JP2010234676A

JP2010234676A - Production method of hollow rod-like structure

Info

Publication number: JP2010234676A
Application number: JP2009085794A
Authority: JP
Inventors: Shigero Iwazawa; 茂郎岩澤; Yukitane Kimoto; 幸胤木本
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2009-03-31
Publication date: 2010-10-21
Anticipated expiration: 2029-03-31
Also published as: JP5343668B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a production method for integrally molding a hollow rod-like structure product having a non-uniform cross-sectional shape, particularly, a production method of a hollow rod-like structure, suitable when the member is made of fiber-reinforced plastics. <P>SOLUTION: The production method of a hollow rod-like structure comprising at least fiber-reinforced plastics includes: a shaping step of winding a prepreg base material around a thermally expandable flexible core having a smaller and similar shape as the hollow rod-like structure, while keeping at least one aperture to obtain a layered body; a curing step of disposing a thermally expandable elastic sheet having a given thickness on the inner face of a die having a cavity face which is in a larger and similar shape as the hollow rod-like structure, disposing the layered body inside the thermally expandable elastic sheet, followed by closing the die and heating the die to cure the layered body while pressurizing by the thermal expansion of the flexible core and of the sheet; and a drawing step of drawing the flexible core through the aperture after curing. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は非一様な断面形状を有する中空棒状構造体製品を一体成形する製造方法に関するものであって、特に部材の材質が繊維強化プラスチックである場合に好適な中空棒状構造体の製造方法に関する。 The present invention relates to a manufacturing method for integrally forming a hollow rod-shaped structure product having a non-uniform cross-sectional shape, and more particularly to a method for manufacturing a hollow rod-shaped structure that is suitable when the material of the member is fiber reinforced plastic. .

従来から、棒状構造体は様々な製品において構造部材や動力伝達部材等に用いられている。このうち、自転車のクランクアームや、往復動式内燃機関のクランク、コンロッドなど、一方の端部に動力源、もう一方の端部に動力によって駆動される回転軸等の動力伝達材が結合される部材は、軽量性が求められると同時に荷重に対する高い剛性が求められる。そこで高い剛性と軽量性を両立させるために、棒状構造体を中空構造にするという要求がある。 Conventionally, rod-like structures have been used for structural members, power transmission members, and the like in various products. Of these, a power source such as a crank arm of a bicycle, a crank of a reciprocating internal combustion engine, and a connecting rod are coupled to a power source at one end, and a power transmission material such as a rotating shaft driven by power is coupled to the other end. The member is required to be lightweight and at the same time to have high rigidity against a load. Therefore, in order to achieve both high rigidity and light weight, there is a demand for the rod-like structure to have a hollow structure.

中空体を成形する方法としては、コの字型断面の部材を作りこの部材を向かい合わせに張り合わせる、もしくはコの字断面の開口部を後工程で蓋をする、などの方法やプルトルージョン成形法、フィラメントワインディング法、エアバッグを用いた内圧成形法、溶解性材料を中子に用いた成形法、熱膨張性材料を中子に用いた成形方法などが知られている。 As a method of forming a hollow body, a member having a U-shaped cross section is formed and the members are bonded to each other, or an opening having a U-shaped cross section is covered in a later process, or pultrusion molding. There are known a method, a filament winding method, an internal pressure molding method using an airbag, a molding method using a soluble material as a core, a molding method using a thermally expandable material as a core, and the like.

コの字断面部材を用いた方法では、後工程による溶接や接着などの接合工程が煩雑であり品質の管理が難しく生産性を下げている。プルトルージョン法では一様の断面をした真っ直ぐなパイプしか製造できずしかも設備費が高い欠点がある。フィラメントワインディング法では強化用繊維の長繊維の比率を高められるので比較的強度の高い中空体が得られるが、軸対称の製品しか製造できず、しかも設備費が高い欠点がある。エアバッグを用いた内圧成形法では、エアバッグを除去する工程が煩雑であり、また一様な断面形状以外では均一な内圧を付与することが困難である。溶解性材料を中子に用いる方法では、溶解性材料として石膏や低融点合金、ワックスなどを用いる方法が知られているが、この方法では個別に中子を作製する工程が必要なこと、溶融除去のための工程が煩雑で、時間を要することなどからコスト高につながり大量生産に向かず、リサイクル性の観点からも好ましくない。 In the method using the U-shaped cross-section member, the joining process such as welding and bonding in the subsequent process is complicated, and quality management is difficult, and productivity is lowered. In the pultrusion method, only a straight pipe having a uniform cross section can be produced, and the equipment cost is high. In the filament winding method, since the ratio of long fibers of reinforcing fibers can be increased, a hollow body having a relatively high strength can be obtained. However, only an axisymmetric product can be produced, and the equipment cost is high. In the internal pressure molding method using an airbag, the process of removing the airbag is complicated, and it is difficult to apply a uniform internal pressure except for a uniform cross-sectional shape. As a method of using a soluble material for the core, a method using gypsum, a low melting point alloy, wax, or the like as a soluble material is known. However, this method requires a step for individually preparing the core, Since the removal process is complicated and time-consuming, the cost is high and the mass production is not suitable, which is not preferable from the viewpoint of recyclability.

前述のような方法に対して、外型の内部にラバー成形型を配置し、ラバー成形型を加熱して熱膨張による成形圧力を被成形物に加えて成形する方法が特許文献１に開示されている。この成形方法では、ラバー成形型の内部に、被成形物の外形に沿って、被成形物の樹脂粘度が最低粘度を経た直後に成形圧力が加わるように、ほぼ均一な隙間が設けられているので、気泡の巻き込み等を抑制した成形品を得ることができる。しかし、形状が複雑になったり、被成形物に使用する樹脂の種類が多様になったりすると、同一形状であっても、その都度隙間の異なるラバー成形型を準備する必要が生じるため、多品種に迅速に対応することには限界があった。 In contrast to the method described above, Patent Document 1 discloses a method in which a rubber molding die is disposed inside an outer mold, and the rubber molding die is heated to apply molding pressure due to thermal expansion to a workpiece. ing. In this molding method, a substantially uniform gap is provided inside the rubber mold so that a molding pressure is applied immediately after the resin viscosity of the molding material reaches the minimum viscosity along the outer shape of the molding material. Therefore, it is possible to obtain a molded product that suppresses entrainment of bubbles and the like. However, if the shape becomes complicated or the types of resin used in the workpiece become diverse, it will be necessary to prepare rubber molds with different gaps each time, even if the shape is the same. There was a limit to responding quickly.

また、溶解材料を中子に用いる方法に対しては、予め別工程でワックスにより中子を製作しその中子を用いて繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）部品を成形する方法が特許文献２に開示されている。この方法では、溶出したワックスを回収し再利用することでリサイクル性を向上させているが、成形の都度中子を製作する必要がありコスト高につながるとともに、溶出したワックスも１００％の歩留まりで回収することが難しいため成形を繰り返すたびに目減りしていくという難点がある。 Further, Patent Document 2 discloses a method in which a melted material is used as a core and a core is manufactured in advance in a separate process using wax and a fiber reinforced plastic (FRP) part is molded using the core. ing. In this method, the recyclability is improved by collecting and reusing the eluted wax, but it is necessary to manufacture a core each time it is molded, leading to high costs, and the eluted wax also has a yield of 100%. Since it is difficult to collect, there is a drawback that it is reduced every time molding is repeated.

熱膨張性材料を中子に用いる方法としては、シリコンゴムを用いた成形法が特許文献３に開示されている。この方法では、熱膨張性シリコンゴムを中子として用い熱膨張性を利用して圧力を付与する成形方法がとられているが、製品外表面が金型に直接当接するため中空部位の断面変化に伴うシリコンゴム中子の体積膨張率の違いにより、断面の小さい部位（シリコン中子の体積が小さく膨張率が小さい部位）では圧力が低く、断面の大きい部位（シリコン中子の体積が大きく膨張率が大きい部位）では圧力が高くなるため圧力差による外観上のムラがでるなどの難点がある。 As a method of using a thermally expandable material for the core, Patent Document 3 discloses a molding method using silicon rubber. In this method, a heat-expandable silicone rubber is used as a core and a molding method is applied to apply pressure using the heat-expandability. Due to the difference in the volume expansion coefficient of the silicon rubber core, the pressure is low at the part with a small cross section (the part with a small silicon core volume and the coefficient of expansion), and the part with a large cross section (the volume of the silicon core expands greatly). In a portion where the rate is high), the pressure becomes high, and thus there is a difficulty such as uneven appearance due to a pressure difference.

以上のように、非一様断面形状を有する中空棒状構造体を一体成形により製造することは困難であった。 As described above, it has been difficult to produce a hollow rod-like structure having a non-uniform cross-sectional shape by integral molding.

特開２００８−０１８６２３号公報JP 2008-018623 A 特開２００７−３０７８５３号公報JP 2007-307853 A 特開２００５−５１５０９３号公報JP 2005-515093 A

本発明は、上記の問題を解決し、一体成形により非一様断面を有する中空棒状構造体を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above problems and to provide a hollow rod-like structure having a non-uniform cross section by integral molding.

本発明は、かかる課題を解決するために、次のような手段を採用するものである。すなわち、
（１）少なくとも繊維強化プラスチックからなる中空棒状構造体の製造方法であって、前記中空棒状構造体より小さい相似形状を有し熱膨張性を有する可とう性中子に、少なくとも一つの開口部を確保するようにプリプレグ基材を巻きつけて積層体とする賦形工程と、
前記中空棒状構造体より大きく、相似形状をしたキャビティー面をもつ金型の内面に、一定肉厚からなる熱膨張性弾性体シートを配し、前記積層体を前記熱膨張性弾性体シートの内側に配置したのち前記金型を閉じ、前記金型を加熱することにより、前記可とう性中子および前記シートの熱膨張により圧力を付与しつつ硬化させる硬化工程と、
硬化後、前記開口部より前記可とう性中子を引き抜く工程とからなることを特徴とする中空棒状構造体の製造方法。
（２）前記可とう性中子が、長手軸方向に沿って複数に分割されている（１）に記載の中空棒状構造体の製造方法。
（３）前記可とう性中子の外周にカバーを被覆させてから前記プリプレグ基材を巻きつける（１）または（２）に記載の中空棒状構造体の製造方法。
（４）前記熱膨張性弾性体シートが、前記可とう性中子より硬度が高い（１）〜（３）のいずれかに記載の中空構造体の製造方法。
（５）前記開口部が前記中空棒状構造体の長手方向に対して垂直とならないように設けられている（１）〜（４）のいずれかに記載の中空棒状構造体の製造方法。
（６）前記中空棒状構造体の長手軸方向に垂直な断面が、長手方向に沿って非一様な断面である（１）〜（５）のいずれかに記載の中空棒状構造体の製造方法。
（７）前記開口部とは異なる部分の前記中空棒状構造体の内部に金属部品が内包されている（１）〜（６）のいずれかに記載の中空棒状構造体の製造方法。
（８）フィルム状接着剤が貼付された前記金属部品と前記可とう性中子とに、前記プリプレグ基材を巻きつけてなる（７）に記載の中空棒状構造体の製造方法。
（９）前記可とう性中子及び前記熱膨張性弾性体シートがシリコンゴムである（１）〜（８）のいずれかに記載の中空棒状構造体の製造方法。
（１０）前記プリプレグ基材が一方向性の炭素繊維プリプレグである（１）〜（９）のいずれかに記載の中空棒状構造体の製造方法。 The present invention employs the following means in order to solve such problems. That is,
(1) A method for producing a hollow rod-like structure made of at least a fiber reinforced plastic, wherein at least one opening is provided in a flexible core having a similar shape to that of the hollow rod-like structure and having a thermal expansion property. A shaping step of winding a prepreg base material to ensure a laminate,
A thermally expandable elastic sheet having a constant thickness is disposed on the inner surface of a mold having a cavity surface that is larger than the hollow rod-like structure and has a similar shape, and the laminate is made of the thermally expandable elastic sheet. A curing step in which the mold is closed after being placed inside, and the mold is heated to cure while applying pressure by thermal expansion of the flexible core and the sheet; and
A method for producing a hollow rod-like structure comprising the step of drawing out the flexible core from the opening after curing.
(2) The method for producing a hollow rod-like structure according to (1), wherein the flexible core is divided into a plurality along the longitudinal axis direction.
(3) The method for producing a hollow rod-like structure according to (1) or (2), wherein the outer periphery of the flexible core is covered with a cover and then the prepreg base material is wound.
(4) The method for producing a hollow structure according to any one of (1) to (3), wherein the thermally expandable elastic sheet has a higher hardness than the flexible core.
(5) The manufacturing method of the hollow rod-shaped structure according to any one of (1) to (4), wherein the opening is provided so as not to be perpendicular to the longitudinal direction of the hollow rod-shaped structure.
(6) The method for producing a hollow rod-shaped structure according to any one of (1) to (5), wherein a cross section perpendicular to the longitudinal axis direction of the hollow rod-shaped structure is a non-uniform cross section along the longitudinal direction. .
(7) The method for producing a hollow rod-like structure according to any one of (1) to (6), wherein a metal part is included in the hollow rod-like structure at a portion different from the opening.
(8) The method for producing a hollow rod-like structure according to (7), wherein the prepreg base material is wound around the metal part to which the film adhesive is stuck and the flexible core.
(9) The method for producing a hollow rod-like structure according to any one of (1) to (8), wherein the flexible core and the thermally expandable elastic sheet are silicon rubber.
(10) The method for producing a hollow rod-shaped structure according to any one of (1) to (9), wherein the prepreg base material is a unidirectional carbon fiber prepreg.

本発明によれば、一体成形により非一様断面を有する中空棒状構造体を得ることが出来る。 According to the present invention, a hollow rod-like structure having a non-uniform cross section can be obtained by integral molding.

本発明により得られる中空棒状構造体の一例を示した概略図である。It is the schematic which showed an example of the hollow rod-shaped structure obtained by this invention. 本発明に用いられる、可とう性中子の分割状態を示した概略図である。It is the schematic which showed the division | segmentation state of the flexible core used for this invention. 本発明に用いられる、カバー材を示した概略図であるIt is the schematic which showed the cover material used for this invention. 本発明の一実施態様である金属部品一体成形で用いられる金属部品の概略図である。It is the schematic of the metal component used by metal component integral molding which is one embodiment of this invention. 本発明における賦形工程を示した概略図である。It is the schematic which showed the shaping process in this invention. 本発明における硬化工程での、（ａ）金型内配置を示した展開図、（ｂ）各部材が金型内部に収納された状態を示す概略断面図である。It is the expanded view which showed the arrangement | positioning in a metal mold | die in the hardening process in this invention, (b) It is a schematic sectional drawing which shows the state in which each member was accommodated in the metal mold | die inside.

以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１〜図６には、本発明の一実施態様に係る中空棒状構造体とその製造方法を示している。なお、図１〜図６は本発明の例を示したもので特に構成部材の形状や材質等については本実施態様に示したものには限定されない。 1 to 6 show a hollow rod-like structure according to one embodiment of the present invention and a manufacturing method thereof. 1 to 6 show examples of the present invention, and the shape and material of the constituent members are not particularly limited to those shown in the present embodiment.

図１に示すような本実施態様に係る中空棒状構造体１０は、中空棒状構造体１０より小さい相似形状を有し熱膨張性を有する可とう性中子１に、少なくとも一つの開口部を確保するようにプリプレグ基材４を巻きつけて積層体とする賦形工程と、中空棒状構造体１０より大きく、相似形状をしたキャビティー面をもつ金型６、７の内面に、一定肉厚からなる熱膨張性弾性体シート５を配し、積層体を熱膨張性弾性体シート５の内側に配置したのち金型６、７を閉じ、金型６、７を加熱することにより、可とう性中子１および熱膨張性弾性体シート５の熱膨張により圧力を付与しつつ硬化させる硬化工程と、硬化後、開口部より可とう性中子１を引き抜く工程とからなることを特徴としている。 A hollow rod-like structure 10 according to this embodiment as shown in FIG. 1 secures at least one opening in a flexible core 1 having a similar shape to that of the hollow rod-like structure 10 and having thermal expansion properties. The prepreg base material 4 is wound around to form a laminate, and the inner surfaces of the molds 6 and 7 having a cavity surface that is larger than the hollow rod-like structure 10 and has a similar shape, The heat-expandable elastic sheet 5 is arranged, the laminate is disposed inside the heat-expandable elastic sheet 5, the molds 6 and 7 are closed, and the molds 6 and 7 are heated, thereby allowing flexibility. It is characterized by comprising a curing step of curing while applying pressure by thermal expansion of the core 1 and the thermally expandable elastic sheet 5, and a step of pulling out the flexible core 1 from the opening after curing.

本発明に用いる可とう性中子１は、中空棒状構造体１０と相似形状をなしており、中空棒状構造体１０を製造するための中子として提供される。特に、図２に示すように、長手軸方向に沿って複数の分割された可とう性中子１ａ〜１ｄに分割することで、後述する開口部２ａから容易に分解、引き抜き除去を行うことができ、繰り返し使用することが可能となる。分割する数や形状は、目的とする中空棒状構造体１０に応じて適宜設定することができる。 The flexible core 1 used in the present invention has a similar shape to the hollow rod-shaped structure 10 and is provided as a core for manufacturing the hollow rod-shaped structure 10. In particular, as shown in FIG. 2, by dividing into a plurality of divided flexible cores 1a to 1d along the longitudinal axis direction, it can be easily disassembled and removed from the opening 2a described later. Can be used repeatedly. The number and shape to be divided can be set as appropriate according to the target hollow rod-like structure 10.

可とう性中子１は、熱膨張性を有する可とう性材料からなることが本発明では重要である。具体的には、ＮＢＲ（ノルマルブチレンラバー）ゴムやシリコンゴムを用いることが好ましく、この中でも加熱硬化工程における耐熱性の点からシリコンゴムを用いることが好ましい。 It is important in the present invention that the flexible core 1 is made of a flexible material having thermal expansibility. Specifically, NBR (normal butylene rubber) rubber or silicon rubber is preferably used, and among these, silicon rubber is preferably used from the viewpoint of heat resistance in the heat curing step.

また、本発明では、可とう性中子１の外周を、図３に示すような中空棒状構造体１０と相似形状に形成されたカバー材２で覆うことも好ましい態様である。カバー材２内部に可とう性中子１を隙間なく設置させると、後述する賦形工程においてプリプレグ基材４を巻きつけるにあたり、目的とする中空棒状構造体１０の形状を容易に保持できるとともに、可とう性中子１に直接プリプレグ基材４に含浸された樹脂が付着しないため、樹脂が付着することなく寸法精度を維持したまま繰り返し使用することができる。なお、カバー材２は、分割された可とう性中子１ａ〜１ｄを容易に挿入しやすいように、中空棒状構造体１０軸方向に沿って切れ目を設けることが好ましい。 Moreover, in this invention, it is also a preferable aspect to cover the outer periphery of the flexible core 1 with the cover material 2 formed in a similar shape to the hollow rod-like structure 10 as shown in FIG. When the flexible core 1 is installed in the cover material 2 without a gap, when the prepreg base material 4 is wound in the shaping step described later, the shape of the target hollow rod-like structure 10 can be easily maintained, Since the resin impregnated in the prepreg base material 4 does not adhere directly to the flexible core 1, it can be used repeatedly while maintaining dimensional accuracy without adhering the resin. The cover member 2 is preferably provided with a cut along the axial direction of the hollow rod-shaped structure 10 so that the divided flexible cores 1a to 1d can be easily inserted.

また、カバー材２には、後述する硬化工程後に分割された可とう性中子１ａ〜１ｄを容易に抜き取るために、開口部２ａを設けることが重要である。開口部２ａを設ける位置は特に限定しないものの、中空棒状構造体１０の一方の端部に設けると、分割された可とう性中子１ａ〜１ｄが一方向に抜き取ることができる点で好ましい態様である。開口部２ａの開口する向きは、目的とする中空棒状構造体１０に応じて適宜設定できるが、中空棒状構造体１０の成形後、開口部２ａに他の部材を嵌入、接着して使用する場合には、中空棒状構造体１０の長手軸方向に対して垂直でない方向に開口していることが好ましく、長手軸方向にほぼ並行に開口していると長手軸方向に対して垂直に部材を設けることができるため、さらに好ましい態様である。 Further, it is important to provide the opening 2a in the cover material 2 in order to easily extract the flexible cores 1a to 1d divided after the curing step described later. Although the position where the opening 2a is provided is not particularly limited, it is preferable in that the split flexible cores 1a to 1d can be extracted in one direction when provided at one end of the hollow rod-like structure 10. is there. The opening direction of the opening 2a can be set as appropriate according to the target hollow rod-like structure 10, but after forming the hollow rod-like structure 10, another member is inserted into and bonded to the opening 2a. In this case, it is preferable that the opening is made in a direction that is not perpendicular to the longitudinal axis direction of the hollow rod-shaped structure 10, and if the opening is made substantially parallel to the longitudinal axis direction, a member is provided perpendicular to the longitudinal axis direction. This is a more preferable embodiment.

カバー材２の材質は、例えばポリエチレンやポリプロピレンなどのように、熱硬化性樹脂が含浸されたプリプレグ基材４に対し離型性に優れた材料を選択することが好ましい。 As the material of the cover material 2, it is preferable to select a material excellent in releasability from the prepreg base material 4 impregnated with a thermosetting resin, such as polyethylene or polypropylene.

図４は、本実施態様で用いられる金属部品３を示している。金属部品３は、主に本発明により得られる中空棒状構造体１０が機械要素の一部として用いられる際に、接合のためのねじ穴を開けたりするために用いられる部材である。金属部品３の材質は特に限定しないが、耐候性や軽量性の観点から、アルミニウムが好ましく用いられる。プリプレグ基材４と接する金属部品３の表面にあらかじめフィルム接着剤などを配してから、カバー材２内に収められた可とう性中子１とあわせてプリプレグ基材４に内包させることにより、金属部品３を内包した中空棒状構造体１０を一体成形することが可能になる。 FIG. 4 shows the metal part 3 used in this embodiment. The metal part 3 is a member that is mainly used to open a screw hole for joining when the hollow rod-like structure 10 obtained by the present invention is used as a part of a machine element. The material of the metal part 3 is not particularly limited, but aluminum is preferably used from the viewpoint of weather resistance and lightness. By placing a film adhesive or the like on the surface of the metal part 3 in contact with the prepreg base material 4 in advance and encapsulating it in the prepreg base material 4 together with the flexible core 1 housed in the cover material 2, It becomes possible to integrally form the hollow rod-like structure 10 containing the metal part 3.

図５は、カバー材２内に収められた可とう性中子１と金属部品３とをプリプレグ基材４で巻き付け、積層体を得る賦形工程を示している。プリプレグ基材４は、最終製品形状である中空棒状構造体１０の展開図から想致されるカットパターンにあらかじめ裁断されたものを用い、金属部品３を開口部２ａとは対極にある端部に配置する。また、開口部２ａを被覆しないカットパターンを選択することで、硬化完了後に分割された可とう性中子１ａ〜１ｄを容易に抜き取り可能とする積層体を得ることが可能になる。 FIG. 5 shows a shaping process in which the flexible core 1 and the metal part 3 housed in the cover material 2 are wound around the prepreg base material 4 to obtain a laminate. The prepreg base material 4 is cut in advance in a cut pattern conceived from a development view of the hollow rod-like structure 10 that is the final product shape, and the metal part 3 is placed at the end opposite to the opening 2a. Deploy. In addition, by selecting a cut pattern that does not cover the opening 2a, it is possible to obtain a laminated body that allows the flexible cores 1a to 1d that have been divided after the completion of curing to be easily extracted.

本発明に用いられるプリプレグ基材４に適した強化繊維としては、炭素繊維やガラス繊維、アラミド繊維、高強度ポリエチレン繊維などを用いることができる。用いられる強化繊維の形態としては、本発明により得られる中空棒状構造体の使用目的に応じ、応力および剛性などの使用条件に合わせ、最適設計に基づき一方向性の強化繊維を複数枚用いて適宜配向、積層させることが好ましい。外観意匠性の要求から積層体の最外層にクロス織物を配することも可能である。 Carbon fibers, glass fibers, aramid fibers, high-strength polyethylene fibers, and the like can be used as reinforcing fibers suitable for the prepreg substrate 4 used in the present invention. As the form of the reinforcing fiber used, depending on the purpose of use of the hollow rod-like structure obtained by the present invention, it is appropriate to use a plurality of unidirectional reinforcing fibers based on the optimum design in accordance with the use conditions such as stress and rigidity. Orientation and lamination are preferred. It is also possible to dispose a cloth fabric on the outermost layer of the laminate in view of the appearance design requirements.

また、用いられる樹脂としては、エポキシ樹脂のほかポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化樹脂が好適に使用される。 Moreover, as resin to be used, thermosetting resins, such as a polyester resin, a vinyl ester resin, a phenol resin other than an epoxy resin, are used suitably.

積層体作製の工程においては、前述のようにカットパターンに基づき予め裁断されたプリプレグ基材４を複数枚積層して積層体が得られるが、この際、巻きつけの合わせ目が各層で同じところに集中しないようなカットパターンを考案することが、得られる中空棒状構造体の強度面では有利になる。 In the laminate production process, a laminate is obtained by laminating a plurality of prepreg substrates 4 cut in advance based on the cut pattern as described above. In this case, the winding seams are the same in each layer. It is advantageous to devise a cut pattern that does not concentrate on the strength of the resulting hollow rod-like structure.

開口部２ａの周囲は積層後、トリムし端面を切りそろえておくかもしくは積層のための治具により各層の切断端面をそろえて巻きつけるなどすることで、後に続く加熱硬化後の成形体においてバリの発生を抑えることができ、可とう性中子１の引き抜きに際して作業の難易度を下げることができる。 The periphery of the opening 2a is trimmed after lamination, and the end faces are trimmed, or the cut end faces of the respective layers are aligned and wound by a jig for lamination, so that burrs can be formed in the subsequent heat-cured molded body. Generation | occurrence | production can be suppressed and the difficulty of an operation | work at the time of extraction of the flexible core 1 can be lowered | hung.

図６は、積層体の硬化工程を示しており、（ａ）は展開図を、（ｂ）は積層体を挟持させた状態を、それぞれ示している。 FIGS. 6A and 6B show a curing process of the laminated body, where FIG. 6A shows a development view and FIG. 6B shows a state where the laminated body is sandwiched.

本発明により提供される中空棒状構造体１０より大きく、相似形状を有するキャビティー面を持つ金型６、７の内面に、一定肉厚からなる熱膨張性弾性体シート５を配し、積層体を熱膨張性弾性体シート５の内側に配置したのち、金型６，７を閉じる。このように挟持された積層体を内包する金型６，７を加熱することにより、可とう性中子１および熱膨張性弾性体シート５が熱膨張することで、積層体に圧力を付与しつつ樹脂を硬化させるとともに、金属部品３に貼着したフィルム接着剤を融着させることにより、目的とする中空棒状構造体１０を得ることができる。
金型６，７に用いられる材料は、加工性および伝熱性に優れ、また加熱時の膨張が小さい材料、例えば炭素鋼Ｓ４５Ｃなどを用いることが好ましい。金型の加熱手段としては、閉じた金型６、７をそのままオーブンに投入し加熱するか、ホットプレスで加熱するか、金型に穿孔加工を施し棒状ヒーターを設置するなどの加熱手段をとることが可能である。 A thermally expandable elastic sheet 5 having a constant thickness is disposed on the inner surfaces of dies 6 and 7 having a cavity surface that is larger than the hollow rod-like structure 10 provided by the present invention and has a similar shape. Is placed inside the thermally expandable elastic sheet 5, and the molds 6 and 7 are closed. By heating the molds 6 and 7 enclosing the laminated body sandwiched in this way, the flexible core 1 and the thermally expandable elastic sheet 5 are thermally expanded, thereby applying pressure to the laminated body. The desired hollow rod-like structure 10 can be obtained by curing the resin while fusing the film adhesive adhered to the metal part 3.
As the material used for the molds 6 and 7, it is preferable to use a material that is excellent in workability and heat conductivity and that has a small expansion during heating, such as carbon steel S45C. As the heating means for the mold, the closed molds 6 and 7 are directly put into an oven and heated, or heated by a hot press, or the mold is perforated and a bar heater is installed. It is possible.

本発明に用いられる熱膨張性弾性体シート５の材質は、可とう性中子１と同質材料を用いても良いし、異なる材料を用いても良い。例えば、熱膨張性弾性体シート５をＮＢＲ（ノルマルブチレンラバー）ゴムで作製し、可とう性中子１をシリコンゴムで作製するなどしても良い。熱膨張性弾性体シート５の硬度をＨｓ_５、可とう性中子１のＨｓ_１としたとき、Ｈｓ_５≧Ｈｓ_１となるように材料を選択することで、加熱により可とう性中子１および熱膨張性弾性体シート５は膨張するものの、熱膨張性弾性体シート５の硬度が高いため、可とう性中子１が積層体の内側から膨張しやすく、金型６、７のキャビティー面に押し付ける方向に膨張する。このとき、熱膨張性弾性体シート５の肉厚を一定にすることで、中空棒状構造体１０の外面から付与される熱膨張による圧力が一定となるため、可とう性中子１の断面形状のばらつきによる体積膨張率の差に起因する熱膨張ムラを緩和でき、最終製品となる中空棒状構造体１０の外形寸法を精度良く得ることが可能になる。 The material of the thermally expandable elastic sheet 5 used in the present invention may be the same material as the flexible core 1 or may be a different material. For example, the thermally expandable elastic sheet 5 may be made of NBR (normal butylene rubber) rubber, and the flexible core 1 may be made of silicon rubber. Hs ₅ The hardness of the thermally expandable elastic sheet 5, when the Hs ₁ of flexible core 1, by selecting a material so that Hs ₅ ≧ Hs _1, flexible core by heating 1 Although the heat-expandable elastic sheet 5 expands, since the heat-expandable elastic sheet 5 has high hardness, the flexible core 1 is easily expanded from the inside of the laminate, and the cavities of the molds 6 and 7 are increased. It expands in the direction of pressing against the surface. At this time, since the pressure due to thermal expansion applied from the outer surface of the hollow rod-like structure 10 becomes constant by making the thickness of the thermally expandable elastic sheet 5 constant, the cross-sectional shape of the flexible core 1 It is possible to alleviate thermal expansion unevenness due to the difference in volume expansion coefficient due to variations in the above, and to accurately obtain the outer dimensions of the hollow rod-like structure 10 that is the final product.

硬化後、カバー材２の開口部２ａより可とう性中子１を引き抜く工程が続く。引き抜き工程において、従来技術では中子の制約により長手方向に対して垂直な断面で開口部を設ける必要があったり、製品の断面形状が開口部よりも小さく且つ一様な形状であることが必要であったりしたが、本発明においては、中子の可とう性と分割形状を最適化することで長手方向に対して垂直でない開口部から引き抜くことができ、また、非一様断面形状を有する中空棒状構造体を成形することが可能となる。 After curing, the process of pulling out the flexible core 1 from the opening 2a of the cover material 2 continues. In the drawing process, according to the conventional technique, it is necessary to provide an opening with a cross section perpendicular to the longitudinal direction due to the restriction of the core, or the cross-sectional shape of the product must be smaller and uniform than the opening. However, in the present invention, by optimizing the flexibility and division shape of the core, it can be pulled out from the opening that is not perpendicular to the longitudinal direction, and has a non-uniform cross-sectional shape. It becomes possible to form a hollow rod-like structure.

本発明に係る中空棒状構造体及びその製造方法は自転車クランクアームや、往復動式内燃機関のクランク、コンロッドなど一方の端部に動力源、もう一方の端部に動力によって駆動される回転軸等の動力伝達材が結合されるあらゆる部材に適用可能である。 A hollow rod-like structure according to the present invention and a manufacturing method thereof include a bicycle crank arm, a crank of a reciprocating internal combustion engine, a connecting rod such as a connecting rod, a power source at one end, a rotating shaft driven by power at the other end, etc. The present invention can be applied to any member to which the power transmission material is coupled.

１可とう性中子
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ分割された可とう性中子
２カバー材
２ａ開口部
３金属部品
４プリプレグ基材
５熱膨張性弾性体シート
６金型（上型）
７金型（下型）
１０中空棒状構造体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Flexible core 1a, 1b, 1c, 1d Divided flexible core 2 Cover material 2a Opening part 3 Metal part 4 Prepreg base material 5 Thermal expansible elastic sheet 6 Mold (upper mold)
7 Mold (Lower mold)
10 Hollow rod-like structure

Claims

少なくとも繊維強化型プラスチックからなる中空棒状構造体の製造方法であって、
前記中空棒状構造体より小さい相似形状を有し熱膨張性を有する可とう性中子に、少なくとも一つの開口部を確保するようにプリプレグ基材を巻きつけて積層体とする賦形工程と、
前記中空棒状構造体より大きく、相似形状をしたキャビティー面をもつ金型の内面に、一定肉厚からなる熱膨張性弾性体シートを配し、前記積層体を前記熱膨張性弾性体シートの内側に配置したのち前記金型を閉じ、前記金型を加熱することにより、前記可とう性中子および前記シートの熱膨張により圧力を付与しつつ硬化させる硬化工程と、
硬化後、前記開口部より前記可とう性中子を引き抜く工程とからなることを特徴とする中空棒状構造体の製造方法。 A method for producing a hollow rod-shaped structure comprising at least a fiber-reinforced plastic,
A shaping step of winding a prepreg base material to secure at least one opening to a flexible core having a similar shape smaller than the hollow rod-like structure and having thermal expansion,
A thermally expandable elastic sheet having a constant thickness is disposed on the inner surface of a mold having a cavity surface that is larger than the hollow rod-like structure and has a similar shape, and the laminate is made of the thermally expandable elastic sheet. A curing step in which the mold is closed after being placed inside, and the mold is heated to cure while applying pressure by thermal expansion of the flexible core and the sheet; and
A method for producing a hollow rod-like structure comprising the step of drawing out the flexible core from the opening after curing.

前記可とう性中子が、長手軸方向に沿って複数に分割されている請求項１に記載の中空棒状構造体の製造方法。 The method for manufacturing a hollow rod-shaped structure according to claim 1, wherein the flexible core is divided into a plurality of pieces along the longitudinal axis direction.

前記可とう性中子の外周にカバーを被覆させてから前記プリプレグ基材を巻きつける請求項１または２に記載の中空棒状構造体の製造方法。 The method for producing a hollow rod-shaped structure according to claim 1 or 2, wherein the outer periphery of the flexible core is covered with a cover and then the prepreg base material is wound.

前記熱膨張性弾性体シートが、前記可とう性中子より硬度が高い請求項１〜３のいずれかに記載の中空構造体の製造方法。 The method for producing a hollow structure according to any one of claims 1 to 3, wherein the thermally expandable elastic sheet has a hardness higher than that of the flexible core.

前記開口部が前記中空棒状構造体の長手方向に対して垂直とならないように設けられている請求項１〜４のいずれかに記載の中空棒状構造体の製造方法。 The manufacturing method of the hollow rod-shaped structure in any one of Claims 1-4 provided so that the said opening part may not become perpendicular | vertical with respect to the longitudinal direction of the said hollow rod-shaped structure.

前記中空棒状構造体の長手軸方向に垂直な断面が、長手方向に沿って非一様な断面である請求項１〜５のいずれかに記載の中空棒状構造体の製造方法。 The method for producing a hollow rod-shaped structure according to any one of claims 1 to 5, wherein a cross section perpendicular to the longitudinal axis direction of the hollow rod-shaped structure is a non-uniform cross section along the longitudinal direction.

前記開口部とは異なる部分の前記中空棒状構造体の内部に金属部品が内包されている請求項１〜６のいずれかに記載の中空棒状構造体の製造方法。 The method for producing a hollow rod-shaped structure according to any one of claims 1 to 6, wherein a metal part is included in the hollow rod-shaped structure at a portion different from the opening.

フィルム状接着剤が貼付された前記金属部品と前記可とう性中子とに、前記プリプレグ基材を巻きつけてなる請求項７に記載の中空棒状構造体の製造方法。 The manufacturing method of the hollow rod-shaped structure of Claim 7 formed by winding the said prepreg base material around the said metal component and the said flexible core to which the film adhesive was stuck.

前記可とう性中子及び前記熱膨張性弾性体シートがシリコンゴムである請求項１〜８のいずれかに記載の中空棒状構造体の製造方法。 The method for producing a hollow rod-shaped structure according to any one of claims 1 to 8, wherein the flexible core and the thermally expandable elastic sheet are silicon rubber.

前記プリプレグ基材が一方向性の炭素繊維プリプレグである請求項１〜９のいずれかに記載の中空棒状構造体の製造方法。 The method for producing a hollow rod-shaped structure according to any one of claims 1 to 9, wherein the prepreg base material is a unidirectional carbon fiber prepreg.