(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＦＲＰ用コア材の少なくとも一端部に強化繊維基材を被せる方法において、
強化繊維基材または／およびコア材の端部に接着剤を塗布する工程と、
該強化繊維基材の一部をコア材の端部の端面に貼り付ける工程と、
貼り付けられた強化繊維基材の残りの部分をコア材の端部の他の面上へと折り曲げて貼り付ける工程とを有することを特徴とする、ＦＲＰ用コア材への基材キャッピング方法。
【請求項２】
前記コア材の少なくとも一端部に段落ち切り欠き部が形成されており、前記強化繊維基材の残りの部分を、段落ち切り欠き部上へと折り曲げて貼り付ける、請求項１のＦＲＰ用コア材への基材キャッピング方法。
【請求項３】
前記強化繊維基材を前記コア材の両端部に同時に貼り付ける、請求項１または２のＦＲＰ用コア材への基材キャッピング方法。
【請求項４】
前記強化繊維基材を複数枚積み重ねておき、一枚づつ前記接着剤の塗布工程に供給する、請求項１ないし３のいずれかに記載のＦＲＰ用コア材への基材キャッピング方法。
【請求項５】
前記段落ち切り欠き部がコア材の両面に形成されており、前記貼り付けられた強化繊維基材の残りの部分を、両段落ち切り欠き部の段落ち切り欠き面上に同時に折り曲げて該段落ち切り欠き面に貼り付ける、請求項２ないし４のいずれかに記載のＦＲＰ用コア材への基材キャッピング方法。
【請求項６】
ＦＲＰ用コア材の少なくとも一端部に強化繊維基材を自動的に被せる装置であって、
前記強化繊維基材または／およびコア材の端部に接着剤を塗布する手段と、
接着剤が塗布された強化繊維基材の一部を、コア材の端部の端面に貼り付ける手段と、  貼り付けられた強化繊維基材の残りの部分をコア材の端部の他の面上へと折り曲げて貼り付ける手段とを有することを特徴とする、ＦＲＰ用コア材への基材キャッピング装置。
【請求項７】
前記コア材の少なくとも一端部に段落ち切り欠き部が形成されており、前記強化繊維基材の残りの部分を、段落ち切り欠き部上へと折り曲げて貼り付ける、請求項６のＦＲＰ用コア材への基材キャッピング装置。
【請求項８】
前記強化繊維基材を前記コア材の両端部に同時に貼り付け可能に構成されている、請求項６または７のＦＲＰ用コア材への基材キャッピング装置。
【請求項９】
さらに、強化繊維基材を複数枚積み重ねておくストック手段と、該ストック手段から強化繊維基材を一枚づつ前記接着剤の塗布手段に供給する搬送手段とを有する、請求項６ないし８のいずれかに記載のＦＲＰ用コア材への基材キャッピング装置。
【請求項１０】
前記段落ち切り欠き部がコア材の両面に形成されており、該段落ち切り欠き部上への折り曲げ・貼り付け手段が、前記貼り付けられた強化繊維基材の残りの部分を、両段落ち切り欠き部の段落ち切り欠き面上に同時に折り曲げて該段落ち切り欠き面に貼り付け可能な手段からなる、請求項７ないし９のいずれかに記載のＦＲＰ用コア材への基材キャッピング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＦＲＰの成形に用いられるコア材の端部に強化繊維基材を予め被せておく方法および装置に関し、とくに強化繊維基材を自動的に被せることが可能なＦＲＰ用コア材への基材キャッピング方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
軽量で高強度な素材として、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）が各種産業分野で注目されており、中でもＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）が、その優れた機械特性等から注目されている。
【０００３】
このＦＲＰは、比較的大型の部材に成形する場合には、ＦＲＰのスキン材と軽量のコア材との組み合わせ構造、とくにコア材の両面にＦＲＰスキン板を配置したサンドイッチ構造を採ることがある。このような構成により、大型でありながら軽量で、必要な強度、剛性を備えたＦＲＰ構造体が得られる。さらに補強するために、適当な部位にリブを配置したり、構造体の端部にキャップ部材を配置することが有効であることも知られている。
【０００４】
コア材を用いてＦＲＰ構造体を成形する場合、成形すべきＦＲＰ構造体が比較的大型のものである場合には、複数のコア材を用い、これらを適切に配置して成形すると便利である。そして、その成形の際に、配列されたコア材間や、端部に配列されたコア材の端部に、予め強化繊維基材を配置しておくと、該強化繊維基材に樹脂を含浸させて補強用リブや端部キャップ部材を一体的に成形することが可能になる。
【０００５】
しかし、このリブやキャップ部材成形用の強化繊維基材は、接着剤等を介して予めコア材の所定部位に貼り付けておく必要があり、使用するコア材の数が多くなると、この強化繊維基材の貼り付けに多大な時間を要することとなっていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明の課題は、ＦＲＰ用コア材に予めリブやキャップ部材成形用の強化繊維基材を貼り付ける作業を、自動的に効率よく短時間で行えるようにすることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のＦＲＰコア材への基材キャッピング方法は、ＦＲＰ用コア材の少なくとも一端部に強化繊維基材を被せる方法において、
強化繊維基材または／およびコア材の端部に接着剤を塗布する工程と、
該強化繊維基材の一部をコア材の端部の端面に貼り付ける工程と、
貼り付けられた強化繊維基材の残りの部分をコア材の端部の他の面上へと折り曲げて貼り付ける工程とを有することを特徴とする方法からなる。
【０００８】
また、本発明に係るＦＲＰコア材への基材キャッピング装置は、ＦＲＰ用コア材の少なくとも一端部に強化繊維基材を自動的に被せる装置であって、
前記強化繊維基材または／およびコア材の端部に接着剤を塗布する手段と、
接着剤が塗布された強化繊維基材の一部を、コア材の端部の端面に貼り付ける手段と、
貼り付けられた強化繊維基材の残りの部分をコア材の端部の他の面上へと折り曲げて貼り付ける手段とを有することを特徴とするものからなる。
【０００９】
このような方法および装置においては、コア材の少なくとも一端部に段落ち切り欠き部を形成しておき、上記強化繊維基材の残りの部分を、段落ち切り欠き部上へと折り曲げて貼り付けることが好ましい。このような段落ち切り欠き部を設けておくと、該段落ち切り欠き部上に強化繊維基材を貼り付けた際に、貼り付けられた強化繊維基材部分と、強化繊維基材が貼り付けられていないコア材部分とに段差を生じさせなくてすむ。
【００１０】
また、強化繊維基材はコア材の少なくとも一端部に被せられるが、強化繊維基材をコア材の両端部に同時に貼り付けるようにすることもでき、効率よく短時間のうちに所望の強化繊維基材を自動的に被せることが可能になる。
【００１１】
また、上記強化繊維基材を複数枚積み重ねておき、一枚づつ接着剤の塗布工程に供給するようにすれば、強化繊維基材の供給から接着剤の塗布を連続的に効率よく行うことができる。
【００１２】
さらに、上記段落ち切り欠き部がコア材の両面に形成されている場合には、上記貼り付けられた強化繊維基材の残りの部分を、両段落ち切り欠き部の段落ち切り欠き面上に同時に折り曲げて該段落ち切り欠き面に同時に貼り付けるようにすることが好ましく、これによって一層短時間で所望の貼り付けを行うことができるようになる。
【００１３】
このように、強化繊維基材のコア材への所定の貼り付け動作を自動的に行うことにより、多数のコア材を準備しなければならない場合にあっても、人手を要することなく短時間のうちに強化繊維基材が装着されたコア材の準備が完了する。したがって、とくに大型のＦＲＰ構造体を成形する場合、多数のコア材を準備する時間が大幅に短縮されるとともに、成形コストを大幅に低減することが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の望ましい実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１および図２は、ＦＲＰ用コア材に強化繊維基材を被せる一例を示している。図１において、本実施態様では、ＦＲＰの成形に用いられるコア材１には、その少なくとも一端部（図示例では両端部）に、段落ち切り欠き部２が形成されている。この段落ち切り欠き部２は、コア材１の片面側にのみ形成することも可能であるが、図の如く両面に形成しておくことが好ましい。段落ち切り欠き部２は、段落ち切り欠き面２ａを有する。コア材１は軽量素材から構成することが好ましく、たとえば樹脂の発泡体や木材等からなる。なお、本発明は、このような段落ち切り欠き部２が形成されていないコア材に対しても適用できるが、段落ち切り欠き部２を形成しておくことで、貼り付ける強化繊維基材の位置を決めることができるとともに、段落ち切り欠き部２上に強化繊維基材を貼り付けた後に、その強化繊維基材部分と隣接するコア材の表面との間の段差がなくすことができ、望ましい強化繊維基材貼り付けコア材が得られる。
【００１５】
上記段落ち切り欠き部２に対して、ＦＲＰ構造体を成形する場合の補強用リブや端部のキャップ部材を成形するための強化繊維基材３が貼り付けられる。強化繊維基材３は、たとえば±４５°の繊維基材からなり、一方向性基材を±４５°に積層したもの、繊維方向を±４５°とした織物等からなる。ステッチされた織物を用いたり、適宜マット（たとえば、ガラス繊維のマット）を配置したものを用いたりすることもできる。また、いわゆるノンクリンプ織物を用いることもできる。
【００１６】
このような強化繊維基材３の片面に接着剤を塗布し、必要に応じてコア材１側にも接着剤を塗布し、図２に示すように、接着剤が塗布された強化繊維基材３の一部が、コア材１の段落ち切り欠き部２が形成されている端部の端面に貼り付けられる。貼り付けられた強化繊維基材３の残りの部分、図示例では上下の部分は、段落ち切り欠き部２の段落ち切り欠き面２ａへと折り曲げられ、該段落ち切り欠き面２ａに貼り付けられる。このようにして、ＦＲＰ成形用の、強化繊維基材３が被せられたコア材１が準備される。
【００１７】
上記コア材１への強化繊維基材３のキャッピングが、図３ないし図７に示すように自動的に行われる。図３、図４に、本発明に一実施態様に係るＦＲＰ用コア材への基材キャッピング方法および装置の概略構成を示す。
【００１８】
図３、図４において、搬送装置４上にコア材１が載置され、コア材１は先ずＡ位置に搬送される。Ａ位置において、▲１▼強化繊維基材３のセット、▲２▼強化繊維基材３に接着剤の塗布（場合によってはコア材１側にも塗布）、▲３▼強化繊維基材３のコア材１の端面への貼り付けが行われ、Ｂ位置において、▲４▼強化繊維基材３のコ字状折り曲げ、▲５▼強化繊維基材３のコア材１への接着が行われる。強化繊維基材３の接着が行われたコア材１は、取出位置へと搬出され、一連の自動キャッピングが終了する。
【００１９】
上記Ａ位置における一連の動作例の詳細を図５に、Ｂ位置における一連の動作例の詳細を図７に、それぞれ示す。
【００２０】
図５において、Ａ位置に搬送されてきたコア材１は支持台５上に固定される。このＡ位置の両側に（図５においては片側のみ示してある。）、ストック手段６が設けられ、所定のサイズに形成された強化繊維基材３が複数枚積み重ねられている。積み重ねられた強化繊維基材３は、下端側から適当な付勢手段７によって上方に押し上げられ、最上部から一枚づつ取り出し可能となっている。
【００２１】
ストック手段６の上方には、たとえば真空により強化繊維基材３を吸着可能な吸着パッド８を備えた搬送手段９が設けられている。搬送手段９は、図５（イ）に示すように、強化繊維基材３を吸着パッド８を介して一枚づつ吸着保持し、保持した強化繊維基材３を貼り付け手段１０へと搬送する。貼り付け手段１０には、吸着保持手段１１が設けられており、搬送されてきた強化繊維基材３を吸着保持する。
【００２２】
貼り付け手段１０の上方には、接着剤噴霧器１２が設けられており、図５（ロ）に示すように、貼り付け手段１０に保持されている強化繊維基材３の片面に接着剤を塗布する。
【００２３】
接着剤が塗布された強化繊維基材３は、貼り付け手段１０を９０°回転させることにより、接着剤塗布面がコア材１側に向けられる（図５（ハ））。
【００２４】
図５（ニ）に示すように、貼り付け手段１０の強化繊維基材３保持部がコア材１側に伸長（前進）され、強化繊維基材３の接着剤塗布面が、コア材１の段落ち切り欠き部２が形成されている端部の端面２ｂに押しつけられ、該端面２ｂに強化繊維基材３が貼り付けられる。
【００２５】
貼り付け後には、図５（ホ）に示すように、強化繊維基材３の吸着保持が解除され、貼り付け手段１０の強化繊維基材３保持部が後退し、コア材１の端面２ｂに強化繊維基材３が貼り付けられたまま残される。この状態では、強化繊維基材３の残りの部分は、コア材１の端面２ｂの上下にはみ出している。
【００２６】
なお、上記Ａ位置における一連の動作は、上記図５に示した装置以外、たとえば図６に示すような装置でも行うことができる。図６に示す装置においては、図５における搬送手段９と貼り付け手段１０とが一つの装置１３として構成され、該搬送兼貼り付け装置１３が、強化繊維基材３の取り出し位置、接着剤の塗布位置、コア材１への貼り付け位置へと順に回動できるようになっている。また、図６に示すように、このように回動されるアーム１３ａを複数設けておくことにより、それぞれのアーム１３ａに回動位置に応じた動作を行わせることができる。
【００２７】
図５または図６の装置により両側に強化繊維基材３が貼り付けられたコア材１は、次にＢ位置へ移送され、図７に示すように、強化繊維基材３の残りの部分が折り曲げ、接着される。
【００２８】
Ｂ位置において、搬送されてきたコア材１は支持台５上に固定される。コア材１の両側には、強化繊維基材３の折り曲げ・接着手段１４が設けられている。折り曲げ・接着手段１４は、図７（イ）に示すように、先端が開口方向に湾曲した上下一対の折り曲げ板１５ａ、１５ｂと、ばね１６等により強化繊維基材３方向に付勢され、ガイド１７を介してスライド可能に支持された押し付け板１８を有している。一対の折り曲げ板１５ａ、１５ｂの間隔は調整できるようになっている。また、一対の折り曲げ板１５ａ、１５ｂは、エアシリンダ等の押圧手段１９ａ、１９ｂにより、互いに接近する方向に、押圧力をもって移動可能に構成されている。
【００２９】
強化繊維基材３が貼り付けられたコア材１に対し、図７（ロ）に示すように、折り曲げ・接着手段１４が接近する方向に移動される。このとき、先端が湾曲した上下一対の折り曲げ板１５ａ、１５ｂが、強化繊維基材３の上下部を各段落ち切り欠き部２の段落ち切り欠き面２ａ上に折り曲げ始める。
【００３０】
やがて、図７（ハ）に示すように、押し付け板１８が、強化繊維基材３のコア材１の端面２ｂに貼り付けられている部分に当接し、該強化繊維基材３部分をコア材１の端面２ｂに押し付ける。押し付け力は、ばね１６によって調整され、ばね１６が縮んだ分は、ガイド１７のスライドによって吸収される。この押し付けとともに、折り曲げ板１５ａ、１５ｂは段落ち切り欠き部２の奥端まで達し、強化繊維基材３の上下部の全てが上下の段落ち切り欠き面２ａに接着される。
【００３１】
次に、図７（ニ）に示すように、強化繊維基材３の中央部が押し付け板１８によって、コア材１の端面２ｂに押し付けられた状態で、上下の押圧手段１９ａ、１９ｂにより折り曲げ板１５ａ、１５ｂが押圧され、強化繊維基材３の折り曲げ部分が各段落ち切り欠き面２ａ上に押し付けられて強力に接着される。接着後には、押圧手段１９ａ、１９ｂの押圧が解除され、折り曲げ・接着手段１４が後退する。折り曲げ、接着の完了したコア材１は、図３、図４に示したように取出位置へと移送され、一連の動作が完了する。
【００３２】
上記一連の動作は自動的に行われるので、多数のコア材１に強化繊維基材３をキャッピングする場合にあっても、人手を要することなく短時間のうちに強化繊維基材３貼り付けコア材１を準備することができる。
【００３３】
このように準備されたコア材１が、ＦＲＰ構造体の成形に供される。強化繊維基材をキャッピングしたコア材を用いたＦＲＰ構造体の成形例を、図８、図９に示す。
【００３４】
図８は、大型のＦＲＰ構造体を効率よく成形できる、真空バッグ法による一発成形の例を示している。図８において、型２１内に、発泡体等からなるコア材２２が配置されるとともに、その両面に強化繊維基材２３が配置される。コア材２２は複数の分割構成とされ、複数のコア材２２が平面的にみて縦横に配列されている。配列されたコア材２２の列の端部は、上記強化繊維基材２３がコア材２２を包み込むように配置されてもよいし、図８に示すように、コ字状のキャプ状強化繊維基材２８を別途配置してもよい。
【００３５】
各コア材２２は、本実施態様では図９に示すように構成されており、樹脂の通り道となる大溝２４と、該大溝２４から分岐した多数の小溝２５を有している。この大溝２４および小溝２５を介して樹脂が強化繊維基材２３の面方向に拡散されつつ、拡散された樹脂が強化繊維基材２３の厚み方向に基材２３に含浸される。この実施態様では、コア材２２自身に、溝部分により、樹脂を基材面方向に拡散するための拡散路を付与してあるが、この構造とは別に、あるいはこの構造とともに、別部材からなる、樹脂を強化繊維基材の面方向に拡散するシート状の媒体を設けてもよい。この媒体は、強化繊維基材２３の上面側に、あるいは上下両面側に配置することができる。媒体の構造は特に限定されないが、図９に示したと同様の溝構造を有するシート状部材、あるいは縦横に溝を有するシート状部材、さらには網状部材等から構成できる。
【００３６】
そして図９に示した実施態様では、コア材２２の両側部に段落ち切り欠き部２６が形成されており、該段落ち切り欠き部２６に図４に示すように断面コ字状のリブを形成するための強化繊維基材２７が配置されている。ＦＲＰ構造体の中央部ではこのリブを形成するコ字状強化繊維基材２７同士が突き合わされており、配列されたコア材２２の端部部分では、コ字状のキャップ状強化繊維基材２８が配置されており、これらがコア材２２とともに強化繊維基材２３で両面から挟み込まれている。
【００３７】
上記強化繊維基材２３の型の上面側が、バッグ基材２９で覆われ、内部が真空ポンプ３０による吸引によって真空状態にされる。次いで、バルブ３１を開いて、液状の樹脂３２が上記真空状態に保たれた型２１内に注入される。注入は、多孔質材等からなるエッジブリーザ３３を介して行われ、ポンプ３０への吸引も同様のエッジブリーザ３４を介して行われる。樹脂の注入位置、真空吸引位置、エッジブリーザは３３、３４の設置位置は、適宜変更できる。たとえば、型の中央部から樹脂を注入するようにすることもできる。また、本実施態様では、強化繊維基材２３の上面を直接バッグ基材２９で覆うようにしたが、必要に応じて、強化繊維基材２３との間に成形後に剥離される離型資材を介装してもよい。上記実施態様では、バッグ基材２９自身が離型資材の機能を備えている。さらにまた、バッグ基材２９と強化繊維基材２３の型の上面側との間に、鉄板等の剛性板を配置してもよい。また、上記バッグ基材は、型２１内を真空状態に保つことが可能であれば、フイルムでも、金属板でも、ＦＲＰ板でも何でもよい。
【００３８】
注入された樹脂は、前述の如く、コア材２２の大溝２４、小溝２５に沿って強化繊維基材２３の面方向に拡散されつつ、拡散した樹脂が強化繊維基材２３の厚み方向に含浸される。このとき同時に、リブやキャップを形成するコ字状強化繊維基材２７、２８にも樹脂が含浸され、リブやキャップが一体に成形される。含浸された樹脂が、常温で、場合によっては加熱によって硬化され、ＦＲＰ構造体が完成する。硬化後にバッグ基材２９が取り除かれ、硬化したＦＲＰ構造体が型２１から取り出される。このように、ＦＲＰ構造体が一発成形される。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ＦＲＰの成形に用いる多数の強化繊維基材貼り付けコア材を、自動的に短時間のうちに準備することができ、コア材準備時間の短縮、ひいてはＦＲＰ構造体の成形全体に要する時間の短縮をはかることができるとともに、成形コストの低減をはかることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様に係るＦＲＰ用コア材および強化繊維基材の分解斜視図である。
【図２】図１のコア材に強化繊維基材を貼り付ける様子を示す斜視図である。
【図３】本発明の一実施態様に係る装置の概略構成図である。
【図４】図３の装置の概略側面図である。
【図５】図３のＡ位置における一連の動作の詳細を示す概略構成図である。
【図６】図５とは別の構成を有する装置の概略構成図である。
【図７】図３のＢ位置における一連の動作の詳細を示す概略構成図である。
【図８】本発明に係るコア材を用いたＦＲＰ構造体の成形例を示す概略構成図である。
【図９】図８の方法で用いられるコア材の拡大斜視図である。
【符号の説明】
１  コア材
２  段落ち切り欠き部
２ａ  段落ち切り欠き面
２ｂ  端面
３  強化繊維基材
４  搬送装置
５  支持台
６  ストック手段
７  付勢手段
８  吸着パッド
９  搬送手段
１０  貼り付け手段
１１  吸着保持手段
１２  接着剤噴霧器
１３  搬送兼貼り付け装置
１３ａ、１３ｂ  アーム
１４  折り曲げ・接着手段
１５ａ、１５ｂ  折り曲げ板
１６  ばね
１７  ガイド
１８  押し付け板
１９ａ、１９ｂ  押圧手段
２１  型
２２  コア材
２３  強化繊維基材
２４、２５  溝
２６  段落ち切り欠き部
２７、２８  コ字状強化繊維基材
２９  バッグ基材
３０  真空ポンプ
３１  バルブ
３２  樹脂
３３、３４  エッジブリーザ
【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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