特許 7193282 プリフォーム賦形方法及び複合材成形方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-12-12

(45)【発行日】2022-12-20

(54)【発明の名称】プリフォーム賦形方法及び複合材成形方法

(51)【国際特許分類】

   B29C 53/40 20060101AFI20221213BHJP

   C08J 5/04 20060101ALI20221213BHJP

   B32B 5/26 20060101ALI20221213BHJP

   B29C 70/48 20060101ALI20221213BHJP

【ＦＩ】

B29C53/40

C08J5/04

B32B5/26

B29C70/48

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2018173065

(22)【出願日】2018-09-14

(65)【公開番号】P2020044675

(43)【公開日】2020-03-26

【審査請求日】2021-08-01

(73)【特許権者】

【識別番号】000005348

【氏名又は名称】株式会社ＳＵＢＡＲＵ

(74)【代理人】

【識別番号】100136504

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 毅彦

(72)【発明者】

【氏名】関根 尚之

(72)【発明者】

【氏名】井上 雄太

【審査官】清水 研吾

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－１９１０９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－０６９１６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１５０６８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１６６２７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／０２３３４７４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００４－２７６３９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１５３６８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２０１００２（ＪＰ，Ａ）

【文献】In Manufacturing techniques for polymer matrix compites(PMCs)

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２９Ｃ

Ｃ０８Ｊ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

平板形状を有するウェブと湾曲した板状のフランジを連結した形状を有するプリフォームを製作するプリフォーム賦形方法において、
シート状の繊維を積層することによって複数の繊維層を有する繊維の積層体を製作するステップと、
積層後又は積層中に前記シート状の繊維を折曲げることによって前記プリフォームを製作するステップと、
を有し、
前記複数の繊維層のうちの少なくとも１つの繊維層を形成するために、それぞれ折曲げ後において目的とする長さ方向となるように、折曲げ前における繊維の長さ方向が決定された第１のシート状の繊維及び複数の第２のシート状の繊維であって、折曲げ後において前記ウェブを形成する前記第１のシート状の繊維及び折曲げ後において前記フランジを形成する前記複数の第２のシート状の繊維を配置し、かつ
折曲げ後において前記複数の第２のシート状の繊維の長さ方向を代表する方向が、前記第１のシート状の繊維の長さ方向を代表する方向に空間的に対応する方向となるように、それぞれ繊維の長さ方向が直線的に決定された前記複数の第２のシート状の繊維であって、繊維の長さ方向が互いに異なる方向となるように決定された前記複数の第２のシート状の繊維を前記少なくとも１つの繊維層を形成するために配置するプリフォーム賦形方法。

【請求項2】

折曲げ後において前記フランジを形成する前記複数の第２のシート状の繊維の長さ方向を代表する方向が前記ウェブと平行となるように、それぞれ繊維の長さ方向が直線的に決定された前記複数の第２のシート状の繊維であって、前記フランジの長さ方向に並べて配置される前記複数の第２のシート状の繊維を前記少なくとも１つの繊維層を形成するために配置する請求項１記載のプリフォーム賦形方法。

【請求項3】

折曲げ後において前記フランジを形成する前記複数の第２のシート状の繊維の長さ方向が曲線的となり、かつ前記複数の第２のシート状の繊維の長さ方向を代表する方向が互いに同一となるように、それぞれ繊維の長さ方向が直線的に決定された前記複数の第２のシート状の繊維であって、前記フランジの高さ方向に並べて配置される前記複数の第２のシート状の繊維を前記少なくとも１つの繊維層を形成するために配置する請求項１記載のプリフォーム賦形方法。

【請求項4】

前記シート状の繊維をバインダで仮留めしながら積層することによって前記繊維の積層体を製作する請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプリフォーム賦形方法。

【請求項5】

請求項１乃至４のいずれか１項に記載のプリフォーム賦形方法で製作された前記プリフォームに樹脂を含浸させて硬化することによって複合材を製作する複合材成形方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、プリフォーム賦形方法及び複合材成形方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ： Ｇｌａｓｓ ｆｉｂｅｒ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｐｌａｓｔｉｃｓ）や炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ： Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）等の樹脂を繊維で強化した複合材の成形方法の１つとしてＲＴＭ（Ｒｅｓｉｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｌｄｉｎｇ）法が知られている。

【0003】

ＲＴＭ法は、シート状の繊維を積層した後に熱硬化性樹脂を含浸させて加熱硬化する複合材の成形方法である。ＲＴＭ法のうち、真空引きを行って繊維に樹脂を含浸させる方法は、ＶａＲＴＭ（Ｖａｃｕｕｍ ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｒｅｓｉｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｌｄｉｎｇ）法と呼ばれ、金型を利用して樹脂を含浸させる方法は、マッチドダイ（ｍａｔｃｈｅｄ－ｄｉｅ）ＲＴＭ法と呼ばれる。

【0004】

ＲＴＭ法で複合材を成形する場合には、樹脂の含浸に先立ってドライプリフォームが製作される（例えば特許文献１、特許文献２及び特許文献３参照）。ドライプリフォームはシート状の繊維の積層体を、成形後における複合材の形状に合わせて賦形したものである。ドライプリフォームの製作に用いられるテープ状の繊維基材はドライテープ材と呼ばれる。ドライテープ材を用いてドライプリフォームを製作する手法としては、平面状の積層治具上にドライテープ材を積層した後、ドライテープ材の積層体を金型に載置して加熱しながらプレスすることにより製品形状に賦形する手法が挙げられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１０－１５０６８５号公報

【文献】特開２００４－２７６３９３号公報

【文献】特開２００６－０６９１６６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、ドライテープ材の積層体をプレスすると、賦形後の形状に応じて繊維の配向が湾曲してしまい、繊維を設計上最適な配向に揃えることが困難となる場合がある。

【0007】

そこで、本発明は、複合材用のドライプリフォームの賦形後において繊維の配向をより良好な配向にできるようにすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の実施形態に係るプリフォーム賦形方法は、平板形状を有するウェブと湾曲した板状のフランジを連結した形状を有するプリフォームを製作するものである。このプリフォーム賦形方法は、シート状の繊維を積層することによって複数の繊維層を有する繊維の積層体を製作するステップと、積層後又は積層中に前記シート状の繊維を折曲げることによって前記プリフォームを製作するステップとを有し、前記複数の繊維層のうちの少なくとも１つの繊維層を形成するために、それぞれ折曲げ後において目的とする長さ方向となるように、折曲げ前における繊維の長さ方向が決定された第１のシート状の繊維及び複数の第２のシート状の繊維であって、折曲げ後において前記ウェブを形成する前記第１のシート状の繊維及び折曲げ後において前記フランジを形成する前記複数の第２のシート状の繊維を配置し、かつ折曲げ後において前記複数の第２のシート状の繊維の長さ方向を代表する方向が、前記第１のシート状の繊維の長さ方向を代表する方向に空間的に対応する方向となるように、それぞれ繊維の長さ方向が直線的に決定された前記複数の第２のシート状の繊維であって、繊維の長さ方向が互いに異なる方向となるように決定された前記複数の第２のシート状の繊維を前記少なくとも１つの繊維層を形成するために配置するものである。

【0009】

また、本発明の実施形態に係る複合材成形方法は、上述したプリフォーム賦形方法で製作された前記プリフォームに樹脂を含浸させて硬化することによって複合材を製作するものである。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の第１の実施形態に係るプリフォーム賦形方法によって製作することが可能なプリフォームの形状例を示す斜視図。

【図2】（Ａ）及び（Ｂ）は従来のプリフォーム賦形方法で図１に示すプリフォームを製作する場合に生じる問題点を説明する図。

【図3】（Ａ）及び（Ｂ）は本発明の第１の実施形態に係るプリフォーム賦形方法を説明する図。

【図4】（Ａ）及び（Ｂ）は本発明の繊維の配向角を４５度とする場合における繊維の配置例を示す図。

【図5】熱可塑性バインダとして熱可塑性樹脂の微粒子を繊維に付着させたシート状の繊維の構造を示す斜視図。

【図6】熱可塑性バインダとして熱可塑性の不織布を繊維に付着させたドライテープ材の構造を示す斜視図。

【図7】図１に示す賦形型を用いてシート状の繊維の積層体のバギングを伴ってプリフォームを製作する例を示す賦形型の横断面図。

【図8】図１に示す賦形型と上型で繊維の積層体を挟み込むことによってプリフォームを製作する例を示す賦形型及び上型の横断面図。

【図9】ＶａＲＴＭ法により複合材を成形する方法を説明する図。

【図10】マッチドダイＲＴＭ法により複合材を成形する方法を説明する図。

【図11】本発明の第１の実施形態に係るプリフォーム賦形方法によって製作することが可能なプリフォームの別の形状例を示す斜視図。

【図12】（Ａ）及び（Ｂ）は本発明の第２の実施形態に係るプリフォーム賦形方法を説明する図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本発明の実施形態に係るプリフォーム賦形方法及び複合材成形方法について添付図面を参照して説明する。

【0012】

（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係るプリフォーム賦形方法によって製作することが可能なプリフォームの形状例を示す斜視図である。

【0013】

図１に例示されるように曲面を含む複数の賦形面を有する剛体の賦形型１を用いて、折曲げた形状を有する板状のプリフォーム２を賦形することができる。プリフォーム２は、樹脂を繊維で強化したＣＦＲＰやＧＦＲＰ等の繊維強化プラスチック（ＦＲＰ：ｆｉｂｅｒ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｐｌａｓｔｉｃｓ）の素材である。ＦＲＰは複合材とも呼ばれる。

【0014】

尚、未硬化の樹脂を含浸させる前における賦形後の複数のシート状の繊維の積層体は、樹脂を含浸させた後の賦形後の複数のシート状の繊維の積層体と区別するためにドライプリフォームと呼ばれる。また、ドライプリフォームを製作するための素材としてテープ状の繊維がドライテープ材という名称で市販されている。

【0015】

図１に示す例では、賦形型１の形状が、平板１Ａ上に凸部１Ｂを形成した形状となっており、凸部１Ｂの形状は、横断面が矩形であるドーナツ形状を半径方向に切断した形状となっている。そして、賦形型１の凸部１Ｂの上面側における平面が第１の賦形面３を、凸部１Ｂの内側の側面側における凹んだ曲面が第２の賦形面４を、凸部１Ｂの外側の側面側における凸状の曲面が第３の賦形面５を、それぞれ形成している。

【0016】

このため、賦形型１を用いれば、平面状のウェブ６の同じ面に湾曲した内側のフランジ７と、湾曲した外側のフランジ８を形成した形状を有するプリフォーム２を製作することができる。より具体的には、山折りされる側から見て凸状の曲面９及び山折りされる側から見て凹んだ曲面１０を平面１１と連結した表面形状を有する板状で長尺構造を有するプリフォーム２を製作することができる。

【0017】

もちろん、ウェブ６と内側のフランジ７及び外側のフランジ８との連結部分にＲ面取りやＣ面取り等の面取りが形成されるように賦形型１の凸部１ＢにおけるエッジにＲ面取りやＣ面取り等の面取りを施すようにしてもよい。

【0018】

図１に例示される平板形状を有するウェブ６と湾曲した板状のフランジ７、８を連結した形状のように、少なくとも一方が曲面である第１の面と第２の面を連結した形状を有するプリフォーム２を製作する場合には、樹脂を含浸させる前のシート状の繊維を積層することによって複数の繊維層を有する繊維の積層体を製作するステップと、積層後又は積層中にシート状の繊維を折曲げることによって少なくとも一方が曲面である第１の面と第２の面を連結した形状を有するプリフォーム２を製作するステップを有するプリフォーム賦形方法で製作することができる。

【0019】

尚、シート状の繊維の折曲げを含む賦形ステップでは、折曲げ後に曲面を形成するシート状の繊維を広げながら折曲げるようにしても良い。具体例として、湾曲した板状のフランジ７、８を形成するシート状の繊維については、やや広げながら賦形させるようにしても良い。

【0020】

図２（Ａ）及び（Ｂ）は従来のプリフォーム賦形方法で図１に示すプリフォーム２を製作する場合に生じる問題点を説明する図である。

【0021】

図２（Ａ）に示すように繊維の配向角が一定である平らなシート状の繊維２０を積層し、図２（Ｂ）に示すように折曲げることができる。この場合、平らなウェブ６を形成する部分２０Ａでは繊維の配向角が変化しないが、湾曲したフランジ７、８を形成する部分Ｂでは繊維が湾曲し、繊維の配向角が変化する。その結果、賦形後における繊維の配向角が目的とする配向角とはならず、複合材の強度及び剛性の低下に繋がる。

【0022】

そこで、シート状の繊維の折曲げ前における繊維の配向を、折曲げ後の繊維の配向が理想的な配向となるように決定することができる。この場合、互いに繊維の配向が異なる複数のシート状の繊維を組合せることによって共通の繊維層が形成されることになる。

【0023】

図３（Ａ）及び（Ｂ）は本発明の第１の実施形態に係るプリフォーム賦形方法を説明する図である。

【0024】

図３（Ａ）に示すようにプリフォーム２を構成する複数の繊維層のうちの少なくとも１つの繊維層を形成するために、折曲げ後において平らなウェブ６等の第１の面を形成する平坦な第１のシート状の繊維２１及び折曲げ後において湾曲したフランジ７、８等の第２の面を形成する平坦な第２のシート状の繊維２２を配置することができる。但し、第１のシート状の繊維２１及び第２のシート状の繊維２２の折曲げ前における繊維の長さ方向は、それぞれ折曲げ後において目的とする長さ方向となるように、互いに異なる方向に決定される。

【0025】

例えば、図１に示すような平板形状を有するウェブ６と湾曲した板状のフランジ７、８を連結した形状を有するプリフォーム２を賦形する場合であれば、図３（Ｂ）に示すように第１のシート状の繊維２１で平板形状を有するウェブ６を形成する一方、各フランジ７、８の長さ方向に並べて隣接配置された複数の第２のシート状の繊維２２で湾曲した各フランジ７、８を形成することができる。

【0026】

そして、図３（Ｂ）に示すように折曲げ後において湾曲したフランジ７、８を形成する複数の第２のシート状の繊維２２の長さ方向を代表する方向、すなわち複数の第２のシート状の繊維２２の配向が、平板形状を有するウェブ６を形成する第１のシート状の繊維２１の配向に近づくように、図３（Ａ）に示すように、折曲げ前における平坦な複数の第２のシート状の繊維２２の長さ方向をそれぞれ直線的かつ互いに異なる方向となるように決定することができる。

【0027】

つまり、繊維１本１本の長さ方向はランダムな方向となっているが、繊維の長さ方向を代表する方向である繊維の配向を、折曲げ後における複数の第２のシート状の繊維２２と、第１のシート状の繊維２１との間でできるだけ近づけることができる。折曲げ後における複数の第２のシート状の繊維２２の法線方向と、第１のシート状の繊維２１の法線方向は異なるため、折曲げ後における複数の第２のシート状の繊維２２と、第１のシート状の繊維２１との間において繊維の配向を近づけることは、複数の第２のシート状の繊維２２の長さ方向を代表する方向を、第１のシート状の繊維２１の長さ方向を代表する方向に空間的に対応する方向にすることに相当する。繊維の配向が一定である場合には、配向角として繊維の配向を表すことができる。

【0028】

より具体的には、平板形状を有するウェブ６を形成する第１のシート状の繊維２１は、折曲げても繊維の配向角が変化しないため、折曲げ前の平坦な状態において一定とすることができる。一方、湾曲した各フランジ７、８を形成する第２のシート状の繊維２１は、折曲げ後において繊維の配向角が変化する。そこで、折曲げ後において目的とする繊維の配向角が得られるように折曲げ前における繊維の配向角を決定することが望ましい。

【0029】

図３（Ａ）及び（Ｂ）に例示されるようにウェブ６を形成する第１のシート状の繊維２１の配向角が０度（Ｌ０）である場合には、折曲げ後において湾曲したフランジ７、８を形成する繊維の長さ方向が平坦なウェブ６と平行となるように、折曲げ前における繊維の長さ方向を決定することが適切となる。しかしながら、折曲げ前における平坦なシート状の繊維の理想的な長さ方向は曲線となり、シート状の繊維の製造コストの増加に繋がる。

【0030】

そこで、図３（Ａ）に示すように、湾曲した各フランジ７、８を形成するために、それぞれ繊維の長さ方向が直線的に決定された複数の第２のシート状の繊維２２を配置することができる。そして、図３（Ａ）に示すように、折曲げ前における平坦な複数の第２のシート状の繊維２２を、繊維の配向角を徐々に変化させながら配置することによって、図３（Ｂ）に示すように、折曲げ後における複数の第２のシート状の繊維２２の長さ方向を代表する方向を、平板形状を有するウェブ６と平行となるようにすることができる。

【0031】

つまり、繊維の長さ方向が直線的である複数の第２のシート状の繊維２２を隣接配置することによって繊維の長さ方向の曲線近似を行うことができる。これにより、図３（Ｂ）に例示されるように、強度上適切な配向角を有する繊維で構成されたプリフォーム２を製作することが可能となる。

【0032】

典型的なプリフォーム２及び複合材を構成する複数の繊維層間では、繊維の配向角が変えられる。換言すれば、繊維の配向角が互いに異なる複数のシート状の繊維を積層することによって、繊維の配向角が互いに異なる複数の繊維層を有するプリフォーム２が製作される。繊維の配向角は標準化されており、配向角が０度、±４５度及び９０度であるシート状の繊維が積層用に多用される。

【0033】

図３（Ａ）及び（Ｂ）はウェブ６を構成する繊維の配向角が０度である場合の例を示している。このため、繊維の配向角が同一又は異なるシート状の繊維が厚さ方向に積層されることになる。配向角が９０度であるシート状の繊維は折曲げて曲面を形成しても繊維の長さ方向が殆ど変化しない。従って、必ずしも図３（Ａ）及び（Ｂ）に例示されるように湾曲した各フランジ７、８と平板形状を有するウェブ６を形成するために１つの繊維層を第１のシート状の繊維２１と複数の第２のシート状の繊維２２とに分割する必要がない。すなわち、繊維の配向角が９０度である繊維層は１枚のシート状の繊維で構成することができる。

【0034】

これに対して配向角が４５度であるシート状の繊維を折曲げて曲面を形成すると、繊維の長さ方向が曲線状となる。このため、折曲げ後における繊維の長さ方向ができるだけ直線に近づくように、複数のシート状の繊維を隣接配置することが好ましい。これは配向角が４５度である繊維に限らず、他の配向角を有する繊維においても配向角に応じて起こり得る。

【0035】

図４（Ａ）及び（Ｂ）は本発明の繊維の配向角を４５度とする場合における繊維の配置例を示す図である。

【0036】

図４（Ａ）及び（Ｂ）に示すようにウェブ６を構成する繊維の配向角が４５度（Ｌ４５）である場合には、湾曲した各フランジ７、８を構成する繊維の配向角ができるだけ４５度に近くなるように、折曲げ前における繊維の配向角が直線的である複数の第２のシート状の繊維２２を、互いに繊維の配向角を変えて配置することができる。ウェブ６を構成する繊維の配向角が４５度である場合には、図４（Ａ）に示すように平面状に展開した状態における各フランジ７、８の高さ方向に、繊維の配向角が段階的に変化する複数の第２のシート状の繊維２２を並べて隣接配置することが適切となる。

【0037】

より具体的には、折曲げ後において各フランジ７、８を形成する複数の第２のシート状の繊維２２の長さ方向が曲線的となり、かつ複数の第２のシート状の繊維２２の長さ方向を代表する方向が互いに同一となるように、折曲げ前においてそれぞれ繊維の長さ方向が直線的に決定された複数の第２のシート状の繊維２２を並べて配置することが適切となる。尚、折曲げ後における複数の第２のシート状の繊維２２の長さ方向は曲線的となるため、例えば、繊維の両端を通る直線や繊維の中点における接線の向きが折曲げ後における複数の第２のシート状の繊維２２間において同一となるように、折曲げ前における複数の第２のシート状の繊維２２の長さ方向をそれぞれ決定することができる。つまり、折曲げ後における複数の第２のシート状の繊維２２の長さ方向を代表する方向を、繊維の両端を通る直線や繊維の中点における接線の向きとすることができる。

【0038】

図３（Ａ）及び図４（Ａ）に例示されるような各繊維層を形成するためのシート状の繊維を積層方向に積層する際には、バインダで仮留めしながら積層することがシート状の繊維のずれの防止に繋がる。特に、配向角が異なるシート状の繊維を積層して複数の繊維層を形成する場合には、図３（Ａ）及び図４（Ａ）を参照して説明したように、同一の繊維層を形成するために隣接配置される複数のシート状の繊維間における境界の位置が、配向角が異なる繊維層間において異なる。

【0039】

このため、同一の繊維層を形成するために複数のシート状の繊維を隣接配置しても、バインダで積層方向に隣接するシート状の繊維に仮留めすることによって繊維の位置ずれや折曲げに必要の無い繊維の過剰な滑りを防止することができる。特に、上述したように配向角が９０度である繊維層は１枚のシート状の繊維で構成することができるため、他の繊維層が複数のシート状の繊維に分割されていても、配向角が９０度である繊維層に仮留めすることによって、繊維の位置ずれや過剰な滑りを防止することができる。

【0040】

バインダとしては、熱可塑性バインダ及び熱硬化性バインダが挙げられる。シート状、ネット状、不織布状又は粉末状の熱可塑性バインダを付着させたシート状の繊維や粉末状又は液状の熱硬化性バインダを付着させたシート状の繊維が製品化されている。

【0041】

図５は熱可塑性バインダとして熱可塑性樹脂の微粒子を繊維に付着させたシート状の繊維の構造を示す斜視図である。

【0042】

図５に示すようにシート状に束ねた繊維束３０に熱可塑性バインダとして熱可塑性樹脂の微粒子３１を塗したシート状の繊維３２が製品化されている。

【0043】

図６は熱可塑性バインダとして熱可塑性の不織布を繊維に付着させたドライテープ材の構造を示す斜視図である。

【0044】

図６に示すようにシート状に束ねた繊維束３０に熱可塑性バインダとして熱可塑性の不織布３３を重ねたシート状の繊維３４も製品化されている。

【0045】

このため、図５及び図６に例示されるような所望のバインダを付着させたシート状の繊維を仮留めしながら積層することができる。もちろん、仮留めしない場合には、バインダが付着されていないシート状の繊維を積層しても良い。

【0046】

また、バインダのスポット溶着を行うための加熱装置付きの繊維の自動積層装置が製品化されている。このため、バインダで仮留めしながらシート状の繊維を平板状の積層治具上に積層した後に、図１に例示されるような賦形型１にシート状の繊維の積層体を載置して折曲げることによってプリフォーム２を製作すれば、仮留めを伴う繊維の積層を容易に自動化することが可能となる。また、繊維の仮留め及び積層を自動で行うか作業者が手作業で行うかに関わらず、繊維の積層後に繊維の折曲げを行うようにすれば、繊維の折曲げ回数が折曲げ線ごとに１回となるため、作業量の低減にも繋がる。

【0047】

図７は、図１に示す賦形型１を用いてシート状の繊維の積層体のバギングを伴ってプリフォーム２を製作する例を示す賦形型１の横断面図である。

【0048】

繊維の積層体４０のバギングを行う場合には、図７に示すように賦形型１の凸部１Ｂの上に積層された繊維の積層体４０をバギングフィルム４１で覆い、バギングフィルム４１の縁をシーラント４２で賦形型１の平板１Ａに貼付けることによって、繊維の積層体４０を密閉することができる。

【0049】

次に、バギングフィルム４１で密閉された領域を、真空装置４３で減圧することができる。尚、真空装置４３は真空ホースでバギングフィルム４１と連結しても良いし、賦形型１と連結しても良い。真空装置４３による真空引きを行うと、繊維の積層体４０には、大気圧と、バギングフィルム４１で密閉された領域内における圧力との差圧を負荷することができる。すなわち、繊維の積層体４０をバギングフィルム４１でバギングすることによって、繊維の積層体４０を加圧することができる。これにより、賦形されたプリフォーム２を取得することができる。

【0050】

また、熱可塑性のバインダが付着した繊維の積層体４０を用いてプリフォーム２の賦形を行う場合には、繊維の積層体４０をバインダが溶融する温度まで加熱することが必要である。そこで、例えば、加熱装置４４を賦形型１に内蔵し、熱可塑性のバインダを溶融するようにしてもよい。もちろん、バギング済みの繊維の積層体４０を賦形型１とともにオーブン等の独立した加熱装置４４に搬入するようにしてもよい。

【0051】

図８は図１に示す賦形型１と上型５０で繊維の積層体４０を挟み込むことによってプリフォーム２を製作する例を示す賦形型１及び上型５０の横断面図である。

【0052】

図８に示すように賦形後のプリフォーム２の形状にフィットする凹部を形成した上型５０と、下型として機能する賦形型１で繊維の積層体４０を挟み込んで加圧することができる。これにより、賦形されたプリフォーム２を取得することができる。

【0053】

賦形型１と上型５０で繊維の積層体４０を挟み込む場合においても、熱可塑性のバインダを用いてプリフォーム２の賦形を行う場合には、繊維の積層体４０をバインダが溶融する温度まで加熱することが必要である。そこで、例えば、加熱装置４４を賦形型１及び上型５０の少なくとも一方に内蔵し、熱可塑性のバインダを溶融するようにしてもよい。もちろん、繊維の積層体４０を賦形型１及び上型５０とともにオーブン等の独立した加熱装置４４に搬入するようにしてもよい。

【0054】

上述したプリフォーム賦形方法でプリフォーム２が製作されると、プリフォーム２に樹脂を含浸させて硬化することによって複合材を製作することができる。

【0055】

図９はＶａＲＴＭ法により複合材を成形する方法を説明する図であり、図１０はマッチドダイＲＴＭ法により複合材を成形する方法を説明する図である。

【0056】

ＶａＲＴＭ法で複合材を成形する場合には、図９に示すように複合材の成形用の下型６０の上にプリフォーム２が載置される。下型６０は、図１に例示される賦形型１と共通にしても良いし、複合材成形専用の別の型としても良い。下型６０と賦形型１を共通にする場合には、他の装置や設備についても共通にすることができる。

【0057】

そして、下型６０に載置されたプリフォーム２がバギングフィルム６１で覆われ、バギングフィルム６１の縁がシーラント６２で下型６０に貼着される。そして、バギングフィルム６１で密閉された領域が真空装置６３によって減圧される。すなわち、真空装置６３による真空引きによってプリフォーム２がバギングされる。

【0058】

一方、マッチドダイＲＴＭ法で複合材を成形する場合には、図１０に示すように複合材の成形用の下型６０と上型６４との間に形成される空間にプリフォーム２が配置される。そして、下型６０と上型６４との間に形成される空間の真空引きが真空装置６３によって行われる。

【0059】

真空引きが完了すると、図９に示すようにバギングフィルム６１を用いてバギングする場合或いは図１０に示すように上型６４を用いる場合のいずれにおいても、樹脂注入装置６５から樹脂が注入される。すなわち、バギングフィルム６１で覆われた領域又は下型６０と上型６４との間における領域に樹脂注入装置６５から樹脂が注入される。これにより、プリフォーム２に樹脂を含浸させることができる。

【0060】

また、必要に応じて樹脂に流動性が得られるように樹脂注入装置６５において樹脂が加熱される。また、樹脂が加熱された状態で注入される場合には、樹脂の温度が低下しないように、下型６０に加熱装置を内蔵して樹脂を加熱するようにしても良い。下型６０に加熱装置を内蔵する場合には、例えば、加熱蒸気、熱風又は熱水等の加熱流体を流す配管を下型６０に内蔵することができる。或いは、電気式のヒーターを下型６０に内蔵しても良い。また、図１０に示すように上型６４を用いる場合には上型６４に加熱装置を内蔵しても良い。

【0061】

次に、プリフォーム２に含浸させた樹脂の加熱硬化が行われる。具体的には、図９又は図１０に示すように加熱装置６６によって樹脂が硬化する温度まで加熱される。加熱装置６６は、上述したように下型６０や上型６４に内蔵される加熱装置と共通にしても良いし、オーブン等の別の加熱装置としても良い。樹脂を硬化温度まで加熱すると、樹脂が硬化し、成形後における複合材を製作することができる。すなわち、図１に例示されるようなウェブ６とフランジ７、８を有する複合材を成形することができる。

【0062】

尚、図９及び図１０を参照して説明した例は、複合材を構成するマトリックス樹脂が熱硬化性樹脂である場合の例であるが、マトリックス樹脂を熱可塑性樹脂としても良い。マトリックス樹脂が熱可塑性樹脂である場合には、熱可塑性樹脂をマトリックス樹脂とする複合材の公知の製法で複合材を製作することができる。

【0063】

また、複合材の組成に限らず、形状についても上述した例に限らず所望の形状を有するプリフォーム２及び複合材を製作対象とすることができる。

【0064】

図１１は本発明の第１の実施形態に係るプリフォーム賦形方法によって製作することが可能なプリフォームの別の形状例を示す斜視図である。

【0065】

図１１に示すように、平面状のウェブ６の一方の面に湾曲した内側のフランジ７を形成する一方、他方の面に湾曲した外側のフランジ８を形成した形状を有するプリフォーム２を製作することもできる。換言すれば、横断面が概ねＺ字型である湾曲した長尺構造を有するプリフォーム２を製作することもできる。このような形状を有するプリフォーム２も、山折りされる側から見て凸状の曲面９及び山折りされる側から見て凹んだ曲面１０を平面１１と連結した表面形状を有する。

【0066】

この場合、剛体の賦形型１の凸部１Ｂには、ウェブ６を賦形するための平面を形成する第１の賦形面３と、内側のフランジ７及び外側のフランジ８をそれぞれ賦形するための凸状の曲面を形成する第２の賦形面４及び第３の賦形面５を形成することができる。また、シート状の繊維を凸部１Ｂの上に折曲げながら載置できるように、第１の賦形面３、第２の賦形面４及び第３の賦形面５の各法線方向を、鉛直方向及び水平方向に対して傾けることができる。

【0067】

以上のようなプリフォーム賦形方法及び複合材成形方法は、折曲げられて曲面を形成するシート状の繊維の折曲げ前における配向角を、折曲げ後において理想的な配向角となるように決定するようにしたものである。

【0068】

（効果）
このため、プリフォーム賦形方法及び複合材成形方法によれば、図１や図１１に例示されるような湾曲したフランジ７、８を有する複雑な３次元形状を有するプリフォーム２及び複合材であっても、繊維の配向角をより適切な配向角とすることができる。その結果、複合材の強度及び剛性を一層向上させることができる。

【0069】

（第２の実施形態）
図１２（Ａ）及び（Ｂ）は本発明の第２の実施形態に係るプリフォーム賦形方法を説明する図である。

【0070】

図１２（Ａ）及び（Ｂ）に示された第２の実施形態では、曲面を形成する第２のシート状の繊維２２の長さ方向を曲線とすることによって１枚の第２のシート状の繊維２２で１つの繊維層に含まれる各曲面を形成するようにした点が第１の実施形態と相違する。第２の実施形態における他の特徴については第１の実施形態における特徴と実質的に異ならないため第１のシート状の繊維２１及び第２のシート状の繊維２２の配置例と折曲げ後の形状のみ図示し、同一の構成要素については同符号を付して説明を省略する。

【0071】

図１２（Ａ）に示すように折曲げ後に曲面を形成する第２のシート状の繊維２２の折曲げ前における長さ方向を、折曲げ後において理想的な長さ方向となるように曲線とすることができる。具体例として、図１２（Ｂ）に示すように繊維の配向角が０度である第１のシート状の繊維２１で平板形状を有するウェブ６を形成する一方、第２のシート状の繊維２２でそれぞれ湾曲したフランジ７、８を形成する場合であれば、折曲げ後において湾曲したフランジ７、８をそれぞれ形成する第２のシート状の繊維２２の長さ方向を代表する方向が、平板形状を有するウェブ６と平行となるように、図１２（Ａ）に示すように曲線的に繊維の長さ方向が決定された第２のシート状の繊維２２を少なくとも１つの繊維層を形成するために配置することができる。

【0072】

もちろん、繊維の配向角が４５度等のように繊維の配向角が他の配向角である場合においても、折曲げ前における繊維の長さ方向を代表する方向が曲線となっている第２のシート状の繊維２２を配置することによって、第２のシート状の繊維２２の折曲げ後における繊維の長さ方向を代表する方向を、より適切な方向にすることができる。

【0073】

このような第２の実施形態によれば、プリフォーム２及び複合材を構成する１つの繊維層に含まれる１つの曲面を１枚の第２のシート状の繊維２２で形成することができる。このため、第２のシート状の繊維２２の積層作業を飛躍的に低減することができる。

【0074】

（他の実施形態）
以上、特定の実施形態について記載したが、記載された実施形態は一例に過ぎず、発明の範囲を限定するものではない。ここに記載された新規な方法及び装置は、様々な他の様式で具現化することができる。また、ここに記載された方法及び装置の様式において、発明の要旨から逸脱しない範囲で、種々の省略、置換及び変更を行うことができる。添付された請求の範囲及びその均等物は、発明の範囲及び要旨に包含されているものとして、そのような種々の様式及び変形例を含んでいる。

【符号の説明】

【0075】

１ 賦形型
１Ａ 平板
１Ｂ 凸部
２ プリフォーム
３、４、５ 賦形面
６ ウェブ
７、８ フランジ
９、１０ 曲面
１１ 平面
２０ シート状の繊維
２０Ａ、２０Ｂ シート状の繊維の部分
２１ 第１のシート状の繊維
２２ 第２のシート状の繊維
３０ 繊維束
３１ 微粒子
３２ ドライテープ材
３３ 不織布
３４ ドライテープ材
４０ 繊維の積層体
４１ バギングフィルム
４２ シーラント
４３ 真空装置
４４ 加熱装置
５０ 上型
６０ 下型
６１ バギングフィルム
６２ シーラント
６３ 真空装置
６４ 上型
６５ 樹脂注入装置
６６ 加熱装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】