(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面積層テーブル上で一方向材又は／及びクロス材の幅広プリプレグを４軸制御により平面積層し大面積のプリプレグ積層体を形成することと、別の平面積層テーブル上で各種幅寸法にスリットされた一方向材又は／及びクロス材の細幅プリプレグを４軸制御により縦，横，斜め方向に間隔をあけて平面積層し格子状のプリプレグ積層体を形成することとを並行して行い、次に大面積のプリプレグ積層体と格子状のプリプレグ積層体とを順次１つの裁断テーブル上で所要寸法，形状となるように裁断してスキン部プリプレグ積層体，ダブラー部プリプレグ積層体を形成し、次いでこれらを順次シングルコンター面の積層治具上に載置し積層することを特徴とするプリプレグ自動積層方法。
【請求項２】
平面積層テーブル上で一方向材又は／及びクロス材の幅広プリプレグを４軸制御により隙間をあけて平面積層し断続大面積のプリプレグ積層体を形成することと、別の平面積層テーブル上で各種幅寸法にスリットされた一方向材又は／及びクロス材の細幅プリプレグを４軸制御により縦，横，斜め方向に間隔をあけて平面積層し格子状のプリプレグ積層体を形成することとを並行して行い、次に断続大面積のプリプレグ積層体と格子状のプリプレグ積層体とを順次１つの裁断テーブル上で所要寸法，形状となるように裁断して断続スキン部プリプレグ積層体，ダブラー部プリプレグ積層体を形成し、次いで断続スキン部プリプレグ積層体をダブルコンター面の積層治具上に載置しそのプリプレグ積層体をダブルコンター面になじませた上断続スキン部プリプレグ積層体の隙間に幅広プリプレグを追加積層し、次にこの隙間無しのスキン部プリプレグ積層体上に前記ダブラー部プリプレグ積層体を載置し積層することを特徴とするプリプレグ自動積層方法。
【請求項３】
平面積層テーブルの上方に一方向材又は／及びクロス材の幅広プリプレグを平面積層する４軸制御の積層ヘッドを有する自動積層機を備えた幅広プリプレグ積層装置と、別の平面積層テーブルの上方に一方向材又は／及びクロス材の細幅プリプレグを格子状に平面積層する４軸制御の積層ヘッドを有する自動積層機を備えた細幅プリプレグ積層装置と、前記幅広プリプレグ積層装置と細幅プリプレグ積層装置との間に設けられた裁断テーブルの上方に自動裁断機を備えたプリプレグ積層体裁断装置と、このプリプレグ積層体裁断装置に隣接して前記幅広プリプレグ積層装置の方向とは直交する方向の位置に設けられシングルコンター面又はダブルコンター面を有するプリプレグ積層体積層治具とより成るプリプレグ自動積層装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、航空機の胴体や翼、ロケットの胴体やフェアリング、鉄道車両などの外壁面として用いるＣＦＲＰなどにより成る複合材パネルを製造するためのプリプレグ自動積層方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より種々の航空機においては、軽量化のために胴体や主翼，尾翼などの外壁面に、金属パネルに代ってＣＦＲＰなどより成る複合材パネルが用いられるようになってきた。この複合材パネルを製造するには、従来、上面をコンター面となした積層型に直接プリプレグを積層するプリプレグ自動積層機（通称：ＡＴＬ）が開発され、使用されてきた。このプリプレグ自動積層機は、３または６インチ幅の一方向材プリプレグをＮＣ制御にて積層する機能を有するが、常に細幅単位でしか積層できないため、大面積の積層や厚板積層には時間がかかり、効率が悪かった。
【０００３】
また、近年開発されたファイバープレースメント装置（通称：ＦＰＭ）は、複雑なコンター面を有する積層型へのプリプレグの積層が可能で、３〜１０ｍｍの細幅プリプレグを何１０本も同時積層できることを特徴とするが、何分にもプリプレグ幅が細かすぎるため、大面積の積層においては、単位面積当りの積層時間は前記プリプレグ自動積層機よりもさらに多くかかり、非常に効率が悪かった。
【０００４】
そして、上記いずれも積層型に直接プリプレグを積層する方法は、プリプレグ自動積層に積層型が拘束されるため、プリプレグの自動積層中は型上にて他の仕事ができず、生産レートの高い複合材パネルの製造には向かなかった。
【０００５】
また、上記いずれも３次元コンター面を有する積層型へのプリプレグ積層を可能にするため、積層ヘッドに全ての機能を持たせた１０軸制御機能とプリプレグを切断できる機能を備えさせている。従って、積層ヘッドが非常に重く、装置全体が大がかりなものとなっていた。
【０００６】
さらに、プリプレグの切断機能は直線切断しかできないものであるため、細かな形状の切断に対応できなかった。
【０００７】
さらにまた、複雑なコンター面を有する積層型へのプリプレグ積層を行うには、積層ヘッドを制御するために非常に高い演算能力が必要で、制御にも時間がかかることから、積層時間も長くなり、効率的なプリプレグ積層ができなかった。
【０００８】
以上のように航空機用の複合材パネルを製造するためのプリプレグ積層には種々問題点があり、これの解決が要望されている。他方、近時、鉄道車両特に高速車両においては、骨格構造体をＣＦＲＰで製作する技術が開発され、これに伴い外壁面にＣＦＲＰの複合材パネルを用いることが研究され、複合材パネルを製造する上で効率的なプリプレグ積層を可能にする技術の開発が要望されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、上記要望に対応しようとするものであり、従来のオールインワンタイプのプリプレグ自動積層機の機能を分解し、夫々個別機能として稼動させることで、プリプレグの高速積層を実現するために、幅広プリプレグの平面積層、細幅プリプレグの平面積層を個別のエリアで行うようにし、これらを行って得たプリプレグ積層体の形状裁断を別のエリアで順次行うようにし、形状裁断した各プリプレグ積層体をさらに別のエリアで順次積層するようにすることで、効率的なプリプレグ積層のできるプリプレグ自動積層方法及びその装置を提供しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明のプリプレグ自動積層方法の１つは、平面積層テーブル上で一方向材又は／及びクロス材の幅広プリプレグを４軸制御により平面積層し大面積のプリプレグ積層体を形成することと、別の平面積層テーブル上で各種幅寸法にスリットされた一方向材又は／及びクロス材の細幅プリプレグを４軸制御により縦，横，斜め方向に間隔をあけて平面積層し格子状のプリプレグ積層体を形成することとを並行して行い、次に大面積のプリプレグ積層体と格子状のプリプレグ積層体とを順次１つの裁断テーブル上で所要寸法，形状となるように裁断してスキン部プリプレグ積層体，ダブラー部プリプレグ積層体を形成し、次いでこれらを順次シングルコンター面の積層治具上に載置し積層することを特徴とするものである。
【００１１】
本発明のプリプレグ自動積層方法の他の１つは、平面積層テーブル上で一方向材又は／及びクロス材の幅広プリプレグを４軸制御により隙間をあけて平面積層し断続大面積のプリプレグ積層体を形成することと、別の平面積層テーブル上で各種幅寸法にスリットされた一方向材又は／及びクロス材の細幅プリプレグを４軸制御により縦，横，斜め方向に間隔をあけて平面積層し格子状のプリプレグ積層体を形成することを並行して行い、次に断続大面積のプリプレグ積層体と格子状のプリプレグ積層体とを順次１つの裁断テーブル上で所要寸法，形状となるように裁断して断続スキン部プリプレグ積層体，ダブラー部プリプレグ積層体を形成し、次いで断続スキン部プリプレグ積層体をダブルコンター面の積層治具上に載置しそのプリプレグ積層体をダブルコンター面になじませた上断続スキン部プリプレグ積層体の隙間に幅広プリプレグを追加積層し、次にこの隙間無しのスキン部プリプレグ積層体上に前記ダブラー部プリプレグ積層体を載置し積層することを特徴とするものである。
【００１２】
上記２つのプリプレグ自動積層方法を実施するための本発明のプリプレグ自動積層装置は、平面積層テーブルの上方に一方向材又は／及びクロス材の幅広プリプレグを平面積層する４軸制御の積層ヘッドを有する自動積層機を備えた幅広プリプレグ積層装置と、別の平面積層テーブルの上方に一方向材又は／及びクロス材の細幅プリプレグを格子状に平面積層する４軸制御の積層ヘッドを有する自動積層機を備えた細幅プリプレグ積層装置と、前記幅広プリプレグ積層装置と細幅プリプレグ積層装置との間に設けられた裁断テーブルの上方に自動裁断機を備えたプリプレグ積層体裁断装置と、このプリプレグ積層体裁断装置に隣接して前記幅広プリプレグ積層装置の方向とは直交する方向の位置に設けられシングルコンター面又はダブルコンター面を有するプリプレグ積層体積層治具とより成るものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明のプリプレグ自動積層方法及びその装置の実施形態を図によって説明する。先ず、プリプレグ自動積層方法を行うための装置を図１によって説明すると、１は幅広プリプレグ積層装置で、この幅広プリプレグ積層装置１は、幅１０ｍ，長さ１５ｍの平面積層テーブル２と、その上方に設けられ幅寸法が１ｍを超える一方向材又は／及びクロス材の幅広プリプレグ３を平面積層する４軸制御の積層ヘッド４を有する自動積層機５とより成るものである。６は前記幅広プリプレグ積層装置１に隣設して設けられたプリプレグ積層体裁断装置で、このプリプレグ積層体裁断装置６は、幅１０ｍ，長さ１５ｍの裁断テーブル７と、その上方に設けられた自動裁断機８とより成るものである。９は前記プリプレグ積層体裁断装置６に隣設して設けられた細幅プリプレグ積層装置で、この細幅プリプレグ積層装置９は、幅１０ｍ，長さ１５ｍの平面積層テーブル１０と、その上方に設けられ幅寸法が１〜２０ｃｍの細幅プリプレグテープ１１を間隔をあけて縦，横，斜めに平面積層する４軸制御の積層ヘッド１２を有する自動積層機１３とより成るものである。１４は前記幅広プリプレグ積層装置１及び細幅プリプレグ積層装置９の方向とは直交する方向でプリプレグ積層体裁断装置６に隣設して設けられたプリプレグ積層体積層治具で、このプリプレグ積層体積層治具１４は、上面が図１に示すようにシングルコンター面１５のものと、図２に示すようにダブルコンター面１６のものとがある。
【００１４】
次に、上記のように構成された実施形態のプリプレグ自動積層装置によるプリプレグ自動積層方法の実施形態について説明する。シングルコンター形状の複合材パネルを製造するためのプリプレグ自動積層方法の実施形態においては、プリプレグ積層体積層治具１４は上面が図１に示すようにシングルコンター面１５のものが使用される。以下、本法の工程について説明する。図１に示す幅広プリプレグ積層装置１の平面積層テーブル２上に離型フィルムＦを配し、その離型フィルムＦ上で４軸制御の自動積層機５の積層ヘッド４により一方向材又は／及びクロス材の幅寸法１ｍの幅広プリプレグ３を平面積層し、大面積のプリプレグ積層体Ｐ1 を形成する。これと並行して細幅プリプレグ積層装置９の平面積層テーブル１０上に離型フィルムＦを配し、その離型フィルムＦ上で４軸制御の自動積層機１３の積層ヘッド１２により１〜２０ｃｍの各種幅寸法のスリットされた一方向材又は／及びクロス材の細幅プリプレグテープ１１を、縦方向，横方向に所要の間隔をあけて平面積層し、格子状のプリプレグ積層体Ｐ2を形成する。次に、前記の大面積のプリプレグ積層体Ｐ1を離型フィルムＦごと隣設するプリプレグ積層体裁断装置６に移送し、その裁断装置６の裁断テーブル７上に離型フィルムＦを下にして載置し、所要寸法，形状となるように自動裁断機８により図３に示すように裁断してスキン部プリプレグ積層体Ｓを形成する。次いで、裁断テーブル７上の離型フィルムＦからスキン部プリプレグ積層体Ｓを引き剥して隣設のプリプレグ積層体積層治具１４に移送し、その積層治具１４のシングルコンター面１５上に図４に示すように載置する。次に、前記の格子状のプリプレグ積層体Ｐ2を離型フィルムＦごと隣設のプリプレグ積層体裁断装置６に移送し、その裁断装置６の裁断テーブル７上に離型フィルムＦを下にして載置し、所要寸法，形状となるように自動裁断機８により図５に示すように裁断してダブラー部プリプレグ積層体Ｄを形成する。次いで、このダブラー部プリプレグ積層体Ｄを離型フィルムＦごと隣設のプリプレグ積層体積層治具１４に移送し、その積層治具１４のシングルコンター面１５上に先に載置したスキン部プリプレグ積層体Ｓの上に、離型フィルムＦを上にしてダブラー部プリプレグ積層体Ｄを載置積層し、離型フィルムＦを引き剥して除去し、図６に示すように胴体パネル用のシングルコンター形状の複合材パネルＳＣを作る。
【００１５】
ダブルコンター形状の複合材パネルを製造するためのプリプレグ自動積層方法の実施形態においては、プリプレグ積層体積層治具１４は上面が図２に示すようにダブルコンター面１６のものが使用される。以下、本法の工程について説明する。図１に示す幅広プリプレグ積層装置１の平面テーブル２上に離型フィルムＦを配し、その離型フィルムＦ上で４軸制御の自動積層機５の積層ヘッド４により一方向材又は／及びクロス材の幅寸法１ｍの幅広プリプレグ３を、図７に示すように隙間をあけて平面積層し、断続大面積のプリプレグ積層体Ｐ1′を形成する。これと並行して細幅プリプレグ積層装置９では、前述の実施形態と同様に格子状のプリプレグ積層体Ｐ2を形成する。次に、前記断続大面積のプリプレグ積層体Ｐ1′を離型フィルムごと隣設のプリプレグ積層体裁断装置６に移送し、その裁断装置６の裁断テーブル７上に離型フィルムＦを下にして載置し、所要寸法，形状となるように自動裁断機８により図８に示すように裁断して、断続スキン部プリプレグ積層体Ｓ′を形成する。次いで、断続スキン部プリプレグ積層体Ｓ′を離型フィルムＦごとに隣設のプリプレグ積層体積層治具１４に移送し、その積層治具１４のダブルコンター面１６上に図９に示すように離型フィルムＦを上にして載置する。次に、離型フィルムＦを引き剥して断続スキン部プリプレグ積層体Ｓ′をずらしながら図１０に示すようにダブルコンター面１６になじませた上、その断続スキン部プリプレグ積層体Ｓ′の隙間に図１１に示すように幅広プリプレグ５を追加積層して、図１２に示すように隙間無しのスキン部プリプレグ積層体Ｓを形成する。この間に、前記格子状のプリプレグ積層体Ｐ2を前述の実施形態と同様に離型フィルムＦごと隣設のプリプレグ積層体裁断装置６に移送し、その裁断装置６の裁断テーブル７上に離型フィルムＦを下にして載置し、所要寸法，形状となるように自動裁断機８により図５と同様に裁断して、ダブラー部プリプレグ積層体Ｄを形成する。次いで、このダブラー部プリプレグ積層体Ｄを離型フィルムＦごと隣設のプリプレグ積層体積層治具１４に移送し、その積層治具１４のダブルコンター面１６上に先に載置して形成したスキン部プリプレグ積層体Ｓの上に、離型フィルムＦを上にしてダブラー部プリプレグ積層体Ｄを載置積層し、離型フィルムＦを引き剥して除去し、図１３に示すように主翼パネル用のダブルコンター形状の複合材パネルＤＣを作る。
【００１６】
【発明の効果】
以上の説明で判るように本発明のプリプレグ自動積層方法は、幅広プリプレグの平面積層，細幅プリプレグの平面積層を個別のエリアで行うので、各部分の積層を簡素に高速にできる。また、それにより得られた各プリプレグ積層体を所要の形状，寸法に裁断するのを個別に行うので、各プリプレグ積層体は正確に精密裁断できる。さらに、裁断成形された各プリプレグ積層体を集合積層するので、効率的に極めて精度の高いプリプレグ積層ができて、複合材パネルの製造に貢献できる有用な方法と言える。
【００１７】
また、本発明のプリプレグ自動積層装置によれば、上記の優れたプリプレグ自動積層方法を、容易に且つ確実に効率よく行うことができる。また、本装置は各プリプレグの積層装置、プリプレグ積層体の裁断装置、プリプレグ積層体の積層治具を個別に構成して簡素化し、軽量且つ安価な装置としているので、従来のオールインワンタイプの自動積層機のような大がかりなものに比し高速運転でき、しかも各装置を遊休させることなく連続的に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプリプレグ自動積層装置の概略斜視図である。
【図２】図１のプリプレグ自動積層装置におけるプリプレグ積層体積層治具の他の例を示す斜視図である。
【図３】図１における大面積のプリプレグ積層体を、プリプレグ積層体裁断装置で裁断して得たスキン部プリプレグ積層体を示す斜視図である。
【図４】図１におけるシングルコンター面のプリプレグ積層体積層治具上にスキン部プリプレグ積層体を載置した状態を示す斜視図である。
【図５】図１における格子状のプリプレグ積層体を、プリプレグ裁断装置で裁断して得たダブラー部プリプレグ積層体を示す斜視図である。
【図６】図４のスキン部プリプレグ積層体に、図５のダブラー部プリプレグ積層体を積層して、シングルコンター形状の複合材パネルを作った状態を示す斜視図である。
【図７】図１のプリプレグ自動積層装置における幅広プリプレグ積層装置で、断続大面積のプリプレグ積層体を作った状態を示す斜視図である。
【図８】図７の断続大面積のプリプレグ積層体を、プリプレグ積層体裁断装置で裁断して得た断続スキン部プリプレグ積層体を示す斜視図である。
【図９】図８の断続スキン部プリプレグ積層体を、ダブルコンター面のプリプレグ積層体積層治具に載置した状態を示す斜視図である。
【図１０】図９の断続スキン部プリプレグ積層体を、ダブルコンター面になじませる状態を示す斜視図である。
【図１１】図１０の断続スキン部プリプレグ積層体の隙間に、幅広プリプレグを追加積層する状態を示す斜視図である。
【図１２】図１１の幅広プリプレグの追加積層により得られた隙間無しのスキン部プリプレグ積層体を示す斜視図である。
【図１３】図１２の隙間無しのスキン部プリプレグ積層体に、ダブラー部プリプレグ積層体を積層して、ダブルコンター形状の複合材パネルを作った状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
１  幅広プリプレグ積層装置
２  平面積層テーブル
３  幅広プリプレグ
４  積層ヘッド
５  自動積層機
６  プリプレグ積層体裁断装置
７  裁断テーブル
８  自動裁断機
９  細幅プリプレグ積層装置
１０  平面積層テーブル
１１  細幅プリプレグテープ
１２  積層ヘッド
１３  自動積層機
１４  プリプレグ積層体積層治具
１５  シングルコンター面
１６  ダブルコンター面
Ｆ  離型フィルム
Ｐ1  大面積のプリプレグ積層体
Ｐ1′  断続大面積のプリプレグ積層体
Ｐ2  格子状のプリプレグ積層体
Ｓ  スキン部プリプレグ積層体
Ｓ′  断続スキン部プリプレグ積層体
Ｄ  ダブラー部プリプレグ積層体
ＳＣ  胴体パネル用のシングルコンター形状の複合材パネル
ＤＣ  主翼パネル用のダブルコンター形状の複合材パネル
【図１】
0003649706.tif 000002
【図２】
0003649706.tif 000003
【図３】
0003649706.tif 000004
【図４】
0003649706.tif 000005
【図５】
0003649706.tif 000006
【図６】
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【図７】
0003649706.tif 000008
【図８】
0003649706.tif 000009
【図９】
0003649706.tif 000010
【図１０】
0003649706.tif 000011
【図１１】
0003649706.tif 000012
【図１２】
0003649706.tif 000013
【図１３】
0003649706.tif 000014