(57)【要約】      （修正有）【課題】強化繊維基材が傾斜面を有する場合にあっても、同じ金型を用い、その傾斜面に対応させて容易に望ましい形状に賦形することが可能な圧縮賦形装置および方法を提供する。【解決手段】強化繊維を含む強化繊維基材１を金型２ａ，２ｂ間に挟んで加圧することにより金型賦形面の形状に沿う形状に賦形する少なくとも二つの金型と、少なくとも一つの金型に開閉動作をさせ、強化繊維基材を加圧、開放する金型駆動手段４と、金型による賦形動作に合わせて強化繊維基材を金型に対し搬入、搬出する搬送手段５とを備えた装置であって、金型の開閉動作方向に対し賦形される強化繊維基材の傾斜面に倣わせて金型賦形面を傾斜させる傾斜手段７を有することを特徴とする圧縮賦形装置、および圧縮賦形方法並びにそれらを用いて製造された繊維強化複合材料とプリフォームおよびそれらの製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
強化繊維を含む強化繊維基材を金型間に挟んで加圧することにより金型賦形面の形状に沿う形状に賦形する少なくとも二つの金型と、少なくとも一つの金型に開閉動作をさせ、強化繊維基材を加圧、開放する金型駆動手段と、金型による賦形動作に合わせて強化繊維基材を金型に対し搬入、搬出する搬送手段とを備えた強化繊維基材の圧縮賦形装置であって、前記金型の開閉動作方向に対し賦形される強化繊維基材の傾斜面に倣わせて金型賦形面を傾斜させる傾斜手段を有することを特徴とする圧縮賦形装置。
【請求項２】
前記強化繊維基材が、強化繊維を含むシート材の積層体からなる、請求項１に記載の圧縮賦形装置。
【請求項３】
前記強化繊維を含むシート材が、強化繊維材にマトリックス樹脂が含浸されたプリプレグからなる、請求項２に記載の圧縮賦形装置。
【請求項４】
前記強化繊維を含むシート材が、マトリックス樹脂を含まないドライの強化繊維材からなる、請求項２に記載の圧縮賦形装置。
【請求項５】
前記傾斜手段が、少なくとも一つの軸心に対し金型を回動自在に支持した軸受け機構で構成されている、請求項１〜４のいずれかに記載の圧縮賦形装置。
【請求項６】
前記金型駆動手段が、一つの金型に対し複数箇所の加圧機構を有する、請求項１〜５のいずれかに記載の圧縮賦形装置。
【請求項７】
強化繊維基材の目標賦形断面形状に屈曲部が含まれ、該屈曲部に対応する金型の屈曲部が、残りの金型部分から分離可能で交換可能なコーナー形成用部材として構成されている、請求項１〜６のいずれかに記載の圧縮賦形装置。
【請求項８】
前記コーナー形成用部材が、強化繊維基材の屈曲部の目標賦形断面形状に対応するコーナー曲面部を有する、請求項７に記載の圧縮賦形装置。
【請求項９】
金型と強化繊維基材の間にシート状のスキマ調整部材を配置、挿入する手段を有する、請求項１〜６のいずれかに記載の圧縮賦形装置。
【請求項１０】
強化繊維基材がマトリックス樹脂が含浸されたプリプレグからなり、該強化繊維基材が、請求項１〜９のいずれかに記載の圧縮賦形装置を用いて賦形され、マトリックス樹脂が硬化されて製造されていることを特徴とする繊維強化複合材料。
【請求項１１】
強化繊維基材がマトリックス樹脂を含まないドライの強化繊維材からなり、該強化繊維基材が、請求項１〜９のいずれかに記載の圧縮賦形装置を用いて賦形されていることを特徴とするプリフォーム。
【請求項１２】
請求項１１に記載のプリフォームにマトリックス樹脂が含浸され、含浸されたマトリックス樹脂が硬化されて製造されていることを特徴とする繊維強化複合材料。
【請求項１３】
強化繊維を含む強化繊維基材を少なくとも二つの金型間に挟んで加圧することにより金型賦形面の形状に沿う形状に賦形するに際し、少なくとも一つの金型に開閉動作をさせて強化繊維基材を順次賦形していくとともに、金型による賦形動作に合わせて強化繊維基材を金型に対し搬入、搬出する強化繊維基材の圧縮賦形方法であって、前記金型の開閉動作方向に対し賦形される強化繊維基材の傾斜面に倣わせて金型賦形面を傾斜させることを特徴とする圧縮賦形方法。
【請求項１４】
前記強化繊維基材が、強化繊維を含むシート材の積層体からなる、請求項１３に記載の圧縮賦形方法。
【請求項１５】
前記強化繊維を含むシート材が、強化繊維材にマトリックス樹脂が含浸されたプリプレグからなる、請求項１４に記載の圧縮賦形方法。
【請求項１６】
前記強化繊維を含むシート材が、マトリックス樹脂を含まないドライの強化繊維材からなる、請求項１４に記載の圧縮賦形方法。
【請求項１７】
前記金型賦形面の傾斜動作を、少なくとも一つの軸心に対し金型を回動自在に支持し、該金型の金型賦形面を、賦形される強化繊維基材の傾斜面に倣わせることにより行う、請求項１３〜１６のいずれかに記載の圧縮賦形方法。
【請求項１８】
一つの金型に対し複数箇所にて加圧動作を行わせる、請求項１３〜１７のいずれかに記載の圧縮賦形方法。
【請求項１９】
強化繊維基材の目標賦形断面形状に屈曲部が含まれ、該屈曲部に対応する金型の屈曲部に、残りの金型部分から分離可能で交換可能な部材として構成したコーナー形成用部材を設け、前記目標賦形断面形状の屈曲部に応じて設けたコーナー形成用部材を用いて、前記強化繊維基材を屈曲部を含む形状に賦形する、請求項１３〜１８のいずれかに記載の圧縮賦形方法。
【請求項２０】
前記コーナー形成用部材が、強化繊維基材の屈曲部の目標賦形断面形状に対応するコーナー曲面部を有する、請求項１９に記載の圧縮賦形方法。
【請求項２１】
金型と強化繊維基材の間にシート状のスキマ調整部材を配置、挿入する、請求項１３〜１８のいずれかに記載の圧縮賦形方法。
【請求項２２】
強化繊維基材がマトリックス樹脂が含浸されたプリプレグからなり、該強化繊維基材を、請求項１３〜２１のいずれかに記載の圧縮賦形方法を用いて賦形し、マトリックス樹脂を硬化させることを特徴とする繊維強化複合材料の製造方法。
【請求項２３】
強化繊維基材がマトリックス樹脂を含まないドライの強化繊維材からなり、該強化繊維基材を、請求項１３〜２１のいずれかに記載の圧縮賦形方法を用いて賦形することを特徴とするプリフォームの製造方法。
【請求項２４】
請求項２３に記載の方法により製造されたプリフォームにマトリックス樹脂を含浸し、含浸されたマトリックス樹脂を硬化させることを特徴とする繊維強化複合材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強化繊維を含み傾斜面を有する強化繊維基材を所定の形状に賦形する圧縮賦形装置および方法、並びにそれらを用いて製造された繊維強化複合材料とプリフォームおよびそれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維やガラス繊維、アラミド繊維を強化繊維として用いた繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）は、軽量でかつ高い耐久性を有するものであることから、自動車や航空機などを構成する各種の構成部材として理想的な材料である。このＦＲＰの成形方法としては、例えば強化繊維材を複数枚積層した積層体からなる強化繊維基材を、相対する金型で挟み加圧することにより所定の形状に賦形し、含浸樹脂を硬化させて所定の形状のＦＲＰに成形する方法が知られている。
【０００３】
強化繊維基材としては、例えば強化繊維をシート状に複数本引き揃え、エポキシ樹脂等のマトリックス樹脂を含浸させ、シート状に成形したプリプレグシートが用いられている。このプリプレグシートを複数枚積層し、金型内で加圧・加熱してマトリックス樹脂を硬化させ所定形状のＦＲＰに成形する。また、マトリックス樹脂が含浸されていない、ドライの強化繊維基材を用いたＦＲＰの成形も行われている。これはＲｅｓｉｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｍｏｌｄｉｎｇ（以下、ＲＴＭという）成形方法や真空ＲＴＭ成形方法などと呼ばれる成形方法であり、例えば層間接着樹脂が付加された強化繊維材を複数枚積層し、その積層体を金型で賦形してプリフォームと呼ばれる形態の中間成形品を製作した後、このプリフォームに低粘度の液状マトリックス樹脂を注入して硬化させるものである。
【０００４】
これらＦＲＰの成形においては、Ｉ形やＨ形の横断面形状を持つ梁部材を製造する装置も知られている（例えば、特許文献１参照）。これは積層体を所定の断面形状に金型にて賦形した後、金型を開き積層体を所定量移動させ、再度賦形するということを繰り返し、長尺の成形品を成形する装置である。このような装置を用いることで、長手方向に一様な断面形状を持つ梁部材の成形を、その梁部材の全長分、大型の金型を用いることなく、小さな金型にて製造することができる。
【０００５】
しかしながら、例えば片持ちの構造物を考えた場合、一般的にそれを支える梁部材は根元にいくほど剛性が高くなることが求められる。そのため、長尺の成形品を製造するための積層体では、強化繊維材の積層枚数（積層体成形品の厚み）を長手方向に対して増加していくことでこの要求に対応している。一方、上記従来技術は、基本的に一定形状、一定厚みの断面にて順次成形していくものであるため、このような成形品の厚み変化の要求には対応できなかった。すなわち、強化繊維材の積層枚数を長手方向に対して変化させ、それに伴って所定形状に賦形すべき強化繊維基材の厚みが長手方向に変化する場合には、賦形対象となる強化繊維基材部位に傾斜面が存在することになるが、基本的に一定形状、一定厚みの断面にて順次成形していく従来の賦形技術では、このような傾斜面が存在する強化繊維基材部位に対して精度よく所定形状に賦形することが困難であった。
【特許文献１】特開２００１−１９４１１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで本発明の課題は、前記した従来技術の問題点を解決するために、強化繊維基材の厚みが変化し強化繊維基材が傾斜面を有する場合にあっても、同じ金型を用い、その傾斜面に対応させて容易に望ましい形状に賦形することが可能な圧縮賦形装置および方法、並びにそれらを用いて製造された繊維強化複合材料とプリフォームおよびそれらの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係る圧縮賦形装置は、強化繊維を含む強化繊維基材を金型間に挟んで加圧することにより金型賦形面の形状に沿う形状に賦形する少なくとも二つの金型と、少なくとも一つの金型に開閉動作をさせ、強化繊維基材を加圧、開放する金型駆動手段と、金型による賦形動作に合わせて強化繊維基材を金型に対し搬入、搬出する搬送手段とを備えた強化繊維基材の圧縮賦形装置であって、前記金型の開閉動作方向に対し賦形される強化繊維基材の傾斜面に倣わせて金型賦形面を傾斜させる傾斜手段を有することを特徴とするものからなる。
【０００８】
このような圧縮賦形装置は、例えば、強化繊維基材が、強化繊維を含むシート材の積層体からなり、積層枚数が変化し、それに伴って強化繊維基材が傾斜面を有する場合に好適なものである。この強化繊維を含むシート材は、強化繊維材にマトリックス樹脂が含浸されたプリプレグからなる場合、マトリックス樹脂を含まないドライの強化繊維材からなる場合のいずれの場合も可能である。
【０００９】
このような本発明に係る圧縮賦形装置においては、開閉動作を行い、強化繊維基材を順次金型賦形面の形状に沿う形状に賦形していく金型の金型賦形面が、傾斜手段により、金型の開閉動作方向に対し賦形される強化繊維基材の傾斜面に倣わせて傾斜されるので、強化繊維基材の厚みの変化に伴い強化繊維基材が傾斜面を有する場合にあっても、この金型賦形面は強化繊維基材の傾斜面に丁度沿った形態で配置されることになり、両者が最適な位置関係に自動的に調整されて、強化繊維基材に賦形のための加圧力が自動的に均等に加えられることになる。その結果、強化繊維基材が傾斜面を有する場合、さらには、その傾斜面の傾斜角度が変化する場合にあっても、強化繊維基材は長手方向に、同一の金型を用いて順次望ましい形状に賦形されていく。
【００１０】
上記傾斜手段は、例えば、少なくとも一つの軸心に対し金型を回動自在に支持した軸受け機構で構成することができる。このような構造においては、金型が自在に回動することにより、その金型賦形面は強化繊維基材の傾斜面に容易に倣うことができ、金型賦形面は強化繊維基材の傾斜面に丁度沿った形に自動的に配置される。
【００１１】
また、上記金型駆動手段としては、一つの金型に対し一つの加圧機構を有する構成とすることもできるし、複数箇所の加圧機構を有する構成とすることもできる。後者の場合には、各加圧機構部に上述のような金型を回動自在に支持する軸受け機構を設けておけば、その金型全体を安定した姿勢に保ちつつ、その金型賦形面を自動的に強化繊維基材の傾斜面に倣わせることが可能になり、より円滑な賦形動作を行わせることが可能になる。
【００１２】
また、本発明に係る圧縮賦形装置においては、強化繊維基材の目標賦形断面形状が屈曲部を有する場合にも、それに対応できる形態を採用することができる。例えば、強化繊維基材の目標賦形断面形状に屈曲部が含まれ、該屈曲部に対応する金型の屈曲部が、残りの金型部分から分離可能で交換可能なコーナー形成用部材として構成されている形態を採用することができる。コーナー形成用部材は、例えば、強化繊維基材の屈曲部の目標賦形断面形状に対応するコーナー曲面部を有する。このような形態を採用すれば、強化繊維基材の厚みが変化し、それに伴って目標賦形断面形状が屈曲部におけるコーナー部の曲率が変化する場合にあっても、複数種準備されているコーナー形成用部材の中から最適な形状のコーナー形成用部材を選択して使用することにより、強化繊維基材の厚みの変化に伴う屈曲部における最適な金型賦形面形状の変化にも対応できるようになる。
【００１３】
上記コーナー形成用部材は一つの金型の１箇所のみに設ける形態も採り得るが、必要に応じて、例えば１回の賦形動作で複数の屈曲部の賦形が要求される場合には、異なるコーナー部分に対応するコーナー形成用部材を複数個同時に装置内に有する構成とすることができる。このような構成により、複数の屈曲部を有する比較的複雑な断面形状への賦形にあっても、上記交換可能なコーナー形成用部材を効果的に適用できる。より具体的には、Ｔ形やＩ形、Ｈ形等の断面形状への賦形を順次効率よく行うことが可能になる。
【００１４】
また、一定形状の金型賦形面を強化繊維基材の傾斜面に倣わせて傾斜させるだけでは、例えば、上記同様に強化繊維基材の目標賦形断面形状が屈曲部を有し、かつ、強化繊維基材の厚みが変化する場合等に、金型賦形面の屈曲部と強化繊維基材の表面の屈曲部との間の隙間が変化することが生じ得るが、そのような場合には、金型と強化繊維基材の間にシート状のスキマ調整部材を配置、挿入する手段を有する構成を採用することもできる。すなわち、このシート状のスキマ調整部材により、上記のような隙間の変化を吸収させることが可能になる。
【００１５】
本発明は、上記のような圧縮賦形装置を用いて製造された繊維強化複合材料やプリフォームについても提供する。本発明に係る繊維強化複合材料は、強化繊維基材がマトリックス樹脂が含浸されたプリプレグからなり、該強化繊維基材が、上記のような圧縮賦形装置を用いて賦形され、マトリックス樹脂が硬化されて製造されていることを特徴とするものからなる。
【００１６】
また、本発明に係るプリフォームは、強化繊維基材がマトリックス樹脂を含まないドライの強化繊維材からなり、該強化繊維基材が、上記のような圧縮賦形装置を用いて賦形されていることを特徴とするものからなる。この場合、繊維強化複合材料は、上記のように賦形されたプリフォームにマトリックス樹脂が含浸され、含浸されたマトリックス樹脂が硬化されて製造される。
【００１７】
本発明に係る圧縮賦形方法は、強化繊維を含む強化繊維基材を少なくとも二つの金型間に挟んで加圧することにより金型賦形面の形状に沿う形状に賦形するに際し、少なくとも一つの金型に開閉動作をさせて強化繊維基材を順次賦形していくとともに、金型による賦形動作に合わせて強化繊維基材を金型に対し搬入、搬出する強化繊維基材の圧縮賦形方法であって、前記金型の開閉動作方向に対し賦形される強化繊維基材の傾斜面に倣わせて金型賦形面を傾斜させることを特徴とする方法からなる。
【００１８】
この圧縮賦形方法は、例えば、強化繊維基材が、強化繊維を含むシート材の積層体からなり、積層枚数が変化し、それに伴って強化繊維基材が傾斜面を有する場合に好適なものである。この強化繊維を含むシート材は、強化繊維材にマトリックス樹脂が含浸されたプリプレグからなる場合、マトリックス樹脂を含まないドライの強化繊維材からなる場合のいずれの場合も可能である。
【００１９】
また、本発明に係る圧縮賦形方法においては、上記金型賦形面の傾斜動作を、少なくとも一つの軸心に対し金型を回動自在に支持し、該金型の金型賦形面を、賦形される強化繊維基材の傾斜面に倣わせることにより行うことができる。
【００２０】
また、一つの金型に対し複数箇所にて加圧動作を行わせることもできる。
【００２１】
また、本発明に係る圧縮賦形方法においては、強化繊維基材の目標賦形断面形状に屈曲部が含まれる場合、該屈曲部に対応する金型の屈曲部に、残りの金型部分から分離可能で交換可能な部材として構成したコーナー形成用部材を設け、上記目標賦形断面形状の屈曲部に応じて設けたコーナー形成用部材を用いて、強化繊維基材を屈曲部を含む形状に賦形することができる。コーナー形成用部材としては、強化繊維基材の屈曲部の目標賦形断面形状に対応するコーナー曲面部を有するものを使用できる。
【００２２】
また、金型と強化繊維基材の間にシート状のスキマ調整部材を配置、挿入することもでき、このようにすれば、発生しようとしていた隙間をシート状のスキマ調整部材で吸収させることができる。
【００２３】
本発明に係る繊維強化複合材料の製造方法は、強化繊維基材がマトリックス樹脂が含浸されたプリプレグからなり、該強化繊維基材を、上記のような圧縮賦形方法を用いて賦形し、マトリックス樹脂を硬化させることを特徴とする方法からなる。
【００２４】
本発明に係るプリフォームの製造方法は、強化繊維基材がマトリックス樹脂を含まないドライの強化繊維材からなり、該強化繊維基材を、上記のような圧縮賦形方法を用いて賦形することを特徴とする方法からなる。この場合、繊維強化複合材料は、上記のように賦形されたプリフォームにマトリックス樹脂を含浸し、含浸されたマトリックス樹脂を硬化させることにより製造することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係る圧縮賦形装置および方法によれば、強化繊維基材の厚みの変化に伴い強化繊維基材が傾斜面を有する場合にあっても、金型賦形面を強化繊維基材の傾斜面に倣わせて傾斜させることにより、金型賦形面を強化繊維基材の傾斜面に丁度沿った形態で配置させることができ、両者の位置関係を自動的に最適な位置関係に調整して、強化繊維基材を長手方向に順次、同一の金型を用いて望ましい形状に精度よくかつ効率よく賦形していくことが可能になる。また、金型賦形面からの加圧力を均一に分布させることも可能になるので、均一で高いＦＲＰの繊維体積含有率（Ｖｐｆ）を達成するための賦形も可能となる。
【００２６】
本発明に係る繊維強化複合材料とプリフォームおよびそれらの製造方法によれば、上記のような目標とする形状に精度よくかつ効率よく賦形することが可能な圧縮賦形装置および方法を用いるので、均一に成形され高い繊維体積含有率（Ｖｐｆ）を有する繊維強化複合材料の製造が可能になるとともに、製造における歩留りを向上して高い生産性を達成することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
本発明に係る圧縮賦形装置および方法において賦形対象とするのは、強化繊維を含む強化繊維基材であり、代表的には、積層枚数によって厚みが変化する、強化繊維を含むシート材の積層体である。本発明における「強化繊維」としては、炭素繊維やガラス繊維、アラミド繊維などが挙げられる。強化繊維はその形態としては、織物、編み物、組み物、不織布、一方向に引き揃えられた強化繊維シートなどが挙げられる。強化繊維を含むシート材としては、強化繊維材にマトリックス樹脂が含浸されたプリプレグの形態のもの、マトリックス樹脂を含まないドライの強化繊維材の形態のもののいずれも使用可能である。上記「積層体」は、このようなプリプレグの形態のシート材を複数枚積層したもの、あるいはドライの強化繊維材の形態のシート材を複数枚積層したものからなる。ドライの強化繊維材を用いる場合には、結着性物質を使用してもよく、この結着性物質は、強化繊維に付着し、強化繊維同士を結着することで、強化繊維をシート状の形態に安定して維持させるものであり、結着性物質としては、例えば、ポリオレフィン、スチレン系樹脂、ナイロン、ポリウレタンなどの熱可塑性樹脂、また、例えばエポキシ、フェノール、不飽和ポリエステルなどの熱硬化性樹脂などが挙げられる。また、結着性樹脂は、ドライの強化繊維材の積層体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。
【００２８】
図１は、本発明の一実施態様に係る圧縮賦形装置およびそれを用いた圧縮賦形方法を示している。本実施態様においては、圧縮賦形装置１０は、強化繊維を含む強化繊維基材１（例えば、強化繊維材シートの積層体やプリプレグシートの積層体）を上金型２ａと下金型２ｂ間に挟んで加圧することにより金型賦形面３ａ、３ｂの形状に沿う形状に賦形する少なくとも二つの金型２ａ、２ｂと、少なくとも一つの金型２ａに矢印Ａ方向の開閉動作をさせ、強化繊維基材１を矢印Ｂ方向に加圧、それとは反対方向に開放する金型駆動手段４と、金型２ａ、２ｂによる賦形動作に合わせて強化繊維基材１を金型２ａ、２ｂに対し搬入、搬出する搬送手段５とを備えており、搬送手段５は、本実施態様では強化繊維基材１を矢印Ｃ方向に牽引する牽引手段に構成されている。ただし、この搬送手段５は、強化繊維基材１を把持して引き抜くように搬送する手段であってもよく、金型２ａ、２ｂの入口側から押し込むように強化繊維基材１を搬送する手段であってもよい。このような強化繊維基材１の圧縮賦形装置１０に、金型２ａの開閉動作方向Ａに対し賦形される強化繊維基材１の傾斜面６に倣わせて金型賦形面３ａを傾斜させる傾斜手段７が設けられている。この傾斜手段７は、本実施態様では、一つの軸心８に対し金型２ａを矢印Ｄ方向に回動自在に支持した軸受け機構で構成されている。なお、本実施態様では、下金型２ｂは固定型の金型とされているが、下金型２ｂ側を上記の上金型２ａのような回動型の金型に構成してもよく、両方とも回動型の金型に構成することも可能である。
【００２９】
強化繊維基材１は、その長手方向Ｘ−Ｘにおいて厚みが変化する部分を有しており、厚みが変化する部分にて、例えば図１に示すような傾斜面６が形成されている。金型駆動手段４による金型２ａの開閉動作に伴う金型２ａ、２ｂによる賦形動作に合わせて、強化繊維基材１が間欠的に順次矢印Ｃ方向に搬送され、同じ圧縮賦形装置１０にて、長手方向Ｘ−Ｘに延びる強化繊維基材１の各部位が順次所定形状に賦形されていく。傾斜面６を有する強化繊維基材１の長手方向所定部位（例えば、図１に示す部位）が賦形される際には、軸心８に対し回動自在に支持された金型２ａが、その金型賦形面３ａが強化繊維基材１の傾斜面６に沿う方向に傾斜されるように、傾斜面６に倣わせて回動され、その状態で所定の加圧力が加えられ、金型２ｂとの間で強化繊維基材１が所定形状に賦形される。
【００３０】
このような賦形動作において、金型賦形面３ａが、強化繊維基材１の傾斜面６に丁度沿った形態で傾斜、配置されることになるので、金型賦形面３ａと強化繊維基材１の傾斜面６がほぼ一致した配置形態の最適な位置関係に自動的に調整されることになる。この状態で所定の加圧力が加えられるので、強化繊維基材１には賦形のための加圧力が望ましい条件値で均等に加えられることになる。したがって、強化繊維基材１が傾斜面６を有する場合にあっても、強化繊維基材１は、同一の金型２ａ、２ｂを用いて長手方向に順次望ましい形状に賦形されていく。
【００３１】
また、図１には一定の傾斜度の傾斜面６を有する強化繊維基材１を実線で表示してあるが、例えば傾斜面６の傾斜度が変化する場合にあっても、回動自在に支持された金型２ａの金型賦形面３ａはその傾斜面６の傾斜度の変化に自在に追従できるので、上記同様に望ましい賦形形態を現出できる。さらに、図１に２点鎖線で表示してあるように、強化繊維基材１が長手方向Ｘ−Ｘにおいて厚みが一定の部位９ａ、９ｂも有している場合にあっても、回動自在に支持された金型２ａの金型賦形面３ａを強化繊維基材１の表面に容易に倣わせることができる。ただし、このような場合には、強化繊維基材１の送り量を制御し、賦形に際して、金型賦形面３ａが傾斜面６を有する部位と厚み一定の部位の表面との間にまたがらないようにすることが好ましい。
【００３２】
図２は、本発明の別の実施態様に係る圧縮賦形装置２０およびそれを用いた圧縮賦形方法を示している。本実施態様においては、図１に示した実施態様に比べ、金型駆動手段１１が、一つの金型２ａに対し二つの加圧機構１１ａ、１１ｂを有しており、それらの先端部にて、軸心１２ａ、１２ｂに対し回動自在に金型２ａが支持されている。このような構造においても、基本的に図１に示した実施態様と同様に金型２ａの金型賦形面３ａを強化繊維基材１の傾斜面６に倣わせて自動的に最適な形態に傾斜させることができる。さらに本実施態様では、金型２ａが複数箇所（２箇所）で支持されるので、金型２ａの姿勢をより安定して所定の姿勢に維持することが可能になり、金型２ｂとの間で行われる賦形動作がより安定した状態で行われる。その他の作用効果は図１に示した実施態様に準じる。
【００３３】
さらに、本発明は、より複雑な横断面形状への賦形や、屈曲部を有する断面形状への賦形にも展開できる。例えば図３に示す圧縮賦形装置３０およびそれを用いた圧縮賦形方法においては、三つの金型２１ａ、２１ｂ、２１ｃが用いられ、３枚の強化繊維基材２２ａ、２２ｂ、２２ｃを順次長手方向（紙面と垂直の方向）に搬送して、屈曲部２３ａ、２３ｂを有する断面形状に順次賦形されていくようになっている。屈曲部２３ａ、２３ｂと平板状の強化繊維基材２２ｃとの間には隙間が形成されようとするので、樹脂や繊維強化基材、あるいは未硬化のＦＲＰからなるコーナーフィラー部材２４が挿入されてこの隙間が埋められている。
【００３４】
このような構成の圧縮賦形装置３０において、例えば図示の如く、金型２１ａ、２１ｂ、２１ｃに対し、金型２１ａ、２１ｂ、２１ｃをそれぞれ回動自在に支持することにより各金型を強化繊維基材の厚み変化に伴い形成される傾斜面に各金型賦形面が倣うようにする傾斜手段２５ａ、２５ｂ、２５ｃを設けることにより、各強化繊維基材２２ａ、２２ｂ、２２ｃの厚みの変化に対応した最適な賦形状態にすることが可能になる。
【００３５】
また、図３に示した圧縮賦形装置においては、例えば図４の圧縮賦形装置４０に示すように、強化繊維基材２２ａ、２２ｂの目標賦形断面形状が屈曲部２３ａ、２３ｂを有する場合、強化繊維基材２２ａ、２２ｂの厚みの変化に伴う屈曲部２３ａ、２３ｂの湾曲曲率（図示例では、湾曲の内側コーナー部の曲率）の変化に対応できるようにするために、その屈曲部２３ａ、２３ｂを賦形するための金型２１ａ、２１ｂの屈曲部を、残りの金型部分から分離可能で交換可能なコーナー形成用部材３１ａ、３１ｂとして構成することができる。コーナー形成用部材３１ａ、３１ｂは複数種用意され、各コーナー形成用部材３１ａ、３１ｂは、厚みが変化した場合の強化繊維基材２２ａ、２２ｂの屈曲部の目標賦形断面形状に対応するコーナー曲面部を有する。このような形態を採用すれば、強化繊維基材２２ａ、２２ｂの厚みが変化し、それに伴って目標賦形断面形状としての屈曲部におけるコーナー部の曲率が変化する場合にあっても、複数種準備されているコーナー形成用部材３１ａ、３１ｂの中から最適な形状のコーナー形成用部材を選択して使用することにより、強化繊維基材２２ａ、２２ｂの厚みの変化に伴う屈曲部における最適な金型賦形面形状の変化にも対応できるようになる。
【００３６】
また、図示は省略するが、厚み記録手段を設けて強化繊維基材２２ａ、２２ｂの搬送方向（図１のＸ−Ｘ方向）の強化繊維基材２２ａ、２２ｂの厚みのプロファイルを記録し、搬送手段による強化繊維基材２２ａ、２２ｂの搬送時の強化繊維基材２２ａ、２２ｂの移動量を移動量記録手段により記録し、記録された厚みのプロファイルと移動量の情報に基づき、コーナー形成用部材３１ａ、３１ｂの先端部における曲面の曲率を演算手段により演算し、交換手段により、それまでのコーナー形成用部材３１ａ、３１ｂを演算された曲率に適合するコーナー形成用部材３１ａ、３１ｂに交換するようにすれば、長尺の強化繊維基材２２ａ、２２ｂを順次自動的に最適な形状に賦形していくことが可能になる。
【００３７】
さらに、金型２１ａ、２１ｂ、２１ｃには、図示は省略するが、加熱手段を備えてもよい。金型２１ａ、２１ｂ、２１ｃで加圧と加熱を同時に行うと、賦形された強化繊維基材２２ａ、２２ｂにおけるマトリックス樹脂を硬化させることにより、所定の繊維強化複合材料の成形品の製造が可能である。
【００３８】
ここで、金型を加熱して使用する場合において、コーナー形成用部材３１ａ、３１ｂを交換した場合には、交換したコーナー形成用部材３１ａ、３１ｂのみを所定温度に昇温させればよいので、加熱に要する時間も短い。交換すべきコーナー形成用部材３１ａ、３１ｂを予備加熱する場合にあっても、規模の小さい加熱装置で済む。
【００３９】
図３、図４に示したような断面形状に長尺の強化繊維基材を順次賦形していく場合には、例えば図５に示すような装置を用いることができる。図５に示す賦形においては、繰り出されてきたコーナーフィラー部材の素材条体４１をフィラー賦形装置４２で図３や図４に示したような所定の断面形状のコーナーフィラー部材２４に賦形し、繰り出されてきた積層体２２ａ、２２ｂに例えば折れ線付与装置４３により後続の賦形を行いやすいようにそれぞれ１本の折れ線を付与し、折れ線が付与された積層体２２ａ、２２ｂと、繰り出されてきた積層体２２ｃと、送られてきたコーナーフィラー部材２４とを所定の位置関係に並べて圧縮賦形装置３０（または４０）に導入する。圧縮賦形装置３０（または４０）では、図３や図４に示したような圧縮賦形を行い、一体化された賦形物４４に対し、必要に応じてトリミング装置４５で不要部分を除去し、例えばアクチュエータ４６で作動される牽引装置４７によって賦形物４４を送り出す。このようにすれば、長尺物に対しても、実質的に連続的に、効率よく所望の賦形を行うことが可能になる。
【００４０】
さらに、断面形状に屈曲部を有する場合の賦形において、図４に示したようなコーナー形成用部材３１ａ、３１ｂを設けることに代えて、あるいは、それとともに、例えば図６に示すように、適切に隙間を埋めたり調整したりするためのスキマ調整部材を用いることも可能である。図６に示す実施態様では、図３に示したような賦形形態において、とくに強化繊維基材２２ａ、２２ｂの厚みの変化に伴い賦形しようとする屈曲部２３ａ、２３ｂに生じようとする隙間が変化するような場合、その隙間を適切に埋めるために、圧縮賦形装置５０の金型２１ａ、２１ｂと強化繊維基材２２ａ、２２ｂとの間にシート状のスキマ調整部材５１ａ、５１ｂを順次繰り出して配置、挿入し、この屈曲部部分に隙間が生じないようにしている。このようなスキマ調整部材５１ａ、５１ｂの配置によっても、とくに強化繊維基材２２ａ、２２ｂの厚みが変化する場合に、賦形される屈曲部に望ましくない隙間が生じることが防止される。したがって、強化繊維基材２２ａ、２２ｂの厚みの変化に伴う屈曲部における最適な賦形形態の変化にも対応できるようになる。
【００４１】
また、スキマ調整部材５１ａ、５１ｂは、適切に隙間を埋めたり調整したりできれば、特に形状や素材は限定しない。例えば、複数の厚みの異なる布帛を連続的にロールに巻き取っておき、前述したような強化繊維基材２２ａ、２２ｂの厚みのプロファイルを記録した記録手段、移動量記録手段、演算手段によって、必要なスキマ量に相当する厚みの布帛を引き出し、金型２１ａ、２１ｂと強化繊維基材２２ａ、２２ｂとの間に配設することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明に係る圧縮賦形装置および方法は、傾斜面を有するあらゆる強化繊維基材の賦形に適用でき、繊維強化複合材料やプリフォームの製造分野に広く適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施態様に係る圧縮賦形装置の概略側面図である。
【図２】本発明の別の実施態様に係る圧縮賦形装置の概略側面図である。
【図３】本発明のさらに別の実施態様に係る圧縮賦形装置の概略断面図である。
【図４】本発明のさらに別の実施態様に係る圧縮賦形装置の概略断面図である。
【図５】図３または図４の装置を用いた連続賦形の一例を示す概略斜視図である。
【図６】本発明のさらに別の実施態様に係る圧縮賦形装置の概略断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０、２０、３０、４０、５０  圧縮賦形装置
１、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ  強化繊維基材
２ａ、２ｂ、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ  金型
３ａ、３ｂ、  金型賦形面
４、１１  金型駆動手段
５  搬送手段
６  強化繊維基材の傾斜面
７、２５ａ、２５ｂ、２５ｃ  傾斜手段
８、１２ａ、１２ｂ  軸心
９ａ、９ｂ  厚み一定の部位
１１ａ、１１ｂ  加圧機構
２３ａ、２３ｂ  屈曲部
２４  コーナーフィラー部材
３１ａ、３１ｂ  コーナー形成用部材
４１  コーナーフィラー部材の素材条体
４２  フィラー賦形装置
４３  折れ線付与装置
４４  一体化された賦形物
４５  トリミング装置
４６  アクチュエータ
４７  牽引装置
５１ａ、５１ｂ  スキマ調整部材
【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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