繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグの積層方法
【課題】材料の歩留りが高く、強度及び剛性を有する成形品のニヤーネットシェイプの積層方法を提供することである。
【解決手段】強化繊維と熱可塑性樹脂との複合材料であるプリプレグテープを用いて、成形品としての強度や剛性を有するように、プリプレグテープの配置は繊維配列方向と外力の方向とを考慮して、１つの層内で異なる繊維配列方向のプリプレグテープを配置するようにし、かつ前記プリプレグテープを着接させながら縫い方を変えるステッチング方法を実施して、多層構造からなる成形品のニヤーネットシェイプを縫成することによって実現できた。
【解決手段】強化繊維と熱可塑性樹脂との複合材料であるプリプレグテープを用いて、成形品としての強度や剛性を有するように、プリプレグテープの配置は繊維配列方向と外力の方向とを考慮して、１つの層内で異なる繊維配列方向のプリプレグテープを配置するようにし、かつ前記プリプレグテープを着接させながら縫い方を変えるステッチング方法を実施して、多層構造からなる成形品のニヤーネットシェイプを縫成することによって実現できた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強化繊維を補強基材とする樹脂との複合材料であるプリプレグを用いた積層方法に関する。さらに詳しくは、強化繊維を補強基材とし熱可塑性樹脂と一体化させたプリプレグを用いて任意形状を有する成形品のニヤーネットシェイプを縫成する積層方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
連続強化繊維に熱可塑性樹脂を含浸させた繊維強化熱可塑性のプリプレグテープを各層毎に一定方向に並べて各層毎に強化繊維の方向を異ならせて積層し、ステッチングを施して一体化した多軸積層シートを製造する工程と、前記多軸積層シートを裁断又は積層して金型に設置する所定形状に整形する整形工程と、前記所定形状に整形した中間体を金型内に設置する設置工程と、前記中間体設置工程で金型内に設置した中間体をプレスし繊維強化熱可塑性複合材料の熱可塑性樹脂の融点より高い温度に加熱して成形した後、前記熱可塑性樹脂の融点より低い温度に冷却する成形工程と、を備えた繊維強化熱可塑性複合材料の成形方法が開示されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
また、特許文献１の発明は、ステッチングを積層シート状態で、または積層シートを所定形状に整形した状態で行っている。
【０００４】
所定形状の繊維強化プラスチック複合材料を製造するにあたり、基材上に強化用繊維を用いて製造すべき複合材の形状及び要求特性等に従って定まる個所に所望の任意の複数方向に強化用繊維材が方向性を有しかつ所望の任意の量となるように刺繍加工を施し、この刺繍加工を施した基材から必要に応じて非刺繍部を除去し、次いでこれを芯材としてハンドレイアップ方式などの一般的な方法で繊維強化プラスチック複合材を成形する方法が開示されている（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１０８９号公報
【特許文献２】特開昭６０−１１３３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載の繊維強化熱可塑性複合材料の成形方法は、プリプレグテープを並列させた層をつくりながら積層させ、その積層させたシートを金型に設置する所定形状に整形するためには整形工程の追加が必要になるという問題があった。
【０００７】
積層させたシートを所定形状に整形するために裁断することによって、所定形状に使用しない部分を切り離し廃棄する。よって、所定形状物を製造するにあたり、積層シートの歩留りが低いという問題があった。さらに繊維が炭素繊維など高価な場合は製造コスト高になるという問題があった。
【０００８】
一般的に繊維強化複合材料は、繊維配列方向からの引張強さは極めて高く、繊維の配列方向と直角方向に対する引張強さは極めて低い。したがって、繊維方向によっては引張力という外力が加わったときに端面が割れやすいという問題があった。
【０００９】
プリプレグシートを単に積重ねたままのシート状態で、または前記積層シート状態を裁断して所定形状に整形した状態でステッチングを実施するため、各層のプリプレグシートを形成しているプリプレグテープがステッチング時に位置ずれを生じやすいという問題があった。
【００１０】
特許文献２に記載の繊維強化プラスチック複合材料の製造方法は、強化用繊維を刺繍して形成した所定形状物に溶融させたプラスチック材料を含浸させたりして繊維強化プラスチックを製造するが、一般的にプラスチックなどの高分子の溶融物は粘度が極めて高いので、芯材間の隙間にプラスチック溶融体が浸透しにくい。したがって、芯材とプラスチックとを一体化させることができないという問題があり、強度が低下するという問題があった。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、所定形状を有する成形品を繊維強化熱可塑性樹脂で成形するにあたり、材料の歩留りが高く、曲げ強さや引張強さなどの強度及び剛性を有する成形品のニヤーネットシェイプの積層方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明における「プリプレグ」とは繊維を補強材とし熱可塑性樹脂を母材樹脂として、補強材と母材樹脂とを一体化させた複合材料を意味し、「プリプレグテープ」とは前記プリプレグを薄厚で幅１〜１００ｍｍの帯状にしたものを意味する。
【００１３】
本発明における「ニヤーネットシェイプ」とは、金型によるプレス工程の前に不要な部分を除去するなどの除去・整形工程を設けず、繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープの積層によって中間品を作製すると、そのままの状態の前記中間品を金型内にセットして金型で加圧して成形すると成形品としてのはみ出し部分がほとんど生じない、高い歩留りを実現させる中間品を意味する。
【００１４】
「発明が解決しようとする課題」に記載した課題を解決するために、請求項１にかかる繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグの積層方法の発明は、シート状の基材３上または既にできている層の上に、繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ１を任意の向き及び任意の位置に着接しながらステッチングをし、任意の長さに裁断して一つの繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ１の縫着を完了させる手順からなる繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ１縫着手順を、各層における任意の位置から実施し、前記繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ１縫着手順を繰り返しながら順次繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ１を縫着させて平面状の一つの層を形成し、前記層の上部に更に次の平面状の層を前記繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ１縫着手順に従って形成して積層し、順次次の平面状の層を形成しながら積層して多層構造体からなる所定形状を有する成形品のニヤーネットシェイプを縫成することを特徴とする。
【００１５】
請求項２にかかる繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグの積層方法の発明は、請求項１において、成形品として必要な強度及び剛性を具備するように繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ１の配置を行う方法として、成形品に対して引張力のかかる方向と繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ１の繊維配列方向とを一致させる部位を設ける配置方法、前記成形品に対して引張力のかかる方向と繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ１の繊維配列方向とが直角な位置関係となる部位を生じさせない配置方法、隣接する２つの異なる繊維配列方向の繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ１の突合せ部位の同一層内の狭間部位や、前記突合せ部位の上層及び／または下層で隣接する前記プリプレグテープ１を跨設させて繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ１を配置する配置方法などの方法の中から少なくとも一つの方法を一つの層内または複数の層内で織り込むことを特徴とする。
【００１６】
請求項３にかかる繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグの積層方法の発明は、請求項１または２において、成形品として必要な強度及び剛性を具備するようにステッチングを行う方法として、層間剥離を生じやすい部位や変形しやすい部位に縫い糸の間隔を縮めて集中的にステッチングすることを特徴とする。
【００１７】
請求項４にかかる繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグの積層方法の発明は、請求項１乃至３のいずれかにおいて、シート状の基材３が、繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ１を構成する熱可塑性樹脂と同一の材質からなる、プラスチックシート、プラスチックフィルム、織物、編物、組物、マット材、またはステッチングシートのいずれかであることを特徴とする。
【００１８】
請求項５にかかる繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグの積層方法の発明は、請求項１乃至４のいずれかにおいて、成形品のニヤーネットシェイプ縫成過程におけるステッチングを、ステッチングの縫いデータ、及びプリプレグテープ１の配置の位置データ並びに裁断位置データを含む制御データに基づいたプログラムに従って作動する、Ｘ方向及びＹ方向に直線移動する被ステッチング物の移送装置を具備した刺繍用ミシンを使用して行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１に記載の発明は、所定形状を有する成形品の形態と、繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグの積層からなる形態が略同一であるため、繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグなる材料の歩留りが極めて高くなるという効果を奏する。また高価な強化繊維を廃棄する量を極端に減じることができるので大幅な原料コスト低減を実現でき、かつ産業廃棄物量を減じることができるという効果を奏する。
【００２０】
また、繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグを大きなシートになるように配置し、前記シートを多層積層させた場合には成形品の形態をつくるために必要となる整形工程を、本発明では不要にできるという効果を奏する。
【００２１】
繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグからなる積層物の形状が成形品としての形状と略同じ形状をしているので、プレス金型内に設置しやすくなるという効果を奏する。
【００２２】
繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ１を着接させながらステッチングしていくので、前記繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ１を任意の位置、任意の向きまたは任意の長さに裁断して配置しても位置ずれが生じないという効果を奏する。
【００２３】
繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ１を任意の長さに裁断し任意の向きや任意の位置に配置できるので、同一層内で前記プリプレグテープ１の向きを自由自在に変えられるという効果を奏する。
【００２４】
繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグを使用しているため、すでに繊維間に熱可塑性樹脂が含浸しているので、繊維間に空隙が生じることはなく、積層して硬化時の樹脂流出は極めてわずかとなり高精度の成形品が得られるという効果を奏する。
【００２５】
請求項２及び３に記載の発明は請求項１と同じ効果を奏する。さらに、成形品としての必要な強度及び剛性を具備させることができるという効果を奏する。
【００２６】
請求項４に記載の発明は請求項１乃至３のいずれかに記載の発明と同じ効果を奏する。さらに、繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグを構成する熱可塑性樹脂と同一の材質を基材３に使用することにより成形品成形工程で溶融し成形品と一体化するので、基材３除去工程が不要になるという効果を奏する。
【００２７】
請求項５に記載の発明は請求項１乃至４のいずれかに記載の発明と同じ効果を奏する。さらに、成形品のニヤーネットシェイプの縫成を自動的にできるという
という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に使用される繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープの一例の概要図である。
【図２】本発明の成形品の一例の概要図である。
【図３】繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープを使用した１層目の平面概要図である。
【図４】繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープを使用した２層目の平面概要図である。
【図５】繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープを使用した３層目の平面概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
任意の形状を有する成形品を製造する過程は、本発明の準備段階と、本発明である成形品のニヤーネットシェイプ縫成段階と、本発明の後工程となる成形品成形段階で構成される。本発明の位置づけは、前記製造の流れの中で原料の歩留りや成形品の強度・剛性を決定できる段階である。
【００３０】
まず、本発明で使用する材料である繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ１について説明する。前記繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ１は、一方向に引き揃えられた連続繊維に熱可塑性樹脂を溶融し含浸した後、冷却ロールにより冷却して製造されたものであって市販品を用いることができる。
【００３１】
前記プリプレグテープ１の幅は自由に選択できるが、テープ幅が広すぎると積層の際の前記プリプレグテープ１の向きなどの自由度が減少し、テープ幅が狭すぎるとステッチングの回数が増加し作製時間がかかるため、幅１〜１００ｍｍが適正であり、好ましくは幅５〜２５ｍｍがよい。なお、用途によっては前記範囲の幅に限定されない。
【００３２】
また、前記プリプレグテープ１の厚さは、厚すぎるとステッチングの針の侵入が難しくなり、薄すぎると積層回数が増加し作製に時間がかかるため、０．０５〜０．８ｍｍが好ましい。なお、用途によっては前記範囲の厚さに限定されない。
【００３３】
繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ１を構成する強化繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、ザイロン繊維などの中から、製品が必要とする機械的特性などに応じて選択できる。また、前記繊維は用途に合わせた表面処理を施してもよい。
【００３４】
繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ１を構成する熱可塑性樹脂としては、「ナイロン６」８などのポリアミド系樹脂、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリカーボネート樹脂などの中から、成形可能温度、耐熱性、耐水性などの樹脂の特性に応じて選択できる。
【００３５】
まず、本発明の準備段階を説明する。プリプレグテープ１を使用して、外郭形状が左右方向や高さ方向で直線、斜線若しくは曲線などからなる形状、または内側に孔部が存する形状などさまざまな形状を有する成形品を、材料の高い歩留りを実現して作製するためには、前記プリプレグテープ１を積層した段階において整形工程を設置することがなく廃棄する部位が生じないように積層する方法が望ましい。
【００３６】
そのため、プリプレグテープ１の厚みを１層の高さとして所定形状を有する成形品の高さと略一致するように前記プリプレグテープ１の層数を算出する。ここで、層数が５〜１５層になるようにプリプレグテープ１の厚みを選択するのがよい。
【００３７】
そして、算出して分割した１つの層ごとに該当する成形品の断面形状を定める。ここで、プリプレグテープ１の幅は前記断面形状を具現化できる幅のものを選択するのがよい。各層ごとに定めた成形品の断面形状をプリプレグテープ１で各層ごとの平面形状として具現化し、これらを下から順次積層していけば高い歩留りで成形品を製造することのできるニヤーネットシェイプを形設することができる。
【００３８】
また、成形品として必要な強度や剛性を満足させることが求められる。このため、曲げ、引張または圧縮などの外力が加わる成形品の部位に対して強度や剛性を満足させるようプリプレグテープ１の配置などを設定する。
【００３９】
例えば、成形品に対して引張力のかかる方向と繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ１の繊維配列方向とを一致させるように前記プリプレグテープ１を配置したり、前記成形品に対して引張力のかかる方向と繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ１の繊維配列方向とが直角な位置関係となる部位を生じさせないように前記プリプレグテープ１を配置したり、隣接する２つの異なる繊維配列方向の繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ１の突合せ部位の同一層内の狭間部位や、前記突合せ部位の上層及び／または下層で隣接する前記プリプレグテープ１を跨設させて繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ１を配置する。
【００４０】
同一層内では同一の繊維配列方向しか成り立たないということになれば、成形品の部位に対して強度や剛性を満足させるプリプレグテープ１の配置ができなくなる。したがって、同一層内で複数の異なる繊維配列方向のプリプレグテープ１を配置するように設定する。
【００４１】
また、層間剥離を生じやすい部位や変形しやすい部位に縫い糸の間隔を縮めて集中的にステッチングするように設定する。
【００４２】
以上のように本発明の準備段階において、層別に平面形状、複数の繊維配列方向とその位置、及びステッチングの集中部位などを設定する。
【００４３】
次に、成形品のニヤーネットシェイプ縫成段階を説明する。繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ１を配置するシート状の基材３として、前記プリプレグテープ１を構成する熱可塑性樹脂と同一の材質からなるシートを選択する。これによって、成形時の加熱によって前記基材３は溶融し成形品と一体化するので、前記シートを除去する工程が不要となる。
【００４４】
ステッチングに使用する縫い糸は種々の糸を使用することができる。例えば、成形温度で溶解する糸を選択する場合は成形品の外観、表面のなめらかさが向上する効果があり、成形温度で溶解せず形状を保つ糸を選択する場合は成形時の圧縮圧力による繊維のずれを防止し繊維配列方向を正確に維持することができるという効果がある。
【００４５】
本発明の準備段階で定めた各層ごとの平面形状、複数の繊維配列方向とその位置、及びステッチング方法に従って１層目から順次形成していく。まず、１層目は、基材３となるシート上に、１層目として設定された平面形状、及び繊維配列方向とその位置に従って繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ１を配置し、前記配置しながら縫い糸で基材３と前記プリプレグテープ１とをステッチングしていく。ステッチングする過程で、設定されたステッチング集中部位に対しては集中的にステッチングを実施する。
【００４６】
前記繊維配列方向とその位置に従って繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ１を配置する手順は、まず基材３上に本発明の準備段階で定めた繊維配列方向とその位置に一致させて前記プリプレグテープ１を着接していき、かつ着接しながらステッチングして、一つのプリプレグテープ１の着接が完了するごとに前記プリプレグテープ１をプリプレグテープ１切断機構により裁断する。ここで、プリプレグテープ１着接過程においてステッチング集中部位にきたら集中的にステッチングを実施する。
【００４７】
そして、先にステッチングされ基材３シートに縫着されたプリプレグテープ１に隣接させてまたは隣接させないで任意の位置から、次のプリプレグテープ１を本発明の準備段階で定めた同一または異なる繊維配列方向に沿って着接しつつステッチングし、設定されたステッチング集中部位にくるとステッチングを集中させる。所定の着接を完了したらプリプレグテープ１をプリプレグテープ１切断機構により裁断する。このような着接・ステッチング・裁断からなる縫成方法を順次繰り返して１層目を作製する。
【００４８】
次に、１層目に重ねて２層目の作製を行う。２層目は、１層目の繊維配列方向において強度や剛性が低下する個所を補強する方向に本発明の準備段階で定めた複数の繊維配列方向とその位置及びステッチング方法を具現化するように、１層目と同じ方法で２層目を作製する。
【００４９】
３層目は２層目に重ねて作製していく。３層目は１層目や２層目の繊維配列方向において強度や剛性が不十分な個所を補強するような方向に本発明の準備段階で定めた複数の繊維配列方向とその位置及びステッチング方法を具現化するように、１層目や２層目と同じ方法で３層目を作製する。
【００５０】
以上のような繰り返しを行って順次積層していき成形品のニヤーネットシェイプを作製する。
【００５１】
ここで、繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ１送給装置と、前記繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ１裁断装置と、Ｘ方向及びＹ方向に直線移動する被ステッチング物の移送装置を具備した刺繍用ミシンとを、ステッチングの縫いデータ、プリプレグテープ１の配置の位置データ並びに裁断位置データを含む制御データに基づいたプログラムに従って作動するシステムを構成することにより、自動的に成形品のニヤーネットシェイプを作製することができる。
【００５２】
次に、成形品成形段階を説明する。成形品成形段階には２つの異なる手順があり、どちらでもよい。
【００５３】
まず、作製した成形品のニヤーネットシェイプを金型の外でプリプレグテープ１の熱可塑性樹脂の融点以上に加熱、溶融した後、前記熱可塑性樹脂の融点より低い温度の金型内に設置し、速やかにプレスし、賦形、冷却して成形品を作製する。ここで、使用する金型の外で前記ニヤーネットシェイプを加熱する方法は限定されないが、赤外線加熱装置による加熱が最も効率的である。
【００５４】
また、作製した成形品のニヤーネットシェイプを金型内に設置した後、プリプレグテープ１の熱可塑性樹脂の融点より高い温度に加熱してプレスし賦形した後、前記熱可塑性樹脂の融点より低い温度に冷却する方法で成形品２を作製する。
【００５５】
次に、実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明は実施例により限定されるものでない。
【実施例１】
【００５６】
本発明の準備段階として、まず繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ１は、図１に示すような強化繊維７として炭素繊維及び熱可塑性樹脂として「ナイロン６」８からなる複合材料であって、幅１５ｍｍ、厚さ０．１２〜０．１３ｍｍのプリプレグテープ１を使用した。図１に示すように、強化繊維７の繊維配列方向とプリプレグテープ１の長さ方向とは一致している。
【００５７】
図２に示す形状の成形品２を製造する。成形品２の寸法、成形品２としての強度や剛性を有するようにすることを考慮してプリプレグテープ１の層数を８層とした。
【００５８】
成形品２として強度及び剛性を有するようにするためには、端面ａ、端面ｂ、端面ｃ及び端面ｄは水平方向の引張強さを有するようにそれぞれの端面に平行な繊維配列方向のプリプレグテープ１を少なくとも１層は配置するように設定する。
【００５９】
コーナー部ｅにおいて剛性を有するようにするため、プリプレグテープ１の突合せ部に補強用のプリプレグテープ１を配置するように設定し、前記突合せ部にステッチングを集中的に実施する設定をする。
【００６０】
図３において、シート状の基材３の材質は、使用する繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ１の熱可塑性樹脂の材質と同一である「ナイロン６」８である。
【００６１】
図３において、一例である成形品２のニヤーネットシェイプの縫成過程の１層目４を説明する。シート状の基材３の上に、成形品２の直線状である端面ａ及び端面ｂにそれぞれ平行な繊維配列方向になるように配置位置イ及び配置位置ロにプリプレグテープ１をステッチングしながら所定の長さに裁断して８本ずつ縫設した。そして、配置位置ハにプリプレグテープ１をステッチングしながら所定の長さに裁断して６本縫設し１層目４を縫成した。ここで、コーナー部ｅについてはステッチングを集中的に実施した。
【００６２】
次に図４において、一例である成形品２のニヤーネットシェイプの縫成過程の２層目５を説明する。前記２層目５は前記１層目４に重ねて縫成を行う。成形品２の端面ａ及び端面ｂにそれぞれ平行な繊維配列方向になるように配置位置イ及び配置位置ロにプリプレグテープ１をステッチングしながら所定の長さに裁断して８本ずつ縫成した。そして、配置位置ハにプリプレグテープ１をステッチングしながら所定の長さに裁断して１２本縫設し２層目５を縫成した。ここで、コーナー部ｅについてはステッチングを集中的に実施した。
【００６３】
次に図５において、一例である成形品２のニヤーネットシェイプの縫成過程の３層目６を説明する。前記３層目６は前記２層目５に重ねて縫成を行う。成形品２の端面ｃ及び端面ｄにそれぞれ平行な繊維配列方向になるように配置位置ニ及び配置位置ホにプリプレグテープ１をステッチングしながら所定の長さに裁断して１９本ずつ縫成した。そして、配置位置ヘにプリプレグテープ１をステッチングしながら所定の長さに裁断して８本縫設し３層目６を縫成した。ここで、コーナー部ｅについてはステッチングを集中的に実施した。
【００６４】
以上のようにプリプレグテープ１の縫成を繰り返して８層を積層し成形品２のニヤーネットシェイプを作製した。
【００６５】
次に、成形品２成形段階を説明する。成形品２のニヤーネットシェイプを赤外線加熱炉に内設し、２５０℃で４０秒間加熱した。その後前記成形品２のニヤーネットシェイプを１５０℃に加温された金型内に設置し３ＭＰａで３０秒間加圧し、金型内から取り出して成形品２を完成させた。
【００６６】
ここで、金型から取り出した成形品２に不必要なはみ出し部分を除去した結果、歩留り９０％であった。これに対して従来の方法である積層シートを裁断又は積層させて金型内に設置するための中間体を整形する場合は整形工程と金型取出し後の２箇所において、成形品に不必要な部分を除去するため歩留りが６５％であったので、本発明により歩留りを大幅に向上させることができた。
【符号の説明】
【００６７】
１ 繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ
２ 成形品
３ 基材
４ 一例である成形品のニヤーネットシェイプの縫成過程の１層目
５ 一例である成形品のニヤーネットシェイプの縫成過程の２層目
６ 一例である成形品のニヤーネットシェイプの縫成過程の３層目
７ 強化繊維
８ ナイロン６
ａ 端面
ｂ 端面
ｃ 端面
ｄ 端面
ｅ コーナー部
イ 配置位置
ロ 配置位置
ハ 配置位置
ニ 配置位置
ホ 配置位置
ヘ 配置位置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強化繊維を補強基材とする樹脂との複合材料であるプリプレグを用いた積層方法に関する。さらに詳しくは、強化繊維を補強基材とし熱可塑性樹脂と一体化させたプリプレグを用いて任意形状を有する成形品のニヤーネットシェイプを縫成する積層方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
連続強化繊維に熱可塑性樹脂を含浸させた繊維強化熱可塑性のプリプレグテープを各層毎に一定方向に並べて各層毎に強化繊維の方向を異ならせて積層し、ステッチングを施して一体化した多軸積層シートを製造する工程と、前記多軸積層シートを裁断又は積層して金型に設置する所定形状に整形する整形工程と、前記所定形状に整形した中間体を金型内に設置する設置工程と、前記中間体設置工程で金型内に設置した中間体をプレスし繊維強化熱可塑性複合材料の熱可塑性樹脂の融点より高い温度に加熱して成形した後、前記熱可塑性樹脂の融点より低い温度に冷却する成形工程と、を備えた繊維強化熱可塑性複合材料の成形方法が開示されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
また、特許文献１の発明は、ステッチングを積層シート状態で、または積層シートを所定形状に整形した状態で行っている。
【０００４】
所定形状の繊維強化プラスチック複合材料を製造するにあたり、基材上に強化用繊維を用いて製造すべき複合材の形状及び要求特性等に従って定まる個所に所望の任意の複数方向に強化用繊維材が方向性を有しかつ所望の任意の量となるように刺繍加工を施し、この刺繍加工を施した基材から必要に応じて非刺繍部を除去し、次いでこれを芯材としてハンドレイアップ方式などの一般的な方法で繊維強化プラスチック複合材を成形する方法が開示されている（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１０８９号公報
【特許文献２】特開昭６０−１１３３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載の繊維強化熱可塑性複合材料の成形方法は、プリプレグテープを並列させた層をつくりながら積層させ、その積層させたシートを金型に設置する所定形状に整形するためには整形工程の追加が必要になるという問題があった。
【０００７】
積層させたシートを所定形状に整形するために裁断することによって、所定形状に使用しない部分を切り離し廃棄する。よって、所定形状物を製造するにあたり、積層シートの歩留りが低いという問題があった。さらに繊維が炭素繊維など高価な場合は製造コスト高になるという問題があった。
【０００８】
一般的に繊維強化複合材料は、繊維配列方向からの引張強さは極めて高く、繊維の配列方向と直角方向に対する引張強さは極めて低い。したがって、繊維方向によっては引張力という外力が加わったときに端面が割れやすいという問題があった。
【０００９】
プリプレグシートを単に積重ねたままのシート状態で、または前記積層シート状態を裁断して所定形状に整形した状態でステッチングを実施するため、各層のプリプレグシートを形成しているプリプレグテープがステッチング時に位置ずれを生じやすいという問題があった。
【００１０】
特許文献２に記載の繊維強化プラスチック複合材料の製造方法は、強化用繊維を刺繍して形成した所定形状物に溶融させたプラスチック材料を含浸させたりして繊維強化プラスチックを製造するが、一般的にプラスチックなどの高分子の溶融物は粘度が極めて高いので、芯材間の隙間にプラスチック溶融体が浸透しにくい。したがって、芯材とプラスチックとを一体化させることができないという問題があり、強度が低下するという問題があった。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、所定形状を有する成形品を繊維強化熱可塑性樹脂で成形するにあたり、材料の歩留りが高く、曲げ強さや引張強さなどの強度及び剛性を有する成形品のニヤーネットシェイプの積層方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明における「プリプレグ」とは繊維を補強材とし熱可塑性樹脂を母材樹脂として、補強材と母材樹脂とを一体化させた複合材料を意味し、「プリプレグテープ」とは前記プリプレグを薄厚で幅１〜１００ｍｍの帯状にしたものを意味する。
【００１３】
本発明における「ニヤーネットシェイプ」とは、金型によるプレス工程の前に不要な部分を除去するなどの除去・整形工程を設けず、繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープの積層によって中間品を作製すると、そのままの状態の前記中間品を金型内にセットして金型で加圧して成形すると成形品としてのはみ出し部分がほとんど生じない、高い歩留りを実現させる中間品を意味する。
【００１４】
「発明が解決しようとする課題」に記載した課題を解決するために、請求項１にかかる繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグの積層方法の発明は、シート状の基材３上または既にできている層の上に、繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ１を任意の向き及び任意の位置に着接しながらステッチングをし、任意の長さに裁断して一つの繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ１の縫着を完了させる手順からなる繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ１縫着手順を、各層における任意の位置から実施し、前記繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ１縫着手順を繰り返しながら順次繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ１を縫着させて平面状の一つの層を形成し、前記層の上部に更に次の平面状の層を前記繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ１縫着手順に従って形成して積層し、順次次の平面状の層を形成しながら積層して多層構造体からなる所定形状を有する成形品のニヤーネットシェイプを縫成することを特徴とする。
【００１５】
請求項２にかかる繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグの積層方法の発明は、請求項１において、成形品として必要な強度及び剛性を具備するように繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ１の配置を行う方法として、成形品に対して引張力のかかる方向と繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ１の繊維配列方向とを一致させる部位を設ける配置方法、前記成形品に対して引張力のかかる方向と繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ１の繊維配列方向とが直角な位置関係となる部位を生じさせない配置方法、隣接する２つの異なる繊維配列方向の繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ１の突合せ部位の同一層内の狭間部位や、前記突合せ部位の上層及び／または下層で隣接する前記プリプレグテープ１を跨設させて繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ１を配置する配置方法などの方法の中から少なくとも一つの方法を一つの層内または複数の層内で織り込むことを特徴とする。
【００１６】
請求項３にかかる繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグの積層方法の発明は、請求項１または２において、成形品として必要な強度及び剛性を具備するようにステッチングを行う方法として、層間剥離を生じやすい部位や変形しやすい部位に縫い糸の間隔を縮めて集中的にステッチングすることを特徴とする。
【００１７】
請求項４にかかる繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグの積層方法の発明は、請求項１乃至３のいずれかにおいて、シート状の基材３が、繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ１を構成する熱可塑性樹脂と同一の材質からなる、プラスチックシート、プラスチックフィルム、織物、編物、組物、マット材、またはステッチングシートのいずれかであることを特徴とする。
【００１８】
請求項５にかかる繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグの積層方法の発明は、請求項１乃至４のいずれかにおいて、成形品のニヤーネットシェイプ縫成過程におけるステッチングを、ステッチングの縫いデータ、及びプリプレグテープ１の配置の位置データ並びに裁断位置データを含む制御データに基づいたプログラムに従って作動する、Ｘ方向及びＹ方向に直線移動する被ステッチング物の移送装置を具備した刺繍用ミシンを使用して行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１に記載の発明は、所定形状を有する成形品の形態と、繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグの積層からなる形態が略同一であるため、繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグなる材料の歩留りが極めて高くなるという効果を奏する。また高価な強化繊維を廃棄する量を極端に減じることができるので大幅な原料コスト低減を実現でき、かつ産業廃棄物量を減じることができるという効果を奏する。
【００２０】
また、繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグを大きなシートになるように配置し、前記シートを多層積層させた場合には成形品の形態をつくるために必要となる整形工程を、本発明では不要にできるという効果を奏する。
【００２１】
繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグからなる積層物の形状が成形品としての形状と略同じ形状をしているので、プレス金型内に設置しやすくなるという効果を奏する。
【００２２】
繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ１を着接させながらステッチングしていくので、前記繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ１を任意の位置、任意の向きまたは任意の長さに裁断して配置しても位置ずれが生じないという効果を奏する。
【００２３】
繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ１を任意の長さに裁断し任意の向きや任意の位置に配置できるので、同一層内で前記プリプレグテープ１の向きを自由自在に変えられるという効果を奏する。
【００２４】
繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグを使用しているため、すでに繊維間に熱可塑性樹脂が含浸しているので、繊維間に空隙が生じることはなく、積層して硬化時の樹脂流出は極めてわずかとなり高精度の成形品が得られるという効果を奏する。
【００２５】
請求項２及び３に記載の発明は請求項１と同じ効果を奏する。さらに、成形品としての必要な強度及び剛性を具備させることができるという効果を奏する。
【００２６】
請求項４に記載の発明は請求項１乃至３のいずれかに記載の発明と同じ効果を奏する。さらに、繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグを構成する熱可塑性樹脂と同一の材質を基材３に使用することにより成形品成形工程で溶融し成形品と一体化するので、基材３除去工程が不要になるという効果を奏する。
【００２７】
請求項５に記載の発明は請求項１乃至４のいずれかに記載の発明と同じ効果を奏する。さらに、成形品のニヤーネットシェイプの縫成を自動的にできるという
という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に使用される繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープの一例の概要図である。
【図２】本発明の成形品の一例の概要図である。
【図３】繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープを使用した１層目の平面概要図である。
【図４】繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープを使用した２層目の平面概要図である。
【図５】繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープを使用した３層目の平面概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
任意の形状を有する成形品を製造する過程は、本発明の準備段階と、本発明である成形品のニヤーネットシェイプ縫成段階と、本発明の後工程となる成形品成形段階で構成される。本発明の位置づけは、前記製造の流れの中で原料の歩留りや成形品の強度・剛性を決定できる段階である。
【００３０】
まず、本発明で使用する材料である繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ１について説明する。前記繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ１は、一方向に引き揃えられた連続繊維に熱可塑性樹脂を溶融し含浸した後、冷却ロールにより冷却して製造されたものであって市販品を用いることができる。
【００３１】
前記プリプレグテープ１の幅は自由に選択できるが、テープ幅が広すぎると積層の際の前記プリプレグテープ１の向きなどの自由度が減少し、テープ幅が狭すぎるとステッチングの回数が増加し作製時間がかかるため、幅１〜１００ｍｍが適正であり、好ましくは幅５〜２５ｍｍがよい。なお、用途によっては前記範囲の幅に限定されない。
【００３２】
また、前記プリプレグテープ１の厚さは、厚すぎるとステッチングの針の侵入が難しくなり、薄すぎると積層回数が増加し作製に時間がかかるため、０．０５〜０．８ｍｍが好ましい。なお、用途によっては前記範囲の厚さに限定されない。
【００３３】
繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ１を構成する強化繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、ザイロン繊維などの中から、製品が必要とする機械的特性などに応じて選択できる。また、前記繊維は用途に合わせた表面処理を施してもよい。
【００３４】
繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ１を構成する熱可塑性樹脂としては、「ナイロン６」８などのポリアミド系樹脂、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリカーボネート樹脂などの中から、成形可能温度、耐熱性、耐水性などの樹脂の特性に応じて選択できる。
【００３５】
まず、本発明の準備段階を説明する。プリプレグテープ１を使用して、外郭形状が左右方向や高さ方向で直線、斜線若しくは曲線などからなる形状、または内側に孔部が存する形状などさまざまな形状を有する成形品を、材料の高い歩留りを実現して作製するためには、前記プリプレグテープ１を積層した段階において整形工程を設置することがなく廃棄する部位が生じないように積層する方法が望ましい。
【００３６】
そのため、プリプレグテープ１の厚みを１層の高さとして所定形状を有する成形品の高さと略一致するように前記プリプレグテープ１の層数を算出する。ここで、層数が５〜１５層になるようにプリプレグテープ１の厚みを選択するのがよい。
【００３７】
そして、算出して分割した１つの層ごとに該当する成形品の断面形状を定める。ここで、プリプレグテープ１の幅は前記断面形状を具現化できる幅のものを選択するのがよい。各層ごとに定めた成形品の断面形状をプリプレグテープ１で各層ごとの平面形状として具現化し、これらを下から順次積層していけば高い歩留りで成形品を製造することのできるニヤーネットシェイプを形設することができる。
【００３８】
また、成形品として必要な強度や剛性を満足させることが求められる。このため、曲げ、引張または圧縮などの外力が加わる成形品の部位に対して強度や剛性を満足させるようプリプレグテープ１の配置などを設定する。
【００３９】
例えば、成形品に対して引張力のかかる方向と繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ１の繊維配列方向とを一致させるように前記プリプレグテープ１を配置したり、前記成形品に対して引張力のかかる方向と繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ１の繊維配列方向とが直角な位置関係となる部位を生じさせないように前記プリプレグテープ１を配置したり、隣接する２つの異なる繊維配列方向の繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ１の突合せ部位の同一層内の狭間部位や、前記突合せ部位の上層及び／または下層で隣接する前記プリプレグテープ１を跨設させて繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ１を配置する。
【００４０】
同一層内では同一の繊維配列方向しか成り立たないということになれば、成形品の部位に対して強度や剛性を満足させるプリプレグテープ１の配置ができなくなる。したがって、同一層内で複数の異なる繊維配列方向のプリプレグテープ１を配置するように設定する。
【００４１】
また、層間剥離を生じやすい部位や変形しやすい部位に縫い糸の間隔を縮めて集中的にステッチングするように設定する。
【００４２】
以上のように本発明の準備段階において、層別に平面形状、複数の繊維配列方向とその位置、及びステッチングの集中部位などを設定する。
【００４３】
次に、成形品のニヤーネットシェイプ縫成段階を説明する。繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ１を配置するシート状の基材３として、前記プリプレグテープ１を構成する熱可塑性樹脂と同一の材質からなるシートを選択する。これによって、成形時の加熱によって前記基材３は溶融し成形品と一体化するので、前記シートを除去する工程が不要となる。
【００４４】
ステッチングに使用する縫い糸は種々の糸を使用することができる。例えば、成形温度で溶解する糸を選択する場合は成形品の外観、表面のなめらかさが向上する効果があり、成形温度で溶解せず形状を保つ糸を選択する場合は成形時の圧縮圧力による繊維のずれを防止し繊維配列方向を正確に維持することができるという効果がある。
【００４５】
本発明の準備段階で定めた各層ごとの平面形状、複数の繊維配列方向とその位置、及びステッチング方法に従って１層目から順次形成していく。まず、１層目は、基材３となるシート上に、１層目として設定された平面形状、及び繊維配列方向とその位置に従って繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ１を配置し、前記配置しながら縫い糸で基材３と前記プリプレグテープ１とをステッチングしていく。ステッチングする過程で、設定されたステッチング集中部位に対しては集中的にステッチングを実施する。
【００４６】
前記繊維配列方向とその位置に従って繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ１を配置する手順は、まず基材３上に本発明の準備段階で定めた繊維配列方向とその位置に一致させて前記プリプレグテープ１を着接していき、かつ着接しながらステッチングして、一つのプリプレグテープ１の着接が完了するごとに前記プリプレグテープ１をプリプレグテープ１切断機構により裁断する。ここで、プリプレグテープ１着接過程においてステッチング集中部位にきたら集中的にステッチングを実施する。
【００４７】
そして、先にステッチングされ基材３シートに縫着されたプリプレグテープ１に隣接させてまたは隣接させないで任意の位置から、次のプリプレグテープ１を本発明の準備段階で定めた同一または異なる繊維配列方向に沿って着接しつつステッチングし、設定されたステッチング集中部位にくるとステッチングを集中させる。所定の着接を完了したらプリプレグテープ１をプリプレグテープ１切断機構により裁断する。このような着接・ステッチング・裁断からなる縫成方法を順次繰り返して１層目を作製する。
【００４８】
次に、１層目に重ねて２層目の作製を行う。２層目は、１層目の繊維配列方向において強度や剛性が低下する個所を補強する方向に本発明の準備段階で定めた複数の繊維配列方向とその位置及びステッチング方法を具現化するように、１層目と同じ方法で２層目を作製する。
【００４９】
３層目は２層目に重ねて作製していく。３層目は１層目や２層目の繊維配列方向において強度や剛性が不十分な個所を補強するような方向に本発明の準備段階で定めた複数の繊維配列方向とその位置及びステッチング方法を具現化するように、１層目や２層目と同じ方法で３層目を作製する。
【００５０】
以上のような繰り返しを行って順次積層していき成形品のニヤーネットシェイプを作製する。
【００５１】
ここで、繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ１送給装置と、前記繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ１裁断装置と、Ｘ方向及びＹ方向に直線移動する被ステッチング物の移送装置を具備した刺繍用ミシンとを、ステッチングの縫いデータ、プリプレグテープ１の配置の位置データ並びに裁断位置データを含む制御データに基づいたプログラムに従って作動するシステムを構成することにより、自動的に成形品のニヤーネットシェイプを作製することができる。
【００５２】
次に、成形品成形段階を説明する。成形品成形段階には２つの異なる手順があり、どちらでもよい。
【００５３】
まず、作製した成形品のニヤーネットシェイプを金型の外でプリプレグテープ１の熱可塑性樹脂の融点以上に加熱、溶融した後、前記熱可塑性樹脂の融点より低い温度の金型内に設置し、速やかにプレスし、賦形、冷却して成形品を作製する。ここで、使用する金型の外で前記ニヤーネットシェイプを加熱する方法は限定されないが、赤外線加熱装置による加熱が最も効率的である。
【００５４】
また、作製した成形品のニヤーネットシェイプを金型内に設置した後、プリプレグテープ１の熱可塑性樹脂の融点より高い温度に加熱してプレスし賦形した後、前記熱可塑性樹脂の融点より低い温度に冷却する方法で成形品２を作製する。
【００５５】
次に、実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明は実施例により限定されるものでない。
【実施例１】
【００５６】
本発明の準備段階として、まず繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ１は、図１に示すような強化繊維７として炭素繊維及び熱可塑性樹脂として「ナイロン６」８からなる複合材料であって、幅１５ｍｍ、厚さ０．１２〜０．１３ｍｍのプリプレグテープ１を使用した。図１に示すように、強化繊維７の繊維配列方向とプリプレグテープ１の長さ方向とは一致している。
【００５７】
図２に示す形状の成形品２を製造する。成形品２の寸法、成形品２としての強度や剛性を有するようにすることを考慮してプリプレグテープ１の層数を８層とした。
【００５８】
成形品２として強度及び剛性を有するようにするためには、端面ａ、端面ｂ、端面ｃ及び端面ｄは水平方向の引張強さを有するようにそれぞれの端面に平行な繊維配列方向のプリプレグテープ１を少なくとも１層は配置するように設定する。
【００５９】
コーナー部ｅにおいて剛性を有するようにするため、プリプレグテープ１の突合せ部に補強用のプリプレグテープ１を配置するように設定し、前記突合せ部にステッチングを集中的に実施する設定をする。
【００６０】
図３において、シート状の基材３の材質は、使用する繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ１の熱可塑性樹脂の材質と同一である「ナイロン６」８である。
【００６１】
図３において、一例である成形品２のニヤーネットシェイプの縫成過程の１層目４を説明する。シート状の基材３の上に、成形品２の直線状である端面ａ及び端面ｂにそれぞれ平行な繊維配列方向になるように配置位置イ及び配置位置ロにプリプレグテープ１をステッチングしながら所定の長さに裁断して８本ずつ縫設した。そして、配置位置ハにプリプレグテープ１をステッチングしながら所定の長さに裁断して６本縫設し１層目４を縫成した。ここで、コーナー部ｅについてはステッチングを集中的に実施した。
【００６２】
次に図４において、一例である成形品２のニヤーネットシェイプの縫成過程の２層目５を説明する。前記２層目５は前記１層目４に重ねて縫成を行う。成形品２の端面ａ及び端面ｂにそれぞれ平行な繊維配列方向になるように配置位置イ及び配置位置ロにプリプレグテープ１をステッチングしながら所定の長さに裁断して８本ずつ縫成した。そして、配置位置ハにプリプレグテープ１をステッチングしながら所定の長さに裁断して１２本縫設し２層目５を縫成した。ここで、コーナー部ｅについてはステッチングを集中的に実施した。
【００６３】
次に図５において、一例である成形品２のニヤーネットシェイプの縫成過程の３層目６を説明する。前記３層目６は前記２層目５に重ねて縫成を行う。成形品２の端面ｃ及び端面ｄにそれぞれ平行な繊維配列方向になるように配置位置ニ及び配置位置ホにプリプレグテープ１をステッチングしながら所定の長さに裁断して１９本ずつ縫成した。そして、配置位置ヘにプリプレグテープ１をステッチングしながら所定の長さに裁断して８本縫設し３層目６を縫成した。ここで、コーナー部ｅについてはステッチングを集中的に実施した。
【００６４】
以上のようにプリプレグテープ１の縫成を繰り返して８層を積層し成形品２のニヤーネットシェイプを作製した。
【００６５】
次に、成形品２成形段階を説明する。成形品２のニヤーネットシェイプを赤外線加熱炉に内設し、２５０℃で４０秒間加熱した。その後前記成形品２のニヤーネットシェイプを１５０℃に加温された金型内に設置し３ＭＰａで３０秒間加圧し、金型内から取り出して成形品２を完成させた。
【００６６】
ここで、金型から取り出した成形品２に不必要なはみ出し部分を除去した結果、歩留り９０％であった。これに対して従来の方法である積層シートを裁断又は積層させて金型内に設置するための中間体を整形する場合は整形工程と金型取出し後の２箇所において、成形品に不必要な部分を除去するため歩留りが６５％であったので、本発明により歩留りを大幅に向上させることができた。
【符号の説明】
【００６７】
１ 繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ
２ 成形品
３ 基材
４ 一例である成形品のニヤーネットシェイプの縫成過程の１層目
５ 一例である成形品のニヤーネットシェイプの縫成過程の２層目
６ 一例である成形品のニヤーネットシェイプの縫成過程の３層目
７ 強化繊維
８ ナイロン６
ａ 端面
ｂ 端面
ｃ 端面
ｄ 端面
ｅ コーナー部
イ 配置位置
ロ 配置位置
ハ 配置位置
ニ 配置位置
ホ 配置位置
ヘ 配置位置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート状の基材上または既にできている層の上に、繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープを任意の向き及び任意の位置に着接しながらステッチングをし、任意の長さに裁断して一つの繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープの縫着を完了させる手順からなる繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ縫着手順を、各層における任意の位置から実施し、前記繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ縫着手順を繰り返しながら順次繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープを縫着させて平面状の一つの層を形成し、前記層の上部に更に次の平面状の層を前記繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ縫着手順に従って形成して積層し、順次次の平面状の層を形成しながら積層して多層構造体からなる所定形状を有する成形品のニヤーネットシェイプを縫成することを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグの積層方法。
【請求項２】
成形品として必要な強度及び剛性を具備するように繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープの配置を行う方法として、成形品に対して引張力のかかる方向と繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープの繊維配列方向とを一致させる部位を設ける配置方法、前記成形品に対して引張力のかかる方向と繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープの繊維配列方向とが直角な位置関係となる部位を生じさせない配置方法、隣接する２つの異なる繊維配列方向の繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープの突合せ部位の同一層内の狭間部位や、前記突合せ部位の上層及び／または下層で隣接する前記プリプレグテープを跨設させて繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープを配置する配置方法などの方法の中から少なくとも一つの方法を一つの層内または複数の層内で織り込むことを特徴とする請求項１に記載の繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグの積層方法。
【請求項３】
成形品として必要な強度及び剛性を具備するようにステッチングを行う方法として、層間剥離を生じやすい部位や変形しやすい部位に縫い糸の間隔を縮めて集中的にステッチングすることを特徴とする請求項１または２に記載の繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグの積層方法。
【請求項４】
シート状の基材が、繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープを構成する熱可塑性樹脂と同一の材質からなる、プラスチックシート、プラスチックフィルム、織物、編物、組物、マット材、またはステッチングシートのいずれかであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグの積層方法。
【請求項５】
成形品のニヤーネットシェイプ縫成過程におけるステッチングを、ステッチングの縫いデータ、及びプリプレグテープの配置の位置データ並びに裁断位置データを含む制御データに基づいたプログラムに従って作動する、Ｘ方向及びＹ方向に直線移動する被ステッチング物の移送装置を具備した刺繍用ミシンを使用して行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグの積層方法。
【請求項１】
シート状の基材上または既にできている層の上に、繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープを任意の向き及び任意の位置に着接しながらステッチングをし、任意の長さに裁断して一つの繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープの縫着を完了させる手順からなる繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ縫着手順を、各層における任意の位置から実施し、前記繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ縫着手順を繰り返しながら順次繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープを縫着させて平面状の一つの層を形成し、前記層の上部に更に次の平面状の層を前記繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープ縫着手順に従って形成して積層し、順次次の平面状の層を形成しながら積層して多層構造体からなる所定形状を有する成形品のニヤーネットシェイプを縫成することを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグの積層方法。
【請求項２】
成形品として必要な強度及び剛性を具備するように繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープの配置を行う方法として、成形品に対して引張力のかかる方向と繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープの繊維配列方向とを一致させる部位を設ける配置方法、前記成形品に対して引張力のかかる方向と繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープの繊維配列方向とが直角な位置関係となる部位を生じさせない配置方法、隣接する２つの異なる繊維配列方向の繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープの突合せ部位の同一層内の狭間部位や、前記突合せ部位の上層及び／または下層で隣接する前記プリプレグテープを跨設させて繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープを配置する配置方法などの方法の中から少なくとも一つの方法を一つの層内または複数の層内で織り込むことを特徴とする請求項１に記載の繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグの積層方法。
【請求項３】
成形品として必要な強度及び剛性を具備するようにステッチングを行う方法として、層間剥離を生じやすい部位や変形しやすい部位に縫い糸の間隔を縮めて集中的にステッチングすることを特徴とする請求項１または２に記載の繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグの積層方法。
【請求項４】
シート状の基材が、繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグテープを構成する熱可塑性樹脂と同一の材質からなる、プラスチックシート、プラスチックフィルム、織物、編物、組物、マット材、またはステッチングシートのいずれかであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグの積層方法。
【請求項５】
成形品のニヤーネットシェイプ縫成過程におけるステッチングを、ステッチングの縫いデータ、及びプリプレグテープの配置の位置データ並びに裁断位置データを含む制御データに基づいたプログラムに従って作動する、Ｘ方向及びＹ方向に直線移動する被ステッチング物の移送装置を具備した刺繍用ミシンを使用して行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグの積層方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−２０７１９８（Ｐ２０１１−２０７１９８Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８００４６（Ｐ２０１０−８００４６）
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（５９１０７９４８７）広島県 (101)
【出願人】（０００２１９７４９）東海工業ミシン株式会社 (55)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（５９１０７９４８７）広島県 (101)
【出願人】（０００２１９７４９）東海工業ミシン株式会社 (55)
【Ｆターム（参考）】
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