(57)【要約】【課題】繊維基材を賦形する際に、繊維基材にしわやほつれが発生することを抑制することのできるプリフォームの成形装置およびプリフォームの成形方法を提供することを目的とする。【解決手段】プリフォーム１０の成形装置１００は、繊維基材１１を賦形する賦形型１１０と、繊維基材のうち、賦形型によって賦形する領域１１ａよりも外縁側に位置する外周領域１１ｂの少なくとも一部に押圧力を付与して保持する外周保持部１２０と、繊維基材に作用する張力を調整する張力調整部１４０と、賦形型および外周保持部の作動を制御する制御部１５０と、を有する。制御部１５０は、外周保持部の作動を制御して、繊維基材の外周領域の少なくとも一部を保持し、繊維基材の外周領域の少なくとも一部を保持した状態を維持したまま、賦形型の作動を制御して、繊維基材を賦形する。張力調整部は、繊維基材を賦形する際に、繊維基材１１に作用する張力を調整する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維基材を所定の立体形状に賦形したプリフォームを成形する成形装置あって、
前記繊維基材を賦形する賦形型と、
前記繊維基材のうち、前記賦形型によって賦形する領域よりも外縁側に位置する外周領域の少なくとも一部に押圧力を付与して保持する外周保持部と、
前記繊維基材に作用する張力を調整する張力調整部と、
前記賦形型および前記外周保持部の作動を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、
前記外周保持部の作動を制御して、前記繊維基材の前記外周領域の少なくとも一部を保持し、
前記繊維基材の前記外周領域の少なくとも一部を保持した状態を維持したまま、前記賦形型の作動を制御して、前記繊維基材を賦形し、
前記張力調整部は、前記繊維基材を賦形する際に、前記繊維基材に作用する張力を調整する、プリフォームの成形装置。
【請求項２】
前記張力調整部は、前記外周保持部が前記繊維基材の前記外周領域の少なくとも一部を複数に分割した分割領域に付与する押圧力を、前記分割領域毎に調整する、請求項１に記載のプリフォームの成形装置。
【請求項３】
前記賦形型は、前記繊維基材が配置される第１の型と、前記第１の型に対して相対的に接近して前記繊維基材を賦形する第２の型と、を有し、
前記外周保持部は、前記第１の型が前記繊維基材を賦形する動作に連動して、前記繊維基材に対して前記第１の型へ向かう押圧力を付与し、前記繊維基材の前記外周領域の少なくとも一部を保持する、請求項１または請求項２に記載のプリフォームの成形装置。
【請求項４】
前記張力調整部は、前記外周保持部が前記繊維基材に対して付与する押圧力に対する反力を前記外周保持部に対して付与する複数の反力付与部を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の成形装置。
【請求項５】
前記反力付与部は、弾性体またはシリンダーを有する、請求項４に記載のプリフォームの成形装置。
【請求項６】
前記張力調整部は、前記繊維基材に作用する張力が、前記繊維基材の最表層に配置された繊維の繊維方向に作用する張力よりも、前記繊維方向に交差する方向に作用する張力の方が低くなるように調整する、請求項１〜５のいずれか１項に記載のプリフォームの成形装置。
【請求項７】
前記繊維基材は、繊維方向が一方向に配列された複数本の繊維束が編糸で編んで固定されたノンクリンプファブリック材を有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載のプリフォームの成形装置。
【請求項８】
繊維基材を所定の立体形状に賦形したプリフォームを成形する成形方法であって、
前記繊維基材のうち、賦形する領域よりも外縁側に位置する外周領域の少なくとも一部に押圧力を付与して保持し、
前記繊維基材の前記外周領域の少なくとも一部を保持した状態を維持したまま、前記繊維基材に作用する張力を調整しながら前記繊維基材を賦形する、プリフォームの成形方法。
【請求項９】
前記繊維基材を賦形する際に、前記繊維基材の前記外周領域の少なくとも一部を複数に分割した分割領域に付与する押圧力を、前記分割領域毎に調整する、請求項８に記載のプリフォームの成形方法。
【請求項１０】
前記繊維基材を賦形する動作に連動して、前記繊維基材に対して押圧力を付与し、前記繊維基材の前記外周領域の少なくとも一部を保持する、請求項８または請求項９に記載のプリフォームの成形方法。
【請求項１１】
前記繊維基材に作用する張力を調整する際に、前記繊維基材に対して付与する押圧力に対する反力を付与する、請求項８〜１０のいずれか１項に記載のプリフォームの成形方法。
【請求項１２】
弾性体またはシリンダーによって、前記繊維基材に対して付与する押圧力に対する反力を付与する、請求項１１に記載のプリフォームの成形方法。
【請求項１３】
前記繊維基材に作用する張力を調整する際に、前記繊維基材に作用する張力が、前記繊維基材の最表層に配置された繊維の繊維方向に作用する張力よりも、前記繊維方向に交差する方向に作用する張力の方が低くなるように調整する、請求項８〜１２のいずれか１項に記載のプリフォームの成形方法。
【請求項１４】
前記繊維基材は、繊維方向が一方向に配列された複数本の繊維束が編糸で編んで固定されたノンクリンプファブリック材を有する、請求項８〜１３のいずれか１項に記載のプリフォームの成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリフォームの成形装置およびプリフォームの成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の車体軽量化のために繊維基材に樹脂を含浸させた複合材料が自動車部品として用いられている。複合材料の成形においては、樹脂を含浸させる前に、繊維基材を予め所定の形状に賦形したプリフォームを成形する場合がある。
【０００３】
プリフォームの成形方法としては、繊維基材を成形型に配置して賦形する方法が一般的に知られている。繊維基材を所定の立体形状に賦形する際に、成形する形状によっては繊維基材にしわやほつれが発生する問題がある。
【０００４】
例えば、特許文献１には、繊維基材の繊維束を固定する編糸の編みこみ方を調整することによりしわやほつれを発生しにくくした繊維基材を用いて、プリフォームを成形する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−１４５５４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、繊維基材は、繊維方向の引張強度が比較的高く、繊維方向に交差する方向の引張強度が比較的低いという異方性を有する。このため、繊維基材を複雑な形状に賦形する場合に、異方性を考慮せずに賦形すると繊維基材にしわやほつれが発生する虞がある。
【０００７】
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、繊維基材を賦形する際に、繊維基材にしわやほつれが発生することを抑制することのできるプリフォームの成形装置およびプリフォームの成形方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成する本発明に係るプリフォームの成形装置は、繊維基材を所定の立体形状に賦形したプリフォームを成形する成形装置である。該成形装置は、前記繊維基材を賦形する賦形型と、前記繊維基材のうち、前記賦形型によって賦形する領域よりも外縁側に位置する外周領域の少なくとも一部に押圧力を付与して保持する外周保持部と、前記繊維基材に作用する張力を調整する張力調整部と、前記賦形型および前記外周保持部の作動を制御する制御部と、を有する。前記制御部は、前記外周保持部の作動を制御して、前記外周領域の少なくとも一部を保持し、前記外周領域の少なくとも一部を保持した状態を維持したまま、前記賦形型の作動を制御して、前記繊維基材を賦形する。前記張力調整部は、前記繊維基材を賦形する際に、前記繊維基材に作用する張力を調整する。
【０００９】
上記目的を達成する本発明に係るプリフォームの成形方法は、繊維基材を所定の立体形状に賦形したプリフォームを成形する成形方法である。該成形方法では、前記繊維基材のうち、賦形する領域よりも外縁側に位置する外周領域の少なくとも一部に押圧力を付与して保持し、前記外周領域の少なくとも一部を保持した状態を維持したまま、前記繊維基材に作用する張力を調整しながら前記繊維基材を賦形する。
【発明の効果】
【００１０】
繊維基材の外周領域の少なくとも一部を保持しながら繊維基材を賦形するため、繊維基材に張力を作用することができる。これにより、繊維基材を賦形する際に、繊維基材が弛まないため、しわの発生を抑制することができる。また、繊維基材の異方性を考慮して繊維基材に作用する張力を調整することによって、繊維基材の繊維のほつれを抑制することができる。これにより、繊維基材を賦形する際に、繊維基材にしわやほつれが発生することを抑制して、プリフォームの外観品質や機械的特性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る繊維基材の成形装置の概略図である。
【図２】繊維基材を下型に配置した状態を示す斜視図である。
【図３】繊維基材を模式的に示す斜視図である。
【図４】本発明の実施形態に係るプリフォームの成形方法を示すフローチャートである。
【図５Ａ】成形型に繊維基材を配置した状態を模式的に示す図である。
【図５Ｂ】繊維基材の外周領域を保持した状態を模式的に示す図である。
【図５Ｃ】繊維基材を賦形する様子を模式的に示す図である。
【図５Ｄ】繊維基材の賦形が完了した状態を模式的に示す図である。
【図５Ｅ】プリフォームの脱型を模式的に示す図である。
【図６Ａ】比較例に係る成形装置を模式的に示す図である。
【図６Ｂ】比較例に係る成形装置によって繊維基材を賦形した様子を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、以下の説明は特許請求の範囲に記載される技術的範囲や用語の意義を限定するものではない。また、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
【００１３】
以下、各図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００１４】
（複合材料）
複合材料は、繊維基材１１と樹脂が組み合わせられることにより、樹脂単体で構成される成形品に比べて高い強度および剛性を備えたものとなる。複合材料は、例えば、自動車の車体に使用されるフロントサイドメンバーやピラー等の骨格部品、ルーフ等の外板部品に適用することによって、鉄鋼材料からなる部品を組み付けて構成した車体と比べて、車体の軽量化を図ることができる。
【００１５】
複合材料は、繊維基材１１を所定の立体形状に賦形したプリフォーム１０に樹脂を含浸させることによって形成される。
【００１６】
（プリフォーム）
本実施形態に係るプリフォーム１０は、繊維基材１１に接着剤（図示せず）を含浸させて、所定の形状に成形されてなる。
【００１７】
繊維基材１１は、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、有機繊維等によって形成することができる。本実施形態では、繊維基材１１として炭素繊維を使用した例を説明する。繊維基材１１は、熱膨張係数が小さく、寸法安定性に優れ、高温下においても機械的特性の低下が少ないという特徴があるため、自動車の車体等に用いられる複合材料の繊維基材として好適に使用することができる。
【００１８】
繊維基材１１は、例えば、繊維方向が一方向に配列された複数本の繊維束を編糸で編んで固定したシート状のノンクリンプファブリック（ＮＣＦ）材を複数積層した積層体によって構成することができる。ノンクリンプファブリック材は、縦糸と横糸を織り込んで形成した織物材に比べて賦形性が高いため、複雑な形状を有するプリフォーム１０の成形に好適に使用することができる。
【００１９】
しかしながら、ノンクリンプファブリック材は、織物材に比べて異方性が高いため、賦形する際に、しわやほつれが発生しやすい。後述するプリフォーム１０の成形装置１００および成形方法によれば、異方性を考慮して繊維基材１１に作用する張力を調整することによって、賦形する際にしわやほつれが発生することを抑制することができる。
【００２０】
接着剤は、繊維基材１１に付与されて、繊維基材１１同士を接着する。これにより、繊維基材１１を所望の形状に賦形した際に、その形態を保持する役割を果たす。
【００２１】
接着剤を構成する材料は、材質は特に限定されず、公知のものを使用することができる。例えば、ポリオレフィン樹脂、スチレン系樹脂、ナイロン樹脂、ポリウレタン樹脂などの熱可塑性樹脂、また、例えばエポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などの熱硬化性樹脂などが挙げられる。
【００２２】
（成形装置）
図１を参照して、プリフォーム１０の成形装置１００について説明する。
【００２３】
成形装置１００は、繊維基材１１を賦形する賦形型１１０と、繊維基材１１のうち、賦形型１１０によって賦形する領域１１ａよりも外縁側に位置する外周領域１１ｂの少なくとも一部を保持する外周保持部１２０と、賦形型１１０および外周保持部１２０を駆動する駆動部１３０と、繊維基材１１に作用する張力を調整する張力調整部１４０と、成形装置１００の各部の作動を制御する制御部１５０と、を有する。
【００２４】
以下、成形装置１００の各部の構成について詳述する。
【００２５】
賦形型１１０は、繊維基材１１を所定の立体形状に賦形する。図１に示すように、接着剤が付与された繊維基材１１が配置される下型１１１（「第１の型」に相当）と、下型１１１に対して相対的に接近して繊維基材１１を賦形する上型１１２（「第２の型」に相当）と、を有する。
【００２６】
下型１１１は、固定型である。下型１１１は、下側に向かって凹んだ凹形状の成形面１１１ｓを有する。
【００２７】
上型１１２は、下型１１１に対して接近離反可能な可動型である。上型１１２は、下型１１１の成形面１１１ｓに対向する凸形状の成形面１１２ｓを有する。
【００２８】
なお、賦形型１１０の構成はこれに限定されず、例えば、下型１１１が凸形状の成形面を有し、上型１１２が凹形状の成形面を有する構成であってもよい。
【００２９】
外周保持部１２０は、下型１１１が繊維基材１１を賦形する動作に連動して、繊維基材１１に対して下型１１１へ向かう押圧力Ｆ１（図５Ｂを参照）を付与し、繊維基材１１のうち、賦形型１１０によって賦形する領域１１ａよりも外縁側に位置する外周領域１１ｂの少なくとも一部を保持する。
【００３０】
駆動部１３０は、昇降機１３１と、加圧装置１３２と、を有する。昇降機１３１は、賦形型１１０の上型１１２および外周保持部１２０に接続されて、上型１１２および外周保持部１２０を下型１１１に対して接近離反させる。加圧装置１３２は、外周保持部１２０が下型１１１に接近した状態で、外周保持部１２０を下型１１１に向かう方向に加圧する。これにより、外周保持部１２０は、繊維基材１１に対して下型１１１へ向かう押圧力Ｆ１を付与することができる。
【００３１】
昇降機１３１および加圧装置１３２は、例えば、油圧シリンダー等を備え、油圧等を制御することによって、賦形型１１０の型締圧力や外周保持部１２０が繊維基材１１に付与する押圧力Ｆ１を調整する。
【００３２】
外周保持部１２０が繊維基材１１に対して付与する押圧力Ｆ１は、比較的低荷重に設定することが好ましく、例えば、１５０ｋＰａ以下に設定することができる。これにより、繊維基材１１を賦形する際に、賦形型１１０内への繊維基材１１の流入を許容することができるため、繊維基材１１を所望の立体形状に賦形することができる。
【００３３】
張力調整部１４０は、図２に示すように、外周保持部１２０が繊維基材１１に対して付与する押圧力Ｆ１に対する反力Ｆ２（図５Ｂを参照）を外周保持部１２０に対して付与する複数の反力付与部１４１を有する。
【００３４】
反力付与部１４１は、外周保持部１２０が繊維基材１１に付与する押圧力Ｆ１に対する反力Ｆ２の大きさを調整することによって、外周保持部１２０が繊維基材１１を保持する強度を調整することができる。これにより、繊維基材１１を賦形する際に、賦形型１１０内への繊維基材１１の流入量を調整することができる。繊維基材１１の流入量が比較的高い部分では、繊維基材１１に作用する張力Ｔが比較的高く、逆に、繊維基材１１の流入量が比較的低い部分では、繊維基材１１に作用する張力Ｔが比較的低くなる。このようにして、反力付与部１４１は、繊維基材１１に作用する張力Ｔを調整することができる。
【００３５】
反力付与部１４１は、弾性部材またはシリンダー（図示せず）によって構成される。弾性部材およびシリンダーは、圧縮する方向に力を加えると、伸長する方向に反力を発生する。これを利用して、反力付与部１４１は、外周保持部１２０が繊維基材１１に対して付与する押圧力Ｆ１に対する反力Ｆ２を、外周保持部１２０に対して付与する。反力付与部１４１を弾性体またはシリンダーを使用した簡単な構造とすることができるため、成形装置１００の製造コストを低減することができる。
【００３６】
本実施形態では、反力付与部１４１は、図２に示すように、弾性部材であるコイル状のばねによって構成される。反力付与部１４１は、例えば、ばねの長さやばね定数等を調整することによって反力Ｆ２の大きさを調整することができる。
【００３７】
なお、反力付与部１４１がシリンダーによって構成される場合、シリンダー内の圧力を調整することによって張力調整部１４０の反力Ｆ２の大きさを調整することができる。
【００３８】
複数の反力付与部１４１は、図２に示すように、繊維基材１１の外周領域１１ｂの少なくとも一部を複数に分割した分割領域１１ｃに対応するように、下型１１１の上面１１１ａの複数の領域（破線で分割した領域）毎にそれぞれ配置されている。また、複数の反力付与部１４１は、各々独立して反力Ｆ２の大きさを調整できるようにばねの長さやばね定数を調整している。なお、図２は、本実施形態の構成を説明するための簡略図であり、図示する構成に限定されるものではない。下型１１１の形状、反力付与部１４１の配置、分割領域１１ｃの位置や大きさ等は、繊維基材１１の構成やプリフォーム１０の形状に合わせて適宜調整することができる。
【００３９】
外周保持部１２０が下型１１１に接近することによって、複数の反力付与部１４１は、外周保持部１２０にそれぞれ当接する。外周保持部１２０がさらに下型１１１に接近すると、外周保持部１２０に対してそれぞれ反力Ｆ２を発生する。
【００４０】
上記構成により、張力調整部１４０は、外周保持部１２０が繊維基材１１の外周領域１１ｂの少なくとも一部を複数に分割した分割領域１１ｃに付与する押圧力Ｆ１を、分割領域１１ｃ毎に調整する。
【００４１】
図３を参照して、繊維基材１１は、繊維方向Ａの引張強度が比較的高く、繊維方向Ａに交差する方向Ｂの引張強度が比較的低いという異方性を有する。したがって、繊維基材１１に対して繊維方向Ａに交差する方向Ｂに張力Ｔを作用すると、繊維同士が離れる方向に繊維配向が乱れて、繊維がほつれやすい。したがって、繊維基材１１がほつれやすい繊維方向Ａに交差する方向Ｂに賦形型１１０内への繊維基材１１の流入量を比較的高くして、繊維方向Ａに交差する方向Ｂに作用する張力Ｔを比較的低くすることによって、繊維基材１１にほつれが発生することを抑制することができる。
【００４２】
また、一般的に、繊維のほつれの現象は、繊維基材１１の最表層１１ｔに生じた繊維のほつれが要因となって内側の層に繊維のほつれが伝播する。したがって、繊維基材１１の最表層１１ｔの繊維のほつれを抑制することができれば、繊維基材１１にほつれが発生することを抑制することができる。
【００４３】
以上の観点から、本実施形態では、張力調整部１４０は、繊維基材１１に作用する張力Ｔが、繊維基材１１の最表層１１ｔに配置された繊維の繊維方向Ａに作用する張力Ｔよりも、繊維方向Ａに交差する方向Ｂに作用する張力Ｔの方が低くなるように調整する。これにより、繊維基材１１の最表層１１ｔにほつれが発生することを抑制することができる。その結果、繊維基材１１にほつれが発生することを抑制することができる。
【００４４】
制御部１５０は、成形装置１００全体の動作を制御する。具体的には、図１を参照して、制御部１５０は、ＲＯＭやＲＡＭから構成された記憶部１５１と、ＣＰＵを主体に構成された演算部１５２と、各種データや制御指令の送受信を行う入出力部１５３と、を有する。入出力部１５３は、賦形型１１０および外周保持部１２０に接続する。
【００４５】
なお、本実施形態では、制御部１５０は、駆動部１３０を介して賦形型１１０および外周保持部１２０に接続し、駆動部１３０の作動を制御することによって、賦形型１１０および外周保持部１２０の作動を制御している。
【００４６】
また、本実施形態では、張力調整部１４０は、ばねによって構成された反力付与部１４１のばねの長さやばね定数等を調整することによって反力Ｆ２の大きさを調整することができる。このため、本実施形態では、張力調整部１４０は、制御部１５０によって制御されないが、制御部１５０によって制御されるように構成してもよい。例えば、反力付与部１４１がシリンダーによって構成される場合、制御部１５０は、シリンダー内の圧力を制御することによって、反力付与部１４１が付与する反力Ｆ２を調整することができる。
【００４７】
（成形方法）
次に、本実施形態に係るプリフォーム１０の成形方法を説明する。
【００４８】
図４に示すように、プリフォーム１０を成形方法では、繊維基材１１を下型１１１に配置し（工程Ｓ１）、繊維基材１１のうち、賦形する領域１１ａよりも外縁側に位置する外周領域１１ｂの少なくとも一部を保持する（工程Ｓ２）。そして、繊維基材１１の外周領域１１ｂの少なくとも一部を保持した状態を維持したまま、繊維基材１１を賦形し（工程Ｓ３）、成形したプリフォーム１０を賦形型１１０から脱型する（工程Ｓ４）。
【００４９】
以下、プリフォーム１０の成形方法の各工程について詳述する。
【００５０】
工程Ｓ１では、図５Ａに示すように、賦形型１１０の下型１１１に繊維基材１１を配置する。
【００５１】
工程Ｓ２では、図５Ｂに示すように、外周保持部１２０を下型１１１に向かって接近させて、下型１１１との間に繊維基材１１の外周領域１１ｂの少なくとも一部を挟み込む。さらに、外周保持部１２０を下型１１１に向かう方向（図５Ｂ中の白抜き矢印方向）に加圧して、繊維基材１１に対して押圧力Ｆ１を付与する。これにより、外周保持部１２０と下型１１１との間に繊維基材１１の外周領域１１ｂの少なくとも一部を挟持して保持する。
【００５２】
工程Ｓ３では、図５Ｃに示すように、繊維基材１１の外周領域１１ｂの少なくとも一部を保持した状態を維持したまま、上型１１２を下型１１１に対して接近させて、繊維基材１１の賦形する領域１１ａを下側へ向かって押圧する。これにより、繊維基材１１に対して、賦形する領域１１ａから外周領域１１ｂへ向かう方向に張力Ｔを作用する。繊維基材１１を賦形する際に、張力Ｔが作用することによって繊維基材１１が弛まない。このため、図５Ｄに示すように、繊維基材１１を賦形した後に繊維基材１１にしわが発生することを抑制することができる。
【００５３】
また、繊維基材１１を賦形する際に、張力調整部１４０によって、外周保持部１２０が繊維基材１１の外周領域１１ｂの少なくとも一部を複数に分割した分割領域１１ｃ（図２を参照）に付与する押圧力Ｆ１を、分割領域１１ｃ毎に調整する。これにより、繊維基材１１に作用する張力Ｔが、繊維基材１１の最表層１１ｔ（図３を参照）に配置された繊維の繊維方向Ａに作用する張力Ｔよりも、繊維方向に交差する方向（繊維基材１１がほつれやすい方向）に作用する張力Ｔの方が低くなるように調整することができる。したがって、繊維基材１１の最表層１１ｔにほつれが発生することを抑制することができる。その結果、繊維基材１１にほつれが発生することを抑制することができる。
【００５４】
工程Ｓ４では、図５Ｅに示すように、賦形型１１０を開いて、賦形型１１０からプリフォーム１０を脱型すると、プリフォーム１０の成形が完了する。
【００５５】
例えば、本実施形態とは異なり、図６Ａに示すように、繊維基材１１の外周領域１１ｂを保持せずに賦形型１１０によって繊維基材１１を賦形する場合、図６Ｂに示すように、繊維基材１１が賦形型１１０内に過剰に流入して、繊維基材１１にしわが発生してしまう。
【００５６】
また、繊維基材１１は、繊維方向Ａの引張強度が比較的高く、繊維方向Ａに交差する方向Ｂの引張強度が比較的低いという異方性を有する。このため、しわの発生を抑制するために、繊維基材１１の異方性を考慮せずに繊維基材１１の外周領域１１ｂに高い押圧力を付与して保持した状態で繊維基材１１を賦形すると、繊維基材１１にほつれが発生してしまう。
【００５７】
一方、本実施形態のように繊維基材１１の外周領域１１ｂの少なくとも一部を保持しながら繊維基材１１を賦形することによって、繊維基材１１に張力Ｔを作用することができる。これにより、繊維基材１１を賦形する際に、繊維基材１１が弛まないため、しわの発生を抑制することができる。また、繊維基材１１に作用する張力Ｔを調整することによって、繊維基材１１の繊維のほつれを抑制することができる。
【００５８】
以上説明したように、本実施形態に係るプリフォーム１０の成形装置１００は、繊維基材１１を所定の立体形状に賦形したプリフォーム１０を成形する成形装置ある。該成形装置１００は、繊維基材１１を賦形する賦形型１１０と、繊維基材１１のうち、賦形型１１０によって賦形する領域１１ａよりも外縁側に位置する外周領域１１ｂの少なくとも一部に押圧力Ｆ１を付与して保持する外周保持部１２０と、繊維基材１１に作用する張力Ｔを調整する張力調整部１４０と、賦形型１１０および外周保持部１２０の作動を制御する制御部１５０と、を有する。制御部１５０は、外周保持部１２０の作動を制御して、繊維基材１１の外周領域１１ｂの少なくとも一部を保持し、繊維基材１１の外周領域１１ｂの少なくとも一部を保持した状態を維持したまま、賦形型１１０の作動を制御して、繊維基材１１を賦形する。張力調整部１４０は、繊維基材１１を賦形する際に、繊維基材１１に作用する張力Ｔを調整する。
【００５９】
また、本実施形態に係るプリフォーム１０の成形方法は、繊維基材１１を所定の立体形状に賦形したプリフォーム１０を成形する成形方法である。該成形方法では、繊維基材１１のうち、賦形する領域１１ａよりも外縁側に位置する外周領域１１ｂの少なくとも一部に押圧力を付与して保持し、繊維基材１１の外周領域１１ｂの少なくとも一部を保持した状態を維持したまま、繊維基材１１に作用する張力Ｔを調整しながら繊維基材１１を賦形する。
【００６０】
上記のように構成したプリフォーム１０の成形装置１００およびプリフォーム１０の成形方法によれば、繊維基材１１の外周領域１１ｂの少なくとも一部を保持しながら繊維基材１１を賦形するため、繊維基材１１に張力Ｔを作用することができる。これにより、繊維基材１１を賦形する際に、繊維基材１１が弛まないため、しわの発生を抑制することができる。また、繊維基材１１の異方性を考慮して繊維基材１１に作用する張力Ｔを調整することによって、繊維基材１１の繊維のほつれを抑制することができる。これにより、繊維基材１１を賦形する際に、繊維基材１１にしわやほつれが発生することを抑制して、プリフォームの外観品質や機械的特性を向上することができる。
【００６１】
また、張力調整部１４０は、外周保持部１２０が繊維基材１１の外周領域１１ｂの少なくとも一部を複数に分割した分割領域１１ｃに付与する押圧力Ｆ１を、分割領域１１ｃ毎に調整する。これにより、繊維基材１１のしわが発生しやすい部位において、しわを延ばす方向に比較的高い張力Ｔを作用し、繊維基材１１のほつれが発生しやすい部位において、ほつれやすい方向に比較的低い張力Ｔを作用するように調整することができる。その結果、繊維基材１１にしわやほつれが発生することを抑制することができる。
【００６２】
また、賦形型１１０は、繊維基材１１が配置される下型１１１（第１の型）と、下型１１１に対して相対的に接近して繊維基材１１を賦形する上型１１２（第２の型）と、を有する。外周保持部１２０は、下型１１１が繊維基材１１を賦形する動作に連動して、繊維基材１１に対して下型１１１へ向かう押圧力Ｆ１を付与し、繊維基材１１の外周領域１１ｂの少なくとも一部を保持する。下型１１１の動作と外周保持部１２０の動作とが連動するため、下型１１１および外周保持部１２０を同一の駆動部１３０によって駆動させることができる。これにより、賦形型１１０および外周保持部１２０の構造を簡素化することができるため、成形装置１００の製造コストを低減することができる。
【００６３】
また、張力調整部１４０は、外周保持部１２０が繊維基材１１に対して付与する押圧力Ｆ１に対する反力Ｆ２を外周保持部１２０に対して付与する反力付与部１４１を有する。反力付与部１４１は、外周保持部１２０が繊維基材１１に付与する押圧力Ｆ１を調整して、外周保持部１２０が繊維基材１１を保持する強度を調整することができる。これにより、繊維基材１１を賦形する際に、繊維基材１１の賦形型１１０内への流入量を調整することができる。繊維基材１１の流入量が比較的高い部分では、繊維基材１１に作用する張力Ｔが比較的高く、逆に、繊維基材１１の流入量が比較的低い部分では、繊維基材１１に作用する張力Ｔが比較的低くなる。したがって、張力調整部１４０は、繊維基材１１の流入量を調整することにより、繊維基材１１に作用する張力Ｔを調整することができる。その結果、例えば、繊維基材１１がほつれやすい方向に繊維基材１１の流入を許容して、ほつれが発生することを抑制することができる。
【００６４】
また、反力付与部１４１は、弾性体またはシリンダーを有する。反力付与部１４１を弾性体またはシリンダーを使用した簡単な構造とすることができるため、成形装置１００の製造コストを低減することができる。
【００６５】
また、張力調整部１４０は、繊維基材１１に作用する張力Ｔが、繊維基材１１の最表層１１ｔに配置された繊維の繊維方向Ａに作用する張力Ｔよりも、繊維方向に交差する方向に作用する張力の方が低くなるように調整する。これにより、繊維基材１１の最表層１１ｔにほつれが発生することを抑制することができる。その結果、繊維基材１１にほつれが発生することを抑制することができる。
【００６６】
また、繊維基材１１は、繊維方向Ａが一方向に配列された複数本の繊維束が編糸で編んで固定されたノンクリンプファブリック材を有する。ノンクリンプファブリック材は、織物材に比べて賦形性が高いため、複雑な形状を有するプリフォームの成形に好適に使用することができる。また、ノンクリンプファブリック材は、織物材に比べて異方性が高いため、異方性を考慮して繊維基材１１に作用する張力Ｔを調整することによって、本発明の効果をより効果的に発揮することができる。
【００６７】
以上、実施形態を通じてプリフォームの成形装置およびプリフォームの成形方法を説明したが、本発明は実施形態において説明した構成のみに限定されることはなく、特許請求の範囲の記載に基づいて適宜変更することが可能である。
【００６８】
例えば、張力調整部は、繊維基材に作用する張力を調整可能な限りにおいて、前述した実施形態において説明した構成に限定されない。
【００６９】
また、外周保持部は、繊維基材の分割領域毎に複数個配置してもよい。これにより、外周保持部が繊維基材に付与する押圧力を分割領域毎に調整することができる。
【００７０】
また、繊維基材は、前述した実施形態において説明した構成に限定されず、例えば、繊維基材は織物材によって構成してもよい。また、繊維基材は、シート状の基材を複数積層した積層体によって構成するとしたが、１枚の基材によって構成してもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１０    プリフォーム、
１１    繊維基材、
１１ａ  繊維基材の賦形する領域、
１１ｂ  外周領域、
１１ｃ  繊維基材の分割領域、
１１ｔ  繊維基材の最表層、
１００  成形装置、
１１０  賦形型、
１１１  下型（第１の型）、
１１２  上型（第２の型）、
１２０  外周保持部、
１３０  駆動部、
１４０  張力調整部、
１４１  反力付与部、
１５０  制御部、
Ｆ１    押圧力、
Ｆ２    反力、
Ｔ      張力、
Ａ      繊維方向、
Ｂ      繊維方向に交差する方向。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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