JP2004249592A - 繊維複合材料の製造方法及び繊維複合材料を備えた中空構造物 - Google Patents
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Abstract
【課題】ＲＴＭ法により繊維複合材料を製造する方法において、プリフォームの繊維の縮れを抑制し、強度の高い繊維複合材料を製造する。また、樹脂注入時におけるプリフォームの型くずれを防止する。
【解決手段】プリフォーム１０のフランジ部１ｂ，１ｃの表面に張力を与えるように、両側に爪状突起１１ａを有する押さえ板１１でフランジ部１ｂ，１ｃの表面を押さえつける。フランジ部１ｂ，１ｃに張力を与えたまま、樹脂注入口１８から樹脂を導入し、爪状突起１１ａで押さえつけられた下側フランジ部１ｃの両側部分から樹脂を注入する。
【選択図】 図７
【解決手段】プリフォーム１０のフランジ部１ｂ，１ｃの表面に張力を与えるように、両側に爪状突起１１ａを有する押さえ板１１でフランジ部１ｂ，１ｃの表面を押さえつける。フランジ部１ｂ，１ｃに張力を与えたまま、樹脂注入口１８から樹脂を導入し、爪状突起１１ａで押さえつけられた下側フランジ部１ｃの両側部分から樹脂を注入する。
【選択図】 図７
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、繊維複合材料の製造方法及び繊維複合材料を備えた中空構造物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、樹脂の内部に繊維強化材が設けられてなる繊維複合材料は、様々な分野で利用されている。この種の繊維複合材料を製造する方法として、所定の形状に成形された繊維物（プリフォーム）に樹脂を含浸させる方法、すなわちＲＴＭ（Ｒｅｓｉｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｌｄｉｎｇ）成形法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
プリフォームの製造にも様々な方法があり、例えば、繊維織物の一部を切り出し、これらを重ねていく方法（ハンドレイアップ法）や、織機などを使用して所定の形状に織り上げていく方法（ブレーディング法）などが知られている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３３７２４４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、一般に樹脂は粘度が高いため、プリフォームに樹脂を注入する際に、繊維の一部が樹脂によって押し流されやすかった。そのため、樹脂注入時にプリフォームの型くずれが起こりやすく、その結果、繊維複合材料の品質の低下を招くおそれがあった。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、樹脂注入時におけるプリフォームの型くずれを防止し、形状の整った繊維複合材料を製造することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る第１の製造方法は、成形された繊維体に樹脂を含浸させることによって繊維複合材料を製造する方法であって、少なくとも１つ以上の突起が形成された押さえ面を有する治具を、前記突起で前記繊維体を押さえつけるようにして前記繊維体の表面に押しつける工程と、前記治具で前記繊維体の表面を押さえつけたまま、前記繊維体に樹脂を含浸させる工程と、前記治具で前記繊維体の表面を押さえつけたまま、前記樹脂を硬化させる工程と、を備えた方法である。
【０００８】
上記第１の製造方法によれば、樹脂の含浸時に繊維体は治具によって固定され、特に、治具の突起によって強い押圧力でしっかりと固定されるので、注入された樹脂によって繊維体の繊維が押し流されることは防止される。そのため、繊維体の型くずれは起こりにくい。したがって、形状の整った品質の高い繊維複合材料を得ることができる。
【０００９】
第２の製造方法は、成形された繊維体に樹脂を含浸させることによって繊維複合材料を製造する方法であって、両側に突起が形成された押さえ面を有する治具を、前記突起で前記繊維体の表面の両側部分を押さえつけるようにして前記繊維体の表面に押しつける工程と、前記繊維体の表面の張力を保つように前記治具で前記繊維体の表面を押さえつけたまま、前記繊維体に樹脂を含浸させる工程と、前記繊維体の表面の張力を保つように前記治具で前記繊維体の表面を押さえつけたまま、前記樹脂を硬化させる工程と、を備えた方法である。
【００１０】
上記第２の製造方法においても、樹脂の含浸時に繊維体は治具によって固定され、特に、治具の突起によって強い押圧力でしっかりと固定されるので、注入された樹脂によって繊維体の繊維が押し流されることは防止される。そのため、繊維体の型くずれは起こりにくく、形状の整った品質の高い繊維複合材料を得ることができる。
【００１１】
ところで、プリフォームの繊維に縮れが存在していると、その後に樹脂を含浸させて硬化させたときに、複合材料の内部で繊維が縮れた状態のまま残ることになる。しかし、複合材料内の繊維が縮れた状態にあると、繊維本来の引張強度を発揮することができなくなる。
【００１２】
しかし、上記第２の製造方法によれば、治具の突起によって繊維体の表面の両側部分が押さえつけられることにより、繊維体がわずかに裏面側に撓み、表面に張力が発生する。そのため、繊維体の繊維の縮みは抑制される。繊維体に対する樹脂の含浸及び樹脂の硬化は、治具によって繊維体を押さえつけたまま行われる。そのため、繊維体が引っ張られた状態で樹脂の含浸及び硬化が行われることになる。したがって、樹脂内部の繊維は縮みのない状態又は縮みの少ない状態に維持されるので、強度の高い繊維複合材料を得ることができる。
【００１３】
第３の製造方法は、張力を加えながら繊維を第１及び第２のマンドレルにそれぞれ巻き付ける工程と、前記繊維が巻き付けられた両マンドレルを平行に重ね合わせる工程と、重なり合った前記両マンドレルにおける重ね合わせ部分と交差する側面に、該側面上の繊維の少なくとも一部を覆う繊維体を配置する工程と、前記各マンドレルに巻き付けられた繊維を、前記両マンドレルの重ね合わせ部分において互いに押しつけ合うと共に、両側に突起が形成された押さえ面を有する治具を、前記突起で前記繊維体の表面の両側部分を押さえつけるようにして前記繊維体の表面側から前記マンドレル側に押しつける工程と、前記治具で前記繊維体及び前記各繊維を押しつけながら、前記各繊維における前記重ね合わせ部分及び押しつけ部分を含まない一部分を除去する工程と、前記治具で前記繊維体及び前記各繊維を押しつけながら、前記繊維体及び前記各繊維に樹脂を含浸させる工程と、前記治具で前記繊維体及び前記各繊維を押しつけながら、前記樹脂を硬化させる工程と、を備えた繊維複合材料の製造方法である。
【００１４】
上記第３の製造方法においても、前記第２の製造方法と同様に繊維体の型くずれが防止されるので、形状の整った繊維複合材料を得ることができる。
【００１５】
さらに、上記第３の製造方法によれば、治具の突起によって繊維体の両側部分が押さえつけられることにより、繊維体の表面に張力が発生すると共に、マンドレルに巻き付けられた繊維の張力が保たれる。また、治具によって繊維体を押さえつけたまま繊維の一部分を除去するので、繊維体及び繊維の張力を保った状態のまま、繊維の形状を所定形状に加工することができる。したがって、複雑な形状のプリフォームをプリテンションがかかった状態で得ることができる。さらに、治具によって繊維体を押さえつけたまま樹脂の含浸及び硬化が行われるので、樹脂の内部の繊維は縮みのない状態又は少ない状態に維持され、強度の高い繊維複合材料が得られる。
【００１６】
第４の製造方法は、断面Ｉ型の長尺の繊維複合材料を製造する方法であって、断面が矩形状又は略矩形状の第１及び第２マンドレルのそれぞれに、張力を加えながら繊維を巻き付ける工程と、前記繊維が巻き付けられた両マンドレルの側面同士を平行に重ね合わせる工程と、重なり合った前記両マンドレルにおける重ね合わせ面と交差する両側面に、該各側面上の繊維の少なくとも一部を覆う平板状の繊維体をそれぞれ配置する工程と、両側に突起が形成された押さえ面を有する治具を、前記突起で前記繊維体の表面の両側部分を押さえつけるようにして前記繊維体の表面側から前記マンドレル側に押しつける工程と、前記治具で前記各繊維体及び前記各繊維を押しつけながら、前記各繊維における押しつけられていない一部分をそれぞれ除去する工程と、前記治具で前記各繊維体及び前記各繊維を押しつけながら、前記各繊維体及び前記各繊維に樹脂を含浸させる工程と、前記治具で前記各繊維体及び前記各繊維を押しつけながら、前記樹脂を硬化させる工程と、を備えた方法である。
【００１７】
上記第４の製造方法によれば、前記第３の製造方法と同様にして、強度が高く形状の整った断面Ｉ型の長尺の繊維複合材料を得ることができる。
【００１８】
第５の製造方法は、前記第１〜第４のいずれかの製造方法において、樹脂を含浸させる工程が、前記繊維体における前記治具の突起によって押さえつけられた部分の近傍から樹脂を注入する工程からなっている方法である。
【００１９】
第６の製造方法は、前記第２〜第４のいずれかの製造方法において、樹脂を含浸させる工程が、前記繊維体の両側から樹脂を注入する工程からなっている方法である。なお、ここでいう両側とは、繊維体の表面又は裏面の両側部分、あるいは繊維体の両側面を意味する。
【００２０】
上記第５及び第６の各製造方法によれば、繊維体のうちで最もしっかりと固定された部分から樹脂が注入されることになるので、繊維体の型くずれをより効果的に防止することができる。
【００２１】
本発明に係る中空構造物は、外板と該外板を補強する補強部材とからなる中空構造物であって、前記補強部材が前記第１〜第６のいずれかの製造方法により製造された繊維複合材料で形成されているものである。
【００２２】
このことにより、強度の高い中空構造物を得ることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２４】
本発明に係る複合材料は、いわゆるＲＴＭ（Ｒｅｓｉｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｌｄｉｎｇ）法によって製造されるものである。すなわち、本発明に係る複合材料は、所定の形状に形成された繊維体からなるプリフォームに樹脂を含侵させて構成されるものである。まず、一実施形態として、断面Ｉ型の補強部材の製造方法について説明する。
【００２５】
始めに、図１に示すように、略矩形状の断面を有する第１及び第２のマンドレル２Ａ，２Ｂに、繊維強化材としての繊維１を巻き付ける。この際、繊維１の縮れがないように、繊維１には十分な張力を与える。すなわち、張力を加えながら繊維１をマンドレル２Ａ，２Ｂに巻き付ける。ここでは、比較的容易に張力をかけることのできる方法として、繊維１を連続的に巻き付けていくいわゆるフィラメントワインディング法を用いることとした。ただし、張力をかけながら巻き付けることができる限り、繊維１の巻き付け方法は特に限定されるものではない。例えば、織機等を用いることにより、複数の繊維１を所定のパターンでマンドレル２Ａ，２Ｂに巻き付けるようにしてもよい（ブレーディング法）。なお、本実施形態では、繊維１は炭素繊維からなっている。
【００２６】
次に、図２に示すように、２本のマンドレル２Ａ，２Ｂを平行に並べ、互いの側面同士を重ね合わせる。この際、各マンドレル２Ａ，２Ｂの繊維１の張力を保つよう、両マンドレル２Ａ，２Ｂを互いに押しつけることが好ましい。なお、本実施形態では、各マンドレル２Ａ，２Ｂの重ね合わされた面（以下、接触面という）における角部には、アール（丸み）２ｃが形成されている（ただし、図５及び図７においては、アールの図示は省略している）。これは、マンドレル２Ａ，２Ｂの角部で繊維１を傷めることを防止すると共に、フランジ部（マンドレル２Ａ，２Ｂに巻いた繊維１の水平部分及び平板状の繊維織物３）１ｂ，１ｃとウェブ部（同垂直部分）１ａにおける応力集中を避けるためである（図７参照）。ただし、マンドレル２Ａ，２Ｂのアール２ｃは、繊維１の強度等に応じて適宜設定すればよく、必ずしも必要なものではない。
【００２７】
次に、マンドレル２Ａ，２Ｂの軸方向に延びる平板状の繊維織物３を２枚用意し、これら繊維織物３をマンドレル２Ａ，２Ｂの上側及び下側の側面に配置する。この繊維織物３は、炭素繊維からなっている。なお、本実施形態では、マンドレル２Ａ，２Ｂの角部にアール２ｃが形成されている分だけ、両マンドレル２Ａ，２Ｂの重ね合わせ部分（厳密には、接触面の両側部分）に窪み５が形成される。そこで、繊維織物３をマンドレル２Ａ，２Ｂの繊維１に重ねる前に、窪み５にフィラー４を予め挿入しておく。ただし、図示は省略するが、マンドレル２Ａ，２Ｂの形状によっては、両マンドレル２Ａ，２Ｂの重ね合わせ部分に窪みが生じない場合もある。そのような場合には、フィラー４の挿入は不要である。一方、マンドレル２Ａ，２Ｂの角部にアール２ｃが形成されていなくても、両マンドレル２Ａ，２Ｂの重ね合わせ部分に窪みが形成される場合もあり得る。そのような場合には、窪みにフィラーを挿入することが好ましい。なお、フィラー４の材料は特に限定されないが、ここではフィラー４は炭素繊維で形成されている。
【００２８】
次に、マンドレル２Ａ，２Ｂに巻き付けられた繊維１の張力を保つように、上面側の繊維織物３の上方から押さえ板１１を押し当てると共に、下面側の繊維織物３の下方から押さえ板１１を押し当てる。つまり、繊維１が巻かれた両マンドレル２Ａ，２Ｂと繊維織物３とを押さえ板１１で上下方向から押さえつけることにより、繊維１及び繊維織物３を押さえ板１１とマンドレル２Ａ，２Ｂとで挟み込む。
【００２９】
本実施形態では、押さえ板１１の押さえ面には、幅方向（図２の左右方向）の両側に爪状の突起１１ａが設けられている。一方、押さえ板１１の裏面（押さえ面と反対の面）の両側には、段差部が形成されている。爪状突起１１ａは、押さえ板１１の長手方向（図２の表裏方向）に延びており、長手方向の全体にわたって繊維織物３の両側部を押しつけるように構成されている。これにより、押さえ板１１は、押さえ面の全体で繊維１及び繊維織物３を押さえつけると共に、爪状突起１１ａによって、局所的に繊維織物３の両側部をより大きな押圧力で押しつける。その結果、図３に示すように、繊維織物３は外側に湾曲するような力を受ける。したがって、繊維織物３の外側の表面には、張力が与えられる。
【００３０】
その後、繊維１及び繊維織物３の張力を保つように押さえ板１１で繊維１及び繊維織物３を押さえつけながら、繊維１及び繊維織物３の断面がＩ型形状になるように繊維１の一部分を切断する。ここでは、繊維１における押さえつけていない部分、すなわち、図２における両マンドレル２Ａ，２Ｂの外側部分の繊維１を除去する。その結果、図４に示すように、繊維１とフィラー４と繊維織物３とからなる断面Ｉ型のプリフォーム１０が得られる。
【００３１】
次に、図５に示すように、プリフォーム１０の繊維の張力を保ちつつ、プリフォーム１０、マンドレル２Ａ，２Ｂ及び押さえ板１１の周りに成形治具２５を組み立てる。具体的には、押さえ板１１の裏面の段差部に金具１２を配置し、金具１２とマンドレル２Ａ，２Ｂとをボルト等の締結具（図示せず）で連結する。この連結により、金具１２がマンドレル２Ａ，２Ｂ側に押しつけられるので、押さえ板１１の押しつけ力が維持され、プリフォーム１０の繊維１及び繊維織物３の張力が保たれる。その後、ブロック体からなるヒータ１３，１４Ａ，１４Ｂ，１５でその全体を囲み、密閉する。なお、下面側のヒータ１４Ｂには樹脂注入口１８が形成され、上面側のヒータ１４Ａには樹脂排出口１７が形成されている。本実施形態では、樹脂注入口１８及び樹脂排出口１７は、それぞれ２個ずつ設けられている。ただし、樹脂注入口１８及び樹脂排出口１７の個数は何ら限定されるものではない。
【００３２】
次に、成形治具２５を製造装置に組み込む。図６は、複合材料の製造装置の一例を示す構成図である。この製造装置３０は、樹脂２０を貯留するタンク３１と、タンク３１内の樹脂２０を搬送するポンプ３２と、樹脂トラップ３５と、真空ポンプ３６とを備えている。
【００３３】
ポンプ３２の吐出側は、樹脂を導く樹脂注入通路３８に接続されている。この樹脂注入通路３８は途中で分岐しており、分岐後の各通路は成形治具２５の樹脂注入口１８にそれぞれ接続されている。分岐後の各通路には、注入バルブ３３が設けられている。
【００３４】
成形治具２５の樹脂排出口１７には樹脂排出通路３９が接続され、樹脂排出通路３９の下流側は樹脂トラップ３５に接続されている。また、樹脂排出通路３９には、排出バルブ３４が設けられている。真空ポンプ３６は樹脂トラップ３５の下流側に設けられ、真空ポンプ３６と樹脂トラップ３５とは管路を介して接続されている。
【００３５】
なお、成形治具２５には、温度制御盤４０が設けられている。温度制御盤４０は、ヒータ１３，１４Ａ，１４Ｂ，１５への供給電流を調節することにより、成形治具２５内の温度を制御する。
【００３６】
プリフォーム１０に樹脂を含浸させる際には、注入バルブ３３及び排出バルブ３４が開放され、成形治具２５の樹脂注入口１８から樹脂が注入される。図７に示すように、樹脂注入口１８から注入された樹脂は、下側の押さえ板１１とヒータ１４Ｂとの間の隙間を流通し、押さえ板１１の両側を回り込むようにしてプリフォーム１０の下側フランジ部１ｃに流入する。すなわち、樹脂は下側フランジ部１ｃの両側から注入される。
【００３７】
図８に示すように、プリフォーム１０の下側フランジ部１ｃの両端部は、押さえ板１１の爪状突起１１ａとマンドレル２Ａ，２Ｂとに挟まれ、他の部分よりも強い押圧力で固定されている。そのため、プリフォーム１０の繊維が樹脂２０によって押し流されることは防止される。したがって、樹脂注入時におけるプリフォーム１０の型くずれが防止される。特に、本実施形態では、プリフォーム１０における爪状突起１１ａの近傍部分から樹脂が注入されるので、樹脂の注入部分は最もしっかりと固定されている。したがって、プリフォーム１０の型くずれをより効果的に防止することができる。
【００３８】
下側フランジ部１ｃから流入した樹脂は、ウェブ部１ａ、上側フランジ部１ｂの順にプリフォーム１０内を流れた後、上側の押さえ板１１とヒータ１４Ａとの隙間を流通し、樹脂排出口１７から排出される。
【００３９】
プリフォーム１０の全体が樹脂２０に含侵された後は、注入バルブ３３及び排出バルブ３４を閉鎖し、注入ポンプ３２及び真空ポンプ３６の運転を停止する。そして、ヒータ１３，１４Ａ，１４Ｂ，１５による加熱を開始し、樹脂を硬化させる。樹脂の硬化が終了すると、成形治具２５を分解する。その結果、断面Ｉ型の長尺物からなる補強部材が得られる。
【００４０】
以上のように、本実施形態によれば、張力をかけながらマンドレル２Ａ，２Ｂに巻き付けた繊維１を、その張力を保ったまま所定形状（断面Ｉ型）に加工し、さらに、張力を保ったまま樹脂に含浸させ、硬化させることができる。そのため、樹脂内の繊維の縮れを防止又は抑制することができ、繊維本来の強度を発揮させることができる。したがって、強度の高い繊維複合材料を製造することができる。
【００４１】
両マンドレル２Ａ，２Ｂの側面に補強材として繊維織物３を被せ、両マンドレル２Ａ，２Ｂに巻き付けた繊維１と上記繊維織物３とを共に樹脂に含浸させることとしたので、より高い強度の繊維複合材料を得ることができる。
【００４２】
また、爪状突起１１ａを有する押さえ板１１で繊維織物３の両側部分を押さえつけることとしたので、マンドレル２Ａ，２Ｂに巻き付けた繊維１だけでなく、繊維織物３にも張力を与えることができる。したがって、繊維複合材料の強度をさらに高めることができる。
【００４３】
また、爪状突起１１ａを有する押さえ板１１で繊維織物３の両側部分を押さえつけることとしたので、樹脂注入時にプリフォーム１０の繊維が樹脂によって押し流されることを防止することができ、プリフォーム１０の型くずれを防止することができる。特に、爪状突起１１ａによって押さえつけられている部分の近傍から樹脂を注入することとしたので、プリフォーム１０の型くずれを効果的に防止することができる。
【００４４】
また、両マンドレル２Ａ，２Ｂの重ね合わせ部分の窪み５にフィラー４を挿入することとしたので、より高い強度の繊維複合材料を得ることができる。
【００４５】
フィラメントワインディング法を用いて繊維１をマンドレル２Ａ，２Ｂに巻き付けることとしたので、繊維１に対して容易かつ確実に張力を与えることができる。
【００４６】
このように、従来は、Ｉ型断面の長尺物のような複雑な形状を有するプリフォームに対してプリテンションをかけることは困難であったが、本製造方法によれば、そのような複雑な形状を有するプリフォームに対してもプリテンションをかけることが可能となる。
【００４７】
なお、上記実施形態では、押さえ板１１の爪状突起１１ａは、外側に向かって広がった形状に形成されていたが、押さえ板１１の突起の形状は特に限定されるものではない。また、押さえ板１１の突起は、両側の突起１１ａだけに限らず、両側の突起１１ａに加えて他の部分にも突起を設けるようにしてもよい。例えば、押さえ板１１の押さえ面の外周部全体にわたって突起を設けるようにしてもよい。つまり、押さえ板１１を蓋状に形成してもよい。また、両側の突起に加えて、押さえ面の中央部分等に突起を設けることも可能である。
【００４８】
また、特にプリテンションをかける必要のない場合には、押さえ板１１の爪状突起１１ａは１つだけであってもよい（ただし、２つ以上あってもよいことは勿論である）。１つの爪状突起１１ａであっても、プリフォームの型くずれを防止することができる。なお、この場合でも、樹脂の注入は爪状突起１１ａの近傍から行うことが好ましい。
【００４９】
本発明に係る治具は、押さえ板１１のような平板状の治具に限らず、他の形状の治具であってもよい。
【００５０】
上記実施形態では、マンドレル２Ａ，２Ｂは断面形状が略矩形状のものであったが、マンドレル２Ａ，２Ｂの形状は何ら限定されるものではない。
【００５１】
繊維織物３の形状は平板状に限定されず、マンドレル２Ａ，２Ｂの側面形状に応じた種々の形状を採用することができる。また、本発明に係る繊維体は、織物に限られない。
【００５２】
上記実施形態では、２枚の押さえ板１１を用いてマンドレル２Ａ，２Ｂを挟み込むように押さえつけていたが、両マンドレル２Ａ，２Ｂ同士を押さえつけることにより、１枚の押さえ板１１のみでマンドレル２Ａ，２Ｂの繊維１の張力を維持することも可能である。すなわち、両マンドレル２Ａ，２Ｂを重ね合わせ部分において互いに押しつけ合うと共に、この重ね合わせ部分から各マンドレル２Ａ，２Ｂの周方向に離隔した部分を押さえ板１１で押しつけるようにしてもよい。このことにより、断面Ｊ型の補強部材や断面Ｔ型の補強部材等を製造することができる。
【００５３】
また、上記実施形態では、２つのマンドレル２Ａ，２Ｂを用いていたが、１つのマンドレルを用いて繊維複合材料を製造することも可能である。例えば、１つのマンドレルを用いて断面Ｃ型の補強部材を製造することも可能である。また、３つ以上のマンドレルを用いて、前記実施形態と同様に繊維複合材料を製造することも可能である。
【００５４】
繊維１、繊維織物３及びフィラー４の材料は、炭素繊維に限らず、他の材料を用いてもよい。互いに異なる材料を用いることも可能である。
【００５５】
前記補強部材は、中空構造物の補強をはじめとして、種々の用途に利用することができる。例えば、図９に示すように、桁５２と外板５３とからなる航空機の翼５１において、桁５２を前記補強部材で形成するようにしてもよい。また、風車のブレード等、他の翼構造物に上記補強部材を利用してもよい。
【００５６】
さらに、他の中空構造物（例えば、航空機や車両の胴体など）や建築物等に対して、前記補強部材を利用してもよい。また、本発明に係る繊維複合材料は、補強部材としての用途だけでなく、他の用途に利用することも勿論可能である。その形状も桁構造に限定されるものでもない。本発明に係る繊維複合材料の形状、寸法、用途等は、何ら限定されるものではない。
【００５７】
【発明の効果】
本発明によれば、樹脂を含浸させる際に、治具の突起によって繊維体をしっかりと固定することができるので、繊維体の繊維が樹脂に押し流されることを防止することができ、繊維体の型くずれを防止することができる。したがって、形状の整った繊維複合材料を得ることができる。
【００５８】
また、本発明によれば、繊維体に張力を与えながら樹脂の含浸及び硬化を行うことができるので、樹脂内部の繊維の縮みを抑制することができる。したがって、繊維本来の強度を発揮させることができ、繊維複合材料の強度を高めることができる。
【００５９】
前記繊維体における前記治具の突起によって押さえつけられた部分の近傍から、あるいは、前記繊維体の両側から樹脂を注入することとすれば、繊維体の型くずれを効果的に防止することができる。
【００６０】
また、本発明によれば、強度の高い中空構造物を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】繊維が巻き付けられたマンドレルの平面図である。
【図２】繊維が巻き付けられたマンドレルと繊維織物と押さえ板との分解図である。
【図３】繊維織物に張力が与えられた状態を示す概念図である。
【図４】繊維が巻き付けられたマンドレルと繊維織物と押さえ板との組立図である。
【図５】成形治具の分解斜視図である。
【図６】繊維複合材料の製造装置の構成図である。
【図７】成形治具の内部断面図である。
【図８】成形治具の内部の部分拡大断面図である。
【図９】翼の断面図である。
【符号の説明】
１ 繊維
２Ａ 第１マンドレル
２Ｂ 第２マンドレル
２ｃ アール
３ 繊維織物（繊維体）
４ フィラー
５ 重ね合わせ部分の窪み
１０ プリフォーム
１１ 押さえ板（治具）
１１ａ 爪状突起（突起）
１２ 金具
１３ ヒータ
１４Ａ，１４Ｂ ヒータ
１５ ヒータ
１７ 樹脂排出口
１８ 樹脂注入口
２０ 樹脂
２５ 成形治具
３０ 製造装置
５１ 翼（中空構造物）
５２ 桁
５３ 外板
【発明の属する技術分野】
本発明は、繊維複合材料の製造方法及び繊維複合材料を備えた中空構造物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、樹脂の内部に繊維強化材が設けられてなる繊維複合材料は、様々な分野で利用されている。この種の繊維複合材料を製造する方法として、所定の形状に成形された繊維物（プリフォーム）に樹脂を含浸させる方法、すなわちＲＴＭ（Ｒｅｓｉｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｌｄｉｎｇ）成形法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
プリフォームの製造にも様々な方法があり、例えば、繊維織物の一部を切り出し、これらを重ねていく方法（ハンドレイアップ法）や、織機などを使用して所定の形状に織り上げていく方法（ブレーディング法）などが知られている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３３７２４４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、一般に樹脂は粘度が高いため、プリフォームに樹脂を注入する際に、繊維の一部が樹脂によって押し流されやすかった。そのため、樹脂注入時にプリフォームの型くずれが起こりやすく、その結果、繊維複合材料の品質の低下を招くおそれがあった。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、樹脂注入時におけるプリフォームの型くずれを防止し、形状の整った繊維複合材料を製造することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る第１の製造方法は、成形された繊維体に樹脂を含浸させることによって繊維複合材料を製造する方法であって、少なくとも１つ以上の突起が形成された押さえ面を有する治具を、前記突起で前記繊維体を押さえつけるようにして前記繊維体の表面に押しつける工程と、前記治具で前記繊維体の表面を押さえつけたまま、前記繊維体に樹脂を含浸させる工程と、前記治具で前記繊維体の表面を押さえつけたまま、前記樹脂を硬化させる工程と、を備えた方法である。
【０００８】
上記第１の製造方法によれば、樹脂の含浸時に繊維体は治具によって固定され、特に、治具の突起によって強い押圧力でしっかりと固定されるので、注入された樹脂によって繊維体の繊維が押し流されることは防止される。そのため、繊維体の型くずれは起こりにくい。したがって、形状の整った品質の高い繊維複合材料を得ることができる。
【０００９】
第２の製造方法は、成形された繊維体に樹脂を含浸させることによって繊維複合材料を製造する方法であって、両側に突起が形成された押さえ面を有する治具を、前記突起で前記繊維体の表面の両側部分を押さえつけるようにして前記繊維体の表面に押しつける工程と、前記繊維体の表面の張力を保つように前記治具で前記繊維体の表面を押さえつけたまま、前記繊維体に樹脂を含浸させる工程と、前記繊維体の表面の張力を保つように前記治具で前記繊維体の表面を押さえつけたまま、前記樹脂を硬化させる工程と、を備えた方法である。
【００１０】
上記第２の製造方法においても、樹脂の含浸時に繊維体は治具によって固定され、特に、治具の突起によって強い押圧力でしっかりと固定されるので、注入された樹脂によって繊維体の繊維が押し流されることは防止される。そのため、繊維体の型くずれは起こりにくく、形状の整った品質の高い繊維複合材料を得ることができる。
【００１１】
ところで、プリフォームの繊維に縮れが存在していると、その後に樹脂を含浸させて硬化させたときに、複合材料の内部で繊維が縮れた状態のまま残ることになる。しかし、複合材料内の繊維が縮れた状態にあると、繊維本来の引張強度を発揮することができなくなる。
【００１２】
しかし、上記第２の製造方法によれば、治具の突起によって繊維体の表面の両側部分が押さえつけられることにより、繊維体がわずかに裏面側に撓み、表面に張力が発生する。そのため、繊維体の繊維の縮みは抑制される。繊維体に対する樹脂の含浸及び樹脂の硬化は、治具によって繊維体を押さえつけたまま行われる。そのため、繊維体が引っ張られた状態で樹脂の含浸及び硬化が行われることになる。したがって、樹脂内部の繊維は縮みのない状態又は縮みの少ない状態に維持されるので、強度の高い繊維複合材料を得ることができる。
【００１３】
第３の製造方法は、張力を加えながら繊維を第１及び第２のマンドレルにそれぞれ巻き付ける工程と、前記繊維が巻き付けられた両マンドレルを平行に重ね合わせる工程と、重なり合った前記両マンドレルにおける重ね合わせ部分と交差する側面に、該側面上の繊維の少なくとも一部を覆う繊維体を配置する工程と、前記各マンドレルに巻き付けられた繊維を、前記両マンドレルの重ね合わせ部分において互いに押しつけ合うと共に、両側に突起が形成された押さえ面を有する治具を、前記突起で前記繊維体の表面の両側部分を押さえつけるようにして前記繊維体の表面側から前記マンドレル側に押しつける工程と、前記治具で前記繊維体及び前記各繊維を押しつけながら、前記各繊維における前記重ね合わせ部分及び押しつけ部分を含まない一部分を除去する工程と、前記治具で前記繊維体及び前記各繊維を押しつけながら、前記繊維体及び前記各繊維に樹脂を含浸させる工程と、前記治具で前記繊維体及び前記各繊維を押しつけながら、前記樹脂を硬化させる工程と、を備えた繊維複合材料の製造方法である。
【００１４】
上記第３の製造方法においても、前記第２の製造方法と同様に繊維体の型くずれが防止されるので、形状の整った繊維複合材料を得ることができる。
【００１５】
さらに、上記第３の製造方法によれば、治具の突起によって繊維体の両側部分が押さえつけられることにより、繊維体の表面に張力が発生すると共に、マンドレルに巻き付けられた繊維の張力が保たれる。また、治具によって繊維体を押さえつけたまま繊維の一部分を除去するので、繊維体及び繊維の張力を保った状態のまま、繊維の形状を所定形状に加工することができる。したがって、複雑な形状のプリフォームをプリテンションがかかった状態で得ることができる。さらに、治具によって繊維体を押さえつけたまま樹脂の含浸及び硬化が行われるので、樹脂の内部の繊維は縮みのない状態又は少ない状態に維持され、強度の高い繊維複合材料が得られる。
【００１６】
第４の製造方法は、断面Ｉ型の長尺の繊維複合材料を製造する方法であって、断面が矩形状又は略矩形状の第１及び第２マンドレルのそれぞれに、張力を加えながら繊維を巻き付ける工程と、前記繊維が巻き付けられた両マンドレルの側面同士を平行に重ね合わせる工程と、重なり合った前記両マンドレルにおける重ね合わせ面と交差する両側面に、該各側面上の繊維の少なくとも一部を覆う平板状の繊維体をそれぞれ配置する工程と、両側に突起が形成された押さえ面を有する治具を、前記突起で前記繊維体の表面の両側部分を押さえつけるようにして前記繊維体の表面側から前記マンドレル側に押しつける工程と、前記治具で前記各繊維体及び前記各繊維を押しつけながら、前記各繊維における押しつけられていない一部分をそれぞれ除去する工程と、前記治具で前記各繊維体及び前記各繊維を押しつけながら、前記各繊維体及び前記各繊維に樹脂を含浸させる工程と、前記治具で前記各繊維体及び前記各繊維を押しつけながら、前記樹脂を硬化させる工程と、を備えた方法である。
【００１７】
上記第４の製造方法によれば、前記第３の製造方法と同様にして、強度が高く形状の整った断面Ｉ型の長尺の繊維複合材料を得ることができる。
【００１８】
第５の製造方法は、前記第１〜第４のいずれかの製造方法において、樹脂を含浸させる工程が、前記繊維体における前記治具の突起によって押さえつけられた部分の近傍から樹脂を注入する工程からなっている方法である。
【００１９】
第６の製造方法は、前記第２〜第４のいずれかの製造方法において、樹脂を含浸させる工程が、前記繊維体の両側から樹脂を注入する工程からなっている方法である。なお、ここでいう両側とは、繊維体の表面又は裏面の両側部分、あるいは繊維体の両側面を意味する。
【００２０】
上記第５及び第６の各製造方法によれば、繊維体のうちで最もしっかりと固定された部分から樹脂が注入されることになるので、繊維体の型くずれをより効果的に防止することができる。
【００２１】
本発明に係る中空構造物は、外板と該外板を補強する補強部材とからなる中空構造物であって、前記補強部材が前記第１〜第６のいずれかの製造方法により製造された繊維複合材料で形成されているものである。
【００２２】
このことにより、強度の高い中空構造物を得ることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２４】
本発明に係る複合材料は、いわゆるＲＴＭ（Ｒｅｓｉｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｌｄｉｎｇ）法によって製造されるものである。すなわち、本発明に係る複合材料は、所定の形状に形成された繊維体からなるプリフォームに樹脂を含侵させて構成されるものである。まず、一実施形態として、断面Ｉ型の補強部材の製造方法について説明する。
【００２５】
始めに、図１に示すように、略矩形状の断面を有する第１及び第２のマンドレル２Ａ，２Ｂに、繊維強化材としての繊維１を巻き付ける。この際、繊維１の縮れがないように、繊維１には十分な張力を与える。すなわち、張力を加えながら繊維１をマンドレル２Ａ，２Ｂに巻き付ける。ここでは、比較的容易に張力をかけることのできる方法として、繊維１を連続的に巻き付けていくいわゆるフィラメントワインディング法を用いることとした。ただし、張力をかけながら巻き付けることができる限り、繊維１の巻き付け方法は特に限定されるものではない。例えば、織機等を用いることにより、複数の繊維１を所定のパターンでマンドレル２Ａ，２Ｂに巻き付けるようにしてもよい（ブレーディング法）。なお、本実施形態では、繊維１は炭素繊維からなっている。
【００２６】
次に、図２に示すように、２本のマンドレル２Ａ，２Ｂを平行に並べ、互いの側面同士を重ね合わせる。この際、各マンドレル２Ａ，２Ｂの繊維１の張力を保つよう、両マンドレル２Ａ，２Ｂを互いに押しつけることが好ましい。なお、本実施形態では、各マンドレル２Ａ，２Ｂの重ね合わされた面（以下、接触面という）における角部には、アール（丸み）２ｃが形成されている（ただし、図５及び図７においては、アールの図示は省略している）。これは、マンドレル２Ａ，２Ｂの角部で繊維１を傷めることを防止すると共に、フランジ部（マンドレル２Ａ，２Ｂに巻いた繊維１の水平部分及び平板状の繊維織物３）１ｂ，１ｃとウェブ部（同垂直部分）１ａにおける応力集中を避けるためである（図７参照）。ただし、マンドレル２Ａ，２Ｂのアール２ｃは、繊維１の強度等に応じて適宜設定すればよく、必ずしも必要なものではない。
【００２７】
次に、マンドレル２Ａ，２Ｂの軸方向に延びる平板状の繊維織物３を２枚用意し、これら繊維織物３をマンドレル２Ａ，２Ｂの上側及び下側の側面に配置する。この繊維織物３は、炭素繊維からなっている。なお、本実施形態では、マンドレル２Ａ，２Ｂの角部にアール２ｃが形成されている分だけ、両マンドレル２Ａ，２Ｂの重ね合わせ部分（厳密には、接触面の両側部分）に窪み５が形成される。そこで、繊維織物３をマンドレル２Ａ，２Ｂの繊維１に重ねる前に、窪み５にフィラー４を予め挿入しておく。ただし、図示は省略するが、マンドレル２Ａ，２Ｂの形状によっては、両マンドレル２Ａ，２Ｂの重ね合わせ部分に窪みが生じない場合もある。そのような場合には、フィラー４の挿入は不要である。一方、マンドレル２Ａ，２Ｂの角部にアール２ｃが形成されていなくても、両マンドレル２Ａ，２Ｂの重ね合わせ部分に窪みが形成される場合もあり得る。そのような場合には、窪みにフィラーを挿入することが好ましい。なお、フィラー４の材料は特に限定されないが、ここではフィラー４は炭素繊維で形成されている。
【００２８】
次に、マンドレル２Ａ，２Ｂに巻き付けられた繊維１の張力を保つように、上面側の繊維織物３の上方から押さえ板１１を押し当てると共に、下面側の繊維織物３の下方から押さえ板１１を押し当てる。つまり、繊維１が巻かれた両マンドレル２Ａ，２Ｂと繊維織物３とを押さえ板１１で上下方向から押さえつけることにより、繊維１及び繊維織物３を押さえ板１１とマンドレル２Ａ，２Ｂとで挟み込む。
【００２９】
本実施形態では、押さえ板１１の押さえ面には、幅方向（図２の左右方向）の両側に爪状の突起１１ａが設けられている。一方、押さえ板１１の裏面（押さえ面と反対の面）の両側には、段差部が形成されている。爪状突起１１ａは、押さえ板１１の長手方向（図２の表裏方向）に延びており、長手方向の全体にわたって繊維織物３の両側部を押しつけるように構成されている。これにより、押さえ板１１は、押さえ面の全体で繊維１及び繊維織物３を押さえつけると共に、爪状突起１１ａによって、局所的に繊維織物３の両側部をより大きな押圧力で押しつける。その結果、図３に示すように、繊維織物３は外側に湾曲するような力を受ける。したがって、繊維織物３の外側の表面には、張力が与えられる。
【００３０】
その後、繊維１及び繊維織物３の張力を保つように押さえ板１１で繊維１及び繊維織物３を押さえつけながら、繊維１及び繊維織物３の断面がＩ型形状になるように繊維１の一部分を切断する。ここでは、繊維１における押さえつけていない部分、すなわち、図２における両マンドレル２Ａ，２Ｂの外側部分の繊維１を除去する。その結果、図４に示すように、繊維１とフィラー４と繊維織物３とからなる断面Ｉ型のプリフォーム１０が得られる。
【００３１】
次に、図５に示すように、プリフォーム１０の繊維の張力を保ちつつ、プリフォーム１０、マンドレル２Ａ，２Ｂ及び押さえ板１１の周りに成形治具２５を組み立てる。具体的には、押さえ板１１の裏面の段差部に金具１２を配置し、金具１２とマンドレル２Ａ，２Ｂとをボルト等の締結具（図示せず）で連結する。この連結により、金具１２がマンドレル２Ａ，２Ｂ側に押しつけられるので、押さえ板１１の押しつけ力が維持され、プリフォーム１０の繊維１及び繊維織物３の張力が保たれる。その後、ブロック体からなるヒータ１３，１４Ａ，１４Ｂ，１５でその全体を囲み、密閉する。なお、下面側のヒータ１４Ｂには樹脂注入口１８が形成され、上面側のヒータ１４Ａには樹脂排出口１７が形成されている。本実施形態では、樹脂注入口１８及び樹脂排出口１７は、それぞれ２個ずつ設けられている。ただし、樹脂注入口１８及び樹脂排出口１７の個数は何ら限定されるものではない。
【００３２】
次に、成形治具２５を製造装置に組み込む。図６は、複合材料の製造装置の一例を示す構成図である。この製造装置３０は、樹脂２０を貯留するタンク３１と、タンク３１内の樹脂２０を搬送するポンプ３２と、樹脂トラップ３５と、真空ポンプ３６とを備えている。
【００３３】
ポンプ３２の吐出側は、樹脂を導く樹脂注入通路３８に接続されている。この樹脂注入通路３８は途中で分岐しており、分岐後の各通路は成形治具２５の樹脂注入口１８にそれぞれ接続されている。分岐後の各通路には、注入バルブ３３が設けられている。
【００３４】
成形治具２５の樹脂排出口１７には樹脂排出通路３９が接続され、樹脂排出通路３９の下流側は樹脂トラップ３５に接続されている。また、樹脂排出通路３９には、排出バルブ３４が設けられている。真空ポンプ３６は樹脂トラップ３５の下流側に設けられ、真空ポンプ３６と樹脂トラップ３５とは管路を介して接続されている。
【００３５】
なお、成形治具２５には、温度制御盤４０が設けられている。温度制御盤４０は、ヒータ１３，１４Ａ，１４Ｂ，１５への供給電流を調節することにより、成形治具２５内の温度を制御する。
【００３６】
プリフォーム１０に樹脂を含浸させる際には、注入バルブ３３及び排出バルブ３４が開放され、成形治具２５の樹脂注入口１８から樹脂が注入される。図７に示すように、樹脂注入口１８から注入された樹脂は、下側の押さえ板１１とヒータ１４Ｂとの間の隙間を流通し、押さえ板１１の両側を回り込むようにしてプリフォーム１０の下側フランジ部１ｃに流入する。すなわち、樹脂は下側フランジ部１ｃの両側から注入される。
【００３７】
図８に示すように、プリフォーム１０の下側フランジ部１ｃの両端部は、押さえ板１１の爪状突起１１ａとマンドレル２Ａ，２Ｂとに挟まれ、他の部分よりも強い押圧力で固定されている。そのため、プリフォーム１０の繊維が樹脂２０によって押し流されることは防止される。したがって、樹脂注入時におけるプリフォーム１０の型くずれが防止される。特に、本実施形態では、プリフォーム１０における爪状突起１１ａの近傍部分から樹脂が注入されるので、樹脂の注入部分は最もしっかりと固定されている。したがって、プリフォーム１０の型くずれをより効果的に防止することができる。
【００３８】
下側フランジ部１ｃから流入した樹脂は、ウェブ部１ａ、上側フランジ部１ｂの順にプリフォーム１０内を流れた後、上側の押さえ板１１とヒータ１４Ａとの隙間を流通し、樹脂排出口１７から排出される。
【００３９】
プリフォーム１０の全体が樹脂２０に含侵された後は、注入バルブ３３及び排出バルブ３４を閉鎖し、注入ポンプ３２及び真空ポンプ３６の運転を停止する。そして、ヒータ１３，１４Ａ，１４Ｂ，１５による加熱を開始し、樹脂を硬化させる。樹脂の硬化が終了すると、成形治具２５を分解する。その結果、断面Ｉ型の長尺物からなる補強部材が得られる。
【００４０】
以上のように、本実施形態によれば、張力をかけながらマンドレル２Ａ，２Ｂに巻き付けた繊維１を、その張力を保ったまま所定形状（断面Ｉ型）に加工し、さらに、張力を保ったまま樹脂に含浸させ、硬化させることができる。そのため、樹脂内の繊維の縮れを防止又は抑制することができ、繊維本来の強度を発揮させることができる。したがって、強度の高い繊維複合材料を製造することができる。
【００４１】
両マンドレル２Ａ，２Ｂの側面に補強材として繊維織物３を被せ、両マンドレル２Ａ，２Ｂに巻き付けた繊維１と上記繊維織物３とを共に樹脂に含浸させることとしたので、より高い強度の繊維複合材料を得ることができる。
【００４２】
また、爪状突起１１ａを有する押さえ板１１で繊維織物３の両側部分を押さえつけることとしたので、マンドレル２Ａ，２Ｂに巻き付けた繊維１だけでなく、繊維織物３にも張力を与えることができる。したがって、繊維複合材料の強度をさらに高めることができる。
【００４３】
また、爪状突起１１ａを有する押さえ板１１で繊維織物３の両側部分を押さえつけることとしたので、樹脂注入時にプリフォーム１０の繊維が樹脂によって押し流されることを防止することができ、プリフォーム１０の型くずれを防止することができる。特に、爪状突起１１ａによって押さえつけられている部分の近傍から樹脂を注入することとしたので、プリフォーム１０の型くずれを効果的に防止することができる。
【００４４】
また、両マンドレル２Ａ，２Ｂの重ね合わせ部分の窪み５にフィラー４を挿入することとしたので、より高い強度の繊維複合材料を得ることができる。
【００４５】
フィラメントワインディング法を用いて繊維１をマンドレル２Ａ，２Ｂに巻き付けることとしたので、繊維１に対して容易かつ確実に張力を与えることができる。
【００４６】
このように、従来は、Ｉ型断面の長尺物のような複雑な形状を有するプリフォームに対してプリテンションをかけることは困難であったが、本製造方法によれば、そのような複雑な形状を有するプリフォームに対してもプリテンションをかけることが可能となる。
【００４７】
なお、上記実施形態では、押さえ板１１の爪状突起１１ａは、外側に向かって広がった形状に形成されていたが、押さえ板１１の突起の形状は特に限定されるものではない。また、押さえ板１１の突起は、両側の突起１１ａだけに限らず、両側の突起１１ａに加えて他の部分にも突起を設けるようにしてもよい。例えば、押さえ板１１の押さえ面の外周部全体にわたって突起を設けるようにしてもよい。つまり、押さえ板１１を蓋状に形成してもよい。また、両側の突起に加えて、押さえ面の中央部分等に突起を設けることも可能である。
【００４８】
また、特にプリテンションをかける必要のない場合には、押さえ板１１の爪状突起１１ａは１つだけであってもよい（ただし、２つ以上あってもよいことは勿論である）。１つの爪状突起１１ａであっても、プリフォームの型くずれを防止することができる。なお、この場合でも、樹脂の注入は爪状突起１１ａの近傍から行うことが好ましい。
【００４９】
本発明に係る治具は、押さえ板１１のような平板状の治具に限らず、他の形状の治具であってもよい。
【００５０】
上記実施形態では、マンドレル２Ａ，２Ｂは断面形状が略矩形状のものであったが、マンドレル２Ａ，２Ｂの形状は何ら限定されるものではない。
【００５１】
繊維織物３の形状は平板状に限定されず、マンドレル２Ａ，２Ｂの側面形状に応じた種々の形状を採用することができる。また、本発明に係る繊維体は、織物に限られない。
【００５２】
上記実施形態では、２枚の押さえ板１１を用いてマンドレル２Ａ，２Ｂを挟み込むように押さえつけていたが、両マンドレル２Ａ，２Ｂ同士を押さえつけることにより、１枚の押さえ板１１のみでマンドレル２Ａ，２Ｂの繊維１の張力を維持することも可能である。すなわち、両マンドレル２Ａ，２Ｂを重ね合わせ部分において互いに押しつけ合うと共に、この重ね合わせ部分から各マンドレル２Ａ，２Ｂの周方向に離隔した部分を押さえ板１１で押しつけるようにしてもよい。このことにより、断面Ｊ型の補強部材や断面Ｔ型の補強部材等を製造することができる。
【００５３】
また、上記実施形態では、２つのマンドレル２Ａ，２Ｂを用いていたが、１つのマンドレルを用いて繊維複合材料を製造することも可能である。例えば、１つのマンドレルを用いて断面Ｃ型の補強部材を製造することも可能である。また、３つ以上のマンドレルを用いて、前記実施形態と同様に繊維複合材料を製造することも可能である。
【００５４】
繊維１、繊維織物３及びフィラー４の材料は、炭素繊維に限らず、他の材料を用いてもよい。互いに異なる材料を用いることも可能である。
【００５５】
前記補強部材は、中空構造物の補強をはじめとして、種々の用途に利用することができる。例えば、図９に示すように、桁５２と外板５３とからなる航空機の翼５１において、桁５２を前記補強部材で形成するようにしてもよい。また、風車のブレード等、他の翼構造物に上記補強部材を利用してもよい。
【００５６】
さらに、他の中空構造物（例えば、航空機や車両の胴体など）や建築物等に対して、前記補強部材を利用してもよい。また、本発明に係る繊維複合材料は、補強部材としての用途だけでなく、他の用途に利用することも勿論可能である。その形状も桁構造に限定されるものでもない。本発明に係る繊維複合材料の形状、寸法、用途等は、何ら限定されるものではない。
【００５７】
【発明の効果】
本発明によれば、樹脂を含浸させる際に、治具の突起によって繊維体をしっかりと固定することができるので、繊維体の繊維が樹脂に押し流されることを防止することができ、繊維体の型くずれを防止することができる。したがって、形状の整った繊維複合材料を得ることができる。
【００５８】
また、本発明によれば、繊維体に張力を与えながら樹脂の含浸及び硬化を行うことができるので、樹脂内部の繊維の縮みを抑制することができる。したがって、繊維本来の強度を発揮させることができ、繊維複合材料の強度を高めることができる。
【００５９】
前記繊維体における前記治具の突起によって押さえつけられた部分の近傍から、あるいは、前記繊維体の両側から樹脂を注入することとすれば、繊維体の型くずれを効果的に防止することができる。
【００６０】
また、本発明によれば、強度の高い中空構造物を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】繊維が巻き付けられたマンドレルの平面図である。
【図２】繊維が巻き付けられたマンドレルと繊維織物と押さえ板との分解図である。
【図３】繊維織物に張力が与えられた状態を示す概念図である。
【図４】繊維が巻き付けられたマンドレルと繊維織物と押さえ板との組立図である。
【図５】成形治具の分解斜視図である。
【図６】繊維複合材料の製造装置の構成図である。
【図７】成形治具の内部断面図である。
【図８】成形治具の内部の部分拡大断面図である。
【図９】翼の断面図である。
【符号の説明】
１ 繊維
２Ａ 第１マンドレル
２Ｂ 第２マンドレル
２ｃ アール
３ 繊維織物（繊維体）
４ フィラー
５ 重ね合わせ部分の窪み
１０ プリフォーム
１１ 押さえ板（治具）
１１ａ 爪状突起（突起）
１２ 金具
１３ ヒータ
１４Ａ，１４Ｂ ヒータ
１５ ヒータ
１７ 樹脂排出口
１８ 樹脂注入口
２０ 樹脂
２５ 成形治具
３０ 製造装置
５１ 翼（中空構造物）
５２ 桁
５３ 外板
Claims (7)
- 成形された繊維体に樹脂を含浸させることによって繊維複合材料を製造する方法であって、
少なくとも１つ以上の突起が形成された押さえ面を有する治具を、前記突起で前記繊維体を押さえつけるようにして前記繊維体の表面に押しつける工程と、
前記治具で前記繊維体の表面を押さえつけたまま、前記繊維体に樹脂を含浸させる工程と、
前記治具で前記繊維体の表面を押さえつけたまま、前記樹脂を硬化させる工程と、
を備えたことを特徴とする繊維複合材料の製造方法。 - 成形された繊維体に樹脂を含浸させることによって繊維複合材料を製造する方法であって、
両側に突起が形成された押さえ面を有する治具を、前記突起で前記繊維体の表面の両側部分を押さえつけるようにして前記繊維体の表面に押しつける工程と、
前記繊維体の表面の張力を保つように前記治具で前記繊維体の表面を押さえつけたまま、前記繊維体に樹脂を含浸させる工程と、
前記繊維体の表面の張力を保つように前記治具で前記繊維体の表面を押さえつけたまま、前記樹脂を硬化させる工程と、
を備えたことを特徴とする繊維複合材料の製造方法。 - 張力を加えながら繊維を第１及び第２のマンドレルにそれぞれ巻き付ける工程と、
前記繊維が巻き付けられた両マンドレルを平行に重ね合わせる工程と、
重なり合った前記両マンドレルにおける重ね合わせ部分と交差する側面に、該側面上の繊維の少なくとも一部を覆う繊維体を配置する工程と、
前記各マンドレルに巻き付けられた繊維を、前記両マンドレルの重ね合わせ部分において互いに押しつけ合うと共に、両側に突起が形成された押さえ面を有する治具を、前記突起で前記繊維体の表面の両側部分を押さえつけるようにして前記繊維体の表面側から前記マンドレル側に押しつける工程と、
前記治具で前記繊維体及び前記各繊維を押しつけながら、前記各繊維における前記重ね合わせ部分及び押しつけ部分を含まない一部分を除去する工程と、
前記治具で前記繊維体及び前記各繊維を押しつけながら、前記繊維体及び前記各繊維に樹脂を含浸させる工程と、
前記治具で前記繊維体及び前記各繊維を押しつけながら、前記樹脂を硬化させる工程と、
を備えたことを特徴とする繊維複合材料の製造方法。 - 断面Ｉ型の長尺の繊維複合材料を製造する方法であって、
断面が矩形状又は略矩形状の第１及び第２マンドレルのそれぞれに、張力を加えながら繊維を巻き付ける工程と、
前記繊維が巻き付けられた両マンドレルの側面同士を平行に重ね合わせる工程と、
重なり合った前記両マンドレルにおける重ね合わせ面と交差する両側面に、該各側面上の繊維の少なくとも一部を覆う平板状の繊維体をそれぞれ配置する工程と、
両側に突起が形成された押さえ面を有する治具を、前記突起で前記繊維体の表面の両側部分を押さえつけるようにして前記繊維体の表面側から前記マンドレル側に押しつける工程と、
前記治具で前記各繊維体及び前記各繊維を押しつけながら、前記各繊維における押しつけられていない一部分をそれぞれ除去する工程と、
前記治具で前記各繊維体及び前記各繊維を押しつけながら、前記各繊維体及び前記各繊維に樹脂を含浸させる工程と、
前記治具で前記各繊維体及び前記各繊維を押しつけながら、前記樹脂を硬化させる工程と、
を備えたことを特徴とする繊維複合材料の製造方法。 - 樹脂を含浸させる工程は、前記繊維体における前記治具の突起によって押さえつけられた部分の近傍から樹脂を注入する工程からなっていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の繊維複合材料の製造方法。
- 樹脂を含浸させる工程は、前記繊維体の両側から樹脂を注入する工程からなっていることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一つに記載の繊維複合材料の製造方法。
- 外板と該外板を補強する補強部材とからなる中空構造物であって、前記補強部材が請求項１〜６のいずれか一つに記載の製造方法により製造された繊維複合材料で形成されていることを特徴とする中空構造物。
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| JP (1) | JP2004249592A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014104975A (ja) * | 2012-11-26 | 2014-06-09 | Boeing Co | マルチボックス翼スパーおよび外板 |
-
2003
- 2003-02-20 JP JP2003042527A patent/JP2004249592A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014104975A (ja) * | 2012-11-26 | 2014-06-09 | Boeing Co | マルチボックス翼スパーおよび外板 |
| US9527575B2 (en) | 2012-11-26 | 2016-12-27 | The Boeing Company | Multi-box wing spar and skin |
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