预浸料层压用成型模具及预浸料层压方法与流程

本发明涉及一种预浸料层压用成型模具及预浸料层压方法。

背景技术：

作为制造复合材料的方法，有使用自动铺丝装置(afp)或自动铺带装置(atl)在成型模具上多次层压具有预定的宽度的带状预浸料带的技术。此时，从层压装置的头部输送过来的带被压实辊压接到成型模具上。

另外，在下述专利文献1中，公开了一种根据成型模具模型来制造成型模具的技术，其修正成型模具模型的形状，以使压制成型的结果不在预浸料层压制品上产生褶皱或裂纹。在下述专利文献2中，公开了一种与用于由腹板、上凸缘及下凸缘构成的飞机机翼的复合翼梁相关的技术，其通过扭曲腹板面，在最终产品上减少过少或过多的材料部分来抑制强度降低。

以往技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第5260593号公报

专利文献2：日本专利第5686286号公报

技术实现要素：

发明要解决的技术课题

如图10所示，在复合材料的成型品60具有以预定的角度(例如90°)组合两个板材而成的形状时，用于形成成型品的成型模具50具有上表面51和侧面52。如图11所示，在通过afp等层压装置从成型模具50的上表面51朝向侧面52(或从侧面52朝向上表面51)压接预浸料带61的情况下，对在侧面52和上表面51这两个面的长度方向上没有弯曲部的部分，能够在不产生间隙(gap)或重叠(lap)的情况下压接多个胶带61。在图11所示的例子中，多个胶带61与铅垂方向平行地粘贴在面52a、52c上。

另一方面，在复合材料的成型品上沿长度方向设置变更板厚的部分的情况或沿长度方向设置高低差部的情况等(图10的板厚t1、t2)，有时会在成型模具的表面(侧面)上形成弯曲部。图10及图11所示的成型模具50形成有弯曲部53、54。成型模具50中，以弯曲部53、54为边界，一侧的面52a、52c相对于另一侧的面52b倾斜。此时，在通过层压装置从成型模具50的上表面51朝向侧面52(或从侧面52朝向上表面51)压接预浸料带61的情况下，如图11所示，因胶带61的粘贴方向倾斜而产生方向偏离。其结果，会在多个胶带61之间产生间隙或使多个胶带61彼此重叠。

其结果，与均匀地层压预浸料的情况相比，会使成型品的强度降低或在成型品的表面上产生凹凸。并且，存在一种通过使层压带的输送方向转向或在所产生的间隙上补上层压带来减小在胶带之间产生的间隙或重叠的方法。然而，该方法需要使从层压装置的头部输送过来的胶带的宽度变窄或减少所输送的胶带的数量，能够同时压接的胶带宽度或数量减少，因此压接工序的重复次数增加。因此，存在层压所花费的时间变长的问题。

并且，如图12及图13所示，在成型模具50的表面上形成有弯曲部53、54的情况下，在弯曲部53、54中，在压实辊70与成型模具50之间产生空隙，通过压实辊70进行的胶带的压接容易变得不充分。

本发明是鉴于这种情况而完成的，其目的在于，提供一种在具有弯曲部的成型模具的表面上压接预浸料带的情况下，能够减少胶带的粘贴方向上的方向偏离来减少在多个胶带之间产生的间隙或多个胶带彼此的重叠的预浸料层压用成型模具及预浸料层压方法。

用于解决技术课题的手段

为了解决上述问题，本发明的预浸料层压用成型模具及预浸料层压方法采用以下方法。

即，本发明的第1实施方式所涉及的预浸料层压用成型模具具备：第1面，沿一个方向仅具有平坦的面；第2面，沿所述一个方向具有平坦的面且相对于所述第1面以预定的角度配置；及第3面，沿与所述一个方向垂直的方向切割而得的表面的截面形状带有圆弧，一端侧与所述第1面连接，另一端侧与所述第2面连接，在所述第2面及所述第3面上形成有凸状的第1弯曲部，以所述第1弯曲部为边界，一个面相对于另一个面倾斜，所述第3面中所述另一个面上的所述圆弧的直径随着沿所述一个方向远离所述第1弯曲部而逐渐减小。

根据该结构，第3面的一端侧与沿一个方向仅具有平坦的面的第1面连接，另一端侧与沿一个方向具有平坦的面的第2面连接。并且，第3面的沿与一个方向垂直的方向切割而得的表面的截面形状带有圆弧，在第2面及第3面上形成有凸状的第1弯曲部，以第1弯曲部为边界，一个面相对于另一个面倾斜。第3面中另一个面上的圆弧的直径随着沿一个方向远离第1弯曲部而逐渐减小。其结果，在通过层压装置从成型模具的第1面朝向第2面(或从第2面朝向第1面)压接预浸料带的情况下，在第2面上，胶带的粘贴方向不易相对于铅垂方向倾斜。因此，多个胶带彼此的重叠(lap)减少。

本发明的第2实施方式所涉及的预浸料层压用成型模具具备：第1面，沿一个方向仅具有平坦的面；第2面，沿所述一个方向具有平坦的面且相对于所述第1面以预定的角度配置；及第3面，沿与所述一个方向垂直的方向切割而得的表面的截面形状带有圆弧，一端侧与所述第1面连接，另一端侧与所述第2面连接，在所述第2面及所述第3面上形成有凹状的第2弯曲部，以所述第2弯曲部为边界，一个面相对于另一个面倾斜，所述第3面中所述另一个面上的所述圆弧的直径随着沿所述一个方向远离所述第2弯曲部而逐渐增加。

根据该结构，第3面的一端侧与沿一个方向仅具有平坦的面的第1面连接，另一端侧与沿一个方向具有平坦的面的第2面连接。并且，第3面的沿与一个方向垂直的方向切割而得的表面的截面形状带有圆弧，在第2面及第3面上形成有凹状的第2弯曲部，以第2弯曲部为边界，一个面相对于另一个面倾斜。第3面中另一个面上的圆弧的直径随着沿一个方向远离第2弯曲部而逐渐增加。其结果，在通过层压装置从成型模具的第1面朝向第2面(或从第2面朝向第1面)压接预浸料带的情况下，在第2面上，胶带的粘贴方向不易相对于铅垂方向倾斜。因此，在多个胶带之间产生的间隙(gap)减少。

在上述第1及第2实施方式中，可以构成为，所述第1弯曲部或所述第2弯曲部具有弯曲状的曲面部，所述一个面经由所述曲面部与所述另一个面连接。

根据该结构，在通过压实辊压接预浸料带的情况下，辊的接触面弹性变形，接触面将弯曲部夹在中间与两侧的平坦部接触，因此能够更紧密地压接胶带。

本发明的第3实施方式所涉及的预浸料层压用成型模具具备：第1面，沿一个方向仅具有平坦的面；第2面，沿所述一个方向具有平坦的面且相对于所述第1面以预定的角度配置；及第3面，沿与所述一个方向垂直的方向切割而得的表面的截面形状带有圆弧，一端侧与所述第1面连接，另一端侧与所述第2面连接，在所述第2面及所述第3面上形成有凸状或凹状的弯曲部，以所述弯曲部为边界，一个面相对于另一个面倾斜，所述弯曲部具有弯曲状的曲面部，所述一个面经由所述曲面部与所述另一个面连接。

根据该结构，第3面的一端侧与沿一个方向仅具有平坦的面的第1面连接，另一端侧与沿一个方向具有平坦的面的第2面连接。并且，第3面的沿与一个方向垂直的方向切割而得的表面的截面形状带有圆弧，在第2面及第3面上形成有凸状或凹状的弯曲部，以弯曲部为边界，一个面相对于另一个面倾斜。

本发明的第4实施方式所涉及的预浸料层压方法包括：在上述预浸料层压用成型模具的所述第1面或所述第2面上粘贴带状的预浸料带之后，在所述第3面上粘贴所述预浸料带的步骤；及在所述第3面上粘贴所述预浸料带之后，在所述第2面或所述第1面上粘贴所述预浸料带的步骤。

本发明的第5实施方式所涉及的预浸料层压方法包括：在上述预浸料层压用成型模具的所述曲面部和所述一个面或所述另一个面上粘贴带状的预浸料带并通过压实辊压接所述预浸料带的步骤。

发明效果

在具有弯曲部的成型模具的表面上压接预浸料带的情况下，能够减少胶带的粘贴方向上的方向偏离来减少在多个胶带之间产生的间隙或多个胶带彼此的重叠。

附图说明

图1是表示本发明的第1实施方式所涉及的预浸料层压用成型模具的立体图。

图2是表示本发明的第1实施方式所涉及的预浸料层压用成型模具的立体图，示出在表面上压接有预浸料带的状态。

图3是表示本发明的第2实施方式所涉及的预浸料层压用成型模具的立体图。

图4是表示本发明的第2实施方式所涉及的预浸料层压用成型模具的立体图，示出在表面上压接有预浸料带的状态。

图5是表示本发明的第3实施方式所涉及的预浸料层压用成型模具的立体图。

图6是表示本发明的第3实施方式所涉及的预浸料层压用成型模具的立体图，示出在表面上压接有预浸料带的状态。

图7是表示本发明的第4实施方式所涉及的预浸料层压用成型模具的第1实施例的立体图。

图8是表示本发明的第4实施方式所涉及的预浸料层压用成型模具的第2实施例的立体图。

图9是表示本发明的第4实施方式所涉及的预浸料层压用成型模具的第2实施例的俯视图。

图10是表示以往的预浸料层压用成型模具的立体图。

图11是表示以往的预浸料层压用成型模具的立体图，示出在表面上压接有预浸料带的状态。

图12是表示以往的预浸料层压用成型模具的立体图。

图13是表示以往的预浸料层压用成型模具的俯视图。

具体实施方式

以下，参考附图对本发明所涉及的实施方式进行说明。

[第1实施方式]

以下，使用图1及图2对本发明的第1实施方式所涉及的预浸料层压用成型模具1进行说明。

本实施方式所涉及的预浸料层压用成型模具1(以下称为“成型模具1”。)在通过自动铺丝装置(afp)或自动铺带装置(atl)等层压装置层压预浸料的情况下使用。afp等的层压装置向层压用成型模具的表面输送具有预定的宽度的带状的预浸料(以下称为“预浸料带”。)61。此时，预浸料带61沿一个方向连续粘贴在成型模具1的表面上。多层层压的预浸料固化而形成为成型品。

在复合材料的成型品具有以预定的角度(例如90°)组合两个板材而成的形状时(例如，在截面的一部分具有l字形状时)，用于形成成型品的成型模具1具有第1面6和第2面7。在对这种成型模具1粘贴预浸料带61的情况下，如图2所示，从成型模具1的第1面6朝向第2面7(或从第2面7朝向第1面6)粘贴预浸料带61。并且，从层压装置输送过来的预浸料带61在被压实辊压接的同时被粘贴。预浸料带61沿成型模具1的长度方向排列配置有多个。

成型模具1具备：第1面6，沿长度方向仅具有平坦的面；第2面7，沿长度方向具有平坦的面且相对于第1面6以预定的角度配置；及第3面8，形成于第1面6与第2面7之间。在此，由成型模具1形成的成型品为在一个方向上较长的长条材料。并且，在第1面6朝向上方配置且第2面7朝向横向配置的情况下，第1面6成为上表面，第2面7成为侧面。

第3面8为圆角面，且为沿与长度方向垂直的方向切割而得的表面的截面形状带有圆弧的弯曲面。第3面8的一端侧与第1面6连续连接，另一端侧与第2面7连续连接。另外，第3面8的截面形状即圆弧可以为正圆的一部分，也可以为椭圆的一部分。

在第1面6沿长度方向仅具有平坦的面的长度方向上的范围内，第2面7和第3面8上分别形成有凸状的第1弯曲部9、10。第2面7和第3面8中，以凸状的第1弯曲部9、10为边界，一个面7b或面8b相对于另一个面7a或面8a倾斜。例如，一个面7b或面8b与另一个面7a或面8a所成的角大于180°且小于270°。

第1弯曲部9为面7a和面7b相合的部分，呈直线状。第1弯曲部10为面8a和面8b相合的部分，呈曲线状。

第3面8中面8b上的截面形状的圆弧的直径随着沿长度方向远离凸状的第1弯曲部10而逐渐减小。如图2所示，在通过层压装置从成型模具1的第1面6朝向第2面7(或从第2面7朝向第1面6)压接预浸料带61的情况下，关于粘贴在第3面8的面8b上的胶带61的侧端部的长度，远离第1弯曲部10的一侧短于靠近第1弯曲部10的一侧。因此，与如图10所示沿长度方向将圆角面55中面55b上的截面形状的圆弧设为相同直径时相比，如图2所示，在第2面7中面7a、7b上，胶带61的粘贴方向不易相对于铅垂方向倾斜。因此，方向偏离减少，多个胶带61彼此的重叠(lap)减少。

以上，根据本实施方式，多个胶带61彼此的重叠(lap)减少，因此在层压预浸料之后，层压厚度的不均减少。其结果，固化后的成型品的强度不易降低，且在成型品的表面上产生的凹凸减少。并且，与使用如图10所示的胶带61的方向偏离增加的成型模具50的情况不同，无需使从层压装置的头部输送过来的胶带61的宽度变窄或减少所输送的胶带61的数量。因此，不必减少能够同时压接的胶带61的宽度或数量，因此压接工序的重复次数不会增加，能够防止层压所发费的时间变长。

[第2实施方式]

以下，使用图3及图4对本发明的第2实施方式所涉及的预浸料层压用成型模具2进行说明。另外，对与第1实施方式重复的结构省略详细说明。

与第1实施方式的成型模具1相同地，本实施方式所涉及的预浸料层压用成型模具2(以下称为“成型模具2”。)在复合材料的成型品具有以预定的角度(例如90°)组合两个板材而成的形状时(例如，在截面的一部分具有l字形状时)使用，用于形成成型品的成型模具2具有第1面6、第2面7及第3面8。

在第1面6沿长度方向仅具有平坦的面的长度方向上的范围内，第2面7和第3面8上形成有凹状的第2弯曲部11、12。第2面7和第3面8以凹状的第2弯曲部11、12为边界，一个面7b或面8b相对于另一个面7c或面8c倾斜。例如，一个面7b或面8b与另一个面7c或面8c所成的角大于90°且小于180°。

第2弯曲部11为面7b和面7c相合的部分，呈直线状。第2弯曲部12为面8b和面8c相合的部分，呈曲线状。

第3面8中面8b上的截面形状的圆弧的直径随着沿长度方向远离凹状的第2弯曲部12而逐渐增加。如图4所示，在通过层压装置从成型模具2的第1面6朝向第2面7(或从第2面7朝向第1面6)压接预浸料带61的情况下，关于粘贴在第3面8的面8b上的胶带61的侧端部的长度，远离第2弯曲部12的一侧长于靠近第2弯曲部12的一侧。因此，与如图10所示沿长度方向将圆角面55中面55b上的截面形状的圆弧设为相同直径时相比，如图4所示，在第2面7中面7b上，胶带61的粘贴方向不易相对于铅垂方向倾斜。因此，方向偏离减少，在多个胶带61之间产生的间隙(gap)减少。

以上，根据本实施方式，在多个胶带61之间产生的间隙(gap)减少，因此在层压预浸料之后，固化后的成型品的强度不易降低，在成型品的表面上产生的凹凸减少。并且，与使用胶带61的方向偏离增加的成型模具50的情况不同，无需使从层压装置的头部输送过来的胶带61的宽度变窄或减少所输送的胶带61的数量。因此，不必减少能够同时压接的胶带61的宽度或数量，因此压接工序的重复次数不会增加，能够防止层压所发费的时间变长。

[第3实施方式]

以下，使用图5及图6对本发明的第3实施方式所涉及的预浸料层压用成型模具3进行说明。另外，对与第1及第2实施方式重复的结构省略详细说明。

与第1及第2实施方式的成型模具1、2相同地，本实施方式所涉及的预浸料层压用成型模具3(以下称为“成型模具3”。)在复合材料的成型品具有以预定的角度(例如90°)组合两个板材而成的形状时(例如，在截面的一部分具有l字形状时)使用，用于形成成型品的成型模具3具有第1面6、第2面7及第3面8。

在上述第1及第2实施方式所涉及的成型模具1、2中，在第2面7和第3面8上形成凸状的第1弯曲部9、10和凹状的第2弯曲部11、12中的任一个的情况进行了说明，但在本实施方式中，在一个成型模具3上形成凸状的第1弯曲部9、10和凹状的第2弯曲部11、12这两个弯曲部。

在本实施方式所涉及的成型模具3中，在第1面6沿长度方向仅具有平坦的面的长度方向上的范围内，第2面7和第3面8上形成有凸状的第1弯曲部9、10，并且形成有凹状的第2弯曲部11、12。在具有这种第1弯曲部9、10及第2弯曲部11、12的成型模具3上层压预浸料，并使层压后的预浸料的外表面沿长度方向齐平的情况下，成型品的外表面平坦，且与第2面7对应地形成的成型品的侧面的板厚沿长度方向逐渐发生变化(变厚或变薄)。并且，在具有第1弯曲部9、10及第2弯曲部11、12的成型模具3上层压预浸料，并使层压后的预浸料的外表面沿长度方向具有恒定的板厚的情况下，在成型品的外表面上形成高低差部。

第3面8中面8b上的截面形状的圆弧的直径随着沿长度方向远离凸状的第1弯曲部10而逐渐减小，且随着沿长度方向远离凹状的第2弯曲部12而逐渐增加。如图6所示，在通过层压装置从成型模具3的第1面6朝向第2面7(或从第2面7朝向第1面6)压接预浸料带61的情况下，关于粘贴在第3面8的面8b上的胶带61的侧端部的长度，远离第1弯曲部10的一侧短于靠近第1弯曲部10的一侧，关于粘贴在第3面8的面8b上的胶带61的侧端部的长度，远离第2弯曲部12的一侧长于靠近第2弯曲部12的一侧。另一方面，在如图10所示沿长度方向将圆角面55中面55b上的截面形状的圆弧设为相同直径时，关于粘贴在圆角面55的面55b上的胶带61的侧端部的长度，靠近第1弯曲部10的一侧几乎等于远离第1弯曲部10的一侧。因此，在侧面52，胶带61的粘贴方向上的偏离较大。

相对于此，在本实施方式中，与如图10所示沿长度方向将圆角面55中面55b上的截面形状的圆弧设为相同直径时相比，如图6所示，在第2面7中面7a、7b上，胶带61的粘贴方向不易相对于铅垂方向倾斜。因此，方向偏离减少，多个胶带61彼此的重叠(lap)减少，且在多个胶带61之间产生的间隙(gap)减少。

以上，根据本实施方式，多个胶带61彼此的重叠(lap)减少，且在多个胶带61之间产生的间隙(gap)减少，因此在层压预浸料之后，层压厚度的不均减少。其结果，固化后的成型品的强度不易降低，且在成型品的表面上产生的凹凸减少。并且，与使用胶带61的方向偏离增加的成型模具50的情况不同，无需使从层压装置的头部输送过来的胶带61的宽度变窄或减少所输送的胶带61的数量。因此，不必减少能够同时压接的胶带61，因此压接工序的重复次数不会增加，能够防止层压所发费的时间变长。

[第4实施方式]

以下，使用图7～图9对本发明的第4实施方式所涉及的预浸料层压用成型模具4、5进行说明。

在上述第1～第3实施方式中，关于第1弯曲部9或第2弯曲部11，两者为平坦的面7a和面7b相合的部分或两者为平坦的面7b和面7c相合的部分，在凸部的顶部或凹部的底部，直线形成为山脊状或山谷状。并且，在第1～第3实施方式中，关于第1弯曲部10或第2弯曲部12，两者为弯曲状的面8a和面8b相合的部分或两者为弯曲状的面8b和面8c相合的部分，在凸部的顶部或凹部的底部，曲线形成为山脊状或山谷状。

相对于此，在本实施方式中，如图7～图9所示，在第1弯曲部9或第2弯曲部11中，在凸部的顶部或凹部的底部，为了不形成直线，形成了凸状或凹状的曲面部13、15。并且，在第1弯曲部10或第2弯曲部12中，为了在凸部的顶部或凹部的底部不形成曲线，形成了凸状或凹状的曲面部14、16。

第1弯曲部9、10经由凸状的曲面部13、14与一个面7a或8a和另一个面7b或8b连接。并且，第2弯曲部11、12经由凹状的曲面部15、16与一个面7c或8c和另一个面7b或面8b连接。

凸状的曲面部13、14或凹状的曲面部15、16为圆角面，且为沿与长度方向平行的方向切割而得的表面的截面形状带有圆弧的弯曲面。一个面7a或8a经由凸状的曲面部13、14与另一个面7b或8b平滑地连接。并且，一个面7c或面8c经由凹状的曲面部15、16与另一个面7b或面8b平滑地连接。凸状的曲面部13、14或凹状的曲面部15、16的截面形状即圆弧可以为正圆的一部分，也可以为椭圆的一部分。

如第1～第3实施方式，在成型模具1、2、3的表面上形成有直线状或曲线状的第1弯曲部9、10的顶部或第2弯曲部11、12的底部的情况下，在第1弯曲部9、10的两侧或第2弯曲部11、12的两侧，压实辊70的接触面不易与成型模具1、2、3的表面接触。其结果，通过压实辊70进行的胶带61的压接容易变得不充分。

另一方面，根据本实施方式，第1弯曲部9、10的一个面7a、8a与曲面部13、14的切面所成的角小于不设置曲面部13、14时的第1弯曲部9、10的一个面7a、8a与另一个面7b、7c所成的角。这也同样适用于第1弯曲部9、10的另一个面7b、8b与曲面部13、14的切面所成的角、第2弯曲部11、12的一个面7c、8c或另一个面7b、8b与曲面部15、16的切面所成的角。并且，凸状的曲面部13、14或凹状的曲面部15、16的切线的方向沿长度方向逐渐发生变化。综上所述，在第1弯曲部9、10的两侧或第2弯曲部11、12的两侧，压实辊70的接触面容易与成型模具4、5的表面接触。因此，在第1弯曲部9、10的两侧或第2弯曲部11、12的两侧，能够更可靠地进行通过压实辊70进行的胶带61的压接。

符号说明

1、2、3、4、5-预浸料层压用成型模具，6-第1面，7-第2面，8-第3面，9、10-第1弯曲部，11、12-第2弯曲部，13、14、15、16-曲面部，50-成型模具，51-上表面，52-侧面，53、54-弯曲部，55-圆角面，60-成型品，61-预浸料带，70-压实辊。