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公開番号2025141553
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-29
出願番号2024041550
出願日2024-03-15
発明の名称環状フレームの成形方法
出願人川崎重工業株式会社
代理人弁理士法人三協国際特許事務所
主分類B29C 43/34 20060101AFI20250919BHJP(プラスチックの加工;可塑状態の物質の加工一般)
要約【課題】繊維強化熱可塑性樹脂を用いた環状フレームの成形方法において、強度に優れた環状フレームを生産可能とし、且つ成形後の変形を抑制する。
【解決手段】環状フレームの成形方法は、補強繊維22と熱可塑性樹脂21とで構成される複数のプリプレグ積層片3を積層して、開口を有する環状または略環状のプリフォーム4を形成し、プリフォーム4の前記開口を区画する内周縁の領域において、積層された複数枚のプリプレグ積層片3の、当該積層の方向と直交する方向への移動を規制する拘束処理を施し、前記拘束処理が施された状態で、プリフォーム4を加熱および加圧して賦形する。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
補強繊維と熱可塑性樹脂とで構成される複数のプリプレグを積層して、開口を有する環状または略環状のプリフォームを形成し、
前記プリフォームの前記開口を区画する内周縁の領域において、積層された複数枚の前記プリプレグの、当該積層の方向と直交する方向への移動を規制する拘束処理を施し、
前記拘束処理が施された状態で、前記プリフォームを加熱および加圧して賦形する、
環状フレームの成形方法。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
請求項１に記載の環状フレームの成形方法において、
前記複数枚のプリプレグは各々、前記プリフォームの形成後において前記内周縁から前記開口に突出する位置に突設されたタブを含み、
前記拘束処理は、前記タブを用いて施される、環状フレームの成形方法。
【請求項３】
請求項２に記載の環状フレームの成形方法において、
前記タブは、前記積層の方向に当該タブを貫通する固定孔を有し、
前記固定孔に対応する位置に立設された複数のピンを有し、前記複数枚のプリプレグが載置される成形下型を準備し、
前記拘束処理として、前記プリプレグもしくは前記プリフォームを前記成形下型に載置する際に、前記ピンに前記固定孔を挿通する、環状フレームの成形方法。
【請求項４】
請求項１に記載の環状フレームの成形方法において、
前記複数枚のプリプレグが載置される成形下型を準備し、
前記拘束処理として、前記成形下型上の前記プリフォームの上側に第１の成形上型を載置し、前記成形下型と前記第１の成形上型とで、前記プリフォームの前記内周縁の領域を挟み込んで固定する、環状フレームの成形方法。
【請求項５】
請求項４に記載の環状フレームの成形方法において、
前記第１の成形上型は、前記内周縁の領域に対して前記積層の方向から接面する固定面を有し、
前記拘束処理として、付勢機構によって前記第１の成形上型を前記成形下型へ向かう方向に付勢することで、前記成形下型と前記第１の成形上型とで、前記プリフォームの前記内周縁の領域を挟み込んで固定する、環状フレームの成形方法。
【請求項６】
請求項５に記載の環状フレームの成形方法において、
前記第１の成形上型は、前記積層の方向に貫通するボルト孔を有し、
前記成形下型は、前記ボルト孔に対応する位置にネジ孔を有し、
前記付勢機構はばね付きボルトであり、
前記拘束処理において、前記ばね付きボルトを前記ボルト孔に挿通するとともに前記ネジ孔に締結することで、前記第１の成形上型を前記成形下型へ向かう方向に付勢する、環状フレームの成形方法。
【請求項７】
請求項５に記載の環状フレームの成形方法において、
前記賦形の際に、前記プリフォームの前記内周縁以外の外側領域を成形する成形面を有する第２の成形上型を用い、前記成形下型と、前記第１の成形上型および第２の成形上型とで前記プリフォームを挟み込み、前記加熱および加圧を行って賦形する、環状フレームの成形方法。
【請求項８】
請求項５に記載の環状フレームの成形方法において、
前記成形下型として、前記プリフォームの外周縁を取り囲み、前記積層の方向に延びる立壁を有する型を用いる、環状フレームの成形方法。
【請求項９】
請求項１～８のいずれか１項に記載の環状フレームの成形方法において、
前記プリプレグを構成する前記熱可塑性樹脂の融点をＴｈ［℃］とするとき、前記賦形の際の加熱温度が、Ｔｈ［℃］からＴｈ－４０［℃］の範囲から選ばれる、環状フレームの成形方法。
【請求項１０】
請求項１～８のいずれか１項に記載の環状フレームの成形方法において、
前記積層の前に、前記プリプレグに切り込みを入れる、環状フレームの成形方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、補強繊維と熱可塑性樹脂とで構成される複数のプリプレグを積層して形成される環状フレームの成形方法に関する。
続きを表示（約 2,500 文字）【背景技術】
【０００２】
補強繊維が埋め込まれた熱可塑性樹脂で形成されたプリフォームを加熱加圧して成形し、所要の成形品を得る方法が知られている。特許文献１には、航空機用窓枠となる環状フレームの成形方法として、前記プリフォームをスタンプ成形し、当該プリフォームに一つの曲げ部を賦形する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２３－１０６１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記プリフォームとして、繊維強化熱可塑性樹脂からなり環状に裁断された複数のプリプレグを加熱および加圧した積層体が用いられることがある。前記プリプレグは、所定の繊維方向に配列された多数本の補強繊維を含む。当該プリプレグの積層体からなるプリフォームを賦形すると、繊維方向に乱れが生じることがあった。この場合、環状フレームとしての所期の強度を確保できない、あるいは成形後に変形が生じる、などの問題が生じ得る。
【０００５】
本開示の目的は、繊維強化熱可塑性樹脂を用いた環状フレームの成形方法において、強度と品質に優れた環状フレームを生産可能とし、且つ成形後の変形を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一局面に係る環状フレームの成形方法は、補強繊維と熱可塑性樹脂とで構成される複数のプリプレグを積層して、開口を有する環状または略環状のプリフォームを形成し、前記プリフォームの前記開口を区画する内周縁の領域において、積層された複数枚の前記プリプレグの、当該積層の方向と直交する方向への移動を規制する拘束処理を施し、前記拘束処理が施された状態で、前記プリフォームを加熱および加圧して賦形する。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、繊維強化熱可塑性樹脂を用いた環状フレームの成形方法において、強度と品質に優れた環状フレームを生産可能とし、且つ成形後の変形を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
図１Ａは、本開示に係る環状フレームの成形方法により生産される窓枠フレームの斜視図である。
図１Ｂは図１ＡのＩＢ－ＩＢ線断面図である。
図２は、本開示の第１実施形態に係る環状フレームの成形方法を示す工程チャートである。
図３Ａは、プリプレグシートを示す平面図である。
図３Ｂは、プリプレグシートを示す平面図である。
図３Ｃは、プリプレグシートを示す平面図である。
図４は、プリプレグの打ち抜きからプリプレグ積層片の形成までの流れを示す図である。
図５は、プリフォームが成形下型と成形上型との間に配置された状態を示す斜視図である。
図６は、プリフォームの賦形の工程を示す断面図である。
図７Ａは、賦形後のプリフォームを示す斜視図である。
図７Ｂは、プリフォームのタブ切除の様子を示す斜視図である。
図７Ｃは、タブ切除後のプリフォームを示す斜視図である。
図８は、プリフォームおよびフィラーのプレス成形を示す断面図である。
図９は、本開示の第２実施形態に係る環状フレームの成形方法を示す工程チャートである。
図１０は、第２実施形態で用いられる賦形用型を示す断面図である。
図１１（Ａ）～（Ｃ）は、第２実施形態に係る環状フレームの成形方法の手順を示す斜視図、図１１（Ｄ）は、図１１（Ｃ）のＸＩＤ－ＸＩＤ断面図である。
図１２Ａは、第２実施形態に係る環状フレームの成形方法の手順を示す斜視図である。
図１２Ｂは、第２実施形態に係る環状フレームの成形方法の手順を示す斜視図である。
図１２Ｃは、図１２Ｂに示す第２の成形上型の一部を省いた斜視図である。
図１２Ｄは、図１２ＢのＸＩＩＤ－ＸＩＩＤ断面図である。
図１３（Ａ）は、窓枠フレームのベース部の断面図、図１３（Ｂ）は、繊維方向が４５°のプリプレグ積層片に対する切り込み領域の設定を示す平面図である。
図１４は、プリプレグ積層片へ切り込みを入れる必要性を示す説明図である。
図１５（Ａ）、図１５（Ｂ）は、それぞれ繊維方向が０°、９０°のプリプレグ環状積層片に対する切り込み領域の設定を示す平面図である。
図１６（Ａ）、図１６（Ｂ）および図１６（Ｃ）は、プリプレグ積層片を構成する打ち抜き片の配置例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本開示に係る環状フレームの成形方法について説明する。本開示の成形方法は、複数のプリプレグを積層して形成される各種の環状フレームの生産に適用できる。本開示で用いるプリプレグは、熱可塑性樹脂をマトリクスとする熱可塑性プリプレグである。成形する環状フレームの「環状」の態様には制限はない。例えば、開口を中央領域に有する円形、楕円形、矩形、矩形の角部の一部または全部が曲線である形、などを例示できる。「環状」は、完全にクローズな環状のほか、小さな開放部分が１箇所もしくは複数箇所存在するが実質的に環状と扱える態様も含む。好ましい環状フレームの一例は、航空機用の窓枠フレームである。以下の実施形態では、前記窓枠フレームの成形方法を例示する。
【００１０】
［窓枠フレームの構成］
図１Ａは、後述する成形方法により生産される窓枠フレーム１の斜視図、図１Ｂは図１ＡのＩＢ－ＩＢ線断面図である。窓枠フレーム１は、ベース部１１とフィラー１２とを含む。窓枠フレーム１は、一対の半円環部と、前記半円環部の端部同士を繋ぐ直線部とで構成され、平面視でアラビア数字のゼロに類似する形状である。言い換えると、窓枠フレーム１は、平面視で楕円形状であり、アルファベットのＯに類似する形状である。
（【００１１】以降は省略されています）

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