(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元形状を有する賦形型を使用して強化繊維基材を該３次元形状に賦形するプリフォームの製造方法において、前記強化繊維基材は少なくとも連続繊維からなり、振動体の振動を前記強化繊維基材に伝達させて該強化繊維基材を振動させると同時に、該強化繊維基材が前記３次元形状に賦形させるのに十分な時間振動させて、前記強化繊維基材を３次元形状に賦形することを特徴とするプリフォームの製造方法。
【請求項２】
前記振動体が強化基材と直接接触するものであることを特徴とする請求項１に記載のプリフォームの製造方法。
【請求項３】
前記強化繊維基材に固着剤が賦与されており、前記３次元形状に賦形させる温度が固着剤のガラス転移温度以上であることを特徴とする請求項１または２に記載のプリフォームの製造方法。
【請求項４】
前記強化繊維基材に固着剤が賦与され、強化繊維基材を構成する強化繊維同士が結合して強化繊維基材が固定または仮固定されており、振動体によって振動させる振幅が、固着剤による強化繊維同士の結合を切る振幅以上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プリフォームの製造方法。
【請求項５】
前記強化繊維基材の振動させる箇所が複数箇所あり、該複数箇所において、振動の開始時間および／または終了時間に差をもたせたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のプリフォームの製造方法。
【請求項６】
前記強化繊維基材の周囲の一部または全部が、移動しないように固定されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のプリフォームの製造方法。
【請求項７】
前記強化繊維基材の振動させる箇所が複数箇所あり、該複数箇所において、振幅および／または振動数を異ならせたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のプリフォームの製造方法。
【請求項８】
前記振動体を、製造途中で、一次的におよび／または完全に停止させることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のプリフォームの製造方法。
【請求項９】
前記振動体の振動数、および振幅を変化させることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のプリフォームの製造方法。
【請求項１０】
前記プリフォームの製造工程中および／または製造工程後に固着剤を賦与し、プリフォームの形態を安定化させることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のプリフォームの製造方法。
【請求項１１】
前記強化繊維基材が、無機繊維からなることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のプリフォームの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば、自動車や航空機などの強化炭素繊維とマトリクス樹脂とからなる繊維強化プラスチック（以下ＦＲＰと略称す）製部材のＲＴＭ（レジントランスファーモールディング）成形法において使用する強化繊維基材プリフォームの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、炭素繊維やガラス繊維を強化繊維とするＣＦＲＰは、軽量、高耐久性であることから、自動車や航空機などの各種構成部材として理想的な材料であり、その成形法としては、強化繊維と高靱性のエポキシ樹脂からなる、厚さ数十〜数百ミクロンのプリプレグを一枚一枚積み重ねた積層体をオートクレーブ（圧力釜）中で加圧、加熱して硬化させる、いわゆるオートクレーブ成形法が一般的である。しかしながら、プリプレグは、強化繊維の周りに樹脂が含浸されていることから、繊維は樹脂で固定された状態にあるため、プリプレグを変形させることは困難であり、プリプレグを所定の３次元形状に賦形できないという問題があった。このため、凹凸のある３次元形状を有するＦＲＰ製の航空機部材や自動車部材を製造するに際しては、数ミリの凹凸に対してもプリプレグを切断、オーバーラップさせて、パッチ状に継ぎ接ぎするという製造法をとらざるをえず、このため、プリプレグからなる部材は、予想以上に高重量となるばかりでなく、継ぎ接ぎ部分の安全率を大きくとる必要性も生じて、ＦＲＰが適用できる航空機部材や自動車部材部材は、比較的平坦な形状に限られるという制約が生じていた。
【０００３】
さらに、プリプレグにおいては、硬化剤は予め樹脂中に混入されていて、室温でも反応が徐々に進行していくため、プリプレグ樹脂の硬化反応を遅らせるためにプリプレグを冷凍庫に保管して、使用する度に、一々、解凍工程を設けるという非経済的な側面があった。
【０００４】
このようなプリプレグ成形における問題を解決するＦＲＰの製造方法として、アメリカ特許第５２８１３８８号明細書に記載されているような、ＲＴＭ（レジントランスファーモールディング）法と称される成形法が注目されはじめており、長さが１０ｍ以上の複雑のＦＲＰ構造体が実用化されつつある。
【０００５】
本製造方法は、プリフォームと呼ばれる予め所定の形状に賦形された、樹脂が完全に含浸していない、いわゆるドライの連続繊維織物からなる強化繊維基材を型上に配置し、全体をバグフィルムや金型で覆った後、バグフィルム内、あるいは金型内部を真空状態にして、樹脂を注入して、前記プリフォームに樹脂を拡散、含浸させるというものであり、アメリカ特許第５４２７７２５号明細書には、タッキファイアーを使った半硬化状態のプリフォームに関する技術が開示されている。
【０００６】
ＲＴＭ成形においては、このようにプリフォームを使用するため、プリプレグという粘着性のある材料を切断するという工程が不要なため、軽量かつ、経済的なＦＲＰ部材の製造が可能となる。
【０００７】
しかしながら、プリフォームの製造には、繊維状や布帛状といった１次元、あるいは２次元の強化繊維基材を所定の３次元形状に賦形する工程が必要であり、本賦形工程をいかに正確、かつ、効率よく製造できるか、自動化が可能であるかが、ＲＴＭ成形の将来性を左右する最大の課題となっている。
【０００８】
通常、該賦形工程はクロスなどの強化繊維基材を手作業で裁断して手作業で変形させたり、クロスを継ぎ接ぎしたりすることが行われるが、経済性向上を狙って、上型と下型からなる成形型の間に強化繊維基材を配置し、直接、上下両型の間で挟み込んで、型の閉じる力で強引に強化繊維基材を賦形して、両型内に樹脂を注入する自動成形法が試みられているようである。しかしながら、このような賦形法では、強化繊維基材は型内で千切れたり、はさまったりして、再現性のあるプリフォーム、しいては、信頼性の高いＦＲＰ成形物が得られていないのが実状である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかるＦＲＰ成形技術の背景に鑑み、軽量かつ高い信頼性を有する航空機や自動車などのＦＲＰ部材の成形方法、特に、ＲＴＭ成形に用いるのに好適な３次元形状を有するプリフォームを、高精度、かつ自動的に製造することのできるプリフォームの製造方法、および本方法により製造されるプリフォーム、および該プリフォームを使って製造されるＦＲＰ成形体を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の構成を採用するものである。すなわち、
（１）３次元形状を有する賦形型を使用して強化繊維基材を該３次元形状に賦形するプリフォームの製造方法において、前記強化繊維基材は少なくとも連続繊維からなり、振動体の振動を前記強化繊維基材に伝達させて該強化繊維基材を振動させると同時に、該強化繊維基材が前記３次元形状に賦形させるのに十分な時間振動させて、前記強化繊維基材を３次元形状に賦形することを特徴とするプリフォームの製造方法。
【００１１】
（２）前記振動体が強化基材と直接接触するものであることを特徴とする前記（１）に記載のプリフォームの製造方法。
【００１２】
（３）前記強化繊維基材に固着剤が賦与されており、前記３次元形状に賦形させる温度が固着剤のガラス転移温度以上であることを特徴とする前記（１）または（２）に記載のプリフォームの製造方法。
【００１３】
（４）前記強化繊維基材に固着剤が賦与され、強化繊維基材を構成する強化繊維同士が結合して強化繊維基材が固定または仮固定されており、振動体によって振動させる振幅が、固着剤による強化繊維同士の結合を切る振幅以上であることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載のプリフォームの製造方法。
【００１４】
（５）前記強化繊維基材の振動させる箇所が複数箇所あり、該複数箇所において、振動の開始時間および／または終了時間に差をもたせたことを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかに記載のプリフォームの製造方法。
【００１５】
（６）前記強化繊維基材の周囲の一部または全部が、変形抵抗を有するように固定されていることを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれかに記載のプリフォームの製造方法。
【００１６】
（７）前記強化繊維基材の振動させる箇所が複数箇所あり、該複数箇所において、振幅および／または振動数を異ならせたことを特徴とする前記（１）〜（６）のいずれかに記載のプリフォームの製造方法。
【００１９】
（８）前記振動体を、製造途中で、一次的におよび／または完全に停止させることを特徴とする前記（１）〜（７）のいずれかに記載のプリフォームの製造方法。
【００２０】
（９）前記振動体の振動数、および振幅を変化させることを特徴とする前記（１）〜（８）のいずれかに記載のプリフォームの製造方法。
【００２１】
（１０）前記プリフォームの製造工程中および／または製造工程後に固着剤を賦与し、プリフォームの形態を安定化させることを特徴とする前記（１）〜（９）のいずれかに記載のプリフォームの製造方法。
【００２２】
（１１）前記強化繊維基材が、無機繊維からなることを特徴とする前記（１）〜（１０）のいずれかに記載のプリフォームの製造方法。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明のプリフォームの製造方法は、例えば、図１に示すように、賦形したい凹凸のある所定の３次元形状を有する賦形型１の上に、ＲＴＭ成形品（ＦＲＰ）の強化繊維となる布帛状などの強化繊維基材２を配し、該強化繊維基材２に振動体３からの振動を直接あるいは間接的に強化繊維基材２に伝達させて、強化繊維基材２を構成する強化繊維が移動しやすくなる状態にしながら、賦形冶具４により繊維基材２を賦形型１の方向に押しつけて、強化繊維基材２を所定の３次元形状に賦形する方法である。
【００２６】
例えば、クロス状の強化繊維基材を振動させることなく、押しつける力だけで賦形型と賦形冶具の間で賦形しようとすると、クロスを構成する強化繊維束同士の摩擦抵抗により、移動を必要とする強化繊維以外の繊維も移動してしまい、いわゆる目ズレや皺といった欠点が発生しやすい。
【００２７】
この欠点はＲＴＭ成形後も成形体（コンポジット）中に残り、クラック発生の起点となるなど物性低下の源となる。さらには、凹凸のあるコーナー部分などで強化繊維が千切れたり、段差部分でブリッジングを起こして（つぱって）しまい、所定の形状に賦形できない。
【００２８】
しかしながら、本発明においては、強化繊維基材中の繊維は振動しているため、強化繊維同士は、互いに接触と非接触を繰り返しているため、繊維間の摩擦が小さく、わずかな押しつけ力で繊維は移動、滑ることが可能であり、千切れたり、つぱったりせずに、移動を必要とする繊維だけを必要量、必要な方向に移動させて、所定の形状に賦形が可能となる。すなわち、図２に示すような台形断面（凸型）状の賦形型１上で平織りクロスからなる強化繊維基材２を該賦形型形状に賦形する場合、クロスを構成する縦糸と横糸のうち、凸型部分に跨る縦糸５と横糸６のみが、凸型部の高さに応じた量だけ移動させることができれば、皺や目ズレが発生せずに、台形状の賦形、台形状のプリフォームの製造が可能となる。
【００２９】
図１では、賦形型に強化繊維基材を押しつける手段として、賦形冶具４を使用した例を示したが、本発明のコンセプトである強化繊維基材２が振動しておれば賦形は十分可能であり、賦形冶具４の代わりに、面状の賦形型で強化繊維基材を賦形型１に押しつけても、振動体３自体で強化繊維基材２を賦形型１に押しつけても差し支えない。また、押しつけは、賦形治具４ではなく、賦形型１側から空気吸引するなどして強化繊維基材２を賦形型１の方向に引き寄せても差し支えない。
【００３０】
振動体３は、後述するように、強化繊維基材２を振動させる役割を果たすものであり、直接強化繊維基材２に接触して振動させても、冶具などを介して間接的に振動を伝達しても差し支えない。接触の仕方としては、振動体と点で接触しても、面で接触しても本発明の主旨に影響するものではない。さらに、振動は、強化繊維基材２の上方から入力しても、側方から入力させても差し支えない。また、振動させる個所は、１個所であっても、複数個所であっても本発明の主旨に影響するものではない。
【００３１】
本発明では、強化繊維基材中の繊維を振動させるので、アメリカ特許第５４２７７２５号明細書に記載されているタッキファイアーや、目止め剤、集束剤、サイジング剤などと呼ばれる基材の形態を安定させたり、樹脂との接着性を向上させる等の目的で繊維に付与されている高分子材料等からなる固着剤が付着していても、十分に長い時間振動を与えながら、徐々に基材を変形させていくことで、皺や目ズレのない所定の形状に強化繊維基材を賦形することが可能となり、所定のプリフォームが得られる。
【００３２】
上記したように、本発明の特徴的なことは、繊維が振動しているために、繊維の移動が基材に皺や目ズレなどを発生させないでプリフォーム化が可能ということにある。すなわち、単に押しつける力だけで賦形した場合、押しつけられた個所付近の繊維だけが移動して３次元形状に追従しようとするため、繊維量の収支があわず、繊維の欠落部分（いわゆる目抜け部）ができたり、皺が生じるが、本発明のように繊維が十分振動していると、押しつけた個所以外の、極端には基材の端部においても繊維が振動するため、押しつけた個所での繊維量の収支が合うように基材端部の繊維までが移動して、繊維の欠落（ヌケ）や皺を発生させることなく、３次元形状に賦形が可能となる。
【００３３】
また、基材がタッキファイアー等で一部固定されているような場合でも、振動により該固定部が外れて、繊維が移動可能となる。
【００３４】
後述するように、炭素繊維織物を３次元賦形したプリフォームは、凹凸のあるコーナー部分でもヌケや皺が発生せずに賦形できており（図６参照）、本発明の特徴が一目瞭然となっている。
【００３５】
以下に、本発明のプリフォーム製造方法の望ましい実施の形態を、図１および図３を参照しながら詳述する。
【００３６】
まず、賦形型１は、プリフォームを使ってＦＲＰを成形する時に使用する成形型、すなわち、ＦＲＰ部材になった場合の最終形状にほぼ近い３次元形状を有している。賦形型の材質は、強化繊維基材が押しつけられても大きく変形しないように、金属、木材、ＦＲＰ、プラスチック、セラミック、ゴムなどの固体からなるものであることが好ましい。後述するように賦形したプリフォームをある程度固定する目的で、固着剤を付与する場合などを考慮すると、固着剤が付着しても離型が容易なように、賦形型面を、シリコンやポリエチレンなどのフィルム状物で覆ったり、シリコン系離型剤などの離型処理を施しても差し支えない。強化繊維基材が、複数枚の布帛などからなる等で厚さが数ｍｍの場合は、後述する振動体の振幅を大きくする傾向にあるので、型はこの振動に耐え得るように頑丈構造にしておくことが好ましい。また、強化繊維基材の振動が型に伝達してくるので、振動で型が移動しないように高重量にしたり、ボルト等で床などに固定しておくことが好ましい。また、ゴムやフェライトなどの減衰材料を賦形型の周囲や底面に配して型の振動や移動を抑制しても差し支えない。
【００３７】
型が金属やＦＲＰ製など高剛性材からなる場合には、型も強化繊維基材からの振動を受けて振動するので、型と強化繊維基材の摩擦抵抗が低下し、強化繊維基材は型上をより容易移動しやすくなり、強化繊維基材に皺など寄せないで、より精度良く、賦形することが可能となる。また、賦形型の最終形状は、強化繊維基材の賦形状況をチェックしながら、修正していく場合が多いので、形状修正のしやすい、スチールやアルミニウムなどの金属製、あるいは、木製のものが好ましい。
【００３８】
さらに、強化繊維基材にバインダーなどの形態安定剤が付与されている場合などは、基材を熱風や赤外線などで加熱することも効果的であり、型材質は、加熱に耐えうる金属や耐熱樹脂としておくことが好ましい。この際、加熱温度は、非接触式の温度計でモニターが可能であり、加熱温度は、バインダーのガラス転移温度（いわゆるＴｇ）以上であることが好ましい。
【００３９】
次に、強化繊維基材２としては、最終部材のＦＲＰの強化繊維の一部または全部となる、連続の繊維状であり、その形態は平織や綾織などのクロス、メッシュ、ニット、不織布、マットなどの布帛状物であってもよい。強化繊維としては、ガラス繊維、炭素繊維等の無機繊維、アラミド繊維、ポリエチレン繊維などの有機繊維を単体または、これらを併用して使用できるが、後述するように、基材をより効率よく振動させるためには、少なくとも無機繊維を強化基材中に使用することが好ましい。無機繊維の中でも、炭素繊維は、最も弾性率が高いため振動伝達しやすく、したがって、繊維同士が滑って、より移動しやすいので、最も好ましい強化繊維といえる。
【００４０】
なお、布帛状物の中でも、クロス基材は、繊維が結束されていないために、織物を構成する、糸束（例えば、平織りの場合の縦糸）１本だけを、振動させることで、他の繊維（横糸や隣接する縦糸）を移動させることなく引き抜くことができるので、賦形時に皺やヌケを発生させることなく、賦形できる好ましい形態である。また、クロスは成形体全体をほぼ均一にカバーすることができる強化繊維基材であり、構造体用途に好適である。中でも、一方向織物と呼ばれるクロスは、プリプレグ並の強度、繊維含有率が得られるため、構造体には特に適する。
【００４２】
さらに、強化繊維基材には、バインダーと呼ばれる熱硬化性あるいは熱可塑樹脂などの高分子からなる集束剤が、繊維のケバや基材の形態安定性を目的として付与されていても差し支えない。バインダーの付着量が多いと、後述する振動体の振幅を大きくしたり、基材の変形速度を遅くして、振動させる時間を十分長くして、徐々に基材を賦形していくことが効果的である。また、加熱することでバインダーを軟化させて変形を容易にしたり、逆に、冷却することで特定の個所の繊維の移動を抑制することも可能である。なお、加熱温度としては、前述したように、高分子からなるバインダーの場合、ガラス転移温度以上とすることが好ましい。また、賦形の速度は、皺やヌケが生じない程度の速度とすることが好ましい。
【００４３】
なお、賦形後に、プリフォームの形状を固定するために、固着剤を付与することも好ましい。具体的には、アメリカ特許第５４２７７２５号などに記載の固着剤や、糊材料が使用できる。固着剤の選定の基準は、ＦＲＰのマトリックス樹脂の物性を低下させない材料を選ぶことであり、付着量も物性に影響しない範囲で、かつ、樹脂の流動抵抗を大きく増加させない範囲に限定することが好ましい。具体的には、付着量は１０重量％以下が適切である。
【００４４】
上記強化繊維基材は、単体であっても、複数の布帛状物を積み重ねたり、ステッチしたものであったりするが、継ぎ接ぎ状であっても差し支えない。
【００４５】
上記強化繊維基材は、賦形型の上に配置するものであるが、必要な強化繊維基材の面積は、賦形型の表面積よりも大きくしておくことが重要である。好ましくは、賦形型の表面積の１．１〜１．５倍程度の大きさに裁断することが好ましい。また、賦形型の３次形状を展開した型紙を起こし、該型紙形状に糊代をつけた形状の強化繊維基材とすることも、材料収率を向上させることができて好ましい。なお、強化繊維基材の裁断は、自動機を使用すると、さらに、材料収率を向上させることが可能である。また、図４に示すように、賦形時に強化繊維基材２の周辺部に枠７を配して、繊維強化基材の周囲の一部または全部が、移動しないように固定することも好ましい。こうすることで、強化繊維基材２と枠７との間の摩擦で基材全体が面外に移動することを調整したり、移動させたくない繊維や基準線を固定する手段を講じることができる。また、傾斜した場合の重力や、風力などによる移動も抑制できる。枠７を使用する方法の代わりに、強化繊維基材の周辺部等を縫ったり、樹脂や、粘着テープなどで移動させたくない繊維やその周辺を固定して、賦形作業の効率、精度を向上させることも本発明の一形態である。
【００４６】
次に、本発明の振動体３は、いわゆる加振機、振動子、バイブレーターと呼ばれるものなどが採用できるが、その振動が強化繊維基材を振動させることができるものであれば特に限定されるものではなく、電気式や、空気式のものが広く知られている。例えば、エクセン（株）の振動モーターＫＭ２５−２Ｐ、ＯＨ型、ＣＨ型、ＢＨ型、Ｄ２５ＤＳ、Ｄ２８ＦＰや、ＯＨＴ社の電動空圧工具「ターボラップ」などである。
【００４７】
振動体の振動の伝達は、図３、図７に示すように、振動体３を強化繊維基材２に直接接触させても、振動体３と強化繊維基材２との間にフィルムやローラーなどを介して間接的に行っても差し支えない。直接、振動体と強化繊維基材を接触させると、振動減衰が抑制できるので、より大きな振動を強化繊維に伝達できて好ましい。複数の振動体を同時に使用したり、振動特性の異なる振動体を併用しても差し支えない。
【００４８】
強化繊維基材は、振動体からの振動伝達により振動し、繊維束間および／または繊維単糸間が接触と非接触を繰り返す状態となるので、繊維束同士および／または繊維単糸同士の摩擦は極端に低下し、非接触状態では摩擦ゼロとなる。本状態で、強化繊維基材に賦形のための力を作用させると、強化繊維は他の繊維の拘束を受けずに移動、変形することができて、皺やツッパリのない賦形が可能となる。
【００４９】
また、好ましい振動特性は、振幅が０．０５〜３ｍｍであり、振動数は、５０〜２０００Ｈｚである。振幅が本範囲より小さいと賦形に要する時間が長くなり、本範囲より大きいと繊維の位置の精度コントロールが低下する可能性があるからである。強化繊維基材が固着材で固定、または仮固定されている場合には、振幅は固着剤による強化繊維同士の結合を切るに足る大きさとすることが好ましい。また、繊維の乱れの精度コントロールが不要な場合は極端に振幅を大きくしたり、振動させずに賦形すればよく、希望する精度に合わせて振幅と振動数を事前検討して決定することが好ましい。また、振動数は、本範囲より小さいと賦形時間が長くなるデメリットがあり、本範囲を超える範囲では強化繊維を傷める可能性があるからである。
【００５０】
より具体的な振幅の決め方としては、図５に示すように、強化繊維基材２を傾斜のある型８上（図５は回転ドラムの１／４を想定して記載している）に固定し、繊維束一本に２０〜１００ｇ程度の重り９を吊して、該繊維束を振動体の振幅を増大させながら振動させて、重りが自然に落下（移動）を開始する時点の振幅を求め、本振幅の１．１〜１．５倍の大きさの振幅を賦形時に作用させるというやり方が有効である。もちろん、本方法のような、事前検討を経ずに、直接賦形型上で振動数や振幅を調整して賦形条件を割り出しても差し支えない。
【００５１】
賦形のための力としては、賦形型と同等の３次元形状を有する、いわゆる上下型、あるいは、左右型の一方であっても、賦形冶具と称する棒状や、ローラー状、あるいはヘラ状の押しつけ冶具であっても、振動体自体であっても、賦形型側から空気吸引したり、賦形型方向に風力を加えて強化繊維基材を賦形型に押しつけることができれば、いずれでも差し支えない。最も好ましいのは、振動体自体を賦形冶具とすることで、こうすることで、変形させたい個所に最も効率よく振動が伝達できるし、振動の大きさも振動体自体の振幅や振動数を調整することで制御しやすいからである。
【００５２】
なお、賦形冶具は、強化繊維基材を一方向に単調に押しつけるだけではなく、押しつけ力に強弱をつけたり、左右にスライドさせたりして、不規則に押しつけることも好ましい賦形法である。最も好ましいのは、強化繊維を最も移動させたい個所に振動体を型に沿って移動させながら、強弱をつけて徐々に押しつける方法である。複数の治具を用いる場合、治具の押しつけ動作に時間差をつけると、繊維の移動がよりスムースに行えて、より良好な賦形が可能となり好ましい。また、複数の治具を用いる場合、治具ごとに、振動数や振幅を異なる値に適正に設定しても好ましい。
【００５３】
振動体や賦形冶具は単一である必要はなく、複数の振動数や、振幅の異なる振動体を併用して、強化繊維基材に必要な繊維の移動量に見合ったものを選定、併用することが好ましい。また、振動体は、賦形中は、必ず振動している必要はなく、振動数や振幅を変化させたり、振動を停止させて、基材の移動を止める役割を果たさせても差し支えない。
【００５４】
また、賦形冶具以外に、基材にピン止めしたり、糊などの粘着剤や固着剤を部分的に付与して、基材が移動や変形をしないようにしながら、賦形することも本発明の範囲内である。
【００５５】
賦形が終わった強化繊維基材は、賦形型から外した後でも形態保持できるように、賦形後、賦形型上で固着剤を付与したり、加熱して熱固定（いわゆるヒートセット）しておくことが好ましい。ヒートセットには、基材中に熱可塑樹脂のパウダーや繊維状物を散布しておいて、それらの融点以上に基材を加熱した後、冷却しする方法などが挙げられる。もちろん固定する個所は、基材の全部である必要はなく、一部であっても差し支えない。凹凸のあるコーナー部を固定しておくと、プリフォームを多少手荒にハンドリングしても目ずれや目開きしにくく、好ましい固定法である。
【００５６】
賦形されたプリフォームは、成形型内に配され、引き続く型内への樹脂注入により、プリフォーム内に樹脂が充填、硬化してコンポジットが完成する。本発明によるプリフォームは、形状が所定の形状をしているため、型内に配置した際、プリフォームが突っ張ることはなく、生産効率が向上する。また、目ずれや目あきがないために、コンポジットの表面が平滑で均一であるため、意匠性が良好であるばかりでなく、機械物性が安定するという、自動車部材や航空機部材などの高い信頼性を要求される部材に適した特徴を有する。
【００５７】
なお、本プリフォームの賦形方法は、ＲＴＭ成形に適するプリフォームの製造方法であるが、同一の手法は、部分含浸プリプレグと呼ばれる（ＷＯ−００／２７６３２、ＷＯ−９８／３４９７９号公報を参照）、樹脂が一部に含浸しているプリプレグの一種においては、本振動賦形技術を適用することで、３次元形状に変形が可能となる。さらに、加熱手段を併用しての賦形は、通常のプリプレグにも適用が可能である。
【００５８】
【実施例】
実施例１
予備検討として、炭素繊維（弾性率２３５ＧＰａ、強度５ＧＰａ）ストランド（単糸数１２０００本）を製織してなる平織りクロス（縦方向ストランド数５本／２５ｍｍ、横方向ストランド数５本／２５ｍｍ、目付２００ｇ／ｍ2 ）を縦糸方向が１０００ｍｍ、横糸方向が３００ｍｍとなるように長方形状に切り出した強化繊維基材を直径０．９ｍ、幅４００ｍｍの金属ドラム上に乗せて四隅を粘着テープで固定した。その後、クロス中央の縦方向ストランド一本に重さ３０ｇの重りをつり下げ、該ストランドを振動体（ＯＨＴ社の電動空圧工具「ターボラップ」）で、０．３ｍｍ、振動数２５０Ｈｚで振動させたところ、該ストランドは横方向ストランドを移動、変形させずに抜き取れることを」確認した。  次に、上記クロスを段差２０ｍｍある凹部を有する賦形型上に配置し、振動体（ＯＨＴ社の電動空圧工具「ターボラップ」）の５本先端に該賦形型の凹部形状をしたプラスチック製の賦形治具を取り付けて、振幅０．３ｍｍ、振動数１５０００ｒｐｍで振動させながら、速度２ｍｍ／ｍｉｎで治具により基材を賦形型に押しつけていったところ、基材は振動しながら移動、変形し、賦形治具を取り除いた後には、皺や目ズレなどの無い、綺麗な賦形型と同一形状の炭素繊維クロスプリフォームが得られた。
【００５９】
次いで、該プリフォーム上に、ウレタン系の固着剤を１ｇ／ｍ2 スプレーで塗布して固定し、さらに樹脂流れのためのメディアとバグフイルムを被せて真空ＲＴＭ成形（樹脂はビニルエステル樹脂）し、皺や目ズレのない良好な繊維強化複合材料が得られた。
【００６０】
比較例１
実施例１の事前検討において、中央ストランドの重りの重さを１０ｇずつ増加させていったところ、２００ｇでストランドが下方に２００ｍｍ移動した。この際、横方向ストランドも移動して、目ズレが発生した。
【００６１】
さらに、炭素繊維クロスを賦形型上に置いて、振動数をゼロとした他は全て実施例１と同一にして賦形を行ったところ、コーナー部で皺と目ズレが発生した。また、実施例１と同一条件でＲＴＭ成形したところ、目ズレ部分には樹脂が含浸していない（樹脂がまわっていない）繊維強化複合材料が得られた。
【００６２】
実施例２
実施例１と同じ炭素繊維クロス３枚を、縦糸方向が互いに４５度の角度をなす方向（０°、４５°、９０°方向）に重ねた後、実施例１と同一の賦形型上に配置し、さらに、クロス端部を木枠で挟み込んで、実施例１と同一の振動体３本と２本の先端に、それぞれプラスチック製の賦形治具Ａ、Ｂを取り付けて賦形をした。賦形治具Ａの振動数は２５０Ｈｚ、振幅は０．４ｍｍ、賦形治具Ｂの振動数は８５０Ｈｚ、振幅は１．２ｍｍとし、まず賦形治具Ａを速度５ｍｍ／ｍｉｎで１０秒間押しつけては１０秒間離してを５回繰り返し、次いで、賦形治具Ｂは速度３ｍｍ／ｍｉｎで押しつける順番で賦形した。その結果、クロス３枚全てのストランドは、振動しながら移動し、皺や目ズレのない３枚重ねのプリフォームが得られた（図６）。
【００６３】
実施例３
予備検討として、炭素繊維（弾性率２３５ＧＰａ、強度３．５ＧＰａ）ストランド（単糸数３０００本）を製織してなる平織りクロス（縦方向ストランド数８本／２５ｍｍ、横方向ストランド数８本／２５ｍｍ、目付２００ｇ／ｍ2 ）にエポキシ系の固着剤（ガラス転移温度は７０℃）を付与した繊維強化基材を、実施例１の事前検討と同様に、縦糸方向が１０００ｍｍ、横糸方向が３００ｍｍとなるように長方形状に切り出し、直径０．９ｍ、幅４００ｍｍの金属ドラム上に乗せて四隅を粘着テープで固定した。その後、クロス全体を赤外線ランプで８０℃に加熱した後、中央の縦方向ストランド一本に重さ３０ｇの重りをつり下げて、該ストランドを振動体（ＯＨＴ社の電動空圧工具「ターボラップ」）で、０．２ｍｍ、振動数１７０Ｈｚで振動させたところ、横方向ストランドを移動、変形させずに抜き取ることができた。
【００６４】
上記炭素繊維クロスを実施例１と同一の賦形型上に配置し、赤外線ランプでクロスの表面温度が８０℃となるまで加熱した他は実施例１と同様にして賦形治具で賦形したところ、目ズレのない良好なプリフォームが得られた。なお、本プリフォームは賦形後、赤外線ランプでの加熱を中止して、温度を室温まで戻したところ、手で取り扱っても目ズレしない形態安定性に優れる（少々手荒に扱っても型くずれしない）プリフォームであることがわかった。
【００６５】
比較例２
実施例３において、赤外線ランプによる加熱は無しとした他は、実施例３と同様にして賦形を試みたところ、クロスは目ズレとブリッジング（ツッパリ）が生じて良好なプリフォームが得られなかった。
【００６６】
確認のため、実施例３の予備検討において、赤外線ランプによる加熱を行わずに重りの重さを増加させてストランドの引き抜きを試みたところ、横方向ストランドを乱さずに引き抜くことは不可能であった。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るプリフォームの製造方法によれば、３次元形状のプリフォームをオートクレーブ等の高価な設備を使用することなく、ＲＴＭ成形などの簡単な設備で、例えば航空機部材や自動車部材などの、高い信頼性を要求される構造部材を製造することが可能となり、しいては、輸送機器の軽量化による省エネルギー、環境改善に役立つ。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプリフォーム製造方法の一実施態様例を示す概略図である。
【図２】本発明のプリフォーム製造方法の一実施態様例を示す斜視および平面図である。
【図３】本発明のプリフォーム製造方法の他の一実施態様例を示す概略図である。
【図４】本発明のプリフォーム製造方法のさらに他の一実施態様例を示す概略図である。
【図５】本発明の振動体の振動特性条件を定量化する方法の一例図である。
【図６】本発明の実施例２で製造した炭素繊維織物を３次元賦形したプリフォームの繊維の形状を示す写真図である。
【符号の説明】
１：賦形型
２：強化繊維基材
３：振動体
４：賦形治具
５：縦糸
６：横糸
７：枠
８：ドラム
９：重り
【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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