JP7310027B2 - 賦形装置および賦形方法 - Google Patents

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Description

本開示は、繊維基材と樹脂材料を含むシート状の複数の複合材料を積層して平坦状に形成された積層体を賦形する賦形装置および賦形方法に関するものである。
航空機等に用いられる複合構造部材は任意の断面形状を有しており、これを製造する方法として、強化繊維シートを複数層に渡って平坦に積層した積層体（チャージ）を成形して目的形状を得る方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、マンドレルに設置されたプライにプライスイーパの指部を広げながら押し付けることによりマンドレルの成形面の形状に沿ってプライを賦形することが開示されている。
米国特許第１０３９９２８４号明細書
しかしながら、特許文献１では、プライを覆うダイヤフラムをシールして真空引きすることで、プライをマンドレルの成形面に押し付けた状態に保持している。そのため、例えば、ダイヤフラムによりプライを確実にマンドレルの成形面に押し付ける前にプライスイーパが移動してしまうと、プライの一部が成形面から離れてしまい、マンドレルの表面形状とは異なる形状に変形してしまう可能性がある。
本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、繊維基材と樹脂材料を含むシート状の複数の複合材料を積層した積層体を賦形治具の形状に沿って賦形した状態を確実に維持することが可能な賦形装置および賦形方法を提供することを目的とする。
本開示の一態様に係る賦形装置は、繊維基材と樹脂材料を含むシート状の複数の複合材料を積層した積層体を賦形する賦形装置であって、軸線方向に沿って延びるとともに前記軸線方向に直交する幅方向において、第１高さを有する底部領域と、前記第１高さよりも高い第２高さを有する頂部領域と、前記底部領域および前記頂部領域の双方に隣接し前記第２高さから前記第１高さまで漸次高さが減少する壁部領域とを有する賦形治具と、前記賦形治具の前記頂部領域および前記壁部領域に対応する形状を有する賦形型と、前記軸線方向および前記幅方向の双方に直交する高さ方向に沿って前記賦形型が前記底部領域に近づくように前記賦形型又は前記賦形治具を移動させ、前記賦形治具の前記頂部領域に載置される前記積層体を前記賦形治具の形状に沿って賦形する移動機構と、を備え、前記賦形型は、本体部と、前記軸線方向に沿って延びる揺動軸回りに揺動可能に基端部が前記本体部に取り付けられるとともに前記壁部領域と対応する形状に形成された接触面を有する板状の賦形部と、前記賦形型が前記移動機構により前記底部領域に近づくように移動する際に、前記賦形部の先端部が前記積層体を前記壁部領域に押し付ける加圧力を発生する加圧部と、を有し、前記賦形部は、前記先端部が前記高さ方向の所定位置に到達したことに応じて、前記先端部により前記壁部領域に沿って賦形された前記積層体の領域に前記接触面を接触させて前記積層体が前記壁部領域に押し付けられた状態を保持する。
本開示の一態様に係る賦形方法は、繊維基材と樹脂材料を含むシート状の複数の複合材料を積層した積層体に賦形型を押し当てて賦形治具の形状に賦形する賦形方法であって、前記賦形治具は、軸線方向に沿って延びるとともに前記軸線方向に直交する幅方向において、第１高さを有する底部領域と、前記第１高さよりも高い第２高さを有する頂部領域と、前記底部領域および前記頂部領域の双方に隣接し前記第２高さから前記第１高さまで漸次高さが減少する壁部領域とを有し、前記賦形型は、前記賦形治具の前記頂部領域および前記壁部領域に対応する形状であり、本体部と、前記軸線方向に沿って延びる揺動軸回りに揺動可能に基端部が前記本体部に取り付けられるとともに前記壁部領域と対応する形状に形成された接触面を有する板状の賦形部と、前記賦形型が前記底部領域に近づくように移動する際に、前記賦形部の先端部が前記積層体を前記壁部領域に押し付ける加圧力を発生する加圧部と、を有し、前記軸線方向および前記幅方向の双方に直交する高さ方向に沿って前記賦形型が前記底部領域に近づくように前記賦形型又は前記賦形治具を移動させ、前記賦形治具の前記頂部領域に載置される前記積層体を前記賦形治具の形状に沿って賦形する賦形工程を備え、前記賦形工程は、前記先端部が前記高さ方向の所定位置に到達したことに応じて、前記先端部により前記壁部領域に沿って賦形された前記積層体の領域に前記接触面を接触させて前記積層体が前記壁部領域に押し付けられた状態を保持する。
本開示によれば、繊維基材と樹脂材料を含むシート状の複数の複合材料を積層した積層体を賦形治具の形状に沿って賦形した状態を確実に維持することが可能な賦形装置および賦形方法を提供することができる。
本開示の一実施形態に係る賦形装置を示す斜視図であり、積層体を賦形する前の状態を示す。 本開示の一実施形態に係る賦形装置を示す斜視図であり、積層体を賦形した状態を示す。 図１に示す賦形治具を軸線方向に直交する面で切断した断面図である。 図１に示す賦形型を軸線方向に直交する面で切断した断面図である。 積層体を賦形する前の状態を示す賦形装置の断面図である。 積層体の賦形中の状態を示す賦形装置の断面図である。 積層体の賦形中の状態を示す賦形装置の断面図である。 積層体の賦形が完了した後の状態を示す賦形装置の断面図である。 積層体の賦形が完了した後の状態を示す賦形装置の断面図である。
以下、本開示にかかる実施形態について説明する。以下で説明する各実施形態は、本開示の一態様を示すものであり、この開示を限定するものではない。以下で説明する各実施形態は、本開示の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。
以下、本開示の一実施形態に係る賦形装置１００およびそれを用いた積層体２００の賦形方法について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る賦形装置１００を示す斜視図であり、積層体２００を賦形する前の状態を示す。図２は、本実施形態に係る賦形装置１００を示す斜視図であり、積層体２００を賦形した状態を示す。
図１および図２に示すように、本実施形態の賦形装置１００は、軸線方向ＡＤに沿って配置される複数の賦形型１０と、賦形治具２０とを備える。また、図１および図２では省略しているが、本実施形態の賦形装置１００は、後述する移動機構３０と、加熱機構４０と、を備える。本実施形態の賦形装置１００は、繊維基材と樹脂材料を含むシート状の複数の複合材料を積層した積層体２００を賦形治具２０の形状に沿って賦形する装置である。
賦形装置１００は、平坦状に形成される賦形前の積層体２００の下面を賦形治具２０に載置し、積層体２００の上面に設置した複数の賦形型１０を移動機構３０により高さ方向ＨＤに沿って下方へ向けて移動させることにより、積層体２００を賦形治具２０の表面形状に沿って賦形する。賦形装置１００による賦形処理により、積層体２００は、図１に示す平坦状の形状から図２に示す賦形治具２０に沿った形状に変形する。
図１および図２に示す例は、軸線方向ＡＤに沿って複数の賦形型１０を配置するものであったが、他の態様であってもよい。例えば、図１および図２に示す複数の賦形型１０と同一の軸線方向ＡＤの長さを有する単一の賦形型１０を用いた賦形装置としてもよい。あるいは、図１および図２に示す賦形型１０よりも軸線方向ＡＤの長さが長い複数の賦形型１０を用いる賦形装置としてもよい。
積層体２００を構成する複合材料は、繊維基材にマトリックス樹脂（樹脂材料）が付着されて半一体化したシート状の中間成形材料である。積層体２００は、例えば平坦状に形成される中間成形材料であり、所望の形状に賦形された後に固化されることにより、例えば、航空機の胴体部などの構造体として用いられる。積層体２００として、マトリックス樹脂を含まないシート状の複数の繊維基材（ドライシート）を積層して平坦状に形成したものを用いてもよい。
複合材料に含まれる繊維基材は、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等である。また、複合材料に含まれるマトリックス樹脂としては、熱可塑性樹脂材料と熱硬化性樹脂材料のいずれかを用いることができる。熱硬化性樹脂は、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル、ビニルエステル、フェノール、シアネートエステル、ポリイミド等である。
熱可塑性樹脂材料は、例えば、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタラート（ＰＢＴ）、ナイロン６（ＰＡ６）、ナイロン６６（ＰＡ６６）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）等である。
図１に示すように、賦形治具２０は、軸線方向ＡＤに沿って延びるとともに軸線方向ＡＤに直交する幅方向ＷＤに凹凸形状を有する治具である。軸線方向ＡＤは、賦形治具２０が設置される設置面Ｓに対して平行に延びる軸線Ｘと平行となる方向である。賦形治具２０は、例えば、金属材料により形成されている。図１および図２に示すように、本実施形態の賦形治具２０は、軸線方向ＡＤの各位置の形状（図３に示す断面形状）は同一であるものとする。
次に、本実施形態の賦形治具２０について詳細に説明する。図３は、図１に示す賦形治具２０を軸線方向ＡＤに直交する面で切断した断面図である。賦形治具２０は、幅方向ＷＤにおいて、一対の底部領域２１と、頂部領域２２と、一対の壁部領域２３とを有する。賦形治具２０は、幅方向ＷＤの両端部の底部領域２１が頂部領域２２に対して凹んだ形状を有する。ここで、幅方向ＷＤの中央部とは、幅方向ＷＤの両端部以外の領域のいずれかの部分をいう。
一対の底部領域２１は、設置面Ｓに対して第１高さＨ１を有する領域であり、賦形治具２０の幅方向ＷＤの両端部に設けられる。底部領域２１の上面は、設置面と平行な平坦状の面である。頂部領域２２は、第１高さＨ１よりも高い第２高さＨ２を有する領域であり、賦形治具２０の幅方向ＷＤの中央部に設けられる。頂部領域２２の上面は、設置面Ｓと平行な平坦状の面である。
壁部領域２３は、幅方向ＷＤにおいて底部領域２１および頂部領域２２の双方に隣接し第２高さＨ２から第１高さＨ１まで漸次高さが減少する領域である。壁部領域２３の上面は、底部領域２１の連結される部分と頂部領域２２の連結される部分を除き、設置面Ｓに対して傾斜角度θで傾斜する平坦状の面である。
次に、本実施形態の賦形型１０について詳細に説明する。図４は、図１に示す賦形型１０を軸線方向ＡＤに直交する面で切断した断面図である。図４に示す賦形型１０は、賦形治具２０に載置された積層体２００を、賦形治具２０の形状に沿って賦形する部材である。賦形型１０は、賦形治具２０の底部領域２１、頂部領域２２、および壁部領域２３に対応する形状を有する。賦形型１０は、例えば、アルミニウムや鉄を含む金属材料、あるいはプラスチック等の樹脂材料により形成されている。
図１および図２に示すように、賦形型１０は、軸線方向ＡＤに沿った長さよりも幅方向ＷＤに沿った長さの方が長い略直方体の形状を有する。図４に示すように、賦形型１０は、上面１０ａが平坦状に形成され、下面１０ｂが幅方向ＷＤの中央部において上面１０ａに向けて凹んだ形状を有する。下面１０ｂは、凹部１０ｃと、平坦部１０ｄと、平坦部１０ｅとを有する。
凹部１０ｃは、賦形治具２０の頂部領域２２および一対の壁部領域２３の形状と対応する形状を有する。凹部１０ｃは、頂部領域２２および一対の壁部領域２３と接触した状態で配置される積層体２００の外周面と一致する形状を有する。すなわち、凹部１０ｃは、賦形治具２０の頂部領域２２および一対の壁部領域２３の形状を、積層体２００の厚さだけ拡大させた形状を有する。平坦部１０ｄおよび平坦部１０ｅは、幅方向ＷＤにおいて、凹部１０ｃの両側に配置され、上面１０ａと平行に延びる平坦な形状を有する。
なお、ここでは、平坦部１０ｄおよび平坦部１０ｅは、上面１０ａと平行に延びる平坦な形状を有するものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、平坦部１０ｄおよび平坦部１０ｅは、上面１０ａとは平行でない任意の傾きを持った面や、曲面であってもよい。
図４に示すように、賦形型１０は、本体部１１と、一対の賦形部１２と、一対の加圧部１３と、押圧部１４とを有する。本体部１１は、移動機構３０に取り付けられる部材である。一対の賦形部１２は、軸線方向ＡＤに沿って延びる板状の部材であり、賦形治具２０の壁部領域２３と対応する形状に形成された接触面１２ａを有する。
賦形部１２の基端部１２ｂは、軸線方向ＡＤに沿って延びる揺動軸１２ｄ回りに揺動可能に本体部１１に取り付けられる。賦形部１２は、先端部１２ｃが高さ方向ＨＤの所定位置に到達したことに応じて、先端部１２ｃにより壁部領域２３に沿って賦形された積層体２００の領域に接触面１２ａを接触させて積層体２００が壁部領域２３に押し付けられた状態を保持する。
加圧部１３は、賦形型１０が移動機構３０により賦形治具２０の底部領域２１に近づくように移動する際に、賦形部１２の先端部１２ｃが積層体２００を賦形治具２０の壁部領域２３に押し付ける加圧力を発生するものである。加圧部１３は、例えば、本体部１１の賦形部１２の背面（接触面１２ａの反対側の面）に設けられた凹所に収容され、賦形部１２の接触面１２ａを凹部１０ｃに向けて押し出す加圧力を発生する。
加圧部１３は、例えば、弾性変形可能なスポンジゴムなどの弾性体により形成される。また、加圧部１３は、圧縮空気を導入することにより加圧力を発生する樹脂等により形成される袋体であってもよい。加圧部１３を袋体により形成する場合、袋体に導入する圧縮空気の供給量を制御する制御部を設けるのが望ましい。制御部により、袋体に導入する圧縮空気の供給量を制御することにより、積層体２００を接触面１２ａにより適切な加圧力で加圧することができる。
押圧部１４は、積層体２００を賦形治具２０の頂部領域２２へ押圧する機構である。押圧部１４は、積層体２００に接触する押圧部材１４ａと、押圧部材１４ａに連結されるとともに押圧部材１４ａを高さ方向ＨＤに沿って移動させる移動部材１４ｂとを有する。押圧部材１４ａの積層体２００と接触する面は、平坦状の面となっている。
移動部材１４ｂは、本体部１１に設けられた高さ方向ＨＤに沿って延びる貫通穴１１ａに挿入され、加圧力発生機構（図示略）が発生する加圧力により高さ方向ＨＤに沿って移動する。移動部材１４ｂは、頂部領域２２へ載置された積層体２００に押圧部材１４ａが接触する状態で、積層体２００を頂部領域２２の形状に沿って賦形する加圧力を押圧部材１４ａに伝達する。
賦形装置１００が備える移動機構３０は、軸線方向ＡＤおよび幅方向ＷＤの双方に直交する高さ方向ＨＤに沿って底部領域２１に近づくように賦形型１０を移動させる機構である。図３に示すように、移動機構３０は、賦形型１０の上面１０ａに取り付けられている。移動機構３０は、賦形治具２０の頂部領域２２に載置される積層体２００に賦形型１０を押し当てて下方に移動させることにより、積層体２００を賦形治具２０の形状に沿って賦形する。
なお、移動機構３０は、賦形型１０に取り付けられており、賦形型１０を賦形治具２０の底部領域に近づくように高さ方向ＨＤに沿って移動させるものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、移動機構３０は、賦形治具２０に取り付けられており、高さ方向ＨＤにおいて固定される賦形型１０に近づくように賦形治具２０を移動させるものであってもよい。
賦形装置１００が備える加熱機構４０は、積層体２００に含まれる樹脂材料を軟化温度以上に加熱する機構である。図３に示すように、加熱機構４０は、賦形治具２０の内部に設けられ、例えば、伝熱ヒータにより構成される。賦形治具２０が金属材料により形成されるため、加熱機構４０が発生する熱は賦形治具２０の頂部領域２２と壁部領域２３と底部領域２１にそれぞれ伝達される。
図３に示す加熱機構４０は、賦形治具２０の内部に設けられるものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、賦形型１０の内部に設けるようにしてもよい。あるいは、賦形治具２０の内部と賦形型１０の内部の双方に設けるようにしてもよい。また、例えば、賦形治具２０および賦形型１０が収容される空間を加熱機構４０により加熱するなど、加熱機構４０を賦形治具２０および賦形型１０の外部に設けるようにしてもよい。
ここで、軟化温度について説明する。マトリックス樹脂として熱可塑性樹脂材料を用いる場合、マトリックス樹脂の軟化温度とは、熱可塑性樹脂材料の融点よりも所定温度（例えば３０℃）低い温度である。また、マトリックス樹脂として熱硬化性樹脂材料を用いる場合、マトリックス樹脂の軟化温度とは、熱により熱硬化性樹脂材料が軟化し外力を加えても割れることなく変形する温度以上かつ熱硬化性樹脂材料の硬化反応が開始する温度以下の範囲内の温度である。
次に、本実施形態の賦形装置１００を用いた積層体２００の賦形方法について説明する。本実施形態の賦形方法は、繊維基材と樹脂材料を含むシート状の複数の複合材料を積層した積層体２００に賦形治具２０を押し当てて賦形治具２０の形状に賦形する方法である。本実施形態の賦形装置１００により賦形される積層体２００の最終的な賦形後の形状は、図８に示すハット型の断面形状である。
本実施形態の賦形方法は、図５に示す平坦状の積層体２００を賦形治具２０に載置し、賦形型１０を積層体２００に押し当てて下方に移動させることにより、図６に示す賦形中の第１状態とし、更に図７に示す賦形中の第２状態とし、最終的に図８に示すハット型の断面形状となるように積層体２００を賦形する。
本実施形態の賦形方法において、賦形装置１００が有する加熱機構４０は、図５に示す積層体２００を賦形する前の状態から、図８に示す積層体２００の賦形が完了した後の状態となるまで、賦形治具２０を加熱する。加熱機構４０は、賦形治具２０の載置される積層体２００に含まれる樹脂材料が軟化温度以上となるように賦形治具２０を加熱する（加熱工程）。
本実施形態の賦形方法は、始めに、平坦状に形成される積層体２００を賦形治具２０に載置し、積層体２００の下面２００ａが賦形治具２０の頂部領域２２に接触する状態とする。また、賦形型１０の平坦部１０ｄおよび平坦部１０ｅが積層体２００の上面２００ｂに接触した状態とする。賦形装置１００は、図５に示す状態となる。
図５に示す積層体２００を賦形する前の状態において、賦形型１０の押圧部１４は、移動部材１４ｂを高さ方向ＨＤに沿って上方の位置（図５に二点鎖線で示す位置）から下方へ移動させ、頂部領域２２へ載置された積層体２００に押圧部材１４ａが接触する状態とする。押圧部１４は、移動部材１４ｂを介して、積層体２００を頂部領域２２の形状に沿って賦形する加圧力を押圧部材１４ａに伝達する。賦形装置１００は、図５に示すように、積層体２００が押圧部材１４ａにより賦形治具２０の頂部領域２２へ向けて押圧された状態とする（押圧工程）。
図５に示す状態において、一対の賦形部１２が有する一対の先端部１２ｃは、それぞれ加圧部１３が発生する加圧力により押圧部材１４ａへ向けて押し出されて押圧部材１４ａの側面に接触した状態となる。一対の賦形部１２の一対の先端部１２ｃは、賦形治具２０の一対の壁部領域２３と頂部領域２２とが連結される位置の上方側の位置（設置面Ｓから高さＨ３の位置）に配置される。そのため、図５に示す状態から賦形型１０を下方に移動させて積層体２００の賦形を開始する際に、賦形治具２０の頂部領域２２から幅方向ＷＤの外側に向けて積層体２００に皺を発生させずに連続的に賦形することができる。
本実施形態の賦形方法は、次に、積層体２００が押圧部１４により賦形治具２０の頂部領域２２に押圧された状態で、高さ方向ＨＤに沿って底部領域２１に近づくように賦形型１０を移動させ、積層体２００を賦形する。賦形装置１００の移動機構３０は、高さ方向ＨＤに沿って底部領域２１に近づくように賦形型１０を移動させる（移動工程）。
移動機構３０が賦形型１０を高さ方向ＨＤに沿って下方へ移動させる際に、加圧部は賦形部１２の先端部１２ｃが積層体２００を壁部領域２３に押し付ける加圧力を発生する。そのため、積層体２００は、賦形型１０が高さ方向ＨＤに沿って下方へ移動する際に、賦形部１２の先端部１２ｃにより賦形治具２０の壁部領域２３の形状に沿って賦形される。
賦形型１０が高さ方向ＨＤに沿って下方へ移動する際に、押圧部１４は、押圧部材１４ａにより積層体２００を賦形治具２０の頂部領域２２に向けて加圧する状態を維持する。押圧部材１４ａおよび移動部材１４ｂは、賦形型１０の本体部１１および賦形部１２が高さ方向ＨＤに沿って下方に移動する際に、高さ方向ＨＤの位置を維持したままとする。これにより、積層体２００を押圧部材１４ａにより賦形治具２０の頂部領域２２に固定したまま、賦形部１２による積層体２００の賦形を行うことができる。
図５に示す積層体２００を賦形する前の状態から賦形型１０を高さ方向ＨＤに沿って下方に移動させ、賦形部１２の先端部１２ｃが設置面Ｓから高さＨ４の位置に到達すると、図６に示す状態となる。図６に示す状態では、積層体２００が頂部領域２２に隣接する壁部領域２３の形状に沿って賦形されている。
図６に示す状態から賦形型１０を高さ方向ＨＤに沿って更に下方に移動させ、賦形部１２の先端部１２ｃが設置面Ｓから高さＨ５の位置に到達すると、図７に示す状態となる。図７に示す状態では、積層体２００が頂部領域２２に隣接する壁部領域２３の形状に沿って賦形されている。図７に示す状態で壁部領域２３の形状に沿って賦形される積層体２００の領域は、図６に示す状態で壁部領域２３の形状に沿って賦形される積層体２００の領域よりも広い。
図７に示す状態から賦形型１０を高さ方向ＨＤに沿って更に下方に移動させ、賦形部１２の先端部１２ｃが設置面Ｓから高さＨ６の位置（所定位置）に到達すると、図８に示す状態となる。図８に示す状態では、賦形部１２の先端部１２ｃが高さＨ６の位置に到達したことに応じて、先端部１２ｃにより壁部領域２３に沿って賦形された積層体２００の領域に接触面１２ａを接触させて積層体２００が壁部領域２３に押し付けられた状態を保持する。
図８に示す状態で、賦形部１２の接触面１２ａの設置面Ｓに対する傾斜角度は、賦形治具２０の壁部領域２３の設置面に対する傾斜角度θと一致する。そのため、積層体２００は、賦形治具２０の壁部領域２３の全面と、賦形部１２の接触面１２ａの全面との双方で挟まれた状態となる。接触面１２ａは、加圧部１３から伝達される加圧力により積層体２００を壁部領域２３に押し付ける状態を維持する。
図８に示す状態で、設置面Ｓから賦形部１２の先端部１２ｃまでの高さＨ６は、賦形治具２０の底部領域２１の高さＨ１に積層体２００の厚さＴ１を加算した高さと一致する。したがって、積層体２００は、賦形治具２０の一対の底部領域２１と賦形型１０の一対の平坦部１０ｄ，１０ｅの双方に接触して挟まれた状態となる。一対の平坦部１０ｄ，１０ｅは、移動機構３０から伝達される加圧力により積層体２００を一対の底部領域２１に押し付ける状態を維持する。
以上のように、本実施形態の賦形方法では、平坦状に形成される積層体２００の下面２００ａを賦形治具２０に載置し、積層体２００の上面２００ｂに賦形型１０を押し当て、賦形型１０を移動機構３０により高さ方向ＨＤに沿って下方に移動させる。賦形型１０の賦形部の先端部１２ｃに加圧部１３が発生する加圧力が伝達されるため、先端部１２ｃと接触する積層体２００を賦形治具２０の壁部領域２３の形状に沿って賦形することができる。
また、本実施形態の賦形方法では、積層体２００の幅方向ＷＤの両端部が賦形治具２０の一対の底部領域２１と賦形型１０の一対の平坦部１０ｄ，１０ｅの双方に接触して挟まれた状態となる。そのため、積層体２００の幅方向ＷＤの両端部を賦形治具２０の底部領域２１の形状に沿って賦形することができる。
本実施形態の賦形方法は、積層体２００の賦形が完了して図８に示す状態となった後に、積層体２００に含まれる樹脂材料の温度を軟化温度未満に冷却する冷却工程を有する。この冷却工程は、加熱機構４０による賦形治具２０の加熱を停止するとともに加熱を停止してから所定時間の経過を待つ工程である。
冷却工程においては、先端部１２ｃにより壁部領域２３に沿って賦形された積層体２００の領域に接触面１２ａを接触させて積層体２００が壁部領域２３に押し付けられた状態を維持する。また、冷却工程においては、積層体２００の幅方向ＷＤの両端部が賦形治具２０の一対の底部領域２１と賦形型１０の一対の平坦部１０ｄ，１０ｅの双方に接触して挟まれた状態を維持する。
冷却工程が完了すると、移動機構３０により賦形型１０を高さ方向ＨＤに沿って上方に移動させ、賦形型１０を積層体２００から取り外す。その後、積層体２００を賦形治具２０から取り外して次の工程を実行する。例えば、積層体２００が熱硬化性樹脂材料を含む場合、次の工程は、積層体２００をオートクレーブに収容して熱硬化性樹脂材料を硬化温度以上に加熱する硬化工程である。
以上で説明した本実施形態の賦形装置１００が奏する作用および効果について説明する。
本実施形態の賦形装置１００は、賦形治具２０と賦形型１０と賦形型１０を移動させる移動機構３０を備える。賦形治具２０は、第１高さＨ１を有する底部領域２１と第１高さＨ１よりも高い第２高さＨ２を有する頂部領域２２の双方に隣接して第２高さＨ２から第１高さＨ１まで漸次高さが減少する壁部領域２３を有する。賦形型１０は、頂部領域２２および壁部領域２３に対応する形状を有する。移動機構３０により高さ方向ＨＤに沿って賦形治具２０の底部領域２１に近づくように賦形型１０を移動させることにより、賦形治具２０の頂部領域２２に載置される積層体２００が賦形治具２０の形状に沿って賦形される。
また、本実施形態の賦形装置１００によれば、移動機構３０により賦形型１０が底部領域２１に近づくように移動する際に、賦形型１０の加圧部１３が、板状の賦形部１２の先端部１２ｃが積層体２００を壁部領域２３に押し付ける加圧力を発生する。そのため、移動機構３０により賦形型１０が底部領域２１に近づくにつれて、板状の賦形部１２の先端部１２ｃが積層体２００を賦形治具２０の壁部領域２３に押し付け、皺（リンクル）を発生させずに連続的に積層体２００を賦形する。
また、本開示に係る賦形装置１００によれば、賦形部１２は、先端部１２ｃが高さ方向ＨＤの所定位置に到達したことに応じて、先端部１２ｃにより壁部領域２３に沿って賦形された積層体２００の領域に賦形部１２の接触面１２ａを接触させて積層体２００が壁部領域２３に押し付けられた状態を保持する。これにより、積層体２００を賦形型１０の表面形状に沿って賦形した状態を確実に維持することができる。
本実施形態の賦形装置１００によれば、積層体２００を押圧部１４により賦形治具２０の頂部領域２２へ押圧することにより、賦形治具２０の頂部領域２２に形状に沿って積層体２００を賦形することができる。また、積層体２００が押圧部１４により押圧された状態で賦形型１０を移動させるため、積層体２００を賦形する際に、賦形治具２０の頂部領域２２に載置される積層体２００が頂部領域２２からずれることを確実に防止することができる。
本実施形態の賦形装置１００によれば、加熱機構４０により積層体２００に含まれる樹脂材料を軟化温度以上に加熱しながら賦形することができるため、積層体２００を賦形する前に、積層体２００に含まれる樹脂材料を予め加熱する工程を不要とすることができる。
〔他の実施形態〕
以上の説明において、賦形治具２０は、軸線方向ＡＤの各位置で同一の形状を有するものであるが、他の態様であってもよい。賦形治具２０は、軸線方向ＡＤの位置に応じて形状が連続的に変化するものとしてもよい。例えば、賦形治具２０は、一定または不定の曲率を有する形状としてもよい。この場合、賦形型１０の賦形部１２の接触面１２ａおよび押圧部１４の押圧部材１４ａの形状は、賦形型１０が設置される位置における賦形治具２０の表面形状と対応する形状となる。
また、以上の説明において、賦形装置１００により賦形される積層体２００の最終的な賦形後の形状は、図８に示すハット型の断面形状であるものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、賦形装置１００により賦形される積層体２００の最終的な賦形後の形状は、図９に示すＣ型の断面形状としてもよい。
図９は、積層体２００の賦形が完了した後の状態を示す賦形装置１００の断面図である。図８に示す賦形装置１００と図９に示す賦形装置１００は同一の装置であるものとする。図８と図９の相違点は、賦形装置１００により賦形される前の積層体２００の幅方向ＷＤの長さである。
図９に示す積層体２００を賦形装置１００により賦形する前の積層体２００の幅方向ＷＤの長さは、図８に示す積層体２００を賦形装置１００により賦形する前の積層体２００の幅方向ＷＤの長さよりも短い。図９に示す積層体２００は、賦形装置１００により賦形が完了した状態で、幅方向ＷＤの端部が賦形型１０の賦形部１２と賦形治具２０の壁部領域２３との挟まれた状態となる。
また、以上の説明において、賦形装置１００は、加熱機構４０を備えるものとしたが、加熱機構４０を備えないものとしてもよい。この場合、賦形装置１００により賦形される積層体２００は、賦形治具２０に設置される前に、積層体２００に含まれる樹脂材料が軟化温度以上となるように予めされるものとする。
以上説明した実施形態に記載の賦形装置は、例えば以下のように把握される。
本開示に係る賦形装置（１００）は、繊維基材と樹脂材料を含むシート状の複数の複合材料を積層して平坦状に形成された積層体（２００）を賦形し、軸線方向（ＡＤ）に沿って延びるとともに前記軸線方向に直交する幅方向（ＷＤ）において、第１高さ（Ｈ１）を有する底部領域（２１）と、前記第１高さよりも高い第２高さ（Ｈ２）を有する頂部領域（２２）と、前記底部領域および前記頂部領域の双方に隣接し前記第２高さから前記第１高さまで漸次高さが減少する壁部領域（２３）とを有する賦形治具（２０）と、前記賦形治具の前記頂部領域および前記壁部領域に対応する形状を有する賦形型（１０）と、前記軸線方向および前記幅方向の双方に直交する高さ方向（ＨＤ）に沿って前記賦形型が前記底部領域に近づくように前記賦形型又は前記賦形治具を移動させ、前記賦形治具の前記頂部領域に載置される前記積層体を前記賦形治具の形状に沿って賦形する移動機構と、を備え、前記賦形型は、本体部（１１）と、前記軸線方向に沿って延びる揺動軸（１２ｄ）回りに揺動可能に基端部（１２ｂ）が前記本体部に取り付けられるとともに前記壁部領域と対応する形状に形成された接触面（１２ａ）を有する板状の賦形部（１２）と、前記賦形型が前記移動機構により前記底部領域に近づくように移動する際に、前記賦形部の先端部（１２ｃ）が前記積層体を前記壁部領域に押し付ける加圧力を発生する加圧部（１３）と、を有し、前記賦形部は、前記先端部が前記高さ方向の所定位置に到達したことに応じて、前記先端部により前記壁部領域に沿って賦形された前記積層体の領域に前記接触面を接触させて前記積層体が前記壁部領域に押し付けられた状態を保持する。
本開示に係る賦形装置によれば、賦形治具と、賦形型と、賦形型又は賦形治具を移動させる移動機構を備える。賦形治具は、第１高さを有する底部領域と第１高さよりも高い第２高さを有する頂部領域の双方に隣接して第２高さから第１高さまで漸次高さが減少する壁部領域を有する。賦形型は、頂部領域および壁部領域に対応する形状を有する。移動機構により高さ方向に沿って賦形型が賦形治具の底部領域に近づくように賦形型又は賦形治具を移動させることにより、賦形治具の頂部領域に載置される積層体が賦形治具の形状に沿って賦形される。
また、本開示に係る賦形装置によれば、移動機構により賦形型が底部領域に近づくように賦形型又は賦形治具が移動する際に、賦形型の加圧部が、板状の賦形部の先端部が積層体を壁部領域に押し付ける加圧力を発生する。そのため、移動機構により賦形型が底部領域に近づくにつれて、板状の賦形部の先端部が積層体を賦形治具の壁部領域に押し付け、皺（リンクル）を発生させずに連続的に積層体を賦形する。
また、本開示に係る賦形装置によれば、賦形部は、先端部が高さ方向の所定位置に到達したことに応じて、先端部により壁部領域に沿って賦形された積層体の領域に賦形部の接触面を接触させて積層体が壁部領域に押し付けられた状態を保持する。これにより、積層体を賦形治具の形状に沿って賦形した状態を確実に維持することができる。
本開示に係る賦形装置は、前記賦形治具は、前記幅方向において、前記頂部領域に隣接する一対の前記壁部領域と、一対の前記壁部領域に隣接する一対の前記底部領域と、を有し、前記賦形型は、前記頂部領域および一対の前記壁部領域に対応する形状を有し、前記賦形型は、一対の前記賦形部と、一対の前記加圧部と、を有する構成としてもよい。
本構成に係る賦形装置は、賦形治具が、頂部領域に隣接する一対の壁部領域と、一対の壁部領域に隣接する一対の底部領域とを有する。また、賦形型は、頂部領域および一対の壁部領域に対応する形状を有する。そのため、本構成に係る賦形装置によれば、積層体を、頂部領域と頂部領域に隣接する一対の壁部領域とを有するハット型形状あるいはＣ型形状に賦形することができる。
本開示に係る賦形装置は、前記積層体を前記頂部領域へ押圧する押圧部（１４）を備え、前記移動機構は、前記積層体が前記押圧部により押圧された状態で、前記高さ方向に沿って前記底部領域に近づくように前記賦形型を移動させる構成としてもよい。
本構成の賦形装置によれば、積層体を押圧部により賦形治具の頂部領域へ押圧することにより、賦形治具の頂部領域に形状に沿って積層体を賦形することができる。また、積層体が押圧部により押圧された状態で賦形型を移動させるため、積層体を賦形する際に、賦形治具の頂部領域に載置される積層体が頂部領域からずれることを確実に防止することができる。
本開示に係る賦形装置は、前記軸線方向に沿って配置される複数の前記賦形型を備え、前記移動機構は、複数の前記賦形型を前記高さ方向に沿って前記底部領域に近づくように移動させる構成としてもよい。
本構成の賦形装置によれば、複数の賦形型が軸線方向に沿って配置されるため、複数の賦形型の軸線方向の長さに応じた積層体の各領域をそれぞれ賦形することができる。また、軸線方向に沿った形状が変化する賦形治具を用いる場合には、軸線方向の各領域の賦形型の形状をそれぞれの領域の賦形治具の形状に対応したものとすることで、賦形治具の軸線方向の形状に沿って積層体を適切に賦形することができる。
本開示に係る賦形装置は、前記積層体に含まれる前記樹脂材料を軟化温度以上に加熱する加熱機構を備える構成としてもよい。
本構成の賦形装置によれば、加熱機構により積層体に含まれる樹脂材料を軟化温度以上に加熱しながら賦形することができるため、積層体を賦形する前に、積層体に含まれる樹脂材料を予め加熱する工程を不要とすることができる。
本開示に係る賦形装置において、前記本体部は、前記移動機構に取り付けられており、前記移動機構は、前記高さ方向に沿って前記賦形型が前記底部領域に近づくように前記本体部を移動させる構成としてもよい。
本構成の賦形装置によれば、移動機構により賦形型の本体部を移動させることにより、賦形型を賦形治具の底部領域に近づけることができる。
以上説明した実施形態に記載の賦形方法は、例えば以下のように把握される。
本開示に係る賦形方法は、繊維基材と樹脂材料を含むシート状の複数の複合材料を積層して平坦状に形成された積層体に賦形型を押し当てて賦形治具の形状に賦形する賦形方法であって、前記賦形治具は、軸線方向に沿って延びるとともに前記軸線方向に直交する幅方向において、第１高さを有する底部領域と、前記第１高さよりも高い第２高さを有する頂部領域と、前記底部領域および前記頂部領域の双方に隣接し前記第２高さから前記第１高さまで漸次高さが減少する壁部領域とを有し、前記賦形型は、前記賦形治具の前記頂部領域および前記壁部領域に対応する形状であり、本体部と、前記軸線方向に沿って延びる揺動軸回りに揺動可能に基端部が前記本体部に取り付けられるとともに前記壁部領域と対応する形状に形成された接触面を有する板状の賦形部と、前記賦形型が前記底部領域に近づくように移動する際に、前記賦形部の先端部が前記積層体を前記壁部領域に押し付ける加圧力を発生する加圧部と、を有し、前記軸線方向および前記幅方向の双方に直交する高さ方向に沿って前記賦形型が前記底部領域に近づくように前記賦形型又は前記賦形治具を移動させ、前記賦形治具の前記頂部領域に載置される前記積層体を前記賦形治具の形状に沿って賦形する賦形工程を備え、前記賦形工程は、前記先端部が前記高さ方向の所定位置に到達したことに応じて、前記先端部により前記壁部領域に沿って賦形された前記積層体の領域に前記接触面を接触させて前記積層体が前記壁部領域に押し付けられた状態を保持する。
本開示に係る賦形方法によれば、積層体に賦形型を押し当てることにより、積層体が賦形治具の形状に賦形される。賦形治具は、第１高さを有する底部領域と第１高さよりも高い第２高さを有する頂部領域の双方に隣接して第２高さから第１高さまで漸次高さが減少する壁部領域を有する。賦形型は、頂部領域および壁部領域に対応する形状を有する。賦形工程により高さ方向に沿って賦形治具の底部領域に近づくように賦形型を移動させることにより、賦形治具の頂部領域に載置される積層体が賦形治具の形状に沿って賦形される。
また、本開示に係る賦形方法によれば、賦形工程により賦形型が底部領域に近づくように移動する際に、賦形型の加圧部が、板状の賦形部の先端部が積層体を壁部領域に押し付ける加圧力を発生する。そのため、賦形工程により賦形型が底部領域に近づくにつれて、板状の賦形部の先端部が積層体を賦形治具の壁部領域に押し付け、皺（リンクル）を発生させずに連続的に積層体を賦形する。
また、本開示に係る賦形方法によれば、賦形部は、先端部が高さ方向の所定位置に到達したことに応じて、先端部により壁部領域に沿って賦形された積層体の領域に賦形部の接触面を接触させて積層体が壁部領域に押し付けられた状態を保持する。これにより、積層体を賦形治具の形状に沿って賦形した状態を確実に維持することができる。
本開示に係る賦形方法においては、前記積層体を前記頂部領域へ押圧する押圧工程を備え、前記賦形工程は、前記押圧工程により前記積層体が押圧された状態で、前記高さ方向に沿って前記底部領域に近づくように前記賦形型を移動させる構成としてもよい。
本構成の賦形方法によれば、押圧工程により積層体を賦形治具の頂部領域へ押圧することにより、賦形治具の頂部領域に形状に沿って積層体を賦形することができる。また、賦形工程は、積層体が押圧された状態で賦形型を移動させるため、積層体を賦形する際に、賦形治具の頂部領域に載置される積層体が頂部領域からずれることを確実に防止することができる。
本開示に係る賦形方法においては、前記賦形工程は、前記軸線方向（ＡＤ）に沿って配置される複数の前記賦形型（１０）を前記高さ方向（ＨＤ）に沿って前記底部領域（２１）に近づくように移動させる構成としてもよい。
本構成の賦形方法によれば、複数の賦形型が軸線方向に沿って配置されるため、複数の賦形型の軸線方向の長さに応じた積層体の各領域をそれぞれ賦形することができる。また、軸線方向に沿った形状が変化する賦形治具を用いる場合には、軸線方向の各領域の賦形型の形状をそれぞれの領域の賦形治具の形状に対応したものとすることで、賦形治具の軸線方向の形状に沿って積層体を適切に賦形することができる。
本開示に係る賦形方法においては、前記積層体に含まれる前記樹脂材料を軟化温度以上に加熱する加熱工程を備える構成としてもよい。
本構成の賦形方法によれば、加熱工程により積層体に含まれる樹脂材料を軟化温度以上に加熱しながら賦形することができるため、積層体を賦形する前に、積層体に含まれる樹脂材料を予め加熱する工程を不要とすることができる。
本開示に係る賦形方法においては、前記賦形工程により、前記先端部により前記壁部領域に沿って賦形された前記積層体の領域に前記接触面を接触させて前記積層体が前記壁部領域に押し付けられた状態で、前記積層体に含まれる前記樹脂材料の温度を前記軟化温度未満に冷却する冷却工程を備える構成としてもよい。
本構成の賦形方法によれば、賦形部の接触面を接触させて積層体が壁部領域に押し付けられた状態で、積層体に含まれる樹脂材料の温度が軟化温度未満に冷却される。冷却工程を経た後に賦形型を取り外すことで、積層体を賦形治具の形状に沿って賦形した状態を確実に維持することができる。
本開示に係る賦形方法において、前記賦形工程は、前記高さ方向に沿って前記賦形型が前記底部領域に近づくように前記本体部を移動させる構成としてもよい。
本構成の賦形方法によれば、賦形工程において賦形型の本体部を移動させることにより、賦形型を賦形治具の底部領域に近づけることができる。
１０ 賦形型
１０ａ 上面
１０ｂ 下面
１０ｃ 凹部
１０ｄ，１０ｅ 平坦部
１１ 本体部
１２ 賦形部
１２ａ 接触面
１２ｂ 基端部
１２ｃ 先端部
１３ 加圧部
１４ 押圧部
１４ａ 押圧部材
１４ｂ 移動部材
２０ 賦形治具
２１ 底部領域
２２ 頂部領域
２３ 壁部領域
３０ 移動機構
４０ 加熱機構
１００ 賦形装置
２００ 積層体
２００ａ 下面
２００ｂ 上面
ＡＤ 軸線方向
ＨＤ 高さ方向
Ｓ 設置面
ＷＤ 幅方向
Ｘ 軸線
θ 傾斜角度

Claims (12)

  1. 繊維基材と樹脂材料を含むシート状の複数の複合材料を積層した積層体を賦形する賦形装置であって、
    軸線方向に沿って延びるとともに前記軸線方向に直交する幅方向において、第１高さを有する底部領域と、前記第１高さよりも高い第２高さを有する頂部領域と、前記底部領域および前記頂部領域の双方に隣接し前記第２高さから前記第１高さまで漸次高さが減少する壁部領域とを有する賦形治具と、
    前記賦形治具の前記頂部領域および前記壁部領域に対応する形状を有する賦形型と、
    前記軸線方向および前記幅方向の双方に直交する高さ方向に沿って前記賦形型が前記底部領域に近づくように前記賦形型又は前記賦形治具を移動させ、前記賦形治具の前記頂部領域に載置される前記積層体を前記賦形治具の形状に沿って賦形する移動機構と、を備え、
    前記賦形型は、
    本体部と、
    前記軸線方向に沿って延びる揺動軸回りに揺動可能に基端部が前記本体部に取り付けられるとともに前記壁部領域と対応する形状に形成された接触面を有する板状の賦形部と、
    前記賦形型が前記移動機構により前記底部領域に近づくように移動する際に、前記賦形部の先端部が前記積層体を前記壁部領域に押し付ける加圧力を発生する加圧部と、を有し、
    前記賦形部は、前記先端部が前記移動機構により前記底部領域に近づくように移動して前記高さ方向の所定位置に到達する際に前記壁部領域の傾斜角度と一致するように前記揺動軸回りに揺動し、前記先端部により前記壁部領域に沿って賦形された前記積層体の領域に前記接触面を接触させて前記積層体が前記壁部領域に押し付けられた状態を保持する賦形装置。
  2. 前記賦形治具は、前記幅方向において、前記頂部領域に隣接する一対の前記壁部領域と、一対の前記壁部領域に隣接する一対の前記底部領域と、を有し、
    前記賦形型は、前記頂部領域および一対の前記壁部領域に対応する形状を有し、
    前記賦形型は、
    一対の前記賦形部と、
    一対の前記加圧部と、を有する請求項１に記載の賦形装置。
  3. 前記賦形治具は、前記積層体を前記頂部領域へ押圧する押圧部を備え、
    前記移動機構は、前記積層体が前記押圧部により押圧された状態で、前記高さ方向に沿って前記底部領域に近づくように前記賦形型を移動させる請求項１または請求項２に記載の賦形装置。
  4. 前記軸線方向に沿って配置される複数の前記賦形型を備え、
    前記移動機構は、複数の前記賦形型を前記高さ方向に沿って前記底部領域に近づくように移動させる請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の賦形装置。
  5. 前記積層体に含まれる前記樹脂材料を軟化温度以上に加熱する加熱機構を備える請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の賦形装置。
  6. 前記本体部は、前記移動機構に取り付けられており、
    前記移動機構は、前記高さ方向に沿って前記賦形型が前記底部領域に近づくように前記本体部を移動させる請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の賦形装置。
  7. 繊維基材と樹脂材料を含むシート状の複数の複合材料を積層した積層体に賦形型を押し当てて賦形治具の形状に賦形する賦形方法であって、
    前記賦形治具は、軸線方向に沿って延びるとともに前記軸線方向に直交する幅方向において、第１高さを有する底部領域と、前記第１高さよりも高い第２高さを有する頂部領域と、前記底部領域および前記頂部領域の双方に隣接し前記第２高さから前記第１高さまで漸次高さが減少する壁部領域とを有し、
    前記賦形型は、
    前記賦形治具の前記頂部領域および前記壁部領域に対応する形状であり、
    本体部と、
    前記軸線方向に沿って延びる揺動軸回りに揺動可能に基端部が前記本体部に取り付けられるとともに前記壁部領域と対応する形状に形成された接触面を有する板状の賦形部と、
    前記賦形型が前記底部領域に近づくように移動する際に、前記賦形部の先端部が前記積層体を前記壁部領域に押し付ける加圧力を発生する加圧部と、を有し、
    前記軸線方向および前記幅方向の双方に直交する高さ方向に沿って前記賦形型が前記底部領域に近づくように前記賦形型又は前記賦形治具を移動させ、前記賦形治具の前記頂部領域に載置される前記積層体を前記賦形治具の形状に沿って賦形する賦形工程を備え、
    前記賦形工程において、前記賦形部は、前記先端部が前記底部領域に近づくように移動して前記高さ方向の所定位置に到達する際に前記壁部領域の傾斜角度と一致するように前記揺動軸回りに揺動し、前記先端部により前記壁部領域に沿って賦形された前記積層体の領域に前記接触面を接触させて前記積層体が前記壁部領域に押し付けられた状態を保持する賦形方法。
  8. 前記積層体を前記頂部領域へ押圧する押圧工程を備え、
    前記賦形工程は、前記押圧工程により前記積層体が押圧された状態で、前記高さ方向に沿って前記底部領域に近づくように前記賦形型を移動させる請求項７に記載の賦形方法。
  9. 前記賦形工程は、前記軸線方向に沿って配置される複数の前記賦形型を前記高さ方向に沿って前記底部領域に近づくように移動させる請求項７または請求項８に記載の賦形方法。
  10. 前記積層体に含まれる前記樹脂材料を軟化温度以上に加熱する加熱工程を備える請求項７から請求項９のいずれか一項に記載の賦形方法。
  11. 前記賦形工程により、前記先端部により前記壁部領域に沿って賦形された前記積層体の領域に前記接触面を接触させて前記積層体が前記壁部領域に押し付けられた状態で、前記積層体に含まれる前記樹脂材料の温度を前記軟化温度未満に冷却する冷却工程を備える請求項１０に記載の賦形方法。
  12. 前記賦形工程は、前記高さ方向に沿って前記賦形型が前記底部領域に近づくように前記本体部を移動させる請求項７から請求項１１のいずれか一項に記載の賦形方法。
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