JP2019151083A - プリフォーム賦形方法及び複合材成形方法 - Google Patents

プリフォーム賦形方法及び複合材成形方法 Download PDF

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Abstract

【課題】複雑な形状を有するドライプリフォームであっても良好な品質で賦形できるようにすることである。【解決手段】実施形態に係るプリフォーム賦形方法は、それぞれバインダと繊維からなる複数のドライテープ材を、前記バインダを部分的に熱融着させることによって隣接するドライテープ材にそれぞれ仮留めしながら積層するステップと、仮留めされた前記複数のドライテープ材を折曲げ線に沿って折曲げるステップと、折曲げられた前記複数のドライテープ材に含まれる前記バインダを熱融着させることによって賦形されたドライプリフォームを製作するステップとを有し、前記積層するステップにおいて、前記折曲げ線に沿う範囲、前記折曲げ線に沿う範囲に隣接する両側の部分間及び前記折曲げ線を境界として隣接する部分間の少なくとも１つにおいて前記バインダの熱融着量を変えるものである。【選択図】 図７

Description

本発明の実施形態は、プリフォーム賦形方法及び複合材成形方法に関する。
従来、ガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ： Ｇｌａｓｓ ｆｉｂｅｒ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｐｌａｓｔｉｃｓ）や炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ： Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）等の樹脂を繊維で強化した複合材の成形方法の１つとしてＲＴＭ（Ｒｅｓｉｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｌｄｉｎｇ）法が知られている。
ＲＴＭ法は、シート状の繊維を積層した後に熱硬化性樹脂を含浸させて加熱硬化する複合材の成形方法である。ＲＴＭ法のうち、真空引きを行って繊維に樹脂を含浸させる方法は、ＶａＲＴＭ（Ｖａｃｕｕｍ ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｒｅｓｉｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｌｄｉｎｇ）法と呼ばれ、金型を利用して樹脂を含浸させる方法は、マッチドダイ（ｍａｔｃｈｅｄ−ｄｉｅ）ＲＴＭ法と呼ばれる。
ＲＴＭ法で複合材を成形する場合には、樹脂の含浸に先立ってドライプリフォームが製作される。ドライプリフォームはシート状の繊維の積層体を、成形後における複合材の形状に合わせて賦形したものである。ドライプリフォームは、シート状の繊維を積層して製作されるが、熱可塑性のバインダを介在させて繊維が滑らないように仮留めする場合が多い（例えば特許文献１及び特許文献２参照）。
テープ状の繊維基材はドライテープ材と呼ばれる。また、熱可塑性の不織布を重ねたドライテープ材や熱可塑性の微粒子を付着させたドライテープ材が市販されている。そして、熱可塑性のバインダを含むドライテープ材を積層する際、専用の加熱装置を用いて一定間隔でスポット状にバインダを熱融着することによって、ドライテープ材を隣接するドライテープ材に仮留めすることができる。これにより、積層したドライテープ材がずれたり、剥がれ落ちたりすることを防ぐことができる。
特開２０１０−２５３８７３号公報 特開２００９−２１４３７１号公報
しかしながら、ドライテープ材の積層体を雄型に押し付けてドレープ成形することによって複雑な形状を有するドライプリフォームを製作する場合には、ドライテープ材を積層した後にドライテープ材を層間で滑らせたり、変形させることが必要となる。このため、熱可塑性バインダの熱融着によってドライテープ材が仮留めされていると、ドライテープ材に皺や裂けが発生し、ドライプリフォームの賦形品質が低下する場合がある。
そこで本発明は、複雑な形状を有するドライプリフォームであっても良好な品質で賦形できるようにすることを目的とする。
本発明の実施形態に係るプリフォーム賦形方法は、それぞれバインダと繊維からなる複数のドライテープ材を、前記バインダを部分的に熱融着させることによって隣接するドライテープ材にそれぞれ仮留めしながら積層するステップと、仮留めされた前記複数のドライテープ材を折曲げ線に沿って折曲げるステップと、折曲げられた前記複数のドライテープ材に含まれる前記バインダを熱融着させることによって賦形されたドライプリフォームを製作するステップとを有し、前記積層するステップにおいて、前記折曲げ線に沿う範囲、前記折曲げ線に沿う範囲に隣接する両側の部分間及び前記折曲げ線を境界として隣接する部分間の少なくとも１つにおいて前記バインダの熱融着量を変えるものである。
また、本発明の実施形態に係る複合材成形方法は、上述したプリフォーム賦形方法で製作された前記ドライプリフォームに熱硬化性樹脂を含浸させて加熱硬化することによって複合材を製作するものである。
本発明の第１の実施形態に係るプリフォーム賦形方法を含む複合材成形方法の手順を示すフローチャート。 図１に示すプリフォーム賦形方法及び複合材成形方法によって製作対象となるプリフォーム及び複合材の形状例を示す斜視図。 熱可塑性バインダとして熱可塑性樹脂の微粒子を繊維に付着させたドライテープ材の構造を示す斜視図。 熱可塑性バインダとして熱可塑性の不織布を繊維に付着させたドライテープ材の構造を示す斜視図。 図２に示す複合材用に製作されるドライプリフォームの各層を構成する賦形後におけるドライテープ材の形状を示す斜視図。 図５に示すドライテープ材を展開した状態における斜視図。 図６に示すドライテープ材の折曲げ線を境界としてバインダの熱融着点の間隔を変えた例を示す図。 図６に示すドライテープ材の折曲げ線で折曲げられる部分を熱融着しないようにした例を示す図。 図２に示す複合材を製作するためにドライプリフォームをバギングする場合の例を示す図。 図２に示す複合材を製作するために上型を用いる場合の例を示す図。 図１に示すプリフォーム賦形方法及び複合材成形方法によって製作対象となるドライプリフォーム及び複合材の別の形状例を示す斜視図。 図１に示すプリフォーム賦形方法及び複合材成形方法によって製作対象となるドライプリフォーム及び複合材の更に別の形状例を示す側面図。 図１２に示す複合材の位置Ａ−Ａにおける横断面図。 本発明の第２の実施形態に係るプリフォーム賦形方法及び複合材成形方法を説明するためのドライテープ材の積層時における斜視図。 本発明の第３の実施形態に係るプリフォーム賦形方法及び複合材成形方法を説明するためのドライテープ材の積層時における斜視図。 図１５に示す第３の実施形態の変形例を説明するためのドライテープ材の積層時における斜視図。 本発明の第４の実施形態に係るプリフォーム賦形方法及び複合材成形方法を説明するためのドライテープ材の積層時における斜視図。
本発明の実施形態に係るプリフォーム賦形方法及び複合材成形方法について添付図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係るプリフォーム賦形方法を含む複合材成形方法の手順を示すフローチャートであり、図２は図１に示すプリフォーム賦形方法及び複合材成形方法によって製作対象となるプリフォーム及び複合材の形状例を示す斜視図である。
図１に示すＲＴＭ法による工程によって、図２に例示される形状を有する複合材１を製作することができる。図２に示す例では、製作対象となる複合材１の形状がウェブ２の片面に２つのフランジ３を設けた形状となっている。このため、平板上に凸部を形成した型４を用いて複合材１を成形することができる。
繊維を積層した後に熱硬化性樹脂を含浸させて加熱硬化するＲＴＭ法によって複合材を成形する場合には、複合材の形状に合わせた形状を有するドライプリフォームを賦形することが必要となる。ドライプリフォームの形状も、複合材１の形状と同様となるため共通の型４を用いてドライプリフォームの賦形を行うことができる。但し、複合材１を加熱硬化するための型４とは別に、ドライプリフォームの賦形用の型を用いても良い。
ドライプリフォームは、複数のシート状の繊維の積層体として製作することができる。但し、シート状の繊維を単に積層すると繊維間にずれが生じる恐れがある。そこで、熱可塑性のバインダと繊維をテープ状にしたドライテープ材が製品化されている。ドライプリフォームの素材としてドライテープ材を用いれば、バインダを部分的に熱融着させることによって滑らないように仮留めしながら積層することが可能となる。
図３は熱可塑性バインダとして熱可塑性樹脂の微粒子を繊維に付着させたドライテープ材の構造を示す斜視図である。
図３に示すようにシート状に束ねた繊維束１０に熱可塑性バインダとして熱可塑性樹脂の微粒子１１を塗したドライテープ材１２が市販されている。
図４は熱可塑性バインダとして熱可塑性の不織布を繊維に付着させたドライテープ材の構造を示す斜視図である。
図４に示すようにシート状に束ねた繊維束１０に熱可塑性バインダとして熱可塑性の不織布１３を重ねたドライテープ材１４も市販されている。
図３及び図４に例示されるように熱可塑性バインダを繊維に付着させたドライテープ材が市販されているため入手が容易である。そこで、以降では、バインダとして熱可塑性バインダを用いる場合を例に説明するが、熱融着を行うことが可能であれば、熱可塑性樹脂に限らず、熱硬化性樹脂やエラストマ等の樹脂でバインダを構成しても良い。
ドライプリフォームは、複数のドライテープ材の積層体として製作される。従って、ドライテープ材は、ドライプリフォームの各繊維層を展開した形状に裁断される。
図５は図２に示す複合材１用に製作されるドライプリフォームの各層を構成する賦形後におけるドライテープ材の形状を示す斜視図である。
ドライプリフォームは、図５に示すような複合材１のウェブ２を形成するウェブ面２０と、２つのフランジ３を形成するフランジ面２１とを有する折曲げられたドライテープ材２２の積層体として製作することができる。図５に例示される複合材１のウェブ２は平面であるためドライテープ材２２のウェブ面２０も平面となる。一方、図５に例示される複合材１の各フランジ３は湾曲しており、表面が曲面となっているため、ドライテープ材２２のフランジ面２１も曲面となっている。
もちろん、ウェブが湾曲している複合材やフランジが平面となっている複合材を成形する場合には、ウェブ面が曲面となっているドライテープ材２２やフランジ面が平面となっているドライテープ材２２の積層体としてドライプリフォームを製作することができる。すなわち、曲面と平面又は曲面と曲面を折曲げ線２３で連結した形状を有するドライテープ材２２の積層体としてドライプリフォームを製作することができる。
図６は図５に示すドライテープ材２２を展開した状態における斜視図である。
図５に示す形状を有するドライテープ材２２の積層体を製作するためには、素材として図６に示すように平面に展開した形状を有するドライテープ材２２を素材として準備することが必要となる。このため、図６に示すように平面に展開した形状を有するドライテープ材２２が裁断される。他の形状を有するドライテープ材２２の積層体を製作する場合においても、同様に、平面に展開した形状を有するドライテープ材２２が素材として準備される。
そして、平面状のドライテープ材２２が所望の型の上に積層される。平面状のドライテープ材２２は、図２に示す型４の上に積層しても良いが、平板上の積層用の型の上に積層することが積層作業の容易化に繋がる。また、ドライテープ材２２の積層は自動積層装置で自動的に行っても良いし、作業者が手作業で行っても良い。ドライテープ材２２の積層を自動積層装置で自動的に行う場合には、平板上の積層用の型の上にドライテープ材２２を積層することが汎用の自動積層装置を使用できる観点から現実的である。
ドライテープ材２２を積層する際、積層されたドライテープ材２２が滑ってずれないように、加熱装置で熱可塑性のバインダが部分的に熱融着される。すなわち、厚さ方向及び積層方向に隣接するドライテープ材２２同士が熱硬化性のバインダの熱融着によって部分的に貼り合せられる。これにより、積層されたドライテープ材２２のずれを防止することができる。
バインダの加熱についても自動加熱装置を用いて加熱しても良いし、作業者が手持ち式の加熱装置を用いて手作業で行うようにしても良い。バインダを繊維に溶着させるための加熱装置としては、超音波溶着機やレーザ溶着機が知られている。また、ドライテープ材２２の積層とバインダの溶着を自動的に行う自動積層装置も製品化されている。
加熱装置を用いると、バインダのスポット溶着が可能である。このため、隣接するドライテープ材２２同士を、多数の点で貼り合わせることによって、各ドライテープ材２２を積層しながら仮留めすることができる。
このように、図１に示すフローチャートにおいて、シート状の繊維の積層工程であるステップＳ１では、それぞれ熱可塑性のバインダと繊維からなる複数のドライテープ材を、熱可塑性のバインダを部分的に熱融着させることによって隣接するドライテープ材にそれぞれ仮留めしながらドライテープ材の積層用の型の上に積層する作業が行われる。
但し、積層された平面状の各ドライテープ材２２は、それぞれ図５に示すようにウェブ面２０とフランジ面２１とを有する形状に折曲げられることになる。従って、各ドライテープ材２２を折曲げるために各ドライテープ材２２を部分的に滑らせることが必要となる。逆に、各ドライテープ材２２を折曲げる際に、各ドライテープ材２２が必要な部分において滑らないと、ドライテープ材２２に皺や裂けが発生し、ドライプリフォームの品質の低下に繋がる。
そこで、賦形後におけるドライプリフォーム及び各ドライテープ材２２の形状に合わせて熱可塑性のバインダの熱融着量を変えることができる。図５に示すように各ドライテープ材２２が折曲げ線２３でウェブ面２０とフランジ面２１とを有する形状に折曲げられる場合のように、各ドライテープ材２２が折曲げ線２３で折曲げられる場合には、折曲げ線２３で折曲げられる部分２２Ａをある程度滑らせることがドライテープ材２２の皺や裂けの防止に繋がる。
このため、折曲げ線２３で折曲げられる部分２２Ａがある程度滑るように熱融着量を決定することが適切である。そのためには、折曲げ線２３を境界として隣接するドライテープ材２２の部分２２Ａ、２２Ｂ間において熱可塑性のバインダの熱融着量を変えれば良い。具体的には、折曲げ線２３において折曲げられる側となる複数のドライテープ材２２の部分２２Ａに含まれる熱可塑性のバインダの熱融着量を、折曲げられる側に隣接する部分２２Ｂに含まれる熱可塑性のバインダの熱融着量よりも少なくすれば良い。
これにより、折曲げ線２３で折曲げられる部分２２Ａが滑ることが可能な範囲を制限することができる。すなわち、折曲げ線２３で折曲げられる部分２２Ａを隣接するドライテープ材２２に仮留めしつつ折曲げに必要な程度の範囲で滑らせることができる。
図７は図６に示すドライテープ材２２の折曲げ線２３を境界としてバインダの熱融着点の間隔を変えた例を示す図である。
図７に示すように、折曲げ線２３において折曲げられる側となる複数のドライテープ材２２の部分２２Ａにおける熱可塑性のバインダの熱融着点（ＨＥＡＴ−ＳＥＡＬＩＮＧ ＰＯＩＮＴ）の間隔を、折曲げられる側に隣接する部分２２Ｂにおける熱可塑性のバインダの熱融着点の間隔よりも広くすることができる。
より具体的な例として、賦形後の形状が平面となるウェブ２の部分２２Ｂについては局所加熱を行う熱融着点の間隔を３ｉｎｃｈ程度の狭い間隔とする一方、賦形後の形状が曲率が大きい曲面となるフランジ３の部分２２Ａについては、局所加熱を行う熱融着点の間隔を５ｉｎｃｈから１０ｉｎｃｈ程度の広い間隔とすることができる。
これにより、フランジ３となる部分２２Ａに含まれる熱可塑性のバインダの熱融着量を、ウェブ２となる部分２２Ｂに含まれる熱可塑性のバインダの熱融着量よりも少なくすることができる。そして、ウェブ２となる部分２２Ｂについては十分に滑り量が少なくなるよう仮留めを行う一方、フランジ３となる部分２２Ａについては折曲げた場合に皺や裂けが生じないようにある程度滑るようにしつつ極端にはずれないように仮留めすることができる。もちろん、ウェブ２の部分２２Ｂが平面ではなく曲率が小さい曲面も同様である。
熱融着点の間隔を不等間隔とする局所加熱は手持ち式の加熱装置を用いた作業者による手作業で行うことができる。或いは、３軸移動機構やロボットアームを備えた自動加熱装置を用いて自動的に局所加熱を行うようにしても良い。熱融着点の間隔を不等間隔とする局所加熱を自動加熱装置を用いて自動的に行う場合には、数値制御（ＮＣ：ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ）プログラムを用いたＮＣ制御によって熱融着点の位置決めを行うことができる。
図８は図６に示すドライテープ材２２の折曲げ線２３で折曲げられる部分２２Ａを熱融着しないようにした例を示す図である。
図８に示すように、折曲げ線２３において折曲げられる側となる複数のドライテープ材２２の部分２２Ａにおいては熱可塑性のバインダの熱融着を行わず、折曲げられる側に隣接する部分２２Ｂにおいては熱可塑性のバインダの熱融着を行うようにしても良い。すなわち、フランジ３となる部分２２Ａのように折曲げ線２３において折曲げられる側となる複数のドライテープ材２２の部分２２Ａに含まれる熱可塑性のバインダの熱融着量を、ウェブ２となる部分２２Ｂのように折曲げられる側に隣接する部分２２Ｂに含まれる熱可塑性のバインダの熱融着量よりも少なくする方法の１つとして、折曲げ線２３において折曲げられる側となるドライテープ材２２の部分２２Ａに含まれる熱可塑性のバインダの熱融着量をゼロとしても良い。この場合、熱融着点の間隔を一定とすることができるため、加熱作業が容易となる。
展開されたドライテープ材２２の仮留めを伴う積層が完了すると、仮留めされた複数のドライテープ材２２がステップＳ２において折曲げ線２３に沿って折曲げられる。そのために、仮留めされた複数のドライテープ材２２が平板状の積層用の型の上に積層されている場合には、図２に示すような複合材１の成形用の型４又は複合材１の成形用の型４と同様な形状を有するドライプリフォームの賦形用の型の上に仮留めされたドライテープ材２２の積層体が載置される。そして、複合材１の成形用の型４又はドライプリフォームの賦形用の型に合わせて仮留めされた複数のドライテープ材２２が折曲げられる。
これにより、図５に例示されるような、ウェブ面２０とフランジ面２１とを有するドライテープ材２２の積層体のように、曲面と平面又は曲面と曲面を折曲げ線２３で連結した形状を有するドライテープ材２２の積層体を形作ることができる。特に、折曲げ線２３において折曲げられるドライテープ材２２の部分２２Ａの熱融着量は、折曲げられる部分２２Ａを折曲げに必要な程度だけ滑らせることができるように調整されている。このため、皺や裂けの無いドライテープ材２２の積層体を形作ることができる。
次に、ステップＳ３において、折曲げられたドライテープ材２２の積層体全体が加熱装置で加熱される。実用的には後述するように複合材１の成形用の型４又はドライプリフォームの賦形用の型が加熱装置によって加熱される。これにより、折曲げられた複数のドライテープ材２２に含まれる熱可塑性のバインダがシート状の繊維に熱融着し、賦形されたドライプリフォームを製作することができる。すなわち、ウェブ２とフランジ３を有するドライテープ材２２の積層体のように曲面と平面又は曲面と曲面を折曲げ線２３で連結した形状を有するドライテープ材２２の積層体をドライプリフォームとして製作することができる。
次に、ステップＳ４において、ドライプリフォームを構成する繊維への熱硬化性樹脂の含浸が行われる。そのためにドライプリフォームが載置されている空間が密閉され、真空引きが行われる。
図９は図２に示す複合材１を製作するためにドライプリフォーム３０をバギングする場合の例を示す図である。
ＶａＲＴＭ法で複合材１を製作する場合には、複合材１の成形用の型４の上に載置されているドライプリフォーム３０又は賦形用の型から複合材１の成形用の型４の上に移されたドライプリフォーム３０がバギングフィルム３１で覆われ、バギングフィルム３１の縁がシーラント３２で型４に貼着される。そして、バギングフィルム３１で密閉された領域が真空装置３３によって減圧される。すなわち、真空装置３３による真空引きによってドライプリフォーム３０がバギングされる。
図１０は図２に示す複合材１を製作するために上型４０を用いる場合の例を示す図である。
剛体の上型４０を用いるＲＴＭで複合材１を製作する場合には、下型となる複合材１の成形用の型４と上型４０との間に形成される空間にドライプリフォーム３０が配置される。そして、型４と上型４０との間に形成される空間の真空引きが真空装置３３によって行われる。
真空引きが完了すると、図９に示すようにバギングフィルム３１を用いてバギングする場合或いは図１０に示すように上型４０を用いる場合のいずれにおいても、樹脂注入装置５０から熱硬化性樹脂が注入される。すなわち、バギングフィルム３１で覆われた領域又は上型４０と型４との間における領域に樹脂注入装置５０から樹脂が注入される。これにより、ドライプリフォームに樹脂を含浸させることができる。
尚、必要に応じて樹脂に流動性が得られるように樹脂注入装置５０において樹脂が１００℃程度に加熱される。また、樹脂が加熱された状態で注入される場合には、樹脂の温度が低下しないように、型４に加熱装置を内蔵して樹脂を加熱するようにしても良い。型４に加熱装置を内蔵する場合には、例えば、加熱蒸気、熱風又は熱水等の加熱流体を流す配管を型４に内蔵することができる。或いは、電気式のヒーターを型４に内蔵しても良い。また、図１０に示すように上型４０を用いる場合には上型４０に加熱装置を内蔵しても良い。上述したように型４に加熱装置を内蔵する場合には、型４に内蔵された加熱装置でバインダの熱融着を行うことができる。
次に、ステップＳ４において、ドライプリフォーム３０に含浸させた樹脂の加熱硬化が行われる。具体的には、図９又は図１０に示すように加熱装置５１によって、樹脂が硬化する１８０℃から１８５℃程度の温度まで樹脂が加熱される。これにより、樹脂が硬化し、成形後における複合材１を製作することができる。具体例として、図２に例示されるようなウェブ２とフランジ３を有する複合材１を成形することができる。
尚、図２に例示される形状に限らず、ドライテープ材２２の積層体の折曲げを含む工程によって様々な形状を有する複合材１を製作することができる。
図１１は図１に示すプリフォーム賦形方法及び複合材成形方法によって製作対象となるドライプリフォーム及び複合材の別の形状例を示す斜視図である。
図１１に示すように、平面状のウェブ２の一方の面に湾曲した内側のフランジ３を形成する一方、他方の面に湾曲した外側のフランジ３を形成した形状を有するドライプリフォーム及び複合材１についても上述した製法で製作することができる。換言すれば、横断面が概ねＺ字型である湾曲した長尺構造を有するドライプリフォーム及び複合材１についても上述した製法で製作することができる。
図１２は図１に示すプリフォーム賦形方法及び複合材成形方法によって製作対象となるドライプリフォーム及び複合材の更に別の形状例を示す側面図であり、図１３は図１２に示す複合材の位置Ａ−Ａにおける横断面図である。
図１２及び図１３に示すように、曲面状のウェブ２の一方の面に２つの平面状のフランジ３を形成した形状を有するドライプリフォーム及び複合材１についても上述した製法で製作することができる。
また、ウェブ２とフランジ３を有するドライプリフォーム及び複合材１に限らず、２つの板状の部分を折曲げ線で連結した形状を有するドライプリフォーム及び複合材や、複数の折曲げ線で板状の部分を同じ方向に複数回折曲げた形状を有するドライプリフォーム及び複合材についても、上述した製法で製作することができる。複数の折曲げ線でドライテープ材２２が折曲げられる場合には３通り以上の異なる間隔で熱融着するようにしても良い。
また、ドライテープ材２２の積層体が折曲げ線で折曲げられることによって、ドライテープ材２２の積層体の表面にシャープなエッジが形成されるようにしても良いし、Ｒ面取り等の曲面が形成されるようにしても良い。Ｒ面取り等の曲面が折曲げ線に沿って形成される場合には、ドライテープ材２２の仮留め時において、図７及び図８に例示されるように折曲げ線２３を境界として隣接する部分２２Ａ、２２Ｂ間においてバインダの熱融着量を変える代わりに、折曲げ線に沿って面取りが施される範囲に隣接する両側の部分間においてバインダの熱融着量を変えるようにしても良い。
また、ドライプリフォーム及び複合材１の形状によっては、積層対象となる複数のドライテープ材２２間で、すなわちドライテープ材２２の積層方向にバインダの熱融着量を変えることもできる。具体例として、ドライプリフォーム及び複合材１の厚さが厚く、折曲げ線で折曲げられることによって形成される内側の面取りの半径と、外側の面取りの半径との差が大きい場合には、内側のドライテープ材２２を滑らせる量と、外側のドライテープ材２２を滑らせる量の差についても大きくなる。このため、ドライテープ材２２の積層体を折曲げるための各ドライテープ材２２の滑り量に合わせてバインダの熱融着量を調節することができる。
以上のようなプリフォーム賦形方法及び複合材成形方法は、ドライテープ材２２の積層体の折曲げ工程を含む工程によってドライプリフォーム及び複合材１を製作する場合において、ドライテープ材２２の折曲げられる部分２２Ａにおける熱融着量を小さくすることによってドライテープ材２２を折曲げ易くしたものである。
（効果）
このため、プリフォーム賦形方法及び複合材成形方法によれば、ドライテープ材２２の積層時においてドライテープ材２２を仮留めしつつ、ドライテープ材２２を賦形する際には、ドライテープ材２２を容易に変形させることができる。その結果、ドライテープ材２２に皺や裂けが生じる事態を回避し、良好な品質を有するドライプリフォームを製作することができる。特に、ドライプリフォーム及び複合材１の形状に合わせて熱融着点の間隔を最適化することによって複雑な形状を有するドライプリフォーム及び複合材１であっても、良好な品質で製作することが可能となる。
（第２の実施形態）
図１４は本発明の第２の実施形態に係るプリフォーム賦形方法及び複合材成形方法を説明するためのドライテープ材の積層時における斜視図である。
図１４に示された第２の実施形態におけるプリフォーム賦形方法及び複合材成形方法は、ドライテープ材２２の仮留め時に熱融着点の間隔を一定とし、融点が異なる複数のバインダを用いてドライテープ材２２を構成した点が第１の実施形態におけるプリフォーム賦形方法及び複合材成形方法と相違する。第２の実施形態におけるプリフォーム賦形方法及び複合材成形方法の他の手順については第１の実施形態におけるプリフォーム賦形方法及び複合材成形方法と実質的に異ならないためドライテープ材２２のみ図示し、同一の構成又は対応する構成については同符号を付して説明を省略する。
図１４に示すように折曲げ線２３において折曲げられる側となる複数のドライテープ材２２の部分２２Ａに含まれる熱可塑性のバインダの融点の代表値を第１の融点の代表値Ｔ１とする一方、折曲げられる側に隣接する部分２２Ｂに含まれる熱可塑性のバインダの融点の代表値を第１の融点の代表値Ｔ１よりも低い第２の融点の代表値Ｔ２とすることができる。すなわち、バインダとして使用する材料を選択することによって、折曲げ線２３において折曲げられるドライテープ材２２の部分２２Ａに含まれるバインダの融点の代表値Ｔ１を、折曲げられる側に隣接する部分２２Ｂに含まれるバインダの融点の代表値Ｔ２よりも高くすることができる。
そして、第１の融点の代表値Ｔ１よりも低く、第２の融点の代表値Ｔ２よりも高い温度Ｔ（Ｔ２＜Ｔ＜Ｔ１）でドライテープ材２２の仮留めのための熱可塑性のバインダの部分的な熱融着を行うことができる。
そうすると、折曲げ線２３を境界として隣接するドライテープ材２２の部分２２Ａ、２２Ｂ間において仮留めのための熱融着点の間隔が一定であっても、折曲げ線２３を境界として隣接する部分２２Ａ、２２Ｂ間におけるバインダの熱融着量を変えることができる。すなわち、折曲げ線２３において折曲げられる側となるドライテープ材２２の部分２２Ａにおける熱融着量を、折曲げられる側に隣接する部分２２Ｂにおける熱融着量よりも小さくすることができる。
もちろん、面取りの範囲が広い場合には、折曲げ線２３に沿う範囲に隣接する両側の部分間において、熱可塑性のバインダの融点の代表値を変えるようにしても良い。その場合には、折曲げ線２３に沿う範囲に隣接する両側の部分間において、バインダの熱融着量を変えることができる。
ドライテープ材２２は融点が異なる２種類のバインダで構成しても良いし、３種類以上のバインダで構成しても良い。また、折曲げ線２３において折曲げられる側となるドライテープ材２２の部分２２Ａに含まれる熱可塑性のバインダを融点が相対的に高い１種類の材料で構成する一方、折曲げられる側に隣接する部分２２Ｂに含まれる熱可塑性のバインダを融点が相対的に低い１種類の材料で構成するようにしても良いし、融点が異なる複数種類の材料を異なる割合で調合することによって、融点の平均値、中間値、最小値又は最大値等の代表値が異なる２種類の熱可塑性バインダを構成するようにしても良い。
従って、融点の代表値が異なる２種類のバインダをそれぞれ１種類の材料で構成する場合には、同一の材料の融点のばらつきを無視すれば、第１の融点の代表値Ｔ１が第１の材料の融点となり、第２の融点の代表値Ｔ２が第２の材料の融点となる。具体例として、脂肪族骨格を含むポリアミドであるナイロン１２（略号ＰＡ１２）はバインダの材料として使用可能であり、融点は１７６℃である。一方、ナイロン１０１０（略号ＰＡ１０１０）もバインダの材料として使用可能であり、融点はナイロン１２の融点よりも高い２０２℃である。
そこで、ウェブ面２０を形成する部分のように折曲げ線２３において折曲げられる側に隣接するドライテープ材２２の部分２２Ｂに含まれる熱可塑性のバインダを融点が相対的に低いナイロン１２で構成する一方、フランジ面２１を形成する部分のように折曲げ線２３において折曲げられる側となるドライテープ材２２の部分２２Ａに含まれる熱可塑性のバインダを融点が相対的に高いナイロン１０１０で構成することができる。そして、ナイロン１２の融点である１７６℃よりも高く、ナイロン１０１０の融点である２０２℃よりも低い温度で一定間隔でスポット加熱することができる。
そうすると、ナイロン１２で構成されるバインダを含むウェブ面２０等の折曲げ線２３において折曲げられない側におけるドライテープ材２２の部分２２Ｂについては一定間隔で熱融着されるが、ナイロン１０１０で構成されるバインダを含むフランジ面２１等の折曲げ線２３において折曲げられる側におけるドライテープ材２２の部分２２Ａについては加熱装置の加熱端子を押し当てても熱融着しないことになる。
つまり、融点の低い熱可塑性バインダのみが溶融する温度で一定間隔に熱融着しながらドライテープ材２２を積層することができる。これにより、折曲げ線２３において折曲げられない側におけるドライテープ材２２の部分２２Ｂについてのみスポット状に熱融着することによって仮留めする一方、折曲げ線２３において折曲げられる側におけるドライテープ材２２の部分２２Ａについては仮留めせずに自由に滑らせることが可能な状態にすることができる。すなわち、折曲げ線２３を境界としてドライテープ材２２の熱融着量を変えることができる。
但し、ドライプリフォーム及び複合材１の形状によっては、折曲げ線２３において折曲げられる側におけるドライテープ材２２の部分２２Ａについても、ある程度仮留めすることが望ましい場合が多い。そこで、融点が異なる複数種類の熱可塑性バインダを調合することによって、折曲げ線２３において折曲げられる側の部分２２Ａを、折曲げられる側に隣接する部分２２Ｂよりも少ない熱融着量で熱融着させるようにしても良い。
換言すれば、バインダの融点の平均値等の代表値を調節することによって熱融着の程度を制御することができる。具体例として、ナイロン１２とナイロン１０１０の混合比を変えて２種類のバインダを調合すれば、一定の温度で加熱した場合に熱融着量が異なる２つのバインダを製作することができる。
以上の第２の実施形態は、熱可塑性バインダの融点を好適化することによってドライテープ材２２の折曲げられる部分２２Ａにおける熱融着量を小さくするようにしたものである。このため、第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様にドライテープ材２２が折曲げ易くなるため、ドライテープ材２２の皺や裂けを回避して良好な品質を有するドライプリフォームを製作することができる。
しかも、第２の実施形態では加熱装置の圧力端子を押し当てて加熱しても熱融着量を調節することができる。このため、複数の圧力端子を備えた自動加熱ロボット等の自動加熱装置で同時に複数の位置をスポット溶着することによってドライテープ材２２の仮留めを自動的に行う場合であっても、ドライテープ材２２の仮留めの程度を位置ごとに変えることができる。
もちろん、１つの圧力端子を備えた自動加熱装置や手持ち式の加熱装置でドライテープ材２２の仮留めを行うようにしても良い。その場合には、第１の実施形態と第２の実施形態とを組合せても良い。すなわち、熱溶着点の間隔と、バインダの融点の双方を調節することによって、ドライテープ材２２の熱溶着量を最適化することができる。
（第３の実施形態）
図１５は本発明の第３の実施形態に係るプリフォーム賦形方法及び複合材成形方法を説明するためのドライテープ材の積層時における斜視図である。
図１５に示された第３の実施形態におけるプリフォーム賦形方法及び複合材成形方法は、ドライテープ材２２の仮留め時に熱融着点の間隔を一定とし、折曲げ線２３に沿う範囲における熱可塑性のバインダの熱融着量を、折曲げ線２３に沿う範囲に隣接する両側の部分における熱可塑性のバインダの熱融着量よりも大きくした点が第１の実施形態におけるプリフォーム賦形方法及び複合材成形方法と相違する。第３の実施形態におけるプリフォーム賦形方法及び複合材成形方法の他の手順については第１の実施形態におけるプリフォーム賦形方法及び複合材成形方法と実質的に異ならないためドライテープ材２２のみ図示し、同一の構成又は対応する構成については同符号を付して説明を省略する。
ドライテープ材２２を折曲げ線２３で折曲げてウェブ面２０とフランジ面２１を形成する場合に代表されるように、ドライテープ材２２を折曲げ線２３で折曲げて複数の面を形成する場合には、面の連結部分にＲ面取り部分等の面取り部分２２Ｃが形成される場合が多い。面取り部分２２Ｃはドライテープ材２２が曲面状に折曲げられるため皺が発生し易い。
そこで、折曲げ線２３に沿う面取り部分２２Ｃの範囲については、連続的に熱融着することができる。すなわち、折曲げ線２３で折曲げられることによって複数のドライテープ材２２に形成される面取り部分２２Ｃにおける熱可塑性のバインダの熱融着量を、面取り部分２２Ｃに隣接する部分における熱可塑性のバインダの熱融着量よりも大きくすることができる。例えば、各ドライテープ材２２がウェブ面２０とフランジ面２１を面取り部分２２Ｃで連結した形状に賦形される場合であればウェブ面２０と面取り部分２２Ｃとの境界からフランジ面２１と面取り部分２２Ｃとの境界までの範囲における熱融着量を大きくすることができる。これにより、面取り部分２２Ｃにおける皺の発生を防止することができる。
図１６は図１５に示す第３の実施形態の変形例を説明するためのドライテープ材２２の積層時における斜視図である。
図１６に示すように、面取り部分２２Ｃの範囲について連続的に熱融着する代わりに１ｉｎｃｈ程度の狭い間隔で断続的に熱融着するようにしてもよい。この場合、仮留め時において各ドライテープ材２２の面取り部分２２Ｃが完全には熱融着されないことになる。このため、各ドライテープ材２２を折曲げ線２３で折曲げる際に若干滑らせることが可能となり、各ドライテープ材２２の折曲げ易さを向上させることができる。
また、一定間隔で各ドライテープ材２２の面取り部分２２Ｃを熱融着すれば、繊維に熱硬化性樹脂を含浸させる際にバインダの熱融着が熱硬化性樹脂の浸透の妨げとならない。このため、樹脂の浸透不良によるボイド等の発生を防止することができる。その結果、複合材１の品質を向上することができる。
ドライテープ材２２を折曲げ線２３に沿って連続的又は断続的に熱融着する場合においても、作業者による加熱装置を用いた手作業又はロボット等の自動加熱装置によるＮＣ制御等の自動制御によってドライテープ材２２の熱融着を行うことができる。図１５に例示されるように熱融着を折曲げ線２３に沿って連続的に行う場合には、加熱装置の加熱端子をドライテープ材２２に接近及び退避させる移動を減らすことができるため、図１６に例示されるように熱融着を折曲げ線２３に沿って断続的に行う場合に比べてドライテープ材２２の仮留めに要する作業時間を短くすることができる。
以上の第３の実施形態は、ドライテープ材２２の仮留め時において折曲げ線２３に沿って連続的又は断続的に熱融着するようにしたものである。このため、第３の実施形態によれば、第１の実施形態及び第２の実施形態と同様にドライテープ材２２が折曲げ易くなるため、ドライテープ材２２の皺や裂けを回避して良好な品質を有するドライプリフォームを製作することができる。
もちろん、第１の実施形態及び第２の実施形態の少なくとも一方と、第３の実施形態を組合せることもできる。すなわち、折曲げ線２３に沿う範囲におけるバインダの熱融着量を大きくし、かつ折曲げ線２３に沿う範囲に隣接する両側の部分間におけるバインダの熱融着量を変えることができる。その場合、折曲げ線２３に沿う範囲に隣接する折り曲げられる側の部分についてはバインダの熱融着量を小さくする一方、折曲げ線２３に沿う範囲に隣接する折り曲げられない側の部分についてはバインダの熱融着量を大きくすることが適切である。
（第４の実施形態）
図１７は本発明の第４の実施形態に係るプリフォーム賦形方法及び複合材成形方法を説明するためのドライテープ材の積層時における斜視図である。
図１７に示された第４の実施形態におけるプリフォーム賦形方法及び複合材成形方法は、ドライテープ材２２の仮留め時において、熱融着点の間隔やバインダの融点を不均一とする代わりに、折曲げ線２３において折曲げられる側となる複数のドライテープ材２２の部分２２Ａの層間に熱可塑性のバインダの熱融着を防止するシート６０を挟むようにした点が第１の実施形態及び第２の実施形態におけるプリフォーム賦形方法及び複合材成形方法と相違する。第４の実施形態におけるプリフォーム賦形方法及び複合材成形方法の他の手順については第１の実施形態又は第２の実施形態におけるプリフォーム賦形方法及び複合材成形方法と実質的に異ならないためドライテープ材２２のみ図示し、同一の構成又は対応する構成については同符号を付して説明を省略する。
図１７に例示されるように、折曲げ線２３において折曲げられる側となる複数のドライテープ材２２の部分２２Ａの層間に熱可塑性のバインダの熱融着を防止するシート６０を挟むことができる。シート６０は、バインダを熱融着する際の温度に耐え得るポリテトラフルオロエチレン等の耐熱性を有するフィルムで構成することができる。
そうすると、フランジ面２１等の折曲げ線２３において折曲げられる側となる複数のドライテープ材２２の部分２２Ａにおいては熱可塑性のバインダの熱融着を行わず、ウェブ面２０等の折曲げられる側に隣接する部分２２Ｂにおいては熱可塑性のバインダの熱融着を行うことが可能となる。すなわち、折曲げ線２３において折曲げられる側となるドライテープ材２２の部分２２Ａについては、バインダの熱融着を防止するシート６０が配置されているため、加熱装置の加熱端子を押付けても積層方向に隣接するドライテープ材２２同士が貼合せられない。
シート６０は、ドライテープ材２２の仮留め後においてドライテープ材２２の積層体から引抜かれる。そのため、ドライテープ材２２の積層体からシート６０の端部がはみ出るようにすると、シート６０の引抜きが容易となる。シート６０は、ドライテープ材２２の積層及び仮留めが行われる度に載置及び除去することができる。
すなわち、シート６０を載置したドライテープ材２２の上に、別のドライテープ材２２が載置され、部分的なバインダの熱融着による仮留めが行われる。その後、シート６０が抜取られ、最上面における仮留め後のドライテープ材２２の上に再びシート６０が載置される。そして同様なドライテープ材２２の積層、部分的な熱融着による仮留め及びシート６０の抜取りが繰返される。その結果、ウェブ面２０等の折曲げ線２３で折曲げられる側に隣接する部分２２Ｂのみが仮留めされたドライテープ材２２の積層体を製作することができる。
或いは、複数のドライテープ材２２と複数のシート６０とを交互に重ねて仮留めしながら積層し、全てのドライテープ材２２の仮留めが完了した後に、各シート６０を引き抜くようにしても良い。
このようにして仮留め及び積層されたドライテープ材２２の積層体は、フランジ面２１等の折曲げ線２３において折曲げられる側となる複数のドライテープ材２２の部分２２Ａについては仮留めされておらず、ウェブ面２０等の折曲げられる側に隣接する部分２２Ｂについては部分的なバインダの熱融着によって仮留めされた積層体となる。このため、ドライテープ材２２の積層体を容易に折曲げることができる。
以上の第４の実施形態は、ドライテープ材２２の仮留め時において熱融着点の間隔やバインダの融点を不均一とする代わりに、フランジ面２１等の折曲げ線２３において折曲げられる側となる複数のドライテープ材２２の部分２２Ａについて仮留めされないようにバインダの熱融着を防止するシート６０を層間に挟むようにしたものである。このため、第４の実施形態によれば、第１の実施形態及び第２の実施形態と同様にドライテープ材２２が折曲げ易くなるため、ドライテープ材２２の皺や裂けを回避して良好な品質を有するドライプリフォームを製作することができる。
特に、バインダの種類が１種類であっても熱融着量の調節が可能である。また、熱融着の間隔を一定としても、熱融着量の調節が可能である。このため、複数の加熱端子を備えたロボット等の加熱装置で自動的にバインダの熱融着を行う場合であっても、容易に熱融着されない部分を形成することができる。
また、第４の実施形態を第３の実施形態と組合せることもできる。すなわち、ドライテープ材２２の折曲げ線２３に沿う範囲におけるバインダの熱融着量を大きくし、かつ折曲げ線２３に沿う範囲に隣接する折り曲げられる側の部分については仮留めされないようにバインダの熱融着を防止するシート６０を層間に挟むようにしても良い。
（他の実施形態）
以上、特定の実施形態について記載したが、記載された実施形態は一例に過ぎず、発明の範囲を限定するものではない。ここに記載された新規な方法及び装置は、様々な他の様式で具現化することができる。また、ここに記載された方法及び装置の様式において、発明の要旨から逸脱しない範囲で、種々の省略、置換及び変更を行うことができる。添付された請求の範囲及びその均等物は、発明の範囲及び要旨に包含されているものとして、そのような種々の様式及び変形例を含んでいる。
例えば、上述したように各実施形態の一部又は全部を組合せることができる。すなわち、ドライテープ材２２の折曲げ線２３に沿う範囲、折曲げ線２３に沿う範囲に隣接する両側の部分間及び折曲げ線２３を境界として隣接する部分２２Ａ、２２Ｂ間の少なくとも１つにおいて熱可塑性のバインダの熱融着量を変えることができる。
１ 複合材
２ ウェブ
３ フランジ
４ 型
１０ 繊維束
１１ 微粒子
１２ ドライテープ材
１３ 不織布
１４ ドライテープ材
２０ ウェブ面
２１ フランジ面
２２ ドライテープ材
２２Ａ、２２Ｂ ドライテープ材の部分
２２Ｃ 面取り部分
２３ 折曲げ線
３０ ドライプリフォーム
３１ バギングフィルム
３２ シーラント
３３ 真空装置
４０ 上型
５０ 樹脂注入装置
５１ 加熱装置
６０ シート

Claims (11)

  1. それぞれバインダと繊維からなる複数のドライテープ材を、前記バインダを部分的に熱融着させることによって隣接するドライテープ材にそれぞれ仮留めしながら積層するステップと、
    仮留めされた前記複数のドライテープ材を折曲げ線に沿って折曲げるステップと、
    折曲げられた前記複数のドライテープ材に含まれる前記バインダを熱融着させることによって賦形されたドライプリフォームを製作するステップと、
    を有し、
    前記積層するステップにおいて、前記折曲げ線に沿う範囲、前記折曲げ線に沿う範囲に隣接する両側の部分間及び前記折曲げ線を境界として隣接する部分間の少なくとも１つにおいて前記バインダの熱融着量を変えるプリフォーム賦形方法。
  2. 前記折曲げるステップにおいて、前記折曲げ線に沿って前記複数のドライテープ材を折曲げることによって曲面と平面又は曲面と曲面を前記折曲げ線で連結した形状を形成し、
    前記積層するステップにおいて、前記折曲げ線において折曲げられる側となる前記複数のドライテープ材の部分に含まれる前記バインダの熱融着量を、前記折曲げられる側に隣接する部分に含まれる前記バインダの熱融着量よりも少なくする請求項１記載のプリフォーム賦形方法。
  3. 前記折曲げるステップにおいて、前記折曲げ線に沿って前記複数のドライテープ材を折曲げることによってウェブとフランジを有する形状を形成し、
    前記積層するステップにおいて、前記フランジとなる部分に含まれる前記バインダの熱融着量を、前記ウェブとなる部分に含まれる前記バインダの熱融着量よりも少なくする請求項１又は２記載のプリフォーム賦形方法。
  4. 前記積層するステップにおいて、前記折曲げ線において折曲げられる側となる前記複数のドライテープ材の部分に含まれる前記バインダの融点の代表値を第１の融点の代表値とする一方、前記折曲げられる側に隣接する部分に含まれる前記バインダの融点の代表値を前記第１の融点の代表値よりも低い第２の融点の代表値とし、前記第１の融点の代表値よりも低く、前記第２の融点の代表値よりも高い温度で前記バインダの熱融着を行う請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプリフォーム賦形方法。
  5. 融点が異なる複数種類の熱可塑性バインダを調合することによって、前記折曲げ線において折曲げられる側を、前記折曲げられる側に隣接する部分よりも少ない熱融着量で熱融着させる請求項４記載のプリフォーム賦形方法。
  6. 前記積層するステップにおいて、前記折曲げ線において折曲げられる側となる前記複数のドライテープ材の部分における前記バインダの熱融着点の間隔を、前記折曲げられる側に隣接する部分における前記バインダの熱融着点の間隔よりも広くする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のプリフォーム賦形方法。
  7. 前記積層するステップにおいて、前記折曲げ線において折曲げられる側となる前記複数のドライテープ材の部分においては前記バインダの熱融着を行わず、前記折曲げられる側に隣接する部分においては前記バインダの熱融着を行う請求項１乃至４のいずれか１項に記載のプリフォーム賦形方法。
  8. 前記積層するステップにおいて、前記折曲げ線において折曲げられる側となる前記複数のドライテープ材の部分の層間に前記バインダの熱融着を防止するシートを挟むことによって、前記折曲げ線において折曲げられる側となる前記複数のドライテープ材の部分においては前記バインダの熱融着を行わず、前記折曲げられる側に隣接する部分においては前記バインダの熱融着を行う請求項７記載のプリフォーム賦形方法。
  9. 前記積層するステップにおいて、前記折曲げ線に沿う範囲における前記バインダの熱融着量を、前記折曲げ線に沿う範囲に隣接する両側の部分における前記バインダの熱融着量よりも大きくする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のプリフォーム賦形方法。
  10. 前記折曲げ線で折曲げられることによって前記複数のドライテープ材に形成される面取り部分における前記バインダの熱融着量を、前記面取り部分に隣接する部分における前記バインダの熱融着量よりも大きくする請求項９記載のプリフォーム賦形方法。
  11. 請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のプリフォーム賦形方法で製作された前記ドライプリフォームに熱硬化性樹脂を含浸させて加熱硬化することによって複合材を製作する複合材成形方法。
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