(57)【要約】【課題】強化繊維束の歩留まりが優れるだけでなく、搬送時などの取扱性（特に、強化繊維基材の形態安定性）やプリフォーム賦形工程での賦形性に優れた強化繊維基材の製造方法を提供せんとするものである。また、マトリックス樹脂の含浸性が良好で、耐衝撃性などの力学特性、特に、衝撃付与後の圧縮強度：ＣＡＩに優れる強化繊維プリフォーム、繊維強化複合材料成形体の製造方法を提供する。【解決手段】強化繊維基材の製造方法であって、仮固着手段を有するテーブル上に、網目状樹脂材料シートを配置する網目状樹脂材料シート配置工程と、前記網目状樹脂材料シートの上に少なくとも１本の強化繊維束を、強化繊維束載置ヘッドから引き揃えて載置することを繰り返す強化繊維束層形成工程と、前記網目状樹脂材料シートと前記強化繊維束とを少なくとも部分的に接着する接着工程と、を備える、強化繊維基材の製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
強化繊維基材の製造方法であって、
仮固着手段を有するテーブル上に、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリビニルホルマール樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスルフォン樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂およびフェノキシ樹脂から選ばれる少なくとも１種またはそれらの混合物からなる網目状樹脂材料シートを配置する網目状樹脂材料シート配置工程と、
前記網目状樹脂材料シートの上に少なくとも１本の強化繊維束を、強化繊維束載置ヘッドから引き揃えて載置することを繰り返す強化繊維束層形成工程と、
前記網目状樹脂材料シートと前記強化繊維束とを少なくとも部分的に接着する接着工程と、を備える、強化繊維基材の製造方法。
【請求項２】
強化繊維基材の製造方法であって、
仮固着手段を有するテーブル上に、少なくとも１本の強化繊維束を、強化繊維束載置ヘッドから引き揃えて載置することを繰り返す強化繊維束層形成工程と、
前記強化繊維束の上に、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリビニルホルマール樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスルフォン樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂およびフェノキシ樹脂から選ばれる少なくとも１種またはそれらの混合物からなる網目状樹脂材料シートを配置する網目状樹脂材料シート配置工程と、
前記網目状樹脂材料シートと前記強化繊維束とを少なくとも部分的に接着する接着工程と、を備える、強化繊維基材の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の強化繊維基材の製造方法であって、
前記強化繊維束層形成工程は、前記テーブルと前記網目状樹脂材料シートとの色調差を検出し、前記色調差が検出された位置を前記強化繊維束を載置する始点および終点として前記強化繊維束を載置する、強化繊維基材の製造方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の強化繊維基材の製造方法であって、
前記強化繊維束の表面に、バインダー樹脂が付着していることを特徴とする、強化繊維基材の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の強化繊維基材の製造方法であって、
前記強化繊維束の目付を１００重量部としたときの、バインダー樹脂の目付が１〜２０重量部であることを特徴とする、強化繊維基材の製造方法。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載の強化繊維基材の製造方法であって、
前記バインダー樹脂の軟化温度が、前記網目状樹脂材料シートの軟化温度より５０℃以上低いことを特徴とする、強化繊維基材の製造方法。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の強化繊維基材の製造方法であって、
前記強化繊維束層の目付を１００重量部としたときの、前記網目状樹脂材料シートの目付が１〜５５０重量部であることを特徴とする、強化繊維基材の製造方法。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の強化繊維基材の製造方法により製造された強化繊維基材を用いる強化繊維プリフォームの製造方法であって、
前記強化繊維基材を前記テーブルから搬送手段を用いて搬送する搬送工程と、
搬送された前記強化繊維基材を積層する積層工程と、
積層された前記強化繊維基材を成形体の形状に賦形するプリフォーム賦形工程と、を備える、強化繊維プリフォームの製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載の強化繊維プリフォームの製造方法により製造された強化繊維プリフォームを用いる繊維強化複合材料成形体の製造方法であって、
前記強化繊維プリフォームに、マトリックス樹脂を含浸させる樹脂含浸工程を備える、繊維強化複合材料成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強化繊維基材の製造方法およびその強化繊維基材を用いる強化繊維プリフォームの製造方法、その強化繊維プリフォームを用いる繊維強化複合材料成形体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
強化繊維にマトリックス樹脂を含浸させた繊維強化複合材料（ＦＲＰ）を成形した繊維強化複合材料成形体（ＦＲＰ成形体）は、優れた力学特性、軽量化等の要求特性を満たす。このため、ＦＲＰ成形体は、主に、航空、宇宙、スポーツの各分野に用いられてきた。
【０００３】
ＦＲＰ成形体の代表的な製造方法として、オートクレーブ成形法が知られている。かかる成形法では、強化繊維束にマトリックス樹脂を予め含浸させたプリプレグを、成形型に積層した後、オートクレーブにて加熱・加圧することによって、ＦＲＰ成形体を製造する。プリプレグを積層する工程については、シート状のプリプレグから所望形状を切り出して手作業で積層する方法の他、材料歩留まりの改善および工程の省人化などの観点から、特許文献１に示すような自動積層装置を用いてテープ状のプリプレグを積層させる方法が知られている。
【０００４】
一方、ＦＲＰ成形体の生産性に優れる成形法としては、例えば、レジン・トランスファー・モールディング成形法（ＲＴＭ）等の注入成形法が挙げられる。ＲＴＭ成形法は、マトリックス樹脂を予備含浸していないドライな強化繊維束で構成される強化繊維基材を、成形型に積層して、液状で低粘度のマトリックス樹脂を注入することにより、マトリックス樹脂を含浸・固化させてＦＲＰ成形体を成形する成形法である。また、注入成形法では、強化繊維基材を成形型に充填する前に、大まかな製品形状に変形・固定するプリフォーミング工程を行うことが多い。プリフォーミング工程においては、特許文献２に示すような、強化繊維基材の層間に熱可塑性ポリマー材料を配置する技術を用いることにより、プリフォームの固着とＲＴＭ成形によって得られるＦＲＰ成形体の力学特性（耐衝撃性等）が向上する技術が数多く提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−６４００号公報
【特許文献２】特表２００８−５４０７６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に示すような自動積層装置を用いて、立体形状の成形型の上に強化繊維を直接自動積層してＦＲＰ成形体を製造する場合、成形型における立体形状の複雑さによっては自動積層装置の運転速度を上げることができず、生産性を高めることができない課題がある。生産性を高めるためには、予め強化繊維を積層して熱溶着することで作製された平面形状の強化繊維基材積層体を立体形状の強化繊維プリフォームへ賦形してＦＲＰ成形体を製造する方法が挙げられる。しかし、積層および熱溶着されて作製された強化繊維基材積層体は、各層間同士が強力に接着しているために剛性が高いことから、平面形状から立体形状の強化繊維プリフォームへ賦形される際に、複雑な立体形状への追従性が低く、シワなどの欠陥が発生しやすい等の問題がある。また、プリフォームの固着とＲＴＭ成形品の力学特性を向上させるために、特許文献２に示すような技術を用いた場合には、熱溶着の際に熱可塑性樹脂である熱可塑性ポリマー材料が溶融されて強化繊維束の表面を覆い、樹脂注入工程において注入されるマトリックス樹脂の流路を塞ぐことになるため、マトリックス樹脂の未含浸等の欠陥を生じやすくなる。
【０００７】
その他に、平面形状の強化繊維基材を１層ずつ作製して、立体形状の金型の上に１層ずつ搬送したのち強化繊維プリフォームを賦形する工程を経てＦＲＰ成形体を製造する方法も挙げられる。しかし、このような製造方法に用いられる強化繊維基材を構成する強化繊維束が、テープ状の強化繊維束を一方向に引き揃えただけの形態である場合、強化繊維の繊維軸方向に直行する方向への拘束力が無い、若しくは非常に弱いため、強化繊維基材が搬送される際に、強化繊維束の位置や繊維配向が崩れてしまう恐れがある。
【０００８】
本発明は、かかる従来技術の課題を解決するものであり、強化繊維束の歩留まりが優れるだけでなく、搬送時などの取扱性（特に、強化繊維基材の形態安定性）やプリフォーム賦形工程での賦形性に優れた強化繊維基材の製造方法を提供せんとするものである。また、マトリックス樹脂の含浸性が良好で、耐衝撃性などの力学特性、特に、衝撃付与後の圧縮強度であるＣＡＩに優れる強化繊維プリフォームの製造方法、繊維強化複合材料成形体の製造方法を提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、かかる課題の少なくとも一部を解決するために、次のような手段を採用するものである。すなわち、本発明は以下のとおりである。
【００１０】
（１）強化繊維基材の製造方法であって、仮固着手段を有するテーブル上に、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリビニルホルマール樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスルフォン樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂およびフェノキシ樹脂から選ばれる少なくとも１種またはそれらの混合物からなる網目状樹脂材料シートを配置する網目状樹脂材料シート配置工程と、前記網目状樹脂材料シートの上に少なくとも１本の強化繊維束を、強化繊維束載置ヘッドから引き揃えて載置することを繰り返す強化繊維束層形成工程と、前記網目状樹脂材料シートと前記強化繊維束とを少なくとも部分的に接着する接着工程と、を備える、強化繊維基材の製造方法。
【００１１】
（１）に記載の強化繊維基材の製造方法によれば、強化繊維束の歩留まりが優れるだけでなく、搬送時などの取扱性（特に、強化繊維基材の形態安定性）やプリフォーム賦形工程での賦形性に優れた強化繊維基材が製造される。
【００１２】
（２）強化繊維基材の製造方法であって、仮固着手段を有するテーブル上に、少なくとも１本の強化繊維束を、強化繊維束載置ヘッドから引き揃えて載置することを繰り返す強化繊維束層形成工程と、前記強化繊維束の上に、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリビニルホルマール樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスルフォン樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂およびフェノキシ樹脂から選ばれる少なくとも１種またはそれらの混合物からなる網目状樹脂材料シートを配置する網目状樹脂材料シート配置工程と、前記網目状樹脂材料シートと前記強化繊維束とを少なくとも部分的に接着する接着工程と、を備える、強化繊維基材の製造方法。
【００１３】
（２）に記載の強化繊維基材の製造方法によれば、（１）に記載の強化繊維基材の製造方法と同様の効果が得られる。
【００１４】
（３）（１）に記載の強化繊維基材の製造方法であって、前記強化繊維束層形成工程は、前記テーブルと前記網目状樹脂材料シートとの色調差を検出し、前記色調差が検出された位置を前記強化繊維束を載置する始点および終点として前記強化繊維束を載置する、強化繊維基材の製造方法。
【００１５】
（３）に記載の強化繊維基材の製造方法によれば、網目状樹脂材料シートを所望の形状に予め裁断しておけば、強化繊維束の幅に見合った載置間隔を指定するだけで、座標の入力作業を行うことなく任意の形状の強化繊維基材を作成することできる。
【００１６】
（４）（１）から（３）に記載の強化繊維基材の製造方法であって、前記強化繊維束の表面に、バインダー樹脂が付着していることを特徴とする、強化繊維基材の製造方法。
【００１７】
（４）に記載の強化繊維基材の製造方法によれば、強化繊維束の幅安定性がもたらされるため、隣り合う強化繊維束の間隙や目付の安定性に優れた強化繊維基材を得ることが可能となる。
【００１８】
（５）（４）に記載の強化繊維基材の製造方法であって、前記強化繊維束の目付を１００重量部としたときの、バインダー樹脂の目付が１〜２０重量部であることを特徴とする、強化繊維基材の製造方法。
【００１９】
（５）に記載の強化繊維基材の製造方法によれば、より一層隣り合う強化繊維束の間隙や目付の安定性に優れた強化繊維基材を得ることが可能となる。
【００２０】
（６）（４）または（５）に記載の強化繊維基材の製造方法であって、前記バインダー樹脂の軟化温度が、前記網目状樹脂材料シートの軟化温度より５０℃以上低いことを特徴とする。
【００２１】
（６）に記載の強化繊維基材の製造方法によれば、接着工程を経た後であっても、網目状樹脂材料シートの形状は保持されやすいため、網目状樹脂材料シートにおける平面方向の繋がりにより、強化繊維基材の形態安定性が向上される。また、強化繊維プリフォームの製造時において強化繊維基材が搬送される搬送工程の際などの取扱性を向上させることができる。
【００２２】
（７）（１）から（６）までのいずれかに記載の強化繊維基材の製造方法であって、前記強化繊維束層の目付を１００重量部としたときの、前記網目状樹脂材料シートの目付が１〜５５０重量部であることを特徴とする、強化繊維基材の製造方法。
【００２３】
（７）に記載の強化繊維基材の製造方法によれば、積層された強化繊維基材に対して、注入成形法とプレス成形法とのうち少なくとも一方の成形法を適用することができる。
【００２４】
（８）（１）から（７）までのいずれかに記載の強化繊維基材の製造方法により製造された強化繊維基材を用いる強化繊維プリフォームの製造方法であって、前記強化繊維基材を前記テーブルから搬送手段を用いて搬送する搬送工程と、搬送された前記強化繊維基材を積層する積層工程と、積層された前記強化繊維基材を成形体の形状に賦形するプリフォーム賦形工程と、を備える、強化繊維プリフォームの製造方法。
【００２５】
（８）に記載の強化繊維プリフォームの製造方法によれば、マトリックス樹脂を注入する樹脂注入工程における含浸性が良好で、耐衝撃性などの力学特性、特に、衝撃付与後の圧縮強度であるＣＡＩに優れる強化繊維プリフォームが得られる。
【００２６】
（９）（８）に記載の強化繊維プリフォームの製造方法により製造された強化繊維プリフォームを用いる繊維強化複合材料成形体の製造方法であって、前記強化繊維プリフォームに、マトリックス樹脂を含浸させる樹脂含浸工程を備える、繊維強化複合材料成形体の製造方法。
【００２７】
（９）に記載の繊維強化複合材料成形体の製造方法によれば、優れた力学特性を有し、かつ軽量である繊維強化複合材料成形体が得られる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、強化繊維束の歩留まりに優れるだけでなく、形態安定性や賦形性、樹脂含浸性に優れた強化繊維基材および強化繊維プリフォームが得られ、また成形後は耐衝撃性に優れた繊維強化複合材料成形体（ＦＲＰ成形体）を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態としての強化繊維基材の製造方法により製造される強化繊維基材を模式的に示す概略斜視図である。
【図２】本実施形態における網目状樹脂材料シート配置工程の一例を説明する説明図である。
【図３】本実施形態における強化繊維束層形成工程の一例を説明する説明図である。
【図４】本実施形態における接着工程の一例を説明する説明図である。
【図５】本実施形態における搬送工程の一例を説明する説明図である。
【図６】本実施形態におけるプリフォーム賦形工程の一例を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施形態の例を、図面を参照しながら説明する。初めに、本実施形態において製造、もしくは、製造に用いられる強化繊維基材１について説明する。
【００３１】
Ａ．強化繊維基材：
図１は、本発明の一実施形態としての強化繊維基材の製造方法により製造される強化繊維基材１を模式的に示す概略斜視図である。強化繊維基材１は、網目状樹脂材料シート１０の片面に強化繊維束１１が引き揃えて載置された後、接着一体化されて形成されている。
【００３２】
強化繊維基材１は、複数の強化繊維束１１を引き揃えてなる強化繊維束層の少なくとも片側表面に、網目状樹脂材料シート１０を有する。かかる網目状樹脂材料シート１０を強化繊維束層の少なくとも片側表面に存在させることにより、平面形状に載置された強化繊維束層における強化繊維束１１の位置および繊維配向などの形態安定性を向上させることができるとともに、強化繊維基材１の搬送時などの取扱性を向上させることができる。
【００３３】
本実施形態において、網目状とは平面上の厚み方向に孔が空いている形状のことをいう。言い換えれば、網目状とは、網目の網に相当する部分には、樹脂材料が存在し、網目の間隙部分には、孔が形成されている形状のことである。かかる形態のものであれば、強化繊維基材１の厚み方向にマトリックス樹脂や空気の流路が確保できる。かかる網目状樹脂材料シート１０としては、例えば、不織布状、マット状、ネット状、メッシュ状、織物状、編物状、短繊維群状、穿孔フィルム状、多孔フィルム状などが挙げられる。中でも不織布、マットまたはメッシュは安価に入手でき、且つ平面方向にもマトリックス樹脂や空気の流路が形成されているため、マトリックス樹脂や空気の流路を確保する効果が高いため好ましい。
【００３４】
本実施形態における網目状樹脂材料シート１０は、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリビニルホルマール樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスルフォン樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂およびフェノキシ樹脂から選ばれる少なくとも１種またはそれらの混合物からなる熱可塑性樹脂材料から構成される。また、本実施形態における網目状樹脂材料シート１０は、上記した熱可塑性樹脂材料と、不飽和ポリエステル、ビニルエステル、エポキシおよびフェノールから選ばれる熱硬化性樹脂材料の混合物から構成されてもよい。後述する強化繊維プリフォームの製造方法におけるプリフォーム賦形工程において、網目状樹脂材料シート１０を強化繊維束層の間に配置させることで、強化繊維基材１を用いて製造されるＦＲＰ成形体の優れた力学特性を達成することができる。このようなＦＲＰ成形体は、特に、衝撃付与後の圧縮強度であるＣＡＩに優れる。
【００３５】
本実施形態に使用する強化繊維束１１は、マルチフィラメント糸であってガラス繊維糸、有機繊維糸、炭素繊維糸等である。有機繊維糸における有機繊維は、アラミド、ＰＢＯ、ＰＶＡ、ＰＥ等である。炭素繊維糸における炭素繊維は、ＰＡＮ系、ピッチ系等である。炭素繊維は、比強度および比弾性率に優れ、殆ど吸水しない。このため、炭素繊維は、航空機構造材や自動車の強化繊維として好ましく用いられる。本実施形態に使用する強化繊維束のフィラメント数は、３，０００〜５０，０００フィラメントの範囲内であることが好ましい。本実施形態に使用する強化繊維束１１のフィラメント数は、取扱性の観点から１２，０００〜２４，０００フィラメントの範囲内であるのが特に好ましい。強化繊維束１１の形態は特に限定されないが、幅や厚みの安定性に優れる無撚糸であることが好ましい。強化繊維束１１の形態は、さらに繊維配向に優れる開繊糸であることが好ましい。
【００３６】
また、本実施形態における強化繊維束１１の表面には、バインダー樹脂が付着していることが好ましい。バインダー樹脂が付着されていることにより、強化繊維束１１の形態安定性がもたらされるため、幅安定性に優れた強化繊維束１１を得ることが可能となる。本実施形態において、強化繊維束１１は、強化繊維束層形成工程において強化繊維束載置ヘッドから引き揃えて載置されるが、強化繊維束１１の幅安定性が良好でないと、隣り合う強化繊維束１１同士で目隙や重なりなどを生じ、強化繊維基材１の目付や厚みのムラを誘発することがある。バインダー樹脂は、前述の網目状樹脂材料シート１０の構成として例示した熱可塑性樹脂材料、熱硬化性樹脂材料またはそれらの混合物のいずれであってもよい。また、バインダー樹脂の付着形態は、強化繊維束１１の柔軟性および樹脂注入工程での含浸性の観点から、点状、線状、網目状などであることが好ましい。バインダー樹脂の付着量は、強化繊維束１１の目付を１００重量部としたとき、バインダー樹脂の目付が１〜２０重量部の範囲内となる量であることが好ましい。バインダー樹脂の付着量は、強化繊維束１１の目付を１００重量部としたとき、より好ましくは、バインダー樹脂の目付が２〜１８重量部の範囲内となる量であり、さらに３〜１６重量部の範囲内となる量であることが好ましい。バインダー樹脂の目付が１重量部未満であると前記幅安定性効果が得られにくいだけでなく、網目状樹脂材料シート１０との接着性が十分に得られず強化繊維基材１の形態安定性が低下するため、好ましくない。また、バインダー樹脂の目付が２０重量部を超えると強化繊維束１１の柔軟性および樹脂注入工程での含浸性が低下する場合があるので好ましくない。強化繊維束１１の柔軟性が低下すると、強化繊維束層形成工程においてボビンに巻かれた強化繊維束１１を引き出して載置した際に、載置された強化繊維束１１の端部が巻き癖により浮き上がってしまう不具合が生じたり、プリフォーム賦形工程での賦形性が低下することがある。
【００３７】
Ｂ．強化繊維基材の製造方法：
次に、本実施形態における強化繊維基材１の製造方法について説明する。本実施形態における強化繊維基材１の製造方法は、網目状樹脂材料シート配置工程と、強化繊維束層形成工程と、接着工程と、を備える。
【００３８】
Ｂ１．網目状樹脂材料シート配置工程：
図２は、本実施形態における網目状樹脂材料シート配置工程の一例を説明する説明図である。網目状樹脂材料シート配置工程では、網目状樹脂材料シート１０が、図示しない仮固着手段を有するテーブル１００上に配置される。
【００３９】
本実施形態において、仮固着手段には、静電吸着またはエアー吸引による吸着を行う装置などを用いることができる。仮固着される対象は、網目状樹脂材料シート１０および強化繊維束１１である。かかる仮固着手段を有するテーブル１００に網目状樹脂材料シート１０を配置すると、静電気やエアー吸引による吸着力は網目状樹脂材料シート１０を透過するため、後の強化繊維束層形成工程で載置される強化繊維束１１を同時に仮固着することが可能である。仮固着手段が強化繊維束１１を仮固着できるため、常温でタック性の無い強化繊維束でも、端部の浮き上がりや繊維配向ずれを生じさせることなく、精度良く載置させることが可能となる。
【００４０】
配置される網目状樹脂材料シート１０の形状は、後の強化繊維束層形成工程で形成する強化繊維束１１を引き揃えてなる強化繊維束層の面積より大きくても良いし、強化繊維束１１を引き揃えてなる強化繊維束層の面積より小さい網目状樹脂材料シート１０を必要な部分だけ選択的に配置しても良い。また、後述する強化繊維プリフォームの製造方法におけるプリフォーム賦形工程での賦形性を良くするため、網目状樹脂材料シート１０に切り込みが入っていても良い。この場合、強化繊維束１１の配向に影響を与えにくい切りこみとして、強化繊維束１１の繊維方向と交差する方向に延びる切りこみを有することが好ましい。
【００４１】
Ｂ２．強化繊維束層形成工程：
図３は、本実施形態における強化繊維束層形成工程の一例を説明する説明図である。強化繊維束層形成工程では、強化繊維束載置ヘッド１１０により、網目状樹脂材料シート１０の上に、強化繊維束１１が引き揃えて載置される。本実施形態における強化繊維束載置ヘッド１１０は、ロボットアームやガントリー（図示せず）に搭載され、いわゆる自動積層装置の一部分である。かかる装置を使用することにより、強化繊維束１１を必要な部分のみに引き揃えて載置することが可能となる。このため、シート状の強化繊維基材から所望の形状を切り出して手作業で積層する方法と比較して、強化繊維束１１の歩留まりの改善や、工程の省人化などの効果を得ることができる。
【００４２】
ボビン１１１は、強化繊維束１１を供給する。本実施形態では、ボビン１１１は、強化繊維束載置ヘッド１１０に内蔵されている。他の実施形態では、ボビン１１１は、強化繊維束載置ヘッド１１０から離れた場所に設置されたクリールステーション（図示せず）から供給されても良い。また、本実施形態では、強化繊維束１１は、強化繊維束層形成工程の効率化の観点から、複数本同時に引き出されるが、他の実施形態では、強化繊維束１１は１本ずつ引き出されても良い。
【００４３】
強化繊維束層形成工程は、まず、強化繊維束載置ヘッド１１０がテーブル１００上に配置された網目状樹脂材料シート１０上の点Ａ１まで移動し、強化繊維束１１の端部が押し当たるよう強化繊維束載置ヘッド１１０が点Ａ１に対して近付くことによって、仮固着を行う。その後、強化繊維束載置ヘッド１１０の移動速度に合わせて強化繊維束１１を繰り出しながら点Ｂ１まで移動した後、図示されていない切断機構により強化繊維束１１を切断することで、網目状樹脂材料シート１０上に所定の長さの強化繊維束１１を載置する。このようにして載置された強化繊維束１１は点Ａ１から点Ｂ１に亘って、仮固着手段によって網目状樹脂材料シート１０上に仮固着された状態となる。次に強化繊維束載置ヘッド１１０を点Ａ２まで移動させて、前回載置した強化繊維束１１に隣接し、かつ強化繊維束１１同士が互いに平行になるように新たに強化繊維束１１を載置して強化繊維束１１を網目状樹脂材料シート１０上に仮固着していく。この動作を繰り返すことにより、強化繊維束層が形成される。
【００４４】
なお、強化繊維束１１を載置する際には、既に載置されている強化繊維束１１と離間しすぎないように、また、強化繊維束１１同士が重なり合わないように、強化繊維束１１を載置することが好ましい。強化繊維束１１が重なり合ったり離間しすぎたりすると、ＦＲＰ成形体に加工した際に目的とする材料特性が得られないことや、強化繊維基材１の表面に凹凸が発生し寸法精度が得られない恐れがある。したがって、強化繊維束１１同士の載置間隔は、０〜２ｍｍであることが好ましい。また、強化繊維束１１同士が重なり合っていなくても、強化繊維束１１同士の載置間隔が狭すぎる場合、マトリックス樹脂を注入する樹脂注入工程での樹脂含浸性が十分でなくなることがある。このため、強化繊維束１１同士の載置間隔は、０．５〜２ｍｍであることがより好ましい。
【００４５】
強化繊維束１１同士の載置間隔を制御しながら載置する方法としては、予め入力した位置データに基づき、強化繊維束載置ヘッド１１０の移動位置を制御させる方法がある。かかる方法によると、強化繊維束層形成工程を行う前に、予め強化繊維束１１を載置する始点と終点との座標をコンピュータ等に入力する必要がある。そのため、所望とする強化繊維基材１の形状の種類が多くなると、座標の入力作業量が非常に膨大となる。一方、本実施形態では、網目状樹脂材料シート１０とテーブル１００との色調差（コントラスト）を検出させることで、網目状樹脂材料シート１０における強化繊維束１１を載置する始点と終点とを自動で検出させることが可能である。言い換えれば、コントラストが検出された位置を始点および終点として検出し、その始点および終点に基づいて、強化繊維束１１を載置するということである。例えば、網目状樹脂材料シート１０の上に、強化繊維束１１を直線状に載置する際、コントラストが検出された始点の位置から強化繊維束１１の載置を開始し、コントラストが検出された終点の位置において強化繊維束１１を切断することで、強化繊維束１１を載置するということである。つまり、網目状樹脂材料シート１０を所望の形状に予め裁断しておけば、強化繊維束１１の幅に見合った載置間隔を指定するだけで、座標の入力作業を行うことなく任意の形状の強化繊維基材１を作成することが可能となる。また、直前に載置した強化繊維束１１と網目状樹脂材料シート１０とのコントラストを検出すれば、載置間隔の入力を省くことも可能である。
【００４６】
本実施形態の強化繊維基材１における強化繊維束層１層当たりの目付は、５０〜８００ｇ／ｍ２の範囲内であることが好ましい。強化繊維束層１層当たりの目付は、より好ましくは１００〜５００ｇ／ｍ２、更に好ましくは１２０〜３００ｇ／ｍ２の範囲内である。強化繊維束層１層当たりの目付は、強化繊維束の目付（ｇ／ｍ）と、強化繊維束層形成工程での強化繊維束１１の載置間隔から計算することが可能である。強化繊維束層の目付が５０ｇ／ｍ２未満であると所定のＦＲＰ成形体の厚みを得るための積層枚数が増えることから、成形の作業性が悪いため好ましくない。また、強化繊維束層の目付が小さいと、強化繊維束層内の強化繊維束１１同士の間に隙間ができやすくなるため、強化繊維体積率Ｖｆが部分的に不均一となりやすくなる。このため、成形すると強化繊維体積率Ｖｆが大きなところではＦＲＰ成形体の厚さが厚くなるとともに、強化繊維体積率Ｖｆが小さなところはＦＲＰ成形体の厚さが薄くなる。すなわち、ＦＲＰ成形体の表面が、凸凹した形状となりやすい。このような場合には、強化繊維束１１を準備する段階で、振動ローラやエアー・ジェット噴射で強化繊維束１１を薄く拡げておくと、強化繊維基材１の全面にわたり強化繊維体積率Ｖｆが均一となることから、表面が平滑なＦＲＰ成形体が得られるので好ましい。また、強化繊維束層１層当たりの目付が８００ｇ／ｍ２を超えると、マトリックス樹脂を注入する樹脂注入工程において、強化繊維基材１に対するマトリックス樹脂の含浸性が悪くなるので好ましくない。
【００４７】
Ｂ３．接着工程：
図４は本実施形態における接着工程の一例を説明する説明図である。本実施形態の接着工程では、圧子１２０を用いて、網目状樹脂材料シート１０と強化繊維束１１とが接着される。かかる接着工程は、強化繊維束１１を引き揃えてなる強化繊維束層の全面に行われても良いし、強化繊維束１１を引き揃えてなる強化繊維束層の面積より小さい必要な部分だけ選択的に接着しても良い。強化繊維束層の全面が、網目状樹脂材料シート１０に接着されていると、強化繊維基材１の形態安定性に優れる。一方、強化繊維束層が部分的に網目状樹脂材料シート１０と接着されていると、後述する強化繊維プリフォームの製造方法のプリフォーム賦形工程において成形体の形状への賦形の際に変形がしやすい（すなわち賦形性が良い）。よって、成形体の形状の複雑さによって、これらを任意に使い分けることが好ましい。
【００４８】
本実施形態では、接着は、圧子１２０による熱融着により行われるが、圧子１２０に代えて、熱ローラ（図示せず）や赤外線ヒーター（図示せず）を用いて熱融着してもよい。また、熱融着に代えて、ステッチにより接着してもよい。
【００４９】
接着工程に用いられる加熱温度は、バインダー樹脂が付着していない強化繊維束１１を用いる場合、網目状樹脂材料シート１０の軟化温度から網目状樹脂材料シート１０の軟化温度より３０℃高い温度の範囲内であることが望ましい。
【００５０】
一方、バインダー樹脂が付着している強化繊維束１１を用いる場合、バインダー樹脂の軟化温度からバインダー樹脂の軟化温度より３０℃高い温度の範囲内であることが望ましい。接着工程に用いられる加熱温度が低い場合、バインダー樹脂が充分に軟化せず強化繊維束１１と網目状樹脂材料シート１０の接着が成されないことがある。また、接着工程に用いられる加熱温度が高い場合、バインダー樹脂が強化繊維束１１に浸透し、マトリックス樹脂の含浸性が悪くなることがある。
【００５１】
ここで、本実施形態において軟化温度とは、バインダー樹脂または網目状樹脂材料シートが結晶性樹脂材料の場合は融点、非晶性樹脂材料の場合はガラス転移点のことを指し、示差走査熱量計（ＤＳＣ）を用いて、ＪＩＳ  Ｋ７１２１（１９８７）にしたがい１０℃／分の昇温速度で測定した値を指す。
【００５２】
バインダー樹脂が網目状樹脂材料シート１０よりも低い軟化温度を持つものであると、熱融着後も網目状樹脂材料シート１０は形状が保持されているため、網目状樹脂材料シート１０における平面方向の繋がりにより、強化繊維基材１の形態安定性の向上や、搬送時などの取扱性を向上させることができる。その他にも、マトリックス樹脂を注入する樹脂注入工程においては、形状が保持された網目状樹脂材料シート１０が空間を確保するスペーサーとなって、強化繊維束層の層間において、マトリックス樹脂の流路を確保する。網目状樹脂材料シート１０がマトリックス樹脂の流路を確保することにより、マトリックス樹脂の含浸が容易になるだけでなく、その含浸速度も速くなることから、ＦＲＰ成形体の生産性が向上される、といった効果も実現する。かかる効果を効率よく実現させるため、バインダー樹脂の軟化温度は、網目状樹脂材料シート１０の軟化温度より５０℃以上低いことが好ましい。
【００５３】
接着手段がステッチの場合、縫い組織としては、例えば単環縫い、１／１のトリコット編みが挙げられる。ステッチ糸の材料としては、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエチレン樹脂、ビニルアルコール樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリアラミド樹脂、それらの組成物等から選ぶことができる。列挙したステッチ糸の材料の中でも、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂であることが好ましい。強化繊維基材１の賦型性の観点からは、ステッチ糸の材料は、スパンデックス（ポリウレタン弾性繊維）、ポリアミド樹脂またはポリエステル樹脂の加工糸であることが好ましい。ステッチ糸の繊度は、強化繊維束のクリンプを抑制するために、強化繊維束１１の１／５以下であることが好ましい。また、強化繊維基材１の形態安定性、製造安定性の面から、ステッチ糸の繊度は、１０ｄｔｅｘ以上、より好ましくは３０ｄｔｅｘ以上であることが好ましい。さらに、プリフォーム賦形工程での賦形性の観点から、ステッチ糸は、伸縮性を有することが好ましい。
【００５４】
ここまで説明してきた工程の流れは「網目状樹脂材料配置工程→強化繊維束層形成工程→接着工程」の順であるが、「強化繊維束層形成工程→網目状樹脂材料配置工程→接着工程」の順とすることでも、上述の内容と同様の効果を得ることが可能である。
【００５５】
本実施形態における網目状樹脂材料シート１０の目付は、前記強化繊維束層の目付を１００重量部としたとき、１〜５５０重量部であることを特徴とする。かかる目的としては、強化繊維基材１を用いたＦＲＰ成形体の製造方法において、本実施形態の強化繊維基材１を積層した後、樹脂含浸工程において、液状のマトリックス樹脂を注入する樹脂注入工程をして硬化を行う「注入成形法」と、本実施形態の強化繊維基材１を積層した後に熱プレスを行う「プレス成形法」と、のいずれにも適用できることを意味する。「プレス成形法」では、加熱機能を有するプレス機等によって網目状樹脂材料シート１０そのものがマトリックス樹脂として含浸される。
【００５６】
「注入成形法」を行う場合、本実施形態における網目状樹脂材料シート１０の目付は前記強化繊維束層の目付を１００重量部としたとき、１〜２０重量部であることが好ましい。網目状樹脂材料シート１０の目付は、前記強化繊維束層の目付を１００重量部としたとき、より好ましくは２〜１８重量部、さらに好ましくは３〜１６重量部である。網目状樹脂材料シート１０の目付が１重量部未満であると、強化繊維基材１の取扱性が低下するだけでなく、網目状樹脂材料シート１０を強化繊維束層間に存在させることによる力学特性の向上効果が小さくなるため好ましくない。また、網目状樹脂材料シート１０の目付が２０重量部を超えると、ＦＲＰ成形体にしたときのＦＲＰ成形体における強化繊維体積含有率が低くなりすぎる場合や、ＦＲＰ成形体の耐熱性、耐薬品性や圧縮強度が低下する場合があるため好ましくない。
【００５７】
「プレス成形法」を行う場合、本実施形態における網目状樹脂材料シート１０の目付は前記強化繊維束層の目付を１００重量部としたとき、１０〜５５０重量部であることが好ましい。網目状樹脂材料シート１０の目付は、前記強化繊維束層の目付を１００重量部としたとき、より好ましくは３０〜３５０重量部、さらに好ましくは４０〜３００重量部である。網目状樹脂材料シート１０の目付が１０重量部未満であると、強化繊維基材１において強化繊維束１１の占める割合が高くなり、マトリックス樹脂の含浸が困難になるため好ましくない。また、網目状樹脂材料シート１０の目付が５５０重量部を超えると、強化繊維基材１において強化繊維束１１の占める割合が低くなり、プレス成形時にマトリックス樹脂が流出する場合があるため好ましくない。
【００５８】
以上説明した強化繊維基材１の製造方法によれば、強化繊維束１１の歩留まりが優れるだけでなく、搬送時などの取扱性（特に、強化繊維基材の形態安定性）やプリフォーム賦形工程での賦形性に優れた強化繊維基材１が製造される。
【００５９】
Ｃ．強化繊維プリフォームの製造方法：
次に、強化繊維基材１を用いた強化繊維プリフォームの製造方法について説明する。本実施形態における強化繊維プリフォームの製造方法は、搬送工程と、積層工程と、プリフォーム賦形工程と、を備える。
【００６０】
Ｃ１．搬送工程：
図５は、本実施形態における搬送工程の一例を説明する説明図である。図５に示すように、搬送工程では、強化繊維基材１は、ロボットハンド２００等の搬送手段を用いて、テーブル１００から別のテーブル２１０上の所定位置へと搬送される（搬送工程）。強化繊維基材１を保持する手法は特に限定されず、クランプやニードルなどの方法の他に、静電吸着やエアー吸引などの方法を用いることができる。前述のとおり、本実施形態にかかる方法により製造された強化繊維基材１は、網目状樹脂材料シート１０に接着されていることにより、搬送工程における形態の崩れが起きにくい。強化繊維基材１を保持する手法として、静電吸着やエアー吸引などの方法は、強化繊維基材１を面で吸着するため、クランプやニードルなどの方法と比べて、強化繊維基材１の形態を崩しにくいことから、好ましい。
【００６１】
Ｃ２．積層工程およびプリフォーム賦形工程：
上記搬送工程を繰り返すことにより、強化繊維基材１を積層（積層工程）し、強化繊維基材１を積層した強化繊維基材積層体を作製した後、成形体の形状への賦形および加熱（プリフォーム賦形工程）を行い、強化繊維基材プリフォームを作製する。かかるプリフォーム賦形工程は、上下型によるプレス賦形の他、ラバーを用いた減圧賦形などの方法を用いることができる。
【００６２】
上下型によるプレス賦形（図示せず）の場合、テーブル２１０は成形体の形状を持った下型ということになる。対となる上型は、細かい凹凸形状への追従性を向上させるため、独立して作動することが可能な分割形状であっても良い。
【００６３】
図６は、本実施形態におけるプリフォーム賦形工程の一例を説明する説明図である。プリフォーム賦形工程として、本実施形態で用いるラバーを用いた減圧賦形について、図６を用いて説明する。テーブル２１０上に成形体の形状の型２２０およびシール材２４０を設ける。次に、型２２０の上に強化繊維基材１の積層を繰り返して強化繊維基材積層体２を作製する。作製された強化繊維基材積層体２と型２２０をラバー２３０で覆うとともにシール材２４０でラバー２３０をテーブル２１０に密着させてテーブル２１０およびラバー２３０で囲まれた密閉空間を形成する。テーブル２１０に設けられた吸引口２５０から密閉空間中の空気を排出することにより、密閉空間が収縮する。密閉空間の収縮に伴って、ラバー２３０が強化繊維基材積層体２を型２２０に押し当てる。型２２０に押し当てられた強化繊維基材積層体２は、成形体の形状へ賦形される。
【００６４】
かかるプリフォーム賦形工程は、目的とする成形体に必要な強化繊維基材１の積層枚数全てを一括で行っても良いし、何度かに分けて行っても良い。
【００６５】
プリフォーム賦形工程に用いられる加熱温度は、強化繊維束１１としてバインダー樹脂が付着していない繊維束を用いる場合、網目状樹脂材料シート１０の軟化温度から、網目状樹脂材料シート１０の軟化温度より３０℃高い温度の範囲内であることが望ましい。プリフォーム賦形工程での加熱温度は、強化繊維束１１としてバインダー樹脂が付着している繊維束を用いる場合、バインダー樹脂の軟化温度からバインダー樹脂の軟化温度より３０℃高い温度の範囲内であることが望ましい。プリフォーム賦形工程に用いられる加熱温度が低いと、網目状樹脂材料シート１０もしくはバインダー樹脂が充分に軟化せずプリフォームの形態固着が成されないことがある。また、プリフォーム賦形工程に用いられる加熱温度が高いと、網目状樹脂材料シート１０もしくはバインダー樹脂が強化繊維束１１に浸透し、注入成形法におけるマトリックス樹脂の含浸性が悪くなることがある。前述同様、強化繊維束１１としてバインダー樹脂が付着している繊維束を用いると、樹脂注入工程においては、網目状樹脂材料シート１０が空間を確保するスペーサーとなって、強化繊維束層の層間においてマトリックス樹脂の流路を確保する。網目状樹脂材料シート１０がマトリックス樹脂の流路を確保することにより、マトリックス樹脂の含浸が容易になるだけでなく、その含浸速度も速くなることから、ＦＲＰ成形体の生産性が向上される、といった効果をも実現する。
【００６６】
以上説明した強化繊維プリフォームの製造方法によれば、マトリックス樹脂を注入する樹脂注入工程における含浸性が良好で、耐衝撃性などの力学特性に優れる強化繊維プリフォームが得られる。このような強化繊維プリフォームは、特に、衝撃付与後の圧縮強度であるＣＡＩに優れる。
【００６７】
Ｄ．繊維強化複合材料成形体の製造方法：
続いて、強化繊維プリフォームを用いた繊維強化複合材料成形体（ＦＲＰ成形体）の製造方法について説明する。本実施形態における繊維強化複合材料成形体の製造方法は、樹脂含浸工程を備える。
【００６８】
Ｄ１．樹脂含浸工程：
本実施形態にかかるＦＲＰ成形体の製造方法は、樹脂含浸工程として、前述のとおり「注入成形法」および「プレス成形法」を採ることが出来る。
【００６９】
「注入成形法」としてはＲＴＭ（Ｒｅｓｉｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｍｏｌｄｉｎｇ）成形やＶａＲＴＭ（Ｖａｃｕｕｍ  ａｓｓｉｓｔｅｄ  Ｒｅｓｉｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｍｏｌｄｉｎｇ）成形が好ましく適用される。本実施形態の強化繊維基材１に接着された網目状樹脂材料シート１０は、強化繊維基材１内部の空気を排出する際の流路（エアパス）としての機能や、マトリックス樹脂を拡散させる媒体としての機能を発揮する。したがってＦＲＰ成形体の内部品質の向上や、樹脂注入工程の高速化が実現できる。また、本実施形態の強化繊維基材１を構成する網目状樹脂材料シート１０は、接着工程後、すなわち熱融着後も形状が保持されていることから平面方向の繋がりがあるため、高圧でマトリックス樹脂を注入した際の強化繊維基材の変形を防ぐことができる。このような注入成形法は、ＦＲＰ成形体の生産性には優れるが、適用されるマトリックス樹脂が低粘度である必要がある。このため、従来は、力学特性を十分に発揮できない場合があった。しかし、本実施形態のＦＲＰ成形体の製造方法で製造されるＦＲＰ成形体は、強化繊維束１１で構成された層の間に網目状樹脂材料シート１０が配置されているため、樹脂注入工程後のＦＲＰ成形体において、優れた力学特性を達成することができる。このようなＦＲＰ成形体は、特に、衝撃付与後の圧縮強度であるＣＡＩに優れる。
【００７０】
用いられるマトリックス樹脂は、必要に応じて固化される。固化とは、硬化または重合を意味する。かかるマトリックス樹脂の好ましい例としては、例えば、熱硬化性樹脂、ＲＩＭ（Ｒｅａｃｔｉｏｎ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  Ｍｏｌｄｉｎｇ）用熱可塑性樹脂等が挙げられる。列挙したマトリックス樹脂の中でも、注入成形法に好適であるエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、シアネートエステル樹脂、ビスマレイミド樹脂およびベンゾオキサジン樹脂から選ばれる少なくとも１種であるのが好ましい。
【００７１】
「プレス成形法」においては、網目状樹脂材料シート１０そのものがマトリックス樹脂となる。マトリックス樹脂の含浸は、加熱機能を有するプレス機等を用いることができる。
【００７２】
本実施形態にかかる方法で製造したＦＲＰ成形体は優れた力学特性を有し、かつ軽量である。このため、本実施形態にかかる方法で製造したＦＲＰ成形体の用途としては、航空機、自動車、船舶の輸送機器のいずれかにおける一次構造部材、二次構造部材、外装部材または内装部材に用いられることが好ましい。
【符号の説明】
【００７３】
１…強化繊維基材
２…強化繊維基材積層体
１０…網目状樹脂材料シート
１１…強化繊維束
１００…テーブル
１１０…強化繊維束載置ヘッド
１１１…ボビン
１２０…圧子
２１０…テーブル
２２０…型
２３０…ラバー
２４０…シール材
２５０…吸引口
【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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