JP2020157582A - プリプレグ成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プリプレグを１層ずつ成形し、順次プリプレグを積層する場合において、皺の発生を抑制することを目的とする。【解決手段】プリプレグ成形方法は、一方向に長い長尺状のプリプレグ３０の断面形状を下向き凸状のＵ字形に撓ませるステップと、Ｕ字形に撓んだプリプレグ３０の下部を、断面凹型の成形型２０の底部に接触させて、成形型２０の内部にプリプレグ３０を載置するステップと、押圧部３を用いて、成形型２０の内部に載置されたプリプレグ３０を押圧し変形させるステップとを備える。【選択図】図３

Description

本発明は、プリプレグ成形方法に関するものである。

航空機の構造部材（例えばストリンガなど）は、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）（以下「複合材」という。）によって形成される場合がある。ストリンガは、一方向に長い長尺部品であり、長手方向に沿って断面形状が変化したり、航空機の適用場所に応じたねじれやコンタが形成されている場合がある。ストリンガの断面形状には、ハット型やＺ型などがある。ハット型は、両端に形成されたフランジ部と、中心に形成されたハット部と、フランジ部とハット部を連結するウェブ部を有する。

ストリンガを複合材で製造する場合、自動積層装置では、例えば、凹部における曲率の大きい円弧（Ｒ）形状部分などを直接積層して形成できない。そのため、複合材は、複数枚のプリプレグを平坦に積層して積層体（チャージ）を形成し、積層体を目標形状に変形（成形）することによって、所望の構造部材として製造される。

下記の特許文献１から３では、ローラを用いて平坦な積層体を成形型に押し込むことによって、積層体を変形させて（折り曲げて）、ハット型の成形品に形成する方法が開示されている。

特許第５９３７８９４号公報 米国特許出願公開第２０１６／００８２６７５号明細書 特表２００７−５０１１４０号公報

特許文献１及び２において開示されているように、複数枚のプリプレグが積層された平坦又は緩やかな曲面の積層体をハット型の断面に成形する場合、積層体を折り曲げる必要がある。このとき、隣り合うプリプレグ間で適切に滑りを生じさせる必要がある。摩擦力によってプリプレグ間（層間）においてプリプレグが適切に滑らない場合、プリプレグが中間部分に余り、中間部分に生じた余剰のプリプレグによって、皺（リンクル）などが発生する可能性がある。

また、特許文献３において開示されているように、プリプレグを１層ずつハット型の断面に成形し、順次プリプレグを積層する場合、既に成形されたプリプレグと新たに成形するプリプレグを滑らせながら、プリプレグを積層する必要がある。この場合も、摩擦力によってプリプレグが適切に滑らない場合、皺などが発生する可能性がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、プリプレグを１層ずつ成形し、順次プリプレグを積層する場合において、皺の発生を抑制することが可能なプリプレグ成形方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のプリプレグ成形方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係るプリプレグ成形方法は、一方向に長い長尺状の第１プリプレグの断面形状を下向き凸状のＵ字形に撓ませるステップと、Ｕ字形に撓んだ前記第１プリプレグの下部を、断面凹型の成形型の底部に、又は、前記成形型に沿って成形され載置された第２プリプレグの上面に、接触させて、前記成形型の内部に前記第１プリプレグを載置するステップと、押圧部を用いて、前記成形型の内部に載置された前記第１プリプレグを押圧し変形させるステップとを備える。

この構成によれば、第１プリプレグの断面形状が下向き凸状のＵ字形となるように撓まされ、断面凹型の成形型の底部に、Ｕ字形に撓んだ第１プリプレグの下部を接触させるように、成形型の内部に第１プリプレグが載置される。そして、押圧部によって、成形型の内部に載置された第１プリプレグが押圧され変形される。

１枚ずつ第１プリプレグが成形されるため、押圧部によって第１プリプレグが変形される際、複数枚のプリプレグを同時に滑らせる必要がない。そのため、複数枚のプリプレグ間においてプリプレグが適切に滑らないことによる皺の発生が抑制される。特に、凹部における曲率の大きい円弧（Ｒ）形状部分や、長手方向の立体形状（コンタ）部分の影響による皺の発生が抑制される。

第１プリプレグの断面形状がＵ字形となるように変形され、その後、成形型の底部に第１プリプレグの下部を接触させるように、成形型の内部に第１プリプレグが載置される。そして、押圧部によって、成形型の内部に載置された第１プリプレグが押圧され変形される。

押圧部を用いて成形される前、Ｕ字形に変形された第１プリプレグの下部は、断面凹型の成形型の底部に接触して載置される。これにより、押圧部を用いて成形されるとき、新たに成形される第１プリプレグは、成形型との間で滑りを発生させずに変形されるため、皺の発生が抑制される。

また、成形型の内部に成形型に沿って変形された第２プリプレグが載置されている場合、第１プリプレグの断面形状がＵ字形となるように変形され、その後、成形型において成形された第２プリプレグの上面に第１プリプレグを接触させるように、成形型の内部に第１プリプレグが載置される。そして、押圧部によって、成形型の内部に載置された第１プリプレグが押圧され変形される。

押圧部を用いて成形される前、Ｕ字形に変形された第１プリプレグの下部は、成形型に沿って成形され載置された第２プリプレグの上面に接触して載置される。これにより、押圧部を用いて成形されるとき、新たに成形される第１プリプレグは、第２プリプレグとの間で滑りを発生させずに変形されるため、皺の発生が抑制される。

上記発明において、前記第１プリプレグは、長手方向に対して繊維方向が所定の角度を有するように、前記成形型に向けて供給され、前記成形型に載置されてもよい。

この構成によれば、長手方向に対して繊維方向が所定の角度を有するように、第１プリプレグが成形型に向けて供給されるため、積層効率が向上する。また、成形型に載置される第１プリプレグは、長手方向に対して繊維方向が所定の角度を有するため、形成される積層体は目標強度を満たすように形成される。

上記発明において、前記第１プリプレグの断面形状がＵ字形となるように、長手方向の一端側から他端側に向けて前記第１プリプレグを順次変形し、Ｕ字形に変形された前記第１プリプレグを、前記成形型の一端側から他端側に向けて前記成形型内に順次載置してもよい。

この構成によれば、長手方向の一端側から他端側に向けて第１プリプレグが、断面形状がＵ字形となるように、順次変形され、Ｕ字形に変形された第１プリプレグが、成形型の一端側から他端側に向けて成形型内に順次載置される。

上記発明において、前記第１プリプレグは、前記成形型に向けて供給され、前記成形型の内部に載置される載置位置において向きが変更され、前記載置位置では、前記第１プリプレグは、上向き凸状のＵ字形から下向き凸状のＵ字形に変更される、又は、下向き凸状のＵ字形の両側上部が内側に屈曲して配置されてもよい。

この構成によれば、第１プリプレグが、成形型に向けて供給されるとき、成形型の内部に載置される載置位置において、第１プリプレグの向きが変更される。このとき、第１プリプレグに折れ曲がり部分（キンク）が生じないように、載置位置では、第１プリプレグが、上向き凸状のＵ字形から下向き凸状のＵ字形に変更される、又は、下向き凸状のＵ字形の両側上部が内側に屈曲して配置される。これにより、載置位置では、第１プリプレグが安定して下向き凸状のＵ字形に変更される。

上記発明において、前記第１プリプレグの断面形状がＵ字形となるように、長手方向の一端側から他端側にわたって前記第１プリプレグを同時に変形し、Ｕ字形に変形された前記第１プリプレグを、前記成形型の一端側から他端側にわたって前記成形型内に同時に載置してもよい。

この構成によれば、長手方向の一端側から他端側にわたって第１プリプレグが、断面形状がＵ字形となるように、同時に変形され、Ｕ字形に変形された第１プリプレグが、成形型の一端側から他端側にわたって成形型内に同時に載置される。

上記発明において、剥離シートとともに前記第１プリプレグを前記成形型の内部に載置し、前記剥離シートと前記第１プリプレグを、前記押圧部を用いて押圧し変形させてもよい。

この構成によれば、剥離シートとともに第１プリプレグが成形型の内部に載置され、剥離シートと第１プリプレグが押圧部を用いて押圧され変形される。これにより、剥離シートがない場合と比べて、第１プリプレグと押圧部の間に生じる摩擦が低減される。

上記発明において、前記第１プリプレグを前記成形型の内部に載置するとき、前記第１プリプレグに対してスリットを形成してもよい。

この構成によれば、第１プリプレグを成形型の内部に載置するとき、第１プリプレグに対してスリットが形成されるため、第１プリプレグが成形型及び押圧部によって変形されやすくなる。形成されるスリットは、例えば、長手方向に対して直角方向（９０°方向）である。

上記発明において、前記第１プリプレグを前記成形型に載置する前、前記成形型又は前記第２プリプレグを加熱してもよい。

この構成によれば、第１プリプレグを成形型に載置する前、成形型又は第２プリプレグが加熱されるため、第１プリプレグが成形型及び押圧部によって変形されやすくなる。また、温度上昇によって、第１プリプレグの粘着性が向上するため、プリプレグ間同士の接着性が高まる。

上記発明において、前記第１プリプレグを、前記押圧部を用いて変形させる前、前記第１プリプレグを加熱してもよい。

この構成によれば、押圧部を用いて第１プリプレグを変形させる前、第１プリプレグが加熱されるため、第１プリプレグが成形型及び押圧部によって変形されやすくなる。また、温度上昇によって、第１プリプレグの粘着性が向上するため、プリプレグ間同士の接着性が高まる。

上記発明において、前記押圧部を加熱して又は発熱させて、前記押圧部を用いて前記第１プリプレグを変形させてもよい。

この構成によれば、押圧部を用いて第１プリプレグを変形させる際、押圧部が加熱されて又は押圧部が発熱するため、第１プリプレグが成形型及び押圧部によって変形されやすくなる。また、温度上昇によって、第１プリプレグの粘着性が向上するため、プリプレグ間同士の接着性が高まる。

上記発明において、前記押圧部は、前記成形型の断面形状に対応した形状を有する断面凸型でもよい。

この構成によれば、成形型の断面形状に対応した形状を有する断面凸型の押圧部によって、成形型の内部に載置された第１プリプレグが押圧され変形される。

上記発明において、前記押圧部は、目標とする積層体の形状に応じて断面形状を変更することが可能な構成を有してもよい。

この構成によれば、押圧部が、目標とする積層体の形状に応じて断面形状を変更することができるため、複数種類の成形型を用意する必要がなく、様々な形状に対応して第１プリプレグを変形させることができる。

上記発明において、前記押圧部は、流体を噴射させる噴射ノズルであり、噴射された前記流体の圧力を用いて前記第１プリプレグを前記成形型に沿って変形させてもよい。

この構成によれば、押圧部は、流体を噴射させる噴射ノズルであり、噴射された流体の圧力を用いて第１プリプレグが成形型に沿って変形される。第１プリプレグが成形型に沿って変形されるとき、第１プリプレグは押圧部との接触がないため、プリプレグに皺などが発生しにくい。

本発明に係るプリプレグ成形方法は、第１プリプレグを、断面凹型又は断面凸型の成形型に載置するステップと、押圧部を用いて、前記成形型に載置された前記第１プリプレグを押圧し変形させるステップとを備え、前記押圧部は、流体を噴射させる噴射ノズルであり、噴射された前記流体の圧力を用いて前記第１プリプレグを前記成形型に沿って変形させる。

この構成によれば、断面凹型又は断面凸型の成形型に第１プリプレグが載置され、押圧部によって、成形型に載置された第１プリプレグが押圧され変形される。このとき、押圧部は、流体を噴射させる噴射ノズルであり、噴射された流体の圧力を用いて第１プリプレグが成形型に沿って変形される。プリプレグと直接接触する押圧部を用いる場合、押圧部を直接第１プリプレグに接触させて、第１プリプレグを押圧し変形させるため、押圧部と第１プリプレグの間で摩擦が生じる。摩擦力によってプリプレグが適切に滑らない場合、プリプレグに皺などが発生する可能性がある。これに対し、噴射された流体の圧力を用いて第１プリプレグが成形型に沿って変形されるとき、第１プリプレグは押圧部との接触がないため、プリプレグに皺などが発生しにくい。

本発明によれば、プリプレグを１層ずつ成形し、順次プリプレグを積層する場合において、皺の発生を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係るプリプレグ積層成形装置を示す概略構成図である。 プリプレグを示す平面図である。 成形型、押圧部及びプリプレグを示す横断面図である。 プリプレグ積層成形装置の押圧部を示す概略構成図である。 プリプレグ積層成形装置の押圧部の噴射ノズルを示す概略構成図である。 プリプレグ積層成形装置の押圧部の噴射ノズルを示す概略構成図であり、成形型の横断面を示す図である。 本発明の一実施形態に係るプリプレグ積層成形装置の変形例を示す概略構成図である。 成形型及びプリプレグを示す縦断面図である。 プリプレグを示す横断面図である。 プリプレグを示す側面図である。 プリプレグを示す横断面図である。 ローラ及びプリプレグを示す側面図である。 ローラ及びプリプレグを示す平面図である。 成形型及びプリプレグを示す縦断面図である。 成形型及びプリプレグを示す横断面図である。 把持部及び押し込み部を示す正面図である。 折り曲げ部を示す正面図である。 成形型及び押圧部を示す横断面図であり、従来のプリプレグ成形方法を示す。

以下に、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。
繊維強化プラスチック成形品は、繊維基材及び樹脂によって構成される繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）から形成される。繊維強化プラスチック成形品は、航空機を構成するＦＲＰ構造体、そのほかの各種の装置や構造を構成するＦＲＰ成形品などである。ＦＲＰ構造体の一つであるストリンガは、一方向に長い長尺状の部材であり、長手方向の寸法が長手方向に交差する幅方向の寸法よりも長い。ストリンガの横断面は、例えばハット型である。
ハット型のストリンガは、両端に形成されたフランジ部と、中心に形成されたハット部と、フランジ部とハット部を連結するウェブ部を有する。

プリプレグは、繊維基材に樹脂が含浸されたシート状部材である。繊維基材には、炭素繊維、ガラス繊維等の任意の繊維が用いられる。プリプレグは、ストリンガの厚みに応じて必要な枚数だけ積層され、複数枚のプリプレグが積層されることによって積層体が構成される。

本実施形態に係るプリプレグ積層成形装置１を用いて、積層体が目標形状に成形（賦形）された後、オートクレーブなどによる加熱及び／又は加圧によって樹脂が硬化され、繊維強化プラスチック成形品が形成される。

次に、本発明の第１実施形態に係るプリプレグ積層成形装置１について説明する。
本実施形態に係るプリプレグ積層成形装置１は、図１に示すように、プリプレグ供給部２と、押圧部（コンパクションツール）３などを備える。プリプレグ積層成形装置１は、成形型（マンドレル）２０に向けてプリプレグ３０を１プライずつ供給し、成形型２０内部に載置した後、載置されたプリプレグ３０を、押圧部３を用いて押圧し変形させる。次に、変形されたプリプレグ３０の上面に別のプリプレグ３０を供給して載置し、押圧部３を用いて変形させる。この動作が１プライずつ繰り返されて、成形型２０上に複数枚のプリプレグ３０が積層されて、目標形状を有する積層体が形成される。

プリプレグ３０は、一方向に長いテープ状を有し、供給前はロール状に巻かれて、プリプレグ供給部２に収容されてもよい。プリプレグ３０における繊維の方向は、プリプレグ３０の長手方向に対して平行でもよいし、図２に示すように、長手方向に対して所定の角度（例えば４５°（図２（ａ））、９０°（図２（ｂ））など）となるように配置されてもよい。プリプレグ３０は、例えば、プリプレグ製造装置（図示せず。）によって製造される。プリプレグ製造装置は、一方向に長いテープ状のプリプレグ３０を形成する装置であり、繊維の方向を長手方向に対して所定の角度に吐出して、単層又は複数層に積層することによって、一方向に長いテープ状のプリプレグ３０を形成する。その後、プリプレグ製造装置は、形成したテープ状のプリプレグ３０をロール状に巻き取る。このロール状に巻き取られたプリプレグ３０が、プリプレグ供給部２から供給される。

プリプレグ供給部２は、プリプレグ３０を一方向に吐出して、成形型２０に供給する。プリプレグ供給部２は、成形型２０の長手方向に沿って移動可能な構成を有してもよい。この場合、プリプレグ供給部２が移動しながらプリプレグ３０を成形型２０の一端２０ａ側から他端２０ｂ側にわたって供給する。なお、後述するとおり、プリプレグ３０は、成形型２０の一端２０ａ側から他端２０ｂ側に向けて順次載置されてもよいし、プリプレグ３０が成形型２０の一端２０ａ側から他端２０ｂ側の長さとほぼ等しい長さで吐出された後、成形型２０内に全長にわたって同時に載置されてもよい。

プリプレグ供給部２は、プリプレグ３０に剥離シート３１（図７参照）を貼り付けた状態で、プリプレグ３０を一方向に吐出して、成形型２０に供給してもよい。剥離シート３１は、プリプレグ３０に対して押圧部３側に貼付される。これにより、剥離シート３１とともにプリプレグ３０が成形型２０の内部に載置され、剥離シート３１とプリプレグ３０が押圧部３を用いて押圧され変形される。したがって、剥離シート３１がない場合と比べて、プリプレグ３０と押圧部３の間に生じる摩擦が低減される。押圧された剥離シート３１は、例えば、押圧部３よりも移動方向後方に設置された剥離シート回収部９によって回収される。

成形型２０は、一方向に長い長尺状を有する。形成する積層体の目標形状がハット型の場合、成形型２０の断面形状は、図３に示すように、溝状に窪んだ凹型である。成形型２０は、形成する積層体の形状に応じて、長手方向に沿って断面形状が一定である場合、断面形状が変化する場合や、ねじれやコンタが形成されている場合がある。

成形型２０の溝状部分の内部には、成形前のプリプレグ３０が載置され、その後、押圧部３によって押圧されることにより、成形型２０及び押圧部３の形状に応じた形に成形される。

押圧部３は、成形型２０の内部に載置されたプリプレグ３０を押圧し、プリプレグ３０を成形型２０に沿って変形させる。押圧部３は、成形型２０やプリプレグ３０に対して所定の押圧力が付与されるように駆動される。また、押圧部３は、成形型２０の長手方向に沿って移動可能であり、押圧部３が移動しながらプリプレグ３０を押圧することによって、長尺状のプリプレグ３０を一端から他端にかけて変形させることができる。なお、押圧部３は、長手方向に沿って滑りながら連続的にプリプレグ３０を押圧してもよいし、図４に示すように、ある位置で押圧した後、押圧を解除して長手方向に沿って移動し、移動後の位置で押圧することを繰り返すというように断続的にプリプレグ３０を押圧してもよい。

押圧部３は、例えば、図１及び図３に示すように、成形型２０の断面形状に対応した形状を有する断面凸型を有する型部４を有する。型部４は、ブロック状の一つの固体で構成されたものでもよい。型部４は、プリプレグ３０を平板状から成形型２０に沿った形状に一度で変形させるのではなく、長手方向に移動しながら徐々にプリプレグ３０を変形するように構成されていることが望ましい。

また、型部４は、複数の可動式の部品から構成されたものや、膜材など柔軟性を有する部材から構成されたものでもよい。複数の可動式の部品や柔軟性のある部材で型部４が構成される場合、目標とする積層体の形状（すなわち、成形型２０の断面形状）に応じて、押圧に必要な断面形状を変更することができる。その結果、複数種類の型部４を用意する必要がなく、様々な形状に対応してプリプレグ３０を変形させることができる。また、プリプレグ３０を平板状から成形型２０に沿った形状に一度で変形させるのではなく、長手方向に移動しながら徐々にプリプレグ３０を変形させることができる。

押圧部３は、上記実施例の場合、型部４をプリプレグ３０に直接接触して、プリプレグ３０を押圧する。本発明はこの例に限定されず、押圧部３は、図５及び図６に示すように、噴射ノズル５を有し、噴射ノズル５が流体（例えば空気、又は、不活性ガスなど）を噴射してもよい。噴射ノズル５から噴射された流体の圧力を用いてプリプレグ３０が成形型２０に沿って変形される。

噴射ノズル５は、プリプレグ３０の幅方向両側にそれぞれ設けられ、成形型２０の長手方向に沿って複数設置されてもよい。成形型２０の長手方向に沿って複数設置される場合、それぞれの噴射ノズル５の噴射方向が異なるようにするとよい。すなわち、プリプレグ３０が平板状から成形型２０に沿った形状に変更される変形状態に応じて、噴射の向きを異ならせる。例えば、成形開始直後のプリプレグ３０に噴射する噴射ノズル５は、下向きに流体を噴射させる。また、成形がほぼ完了したプリプレグ３０に噴射する噴射ノズル５は、水平方向に流体を噴射する。

型部４を用いる場合、型部４を直接プリプレグ３０に接触させて、プリプレグ３０を押圧し変形させるため、成形型２０とプリプレグ３０の間で摩擦が生じる。摩擦力によってプリプレグ３０が適切に滑らない場合、プリプレグ３０に皺などが発生する可能性がある。これに対し、噴射された流体の圧力を用いてプリプレグ３０が成形型２０に沿って変形される場合、プリプレグ３０は型部４との接触がないため、プリプレグ３０に皺などが発生しにくい。

なお、噴射ノズル５を用いた成形方法は、成形型２０が断面凹部の場合だけでなく、成形型（図示せず。）が断面凸型である場合にも適用できる。この場合、断面凸型の成形型にプリプレグが載置され、噴射ノズル５から噴射された流体によって、成形型に載置されたプリプレグが押圧され変形される。

プリプレグ積層成形装置１は、図７に示すように、上記構成要素以外に、スリット付与部６、加熱部７，８や、剥離シート回収部９などを備えてもよい。

スリット付与部６は、プリプレグ３０が成形型２０の内部に載置されるとき、プリプレグ３０を部分的に切断してプリプレグ３０に対してスリットを形成する。スリット付与部６は、例えばカッター等の刃、レーザー光を照射するレーザー装置などである。形成されるスリットは、例えば、プリプレグ３０の長手方向に対して直角方向（９０°方向）である。プリプレグ３０に対してスリットが形成され、プリプレグ３０の可塑性が高まるため、プリプレグ３０が成形型２０及び押圧部３によって変形されやすくなる。

加熱部７，８は、プリプレグ３０又は成形型２０を加熱する。加熱部７，８は、例えば、赤外線、温風、又は、レーザー光などによって、対象物を加熱する。

加熱部７は、プリプレグ供給部２よりも移動方向前方に設置され、成形型２０、又は、成形型２０において既に成形されているプリプレグ３０を加熱する。加熱部８は、プリプレグ供給部２よりも移動方向後方に設置され、成形型２０に載置される前のプリプレグ３０を加熱する。これにより、プリプレグ３０が成形型２０に載置される前、又は、押圧部３を用いてプリプレグ３０を変形する前において、プリプレグ３０又は成形型２０が加熱される。これにより、プリプレグ３０の可塑性が高まるため、プリプレグ３０が成形型２０及び押圧部３によって変形されやすくなる。また、温度上昇によって、プリプレグ３０の粘着性が向上するため、プリプレグ３０間同士の接着性が高まる。

また、加熱部（図示せず。）は、押圧部３を外部から加熱してもよい。または、押圧部３の内部に加熱部（図示せず。）を設け、押圧部３を発熱させてもよい。これにより、押圧部３を用いてプリプレグ３０を変形させる際、押圧部３が加熱されて又は押圧部３が発熱するため、プリプレグ３０の可塑性が高まり、プリプレグ３０が成形型２０及び押圧部３によって変形されやすくなる。また、温度上昇によって、プリプレグ３０の粘着性が向上するため、プリプレグ３０間同士の接着性が高まる。

次に本実施形態に係るプリプレグ３０の積層成形方法について説明する。
まず、プリプレグ供給部２がプリプレグ３０を吐出し、プリプレグ３０を成形型２０に供給する。プリプレグ供給部２は、成形型２０の長手方向に沿って一端２０ａ側から他端２０ｂ側へ移動しつつ、プリプレグ３０を供給する。

プリプレグ供給部２から供給されたプリプレグ３０は、幅方向中央部を下方に位置させて、断面形状が下向き凸状のＵ字形に撓まされる。そして、図３（ａ）に示すように、断面凹型の成形型２０の底部にＵ字形に撓んだプリプレグ３０の下部を接触させるように、成形型２０の内部にプリプレグ３０が載置される。

そして、押圧部３は、成形型２０の長手方向に沿って一端２０ａ側から他端２０ｂ側へ移動しつつ、プリプレグ３０を押圧する。図３（ｂ）〜図３（ｄ）に示すように、押圧部３によって、成形型２０の内部に載置されたプリプレグ３０が押圧され変形される。

成形型２０上で一端２０ａ側から他端２０ｂ側にかけて、押圧部３によってプリプレグ３０が変形されると、１層目のプリプレグ３０の成形が完了する。

次に、再度、プリプレグ供給部２は、成形型２０の長手方向に沿って一端２０ａ側から他端２０ｂ側へ移動しつつ、プリプレグ３０を成形型２０に供給する。プリプレグ供給部２から供給されたプリプレグ３０は、先のプリプレグ３０と同様に、断面形状が下向き凸状のＵ字形に撓まされる。そして、成形型２０に沿って成形され載置されたプリプレグ３０上にＵ字形に撓んだプリプレグ３０の下部を接触させるように、成形型２０の内部にプリプレグ３０が載置される。

そして、押圧部３は、成形型２０の長手方向に沿って一端２０ａ側から他端２０ｂ側へ移動しつつ、プリプレグ３０を押圧する。押圧部３によって、成形型２０の内部に載置されたプリプレグ３０が押圧され変形される。１層目のプリプレグ３０上で一端２０ａ側から他端２０ｂ側にかけて、押圧部３によってプリプレグ３０が変形されると、２層目のプリプレグ３０の成形が完了する。

上述した動作が繰り返されて必要層数のプリプレグ３０が積層され成形されると、成形体が形成されて、プリプレグ３０の積層成形が完了する。

１枚ずつプリプレグ３０が成形されるため、押圧部３によってプリプレグ３０が変形される際、複数枚のプリプレグ３０を同時に滑らせる必要がない。そのため、複数枚のプリプレグ３０間においてプリプレグ３０が適切に滑らないことによる皺の発生が抑制される。特に、凹部における曲率の大きい円弧（Ｒ）形状部分や、長手方向の立体形状（コンタ）部分の影響による皺の発生が抑制される。

プリプレグ３０の断面形状がＵ字形となるように変形され、図３（ａ）に示すように、成形型２０の底部にプリプレグ３０の下部を接触させるように、成形型２０の内部にプリプレグ３０が載置される。そして、押圧部３によって、成形型２０の内部に載置されたプリプレグ３０が押圧され変形される。これにより、押圧部３を用いて成形されるとき、新たに成形されるプリプレグ３０は、成形型２０との間で滑りを発生させずに変形されるため、皺の発生が抑制される。

成形型２０の内部に成形型２０に沿って変形されたプリプレグ３０が載置されている場合、プリプレグ３０の断面形状がＵ字形となるように変形され、図３（ａ）に示すように、成形型２０において成形されたプリプレグ３０の上面にプリプレグ３０の下部を接触させるように、成形型２０の内部にプリプレグ３０が載置される。そして、押圧部３によって、成形型２０の内部に載置されたプリプレグ３０が押圧され変形される。これにより、押圧部３を用いて成形されるとき、新たに成形されるプリプレグ３０は、既に成形されているプリプレグ３０との間で滑りを発生させずに変形されるため、皺の発生が抑制される。

次に、プリプレグ３０の供給方法について更に説明する。
まず、図８、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、プリプレグ３０が成形型２０に載置される前において、プリプレグ３０の断面形状がＵ字形となるように、長手方向の一端側から他端側に向けてプリプレグ３０を順次変形する。
そして、図９（ｃ）に示すように、Ｕ字形に変形されたプリプレグ３０を、成形型２０の一端２０ａ側から他端２０ｂ側に向けて成形型２０内に順次載置する。このとき、プリプレグ３０は、成形型２０に向けて斜め下方に供給され、成形型２０の内部に載置される載置開始位置において向きが変更される。

載置開始位置では、図１０及び図１１に示すように、プリプレグ３０は、上向き凸状のＵ字形から下向き凸状のＵ字形に変更される。すなわち、プリプレグ３０がプリプレグ供給部２から吐出されたときは、断面が上向き凸状のＵ字形とされており、幅方向中央部が上側に位置し、両端部が下側に位置する。そして、向きを変更するため、断面が上向き凸状のＵ字形となっているプリプレグ３０の両端部を上側に向け、幅方向中央部の高さを下げる。成形型２０に向かうにつれて、プリプレグ３０の両端部の高さを上げつつ、幅方向中央部の高さを下げていくことによって、断面が下向き凸状のＵ字形に変更される。

載置開始位置で、プリプレグ３０が、上向き凸状のＵ字形から下向き凸状のＵ字形に変更されることにより、折れ曲がり部分においてプリプレグ３０が成形型２０の幅よりも外側に広がらず、載置開始位置では、プリプレグ３０が安定して下向き凸状のＵ字形に変更されて、成形型２０内にスムーズに収容される。

上記方法ではなく、他の方法でプリプレグ３０を成形型２０に載置してもよい。載置開始位置では、図１２及び図１３に示すように、下向き凸状のＵ字形の両側上部が内側に屈曲して配置される。すなわち、載置開始位置には、円錐形状のローラ１３が、プリプレグ３０の両端にそれぞれ３本ずつ長手方向に沿って設置される。円錐形状のローラ１３は、径の大きいほうが上側、すなわち、プリプレグ３０の端部側に位置し、径の小さいほうが下側、すなわち、プリプレグ３０の幅方向中央側に位置する。プリプレグ３０は、１本目のローラ１３の外側から中央（２本目）のローラ１３よりも内側に送られ、その後、中央のローラ１３の内側から３本目のローラ１３の外側へ送られる。円錐形状のローラ１３は、径の大きいほうがプリプレグ３０の端部をより中央に位置させる。これより、折れ曲がり部分においてプリプレグ３０が成形型２０の幅よりも外側に広がらず、載置開始位置では、プリプレグ３０が安定して成形型２０内に収容される。

上述したプリプレグ３０の供給方法では、プリプレグ３０を一端側から他端側に向けて順次変形し、順次成形型２０に載置する場合について説明したが、図１４及び図１５に示すように、必要な長さのプリプレグ３０を用意してから、全長にわたって同時に成形型２０にプリプレグ３０を載置してもよい。

この場合、プリプレグ３０が成形型２０に載置される前において、プリプレグ３０の断面形状がＵ字形となるように、長手方向の一端３０ａ側から他端３０ｂ側にわたってプリプレグ３０を同時に変形する。そして、Ｕ字形に変形されたプリプレグ３０を、成形型２０の一端２０ａ側から他端２０ｂ側にわたって成形型２０内に同時に載置する。これにより、載置位置の全長にわたって、下向き凸状のＵ字形の両側上部が内側に屈曲して、載置位置では、プリプレグ３０が安定して下向き凸状のＵ字形に変更される。

プリプレグ３０を全長にわたって下向き凸状のＵ字形に変形する方法は、例えば以下のとおりである。図１６に示すように、把持部１０と、押し込み部１１を備える。そして、把持部１０が平板状のプリプレグ３０の幅方向端部を把持し、押し込み部１１がプリプレグ３０の中央を下方に押し込む。これにより、プリプレグ３０が平板状から下向き凸状のＵ字形に変形する。このとき、プリプレグ３０の変形に伴って、把持部１０の向きが横向きから下向きに変更される。

または、図１７に示すように、折り曲げ部１２を備える。そして、折り曲げ部１２が平板状のプリプレグ３０の幅方向端部を把持し、折り曲げ部１２が駆動する。折り曲げ部１２は、回転しつつ、プリプレグ３０の中央側に移動する。その結果、折り曲げ部１２の向きが横向きから下向きに変更され、プリプレグ３０が平板状から下向き凸状のＵ字形に変形する。

次に、プリプレグ３０の成形方法について説明する。
図７に示すように、加熱部７が設置される場合、プリプレグ３０が成形型２０内に配置される前に、成形型２０又は既に成形型２０内で成形されているプリプレグ３０を加熱してもよい。これにより、新たにプリプレグ３０が配置される領域を温度上昇させることができる。また、スリット付与部６や加熱部８が設置される場合、プリプレグ３０が成形型２０内に配置される前に、プリプレグ３０にスリットを形成したり、プリプレグ３０を加熱してもよい。これにより、新たに成形されるプリプレグ３０が変形されやすくなり、また、プリプレグ３０同士の接着性が向上する。

その後、押圧部３が成形型２０内に配置されたプリプレグ３０を押圧する。このとき、押圧部３が加熱されたり、押圧部３が発熱してもよい。これにより、新たに成形されるプリプレグ３０が変形されやすくなり、また、プリプレグ３０同士の接着性が向上する。

押圧部３は、成形型２０の一端２０ａ側から他端２０ｂ側に移動する。このとき、押圧部３が型部４を有する場合、型部４は、長手方向に沿って滑りながら連続的にプリプレグ３０を押圧してもよいし、図４に示すように、長手方向に移動しながら断続的にプリプレグ３０を押圧してもよい。

また、図５及び図６に示すように、押圧部３が噴射ノズル５を有する場合、噴射ノズル５は、長手方向に移動しながらプリプレグ３０に対して流体を噴射する。複数の噴射ノズル５が長手方向に沿って設置され、かつ、噴射方向が異なるように設けられていれば、プリプレグ３０が平板状から成形型２０に沿った形状に徐々に変更される。

以上、本実施形態によれば、プリプレグ３０の断面形状がＵ字形となるように変形され、図３（ａ）に示すように、成形型２０の底部に、又は、成形型２０に沿って変形されたプリプレグ３０の上面に、プリプレグ３０の下部を接触させるように、成形型２０の内部にプリプレグ３０が載置される。そして、押圧部３によって、成形型２０の内部に載置されたプリプレグ３０が押圧され変形される。

従来、図１８に示すように、成形型２０の上面に、プリプレグ３０が平板状のまま載置される。そして、押圧部４０によって、プリプレグ３０が押圧されながら、成形型２０の内部に押し込まれる。このとき、成形型２０、又は、成形型２０に沿って載置されたプリプレグ３０と摩擦を生じさせながら、プリプレグ３０が押圧され変形される。そのため、摩擦力によってプリプレグ３０間（層間）においてプリプレグ３０が適切に滑らない場合、皺（リンクル）などが発生する可能性がある。

一方、本実施形態によれば、図３（ａ）に示すように、成形型２０の底部に、又は、成形型２０に沿って変形されたプリプレグ３０の上面に、プリプレグ３０の下部を接触させている。そのため、押圧部３を用いて成形されるとき、新たに成形されるプリプレグ３０は、成形型２０との間で滑りを発生させずに変形されるため、皺の発生が抑制される。

１ ：プリプレグ積層成形装置
２ ：プリプレグ供給部
３ ：押圧部
４ ：型部
５ ：噴射ノズル
６ ：スリット付与部
７ ：加熱部
８ ：加熱部
９ ：剥離シート回収部
１０ ：把持部
１１ ：押し込み部
１２ ：折り曲げ部
１３ ：ローラ
２０ ：成形型
３０ ：プリプレグ
４０ ：押圧部

Claims (14)

1. 一方向に長い長尺状の第１プリプレグの断面形状を下向き凸状のＵ字形に撓ませるステップと、
   Ｕ字形に撓んだ前記第１プリプレグの下部を、断面凹型の成形型の底部に、又は、前記成形型に沿って成形され載置された第２プリプレグの上面に、接触させて、前記成形型の内部に前記第１プリプレグを載置するステップと、
   押圧部を用いて、前記成形型の内部に載置された前記第１プリプレグを押圧し変形させるステップと、
   を備えるプリプレグ成形方法。
2. 前記第１プリプレグは、長手方向に対して繊維方向が所定の角度を有するように、前記成形型に向けて供給され、前記成形型に載置される請求項１に記載のプリプレグ成形方法。
3. 前記第１プリプレグの断面形状がＵ字形となるように、長手方向の一端側から他端側に向けて前記第１プリプレグを順次変形し、
   Ｕ字形に変形された前記第１プリプレグを、前記成形型の一端側から他端側に向けて前記成形型内に順次載置する請求項１又は２に記載のプリプレグ成形方法。
4. 前記第１プリプレグは、前記成形型に向けて供給され、前記成形型の内部に載置される載置位置において向きが変更され、
   前記載置位置では、前記第１プリプレグは、上向き凸状のＵ字形から下向き凸状のＵ字形に変更される、又は、下向き凸状のＵ字形の両側上部が内側に屈曲して配置される請求項３に記載のプリプレグ成形方法。
5. 前記第１プリプレグの断面形状がＵ字形となるように、長手方向の一端側から他端側にわたって前記第１プリプレグを同時に変形し、
   Ｕ字形に変形された前記第１プリプレグを、前記成形型の一端側から他端側にわたって前記成形型内に同時に載置する請求項１又は２に記載のプリプレグ成形方法。
6. 剥離シートとともに前記第１プリプレグを前記成形型の内部に載置し、前記剥離シートと前記第１プリプレグを、前記押圧部を用いて押圧し変形させる請求項１から５のいずれか１項に記載のプリプレグ成形方法。
7. 前記第１プリプレグを前記成形型の内部に載置するとき、前記第１プリプレグに対してスリットを形成する請求項１から６のいずれか１項に記載のプリプレグ成形方法。
8. 前記第１プリプレグを前記成形型に載置する前、前記成形型又は前記第２プリプレグを加熱する請求項１から７のいずれか１項に記載のプリプレグ成形方法。
9. 前記第１プリプレグを、前記押圧部を用いて変形させる前、前記第１プリプレグを加熱する請求項１から８のいずれか１項に記載のプリプレグ成形方法。
10. 前記押圧部を加熱して又は発熱させて、前記押圧部を用いて前記第１プリプレグを変形させる請求項１から９のいずれか１項に記載のプリプレグ成形方法。
11. 前記押圧部は、前記成形型の断面形状に対応した形状を有する断面凸型である請求項１から１０のいずれか１項に記載のプリプレグ成形方法。
12. 前記押圧部は、目標とする積層体の形状に応じて断面形状を変更することが可能な構成を有する請求項１から１１のいずれか１項に記載のプリプレグ成形方法。
13. 前記押圧部は、流体を噴射させる噴射ノズルであり、噴射された前記流体の圧力を用いて前記第１プリプレグを前記成形型に沿って変形させる請求項１から１０のいずれか１項に記載のプリプレグ成形方法。
14. 第１プリプレグを、断面凹型又は断面凸型の成形型に載置するステップと、
    押圧部を用いて、前記成形型に載置された前記第１プリプレグを押圧し変形させるステップと、
    を備え、
    前記押圧部は、流体を噴射させる噴射ノズルであり、噴射された前記流体の圧力を用いて前記第１プリプレグを前記成形型に沿って変形させるプリプレグ成形方法。
    

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