JP6580415B2 - プロフィール要素を形成する方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、予め含浸させた繊維の多層の積層部からプロフィール要素、特に台形、Ω形、半円形（ガウス波形）や、帽子形のプロフィール要素、所謂プリプレッグ（ｐｒｅｐｒｅｇｓ）を形成するための方法および装置に関する。

この「プリプレッグ」は、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂を含浸させた繊維からなり、付加的にそのような樹脂からなる層からなり、繊維は、炭素、ガラス、アラミド等から構成される。

プロフィール要素、特に炭素繊維の強化材料から形成されるプロフィール要素は、航空機の製造に使用される。
このプロフィール要素を製造するために、予め含浸させた繊維の複数の層の積層部から予め切断されるとともに通常型枠内で予め加熱され、且つこの要素を型枠キャビティ内に押圧して必要な断面を備えるプロフィール要素を形成することが周知である。繊維を含浸させることに使用される熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂が硬化し、プロフィール要素を型枠から取り外した後に、プロフィール要素は使用の準備ができる。しかしながら、製造のそのような不連続の工程は時間がかかり、また、付加的に、生産されたプロフィール要素は多少不完全である。この理由として、積層部の層はすべて積層部の長手方向に直交する同じ長さ部分を有し、材料の変形時に相対摺動する必要があることが挙げられる。多くの場合において、型枠の縁と型枠要素のこの縁領域における積層材料との係合によりこの摺動が防止されるが、これにより、材料内にしわが形成され、材料の品質が低下する。

２０１３年５月２１日に出願された初期の特許文献１（出願人： エアバス・オペレーションズ有限会社）において、予め含浸させた繊維の多層の積層部から略Ω型のプロフィール要素を連続して生産する方法が開示される。処理の開始時において積層部が形成され、続いてこの連続した積層部が、加熱ステーション、プリフォームステーション、さらなる加熱ステーションのような複数の処理ステーションを経て形成ステーションに至る。この形成ステーションは、その外周に型枠用凹部を備えるホイールを含み、このホイールに隣接して配置される複数の形成要素をさらに含み、予め形成された積層部の部分を押圧し、続いて型枠の凹部内に押し込む。この形成方法の終わりに、形成された材料の予め定められた長さ部分が切断される。

欧州特許出願公開第２８０５８０２号明細書 ベルギー国特許第６６４８９６号明細書 国際公開第２００９／０９７５１４号明細書

本発明は、関連するタイプのプロフィール要素を連続して形成する方法を提供することを課題とする。

本発明によれば、この課題は、複数の組のコンベヤベルトによって供給方向に供給速度で予め含浸させた繊維、好ましくは炭素繊維の多層積層部を移動させる工程であって、該複数の組のコンベヤベルトは、積層部の側方端縁部の上面および下面と係合するとともに開始面に端縁部を保持し、且つ対向する端縁部と係合する複数の組のコンベヤベルト間の距離が供給方向で低減されるように該複数の組のコンベヤベルトが配置される、積層部を移動させる工程と、開始面に対して上向きに傾斜した傾斜部を覆うように積層部の中間部を供給方向に移動させる工程とによって解決される。

この方法において、連続した積層部は、処理の開始時に、供給ホイールから引き出されるか、個別の層から生産され、形成工程の開始に先立って予め加熱される。また、連続した積層部は、上側に傾斜した傾斜部を覆うように積層部の中間部を移動させ、この積層部の端縁部を開始面に保持し、複数組のコンベヤベルトにより供給方向に移動させることによって徐々に変形される。好ましくは、傾斜部の平均傾斜角は総計約１０°に達する。これにより、徐々の変形が行われる。コンベヤベルトの組間の挾持は、傾斜部を横断して積層部を供給方向に移動させるのに十分であるが、形成工程時に積層部が相対摺動することを防止するものではなく、これにより上述したしわが回避される。

好ましくは、傾斜部は、供給速度で移動するベルトを有するコンベヤベルトによって形成され、これにより、このコンベヤベルトは積層部の供給を支援する。
積層部の中間部が平坦な壁部に確実に形成されるように、中間部は、中間部の上面と係合するアイドルローラの構造体またはコンベヤベルトによって傾斜部と係合した状態に保持される。付加的に、真空が中間部の下側に適用され、これによりその傾斜部との係合の保持が支援される。

傾斜部から離間した後に、形成された側壁部を含む中間部は、支持マンドレル上に配置されるか、所定の長さに続いて切断される。
本発明による方法を実施する装置は、開始面に平行に位置される協働ベルト部を有する一対の協働コンベヤベルトからそれぞれなる２組のコンベヤベルトであって、組は互いに間隔を置いて設けられ、材料の積層部をその側方端縁部と係合することにより供給方向に協働して前進させ、ベルト部の組間の距離は、供給方向において低減される、２組のコンベヤベルトと、コンベヤベルトの組の間に位置されるとともに供給方向に上向きに傾斜した傾斜部とを備える。好ましくは、傾斜部は、供給方向に移動する上側ベルト部を有するコンベヤベルトによって形成される。

形成工程中に形成される材料の傾斜した壁部を支持するとともに案内するために、傾斜した側方案内面は、傾斜部の側方端部からコンベヤベルトの組の協働ベルト部の内側縁に向かう方向に延びる。

積層部の中間部を傾斜部と係合した状態に保持するために、材料の中間部の上面と係合するアイドルローラの構造体またはコンベヤベルトが傾斜部の上方に設けられる。
傾斜部と係合した状態に中間部を保持することは、傾斜部の領域内において材料の中間部に真空を適用することによってさらに支援される。

形成されるプロフィールを支持する支持マンドレルが傾斜部の背面に設けられる。さらに、形成される材料を断面切断する切断器具が、傾斜部の上端部の背面に設けられてもよい。

以下、関連する装置の部分を原理として示す添付の図面を参照して本発明をより詳細に後述する。異なる図面は正確な縮尺を示すものではない。異なる図面は、完成品の機械となる部分の組み立てを開示するのではなくむしろ本発明の理解を促進するように異なる部分を示す。

本発明の手段によって生産されるプロフィール要素の形状を示す断面図。 本発明による装置の側方の組のコンベヤベルトおよび中央コンベヤベルトの構造体を上から見た図であって、変形される積層部を示す図。 本発明による装置のコンベヤベルトをその他の要素とともに示す側面図。 変形されるとともに側方の組のコンベヤベルト間に保持されるなお平坦な材料の積層部を原則として示す図。 図４Ａに対応する概略図であって、コンベヤベルトの側方の組によって輸送されるとともに上方に傾斜した傾斜部によって部分的に変形される材料の積層部を示す図。 図４Ｂに対応する図であって、傾斜部上のさらなる上方の地点における積層部を示す図。 コンベヤベルトによって形成される上方に傾斜した傾斜部を示す断面図。 図５の構造体を示す断面図。

図１は、本発明の手段によって製造可能なプロフィール要素１を示す断面図である。図示のように、プロフィール要素は、平面ベース２、並びに側壁部３および４を含み、フランジ５および６が側壁部３および４から外側に延びるとともに共通の面内に位置される。側壁部３は、側壁部４がフランジ６に対して傾斜するよりもフランジ５に対してより傾斜し、例えば９５°乃至１１０°で傾斜する。従って、プロフィールは、断面においていくぶん非対称である。ベース２並びに両側壁部３および４によって形成される縁は、約３ｍｍ乃至７ｍｍの僅かな曲率半径を有する。

本発明により、例えば図１に示すものと同様であるが対称的な断面を備える異なる形状に形成されるプロフィールが形成可能であるものといえる。いずれの場合においても、この略Ω形に形成されたプロフィール要素は、フランジ５および６を切断することにより、台形のプロフィール要素に変換されてもよい。さらに、帽子形のプロフィール要素も同様に形成され、Ｚ字状の要素は、Ω型または帽子型のプロフィール要素を縦に切断することにより得られる。

図２および図３に示すように、本発明による装置は、２組のコンベヤベルト１０および１１を備え、コンベヤベルト１０は、上側コンベヤベルト１０ａおよび下側コンベヤベルト１０ｂからなり、コンベヤベルト１１は、上側コンベヤベルト１１ａおよび下側コンベヤベルト１１ｂからなる。これらの協働するベルト部（図３における１１ｃおよび１１ｄ）は、予め含浸させた繊維の複数の層の積層部Ｓの側方端縁部と係合するように構成され、積層部Ｓは、上述したように、形成工程を行うべく予め加熱される。図２に示すように、コンベヤベルト１０および１１の組は、これらの間の距離が積層部Ｓの供給方向（矢印によって示す）において短くなるように配置され、これにより、形成工程全体を通して、コンベヤベルト１０および１１の両組の協働部１１ｃおよび１１ｄ（図３）は、積層部の側方縁と係合した状態を保持し、最終的に例えば２ｃｍ乃至３ｃｍの幅を有するフランジ５および６（図１）を形成する。形成工程全体にわたって、端縁部は、協働するベルト部１１ｃおよび１１ｄ（図３）によって形成される開始面に保持され、この開始面は、図４Ａにも積層部Ｓの位置によって示される。

コンベヤベルト１０および１１の組の間に、供給方向において上方に傾斜した傾斜部を形成する中央コンベヤベルト２０が設けられる。コンベヤベルト２０は、概略的に示された機械フレーム１５（図３）に保持される傾斜部本体１６上に支持される。傾斜部の平均傾斜角は、総計約１０°に達する。

積層部Ｓがコンベヤベルト１０および１１の組のコンベヤ１０ａおよび１０ｂ並びに１１ａおよび１１ｂと係合して供給方向に移動すると、積層部は、図４Ｂおよび図４Ｃに示すように、同様に供給方向に移動する中央コンベヤベルト２０と係合し、積層部Ｓの対応する移動が支援される。この移動時に、元々平面である積層部Ｓは、例えば図１に示すようなプロフィールとなるように徐々に形成される。側壁部３および４の傾斜は、（図６および図４Ｃにも示す）傾斜部本体１６の対応して傾斜した案内面３ａおよび４ａによって形成される。図６に示すように、これらの案内面は、コンベヤベルト２０を受承するための凹部を形成する壁部の上端から下方に延び、上方に傾斜した傾斜部の側部をさらに形成する。両壁部の上端と側方案内面３ａおよび４ａとの間の移行領域は僅かに湾曲し、プロフィール要素に対応して湾曲した縁を形成する。

図３並びに図４Ｂおよび図４Ｃに複数のアイドルローラ３０を示す。これらは、中央コンベヤベルト２０によって形成される傾斜部の僅かに上方に位置され、これにより、作動時にこれらのアイドルローラは、積層部Ｓの中間部と係合し、中間部は、後にプロフィール要素のベース２（図１）を形成する。これにより、積層部は、確実に傾斜部と係合した状態に保持される。

図５および図６に示す配置において、コンベヤベルト３１は中央コンベヤベルト２０の上方に位置され、作動時にコンベヤベルト２０と同じ速度で駆動される。コンベヤベルト３１は、コンベヤベルト２０と協働し、積層部Ｓの中間部をコンベヤベルト２０と係合した状態に保持する。

さらに、傾斜部本体１６は、真空源に接続されるノズルのような手段を備えてもよい。これにより、真空が積層部Ｓの中間部の下側に適用され、積層部Ｓがコンベヤベルト２０と係合した状態に保持される。

形成工程の完了時に、形成された積層部Ｓは、中央コンベヤベルト２０から離間し、例えば図３に原則として示す支持マンドレル４０を備えるさらなる形成部によって受承される。この支持マンドレル４０は、形成される変形した積層部のベース、側壁部、およびフランジを支持する。しかしながら、変形した積層部を切断器具によって長さ部分に切断することも考えられる。

積層材料の繊維の含浸に使用される熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂の硬化後に、プロフィール要素は使用の準備ができる。

Claims (13)

1. 予め含浸させた繊維の複数層の積層部から、プロフィール要素、特に台形、Ω型、半円形すなわちガウス波形、あるいは帽子形状のプロフィール要素を形成する方法であって、
   複数の組のコンベヤベルトによって供給方向に供給速度で前記積層部を移動させる工程であって、該複数の組のコンベヤベルトは、前記積層部の側方端縁部の上面および下面と係合するとともに開始面に前記端縁部を保持し、且つ対向する端縁部と係合する前記複数の組のコンベヤベルト間の距離が供給方向で低減されるように該複数の組のコンベヤベルトが配置される、前記積層部を移動させる工程と、
   前記開始面に対して上向きに傾斜した傾斜部を覆うように前記積層部の中間部を供給方向に移動させる工程とを含むことを特徴とするプロフィール要素の形成方法。
2. 前記傾斜部は、供給速度で移動するベルトを有する中央コンベヤベルトによって形成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記中間部の前記上面と係合するアイドルローラの構造体によって、前記中間部を前記傾斜部と係合した状態に保持する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 前記中間部の前記上面と係合するコンベヤベルト（３１）によって、前記中間部を前記傾斜部（２０）と係合した状態に保持する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
5. 真空が前記中間部の下側に適用されることを特徴とする請求項１乃至４のうちのいずれか一項に記載の方法。
6. 形成される側壁部を含む前記中間部は、前記傾斜部を離間した後に、支持部材上に配置されることを特徴とする請求項１乃至５のうちのいずれか一項に記載の方法。
7. 請求項１に記載の方法を実施するための装置であって、
   開始面に平行に位置される協働ベルト部を有する一対の協働コンベヤベルトからそれぞれなる２組のコンベヤベルトであって、前記組は互いに間隔を置いて設けられ、材料の積層部をその側方端縁部と係合させることにより供給方向に協働して前進させ、前記組間の距離は、供給方向において低減される、２組のコンベヤベルトと、
   前記コンベヤベルトの組の間に位置されるとともに供給方向に上向きに傾斜した傾斜部とを備えることを特徴とする請求項１に記載の方法を実施するための装置。
8. 傾斜した側方案内面が、前記傾斜部の側方端部から前記コンベヤベルトの組の前記協働ベルト部の内側縁に向かう方向に延びることを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 前記傾斜部は、供給方向に移動する上側ベルト部を有するコンベヤベルトによって形成されることを特徴とする請求項７または８に記載の装置。
10. 前記材料の前記中間部の上面と係合するアイドルローラの構造体が、前記傾斜部の上方に設けられることを特徴とする請求項７乃至９のうちのいずれか一項に記載の装置。
11. 前記材料の前記中間部の上面と係合するコンベヤベルト（３１）が、前記傾斜部（２０）の上方に設けられることを特徴とする請求項７乃至９のうちのいずれか一項に記載の装置。
12. 前記傾斜部の領域内で前記材料の前記中間部に真空を適用する手段をさらに備えることを特徴とする請求項７乃至１１のうちのいずれか一項に記載の装置。
13. 形成されるプロフィールを支持する支持部材が前記傾斜部の背面に設けられることを特徴とする請求項７乃至１２のうちのいずれか一項に記載の装置。