(57)【要約】【課題】航空機翼のストリンガー１０Ａのような複雑な断面形状のプリフォームの製造に際し、寸法精度向上や、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】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１０ａに、合成樹脂を含浸させて繊維強化プラスチックス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）〜（４）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）強化繊維基材を所定形状に裁断した後、複数層に積層して強化繊維積層体１Ｄを形成する強化繊維積層体の形成工程（２）強化繊維積層体を賦形用芯材５に沿わせる工程（３）賦形用芯材５に沿わせた強化繊維積層体１Ｄの形態を保持させる形態保持工程（４）形態保持した強化繊維積層体１Ｄの端面１１を、前記賦形用芯材に沿わせた状態で裁断する端面裁断工程【選択図】図４
2004216805.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ス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）〜（４）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）強化繊維基材を所定形状に裁断した後、複数層に積層して強化繊維積層体を形成する強化繊維積層体形成工程
（２）強化繊維積層体を賦形用芯材に沿わせる工程
（３）賦形用芯材に沿わせた強化繊維積層体の形態を保持させる形態保持工程
（４）形態保持した強化繊維積層体の端面を、前記賦形用芯材に沿わせた状態で裁断する端面裁断工程
【請求項２】
前記（１）の強化繊維積層体は、強化繊維基材の少なくとも片面に、予め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（２）の強化繊維基材を賦形用芯材に沿わせる工程は、強化繊維積層体を賦形用芯材の壁面に沿って折り曲げた後、フィルムで全体を覆い、バギングする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４】
前記（３）の強化繊維基材の形態を保持させる工程は、請求項２のタッキファイヤ樹脂が付着された基材を用い、しかる後に賦形用芯材に沿わせた強化繊維積層体を６０〜１５０℃の温度範囲で加熱し、前記タッキファイヤ樹脂を融着させることにより形態保持させる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５】
前記前記（３）の強化繊維基材の形態を保持させる工程は、賦形用芯材に沿わせた強化繊維積層体をステッチングによりその形態を保持させる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６】
前記（４）の強化繊維積層体の端面を前記賦形用芯材に沿わせた状態で裁断する工程は、強化繊維積層体の端面をレシプロソーにより裁断ラインに沿って一括裁断する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７】
前記繊維強化プラスチックス製構造体の所定形状は、その横断面形状が、Ｉ形断面、Ｃ形断面、Ｊ形断面、Ｔ形断面、またはハット形断面であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のプリフォームの製造方法。
【請求項８】
前記強化繊維基材の構成繊維として、炭素繊維を用いることを徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のプリフォームの製造方法。
【請求項９】
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ス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、少なくとも、
（１）強化繊維基材を所定形状に裁断し、複数層に積層して強化繊維積層体を準備する手段と、
（２）準備した強化繊維基材を賦形用芯材に沿わせる手段と、
（３）賦形用芯材に沿わせた強化繊維基材の形態を保持させる形態保持手段と、
（４）保持した強化繊維積層体の端面を前記賦形用芯材に沿わせた状態で裁断する端面裁断手段とからなることを特徴とするプリフォームの製造装置。
【請求項１０】
前記（２）の賦形用芯材は、硬質発泡体であることを特徴とする請求項９に記載のプリフォームの製造装置。
【請求項１１】
前記（２）の賦形用芯材は、金属製、樹脂製、強化繊維プラスチック製のいずれかであり、かつ、その裁断ラインには裁断刃との干渉防止用溝が設けられていることを特徴とする請求項９に記載のプリフォームの製造装置。
【請求項１２】
前記干渉防止用溝には、その内部にさらに硬質発泡体が充填されていることを特徴とする請求項１１に記載のプリフォームの製造装置。
【請求項１３】
前記（４）の端面裁断手段は、強化繊維積層体の端面を前記賦形用芯材に沿わせた状態で押圧・固定する手段と、強化繊維積層体の上面から下面に渡って上下動するソーと、強化繊維積層体の長手方向にソーがトラバースするトラバース手段とを備えたレシプロソーであることを特徴とする請求項９に記載のプリフォームの製造装置。
【請求項１４】
前記レシプロソーは、さらに自動研磨装置を備えていることを特徴とする請求項１３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、強化繊維プラスチックス（以下、ＦＲＰという。）製の構造体をＲｅｓｉｎ    Ｔｒａｎｓｆｅｒ    Ｍｏｌｄｉｎｇ法（以下、ＲＴＭ法という。）で製造する際に使用する強化繊維積層体（以下、プリフォームという。）の製造方法および製造装置の改良に関する。詳しくは、例えば航空機、船舶、自動車部材の構造部材であるＦＲＰ製スキンパネルの補強部材となる例えば航空機翼のストリンガーやリブ、船舶の船底補強のストリンガーやリブなどの成形に使用する強化繊維積層体の製造において、寸法精度向上や、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その製造装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば航空機、船舶、建築部材等の構造部材として使用されるＦＲＰ製パネル、桁材等や、自動車用外板等の複合材料構造部材の成形方法においては、ＲＴＭ法が生産性と製造コストの点で優れることから広く採用され、最近では樹脂注入工程において成形すべき強化繊維積層体をバギングし、減圧吸引した状態でマトリクス樹脂を注入する、いわゆるＶａｃｃｕｍ−Ａｓｓｉｓｔ  Ｒｅｓｉｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｍｏｌｄｉｎｇ法が主流となっている。
【０００３】
その際、強化繊維積層体の強化繊維の隅々にまでマトリクス樹脂を均一に注入するには、複数の強化繊維基材を積層してなる強化繊維積層体を、最終製品の形状を考慮して予め成形すべき形状に賦形しておくプリフォーム化工程が必要であるが、この工程は強化繊維基材の積層・切断作業が複雑かつ困難な上、得られたプリフォーム中に強化繊維の偏在が生じやすく、これがために均質なものが製造できず、成形後の複合材料に強度不足、外観品位不良などの問題が生じていた。このプリフォーム製造工程中において、特に問題となるのが強化繊維基材を所定形状に切り出す技術であり、かかる従来技術としては、ガラス繊維のマット基材のような賦形性のよい基材を加熱、プレスし、成形品形状に賦形するともに、プレス型に食い切り刃を設けて同時に端面を裁断する技術などがあった。しかし、航空機用途等の複合材料構造部材では、強化繊維はガラス繊維ではなく、炭素繊維などの高強度の強化繊維を使用する必要があり、従来の食い切り刃では厚い強化繊維積層体積層基材の一括裁断は端部の繊維が不揃いとなったり、端部の裁断作業時間が大幅に増加することとなって困難であった。
【０００４】
このような問題を改善せんとして、特許文献１では、強化繊維基材を自動裁断装置でパターンカットし、これをテーブル上に搬送し、積層した後、レーザーカットする方法が提案されている。
【０００５】
しかし、この従来技術は、パネル部材を補強するストリンガーのように横断面形状が「Ｉ」、「Ｊ」、「Ｃ」、「Ｔ」形のような複雑な断面形状のプリフォームの積層・切断工程に用いると、レーザーにより厚い基材を裁断する際に、積層基材自体を高温に加熱してしまい切断面に悪影響を与えてしまうこととなるので適用できない問題がある。すなわち、成形後にストリンガーとなるプリフォーム段階の強化繊維積層体は、その断面形状が示すように、強化繊維基材を裁断してただ積み上げるだけでなく、９０°折り曲げ賦形や、賦形後の積層体端面の切り揃え工程が必要であり、上記技術ではそれに対応する技術が含まれていない。また、アパレル関連で衣料用織物を平面テーブル上で５０ｍｍ程度に厚く積層した後、レシプロソーや各種刃物でパターンカットする自動裁断技術も知られているが、上記ストリンガーのように断面形状が「Ｉ」「Ｊ」「Ｃ」「Ｔ」形のような複雑形状の強化繊維積層体の端面一括裁断に関しては検討がほとんどなされていない。さらに、上記従来技術では、強化繊維積層体を裁断工程に移送する際には賦形用芯材を外して裁断工程に移送しているが、このようとすると積層体が曲がったり、崩れたりするので、所定の寸法に正確に裁断することが困難であった。
【０００６】
このように、複合材料からなる最終製品に優れた強度、寸法精度、外観品位等を発現させるには、その製造工程中で用いられるプリフォームの製造技術如何に掛かっていると言っても過言ではない。
【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】
本発明は、上記従来技術の問題点を解消し、例えば航空機翼のストリンガーのような複雑な断面形状のプリフォームの製造に際し、寸法精度向上や、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を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のプリフォームの製造方法は、上記課題を解決するため、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ス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）〜（４）の工程を含むことを特徴とする。
【００１０】
（１）強化繊維基材を所定形状に裁断した後、複数層に積層して強化繊維積層体を形成する強化繊維積層体形成工程
（２）強化繊維積層体を賦形用芯材に沿わせる工程
（３）賦形用芯材に沿わせた強化繊維積層体の形態を保持させる形態保持工程
（４）形態保持した強化繊維積層体の端面を、前記賦形用芯材に沿わせた状態で裁断する端面裁断工程
また、本発明のプリフォームの製造装置は、上記課題を解決するため、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ス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、少なくとも、
（１）強化繊維基材を所定形状に裁断し、複数層に積層して強化繊維積層体を準備する手段と、
（２）準備した強化繊維基材を賦形用芯材に沿わせる手段と、
（３）賦形用芯材に沿わせた強化繊維基材の形態を保持させる形態保持手段と、
（４）保持した強化繊維積層体の端面を前記賦形用芯材に沿わせた状態で裁断する端面裁断手段とからなることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のプリフォームの製造方法とその製造装置の好ましい実施の形態を、その一実施例の図面を参照しながら工程順に説明する。なお、これらの工程図には各工程との関連説明の便宜上、各工程で用いられるプリフォームの製造装置も併記している。
【００１２】
図１〜図７は、横断面形状が「Ｉ」形を有するストリンガー用プリフォーム１０Ａ（図４（ｃ）参照）を製造する場合の製造工程図で、図１は強化繊維積層体の形成工程、図２は強化繊維積層体を賦形用基材に沿わせる工程、図３は形態保持工程、図４は端面裁断工程のものである。また、図５（ａ）、（ｂ）はそれぞれ裁断装置の横断面図と側面図、図６〜図７は裁断工程の変形例の説明図である。
Ｉ．強化繊維基材の準備工程
まず、製造すべきプリフォーム素材とも言うべき、強化繊維からなる基材を作成する。強化繊維としては、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、自動車外板用用途のストリンガーのような強度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。強化繊維基材の形態については、織物、一方向基材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・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種類や形態のものを組み合わせることができる。また、本発明の製造方法では、後述するように賦形用芯材に沿わせた強化繊維基材の形態を保持させる形態保持工程を有するが、この工程中において形態保持機能を発現させるために、本工程時点で強化繊維自身あるいは基材の要所に、例えばエポキシ樹脂粒子や低融点ナイロン等の熱可塑製樹脂粒子からなるいわゆるタッキファイヤをランダムに付着させておくのが好ましい。
ＩＩ．強化繊維積層体の形成工程
次に、各種の強化繊維基材が準備できたらこれら複数の基材を積層し、強化繊維積層体を形成する。図１は、強化繊維積層体の準備工程を説明するための斜視図である。
【００１３】
まず図１（ａ）に示すように、前工程で作成した強化繊維基材１を自動裁断装置２により、製造すべきストリンガー用プリフォームの最終寸法を考慮して幅および長さをパターンカットする。自動裁断装置２は、カッター２ａが図示しないコントローラからの指示により、テーブル２ｂ上を平面方向に移動することにより所望のパターンカットをするものである。
【００１４】
次に図１（ｂ）に示すように、成形すべき複合構造体の強度等を考慮し、種々の構成からなる複数枚の強化繊維基材１、１，１が作成できたら、これらを積層テーブル３上に順次移動して、積層し、強化繊維積層体１Ａを作成する。この場合の積層枚数は成形品の要求性能により決まるが、航空機の主翼などの場合、薄い炭素繊維製基材を数１０〜１００枚程度積層する。また、積層した端面は後述する端面裁断工程で切り揃えるが一括カットし易いように、できるだけ基材端部を揃えて積層する。ここでのカッター２ａとしては、一般的な引き刃や、丸刃、超音波カッターなどを使用することができ、また、積層テーブル３への移載手段は、吸着パッドによる搬送や、端部を把持しての搬送など、各種方法が使用できる。
ＩＩＩ．強化繊維基材を賦形用芯材に沿わせる工程
図２は、前工程で作成した強化繊維積層体１Ａを賦形用芯材５に沿わせる工程を説明するための断面図である。
【００１５】
本工程では（ａ）図に示すように、まず金属製、合成樹脂製、ＦＲＰ製などの平板状成形金型６のツール面上に賦形用芯材５を載置し、その上に前工程で作成した強化繊維積層体１Ａを載置する。そして、（ｂ）図に示すようにその上から、バギングフィルム８で全体を覆い、フィルム外周部と金型表面間をゴム製シールライン７でシールした後、芯材５とフイルム８間を真空ポンプ９で内部の空気を吸引し、フイルム８を図の矢印８ａに示すように芯材５方向に移動させ、強化繊維積層体１Ａを芯材の壁面に沿って押し付ける。この結果、（ｃ）図に示すように強化繊維積層体１Ａは、芯材の外周面のうちの３面に沿うこととなり、最終的には「Ｃ」形状断面の強化繊維積層体１Ｂが形成される。すなわち、本発明では、賦形用芯材５はその外周面に強化繊維積層体１Ａを沿わせてその壁面に押し付けることにより、強化繊維積層体１ＡにＩ形、Ｃ形、Ｊ形、Ｔ形、またはハット形などの繊維強化複合体とした場合に強度を要求される所望の断面形状に賦形させる機能をもたせたものである。芯材は、いわば添え木的機能もかねるため、適度な強度や剛性を有する他、賦形や形態保持の際の加熱・加圧に対して変形しないほどの固さを有し、熱変形が少なく、かつ裁断抵抗が少ないこと、裁断時の屑が発生し難いことなどの条件を満たすものが好ましい。かかる芯材としては、硬質発泡体コア、アクリルコア、ウレタンコア等、各種発泡体のコア材から用途に応じて選定することができ、具体的にはＲＯＨＭ社（ドイツ）の商品名「ロハセル（ＲＯＨＣＥＬＬ）」を用いるのが好ましい。中でも硬質発泡体を芯材として用いると、詳細は後述するが後工程の端面裁断工程において、裁断作業が大幅に改善される作用効果がある。強化繊維積層体１Ａを芯材５の壁面に沿わせるためには、前述の（ｂ）図に示すように強化繊維積層体１Ａを芯材壁面に沿って折り曲げればよいが、この折り曲げ手段としてはドレープフォーミングや油圧や空圧を利用したメカニカルな機構など、公知の各種手段を利用できる。
ＩＶ．強化繊維基材の形態を保持させる形態保持工程
図３は、強化繊維基材の形態を保持させる形態保持工程を説明するための横断面図である。この工程では、（ａ）図に示すように、まず成形金型６のツール面上にストリンガーの下面となる平板状の強化繊維積層体１Ｃを載置し、その上に前工程で説明した芯材５に強化繊維積層体１Ｃを断面がＣ字状に賦形したもの２個を縦にして背中合わせに載置し、さらにその上からストリンガーの上面となる強化繊維積層体１Ｃを載置することにより、強化繊維積層体全体の断面形状としては「Ｉ」形のストリンガーとなるように組み合わせる。すなわち、本工程では各２個ずつの強化繊維積層体１Ｂと、強化繊維積層体１Ｃとで、断面が「Ｉ」形状の強化繊維積層体１Ｄが構成される。
【００１６】
次に、（ｂ）図に示すように、（ａ）図で説明したもの全体を金型６に乗せた状態で加熱室４に移動し、前工程と同様、全体をバギングフィルム８で覆い、フィルム外周部と金型表面間をゴム製シールライン７でシールした後、芯材５とフイルム８間を真空ポンプ９で内部の空気を吸引することにより、フイルム８を２個の芯材５に沿わせた状態の「Ｉ」形状強化繊維積層体１Ｄに密着させる。これにより強化繊維積層体１Ｄを構成する各強化繊維基材１Ｂ、１Ｃ間の隙間が後工程のマトリクス樹脂を注入する際に適度な流路が確保できた密度状態にまでしまることになる。
【００１７】
次に、加熱手段４ｂを起動し、加熱室４内部の温度を６０〜１５０℃にまで高める。加熱温度としては、タッキファイヤーに使用する樹脂が熱可塑性樹脂の低融点ナイロンのの場合は１００℃〜１５０℃程度が望ましく、熱硬化性樹脂のエポキシ樹脂などの場合は、６０℃〜１２０℃の範囲が好ましい。この操作により前述の強化繊維基材の準備工程で説明した通り、各基材に予め付着させていたタッキファイヤを軟化あるいは溶融させて、基材層間を接着させる。すなわち、いわゆる形態保持のためのホット・コンパクション（加熱／層間接着）をさせることにより、強化繊維積層体１Ｄの「Ｉ」形断面の形態保持が強固になされる。
【００１８】
「Ｉ」形断面の形態保持態様としては、上記タッキファイヤー樹脂を用いる場合の他、各２個ずつの強化繊維積層体１Ｂと強化繊維積層体１Ｃをステッチング法により接続して最終断面形状が「Ｉ」形状の強化繊維積層体１Ｄを形成後、上記バギングをしても良い。この場合の具体的なステッチング手段としては、ＡＬＴＩＮ社（ドイツ）のワン・サイド・ステッチング装置を用いるのが望ましい。この場合は上記加熱手段４は不要となる。加熱手段４は、断熱構造の加熱室４ａと、熱風循環方式の加熱手段４ｂとを有し、図示しないコントローラで室内が所定温度に加熱できるようになっているものである。
Ｖ．強化繊維積層体端面の裁断工程
図４は、Ｉ形状に形態保持した強化繊維積層体１Ｄの端面を賦形用芯材５に沿わせた状態で一括裁断するための工程説明図で、図（ａ）は一括裁断位置を説明する横断面図、図（ｂ）は一括裁断後の繊維強化積層体１Ｄの横断面図、図（ｃ）は完成品のストリンガー用プリフォームの斜視図である。また、図５は、本工程で使用されるレシプロソータイプの裁断装置図で、図（ａ）はその横断面図、図（ｂ）は側面図である。
【００１９】
本工程では、まず図４（ａ）に示すように、前工程で作成された、Ｉ形状強化繊維積層体１Ｄの内部に２個の賦形用芯材５を保有したままのストリンガー用プリフォーム１０ａが、剣山タイプの裁断テーブル１３上に置かれ、後述する図５に示すレシプロソー１２により、裁断ライン１１位置で図の紙面に垂直方向に一括裁断される。
【００２０】
レシプロソー１２は、図５に示すように、複数本の針が密植された剣山状裁断テーブル１３と、鋭利な鋸歯を有し上下動できるできるソー１２ａと、押さえ治具１２ｂとから構成され、テーブル１３上に載置されたストリンガー用プリフォーム１０ａを、図５（ｂ）の矢印で示すようにその上下から全長に渡って適度の凹圧力で押さえ付け固定した後、ソー１２ａ先端がテーブル上の針内部にまで沈み込む程度にまで上下にレシプロ運動をしつつ、プリフォーム１０ａの長手方向にトラバースすることにより、プリフォーム１０ａの端面を芯材５ごと一括裁断できるようになっている。なお、このソー１２ａは、鋸刃と異なり、上下動いずれの場合においても切断機能を有するものである。本工程においては、賦形用芯材５を前工程の形態保持工程から本工程への移送および端面裁断中も、強化繊維積層体１Ｄに沿わせたままで行うので、この過程でのストリンガー用プリフォーム１０ａの形態崩れを防止しつつ短時間で一括切断することできる。また、賦形用芯材５の材質として、硬質発泡コア材のものを用いると、硬質発泡コア材は積層体１Ｄに比べて切断が容易であるので、積層体１Ｄを芯材５ごと一括裁断することができ、裁断時の寸法精度の向上や裁断面の糸乱れの防止などの品質向上につながる。裁断装置が図のレシプロソータイプでなく、従来技術の例えば引き刃式や回転式丸刃、超音波カッターなど、積層基材の厚み方向の外側から芯材側の厚み方向に順次に切り進む方式のものの場合は、プリフォーム１０ａ全体としてみれば積層体１Ｄの外側にくらべて芯材側の裁断負荷が低いため、外面側に位置する強化繊維基材よりも芯材側に位置する強化繊維基材の裁断不良が生じ、結果として切断面が均質なものが得られない。
【００２１】
また、賦形用芯材が、賦形工程から裁断工程まで、共用できる構造であるので、各工程での治具の付け替え作業もなくなり、プリフォームの生産性も大幅に向上させることができる。さらに、レシプロソー１２は、図のようにソー刃面が長身のものを使用できるので、Ｉ断面のストリンガー用プリフォーム１０ａのように厚さが厚いものであっても、上端と下端とを同時裁断することが可能であり、その結果、切断作業効率を大幅に向上できる。なお、押さえ治具１２ｂとしては、裁断ラインの両側を押さえる方法としたが、前述したように積層体１Ｄの全体にカバーフィルムをかぶせ、裁断テーブル側でエア吸引して固定する方法としてよい。
【００２２】
次に、図６および図７は、形態保持した強化繊維積層体１Ｄの端面を一括裁断する別の実施態様例の説明図で、図６（ａ）は裁断装置の横断面図、図６（ｂ）はその側面図、図７（ａ）〜（ｄ）裁断工程図である。
【００２３】
図６において、先の実施態様例では、賦形用芯材５が全て硬質発泡コア材で構成されているため毎回使い捨てとなるが、この実施態様例では賦形用芯材５の材質が金属、樹脂、強化繊維プラスチックのいずれか構成されているとともに、レシプロソーの裁断刃１２ａの干渉防止のため、裁断ライン１１位置に相当する芯材の上下面に干渉防止用溝１４を設けたものである。
【００２４】
図７（ａ）、（ｂ）に示すように、この溝付き賦形用芯材５を用いＩ形断面ストリンガー１０ａの上面を裁断すると、図７（ｂ）の状態となる。そして、さらにこのプリフォーム１０ａの全体を１８０度反転させ、図７（ｃ）の状態にしてから下面を裁断する。このようにすると２度裁断が必要になるというデメリットはあるが、本実施態様例の金属、樹脂、強化繊維プラスチック製コアは、前述の発泡コア材よりも芯材として必要な強度、剛性、精度などの性能が大幅に高いため、より高品質のストリンガー用プリフォームを製造することができる。また、溝１４内部に硬質発泡コア材を充填して使用すると、裁断ライン１１上の繊維基材の保持が確実になり、ソーの振動に対して積層体１Ｄを構成する基材の逃げがほとんどなくなり、切断面が美しいより高品質の裁断が可能となる。
【００２５】
以上が裁断工程の詳細であり、この工程を終えたストリンガー用プリフォーム１０ａは前述の図４（ｂ）の状態となり、これから賦形用芯材５のみを取り除くと、図４（ｃ）に示した最終製品のストリンガー用プリフォーム１０Ａが得られる。
【００２６】
この後の工程の詳細は省略するが、ストリンガー用プリフォーム１０Ａの上下面にスキン材等が組み合わされ、全体がバギングされ、Ｖａ−ＲＴＭ法によりマトリクス樹脂が注入・硬化されて、所定形状の複合構造体が製造される。
【００２７】
本発明の製造方法および製造装置で得られたプリフォームは、航空機や船舶、自動車等の主として強度、剛性等を要する部分の構造材として用いられ、上述したように切断面の裁断状態が寸法精度が良く、糸乱れも少ない状態であるために、成形工程での成形型や治具との組み付けが容易となり、この部分での樹脂リッチ部分の発生も抑制でき、品質と生産性の点において好適のものである。
【００２８】
【実施例】
実施例１
以下、本発明の一実施例を図面を参照しながら説明する。
【００２９】
図１（ａ）の強化繊維基材１として、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形態保持用としてタッキファイヤであるエポキシ樹脂粉末を２０ｇ／ｍ２付着させた。そして、この織物を自動裁断装置２により幅１９０ｍｍ×長さ３ｍに裁断し、平面テーブルに繊維配向を０°／４５°／９０°／−４５°の繰り返しで積層数４０ｐｌｙまで順次積層して、図１（ｂ）の強化繊維積層体１Ａを得た。なお、テーブル３上への移送時には、端面をクリップで固定するなどして、各基材間のずれを防止した。
【００３０】
次に図２（ａ）に示すように、平板状金型６面上で積層体１Ａを賦形用芯材５の上面に配置した。賦形用芯材の材料は、独ＲＯＨＭ社「ロハセル」（密度は約０．０５ｇ／ｃｍ３）を使用した。また、賦形用芯材の断面寸法は、幅１００ｍｍ×高さ６０ｍｍで、長さは３．１ｍとした。
【００３１】
その後、図２（ｂ）のようにバギングフィルム８をかぶせた後、周囲をシールし、内部を真空ポンプ９で吸引して、図２（ｃ）のように積層体１Ａを賦形用芯材５の壁面に沿わせ、断面がＣ形となるように折りくせをつけた。
【００３２】
次に図３（ａ）に示すように、図２で作成した強化繊維基材と賦形用芯材を２組用意し、背中合わせに向かい合わせるとともに、別の平面状積層基材と組み合わせて、Ｉ形断面のストリンガー形状に組み上げた。ここで平面積層基材１Ａは、先に図１を用いて説明した平面積層基材と同様の手順で作成し、そのサイズは幅１００ｍｍ×長さ３ｍのものである。
【００３３】
これを図３（ｂ）に示すように、平板状金型のツール面に配置し、バギングフィルム８ｂをかぶせて周囲にシールライン７を設けた後、内部を真空ポンプ９で真空吸引して、基材全体を大気圧で加圧し、図３（ｂ）の状態のまま、加熱炉に入れて、８０℃の雰囲気内で１時間加熱した。それにより基材表面に付着させてあるタッキファイヤが溶融して、基材同士を層間接着し、Ｉ形断面に組み上げたストリンガー形状の強化繊維積層体を形態保持させた。
【００３４】
次に図４（ａ）に示すように前工程で形態保持させたＩ形断面のストリンガーの強化繊維基材１０ａと、賦形用芯材５を一体のまま、裁断テーブル１３上に搬送し、裁断ラインに沿って端面を一括裁断した。裁断装置１２は、タカオカ（株）製「テクノカット」を使用した。構造は、図５のとおり、ソー１２が裁断ラインに沿って、長手方向に移動しつつ、上下方向にレシプロ運動することにより切断する形式のものである。レシプロソーの振動周波数は、３０００ＲＰＭ、振幅２ｃｍで、送り速度２ｍ／分で切断した。レシプロソーの振幅、振動数などは、上記に限定するものではなく、基材の厚みや強化繊維の種類などに応じて、最適な状態を選定でき、その範囲は数１００〜１００００ＲＰＭ、場合によってはそれより高い周波数でもよい。また、１ｍ進む毎に基材の炭素繊維による刃先のダレを修正するため、自動研磨装置で刃先を研磨し、ストリンガープリフォームの長さ３ｍに渡って裁断した。他の裁断ラインも同様にして裁断することにより、図４（ｂ）の状態とし、最終的には図４（ｃ）に示すようにＩ形断面のストリンガー用プリフォーム１０Ａを形態崩れなく、裁断することができた。また、各工程の移送の際の治具の付け替えなどの煩雑な作業もなくなり、大幅に作業効率が向上した。さらに、裁断直後に裁断テーブル上で裁断ラインの端面のうねりを調べたところ、各端面は３ｍ長さで基準ライン±１ｍｍ以内のうねりであり、切断寸法精度のよいものであった。
【００３５】
実施例２
実施例１に対して、図６（ａ）の通り賦形用芯材５を硬質発泡コアではなく、金属製とし、裁断ライン１１に裁断刃との干渉防止用溝１４を設けた芯材５を使用した。また、芯材サイズは実施例１で用いたものと同じである。また、裁断装置１２は、基本的には実施例１と同一であるが、裁断刃のストロークのみを溝１４内部に到達するまでに短縮した。すなわち、裁断刃の可動範囲は基材と賦形用芯材５に設けた溝１４間で振動するようにしてある。それ以外各工程条件は実施例１と同様である。
【００３６】
そして、図７に示す通りの工程のとおり、溝付き芯材５を保持したままのストリンガー用プリフォーム１０ａを反転させて上下面を裁断した。その結果、図４（ｃ）に示す形態崩れのないプリフォーム１０Ａを得ることができた。
【００３７】
一方、裁断刃の干渉防止用溝１４内に硬質硬質発泡コアを充填して同様に裁断してみたところ、裁断ライン１１に位置する繊維の動きをより抑制することができた。また、実施例１に比べると、プリフォームのひっくり返しなどの工程が増えるが、芯材の形状を製品形状と同レベルの精度で加工することが可能となり、プリフォームの成形精度が向上するとともに、賦形用芯材の再利用が可能となった。
【００３８】
実施例３
実施例１と同様にして、今度は図８（ａ）に示す倒立した場合の断面が概略「Ｊ」形をしたストリンガー用プリフォーム１０Ｂを作成した。
【００３９】
この場合、まず強化繊維積層体１Ｂを実施例１と同様に作成して、芯材５に沿わせ、これに別に作成した強化繊維積層体１Ｅをその一部周面が強化繊維積層体１Ｂに接触するように沿わせ、全体を実施例１と同様条件にて形態保持した後、裁断ライン１１で切断した。芯材５除去後のストリンガー用プリフォーム１０Ｂは、裁断ラインの端面が糸乱れなく真っ直ぐに裁断できており、形態崩れもない状態であり、十分実用的価値のあるものであった。なお、図８（ｂ）は芯材５の除去後のストリンガー用プリフォーム１０Ｂの斜視図である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法における強化繊維積層体形成工程説明用の斜視図である。
【図２】本発明の製造方法における積層体を賦形用基材に沿わせる工程説明用の横断面図である。
【図３】本発明の製造方法における積層体の形態保持工程説明用の横断面図である。
【図４】本発明の製造方法における積層体端面の切断工程説明用の横断面図と完成品の斜視図である。
【図５】本発明の製造装置の裁断装置の横断面図と側面図である。
【図６】本発明の製造装置の裁断装置の横断面図と側面図である。
【図７】図６の裁断装置を用いた場合の裁断工程の説明図である。
【図８】図１とは別の実施態様のプリフォームを製造する場合の説明図である。
【符号の説明】
１  ……強化繊維基材
１Ａ〜１Ｅ  ……強化繊維積層体
２  ……自動裁断装置
２ａ……カッター
３  ……積層テーブル
４  ……加熱室
５  ……賦形用芯材
６  ……平板状成形金型
７  ……シールライン
８  ……バギングフィルム
９  ……真空ポンプ
１０ａ  ……ストリンガー用プリフォーム（中間工程品）
１０Ａ、１０Ｂ  ……ストリンガー用プリフォーム（最終製品）
１１  ……裁断ライン
１２  ……レシプロソー
１３  ……裁断テーブル
１４  ……裁断刃との干渉防止用溝
【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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