(57)【要約】【課題】繊維布帛基材を用いて、複雑形状であっても、最終製品面に切込のない、高品位、高精度なプリフォームを安定して製造する製造方法を提供する。【解決手段】本発明のプリフォームの製造方法は、軸方向の変形性に対して面内のせん断変形性が高い繊維布帛基材を二次曲面に賦形するプリフォーム製造方法であって、賦形時に発生する繊維布帛基材の面内のせん断変形を打ち消す方向に面内のせん断変形を加えるせん断変形手段を有することで、しわの発生を抑制する。【選択図】図２
2015147311.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
面内剛性の最も高い方向１と最も低い方向２について、方向２の弾性率が方向１の弾性率の１／２以下で方向２の伸度が方向１の伸度よりも大きい繊維布帛基材を二次曲面を含む三次元形状へ賦形するプリフォーム製造方法であって、繊維布帛基材を二次曲面に押し付けた際に発生する面内のせん断変形を打ち消す方向に面内のせん断変形を加えるせん断変形手段を有する、プリフォーム製造方法。
【請求項２】
前記せん断変形手段が、繊維布帛基材を二次曲面に押し付けた際、面内のせん断変形により繊維布帛基材の密度が高くなる部位に、繊維布帛基材の密度が低くなる方向に引張荷重を加えることである、請求項１に記載のプリフォーム製造方法。
【請求項３】
前記せん断変形手段が、繊維布帛基材において、最終製品に含まれない、繊維の突っ張りおよび／またはしわの発生が予想される部位に切込を入れることである、請求項１に記載のプリフォーム製造方法。
【請求項４】
前記せん断変形手段が、繊維布帛基材の周囲の、最終製品に含まれない部位を、ブランクフォルダで把持し、二次曲面に押し当てる際に繊維布帛基材の密度が低くなる方向へ引張荷重を加えることである、請求項１に記載のプリフォーム製造方法。
【請求項５】
ブランクフォルダが複数に分割されている、請求項４に記載のプリフォーム製造方法。
【請求項６】
複数に分割されたブランクフォルダを個別に移動方向を制御する、請求項５に記載のプリフォーム製造方法。
【請求項７】
複数に分割されたブランクフォルダに、繊維布帛基材を二次曲面に押し付けた際に繊維布帛基材の密度が低くなる方向に引張荷重を加えるブランクフォルダと、引張荷重を加えたことによって新たに発生する面内のせん断変形を周囲に分散させる方向に引張荷重を加えるブランクフォルダとが含まれる、請求項６に記載のプリフォーム製造方法。
【請求項８】
繊維布帛基材を二次曲面に賦形中に、前記せん断変形手段により面内のせん断変形を加える部位を繊維布帛基材の大半の温度雰囲気よりも高い温度に温調する、請求項１〜７のいずれかに記載のプリフォーム製造方法。
【請求項９】
繊維方向を違えて積層された、複数の繊維布帛基材について、繊維布帛基材ごとに前記せん断変形手段を有する、請求項１〜８のいずれかに記載のプリフォーム製造方法。
【請求項１０】
繊維方向を違えて積層された、複数の繊維布帛基材について、最終製品の表面を形成する繊維布帛基材のみ、前記せん断変形手段を有する、請求項１〜８のいずれかに記載のプリフォーム製造方法。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載のプリフォーム製造方法により製造された、最終製品に含まれる部位に切込のないプリフォーム。
【請求項１２】
請求項１１に記載のプリフォームを用いて成形した繊維強化プラスチック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維布帛基材を用いて、複雑形状であっても、最終製品面に切込のない、高品位、高精度なプリフォームを安定して製造できる製造方法に関する。さらに詳しくは、例えば樹脂注入成形に用いられる織物基材やプレス成形に用いられるプリプレグ積層体を複雑形状に賦形したプリフォームの製造方法、およびその方法により製造されたプリフォーム、そのプリフォームを成形して得られる繊維強化プラスチックに関する。
【背景技術】
【０００２】
強化繊維とマトリックス樹脂からなる繊維強化プラスチックは、比強度、比弾性率が高く、力学特性に優れること、耐候性、耐薬品性などの高機能特性を有することなどから産業用途においても注目され、その需要は年々高まりつつある。
【０００３】
金属加工と比較して、繊維強化プラスチックの成形の歴史は浅く、一般的に複雑形状、特に二次曲面への繊維布帛基材の賦形技術は開発途上にある。多くの場合で繊維布帛基材は連続繊維から形成されており、繊維強化プラスチックとした際に高強度、高剛性が期待できる一方、賦形時には繊維が突っ張る箇所、しわが発生する箇所が発生するため形状追従性が低いという問題がある。
【０００４】
プロセスとして複雑形状を実現しようと、シート基材をブランクフォルダに固定し深絞り成形を行うことでシート基材に張力を加え、しわの発生を抑制する検討も行われている（例えば、特許文献１）。しかし繊維布帛基材の場合、繊維方向には伸度が低く、形状追従できない。一方で繊維布帛基材の中でも、織物や繊維束をステッチングにより一体化したステッチ基材などは、繊維方向の変形性に比べ圧倒的に面内のせん断変形性が高く、材料を改良してさらに面内のせん断変形性を高めることで複雑形状への賦形性を上げるという検討もなされている（例えば、特許文献２）。しかしながら、材料の改良のみでは限界があり、形状によっては繊維を切断する切込を挿入するなどして形状追従性を高めることができるが、連続繊維ゆえに獲得しえた繊維強化プラスチックとしての高強度特性を失うこととなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−２２６００１号公報
【特許文献２】特開２００７−１６２１５１号広報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、かかる従来技術の背景に鑑み、繊維布帛基材を用いて、複雑形状であっても、最終製品面に切込のない、高品位、高精度なプリフォームを安定して製造する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】
【０００７】
本発明のプリフォーム製造方法は、かかる課題を解決するために、次のような手段を採用するものである。すなわち、面内剛性の最も高い方向１と最も低い方向２について、方向２の弾性率が方向１の弾性率の１／２以下で方向２の伸度が方向１の伸度よりも大きい繊維布帛基材を二次曲面を含む三次元形状へ賦形するプリフォーム製造方法であって、繊維布帛基材を二次曲面に押し付けた際に発生する面内のせん断変形を打ち消す方向に面内のせん断変形を加えるせん断変形手段を有する、プリフォーム製造方法である。
【０００８】
本発明のプリフォームは、かかる課題を解決するために、次のような手段を採用するものである。すなわち、前記したプリフォーム製造方法により製造された、最終製品に含まれる部位に切込のないプリフォームである。
【０００９】
さらに、本発明の繊維強化プラスチックは、かかる課題を解決するために、次のような手段を採用するものである。すなわち、前記したプリフォームを用いて成形した繊維強化プラスチックである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、繊維強化プラスチックの成形に用いる高品位、高精度なプリフォーム、およびそれを安定して製造する製造方法、製造装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に用いる繊維布帛基材の力学特性の一例を示す図である。
【図２】繊維布帛基材に面内のせん断変形を加えコーナー部に賦形する本発明のプリフォーム製造方法の一例を示す図である。
【図３】繊維布帛基材を弁当箱形状に賦形する本発明のプリフォーム製造方法の一例を示す図である。
【図４】繊維布帛基材を弁当箱形状に賦形する本発明のプリフォーム製造方法の一例を示す図である。
【図５】繊維布帛基材を弁当箱形状に賦形する本発明のプリフォーム製造方法の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明者らは、繊維強化プラスチックとした際に複雑形状でありながら高品位で高力学特性を発現する、高品位、高精度なプリフォームを安定して製造するため、鋭意検討し、高力学特性に寄与する連続繊維や長繊維を含み、軸方向の変形能に対して面内のせん断変形性が高い繊維布帛基材という特定の基材に、しわの発生を抑制するように変形を与えながら複雑形状を賦形するという特定の処理を施すことにより、かかる課題を一挙に解決することを究明したのである。
【００１３】
二次曲面に対しては、紙のように軸方向の変形能も面内のせん断変形性も低い基材では切込無しに原理的に形状追従できない。ここで二次曲面とは、例えば半球状などの形状を指し、一次曲面のように、単純に曲線を一方向に押し出したような形状ではない複雑形状を指す。一方、本発明に用いる軸方向の変形能に対して面内のせん断変形性が高い繊維布帛基材の代表としては織物が挙げられる。賦形時に繊維が引き揃えられた方向にはほとんど伸びることが出来ないが、目ズレにより容易に面内のせん断変形が可能であり、それ故複雑形状への形状追従性が発現する。このような特性を持つ繊維布帛基材としては他にも、組物、編物、繊維束を二方向に引き揃えてステッチ糸で一体化した積層ステッチ基材、二方向に積層した一方向配向プリプレグ基材などが該当する。なお、本文において、単純に基材と記す場合、繊維布帛基材を指すこととする。
【００１４】
本発明で用いられる繊維布帛基材は、面内に一方向に引き揃えられた（面外方向のうねりは無視し、面内で実質的に真っ直ぐに配向した）連続繊維または長繊維が複数方向、好ましくは２方向へ配向しており、この面内剛性の最も高い方向１と最も低い方向２について、方向２の弾性率が方向１の弾性率の１／２以下で方向２の伸度が方向１の伸度よりも大きい必要がある。剛性と伸度の評価に際して、面内剛性の最も高い方向１は連続繊維または長繊維が配向した方向から選ばれ、面内剛性の最も低い方向２は複数の連続繊維または長繊維が配向した中間方向から選ばれる。連続繊維や長繊維から形成された繊維布帛基材は繊維の配向方向には伸度が低く弾性率が高い一方、面内のせん断変形は容易に行われなければ、二次曲面への形状追従性は発現しない。面内のせん断変形性が高いということは、面内のある特定の方向への引張荷重に対して、弾性率が低く、伸度が高いと言い換えることができる。典型的には平織物において、縦糸もしくは横糸の繊維方向への弾性率は高く、伸度は繊維伸度に支配されるため低くなる一方、縦糸と横糸の中間、繊維方向に対して±４５°の方向へ引張荷重を加えた場合には、弾性率は非常に低く、伸度も繊維伸度に比べるとはるかに高くなる。二次曲面への形状追従性を追求すると、繊維がひき揃えられた面内剛性の最も高い方向１の弾性率に対して、引き揃えられた繊維が存在しない最も面内剛性の低い方向２の弾性率は１／２以下である必要がある。好ましくは方向２の弾性率が方向１の弾性率の１／１０以下であることが良い。また、面内剛性の最も高い方向１の伸度に比べ、最も面内剛性の低い方向２には伸度も高い必要がある。好ましくは方向２の伸度が方向１の伸度の１０倍以上であることがよい。
【００１５】
弾性率および伸度は次の手順で取得して比較する。基材を弾性率、伸度を測定したい長手方向に１００ｍｍ、幅２５ｍｍのスパン間を確保できるようカットし（基材の掴み部は両端に長手方向に＋５０ｍｍ程度準備）、カットした基材の試験片を引張試験機にすべりのないようチャックで両端を把持し、クロスヘッドの移動量からひずみ量１％における荷重を基材幅で割り返した応力（Ｎ／ｍｍ）をひずみ量１％で割ったものを基材のその方向における弾性率と定義する。引張試験中に１％以上のひずみ量で１０％以上荷重低下が起きた際のクロスヘッドの移動量から計算されるひずみ量を伸度として定義する。図１に典型的な方向１と方向２の基材の引張試験における荷重−変位線図を示し、弾性率、伸度の比較方法を説明した。
【００１６】
上記のような繊維布帛基材は二次曲面に賦形される場合、繊維の配向方向の伸びよりも面内のせん断変形が優先的に起こるため、面内のせん断変形の限界が形状追従性の限界について支配的である。繊維方向に伸びがないとすると、幾何学的に繊維配置が決定し、賦形する形状に応じて各部位の面内のせん断変形量が決定する。せん断変形が大きすぎると面外方向に繊維が座屈を起こし、しわが発生する。
【００１７】
本発明の特徴は、賦形時に発生する基材面内のせん断変形を打ち消す方向に面内のせん断変形を加えるせん断変形手段を有することにある。せん断変形には方向性があり、見る角度を変えれば、面内に引張と圧縮が加わっている状態とも言える。図２に示すように賦形時に基材３が面内のせん断変形を起こした際、面内の引張４、もしくは圧縮５が加わっている方向と逆方向に、すなわち圧縮、もしくは引張荷重を加えることで、面内のせん断変形を緩和させ、しわの発生を遅らせることができる。基材に圧縮が加わっている部位はしわが発生しなくても、繊維強化プラスチックとなった際繊維含有率が高くなったり、肉厚が大きくなったりする傾向があるが、本発明における、せん断変形手段により面内のせん断変形を加える制御は、局所的なひずみを全体に広げる効果もあるため、繊維含有率や肉厚は全体として平準化する方向であり、高品位、高品質の繊維強化プラスチックの製造に寄与する。
【００１８】
せん断変形手段として、好ましくは、繊維布帛基材を二次曲面に押し付けた際、面内のせん断変形により繊維布帛基材の密度が高くなる部位、すなわち繊維布帛基材を二次曲面に賦形中に、繊維布帛基材のしわの発生が予想される部位に、図２に示すようにしわを広げる方向（繊維布帛基材の密度が低くなる方向）に引張荷重６を加え、しわの発生を抑制するのがよい。しわの発生位置は、繊維方向に伸びないとして幾何学的に繊維配置を決定するシミュレーションソフトウェア（例えばＣＡＴＩＡ  ＣＰＤ（登録商標）やＦｉｂｅｒＳＩＭ（登録商標）など）、荷重の釣り合いを厳密に解く有限要素法を用いたシミュレーションソフトウェア（例えばＰａｍＦｏｒｍ（登録商標）など）や経験から、予め予測することが可能である。面内の引張が加わっている方向と逆方向に圧縮荷重を加えてもよいが、逆に基材が座屈し意図しないしわを発生させる可能性もあり、制御が難しい。面内の圧縮が加わっている方向と逆方向に引張荷重を加えることで、しわを直接延ばす効果が得られ、制御しやすく、安定してプリフォーム製造しやすい。
【００１９】
せん断変形手段として、さらに好ましくは、繊維布帛基材において、最終製品に含まれない、繊維の突っ張りおよび／またはしわの発生が予想される部位に切込を入れるのがよい。繊維強化プラスチックとして最終製品となる部位は、切込を入れることで力学特性の低下や引けの発生、表面品位の低下に繋がる可能性があるが、最終製品に含まれない部位についてはその性状は問題とならない。シミュレーションなどにより、繊維の突っ張りもしくはしわの発生が予想される部位は予め切込を入れておくことで、繊維の突っ張りであれば繊維配向方向にも変形でき、しわであれば繊維の座屈を抑制でき、いずれにしてもひずみを解消することができ、最終製品部の形状追従性も向上する。
【００２０】
せん断変形手段としては、繊維布帛基材の周囲の、最終製品に含まれない部位を、ブランクフォルダで把持し、二次曲面に賦形する際にしわを広げる方向（繊維布帛基材の密度が低くなる方向）に引張荷重を加えるのがよい。基材の代の部位を把持して制御を行うことで、最終製品の品位、力学特性に悪影響を与えない。ブランクフォルダによる基材の把持の仕方としては、ピンなどで固定しブランクフォルダの動きに完全に追従させてもよいし、平板同士でクランプするなどし引張荷重が加わった際には適度に滑ってひずみを解放させてもよい。さらに好ましくは図４のようにブランクフォルダの形状を移動方向に幅が狭くする、例えば紡錘状とすることで、ブランクフォルダの移動方向のせん断変形を最大限に引き出すことができる。
【００２１】
また、繊維布帛基材の周囲の、最終製品に含まれない部位を、ブランクフォルダで把持するにあたっては、ブランクフォルダが複数に分割されているのがよい。賦形する形状との兼ね合いで、繊維布帛基材の周囲には場所によって異なるひずみ、荷重が加わることから、ブランクフォルダを分割し、個々のブランクフォルダごとに固定方法を変えることで、最終製品部の面内のせん断変形性を細かく制御することが可能になる。図４のように、ブランクフォルダで局所的に把持しておけば、その他の基材は自由に面内にせん断変形が可能なため、賦形する形状に沿って力の釣り合いが取れるよう、せん断変形が適当に分布してくれる。
【００２２】
さらに好ましくは、複数に分割されたブランクフォルダを個別に移動方向を制御するのがよい。繊維布帛基材の圧縮が加わる方向と逆方向に引張荷重を加えるように、積極的にブランクフォルダを個別に移動制御することで、安定した品質のしわのないプリフォームを製造することが出来る。
【００２３】
さらに好ましくは、複数に分割されたブランクフォルダに、繊維布帛基材を二次曲面に賦形する際にしわを広げる方向（繊維布帛基材の密度が低くなる方向）に引張荷重を加えるブランクフォルダと、引張荷重を加えたことによって新たに発生する面内のせん断変形を周囲に分散させる方向に引張荷重を加えるブランクフォルダとが含まれるのがよい。ブランクフォルダを個別に制御することで、しわを広げることができるが、その動きは本来発生しない面内のせん断変形を引き起こす。このせん断変形をより全体的にならしてやるため、周囲にせん断変形を分散させる方向に引張荷重を加えることで、場所による繊維含有率や肉厚などの不均質性を低下させることができる。
【００２４】
さらに好ましいのは、繊維布帛基材を二次曲面に賦形中に、せん断変形手段により面内のせん断変形を加える部位を繊維布帛基材の大半の温度雰囲気よりも高い温度に温調するのがよい。繊維布帛基材が樹脂が含浸していないものであっても、繊維束同士の摩擦がせん断変形の抵抗となるため、温度が高いことで滑りやすくなり、結果的にしわの発生が遅れる。繊維布帛基材がプリプレグの積層基材の場合、温度を上げることで樹脂の粘度が下がり、面内のせん断変形性が向上し、結果しわの発生が遅れる。特に面内のせん断変形を制御したい部位のみを温調することが効果的である。ＩＲヒーターやキセノンランプなどで加熱してもよいし、ブランクフォルダ自体が加熱源を内包していてもよい。
【００２５】
プリフォームによっては異なる繊維配向の繊維布帛基材を複数枚積層することもある。繊維配向が異なれば、せん断変形の発生位置、せん断変形の方向性が異なる可能性があり、積層したままブランクフォルダなどで一括してせん断変形手段により面内のせん断変形を加えても、ある繊維配向の基材にとってはしわ抑制に効果的でも異なる繊維配向の基材には逆効果となることもありえる。また層間の摩擦で互いに拘束されるため、互いのせん断変形の方向が平均化された、何れの層にも好ましくないせん断変形が加えられる可能性もある。そのため、繊維方向を違えて積層された、複数の繊維布帛基材については、繊維布帛基材ごとに、せん断変形手段により個別に面内のせん断変形を加えるのがよい。例えば繊維配向が異なる基材ごと異なるブランクフォルダで面内のせん断変形性を制御するのがよい。
【００２６】
また、最終製品である繊維強化プラスチックの最表面の品位に重点を置く場合には、最終製品の表面を形成する繊維布帛基材のみ、せん断変形手段により面内のせん断変形を加えてもよい。表面以外の層については、マット基材を用いたり切込を入れた繊維布帛基材などを用いることで、形状追従性を出し、面内のせん断変形を制御する複雑なプロセスは表面層形成だけに用いることで、プロセスの煩雑さ排除やコスト低減をさせながら高い表面品位を確保することができる。
【００２７】
上記のようなせん断変形手段は手動ではなく、自動装置化することで、プリフォームの同じ場所に同じせん断変形量を生じさせることができ、物性の面でも品位の面でも安定したプロセスを実現することができる。自動装置の一例としては、図５に示すように、雄型７の周囲を囲むフレーム１３の所定の位置からスプリング１４を延ばし、スプリング１４の先に取り付けたクリップ１５で、雄型７のコーナー部の両端に基材３を把持（ブランクフォルダ）した状態で、フレーム１３を雄型７に押し付けることで自動で押し付けることにより、基材全体に張力が加わる際に、コーナー部両端はスプリング１４の存在により柔軟にしわを抑制する方向に移動する。
【００２８】
こうした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は、最終製品に含まれる部位に切込がなく、繊維強化プラスチックとした時に高力学特性、高品位とすることができる。
【００２９】
本発明に係る繊維布帛基材に用いられる強化繊維としては、例えば、アラミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリパラフェニレンベンズオキサドール（ＰＢＯ）繊維などの有機繊維、ガラス繊維、炭素繊維、炭化ケイ素繊維、アルミナ繊維、チラノ繊維、玄武岩繊維、セラミックス繊維などの無機繊維、ステンレス繊維やスチール繊維などの金属繊維、その他、ボロン繊維、天然繊維、変性した天然繊維などを繊維として用いた強化繊維などが挙げられる。その中でも特に炭素繊維は、これら強化繊維の中でも軽量であり、しかも比強度および比弾性率において特に優れた性質を有しており、さらに耐熱性や耐薬品性にも優れていることから、軽量化が望まれる自動車パネルなどの部材に好適である。なかでも、高強度の炭素繊維が得られやすいＰＡＮ系炭素繊維が好ましい。炭素繊維を用いた織物はデザイン性が高く、最終製品の表面に配されることが多い。切込がなく、自然科学に従って目ズレにより複雑形状に追従する様はプリント品にはない高級感を与える。
【００３０】
本発明に係る繊維布帛基材はプリプレグであってもよい。その際に用いられるマトリックス樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、フェノキシ樹脂、アルキド樹脂、ウレタン樹脂、マレイミド樹脂、シアネート樹脂などの熱硬化性樹脂や、ポリアミド、ポリアセタール、ポリアクリレート、ポリスルフォン、ＡＢＳ、ポリエステル、アクリル、ポリブチレンテレフタラート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、液晶ポリマー、塩化ビニル樹脂、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素系樹脂、シリコーンなどの熱可塑性樹脂が挙げられる。その中でも特に熱硬化性樹脂を用いるのが好ましい。マトリックス樹脂が熱硬化性樹脂であることにより、切込プリプレグ基材は室温においてタック性を有しているため、該基材を積層した際に上下の該基材と粘着により一体化され、意図したとおりの積層構成を保ったままで成形することができる。プリプレグを本発明により賦形してプリフォームとしたものは賦形に用いた型内でそのまま固化、成形して繊維強化プラスチックとしてもよいし、プリフォームを製造した後、成形型に別途配置して成形してもよい。また熱可塑性樹脂を用いた場合には、３次元形状を付与しプリフォームを製造した段階で最終製品の繊維強化プラスチックが完成するものもある。
【００３１】
また、本発明に係る繊維布帛基材はマトリックスが未含浸の“ドライ”基材でもよい。上記に例示したマトリックス樹脂は本発明によりプリフォームとした後に、型内に配置され樹脂を注入、固化させることによって繊維強化プラスチックとしてもよい。繊維強化プラスチックが比強度、比剛性の面で優れているが、マトリックスとして金属やセラミックスなどを用いて耐熱性や導電性などの機能を付与してもよい。
【００３２】
なお、本発明により製造された繊維強化プラスチックの用途としては、強度、剛性、軽量性が要求される、スキン、スパー、ストリンガーなど胴体、翼の一次構造材やウィンドウフレームやフラップなど二次構造の航空機部材、ファンブレードなど航空機エンジン部材、自動車部材のフロアや外板パネル、自転車用品、ゴルフなどのスポーツ部材などがある。中でも、強度、軽量に加え、部材形状が複雑で、かつ外観品位が要求される自動車部材の外板パネルに好ましく適用できる。
【実施例】
【００３３】
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、実施例に記載の発明に限定されるというものではない。
【００３４】
（実施例１）
賦形には繊維布帛基材としてＣＯ６３４３Ｂ（繊維はＴ３００−３Ｋ）を用いた。面内剛性の最も高い方向１を決めるため、面内に繊維が一方向に引き揃えられた縦糸の方向と横糸の方向の弾性率および伸度を計測した。基材を縦糸の方向に２００ｍｍ、横糸の方向に２５ｍｍとなる試験片、および横糸の方向に２００ｍｍ、縦糸の方向に２５ｍｍとなる試験片を切り出し、試験片長手方向に両端５０ｍｍずつを万能試験機のチャックにつかみ、１００ｍｍのスパン間距離として、クロスヘッドスピード１０ｍｍ／分で引張試験を行った。同様に、面内剛性の最も低い方向２を決めるため、面内に繊維が一方向に引き揃えられた縦糸と横糸の中間方向、すなわち縦糸の方向から４５度傾いた方向に２００ｍｍ、その直交方向に２５ｍｍとなる試験片、および縦糸の方向から−４５度傾いた方向に２００ｍｍ、その直交方向に２５ｍｍとなる試験片を切り出し、同様に試験片の長手方向の両端を５０ｍｍずつ掴んで引張試験を行った。いずれの試験も試験開始時に試験片にしわがなく、かつ張力が加わっていない状態を０％ひずみ、荷重０とした。弾性率はクロスヘッドの移動量換算（変位量をスパン間距離１００ｍｍで割って算出）で１％ひずみとなったところ（すなわち１ｍｍの移動量）における荷重値を試験片幅と１％ひずみで割り返したものである。伸度は１％ひずみ以上で１０％以上荷重低下が起きたひずみを採用した。縦糸および横糸方向の引張に際しては、繊維破断は起こらずチャック付近で引張方向と直交する繊維の目ずれに起因する荷重低下がおき、その際のひずみ量を伸度とした。また、縦糸の方向から４５度および−４５度傾いた方向に引張った際には、チャック付近で幅方向の自由端から繊維がほつれてす抜けることで荷重低下がおき、その際のひずみ量を伸度とした。３本ずつの試験を実施し、平均値はそれぞれ以下の通りとなった。縦糸方向の弾性率は１１６０Ｎ／ｍｍ、伸度は１．４％、横糸方向の弾性率は１６５０Ｎ／ｍｍ、伸度は１．６％であった一方、縦糸からの傾きが４５度方向の弾性率は０．６Ｎ／ｍｍ、伸度は３２％であり、−４５度方向の弾性率は０．５Ｎ／ｍｍ、伸度は３５％であった。その結果、面内剛性の最も高い方向１は横糸方向、最も低い方向２は縦糸から傾きが−４５度方向となり、方向２の弾性率は方向１の弾性率の１／３３６０、伸度は２１倍であった。
【００３５】
図３に示すように、このような繊維布帛基材３（ＣＯ６３４３Ｂ）を直方体の４隅にＲをつけたスーツケース形状の雄型７に賦形を行った。直方体の長さは２４０ｍｍ、幅が１６０ｍｍ、高さが５０ｍｍとし、４隅はそれぞれ、半径１０、２０、３０、４０ｍｍと異なるＲを設定した。平織物の縦糸と横糸はそれぞれ直方体の長手、幅方向に平行となるようにセットした。
【００３６】
それぞれのＲ部にブランクフォルダ８を設け、立ち面形成用の基材量を計算して賦形時にＲ部を形成する部位のそれぞれ２箇所に両面テープ９でそれぞれ基材３とブランクフォルダ８を固着しておいた。ブランクフォルダ８を雄型に押し付けるように移動する段階でＲ部にしわが寄るように面内のせん断変形が起こるが、ブランクフォルダ８に両面テープ６で基材が固定されているため、図２に示すようにＲ部にしわが寄る方向に移動できず、しわを広げる方向に引張荷重６が加わった状態を作り上げた。これにより、半径１０ｍｍという小さなＲ部にもしわを発生させることなく、賦形することが出来た。
【００３７】
（実施例２）
実施例１と同様の炭素繊維織物基材、賦形型を用い、図４に示すように織物基材３の型７上へのセットの仕方も同様とした。基材３の直方体の平坦部をオフセットした領域（最終製品とならない部位）は切込１２を入れた。それぞれのＲ部を形成する部位の２箇所、およびその両端に１箇所ずつ、可動式のブランクフォルダ１０を設置し、半径１０ｍｍのクランプ面で挟み込むことによりブランクフォルダ１０と基材３を固定した。ブランクフォルダ１０を賦形型７に押し付けるように移動する段階でＲ部にしわが寄るように面内のせん断変形が起こるが、図４に示すようにＲ部付近の２箇所のブランクフォルダ１０はそれぞれが離れる方向に移動することでしわを広げる方向に引張荷重を加えると共に、それらブランクフォルダ１０の両端のブランクフォルダ１０はＲ部から離れる方向に移動させることで、Ｒ部付近の面内のせん断変形を広い領域に分布させた。Ｒ部のせん断変形を切込１２の領域に誘導することで解消させ、最終製品部のひずみを低下させることとした。これにより最終製品部である直方体の平坦部の面内せん断変形が抑制され、最終的な繊維強化プラスチックとした際の部位による繊維含有率や肉厚の差は小さくなる傾向となった。
【００３８】
（比較例１）
実施例１と同様の炭素繊維平織物を同様の雄型に押し付けて賦形を実施した。半径４０ｍｍのＲ部は賦形できたが、半径１０、２０、３０ｍｍのＲ部ではしわが発生した。
【符号の説明】
【００３９】
１：面内剛性の最も高い方向に引張荷重を加えられる繊維布帛基材
２：面内剛性の最も低い方向に引張荷重を加えられる繊維布帛基材
３：繊維布帛基材
４：引張荷重
５：圧縮荷重
６：繊維布帛基材を二次曲面に押し付けた際に発生する面内のせん断変形を打ち消す方向に加える引張荷重
７：賦形型
８：ブランクフォルダ
９：ブランクフォルダと繊維布帛基材の固着部
１０：可動式ブランクフォルダ
１１：引張荷重により発生した面内のせん断変形を周囲に分散させる方向に加える引張荷重
１２：切込
１３：フレーム
１４：スプリング
１５：クリップ
【図１】
2015147311.tif 000003
【図２】
2015147311.tif 000004
【図３】
2015147311.tif 000005
【図４】
2015147311.tif 000006
【図５】
2015147311.tif 000007