WO2021171488A1

WO2021171488A1 - 複合材部材の製造方法及び複合材部材の製造装置

Info

Publication number: WO2021171488A1
Application number: PCT/JP2020/008050
Authority: WO
Inventors: 哲行益子; 祐樹可児
Original assignee: 三菱重工業株式会社
Priority date: 2020-02-27
Filing date: 2020-02-27
Publication date: 2021-09-02

Abstract

繊維と樹脂とを含む複合材部材（１）の両端をクランプするクランプ工程と、クランプ工程によってクランプされた複合材部材（１）の両端間に沿う長手方向（Ｌ１）に張力を付加する張力付加工程と、張力付加工程によって張力が付加された状態で複合材部材（１）を変形させて所望の曲げ形状を得る曲げ工程と、を有し、曲げ工程は、複合材部材（Ｌ１）の曲げ変形中に、クランプされた複合材部材（１）の一方の端部（１ａ）と他方の端部（１ｂ）とがなす角を一定に維持する角度維持工程を有している。

Description

複合材部材の製造方法及び複合材部材の製造装置

　本開示は、繊維と樹脂とを含む複合材部材の製造方法及び複合材部材の製造装置に関するものである。

　繊維と樹脂とを含む複合材部材を曲げ成形する際、曲げ中心に近い側の繊維と遠い側の繊維とで周長差が発生し、リンクル（wrinkle）などの成形不良が発生する。曲げ成形の際に発生する周長差を幾何学的に説明すると次の通りである。曲げの前後で部材端面のなす角が変化することにより、曲げ中心に近い側は複合材部材の曲げ中心から見た周長が曲げ中心から遠い側よりも短くなる。このため曲げの中立軸よりも内側は圧縮方向に力が働き、中立軸よりも外側は引っ張り方向に力が働く。したがって、曲げ中心に近い側ではリンクルが発生する。

　下記特許文献１では、マンドレルのコーナ部で複合材部材を折り曲げる際に発生する層間のずれを、複合材部材のオーバーハング部を持ち上げて層間の周長差を低減するようにしている（特許文献１のfig.4B）。

米国特許出願公開第２００４／００４３１９６号明細書

　特許文献１のように、板状とされた複合材部材の平面が凸または凹となるように曲げが生じる面外方向の曲げ成形を行う場合（面外曲げについて図１３Ａ参照）は、複合材部材１００の板厚寸法ｔ分が曲げ半径の差になり、周長差は板厚寸法ｔに比例する。このため、特許文献１のように複合材部材のオーバーハング部を持ち上げることで周長差を低減することは可能である。しかし、板厚が大きい場合には、特許文献１のように複合材部材のオーバーハング部を持ち上げるだけではリンクルが発生してしまうおそれがある。

　一方で、複合材部材の平面内で曲げが生じる面内方向の曲げ成形を行う場合（面内曲げについて図１３Ｂ参照）は、複合材部材１００の幅寸法ｗ分が曲げ半径の差になり、周長差は幅寸法ｗの寸法に比例する。一般的に、成形対象となる複合材部材１００の幅寸法ｗは、板厚寸法ｔと比較して大きなものであり、面内方向に曲げ成形を施す場合はリンクルの発生を抑制することが面外方向の曲げ成形よりも困難となる場合がある。

　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、複合材部材を曲げ成形する際に発生するリンクルを抑制することができる複合材部材の製造方法及び複合材部材の製造装置を提供することを目的とする。

　本開示の一態様に係る複合材部材の製造方法は、繊維と樹脂とを含む複合材部材の両端をクランプするクランプ工程と、前記クランプ工程によってクランプされた前記複合材部材の両端間に沿う長手方向に張力を付加する張力付加工程と、前記張力付加工程によって張力が付加された状態で前記複合材部材を変形させて所望の曲げ形状を得る曲げ工程と、を有し、前記曲げ工程は、前記複合材部材の曲げ変形中に、クランプされた前記複合材部材の一方の端部と他方の端部とがなす角を一定に維持する角度維持工程を有している。

　本開示の一態様に係る複合材部材の製造装置は、繊維と樹脂とを含む複合材部材の両端をクランプするクランプ装置と、前記クランプ装置を制御する制御装置と、曲面を有するマンドレルと、を備え、前記制御装置は、前記複合材部材の両端間に沿う長手方向に張力が付加された状態で、前記マンドレルの前記曲面に対して前記複合材部材の側部を押し当てることによって前記複合材部材を変形させて所望の曲げ形状とするように前記クランプ装置を制御するとともに、前記複合材部材の曲げ変形中に、クランプされた前記複合材部材の一方の端部と他方の端部とがなす角が一定に維持されるように前記クランプ装置を制御する。

　複合材部材を曲げ成形する際に発生するリンクルを抑制することができる。

本開示の第１実施形態に係る曲げ成形法を示した模式図である。図１の右図のように曲げ変形した状態を示した図である。第１実施形態に係る複合材部材の製造装置を示した平面図である。図３Ａの状態からさらに曲げ変形が進行した状態を示した平面図である。第１実施形態に係る複合材部材の製造装置を示した斜視図である。複合材部材に付加される摩擦力の分布を示した模式図である。図４の複合材部材の製造装置を示した側面図である。第１実施形態に係る複合材部材の製造方法を示したフローチャートである。第２実施形態に係る複合材部材の製造装置を示した平面図である。図８のＡ－Ａ断面図である。変形例１を示した斜視図である。変形例２を示した斜視図である。変形例３を示した側面図である。図１２Ａの押付板間に複合材部材を挟んだ状態を示した側面図である。面外変形を示した模式図である。面内変形を示した模式図である。

　以下に、本開示に係る実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
　以下、本開示の第１実施形態について説明する。
　図１には、本実施形態に係る複合材部材１の曲げ成形方法が模式的に示されている。この曲げ成形方法を用いて所望の複合材部材１を製造する。
　複合材部材１は、樹脂と炭素繊維等の繊維とを含む複合材料から構成されている。なお、本明細書において説明する複合材部材１は、硬化前の状態とされている。複合材部材１は、熱可塑性であってもよく、熱硬化性であっても良い。複合材部材１は、例えば航空機や、船舶、車両等の構造材に用いることができる。複合材部材１に用いられる複合材料としては、例えば、炭素繊維強化プラスチック（CFRP）、ガラス繊維強化プラスチック（GFRP：Glass　Fiber　Reinforced　Plastic）、アラミド繊維強化プラスチック（AFRP：Aramid　Fiber　Reinforced　Plastic）等が挙げられる。

　図１において、複合材部材１は平面視されている。複合材部材１は長尺の平板形状とされている。なお、複合材部材１の形状は、横断面が矩形状とされた平板形状に限定されるものではなく、横断面がＬ字形状やＵ字形状とされていても良い。複合材部材１の長手方向Ｌ１には、複数の０°層の繊維３が平行に延在している。０°層は、複合材部材１の最表面に位置していてもよく、また積層方向（板厚方向）の任意の層に位置しても良い。複合材部材１は、０°層に対して板厚方向に＋４５°層、－４５°層及び９０°層が複数積層されている。なお、＋４５°層、－４５°層及び９０°層のうちのいずれか１つ以上の層を省略しても良い。また、複合材部材１の最表面に、＋４５°層、－４５°層又は９０°層を位置させても良い。

　複合材部材１の幅方向Ｌ２は、長手方向Ｌ１に直交する方向とされている。したがって、複合材部材１の板厚方向Ｌ３（例えば図４参照）は、図１において紙面垂直方向となる。すなわち、図１は複合材部材１を平面視で示しているので、複合材部材１の板厚方向Ｌ３は図１の紙面に対して垂直な方向となる。

　図１の左図は、曲げ変形前の状態を示し、図１の右図は曲げ変形後の状態を示す。曲げ中心Ｏ１周りに曲げ変形させた時の曲げの中立軸Ｃ１を示す。曲げの中立軸Ｃ１（以下、単に「中立軸Ｃ１」という。）は、曲げ中心Ｏ１を中心として複合材部材１を曲げた場合に、複合材部材１の長手方向Ｌ１に伸びも縮みも生じない軸である。曲げ中心Ｏ１周りに曲げ変形させる時は、長手方向Ｌ１及び幅方向Ｌ２を含む面内で曲げ変形が行われるので、面内曲げ変形となる。

　曲げ成形時にクランプされる複合材部材１の端部１ａ，１ｂが太実線で示されている。クランプされた端部１ａ，１ｂ間が離間する方向に複合材部材１の長手方向Ｌ１に張力を付加した状態で曲げ変形が行われる。

　クランプされた両側の端部１ａ，１ｂは、それぞれ幅方向Ｌ２に延在している。したがって、クランプされた両端部１ａ，１ｂが平行に延在しているので、クランプされた一方の端部１ａと他方の端部１ｂとがなす角は０°とされる。両端部１ａ，１ｂは、一方の端部１ａと他方の端部１ｂの両方を意味する。なお、クランプされた両端部１ａ，１ｂのなす角は、クランプされた状態に依存するので、図１のように０°に限定されるものではない。

　図１の左図の矢印Ａ１で示すように曲げ中心Ｏ１周りに面内曲げ変形を行うと、図１の右図のようになる。同図に示すように、複合材部材１は円弧状に変形させられる。この曲げ変形の際に、クランプされた両端部１ａ，１ｂのなす角は一定に維持されている。すなわち、一般的な曲げ変形を行ったときのように、クランプされた両端部１ａ’，１ｂ’の中立軸Ｃ１よりも曲げ中心Ｏ１側が近づき、かつクランプされた両端部１ａ’，１ｂ’の中立軸Ｃ１よりも曲げ中心Ｏ１の反対側が離れるように、クランプされた両端部１ａ’，１ｂ’同士のなす角が変化するのではない。なお、図１の右図では、比較例として示した端部１ａ’，１ｂ’は、本実施形態の端部１ａ，１ｂよりも細い実線で示されている。
　このように複合材部材１の一方の端部１ａ’と他方の端部１ｂ’とがなす角を変化させて両端部１ａ’，１ｂが曲げ中心Ｏ１側に向くように曲げ変形を行うと、曲げ中心Ｏ１側（中立軸Ｃ１の内側）では周長が曲げによって短くなり複合材部材１の中立軸Ｃ１の内側が収縮してリンクルが発生するおそれがある。

　これに対して、本実施形態では、上述のように、複合材部材１を曲げ変形させる際に、クランプされた一方の端部１ａと他方の端部１ｂとが平行関係を維持するように互いがなす角を一定に維持することとした。このようにすることで、図２の矢印Ａ２に示すように、曲げ変形時には、曲げ中心Ｏ１側に位置する部分ほど複合材部材１が長手方向Ｌ１に伸張する方向に変形力が複合材部材１に付加されるようになる。
　これにより、曲げ中心Ｏ１側において曲げ前後で周長が短くなることを抑制でき、複合材部材１の曲げ中心Ｏ１側が収縮してリンクルが発生することを抑制できる。

　次に、上記曲げ変形を実現する装置について説明する。
　図３Ａに示されているように、複合材部材１の製造装置１０は、複合材部材１の両端をクランプするクランプ装置１２と、マンドレル１４と、円錐台ローラ（伸張部材）１６とを備えている。
　クランプ装置１２は、制御装置（図示せず）によって制御され、複合材部材１の両端をクランプした状態で矢印Ａ３方向に駆動させることで複合材部材１に対して長手方向Ｌ１に張力を与える。なお、クランプ装置１２の両側が可動とされていても良く、一方のクランプ装置１２が固定とされ、他方のクランプ装置１２が可動とされていても良い。
　クランプ装置１２によってクランプされた位置が、図１に示したクランプされた端部１ａ，１ｂとなる。
　クランプ装置１２は、制御装置の指令によって、複合材部材１をクランプした状態で、マンドレル１４に対して接近するように移動する。

　マンドレル１４は、所望の曲げ形状に対応した曲面１４ａを有している。曲面１４ａは、複合材部材１に凸となる曲面形状とされている。マンドレル１４は、図示しない架台等に固定され不動とされている。

　円錐台ローラ１６は、円錐台形状とされている。円錐台ローラ１６の大径側が曲げ中心Ｏ１側（マンドレル１４側）に位置するように配置されている。円錐台ローラ１６の回転軸線Ｃ２は、複合材部材１の略幅方向Ｌ２に延在している。具体的には、円錐台ローラ１６の回転軸線Ｃ２は、制御装置によって、マンドレル１４の曲面１４ａに直交する方向に適宜位置が変化する。円錐台ローラ１６は、制御装置によって、複合材部材１の長手方向Ｌ１すなわち並進方向Ｍ１に移動される。

　図４に示されているように、円錐台ローラ１６は、複合材部材１の板厚方向Ｌ３に２つ設けられている。円錐台ローラ１６の回転軸線Ｃ２方向の軸方向長さは、複合材部材１の幅方向Ｌ２の長さよりも長い。これにより、複合材部材１の幅方向Ｌ２の全体に対して円錐台ローラ１６の側周面を当接させることができる。両円錐台ローラ１６で複合材部材１を挟み込むことによって複合材部材１の両面に摩擦力を与える。
　円錐台ローラ１６は、制御装置の指令によって所定回転数で回転軸線Ｃ２回りに回転駆動される。回転方向Ｒ１は、複合材部材１側において円錐台ローラ１６の並進方向Ｍ１と同一方向となるようになっている。円錐台ローラ１６によって得られる複合材部材１の表面における周速は、並進方向Ｍ１の円錐台ローラ１６の並進速度よりも大きくなるように設定されている。すなわち、円錐台ローラ１６によって複合材部材１の表面にバックスピンがかけられるようになっている。これにより、複合材部材１の表面に局所的に摩擦力を与えて複合材部材１を長手方向Ｌ１に伸ばすようになる。
　円錐台ローラ１６の大径側がマンドレル１４（図３Ａ参照）側に配置されているので、マンドレル１４側ほど円錐台ローラ１６の周速が大きくなる。これにより、図５に示すように、マンドレル１４側すなわち曲げ中心Ｏ１側ほど大きな摩擦力が複合材部材１の表面に作用するようになっている。

　図４に示されているように、複合材部材１の曲げ中心Ｏ１側とは反対側に押当ローラ（押当部材）１８が設けられている。押当ローラ１８は円柱形状とされており、中心軸線Ｃ３回りに回転自由とされている。押当ローラ１８は、制御装置によって、複合材部材１の長手方向Ｌ１に移動される。これにより、押当ローラ１８は、複合材部材１の一方の側部１ｃを押圧してマンドレル１４（図３Ａ参照）の曲面１４ａに対して複合材部材１の他方の側部１ｄを押し当てる。押当ローラ１８の移動に伴い、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、複合材部材１の曲げ変形の形状が長手方向Ｌ１に順次決定されていく。なお、図３Ａ及び図３Ｂでは、図示の簡略化のために押当ローラ１８が省略されている。

　図６には、複合材部材１に対する円錐台ローラ１６と押当ローラ１８の位置関係が示されている。同図に示すように、複合材部材１は、円錐台ローラ１６によって板厚方向Ｌ３から挟まれるとともに、曲げ中心側に向けて押当ローラ１８によってマンドレル１４（図３Ａ参照）の曲面１４ａに対して押し当てられる。

　図４及び図６に示したように、円錐台ローラ１６による複合材部材１への摩擦力の付与と、押当ローラ１８によるマンドレル１４側への押し当ては同期して行われる。

　制御装置は、例えば、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。なお、プログラムは、ＲＯＭやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、半導体メモリ等である。

　次に、上述した複合材部材１の製造装置１０を用いた複合材部材１の製造方法について図７を用いて説明する。
　先ず、図３Ａに示したように、所望形状の曲面１４ａを有するマンドレル１４を固定設置する（マンドレル配置工程Ｓ１）。
　そして、複合材部材１の両端をクランプ装置１２によってクランプし（クランプ工程Ｓ２）、クランプされた両端部１ａ，１ｂ（図１参照）間に張力を与える（張力付加工程Ｓ３）。
　次に、曲げ工程を開始する（ステップＳ４）。
　複合材部材１の長手方向Ｌ１における一方（図３Ａにおいて左方）から他方に向かって、複合材部材１の側部１ｄをマンドレル１４の曲面１４ａに押し当てる（押当工程Ｓ５）。押当工程Ｓ５は、図４及び図６に示した押当ローラ１８によって行われる。
　押当工程Ｓ５と同期させて、円錐台ローラ１６の側周面を複合材部材１の幅方向Ｌ２の全体に対して当接させて、円錐台ローラ１６によって複合材部材１の表面に摩擦力を局所的に付加して複合材部材１を長手方向Ｌ１に伸ばす伸張工程Ｓ６が行われる。
　複合材部材１は、長手方向Ｌ１に向かってマンドレル１４の曲面１４ａに順次押し当てられて曲げ変形させられながら、複合材部材１の全体を曲げ変形される。
　以上の押当工程Ｓ５及び伸張工程Ｓ６を含む曲げ工程の全体にわたって、クランプ装置１２の位置及び姿勢を制御することによって、図１に示したように、クランプされた複合材部材１の一方の端部１ａと他方の端部１ｂとがなす角が一定に維持される（角度維持工程Ｓ７）。
　所定の変形量を複合材部材１に付与した後に、曲げ工程が終了する（ステップＳ８）
　以上の各工程Ｓ１～Ｓ８によって、複合材部材１に対する面内曲げ変形が行われる。なお、上述した各工程Ｓ１～Ｓ８は、あくまでも例示であって、適宜変更することができる。

　曲げ工程を行って所望の曲げ形状を得た後（すなわちステップＳ８で曲げ工程が終了した後）に、クランプ装置１２によってクランプされていた端部１ａ，１ｂ（図１参照）を所望形状に切断する切断工程を設けても良い。これにより、クランプされた一方の端部１ａと他方の端部１ｂとがなす角が一定となるように維持することとしたので、曲げ工程後のクランプされた端部１ａ，１ｂの形状が所望形状となっていない場合がある。そこで、クランプされていた端部１ａ，１ｂを所望形状に切断することで所望形状を得ることができる。

　以上説明した本実施形態の作用効果は以下の通りである。
　複合材部材１をマンドレル１４に押し当てて曲げる際に、クランプされた複合材部材１の一方の端部１ａと他方の端部１ｂとがなす角を一定に維持するようにした。これにより、曲げ中心Ｏ１側であっても曲げ前後で周長が短くなることを抑制できる。よって、複合材部材１の曲げ中心側が収縮してリンクルが発生することを抑制できる。

　円錐台ローラ１６によって、複合材部材１の曲げ中心Ｏ１側の表面に局所的に摩擦力を与えて複合材部材１を長手方向Ｌ１に伸ばすこととした。すなわち、局所的に摩擦力が与えられた部分が引っ張られて伸ばされることになる。この局所的に摩擦力が与えられた表面を介して長手方向Ｌ１への引張力が複合材部材１の板厚方向Ｌ３に伝達される。これにより、複合材部材１の曲げ中心Ｏ１側にリンクルが発生することを抑制できる。

　円錐台ローラ１６の外周面を複合材部材１の表面に当接させて円錐台ローラ１６を回転させることとしたので、大径側ほど周速が大きくなり摩擦力が大きくなる。そして、円錐台ローラ１６の大径側を複合材部材１の曲げ中心Ｏ１側に配置することとした。これにより、円錐台ローラ１６の大径側が配置された曲げ中心Ｏ１側ほど摩擦力を大きくすることができ、曲げ中心Ｏ１側ほど発生しやすいリンクルを抑制することができる。

　円錐台ローラ１６の側周面を複合材部材１の幅方向Ｌ２の全体に当接させて局所的に摩擦力を付加することとした。これにより、複合材部材１の曲げ中心Ｏ１側ほど大きい摩擦力が付加されるものの、複合材部材の表面の幅方向Ｌ２の全体に摩擦力が付加されるので、複合材部材１の表面の品質を安定させることができる。
　例えば、円錐台ローラ１６の軸方向長さを短くして複合材部材１の幅方向Ｌ２の曲げ中心Ｏ１側のみに局所的に摩擦力を付加する一方で、曲げ中心Ｏ１からみて円錐台ローラ１６の外側に位置する複合材部材１の外側側部分に対して摩擦力を付加しない構成も採用することができる。しかし、摩擦力が付加されない表面が残ることで付加した摩擦力の分布が不連続になり、複合材部材１の品質が不安定になるおそれがある。したがって、本実施形態のように複合材部材１の幅方向Ｌ２の全体に当接させて局所的に摩擦力を付加することで、複合材部材１に対して連続的に変化するように摩擦力を付加することが好ましい。

　マンドレル１４の曲面１４ａに対して複合材部材１の側部１ｄを長手方向Ｌ１に向かって順次押し当てて曲げる押当ローラ１８を設けた。この押当ローラ１８を、円錐台ローラ１６と同期させて制御することとした。これにより、マンドレル１４に複合材部材１の側部１ｄを押し当てて形状を付与する変形時に、局所的に摩擦力を付加して長手方向Ｌ１に複合材部材１を伸ばすことができるので、リンクルの発生を効果的に抑制できる。

［第２実施形態］
　次に、本開示の第２実施形態について、図８を用いて説明する。本実施形態は、第１実施形態に示した複合材部材１の製造装置１０を基本として、熱可塑性とされた複合材部材の面内曲げ変形に適用したものである。したがって、第１実施形態と共通する構成については、同一符号を付しその説明を省略する。
　図８に示すように、本実施形態の製造装置１０は、２つのヘッド２０を備えている。各ヘッド２０には、図９に示すように、２つの円錐台ローラ１６と、複数の押当ローラ１８’とを備えている。
　本実施形態の複合材部材２１は、図９のように横断面形状が屈曲したＬ字形状となっている。具体的には、複合材部材２１は、曲げ中心側（マンドレル１４側：図９において左側）のウェブ部２１ａと、ウェブ部２１ａに接続されると共に上方に約９０°屈曲されたフランジ部２１ｂとを備えている。したがって、複合材部材２１の曲げ変形の中立軸Ｃ１’は、フランジ部２１ｂ側に位置する。このため、円錐台ローラ１６による摩擦力の付与は、円錐台ローラ１６が当接するウェブ部２１ａの全体が中立軸Ｃ１’よりも内側になるので、複合材部材２１に対して面内曲げを行った場合にウェブ部２１ａの全体にリンクルが発生するおそれがある。したがって、ウェブ部２１ａの全体にわたって所定の摩擦力分布を付与することが好ましい。
　押当ローラ１８’は、フランジ部２１ｂの形状に沿って複数ヶ所に設けられている。

　図８に示すように、各ヘッド２０は、矢印Ａ４方向に、それぞれがマンドレル１４の中央から側方に向かって移動するように制御される。各ヘッド２０は、矢印Ａ４の移動方向における円錐台ローラ１６の上流側にはヒータ（加熱部材）２２が設けられ、矢印Ａ４の移動方向における円錐台ローラ１６の下流側にはクーラ（冷却部材）２４が設けられている。ヒータ２２は、例えば電気加熱式とされ、複合材部材２１を加熱する。クーラ２４は、例えば水冷コイルを備えた冷却手段とされ、複合材部材２１を冷却する。
　なお、図８に示した矢印Ａ５は、各ヘッド２０の軌跡を示す。このように、マンドレル１４の曲面１４ａに沿って各ヘッド２０が移動する。

　クランプ装置１２は、複合材部材２１の長手方向である矢印Ａ３方向に駆動されて複合材部材２１に対して張力を付加しつつ、曲げ工程の際には順次マンドレル１４側に向かいかつ矢印Ａ３方向に略直交する方向（矢印Ａ６方向）に移動される。

　本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
　複合材部材２１が熱可塑性とされている場合には、円錐台ローラ１６によって複合材部材２１に摩擦力を付加する前に複合材部材２１をヒータ２２で加熱することによって変形可能とする。そして、円錐台ローラ１６によって複合材部材２１に摩擦力を付加した後は、複合材部材２１をクーラ２４で冷却することによって形状を決定することができる。

［変形例］
　なお、上述した各実施形態に用いられた円錐台ローラ１６は、複合材部材１，２１を長手方向Ｌ１に伸ばす伸張部材として以下のように変形することができる。

＜変形例１＞
　図１０に示すように、伸張部材として円板３０を用いることとしても良い。
　円板３０は、回転中心となる中心軸線Ｃ４が複合材部材１の曲げ中心とは複合材部材１を挟んで反対側に配置されている。円板３０は、制御装置によって中心軸線Ｃ４回りに回転駆動される。回転方向Ｒ２は、複合材部材１側において円板３０の並進方向Ｍ１と同一方向となるようになっている。
　円板３０は、複合材部材１の板厚方向Ｌ３に離間して２つ設けられている。円板３０のディスク面（図１０における円板３０の上面又は下面）３０ａが複合材部材１の表面に当接させられた状態で回転させられる。これにより、円板３０の外周側ほど周速が大きくなることで摩擦力が大きくなり、曲げ中心側ほど大きな摩擦力を付加することができる。

＜変形例２＞
　図１１に示すように、伸張部材として複数の円柱ローラ４０を用いることとしても良い。
　各円柱ローラ４０は、複合材部材１の長手方向Ｌ１に直交する方向（幅方向Ｌ２）に所定の間隔を空けて設けられている。各円柱ローラ４０は、制御装置によって個別に回転制御される。

　各円柱ローラ４０は、同一形状とされており、それぞれが複合材部材１に向けて押圧されるようになっている。押圧力は、押圧部材４１を介して各円柱ローラ４０に与えられる。押圧力の大きさは、矢印Ａ７で示すように個別に設定される。

　円柱ローラ４０の複合材部材１を挟んだ反対側（図１１において下側）には、バックアップローラ４２が設けられている。すなわち、各円柱ローラ４０とバックアップローラ４２とは、複合材部材１の板厚方向Ｌ３において対となって設けられている。バックアップローラ４２は、複合材部材１の幅方向Ｌ２に延在した長尺状の円筒形状とされている。長尺状のバックアップローラ４２を用いることで、上方の各円柱ローラ４０を安定的に受け止めることができる。

　各円柱ローラ４０の外周面を複合材部材１の表面に当接させて、複合材部材１を長手方向Ｌ１に伸ばす回転方向Ｒ３（すなわち複合材部材１の並進方向Ｍ１に複合材部材１の表面を押出す方向）に各円柱ローラ４０を回転させるとともに、複合材部材１の曲げ中心側に位置する円柱ローラ４０ほど大きな摩擦力が生じるように制御する。すなわち、曲げ中心側に位置する円柱ローラ４０ほど大きな押圧力が加わるようにする（矢印Ａ７参照）。なお、図１１に示した矢印Ａ７の長さは押圧力の大きさを示している。これにより、複合材部材１の曲げ中心側ほど摩擦力を大きくすることができる。

　なお、円柱ローラ４０の制御としては、複合材部材１の曲げ中心側ほど複合材部材１に付加する摩擦力が大きくなるように制御すれば良く、例えば、各円柱ローラ４０の回転数を制御しても良い。また、各円柱ローラ４０の径を異ならせることによって円柱ローラ４０の周速を変化させるようにしても良い。

＜変形例３＞
　図１２Ａ及び図１２Ｂに示すように、伸張部材として押付板５０を用いることとしても良い。
　押付板５０は、複合材部材１の長手方向Ｌ１に直交する方向（幅方向Ｌ２）に延在する板状体である。

　図１２Ｂに示すように、押付板５０は、複合材部材１の板厚方向Ｌ３に間隔を空けて２つで一対として設けられている。押付板５０は、複数のバネ（押付力付加部材）５１によって、複合材部材１の表面に対して摺動状態で押し付けられている。各バネ５１は、押付板５０の延在方向（同図において幅方向Ｌ２）に間隔を空けて複数設けられている。各バネ５１のバネ定数は同一とされている。各バネ５１の固定端５１ａは、図示しない製造装置の固定部に固定されている。各固定端５１ａの位置は、図１２Ｂのように押付板５０の間に複合材部材１を間に挟んだ場合に、複合材部材１の幅方向Ｌ２に平行となる直線Ｌ４上に位置に設けられている。

　図１２Ａに示すように、押付板５０の間に複合材部材１を間に挟まない無負荷の状態において、バネ５１の自然長は曲げ中心側ほど長くなっている。これにより、図１２Ｂに示すように、一定厚さの複合材部材１を一対の押付板５０の間に挟んだ状態では、曲げ中心側ほど大きな押付力が加わるようになっている。これにより、複合材部材１の曲げ中心側ほど摩擦力を大きくすることができる。

　なお、押付板５０としては、単一の部材でもよく、幅方向Ｌ２に分割された複数の部材（板状体）で構成しても良い。
　また、バネ５１の固定端５１ａの位置は、直線Ｌ４上に一致させなくても良く、バネ５１の自然長を適宜変更することによって、複合材部材１の曲げ中心側ほど摩擦力を大きくするようにしても良い。

　なお、上記の各実施形態及びその各変形例では、複合材部材の面内曲げ（図１３Ｂ参照）を一例として説明したが、面外曲げ（図１３Ａ参照）に対しても適用することができる。

　以上説明した本開示の複合材部材の製造方法及び複合材部材の製造装置は、例えば以下のように把握される。

　本開示の一態様に係る複合材部材の製造方法は、繊維と樹脂とを含む複合材部材（１，２１）の両端をクランプするクランプ工程と、前記クランプ工程によってクランプされた前記複合材部材の両端間に沿う長手方向（Ｌ１）に張力を付加する張力付加工程と、前記張力付加工程によって張力が付加された状態で前記複合材部材を変形させて所望の曲げ形状を得る曲げ工程と、を有し、前記曲げ工程は、前記複合材部材の曲げ変形中に、クランプされた前記複合材部材の一方の端部（１ａ）と他方の端部（１ｂ）とがなす角を一定に維持する角度維持工程を有している。

　複合材部材の両端をクランプして張力を付加した状態で曲げる際に、複合材部材の一方の端部と他方の端部とがなす角を変化させて曲げ中心側に向くように曲げ変形を行うと、曲げ中心側では周長が曲げによって短くなり複合材部材が収縮してリンクルが発生するおそれがある。そこで、複合材部材を曲げて変形させる際に、クランプされた複合材部材の一方の端部と他方の端部とがなす角を一定に維持するようにした。これにより、曲げ中心側であっても曲げ前後で周長が短くなることを抑制できる。よって、複合材部材の曲げ中心側が収縮してリンクルが発生することを抑制できる。
　なお、複合材部材としては、曲げ工程中に塑性変形するものであればよく、熱硬化性でも熱可塑性でも良い。

　本開示の一態様に係る複合材部材の製造方法では、前記曲げ工程は、前記複合材部材の曲げ中心（Ｏ１）側の表面に局所的に摩擦力を付加して前記複合材部材を前記長手方向に伸ばす伸張工程を有している。

　複合材部材の曲げ中心側の表面に局所的に摩擦力を付加して複合材部材を長手方向に伸ばすこととした。すなわち、局所的に摩擦力が付加された部分が引っ張られて伸ばされることになる。これにより、複合材部材の曲げ中心側にリンクルが発生することを抑制できる。
　伸張工程では、複合材部材を曲げている部分に局所的に摩擦力を付与することが好ましい。

　本開示の一態様に係る複合材部材の製造方法では、前記摩擦力は、前記複合材部材の曲げ中心側ほど大きくされている。

　複合材部材の曲げ中心側ほど曲げ工程時に複合材部材が縮むので、曲げ中心側ほど摩擦力を大きくすることが好ましい。

　本開示の一態様に係る複合材部材の製造方法では、前記複合材部材の前記長手方向に直交する幅方向の全体に対して局所的に前記摩擦力を付加する。

　複合材部材の幅方向の全体に対して局所的に前記摩擦力を付加することとした。これにより、複合材部材の曲げ中心側ほど大きな摩擦力が付加されるものの、複合材部材の表面の幅方向の全体に摩擦力が付加されるので、摩擦力が付加されない表面が残ることを可及的に回避できる。これにより、複合材部材の表面の品質を安定させることができる。

　本開示の一態様に係る複合材部材の製造方法では、曲面（１４ａ）を有するマンドレル（１４）を配置するマンドレル配置工程を有し、前記曲げ工程は、前記マンドレルの前記曲面に対して前記複合材部材の側部（１ｄ）を前記長手方向に向かって順次押し当てて曲げ形状を得る押当工程を有し、前記押当工程は、前記伸張工程に同期して行われる。

　マンドレルの曲面に対して複合材部材の側部を長手方向に向かって順次押し当てて曲げる押当工程を有している。この押当工程を、伸張工程と同期させることとした。これにより、マンドレルに複合材部材の側部を押し当てて形状を付与する変形時に、局所的に摩擦力を付加して長手方向に複合材部材を伸ばすことができるので、リンクルの発生を効果的に抑制できる。

　本開示の一態様に係る複合材部材の製造方法では、前記複合材部材は、熱可塑性とされ、前記伸張工程の前に前記複合材部材を加熱する加熱工程と、前記伸張工程の後に前記複合材部材を冷却する冷却工程と、を有している。

　複合材部材が熱可塑性とされている場合には、伸張工程の前に複合材部材を加熱することによって変形可能とする。そして、伸張工程の後は、複合材部材を冷却することによって形状を決定する。
　なお、複合材部材が熱硬化性とされている場合には、伸張工程の後に複合材部材を加熱する加熱工程を設けても良い。

　本開示の一態様に係る複合材部材の製造方法では、前記曲げ工程の後に、クランプされていた前記端部を所望形状に切断する切断工程を有している。

　クランプした一方の端部と他方の端部とがなす角が一定となるように維持することとしたので、曲げ工程後の端部の形状が所望形状となっていない場合がある。そこで、クランプされていた端部を所望形状に切断することで所望形状を得ることとしてもよい。

　本開示の一態様に係る複合材部材の製造装置（１０）は、繊維と樹脂とを含む複合材部材（１，２１）の両端をクランプするクランプ装置（１２）と、前記クランプ装置を制御する制御装置と、曲面（１４ａ）を有するマンドレル（１４）と、を備え、前記制御装置は、前記複合材部材の両端間に沿う長手方向（Ｌ１）に張力が付加された状態で、前記マンドレルの前記曲面に対して前記複合材部材の側部を押し当てることによって前記複合材部材を変形させて所望の曲げ形状とするように前記クランプ装置を制御するとともに、前記複合材部材の曲げ変形中に、クランプされた前記複合材部材の一方の端部（１ａ）と他方の端部（１ｂ）とがなす角が一定に維持されるように前記クランプ装置を制御する。

　複合材部材の両端をクランプして張力を付加した状態で複合材部材の側部をマンドレルに押し当てて曲げる際に、複合材部材の一方の端部と他方の端部とがなす角を変化させて曲げ中心側に向くように曲げを行うと、曲げ中心側では周長が曲げによって短くなり複合材部材が収縮してリンクルが発生するおそれがある。そこで、複合材部材をマンドレルに押し当てて曲げる際に、クランプされた複合材部材の一方の端部と他方の端部とがなす角を一定に維持するようにした。これにより、曲げ中心側であっても曲げ前後で周長が短くなることを抑制できる。よって、複合材部材の曲げ中心側が収縮してリンクルが発生することを抑制できる。
　なお、複合材部材としては、曲げ工程中に塑性変形するものであればよく、熱硬化性でも熱可塑性でも良い。

　本開示の一態様に係る複合材部材の製造装置では、前記複合材部材の曲げ中心（Ｏ１）側の表面に局所的に摩擦力を与えて前記複合材部材を前記長手方向に伸ばす伸張部材（１６，３０，４０，５０）を備えている。

　伸張部材によって、複合材部材の曲げ中心側の表面に局所的に摩擦力を与えて複合材部材を長手方向に伸ばすこととした。すなわち、局所的に摩擦力が与えられた部分が引っ張られて伸ばされることになる。この局所的に摩擦力が与えられた表面を介して長手方向への引張力が複合材部材の板厚方向に伝達される。これにより、複合材部材の曲げ中心側にリンクルが発生することを抑制できる。

　本開示の一態様に係る複合材部材の製造装置では、前記摩擦力は、前記複合材部材の曲げ中心側ほど大きくされている。

　本開示の一態様に係る複合材部材の製造装置では、前記伸張部材は、大径側が前記複合材部材の曲げ中心側に配置された円錐台形状の円錐台ローラ（１６）を備え、前記制御装置は、前記円錐台ローラの外周面を前記複合材部材の表面に当接させて、前記複合材部材を前記長手方向に伸ばす方向に前記円錐台ローラを回転させる。

　円錐台ローラの外周面を複合材部材の表面に当接させて円錐台ローラを回転させることとしたので、大径側ほど周速が大きくなり摩擦力が大きくなる。そして、円錐台ローラの大径側を複合材部材の曲げ中心側に配置することとした。これにより、円錐台ローラの大径側が配置された曲げ中心側ほど摩擦力を大きくすることができる。

　本開示の一態様に係る複合材部材の製造装置では、前記伸張部材は、回転中心が前記複合材部材の曲げ中心とは該複合材部材を挟んで反対側に配置された円板（３０）を備え、前記制御装置は、前記円板のディスク面を前記複合材部材の表面に当接させて、前記複合材部材を前記長手方向に伸ばす方向に前記円板を前記回転中心回りに回転させる。

　円板のディスク面を複合材部材の表面に当接させて円板を回転させることとしたので、円板の外周側ほど周速が大きくなり摩擦力が大きくなる。そして、円板は、回転中心が複合材部材の曲げ中心とは反対側に配置することとした。これにより、円板の外周側が配置された曲げ中心側ほど摩擦力を大きくすることができる。

　本開示の一態様に係る複合材部材の製造装置では、前記伸張部材は、前記複合材部材の前記長手方向に直交する方向に設けられた円柱形状の複数の円柱ローラ（４０）を備え、前記制御装置は、各前記円柱ローラの外周面を前記複合材部材の表面に当接させて、前記複合材部材を前記長手方向に伸ばす方向に各前記円柱ローラを回転させるとともに、前記複合材部材の曲げ中心側に位置する前記円柱ローラほど大きな摩擦力が生じるように制御する。

　複数の円柱ローラを複合材部材の長手方向に直交する方向に並べた上で、複合材部材の曲げ中心側ほど大きな摩擦力が生じるように各円柱ローラを制御することとした。これにより、複合材部材の曲げ中心側ほど摩擦力を大きくすることができる。
　円柱ローラの制御としては、各円柱ローラの複合材部材に対する押付力を制御しても良いし、各円柱ローラの回転数を制御しても良い。また、各円柱ローラの径を異ならせることによって円柱ローラの周速を変化させるようにしても良い。

　本開示の一態様に係る複合材部材の製造装置では、前記伸張部材は、前記複合材部材の前記長手方向に直交する方向に設けられ、前記複合材部材の表面に対して摺動状態で押し付けられる押付板（５０）とされ、前記押付板を前記複合材部材の表面に当接させた場合に、前記複合材部材の曲げ中心側の部位ほど大きな押付力を生じさせる押付力付加部材（５１）を備えている。

　複合材部材の表面に摺動状態で押し当てられる押付板を押し付けて、複合材部材の曲げ中心側の部位ほど大きな押付力が生じるように押付板を押付力付加部材で押圧することとした。これにより、複合材部材の曲げ中心側ほど摩擦力を大きくすることができる。
　押付板としては、複合材部材の長手方向に直交する方向に延在する単一の部材でもよく、該長手方向に分割された複数の部材で構成しても良い。

　本開示の一態様に係る複合材部材の製造装置では、前記複合材部材を前記マンドレル側に押し当てる押当部材（１８）を備え、前記制御装置は、前記マンドレルの前記曲面に対して前記複合材部材の側部を前記長手方向に向かって順次押し当てて曲げ形状を得るように前記押当部材を制御するとともに、前記押当部材に同期させて前記伸張部材を制御する。

　マンドレルの曲面に対して複合材部材の側部を長手方向に向かって順次押し当てて曲げる押当部材を有している。この押当部材を、伸張部材と同期させて制御することとした。これにより、マンドレルに複合材部材の側部を押し当てて形状を付与する変形時に、局所的に摩擦力を付加して長手方向に複合材部材を伸ばすことができるので、リンクルの発生を効果的に抑制できる。

　本開示の一態様に係る複合材部材の製造装置では、前記複合材部材は、熱可塑性とされ、前記伸張部材によって前記複合材部材に摩擦力を付加する前に前記複合材部材を加熱する加熱部材（２２）と、前記伸張部材によって前記複合材部材に摩擦力を付加した後に前記複合材部材を冷却する冷却部材（２４）と、を有している。

　複合材部材が熱可塑性とされている場合には、伸張部材によって複合材部材に摩擦力を付加する前に複合材部材を加熱することによって変形可能とする。そして、伸張部材によって複合材部材に摩擦力を付加した後は、複合材部材を冷却することによって形状を決定する。
　なお、複合材部材が熱硬化性とされている場合には、伸張部材によって摩擦力を付加した後に複合材部材を加熱する加熱部材を設けても良い。

１　複合材部材
１ａ　クランプされた一方の端部
１ｂ　クランプされた他方の端部
１ｃ　（一方の）側部
１ｄ　（他方の）側部
３　０°層の繊維
１０　複合材部材の製造装置
１２　クランプ装置
１４　マンドレル
１４ａ　曲面
１６　円錐台ローラ（伸張部材）
１８　押当ローラ（押当部材）
１８’　押当ローラ（押当部材）
２０　ヘッド
２１　複合材部材
２１ａ　ウェブ部
２１ｂ　フランジ部
２２　ヒータ（加熱部材）
２４　クーラ（冷却部材）
３０　円板（伸張部材）
３０ａ　ディスク面
４０　円柱ローラ（伸張部材）
４１　押圧部材
４２　バックアップローラ
５０　押付板（伸張部材）
５１　バネ（押付力付加部材）
５１ａ　固定端
１００　複合材部材
Ｃ１　中立軸
Ｃ１’　中立軸
Ｌ１　長手方向
Ｌ２　幅方向
Ｌ３　板厚方向
Ｏ１　曲げ中心

Claims

　繊維と樹脂とを含む複合材部材の両端をクランプするクランプ工程と、
　前記クランプ工程によってクランプされた前記複合材部材の両端間に沿う長手方向に張力を付加する張力付加工程と、
　前記張力付加工程によって張力が付加された状態で前記複合材部材を変形させて所望の曲げ形状を得る曲げ工程と、
　を有し、
　前記曲げ工程は、前記複合材部材の曲げ変形中に、クランプされた前記複合材部材の一方の端部と他方の端部とがなす角を一定に維持する角度維持工程を有している複合材部材の製造方法。
　前記曲げ工程は、前記複合材部材の曲げ中心側の表面に局所的に摩擦力を付加して前記複合材部材を前記長手方向に伸ばす伸張工程を有している請求項１に記載の複合材部材の製造方法。
　前記摩擦力は、前記複合材部材の曲げ中心側ほど大きくされている請求項２に記載の複合材部材の製造方法。
　前記複合材部材の前記長手方向に直交する幅方向の全体に対して局所的に前記摩擦力を付加する請求項３に記載の複合材部材の製造方法。
　曲面を有するマンドレルを配置するマンドレル配置工程を有し、
　前記曲げ工程は、前記マンドレルの前記曲面に対して前記複合材部材の側部を前記長手方向に向かって順次押し当てて曲げ形状を得る押当工程を有し、
　前記押当工程は、前記伸張工程に同期して行われる請求項２から４のいずれか一項に記載の複合材部材の製造方法。
　前記複合材部材は、熱可塑性とされ、
　前記伸張工程の前に前記複合材部材を加熱する加熱工程と、
　前記伸張工程の後に前記複合材部材を冷却する冷却工程と、
　を有している請求項２から５のいずれか一項に記載の複合材部材の製造方法。
　繊維と樹脂とを含む複合材部材の両端をクランプするクランプ装置と、
　前記クランプ装置を制御する制御装置と、
　曲面を有するマンドレルと、
　を備え、
　前記制御装置は、前記複合材部材の両端間に沿う長手方向に張力が付加された状態で、前記マンドレルの前記曲面に対して前記複合材部材の側部を押し当てることによって前記複合材部材を変形させて所望の曲げ形状とするように前記クランプ装置を制御するとともに、
　前記複合材部材の曲げ変形中に、クランプされた前記複合材部材の一方の端部と他方の端部とがなす角が一定に維持されるように前記クランプ装置を制御する複合材部材の製造装置。
　前記複合材部材の曲げ中心側の表面に局所的に摩擦力を与えて前記複合材部材を前記長手方向に伸ばす伸張部材を備えている請求項７に記載の複合材部材の製造装置。
　前記摩擦力は、前記複合材部材の曲げ中心側ほど大きくされている請求項８に記載の複合材部材の製造装置。
　前記伸張部材は、大径側が前記複合材部材の曲げ中心側に配置された円錐台形状の円錐台ローラを備え、
　前記制御装置は、前記円錐台ローラの外周面を前記複合材部材の表面に当接させて、前記複合材部材を前記長手方向に伸ばす方向に前記円錐台ローラを回転させる請求項９に記載の複合材部材の製造装置。
　前記伸張部材は、回転中心が前記複合材部材の曲げ中心とは該複合材部材を挟んで反対側に配置された円板を備え、
　前記制御装置は、前記円板のディスク面を前記複合材部材の表面に当接させて、前記複合材部材を前記長手方向に伸ばす方向に前記円板を前記回転中心回りに回転させる請求項９に記載の複合材部材の製造装置。
　前記伸張部材は、前記複合材部材の前記長手方向に直交する方向に設けられた円柱形状の複数の円柱ローラを備え、
　前記制御装置は、各前記円柱ローラの外周面を前記複合材部材の表面に当接させて、前記複合材部材を前記長手方向に伸ばす方向に各前記円柱ローラを回転させるとともに、前記複合材部材の曲げ中心側に位置する前記円柱ローラほど大きな摩擦力が生じるように制御する請求項９に記載の複合材部材の製造装置。
　前記伸張部材は、前記複合材部材の前記長手方向に直交する方向に設けられ、前記複合材部材の表面に対して摺動状態で押し付けられる押付板とされ、
　前記押付板を前記複合材部材の表面に当接させた場合に、前記複合材部材の曲げ中心側の部位ほど大きな押付力を生じさせる押付力付加部材を備えている請求項９に記載の複合材部材の製造装置。
　前記複合材部材を前記マンドレル側に押し当てる押当部材を備え、
　前記制御装置は、前記マンドレルの前記曲面に対して前記複合材部材の側部を前記長手方向に向かって順次押し当てて曲げ形状を得るように前記押当部材を制御するとともに、前記押当部材に同期させて前記伸張部材を制御する請求項８から１３のいずれか一項に記載の複合材部材の製造装置。
　前記複合材部材は、熱可塑性とされ、
　前記伸張部材によって前記複合材部材に摩擦力を付加する前に前記複合材部材を加熱する加熱部材と、
　前記伸張部材によって前記複合材部材に摩擦力を付加した後に前記複合材部材を冷却する冷却部材と、
　を有している請求項８から１４のいずれか一項に記載の複合材部材の製造装置。