JP4090892B2

JP4090892B2 - Method for producing dry preform for composite material

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Publication number: JP4090892B2
Application number: JP2003006306A
Authority: JP
Inventors: 宏一橋本; 秀樹左近上; 正康石橋; 武司田那村; 哲朗広川
Original assignee: Shikibo Ltd
Current assignee: Shikibo Ltd
Priority date: 2003-01-14
Filing date: 2003-01-14
Publication date: 2008-05-28
Anticipated expiration: 2023-01-14
Also published as: JP2004218133A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は航空・宇宙用構造体、建築用構造体、自動車用構造体、船舶構造体、その他強度が必要とされる各種構造体に用いる複合材料用ドライプリフォームの湾曲成形性を向上する、複合材料用ドライプリフォームの製造方法に関するものである。なお、以下の説明において、「ドライプリフォーム」とは、ＲＴＭ法、ＲＦＩ法、ＶａＲＴＭ法などの成形方法によって樹脂含浸、成形される前のプリフォームに対する呼称である。
【０００２】
【従来の技術】
一般に航空・宇宙用構造体、建築用構造体、自動車用構造体、船舶構造体、その他強度が必要とされる各種構造体などの軽量化が要求されている。
【０００３】
従来、航空機の翼、胴体部分の構造材などの湾曲した部材などとしては、その部位や応力特性に応じた強度特性を持った機械的強度が大きい特殊なアルミニウム合金やチタニウム合金、およびステンレス鋼などの金属材料が多く用いられてきた。しかし、機体が必要強度を得るためには膨大な重量、部品数の金属材料構造部材を使用しなければならないため、機体の重量は重くなる傾向があった。そのため設計上の自由を奪われていたし、実際に飛行する際の燃料消費についても莫大なものとなり、航空機材料の軽量化は航空機の製造、運用、安全性などにおいて、重要なファクターとなっていた。
【０００４】
最近の航空機用構造材料においては、例えばガラス繊維やアラミド繊維、炭素繊維などの強化繊維にエポキシ樹脂などの高分子樹脂材料を含浸し、成形した比強度・比剛性の高い繊維強化複合材料による航空機構造材料の製造が研究され、実際に適用されている部分も多く出てきた。複合材料は金属材料に比べ、比強度、比剛性において優れていることは公知であり、また、強化繊維により異方性を持たせることができるという特徴を持つため、構造設計においての自由度が高いということもよく知られている。また、大型の構造部材の一体成形が可能であるため、部品点数を大幅に減らせ、コスト低減が可能となる。
【０００５】
ところが、環状、湾曲形状などの曲線部を一部または全体に持つ所定形状を得ようとする場合には、例えば、あらかじめ強化繊維に樹脂を含浸したプリプレグシートを裁断し、これら多数のプリプレグシートを、所望の形状に貼り付けていくハンドレイアップ法が行われているが（例えば、特許文献１参照。）、ほとんど人手による手作業で、製造工程数が多く、自動生産が困難であり、廃材料も多く出るため、生産性が低く、高コストであるという問題があった。また、そうした場合は環状、湾曲状の強化繊維が寸断されている状態であって、強化繊維による十分な強度が得られなかった。また、湾曲しつつ連続的に厚み、幅、長さが変化した所定形状を得ようとした場合、さらに高コストになる。
【０００６】
また、所望する形状にあわせてパイプなどを厚み方向に対して垂直に設置し、それに強化繊維を蛇行張設し、パイプなどを厚み方向の繊維と置きかえることによって繊維基材を得ようとする技術が知られているが、（特許文献１参照）この方法では長繊維を１本で蛇行張設するため時間がかかり、決して効率の良い方法とは言えず、しかもパイプを厚み方向の強化繊維に置き換えてやる手間がかかり、高コストとなっている。
【０００７】
また、強化繊維をある一定の幅で任意の繊維配向に張設し、所望の厚みを持つように張設した後にステッチングなどによって連続して一体化して、強化繊維による基材を作り出すという技術（特許文献２参照）が知られているが、これは基本的にプリフォームの中間基材をつくるものであり、最終的に必要な連続的に変化した幅や厚みを得ることは難しく、また、中間基材を製造する発明であるため、最終形状とするには、製造された中間基材を切ったり、重ねたりする必要があり、非常に手間がかかるし、高コストとなっていた。
【０００８】
また、プリプレグを使用した、ＡＴＬ（オート・テープ・レイアップ）（またはファイバー・プレイスメントなどと呼ばれる）という技術が知られていて（例えば、特許特許文献４参照。）、曲面形状の部材などについて適用されているが、Ｉ型、Ｔ型、ハット型などの異形断面を持ちながら厚み、幅も連続的に変化しているような非常に複雑な形状は製造できないという問題点があった。
【０００９】
また、強化繊維の織物による構造材に用いられる複合材料用繊維基材の製造方法も従来から知られている。例えば、円盤状や螺旋状などの所望の形態に織物を構成したものなどもあるが（例えば、特許文献５，６，７，８，９、１０参照。）、いずれも繊維を織物にする工程を含むためコストが高くなり、織物をカットしたり、積み重ねたりなどという工数が多く、割高となっていたし、さらに厚み、幅が連続的に変化したような形状を得ようとした場合、非常に高コストとなっていた。
【００１０】
また、Ｉ型、Ｈ型、Ｔ型などの異形断面を有する強化繊維による織物も知られているが（例えば、特許文献１１参照。）、織機による織物であるため、０°、９０°などといった強化繊維の配向ができないし、厚み、幅などを連続的に変化させつつ湾曲させることについての発明ではないし、高コストである。
【００１１】
また、織物の繊維組織を変化させることによって、湾曲した構造物を製造可能な技術も知られているが（例えば、特許文献１２，１３参照。）、やはり織物であるために繊維がクリンプしていることは否めず、強度面において弱点があるし、工数も多いために大量生産には不向きであり、単体での使用のため、実現できる形状は限られている。
【００１２】
また、強化繊維の組物からなるブレード基材による複合材料の製作方法もあるが（例えば、特許文献１４参照。）、やはり繊維がクリンプした状態で構成されているため、強度が小さいという強度面においての課題があったし、織物を使用する場合と同じく高コストとなっていた。一方、必要とされる方向の強度を得るために、本来必要とされない方向の強化繊維の量も一緒に増やしてしまうと、重量や寸法も増えてしまい、コストも上がってしまう、また、連続的に厚みや幅を変化させようとした場合、莫大な手間がかかる。また、時には設計に応じた強度を得られない、などという新たな課題が生じた。これらが原因で民間航空機への複合材料の適用は遅れがちとなっているのが現状である（例えば、特許文献１５参照。）。
【００１３】
【特許文献１】
特開昭５９-４７４６４号公報
【特許文献２】
米国特許第５８０９８０５号明細書および図面
【特許文献３】
特開平０７−０８１５６６号公報
【特許文献４】
米国特許第６０９６１６４号明細書および図面
【特許文献５】
特開昭５７−１３３２４２号公報
【特許文献６】
特開平１０−２１７２６３号公報
【特許文献７】
特開平０９−２０７２３６号公報
【特許文献８】
特開２００１−０７３２４１号公報
【特許文献９】
特開平０７−１３３５４８号公報
【特許文献１０】
特開２００２−３２８０号公報
【特許文献１１】
特開昭５７−１３３２４１号公報
【特許文献１２】
特開昭６３−１２０１５３号公報
【特許文献１３】
特開平０２−１９１７４２号公報
【特許文献１４】
特開平１０−２９０８５１号公報
【特許文献１５】
特開２０００−３２８３９２号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記の問題を解消し、強化繊維を張設した面内で湾曲形状に賦形する際の自由度が高く、製造時間や工数が少なく、廃材料も少ない、従来に比べて安価で繊維のクリンプが無く高密度で強度の高い複合材料用ドライプリフォームの製造方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の複合材料用ドライプリフォームの製造方法は、構造材料に用いられる複合材料用ドライプリフォームの製造方法において、厚みおよび／または幅が連続的に変化した任意の形状になるように複数本の強化繊維を任意の二次元方向に並列させて引き回して張設し、前記強化繊維どうしを一体化させて、構造材料に用いられる複合材料用ドライプリフォームとすることを特徴とするものである（請求項１）。
【００１６】
上記の複合材料用ドライプリフォームの製造方法によれば、任意の厚みや幅を持った形状になるように複数本の強化繊維を任意の二次元方向に並列させて引き回して張設し、強化繊維どうしを一体化させて、構造材料に用いられる複合材料用ドライプリフォームとするので、従来のプリプレグシートを使用したハンドレイアップ法や、ＡＴＬ法、さらには強化繊維の織物や組物、編物を使用する方法に比較して、任意形状の複合材料用ドライプリフォームを容易に製造することができる。
【００１７】
また本発明の複合材料用ドライプリフォームの製造方法は、構造材料に用いられる複合材料用ドライプリフォームの製造方法において、厚みおよび／または幅が連続的に変化した任意の形状になるように複数本の強化繊維を任意の二次元方向に並列させて引き回して張設し、前記強化繊維どうしをステッチング，ニッティング，タフティング，ニードリングのいずれかによって一体化させて、構造材料に用いられる複合材料用ドライプリフォームとすることを特徴とするものである（請求項２）。
【００１８】
上記の複合材料用ドライプリフォームの製造方法によれば、一旦、厚みや幅が連続的に変化した任意形状のプリフォームを形成してから、強化繊維同士をステッチング、ニッティング、タフティング、ニードリングのいずれかによって一体化するので、厚みや幅が連続的に変化した任意形状の複合材料用ドライプリフォームを容易に効率良く製造することができる。
【００１９】
また、本発明の複合材料用ドライプリフォームの製造方法は、構造材料に用いられる複合材料用ドライプリフォームの製造方法において、厚みおよび／または幅が連続的に変化した任意の湾曲形状となるように複数本の強化繊維を任意の二次元方向に並列させて引き回して張設し、前記強化繊維どうしを一体化させて、構造材料に用いられる湾曲形状を有する複合材料用ドライプリフォームとすることを特徴とするものである（請求項３）。
【００２０】
上記の複合材料用ドライプリフォームの製造方法によれば、予め、厚みや幅が連続的に変化した任意形状のプリフォームを形成してから、強化繊維どうしを固定することなく湾曲形状に変形させた後に、前記強化繊維どうしを一体化するので、厚みや幅が連続的に変化した任意形状の湾曲形状を有する複合材料用ドライプリフォームを容易に製造することができる。
【００２１】
また、本発明の複合材料用ドライプリフォームの製造方法は、構造材料に用いられる複合材料用ドライプリフォームの製造方法において、厚みおよび／または幅が連続的に変化した直線形状で複数本の強化繊維を任意の二次元方向に配向されるように並列させて引き回して張設し、前記強化繊維どうしを固定することなく湾曲形状に変形させた後に、前記強化繊維どうしを一体化して、構造材料に用いられる湾曲形状を有する複合材料用ドライプリフォームとすることを特徴とするものである（請求項４）。
【００２２】
上記の複合材料用ドライプリフォームの製造方法によれば、一旦，厚みや幅が連続的に変化した直線形状に形成したプリフォームを、強化繊維どうしを固定することなく湾曲形状に変形させた後に、強化繊維どうしを一体化することによって、厚みや幅が連続的に変化した任意の湾曲形状を有する複合材料用ドライプリフォームを製造することができる。
【００２３】
また、本発明の複合材料用ドライプリフォームの製造方法は、構造材料に用いられる複合材料用ドライプリフォームの製造方法において、厚みおよび／または幅が連続的に変化した直線形状で複数本の強化繊維を任意の二次元方向に配向されるように並列させて引き回して張設し、前記強化繊維どうしを固定することなく張設面内および／または張設面外で湾曲形状に変形させた後に、前記強化繊維どうしを一体化して、構造材料に用いられる湾曲形状を有する複合材料用プリフォームとすることを特徴とするものである（請求項５）。
【００２４】
上記の複合材料用ドライプリフォームの製造方法によれば、一旦，厚みおよび／または幅が連続的に変化した直線形状に形成したプリフォームを、強化繊維どうしを固定することなく、張設面内または張設面外、あるいは張設面内および張設面外で湾曲形状に変形させた後に、強化繊維どうしを固定することによって、任意の湾曲形状を有する構造材料用ドライプリフォームを製造することができる。
【００２５】
また、本発明の複合材料用ドライプリフォームの製造方法は厚みおよび／または幅が連続的に変化した、湾曲形状を有する複合材料用ドライプリフォームの製造方法において、直線状で複数本の強化繊維を任意の二次元方向に並列させて引き回して張設し、前記強化繊維どうしを固定することなく湾曲形状に変形させる前後において、前記強化繊維のテンションが一定に保たれるようにすることを特徴とするものである（請求項６）。
【００２６】
上記の複合材料用ドライプリフォームの製造方法によれば、一旦，厚みおよび／または幅が連続的に変化した直線形状に形成したプリフォームを、強化繊維どうしを固定することなく湾曲形状に変形させた後においても、前記強化繊維のテンションが一定に保たれているように湾曲形状に変形させるので、湾曲形状の内径側（小径側）となる部分の強化繊維が弛んで皺が寄ったり、湾曲形状の外径側（大径側）となる強化繊維が引っ張られて伸びたり配向位置が内径側（小径側）に移動したり断線したりすることなく、厚みおよび／または幅が連続的に変化した湾曲形状の複合材料用ドライプリフォームを製造することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る複合材料用ドライプリフォームの製造方法の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２８】
図１は、本発明のための複合材料用ドライプリフォームの製造装置１０における部分斜視図を示す。図２〜図４は、上記複合材料用ドライプリフォームの製造装置１０を構成する各部材を示す。図２（Ａ）はピン植設部材１１および１２の平面図、図２（Ｂ）は側面図を示す。図３（Ａ）は上部連結部材１５および１６、下部連結部材１７および１８の平面図、図３（Ｂ）は上部連結部材１５および１６、下部連結部材１７および１８の一部を断面で示した側面図を示す。図４(Ａ)は間隔保持部材１９の平面図、図４（Ｂ）は間隔保持部材１９の正断面図を示す。
【００２９】
図１および図２において、１１，１２はプリフォ−ムの幅寸法に応じた所定間隔で対向しているピン植設部材で、対向端側１１ａ，１２ａが直線状で、外方端側１１ｂ，１２ｂが円弧状などの曲面状になっており、前記対向端側１１ａ，１２ａに沿って多数のピン１３，１４が植設されている。また、前記対向端側１１ａ，１２ａと外方端側１１ｂ，１２ｂとの間に、連結ボルト挿通用の丸孔１１ｃ，１２ｃが形成されている。
【００３０】
前記ピン植設部材１１，１２は、プリフォームの長さ方向に沿って、多数個が所定間隔で並置されており、各ピン植設部材１１，１２は、それぞれ上側から長手方向に並置された上部連結部材１５，１６と、下側から長手方向に、かつ前記上部連結部材１５，１６とは半ピッチずらせて並置された下部連結部材１７，１８とによって挟持されている。これらの上部連結部材１５，１６と、下部連結部材１７，１８とには、それぞれその長手方向に長軸を有する長孔１５ａ，１６ａ，１７ａ，１８ａが形成されている。
【００３１】
間隔保持部材１９は、図４（Ａ）（Ｂ）に示すように、長手方向の中央部１９ａが、前記ピン植設部材１１，１２の上面と面一状になるように凸状に形成され、両端部に段部１９ｂを有する異形状で、両段部１９ｂには、それぞれ幅方向に長軸を有する長凹部１９ｃが形成され、この長凹部１９ｃの底部に丸孔１９ｄが形成されている。前記長凹部１９ｃは、後述するナット２２，２３が入り込める大きさを有し、前記丸孔１９ｄは後述する連結ボルト２０，２１のネジ部が入り込める大きさを有する。
【００３２】
前記ピン植設部材１１，１２は、前述のように、上下から上部連結部材１５，１６、下部連結部材１７，１８によって千鳥状に挟持され、図５に示すように、連結ボルト２０，２１およびナット２２，２３によって一体化されて組立体とされている。
【００３３】
そして、図５に示すように、連結ボルト２０，２１およびナット２２，２３によって一体化されたピン植設部材１１，１２、上部連結部材１５，１６および下部連結部材１７，１８の組立体を、図６に示すように、ナット２２、２３を下側にして、間隔保持部材１９の両端の段部１９ｂ上に配置する。すると、ナット２２，２３が間隔保持部材１９の長凹部１９ｃに入り込むと共に、連結ボルト２０，２１の雄ねじ部が間隔保持部材１９の丸孔１９ｄに入り込んで、一対の組立体が間隔保持部材１９によって、所定間隔で対向して保持される。とこの間隔保持部材１９の中央部１９ａの上面は、ピン植設部材１１，１２の上面と面一状になって、製造装置１０によって形成するプリフォ-ムの支持面となる。
【００３４】
図７は、上記図６に示す、ピン植設部材１１，１２、上部連結部材１５，１６および下部連結部材１７，１８を一体化した組立体を、さらに間隔保持部材１９上に組立てた状態における位置関係を示す概略透視平面図であり、図８はその側面図である。
【００３５】
前記長手方向に沿って所定間隔で配置されたピン植設部材１１および１２の所定個数ごとに、図９に示すように、対向するピン植設部材１１，１２間を幅方向に連結する連結部２４ａを備え、この連結部２４ａに多数のピン２５を備える連結ピン植設部材２４が配置されている。この連結ピン植設部材２４の連結部２４ａに植設されたピン２５によって、後述するように、矩形状の１次プリフォームを湾曲形状に変形する際に、長手方向に配向した強化繊維が湾曲形状の内径側（小径側）に移動するのを防止するようにしている。なお、この連結ピン植設部材２４におけるピン２５のピッチは、ピン植設部材１１，１２のピン１３，１４と同一ピッチにしてもよいが、必ずしも同一ピッチにする必要はない。
【００３６】
そして、前述のように、上部連結部材１５，１６の長孔１５ａ，１６ａと、各ピン植設部材１１，１２の丸孔１１ｃ，１２ｃと、下部連結部材１７，１８の長孔１７ａ，１８ａを貫通して、間隔保持部材１９の丸孔１９ｄに連結ボルト２０，２１の雄ねじ部を挿入することによって、前記連結ボルト２０，２１は、上部連結部材１５，１６および下部連結部材１７，１８の長孔１５ａ，１６ａ，１７ａ，１８に遊嵌しているので、ピン植設部材１１，１１どうしおよびピン植設部材１２，１２どうしは、相互に接近または離隔自在に構成されている。
【００３７】
このピン植設部材１１，１１どうしおよびピン植設部材１２，１２どうしの相互接近または離隔動作は、幅方向の一方端側のみを接近させることや、幅方向の一方側のみを離隔させることや、幅方向の一方側を接近させると共に、他方端側を離隔させることも可能である。この相互接近および／または離隔動作によって、製造装置１０は、図１０に示すように、その長手方向の中心線を湾曲形状に変形可能に構成されている。もちろん、図１０に示す湾曲形状から図１に示す直線状に復元することも可能である。なお、図１０では、図面が煩雑になるので、ピン植設部材１１，１２のピン１３，１４は図示を省略している。
【００３８】
図２（Ａ），図４（Ａ），図７および図９に示すように、ピン植設部材１１，１２の外方端側１１ｂ，１２ｂ、間隔保持部材１９の端部１９ｅおよび連結ピン植設部材２４の両端部１１ｂ，１２ｂが曲面状に形成されていることによって、製造装置１０を、図１０に示すように、その長手方向の中心線を湾曲形状に変形しても、ピン植設部材１１，１１相互および間隔保持部材１９，１９相互の端部どうしが衝突しないようになっている。また、連結ピン植設部材２４の端部１１ｂ，１２ｂが、ピン植設部材１１の端部１１ｂやピン植設部材１２の端部１２ｂと衝突しないようになっている。
【００３９】
次に、上記の製造装置１０を用いた複合材料用ドライプリフォームの製造方法について説明する。まず、製造装置１０の長手方向に沿った中心線を、図１に示すように直線状にしておき、炭素繊維，ガラス繊維，アラミド繊維，セラミック繊維，その他の複数本の強化繊維を、前記ピン植設部材１１のピン１３およびピン植設部材１２のピン１４を利用して、直線状で一方向（例えば、長手方向に対して＋４５°方向）に配向して張設し、その上に、複数本の強化繊維の配向方向を、例えば、−４５°、０°、９０°のように異ならせた他方向に配向して並行して張設することによって、図１１（Ａ）に示すように、多方向に配向された強化繊維よりなる厚さ寸法ｔが一定で、幅が一端部の幅寸法ｗ₀₁から他端部の幅寸法ｗ₀₂に連続的に変化している略台形状の１次プリフォーム３１を形成する。なお、図１１（Ａ）では、幅ｗ₀が徐々に変化しているが、このような形状は強化繊維の張設量を部分的に加減させること、強化繊維供給装置を複数設置し張設回数を変えることやピンの配置形状を変形させることによって容易に可能となる。この１次プリフォーム３１の長さ寸法、幅寸法および厚さ寸法は、用途に応じて任意に設定することができる。
【００４０】
次に、この幅が連続的に変化している略台形状の１次プリフォーム３１を、個々の強化繊維どうしを固定することなく、湾曲形状に変形させる。すなわち、前述のように、連結ボルト２０，２１が上部連結部材１５，１６および下部連結部材１７，１８の長孔１５ａ，１６ａ，１７ａ，１８ａに遊嵌しており、連結ボルト２０，２１が長孔１５ａ，１６ａ，１７ａ，内を長軸方向に移動可能であることを利用して、製造装置１０の長手方向に沿った中心線を、前述の図１０に示すように、１次プリフォーム３１と共に湾曲形状に変形させる。このとき、前述のように、ピン植設部材１１，１２の外方側端部１１ｂ，１２ｂ、間隔保持部材１９の端部１９ｂおよび連結ピン植設部材２４の両外方端部１１ｂ，１２ｂが、円弧状などの曲面状に形成されているので、内径側（小径側）での相互に接近しても衝突することがなく、円滑に湾曲形状に変形できる。
【００４１】
すると、ピン植設部材１１，１２のピン１３，１４および連結ピン植設部材２３の連結部２３ａに植設されたピン２５によって、１次プリフォーム３１を構成する個々の強化繊維条は、その位置を殆ど変化させることなく、円滑に湾曲形状に変形されて、図１１（Ｂ）に示すように、強化繊維の張設面内で湾曲変形されて、幅が連続的に変化している所望の湾曲形状を有する２次プリフォーム３２が形成できる。
【００４２】
この２次プリフォーム３２は、強化繊維どうしが固定されていないために、その状態では、一体成形物とは言えない。そこで、強化繊維どうしを固定する方法として、図１１（Ｃ）に示すように、２次プリフォーム３２の幅方向の両端部を長手方向に沿って、またその長手方向の両端部を幅方向に沿って、および長手方向の適当間隔ごとに幅方向に沿って、ミシンによるステッチング３３ａを行って固定する。そうすることによって、湾曲形状の２次プリフォーム３２の形態を保持した３次プリフォーム３３よりなる複合材料用ドライプリフォームを製造することができる。ここで、強化繊維の一体化方法としては、ミシンによるステッチング３３ａに代えて、ニッティング，タフティング，ニードリングなどによって強化繊維を固定することもできる。また、ステッチング，ニッティング，タフティング，ニードリングなどによる固定が行えないような場合、もしくはその必要が無いようなときは、熱融着糸などを使用した固定の方法を採用してもよい。
【００４３】
なお、ピン植設部材１１，１２、および上部連結保持部材１５，１６、下部連結保持部材１７，１８によって構成される部分については連結ボルト２０，２１とナット２２，２３によって形状を保持できるため、間隔保持部材１９から離脱させて使用することによって枠状の治具とし、２次プリフォームに対するミシンによるステッチングやニッティング，タフティング，ニードリングといった一体化方法を円滑に行うことができる。
【００４４】
次に、この強化繊維どうしが固定された３次プリフォーム３３を単体でその形状のままで、また必要とあらば幅方向の一部分を折り曲げ線として定めて折り曲げた３次プリフォームを複数組み合わせて、Ｉ型、Ｔ型、Ｊ型、Π型などの断面形状とした後に、ＲＴＭ法、ＲＦＩ法、またはＶａＲＴＭ法などのドライプリフォームを使用する成形方法によって溶融樹脂を含浸し、成形することによって、所定の湾曲形状を有する強化繊維よりなる複合材料を効率良く、低コストで製造することができる。
【００４５】
上記１次プリフォーム３１を湾曲形状にして２次プリフォーム３２を形成する際に、湾曲形状の内径側（小径側）の強化繊維は、余剰を生じて皺が形成されたり、外径側（大径側）の強化繊維は、逆に引っ張られて、伸びたり、内径側（小径側）に移動したり、あるいは甚だしい場合は断線したりする可能性がある。このような現象を防止するためには、湾曲形状に変形前の矩形状の１次プリフォーム３１と、湾曲形状に変形後の湾曲形状の２次プリフォーム３２とで、強化繊維のテンションが大きく変化しないようにすることが必要である。
【００４６】
図１２（Ａ）は、幅が連続的に変化している略台形状の１次プリフォーム３１から湾曲形状の２次プリフォーム３２を形成する際の強化繊維のテンション変化を小さくするような、ピン１３Ａおよび１４Ａを具備するピン植設部材１１Ａおよび１２Ａを用いた製造装置１０′の要部概略構成図である。すなわち、この実施形態のピン１３Ａおよび／または１４Ａは、弾力性を有する金属またはポリマー材料によって形成され、かつ、変形した際に張設している強化繊維がピン１３Ａおよび／または１４Ａから外れることがないように、先端部に鉤状の屈曲部を有している。強化繊維が張設されていない状態でのピン１３Ａおよび１４Ａ間の間隔寸法は、Ｌ₁とする。
【００４７】
上記のような弾性変形可能なピン１３Ａおよび／または１４Ａを有する製造装置１０′を用いて、その長手方向の中心線を直線状態にしておいて強化繊維を張設する際に、図１２（Ｂ）に示すように、ピン１３Ａおよび／または１４Ａが弾性限界内で変形するように強化繊維２６を張設して、略台形状の１次プリフォーム３１を形成する。このとき、ピン１３Ａおよび／または１４Ａの弾性変形によって、ピン１３Ａおよび１４Ａの強化繊維２６を係止している部位間の間隔寸法Ｌ₂は、前記Ｌ₁よりも若干小さくなる。
【００４８】
その後、製造装置１０′の長手方向の中心線を湾曲状態に変形させて、幅が連続的に変化している略台形状の１次プリフォーム３１から湾曲形状の２次プリフォーム３２を形成する際に、図１２（Ｃ）に示すように、ピン１３Ａおよび１４Ａ間の間隔寸法Ｌ３は、前記図１２（Ｂ）の状態における間隔寸法Ｌ₂よりも若干変化する。このとき、湾曲形状のプリフォームの内径側（小径側）のピン１３Ａ（または１４Ａ）は強化繊維の弛みを無くすように弾性変化し、一方、湾曲形状の外径側（大径側）のピン１４Ａ（または１３Ａ）は強化繊維の引張力を吸収するように弾性変化することによって、プリフォームの内径側（小径側）で強化繊維の弛みが生じず、外径側（大径側）で強化繊維の伸び、位置ズレ、断線を生じることなく、幅が連続的に変化している所定の湾曲形状の２次プリフォーム３２を円滑に形成することができる。
【００４９】
図１３（Ａ）は、幅が連続的に変化している略台形状の１次プリフォーム３１から幅が連続的に変化している湾曲形状の２次プリフォーム３２を形成する際の強化繊維のテンション変化を小さくする、本発明のさらに他の実施形態のための製造装置１０″における要部拡大平面図を示す。この製造装置１０″は、図１の製造装置１０における長手方向の一方端部または両端部に、装置の幅方向に延在し、その長さがピン植設部材１１，１２間の間隔寸法よりも小さく、多数のピン２８を有すると共に、長さ方向の中央部に設けられた枢支ピン２９を中心にして、水平面内で所定角度揺動可能な端部ピン植設部材２７を設けたものである。
【００５０】
この製造装置１０″の長手方向の中心線を直線状にした状態で、端部ピン植設部材２７を、その枢支ピン２９を利用して、図１３（Ｂ）に示すように、反時計方向に、すなわち、幅が連続的に変化している湾曲形状の２次プリフォームの内径側（小径側）となる端部２７ａは、装置１０″の内方側に、また、湾曲形状の２次プリフォームの外径側（大径側）となる端部２７ｂは、製造装置１０″の外方側になるように、枢支ピン２５を中心にして回動させて固定しておき、そのピン２８を利用して、長さ方向に対して０°方向に配向した強化繊維２６を張設し
て幅が連続的に変化している台形状の１次プリフォーム３１´（図示省略）を形成する。すなわち、予め、幅が連続的に変化している湾曲形状の２次プリフォームにおいて内径側（小径側）となる強化繊維２６ａの長さ寸法を短く、外径側（大径側）となる強化繊維２６ｂａの長さ寸法を長く張設するのである。
【００５１】
この後、この幅が連続的に変化している１次プリフォーム３１′（図示省略）を、製造装置１０″の長手方向の中心線を湾曲させることによって、湾曲形状の２次プリフォーム３２′に成形する際に、図１３（Ｃ）に示すように、製造装置１０″を湾曲させる動作に伴って、端部ピン植設部材２７を、枢支ピン２９を中心にして、時計方向に回動させることによって、幅が連続的に変化している湾曲形状のプリフォームの内径側（小径側）における強化繊維２６ａの弛みを無くすと共に、外径側（大径側）の強化繊維２６ｂの引張力を吸収して、湾曲形状に変形前後の強化繊維２６ａ，２６ｂのテンション変化を小さくすることができる。
【００５２】
なお、上記実施形態は特定の構成について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、各種の変形が可能である。例えば、ピン植設部材１１，１１間や、ピン植設部材１２，１２間に、圧縮ばねを介在させることによって、製造装置１０，１０′，１０″の長手方向の中心線を直線状にした場合、および湾曲形状にした場合とも、ピン植設部材１１，１１間や、ピン植設部材１２，１２間の間隔寸法が均等になるようにすることができる。また、圧縮ばねの代わりにエラストマーからなるピンを使用して弾性を利用してテンション変化に対応してもよい。
【００５３】
また、上部連結部材１５，１６、ピン植設部材１１，１２、下部連結部材１７，１８、間隔保持部材１９および連結ピン植設部材２４の組み付けは、上記実施形態に示したように、雄ねじ部を有する連結ボルト２０，２１およびナット２２，２３を用いる場合に限らず、例えば、雄ねじ部を有していないストレート状の連結ピンおよび割ピンを用いてもよい。
【００５４】
ピン植設部材１１，１２の外方端部１１ｂ，１２ｂ、間隔保持部材１９の端部１９ｅ、および連結ピン植設部材２４の両端部１１ｂ，１２ｂは、曲面状のみならず、面取り状などに加工してもよい。
【００５５】
また、ピン植設部材１１，１２のピン１３，１４や、端部ピン植設部材２７のピン２８への強化繊維の張設に際しては、作業者によって１本ずつ張設するのが従来のやり方であるが、より工業的にドライプリフォームの生産を行うために、本発明による多列の強化繊維張設の方法として、例えば、強化繊維を巻回した多数のボビン（図示省略）と、図１４に示すようにＸ−Ｙ−Ｚ動作可能な長手方向に延びる可動部材５１に、それぞれのボビンから引き出した強化繊維５３を繰り出す所定間隔で配置した多数のノズル５２を具備する強化繊維供給装置５０を用いれば、複数本の強化繊維５３を複数のピン１３，１４に対して同時に張設することができて、強化繊維５３の張設作業を効率的に行うことができる。
【００５６】
このときに使用される強化繊維を繰り出す所定間隔で配置した多数のノズル５２の間隔は、ピン１３、１４の間隔に対応して２つのピン１３，１３または１４，１４の間に一つのノズル５２が対応するように多数配置してもよいし、必要があるならばピン１３，１４に干渉しない適当な間隔をおいて多数配置されていてもよい。また、大量生産をする必要がある場合などには、長手方向のすべてに対応するように強化繊維を張設する強化繊維供給装置を設置すれば、最も効率良くドライプリフォームの製造が達成できる。このように、所望するドライプリフォームの形状や大きさ、生産量などに応じて強化繊維供給装置の形状、構成を自由に設定できる。
【００５７】
また、上記実施形態では、幅が連続的に変化した台形状の１次プリフォーム３１を形成しておき、この１次プリフォーム３１を強化繊維の張設面内で湾曲変形させる場合（請求項４に対応）について説明したが、幅が連続的に変化した台形状の１次プリフォーム３１を、厚みと幅が連続的に変化した台形状の形状を保持したまま強化繊維どうしを固定することによって、幅が連続的に変化した台形状の２次プリフォームからなる複合材料用ドライプリフォームを製・BR>「することもできる（請求項１に対応）。
【００５８】
また、上記実施形態では、幅が連続的に変化した台形状の１次プリフォーム３１を形成しておき、この１次プリフォーム３１を強化繊維の張設面内で湾曲変形させる場合について説明したが、強化繊維の張設面外、あるいは張設面内および張設面外で湾曲変形させて、２次プリフォームを製造することもできる（請求項５に対応）。
【００５９】
さらに、例えば、図１５に示すように、長手方向の一端部の幅寸法がｗ１、厚さ寸法がｔ１であり、他端部の幅寸法がｗ２、厚さ寸法がｔ２であり、その幅寸法ｗおよび厚さ寸法ｔが、プリフォームの長さ方向に沿って連続的に変化するような、異形状の１次プリフォーム３４を形成し、この１次プリフォーム３４をその異形状を保持したまま、強化繊維どうしを固定して、厚みと幅が連続的に変化している異形状の２次プリフォーム３５からなる複合材料用ドライプリフォームを製造することもできる（請求項１に対応）。
【００６０】
図１５に示すような、長さ方向の一端部の幅寸法がｗ１、厚さ寸法がｔ１であり、他端部の幅寸法がｗ２、厚さ寸法がｔ２であり、その幅寸法ｗおよび厚さ寸法ｔが、プリフォームの長さ方向に沿って連続的に変化するような、異形状の１次プリフォーム３４を形成した後に、強化繊維どうしを固定することなく、図１５に示すように、強化繊維の張設面内で湾曲変形させた後に強化繊維どうしを固定して、異形状の２次プリフォーム３６からなる複合材料用ドライプリフォームを製造するようにしてもよい（請求項５に対応）。
【００６１】
また、最初に、図１６に示すように、長さ方向の一端部の幅寸法がｗ１、厚さ寸法がｔ１であり、他端部の幅寸法がｗ２、厚さ寸法がｔ２であり、その幅寸法ｗおよび厚さ寸法ｔが、プリフォームの長さ方向に沿って連続的に変化すると共に、強化繊維の張設面内で湾曲された異形状の１次プリフォーム３７を形成し、その異形状を保持したまま強化繊維どうしを一体化して、その異形状を保持した２次プリフォーム３８からなる複合材料用ドライプリフォームを製造することもできる（請求項３に対応）。
【００６２】
さらには、図示は省略するが、図１５や図１６に示す異形状の１次プリフォーム３４や３７を、強化繊維の張設面外で湾曲変形させて、さらに複雑な異形状を有する２次プリフォームからなる複合材料用ドライプリフォームを製造することもできる（請求項５に対応）。
【００６３】
図１７は、本発明によって製造した構造材料用ドライプリフォーム３９の斜視図を示す。この構造材料用ドライプリフォーム３９は、図１５に示す異形状のプリフォーム３４を、３４ａおよび３４ｂの２枚合わせて折り曲げて連結部３４ｃを形成したI型ビームである。ここで、連結部３４ｃは、その長手方向の一端部の高さ寸法がｈ１、他端部の高さ寸法がｈ２で、ｈ１＞ｈ２としたものであるが、ｈ１＝ｈ２としてもよいし、ｈ１＜ｈ２としてもよい。
【００６４】
図１８は、本発明によって製造した構造材料用ドライプリフォーム４０の斜視図を示す。この構造材料用ドライプリフォーム４０は、図１６に示す異形状のプリフォーム３７を、３７ａおよび３７ｂの２枚合わせて折り曲げて連結部３７ｃを形成したI型ビームである。ここで、連結部３７ｃは、その長手方向の一端部の高さ寸法がｈ３、他端部の高さ寸法がｈ４で、ｈ３＞ｈ４としたものであるが、ｈ３＝ｈ４としてもよいし、ｈ３＜ｈ４としてもよい。
【００６５】
【発明の効果】
本発明の複合材料用ドライプリフォームの製造方法は構造材料に用いられる複合材料用ドライプリフォームの製造方法において、厚みおよび／または幅が連続的に変化した任意の形状になるように複数本の強化繊維を任意の二次元方向に並列させて引き回して張設し、前記強化繊維どうしを一体化させて、構造材料に用いられる複合材料用ドライプリフォームとすることを特徴とするものであるから、任意形状の複合材料用ドライプリフォームを製造することが可能になる。
【００６６】
また、本発明の複合材料用ドライプリフォームの製造装置は、湾曲形状を有する複合材料用ドライプリフォームの製造装置において、多数の強化繊維張設用のピンを植設した複数のピン植設部材をプリフォームの幅に応じる所定間隔で対向させると共に、これらのピン植設部材をプリフォームの長さ方向に沿って相互に接近または離隔自在に連結し、かつ、前記対向するピン植設部材の対向間隔を保持する間隔保持部材を具備し、その長手方向を軸として湾曲形状に変形可能にしたことを特徴とするものであるから、製造装置の長手方向に沿った中心線を直線状にして強化繊維を張設して略台形状の１次プリフォームを形成し、次に、製造装置の長手方向に沿った中心線を湾曲形状に変形することによって、台形状の１次プリフォームを強化繊維の張設面内で湾曲変形させて、異形状の２次プリフォームを形成した後に、強化繊維どうしを一体化して、湾曲形状の複合材料用ドライプリフォ−ムを製造することができる。あるいは、最初から製造装置の長手方向の中心線を湾曲状に変形させておいて、湾曲形状の１次プリフォームを形成した後に、その湾曲形状の状態を保持したまま強化繊維どうしを一体化して湾曲形状の２次プリフォームを製造することもできる。さらに台形状の１次プリフォームを、その形状を保持したまま、強化繊維どうしを一体化して、台形状の複合材料用ドライプリフォームを製造することなど、各種形状の複合材料用ドライプリフォ−ムを製造することができる。このように本発明の複合材料用ドライプリフォームの製造装置によれば、各種形状の複合材料用ドライプリフォームを製造することができる。こうして得られたドライプリフォームは、Ｉ型、Ｔ型、Π型Ｊ型などの形状に折り曲げて使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のための複合材料用ドライプリフォーム製造装置の要部斜視図である。
【図２】（Ａ）は図１の複合材料用ドライプリフォーム製造装置を構成するピン植設部材の平面図、
（Ｂ）は（Ａ）のピン植設部材の側面図である。
【図３】（Ａ）は図１の複合材料用ドライプリフォーム製造装置を構成する上部連結部材および下部連結部材の平面図、
（Ｂ）は（Ａ）の上部連結部材および下部連結部材の一部を断面で示した側面図である。
【図４】（Ａ）は図１の複合材料用ドライプリフォーム製造装置を構成する間隔保持部材の平面図、
（Ｂ）は（Ａ）の間隔保持部材の正断面図である。
【図５】図１の複合材料用ドライプリフォーム製造装置を構成するピン植設部材，上部連結部材，下部連結部材を連結ボルトおよびナットで一体化した組立体の概略透視正面図である。
【図６】図５の組立体を図４の間隔保持部材と共に組立てた組立体の概略透視正面図である。
【図７】図６の組立体よりなる本発明の複合材料用ドライプリフォーム製造装置の概略透視平面図である。
【図８】図７の複合材料用ドライプリフォーム製造装置の側面図である。
【図９】図１の複合材料用ドライプリフォーム製造装置を構成する連結ピン植設部材の斜視図である。
【図１０】図１の複合材料用ドライプリフォーム製造装置を湾曲形状に変化させた状態の概略斜視図である。
【図１１】本発明に係る複合材料用プリフォームの製造方法の一実施形態について説明する各段階でのプリフォームの形態を示す概略斜視図で、
（Ａ）は略台形状の１次プリフォーム、
（Ｂ）は（Ａ）の１次プリフォームを強化繊維の張設面内で湾曲形状に変化させた異形状の２次プリフォーム、
（Ｃ）は（Ｂ）の２次プリフォ-ムにステッチングを行って強化繊維どうしを一体化した３次プリフォームを示す。
【図１２】本発明の他の実施形態のための複合材料用ドライプリフォーム製造装置において湾曲形状にする前後の強化繊維のテンション変化を小さくする説明用の要部正面図で、
（Ａ）はピンがフリーな状態、
（Ｂ）はピンに強化繊維が張設された状態、
（Ｃ）は湾曲形状に変形した後の状態を示す。
【図１３】本発明のさらに異なる実施形態に係る複合材料用ドライプリフォーム製造装置における湾曲形状に変形前後の強化繊維のテンション変化を小さくする説明用の要部平面図で、
（Ａ）は強化繊維を張設して１次プリフォームを形成する前の状態、
（Ｂ）は強化繊維を張設して１次プリフォームを形成する段階での状態、
（Ｃ）は１次プリフォームを湾曲形状に変形させて２次プリフォームを形成する段階での状態を示す。
【図１４】本発明の複合材料用ドライプリフォームの製造方法により、多数本の強化繊維を多数のノズルを有する強化繊維供給装置よって張設する場合の状態を示す概略斜視図である。
【図１５】本発明の複合材料用ドライプリフォームの製造方法により製造される異形プリフォームの斜視図である。
【図１６】本発明の複合材料用ドライプリフォームの製造方法により製造される他の異形プリフォームの斜視図である。
【図１７】図１５の異形状プリフォームを用いて製造した構造材料用ドライプリフォームの斜視図である。
【図１８】図１６の異形状プリフォームを用いて製造した構造材料用ドライプリフォームの斜視図である。
【符号の説明】
１０，１０′，１０″ 複合材料用プリフォーム製造装置
１１，１１Ａ，１２，１２Ａピン植設部材
１１ａ，１２ａ対向端部側
１１ｂ，１２ｂ外側端部
１１ｃ，１２ｃ丸孔
１３，１３Ａ，１４，１４Ａ，２５，２８ピン
１５，１６上部連結部材１７，１８下部連結部材
１９間隔保持部材
２０，２１連結ボルト
２２，２３ナット
２４連結ピン植設部材
２４ａ連結部
２６，２６ａ，２６ｂ強化繊維
２７端部ピン植設部材
２７ａ湾曲形状の内径側端部
２７ｂ湾曲形状の外径側端部
２９枢支ピン
３１１次プリフォーム
３２２次プリフォーム
３３３次プリフォーム
３３ａステッチング
３４，３７異形状の１次プリフォーム
３５，３６，３８異形状の２次プリフォーム
３９，４０複合材料用ドライプリフォーム
３４ａ，３４ｂ，３７ａ，３７ｃ異形状プリフォーム
３４ｃ，３７ｃ連結部
５０強化繊維供給装置
５１可動部材
５２ノズル
５３強化繊維
ｗ₀₁，ｗ₀₂ 幅寸法
ｗ１〜ｗ４幅寸法
ｔ１〜ｔ４厚さ寸法
ｈ１〜ｈ４高さ寸法[0001]
[Industrial application fields]
The present invention improves the curve formability of dry preforms for composite materials used in aerospace structures, architectural structures, automotive structures, ship structures, and other structures that require strength. How to make dry preforms for materials To the law It is related. In the following description, “dry preform” is a name for a preform before being impregnated and molded with a resin by a molding method such as an RTM method, an RFI method, or a VaRTM method.
[0002]
[Prior art]
In general, weight reduction is required for aerospace structures, architectural structures, automobile structures, ship structures, and other various structures that require strength.
[0003]
Conventionally, curved members such as aircraft wings and fuselage structural materials, such as special aluminum alloys and titanium alloys with high mechanical strength with strength characteristics according to their parts and stress characteristics, stainless steel, etc. Many metal materials have been used. However, in order for the airframe to obtain the required strength, it is necessary to use a metal material structural member having an enormous weight and number of parts, so that the weight of the airframe tends to be heavy. As a result, design freedom was deprived, fuel consumption during actual flight became enormous, and weight reduction of aircraft materials was an important factor in aircraft manufacturing, operation, safety, etc. .
[0004]
In recent aircraft structural materials, for example, aircraft made of fiber-reinforced composite materials with high specific strength and specific rigidity, which are formed by impregnating reinforced fibers such as glass fibers, aramid fibers, and carbon fibers with polymer resin materials such as epoxy resins. Manufacturing of structural materials has been studied and many parts have been applied in practice. It is well known that composite materials are superior in specific strength and specific rigidity compared to metal materials, and because they have the feature that anisotropy can be imparted by reinforcing fibers, there is a degree of freedom in structural design. It is well known that it is expensive. Moreover, since a large-sized structural member can be integrally formed, the number of parts can be greatly reduced, and the cost can be reduced.
[0005]
However, when trying to obtain a predetermined shape having a curved portion such as an annular shape or a curved shape in part or in whole, for example, a prepreg sheet in which a reinforcing fiber is impregnated with a resin is cut in advance, and a large number of these prepreg sheets are obtained. Although a hand lay-up method of pasting in a desired shape has been performed (see, for example, Patent Document 1), it is almost manually performed manually, requires a large number of manufacturing processes, is difficult to produce automatically, and is abandoned. Since many materials were produced, there was a problem that productivity was low and cost was high. Moreover, in such a case, the annular and curved reinforcing fibers are in a state of being cut off, and sufficient strength by the reinforcing fibers cannot be obtained. Further, when it is attempted to obtain a predetermined shape whose thickness, width, and length are continuously changed while being curved, the cost is further increased.
[0006]
Also, a technology to obtain a fiber base material by installing a pipe etc. perpendicular to the thickness direction according to the desired shape, meandering reinforcing fibers to replace it, and replacing the pipe etc. with fibers in the thickness direction However, this method takes time because a single long fiber is meandered and stretched, and it cannot be said that it is an efficient method, and the pipe is made into a reinforcing fiber in the thickness direction. It takes time and effort to replace it, and the cost is high.
[0007]
In addition, a technology in which reinforcing fibers are stretched with a certain width in an arbitrary fiber orientation, stretched to have a desired thickness, and then continuously integrated by stitching, etc., to create a substrate made of reinforcing fibers (Refer to Patent Document 2) is known, but this basically creates an intermediate base material for a preform, and it is difficult to finally obtain the continuously changed width and thickness required, Since it is an invention for producing an intermediate base material, it is necessary to cut or stack the produced intermediate base material to obtain a final shape, which is very laborious and expensive.
[0008]
In addition, a technique called ATL (auto tape layup) (or called fiber placement or the like) using a prepreg is known (for example, see Patent Document 4). Although applied, there is a problem that it is impossible to manufacture very complicated shapes such as I-type, T-type, hat-type, etc., which have irregular cross sections and whose thickness and width continuously change.
[0009]
In addition, a method for producing a fiber base material for a composite material used for a structural material made of a woven fabric of reinforcing fibers has been conventionally known. For example, there are those in which a woven fabric is formed in a desired shape such as a disk shape or a spiral shape (see, for example, Patent Documents 5, 6, 7, 8, 9, and 10). The cost is high because it contains a lot of man-hours such as cutting and stacking the fabric, and it is expensive, and when trying to obtain a shape whose thickness and width change continuously, it is very It was expensive.
[0010]
Also known are fabrics made of reinforcing fibers having irregular cross sections such as I-type, H-type, and T-type (see, for example, Patent Document 11). However, because they are woven by a loom, 0 °, 90 °, etc. Reinforcing fibers cannot be oriented, and it is not an invention for bending while continuously changing thickness, width, etc., and is expensive.
[0011]
In addition, there is known a technique capable of manufacturing a curved structure by changing the fiber structure of the fabric (see, for example, Patent Documents 12 and 13). However, since the fabric is also a fabric, the fibers are crimped. It cannot be denied that it has weaknesses in strength and is not suitable for mass production due to the large number of man-hours, and the shape that can be realized is limited because it is used alone.
[0012]
In addition, there is a method of manufacturing a composite material using a blade base material made of a reinforcing fiber assembly (see, for example, Patent Document 14). However, since the fiber is configured in a crimped state, the strength is low. In the case of using a woven fabric, the cost was high. On the other hand, if the amount of reinforcing fibers in the direction that is not originally needed is increased together in order to obtain the strength in the required direction, the weight and dimensions also increase, and the cost also increases. However, enormous effort is required when changing the thickness and width. Moreover, a new problem has arisen that sometimes the strength according to the design cannot be obtained. Under these circumstances, the application of composite materials to commercial aircraft tends to be delayed (see, for example, Patent Document 15).
[0013]
[Patent Document 1]
JP 59-47464 A
[Patent Document 2]
US Pat. No. 5,809,805 and drawings
[Patent Document 3]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-081566
[Patent Document 4]
US Pat. No. 6,096,164 and drawings
[Patent Document 5]
JP 57-133242 A
[Patent Document 6]
JP-A-10-217263
[Patent Document 7]
JP 09-207236 A
[Patent Document 8]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-073241
[Patent Document 9]
Japanese Patent Laid-Open No. 07-133548
[Patent Document 10]
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-3280
[Patent Document 11]
JP-A-57-133241
[Patent Document 12]
JP 63-1220153 A
[Patent Document 13]
Japanese Patent Laid-Open No. 02-191742
[Patent Document 14]
JP-A-10-290851
[Patent Document 15]
JP 2000-328392 A
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention solves the above-mentioned problems, has a high degree of freedom when forming into a curved shape in a plane in which reinforcing fibers are stretched, has less manufacturing time and man-hours, has less waste material, and is less expensive than conventional ones. Of high-density, high-strength dry preforms without fiber crimp The law It is to provide.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The method for producing a dry preform for a composite material according to the present invention is a method for producing a dry preform for a composite material used for a structural material, wherein a plurality of reinforcements are formed so as to have an arbitrary shape whose thickness and / or width are continuously changed. The fibers are arranged in parallel in an arbitrary two-dimensional direction and stretched and stretched, and the reinforcing fibers are integrated to form a dry preform for a composite material used for a structural material (claims). 1).
[0016]
According to the above method for producing a dry preform for a composite material, a plurality of reinforcing fibers are drawn in parallel in an arbitrary two-dimensional direction so as to have a shape having an arbitrary thickness and width, and the reinforcing fibers are stretched. Since the two are integrated into a dry preform for composite materials used in structural materials, the conventional lay-up method using prepreg sheets, the ATL method, and woven fabrics, braids and knitted fabrics of reinforcing fibers are used. Compared with the method to do, the dry preform for composite materials of arbitrary shapes can be manufactured easily.
[0017]
The method for producing a dry preform for a composite material according to the present invention is a method for producing a dry preform for a composite material used for a structural material. A composite material used as a structural material in which reinforcing fibers are stretched in parallel in an arbitrary two-dimensional direction and are integrated by stitching, knitting, tufting, or needling. The present invention is characterized in that a dry preform is used (claim 2).
[0018]
According to the above method for producing a dry preform for a composite material, once a preform having an arbitrary shape whose thickness and width are continuously changed is formed, the reinforcing fibers are stitched, knitted, tufted, and kneaded. Since it is integrated by any of the rings, it is possible to easily and efficiently manufacture a dry preform for a composite material having an arbitrary shape whose thickness and width are continuously changed.
[0019]
The composite material dry preform manufacturing method of the present invention includes a plurality of composite material dry preform manufacturing methods used for structural materials so as to have an arbitrary curved shape whose thickness and / or width are continuously changed. It is characterized in that the reinforcing fibers of the book are drawn in parallel in an arbitrary two-dimensional direction and stretched, and the reinforcing fibers are integrated to form a dry preform for a composite material having a curved shape used for a structural material. (Claim 3).
[0020]
According to the above-described method for producing a dry preform for composite material, a preform having an arbitrary shape whose thickness and width are continuously changed is formed in advance, and then deformed into a curved shape without fixing the reinforcing fibers. Later, since the reinforcing fibers are integrated, a dry preform for a composite material having an arbitrarily curved shape whose thickness and width are continuously changed can be easily manufactured.
[0021]
Further, the method for producing a dry preform for composite material according to the present invention is a method for producing a dry preform for composite material used for a structural material, wherein a plurality of reinforcing fibers are formed in a linear shape with continuously changing thickness and / or width. After being stretched by being pulled in parallel so as to be oriented in an arbitrary two-dimensional direction, the reinforcing fibers are deformed into a curved shape without being fixed, and then the reinforcing fibers are integrated and used as a structural material. A dry preform for a composite material having a curved shape is formed (claim 4).
[0022]
According to the above method for producing a dry preform for a composite material, once the preform formed into a linear shape whose thickness and width are continuously changed is deformed into a curved shape without fixing the reinforcing fibers, By integrating the reinforcing fibers, a dry preform for a composite material having an arbitrary curved shape whose thickness and width continuously change can be manufactured.
[0023]
Further, the method for producing a dry preform for composite material according to the present invention is a method for producing a dry preform for composite material used for a structural material, wherein a plurality of reinforcing fibers are formed in a linear shape with continuously changing thickness and / or width. After being stretched by being pulled in parallel so as to be oriented in an arbitrary two-dimensional direction, the reinforcing fibers are deformed into a curved shape inside and / or outside the tensioning surface without fixing the reinforcing fibers, The reinforcing fibers are integrated to form a composite material preform having a curved shape used for a structural material (Claim 5).
[0024]
According to the above-described method for producing a dry preform for a composite material, a preform once formed into a linear shape having a continuously changing thickness and / or width can be formed in a stretched surface without fixing reinforcing fibers. A dry preform for a structural material having an arbitrary curved shape can be manufactured by fixing the reinforcing fibers to each other after being deformed into a curved shape outside the tensioned surface or inside and outside the tensioned surface. .
[0025]
The method for producing a dry preform for composite material according to the present invention is a method for producing a dry preform for composite material having a curved shape whose thickness and / or width is continuously changed. The tension of the reinforcing fiber is kept constant before and after the reinforcing fiber is stretched in parallel in the two-dimensional direction and deformed into a curved shape without fixing the reinforcing fibers. (Claim 6).
[0026]
According to the above method for producing a dry preform for a composite material, a preform once formed into a linear shape with continuously changing thickness and / or width is deformed into a curved shape without fixing reinforcing fibers. Later, the reinforcing fiber is deformed into a curved shape so that the tension of the reinforcing fiber is kept constant, so that the reinforcing fiber on the inner diameter side (small diameter side) of the curved shape is loosened and wrinkled or curved. The thickness and / or width changed continuously without the reinforcing fiber on the outer diameter side (large diameter side) of the fiber being pulled and stretched, or the orientation position moved to the inner diameter side (small diameter side) or disconnected. A curved dry preform for composite material can be manufactured.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a method for producing a dry preform for composite materials according to the present invention Legal Embodiments will be described with reference to the drawings.
[0028]
FIG. 1 shows the present invention. For The fragmentary perspective view in the manufacturing apparatus 10 of the dry preform for composite materials is shown. 2-4 shows each member which comprises the manufacturing apparatus 10 of the said composite material dry preform. 2A is a plan view of the pin implantation members 11 and 12, and FIG. 2B is a side view. 3A is a plan view of the upper connecting members 15 and 16 and the lower connecting members 17 and 18, and FIG. 3B is a cross-sectional view of the upper connecting members 15 and 16 and a part of the lower connecting members 17 and 18. A side view is shown. 4A is a plan view of the spacing member 19, and FIG. 4B is a front sectional view of the spacing member 19. FIG.
[0029]
1 and 2, reference numerals 11 and 12 denote pin planting members facing each other at a predetermined interval according to the width dimension of the preform. The opposing end sides 11a and 12a are linear and the outer end side 11b and 12b has a curved surface shape such as an arc shape, and a large number of pins 13 and 14 are implanted along the opposed end sides 11a and 12a. Further, round holes 11c and 12c for inserting connecting bolts are formed between the opposed end sides 11a and 12a and the outer end sides 11b and 12b.
[0030]
A large number of the pin-planting members 11 and 12 are juxtaposed at predetermined intervals along the length direction of the preform, and the pin-planting members 11 and 12 are juxtaposed in the longitudinal direction from above. The upper connecting members 15 and 16 are sandwiched between lower connecting members 17 and 18 juxtaposed in a longitudinal direction from the lower side and the upper connecting members 15 and 16 being shifted by a half pitch. The upper connecting members 15 and 16 and the lower connecting members 17 and 18 are formed with long holes 15a, 16a, 17a, and 18a each having a long axis in the longitudinal direction.
[0031]
As shown in FIGS. 4A and 4B, the spacing member 19 is formed in a convex shape so that the central portion 19a in the longitudinal direction is flush with the upper surfaces of the pin planting members 11 and 12. Each of the stepped portions 19b has a long concave portion 19c having a long axis in the width direction, and a round hole 19d is formed at the bottom of the long concave portion 19c. . The long concave portion 19c has a size capable of receiving nuts 22 and 23, which will be described later, and the round hole 19d has a size capable of receiving screw portions of connecting bolts 20, 21 which will be described later.
[0032]
As described above, the pin-planting members 11 and 12 are sandwiched in a zigzag manner by the upper connecting members 15 and 16 and the lower connecting members 17 and 18 from above and below, and as shown in FIG. The nuts 22 and 23 are integrated to form an assembly.
[0033]
And, as shown in FIG. 5, the assembly of the pin planting members 11, 12, the upper connecting members 15, 16 and the lower connecting members 17, 18 integrated by the connecting bolts 20, 21 and the nuts 22, 23, As shown in FIG. 6, the nuts 22 and 23 are arranged on the lower side, and are arranged on the step portions 19 b at both ends of the spacing member 19. Then, the nuts 22 and 23 enter the long concave portion 19 c of the spacing member 19, and the male screw portions of the connecting bolts 20 and 21 enter the round hole 19 d of the spacing member 19, and the pair of assemblies are moved by the spacing member 19. , Are held facing each other at a predetermined interval. The upper surface of the central portion 19a of the spacing member 19 is flush with the upper surfaces of the pin implantation members 11 and 12, and serves as a support surface for the preform formed by the manufacturing apparatus 10.
[0034]
FIG. 7 shows a state in which the assembly in which the pin planting members 11, 12, the upper connecting members 15, 16 and the lower connecting members 17, 18 shown in FIG. FIG. 8 is a schematic perspective plan view showing the positional relationship, and FIG. 8 is a side view thereof.
[0035]
As shown in FIG. 9, for each predetermined number of pin planting members 11 and 12 arranged at predetermined intervals along the longitudinal direction, a connecting portion for connecting the opposing pin planting members 11 and 12 in the width direction. A connecting pin planting member 24 having a large number of pins 25 is disposed in the connecting portion 24a. As will be described later, when the rectangular primary preform is deformed into a curved shape, the reinforcing fibers oriented in the longitudinal direction are curved by the pins 25 implanted in the coupling portion 24a of the coupling pin planting member 24. The movement to the inner diameter side (small diameter side) of the shape is prevented. In addition, although the pitch of the pin 25 in this connection pin planting member 24 may be made into the same pitch as the pins 13 and 14 of the pin planting members 11 and 12, it does not necessarily need to be made the same pitch.
[0036]
And as mentioned above, the long holes 15a and 16a of the upper connecting members 15 and 16, the round holes 11c and 12c of the pin planting members 11 and 12, and the long holes 17a and 18a of the lower connecting members 17 and 18 are formed. By inserting the male screw portions of the connecting bolts 20 and 21 into the circular holes 19d of the spacing member 19 through the connecting bolts 20 and 21, the connecting bolts 20 and 21 are longer than the upper connecting members 15 and 16 and the lower connecting members 17 and 18, respectively. Since they are loosely fitted in the holes 15a, 16a, 17a, 18, the pin-planting members 11, 11 and the pin-planting members 12, 12 are configured to be able to approach or separate from each other.
[0037]
The pin planting members 11 and 11 and the pin planting members 12 and 12 are moved closer to each other or separated from each other by moving only one end in the width direction, or separating only one side in the width direction. It is also possible to approach one side in the width direction and to separate the other end side. By this mutual approach and / or separation operation, the manufacturing apparatus 10 is configured to be capable of deforming its longitudinal center line into a curved shape as shown in FIG. Of course, it is possible to restore the curved shape shown in FIG. 10 to the straight shape shown in FIG. In addition, in FIG. 10, since drawing becomes complicated, illustration of the pins 13 and 14 of the pin planting members 11 and 12 is omitted.
[0038]
As shown in FIGS. 2 (A), 4 (A), 7 and 9, the outer end sides 11 b and 12 b of the pin planting members 11 and 12, the end 19 e of the spacing member 19 and the connecting pin planting. Since both end portions 11b and 12b of the installation member 24 are formed in a curved surface shape, as shown in FIG. 10, even if the longitudinal center line of the manufacturing apparatus 10 is deformed into a curved shape, a pin is implanted. The ends of the members 11, 11 and the spacing members 19, 19 are prevented from colliding with each other. Further, the end portions 11 b and 12 b of the connecting pin planting member 24 do not collide with the end portion 11 b of the pin planting member 11 or the end portion 12 b of the pin planting member 12.
[0039]
Next, the manufacturing method of the dry preform for composite materials using said manufacturing apparatus 10 is demonstrated. First, a center line along the longitudinal direction of the manufacturing apparatus 10 is linearly formed as shown in FIG. 1, and carbon fibers, glass fibers, aramid fibers, ceramic fibers, and other plural reinforcing fibers are used as the pins. Using the pin 13 of the planting member 11 and the pin 14 of the pin planting member 12, it is linearly oriented in one direction (for example, + 45 ° direction with respect to the longitudinal direction) and stretched thereon, As shown in FIG. 11 (A), the orientation directions of the plurality of reinforcing fibers are oriented in parallel in other directions such as −45 °, 0 °, and 90 °, and are stretched in parallel. Furthermore, the thickness dimension t made of reinforcing fibers oriented in multiple directions is constant and the width is the width dimension w at one end. ₀₁ Width dimension w of the other end from ₀₂ A substantially trapezoidal primary preform 31 that continuously changes is formed. In FIG. 11A, the width w ₀ However, such a shape can be changed by partially adjusting the amount of reinforcing fiber tension, changing the number of tensions by installing multiple reinforcing fiber feeders, or changing the pin layout. Easy to do. The length dimension, width dimension, and thickness dimension of the primary preform 31 can be arbitrarily set according to the application.
[0040]
Next, the substantially trapezoidal primary preform 31 whose width is continuously changed is deformed into a curved shape without fixing individual reinforcing fibers. That is, as described above, the connecting bolts 20, 21 are loosely fitted in the long holes 15a, 16a, 17a, 18a of the upper connecting members 15, 16 and the lower connecting members 17, 18, and the connecting bolts 20, 21 are long. By utilizing the fact that the inside of the holes 15a, 16a, 17a can be moved in the major axis direction, the center line along the longitudinal direction of the manufacturing apparatus 10 is shown in the primary preform 31 as shown in FIG. At the same time, it is deformed into a curved shape. At this time, as described above, the outer side ends 11b and 12b of the pin planting members 11 and 12, the end 19b of the spacing member 19 and the both outer ends 11b and 12b of the connecting pin planting member 24 are Since it is formed in a curved shape such as an arc shape, it does not collide even when approaching each other on the inner diameter side (small diameter side), and can be smoothly deformed into a curved shape.
[0041]
Then, the individual reinforcing fiber strips constituting the primary preform 31 by the pins 13 and 14 of the pin planting members 11 and 12 and the pin 25 planted on the coupling portion 23a of the coupling pin planting member 23 are It is desired to be smoothly deformed into a curved shape with almost no change in position, and to be curved and deformed within the stretched surface of the reinforcing fiber, as shown in FIG. A secondary preform 32 having a curved shape can be formed.
[0042]
Since the secondary preform 32 is not fixed with reinforcing fibers, it cannot be said that the secondary preform 32 is an integrally molded product in that state. Therefore, as a method of fixing the reinforcing fibers, as shown in FIG. 11C, both ends in the width direction of the secondary preform 32 are along the longitudinal direction, and both ends in the longitudinal direction are in the width direction. Stitching 33a by a sewing machine is performed and fixed along the width direction at appropriate intervals along the longitudinal direction. By doing so, it is possible to manufacture a dry preform for a composite material comprising a tertiary preform 33 that retains the shape of the curved secondary preform 32. Here, as a method for integrating the reinforcing fibers, the reinforcing fibers can be fixed by knitting, tufting, needling or the like instead of the stitching 33a by the sewing machine. In addition, when fixing by stitching, knitting, tufting, needling, etc. cannot be performed, or when it is not necessary, a fixing method using heat-sealed yarn may be adopted. .
[0043]
In addition, since it can hold | maintain a shape by the connecting bolts 20 and 21 and the nuts 22 and 23 about the part comprised by the pin planting members 11 and 12, the upper connection holding members 15 and 16, and the lower connection holding members 17 and 18, By separating from the spacing member 19 and using it, a frame-shaped jig can be obtained, and an integration method such as stitching, knitting, tufting, and needling by a sewing machine for the secondary preform can be smoothly performed.
[0044]
Next, the tertiary preform 33 to which the reinforcing fibers are fixed is left as it is, and if necessary, a plurality of tertiary preforms that are bent with a part in the width direction set as a folding line are combined. By impregnating the molten resin by a molding method using a dry preform such as the RTM method, the RFI method, or the VaRTM method after forming a cross-sectional shape such as I type, T type, J type, and saddle type, A composite material made of reinforcing fibers having a predetermined curved shape can be produced efficiently and at low cost.
[0045]
When forming the secondary preform 32 by making the primary preform 31 into a curved shape, the reinforcing fiber on the inner diameter side (smaller diameter side) of the curved shape produces surplus and wrinkles are formed or the outer diameter side ( On the contrary, the reinforcing fiber on the large diameter side may be pulled and stretched, moved to the inner diameter side (small diameter side), or may be broken if severe. In order to prevent such a phenomenon, the tension of the reinforcing fiber is large between the rectangular primary preform 31 before being deformed into a curved shape and the secondary preform 32 having a curved shape after being deformed into a curved shape. It is necessary not to change.
[0046]
FIG. 12 (A) shows that the tension change of the reinforcing fiber is reduced when the curved secondary preform 32 is formed from the substantially trapezoidal primary preform 31 whose width is continuously changed. It is a principal part schematic block diagram of manufacturing apparatus 10 'using the pin planting members 11A and 12A which comprise the pins 13A and 14A. That is, the pin 13A and / or 14A of this embodiment is formed of a metal or polymer material having elasticity, and the reinforcing fiber stretched when deformed may come off from the pin 13A and / or 14A. In order to prevent this, it has a hook-like bent portion at the tip. The distance between the pins 13A and 14A when the reinforcing fiber is not stretched is L ₁ And
[0047]
When the reinforcing device is stretched using the manufacturing apparatus 10 ′ having the elastically deformable pins 13 </ b> A and / or 14 </ b> A as described above with the center line in the longitudinal direction thereof set in a straight line, FIG. ), The reinforcing fibers 26 are stretched so that the pins 13A and / or 14A are deformed within the elastic limit, thereby forming a substantially trapezoidal primary preform 31. At this time, due to the elastic deformation of the pins 13A and / or 14A, the interval dimension L between the portions locking the reinforcing fibers 26 of the pins 13A and 14A. ₂ Is the L ₁ Is slightly smaller.
[0048]
Thereafter, the center line in the longitudinal direction of the manufacturing apparatus 10 ′ is deformed into a curved state, and the curved secondary preform 32 is formed from the substantially trapezoidal primary preform 31 whose width continuously changes. At this time, as shown in FIG. 12C, the distance L3 between the pins 13A and 14A is equal to the distance L in the state of FIG. ₂ Change slightly. At this time, the pin 13A (or 14A) on the inner diameter side (small diameter side) of the curved preform is elastically changed so as to eliminate the slackness of the reinforcing fibers, while the curved outer diameter side (large diameter side) pin 14A (or 13A) elastically changes so as to absorb the tensile force of the reinforcing fiber, so that the reinforcing fiber does not loosen on the inner diameter side (small diameter side) of the preform, and is reinforced on the outer diameter side (large diameter side). The secondary preform 32 having a predetermined curved shape with a continuously changing width can be smoothly formed without causing fiber elongation, positional deviation, and disconnection.
[0049]
FIG. 13A shows a reinforcing fiber when forming a curved secondary preform 32 having a continuously changing width from a substantially trapezoidal primary preform 31 having a continuously changing width. Still another embodiment of the present invention that reduces the tension change For The principal part enlarged plan view in manufacturing apparatus 10 "is shown. This manufacturing apparatus 10" is extended in the width direction of an apparatus at the one end part or both ends of the longitudinal direction in the manufacturing apparatus 10 of FIG. Is smaller than the distance between the pin-planting members 11 and 12, has a large number of pins 28, and swings at a predetermined angle in a horizontal plane around a pivot pin 29 provided at the center in the length direction. A possible end pin planting member 27 is provided.
[0050]
In the state where the longitudinal center line of the manufacturing apparatus 10 ″ is linear, the end pin planting member 27 is counterclockwise as shown in FIG. The end portion 27a which is the inner diameter side (small diameter side) of the curved secondary preform whose width is continuously changing in the direction, that is, the inner side of the apparatus 10 ″ and the curved shape 2 The end 27b on the outer diameter side (large diameter side) of the next preform is fixed by rotating around the pivot pin 25 so as to be on the outer side of the manufacturing apparatus 10 ″. The pin 28 is used to stretch the reinforcing fiber 26 oriented in the 0 ° direction with respect to the length direction.
Thus, a trapezoidal primary preform 31 '(not shown) having a continuously changing width is formed. That is, the length of the reinforcing fiber 26a on the inner diameter side (small diameter side) in the curved secondary preform whose width is continuously changed is shortened and the outer diameter side (large diameter side) is reinforced. The length of the fiber 26ba is stretched long.
[0051]
Thereafter, the primary preform 31 ′ (not shown) whose width is continuously changed is curved at the center line in the longitudinal direction of the manufacturing apparatus 10 ″, whereby a curved secondary preform 32 ′ is obtained. 13C, as shown in FIG. 13C, the end pin planting member 27 is rotated clockwise about the pivot pin 29 as the manufacturing apparatus 10 ″ is bent. By moving, the slackness of the reinforcing fibers 26a on the inner diameter side (small diameter side) of the curved preform whose width is continuously changed is eliminated, and the tension of the reinforcing fibers 26b on the outer diameter side (large diameter side) is reduced. By absorbing the force, the tension change of the reinforcing fibers 26a and 26b before and after being deformed into a curved shape can be reduced.
[0052]
In addition, although the said embodiment demonstrated the specific structure, this invention is not limited to these embodiment, Various deformation | transformation are possible. For example, the center line in the longitudinal direction of the manufacturing apparatus 10, 10 ', 10 "is linearized by interposing a compression spring between the pin implantation members 11, 11, or between the pin implantation members 12, 12. In the case of the case and the curved shape, the space between the pin implantation members 11 and 11 and the distance between the pin implantation members 12 and 12 can be made uniform. The pin may be used to respond to tension changes using elasticity.
[0053]
Further, as shown in the above embodiment, the upper connecting members 15 and 16, the pin planting members 11 and 12, the lower coupling members 17 and 18, the interval holding member 19, and the coupling pin planting member 24 are assembled by male threads. For example, straight connection pins and split pins that do not have a male thread portion may be used.
[0054]
The outer ends 11b and 12b of the pin planting members 11 and 12, the end 19e of the spacing member 19 and the both ends 11b and 12b of the connecting pin planting member 24 are not only curved but also chamfered. It may be processed.
[0055]
In addition, when a reinforcing fiber is stretched on the pins 13 and 14 of the pin planting members 11 and 12 and the pin 28 of the end pin planting member 27, it is a conventional method that the workers are stretched one by one. However, in order to produce a dry preform more industrially, as a method of stretching a multi-row reinforcing fiber according to the present invention, for example, a large number of bobbins (not shown) wound with reinforcing fibers, and FIG. A reinforcing fiber supply device 50 having a number of nozzles 52 arranged at predetermined intervals for feeding out the reinforcing fibers 53 drawn from the respective bobbins on a movable member 51 extending in the longitudinal direction capable of XYZ operation as shown in FIG. If used, a plurality of reinforcing fibers 53 can be stretched simultaneously on the plurality of pins 13, 14, and the stretching operation of the reinforcing fibers 53 can be performed efficiently.
[0056]
A plurality of nozzles 52 arranged at a predetermined interval for feeding out the reinforcing fibers used at this time are arranged in a single nozzle 52 between the two pins 13, 13 or 14, 14 corresponding to the interval between the pins 13, 14. A large number may be arranged so as to correspond to each other, and if necessary, a large number may be arranged at an appropriate interval so as not to interfere with the pins 13 and 14. Also, when mass production is required, the dry preform can be most efficiently manufactured by installing a reinforcing fiber supply device that stretches reinforcing fibers so as to correspond to all the longitudinal directions. In this way, the shape and configuration of the reinforcing fiber supply device can be freely set according to the desired shape and size of the dry preform and the production amount.
[0057]
Moreover, in the said embodiment, the trapezoid primary preform 31 with which the width | variety changed continuously is formed, and this primary preform 31 is made to curve-deform within the stretched surface of a reinforced fiber. 4), the trapezoidal primary preform 31 whose width is continuously changed is fixed between the reinforcing fibers while maintaining the trapezoidal shape whose thickness and width are continuously changed. Thus, a dry preform for a composite material composed of a trapezoidal secondary preform having a continuously changing width can be manufactured and BR> (corresponding to claim 1).
[0058]
Moreover, in the said embodiment, the trapezoid primary preform 31 with which the width | variety changed continuously was formed, and the case where this primary preform 31 was curved-deformed in the tension | tensile_strength surface of a reinforced fiber was demonstrated. However, it is also possible to produce a secondary preform by bending and deforming outside the tensioning surface of the reinforcing fiber or inside and outside the tensioning surface (corresponding to claim 5).
[0059]
Further, for example, as shown in FIG. 15, the width dimension of one end in the longitudinal direction is w1, the thickness dimension is t1, the width dimension of the other end is w2, and the thickness dimension is t2. An irregularly shaped primary preform 34 was formed such that w and thickness dimension t continuously changed along the length direction of the preform, and the primary preform 34 was retained in the irregular shape. It is also possible to manufacture a dry preform for a composite material comprising the secondary preform 35 having an irregular shape whose thickness and width are continuously changed by fixing the reinforcing fibers as they are (corresponding to claim 1).
[0060]
As shown in FIG. 15, the width dimension at one end in the length direction is w1, the thickness dimension is t1, the width dimension at the other end is w2, and the thickness dimension is t2. As shown in FIG. 15, without forming reinforcing primary fibers 34 after forming an irregularly shaped primary preform 34 whose thickness t continuously changes along the length direction of the preform. Then, the reinforcing fibers may be fixed after being curved and deformed within the stretched surface of the reinforcing fibers to produce a dry preform for a composite material comprising the secondary preform 36 having an irregular shape (Claim 5). Correspondence).
[0061]
First, as shown in FIG. 16, the width dimension at one end in the length direction is w1, the thickness dimension is t1, the width dimension at the other end is w2, and the thickness dimension is t2. The width dimension w and the thickness dimension t are continuously changed along the length direction of the preform, and an irregularly shaped primary preform 37 is formed that is curved in the stretched surface of the reinforcing fiber. It is also possible to manufacture a dry preform for a composite material composed of the secondary preform 38 that holds the irregular shape by integrating the reinforcing fibers while retaining the irregular shape (corresponding to claim 3).
[0062]
Further, although not shown in the drawings, the secondary preforms 34 and 37 having an irregular shape shown in FIGS. 15 and 16 are curved and deformed outside the stretched surface of the reinforcing fiber to have a more complicated irregular shape. A dry preform for a composite material made of a preform can also be produced (corresponding to claim 5).
[0063]
FIG. 17 shows a perspective view of a structural material dry preform 39 manufactured according to the present invention. This structural material dry preform 39 is an I-type beam in which a preform 34 having an irregular shape shown in FIG. 15 is bent together with two pieces 34a and 34b to form a connecting portion 34c. Here, the connecting portion 34c has a height dimension of one end portion in the longitudinal direction of h1, a height dimension of the other end portion of h2, and h1> h2, but h1 = h2. It is good also as h1 <h2.
[0064]
FIG. 18 shows a perspective view of a structural material dry preform 40 manufactured according to the present invention. This dry preform 40 for a structural material is an I-type beam in which a preform 37 having an irregular shape shown in FIG. 16 is bent together with 37a and 37b to form a connecting portion 37c. Here, the connecting portion 37c has a height dimension of one end portion in the longitudinal direction of h3 and a height dimension of the other end portion of h4, and h3> h4, but h3 = h4 may be satisfied. It is good also as h3 <h4.
[0065]
【The invention's effect】
The method for producing a dry preform for composite material according to the present invention is a method for producing a dry preform for composite material used as a structural material, wherein a plurality of reinforcing fibers are formed so as to have an arbitrary shape whose thickness and / or width are continuously changed. Are arranged in parallel in an arbitrary two-dimensional direction and stretched, and the reinforcing fibers are integrated to form a dry preform for a composite material used for a structural material. It becomes possible to produce a dry preform for composite materials.
[0066]
In addition, the composite material dry preform manufacturing apparatus of the present invention is a composite material dry preform manufacturing apparatus having a curved shape, and includes a plurality of pin planting members in which a number of pins for reinforcing reinforcing fibers are planted. The pin planting members are opposed to each other at a predetermined interval corresponding to the width of the reform, and the pin planting members are connected to each other along the length direction of the preform so as to be close to or separated from each other. Since the distance holding member is held and can be deformed into a curved shape with the longitudinal direction as an axis, the center line along the longitudinal direction of the manufacturing apparatus is linear and the reinforcing fiber The trapezoidal primary preform is strengthened by forming a substantially trapezoidal primary preform and then transforming the center line along the longitudinal direction of the manufacturing apparatus into a curved shape. By bending deformation within Zhang 設面 of Wei, after forming the secondary preform an irregular shape, by integrating the reinforcing fibers to each other, the composite material for Doraipurifo curved shape - it is possible to produce the beam. Alternatively, from the beginning, the longitudinal center line of the manufacturing apparatus is deformed into a curved shape, and after forming the curved primary preform, the reinforcing fibers are integrated while maintaining the curved shape. A curved secondary preform can also be produced. Furthermore, the trapezoidal primary preform is integrated with the reinforcing fibers while retaining the shape, and a trapezoidal dry preform for composite material is manufactured. , Various shapes of dry preforms for composite materials can be produced. Thus, according to the manufacturing apparatus of the dry preform for composite materials of this invention, the dry preform for composite materials of various shapes can be manufactured. The dry preform thus obtained can be used after being folded into a shape such as an I-type, a T-type, or a bowl-type J-type.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows the present invention. For It is a principal part perspective view of the dry preform manufacturing apparatus for composite materials.
FIG. 2A is a plan view of a pin planting member constituting the composite material dry preform manufacturing apparatus of FIG.
(B) is a side view of the pin planting member of (A).
3A is a plan view of an upper connecting member and a lower connecting member that constitute the composite material dry preform manufacturing apparatus of FIG. 1;
(B) is the side view which showed a part of upper connection member and lower connection member of (A) in cross section.
FIG. 4A is a plan view of a spacing member that constitutes the composite material dry preform manufacturing apparatus of FIG.
(B) is a front sectional view of the spacing member of (A).
5 is a schematic perspective front view of an assembly in which a pin planting member, an upper connecting member, and a lower connecting member that constitute the composite material dry preform manufacturing apparatus of FIG. 1 are integrated with connecting bolts and nuts. FIG.
6 is a schematic perspective front view of an assembly obtained by assembling the assembly of FIG. 5 together with the spacing member of FIG. 4;
7 is a schematic perspective plan view of the composite material dry preform manufacturing apparatus of the present invention comprising the assembly of FIG. 6; FIG.
8 is a side view of the composite material dry preform manufacturing apparatus of FIG. 7. FIG.
FIG. 9 is a perspective view of a connecting pin planting member constituting the composite material dry preform manufacturing apparatus of FIG. 1;
10 is a schematic perspective view of the composite material dry preform manufacturing apparatus of FIG. 1 in a state of being changed into a curved shape. FIG.
FIG. 11 is a schematic perspective view showing the form of a preform at each stage for explaining one embodiment of a method for producing a composite material preform according to the present invention;
(A) is a substantially trapezoidal primary preform,
(B) is an irregularly shaped secondary preform obtained by changing the primary preform of (A) into a curved shape within the reinforcing fiber tension surface,
(C) shows a tertiary preform in which reinforcing fibers are integrated by stitching the secondary preform of (B).
FIG. 12 shows another embodiment of the present invention. For In the main part view for explanation to reduce the tension change of the reinforcing fiber before and after the curved shape in the dry preform manufacturing apparatus for composite material,
(A) is a pin free state,
(B) is a state in which the reinforcing fiber is stretched on the pin,
(C) shows a state after deformation into a curved shape.
FIG. 13 is a plan view of a main part for explanation to reduce the tension change of the reinforcing fiber before and after being deformed into a curved shape in a dry preform manufacturing apparatus for composite material according to still another embodiment of the present invention;
(A) is a state before a primary preform is formed by stretching reinforcing fibers,
(B) is a state in a stage where a primary preform is formed by stretching reinforcing fibers;
(C) shows a state at a stage where the primary preform is deformed into a curved shape to form a secondary preform.
FIG. 14 is a schematic perspective view showing a state in which a large number of reinforcing fibers are stretched by a reinforcing fiber supply device having a large number of nozzles by the method for producing a dry preform for composite material of the present invention.
FIG. 15 is a perspective view of a deformed preform manufactured by the method for manufacturing a dry preform for composite material of the present invention.
FIG. 16 is a perspective view of another deformed preform manufactured by the method for manufacturing a dry preform for composite material of the present invention.
FIG. 17 is a perspective view of a dry preform for structural material manufactured using the deformed preform of FIG.
FIG. 18 is a perspective view of a dry preform for structural material manufactured using the preform with a different shape shown in FIG.
[Explanation of symbols]
10, 10 ', 10 "Preform Manufacturing Equipment for Composite Materials
11, 11A, 12, 12A Pin planting member
11a, 12a Opposite end side
11b, 12b outer edge
11c, 12c round hole
13, 13A, 14, 14A, 25, 28 pins
15, 16 Upper connecting member 17, 18 Lower connecting member
19 Spacing member
20, 21 connecting bolt
22,23 Nut
24 Connecting pin planting member
24a connecting part
26, 26a, 26b Reinforcing fiber
27 End Pin Planting Member
27a Inside end of curved shape
27b Curved outer diameter side end
29 pivot pins
31 Primary preform
32 Secondary preform
33 Tertiary preform
33a Stitching
34, 37 Primary preform with irregular shape
35, 36, 38 Secondary preform with irregular shape
39, 40 Dry preform for composite materials
34a, 34b, 37a, 37c Pre-formed preform
34c, 37c connecting part
50 Reinforcing fiber feeder
51 Movable member
52 nozzles
53 Reinforcing fiber
w ₀₁ , W ₀₂ Width dimension
w1-w4 width dimensions
t1-t4 thickness dimension
h1 to h4 height dimensions

Claims

In a method for producing a dry preform for a composite material used for a structural material, a plurality of reinforcing fibers are arranged in parallel in an arbitrary two-dimensional direction so as to have an arbitrary shape whose thickness and / or width are continuously changed. A method for producing a dry preform for a composite material, characterized in that it is stretched and the reinforcing fibers are integrated to form a dry preform for a composite material used as a structural material.

In a method for producing a dry preform for a composite material used for a structural material, a plurality of reinforcing fibers are arranged in parallel in an arbitrary two-dimensional direction so as to have an arbitrary shape whose thickness and / or width are continuously changed. 2. A dry preform for a composite material used as a structural material is formed by stretching and integrating the reinforcing fibers by stitching, knitting, tufting, or needling. The manufacturing method of the dry preform for composite materials as described.

In the manufacturing method of a dry preform for a composite material used for a structural material, a plurality of reinforcing fibers are arranged in parallel in an arbitrary two-dimensional direction so as to have an arbitrary curved shape having a continuously changing thickness and / or width. The composite material dry preform according to claim 1 or 2, wherein the reinforcing fibers are integrated to form a dry preform for a composite material having a curved shape used for a structural material. Reform manufacturing method.

In a manufacturing method of a dry preform for a composite material used for a structural material, a plurality of reinforcing fibers in a linear shape are arranged in parallel so as to be oriented in an arbitrary two-dimensional direction, and the reinforcing fibers are fixed. 3. The composite preform according to claim 1, wherein the reinforcing fibers are integrated after being deformed into a curved shape without forming a composite material dry preform having a curved shape used for a structural material. A method for producing a dry preform for composite materials.

In a manufacturing method of a dry preform for a composite material used for a structural material, a plurality of reinforcing fibers in a linear shape are arranged in parallel so as to be oriented in an arbitrary two-dimensional direction, and the reinforcing fibers are fixed. And forming the dry preform for a composite material having a curved shape used as a structural material by integrating the reinforcing fibers together after being deformed into a curved shape inside and / or outside the tensioned surface without doing so. The method for producing a dry preform for a composite material according to claim 3.

In a method for producing a dry preform for a composite material having a curved shape, a plurality of reinforcing fibers in a straight line are drawn in parallel in an arbitrary two-dimensional direction and stretched to form a curved shape without fixing the reinforcing fibers. The method for producing a dry preform for a composite material according to claim 4 or 5, wherein the tension of the reinforcing fiber is kept constant before and after the deformation.