JP2003211447A

JP2003211447A - プリフォームの製造方法

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Publication number: JP2003211447A
Application number: JP2002019597A
Authority: JP
Inventors: Fumiaki Noman; 文昭乃万; Akihiko Kitano; 彰彦北野
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2002-01-29
Filing date: 2002-01-29
Publication date: 2003-07-29
Anticipated expiration: 2022-01-29
Also published as: JP4372384B2

Abstract

(57)【要約】【課題】軽量かつ高い信頼性を有する航空機や自動車な
どのＦＲＰ部材の成形方法、特に、ＲＴＭ成形に用いる
のに好適な３次元形状を有するプリフォームを、高精
度、かつ自動的に製造することのできるプリフォームの
製造方法、および本方法により製造されるプリフォー
ム、および該プリフォームを使って製造されるＦＲＰ成
形体を提供する。【解決手段】３次元形状を有する賦形型を使用して強化
繊維基材を該３次元形状に賦形するプリフォームの製造
方法において、振動体の振動を前記強化繊維基材に伝達
させて該強化繊維基材を振動させると同時に、該強化繊
維基材が前記３次元形状に賦形させるのに十分な時間振
動させて、前記強化繊維基材を３次元形状に賦形するこ
とを特徴とするプリフォームの製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば、自動車
や航空機などの強化炭素繊維とマトリクス樹脂とからな
る繊維強化プラスチック（以下ＦＲＰと略称す）製部材
のＲＴＭ（レジントランスファーモールディング）成形
法において使用する強化繊維基材プリフォームの製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、炭素繊維やガラス繊維を強化
繊維とするＣＦＲＰは、軽量、高耐久性であることか
ら、自動車や航空機などの各種構成部材として理想的な
材料であり、その成形法としては、強化繊維と高靱性の
エポキシ樹脂からなる、厚さ数十〜数百ミクロンのプリ
プレグを一枚一枚積み重ねた積層体をオートクレーブ
（圧力釜）中で加圧、加熱して硬化させる、いわゆるオ
ートクレーブ成形法が一般的である。しかしながら、プ
リプレグは、強化繊維の周りに樹脂が含浸されているこ
とから、繊維は樹脂で固定された状態にあるため、プリ
プレグを変形させることは困難であり、プリプレグを所
定の３次元形状に賦形できないという問題があった。こ
のため、凹凸のある３次元形状を有するＦＲＰ製の航空
機部材や自動車部材を製造するに際しては、数ミリの凹
凸に対してもプリプレグを切断、オーバーラップさせ
て、パッチ状に継ぎ接ぎするという製造法をとらざるを
えず、このため、プリプレグからなる部材は、予想以上
に高重量となるばかりでなく、継ぎ接ぎ部分の安全率を
大きくとる必要性も生じて、ＦＲＰが適用できる航空機
部材や自動車部材部材は、比較的平坦な形状に限られる
という制約が生じていた。

【０００３】さらに、プリプレグにおいては、硬化剤は
予め樹脂中に混入されていて、室温でも反応が徐々に進
行していくため、プリプレグ樹脂の硬化反応を遅らせる
ためにプリプレグを冷凍庫に保管して、使用する度に、
一々、解凍工程を設けるという非経済的な側面があっ
た。

【０００４】このようなプリプレグ成形における問題を
解決するＦＲＰの製造方法として、アメリカ特許第５２
８１３８８号明細書に記載されているような、ＲＴＭ
（レジントランスファーモールディング）法と称される
成形法が注目されはじめており、長さが１０ｍ以上の複
雑のＦＲＰ構造体が実用化されつつある。

【０００５】本製造方法は、プリフォームと呼ばれる予
め所定の形状に賦形された、樹脂が完全に含浸していな
い、いわゆるドライの連続繊維織物からなる強化繊維基
材を型上に配置し、全体をバグフィルムや金型で覆った
後、バグフィルム内、あるいは金型内部を真空状態にし
て、樹脂を注入して、前記プリフォームに樹脂を拡散、
含浸させるというものであり、アメリカ特許第５４２７
７２５号明細書には、タッキファイアーを使った半硬化
状態のプリフォームに関する技術が開示されている。

【０００６】ＲＴＭ成形においては、このようにプリフ
ォームを使用するため、プリプレグという粘着性のある
材料を切断するという工程が不要なため、軽量かつ、経
済的なＦＲＰ部材の製造が可能となる。

【０００７】しかしながら、プリフォームの製造には、
繊維状や布帛状といった１次元、あるいは２次元の強化
繊維基材を所定の３次元形状に賦形する工程が必要であ
り、本賦形工程をいかに正確、かつ、効率よく製造でき
るか、自動化が可能であるかが、ＲＴＭ成形の将来性を
左右する最大の課題となっている。

【０００８】通常、該賦形工程はクロスなどの強化繊維
基材を手作業で裁断して手作業で変形させたり、クロス
を継ぎ接ぎしたりすることが行われるが、経済性向上を
狙って、上型と下型からなる成形型の間に強化繊維基材
を配置し、直接、上下両型の間で挟み込んで、型の閉じ
る力で強引に強化繊維基材を賦形して、両型内に樹脂を
注入する自動成形法が試みられているようである。しか
しながら、このような賦形法では、強化繊維基材は型内
で千切れたり、はさまったりして、再現性のあるプリフ
ォーム、しいては、信頼性の高いＦＲＰ成形物が得られ
ていないのが実状である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかるＦＲ
Ｐ成形技術の背景に鑑み、軽量かつ高い信頼性を有する
航空機や自動車などのＦＲＰ部材の成形方法、特に、Ｒ
ＴＭ成形に用いるのに好適な３次元形状を有するプリフ
ォームを、高精度、かつ自動的に製造することのできる
プリフォームの製造方法、および本方法により製造され
るプリフォーム、および該プリフォームを使って製造さ
れるＦＲＰ成形体を提供するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、以下の構成を採用するものである。すな
わち、（１）３次元形状を有する賦形型を使用して強化繊維基
材を該３次元形状に賦形するプリフォームの製造方法に
おいて、振動体の振動を前記強化繊維基材に伝達させて
該強化繊維基材を振動させると同時に、該強化繊維基材
が前記３次元形状に賦形させるのに十分な時間振動させ
て、前記強化繊維基材を３次元形状に賦形することを特
徴とするプリフォームの製造方法。

【００１１】（２）前記振動体が強化基材と直接接触す
るものであることを特徴とする前記（１）に記載のプリ
フォームの製造方法。

【００１２】（３）前記強化繊維基材に固着剤が賦与さ
れており、前記３次元形状に賦形させる温度が固着剤の
ガラス転移温度以上であることを特徴とする前記（１）
または（２）に記載のプリフォームの製造方法。

【００１３】（４）前記強化繊維基材に固着剤が賦与さ
れており、振動体によって振動させる振幅が、固着剤の
結合を切る振幅以上であることを特徴とする前記（１）
〜（３）のいずれかに記載のプリフォームの製造方法。

【００１４】（５）前記強化繊維基材の振動させる箇所
が複数箇所あり、該複数箇所において、振動の開始時間
および／または終了時間に差をもたせたことを特徴とす
る前記（１）〜（４）のいずれかに記載のプリフォーム
の製造方法。

【００１５】（６）前記強化繊維基材の周囲の一部また
は全部が、変形抵抗を有するように固定されていること
を特徴とする前記（１）〜（５）のいずれかに記載のプ
リフォームの製造方法。

【００１６】（７）前記強化繊維基材の振動させる箇所
が複数箇所あり、該複数箇所において、振幅および／ま
たは振動数を異ならせたことを特徴とする前記（１）〜
（６）のいずれかに記載のプリフォームの製造方法。

【００１７】（８）前記強化繊維基材が、少なくとも連
続繊維からなることを特徴とする前記（１）〜（７）の
いずれかに記載のプリフォームの製造方法。

【００１８】（９）前記強化繊維基材が、少なくとも非
連続繊維からなることを特徴とする前記（１）〜（８）
のいずれかに記載のプリフォームの製造方法。

【００１９】（１０）前記振動体を、製造途中で、一次
的におよび／または完全に停止させることを特徴とする
前記（１）〜（９）のいずれかに記載のプリフォームの
製造方法。

【００２０】（１１）前記振動体の振動数、および振幅
を変化させることを特徴とする前記（１）〜（１０）の
いずれかに記載のプリフォームの製造方法。

【００２１】（１２）前記プリフォームの製造工程中お
よび／または製造工程後に固着剤を賦与し、プリフォー
ムの形態を安定化させることを特徴とする前記（１）〜
（１１）のいずれかに記載のプリフォームの製造方法。

【００２２】（１３）前記強化繊維基材が、無機繊維か
らなることを特徴とする前記（１）〜（１２）のいずれ
かに記載のプリフォームの製造方法。

【００２３】（１４）前記（１）〜（１３）のいずれか
に記載のプリフォームの製造方法によって得られたこと
を特徴とするプリフォーム。

【００２４】（１５）前記（１）〜（１３）のいずれか
に記載のプリフォームの製造方法によって得られるプリ
フォームに、樹脂を注入含浸させてＲＴＭ成形して製造
したことを特徴とするＦＲＰ成形体。である。

【００２５】

【発明の実施の形態】本発明のプリフォームの製造方法
は、例えば、図１に示すように、賦形したい凹凸のある
所定の３次元形状を有する賦形型１の上に、ＲＴＭ成形
品（ＦＲＰ）の強化繊維となる布帛状などの強化繊維基
材２を配し、該強化繊維基材２に振動体３からの振動を
直接あるいは間接的に強化繊維基材２に伝達させて、強
化繊維基材２を構成する強化繊維が移動しやすくなる状
態にしながら、賦形冶具４により繊維基材２を賦形型１
の方向に押しつけて、強化繊維基材２を所定の３次元形
状に賦形する方法である。

【００２６】例えば、クロス状の強化繊維基材を振動さ
せることなく、押しつける力だけで賦形型と賦形冶具の
間で賦形しようとすると、クロスを構成する強化繊維束
同士の摩擦抵抗により、移動を必要とする強化繊維以外
の繊維も移動してしまい、いわゆる目ズレや皺といった
欠点が発生しやすい。

【００２７】この欠点はＲＴＭ成形後も成形体（コンポ
ジット）中に残り、クラック発生の起点となるなど物性
低下の源となる。さらには、凹凸のあるコーナー部分な
どで強化繊維が千切れたり、段差部分でブリッジングを
起こして（つぱって）しまい、所定の形状に賦形できな
い。

【００２８】しかしながら、本発明においては、強化繊
維基材中の繊維は振動しているため、強化繊維同士は、
互いに接触と比接触を繰り返しているため、繊維間の摩
擦が小さく、わずかな押しつけ力で繊維は移動、滑るこ
とが可能であり、千切れたり、つぱったりせずに、移動
を必要とする繊維だけを必要量、必要な方向に移動させ
て、所定の形状に賦形が可能となる。すなわち、図２に
示すような台形断面（凸型）状の賦形型１上で平織りク
ロスからなる強化繊維基材２を該賦形型形状に賦形する
場合、クロスを構成する縦糸と横糸のうち、凸型部分に
跨る縦糸５と横糸６のみが、凸型部の高さに応じた量だ
け移動させることができれば、皺や目ズレが発生せず
に、台形状の賦形、台形状のプリフォームの製造が可能
となる。

【００２９】図１では、賦形型に強化繊維基材を押しつ
ける手段として、賦形冶具４を使用した例を示したが、
本発明のコンセプトである強化繊維基材２が振動してお
れば賦形は十分可能であり、賦形冶具４の代わりに、面
状の賦形型で強化繊維基材を賦形型１に押しつけても、
振動体３自体で強化繊維基材２を賦形型１に押しつけて
も差し支えない。また、押しつけは、賦形治具４ではな
く、賦形型１側から空気吸引するなどして強化繊維基材
２を賦形型１の方向に引き寄せても差し支えない。

【００３０】振動体３は、後述するように、強化繊維基
材２を振動させる役割を果たすものであり、直接強化繊
維基材２に接触して振動させても、冶具などを介して間
接的に振動を伝達しても差し支えない。接触の仕方とし
ては、振動体と点で接触しても、面で接触しても本発明
の主旨に影響するものではない。さらに、振動は、強化
繊維基材２の上方から入力しても、側方から入力させて
も差し支えない。また、振動させる個所は、１個所であ
っても、複数個所であっても本発明の主旨に影響するも
のではない。

【００３１】本発明では、強化繊維基材中の繊維を振動
させるので、アメリカ特許第５４２７７２５号明細書に
記載されているタッキファイアーや、目止め材、集束
剤、ザイジング剤などと呼ばれる基材の形態を安定させ
たり、樹脂との接着性を向上させる等の目的で繊維に付
与されている高分子材料等からなる固着材が付着してい
ても、十分に長い時間振動を与えながら、徐々に基材を
変形させていくことで、皺や目ズレのない所定の形状に
強化繊維基材を賦形することが可能となり、所定のプリ
フォームが得られる。

【００３２】上記したように、本発明の特徴的なこと
は、繊維が振動しているために、繊維の移動が基材に皺
や目ズレなどを発生させないでプリフォーム化が可能と
いうことにある。すなわち、単に押しつける力だけで賦
形した場合、押しつけられた個所付近の繊維だけが移動
して３次元形状に追従しようとするため、繊維量の収支
があわず、繊維の欠落部分（いわゆる目抜け部）ができ
たり、皺が生じるが、本発明のように繊維が十分振動し
ていると、押しつけた個所以外の、極端には基材の端部
においても繊維が振動するため、押しつけた個所での繊
維量の収支が合うように基材端部の繊維までが移動し
て、繊維の欠落（ヌケ）や皺を発生させることなく、３
次元形状に賦形が可能となる。

【００３３】また、基材がタッキファイアー等で一部固
定されているような場合でも、振動により該固定部が外
れて、繊維が移動可能となる。

【００３４】後述するように、炭素繊維織物を３次元賦
形したプリフォームは、凹凸のあるコーナー部分でもヌ
ケや皺が発生せずに賦形できており（図６参照）、本発
明の特徴が一目瞭然となっている。

【００３５】以下に、本発明のプリフォーム製造方法の
望ましい実施の形態を、図１および図３を参照しながら
詳述する。

【００３６】まず、賦形型１は、プリフォームを使って
ＦＲＰを成形する時に使用する成形型、すなわち、ＦＲ
Ｐ部材になった場合の最終形状にほぼ近い３次元形状を
有している。賦形型の材質は、強化繊維基材が押しつけ
られても大きく変形しないように、金属、木材、ＦＲ
Ｐ、プラスチック、セラミック、ゴムなどの固体からな
るものであることが好ましい。後述するように賦形した
プリフォームをある程度固定する目的で、固着材を付与
する場合などを考慮すると、固着材が付着しても離型が
容易なように、賦形型面を、シリコンやポリエチレンな
どのフィルム状物で覆ったり、シリコン系離型剤などの
離型処理を施しても差し支えない。強化繊維基材が、複
数枚の布帛などからなる等で厚さが数ｍｍの場合は、後
述する振動体の振幅を大きくする傾向にあるので、型は
この振動に耐え得るように頑丈構造にしておくことが好
ましい。また、強化繊維基材の振動が型に伝達してくる
ので、振動で型が移動しないように高重量にしたり、ボ
ルト等で床などに固定しておくことが好ましい。また、
ゴムやフェライトなどの減衰材料を賦形型の周囲や底面
に配して型の振動や移動を抑制しても差し支えない。

【００３７】型が金属やＦＲＰ製など高剛性材からなる
場合には、型も強化繊維基材からの振動を受けて振動す
るので、型と強化繊維基材の摩擦抵抗が低下し、強化繊
維基材は型上をより容易移動しやすくなり、強化繊維基
材に皺など寄せないで、より精度良く、賦形することが
可能となる。また、賦形型の最終形状は、強化繊維基材
の賦形状況をチェックしながら、修正していく場合が多
いので、形状修正のしやすい、スチールやアルミニウム
などの金属製、あるいは、木製のものが好ましい。

【００３８】さらに、強化繊維基材にバインダーなどの
形態安定剤が付与されている場合などは、基材を熱風や
赤外線などで加熱することも効果的であり、型材質は、
加熱に耐えうる金属や耐熱樹脂としておくことが好まし
い。この際、加熱温度は、非接触式の温度計でモニター
が可能であり、加熱温度は、バインダーのガラス転移温
度（いわゆるＴｇ）以上であることが好ましい。

【００３９】次に、強化繊維基材２としては、最終部材
のＦＲＰの強化繊維の一部または全部となる、数ｍｍか
ら数１０ｍの連続あるいは、非連続の繊維状であった
り、平織り、綾織り、メッシュ、ニット、不織布、マッ
トなどの布帛状物であってもよい。強化繊維としては、
ガラス繊維、炭素繊維等の無機繊維、アラミド繊維、ポ
リエチレン繊維などの有機繊維を単体または、これらを
併用して使用できるが、後述するように、基材をより効
率よく振動させるためには、少なくとも無機繊維を強化
基材中に使用することが好ましい。無機繊維の中でも、
炭素繊維は、最も弾性率が高いため振動伝達しやすく、
したがって、繊維同士が滑って、より移動しやすいの
で、最も好ましい強化繊維といえる。

【００４０】なお、布帛状物の中でも、クロス基材は、
繊維が結束されていないために、織物を構成する、糸束
（例えば、平織りの場合の縦糸）１本だけを、振動させ
ることで、他の繊維（横糸や隣接する縦糸）を移動させ
ることなく引き抜くことができるので、賦形時に皺やヌ
ケを発生させることなく、賦形できる好ましい形態であ
る。また、クロスは成形体全体をほぼい均一にカバーす
ることができる強化繊維基材であり、構造体用途に好適
である。中でも、一方向織物と呼ばれるクロスは、プリ
プレグ並の強度、繊維含有率が得られるため、構造体に
は特に適する。

【００４１】また、数ｍｍから数ｃｍの長さの短繊維が
規則的あるいは、ランダムに配列したマット状物も、繊
維が短いために、わずかの振動で繊維を移動させること
が可能であり、好ましい基材の形態といえる。

【００４２】さらに、強化繊維基材には、バインダーと
呼ばれる熱硬化性あるいは熱可塑樹脂などの高分子から
なる集束剤が、繊維のケバや基材の形態安定性を目的と
して付与されていても差し支えない。バインダーの付着
量が多いと、後述する振動体の振幅を大きくしたり、基
材の変形速度を遅くして、振動させる時間を十分長くし
て、徐々に基材を賦形していくことが効果的である。ま
た、加熱することでバインダーを軟化させて変形を容易
にしたり、逆に、冷却することで特定の個所の繊維の移
動を抑制することも可能である。なお、加熱温度として
は、前述したように、高分子からなるバインダーの場
合、ガラス転移温度以上とすることが好ましい。また、
賦形の速度は、皺やヌケが生じない程度の速度とするこ
とが好ましい。

【００４３】なお、賦形後に、プリフォームの形状を固
定するために、固着材を付与することも好ましい。具体
的には、アメリカ特許第５４２７７２５号などに記載の
固着材や、糊材料が使用できる。固着材の選定の基準
は、ＦＲＰのマトリックス樹脂の物性を低下させない材
料を選ぶことであり、付着量も物性に影響しない範囲
で、かつ、樹脂の流動抵抗を大きく増加させない範囲に
限定することが好ましい。具体的には、付着量は１０％
以下が適切である。

【００４４】上記強化繊維基材は、単体であっても、複
数の布帛状物を積み重ねたり、ステッチしたものであっ
たりするが、継ぎ接ぎ状であっても差し支えない。

【００４５】上記強化繊維基材は、賦形型の上に配置す
るものであるが、必要な強化繊維基材の面積は、賦形型
の表面積よりも大きくしておくことが重要である。好ま
しくは、賦形型の表面積の１．１〜１．５倍程度の大き
さに裁断することが好ましい。また、賦形型の３次形状
を展開した型紙を起こし、該型紙形状に糊代をつけた形
状の強化繊維基材とすることも、材料収率を向上させる
ことができて好ましい。なお、強化繊維基材の裁断は、
自動機を使用すると、さらに、材料収率を向上させるこ
とが可能である。また、図４に示すように、賦形時に強
化繊維基材２の周辺部に枠７を配して、繊維強化基材の
周囲の一部または全部が、移動しないように固定するこ
とも好ましい。こうすることで、強化繊維基材２と枠７
との間の摩擦で基材全体が面外に移動することを調整し
たり、移動させたくない繊維や基準線を固定する手段を
講じることができる。また、傾斜した場合の重力や、風
力などによる移動も抑制できる。枠７を使用する方法の
代わりに、強化繊維基材の周辺部等を縫ったり、樹脂
や、粘着テープなどで移動させたくない繊維やその周辺
を固定して、賦形作業の効率、精度を向上させることも
本発明の一形態である。

【００４６】次に、本発明の振動体３は、いわゆる加振
機、振動子、バイブレーターと呼ばれるものなどが採用
できるが、その振動が強化繊維基材を振動させることが
できるものであれば特に限定されるものではなく、電気
式や、空気式のものが広く知られている。例えば、エク
セン（株）の振動モーターＫＭ２５−２Ｐ、ＯＨ型、Ｃ
Ｈ型、ＢＨ型、Ｄ２５ＤＳ、Ｄ２８ＦＰや、ＯＨＴ社の
電動空圧工具「ターボラップ」などである。

【００４７】振動体の振動の伝達は、図３、図７に示す
ように、振動体３を強化繊維基材２に直接接触させて
も、振動体３と強化繊維基材２との間にフィルムやロー
ラーなどを介して間接的に行っても差し支えない。直
接、振動体と強化繊維基材を接触させると、振動減衰が
抑制できるので、より大きな振動を強化繊維に伝達でき
て好ましい。複数の振動体を同時に使用したり、振動特
性の異なる振動体を併用しても差し支えない。

【００４８】強化繊維基材は、振動体からの振動伝達に
より振動し、繊維束間および／または繊維単糸間が接触
と非接触を繰り返す状態となるので、繊維束同士および
／または繊維単糸同士の摩擦は極端に低下し、非接触状
態では摩擦ゼロとなる。本状態で、強化繊維基材に賦形
のための力を作用させると、強化繊維は他の繊維の拘束
を受けずに移動、変形することができて、皺やツッパリ
のない賦形が可能となる。

【００４９】また、好ましい振動特性は、振幅が０．０
５〜３ｍｍであり、振動数は、５０〜２０００Ｈｚであ
る。振幅が本範囲より小さいと賦形に要する時間が長く
なり、本範囲より大きいと繊維の位置の精度コントロー
ルが低下する可能性があるからである。強化繊維基材が
固着材で固定、または仮固定されている場合には、振幅
は固着材の結合を切るに足る大きさとすることが好まし
い。また、繊維の乱れの精度コントロールが不要な場合
は極端に振幅を大きくしたり、振動させずに賦形すれば
よく、希望する精度に合わせて振幅と振動数を事前検討
して決定することが好ましい。また、振動数は、本範囲
より小さいと賦形時間が長くなるデメリットがあり、本
範囲を超える範囲では強化繊維を痛める可能性があるか
らである。

【００５０】より具体的な振幅の決め方としては、図５
に示すように、強化繊維基材２を傾斜のある型８上（図
５は回転ドラムの１／４を想定して記載している）に固
定し、繊維束一本に２０〜１００ｇ程度の重り９を吊し
て、該繊維束を振動体の振幅を増大させながら振動させ
て、重りが自然に落下（移動）を開始する時点の振幅を
求め、本振幅の１．１〜１．５倍の大きさの振幅を賦形
時に作用させるというやり方が有効である。もちろん、
本方法のような、事前検討を経ずに、直接賦形型上で振
動数や振幅を調整して賦形条件を割り出しても差し支え
ない。

【００５１】賦形のための力としては、賦形型と同等の
３次元形状を有する、いわゆる上下型、あるいは、左右
型の一方であっても、賦形冶具と称する棒状や、ローラ
ー状、あるいはヘラ状の押しつけ冶具であっても、振動
体自体であっても、賦形型側から空気吸引したり、賦形
型方向に風力を加えて強化繊維基材を賦形型に押しつけ
ることができれば、いずれでも差し支えない。最も好ま
しいのは、振動体自体を賦形冶具とすることで、こうす
ることで、変形させたい個所に最も効率よく振動が伝達
できるし、振動の大きさも振動体自体の振幅や振動数を
調整することで制御しやすいからである。

【００５２】なお、賦形冶具は、強化繊維基材を一方向
に単調に押しつけるだけではなく、押しつけ力に強弱を
つけたり、左右にスライドさせたりして、不規則に押し
つけることも好ましい賦形法である。最も好ましいの
は、強化繊維を最も移動させたい個所に振動体を型に沿
って移動させながら、強弱をつけて徐々に押しつける方
法である。複数の治具を用いる場合、治具の押しつけ動
作に時間差をつけると、繊維の移動がよりスムースに行
えて、より良好な賦形が可能となり好ましい。また、複
数の治具を用いる場合、治具ごとに、振動数や振幅を異
なる値に適正に設定しても好ましい。

【００５３】振動体や賦形冶具は単一である必要はな
く、複数の振動数や、振幅の異なる振動体を併用して、
強化繊維基材に必要な繊維の移動量に見合ったものを選
定、併用することが好ましい。また、振動体は、賦形中
は、必ず振動している必要はなく、振動数や振幅を変化
させたり、振動を停止させて、基材の移動を止める役割
を果たさせても差し支えない。

【００５４】また、賦形冶具以外に、基材にピン止めし
たり、糊などの粘着剤や固着剤を部分的に付与して、基
材が移動や変形をしないようにしながら、賦形すること
も本発明の範囲内である。

【００５５】賦形が終わった強化繊維基材は、賦形型か
ら外した後でも形態保持できるように、賦形後、賦形型
上で固着剤を付与したり、加熱して熱固定（いわゆるヒ
ートセット）しておくことが好ましい。ヒートセットに
は、基材中に熱可塑樹脂のパウダーや繊維状物を散布し
ておいて、それらの融点以上に基材を加熱した後、冷却
しする方法などが挙げられる。もちろん固定する個所
は、基材の全部である必要はなく、一部であっても差し
支えない。凹凸のあるコーナー部を固定しておくと、プ
リフォームを多少手荒にハンドリングしても目ずれや目
開きしにくく、好ましい固定法である。

【００５６】賦形されたプリフォームは、成形型内に配
され、引き続く型内への樹脂注入により、プリフォーム
内に樹脂が充填、硬化してコンポジットが完成する。本
発明によるプリフォームは、形状が所定の形状をしてい
るため、型内に配置した際、プリフォームが突っ張るこ
とはなく、生産効率が向上する。また、目ずれや目あき
がないために、コンポジットの表面が平滑で均一である
ため、意匠性が良好であるばかりでなく、機械物性が安
定するという、自動車部材や航空機部材などの高い信頼
性を要求される部材に適した特徴を有する。

【００５７】なお、本プリフォームの賦形方法は、ＲＴ
Ｍ成形に適するプリフォームの製造方法であるが、同一
の手法は、部分含浸プリプレグと呼ばれる（ＷＯ−００
／２７６３２、ＷＯ−９８／３４９７９号公報を参
照）、樹脂が一部に含浸しているプリプレグの一種にお
いては、本振動賦形技術を適用することで、３次元形状
に変形が可能となる。さらに、加熱手段を併用しての賦
形は、通常のプリプレグにも適用が可能である。

【００５８】

【実施例】実施例１予備検討として、炭素繊維（弾性率２３５ＧＰａ、強度
５ＧＰａ）ストランド（単糸数１２０００本）を製織し
てなる平織りクロス（縦方向ストランド数５本／２５ｍ
ｍ、横方向ストランド数５本／２５ｍｍ、目付２００ｇ
／ｍ²）を縦糸方向が１０００ｍｍ、横糸方向が３００
ｍｍとなるように長方形状に切り出した強化繊維基材を
直径０．９ｍ、幅４００ｍｍの金属ドラム上に乗せて四
隅を粘着テープで固定した。その後、クロス中央の縦方
向ストランド一本に重さ３０ｇの重りをつり下げ、該ス
トランドを振動体（ＯＨＴ社の電動空圧工具「ターボラ
ップ」）で、０．３ｍｍ、振動数２５０Ｈｚで振動させ
たところ、該ストランドは横方向ストランドを移動、変
形させずに抜き取れることを」確認した。次に、上記
クロスを段差２０ｍｍある凹部を有する賦形型上に配置
し、振動体（ＯＨＴ社の電動空圧工具「ターボラッ
プ」）の５本先端に該賦形型の凹部形状をしたプラスチ
ック製の賦形治具を取り付けて、振幅０．３ｍｍ、振動
数１５０００ｒｐｍで振動させながら、速度２ｍｍ／ｍ
ｉｎで治具により基材を賦形型に押しつけていったとこ
ろ、基材は振動しながら移動、変形し、賦形治具を取り
除いた後には、皺や目ズレなどの無い、綺麗な賦形型と
同一形状の炭素繊維クロスプリフォームが得られた。

【００５９】次いで、該プリフォーム上に、ウレタン系
の固着剤を１ｇ／ｍ²スプレーで塗布して固定し、さら
に樹脂流れのためのメディアとバグフイルムを被せて真
空ＲＴＭ成形（樹脂はビニルエステル樹脂）し、皺や目
ズレのない良好な繊維強化複合材料が得られた。

【００６０】比較例１実施例１の事前検討において、中央ストランドの重りの
重さを１０ｇずつ増加させていったところ、２００ｇで
ストランドが下方に２００ｍｍ移動した。この際、横方
向ストランドも移動して、目ズレが発生した。

【００６１】さらに、炭素繊維クロスを賦形型上に置い
て、振動数をゼロとした他は全て実施例１と同一にして
賦形を行ったところ、コーナー部で皺と目ズレが発生し
た。また、実施例１と同一条件でＲＴＭ成形したとこ
ろ、目ズレ部分には樹脂が含浸していない（樹脂がまわ
っていない）繊維強化複合材料が得られた。

【００６２】実施例２実施例１と同じ炭素繊維クロス３枚を、縦糸方向が互い
に４５度の角度をなす方向（０°、４５°、９０°方
向）に重ねた後、実施例１と同一の賦形型上に配置し、
さらに、クロス端部を木枠で挟み込んで、実施例１と同
一の振動体３本と２本の先端に、それぞれプラスチック
製の賦形治具Ａ、Ｂを取り付けて賦形をした。賦形治具
Ａの振動数は２５０Ｈｚ、振幅は０．４ｍｍ、賦形治具
Ｂの振動数は８５０Ｈｚ、振幅は１．２ｍｍとし、まず
賦形治具Ａを速度５ｍｍ／ｍｉｎで１０秒間押しつけて
は１０秒間離してを５回繰り返し、次いで、賦形治具Ｂ
は速度３ｍｍ／ｍｉｎで押しつける順番で賦形した。そ
の結果、クロス３枚全てのストランドは、振動しながら
移動し、皺や目ズレのない３枚重ねのプリフォームが得
られた（図６）。

【００６３】実施例３予備検討として、炭素繊維（弾性率２３５ＧＰａ、強度
３．５ＧＰａ）ストランド（単糸数３０００本）を製織
してなる平織りクロス（縦方向ストランド数８本／２５
ｍｍ、横方向ストランド数８本／２５ｍｍ、目付２００
ｇ／ｍ²）にエポキシ系の固着剤（ガラス転移温度は７
０℃）を付与した繊維強化基材を、実施例１の事前検討
と同様に、縦糸方向が１０００ｍｍ、横糸方向が３００
ｍｍとなるように長方形状に切り出し、直径０．９ｍ、
幅４００ｍｍの金属ドラム上に乗せて四隅を粘着テープ
で固定した。その後、クロス全体を赤外線ランプで８０
℃に加熱した後、中央の縦方向ストランド一本に重さ３
０ｇの重りをつり下げて、該ストランドを振動体（ＯＨ
Ｔ社の電動空圧工具「ターボラップ」）で、０．２ｍ
ｍ、振動数１７０Ｈｚで振動させたところ、横方向スト
ランドを移動、変形させずに抜き取ることができた。

【００６４】上記炭素繊維クロスを実施例１と同一の賦
形型上に配置し、赤外線ランプでクロスの表面温度が８
０℃となるまで加熱した他は実施例１と同様にして賦形
治具で賦形したところ、目ズレのない良好なプリフォー
ムが得られた。なお、本プリフォームは賦形後、赤外線
ランプでの加熱を中止して、温度を室温まで戻したとこ
ろ、手で取り扱っても目ズレしない形態安定性に優れる
（少々手荒に扱っても型くずれしない）プリフォームで
あることがわかった。

【００６５】比較例２実施例３において、赤外線ランプによる加熱は無しとし
た他は、実施例３と同様にして賦形を試みたところ、ク
ロスは目ズレとブリッジング（ツッパリ）が生じて良好
なプリフォームが得られなかった。

【００６６】確認のため、実施例３の予備検討におい
て、赤外線ランプによる加熱を行わずに重りの重さを増
加させてストランドの引き抜きを試みたところ、横方向
ストランドを乱さずに引き抜くことは不可能であった。

【００６７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るプリ
フォームの製造方法によれば、３次元形状のプリフォー
ムをオートクレーブ等の高価な設備を使用することな
く、ＲＴＭ成形などの簡単な設備で、例えば航空機部材
や自動車部材などの、高い信頼性を要求される構造部材
を製造することが可能となり、しいては、輸送機器の軽
量化による省エネルギー、環境改善に役立つ。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプリフォーム製造方法の一実施態様例
を示す概略図である。

【図２】本発明のプリフォーム製造方法の一実施態様例
を示す斜視および平面図である。

【図３】本発明のプリフォーム製造方法の他の一実施態
様例を示す概略図である。

【図４】本発明のプリフォーム製造方法のさらに他の一
実施態様例を示す概略図である。

【図５】本発明の振動体の振動特性条件を定量化する方
法の一例図である。

【図６】本発明の実施例２で製造した炭素繊維織物を３
次元賦形したプリフォームの繊維の形状を示す写真図で
ある。

【符号の説明】

１：賦形型２：強化繊維基材３：振動体４：賦形治具５：縦糸６：横糸７：枠８：ドラム９：重り

フロントページの続きＦターム(参考） 4F072 AA02 AA04 AA07 AB10 AB28 AC08 AD34 AG02 AH04 AH21 AJ02 AJ37 AJ40 AK02 AK20 AL02 4F205 AD16 AH17 AH31 HA12 HA25 HA44 HB01 HC17 HG01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】３次元形状を有する賦形型を使用して強化
繊維基材を該３次元形状に賦形するプリフォームの製造
方法において、振動体の振動を前記強化繊維基材に伝達
させて該強化繊維基材を振動させると同時に、該強化繊
維基材が前記３次元形状に賦形させるのに十分な時間振
動させて、前記強化繊維基材を３次元形状に賦形するこ
とを特徴とするプリフォームの製造方法。
【請求項２】前記振動体が強化基材と直接接触するもの
であることを特徴とする請求項１に記載のプリフォーム
の製造方法。
【請求項３】前記強化繊維基材に固着剤が賦与されてお
り、前記３次元形状に賦形させる温度が固着剤のガラス
転移温度以上であることを特徴とする請求項１または２
に記載のプリフォームの製造方法。
【請求項４】前記強化繊維基材に固着剤が賦与されてお
り、振動体によって振動させる振幅が、固着剤の結合を
切る振幅以上であることを特徴とする請求項１〜３のい
ずれかに記載のプリフォームの製造方法。
【請求項５】前記強化繊維基材の振動させる箇所が複数
箇所あり、該複数箇所において、振動の開始時間および
／または終了時間に差をもたせたことを特徴とする請求
項１〜４のいずれかに記載のプリフォームの製造方法。
【請求項６】前記強化繊維基材の周囲の一部または全部
が、移動しないように固定されていることを特徴とする
請求項１〜５のいずれかに記載のプリフォームの製造方
法。
【請求項７】前記強化繊維基材の振動させる箇所が複数
箇所あり、該複数箇所において、振幅および／または振
動数を異ならせたことを特徴とする請求項１〜６のいず
れかに記載のプリフォームの製造方法。
【請求項８】前記強化繊維基材が、少なくとも連続繊維
からなることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記
載のプリフォームの製造方法。
【請求項９】前記強化繊維基材が、少なくとも非連続繊
維からなることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに
記載のプリフォームの製造方法。
【請求項１０】前記振動体を、製造途中で、一次的にお
よび／または完全に停止させることを特徴とする請求項
１〜９のいずれかに記載のプリフォームの製造方法。
【請求項１１】前記振動体の振動数、および振幅を変化
させることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記
載のプリフォームの製造方法。
【請求項１２】前記プリフォームの製造工程中および／
または製造工程後に固着剤を賦与し、プリフォームの形
態を安定化させることを特徴とする請求項１〜１１のい
ずれかに記載のプリフォームの製造方法。
【請求項１３】前記強化繊維基材が、無機繊維からなる
ことを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載のプ
リフォームの製造方法。
【請求項１４】請求項１〜１３のいずれかに記載のプリ
フォームの製造方法によって得られたことを特徴とする
プリフォーム。
【請求項１５】請求項１〜１３のいずれかに記載のプリ
フォームの製造方法によって得られるプリフォームに、
樹脂が注入含浸されてなることを特徴とするＦＲＰ成形
体。