JP6287831B2

JP6287831B2 - プリフォームの製造方法および製造装置

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Publication number: JP6287831B2
Application number: JP2014511667A
Authority: JP
Inventors: 將之佐藤; 山崎　真明; 真明山崎; 絢太郎長崎
Original assignee: Toray Industries Inc
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Priority date: 2013-02-21
Filing date: 2014-02-19
Publication date: 2018-03-07
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Also published as: EP2960030B1; CN104903061A; EP2960030A1; KR102082540B1; JPWO2014129481A1; US20150352821A1; US10065401B2; KR20150122627A; EP2960030A4; WO2014129481A1

Description

本発明は、複数枚の強化繊維基材を積層して作製するプリフォームの製造方法および製造装置に関する。

生産性に優れた繊維強化プラスチック（ＦｉｂｅｒＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＰｌａｓｔｉｃｓ：ＦＲＰ）の成形方法として、ドライの強化繊維布帛からなる基材積層体を成形型内に配置し、マトリックス樹脂を型内に注入し強化繊維基材積層体内に含浸させ、樹脂を硬化させた後、成形品を脱型させる、いわゆるＲＴＭ成形方法が知られている。そして、比較的大型の成形品や肉厚の成形品を製造する場合には、効率のよい成形方法として、先に強化繊維基材積層体（例えば、複数枚の強化繊維基材）を所定形状に賦形して、ＦＲＰの成形前躯体である強化繊維基材積層体のプリフォームを作製し、そのプリフォームを成形型内に配置して、マトリックス樹脂を型内に注入し、基材に含浸した樹脂を硬化させる成形方法が採用されることが多い。

このようなＲＴＭ成形に用いるプリフォームの作製には、従来、例えば、（１）基材を複数枚積層した基材積層体を賦形型に載置し、賦形型を閉じて、賦形型で基材に所定の形状を付与する工程、（２）賦形型を加熱し（または予め加熱しておき）、間接的に基材積層体を加熱し、基材間に介在する固着材を軟化または溶融させる工程、（３）賦形型でプリフォームの形状を保持させつつ、プリフォームを冷却し、上記固着材を固化させて基材の層間を固着する工程、（４）賦形されたプリフォームを賦形型から取り出す工程、といった一連の工程を経るようにしている。

このような一連の工程において、上記工程（２）で賦形型を加熱する方法としては、熱媒、電気ヒーター等による加熱といった方法が採られ、工程（３）の冷却の方法としては、空気（常温、冷却）、冷却水等による冷却といった方法が採られる（例えば、特許文献１を参照）。

ところが、このような賦形型（一般に金型）の全体に対して、熱媒体を用いて加熱、冷却を繰り返す方法では、加熱、冷却を含む１サイクルにかかる時間が長く、加熱に要するエネルギーの消費も大きいという問題があり、所定形状のプリフォームを短時間で大量に生産することが困難である。

そこで、基材積層体または強化繊維成形体の面内方向もしくは厚み方向に通電することにより、強化繊維の持つ電気抵抗によって発生するジュール熱を利用して発熱する方法が試みられている（例えば、特許文献２、３を参照）。

このような加熱方法は通電加熱法と呼ばれているが、この方法をプリフォームの作製に用いると、従来技術のように型全体を加熱することなく基材のみを加熱することができる。すなわち、積層した基材を上下型からなる賦形型に設置し、賦形型を閉じてプレスした後、上下型をそれぞれ電極として基材の積層方向に通電し、基材を構成する材料の持つ電気抵抗によって前記の基材を発熱させることができる。基材に生じた熱は基材間に介在する固着材に伝熱し、固着材を軟化または溶融する。通電が終了すると、固着材は雰囲気温度まで自然冷却されて固化し、基材層間を固着する。これにより、上記プリフォーム作製における工程（２）、工程（３）に要する時間を大幅に短縮することができる。また、短時間の通電で基材を昇温でき、かつ型全体を加熱することがないため、加熱に要するエネルギー消費も大幅に抑制可能となる。

しかし、従来の通電加熱法では、基材積層体について固着したい箇所を適切に固着できず、固着箇所を予測・制御することはできなかった。また、賦形型が局部的に一部溶融・損傷してしまうという問題も発生していた。このため、従来の通電加熱法では、所定形状のプリフォームを高精度に生産性良く製造することが困難であった。

特開２０１１−１６８００９号公報特開昭５９−２８１５号公報特開２００９−７３１３２号公報

そこで本発明の課題は、上記のような従来技術の現状に鑑み、通電加熱法を用いてＦＲＰの成形前駆体である所定形状のプリフォームを製造するに際して、基材積層体について固着したい箇所を適切に固着させるとともに、賦形後の賦形型の損傷を抑制して、短いサイクル時間をもってエネルギー消費を小さくし、生産性を高めることにある。

従来の通電加熱法が有する問題について、発明者らが詳細に検討を行ったところ、賦形型の局部的な溶融・損傷は、プレス時の積層体厚みが小さくなる場所で発生していることを見出した。一般に電流は電気抵抗の低い箇所により多く流れるため、積層体厚みが小さくなる場所があった場合、電気抵抗の低いこの箇所にのみ集中的に電流が流れてしまい、積層体が局所的に発熱してしまい、その近傍の上下型を一部溶融・損傷させていたのである。また、このような集中的な通電は、型表面粗さに起因する微小な型キャビティ厚みの変化や強化繊維基材を構成する布帛表面の微小な凹凸の変化によっても発生し、基材積層体について固着したい箇所とは異なる、意図しない箇所で集中的・局所的な通電が発生した結果、固着したい箇所に十分な電流が流れないため積層体が発熱せず、固着したい箇所を適切に固着できていなかったのである。

本発明者らは、このような知見に基づき、更に検討を重ねた結果、本発明に到達した。

本発明の強化繊維プリフォームの製造方法は、前記した課題を解決するために以下の構成を採るものである。すなわち、少なくとも片面に固着材を付与した複数の強化繊維基材を積層して得られた基材積層体、あるいは強化繊維基材間に固着材を挟んだ複数の強化繊維基材を積層して得られた基材積層体のいずれかもしくは両方を、対向する２つ以上の型から構成される賦形型で挟んだ後に、基材積層体の積層方向に通電して強化繊維基材を加熱し、固着材に熱を付与することで基材積層体の基材層間を固着させる強化繊維プリフォームの製造方法であって、基材積層体の固着領域での電気抵抗を非固着領域での電気抵抗よりも相対的に小さくする手段を有する、強化繊維プリフォームの製造方法である。

また、本発明の強化繊維プリフォームの製造装置は、前記した課題を解決するために以下の構成を採るものである。すなわち、対向する２つ以上の型から構成される賦形型に、それぞれの型に電源を接続して賦形型間に設置した強化繊維基材積層体に電圧を印加できるようにしたプリフォームの製造装置であって、基材積層体の固着領域での電気抵抗を非固着領域での電気抵抗より相対的に小さくする機構を有する、強化繊維プリフォームの製造装置である。

本発明に係るプリフォームの製造方法および製造装置によれば、ＦＲＰの成形前躯体であるプリフォームを、短い賦形サイクル時間をもって、かつ、小さいエネルギー消費にて、所定形状に効率よく賦形することが可能になり、優れた生産性をもって所望のプリフォームを製造することができる。

また、従来の通電加熱法によるプリフォーム製造方法において予測不能であった通電箇所を、特定の箇所とすることができるため、賦形型や積層体に損傷を与えることなく、所望のプリフォームを製造することができる。

本発明に係る強化繊維プリフォームの製造方法の基本形態の一例を説明する製造装置の概略構成図である。本発明に係る強化繊維プリフォームの製造方法の基本形態の別の一例を説明する製造装置の概略構成図である。本発明に係る固着領域内の積層体厚みを非固着領域の基材積層体の厚みよりも相対的に小さくする手段についての第一の実施態様を示す、賦形型の概略断面図である。本発明に係る固着領域内の積層体厚みを非固着領域の基材積層体の厚みよりも相対的に小さくする手段についての第二の実施態様を示す、賦形型の概略断面図である。本発明に係る固着領域内の積層体厚みを非固着領域の基材積層体の厚みよりも相対的に小さくする手段についての第三の実施態様を示す、賦形型の概略断面図である。本発明に係る固着領域内の積層体厚みを非固着領域の基材積層体の厚みよりも相対的に小さくする手段についての第四の実施態様を示す、賦形型の概略断面図である。本発明に係る固着領域内の積層体厚みを非固着領域の基材積層体の厚みよりも相対的に小さくする手段についての第五の実施態様を示す、賦形型の概略断面図である。本発明に係る固着領域での繊維量を非固着領域での繊維量より増やす手段についての一実施態様を示す、賦形型の概略断面図である。本発明に係る固着領域での繊維量を非固着領域での繊維量より増やす手段についての一実施態様を示す、賦形型の概略断面図である。実施例１で用いた賦形型の概略断面図である。実施例２で用いた賦形型の概略断面図である。比較例で用いた賦形型の概略断面図である。

以下に、本発明の望ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明が図面に記載された発明に限定されるものではない。

図１（ａ）は本発明に係る強化繊維プリフォームの製造装置の概略図である。

賦形型１１は対向する上型１３と下型１４とを備えており、この上型１３と下型１４はトランス１７を介して電源１８に接続されている。上型１３と下型１４は、例えばアルミニウムや銅、鉄といった導電性材料で構成されており、それぞれ電極として作用する。なお、基材積層体の固着領域が接する箇所のみを導電性材料で構成し、基材積層体の非固着領域が接する箇所を絶縁部材から構成していても構わない。ここで固着領域とは、基材積層体において、所望のプリフォームを得るために基材の層間を固着する必要がある領域を指す。また、非固着領域とは、基材積層体において、固着領域以外の領域を指す。電源１８の電圧は、トランス１７によって電圧値が調整され、上型１３および下型１４の間に印加される。

賦形型１１内の所定の位置に基材積層体１２が配置されてプレス賦形した状態で上型１３および下型１４に電圧を印加することで、基材積層体１２には、積層方向（厚み方向）に電流が流れる。本発明では、基材積層体１２の内、固着領域１５での電気抵抗を非固着領域１６での電気抵抗より相対的に小さくなるように設定する手段を有することが重要である。ここで、固着領域１５および非固着領域１６での電気抵抗は、例えば予め予備試験を行い、通電後に得られたプリフォームのそれぞれの領域から、２０ｍｍ四方の大きさの試験体を切り出し、切り出した試験体の厚みが変わらないように試験体の表裏に絶縁抵抗計の測定端子を取り付けて、積層方向の電気抵抗を測定することで得ることができる。なお、電気抵抗の設定については後述する。また、具体的に、通電前の各領域での電気抵抗を特定せずとも、後述する具体的な実施態様によれば、固着領域での電気抵抗が非固着領域での電気抵抗より相対的に小さくなるようになっている。

図1（ｂ）は、本発明に係る強化繊維プリフォームの製造装置の概略図であり、通電中の状態を示す。

前述したように、基材積層体について、非固着領域１６での電気抵抗より固着領域１５の電気抵抗を小さくすることによって、通電時に通電経路１９で示したように、固着領域１５を電流が優先的に流れる。これにより固着領域１５内に存在する基材積層体１２中の強化繊維基材にジュール熱が発生し、基材間にあらかじめ介在させた固着材（図示せず）に伝熱する。その結果、後述する方法によって基材層間が固着される。すなわち、非固着領域１６での電気抵抗より固着領域１５での電気抵抗を小さくすることによって、固着したい領域を確実に固着することが可能となる。固着領域１５は、非固着領域１６の電気抵抗より小さくなるように設定されるが、固着領域１５内の電気抵抗は均一に揃えることが好ましい。固着領域１５内の電気抵抗を均一に揃えることにより、固着領域１５内は同一条件で同量の電流が通じ同量のジュール熱が発生するため、固着領域１５内が均一の固着力で固着されたプリフォームを得ることができる。

本発明においては、図２のように、上型および／または下型は賦形する形状や大きさに合わせて複数に分割された型を用いることもできる。賦形型２１内の所定の位置に基材積層体２２が配置されてプレス賦形した状態で上型２３および下型２４に電圧を印加することで、調節機構２０により決定された通電経路２９を経由して、基材積層体２２には、積層方向（厚み方向）に電流が流れる。複数に分割された型を用いる場合、通電経路２９に流れる電流および／または印加する電圧は調節機構２０により調節できる。例えば、分割された複数の型のそれぞれに異なった電流および／または電圧で同時に通電することもできるし、複数の型のうち特定の型のみに通電することもできる。もちろん、全ての分割型に同じ電流および／または電圧で同時に通電することもできる。また、複数に分割された型を用いた場合、その分割型のうち特定の型のみ賦形プレスすることで特定の型のみに通電することもできる。

本発明において、固着領域に存在する強化繊維は、導電性を有する必要がある。導電性を有する強化繊維として、炭素繊維、金属繊維等があるが、プリフォームに樹脂を含浸、硬化させて得る成形品を軽量かつ機械的特性に優れたものとするために、主として炭素繊維を用いることが好ましい。非固着領域に存在する強化繊維としては、必ずしも導電性を有する必要はないが、導電性を有する強化繊維を用いる場合には、固着領域に存在する強化繊維のうち最も体積抵抗率の高い強化繊維、あるいはそれ以上の体積抵抗率の強化繊維を用いる。特に、非固着領域に部分的に挿入する等の場合には、導電性である必要はなく、例えばガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、アルミナ繊維、炭化ケイ素高強度合成繊維等の実質的に導電性を有しない強化繊維を用いることができる。強化繊維基材の形態は特に限定されず、一方向シート、織物や不織布等を採用できる。

基材積層体を得るために、少なくとも片面に固着材を付与した複数の強化繊維基材を積層する。基材積層体は、基材間に固着材を挟んだ複数の強化繊維基材を積層して得ても良い。これら２通りの方法で得られる基材積層体のいずれかもしくは両方を、前記したように、対向する２つ以上の型から構成される賦形型で挟んだ後に、基材積層体の積層方向に通電して強化繊維基材を加熱し、固着材に熱を付与することで基材積層体の基材層間を固着させる。

本発明において、固着材は、粉体、帯状、繊維状、またはシート状のうち少なくとも１つの形態をとることができる。換言すれば、所望の形状あるいは必要な力学物性等を鑑みて、積層体内で複数の形態の固着材を用いることができる。基材積層体において基材層間の固着材により、熱固着法によって基材同士が固着される。積層体内での固着材の配置は特に限定されず、あらかじめ基材に付着させても良いし、強化繊維基材の積層時に層間に挿入してもよい。

ここで、熱固着法とは、固着材に熱を付与することで、固着材を物理的および／または、化学的変化をさせることにより固化させて基材層間を固着する方法のことである。例えば、熱可塑性樹脂を主成分とする固着材の場合においては、固着材に熱を与えて溶融させ、その後に冷却して基材層間の固着材を固化させて、基材同士を固着することができる。また、熱硬化性樹脂を主成分とする固着材の場合においては、反応に必要な熱を固着材に与えることにより、基材層間に存在する固着材が固化（硬化）することで基材層間を固着することができる。固着材の付与量は、強化繊維基材１００重量部に対して０．１〜１０重量部の範囲であることが好ましい。固着材の付与量が０．１重量部より小さい場合は、プリフォームとして形状保持することが出来ず、成形に用いることができないことが多い。一方、固着材の付与量が１０重量部よりも大きい場合、固着材が成形時の樹脂含浸を阻害する可能性がある。

本発明においては、固着領域２５での電気抵抗を非固着領域２６の電気抵抗よりも相対的に小さくする手段の一つとして、基材積層体を賦形型で挟んだ時の固着領域２５での繊維占有率を非固着領域２６での繊維占有率よりも相対的に高くする手段を採用することができる。固着領域２５での繊維占有率を高くすることにより、その領域においては、近傍の繊維同士が密着し、電流の流れうる道筋が増えるため、固着領域２５の電気抵抗を小さくすることができる。なお、繊維占有率（Ｖｆ）とは次式で求めた値をいう（単位は％）。
Ｖｆ（％）＝（Ｗ×ｎ）／（ρ×Ｔ×１０）
ここで、Ｗ：１ｍ^２あたりの強化繊維基材の質量（ｇ／ｍ^２）
ｎ：強化繊維基材の積層枚数
ρ：強化繊維の密度（ｇ／ｃｍ^３）
Ｔ：型間距離（ｍｍ）

固着領域での繊維占有率を非固着領域での繊維占有率より相対的に高くする手段において、固着領域の繊維占有率と非固着領域の繊維占有率の差は、１％以上であって、かつ、固着領域での繊維占有率が２５〜７０％の範囲にあることが好ましい。さらに好ましくは、固着領域の繊維占有率が２５〜５０％の範囲にあることである。斯かる繊維占有率の差が１％未満の場合、固着領域と非固着領域との間の電気抵抗差が十分に生じないため、本発明の効果を十分に発揮することができない。ただし、斯かる繊維占有率の差が１％以上であったとしても、固着領域の繊維占有率が７０％より大きい場合、例えば強化繊維基材の目付ばらつきに起因して基材層間で極端に電気抵抗の低い接触箇所が発生し、その場所に集中的に通電するため、通電箇所を予測・制御することが困難となるばかりか、その近傍の上下型の一部が溶融・損傷を引き起こす。一方、前記の繊維占有率の差が１％以上であり、かつ固着領域の繊維占有率が２５〜７０％、とりわけ２５〜５０％の範囲にある場合、基材層間の接触箇所における電気抵抗のばらつきが小さくなり、例えば強化繊維基材の目付ばらつきに因らず広範囲に通電するため、通電箇所を予測・制御することができる。また、前記の固着領域の繊維占有率が２５％未満の場合には、プリフォーム全体の繊維密度が低下するため、プリフォームの剛性が低下し、形状の保持が困難になる。

本発明においては、固着領域での繊維占有率を非固着領域での繊維含有率よりも相対的に高くする手段として、固着領域での積層体厚みを非固着領域での基材積層体の厚みよりも相対的に小さくする手段を採用することができる。以降、この手段の実施態様の一例について、図面を参照しながら説明する。

図３は、本発明に係る固着領域での積層体の厚みを非固着領域での基材積層体の厚みよりも相対的に小さくする手段の第一の実施態様を示す、基材積層体を配置した賦形型の概略断面図である。

本実施態様においては、図３に示すように、基材積層体３２の固着領域３５と賦形型面とが接触する箇所の型面に、隆起３７を設けることができる。賦形型３１の隆起の形状は限定されないが、基材積層体３２と接触する面は、平滑かつ下型３４の表面と平行であり、固着領域３５の積層体厚みが均一となることが好ましい。

図４は、本発明に係る固着領域での積層体の厚みを非固着領域の基材積層体の厚みよりも相対的に小さくする手段の第二の実施態様を示す、基材積層体を配置した賦形型の概略断面図である。

本実施態様においては、図４に示すように、基材積層体４２の固着領域４５以外の領域である非固着領域４６と賦形型面とが接触する箇所の型面に、窪み４７を設けることができる。賦形型４１の窪み形状は限定されないが、非固着領域４６において基材積層体４２と上型４３または下型４４とが接触しない形状がより好ましい。

図５は、本発明に係る固着領域での積層体厚みを非固着領域の基材積層体の厚みよりも相対的に小さくする手段の第三の実施態様を示す、基材積層体を配置した賦形型の概略断面図である。

本実施態様においては、図５に示すように、賦形型５１の型面と固着領域５５に存在する基材積層体５２とが接触する箇所に、賦形型５１の一部である型稼動部５７を設け、賦形型５１内の所定の位置に基材積層体５２を配置して挟んだ後に、型稼動部５７を突出させて、固着領域５５での基材積層体の厚みを小さくする。型稼動部５７の形状は限定されないが、基材積層体５２と接触する面は平滑かつ下型５４の表面と平行であり、この領域での積層体厚みが均一となることが好ましい。

図６は、本発明に係る固着領域での積層体厚みを非固着領域の基材積層体の厚みよりも相対的に小さくする手段の第四の実施態様を示す、基材積層体を配置した賦形型の概略断面図である。

本実施態様においては、図６に示すように、賦形型６１の型面と非固着領域６６に存在する基材積層体６２とが接触する箇所に、賦形型６１の一部である型稼動部６７を設け、賦形型６１内の所定の位置に基材積層体６２を配置して挟んだ後に、型稼動部６７が基材積層体から離れる方向へ移動し、非固着領域６６での基材積層体６２の厚みを大きくする。基材積層体６２と接触する面は平滑かつ下型６４と平行であり、固着領域６５での積層体厚みが均一となることが好ましい。

図７は、本発明に係る固着領域での積層体厚みを非固着領域の基材積層体の厚みよりも相対的に小さくする手段の第五の実施態様を示す、基材積層体を配置した賦形型の概略断面図である。

本実施態様においては、図７に示すように、賦形型７１内の所定の位置に基材積層体７２を配置し、さらに、基材積層体７２を構成する強化繊維以外の導電性部材７７を基材積層体７２と賦形型７１の間に配置するか、基材積層体７２の中に挿入するか、または前記賦形型７１あるいは基材積層体７２上に貼り付けることができる。導電性部材７７を基材積層体７２の中に挿入する場合、強化繊維基材の積層時にあらかじめ導電性部材７７を挿入し、導電性部材７７の挿入された基材積層体７２を賦形型７１内の所定の位置に配置する。導電性部材７７を構成する材料は限定されないが、例えば銅、アルミニウムおよびそれらの合金など、導電性の高い材料が好ましい。

本発明においては、固着領域での繊維占有率を非固着領域での繊維占有率よりも相対的に高くする別の手段として、固着領域での繊維量を非固着領域での繊維量より多くする手段を採用することができる。

図８は、本発明に係る固着領域での繊維量を非固着領域での繊維量より多くする手段の一実施態様を示す、基材積層体を配置した賦形型の概略断面図である。

本実施態様においては、図８に示すように、例えば基材積層体８２の最外層に別の基材を配置するものでもよいし、基材積層体８２内部に別の基材や繊維束を挿入するものでもよい。別の基材の形態も限定されるものではなく、例えば織物でもよいし不織布でもよい。固着材の有無も限定されないが、図８のように基材積層体の最外層に配置する場合には製造したプリフォームの表面に不要な繊維を付着させずに済み、また同一の基材を通電する度にリサイクルして使うことができる点からも、固着材を用いないことが好ましい。

基材積層体の形状が急勾配なため繊維を配置しにくい場合には、繊維の配置箇所に引き剥がしが容易な弱粘着材を用いてもよい。もちろん、固着領域８５の繊維を増やす方法は限定されたものではない。本発明で、固着領域内に配置または挿入する強化繊維は、導電性を有する必要から、炭素繊維が好ましい。

図９は、本発明に係る固着領域での繊維量を非固着領域での繊維量より多くする手段の別の実施態様を示す、基材積層体を配置した賦形型の概略断面図である。

本実施態様においては、図９に示すように、例えば基材積層体９２のうち、非固着領域９６内に存在する基材の一部を鋏等で切り取り、除去して、非固着領域内の繊維量を固着領域での繊維量より減らしている。それにより、固着領域での繊維量が非固着領域での繊維量より多くなっている。もちろん、非固着領域９６の繊維を減らす方法はこの方法に限定されるものではない。

以下に、本発明について、実施例を用いて、より具体的に説明する。なお、本実施例において、強化繊維プリフォームにおける各箇所の積層方向の電気抵抗は次のようにして求めた。すなわち、強化繊維プリフォームにおいて、測定対象とする箇所から、２０ｍｍ四方の大きさの試験体を切り出し、切り出した試験体の厚みが変わらないように試験体の表裏に絶縁抵抗計（鶴賀電機社製：MODEL3565）の測定端子を取り付けて、積層方向の電気抵抗を測定した。

（実施例１）
（１）賦形型
図１０に示すような断面形状を有する、アルミ製の賦形型１０１を準備した。賦形型１０１を用いてプリフォームを作製する場合、本実施例においては、平面部の固着必要箇所１０５および立面部の固着必要箇所１０６を固着領域とした。上型１０３は、立面部の固着必要箇所１０６と接する箇所にφ３０ｍｍ、高さ０．８ｍｍの円柱状の隆起１０７を設けた。

（２）強化繊維基材
強化繊維基材には、東レ（株）製炭素繊維織物ＢＴ７０−３０（織組織：平織り、織物目付け：３００ｇ／ｍ^２、強化繊維：Ｔ７００Ｓ−１２Ｋ）を使用した。なお、この基材には予め軟化点７１℃の粉状の固着材を全面に均一に散布して付着させた。

この基材を１５０ｍｍ四方にカットした後、４枚積層し、基材積層体１０２を得た。その後、賦形型１０１の下型１０４上に配置した。

（３）プリフォームの作製
基材積層体１０２を賦形型１０１で挟み加圧した。このとき、平面部の固着必要箇所１０５および立面部の固着必要箇所１０６においては、上型１０３と下型１０４との間の距離が１．０ｍｍ、その他の箇所においては、上型１０３と下型１０４との間の距離が１．８ｍｍであり、平面部の固着必要箇所１０５および立面部の固着必要箇所１０６の繊維占有率は６６．７％、その他の箇所の繊維占有率は３７．０％であり、繊維占有率の差は２９．７％であった。

その後、基材積層体１０２の積層方向に４００Ａの直流電流を３秒間通電してプリフォームを得た。その結果、平面部の固着必要箇所１０５および立面部の固着必要箇所１０６において層間の固着状態は良好であった。また、その他の箇所では、層間は固着されていなかった。すなわち、固着必要箇所が固着された、良好な強化繊維プリフォームが得られた。

得られた強化繊維プリフォームを用いて、平面部の固着必要箇所１０５、立面部の固着必要箇所１０６およびその他の箇所について、積層方向の電気抵抗を測定した結果、平面部の固着必要箇所１０５、立面部の固着必要箇所１０６の電気抵抗はいずれも３０Ω、その他の箇所の電気抵抗は１０００Ωであった。

また、さらに追加して同じ賦形型を用い、同様の方法で１０組の基材積層体に通電したところ、８組は良好な強化繊維プリフォームが得られたが、２組は平面部の固着必要箇所１０５および立面部の固着必要箇所１０６の一部の固着が弱く、運搬時に部分的に基材が剥がれた。

（実施例２）
（１）賦形型
図１１に示すような断面形状を有する、アルミ製の賦形型１１１を準備した。賦形型１１１を用いてプリフォームを作製する場合、本実施例においては、平面部の固着必要箇所１１５および立面部の固着必要箇所１１６を固着領域とした。本実施例においては、実施例１で示したような隆起はない賦形型とした。

（２）強化繊維基材
強化繊維基材には、実施例１と同じ基材を使用した。

この基材を、１５０ｍｍ四方にカットした後、４枚積層し、基材積層体１１２を得た。その後、賦形型１１１の下型１１４上に配置した。

（３）プリフォームの作製
本実施例においては、まず、φ３０ｍｍ、厚み０．５ｍｍのアルミ板１１７を基材積層体１１２の上に複数配置した。

次に、基材積層体１１２を賦形型１１１で挟み加圧した。このとき、平面部の固着必要箇所１１５および立面部の固着必要箇所１１６においては、上型１１３と下型１１４との間の距離が１．２ｍｍ、その他の箇所においては、上型１１３と下型１１４との間の距離が１．７ｍｍであり、平面部の固着必要箇所１１５および立面部の固着必要箇所１１６の繊維占有率は５５．６％、その他の箇所の繊維占有率は３９．２％であり、繊維占有率の差は１６．４％であった。

その後、基材積層体１１２の積層方向に４００Ａの直流電流を３秒間通電してプリフォームを得た。その結果、平面部の固着必要箇所１１５および立面部の固着必要箇所１１６において層間の固着状態は良好であった。またその他の箇所では、層間は固着されていなかった。すなわち、固着必要箇所が固着された、良好な強化繊維プリフォームが得られた。

得られた強化繊維プリフォームを用いて、平面部の固着必要箇所１１５、立面部の固着必要箇所１１６およびその他の箇所について、積層方向の電気抵抗を測定した結果、平面部の固着必要箇所１１５、立面部の固着必要箇所１１６の電気抵抗はいずれも４０Ω、その他の箇所の電気抵抗は９００Ωであった。

また、さらに追加して同じ賦形型を用い、同様の方法で１０組の基材積層体に通電したところ、８組は良好な強化繊維プリフォームが得られたが、２組は平面部の固着必要箇所１１５および立面部の固着必要箇所１１６の一部の固着が弱く、運搬時に部分的に基材が剥がれた。

（実施例３）
平面部の固着必要箇所１０５および立面部の固着必要箇所１０６においては、上型１０３と下型１０４との間の距離が１．９ｍｍ、その他の箇所においては、上型１０３と下型１０４との間の距離が２．４ｍｍであり、平面部の固着必要箇所１０５および立面部の固着必要箇所１０６の繊維占有率は３５．１％、その他の箇所の繊維占有率は２７．８％であり、繊維占有率の差は７．３％であること以外は実施例１と同様の方法で通電してプリフォームを得た。その結果、平面部の固着必要箇所１０５および立面部の固着必要箇所１０６において層間の固着状態は良好であった。また、その他の箇所では、層間は固着されていなかった。すなわち、固着必要箇所が固着された、極めて良好な強化繊維プリフォームが得られた。

得られた強化繊維プリフォームを用いて、平面部の固着必要箇所１０５、立面部の固着必要箇所１０６およびその他の箇所について、積層方向の電気抵抗を測定した結果、平面部の固着必要箇所１０５、立面部の固着必要箇所１０６の電気抵抗はいずれも５５Ω、その他の箇所の電気抵抗は１１００Ωであった。

また、さらに追加して同じ賦形型を用い、同様の方法で１０組の基材積層体に通電したところ、１０組とも極めて良好な強化繊維プリフォームが得られた。

（実施例４）
平面部の固着必要箇所１０５および立面部の固着必要箇所１０６においては、上型１０３と下型１０４との間の距離が２．１ｍｍ、その他の箇所においては、上型１０３と下型１０４との間の距離が２．６ｍｍであり、平面部の固着必要箇所１０５および立面部の固着必要箇所１０６の繊維占有率は３１．７％、その他の箇所の繊維占有率は２５．６％であり、繊維占有率の差は６．１％であること以外は実施例１と同様の方法で通電してプリフォームを得た。その結果、平面部の固着必要箇所１０５および立面部の固着必要箇所１０６において層間の固着状態は良好であった。また、その他の箇所では、層間は固着されていなかった。すなわち、固着必要箇所が固着された、極めて良好な強化繊維プリフォームが得られた。

得られた強化繊維プリフォームを用いて、平面部の固着必要箇所１０５、立面部の固着必要箇所１０６およびその他の箇所について積層方向の電気抵抗を測定した結果、平面部の固着必要箇所１０５、立面部の固着必要箇所１０６の電気抵抗はいずれも７５Ω、その他の箇所の電気抵抗は１１００Ωであった。

（実施例５）
平面部の固着必要箇所１０５および立面部の固着必要箇所１０６においては、上型１０３と下型１０４との間の距離が０．９ｍｍ、その他の箇所においては、上型１０３と下型１０４との間の距離が１．４ｍｍであり、平面部の固着必要箇所１０５および立面部の固着必要箇所１０６の繊維占有率は７４．１％、その他の箇所の繊維占有率は４７．６％であり、繊維占有率の差は２６．５％であること以外は実施例１と同様の方法で通電してプリフォームを得た。その結果、平面部の固着必要箇所１０５および立面部の固着必要箇所１０６の一部で集中的な通電が発生し、平面部の固着必要箇所１０５および立面部の固着必要箇所１０６層間において一部剥がれている箇所のある強化繊維プリフォームを得た。

得られた強化繊維プリフォームを用いて、平面部の固着必要箇所１０５、立面部の固着必要箇所１０６およびその他の箇所について、積層方向の電気抵抗を測定した結果、平面部の固着必要箇所１０５、立面部の固着必要箇所１０６の電気抵抗はいずれも３０Ω、その他の箇所の電気抵抗は９００Ωであった。

さらに確認すると、平面部の固着必要箇所１０５および立面部の固着必要箇所１０６において、上型１０３および下型１０４の一部に損傷が確認された。すなわち、固着必要箇所が固着された、強化繊維プリフォームが得られたものの、上型１０３および下型１０４の一部に損傷が発生したため、連続して強化繊維プリフォームの成形を行うことができなかった。

（実施例６）
平面部の固着必要箇所１０５および立面部の固着必要箇所１０６においては、上型１０３と下型１０４との間の距離が２．６ｍｍ、その他の箇所においては、上型１０３と下型１０４との間の距離が２．７ｍｍであり、平面部の固着必要箇所１０５および立面部の固着必要箇所１０６の繊維占有率は２５．６％、その他の箇所の繊維占有率は２４．７％であり、繊維占有率の差は０．９％であること、基材積層体１０２の積層方向に４００Ａの直流電流を１０秒間通電したこと以外は実施例１と同様の方法で通電してプリフォームを得た。その結果、平面部の固着必要箇所１０５および立面部の固着必要箇所１０６とその他の箇所との間の電気抵抗差が十分に生じず、平面部の固着必要箇所１０５および立面部の固着必要箇所１０６とその他の箇所において層間は部分的に固着した。すなわち、固着必要箇所およびその他の箇所が固着した、強化繊維プリフォームが得られたものの、サイクル時間が長くなりエネルギー消費が増大した。

得られた強化繊維プリフォームを用いて、平面部の固着必要箇所１０５、立面部の固着必要箇所１０６およびその他の箇所について、積層方向の電気抵抗を測定した結果、平面部の固着必要箇所１０５、立面部の固着必要箇所１０６の電気抵抗はいずれも１００Ω、その他の箇所の電気抵抗は１２０Ωであった。

また、さらに追加して同じ賦形型を用い、同様の方法で１０組の基材積層体に通電したところ、８組は強化繊維プリフォームが得られたが、２組は平面部の固着必要箇所１０５および立面部の固着必要箇所１０６の一部の固着が弱く、運搬時に部分的に基材が剥がれた。

（実施例７）
平面部の固着必要箇所１０５および立面部の固着必要箇所１０６においては、上型１０３と下型１０４との間の距離が２．７ｍｍ、その他の箇所においては、上型１０３と下型１０４との間の距離が３．０ｍｍであり、平面部の固着必要箇所１０５および立面部の固着必要箇所１０６の繊維占有率は２４．７％、その他の箇所の繊維占有率は２２．２％であり、繊維占有率の差は２．５％であること、基材積層体１０２の積層方向に４００Ａの直流電流を１０秒間通電したこと以外は実施例１と同様の方法で通電してプリフォームを得た。その結果、平面部の固着必要箇所１１５および立面部の固着必要箇所１１６において層間の固着状態は良好であり、またその他の箇所では層間は固着されていなかった。すなわち、固着必要箇所が固着した、強化繊維プリフォームが得られたものの、サイクル時間が長くなりエネルギー消費が増大した。

得られた強化繊維プリフォームを用いて、平面部の固着必要箇所１０５、立面部の固着必要箇所１０６およびその他の箇所について、積層方向の電気抵抗を測定した結果、平面部の固着必要箇所１０５、立面部の固着必要箇所１０６の電気抵抗はいずれも１２０Ω、その他の箇所の電気抵抗は１２００Ωであった。

（比較例１）
（１）賦形型
図１２に示すような断面形状を有する、アルミ製の賦形型１２１を準備した。賦形型１２１を用いてプリフォームを作製する場合、本比較例においては、平面部の固着必要箇所１２５を固着領域とした。本比較例においては、実施例１で示したような隆起はない賦形型とした。

この基材を、１５０ｍｍ四方にカットした後、４枚積層し、基材積層体１２２を得た。その後、賦形型１２１の下型１２４上に配置した。

（３）プリフォームの作製
基材積層体１２２を賦形型１２１で挟み加圧した。このとき、賦形型１２１の上型１２３と下型１２４との間の距離がすべて１．８ｍｍ、上型１２３と下型１２４との間の繊維占有率はすべて３７．０％となるようにし、平面部の固着必要箇所１２５を含む全ての箇所の固着をすることとした。

基材積層体１２２の積層方向に４００Ａの直流電流を３秒間通電したところ、平面部の固着必要箇所１２５において、層間は固着されておらず、強化繊維プリフォームが得られなかった。さらに調べると、立ち面部の一部に、実際に固着した箇所１２６が存在することが確認された。そこで実際に固着した箇所１２６を詳細に調べたところ、実際に固着した箇所１２６では賦形型１２１の上型１２３と下型１２４との間の距離が１．６ｍｍであり、上型１２３と下型１２４との間の繊維占有率が４１．７％であり、最も繊維占有率の高い箇所であることがわかった。このとき、平面部の固着必要箇所１２５と実際に固着した箇所１２６との繊維占有率の差は４．７％であった。

得られた強化繊維プリフォームを用いて、平面部の固着必要箇所１２５および実際に固着した箇所１２６について、積層方向の電気抵抗を測定した結果、平面部の固着必要箇所１２５の電気抵抗は１０００Ω、実際に固着した箇所１２６の電気抵抗は５０Ωであった。

また、さらに追加して、同様の方法で１０組の積層体に通電したところ、１０組とも平面部の必要固着箇所の少なくとも一部が固着されず、強化繊維プリフォームが得られなかった。

実施例および比較例での主要条件および評価結果を表1にまとめた。

なお、表1の評価欄において、評価記号は次を意味する。
Ｓ：賦形型の損傷がなくエネルギー消費も少なく、極めて良好なプリフォームが取得できた。
Ａ：賦形型の損傷がなくエネルギー消費も少なく、良好なプリフォームを取得できた。
Ｂ：プリフォームは取得できたが、賦形型が一部損傷したか、もしくは通電時間が長くなってエネルギー消費が大きかった。
Ｃ：プリフォームを取得できなかった。

１１、２１、３１、４１、５１、６１、７１、８１、９１、１０１、１１１、１２１賦形型
１２、２２、３２、４２、５２、６２、７２、８２、９２、１０２、１１２、１２２基材積層体
１３、２３、３３、４３、５３、６３、７３、８３、９３、１０３、１１３、１２３上型
１４、２４、３４、４４、５４、６４、７４、８４、９４、１０４、１１４、１２４下型
１５、２５、３５、４５、５５、６５、７５、８５、９５固着領域
１６、２６、３６、４６、５６、６６、７６、８６、９６非固着領域
１７、２７トランス
１８、２８電源
１９、２９通電経路
２０調節機構
３７隆起
４７窪み
５７、６７型稼動部
７７導電性部材
１０５、１１５、１２５平面部の固着必要箇所
１０６、１１６立面部の固着必要箇所
１２６実際に固着した箇所
１０７隆起
１１７アルミ板

Claims

少なくとも片面に固着材を付与した複数の強化繊維基材を積層して得られた基材積層体、あるいは強化繊維基材間に固着材を挟んだ複数の強化繊維基材を積層して得られた基材積層体のいずれかもしくは両方を、対向する２つ以上の型から構成される賦形型で挟んだ後に、基材積層体の積層方向に通電して強化繊維基材を加熱し、固着材に熱を付与することで基材積層体の基材層間を固着させる強化繊維プリフォームの製造方法であって、基材積層体の固着領域での電気抵抗を非固着領域での電気抵抗よりも相対的に小さくする手段を有する、強化繊維プリフォームの製造方法。
固着領域での電気抵抗を非固着領域での電気抵抗よりも相対的に小さくする手段が、基材積層体を賦形型で挟んだ時の固着領域での繊維占有率を非固着領域での繊維占有率よりも相対的に高くする手段である、請求項１に記載の強化繊維プリフォームの製造方法。
固着領域での繊維占有率を非固着領域での繊維占有率よりも相対的に高くする手段が、固着領域での基材積層体の厚みを非固着領域での基材積層体の厚みよりも相対的に小さくする手段である、請求項２に記載の強化繊維プリフォームの製造方法。
固着領域での基材積層体の厚みを非固着領域での基材積層体の厚みよりも相対的に小さくする手段が、固着領域に存在する基材積層体と賦形型面とが接触する箇所の型面を隆起させることである、請求項３に記載の強化繊維プリフォームの製造方法。
固着領域での基材積層体の厚みを非固着領域での基材積層体の厚みよりも相対的に小さくする手段が、非固着領域に存在する基材積層体と賦形型面とが接触する箇所の型面を窪ませることである、請求項３に記載の強化繊維プリフォームの製造方法。
固着領域での基材積層体の厚みを非固着領域での基材積層体の厚みよりも相対的に小さくする手段が、賦形型で基材積層体を挟んだ後に、賦形型のうち固着領域に存在する基材積層体と賦形型面とが接触する箇所の型稼動部を固着領域の基材積層体の厚みを小さくする方向へ突出させることである、請求項３に記載の強化繊維プリフォームの製造方法。
固着領域での基材積層体の厚みを非固着領域での基材積層体の厚みよりも相対的に小さくする手段が、賦形型で基材積層体を挟んだ後に、賦形型のうち非固着領域に存在する基材積層体と賦形型面とが接触する箇所の型稼動部を非固着領域の基材積層体の厚みを大きくする方向へ移動させることである、請求項３に記載の強化繊維プリフォームの製造方法。
固着領域での基材積層体の厚みを非固着領域での基材積層体の厚みよりも相対的に小さくする手段が、固着領域に、強化繊維以外の導電性部材を挿入または貼り付けすることである、請求項３に記載の強化繊維プリフォームの製造方法。
固着領域での繊維占有率を非固着領域での繊維占有率より相対的に高くする手段が、固着領域での繊維量を非固着領域での繊維量より多くすることである、請求項２に記載の強化繊維プリフォームの製造方法。
固着領域での繊維占有率を非固着領域での繊維占有率より相対的に高くする手段において、固着領域での繊維占有率と非固着領域での繊維占有率の差を１％以上とし、かつ、固着領域での繊維占有率を２５〜７０％とする、請求項２〜９のいずれかに記載の強化繊維プリフォームの製造方法。
対向する２つ以上の型から構成される賦形型に、それぞれの型に電源を接続して賦形型間に設置した強化繊維基材積層体に電圧を印加できるようにしたプリフォームの製造装置であって、基材積層体の固着領域での電気抵抗を非固着領域での電気抵抗より相対的に小さくする機構を有する、強化繊維プリフォームの製造装置。
固着領域の電気抵抗を非固着領域での電気抵抗より相対的に小さくする機構が、基材積層体を挟んだ時の固着領域での繊維占有率を非固着領域での繊維占有率よりも相対的に高くする機構である、請求項１１に記載の強化繊維プリフォームの製造装置。
基材積層体を挟んだ時の固着領域での繊維占有率を非固着領域での繊維占有率よりも相対的に高くする機構が、固着領域での基材積層体の厚みを非固着領域での基材積層体の厚みよりも相対的に小さくする機構である、請求項１２に記載の強化繊維プリフォームの製造装置。
固着領域での基材積層体の厚みを非固着領域での基材積層体の厚みよりも相対的に小さくする機構が、固着領域に存在する基材積層体と接触する箇所の賦形型面が予め隆起していることである、請求項１３に記載の強化繊維プリフォームの製造装置。
固着領域での基材積層体の厚みを非固着領域での基材積層体の厚みよりも相対的に小さくする機構が、非固着領域に存在する基材積層体と接触する箇所の賦形型面が予め窪んでいる機構である、請求項１３に記載の強化繊維プリフォームの製造装置。
固着領域の基材積層体の厚みを非固着領域での基材積層体の厚みよりも相対的に小さくする機構が、賦形型で基材積層体を挟んだ後に、賦形型のうち固着領域に存在する基材積層体と賦形型面とが接触する箇所の型稼動部が固着領域の基材積層体の厚みを小さくする方向へ突出する機構である、請求項１３に記載の強化繊維プリフォームの製造装置。
固着領域での基材積層体の厚みを非固着領域での基材積層体の厚みよりも相対的に小さくする機構が、賦形型で基材積層体を挟んだ後に、非固着領域に存在する基材積層体と賦形型面とが接触する箇所が非固着領域の基材積層体の厚みを大きくする方向へ移動する機構である、請求項１３に記載の強化繊維プリフォームの製造装置。