特許 7646108 繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム、繊維強化プラスチック成形体、及び、繊維強化プラスチック成形体用プリフォームの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-03-06

(45)【発行日】2025-03-14

(54)【発明の名称】繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム、繊維強化プラスチック成形体、及び、繊維強化プラスチック成形体用プリフォームの製造方法

(51)【国際特許分類】

   B29C 70/68 20060101AFI20250307BHJP

   B29C 65/62 20060101ALI20250307BHJP

   B29C 70/82 20060101ALI20250307BHJP

   B29C 70/84 20060101ALI20250307BHJP

【ＦＩ】

B29C70/68

B29C65/62

B29C70/82

B29C70/84

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2024567629

(86)(22)【出願日】2024-07-18

(86)【国際出願番号】 JP2024025813

【審査請求日】2024-11-13

(31)【優先権主張番号】P 2024077856

(32)【優先日】2024-05-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002491

【氏名又は名称】弁理士法人クロスボーダー特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】高垣 和規

(72)【発明者】

【氏名】高橋 市弥

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 洋平

【審査官】田村 佳孝

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０２１／００５３３０４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０２０／００４７４５５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０２０／０１３９５８３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２９Ｃ ７０／００

Ｂ２９Ｃ ６５／６２

Ｂ２９Ｂ １１／０４

Ｂ３２Ｂ ５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基材と、
前記基材に配置された連続繊維束と、
前記連続繊維束の少なくとも一部において、前記連続繊維束の延伸方向に沿って配置された光ファイバと、
前記基材に縫い付けられて前記連続繊維束と前記光ファイバを固定する固定糸と
を有し、
前記連続繊維束と前記光ファイバとは、前記基材に接した状態で固定されている繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム。

【請求項2】

前記固定糸は、
前記基材に縫い付けられて前記光ファイバを前記基材に固定する第１固定糸と、
前記基材に縫い付けられて少なくとも前記連続繊維束を前記基材に固定する第２固定糸と
を有する請求項１に記載の繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム。

【請求項3】

前記連続繊維束の延伸方向と前記光ファイバの延伸方向とが一致する箇所の少なくとも一部において、前記第２固定糸が前記光ファイバと前記連続繊維束の両方を固定する請求項２に記載の繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム。

【請求項4】

前記第２固定糸が前記連続繊維束のみを前記基材に固定する請求項２に記載の繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム。

【請求項5】

前記連続繊維束の延伸方向と前記光ファイバの延伸方向とが一致する箇所の少なくとも一部において、繊維配向角が連続的に変化している請求項１から４のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム。

【請求項6】

前記第１固定糸が、熱可塑性材料、水溶性材料、又は、可溶性材料で製造されている請求項２から４のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム。

【請求項7】

前記光ファイバの断面における前記光ファイバの中心と前記連続繊維束の断面における前記連続繊維束の中心と距離が前記連続繊維束の断面における前記連続繊維束の幅の半分以下である請求項１から４のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム。

【請求項8】

前記光ファイバは、前記連続繊維束と接触する位置に配置されている状態と、前記連続繊維束にらせん状に巻きつけられている状態とのいずれか一つ以上の状態で、前記連続繊維束に配置されている請求項１から４のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム。

【請求項9】

複数の層を有する繊維強化プラスチック成形体において、
請求項１から４のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック成形体用プリフォームからなる層を少なくとも１層含み、
前記複数の層に母材樹脂が含浸されて硬化されて状態で、前記複数の層が一体化されている繊維強化プラスチック成形体。

【請求項10】

前記繊維強化プラスチック成形体用プリフォームの前記固定糸の一部又はすべてが、前記繊維強化プラスチック成形体の前記母材樹脂と同一材料である請求項９に記載の繊維強化プラスチック成形体。

【請求項11】

前記繊維強化プラスチック成形体用プリフォームの前記基材が、前記繊維強化プラスチック成形体の前記母材樹脂と同一材料である請求項９に記載の繊維強化プラスチック成形体。

【請求項12】

連続繊維束に光ファイバを配置した状態で刺繍機の供給口から基材に前記連続繊維束と前記光ファイバとの集合体を供給し、前記連続繊維束と前記光ファイバとが前記基材に接した状態で、前記連続繊維束と前記光ファイバとをミシン針の上下運動で固定糸により前記基材に固定することにより、前記基材に前記集合体を縫着する繊維強化プラスチック成形体用プリフォームの製造方法。

【請求項13】

第１固定糸で光ファイバを基材に縫い付け、
少なくとも前記基材上の一部で前記光ファイバに接触するように、連続繊維束を前記基材に縫い付ける繊維強化プラスチック成形体用プリフォームの製造方法。

【請求項14】

前記光ファイバと前記連続繊維束を縫い付けた後に、第１固定糸を除去する請求項１３に記載の繊維強化プラスチック成形体用プリフォームの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、連続繊維束と光ファイバを有する繊維強化プラスチック成形体用プリフォームに関する。また、繊維強化プラスチック成形体、及び、繊維強化プラスチック成形体用プリフォームの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば人工衛星等に使用される繊維強化プラスチック（Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ：ＦＲＰ）について、ＦＲＰ内部に光ファイバ等のセンサ等を実装することで高機能化する動きがみられる。
他方、近年では、柔軟な連続繊維束を繊維織物等の基材に糸で縫い付けて一体化することで、面ではなく線で所望の方向に強化繊維が配向したプリフォームが考案されている。また、そのプリフォームを使用したＦＲＰを実現する手法（例えばＴＦＰ：Ｔａｉｌｏｒｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ｐｌａｃｅｍｅｎｔ）が考案されている。
特許文献１は、柔軟性のある構造体と、柔軟性のある電気配線と、樹脂との一体成型品の製造方法を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０２３－７９７４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１が開示する技術では、柔軟性のある構造体として連続繊維束を使用することで、電気配線を含む繊維強化プラスチック成形体を実現することができる。
しかしながら、特許文献１においては、連続繊維束に生じる応力とひずみ状態を安定的に計測することができない。

【0005】

この開示は、連続繊維束に生じる応力とひずみ状態を安定的に計測することが可能な繊維強化プラスチック成形体及びその製造に用いられる繊維強化プラスチック成形体用プリフォームを得ること目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

この開示に係る繊維強化プラスチック成形体用プリフォームは、
基材と、
基材上に配置された連続繊維束と、
連続繊維束の少なくとも一部において、連続繊維束の延伸方向に沿って配置された光ファイバと、
基材に縫い付けられて連続繊維束と光ファイバを固定する固定糸と
を有する。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、少なくとも基材上の一部において、光ファイバが連続繊維束の延伸方向に沿って配置されている。そのため、連続繊維束に生じる応力とひずみが光ファイバに容易に伝達するため、光ファイバによる安定した応力とひずみの計測を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施の形態１に係る繊維強化プラスチック成形体用プリフォームの構成例を示す平面図。

【図2】実施の形態１に係る繊維強化プラスチック成形体用プリフォームの構成例を示す断面図。

【図3】実施の形態１に係る繊維強化プラスチック成形体用プリフォームの製造工程の一例を示す説明図。

【図4】実施の形態１に係る繊維強化プラスチック成形体用プリフォームの構成例を示す斜視図。

【図5】実施の形態２に係る繊維強化プラスチック成形体用プリフォームの構成例を示す平面図。

【図6】実施の形態２に係る繊維強化プラスチック成形体用プリフォームの構成例を示す断面図。

【図7】実施の形態３に係る繊維強化プラスチック成形体用プリフォームの構成例を示す平面図。

【図8】実施の形態３に係る繊維強化プラスチック成形体用プリフォームの構成例を示す断面図。

【図9】実施の形態４に係る繊維強化プラスチック成形体の製造工程の一部を示す説明図。（ａ）は積層前の図、（ｂ）は積層後の図、（ｃ）は繊維強化プラスチック成形体の図。

【図10】実施の形態５に係る繊維強化プラスチック成形体用プリフォームの製造工程を示す説明図。（ａ）は光ファイバ縫着工程の図、（ｂ）は光ファイバ縫着工程後の図、（ｃ）は連続繊維束縫着工程の図、（ｄ）は連続繊維束縫着工程後の図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本開示を実施するための繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム１、繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム１を用いた繊維強化プラスチック成形体２、及び繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム１の製造方法について、図面を用いて説明する。
なお、図面の説明において、同一部分又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を適宜省略する。

【0010】

実施の形態１．
以下、本実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、実施の形態１に係る繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム１の構成例を示す平面図である。

【0011】

繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム１は、基材１１と、基材１１上に配置された連続繊維束１２と、光ファイバ１３と、固定糸１４からなる。光ファイバ１３は、連続繊維束１２の少なくとも一部において、連続繊維束１２の延伸方向Ｓに沿って配置されている。連続繊維束１２は基材１１の面上において曲線部を有する。曲線部の全部又は曲線部の少なくとも一部に沿うように光ファイバ１３が配置されている。

【0012】

図１においては、連続繊維束１２の延伸方向Ｓに沿って配置された光ファイバ１３として、連続繊維束１２に内包された位置に形成された光ファイバと、連続繊維束１２と接触する位置に形成された光ファイバとが図示されている。光ファイバ１３としては、連続繊維束１２に内包された位置に形成された光ファイバと、連続繊維束１２と接触する位置に形成された光ファイバの両方があってもよいし、片方だけがあってもよい。

【0013】

ここで、「内包」とは、光ファイバ１３の周囲に連続繊維が存在していることをいう。「内包」の場合は、連続繊維束１２を外側から見た場合、光ファイバ１３を目視すること
ができない。また、「接触」とは、連続繊維束１２に光ファイバ１３の一部が接触していることをいう。「接触」の場合は、連続繊維束１２を外側から見た場合、少なくとも光ファイバ１３の一部を目視することができる。

【0014】

連続繊維束１２と光ファイバ１３は、固定糸１４により、基材１１に縫い付けられ固定されている。

【0015】

以下、繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム１の構成について、具体例を挙げ詳細に説明する。
図２は、実施の形態１に係る繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム１の構成例を示す断面図である。

【0016】

基材１１の上に、連続繊維束１２及び光ファイバ１３が配置され、固定糸１４によって、それらが基材１１に固定されている。図２では、連続繊維束１２に内包された光ファイバ１３と連続繊維束１２及び基材１１に接するように配置された光ファイバ１３を併記しているが光ファイバの数に制限はない。図１に示すように、基材１１上の一部において、光ファイバ１３は連続繊維束１２の延伸方向が一致するように配置されている。基材１１としてはガラスクロス、連続繊維束１２としては炭素繊維（Ｔ７００ＳＣ、１２Ｋ、東レ株式会社製）、固定糸１４としてはナイロン繊維を使用することができる。なお、固定糸１４は、上糸及び下糸を含むことができる。

【0017】

繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム１の製造方法としては、例えばＴＦＰ（Ｔａｉｌｏｒｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ｐｌａｃｅｍｅｎｔ）法を用いることができる。
ＴＦＰ法は、連続繊維束１２を配向するためのテキスタイル技術を応用した繊維プリフォーム生産技術である。ＴＦＰ法では、連続繊維束１２を縫着するための工業用刺繍機（不図示）を用いる。あらかじめ設定したパス（経路）データに基づいて、基材１１に連続繊維束１２を配置しながら、固定糸１４によって縫着させる。これにより、基材１１に連続繊維束１２が縫着された繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム１を作製することができる。ＴＦＰ法では、応力解析等に基づき、適切なパスを設定することで、最適な繊維配向を実現することができる。例えば、連続繊維束１２を基材１１に縫着する際には、繊維配向角を連続的に変化させることができる。繊維配向角を連続的に変化させた繊維強化プラスチック（複合材料）は、ステアリング複合材料と呼ばれる。図１は繊維配向角が連続的に変化した繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム１の例を示しており、この繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム１に樹脂を含浸して硬化させることでステアリング複合材料を実現できる。

【0018】

図３は、実施の形態１に係る繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム１のＴＦＰ法における製造工程の一例を示す説明図である。
縫着する前の連続繊維束１２の内部又は側面に光ファイバ１３を配置した状態で、連続繊維束１２と光ファイバ１３の集合体１５を刺繍機（図示せず）の供給口２１から供給し、ミシン針２２の上下運動で固定糸１４により基材１１に固定する。これにより、連続繊維束１２に内包又は接触する位置に光ファイバ１３が配置された繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム１を実現できる。

【0019】

光ファイバ１３の応答を基にひずみを求める方法として、レイリー散乱光の周波数シフトにより、光ファイバのひずみを連続的に計測する方法を使用することができる。

【0020】

なお、基材１１としてガラスクロス基材を使用する場合について説明したが、固定糸１４により連続繊維束１２と光ファイバ１３を縫着できて、樹脂が含浸できる材料であればよい。具体的には、基材１１として、炭素繊維基材、ナイロン繊維基材、ポリエステル繊
維基材、綿繊維基材、不織布等を用いることができる。
また基材１１として熱硬化樹脂フィルム又は熱可塑樹脂フィルムを用いることも可能である。基材１１として熱硬化樹脂フィルム又は熱可塑樹脂フィルムを用いることで、繊維強化プラスチック成形体２を成形する際に基材１１が残留することなく一体化することができる。
特に基材１１として繊維強化プラスチック成形体２の母材樹脂と同一の材料を使用することで、基材１１の残留を最小限に抑制できる。

【0021】

また、連続繊維束１２として炭素繊維を使用する場合について説明したが、炭素繊維の代わりに、ガラス繊維、アラミド繊維（ケブラー（登録商標）繊維）、ポリエチレン繊維（ダイニーマ（登録商標）繊維）、ザイロン（登録商標）繊維、ボロン繊維、アルミナ繊維、炭化ケイ素繊維、亜麻繊維といった繊維を使用することができる。

【0022】

また、固定糸１４としてナイロン繊維を使用する場合について説明したが、ガラス繊維、炭素繊維、パラアラミド繊維、及びポリエステル繊維等の有機繊維、並びにこれらの組合せを使用することができる。さらに、固定糸１４の材料として、ビニロン等の水溶性材料又は熱可塑材料を用いることができる。また、すべての又は一部の固定糸１４の材料として、繊維強化プラスチック成形体２とする際に使用する母材樹脂と同一の材料を用いてもよい。

【0023】

また、光ファイバ１３は、繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム１を構成する連続繊維束１２の全長にわたって連続繊維束１２の延伸方向に沿って配置される必要はない。光ファイバ１３は、基材１１上の少なくとも一部分において、連続繊維束１２と光ファイバ１３の延伸方向が同一であればよい。特に応力とひずみが集中する箇所が特定されている場合等、光ファイバ１３は、設計に応じて連続繊維束１２に沿って部分的に配置されていてもよい。

【0024】

また、光ファイバ１３の計測方法としてレイリー散乱光を使用し、光ファイバ１３上のひずみを連続的に計測する場合について説明したが、レイリー散乱光の代わりに、ラマン散乱光、ブリルアン散乱光を使用した計測手法を用いることができる。さらに、光ファイバ１３のコアの一部において屈折率を周期的に変化させたグレーティング部を有するＦＢＧ（Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ）センサを使用してもよい。ＦＢＧセンサはグレーティング部を複数有してもよい。

【0025】

また、繊維配向角を連続的に変化させる際の曲率半径としては、例えば１ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍ、５０ｍｍ、１００ｍｍ、２００ｍｍ及びこれらの間の値又はそれ以外の値の中から必要な経路に沿って、連続的に適宜に選択することができる。
また、連続繊維束１２及び光ファイバ１３を基材１１上に固定する方法について、ＴＦＰ法を使用する場合について説明したが、ＴＦＰ法以外の手法でもよい。例えば、ＴＦＰ法により連続繊維束１２のみを基材１１上に固定した後に、連続繊維束１２を基材１１に固定するのに使用した固定糸１４の間に、光ファイバ１３を手作業で通し入れ、一体化する方法を用いてもよい。

【0026】

また、光ファイバ１３の配置方法として、連続繊維束１２と基材１１に接触するように配置する場合について説明したが、光ファイバ１３は連続繊維束１２に接触又は内包されていればよく、基材１１に接触する必要はない。

【0027】

図４は、実施の形態１に係る連続繊維束１２の斜視図である。
光ファイバ１３の配置方法として、図４に示すように、連続繊維束１２に対し、光ファイバ１３をらせん状に巻きつけてもよい。光ファイバ１３をらせん状に巻き付けることで
連続繊維束１２と光ファイバ１３が分離しにくくなる。ＴＦＰ法を使用する場合、連続繊維束１２にあらかじめ光ファイバ１３を巻き付けた集合体１５を使用することで繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム１を実現できる。

【0028】

光ファイバ１３は、連続繊維束１２の内包する位置に配置されている状態と、記連続繊維束１２と接触する位置に配置されている状態と、連続繊維束１２にらせん状に巻きつけられている状態とのいずれか一つ以上の状態で、連続繊維束に配置されていればよい。
また、連続繊維束１２及び光ファイバ１３に加えて、繊維状のデバイス等を基材１１に配置して縫着してもよい。繊維状のデバイスとして、例えば、熱電対、ひずみゲージ、電熱線等を加えることができる。

【0029】

＊＊＊実施の形態１の効果の説明＊＊＊
本実施の形態によれば、光ファイバ１３は連続繊維束１２の少なくとも一部において、連続繊維束１２の延伸方向に沿って配置されており、連続繊維束１２と光ファイバ１３は固定糸１４により基材１１に固定される。そのため、繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム１を用いた繊維強化プラスチック成形体２において、光ファイバ１３によって、連続繊維束１２に沿った応力とひずみ変化を安定的に計測することができる。

【0030】

本実施の形態によれば、光ファイバ１３により連続繊維束１２に沿ったひずみ変化を安定的に計測可能な繊維強化プラスチック成形体２を実現するための繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム１を得ることができる。

【0031】

本実施の形態によれば、連続繊維束１２と光ファイバ１３とが延伸方向の一部において固定されていればよいので、設計に沿った連続繊維束１２の経路を実現できる。

【0032】

また、繊維強化プラスチック成形体２の母材樹脂と同一材料の固定糸１４を使用すれば、固定糸１４を残留させることなく繊維強化プラスチック成形体２を実現できる。

【0033】

また、繊維強化プラスチック成形体２の母材樹脂と同一材料の基材１１を使用すれば、基材１１を残留させることなく繊維強化プラスチック成形体２を実現できる。

【0034】

連続繊維束１２が配置された繊維強化プラスチック成形体用プリフォームの製造後に光ファイバを配置した場合は、光ファイバの積層過程又は配置過程において光ファイバの位置ずれが生じ、所望の応力とひずみを計測できない可能性がある。本実施の形態のように連続繊維束１２の延伸方向に沿って光ファイバ１３を配置し、かつ固定糸１４により光ファイバ１３を固定することで、光ファイバ１３の位置ずれを防止し、高精度な応力とひずみの計測を実現できる。

【0035】

連続繊維束１２と光ファイバ１３を別々の基材１１に配置して固定糸１４で固定した場合、たとえ連続繊維束１２と光ファイバ１３の延伸方向を同一にした場合でも、連続繊維束１２と光ファイバ１３が形成された層が異なるため、連続繊維束１２の応力とひずみ状態を直接的に計測することはできず、計測精度が低下する。本実施の形態のように、連続繊維束１２に内包又は接触する状態で光ファイバ１３を保持することで、連続繊維束１２の応力とひずみ状態を直接的に計測することができ、高精度な計測を実現できる。

【0036】

連続繊維束１２と光ファイバ１３を同一の基材に配置した場合でも、別々の固定糸１４で連続繊維束１２と光ファイバ１３を固定すると、光ファイバ１３を固定するための固定糸１４が拘束となり、連続繊維束１２の応力とひずみ状態を安定的に計測することはできない。本実施の形態のように、同一の固定糸１４で連続繊維束１２と光ファイバ１３を固定することで、連続繊維束１２と光ファイバ１３の応力とひずみ状態が同一となり、高精
度な計測を実現できる。

【0037】

実施の形態２．
以下、主に前述した実施の形態と異なる点について、図面を参照しながら説明する。
図５は、実施の形態２に係る繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム１の構成例を示す平面図である。

【0038】

繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム１は、基材１１と、基材１１上に配置された連続繊維束１２と、光ファイバ１３と、第１固定糸１６と、第２固定糸１７からなる。光ファイバ１３は、連続繊維束１２の少なくとも一部において、連続繊維束１２の延伸方向に沿って、連続繊維束１２と接触する位置に形成されている。第１固定糸１６は、光ファイバのみを跨ぐように基材１１に縫い付けられており、光ファイバ１３を基材１１に固定している。一方、第２固定糸１７は、連続繊維束１２と光ファイバ１３の延伸方向が沿う箇所の少なくとも一部において、連続繊維束１２と光ファイバ１３を跨ぐように基材１１に縫い付けられており、連続繊維束１２及び光ファイバ１３を共に基材１１に固定している。

【0039】

以下、繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム１の構成について、具体例を挙げ詳細に説明する。
図６は、実施の形態２に係る繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム１の構成例を示す断面図である。

【0040】

基材１１の上に、連続繊維束１２及び光ファイバ１３が配置されている。連続繊維束１２の断面における幅（断面において基材１１の面と平行な方向における最大幅）をＬとする。光ファイバ１３は、平面視で光ファイバ１３の中心は連続繊維束１２の中心からＬ／２（距離Ｄ＝Ｌ／２）だけずれた位置に配置されている。光ファイバ１３は、連続繊維束１２及び基材１１と接触した状態で配置されており、第１固定糸１６により基材１１に固定されている。第１固定糸１６としては、例えば熱可塑性材料を用いた糸を使用することができる。第２固定糸１７は、連続繊維束１２と光ファイバ１３の延伸方向が沿う箇所の少なくとも一部において、連続繊維束１２及び光ファイバ１３を覆うように配置されており、連続繊維束１２及び光ファイバ１３を基材１１に固定している。第２固定糸１７としてはナイロン繊維を使用することができる。

【0041】

第１固定糸１６を使用することで、光ファイバ１３を連続繊維束１２とは独立に基材１１に固定することができる。これにより、前述した実施の形態１で必要となる、基材１１への固定前の連続繊維束１２と光ファイバ１３の一体化作業が不要となり作業性が向上する。さらに、繊維強化プラスチック成形体２の成形に際し、含浸する母材樹脂を第１固定糸１６と同一材料とすることで、第１固定糸１６は母材樹脂に溶融されて母材樹脂に一体化できる。このため、光ファイバ１３は、第１固定糸１６に拘束されなくなるため、連続繊維束１２に生じるひずみをより安定的に計測できるようになる。

【0042】

なお、第１固定糸１６の材料として、熱可塑性材料を使用する場合について説明したが、水溶性材料、又は、可溶性材料を使用してもよい。第１固定糸１６の材料として、ナイロン繊維、ガラス繊維、炭素繊維、パラアラミド繊維、及びポリエステル繊維等の有機繊維を使用することができる。さらに、熱可塑材料のように熱又は水分等の外部刺激により溶解又は溶融する材料を使用することで、第１固定糸１６を残留させることなく繊維強化プラスチック成形体２を実現することができる。溶解性又は溶融性のある材料としては、熱可塑樹脂の他に、ビニロン等の水溶性材料等を使用してもよい。水溶性材料のように溶解性のある樹脂を使用した場合、第１固定糸１６を溶解することで、実施の形態１と同様の繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム１を実現することができる。

【0043】

また、第１固定糸１６又は第２固定糸１７、並びにその両方の材料を、繊維強化プラスチック成形体２とする際に使用する母材樹脂と同一の材料としてもよい。

【0044】

また、光ファイバ１３の中心が連続繊維束１２の中心からＬ／２だけずれた位置に配置されている場合について説明したが、光ファイバ１３は連続繊維束１２と基材１１に接触し、光ファイバ１３の応答から連続繊維束１２のひずみを測定できる位置に配置されていればよい。具体的には、光ファイバ１３の中心と連続繊維束１２の中心との距離ＤがＬ／２以下であればよい。

【0045】

＊＊＊実施の形態２の効果の説明＊＊＊
本実施の形態によれば、光ファイバ１３のみを固定する第１固定糸１６と、光ファイバ１３及び連続繊維束１２を固定する第２固定糸１７を有する。そのため、光ファイバ１３を連続繊維束１２とは独立に基材１１に固定することができプリフォーム製造の作業性が向上する。

【0046】

さらに第１固定糸１６として外部刺激により溶解又は溶融する材料を使用することで、第１固定糸１６を残留させることなく繊維強化プラスチック成形体２を実現することができる。これにより、光ファイバ１３が第１固定糸１６に拘束されなくなるため、連続繊維束１２に生じる応力とひずみをより安定的に計測できるようになる。

【0047】

実施の形態３．
以下、主に前述した実施の形態と異なる点について、図面を参照しながら説明する。
図７は、実施の形態３に係る繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム１の構成例を示す平面図である。

【0048】

第１固定糸１６は、光ファイバのみを跨ぐように基材１１に縫い付けられており、光ファイバ１３を基材１１に固定している。一方、第２固定糸１７は、連続繊維束１２のみを跨ぐように基材１１に縫い付けられており、連続繊維束１２及び光ファイバ１３を基材１１に固定している。

【0049】

以下、繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム１の構成について、具体例を挙げ詳細に説明する。
図８は、実施の形態３に係る繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム１の構成例を示す断面図である。

【0050】

基材１１の上に、連続繊維束１２及び光ファイバ１３が配置されている。第１固定糸１６としては、熱可塑性材料を用いた糸を使用することができる。第２固定糸１７は、連続繊維束１２のみを覆うように配置されており、連続繊維束１２を基材１１に固定している。第２固定糸１７としてはナイロン繊維を使用することができる。

【0051】

第１固定糸１６を使用することで、光ファイバ１３を連続繊維束１２とは独立に基材１１に固定することができる。これにより、実施の形態２と同様に、基材１１への固定前の連続繊維束１２と光ファイバ１３の一体化作業が不要となり作業性が向上する。

【0052】

さらに、本実施の形態では、第２固定糸１７で光ファイバ１３を覆う必要がなく、第２固定糸１７の縫着に関する設定が容易である。
一方、熱可塑性樹脂からなる第１固定糸１６は繊維強化プラスチック成形体２になった際に、拘束となりうる。そのため、繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム１の状態で第１固定糸１６を溶融して再度固化し、光ファイバ１３を連続繊維束１２と一体化する
。

【0053】

なお、第１固定糸１６の処理方法として、繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム１の状態で第１固定糸１６を溶融し、光ファイバ１３を連続繊維束１２と一体化する場合について説明したが、繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム１に樹脂を含浸し、繊維強化プラスチック成形体２とする際に第１固定糸１６と同一の熱可塑樹脂を母材樹脂として使用することで、第１固定糸１６と母材樹脂を一体化することもできる。さらに、第１固定糸１６よりも成形温度の高い熱硬化樹脂又は溶融温度の高い熱可塑樹脂を母材樹脂として使用することで、第１固定糸１６を母材樹脂内に溶融させることもできる。

【0054】

＊＊＊実施の形態３の効果の説明＊＊＊
本実施の形態によれば、光ファイバ１３のみを固定する第１固定糸１６と、連続繊維束１２のみを固定する第２固定糸１７を有する。そのため、光ファイバ１３を連続繊維束１２とは独立に基材１１に固定することができプリフォーム製造の作業性が向上する。また、第２固定糸１７で光ファイバ１３を覆う必要がなく、第２固定糸１７の縫着を容易に設定できる。

【0055】

本実施の形態によれば、熱可塑性樹脂製の第１固定糸１６により光ファイバ１３を固定し、繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム１の作製後に第１固定糸１６を溶融することで、連続繊維束１２と光ファイバ１３を一体化することができ、実施の形態１と同様の効果を奏する繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム１を得ることができる。

【0056】

本実施の形態によれば、光ファイバ１３と連続繊維束１２の一体物を事前に作製する必要がなく、別々に基材上に配置できるため、繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム１の作製を低コスト化しつつ、光ファイバ１３のずれを防止でき、連続繊維束１２の応力とひずみ状態を高精度に計測することができる。

【0057】

実施の形態４．
以下、主に前述した実施の形態と異なる点について、図面を参照しながら説明する。
図９は、実施の形態４に係る繊維強化プラスチック成形体２の製造工程の一部を示す説明図である。

【0058】

図９では前述したいずれかの実施の形態の繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム１と光ファイバを含まない平織プリフォーム２３を使用する例を示している。繊維強化プラスチック成形体２は、少なくとも１層の繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム１からなる層を有する。繊維強化プラスチック成形体２において、繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム１には母材樹脂が含浸されており、図９のように繊維強化プラスチック成形体２が複数層から構成される場合、母材樹脂により一体化されている。繊維強化プラスチック成形体２を構成する層のうち、繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム１からなる層には光ファイバ１３が実装されており、この光ファイバ１３の応答から、繊維強化プラスチック成形体２に生じる応力とひずみを計測することができる。

【0059】

繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム１に樹脂を含浸し、繊維強化プラスチック成形体２を製造するための方法の一例を示す。
まず、図９の（ａ）に示すように成形型２４上に平織プリフォーム２３を賦形した後、繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム１を平織プリフォーム２３上に賦形する。
次に、その上に別の平織プリフォーム２３を賦形し、プリフォーム積層体２５を得る（図９の（ｂ））。この状態で、プリフォーム積層体２５に樹脂を含浸して硬化させることで、繊維強化プラスチック成形体２を得ることができる。
樹脂を含浸して硬化させる方法としては例えばＶａＲＴＭ（Ｖａｃｕｕｍ Ａｓｓｉｓ
ｔｅｄ Ｒｅｓｉｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｌｄｉｎｇ）を用いることができる。ＶａＲＴＭを行うために、プリフォーム積層体２５上にピールプライ、及びフローメディアを積層し、全体をバギングフィルムで覆い、周囲をシーラントテープで固定する。この際、真空ポンプと繋げる真空チューブ、及び樹脂注入チューブを、バギングフィルムを貫通するように配置する。この状態で真空チューブと真空ポンプを繋げ、真空ポンプを起動することでバギングフィルム内部を真空状態にした上で、樹脂注入チューブから樹脂を流し込む。
プリフォーム積層体２５に樹脂が含浸したのち、真空ポンプを停止し、樹脂が硬化するまで静置する。樹脂硬化後、必要に応じてオーブン等で後硬化することで、繊維強化プラスチック成形体２を得ることができる（図９の（ｃ））。

【0060】

なお、プリフォーム積層体２５の状態で、含浸前に各プリフォームを仮止めしてもよい。仮止めには、テープ又は接着剤等を使用することができる。また、繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム１、及び平織プリフォーム２３の基材１１として、熱可塑性樹脂を使用する場合、一部を溶融することで仮止めすることができる。

【0061】

また、繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム１以外の層として平織プリフォーム２３を使用する場合について説明したが、平織プリフォーム２３の代わりに、朱子織プリフォーム、綾織プリフォーム、ノンクリンプファブリック、及び光ファイバを含まないＴＦＰ（Ｔａｉｌｏｒｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ｐｌａｃｅｍｅｎｔ）プリフォーム、並びにそれらの組合せを使用してもよい。

【0062】

また、繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム１が１層の場合について説明したが、２層以上使用してもよい。２層以上の繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム１を使用する場合、それぞれの繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム１において、連続繊維束１２及び光ファイバ１３の配置が異なっていてもよい。

【0063】

また、ＶａＲＴＭによる成形について説明したが、プリフォームに樹脂が含浸すればよく、ＲＴＭ（Ｒｅｓｉｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｌｄｉｎｇ）、プレス成形、ハンドレイアップ等の手法を用いてもよい。さらに、プリフォームの基材として、母材樹脂を使用する場合、別途樹脂を含浸する必要がない。

【0064】

＊＊＊実施の形態４の効果の説明＊＊＊
本実施の形態によれば、繊維強化プラスチック成形体２は少なくとも１層の繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム１を含む。繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム１は光ファイバ１３を含むため、光ファイバ１３の応答から繊維強化プラスチック成形体２の応力とひずみを計測することができる。

【0065】

実施の形態５．
以下、主に前述した実施の形態と異なる点について、図面を参照しながら説明する。
図１０は、実施の形態５に係る繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム１の製造工程を示す説明図である。

【0066】

本実施の形態で開示する繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム１の製造工程は、光ファイバ１３を基材１１に縫い付ける光ファイバ縫着工程と、連続繊維束１２を基材１１に縫い付ける連続繊維束縫着工程とを有する。

【0067】

以下、繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム１の製造工程について、具体例を挙げ詳細に説明する。
図１０の（ａ）は、基材１１上に光ファイバ１３を第１固定糸１６により縫い付ける光
ファイバ縫着工程を示す。
図１０の（ａ）では、光ファイバ１３を近傍に有さない連続繊維束１２が既に基材１１上に縫着されている例を示している。光ファイバ１３は、刺繍機（図示せず）の供給口２１から供給され、ミシン針２２の上下運動で第１固定糸１６により、基材１１に縫着される。刺繍機の供給口２１、及びミシン針２２は事前に設定された経路データに沿うように移動しつつ、光ファイバ１３を基材１１上に縫着する。
図１０の（ｂ）は、光ファイバ１３が所定の経路全体に縫着された状態を示す。

【0068】

図１０の（ｃ）は、基材１１上に連続繊維束１２を第２固定糸１７により縫い付ける連続繊維束縫着工程を示す。連続繊維束縫着工程では、刺繍機の供給口２１から供給される材料を光ファイバ１３から連続繊維束１２に変更する。連続繊維束１２は、少なくとも基材１１上の一部で光ファイバ１３に接触し、延伸方向が光ファイバ１３と一致するように刺繍機の供給口２１から供給され、ミシン針２２の上下運動で第２固定糸１７により、基材１１に縫着される。第２固定糸１７は、基材１１上の一部で連続繊維束１２と光ファイバ１３を跨ぐように縫着されている。これにより、実施の形態２に示す繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム１を得ることができる。

【0069】

なお、連続繊維束縫着工程において刺繍機の供給口２１から供給される材料を光ファイバ１３から連続繊維束１２に変更する場合について説明したが、光ファイバ１３と連続繊維束１２が別の供給口２１を使用してもよい。

【0070】

また、第１固定糸１６として可溶性の材料を使用し、光ファイバ縫着工程、及び連続繊維束縫着工程の後に、第１固定糸１６を除去する第１固定糸除去工程を追加してもよい。第１固定糸１６を除去することで、実施の形態１に示す繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム１を得られる。第１固定糸１６の除去方法は材料に依存するが、例えば加熱、加水、溶媒による除去等を用いることができる。

【0071】

また、第２固定糸１７が基材１１上の一部で連続繊維束１２と光ファイバ１３を跨ぐように縫着されている場合について説明したが、少なくとも基材１１上の一部で、連続繊維束１２が光ファイバ１３に接触し、延伸方向が一致するように配置されていればよく、第２固定糸１７が連続繊維束１２のみを跨ぐように縫着されていてもよい。これにより、実施の形態３に示す繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム１を得られる。この場合、連続繊維束縫着工程の後に光ファイバ縫着工程が実施されてもよい。

【0072】

＊＊＊実施の形態５の効果の説明＊＊＊
本実施の形態によれば、繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム１の製造工程は光ファイバ縫着工程と連続繊維束縫着工程を含む。これにより、少なくとも基材１１上の一部で、連続繊維束１２が光ファイバ１３に接触し、延伸方向が一致するように配置された繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム１を製造することができる。

【0073】

以下、本開示の諸態様を付記としてまとめて記載する。
（付記１）
基材と、
前記基材に配置された連続繊維束と、
前記連続繊維束の少なくとも一部において、前記連続繊維束の延伸方向に沿って配置された光ファイバと、
前記基材に縫い付けられて前記連続繊維束と前記光ファイバを固定する固定糸と
を有する繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム。

【0074】

（付記２）
前記固定糸は、
前記基材に縫い付けられて前記光ファイバを前記基材に固定する第１固定糸と、
前記基材に縫い付けられて少なくとも前記連続繊維束を前記基材に固定する第２固定糸と
を有する付記１に記載の繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム。

【0075】

（付記３）
前記連続繊維束の延伸方向と前記光ファイバの延伸方向とが一致する箇所の少なくとも一部において、前記第２固定糸が前記光ファイバと前記連続繊維束の両方を固定する付記２に記載の繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム。

【0076】

（付記４）
前記第２固定糸が前記連続繊維束のみを前記基材に固定する付記２に記載の繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム。

【0077】

（付記５）
前記連続繊維束の延伸方向と前記光ファイバの延伸方向とが一致する箇所の少なくとも一部において、繊維配向角が連続的に変化している付記１から４のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム。

【0078】

（付記６）
前記第１固定糸が熱可塑性材料、水溶性材料、又は、可溶性材料である付記２から４のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム。

【0079】

（付記７）
前記光ファイバの断面における前記光ファイバの中心と前記連続繊維束の断面における前記連続繊維束の中心と距離が前記連続繊維束の断面における前記連続繊維束の幅の半分以下である付記１から６のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム。

【0080】

（付記８）
前記光ファイバは、前記連続繊維束の内包する位置に配置されている状態と、前記連続繊維束と接触する位置に配置されている状態と、前記連続繊維束にらせん状に巻きつけられている状態とのいずれか一つ以上の状態で、前記連続繊維束に配置されている付記１から５のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム。

【0081】

（付記９）
複数の層を有する繊維強化プラスチック成形体において、
付記１から８のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック成形体用プリフォームからなる層を少なくとも１層含み、
前記複数の層に母材樹脂が含浸されて硬化されて状態で、前記複数の層が一体化されている繊維強化プラスチック成形体。

【0082】

（付記１０）
前記繊維強化プラスチック成形体用プリフォームの前記固定糸の一部又はすべてが、前記繊維強化プラスチック成形体の前記母材樹脂と同一材料である付記９に記載の繊維強化プラスチック成形体。

【0083】

（付記１１）
前記繊維強化プラスチック成形体用プリフォームの前記基材が、前記繊維強化プラスチ
ック成形体の前記母材樹脂と同一材料である付記９又は１０に記載の繊維強化プラスチック成形体。

【0084】

（付記１２）
連続繊維束に光ファイバを配置した状態で刺繍機の供給口から基材に前記連続繊維束と前記光ファイバの集合体を供給し、ミシン針の上下運動で固定糸により前記基材に前記集合体を縫着する繊維強化プラスチック成形体用プリフォームの製造方法。

【0085】

（付記１３）
第１固定糸でファイバを基材に縫い付け、
連続繊維束を前記基材に縫い付ける繊維強化プラスチック成形体用プリフォームの製造方法。

【0086】

（付記１４）
前記光ファイバと前記連続繊維束を縫い付けた後に、第１固定糸を除去する付記１３に記載の繊維強化プラスチック成形体用プリフォームの製造方法。

【符号の説明】

【0087】

１ 繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム、２ 繊維強化プラスチック成形体、１１ 基材、１２ 連続繊維束、１３ 光ファイバ、１４ 固定糸、１５ 集合体、１６
第１固定糸、１７ 第２固定糸、２１ 供給口、２２ ミシン針、２３ 平織プリフォーム、２４ 成形型、２５ プリフォーム積層体。

【要約】

繊維強化プラスチック成形体用プリフォーム（１）は、基材（１１）と、基材上に配置された連続繊維束（１２）と、連続繊維束（１２）の少なくとも一部において、連続繊維束（１２）の延伸方向に沿って配置された光ファイバ（１３）と、基材（１１）に縫い付けられて連続繊維束（１２）と光ファイバ（１３）を固定する固定糸（１４）とを有する。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】