図3プリプレグの積層構成と絞り後の供試体1．プレス温度200℃で2トンの荷重をかけて予熱す2．その後同じく200℃で荷重を10トンまで上げ，溶3．加圧したまま雰囲気温度まで冷却する．図4圧縮試験結果図3左列に示す3種類のプリフォームおよび積層構成を持つ供試体を作成した．(a) 平織CF１層からなるもの，[ daoL]N00145３．局所補強形状の設計ホットプレス成形にはテスター産業株式会社製加熱プレス機SA-302を用いた．整形したプリフォームや平織CFを樹脂シートとともに積層し，加圧中にずれないようにステープラーで固定する．ホットプレスによるプリプレグの成形過程は以下の通りである．る．融した樹脂を炭素繊維に含浸する．2・2熱間深絞り成形作製したプリプレグの深絞り加工には北海道産業技術総合研究機構・工業試験場のサーボプレス機（アイダエンジニアリング株式会社NC1-800(D)）を用いた．円筒深絞り金型の寸法は雌型が直径60 mm，雄型が直径58 mmである．内部には螺旋状の電熱線が埋め込まれており，制御器による温度制御が可能である．加工中は上下のダイともに135℃に加熱した．深絞り加工前にプリプレグを恒温器（200°C，10分）により予熱し，手早く金型にセットし，深絞り成形を行う．(a)平織層(c)螺旋状(b)放射状(b)放射状のプリフォーム2枚で平織CFを挟んだもの，(c)螺旋状のプリフォーム2枚で平織CFを挟んだもの．また絞り深さは25 mmとした．これらをホットプレスにより樹脂含浸した後に，サーボプレス加工を施した供試体を図3右列に示す．加工後は(b)放射状のプリフォームは軸方向に繊維を有する層(ストレート層)となり，(c)の螺旋状のプリフォームは周方向に繊維を有する層(フープ層)となる．2・3圧縮試験成形された供試体の力学特性比較のため，絞り方向に圧縮試験を実施した．圧縮試験の結果を図4に示す．縦軸は試験力，横軸はクロスヘッドの変位量を表す．ファイバー縫付機で作成した補強用プリフォームを有する供試体(b),(c)は，供試体(a)よりも高い剛性を示した．また，フープ層を有する供試体がストレート層を有する供試体より高い剛性を有していた．これは供試体が圧縮され側壁が径方向に変形する際，フープ層がその変形を拘束したためである．3・1チャネル型モデルと供試体トポロジー最適化には汎用有限要素法ソフトウェアのANSYS Workbench 19.2の機能を用いた．図5左に示すようなコ字断面を持つチャンネル型の熱可塑性複合材を対象に局所的な補強形状をトポロジー最適化により行う．有限要素モデルには4節点SHELL181要素を使用し，要素数は600とした．積層構成は繊維を全てY方向に配向した[0]4，厚さは1.7 mmとした．上部と下部の丸棒2本とモデルは接触条件を定義し，摩擦係数は0.2とした．境界条件は上部の丸棒のZ方向を固定し，Y方向に5 mmの変位を与え，下部の丸棒を全方向に並進固定した．材料定数は，予備実験の結果より，繊維方向ヤング率(E1)を67.8GPa，繊維と垂直方向ヤング率(E2)を1.05GPa，せん断剛性(G12)800700600500400300200100Plain weaveStraightHoop23Stroke [mm]− 357 −
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