(57)【要約】【課題】従来の湾曲した強化繊維プリフォームの製作方法では、長手方向において強化繊維層の不連続部位が発生したり、繊維配列に乱れが発生してしまう。【解決手段】製作目的の強化繊維プリフォームの中心軸の描く曲線に一致する中心軸Ｍ１を有するマンドレル１を製作するマンドレル製作工程（ステップ１０１）と、ブレイダー２による組糸Ｙの組位置Ｐを通過するように、湾曲したマンドレル１を移動させて、このマンドレル１上に筒状組物３を製作する組物製作工程（１０２）と、筒状組物３を中心軸方向に沿って切断して分割し、断面形状が中心軸方向で同一となる一対のＣ型基材１１・１２を製作するＣ型基材製作工程（ステップ１０４）と、Ｃ型基材製作工程で製作された一対のＣ型基材１１・１２を、背面１１ａ・１２ａ同士で重ね合わせて仮固定して、Ｈ型基材２０を製作する重合基材製作工程（ステップ１０５）と、を備えるものとする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
湾曲したＦＲＰ製桁材を製造するための強化繊維プリフォームを製作する方法であって、
製作目的の強化繊維プリフォームと同じ湾曲形状のマンドレルを製作するマンドレル製作工程と、
ブレイダーによる組糸の組位置を通過するように、湾曲したマンドレルを移動させて、このマンドレル上に筒状組物を製作する組物製作工程と、
前記筒状組物を中心軸方向に沿って切断して分割し、断面形状が中心軸方向で同一となる一対のＣ型基材を製作するＣ型基材製作工程と、
を備える、
ことを特徴とする、湾曲したＦＲＰ桁材用の強化繊維プリフォームの製作方法。
【請求項２】
前記Ｃ型基材製作工程で製作されたＣ型基材の複数を、面接触可能な面同士で重ね合わせて仮固定して、これらの複数のＣ型基材よりなる重合基材を製作する重合基材製作工程を備える、
ことを特徴とする、請求項１に記載の湾曲したＦＲＰ桁材用の強化繊維プリフォームの製作方法。
【請求項３】
重合基材製作工程で製作された重合基材の一部を折り曲げて、その折り曲げた部位と、この重合部材の他の部分とが、面接触するように重ね合わせて仮固定し、この重合基材を変形してなる変形重合基材を製作する変形重合基材製作工程を備える、
ことを特徴とする、請求項２に記載の、湾曲したＦＲＰ桁材用の強化繊維プリフォームの製作方法。
【請求項４】
前記筒状組物の製作に用いる組糸および中央糸である強化繊維束の少なくとも一つに、熱可塑性繊維を配合しておき、
前記重合基材製作工程または前記変形重合基材製作工程において、
前記Ｃ型基材および前記重合基材のいずれかである各基材に備える面同士を、重ね合わせた状態で加熱および加圧を行うことで、前記仮固定を行う、
ことを特徴とする、請求項２または請求項３に記載の、湾曲したＦＲＰ桁材用の強化繊維プリフォームの製作方法。
【請求項５】
前記筒状組物の製作に用いる組糸および中央糸である強化繊維束の少なくとも一つに、熱可塑性繊維を配合しておき、
前記Ｃ型基材製作工程において、
マンドレル上の前記筒状組物に加熱および加圧を行うことで、筒状組物の全体を仮止めした状態で前記切断を行う、
ことを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれかに記載の、湾曲したＦＲＰ桁材用の強化繊維プリフォームの製作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、湾曲したＦＲＰ製桁材を製造するための強化繊維プリフォームを製作する方法の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、航空宇宙業界では、機体内部の構造部材に、カーボンなどの強化繊維を強化材として利用したＦＲＰ（繊維強化樹脂）製の桁材が使われることが、多くなってきている。そして、様々な断面形状（Ｃ・Ｈ・Ｉ・Ｊ）の桁材において、長手方向に湾曲した桁材が要求されるようになっている。
近年、ＦＲＰの低コスト成形方法として、キャビティ（金型の空洞）に強化繊維基材の積層体を充填し、樹脂を注入するレジン・トランスファー・モールディング（ＲＴＭ）成形方法や、キャビティ内を真空として樹脂含浸を促進するバキューム・レジン・トランスファー・モールディング（ＶａＲＴＭ）成形方法が知られている。
これらの成形方法を利用するには、予め、樹脂の強化材としての強化繊維プリフォームを、最終的な製作目的のＦＲＰ製桁材と同様な形状に製作しておく必要がある。
【０００３】
このような強化繊維プリフォームは、強化繊維のシートを積層して製作されるものであるが、このプリフォームが長手方向に湾曲している場合は、その製作は単純ではない。このような場合、円弧を多角形で再現するように、長手方向の各部に対応する部位でシートに切込みを入れ、その中に繊維基材片を入れて継ぎ接ぎを行なって、湾曲したプリフォームを製作する。あるいは、長手方向が直線状となるように製作したプリフォームを、曲面を有する型に押さえ込んで、湾曲したプリフォームを製作する。
このような強化繊維プリフォームの製作に関する技術としては、例えば、特許文献１に開示される技術がある。
【特許文献１】特開２００３−２５１７０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述で、従来における湾曲したプリフォームの製作方法を二通り示したが、継ぎ接ぎによる方法では、この継ぎ接ぎの部分で長手方向の強化繊維の連続が絶たれてしまうことになる。また、型で押さえ込む方法では、湾曲の外側部分で繊維層が引き伸ばされると共に、湾曲の内側部分で繊維層が押さえ込まれることになり、プリフォーム内部の繊維の配列方向が乱される可能性がある。
つまり、どちらの方法であっても、強化繊維プリフォームの剛性が、長手方向において低下してしまうことになる。そうすると、この強化繊維プリフォームに樹脂含浸を行なって製作されるＦＲＰ桁材の剛性も、必然的に低下することになる。
【０００５】
つまり、解決しようとする問題点は、従来の湾曲した強化繊維プリフォームの製作方法では、長手方向において強化繊維層の不連続部位が発生したり、繊維配列に乱れが発生してしまう点である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００７】
即ち、請求項１においては、
湾曲したＦＲＰ製桁材を製造するための強化繊維プリフォームを製作する方法であって、
製作目的の強化繊維プリフォームと同じ湾曲形状のマンドレルを製作するマンドレル製作工程と、
ブレイダーによる組糸の組位置を通過するように、湾曲したマンドレルを移動させて、このマンドレル上に筒状組物を製作する組物製作工程と、
前記筒状組物を中心軸方向に沿って切断して分割し、断面形状が中心軸方向で同一となる一対のＣ型基材を製作するＣ型基材製作工程と、
を備えるものである。
【０００８】
請求項２においては、
前記Ｃ型基材製作工程で製作されたＣ型基材の複数を、面接触可能な面同士で重ね合わせて仮固定して、これらの複数のＣ型基材よりなる重合基材を製作する重合基材製作工程を備えるものである。
【０００９】
請求項３においては、
重合基材製作工程で製作された重合基材の一部を折り曲げて、その折り曲げた部位と、この重合部材の他の部分とが、面接触するように重ね合わせて仮固定し、この重合基材を変形してなる変形重合基材を製作する変形重合基材製作工程を備えるものである。
【００１０】
請求項４においては、
前記筒状組物の製作に用いる組糸および中央糸である強化繊維束の少なくとも一つに、熱可塑性繊維を配合しておき、
前記重合基材製作工程または前記変形重合基材製作工程において、
前記Ｃ型基材および前記重合基材のいずれかである各基材に備える面同士を、重ね合わせた状態で加熱および加圧を行うことで、前記仮固定を行うものである。
【００１１】
請求項５においては、
前記筒状組物の製作に用いる組糸および中央糸である強化繊維束の少なくとも一つに、熱可塑性繊維を配合しておき、
前記Ｃ型基材製作工程において、
マンドレル上の前記筒状組物に加熱および加圧を行うことで、筒状組物の全体を仮止めした状態で前記切断を行うものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１３】
請求項１においては、長手方向で強化繊維層が連続すると共に、強化繊維層の配列が、元の筒状組物の状態での配列から乱されることのないＣ型基材を製作することができる。また、このＣ型基材を組み合わせて用いることで、各型桁材用のプリフォームとして利用することができると共に、このＣ型基材単体をＣ型桁材用のプリフォームとして利用することもできる。
【００１４】
請求項２においては、請求項１の効果に加えて、断面形状がＣ型の桁材用プリフォームだけでなく、Ｃ型を一対重ね合わせたＨ型等の他の断面形状を有する桁材用プリフォームをも製作することが可能となる。
【００１５】
請求項３においては、請求項２の効果に加えて、断面形状がＣ型やＨ型の桁材用プリフォームだけでなく、Ｃ型基材を積層してなる厚みのあるＣ型の桁材用プリフォームの製作や、Ｈ型を変形してなるＪ型等の他の断面形状を有する桁材用プリフォームをも、製作することが可能となる。
【００１６】
請求項４においては、請求項２または請求項３の効果に加えて、仮固定の処理を容易に行なうことができる。
【００１７】
請求項５においては、請求項１から請求項４の効果に加えて、筒状組物の切断面で強化繊維がバラけることがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
これより、本発明の、湾曲したＦＲＰ桁材用の強化繊維プリフォームの製作方法を説明する。
この強化繊維プリフォームは、マトリックスとしての樹脂に、強化材として用いられるものである。つまり、この強化繊維プリフォーム自体は、プリグレフ等と異なり、マトリックス用の樹脂を含まない繊維構造体のみからなるものである。なお、この強化繊維プリフォーム中には、マトリックス用の樹脂は含まれないが、強化繊維の他に、後述の仮止めや仮固定用の手段としての熱可塑性繊維は、配合されている。
【００１９】
最終的な製造目的とされるＦＲＰ桁材は、湾曲した形状を有するものであり、これに対応して、このＦＲＰ桁材用の強化繊維プリフォームも湾曲した形状に製作される。
ここで、この強化繊維プリフォームは、以下で詳しく説明するが、Ｃ型の繊維基材を背面同士で重ね合わせてＨ型の繊維基材を製作するなど、複数の繊維基材をその厚み方向で積層して製作されるものである。このため、製作目的とする強化繊維プリフォームの湾曲に対応して、この強化繊維プリフォームを構成する各繊維基材が、湾曲した形状で製作されるものとなる。
【００２０】
本明細書には、ＦＲＰ桁材用の強化繊維プリフォームとして、ＦＲＰのＨ型桁材用プリフォーム２１、Ｊ型桁材用プリフォーム３１、Ｃ型桁材用プリフォーム４１が登場する。
また、強化繊維（正確には繊維束）を原料として、これらの強化繊維プリフォームを製作するための中間生成物（原形や基礎部品）として、筒状組物３、Ｃ型基材１１・１２、Ｈ型基材２０、Ｊ型基材３０、平板基材１０が登場する。
特に、Ｃ型基材１１・１２、Ｈ型基材２０、Ｊ型基材３０を区別しない場合は、各型基材という表現を用いるものとする。
また、強化繊維プリフォームおよびその中間生成物を区別しない場合は、これらを総称して「繊維基材」という表現を用いるものとする。
【００２１】
主として図１を用いて、本実施形態であるＨ型桁材用プリフォーム２１およびその派生プリフォームの製作方法の概略を説明する。
ステップ１０１では、筒状組物３を製作するためのマンドレル１の製作を行う。この筒状組物３は、強化繊維プリフォームを構成する各型基材の材料となる。
また、
このマンドレル１は、筒状組物３を製造するブレイダー２による組付けに用いるマンドレルである。このマンドレル１の断面形状は四角形状であり、このマンドレル１上に製作される筒状組物３も断面形状が四角形状の長手部材となる。なお、ブレイダー２については、後述する。
特に、図２、図３に示すように、このマンドレル１は、強化繊維プリフォームの湾曲に対応して、湾曲した形状に製作される。
【００２２】
ステップ１０２（ステップ１０１の次）では、ブレイダー２により、湾曲したマンドレル１上に、筒状組物３を製作する。
図２に示すように、このブレイダー２には、ブレイダー２による組糸Ｙの組位置Ｐを通過するように、湾曲したマンドレル１を移動させるロボットアーム装置４と、このロボットアーム装置４を制御するコントローラ５と、が備えられている。このブレイダー２により、湾曲したマンドレル１上に筒状組物３を製作することが可能である。
【００２３】
図１、図４に示すように、ステップ１０３（ステップ１０２の次）では、マンドレル１上の筒状組物３に加熱および加圧を加えて、撓みうる状態にある筒状組物３の全体を仮止めする。
この仮止めは、詳しくは後述するが、筒状組物３を構成する繊維束に配合されている熱可塑性繊維を、加熱により軟化して、筒状組物３を構成する強化繊維間で溶着させることにより、行なわれるものである。
【００２４】
図１、図５に示すように、ステップ１０４（ステップ１０３の次）では、筒状組物３を二分割して、一対のＣ型基材１１・１２を製作する。
前記Ｃ型基材１１・１２は、後工程で製作される各型基材や強化繊維プリフォームの基礎部品となるもので、このＣ型基材１１・１２を適宜重ね合わせることで、Ｈ型桁材用プリフォーム２１の原形となるＨ型基材２０や、Ｊ型桁材用プリフォーム３１の原形となるＪ型基材３０、Ｃ型桁材用プリフォーム４１等が製作される。
なお、Ｃ型基材１１の両端部を二つの脚（延出部）１１ｂ・１１ｂとし、Ｃ型基材１２の両端部を二つの脚（延出部）１２ｂ・１２ｂとしている。
【００２５】
図１、図６、図７に示すように、ステップ１０５（ステップ１０４の次）では、Ｃ型基材１１・１２の背面（文字Ｃにおける凸側の外面）１１ａ・１２ａ同士が対向するように配置し（図６）、これらの背面１１ａ・１２ａ同士を重ね合わせた状態で仮固定して（図７）、Ｈ型基材２０が製作される。
ここで、この仮固定は、前記仮止めと同様に、Ｃ型基材１１・１２に配合されている熱可塑性繊維を、加熱により軟化して、Ｃ型基材１１・１２の背面１１ａ・１２ｂ同士間で溶着させることにより、行うものである。
【００２６】
ステップ１０５で製作されたＨ型基材２０は、Ｈ型桁材用プリフォーム２１の原形となるだけでなく、Ｊ型桁材用プリフォーム３１やＣ型桁材用プリフォーム４１の原形としても利用可能である。
ステップ１０５の終了後において、Ｈ型桁材用プリフォーム２１を製作する場合の処理が、ステップ２０１の処理である。同様に、Ｊ型桁材用プリフォーム３１を製作する場合の処理がステップ３０１からステップ３０２の処理であり、Ｃ型桁材用プリフォーム４１を製作する場合の処理がステップ４０１の処理である。
【００２７】
図１、図８、図９に示すように、ステップ２０１では、Ｈ型基材２０の両側面（文字Ｈの側面）２０ａ・２０ａに平板基材１０をそれぞれ配置し（図８）、Ｈ型基材２０の各外側に平板基材１０をそれぞれ重ね合わせた状態で仮固定して（図９）、Ｈ型桁材用プリフォーム２１を製作する。
この仮固定も、熱可塑性繊維が配合されるＨ型基材２０（Ｃ型基材１１・１２）および平板基材１０を、加熱および加圧することで、行われるものである。
【００２８】
図８、図９に示すように、ステップ２０１におけるＨ型桁材用プリフォーム２１の製作に際して、Ｈ型基材２０の両側それぞれで、Ｈ型基材２０と平板基材１０との間に、強化繊維を束ねてなるコーナーフィラー９が挟み込まれるように設けられる。このコーナーフィラー９により、Ｈ型基材２０を構成するＣ型基材１１・１２の角部の隙間が、強化繊維により埋められることとなる。
また、このコーナーフィラー９に、熱可塑性繊維を配合しておくことで、Ｈ型基材２０および平板基材１０を加熱および加圧する際に、コーナーフィラー９・９がＨ型基材２０および平板基材１０・１０の内部で仮固定される。
【００２９】
なお、各型の桁材として、Ｈ型の桁材とＩ型の桁材とは、その断面形状の各部の縦横比が異なるだけであり、同様の方法により製作される。
【００３０】
一方、図１、図１０に示すように、ステップ３０１では、Ｈ型基材２０に属する四つの脚（延出部）１１ｂ・１１ｂ・１２ｂ・１２ｂの一つの脚１１ｂを、対向する脚１２ｂのある方に折り曲げて、両方の脚を重ね合わせた状態で仮固定して、Ｊ型基材３０を製作する。つまり、Ｃ型基材１１・１２の一方の一部を、他方側のＣ型基材に折り返すことで、Ｈ型基材２０よりＪ型基材３０を製作している。
この仮固定も、熱可塑性繊維が配合されているＣ型基材１１・１２を加熱および加圧することで、行われるものである。
なお、Ｈ型基材２０の四つの脚は、図５等に図示している前記Ｃ型基材１１の二つの脚（延出部）１１ｂ・１１ｂおよび、前記Ｃ型基材１２の二つの脚（延出部）１２ｂ・１２ｂである。
【００３１】
図１、図１１、図１２に示すように、ステップ３０２（ステップ３０１の次）では、Ｊ型基材３０の上面（文字Ｊの上端の横軸）３０ａに平板基材１０を配置し（図１１）、Ｊ型基材３０の上辺に平板基材１０を重ね合わせた状態で仮固定して（図１２）、Ｊ型桁材用プリフォーム３１を製作する。
この仮固定も、熱可塑性繊維が配合されるＪ型基材３０（Ｃ型基材１１・１２）および平板基材１０を、加熱および加圧することで、行われるものである。
【００３２】
図１１、図１２に示すように、ステップ３０２におけるＪ型桁材用プリフォーム３１の製作に際して、Ｊ型基材３０の両側それぞれで、Ｊ型基材３０と平板基材１０との間に、強化繊維を束ねてなるコーナーフィラー９が挟み込まれるように設けられる。このコーナーフィラー９により、Ｊ型基材３０を構成するＣ型基材１１・１２の角部の隙間が、強化繊維により埋められることとなる。
また、このコーナーフィラー９に、熱可塑性繊維を配合しておくことで、Ｊ型基材３０および平板基材１０を加熱および加圧する際に、コーナーフィラー９・９がＪ型基材３０および平板基材１０・１０の内部で仮固定される。
【００３３】
また、図１、図１３に示すように、ステップ４０１では、Ｈ型基材２０の四つの脚の二つを、それぞれ対向する脚のある方に折り曲げて、両方の脚を重ね合わせた状態で仮固定して、Ｃ型桁材用プリフォーム４１を製作する。つまり、Ｃ型基材１１・１２の一方を、他方側のＣ型基材に折り返すことで、Ｈ型基材２０よりＣ型桁材用プリフォーム４１を製作している。
この仮固定も、熱可塑性繊維が配合されているＣ型基材１１・１２を加熱および加圧することで、行われるものである。
【００３４】
次に、本製作方法における各工程の詳細や、この製作方法に用いる各装置についてより詳しく説明する。
【００３５】
まず、ステップ１０１におけるマンドレル１の製作について、より詳しく説明する。
前記マンドレル１は筒状組物３の内型となるものであり、製作目的の強化繊維プリフォームと同じ湾曲形状を有している。
つまり、この湾曲せるマンドレル１の中心軸が描く曲線と、筒状組物３の中心軸の描く曲線とは、一致している。また、筒状組物３はＣ型基材１１・１２の原形であり、筒状組物３の中心軸が描く曲線と、Ｃ型基材１１・１２の各中心軸が描く各曲線とも一致している。さらに、Ｃ型基材１１・１２は、Ｈ型桁材用プリフォーム２１、Ｊ型桁材用プリフォーム３１、Ｃ型桁材用プリフォーム４１等の基礎部品であるので、Ｃ型基材１１・１２の各中心軸が描く各曲線は、これらの各型桁材用プリフォームの各中心線が描く各曲線とも、すべて一致する。
【００３６】
つまり、マンドレル１の中心線の描く曲線は、Ｃ型基材１１・１２を用いて製作される各型桁材用プリフォームの中心線の描く曲線と一致するものである。これは、次の理由による。
【００３７】
ステップ１０５・２０１・３０１・３０２・４０１における各型基材間の重ね合わせ処理では、各型基材の中心線の位置関係が平行な姿勢で、各型基材の重ね合わせが行われる。このため、重ね合わせにより製作された繊維基材の中心線の描く曲線が、マンドレル１の中心線の描く曲線と一致するのである。
例えば、ステップ１０５におけるＣ型基材１１・１２の重ね合わせは、Ｃ型基材１１・１２の上下位置を逆転させて重ね合わせるものである。なお、ここでは、ステップ１０４において筒状部材３が水平面で切断されて、Ｃ型基材１１・１２同士が上下に位置している場合を仮定している。
したがって、このような重ね合わせは、これらのＣ型基材１１・１２の各中心軸の位置関係が、平行に保たれた状態で行われる。
もし、Ｃ型基材１１・１２のいずれか一方を回転させた場合は、Ｃ型基材１１・１２同士を重ね合わせて仮固定することができないものとなる。これは、Ｃ型基材１１・１２の各中心軸の位置関係が平行ではなくなるので、中心軸が曲線を描く場合は、そもそもＣ型基材１１・１２間の面接触ができない状態となるためである。
【００３８】
また、ステップ３０１・４０１における各型基材の折り返し処理では、各型基材の一部が折り返されるが、この折り返しにより、折り返し前後の各型基材の中心線の傾きが変化することはない。折り返し前後の各型基材の中心線の描く曲線同士は一致する。つまり、折り返し後の繊維基材の中心線の描く曲線も、マンドレル１の中心線の描く曲線と一致する。
例えば、ステップ１０５で製作されたＨ型基材２０の中心線の描く曲線と、ステップ３０１でＨ型基材２０の一部を折り返して製作されたＪ型基材３０の中心線の描く曲線とは、平行である。
【００３９】
したがって、マンドレル１の製作において、その設計上必須とされる点は、マンドレル１の中心線の描く曲線の設定を、製作目的の各強化繊維プリフォームの中心線の曲線の傾きに一致させることである。
また、マンドレル１の断面の寸法は、製作目的の各強化繊維プリフォームの肉厚や、筒状基材３や平板基材１０の一層あたりの厚み等に応じて、適宜設定されている。
【００４０】
図２を用いて、ブレイダー２の構成をより詳しく説明する。
ブレイダー２は、主として、前記マンドレル１を移動させるロボットアーム装置４と、マンドレル１上に組糸Ｙおよび中央糸を供給する給糸装置６と、ロボットアーム装置４および給糸装置６の駆動を制御するコントローラ５と、から構成される。
【００４１】
給糸装置６の構成は、従来よりあるブレイダーに備える給糸装置の構成と同様であり、巻き付けの中心軸Ｍ２回りに回転する二種類の組糸用ボビン装置７Ａ・７Ｂと、位置固定されている中央糸用ボビン装置とを備えている。
前記二種類の組糸用ボビン装置７Ａ・７Ｂ同士は、互いに逆方向に回転するように構成されており、両組糸用ボビン装置７Ａ・７Ｂからそれぞれ繰出される組糸Ｙが、互いに交差してマンドレル１に巻き付けられる。中央糸用ボビン装置からは、前記巻き付けの中心軸Ｍ２と平行に中央糸が供給され、前記組糸Ｙの間に組み入れられる。
なお、中央糸の供給は、ブレイダーによる組物製作において必須ではなく付加的要素である。
【００４２】
給糸装置６から繰出される組糸Ｙが組み付けられる位置を組位置Ｐとすると、この組位置Ｐをマンドレル１が通過するように、マンドレル１の移動がロボットアーム装置４により行なわれる。
ここで、マンドレル１上には、この組位置Ｐの外周となる部位に、組糸Ｙが互いに交差して組み付けられる。
そして、組糸Ｙの組み付けに伴ってマンドレル１を移動させることで、マンドレル１上に順次、筒状の組物（筒状組物３）が製作される。
特に、マンドレル１を組位置Ｐに対して複数回往復するように移動させて、組物製作を行なうことで、多層に積層された筒状組物を製作することが可能である。
【００４３】
通常（従来）のブレイダーの場合は、組糸の組付けの土台となるマンドレルはその中心軸が直線である。したがって、ブレイダーによる組糸の巻き付けの中心軸と一致するように、マンドレルの移動方向を一直線上に設定すれば、この巻き付けの中心軸に沿ってマンドレルが移動して組物製作が行われる。つまり、マンドレルの移動は一方向の往復運動でよい。
これは、ブレイダーによる組物製作において、ブレイダーによる組糸の巻き付けの中心軸と、マンドレルの中心軸とを一致させることで、製作された組物の繊維配列を外周方向および長手方向で均一とするためである。前記両中心軸がズレた状態で組み付けが行われると、製作された筒状組物における繊維配向方向がマンドレルの外周方向や長手方向で乱れた状態となり、組物の剛性を低下させることになる。
【００４４】
ここで、本発明で用いられるマンドレル１は湾曲しているので、マンドレル１を一直線上で移動させたのでは、ブレイダー２による組糸Ｙの巻き付けの中心軸Ｍ２に、マンドレル１の中心軸Ｍ１を常に一致させることはできない。
そこで、ブレイダー２による組糸Ｙの巻き付けの中心軸Ｍ２と、マンドレル１の中心軸Ｍ１とが、ブレイダー２の組位置Ｐで常に一致するように、マンドレル１の移動を制御する必要がある。
【００４５】
ロボットアーム装置４は、コントローラ５に備える位置制御プログラムに基づいて、ブレイダー２による組物製作の進展に伴って、マンドレル１を移動させる装置である。
コントローラ５は、給糸装置６からの組糸Ｙおよび中央糸の繰り出しと、ロボットアーム装置４によるマンドレル１の移動とが、協働して、適切な組物が製作されるように、給糸装置６およびロボットアーム装置４の作動を制御する。
つまり、コントローラ５により、湾曲したマンドレル１に対応して、ブレイダー２による組糸Ｙの巻き付けの中心軸Ｍ２と、マンドレル１の中心軸Ｍ１とが、ブレイダー２の組位置Ｐで常に一致するように、マンドレル１の移動が制御される。
【００４６】
例えば、マンドレル１の中心軸Ｍ１の曲率が一定ではなく、連続的に変化するような場合であっても、これに対応した位置制御プログラムをコントローラ５に備えることで、組位置Ｐにおいて常に前記両中心軸Ｍ１・Ｍ２が一致するように、マンドレル１の位置制御を行うことが可能である。
また、必要に応じて、組位置Ｐにおける両中心軸Ｍ１・Ｍ２にズレを生じさせ、マンドレル１上の各部で、このマンドレル１上に形成される組物の繊維配列の疎密を変化させることも可能である。
【００４７】
加えて、コントローラ５は、マンドレル１上に製作される筒状組物３の組密度を適宜変更することが可能である。
この組密度、つまり互いに交差して組み付けられる組糸Ｙの密度は、給糸装置６における組糸用ボビン装置７Ａ・７Ｂの回転速度と、ロボットアーム装置４によるマンドレル１の送り速度と、の比の大小によって決定されるものである。
例えば、組糸用ボビン装置７Ａ・７Ｂの回転速度を一定とした状態で、マンドレル１の送り速度を速めれば、それだけ疎に組糸Ｙが組みつけられることになり、逆にマンドレル１の送り速度を遅くすれば、それだけ密に組糸Ｙが組みつけられることになる。
コントローラ５は、このような組密度の調整を、製作される筒状組物３の全体に対して行うことも、マンドレル１の中心軸Ｍ１に沿う各部位毎に変化させることも可能であれば、前述したように両中心軸Ｍ１・Ｍ２とを適宜ズラすことにより、マンドレル１の外周方向で異なるように変化させることも可能である。
【００４８】
前記組糸Ｙおよび中央糸は、カーボン繊維等の強化繊維よりなっている。
特に、本実施形態の場合、組糸Ｙおよび中央糸は、単糸ではなく、繊維束で構成されており、これらの繊維束同士が組み付けられて、筒状組物３が製作される。
【００４９】
ステップ１０４における筒状組物３の切断について、より詳しく説明する。
ステップ１０４では、筒状組物３を切断により二分割して、一対のＣ型基材１１・１２が製作される。この一対のＣ型基材１１・１２は、共に、その断面形状が、中心軸方向で同一となるように形成されている。つまり、このＣ型基材１１（又はＣ型基材１２）を、長手方向（中心軸方向）のどの位置で切断しても、その断面形状が同一のＣ型形状となっている。
【００５０】
特に、本実施の形態では、二分割された一対のＣ型基材１１・１２の断面形状が対称となるように、マンドレル１の中心軸Ｍ１を通過する面で、円筒組物３の切断が行なわれるものとしている。Ｃ型基材１１の一対の脚１１ｂ・１１ｂの突出長さ同士は等しく、Ｃ型基材１２の一対の脚１２ｂ・１２ｂの突出長さ同士も等しく、Ｃ型基材１１・１２の断面形状も同一（中心軸Ｍ１回りで線対称）である。
【００５１】
また、この切断面は、一般には曲面となるが、平面の場合もある。
切断面が平面となる場合とは、例えば、湾曲せる中心軸Ｍ１の描く曲線が一平面内に描かれる円弧に一致する場合に、この一平面またはそれに平行な面を、前記切断面とした場合である。
本実施の形態は、この場合であり、筒状組物３の中心軸の湾曲は、水平面と平行な面におさまる湾曲である。なお、ここでは、図５等の断面図における左右方向を水平方向としている。
筒状組物を切断する切断面が曲面であっても平面であっても、分割されて製作されたＣ型基材の重ねあわせには問題はない。前述したように、Ｃ型基材間の中心軸を平行に保った状態であれば、同じ曲線を中心軸が描く基材同士の重ね合わせは、可能である。
【００５２】
前記仮止めおよび仮固定の手段について、より詳しく説明する。
筒状組物３は、強化繊維よりなる繊維束を、互いに組付けて構成されるが、この繊維束の中には、熱可塑性繊維が配合されたものがある。熱可塑性繊維は加熱により軟化する合成樹脂繊維である。この性質を利用して、ステップ１０３における筒状組物３のような繊維基材全体の仮止めや、ステップ１０５におけるＣ型基材１１・１２間のような繊維基材間の仮固定を、行うものとしている。
特に、熱可塑性繊維は、加熱すれば軟化し冷却すれば固化する性質を失わないので、何度でも必要に応じて、仮止めや仮固定を実行することができる。
なお、本明細書で「仮止め」および「仮固定」と称するのは、強化繊維プリフォームに熱硬化性樹脂の含浸が行われて、この熱硬化性樹脂の硬化が行われた状態を、強化繊維間の「止め」や「固定」が行われた状態として扱うためである。
【００５３】
ステップ１０３では、前述したように、筒状組物３の仮止めが行われる。この仮止めは、ステップ１０４における筒状組物３の切断（図５）に際して、その切断面で繊維がバラけないように固定するために、行うものである。
【００５４】
図４に示すように、ステップ１０３においては、具体的には、マンドレル１上の筒状組物３を、外側から圧子６１・６２で押さえ込んで、外側の圧子６１・６２と内側のマンドレル１とで両側より挟み込んで加圧すると共に、加熱手段により加熱して行われる。
ここで、加熱は、熱可塑性繊維を軟化させるために行うものであり、加圧は、軟化した熱可塑性繊維を、筒状組物３を構成する強化繊維の繊維間に浸透させるためである。そして、軟化した熱可塑性繊維が、筒状組物３の強化繊維間に浸透した状態で硬化すると、筒状組物３の全体が仮止めされた状態となる。
【００５５】
前記仮止めにおける加熱手段としては、蒸気を噴射するスチーム発生器のように、熱媒体を繊維基材の内部に浸透させる手段が、繊維基材内の熱可塑性繊維の全体に熱を付与することができて適切であるが、単に、前記圧子６１・６２を加熱するヒータであってもよい。
【００５６】
また、ステップ１０５・２０１・３０１・３０２・４０１では、繊維基材間の仮固定が行われる。
この仮固定は、別体である繊維基材同士をその面同士で接合して、一体的に固定された強化繊維プリフォームを製作するために、行うものである。
これらの仮固定は皆同様であるので、代表してステップ１０５の処理を説明する。
【００５７】
図７に示すように、ステップ１０５では、互いに背面１１ａ・１２ａ同士が重ね合わされたＣ型基材１１・１２が、その積層部分でその厚み方向に圧子６３・６４により加圧されると共に、加熱手段により加熱される。
ここで、加熱は、熱可塑性繊維を軟化させるために行うものであり、加圧は、軟化した熱可塑性繊維を、異なる繊維基材であるＣ型基材１１・１２間で互いに浸透させるためである。そして、軟化した両Ｃ型基材１１・１２内の熱可塑性繊維が、相手のＣ型基材内に浸透した状態で硬化すると、Ｃ型基材１１・１２同士が、その背面１１ａ・１２ａ同士で接合されて仮固定された状態となる。
【００５８】
また、仮固定における加熱手段に関しても、前記仮止めの場合と同様であり、スチーム発生器のように、熱媒体を繊維基材の内部に浸透させる手段が適切である。
【００５９】
本発明の湾曲したＦＲＰ桁材用の強化繊維プリフォームの製作方法をまとめる。
第一の発明たる製作方法は、マンドレル製作工程と、組物製作工程と、Ｃ型基材製作工程と、を備えている。
マンドレル製作工程は、製作目的の強化繊維プリフォームと同じ湾曲形状のマンドレルを製作する工程である。
組物製作工程は、ブレイダーによる組糸の組位置を通過するように、湾曲したマンドレルを移動させて、このマンドレル上に筒状組物を製作する工程である。
Ｃ型基材製作工程は、前記筒状組物を、前記マンドレルの中心軸を通過する面で切断して二分割し、一対のＣ型基材を製作する工程である。
【００６０】
本実施の形態において、前記マンドレル製作工程は、ステップ１０１の工程である。前記組物製作工程は、ステップ１０２の工程である。前記Ｃ型基材製作工程は、ステップ１０４の工程である。
【００６１】
以上構成により、製作されたＣ型基材は、前記ブレイダーにより製作された筒状組物と同じ繊維配列構造を有すると共に、長手方向に沿って湾曲して形成されるものとなる。
このため、長手方向で強化繊維層が連続すると共に、強化繊維層の配列が、元の筒状組物の状態での配列から乱されることのないＣ型基材を製作することができる。また、このＣ型基材を組み合わせて用いることで、各型桁材用のプリフォームとして利用することができると共に、このＣ型基材単体をＣ型桁材用のプリフォームとして利用することもできる。
【００６２】
なお、本発明（第一の発明だけでなく全部）では、筒状基材３を中心軸方向に沿って二分割して、各型基材や強化繊維プリフォームの基礎部品となるＣ型基材１１・１２を製作するものとしているが、このような基礎部品は、前記二分割によるＣ型基材１１・１２に限定されるものではない。
例えば、筒状基材３を中心軸方向に沿って四分割して、四つのＬ型基材を、各型基材や強化繊維プリフォームの基礎部品としても良く、三分割等の分割も可能である。
【００６３】
第二の発明たる製作方法では、前記第一の発明において、前記Ｃ型基材製作工程で製作されたＣ型基材の複数を、面接触可能な面同士で重ね合わせて仮固定して、これらの複数のＣ型基材よりなる重合基材を製作する重合基材製作工程を備えるものとしている。
【００６４】
本実施の形態において、重合基材製作工程は、ステップ１０５の工程である。
ステップ１０５において、Ｃ型基材１１・１２が、互いに面接触可能な背面１１ａ・１２ａ同士で重ね合わされて、Ｈ型基材２０が製作される。
ここで、Ｃ型基材１１・１２の背面１１ａ・１２ａ同士が面接触可能であるのは、Ｃ型基材１１・１２の中心線の位置関係が平行な姿勢で、Ｃ型基材１１・１２の重ね合わせが行われるためである。図５に示す切断時の状態と、図６に示す重ね合わせ時の状態とでは、Ｃ型基材１１・１２の相対的な位置関係が逆転しているが、中心線の位置関係は固定されている（どちらも中心軸回りに回転はしていない）。
【００６５】
以上構成により、Ｃ型基材を重ね合わせて、より複雑な型の断面を有する基材を製作することができる。
したがって、断面形状がＣ型の桁材用プリフォームだけでなく、Ｃ型を一対重ね合わせたＨ型等の他の断面形状を有する桁材用プリフォームをも製作することが可能となる。
【００６６】
なお、本実施の形態では、Ｃ型基材１１・１２を背面１１ａ・１２ａ同士で重ね合わせて、Ｈ型基材２０を製作する例を説明しているが、Ｃ型基材１１・１２を利用して、Ｗ型の桁材用プリフォームに適用可能なＷ型基材を製作することも可能である。
【００６７】
第三の発明たる製作方法では、前記第二の発明において、前記重合基材製作工程で製作された重合基材の一部を折り曲げて、その折り曲げた部位と、この重合部材の他の部分とが、面接触するように重ね合わせて仮固定し、この重合基材を変形してなる変形重合基材を製作する変形重合基材製作工程を備えるものとしている。
【００６８】
本実施の形態では、変形重合基材製作工程は、ステップ３０１・４０１の工程である。
ステップ３０１においては、ステップ１０５（重合基材製作工程）で製作されたＨ型基材２０の一部である一つの脚１１ｂを折り曲げて、この折り曲げた脚１１ｂと、この脚１１ｂに対向する位置の脚１２ｂ（Ｈ型基材２０で脚１１ｂと異なる部分）とが面接触するように重ね合わして仮固定されて、変形重合基材たるＪ型基材３０が製作される。
また、ステップ４０１においては、ステップ１０５（重合基材製作工程）で製作されたＨ型基材２０の一部である二つの脚１２ｂ・１２ｂを折り曲げて、これらの折り曲げた脚１２ｂ・１２ｂと、これらの脚１２ｂ・１２ｂと対向する位置の脚１１ｂ・１１ｂ（Ｈ型基材２０で脚１２ｂと異なる部分）とが、面接触するように重ね合わして仮固定されて、変形重合基材たるＣ型桁材用プリフォーム４１が製作される。
【００６９】
このため、Ｃ型基材やＣ型基材を重ね合わせた基材を利用して、より複雑な型の断面を有する基材を製作することができる。
したがって、断面形状がＣ型やＨ型の桁材用プリフォームだけでなく、Ｃ型基材を積層してなる厚みのあるＣ型の桁材用プリフォームの製作や、Ｈ型を変形してなるＪ型等の他の断面形状を有する桁材用プリフォームをも、製作することが可能となる。
【００７０】
第四の発明たる製作方法では、前記第二または第三の発明において、前記筒状組物の製作に用いる組糸および中央糸である強化繊維束の少なくとも一つに、熱可塑性繊維を配合しておき、前記重合基材製作工程または前記変形重合基材製作工程において、前記Ｃ型基材および前記重合基材のいずれかである各基材に備える面同士を、重ね合わせた状態で加熱および加圧を行うことで、前記仮固定を行うものとしている。
【００７１】
本実施の形態では、ステップ１０５・２０１・３０１・３０２・４０１において、熱可塑性繊維を加熱して軟化させて、別体である繊維基材同士をその面同士で接合して、繊維基材間の仮固定が行われる。
熱可塑性繊維は、ブレイダー２より繰出される組糸および中央糸である強化繊維の繊維束中に、配合されるものである。
【００７２】
以上構成により、加熱の度に、別体である繊維基材同士間が、熱可塑性繊維の溶着により、仮固定される。
このため、仮固定の処理を容易に行なうことができる。
【００７３】
第五の発明たる製作方法では、前記第一から第四のいずれかの発明において、前記筒状組物の製作に用いる組糸および中央糸である強化繊維束の少なくとも一つに、熱可塑性繊維を配合しておき、前記Ｃ型基材製作工程において、マンドレル上の前記筒状組物に加熱および加圧を行うことで、筒状組物の全体を仮止めした状態で前記切断を行うものとしている。
【００７４】
本実施の形態では、ステップ１０３において、熱可塑性繊維を加熱して軟化させて、筒状組物３の仮止めが行なわれる。
熱可塑性繊維は、ブレイダー２より繰出される組糸および中央糸である強化繊維の繊維束中に、配合されるものである。
【００７５】
このため、筒状組物の切断面で強化繊維がバラけることがない。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】Ｈ型桁材用プリフォームおよびその派生プリフォームの製作方法の手順図である。
【図２】ブレイダーを示す概略図である。
【図３】マンドレルを示す図であり、特に（ａ）図は斜視図、（ｂ）図は横断面図である。
【図４】筒状組物を二分割してなるＣ型基材を示す図であり、特に（ａ）図は斜視図、（ｂ）図は横断面図である。
【図５】筒状組物を二分割してなるＣ型基材を示す図であり、特に（ａ）図は斜視図、（ｂ）図は横断面図である。
【図６】Ｈ型基材製作時のＣ型基材の配置構成を示す図であり、特に（ａ）図は斜視図、（ｂ）図は横断面図である。
【図７】一対のＣ型基材を仮固定してなるＨ型基材を示す図であり、特に（ａ）図は斜視図、（ｂ）図は横断面図である。
【図８】Ｈ型桁材用プリフォーム製作時のＨ型基材および平板基材の配置構成を示す図であり、特に（ａ）図は斜視図、（ｂ）図は横断面図である。
【図９】Ｈ型基材および平板基材を仮固定してなるＨ型桁材用プリフォームを示す図であり、特に（ａ）図は斜視図、（ｂ）図は横断面図である。
【図１０】図７のＨ型基材を変形してなるＪ型基材を示す図であり、特に（ａ）図は斜視図、（ｂ）図は横断面図である。
【図１１】Ｊ型桁材用プリフォーム製作時のＪ型基材および平板基材の配置構成を示す図であり、特に（ａ）図は斜視図、（ｂ）図は横断面図である。
【図１２】Ｊ型基材および平板基材を仮固定してなるＪ型桁材用プリフォームを示す図であり、特に（ａ）図は斜視図、（ｂ）図は横断面図である。
【図１３】図７のＨ型基材を変形してなるＣ型桁材用プリフォームを示す図であり、特に（ａ）図は斜視図、（ｂ）図は横断面図である。
【符号の説明】
【００７７】
１    マンドレル
２    ブレイダー
３    筒状組物
７Ａ・７Ｂ    組糸用ボビン装置
１０    平板基材
１１・１２    Ｃ型基材
１１ａ・１２ａ  背面
１１ｂ・１２ｂ  脚
２０    Ｈ型基材  
２１    Ｈ型桁材用プリフォーム
３０    Ｊ型基材
３１    Ｊ型桁材用プリフォーム
４１    Ｃ型桁材用プリフォーム
【図１】
2006056022.tif 000003
【図２】
2006056022.tif 000004
【図３】
2006056022.tif 000005
【図４】
2006056022.tif 000006
【図５】
2006056022.tif 000007
【図６】
2006056022.tif 000008
【図７】
2006056022.tif 000009
【図８】
2006056022.tif 000010
【図９】
2006056022.tif 000011
【図１０】
2006056022.tif 000012
【図１１】
2006056022.tif 000013
【図１２】
2006056022.tif 000014
【図１３】
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