JP2009172874A - プリフォーム作製方法およびプリフォーム - Google Patents

Abstract

【課題】プリフォームの繊維角度が乱れないように、マンドレルとプリフォームとの脱型性に優れたものを提供すること。
【解決手段】マンドレルｍ上にプリフォーム１を組成するプリフォーム作製方法において、複数の分割片２０からなる脱型部材２をマンドレルｍ外周にセットし、脱型部材２上に繊維層１を形成する。
【選択図】図４

Description

本発明は、マンドレル上にプリフォームを組成するプリフォーム作製方法およびプリフォームに関する。

ブレイダー装置等を用いて、マンドレルの外周に強化繊維をブレイディングして、複数のプリフォーム層を形成する。その後、マンドレルだけを抜き取って、強化繊維からなる管状のプリフォームを成形する。しかし、マンドレルとプリフォームとの脱型性は余りよくないため、マンドレルがなかなか抜けなかったり、無理に引抜いてプリフォームの繊維配列を乱すことがある。

そのため、マンドレルの抜き取りを改善するのに、例えば、マンドレルとプリフォームとの間にセルロース系離型剤を巻き付けたり（特許文献１等）、ＦＲＰ線材を集束してなるマンドレルを用いている（特許文献２等）。しかし、これらは、炭化処理による熱分解を必要としたり、特殊なマンドレルを準備する必要がある。

また、マンドレルとプリフォームとの間に線状（例えば紐体）等の中間物を設けて、中間物とマンドレルとの間の小さい摩擦抵抗を利用して、マンドレルを引き抜く方法もある。しかし、組糸テンションが高かったり積層数が多くなると、プリフォームの組角度が崩れることがある。また、樹脂の含浸した強化繊維では、繊維表面がべたついているので、スムーズにマンドレルを引き抜くことができない。
特開平７−１８６１１７号公報 特開平６−２８６００５号公報

そこで、本発明が解決しようとする課題は、プリフォームの繊維角度が乱れないように、マンドレルとプリフォームとの脱型性に優れたプリフォーム作製方法およびプリフォームを提供することにある。

本発明は、マンドレル上にプリフォームを組成するプリフォーム作製方法であって、
複数の分割片からなる脱型部材をマンドレル外周にセットし、脱型部材上に繊維層を形成する。

好ましくは、マンドレルの軸方向にマンドレルを抜き取って、脱型部材の中心方向に各分割片をプリフォームから離脱して、脱型部材をプリフォームから取り外す。

好ましくは、脱型部材は、マンドレルに対する摩擦係数の小さい材料からなる。

好ましくは、脱型部材は、マンドレルの外周とほぼ同一の内周からなる管状部材を周方向に分割してなる。

本発明に係るプリフォームは、
マンドレルの外周を囲むための複数の分割片からなる脱型部材と、脱型部材上に積層されたプリフォームとからなり、マンドレル上に脱型部材を介してプリフォームを組成して、マンドレルの軸方向にマンドレルを抜き取って構成されており、脱型部材の中心方向に各分割片をプリフォームから離脱して、脱型部材をプリフォームから取外し可能である。

本発明では、複数の分割片からなる脱型部材を用いる。そして、マンドレルの外周にこの脱型部材をセットして、脱型部材上に繊維層を形成する。そのため、繊維層を脱型部材上に残した状態で、マンドレルだけを取り外すことができるので、マンドレル取り外しの段階で繊維層の繊維角度が乱れることがない。さらに、脱型部材は比較的細かな複数の分割片からなっているので、それぞれの分割片をゆっくりとそっと取り外すことができ、この脱型部材を取り外す段階でも繊維層の繊維角度が乱れることがない。従って、本発明によれば、繊維層の繊維角度が全く乱れることなく、プリフォームを作製できる。

以下、図面に基づいて、本発明に係るプリフォーム作製方法およびプリフォームについて説明する。

図１は、ブレイダーの正面図である。図２は、ブレイダーの側面図である。ブレイダーＢＲは、複数本の強化繊維の糸条Ｙおよびｙを交錯させて組成体（プリフォーム）を組成する。糸条Ｙおよびｙは、例えば、熱硬化性樹脂を含浸したカーボン繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等からなる。

図１および図２に示す通り、ブレイダーＢＲは、ブレイダー本体Ｂｂとマンドレル装置Ｂｍとから構成される。マンドレル装置Ｂｍは、マンドレルｍの位置を制御する装置であり、マンドレルｍを把持して水平移動および回転動作を行う。

ブレイダー本体Ｂｂは、軸線が水平で一側に開口ｅを有する略円筒状の機台Ｆｂを備える。ブレイダー本体Ｂｂは、機台Ｆｂ内に配置された所定の曲率半径Ｒを有する曲面上の上板Ｕ、上板Ｕに穿設された軌道に沿って走行する複数のボビンキャリアーＣ、ボビンキャリアーＣを走行させるための駆動装置Ｄ、糸条案内装置Ｇ等を備える。

糸条Ｙは、ボビンキャリアーＣに載置されたボビンから引き出され、上板Ｕのほぼ中心に集合する。マンドレルｍは、マンドレル装置Ｂｍに取り付けられる。マンドレル装置Ｂｍは、マンドレルｍ上に形成される組物（プリフォーム）の組み上げ点Ｐが上板Ｕの中心に位置するように、マンドレルｍの位置を移動する。マンドレル装置Ｂｍは、マンドレルｍを一次元、二次元あるいは三次元的に位置制御できる。

こうして、ボビンキャリアーＣが駆動装置Ｄによって軌道に沿って走行させられるとともに、マンドレルｍの位置がマンドレル装置Ｂｍによって制御される。その結果、多数の糸条Ｙが交錯する。また、必要に応じて、中糸用糸条ｙが、機台ＦｂのフレームＦｂ’にほぼ水平に配置されたボビンキャリアーＣ’から引き出される。中糸用糸条ｙは、軌道に沿って走行するボビンキャリアーＣから巻き戻され組み上げられる糸条Ｙに交絡する。これによって、ブレイディングが行われて、マンドレルｍ上にプリフォーム（組物）が積層される。

ブレイディングによるプリフォーム（組物）作製が完了した後、適当な切断装置（不図示）によって糸条Ｙおよびｙが切断される。完成したプリフォームを備えたマンドレルｍは、マンドレル装置Ｂｍから取り外される。

図３は、脱型部材を説明するための図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ線断面図である。図４は、プリフォームから脱型する手順を説明する図である。図５は、プリフォームから脱型する手順を示すフローチャート図である。

図３（ａ）に示す通り、脱型部材２は、マンドレルｍの外周ｍａを囲むようにはめ込まれる（図５のステップＳ１）。そして、脱型部材２を有するマンドレルｍが、マンドレル装置Ｂｍに取り付けられ（図５のステップＳ２）、上記のブレイダーＢＲによって、脱型部材２を介して、マンドレルｍにプリフォーム（繊維層）１が組成される（図５のステップＳ３）。従って、脱型部材２の上にプリフォーム１が組み上げられる。プリフォーム（繊維層）１は、マンドレルｍの軸方向１０に対して所定の組角度θで組成される。

図３（ｂ）に示す通り、脱型部材２は、複数（本例では４つ）の分割片２０を備える。それぞれの分割片２０は、マンドレルｍの軸方向１０に延設されている。それぞれの分割片２０は、内周２ａ側の数箇所がテープ等の仮止め手段（不図示）で連結される。脱型部材２は、各分割片２０が連結された状態において、それぞれの分割片２０の連結部分に空間部２１が形成される。

本実施形態において、脱型部材２は、内周２ａがマンドレルｍの外周ｍａとほぼ同一の管状部材（パイプ）を、マンドレルｍの周方向１２に分割して分割片２０を構成したものである。そして、脱型部材２は、外周面２ｂが連続するように、空間部２１が内周２ａに向かって広がる三角形状になっている。後述するが、空間部２１は、各分割片２０をプリフォーム１から取り外し可能とするために設けられる。

上記の通り、完成したプリフォーム１を備えたマンドレルｍは、マンドレル装置Ｂｍから取り外される（図５のステップＳ４）。そして、図４（ａ）に示す通り、マンドレルｍを、マンドレルｍの軸方向１０に引き抜く（図５のステップＳ５）。本実施形態において、脱型部材２はプラスチック材で形成されているので、マンドレルｍと脱型部材２との接触部１５は摩擦抵抗が小さい。従って、プリフォーム１と脱型部材２とを残し、マンドレルｍだけを抜き取ることができる。

上記の通り、脱型部材２は各分割片２０がテープ等の仮止め手段で連結されているので、マンドレルｍを抜き取った後でも、図４（ｂ）に示す通り、プリフォーム１と脱型部材２とが密着した状態で保持される。そして、仮止め手段を外して各分割片２０の連結を解除して、図４（ｃ）に示す通り、各分割片２０が、空間部２１を通じて（空間部２１の空間を用いて）、脱型部材２の中心方向１１に向けて、プリフォーム１から取り外し可能となる（図５のステップＳ６）。

即ち、本実施形態では、脱型部材２が円筒状なので、空間部２１を設けないと、内周と外周の距離差から、分割片２０を脱型部材２の中心方向１１に向けて取り外すことができない。従って、所定の空間部２１は、脱型部材２の中心方向１１に向けて、分割片２０を取り外し可能とするために設けられる。

以上で、プリフォーム１の脱型が終了する。このように、マンドレルｍと脱型部材２を取り外して、プリフォーム１を製品として取引きしたり使用する。また、マンドレルｍだけを取り外して、脱型部材２を有するプリフォーム１を製品として取引きし、その後、取引先で、脱型部材２を取り外して、プリフォーム１を用いる場合がある。

上記の通り、マンドレルｍを引き抜く際には、プリフォーム１は、脱型部材２上に配置されているので（図４（ａ））、マンドレルｍの引抜きに伴ってプリフォーム１の組角度θが乱れることはない。さらに、脱型部材２を取り外す際には、各分割片２０を脱型部材２の中心方向１１に向けて取り外す（剥離する）ため（図４（ｃ））、プリフォーム１の組角度θ（軸方向１０に対する角度）に影響を与えないようになっている。

［変形例］
図６は、三角状のマンドレルに脱型部材を囲んだ状態を示す断面図である。図６に示す通り、マンドレルｍの断面形状は円状に限らず三角状でもよい。この場合、マンドレルｍの外周ｍａは、全部に渡って脱型部材２の内周２ａに接しているわけではなく、マンドレルｍの外周ｍａの一部（角部）が、脱型部材２の内周２ａに接している。即ち、マンドレルｍは、脱型部材２の一部を内側から支持して所定形状を保持する。そして、脱型部材２の外周面２ｂが、プリフォーム１の形状を設定する。

また、本発明は、マンドレルｍの周囲にプリフォーム１を積層するものに適用可能で、フィラメントワインダー等でもよい。また、マンドレルＭは、金属製などに硬質部材に限らず、バルーン状のもの等でもよい。また、脱型部材２は、分割片２０がマンドレルｍの全長に渡らずに、マンドレルｍの軸方向１０等に分割されていてもよい。脱型部材２は、外周面２ｂが連続していなくてもよく、プリフォーム１を所定形状に作製できればよい。

脱型部材２は、マンドレルｍとの摩擦抵抗が小さい部材が好ましく、プラスチック（合成樹脂）材料の外に金属系、セラミック系、表面処理（めっき等）加工したもの等が採用される。また、脱型部材２は、マンドレルｍとの接触部１５において、摩擦抵抗が高くて引抜き難い材料を採用するときは、潤滑剤等を塗布してもよい。また、空間部２１は、三角形状に限らず、各分割片２０を中心方向１１に向けて取り外し可能な所定の空間であればよい。当然、マンドレルｍは角状等でもよく、その形状に合う又はそれによって支持され得る脱型部材２を準備すればよい。

ブレイダーの正面図である。 ブレイダーの側面図である。 脱型部材を説明するための図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ線断面図である。 プリフォームから脱型する手順を説明する図である。 プリフォームから脱型する手順を示すフローチャート図である。 三角状のマンドレルに脱型部材を囲んだ状態を示す断面図である。

符号の説明

１ プリフォーム
２ 脱型部材
２０ 分割片
ｍ マンドレル
１０ マンドレルの軸方向
１１ 脱型部材の中心方向
ｍａ マンドレルの外周
２ａ 脱型部材の内周

Claims (5)

1. マンドレル上にプリフォームを組成するプリフォーム作製方法において、複数の分割片からなる脱型部材をマンドレル外周にセットし、該脱型部材上に繊維層を形成することを特徴とするプリフォーム作製方法。
2. 前記マンドレルの軸方向に前記マンドレルを抜き取って、前記脱型部材の中心方向に前記各分割片を前記プリフォームから離脱して、前記脱型部材を前記プリフォームから取り外すことを特徴とする請求項１に記載のプリフォーム作製方法。
3. 前記脱型部材は、前記マンドレルに対する摩擦係数の小さい材料からなることを特徴とする請求項１又は２に記載のプリフォーム作製方法。
4. 前記脱型部材は、前記マンドレルの外周とほぼ同一の内周からなる管状部材を周方向に分割してな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作製方法。
5. マンドレルの外周を囲むための複数の分割片からなる脱型部材と、前記脱型部材上に積層されたプリフォームとからなり、前記マンドレル上に前記脱型部材を介して前記プリフォームを組成して、前記マンドレルの軸方向に前記マンドレルを抜き取って構成されており、前記脱型部材の中心方向に前記各分割片を前記プリフォームから離脱して、前記脱型部材を前記プリフォームから取り外し可能になっていることを特徴とするプリフォーム。

Images