JP5045443B2 - 賦形成形型、ならびにそれを用いたプリフォームおよび繊維強化プラスチックの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、繊維強化プラスチックをレジントランスファー成形法（以下、ＲＴＭ成形法と記すこともある）により製造する際に用いる賦形成形型、ならびにそれを用いたプリフォームおよび繊維強化プラスチックの製造方法に関するものである。さらに詳しくは、賦形成形型に設置、一体化した配管に熱媒を流し、賦形成形型を加熱することにより、オーブンを用いることなく、繊維強化プラスチックの材料である強化繊維基材並びにマトリックス樹脂を加熱して、プリフォームおよび繊維強化プラスチックを製造することができるレジントランスファー成形用賦形成形型、ならびにそれを用いたプリフォームおよび繊維強化プラスチックの製造方法に関するものである。

航空機等の輸送機器を構成する構造部材は、機械的特性を満足するとともに、軽量化とコストダウンが求められている。なかでも、航空機における構造部材の軽量化の期待は大きく、機械的特性と軽量化を達成するために、主翼や尾翼、胴体などの一次構造部材においても繊維強化プラスチック（以下、ＦＲＰと記すこともある）化が検討されている。

これらＦＲＰの代表的な製造方法としては、オートクレーブ成形法が知られている。オートクレーブ成形では、ＦＲＰの材料として、予め強化繊維にマトリックス樹脂を含浸させたプリプレグを用い、プリプレグを部材形状の成形型に積層した後、オートクレーブにより、所定の温度および圧力に加熱・加圧してＦＲＰを成形する。ここで用いるプリプレグは、強化繊維体積率Ｖｆを高度に制御することが可能であり、力学特性に優れるＦＲＰを得ることができる利点を有するが、プリプレグ自体が高価な材料であること、オートクレーブの設備が非常に高価であることなどにより、成形コストが高いことが問題であった。特に、航空機用構造部材は、部品のサイズが大きいため、使用するオートクレーブも大きくなり、とりわけ設備コストが高くなる。

一方、成形コストを低減できる成形法としては、レジントランスファー成形法（以下、ＲＴＭ：Ｒｅｓｉｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｌｄｉｎｇと記すこともある）などの樹脂注入成形法が挙げられる。

レジントランスファー成形法は、マトリックス樹脂が含浸されていない強化繊維基材を成形する形状に整えた積層体（以下、プリフォームと記す）を成形型の中に配置した後、マトリックス樹脂を加圧して、プリフォーム内に注入・含浸し、オーブンなどを用いてマトリックス樹脂を硬化することを特徴とするＦＲＰの成形法である。

このように、レジントランスファー成形法は、マトリックス樹脂を含浸していないドライな強化繊維基材を用いるため、材料コストを低減できるという利点、さらにオートクレーブを使用しないため、成形コストを低減できるという利点を有する。

なかでも、真空圧を利用してマトリックス樹脂を注入するレジントランスファー成形法（ＶａＲＴＭ：Ｖａｃｃｕｍ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｒｅｓｉｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｌｄｉｎｇ）は、簡易な設備で成形することができるため、成形コストを大幅に低減できる成形法として知られている。

ところで、このＶａＲＴＭ成形法では、真空圧以外による加圧は行なわないため、成形品の厚み、形状などの品位は、プリフォームの品位に大きく依存する。そのため、高品位なプリフォームを製造することが極めて重要となる。

レジントランスファー成形用のプリフォームを製造する方法としては、賦形面を有する下型の該賦形面上に、層間接着するための接着材料を付与した複数枚の強化繊維基材からなる積層シートを配置し、その上から、該下型の賦形面に一致する賦形面を有する上型を順次、積層シート各部の小領域に型押しすることにより、積層シートに所定のプリフォーム形状を賦形し、その後、加熱エアーもしくはシリコンラバーヒーターなどにより、積層シートを加熱して、積層層間を接着してプリフォームを作製する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、上記提案によると、加熱エアーにより積層シートを加熱するため、オーブンが必要となる。オーブンはオートクレーブに比べれば安価であるが、それでも航空機用構造部材を成形する場合には、その部材が入る大型のオーブンが必要になり、また、加熱する工程時には、賦形型をオーブンまで移動する必要があり、成形コストが高くなる問題があった。さらに、成形品の形状によっては、オーブンの熱風がよく当たる箇所と当たりにくい箇所が発生することにより、加熱ムラが生じる問題があった。一方、シリコンラバーヒーターなどにより加熱する方法も記載されているが、シリコンラバーヒーターなどの設置方法などについては一切記載されておらず、航空機構造部材のような大型の部材を加熱する場合には、非常に広い面積にシリコンラバーを配置する必要があること、また、シリコンラバーが金型に接している箇所と接していない箇所との間に加熱ムラが発生し、成形品に不具合が生じるなどの問題があった。

レジントランスファー成形用のプリフォームを製造する方法としては、表面に樹脂を付与した強化繊維基材を積層して賦形型の上に配置し、強化繊維基材の上からシートを被せ、その上から圧力を加えることで強化繊維を所定の形状に変形し、賦形型に設けられた加熱機構により該樹脂を溶融、硬化させることで強化繊維に付与された形状を保つ方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。

しかしながら、上記提案には加熱機構に関する説明は、加熱ヒーターであること以外にはなく、先に説明したように、特に航空機構造部材のような大型の部材を加熱する場合には、加熱ムラを生じる問題があった。また、特許文献２の図１には、賦形型内部に加熱源が記されているが、このように中実の賦形型の内部に加熱源を設置すると、加熱源による熱量の多くは、賦形型自体に奪われる。そのため、温度ムラを生じるという問題に加えて強化繊維基材を効率よく加熱できない、また、型の重量が重くなるという問題があった。このような加熱時の問題は、プリフォームの形状保持性や厚みなどの物性を左右する。特に、特許文献１、２に記載のように、積層層間に存在する接着材料を加熱することにより軟化させた積層シートを、金型プレスもしくは真空バッグによる大気圧などにより加圧して、該接着材料を強化繊維基材に接着させる場合には、プリフォームの形状保持性が影響をうける。また、加熱により接着材料が軟化した状態で加圧するため、接着材料は薄く変形するので、プリフォームの厚みも影響をうけることになる。

そして、レジントランスファー成形法において、プリフォームの厚みは、形状寸法だけでなく、マトリックス樹脂の含浸性にも影響するため、極めて重要な制御パラメーターである。つまり、加熱および加圧条件が過大で、プリフォームの厚みが薄くなりすぎると、プリフォームにおける強化繊維の密度が高くなりすぎて、マトリックス樹脂の流路抵抗が大きくなり、マトリックス樹脂が含浸されないという問題が生じる懸念がある。逆に、加熱および加圧条件が不十分で、プリフォームの厚みが厚くなりすぎると、プリフォームにおける強化繊維の密度が低くなるとともに、強化繊維体積含有率（以下、Ｖｆと記すことがある）が低くなり、所定の力学特性を発現できないという問題が生じる懸念がある。

このように、加熱ムラが発生するとプリフォームの部位により品質のばらつきが生じるため、レジントランスファー成形に用いるプリフォームの作製において、強化繊維基材の積層シートの加熱方法は極めて重要である。

そして、これらのようにして製造されたプリフォームは、賦形型とは別の成形型に配置し、必要に応じて、マトリックス樹脂の注入および吸引用などの副資材を配置し、金型プレスもしくは真空バッグによりプリフォームを密閉した状態にて、マトリックス樹脂をプリフォーム内に注入・含浸し、オーブンなどによりマトリックス樹脂を加熱して硬化する。

マトリックス樹脂を注入・含浸する時は、硬化反応によるマトリックス樹脂の粘度増加が問題にならない温度の範囲内において、成形型に配置されたプリフォームおよびマトリックス樹脂を加熱することにより、マトリックス樹脂の粘度を低減させて、含浸性を向上させる。また、マトリックス樹脂をプリフォームに含浸完了後、マトリックス樹脂の硬化温度に加熱することにより、マトリックス樹脂を硬化させる必要がある。

そのため、賦形型の他に別途成形型を準備するとともに、プリフォームを配置した成形型をオーブンなどの加熱設備へ移動させる必要があり、成形時間が多大にかかる問題があった。

特に、航空機用構造部材においては、構造部材のサイズが大きいため、成形型の重量が非常に重く、オーブンなどの加熱設備への移動に非常に労力および時間を有すること、もしくは牽引車などの設備が必要で、設備費用が多大にかかるなどの問題があった。
特開２００４−３２２４２２号公報 特開２００６−１２３４０４号公報

本発明の目的は、かかる従来技術の問題点に鑑み、強化繊維基材の積層体を高精度で均一かつ効率的に加熱することができる賦形成形型、ならびにそれを用いたレジントランスファー成形用のプリフォームおよび繊維強化プラスチックの製造方法を提供せんとするものである。

本発明は、かかる課題を解決するために、次のいずれかの手段を採用するものである。
（１） 中空の凸部を形成する面板部と平板部とが一体化されてなる、繊維強化プラスチックのレジントランスファー成形用の賦形成形型であって、前記面板部の裏面に、熱媒の流路となる金属製の配管が熱伝導性材料により一体化しており、且つ、前記平板部の賦形もしくは成形で使用する領域の外側に、ラバー製丸棒が一体化しているとともに、前記平板部の、前記中空の凸部を形成する面板部で囲われた領域にホールが空けられている賦形成形型。
（２） 前記面板部の厚みが１ｍｍ以上１５ｍｍ以下である、前記（１）に記載の賦形成形型。
（３） 前記ラバー製丸棒の直径が１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下である、前記（１）または（２）に記載の賦形成形型。
（４） 前記凸部と前記ラバー製丸棒との間の前記平板部に、レジントランスファー成形用のマトリックス樹脂の注入口および吸引口が設けられている、前記（１）〜（３）のいずれかに記載の賦形成形型。
（５） 前記面板部が、プレス加工によって形成されている、前記（１）〜（４）のいずれかに記載の賦形成形型。
（６） 前記（１）〜（５）のいずれかに記載の賦形成形型を用いて、下記の工程によりレジントランスファー成形用のプリフォームを製造することを特徴とするプリフォームの製造方法。
（Ａ）表面に熱可塑性樹脂および／または熱硬化製樹脂を有する強化繊維布帛を積層した積層体を前記賦形成形型の上に配置する配置工程
（Ｂ）ラバーシートにより前記積層体全体を覆い前記賦形成形型を密閉した後、密閉空間内を真空吸引して、前記積層体を賦形する賦形工程
（Ｃ）前記配管内に熱媒を流して、賦形後の前記積層体を加熱加圧することにより、前記強化繊維布帛の表面の前記熱可塑性樹脂または／および熱硬化性樹脂を介して、前記強化繊維布帛間を接着する加熱加圧工程
（７） 前記（Ａ）の配置工程において、前記積層体とともにレジントランスファー成形におけるマトリックス樹脂の流路となる副資材を配置する、前記（６）に記載のプリフォームの製造方法。
（８） 前記（Ｃ）の加熱加圧工程において、前記賦形成形型の昇温速度が、加熱温度４０℃以上１３０℃以下の範囲において、０．５℃／分以上３℃／分以下である、前記（６）または（７）に記載のプリフォームの製造方法。
（９） 前記（６）〜（８）のいずれかに記載の方法で得られたプリフォームを、前記賦形成形型とは別の成形型に設置して、マトリックス樹脂を注入、含浸、硬化することを特徴とする繊維強化プラスチックの製造方法。
（１０） 前記（１）〜（５）のいずれかに記載の賦形成形型を用いて、下記の工程によりレジントランスファー成形することを特徴とする繊維強化プラスチックの製造方法。
（Ａ）表面に熱可塑性樹脂または／および熱硬化性樹脂を有する強化繊維布帛を積層した積層体を前記賦形成形型の上に配置する配置工程
（Ｂ）ラバーシートにより前記積層体全体を覆い前記賦形成形型を密閉した後、密閉空間内を真空吸引して、前記積層体を賦形する賦形工程
（Ｃ）配管内に熱媒を流して、賦形後の前記積層体を加熱加圧することにより、前記強化繊維布帛の表面の前記熱可塑性樹脂または／および熱硬化性樹脂を介して、前記強化繊維布帛間を接着する加熱加圧工程
（Ｄ）前記ラバーシートの密閉を解放し、得られたプリフォームは脱型せずに前記賦形成形型に配置したままの状態で、マトリックス樹脂を注入、含浸するためのメディアおよびピールプライをさらに配置する副資材配置工程
（Ｅ）バッグフィルムにより、前記プリフォーム、前記メディアおよび前記ピールプライを覆って前記賦形成形型を密閉した後、密閉空間内を真空吸引するバギング工程
（Ｆ）前記密閉空間内を真空吸引した状態において、マトリックス樹脂を注入し、前記メディアを介して該マトリックス樹脂を前記プリフォームに含浸する樹脂注入・含浸工程
（Ｇ）前記配管内に熱媒を流すことにより、前記マトリックス樹脂を加熱して硬化する樹脂硬化工程
（Ｈ）賦形成形型から成形品を脱型する脱型工程
（１１） 前記（Ｄ）の副資材配置工程において、前記メディアおよび前記ピールプライの上に板状冶具を配置する、前記（１０）に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
（１２） 前記（１）〜（５）のいずれかに記載の賦形成形型を用いて、下記の工程によりレジントランスファー成形することを特徴とする繊維強化プラスチックの製造方法。
（Ａ）表面に熱可塑性樹脂または／および熱硬化性樹脂を有する強化繊維布帛を積層した積層体とともにレジントランスファー成形においてマトリックス樹脂の流路となるメディアおよびピールプライを前記賦形成形型の上に配置する配置工程
（Ｂ）ラバーシートにより前記積層体全体を覆い前記賦形成形型を密閉した後、密閉空間内を真空吸引して、前記積層体を賦形する賦形工程
（Ｃ）配管内に熱媒を流して、賦形後の前記積層体を加熱加圧することにより、前記強化
繊維布帛の表面の前記熱可塑性樹脂または／および熱硬化性樹脂を介して、前記強化繊維
布帛間を接着する加熱加圧工程
（Ｄ）前記ラバーシートの密閉を解放し、得られたプリフォーム、前記メディアおよびピールプライは脱型せずに前記賦形成形型に配置したままの状態で、バッグフィルムにより、前記プリフォーム、前記メディアおよび前記ピールプライを覆って前記賦形成形型を密閉した後、密閉空間内を真空吸引するバギング工程
（Ｅ）前記密閉空間内を真空吸引した状態において、マトリックス樹脂を注入し、前記メディアを介して該マトリックス樹脂を前記プリフォームに含浸する樹脂注入・含浸工程
（Ｆ）前記配管内に熱媒を流すことにより、前記マトリックス樹脂を加熱して硬化する樹脂硬化工程
（Ｇ）賦形成形型から成形品を脱型する脱型工程
（１３） 前記（Ｅ）のバギング工程において、前記メディアおよび前記ピールプライの上に板状冶具を配置し、その後、バッグフィルムにより前記賦形成形型を密閉する、前記（１２）に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
（１４） 前記（Ｃ）の加熱加圧工程において、前記賦形成形型の昇温速度が、加熱温度４０℃以上１３０℃以下の範囲において、０．５℃／分以上３℃／分以下である、前記（１０）〜（１３）のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。

本発明の賦形成形型は、高精度で均質かつ効率的な加熱を可能とする加熱機構を有するため、この賦形成形型を用いることにより、オーブンなどの加熱設備が不要で、低コストかつ高品質なレジントランスファー成形用のプリフォームおよびそれを用いた繊維強化プラスチックを提供することができる。

本発明の一実施形態を説明する賦形成形型の概略横断面図である。 図１に示す賦形成形型の概略上面図である。 本発明にかかるレジントランスファー成形用プリフォームの製造方法を示すための、賦形成形型の概略横断面図である。 比較例２で作製した、中実の凸部を有する賦形成形型の概略横断面図である。 本発明にかかる繊維強化プラスチックの製造方法を示すための、賦形成形型の概略横断面図である。 本発明にかかるレジントランスファー成形用プリフォームの製造方法を示すための、賦形成形型の概略横断面図である。 比較例１で作製した賦形成形型と熱風との位置関係示す図である。

符号の説明

１：賦形成形型
２：面板部
３：平板部
４：熱媒の流路となる配管（凸部加熱用）
５：熱媒の流路となる配管（平板部加熱用）
６：熱伝導性材料
７：ラバー製丸棒
８：マトリックス樹脂の注入口
９：マトリックス樹脂の吸引口
１０：断熱材
１１：ホール
１２：配管の温度調節器への連結口
１３：積層体
１４：ラバーシート
１５：ラバーシートの枠
１６：中実の凸部を有する賦形成形型
１７：中実の凸部
１８：熱媒の流路となる配管
１９：プリフォーム
２０：メディア
２１：プレート
２２：バッグフィルム
２３：シーラント
２６：注入用カプラー
２７：吸引用カプラー
５０：製品のトリムライン
６０：凸部の熱風が当たっている側の側面部６０
７０：熱風

レジントランスファー成形法においては、主にプリフォームを製造する工程（以下、工程（Ｉ）という）とプリフォームに樹脂を注入および含浸し、さらに硬化させることで繊維強化プラスチックを製造する工程（以下、工程（ＩＩ）という）とに分けられる。これらの工程では、成形する繊維強化プラスチックの材料である強化繊維基材やマトリックス樹脂を所定の温度に加熱、冷却する必要がある。

すなわち、工程（Ｉ）では、特に強化繊維基材がその表面に熱可塑性樹脂もしくは熱硬化性樹脂などの樹脂材料を有している場合に、強化繊維基材を加熱、加圧することにより、樹脂材料を軟化させ、強化繊維基材の層間接着をすることにより、プリフォームの形状保持性を向上させ、さらには加熱温度を調節することによりプリフォームの厚みを制御する。

また、工程（ＩＩ）では、樹脂注入時にプリフォームに含浸するマトリックス樹脂を加熱して、樹脂粘度を低下させて含浸性を向上させること、また含浸後、硬化温度に加熱することにより、マトリックス樹脂を硬化させる。

本発明の賦形成形型は、このような工程に求められる加熱条件を発現できる加熱機構を有しており、オーブンによる加熱が不要で、プリフォームもしくは繊維強化プラスチックの製造が可能である。

本発明の賦形成形型について以下に説明する。

本発明の賦形成形型は、中空の凸部を形成する面板部と平板部とが一体化されてなる賦形成形型であって、さらにその面板の裏面に、熱媒の流路となる金属性の配管が熱伝導性材料により一体化しており、且つ、前記平板部の賦形もしくは成形で使用する領域の外側に、ラバー製チューブが一体化しているとともに、前記平板部の、前記中空の凸部を形成する面板部で囲われた領域にホールが空けられている。

本発明における賦形成形型は、レジントランスファー成形法に基づいて繊維強化プラスチックを製造する際に用いるプリフォームを賦形するための賦形型として使用するだけでなく、後に詳しく説明する、プリフォームから繊維強化プラスチックを製造するための成形型としても使用可能なものである。当然であるが、必要に応じて、本発明の構成を有する賦形成形型を賦形型として使用してプリフォームを製造した後、該プリフォームを別の成形型を用いて成形することも可能である。

以下、図面を用いて本発明をさらに詳しく説明する。

図１は、本発明の賦形成形型１の一実施態様を説明する概略横断面図であり、Ｃ型の面板部２が平板部３と一体化して中空の凸部を形成し、該凸部が、プリフォームを所定の形状に賦形するための賦形部分を構成している。

プリフォームの形状出しを行う賦形面となる凸部を、Ｃ型の面板部２と平板部３とで構成し、かつ、中空とすることで、凸部２の熱容量をできる限り低減することができる。そして、かかる熱容量を低減することにより、賦形成形型を短時間にて、所定の温度に加熱もしくは冷却することができる。特に、航空機用構造部材などの大型の部品を賦形、成形するための型は非常に大きいため、型全体を所定の温度に速やかに加熱もしくは冷却する技術は、成形時間を短縮する観点から、非常に有用である。

面板部２と平板部３とは一体化されている。一体化とは、シール溶接などにより気密を保つ構造となっていることをいう。プリフォームの形状だしを行う面板部２と賦形時に用いるラバーシートの密閉箇所を有する平板部３とが気密を保つように一体化されていないと、ラバーシートで覆った内部を真空吸引して減圧した場合に、空気漏れが発生し、十分な圧力を強化繊維布帛の積層体にかけることができない。また、プリフォームに樹脂を注入する場合にも同様に空気漏れが発生し、ボイドや空隙などの原因となる。したがって、面板部２と平板部３は、シール溶接などにより気密を保つ構造で一体化している必要がある。

さらに中空の凸部を形成しているＣ型の面板部２の裏面（内側）には、熱媒の流路となる金属製の配管４が設置されている。また、図１に示す本発明の賦形成形型においては、平板部３の裏面にも熱媒の流路となる配管５が設置されている。配管４、５は、水もしくは油などの熱媒体を加熱して吐出することができる温度調節器につながれ、該温度調節器から、加熱した熱媒体を配管４、５の中に流すことにより、面板部２および平板部３を加熱して温度調節を行う。なお、中空の凸部を形成している面板部２および平板部３の裏面とは、賦形成形時に強化繊維布帛に接する面とは反対側もしくは密閉空間内に配される面とは反対側の面をいう。

本発明においては、このように面板部２、さらには平板部３を、オーブンなどの熱風加熱と異なり、熱伝達率の高い温水、温油により加熱する。そのため型の温度制御を極めて速やかに且つ精度良く行うことが可能である。また、オーブンなどの熱風加熱の場合は熱風の当たる箇所と当たりにくい箇所において加熱ムラが生じるが、本発明によれば、型に設置された配管内に熱媒体を流すことにより型を直接加熱するため、加熱ムラが小さく、均質な加熱が可能となる。

なお、本発明の賦形成形型を、レジントランスファー成形法で用いるプリフォームの製造にのみ使用する場合には、必ずしも平板部３の裏面に熱媒の流路となる配管５を設置する必要はないが、プリフォームにマトリックス樹脂を注入・硬化して繊維強化プラスチックを製造する成形型としても使用する場合には、平板部にもマトリックス樹脂が付着するため、該平板部に付着したマトリックス樹脂を硬化して脱型する必要がある。そのため、平板部３の裏面にも熱媒の流路となる配管５が設置されていることが好ましいのである。

図２に、熱媒の流路となる配管４、５の設置位置を示した、賦形成形型１の概略上面図を示す。

配管４、５の本数、設置位置などの仕様は、特に限定されないが、賦形成形型を所定の温度に加熱するのに十分な熱量を供給できる本数、仕様で設置する必要がある。なお、図２に示す賦形成形型では、配管４が６本、配管５が４本示されており、それぞれ２本毎にＵ字に連結されている。また、図２において、配管４、５に示される矢印は、温度調節器からの熱媒体の流れる方向を示す。

図２に示すように、配管４、５の温度調節器への連結口１２は、賦形成形型の一方の側にまとめた方が、温度調節器の熱媒体のラインと結線しやすいため好ましい。また、図２に示すように、配管４は、製品のトリムライン５０よりも外側にまで配置されていることが好ましい。配管４を製品のトリムラインよりも外側にまで配置することにより、製品形状分のプリフォームを十分加熱することができる。配管４、５の、温度調節器とのつなぎ方は、特に限定されるものではないが、温度調節器に取り付け可能な熱媒体のライン数に合わせる必要がある。

また、本発明においては、配管４が、凸部を形成する面板部２の裏面に熱伝導性材料により一体化されている。図１に、熱媒の流路となる配管４、５が、熱伝導性材料６に覆われて、中空の凸部を形成する面板部２及び平板部３の裏面に一体化されている様子が示されている。このように、熱伝導性材料により一体化することで、配管の内部を流れる熱媒体からの熱伝導が良好になり、賦形成形型を均一に加熱することができる。なお、ここでいう熱伝導性材料により一体化とは、面板部２の裏面に配置されている配管４の表面が熱伝導性材料に覆われた状態で面板部に固定されていることをいい、換言すれば、配管４が該熱伝導性材料を介して面板部２の裏面に配置されていることを意味する。

また、このとき、同様の観点から、配管５も平板部３の裏面に熱伝導性材料により一体化されていることが好ましい。

本発明でいう熱伝導性材料とは、熱伝導性に優れる金属粉が入っているエポキシ樹脂材料や炭素を含有したセメント材料が好ましい。中でも、炭素を含有したセメント材であることが好ましい。炭素を含有したセメント材は、十分な熱伝達率を有するとともに、施工性にも優れるため好ましい。セメント材は、コテなどを用いて、図１に示すように、配管を覆うとともに配管と賦形成形型（面板部２、平板部３）とを一体化するように塗布して、養生、硬化することが好ましい。

なお、配管を全長にわたる溶接により賦形成形型に一体化すると、賦形成形型に溶接歪みが生じる懸念があるため好ましくない。本発明の賦形成形型の凸部は、面板を用いて中空の凸部を形成するため、配管を凸部を形成する面板の裏面に溶接により、一体化すると、凸部の形状が溶接歪みにより変形する懸念があるため好ましくない。特に、航空機用構造部材においては、形状寸法精度が高レベルに求められるため、溶接歪みによる賦形成形型の変形は、成形品の寸法精度を満足できない問題が生じる懸念があるため好ましくない。ただし、配管を凸部、平板部に仮止めするために、スポット溶接することは可能である。その際には、溶接歪みを最小に抑えるもしくは溶接歪みが発生しても問題にならない箇所において、仮止めのための溶接を行う必要がある。

本発明において、配管４は金属製の配管である。配管４に使用する金属の材質は、ステンレス、鉄、アルミニウム合金、チタン合金、銅合金などの各種金属を用いることができるが、中でも銅合金製の配管は、加工性に優れているため、中空の凸部内に配管を設置する時に、最適形状に変形しやすいため、より好ましい。配管５についても同様の理由から銅合金製が好ましい。

さらに、本発明の賦形成形型においては、たとえば直径１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下のラバー製丸棒が、賦形成形型１の凸部を囲む閉領域を成すように、型に一体化している。すなわち、平板部３の、賦形もしくは成形で使用する領域の外側に、ラバー製丸棒を一体化している。なお、ここでいう一体化とは、ラバー製丸棒と平板部３との間が気密に保たれるように取り付けられていることを意味する。具体的には、ラバー用の接着剤を介してラバー製丸棒と平板部３との間で気密がとれるように接着一体化されていることが好ましい。

図１に、断面が円形のラバー製丸棒７を賦形成形型１の平板部３に一体化している様子を示す。図３（Ａ）、図３（Ｂ）には、賦形成形型１の中空の凸部の上に、強化繊維基材の積層体１３を配置し、さらにその上からラバーシート１４で覆い、該ラバーシート１４とラバー製丸棒７とで密閉された空間内を真空吸引して、ラバーシート１４を介して大気圧を強化繊維基材の積層体１３にかけることにより、積層体１３を賦形成形型１の凸部形状に賦形する様子を示す。

賦形成形型１の平板部３にラバー製丸棒７を、凸部を囲む閉領域を成すように一体化することにより、ラバーシート１４はラバー製丸棒７と接することにより賦形成形型を密閉することができるため、タッキテープなどの副資材を用いることなく、賦形成形型を密閉することができる。

このとき、ラバー製丸棒７の直径が１０ｍｍよりも小さいと、ラバーシート１４とラバー製丸棒との接触面積が小さく、ラバーシート１４とラバー製丸棒との間で密閉を取りにくくなるため好ましくない。一方、ラバー製丸棒の直径が１００mmよりも大きいと、本発明の賦形成形型の重量が重くなること、などハンドリング性が悪化するため好ましくない。

必要に応じて、クランプ２８などを用いて、ラバーシート１４をラバー製丸棒７に接するように賦形成形型に取り付けて、ラバーシート１４とラバー製丸棒７間の密閉を補助することも好ましい形態の一つである。ラバーシート１４の一方をヒンジなどにより賦形成形型に取り付けて、ラバーシート１４を開閉できるようして、取り扱い性を向上することも好ましい形態の一つである。

ラバー製丸棒及びラバーシートの材質は、特に限定するものではないが、本発明の賦形成形型は、上記工程（Ｉ）もしくは工程（ＩＩ）の中で加熱するため、ラバー製丸棒及びラバーシートは該加熱温度に対する耐熱性を有する必要がある。耐熱性の観点から、ラバー製丸棒及びラバー製シートの材質は、ゴム材料の中で比較的高い耐熱性を有するシリコンラバーが好ましい。

さらに、図１に示す賦形成形型１においては、平板部３にホール１１が設けられている。このホール１１は、平板部３の、中空の凸部を形成する面板部２で囲われた領域に空けられている。面板部２と平板部３が密閉されているため、平板部３にホール１１が空いていないと、シリコンラバーもしくはバッグフィルムで覆い内部を真空吸引して賦形もしくは成形する際に、大気圧が凸部にかかり、凸部が変形する懸念がある。従来技術のように、凸部が中実部材からなる賦形型もしくは成形型を用いる場合には、大気圧が凸部にかかっても変形する懸念はないため、上記問題は重要ではないが、本発明においては、下記に詳細に説明するように、面板部２と平板部３とが中空の凸部を形成することにより、高精度で短時間に所定の温度に加熱、冷却することを可能としているため、該中空の凸部に大気圧がかかると変形する懸念がある。

また、ホール１１を設けることで、賦形成形型を作製した後に、ホール１１から内部に設置されている配管４などの補修、点検も可能になる。すなわち、ホール１１は、アクセスホールの役目も果たすことができるため、好ましい。

さらに、ホール１１を設けることにより、配管４と中空の凸部を形成する面板部２とを後述するように熱伝導性材料で一体化する際に、該ホール１１から熱伝導性材料を配置することができ、また、中空の凸部の内部空間に断熱材１０を配置する場合には、該ホール１１から断熱材１０を配置することができる。

面板部２および平板部３を構成する材料は、特に限定されないが、ステンレス、鉄、アルミニウム合金、チタン合金、インバー合金などの金属材料は熱伝導性が良いため、好ましい。特に、インバー合金は、線膨張率が鉄の１／１００〜１／１０程度であるため、加熱時の賦形成形型の変形を抑えることができるため、好ましい。同様の観点から、ＣＦＲＰ（Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃ）も好ましい材料の一つである。

さらに、賦形成形型は、少なくとも、賦型面を構成する面板部２の厚みが、１ｍｍ以上１５ｍｍ以下であることが好ましい。かかる面板部２厚みは、型の熱容量を低減する観点からは薄い方が好ましい。すなわち、面板部２の厚みが、１５ｍｍよりも厚いと、熱容量が大きすぎて、所定の温度への加熱および冷却に長時間を要する。さらに好ましくは１０ｍｍ以下である。一方、厚みが１ｍｍ未満であると、所定の形状を有する中空の凸部に加工するのが困難である。

また、本発明の賦形成形型を、プリフォームから繊維強化プラスチックを製造する際の成形型としても用いる場合には、平板部３の厚みも同様の観点から１ｍｍ以上１５ｍｍ以下であることが好ましく、さらには１０ｍｍ以下であることが好ましい。

そして、賦形成形型を構成する面板部２や平板部３は、厚みが１ｍｍ未満であると、賦形もしくは成形加工中に、予期せぬ外力により、簡単に変形してしまう懸念がある。特に、航空機用構造部材などに使用する大型の賦形成形型は、クレーンなどにより吊って移動させることがあるが、そのときに賦形成形型の自重による撓みで、賦形成形型が変形してしまう懸念がある。このような観点からも、面板部２や平板部３は１ｍｍ以上であること好ましい。

なお、面板部２や平板部３の厚みは、上記のように加熱を効率よく行うために厚みを規定するのであるため、加熱の必要のない箇所は該厚みを算出するにあたって考慮しない。

さらに、本発明の賦形成形型には、図１に示すように、レジントランスファー成形用のマトリックス樹脂の注入口８および吸引口９が、前記凸部とラバー製丸棒７との間の平板部３に一体化して設けられていることが好ましい。

ラバー製丸棒７と上記注入口８および上記吸引口９との位置関係は、本発明の賦形成形型１を成形にも用いる場合には、マトリックス樹脂の注入口８、吸引口９よりも、ラバー製丸棒７が外側であることが好ましい。ラバー製丸棒７が注入口８及び吸引口９よりも内側に一体化されていると、マトリックス樹脂を注入時に、マトリックス樹脂がラバー製丸棒に付着するため、好ましくないためである。

また、賦形成形型１に注入口８及び吸引口９が設けられている場合には、賦形時に、ラバー製シートで覆った内部を密閉するために、注入口８及び吸引口９を密閉する必要がある。

図１に示すように、マトリックス樹脂の注入口８および吸引口９は貫通口になっており、注入用チューブ、吸引用チューブが取り付け可能なカプラー２６、２７が取り付けられていることが好ましい。カプラー２６、２７が取り付けられていることにより、各チューブを注入口、吸引口に配置する時に、シーラントなどの副資材を用いることなく、簡単に取り付けることができ、該部での密閉の信頼性も高いため、好ましい。

図５（Ｃ）に本発明の賦形成形型１を用いて、マトリックス樹脂を注入する場合の一例を示す。図５（Ｃ）に示す賦形成形型１には、マトリックス樹脂の注入口８、吸引口９が設けられている。賦形成形型１の上に、プリフォーム１９、およびマトリックス樹脂を注入、吸引するための副資材２０を配置し、バッグフィルム２２で覆い、該バッグフィルム２２と賦形成形型１とをシーラント２３を用いて密閉して、密閉内部を真空吸引する。賦形成形型１に予めマトリックス樹脂の注入口８、吸引口９を設けておくことにより、成形時に別途注入口、吸引口を設ける必要がないため、成形準備の時間を短縮することができる。

なお、成形型に注入口、吸引口を別途設けることも可能である。たとえば、マトリックス樹脂の注入および吸引時の流路を確保するために、金属製のＣ型断面チャンネルなどを平板部２のうえに配置すればよい。しかしながら、この場合は、該チャンネルを配置する工程が必要となるうえに、またさらにその上からバッグフィルムで密閉する時に、バッグフィルムが該チャンネル部で突っ張らないようにする必要がある。

本発明の賦形成形型は、凸部を形成している面板部２が、プレス加工によって形成されていることも好ましい。通常、本発明の技術分野において、型は切削加工により準備される。しかしながら切削加工の場合、凸部を薄くするには限界があること、また、プレス加工にくらべて、加工コストが高いことが問題である。プレス加工によれば中空の凸部を形成する面板を安価に薄くすることができる。なお、賦形成形型の凸部の熱容量を低減するためにプレス加工により中空の凸部を形成した後、さらに寸法精度を向上するなどの目的で切削加工を施すことも実施形態のひとつである。

以上のような本発明の賦形成形型は、賦形型と成形型の両方として使用できる型となっている。すなわち、本発明の賦形成形型で強化繊維布帛の積層体を賦形してプリフォームを作製した後、必要に応じて、該プリフォームを賦形成形型から脱型することなく繊維強化プラスチックを成形することができる。そのため、さらに成形に要する時間を短縮することができる。また、マトリックス樹脂の含浸していない形状保持性が低いプリフォームを脱型、移動、成形型への配置が不要となるため、プリフォームが損傷する可能性も低くなり、結果として品位に優れた繊維強化プラスチックを製造することができる。

プリフォームを製造するにあたって用いる強化繊維布帛は、表面に熱可塑性樹脂もしくは熱硬化性樹脂などの樹脂材料を有することが好ましい。強化繊維は炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維などで構成されていることが好ましく、強化繊維布帛の形態としては、ノンクリンプ、平織り朱子織り、綾織りなどが好ましい。なかでも、ノンクリンプは、強化繊維の屈曲が小さく、強度発現率が高くなるためより好ましい。

該樹脂材料は、硬化後にマトリックス樹脂と接着性が良好である樹脂が好ましい。例えば、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、ポリスルホンポリフェニレンエーテル、ポリエーテルエーテルケトンおよびこれらの変性樹脂、共重合樹脂が挙げられる。

以下、具体的に、上記賦形成形型を用いてレジントランスファー成形用のプリフォームを製造する方法を説明する。

レジントランスファー成形用のプリフォームの製造にあたっては、上記賦形成形型を用い、かつ、下記の工程を経る。
（Ａ）表面に熱可塑性樹脂および／または熱硬化製樹脂を有する強化繊維布帛を積層した積層体を前記賦形成形型の上に配置する配置工程
（Ｂ）ラバーシートにより前記積層体全体を覆い前記賦形成形型を密閉した後、密閉空間内を真空吸引して、前記積層体を賦形する賦形工程
（Ｃ）前記配管内に熱媒を流して、賦形後の前記積層体を加熱加圧することにより、前記強化繊維布帛の表面の前記熱可塑性樹脂または／および熱硬化性樹脂を介して、前記強化繊維布帛間を接着する加熱加圧工程
図３（Ａ）、図３（Ｂ）に、本発明の賦形成形型を用いたレジントランスファー成形用のプリフォームの製造方法を示す。

図３（Ａ）は、賦形成形型１の凸部の上に、表面に熱可塑性樹脂もしくは熱硬化性樹脂などの樹脂材料を有する強化繊維布帛を積層した積層体１３を配置し、さらにその上からラバーシート１４を被せて積層体１３を覆い、該ラバーシート１４とラバー製丸棒７との間で密閉している状態を示す。

このとき、積層体１３は取り扱い性を向上する目的などから、予め積層層間を部分的に接着して、一体化しておくことも好ましい様態の一つである。ちなみに予め積層層間の全面を接着した積層体は、賦形性が極めて悪いため好ましくない。

また、ラバーシート１４の取り扱い性を向上する目的で、図３（Ａ）に示すように、ラバーシート端部に枠１５を取り付けることも好ましい。このように枠１５を取り付けることにより、賦形成形型１に対してラバーシート１４を配置する際の位置出しを簡易にすることができるメリットがある。位置出しをより簡単に行うためには、賦形成形型１にピンなどを設置し、ラバーシートの枠部に該ピンが通る穴を空けておくことにより、一義的にラバーシートの配置を決めるようにすることも好ましい様態の一つである。

ラバーシート１４とラバー製丸棒７との間で密閉した後は、図３（Ｂ）に示すように、密閉空間内を真空ポンプなどにより真空吸引することにより、積層体１３に大気圧をかけて、積層体１３を賦形する。なお、本発明において真空吸引とは、吸引により負圧の状態にすることをいい、また、大気圧をかけるとは、真空吸引の結果、大気による圧力をかけることを意味し、標準大気圧等の絶対値と同じ圧力をかけることを意味するものではない。

積層体１３を賦形した後は、真空吸引を継続、積層体１３に大気圧をかけた状態において、ラバーシートの上から、シワなどの不具合の発生有無を確認する。そのため、ラバーシートには、透明もしくは半透明なものを使用することが好ましい。また、必要に応じて、ラバーシートの上から、寸法測定を行うことにより、賦形状況を確認することも好ましい。

その後、金型温度調節器などになどにより、加熱した熱媒体を配管４に流し、賦形成形型１を加熱して、賦形後の積層体１３を加熱する。その結果、強化繊維布帛の層間に介在している熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を軟化、溶融して層間を接着し、さらに必要に応じて所定の時間の加熱を継続した後、加熱を止めて該積層体１３を冷却することにより、賦形した形状を保った状態で強化繊維布帛間を接着したプリフォーム１９を得ることができる。

このとき、必要に応じて、配管５にも熱媒体を流して、賦形成形型を加熱してもよい。

そして、賦形成形型の昇温速度は、加熱温度４０℃以上１３０℃以下の範囲において、０．５℃／分以上３℃／分以下であることが好ましい。 ０．５℃／分未満では、所定の温度にまで昇温するために時間がかかりすぎるため、プリフォームの製造時間が長くなる。一方、３℃／分よりも大きいと、賦形成形型の昇温速度に強化繊維基材の昇温が追従できず、結果として、加熱ムラが発生しやすくなる。

また、積層体１３は、賦形成形型の形状に沿わせるときには室温であってもよいが、加熱することで、強化繊維基材層間の熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂が軟化、溶融し、強化繊維基材の層間の滑りを向上することができる。その結果、賦形性が向上し、シワ発生を抑制することができるため好ましい。

積層体１３の加熱温度は、強化繊維布帛の表面に有する熱可塑性樹脂および／または熱硬化性樹脂のガラス転移温度（以下、Ｔｇと記すこともある）以上２００℃以下であることが好ましい。ここで、樹脂材料のＴｇの測定方法は、ＪＩＳ Ｋ ７１２１ ２００６に基づき、昇温速度１０℃／分で測定する。

積層体１３をＴｇ以上に加熱することにより、積層体１３の積層層間に位置する樹脂材料を軟化させ、その状態で真空吸引して圧力をかけてプリフォームを製造することにより、積層層間を樹脂材料により強固に接着することが可能となり、プリフォームの形状保持性を向上することができる。

一方、成形温度が比較的高い繊維強化プラスチック製の航空機用構造部材の成形温度は、通常１８０℃〜２００℃程度であり、賦形工程における加熱温度の上限は成形工程の加熱工程の上限以下であることが好ましい。また、ラバーシートなどの副資材や金型温度調節器なども、航空機用構造部材の成形温度に設定されていることが多く、２００℃よりも高い耐熱もしくは加熱可能な副資材や温度調節器は特別な仕様になることがあり、材料費、設備費が高くなる懸念がある。そのため、ここでの加熱温度は２００℃以下に設定した方が好ましい。

さらに、積層体１３の加熱温度を調節することにより、プリフォームの厚みを調節することができる。つまり、積層体１３の加熱温度により、樹脂材料の軟化の程度および真空吸引による樹脂材料の変形（潰れ）を調節し、プリフォームの厚みを調節することができるのである。

繊維強化プラスチックの重量および力学特性に影響する繊維体積含有率（以下、Ｖｆと記すことがある）は、マトリックス樹脂をプリフォームに注入および含浸した後、余分に含浸したマトリックス樹脂をブリード工程にて吸引して、向上することも可能であるが、プリフォームの厚みに大きく依存するため、プリフォームの厚みを調節することは極めて重要である。

このように、プリフォームの形状保持性の向上やプリフォームの厚みは、積層体１３の加熱制御により調節されるため、本発明の賦形成形型１により、精度良く加熱を制御、さらには速やかに所定の温度に加熱および冷却することは極めて重要なのである。

また必要に応じて、積層体１３に付与する圧力を制御することも可能である。かかる圧力を調節するにあたっては、真空度を調節して密閉空間内の圧力（ゲージ圧）が１０ｋＰａ以上１０００ｋＰａ以下となるようにすることが好ましい。より好ましくは１０ｋＰａ以上１０１．３ｋＰａ以下である。この範囲であれば、真空ポンプなどによる大気中での減圧のみで調節することが可能であり、設備が簡易化できるため好ましい。また、圧力が１０ｋＰａ未満では、圧力が小さすぎるために、プリフォームの厚みムラがでやすいため好ましくない。

本発明の目的の一つは、加熱可能な賦形成形型を用いることにより、オートクレーブやオーブンなどの高価な加熱装置を用いることなく、プリフォーム、繊維強化プラスチックを製造することであるが、必要に応じて、オートクレーブなどの加圧装置を併用してもよい。すなわち、本発明の賦形成形型１に積層体１３を配置し、真空吸引して大気圧で賦形した後、必要に応じて、オートクレーブなどの加圧装置を用いて、大気圧より高い圧力をかけて、プリフォームを製造してもよい。積層体を大気圧よりも高い圧力にて加圧することにより、プリフォームの厚みをより薄くして、高いＶｆを有する繊維強化プラスチックを成形できるプリフォームを製造することができる。

さらに、プリフォームの製造にあたっては、図６に示すように、賦形成形型１の中空の凸部の上に積層体１３を配置する際、レジントランスファー成形するに際し注入されるマトリックス樹脂の流路となるメディア２０などの副資材を配置して、同様に賦形することも好ましい。こうすることで、得られたプリフォームを用いて繊維強化プラスチックを製造する際に、別途プリフォーム上に副資材を配置する工程を省略できる。また、通常、メディア２０はナイロンなどの熱可塑性樹脂製であるため、プリフォーム製造時の加熱加圧工程により、メディア２０も賦形成形型１の中空の凸部の形状に賦形されて、賦形された積層体１３にぴったりと形状が合う。そのため、レジントランスファー成形するに際してバギングがしやすいなどのメリットもある。

続いて、本発明の繊維強化プラスチックの製造方法を説明する。繊維強化プラスチックは、上記賦形成形型を用い、かつ、下記の工程によりレジントランスファー成形することで得ることができる。
（Ａ）表面に熱可塑性樹脂または／および熱硬化性樹脂を有する強化繊維布帛を積層した積層体を前記賦形成形型の上に配置する配置工程
（Ｂ）ラバーシートにより、前記積層体全体を覆い前記賦形成形型を密閉した後、密閉空間内を真空吸引して、前記積層体に大気圧をかけて該積層体を賦形する賦形工程
（Ｃ）配管内に熱媒を流して、賦形後の前記積層体を加熱加圧することにより、前記強化繊維布帛の表面の前記熱可塑性樹脂または／および熱硬化性樹脂を介して、前記強化繊維布帛間を接着する加熱加圧工程
（Ｄ）前記ラバーシートの密閉を解放し、得られたプリフォームは脱型せずに前記賦形成形型に配置したままの状態で、マトリックス樹脂を注入、含浸するためのメディアおよびピールプライをさらに配置する副資材配置工程
（Ｅ）バッグフィルムにより、前記プリフォーム、前記メディアおよび前記ピールプライを覆って前記賦形成形型を密閉した後、密閉空間内を真空吸引するバギング工程
（Ｆ）前記密閉空間内を真空吸引した状態において、マトリックス樹脂を注入し、前記メディアを介して該マトリックス樹脂を前記プリフォームに含浸する樹脂注入・含浸工程
（Ｇ）前記配管内に熱媒を流すことにより、前記マトリックス樹脂を加熱して硬化する樹脂硬化工程
（Ｈ）賦形成形型から成形品を脱型する脱型工程
以下、図5を用いて、本発明の繊維強化プラスチックの製造方法を詳細に説明する。なお、図５（Ａ）は本発明の賦形成形型１を用いてプリフォーム１９を製造している様子の一例を示す断面図である。図５（Ｂ）は、所定の温度、時間にて積層体を加熱して、プリフォーム１９を製造した後、ラバーシート１４を外した状態を示す。図５（Ｃ）は、密閉した空間内を真空ポンプなどにより真空吸引して、バギングした状態を示す。

上記工程（Ａ）〜（Ｃ）は、基本的に上記プリフォームの製造方法と同様である。そして、工程（Ｄ）以降は、次のように行われる。すなわち、プリフォームを製造した後（図５（Ａ））、ラバーシート１４による密閉を解放して、得られたプリフォームを脱型せずに賦形成形型に配置したままの状態で（図５（Ｂ））、マトリックス樹脂を注入、含浸するためのメディア２０およびピールプライなどの副資材を該プリフォーム１９の上に配置する。このとき、プリフォーム製造時にメディア２０およびピールプライなどの副資材を配置している場合は、賦形後改めてそれら副資材を配置する必要はない。

その後、バッグフィルム２２により、該プリフォーム１９およびメディア２０、ピールプライなどの副資材の全体を覆って密閉する（図５（Ｃ））。この際、シーラント２３を用いることが好ましい。また、賦形成形型１に設けられているマトリックス樹脂の注入口８、吸引口９が、追って行われる真空吸引による大気圧にて閉塞されないように、プレート２１を注入口８および吸引口９の上に配置しておくことが好ましい。

次いで、密閉空間内を真空吸引した状態において、マトリックス樹脂を該プリフォームに注入口８から注入し、メディア２０を通じて含浸させる。

なお、マトリックス樹脂がプリフォーム１９に含浸した後は、マトリックス樹脂の注入を中止して注入口８を閉じ、プリフォームに余分に含浸したマトリックス樹脂を吸引口９から吸引することが好ましい。このように、余分に含浸した樹脂を吸引することにより、成形品の強化繊維体積含有率Ｖｆを向上し、重量、力学特性を向上することができる。また、必要に応じて、閉じた注入口８からも、プリフォームに余分に含浸しているマトリックス樹脂を吸引することが好ましい。このように注入口８からもマトリックス樹脂を吸引することにより、Ｖｆを一様にする効果が期待できる。

こうしてマトリックス樹脂が注入された状態で配管４の内側に熱媒を流し、該マトリックスを加熱、硬化させ、マトリックス樹脂が硬化した成形品を賦形成形型から脱型すれば繊維強化プラスチックを得ることができる。

このように、本発明の賦形成形型を用いて繊維強化プラスチックを製造することにより、プリフォームを脱型することなく、成形工程への準備を進めることができるため、成形に要する時間を短縮することができるため好ましい。また、マトリックス樹脂を含浸していない、形状保持性が低いプリフォームを、脱型したり、移動したり、成形型へ配置したりする必要がないため、プリフォームが損傷する可能性も低くなり、結果として品位に優れた繊維強化プラスチックを製造することができるため好ましい。

なお、繊維強化プラスチックの製造にあたっては、上記の方法により製造したプリフォームを別途準備した成形型に設置して、マトリックス樹脂を注入、含浸、硬化することも可能である。特に外形状の寸法精度が極めて高い精度で要求される場合には、外形状が決められている雌型にプリフォームを設置して成形することが好ましい。特に、寸法精度が±１ｍｍ以上の精度で求められる場合には、上記方法により製造したプリフォームを別途準備した雌型にて成形することが好ましい。

また、上記工程（Ｄ）においては、前記メディアおよび前記ピールプライの上に板状冶具を配置することも好ましい。通常メディア２０は樹脂を分配するために、凹凸を有している。そのため、メディアを配置した側の繊維強化プラスチック成形品の表面粗度は、賦形成形型に接している側に比べて粗くなる。そこで、表面粗度を向上したい場合には、メディアやピールプライなどの副資材の上に板状の冶具を配置し、その状態で後述する真空吸引、樹脂注入・硬化を行うことが好ましい。板状冶具を配置することにより、繊維強化プラスチックには、板状冶具を介して大気圧がかかるため、メディアを配置した側の表面粗度も小さくでき、表面平滑性を向上できる。

以下に、本発明を実施例と比較例を用いて、さらに具体的に説明する。

＜実施例１＞
図１、図２に示す賦形成形型１を構成し、加熱および冷却試験を行った。

（賦形成形型）
図１に賦形成形型１の横断面図、図２に上面図を示す。但し、図２は、中空の凸部を形成する面板部２および平板部３以外には、面板部２および平板部３の裏面に配置されている配管４，配管５のみを示す図である。

中空の凸部を形成する面板部２は、厚み３ｍｍのＳＵＳ３０４をＣ型形状にして得た。凸部は、幅が一端（図２における右端）で３００ｍｍ、他端（図２における左端）で１５０ｍｍとなるようにテーパを有するものとした。また、かかる凸部は、長さ（図２における左右方向）を５０００ｍｍ、高さ（図１における上下方向）を１００ｍｍで一様とした。なお、凸部の長さ５０００ｍｍの内、製品寸法は４８００ｍｍであり、それぞれ両端から内側へ１００ｍｍの箇所に製品のトリムライン５０を罫書いている。

一方、平板部３は厚み１０ｍｍのＳＵＳ３０４から構成し、幅（図２における上下方向）を１３００ｍｍ、長さ（図２における左右方向）を６０００ｍｍとした。平板部３の幅方向の中心には、長手方向に渡り直径１００ｍｍのホール１１を１２個設け、中空の凸部の幅広側の端部には、後に断熱材１０を配置するために開口部（図示しない）を設けた。また、平板部３の両端付近（図１における左右方向の端部）には、マトリックス樹脂の注入口８（φ２２ｍｍ）および吸引口９（φ１４ｍｍ）となる溝を設けた。かかる溝には貫通口でネジ溝を設け、注入用および吸引用のチューブ（外径１２ｍｍ）を取り付け可能なカプラー２６、２７を取り付けた。これらのカプラーはシールテープを巻いて、密閉を確保した。

面板部２の裏面には、配管４として、直径１８ｍｍ（内径１６ｍｍ）の銅パイプを、図１のように合計６本配置した。その内４本は、中空の凸部における天板の裏面に配置し、他の２本は側面の裏面に配置した。なお６本の配管の内４本は、図２に示すように、トリムライン５０よりも５０ｍｍ突出するように設けた。また、天板の裏面に配置された４本の配管４の内、中央に配置された２本は、中空の凸部がテーパを有し先端が１５０ｍｍと細くなっているため、該凸部の先端には設けず、凸部の幅広側端部から３０００ｍｍまでの範囲に設けた。

配管４は、炭素を含有するセメント６（熱伝セメント）で覆い、面板部２に一体化した。

このように配管４が一体化された面板部２は、平板部３にシール溶接により一体化した。

平板部３には、面板部２の裏面に取り付けられている配管４と同様の取り付け方法により配管５が取り付けられている。また、ガラスウールからなる断熱材１０を平板部３に設けられた開口部から中空の凸部の内部に配置した。

さらに平板部３には、注入口８，吸引口９よりも外側に、直径３０ｍｍのシリコンラバー丸棒７をシリコン系接着剤で接着一体化した。シリコン系接着剤により、シリコンラバー丸棒７と平板部３との間はシールが保たれていた。

このようにして準備した賦形成形型１の配管４，配管５に、金型温度調節機（松井製作所製ＮＣＮ−２００）の熱媒体ラインをつないだ。熱媒体としては熱媒体油（松村石油製バーレルサーム４００）を用い、金型温度調節機により最大２００℃まで加熱可能とした。

（賦形成形型の加熱および冷却試験）
上記のような構成の賦形成形型において、中空の凸部の天板部の幅方向（図１における左右方向）の中央線上に、５０ｍｍ間隔でＫ熱電対を取り付けた。さらに凸部の側面部の高さ方向の中央線上に、５０ｍｍ間隔でＫ熱電対を取り付けた。すべてのＫ熱電対は、データロガーにつなげ、熱電対を取り付けた箇所の温度をモニタリングすることができるようにした。その後、賦形成形型１の全体を覆うように、ガラスウールを布袋に詰めた断熱材を配置した。

金型温度調節機の設定温度を９２℃に設定して、賦形成形型を室温から加熱した。その結果、賦形成形型は金型温度調節機による加熱開始から９０分後に、すべての箇所が９０±１℃の範囲内に収まっており、非常に早く、かつ精度良く加熱が可能であることを確認した。

次に、金型温度調節機の設定温度を４０℃に設定して、賦形成形型を９０℃から４０℃へ冷却した。その結果、賦形成形型は金型温度調節機による冷却開始から２５分後に、すべての箇所が４０℃以下に冷却されており、非常に早く冷却が可能であることを確認した。

＜実施例２＞
（強化繊維基材）
炭素繊維（東レ（株）製Ｔ８００Ｓ）から構成される一方向炭素繊維織物（炭素繊維目付１９０ｇ／ｃｍ^２）を、強化繊維基材として使用した。該強化繊維基材の片面には、熱可塑性樹脂を主成分とする粒子状樹脂材料（ガラス転移温度Ｔｇ＝７０℃）を、２７ｇ／ｃｍ^２付着させた。

（積層体）
前記強化繊維基材を裁断、積層して、積層体を準備した。積層体の積層構成は、炭素繊維が［（４５／０／−４５／９０）_４］_ｓの方向に配向している３２層とし、形状は高さ４９００ｍｍ、下底４４０ｍｍ、上底２９０ｍｍの台形形状とした。なお、括弧（ ）の中の各数値は各層における炭素繊維の配向角度（°）を意味し、括弧（ ）の後の４は（４５／０／−４５／９０）を４回繰り返して積層することを意味し、括弧［ ］の後のＳは、括弧［ ］の中の積層体をさらに鏡面対称（Ｓ）に積層することを意味する。

（プリフォーム製造）
図３（Ａ）に示すように、前記積層体１３を賦形成形型１の凸部の上に配置した。また、シリコンラバーシート１４を用意し、該シートの４片に、アルミ製のＬ型アングルおよびフラットバー（それぞれ厚み３ｍｍ）からなる囲い１５を取り付けた。シリコンラバーシート１４を積層体１３の上から配置して、積層体１３を覆い、シリコンラバーシート１４とシリコンラバー丸棒７との間で密閉した。密閉後、賦形成形型１とシリコンラバーシート１４との間を、真空ポンプにより真空吸引して、図３（Ｂ）に示すように、積層体１３を賦形成形型１の中空の凸部２の形状に賦形した。

賦形後、積層体１３を覆っているシリコンラバーシート１４の上に熱電対を配置し、積層体１３の温度をモニタリングできるようにした。なお、熱電対は、実施例１と同様の位置、すなわち、中空の凸部の天板部に相当する箇所と側面部に相当する箇所にそれぞれ５０ｍｍ間隔で取り付けた。

そして、シリコンラバーシート１４の上から、賦形状況を確認して、シワや顕著な繊維蛇行などの不具合のないことを確認した後、実施例１で用いた断熱材で賦形成形型１全体を覆った後、金型温度調節機の設定温度を９２℃に設定して、実施例１と同様に賦形後の積層体１３を加熱した。９０分後に、すべての箇所が９０±１℃の範囲内に収まっていることを確認した後、同じ状態で２時間保持して、プリフォーム１９を作製した。

続いて、金型温度調節機の設定温度を４０℃に設定して、実施例２と同様にプリフォーム１９を冷却した。プリフォーム１９の全体が４０℃以下に冷却したのを確認した後、真空ポンプによる吸引を止めて、大気解放を行い、シリコンラバーシート１４を外して、プリフォーム１９を観察した。

その結果、シワや繊維蛇行などの不具合は無く、良好なプリフォームであることを確認した。中空の凸部の側面部に相当する箇所のプリフォーム１９の厚みを、長手方向に渡り３０ｍｍ間隔で測定した結果、すべての箇所の厚みは狙いの厚み６．２４±０．１ｍｍの範囲内に収まっていることを確認し、プリフォームの寸法精度も極めて良好であることを確認した。

＜実施例３＞
実施例２で得られたプリフォーム１９を賦形成形型に配置したままの状態で、図５（Ｃ）に示すように、マトリックス樹脂を注入、含浸するための副資材であるメディア２０を、該プリフォーム１９の上に配置した。なお、メディア２０は２枚用意し、それぞれ、図５（Ｃ）に示すように、マトリックス樹脂の注入用メディアとして注入口８に、吸引用メディアとして吸引口９につながるように配置した。注入口８および吸引口９の上には、メディア２０を挟んでプレート２１を配置した。また、図５（Ｃ）には記載されていないが、プリフォーム１９とメディア２０との間には、ピールプライを配置した。ピールプライは、マトリックス樹脂が硬化後、メディア２０が成形品に接着一体化しないようにするために配置される副資材である。

また、注入口用のカプラー２６，吸引口用のカプラー２７には、それぞれ外径１２ｍｍのナイロン製チューブを取り付けた。

その後、バッグフィルム２２でプリフォーム１９およびメディア２０等を覆い、バッグフィルム２２の端部にシーラント２３を配置して、賦形成形型１を密閉した。また、プリフォームを覆ったバッグフィルム２２の上には熱電対を配置し、積層体プリフォーム１９の温度をモニタリングできるようにした。なお、熱電対は、実施例１と同様の位置、すなわち、中空の凸部の天板部に相当する箇所と側面部に相当する箇所にそれぞれ５０ｍｍ間隔で取り付けた。

続いて、吸引用のチューブを真空ポンプにつなげて、バッグフィルム２２で密閉した空間内を真空吸引し、リークのないことを確認した後、金型温度調節機の設定温度を７２℃に設定して、プリフォーム１９を加熱した。

プリフォーム１９が７０℃に加熱されたことを確認した後、注入用のチューブからマトリックス樹脂を注入した。チューブから注入されたマトリックス樹脂は、賦形成形型１に設けられた注入口８に溜まった後、注入口８につながるように配置されたメディア２０を通じて、プリフォーム１９に注入、含浸した。

プリフォーム１９全体にマトリックス樹脂を含浸したことを確認した後、注入用チューブを閉じて、マトリックス樹脂の注入を終了した。

マトリックス樹脂の注入終了後には、続いて吸引口９から吸引を行い、プリフォーム１９内に余分に含浸したマトリックス樹脂を１時間吸引した。余分なマトリックス樹脂が、吸引口につながるように配置されたメディアを通じて、吸引口９に到達し、吸引用チューブから出てくることが確認された。

マトリックス樹脂の吸引終了後、賦形成形型１の全体を実施例１と同様に断熱材で覆い、金型温度調節器の設定温度を１３２℃に設定して、プリフォーム１９に含浸したマトリックス樹脂を１３０℃に加熱した。

実施例３と同様にプリフォーム１９のすべての箇所が１３０℃±１℃に加熱できていることを確認した後、２時間保持してマトリックス樹脂を硬化して、成形品を得た。

硬化終了後、金型温度調節器の設定温度を４０℃に設定して、冷却を行い、成形品のすべての箇所が４０℃以下になっていることを確認した後、繊維強化プラスチックの成形品を脱型した。

成形品だけでなく、賦形成形型１の設けられている注入口８および吸引口９に溜まっているマトリックス樹脂も硬化しており、容易に脱型することができた。

得られた成形品は、シワや繊維蛇行などの不具合はなく、成形品の炭素繊維体積含有率Ｖｆは狙いの５７．５±２．５％の範囲内に収まっていることを確認した。なお、炭素繊維体積含有率の測定は、ＪＩＳ Ｋ ７０７５（２００６）の（４）硫酸測定法に基づいて測定した。

＜比較例１＞
（賦形成形型）
銅パイプからなる配管４および配管５、そして熱伝導性材料６、ガラスウールからなる断熱材１０を設けなかった以外は、実施例１と同様の賦形成形型を作製した。

（賦形成形型の加熱および冷却試験）
上記賦形成形型に実施例１と同様に熱電対を取り付け、データロガーで賦形成形型の加熱、冷却をモニタリングできるようにした。

この状態で熱風オーブンに賦形成形型を入れて、オーブンを９２℃に設定した。ちなみに、用いた熱風オーブンは、図７に示すように熱風７０が賦形成形型の長手方向に垂直な一方向に吹き出し、オーブン内を加熱する仕様である。

９０分後に賦形成形型の加熱状態を確認すると、凸部の熱風が当たっている側の側面部６０は９０±５℃の精度で加熱されているものの、それ以外の箇所は８５℃未満であり、賦形成形型の位置によって加熱状態が異なることを確認した。

そのため、すべての箇所が９０±５℃の範囲に収まるまで加熱を継続し、すべての箇所が該温度範囲内に加熱されたのは、熱風オーブンの加熱開始から１８０分後であった。

＜比較例２＞
実施例１で用いた賦形成形型の中空の凸部と同じ外形状を有するＳＵＳ３０４製の中実の凸部を作製した。次いで、該凸部の底部に、図４に示すように、実施例１で用いたものと同じ銅パイプを用いて熱媒の流路用の配管１８を計６本設置した。この凸部１７を平板部３に溶接一体化して、賦形成形型１６を作製した。

この賦形成形型に実施例１と同様に熱電対を取り付け、データロガーで賦形成形型の加熱、冷却をモニタリングできるようにした。実施例１と同様に、配管１８を金型温度調節機の熱媒体ラインにつなぎ、金型温度調節機の設定温度を９２℃にして、賦形成形型を加熱した。

９０分後に賦形成形型の加熱状態を確認したが、すべての箇所が９０℃未満であり、箇所によっては、温度差が１０℃以上あることが確認された。その後も加熱を続け、加熱開始から１８０分後に再度、加熱状態を確認したが、すべての箇所が９０℃未満であった。

Claims (14)

1. 中空の凸部を形成する面板部と平板部とが一体化されてなる、繊維強化プラスチックのレジントランスファー成形用の賦形成形型であって、前記面板部の裏面に、熱媒の流路となる金属製の配管が熱伝導性材料により一体化しており、且つ、前記平板部の賦形もしくは成形で使用する領域の外側に、ラバー製丸棒が一体化しているとともに、前記平板部の、前記中空の凸部を形成する面板部で囲われた領域にホールが空けられている賦形成形型。
2. 前記面板部の厚みが１ｍｍ以上１５ｍｍ以下である、請求項１に記載の賦形成形型。
3. 前記ラバー製丸棒の直径が１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下である、請求項１または２に記載の賦形成形型。
4. 前記凸部と前記ラバー製丸棒との間の前記平板部に、レジントランスファー成形用のマトリックス樹脂の注入口および吸引口が設けられている、請求項１〜３のいずれかに記載の賦形成形型。
5. 前記面板部が、プレス加工によって形成されている、請求項１〜４のいずれかに記載の賦形成形型。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の賦形成形型を用いて、下記の工程によりレジントランスファー成形用のプリフォームを製造することを特徴とするプリフォームの製造方法。
   （Ａ）表面に熱可塑性樹脂および／または熱硬化製樹脂を有する強化繊維布帛を積層した積層体を前記賦形成形型の上に配置する配置工程
   （Ｂ）ラバーシートにより前記積層体全体を覆い前記賦形成形型を密閉した後、密閉空間内を真空吸引して、前記積層体を賦形する賦形工程
   （Ｃ）前記配管内に熱媒を流して、賦形後の前記積層体を加熱加圧することにより、前記強化繊維布帛の表面の前記熱可塑性樹脂または／および熱硬化性樹脂を介して、前記強化繊維布帛間を接着する加熱加圧工程
7. 前記（Ａ）の配置工程において、前記積層体とともにレジントランスファー成形におけるマトリックス樹脂の流路となる副資材を配置する、請求項６に記載のプリフォームの製造方法。
8. 前記（Ｃ）の加熱加圧工程において、前記賦形成形型の昇温速度が、加熱温度４０℃以上１３０℃以下の範囲において、０．５℃／分以上３℃／分以下である、請求項６または７に記載のプリフォームの製造方法。
9. 請求項６〜８のいずれかに記載の方法で得られたプリフォームを、前記賦形成形型とは別の成形型に設置して、マトリックス樹脂を注入、含浸、硬化することを特徴とする繊維強化プラスチックの製造方法。
10. 請求項１〜５のいずれかに記載の賦形成形型を用いて、下記の工程によりレジントランスファー成形することを特徴とする繊維強化プラスチックの製造方法。
    （Ａ）表面に熱可塑性樹脂または／および熱硬化性樹脂を有する強化繊維布帛を積層した積層体を前記賦形成形型の上に配置する配置工程
    （Ｂ）ラバーシートにより前記積層体全体を覆い前記賦形成形型を密閉した後、密閉空間内を真空吸引して、前記該積層体を賦形する賦形工程
    （Ｃ）配管内に熱媒を流して、賦形後の前記積層体を加熱加圧することにより、前記強化繊維布帛の表面の前記熱可塑性樹脂または／および熱硬化性樹脂を介して、前記強化繊維布帛間を接着する加熱加圧工程
    （Ｄ）前記ラバーシートの密閉を解放し、得られたプリフォームは脱型せずに前記賦形成形型に配置したままの状態で、マトリックス樹脂を注入、含浸するためのメディアおよびピールプライをさらに配置する副資材配置工程
    （Ｅ）バッグフィルムにより、前記プリフォーム、前記メディアおよび前記ピールプライを覆って前記賦形成形型を密閉した後、密閉空間内を真空吸引するバギング工程
    （Ｆ）前記密閉空間内を真空吸引した状態において、マトリックス樹脂を注入し、前記メディアを介して該マトリックス樹脂を前記プリフォームに含浸する樹脂注入・含浸工程
    （Ｇ）前記配管内に熱媒を流すことにより、前記マトリックス樹脂を加熱して硬化する樹脂硬化工程
    （Ｈ）賦形成形型から成形品を脱型する脱型工程
11. 前記（Ｄ）の副資材配置工程において、前記メディアおよび前記ピールプライの上に板状冶具を配置する、請求項１０に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
12. 請求項１〜５のいずれかに記載の賦形成形型を用いて、下記の工程によりレジントランスファー成形することを特徴とする繊維強化プラスチックの製造方法。
    （Ａ）表面に熱可塑性樹脂または／および熱硬化性樹脂を有する強化繊維布帛を積層した積層体とともにレジントランスファー成形においてマトリックス樹脂の流路となるメディアおよびピールプライを前記賦形成形型の上に配置する配置工程
    （Ｂ）ラバーシートにより前記積層体全体を覆い前記賦形成形型を密閉した後、密閉空間内を真空吸引して、前記該積層体を賦形する賦形工程
    （Ｃ）配管内に熱媒を流して、賦形後の前記積層体を加熱加圧することにより、前記強化繊維布帛の表面の前記熱可塑性樹脂または／および熱硬化性樹脂を介して、前記強化繊維布帛間を接着する加熱加圧工程
    （Ｄ）前記ラバーシートの密閉を解放し、得られたプリフォーム、前記メディアおよびピールプライは脱型せずに前記賦形成形型に配置したままの状態で、バッグフィルムにより、前記プリフォーム、前記メディアおよび前記ピールプライを覆って前記賦形成形型を密閉した後、密閉空間内を真空吸引するバギング工程
    （Ｅ）前記密閉空間内を真空吸引した状態において、マトリックス樹脂を注入し、前記メディアを介して該マトリックス樹脂を前記プリフォームに含浸する樹脂注入・含浸工程
    （Ｆ）前記配管内に熱媒を流すことにより、前記マトリックス樹脂を加熱して硬化する樹脂硬化工程
    （Ｇ）賦形成形型から成形品を脱型する脱型工程
13. 前記（Ｅ）のバギング工程において、前記メディアおよび前記ピールプライの上に板状冶具を配置し、その後、バッグフィルムにより前記賦形成形型を密閉する、請求項１２に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
14. 前記（Ｃ）の加熱加圧工程において、前記賦形成形型の昇温速度が、加熱温度４０℃以上１３０℃以下の範囲において、０．５℃／分以上３℃／分以下である、請求項１０〜１３のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。

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