(57)【要約】      （修正有）【課題】皺などの賦形不良を発生させず、強度に優れたＦＲＰ構造体を効率よく製造する。【解決手段】フラットな頂面と少なくとも２つ以上の側面を有し、少なくとも１つ以上の円弧状のコーナー部を有する雄型と、雄型と一対をなす雌型とからなる成形型に、該雄型の頂面に強化繊維束が直交する２方向に配向された強化繊維基材を配置し、雄型の頂面に形成されるコーナー部の頂点５２と該コーナー部の外周ラインの中点５４とを結ぶ中点ラインを強化繊維基材の配置面に平行な平面に投影した中点投影ラインと、少なくとも１層以上の強化繊維基材を型に配置したときのコーナー部の頂点５２を通る該強化繊維基材の強化繊維束の配向７１を平面に投影した配向投影ラインの接線方向との交差角７６ｂの最小値とし、初期交差角の最小値よりも小さい交差角７６ｂの最小値となるように強化繊維基材を変形させた状態でプレス賦形するＦＲＰ構造体の製造方法。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
賦形された強化繊維基材に樹脂を含浸し、またはあらかじめ樹脂が含浸された強化繊維基材を賦形し、前記樹脂を硬化させて成形するＦＲＰ構造体の製造方法において、
フラットな頂面と少なくとも２つ以上の側面を有し、該側面によって形成される少なくとも１つ以上の円弧状のコーナー部を有する雄型と、前記雄型と一対をなす雌型とからなる成形型に、該雄型の頂面に強化繊維束が直交する２方向に配向された強化繊維基材を配置し、
前記雌型でプレス賦形するにあたり、前記雄型の頂面に形成されるコーナー部の頂点と該コーナー部の外周ラインの中点とを結ぶ中点ラインを前記強化繊維基材の配置面に平行な平面に投影した中点投影ラインと、少なくとも１層以上の強化繊維基材を型に配置したときの前記コーナー部の頂点を通る該強化繊維基材の強化繊維束の配向を前記平面に投影した配向投影ラインの接線方向との交差角の最小値を初期交差角の最小値とし、前記初期交差角の最小値よりも小さい交差角の最小値となるように前記強化繊維基材を変形させた状態でプレス賦形することを特徴とするＦＲＰ構造体の製造方法。
【請求項２】
該強化繊維基材周縁部の一部に拘束を与えることにより、前記初期交差角の最小値よりも小さい交差角の最小値となるように前記強化繊維基材を変形させた状態でプレス賦形することを特徴とする請求項１に記載のＦＲＰ構造体の製造方法。
【請求項３】
前記強化繊維基材をしごいて該強化繊維基材周縁部の一部に拘束を与えることを特徴とする請求項２に記載のＦＲＰ構造体の製造方法。
【請求項４】
前記強化繊維基材がドライファブリック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ＦＲＰ構造体の製造方法。
【請求項５】
前記強化繊維基材にあらかじめ半硬化状態の熱硬化性樹脂が含浸していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のＦＲＰ構造体の製造方法。
【請求項６】
前記強化繊維基材にあらかじめ熱可塑性樹脂が含浸していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のＦＲＰ構造体の製造方法。
【請求項７】
前記強化繊維基材の賦形特性として、せん断特性、繊維方向の引張り特性、面外の曲げ特性をパラメータとしてシミュレーションを実施し、前記シミュレーション結果に基づいて賦形することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のＦＲＰ構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強化繊維基材を用いたＦＲＰ構造体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維やガラス繊維を強化繊維とする繊維強化プラスチック（以下ＦＲＰと記す）は、その比強度、比弾性率の高さから、航空機用途、一般産業用途、スポーツ用途等の様々な分野で多く利用されている。
【０００３】
ＦＲＰの代表的な製造方法としては、強化繊維に予めマトリックス樹脂を含浸させたプリプレグ基材を用い、このプリプレグ基材を一枚一枚積み重ねた成形体をオートクレーブ中で加熱・加圧して硬化させる、いわゆるオートクレーブ成形法がある。しかしながら、オートクレーブを用いたＦＲＰの製造は成形コストが高く、また生産性が低いという問題がある。このようなプリプレグ成形における問題を解決するため、レジントランスファーモールディング成形法（以下ＲＴＭ成形法と記す）が実用化されている。ＲＴＭ成形法は、樹脂未含浸のドライな強化繊維基材（典型的には連続繊維の織物）を、予め所定の形状に賦形したプリフォームと呼ばれるＦＲＰ成形体の前駆体を型上に配置し、全体をバッグフィルムや金型で覆った後、バッグフィルム内、あるいは金型内部を真空状態にして樹脂を注入し、硬化させるというものである。ＲＴＭ成形法はこれまでのプリプレグを使用したオートクレーブ成形法よりも低コストで生産性に優れている。
【０００４】
しかしながら、多数のコーナー部や凹凸を有するような複雑な３次元形状に対し、強化繊維基材を成形した時に発生する皺や突っ張りなどの成形不良が問題となっている。また、強化繊維基材の種類によっては、成形時の型への沿いやすさも異なるため、従来から実際に使用する強化繊維基材を型に成形するに際し、予め所定の形状をもって、成形が困難な箇所には切り込みを入れた基材を準備して成形する手法が検討されてきた。しかし、切込みを入れた基材を用いることで、成形品の強度が低下するという問題があった。上記のような問題を解決するために、基材に切り込みを入れず成形する方法が検討されてきた。
【０００５】
例えば特許文献１では、連結部を有する曲面形状に対し、強化繊維の所定の方向にテンションを付加しながら１層ずつ積層し、成形することが提案されている。しかしながら１層ずつ型に成形することが必要になるため成形に手間がかかるという問題があった。特許文献２では、屈曲部を有する形状に対して稜線に対して所定の角度をもった中立層を入れて成形することが提案されている。さらに特許文献３ではコの字断面を有する形状に対して、曲げ軸と直行する方向以外に繊維を配向させて成形することが提案されている。しかしながら特許文献２および特許文献３に記載の手法はいずれも曲げ加工を有するコの字形状に対象が限定されており、立ち面にコーナー部を有するような形状に適用出来るものではなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−１０６４６０号公報
【特許文献２】特開２０１１−３７００６号公報
【特許文献３】特開２００７−１６８２７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、従来の上述した問題点に鑑みてなされたもので、ＦＲＰ構造体の製造方法において、フラットな頂面と少なくとも２つ以上の側面を有し、該側面によって形成される少なくとも１つ以上の円弧状のコーナー部を有するような形状に対して、皺を発生させることなく強度に優れた成形品を効率良く製造する方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を達成するため、本発明は以下の方法を採用するものである。すなわち、
（１）賦形された強化繊維基材に樹脂を含浸し、またはあらかじめ樹脂が含浸された強化繊維基材を賦形し、前記樹脂を硬化させて成形するＦＲＰ構造体の製造方法において、
フラットな頂面と少なくとも２つ以上の側面を有し、該側面によって形成される少なくとも１つ以上の円弧状のコーナー部を有する雄型と、前記雄型と一対をなす雌型とからなる成形型に、該雄型の頂面に強化繊維束が直交する２方向に配向された強化繊維基材を配置し、
前記雌型でプレス賦形するにあたり、前記雄型の頂面に形成されるコーナー部の頂点と該コーナー部の外周ラインの中点とを結ぶ中点ラインを前記強化繊維基材の配置面に平行な平面に投影した中点投影ラインと、少なくとも１層以上の強化繊維基材を型に配置したときの前記コーナー部の頂点を通る該強化繊維基材の強化繊維束の配向を前記平面に投影した配向投影ラインの接線方向との交差角の最小値を初期交差角の最小値とし、前記初期交差角の最小値よりも小さい交差角の最小値となるように前記強化繊維基材を変形させた状態でプレス賦形することを特徴とするＦＲＰ構造体の製造方法。
（２）該強化繊維基材周縁部の一部に拘束を与えることにより、前記初期交差角の最小値よりも小さい交差角の最小値となるように前記強化繊維基材を変形させた状態でプレス賦形することを特徴とする（１）に記載のＦＲＰ構造体の製造方法。
（３）前記強化繊維基材をしごいて該強化繊維基材周縁部の一部に拘束を与えることを特徴とする（２）に記載のＦＲＰ構造体の製造方法。
（４）前記強化繊維基材がドライファブリックであることを特徴とする (１)〜（３）のいずれかに記載のＦＲＰ構造体の製造方法。
（５）前記強化繊維基材にあらかじめ半硬化状態の熱硬化性樹脂が含浸していることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載のＦＲＰ構造体の製造方法。
（６）前記強化繊維基材にあらかじめ熱可塑性樹脂が含浸していることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載のＦＲＰ構造体の製造方法。
（７）前記強化繊維基材の賦形特性として、せん断特性、繊維方向の引張り特性、面外の曲げ特性をパラメータとしてシミュレーションを実施し、前記シミュレーション結果に基づいて賦形することを特徴とする（１）〜（６）のいずれかに記載のＦＲＰ構造体の製造方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明はＦＲＰ構造体の製造に好適に使われるものであり、フラットな頂面と少なくとも２つ以上の側面を有し、該側面によって形成される少なくとも１つ以上の円弧状のコーナー部を有するような形状に対して、皺を発生させることなく、強度に優れたＦＲＰ構造体を効率良く製造することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る成形型の斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る強化繊維基材を示した図である。
【図３】強化繊維基材のせん断方向に負荷を加えた時の荷重‐変位曲線である。
【図４】強化繊維基材のせん断変形を示した図である。
【図５】本発明の実施形態に係るプレス成形時の様子を示した図である。
【図６】成形型のコーナー部における成形開始時の繊維束の配向を示した図である。
【図７】成形型のコーナー部におけるせん断変形の集中領域を示した図である。
【図８】本発明の実施形態に係る成形型のコーナー部における成形開始時の繊維配向を示した図である。
【図９】本発明の実施形態に係る成形型の斜視図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る成形型のコーナー部におけるせん断変形の集中領域を示した図である。
【図１１】本発明の実施例１に係る成形型の斜視図である。
【図１２】本発明の実施例１に係る成形開始時の斜視図である。
【図１３】本発明の実施例２に係る成形型の斜視図である。
【図１４】本発明の実施例２に係る成形開始時の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明はこれら図面によって何ら制限されるものではない。
【００１２】
本発明では、フラットな頂面３と少なくとも２つ以上の側面４ａ〜４ｄを有し、これらの側面４ａ〜４ｄによって形成される曲率（半径：Ｒ[ｍｍ]）を有する雄型１に対して、強化繊維基材１１を配置し、雌型４１でプレス賦形し、成形することを特徴としている。本発明の実施形態に用いる成形型の雄型１を図１に示す。ベース表面２の上に、フラットな頂面３と互いに直交する側面４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄを有し、さらに頂面３に向かって４つのコーナー部５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄと４辺６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄに曲率（半径：Ｒ）が設けられたコアが組みつけられている。
【００１３】
強化繊維基材１１は、図２に示すように、強化繊維基材を構成する繊維束が直交する２方向に配向された強化繊維基材を用いることが重要である。格子線１２は繊維配向を表しており、方向１３は０度方向を示している。
【００１４】
強化繊維基材１１に用いられる強化繊維としては、特に規定されるものではないが、炭素繊維やガラス繊維、アラミド繊維やポリパラフェニレン・ベンゾビス・オキサゾール（ＰＢＯ）繊維などを用いることが出来、これらのうち１種類あるいは２種類以上を併用したものも使用することが出来る。織り構造としては、連続繊維が２方向に入っている構造であって、平織や綾織、朱子織、簾織等の織り布、またＮＣＦ（ノンクリンプファブリック）であっても良いが、賦形性、取り扱い性、コストなどの観点から平織や綾織が好適に用いられる。
【００１５】
ここで、強化繊維基材は樹脂が含浸されていないドライ状態で賦形することが好ましいが、あらかじめ樹脂を含浸させた、いわゆるプリプレグであってもよい。樹脂としては、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およびビスマレイミド樹脂、それらの組み合わせ等の熱硬化性樹脂を半硬化状態で含浸させたものが好ましい。中でも、高い力学物性を発現させることから、エポキシ樹脂が特に好ましい。また、ポリオレフィン樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリケトン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリビニルホルマール樹脂、それらを組み合わせた樹脂等の熱可塑性樹脂を含浸させたものも好適に用いられる。このうち、特に高伸度の観点からポリカーボネート樹脂やＡＢＳ樹脂およびそれらのブレンド材、高強度の観点からはポリアミド樹脂およびそれらのブレンド材がより好ましく用いられる。
【００１６】
ここで、強化繊維基材１１のせん断変形について説明する。
【００１７】
図３(ａ)は、強化繊維基材のせん断変形について模式的に示したものである。強化繊維基材がせん断変形すると、変形前の形状２１から、形状２２になる。強化繊維基材の繊維配向２３は変形後の配向を示しており、変形前は荷重方向２４に対して４５度および−４５度方向に配向している。変位量２５は強化繊維基材の変形前から変形後の評価点２６の変位量を示し、角度２７は荷重方向２４と変形後の強化繊維基材の繊維配向２３とのなす角度である。角度２７は上記したピクチャーフレーム試験やバイアスエクステンション試験などから得ることができる。この角度２７をθ(°)とすると、強化繊維基材のせん断角度α（°）は（１）式で求めることができる。
α＝９０−２θ（°）  （１）  
【００１８】
引き続き荷重を負荷し続けると、強化繊維基材の強化繊維同士が強く拘束しあうようになり、強化繊維基材が変形しにくくなる。さらに荷重を加えると図３（ｂ）に示す状態となる。強化繊維が締め付けられて面内で変形を吸収出来なくなることで、面外に変形して皺２８が発生する。この皺２８は実際の成形では成形不良となって残ってしまう。
【００１９】
図４は、図３（ａ）に示すように強化繊維が直交する２方向に配向された強化繊維基材において、せん断方向に引張荷重を負荷した時の一般的な荷重−変位曲線を示す。荷重−変位曲線３１は荷重負荷直後の領域３２では緩やかに荷重が上昇する。この領域３２では引張荷重による変形によって発生する強化繊維基材同士の摩擦力が荷重として現れている。次に、強化繊維が滑り出すことで殆ど荷重が上昇することなくせん断変形が進行する領域３３に移る。引き続き荷重を負荷し続けると、指数関数的に荷重が上昇する領域３４に移る。領域３４では強化繊維同士が強く拘束しあい、強化繊維が容易に移動できにくくなっている。さらに荷重を加えると、強化繊維が締め付けられて変形することによる荷重上昇が起き、図３（ｂ）に示す状態となる。したがって、皺が発生し始める点３５が成形の限界点であるといえる。この点３５における強化繊維基材のせん断角度をせん断ロッキング角度として賦形の可否を判断することができる。皺が発生し始める点については、上述したピクチャーフレーム試験やバイアスエクステンション試験などで得ることが出来る。得られた荷重−変位曲線からおおよその値を算出することも可能であるが、実際に皺が発生した点を観測し記録することが賦形の可否を正確に判断出来る点で好ましい。
【００２０】
なお、あらかじめ樹脂を含浸させたプリプレグのせん断変形特性もピクチャーフレーム試験やバイアスエクステンション試験等の手段で取得できる。ただし樹脂が含浸されていることにより、温度条件によってせん断変形特性が大きく変化する。したがって、プリプレグのせん断変形特性はあらかじめ成形条件に合わせた温度条件下で取得することが好ましい。
【００２１】
本発明の実施形態にかかるプレス賦形前の様子を図５に示す。雄型１の上に強化繊維基材１１を配置し、雌型４１を降下させてプレス賦形する。図６は雄型１のコーナー部を拡大したものであり、雄型１の頂面３に繊維束の配向が０度または９０度となるように強化繊維基材を配置した場合における、賦形開始時の繊維束の配向５０を示している。なお、図６において、方向５１を０度方向として説明する。
【００２２】
雄型１のコーナー部の頂点５２として、コーナー部の外周ライン５３の中点５４と頂点５２を最短距離で結んだ線を中点ライン５５とする。また、繊維束の配向５６ａ、５６ｂは頂点５２を通る繊維束の配向を示し、強化繊維基材１１の配置面である頂面３に平行な任意の投影面５７、頂点５２を投影した投影点５２ａ、中点ライン５５を投影した中点投影ライン５５ａ、頂点５２を通る繊維束の配向５６ａ、５６ｂを投影した配向投影ライン５６ｃ、５６ｄとする。さらに、配向投影ライン５６ｃ、５６ｄの接線５６ｅ、５６ｆとして、それぞれ中点投影ライン５５ａと接線５６ｅ、５６ｆとのなす角度を初期交差角５８ａ、５８ｂとする。図６に示すように、繊維束の配向が０度または９０度となるように強化繊維基材１１を配置した場合は、初期交差角５８ａ、５８ｂは同じ角度となる。
【００２３】
図７は、図６で示したように強化繊維基材１１を配置した時のプレス賦形後のコーナー部を模式的に示した図である。すなわち、雄型１の頂面３に、強化繊維基材１１の繊維束の配向を０度または９０度となるように配置し、そのまま雌型４１で賦形した場合には、図７に示すような皺が発生する。この皺が発生した領域のうち、ハッチングした箇所は、せん断変形角度がせん断ロッキング角度から１０度差し引いた角度以上せん断ロッキング角度以下となった高せん断領域６１と、せん断ロッキング角度超過領域６２を、それぞれ示している。強化繊維基材１１は、せん断方向である矢印６３の方向に伸ばされるため、せん断変形は雄型１のコーナー部の中点ライン５５に沿って集中し、せん断ロッキング角度超過領域６２が発生する。せん断ロッキング角度超過領域６２において強化繊維基材１１は面外に降伏し、それを起点にコーナー部の中点ライン５５の両サイドに皺が伝播する。
【００２４】
本発明は、このような皺を発生させることなく強化繊維基材１１をプレス賦形するため、前記雄型の頂面に形成されるコーナー部の頂点と該コーナー部の外周ラインの中点を結ぶ中点ラインを前記強化繊維基材の配置面に平行な平面に投影した投影ラインと、少なくとも１層以上の強化繊維基材を型に配置した時の前記コーナー部の頂点を通る強化繊維束の配向を前記投影ラインの接線方向との交差角の最小値を、前記強化繊維基材配置時における初期交差角の最小値よりも小さくした状態でプレス賦形することが重要である。このようなプレス賦形について説明する。
【００２５】
図８は本発明の実施形態における雄型１のコーナー部を拡大したものであり、コーナー部における強化繊維基材の賦形開始時における繊維配向７１を示しており、方向７２が０度方向である。図６と異なり、強化繊維基材１１の繊維配向７１を、雄型１の頂面３に０度または９０度に繊維束を配向させた状態から、強化繊維基材１１をあらかじめ矢印７３の向きにコーナー部に沿うようにしごいておく。ここで、繊維束の配向７５ａ、７５ｂは頂点５２を通る繊維束の配向を示し、頂点５２を通る繊維束の配向７５ａ、７５ｂを投影したラインを配向投影ライン７５ｃ、７５ｄとする。さらに、配向投影ライン７５ｃ、７５ｄの接線７５ｅ、７５ｆと中点投影ライン５５ａと接線７５ｅ、７５ｆのなす角度を交差角７６ａ、７６ｂとする。
【００２６】
図８に示すように、コーナー部における強化繊維基材１１を矢印７３の方向にしごくことにより、図６で示した初期交差角５８ｂより小さい交差角７６ｂとなるように変化させることができる。
【００２７】
強化繊維基材１１をしごく方法については初期交差角の最小値より小さくできれば良く、特に限定されるものではない。あらかじめ、プレス賦形前に手でしごいておく、強化繊維基材１１の一部を挟んで外力（テンション）を加えるような機構を設ける、といった手段をとることが出来る。
【００２８】
図９は図８に示すように強化繊維基材１１の交差角７６ｂを初期交差角５８ｂより小さくした状態で、強化繊維基材１１の一部に拘束８１を与えた状態を示している。プレス賦形前に強化繊維基材１１の周縁部の一部に拘束８１を設けることによって賦形時に強化繊維基材１１が動いてコーナー部の交差角が想定した角度から変化することを防いだ状態で賦形することが出来る。
【００２９】
交差角を初期交差角より小さくした状態で拘束する方法については、特に限定されるものではなく、例えば強化繊維基材周縁部の一部を両面テープやピンで固定する、といった方法が考えられる。ただし、成形後に容易に取り除けるような方法が好ましく、両面テープやピンといった別途取り除く工程が必要な方法ではなく、強化繊維基材配置時のコーナー部での繊維配向を変える外力（テンション）を加えるような機構を設け、強化繊維基材周縁部の一部を拘束しながら成形するといった方法が好ましい。
【００３０】
図１０は、図８に示すように強化繊維基材１１の交差角７６ｂを初期交差角５８ｂより小さくした状態で賦形した時のコーナー部を拡大したものである。ハッチングした部分は、せん断ロッキング角度から１０度差し引いた角度以上せん断ロッキング角度以下の高せん断領域８１ａ、８１ｂを示しており、コーナー部の中点ライン５５の両側に高せん断領域８１ａ、８１ｂが分散している。これは、賦形開始時にコーナー部における強化繊維基材１１をしごいて交差角７６ｂを小さくしたことで強化繊維基材１１のせん断方向が変わり、強化繊維基材１１が矢印８２ａ、８２ｂで示す２方向に伸ばされるようになった結果、コーナー部に集中していたせん断変形が分散され、せん断ロッキング角度を超過する領域が少なくなったことを示している。
【００３１】
しかし、交差角７６ｂの最小値が大きいままの場合には、コーナー部でのせん断変形の集中が十分に分散されず、せん断ロッキング角度超過領域が残ることがある。また、初期配置時の初期交差角５８ｂから強化繊維基材１１をしごいて変化させる角度が大きすぎると、しごいた先に強化繊維基材１１が寄りすぎて皺になってしまう可能性がある。したがって、変化させる交差角の大きさは賦形後にせん断ロッキング角度を超過する領域が残らず、しごいた先に強化繊維基材１１が寄りすぎて皺にならないように決めることが好ましい。
【００３２】
強化繊維基材１１をしごく方向については、図１に示す各コーナー５ａ〜５ｄで任意の方向であってよく、例えば各コーナー５ａ〜５ｄの頂点を中心とする場合、同じ回転方向であっても良いし、各コーナー５ａ〜５ｄで異なる回転方向であっても良い。またコーナーの大きさＲ（[ｍｍ]）についても任意の大きさであって良く、またコーナー部５ａ〜５ｄを形成する側面が直交しない形状であっても良い。ただし、コーナーの大きさＲ（[ｍｍ]）が小さすぎると、強化繊維基材１１の織構造によっては形状に沿うこと自体が出来なくなってしまうため、コーナーの大きさＲ（[ｍｍ]）は１０ｍｍ以上であることが好ましい。
【００３３】
なお、本発明の実施形態において、強化繊維基材１１の初期配置については、繊維束を配向が０度または９０度に限らず任意の方向に配向させてよく、コーナー部の強化繊維基材１１の繊維束の配向を変え、賦形開始時の交差角を強化繊維基材の配置時の初期交差角５８ｂの最小値よりも小さくした状態でプレス賦形することができる。また、変化させる交差角の大きさは、使用する強化繊維基材１１の種類や、強化繊維基材１１の型配置時における繊維束の配向、コーナーの大きさＲ（[ｍｍ]）、製品に要求される品質等によって適宜変えることが出来る。
【００３４】
賦形については、１層ずつ配置して賦形しても良いが、複数層同時に賦形することが生産効率の点で好ましい。また同一配向角度で積層する場合、各層の繊維束の配向を変える時に同じ方向にしごいても異なる方向にしごいても良いが、各層でしごく方向異なっている方が、賦形後の繊維束の配向の偏りがなくなるため強度剛性の点で好ましい。
【００３５】
図１０に示すような賦形された賦形体に樹脂を含侵させて成形することで、ＦＲＰ構造体を得ることが出来る。成形方法についてはドライファブリックの場合、プレスして賦形した後に金型内部を真空状態にして樹脂を注入するＲＴＭ成形法などで成形される。熱硬化性樹脂をマトリクス樹脂とするプリプレグはオートクレーブ成形、熱可塑樹脂をマトリクス樹脂とするプリプレグは型に熱を与えて成形し、冷却硬化させるといった製造方法が好適に用いられる。樹脂を注入あるいは硬化させる方法は使用する材料、マトリクス樹脂によって任意に選択できるものとし、上記した方法に限定されるものではない。
【００３６】
また強化繊維基材１１の特性として前述したせん断特性の他、引張特性や基材のドレープ性を表す曲げ特性、型と強化繊維基材の摩擦特性、２層以上で賦形する場合は強化繊維基材層間の摩擦特性など、あらかじめ成形条件に応じた任意の特性を取得しておき、該特性をパラメータとして有限要素法のような汎用の解析コードでシミュレーションを実施し、該シミュレーションで得られた条件の基づいて実際に賦形し、成形するといった方法もとることができる。シミュレーションを利用することは検討に費やされるコストや人手による作業量をカットできる点で好ましい。
【００３７】
以上のように、従来は賦形が困難なコーナー部に対しては、強化繊維基材に切り込みを入れ、ハンドレイアップでしごきながら１層ずつ積層して賦形し、成形していたのに対し、本発明によれば、頂面の繊維配向を保ちながらコーナー部での簡便な繊維配向のコントロールのみで皺が発生せず、さらに強化繊維基材に切り込みを入れないことから強度剛性に優れた成形品を得ることが出来る。
【実施例】
【００３８】
（実施例１）
以下に具体的な実施例を示す。なお、本発明は、これら実施例や比較例に何ら限定されるものではない。
【００３９】
図１１は実施例で用いたアルミ製の賦形検証型であり、４００ｍｍ×４００ｍｍで高さ２０ｍｍのベース表面１０１の上に、１辺の長さが１６０ｍｍ、高さ５０ｍｍの直方体の４コーナー１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄにそれぞれ１０ｍｍのＲを設け、さらに頂面１０３の４辺に１０ｍｍのフィレット１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、１０４ｄを施したコア形状になっている。該賦形型に３６０ｍｍ×３６０ｍｍの強化繊維基材１０５を賦形するシミュレーションを有限要素法で実施した。
【００４０】
使用する強化繊維基材は、東レ（株）製  Ｔ３００Ｂ−３Ｋの炭素繊維織物（織り組織：平織り、織物目付け：１９８ｇ／ｍ２、弾性率：２３０ＧＰａ、強度：３５３０ＭＰａ、フィラメント数：３,０００本）とＴ７００ＳＣ−１２Ｋの炭素繊維織物（織り組織：平織り、織物目付け：３３０ｇ／ｍ２、弾性率：２３０ＧＰａ、強度：４５１０ＭＰａ、フィラメント数：１２,０００本）を用いた。
【００４１】
図１２に賦形開始時の様子を示した。賦形型に基材１０５を配置し、頂面１０４の任意の５点で位置決めした。基材１０５の繊維配向はベース表面１０１の任意の１辺を０度として０度及び９０度のなるように位置決めした。
【００４２】
次に初期交差角を、基材のコーナー部の頂点１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄを中心にして矢印１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄのように回転させることによって、頂面１０３の繊維配向を保ったまま交差角の最小値が５度〜４０度となるようにして周縁部の一部に拘束を与えた。４００ｍｍ×４００ｍｍで厚み１０ｍｍ中央にコアの外形状＋２ｍｍの穴の空いたアクリル製プレート１１３をベース表面１０１に対して平行に真っ直ぐ押し込むことで賦形した時のコーナー部の賦形性を調べた。賦形の良否は図１１に示すコーナー部１０２ａ及びコーナー部を形成する側面１０６ａ、１０６ｂの最大せん断変形角度と使用基材のせん断ロッキング角度と比較することで賦形の可否を判断した。結果を表１に示す。
【００４３】
【表１】
2015189150.tif 000003
【００４４】
Ｔ３００Ｂ−３Ｋのクロス材は、最小交差角度を１０度、Ｔ７００ＳＣ−１２Ｋのクロス材は２０度になるように基材を回転させることで、賦形可能であることを確認した。すなわちＴ３００Ｂ−３Ｋのクロス材は３５度、Ｔ７００−１２Ｋクロス材は２５度変化させれば頂面の繊維配向を保ったまま賦形可能となることを確認した。コーナー部で繊維の入る方向を変えることが有効であることを確認した。
（実施例２）
図１３は実施例２で用いたアルミ製の賦形検証型であり、４００ｍｍ×４００ｍｍで高さ２０ｍｍのベース表面２０１の上に、長手方向に２４０ｍｍ、短手方向に１６０ｍｍ、高さ５０ｍｍの直方体の４コーナー２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ、２０２ｄにそれぞれ１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍ、４０ｍｍのＲを設け、さらに頂面２０３の４辺に徐変フィレット２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃ、２０４ｄを入れることで各コーナー間を滑らかにつないだ形状になっている。該賦形型に３６０ｍｍ×３６０ｍｍの強化繊維基材を賦形した。
【００４５】
使用する強化繊維基材は実施例１で用いた東レ製  Ｔ７００ＳＣ−１２Ｋの炭素繊維織物（織り組織：平織り、織物目付け：３３０ｇ／ｍ２、弾性率：２３０ＧＰａ、強度：４５１０ＭＰａ、フィラメント数：１２,０００本）である。
【００４６】
図１４に賦形開始時の様子を示す。賦形型に基材２０６を配置し、コア上面の任意の５点で位置決めし、４００ｍｍ×４００ｍｍで厚み１０ｍｍ、さらに中央にコアの外形状＋２ｍｍの穴の空いたアクリル製プレート２０７をベース表面２０１に対して平行に真っ直ぐ押し込むことで賦形する。基材２０６の繊維配向はベース表面２０１の任意の１辺を０度として０度及び９０度のなるように位置決めした。
【００４７】
位置決めした基材のコーナー部における繊維配向を、コーナー部の頂点ラインに対して、２０度になるように矢印２０７ａ、２０７ｂ、２０７ｃ、２０７ｄのように回転させて周縁部の一部に拘束を与え、プレス成形した。結果、Ｒ１０〜Ｒ４０の全てのコーナーにおいて皺がなく良好な賦形体を得た。
【００４８】
（比較例１）
実施例２と同様の型を用いてコーナー部の交差最少角度を変えずに賦形した。結果、Ｒ４０のコーナー部では皺が発生しなかったが、Ｒ１０〜Ｒ３０のコーナー部では頂点ラインを基点として皺が発生する結果となった。
【符号の説明】
【００４９】
１：雄型
２：雄型ベース表面
３：雄型の頂面
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ：雄型の側面
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ：雄型のコーナー
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ：雄型の頂面４辺
１１：強化繊維基材
１２：強化繊維基材の繊維配向
１３：強化繊維基材の０度方向
２１：強化繊維基材せん断変形前の形状
２２：強化繊維基材せん断変形後の形状
２３：強化繊維基材せん断変形後の繊維配向
２４：荷重方向
２５：強化繊維基材せん断変形による変位量
２６：変位量評価点
２７：せん断変形角度
２８：皺
３１：荷重−変位曲線
３２：強化繊維基材の初期せん断変形領域
３３：強化繊維基材の中間せん断変形領域
３４：強化繊維基材のせん断ロッキング領域
３５：賦形限界点
４１：雌型
５０：成形開始時の繊維配向
５１：強化繊維基材の０度方向
５２：コーナー部の頂点
５３：コーナー部の外周ライン
５４：コーナー部の外周ラインの中点
５５：コーナー部の頂点と外周ラインの中点を結ぶ中点ライン
５６ａ、５６ｂ：コーナー部の頂点をとおる繊維束の配向
５７：投影平面
５８ａ、５８ｂ：投影ラインの交差角
６１：高せん断領域
６２：せん断ロッキング超過領域
６３：基材の伸び方向
７１：賦形開始時の繊維配向
７２：強化繊維基材の０度方向
７３：強化繊維基材のしごき方向
８１：強化繊維基材周縁部の拘束
９１ａ、８１ｂ：高せん断領域
９２ａ、９２ｂ：基材の伸び方向
【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】
2015189150.tif 000009
【図７】
2015189150.tif 000010
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2015189150.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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