(57)【要約】【課題】寸法精度に優れ、しかも強化繊維のうねりやしわなどのない優れた品質を有すると共に、作業性改善、タクトタイム短縮等の生産性向上をも実現させることのできるプリフォームの製造方法および製造装置を提供する。【解決手段】繊維強化プラスチックス製構造体を製造するためのプリフォームの製造方法であって、（１）強化繊維からなる基材を所定形状に裁断し、準備する基材準備工程、（２）準備した基材のうち、プリフォームに成形した場合に平面部分となる部分を保持する基材保持工程、（３）基材の前記保持部分以外の部分に、プリフォームの断面形状の一部分を形成するための複数の部分賦形手段を移動させて、成形すべきプリフォームの形状を形成するように加圧し、賦形する加圧・賦形工程、（４）所定形状となった基材を加圧、加熱固定する加圧・加熱工程、（５）熱固定した基材の端部をトリミングし、最終形状のプリフォームを成形するトリミング工程、を有するプリフォームの製造方法、および製造装置。【選択図】  図１
2004237535.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め所定形状に賦形した強化繊維基材からなるプリフォームに、合成樹脂を含浸させて繊維強化プラスチック製構造体を製造するための前記プリフォームの製造方法であって、少なくとも次の（１）〜（５）の工程を含むことを特徴とするプリフォームの製造方法。
（１）強化繊維からなる基材を所定形状に裁断し、準備する基材準備工程
（２）準備した基材のうち、プリフォームに成形した場合に平面部分となる部分を保持する基材保持工程
（３）基材の前記保持部分以外の部分に、プリフォームの断面形状の一部分を形成するための複数の部分賦形手段を移動させて、成形すべきプリフォームの形状を形成するように加圧し、賦形する加圧・賦形工程
（４）所定形状となった基材を加圧、加熱固定する加圧・加熱工程
（５）熱固定した基材の端部をトリミングし、最終形状のプリフォームを成形するトリミング工程
【請求項２】
前記基材準備工程（１）において、予め強化繊維基材の少なくとも片面に、タッキファイヤ樹脂を付着させておくことを特徴とする請求項１に記載のプリフォームの製造方法。
【請求項３】
前記加圧・加熱工程（４）において、前工程の加圧・賦形工程による加圧・賦形が完了次第、その完了した領域を追い掛けるようにただちに加圧、加熱固定する請求項１または２に記載のプリフォームの製造方法。
【請求項４】
前記加圧・加熱工程（４）において、フレキシブルな袋構造を有する押し付け部材を用い、その空洞部に加熱空気と冷却空気を加圧注入できる構造とすることにより、積層される基材を加圧・加熱することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のプリフォームの製造方法。
【請求項５】
前記加圧・加熱工程（４）において、請求項２に記載の基材を用い、賦形後の該基材に対して６０〜１５０℃の温度範囲で加熱することにより、前記タッキファイヤ樹脂を融着させることにより熱固定させることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載のプリフォームの製造方法。
【請求項６】
予め所定形状に賦形した強化繊維基材からなるプリフォームに合成樹脂を含浸させて繊維強化プラスチック製構造体を製造するための前記プリフォームの製造装置であって、
所定形状に賦形すべき基材の平面部分をその両面側から挟んで保持する一対の基材保持手段と、
前記保持手段の少なくとも片側に位置し、前記保持された基材の折り曲げるべき領域を少なくとも一つのフォーミングローラの外形部分により押圧して賦形する押圧・賦形手段と、
前記基材の折り曲げられた領域を加圧・加熱して積層される基材を層間接着する加圧・加熱手段と、
前記基材保持手段の少なくとも片側に位置し、賦形された基材の端部を裁断ラインに沿ってトリミングする端部裁断手段と、
を有することを特徴とするプリフォームの製造装置。
【請求項７】
前記基材保持手段は、基材の下側に位置する下側固定手段と、基材の上側に位置すると共に基材方向に上下動する上側移動手段とからなり、前記上側移動手段の基材押さえ面が、フレキシブルな袋構造で、かつその内部に流体が注入されていることにより、基材に厚み変化があっても追従して押圧できることを特徴とする請求項６に記載のプリフォームの製造装置。
【請求項８】
前記押圧・賦形手段の少なくとも一つのフォーミングローラが、基材の厚み変化に追従して、上下に移動可能に構成されていることを特徴とする請求項６または７に記載のプリフォームの製造装置。
【請求項９】
前記加圧・加熱手段の基材に対する押し付け面が、フレキシブルな袋構造で、かつその内部に流体が注入されていることにより、基材に厚み変化があっても追従して加圧できることを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載のプリフォームの製造装置。
【請求項１０】
前記加圧・加熱手段は、前記基材保持手段の長手方向に複数に分割されているとともに、前記押圧・賦形手段による賦形が完了次第、成形すべき基材の賦形領域を押さえ付ける手段を有することを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載のプリフォームの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、いわゆるＲｅｓｉｎ    Ｔｒａｎｓｆｅｒ    Ｍｏｌｄｉｎｇ法（以下、ＲＴＭという。）によって、繊維強化プラスチック（以下、ＦＲＰという。）製の構造体を製造する際に使用する強化繊維基材からなるプリフォームの製造方法およびその製造装置の改良に関する。詳しくは、例えば航空機翼や船体殻などに用いられるスキンパネルの補強部材となるストリンガー用のプリフォームを、寸法精度、強化繊維基材の配向角度などの精度、強化繊維のうねりやしわなどがないなどの品質向上や、作業性改善、タクトタイム短縮等の生産性向上を実現させることのできるプリフォームの製造方法および製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ＦＲＰ製複合材料が航空機・船舶、建築分野の構造部材として、パネル、桁材や、自動車用外板等に用いられている。これらＦＲＰ製成形品には、その生産性と製造コストの面で有利なＲＴＭ成形方法が採用されているが、この製造方法の過程では通常、例えば炭素繊維やアラミド繊維などの強化繊維基材を、裁断、積層した後、予め成形すべき形状に賦形したプリフォームを作成し、しかる後にこれを成形型に配置し、その後にマトリクス樹脂を注入・硬化させる工程を採る。この場合、上記プリフォーム化工程は、従来は熟練作業者が織物基材を順次、製品形状に賦形しながら積層していたが、これでは寸法精度不良、強化繊維のうねりやしわなどの発生がおきやすいため、品質の良い物が製作できず、特に生産性が悪く、製造コストにも問題がある。
【０００３】
従来、かかる問題点を改善せんとして、特許文献１に記載のプリフォーム製造装置が提案されている。この製造装置は、プリフオーム製造装置の中で特に自動裁断に特徴を有するもので、複数枚の強化繊維基材をレーザーカッターやレシプロソーにより所定のパターンにカットした後、別に設けたテーブル上に移載して積層する自動化装置である。
【０００４】
しかし、上記提案技術では、成形パネル材の表面に、平面や緩やかな曲面を有するプリフォームを製造する場合には、基材を折り曲げたりする必要もなく、積み重ねていくだけであるので問題はないが、航空機翼に用いるストリンガーのように、断面形状が「Ｉ」「Ｊ」「Ｃ」「Ｔ」形のような複雑な形状を有するプリフォームを製造する場合には適用できない。すなわち、ストリンガーとなるプリフォームは、航空機の後退翼に沿って断面形状が変化するので成形すべきプリフォームもこれに対応すべく、強化繊維基材を裁断してただ積み上げるだけでなく、その断面形状や厚み変化から理解できるように９０°折り曲げなどの賦形や、積層基材を厚み方向に２分割して別々に広げるなどの賦形、Ｒ加工などの賦形に加え、賦形した後の形態の崩れを防止するための形態固定工程、賦形後のプリフォーム端面の切り揃え工程などの複数工程が必須であるが、上記従来技術ではそれに対応する技術を何ら提供していない。
【０００５】
また、別の方法として、三次元編組などの手法による「Ｉ」形断面の３次元織物プリフォーム成形技術などが知られているが、この方法は設備コストが高い、生産性が低い、局所的な積層基材厚みの増減に対応し難いなどの問題があった。
【０００６】
また、製造すべきプリフォームが主翼などのような大型構造体の場合は、３０ｍ近い長さのストリンガーが必要であるが、その材料となる強化繊維基材積層体単独では柔軟なため、賦形〜層間接着工程〜端部裁断工程〜成形型への移送の際の形態保持が困難であるという問題がある。特に、賦形工程から、層間接着工程、裁断工程へと移送する際に、ストリンガー用強化繊維基材積層体を、賦形用芯材を外して裁断工程に移送しようとすると、ストリンガー用強化繊維基材積層体が曲がったり、崩れたりするので、裁断工程で、所定の寸法に正確に裁断することが困難となる。そこで、賦形工程から層間接着工程、端部裁断工程までの一連の工程を一カ所で実施できるコンパクトな自動化設備の開発が望まれていた。
【０００７】
【特許文献１】
特表２００２−５３１２８６号公報（段落番号００１５、図１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、上記従来技術の問題を解消し、例えば航空機翼用のストリンガーのような複雑な断面形状や厚み変化を有するプリフォームの製造に際し、寸法精度に優れ、しかも強化繊維のうねりやしわなどのない優れた品質を有すると共に、作業性改善、タクトタイム短縮等の生産性向上をも実現させることのできるプリフォームの製造方法および製造装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係るプリフォームの製造方法は、予め所定形状に賦形した強化繊維基材からなるプリフォームに、合成樹脂を含浸させて繊維強化プラスチック製構造体を製造するための前記プリフォームの製造方法であって、少なくとも次の（１）〜（５）の工程を含むことを特徴とする方法からなる。
（１）強化繊維からなる基材を所定形状に裁断し、準備する基材準備工程
（２）準備した基材のうち、プリフォームに成形した場合に平面部分となる部分を保持する基材保持工程
（３）基材の前記保持部分以外の部分に、プリフォームの断面形状の一部分を形成するための複数の部分賦形手段を移動させて、成形すべきプリフォームの形状を形成するように加圧し、賦形する加圧・賦形工程
（４）所定形状となった基材を加圧、加熱固定する加圧・加熱工程
（５）熱固定した基材の端部をトリミングし、最終形状のプリフォームを成形するトリミング工程
【００１０】
また、本発明に係るプリフォームの製造装置は、予め所定形状に賦形した強化繊維基材からなるプリフォームに合成樹脂を含浸させて繊維強化プラスチック製構造体を製造するための前記プリフォームの製造装置であって、
所定形状に賦形すべき基材の平面部分をその両面側から挟んで保持する一対の基材保持手段と、
前記保持手段の少なくとも片側に位置し、前記保持された基材の折り曲げるべき領域を少なくとも一つのフォーミングローラの外形部分により押圧して賦形する押圧・賦形手段と、
前記基材の折り曲げられた領域を加圧・加熱して積層される基材を層間接着する加圧・加熱手段と、
前記基材保持手段の少なくとも片側に位置し、賦形された基材の端部を裁断ラインに沿ってトリミングする端部裁断手段と、
を有することを特徴とするものからなる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明について、望ましい実施の形態とともに、詳細に説明する。
まず、本発明に係るプリフォームの製造装置の好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施態様に係るプリフォーム製造装置１の全体斜視図、図２は図１の装置により製造された、横断面が略Ｊ形のストリンガー用プリフォーム４の斜視図である。
【００１２】
図１において、プリフォーム製造装置１は、ベース５上に図のＹ方向（装置の長手方向であり、送られてくる基材の長手方向）に沿って直線状に設けられた、図１０に示すようなプリフォーム４の原材料である強化繊維基材を保持する基材保持手段１０と、これに所望の断面形状を賦形する１台の賦形手段２０と、上記基材保持手段１０の両側に位置し、かつ図のＹ方向に沿って複数個固定された加圧・加熱手段３０と、積層体端面を所望断面形状のプリフォームにトリミングする端部裁断手段４０とから主として構成されている。これら手段のうち、基材保持手段１０と加圧・加熱手段３０とはベース５上に固定されているが、それ以外の手段２０、４０は架台６に固定されたスライドレール７に沿って、図のＹ方向に自在に移動できるようになっている。
【００１３】
すなわち、図１に示したプリフォーム製造装置１は、ベース上のＹ方向に設けられたプリフォーム原材料に対し、上記各手段が順次作用することにより、図２のプリフオーム４を一貫して製造する自動化装置であり、以下上記主要構成手段毎に図面を用いて説明する。なお、図１におけるＸ方向は、装置１の幅方向で、送られてくる基材の幅方向を示している。
【００１４】
図３（ａ）は、図１の装置の基材保持手段１０の概略正面図で、図の上下方向が天地方向であり、図１の装置１の天地方向と一致しており、本図中の他の手段も同様である。
【００１５】
図１および図３（ａ）において、基材保持手段１０は、プリフォーム材料である強化繊維積層基材３ａ、３ｂをその両面から狭持して保持する一対の部材で、下側保持手段１１ｂと上側保持手段１１ａとからなり、下側保持手段１１ｂはベース５上に固定され、上側保持手段１１ａは図の矢印方向に油圧シリンダー１５により上下動できるようになっている。また、いずれもその基材面側は基材を保持できるように平面部を有している。さらに上側保持手段１１ａのプレス面１２は、例えばシリコンゴムや他のゴム、柔軟性の高い樹脂材料などのフレキシブルな材料で構成されている。この上側保持手段１１ａは、フレキシブルな袋構造に構成されており、その内部の空洞部には例えば空気、水、油などの流体が封入されており、基材３ａ、３ｂにその長手方向（図の紙面と垂直方向であり、図１のＹ方向と同じ）に厚み変化がある場合にも厚み変化に対応して十分に基材を固定できるようになっている。また、下側保持手段１１ｂには加熱ヒーターが仕込んであり、上側保持手段１１ａのプレス面１２の前記空洞部の流体の温度を調整することにより、基材保持手段１０で保持した基材の平面部を加熱することが可能となっている。
【００１６】
図３（ｂ）は、図１の装置１の基材賦形手段２０の概略正面図である。
基材賦形手段２０は、上記基材保持手段１０で保持した基材３ａ、３ｂにＪ形の断面形状を賦形するためのもので、詳細は後述の図４〜６で詳述するが、複数のフォーミングローラーで構成されている。
【００１７】
本実施態様では、図３（ｂ）に示すように、曲面部Ｒを有する左側フォーミングローラ２１ｄと、中高部Ｐを有する右側フォーミングローラ２２ｄとで構成され、これら両部材の曲面部Ｒと中高部Ｐとが基材３ａ、３ｂに押圧されることで、基材にＪ形断面を賦形できるようになっている。すなわち、下側保持手段１１ａ、上側保持手段１１ｂ、左側フォーミングローラ２１ｄおよび右側フォーミングローラ２２ｄの外形線の集合体の投影線が基材のＪ形断面（正確には基材を反時計回り方向に９０度回転した時の断面がＪ形断面）を構成し、上記各部材はその断面形状の一部を構成するものである。この場合、下側保持手段１１ａと上側保持手段１１ｂとは、基材を折り曲げない平面部分を保持している。
【００１８】
図３（ｃ）は、図１の装置の加熱・加圧手段３０の概略正面図である。
加圧・加熱手段３０は、上記基材賦形手段２０によってＪ形断面形状に賦形された基材に対し、さらにＪ形断面形状に一致するホットプレス面３１ａ、３１ｂを押圧することにより、Ｊ形断面形状が半永久的に  後工程でも、型崩れしない程度に  固定できるように熱固定するためのものである。加圧・加熱手段３０は、保持手段１１ａ、１１ｂの左右に位置する右側加圧・加熱手段３１と左側加圧・加熱手段３２とからなり、いずれもその基材側表面がプリフォーム４の横断面に一致する形状の断面を有するホットプレス面３１ａ、３１ｂと、それらの加圧板３１ｃ、３１ｄと、ヒンジ３３とから一体に構成されており、図１に記載の油圧シリンダ３５によって、全体が図１の矢印方向に回転することにより、ホットプレス面で押圧できるようになっている。また、ホットプレス面３１ａ、３１ｂは、基材保持手段１０のプレス面１２と同様、フレキシブルな部材で構成されているとともにその内部は所定温度の熱媒が流通できるようになっており、基材３ａ、３ｂがその長手方向で厚みが変化するような場合でも、十分に加圧かつ加熱しつつその厚み変化に対応できるようになっている。
【００１９】
図３（ｄ）は、図１の装置の端部裁断手段４０の概略正面図である。
端部裁断手段４０は、裁断刃４１と、裁断ヘッド４２とからなり、裁断刃４１が基材端部をトリミングしながら、ヘッド４２が図１のスライドレール７に沿って基材の長手方向（図３（ｄ）の紙面に垂直方向）に移動できるようになっている。裁断刃４１は、例えば超音波カッター、レシプロソー、引き刃、丸刃、レーザーカッター等の切断刃からなり、裁断される基材材質やその厚みなどの条件に応じて、適宜選択することができる。特に基材が炭素繊維を強化繊維とする厚いものの場合には、裁断が難しいため超音波カッターやレシプロソーなどを使用することが望ましい。また、図示は省略したが裁断ラインに沿って、基材を保持手段１０方向に押し付ける固定治具を設けるのが好ましく、この場合には切断中に積層体表層に位置する強化繊維の動きが抑制されるため、裁断面が乱れず、寸法精度が優れたシャープな形状のプリフォームが得られる。さらに、現実には基材の厚み変化に対応して裁断ラインも直線ではない部分もあるので、この場合には裁断ヘッド４２が基材の厚み変化に対応して移動できる手段を有することがより好ましい。
【００２０】
以上が主要構成手段毎の概要であるが、次に上記各手段の図１のＹ方向における構成と、その作用効果について説明する。図４は、図１の装置１の基材賦形手段２０の概略平面図、図５は、図４の装置の概略側面図である。
【００２１】
図４において、賦形手段２０は、左側フォーミングローラユニット２０ａと、右側フォーミングローラユニット２０ｂとからなり、それぞれのユニットは複数のフォーミングローラ２１ａ〜２１ｄ、２２ａ〜２２ｄが、基材保持手段１０の長手方向（図１のＹ方向）に所定間隔Ｌでヘッド２０ｃ、２０ｄに回転自在に支持されており、両ユニット全体が原則として図４の位置関係を保ったまま同時に図１のスライドレール７に沿って図１のＹ方向に（基材の長手方向に）移動できるようになっている。そして、図５に示すように、ユニット２０ｂの個々のフォーミングローラ２２ａ〜２２ｄは、図の右方向に行くにしたがって、前述の図３（ｂ）で説明したフォーミングローラ２２ｄの中高部Ｐの外形が大きくなるように配置されている。一方、ユニット２０ａについても同様であり、図示は省略したがフォーミングローラ２１ａ〜２１ｄも同じ方向に行くにしたがって、図３（ｂ）で説明したフォーミングローラ２１ｄの曲面部Ｒの半径が小さくなるように配置されている。すなわち、図３（ｂ）図は、図５の装置のＥ−Ｅ断面と同じものである。
【００２２】
そして、図５の装置のＡ−Ａ〜Ｅ−Ｅ断面の様子を説明の便宜上、まとめて表示したのが図６の（ａ）〜（ｅ）図であり、図６における基材３ａ、３ｂは、図５のユニット２０ｂが図５の右方向に進行する毎に、フォーミングローラ２２ａ〜２２ｄの作用を受けて、図５におけるＡ−Ａ〜Ｅ−Ｅの各断面位置の状態が図６（ａ）〜（ｅ）のＡ−Ａ〜Ｅ−Ｅ断面の状態となることを示している。すなわち、図６（ａ）に示すように図５のＡ−Ａ断面位置における基材３ａ、３ｂは、その右側の接合面が当初は密着していたが、図６（ｂ）に示すように図５のＢ−Ｂ断面位置で大径のフォーミングローラ２２ａの中高部Ｐでまず上下二分され、図６（ｃ）に示すように図５のＣ−Ｃ断面位置でその両先端部が今度は別のローラ２２ｂが基材方向に接近してさらにその両先端部を上下方向に開き、以下同様Ｄ−Ｄ断面位置と進行し、最終のＥ−Ｅ断面位置ではローラ２２ｄの中高部Ｐで接合部を保持したまま、基材の両側部分がローラ２２ｄの外周面で保持手段１１ａ、１１ｂの右側面に押圧され、右側部分の賦形が完了する。すなわち、フォーミングローラが、基材３ａ、３ａの折り曲げる根元から基材の弛みを外側に排除するように、少しずつ保持手段１１ａ、１１ｂに押し付け、折り曲げていくことになり、Ｊ形断面のストリンガー用プリフォームの賦形を実現できる。なお、このような賦形手段の変形例として、基材３ａ、３ｂの右側のフォーミングローラー２２ａが前述したように基材３ａ、３ｂを二股に割いて賦形する際には、ローラー２２ａが割り込みやすいように基材３ａと３ｂのそれぞれの端部を摘んで開く機構が別にあってもよいし、基材３ａ、３ｂの２股に割く領域の合わせ面に、予めシート状物を仕込んでおいてそれを摘んで開いてもよい。そうすることにより賦形時のたるみやしわをより確実に排除することが可能となる。
【００２３】
一方、基材の反対側も同様であり、図４のユニット２０ａが図４の矢印方向に図１のスライドレール７上を進行するたびに、図６（ａ）〜（ｅ）に示すように、曲面部Ｒまでの半径が次第に小さくなるものが次々と現れ、基材３ａ、３ｂはいずれもその左側がローラ２１ａ〜２１ｄの作用により図の下方に押しつけられ、Ｅ−Ｅ断面段階で最終の断面形状に賦形される。
【００２４】
このように、ユニット２０ａ、２０ｂの図１のＹ方向への移動に従って、基材はその断面形状が最終的に所望形状になるように賦形されるのであり、両ユニットは原則として一体的に移動するが、個別に移動してもよい。なお、基材断面の形状が図２のものとは異なるＩ形、Ｈ形などのプリフォームを製造する場合には、予めそのような断面形状のフォーミングローラを準備しておき、必要に応じてヘッド２０ｃ、２０ｄに装着すればよい。
【００２５】
図７は、図１の装置１の加圧・加熱手段３０の概略側面図、図８は、図７の各手段３０の作用説明用の正面図である。図７に示すように、加圧・加熱手段３０は、前述の図３（ｃ）で説明した構成と同じ構成のものが、図の右方向（図１のＹ方向に同じ）に沿って一列状に各々独立に配置されて構成されている。そして左右の各加圧板３１ｃ、３１ｄは、図８に示すように、ヒンジ３３を中心として回転できるようにベース５と油圧シリンダ３５で接続され、図示しないコントローラからの指示によりＹ方向に配置された全てのものが一斉に、あるい任意のものが個々に回転できるようになっている。なお、この手段を図７の左右方向で複数のものに分割したのは、図７に示すように賦形手段２０が通過した直後に折り曲げられた基材３ａ、３ｂが復元しないうちに押さえる必要があるからである。
【００２６】
図９（ａ）は、図１の装置１の端部裁断手段４０の概略平面図、図９（ｂ）は図９中の端部裁断手段４０の概略正面図である。図９において、端部裁断手段４０は、前述の図３（ｄ）の構成のものが一つのヘッド４２に固定されているとともに、その全体が図１の装置のスライドレール７上に移動自在に設けられている。この場合、スライドレール７上を移動するものとして前述の賦形手段２０も存在するが、端部裁断手段とは互いに干渉しない構成となっている。また、この端部裁断手段４０は、図示しないコントローラからの指示により、裁断刃４１が基材方向に進退できると共に、ヘッド全体が図９の矢印方向に移動できるようになっている。したがって、前工程で加圧・加熱手段により賦形状態が固定された基材を、その断面が所定のＪ形状になるように端部をトリミングしながら移動でき、図９（ａ）の右端にヘッドが移動した時点で図２のプリフォームが形成されることになる。なお、裁断ラインも、Ｙ方向における基材の厚み変化が直線ではなくなる場合があるので、これに対応して裁断手段４０も賦形手段２０と同様に基材のＹ方向の厚み変化に応じて上下に移動可能な構造にしてもよい。
【００２７】
以上に説明した本発明に係るプリフォーム製造装置１によれば、図１０に示すような複数の基材３Ａ〜３Ｆの層間接着や賦形などの一連の工程作業を、図２のプリフォーム４に示すようにその長手方向で厚みが異なってもほぼ同時に短時間で自動的に行うことができる。また図１の単一の製造装置１で全ての工程を行うので、従来装置のように工程間での搬送も必要なく、作業時間の大幅短縮が可能となる。その結果、航空機翼のように場合によっては３０ｍ程度の長いストリンガー用プリフォームを製造する必要がある場合でも、型崩れさせることなく、寸法精度の高いものを生産性良く製造することができる。
【００２８】
次に、本発明に係るプリフォームの製造方法を、上記製造装置の図面を参照しながら工程順に説明する。
【００２９】
（１）基材準備工程
まず、本発明に係るプリフォーム製造装置１を運転する前に、この装置にプリフォーム材料となる強化繊維からなる基材を準備する。図１０（ａ）（ｂ）は、いずれもこの準備基材の斜視図で、図１０（ｂ）は図２の製造すべきプリフォーム４に対し、全長にわたって一致した長さの基材３Ａ〜３Ｆを積層した積層体３ａ〜３ｄをまず１本毎に製造する場合、図１０（ａ）は基材２Ａ〜２Ｆを積層した一つの積層体２を製造した後に図の切断線Ｃで切断することにより必要本数のプリフオーム材料を切り出す方法である。
【００３０】
例えば、本発明の製造方法において、図２に示すような中央部が中高状でかつその横断面がＪ形をしたプリフォーム４（このプリフォームのＹ軸方向は航空機翼の後退角度に沿う方向であり、中高状になっているのはその方向における航空機翼の厚み変化に対応させるためである。）を製造する場合は、テーブル上で全長が図２のプリフォームの全長と一致したベース基材を切り出し、図１０に示すように数層重ねた後、織りパターンと長さの異なる複数基材３Ａ〜３Ｆを順次積層して、必要箇所が中高状の強化繊維積層基材３ａ、３ｂを準備する。製造すべきプリフォーム全長が短い場合は、そのような積層体３ｃ、３ｄを同様に準備する。そして、これを図３（ａ）に示すように表裏背中合わせにして所定の細い幅に裁断して基材３ａ〜３ｄを準備してもよいし、図１０（ａ）のように、複数の基材２Ａ〜２Ｆを積層して広い面積の強化繊維積層体２を作成した後に、図１０（ｂ）の強化繊維積層基材３ａ〜３ｄになるように裁断してもよく、後者の場合は基材準備作業時間を大幅に短縮できる。特に航空機用ストリンガーの場合は、軽量化が重要であるため、プリフォーム用基材の積層枚数も必要最小限にする必要があり、成形部位によって積層枚数が多くなったり、少なくなったりするのが常である。そのために図１０（ａ）（ｂ）に示す基材２、３は、いずれもその中央部の積層厚みが長手方向で中央が厚く、両端で薄くなっている。
【００３１】
なお、基材に用いる強化繊維は、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維などが好ましく、航空機や船舶、自動車外板用途のストリンガーのような高い強度、剛性を必要とする成形体のプリフォームを製造する場合には炭素繊維を用いるのが好ましい。また、各基材のパターンについては、織物や一方向基材、マットなど用途に応じて種々のものを使用することができ、これらの目付、使用する繊維の強度や、弾性率等の特性値についても同様であり、用途に応じて、種々の形態の基材を組み合わせることができる。また、賦形工程後の積層基材の層間接着を容易に実施するには、使用する基材の繊維束自体あるいは、各基材の少なくとも片面にタッキファイヤ樹脂を予め付着させておくことが望ましい。その付着形態は、ランダムに点在させたり、ストライプ状に塗布させたりなど、様々な形態を選択することが可能である。タッキファイヤ樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂粒子や低融点ナイロン等の熱可塑性樹脂粒子などを用いることができる。
【００３２】
（２）基材保持工程
次に、図１の全ての加圧・加熱手段３０を、図示しないコントローラから油圧シリンダー３５に指示させて左右に開き、上側保持手段１１ａを油圧シリンダー１５により上方に引き上げる。そして、強化繊維基材３ａ、３ｂを外側が中高状になるように背中合わせに重ね、その長手方向を図１のＹ方向に一致させて下側保持手段１１ｂ上に投入する。そして、再び上側保持手段１１ａを下方に移動させ、強化繊維積層基材３ａ、３ｂの折り曲げない領域を保持する。その際、強化繊維積層基材３ａ、３ｂの長手方向に厚みの違いがあっても、図３（ａ）に示す保持手段１１ａのプレス面１２がフレキシブルな袋構造となっており、内部空間の流体を加圧することにより、基材の長手方向全体を無理なく均一に保持することができる。
【００３３】
（３）加圧・賦形工程
次に、図５に示した賦形手段２０のヘッド２０ｂを図の左端位置にスライドレール７上を移動させた後、ヘッド右端に位置するフォーミングローラ２２ａの中高部Ｐが基材３ａと３ｂの間に位置するようにセットする。セットできたら、両ヘッド２０ａ、２０を同時に図の右方向にレール上を移動させる。すると、保持手段１０に保持されている基材の両側は、それぞれのヘッドのフォーミングローラ２２ａ〜２２ｄと２１ａ〜２１ｄによる押圧作用と賦形作用とを受け、ヘッドの右方向への移動にしたがって基材断面は図６のＢ−Ｂ〜Ｅ−Ｅ断面の状態となる（最終状態が図３（ｂ）および図６（ｅ）に示した状態となる）。すなわち、単に両ヘッドをレールで右方向にスライドさせるだけで図６の複雑な断面形状の賦形工程が短時間で完了する。この場合、基材３ａ、３ｂの右側は、その接合面がいつの場合でもフォーミングローラ２２ａ〜２２ｄの中高部Ｐで基材保持手段１０方向に押さえつけられた状態で基材両端部がローラの中高部以外の外周面で数段階を経てそれぞれの端部方向に開かれる。また、基材の左側も同様に、フォーミングローラ２１ａ〜２１ｄの最外形部分で基材３ａを押さえつけて固定した状態で、両基材の両端部を曲面部Ｒの作用により数段階に渡って下方方向に押圧・賦形するので、基材にはしわ、たるみ等が発生しにくい力が常に無理なく働き、その結果寸法精度の高い賦形断面形状のものが得られる。
【００３４】
（４）加圧・加熱工程
次に賦形が完了した基材に加圧・加熱してその形状を熱固定するため、図７に示すように賦形手段２０が通過した直後に、油圧シリンダー３５を作動させ、加圧・加熱手段３０の加圧板３１ｃ、３１ｄを基材３ａ、３ｂに対して押さえ付ける。その際、加圧・加熱手段３０は、図７に示す通り、基材の長手方向に複数個に分割されているので、賦形手段２０が通過した直後から、最も賦形手段２０に近いものから順に閉じることにより，ただちに基材３ａ、３ｂの賦形された領域を押さえつけることができ、賦形形状の復元を防止できる。そして、袋状のプレス面３１ａ（ブラダーバッグ）内部を流れる流体の圧力と温度を調整し、基材３ａ、３ｂを加熱および加圧する。このフレキシブルな袋構造の押し付け部材の空洞部は、たとえば加熱空気と冷却空気を注入できる構造としておくことにより、加熱温度を制御することができる。加熱温度は、基材に付与されているタッキファイヤ樹脂に合わせて、設定すればよく、具体的には５０℃〜１７０℃あたりの範囲内で最適な温度を設定する。また、好ましい加圧力としては、基材の種類、積層数や上記タッキフアイヤ樹脂の種類により異なるが、０．０５ＭＰａから０．５ＭＰａの範囲内に設定すればよい。また、加圧時間としては、上記基材条件等により適宜、調整するが、約１０分〜２００分程度の範囲内に設定する。
【００３５】
（５）トリミング工程
加圧・加熱手段３０による加圧・加熱工程が完了したら、最後に、熱固定した基材端部をトリミングし、所望の最終形状であるＪ形断面のプリフォームに成形する。そのためにはまず、上記油圧シリンダ３５を作動させて加圧板を図８の破線状態にまで左右に開き、基材の両側をその長手方向の全長に渡って露出させる。次いで、図１および図３（ｄ）に示す端部裁断手段４０をスライドレール７上の一端部に引き寄せた後、裁断刃４１をヘッドから保持手段１０方向に進退あるいは回転等、切断刃形式に応じた切断運動をさせつつ、端部裁断手段４０全体をスライドレール７の他端部まで移動させ、所定のトリミング作業を行う。
【００３６】
以上の一連の工程により、本発明のプリフォームの製造方法は、材料準備工程から賦形工程、加圧・加熱による層間接着工程、およびトリミング工程までの諸工程を一貫して実施することができ、その結果、図２のプリフォームを強化繊維のうねりやしわなどがない状態で精度良く、しかも生産性良く製造することができる。
【００３７】
【実施例】
以下に、図２のＪ形断面のストリンガー用プリフォームを製造する場合の実施例を上記図面を参照して説明する。
まず、基材準備工程において、図１０（ａ）の平面状態の強化繊維積層基材２を作成した。ここで使用した各基材２Ａ〜２Ｆは、東レ（株）製トレカＴ８００Ｇの一方向織物（目付は１９０ｇ／ｍ２  ）を用い、これの片側表面に後工程の層間接着用として、タッキファイヤのエポキシ樹脂粉末を２０ｇ／ｍ２  付着させたものを使用した。次に裁断線Ｃでカットし、図１０（ｂ）に示す所定幅の強化繊維積層基材３Ａ〜３Ｆを作成した。
【００３８】
この場合の積層基材３ａ、３ｂは、図１０に示す通り、中央の積層枚数が多く、両端が少ないため、中央部が厚くなっている。本実施例の場合、基材の最大積層枚は最小３０〜最大４５枚であった。また長さは、図の左右方向の長さを２０ｍとした。なお、ストリンガー用プリフォームの積層構成は、対称積層となることが望ましいので、基材３ａと基材３ｂの図面の上面側を向かい合わせて、次の加圧・賦形工程に送った。
【００３９】
次に、図１に示す本発明に係る製造装置１に、前記の平面状態で重ねた強化繊維積層基材３ａ、３ｂを搬送し、図３（ａ）のように、保持手段１１ｂの上に置いた後、保持手段１１ａを下降させて、基材を保持手段１１ｂの上に押さえつけて保持した。その際、保持手段１１ａの下面に設けられたフレキシブルな袋構造のプレス面１２の内部空間の内圧を０．１ＭＰａにして加圧したところ、長手方向で厚み変化のある基材を全幅に渡って均一に押し付けて保持することができた。
【００４０】
次に、図４〜図６に示す賦形手段２０を図１の装置の左側に引き寄せ、ヘッド２０ａ、２０ｂの一番端に位置するフォーミングローラ２１ａ、２２ａの中高部Ｐと曲面部Ｒとを基材３ａ、３ｂに対して図６（ｂ）に示す位置関係にセットし、スライドレール７上を移動させて、保持手段１１ａ、１１ｂの左端から右端まで移動させたところ、基材の長手方向の各位置はフォーミングローラが通過するたびにその作用を受けて図６の（ｃ）〜（ｄ）の状態となり、基材に「Ｊ」形の断面形状が賦形できた。その際、中央部の基材厚みの厚いところでは、賦形手段２０自体をそれに合わせて、上昇させ、適正な位置で基材の折り曲げを実施した。
【００４１】
それと並行して、図７、図８に示す通り、賦形手段２０が通過した直後に、複数に分割した加圧・加熱手段３０を順次図８の破線位置で示す待機位置から回転させ、賦形直後の基材３ａ、３ｂを保持手段の両側から押さえつけた。この場合の押圧力は油圧シリンダ３５の事前調整により０．１ＭＰａとした。複数に分割された全ての加圧・加熱手段３０により基材３ａ、３ｂの全長に渡って押し付けた後、図８の保持手段のプレス面１２と加圧・加熱手段３０のプレス面３１ａ、３１ｂの内部空気を０．１ＭＰａに加圧し、また、空気の温度を８０℃に調整して、強化繊維積層基材を加圧・加熱した。その際、保持手段１１ａのプレス面もも８０℃に調整した。この状態で、強化繊維積層基材３ａ、３ｂをプレスしつつ約２時間加熱し、積層基材間の層間接着を実施した。
【００４２】
次に、全ての左右の加圧・加熱手段３０を解放して待避位置まで待避させた。続いて図９（ａ）、（ｂ）に示す裁断手段４０を図１の装置の左端部にまで引き寄せ、その裁断刃４１の位置を基材端部の裁断ラインに合わせた後、裁断手段４０をレールに沿って他端部までが移動させて基材端部のトリミングを行った。このとき用いた裁断刃４１は、超音波カッターであった。その結果、図２に示すストリンガー用プリフォームが約３時間の短時間で製造できた。そして、その賦形した部分を調べたところ、型崩れや表面しわなどのない寸法精度の高いものであった。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るプリフォームの製造方法および製造装置によれば、例えば航空機翼用のストリンガーのような複雑な断面形状や厚み変化を有するプリフォームを製造する場合であっても、寸法精度に優れ、しかも強化繊維のうねりやしわなどのない優れた品質を得ることができると共に、作業性改善、タクトタイム短縮等の生産性向上をも実現させることのでき、所定のプリフォームを容易にかつ迅速に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様に係るプリフォーム製造装置の全体斜視図である。
【図２】本発明により製造すべきストリンガー用プリフォームの一例を示す斜視図である。
【図３】本発明の製造装置における、保持手段、賦形手段、加圧・加熱手段、端部裁断手段の一例を示す概略横断面図である。
【図４】本発明の製造装置の賦形手段の一例を示す概略平面図である。
【図５】図４の装置の概略側面図である。
【図６】本発明の製造装置の賦形手段の一例を示す概略断面図である。
【図７】本発明の製造装置の加圧・加熱手段の一例を示す概略側面図である。
【図８】図７の装置の概略断面図である。
【図９】本発明の製造装置の端部裁断手段の一例を示す概略側面図および断面図である。
【図１０】本発明の製造装置に投入する強化繊維積層基材の概略説明図である。
【符号の説明】
１  プリフォーム製造装置
２  広い面積の強化繊維積層基材
３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ  強化繊維積層基材
４  ストリンガー用プリフォーム
５  ベース
６  架台
７  スライドレール
１０  基材保持手段
１１ａ  上側保持手段
１１ｂ  下側保持手段
１２  ホットプレス面
１５  油圧シリンダ
２０  賦形手段
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ  フォーミングローラ
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ  フォーミングローラ
３０  加圧・加熱手段
３１  右側加圧・加熱手段
３２  左側加圧・加熱手段
３３  ヒンジ
３５  油圧シリンダー
４０  端部裁断手段
４１  裁断刃
４２  裁断ヘッド
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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