JP7340704B2 - Ｆｒｐ成形システムと方法 - Google Patents

Description

本発明は、特に、円弧状の大型ＦＲＰ部品を成形するＦＲＰ成形システムと方法に関する。

繊維強化複合材、例えばＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）は、鉄やアルミなどの金属材料よりも低密度でありながら、力学特性に優れ、比強度が高く、軽くて強い特長を有する。
そのため、近年、アルミニウム合金に代わる構造部材として、航空機、小型船舶、自動車等に用いられている。以下、繊維強化複合材を単に、「ＦＲＰ」と呼ぶ。

例えば、航空機の構造物（胴体、ハッチ、翼、など）は、従来、アルミニウム合金同士をリベットで接合している。しかし、リベットを用いた接合は、作業性が悪く、かつ繊維強化複合材に適用すると、内部の繊維を切断するため引張強度が極端に低下する。
そこで、例えば、特許文献１の手段を用いて大型ＦＲＰ成形品を製造することが考えられる。

特許文献１の「ＦＲＰ成形品の製造方法」は、サーフェスマット上に、熱可塑性樹脂と強化繊維とを含むシート状のＦＲＰ素材を重なるように載せて、加熱装置を用いて加熱する。その後、ＦＲＰ素材をサーフェスマットに載せたまま、搬送してプレス機の金型にセットする。そして、そのプレス機を用いて、重なったＦＲＰ素材とサーフェスマットとを加圧して、強化繊維とサーフェスマットとが熱可塑性樹脂により一体化したＦＲＰ成形品を製造する。

特開２０１５－００９３９６号公報

航空機の胴体のような大型ＦＲＰ部品（半径が１ｍ以上の円弧状のＦＲＰ部品）を成形する場合、上述した特許文献１には、以下の問題点があった。
（１）大型ＦＲＰ部品を加圧できる大型の金型と大型のプレス機が必要になる。
（２）円弧状のＦＲＰ部品を成形する場合、成形品の均質化のためにＦＲＰ部品の円弧に直交する半径方向に加圧する必要がある。
しかし、この場合、ＦＲＰ部品の円弧に対し半径方向に加圧する金型は、構造が複雑となる。
また、従来はスキン（円弧部分）と部材（例えばストリンガー）を個別に成形し、後工程で接合していた。そのため、製造工程が複雑化していた。

本発明は上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち本発明の目的は、部材を有する円弧状のＦＲＰ部品（例えば大型ＦＲＰ部品）を、大型又は複雑な金型を用いることなく、円弧に対し半径方向に加圧して全体を均質に成形することができるＦＲＰ成形システムと方法を提供することにある。

本発明によれば、円弧状の円弧部分と、該円弧部分に固定される部材と、を有するＦＲＰ素材を一体で成形して円弧状のＦＲＰ部品を製造するＦＲＰ成形システムであって、
前記ＦＲＰ素材の一部を前記円弧部分に直交する半径方向の間に挟さむ上型及び下型を有し、前記一部を間欠的に圧縮して前記ＦＲＰ部品を部分的に成形する部分プレス装置と、
前記上型又は前記下型に対する前記部材の位置を位置決めする部材位置決め機構と、
前記部分プレス装置による前記ＦＲＰ素材の圧縮部分を間欠的に移動する搬送装置と、を備える、ＦＲＰ成形システムが提供される。

また本発明によれば、円弧状の円弧部分と、該円弧部分に固定される部材と、を有するＦＲＰ素材を一体で成形して円弧状のＦＲＰ部品を製造するＦＲＰ成形方法であって、
上型又は下型に対する前記部材の位置を位置決めする部材位置決め工程と、
前記ＦＲＰ素材の一部を前記上型及び前記下型により前記円弧部分に直交する半径方向の間に挟さみ、前記一部を間欠的に圧縮して前記ＦＲＰ部品を部分的に一体で成形する部分プレス工程と、
前記部分プレス工程による前記ＦＲＰ素材の圧縮部分を間欠的に移動する搬送工程と、を有し、
前記部分プレス工程と前記搬送工程を繰り返す、ＦＲＰ成形方法が提供される。

本発明によれば、部材位置決め工程において上型又は下型に対する部材の位置を位置決めし、部分プレス工程において、ＦＲＰ素材の一部を上型及び下型により円弧部分に直交する半径方向に挟さみ、一部を間欠的に圧縮（加圧）してＦＲＰ部品を部分的に一体で成形する。また、搬送工程において、ＦＲＰ素材の圧縮部分を間欠的に移動する。従って、部材位置決め工程、部分プレス工程、及び搬送工程とを繰り返すことにより、部材を有する円弧状のＦＲＰ部品（例えば大型ＦＲＰ部品）を、小型の金型で成形し製造できる。

また、部分プレス工程において、ＦＲＰ素材の一部を上型及び下型によりＦＲＰ部品の円弧部分に直交する半径方向に圧縮（加圧）するので、複雑な金型を用いることなく、部材を有するＦＲＰ部品の全体を均質に成形することができる。

本発明により製造するＦＲＰ部品の代表的な斜視図である。 ＦＲＰ部品の側面断面図である。 ＦＲＰ部品の端面図である。 外面治具プレートの代表的な斜視図である。 外面治具プレートの側面断面図である。 外面治具プレートの端面図である。 図２Ａの外面治具プレートの内面にＦＲＰ素材が保持された一体治具プレートの代表的な斜視図である。 一体治具プレートの側面断面図である。 一体治具プレートの端面図である。 図３Ｃの部分拡大図である。 本発明によるＦＲＰ成形システムの正面図である。 図５Ａの側面図である。 図５Ｂの上型の拡大図である。 図５ＡのＡ部断面図である。 図７ＡのＢ－Ｂ線における断面図である。 上型の温度分布の説明図である。 下型の温度分布の説明図である。 本発明によるＦＲＰ成形方法の全体フロー図である。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。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１Ａ～図１Ｃは、本発明により製造するＦＲＰ部品３の説明図である。
本発明により製造するＦＲＰ部品３は、半径が１ｍ以上の円弧状のＦＲＰ部品３である。この図において、図１ＡはＦＲＰ部品３の代表的な斜視図、図１Ｂは側面断面図、図１Ｃは端面図である。

「半径が１ｍ以上の円弧状のＦＲＰ部品３」とは、航空機の胴体のような大型ＦＲＰ部品を意味する。半径は、例えば２ｍであるが、１～１０ｍであってもよい。軸長（軸方向長さ）は、例えば８ｍであるが、１０ｃｍ～２０ｍであってもよい。

「円弧状」とは、図１Ａに示すように、例えば半径が一定の円弧であるが、厳密に一定ではなく部分的に又は連続的に変化してもよい。円弧の周方向角度（円弧角）は、好ましくは１８０度以下であるが、後述するプレスフレーム２４と干渉しない限りで、１８０度を超えてもよい。

また、この例でＦＲＰ部品３は、円弧状の円弧部分５Ａと、円弧部分５Ａに固定された部材６を有する。
部材６は、この例では円弧部分５Ａに固定され軸方向に互いに平行に延びる複数のストリンガー６Ａである。部材６の固定は円弧部分５Ａの内面、外面を問わない。
また部材６は、ストリンガー６Ａに限定されず、他の部材、例えば断面がＬ型のチャンネルでもよい。
なお、「軸方向」は、厳密な軸方向に限定されず、軸方向に対して傾斜してもよい。
また、円弧部分５Ａの半径方向の厚さは、好ましくは一定であるが、部分的に又は連続的に変化してもよい。例えば、航空機の胴体の窓枠、及び、ドア部分を含んでもよい。

本発明のＦＲＰ成形システム１００は、外面治具プレート１２を用いる。
図２Ａ～図２Ｃは、外面治具プレート１２の説明図である。例として、図２Ａは外面治具プレート１２の代表的な斜視図であり、図２Ｂは側面断面図であり、図２Ｃは端面図である。

外面治具プレート１２は、円弧状の部材であり、金属又は高耐熱樹脂（例えばポリイミド）からなり、ＦＲＰ部品３の成形時において、塑性変形しない特性を有する。なお外面治具プレート１２は、ＦＲＰ部品３の成形時において、弾性変形してもよい。

図２Ａに示すように、外面治具プレート１２は、ＦＲＰ部品３の外面形状３ｂと嵌合する内面１２ａを有する。
なお「嵌合する」とは、互いに雄雌の形状であり、密着した際にその間に隙間が生じない関係を意味する。
また、外面治具プレート１２は、ＦＲＰ部品３との間のＦＲＰ部品３の板厚変化又は曲率変化に対応した面形状を有する。

本発明のＦＲＰ成形システム１００は、ＦＲＰ素材２を成形して半径が１ｍ以上の円弧状のＦＲＰ部品３を製造する装置である。
ＦＲＰ素材２は、単層のプリプレグ１又は積層された複数のプリプレグ１からなる。

「プリプレグ１」とは、強化繊維（例えば、ガラス繊維や炭素繊維）からなる基材に樹脂を含浸させた中間素材である。本発明において、樹脂は、好ましくは熱可塑性樹脂であるが、熱硬化性樹脂であってもよい。
成形前の樹脂は、熱可塑性樹脂では固化しており、熱硬化性樹脂では軟化（未硬化）している。

本発明のＦＲＰ成形システム１００は、外面治具プレート１２の内面１２ａにＦＲＰ素材２が保持された一体部材（以下、「一体治具プレート１４」）を用いる。

図３Ａ～図３Ｃは、一体治具プレート１４の説明図である。この図において、外面治具プレート１２の内面１２ａには、図２Ａ～図２ＣにおけるＦＲＰ部品３の位置に、ＦＲＰ素材２が保持されている。
ＦＲＰ素材２を保持する手段は、例えばＦＲＰ素材２の樹脂自体の接着力により仮付けする。なお、外面治具プレート１２の外縁にＦＲＰ素材２の外縁を保持する機構を設けてもよい。

図３Ａは、図２Ａの外面治具プレート１２の内面１２ａにＦＲＰ素材２が保持された一体治具プレート１４の代表的な斜視図であり、図３Ｂは、一体治具プレート１４の側面断面図であり、図３Ｃは、一体治具プレート１４の端面図である。

ＦＲＰ素材２は、外面治具プレート１２の内面１２ａに外面治具プレート１２から分離しないように、保持されている。

「ＦＲＰ素材２」は、複数のプリプレグ１を積層し、成形後にＦＲＰ部品３となる素材である。
ＦＲＰ素材２は、ＦＲＰ部品３と同様に、円弧状の円弧部分５Ｂと、円弧部分５Ｂの内面に保持され軸方向に互いに平行に延びる複数のストリンガー６Ｂと、を有する。
円弧部分５Ｂとストリンガー６Ｂは、好ましくは板状部材である。

図４は、図３Ｃの部分拡大図である。なおこの図において、外面治具プレート１２は図示を省略している。
この図に示すように、ＦＲＰ素材２の円弧部分５Ｂは、ＦＲＰ部品３の円弧部分５Ａの板厚分布に合わせた積層体である。円弧部分５Ｂは、円弧状の成形形状に合わせて積層したものであるのがよい。
またＦＲＰ素材２のストリンガー６Ｂは、ＦＲＰ部品３のストリンガー６Ａの断面形状に合わせて折り曲げた積層体、成形品、又はプリフォーム品である。

ＦＲＰ素材２の円弧部分５Ｂの厚さは、ＦＲＰ部品３の円弧部分５Ａの半径方向の厚さに相当し、成形時の厚さ変化を加味して設定される。また、ＦＲＰ部品３の厚さ変化に応じて、プリプレグ１の積層数を変化させることが好ましい。
ＦＲＰ素材２の幅は、ＦＲＰ部品３の円弧の周方向長さに相当する。ＦＲＰ素材２の長さは、ＦＲＰ部品３の軸方向長さに相当する。
ＦＲＰ素材２のストリンガー６Ｂも、同様である。

図４において、ストリンガー６Ｂは、円弧部分５Ｂとの間に着脱可能なマンドレル１０を挟んでその周方向両端が円弧部分５Ｂの内面に保持されている。
マンドレル１０は、好ましくは断面形状が台形であり、上面１０ａ、斜面１０ｂ、及び底面１０ｃを有する。底面１０ｃは、円弧部分５Ｂの内面に合わせた円弧面であるのがよい。
また、マンドレル１０は、ストリンガー６Ｂに対して抜き勾配を有する一体構造、又は分割構造であるのがよい。「一体構造」とは分割構造をとらない構造を意味する。

図４において、ストリンガー６Ｂは、マンドレル１０の台形の上面１０ａに密着する上面部７ａと、台形の斜面１０ｂに密着する１対の側面部７ｂと、側面部７ｂの下端から外方に延び円弧部分５Ｂの内面に密着する１対の脚部７ｃとを有する。
１対の脚部７ｃは、円弧部分５Ｂの内面に保持されている。この保持は、例えば脚部７ｃの樹脂自体の接着力により仮付けする。

なお、ストリンガー６Ａ，６Ｂの断面形状は、台形に限定されず、後述する上型１６と干渉しない限りで別の形状、例えば三角形、上部が円弧状のドーム型でもよい。
また、マンドレル１０も同様に、ストリンガー６Ａ，６Ｂの断面形状に合わせて、台形以外でもよい。

図５Ａは、本発明によるＦＲＰ成形システム１００の正面図であり、図５Ｂは、その側面図である。なお、図５Ｂは、成形途中を示している。

図５Ａと図５Ｂにおいて、ＦＲＰ成形システム１００は、さらに、上型１６及び下型１８を備える。
上型１６及び下型１８は、一体治具プレート１４の一部（プレス部分１５）を上下方向に間に挟さむ。

図６は、図５Ｂの上型１６の拡大図である。
この図に示すように、上型１６は、円弧部分５Ａ，５Ｂに密着する下面円弧面１６ａと、ストリンガー６Ａ，６Ｂの上面形状と嵌合する下面凹溝１６ｂと、を有する。
上型１６の下面凹溝１６ｂは、ストリンガー６Ｂの上面部７ａ、側面部７ｂ、及び脚部７ｃと嵌合するようになっている。
なお、この図において、上型１６の下面に３つの下面凹溝１６ｂが設けられているが、本発明はこれに限定されず、１つ以上であればよい。
また、複数の下面凹溝１６ｂの形状は、完全同一でなくてもよい。

図５Ａと図５Ｂにおいて、下型１８は、一体治具プレート１４の外面１４ｂに密着する上面円弧面１８ｂを有する。
すなわち、この例で、一体治具プレート１４は、外面治具プレート１２を含んでおり、上面円弧面１８ｂは、外面治具プレート１２の外面１２ｂに密着する。
またこの例で、上型１６及び下型１８は、一体治具プレート１４の軸長（軸方向長さ）の全体を同時に圧縮する。

図５Ａと図５Ｂにおいて、ＦＲＰ成形システム１００は、さらに、部分プレス装置２０、部材位置決め機構２６、及び搬送装置３０を備える。

部分プレス装置２０は、一体治具プレート１４の一部（プレス部分１５）をＦＲＰ素材２の円弧部分５Ｂに直交する半径方向（図で上下方向）に間欠的に圧縮してＦＲＰ部品３を部分的に成形する。
「間欠的に圧縮」とは、部分プレス装置２０と搬送装置３０により、一体治具プレート１４の圧縮と搬送を繰り返すことを意味する。

部分プレス装置２０は、上型１６と下型１８で一体治具プレート１４の一部を圧縮する。
この例では、部分プレス装置２０は、下面に上型１６を固定する上部ボルスター２１と、上面に下型１８を固定するスライド２２と、スライド２２を上下に往復動させる液圧ラム２３と、上部ボルスター２１と液圧ラム２３が固定されたプレスフレーム２４とを有する。

この例では、部分プレス装置２０は、上型１６に対し下型１８を押し上げて一体治具プレート１４のプレス部分１５を圧縮する。この場合、部分プレス装置２０は、下面円弧面１６ａ又は上面円弧面１８ｂの直径方向にプレス部分１５を圧縮する。
プレスフレーム２４は、一体治具プレート１４の圧縮部分を間欠的に移動する際に、一体治具プレート１４と干渉しないように、上部構造が設定されている。
なお、一体治具プレート１４とプレス上部構造が干渉しない限りで、ボルスタとスライド２２、液圧ラム２３の上下関係が逆となっても良い。すなわちスライド２２と液圧ラム２３が上部で、ボルスタが下部にあっても良い。

図７Ａは図５ＡのＡ部断面図であり、図７Ｂは図７ＡのＢ－Ｂ線における断面図である。
図７Ａと図７Ｂにおいて、部材位置決め機構２６は、上型１６又は下型１８に対する部材６（この例でストリンガー６Ｂ）の位置を位置決めする。
この例で、部材位置決め機構２６は、マンドレル１０の両端を位置決めする位置決め機構である。

例えば、上型１６の下面凹溝１６ｂの中央部（中央線ＣＬの上に）に相対する下型１８に部材位置決め機構２６を固定する。
正確には、上型１６の下面凹溝１６ｂとの位置決めが必要なので、部材位置決め機構２６が固定される下型１８の位置は、上型１６の下面凹溝１６ｂに対応する下型１８の位置である。
これにより、上型１６（下面凹溝１６ｂ）と下型１８の位置関係が明確となり、相対的に、上型１６（下面凹溝１６ｂ）に対するマンドレル１０（及びストリンガー６Ｂ）の位置を決めることができる。

マンドレル１０の両端には水平に延びる位置決め孔１１が設けられている。部材位置決め機構２６は、マンドレル１０の位置決め孔１１に挿入可能であり、軸方向に延びる水平ロッド２６ａを有する。水平ロッド２６ａは、水平方向に移動可能であり、水平ロッド２６ａが位置決め孔１１に挿入された状態でマンドレル１０の上にストリンガー用素材をセットすることで、円弧部分５Ｂの内側にストリンガー６Ｂの位置を正確に位置決めし、保持することができる。
位置決め孔１１と水平ロッド２６ａの断面形状は、円形に限られず、その他の形状（例えば矩形）でもよい。

なお、位置決め孔１１に水平ロッド２６ａを挿入した状態で、円弧部分５Ｂをプレスする場合、位置決め孔１１と水平ロッド２６ａの上下方向のクリアランスは、円弧部分５Ｂの成形前後の嵩減り量を考慮し、設定することが望ましい。

この構成により、マンドレル１０を上型１６（下面凹溝１６ｂ）に対して位置決めし、マンドレル１０の上面の部材６（この例でストリンガー６Ｂ）との位置決めをすることができる。
なお、部材位置決め機構２６は、上型１６又は下型１８に対し、マンドレル１０、部材６（この例でストリンガー６Ｂ）を位置決めできる限りで、その他の構造であってもよい。

上述した部材位置決め機構２６は、下型１８に設けられたマンドレル位置決め機構であり、上型１６に対するマンドレル１０（ストリンガー６Ｂ）の位置を正確に位置決めする。これによりＦＲＰ素材２の円弧部分５Ｂに対して、マンドレル１０の位置が決まる。
さらに、マンドレル１０の上に、ストリンガー用素材をセットすることで、円弧部分５Ｂの内側にストリンガー６Ｂの位置を正確に位置決めし、保持することができる。
その後、部材６（ストリンガー６Ｂ）に対して、上型１６の下面凹溝１６ｂを正確に配置し、圧縮することができる。

円弧部分５Ｂと部材６（この例でストリンガー６Ｂ）はいずれもＦＲＰ素材であり、仮止めした後これを一体で成形（接着、固定など）することができる。
マンドレル１０の役割は、成形圧の負荷時に形状を崩さないためである。そのため、中空構造の部材６の場合にはマンドレル１０を用いることが好ましい。
また、部材６が中空構造をとらない形状（例えば断面がＬ形の部材）の場合には、マンドレル１０を省略することができる。
マンドレル１０を省略する場合、部材位置決め機構２６は、部材６の位置を直接位置決めすることが好ましい。

搬送装置３０は、部分プレス装置２０による一体治具プレート１４の圧縮部分（プレス部分１５）を間欠的に移動する。
搬送装置３０は、把持装置３２と移動装置３４とを有する。
把持装置３２は、一体治具プレート１４を部分的に把持する。移動装置３４は、把持装置３２を一体治具プレート１４の移動方向Ｘに移動する。

この例で、一体治具プレート１４の移動方向Ｘは、ＦＲＰ部品３の円弧に沿った周方向である。移動装置３４は、例えば多関節ロボットであり、把持装置３２はロボットハンドである。

なおこの例で、１対の搬送装置３０を、部分プレス装置２０の上流側と下流側に設けているが、上流側又は下流側の一方のみでもよい。
また、把持装置３２は、一体治具プレート１４の非圧縮部分を把持する。この場合、例えば部分プレス装置２０による圧縮中に把持部分を移動してもよい。

図５Ａと図５Ｂにおいて、ＦＲＰ成形システム１００は、さらに、上型１６又は下型１８を加熱する加熱装置４０を備える。加熱装置４０は、上型１６及び下型１８を加熱してもよい。
加熱装置４０は、一体治具プレート１４の移動方向Ｘに対し、所定の温度分布を有する。

図８Ａは、上型１６の温度分布の説明図であり、図８Ｂは、下型１８の温度分布の説明図である。
この例は、プリプレグ１が熱可塑性樹脂を含む場合である。図８Ａは、上型１６の下面円弧面１６ａと下面凹溝１６ｂを示し、図８Ｂは、下型１８の上面円弧面１８ｂを示している。また、図中の符号ａ，ｂ，ｃは、予備加熱ゾーン、本成形ゾーン、冷却ゾーンをそれぞれ示している。

この例では、上型１６及び下型１８の温度分布は、一体治具プレート１４の移動方向Ｘの中央部（本成形ゾーンｂ）において熱可塑性樹脂が流動する溶融温度以上（例えば４００℃以上）である。また、移動方向Ｘの中央部の上流側（予備加熱ゾーンａ）及び下流側（冷却ゾーンｃ）において熱可塑性樹脂が固化する固化温度以下（例えば２００℃～４００℃未満）である。

予備加熱ゾーンａと冷却ゾーンｃを固化温度以下にするのは、全体を溶融温度以上にすると、ＦＲＰ部品３の全体を均質に成形することが困難になるからである。例えば熱伝導率が高いＣＦＲＰの場合、圧縮していない部分が伝熱により、軟化することで、例えば、一度加圧圧縮された極小の気泡が面外方向に膨らむ等により、均質に成形することが困難になる。
また、上記の温度分布は、ＦＲＰ部品３の成形時の温度分布であり、搬送時には、下面円弧面１６ａ又は上面円弧面１８ｂの全面が２００℃以下であるのがよい。

一方、プリプレグ１が、熱硬化性樹脂を含む場合、プリプレグ１を圧縮しながら硬化させる。そのため、温度分布は、一体治具プレート１４の移動方向Ｘの中央部（本成形ゾーンｂ）において熱硬化性樹脂が硬化する硬化温度以上である。熱硬化性樹脂の硬化温度は、例えば約１８０℃である。また、移動方向Ｘの中央部の上流側（予備加熱ゾーンａ）において、硬化温度未満まで予熱する。また熱硬化性樹脂の場合、冷却ゾーンｃは不要であり、省略することができる。

上述した外面治具プレート１２は、必須ではない。ＦＲＰ部品３の金型接地面側の形状が単純なＲ形状であれば、外面治具プレート１２及び後述する内面治具プレートが不要となる。
この場合、上型１６は、円弧部分５Ａ，５Ｂに密着する下面円弧面１６ａと、ストリンガー６Ａ，６Ｂの上面形状と嵌合する下面凹溝１６ｂと、を有し、下型１８は、ＦＲＰ部品３の外面に密着する上面円弧面１８ｂを有する。
また、上述した一体治具プレート１４は、ＦＲＰ素材自体に置き換えられる。

ＦＲＰ素材２の内面形状と嵌合する外面を有する円弧状の内面治具プレートを備えてもよい。
この場合、内面治具プレートは、円弧部分５Ａ，５Ｂに密着する下面円弧面と、ストリンガー６Ａ，６Ｂの上面形状と嵌合する下面凹溝と、を有する。
なおこの場合、内面治具プレートの上型側は円弧状とし、上型１６の下面も円弧状となる。すなわち上型１６の下面を下面円弧面１６ａや下面凹溝１６ｂに形成する必要はない。
また、上型１６又は下型１８に対する部材の位置決めも不要である。
ＦＲＰ部品３の外面に部品（部材）を一体成形する場合も同様である。
上述した外面治具プレート１２と内面治具プレートを備えることで、上述した一体治具プレート１４は、内面治具プレートと外面治具プレート１２の間にＦＲＰ素材２が挟まれた一体部品とすることができる。
上述した外面治具プレート１２を省略し、内面治具プレートのみを備えることで、上述した一体治具プレート１４は、内面治具プレートの外面にＦＲＰ素材２が保持された一体部品とすることができる。

図９は、本発明によるＦＲＰ成形方法の全体フロー図である。
本発明によるＦＲＰ成形方法は、ＦＲＰ素材２を成形して半径が１ｍ以上の円弧状のＦＲＰ部品３を製造する方法である。
ＦＲＰ素材２は、単層のプリプレグ１又は積層された複数のプリプレグ１からなる。

この図において、ＦＲＰ成形方法は、Ｓ１～Ｓ６の各ステップ（工程）を有する。

治具準備工程Ｓ１では、ＦＲＰ部品３の外面形状３ｂと嵌合する内面１２ａを有する円弧状の外面治具プレート１２を準備する。

外面治具プレート１２を省略する場合には、ステップＳ１は省略できる。
上述した内面治具プレートも用いる場合には、ＦＲＰ部品３の内面形状と嵌合する外面を有する円弧状の内面治具プレートも準備する。
この場合、部材位置決め工程Ｓ３は省略できる。

治具一体化工程Ｓ２では、外面治具プレート１２の内面１２ａにＦＲＰ素材２が保持された一体治具プレート１４を形成する。
なお、治具一体化工程Ｓ２において、外面治具プレート１２の内面１２ａに離型剤（例えば、フッ素系離型剤）を塗布することが好ましい。

本発明では、マンドレルの位置決めとプレスを以下の順で実施する。
（１）マンドレルの位置決め、（２）マンドレル上にストリンガー用素材をセット、（３）プレス、（４）搬送、（５）マンドレルの位置決め、（６）マンドレル上にストリンガー用素材をセット、（７）以下、繰り返し。
すなわち、本発明では、上記のように、ストリンガー用素材（６Ｂ）はその都度セットする。

なお、上記では、位置決め、セット、プレスを繰り返す構成としているが、上型の下面凹溝１６ｂの位置のピッチと一致するように、ストリンガー６Ｂを円弧部分５Ｂに仮止めしておけば、位置決めは最初の１回のみで済ますことができる。

外面治具プレート１２を省略する場合には、ステップＳ２も省略できる。
上述した内面治具プレートも用いる場合には、内面治具プレートと外面治具プレート１２の間にＦＲＰ素材２が挟まれた一体治具プレート１４を形成する。
この場合、部材位置決め工程Ｓ３は省略できる。

部材位置決め工程Ｓ３では、上型１６又は下型１８に対する部材６の位置を位置決めする。
例えば部材６がストリンガー６Ｂである場合、マンドレル１０の両端の位置決め孔１１に水平ロッド２６ａを水平に挿入し、水平ロッド２６ａが位置決め孔１１に挿入された状態でマンドレル１０の上にストリンガー用素材をセットすることで、円弧部分５Ｂの内側にストリンガー６Ｂの位置を正確に位置決めし、保持することができる。
マンドレル１０の上に、ストリンガー６Ｂをセットすることで、円弧部分５Ｂの内側にストリンガー６Ｂの位置を正確に位置決めし、保持することができる。

例えば、上型１６の下面凹溝１６ｂの中央部（中央線ＣＬの上に）に相対する下型１８に部材位置決め機構２６を固定する。
正確には、上型１６の下面凹溝１６ｂとの位置決めが必要なので、部材位置決め機構２６が固定される下型１８の位置は、上型１６の下面凹溝１６ｂに対応する下型１８の位置である。
これにより、上型１６（下面凹溝１６ｂ）と下型１８の位置関係が明確となり、相対的に、上型１６（下面凹溝１６ｂ）に対するマンドレル（ストリンガー）の位置を決めることができる。

部分プレス工程Ｓ４では、一体治具プレート１４（又はＦＲＰ素材２）の一部をＦＲＰ素材２の円弧部分５Ｂに直交する半径方向に間欠的に圧縮してＦＲＰ部品３を部分的に成形する。
搬送工程Ｓ５では、部分プレス工程Ｓ３による一体治具プレート１４（又はＦＲＰ素材２）の圧縮部分（プレス部分１５）を間欠的に移動する。
部材位置決め工程Ｓ３、部分プレス工程Ｓ４、及び搬送工程Ｓ５を繰り返して、一体治具プレート１４の全部を圧縮してＦＲＰ部品３の全体を成形する。

さらに、離型工程Ｓ６において、一体治具プレート１４からマンドレル１０と外面治具プレート１２を分離して成形されたＦＲＰ部品３を取り出す。
外面治具プレート１２を省略する場合には、ＦＲＰ部品３からマンドレル１０のみを分離する。
内面治具プレートも使用する場合には、一体治具プレート１４からマンドレル１０、外面治具プレート１２、及び内面治具プレートを分離する。

上述した本発明の実施形態によれば、部材位置決め工程Ｓ３において上型１６又は下型１８に対する部材６（例えばストリンガー６Ｂ）の位置を位置決めする。次いで、部分プレス工程Ｓ４において、ＦＲＰ素材２の一部を上型１６及び下型１８により円弧部分５Ｂに直交する半径方向に挟さみ、一部を間欠的に圧縮（加圧）してＦＲＰ部品３を部分的に成形する。また、搬送工程Ｓ５において、ＦＲＰ素材２の圧縮部分（プレス部分１５）を間欠的に移動する。従って、部材位置決め工程Ｓ３の後、部分プレス工程Ｓ４及び搬送工程Ｓ５を繰り返すことにより、部材６（例えばストリンガー６Ａ）を有する円弧状のＦＲＰ部品３（例えば半径が１ｍ以上の大型ＦＲＰ部品）を、小型の金型で成形し製造できる。

また、部分プレス工程Ｓ３において、ＦＲＰ素材２の一部を上型１６及び下型１８によりＦＲＰ素材２の円弧部分５Ｂに直交する半径方向に圧縮（加圧）するので、複雑な金型を用いることなく、部材６を有するＦＲＰ部品３の全体を均質に成形することができる。

なお本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。
例えば、上述した例では、ＦＲＰ部品３は円弧状であるが、本発明は、フラット形状のＦＲＰ部品にも同様に適用することができる。

ａ 予備加熱ゾーン、ｂ 本成形ゾーン、ｃ 冷却ゾーン、
ＣＬ 中央線、Ｘ 移動方向、
１ プリプレグ、２ ＦＲＰ素材、３ ＦＲＰ部品、３ａ 内面形状、
３ｂ 外面形状、５Ａ，５Ｂ 円弧部分、６Ａ，６Ｂ ストリンガー、
７ａ 上面部、７ｂ 側面部、７ｃ 脚部、１０ マンドレル、
１０ａ 上面、１０ｂ 斜面、１０ｃ 底面、１１ 位置決め孔、
１２ 外面治具プレート、１２ａ 内面、１２ｂ 外面、
１４ 一体治具プレート、１４ａ 内面、１４ｂ 外面、
１５ プレス部分（圧縮部分）、１６ 上型、１６ａ 下面円弧面、
１６ｂ 下面凹溝、１８ 下型、１８ｂ 上面円弧面、
２０ 部分プレス装置、２１ 上部ボルスター、２２ スライド、
２３ 液圧ラム、２４ プレスフレーム、
２６ 部材位置決め機構、２６ａ 水平ロッド、
３０ 搬送装置、３２ 把持装置（ロボットハンド）、
３４ 移動装置（多関節ロボット）、４０ 加熱装置、
１００ ＦＲＰ成形システム

Claims (12)

1. 円弧状の円弧部分と、該円弧部分に固定される部材と、を有するＦＲＰ素材を一体で成形して円弧状のＦＲＰ部品を製造するＦＲＰ成形システムであって、
   前記ＦＲＰ素材の一部を前記円弧部分に直交する半径方向の間に挟さむ上型及び下型を有し、前記一部を間欠的に圧縮して前記ＦＲＰ部品を部分的に成形する部分プレス装置と、
   前記上型又は前記下型に対する前記部材の位置を位置決めする部材位置決め機構と、
   前記部分プレス装置による前記ＦＲＰ素材の圧縮部分を間欠的に移動する搬送装置と、を備える、ＦＲＰ成形システム。
2. 前記上型は、前記円弧部分に密着する下面円弧面と、前記部材の上面形状と嵌合する下面凹溝と、を有し、
   前記下型は、前記ＦＲＰ素材の外面に密着する上面円弧面を有する、請求項１に記載のＦＲＰ成形システム。
3. 前記ＦＲＰ素材の外面形状と嵌合する内面を有する円弧状の外面治具プレートを備え、
   前記下型は、前記外面治具プレートの外面に密着する上面円弧面を有する、請求項１に記載のＦＲＰ成形システム。
4. 前記部材は、前記円弧部分との間に着脱可能なマンドレルを挟み、前記マンドレルの上面に密着する上面部と、前記マンドレルの側面に密着する１対の側面部と、該側面部の下端から外方に延び前記円弧部分の内面に密着する１対の脚部とを有し、
   前記下面凹溝は、前記部材の前記上面部、前記側面部、及び前記脚部と嵌合する、請求項２に記載のＦＲＰ成形システム。
5. 前記マンドレルは、前記部材に対して抜き勾配を有する一体構造、又は分割構造である、請求項４に記載のＦＲＰ成形システム。
6. 前記部材は、軸方向に互いに平行に延びる複数のストリンガーである、請求項１に記載のＦＲＰ成形システム。
7. 前記上型又は前記下型を加熱する加熱装置を備え、
   前記加熱装置は、前記ＦＲＰ素材の移動方向に対し、所定の温度分布を有する、請求項１に記載のＦＲＰ成形システム。
8. 前記ＦＲＰ素材は、熱可塑性樹脂を含むプリプレグであり、
   前記温度分布は、前記移動方向の中央部において前記熱可塑性樹脂が流動する溶融温度以上であり、前記中央部の上流側及び下流側において前記熱可塑性樹脂が固化する固化温度以下である、請求項７に記載のＦＲＰ成形システム。
9. 前記ＦＲＰ素材は、熱硬化性樹脂を含むプリプレグであり、
   前記温度分布は、前記移動方向の中央部において前記熱硬化性樹脂が硬化する硬化温度以上である、請求項７に記載のＦＲＰ成形システム。
10. 前記搬送装置は、前記ＦＲＰ素材を部分的に把持する把持装置と、
    前記把持装置を前記ＦＲＰ部品の移動方向に移動する移動装置と、を有する、請求項１に記載のＦＲＰ成形システム。
11. 円弧状の円弧部分と、該円弧部分に固定される部材と、を有するＦＲＰ素材を一体で成形して円弧状のＦＲＰ部品を製造するＦＲＰ成形システムであって、
    前記ＦＲＰ素材の内面形状と嵌合する外面を有する円弧状の内面治具プレートを備え、
    前記内面治具プレートは、前記円弧部分に密着する下面円弧面と、前記部材の上面形状と嵌合する下面凹溝とを有し、
    前記ＦＲＰ素材の一部を前記円弧部分に直交する半径方向の間に挟さむ上型及び下型を有し、前記一部を間欠的に圧縮して前記ＦＲＰ部品を部分的に成形する部分プレス装置と、
    前記部分プレス装置による前記ＦＲＰ素材の圧縮部分を間欠的に移動する搬送装置と、を備える、ＦＲＰ成形システム。
12. 円弧状の円弧部分と、該円弧部分に固定される部材と、を有するＦＲＰ素材を一体で成形して円弧状のＦＲＰ部品を製造するＦＲＰ成形方法であって、
    上型又は下型に対する前記部材の位置を位置決めする部材位置決め工程と、
    前記ＦＲＰ素材の一部を前記上型及び前記下型により前記円弧部分に直交する半径方向の間に挟さみ、前記一部を間欠的に圧縮して前記ＦＲＰ部品を部分的に一体で成形する部分プレス工程と、
    前記部分プレス工程による前記ＦＲＰ素材の圧縮部分を間欠的に移動する搬送工程と、を有し、
    前記部分プレス工程と前記搬送工程を繰り返す、ＦＲＰ成形方法。
    

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