JP3012847B1 - 複合材の成形方法とその装置 - Google Patents
複合材の成形方法とその装置Info
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- B29C70/50—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of indefinite length, e.g. prepregs, sheet moulding compounds [SMC] or cross moulding compounds [XMC]
- B29C70/52—Pultrusion, i.e. forming and compressing by continuously pulling through a die
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Abstract
【要約】
【課題】 複合材の中の補強部材としての繊維が波状の
変形（うねり）を繰り返すことなく、直線に整列させる
ことができる成形方法、および装置を提供する。 【解決手段】 供給される複合材料の上流側端部を挾
持、固定する上流側挾持手段４０と、移動方向下流側へ
の張力付加手段９７を備え、下流側端部を挾持、固定す
る複合材の下流側端部の挾持手段９０とを備える。上流
側挾持手段４０の下流側に上流側移動（送り）装置５０
を配設し、移動方向上流側に張力を付加する張力付加手
段５７を備えている。複合材料を加熱、加圧する加熱加
圧手段６３の下流側には下流側移動（送り）装置８０を
設けている。下流側移動手段８０は複合材の移動量を上
流側移動手段５０の移動量に対して大きく設定されると
共に、加熱加圧手段６０が作動する直前から下流側端部
への挾持手段９０の張力付加手段９７を作動させる構成
を具備する。
変形（うねり）を繰り返すことなく、直線に整列させる
ことができる成形方法、および装置を提供する。 【解決手段】 供給される複合材料の上流側端部を挾
持、固定する上流側挾持手段４０と、移動方向下流側へ
の張力付加手段９７を備え、下流側端部を挾持、固定す
る複合材の下流側端部の挾持手段９０とを備える。上流
側挾持手段４０の下流側に上流側移動（送り）装置５０
を配設し、移動方向上流側に張力を付加する張力付加手
段５７を備えている。複合材料を加熱、加圧する加熱加
圧手段６３の下流側には下流側移動（送り）装置８０を
設けている。下流側移動手段８０は複合材の移動量を上
流側移動手段５０の移動量に対して大きく設定されると
共に、加熱加圧手段６０が作動する直前から下流側端部
への挾持手段９０の張力付加手段９７を作動させる構成
を具備する。
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、プラスチック系複
合材、特にプリプレグ材料等を使用した複合材の成形に
関するものである。
合材、特にプリプレグ材料等を使用した複合材の成形に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】複合材より円管や型材を連続的に製造す
る加工方法としてプルトルージョンがある。この加工
（成形）方法は一般的に炭素繊維やガラス繊維等の強化
繊維に樹脂を含浸させ、加熱した型の中を通過させるこ
とにより、樹脂を硬化させて連続的に製品とする方法で
ある。この方法は、コストが安い反面、強度、安定性、
二次接着の確実性等に問題あった。
る加工方法としてプルトルージョンがある。この加工
（成形）方法は一般的に炭素繊維やガラス繊維等の強化
繊維に樹脂を含浸させ、加熱した型の中を通過させるこ
とにより、樹脂を硬化させて連続的に製品とする方法で
ある。この方法は、コストが安い反面、強度、安定性、
二次接着の確実性等に問題あった。
【０００３】このプルトルージョンの欠点を改善した方
法として、出願人等が提案した特許第１８８６５２２
号、特許第１８８６５６０号がある。この特許により提
供される部材は、他の構造部材に完全に接着できる材料
特性を持つことから、航空機の構造部材として利用され
ている。航空機の構造部材として用いる場合には、複合
材として、さらに圧縮強度、荷重／変位特性などの問題
を改善する必要があった。これらの問題を解決するため
には、補強材として配設される繊維の微細な波状変形
（うねり）に起因する圧縮強度の低下等の改善が要求さ
れている。
法として、出願人等が提案した特許第１８８６５２２
号、特許第１８８６５６０号がある。この特許により提
供される部材は、他の構造部材に完全に接着できる材料
特性を持つことから、航空機の構造部材として利用され
ている。航空機の構造部材として用いる場合には、複合
材として、さらに圧縮強度、荷重／変位特性などの問題
を改善する必要があった。これらの問題を解決するため
には、補強材として配設される繊維の微細な波状変形
（うねり）に起因する圧縮強度の低下等の改善が要求さ
れている。
【０００４】すなわち、航空機構造部材として用いる複
合材は、強度を追求する点から、一方向に揃えた炭素繊
維（ユニディレクショナル・ファイバー）が補強部材と
して多く用いられる。複合材を顕微鏡写真で分析する
と、一方向の炭素繊維が、繊維の配設方向に垂直する方
向への変位（波状のうねり）を繰り返していることが判
明した。
合材は、強度を追求する点から、一方向に揃えた炭素繊
維（ユニディレクショナル・ファイバー）が補強部材と
して多く用いられる。複合材を顕微鏡写真で分析する
と、一方向の炭素繊維が、繊維の配設方向に垂直する方
向への変位（波状のうねり）を繰り返していることが判
明した。
【０００５】この分析した複合材１０の詳細を、図９に
より説明する。複合材１０の方向を矢印ａで示すと、プ
ラスチック材１１内に配設されている一方向繊維（炭素
繊維、あるいはガラス繊維等）１５は、矢印ａに平行し
て配設されているのであるが、矢印ａ方向に対して波状
に曲って配設されている繊維１５がある。
より説明する。複合材１０の方向を矢印ａで示すと、プ
ラスチック材１１内に配設されている一方向繊維（炭素
繊維、あるいはガラス繊維等）１５は、矢印ａに平行し
て配設されているのであるが、矢印ａ方向に対して波状
に曲って配設されている繊維１５がある。
【０００６】この波状にうねっている繊維１５を有する
複合材１０が圧縮荷重を受けた場合を図１０により説明
すると、曲がって偏心している繊維１５が繊維方向から
の圧縮加重Ｐを受けると、繊維はある程度は対抗する
が、限度に達すると挫屈する（ａ参照）。同図ｂに示す
ように、さらに、荷重Ｐを掛けると、挫屈した繊維１５
は弱い荷重で偏心量αまで偏心してしまう。このよう
に、偏心した繊維１５は弱い圧縮荷重でさらに偏心して
しまい、期待された圧縮力を発揮しないので、構造部材
としては問題があった。
複合材１０が圧縮荷重を受けた場合を図１０により説明
すると、曲がって偏心している繊維１５が繊維方向から
の圧縮加重Ｐを受けると、繊維はある程度は対抗する
が、限度に達すると挫屈する（ａ参照）。同図ｂに示す
ように、さらに、荷重Ｐを掛けると、挫屈した繊維１５
は弱い荷重で偏心量αまで偏心してしまう。このよう
に、偏心した繊維１５は弱い圧縮荷重でさらに偏心して
しまい、期待された圧縮力を発揮しないので、構造部材
としては問題があった。
【０００７】さらに、完成した構造部材中に偏心した繊
維があった場合、引張荷重を受けたとき、先ず、曲がっ
ていた繊維が樹脂中で直線となる。繊維が直線となって
から複合材は反力を示す。この状態を応力／歪み線図
（図１１参照）で示すと、荷重（圧縮応力、引張り応
力）に対して、歪み（縮み、伸び）の関係が起点０の部
分において直線とならない。すなわち、引張応力に比例
して構造部材は伸びない。
維があった場合、引張荷重を受けたとき、先ず、曲がっ
ていた繊維が樹脂中で直線となる。繊維が直線となって
から複合材は反力を示す。この状態を応力／歪み線図
（図１１参照）で示すと、荷重（圧縮応力、引張り応
力）に対して、歪み（縮み、伸び）の関係が起点０の部
分において直線とならない。すなわち、引張応力に比例
して構造部材は伸びない。
【０００８】この結果、比較的真直度が高い繊維に応力
が集中してしまい、この応力が集中した繊維に破断がお
こり、期待した強度を示さないなどの欠陥を示した。こ
のような偏心した繊維の存在原因は、間欠的に加圧と除
圧を繰り返す従来の成形方法において、樹脂が硬化する
間、圧力を加え続けることができないので、繊維に僅か
なうねり（曲がり）が生じたまま成形工程が終了するこ
とにある。成形工程を終了した成形品は、この後、冷却
されて常温に戻る。このとき、熱膨張していた樹脂は収
縮する。この冷却時、補強用の繊維が直線に伸ばされた
状態で構造部材に熱収縮が生じた場合は、繊維が樹脂の
熱収縮に対抗して直線状態を保持する。しかし、加熱時
においても繊維が直線に伸ばされていない状態では、樹
脂の収縮に伴って繊維が曲がり抵抗を示さない。
が集中してしまい、この応力が集中した繊維に破断がお
こり、期待した強度を示さないなどの欠陥を示した。こ
のような偏心した繊維の存在原因は、間欠的に加圧と除
圧を繰り返す従来の成形方法において、樹脂が硬化する
間、圧力を加え続けることができないので、繊維に僅か
なうねり（曲がり）が生じたまま成形工程が終了するこ
とにある。成形工程を終了した成形品は、この後、冷却
されて常温に戻る。このとき、熱膨張していた樹脂は収
縮する。この冷却時、補強用の繊維が直線に伸ばされた
状態で構造部材に熱収縮が生じた場合は、繊維が樹脂の
熱収縮に対抗して直線状態を保持する。しかし、加熱時
においても繊維が直線に伸ばされていない状態では、樹
脂の収縮に伴って繊維が曲がり抵抗を示さない。
【０００９】例えば、構造部材のマトリックスとして使
われるエポキシ樹脂の熱膨張係数は、２７ｐｐｍ／℃と
大きな値である。ここで、製品の温度が１８０℃から２
０℃に冷却すると、構造部材は０．４％の収縮が生ず
る。一方、含有される炭素繊維の熱膨張係数は０．３ｐ
ｐｍ／℃（ガラス繊維の熱膨張係数は５ｐｐｍ／℃）と
極めて小さく、殆ど収縮しない。すなわち、熱収縮時、
直線に伸ばされていない繊維は、樹脂の収縮に伴ってさ
らに曲がり、図９に示すように、構造材の補強部材とし
ての繊維は、連続した波状の曲がりを有する繊維となっ
てしまう。計算によれば、熱収縮０．４％とは、繊維の
波長が３ミリ程度、１．６％の偏心量をもたらすことと
なり、無視できる量でない。
われるエポキシ樹脂の熱膨張係数は、２７ｐｐｍ／℃と
大きな値である。ここで、製品の温度が１８０℃から２
０℃に冷却すると、構造部材は０．４％の収縮が生ず
る。一方、含有される炭素繊維の熱膨張係数は０．３ｐ
ｐｍ／℃（ガラス繊維の熱膨張係数は５ｐｐｍ／℃）と
極めて小さく、殆ど収縮しない。すなわち、熱収縮時、
直線に伸ばされていない繊維は、樹脂の収縮に伴ってさ
らに曲がり、図９に示すように、構造材の補強部材とし
ての繊維は、連続した波状の曲がりを有する繊維となっ
てしまう。計算によれば、熱収縮０．４％とは、繊維の
波長が３ミリ程度、１．６％の偏心量をもたらすことと
なり、無視できる量でない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上述の補強材として配
設される繊維の微細な波状変形（うねり）に起因する圧
縮強度の低下は、従来の複合構造材に共通する問題で、
学問上はマイクロ・バックリングと呼ばれて改善法が追
求されている。
設される繊維の微細な波状変形（うねり）に起因する圧
縮強度の低下は、従来の複合構造材に共通する問題で、
学問上はマイクロ・バックリングと呼ばれて改善法が追
求されている。
【００１１】そこで、本発明が解決しようとする課題
は、複合材の中の補強部材としての繊維が波状の変形
（うねり）を繰り返すことなく、直線に整列させること
ができる成形方法、および装置を提供するものである。
は、複合材の中の補強部材としての繊維が波状の変形
（うねり）を繰り返すことなく、直線に整列させること
ができる成形方法、および装置を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決する成形方法として、複合材料の上流側端部と下流側
端部を挾持して固定すると共に、下流側端部に移動方向
下流側への張力を付与する挾持工程と、複合材料の上流
側端部と下流側端部を挾持、固定した状態で間歇的に加
熱、加圧する加熱加圧工程と、加熱、加圧工程終了後、
複合材を挾持から解放し、移動方向上流側の複合材の移
動量に対して下流側の複合材の移動量を大きく下流側に
移動させる移動工程とを具備する。また、複合材の下流
側端部に付与する下流側への張力は、加熱加圧工程の直
前から、加熱加圧工程終了後までの間、与えられている
構成、および、移動工程の間は複合材の上流側には移動
上流方向への張力が与えられている構成を具備する。
決する成形方法として、複合材料の上流側端部と下流側
端部を挾持して固定すると共に、下流側端部に移動方向
下流側への張力を付与する挾持工程と、複合材料の上流
側端部と下流側端部を挾持、固定した状態で間歇的に加
熱、加圧する加熱加圧工程と、加熱、加圧工程終了後、
複合材を挾持から解放し、移動方向上流側の複合材の移
動量に対して下流側の複合材の移動量を大きく下流側に
移動させる移動工程とを具備する。また、複合材の下流
側端部に付与する下流側への張力は、加熱加圧工程の直
前から、加熱加圧工程終了後までの間、与えられている
構成、および、移動工程の間は複合材の上流側には移動
上流方向への張力が与えられている構成を具備する。
【００１３】上記成形方法を実行する成形装置は、供給
される複合材料の上流側端部を挾持、固定し、移動方向
下流側への張力付加手段を備え下流側端部を挾持、固定
する複合材の下流側端部との挾持手段と、挾持、固定し
た複合材料を加熱、加圧する加熱加圧手段とを備え、下
流側移動手段は複合材の移動量を上流側移動手段の移動
量に対して大きく設定されると共に、加熱加圧手段が作
動する直前から下流側端部への挾持手段の張力付加手段
を作動させる構成を具備する。
される複合材料の上流側端部を挾持、固定し、移動方向
下流側への張力付加手段を備え下流側端部を挾持、固定
する複合材の下流側端部との挾持手段と、挾持、固定し
た複合材料を加熱、加圧する加熱加圧手段とを備え、下
流側移動手段は複合材の移動量を上流側移動手段の移動
量に対して大きく設定されると共に、加熱加圧手段が作
動する直前から下流側端部への挾持手段の張力付加手段
を作動させる構成を具備する。
【００１４】また、上流側移動手段は、移動方向上流側
に張力を付加する張力付加手段を備え、下流側移動手段
の下流側への張力を上流側移動手段の張力付加手段の張
力より大きく設定することにより下流側移動手段の複合
材料の移動量を上流側移動手段の移動量に対して大きく
する、あるいは、下流側端部を挾持する挾持手段の下流
側への張力付加手段は、上流側移動手段および下流側移
動手段が作動を停止したとき、作動を開始し、上流側端
部の挾持手段と下流側端部の挾持手段が作動を停止した
とき、作動を停止する構成を有し、成形全工程中、材料
中の繊維に張力を付与させて直線に整列させている。
に張力を付加する張力付加手段を備え、下流側移動手段
の下流側への張力を上流側移動手段の張力付加手段の張
力より大きく設定することにより下流側移動手段の複合
材料の移動量を上流側移動手段の移動量に対して大きく
する、あるいは、下流側端部を挾持する挾持手段の下流
側への張力付加手段は、上流側移動手段および下流側移
動手段が作動を停止したとき、作動を開始し、上流側端
部の挾持手段と下流側端部の挾持手段が作動を停止した
とき、作動を停止する構成を有し、成形全工程中、材料
中の繊維に張力を付与させて直線に整列させている。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面により
説明する。図１、図２は複合材の成形装置の全体説明図
を示す。プリプレグ材料よりなる複合材料３は第１の供
給ロ−ル３０Ａ、第２の供給ロ−ル３０Ｂから供給さ
れ、連動する上流側定置装置４０、下流側定置装置９０
により挾持される。そして、供給された複合材料３は間
歇的に下流側に送り作動を実行する上流側送り装置５
０、下流側送り装置８０により移動され、加圧装置６０
および熱硬化炉７０により加熱硬化されて完成品（複合
材）３００となって排出される。
説明する。図１、図２は複合材の成形装置の全体説明図
を示す。プリプレグ材料よりなる複合材料３は第１の供
給ロ−ル３０Ａ、第２の供給ロ−ル３０Ｂから供給さ
れ、連動する上流側定置装置４０、下流側定置装置９０
により挾持される。そして、供給された複合材料３は間
歇的に下流側に送り作動を実行する上流側送り装置５
０、下流側送り装置８０により移動され、加圧装置６０
および熱硬化炉７０により加熱硬化されて完成品（複合
材）３００となって排出される。
【００１６】上流側定置装置４０、下流側定置装置９０
は、複合材料３の移動に連動して間歇的に複合材料３の
挾持、解放を繰り返す。上流定置装置４０は固定部４１
と加圧部４３よりなり、加圧部４３はプレスシリンダ４
５により矢印で示す移動Ｐ1、固定部４１方向への移動
（加圧）を実行している。下流側定置装置９０は固定部
９１と加圧部９３よりなり、加圧部９３はプレスシリン
ダ９５により矢印で示す移動Ｐ7、固定部９１方向への
移動（加圧）を実行している。固定部９１には第３の張
力シリンダ９７が連結されており、下流側定置装置９０
を矢印で示す移動Ｐ8、下流方向への移動（張力付加）
を実行している。このように、熱硬化炉７０を通過して
硬化した複合材３００を挾持、解放を繰り返すと共に、
挾持状態時に複合材３００を下流側に引っ張る動作を実
行している。
は、複合材料３の移動に連動して間歇的に複合材料３の
挾持、解放を繰り返す。上流定置装置４０は固定部４１
と加圧部４３よりなり、加圧部４３はプレスシリンダ４
５により矢印で示す移動Ｐ1、固定部４１方向への移動
（加圧）を実行している。下流側定置装置９０は固定部
９１と加圧部９３よりなり、加圧部９３はプレスシリン
ダ９５により矢印で示す移動Ｐ7、固定部９１方向への
移動（加圧）を実行している。固定部９１には第３の張
力シリンダ９７が連結されており、下流側定置装置９０
を矢印で示す移動Ｐ8、下流方向への移動（張力付加）
を実行している。このように、熱硬化炉７０を通過して
硬化した複合材３００を挾持、解放を繰り返すと共に、
挾持状態時に複合材３００を下流側に引っ張る動作を実
行している。
【００１７】上流側送り装置５０、下流側送り装置８０
は、連動して複合材料３、複合材３００の挾持、解放を
繰返し、挾持状態において進行方向（下流側）への移動
を実行する。上流側送り装置５０は送り固定部５１と送
り加圧部５３よりなり、加圧部５３はプレスシリンダ５
５により矢印で示す送り固定部５１方向への移動Ｐ2を
実行して、複合材料３の挾持、解放を実行する。送り固
定部５１には第１の張力シリンダ−５７を連結して、複
合材料３を挾持状態で下流側への移動時、送り固定部５
１を矢印で示す移動Ｐ3、上流側に移動（張力付加）さ
せる。
は、連動して複合材料３、複合材３００の挾持、解放を
繰返し、挾持状態において進行方向（下流側）への移動
を実行する。上流側送り装置５０は送り固定部５１と送
り加圧部５３よりなり、加圧部５３はプレスシリンダ５
５により矢印で示す送り固定部５１方向への移動Ｐ2を
実行して、複合材料３の挾持、解放を実行する。送り固
定部５１には第１の張力シリンダ−５７を連結して、複
合材料３を挾持状態で下流側への移動時、送り固定部５
１を矢印で示す移動Ｐ3、上流側に移動（張力付加）さ
せる。
【００１８】下流側送り装置８０は熱硬化炉７０の下流
側に配設され、送り固定部８１と送り加圧部８３よりな
る。送り加圧部８３はプレスシリンダ８５により矢印で
示す移動Ｐ5、送り固定部８１方向への移動（加圧）を
実行して，加熱加圧装置６０および熱硬化炉７０を通過
して熱硬化した複合材３００の挾持、解放を繰り返して
いる。送り固定部８１は第２の張力シリンダ−８７が連
結されており、複合材３００を挾持状態で送り固定部８
１を矢印で示す移動Ｐ6、下流側に移動（張力付加）さ
せている。
側に配設され、送り固定部８１と送り加圧部８３よりな
る。送り加圧部８３はプレスシリンダ８５により矢印で
示す移動Ｐ5、送り固定部８１方向への移動（加圧）を
実行して，加熱加圧装置６０および熱硬化炉７０を通過
して熱硬化した複合材３００の挾持、解放を繰り返して
いる。送り固定部８１は第２の張力シリンダ−８７が連
結されており、複合材３００を挾持状態で送り固定部８
１を矢印で示す移動Ｐ6、下流側に移動（張力付加）さ
せている。
【００１９】このとき、この成形装置は、第１の張力シ
リンダ５７のピストン径に比べて第２の張力シリンダ８
７のピストン径を大きく設定している。この構成によ
り、同じ油圧圧力を第１、第２シリンダに掛けた場合、
第１の張力シリンダ５７が移動Ｐ3で上流側送り装置５
０を上流側に引っ張る力に比べて、第２の張力シリンダ
８７が移動Ｐ8で下流側送り装置８０を下流側へ引っ張
る力の方が大きくなり、複合材３００は進行方向両側か
ら引っ張り力を受けながら、下流側に移動する。
リンダ５７のピストン径に比べて第２の張力シリンダ８
７のピストン径を大きく設定している。この構成によ
り、同じ油圧圧力を第１、第２シリンダに掛けた場合、
第１の張力シリンダ５７が移動Ｐ3で上流側送り装置５
０を上流側に引っ張る力に比べて、第２の張力シリンダ
８７が移動Ｐ8で下流側送り装置８０を下流側へ引っ張
る力の方が大きくなり、複合材３００は進行方向両側か
ら引っ張り力を受けながら、下流側に移動する。
【００２０】加圧装置６０は固定加圧部６１と、加圧部
６３よりなり、加圧部６３は図示していないプレスシリ
ンダにより矢印で示す移動Ｐ4、加圧固定部６１方向へ
の移動（加圧）を実行して、間歇的に複合材料３の挾
持、解放を繰り返している。そして、複合材料３の非移
動時に、複合材料材３を固定加圧部６１と加圧部６３で
挾持して加熱、加圧を実行する。次に、加圧部６３を矢
印の逆方向に移動させて複合材料材３を解放したとき、
送り装置５０，８０による移動作動が実行され、加圧装
置６０で加熱硬化された樹脂は熱硬化炉７０内に移動し
て完全に硬化され、完成した複合材料３００として、送
り装置８０により移動され、排出する。排出された複合
材３００は、図８に示すように、繊維１５０が直線に整
列して配設されている。
６３よりなり、加圧部６３は図示していないプレスシリ
ンダにより矢印で示す移動Ｐ4、加圧固定部６１方向へ
の移動（加圧）を実行して、間歇的に複合材料３の挾
持、解放を繰り返している。そして、複合材料３の非移
動時に、複合材料材３を固定加圧部６１と加圧部６３で
挾持して加熱、加圧を実行する。次に、加圧部６３を矢
印の逆方向に移動させて複合材料材３を解放したとき、
送り装置５０，８０による移動作動が実行され、加圧装
置６０で加熱硬化された樹脂は熱硬化炉７０内に移動し
て完全に硬化され、完成した複合材料３００として、送
り装置８０により移動され、排出する。排出された複合
材３００は、図８に示すように、繊維１５０が直線に整
列して配設されている。
【００２１】次に、各装置の作動と複合材の移動との関
係を、図３に示すタイムチャ−トで説明する。 加熱加圧工程……図４参照 時間Ｔ1までは上流側送り装置５０、下流側送り装置８
０以外の上流側定置装置４０、加圧装置６０、下流側定
置装置９０の全てが複合材料３、複合材３００を挾持し
て、加圧、加熱している。 除圧工程……図５に示す状態 時間Ｔ1で加熱加圧装置６０の加圧部６３の加圧を解除
する。時間Ｔ2で定置装置４０の加圧部４３を解除、お
よび定置装置９０の加圧部９３の解除を実行し、複合材
料３の挾持を解放する。そして、上流側送り装置５０、
下流側送り装置８０を作動させて複合材料３、複合材３
００を挾持する。
係を、図３に示すタイムチャ−トで説明する。 加熱加圧工程……図４参照 時間Ｔ1までは上流側送り装置５０、下流側送り装置８
０以外の上流側定置装置４０、加圧装置６０、下流側定
置装置９０の全てが複合材料３、複合材３００を挾持し
て、加圧、加熱している。 除圧工程……図５に示す状態 時間Ｔ1で加熱加圧装置６０の加圧部６３の加圧を解除
する。時間Ｔ2で定置装置４０の加圧部４３を解除、お
よび定置装置９０の加圧部９３の解除を実行し、複合材
料３の挾持を解放する。そして、上流側送り装置５０、
下流側送り装置８０を作動させて複合材料３、複合材３
００を挾持する。
【００２２】移動工程……図５参照 時間Ｔ3で完全に定置装置４０，９０の各加圧部４３、
９３の加圧が解除されたとき、第１の送り装置５０の第
１の張力シリンダ−５７（移動Ｐ3）を作動させる。ま
た同時に第２の張力シリンダ８７（移動Ｐ6）を作動さ
せる。このとき、各シリンダの移動力が移動Ｐ3＜移動
Ｐ6の関係に設定されていることにより、第１の張力シ
リンダ５７の移動Ｐ3の力が、複合材料３の下流側への
移動を止めようとするが、第２の送り装置８０の第２の
張力シリンダ８７の移動Ｐ6の力が強いので、上流側移
動装置５０は移動Ｐ3が抗している間は移動せず、抗し
きれなくなったとき、複合材３、複合材３００を挾持し
た状態で、第１の送り装置５０と第２の送り装置８０は
下流側に移動する。上側送り装置５０の移動を移動量Ｌ
1、下流側送り装置８０の移動量を移動量Ｌ2とすると、
Ｌ1＜Ｌ2となる。このとき、複合材料３、複合材３００
には下流側、上流側の両方からの引っ張り力を受けてい
る。
９３の加圧が解除されたとき、第１の送り装置５０の第
１の張力シリンダ−５７（移動Ｐ3）を作動させる。ま
た同時に第２の張力シリンダ８７（移動Ｐ6）を作動さ
せる。このとき、各シリンダの移動力が移動Ｐ3＜移動
Ｐ6の関係に設定されていることにより、第１の張力シ
リンダ５７の移動Ｐ3の力が、複合材料３の下流側への
移動を止めようとするが、第２の送り装置８０の第２の
張力シリンダ８７の移動Ｐ6の力が強いので、上流側移
動装置５０は移動Ｐ3が抗している間は移動せず、抗し
きれなくなったとき、複合材３、複合材３００を挾持し
た状態で、第１の送り装置５０と第２の送り装置８０は
下流側に移動する。上側送り装置５０の移動を移動量Ｌ
1、下流側送り装置８０の移動量を移動量Ｌ2とすると、
Ｌ1＜Ｌ2となる。このとき、複合材料３、複合材３００
には下流側、上流側の両方からの引っ張り力を受けてい
る。
【００２３】挾持工程……図６参照 時間Ｔ5で移動が終了したとき、上流側定置装置４０の
加圧部４３、および下流側定置装置９０の加圧部９３を
作動させ、移動Ｐ1、移動Ｐ7を実行。複合材料３、複合
材３００を挾持させる。
加圧部４３、および下流側定置装置９０の加圧部９３を
作動させ、移動Ｐ1、移動Ｐ7を実行。複合材料３、複合
材３００を挾持させる。
【００２４】復帰工程……図７参照 時間Ｔ6で下流側送り装置５０の加圧部５３、および下
流側送り装置８０の加圧部８３を除圧して、下流側送り
装置５０、および下流側送り装置８０の挾持を解放す
る。また、時間Ｔ7で第１の張力シリンダ５７を停止、
第２の張力シリンダ８７を停止、第３の張力シリンダ９
７を作動（移動Ｐ8）させる。第１の張力シリンダ５
７、第２の張力シリンダ８７は油圧圧力が抜けるとプレ
スシリンダの圧力が抜け、シリンダ内のスプリングの復
帰に伴って下流側送り装置５０、下流側送り装置８０は
初期の位置に戻る。上流側送り装置５０、下流側送り装
置８０が初期の位置に移動と同時に、第３の張力シリン
ダ９７を作動させる。これにより、第３の張力シリンダ
９７が複合材３００を移動Ｐ8の張力で下流側に引っ張
る。このように、上下流の送り装置５０，８０が複合材
料３を解放している間も、複合材料３および複合材３０
０は上流側を上流側定置装置４０で挾持、固定された状
態で下流側定置装置９０により移動Ｐ8の張力で進行方
向に引っ張られている。
流側送り装置８０の加圧部８３を除圧して、下流側送り
装置５０、および下流側送り装置８０の挾持を解放す
る。また、時間Ｔ7で第１の張力シリンダ５７を停止、
第２の張力シリンダ８７を停止、第３の張力シリンダ９
７を作動（移動Ｐ8）させる。第１の張力シリンダ５
７、第２の張力シリンダ８７は油圧圧力が抜けるとプレ
スシリンダの圧力が抜け、シリンダ内のスプリングの復
帰に伴って下流側送り装置５０、下流側送り装置８０は
初期の位置に戻る。上流側送り装置５０、下流側送り装
置８０が初期の位置に移動と同時に、第３の張力シリン
ダ９７を作動させる。これにより、第３の張力シリンダ
９７が複合材３００を移動Ｐ8の張力で下流側に引っ張
る。このように、上下流の送り装置５０，８０が複合材
料３を解放している間も、複合材料３および複合材３０
０は上流側を上流側定置装置４０で挾持、固定された状
態で下流側定置装置９０により移動Ｐ8の張力で進行方
向に引っ張られている。
【００２５】以上のように、複合材料３には加熱加工工
程（時間Ｔ8から時間Ｔ1まで）、除圧工程（時間Ｔ1か
ら時間Ｔ3まで）、移動工程（時間Ｔ3から時間Ｔ5ま
で）、挾持工程（時間Ｔ5から時間Ｔ7まで）、復帰工程
（時間Ｔ7から時間Ｔ8まで）の全工程の間、複合材料３
および複合材３００には押圧力、あるいは引っ張り力が
与えられている。与える張力は、複合材料３の大きさ、
断面積等により、第１の張力シリンダ５７、第２の張力
シリンダ８７、第３の張力シリンダ９７の張力シリンダ
圧を調節して調整される。このようにして成形された複
合材３００は補強材として配設される繊維１５０が直線
に整列され、所望する圧縮及び引張り強度を有する複合
材となる。
程（時間Ｔ8から時間Ｔ1まで）、除圧工程（時間Ｔ1か
ら時間Ｔ3まで）、移動工程（時間Ｔ3から時間Ｔ5ま
で）、挾持工程（時間Ｔ5から時間Ｔ7まで）、復帰工程
（時間Ｔ7から時間Ｔ8まで）の全工程の間、複合材料３
および複合材３００には押圧力、あるいは引っ張り力が
与えられている。与える張力は、複合材料３の大きさ、
断面積等により、第１の張力シリンダ５７、第２の張力
シリンダ８７、第３の張力シリンダ９７の張力シリンダ
圧を調節して調整される。このようにして成形された複
合材３００は補強材として配設される繊維１５０が直線
に整列され、所望する圧縮及び引張り強度を有する複合
材となる。
【００２６】実験の結果、例えば、複合材の断面積１平
方センチ当たり、５００キログラム程度の張力を与える
ことにより、複合材中に配設される炭素繊維の直線度が
改善され、波状変形を大幅に減らすことができた。
方センチ当たり、５００キログラム程度の張力を与える
ことにより、複合材中に配設される炭素繊維の直線度が
改善され、波状変形を大幅に減らすことができた。
【００２７】以上説明したように、本発明による複合材
料の成形方法は、成形工程が間欠的に進行する間、例え
ば加圧サイクル、移動サイクル、除圧サイクル等、成形
工程の全行程を通じて継続的に繊維に張力を与える方法
をとっている。すなわち、成形装置は、加圧サイクルに
張力を与えるため第３の与張機構（手段）を、移動サイ
クルに張力を与える第１、第２の与張機構（手段）を配
設することにより、両者が協調して加圧サイクル、移動
サイクルを通じて繊維に張力を与え続ける構成としてい
る。
料の成形方法は、成形工程が間欠的に進行する間、例え
ば加圧サイクル、移動サイクル、除圧サイクル等、成形
工程の全行程を通じて継続的に繊維に張力を与える方法
をとっている。すなわち、成形装置は、加圧サイクルに
張力を与えるため第３の与張機構（手段）を、移動サイ
クルに張力を与える第１、第２の与張機構（手段）を配
設することにより、両者が協調して加圧サイクル、移動
サイクルを通じて繊維に張力を与え続ける構成としてい
る。
【００２８】このように加熱、加圧された樹脂は、一旦
溶融した後、硬化し、冷却するが、その間一貫して繊維
に張力を与え続けることにより繊維の直線精度を高め、
熱収縮に伴う繊維の挫屈を防止し、強度を満足する複合
材を成形することができる。
溶融した後、硬化し、冷却するが、その間一貫して繊維
に張力を与え続けることにより繊維の直線精度を高め、
熱収縮に伴う繊維の挫屈を防止し、強度を満足する複合
材を成形することができる。
【００２９】
【発明の効果】本発明の成形方法、および成形装置は、
連続成形の全工程中、材料中の繊維に張力を継続的に付
加させているので、成形後の材料中の繊維は直線に整列
させられる。その結果、複合材は圧縮荷重を受けた場
合、高い座屈強度を有すると共に、荷重／歪み曲線も直
線性を有し、引っ張り荷重を受けた場合、一部の繊維に
応力が集中することなく高い引っ張り強度を持つ構造用
複合材を製造することができる。
連続成形の全工程中、材料中の繊維に張力を継続的に付
加させているので、成形後の材料中の繊維は直線に整列
させられる。その結果、複合材は圧縮荷重を受けた場
合、高い座屈強度を有すると共に、荷重／歪み曲線も直
線性を有し、引っ張り荷重を受けた場合、一部の繊維に
応力が集中することなく高い引っ張り強度を持つ構造用
複合材を製造することができる。
【図１】本発明による成形装置の全体説明図。
【図２】本発明による成形装置の構成概略図。
【図３】各装置の作動タイミンチャ−ト。
【図４】作動状態説明図。
【図５】作動状態説明図。
【図６】作動状態説明図。
【図７】作動状態説明図。
【図８】本発明により成形される複合材の説明図。
【図９】従来の複合材の説明図。
【図１０】複合材中の繊維の説明図。
【図１１】従来の複合材の圧縮力と伸長との関係を表し
たグラフ。
たグラフ。
３ 複合材料 ３０ 供給装置 ４０ 下流側定置装置 ５０ 下流側送り装置 ５７ 第１の張力付与手段 ６０ 加熱加圧装置 ７０ 熱硬化炉 ８０ 上流側送り装置 ８７ 第２の張力付与手段 ９０ 下流側定置装置 ９７ 第３の張力付与手段
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｂ２９Ｋ 105:10 Ｂ２９Ｌ 31:30 (56)参考文献 特開 平２−102029（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−38026（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−310936（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−4315（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B29C 43/22 - 43/34 B29C 43/44 B29C 70/00 - 70/06
Claims (6)
- 【請求項１】 繊維で補強された複合材料を間歇的に加
熱・加圧して複合材を成形する成形方法において、 複合材料の上流側端部と下流側端部を挾持、固定する挾
持工程と、挾持、固定された複合材料を間歇的に加熱、
加圧する加熱加圧工程と、加熱加圧工程終了後、複合材
を挾持から解放して下流側に移動させる移動工程と、 を有し、 前記挾持工程において、下流側端部に移動方向下流側へ
の張力を付与すると共に、前記移動工程は、移動方向上
流側の複合材の移動量に対して下流側の複合材の移動量
を大きくすることにより、複合材の繊維を直線に整列さ
せることを特徴とする複合材の成形方法。 - 【請求項２】 下流側端部に付与する移動方向下流側へ
の張力は加熱加圧工程の開始前から、加熱加圧工程終了
後までの間付与されている請求項１記載の複合材の成形
方法。 - 【請求項３】 移動工程の間は複合材の上流側には移動
方向上流側への張力が与えられている請求項１記載の複
合材の成形方法。 - 【請求項４】 繊維で補強された複合材料を間歇的に加
熱・加圧して複合材を成形する成形装置において、 供給される複合材料の上流側端部と下流側端部を挾持し
て複合材料を固定する挾持手段と、挾持、固定した複合
材料を加熱、加圧する加熱加圧手段と、挾持手段から解
放された複合材を下流側に移動する移動手段と、を備
え、 移動手段は、加熱加圧手段の上流側に配設される上流側
移動手段と、加熱加圧手段の下流側に配設される下流側
移動手段を有し、下流側移動手段は複合材の移動量を上
流側移動手段の移動量に対して大きく設定されると共
に、複合材の下流側端部を挾持する挾持手段は移動方向
下流側への張力付加手段を備え、加熱加圧手段が作動す
る直前から挾持手段の張力付加手段を作動させるよう構
成してなる複合材の成形装置。 - 【請求項５】 上流側移動手段は、移動方向上流側に張
力を付加する張力付加手段を備え、下流側移動手段の下
流側への張力を上流側移動手段の張力付加手段の張力よ
り大きく設定することにより下流側移動手段の複合材料
の移動量を上流側移動手段の移動量に対して大きくして
なる請求項４記載の複合材の成形装置。 - 【請求項６】 下流側端部を挾持する挾持手段の下流側
への張力付加手段は、上流側移動手段および下流側移動
手段が作動を停止したとき、作動を開始し、上流側端部
の挾持手段と下流側端部の挾持手段が作動を停止したと
き、作動を停止するよう構成されてなる請求項４記載の
複合材の成形装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11082053A JP3012847B1 (ja) | 1999-03-25 | 1999-03-25 | 複合材の成形方法とその装置 |
| DE60000465T DE60000465T2 (de) | 1999-03-25 | 2000-03-10 | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Verbundmaterials |
| ES00105122T ES2182744T3 (es) | 1999-03-25 | 2000-03-10 | Procedimiento y dispositivo para conformar un material compuesto. |
| EP00105122A EP1040901B1 (en) | 1999-03-25 | 2000-03-10 | Method and device for forming a compound material |
| US09/533,977 US6569371B1 (en) | 1999-03-25 | 2000-03-23 | Method for forming a compound material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11082053A JP3012847B1 (ja) | 1999-03-25 | 1999-03-25 | 複合材の成形方法とその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP3012847B1 true JP3012847B1 (ja) | 2000-02-28 |
| JP2000271949A JP2000271949A (ja) | 2000-10-03 |
Family
ID=13763784
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11082053A Expired - Lifetime JP3012847B1 (ja) | 1999-03-25 | 1999-03-25 | 複合材の成形方法とその装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6569371B1 (ja) |
| EP (1) | EP1040901B1 (ja) |
| JP (1) | JP3012847B1 (ja) |
| DE (1) | DE60000465T2 (ja) |
| ES (1) | ES2182744T3 (ja) |
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| KR102408326B1 (ko) * | 2021-02-09 | 2022-06-14 | 주식회사 신성소재 | 인발성형 장치 |
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| JPH085137B2 (ja) | 1988-07-28 | 1996-01-24 | 東レ株式会社 | 繊維強化プラスチックの引抜成形法 |
| JPH0618736B2 (ja) | 1988-10-08 | 1994-03-16 | 株式会社ジャムコ | プリプレグ材料の成形方法及び成形装置 |
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-
2000
- 2000-03-10 EP EP00105122A patent/EP1040901B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2000-03-10 ES ES00105122T patent/ES2182744T3/es not_active Expired - Lifetime
- 2000-03-10 DE DE60000465T patent/DE60000465T2/de not_active Expired - Lifetime
- 2000-03-23 US US09/533,977 patent/US6569371B1/en not_active Expired - Lifetime
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| US6569371B1 (en) | 2003-05-27 |
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