JP2023115678A - 複合材の成形方法及び複合材の成形治具 - Google Patents

Abstract

【課題】成形される余剰部位の大きさを抑えることで、効率よく複合材の製品部位を成形する。
【解決手段】製品部位と、前記製品部位の端部側に形成される余剰部位と、を含む複合材を成形する複合材の成形方法であって、成形面を有する成形治具に、硬化前の前記複合材を配置するステップと、前記成形治具に配置した前記複合材を硬化するステップと、を備え、前記成形治具は、前記成形面と前記余剰部位との間に設けられる余剰成形部を有し、前記余剰成形部は、前記複合材の外側に向かって厚みが厚くなる形状となっており、前記複合材を配置するステップでは、前記複合材の前記余剰部位を、前記余剰成形部上に設置して、前記製品部位に対して前記余剰部位を持ち上げる。
【選択図】図４

Description

本開示は、複合材の成形方法及び複合材の成形治具に関するものである。

従来、複合材の成形方法として、樹脂を強化繊維基材に含浸させて、ハンドレイアップを行った後に、真空成形するＦＲＰ成形体の製造方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１－２６０２３９号公報

ところで、成形される複合材は、硬化中において、その端部の形状が崩れて保持できないことから、複合材の端部を余剰部位として成形している。そして、複合材の余剰部位は、成形後において除去される。このとき、複合材の余剰部位が大きいと、複合材の余剰部位を除去することで得られる製品部位が相対的に小さくなってしまう。このため、複合材の製品部位を効率よく成形することが困難であった。

そこで、本開示は、成形される余剰部位の大きさを抑えることで、効率よく複合材の製品部位を成形することができる複合材の成形方法及び複合材の成形治具を提供することを課題とする。

本開示の複合材の成形方法は、製品部位と、前記製品部位の端部側に形成される余剰部位と、を含む複合材を成形する複合材の成形方法であって、成形面を有する成形治具に、硬化前の前記複合材を配置するステップと、前記成形治具に配置した前記複合材を硬化するステップと、を備え、前記成形治具は、前記成形面と前記余剰部位との間に設けられる余剰成形部を有し、前記余剰成形部は、前記複合材の外側に向かって厚みが厚くなる形状となっており、前記複合材を配置するステップでは、前記複合材の前記余剰部位を、前記余剰成形部上に設置して、前記製品部位に対して前記余剰部位を持ち上げる。

本開示の他の複合材の成形方法は、製品部位と、前記製品部位の端部側に形成される余剰部位と、を含む複合材を成形する複合材の成形方法であって、成形面を有する成形治具に、硬化前の前記複合材を配置するステップと、前記余剰部位に、樹脂を含む部材である追加材を配置するステップと、前記成形治具に配置した前記複合材を硬化するステップと、を備え、前記複合材を硬化するステップでは、前記追加材に含まれる前記樹脂が、前記複合材に供給される。

本開示の複合材の成形治具は、製品部位と、前記製品部位の端部側に形成される余剰部位と、を含む複合材を成形する複合材の成形治具であって、成形面を有する成形型と、前記成形面と前記余剰部位との間に設けられる余剰成形部と、を有し、前記余剰成形部は、前記複合材の外側に向かって厚みが厚くなる形状となっている。

本開示によれば、成形される余剰部位の大きさを抑えることで、効率よく複合材の製品部位を成形することができる。

図１は、実施形態１に係る複合材の成形治具を模式的に示した図である。 図２は、実施形態１に係る複合材の成形治具の一例を部分的に示した図である。 図３は、実施形態１に係る複合材の成形治具の一例を部分的に示した図である。 図４は、実施形態１に係る複合材の成形方法を示した説明図である。 図５は、実施形態２に係る複合材の成形治具の一例を部分的に示した図である。 図６は、実施形態２に係る複合材の成形治具の一例を部分的に示した図である。 図７は、実施形態２に係る複合材の成形方法を示した説明図である。

以下に、本開示に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせることも可能である。

［実施形態１］
図１は、実施形態１に係る複合材の成形治具を模式的に示した図である。図２及び図３は、実施形態１に係る複合材の成形治具の一例を部分的に示した図である。図４は、実施形態１に係る複合材の成形方法を示した説明図である。

本開示の複合材の成形方法及び複合材の成形治具１０は、製品部位６と余剰部位７とを含む複合材５を成形する方法及び装置となっている。つまり、成形される複合材５は、製品部位６と余剰部位７とが一体に成形される。余剰部位７は、複合材５の端部に形成される。そして、成形後において、複合材５の余剰部位７が除去されることで、製品部位６が形成される。また、実施形態１において、複合材５は、樹脂を含侵させた強化繊維シートを複数積層した積層体となっており、強化繊維シートとして、例えば、プリプレグを適用している。なお、複合材５は、複数積層した積層体となっているが、単層であってもよく、特に限定されない。次に、図１を参照して、複合材の成形治具１０について説明する。

（複合材の成形治具）
成形治具１０は、成形型１２と、余剰成形部１６と、離型フィルム１８と、ブリーザ１９と、バギングフィルム２０とを備えている。

成形型１２は、成形面１５を有し、成形面１５上に配置される複合材５を成形する型材となっている。実施形態１において、成形型１２は、例えば、平板形状に形成されている。成形型１２は、例えば、アルミニウムまたは鉄等の金属材料、または複合材料が用いられる。なお、成形型１２に配置される複合材５は、図１に示すように、その端部が成形面１５に対して垂直な方向に揃って形成されてもよいし、図２に示すように、その端部が製品部位６側へ向かって斜めに形成されてもよい。

余剰成形部１６は、成形型１２と、成形型１２に配置される複合材５との間に設けられる。余剰成形部１６は、図２に示すように、成形型１２と一体となっている。余剰成形部１６は、複合材５の外側（製品部位６から余剰部位７側）に向かって厚みが厚くなる形状となっている。このため、余剰成形部１６は、その表面（上面）が、複合材５から流出する樹脂を抑制可能な平坦な傾斜面となっている。なお、余剰成形部１６は、樹脂の流出を抑制可能な形状であれば、何れの形状であってもよい。例えば、余剰成形部１６の表面は、曲面であってもよい。

なお、余剰成形部は、図２に示す余剰成形部１６に代えて、成形型１２と別体となる余剰成形部材１７としてもよい。余剰成形部材１７は、図３に示すように、成形型１２の成形面１５上に配置されると共に、複合材５の下面に配置される。余剰成形部材１７は、複合材５の外側（製品部位６から余剰部位７側）に向かって厚みが厚くなるくさび形状となっている。このため、余剰成形部材１７も、余剰成形部１６と同様に、その表面（上面）が、複合材５から流出する樹脂を抑制可能な平坦な傾斜面となっている。なお、余剰成形部材１７も、樹脂の流出を抑制可能な形状であれば、何れの形状であってもよい。例えば、余剰成形部材１７の表面は、曲面であってもよい。

離型フィルム１８は、複合材５の上方に配置されると共に、複合材５とブリーザ１９との間に設けられる。離型フィルム１８は、複合材５とブリーザ１９との接合を抑制しており、硬化後の複合材５とブリーザ１９とを剥離するためのシートとなっている。

ブリーザ１９は、離型フィルム１８の上方に配置されると共に、離型フィルム１８とバギングフィルム２０との間に設けられる。ブリーザ１９は、成形時における真空引きにおいて、複合材５を被覆するバギングフィルム２０の内部の雰囲気を排出するための部材として機能する。

バギングフィルム２０は、ブリーザ１９の上方に配置される。また、バギングフィルム２０と成形型１２との間には、シール部材２１が設けられる。このため、バギングフィルム２０の内部は、気密に封止される。バギングフィルム２０には、図示しない吸引ポートが設けられている。

（複合材の成形方法）
次に、図４を参照して、複合材の成形方法について説明する。図４に示すように、複合材の成形方法では、先ず、成形治具１０の成形型１２に、硬化前の複合材５を配置する（ステップＳ１）。ステップＳ１では、複合材５の余剰部位７が、余剰成形部１６上に配置される。また、ステップＳ１では、複合材５の製品部位６が、成形型１２の成形面１５上に配置される。このため、ステップＳ１では、複合材５の余剰部位７が、製品部位６に対して持ち上がる。

なお、ステップＳ１では、図２に示す成形治具１０を用いる場合、樹脂を含侵させた強化繊維シートを複数積層して複合材５（積層体）を形成し、形成した複合材５を、成形治具１０に配置してもよい。また、ステップＳ１では、図２に示す成形治具１０を用いる場合、樹脂を含侵させた強化繊維シートを、成形治具１０の成形型１２及び余剰成形部１６に複数積層して、複合材５を形成してもよい。

さらに、ステップＳ１では、図３に示す成形治具１０を用いる場合、余剰成形部材１７を成形型１２に設置した後、予め形成した複合材５を、成形治具１０に配置してもよい。また、ステップＳ１では、図３に示す成形治具１０を用いる場合、樹脂を含侵させた強化繊維シートを、成形治具１０の成形型１２に複数積層して、複合材５を形成した後、成形型１２と複合材５の余剰部位７との間に余剰成形部材１７を設置してもよい。

複合材の成形方法では、ステップＳ１の実行後、成形治具１０に配置した複合材５を硬化させる（ステップＳ２，ステップＳ３）。具体的に、ステップＳ２では、複合材５を、離型フィルム１８、ブリーザ１９及びバギングフィルム２０の順で被覆する。この後、ステップＳ２では、図示しない吸引ポートを介してバギングフィルム２０の内部を真空引きしつつ、加熱による仮硬化を実行する。

そして、ステップＳ３では、仮硬化した複合材５を、高温高圧となるオートクレーブ等の加熱炉２５において加熱することで、複合材５の本硬化を実行する。

ここで、ステップＳ２またはステップＳ３において、複合材５を加熱すると、強化繊維シートに含まれる樹脂が流動し易くなる。一方で、成形治具１０には、余剰成形部１６（余剰成形部材１７）が設けられていることから、複合材５から流出する樹脂を、余剰成形部１６（余剰成形部材１７）によって留めることができる。なお、実験では、余剰部位７から外部に流出する樹脂量を約２０％減少させることが確認されている。

ステップＳ３の実行後、成形治具１０から複合材５が取り外されることで、製品部位６と余剰部位７とを含む複合材５が得られる。

ここで、図２及び図３に示すラインＬ１が、製品部位６と余剰部位７との境界であり、ラインＬ２が、成形型１２と余剰成形部１６（余剰成形部材１７）との境界となっている。上記のように、外部に流出する樹脂量を減少させることができるため、ラインＬ１とラインＬ２との間の距離を短くすることができ、例えば、０～２０ｍｍ程度とすることができる。

［実施形態２］
次に、図５から図７を参照して、実施形態２について説明する。なお、実施形態２では、重複した記載を避けるべく、実施形態１と異なる部分について説明し、実施形態１と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。図５は、実施形態２に係る複合材の成形治具の一例を部分的に示した図である。図６は、実施形態２に係る複合材の成形治具の一例を部分的に示した図である。図７は、実施形態２に係る複合材の成形方法を示した説明図である。

（複合材の成形方法）
実施形態２に示す複合材の成形方法では、複合材５の余剰部位７に、樹脂を含む部材である追加材３０を配置するステップＳ１２を、さらに実行している。追加材３０は、複合材５を硬化するステップＳ１３、Ｓ１４において、追加材３０に含まれる樹脂を、複合材５に供給している。追加材３０は、樹脂を含む部材であればよく、樹脂シートであってもよいし、樹脂を含侵させた強化繊維シート（複合材）であってもよい。

追加材３０は、図５に示すように、余剰成形部１６上に設置された余剰部位７の上面に配置される。なお、追加材３０は、成形する複合材５の仕様に応じて、何れの配置であってもよいし、何れの形状であってもよい。つまり、追加材３０は、余剰部位７の上面に限らず、余剰部位７の下面に配置してもよいし、余剰部位７の内部に配置してもよい。また、追加材３０は、図６に示すように、余剰成形部１６を省いた成形治具１０を使用する場合に適用してもよい。図６に示す場合、追加材３０は、成形型１２の成形面１５上に設置された余剰部位７に配置される。

次に、図７を参照して、実施形態２の複合材の成形方法について説明する。図５に示す成形治具１０を使用する場合、実施形態２のステップＳ１１は、実施形態１のステップＳ１と同様であり、実施形態２のステップＳ１３、Ｓ１４は、実施形態１のステップＳ２、Ｓ３と同様であるため、説明を省略する。

追加材３０を配置するステップＳ１２では、追加材３０を、複合材５の余剰部位７に配置する。ステップＳ１２は、余剰部位７に対する追加材３０の位置に応じて、ステップＳ１１の前後に実行される。例えば、追加材３０を余剰部位７の上面に配置する場合には、ステップＳ１１において、複合材５が形成された後に、複合材５の余剰部位７の上面に配置される。また、例えば、追加材３０を余剰部位７の内部に配置する場合には、ステップＳ１１において、複合材５の積層中に、複合材５の余剰部位７の内部に配置される。さらに、追加材３０を余剰部位７の下面に配置する場合には、ステップＳ１１において、複合材５が形成された前に、余剰成形部１６（図６の場合は成形型１２）の上面に配置される。

実施形態２の複合材の成形方法では、ステップＳ１２を実行することで、複合材５を硬化するステップＳ１３、Ｓ１４において、追加材３０に含まれる樹脂を、複合材５に供給することができる。

なお、図６に示す余剰成形部１６を省いた成形治具１０を使用する場合、実施形態２のステップＳ１１では、成形型１２の成形面１５上に、複合材５を配置する。また、実施形態２のステップＳ１２からステップＳ１４は、上記と同様である。ここで、図６の場合、ステップＳ１３またはステップＳ１４において、複合材５を加熱すると、複合材５から樹脂が流出するものの、追加材３０に含まれる樹脂を、複合材５に供給することが可能となる。

以上のように、本実施形態に記載の複合材の成形方法及び複合材の成形治具１０は、例えば、以下のように把握される。

第１の態様に係る複合材５の成形方法は、製品部位６と、前記製品部位６の端部側に形成される余剰部位７と、を含む複合材５を成形する複合材５の成形方法であって、成形面１５を有する成形治具１０に、硬化前の前記複合材５を配置するステップＳ１、Ｓ１１と、前記成形治具１０に配置した前記複合材５を硬化するステップＳ２、Ｓ３、Ｓ１３、Ｓ１４と、を備え、前記成形治具１０は、前記成形面１５と前記余剰部位７との間に設けられる余剰成形部１６（余剰成形部材１７）を有し、前記余剰成形部１６は、前記複合材５の外側に向かって厚みが厚くなる形状となっており、前記複合材５を配置するステップＳ１、Ｓ１１では、前記複合材５の前記余剰部位７を、前記余剰成形部１６上に設置して、前記製品部位６に対して前記余剰部位７を持ち上げる。

この構成によれば、複合材５からの樹脂の流出を抑制することができるため、余剰部位７の形状の崩れを抑制することができる。このため、複合材５の端部の形状または厚さを保持することができ、成形される余剰部位７の大きさを抑えることができるため、効率よく複合材５の製品部位６を成形することができる。

第２の態様として、硬化前の前記複合材５は、樹脂を含侵させた強化繊維シートを複数積層した積層体であり、前記複合材５を配置するステップＳ１、Ｓ１１では、予め形成した前記積層体を、前記成形治具１０に配置する。

この構成によれば、予め形成された積層体を成形治具１０に配置することで、複合材５の余剰部位７を製品部位６に対して容易に持ち上げて配置することができる。

第３の態様として、硬化前の前記複合材５は、樹脂を含侵させた強化繊維シートを複数積層した積層体であり、前記複合材５を配置するステップＳ１、Ｓ１１では、前記強化繊維シートを、前記成形治具１０に複数積層して、前記積層体を形成する。

この構成によれば、成形型１２及び余剰成形部１６の形状に倣って、強化繊維シートを配置して積層体を形成することができる。

第４の態様として、前記余剰成形部（余剰成形部材１７）は、前記成形治具１０と別体となっており、硬化前の前記複合材５は、樹脂を含侵させた強化繊維シートを複数積層した積層体であり、前記複合材５を配置するステップＳ１、Ｓ１１では、予め形成した前記積層体を、前記成形治具１０に配置した後、前記余剰成形部を前記成形面１５と前記余剰部位７との間に配置する。

この構成によれば、複合材５の成形治具１０への設置後に、余剰成形部を配置することができるため、複合材５の余剰部位７に対する余剰成形部の位置合わせを精度よく行うことができる。

第５の態様として、前記余剰部位７に、樹脂を含む部材である追加材３０を配置するステップＳ１２を、さらに備え、前記複合材５を硬化するステップＳ１３、Ｓ１４では、前記追加材３０に含まれる前記樹脂が、前記複合材５に供給される。

この構成によれば、成形時において複合材５から樹脂が流出する場合であっても、追加材３０から複合材５へ樹脂を供給することができるため、余剰部位７の形状の崩れを抑制することができる。

第６の態様に係る複合材５の成形方法は、製品部位６と、前記製品部位６の端部側に形成される余剰部位７と、を含む複合材を成形する複合材５の成形方法であって、成形面１５を有する成形治具１０に、硬化前の前記複合材５を配置するステップＳ１１と、前記余剰部位７に、樹脂を含む部材である追加材３０を配置するステップＳ１２と、前記成形治具１０に配置した前記複合材５を硬化するステップＳ１３、Ｓ１４と、を備え、前記複合材を硬化するステップＳ１３、Ｓ１４では、前記追加材３０に含まれる前記樹脂が、前記複合材５に供給される。

この構成によれば、成形時において複合材５から樹脂が流出する場合であっても、追加材３０から複合材５へ樹脂を供給することができるため、余剰部位７の形状の崩れを抑制することができる。このため、複合材５の端部の形状または厚さを保持することができ、成形される余剰部位７の大きさを抑えることができるため、効率よく複合材５の製品部位６を成形することができる。

第７の態様に係る複合材５の成形治具１０は、製品部位６と、前記製品部位６の端部側に形成される余剰部位７と、を含む複合材５を成形する複合材５の成形治具であって、成形面１５を有する成形型１２と、前記成形面１５と前記余剰部位７との間に設けられる余剰成形部１６（余剰成形部材１７）と、を有し、前記余剰成形部１６は、前記複合材５の外側に向かって厚みが厚くなる形状となっている。

この構成によれば、複合材５からの樹脂の流出を抑制することができるため、余剰部位７の形状の崩れを抑制することができる。このため、複合材５の端部の形状または厚さを保持することができ、成形される余剰部位７の大きさを抑えることができるため、効率よく複合材５の製品部位６を成形することができる。

第８の態様として、前記余剰成形部１６は、前記成形型１２と一体である。

この構成によれば、複合材５を成形型１２に配置するだけで、余剰成形部１６（余剰成形部材１７）により、製品部位６に対して余剰部位７を持ち上げることができる。

第９の態様として、前記余剰成形部（余剰成形部材１７）は、前記成形型１２と別体である。

この構成によれば、複合材５の成形型１２への設置後に、余剰成形部を配置することができるため、複合材５の余剰部位７に対する余剰成形部の位置合わせを精度よく行うことができる。

第１０の態様として、前記余剰成形部（余剰成形部材１７）は、前記製品部位６側から前記余剰部位７側に向かって厚みが厚くなるくさび形状となっている。

この構成によれば、余剰成形部を簡易な形状とすることができるため、成形治具１０のコストの増大を抑制することができる。

５ 複合材
６ 製品部位
７ 余剰部位
１０ 成形治具
１２ 成形型
１５ 成形面
１６ 余剰成形部
１７ 余剰成形部材
１８ 離型フィルム
１９ ブリーザ
２０ バギングフィルム
２１ シール部材
２５ 加熱炉

Claims (10)

1. 製品部位と、前記製品部位の端部側に形成される余剰部位と、を含む複合材を成形する複合材の成形方法であって、
   成形面を有する成形治具に、硬化前の前記複合材を配置するステップと、
   前記成形治具に配置した前記複合材を硬化するステップと、を備え、
   前記成形治具は、前記成形面と前記余剰部位との間に設けられる余剰成形部を有し、
   前記余剰成形部は、前記複合材の外側に向かって厚みが厚くなる形状となっており、
   前記複合材を配置するステップでは、前記複合材の前記余剰部位を、前記余剰成形部上に設置して、前記製品部位に対して前記余剰部位を持ち上げる複合材の成形方法。
2. 硬化前の前記複合材は、樹脂を含侵させた強化繊維シートを複数積層した積層体であり、
   前記複合材を配置するステップでは、予め形成した前記積層体を、前記成形治具に配置する請求項１に記載の複合材の成形方法。
3. 硬化前の前記複合材は、樹脂を含侵させた強化繊維シートを複数積層した積層体であり、
   前記複合材を配置するステップでは、前記強化繊維シートを、前記成形治具に複数積層して、前記積層体を形成する請求項１に記載の複合材の成形方法。
4. 前記余剰成形部は、前記成形治具と別体となっており、
   硬化前の前記複合材は、樹脂を含侵させた強化繊維シートを複数積層した積層体であり、
   前記複合材を配置するステップでは、予め形成した前記積層体を、前記成形治具に配置した後、前記余剰成形部を前記成形面と前記余剰部位との間に配置する請求項１に記載の複合材の成形方法。
5. 前記余剰部位に、樹脂を含む部材である追加材を配置するステップを、さらに備え、
   前記複合材を硬化するステップでは、前記追加材に含まれる前記樹脂が、前記複合材に供給される請求項１から４のいずれか１項に記載の複合材の成形方法。
6. 製品部位と、前記製品部位の端部側に形成される余剰部位と、を含む複合材を成形する複合材の成形方法であって、
   成形面を有する成形治具に、硬化前の前記複合材を配置するステップと、
   前記余剰部位に、樹脂を含む部材である追加材を配置するステップと、
   前記成形治具に配置した前記複合材を硬化するステップと、を備え、
   前記複合材を硬化するステップでは、前記追加材に含まれる前記樹脂が、前記複合材に供給される複合材の成形方法。
7. 製品部位と、前記製品部位の端部側に形成される余剰部位と、を含む複合材を成形する複合材の成形治具であって、
   成形面を有する成形型と、
   前記成形面と前記余剰部位との間に設けられる余剰成形部と、を有し、
   前記余剰成形部は、前記複合材の外側に向かって厚みが厚くなる形状となっている複合材の成形治具。
8. 前記余剰成形部は、前記成形型と一体である請求項７に記載の複合材の成形治具。
9. 前記余剰成形部は、前記成形型と別体である請求項７に記載の複合材の成形治具。
10. 前記余剰成形部は、前記製品部位側から前記余剰部位側に向かって厚みが厚くなるくさび形状となっている請求項９に記載の複合材の成形治具。

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