(57)【要約】【課題】３次元形状への賦形性を向上可能なプリフォーム作製用基材とその製造方法および製造装置、並びに、その方法により製造されたプリフォーム作製用基材を用いるプリフォームの製造方法および繊維強化プラスチックの製造方法を提供する。【解決手段】シート状ベース基材上の所定の位置に複数の強化繊維束を少なくとも一方向に配置し接着してプリフォーム作製用基材を製造する方法であって、ベース基材として、強化繊維束と交差する方向に延びる切り込みを有する基材を用いることを特徴とするプリフォーム作製用基材とその製造方法および製造装置、並びに、プリフォームの製造方法および繊維強化プラスチックの製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート状ベース基材上の所定の位置に複数の強化繊維束を少なくとも一方向に配置し接着してプリフォーム作製用基材を製造する方法であって、前記ベース基材として、前記強化繊維束と交差する方向に延びる切り込みを有する基材を用いることを特徴とする、プリフォーム作製用基材の製造方法。
【請求項２】
前記強化繊維束を、前記ベース基材上に該強化繊維束の延在方向において間欠的に接着する、請求項１に記載のプリフォーム作製用基材の製造方法。
【請求項３】
前記ベース基材が、少なくとも前記強化繊維束と直交する方向に延びる切り込みを有する、請求項１または２に記載のプリフォーム作製用基材の製造方法。
【請求項４】
前記ベース基材が、互いに異なる複数の方向に延びる切り込みを有する、請求項１〜３のいずれかに記載のプリフォーム作製用基材の製造方法。
【請求項５】
前記ベース基材上に、前記複数の強化繊維束からなる層を少なくとも一層設ける、請求項１〜４のいずれかに記載のプリフォーム作製用基材の製造方法。
【請求項６】
前記ベース基材上に、前記複数の強化繊維束が互いに異なる方向に配置された複数の層を設ける、請求項１〜５のいずれかに記載のプリフォーム作製用基材の製造方法。
【請求項７】
前記ベース基材上に、前記複数の強化繊維束が互いに異なる方向に配置された複数の層を積層し、２層目以上の層には、バインダーが付与された強化繊維束を用いる、請求項１〜６のいずれかに記載のプリフォーム作製用基材の製造方法。
【請求項８】
前記強化繊維束を、前記ベース基材上に点接着する、請求項１〜７のいずれかに記載のプリフォーム作製用基材の製造方法。
【請求項９】
前記強化繊維束を、前記ベース基材上にランダムに点接着する、請求項１〜８のいずれかに記載のプリフォーム作製用基材の製造方法。
【請求項１０】
前記強化繊維束を、前記ベース基材上に全面にわたって接着する、請求項１〜９のいずれかに記載のプリフォーム作製用基材の製造方法。
【請求項１１】
前記ベース基材が、伸長性を有するものからなる、請求項１〜１０のいずれかに記載のプリフォーム作製用基材の製造方法。
【請求項１２】
前記ベース基材が、不織布からなる、請求項１〜１１のいずれかに記載のプリフォーム作製用基材の製造方法。
【請求項１３】
前記ベース基材が、マットからなる、請求項１〜１１のいずれかに記載のプリフォーム作製用基材の製造方法。
【請求項１４】
前記ベース基材が、熱可塑性樹脂からなる、請求項１〜１３のいずれかに記載のプリフォーム作製用基材の製造方法。
【請求項１５】
前記ベース基材が、前記強化繊維束を構成する強化繊維とは異種の強化繊維からなる、請求項１〜１３のいずれかに記載のプリフォーム作製用基材の製造方法。
【請求項１６】
前記ベース基材と前記強化繊維束からなるプリフォーム作製用基材を複数積層する、請求項１〜１５のいずれかに記載のプリフォーム作製用基材の製造方法。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれかに記載の方法により製造されたプリフォーム作製用基材。
【請求項１８】
請求項１〜１６のいずれかに記載の方法により製造されたプリフォーム作製用基材と賦形型を用いて所定の３次元形状を有するプリフォームを賦形する、プリフォームの製造方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法により製造されたプリフォーム。
【請求項２０】
請求項１８に記載の方法により製造されたプリフォームを用いて繊維強化プラスチックをＲＴＭ成形する、繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項２１】
請求項１〜１６のいずれかに記載の方法により製造されたプリフォーム作製用基材と成形型を用いて所定の３次元形状を有するプリフォームを賦形するとともに繊維強化プラスチックをＲＴＭ成形する、繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項２２】
予め定められた所定の方向に延びる切り込みを有するシート状ベース基材と、該ベース基材上の所定の位置に少なくとも一方向に配置され接着される複数の強化繊維束との少なくとも一方を、２次元方向に相対的に移動制御する手段を有することを特徴とする、請求項１〜１６のいずれかに記載の方法により製造されるプリフォーム作製用基材の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリフォーム作製用基材およびその製造方法および製造装置、並びに、その方法により製造されたプリフォーム作製用基材を用いるプリフォームの製造方法と繊維強化プラスチックの製造方法、その方法により製造されたプリフォームに関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維強化プラスチックの製造に用いられる強化繊維のプリフォームを作製する方法として、種々の方法が知られている。例えば、強化繊維の織物基材のような布帛から所定のカットパターンを切り出し、プレスによってプリフォームを賦形する方法が知られているが、この方法では、カットパターン外の基材部分を廃棄していることから、プリフォーム製造上の基材の歩留まりが悪く、プリフォーム製造コストが高くなることとなっていた。
【０００３】
必要な場所のみに強化繊維を配置する賦形方法として、ＡＦＰ(Automated Fiber Placement)やＴＦＰ(Tailored Fiber Placement)といった方法が知られているが、２次元形状やなだらかな３次元形状では任意の場所に強化繊維を配置することはできるものの、従来のＡＦＰ、ＴＦＰでは複雑な３次元形状、例えば、比較的細かい凹凸や曲面の存在する３次元形状に精度よく賦形することは困難であった。
【０００４】
例えば特許文献１には、移動可能な積層ヘッドで強化繊維基材をプリフォーム成形治具上に配列してプリフォームを製造する方法が開示されており、この方法では、一層目の配列時には、型の周囲に接着剤を配置し、接着剤によりプリフォームを成形治具面に固定するようにしている。
【０００５】
また、特許文献２には、複数の乾燥繊維粗紡を異なる速度で型上に配置し、それぞれを独立して切断できるプリフォームの製造方法が開示されている。複数の乾燥繊維粗紡を固着させるためのバインダーの固着方法として、熱放射、マイクロ波、赤外線、ＵＶ、レーザー、誘導エネルギー、接触加熱等が例示されている。
【０００６】
しかし、これら従来の方法では、基材の歩留まりはある程度改善できるものの、細かい凹凸や曲面の存在する３次元形状に精度よく賦形することは依然として困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−５７７６７号公報
【特許文献２】特表２０１１−５１６７５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで本発明の課題は、細かい凹凸や曲面の存在する３次元形状にも精度よくしかも容易に賦形できるように、とくに賦形性を向上することが可能な、併せて使用基材の歩留まりの改善も可能な、新しいプリフォーム作製用基材とその製造方法および製造装置、並びに、その方法により製造されたプリフォーム作製用基材を用いるプリフォームの製造方法および繊維強化プラスチックの製造方法、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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明に係るプリフォーム作製用基材の製造方法は、シート状ベース基材上の所定の位置に複数の強化繊維束を少なくとも一方向に配置し接着してプリフォーム作製用基材を製造する方法であって、前記ベース基材として、前記強化繊維束と交差する方向に延びる切り込みを有する基材を用いることを特徴とする方法からなる。ここで、切り込みとは、基材に多数設けられた、予め定められた方向に断続的に延びている基材の切れ目であり、カッター等の切断手段により設けられたものは勿論のこと、部分的に不連続構造を有するネット状の基材の切れ目も含む概念である。
【００１０】
このような本発明に係るプリフォーム作製用基材の製造方法においては、複数の強化繊維束が少なくとも一方向に配置され接着されるシート状ベース基材が切り込みを有するので、該ベース基材自体の自由度は非常に高く、ベース基材自体は実質的にあらゆる方向に細かく変形可能である。そして、このシート状ベース基材は、強化繊維束と交差する方向に延びる切り込みを有するので、複数の強化繊維束は、ベース基材とともに、該複数の強化繊維束が配置され接着されている方向は勿論のこと、強化繊維束と交差する方向を含むあらゆる方向に容易に変形できるようになり、強化繊維束の賦形性、つまり、プリフォームの賦形性が大幅に高められることになる。その結果、従来方法では達成し得なかった、細かい凹凸や曲面の存在する３次元形状にも精度よくしかも容易に賦形できるようになる。
【００１１】
上記本発明に係るプリフォーム作製用基材の製造方法においては、上記強化繊維束を、上記ベース基材上に該強化繊維束の延在方向において間欠的に接着することが好ましい。配置された強化繊維束を全面で接着せずに、間欠的に（つまり、部分的に）接着することで、より３次元形状に変形しやすくでき、より優れた賦形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。
【００１２】
また、上記ベース基材としては、少なくとも上記強化繊維束と直交する方向に延びる切り込みを有することが好ましい。強化繊維束と直交する切り込みを有することで、より確実に２次元平面形状から３次元形状への変形をしやすくなる。ただし、切り込みの延設方向は、強化繊維束の延設方向に対し斜行する方向でも構わないし、直交する方向と斜行する方向の組み合わせでもよい。
【００１３】
また、上記ベース基材が、互いに異なる複数の方向に延びる切り込みを有していてもよい。例えば、上述の如く直交する方向と斜行する方向の組み合わせや、あるいは互いに異なる斜行方向の組み合わせなどを採用することができる。切り込みの延設方向は、賦形しようとする３次元形状等に応じて適宜設定することが可能である。
【００１４】
また、本発明に係るプリフォーム作製用基材の製造方法においては、上記ベース基材上に、上記複数の強化繊維束からなる層を少なくとも一層設けてプリフォーム作製用基材を製造する。
【００１５】
そして、必要に応じて、上記ベース基材上に、上記複数の強化繊維束が互いに異なる方向に配置された複数の層を設けることができる。複数の層を設けることにより、容易に所望厚さのプリフォーム作製用基材を製造することができる。
【００１６】
ベース基材上に、複数の強化繊維束が互いに異なる方向に配置された複数の層を積層する場合には、２層目以上の層には、バインダーが付与された強化繊維束を用いることが好ましい。バインダーが付与された強化繊維束を用いることにより、層間の適切な接着が可能になり、所定の積層形態を良好に維持することが可能になる。
【００１７】
また、上記強化繊維束を上記ベース基材上に１層あるいは複数層積層して配置し接着するに際し、強化繊維束をベース基材上に点接着することができる。点接着しておくことで、配置された強化繊維束の層の変形自由度を大きく損なうことなく、所望の形態を維持できるようになる。換言すれば、プリフォームへの優れた賦形性を維持しつつ、賦形までは取り扱いやすい形態に維持できる。
【００１８】
また、上記強化繊維束を、上記ベース基材上にランダムに点接着することもできるし、例えば、点接着の位置が順次ずれるように（例えば、千鳥状の位置にて）点接着することもできる。ランダムな点接着や、互いにずれた位置での点接着により、接着を行っても、強化繊維束の層の優れた変形自由度を適切に維持できる。
【００１９】
あるいは、上記のような点接着に代えて、上記強化繊維束を、上記ベース基材上に全面にわたって接着することも可能である。もともとベース基材は切り込みを有することにより高い自由度を有しているので、全面接着しても、強化繊維束の層が容易にベース基材とともに変形できさえすればよい。全面にわたって接着することにより、強化繊維束の層の高い携帯保持性を発現可能になる。
【００２０】
また、本発明に係るプリフォーム作製用基材の製造方法においては、上記ベース基材としては、伸長性を有するものが好ましい。本発明に係るプリフォーム作製用基材は、プリフォームへの賦形の際には、基本的に、ベース基材とその上に配置接着された強化繊維束の層がともに所定形状へと変形される形態を採るので、ベース基材自体が伸長性を有するものであると、実質的にあらゆる方向への変形がより容易に行われ得ることになり、細かい凹凸や曲面の存在する３次元形状にも一層精度よくしかも一層容易に賦形できるようになる。
【００２１】
本発明に係るプリフォーム作製用基材の製造方法において好ましいベース基材としては、例えば、不織布やマットを挙げることができる。
【００２２】
また、ベース基材の材質としては、熱可塑性樹脂を挙げることができる。また、ベース基材として、上記強化繊維束を構成する強化繊維とは異種の強化繊維からなるものを使用することもできる。
【００２３】
また、本発明に係るプリフォーム作製用基材の製造方法においては、上記ベース基材と上記強化繊維束からなるプリフォーム作製用基材を複数積層することにより、目標とするプリフォーム作製用基材を製造することもできる。このような方法では、容易に目標とする厚みの基材を得ることができる。
【００２４】
また、本発明は、上記のような方法により製造されたプリフォーム作製用基材についても提供する。
【００２５】
また、本発明は、上記のような方法により製造されたプリフォーム作製用基材と賦形型を用いて所定の３次元形状を有するプリフォームを賦形するプリフォームの製造方法についても提供する。
【００２６】
また、本発明は、上記のようなプリフォームの製造方法により製造されたプリフォームについても提供する。
【００２７】
また、本発明は、上記のような方法により製造されたプリフォームを用いて繊維強化プラスチックをＲＴＭ成形（Resin Transfer Molding）する繊維強化プラスチックの製造方法についても提供する。
【００２８】
さらに、本発明は、前述のような方法により製造されたプリフォーム作製用基材と成形型を用いて所定の３次元形状を有するプリフォームを賦形するとともに繊維強化プラスチックをＲＴＭ成形する繊維強化プラスチックの製造方法についても提供する。この方法では、成形型を用いて所定の３次元形状を有するプリフォームが賦形されるとともに、その成形型を用いて３次元形状を有する繊維強化プラスチックがＲＴＭ成形される。
【００２９】
本発明に係る前述のような方法により製造されるプリフォーム作製用基材の製造装置は、予め定められた所定の方向に延びる切り込みを有するシート状ベース基材と、該ベース基材上の所定の位置に少なくとも一方向に配置され接着される複数の強化繊維束との少なくとも一方を、２次元方向に相対的に移動制御する手段を有することを特徴とするものからなる。すなわち、この装置においては、プリフォーム作製用基材を製造するに際し、切り込みを有するシート状ベース基材と、該ベース基材上に配置され接着される複数の強化繊維束との少なくとも一方が、２次元方向に相対的に移動制御される。従来装置と異なり、ベース基材側、つまりベース基材の保持手段側を、移動制御することが可能である。
【発明の効果】
【００３０】
このように、本発明に係るプリフォーム作製用基材の製造方法および製造装置によれば、細かい凹凸や曲面の存在する３次元形状にも精度よくしかも容易に賦形できる基材を製造でき、併せて使用基材の歩留まりの改善することも可能になる。
【００３１】
また、本発明に係るプリフォームの製造方法および繊維強化プラスチックの製造方法によれば、上記のような賦形性に優れたプリフォーム作製用基材を用いるので、精度の高い賦形、成形を容易に効率よく行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施態様に係るプリフォーム作製用基材の製造方法および製造装置により作製されるプリフォーム作製用基材の概略平面図である。
【図２】本発明の一実施態様に係るプリフォーム作製用基材の製造装置の概略構成図である。
【図３】本発明における別の実施態様に係るプリフォーム作製用基材の概略平面図である。
【図４】本発明におけるさらに別の実施態様に係るプリフォーム作製用基材の概略平面図である。
【図５】本発明におけるさらに別の実施態様に係るプリフォーム作製用基材の概略平面図である。
【図６】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。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
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作製用基材の製造方法および製造装置により作製されるプリフォーム作製用基材を示している。図１において、プリフォーム作製用基材１は、伸張性を有するシート状ベース基材２を用い、その上の所定の位置に複数の強化繊維束３（例えば、炭素繊維束）を少なくとも一方向に配置し接着することにより作製される。シート状ベース基材２としては、強化繊維束３と交差する方向（図示例では、強化繊維束３と直交する方向）に延びる切り込み４を有する基材が用いられる。切り込み４は予め定められた方向に断続的に延びている。
【００３４】
シート状ベース基材２上の所定の位置に配置された複数の強化繊維束３は、強化繊維束３の延在方向において間欠的に、強化繊維束３に付与されていたバインダーまたはシート状ベース基材２に付与されていたバインダー、あるいはそれらの両方により、シート状ベース基材２上に点接着される（符号５は、各接着位置を示している）。接着は、バインダーを用いて加熱接着、融着等の手法によればよい。強化繊維束３の層が積層される場合にも、同様の手法により２層目以降が接着されていく。接着後には、所定のプリフォーム作製用基材１の２次元形状の輪郭６に沿って、その外周を切断し、外側のシート状ベース基材２を切り離せばよい。切り離すのは、シート状ベース基材２の不要部分のみであり、強化繊維束３はプリフォーム作製上必要な部位のみに配置されることになるので、強化繊維束３に関しては極めて高い歩留まりとなる。
【００３５】
このようなプリフォーム作製用基材１は、例えば図２に示すようなプリフォーム作製用基材の製造装置１１によって作製される。図２に示す製造装置１１においては、予め別の装置（図示略）で作製された、予め定められた所定の方向に延びる切り込みを有するシート状ベース基材１２が所定のテーブル１３上の所定位置に載置され、該ベース基材１２に対し、強化繊維束供給手段１４（例えば、強化繊維束を巻き取ってある複数のクリール）から供給されてくる強化繊維束１５が、ベース基材１２上の所定の位置に所定の方向に向けて配置され、所定長供給された後切断手段１６で切断される。この強化繊維束の所定位置への配置に際し、ベース基材１２と、該ベース基材１２上の所定の位置に少なくとも一方向に配置され接着される複数の強化繊維束１５との少なくとも一方が、２次元方向に相対的に移動制御されるが、本実施態様では、テーブル１３が可動テーブルに構成されており、すなわち、テーブル１３がＸ−Ｙ方向の位置および回転方向θに角度を制御可能な手段として構成されており、上記相対移動制御手段を構成している。またこのとき、例えば上述の如く間欠的な接着位置が実現されるように、適切なタイミングで接着手段１７による接着が行われる。接着後に、前述したようにプリフォーム作製用基材１の輪郭に沿って外側のベース基材１２を切り離せばよい。図示例では、切断手段１６と接着手段１７が同じ装置内に組み込まれている。
【００３６】
上記接着位置については、例えば図３に接着位置を符号２２で示すように、ランダムな位置で点接着したプリフォーム作製用基材２１とすることも可能である。また、図示は省略するが、前述したように、点接着ではなく、実質的に全面にわたって接着することも可能である。
【００３７】
また、複数の強化繊維束のシート状ベース基材上への配置については、例えば図４に示すように、プリフォーム作製用基材３１の一部に、強化繊維束３２がシート状ベース基材３３上に配置されない部位を設定し（図示例では、穴開き部３４）、他の部位に配置された強化繊維束３２を接着位置３５で点接着する形態とすることもできる。
【００３８】
さらに、例えば図５に示すように、プリフォーム作製用基材４１を構成するシート状ベース基材４２上に配置される複数の強化繊維束４３の配置について、ベース基材４２上に、複数の強化繊維束４３が互いに異なる方向に配置された（図示例では互いに直交する方向に配置された）複数の層を設ける形態を採ることもできる。この場合、複数の強化繊維束４３が互いに異なる方向に配置された複数の層が積層される形態とし、積層に際して、２層目以上の層には、バインダーが付与された強化繊維束を用いることができる。２層目以上の層は、例えばその下層とは異なる接着位置４４で接着することができる。
【００３９】
上記のように作製されたプリフォーム作製用基材（例えば、プリフォーム作製用基材１）が、例えば図６に示すようにプリフォームの作製に用いられ、３次元形状を有する所定形状のプリフォームが高精度で容易に賦形される。すなわち、図６（Ａ）に示すように、プリフォーム作製用基材１が複数積層されて積層体５１の形態で、上型５２と下型５３からなる賦形型５４内に配置され、図６（Ｂ）に示すように、上型５２が閉じられて、所定の３次元形状を有するプリフォーム５５が賦形される。
【００４０】
このように賦形されたプリフォームは、例えば別の成形型内に配置され、所定のマトリックス樹脂が注入、含浸されることにより、所定の３次元形状を有する繊維強化プラスチックを成形することができる。あるいは、プリフォーム用賦形型と繊維強化プラスチック用成形型とを兼用し、前述の如く作製されたプリフォーム作製用基材を例えば所定の積層形態で成形型内に配置し、その成形型を用いて、所定形状のプリフォームを賦形するとともに、賦形後に、続けて繊維強化プラスチックをＲＴＭ成形することも可能である。
【００４１】
このように、本発明に係るプリフォーム作製用基材の製造方法および製造装置、並びに、その方法により製造されたプリフォーム作製用基材を用いるプリフォームの製造方法および繊維強化プラスチックの製造方法は、上述の実施形態に限定されず、種々の形態を採り得る。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、とくに３次元形状を有するプリフォームや繊維強化プラスチックの製造に好適なものであり、その製造に用いて最適な基材を提供できる。
【符号の説明】
【００４３】
１、２１、３１、４１  プリフォーム作製用基材
２、１２、３３、４２  ベース基材
３、１５、３２、４３  強化繊維束
４  切り込み
５、２２、３５、４４  接着位置
６  プリフォーム作製用基材の輪郭
１１  プリフォーム作製用基材の製造装置
１３  可動テーブル
１４  強化繊維束供給手段
１６  切断手段
１７  接着手段
３４  穴開き部
５１  積層体
５２  上型
５３  下型
５４  賦形型
５５  プリフォーム
【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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