ＦＲＰ積層体の成形方法
【課題】ＵＤプリプレグの端材が発生することを防止してＦＲＰ積層体のコスト低減に寄与するとともに、擬似等方性を有するＦＲＰ積層体を容易に得ることができるＦＲＰ積層体の成形方法を提供する。
【解決手段】一定の幅ＬのＵＤプリプレグ４を生成する工程と、ＵＤプリプレグ４を裁断して、第一の形状たる一辺の長さＬの正方形の基材１を生成する工程と、基材１の四隅を、基材１の隣り合う各辺の中点を結ぶ各線分Ｘ１〜Ｘ４に沿って折り曲げて、第二の形状たる一辺の長さ（√２）×Ｌ／２の正方形の積層基材１ａを生成する工程と、一定の幅（√２）×Ｌ／２のＵＤプリプレグ６を生成する工程と、ＵＤプリプレグ６を裁断して、第二の形状たる正方形の基材２を生成する工程と、積層基材１ａと、繊維方向の位相を９０°ずらして配置した二つの各基材２ａ・２ｂと、を積層して、第二の形状たる正方形のＦＲＰ積層体１１を成形する工程と、を備える。
【解決手段】一定の幅ＬのＵＤプリプレグ４を生成する工程と、ＵＤプリプレグ４を裁断して、第一の形状たる一辺の長さＬの正方形の基材１を生成する工程と、基材１の四隅を、基材１の隣り合う各辺の中点を結ぶ各線分Ｘ１〜Ｘ４に沿って折り曲げて、第二の形状たる一辺の長さ（√２）×Ｌ／２の正方形の積層基材１ａを生成する工程と、一定の幅（√２）×Ｌ／２のＵＤプリプレグ６を生成する工程と、ＵＤプリプレグ６を裁断して、第二の形状たる正方形の基材２を生成する工程と、積層基材１ａと、繊維方向の位相を９０°ずらして配置した二つの各基材２ａ・２ｂと、を積層して、第二の形状たる正方形のＦＲＰ積層体１１を成形する工程と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、擬似等方性を有するＦＲＰ積層体の成形方法の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、繊維強化プラスチック（Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ；以下、ＦＲＰと記載する）は、軽量で、かつ、強度が高いという優れた性質を有しているため、シート状のＦＲＰを積層して板状等に成形した積層体（以下、ＦＲＰ積層体と呼ぶ）が、様々な用途に広く用いられている。
【０００３】
ＦＲＰ積層体は、繊維方向が一方向に引き揃えられたシート状の基材であるＵＤプリプレグを積層して成形することによって得ることができるが、基材の繊維方向を一方向に揃えた状態で積層して成形した場合には、そのＦＲＰ積層体は異方性を有するものとなる。ここで言う異方性とは、付与する荷重の方向によって、部材の性質（引張り強度・曲げ強度等）が異なる性質をいう。
【０００４】
また、ＵＤプリプレグの繊維方向を様々な方向にずらした状態で積層して成形され、擬似的な等方性を有するＦＲＰ積層体が知られている。そして、このような擬似等方性を有するＦＲＰ積層体としては、基材の繊維方向を、０°、９０°、４５°、−４５°として積層して成形したものが知られており、例えば、以下に示す特許文献１に開示され、公知となっている。ここで言う等方性とは、付与する荷重の方向に関わらず、部材の性質（引張り強度・曲げ強度等）が等しい性質をいう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２３１６３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等に示された従来技術によれば、ＵＤプリプレグの繊維方向を、０°、９０°、４５°、−４５°として積層してＦＲＰ積層体を成形することによって、容易に擬似等方性を有するＦＲＰ積層体を得ることができる。
しかしながら、特許文献１等に示された従来のＦＲＰ積層体の成形方法では、繊維方向を０°、９０°、４５°、−４５°としてずらした状態の積層体から、擬似等方性がある部分を切り出して擬似等方性を有するＦＲＰ積層体を成形しているため、切り出した後に残される部分（端材）が発生してしまい、ＦＲＰ積層体のコストを増大させる要因となっていた。
【０００７】
そこで、できる限りＵＤプリプレグの端材を発生させないように、テープ状のＵＤプリプレグを使用して、繊維方向を０°、９０°、４５°、−４５°にずらしてＦＲＰ積層体を成形する方法が一般的に知られている。
しかしながら、このテープ状のＵＤプリプレグを使用したＦＲＰ積層体の成形方法では、テープ状のＵＤプリプレグを所定の角度で均一に貼り付ける必要があるため、ＦＲＰ積層体の成形作業が困難となり、かつ、成形作業に時間を要していた。このため、テープ状のＵＤプリプレグを使用したＦＲＰ積層体の成形方法では、擬似等方性を有するＦＲＰ積層体を容易に得ることができなかった。
【０００８】
本発明は、係る現状の問題点を鑑みてなされたものであり、ＵＤプリプレグの端材が発生することを防止してＦＲＰ積層体のコスト低減に寄与するとともに、擬似等方性を有するＦＲＰ積層体を容易に得ることができるＦＲＰ積層体の成形方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【００１０】
即ち、請求項１においては、一定の幅Ｌを有し、長さ方向に連続するシート状の前記長さ方向に繊維方向を揃えた第一のＵＤプリプレグを生成する工程と、前記第一のＵＤプリプレグを裁断して、一辺の長さがＬの第一の形状たる正方形であって、辺方向に対して繊維方向が平行あるいは直交する第一の基材を生成する工程と、前記第一の基材の四隅を、前記第一の基材の隣り合う各辺の中点を結ぶ線分に沿って、全て同じ面側に向けて折り曲げて、前記第一の基材の形状を、一辺の長さが（√２）×Ｌ／２である第二の形状たる正方形とし、該第二の形状たる正方形の辺方向に対する繊維方向の位相が４５°となる第一の層と、前記第二の形状たる正方形の辺方向に対する繊維方向の位相が−４５°となる第二の層を有する積層基材を生成する工程と、一定の幅（√２）×Ｌ／２を有し、長さ方向に連続するシート状の前記長さ方向に繊維方向を揃えた第二のＵＤプリプレグを生成する工程と前記第二のＵＤプリプレグを裁断して、一辺の長さが（√２）×Ｌ／２である前記第二の形状たる正方形であって、辺方向に対して繊維方向が平行あるいは直交する第二の基材を生成する工程と、前記積層基材と、繊維方向の位相を９０°ずらして配置した二つの前記第二の基材と、を積層して、前記第二の形状たる正方形のＦＲＰ積層体を成形する工程と、を備えるものである。
【００１１】
請求項２においては、前記第一のＵＤプリプレグを生成する工程は、ＵＤプリプレグを成形するための第一の手段である第一の成形手段によって、前記第一のＵＤプリプレグを生成し、前記第二のＵＤプリプレグを生成する工程は、ＵＤプリプレグを成形するための第二の手段である第二の成形手段によって、前記第二のＵＤプリプレグを生成するものである。
【００１２】
請求項３においては、前記第一のＵＤプリプレグと前記第二のＵＤプリプレグは、ＵＤプリプレグを成形するための手段である成形手段によって、前記第一のＵＤプリプレグの幅Ｌと前記第二のＵＤプリプレグの幅（√２）×Ｌ／２を合わせた一定の幅（Ｌ＋（√２）×Ｌ／２）を有する第三のＵＤプリプレグを生成する工程と、前記第三のＵＤプリプレグを幅方向に分断するための手段である分断手段によって、前記第三のＵＤプリプレグを、幅Ｌと幅（√２）×Ｌ／２に分断して、前記第一のＵＤプリプレグと前記第二のＵＤプリプレグを生成する工程と、によって生成するものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１４】
請求項１においては、擬似等方性を有するＦＲＰ積層体を、端材を発生させることなく容易に成形することができる。
【００１５】
請求項２においては、所定の形状である正方形の基材を、容易に歩留まり良く生成することができる。
【００１６】
請求項３においては、所定の形状である正方形の基材を、より容易に生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施例に係るＦＲＰ積層体の成形方法において使用する基材を示す模式図、（ａ）第一の形状たる正方形である第一の基材を示す模式図、（ｂ）第二の形状たる正方形である第二の基材を示す模式図。
【図２】本発明の一実施例に係るＦＲＰ積層体の成形方法における、第一の実施例に係る基材の生成方法を採用する場合の成形工程を示す模式図、（ａ）ＦＲＰ積層体の成形工程の流れを示すフロー図、（ｂ）第一および第二の各基材の生成状況を示す模式図。
【図３】本発明の一実施例に係るＦＲＰ積層体の成形方法における、第二の実施例に係る基材の生成方法を採用する場合の成形工程を示す模式図、（ａ）ＦＲＰ積層体の成形工程の流れを示すフロー図、（ｂ）第一および第二の各基材の生成状況を示す模式図。
【図４】本発明の一実施例に係るＦＲＰ積層体の成形方法における積層部材の生成方法を示す模式図。
【図５】本発明の一実施例に係るＦＲＰ積層体の成形方法における積層部材の生成方法の別実施例を示す模式図。
【図６】本発明の一実施例に係るＦＲＰ積層体の成形方法における各基材の積層方法を示す模式図。
【図７】本発明の一実施例に係るＦＲＰ積層体の成形方法により成形したＦＲＰ積層体を示す断面模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、発明の実施の形態を説明する。
まず始めに、本発明の一実施例に係るＦＲＰ積層体の成形方法において使用する基材について、図１を用いて説明をする。
尚、本実施例では、図１（ａ）（ｂ）中に示す座標系によって基材の繊維方向を規定しており、図１中の上方向を０°とし、図１中の右方向を９０°として規定している。これにより、図１中の右斜め上４５°の繊維方向が４５°として規定され、図１中の左斜め上４５°の繊維方向が−４５°として規定される。また、以後の説明で使用する各図面においても、基材の繊維方向を示す必要がある場合に、同一の座標系を表示するようにしている。
【００１９】
本発明の一実施例に係るＦＲＰ積層体の成形方法において使用する基材（後述する基材１・２）は、炭素繊維を一方向に引き揃えて成形したシート状のＵＤプリプレグを正方形に裁断して生成されるものである。そして、このような炭素繊維からなる基材を使用して本発明の一実施例に係るＦＲＰ積層体の成形方法によって成形されるＦＲＰは、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）と呼ばれる。
【００２０】
尚、本実施例では、基材として炭素繊維からなるＵＤプリプレグを使用してＣＦＲＰ積層体を成形する場合を例示して説明をするが、本発明に係るＦＲＰ積層体の成形方法を適用する基材たるＵＤプリプレグの材質をこれに限定するものではなく、例えば、ガラス繊維・アラミド繊維・ポリエチレン繊維・ボロン繊維等からなるＵＤプリプレグや、自然由来の植物性繊維からなるＵＤプリプレグ等に適用することも可能である。
【００２１】
また、本発明に係るＦＲＰ積層体の成形方法を適用できるＵＤプリプレグは、含浸されるマトリックス樹脂によっては限定されず、熱可塑性樹脂（ＰＡ、ＰＰＳ、ＰＰ、ＰＥＴ等）が含浸されるＵＤプリプレグを採用したり、あるいは、熱硬化性樹脂（エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂等）が含浸されるＵＤプリプレグを採用することもできる。
【００２２】
図１（ａ）に示す如く、本発明の一実施例に係るＦＲＰ積層体の成形方法において使用する第一の基材である基材１は、炭素繊維を一方向に引き揃えて成形したシート状のＵＤプリプレグを、一辺の長さをＬとする正方形（即ち、第一の形状たる正方形）に裁断したシート状の部材であり、基材１自身の形状である正方形の辺方向に対して、繊維方向が０°あるいは９０°となるように裁断方向・角度・位置等を設定して裁断したものである。尚、図１（ａ）では、基材１を、その繊維方向が０°となるように配置した場合を示している。
尚、ここで示すＬは任意の正の値であり、所望するＦＲＰ積層体の大きさに応じて適宜定められる値である。
【００２３】
また、本発明の一実施例に係るＦＲＰ積層体の成形方法において使用する第二の基材である基材２は、炭素繊維を一方向に引き揃えて成形したシート状のＵＤプリプレグを、一辺の長さを（√２）×Ｌ／２とする正方形（即ち、第二の形状たる正方形）に裁断したものであり、基材２自身の形状である正方形の辺方向に対して、繊維方向が０°あるいは９０°となるように裁断方向・角度・位置等を設定して裁断したものである。尚、図１（ｂ）では、基材２を、その繊維方向が０°となるように配置した場合を示している。
【００２４】
そして、本発明の一実施例に係るＦＲＰ積層体の成形方法においては、一つの基材１と二つの基材２を使用して、ＦＲＰ積層体を成形する。
尚、本実施例では、一つの基材１と二つの基材２を使用して、ＦＲＰ積層体を成形する場合を例示しているが、本発明に係るＦＲＰ積層体の成形方法において使用する各基材１・２に個数を、これに限定するものではない。
【００２５】
次に、本発明の一実施例に係るＦＲＰ積層体の成形方法について、図２〜図７を用いて説明をする。
ここではまず、本発明の一実施例に係るＦＲＰ積層体の成形方法において、第一の実施例に係る基材１および基材２の生成方法を採用する場合について、図２を用いて説明をする。
図２（ａ）（ｂ）に示す如く、本発明の一実施例に係るＦＲＰ積層体の成形方法において、第一実施例に係る基材１および基材２の生成方法を採用する場合には、それぞれの基材１・２を生成するためのＵＤプリプレグである第一のＵＤプリプレグであるＵＤプリプレグ４と第二のＵＤプリプレグであるＵＤプリプレグ６を生成する（ＳＴＥＰ−１）。
【００２６】
図２（ｂ）に示す如く、第一実施例に係る基材１および基材２の生成方法を採用する場合には、ＵＤプリプレグ４とＵＤプリプレグ６をそれぞれ異なる成形機３・５によって成形するようにしており、成形機３によって、幅がＬであるＵＤプリプレグ４を生成し、成形機５によって、幅が（√２）×Ｌ／２であるＵＤプリプレグ６を生成している。
【００２７】
次に、図２（ａ）（ｂ）に示す如く、第一実施例に係る基材１および基材２の生成方法を採用する場合には、生成したＵＤプリプレグ４とＵＤプリプレグ６を所定の長さに裁断する（ＳＴＥＰ−２）。
【００２８】
図２（ｂ）に示す如く、第一実施例に係る基材１および基材２の生成方法を採用する場合には、ＵＤプリプレグ４とＵＤプリプレグ６をそれぞれ異なる裁断装置７・８によって裁断するようにしており、裁断装置７によって、幅がＬであるＵＤプリプレグ４を長さＬの位置で裁断して、一辺の長さがＬである第一の形状たる正方形の基材１・１・・・を連続的に生成する。また同様に、裁断装置８によって、幅が（√２）×Ｌ／２であるＵＤプリプレグ６を長さ（√２）×Ｌ／２の位置で裁断して、一辺の長さが（√２）×Ｌ／２である第二の形状たる正方形の基材２・２・・・を連続的に生成する。
【００２９】
このように、本発明の一実施例に係るＦＲＰ積層体の成形方法において、第一実施例に係る基材１および基材２の生成方法を採用する場合には、二台の成形機３・５を用いて各ＵＤプリプレグ４・６を生成する構成とすることにより、各ＵＤプリプレグ４・６を同時に生成することができ、また、各ＵＤプリプレグ４・６をそれぞれ必要個数だけ歩留まり良く生成することができる。
【００３０】
即ち、本発明の一実施例に係るＦＲＰ積層体の成形方法において、第一の基材である基材１を生成する工程は、ＵＤプリプレグを成形するための第一の手段である成形機３によって、ＵＤプリプレグ４を生成する工程を備え、第二の基材である基材２を生成する工程は、ＵＤプリプレグを成形するための第二の手段である成形機５によって、ＵＤプリプレグ６を生成する工程を備えるものである。
このような構成により、所定の形状（即ち、第一あるいは第二の形状）である正方形の基材１・２を、容易に歩留まり良く生成することができる。
【００３１】
次に、本発明の一実施例に係るＦＲＰ積層体の成形方法において、第二実施例に係る基材１および基材２を生成方法を採用する場合について、図３を用いて説明をする。
図３（ａ）（ｂ）に示す如く、本発明の一実施例に係るＦＲＰ積層体の成形方法において、第二実施例に係る基材１および基材２を生成方法を採用する場合には、各ＵＤプリプレグ４・６を生成する前に、ＵＤプリプレグ４の幅とＵＤプリプレグ６の幅を合わせた幅を有する第三のＵＤプリプレグであるＵＤプリプレグ９を生成する（ＳＴＥＰ−１−１）。
【００３２】
つまり、図３（ｂ）に示す如く、第二実施例に係る基材１および基材２を生成方法を採用する場合には、成形機を一台だけ使用して、例えば成形機３によって、幅が（Ｌ＋（√２）×Ｌ／２）であるＵＤプリプレグ９を生成する。
【００３３】
次に、図３（ａ）（ｂ）に示す如く、第二実施例に係る基材１および基材２を生成方法を採用する場合には、生成したＵＤプリプレグ９を所定の幅に分断する（ＳＴＥＰ−１−２）。
【００３４】
図３（ｂ）に示す如く、第二実施例に係る基材１および基材２を生成方法を採用する場合には、ＵＤプリプレグ９を分断装置１０によって、分断後のＵＤプリプレグ９の幅が、それぞれＵＤプリプレグ４の幅とＵＤプリプレグ６の幅となるように分断することによって、各ＵＤプリプレグ４・６を生成する構成としている。
【００３５】
そして、図３（ａ）（ｂ）に示す如く、第二実施例に係る基材１および基材２を生成方法を採用する場合には、生成したＵＤプリプレグ４とＵＤプリプレグ６を所定の長さに裁断する（ＳＴＥＰ−２）。
【００３６】
図３（ｂ）に示す如く、第二実施例に係る基材１および基材２を生成方法を採用する場合には、ＵＤプリプレグ４とＵＤプリプレグ６をそれぞれ異なる裁断装置７・８によって裁断するようにしており、裁断装置７によって、幅がＬであるＵＤプリプレグ４を長さＬの位置で裁断して、一辺の長さがＬである第一の形状たる正方形の基材１・１・・・を連続的に生成する。また同様に、裁断装置８によって、幅が（√２）×Ｌ／２であるＵＤプリプレグ６を長さ（√２）×Ｌ／２の位置で裁断して、一辺の長さが（√２）×Ｌ／２である第二の形状たる正方形の基材２・２・・・を連続的に生成する。
【００３７】
このように、本発明の一実施例に係るＦＲＰ積層体の成形方法において、第二実施例に係る基材１および基材２を生成方法を採用する場合には、一台の成形機３を用いて各ＵＤプリプレグ４・６を生成する構成とすることにより、各ＵＤプリプレグ４・６をより効率良く同時に生成することができる。
【００３８】
即ち、本発明の一実施例に係るＦＲＰ積層体の成形方法において、第一の基材である基材１を生成する工程と第二の基材である基材２を生成する工程は、ＵＤプリプレグを成形するための手段である成形機３によって、第一のＵＤプリプレグであるＵＤプリプレグ４の幅Ｌと第二のＵＤプリプレグであるＵＤプリプレグ６の幅（√２）×Ｌ／２を合わせた一定の幅（Ｌ＋（√２）×Ｌ／２）を有する第三のＵＤプリプレグであるＵＤプリプレグ９を生成する工程と、ＵＤプリプレグ９を幅方向に分断するための手段である分断装置１０によって、ＵＤプリプレグ９を、幅Ｌと幅（√２）×Ｌ／２に分断して、ＵＤプリプレグ４とＵＤプリプレグ６を生成する工程と、を備えるものである
このような構成により、所定の形状（即ち、第一あるいは第二の形状）である正方形の基材１・２をより容易に生成することができる。
【００３９】
尚、以下に説明する（ＳＴＥＰ−３）以降の各工程は、基材１および基材２の生成方法について、第一実施例と第二実施例の各方法を採用した場合で共通しているため、以下まとめて説明をする。
【００４０】
次に、図２（ａ）および図３（ａ）に示す如く、本発明の一実施例に係るＦＲＰ積層体の成形方法では、生成した基材１を所定の形状に折加工する（ＳＴＥＰ−３）。
【００４１】
ここで、本工程で行われる折加工について、図４を用いて説明する。
図４に示す如く、基材１に対する折加工をするに際して、まず基材１を、繊維方向が０°となる方向に配置する。
そして、第一の形状たる正方形の隣り合う各辺の中点を結ぶ線分である各線分Ｘ１〜Ｘ４に沿って、基材１の四隅を同一面側（表面側あるいは裏面側）に折り返す。尚、折り返した後に、折り返した形状を保持するために、適宜仮溶着や仮縫合等を行うことが望ましい。
【００４２】
ここで、各線分Ｘ１・Ｘ３の角度は、基材１の繊維方向に対して４５°の角度を成しており、また、各線分Ｘ２・Ｘ４の角度は、基材１の繊維方向に対して−４５°の角度を成している。そして、各線分Ｘ１〜Ｘ４は、基材１上で第二の形状たる一辺の長さが（√２）×Ｌ／２である正方形を形成している。
【００４３】
また言い換えれば、第一の形状たる正方形の四隅に形成される端点Ｐ・Ｑ・Ｒ・Ｓが、第一の形状たる正方形の中心Ｏと一致するように、四隅を同一面側（表面側あるいは裏面側）に折り返す、ということもできる。
【００４４】
基材１の四隅を折り返すと、基材１の折り返した四隅以外の部位が、繊維方向が０°である第一の層を形成し、折り返した四隅の各部位が、繊維方向が９０°である第二の層を形成する。このように基材１に対して折加工を施すことによって、繊維方向が０°と９０°である二層を有する積層基材１ａを生成することができる。
また、このような折加工によって基材１から積層基材１ａを生成すると、基材１を余すところなく使用することができるため、端材が発生せず、ＵＤプリプレグ４が無駄にならない。
【００４５】
また、同様の積層基材を生成することができる基材１に対する加工の別実施例について、図５を用いて説明する。
図５に示す如く、基材１の四隅を、第一の形状たる正方形の隣り合う各辺の中点を結ぶ各線分Ｘ１〜Ｘ４に沿って切り離す。これにより、各線分Ｘ１〜Ｘ４によって囲まれる一辺の長さが（√２）×Ｌ／２である第二の形状たる正方形のピース１ｃと、長辺（即ち、各線分Ｘ１〜Ｘ４）の長さが（√２）×Ｌ／２である二等辺三角形のピース１ｄ・１ｄ・・・を生成する。
【００４６】
そして、ピース１ｃと各ピース１ｄ・１ｄ・・・の各線分Ｘ１〜Ｘ４を一致させつつ、各ピース１ｄ・１ｄ・・・の端点Ｐ・Ｑ・Ｒ・Ｓが、ピース１ｃの中心Ｏと一致するように、各ピース１ｄ・１ｄをピース１ｃの同一面（表面あるいは裏面）上に配置して、繊維方向が０°と９０°である二層を有する積層基材１ｂを生成する。
また、このようにして基材１から積層基材１ｂを生成する場合も、基材１を余すところなく使用することができるため、端材が発生せず、ＵＤプリプレグ４が無駄にならない。
【００４７】
次に、図２（ａ）および図３（ａ）に示す如く、本発明の一実施例に係るＦＲＰ積層体の成形方法では、生成した積層基材１ａ（あるいは積層基材１ｂ）と基材２を積層する（ＳＴＥＰ−４）。
【００４８】
図６に示す如く、一つ目の基材２（以下、基材２ａと呼ぶ）は、図１（ｂ）に示す状態から４５°反時計回りに回転させて、繊維方向の位相を−４５°とした状態で積層基材１ａに対して重ね合わせる。また、二つ目の基材２（以下、基材２ｂと呼ぶ）は、図１（ｂ）に示す状態から４５°時計回りに回転させて、繊維方向の位相を４５°とした状態で積層基材１ａに対して重ね合わせる。
【００４９】
そして図７に示す如く、本実施例では、基材２ａを最も表面側に配置し、基材２ｂを最も裏面側に配置して、積層基材１ａを各基材２ａ・２ｂで挟むようにして、各基材１ａ・２ａ・２ｂを配置している。
【００５０】
次に、図２（ａ）および図３（ａ）に示す如く、本発明の一実施例に係るＦＲＰ積層体の成形方法では、積層した各基材１ａ・２ａ・２ｂを仮成形する（ＳＴＥＰ−５）。
仮成形は、各基材１ａ・２ａ・２ｂの積層状態を保持できるように、最終的な成形条件よりも低い温度・圧力等で仮に各基材１ａ・２ａ・２ｂを溶着したり、あるいは、各基材１ａ・２ａ・２ｂをステッチ糸で仮に縫合したりする等して行われる。尚、熱可塑性樹脂が含浸されるＵＤプリプレグを使用する場合には、最終的な成形条件（温度・圧力等）で成形しても良い。
そして、各基材１ａ・２ａ・２ｂに対する仮成形を完了することによって、ＦＲＰ積層体１１が成形される。
【００５１】
このようにして、ＦＲＰ積層体１１を成形すると、図６および図７に示すように、基材２ａと基材２ｂの繊維方向は位相が９０°ずれている。また、基材２ａの繊維方向は、積層基材１ａの繊維方向に対して４５°あるいは−４５°ずれている。さらに、基材２ｂの繊維方向は、積層基材１ａの繊維方向に対して４５°あるいは−４５°ずれている。
つまり、ＦＲＰ積層体１１は、０°、９０°、４５°、−４５°の繊維配向となっており、擬似等方性を有している。
【００５２】
尚、本実施例では、表面側から順に、基材２ａ、積層基材１ａ、基材２ｂを積層し、繊維方向が、上の層から順に、−４５°、０°、９０°、４５°となるように積層される態様としているが、本発明に係るＦＲＰ積層体の成形方法における、各基材の積層順序および繊維配向状態をこれに限定するものではない。
【００５３】
即ち、本発明の一実施例に係るＦＲＰ積層体の成形方法は、一定の幅Ｌを有し、長さ方向に連続するシート状の前記長さ方向に繊維方向を揃えた第一のＵＤプリプレグであるＵＤプリプレグ４を生成する工程と、ＵＤプリプレグ４を裁断して、一辺の長さがＬの第一の形状たる正方形であって、辺方向に対して繊維方向が平行あるいは直交する第一の基材である基材１を生成する工程と、基材１の四隅を、基材１の隣り合う各辺の中点を結ぶ線分である線分Ｘ１〜Ｘ４に沿って、全て同じ面側に向けて折り曲げて、基材１の形状を、一辺の長さが（√２）×Ｌ／２である第二の形状たる正方形とし、該第二の形状たる正方形の辺方向に対する繊維方向の位相が４５°となる第一の層と、第二の形状たる正方形の辺方向に対する繊維方向の位相が−４５°となる第二の層を有する積層基材１ａを生成する工程と、一定の幅（√２）×Ｌ／２を有し、長さ方向に連続するシート状の前記長さ方向に繊維方向を揃えた第二のＵＤプリプレグであるＵＤプリプレグ６を生成するとともに、ＵＤプリプレグ６を裁断して、一辺の長さが（√２）×Ｌ／２である前記第二の形状たる正方形であって、辺方向に対して繊維方向が平行あるいは直交する第二の基材である基材２を生成する工程と、積層基材１ａと、繊維方向の位相を９０°ずらして配置した二つの基材２・２である各基材２ａ・２ｂと、を積層して、前記第二の形状たる正方形のＦＲＰ積層体１１を成形する工程と、を備えるものである。
このような構成により、擬似等方性を有するＦＲＰ積層体１１を、端材を発生させることなく容易に成形することができる。
【００５４】
１ 基材（第一の形状）
１ａ 積層基材
２ 基材（第二の形状）
２ａ 基材
２ｂ 基材
３ 成形機
４ ＵＤプリプレグ
５ 成形機
６ ＵＤプリプレグ
９ ＵＤプリプレグ
１０ 分断装置
１１ ＦＲＰ積層体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、擬似等方性を有するＦＲＰ積層体の成形方法の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、繊維強化プラスチック（Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ；以下、ＦＲＰと記載する）は、軽量で、かつ、強度が高いという優れた性質を有しているため、シート状のＦＲＰを積層して板状等に成形した積層体（以下、ＦＲＰ積層体と呼ぶ）が、様々な用途に広く用いられている。
【０００３】
ＦＲＰ積層体は、繊維方向が一方向に引き揃えられたシート状の基材であるＵＤプリプレグを積層して成形することによって得ることができるが、基材の繊維方向を一方向に揃えた状態で積層して成形した場合には、そのＦＲＰ積層体は異方性を有するものとなる。ここで言う異方性とは、付与する荷重の方向によって、部材の性質（引張り強度・曲げ強度等）が異なる性質をいう。
【０００４】
また、ＵＤプリプレグの繊維方向を様々な方向にずらした状態で積層して成形され、擬似的な等方性を有するＦＲＰ積層体が知られている。そして、このような擬似等方性を有するＦＲＰ積層体としては、基材の繊維方向を、０°、９０°、４５°、−４５°として積層して成形したものが知られており、例えば、以下に示す特許文献１に開示され、公知となっている。ここで言う等方性とは、付与する荷重の方向に関わらず、部材の性質（引張り強度・曲げ強度等）が等しい性質をいう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２３１６３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等に示された従来技術によれば、ＵＤプリプレグの繊維方向を、０°、９０°、４５°、−４５°として積層してＦＲＰ積層体を成形することによって、容易に擬似等方性を有するＦＲＰ積層体を得ることができる。
しかしながら、特許文献１等に示された従来のＦＲＰ積層体の成形方法では、繊維方向を０°、９０°、４５°、−４５°としてずらした状態の積層体から、擬似等方性がある部分を切り出して擬似等方性を有するＦＲＰ積層体を成形しているため、切り出した後に残される部分（端材）が発生してしまい、ＦＲＰ積層体のコストを増大させる要因となっていた。
【０００７】
そこで、できる限りＵＤプリプレグの端材を発生させないように、テープ状のＵＤプリプレグを使用して、繊維方向を０°、９０°、４５°、−４５°にずらしてＦＲＰ積層体を成形する方法が一般的に知られている。
しかしながら、このテープ状のＵＤプリプレグを使用したＦＲＰ積層体の成形方法では、テープ状のＵＤプリプレグを所定の角度で均一に貼り付ける必要があるため、ＦＲＰ積層体の成形作業が困難となり、かつ、成形作業に時間を要していた。このため、テープ状のＵＤプリプレグを使用したＦＲＰ積層体の成形方法では、擬似等方性を有するＦＲＰ積層体を容易に得ることができなかった。
【０００８】
本発明は、係る現状の問題点を鑑みてなされたものであり、ＵＤプリプレグの端材が発生することを防止してＦＲＰ積層体のコスト低減に寄与するとともに、擬似等方性を有するＦＲＰ積層体を容易に得ることができるＦＲＰ積層体の成形方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【００１０】
即ち、請求項１においては、一定の幅Ｌを有し、長さ方向に連続するシート状の前記長さ方向に繊維方向を揃えた第一のＵＤプリプレグを生成する工程と、前記第一のＵＤプリプレグを裁断して、一辺の長さがＬの第一の形状たる正方形であって、辺方向に対して繊維方向が平行あるいは直交する第一の基材を生成する工程と、前記第一の基材の四隅を、前記第一の基材の隣り合う各辺の中点を結ぶ線分に沿って、全て同じ面側に向けて折り曲げて、前記第一の基材の形状を、一辺の長さが（√２）×Ｌ／２である第二の形状たる正方形とし、該第二の形状たる正方形の辺方向に対する繊維方向の位相が４５°となる第一の層と、前記第二の形状たる正方形の辺方向に対する繊維方向の位相が−４５°となる第二の層を有する積層基材を生成する工程と、一定の幅（√２）×Ｌ／２を有し、長さ方向に連続するシート状の前記長さ方向に繊維方向を揃えた第二のＵＤプリプレグを生成する工程と前記第二のＵＤプリプレグを裁断して、一辺の長さが（√２）×Ｌ／２である前記第二の形状たる正方形であって、辺方向に対して繊維方向が平行あるいは直交する第二の基材を生成する工程と、前記積層基材と、繊維方向の位相を９０°ずらして配置した二つの前記第二の基材と、を積層して、前記第二の形状たる正方形のＦＲＰ積層体を成形する工程と、を備えるものである。
【００１１】
請求項２においては、前記第一のＵＤプリプレグを生成する工程は、ＵＤプリプレグを成形するための第一の手段である第一の成形手段によって、前記第一のＵＤプリプレグを生成し、前記第二のＵＤプリプレグを生成する工程は、ＵＤプリプレグを成形するための第二の手段である第二の成形手段によって、前記第二のＵＤプリプレグを生成するものである。
【００１２】
請求項３においては、前記第一のＵＤプリプレグと前記第二のＵＤプリプレグは、ＵＤプリプレグを成形するための手段である成形手段によって、前記第一のＵＤプリプレグの幅Ｌと前記第二のＵＤプリプレグの幅（√２）×Ｌ／２を合わせた一定の幅（Ｌ＋（√２）×Ｌ／２）を有する第三のＵＤプリプレグを生成する工程と、前記第三のＵＤプリプレグを幅方向に分断するための手段である分断手段によって、前記第三のＵＤプリプレグを、幅Ｌと幅（√２）×Ｌ／２に分断して、前記第一のＵＤプリプレグと前記第二のＵＤプリプレグを生成する工程と、によって生成するものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１４】
請求項１においては、擬似等方性を有するＦＲＰ積層体を、端材を発生させることなく容易に成形することができる。
【００１５】
請求項２においては、所定の形状である正方形の基材を、容易に歩留まり良く生成することができる。
【００１６】
請求項３においては、所定の形状である正方形の基材を、より容易に生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施例に係るＦＲＰ積層体の成形方法において使用する基材を示す模式図、（ａ）第一の形状たる正方形である第一の基材を示す模式図、（ｂ）第二の形状たる正方形である第二の基材を示す模式図。
【図２】本発明の一実施例に係るＦＲＰ積層体の成形方法における、第一の実施例に係る基材の生成方法を採用する場合の成形工程を示す模式図、（ａ）ＦＲＰ積層体の成形工程の流れを示すフロー図、（ｂ）第一および第二の各基材の生成状況を示す模式図。
【図３】本発明の一実施例に係るＦＲＰ積層体の成形方法における、第二の実施例に係る基材の生成方法を採用する場合の成形工程を示す模式図、（ａ）ＦＲＰ積層体の成形工程の流れを示すフロー図、（ｂ）第一および第二の各基材の生成状況を示す模式図。
【図４】本発明の一実施例に係るＦＲＰ積層体の成形方法における積層部材の生成方法を示す模式図。
【図５】本発明の一実施例に係るＦＲＰ積層体の成形方法における積層部材の生成方法の別実施例を示す模式図。
【図６】本発明の一実施例に係るＦＲＰ積層体の成形方法における各基材の積層方法を示す模式図。
【図７】本発明の一実施例に係るＦＲＰ積層体の成形方法により成形したＦＲＰ積層体を示す断面模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、発明の実施の形態を説明する。
まず始めに、本発明の一実施例に係るＦＲＰ積層体の成形方法において使用する基材について、図１を用いて説明をする。
尚、本実施例では、図１（ａ）（ｂ）中に示す座標系によって基材の繊維方向を規定しており、図１中の上方向を０°とし、図１中の右方向を９０°として規定している。これにより、図１中の右斜め上４５°の繊維方向が４５°として規定され、図１中の左斜め上４５°の繊維方向が−４５°として規定される。また、以後の説明で使用する各図面においても、基材の繊維方向を示す必要がある場合に、同一の座標系を表示するようにしている。
【００１９】
本発明の一実施例に係るＦＲＰ積層体の成形方法において使用する基材（後述する基材１・２）は、炭素繊維を一方向に引き揃えて成形したシート状のＵＤプリプレグを正方形に裁断して生成されるものである。そして、このような炭素繊維からなる基材を使用して本発明の一実施例に係るＦＲＰ積層体の成形方法によって成形されるＦＲＰは、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）と呼ばれる。
【００２０】
尚、本実施例では、基材として炭素繊維からなるＵＤプリプレグを使用してＣＦＲＰ積層体を成形する場合を例示して説明をするが、本発明に係るＦＲＰ積層体の成形方法を適用する基材たるＵＤプリプレグの材質をこれに限定するものではなく、例えば、ガラス繊維・アラミド繊維・ポリエチレン繊維・ボロン繊維等からなるＵＤプリプレグや、自然由来の植物性繊維からなるＵＤプリプレグ等に適用することも可能である。
【００２１】
また、本発明に係るＦＲＰ積層体の成形方法を適用できるＵＤプリプレグは、含浸されるマトリックス樹脂によっては限定されず、熱可塑性樹脂（ＰＡ、ＰＰＳ、ＰＰ、ＰＥＴ等）が含浸されるＵＤプリプレグを採用したり、あるいは、熱硬化性樹脂（エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂等）が含浸されるＵＤプリプレグを採用することもできる。
【００２２】
図１（ａ）に示す如く、本発明の一実施例に係るＦＲＰ積層体の成形方法において使用する第一の基材である基材１は、炭素繊維を一方向に引き揃えて成形したシート状のＵＤプリプレグを、一辺の長さをＬとする正方形（即ち、第一の形状たる正方形）に裁断したシート状の部材であり、基材１自身の形状である正方形の辺方向に対して、繊維方向が０°あるいは９０°となるように裁断方向・角度・位置等を設定して裁断したものである。尚、図１（ａ）では、基材１を、その繊維方向が０°となるように配置した場合を示している。
尚、ここで示すＬは任意の正の値であり、所望するＦＲＰ積層体の大きさに応じて適宜定められる値である。
【００２３】
また、本発明の一実施例に係るＦＲＰ積層体の成形方法において使用する第二の基材である基材２は、炭素繊維を一方向に引き揃えて成形したシート状のＵＤプリプレグを、一辺の長さを（√２）×Ｌ／２とする正方形（即ち、第二の形状たる正方形）に裁断したものであり、基材２自身の形状である正方形の辺方向に対して、繊維方向が０°あるいは９０°となるように裁断方向・角度・位置等を設定して裁断したものである。尚、図１（ｂ）では、基材２を、その繊維方向が０°となるように配置した場合を示している。
【００２４】
そして、本発明の一実施例に係るＦＲＰ積層体の成形方法においては、一つの基材１と二つの基材２を使用して、ＦＲＰ積層体を成形する。
尚、本実施例では、一つの基材１と二つの基材２を使用して、ＦＲＰ積層体を成形する場合を例示しているが、本発明に係るＦＲＰ積層体の成形方法において使用する各基材１・２に個数を、これに限定するものではない。
【００２５】
次に、本発明の一実施例に係るＦＲＰ積層体の成形方法について、図２〜図７を用いて説明をする。
ここではまず、本発明の一実施例に係るＦＲＰ積層体の成形方法において、第一の実施例に係る基材１および基材２の生成方法を採用する場合について、図２を用いて説明をする。
図２（ａ）（ｂ）に示す如く、本発明の一実施例に係るＦＲＰ積層体の成形方法において、第一実施例に係る基材１および基材２の生成方法を採用する場合には、それぞれの基材１・２を生成するためのＵＤプリプレグである第一のＵＤプリプレグであるＵＤプリプレグ４と第二のＵＤプリプレグであるＵＤプリプレグ６を生成する（ＳＴＥＰ−１）。
【００２６】
図２（ｂ）に示す如く、第一実施例に係る基材１および基材２の生成方法を採用する場合には、ＵＤプリプレグ４とＵＤプリプレグ６をそれぞれ異なる成形機３・５によって成形するようにしており、成形機３によって、幅がＬであるＵＤプリプレグ４を生成し、成形機５によって、幅が（√２）×Ｌ／２であるＵＤプリプレグ６を生成している。
【００２７】
次に、図２（ａ）（ｂ）に示す如く、第一実施例に係る基材１および基材２の生成方法を採用する場合には、生成したＵＤプリプレグ４とＵＤプリプレグ６を所定の長さに裁断する（ＳＴＥＰ−２）。
【００２８】
図２（ｂ）に示す如く、第一実施例に係る基材１および基材２の生成方法を採用する場合には、ＵＤプリプレグ４とＵＤプリプレグ６をそれぞれ異なる裁断装置７・８によって裁断するようにしており、裁断装置７によって、幅がＬであるＵＤプリプレグ４を長さＬの位置で裁断して、一辺の長さがＬである第一の形状たる正方形の基材１・１・・・を連続的に生成する。また同様に、裁断装置８によって、幅が（√２）×Ｌ／２であるＵＤプリプレグ６を長さ（√２）×Ｌ／２の位置で裁断して、一辺の長さが（√２）×Ｌ／２である第二の形状たる正方形の基材２・２・・・を連続的に生成する。
【００２９】
このように、本発明の一実施例に係るＦＲＰ積層体の成形方法において、第一実施例に係る基材１および基材２の生成方法を採用する場合には、二台の成形機３・５を用いて各ＵＤプリプレグ４・６を生成する構成とすることにより、各ＵＤプリプレグ４・６を同時に生成することができ、また、各ＵＤプリプレグ４・６をそれぞれ必要個数だけ歩留まり良く生成することができる。
【００３０】
即ち、本発明の一実施例に係るＦＲＰ積層体の成形方法において、第一の基材である基材１を生成する工程は、ＵＤプリプレグを成形するための第一の手段である成形機３によって、ＵＤプリプレグ４を生成する工程を備え、第二の基材である基材２を生成する工程は、ＵＤプリプレグを成形するための第二の手段である成形機５によって、ＵＤプリプレグ６を生成する工程を備えるものである。
このような構成により、所定の形状（即ち、第一あるいは第二の形状）である正方形の基材１・２を、容易に歩留まり良く生成することができる。
【００３１】
次に、本発明の一実施例に係るＦＲＰ積層体の成形方法において、第二実施例に係る基材１および基材２を生成方法を採用する場合について、図３を用いて説明をする。
図３（ａ）（ｂ）に示す如く、本発明の一実施例に係るＦＲＰ積層体の成形方法において、第二実施例に係る基材１および基材２を生成方法を採用する場合には、各ＵＤプリプレグ４・６を生成する前に、ＵＤプリプレグ４の幅とＵＤプリプレグ６の幅を合わせた幅を有する第三のＵＤプリプレグであるＵＤプリプレグ９を生成する（ＳＴＥＰ−１−１）。
【００３２】
つまり、図３（ｂ）に示す如く、第二実施例に係る基材１および基材２を生成方法を採用する場合には、成形機を一台だけ使用して、例えば成形機３によって、幅が（Ｌ＋（√２）×Ｌ／２）であるＵＤプリプレグ９を生成する。
【００３３】
次に、図３（ａ）（ｂ）に示す如く、第二実施例に係る基材１および基材２を生成方法を採用する場合には、生成したＵＤプリプレグ９を所定の幅に分断する（ＳＴＥＰ−１−２）。
【００３４】
図３（ｂ）に示す如く、第二実施例に係る基材１および基材２を生成方法を採用する場合には、ＵＤプリプレグ９を分断装置１０によって、分断後のＵＤプリプレグ９の幅が、それぞれＵＤプリプレグ４の幅とＵＤプリプレグ６の幅となるように分断することによって、各ＵＤプリプレグ４・６を生成する構成としている。
【００３５】
そして、図３（ａ）（ｂ）に示す如く、第二実施例に係る基材１および基材２を生成方法を採用する場合には、生成したＵＤプリプレグ４とＵＤプリプレグ６を所定の長さに裁断する（ＳＴＥＰ−２）。
【００３６】
図３（ｂ）に示す如く、第二実施例に係る基材１および基材２を生成方法を採用する場合には、ＵＤプリプレグ４とＵＤプリプレグ６をそれぞれ異なる裁断装置７・８によって裁断するようにしており、裁断装置７によって、幅がＬであるＵＤプリプレグ４を長さＬの位置で裁断して、一辺の長さがＬである第一の形状たる正方形の基材１・１・・・を連続的に生成する。また同様に、裁断装置８によって、幅が（√２）×Ｌ／２であるＵＤプリプレグ６を長さ（√２）×Ｌ／２の位置で裁断して、一辺の長さが（√２）×Ｌ／２である第二の形状たる正方形の基材２・２・・・を連続的に生成する。
【００３７】
このように、本発明の一実施例に係るＦＲＰ積層体の成形方法において、第二実施例に係る基材１および基材２を生成方法を採用する場合には、一台の成形機３を用いて各ＵＤプリプレグ４・６を生成する構成とすることにより、各ＵＤプリプレグ４・６をより効率良く同時に生成することができる。
【００３８】
即ち、本発明の一実施例に係るＦＲＰ積層体の成形方法において、第一の基材である基材１を生成する工程と第二の基材である基材２を生成する工程は、ＵＤプリプレグを成形するための手段である成形機３によって、第一のＵＤプリプレグであるＵＤプリプレグ４の幅Ｌと第二のＵＤプリプレグであるＵＤプリプレグ６の幅（√２）×Ｌ／２を合わせた一定の幅（Ｌ＋（√２）×Ｌ／２）を有する第三のＵＤプリプレグであるＵＤプリプレグ９を生成する工程と、ＵＤプリプレグ９を幅方向に分断するための手段である分断装置１０によって、ＵＤプリプレグ９を、幅Ｌと幅（√２）×Ｌ／２に分断して、ＵＤプリプレグ４とＵＤプリプレグ６を生成する工程と、を備えるものである
このような構成により、所定の形状（即ち、第一あるいは第二の形状）である正方形の基材１・２をより容易に生成することができる。
【００３９】
尚、以下に説明する（ＳＴＥＰ−３）以降の各工程は、基材１および基材２の生成方法について、第一実施例と第二実施例の各方法を採用した場合で共通しているため、以下まとめて説明をする。
【００４０】
次に、図２（ａ）および図３（ａ）に示す如く、本発明の一実施例に係るＦＲＰ積層体の成形方法では、生成した基材１を所定の形状に折加工する（ＳＴＥＰ−３）。
【００４１】
ここで、本工程で行われる折加工について、図４を用いて説明する。
図４に示す如く、基材１に対する折加工をするに際して、まず基材１を、繊維方向が０°となる方向に配置する。
そして、第一の形状たる正方形の隣り合う各辺の中点を結ぶ線分である各線分Ｘ１〜Ｘ４に沿って、基材１の四隅を同一面側（表面側あるいは裏面側）に折り返す。尚、折り返した後に、折り返した形状を保持するために、適宜仮溶着や仮縫合等を行うことが望ましい。
【００４２】
ここで、各線分Ｘ１・Ｘ３の角度は、基材１の繊維方向に対して４５°の角度を成しており、また、各線分Ｘ２・Ｘ４の角度は、基材１の繊維方向に対して−４５°の角度を成している。そして、各線分Ｘ１〜Ｘ４は、基材１上で第二の形状たる一辺の長さが（√２）×Ｌ／２である正方形を形成している。
【００４３】
また言い換えれば、第一の形状たる正方形の四隅に形成される端点Ｐ・Ｑ・Ｒ・Ｓが、第一の形状たる正方形の中心Ｏと一致するように、四隅を同一面側（表面側あるいは裏面側）に折り返す、ということもできる。
【００４４】
基材１の四隅を折り返すと、基材１の折り返した四隅以外の部位が、繊維方向が０°である第一の層を形成し、折り返した四隅の各部位が、繊維方向が９０°である第二の層を形成する。このように基材１に対して折加工を施すことによって、繊維方向が０°と９０°である二層を有する積層基材１ａを生成することができる。
また、このような折加工によって基材１から積層基材１ａを生成すると、基材１を余すところなく使用することができるため、端材が発生せず、ＵＤプリプレグ４が無駄にならない。
【００４５】
また、同様の積層基材を生成することができる基材１に対する加工の別実施例について、図５を用いて説明する。
図５に示す如く、基材１の四隅を、第一の形状たる正方形の隣り合う各辺の中点を結ぶ各線分Ｘ１〜Ｘ４に沿って切り離す。これにより、各線分Ｘ１〜Ｘ４によって囲まれる一辺の長さが（√２）×Ｌ／２である第二の形状たる正方形のピース１ｃと、長辺（即ち、各線分Ｘ１〜Ｘ４）の長さが（√２）×Ｌ／２である二等辺三角形のピース１ｄ・１ｄ・・・を生成する。
【００４６】
そして、ピース１ｃと各ピース１ｄ・１ｄ・・・の各線分Ｘ１〜Ｘ４を一致させつつ、各ピース１ｄ・１ｄ・・・の端点Ｐ・Ｑ・Ｒ・Ｓが、ピース１ｃの中心Ｏと一致するように、各ピース１ｄ・１ｄをピース１ｃの同一面（表面あるいは裏面）上に配置して、繊維方向が０°と９０°である二層を有する積層基材１ｂを生成する。
また、このようにして基材１から積層基材１ｂを生成する場合も、基材１を余すところなく使用することができるため、端材が発生せず、ＵＤプリプレグ４が無駄にならない。
【００４７】
次に、図２（ａ）および図３（ａ）に示す如く、本発明の一実施例に係るＦＲＰ積層体の成形方法では、生成した積層基材１ａ（あるいは積層基材１ｂ）と基材２を積層する（ＳＴＥＰ−４）。
【００４８】
図６に示す如く、一つ目の基材２（以下、基材２ａと呼ぶ）は、図１（ｂ）に示す状態から４５°反時計回りに回転させて、繊維方向の位相を−４５°とした状態で積層基材１ａに対して重ね合わせる。また、二つ目の基材２（以下、基材２ｂと呼ぶ）は、図１（ｂ）に示す状態から４５°時計回りに回転させて、繊維方向の位相を４５°とした状態で積層基材１ａに対して重ね合わせる。
【００４９】
そして図７に示す如く、本実施例では、基材２ａを最も表面側に配置し、基材２ｂを最も裏面側に配置して、積層基材１ａを各基材２ａ・２ｂで挟むようにして、各基材１ａ・２ａ・２ｂを配置している。
【００５０】
次に、図２（ａ）および図３（ａ）に示す如く、本発明の一実施例に係るＦＲＰ積層体の成形方法では、積層した各基材１ａ・２ａ・２ｂを仮成形する（ＳＴＥＰ−５）。
仮成形は、各基材１ａ・２ａ・２ｂの積層状態を保持できるように、最終的な成形条件よりも低い温度・圧力等で仮に各基材１ａ・２ａ・２ｂを溶着したり、あるいは、各基材１ａ・２ａ・２ｂをステッチ糸で仮に縫合したりする等して行われる。尚、熱可塑性樹脂が含浸されるＵＤプリプレグを使用する場合には、最終的な成形条件（温度・圧力等）で成形しても良い。
そして、各基材１ａ・２ａ・２ｂに対する仮成形を完了することによって、ＦＲＰ積層体１１が成形される。
【００５１】
このようにして、ＦＲＰ積層体１１を成形すると、図６および図７に示すように、基材２ａと基材２ｂの繊維方向は位相が９０°ずれている。また、基材２ａの繊維方向は、積層基材１ａの繊維方向に対して４５°あるいは−４５°ずれている。さらに、基材２ｂの繊維方向は、積層基材１ａの繊維方向に対して４５°あるいは−４５°ずれている。
つまり、ＦＲＰ積層体１１は、０°、９０°、４５°、−４５°の繊維配向となっており、擬似等方性を有している。
【００５２】
尚、本実施例では、表面側から順に、基材２ａ、積層基材１ａ、基材２ｂを積層し、繊維方向が、上の層から順に、−４５°、０°、９０°、４５°となるように積層される態様としているが、本発明に係るＦＲＰ積層体の成形方法における、各基材の積層順序および繊維配向状態をこれに限定するものではない。
【００５３】
即ち、本発明の一実施例に係るＦＲＰ積層体の成形方法は、一定の幅Ｌを有し、長さ方向に連続するシート状の前記長さ方向に繊維方向を揃えた第一のＵＤプリプレグであるＵＤプリプレグ４を生成する工程と、ＵＤプリプレグ４を裁断して、一辺の長さがＬの第一の形状たる正方形であって、辺方向に対して繊維方向が平行あるいは直交する第一の基材である基材１を生成する工程と、基材１の四隅を、基材１の隣り合う各辺の中点を結ぶ線分である線分Ｘ１〜Ｘ４に沿って、全て同じ面側に向けて折り曲げて、基材１の形状を、一辺の長さが（√２）×Ｌ／２である第二の形状たる正方形とし、該第二の形状たる正方形の辺方向に対する繊維方向の位相が４５°となる第一の層と、第二の形状たる正方形の辺方向に対する繊維方向の位相が−４５°となる第二の層を有する積層基材１ａを生成する工程と、一定の幅（√２）×Ｌ／２を有し、長さ方向に連続するシート状の前記長さ方向に繊維方向を揃えた第二のＵＤプリプレグであるＵＤプリプレグ６を生成するとともに、ＵＤプリプレグ６を裁断して、一辺の長さが（√２）×Ｌ／２である前記第二の形状たる正方形であって、辺方向に対して繊維方向が平行あるいは直交する第二の基材である基材２を生成する工程と、積層基材１ａと、繊維方向の位相を９０°ずらして配置した二つの基材２・２である各基材２ａ・２ｂと、を積層して、前記第二の形状たる正方形のＦＲＰ積層体１１を成形する工程と、を備えるものである。
このような構成により、擬似等方性を有するＦＲＰ積層体１１を、端材を発生させることなく容易に成形することができる。
【００５４】
１ 基材（第一の形状）
１ａ 積層基材
２ 基材（第二の形状）
２ａ 基材
２ｂ 基材
３ 成形機
４ ＵＤプリプレグ
５ 成形機
６ ＵＤプリプレグ
９ ＵＤプリプレグ
１０ 分断装置
１１ ＦＲＰ積層体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定の幅Ｌを有し、長さ方向に連続するシート状の前記長さ方向に繊維方向を揃えた第一のＵＤプリプレグを生成する工程と、
前記第一のＵＤプリプレグを裁断して、一辺の長さがＬの第一の形状たる正方形であって、辺方向に対して繊維方向が平行あるいは直交する第一の基材を生成する工程と、
前記第一の基材の四隅を、前記第一の基材の隣り合う各辺の中点を結ぶ線分に沿って、全て同じ面側に向けて折り曲げて、前記第一の基材の形状を、一辺の長さが（√２）×Ｌ／２である第二の形状たる正方形とし、該第二の形状たる正方形の辺方向に対する繊維方向の位相が４５°となる第一の層と、前記第二の形状たる正方形の辺方向に対する繊維方向の位相が−４５°となる第二の層を有する積層基材を生成する工程と、
一定の幅（√２）×Ｌ／２を有し、長さ方向に連続するシート状の前記長さ方向に繊維方向を揃えた第二のＵＤプリプレグを生成する工程と
前記第二のＵＤプリプレグを裁断して、一辺の長さが（√２）×Ｌ／２である前記第二の形状たる正方形であって、辺方向に対して繊維方向が平行あるいは直交する第二の基材を生成する工程と、
前記積層基材と、
繊維方向の位相を９０°ずらして配置した二つの前記第二の基材と、
を積層して、前記第二の形状たる正方形のＦＲＰ積層体を成形する工程と、
を備える、
ことを特徴とするＦＲＰ積層体の成形方法。
【請求項２】
前記第一のＵＤプリプレグを生成する工程は、
ＵＤプリプレグを成形するための第一の手段である第一の成形手段によって、前記第一のＵＤプリプレグを生成し、
前記第二のＵＤプリプレグを生成する工程は、
ＵＤプリプレグを成形するための第二の手段である第二の成形手段によって、前記第二のＵＤプリプレグを生成する、
ことを特徴とする請求項１に記載のＦＲＰ積層体の成形方法。
【請求項３】
前記第一のＵＤプリプレグと前記第二のＵＤプリプレグは、
ＵＤプリプレグを成形するための手段である成形手段によって、
前記第一のＵＤプリプレグの幅Ｌと前記第二のＵＤプリプレグの幅（√２）×Ｌ／２を合わせた一定の幅（Ｌ＋（√２）×Ｌ／２）を有する第三のＵＤプリプレグを生成する工程と、
前記第三のＵＤプリプレグを幅方向に分断するための手段である分断手段によって、
前記第三のＵＤプリプレグを、幅Ｌと幅（√２）×Ｌ／２に分断して、前記第一のＵＤプリプレグと前記第二のＵＤプリプレグを生成する工程と、
によって生成する、
ことを特徴とする請求項１に記載のＦＲＰ積層体の成形方法。
【請求項１】
一定の幅Ｌを有し、長さ方向に連続するシート状の前記長さ方向に繊維方向を揃えた第一のＵＤプリプレグを生成する工程と、
前記第一のＵＤプリプレグを裁断して、一辺の長さがＬの第一の形状たる正方形であって、辺方向に対して繊維方向が平行あるいは直交する第一の基材を生成する工程と、
前記第一の基材の四隅を、前記第一の基材の隣り合う各辺の中点を結ぶ線分に沿って、全て同じ面側に向けて折り曲げて、前記第一の基材の形状を、一辺の長さが（√２）×Ｌ／２である第二の形状たる正方形とし、該第二の形状たる正方形の辺方向に対する繊維方向の位相が４５°となる第一の層と、前記第二の形状たる正方形の辺方向に対する繊維方向の位相が−４５°となる第二の層を有する積層基材を生成する工程と、
一定の幅（√２）×Ｌ／２を有し、長さ方向に連続するシート状の前記長さ方向に繊維方向を揃えた第二のＵＤプリプレグを生成する工程と
前記第二のＵＤプリプレグを裁断して、一辺の長さが（√２）×Ｌ／２である前記第二の形状たる正方形であって、辺方向に対して繊維方向が平行あるいは直交する第二の基材を生成する工程と、
前記積層基材と、
繊維方向の位相を９０°ずらして配置した二つの前記第二の基材と、
を積層して、前記第二の形状たる正方形のＦＲＰ積層体を成形する工程と、
を備える、
ことを特徴とするＦＲＰ積層体の成形方法。
【請求項２】
前記第一のＵＤプリプレグを生成する工程は、
ＵＤプリプレグを成形するための第一の手段である第一の成形手段によって、前記第一のＵＤプリプレグを生成し、
前記第二のＵＤプリプレグを生成する工程は、
ＵＤプリプレグを成形するための第二の手段である第二の成形手段によって、前記第二のＵＤプリプレグを生成する、
ことを特徴とする請求項１に記載のＦＲＰ積層体の成形方法。
【請求項３】
前記第一のＵＤプリプレグと前記第二のＵＤプリプレグは、
ＵＤプリプレグを成形するための手段である成形手段によって、
前記第一のＵＤプリプレグの幅Ｌと前記第二のＵＤプリプレグの幅（√２）×Ｌ／２を合わせた一定の幅（Ｌ＋（√２）×Ｌ／２）を有する第三のＵＤプリプレグを生成する工程と、
前記第三のＵＤプリプレグを幅方向に分断するための手段である分断手段によって、
前記第三のＵＤプリプレグを、幅Ｌと幅（√２）×Ｌ／２に分断して、前記第一のＵＤプリプレグと前記第二のＵＤプリプレグを生成する工程と、
によって生成する、
ことを特徴とする請求項１に記載のＦＲＰ積層体の成形方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−８４００８（Ｐ２０１１−８４００８Ａ）
【公開日】平成２３年４月２８日（２０１１．４．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２３９７３５（Ｐ２００９−２３９７３５）
【出願日】平成２１年１０月１６日（２００９．１０．１６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月２８日（２０１１．４．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月１６日（２００９．１０．１６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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