JP7229741B2 - 複合材構造体の製造装置並びに複合材構造体の製造方法 - Google Patents
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Description
また、特許文献2に開示されている複合構造体は、リブ部分にインサート部材が設けられている。しかしながら、リブ部を構成する金属材料の支持方法について記載されておらず、金型内における金属材料の位置決めについて考慮されていない。したがって、製品ごとに金属材料の位置が異なり、製品の品質にバラつきが発生し、製品の信頼性が低下する可能性がある。
リブ部におけるインサート部材の上下方向の所望の位置とは、例えば、リブ部における上下方向の中央位置などが挙げられる。
また、嵌合凹部は、第1凹部の側面のうち、第1パーティング面と連続する面であって対向する2つの面のいずれからも離間した位置に形成されている。これにより、第1凹部内に樹脂が流入すると、第1凹部の側面とインサート部材との間に樹脂が入り込む。このとき、インサート部材は、対向する2つの面のいずれからも離間して位置しているので、樹脂は、インサート部材の両側に流入する。樹脂は冷却される際に収縮するので、樹脂が冷却する際に、樹脂と融着したインサート部材には、せん断力が作用する。上記構成では、インサート部材の両側に樹脂が流入している。これにより、インサート部材には、樹脂によるせん断力が、両側に作用するので、樹脂によるせん断力が相殺される。よって、インサート部材の片側にのみ樹脂が流入する構成と比較して、樹脂によるせん断力に起因した、インサート部材の変形を抑制することができる。
また、凹部内における位置が所定の位置となるように、インサート部材を支持している。これにより、リブ部におけるインサート部材の位置を所定の位置とすることができる。したがって、製造される複合材構造体ごとの、リブ部におけるインサート部材の位置のバラつきを抑制し、製造される複合材構造体の信頼性を向上させることができる。
以下、本発明の第1実施形態について、図1及び図2を用いて説明する。
本実施形態に係る複合材構造体の製造装置(以下、単に「製造装置」ともいう。)は、例えば、航空機のドア部品を構成するパネルに用いられる複合材構造体1を製造するための装置である。複合材構造体の製造装置によって製造される複合材構造体1は、図1に示すように、板状に形成されているパネル部(基部)2と、パネル部2の板面から立設してパネル部2を補強するリブ部3とを一体的に有している。
枠体部4は、パネル部2と同材料である熱可塑性樹脂で形成されている。枠体部4は、枠体の長手方向に延びる一対の長手壁部4aと、枠体の短手方向に延びる一対の短手壁部4bと、を有している。一対の長手壁部4aは、略平行に設けられている。また、一対の短手壁部4bは、略平行に設けられている。
製造装置10は、いわゆるオーバーモールド法で熱可塑性樹脂を成形する装置である。オーバーモールド法は、金型11の内部に形成された空間に、インサート部材(本実施形態では、連続繊維積層板7)を配置し、該空間内に溶融樹脂を射出することで、樹脂とインサート部材との一体成形品である複合材構造体を得る成形方法である。
第1金型12は、各仕切壁部対応凹部15の側面15a(すなわち、第1パーティング面12aと連続する面であって、第1パーティング面12aと90度の角度を形成する面)から突出するインサートピン(支持手段、突出部)16を有している。インサートピン16は、各仕切壁部対応凹部15に1つずつ設けられている。インサートピン16は、円柱形状の基部16aと、基部16aの先端に設けられる先端部16bとを有している。先端部16bは、連続繊維積層板7に形成された貫通孔7aと対応する形状に形成されている。すなわち、先端部16bは、先端に向かうにしたがってテーパ状に縮径している。
第2金型13は、射出装置からノズル(図示省略)を介して供給される溶融樹脂の流入通路であるゲート18を有している。ゲート18は、第2金型13を略水平方向に直線状に貫通する貫通孔であって、第2金型13の外部の空間と、第2金型凹部17と連通している。すなわち、ゲート18は、第2金型13の外周面に形成された入口開口18aと、第2金型凹部17の側面(すなわち、第2パーティング面13aと直交する面)に形成される出口開口18bとを有している。出口開口18bは、第2金型凹部17の側面のうち、インサートピン16が設けられている側面15aと対向する側面に形成される。
まず、図2(a)に示すように、第1金型12の第1パーティング面12aと第2金型13の第2パーティング面13aとを接触させていない状態において、全てのインサートピン16を所定の突出位置まで突出させる。次に、図2(b)に示すように、連続繊維積層板7を、仕切壁部対応凹部15内に導入し、全てのインサートピン16の先端部16bに対して、連続繊維積層板7の貫通孔7aを嵌合させる。インサートピン16の先端部16bと、連続繊維積層板7の貫通孔7aとが嵌合することで、連続繊維積層板7は、仕切壁部対応凹部15の側面15aと面接触するように、第1金型12に支持される。このとき、連続繊維積層板7の面外方向の移動は、インサートピン16によって規制され、面内方向の移動は、仕切壁部対応凹部15の側面15aによって規制される。すなわち、連続繊維積層板7は、第1金型凹部14内における位置が所定の位置となるように支持される(支持工程)。
射出された溶融樹脂Rは、連続繊維積層板7の表面を溶かすとともに、固化する際に連続繊維積層板7と融着する。
このようにして、複合材構造体1を製造する。
次に、本発明の第2実施形態について図3を用いて説明する。
本実施形態では、金型21の構造が第1実施形態と異なっている。第1実施形態と同様の構成については、その詳細な説明は省略する。
まず、第1金型22の第1パーティング面22aと第2金型23の第2パーティング面23aとを接触させていない状態において、連続繊維積層板7を、仕切壁部対応凹部25内に導入し、突起26の上に載置する。載置することで、連続繊維積層板7の仕切壁部対応凹部25内での位置決めを行うとともに、連続繊維積層板7の保持を行う。
このようにして、複合材構造体を製造する。
本実施形態では、連続繊維積層板7を下方から支持する突起26を有している。これにより、突起26の上下方向の長さを所望の長さに設定することで、リブ部3における連続繊維積層板7の上下方向の位置を所望の位置とすることができる。すなわち、連続繊維積層板7の上下方向の両方に樹脂を充填することができる。
また、本実施形態では、突起26の上下方向の長さが、突起26の上に連続繊維積層板7を載置した状態において、仕切壁部対応凹部25の上下方向の中央領域に連続繊維積層板7が位置する長さに設定される例について説明したが、本実施形態はこれに限定されない。突起26の上に連続繊維積層板7を載置した際に、連続繊維積層板7の下端が仕切壁部対応凹部25の下面から離間すればよい。したがって、例えば、突起26の上に連続繊維積層板7を載置した状態において、連続繊維積層板7の上端と仕切壁部対応凹部25の上面とが接触するように、突起26の上下方向の長さを設定してもよい。
次に、本発明の第3実施形態について図4を用いて説明する。
本実施形態では、金型31の構造が第1実施形態と異なっている。第1実施形態と同様の構成については、その詳細な説明は省略する。
まず、第1金型32のパーティング面32aと第2金型33の第2パーティング面33aとを接触させていない状態において、連続繊維積層板7を、仕切壁部対応凹部35内に導入する。このとき、支持棒36は、収納位置に位置している。次に、全ての支持棒36を突出位置まで突出させて、連続繊維積層板7を押圧することで、支持棒36と仕切壁部対応凹部35との間に連続繊維積層板7を挟み込む。これにより、連続繊維積層板7を支持する。
このようにして、複合材構造体1を製造する。
本実施形態では、仕切壁部対応凹部35の側面35aへ連続繊維積層板7を押圧する支持棒36を有している。支持棒36が連続繊維積層板7を押圧することで、連続繊維積層板7を側面35aと支持棒36とで、挟持することができる。これにより、金型31に対する連続繊維積層板7の相対移動を規制することができる。したがって、確実に、リブ部3における連続繊維積層板7の位置を所定の位置とすることができる。
次に、本発明の第4実施形態について図5及び図6を用いて説明する。
本実施形態では、金型41の構造が第1実施形態と異なっている。第1実施形態と同様の構成については、その詳細な説明は省略する。
まず、第1金型42のパーティング面42aと第2金型43の第2パーティング面43aとを接触させていない状態において、連続繊維積層板7を、仕切壁部対応凹部45内に導入し、仕切壁部対応凹部45の下面45aに載置する。
このようにして、複合材構造体1を製造する。
本実施形態では、連続繊維積層板7が仕切壁部対応凹部15内の下面に載置され、金型41の内部に形成された閉空間の天井面にゲート18の出口開口18bが形成されている。これにより、仕切壁部対応凹部15に流入した溶融樹脂Rは、図6に示すように、上下方向に移動することで、連続繊維積層板7を下面に押し付ける。これにより、金型41に対する連続繊維積層板7の相対移動を規制することができる。したがって、確実に、リブ部3における連続繊維積層板7の位置を所定の位置とすることができる。
次に、本発明の第5実施形態について図7を用いて説明する。
本実施形態では、金型51の構造が第1実施形態と異なっている。第1実施形態と同様の構成については、その詳細な説明は省略する。
まず、第1金型52の第1パーティング面52aと第2金型53の第2パーティング面53aとを接触させていない状態において、連続繊維積層板7を、仕切壁部対応凹部55内に導入する。このとき、嵌合凹部56に連続繊維積層板7を挿入し、嵌合させる。
このようにして、複合材構造体を製造する。
本実施形態では、連続繊維積層板7の先端部分と嵌合する嵌合凹部56を有している。これにより、嵌合凹部56と連続繊維積層板7とが嵌合することで、金型51に対する連続繊維積層板7の相対移動を規制することができる。したがって、確実に、リブ部3における連続繊維積層板7の位置を所定の位置とすることができる。
上記各実施形態では、インサート部材として連続繊維積層板7を用いる例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、インサート部材として金属材料を用いてもよい。ただし、連続繊維積層板7を用いた場合には、金属材料を用いた場合と比較して、複合材構造体を軽量化することができる。
2 :パネル部
3 :リブ部
4 :枠体部
5 :仕切壁部
6 :熱可塑性樹脂部
7 :連続繊維積層板
7a :貫通孔
10 :製造装置
11 :金型
12 :第1金型
12a :第1パーティング面
13 :第2金型
13a :第2パーティング面
14 :第1金型凹部
15 :仕切壁部対応凹部
15a :側面
16 :インサートピン
16a :基部
16b :先端部
17 :第2金型凹部
17a :側面
18 :ゲート
18a :入口開口
18b :出口開口
20 :製造装置
26 :突起
30 :製造装置
36 :支持棒
40 :製造装置
50 :製造装置
56 :嵌合凹部
Claims (7)
- インサート部材と樹脂とから構成され、板状の基部と該基部を補強するリブ部とを有する複合材構造体の製造装置であって、
第1パーティング面を有する第1金型及び前記第1パーティング面と対向する第2パーティング面を有する第2金型を具備し、内部に空間が形成されている金型と、
前記空間に前記樹脂を射出する射出装置と、を備え、
前記第1金型は、前記第1パーティング面から凹み、前記空間の一部であって、前記リブ部に対応する空間を構成する第1凹部を有し、
前記第2金型は、前記第2パーティング面から凹み、前記空間の一部であって、前記基部に対応する空間を構成する第2凹部を有し、
前記第1凹部には、該第1凹部内における位置が所定の位置となるように、前記インサート部材を支持可能である支持手段が設けられていて、
前記支持手段は、前記第1凹部とは別に備えられている複合材構造体の製造装置。 - 前記支持手段は、前記第1パーティング面と連続する面から突出し、前記インサート部材と嵌合可能である突出部を有している請求項1に記載の複合材構造体の製造装置。
- 前記支持手段は、前記インサート部材を下方から支持可能である突起を有している請求項1または請求項2に記載の複合材構造体の製造装置。
- 前記支持手段は、前記第1パーティング面と連続する面へ前記インサート部材を押圧可能である押圧部を有している請求項1から請求項3のいずれかに記載の複合材構造体の製造装置。
- 前記支持手段は、前記インサート部材の一部と嵌合する嵌合凹部を有し、
前記嵌合凹部は、前記第1パーティング面と連続する面であって対向する2つの面のいずれからも離間した位置に形成されている請求項1に記載の複合材構造体の製造装置。 - インサート部材と樹脂とから構成され、板状の基部と該基部を補強するリブ部とを有し、航空機部品に用いられる複合材構造体の製造装置であって、
第1パーティング面を有する第1金型及び前記第1パーティング面と対向する第2パーティング面を有する第2金型を具備し、内部に空間が形成されている金型と、
前記空間に前記樹脂を射出する射出装置と、を備え、
前記第1金型は、前記第1パーティング面から凹み、前記空間の一部であって、前記リブ部に対応する空間を構成する第1凹部を有し、
前記第2金型は、前記第2パーティング面から凹み、前記空間の一部であって、前記基部に対応する空間を構成する第2凹部を有し、
前記第1凹部は、前記インサート部材を載置可能な載置面を有し、
前記射出装置は、前記載置面の上方から前記樹脂を射出する複合材構造体の製造装置。 - インサート部材と樹脂とから構成され、板状の基部と該基部を補強するリブ部とを有する複合材構造体の製造方法であって、
金型の内部に形成された空間の一部であって前記リブ部に対応する凹部に、該凹部とは別に該凹部に設けられた支持手段によって、該凹部内における位置が所定の位置となるように、前記インサート部材を支持する支持工程と、
前記空間に樹脂を射出する射出工程と、を備えた複合材構造体の製造方法。
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