(57)【要約】  強化繊維基材からなるシート状構造体を、三次元立体形状でかつ凹部を有する下型と、プレス機構を有する複数の上型によって賦形するプリフォームの製造方法において、下型上にシート状構造体を置き、シート状構造体の少なくとも１箇所を上型の少なくとも１個で仮押さえし、仮押さえした箇所以外のシート状構造体の少なくとも１箇所を別の上型によって押圧し、しかる後、シート状構造体の残りの箇所をさらに別の上型によって押圧するとともに、仮押さえに用いた上型により仮押さえした箇所を所定の押圧力で本押さえすることを特徴とするプリフォームの製造方法。このような製造方法によれば、強化繊維基材からなるシート状構造体を三次元立体形状へと賦形するに際し、基材にしわを発生させることなく、効率よく高い生産性をもって目標とする形状のプリフォームを賦形することが可能となる。
2012114828.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定方向に強化繊維が配列された強化繊維基材からなるシート状構造体を、三次元立体形状でかつ凹部を有する下型と、プレス機構を有する複数の上型によって、前記シート状構造体を前記下型の形状に沿うように賦形するプリフォームの製造方法において、前記下型上に前記シート状構造体を置き、該シート状構造体の少なくとも１箇所を前記上型の少なくとも１個で仮押さえし、仮押さえした箇所以外の前記シート状構造体の少なくとも１箇所を別の上型によって押圧し、しかる後、前記シート状構造体の前記押圧した箇所以外の箇所でかつ前記仮押さえした箇所以外の箇所をさらに別の上型によって押圧するとともに、前記仮押さえに用いた上型により前記仮押さえした箇所を所定の押圧力で本押さえ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】
前記シート状構造体を、前記下型の前記凹部の周辺部にて、前記上型の少なくとも１個で仮押さえする、請求項１に記載のプリフォームの製造方法。
【請求項３】
前記仮押さえ後の別の上型による押圧を、前記下型の前記凹部上に位置するシート状構造体の箇所に対して行う、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】
前記仮押さえを行う上型の押圧力を、仮押さえ用押圧力と本押さえ用押圧力との二段階に制御する、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】
前記仮押さえを行う際、仮押さえを行う上型以外の残りの上型の少なくとも一部を下型に近接させる、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】
前記シート状構造体を構成する強化繊維基材が強化繊維織物を含む、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】
前記シート状構造体を構成する強化繊維基材が炭素繊維基材を含む、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】
前記シート状構造体が強化繊維基材の積層体からなる、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】
ＲＴＭ成形用のプリフォームを製造する、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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリフォームの製造方法に関し、とくに、下型と上型を用いて強化繊維基材からなるシート状構造体を三次元立体形状にしわを発生させることなく賦形することが可能なプリフォームの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ＲＴＭ(Resin Transfer Molding)成形においては、強化繊維基材にマトリックス樹脂を含浸させる前に、強化繊維基材を所定の形状に賦形し、賦形されたプリフォームに対して樹脂を含浸させることが多い。この強化繊維基材のプリフォームには、成形しようとする成形品の形状によって種々の賦形形状が要求される。とくに、強化繊維基材からなるシート状構造体を所定の比較的複雑な形状のプリフォームに賦形する場合、しわ等の不具合を発生させることなく賦形することが望まれる。【０００３】
比較的複雑な形状のプリフォームの賦形を、従来の一般的な手法で行う場合には、例えば、図３に示すようになる。例えば図３（Ａ）に示すように、曲面１０１中に凹部１０２を有する下型１０３の三次元立体形状に沿って強化繊維基材からなるシート状構造体１０４を賦形しようとする場合、凹部１０２上に位置するシート状構造体１０４に向けて単に上型１０５をプレスするだけでは、図３（Ｂ）に示すように、上型１０５をシート状構造体１０４に向けて押圧する際に、凹部１０２の周囲に位置するシート状構造体１０４部分が凹部１０２に向けて引き込まれてしまい（矢印で例示）、凹部１０２の周辺部に望ましくないよじれや変形が発生する。とくに、上型１０５を凹部１０２内へと押し込んでいく際、凹部１０２の周囲に位置するシート状構造体１０４部分が多かれ少なかれ浮き上がってしまい、凹部１０２の周辺部に位置するシート状構造体１０４部分に望ましくないしわが発生する。この望ましくない浮き上がり変形１０６の例を、図４に示す（後述の本発明による結果を例示した図２との比較図）。【０００４】
上記のような一般的な手法とは別に、強化繊維基材からなるシート状構造体を所定形状に賦形するための改善された方法として、特許文献１には、所定方向に強化繊維が配列されたシート状構造体を、所定形状の型面を有する複数のクランプ装置によって少なくとも２箇所において把持し、次にシート状構造体を把持された箇所の間において所定形状の押圧面を有するプレッサで押圧しながら、少なくともクランプ装置の一つをシート状構造体の前記把持部の間隔が狭くなるように移動させることにより、シート状構造体をプレッサの押圧面に沿うように変形させ、シート状構造体をプレッサの押圧面とクランプ装置の型面とで押圧して賦形を行うようにした賦形方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４４９２４５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に開示されたシート状構造体の賦形方法においては、賦形可能な形状が、シート状構造体を把持した状態から上記把持部の間隔が狭くなることで賦形可能な、実質的に断面が二次元に変化する形状に限定されてしまうので、より複雑な形状、とくに図３に示したような三次元立体形状に賦形することは非常に困難となっている。また、クランプ装置によって少なくとも２箇所においてシート状構造体を強固に把持することになるので、その把持部間をプレッサで押圧する際に発生しようとする前述したような周囲部の浮き上がり変形部の逃げ場がなく、結局望ましくない変形に伴うしわが発生することになってしまう可能性が高い。さらに、三次元立体形状に賦形しようとする箇所の周囲にクランプ装置による把持部を設けておく必要があり、この把持部は最終的な成形品の形状とは無関係に把持を維持できる形状に形成されているため、結局その把持部は製品範囲外の位置に設定されることとなって、シート状構造体の材料としての強化繊維基材の歩留まりが悪くなるという問題もある。【０００７】
そこで本発明の課題は、強化繊維基材からなるシート状構造体を所望の三次元立体形状へと賦形するに際し、基材にしわを発生させることなく、しかも、基材の歩留まりを悪化させることなく、極めて効率よく高い生産性をもって目標とする形状のプリフォームを賦形することが可能な、プリフォームの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、所定方向に強化繊維が配列された強化繊維基材からなるシート状構造体を、三次元立体形状でかつ凹部を有する下型と、プレス機構を有する複数の上型によって、前記シート状構造体を前記下型の形状に沿うように賦形するプリフォームの製造方法において、前記下型上に前記シート状構造体を置き、該シート状構造体の少なくとも１箇所を前記上型の少なくとも１個で仮押さえし、仮押さえした箇所以外の前記シート状構造体の少なくとも１箇所を別の上型によって押圧し、しかる後、前記シート状構造体の前記押圧した箇所以外の箇所でかつ前記仮押さえした箇所以外の箇所をさらに別の上型によって押圧するとともに、前記仮押さえに用いた上型により前記仮押さえした箇所を所定の押圧力で本押さえすることを特徴とする方法からなる。ここで「仮押さえ」とは、シート状構造体が下型の表面から浮き上がることは抑えられるが、下型の表面に沿う方向には移動が許容される保持状態のことを意味する。【０００９】
このような方法においては、下型上にシート状構造体を置き、該シート状構造体の少なくとも１箇所で仮押さえされた状態にて、仮押さえした箇所以外の特定の箇所、つまり、凹部を代表的な箇所とする三次元立体形状箇所が、別の上型によって押圧され、目標とする三次元立体形状へと賦形される。このとき、単にその別の上型によって押圧するだけでは、前述の如く周囲部が浮き上がってしわ発生の原因となるが、浮き上がろうとする箇所が仮押さえされていることにより、少なくとも仮押さえ箇所においてはシート状構造体は下型の表面に沿う方向のみの変位（面内変位のみ）が許容されて、望ましくない下型の表面からの浮き上がりが防止され、その浮き上がりに伴うしわの発生が防止される。したがって、このような変位を許容できるシート状構造体でありさえすればよいことになる。そして、この特定箇所の賦形状態がそのまま維持されつつ、つまり、下型に対する上記別の上型による押圧状態がそのまま維持されつつ、それ以外の箇所がさらに別の上型によって押圧されるとともに、仮押さえ用の上型により仮押さえされていた箇所が所定の押圧力で本押さえされることによって、賦形されるべき部分の全体がしわなく所望形状に賦形されることになる。この方法では、特許文献１に記載されているようなクランプ箇所は不要であるので、使用される強化繊維基材の歩留まりを悪化させることはない。【００１０】
上記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、上記シート状構造体は、例えば、上記下型の上記凹部の周辺部にて、上記上型の少なくとも１個で仮押さえされることが好ましい。下型の凹部は、三次元立体形状箇所となるので、この凹部周辺部は、基材の浮き上がり、それに伴うしわの発生しやすい箇所であるので、その箇所を対象として仮押さえすることにより、本発明による効果が効率よく発現されることになる。仮押さえに用いる上型は、２個以上、したがって、仮押さえ箇所は２箇所以上であってもよい。【００１１】
また、上記仮押さえ後の別の上型による押圧については、下型の凹部上に位置するシート状構造体の箇所に対して行うようにすることが好ましい。すなわち、上述したように、この凹部箇所は三次元立体形状箇所であり、その周辺部は基材の浮き上がり、それに伴うしわが発生しやすい箇所であるので、この凹部箇所を本発明におけるしわ発生の原因賦形箇所として捉えて本発明を適用することにより、本発明による効果が効率よく発現されることになる。【００１２】
また、上記仮押さえを行う上型の押圧力を、仮押さえ用押圧力と本押さえ用押圧力との二段階に制御することができる。仮押さえ用押圧力は、前述の如く、シート状構造体に対して下型の表面に沿う方向のみの変位（面内変位のみ）を許容するだけの低い押圧力で足り、本押さえ用押圧力には、シート状構造体を下型の表面に押し付け、精度よく下型の表面に沿った形状に賦形できるだけの高い押圧力が要求されるので、このような二段階の押圧力に制御することにより、本発明における賦形の操作手順を円滑に進行させることができる。【００１３】
また、上記仮押さえを行う際、仮押さえを行う上型以外の残りの上型の少なくとも一部を下型に近接させておくことが好ましい。より好ましくは、仮押さえを行う上型と、凹部等特定の三次元立体形状箇所押圧用の上型以外の残りの上型を、極力下型に近接させておくことが好ましい。このようにすれば、仮押さえ箇所以外の箇所で、たとえ、基材が下型の表面から浮き上がろうとする状況が生じたとしても、その浮き上がりが近接されている上型によって抑えられることになり、全体として、より望ましい賦形が可能になる。【００１４】
本発明において、上記シート状構造体を構成する強化繊維基材の形態は特に限定されず、強化繊維を一方向に配向させた一方向性基材、強化繊維糸条を一方向に配向させるとともに例えば補助糸等により織物の形態に保持させた一方向性織物基材、強化繊維糸条を縦、横に配向し織物の形態とした織物基材等、いずれの形態も採り得る。ただし、面状のシート状構造体を構成し、その賦形に際して仮押さえ部で下型の表面に沿う方向の変位を許容することでしわの発生を防止するという本発明の技術概念からすれば、シート状構造体を構成する強化繊維基材が強化繊維織物である場合、下型の表面が複雑な立体形状であっても、強化繊維基材自体にほつれることやばらけること等の不具合を生じさせることなく所望の変位を行わせることができると考えられるので、より好ましい。【００１５】
また、本発明におけるシート状構造体を構成する強化繊維基材の強化繊維の種類も特に限定されず、ガラス繊維や炭素繊維、アラミド繊維、さらにはこれらを組み合わせたハイブリッド構成の強化繊維を適用可能である。中でも、炭素繊維は剛性が高いので、下型の複雑な表面形状に沿わせることが比較的難しいので、本発明は、シート状構造体を構成する強化繊維基材が炭素繊維基材を含む場合に、とくに有効である。【００１６】
また、本発明におけるシート状構造体の強化繊維基材による形成形態も特に限定されず、シート状構造体が強化繊維基材単層からなる場合、強化繊維基材の積層体からなる場合のいずれにも、本発明は適用可能である。プリフォームを賦形する場合には、強化繊維基材の積層体を使用することが多いが、本発明はこのような場合の賦形に十分に効果的に適用できる。【００１７】
さらに、本発明は、賦形するプリフォームがＲＴＭ成形用のプリフォームである場合にとくに有効なものである。すなわち、賦形された強化繊維基材のプリフォームを成形型内に配置し、それに対して樹脂を注入、含浸させていくＲＴＭ成形においては、比較的複雑な三次元立体形状の成形が可能であるため、マトリックス樹脂含浸前のプリフォームを、しわなく所望の形状に形成しておくことができることにより、樹脂含浸、硬化後の最終成形品に対しても、望ましい形状を保証できることとなる。
【発明の効果】
【００１８】
このように、本発明に係るプリフォームの製造方法によれば、強化繊維基材からなるシート状構造体を、基材にしわを発生させることなく、所望の三次元立体形状に容易に賦形することができる。また、特許文献１のようなクランプ部を設定する必要もないので、プリフォーム素材としてのシート状構造体材料を最大限有効利用することが可能になり、素材の歩留まりが極めて高くなり、高い生産性をもって効率よく目標とする形状のプリフォームを製造することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施態様に係るプリフォームの製造方法を示す概略構成図である。
【図２】図１の方法により製造されたプリフォームを観察した結果を示す部分斜視図である。
【図３】従来のプリフォームの製造方法の一例を示す概略構成図である。
【図４】図３の方法により製造されたプリフォームを観察した結果を示す部分斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明の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、本発明の一実施態様に係るプリフォームの製造方法を示している。図１（Ａ）において、１は下型を示しており、下型１は、三次元立体形状の表面を有しているとともに、凹部２を有している。この下型１上に、所定方向に強化繊維が配列された強化繊維基材からなるシート状構造体３が載置され、該シート状構造体３の少なくとも１箇所（図示例では凹部２の周辺部の２箇所）が、少なくとも１個の上型、図示例では２個の上型４、５によって仮押さえされる。この仮押さえの押圧力は、上型４、５に対しＰ１、Ｐ２に制御され、前述したように、仮押さえにより、シート状構造体３が下型１の表面から浮き上がることは抑えられるが、下型１の表面に沿う方向には移動が許容される保持状態に保たれるように設定される。
【００２１】
次いで、図１（Ｂ）に示すように、上記上型４、５で仮押さえした箇所以外のシート状構造体３の少なくとも１箇所（図示例では、凹部２に対応する箇所）が、別の上型６によって、凹部２に対応した形状にシート状構造体３を賦形可能な押圧力Ｐ３をもって押圧される。このとき、上型４、５で仮押さえされていたシート状構造体３部分、図示例ではとくに上型４で仮押さえされていたシート状構造体３部分が、上型６による押圧動作（プレス動作）に伴って、図１（Ｂ）の矢印で示すように凹部２方向に向けて引き込まれる。この部分は上型４で仮押さえされているので、上記引き込みによって下型１の表面から浮き上がることは抑えられるが、上記引き込み動作に必要な下型１の表面に沿う方向の移動は許容される。したがって、上型６のプレス動作により、その部分のシート状構造体３を凹部２に対応した形状まで賦形しても、凹部２周辺部のシート状構造体３に下型１の表面からの浮き上がりが抑制され、該浮き上がりに伴うしわの発生が防止される。なお、上記のような仮押さえを行う箇所は、シート状構造体３の浮き上がり、該浮き上がりに伴うしわの発生が予想される箇所に適切に設定されればよく、図示した上型４、５による仮押さえは、あくまで例示である。
【００２２】
次いで、上記シート状構造体３の上記上型６で押圧された箇所以外の箇所でかつ上記上型４、５で仮押さえされた箇所以外の箇所がさらに別の上型（図示略）によって押圧されるとともに、仮押さえに用いた上型４、５により仮押さえされた箇所の押圧力が上げられ、所定の押圧力Ｐ４、Ｐ５に制御されて該押圧力Ｐ４、Ｐ５で本押さえされる。これにより、シート状構造体３の賦形すべき部分の全体が、所定のプレス圧で押圧され、全体が所望の形状に賦形されることになる。このときには、上述の如く、浮き上がり、しわの発生が防止された状態に全体の賦形が行われるので、しわ等の不具合を発生させることなく、高精度で全体が所望の形状に賦形されることになる。このように賦形された望ましい賦形形状１１の例を、図２に示す。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明に係るプリフォームの製造方法は、とくにＲＴＭ成形に用いるプリフォームの製造に好適である。
【符号の説明】
【００２４】
１  下型
２  凹部
３  シート状構造体
４，５，６  上型
１１  望ましい賦形形状
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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