WO2011104980A1 - プリフォームおよびその製造方法 - Google Patents

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山崎真明
樋野豊和
辻誠司
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東レ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a preform manufacturing method and a preform manufactured by the method, which are particularly suitable for use in an RTM (Resin® Transfer® Molding) molding method, wherein a plurality of reinforcing fiber substrates are laminated.
  • RTM Resin® Transfer® Molding
  • a base material made of dry reinforced fiber fabric is placed in a mold, a matrix resin is injected into the mold and impregnated in the reinforced fiber base material,
  • a so-called RTM molding method is known in which a molded product is demolded after the resin is cured.
  • a reinforcing fiber substrate for example, a plurality of reinforcing fiber substrates
  • a predetermined shape for example, a plurality of reinforcing fiber substrates
  • a reinforcing fiber base preform that is a molding precursor of FRP
  • place the preform in a molding die inject a matrix resin into the die, and impregnate the base material with the impregnated resin.
  • a molding method for curing is often employed.
  • a preform used for such RTM molding For the preparation of a preform used for such RTM molding, conventionally, for example, (1) a plurality of laminated base materials are placed on a shaping mold, the shaping mold is closed, and the shaping mold is used as a base material. (2) The shaping mold is heated (or previously heated), and the base material is indirectly heated to soften or melt the fixing material interposed between the base materials. (3) While maintaining the shape of the preform in the shaping mold, the preform is cooled and the fixing material is solidified to fix the base material between layers. (4) The shaped preform is shaped. It is made to go through a series of processes such as taking it out of the mold.
  • a method of heating the shaping mold in the above step (2) a method such as heating with a heat medium, an electric heater or the like is adopted, and as a cooling method of the step (3), air (Normal temperature, cooling), cooling with cooling water, etc. are employed.
  • the fixing material has conductivity
  • the fixing material can be directly heated by electromagnetic induction.
  • conductivity is imparted to the fixing material so as to facilitate induction heating
  • the fixing material is induction-heated so that the base materials are fused to each other via the fixing material, heating is finished, and the temperature is quickly lowered. I will let you.
  • the heating target is focused on the base material, the base material constituent fiber, and the fixing material as the heating target without using the mold as the shaping mold as the heating target. Can be directly heated, thereby making it possible to efficiently produce a desired preform with a short shaping cycle time and low energy consumption.
  • a heating method by electromagnetic induction since the mold is not a heating target, it is not necessary to use a mold as a shaping mold, and a shaping mold made of a non-conductive material, for example, a shaping mold made of a non-metal is used. Can be used. If a shaping mold made of a non-conductive material is used in this way, during heating by electromagnetic induction, the shaping mold is actively removed from the heating target, and only the above-mentioned reinforcing fiber base material, base material constituting fiber, fixing material, etc. Efficient heating can be performed on these heating targets.
  • FIG. 1 schematically shows the positioning of the preform shaping process according to the present invention in the whole process, together with the overall process of the RTM molding method.
  • reference numeral 1 denotes a base material on which a fixing material 2 mainly composed of a thermoplastic resin is attached to a reinforcing fiber fabric (hereinafter sometimes referred to as a reinforcing fiber base).
  • a laminate 3 is formed by laminating a plurality of materials 1.
  • the following method is used for manufacturing a preform used in such an RTM molding method.
  • the laminated body 3 is pressed into a predetermined shape in the shaping mold 4, and the fixing material 2 and / or the base material 1 in the laminated body 3 or both of them are directly heated while being pressed, so that the fixing material 2 is melted.
  • the fixing material 2 is solidified by cooling after that, whereby the base materials 1 are bonded to each other, and the predetermined shaped shape of the preform 5 is maintained.
  • the upper mold is composed of a plurality of divided upper molds 21 as compared with the form shown in FIG.
  • the press operation can be performed sequentially or collectively.
  • Other configurations conform to those shown in FIG.
  • the electromagnetic induction coil 42 is not embedded in the lower mold 41 and is provided in the lower mold 41 on the lower mold 41 as compared to the forms shown in FIGS.
  • the coil 42 is provided.
  • molding plate 43 is inserted between the coil 42 and the laminated body 14, and the shaping
  • Other configurations are the same as those shown in FIGS.
  • the lower die 55 is composed of a separable member of the surface layer portion 56, the coil 57, and the base portion 58, for example, when the laminate 52 is overheated, only the surface layer portion 56 can be replaced. The maintenance is easier than in the case of the type in which the coil is embedded.
  • the upper mold 61 is composed of a separable member of a surface layer portion 63 located on the laminated body 62 side and a base portion 64 disposed on the back side thereof
  • the lower mold 65 Is composed of three separable members, that is, a surface layer portion 66 positioned on the laminated body 62 side, an electromagnetic induction coil 67 disposed on the back surface side thereof, and a base portion 68 disposed on the back surface side thereof.
  • the divided upper mold 92 may be provided with a similar cooling medium flow path 97 (for example, the cooling medium is liquid). With such a cooling mode, the laminate 93 can be effectively cooled.
  • the shaping mold is originally not actively heated and has not reached a high temperature, so that the necessary temperature drop can be quickly performed by performing such forced cooling.
  • the shaping cycle time can be shortened, which can contribute to the improvement of productivity.

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Abstract

　固着材を付着させた基材を複数枚積層して積層体を形成し、該積層体を賦形型を用いて賦形することによりＦＲＰのＲＴＭ成形の前駆体であるプリフォームを作製するに際し、積層体を賦形型で所定の形状にプレスし、プレスしたまま積層体中の固着材または基材またはそれらの両方を直接的に加熱することにより固着材を溶融させ、しかる後に冷却することで該固着材を固化させ基材同士を層間で接着してプリフォームの賦形形状を保持することを特徴とするプリフォームの製造方法、およびその方法により製造されたプリフォーム。ＲＴＭ成形を行う際のＦＲＰの成形前駆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でき、優れた生産性をもって所望のプリフォームを製造できる。

Description

プリフォームおよびその製造方法
　本発明は、とくにＲＴＭ（Resin Transfer Molding）成形方法に用いて好適な、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とその方法により製造されたプリフォームに関する。
　生産性に優れた繊維強化プラスチック（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（例えば、複数枚の強化繊維基材）を所定形状に賦形して、ＦＲＰの成形前駆体である強化繊維基材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）複数枚積層した基材を賦形型に載置し、賦形型を閉じて、該賦形型で基材に所定の形状を付与する、（２）該賦形型を加熱し（または予め加熱しておき）、間接的に該基材を加熱し、基材間に介在する固着材を軟化または溶融させる、（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、（４）賦形されたプリフォームを賦形型から取り出す、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。
　ところが、このような賦形型（一般に、金型）の全体に対して、加熱、冷却を繰り返す方法では、１サイクルにかかる時間が長い。また、加熱に要するエネルギーの消費も大きい。また、金型を加熱、冷却する方法については、金型表面のみを加熱するようにした方法も知られているが（例えば、特許文献１）、例え金型表面の加熱であったとしても、熱の移動があるため、やはり、エネルギー消費の大きいという問題が残る。
特表２００９－５０７６７４号公報
　上記の如く、所定形状のプリフォームを賦形するに際し、従来一般の金型全体を加熱する方法の場合、加熱、冷却サイクルに時間がかかる、エネルギー消費の大きいという問題があり、金型表面を加熱するようにした方法の場合でも、熱の移動が大きく、エネルギー消費が大きいという問題がある。これらの点から、このような従来技術のままでは、所定形状のプリフォームの賦形が次々と求められる大量生産に対応することが困難になる。
　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、ＲＴＭ成形を行う際のＦＲＰの成形前駆体である所定形状のプリフォームの賦形を、短い賦形サイクル時間をもって小さいエネルギー消費にて行うことが可能な、生産性に優れたプリフォームの製造方法とその方法により製造されたプリフォームを提供することにある。
　上記課題を解決するために、本発明に係るプリフォームの製造方法は、熱可塑性樹脂を主成分とする固着材を強化繊維布帛に付着させた基材を複数枚積層して積層体を形成し、該積層体を賦形型を用いて賦形することによりＦＲＰの成形前駆体であるプリフォームを作製し、該プリフォームを成形型内に配置し、樹脂を注入した後樹脂を硬化させ、脱型によりＦＲＰ成形体を得るＲＴＭ成形方法に用いるプリフォームの製造方法であって、前記積層体を賦形型で所定の形状にプレスし、プレスしたまま積層体中の前記固着材または基材またはそれらの両方を直接的に加熱することにより前記固着材を溶融させ、しかる後に冷却することで該固着材を固化させ基材同士を層間で接着してプリフォームの賦形形状を保持することを特徴とする方法からなる。
　すなわち、本発明に係るプリフォームの製造方法においては、賦形型としての金型の全体や金型の表面を加熱の対象とするのではなく、賦形型内に配置された強化繊維基材の積層体を加熱の対象とし、該強化繊維基材を直接加熱することで、所定形状のプリフォームを作製するのである。このように、賦形型内の強化繊維基材のみを加熱対象とすることにより、賦形型としての金型を加熱する場合に比べて、短時間のうちに加熱、さらには冷却を行うことが可能になり、賦形サイクル時間を短縮することが可能になる。また、熱容量の大きな金型全体を加熱対象とはしないため、所定の加熱に要するエネルギーの消費量を小さく抑えることが可能になる。したがって、強化繊維基材を直接加熱して短時間のうちに強化繊維基材の温度を所定の温度に昇温して表面の固着材を溶融させことができ、加熱終了後速やかに冷却により降温させることで、基材同士を層間で接着し、所定形状の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効率よく作製することができ、生産性の大幅な向上をはかることができる。
　このような本発明に係るプリフォームの製造方法においては、上記積層体中の固着材または基材またはそれらの両方を直接的に加熱する方法として、電磁誘導による手法を採用できる。例えば、上記基材が導電性を有しており、該基材を直接的に電磁誘導によって加熱することができる。つまり、導電性のある基材を誘導加熱し、昇温、固着材を融着させたところで、加熱を終了させ、速やかに降温させるようにする。また、上記基材が導電性を有する繊維を含んでおり、該基材を直接的に電磁誘導によって加熱することができる。導電性を有する繊維としては、とくに炭素繊維を用いることができる。つまり、強化繊維が導電性を有する基材を誘導加熱し、昇温、固着材を融着させたところで、加熱を終了させ、速やかに降温させるようにする。あるいは、上記固着材が導電性を有しており、該固着材を直接的に電磁誘導によって加熱することもできる。つまり、誘導加熱しやすいように固着材に導電性を付与し、その固着材を誘導加熱することで、固着材を介して基材同士を互いに融着させ、加熱を終了させて、速やかに降温させるようにする。このように電磁誘導による加熱手法を用いることにより、賦形型としての金型を加熱対象とすることなく、加熱対象としての基材や基材構成繊維、固着材に的を絞って該加熱対象を直接的に加熱することが可能になり、それによって、短い賦形サイクル時間、小さいエネルギー消費にて効率よく所望のプリフォームを製造することが可能になる。
　このような電磁誘導による加熱手法では、金型が加熱対象ではないので、賦形型として金型を用いる必要がなくなり、非導電性材料からなる賦形型、例えば非金属からなる賦形型を用いることができる。このように非導電性材料からなる賦形型を用いれば、電磁誘導による加熱時に、賦形型を積極的に加熱対象から外し、上述の強化繊維基材や基材構成繊維、固着材等のみを加熱対象として、これら加熱対象に対して効率のよい加熱を行うことができる。
　上記電磁誘導による加熱には、基本的には電磁誘導用コイルを用いればよく、該コイルに必要な電流を流して適切な磁場を形成し、該磁場中の上記のような本発明における加熱対象を加熱するようにすればよい。電磁誘導用コイルは、賦形型とは別に設けることも可能であり、電磁誘導用コイルが具備された賦形型を用いることもできる。
　電磁誘導用コイルを用いる場合、上記コイルの中心と上記積層体との間の距離が５ｍｍ～３０ｍｍの範囲にあることが好ましい。コイルの中心と積層体との間の距離が５ｍｍ未満の場合、適切な加熱の制御が困難になるおそれがあるほか、賦形型の表層部がたいへん薄く、剛性のあるものとしなければならないため、このような形態の作製が非常に困難となるおそれがある。逆に、上記距離が３０ｍｍを超える場合、誘導加熱をもたらすコイルからの磁場が十分に行き渡らなくなり、行き渡らせるためには出力の大きな発振機が必要となってしまうため、好ましくない。
　また、上記コイルの電磁誘導による加熱を行う部分における隣接するコイルの中心間の距離（つまり、コイルピッチ）が５ｍｍ～６０ｍｍの範囲にあることが好ましい。このコイルピッチが５ｍｍ未満の場合、コイルとコイルの間にある部分の積層体が集中的に過熱されてしまい、賦形型の表層部をいためてしまうおそれがある。コイルピッチが６０ｍｍを超える場合、前述したのと同様に、誘導加熱をもたらすコイルからの磁場が十分に行き渡らなくなり、行き渡らせるためには出力の大きな発振機が必要となってしまうため、好ましくない。
　また、本発明に係るプリフォームの製造方法においては、上記固着材のガラス転移温度（Ｔｇ）が５０～８０℃の範囲にあることが好ましい。固着材のＴｇが５０℃を下回る場合、基材の輸送時に基材同士が貼りついてしまう等、ハンドリング性が悪くなるおそれがある。逆に、８０℃を超える場合、賦形温度をさらに上昇させなければならないため、加熱時間が長くなり、賦形時間が長くなる他、型の耐熱温度を上げる必要もあり、好ましくない。
　また、電磁誘導による加熱を行う場合、上記賦形型の上型および下型の少なくとも一方が、上記積層体側に位置する表層部と、その裏面側に配置される電磁誘導用コイルと、土台部との少なくとも３つの分離可能な部材から構成されていることが好ましい。型を表層部、コイル、土台部と分けることで、例えば、積層体が過熱された場合に表層部のみを交換することができ、コイルを埋め込んでいる型の場合に比べてメンテナンスが容易になる。
　この場合、上記賦形型の土台部が上記賦形型の表層部よりも耐熱温度の高い材料で構成されていることが好ましい。すなわち、表層部を支持することになる土台部の耐熱温度をより高くしておくことで、賦形型の形態を所定の形態に保ち、かつ、表層部を確実に所望の姿勢に支持することができる。
　また、上記賦形型の土台部が２００℃以上の耐熱温度を有する材料から構成されていることが好ましい。すなわち、加熱を例えば１００℃～１５０℃の温度範囲で行うことを想定する場合に、この加熱温度に対して賦形型の土台部に十分に高い耐熱性を持たせておくのである。
　また、本発明に係るプリフォームの製造方法においては、プリフォームを作製する際に、上記積層体を加熱した後に、上記賦形型によって該積層体を冷却することにより上記固着材を固化させるようにすることができる。すなわち、上述の如く加熱時には賦形型を実質的に用いず、冷却時には賦形型による冷却を積極的に採用するのである。加熱時には賦形型が積極的に加熱されていないので、賦形型が高温に至ることはなく、比較的低温のままに維持されるので、このような賦形型を大きなエネルギーを消費することなく所定の冷却に利用することが可能になる。換言すれば、賦形型は所定形状へのプレス賦形に使用し、加熱には実質的に使用せずに、専ら、加熱後の冷却に積極的に使用する手法である。
　このような賦形型による冷却においては、例えば、賦形型中に冷却媒体を流通させることにより該賦形型の賦形面を冷却し、該賦形面の冷却を介して上記積層体を冷却するようにすることができる。このようにすれば、賦形型の賦形面側を冷却対象として、つまり、冷却すべき固着材を有する積層体を冷却対象として、効率の良い冷却が可能になり、冷却時間の短縮をはかることができるとともに、冷却に要するエネルギーの消費量の低減も可能になる。
　また、本発明に係るプリフォームの製造方法においては、上記積層体の冷却をプレスした状態のまま行うことができる。冷却をプレスした状態のまま行うことで、寸法精度の高いプリフォームを得ることができる。逆に、プレスを開けて冷却してしまうと、開放された系で固着材が固化することになり、冷却手段によっては、基材が膨らむ等して、目標としていたプリフォームが得ることができないおそれがある。
　さらに、本発明に係るプリフォームの製造方法においては、上記賦形型の上型、下型の少なくとも一方を分割型に構成し、各分割型毎に加熱または冷却またはそれらの両方を制御するようにすることも可能である。このようにすれば、加熱、冷却すべき積層体の各部位に対して、最も効率のよい加熱、冷却が可能になるから、一層、賦形サイクル時間の短縮や消費エネルギーの低減が可能となる。
　また、本発明に係るプリフォームの製造方法においては、上記積層体中の固着材または基材またはそれらの両方を直接的に加熱する方法として、上記賦形型に超音波振動装置が取り付けられたものを用い、該超音波振動装置により上記固着材または基材またはそれらの両方を超音波振動させることで上記固着材を溶融させるようにすることもできる。つまり、超音波振動を使用して、固着材自体や固着材付きの基材を比較的瞬間的に昇温させ、固着材が溶融して基材を融着させたところで振動をやめて、降温、固着させるのである。例えば、粒子状などの固着材自体を超音波振動させることにより、あるいは、基材を超音波振動させその基材に接触している固着材を振動させることにより、または振動される基材と固着材を接触させることにより、固着材を加熱、溶融させることが可能となる。このような超音波振動装置は超音波振動子を有しているので、その超音波振動子の発振端を上記積層体方向に向けるようにすればよい。このような超音波振動による加熱手法でも、加熱対象としての基材や基材構成繊維、固着材に的を絞って該加熱対象を直接的に加熱することが可能になり、それによって、短い賦形サイクル時間、小さいエネルギー消費にて効率よく所望のプリフォームを製造することが可能になる。
　本発明に係るプリフォームは、上記のような方法を用いて製造されたものである。
　このように、本発明に係るプリフォームの製造方法により、ＲＴＭ成形を行う際のＦＲＰの成形前駆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。
ＲＴＭ成形方法の全体工程を示す概略説明図である。 本発明に係るプリフォームの製造方法における積層体の加熱形態の一例を示す概略斜視図である。 本発明に係るプリフォームの製造方法における積層体の加熱形態の別の例を示す概略斜視図である。 図３の加熱形態の概略断面図である。 本発明に係るプリフォームの製造方法における積層体の加熱形態のさらに別の例を示す概略斜視図である。 図５の加熱形態の概略断面図である。 本発明に係るプリフォームの製造方法における積層体の加熱形態のさらに別の例を示す概略斜視図である。 本発明に係るプリフォームの製造方法における積層体の加熱形態のさらに別の例を示す概略断面図である。 本発明に係るプリフォームの製造方法における積層体の加熱形態のさらに別の例を示す概略断面図である。 本発明に係るプリフォームの製造方法における積層体の加熱形態のさらに別の例を示す概略断面図である。 本発明に係るプリフォームの製造方法における積層体の加熱形態のさらに別の例を示す概略断面図である。 本発明に係るプリフォームの製造方法における積層体の冷却形態の一例を示す概略断面図である。
　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。
　図１は、ＲＴＭ成形方法の概略の全体工程とともに、その全体工程中における本発明によるプリフォームの賦形工程の位置付けを概略示している。図１において、１は、熱可塑性樹脂を主成分とする固着材２を強化繊維布帛に付着させた基材を示しており（以下、強化繊維基材と言うこともある。）、強化繊維基材１が複数枚積層されて積層体３が形成される。この積層体３が賦形型４内に配置され（賦形型４内で基材１を積層し積層体３を形成してもよい。）、賦形型４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５が賦形される。所定形状に賦形されたプリフォーム５が、ＲＴＭ成形用の成形型６内に配置され、樹脂７が注入された後樹脂が硬化される。樹脂硬化により形成されたＦＲＰ成形体８が、成形型６から脱型される。
　このようなＲＴＭ成形方法に用いるプリフォームの製造するに際し、以下のような方法が用いられる。積層体３が賦形型４内で所定の形状にプレスされ、プレスしたまま積層体３中の上記固着材２または基材１またはそれらの両方が直接的に加熱されて、固着材２が溶融され、しかる後に冷却されることで固着材２を固化され、それによって基材１同士が層間で接着されて、プリフォーム５の所定の賦形形状が保持される。
　上記のように、積層体３中の固着材２または基材１またはそれらの両方が直接的に加熱されて固着材２が溶融されるが、この加熱には、以下のような種々の方法を採用できる。各種形態を、図２～図１１を参照して説明する。
　図２に示す形態では、下型１１と上型１２からなる賦形型１３内の所定の位置に積層体１４が配置されてプレス賦形され、プレス状態にて、下型１１に具備された電磁誘導用コイル１５（本実施態様では、コイル１５は下型１１に埋設されている）に所定電流が流され、電磁誘導によって積層体１４のみを加熱対象として、積層体１４中の上記固着材２または基材１またはそれらの両方が直接的に加熱され、固着材２が溶融される。
　図３、図４に示す形態では、図２に示した形態に比べ、上型が、複数の分割上型２１に構成されており、各分割上型２１が、必要に応じて（例えば、賦形されるべきプリフォームの形状や基材の積層形態などに応じて）、順次にプレス作動されたり、一括で作動されたりできるようになっている。その他の構成は、図２に示した形態に準じる。
　図５、図６に示す形態では、図３、図４に示した形態に比べ、複数の電磁誘導用コイル３１が下型３２に埋設されており、各コイル３１の配線ごとに、電流を制御できるようになっている。このようにすれば、加熱対象となる積層体１４の各部位に応じて（例えば、その部位の厚みや、基材の積層枚数、配置密度、固着材２の分布などに応じて）、加熱量を制御でき、積層体１４全体としてより望ましい加熱状態を達成できる。その他の構成は、図３、図４に示した形態に準じる。
　図７に示す形態では、図２～図６に示したような形態に比べ、電磁誘導用コイル４２は、下型４１には埋設されておらず、下型４１上に下型４１に具備されたコイル４２として設けられている。そして、コイル４２が積層体１４に直接接触するのを回避するために、コイル４２と積層体１４との間に、成形用プレート４３が介挿され、成形用プレート４３が介挿された状態でプレス賦形、積層体１４の加熱が行われる。このようにすれば、コイル４２のメンテナンスが容易になり、また、成形用プレート４３を適宜交換することで、各種形状の賦形に容易に対応可能となる。その他の構成は、図３、図４に示した形態に準じる。
　図８に示す形態では、上型５１が、積層体５２側に位置する表層部５３と、その裏面側に配置される土台部５４との分離可能な部材から構成されており、下型５５が、積層体５２側に位置する表層部５６と、その裏面側に配置される電磁誘導用コイル５７と、その裏面側に配置される土台部５８との３つの分離可能な部材から構成されている。表層部５３，５６が分離可能な部材から構成されているので、必要に応じて容易に交換することができる。とくに、下型５５が表層部５６とコイル５７と土台部５８との分離可能な部材から構成されているので、例えば、積層体５２が過熱された場合に表層部５６のみを交換することができ、コイルを埋め込んでいる型の場合に比べてメンテナンスが容易になる。
　図９に示す形態においても、上型６１が、積層体６２側に位置する表層部６３と、その裏面側に配置される土台部６４との分離可能な部材から構成されており、下型６５が、積層体６２側に位置する表層部６６と、その裏面側に配置される電磁誘導用コイル６７と、その裏面側に配置される土台部６８との３つの分離可能な部材から構成されている。表層部６３，６６が分離可能な部材から構成されているので、必要に応じて容易に交換することができる。とくに、下型６５が表層部６６とコイル６７と土台部６８との分離可能な部材から構成されているので、必要に応じて表層部６６のみを交換することができ、コイルを埋め込んでいる型の場合に比べてメンテナンスが容易になる。
　また、図１０に示す形態では、上述のような電磁誘導による加熱とは異なり、下型７１と上型７２の間でプレス賦形される積層体７３が配置されてプレス賦形され、プレス状態にて、下型７１に取り付けられた超音波振動装置７４（図は、超音波振動子７４として示してある。）による超音波振動により、積層体７３のみが加熱対象とされて、積層体７３中の前記固着材２または基材１またはそれらの両方が直接的に加熱され、固着材２が溶融される。
　また、図１１に示す形態では、図１０に示した形態に比べ、下型８１と分割型からなる上型８２で構成される賦形型のうち下型８１に複数の超音波振動子８３が取り付けられており、各超音波振動子８３の発振端がそれぞれプレス賦形される積層体８４方向に向けられている。このようにすれば、加熱対象となる積層体８４の各部位に応じて超音波振動による加熱量を適宜制御でき、積層体８４全体としてより望ましい加熱状態を達成できる。その他の構成は、図１０に示した形態に準じる。
　さらに、図１２に、本発明において溶融された固着材２を冷却して基材同士を層間で接着して賦形形状を維持する際の、冷却形態の一例を示す。図１２に示す例では、下型９１と分割上型９２との間で積層体９３がプレス賦形される。冷却については、例えば、下型９１内に設けられた冷却媒体流路９４内を流通させる冷却媒体（例えば、液体）や、下型９１内に設けられた冷却媒体流路９５内にポンプ９６から送り出された後、積層体９３に向けて噴出されることが可能な冷却媒体（例えば、気体）によって、積極的にかつ強制的に行うようにすることができる。また、場合によっては、分割上型９２にも同様の冷却媒体流路９７（例えば、冷却媒体が液体）を設けておくこともできる。このような冷却形態により、積層体９３を効果的に冷却することが可能である。また、本発明方法によれば、もともと賦形型は積極的には加熱されておらず、高温には至っていないので、このような強制冷却を行うことで、必要な降温を迅速に行うことが可能になり、とくに連続的な大量生産の場合に、賦形サイクル時間の短縮が可能になって、生産性の向上に寄与できる。
　本発明に係るプリフォームの製造方法は、とくに賦形サイクル時間の短縮が求められ、効率のよい生産が求められる、あらゆるプリフォームの製造に適用できる。
１　強化繊維基材
２　固着材
３　積層体
４　賦形型
５　プリフォーム
６　ＲＴＭ成形用の成形型
７　樹脂
８　ＦＲＰ成形体
１１　下型
１２　上型
１３　賦形型
１４　積層体
１５　電磁誘導用コイル
２１　分割上型
３１　電磁誘導用コイル
３２　下型
４１　下型
４２　電磁誘導用コイル
４３　成形用プレート
５１　上型
５２　積層体
５３　上型表層部
５４　上型土台部
５５　下型
５６　下型表層部
５７　電磁誘導用コイル
５８　下型土台部
６１　上型
６２　積層体
６３　上型表層部
６４　上型土台部
６５　下型
６６　下型表層部
６７　電磁誘導用コイル
６８　下型土台部
７１　下型
７２　上型
７３　積層体
７４　超音波振動子
８１　下型
８２　分割上型
８３　超音波振動子
８４　積層体
９１　下型
９２　分割上型
９３　積層体
９４、９５、９７　冷却媒体流路
９６　ポンプ

Claims (22)

  1. 　熱可塑性樹脂を主成分とする固着材を強化繊維布帛に付着させた基材を複数枚積層して積層体を形成し、該積層体を賦形型を用いて賦形することによりＦＲＰの成形前駆体であるプリフォームを作製し、該プリフォームを成形型内に配置し、樹脂を注入した後樹脂を硬化させ、脱型によりＦＲＰ成形体を得るＲＴＭ成形方法に用いるプリフォームの製造方法であって、前記積層体を賦形型で所定の形状にプレスし、プレスしたまま積層体中の前記固着材または基材またはそれらの両方を直接的に加熱することにより前記固着材を溶融させ、しかる後に冷却することで該固着材を固化させ基材同士を層間で接着してプリフォームの賦形形状を保持することを特徴とする、プリフォームの製造方法。
  2. 　前記基材が導電性を有しており、該基材を直接的に電磁誘導によって加熱す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。
  3. 　前記基材が導電性を有する繊維を含んでおり、該基材を直接的に電磁誘導によって加熱す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。
  4. 　前記導電性を有する繊維が炭素繊維からなることを特徴とする、請求項３に記載のプリフォームの製造方法。
  5. 　前記固着材が導電性を有しており、該固着材を直接的に電磁誘導によって加熱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. 　非導電性材料からなる賦形型を用いることを特徴とする、請求項２～５のいずれかに記載のプリフォームの製造方法。
  7. 　前記賦形型が非金属からなることを特徴とする、請求項６に記載のプリフォームの製造方法。
  8. 　前記電磁誘導による加熱を電磁誘導用コイルを用いて行うことを特徴とする、請求項２～７のいずれかに記載のプリフォームの製造方法。
  9. 　電磁誘導用コイルが具備された賦形型を用いることを特徴とする、請求項８に記載のプリフォームの製造方法。
  10. 　前記コイルの中心と前記積層体との間の距離が５ｍｍ～３０ｍｍの範囲にあることを特徴とする、請求項８または９に記載のプリフォームの製造方法。
  11. 　前記コイルの電磁誘導による加熱を行う部分における隣接するコイルの中心間の距離が５ｍｍ～６０ｍｍの範囲にあることを特徴とする、請求項８～１０のいずれかに記載のプリフォームの製造方法。
  12. 　前記固着材のガラス転移温度（Ｔｇ）が５０～８０℃の範囲にあ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。
  13. 　前記賦形型の上型および下型の少なくとも一方が、前記積層体側に位置する表層部と、その裏面側に配置される電磁誘導用コイルと、土台部との少なくとも３つの分離可能な部材から構成されていることを特徴とする、請求項２～１２のいずれかに記載のプリフォームの製造方法。
     
  14. 　前記賦形型の土台部が前記賦形型の表層部よりも耐熱温度の高い材料で構成されていることを特徴とする、請求項１３に記載のプリフォームの製造方法。
  15. 　前記賦形型の土台部が２００℃以上の耐熱温度を有する材料から構成されていることを特徴とする、請求項１３または１４に記載のプリフォームの製造方法。
  16. 　前記プリフォームを作製する際に、前記積層体を加熱した後に、前記賦形型によって該積層体を冷却することにより前記固着材を固化させることを特徴とする、請求項１～１５のいずれかに記載のプリフォームの製造方法。
  17. 　前記賦形型中に冷却媒体を流通させることにより該賦形型の賦形面を冷却し、該賦形面の冷却を介して前記積層体を冷却することを特徴とする、請求項１６に記載のプリフォームの製造方法。
  18. 　前記積層体の冷却をプレスした状態のまま行うことを特徴とする、請求項１～１７のいずれかに記載のプリフォームの製造方法。
  19. 　前記賦形型の上型、下型の少なくとも一方を分割型に構成し、各分割型毎に加熱または冷却またはそれらの両方を制御することを特徴とする、請求項１～１８のいずれかに記載のプリフォームの製造方法。
  20. 　前記賦形型に超音波振動装置が取り付けられており、該超音波振動装置により前記固着材または基材またはそれらの両方を超音波振動させることで前記固着材を溶融させることを特徴とする、請求項１、１６～１９のいずれかに記載のプリフォームの製造方法。
  21. 　前記超音波振動装置が超音波振動子を有しており、該超音波振動子の発振端を前記積層体方向に向けることを特徴とする、請求項２０に記載のプリフォームの製造方法。
  22. 　請求項１～２１のいずれかに記載の方法を用いて製造されていることを特徴とするプリフォーム。
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