(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのプリフォームが該プリフォームの接合箇所に曲率半径を有するプリフォーム（１０、１２、１２’、２０、２２、２４）をＴ形に組み立てることによって生じる、断面がネイルヘッドまたは半ネイルヘッド形状のスペース（１４、２６）を埋めるための繊維製異形断面材（３２）の作製方法において、
粉末を活性化する予備成形機であって、所望の異形断面材の形状に適合する形状の通路（６２）を繊維（２８）が通過する予備成形機（３０）に粉末を塗布した繊維（２８）を供給したのち、
前記繊維製異形断面材（３２）を冷却し、所望の異形断面材の形状に適合する形状の空洞（６６）に通して形状を一致させる成形機（３４）にプリフォーム成形した前記繊維を通過させることを特徴とする繊維製異形断面材の作製方法。
【請求項２】
少なくとも１つのプリフォームが該プリフォームの接合箇所に曲率半径を有するプリフォーム（１０、１２、１２’、２０、２２、２４）をＴ形に組み立てることによって生じる、断面がネイルヘッドまたは半ネイルヘッド形状のスペース（１４、２６）を埋めるための繊維製異形断面材（３２）の作製装置において、
粉末を塗布した繊維（２８）を供給する手段と、粉末を活性化し、所望の異形断面材の形状に適合する形状の通路（６２）を前記繊維（２８）が通過する予備成形機（３０）と、
前記所望の異形断面材の形状に適合する形状の空洞（６６）に通して繊維製異形断面材（３２）を冷却する成形機（３４）とを備えることを特徴とする繊維製異形断面材の作製装置。
【請求項３】
前記予備成形機（３０）は２つのローラ（５８、５８’）を備え、その回転軸は、前記繊維（２８）の進行方向に対して直角に、周縁部の表面同士が接するように配置し、前記ローラ（５８、５８’）の少なくとも一方は周縁部の表面に、通路（６２）を形成する溝（６０）を備えていることを特徴とする、請求項２に記載の繊維製異形断面材の作製装置。
【請求項４】
溝が直角のＶ字型である第１のローラ（５８）と、円周部の表面が、所望の仕上がりとなる繊維製異形断面材の湾曲した凹形状に適合する凸状の湾曲形状である第２のローラ（５８’）とを備えていることを特徴とする、請求項３に記載の繊維製異形断面材の作製装置。
【請求項５】
溝がＶ字型でフランジは湾曲した凸状であり、溝の形状が、所望の仕上がりとなる異形断面材の凸状の湾曲形状に適合している第１のローラ（５８）と、周縁部の表面が略直線である第２のローラ（５８’）とを備えていることを特徴とする、請求項３に記載の繊維製異形断面材の作製装置。
【請求項６】
前記成形機（３４）は２つのベルト（６４、６４’）を備え、該ベルトは互いに協働して、前記予備成形機（３０）から出てくる加熱した前記繊維製異形断面材を配置する空洞（６６）を形成することを特徴とする、請求項２から５のいずれか一項に記載の繊維製異形断面材の作製装置。
【請求項７】
断面が直角のＶ字型の凹形状である第１のベルト（６４）と、断面が、所望の仕上がりとなる前記繊維製異形断面材の湾曲した凹形状に適合する凸状で、湾曲部のある突起形状である第２のベルト（６４’）とを備えていることを特徴とする、請求項６に記載の繊維製異形断面材の作製装置。
【請求項８】
断面がＶ字型の凹形状でフランジは湾曲した凸状であり、フランジの形状が、所望の仕上がりとなる異形断面材の凹状の湾曲形状に適合している第１のベルト（６４）と、断面が略平面形状である第２のベルト（６４’）とを備えていることを特徴とする、請求項６に記載の繊維製異形断面材の作製装置。
【請求項９】
前記ベルト（６４、６４’）を互いに当接させて前記繊維製異形断面材に加圧するための手段（７２）を備えていることを特徴とする、請求項６から７のいずれか一項に記載の繊維製異形断面材の作製装置。
【請求項１０】
前記ベルト（６４、６４’）は、該ベルトが互いに協働し、前記予備成形機（３０）から出てくる加熱した前記繊維製異形断面材を配置する空洞（６６）を形成する領域で湾曲していることを特徴とする、請求項６から９のいずれか一項に記載の繊維製異形断面材の作製装置。
【請求項１１】
少なくとも１つのベルト（６４、６４’）は孔が開いており、ケース（７４）内に発生する低圧の影響を局地的に受けることを特徴とする、請求項６から１０のいずれか一項に記載の繊維製異形断面材の作製装置。
【請求項１２】
請求項２から１１のいずれか一項に記載の繊維製異形断面材の作製装置を使用する請求項１に記載の繊維製異形断面材の作製方法で得られる繊維製異形断面材。
【請求項１３】
少なくとも１つのプリフォームが該プリフォームの接合箇所に曲率半径を有し、断面がネイルヘッドまたは半ネイルヘッド形状のスペース（１４、２６）を形成するプリフォーム（１０、１２、１２’、２０、２２、２４）をＴ形に組み立てることによって得られる複合材部品であって、前記スペースを埋めるために請求項１２に記載の繊維製異形断面材を有する複合材部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、断面が半ネイルヘッドまたはネイルヘッド状である複合材繊維製異形断面材の作製方法に関する。本発明はまた、前記方法を使用するための装置、ならびにこのようにして得られた異形断面材にも関する。
【背景技術】
【０００２】
複合材部品のなかには、繊維を集めて成形型に入れたのちに樹脂マトリクスに含浸した繊維強化プリフォームから作製されているものがある。
【０００３】
Ｔ形を得るために、図１に示した第１の実施形態では３つのプリフォームを組み立てる。この３つは、ベースプレートという略平面の第１のプリフォーム１０と、ほかの２つの左右対称に配置するＬ形のプリフォーム１２、１２’であり、Ｌ形プリフォームはそれぞれ、もう一方のＬ形プリフォームに当接する第１のフランジと、ベースプレート１０に当接する第２のフランジとを有する。Ｌ形プリフォーム１２、１２’は、フランジの接合箇所にある程度大きい曲率半径を有するため、３つのプリフォームの接合箇所にネイルヘッド形状のスペース１４ができる。この場合、このスペース１４は、１つの平面と２つの凹状の湾曲面からなる断面を持つ。
【０００４】
図２に示すもう一つの実施形態では、少なくとも３つのプリフォームを組み立てる。この３つは、ベースプレートという略平面の第１のプリフォーム２０と、Ｔ形の足を形成し、最小側面がベースプレート２０に当接する第２のプリフォーム２２と、第１のフランジがベースプレート２０に当接し、もう一方のフランジがプリフォーム２２に当接する少なくとも１つのＬ形の第３のプリフォーム２４である。プリフォーム２４は、フランジの接合箇所にある程度大きな曲率半径を有するため、プリフォーム２０〜２４の接合箇所には半ネイルヘッド形状２６のスペースができる。この場合、このスペース２６は、２つの平面と１つの凹状の湾曲面からなる断面を持つ。
【０００５】
樹脂を正常に注入して部品の材質を良好に保つためには、スペース１４または２６に繊維強化材を充填する必要がある。
【０００６】
一実施形態によれば、作業者は、断面が円形のストランド２７が得られるように、プリプレグまたは粉末を塗布した炭素繊維をストランド状にする。このようにして作製したストランド２７を、粘着テープなどを用いてスペース１４または２６内に設置したのち、前記ストランド２７がほかのプリフォームと一体化するようにアイロンで加熱する。
【０００７】
この実施形態は、ストランドの断面が略円形であることを考慮した上でスペース１４または２６を最適な形で充填することはできないため、満足のいくものではない。充填されていない空洞は、樹脂が優先的に通る通路となってこの樹脂が成形型を充填する結果、きわめて多孔質な領域および／または乾燥した領域が増大するリスクが高まる。
【０００８】
もう一つの欠点によれば、図３に示すように、スペース１４または２６を充填するのに使用するストランド２７の周囲にある部分的プリフォームは、プリフォームを組み立てる際、または成形型を封鎖する際に変形するため、このようにして得られた部品の機械的特性が繊維のうねりにより悪影響を受ける。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
また、本発明は、Ｔ形に組み立てたプリフォーム間にできるスペースを最適な方法で埋めることができる、断面が半ネイルヘッドまたはネイルヘッド状である複合材繊維製異形断面材の作製方法を提供し、複合材部品を得て前記複合材部品に求められる機械的特性を維持することにより、先行技術の欠点を緩和することを狙いとする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このようにするため、本発明は、少なくとも１つのプリフォームが該プリフォームの接合箇所に曲率半径を有するプリフォームをＴ形に組み立てることによって生じる、断面がネイルヘッドまたは半ネイルヘッド形状のスペースを埋めるための繊維製異形断面材の作製方法において、粉末を活性化する予備成形機であって、所望の異形断面材の形状に適合する形状の通路を繊維が通過する予備成形機に粉末を塗布した繊維を供給したのち、前記繊維製異形断面材を冷却し、所望の異形断面材の形状に適合する形状の空洞に通して形状を一致させる成形機にプリフォーム成形した前記繊維を通過させることを特徴とする方法を目的とする。
【００１１】
その他の特徴および利点は、添付の図を参照しながら一例として挙げた以下の説明文を読めば明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ネイルヘッド形状のスペースの範囲を定めるプリフォームの組立の第１の変形例を示す断面図である。
【図２】半ネイルヘッド形状のスペースの範囲を定めるプリフォームの組立のもう一つの変形例を示す断面図である。
【図３】図２に示したようなプリフォーム間のスペースを埋めるのに使用する、先行技術によるストランドを用いたプリフォームの組立を示す断面図である。
【図４】本発明による繊維製異形断面材を作製する装置の斜視図である。
【図５】本発明による繊維製異形断面材の予備成形および成形ができる図４の装置の部分図である。
【図６】本発明による装置の予備成形手段の断面図である。
【図７Ａ】断面が半ネイルヘッド形状の異形断面材を得るのに適合した、本発明の第１の変形例による予備成形手段の図である。
【図７Ｂ】断面がネイルヘッド形状の異形断面材を得るのに適合した、本発明のもう一つの変形例による予備成形手段の図である。
【図８Ａ】断面が半ネイルヘッド形状の異形断面材を得るのに適合した、本発明の第１の変形例による成形手段の図である。
【図８Ｂ】断面がネイルヘッド形状の異形断面材を得るのに適合した、本発明のもう一つの変形例による成形手段の図である。
【図９】成形手段のもう一つの変形例を示す図である。
【図１０】本発明による繊維製異形断面材を作製するのに使用する繊維への粉末塗布手段の斜視図である。
【図１１】本発明による繊維製異形断面材を作製するのに使用する繊維の貯蔵・繰出手段を示す断面図である。
【図１２】本発明による断面が半ネイルヘッド形状の異形断面材を組み入れるプリフォームの組立を示す断面図である。
【図１３】湾曲した異形断面材を得ることができる成形手段のもう一つの変形例を示す図である。
【図１４】湾曲した異形断面材を得ることができる成形手段のもう一つの変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１には、ベースプレートという略平面の第１のプリフォーム１０、およびほかの２つの左右対称に配置するＬ形のプリフォーム１２、１２’を有し、Ｌ形プリフォームはそれぞれ、もう一方のＬ形プリフォームに当接する第１のフランジと、ベースプレート１０に当接する第２のフランジとを有する、Ｔ形に配置したプリフォームの組立の第１の変形例を示した。Ｌ形プリフォーム１２、１２’は、フランジの接合箇所にある程度大きい曲率半径を有するため、３つのプリフォームの接合箇所には断面がネイルヘッド形状のスペース１４ができる。この場合、このスペース１４は、１つの平面と２つの凹状の湾曲面からなる断面を持つ。
【００１４】
図２には、ベースプレートという略平面の第１のプリフォーム２０と、Ｔ形の足を形成し、最小側面がベースプレート２０に当接する第２のプリフォーム２２と、第１のフランジがベースプレート２０に当接し、もう一方のフランジがプリフォーム２２に当接する少なくとも１つのＬ形の第３のプリフォーム２４とを有する、Ｔ形に配置したプリフォームの組立のもう一つの変形例を示した。プリフォーム２４は、フランジの接合箇所にある程度大きな曲率半径を有するため、プリフォーム２０〜２４の接合箇所には断面が半ネイルヘッド形状２６のスペースができる。この場合、このスペース２６は、２つの平面と１つの凹状の湾曲面からなる断面を持つ。
【００１５】
２つの変形例によれば、Ｔ形を形成するように組み立てたプリフォームの少なくとも１つは、前記プリフォームの接合領域箇所に曲率半径を有する。
【００１６】
図４には、本発明による断面が半ネイルヘッドまたはネイルヘッド形状の繊維製異形断面材を作製することができる装置を示した。この装置は、粉末を塗布した繊維の供給手段２８と、繊維製異形断面材３２を得ることができる前記粉末の使用温度よりも高いまたは近似の温度である予備成形機３０と、異形断面材３２を冷却して前記異形断面材を所望の寸法にする成形機３４を備えている。
【００１７】
一実施形態によれば、粉末を塗布した繊維の供給手段２８は、クリールスタンド４０という支持台の上に載せた乾燥繊維３８の複数の巻胴３６（図１１に表示）を有する第１の部分、および乾燥繊維３８の粉末塗布手段４２を有する第２の部分を備えている。
【００１８】
巻胴３６は、装置が正常に動作するように繊維の張りを調節する調節手段を備えていることが好ましい。図１１に示した例によれば、巻胴３６は、クリールスタンド４０に固定した回転軸４４およびロールの締め付けを調節することができるナット４６を備えている。この締め付けによって、ロールから出る繊維の重みの作用でロールがひとりでに弛むのを回避し、装置の繊維を緊張させることができる。この緊張は、とりわけ粉末塗布手段４２を正常に動作させるのに必要である。
【００１９】
一実施形態によれば、粉末塗布手段は、図１０に詳細に示した少なくとも１つの粉末塗布機を備えている。粉末塗布手段は、図４に示したように、２つの機械を備えることができる。
【００２０】
この機械は、粉末を貯蔵するホッパー４８および円筒部５０を備え、この円筒部の表面には第１のスクレーパー５２があることによって粉末が塗布され、乾燥繊維３８はこの円筒部に当接する。繊維に粘着しない粉末は回収トレイ５４内に落下する。余分な粉末を除去するため、第２のスクレーパー５６を備えることが好ましい。
【００２１】
例として、粉末は、熱硬化性樹脂粉末または熱可塑樹脂粉末とすることができる。
【００２２】
その後、粉末を塗布した繊維２８は、粉末を活性化する手段と、繊維製異形断面材３２を得るのに繊維２８を互いに加圧する手段とを備える予備成形機３０の中を通過する。
【００２３】
図５、６、７Ａおよび７Ｂに示した一実施形態によれば、予備成形機３０は２つのローラ５８、５８’を備え、その回転軸は、繊維２８の進行方向に対して直角に配置し、好ましくは２つの軸を水平に配置する。
【００２４】
ローラ５８、５８’の少なくとも一方は、周縁部の表面に、繊維が通る溝６０を備えている。
【００２５】
下方のローラ５８が溝６０を備えていることが好ましい。
【００２６】
ローラは、周縁部の表面同士が接して通路６２を形成し、この通路の寸法が、仕上がる繊維製異形断面材の寸法に適合するように配置する。
【００２７】
図６および７Ａに示すような断面が半ネイルヘッド形状の繊維製異形断面材の場合、下方のローラ５８は溝が直角のＶ字型であるのに対し、上方のローラ５８’は周縁部の表面が、所望の仕上がりとなる繊維製異形断面材の湾曲した凹形状に適合する凸状の湾曲形状である。
【００２８】
図７Ｂに示すような断面がネイルヘッド形状の繊維製異形断面材の場合、下方のローラ５８は溝がＶ字型でフランジは湾曲した凸状であり、溝の形状は、所望の仕上がりとなる異形断面材の凸状の湾曲形状に適合しているのに対し、上方のローラ５８’は周縁部の表面が略直線である。
【００２９】
変形例によれば、繊維に加圧するようにローラ５８、５８’の回転軸を接近させようとする手段を備えることができる。
【００３０】
一実施形態によれば、粉末の活性化は、前記粉末の使用温度よりも高いまたは近似の温度で加熱することで得られる。この場合、ローラの少なくとも一方が抵抗などの加熱手段を備える。変形例では、このローラ５８、５８’は、粉末を塗布した繊維２８を加熱するために備えることができる、温風を吹き付けるケースおよび／または手段の中に設置することができる。
【００３１】
図５、８Ａおよび８Ｂに示した一実施形態によれば、成形機３４は２つのベルト６４、６４’を備え、このベルトは互いに協働して、予備成形機３０から出てくる加熱した繊維製異形断面材を配置する空洞６６を形成する。
【００３２】
ベルト６４、６４’はそれぞれ、２つのプーリ７０の間および７０’の間に略直線の部分６８および６８’を有する。
【００３３】
ベルト６４、６４’は、この略直線分６８、６８’が対面する部分で協働して空洞６６を形成する。ベルト６４、６４’を互いに当接させて繊維製異形断面材に加圧するための手段７２を設けると、ベルトの回転によって装置内の繊維と繊維製異形断面材とが連続的に駆動する。
【００３４】
成形機によって、繊維製異形断面材を冷却することができ、この異形断面材の断面の寸法をプリフォーム間にできたスペース１４または２６に適合する正確な寸法にすることができる。
【００３５】
図８Ａに示したような断面が半ネイルヘッド形状の異形断面材の場合、ベルト６４は断面が直角のＶ字型の凹形状であるのに対し、もう一方のベルト６４’は断面が、所望の仕上がりとなる繊維製異形断面材の湾曲した凹形状に適合する凸状で、湾曲部のある突起形状である。
【００３６】
図８Ｂに示したような断面がネイルヘッド形状の異形断面材の場合、ベルト６４は断面がＶ字型の凹形状でフランジは湾曲した凸状であり、フランジの形状が、所望の仕上がりとなる異形断面材の凹状の湾曲形状に適合しているのに対し、もう一方のベルト６４’は断面が略平面形状である。
【００３７】
この２つの場合では、図９に示したように、異形断面材への粘着性を向上させるため、ケース７４内に発生する低圧の影響を局地的に受ける孔の開いたベルト６４、６４’を少なくとも１つ使用することも可能である。
【００３８】
この２つの場合では、図５および９に示したような直線の異形断面材、または図１３および１４に示したような湾曲した異形断面材を得ることができる。
【００３９】
湾曲した異形断面材の場合、成形機３４は前述したように、互いに協働して予備成形機３０から出てくる加熱した繊維製異形断面材が配置する空洞６６を形成する２つのベルト６４、６４’を備えている。
【００４０】
ベルト６４、６４’はそれぞれ、２つのプーリ７０の間および７０’の間に成形部分６８および６８’を有する。図５に示した変形例とは逆に、この成形部分６８、６８’は直線ではなく、異形断面材が湾曲形状となるように湾曲している。
【００４１】
直線の異形断面材を得ることができる変形例と同じく、成形部分６８、６８’が対面する部分でベルト６４、６４’は協働して空洞６６を形成する。ベルト６４、６４’を互いに当接させて繊維製異形断面材に加圧するための手段７２を設けると、ベルトの回転によって装置内の繊維と繊維製異形断面材とが連続的に駆動する。
【００４２】
湾曲した異形断面材の場合、ベルト６４および６４’は、ベルトが協働する領域で湾曲している。
【００４３】
図１３に示した第１の変形例によれば、手段７２は、摩擦係数の低い材料でできたブレーキパッド７６の形状をとることができ、ベルト６４、６４’の一方（図１３のベルト６４’）と接触するこの手段の表面の形状は異形断面材の所望の曲率半径に適合する。
【００４４】
図１４に示したもう一つの変形によれば、手段７２は、一連のローラ７８の形状をとることができ、これらのローラの回転軸は、異形断面材の所望の曲率半径に応じて配置する。
【００４５】
補足すると、本発明の装置は、例えば異形断面材を締め付ける少なくとも１つのクランプ、および異形断面材を切断する回転盤など、異形断面材を切断する手段８０を備えることができる。
【００４６】
本発明の方法により、プリフォームの組み立てで生じるスペースの形状に完全に適合する形状を持つ繊維製異形断面材を得ることができる。
【００４７】
スペース１４または２６は繊維製異形断面材によって完全に埋まるため、樹脂が優先的に通る通路が生じるリスクが軽減し、それによって成形型を充填する際に起こる障害が抑えられ、その結果、多孔質の領域および／または乾燥した領域が発生するリスクが抑えられる。
【００４８】
もう一つの変形例によれば、異形断面材はその形状がスペース１４または２６の形状に完全に適合しているため、異形断面材と隣接するプリフォームの繊維の向きが変わることが少なくなり、それによってこのようにして得られた部品の機械的特性が変化するリスクも軽減することができる。
【００４９】
本発明は、Ｔ形のプリフォームに限定されるものではなく、とりわけＴ形を２つ合わせた形状に等しいＩ形のプリフォームなど、ほかの形状のプリフォームにも適用することができる。
【図１−３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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