(57)【要約】【課題】側面に凹凸部を有する賦形型に強化繊維基材を密着させて、型形状に皺無く賦形する方法を提供すること。【解決手段】少なくとも側面に凹凸を有する雄型に強化繊維積層体を密着させることにより得られるプリフォームの製造方法であって、前記雄型の上に強化繊維積層体を配置する工程と、前記強化繊維積層体の上からラバーを配置する工程と、前記ラバーで密閉された空間を減圧する工程を少なくとも含み、前記減圧する工程において、前記ラバーを介して前記強化繊維積層体に上面から側面に順次押し圧を加える際に、前記側面の凹部に沿ってラバーの外から外力を加えることにより、前記凹部を前記強化繊維積層体の肩部から側面にかけて順次押し圧を加え、しかる後に、前記ラバーにより前記強化繊維積層体の上面から側面に順次押し圧を加えることを特徴とするプリフォームの製造方法。【選択図】図９
2010120167.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも側面に凹凸を有する雄型に強化繊維積層体を密着させることにより得られるプリフォームの製造方法であって、前記雄型の上に強化繊維積層体を配置する工程と、前記強化繊維積層体の上からラバーを配置する工程と、前記ラバーで密閉された空間を減圧する工程を少なくとも含み、前記減圧する工程において、前記ラバーを介して前記強化繊維積層体に上面から側面に順次押し圧を加える際に、前記側面の凹部に沿ってラバーの外から外力を加えることにより、前記凹部を前記強化繊維積層体の肩部から側面にかけて順次押し圧を加え、しかる後に、前記ラバーにより前記強化繊維積層体の上面から側面に順次押し圧を加えることを特徴とするプリフォームの製造方法。
【請求項２】
前記側面の凹部に押し圧を加える際に、該凹部に対向する側面にも押し圧を加える、請求項１に記載のプリフォーム製造方法。
【請求項３】
前記強化繊維積層体はドライ基材で構成されている、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】
前記ドライ基材の少なくとも片側表面には樹脂材料が付与されており、前記強化繊維積層体を加熱して前記樹脂材料を軟化させることにより、前記ドライ基材の層間を一体化させる、請求項３に記載のプリフォームの製造方法。
【請求項５】
前記強化繊維積層体を加熱した後に、冷却して前記樹脂材料を固化させる、請求項４に記載のプリフォームの製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のプリフォームに、液状の樹脂を注入・含浸した後に、該樹脂を硬化する工程を有する、繊維強化プラスチックの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化プラスチックからなる輸送機器などの構造部材で、特に複雑な形状を持つ桁材を得るために用いられるプリフォームの製造方法、およびその方法により得られるプリフォームを用いた繊維強化プラスチックの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、輸送機器産業では原油燃料の高騰のあおりを受け燃費の向上が求められている。殊に航空機業界においては、燃費がランニングコストに直結するためエアラインからの要望が強く、各航空機メーカーでは機体の軽量化を進めるために、比剛性、比強度に優れた繊維強化プラスチック（特に、炭素繊維強化プラスチック）の適用を進めている。
【０００３】
繊維強化プラスチック製部材は、ガラス繊維、炭素繊維、ポリアミド繊維などを強化繊維としてなる布帛と樹脂材料からなり、前記布帛には予めマトリックス樹脂が含浸されたプリプレグ、マトリックス樹脂を後で注入するドライ基材等があり、それぞれオートクレーブやオーブン等で加熱、加圧しながら脱気や樹脂含浸を行い、マトリックス樹脂を硬化一体化して得られる。
【０００４】
上述のような成形方法で得られた繊維強化プラスチックが輸送機器等に用いる構造部材の場合は、航空機用Ｃ型断面スパーに代表されるように複雑な形状のものが多く、形状出し（以下、賦形という）技術が重要となる。金属材料で形状出しを行う場合は機械加工を行えるが、繊維強化プラスチックは繊維の切断が剛性や強度低下に直結するため、安易に機械加工を適用できず、複雑な型に強化繊維基材を沿わせて成形する必要がある。
【０００５】
強化繊維を複雑な型に沿わせて賦形するには種々の課題がある。例えば、型の凹部に繊維が上手く沿わずに、凹部と強化繊維の間に隙間が生じ所望の形状が得られないことがある。また、強化繊維を型に沿わせる際に力を加えすぎて繊維の屈曲や配向角度のズレが生じ所望の物性が得られないこともある。
【０００６】
以上のような課題を解決するために、特許文献１では複合材料シート加工装置について記載されているが、本装置は強化繊維基材に樹脂を含浸させ、これを複数枚積層させたものが対象のため、真空吸引による大型の形状出しは、多大な手間が必要で、かつ、皺が発生しないようにするには困難と記載がある。
【０００７】
また、特許文献２において、賦形型の上に配置した繊維基材の略中央部を押さえた後、中央部から端部へ離隔する方向に向かって、連続的に押さえる方法を用いることで繊維のブリッジングを抑制する方法が記載されている。しかし、本方法は幾何学的な型の展開図が繊維基材と異なる場合の対策については記載されておらず、繊維基材に切欠きを入れる方法があるのみで、切欠きは繊維切断による強度低下を招くため構造部材を念頭に入れているとは考え難い製法である。
【０００８】
また、特許文献３において、平面部と、平面部から隆起し所定方向に複数配列されたビード部とを有するプリフォームの製造する方法が記載されている。本方法では強化繊維基材をラバーで覆ってさらに上から錘を配置する際に、中央部から離れるように順次配置し、次いで、ラバー内を減圧することで強化繊維基材を賦形型に密着させるが、平面部のため錘を配置することが可能で、側面に隆起がある場合には対応していない。
【特許文献１】特開２００６−３３５０４９号公報（０００３、００１０  １〜３行目）
【特許文献２】特開２００６−１８８７９１号公報（請求項１、００２２  １〜２行目）
【特許文献３】特開２００８−２３００１９号公報（請求項１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明はかかる従来の問題点を解消し、特に、側面に凹凸部を有する賦形型に強化繊維基材を密着させて、当該強化繊維基材を皺無く賦形型の形状に賦形して得られるプリフォームを製造する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
かかる課題を解決するための本発明は、以下の構成からなる。すなわち、
１．少なくとも側面に凹凸を有する雄型に強化繊維積層体を密着させることにより得られるプリフォームの製造方法であって、前記雄型の上に強化繊維積層体を配置する工程と、前記強化繊維積層体の上からラバーを配置する工程と、前記ラバーで密閉された空間を減圧する工程を少なくとも含み、前記減圧する工程において、前記ラバーを介して前記強化繊維積層体に上面から側面に順次押し圧を加える際に、前記側面の凹部に沿ってラバーの外から外力を加えることにより、前記凹部を前記強化繊維積層体の肩部から側面にかけて順次押し圧を加え、しかる後に、前記ラバーにより前記強化繊維積層体の上面から側面に順次押し圧を加えることを特徴とするプリフォームの製造方法。
【００１１】
２．前記側面の凹部に押し圧を加える際に、該凹部に対向する側面にも押し圧を加える、１．に記載のプリフォーム製造方法。
【００１２】
３．前記強化繊維積層体はドライ基材で構成されている、１．または２．に記載のプリフォームの製造方法。
【００１３】
４．前記ドライ基材の少なくとも片側表面には樹脂材料が付与されており、前記強化繊維積層体を加熱して前記樹脂材料を軟化させることにより、前記ドライ基材の層間を一体化させる、３．に記載のプリフォームの製造方法。
【００１４】
５．前記強化繊維積層体を加熱した後に、冷却して前記樹脂材料を固化させる、４．に記載のプリフォームの製造方法。
【００１５】
６．１．〜５．のいずれかに記載のプリフォームに、液状の樹脂を注入・含浸した後に、該樹脂を硬化する工程を有する、繊維強化プラスチックの製造方法。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、複雑形状を有する桁部材を製造するために、複雑形状を有する雄型に強化繊維積層体を皺無く密着させる方法を採用するので、強度発現率の高い繊維強化プラスチックを得ることのできる所望のプリフォームが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の発明者らは鋭意検討の結果、前記課題、つまり、複雑形状を有する桁材を皺などの欠陥なく製造するために、側面に凹凸を有する雄型５に強化繊維積層体２０を密着させる工程を経て得られるプリフォームを製造する方法見出した。本方法の適用できる形状（ここでは特に断面形状）は、図１に記載のようにＣ型断面１、Ｌ型断面２、ハット型断面３、Ｚ型断面４などに適用することができるが、側面に凹凸を有する雄型５を用いて製造できる形状であれば限定するものではない。
【００１８】
はじめに、図１の側面に凹凸を有する雄型５を用いて得た、側面に凹凸を有するプリフォーム６を構成する強化繊維積層体２０に皺３６やブリッジング３５が発生する原因について、図２、３を用いて説明する。図２には左図に側面に凹凸を有する雄型５の一例である立体形状、右図にそのＡ断面である断面図を示している。側面に凹凸を有する雄型５の構成はＡ断面７を用いて、上面８、肩部９、側面１０に分類することができ、前記側面に凹凸を有する雄型５の側面８には少なくとも１箇所以上、凹部１１、凸部１２を有している。
【００１９】
側面に凹部１１、凸部１２を有する雄型は図３のように示される。すなわち、図３に示す、前記側面に凹凸を有する雄型５の展開部分１３を使って展開して得た雄型展開図１４において明らかにされるとおり、雄型の凹部１５の側面１０には重なり１７を生じさせ、雄型の凸部１６の側面１０には隙間１８を生じさせる。前記雄型展開図１４と本発明で用いられる強化繊維積層体２０の平面図１９を比較すると、前記雄型の凹部１５では強化繊維積層体２０が不足し、前記雄型と凸部１６では強化繊維積層体２０が余ることとなる。このような不足や余りを含んだ雄型展開図１４を有する雄型に、強化繊維積層体２０を型隙４６（図１０、１１参照）や皺（弛み）３６（図１１、１２参照）が無く沿わせるためには、前記強化繊維積層体２０を伸縮（変形）させつつ密着させなければならず、前記変形が上手くいかないと前記強化繊維積層体２０に皺３６（弛み）やブリッジング３５（図１０、１１参照）が生じる。強化繊維積層体２０に発生した前記皺３６やブリッジング３５はプリフォームとなっても消えることはなく、前記プリフォームを樹脂成形した成形品においても痕跡が残り、前記成形品は皺３６やブリッジング３５が無いものと比較して、強度や表面品位が低下する。この低下を引き起こす皺３６やブリッジング３５は、前記雄型展開図１４と強化繊維積層体２０との幾何学形状の不一致と強化繊維積層体２０の変形能に強く依存し、後者では、例えば、樹脂に拘束されているプリプレグからなる強化繊維積層体２０は皺３６が発生しやすく、一方、樹脂に拘束されていないドライ基材では発生しにくい。本発明のプリフォーム製造方法は、前記強化繊維積層体２０の変形能力を十分に発揮させる製造方法であり、変形能力の高いドライ基材への適用が好ましい。
【００２０】
本発明のプリフォーム製造工程の一部を示した図４〜９を用いて本発明を説明する。本発明を実施するに当たって使用する装置構成の一例は、図４のように金属枠２１の付いたラバー２２に蝶番２３を取り付けたツール２４からなり、前記ツール２４には側面に凹凸を有する雄型５、ラバーシール２５、バキュームポート２６が配設されている。本装置構成は本発明を限定するものではない。
【００２１】
まず、本発明のプリフォーム製造方法の一工程を示す図５のように、側面に凹凸を有する雄型５上に強化繊維積層体２０を配置し、バキュームポート２６に真空ライン２７を取り付ける。次に、図６にように前記金属枠２１を有するラバー２２をツール２４上に被せて、前記ツール２４上に取り付けられた突起物にあたるラバーシール２５と前記ラバー２２を密着させて、ツール２４、ラバー２２、ラバーシール２５で密閉空間２８を形成する。ここで、前記ツール２４や側面に凹凸を有する雄型５は加熱機構を具備していることが好ましく、加熱機構としては熱媒配管や電気ヒーターをツール２４や雄型５内に配設する手段やＩＨなどが挙げられるが安定して加熱できればこれらに限らない。ラバーシール２５やラバー２２の材質は前記加熱により永久変形しないことが好ましく、具体的にはネオプレン、エチレンプロピレンゴム、シリコンゴム、フッ素ゴムなどが挙げられるが、加熱や真空吸引の際に所望形状に賦形でき、かつ、繰返し使用できればこれらに限らない。
【００２２】
次に、図６のように前記ツール２４とラバー２２で形成された密閉空間２８を、バキュームポート２６を介して取り付けられた真空ライン２７から真空吸引すると、図６の右方の断面図であるＢ−Ｂ’断面２９に示すように、前記ラバー２２によって前記強化繊維積層体２０は前記側面に凹凸を有する雄型５の上面８、肩部９、側面１０の順に側面下方へ密着され、最終的に、図７のＢ−Ｂ’断面２９のように側面に凹凸を有する雄型５と強化繊維積層体２０が密着し、真空吸引により発生する力とラバーの張力が釣り合うところでラバー２２の動きは停止する。ラバーの動きが停止した時点で密着すべき側面の密着高さ３１は、少なくとも前記強化繊維積層体２０の側面の製品ライン３２まで密着していることが好ましい。さらに、強化繊維積層体２０を賦形して得られるプリフォームの形態安定性やコンシステンシーを考慮すると、前記強化繊維積層体２０の全面が密着していることが望ましい。
【００２３】
ここで、従来の賦形方法において、強化繊維積層体２０を、側面に凹凸を有する雄型５の側面の凹部１１に密着させる際にブリッジング３５を生じる原因について、図６の凹部断面３７の図（凹部断面図４０）と凹部近傍断面３８の図（凹部近傍断面図Ａ４１）である図８と、図７の凹部における皺発生箇所であるＣ断面３３を示す図１０を用いて説明する。
【００２４】
図８の真空吸引Ａの図において、真空ライン２７を通して真空吸引をすると、ラバー２２が上面８、肩部９、側面１０に順次密着していき真空吸引Ａ、Ｂ、Ｃのように密着高さ３１が低くなる。凹部断面図４０と凹部近傍断面図Ａ４１の密着高さ３１を比較すると、真空吸引Ｂ、Ｃにおいて、密閉高さ２８に差が生じている。この差はラバー２２の幾何学的な不足が一因で、図３の雄型展開図１４で示したように、前記ラバー２２が不足する凹部断面図４０では不足しない凹部近傍断面図Ａ４１と比較して側面に凹凸を有する雄型５に密着するまでに大きな変形を要し、前記変形に要する力も大きく、真空吸引Ｂ、Ｃの図における凹部断面図４０のラバー２２は凹部近傍断面図Ａ４１より遅れて強化繊維積層体２０を前記側面に凹凸を有する型５に密着する。その結果、前記凹部断面図４０における強化繊維積層体２０は、凹部近傍断面図Ａ４１の強化繊維積層体２０が拘束される影響を受けて変形を抑制されて、ブリッジング３５が発生する。ブリッジング３５の原因となる密着高さの差は時系列的に、図３の雄型展開図１４に見られるように、肩部９から離れるに従って強化繊維積層体２０の不足量が多くなることにより、真空吸引Ｂ，Ｃの順に大きくなる。
【００２５】
ブリッジング形状を別の断面から示した図１０の従来法４３を用いて説明すると、凹部１１ではラバー２２のラバー押付力４９により凹部近傍断面図Ｂ５０の強化繊維積層体２０が側面に凹凸を有する雄型５に押しつけられるため凹部１１の強化繊維積層体２０は変形できず、前記側面に凹凸を有する雄型５と前記強化繊維積層体２０の間に型隙４６を生じて、ブリッジング３５が発生する。
【００２６】
そこで、本発明では、前記型隙４６が生じないように、図６の凹部断面３７の図（凹部断面図４０）と凹部近傍３８の断面図（凹部近傍断面図Ａ４１）である図９より、真空吸引Ａ，Ｂのようにラバー２２の外から強化繊維積層体２０に外力４２を加えることで、凹部近傍断面Ａ４１の密着高さ３１より凹部断面図４０の密着高さ３１を低く保ち、前記凹部近傍断面Ａ４１のラバー２２が加えた押付力による拘束の影響が前記凹部断面図４１の強化繊維積層体２０に及ぶことを抑制する。
【００２７】
その結果、図６の次の工程に当たる図７のＣ断面３３の断面図に相当する、図１０の本発明４４に示したように、前記強化繊維積層体２０は側面に凹凸を有する雄型５の凹部１１に型隙４６を生じることなく密着することができる。また、図２のＬ型断面２、ハット型断面３、Ｚ型断面４のようにアーク形状の凹部５の場合においてもＣ型断面１の凹部５と同様に、ラバー２２の外から外力４２を加えることでアーク形状の凹部５に密着させることができる。ラバー２２に外力４２を加えるタイミングは、ラバー２２の外から外力４２を加えた際に起こりうる強化繊維積層体２０の位置ズレ抑制を考慮して、図９の本発明の断面模式図のように、まず、真空吸引Ａにおいて前記ツール２４とラバー２２で形成された密閉空間２８を真空吸引し、前記ラバー２２を介して、前記側面に凹凸を有する雄型５の上面８と肩部９の強化繊維積層体１０に押し圧を加えて、ある程度拘束した後が好ましい。さらには好ましくは、図９の本発明の断面模式図のように、前記側面に凹凸を有する雄型５の凹部１１に対向する側面にも同様に外力４２を加えて両側面から強化繊維積層体２０を拘束する方法が挙げられる。ただし、配置した強化繊維積層体２０の位置ズレを防止する方法であればこれらに限らない。
【００２８】
また、図１に示したＬ型断面２、ハット型断面３、Ｚ型断面４のようにアーク形状の凹部１１に外力４２を加える位置は側面に凹凸を有するプリフォーム６のアーク形状の最大凹部５１に加えることが好ましい。これは前記最大凹部５１が最も変形を要するためブリッジング３５発生頻度が高く、前記最大凹部５１に外力４２を加えるとブリッジング抑制効果も大きいと考えられるためである。
【００２９】
次に、本発明の適用に好ましい雄型の側面形状について、本発明と従来法のプリフォーム製造方法の一部を比較した断面図である図１１と、従来法の凸部を示した断面図である図１２を用いて説明する。図１１の従来法４３の断面図では、雄型の凹部１１に相当する強化繊維積層体２０は不足し、かつ、ラバー押付力４９によって拘束を受けるため、前記強化繊維積層体２０の凹部１１はブリッジング３５、型隙４６を生じる。一方で、図１２に示すように凸部１２では強化繊維積層体２０が余るため皺３６を生じる。そこで、図１１の本発明４４では凹部近傍５０が拘束される前に凹部１１に外力４２を加えて、凸部１２に生じる強化繊維積層体１０の皺（弛み）を凹部方向に移動４７、変形させることで、ブリッジング３５を無くすと同時に皺３６を抑制することができる。ただし、凹部１１と凸部１２の距離が遠い場合は上手く力が伝わらないため効果が小さく、凹部１１と凸部１２の距離は近い方が好ましい。
【００３０】
次に、本発明の強化繊維積層体２０は側面に凹凸を有する雄型５に密着され、その形状を維持するために、タック性を持つ樹脂材料を強化繊維基材表面に付与していることが好ましく、前記強化繊維積層体２０の表面に樹脂材料が付与されている場合、ラバー２２を介して略真空圧を付与した状態で加熱されると（加熱時の図はない）、前記樹脂材料が軟化し、前記強化繊維積層体２０の層間を一体化することができる。前記樹脂材料が軟化状態にある前記強化繊維積層体２０は形状安定性に欠けるため、前記強化繊維積層体２０を一旦冷却して、前記樹脂材料を固化することで前記側面に凹凸を有する雄型５に略一致した形状のプリフォームを得ることが望ましい。ただし、賦形型（ここでは側面に凹凸を有する雄型）と成形型が同一の場合は冷却せずに成形しても良い。冷却後の前記プリフォーム表面はハンドリングや異物付着を防ぐために常温ではベタベタせず、形状の経時変化が少ないことが好ましく、前記樹脂材料は常温で固体（４０℃以下）であることが好ましい。
【００３１】
また、前記樹脂材料は繰返し賦形できるように、繰返し軟化できる熱可塑性樹脂を主成分とすることが好ましく、例えば、ポリアミド、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンエーテル、ポリイミド、ポリアミドイミド、フェノキシから少なくとも１種のであることが好ましく、その中でもポリアミド、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルスルフォンがとりわけ好ましい。また、樹脂材料の形態としては繊維、フィルム、粒子状等が挙げられるが、中でも粒子状であることが好ましい。粒子状の場合は強化繊維積層体２０を構成するドライ基材の表面に、スプレーやカレンダーロールで散布、塗布でき、粒径や粒子付着量を容易に制御できる。このように制御された粒径はマトリックス樹脂を注入して成形する時のマトリックス樹脂への粒子溶解量を制御でき、好適な層間物性を実現することができる。また、制御された粒子付着量はドライ基材の通気量（厚み方向のマトリックス樹脂の含浸性と相関のあるパラメータ）や強化繊維積層体の層間の隙間を適切に形成させ、厚み方向と層間方向に対するマトリックス樹脂の含浸性を好適に制御できる。
【００３２】
熱可塑性樹脂は、樹脂材料からなる粒子の主成分となり、樹脂材料中の熱可塑性樹脂の配合量が７０〜１００重量％であることが好ましい。より好ましくは７５〜９７重量％であり、さらに好ましくは８０〜９５重量％である。配合量が７０重量％未満であると、耐衝撃性に優れた繊維強化プラスチックを得難い場合がある。また、熱可塑性樹脂を主成分とした場合、樹脂材料からなる粒子の織物への接着性や接着加工性が劣る場合がある。この場合には、粒子に少量の粘着付与剤、可塑剤等を配合すると良い。
【００３３】
このような樹脂材料が表面に付与された強化繊維基材（ドライ基材）を積層した強化繊維積層体２０は、前記樹脂材料を利用して層間を部分的に接着されていると、ハンドリングの際に毛羽、バラケ、積層角度乱れが生じ難いため好ましい。また、前記部分的な接着形態は、強化繊維基材の略一面に渡り厚さ方向にスポットで接着（６２）されていると、ドライ基材の特徴である変形能力を概ね維持してハンドリング性を付与することができるため好ましい。また、前記スポット接着６２の範囲は、ストランドを４本以上跨がないようにすると、ドライ基材の変形能力を必要以上に抑制しないため好ましい。ただし、前記強化繊維積層体２０が局所的に大変形を要する部分、例えば、凹部１１や凸部１２、には接着を適用しなくとも良い。前記スポット接着方法は前記強化繊維積層体２０をオーブン、ホットプレート、ＩＨ等で加熱し、前記樹脂材料を軟化させた状態で前記強化繊維積層体２０上からスポット加圧する方法や、スポット加圧するための圧子６１を加熱して前記強化繊維積層体２０に押し当てることで前記強化繊維積層体２０の層間を一体化する方法が挙げられるが特に限定するものではないが、圧子６１を使った接着方法を用いることで圧子材質、形状、ピッチ６４、加熱温度、圧力、加熱・加圧保持時間などから、容易に接着強度を制御できるため好ましい。前記接着強度の制御により、強化繊維積層体２０の変形能力とハンドリング性などを好適に設定することができる。
【００３４】
中でも、熱伝導率を考慮すると、圧子６１の材質は金属材料であることが好ましい。また、圧子６１の形状は、面圧付与時に強化繊維を損傷しないように、円形や楕円形などの曲線で形成されていることや、面取りやＲが施された尖頭部を有する形状で形成されていることが好ましい。前記円形の圧子６１における直径６５は、前記接着６２の好ましい範囲であるストランドを４本以上跨がないことを考慮して設定することができる。例えば、ストランド幅が２ｍｍとすると、２ｍｍ／本×４本＝８ｍｍより小さい直径（楕円径の場合は長径）が３ｍｍとなるように面圧を付与できる範囲で設定することができる。次に、好ましい加熱温度は、前記樹脂材料のＴｇ（ガラス転移温度）に依存し、ドライ基材の変形を必要以上に抑制しないＴｇ±３０℃以内、さらに好ましくはＴｇ±２０℃以内である。また、好ましい圧力範囲は、前記スポット接着部周囲の繊維うねり６３を助長しない０．０１ＭＰａを越え０．４ＭＰａ以下である。さらに好ましくは０．０５ＭＰａを越え０．２ＭＰａ以下である。前記接着部周囲の繊維うねり６３の助長が有意かどうかについては成形後の成形品の断面観察（繊維うねりの高さ、幅、曲率半径などの測定）や圧縮強度試験（ＳＡＣＭＡ  ＳＲＭ  １Ｒ−９４に基づく）などで確認することができる。また、好ましい加熱・加圧保持時間は、強化繊維積層体２０が所望の温度±５℃以内に達するまでの時間を考慮して設定され０．５分以上１０分以下である。前記加熱・保持時間範囲の測定は、強化繊維積層体２０の厚さ方向、前記圧子６１で面圧付与相当箇所の中層および表層近傍に熱電対を配設して測定することができる。
【００３５】
本発明で得られた側面に凹凸を有するプリフォーム６に、液状の樹脂を注入・含浸した後に、該樹脂を硬化（液状の樹脂として熱可塑性樹脂を用いる場合は、冷却固化を意味する）せしめて得られる側面に凹凸を有する成形品（繊維強化プラスチック）はブリッジング３５が発生しないため型隙４６が無く、樹脂リッチが極めて小さい。そのため、熱や荷重による繰返し応力がかかった場合に破壊の起点となるき裂が発生し難く、疲労強度を高く見積もることができる。また、皺３６（繊維蛇行）が小さいため、圧縮応力がかかった場合に強化繊維の座屈変形を生じ難く、圧縮強度の発現率が高い。その結果、表面品位は元より、設計強度を高く設定可能となり、複合材料の利点である高比強度、高比剛性を十分に発揮することができる。なお、液状の樹脂としては、熱硬化性樹脂が好ましく用いられる。かかる熱硬化性樹脂としては、例えば、不飽和ポリエステル、ビニルエステル、エポキシ、フェノール（レゾール型）、ユリア・メラミン、ポリイミド、ビスマレイミドおよびシアネートエステル等が例示され、これらの共重合体、変性体およびこれらの少なくとも２種をブレンドした樹脂も使用することができる。
【００３６】
このような前記側面に凹凸を有する成形品は、機械的特性を要求される、例えば航空機主翼や尾翼を構成する構造部材（桁材）であるスパーやその他輸送機器の構造部材、建築用構造部材などに好適に用いることができる。ただし、本発明は側面に凹凸を有する桁材に広く適用できる技術であり、前述例の適用範囲に限定されるものではない。
【実施例】
【００３７】
（実施例１）
本発明のプリフォーム製造工程の一部を示した図４〜９を用いて説明する。使用した装置構成は図４のようにラバー２２に取り付けられた金属枠２１（Ａｌ製アングル材）を、蝶番２３を介して接続したツール２４（ＳＵＳ、板厚１０ｍｍ）からなり、前記ツール２４には側面に凹凸を有する雄型５（ＳＵＳ製、約長さ４ｍ、幅４００ｍｍ、高さ１００ｍｍ、板厚５ｍｍ、内部に温調用の配管が配設されている）、ラバーシール２５（Φ３０ｍｍのシリコンラバー丸紐をシリコン系接着剤で接着一体化）、バキュームポート２６（ツールにタップ加工を施したネジ穴に前記ツール２２の裏面から真鍮製カプラジョイントを取付け）が設けられている。
【００３８】
まず、図５のように、側面に凹凸を有する雄型５上に、強化繊維積層体２０を配置し、バキュームポート２６に真空ライン２７を取り付けた。前記強化繊維積層体２０は炭素繊維（東レ製：Ｔ８００Ｓ−２４Ｋ）からなる強化繊維を製織して得られた一方向織物基材で、表面には熱可塑性樹脂を主成分とする粒子状の樹脂材料が塗布されている。塗布されている粒子状の前記樹脂材料はＴｇ＝６７℃、粒径は２００μｍ以下で、強化繊維積層体２０を加熱、加圧すれば層間を一体化し形態を保持することができる。前記強化繊維積層体２０は、図１３の強化繊維積層体２０層間を接着した一態様で示すように、７０℃に加熱された金属製の圧子６１（直径６５：Φ３ｍｍ、ピッチ６４：１５ｍｍ）を配列した圧着用治具６０を使って、強化繊維積層体２０に一圧子当たり１００ｋＰａ相当の荷重をかけて押圧して、５分間保持した後に前記圧子治具６０を除去した強化繊維積層体２０である。
【００３９】
次に、図６にように前記金属枠２１を有するラバー２２をツール２４上に被せて、前記ツール２４上に取り付けられたラバーシール２５と前記ラバー２２を密着させて、ツール２４、ラバー２２、ラバーシール２５で密閉空間２８を形成する。
【００４０】
形成された密閉空間２８を真空吸引するために、真空ライン２７のバルブを開けた。真空ライン２７が開くと、図９の真空吸引Ａに記載のように前記強化繊維積層体２２の型部９の一部に前記ラバー２２の押し圧がかかった後に、図９に記載のように前記側面に凹凸部を有する雄型５の凹部１１に沿って外力４２を加えた。凹部１１に加えた外力は、凹部の密着高さ３１が凹部近傍５０の密着高さ３１を越えないように加えた。
【００４１】
外力４２を加える方法は図１１の本発明のようにハンドローラー５２を使用した。その結果、図１１の本発明４４のように凹部１１、凸部１２ともにブリッジング３５や皺３６は発生しなかった。そこで、前記雄型の配管に取り付けられたカプラに耐圧ホースを介して金型温調器（ＫＡＷＡＴＡ製  ＴＷＫ−６００ＭＤ）を接続し、前記ラバー２２の上から断熱材（グラスウール、約１００ｍｍ）で覆って、前記金型温調器の温度を前記樹脂材料のＴｇ以上である８０℃に設定し、前記強化繊維積層体２０を８０±５℃で３時間保持した。
【００４２】
その後、金型温調器を２０℃に設定して、プリフォームを冷却して、前記樹脂材料を固化させた後に、前記真空ラインを閉止して密閉空間２８を大気開放してプリフォームを得た。得られた側面に凹凸を有するプリフォーム６の凹部１１、凸部１２にはブリッジング３５や皺３６は観察できなかった。
【００４３】
次に、得られたプリフォームをＶａＲＴＭ成形するために成形用の雌型内に、ピールプライ（樹脂剥離層）、メディア（樹脂拡散媒体）、プレッシャープレート、樹脂注入、吸引口を設けて前記樹脂注入、吸引口にナイロンチューブを接続した。樹脂注入口側のナイロンチューブの端部は密閉し、樹脂吸引口側のナイロンチューブには樹脂トラップを介して真空ライン２７に接続した。その後、バギングフィルム（リッチモンド製、ＨＳ−８００）で雌型全体を覆って、前記雌型の周囲とバギングフィルムをシーラントテープ（リッチモンド製、タッキーテープ）で密閉し、前記真空ライン２７のバルブ開いて真空吸引し、前記プリフォームを前記雌型に密着させた。
【００４４】
その後、前記雌型全体を１８０℃まで加熱可能な乾燥炉内に配置し、炉温を８０℃に設定し、前記雌型全体が約８０℃以上になった時点で、前記樹脂注入口に接続されたナイロンチューブをバイスグリップでクランプした後に、前記ナイロンチューブの端部を開封し、２液型のエポキシ樹脂を満たしたカップ（ディスポカップ、５Ｌ）に挿入した。
【００４５】
挿入したナイロンチューブに空気が混入しないように、クランプ部を徐々に開いてクランプ部のところまで前記エポキシ樹脂を充填した。そして、２分経過後に前記クランプを開いてプリフォームに樹脂を注入した。樹脂の注入停止は注入された樹脂が樹脂吸引口に到達したのを目視確認して判断し、樹脂注入口に接続されているナイロンチューブをバイスグリップでクランプして行った。その後、速やかに樹脂吸引口側のナイロンチューブをバイスグリップでクランプし、乾燥炉を１３０℃に昇温し、３時間保持してエポキシ樹脂を硬化させた後に、常温（約３０℃）まで約３時間かけて冷却した。前記雌型から脱型して得られた成形品表面、特に、凹部１１にはブリッジング３５が生じていた場合に見られる樹脂リッチ、また、凸部１２には皺３６（繊維の蛇行）は観察されなかった。
【００４６】
（比較例１）
本発明のプリフォーム製造工程の一部を示した図４〜９を用いて説明する。使用した装置構成は図４のようにラバー２２に取り付けられた金属枠２１（Ａｌ製アングル材）を、蝶番２３を介して接続したツール２４（ＳＵＳ、板厚１０ｍｍ）からなり、前記ツール２４には側面に凹凸を有する雄型５（ＳＵＳ製、約長さ４ｍ、幅４００ｍｍ、高さ１００ｍｍ、板厚５ｍｍ、内部に温調用の配管が配設されている）、ラバーシール２５（Φ３０ｍｍのシリコンラバー丸紐をシリコン系接着剤で接着一体化）、バキュームポート２６（ツールにタップ加工を施したネジ穴に前記ツール２２の裏面から真鍮製カプラジョイントを取付け）が設けられている。
【００４７】
まず、図５のように、側面に凹凸を有する雄型５上に、強化繊維積層体２０を配置し、バキュームポート２６に真空ライン２７を取り付けた。前記強化繊維積層体２０は炭素繊維（東レ製：Ｔ８００Ｓ−２４Ｋ）からなる強化繊維を製織して得られた一方向織物基材で、表面には熱可塑性樹脂を主成分とする粒子状の樹脂材料が塗布されている。塗布されている粒子状の前記樹脂材料はＴｇ＝６７℃、粒径は２００μｍ以下で、強化繊維積層体２０を加熱、加圧すれば層間を一体化し形態を保持することができる。前記強化繊維積層体２０は、図１３の強化繊維積層体２０層間を接着した一態様で示すように、７０℃に加熱された金属製の圧子６１（直径６５：Φ３ｍｍ、ピッチ６４：１５ｍｍ）を配列した圧着用治具６０を使って、強化繊維積層体２０に一圧子当たり１００ｋＰａ相当の荷重をかけて押圧して、５分間保持した後に前記圧子治具６０を除去した強化繊維積層体２０である。
【００４８】
次に、図６にように前記金属枠２１を有するラバー２２をツール２４上に被せて、前記ツール２４上に取り付けられたラバーシール２５と前記ラバー２２を密着させて、ツール２４、ラバー２２、ラバーシール２５で密閉空間２８を形成する。
【００４９】
形成された密閉空間２８を真空吸引するために、真空ライン２７のバルブを開けた。真空ライン２７が開くと、図６の右図のように前記強化繊維積層体２０の上面８、型部９、側面の一部に前記ラバー２２を介して圧がかかり、図８のように凹部断面３７の密閉高さ２８が凹部近傍断面３８より高い状態で、賦形が完了した。その結果、図１１の従来法４３のように凹部１１にブリッジング３５、凸部１２に皺３６が発生した。
【００５０】
皺の発生した強化繊維積層体を加熱するために、前記雄型の配管に取り付けられたカプラに耐圧ホースを介して金型温調器（ＫＡＷＡＴＡ製  ＴＷＫ−６００ＭＤ）を接続し、前記ラバー２２の上から断熱材（グラスウール、約１００ｍｍ）で覆って、前記金型温調器の温度を前記樹脂材料のＴｇ以上である８０℃に設定し、前記強化繊維積層体２０を８０±５℃で３時間保持した。
【００５１】
その後、金型温調器を２０℃に設定して、プリフォームを冷却して、前記樹脂材料を固化させた後に、前記真空ラインを閉止して密閉空間２８を大気開放してプリフォームを得た。得られた側面に凹凸を有するプリフォーム６の凹部１１、凸部１２にはブリッジング３５や皺３６が観察された。
【００５２】
次に、得られたプリフォームにＶａＲＴＭ成形をするために成形用の雌型内に、ピールプライ（樹脂剥離層）、メディア（樹脂拡散媒体）、プレッシャープレート、樹脂注入、吸引口を設けて前記樹脂注入、吸引口にナイロンチューブを接続した。樹脂注入口側のナイロンチューブの端部は密閉し、樹脂吸引口側のナイロンチューブには樹脂トラップを介して真空ライン２７に接続した。その後、バギングフィルム（リッチモンド製、ＨＳ−８００）で雌型全体を覆って、前記雌型の周囲とバギングフィルムをシーラントテープ（リッチモンド製、タッキーテープ）で密閉し、前記真空ライン２７のバルブ開いて真空吸引し、前記プリフォームを前記雌型に密着させた。
【００５３】
その後、前記雌型全体を１８０℃まで加熱可能な乾燥炉内に配置し、炉温を８０℃に設定し、前記雌型全体が約８０℃以上になった時点で、前記樹脂注入口に接続されたナイロンチューブをバイスグリップでクランプした後に、前記ナイロンチューブの端部を開封し、２液型のエポキシ樹脂を満たしたカップ（ディスポカップ、５Ｌ）に挿入した。
【００５４】
挿入したナイロンチューブに空気が混入しないように、クランプ部を徐々に開いてクランプ部のところまで前記エポキシ樹脂を充填した。そして、２分経過後に前記クランプを開いてプリフォームに樹脂を注入した。樹脂の注入停止は注入された樹脂が樹脂吸引口に到達したのを目視確認して判断し、樹脂注入口に接続されているナイロンチューブをバイスグリップでクランプして行った。その後、速やかに樹脂吸引口側のナイロンチューブをバイスグリップでクランプし、乾燥炉を１３０℃に昇温し、３時間保持してエポキシ樹脂を硬化させた後に、常温（約３０℃）まで約３時間かけて冷却した。前記雌型から脱型して得られた成形品表面、特に、凹部１１にはブリッジング３５の痕跡があり樹脂リッチがあった。また、凸部１２の板厚が厚かった。そのため、板厚が厚い部分の断面を切断し、観察したところ、層に大きな蛇行が観察された。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】この図は、本発明のプリフォームの形状を模式的に例示するものである。
【図２】この図は、本発明の型の構成を模式的に例示するものである。
【図３】この図は、本発明の型の展開図と強化繊維積層体の平面図を模式的に例示するものである。
【図４】この図は、本発明のプリフォーム製造方法の製造装置を模式的に例示するものである。
【図５】この図は、本発明のプリフォーム製造工程の一部を模式的に例示するものである。
【図６】この図は、本発明のプリフォーム製造工程の一部を模式的に例示するものである。
【図７】この図は、本発明のプリフォーム製造工程の一部を模式的に例示するものである。
【図８】この図は、比較例のプリフォーム製造工程断面図の一部を模式的に例示するものである。
【図９】この図は、本発明のプリフォーム製造工程断面図の一部を模式的に例示するものである。
【図１０】この図は、本発明と比較例を対比したプリフォーム製造工程断面図の一部を模式的に例示するものである。
【図１１】この図は、本発明と比較例を対比したプリフォーム製造工程断面図の一部を模式的に例示するものである。
【図１２】この図は、比較例のプリフォーム製造工程断面図の一部を模式的に例示するものである。
【図１３】この図は、本発明の強化繊維積層体の製造方法、および一態様を模式的に例示するものである
【符号の説明】
【００５６】
１  Ｃ型断面
２  Ｌ型断面
３  ハット型断面
４  Ｚ型断面
５  側面に凹凸を有する雄型
６  側面に凹凸を有するプリフォーム
７  Ａ断面
８  上面
９  肩部
１０  側面
１１  凹部
１２  凸部
１３  展開部分
１４  雄型展開図
１５  雄型の凹部
１６  雄型の凸部
１７  重なり
１８  隙間
１９  強化繊維積層体の平面図
２０  強化繊維積層体
２１  金属枠
２２  ラバー
２３  蝶番
２４  ツール
２５  ラバーシール
２６  バキュームポート
２７  真空ライン
２８  密閉空間
２９  Ｂ−Ｂ’断面
３０  側面下方
３１  密閉高さ
３２  製品ライン
３３  Ｃ断面
３４  Ｄ断面
３５  ブリッジング
３６  皺（弛み）
３７  凹部断面
３８  凹部近傍断面
３９  凸部断面
４０  凹部断面図
４１  凹部近傍断面図Ａ
４２  外力
４３  従来法
４４  本発明
４５  雄型
４６  型隙
４７  皺が凹部方向に移動
４８  最大凹部
４９  ラバー押付力
５０  凹部近傍
５１  最大凹部
５２  ハンドローラー
６０  圧子治具
６１  圧子
６２  スポット接着
６３  接着部周囲の繊維うねり
６４  ピッチ
６５  直径
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010120167.tif 000009
【図８】
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【図９】
2010120167.tif 000011
【図１０】
2010120167.tif 000012
【図１１】
2010120167.tif 000013
【図１２】
2010120167.tif 000014
【図１３】
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