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JP2020093416A - 積層体の成形方法及び成形治具 - Google Patents

積層体の成形方法及び成形治具 Download PDF

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Abstract

【課題】成形不良の発生を抑制し、適切に湾曲部を有する形状に変形させることができる積層体の成形方法等を提供する。【解決手段】成形治具１０の成形面２１上に強化繊維基材を積層して積層体５とする積層工程Ｓ１と、積層体５の第３積層部位５ｅに、引張り治具１３を取り付ける取付工程Ｓ３と、引張り治具１３により積層体５の端部を引っ張りながら、成形面２１に形成される凸状湾曲面２１ｂ及び凹状湾曲面２１ｄに沿って、積層体５を湾曲させることにより、積層体５に凸状湾曲部５ｂ及び凹状湾曲部５ｄを形成する変形工程Ｓ４と、湾曲させた積層体５を加圧しながら加熱して、積層体５を緻密化する緻密化工程Ｓ５とを備え、積層工程Ｓ１では、積層体５に形成される凸状湾曲部５ｂから第３積層部位５ｅまでの部位において、強化繊維基材の層間の少なくとも一部が非接着状態となるように、強化繊維基材を積層する。【選択図】図２

Description

本発明は、積層体の成形方法及び成形治具に関するものである。
従来、層状体を初期形態から最終形態に変形させて、層状体の表面輪郭を規定する成形システム及び方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。この成形システム及び方法では、層状体を変形する際に発生する座屈やシワを抑制している。成形システム及び方法では、層状体を、成形ダイの成形面と流体作動支持部の支持面とに配置する。そして、成形システム及び方法では、流体作動支持部を圧縮させ、成形面に対して支持面を並進させることで、層状体を変形させて所望の表面輪郭を規定している。
特開２０１５−２３１７４０号公報
ところで、繊維強化基材を積層して形成される層状体等の積層体は、例えば、平板の形状から、湾曲部を有する形状に変形させる場合、湾曲部に、隆起（シックニング）または繊維蛇行（リンクル）等の成形不良が発生する可能性がある。特許文献１の成形システム及び方法では、層状体を変形する際に発生する座屈やシワを抑制しているものの、湾曲部において成形不良が発生する可能性がある。
そこで、本発明は、成形不良の発生を抑制し、適切に湾曲部を有する形状に変形させることができる積層体の成形方法及び成形治具を提供することを課題とする。
本発明の積層体の成形方法は、成形治具の成形面上に強化繊維基材を積層して積層体とする積層工程と、前記積層体の端部に、張力を付与する引張り治具を取り付ける取付工程と、前記引張り治具により前記積層体の端部を引っ張りながら、前記成形面に形成される湾曲面に沿って、前記積層体を湾曲させることにより、前記積層体に湾曲部を形成する変形工程と、湾曲させた前記積層体を加圧しながら加熱して、前記積層体を緻密化する緻密化工程と、を備え、前記積層工程では、前記積層体に形成される前記湾曲部において、前記強化繊維基材の層間の少なくとも一部が前記変形工程で非接着状態となるように、前記強化繊維基材を積層する。
この構成によれば、変形工程において、積層体の端部を引っ張ると共に、積層体の湾曲時において、湾曲部における強化繊維基材の層間を滑らせながら変形させることができるため、積層体の湾曲部において、シックニング及びリンクル等の成形不良の発生を抑制することができる。なお、湾曲部を有する積層体の形状としては、例えば、１つの湾曲部が形成されたＬ字形状、２つの異なる向きに湾曲する湾曲部が形成されたＺ字形状、及び２つの同じ向きに湾曲する湾曲部が形成されたＵ字形状等がある。また、積層工程において、湾曲部における強化繊維基材の層間の全てを、非接着状態としてもよいし、所定の層間毎に非接着状態としてもよく、特に限定されない。また、積層工程において、湾曲部以外における強化繊維基材の層間の全てを、接着状態としてもよいし、所定の層間毎に非接着状態としてもよく、特に限定されない。
また、前記成形面は、前記湾曲面として、前記成形面の外側に凸となる凸状湾曲面と、前記成形面の内側に凹となる凹状湾曲面とを含み、前記変形工程では、前記引張り治具により前記積層体の端部を引っ張りながら、前記凸状湾曲面に沿って、前記積層体を湾曲させることにより、前記積層体に凸状湾曲部を形成すると共に、前記引張り治具により前記積層体の端部を引っ張りながら、前記凹状湾曲面に対して前記型材を用いて前記積層体を押し付けることにより、前記積層体に凹状湾曲部を形成することが、好ましい。
この構成によれば、２つの異なる向きとなる凸状湾曲部及び凹状湾曲部が形成されたＺ字形状の積層体を成形することができる。このとき、型材を用いることで、凹状湾曲部を形成する場合であっても、凹状湾曲部における膨らみ等の成形不良の発生を抑制することができる。
また、前記引張り治具は、前記変形工程における環境温度において伸縮性を有し、前記緻密化工程における加熱温度において塑性変形することが、好ましい。
この構成によれば、変形工程時において、引張り治具により積層体に対して張力を適切に付与することで、シックニングやリンクルを抑制することができる。一方で、緻密化工程において、引張り治具が塑性変形することで、積層体への張力を緩めることができるため、積層体を湾曲面に倣わせた状態で適切に加圧し緻密化することができる。
また、前記取付工程では、前記引張り治具により前記積層体を引っ張る端部の反対側の端部を固定する固定部により、前記積層体を前記成形治具に固定することが、好ましい。
この構成によれば、積層体に加わる張力に対して固定部で反力を受け持つことができるため、成形治具に接地した積層体がずれることなく、積層体に湾曲部を形成することができる。なお、固定部とは、積層体を成形治具に固定する固定治具、または積層体の反対側の端部に取り付けられる引張り治具である。
また、前記変形工程では、前記積層体の端部が接触する前記成形面上に設けられた接触摩擦軽減要素を備えることにより、前記積層体の端部を滑らせることが、好ましい。
この構成によれば、積層体の端部が成形面に接触することで生じる摩擦力によって、積層体の湾曲部の形成が阻害されることを抑制することができる。なお、接触摩擦軽減要素は、回転体等である。
本発明の成形治具は、成形面を有する成形治具本体と、前記成形面上に配置される積層体の端部に取り付けられ、前記積層体に張力を付与する引張り治具と、前記積層体を前記成形面に向けて加圧する加圧部と、を備え、前記成形面は、前記積層体に湾曲部を形成するための湾曲面を含む。
この構成によれば、引張り治具により積層体の端部を引っ張りながら、積層体を湾曲面に沿って湾曲させることで、シックニング及びリンクル等の成形不良の発生を抑制しつつ、積層体の湾曲部を好適に形成することができる。
また、前記成形面上に配置される前記積層体の端部を支持する支持面を有する支持治具を、さらに備え、前記支持治具は、前記成形治具本体に対して着脱自在に設けられていることが、好ましい。
この構成によれば、積層体を形成する場合には、支持治具を成形治具本体に装着して、積層体を成形面及び支持面上において形成することができる。また、積層体を湾曲させる場合には、支持治具を成形治具本体から取り外して、支持面と対向する積層体の部位を移動させて、積層体に湾曲部を形成することができる。
また、前記成形面は、前記湾曲面として、前記成形面の外側に凸となる凸状湾曲面と、前記成形面の内側に凹となる凹状湾曲面とを含み、前記凹状湾曲面に対して前記積層体を押し付ける型材を、さらに備えることが、好ましい。
この構成によれば、凸状湾曲面により形成される凸状湾曲部と、凹状湾曲面により形成される凹状湾曲部とが形成されたＺ字形状の積層体を成形することができる。このとき、型材を用いることで、凹状湾曲部を形成する場合であっても、凹状湾曲部における成形不良の発生を抑制することができる。
また、前記凹状湾曲面に対して前記型材を位置決めする位置決め部材を、さらに備えることが、好ましい。
この構成によれば、凹状湾曲面に対する型材の位置を適切な位置とすることができるため、積層体に形成される凹状湾曲部を適切な位置に形成することができる。
また、前記積層体の一部を前記成形治具本体に固定する固定治具を、さらに備えることが、好ましい。
この構成によれば、固定治具により積層体の一部を成形治具本体に固定しながら、積層体を湾曲させることができるため、積層体の適切な位置に湾曲部を形成することができる。
また、前記積層体の端部が接触する前記成形面上に設けられた接触摩擦軽減要素を、さらに備えることが、好ましい。
この構成によれば、積層体の端部が成形面に接触することで生じる摩擦力によって、積層体の湾曲部の形成が阻害されることを抑制することができる。
図１は、実施形態１に係る成形治具の側面図である。 図２は、実施形態１に係る積層体の成形方法に関する説明図である。 図３は、実施形態１に係る積層された積層体を示す説明図である。 図４は、実施形態１に係る成形治具の一部を模式的に示す斜視図である。 図５は、実施形態１の他の一例に係る成形治具の側面図である。 図６は、実施形態２に係る成形治具の一部を模式的に示す斜視図である。 図７は、実施形態３に係る成形治具の一部を模式的に示す斜視図である。
以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせることも可能である。
［実施形態１］
本実施形態に係る成形治具１０は、強化繊維基材を複数積層した積層体５を成形する際に用いられる治具である。この成形治具１０を用いた積層体５の成形方法は、略平板形状となるように積層した積層体５を湾曲させて、湾曲部を有する形状となる積層体５を形成する方法となっている。実施形態１において、積層体５は、湾曲部として、積層体５の上面に対して凸となる凸状湾曲部と、積層体５の上面に対して凹となる凹状湾曲部とを含むＺ字形状の積層体５に成形される。なお、実施形態１では、Ｚ字形状の積層体５に適用して説明するが、湾曲部を有する積層体５であれば、何れの形状であってもよく、例えば、１つの湾曲部が形成されたＬ字形状、２つの同じ向きに湾曲する湾曲部が形成されたＵ字形状であってもよい。
図１は、実施形態１に係る成形治具の側面図である。図２は、実施形態１に係る積層体の成形方法に関する説明図である。図３は、実施形態１に係る積層された積層体を示す説明図である。図４は、実施形態１に係る成形治具の一部を模式的に示す斜視図である。
先ずは、図１を参照して、積層体５について説明する。積層体５は、樹脂が含浸されていないドライ状態の強化繊維基材を複数積層することで形成される。また、強化繊維基材６は、シート状に形成された基材となっている。強化繊維としては、例えば、炭素繊維が用いられるが、炭素繊維に限定されず、その他のプラスチック繊維、ガラス繊維、天然繊維又は金属繊維でもよい。なお、実施形態１では、ドライ状態の強化繊維基材を適用したが、樹脂を含浸させた強化繊維基材としてのプリプレグを適用してもよい。
積層体５は、成形治具１０の成形面２１及び支持面２２上に強化繊維基材が積層されることで形成される。積層後で変形前の積層体５は、成形面２１及び支持面２２に倣った形状となっており、略平板状となっている。略平板形状としては、例えば、平坦な面を有する平板形状、緩やかな曲面を有する弓形形状等である。変形後の積層体５は、Ｚ字形状となっており、具体的に、第１積層部位５ａと、凸状湾曲部５ｂと、第２積層部位５ｃと、凹状湾曲部５ｄと、第３積層部位５ｅとを含む。
第１積層部位５ａは、積層体５の変形時において固定される部位となっており、積層体５の変形前後において非変形となる部位となっている。このため、第１積層部位５ａは、略平板状となっている。第１積層部位５ａは、積層体５の一方側（図１の左側）における部位となっており、積層体５の半分以上を占める部位となっている。
凸状湾曲部５ｂは、第１積層部位５ａと第２積層部位５ｃとの間に形成された部位である。凸状湾曲部５ｂは、積層体５の変形時において変形する部位となっており、後述する成形治具１０の成形面２１に対して外側に突出する（凸となる）湾曲する部位である。
第２積層部位５ｃは、第１積層部位５ａに対して交差（ほぼ直交）する方向に延在した部位となっており、第１積層部位５ａと第３積層部位５ｅとの間に位置している。第２積層部位５ｃは、積層体５の変形時において層間滑りが生じる部位となっている。
凹状湾曲部５ｄは、第２積層部位５ｃと第３積層部位５ｅとの間に形成された部位である。凹状湾曲部５ｄは、積層体５の変形時において変形する部位となっており、後述する成形治具１０の成形面２１に対して内側に窪む（凹となる）湾曲する部位である。
第３積層部位５ｅは、積層体５の他方側（図１の右側）における部位となっている。第３積層部位５ｅは、積層体５の変形時において層間滑りが生じる部位となっている。第３積層部位５ｅは、第１積層部位５ａとほぼ平行となっている。
次に、図１を参照して、積層体５を成形する成形治具１０について説明する。成形治具１０は、変形前となる略平板形状の積層体５を成形するために用いられると共に、略平板形状の積層体５を変形させて、凸状湾曲部５ｂ及び凹状湾曲部５ｄを有するＺ字形状の積層体５を形成するために用いられる。
成形治具１０は、成形治具本体１１と、支持治具１２と、引張り治具１３と、留め金（固定治具）１４と、接続帯１５と、三角型材（型材）１６と、ブラダーバッグ（加圧部）１７とを備える。
成形治具本体１１は、水平面内において、中央部が上方側に突出し、両端部が中央部に対して下方側に位置する形状となっている。成形治具本体１１は、中央部及び他方側（図１の右側）の端部の上面が成形面２１となっている。成形治具本体１１は、成形面２１に倣って積層体５を変形させることで、積層体５をＺ字形状に成形する。成形面２１は、段差を有する成形面となっており、第１成形面２１ａと、凸状湾曲面２１ｂと、第２成形面２１ｃと、凹状湾曲面２１ｄと、第３成形面２１ｅとを含む。
第１成形面２１ａは、積層体５の変形時において積層体５を固定する成形面となっており、成形治具本体１１の中央部に形成されている。第１成形面２１ａは、第３成形面２１ｅに比して、鉛直方向の上方側に位置している。また、第１成形面２１ａは、水平方向に平坦な面となっている。なお、第１成形面２１ａは、平坦面に特に限定されず、傾斜面または曲面であってもよい。
凸状湾曲面２１ｂは、第１成形面２１ａと第２成形面２１ｃとの間に形成された、成形面２１に対して外側に突出する（凸となる）湾曲する面である。凸状湾曲面２１ｂは、積層体５に対して凸状湾曲部５ｂを形成する面となっている。
第２成形面２１ｃは、鉛直方向に沿った壁面となっており、水平方向（図１の左右方向）において、第１成形面２１ａと第３成形面２１ｅとの間に位置している。
凹状湾曲面２１ｄは、第２成形面２１ｃと第３成形面２１ｅとの間に形成された、成形面２１に対して内側に窪む（凹となる）湾曲する面である。凹状湾曲面２１ｄは、積層体５に対して凹状湾曲部５ｄを形成する面となっている。
第３成形面２１ｅは、成形治具本体１１の他方側（図１の右側）に形成されている。第３成形面２１ｅは、第１成形面２１ａに比して、鉛直方向の下方側に位置している。
成形治具本体１１は、積層体５が成形面２１に倣って成形されることで、凸状湾曲部５ｂ及び凹状湾曲部５ｄが形成された、Ｚ字形状の積層体５となる。
支持治具１２は、成形治具本体１１に対して着脱自在となっている。支持治具１２は、強化繊維基材を積層して積層体５を形成する時に用いられ、積層体５の変形時において取り外される治具である。支持治具１２は、その上面が支持面２２となっている。支持面２２は、第１成形面２１ａの延長上にある面となっており、積層体５は、成形治具本体１１の第１成形面２１ａ及び支持治具１２の支持面２２上において積層される。支持治具１２は、成形治具本体１１の第３成形面２１ｅ上に配置される。支持治具１２は、第２成形面２１ｃから凹状湾曲面２１ｄを経て第３成形面２１ｅに至る面と相補的な形状となる面を有している。支持治具１２は、成形治具本体１１の第２成形面２１ｃ、凹状湾曲面２１ｄ、及び第３成形面２１ｅに隙間なく接して配置されることで、所定の位置に位置規制された状態で配置される。
引張り治具１３は、積層体５の第３積層部位５ｅの端部に取り付けられ、積層体５に張力を付与する。つまり、引張り治具１３は、その一端が、積層体５の第３積層部位５ｅの端部に取り付けられ、その他端が成形治具本体１１に取り付けられる。このため、引張り治具１３は、積層体５と成形治具本体１１とを接続する。引張り治具１３は、後述する成形方法の変形工程における環境温度において伸縮性を有する一方で、緻密化工程における加熱温度において塑性変形する。つまり、引張り治具１３は、変形工程において、積層体５に対して張力を付与する。一方で、引張り治具１３は、緻密化工程において、塑性変形することから、積層体５に対する張力が、変形工程時と比較して低減する。
留め金１４は、積層体５を成形治具本体１１に固定するものである。留め金１４は、積層体５を挟んで、成形治具本体１１に固定される。具体的に、留め金１４は、頭部と軸部とを有し、積層体５の第１積層部位５ａに軸部を貫通させ、軸部が成形治具本体１１の第１成形面２１ａに形成された締結孔に締結されることで、積層体５を挟み込んで締結固定する。
接続帯１５は、留め金１４と三角型材１６とを接続する部材である。接続帯１５は、留め金１４と三角型材１６とが所定の位置関係となるような長さとなっている。具体的に、接続帯１５は、三角型材１６が成形治具本体１１の凹状湾曲面２１ｄに対向する位置となるような長さとなっている。このため、接続帯１５は、凹状湾曲面２１ｄに対して三角型材１６を位置決めする位置決め部材として機能している。
三角型材１６は、成形治具本体１１の凹状湾曲面２１ｄに対して積層体５を押し付ける型材である。三角型材１６は、側面視における断面が三角形状となっている。三角型材１６は、成形治具本体１１の第２成形面２１ｃと対向する第１対向面１６ａと、凹状湾曲面２１ｄと対向する湾曲対向面１６ｂと、第３成形面２１ｅと対向する第２対向面１６ｃと、を有している。湾曲対向面１６ｂは、凹状湾曲面２１ｄに比して曲率半径が小さいものとなっている。つまり、湾曲対向面１６ｂは、凹状湾曲面２１ｄに比して急峻な湾曲となっている。
なお、図４に示すように、成形治具本体１１と、三角型材１６との間には、積層体５の幅方向における両側に、一対のスペーサ２５が設けられている。なお、積層体５の幅方向は、積層体５が引張り治具１３により引張られる方向に直交する方向である。各スペーサ２５は、その厚さが積層体５の厚さとほぼ同じ厚さとなっている。各スペーサ２５は、成形治具本体１１の凹状湾曲面２１ｄに配置されている。
ブラダーバッグ１７は、成形治具本体１１に配置された積層体５を覆う被覆部材である。ブラダーバッグ１７は、成形治具本体１１の成形面２１上に設けられたシール部材２６を介して、積層体５と共に成形治具本体１１を覆う。ブラダーバッグ１７は、成形治具本体１１との間に、シール部材２６により気密に封止された内部空間を形成する。ブラダーバッグ１７は、内部空間が真空吸引されることで、大気圧により成形治具本体１１へ向かって押さえ付けられることで、積層体５を押圧する。
次に、図２を参照して、成形治具１０を用いた積層体５の成形方法について説明する。この積層体５の成形方法では、成形治具１０において強化繊維基材を積層して積層体５を形成すると共に、形成した積層体５をＺ字形状の積層体５に変形させている。
図２に示すように、成形治具１０は、支持治具１２が成形治具本体１１に設置された状態となっている。成形方法では、先ず、この成形治具１０の成形面２１及び支持面２２上に、強化繊維基材を積層して積層体５を形成する（ステップＳ１：積層工程）。具体的に、積層工程Ｓ１では、成形面２１の第１成形面２１ａと支持面２２とに亘って、積層体５を形成する。積層工程Ｓ１では、積層体５に形成される凸状湾曲部５ｂにおいて、強化繊維基材の層間の少なくとも一部が非接着状態となるように、強化繊維基材を積層している。
図３は、積層工程Ｓ１において積層される積層体５の一部を示している。図３に示すように、強化繊維基材は、繊維方向を異ならせながら積層される。積層は、例えば、等方積層となっており、所定の繊維方向を０°とした場合、０°、±４５°、９０°となるように、強化繊維基材が積層される。また、積層工程Ｓ１では、積層体５の第１積層部位５ａにおいて、強化繊維基材の層間が、全ての層間において接着されている。なお、強化繊維基材同士の接着は、例えば、強化繊維基材の層間に液状の接着剤を吹き付けた後、押圧することで接合してもよいし、強化繊維基材の表面に予め溶着された粉状、不織布状等の熱可塑樹脂を、押圧しながら加熱することで層間を溶着してもよく、特に限定されない。
一方で、積層工程Ｓ１では、積層体５の凸状湾曲部５ｂ、第２積層部位５ｃ、凹状湾曲部５ｄ及び第３積層部位５ｅ（積層体５の凸状湾曲部５ｂから第３積層部位５ｅまでの部位）において、強化繊維基材の層間の少なくとも一部が非接着状態となっている。積層体５の凸状湾曲部５ｂから第３積層部位５ｅまでの部位は、例えば、４層毎に非接着状態となる層を設けている。
なお、実施形態１の積層工程Ｓ１では、積層体５の凸状湾曲部５ｂから第３積層部位５ｅまでの部位において、所定の層毎に非接着状態となる層を設けたが、全層において非接着状態としてもよい。
次に、留め金１４を用いて、成形治具１０の成形面２１及び支持面２２上に積層された積層体５を、成形治具本体１１に固定すると共に、支持治具１２を取り外す（ステップＳ２）。ステップＳ２では、留め金１４の軸部を積層体５の第１積層部位５ａに貫通させ、留め金１４の軸部を成形治具本体１１の第１成形面２１ａに形成された締結孔に締結することで、積層体５を留め金１４の頭部と成形治具本体１１との間に挟み込んで締結固定する。なお、留め金１４を固定することで、接続帯１５を介して接続された三角型材１６が、接続帯１５の長さに応じた所定の位置となる。また、ステップＳ２では、支持治具１２を取り外し、支持面２２と対向する積層体５の部位を移動可能とする。つまり、支持面２２と対向する積層体５の部位が、積層体５の変形時において移動する部位となっている。
続いて、積層体５の端部に、引張り治具１３を取り付け、積層体５を覆うようにブラダーバッグ１７を取り付ける（ステップＳ３：取付工程）。取付工程Ｓ３では、積層体５の第３積層部位５ｅの端部に、引張り治具１３の一端を取り付け、引張り治具１３の他端を成形治具本体１１に取り付ける。このとき、引張り治具１３は、積層体５に対して張力を付与する。また、取付工程Ｓ３では、引張り治具１３を取り付けた積層体５と共に成形治具本体１１を覆う。
この後、成形治具本体１１とブラダーバッグ１７との間に形成された内部空間を真空吸引することで、積層体５を引張り治具１３により引っ張りながら、積層体５を成形面２１に沿わせて変形させる（ステップＳ４：変形工程）。変形工程Ｓ４では、ブラダーバッグ１７が成形治具本体１１の成形面２１へ向かって押し付けられる。これにより、変形工程Ｓ４では、ブラダーバッグ１７により積層体５の第１積層部位５ａが押圧される。また、変形工程Ｓ４では、ブラダーバッグ１７により三角型材１６を介して積層体５の凸状湾曲部５ｂ、第２積層部位５ｃ、凹状湾曲部５ｄ及び第３積層部位５ｅが押圧される。
このとき、変形工程Ｓ４では、引張り治具１３により積層体５の端部を引っ張っていることから、積層体５の凸状湾曲部５ｂから第３積層部位５ｅまでの部位において、層間滑りを生じさせながら、積層体５を湾曲させることができる。そして、変形工程Ｓ４によって、積層体５は、凸状湾曲部５ｂ及び凹状湾曲部５ｄを有するＺ字形状の積層体５となる。
湾曲した積層体５は、成形治具１０と共に、オーブンやオートクレーブ等の加熱炉２８の炉内に収容される。積層体５は、加熱炉２８内において、加圧されながら加熱されることで、緻密化される（ステップＳ５：緻密化工程）。緻密化工程Ｓ５では、引張り治具１３が所定の加熱温度に加熱されることで塑性変形する。このため、緻密化工程Ｓ５では、引張り治具１３による積層体５への引張荷重が低減する。緻密化工程Ｓ５が実行されることで、積層体５の成形方法が終了する。
以上のように、実施形態１によれば、変形工程Ｓ４において、積層体５の端部を引っ張ると共に、積層体５の湾曲時において、凸状湾曲部５ｂ及び凹状湾曲部５ｄにおける強化繊維基材の層間を滑らせながら変形させることができる。このため、積層体５の凸状湾曲部５ｂ及び凹状湾曲部５ｄにおいて、シックニング及びリンクル等の成形不良の発生を抑制することができる。
また、実施形態１によれば、三角型材１６を用いて凹状湾曲部５ｄを形成することにより、凹状湾曲部５ｄにおける膨らみ等の成形不良の発生を抑制しつつ、凸状湾曲部５ｂ及び凹状湾曲部５ｄが形成されたＺ字形状の積層体５を成形することができる。
また、実施形態１によれば、変形工程Ｓ４時において、引張り治具１３により積層体５に対して張力を適切に付与することができる。一方で、緻密化工程Ｓ５において、引張り治具１３が塑性変形することで、積層体５への張力を緩めることができるため、積層体５を凸状湾曲面２１ｂ及び凹状湾曲面２１ｄに倣わせた状態で適切に加圧し緻密化することができる。
また、実施形態１によれば、留め金１４により積層体５の一部を成形治具本体１１に固定しながら、積層体５を湾曲させることができる。このため、積層体５に加わる張力に対して留め金１４で反力を受け持つことができるため、成形治具１０に接地した積層体５がずれることなく、積層体５の適切な位置に凸状湾曲部５ｂ及び凹状湾曲部５ｄを形成することができる。
また、実施形態１によれば、積層体５を形成する場合には、支持治具１２を成形治具本体１１に装着して、積層体５を成形面２１及び支持面２２上において形成することができる。また、積層体５を湾曲させる場合には、支持治具１２を成形治具本体１１から取り外して、支持面２２と対向する積層体５の部位を移動させて、積層体５に凸状湾曲部５ｂ及び凹状湾曲部５ｄを形成することができる。
また、実施形態１によれば、接続帯１５により、留め金１４と三角型材１６とを接続することにより、凹状湾曲面２１ｄに対する三角型材１６の位置を適切な位置とすることができるため、積層体５に形成される凹状湾曲部５ｄを適切な位置に形成することができる。
また、実施形態１によれば、留め金１４により積層体５の第１積層部位５ａを成形治具本体１１に固定しながら、積層体５を湾曲させることができるため、積層体５の適切な位置に凸状湾曲部５ｂ及び凹状湾曲部５ｄを形成することができる。
なお、実施形態１では、ドライ状態の強化繊維基材に適用して説明したが、強化繊維基材としてプリプレグを適用する場合、変形工程Ｓ４においては、プリプレグを積層した積層体を加熱することにより層間を非接着状態とし、変形させることが好ましい。
また、実施形態１では、留め金１４を用いて積層体５を成形治具本体１１に固定したが、例えば、図５に示すような固定としてもよい。図５の成形治具本体１１において、積層体５は、第１積層部位５ａの両側の端部に、凸状湾曲部５ｂから第３積層部位５ｅまでの部位がそれぞれ設けられており、積層体５の両側から引張り治具１３による張力を付与することで、積層体５を成形治具本体１１に固定している。なお、図５の成形治具本体１１は、図１の成形治具本体１１の他方側（図１の右側）の構成を、中央部を挟んで、一方側（図１の左側）に展開した構成となっている。また、図５においては、留め金１４を省いた構成としてもよい。
また、実施形態１では、成形治具１０の成形面２１及び支持面２２上において積層体５を形成したが、予め積層した積層体５を成形治具１０の成形面２１上に配置した後、積層体５を変形させてもよい。この場合、成形治具１０は、支持治具１２を省いた構成であってもよい。
［実施形態２］
次に、図６を参照して、実施形態２に係る成形治具３０について説明する。図６は、実施形態２に係る成形治具の一部を模式的に示す斜視図である。実施形態２では、重複した記載を避けるべく、実施形態１と異なる部分について説明し、実施形態１と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。
実施形態２の成形治具３０は、実施形態１の成形治具１０に、積層体５の端部が接触する回転体（接触摩擦軽減要素）としてのローラ３１を、さらに備えたものとなっている。ローラ３１は、成形治具本体１１の第３成形面２１ｅ上に複数設けられている。各ローラ３１は、積層体５の第３積層部位５ｅが凹状湾曲面２１ｄへ移動する方向に回転自在となっている。
このため、成形治具３０を用いた変形工程Ｓ４では、積層体５の第３積層部位５ｅが、第３成形面２１ｅに接触する場合であっても、複数のローラ３１によって、積層体５の第３積層部位５ｅが凹状湾曲面２１ｄへ向かって滑って移動する。
以上のように、実施形態２によれば、積層体５の第３積層部位５ｅが、第３成形面２１ｅに接触することで生じる摩擦力によって、積層体５の凸状湾曲部５ｂ及び凹状湾曲部５ｄの形成が阻害されることを抑制することができる。
［実施形態３］
次に、図７を参照して、実施形態３に係る成形治具４０について説明する。図７は、実施形態３に係る成形治具の一部を模式的に示す斜視図である。実施形態３では、重複した記載を避けるべく、実施形態１及び２と異なる部分について説明し、実施形態１及び２と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。
実施形態３の成形治具４０は、実施形態１の成形治具１０に、積層体５の端部が接触する回転体（接触摩擦軽減要素）としてのローラボール４１を、さらに備えたものとなっている。ローラボール４１は、成形治具本体１１の第３成形面２１ｅ上に複数設けられている。各ローラボール４１は、何れの方向においても回転自在となっている。
このため、成形治具４０を用いた変形工程Ｓ４では、積層体５の第３積層部位５ｅが第３成形面２１ｅに接触する場合であっても、複数のローラボール４１によって、積層体５の第３積層部位５ｅが凹状湾曲面２１ｄへ向かって滑って移動する。
以上のように、実施形態３によれば、積層体５の第３積層部位５ｅが、第３成形面２１ｅに接触することで生じる摩擦力によって、積層体５の凸状湾曲部５ｂ及び凹状湾曲部５ｄの形成が阻害されることを抑制することができる。
５ 積層体
５ａ 第１積層部位
５ｂ 凸状湾曲部
５ｃ 第２積層部位
５ｄ 凹状湾曲部
５ｅ 第３積層部位
１０ 成形治具
１１ 成形治具本体
１２ 支持治具
１３ 引張り治具
１４ 留め金
１５ 接続帯
１６ 三角型材
１６ａ 第１対向面
１６ｂ 湾曲対向面
１６ｃ 第２対向面
１７ ブラダーバッグ
２１ 成形面
２１ａ 第１成形面
２１ｂ 凸状湾曲面
２１ｃ 第２成形面
２１ｄ 凹状湾曲面
２１ｅ 第３成形面
２２ 支持面
２５ スペーサ
２６ シール部材
２８ 加熱炉
３０ 成形治具（実施形態２）
３１ ローラ
４０ 成形治具（実施形態３）
４１ ローラボール

Claims (11)

  1. 成形治具の成形面上に強化繊維基材を積層して積層体とする積層工程と、
    前記積層体の端部に、張力を付与する引張り治具を取り付ける取付工程と、
    前記引張り治具により前記積層体の端部を引っ張りながら、前記成形面に形成される湾曲面に沿って、前記積層体を湾曲させることにより、前記積層体に湾曲部を形成する変形工程と、
    湾曲させた前記積層体を加圧しながら加熱して、前記積層体を緻密化する緻密化工程と、を備え、
    前記積層工程では、前記積層体に形成される前記湾曲部において、前記強化繊維基材の層間の少なくとも一部が前記変形工程で非接着状態となるように、前記強化繊維基材を積層する積層体の成形方法。
  2. 前記成形面は、前記湾曲面として、前記成形面の外側に凸となる凸状湾曲面と、前記成形面の内側に凹となる凹状湾曲面とを含み、
    前記変形工程では、前記引張り治具により前記積層体の端部を引っ張りながら、前記凸状湾曲面に沿って、前記積層体を湾曲させることにより、前記積層体に凸状湾曲部を形成すると共に、前記引張り治具により前記積層体の端部を引っ張りながら、前記凹状湾曲面に対して型材を用いて前記積層体を押し付けることにより、前記積層体に凹状湾曲部を形成する請求項１に記載の積層体の成形方法。
  3. 前記引張り治具は、前記変形工程における環境温度において伸縮性を有し、前記緻密化工程における加熱温度において塑性変形する請求項１または２に記載の積層体の成形方法。
  4. 前記取付工程では、前記引張り治具により前記積層体を引っ張る端部の反対側の端部を固定する固定部により、前記積層体を前記成形治具に固定する請求項１から３のいずれか１項に記載の積層体の成形方法。
  5. 前記変形工程では、前記積層体の端部が接触する前記成形面上に設けられた接触摩擦軽減要素を備えることにより、前記積層体の端部を滑らせる請求項１から４のいずれか１項に記載の積層体の成形方法。
  6. 成形面を有する成形治具本体と、
    前記成形面上に配置される積層体の端部に取り付けられ、前記積層体に張力を付与する引張り治具と、
    前記積層体を前記成形面に向けて加圧する加圧部と、を備え、
    前記成形面は、前記積層体に湾曲部を形成するための湾曲面を含む成形治具。
  7. 前記成形面上に配置される前記積層体の端部を支持する支持面を有する支持治具を、さらに備え、
    前記支持治具は、前記成形治具本体に対して着脱自在に設けられている請求項６に記載の成形治具。
  8. 前記成形面は、前記湾曲面として、前記成形面の外側に凸となる凸状湾曲面と、前記成形面の内側に凹となる凹状湾曲面とを含み、
    前記凹状湾曲面に対して前記積層体を押し付ける型材を、さらに備える請求項６または７に記載の成形治具。
  9. 前記凹状湾曲面に対して前記型材を位置決めする位置決め部材を、さらに備える請求項６から８のいずれか１項に記載の成形治具。
  10. 前記積層体の一部を前記成形治具本体に固定する固定治具を、さらに備える請求項６から９のいずれか１項に記載の成形治具。
  11. 前記積層体の端部が接触する前記成形面上に設けられた接触摩擦軽減要素を、さらに備える請求項６から１０のいずれか１項に記載の成形治具。
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