JP2006076158A - プリフォームの製造方法、プリフォームの製造装置およびプリフォーム - Google Patents

Abstract

【課題】３次元形状を有するプリフォームを、自動的、正確に効率良く製造するプリフォームの製造方法。
【解決手段】下記（Ａ）〜（Ｅ）の工程を含むプリフォームの製造方法。（Ａ）工程：強化繊維糸条がロール巻きの状態から基材を巻き出す巻き出し工程。（Ｂ）工程：強化繊維長手方向に対し所定のズレ角を持った方向に所定の間隔で裁断し、平行四辺形状の強化繊維基材を形成する裁断工程。（Ｃ）工程：各層内において互いに平行し、各層間では糸条が所定角度ずつズレを持った状態になるよう長手方向に連続したシート状の積層体を形成する積層工程。（Ｄ）工程：強化繊維基材の積層体を加熱し、樹脂材料（イ）を軟化させ、圧力を加えて強化繊維基材どおしを部分的に接着する接着工程。（Ｅ）工程：（Ｄ）工程の接着積層体を、所定の型に沿わせて変形させ該変形状態で加熱・加圧をすることにより該接着積層体を該型形状に賦形する賦形工程。
【選択図】図１

Description

本発明は、プリフォームの製造方法、プリフォームの製造装置およびプリフォームに関する。

従来から、炭素繊維やガラス繊維を強化繊維として用いたＣＦＲＰやＧＦＲＰは、軽量でかつ高い耐久性を有するものであることから、自動車や航空機などを構成する各種の構成部材として理想的な材料である。

これらＣＦＲＰやＧＦＲＰを成形する方法としては、例えば、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なものであった。

しかしながら、一般に、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、該強化繊維は樹脂で固定された状態にあり、プリプレグを変形させることは容易なものでなく、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次元立体形状を有する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し、パッチ状に継ぎ接ぎするという製造法をとらざるを得ず、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、比較的平坦な形状のものに限られるという制約が生じていた。

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、いちいち解凍工程を設けるという非経済的な側面があった。また、プリプレグにおいては、１枚１枚プリプレグを積み重ねて貼っていく際に、プリプレグどおしの間に空気が入ってしまうと、オートクレーブでの加圧によってもこれが消えず、ＦＲＰ内部にボイドが形成され、重大な欠陥になるという問題があり、このため、数枚積み重ねてはバッグフィルムをかけて真空にし、空気抜きをするという面倒な作業が必要となる。

このようなプリプレグ成形における問題を解決するＣＦＲＰやＧＦＲＰの製造方法として、米国特許第５２８１３８８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ており、例えば、長さが１０ｍ以上でかつその形状も複雑なＦＲＰ構造体が該方法により実用化されつつある。

該ＲＴＭ（レジントランスファーモールディング）法によってＣＦＲＰやＧＦＲＰを製造するに当たっては、まず、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、全体をバッグフィルムや金型で覆った後、バッ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る。

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小さく裁断してパッチ状に貼り付けてゆくという煩雑な工程が不要なため、経済的なＦＲＰ部材の製造が可能となる。

しかしながら、プリフォームの製造においても、やはり、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成形法の成否を左右する重大な課題である。

該賦形工程の従来の最も単純な方式としては、クロスなどの強化繊維基材を手作業で裁断し、最終製品形状に準ずる形をした賦形型の上に一枚ずつ、スプレーのり等を吹きつけながら複数層貼り重ねてゆく方式がある。なおこのとき、重ねてゆく強化繊維基材の向きは、強化繊維の方向がトータルで疑似等方となるよう、各層間で互いに向きをずらすのが通常である。

このような人手作業による方法では、まず、強化繊維基材を一枚ずつ貼り重ねる点に関し、ドライな基材を用いる分、プリプレグに比べれば型への沿い性が良く、貼り付け作業が容易ではあるものの、大幅な効率化は望めない。また、スプレーのりによる貼り付けに関しては、吹きつけ量のコントロールが難しく、過剰な塗布や塗布量のバラツキによりＦＲＰ物性の低下やバラツキが発生する懸念がある。

この一枚ずつ貼り重ねる作業の非効率を改善する方法として、先行する特許文献に現われる技術として、積層強化繊維基材を炭素繊維糸やガラス繊維糸の縫い糸を用いて縫合するというプリフォームの製造方法が提案され、特に、そのような炭素繊維糸やガラス繊維糸のような低伸度で非常に脆い繊維の縫い糸で縫合する場合にも該縫い糸自体が切断することなく、しかも、基材への締め付けもないステッチによるプリフォームの製造方法とその装置に関する発明が提案されている（特許文献１）。

この方法によれば、基材を手作業で一枚ずつ重ねてゆく作業なしに、疑似等方性のある平面状の強化繊維の積層体（特許文献１では、これを「プリフォーム」と定義しているが、本発明では、これは３次元形状を有さないことから、単なる「積層体」と呼ぶべきものである。）を効率的に得ることができるが、３次元立体形状を有するプリフォームを形成するには、この積層体を更に賦形型に沿わせて変形させ、形状を固定する必要がある。しかし、この場合、緩やかな形状には適用可能であるが、例えば、直角に曲げる部分などの場合は、ステッチ糸の締め付けが規制となり、曲げの内側と外側の経路差により内側の強化繊維にシワが発生し、ＦＲＰとしたときに本来の強度を発現できないという問題が発生する。積層体を直接成形用の型に設置して、ＲＴＭを行った場合でも当然同様の結果となる。

また、スプレーのりを使用しない方法としては、炭素繊維強化基材の表面に、あらかじめ樹脂を付着させたものを用い、これを少なくとも２層以上積層させ、炭素繊維強化繊維どおしを該樹脂により接着一体化するプリフォームに関する発明が提案されている（特許文献２）。この方法によれば、付着する樹脂の量を予めコントロールできるため、安定した物性のＦＲＰを得ることができるという利点がある。しかしながら、作業効率の面からすると、やはり基材を一枚ずつ重ねてゆく作業は以前として必要である上、該樹脂が常温で流動性のないものである場合は、基材どおしを接着するにはただ重ねるだけではだめで、一枚重ねる度に基材を加熱し樹脂を軟化させる作用が必要となり、作業上はスプレーのりを用いる場合よりもむしろ煩雑なものとなってしまう。

加熱・接着の工程を幾分か効率的に行う方法として、複数層の基材を型の上に重ねた後に、まとめてバッグフィルムで覆い、内部を真空状態にして大気圧で基材を型に押し付けつつ加熱を行うことで形状を固定する方法や、上下２枚の型を用意し、下型の上に複数層の基材を重ねた後に、上型との間で挟み込み、加熱・加圧を行い、形状固定を図る方法等が挙げられる。しかし、前者の方法ではバッグフィルムをかける手間がやはり煩雑である点が以前として効率化の妨げであり、後者の方法では、平面に近い比較的緩やかな形状のものには対応できるものの、例えばＣチャンネル型のように深い凹型の形状などを作ろうとする場合には、基材を空気を含んだ厚みのある状態で型に挟み込まれるため、型を閉じる際に基材が挟まって千切れる等の問題があり、また、これを防止するために型の隙間を緩めにした場合は、十分に締まりのあるプリフォームが得られず、結局ＲＴＭ成形の型にゼットする際に基材が千切れたり、バッグフィルムによりＲＴＭ成形を行う場合は、所望の高い繊維密度のＦＲＰが得られないという問題が生じる。

また、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成形法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方法として、振動体の振動を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に関する発明が記載されている（特許文献３）。

しかしながら、この発明においても、特に、３次元形状に賦形されたプリフォームを正確かつ効率よく製造するという点では不十分なものであった。
特開平６−２７０３１０号公報 特開２００３−８２１１７号公報 特開２００３−２１１４４７号公報

本発明の目的は、上述したような点に鑑み、ＲＴＭ成形法の成否を左右するのに重大な要素となる所定の３次元形状を有するプリフォームを、自動的にかつ正確に効率良く製造することのできるプリフォームの製造方法、プリフォームの製造装置およびプリフォームを提供せんとするものである。

また、高い物性を発現することのできるプリフォームを製造する方法を提供せんとするものである。

上述した本発明の目的は、以下の（１）のプリフォームの製造方法とすることにより達成することができる。。
（１）複数本の強化繊維糸条を一方向に並行するように引き揃えて形成された布帛形態を有しかつ、少なくとも該布帛の表面に熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂材料（イ）を布帛１００重量部に対して１〜２０重量部の範囲内で付着させてなる一方向性強化繊維基材を用い、該一方向性強化繊維基材を複数枚積層し、積層した該一方向性強化繊維基材どおしを互いに接着して所望の形状にせしめてプリフォームを製造する方法において、下記（Ａ）〜（Ｅ）の工程を含むことを特徴とするプリフォームの製造方法。
（Ａ）工程：強化繊維糸条が該強化繊維基材長手方向に延在する方向で巻かれてなるロール巻きの状態から、強化繊維基材を巻き出す巻き出し工程。
（Ｂ）工程：巻き出した強化繊維基材を、強化繊維長手方向に対し所定のズレ角を持った方向に所定の間隔で裁断し、平行四辺形状の強化繊維基材を形成する裁断工程。
（Ｃ）工程：各層内においては強化繊維糸条が互いに平行し、かつ、各層間では強化繊維糸条が互いに所定角度ずつズレを持った状態になるよう、少なくても前記（Ｂ）工程の裁断した強化繊維基材を供給、積層することにより、長手方向に連続したシート状の積層体を形成する積層工程。
（Ｄ）工程：強化繊維基材の積層体を加熱し、前記熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂材料（イ）を軟化させ、かつ、圧力を加えて強化繊維基材どおしを積層厚さ方向に少なくとも部分的に接着せしめて接着積層体を得る接着工程。
（Ｅ）工程：前記（Ｄ）工程により得られた接着積層体を、所定の型に沿わせて変形させ、該変形状態で加熱・加圧をすることにより該接着積層体を該型形状に賦形する賦形工程。

また、かかる本発明のプリフォームの製造方法において、より好ましくは、以下の(2) 〜(11)記載の具体的構成を有するものである。
（２）（Ｃ）の積層工程において、裁断した平行四辺形状の強化繊維基材の他に、ロール巻きの状態から巻き出したままの強化繊維基材も積層することを特徴とする上記(1) 記載のプリフォームの製造方法。
（３）下記の（Ｆ）工程を含むことを特徴とする上記(1) または(2) 記載のプリフォームの製造方法。

（Ｆ）工程：前記（Ｄ）の接着工程で得た接着積層体を、前記（Ｅ）の賦形工程に供給する以前に、所定の形状に裁断する裁断工程。
（４）（Ｃ）の積層工程で形成された積層体を、実質的に連続的に、（Ｄ）の接着工程に供給することを特徴とする上記(1) 〜(3) のいずれかに記載のプリフォームの製造方法。
（５）（Ｄ）の接着工程で形成された接着積層体を、実質的に連続的に、（Ｅ）の賦形工程に供給することを特徴とする上記(1) 〜(3) のいずれかに記載のプリフォームの製造方法。
（６）（Ａ）の巻き出し工程と、（Ｂ）の裁断工程とを、該（Ｂ）の裁断工程において裁断するズレ角毎に対応させてそれぞれ複数系列設けてなることを特徴とする上記(1) 〜(5) のいずれかに記載のプリフォームの製造方法。
（７）（Ａ）の巻き出し工程、および（Ｂ）の裁断工程において、強化繊維糸条の方向を、（Ｃ）の積層工程で積層をされる強化繊維の方向と平行になる方向において一方向性強化繊維基材を扱うことを特徴とする上記(6) 記載のプリフォームの製造方法。
（８）（Ｂ）の裁断工程にて裁断した基材を、（Ｃ）の積層工程にて積層するに際し、該裁断した基材を、平板状の吸引体にて裁断したままの形状で吸引・把持し、積層工程に運搬し、所定の位置に位置決め、配置せしめた後に吸引を解除し、積層作業を行うことを特徴とする上記(1) 〜(7) のいずれかに記載のプリフォームの製造方法。
（９）（Ｂ）の裁断工程において、強化繊維方向に対し所定のズレ角を持った方向とは別に、強化繊維糸条に平行な方向にも裁断を行い、平行四辺形状の強化繊維基材の幅を整えることを特徴とする上記(1) 〜(8) のいずれかに記載のプリフォームの製造方法。
（１０）（Ｄ）の接着工程において、強化繊維基材どおしを積層厚さ方向に接着する箇所を、次工程の（Ｅ）の賦形工程で賦形される予定形状の中で、１箇所の平面部に限定して接着することを特徴とする上記(1) 〜(9) のいずれかに記載のプリフォームの製造方法。
（１１）（Ｅ）の賦形工程において、積層体を加熱・加圧する手段が、複数の型で挟み込むプレスであることを特徴とする上記(1) 〜(10)のいずれかに記載のプリフォームの製造方法。

また、本発明のプリフォームの製造装置は、以下の(12)の構成を有するものである。
（１２）上記１(1) 記載のプリフォームの製造方法における各工程を実施する手段を有してなるプリフォームの製造装置。

また、本発明のプリフォームは、以下の(13)の構成を有するものである。
（１３）上記１(1) 〜(10)のいずれかに記載のプリフォームの製造方法で得られたことを特徴とするプリフォーム。

請求項１にかかる本発明によれば、所望の３次元形状を有するプリフォームを、自動的にかつ正確に効率良く製造することができ、ＲＴＭ成形法を実施するのに最適なプリフォームを提供することができる。

また、高い物性を発現することのできるプリフォームを製造する方法を提供することができる。

以下、更に詳しく本発明のプリフォームの製造方法について、説明する。

本発明のプリフォームの製造方法は、炭素繊維またはガラス繊維などからなる複数本の強化繊維糸条を実質的に一方向に並行するように引き揃えて形成された布帛形態を有しかつ、少なくとも該布帛の表面に熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂材料（イ）を布帛１００重量部に対して１〜２０重量部の範囲内で付着させてなる一方向性強化繊維基材を用いて、かかる一方向性強化繊維基材を複数枚、例えば、５枚、７枚などと積層して、さらに、積層した該一方向性強化繊維基材どおしを互いに接着して所望の形状にせしめて、さらに所望の３次元形状を持つプリフォームを製造するにあたって、次に記載する（Ａ）〜（Ｅ）の各工程を実質的に含んでなるものである。
（Ａ）工程：強化繊維糸条が該強化繊維基材長手方向に延在する方向で巻かれてなるロール巻きの状態から、強化繊維基材を巻き出す巻き出し工程。

かかる工程において、「巻き出す」とは「ロール状の巻き体から、強化繊維基材を引き出して、巻き戻す（解除して引き出す）」という概念である。
（Ｂ）工程：巻き出した強化繊維基材を、強化繊維長手方向に対し所定のズレ角を持った方向に所定の間隔で裁断し、平行四辺形状の強化繊維基材を形成する裁断工程。

かかる工程において、「平行四辺形状」には、「長方形状、正方形状」をも含む概念である。

また、「ズレ角」とは、一定方向下になるように引き揃えられている強化繊維糸条の長手方向に対して、例えば、＋４５°、−４５°、９０°などの角度下で所定の間隔で裁断するに際しての当該角度のズレを言う。

また、「所定の間隔で裁断する」とは、後述する（Ｃ）工程で得られる長手方向に連続したシート状の積層体の幅Ｗと対応して、かつズレ角とも関係して、裁断線方向を該積層体の長手方向と平行にして、所定の裁断間隔はＷとなるものである。
（Ｃ）工程：各層内においては強化繊維糸条が互いに平行し、かつ、各層間では強化繊維糸条が互いに所定角度ずつズレを持った状態になるよう、少なくても（Ｂ）工程の裁断した強化繊維基材を供給して積層することにより、長手方向に連続したシート状の積層体を形成する積層工程。
（Ｄ）工程：強化繊維基材の積層体を加熱し、前記熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂材料（イ）を軟化させ、かつ、圧力を加えて強化繊維基材どおしを積層厚さ方向に少なくとも部分的に接着せしめて接着積層体を得る接着工程。
（Ｅ）工程：前記（Ｄ）工程により得られた接着積層体を、所定の型に沿わせて変形させ、該変形状態で加熱・加圧をすることにより該接着積層体を該型形状に賦形する賦形工程。

かかる一連の加工工程を図１、図２に基づいて説明する。
図１は、プリフォーム全体の積層層数を７層として、その積層構造は、最下層から最上層側に向かって、強化繊維の長手方向に対する所定のズレ角にて示すと、＋４５°、０°、−４５°、９０°、−４５°、０°、４５°のズレ角にて所定の積層がされている例をモデル的に示した概略モデル斜視図である。

図１において、１、２、３、４、５はそれぞれロール状の巻き体であり、強化繊維基材がそれぞれに巻かれている。

ロール状の巻き体１と２は、ズレ角が０°になる強化繊維基材が巻かれている。ロール状の巻き体３は、ズレ角が−４５°になる強化繊維基材が巻かれている。ロール状の巻き体５は、ズレ角が＋４５°になる強化繊維基材が巻かれている。ロール状の巻き体４は、ズレ角が９０°になる強化繊維基材が巻かれているものである。

６、７、８はそれぞれ裁断カッターであり、強化繊維基材を所定のズレ角・所定の幅に合わせて裁断するものである。すなわち、例えば、裁断カッター６はズレ角が−４５°、裁断カッター７はズレ角が９０°、裁断カッター８はズレ角が＋４５°に設定されているものである。

ロール状の巻き体１と２については、ズレ角が０°であることから、裁断カッターは必要なく、積層体の真上に当たる位置に、そのまま巻き出して（引き出して）積層してゆけば良いようにされている。

裁断された強化繊維基材片は、例えば、平板状の吸引体を有して構成されている搬送装置９によって裁断されたままの形状で吸引・把持され、積層工程に運搬され、所定の位置に回転位置決め等がされて配置せしめられた後に、吸引が解除され、積層作業が行われる。

こうした積層作業は、製造ラインのコンベアベルト１２を、バッチ式にて、所定距離を移動させた後いったん止めて、その止めている間に必要な積層作業を行い積層体を形成し、それが終わると、コンベアベルトを所定距離動かして、次のズレ角の裁断強化繊維基材片を搬送して同様のことを繰り返すという形で行われていく。

このようにすることで、自動的にかつ高い精度（強化繊維の方向性、基材間の隙間等）を持った積層体１０を得ることができ、該積層体１０は（Ｄ）工程に導かれ、該積層体１１は加熱され、前述した特定割合で付着されている熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂材料（イ）を軟化させ、かつ、圧力を加えて強化繊維基材どおしを積層厚さ方向に少なくとも部分的に接着せしめて接着積層体１１を得るものである。該接着は、図１に示した加熱プレス装置１３などにより行なうことができる。このように積層体を部分的に接着することで高い精度で積層された基材どおしが、後の工程で取り扱われる際にもズレが生じることがなく、高い精度を維持できるだけでなく、接着する場所を考慮したり、ドット状に点付けするパターンを考慮したり、点付け１つ１つの面積や強さを加減することにより、後の賦形工程で形に合わせて曲げられる際に、曲げの内側と外側の経路差により内側の強化繊維にシワが発生するなどのことを防ぐことができる。

こうして（Ｄ）工程による接着積層体１１を得ることができるが、該接着積層体１１は、次の所望のプリフォーム形状への賦形工程（工程（Ｅ））での加工を受けるのに必要な寸法に調整されるべく、適宜に、スリッター１４等により裁断（裁断工程（Ｆ））されて、幅調整を受けた接着積層体１５とされる。

幅調整を受けた接着積層体１５は、それぞれいったん引き取られた後、次の工程（賦形工程（Ｅ））に供給される。

例えば、図２は、賦形工程（Ｅ）の１実施態様例を説明するものであり、Ｉ型プリフォーム２１を製造するための賦形工程（Ｅ）を例示したものである。

４枚の幅調整を受けた接着積層体１５は、Ｉ型プリフォーム形成のための、予備型である、平板ブロック（上）型１６、平板ブロック（下）型１７、Ｃ型ブロック（右）１８、Ｃ型ブロック（左）１９に導き入れられて、それぞれの型に沿った変形状態で加熱・加圧され、さらに、それぞれの予備型から接着積層体１５は、プリフォーム型２０たるＩ型ブロックに導きいれられて、再度、Ｉ型に沿った変形状態で加熱・加圧を受けて４枚の接着積層体１５は一体化されて引き出されて、Ｉ型プリフォーム２１に成形されて得られるものである。

２２は引き込みブロックであり、プリフォーム長手方向に該プリフォームを把持しながら移動できるものであり、Ｉ型ブロックであるプリフォーム型２０から、Ｉ型プリフォーム２１をバッチ式にて引き出すものである。このようにして長尺のＩ型プリフォームを連続的に生産できるようになっている。

上述の予備型およびプリフォーム型での賦形加工は、それぞれの型内での加熱・加圧により、もともとの強化繊維糸条に付与されていた熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂材料（イ）の軟化・溶融接合作用により行われる。

本発明のプリフォームの製造方法において、（Ｃ）の積層工程において、裁断した平行四辺形状の強化繊維基材の他に、ロール巻きの状態から巻き出したままの強化繊維基材も積層するようにすることが好ましい。つまり、図１のロール状巻き体１と２のように、積層構成としてズレ角が０°の基材を適用することで、裁断する工程を一部省略することができる。

また、図１のスリット工程の如くに、下記の（Ｆ）工程を含むことが好ましい。
（Ｆ）工程：前記（Ｄ）の接着工程で得た接着積層体を、前記（Ｅ）の賦形工程に供給する以前に、所定の形状に裁断する裁断工程。

また、図１に示したように、（Ｃ）の積層工程で形成された積層体を、実質的に連続的に（Ｄ）の接着工程に供給することが好ましく、また、（Ｄ）の接着工程で形成された接着積層体を、実質的に連続的に、（Ｅ）の賦形工程に供給することが好ましい。

また、図１に示したように、（Ａ）の巻き出し工程と、（Ｂ）の裁断工程とを、該（Ｂ）の裁断工程において裁断するズレ角毎に対応させてそれぞれ複数系列設けてなることが好ましい。例えば、１系列の（Ａ）の巻き出し工程と（Ｂ）の裁断工程のみで、各種のズレ角に対応した異なる形状の平行四辺形を切り出した場合、形状変更の度に、使えない切れ端が必ずできてしまい、基材の多くの部分をムダにすることとなる。一方、各ズレ角に対応させて巻き出し・裁断工程を複数列設ける場合には、このムダを最小限に抑えることができるのである。

また、（Ａ）の巻き出し工程、および（Ｂ）の裁断工程において、強化繊維糸条の方向を、（Ｃ）の積層工程で積層をされる強化繊維の方向と平行になる方向において一方向性強化繊維基材を扱うことも好ましい。これは、図３に示したような状態で一方向性強化繊維基材を配置して、巻き出しと裁断を行うようにすることであり、このような配置にすれば、搬送装置９はＸ−Ｙ方向の動作だけで、裁断片の積層を行うことができるようになる。

なお、これに対して、図１に示した配置例は、すべての一方向性強化繊維基材を、その長手方向において平行になるように配置した例を示しており、この場合は、搬送装置９は裁断片を吸着保持して後、制御された回転動作を行って積層していく必要があるものである。

搬送装置９は、特に限定されるものではないが、（Ｂ）の裁断工程にて裁断された基材を、（Ｃ）の積層工程にて積層するに際して、該裁断された基材を、平板状の吸引体にて裁断したままの形状で吸引・把持し、積層工程に運搬し、所定の位置に位置決めして、配置せしめた後に吸引を解除し、積層作業を行うものが、裁断時の機械精度を維持したまま基材を積層できるので高い位置精度の積層を実現でき好ましい。

また、本発明方法を実施するに際しては、（Ｂ）の裁断工程において、強化繊維方向に対して所定のズレ角を持った方向とは別に、強化繊維糸条に平行な方向にも裁断を行い、平行四辺形状の強化繊維基材の幅を整えることも好ましい。これにより、使用する強化繊維基材の幅精度が悪いものでも、積層時には高い位置精度（特に隣接する平行四辺形どおしの隙間）を確保できる。

また、（Ｄ）の接着工程において、強化繊維基材どおしを積層厚さ方向に接着する箇所を、次工程の（Ｅ）の賦形工程で賦形される予定形状の中で、１箇所の平面部に限定して接着することが好ましい。つまり、例えば、後の賦形工程で図２のＣ型ブロック１８、１９に示したようなＣチャンネル形に曲げる必要がある場合などは、Ｃ型を形成する３つの平面部のうち、中央の平面部のみを接着しておけば、積層体の基材どおしのズレを防止した上で、直角に曲げることによる曲げの内側と外側の経路差分だけ基材が自ら滑って、シワの発生を防止することができる。

また、（Ｅ）の賦形工程において、積層体を加熱・加圧する手段が、複数の型で挟み込むプレスであることが好ましい。ここで、型の構成としては、例えば図２の平板ブロック型１６、１７のように、平板状に賦形する場合は上下２つの型構成で十分であるが、例えば、図２のＣ型ブロック１８、１９のように、Ｃチャンネル状に賦形する場合などは、各面方向にほぼ垂直に型締め力が働くように型を複数に分割するのが好ましく、この場合は内側の一つのブロックに対し、周りを囲む３つの面をそれぞれ別の型とし、合計４つの型から構成している。このようにすることで、型を閉じる際に基材が挟まって千切れる等の問題が回避でき、更に均等かつ高い繊維密度を持ったプリフォームを得ることができる。

本発明の方法により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ってプリフォーム内に樹脂が充填、硬化させてＣＦＲＰやＧＦＲＰが完成する。

本発明によって得られるプリフォーム は、強化繊維の配列方向、基材どおしの隙間の精度が高く、かつ強化繊維の連続性がきわめて高い上、形状が所定の３次元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他、高い機械物性が安定して得られ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ものである。

本発明において、基材として用いられる「一方向性強化繊維基材」とは、一方向に並行するように引き揃えられた複数本の強化繊維糸条を、前記強化繊維糸条に交差するように延在した補助糸により拘束することで平面形態を保持したものであり、強化繊維からなる経糸に、経糸と比べ十分に繊度が低く、かつ織り密度の低い緯糸を補助糸として織り込んだ一方向性織物や、経糸である強化繊維の表面に補助糸として不織布を貼り付けた不織布貼付シート等が挙げられる。このように一方向性強化繊維基材を用いるのは、一方向性強化繊維基材では二方向性織物に見られるような強化繊維どおしの交差点でのクリンプがないために、強化繊維の真直性が高い点と、本発明の裁断・積層方法を一方向性強化繊維基材を用いて実施する限り、全面にわたり強化繊維が切れることのないプリフォームを製作することができるからである。この特性から、本発明の技術本旨である高い機械物性を有するＦＲＰを得ることができる。

本発明の方法に用いられる熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂材料（イ）は、布帛（繊維）１００重量部に対して１〜２０重量部の範囲で付与されているものであり、該一方向性強化繊維基材の形態を、プリフォーム形成前の取り扱いに耐えるレベルで保持すること、また、複数層の基材を接着接合させて、形態の安定した接着積層体を得て、さらにプリフォームとしても接着樹脂の存在により３次元形態を接着接合により安定化させるために用いるものである。

したがって、接着機能を発揮できる熱可塑性樹脂を主成分として用いるのであり、かかる接着機能を有するものとしては、例えば、ポリエステル、ポリオレフィン、スチレン系樹脂、ポリオキシメチレン、ポリアミド、ポリウレタン、ポリウレア、ポリジシクロペンタジエン、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルイミド、ポリスルホン、ポリアリレート、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルスルホン、ポリケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリアリレート、ポリエーテルニトリル、フェノール（ノボラック型など）、フェノキシ樹脂、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素系樹脂、更に熱可塑エラストマー、ＲＩＭ用樹脂（例えばポリアミド６、ポリアミド１２、ポリウレタン、ポリウレア、ポリジシクロペンタジエンを形成する触媒等を含むもの）、環状オリゴマー（ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート等を形成する触媒等を含むもの）等や、これらの共重合体、変性体、および２種類以上ブレンドした樹脂等を使用することができる。また、更にこれらの樹脂にエラストマーもしくはゴム成分を添加した樹脂であってもよい。

また、その形態としては、繊維状、粒子状、エマルジョン状、ディスパージョン状等の適宜の形態で用いればよい。

図１は、プリフォーム全体の積層層数を７層として、その積層構造は、最下層から最上層側に向かって、強化繊維の長手方向に対する所定のズレ角にて示すと、＋４５°、０°、−４５°、９０°、−４５°、０°、４５°のズレ角にて所定の積層がされている例をモデル的に示した概略モデル斜視図である。 図２は、賦形工程（Ｅ）の１実施態様例を説明するものであり、Ｉ型プリフォームを製造するための賦形工程（Ｅ）を例示したものである。 図３は、（Ａ）の巻き出し工程および（Ｂ）の裁断工程において、強化繊維糸条の方向を、（Ｃ）の積層工程で積層をされる強化繊維の方向と平行になる方向において一方向性強化繊維基材を扱う場合の配置例をモデル的に示したものである。

符号の説明

１：ロール状の巻き体
２：ロール状の巻き体
３：ロール状の巻き体
４：ロール状の巻き体
５：ロール状の巻き体
６：裁断カッター
７：裁断カッター
８：裁断カッター
９：搬送装置
１０：シート状積層体
１１：接着積層体
１２：コンベアベルト
１３：加熱プレス装置
１４：スリッター
１５：幅調整を受けた接着積層体
１６：平板ブロック（上）型
１７：平板ブロック（下）型
１８：Ｃ型ブロック（右）
１９：Ｃ型ブロック（左）
２０：プリフォーム型
２１：Ｉ型プリフォーム
２２：引き込みブロック

Claims (13)

1. 複数本の強化繊維糸条を一方向に並行するように引き揃えて形成された布帛形態を有しかつ、少なくとも該布帛の表面に熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂材料（イ）を布帛１００重量部に対して１〜２０重量部の範囲内で付着させてなる一方向性強化繊維基材を用い、該一方向性強化繊維基材を複数枚積層し、積層した該一方向性強化繊維基材どおしを互いに接着して所望の形状にせしめてプリフォームを製造する方法において、下記（Ａ）〜（Ｅ）の工程を含むことを特徴とするプリフォームの製造方法。
   （Ａ）工程：強化繊維糸条が該強化繊維基材長手方向に延在する方向で巻かれてなるロール巻きの状態から、強化繊維基材を巻き出す巻き出し工程。
   （Ｂ）工程：巻き出した強化繊維基材を、強化繊維長手方向に対し所定のズレ角を持った方向に所定の間隔で裁断し、平行四辺形状の強化繊維基材を形成する裁断工程。
   （Ｃ）工程：各層内においては強化繊維糸条が互いに平行し、かつ、各層間では強化繊維糸条が互いに所定角度ずつズレを持った状態になるよう、少なくても前記（Ｂ）工程の裁断した強化繊維基材を供給、積層することにより、長手方向に連続したシート状の積層体を形成する積層工程。
   （Ｄ）工程：強化繊維基材の積層体を加熱し、前記熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂材料（イ）を軟化させ、かつ、圧力を加えて強化繊維基材どおしを積層厚さ方向に少なくとも部分的に接着せしめて接着積層体を得る接着工程。
   （Ｅ）工程：前記（Ｄ）工程により得られた接着積層体を、所定の型に沿わせて変形させ、該変形状態で加熱・加圧をすることにより該接着積層体を該型形状に賦形する賦形工程。
2. （Ｃ）の積層工程において、裁断した平行四辺形状の強化繊維基材の他に、ロール巻きの状態から巻き出したままの強化繊維基材も積層することを特徴とする請求項１記載のプリフォームの製造方法。
3. 下記の（Ｆ）工程を含むことを特徴とする請求項１または２記載のプリフォームの製造方法。
   （Ｆ）工程：前記（Ｄ）の接着工程で得た接着積層体を、前記（Ｅ）の賦形工程に供給する以前に、所定の形状に裁断する裁断工程。
4. （Ｃ）の積層工程で形成された積層体を、実質的に連続的に、（Ｄ）の接着工程に供給す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。
5. （Ｄ）の接着工程で形成された接着積層体を、実質的に連続的に、（Ｅ）の賦形工程に供給する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。
6. （Ａ）の巻き出し工程と、（Ｂ）の裁断工程とを、該（Ｂ）の裁断工程において裁断するズレ角毎に対応させてそれぞれ複数系列設けてな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。
7. （Ａ）の巻き出し工程、および（Ｂ）の裁断工程において、強化繊維糸条の方向を、（Ｃ）の積層工程で積層する強化繊維の方向と平行になる方向において一方向性強化繊維基材を扱うことを特徴とする請求項６記載のプリフォームの製造方法。
8. （Ｂ）の裁断工程にて裁断した基材を、（Ｃ）の積層工程にて積層するに際し、該裁断した基材を、平板状の吸引体にて裁断したままの形状で吸引・把持し、積層工程に運搬し、所定の位置に位置決め、配置せしめた後に吸引を解除し、積層作業を行う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。
9. （Ｂ）の裁断工程において、強化繊維方向に対し所定のズレ角を持った方向とは別に、強化繊維糸条に平行な方向にも裁断を行い、平行四辺形状の強化繊維基材の幅を整え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。
10. （Ｄ）の接着工程において、強化繊維基材どおしを積層厚さ方向に接着する箇所を、次工程の（Ｅ）の賦形工程で賦形される予定形状の中で、一箇所の平面部に限定して接着す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。
11. （Ｅ）の賦形工程において、積層体を加熱・加圧する手段が、複数の型で挟み込むプレスであ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。
12. 請求項１記載のプリフォームの製造方法における各工程を実施する手段を有してなるプリフォームの製造装置。
13. 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で得られたことを特徴とするプリフォーム。

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