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JP3782072B2 - 複合材型材の成形方法及び装置 - Google Patents

複合材型材の成形方法及び装置 Download PDF

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JP3782072B2 JP2003155387A JP2003155387A JP3782072B2 JP 3782072 B2 JP3782072 B2 JP 3782072B2 JP 2003155387 A JP2003155387 A JP 2003155387A JP 2003155387 A JP2003155387 A JP 2003155387A JP 3782072 B2 JP3782072 B2 JP 3782072B2
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、複合材製の面板部と、該面板部の一面に突設され、前記一面に沿って一方向へ延びた複合材製の補強部とを有するスキンストリンガ構造に関し、特に、そのストリンガの成形方法及びその成形に使用する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、航空機の胴体や翼の外板パネルに、複合材製のスキンストリンガ構造を採用する割合が増加する傾向にあり、このスキンストリンガ構造の外板パネルの製造コストにおけるストリンガの成形コストがその大半を占めるほどになっている。
【０００３】
図１に示すように、複合材製のスキンストリンガ構造1は、外板（機体最外面となり、その上から塗装が施される）となる板状のスキン2と、その内側となる面に貼り付けられた一又は複数のストリンガ3とから構成されている。例えば、スキン2は、一方向に引き揃えた（UD：Uni-Directional）多数本の例えば熱硬化型のレジン（合成樹脂）を含浸させた強化繊維（例えば、炭素繊維）をシート状に並べて硬化させた板状のものであり、航空機の外板の形状に形成される。一方、各ストリンガ3は、同様に、一方向に引き揃えた（UD）多数本のレジンを含浸させた強化繊維をシート状に並べて硬化させた板状にし、強化繊維の延設方向（長手方向）に沿って折り曲げて所望の形状に形成される。このようにストリンガ3は、スキン2に加わる捩じれやスキン面方向の圧力によって生じる応力に抗するべくスキン2を強化するための補強構造材のような役割をなしている。
【０００４】
複合材製のスキンストリンガ構造1の多くはプリプレグ材料から構成され、一般に、スキン2及びストリンガ3は、プリプレグシートを積層して構成されている。
【０００５】
従来から、特許文献１に開示されているように、ストリンガ3の代表的な断面形状としては、図２（ａ）に示すような「Ｔ形」、また、図２（ｂ）に示すような「Ｊ形」のものが採用されている。Ｔ形は、帯状のプリプレグ積層シートを２つに折り曲げてウェッブ部32を形成し、折り曲げた両端を均等に直角に開くように折り曲げてスキン2に接着するための基端フランジ部31，31（図中、下側）を形成する。一方、Ｊ形は、帯状のプリプレグ積層シートをＴ型と同様に２つに折り曲げてウェッブ部32を形成し、折り曲げた両端を均等に直角に開くように折り曲げてスキン2に接着するための基端フランジ部31，31（図中、下側）を形成すると共に、ウェッブ部32の先端を一方向に直角に折り曲げて先端フランジ部33（図中、上側）を形成する。従って、ストリンガ3は、８プライのプリプレグ積層シートを使用する場合には、基端フランジ部31では８プライの厚みを有し、ウェッブ部32及び先端フランジ部33では２つ折りにしているため合計１６プライの厚みを有するようになっている。
【０００６】
次に、Ｔ形及びＪ形ストリンガの製造方法を、図７（ａ）乃至（ｄ）並びに図８（ａ）乃至（ｄ）をそれぞれ参照しながら説明する。
【０００７】
まず、Ｔ形ストリンガについては、図７（ａ）に示すように、硬化処理前の複数プライのプリプレグシート（プリプレグ積層シートP）がサイドプレス4，4の上面に載置される。サイドプレス4，4は、UDプリプレグの長手方向に延設されたプレス機であり、互いに対向配置され、これらの対向する先端部にそれぞれ取り付けられたストリンガ形状に応じた型の間においてプリプレグ積層シートPをプレスすることができるようになっている。サイドプレス4，4は、それらの対向面を、得ようとしているストリンガのウェッブ部の厚みよりも大きい間隙をもって離隔してあり、この間隙の中央上方には、昇降可能なパンチ5（実際には、サイドプレス4，4と同程度の長手方向の寸法を有している）が配設されている。
【０００８】
図７（ｂ）に示すように、サイドプレス4，4がその間隙を維持している間、パンチ5が下降され、プリプレグ積層シートPの幅方向中央部を押し、サイドプレス4，4の間隙に沿って押し込んで２つに折り曲げていく。このとき、このサイドプレス4，4の間隙の下側からは、昇降可能なストッパ6（実際には、サイドプレス4，4と同程度の長手方向の寸法を有している）が上昇してきてサイドプレス4，4の下端面で停止する。従って、パンチ5によって押されたプリプレグ積層シートPは、このストッパ6の上面までで停止され、サイドプレス4，4の下端面からは突出しないようになっている。
【０００９】
続いて、図７（ｃ）に示すように、パンチ5が上昇して２つに折り曲げられたプリプレグ積層シートPから抜き取られる。このため、パンチ5は、これを挟んでいるプリプレグ積層シートPのレジンの摩擦抵抗の影響を受け難いように先端部のみが大きくされた形状をなしている。パンチ5が抜き取られると、サイドプレス4，4が所定の加圧力で２つに折り曲げられたプリプレグ積層シートPを加圧し、全体として元のプリプレグ積層シートPの２倍のプライ数を有するウェッブ部を形成する。
【００１０】
さらに、図７（ｄ）に示すように、サイドプレス4，4の上端面から突出する２つに折り曲げられたプリプレグ積層シートPの開放端の間に上方からローラ7が挿入され、プリプレグ積層シートPの開放端をそれぞれ左右に押し広げてサイドプレス4，4の上端面との間で加圧し、これによってＴ形ストリンガを製造する。
【００１１】
次に、Ｊ形ストリンガについては、図８（ａ）に示すように、硬化処理前の複数プライのプリプレグシート（プリプレグ積層シートP）がサイドプレス4，4の上面に載置される。
【００１２】
次いで、図８（ｂ）に示すように、サイドプレス4，4がその間隙を維持している間、パンチ5が下降され、プリプレグ積層シートPの幅方向中央部を押し、サイドプレス4，4の間隙に沿って押し込んで２つに折り曲げていく。このとき、このサイドプレス4，4の間隙の下側からは、昇降可能なストッパ6が上昇してきてサイドプレス4，4の下端面から所定の寸法を残して停止する。従って、パンチ5によって押されたプリプレグ積層シートPは、このストッパ6の上面までで停止され、サイドプレス4，4の下端面から上記所定の寸法だけ突出するようになっている。
【００１３】
続いて、図８（ｃ）に示すように、パンチ5が上昇して２つに折り曲げられたプリプレグ積層シートPから抜き取られる。パンチ5が抜き取られると、サイドプレス4，4が所定の加圧力で２つに折り曲げられたプリプレグ積層シートPを加圧し、全体として元のプリプレグ積層シートPの２倍のプライ数を有するウェッブ部を形成する。
【００１４】
さらに、図８（ｄ）に示すように、サイドプレス4，4の上端面から突出する２つに折り曲げられたプリプレグ積層シートPの開放端の間に上方からローラ7が挿入され、プリプレグ積層シートPの開放端をそれぞれ左右に押し広げてサイドプレス4，4の上端面との間で加圧する。一方、サイドプレス4，4の下端面から突出する２つに折り曲げられたプリプレグ積層シートPのループ状の端部は、サイドプレス4，4の下端面に沿ってローラ8が左側から右側へ（逆方向でも可）移動され、プリプレグ積層シートPのループ状の端部を右側のサイドプレス4の下端面との間で加圧し、これによってＪ形ストリンガを製造する。
【００１５】
製造されたストリンガは、硬化処理前のスキン上の所定の位置に配置され、スキンと共に熱硬化処理され、外板パネル用のスキンストリンガ構造となる。
【００１６】
【特許文献１】
特許2954836号公報
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
プリプレグ積層シートPを構成する複数プライのプリプレグシートは、図９（ａ）に示すように、その製造工程において、１回折り曲げられると端部位置がプライ間で少しずつずれ、図９（ｂ）に示すように、さらに逆方向に１回折り曲げると再び端部位置が一致するようになる。このような状態が現象としては理想であるにも拘わらず、上述したような従来のストリンガ製造方法にあっては、図１０（ａ）に示すように、複数プライのプリプレグシートを１回折り曲げたときに、プリプレグシートに含浸されたレジンの摩擦抵抗が大きいため「ずれ」が理想的には発生せず、特に、折り曲げの内側において強化繊維が歪む、所謂「揺らぎ」が発生する。この「揺らぎ」は、例えば図８（ｃ）で示したようにウェッブ部となる部位をサイドプレスにより加圧保持されているため、図１０（ｂ）に示すように、さらに逆方向に１回折り曲げても延びず、ウェッブ部内に強化繊維の「揺らぎ」を伴ったまま硬化されてしまうという問題があった。
【００１８】
本願発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、レジンを含浸させた複数プライの強化繊維シートを積層した後で折り曲げて所定の形状、例えば「Ｔ形」及び「Ｊ形」ストリンガに成形する際に、折り曲げの内側における強化繊維シートの歪み、所謂「揺らぎ」を発生させることがなく、且つ、強化繊維シートの折り曲げない端部（ストリンガの場合には、スキンへの接合部である「基端フランジ部」）がプライ間で揃う品質の高い成形品を製作することができる複合材型材の成形方法及び装置を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本願発明に係る複合材型材の成形方法は、レジンを含浸させた複数プライの強化繊維シートを積層した後で折り曲げて所定の形状に成形する方法であって、前記複数プライの強化繊維シートを、所定の間隙をもって対向配置された一対のサイドプレス上に載置する第１ステップと、前記所定の間隙に上方からパンチを挿入して前記複数プライの強化繊維シートを２つに折り曲げると共に、前記一対のサイドプレス上に載置された前記複数プライの強化繊維シートの端部をブロック部材により前記一対のサイドプレスの上面との間で押さえる第２ステップと、前記パンチを上方へ引き抜き、前記一対のサイドプレスでこれらの間の２つに折り曲げられた前記複数プライの強化繊維シートに加圧する第３ステップとを有することを特徴とする。
【００２０】
また、本願発明に係る複合材型材の成形装置は、レジンを含浸させた複数プライの強化繊維シートを積層した後で折り曲げて所定の形状に成形する装置であって、対向配置され、それらの間で前記複数プライの強化繊維シートをプレス可能なように水平動作する一対のサイドプレスと、該一対のサイドプレス間の中間位置上方から該一対のサイドプレス間を通って昇降可能に設けられ、所定の間隙をもった位置に動作された一対のサイドプレス上に載置された前記複数プライの強化繊維シートを前記所定の間隙に押し込んで２つに折り曲げるパンチと、該パンチで前記複数プライの強化繊維シートを折り曲げる際に、前記一対のサイドプレス上に載置された前記複数プライの強化繊維シートの端部を前記一対のサイドプレスの上面との間で押さえるブロック部材とを備えることを特徴とする。
【００２１】
上記発明によれば、対向する一対のサイドプレス間の間隙に上方からパンチを挿入して複数プライの強化繊維シートを２つに折り曲げる際に、一対のサイドプレス上に載置された複数プライの強化繊維シートの端部をブロック部材により一対のサイドプレスの上面との間で押さえておくので、サイドプレスによりウェッブ部となる複数プライの強化繊維シートの部分を加圧保持される前に、強化繊維シートの折り曲げない開放端部（ストリンガの場合には、スキンへの接合部である「基端フランジ部」）を形成するために続いて逆方向に折り曲げておくため、折り曲げの内側における強化繊維シートの歪み、所謂「揺らぎ」が発生することがなく、しかも、複数プライの強化繊維シートの開放端部がプライ間で揃う品質の高い成形品を製作することができる。
【００２２】
これにより、例えば「Ｔ形」ストリンガを高品質に成形することができ、さらに、同様に高品質の「Ｊ形」ストリンガに成形する場合には、パンチにより２つに折り曲げられた複数プライの強化繊維シートが一対のサイドプレスの下端面から下方へ突出するようにし、この突出した部分を、側方へ移動するローラにより、一方のサイドプレスの下端面との間で加圧しながら折り曲げることにより容易に実現される。
【００２３】
ところで、従来技術では「Ｔ形」及び「Ｊ形」ストリンガに適用されていたが、図２（ｃ）に示すような「Ｉ形」又は「Ｈ形」ストリンガには適用されていなかった。本願出願人は、従来の「Ｊ形」ストリンガの成形方法を応用し、一対のサイドプレスの下端面から下方へ突出するループ状の複数プライの強化繊維シートの部分を最後にローラで折り曲げる代わりに、下方から平坦な部材（例えば、ストッパ6）で一対のサイドプレスの下端面との間で加圧することにより「Ｉ形（又はＨ形）」ストリンガを成形することを試みた。
【００２４】
ストリンガ構造は、ウェッブ部が同一サイズであれば、その上方の先端フランジ部に相当する部分の断面積が大きければ大きいほどその強度が高くなることが知られている。この観点からは、「Ｉ形（又はＨ形）」ストリンガは、「Ｊ形」ストリンガと同等の強度を有すると言えるが、「Ｊ形」ストリンガは一方向に折り曲げられる点で「Ｉ形（又はＨ形）」に対して強度的に方向性がある。そのため、「Ｉ形（又はＨ形）」ストリンガは、汎用性が高く、その実現の意義は大きい。
【００２５】
しかしながら、「Ｉ形（又はＨ形）」ストリンガは、上記の方法によって比較的容易に成形することができるように思えるが、先端フランジ部が左右均等に広がらず、品質が安定しないという問題があり、従来から実用化には至っていなかった。
【００２６】
そこで、本願発明に係るＩ形（又はＨ形）ストリンガの成形方法及び装置について次に説明する。まず、パンチを挿入する前に、一対のサイドプレス上に載置された複数プライの強化繊維シートの所定の間隙に対応する位置に、複数プライの強化繊維シートの２つ折りの折り曲げ線に沿って棒状のフィラーを載置し、それから、従来方法と同様にパンチを挿入して複数プライの強化繊維シートを２つに折り曲げる。このとき、当然のことながら「Ｊ形」ストリンガと同様に、２つに折り曲げられた複数プライの強化繊維シートのループ状になった端部が一対のサイドプレスの下端面から下方へ突出するようにする。
【００２７】
このとき、一対のサイドプレスの下端面から突出する複数プライの強化繊維シートのループ状の端部を、上記所定の間隙に下方からストッパを当接させる。ストッパの上面には、位置決め針が突設されており、これによってストッパの上昇時に上記ループ状の端部に突き刺し、上記フィラーにまで達しさせる。
【００２８】
続いて、パンチを抜き取った後で、一対のサイドプレスの下端面から突出する複数プライの強化繊維シートのループ状の端部を、位置決め針を突き刺したままストッパで一対のサイドプレスの下端面との間で加圧しながら左右両側に押し広げる。これにより、位置決め針を複数プライの強化繊維シートの左右中間位置（幅方向中間位置）に配設しておくことで、複数プライの強化繊維シートのループ状の端部を左右均等に広げることができ、左右均等な長さを有する先端フランジ部を形成することができる。
【００２９】
上記フィラーは、複数プライの強化繊維シートが２つに折り曲げられるその折り曲げ線（即ち、強化繊維シートの幅方向寸法の中間位置）に沿って配置されるのが望ましい。また、従来の形状のパンチでは複数プライの強化繊維シートとの押圧面で干渉する虞があるため、このパンチの押圧面に相当する部位には、上記フィラーが嵌合する形状に凹所を設けておくことが望ましい。このフィラーは、複数プライの強化繊維シートと同一長さとし、その長手方向に直交する断面形状は、先端フランジ部とウェッブ部との間の強化繊維シートのプライ間に馴染む形状（例えば、三角形断面）とすることが望ましい。
【００３０】
上記フィラーは、折り曲げ成形される複数プライの強化繊維シートの内部に残留し、その後除去されないことから、レジンを含浸させた前記強化繊維シートと同一の材料とされ、この後、本方法による成形品が硬化処理されたときに、フィラーのレジンは、共に溶融した母材のレジンと混ざり合って同化し、一体化する。
【００３１】
また、上記フィラーは、三角形断面のように、ストッパの平坦な押圧面に一面が一致し、左右の先端フランジ部とウェッブ部との間に他辺を略一致するような断面形状としておくことにより、先端フランジ部となる上記複数プライの強化繊維シートのループ状の部分が左右に均等に広げられているか否かを、成形後の成形品の長手方向端面を目視で容易に確認することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明に係る複合材型材の成形方法及びその実施に使用する装置について、スキンストリンガ構造のストリンガを例として添付の図面を参照しながら具体的に説明する。
【００３３】
本実施の形態に係るストリンガ3は、最終的に、図１に示すように同一材料（プリプレグ）で成形されたスキン2と共に硬化処理（例えば、熱硬化処理）されてスキンストリンガ構造1とされる。本願発明の実施の形態に係る成形方法においては、従来と同様の「Ｔ形」（図２（ａ）参照）及び「Ｊ形」（図２（ｂ）参照）ストリンガを成形することができると共に、「Ｉ形（又はＨ形）」（図２（ｃ）参照）ストリンガも成形することが可能である。
【００３４】
次に、Ｔ形，Ｊ形，及びＩ形（又はＨ形）ストリンガの成形方法を、図３（ａ）乃至（ｃ）、図４（ａ）乃至（ｄ）、並びに図５（ａ）乃至（ｃ）をそれぞれ参照しながら説明する。
【００３５】
まず、Ｔ形ストリンガについては、図３（ａ）に示すように、硬化処理前の複数プライのプリプレグシート（プリプレグ積層シートP）がサイドプレス4，4の上面に載置される。サイドプレス4，4は、UDプリプレグの長手方向に亘って延設されたプレス機であり、互いに対向配置され、これらの対向する先端部にそれぞれ取り付けられたストリンガ形状に応じた型の間においてプリプレグ積層シートPをプレスすることができるようになっている。サイドプレス4，4は、それらの対向面を、得ようとしているストリンガのウェッブ部の厚みよりも大きい間隙をもって離隔してあり、この間隙の中央上方には、昇降可能なパンチ5（実際には、サイドプレス4，4と同程度の長手方向の寸法を有している）が配設されている。
【００３６】
図３（ｂ）に示すように、サイドプレス4，4がその間隙を維持している間、パンチ5が下降され、プリプレグ積層シートPの幅方向中央部を押し、サイドプレス4，4の間隙に沿って押し込んで２つに折り曲げていく。このとき、このサイドプレス4，4の間隙の下側からは、昇降可能なストッパ6（実際には、サイドプレス4，4と同程度の長手方向の寸法を有している）が上昇してきてサイドプレス4，4の下端面で停止する。従って、パンチ5によって押されたプリプレグ積層シートPは、このストッパ6の上面までで停止され、サイドプレス4，4の下端面からは突出しないようになっている。
【００３７】
このとき、サイドプレス4，4の上方からは、それぞれブロック部材9，9が下降し、該サイドプレス4，4の上端面のプリプレグ積層シートPの幅方向端部をそれぞれサイドプレス4，4の上面との間で軽く接触した状態で挟み込んでいる。これによって、プリプレグ積層シートPの幅方向端部は、パンチ5の挿入によって上方へ持ち上げられることはないが、ブロック部材9，9により強固に押さえ付けられているわけではなく、殆ど幅方向に伸長しないというプリプレグ積層シートPの特性により、パンチ5の挿入を阻害することがないようにされている。
【００３８】
さらに、この段階で、同時に、基端フランジ部を形成する、つまり、２つに折り曲げたときに生じるプリプレグ積層シートPの最外層のプリプレグシートと最内層のプリプレグシートとの周長差を、さらに基端フランジ部の形成により逆方向にそれぞれ折り曲げることにより打ち消し、プリプレグ積層シートPのプライ間に「揺らぎ」の生じない高品質な成形品を提供することができる。
【００３９】
なお、本実施の形態においては、それぞれのサイドプレス4，4に対応して合計２つのブロック部材9，9を配置してあるが、パンチ5との干渉が無ければ全体として１つに構成することも可能である。
【００４０】
続いて、図３（ｃ）に示すように、パンチ5が上昇して２つに折り曲げられたプリプレグ積層シートPから抜き取られる。このため、パンチ5は、これを挟んでいるプリプレグ積層シートPのレジンの摩擦抵抗の影響を受け難いように先端部のみが大きくされた形状をなしている。パンチ5が抜き取られると、ブロック部材9，9による接触状態が維持されたまま、サイドプレス4，4が所定の加圧力で２つに折り曲げられたプリプレグ積層シートPを加圧し、全体として元のプリプレグ積層シートPの２倍のプライ数を有するウェッブ部を形成し、これによってＴ形ストリンガを製造する。
【００４１】
なお、Ｔ形ストリンガのウェッブ高さを調整するため、ストッパ6の中央部（プリプレグ積層シートPと接触する部分）が凸状になっていてもよい。
【００４２】
次に、Ｊ形ストリンガについては、図４（ａ）に示すように、硬化処理前の複数プライのプリプレグシート（プリプレグ積層シートP）がサイドプレス4，4の上面に載置される。
【００４３】
次いで、図４（ｂ）に示すように、サイドプレス4，4がその間隙を維持している間、パンチ5が下降され、プリプレグ積層シートPの幅方向中央部を押し、サイドプレス4，4の間隙に沿って押し込んで２つに折り曲げていく。このとき、このサイドプレス4，4の間隙の下側からは、昇降可能なストッパ6が上昇してきてサイドプレス4，4の下端面から所定の寸法を残して停止する。従って、パンチ5によって押されたプリプレグ積層シートPは、このストッパ6の上面までで停止され、サイドプレス4，4の下端面から上記所定の寸法だけ突出するようになっている。
【００４４】
このとき、サイドプレス4，4の上方からは、それぞれブロック部材9，9が下降し、該サイドプレス4，4の上端面のプリプレグ積層シートPの幅方向端部をそれぞれサイドプレス4，4の上面との間で軽く接触した状態で挟み込んでいる。これによって、プリプレグ積層シートPの幅方向端部は、パンチ5の挿入によって上方へ持ち上げられることはないが、ブロック部材9，9により強固に押さえ付けられているわけではなく、殆ど幅方向に伸長しないというプリプレグ積層シートPの特性により、パンチ5の挿入を阻害することがないようにされている。
【００４５】
さらに、この段階で、同時に、基端フランジ部を形成する、つまり、２つに折り曲げたときに生じるプリプレグ積層シートPの最外層のプリプレグシートと最内層のプリプレグシートとの周長差を、さらに基端フランジ部の形成により逆方向にそれぞれ折り曲げることにより打ち消し、プリプレグ積層シートPのプライ間に「揺らぎ」の生じない高品質な成形品を提供することができる。
【００４６】
続いて、図４（ｃ）に示すように、パンチ5が上昇して２つに折り曲げられたプリプレグ積層シートPから抜き取られる。パンチ5が抜き取られると、ブロック部材9，9による接触状態が維持されたまま、サイドプレス4，4が所定の加圧力で２つに折り曲げられたプリプレグ積層シートPを加圧し、全体として元のプリプレグ積層シートPの２倍のプライ数を有するウェッブ部を形成する。
【００４７】
さらに、図４（ｄ）に示すように、サイドプレス4，4の下端面から突出する２つに折り曲げられたプリプレグ積層シートPのループ状の端部は、サイドプレス4，4の下端面に沿ってローラ8が左側から右側へ（逆方向でも可）移動され、プリプレグ積層シートPのループ状の端部を右側のサイドプレス4の下端面との間で加圧し、これによってＪ形ストリンガを製造する。
【００４８】
次に、Ｉ形（又はＨ形）ストリンガについては、図５（ａ）に示すように、硬化処理前の複数プライのプリプレグシート（プリプレグ積層シートP）がサイドプレス4，4の上面に載置される。Ｉ形（又はＨ形）ストリンガの成形装置のパンチ50は、その先端面（下端面）の幅方向中央部に三角形状の溝部50aが形成されており、サイドプレス4，4の上面に載置されたプリプレグ積層シートPの幅方向中央部には、上記溝部50aに嵌合する形状をなし、プリプレグ積層シートPの長手方向へ延びた棒状のフィラー51が、その１つの頂点の上方に向けて載置される。
【００４９】
このフィラー51は、本実施の形態においては、母材となるプリプレグ積層シートPと同一のプリプレグ材料から形成され、プリプレグ積層シートPの長手方向寸法に沿って配置される。フィラー51は、母材と同一材料であるため、成形後に硬化処理されたときに両者のレジンが溶融して混ざり合い硬化時には一体化する。
【００５０】
次いで、図５（ｂ）に示すように、サイドプレス4，4がその間隙を維持している間、パンチ50が下降され、プリプレグ積層シートPの幅方向中央部を押し、サイドプレス4，4の間隙に沿って押し込んで２つに折り曲げていく。このとき、パンチ50の溝部50aには、フィラー51が嵌合し、該フィラー51と摩擦係合しているその下のプリプレグ積層シートPを溝部50aに対して位置決めする。
【００５１】
このとき、サイドプレス4，4の上方からは、それぞれブロック部材9，9が下降し、該サイドプレス4，4の上端面のプリプレグ積層シートPの幅方向端部をそれぞれサイドプレス4，4の上面との間で軽く接触した状態で挟み込んでいる。従って、プリプレグ積層シートPの幅方向端部は、パンチ5の挿入によって上方へ持ち上げられることはないが、ブロック部材9，9により強固に押さえ付けられているわけではなく、殆ど幅方向に伸長しないというプリプレグ積層シートPの特性により、パンチ50の挿入を阻害することがないようにされている。
【００５２】
さらに、この段階で、同時に、基端フランジ部を形成する、つまり、２つに折り曲げたときに生じるプリプレグ積層シートPの最外層のプリプレグシートと最内層のプリプレグシートとの周長差を、さらに基端フランジ部の形成により逆方向にそれぞれ折り曲げることにより打ち消し、プリプレグ積層シートPのプライ間に「揺らぎ」の生じない高品質な成形品を提供することができる。
【００５３】
また、このとき、このサイドプレス4，4の間隙の下側からは、昇降可能なストッパ6が上昇してきてサイドプレス4，4の下端面から所定の寸法を残して停止する。従って、パンチ50によって押されたプリプレグ積層シートPは、このストッパ6の上面までで停止され、サイドプレス4，4の下端面から上記所定の寸法だけ突出するようになっている。
【００５４】
本実施の形態におけるストッパ6の上面の幅方向中央部には、針状の位置決め針61（実際には、ストッパ6の長手方向に複数の位置決め針61が所定の間隔で配設される）が上方に突出しており、このストッパ6の上昇に応じてプリプレグ積層シートPを貫通し、その上方のフィラー51の中途まで刺さり、その後にサイドプレス4，4の下端面から突出する２つに折り曲げられたプリプレグ積層シートPのループ状の端部が左右均等に広がるのを補助するように強固に位置決めする。
【００５５】
なお、位置決め針61により形成されるプリプレグ積層シートPの孔は、成形後に硬化処理されたときにプリプレグ積層シートPのレジンが溶融して流れ込み硬化時には埋まる。
【００５６】
続いて、図５（ｃ）に示すように、パンチ50が上昇して２つに折り曲げられたプリプレグ積層シートPからフィラー51を残して抜き取られる。パンチ50が抜き取られると、ブロック部材9，9による接触状態が維持されたまま、サイドプレス4，4が所定の加圧力で２つに折り曲げられたプリプレグ積層シートPを加圧し、全体として元のプリプレグ積層シートPの２倍のプライ数を有するウェッブ部を形成すると共に、ストッパ6がさらに上昇され、サイドプレス4，4の下端面から突出する２つに折り曲げられたプリプレグ積層シートPのループ状の端部とフィラー51とを位置決め針61により中間位置に維持したまま左右均等に広げ、サイドプレス4，4の下端面との間で加圧し、これによって先端フランジ部を形成する。
【００５７】
このＩ形（又はＨ形）ストリンガの成形方法及び装置においては、図６に示すような「A＝B」の寸法関係を有することにより、プリプレグ積層シートPのコーナー部Sを中心とした折り曲げが可能となり、プリプレグ積層シートPに「揺らぎ」を発生させることがない。
【００５８】
寸法Aは、複数プライのプリプレグシートのうちの最外層（スキン2に貼り付けられる側の層以外の露出する層）のプリプレグシートP1に沿って、サイドプレス4の平坦な先端面とその下側のコーナー部S1との境界から、最外層のプリプレグシートP1のウェッブ部となる直線部分の下側に連続するコーナー部Sの中央までの距離であり、寸法Bは、最外層のプリプレグシートP1に沿って、コーナー部Sの中央から、位置決め針61の位置までの距離である。
【００５９】
【発明の効果】
以上のように、本願発明に係る複合材型材の成形方法及び装置によれば、レジンを含浸させた複数プライの強化繊維シートを積層した後で折り曲げて所定の形状、例えば「Ｔ形」及び「Ｊ形」ストリンガに成形する際に、折り曲げの内側における強化繊維シートの歪み、所謂「揺らぎ」を発生させることがなく、且つ、強化繊維シートの折り曲げない端部（ストリンガの場合には、スキンへの接合部である「基端フランジ部」）がプライ間で揃う品質の高い成形品を従来より低コストで製作することができる等、本願発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 航空機の胴体や翼の外板パネルに使用される複合材製のスキンストリンガ構造を示す斜視図である。
【図２】 ストリンガ形状を示す図１のII-II断面図であり、（ａ）は、Ｔ形ストリンガ構造、（ｂ）は、Ｊ形ストリンガ構造、（ｃ）は、Ｉ形（又はＨ形）ストリンガ構造をそれぞれ示している。
【図３】 （ａ）乃至（ｃ）は、図２（ａ）に示したＴ形ストリンガの本願発明の実施の形態に係る成形方法及びその成形に使用する装置の構成を説明するための図である。
【図４】 （ａ）乃至（ｄ）は、図２（ｂ）に示したＪ形ストリンガの本願発明の実施の形態に係る成形方法及びその成形に使用する装置の構成を説明するための図である。
【図５】 （ａ）乃至（ｃ）は、図２（ｃ）に示したＩ形（又はＨ形）ストリンガの本願発明の実施の形態に係る成形方法及びその成形に使用する装置の構成を説明するための図である。
【図６】 図５に示したＩ形（又はＨ形）ストリンガの成形装置の詳細な構成を示す図である。
【図７】 （ａ）乃至（ｄ）は、図２（ａ）に示したＴ形ストリンガの従来の成形方法及びその成形に使用する装置の構成を説明するための図である。
【図８】 （ａ）乃至（ｄ）は、図２（ｂ）に示したＪ形ストリンガの従来の成形方法及びその成形に使用する装置の構成を説明するための図である。
【図９】 プリプレグ積層シートを折り曲げ成形したときのプライ間の理想的な「ずれ」を説明するための図であり、（ａ）は、１回折り曲げた状態を示し、（ｂ）は、逆方向にもう１回折り曲げた状態をそれぞれ示している。
【図１０】 プリプレグ積層シートを折り曲げ成形したときのプライ間の実際の「ずれ」とそれに伴う「揺らぎ」の発生を説明するための図であり、（ａ）は、１回折り曲げた状態を示し、（ｂ）は、逆方向にもう１回折り曲げた状態をそれぞれ示している。
【符号の説明】
1 スキンストリンガ構造
2 スキン
3 ストリンガ
4 サイドプレス
5 パンチ
6 ストッパ
7 ローラ
8 ローラ
9 ブロック部材
31 基端フランジ部
32 ウェッブ部
33 先端フランジ部
50 パンチ
50a 溝部
51 フィラー
61 位置決め針
P プリプレグ積層シート
P1 最外層のプリプレグシート
S （ウェッブ部となる直線部分の下側に連続する）コーナー部
S1 （サイドプレスの平坦な先端面の下側の）コーナー部

Claims (14)

  1. レジンを含浸させた複数プライの強化繊維シートを積層した後で折り曲げて所定の形状に成形する方法であって、
    前記複数プライの強化繊維シートを、所定の間隙をもって対向配置された一対のサイドプレス上に載置する第１ステップと、
    前記一対のサイドプレス上に載置された前記複数プライの強化繊維シートの端部をブロック部材により前記一対のサイドプレスの上面との間で押さえる第２ステップと、
    前記所定の間隙に上方からパンチを挿入して前記複数プライの強化繊維シートを２つに折り曲げる第３ステップと、
    前記パンチを上方へ引き抜き、前記一対のサイドプレスでこれらの間の２つに折り曲げられた前記複数プライの強化繊維シートに加圧する第４ステップとを有することを特徴とする複合材型材の成形方法。
  2. 前記一対のサイドプレスの下端面から下方へ突出する２つに折り曲げられた前記複数プライの強化繊維シートを側方へ移動するローラにより、一方のサイドプレスの下端面との間で加圧しながら折り曲げる第５ステップを更に有することを特徴とする請求項１記載の複合材型材の成形方法。
  3. レジンを含浸させた複数プライの強化繊維シートを積層した後で折り曲げて所定の形状に成形する方法であって、
    前記複数プライの強化繊維シートを、所定の間隙をもって対向配置された一対のサイドプレス上に載置する第１ステップと、
    前記第１及び第２ステップの間で、前記一対のサイドプレス上に載置された前記複数プライの強化繊維シートの前記所定の間隙に対応する位置に、前記複数プライの強化繊維シートの２つ折りの折り曲げ線に沿って棒状のフィラーを載置する第２ステップと、
    前記所定の間隙に上方からパンチを挿入して前記複数プライの強化繊維シートを２つに折り曲げると共に、前記一対のサイドプレス上に載置された前記複数プライの強化繊維シートの端部をブロック部材により前記一対のサイドプレスの上面との間で押さえる第３ステップと、
    前記一対のサイドプレスの下端面から下方へ突出する２つに折り曲げられた前記複数プライの強化繊維シートのループ状になった端部に、前記所定の間隙に下方からストッパを当接すると共に、該ストッパの上面に突設した位置決め針を前記複数プライの強化繊維シートのループ状になった端部に貫通させ、前記フィラーに突き刺す第４ステップと、
    前記パンチを上方へ引き抜き、前記一対のサイドプレスでこれらの間の２つに折り曲げられた前記複数プライの強化繊維シートに加圧する第５ステップと、
    前記位置決め針を突き刺したまま、前記複数プライの強化繊維シートのループ状になった端部を前記ストッパで前記一対のサイドプレスの下端面との間で加圧しながら左右両側に押し広げる第６ステップと
    を有することを特徴とする複合材型材の成形方法。
  4. 前記パンチの前記フィラーに当接する部位には、該フィラーが嵌合する形状に凹所が設けられていることを特徴とする請求項３記載の複合材型材の成形方法。
  5. 前記フィラーは、三角形断面を有することを特徴とする請求項３又は４記載の複合材型材の成形方法。
  6. 前記フィラーは、レジンを含浸させた前記強化繊維シートと同一の材料からなることを特徴とする請求項３乃至５の何れかに記載の複合材型材の成形方法。
  7. 前記第２ステップで、ウェッブ部となる最外層の強化繊維シートに沿って、前記サイドプレスの対向する平坦な先端面とその下側のコーナー部との境界から、ウェッブ部となる最外層の強化繊維シートの直線部分の下側に連続するコーナー部の中央までの距離と、ウェッブ部となる最外層の強化繊維シートの直線部分の下側に連続するコーナー部の中央から、前記位置決め針の突き刺し位置までの距離とを一致させることを特徴とする請求項３乃至６の何れかに記載の複合材型材の成形方法。
  8. レジンを含浸させた複数プライの強化繊維シートを積層した後で折り曲げて所定の形状に成形する装置であって、
    対向配置され、それらの間で前記複数プライの強化繊維シートをプレス可能なように水平動作する一対のサイドプレスと、
    該一対のサイドプレス上に載置された前記複数プライの強化繊維シートの端部を前記一対のサイドプレスの上面との間で押さえるブロック部材と、
    前記一対のサイドプレス間の中間位置上方から該一対のサイドプレス間を通って昇降可能に設けられ、所定の間隙をもった位置に動作された一対のサイドプレス上に載置されて、前記ブロック部材に前記一対のサイドプレスの上面との間で押さえられた前記複数プライの強化繊維シートを前記所定の間隙に押し込んで２つに折り曲げるパンチと
    を備えることを特徴とする複合材型材の成形装置。
  9. 前記一対のサイドプレスの下端面から下方へ突出する２つに折り曲げられた前記複数プライの強化繊維シートを、側方へ移動し、一方のサイドプレスの下端面との間で加圧しながら折り曲げるローラを更に備えることを特徴とする請求項８記載の複合材型材の成形装置。
  10. レジンを含浸させた複数プライの強化繊維シートを積層した後で折り曲げて所定の形状に成形する装置であって、
    対向配置され、それらの間で前記複数プライの強化繊維シートをプレス可能なように水平動作する一対のサイドプレスと、
    該一対のサイドプレス間の中間位置上方から該一対のサイドプレス間を通って昇降可能に設けられ、所定の間隙をもった位置に動作された一対のサイドプレス上に載置された前記複数プライの強化繊維シートを前記所定の間隙に押し込んで２つに折り曲げるパンチと、
    該パンチで前記複数プライの強化繊維シートを折り曲げる際に、前記一対のサイドプレス上に載置された前記複数プライの強化繊維シートの端部を前記一対のサイドプレスの上面との間で押さえるブロック部材と、
    前記一対のサイドプレスの下端面から下方へ突出する２つに折り曲げられた前記複数プライの強化繊維シートのループ状になった端部を、前記所定の間隙に下方から前記一対のサイドプレスの下端面との間で加圧しながら左右両側に押し広げるストッパとを備え、
    該ストッパは、前記複数プライの強化繊維シートのループ状になった端部に貫通させ、前記一対のサイドプレス上に載置される前記複数プライの強化繊維シートの前記所定の間隙に対応する位置に、前記複数プライの強化繊維シートの２つ折りの折り曲げ線に沿って載置される棒状のフィラーに突き刺す長さを有する位置決め針をその上面に突出して具備することを特徴とする複合材型材の成形装置。
  11. 前記パンチの前記フィラーに当接する部位には、該フィラーが嵌合する形状に凹所が設けられていることを特徴とする請求項１０記載の複合材型材の成形装置。
  12. 前記フィラーは、三角形断面を有することを特徴とする請求項１０又は１１記載の複合材型材の成形装置。
  13. 前記フィラーは、レジンを含浸させた前記強化繊維シートと同一の材料からなることを特徴とする請求項１０乃至１２の何れかに記載の複合材型材の成形装置。
  14. 前記パンチを挿入する際に、ウェッブ部となる最外層の強化繊維シートに沿って、前記サイドプレスの対向する平坦な先端面とその下側のコーナー部との境界から、ウェッブ部となる最外層の強化繊維シートの直線部分の下側に連続するコーナー部の中央までの距離と、ウェッブ部となる最外層の強化繊維シートの直線部分の下側に連続するコーナー部の中央から、前記位置決め針の突き刺し位置までの距離とを一致させるべくなしてあることを特徴とする請求項１０乃至１３の何れかに記載の複合材型材の成形装置。
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