JP6849960B2 - Frp連続成形装置及びfrp連続成形方法 - Google Patents

Frp連続成形装置及びfrp連続成形方法 Download PDF

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Description

本発明は、繊維強化プラスチック(FRP:Fiber−Reinforced Plastics)を連続的に成形するFRP連続成形装置に関する。
FRPは、従来において次のように成形されている。複数枚のプリプレグシートを用意する。プリプレグは、強化繊維に熱硬化性樹脂を含浸させ、加熱または乾燥されて半硬化状態になった成形材料である。プリプレグシートは、シート状のプリプレグ(prepreg)である。用意した複数枚のプリプレグシートを積層する。積層したプリプレグシートを加熱された金型で所定の形状に成形するともに、プリプレグシート中の熱硬化性樹脂を硬化させる。これにより、複数枚のプリプレグシートから所定形状のFRPが成形される(例えば特許文献1)。
特開2001−328130号公報
上述したFRPの成形では、熱硬化性樹脂を強化繊維に含浸させたプリプレグシートを用いている。
これに対し、熱硬化性樹脂ではなく熱可塑性樹脂を強化繊維に含浸させたプリプレグシートを用いてFRPを成形することが望まれる。熱可塑性樹脂は、熱硬化性樹脂と違って加熱されても化学反応を起こさず、加熱による軟化と冷却による固化を容易に行える。したがって、例えば、成形に適した温度にプリプレグシートを加熱した状態で、プリプレグシートを搬送しながら成形することが考えられる。これにより、熱可塑性樹脂によるプリプレグシートを用いてFRPを短時間に成形でき、その結果、FRPの量産が容易になることが期待される。
そこで、本発明の目的は、熱可塑性樹脂によるプリプレグシートから連続的にFRPを製造する装置と方法を提供することにある。
上述の目的を達成するため、本発明によるFRP連続成形装置は、熱可塑性樹脂と強化繊維を含み繊維配向が互いに異なる複数のプリプレグシートを積層した積層シートからFRPを連続的に成形する装置であって、
複数の積層シートをそれぞれ連続的に送り方向に供給する複数のシート供給装置と、
前記複数のシート供給装置から供給される前記複数の積層シートを重ね合わせてシート積層体にする積層装置と、
前記シート積層体を前記送り方向に搬送しながら、当該シート積層体を断面が目標形状のFRPに成形する形状付与機構と、を備え、
前記シート積層体は、繊維配向が前記送り方向となっている前記強化繊維を含む。
また、上述の目的を達成するため、本発明によるFRP連続成形方法は、熱可塑性樹脂と強化繊維を含み繊維配向が互いに異なる複数のプリプレグシートを積層した積層シートからFRPを連続的に成形する方法であって、
複数の積層シートをそれぞれ連続的に送り方向に供給する工程と、
供給された前記複数の積層シートを重ね合わせてシート積層体にする工程と、
前記シート積層体を前記送り方向に搬送しながら、当該シート積層体を断面が目標形状のFRPに成形する工程と、を有し、
前記シート積層体は、繊維配向が前記送り方向となっている前記強化繊維を含む。
本発明によると、シート積層体は、送り方向に搬送されながら成形されるので、シート積層体には送り方向に大きな張力が作用する。これについて、本発明では、シート積層体は、繊維配向が送り方向となっている強化繊維を含むので、当該強化繊維により、シート積層体が補強される。したがって、シート積層体の成形時に、送り方向においてシート積層体に大きな張力が作用しても、シート積層体が破損することを防止できる。したがって、シート積層体を破損させずに、FRPを連続的に製造することができる。また、熱可塑性樹脂によるプリプレグシートを用いることで、FRPを短時間に成形でき、その結果、一定断面形状を有する長尺のFRPの量産が容易となる。
本発明の第1実施形態によるFRP連続成形装置の全体構成を示す概略図である。 プリプレグシートをその厚み方向から見た場合の概略拡大図である。 矩形状用の成形ユニットの構成例を示す。 L形状用の成形ユニットの構成例を示す。 コの字形状用の成形ユニットの構成例を示す。 ハット形状用の成形ユニットの構成例を示す。 図1の金型装置の構成例を示す。 本発明の第2実施形態によるFRP連続成形装置の構成を示す概略図である。 図8の下流側の構成を示す。 第2実施形態における逆T字形状用のガイド装置の構成例を示す。 第2実施形態における逆T字形状用の組合せ装置の構成例を示す。 第2実施形態における逆T字形状用の成形ユニットの構成例を示す。 第2実施形態における逆T字形状用の金型装置の構成例を示す。 第2実施形態における逆T字形状用のFRP連続成形装置の他の構成例を示す。 第2実施形態におけるH形状用のFRP連続成形装置の構成例を示す。 第2実施形態におけるH形状用のガイド装置の構成例を示す。 第2実施形態におけるH形状用の組合せ装置の構成例を示す。 第2実施形態におけるH形状用の成形ユニットの構成例を示す。 第2実施形態におけるH形状用の金型装置の構成例を示す。 第2実施形態におけるH形状用のFRP連続成形装置の他の構成例を示す。 金型装置の構成例を示す。 金型装置の変更例を示す。 金型装置の変更例を示す。 金型装置の変更例を示す。
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
図1は、本発明の第1実施形態によるFRP連続成形装置10の全体構成を示す概略図である。FRP連続成形装置10は、熱可塑性樹脂と強化繊維を含み繊維配向が互いに異なる複数のプリプレグシートを積層した積層シートから繊維強化プラスチック(FRP)2を連続的に成形する装置である。以下において、複数の積層シートが3つの積層シート1a,1b,1cであるとして説明するが、複数の積層シートは、2つ又は4つ以上の積層シートであってもよい。各積層シート1a,1b,1cを構成する各プリプレグシートは、熱可塑性樹脂と強化繊維とにより形成されたものである。FRP連続成形装置10は、シート供給装置3a,3b,3cと、積層装置5と、加熱装置6と、形状付与機構7と、冷却装置8と、引抜装置9と、切断装置11と、非破壊検査装置38とを備える。
複数のシート供給装置3a,3b,3cは、それぞれの積層シート1a,1b,1cを連続的に送り方向に供給する。本願において、送り方向は、複数の積層シート1a,1b,1c(又は後述のシート積層体14、FRP2、組合せ体57、FRP58)が連続的に搬送されていく方向(図1の右方向)である。各シート供給装置3a,3b,3cは、対応する積層シート1a,1b,1cが巻かれたリールであってよい。各リール3a,3b,3cには、積層シート1a,1b,1cを巻き戻す方向にトルクが発生していることにより、積層シート1a,1b,1cは、バックテンションが付与されながら後述の引抜装置9により連続的に送り出される。
図2A〜図2Cは、1つの積層シート(例えば積層シート1a又は1b)を構成するプリプレグシートの例を示す。図2A〜図2Cは、それぞれ、プリプレグシート4a,4b,4cをその厚み方向から見た場合の概略拡大図である。本実施形態では、各プリプレグシート4a,4b,4cは、例えば図2A〜図2Cのように、熱可塑性樹脂12と強化繊維13を含むシート状(例えばテープ状)の成形材料である。プリプレグシート4a,4b,4cは、熱可塑性樹脂12を強化繊維13に含浸させたものであってよい。ここで、強化繊維13は、炭素繊維であってよいが、他の繊維であってもよい。
本実施形態によると、複数の積層シート1a,1b,1cの少なくともいずれは、繊維配向が送り方向となっているプリプレグシートを含む。繊維配向は、強化繊維13を構成する各強化繊維の軸方向を意味する。一例では、積層シート1bの最外層のプリプレグシート4bの繊維配向が送り方向となっている。当該積層シート1bは、後述の積層装置5において、他の積層シート1a,1cに挟まれる。少なくともいずれかの積層シート1a,1b又は1cに繊維配向が送り方向となっているプリプレグシートが含まれていれば、各積層シート1a,1b,1cの最外層の繊維配向は、送り方向となっていなくてもよい。
繊維配向が送り方向となっているプリプレグシートは、例えば、当該プリプレグシートに含まれる全ての強化繊維13のうち、重量又は体積で所定割合以上(例えば50%)の強化繊維13が送り方向に配向されているものであってよい。一例では、図2Bのように、繊維配向が送り方向となっているプリプレグシート4bは、強化繊維13(例えば全ての強化繊維13)の配向が全体的に送り方向に揃えられているUD(unidirectional)プリプレグシートであってよい。
各積層シート1a,1b,1cは、繊維配向が送り方向と交差する方向となっているプリプレグシート(例えばプリプレグシート4a,4c)を含んでいてよい。この場合、各積層シート1a,1b,1cは、当該積層シートに含まれる全ての強化繊維13のうち、重量又は体積で所定割合未満(例えば50%)の強化繊維13が当該交差する方向に配向されているものであってよい。すなわち、各積層シート1a,1b,1cは、当該積層シートに含まれる全ての強化繊維13のうち、重量又は体積で所定割合以上(例えば50%)の強化繊維13が送り方向に配向されているものであってよい。なお、図2Aと図2Cのように、上記交差する方向となっているプリプレグシート4a,4cは、強化繊維13(例えば全ての強化繊維13)の配向が全体的に当該交差する方向に揃えられているUD(unidirectional)プリプレグシートであってよい。例えば、繊維配向が当該交差する方向となっているプリプレグシートとして、当該交差する方向が送り方向に対して一方側に斜めに(例えば45度)傾いた方向となっている図2Aのプリプレグシート4aと、当該交差する方向が送り方向に対して他方側に斜めに(例えば45度)傾いた方向である図2Cのプリプレグシート4cとが存在してよい。
積層装置5は、複数のシート供給装置3a,3b,3cからそれぞれ連続的に供給される複数の積層シート1a,1b,1cを、これらの厚み方向に互いに重ね合わせてシート積層体14にする。本実施形態によると、シート積層体14は、繊維配向が送り方向となっている強化繊維を含む。シート積層体14に含まれる全ての強化繊維のうち、所定割合以上の強化繊維の配向が送り方向になっている。この所定割合は、例えば、25%又は50%であるが、これらに限定されず、強化繊維の強度や材質に依存する。すなわち、この所定割合は、後述の形状付与機構7(後述の第2実施形態の場合には、成形ユニット15〜17、後述の成形ユニット65〜67、及び金型装置68)による成形でシート積層体14が送り方向に破損(例えば破断)しないように補強できる値に定められる。
積層装置5は、最外層の繊維配向が送り方向となっている積層シート1bが、最外層の繊維配向が送り方向となっていない他の積層シート1a,1cに挟まれるようにシート積層体14を形成してよい。すなわち、シート積層体14において、最外層(互いに反対側の両最外層)に位置するプリプレグシートの繊維配向が上記交差する方向になっていてよい。
積層装置5は、図1のように、複数の積層シート1a,1b,1cを、その厚み方向に挟んでシート積層体14にする1対の積層ローラ5a,5bを含んで構成されてよい。1対の積層ローラ5a,5bは、シート積層体14を送り方向に搬送するように回転駆動されてもよいし、自身の中心軸回りに単に回転自在になっていてもよい。また、積層装置5の加圧機構、及び、加熱機構の有無は問わない。
加熱装置6は、積層装置5から連続的に送られてくるシート積層体14を加熱することにより、シート積層体14を軟化させる。これにより、後述の形状付与機構7によるシート積層体14の成形が容易になる。加熱装置6は、例えば、ヒータであってよい。
形状付与機構7は、加熱装置6から連続的に送られてくるシート積層体14を、送り方向に搬送しながら、シート積層体14の断面形状を目標形状に成形する。
形状付与機構7は、送り方向に見た場合に、シート積層体14が通過する通過領域を形成する成形面を有する。送り方向に見た上記通過領域の形状は、下流側へ移行するにつれて、形状付与機構7へ進入する前のシート積層体14の断面形状から離れて目標形状に近づく。例えば、送り方向に見た通過領域の形状は、送り方向の最上流位置では、形状付与機構7へ進入する直前のシート積層体14の断面形状と同じ又は当該断面形状に近い形状であり、下流側へ移行するにつれて、当該断面形状からずれて目標形状に近づいている。
形状付与機構7により成形されたシート積層体14を構成していた複数の積層シート1a,1b,1cは、加熱されていることにより互いに融合された状態にある。当該加熱は、加熱装置6からの熱、後述する成形ローラの熱、及び加熱炉等を使用した加熱のいずれか又はすべてによるものであってよい。以下において、形状付与機構7により成形されたシート積層体14をFRP2という。
本実施形態では、形状付与機構7は、図1のように、送り方向における複数位置にそれぞれ配置された複数の成形ユニット15,16,17と、金型装置37を備える。各成形ユニット15,16,17は、シート積層体14を挟む複数の成形ローラを含む。当該複数の成形ローラは、シート積層体14を圧縮してよい。各成形ローラは、上記通過領域を形成する上記成形面を有する。なお、各成形ユニット15,16,17を構成する各成形ローラは、自身の中心軸まわりに回転駆動され又は単に回転自在になっている。後述のボールローラ及び分割ローラは、単に回転自在になっている。
成形ユニット15,16,17の数は、図1の例では3つであるが、1つ若しくは2つであっても、4つ以上であってもよい。複数の成形ローラには、その内部に配置されたヒータ又は誘導加熱コイルにより成形面が加熱される成形ローラが含まれていてもよい。加熱された成形面は、シート積層体14を軟化しながら成形する。ヒータ等の加熱機構が成形ローラに内蔵されておらず、成形ローラの外部の加熱装置25(加熱炉等)によりシート積層体14を加熱してもよい。なお、上述の加熱装置6は、「形状付与機構7によるシート積層体14の成形前においてシート積層体14を加熱する加熱装置」を構成する。成形ローラ内のヒータ又は誘導加熱コイル、及び成形ローラの外部の加熱装置25は、「形状付与機構7によるシート積層体14の成形中においてシート積層体14を加熱する加熱装置」を構成する。
各目標形状の場合における上述の成形ユニット15,16,17及びその複数の成形ローラの構成例を、図3A〜図6Eに基づいて説明する。
<目標形状が矩形状である場合>
図3A〜図3Cは、目標形状が矩形状である場合の成形ユニット15,16,17の構成例を示す。図3A〜図3Cは、それぞれ、図1のA−A矢視図、B−B矢視図、及びC−C矢視図である。図3A〜図3Cの構成例では、各成形ユニット15〜17は、シート積層体14を挟む1対の成形ローラ18,19を有する。各成形ローラ18,19は、円柱形状に形成されていてよい。
1対の成形ローラ18,19は、それぞれ上述の通過領域を形成する成形面18a,19aを有する。当該通過領域は、1対の成形ローラ18,19により挟まれる領域であり、送り方向下流側の成形ユニットへ移行するにつれて、1対の成形ローラ18,19の離間方向に狭くなり目標形状である矩形状に近づいている。なお、図3A及び他の図面において、一点鎖線は、各ローラ(図3Aでは成形ローラ18,19)の中心軸を示す。シート積層体14が、複数の成形ユニット15,16,17の成形ローラ18,19(すなわち、上記通過領域)を通過することにより、次第に、厚みが小さくなり、断面が目標形状に近い形状(矩形状)に成形される。
<目標形状がL形状である場合>
図4A〜図4Cは、目標形状がL形状である場合の成形ユニット15,16,17の構成例を示す。図4A〜図4Cは、それぞれ、図1のA−A矢視図、B−B矢視図、及びC−C矢視図である。
図4A〜図4Cの構成例では、各成形ユニット15〜17は、成形ローラ21〜24を有する。成形ローラ21と成形ローラ22〜24とで、シート積層体14を挟んで成形する。成形ローラ21,22,23,24は、それぞれ上述の通過領域を形成する成形面21a,22a,23a,24aを有する。当該通過領域は、複数の成形ローラ21,22,23,24により挟まれる領域であり、送り方向下流側の成形ユニットへ移行するにつれて、目標形状であるL形状に近づいている。すなわち、断面が矩形状のシート積層体14は、成形ユニット15〜17により徐々に折り曲げられて断面が目標形状に近い形状(L字形状)に成形される。
各成形ユニット15〜17において、上述のようにシート積層体14が折り曲げられる側に成形ローラ21が配置され、シート積層体14に関して成形ローラ21と反対側に成形ローラ22,23,24が配置される。
成形ローラ21の中心軸は、シート積層体14の幅方向を向く。シート積層体14の幅方向とは、送り方向と直交する方向であって、形状付与機構7の直前におけるシート積層体14の一端面から他端面に向かう方向(例えば図4A〜図4Cの左右方向)を意味する(以下同様)。成形ローラ21は、複数の分割ローラ21bを有する。これらの分割ローラ21bの中心軸は、成形ローラ21の単一の中心軸上に位置する。複数の分割ローラ21bは、当該単一の中心軸回りに互いに独立して回転自在に設けられている。当該単一の中心軸方向において、成形ローラ21の中央から離れて配置された分割ローラ21bほど、より小さい外径を有している。成形ローラ21を互いに独立して回転する複数の分割ローラ21bで構成することにより、ローラ径の相違によるローラ外周面における回転速度の相違が抑えられることで、FRP2における表面の形状不整を抑えることが可能となる。
成形ローラ22は、シート積層体14におけるその幅方向中央に配置される。すなわち、成形ローラ22は、シート積層体14の断面における折り曲げ箇所に配置される。成形ローラ22は、シート積層体14の幅方向を向く自身の中心軸回りに回転自在になっている。成形ローラ23,24は、それぞれ、シート積層体14の幅方向において成形ローラ22の両側に配置され、その中心軸は、当該幅方向から傾いている。
<目標形状がコの字形状である場合>
図5A〜図5Cは、目標形状がコの字形状である場合の成形ユニット15,16,17の構成例を示す。図5A〜図5Cは、それぞれ、図1のA−A矢視図、B−B矢視図、及びC−C矢視図である。
図5A〜図5Cの構成例では、成形ユニット15,16の各々は、成形ローラ31〜36を有する。成形ユニット17は、成形ローラ32〜36と成形ローラ41〜45を有する。成形ユニット15,16では、成形ローラ31と成形ローラ32〜36とでシート積層体14を挟み、成形ユニット17では、成形ローラ41〜45と成形ローラ32〜36とでシート積層体14を挟んで成形する。成形ローラ31〜36、41〜45は、それぞれ上述の通過領域を形成する成形面31a〜36a,41a〜45aを有する。当該通過領域は、成形ローラ31と成形ローラ32〜36とで、又は、成形ローラ41〜45と成形ローラ32〜36とで挟まれる領域である。この領域は、送り方向下流側の成形ユニットへ移行するにつれて、目標形状であるコの字形状に近づいている。すなわち、断面が矩形状のシート積層体14は、成形ユニット15〜17により徐々に折り曲げられて断面が目標形状に近い形状(コの字形状)に成形される。
成形ユニット15,16の各々において、成形ローラ31は、上述のようにシート積層体14が折り曲げられる側(以下で一方側ともいう)に位置し、複数の分割ローラ31bを有する。これらの分割ローラ31bの中心軸は、成形ローラ31の単一の中心軸上に位置し、シート積層体14の幅方向を向く。複数の分割ローラ31bは、当該単一の中心軸回りに回転自在に設けられている。当該単一の中心軸方向において成形ローラ31の中央に位置する分割ローラ31bは円柱形状を有し、他の分割ローラ31bは接頭円錐形状を有する。成形ローラ31の中心軸方向の中央から離れて配置された分割ローラ31bほど、より小さい外径を有している。成形ローラ31を互いに独立して回転する複数の分割ローラ31bで構成することにより、ローラ径の相違によるローラ外周面における回転速度の相違が抑えられることで、シート積層体14における表面の形状不整を抑えることが可能となる。
成形ユニット15,16の各々において、成形ローラ32〜36は、シート積層体14の他方側に位置する。成形ローラ32は、シート積層体14におけるその幅方向の中央に配置され、当該幅方向を向く中心軸を有する。成形ローラ33,34は、シート積層体14における2つの折り曲げ箇所にそれぞれ配置される。成形ローラ35、36は、シート積層体14において、その幅方向中央から折り曲げられる両端部にそれぞれ配置される。成形ローラ33〜36の中心軸は、シート積層体14の幅方向から傾いている。
成形ユニット17において、成形ローラ32〜36は、成形ユニット15,16の各々の成形ローラ32〜36と同様の構成を有する。なお、成形ユニット17において、成形ローラ35、36の中心軸は、送り方向及びシート積層体14の幅方向に直交する方向を向いている。
成形ユニット17において、成形ローラ41〜45は、シート積層体14の一方側に位置する。成形ローラ41は、シート積層体14におけるその幅方向の中央に配置され、当該幅方向を向く中心軸を有する。成形ローラ42,43は、シート積層体14における2つの折り曲げ箇所にそれぞれ配置され、自身の中心を通る任意の軸回りに回転自在なボールローラである。成形ローラ44,45は、シート積層体14においてその幅方向中央から折り曲げられる両端部にそれぞれ配置され、成形ローラ35、36とで当該両端部を挟む。
<目標形状がハット形状である場合>
図6A〜図6Cは、それぞれ、図1のA−A矢視図、B−B矢視図、及びC−C矢視図である。目標形状がハット形状である場合には、例えば、形状付与機構7の成形ユニットとして、成形ユニット15,16,17に加えて、成形ユニット17A,17Bが更に設けられる。図6Dと図6Eは、それぞれ、送り方向に見た場合の成形ユニット17A,17Bの構成を示す。成形ユニット17A,17Bは、成形ユニット17と金型装置37との間に設けられる。成形ユニット17Aは,成形ユニット17Bの上流側に位置する。
断面が矩形状のシート積層体14は、成形ユニット15〜17を順に通過することにより、図5A〜図5Cの場合と同様に徐々に折り曲げられて断面が目標形状に近づいた形状(コの字形状)に成形される。成形ユニット15,16,17の構成は、図5A〜図5Cに基づいて説明した成形ユニット15,16,17と同様であるので、その説明を省略する。
成形ユニット17を通過したシート積層体14は、成形ユニット17A,17Bを順に通過することにより、図6Dと図6Eに示すように、その両端部の先端側部分が折り曲げられることにより、断面が目標形状に近い形状(ハット形状)に成形される。そのために、成形ユニット17A,17Bは、それぞれ、図6Dと図6Eに示すように、成形ユニット17の構成に加えて、両端部の先端側部分を挟んで成形する複数の成形ローラ121〜124を更に有する。
金型装置37は、複数の成形ユニット15〜17の下流側に配置される。成形ユニット15〜17からのシート積層体14は、金型装置37により断面が上記目標形状に成形される。図7A〜図7Dは、図1のVII−VII断面図であるが、図7Aは、目標形状が矩形状である場合を示し、図7Bは、目標形状がL形状である場合を示し、図7Cは、目標形状がコの字形状である場合を示し、図7Dは、目標形状がハット形状である場合を示す。
金型装置37は、上述の通過領域を形成する内面を有する複数の金型(図7Aと図7Bでは金型37a1,37a2,図7Cと図7Dでは金型37a1〜37a4)を備える。これらの金型で、成形ユニット17からのシート積層体14をその厚み方向に挟み込んで、シート積層体14の断面を上記目標形状に成形する。すなわち、当該複数の金型の成形面により形成される上記通過領域を、成形ユニット17からのシート積層体14が通過することにより、シート積層体14において強化繊維への樹脂の含浸が促進され、シート積層体14は、断面が上記目標形状のFRP2に成形される。
また、金型装置37は、成形力発生装置37bを備える。成形力発生装置37bは、金型装置37の金型を押圧してシート積層体14に対する成形力を発生させる。すなわち、成形力発生装置37bは、金型装置37における複数の金型の成形面により形成される上記通過領域の幅を狭める方向に、金型装置37の金型を押圧する。成形力発生装置37bが金型を押圧する力は、予め設定されているので(例えば一定であるので)、シート積層体14の厚みの変動に対して上記通過領域の幅が自動的に調節される。図7A〜図7Dの例において、各白抜き矢印は、成形力発生装置37bが金型を押圧する方向を示す。
図7A〜図7Dにおいて、各金型(金型37a1など)においてシート積層体14に接触している面は成形面であり、破線は、各金型における送り方向の最上流位置での成形面を示す。金型装置37の複数の金型の成形面が形成する上記通過領域の面積は、送り方向の上流端から下流端まで徐々に小さくなっている。これにより、シート積層体14は、金型37aの上記通過領域に容易に進入でき、且つ、当該通過領域を通過後に断面が目標形状になる。
図7Aと図7Bの各々において、成形力発生装置37bは、金型押圧装置37b1を備える。この金型押圧装置37b1は、金型37a1を金型37a2に向けて押圧している。この場合、金型37a2は、図示しない構造物に固定されていてよい。図7Aと図7Bにおいて、当該図の左右方向におけるシート積層体14の両端面は、金型37a2の内面により押さえられている。
図7Cと図7Dの各々において、成形力発生装置37bは、金型押圧装置37b1〜37b3を備える。金型押圧装置37b1は、図7C又は図7Dの上下に配置された1対の金型37a1,37a2のうち、金型37a1を金型37a2に向けて押圧する。この場合、金型37a2は、図示しない構造物に固定されていてよい。また、図7Cと図7Dの各々において、金型37a3,37a4は、当該図の左右に配置され、金型37a1とでシート積層体14の一部を当該図の左右方向(以下で単に左右方向ともいう)に挟む。また、金型37a3,37a4は、金型37a2に沿って左右方向に移動可能になっている。金型押圧装置37b2は、金型37a3を金型37a1に向けて図7C又は図7Dの右方向に押圧し、金型押圧装置37b3は、金型37a4を金型37a1に向けて図7C又は図7Dの左方向に押圧する。
図7C又は図7Dにおいて、この図の上方又は左右方向を向くシート積層体14の両端面は、押え部材101,102により押さえられている。押え部材101は、金型37a1と金型37a3との間に設けられ、バネ103(又はリシンダ装置)によりシート積層体14の一端面へ向けて押されている。押え部材102は、金型37a1と金型37a4との間に設けられ、バネ103(又はリシンダ装置)によりシート積層体14の他端面へ向けて押されている。
なお、図7A〜図7Dの例では、金型押圧装置37b1〜37b3の各々は、伸縮動作するシリンダ装置であるが、バネにより上述の成形力を発生させるものであってもよい。
冷却装置8は、図1において、金型装置37の各金型の内部に形成された冷却流路(図示せず)に冷媒(冷却ガスまたは冷却液)を流すことにより、当該金型を冷却する。これにより、金型装置37の各金型は、シート積層体14を成形しながら冷却して硬化させる。なお。金型装置37の各金型は、送り方向において上流側部分と下流側部分とを含み、当該上流側部分の内部には、ヒータ、誘導加熱コイルなどの加熱装置が設けられ、当該下流側部分の内部には、上述の冷却流路が形成されていてもよい。なお、当該上流側部分と下流側部分は、互いに分離していてもよいし、互いに一体化されていてもよい。
引抜装置9は、形状付与機構7からFRP2を送り方向に連続的に引き抜く装置である。引抜装置9は、複数のクランプ機構9a,9bを有する。各クランプ機構9a,9bは、上流側位置でFRP2をその厚み方向に挟み込み、この状態で下流側に移動し、下流側位置でFRP2を解放し、再び上流側位置へ戻って再びFRP2をその厚み方向に挟み込む。複数のクランプ機構9a,9bが、この動作を互いにタイミングをずらして繰り返すことにより、FRP2を下流側に連続的に引き抜く。これにより、形状付与機構7から送り方向に引き抜かれたFRP2は、下流側の切断装置11へ送り方向に連続的に搬送される。
切断装置11は、形状付与機構7から連続的に搬送されて来たFRP2から所望の長さ(送り方向の寸法)のFRP2を切断して切り取る。切り取られたFRP2は、FRP製品として用いられる。切断装置11は、例えばカッターであってよい。
非破壊検査装置38は、FRP成形品の超音波探傷検査を行い、成形不良(剥離や空隙)がないことを検査する。
第1実施形態によるFRP連続成形方法では、上述のFRP連続成形装置10を用いて、熱可塑性樹脂と強化繊維を含む複数の積層シート1a,1b,1cからFRP2を連続的に成形する。この方法は、次の段階S1〜S5を有する。
段階S1では、複数のシート供給装置3a,3b,3cにより、複数の積層シート1a,1b,1cをそれぞれ連続的に送り方向に供給する。
段階S2では、段階S1で送り方向に連続的に供給される複数の積層シート1a,1b,1cを積層装置5により重ね合わせてシート積層体14にする。
段階S3では、シート積層体14を送り方向に連続的に搬送しながら(すなわち当該搬送を停止することなく)、形状付与機構7において、シート積層体14を成形するとともに、シート積層体14を冷却する。これにより、断面が目標形状に成形され硬化したFRP2が得られる。
段階S4では、連続して搬送されて来るFRP2から所望の長さのFRP2を切断して切り取る。
段階S5では、成形されたFRP2について非破壊検査装置38により超音波探傷検査を行い成形不良が無いことを確認する。
上記段階S3は、シート積層体14が加熱された状態で行われる。例えば、段階S3の前に、加熱装置6によりシート積層体14が加熱されることにより、また、加熱された上述の成形ローラによりシート積層体14が成形されることにより、上記段階S3は、シート積層体14が加熱された状態で行われる。
第1実施形態によると、シート積層体14は、上述のように加熱されることで熱可塑性樹脂の特性により軟化した状態で、形状付与機構7により成形されるので、成形が容易になる。一方、シート積層体14は、このように軟化した状態で、引抜装置9により送り方向に連続的に搬送されながら成形されるので、軟化時は送り方向の張力により、シート積層体の形状が変形しやすいので、送り方向に強化繊維を配向させることで、強化繊維により送り方向の張力に対向させてシート積層体の変形を防止できる。
なお、複数のFRP製品(FRP2)を更に組み合わせて金型で新たな断面形状のFRP製品を成形してもよい。
[第2実施形態]
図8と図9は、本発明の第2実施形態によるFRP連続成形装置20の構成例を示す。FRP連続成形装置20は、複数の成形ライン装置51A,51B,51C、ガイド機構52、組合せ装置53、複数の成形ユニット65,66,67、金型装置68、冷却装置8、引抜装置9、切断装置11、及び非破壊検査装置38を備える。
各成形ライン装置51A,51B,51Cは、断面が目標形状のFRP2を成形するための上述したシート供給装置3a,3b,3c、積層装置5、加熱装置6、及び形状付与機構7の成形ユニット15〜17を備える。各成形ライン装置51A,51B,51Cは、複数の積層シート1a,1b,1cから目標形状(例えば矩形状、L字形状、又はコの字形状)の断面を有するFRP2を連続的に成形する。複数の成形ライン装置51A,51B,51Cがそれぞれ成形するFRP2を、それぞれ、図8のようにFRP2a,FRP2b,FRP2cと記す。
ガイド機構52は、複数の成形ライン装置51A,51B,51Cから送られて来た複数のFRP2が組合せ装置53に向かうように案内する。
組合せ装置53は、複数の成形ライン装置51A,51B,51Cの成形ユニット15〜17から送られて来た複数のFRP2a,2b,2cを、全体としての断面形状が新たな形状(最終目標形状に近い形状)となるように組み合わせる。組合せ装置53は、このように3つのFRP2a,2b,2cを組み合わせた組合せ体57を送り方向に送出する。
成形ユニット65,66,67は、それぞれ、送り方向における複数位置に配置される。各成形ユニット65,66,67は、組合せ体57を挟む複数の成形ローラを含む。当該複数の成形ローラは、組合せ体57を圧縮してよい。各成形ローラは、上記通過領域を形成する上記成形面を有する。なお、各成形ユニット65,66,67を構成する各成形ローラは、自身の中心軸まわりに回転駆動され又は単に回転自在になっている。後述のボールローラは、単に回転自在になっている。
成形ユニット65,66,67の数は、図8の例では3つであるが、1つ若しくは2つであっても、4つ以上であってもよい。複数の成形ローラには、その内部に配置されたヒータ又は誘導加熱コイルにより成形面が加熱される成形ローラが含まれていてもよい。加熱された成形面は、組合せ体57を軟化しながら成形する。ヒータ等の加熱機構が成形ローラに内蔵されておらず、成形ローラの外部の加熱装置69(加熱炉等)により組合せ体57を加熱してもよい。成形ユニット65,66,67の成形ローラ内のヒータ又は誘導加熱コイル、及び成形ローラの外部の加熱装置69は、「成形機構による組合せ体57の成形中において組合せ体57を加熱する加熱装置」を構成する。
金型装置68は、成形ユニット65,66,67の下流側に配置され、成形ユニット65,66,67からの組合せ体57の断面を上記最終目標形状に成形する。金型装置68は、第1実施形態の金型装置68と同様に、組合せ体57の通過領域を形成する内面を有する複数の金型を備える。これらの金型で、成形ユニット65,66,67からの組合せ体57をその厚み方向に挟み込んで、組合せ体57の断面を上記最終目標形状に成形する。すなわち、当該複数の金型の成形面により形成される通過領域の面積は、第1実施形態の金型装置37と同様に、送り方向の上流端から下流端まで徐々に小さくなっている。当該通過領域を組合せ体57が通過することにより、組合せ体57において強化繊維への樹脂の含浸が促進され、組合せ体57は、断面が上記最終目標形状のFRP58に成形される。
また、金型装置68は、成形力発生装置(例えば後述の図13の成形力発生装置68b)を備える。この成形力発生装置は、金型装置68の金型を押圧して組合せ体57に対する成形力を発生させる。すなわち、この成形力発生装置は、金型装置68における複数の金型の成形面により形成される上記通過領域の幅を狭める方向に、金型装置68の金型を押圧する。この成形力発生装置が金型を押圧する力は、予め設定されているので(例えば一定であるので)、組合せ体57の厚みの変動に対して上記通過領域の幅が自動的に調節される。
なお、成形ユニット65,66,67と金型装置68は、「組合せ体57を、断面が最終目標形状のFRP58に成形する成形機構」を構成する。この成形機構は、送り方向に見た場合に、組合せ体57が通過する通過領域を形成する成形面を有し、送り方向に見た当該通過領域の形状は、下流側へ移行するにつれて、上記最終目標形状に近づいている。
冷却装置8は、図8において、金型装置68の各金型の内部に形成された冷却流路(図示せず)に冷媒(冷却ガスまたは冷却液)を流すことにより、当該金型を冷却する。これにより、金型装置68の各金型は、組合せ体57を成形しながら冷却して硬化させる。なお。金型装置68の各金型は、送り方向において上流側部分と下流側部分とを含み、当該上流側部分の内部には、ヒータ、誘導加熱コイルなどの加熱装置が設けられ、当該下流側部分の内部には、上述の冷却流路が形成されていてもよい。なお、当該上流側部分と下流側部分は、互いに分離していてもよいし、互いに一体化されていてもよい。
引抜装置9は、金型装置68からFRP58を送り方向に連続的に引き抜く装置である。引抜装置9は、複数のクランプ機構9a,9bを有する。複数のクランプ機構9a,9bは、第1実施形態の場合と同様に、互いにタイミングをずらして、上流側位置でFRP58をその厚み方向に挟み込み、この状態で下流側に移動し、下流側位置でFRP58を解放し、再び上流側位置へ戻って再びFRP58をその厚み方向に挟み込む動作を繰り返す。これにより、金型装置68から送り方向に引き抜かれたFRP58は、下流側の切断装置11へ送り方向に連続的に搬送される。
切断装置11は、金型装置68から搬送されて来たFRP58から所望の長さ(送り方向の寸法)のFRP58を切断して切り取る。
非破壊検査装置38は、切断されたFRP58の超音波探傷検査を行い、成形不良(剥離や空隙)がないことを検査する。
第2実施形態によるFRP連続成形方法では、上述のFRP連続成形装置20を用いて、複数の積層シート1a,1b,1cから繊維強化プラスチックを連続的に成形する。この方法は、次の段階S11〜S15を有する。
段階S11では、複数の成形ライン装置(図8の例では、成形ライン装置51A,51B,51C)により、それぞれ、複数のFRP2(図8の例では、FRP2a,2b,2c)を成形する。
段階S12では、段階S11で成形された複数のFRP2を、組合せ装置53により組み合わせることで、断面が新たな形状となる組合せ体57を形成する。
段階S13では、組合せ体57を送り方向に連続的に搬送しながら(すなわち当該搬送を停止することなく)、成形ユニット65,66,67及び金型装置68において、組合せ体57を成形するとともに、組合せ体57を冷却する。これにより、断面が最終目標形状に成形され硬化したFRP58が得られる。
段階S14では、連続して搬送されて来るFRP58から所望の長さのFRP58を切断して切り取る。
段階S15では、成形されたFRP58について非破壊検査装置38により超音波探傷検査を行い成形不良が無いことを確認する。
<最終目標形状が逆T字形状である場合>
FRP連続成形装置20により最終目標形状が逆T字形状である断面のFRP58を成形する場合には、図8のように、第1〜第3の成形ライン装置51A,51B,51Cが設けられる。
第1及び第2の成形ライン装置51A,51Bの各々は、断面がL形状のFRP2a,2bを成形するための上述したシート供給装置3a,3b,3c、積層装置5、加熱装置6、及び形状付与機構7の成形ユニット15〜17を備える。すなわち、第1及び第2の成形ライン装置51A,51Bの各々は、複数の積層シート1a,1b,1cから断面がL形状であるFRP2a,2bに連続的に成形し、当該FRP2a,2bを送り方向に連続的に送る。
第3の成形ライン装置51Cは、断面が矩形状のFRP2cを成形するための上述したシート供給装置3a,3b,3c、積層装置5、加熱装置6、及び形状付与機構7の成形ユニット15〜17を備える。すなわち、第3の成形ライン装置51Cは、複数の積層シート1a,1b,1cから断面が矩形状であるFRP2cに連続的に成形し、当該FRP2cを送り方向に連続的に送る。
図10Aは、図8のXA−XA矢視図であり、ガイド機構52の一部をなすガイド装置55の構成例を示す。ガイド装置55は、FRP2aのL形状断面において折れ曲がり箇所から延びている一方の部分を挟む1対のローラ55a,55bと、FRP2aのL形状断面において折れ曲がり箇所から延びている他方の部分(後述の組合せ装置53の側を向く面)に接触するローラ55cを有する。各ローラ55a〜55cは、自身の中心軸回りに回転自在に配置されている。
図10Bは、図8のXB−XB矢視図であり、ガイド機構52の一部をなすガイド装置56の構成例を示す。ガイド装置56は、FRP2c(後述の組合せ装置53の側を向く面)に接触するローラ56aを有する。ローラ56aは、自身の中心軸回りに回転自在に配置されている。
図11は、図8のXI−XI矢視図であり、組合せ装置53の構成例を示す。組合せ装置53は、図11では、ローラ53a〜53eを有する。ローラ53a〜53eは、自身の中心軸回りに回転自在であり、FRP2a〜2cが全体として断面において逆T字形状となるように、FRP2a〜2cに接触してFRP2a〜2cを案内する。なお、第1〜第3の成形ライン装置51A〜51Cは、それぞれ図11に示す姿勢のFRP2a〜2cを組合せ装置53に送るように、図8に示す状態から当該図8の左右方向の軸回りに傾いて設定されていてよい。
図12A〜図12Cは、複数の成形ユニット65,66,67の構成例を示す。図12A〜図12Cは、それぞれ、図8のXIIA−XIIA矢視図、XIIB−XIIB矢視図、及びXIIC−XIIC矢視図である。
図12A〜図12Cの構成例では、成形ユニット65,66,67の各々は、成形ローラ71〜77を有する。成形ユニット65,66,67では、成形ローラ73,75と成形ローラ74,76とで組合せ体57の一部をその厚み方向(図12A〜図12Cの左右方向)に圧縮し、成形ローラ71〜74と成形ローラ77とで組合せ体57の他の部分をその厚み方向(図12A〜図12Cの上下方向)に圧縮する。これにより、組合せ体57を構成しているFRP2a〜2cは互いに圧着させられる。なお、成形ローラ71,72,75〜77は、円筒形であり、成形ローラ73,74は、図12A〜図12Cにおいて組合せ体57の中央部の角部にそれぞれ配置され、自身の中心を通る任意の軸回りに回転自在なボールローラである。
成形ローラ71〜77は、それぞれ上述の通過領域を形成する成形面71a〜77aを有する。この通過領域の各部の幅は、送り方向下流側の成形ユニットへ移行するにつれて狭くなっている。すなわち、この通過領域は、送り方向下流側の成形ユニットへ移行するにつれて最終目標形状に近づいている。
図13は、図8のXIII−XIII断面図であり、最終目標形状が逆T字形状である場合の金型装置68を示す。金型装置68は、複数の金型68a1〜68a3と、成形力発生装置68bを有する。図13において、各金型68a1〜68a3において組合せ体57に接触している面は成形面であり、破線は、各金型68a1〜68a3における送り方向の最上流位置での成形面を示す。
図13において、1対の金型68a1,68a2は、組合せ体57の一部をこの図の左右に挟むように配置されている。金型68a1は、ガイド104に沿って、図13の左右方向(以下で単に左右方向ともいう)に移動可能に設けられている。ガイド104の位置は固定されていてよい。金型68a2は、金型68a1の一部に沿って、左右方向に移動可能に設けられている。
成形力発生装置68bは、金型押圧装置68b1〜68b3を有する。図13の例において、複数の白抜き矢印は、金型押圧装置68b1〜68b3が金型を押圧する方向を示す。金型押圧装置68b1は,図13の左方向へ金型68a1を金型68a2に向けて押圧する。金型押圧装置68b2は,図13の右方向へ金型68a2を金型68a1に向けて押圧する。金型押圧装置68b3は、金型68a3を、図13の上方向へ金型68a1,68a2に向けて押圧する。
図13において、当該図の上方を向く組合せ体57の端面は、金型68a1の内面により押さえられている。また、図13において、左右方向における組合せ体57の両端面は、押え部材105,106により押さえられている。押え部材105は、金型68a2と金型68a3との間に設けられ、バネ107(又はリシンダ装置)により組合せ体57の左端面へ向けて押されている。押え部材106は、金型68a1と金型68a3との間に設けられ、バネ107(又はリシンダ装置)により組合せ体57の右端面へ向けて押されている。
なお、図13の例では、金型押圧装置68b1〜68b3は、伸縮動作するシリンダ装置であるが、バネにより上述の成形力を発生させるものであってもよい。
なお、逆T字形状の断面を有するFRP58を成形する場合に、上述したFRP2cを省略してもよい。すなわち、図12Aにおける組合せ体57からFRP2cを省略した状態の組合せ体57を、成形ユニット65,66,67と金型装置68で成形してもよい。この場合、第3の成形ライン装置51Cが省略され、組合せ装置53や成形ユニット65,66,67や金型装置68などの構成や配置形状がFRP2cの省略に合わせて適宜に変更されてよい。
図14は、逆T字形状の断面を有するFRP58を成形する場合におけるFRP連続成形装置20の他の構成例を示す。図14の構成例では、第3の成形ライン装置51Cの代わりに、複数のシート供給装置3a,3b,3cと、積層装置5とからなる積層体供給装置64が設けられてよい。この場合、積層体供給装置64において、複数のシート供給装置3a,3b,3cからの複数の積層シート1a,1b,1cを積層装置5により積層した、断面が矩形状のシート積層体14cが、上述したFRP2cの代わりに用いられる。この場合、上述の説明において、FRP2cがシート積層体14cに読み替えられる。図14の構成例において、金型装置68よりも下流側の構成は、上述と同じであり、図9のように構成されている。
<最終目標形状がH形状である場合>
図15は、H形状の断面を有するFRP58を成形するためのFRP連続成形装置20の全体構成例を示す。
図15のように、FRP連続成形装置20は、第1〜第4の成形ライン装置51A〜51Dを備える。第1及び第2の成形ライン装置51A,51Bの各々は、断面がコの字形状のFRP2を成形するための上述したシート供給装置3a,3b,3c、積層装置5、加熱装置6、及び形状付与機構7の成形ユニット15〜17を備える。第3及び第4の成形ライン装置51C,51Dの各々は、断面が矩形状のFRP2を成形するための上述した複数のシート供給装置3a,3b,3c、積層装置5、加熱装置6、及び形状付与機構7の成形ユニット15〜17を備える。以下において、第1〜第4の成形ライン装置51A〜51Dがそれぞれ形成するFRP2を、図15のように、FRP2a,FRP2b,FRP2c,FRP2dと記す。図15において、図15の構成例において、金型装置68よりも下流側の構成は、上述と同じであり、図9のように構成されている。
ガイド機構52は、第1〜第4の成形ライン装置51A〜51Dからそれぞれ送られて来た4つのFRP2を組合せ装置53に向かうように案内する。
図16Aは、図15のXVIA−XVIA矢視図であり、ガイド機構52の一部をなすガイド装置61の構成例を示す。ガイド装置61は、FRP2aのコの字形状の断面における両端部にそれぞれ接触してFRP2aを第1方向(図16Aの左右方向)挟む1対のローラ61a,61bと、FRP2aのコの字形状の断面における中央部(後述の組合せ装置53の側を向く面)に接触するローラ61cを有する。各ローラ61a〜61cは、自身の中心軸回りに回転自在に配置されている。
図16Bは、図15のXVIB−XVIB矢視図であり、ガイド機構52の一部をなすガイド装置62の構成例を示す。ガイド装置62は、ガイド装置61と同様に、FRP2bを第1方向(図16Bの左右方向)挟む1対のローラ61a,61bと、FRP2bのコの字形状の断面における中央部(後述の組合せ装置53の側を向く面)に接触するローラ62cを有する。各ローラ62a〜62cは、自身の中心軸回りに回転自在に配置されている。
組合せ装置53は、第1〜第4の成形ライン装置51A〜51Dから送られて来た4つのFRP2a〜2dを、全体としての断面形状が新たな形状としてのH形状となるように組み合わせる。組合せ装置53は、このように4つのFRP2a〜2dを組み合わせた組合せ体57を送り方向に送出する。
図17は、図15のXVII−XVII矢視図であり、組合せ装置53の構成例を示す。図17のように、組合せ装置53は、ローラ53f〜53iを有する。ローラ55f〜55iは、自身の中心軸回りに回転自在であり、FRP2a〜2dが全体として断面においてH形状となるように、FRP2a〜2dに接触してFRP2a〜2dを案内する。なお、第1〜第4の成形ライン装置51A〜51Dは、それぞれ図17に示す姿勢のFRP2a〜2dを組合せ装置53に送るように、その向きが設定されていてよい。
図18A〜図18Cは、複数の成形ユニット65,66,67の構成例を示す。図18A〜図18Cは、それぞれ、図15のXVIIIA−XVIIIA矢視図、XVIIIB−XVIIIB矢視図、及びXVIIIC−XVIIIC矢視図である。
図18A〜図18Cの構成例では、成形ユニット65,66,67の各々は、成形ローラ81〜89,91〜93を有する。成形ユニット65,66,67では、成形ローラ82,84,87,89と成形ローラ92とで組合せ体57の左側部分をその厚み方向(図18A〜図18Cの左右方向)に圧縮し、成形ローラ83,85,88,91と成形ローラ93とで組合せ体57の右側部分をその厚み方向(図18A〜図18Cの左右方向)に圧縮し、成形ローラ81〜83と成形ローラ86〜88とで組合せ体57の中央部分をその厚み方向(図18A〜図18Cの上下方向)に圧縮する。これにより、組合せ体57を構成しているFRP2a〜2dは互いに圧着させられる。なお、成形ローラ81,84〜86,89,91〜93は、円筒形であり、成形ローラ82,83,87,88は、図18A〜図18Cにおいて組合せ体57の4つの内側角部にそれぞれ配置され、自身の中心を通る任意の軸回りに回転自在なボールローラである。
成形ローラ81〜89,91〜93において組合せ体57に接触する面は、それぞれ組合せ体57の通過領域を形成する成形面となる。この通過領域の各部の幅は、送り方向下流側の成形ユニットへ移行するにつれて狭くなっている。すなわち、この通過領域は、送り方向下流側の成形ユニットへ移行するにつれて最終目標形状に近づいている。
図19は、図15のXIX−XIX断面図であり、最終目標形状がH形状である場合の金型装置68を示す。金型装置68は、複数の金型68a1〜68a4を有する。図19において、各金型68a1〜68a4において組合せ体57に接触している面は成形面であり、破線は、各金型68a1〜68a4における送り方向の最上流位置での成形面を示す。
図19において、1対の金型68a1,68a2は、この図の上下に配置されている。1対の金型68a3,68a4は、図19の左右に配置されている。
成形力発生装置68bは、金型押圧装置68b1〜68b4を有する。図19の例において、複数の白抜き矢印は金型押圧装置68b1〜68b4が金型を押圧する方向を示す。金型押圧装置68b1,68b2は、それぞれ1対の金型68a1,68a2を互いの側へ押圧する。金型押圧装置68b3,68b4は、それぞれ1対の金型68a3,68a4を互いの側へ押圧する。
図19において、当該図の左右方向における組合せ体57の端面は、押え部材108,109,111,112により押さえられている。押え部材108は、金型68a1と金型68a3との間に設けられ、バネ113(又はリシンダ装置)により組合せ体57の上側左端面へ向けて押されている。押え部材109は、金型68a2と金型68a3との間に設けられ、バネ113(又はリシンダ装置)により組合せ体57の下側左端面へ向けて押されている。押え部材111は、金型68a1と金型68a4との間に設けられ、バネ113(又はリシンダ装置)により組合せ体57の上側右端面へ向けて押されている。押え部材112は、金型68a2と金型68a4との間に設けられ、バネ113(又はリシンダ装置)により組合せ体57の下側右端面へ向けて押されている。
なお、図19の例では、金型押圧装置68b1〜68b4は、伸縮動作するシリンダ装置であるが、バネにより上述の成形力を発生させるものであってもよい。
なお、H形状の断面を有するFRP58を成形する場合に、上述したFRP2c、2dを省略してもよい。すなわち、図17における組合せ体57からFRP2c、2dを省略した状態の組合せ体57を、成形ユニット65,66,67と金型装置68で断面がH形状のFRP58を成形してもよい。この場合、第3及び第4の成形ライン装置51C,51Dが省略され、組合せ装置53や成形ユニット65,66,67や金型装置68などの構成や配置形状がFRP2c、2dの省略に合わせて適宜に変更されてよい。
図20は、H形状の断面を有するFRP58を成形する場合におけるFRP連続成形装置20の他の構成例を示す。図20の構成例では、第3の成形ライン装置51Cの代わりに、複数のシート供給装置3a,3b,3cと、積層装置5とからなる積層体供給装置64Aが設けられてよい。この場合、積層体供給装置64Aにおいて、複数のシート供給装置3a,3b,3cからの複数の積層シート1a,1b,1cを当該積層装置5により積層した、断面が矩形状のシート積層体14cが、上述したFRP2cの代わりに用いられる。更に、第4の成形ライン装置51Dの代わりに、複数のシート供給装置3a,3b,3cと、積層装置5とからなる積層体供給装置64Bが設けられてよい。この場合、積層体供給装置64Bにおいて、複数のシート供給装置3a,3b,3cからの複数の積層シート1a,1b,1cを当該積層装置5により積層した、断面が矩形状のシート積層体14dが、上述したFRP2dの代わりに用いられる。この場合、上述の説明において、FRP2c,2dがそれぞれシート積層体14c,14dに読み替えられる。図20の構成例において、金型装置68よりも下流側の構成は、上述と同じであり、図9のように構成されている。
第2実施形態によると、組合せ体57は、上述のように加熱されることで、熱可塑性
樹脂の特性により軟化した状態で、成形機構(成形ユニット65,66,67と金型装置68)により成形されるので、成形が容易になる。一方、組合せ体57は、軟化時は送り方向の張力により、シート積層体の形状が変形しやすいので、送り方向に強化繊維を配向させることで、強化繊維により送り方向の張力に対向させて組合せ体57の変形を防止できる。
本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、以下の変更例1〜3のいずれかを採用してもよいし、変更例1〜3の2つ以上を任意に組み合わせて採用してもよい。この場合、以下で説明しない点は上述と同じであってよい。
(変更例1)
上述では、各積層シート1a,1b,1c、シート積層体14、FRP2、FRP58を連続的に送り方向に引っ張る力は、成形ローラの回転駆動と引抜装置9により発生されるが、本発明は、これに限定されない。例えば、上記引っ張る力は、成形ローラと引抜装置9のうち引抜装置9のみにより発生させられてもよい。
(変更例2)
金型装置37の成形面は、上述の実施形態では上流側から下流端まで直線状に延びているが、変更例2では上流側から下流端まで曲がりながら(例えば湾曲して)延びていてもよい。
最初に上述の実施形態の場合を図21A〜図21Cに基づいて説明する。図21Aは、送り方向と直交する方向から見た上述の金型装置37の側面図である。図21Aは、目標形状が矩形状である場合を示す。図21Bと図21Cは、それぞれ、図21AのXXIB−XXIB矢視図とXXIC−XXIC矢視図である。図21Bと図21Cでは成形力発生装置37bの図示を省略している。以下で、図21A〜図21Cに基づいて目標形状が矩形状である場合について説明するが、目標形状が他の形状である場合も、以下と同じである。
上述の実施形態では、金型装置37の内部における成形面(図21Aにおいて破線で示す成形面)は、金型装置37の上流端から下流端まで直線的に延びていてよい。すなわち、金型装置37において、シート積層体14が通過する通過領域の中心線C1(図21Aの一点鎖線)は、当該通過領域の上流端から下流端まで直線状に延びている。したがって、金型装置37の上流端においてシート積層体14が金型装置37内に進入する方向D1は、金型装置37の下流端において成形後のシート積層体14(すなわちFRP2)が金型装置37外へ出て行く方向D2と同様である。
次に変更例2の場合を図22A〜図22Cに基づいて説明する。図22Aは、送り方向と直交する方向から見た上述の金型装置37の側面図である。図22Aは、目標形状が矩形状である場合を示す。図22Bと図22Cは、それぞれ、図22AのXXIIB−XXIIB矢視図とXXIIC−XXIIC矢視図である。図22Bと図22Cでは成形力発生装置37bの図示を省略している。以下で、図22A〜図22Cに基づいて目標形状が矩形状である場合について説明するが、目標形状が他の形状である場合も、以下と同様である。
変更例2では、金型装置37の内部における成形面(図22Aにおいて破線で示す成形面)は、金型装置37の上流側(例えば上流端)から下流端まで曲がりながら(例えば湾曲して)延びている。すなわち、金型装置37において、シート積層体14が通過する通過領域の中心線C1(図22Aの一点鎖線)は、当該通過領域の上流側(例えば上流端)から下流端まで曲がりながら(例えば湾曲して)延びている。したがって、金型装置37の上流端においてシート積層体14が金型装置37内に進入する方向D1は、金型装置37の下流端において成形後のシート積層体14(すなわちFRP2)が金型装置37外へ出て行く方向D2と異なっている。このような金型装置37の成形により、FRP2にはカーブ形状が付与される。なお、引抜装置9は、金型装置37からFRP2を方向Dに引き抜く。
(変更例3)
上述の成形ユニット15〜17又は15〜17Bの代わりに、成形ユニットとしての金型装置が設けられてもよい。この金型装置は、下流側の上記金型装置37に対する上流側の金型装置となる。図23Aは、成形ユニット15〜17の代わりに設けられる金型装置131の側面図である。
図23Aは、目標形状がL形状である場合を示す。図23B〜図23Dは、それぞれ、図23AのXXIIIB−XXIIIB矢視図、XXIIIC−XXIIIC断面図、及びXXIIID−XXIIID断面図である。図23B〜図23Dでは後述の成形力発生装置131bの図示を省略している。
金型装置131は、上述の通過領域を形成する成形面を有する1対の金型131a1,131a2と、成形力発生装置131bを備える。
金型131a1,131a2は、シート積層体14をその厚み方向に挟み込んで、シート積層体14の断面を上記目標形状に近づける。金型131a1,131a2に挟まれる上記通過領域は、図23B〜図23Cに示すように、金型装置131において上流端(図23Aの左側)から下流端(図23Aの右側)へ移行するにつれて目標形状(L形状)に近づいている。
成形力発生装置131bは、金型131a1を金型131a2へ押圧してシート積層体14に対する成形力を発生させる。
金型131a1,131a2には、その内部に配置されたヒータ又は誘導加熱コイルによりその成形面が加熱されてもよい。加熱された金型131a1,131a2の成形面は、シート積層体14を軟化しながら成形する。ヒータ等の加熱機構が金型131a1,131a2に内蔵されておらず、金型131a1,131a2の外部の加熱装置(加熱炉等)によりシート積層体14を加熱してもよい。金型131a1,131a2内のヒータ又は誘導加熱コイル、及び金型131a1,131a2の外部の加熱装置25は、「形状付与機構7によるシート積層体14の成形中においてシート積層体14を加熱する加熱装置」を構成する。
図24Aは、成形ユニット15〜17の代わりに設けられる金型装置131の側面図であり、目標形状がコの字形状である場合を示す。図24B〜図24Eは、それぞれ、図24AのXXIVB−XXIVB矢視図、XXIVC−XXIVC断面図、XXIVD−XXIVD断面図、及びXXIVE−XXIVE断面図である。目標形状がコの字形状である場合の金型装置131の構成は、目標形状がL形状である場合と同様であるので、その説明を省略する。また、目標形状が他の形状である場合にも、成形ユニット15〜17又は15〜17Bの代わりの成形ユニットとしての金型装置を設けてもよく、この金型装置の構成も上述と同様である。例えば、目標形状がハット形状である場合、図24Aの金型装置131において、XXIVE−XXIVE断面図よりも下流側部分が存在する。当該下流側部分における送り方向に直交する平面による断面は、例えば、上流側から順に図24F〜図24Hのようになる。
なお、成形ユニット15〜17又は15〜17Bの代わりに設けられる金型装置は、例えば、1対の金型のみからなり、その成形力発生装置は、一方向(図23A又は図24Aでは、この図の下方向)にのみ、金型131a1を金型131a2へ押圧するものであってよい。
1a,1b,1c 積層シート、2,2a,2b,2c FRP、3a,3b,3c シート供給装置(リール)、4a,4b,4c プリプレグシート、5 積層装置、
5a,5b 積層ローラ、6 加熱装置、7 形状付与機構、8 冷却装置、9 引抜装置、10 FRP連続成形装置、11 切断装置、12 熱可塑性樹脂、13 強化繊維、14 シート積層体、15,16,17 成形ユニット、18〜19,21〜24 成形ローラ、20 FRP連続成形装置、21a,22a,23a,24a 成形面、21b 分割ローラ、25 加熱装置、31〜36,41〜45 成形ローラ、37 金型装置、37a1〜37a4 金型、37b 成形力発生装置、37b1〜37b3 金型押圧装置、38 非破壊検査装置、51A,51B,51C 成形ライン装置、52 ガイド機構、53 組合せ装置、54 金型装置、54a〜54l 金型、55,56 ガイド装置、55a〜55i ローラ、56a ローラ、57 組合せ体、58 FRP、61,62 ガイド装置、64,64A,64B 積層体供給装置、65,66,67 成形ユニット、68 金型装置、68a1〜68a4 金型、68b 成形力発生装置、68b1〜68b4 金型押圧装置、69 加熱装置

Claims (12)

  1. 熱可塑性樹脂と強化繊維を含み繊維配向が互いに異なる複数のプリプレグシートを積層した積層シートからFRPを連続的に成形するFRP連続成形装置であって、
    複数の前記積層シートと、
    前記複数の積層シートをそれぞれ連続的に送り方向に供給する複数のリールと、
    前記複数のリールから供給される前記複数の積層シートを重ね合わせてシート積層体にする積層装置と、
    前記シート積層体を前記送り方向に搬送しながら、当該シート積層体を断面が目標形状のFRPに成形する形状付与機構と、を備え、
    各前記リールには、前記積層シートが当該リールに巻かれた状態で設けられており、
    前記シート積層体は、繊維配向が前記送り方向となっている前記強化繊維を含む、FRP連続成形装置。
  2. 前記形状付与機構は、前記送り方向に見た場合に、前記シート積層体が通過する通過領域を形成する成形面を有し、
    前記送り方向に見た前記通過領域の形状は、下流側へ移行するにつれて、前記目標形状に近づいている、請求項1に記載のFRP連続成形装置。
  3. 前記形状付与機構による前記シート積層体の成形前と成形中の一方又は両方において、前記シート積層体を加熱する加熱装置を備える、請求項2に記載のFRP連続成形装置。
  4. 前記形状付与機構は、前記シート積層体を挟んで成形する成形ユニットと、該成形ユニットの下流側に設けた金型装置とを備え、
    前記金型装置は、前記シート積層体を挟み込み前記成形面を有する複数の金型を備え、
    各前記金型の内部に形成された冷却流路に冷媒を流す冷却装置を備える、請求項2又は3に記載のFRP連続成形装置。
  5. 前記成形ユニットは、前記シート積層体を挟む複数の成形ローラを含み、各前記成形ローラは、前記通過領域を形成する前記成形面を有する、請求項4に記載のFRP連続成形装置。
  6. 前記金型装置を下流側の金型装置として、前記成形ユニットは、上流側の金型装置を備え、
    上流側の金型装置は、前記シート積層体を挟み込む1対の金型を備える、請求項4に記載のFRP連続成形装置。
  7. 熱可塑性樹脂と強化繊維を含み繊維配向が互いに異なる複数のプリプレグシートを積層した積層シートからFRPを連続的に成形するFRP連続成形装置であって、
    複数の積層シートをそれぞれ連続的に送り方向に供給する複数のシート供給装置と、
    前記複数のシート供給装置から供給される前記複数の積層シートを重ね合わせてシート積層体にする積層装置と、
    前記シート積層体を前記送り方向に搬送しながら、当該シート積層体を断面が目標形状のFRPに成形する形状付与機構と、を備え、
    前記シート積層体は、繊維配向が前記送り方向となっている前記強化繊維を含み、
    前記形状付与機構は、前記シート積層体を挟んで成形する成形ユニットを備え、
    前記複数のシート供給装置と、前記積層装置と、前記形状付与機構の前記成形ユニットとを備える成形ライン装置を複数備え、
    前記複数の成形ライン装置から送られて来た複数のFRPを組み合わせることにより、断面が新たな形状となる組合せ体を形成する組合せ装置と、
    前記組合せ体を、断面が最終目標形状のFRPに成形する成形機構と、を備える、FRP連続成形装置。
  8. 前記成形機構は、前記送り方向に見た場合に、前記組合せ体が通過する通過領域を形成する成形面を有し、
    前記送り方向に見た前記通過領域の形状は、下流側へ移行するにつれて、前記最終目標形状に近づいている、請求項7に記載のFRP連続成形装置。
  9. 前記成形機構による前記組合せ体の成形中において、前記組合せ体を加熱する加熱装置を備える、請求項8に記載のFRP連続成形装置。
  10. 前記成形機構は、成形ユニットと、該成形ユニットの下流側に設けた金型装置とを備え、
    前記成形機構の前記成形ユニットは、前記組合せ体を挟む複数の成形ローラを含み、各前記成形ローラは、前記通過領域を形成する前記成形面を有し、
    前記成形機構の前記金型装置は、前記組合せ体を挟み込み前記成形面を有する複数の金型を備え、
    前記成形機構の各前記金型の内部に形成された冷却流路に冷媒を流す冷却装置を備える、請求項8又は9に記載のFRP連続成形装置。
  11. 複数の積層シートをそれぞれ連続的に送り方向に供給する複数のシート供給装置と、当該複数のシート供給装置から供給される前記複数の積層シートを重ね合わせてシート積層体にする積層装置とを備える積層体供給装置を備え、
    前記組合せ装置は、前記複数のFRPと、前記積層体供給装置からの前記シート積層体とを組み合わせることにより、前記組合せ体を形成する、請求項7〜10のいずれか一項に記載のFRP連続成形装置。
  12. 熱可塑性樹脂と強化繊維を含み繊維配向が互いに異なる複数のプリプレグシートを積層した積層シートからFRPを連続的に成形するFRP連続成形方法であって、
    複数の積層シートをそれぞれ連続的に送り方向に供給する工程と、
    供給された前記複数の積層シートを重ね合わせてシート積層体にする工程と、
    前記シート積層体を前記送り方向に搬送しながら、当該シート積層体を断面が目標形状のFRPに成形する工程と、を有し、
    前記シート積層体は、繊維配向が前記送り方向となっている前記強化繊維を含む、FRP連続成形方法。
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