(57)【要約】      （修正有）【課題】強化繊維シートの積層体の積層枚数が変化し長手方向に厚さが変化する部分を有する強化繊維複合材ビームを、所定形態に、容易にかつ精度良く成形する。【解決手段】横断面にＴ形の形状部を含むとともに、長手方向に厚さが変化する部分を有する強化繊維複合材ビームの製造方法であって、（ａ）横断面に、Ｌ形部を持つ２つの強化繊維シートの積層体２ａ、２ｂを背中合わせにしたＴ形部を含み、長手方向に、強化繊維シートの積層枚数が変化する部分を有し、Ｌ形部の屈曲部の谷側の曲率半径Ｒ１が長手方向に一定である予備成形体１を製造する予備成形体製造工程と、（ｂ）予備成形体１のより厚い部分において、Ｔ形部における垂直部５を水平部６に向けて近づけることにより、その部分における前記曲率半径Ｒ２を他の部分における曲率半径よりも小さくした曲率半径変化成形体１０を成形する曲率半径変化成形体成形工程を含むことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
強化繊維シートの積層体を有する強化繊維とマトリックス樹脂の強化繊維複合材からなり、横断面にＴ形の形状部を含むとともに、長手方向に厚さが変化する部分を有する強化繊維複合材ビームの製造方法であって、
（ａ）横断面に、Ｌ形部を持つ２つの強化繊維シートの積層体を背中合わせにしたＴ形部を含み、長手方向に、強化繊維シートの積層枚数が変化する部分を有し、前記Ｌ形部の屈曲部の谷側の曲率半径が長手方向に一定であるビーム状の予備成形体を製造する、予備成形体製造工程と、
（ｂ）前記予備成形体の長手方向の一部で、かつ、強化繊維シートの積層枚数がより多い部分において、前記Ｔ形部における垂直部を該Ｔ形部における水平部に向けて近づけることにより、その部分における前記Ｌ形部の屈曲部の谷側の曲率半径を他の部分における曲率半径よりも小さくした曲率半径変化成形体を成形する、曲率半径変化成形体成形工程を含むことを特徴とする、強化繊維複合材ビームの製造方法。
【請求項２】
前記予備成形体製造工程において、強化繊維シートの積層体を、金型間でプレスして金型賦形面の形状に沿う形に変形する動作と、この金型が開放されたタイミングで積層体を長手方向に搬送する動作を交互に行うことで、長手方向に積層体を断続的に賦形していく間欠プレス処理を行うことを特徴とする、請求項１に記載の強化繊維複合材ビームの製造方法。
【請求項３】
前記予備成形体製造工程において、前記Ｔ形部における水平部の、Ｔ形部における垂直部とは反対側の面上に、板状の強化繊維シートまたはその積層体を配置し、該板状強化繊維シートと、前記Ｔ形部における水平部と垂直部との交差部との間に形成される隙間に、コーナーフィラー材を充填し、その状態において前記曲率半径変化成形体成形工程を行うことを特徴とする、請求項１または２に記載の強化繊維複合材ビームの製造方法。
【請求項４】
前記予備成形体の横断面全体の形状がＴ形であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の強化繊維複合材ビームの製造方法。
【請求項５】
前記予備成形体のＴ形部における垂直部の高さを、前記曲率半径変化成形体成形工程において前記垂直部を前記水平部に向けて近づけることにより減少する分を考慮して、予め高く設定しておくことを特徴とする、請求項４に記載の強化繊維複合材ビームの製造方法。
【請求項６】
前記予備成形体と前記曲率半径変化成形体とのＴ形部における垂直部の高さの変化量をΔＨ、前記Ｌ形部の屈曲部の谷側の曲率半径の変化量をΔＲとしたとき、ΔＨとΔＲが以下の式を満たすことを特徴とする、請求項５に記載の強化繊維複合材ビームの製造方法。  ΔＨ＝ΔＲ（２−π／２）
【請求項７】
前記予備成形体の横断面全体の形状がＩ形であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の強化繊維複合材ビームの製造方法。
【請求項８】
前記予備成形体のＩ形形状における垂直部の高さを、前記曲率半径変化成形体成形工程において前記Ｉ形形状内のＴ形部における垂直部を前記水平部に向けて近づけることにより減少する分を考慮して、予め高く設定しておくことを特徴とする、請求項７に記載の強化繊維複合材ビームの製造方法。
【請求項９】
前記予備成形体と前記曲率半径変化成形体との前記Ｉ形形状の垂直部の高さの変化量をΔＨ´、前記Ｌ形部の屈曲部の谷側の曲率半径の変化量をΔＲ´としたとき、ΔＨ´とΔＲ´が以下の式を満たすことを特徴とする、請求項８に記載の強化繊維複合材ビームの製造方法。
ΔＨ´＝ΔＲ´（４−π）
【請求項１０】
前記予備成形体製造工程における強化繊維シートとして、強化繊維にマトリックス樹脂を含まないドライの強化繊維材を用いることを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載の強化繊維複合材ビームの製造方法。
【請求項１１】
前記予備成形体の外周を型で覆うことで前記曲率半径変化成形体成形工程における曲率半径の変化を与え、その状態にて、型内部にマトリックス樹脂を注入し、硬化させることを特徴とする、請求項１０に記載の強化繊維複合材ビームの製造方法。
【請求項１２】
前記予備成形体製造工程における強化繊維シートとして、強化繊維にマトリックス樹脂が含浸されたプリプレグを用いることを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載の強化繊維複合材ビームの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強化繊維複合材ビームの製造方法に関し、とくに、横断面に屈曲部を含むＴ形の形状部を有し長手方向に厚さが変化する部分を有する強化繊維複合材ビームを精度良く所望の形状に成形可能な強化繊維複合材ビームの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維やガラス繊維、アラミド繊維を強化繊維として用いた強化繊維複合材としてのＦＲＰ（繊維強化プラスチック）は、軽量でかつ高い耐久性を有するものであることから、自動車や航空機などを構成する各種の構成部材として理想的な材料である。このＦＲＰの成形方法としては、例えば、強化繊維基材を複数枚積層し、金型で挟み加圧することにより賦形し、所定の形状に成形する方法が知られている。
【０００３】
強化繊維基材としては、例えば強化繊維をシート状に複数本引き揃え、エポキシ樹脂等のマトリックス樹脂を含浸させ、シート状に成形したプリプレグシートが用いられている。このプリプレグシートを複数枚積層し、金型内で加圧、加熱して硬化させ成形する。また、マトリックス樹脂が含浸されていない、ドライな強化繊維基材を用いたＦＲＰの成形も行われている。これはＲｅｓｉｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｍｏｌｄｉｎｇ（以下、ＲＴＭという）成形方法や真空ＲＴＭ成形方法などと呼ばれる成形方法であり、例えば、層間接着樹脂が付加された強化繊維基材を複数枚積層し、金型で賦形したプリフォームと呼ばれる予備成形品を製作した後、このプリフォームに低粘度の液状マトリックス樹脂を注入し、硬化させるものである。
【０００４】
上記のようなＦＲＰからなる部材の製造においては、Ｉ形やＨ形（本願では、これらを総称してＩ形と呼ぶ。）の横断面形状を持つビーム部材（梁部材）を製造する装置が知られている（例えば、特許文献１）。この装置は、積層体を所定の横断面形状に金型にて賦形した後、金型を開き積層体を所定量移動させ、再度賦形するということを繰り返し、長尺の成形品を成形する装置である。このような装置を用いることで、長手方向に一様な横断面形状を持つビーム部材の成形を、そのビーム部材の全長分の大型の金型を用いることなく、小さな金型にて製造することが可能になる。
【０００５】
しかしながら、例えば片持ちの構造物を考えた場合、一般的にそれを支えるビーム部材には、根元側にいくほど剛性が高くなることが求められる。そのため、長尺の積層体成形品では、積層枚数（積層体成形品の厚み）を根元側にいくほど増すことでこれに対応している。一方、前述の従来技術は、一定形状、一定厚みの断面にて順次成形するものであるため、このような成形品の厚み変化には対応できなかった。
【０００６】
このように成形品に厚み変化が要求される場合で、特に横断面内に屈曲部を有する形状へ強化繊維基材を賦形する場合には、次のような問題がある。図９を用い、屈曲部を持つ成形品の例として、Ｔ字形の横断面形状を持つ積層体の賦形について説明する。図９において、（Ａ）は、強化繊維基材の積層枚数が少ない部分を賦形する場合の横断面を示しており、図示例では、断面形状がＬ形の積層体１０２、１０３が背中合わせに配置されたＴ形部１０１と、板状の積層体１０４とにより、全体としてＴ字形の横断面形状を持つ強化繊維基材積層体１００が形成されている。この板状積層体１０４と、Ｔ形部１０１における水平部１０５と垂直部１０６との交差部１０７との間に形成される隙間に、該隙間を埋めるための強化繊維を主成分とするコーナーフィラー材１０８が充填される。この横断面形態にて、金型１０９に対し金型１１０、１１１が押圧され、金型間で強化繊維基材積層体１００がプレスされて所定の横断面形状に賦形される。
【０００７】
ところが、図９（Ｂ）に示すように、強化繊維基材積層体１００の長手方向における強化繊維基材の積層枚数が多い部分、つまり、より厚いＬ形の積層体１０２ａ、１０３ａが背中合わせに配置されたＴ形部１０１ａと、より厚い板状の積層体１０４ａとにより、横断面が形成された部分１００ａを賦形する場合、同じ金型１１０、１１１を用いてプレスしたのでは、Ｌ形の積層体１０２ａ、１０３ａの厚みが大きいため、Ｌ形積層体１０２ａ、１０３ａの屈曲部の外側の山側の曲率半径Ｒが大きくなり、コーナーフィラー材１０８が図９（Ａ）の状態に比べて十分にプレスされず、低密度で強化繊維密度が低すぎる状態となって、最終製品の品位に悪影響を及ぼすことになる。このコーナーフィラー材１０８は、強化繊維複合材を連続生産していく中で、量を変化させることが装置機能上難しいものであるため、通常、一定量ずつ順次上記隙間に供給されている。すなわち、積層厚さが変化しても、コーナーフィラー材１０８の供給量は、製造のし易さを考慮して変化しないものとされている。したがって、上記の如く同じ金型１１０、１１１を用いたプレスでは、積層体１０２ａ、１０３ａの厚み増大に伴い屈曲部の山側の曲率半径Ｒが大きくなることによるコーナーフィラー材１０８の形態不良の発生を防止することが困難となっている。
【０００８】
この基材厚みが大きい部分１００ａを賦形するに際して、コーナーフィラー材１０８の断面積を図９（Ａ）に示したものと同じにするには、図９（Ｃ）に示すように、型のコーナー部の曲率半径Ｒｋが小さい金型１１０ａ、１１１ａに交換する必要がある。しかし、積層体の長手方向における基材厚みの変化に対応して、その都度、金型を交換することは、生産効率を著しく低下させることになり、現実的ではない。また、たとえ金型を交換できるようにしたとしても、積層体の厚みの変化に対応させて適切な金型を選択することは相当難しく、金型の選択が適正でないと、例えば図１０に示すように、金型１１０ｂ、１１１ｂのコーナー部に隙間１１２が生じ、目標とする賦形ができなくなるおそれがある。
【０００９】
上記のような問題に対し、金型と積層体の間にシート状のスキマ調整部材を挿入することで長手方向に厚みの異なる（厚みの変化する）積層体を同一の金型で賦形できるようにした技術が知られている（例えば、特許文献２）。しかし、特に上述のような、材料を長手方向に送りながら長尺の成形品を金型で成形していく装置に、このようなシート状の隙間調整部材を挿入する機構を組み込むのは、装置構成上容易ではなく、たとえ組み込んだとしても、装置の安定稼働の面で不安の残るものであった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−１９１４１８号公報
【特許文献２】特開２００８−１７９１３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
そこで本発明の課題は、上記のような従来技術における問題点に着目し、基本的に金型を交換することなく、かつ、隙間調整部材等を挿入することなく、強化繊維シートの積層体の積層枚数が変化し長手方向に厚さが変化する部分を有する強化繊維複合材ビームを、所望の横断面形態に、とくにコーナーフィラー材を一定量ずつ供給する場合のコーナーフィラー材の横断面形態を所望の横断面形態に、容易にかつ精度良く成形できるようにした強化繊維複合材ビ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】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明に係る強化繊維複合材ビームの製造方法は、強化繊維シートの積層体を有する強化繊維とマトリックス樹脂の強化繊維複合材からなり、横断面にＴ形の形状部を含むとともに、長手方向に厚さが変化する部分を有する強化繊維複合材ビームの製造方法であって、
（ａ）横断面に、Ｌ形部を持つ２つの強化繊維シートの積層体を背中合わせにしたＴ形部を含み、長手方向に、強化繊維シートの積層枚数が変化する部分を有し、前記Ｌ形部の屈曲部の谷側の曲率半径が長手方向に一定であるビーム状の予備成形体を製造する、予備成形体製造工程と、
（ｂ）前記予備成形体の長手方向の一部で、かつ、強化繊維シートの積層枚数がより多い部分において、前記Ｔ形部における垂直部を該Ｔ形部における水平部に向けて近づけることにより、その部分における前記Ｌ形部の屈曲部の谷側の曲率半径を他の部分における曲率半径よりも小さくした曲率半径変化成形体を成形する、曲率半径変化成形体成形工程を含むことを特徴とする方法からなる。
【００１３】
上記本発明に係る強化繊維複合材ビームの製造方法においては、予備成形体の製造の段階では、Ｌ形部の屈曲部の谷側の曲率半径は一定に形成されるが、曲率半径変化成形体成形工程では、横断面Ｔ形部における垂直部が該Ｔ形部における水平部に向けて近づけられることにより、Ｌ形部の屈曲部の谷側の曲率半径がより小さくされる。すなわち、Ｔ形部における垂直部を水平部に向けて近づけるだけで、強化繊維シートの積層枚数が多く厚い部分についても、Ｌ形部の屈曲部の曲率半径が大きくなることを抑え、適切な小さな曲率半径にて成形することを可能としたものである。これによって、金型を交換することなく、かつ、隙間調整部材等を挿入することなく、強化繊維シートの積層体の積層枚数が変化し長手方向に厚さが変化する部分を有する強化繊維複合材ビームを、所望の目標とする横断面形態に成形できるようになる。とくに、コーナーフィラー材を一定量ずつ供給する場合にも、該コーナーフィラー材の横断面形態を所望の横断面形態に、容易にかつ精度良く成形できるようになる。
【００１４】
このような本発明に係る強化繊維複合材ビームの製造方法においては、上記予備成形体製造工程において、強化繊維シートの積層体を、金型間でプレスして金型賦形面の形状に沿う形に変形する動作と、この金型が開放されたタイミングで積層体を長手方向に搬送する動作を交互に行うことで、長手方向に積層体を断続的に賦形していく間欠プレス処理を行うことが可能である。このような間欠プレス処理を採用すれば、長尺の強化繊維複合材ビームを製造する場合にあっても、その全長にわたる金型を用いることなく、比較的短尺の金型を用いて所定のプレス処理を順次間欠的に行うことで、目標とする形状への賦形が可能になり、賦形動作の容易化、装置コストの低減が可能になる。
【００１５】
また、上記予備成形体製造工程において、上記Ｔ形部における水平部の、Ｔ形部における垂直部とは反対側の面上に、板状の強化繊維シートまたはその積層体を配置し、該板状強化繊維シートと、上記Ｔ形部における水平部と垂直部との交差部との間に形成される隙間に、コーナーフィラー材を充填し、その状態において上記曲率半径変化成形体成形工程を行うようにすることもできる。すなわち、前述したようなコーナーフィラー材を充填する場合にも、本発明は極めて有効に適用できる。
【００１６】
また、本発明においては、予備成形体の横断面全体の形状がＴ形であってもよく、横断面内にＴ形の形状部を含み、横断面全体の形状としてはＴ形部を含むＴ形以外の形状であってもよい。いずれの場合にあっても、Ｔ形部は、Ｌ形部を持つ２つの強化繊維シートの積層体を背中合わせにすることによって形成される。
【００１７】
予備成形体の横断面全体の形状がＴ形である場合、予備成形体のＴ形部における垂直部の高さを、上記曲率半径変化成形体成形工程において上記垂直部を上記水平部に向けて近づけることにより減少する分を考慮して、予め高く設定しておくことが好ましい。このようにしておけば、上記垂直部を上記水平部に向けて近づけた後の垂直部の高さ、換言すれば、曲率半径変化成形体成形工程後の垂直部の高さを、略一様に揃えることが可能になる。この場合、上記予備成形体と曲率半径変化成形体とのＴ形部における垂直部の高さの変化量をΔＨ、上記Ｌ形部の屈曲部の谷側の曲率半径の変化量をΔＲとしたとき、ΔＨとΔＲが以下の式を満たすことが好ましい。
ΔＨ＝ΔＲ（２−π／２）
この式が示す意味については後述する。
【００１８】
また、本発明においては、上記予備成形体の横断面全体の形状がＩ形であってもよく、この場合にも、横断面形状内にＴ形部が含まれる。
【００１９】
予備成形体の横断面全体の形状がＩ形である場合、予備成形体のＩ形形状における垂直部の高さを、上記曲率半径変化成形体成形工程において上記Ｉ形形状内のＴ形部における垂直部を上記水平部に向けて近づけることにより減少する分を考慮して、予め高く設定しておくことが好ましい。このようにしておけば、上記垂直部を上記水平部に向けて近づけた後の垂直部の高さ、換言すれば、曲率半径変化成形体成形工程後の垂直部の高さを、略一様に揃えることが可能になる。この場合、上記予備成形体と上記曲率半径変化成形体との上記Ｉ形形状の垂直部の高さの変化量をΔＨ´、上記Ｌ形部の屈曲部の谷側の曲率半径の変化量をΔＲ´としたとき、ΔＨ´とΔＲ´が以下の式を満たすことが好ましい。
ΔＨ´＝ΔＲ´（４−π）
この式が示す意味についても後述する。
【００２０】
また、本発明においては、上記予備成形体製造工程における強化繊維シートとしては、強化繊維にマトリックス樹脂を含まないドライの強化繊維材を用いることも可能であり、強化繊維にマトリックス樹脂が含浸されたプリプレグを用いることも可能である。ドライの強化繊維材を用いる場合には、例えば、予備成形体の外周を型で覆うことで上記曲率半径変化成形体成形工程における曲率半径の変化を与え、その状態にて、型内部にマトリックス樹脂を注入し、硬化させることにより、強化繊維複合材ビームを製造することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る強化繊維複合材ビームの製造方法によれば、強化繊維シートの積層枚数が変化し長手方向に厚さが変化する部分を有する場合にも、基本的に金型を交換することなく、しかも、隙間調整部材等を挿入することなく、強化繊維複合材ビームを目標とする横断面形態に容易にかつ精度良く成形することができる。とくに、コーナーフィラー材を一定量ずつ供給する場合に最適な方法を提供でき、該コーナーフィラー材の横断面形態を所望の横断面形態に、容易にかつ精度良く成形できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施態様に係る強化繊維複合材ビームの製造方法を示す横断面図であり、（Ａ）は予備成形体製造工程、（Ｂ）は曲率半径変化成形体成形工程を示している。
【図２】第１実施態様における成形体の側面図であり、（Ａ）は予備成形体の側面図、（Ｂ）は曲率半径変化成形体の側面図を示している。
【図３】本発明の第２実施態様に係る強化繊維複合材ビームの製造方法を示す横断面図であり、（Ａ）は予備成形体製造工程、（Ｂ）は曲率半径変化成形体成形工程を示している。
【図４】第２実施態様における成形体の側面図であり、（Ａ）は予備成形体の側面図、（Ｂ）は曲率半径変化成形体の側面図を示している。
【図５】Ｌ形部の屈曲部の曲率半径の変化量を説明するための説明図である。
【図６】第１実施態様における予備成形体の製造装置の一例を示す斜視図である。
【図７】第２実施態様における予備成形体の製造装置の一例を示す斜視図である。
【図８】図７における加熱賦形装置の構成例を示す横断面図である。
【図９】従来の厚さ変化部分を有する強化繊維複合材ビームの製造方法を示す横断面図であり、（Ａ）は厚さの小さい部分の成形工程、（Ｂ）は同じ金型を用いた厚さの大きい部分の成形工程、（Ｃ）は異なる金型を用いた厚さの大きい部分の成形工程を示している。
【図１０】適切でない金型を用いた場合の問題点を示す成形工程の横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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および図２は、本発明の第１実施態様に係る強化繊維複合材ビームの製造方法を示しており、ビーム状の予備成形体の横断面全体の形状がＴ形である場合について示している。予備成形体製造工程を示す図１（Ａ）において、予備成形体１は、Ｌ形部を持つ２つの強化繊維シートの積層体２ａ、２ｂ（本実施態様では、強化繊維にマトリックス樹脂を含まないドライの強化繊維材からなる強化繊維シートの積層体）を背中合わせにしたＴ形部を含み、横断面全体の形状としてＴ形の形状に形成されている。２つの強化繊維シート積層体２ａ、２ｂは、図２（Ａ）に示すように、長手方向において強化繊維シートの積層枚数が変化する部分３を有し、長手方向に厚さが大きい部分４ａと厚さが小さい部分４ｂとを有している。上記強化繊維シート積層体２ａ、２ｂのＬ形部の屈曲部の谷側の曲率半径は、長手方向に一定の曲率半径Ｒ１に形成されている。横断面全体の形状としてＴ形の形状に形成されているＴ形部は、垂直部５と水平部６を持ち、水平部６の垂直部５とは反対側の面上に、板状の強化繊維シートの積層体７が配置されている。この板状強化繊維シート７と、上記Ｔ形部における水平部６と垂直部５との交差部８との間に形成される隙間に、コーナーフィラー材９が充填されている。本実施態様では、板状強化繊維シート７の厚さは一定とされているが、変化させることも可能である。この予備成形体製造工程の段階では、図２（Ａ）に示すように、Ｔ形部の垂直部５の高さＨ１は、厚さが大きい部分４ａではより高く、厚さが小さい部分４ｂではより低くされている。予備成形体１の所定形態への賦形においては、比較的短尺の賦形型を用いて、長手方向に間欠的に順次所定横断面形状への賦形を行い、これを繰り返すことによって所定長全長にわたっての賦形を行うことができる。垂直部５の高さの設定においては、所定の変化分を有する高さに設定するために、連続体としてのプリフォームを形成後に、垂直部５の上端側をトリミングするようにしてもよい。高さの変化量の設定については後述する。
【００２４】
上記のように形成された予備成形体１が、強化繊維複合材ビーム（曲率半径変化成形体）へと成形される。図１（Ｂ）、図２（Ｂ）に示すように、上記予備成形体１の長手方向の一部で、かつ、強化繊維シートの積層枚数がより多い部分（つまり、強化繊維シート積層体２ａ、２ｂの厚さが大きい部分４ａ）について、上記Ｔ形部における垂直部５を該Ｔ形部における水平部６に向けて近づけることにより、その部分におけるＬ形の強化繊維シート積層体２ａ、２ｂの屈曲部の谷側の曲率半径Ｒ２を他の部分における曲率半径（つまり、Ｒ１）よりも小さくした曲率半径変化成形体１０が成形される。このとき、上記Ｔ形部における垂直部５の高さは、上記Ｈ１からＨ２に、垂直部５を水平部６に近づけた分（高さ変化分）減少され、図２（Ｂ）に示すように、曲率半径変化成形体１０は長手方向に一定の高さとされる。
【００２５】
この曲率半径変化成形体成形工程は、例えば図１（Ｂ）に示すように実施される。上記予備成形体１の外周全体が、金型１１、１２、１３ａ、１３ｂで覆われ、本実施態様では、金型１２に、上記Ｔ形部における垂直部５を該Ｔ形部における水平部６に向けて近づけるために垂直部５の上面を押圧する突出部１２ａが設けられている。これら金型を用いて型締めすることで、曲率半径変化成形体成形工程における曲率半径のＲ１からＲ２への変化が与えられ、その状態にて、型内部にマトリックス樹脂が注入されて硬化される。本実施態様では、型の上面の実質的に全体が、シール材１４によってシールされた状態にて可撓性シートまたはフィルムからなるバッグ材１５で覆われ、その状態にてバッグ材１５の内部が減圧され、注入口１６から液状のマトリックス樹脂１７が注入され、予備成形体１を形成していた強化繊維材に含浸された後、余剰の樹脂が排出口１８から排出される。樹脂硬化後に、バッグ材１５、金型１２、１３ａ、１３ｂが除去され、金型１１上から強化繊維複合材ビーム成形品としての曲率半径変化成形体１０が取り出される。
【００２６】
なお、上記実施態様では、強化繊維シートの積層体２ａ、２ｂおよび板状強化繊維シート７に、マトリックス樹脂を含まないドライの強化繊維材からなる強化繊維シートの積層体を用いたが、強化繊維にマトリックス樹脂が予め含浸されたプリプレグを使用することもできる（図示略）。その場合には、図１（Ｂ）に示したと同様に型締めは行うが、マトリックス樹脂を注入する必要はない。
【００２７】
図３および図４は、本発明の第２実施態様に係る強化繊維複合材ビームの製造方法を示しており、ビーム状の予備成形体の横断面全体の形状がＩ形である場合について示している。予備成形体製造工程を示す図３（Ａ）において、予備成形体２１は、Ｌ形部を持つＣ形断面形状の２つの強化繊維シートの積層体２２ａ、２２ｂ（本実施態様では、強化繊維にマトリックス樹脂を含まないドライの強化繊維材からなる強化繊維シートの積層体）を背中合わせにして、上下に２つのＴ形部を含み、横断面全体の形状としてＩ形の形状に形成されている。２つの強化繊維シート積層体２２ａ、２２ｂは、図４（Ａ）に示すように、長手方向において強化繊維シートの積層枚数が変化する部分２３を有し、長手方向に厚さが大きい部分２４ａと厚さが小さい部分２４ｂとを有している。上記強化繊維シート積層体２２ａ、２２ｂの上下各Ｌ形部の屈曲部の谷側の曲率半径は、長手方向に一定の曲率半径Ｒ３に形成されている。Ｉ形の形状に形成されている横断面全体の形状としてＩ形形状は、垂直部２５と上下の水平部２６ａ、２６ｂを持ち、水平部２６ａ、２６ｂの垂直部２５とは反対側の面上に、板状の強化繊維シートの積層体２７ａ、２７ｂが配置されている。この板状強化繊維シート２７ａ、２７ｂと、上記水平部２６ａ、２６ｂと垂直部２５との交差部２８ａ、２８ｂとの間に形成される隙間に、コーナーフィラー材２９ａ、２９ｂが充填されている。本実施態様では、板状強化繊維シート２７ａ、２７ｂの厚さは一定とされているが、変化させることも可能である。この予備成形体製造工程の段階では、図４（Ａ）に示すように、垂直部２５の高さ（水平部２６ａ、２６ｂ間距離）Ｈ３は、厚さが大きい部分２４ａではより小さく、厚さが小さい部分２４ｂではより大きくされており、Ｉ形部全体の高さとしては、厚さが大きい部分２４ａではより高く、厚さが小さい部分２４ｂではより低く設定されている。予備成形体２１の所定形態への賦形においては、比較的短尺の賦形型を用いて、長手方向に間欠的に順次所定横断面形状への賦形を行い、これを繰り返すことによって所定長全長にわたっての賦形を行うことができる。この場合には、この賦形の段階でＩ形部全体の高さが決まってしまうため、前述の第１実施態様のように賦形後のトリミングはできない。Ｉ形部の高さの変化量については後述する。
【００２８】
上記のように形成された予備成形体２１が、強化繊維複合材ビーム（曲率半径変化成形体）へと成形される。図３（Ｂ）、図４（Ｂ）に示すように、上記予備成形体２１の長手方向の一部で、かつ、強化繊維シートの積層枚数がより多い部分（つまり、強化繊維シート積層体２２ａ、２２ｂの厚さが大きい部分２４ａ）について、上記Ｉ形部における垂直部２５を下側の水平部２６ｂに向けて近づけることにより（実際には、垂直部２５を上下の水平部２６ａ、２６ｂに向けて近づけることにより）、その部分における上下Ｔ形部を有するＣ形断面形状の強化繊維シート積層体２２ａ、２２ｂの上下Ｌ形屈曲部の谷側の曲率半径Ｒ４を他の部分における曲率半径（つまり、Ｒ３）よりも小さくした曲率半径変化成形体３０が成形される。このとき、上記垂直部２５の高さは、上記Ｈ３からＨ４に、垂直部２５を水平部２６ａ、２６ｂに近づけた分減少され、図４（Ｂ）に示すように、曲率半径変化成形体３０は長手方向に一定の高さとされる。
【００２９】
この曲率半径変化成形体成形工程は、例えば図３（Ｂ）に示すように実施される。上記予備成形体２１の外周全体が、金型３１、３２、３３ａ、３３ｂで覆われ、本実施態様では、金型３２によって、上記垂直部２５を水平部２６ａ、２６ｂに向けて近づけるために、垂直部２５および上側水平部２６ａが下側水平部２６ｂに向けて押圧される。これら金型を用いて型締めすることで、曲率半径変化成形体成形工程における曲率半径のＲ３からＲ４への変化が与えられ、その状態にて、型内部にマトリックス樹脂が注入されて硬化される。本実施態様では、型の上面の実質的に全体が、シール材３４によってシールされた状態にて可撓性シートまたはフィルムからなるバッグ材３５で覆われ、その状態にてバッグ材３５の内部が減圧され、注入口３６から液状のマトリックス樹脂３７が注入され、予備成形体２１を形成していた強化繊維材に含浸された後、余剰の樹脂が排出口３８から排出される。樹脂硬化後に、バッグ材３５、金型３２、３３ａ、３３ｂが除去され、金型３１上から強化繊維複合材ビーム成形品としての曲率半径変化成形体３０が取り出される。このＦＲＰの成形方法は、前述の第１実施態様と実質的に同じである。本実施態様においても、強化繊維シートの積層体として、強化繊維にマトリックス樹脂が予め含浸されたプリプレグを使用することが可能である。
【００３０】
上記のような強化繊維複合材ビームの製造方法において、予備成形体と曲率半径変化成形体とのＴ形部やＩ形部における垂直部の高さの変化量の設定について、図２（Ｂ）や図４（Ｂ）に示したように、曲率半径変化成形体成型後の成型体の高さが長手方向に一定となるようにするには、垂直部の高さを、垂直部を水平部に向けて近づけることにより減少する分を考慮して、予め高く設定しておくとよい。例えば、前述の第１実施態様に関しての垂直部の高さ設定について、図５に示すように、予備成形体１と曲率半径変化成形体１０とのＴ形部における垂直部５の高さの変化量をΔＨ、Ｌ形部の屈曲部の谷側の曲率半径のＲ１からＲ２への変化量をΔＲ（＝Ｒ１−Ｒ２）としたとき、好ましくは、ΔＨとΔＲは以下の式を満たす。
ΔＨ＝２・ΔＲ＋（２π・Ｒ１）／４−（２π・Ｒ２）／４＝ΔＲ（２−π／２）
同様に、例えば、前述の第２実施態様に関しては、上下に垂直部２５の高さの変化部位が存在するので、上記式の２倍の変化量を見込んでおくことが好ましく、予備成形体２１と曲率半径変化成形体３０とのＩ形形状の垂直部の高さの変化量をΔＨ´、Ｌ形部の屈曲部の谷側の曲率半径の変化量をΔＲ´（＝Ｒ３−Ｒ４）としたとき、ΔＨ´とΔＲ´が以下の式を満たすことが好ましい。
ΔＨ´＝ΔＲ´（４−π）
【００３１】
このような本発明に係る強化繊維複合材ビームの製造方法により、強化繊維シートの積層枚数が変化し長手方向に厚さが変化する部分を有する予備成形体１、２１に対しても、金型を交換することなく、かつ、従来のような隙間調整部材等を挿入することなく、強化繊維複合材ビームを目標とする横断面形態に容易にかつ精度良く成形することができる。とくに、コーナーフィラー材９、２９ａ、２９ｂを一定量ずつ供給する場合にも、望ましいコーナーフィラー材の横断面形態に成形でき、強化繊維複合材ビーム全体として、所望の品質の目標とする形態に、容易にかつ精度良く成形できるようになる。
【００３２】
コーナーフィラー材の供給を含む、予備成形体の製造は、例えば図６、図７に示すように行うことができる。図６に示す例は、前述の第１実施態様に対応する予備成形体１の製造例を示しており、図７に示す例は、前述の第２実施態様に対応する予備成形体２１の製造例を示している。
【００３３】
図６に示す例においては、一定供給量にて繰り出されてきたコーナーフィラー材の素材条体４１をフィラー賦形装置４２で図１に示したような所定の断面形状のコーナーフィラー材４３に賦形し、繰り出されてきた強化繊維シート積層体４４ａ、４４ｂに例えば折れ線付与装置４５により後続の賦形を行いやすいようにそれぞれ１本の折れ線を付与し、折れ線が付与された略Ｌ形の積層体４６ａ、４６ｂと、繰り出されてきた平板状強化繊維シート積層体４６ｃと、送られてきたコーナーフィラー材４３とを図１に示したような所定の位置関係に並べて圧縮賦形装置４７に導入する。圧縮賦形装置４７では、図１に示したような圧縮賦形を行い、一体化された賦形物４８に対し、必要に応じてトリミング装置４９で不要部分を除去し、例えばアクチュエータ５０で作動される牽引装置５１によって賦形物を予備成形体１として送り出す。このようにすれば、間欠的な賦形動作を繰り返すことにより、長尺物に対しても、効率よく所望の賦形を行うことが可能になる。
【００３４】
図７に示す例においては、強化繊維シート積層体６１ａ、６１ｂが、上下から挟持して所定量ずつ間欠的に搬送する搬送装置６２により送られ、Ｃ形形成装置６３によって横断面Ｃ形に予備成形された後、加熱賦形手段としての加熱賦形装置６４に導入される。一定供給量にて供給されるコーナーフィラー材６５ａ、６５ｂは、加熱賦形装置６４に導入される前に、フィラー形成装置６６によって、図３に示したような所定の横断面形状となるように成形される。加熱賦形装置６４で、Ｃ形に予備成形された強化繊維シート積層体６１ａ、６１ｂ、コーナーフィラー材６５ａ、６５ｂ、平板状強化繊維シート積層体６７ａ、６７ｂが、図３に示したような所定の位置関係にて加熱賦形されるようになっている。加熱賦形装置６４に導入する前に、全体の成形速度の向上を狙って、加熱オーブン６８で予備加熱してもよい。加熱賦形装置６４は、アクチュエータ６９によりレール７０上を往復動され、賦形された予備成形体２１が送り出される。予備成形体２１が逆方向に戻らないように、戻り防止装置７１が設けられている。
【００３５】
図７に示した例における加熱賦形装置６４は、例えば図８に示すような構成を有することが好ましい。図８に示す構成例においては、加熱賦形装置６４が２つのＴ形プレス装置８１ａ、８１ｂからなり、両Ｔ形プレス装置８１ａ、８１ｂの相対位置を変化させることで、長手方向に高さ（Ｈ３）を変化させることができるようになっている。より詳細には、加熱賦形装置６４は、所定の賦形温度に加熱可能な、上型８２ａ、８２ｂ、下型８３ａ、８３ｂ、側面型８４ａ、８４ｂを有しており、これら金型が装置筐体８５ａ、８５ｂによって囲まれる加熱空間内で、アクチュエータ８６ａ、８６ｂ、８７ａ、８７ｂによって型締めされることにより、加熱賦形装置６４内に導入されてきた強化繊維基材、つまり、前述の強化繊維シート積層体６１ａ、６１ｂ、コーナーフィラー材６５ａ、６５ｂ、平板状強化繊維シート積層体６７ａ、６７ｂが、前述のような横断面Ｉ形の予備成形体２１に加熱、加圧賦形される。このとき、長手方向における高さ（Ｈ３）の変化に対応できるように、金型８２ａ、８３ａ、８４ａのセットと金型８２ｂ、８３ｂ、８４ｂのセットとの間隔（相対位置）が変化できるように、本実施態様では、金型８２ａ、８３ａ、８４ａのセットが金型８２ｂ、８３ｂ、８４ｂのセットに対し装置筐体８５ａごと、幅変更アクチュエータ８８を有するスライド装置８９によって移動され、位置が制御されるようになっている。なお、図４（Ａ）に示したような、長手方向において強化繊維シートの積層枚数が変化し、高さ（Ｈ３）がテーパー状に変化する部分２３を有する場合にも、そのテーパー状変化に対しても良好に追従できるように、アクチュエータ８７ａ、８７ｂと側面型８４ａ、８４ｂとの間の連結機構には、例えば側面型８４ａ、８４ｂを回動可能に支持するピン連結機構等を採用することが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、横断面にＴ形形状部を有し長手方向に厚さが変化する部分を有する、あらゆる強化繊維複合材ビームの製造に適用でき、とくに、長尺のビームの製造に好適な方法である。
【符号の説明】
【００３７】
１、２１  予備成形体
２ａ、２ｂ、２２ａ、２２ｂ  屈曲部を有する強化繊維シート積層体
３、２３  強化繊維シートの積層枚数が変化する部分
４ａ、２４ａ  厚さが大きい部分
４ｂ、２４ｂ  厚さが小さい部分
５、２５  垂直部
６、２６ａ、２６ｂ  水平部
７、２７ａ、２７ｂ  板状強化繊維シート
８、２８ａ、２８ｂ  水平部と垂直部との交差部
９、２９ａ、２９ｂ  コーナーフィラー材
１０、３０  曲率半径変化成形体
１１、１２、１３ａ、１３ｂ、３１、３２、３３ａ、３３ｂ  金型
１２ａ  突出部
１４、３４  シール材
１５、３５  バッグ材
１６、３６  注入口
１７、３７  マトリックス樹脂
１８、３８  排出口
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４  Ｌ形部の屈曲部の谷側の曲率半径
Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４  垂直部の高さ
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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