JP6042926B2

JP6042926B2 - 複合材賦形装置及び複合材賦形方法

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Description

本発明の実施形態は、複合材賦形装置及び複合材賦形方法に関する。

ガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ：Ｇｌａｓｓｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｐｌａｓｔｉｃｓ）や炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：ＣａｒｂｏｎＦｉｂｅｒＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＰｌａｓｔｉｃｓ）等の複合材は、シート状のプリプレグを積層して加熱硬化することによって成形される。航空機部品である縦通材（ストリンガー）、桁（スパー）及び小骨（リブ）等の部品には、横断面の形状がＴ字型又はＩ字型の部品が存在する。この場合、平面状に積層したプリプレグの積層体、横断面がＬ字型又はＣ字型となるように積層したプリプレグの積層体及び横断面がＬ字型又はＣ字型に線対称な形状となるように積層したプリプレグの積層体が硬化前に組合される。

直角に折り曲げられたプリプレグの積層体の角はＲ面取りされた形状となる。従って、平面状のプリプレグの積層体の上に、直角に折り曲げられたプリプレグの積層体を対称に配置して突き合わせると、プリプレグの積層体間には横断面が概ね三角形の空隙が生じる。より具体的には、対称なＲ面取りに対応する２つの対称な円弧と直線で囲まれた形状を横断面形状とする空隙が、３つのプリプレグの積層体間に生じる。

そこで、３つのプリプレグの積層体間に生じる空隙がフィラー（充填材）によって充填される。通常は、フィラーもプリプレグの積層体として準備され、他のプリプレグの積層体とともに加熱硬化される。２つの対称な円弧と直線で囲まれた形状を横断面形状とする棒状のフィラーは、ヌードルフィラーと呼ばれる。ヌードルフィラーは、プリプレグを渦巻状に積層した丸棒状の素材を成形することによって製作される。

尚、一般に加熱硬化前におけるプリプレグの積層体に対する成形は、加熱硬化による複合材の成形と区別するために賦形と呼ばれる。そこで、以降では、プリプレグの積層体に対する成形を賦形と称する。

従来のプリプレグの積層体に対する賦形方法としては、賦形用の成形型（賦型）を用いる方法が一般的である。例えば、賦型にプリプレグの積層体を設置して真空圧で賦形する方法、押出成形機の口金（ダイ）を賦形後の形状に合わせた賦型としてプリプレグの積層体を押出成形することによって賦形する方法或いはローラをプリプレグの積層体に押し付けて賦形する方法などが知られている。

しかしながら、真空圧で賦形する方法は賦形時間が長いという問題がある。具体的には、真空圧で賦形する方法は賦形時間として数時間から１日程度を要する。加えて、ヌードルフィラーのような棒状のフィラーを賦形する場合には、フィラー全体の賦形が可能な賦型を準備することが必要となる。また、押出成形機を用いて賦形する場合には、賦形の抵抗が大きいためプリプレグの積層体を引き抜くための大掛かりな装置が必要となる。

一方、ヌードルフィラーの賦形装置として、平行に並べた２本のローラで棒状の素材を押し付ける装置も提案されている（例えば特許文献１参照）。この装置によれば、円柱状のローラと、ヌードルフィラーの形状に合わせた凹みを有するローラとの間に棒状の素材を挟んで送り出すことにより、ヌードルフィラーの賦形を行うことができる。

特開平４−２９９１１０号公報

しかしながら、ローラを用いてヌードルフィラーの賦形を行う場合には、押出成形機を用いて賦形する場合に比べて賦形の抵抗が小さくなるが、良好な品質で賦形することが困難であるという問題がある。このため、ローラを用いてヌードルフィラーの賦形を行った後に、賦型に素材を設置して真空圧で賦形することにより、賦形品質を向上させることが必要となる場合がある。

そこで、本発明は、Ｔ字型又はＩ字型等の横断面を有するプリプレグの積層体に生じる空隙を埋めるためのヌードルフィラーの賦形のように、棒状のプリプレグを素材とする賦形をより簡易に行うことが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複合材賦形装置は、棒状に積層されたプリプレグの積層体に、互いに異なる角度で圧力を負荷する３つのローラを備える。前記３つのローラは、第１のローラ、第２のローラ及び第３のローラで構成される。第１のローラは、第１の軸を中心に回転する。第２のローラは、前記第１の軸に対して傾斜する第２の軸を中心に回転する。第３のローラは、前記第１の軸に垂直な面に関して前記第２の軸に対称となる第３の軸を中心に回転する。フィラーの横断面形状に対応する空隙が前記第１、第２及び第３のローラの間に形成されるように前記第１、第２及び第３のローラを配置した。
また、本発明の実施形態に係る複合材賦形方法は、棒状に積層されたプリプレグの積層体に、３つのローラを用いて互いに異なる角度で圧力を負荷するものであって、第１の軸を中心に回転する第１のローラと、前記第１の軸に対して傾斜する第２の軸を中心に回転する第２のローラと、前記第１の軸に垂直な面に関して前記第２の軸に対称となる第３の軸を中心に回転する第３のローラとで構成される前記３つのローラを、フィラーの横断面形状に対応する空隙が前記第１、第２及び第３のローラの間に形成されるように配置したものである。

本発明の実施形態に係る複合材賦形装置の正面図。図１に示す複合材賦形装置の斜視図。図１に示す複合材賦形装置による賦形対象となるヌードルフィラーの形状を示す斜視図。図１に示す第２の軸及び第３の軸の、第１の軸に対する傾斜角度を決定する方法を説明する図。図４に示す角度で第１、第２及び第３のローラを押し付けることによって賦形されるヌードルフィラーの横断面図。第２のローラ及び第３のローラの傾斜角度を変えた第１の例を示す図。第２のローラ及び第３のローラの傾斜角度を変えた第２の例を示す図。

本発明の実施形態に係る複合材賦形装置及び複合材賦形方法について添付図面を参照して説明する。

（構成及び機能）
図１は本発明の実施形態に係る複合材賦形装置の正面図、図２は図１に示す複合材賦形装置の斜視図、図３は図１に示す複合材賦形装置による賦形対象となるヌードルフィラーの形状を示す斜視図である。

複合材賦形装置１は、棒状に積層されたプリプレグの積層体を素材としてヌードルフィラーの賦形を行う装置である。ヌードルフィラーは、直角に折り曲げられた２つのプリプレグの積層体を対称に配置して突き合わせた状態で平板状又はやや湾曲した板状に積層されたプリプレグの積層体の上に設置した場合に生じる空隙を埋めるためのフィラーである。

従って、ヌードルフィラーは、図３に示すように、２つの対称な円弧と直線で囲まれた形状を横断面形状とする棒状のフィラーとなる。具体的には、ヌードルフィラーは、幅がＷで長さがＬの矩形の平面、横断面が円弧である第１の曲面、第１の曲面に対称な第２の曲面で囲まれた形状を有する。このため、ヌードルフィラーの高さＨは、第１の曲面と第２の曲面の交線と矩形の平面との間の距離となる。

ヌードルフィラーの素材としては、典型的には、プリプレグを渦巻き状に丸めることによって製作される概ね丸棒状のプリプレグの積層体が用いられる。ヌードルフィラーの賦形は、概ね丸棒状の素材に、幅がＷで長さがＬの平面、横断面が円弧である第１の曲面及び第１の曲面に対称な第２の曲面を形成する成形加工となる。

複合材賦形装置１は、棒状に積層されたプリプレグの積層体に、互いに異なる角度で圧力を負荷する３つのローラ２Ａ、２Ｂ、２Ｃと、３つのローラ２Ａ、２Ｂ、２Ｃを回転させる回転機構３とを備える。３つのローラ２Ａ、２Ｂ、２Ｃは、それぞれヌードルフィラーの１つの平面と２つの曲面を賦形するためのローラである。従って、３つのローラ２Ａ、２Ｂ、２Ｃは、互いに平行でない３つの軸ＡＸ１、ＡＸ２、ＡＸ３を中心に回転する。すなわち、２本の線対称な円弧と１本の直線で囲まれたヌードルフィラーの横断面形状に対応する空隙が第１、第２及び第３のローラ２Ａ、２Ｂ、２Ｃの間に形成されるように第１、第２及び第３のローラ２Ａ、２Ｂ、２Ｃが配置される。

より具体的には、第１のローラ２Ａは、第１の軸ＡＸ１を中心に回転する。第２のローラ２Ｂは、第１の軸ＡＸ１に対して傾斜する第２の軸ＡＸ２を中心に回転する。第３のローラ２Ｃは、第１の軸ＡＸ１に対して傾斜し、かつ第１の軸ＡＸ１に垂直な面に関して第２の軸ＡＸ２に対称となる第３の軸ＡＸ３を中心に回転する。

第１のローラ２Ａは、幅がＷで長さがＬの平面を賦形するためのローラである。従って、第１のローラ２Ａを水平方向の第１の軸ＡＸ１を中心に回転する円筒形のローラとすることができる。第２のローラ２Ｂは、ヌードルフィラーの一方のＲ面取りに対応する曲面を賦形するためのローラである。従って、第２のローラ２Ｂを、円周部分の半径をヌードルフィラーのＲ面取りの半径とした円盤状のローラとすることができる。第３のローラ２Ｃは、ヌードルフィラーの他方のＲ面取りに対応する曲面を賦形するためのローラである。従って、第３のローラ２Ｃも、第２のローラ２Ｂと同様に、円周部分の半径をヌードルフィラーのＲ面取りの半径とした円盤状のローラとすることができる。

但し、ヌードルフィラーのＲ面取りは面対称となるため、上述したように、第２のローラ２Ｂの第２の軸ＡＸ２と、第３のローラ２Ｃの第３の軸ＡＸ３は、第１の軸ＡＸ１に垂直な面に関して互いに対称となる。第２の軸ＡＸ２及び第３の軸ＡＸ３の、第１の軸ＡＸ１に対する傾斜角度は、ヌードルフィラーの賦形に適した角度に決定することが重要である。ヌードルフィラーの賦形に適した第２の軸ＡＸ２及び第３の軸ＡＸ３の角度は、様々な観点から決定することができる。

第２の軸ＡＸ２及び第３の軸ＡＸ３の各傾斜角度の第１の決定方法として、丸棒状の素材の３つの面にできるだけ均一に圧力が負荷されるように各角度を決定するという方法が挙げられる。この場合、ヌードルフィラーの横断面形状を直角二等辺三角形と近似すると、直角を挟む２辺の底辺に対する傾斜角度が±４５度となることから第２の軸ＡＸ２及び第３の軸ＡＸ３も第１の軸ＡＸ１に対して±４５度傾斜させるという角度の決定方法が考えられる。

或いは、第１、第２及び第３のローラ２Ａ、２Ｂ、２Ｃによりそれぞれ圧縮される素材の距離ができるだけ等しくなるように、第２の軸ＡＸ２及び第３の軸ＡＸ３の、第１の軸ＡＸ１に対する傾斜角度を決定するという方法も考えられる。

図４は図１に示す第２の軸ＡＸ２及び第３の軸ＡＸ３の、第１の軸ＡＸ１に対する傾斜角度を決定する方法を説明する図であり、図５は図４に示す角度で第１、第２及び第３のローラ２Ａ、２Ｂ、２Ｃを押し付けることによって賦形されるヌードルフィラーの横断面図である。

図４に示すように、第１、第２及び第３のローラ２Ａ、２Ｂ、２Ｃに接する内接円を考えると、内接円の中心から各ローラ２Ａ、２Ｂ、２Ｃとの接点までの距離までは等しくなる。従って、内接円の中心と各ローラ２Ａ、２Ｂ、２Ｃとの接点とを結ぶ各線分の角度で、各ローラ２Ａ、２Ｂ、２Ｃをそれぞれ素材に押し当てれば、素材の３つの面が圧縮される最大距離は、いずれも圧縮前における素材の半径と、圧縮後における素材の半径との差となる。このため、図５に示すように素材の３つの面に均一に圧縮力を負荷できると考えられる。

この場合、内接円の半径をＲ１とし、第１及び第２のローラ２Ａ、２Ｂの先端における半径及びヌードルフィラーのＲ面取りの半径をＲ２とすると、三平方の定理より（Ｒ１＋Ｒ２）^２＝Ｒ２^２＋（Ｒ２−Ｒ１）^２となるので４Ｒ１＝Ｒ２の関係が成立する。従って、第１のローラ２Ａの表面と、第２のローラ２Ｂを押し当てる方向とのなす角度θ１は、式（１）からθ１＝３６．８７度となる。
ｃｏｓθ１＝Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）＝４Ｒ１／（Ｒ１＋４Ｒ１）＝４／５（１）

第１のローラ２Ａに対して第２のローラ２Ｂを押し当てる角度θ１の測定方向を正方向とすると、同様に、第１のローラ２Ａの表面と、第３のローラ２Ｃを押し当てる方向とのなす角度θ２は、θ２＝−３６．８７度となる。つまり、第１のローラ２Ａの第１の軸ＡＸ１に対する第２のローラ２Ｂの第２の軸ＡＸ２の傾斜角度を、９０度−３６．８７度＝５３．１３度とし、第１のローラ２Ａの第１の軸ＡＸ１に対する第３のローラ２Ｃの第３の軸ＡＸ３の傾斜角度を、−５３．１３度とすれば、第１、第２及び第３のローラ２Ａ、２Ｂ、２Ｃによりそれぞれ圧縮される素材の最大距離を同等にすることができる。

実際には、製造誤差が生じるため、第１の軸ＡＸ１に対する第２の軸ＡＸ２及び第３の軸ＡＸ３の各傾斜角度を、±５３．１３度に対して所定の公差内となる角度に設計すればよいことになる。

尚、フィラーの形状が、図４に示すように横断面が線対称とならない形状であっても、同様に、第１、第２及び第３のローラ２Ａ、２Ｂ、２Ｃに接する内接円の半径と、圧縮前における素材の半径との差が、第１、第２及び第３のローラ２Ａ、２Ｂ、２Ｃによる最大圧縮距離となるように、第１の軸ＡＸ１に対する第２の軸ＡＸ２及び第３の軸ＡＸ３の各傾斜角度を決定することができる。

ヌードルフィラーの横断面形状を直角二等辺三角形と近似して第２の軸ＡＸ２及び第３の軸ＡＸ３の第１の軸ＡＸ１に対する傾斜角度を±４５度とする方法と、第１、第２及び第３のローラ２Ａ、２Ｂ、２Ｃによる素材の最大圧縮距離が同等となるように第２の軸ＡＸ２及び第３の軸ＡＸ３の第１の軸ＡＸ１に対する傾斜角度を±５３．１３度とする方法のいずれが妥当であるか調べるために、実際に第２の軸ＡＸ２及び第３の軸ＡＸ３の第１の軸ＡＸ１に対する傾斜角度を、±３０度、±４５度及び±６０度としてヌードルフィラーの賦形試験を行った。

その結果、第２の軸ＡＸ２及び第３の軸ＡＸ３の第１の軸ＡＸ１に対する傾斜角度を、±６０度とした場合に最も小さい動力でヌードルフィラーの賦形が可能であり、かつ最も均一にヌードルフィラーを賦形できることが確認できた。また、第２の軸ＡＸ２及び第３の軸ＡＸ３の第１の軸ＡＸ１に対する傾斜角度を、±４５度とした場合においても、従来の真空圧で賦形する方法と同等な品質でヌードルフィラーを賦形できることが確認できた。

以上の賦形試験の結果から、第１の軸ＡＸ１に対する第２の軸ＡＸ２及び第３の軸ＡＸ３の傾斜角度が４５度以上６０度以下となるように第１、第２及び第３のローラ２Ａ、２Ｂ、２Ｃを配置すること、換言すれば、第２のローラ２Ｂ及び第３のローラ２Ｃを押し付ける方向の第１のローラ２Ａの表面に対する角度θ１、θ２を３０度以上４５度以下とすることが、素材の３つの面に均一に圧縮力を負荷する観点から好適である。特に、第１の軸ＡＸ１に対する第２の軸ＡＸ２及び第３の軸ＡＸ３の各傾斜角度を、±５３．１３度に対して所定の公差内となる角度とすること、つまり第２のローラ２Ｂ及び第３のローラ２Ｃを押し付ける方向の第１のローラ２Ａの表面に対する角度θ１、θ２を±３６．８７度とすることがより好適であると考えられる。

一方、賦形試験の結果、第１のローラ２Ａによって賦形されるヌードルフィラーの平坦な下面の平坦度は、第１の軸ＡＸ１に対する第２の軸ＡＸ２及び第３の軸ＡＸ３の傾斜角度が小さい程、良好になることが確認された。つまり、第２のローラ２Ｂ及び第３のローラ２Ｃを押し当てる角度θ１、θ２を、鉛直方向に近づける程、ヌードルフィラーの下面の平坦度を向上させることができる。但し、第２のローラ２Ｂ及び第３のローラ２Ｃを押し当てる角度θ１、θ２を、極端に鉛直方向に近づけると、ヌードルフィラーの内部における層の均一性は低下する。

従って、第２の軸ＡＸ２及び第３の軸ＡＸ３の各傾斜角度の第２の決定方法として、ヌードルフィラーの下面の平坦度を向上させる観点から、第１の軸ＡＸ１に対する第２の軸ＡＸ２及び第３の軸ＡＸ３の傾斜角度が１０度以上４０度以下となるように第１、第２及び第３のローラ２Ａ、２Ｂ、２Ｃを配置する方法が挙げられる。つまり、ヌードルフィラーの下面の平坦度を向上させるためには、第２のローラ２Ｂ及び第３のローラ２Ｃを押し当てる角度θ１、θ２を、５０度以上９０度以下とすることが好適である。

以上のように、ヌードルフィラーの内部における層の均一性及びヌードルフィラーの下面における平坦度のいずれを重視するかによって、第１の軸ＡＸ１に対する第２の軸ＡＸ２及び第３の軸ＡＸ３の傾斜角度の好適な範囲が変わることになる。

第１、第２及び第３のローラ２Ａ、２Ｂ、２Ｃの具体的な形状及びサイズは、ヌードルフィラーのサイズに応じて決定することができる。例えば、第２のローラ２Ｂ及び第３のローラ２Ｃの端部における半径は、それぞれヌードルフィラーのＲ面取り部分における半径とすればよい。また、第１のローラ２Ａの長さは、少なくともヌードルフィラーの下面をカバーできる長さとされる。

第１、第２及び第３のローラ２Ａ、２Ｂ、２Ｃの直径については任意の長さにすることができる。但し、第１、第２及び第３のローラ２Ａ、２Ｂ、２Ｃの直径を長くする程、各ローラ２Ａ、２Ｂ、２Ｃの１回転当たりの素材の送り量を長くできるため、素材の送り速度を増加させることができる。

第１、第２及び第３のローラ２Ａ、２Ｂ、２Ｃは、ヌードルフィラーの素材となるプリプレグの積層体に対して離型性を有することが望ましい。実際に、ポリウレタン、ポリテトラフルオロエチレン及びナイロン６，６を素材として離型性の確認を行った結果、ポリウレタンは離型性が低く、ポリテトラフルオロエチレン及びナイロン６，６は離型性が良好であることが確認された。特に、ポリテトラフルオロエチレンの離型性が最も良好であることが確認された。

従って、プリプレグとの離型性の確保の観点からは、ナイロン６，６又はポリテトラフルオロエチレンがローラ２Ａ、２Ｂ、２Ｃの素材として好適である。このため、３つのローラ２Ａ、２Ｂ、２Ｃの少なくとも１つの表面層を、ナイロン６，６又はポリテトラフルオロエチレンを素材として構成することが望ましい。尚、ローラ２Ａ、２Ｂ、２Ｃ全体を離型性を有する素材で構成せずに、ローラ２Ａ、２Ｂ、２Ｃの表面を離型性を有するナイロン６，６又はポリテトラフルオロエチレン等のフィルムやテープで覆うようにしてもよい。ナイロンは、脂肪族骨格を含むポリアミドの総称であり、ナイロン６，６は、分子構造が｛ＣＯ−（ＣＨ_２）_４−ＣＯ−ＮＨ−（ＣＨ_２）_６−ＮＨ｝_ｎで表されるナイロンである。

回転機構３は、第１、第２及び第３のローラ２Ａ、２Ｂ、２Ｃを回転させるための装置である。従って、回転機構３は、スタンド４に、第１のローラ２Ａの第１の軸ＡＸ１を受けるための第１の軸受５Ａ、第２のローラ２Ｂの第２の軸ＡＸ２を受けるための第２の軸受５Ｂ及び第３のローラ２Ｃの第３の軸ＡＸ３を受けるための第３の軸受５Ｃを設けて構成することができる。

第１の軸受５Ａは、円筒状の第１のローラ２Ａから両側に突出した第１の軸ＡＸ１を、第１のローラ２Ａの両側の２箇所で受ける構造を有している。第２の軸受５Ｂ及び第３の軸受５Ｃは、それぞれ円板状の第２のローラ２Ｂ及び第３のローラ２Ｃの第２の軸ＡＸ２及び第３の軸ＡＸ３を所定の傾斜角度で受ける構造を有している。

第１の軸受５Ａ、第２の軸受５Ｂ及び第３の軸受５Ｃには、ベアリングよりも無給油ブッシュを用いることが望ましい。すなわち、３つのローラ２Ａ、２Ｂ、２Ｃは、それぞれ無給油ブッシュを軸受として回転するように構成されることが望ましい。これは、無給油ブッシュを軸受として使用すれば、プリプレグの賦形のために、使用が望ましくない油の使用を回避できるためである。加えて、無給油ブッシュを使用すれば、給油作業も不要にすることができる。

更に、回転機構３には、第１、第２及び第３のローラ２Ａ、２Ｂ、２Ｃの少なくとも１つに回転動力を与えるためのハンドル６が設けられる。図示された例では、第１のローラ２Ａの回転軸となる水平方向の第１の軸ＡＸ１にハンドル６が連結されている。従って、ハンドル６を回転させると第１の軸ＡＸ１を中心に第１のローラ２Ａが回転する。

第１、第２及び第３のローラ２Ａ、２Ｂ、２Ｃの間の空隙に素材が挟まっている状態では、第１、第２及び第３のローラ２Ａ、２Ｂ、２Ｃと素材との間における摩擦力によって、第１のローラ２Ａが回転すると第２及び第３のローラ２Ｂ、２Ｃも回転する。従って、ハンドル６を回転させると、素材を押し出しながら第１、第２及び第３のローラ２Ａ、２Ｂ、２Ｃを回転させることができる。これにより、棒状に積層されたプリプレグの積層体に、３つのローラ２Ａ、２Ｂ、２Ｃを用いて互いに異なる角度で圧力を負荷することができる。その結果、棒状に積層されたプリプレグの積層体を図５に示すように賦形することができる。すなわち、ヌードルフィラーの賦形を行うことができる。

上述したように、第２のローラ２Ｂ及び第３のローラ２Ｃの好適な傾斜角度は、ヌードルフィラーの均一性を重視するか或いはヌードルフィラーの下面における平坦度を重視するかによって異なる。

そこで、複合材賦形装置１には、第１の軸ＡＸ１に対する第２の軸ＡＸ２及び第３の軸ＡＸ３の傾斜角度を変えるための傾斜角度調節機構７を設けることができる。図示された例では、置換式の傾斜角度調節機構７に第２の軸受５Ｂ及び第３の軸受５Ｃが取付けられている。

傾斜角度調節機構７は、レバー付のボルト７Ａとブロック７Ｂとで構成することができる。ブロック７Ｂは、レバー付のボルト７Ａでスタンド４に固定することができる。ブロック７Ｂには、第２の軸受５Ｂ及び第３の軸受５Ｃをセットするための傾斜面が形成されている。ブロック７Ｂに形成される傾斜面の傾斜角度は、第２のローラ２Ｂ及び第３のローラ２Ｃの傾斜角度となっている。このため、傾斜角度が異なる傾斜面を形成した複数のブロック７Ｂを準備することにより、第２のローラ２Ｂ及び第３のローラ２Ｃの傾斜角度を変えることができる。

図６は第２のローラ２Ｂ及び第３のローラ２Ｃの傾斜角度を変えた第１の例を示す図であり、図７は第２のローラ２Ｂ及び第３のローラ２Ｃの傾斜角度を変えた第２の例を示す図である。

図６及び図７に示すように、傾斜角度が異なる傾斜面を形成したブロック７Ｂをスタンド４に固定し、ブロック７Ｂに第２の軸受５Ｂ及び第３の軸受５Ｃをセットすることができる。これにより、第２の軸ＡＸ２及び第３の軸ＡＸ３をブロック７Ｂの傾斜面に対して垂直な向きにセットすることができる。すなわち、第２のローラ２Ｂ及び第３のローラ２Ｃの傾斜角度を所定の角度にセットすることができる。

尚、図示される例に限らず、第２のローラ２Ｂ及び第３のローラ２Ｃの傾斜角度を微調整できるように連続的に可変させることが可能な傾斜角度調節機構を複合材賦形装置１に設けてもよい。或いは、第２のローラ２Ｂ及び第３のローラ２Ｃの傾斜角度を好適な傾斜角度に断続的に可変させることが可能な傾斜角度調節機構を複合材賦形装置１に設けてもよい。

つまり以上のような複合材賦形装置１及び複合材賦形方法は、所定の角度で３つのローラ２Ａ、２Ｂ、２Ｃを配置し、３つのローラ２Ａ、２Ｂ、２Ｃで異なる３方向から素材を圧縮することによりヌードルフィラー等のプリプレグの賦形を行うようにしたものである。

（効果）
このため、複合材賦形装置１及び複合材賦形方法によれば、従来よりも簡易な構成かつ短時間で高品質なプリプレグの賦形を行うことができる。例えば、フィラーの形状に合わせた特殊な形状を有する２つのローラを用いて鉛直方向にのみ変位を付与することによってフィラーの賦形を行う従来の方法では十分な品質が得られず、真空圧で賦形する必要が生じる場合があった。これに対して、複合材賦形装置１及び複合材賦形方法によれば、３つのローラ２Ａ、２Ｂ、２Ｃを用いて３方向からより均一に圧力を付与できるため十分な品質でフィラーを賦形することができる。このため、真空圧による賦形が不要となる。また、押出成形機等の大規模な装置も不要である。

また、圧力がより均一になる角度で、３つのローラ２Ａ、２Ｂ、２Ｃを素材に押し付けることにより、より小さい動力でフィラーの賦形を行うことができる。これは、ローラ２Ｂ、２Ｃの角度を変化させた賦形試験によっても確認されている。

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。

１複合材賦形装置
２Ａ、２Ｂ、２Ｃローラ
３回転機構
４スタンド
５Ａ、５Ｂ、５Ｃ軸受
６ハンドル
７傾斜角度調節機構
７Ａレバー付のボルト
７Ｂブロック
ＡＸ１、ＡＸ２、ＡＸ３軸

Claims

棒状に積層されたプリプレグの積層体に、互いに異なる角度で圧力を負荷する３つのローラを備え、
前記３つのローラは、
第１の軸を中心に回転する第１のローラと、
前記第１の軸に対して傾斜する第２の軸を中心に回転する第２のローラと、
前記第１の軸に垂直な面に関して前記第２の軸に対称となる第３の軸を中心に回転する第３のローラとで構成され、
フィラーの横断面形状に対応する空隙が前記第１、第２及び第３のローラの間に形成されるように前記第１、第２及び第３のローラを配置した複合材賦形装置。
２本の線対称な円弧と１本の直線で囲まれたヌードルフィラーの横断面形状に対応する空隙が前記第１、第２及び第３のローラの間に形成されるように前記第１、第２及び第３のローラを配置した請求項１記載の複合材賦形装置。
前記第１の軸に対する前記第２の軸の傾斜角度が４５度以上６０度以下となるように前記第１、第２及び第３のローラを配置した請求項１又は２記載の複合材賦形装置。
前記第１の軸に対する前記第２の軸の傾斜角度が１０度以上４０度以下となるように前記第１、第２及び第３のローラを配置した請求項１又は２記載の複合材賦形装置。
前記第１の軸に対する前記第２の軸の傾斜角度を変えるための傾斜角度調節機構を更に備える請求項１乃至４のいずれか１項に記載の複合材賦形装置。
前記３つのローラは、それぞれ無給油ブッシュを軸受けとして回転するように構成される請求項１乃至５のいずれか１項に記載の複合材賦形装置。
前記３つのローラの少なくとも１つの表面層は、ナイロン６，６又はポリテトラフルオロエチレンを素材として構成される請求項１乃至６のいずれか１項に記載の複合材賦形装置。
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の複合材賦形装置を用いて前記積層体の賦形を行う複合材賦形方法。
棒状に積層されたプリプレグの積層体に、３つのローラを用いて互いに異なる角度で圧力を負荷する複合材賦形方法であって、
第１の軸を中心に回転する第１のローラと、
前記第１の軸に対して傾斜する第２の軸を中心に回転する第２のローラと、
前記第１の軸に垂直な面に関して前記第２の軸に対称となる第３の軸を中心に回転する第３のローラとで構成される前記３つのローラを、フィラーの横断面形状に対応する空隙が前記第１、第２及び第３のローラの間に形成されるように配置した複合材賦形方法。