特開 2024-15705 プリフォームの製造方法及び製造装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024015705

(43)【公開日】2024-02-06

(54)【発明の名称】プリフォームの製造方法及び製造装置

(51)【国際特許分類】

   B29C 70/44 20060101AFI20240130BHJP

   B29C 70/16 20060101ALI20240130BHJP

   B29C 43/12 20060101ALI20240130BHJP

【ＦＩ】

B29C70/44

B29C70/16

B29C43/12

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022117951

(22)【出願日】2022-07-25

(71)【出願人】

【識別番号】000003997

【氏名又は名称】日産自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100102141

【弁理士】

【氏名又は名称】的場 基憲

(74)【代理人】

【識別番号】100137316

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 宏

(72)【発明者】

【氏名】姜 賢求

【テーマコード（参考）】

4F204

4F205

【Ｆターム（参考）】

4F204AA36

4F204AC03

4F204AD16

4F204AM28

4F204FA01

4F204FA13

4F204FB01

4F204FG09

4F204FN11

4F204FN15

4F204FN17

4F204FQ37

4F205AA36

4F205AC03

4F205AD16

4F205AM28

4F205HA09

4F205HA23

4F205HA37

4F205HB01

4F205HF30

4F205HG01

4F205HK03

4F205HK31

(57)【要約】

【課題】従来のプリフォームの製造方法では、中央に三次元的な凸形状を有するプリフォームを賦形する場合、しわが発生するという問題点があった。
【解決手段】繊維積層体Ｓの周縁部を枠体５で保持した状態にして、枠体５とともに繊維積層体Ｓを成形型２の上側に配置し、成形型２、繊維積層体Ｓ及び枠体５を気密シート３で覆った後、気密シート３の内部空間を真空引きすることにより、枠体５を成形型２の下方向へ移動させながら成形型２の外面に繊維積層体Ｓを密着させてプリフォームＰを賦形する製造方法とし、中央に三次元的な凸形状を有するプリフォームＰであって、枠体５により繊維積層体Ｓに均等な面圧を加えて、しわ等の成形不良が無い形状精度の高いプリフォームＰを賦形する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

凸状の成形型の上側に繊維積層体を配置して気密シートで覆った後、前記気密シートの内部空間を真空引きすることにより、前記成形型の外面に前記繊維積層体を密着させて前記繊維積層体から成るプリフォームを製造するに際し、
前記成形型が突入可能なリング状の枠体を用い、
前記繊維積層体の周縁部を前記枠体で保持した状態にして、前記枠体とともに前記繊維積層体を前記成形型の上側に配置し、
前記成形型、前記繊維積層体及び前記枠体を前記気密シートで覆った後、
前記気密シートの内部空間を真空引きすることにより、前記枠体を前記成形型の下方向へ移動させながら前記成形型の外面に前記繊維積層体を密着させて前記繊維積層体から成るプリフォームを賦形することを特徴とするプリフォームの製造方法。

【請求項2】

収縮可能なサポーターを用い、
前記サポーターにより、前記枠体を前記成形型の上側に支持し、
前記気密シートの内部を真空引きすることにより、前記サポーターを収縮させながら前記枠体を前記成形型の下方向へ移動させることを特徴とする請求項１に記載のプリフォームの製造方法。

【請求項3】

前記プリフォームを賦形した後、前記プリフォームを加熱して硬化させることを特徴とする請求項１に記載のプリフォームの製造方法。

【請求項4】

請求項１に記載のプリフォームの製造方法に用いる装置であって、
上側に開放されたチャンバーと、前記チャンバーの内部に配置した前記成形型と、前記チャンバーの開放部を封止する前記気密シートと、前記チャンバーの内部空間を真空引きする排気装置と、前記成形型が突入可能なリング状を成し且つ前記繊維積層体の周縁部を保持する前記枠体とを備えたことを特徴とするプリフォームの製造装置。

【請求項5】

収縮可能であり且つ前記枠体を前記成形型の上側に支持するサポーターを備えていることを特徴とする請求項４に記載のプリフォームの製造装置。

【請求項6】

前記枠体が、真空引きの際の大気圧に耐える剛性を有していることを特徴とする請求項４に記載のプリフォームの製造装置。

【請求項7】

前記チャンバーの底面に、通気性を有するブリーザーが敷設してあることを特徴とする請求項４に記載のプリフォームの製造装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、繊維強化複合材のプリフォームを所定形状に賦形するのに用いられるプリフォームの製造方法及び製造装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、プリフォームの製造方法としては、例えば、特許文献１に記載されているものがある。特許文献１に記載のプリフォームの製造方法は、成形型上に凸型の治具を配置し、治具上に強化繊維基材から成る繊維積層体を配置した後、治具及び繊維積層体をシートで覆い、シート内部を減圧することによりシートに面圧を加えて、シートと治具との間で繊維積層体を所定形状のプリフォームに賦形する。この際、上記のプリフォームの製造方法では、成形型と治具とのコーナー部にシートを密着させないことで、表面性状に優れたプリフォームを得るものとしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００５－２８８７８５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところが、上記したような従来のプリフォームの製造方法では、プリフォームの形状に制限がある。つまり、上記のプリフォームの製造方法では、例えば、中央に三次元的な凸形状を有するプリフォームを賦形する場合、凸形状の全周に均等な面圧を加えることが困難であるから、しわが発生するという問題点があり、このような問題点を解決することが課題であった。

【0005】

本発明は、上記従来の課題に着目して成されたもので、例えば、プリフォームの形状が、中央に三次元的な凸形状を有する場合でも、しわ等の成形不良が無い形状精度の高いプリフォームを賦形することができるプリフォームの製造方法及び製造装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係わるプリフォームの製造方法は、凸状の成形型の上側に繊維積層体を配置して気密シートで覆った後、気密シートの内部空間を真空引きすることにより、成形型の外面に繊維積層体を密着させて繊維積層体から成るプリフォームを製造する方法である。プリフォームの製造方法は、成形型が突入可能なリング状の枠体を用い、繊維積層体の周縁部を枠体で保持した状態にして、枠体とともに繊維積層体を成形型の上側に配置し、成形型、前記繊維積層体及び前記枠体を前記気密シートで覆う。その後、プリフォームの製造方法は、気密シートの内部空間を真空引きすることにより、枠体を成形型の下方向へ移動させながら成形型の外面に繊維積層体を密着させて繊維積層体から成るプリフォームを賦形することを特徴としている。

【0007】

本発明に係わるプリフォームの製造装置は、上記のプリフォームの製造方法に用いる装置であって、上側に開放されたチャンバーと、チャンバーの内部に配置した成形型と、チャンバーの開放部を封止する気密シートと、チャンバーの内部空間を真空引きする排気装置と、成形型が突入可能なリング状を成し且つ繊維積層体の周縁部を保持する枠体とを備えたことを特徴としている。

【発明の効果】

【0008】

本発明に係わるプリフォームの製造方法及び製造装置は、上記構成を採用したことにより、例えば、プリフォームの形状が、中央に三次元的な凸形状を有する場合でも、枠体で繊維積層体の周縁部全体を抑えることで、繊維積層体に均等な面圧を加えることが可能となり、しわ等の成形不良が無い形状精度の高いプリフォームを賦形することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明に係わるプリフォームの製造方法及び製造装置の第１実施形態を示す断面説明図である。

【図2】図１に示す製造装置の気密シートを省略した平面図である。

【図3】プリフォームの製造工程を順次示す各々断面説明図である。

【図4】本発明に係わるプリフォームの製造方法及び製造装置の第２実施形態を示す断面説明図である。

【図5】図４に続いて気密シートの内部を真空引きした状態を示す断面説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

＜第１実施形態＞
図１及び図２は、本発明に係わるプリフォームの製造方法に適用可能な製造装置を説明する図である。以下に説明するプリフォームの製造方法及び製造装置では、繊維積層体Ｓから、中央に三次元的な凸形状を有するプリフォームＰを賦形する。繊維積層体Ｓは、例えば、強化繊維として炭素繊維を用い、繊維配向が異なる複数の繊維基材を積層してバインダーを含むものであり、初期には平板状を成している。

【0011】

図示例の製造装置は、基本構成として、上側に開放されたチャンバー１と、チャンバー１の内部に配置した成形型２と、チャンバー１の開放部を封止する気密シート３と、チャンバー１の内部空間を真空引きする排気装置４と、成形型２が突入可能なリング状を成す枠体５とを備えている。また、図示例の製造装置は、枠体５を成形型２の上側に支持するサポーター６と、チャンバー１の底面に敷設したブリーザー７とを備えている。

【0012】

チャンバー１は、上側に開放された矩形の筐体であって、上側に、着脱可能な固定枠１Ａを備えており、開放部を覆う気密シート３の周縁部を固定枠１Ａで挟持する。気密シート３は、可撓性及び気密性を有するものであれば、その材料がとくに限定されないが、一例としてシリコンゴムを用いることができる。

【0013】

成形型２は、台座２Ａの中央に、三次元的な凸形状を成す賦形部２Ｂを備えている。賦形部２Ｂは、図２に示す平面視において、楕円形状を成しており、図１に示す側面視において、平坦な頂面と傾斜した側面とが曲面により滑らかに連続していると共に、側面と台座２Ａの上面とが曲面により滑らかに連続している。

【0014】

排気装置４は、詳細な図示を省略したが、真空ポンプや各種制御弁などで構成されており、チャンバー１の底部寄りに設けた通気口１Ｂ及び外部の配管４Ａを通して、気密シート３の内部空間、より正確には、気密シート３で区画されたチャンバー１の下部空間を真空引き（減圧）する。

【0015】

枠体５は、図２に示す平面において、成形型２の賦形部２Ｂに対応した楕円形のリング状であって、台座２Ａの上面に相対向する大きさであると共に、真空引きの際の大気圧に耐える剛性を有しており、一例として金属製である。この枠体５は、繊維積層体Ｓの厚さや中央の凸形状（賦形部２Ｂの形状）に応じて、大きさや周方向に対する幅寸法等を適宜設定する。このため、枠体５の幅寸法は、全周にわたって均等にしたり、部分的に異ならせたりすることがある。

【0016】

上記の枠体５は、賦形部２Ｂの上側となる上限位置から、成形型２の台座２Ａに当接する下限位置に至る範囲を移動する。また、枠体５は、繊維積層体Ｓの周縁部を保持する機能を有する。このため、枠体５は、上部枠５Ａと下部枠５Ｂとを備えると共に、図１中の拡大図に示すように、両枠５Ａ，５Ｂの相対向する位置に磁石８Ａ，８Ｂが設けてある。この枠体５は、両枠５Ａ，５Ｂで繊維積層体Ｓの周縁部を挟んで保持すると共に、磁石８Ａ，８Ｂにより両枠５Ａ，５Ｂを互いに位置決めする。一対の磁石８Ａ，８Ｂは、位置決め精度を確保するために、複数箇所に配置するのがより好ましい。

【0017】

サポーター６は、図１に示す常態において、枠体５を成形型２の上側に支持する高さ寸法を有すると共に、外力により上下方向に収縮可能である。このサポーター６は、プリフォームＰの賦形時の圧力や熱に耐えると共に、枠体５を上記した移動範囲で支持し得るものであれば良く、例えば、スプリングやスポンジ類などを用いることができる。

【0018】

上記のサポーター６は、枠体５の下部枠５Ｂの下面に形成した凹部９と、成形型２の台座２Ａに形成した凹部１０とにより、上下が位置決めされている。この実施形態では、図２に示すように、賦形部２Ｂの周囲４カ所にサポーター６を配置している。

【0019】

ブリーザー７は、通気性を有するものであれば、材料等がとくに限定されないが、例えば、適当な厚みを有する不織布シートであり、チャンバー１の内部底面に敷設してある。したがって、ブリーザー７は、成形型２の下側に介在している。また、図示例のブリーザー７は、チャンバー１の内部底面において、少なくとも通気口１Ｂ側（図１中で左側）から成形型２の配置領域を含む範囲に敷設してある。これにより、ブリーザー７は、真空引きの際、余計な空気溜まりが生じるのを防いで、良好な排気を実現するのであるが、当然のことながら、チャンバー１の内部底面の全体に敷設しても良い。

【0020】

上記製造装置を用いたプリフォームの製造方法は、図３の左上段に示すように、チャンバー１の内部にブリーザー７を敷設して成形型２を配置する。次に、図３の左中段に示すように、成形型２の台座２Ａの４カ所にサポーター６を配置して、各サポーター６で枠体５の下部枠５Ｂを支持し、下部枠５Ｂの上側に繊維積層体Ｓを配置する。その後、図３の左下段に示すように、下部枠５Ｂに対して上部枠５Ａを位置決めし、上部枠５Ａと下部枠５Ｂとで繊維積層体Ｓの周縁部を挟んで保持する。これにより、枠体５で保持された繊維積層体Ｓは、成型型２の上側に配置される。

【0021】

次に、プリフォームの製造方法は、図３の右上段に示すように、チャンバー１の開放部を気密シート３で覆うと共に、その周縁部を固定枠１Ａで固定する。この際、気密シート３は、自重で下方に湾曲し、枠体５で保持された繊維積層体Ｓの上面に接触する。その後、プリフォームの製造方法は、排気装置４により、気密シート３の内部空間、すなわちチャンバー１における気密シート３の下部空間を真空引き（減圧）する。

【0022】

これにより、プリフォームの製造方法では、気密シート３の上面に大気圧が作用し、枠体５を成形型２の下方向へ移動させながら、成形型２の賦形部２Ｂの外面に繊維積層体Ｓを密着させる。この際、繊維積層体Ｓは、平面状から三次元的な凸形状に変形していくので、周縁部が中央に引っ張られることになるが、その周縁部全体が枠体５により抑えられているので、賦形部２Ｂの外面に沿って変形し、最終的に賦形部２Ｂに密着する。

【0023】

また、上記プリフォームの製造方法では、図３の右中段に示すように、サポーター６を下方向に収縮させながら枠体５を成形型２の下方向へ移動させることとなり、下降した枠体５の内側に成形型２の賦形部２Ｂが突入した状態になる。

【0024】

このようにして、プリフォームの製造方法及び製造装置は、繊維積層体Ｓから成るプリフォームＰを賦形する。また、この実施形態では、図３の右中段に示すように、加熱装置１１により、賦形したプリフォームＰを加熱することでバインダーを硬化させ、プリフォームＰの形状を維持する。

【0025】

その後、プリフォームの製造方法は、気密シート３の下部空間を大気に開放して、チャンバー１から気密シート３を外し、図３の右下段に示すように、枠体５の上部枠５Ａを外してプリフォームＰを離型させる。

【0026】

上記実施形態で説明したプリフォームの製造方法及び製造装置によれば、中央に三次元的な凸形状を有するプリフォームＰであっても、枠体５で繊維積層体Ｓの周縁部全体を抑えることで、繊維積層体Ｓに均等な面圧を加えることが可能となり、しわ等の成形不良が無い形状精度の高いプリフォームＰを賦形することができる。

【0027】

また、上記のプリフォームの製造方法及び製造装置は、収縮可能なサポーター６で枠体５を支持することにより、枠体５及び繊維積層体Ｓの姿勢が安定し、枠体５を水平状態に維持しつつ降下させて、繊維積層体Ｓに対してより均等な面圧を加えることができる。これにより、繊維積層体Ｓにおける繊維基材同士の位置ずれ等を防止することができ、プリフォームＰの形状精度のさらなる向上に貢献することができる。

【0028】

さらに、上記のプリフォームの製造方法では、賦形したプリフォームＰを加熱して硬化させることにより、プリフォームＰの離型作業を簡単に行うことができ、後工程におけるプリフォームＰの取り扱いが良好になる。

【0029】

さらに、上記のプリフォームの製造装置では、真空引きの際の大気圧に耐える剛性を有する枠体５を用いることで、繊維積層体Ｓを抑える機能が安定し、繊維積層体Ｓに対する均等な面圧付加や、繊維基材同士の位置ずれ防止を実現する。

【0030】

さらに、上記のプリフォームの製造装置では、チャンバー１の底面に、通気性を有するブリーザー７を敷設したことにより、真空引き（減圧）の際、気密シート３の下側に空気溜まりが生じるのを抑制することができ、プリフォームＰの良好な賦形に貢献することができる。

【0031】

＜第２実施形態＞
図４及び図５は、本発明に係わるプリフォームの製造方法及び製造装置の第２実施形態を説明する図である。この実施形態では、第１実施形態と同じ部位に同一符号を付して、詳細な説明を省略する。

【0032】

本発明に係わるプリフォームの製造方法及び製造装置は、第１実施形態で説明したサポーター（６）を省略することが可能である。図４に示すように、プリフォームＰの中央の凸形状、すなわち成形型２の賦形部２Ｂが、平坦な頂面を有し、全周にわたってほぼ均等な外面（断面）を有する場合には、サポーター（６）を用いずに、枠体５で周縁部が保持された繊維積層体Ｓを賦形部２Ｂの上側に直接載置する。なお、繊維積層体Ｓは、バインダーを含むので、平板状を維持した状態で成形型２に載置可能である。

【0033】

また、図示の製造装置では、図４中の拡大図に示すように、枠体５が、上部枠５Ａに設けたピン１２を下部枠５Ｂの孔１３に挿入することで、上部枠５Ａ及び下部枠５Ｂを互いに位置決めする。ピン１２及び孔１３は、複数箇所に設けることがより望ましい。さらに、ピン１２は、気密シート３の損傷防止のため、図示例の如く上部枠５Ａに設けるのが望ましく、下部枠５Ｂに設ける場合には、先端が枠体５の上側に突出しない構造にする。

【0034】

上記のプリフォームの製造方法及び製造装置では、真空引き（減圧）の際、気密シート３に作用する大気圧が枠体５及び繊維積層体Ｓにほぼ均等に加わるので、枠体５が水平な姿勢を維持しつつ押し下げられて、図５に示すように、繊維積層体Ｓを賦形部２Ｂに密着させる。

【0035】

これにより、上記のプリフォームの製造方法及び製造装置では、第１実施形態と同様に、繊維積層体Ｓに均等な面圧を加えることが可能となり、しわ等の成形不良が無い形状精度の高いプリフォームＰを賦形することができる。とくに、上記のプリフォームの製造方法及び製造装置では、サポーター（６）を用いないので、その分、作業が簡素化されると共に、整備費も下がるので、製造コストの低減等を実現することができる。

【0036】

本発明に係わるプリフォームの製造方法及び製造装置は、その構成が上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。また、上記のプリフォームの製造方法及び製造装置は、繊維基材にバインダーを含ませた繊維積層体ＳをプリフォームＰに賦形するものとして説明したが、繊維積層体Ｓが強化繊維とマトリックス樹脂を含み、これを製品形状に賦形して加熱硬化させる製造、すなわち繊維強化複合材の製造に適用することも可能である。

【符号の説明】

【0037】

Ｐ プリフォーム
Ｓ 繊維積層体
１ チャンバー
２ 成形型
３ 気密シート
４ 排気装置
５ 枠体
６ サポーター
７ ブリーザー

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】