JP3400399B2 - Ｆｒｐ製ｈ形部材の連続成形装置 - Google Patents

Ｆｒｐ製ｈ形部材の連続成形装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、炭素繊維やガラス
繊維に熱硬化性樹脂を含浸させたプリプレグ材の成形装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】炭素繊維やガラス繊維等の長繊維にエポ
キシ樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させ
たプリプレグ材料を加熱成形して所望の断面形状を持つ
成形品を得る技術が知られている。炭素繊維やガラス繊
維は単位重量当りの強度が大きく、特に引張強度が大き
いので、これらの繊維を繊維方向が縦、横、斜め方向に
向くように積層した複合材料とすると、軽量で比強度、
比弾性率の高い製品を得ることができ、広く航空機、工
業製品に利用されている。
【０００３】成形に用いる材料は、熱硬化性樹脂を含浸
させた炭素繊維やガラス繊維を並行に並べて１つの層と
したり、これらの繊維の織布を１つの層としたり、これ
らの層を多数積層して材料とするが、必要に応じて層間
にこれらの繊維の粗糸（ロービング）を介在させて成形
材料としている。成形方法及び装置としてはボビンより
供給された複数本の帯状のプリプレグ材料をホットプレ
ス装置の加熱された上金型・下金型で加熱・加圧して所
定の断面形状に成形され、次いで硬化炉内で成形品は完
全に硬化し、製品を生産する。この間、成形品の装置内
での移動は、装置後部に配置した索引機により連続的に
索引されていた。
【０００４】しかし、この方法及び装置における成形
は、成形品を索引機で引き抜くとき、著しい摩擦抵抗が
起き、繊維の蛇行、切断などの擦傷が生じ、さらに索引
機の索引力が強いため肉薄な成形品が得難いという問題
点があったため、本出願人は特開平２−１０２０２９号
公報として、帯状のプリプレグ材料を間歇的に送りつ
つ、断面がチャンネル形状となるように金型で折り曲げ
るとともに、ホットプレス成形する装置を提案した。こ
の装置によれば、軌線が直線となる断面Ｌ字形やＵ字形
の構造部材を連続成形することができる。この種の成形
装置は、米国特許第４、１５１、０３０号明細書にも開
示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は航空機床下桁
材、主翼、尾翼の補強材等に使用される高性能なＦＲＰ
製のＨ形部材を効率よく成形する装置を提案するもので
ある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明のＨ形部材の連続
成形装置は、炭素繊維やガラス繊維に熱硬化性樹脂を含
浸し、半硬化した帯状のプリプレグを巻いたボビンを多
数個装着する装置と、ボビンからプリプレグを引き出す
際に張力を加える装置と、プリプレグ材を所定のＨ形に
賦形(成形)する装置と、上下左右よりリリースフィルム
を供給する装置と、上下左右よりプリプレグ材に熱と圧
力を与えるプレス装置と、プリプレグ材を追加熱させる
加熱炉と、プリプレグ材を索引、固定する装置と、硬化
した成形品を所定の長さに切断する装置を備える。
【０００７】そして、ボビンから供給される帯状のプリ
プレグ材をＨ形に賦形（成形）する装置は、２枚のプリ
プレグ材に長手方向に２本の折りすじを成形する装置
と、折りすじを折り曲げて断面をハの字形に成形する装
置と、断面をコの字形に成形するとともに、コの字形の
プリプレグ材を２枚重ねてＨ形に成形する装置を備える
ものである。
【０００８】また、プレス装置の上型および左右型と索
引装置が連動し、プリプレグ材を所定の時間加熱加圧し
た後、所定量索引し、プレス装置において上型および左
右型の開閉の順序を制御する手段を備えるものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１は、本発明により成形される
Ｈ形部材の外観を示す斜視図、図２は断面図である。全
体を符号１で示すＨ形部材は両側壁１０，１０と、側壁
の中央部を連結するリブ２０を有し、ＦＲＰ（炭素繊維
やガラス繊維で補強された樹脂材）に熱硬化性樹脂を含
浸させたプリプレグ材料を加熱成形させて製作される。
【００１０】Ｈ形部材１は複数のプリプレグ材Ｐ１と、
Ｐ２と、表面材Ｐ３を積層して構成されるが、プリプレ
グ材Ｐ１は、例えば繊維方向が部材の長手方向４５度と
なる向きのプリプレグシートを互異いに積層したもので
あり、また、プリプレグ材Ｐ２は繊維方向が一方向のプ
リプレグ材を積層したものである。繊維方向を適宜に選
択することで、Ｈ形部材に対して要求される強度に対し
て、最適な構造とすることができる。成形時には、上
下、左右にリリースフィルムＦが重ねられる。
【００１１】図３は、本発明の連続成形装置の概要を示
す。全体を符号１００で示す成形装置は、シート状の材
料の供給装置２００と、シートを折り曲げてＨ形に成形
する成形装置３００と、ホットプレス装置４００と、加
熱炉であるアフターキュア装置５００と、シートの把持
装置６００と、シートの索引装置７００を備える。シー
トの索引装置７００の後方に、図示しない適宜のカッタ
ーを備えて、適当な長さに製品を切断する。
【００１２】図４は、材料供給装置２００の詳細を示す
斜視図である。材料供給装置２００は、スタンド２１０
上に配設されるスピンドル２１０を有し、ボビン２３０
が回転自在に取付けられる。ボビン２２０は、プリプレ
グシート２５０がリリースフィルム２４０と積み合わせ
たものが巻かれている。プリプレグシート２５０はタッ
ク性（粘着性）を有するので、リリースフィルム（剥離
フィルム）２４０とともに巻かれており、使用時にリリ
ースフィルム２４０をプリプレグシート２５０の表面か
ら離して成形装置へ供給される。リリースフィルム２４
０は、適宜の巻き取り装置２４５に巻き取られる。本実
施例にあっては、６個のボビン２３０を示してあるが、
ボビンの数は、成形するＨ形部材の仕様により適宜に選
択される。また、シート材の上下にはリリースフィルム
が供給される。
【００１３】図５は、供給されたプリプレグシート材２
５０をＨ字形に成形して、ホットプレス、アフターキュ
ア装置へ送る工程の装置を示している。シート材２５０
をＨ字形に折り曲げて成形する装置３００は、シート材
２５０に折りすじを付ける装置３１０と、赤外線ヒータ
３２０と、シート材をハの字形に折り曲げる装置３３０
と、シート材２５０をコの字形に折り曲げる装置３４０
と、Ｈ形に折り曲げられたシート材２５０の側壁にプリ
プレグシート材２６０を積層する装置３６０を備える。
成形されたプリプレグシート材は、ホットプレス装置４
００で加熱、加圧成形され、アフターキュア装置５００
へ送られる。
【００１４】図６は、折りすじ成形装置３１０を示し、
フレーム３１１上に対向して配設される２本のロール３
１２，３１４を上下にユニット装備する構成を備える。
第１のロール３１２は、ソロバン球状の突出部３１３を
有し、第２のロール３１４は突出部３１３を受け入れる
凹部３１５を有する。
【００１５】シート材２５０は、このロール３１２，３
１４を通過する間に、折りすじ２５０ａが付与される。
折りすじ２５０ａが付与されたシート材２５０は、次に
ハの字形成形装置３３０へ送られる。
【００１６】シート材２５０は、この間に赤外線ヒータ
３２０を通過して、適当な柔軟性を付寄される。赤外線
ヒータ３２０は、シート材２５０の上下に配設されるヒ
ータユニット３２２を備える。図７に示すハの字形成形
装置３３０は、フレーム３３１に支持される水平方向に
回転軸線を有するロール３３４と、傾斜した回転軸線を
有するロール３３２を有し、送られてくるシート材２５
０を折りすじ２５０ａを内側にしてハの字形に折り曲げ
る。
【００１７】ハの字形に折り曲げられたシート材２５０
は、図８に示すコの字形成形装置３４０に送られる。コ
の字形成形装置３４０は、フレーム３４１上に垂直方向
に配設される軸３４２に回転自在に支持されるベルト３
４３と、水平方向に配設される軸に回転自在に支持され
るロール３４４を有する。
【００１８】ハの字形に成形されて送り込まれるシート
材２５０は、これらのベルトとロールの間を通過する間
に、コの字形に折り曲げられるとともに、２枚のコの字
形のシート２５０は、互いに逆向きに積み合わされて、
Ｈ形に形成される。次いで、ステーション３６０でＨ形
に部材の両側面にリリースフィルム２６０が積層され
て、ホットプレス装置４００へ送られる。
【００１９】図９は、ホットプレス装置４００の金型構
造を示す説明図である。ホットプレス装置４００は、下
金型４１０と、下金型４１０に対向する上金型４２０を
駆動するアクチュエータ４２２を備える。上下の金型の
両側部には、横金型４３０がアクチュエータ４３２で駆
動される構造で配設される。アフターキュア装置５００
は加熱炉であって、Ｈ字形にプレス加工されたプリプレ
グシート材を所定の温度で所定の時間加熱して、樹脂の
熱硬化を促進する。
【００２０】図１０は、アフターキュア装置５００の出
口側に配設されるシート材のクランプと、索引装置及び
切断装置を示す説明図である。アフターキュア装置５０
０により硬化を完了した製品であるＨ形部材２７０は、
製品クランプ装置６００と索引装置７００を通過する。
【００２１】製品のクランプ装置６００は、アクチュエ
ータ６２０で製品２７０を把持するクランプ手段６１０
を有し、索引装置７００が作動しない間は、製品２７０
を常時把持している。これは、プリプレグシート材２５
０を送り出すボビン側に、常にプリプレグシート材２５
０を引き戻す方向に駆動力を与えてあり、成形加工中の
シート材２５０に常に張力が作用する構成としてあるの
で、この張力により製品がボビン側へ戻ることを防止し
ている。
【００２２】索引装置７００は、アクチュエータ７２０
で製品２７０を把持するグリッパ７１０を有するととも
に、リニアガイド７３０で摺動自在に支持されている。
シリンダ７４０は、ピストンロッド７５０を駆動し、ピ
ストンロッド７５０は、連結部７６０を介して送り装置
を矢印Ａ方向に駆動する。この索引装置７００により、
製品２７０は間欠的に索引搬送される。
【００２３】切断装置８００は、モータ８１０と伝動機
構８２０を介して駆動される回転切断刃８４０を有し、
アクチュエータ８３０により、回転切断刃８４０は降下
して製品２７０を切り離す。帯状に成形された製品２７
０が所定の長さとなると、切断装置８００を起動して、
製品２７０を所定の長さに切断する。例えば、製品２７
０の先端位置を近接スイッチ等で検知し、切断装置を起
動すれば、製品の切り離しを自動的に行うことができ
る。
【００２４】図１１は、ホットプレス装置４００と、製
品のクランプ装置６００と、送り装置７００の作動のシ
ーケンスを示す図である。プレス上型を閉じた後にプレ
ス左右型を閉じ、一定時間保持してホットプレス加工を
施す。この間に、製品のクランプ装置６１０は閉じてお
り、製品を把持した状態を保つ。索引装置、クランプ装
置７１０を閉じて製品を把持した後に、シリンダ７４０
を駆動してクランプ装置７１０を移動して製品２７０を
送り出す。なお、上述した実施例で示した索引、クラン
プ装置は一例であって、製品を索引、把持できる装置で
あれば、ローラを用いるもの、キャタピラを用いるもの
等、適宜の装置を用いることができる。
【００２５】
【発明の効果】本発明は以上のように、自動的にＦＲＰ
製のＨ形部材を連続的に成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｈ形部材の外観を示す斜視図。
【図２】Ｈ形部材の断面図。
【図３】Ｈ形部材の連続成形装置の概要を示す説明図。
【図４】Ｈ形部材の連続成形装置の材料供給装置の斜視
図。
【図５】Ｈ字形に成形する工程の説明図。
【図６】折りすじ成形装置の説明図。
【図７】ハの字形成形装置の説明図。
【図８】コの字形成形装置の説明図。
【図９】ホットプレス装置の全型構造を示す説明図。
【図１０】シート材の索引装置と切断装置を示す説明
図。
【図１１】本発明装置の作動のシーケンスを示す図。
【符号の説明】
１ Ｈ形部材 １０ Ｈ形部材の側壁 ２０ Ｈ形部材のリブ １００ 連続成形装置 ２００ シート状材料の供給装置 ３００ Ｈ形の成形装置 ４００ ホットプレス装置 ５００ アフターキュア装置 ６００ シートの把持装置 ７００ シートの索引装置 ８００ 切断装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−238758（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−102029（ＪＰ，Ａ) 特表 平10−505295（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B29C 70/00 - 70/88

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 炭素繊維やガラス繊維に熱硬化性樹脂を
    含浸し、半硬化したプリプレグ材の成形装置において、
    帯状のプリプレグを巻いたボビンを多数個装着する装置
    と、ボビンからプリプレグを引き出す際に張力を加える
    装置と、プリプレグ材を所定のＨ形に賦形する装置と、
    上下左右よりリリースフィルムを供給する装置と、上下
    左右よりプリプレグ材に熱と圧力を与えるプレス装置
    と、プリプレグ材を追加熱させる加熱炉と、プリプレグ
    材を索引、固定する装置と、硬化した成形品を所定の長
    さに切断する装置を備えるＦＲＰ製Ｈ形部材の連続成形
    装置。
  2. 【請求項２】 ボビンから供給される帯状のプリプレグ
    材をＨ形に賦形する装置は、１枚又は複数枚のプリプレ
    グ材に長手方向に２本の折りすじを成形する装置と、折
    りすじを折り曲げて断面をハの字形に成形する装置と、
    断面をコの字形に成形するとともに、コの字形のプリプ
    レグ材を２枚重ねてＨ形に成形する装置を備える請求項
    １記載のＦＲＰ製Ｈ形部材の連続成形装置。
  3. 【請求項３】 プレス装置の上型および左右型と索引装
    置が連動し、プリプレグ材を所定の時間加熱加圧した
    後、所定量索引する請求項１記載のＦＲＰ製Ｈ形部材の
    連続成形装置。
  4. 【請求項４】 プレス装置において上型および左右型の
    開閉の順序を制御する手段を備える請求項３記載のＦＲ
    Ｐ製Ｈ形部材の連続成形装置。
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