JP6947210B2 - プリフォーム製造方法及びプリフォーム製造装置 - Google Patents
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Description
本願は、2018年3月27日に、日本に出願された特願2018−059903号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
プリフォーム製造の際には、賦形した強化繊維基材の形状を保持するため、プリフォームを冷却した後、プリフォーム製造装置から取り出す技術が知られている(例えば、特許文献2)。
これらの技術により、様々な形状のプリフォームを製造し、その形状を保持しながら取り扱うことができるようになっている。
また、強化繊維を織ったクロス材にマトリックス樹脂を含浸させたプリプレグを賦形する際には、加熱によって変形しやすくなることで、賦形の際に力が加わった時にクロス材の目が乱れてシワが生じ、意匠性を損なうことがあった。
[1]所望の形状の繊維強化樹脂成形品を得るべくその本成形に先立って、強化繊維と、マトリックス樹脂又はバインダ樹脂からなる樹脂成分とを含む強化繊維基材を所定の形状に賦形してプリフォームを得るプリフォームの製造方法であって、前記強化繊維基材を賦形する際、前記強化繊維基材の圧接範囲内に温度差を生じさせる、プリフォームの製造方法。
[2]前記強化繊維基材の一部を加熱処理することにより、前記強化繊維基材に温度差を生じさせる、[1]に記載のプリフォームの製造方法。
[3]前記強化繊維基材の一部を冷却処理することにより、前記強化繊維基材に温度差を生じさせる、[1]に記載のプリフォームの製造方法。
[4]前記強化繊維基材の一部を加熱処理すると共に前記強化繊維基材の残りの一部を冷却処理することにより、前記強化繊維基材に温度差を生じさせる、[1]に記載のプリフォームの製造方法。
[5]前記冷却処理では、前記加熱処理の加熱温度よりも低い温度の気体を前記強化繊維基材に吹き付ける、[4]に記載のプリフォームの製造方法。
[6]前記冷却処理では、前記加熱処理の加熱温度よりも低い温度の冷却用部材を前記強化繊維基材に接触させる、[4]又は[5]に記載のプリフォームの製造方法。
[7]前記加熱処理における加熱温度を、前記樹脂成分を昇温速度2℃/分で昇温しながら粘度測定した際、粘度が10000Pa・s以下になる温度にする、[2]及び[4]〜[6]のいずれか一に記載のプリフォームの製造方法。
[8]前記温度差を、下記方法により求めた前記樹脂成分の粘度ηHと粘度ηLとの比(ηH/ηL)が1.5以上1000以下の範囲内となる温度差にする、[1]〜[7]のいずれか一に記載のプリフォームの製造方法。
(粘度ηHと粘度ηLを求める方法)
前記樹脂成分について、あらかじめ、昇温速度2℃/分で昇温しながら粘度を測定して、温度に対する粘度変化を求める。前記強化繊維基材における低温部分の温度T1及び温度T1より高温部分の温度T2を各々測定する。前記温度T1、T2と、樹脂成分の温度に対する粘度変化とから、温度T1における粘度ηH及び温度T2における粘度ηLを求める。
[9]前記プリフォームを得る際に、前記強化繊維基材を賦形するプリフォームの製造装置を用い、前記プリフォームの製造装置が、前記プリフォームの形状に対応する表面形状を有する固定型と、前記強化繊維基材を前記固定型の表面上に圧接するエンドエフェクタと、前記強化繊維基材の一部を加熱する加熱器と、前記強化繊維基材の残りの一部を冷却する冷却器とを備え、前記固定型の表面に前記強化繊維基材を配置し、前記加熱器を用いて前記強化繊維基材の一部に加熱処理を施すと共に前記冷却器を用いて前記強化繊維基材の残りの一部に冷却処理を施し、前記固定型の表面形状に沿って前記エンドエフェクタを移動させる、[1]〜[8]のいずれか一に記載のプリフォームの製造方法。
[10]前記プリフォームを得る際に、前記強化繊維基材を賦形するプリフォームの製造装置を用い、前記プリフォームの製造装置が、前記プリフォームの形状に対応する表面形状を有する一対の固定型と、前記強化繊維基材の一部を加熱する加熱器と、前記強化繊維基材の残りの一部を冷却する冷却器とを備え、前記加熱器を用いて前記強化繊維基材の一部に加熱処理を施すと共に前記冷却器を用いて前記強化繊維基材の残りの一部に冷却処理を施し、前記強化繊維基材を前記一対の固定型によってプレス成形する、[1]〜[8]のいずれか一に記載のプリフォームの製造方法。
[11]前記プリフォームを得る際に、前記強化繊維基材を賦形するプリフォームの製造装置を用い、前記プリフォームの製造装置が、前記プリフォームの形状に対応する表面形状を有する固定型と、前記強化繊維基材の一部を加熱する加熱器と、前記強化繊維基材の残りの一部を冷却する冷却器とを備え、前記固定型の表面に前記強化繊維基材を配置し、前記強化繊維基材に成形用フィルムを被せて前記固定型と前記成形用フィルムとの間の空間に前記強化繊維基材を保持し、前記加熱器を用いて前記強化繊維基材の一部に加熱処理を施すと共に前記冷却器を用いて前記強化繊維基材の残りの一部に冷却処理を施し、前記空間を減圧して前記強化繊維基材を前記固定型の表面形状に密着させる、[1]〜[8]のいずれか一に記載のプリフォームの製造方法。
[12]所望の形状の繊維強化樹脂成形品を得るべくその本成形に先立って、強化繊維、マトリックス樹脂又はバインダ樹脂からなる樹脂成分を含む強化繊維基材を所定の形状に賦形してプリフォームを得るプリフォームの製造装置であって、前記強化繊維基材を賦形する際に使用する固定型と、前記強化繊維基材の一部を前記固定型により賦形する前又は賦形する最中に加熱処理する加熱器を備える、プリフォームの製造装置。
[13] 所望の形状の繊維強化樹脂成形品を得るべくその本成形に先立って、強化繊維、マトリックス樹脂又はバインダ樹脂からなる樹脂成分を含む強化繊維基材を所定の形状に賦形してプリフォームを得るプリフォームの製造装置であって、前記強化繊維基材を賦形する際に使用する固定型と、前記強化繊維基材の一部を前記固定型により賦形する前又は賦形する最中に冷却処理する冷却器を備える、プリフォームの製造装置。
[14]所望の形状の繊維強化樹脂成形品を得るべくその本成形に先立って、強化繊維、マトリックス樹脂又はバインダ樹脂からなる樹脂成分を含む強化繊維基材を所定の形状に賦形してプリフォームを得るプリフォームの製造装置であって、前記強化繊維基材を賦形する際に使用する固定型と、前記強化繊維基材の一部を前記固定型により賦形する前又は賦形する最中に加熱処理する加熱器と、前記強化繊維基材の残りの一部を前記加熱器による加熱処理と同時に冷却処理する冷却器と、を備える、プリフォームの製造装置。
以下、本発明のプリフォームの製造方法の一態様について説明する。但し、本発明は、以下の態様に限定されない。
本態様のプリフォームの製造方法は、所望の形状の繊維強化樹脂成形品を得るための成形に先立って、強化繊維と、マトリックス樹脂またはバインダ樹脂からなる樹脂成分とを含む強化繊維基材を所定の形状に賦形してプリフォームを得る、プリフォームの製造方法である。また、本態様のプリフォームの製造方法は、強化繊維基材を賦形する際、強化繊維基材の圧接範囲内に温度差を生じさせるプリフォームの製造方法である。例えば、本態様のプリフォームの製造方法において、強化繊維基材の一部を加熱処理する、若しくは強化繊維基材の一部を冷却処理する、又は強化繊維基材の一部を加熱処理すると共に強化繊維基材の残りの一部を冷却処理することにより、強化繊維基材に温度差を生じさせることができる。
以下、本態様のプリフォームの製造方法について詳細に説明する。
本態様において使用される強化繊維基材は、強化繊維と、マトリックス樹脂又はバインダ樹脂からなる樹脂成分とを含む。強化繊維基材の具体例としては、例えば、下記に示す基材が挙げられる。
・強化繊維を引き揃え、バインダ樹脂により強化繊維を拘束したノンクリンプファブリック。
・強化繊維のファブリックをバインダ樹脂により拘束したもの。
・強化繊維を一方向に引き揃え、マトリックス樹脂を含浸させたUDプリプレグ。
・強化繊維のクロスにマトリックス樹脂を含浸させたクロスプリプレグ。
・短い強化繊維及び短い繊維束の少なくとも一方をランダムにシート状に散布し、バインダ樹脂により前記繊維及び前記繊維束を拘束したもの。
・短い強化繊維及び短い繊維束の少なくとも一方をランダムにシート状に散布し、マトリックス樹脂を強化繊維及び/又は繊維束に含浸させたもの。
強化繊維基材を繊維方向が異なるように複数枚積層する場合には、各強化繊維基材の厚みが0.03mm以上1mm以下であることが好ましく、0.1mm以上0.5mm以下であることがより好ましい。
強化繊維基材の厚みが前記下限値以上であれば、十分な厚みを有することによってプリフォームの形状保持を容易としやすく、また、プリフォームの割れを防止しやすい。強化繊維基材の厚みが前記上限値以下であれば、厚すぎずに賦形を容易としやすく、得られるプリフォームのシワ、繊維の蛇行、割れの発生を抑制しやすい。
強化繊維基材中の強化繊維の含有量は、強化繊維基材の100質量%のうち、50質量%以上80質量%以下であることが好ましく、65質量%以上75質量%以下であることがより好ましい。
熱硬化性樹脂は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
熱可塑性樹脂は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
熱融着性バインダとしては、熱可塑性樹脂の粒子若しくは繊維、前記繊維を用いたクロス若しくは不織布等を用いることができる。熱融着性バインダは、マトリックス樹脂に悪影響を及ぼさないものであって、強化繊維を熱融着できる樹脂であれば特に制限はない。
本態様のプリフォームの製造方法においては、強化繊維基材を、目的の賦形形状に対応する表面形状を有する固定型の上に配置した後、強化繊維基材を固定型に押し当てる。これにより、固定型に強化繊維基材を圧接して密着させ、固定型の表面形状を強化繊維基材に転写して目的形状に賦形する。
強化繊維基材の固定型への配置は、手作業によって行ってもよいし、自動搬送装置等の機械を用いて行ってもよい。
具体的な加熱方法としては、例えば、熱風を強化繊維基材に吹き付ける方法、赤外線等の熱線を照射する方法、発熱体を接触させる方法等が挙げられる。
強化繊維基材において、加熱処理する部分は、賦形の際に変形させる部分である。
強化繊維基材が熱融着性バインダを含む場合には、熱融着性バインダの軟化温度以上に加熱することが好ましい。
マトリックス樹脂及び熱融着性バインダを軟化温度以上に加熱すれば、強化繊維基材を容易に且つ短時間に変形できる。
加熱温度を前記温度にすれば、強化繊維基材をより変形させることができ、より賦形しやすくなる。
加熱温度を、前記粘度が10Pa・s以下になる温度にする場合には、強化繊維基材を慎重に取り扱う必要が生じるものの、生産速度が顕著に向上するため、好ましい。
具体的な加熱温度の下限値は、固定型の表面処理に応じて異なるが、例えば、加熱処理における加熱温度を、樹脂成分を昇温速度2℃/分で昇温しながら粘度測定した際、粘度が1Pa・s以上になる温度にすることができる。
低い温度の冷却用部材を強化繊維基材に接触させる場合、低い温度の冷却用部材を得る方法としては、冷却用部材内に冷媒を循環させる機構を設けて冷却用部材を冷却する方法、冷却用部材を熱伝導率が高い材料により構成する方法、冷却用部材に放熱板を設ける方法等が挙げられる。
これら方法のうち2つ以上を組み合わせてもよい。
把持部など変形させたくない部分については、冷却処理において、30℃以下に冷却することが好ましく、20℃以下に冷却することがより好ましい。
具体的な温度差としては、冷却処理している部分(低温部分)の樹脂成分の粘度η1と加熱処理している部分(高温部分)の樹脂成分の粘度η2との比(η1/η2)が特定範囲内となる温度差にすることが好ましい。前記比(η1/η2)が小さすぎると、変形量に差が生じにくい。前記比(η1/η2)が大きすぎるのは、製造上、現実的でない。
強化繊維基材を賦形する際の冷却処理している部分と加熱処理している部分の温度を測定することは可能である。冷却処理している部分の温度T1、加熱処理している部分の温度T2を各々測定し、あらかじめ測定した、樹脂成分の温度に対する粘度変化より、前記温度T1、T2における粘度を求める。温度T1における粘度をηHとし、温度T2における粘度をηLとする。ここで、T2>T1であり、ηH>ηLである。
前記比(ηH/ηL)が1.5以上であれば、変形量に差が生じることを確認できる。前記比(ηH/ηL)が2.0以上であれば、変形量の差が明確になり、5.0以上であれば、変形量の差がより明確になる。
強化繊維基材を賦形する際には、強化繊維基材の一部を把持し、その賦形に応じて把持部の位置を制御して強化繊維基材にかかる張力を調整してもよい。また、強化繊維基材にかかる張力に応じて張力を緩和させて張力を調整してもよい。
上述したプリフォームの製造方法においては、例えば、下記形態のプリフォーム製造装置(以下、「製造装置」という。)を用いることができる。
第一形態の製造装置1は、一対の固定型10、10と、強化繊維基材Aの一部を加熱する加熱器20と、強化繊維基材Aの残りの一部を冷却する冷却器30とを備える製造装置である。本形態では、固定型10の近傍に、具体的には固定型10の横に加熱器20及び冷却器30が設置されている。本形態では、強化繊維基材Aは、加熱器20により加熱処理及び冷却器30により冷却処理された後に、搬送装置(図示せず)によって、一対の固定型10、10の間に移動されるようになっている。すなわち、強化繊維基材Aを賦形する前に加熱処理及び冷却処理を施すようになっている。また、本形態において使用される冷却器30は、加熱温度より低い温度の空気を強化繊維基材Aに吹き付けるための吐出ノズル31と、強化繊維基材Aに吹き付けた空気を吸い出すための吸引ノズル32とを有する。本形態における各冷却器30においては、1つの吸引ノズル32の両側に2つの吐出ノズル31が設けられている。吐出ノズル31の出口の幅及び吸引ノズル32の入口の幅は、強化繊維基材Aを冷却する部分の長さに応じて適宜決められる。
第二形態の製造装置2は、固定型10と、固定型10の表面上に強化繊維基材Aを圧接するエンドエフェクタ40と、エンドエフェクタ40を移動させる制御部50と、強化繊維基材Aの一部を加熱する加熱器20と、強化繊維基材Aの残りの一部を冷却する冷却器30とを備える。本形態では、加熱器20がエンドエフェクタ40に取り付けられている。冷却器30は、強化繊維基材Aの、後述する把持装置によって把持される把持部に向けて、加熱温度より低い温度の空気を吹き付けて冷却処理するように配置されている。
次いで、制御部50を利用してエンドエフェクタ40を強化繊維基材A上に移動させながら、強化繊維基材Aを固定型10の表面に圧接して沿わせる。これにより、強化繊維基材Aを固定型10の表面形状に沿うように変形させて、プリフォームを得る。
第三形態の製造装置3は、固定型10と、強化繊維基材Aの一部を加熱する加熱器20と、強化繊維基材Aの残りの一部を冷却する冷却器30とを備える。本形態で使用される固定型10には、空気吸引用の孔11が形成されている。孔11は、真空ポンプ(図示せず)に接続されている。本形態では、固定型10の上方に加熱器20及び冷却器30が設置されている。本形態における冷却器30は、第一形態における冷却器30と同様に吐出ノズル31及び吸引ノズル32を有する。
第三形態の製造装置3を用いたプリフォームの製造方法では、まず、固定型10上に強化繊維基材Aを配置し、その強化繊維基材Aの上に成形用フィルムFを配置する。これにより、固定型10と成形用フィルムFとの間の空間Sに強化繊維基材Aを保持する。
次いで、真空ポンプを作動させて固定型10の孔11から空間Sの空気を吸引して、固定型10と成形用フィルムFとの間の空間S内の空気を除去して減圧する。空間S内を減圧すると、成形用フィルムFが固定型10に沿うように変形するため、成形用フィルムFより内側に配置されている強化繊維基材Aを固定型10の表面に沿わせて圧接させることができる。これにより、強化繊維基材Aに固定型10の表面形状を転写し、強化繊維基材Aを賦形して、プリフォームを得る。強化繊維基材Aを賦形する最中には、加熱器20を用いて強化繊維基材Aの一部に加熱処理を施す。それと同時に、吐出ノズル31から、加熱温度よりも低い温度の空気を吐出して強化繊維基材Aに吹き付け、吹き付けた空気を吸引ノズル32より吸引して回収することにより強化繊維基材Aに冷却処理を施す。これにより、強化繊維基材Aの圧接範囲内に温度差を生じさせる。
(固定型)
前記形態の製造装置を構成する固定型は、強化繊維基材が賦形される所定の形状に対応する表面形状を有する。
すなわち、固定型は目的とするプリフォームの形状に対応する表面形状を有している。
前記形態の製造装置を用いてプリフォームを製造する際には、固定型の表面上に強化繊維基材が配置される。
固定型の材質としては、特に限定されず、金属、樹脂、金属以外の金属化合物等が挙げられる。前記材質のなかでも、材料が安価であること、及び加工が容易であることから、樹脂が好ましく、樹脂のなかでもケミカルウッドが好ましい。また、複雑な形状にも容易に対応できることから、3Dプリンターに用いることが可能な材料を用いることも好ましい。3Dプリンターに用いることが可能な材料としては、例えば、青銅、鋼、ニッケル、チタン、ABS樹脂、ナイロン樹脂、ポリカーボネート樹脂、石膏、ワックス等が挙げられる。
第一の固定型からプリフォームを脱型すると同時に、第二の固定型の表面上に新たな強化繊維基材を配置し、第二の固定型を用いて強化繊維基材を賦形してプリフォームを得ることができる。
加熱器は、強化繊維基材を賦形する前又は賦形する最中に強化繊維基材を加熱処理する機器である。
また、強化繊維基材の種類によっては、加熱器として、誘電加熱によって加熱する機器、誘導加熱によって加熱する機器を用いることができる。
第二形態の製造装置2を用いる場合には、加熱器がエンドエフェクタ40に取り付けられた熱風加熱器であることが好ましい。
加熱範囲を選択的に限定する方法は加熱器の種類に応じて適宜選択することができる。
例えば、熱風を吹き付ける加熱器を用いる場合には、熱風を遮断する遮蔽部を設ける方法を適用でき、赤外線を照射する加熱器を用いる場合には、熱線を反射又は遮断する遮蔽部を設ける方法を適用できる。熱風を遮断する遮蔽部としては、例えば、樹脂板、金属板等が挙げられる。また、熱風を配管又はダクトに通すことによっても、熱風を遮断できる。熱線を反射又は遮断する遮蔽部としては、鏡面を有する金属板、例えばアルミニウム板等が挙げられる。
前記形態の製造装置は、強化繊維基材を把持する把持装置を備えてもよい。把持装置が強化繊維基材を把持することによって強化繊維基材に張力を付与できる。把持装置は、把持装置を制御する把持装置制御機構を備えることが好ましい。
図6に示す第二形態の製造装置2においては、強化繊維基材Aを把持して強化繊維基材に張力を付与する把持装置60を備えている。
また、把持装置は、強化繊維基材の所定の方向に所定の張力がかかるように、紐やワイヤー等で強化繊維基材を把持して引っ張る構成としてもよい。
第二形態において使用されるエンドエフェクタは、固定型上に配置された強化繊維基材を固定型の表面上に圧接して、強化繊維基材を変形させる機能を有するものである。この機能を有していれば、エンドエフェクタの形状及び方式は特に限定されない。
前記機構のなかでも、バネにより圧接子の突出長を変化させる機構を採用することが、経済的に優れており、好ましい。バネとしては、コイルバネや板バネを挙げることができる。
隣り合う圧接子41,41の間には間隔が空いており、圧接子が固定型を圧接する面は一時的には斑になる。そのため、エンドエフェクタの複数の圧接子41は、エンドエフェクタを固定型の表面形状に沿って一方向(進行方向)に移動させた際に、強化繊維基材の表面全体が実質的に圧接されるように配置されていることが好ましい。
しかし、回転体が抵抗なく回転すると圧接子と強化繊維基材との接触部分で充分な滑りが発生せず、強化繊維基材表面のシワを伸ばしにくくなる。したがって、圧接子の先端に回転体が取り付けられる場合には、回転体の回転に適度な抵抗をつけることが好ましい。回転体の回転に適度な抵抗をつけると、エンドエフェクタが固定型の表面形状に沿って移動する際に、圧接子と強化繊維基材との接触部分で充分な滑りを発生させることができ、強化繊維基材表面のシワを伸ばしやすくなる。
例えば、固定型の表面形状に含まれる細かい凹凸部に追従させるため、エンドエフェクタの外周部の圧接子の径を小さくするとともにそのピッチも小さくし、エンドエフェクタの中央部の圧接子の径を大きくするとともにそのピッチを大きくすることができる。
エンドエフェクタを用いる場合、強化繊維基材を賦形する際には、強化繊維基材とエンドエフェクタとの間に保護シートを配置することが好ましい。
強化繊維基材上をエンドエフェクタが移動すると、圧接子の材質や圧接力によっては、強化繊維基材中の強化繊維の配向が乱れたり、その表面に凹凸状の跡が残ったりする不具合が発生することがある。これらの不具合を抑制するため、図6に示すように、強化繊維基材Aとエンドエフェクタ40の圧接子41との間に保護シートPを配置した状態で強化繊維基材Aを賦形することが好ましい。
所定のパターンの切れ込みとしては、シートの変形限界を適度に開放できる切れ込みパターンであればよく、例えば、強化繊維基材を賦形する際の伸長方向に対して略垂直な方向の切れ込みが挙げられる。このような切れ込みが保護シートに形成されていれば、強化繊維基材の賦形を阻害することなく、保護シートを変形させることができる。
制御部は、エンドエフェクタを制御して移動させる機能を有する。図6に示す第二形態の製造装置2においては、制御部50はエンドエフェクタ40に接続されて、エンドエフェクタ40が強化繊維基材Aを固定型10の表面上に圧接するように、エンドエフェクタ40を移動させる。制御部50によって、エンドエフェクタ40を、強化繊維基材Aを固定型10の表面上に圧接するように移動させることにより、強化繊維基材Aを目的形状のプリフォームに賦形できる。
但し、エンドエフェクタの固定型への圧接力は、圧接子に使用するバネの圧縮長又はバネ張力の調整等によっても制御できる。エンドエフェクタの固定型への圧接力は、前記いずれかの方法を用いて制御してもよいし、複数の方法を併用して制御してもよい。
制御部がエンドエフェクタを傾斜させると、エンドエフェクタが移動する際に、固定型を圧接する反力と摩擦抵抗との合力を圧接子の軸方向にかけることが可能となり、圧接子の突出長を円滑に変化させることができる。そのため、得られるプリフォームの表面の平滑性をより高めることができ、さらに、圧接子の材料として、曲げ剛性が高く、汎用的でない材料を用いる必要がなくなるため、コスト面にも有利である。
エンドエフェクタの傾斜角度は、圧接子の材質、圧接子と強化繊維基材との摩擦係数、又は圧接子とシートとの摩擦係数、エンドエフェクタの圧接力等により、適宜検討して決定することができる。
制御部として使用できる装置の選定にあたっては、経済性、精度、形状に対する適合性を考慮する必要があるが、6軸ロボット又は7軸ロボットが好ましい。6軸ロボット又は7軸ロボットは、凹凸のある三次元型形状を有する固定型の表面形状に沿って、強化繊維基材が固定型の表面上に圧接するようにエンドエフェクタを容易に移動させることができる。
図7に示す第三形態の製造装置3においては、成形用フィルムFを用いる。成形用フィルムとしては限定されず、賦形する際の温度に耐え、固定型に沿うことができる樹脂フィルムを選定すればよい。固定型の形状によっては成形用フィルムが伸縮性を有することが好ましいため、通気性のないゴムフィルムを用いることもできる。
本態様のプリフォームの製造方法及び製造装置では、三次元形状のプリフォームの製造に際して、強化繊維基材の変形させたい部分に加熱処理を施して、マトリックス樹脂あるいは熱融着性バインダを軟化させ、変形しやすくする。この加熱処理と同時に、強化繊維基材の変形させたくない部分に冷却処理を施して、マトリックス樹脂あるいは熱融着性バインダが軟化することを抑制する。
本態様では、強化繊維基材を賦形する際に変形量が大きい部分に加熱処理を施すと共に、賦形の際に変形量が小さい部分及び変形させない部分に冷却処理を施すことにより、強化繊維基材の変形量に応じた温度に調整できる。そのため、均一なプレス圧及び均一な張力を強化繊維基材に加えたときでも、強化繊維基材の変形量を部分的に容易に変えることができる。これにより、設計した方向に強化繊維を確実に向けることができ、強化繊維基材のシワの発生や割れを抑制できる。よって、本態様の製造方法によれば、強化繊維に乱れのない高品位のプリフォームを製造できる。
本発明は、上記の態様、すなわち強化繊維基材に加熱処理と冷却処理の両方を施す態様に限定されない。
10 固定型
11 孔
20 加熱器
30 冷却器
31 吐出ノズル
32 吸引ノズル
40 エンドエフェクタ
41 圧接子
42 圧接子保持部
43 接続部
50 制御部
60 把持装置
A 強化繊維基材
B プリフォーム
F 成形用フィルム
P 保護シート
S 空間
Claims (13)
- 強化繊維と、マトリックス樹脂又はバインダ樹脂からなる樹脂成分と、を含む強化繊維基材を、固定型の表面に圧接することによって所定の形状に賦形するプリフォームの製造方法であって、
前記強化繊維基材の一部の加熱処理と残りの一部の冷却処理を同時に行い得るように配置された加熱器及び冷却器を用いて、賦形する前又は最中に、前記強化繊維基材の圧接範囲内に温度差を生じさせる、プリフォーム製造方法。 - 前記冷却処理では、前記加熱処理の加熱温度よりも低い温度の気体を前記強化繊維基材に吹き付ける、請求項1に記載のプリフォーム製造方法。
- 前記冷却処理では、前記加熱処理の加熱温度よりも低い温度の冷却用部材を前記強化繊維基材に接触させる、請求項1又は2に記載のプリフォーム製造方法。
- 前記加熱処理における加熱温度を、前記樹脂成分を昇温速度2℃/分で昇温しながら粘度測定した際、粘度が10000Pa・s以下になる温度にする、請求項1〜3のいずれか一項に記載のプリフォーム製造方法。
- 前記温度差を、下記方法により求めた前記樹脂成分の粘度ηHと粘度ηLとの比(ηH/ηL)が1.5以上1000以下の範囲内となる温度差にする、請求項1〜4のいずれか一項に記載のプリフォーム製造方法。
(粘度ηHと粘度ηLを求める方法)
前記樹脂成分について、あらかじめ、昇温速度2℃/分で昇温しながら粘度を測定して、温度に対する粘度変化を求める。前記強化繊維基材における低温部分の温度T1及び温度T1より高温部分の温度T2を各々測定する。前記温度T1、T2と、樹脂成分の温度に対する粘度変化とから、温度T1における粘度ηH及び温度T2における粘度ηLを求める。 - 前記賦形は、前記強化繊維基材を一対の固定型によってプレス成形することによりなされる、請求項1〜5のいずれか一項に記載のプリフォーム製造方法。
- 前記強化繊維基材が賦形の際に固定のために把持される部分を有し、前記冷却処理が前記把持される部分に対し施される、請求項1〜6のいずれか一項に記載のプリフォーム製造方法。
- 前記冷却処理により前記把持される部分が30℃以下に冷却される、請求項7に記載のプリフォーム製造方法。
- UDプリプレグまたはクロスプリプレグである強化繊維基材を、固定型の表面に圧接することによって所定の形状に賦形する前または最中に、前記強化繊維基材の圧接範囲内に温度差を生じさせるプリフォームの製造方法であって、前記強化繊維基材が賦形の際に固定のために把持される部分を有し、前記把持される部分には冷却処理が施される、プリフォーム製造方法。
- 強化繊維と、マトリックス樹脂又はバインダ樹脂からなる樹脂成分と、を含む強化繊維基材を、固定型の表面に圧接することによって所定の形状に賦形する前または最中に、前記強化繊維基材の圧接範囲内に温度差を生じさせるプリフォームの製造方法であって、前記強化繊維基材が賦形の際に固定のために把持される部分を有し、前記把持される部分には冷却処理が施され、前記冷却処理により前記把持される部分が30℃以下に冷却される、プリフォーム製造方法。
- 強化繊維と、マトリックス樹脂又はバインダ樹脂からなる樹脂成分と、を含む強化繊維基材を、固定型の表面に圧接することによって所定の形状に賦形してプリフォームを得るプリフォーム製造装置であって、
前記固定型と、賦形する前又は最中に前記強化繊維基材の一部の加熱処理と残りの一部の冷却処理とを同時に行い得るように配置された加熱器及び冷却器と、を備える、プリフォーム製造装置。 - 前記冷却器は、前記加熱処理の加熱温度よりも低い温度の空気を前記強化繊維基材に吹き付けるための吐出ノズルと、前記強化繊維基材に吹き付けた空気を吸い出すための吸引ノズルとを有する、請求項11に記載のプリフォーム製造装置。
- 強化繊維と、マトリックス樹脂又はバインダ樹脂からなる樹脂成分と、を含む強化繊維基材を、固定型の表面に圧接することによって所定の形状に賦形してプリフォームを得るプリフォーム製造装置であって、
前記プリフォーム製造装置は、前記固定型と、前記強化繊維基材の一部を加熱処理する加熱器と、前記強化繊維基材の残りの一部を冷却処理する冷却器とを備え、
前記冷却器は、前記加熱処理の加熱温度よりも低い温度の空気を前記強化繊維基材に吹き付けるための吐出ノズルと、前記強化繊維基材に吹き付けた空気を吸い出すための吸引ノズルとを有する、プリフォーム製造装置。
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