成される一対のスペーサ７がそれぞれ介
装されており、前記繊維織物６は、これら両スペーサ７
により両側から挟持され、その板厚が規制されるように
なっている。

【０００８】前記下型２の上下端部には、図１および図
２に示すように、樹脂の流入口８および流出口９がそれ
ぞれ設けられており、これら両口８，９部分には、繊維
織物６に向かって末広がりとなる断面三角形状の樹脂溜
り空間１０，１１がそれぞれ設けられている。そして、
この樹脂溜り空間１０，１１により、繊維織物６内部に
気泡が残留するのを最少限に抑えることができるように
なっている。これについては、後に詳述する。

【０００９】次に、本実施例の作用について説明する。 複合材の成形に際しては、まず下型２および上蓋３の内
面に、離型剤を塗布するとともに、予め離型剤が塗布さ
れている一対のスペーサ７を金型１内に配置し、繊維織
物６を両側から挟持する。そしてこの状態で、パッキン
グ４を介し上蓋３をボルト５によって下型２に連結固定
する。これにより、繊維織物６の板厚が一定値に設定さ
れる。次いで、流入口８から樹脂を金型１内に供給し、
余分な樹脂を流出口９から排出する。これにより、繊維
織物６に樹脂が含浸される。

【００１０】ところで、含浸初期においては、流入口８
から気泡が混入することがあるが、万一気泡が混入した
としても、流入口８部分には樹脂溜り空間１０が設けら
れているので、樹脂の流れが均一となり、混入した気泡
は、この均一な流れとともに上方に移動していき、流出
口９から外部に排出される。このため、繊維織物６内に
気泡が残留するのを最少限に抑えることができる。一方
、エポキシ樹脂内部のボイドや樹脂欠損等の欠陥をより
少なくするには、硬化時に樹脂への加圧が必要であると
いわれている。そこで、本実施例においても、加圧が行
なわれる。

【００１１】すなわち、流入口８に、図示しない盲蓋を
して閉止した後、流出口９からガス等を導入して金型１
内を加圧する。ここで、下方に位置する流入口８からガ
ス等を導入せず、上方に位置する流出口９からガス等を
導入するのは、樹脂を含浸させた繊維織物６の内部にガ
スが流入するおそれがあるからである。なお、硬化圧力
としては、圧力が高いほど欠陥防止には有効であるが、
エポキシ樹脂の場合には、５ｋｇｆ　／ｃｍ２　以上加
圧すれば所期の効果は期待できる。

【００１２】しかして、繊維織物６を剛体で支持して樹
脂の含浸を行なうようにしているため、欠陥がなく繊維
体積含有率Ｖｆ　の適正な複合材を成形することができ
る。図３は、本発明の第２実施例を示すもので、前記第
１実施例における平板状のスペーサ７に代え、板厚が変
化する一対のスペーサ１７を用いるようにしたものであ
る。すなわち、一対のスペーサ１７は、図３に示すよう
に、上半部の板厚が厚く下半部の板厚が薄い形状をなし
ており、これら各スペーサ１７は、繊維織物６の形状に
合わせて製作されるようになっている。なお、その他の
点については、前記第１実施例と同一構成となっており
、作用も同一である。しかして、スペーサ１７を交換す
るだけで、あらゆる形状の複合材を成形することができ
る。

【００１３】ところで、前記両実施例においては、下型
２と上蓋３とを、ボルト５のみにより連結固定する場合
について説明したが、この方法では２５ｋｇｆ／ｃｍ２
　程度までが限度であり、それ以上の高圧となる場合に
は、それに耐え得る構造とする必要がある。

【００１４】図４および図５は、このような高圧用に適
した本発明の第３実施例を示すもので、金型１の外面に
所定枚数の補強板２１を装着するようにしたものである
。すなわち、下型２および上蓋３の外面は、図５に示す
ように、Ｖ形状にカットされており、これらの外面には
、蟻溝状の切欠き２１ａを有するＣ形板状の補強板２１
が、例えば両側に２枚ずつ装着されるようになっている
。これら各補強板２１は、板厚が２〜３ｃｍ以上に設定
されているとともに、各補強板２１には、下型２および
上蓋３を押圧するためのボルト２２が、例えば２本ずつ
螺装されている。そして、これら各ボルト２２を締付け
ることにより、下型２と上蓋３とが大きな力で圧着する
ようになっている。

【００１５】この下型２と上蓋３との連結固定には、図
４に示すように、操作性等を考慮して、六角穴付ボルト
２３が用いられるようになっている。なお、その点につ
いては、前記第１実施例と同一構成となっており、作用
も同一である。しかして、補強板２１を用いることによ
り、高い圧力にも耐えることができる。

【００１６】図６は、本発明の第４実施例を示すもので
、金型１への樹脂の注入装置を改良したものである。 すなわち、金型１の流出口９には、図６に示すように、
真空ポンプ３１が接続されており、この真空ポンプ３１
の起動により、樹脂中の気泡抜きが行なわれるとともに
、負圧によって樹脂が金型１内に吸入されるようになっ
ている。この真空ポンプ３１の入側には、図６に示すよ
うにトラップ３２が設置され、樹脂が真空ポンプ３１に
流入するのを防止している。一方、金型１の流入口８に
は、図６に示すように、樹脂タンク３３の底部が接続さ
れており、この樹脂タンク３３の上部には、樹脂タンク
３３内を加圧する加圧ポンプ３４が接続されている。 そして、この加圧ポンプ３４の起動により圧力差が大き
くなり、含浸速度を上げることができるとともに、負圧
のみでは含浸が不充分となる密な繊維織物６の場合でも
、充分に樹脂を含浸させることができるようになってい
る。なお、その他の点については、前記第１実施例と同
一構成となっており、作用も同一である。

【００１７】しかして、繊維の織り方が粗で、締付けも
緩やかである場合には、真空圧のみで充分含浸させるこ
とが可能であるが、繊維が密になり、しかも繊維の乱れ
等を極少にするためには、適度の差圧が必要である。ま
た、図３に示すように、繊維織物６の断面積が変化する
場合には、樹脂含浸スピードを一定とせず、樹脂流入量
を適時観察し、樹脂注入圧を調整する必要がある。そし
て本実施例では、真空ポンプ３１と加圧ポンプ３４とを
設けているのみで、充分に対処することができる。また
、樹脂溜り空間１０，１１は、断面三角形状をなし、端
部が繊維織物６に接触しているので、樹脂注入圧を変化
させても、繊維織物６の移動を抑えることができる。

【００１８】なお、前記各実施例においては、上蓋３の
内面が平坦である場合について説明したが、スペーサ７
，１７を固設したような凸形状としてもよい。また、前
記各実施例においては、装置構成各部材の材質について
は特に説明しなかったが、樹脂の硬化特性や装置の強度
、熱膨張率の大きさ、取扱い性等を考慮した上で、アル
ミ、スチール、グラファイト等を適宜選択すればよい。 また、硬化後の脱型に備え、下型２の内面に抜き勾配を
設けておくことも有効である。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、金型を構
成する下型と上蓋との間に、一対のスペーサを配置し、
このスペーサで強化繊維織物を挟持するようにし、かつ
樹脂の流入口および流出口に、強化繊維織物に向かって
末広がりとなる断面三角形状の樹脂溜り空間をそれぞれ
設けるようにしているので、欠陥がなく繊維体積含有率
の適正な複合材を成形することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る複合材の成形装置を
示す部分破断正面図である。

【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。

【図３】本発明の第２実施例に係る複合材の成形装置を
示す断面図である。

【図４】本発明の第３実施例に係る複合材の成形装置を
示す正面図である。

【図５】図４のＶ−Ｖ線断面図である。

【図６】本発明の第４実施例に係る複合材の成形装置を
示す構成図である。

【符号の説明】

１　　金型 ２　　下型 ３　　上蓋 ６　　繊維織物 ７　　スペーサ １７　　スペーサ ８　　流入口 ９　　流出口 １０　　樹脂溜り空間 １１　　樹脂溜り空間

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】下型と上蓋とからなる金型内に、強化繊維
   織物を配置し、金型の一端に設けられた流入口から樹脂
   を注入するとともに、余分な樹脂を、金型の他端に設け
   られた流出口から排出し、樹脂を含浸させた強化繊維織
   物を加熱、硬化させて成形する複合材の成形装置におい
   て、前記下型と上蓋との間に、所定の板厚、形状を有す
   る一対のスペーサを配置して、前記強化繊維織物を挟持
   させ、かつ前記流入口および流出口に、強化繊維織物に
   向かって末広がりとなる断面三角形状の樹脂溜り空間を
   それぞれ設けたことを特徴とする複合材の成形装置。