本發(fā)明涉及一種具有彎曲部的軸狀復合構件的制造方法。

背景技術：

例如，在專利文獻1中公開一種使用了纖維強化預成型料的管狀構件的成形方法。在該成形方法中，對纏繞于心軸(芯)的纖維強化樹脂材料進行預熱來形成半固化狀態(tài)的管狀構件，并將該管狀構件配置于模具，施加內(nèi)壓并加熱，由此使該管狀構件固化，成形有所期望的管狀構件。

纖維強化樹脂材料中存在將纖維沿一個方向拉齊的ud(uni-directional)材料(單向強化材料)、將纖維在相互正交的兩個方向上拉齊的45°材料等。其中，由45°材料形成的管狀構件的彎曲部相對于扭轉具有高剛性，與之相反，如圖10所示，相對于來自與管狀構件100的軸向垂直的方向的彎曲載荷輸入而剛性降低。另一方面，由ud材料形成的管狀構件如圖11所示，若纖維的延伸方向相對于管狀構件的軸向的角度(纖維取向角)為大約0°～10°左右，則相對于彎曲載荷輸入具有高剛性。因此，優(yōu)選使用ud材料來成形具有彎曲部的管狀構件(例如為懸架臂、穩(wěn)定器)。

在先技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開平7-276521號公報

然而，在專利文獻1所公開的管狀構件的成形方法中，在相對于模具的凹部裝配半固化狀態(tài)的管狀構件時，與在模具中形成的彎曲部的形狀匹配地彎曲管狀構件。

在管狀構件的彎曲部中，在其內(nèi)周側的長度與外周側的長度之間產(chǎn)生長度的差異。因此，在使用了板狀、帶狀的纖維強化樹脂材料的情況下，無法追隨其彎曲形狀，從而在彎曲部的內(nèi)周側，因該長度的差異而產(chǎn)生褶皺等。該褶皺有可能損害ud材料的性能(相對于彎曲載荷輸入的剛性)。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是鑒于上述點而作出的，其目的在于提供一種適當?shù)靥幚砹藦澢康妮S狀復合構件的制造方法。

用于解決課題的方案

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種軸狀復合構件的制造方法，該軸狀復合構件具有彎曲部，其特征在于，所述軸狀復合構件的制造方法具有如下工序：相對于模具的彎曲成形部，將由ud材料構成的多個熱固化性的纖維強化樹脂材料以與型腔的軸向平行地并列的狀態(tài)進行裝配；通過所述模具，形成具有所述ud材料層的管狀構件；以及通過使所述管狀構件熱固化，由此得到具有所述彎曲部的軸狀復合構件，所述各纖維強化樹脂材料的與軸向正交的截面為圓形。

根據(jù)本發(fā)明，在制造軸狀復合構件時，將多個ud材料以相對于彎曲成形部平行地并列的狀態(tài)進行裝配，因此能夠吸收彎曲部的內(nèi)外周差，并且通過使熱固化性的纖維強化樹脂材料的與軸向正交的截面為圓形，由此與截面矩形相比較，彎曲部處的纖維強化樹脂材料的追隨性變高，能夠抑制相對于彎曲部的褶皺的產(chǎn)生。另外，通過使用熱固化性的纖維強化樹脂，能夠進一步抑制彎曲部處的褶皺的產(chǎn)生。其結果是，在本發(fā)明中，能夠抑制軸狀復合構件的彎曲部處的彎曲剛性及扭轉剛性的降低。

另外，本發(fā)明的特征在于，所述軸狀復合構件的制造方法具有如下工序：在通過所述各纖維強化樹脂材料形成最外側的ud材料層之后，進一步將所述各纖維強化樹脂材料以與所述型腔的軸向平行地并列的狀態(tài)粘貼于所述ud材料層的內(nèi)側，由此形成層疊的多個ud材料層。

根據(jù)本發(fā)明，層疊ud材料層而形成為多層，由此能夠構成為，例如位于最外側的第一層的內(nèi)側的第二層的纖維進入該第一層的纖維之間。在本發(fā)明中，由此能夠填埋層疊的多個ud材料層之間的間隙，能夠進一步提高軸狀復合構件的彎曲部的剛性。

而且，本發(fā)明的特征在于，所述層疊的多個ud材料層在相鄰的內(nèi)外層之間，內(nèi)側的層的所述纖維強化樹脂材料的截面外徑比外側的層的所述纖維強化樹脂材料的截面外徑小。

根據(jù)本發(fā)明，構成內(nèi)側的層的纖維強化樹脂材料的截面外徑比外側小，由此ud材料層之間的纖維強化樹脂材料的填充率變高，能夠進一步提高軸狀復合構件的彎曲部的剛性。

發(fā)明效果

在本發(fā)明中，由于適當?shù)靥幚砹藦澢浚虼四軌虻玫较鄬τ趶澢d荷輸入具有所期望的剛性、強度的軸狀復合構件。

附圖說明

圖1是用于本發(fā)明的實施方式的軸狀復合構件的制造方法的纖維強化樹脂材料的配置裝置及模具的立體圖。

圖2是從背面?zhèn)扔^察圖1所示的配置裝置的立體圖。

圖3是將按壓部相對于限制構件及終端引導構件分解后的分解立體圖。

圖4(a)是表示通過配置部而裝配在模具的型腔內(nèi)的各纖維強化樹脂材料的示意圖，圖4(b)是圖4(a)所示的b部的放大圖。

圖5是表示通過按壓部而粘貼于型腔的各纖維強化樹脂材料的示意圖。

圖6是表示形成有最外側的層即ud材料層l1之后進一步將各纖維強化樹脂材料粘貼于該ud材料層l1的內(nèi)側的狀態(tài)的示意圖。

圖7是表示將外側的ud材料層的線強化樹脂材料的外徑和內(nèi)側的ud材料層的纖維強化樹脂材料的外徑構成為不同直徑的變形例的示意圖。

圖8(a)是表示在模具的型腔內(nèi)裝配有兩個開合構件的狀態(tài)的示意圖，圖8(b)是表示對裝配的開合構件施加內(nèi)壓并使其熱固化后的狀態(tài)的示意圖，圖8(c)是表示將兩個開合構件彼此結合為一體的狀態(tài)的示意圖。

圖9是作為完成件的軸狀復合構件的立體圖。

圖10是用于說明相對于管狀構件的彎曲輸入的圖。

圖11是表示ud材料的纖維取向角與剛性的關系的特性圖。

附圖文字說明

12、12a纖維強化樹脂材料

50模具

52型腔

54彎曲成形部

70彎曲部

s軸狀復合構件

d、d1、d2截面外徑

l1、l2ud材料層

具體實施方式

接著，適當參照附圖，對本發(fā)明的實施方式進行詳細說明。圖1是用于本發(fā)明的實施方式的軸狀復合構件的制造方法的纖維強化樹脂材料的配置裝置及模具的立體圖，圖2是從背面?zhèn)扔^察圖1所示的配置裝置的立體圖。

如圖1及圖2所示，纖維強化樹脂材料12的配置裝置10(以下，僅稱作配置裝置10)具備：多個繞線管14，它們分別供纖維強化樹脂材料12(未固化·半固化)卷繞，且能夠獨立旋轉，該纖維強化樹脂材料12具有纖維束而成且在表面具有粘接性；引導部20，其將從多個繞線管14拉出的各纖維強化樹脂材料12沿著模具50的凹部并列配置；以及按壓部40，其將通過引導部20配置的各纖維強化樹脂材料12向模具50按壓。

配置裝置10作為末端執(zhí)行器而安裝于未圖示的驅動裝置、例如多軸機器人的臂前端。多軸機器人沿著預先通過規(guī)定的程序進行示教的移動路徑，使配置裝置10例如沿著圖1的箭頭a方向移動。

纖維強化樹脂材料12是用于制造軸狀復合構件s(參照后述的圖9)的中間成形體即管狀構件的材料，是由在成為強化材料的“纖維”中浸漬成為粘結劑的“樹脂”而成的多個纖絲構成的絲束預成型料(towprepreg)。另外，各纖維強化樹脂材料12的與軸向正交的截面為“圓形”(參照圖4(b))。通過使截面為圓形，由此在使用了形成為帶狀的纖維強化樹脂材料12的情況下，能夠產(chǎn)生層疊時的厚度。由此，能夠削減層疊次數(shù)，并且能夠提高配置作業(yè)性。

作為“纖維”，使用碳纖維、玻璃纖維、硼纖維、鋁纖維、碳化硅纖維、氮化硅纖維等無機纖維、或者芳香族聚酰胺纖維、聚芳酯纖維、聚乙烯纖維等有機纖維。另外，也可以使用鈦纖維、非晶纖維、不銹鋼纖維等金屬纖維。還可以將多種纖維組合使用。作為“樹脂”，使用環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、聚氨基甲酸乙酯樹脂、鄰苯二甲酸二烯丙酯樹脂、酚醛樹脂、聚酰亞胺樹脂等熱固化性樹脂。由熱固化性樹脂構成的纖維強化樹脂與由熱塑性樹脂構成的纖維強化樹脂相比較，在成形前的狀態(tài)(常溫)下向模具的追隨較為容易，因此能夠抑制成形時的褶皺的產(chǎn)生。由此，能夠實現(xiàn)成形體的剛性的降低。

如圖1及圖2所示，纖維強化樹脂材料12以能夠拉出的狀態(tài)分別卷繞于多個繞線管14(在圖1、圖2中，排列成橫向一列的繞線管14)。各繞線管14被穿過繞線管14的中心的軸構件15支承為能夠旋轉。軸構件15在彼此對置的一對支承構件16之間橫向架設。

即，多個繞線管14配置成，在與配置裝置10的移動方向垂直的方向上沿一個方向并列設置。各繞線管14經(jīng)由軸構件15被一對支承構件16支承，且設置成能夠以軸構件15為中心而獨立旋轉。需要說明的是，供軸構件15穿過的各繞線管14的孔的內(nèi)徑形成得比軸構件15的外徑大。由此，各繞線管14處于相對于軸構件15能夠旋轉的自由狀態(tài)。

支承構件16的下端固定于在俯視下由矩形構成的板18的一面(上表面)18a。如圖2所示，在板18上形成有從其一面18a貫通到相反側的另一面(下表面)18b的多個貫通孔18c。上述多個貫通孔18c沿著板18的長度方向呈直線狀地配置成一列。從繞線管14拉出的纖維強化樹脂材料12從一面18a側朝向另一面18b側穿過各貫通孔18c。

在板18的另一面18b側設有引導部20。該引導部20由柱狀構件22、中間引導構件24、限制構件26及終端引導構件28構成。柱狀構件22的上端固定于板18的另一面18b。

中間引導構件24是安裝于柱狀構件22的下端側的矩形的板狀的構件。在中間引導構件24上形成有從一面(上表面)24a貫通到其相反側的另一面(下表面)24b的多個貫通孔24c。如圖2所示，多個貫通孔24c沿著中間引導構件24的長度方向呈直線狀配置成兩列并排。

從繞線管14拉出且經(jīng)由板18的貫通孔18c的纖維強化樹脂材料12從一面24a側朝向另一面24b側穿過各貫通孔24c。中間引導構件24將通過板18的貫通孔18c而擴寬成一列的纖維強化樹脂材料12集中為兩列，并朝向終端引導構件28進行引導。

在此，對按壓部40和構成引導部20的限制構件26及終端引導構件28進行說明。圖3是將按壓部相對于限制構件及終端引導構件分解后的分解立體圖。

如圖1及圖3所示，限制構件26和終端引導構件28配置在柱狀構件22的另一端(下端)。其中，限制構件26分別向柱狀構件22的徑向的一個方向和其相反方向突出。限制構件26通過使該限制構件26的下表面與模具50的分割面51抵接，從而限制模具50的型腔52中的終端引導構件28的位置。

如圖3所示，終端引導構件28具有配置部32和橡膠安裝部34。配置部32是進入到模具50的型腔52的構件，局部地形成有與型腔52的截面形狀大致相同的截面形狀。在本實施方式中，為半圓板狀的構件。

配置部32的外周曲面32a與模具50的型腔52的內(nèi)周曲面56(參照圖1)對置。在配置部32的外周曲面32a上，從配置部32的一面(背面)32c到另一面(表面)32d形成有與配置部32的軸線方向平行的多個槽32b。各槽32b的截面形狀與纖維強化樹脂材料12的截面形狀對應而形成為圓弧狀。從繞線管14拉出且經(jīng)由板18的貫通孔18c及中間引導構件24的貫通孔24c的纖維強化樹脂材料12從一面32c側朝向另一面32d側穿過槽32b。

需要說明的是，在配置部32中，優(yōu)選另一面(表面)32d的表面積比一面(背面)32c的表面積小。即，優(yōu)選配置部32的外周曲面32a從另一面32d側向一面32c側傾斜。

橡膠安裝部34具有形成為與配置部32的另一面32d共面的橡膠安裝面34a。在橡膠安裝面34a上設有一對突起36。另外，跨過橡膠安裝部34的橡膠安裝面34a和配置部32的另一面32d而設有圓環(huán)狀的突出部38。

按壓部40為圓板狀的橡膠制構件。按壓部40的圓弧形成為比配置部32的外周曲面32a的圓弧稍小的小徑。在按壓部40的周緣設有朝向半徑外側方向突出的小片40a。在按壓部40的中央形成有貫通孔40b。小片40a嵌插于在橡膠安裝部34設置的一對突起36之間。在橡膠安裝部34及配置部32上設置的圓環(huán)狀的突出部38嵌插于貫通孔40b。由此，將按壓部40固定于橡膠安裝部34及配置部32。

用于本實施方式的軸狀復合構件的制造的配置裝置10及模具50基本上如以上那樣構成，接下來說明其作用效果。

對使用配置裝置10將纖維強化樹脂材料12裝配在模具10的型腔52內(nèi)的方法進行說明。

圖4(a)是表示通過配置部裝配在模具的型腔內(nèi)的各纖維強化樹脂材料的示意圖，圖4(b)是圖4(a)所示的b部的放大圖，圖5是表示通過按壓部粘貼于型腔的各纖維強化樹脂材料的示意圖，圖6是表示形成最外側的層即ud材料層l1之后進一步將各纖維強化樹脂材料粘貼于該ud材料層l1的內(nèi)側的狀態(tài)的示意圖。

首先，將圖1所示的引導部20的終端引導構件28送入模具50的型腔52內(nèi)。此時，將經(jīng)由配置部32的各槽32b的各纖維強化樹脂材料12的端部粘貼于模具50的內(nèi)周曲面56。然后，驅動未圖示的多軸機器人，如圖1的箭頭a所示那樣使配置裝置10沿著模具50的表面移動，由此使配置部32沿著型腔52的形狀移動。

各纖維強化樹脂材料12的端部粘貼于模具50的內(nèi)周曲面56，因此伴隨著配置裝置10的移動而從繞線管14拉出的纖維強化樹脂材料12對卷繞于繞線管14的纖維強化樹脂材料12進行拉拽。于是，對繞線管14施加旋轉力，使繞線管14以軸構件15為旋轉中心進行旋轉。其結果是，從繞線管14拉出規(guī)定長度的纖維強化樹脂材料12。

如圖4(a)所示，從繞線管14拉出的纖維強化樹脂材料12經(jīng)由板18的貫通孔18c、中間引導構件24的貫通孔24c及配置部32的槽32b而被裝配于模具50的內(nèi)周曲面56。此時，纖維強化樹脂材料12以與型腔52的軸向平行地并列的狀態(tài)被裝配。

如圖5所示，在裝配纖維強化樹脂材料12時，各纖維強化樹脂材料12被按壓部40朝向模具50的型腔52的內(nèi)周曲面56按壓。由此，形成開合構件60(參照圖1)。開合構件60是將纖維強化樹脂12沿一個方向拉齊而成的ud材料。需要說明的是，在開合構件60的完成時，各纖維強化樹脂材料12的與軸向正交的截面被保持為圓形。

模具50的彎曲成形部54(參照圖1)是與作為完成件的軸狀復合構件s的彎曲部70(參照后述的圖9)對應的形狀，具有內(nèi)外周差。在彎曲成形部54中外周比內(nèi)周長。配置部32在彎曲成形部54上移動時，各繞線管14的旋轉速度各不相同。在彎曲成形部54的外周側裝配的卷繞有纖維強化樹脂材料12的繞線管14旋轉得比在彎曲成形部54的內(nèi)周側裝配的卷繞有纖維強化樹脂材料12的繞線管14多，因此纖維強化樹脂材料12的拉出量變大。

這樣，根據(jù)配置裝置10，能夠形成準確反映彎曲成形部54的內(nèi)外周差的開合構件60，因此能夠抑制在開合構件60的彎曲成形部54產(chǎn)生褶皺的情況。

在以上那樣形成最外側的層即ud材料層l1之后，進一步將從繞線管14拉出的各纖維強化樹脂材料12在該ud材料層l1的內(nèi)側粘貼成與型腔52的軸向平行地并列的狀態(tài)(參照圖6)。粘貼在ud材料層l1的內(nèi)側的各纖維強化樹脂材料12被按壓部40朝向外側的ud材料層l1按壓。由此，通過粘貼于ud材料層l1的內(nèi)側的各纖維強化樹脂材料12形成ud材料層l2(參照圖9)。其結果是，構成由內(nèi)外雙層形成的通過ud材料層l1及ud材料層l2層疊而成的開合構件60。

例如，將從繞線管14進一步拉出的各纖維強化樹脂材料12依次向內(nèi)側層疊，由此得到由多層的ud材料層l1、l2、…ln(n：自然數(shù))構成的開合構件60。需要說明的是，優(yōu)選由2層～4層的ud材料層進行層疊。

圖8(a)是表示在模具的型腔內(nèi)裝配兩個開合構件后的狀態(tài)的示意圖，圖8(b)是表示對裝配的開合構件施加內(nèi)壓并使其熱固化后的狀態(tài)的示意圖，圖8(c)是表示將兩個開合構件彼此一體地結合后的狀態(tài)的示意圖，圖9是作為完成件的軸狀復合構件的立體圖。

使用配置裝置10、一對模具50形成兩個開合構件60之后，如圖8(a)所示，將兩個開合構件60以對合為截面圓形的狀態(tài)裝配在內(nèi)含有氣球狀的內(nèi)壓施加機構(未圖示)的一對模具80的型腔內(nèi)。接下來，如圖8(b)所示，在將一對模具80合模的狀態(tài)下一邊施加內(nèi)壓p(參照空心箭頭)一邊使其熱固化。其結果是，平行配置的各纖維強化樹脂材料12彼此無間隙地充分相連，并且兩個開合構件60通過其對合面結合為一體，由此形成軸復合構件s(例如為懸架臂、穩(wěn)定器)(參照圖8(c))。如圖9所示，該軸狀復合構件s例如由直線部68和彎曲部70構成。

在本實施方式中，通過使熱固化性的纖維強化樹脂材料12的與軸向正交的截面為圓形(參照圖4(b))，由此與設為截面矩形的情況相比較，彎曲部70處的纖維強化樹脂材料12的追隨性變高，能夠抑制相對于彎曲部70的褶皺的產(chǎn)生。其結果是，在本實施方式中，能夠抑制軸狀復合構件s的彎曲部70處的彎曲剛性及扭轉剛性的降低。

在本實施方式中，層疊ud材料層而形成為多層，由此能夠構成為，例如位于最外側的第一層的內(nèi)側的第二層的纖維進入該第一層的纖維之間。在本實施方式中，由此能夠填埋層疊的多個ud材料層之間的間隙，能夠進一步提高軸狀復合構件s的彎曲部70的剛性。

換言之，在現(xiàn)有的軸狀復合構件的彎曲部中，在其內(nèi)周側的長度與外周側的長度之間產(chǎn)生長度的差異，但在本實施方式中，通過使熱固化性的纖維強化樹脂材料12的與軸向正交的截面為圓形，且通過多個ud材料層進行層疊，由此能夠順暢地吸收該長度的差異。其結果是，能夠抑制軸狀復合構件s的彎曲部70處的褶皺的產(chǎn)生而提高彎曲部70處的彎曲剛性及扭轉剛性。

圖7是表示將外側的ud材料層的線強化樹脂材的外徑和內(nèi)側的ud材料層的纖維強化樹脂材料的外徑構成為不同直徑的變形例的示意圖。需要說明的是，圖7表示形成最外側的層即ud材料層l1之后進一步將不同直徑的各纖維強化樹脂材料粘貼在該ud材料層l1的內(nèi)側的狀態(tài)。

在上述實施方式中，例示了在相鄰的多個內(nèi)外層之間均勻地形成各層的纖維強化樹脂材料12的外徑d(參照圖4(b))的情況，但不限于此。例如，在相鄰的內(nèi)外層之間，可以使內(nèi)側的層的纖維強化樹脂材料12a的截面外徑(d2)比外側的層的纖維強化樹脂材料12的截面外徑(d1)小(d1>d2)(參照圖7)。

換言之，隨著從最外側的層即ud材料層l1朝向內(nèi)側的ud材料層l2…，可以使內(nèi)側的各層的纖維強化樹脂材料12的外徑d逐漸減小。例如，在由內(nèi)外三層的ud材料層構成的情況下，相對于外側的ud材料層l1的纖維強化樹脂材料12的外徑d1，減小位于ud材料層l1的內(nèi)側的ud材料層l1的纖維強化樹脂材料的外徑d2。另外，相對于外側的ud材料層l2的纖維強化樹脂材料12的外徑d2，減小位于ud材料層l2的內(nèi)側的ud材料層l3的纖維強化樹脂材料12的外徑d3(d1>d2>d3)。

在圖7所示的變形例中，使構成內(nèi)側的層的纖維強化樹脂材料12a的截面外徑d2比構成外側的層的纖維強化樹脂材料12的截面外徑d1小(d1>d2)，由此纖維強化樹脂材料12a的填充率變高，能夠進一步提高軸狀復合構件s的彎曲部70的剛性。

需要說明的是，作為使用兩個開合構件60來制造作為完成件的軸狀復合構件s的方法，沒有特別限定，考慮各種制造方法。在本實施方式中，說明了在模具80的由凹形狀構成的型腔內(nèi)裝配兩個開合構件60、并施加內(nèi)壓并使其熱固化的方法(參照圖8(a)～圖8(c))，但不限于此。例如，也可以使用在具有彎曲部的軸狀的模(凸形狀的模)的外周與模的軸向平行地裝配兩個開合構件60并使其熱固化的方法等。另外，軸狀復合構件s的與軸垂直的方向上的截面不限于圓管狀，例如，也可以是中空的方管狀、橢圓形。