JP2022149247A - 繊維強化複合材成形方法および繊維強化複合材成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】繊維基材の端部に樹脂材料のみを含む部分が形成されることを抑制し、複合材の製造コストの上昇や損傷の発生を抑制する。【解決手段】第２成形型の接触面が第１成形型の成形面と接触するように第２成形型を第１成形型に配置する配置工程Ｓ１０２と、第１成形型の成形面に繊維基材を設置する第１設置工程Ｓ１０３と、繊維基材が第１成形型の第１方向の第１端部に接触し、かつ第２成形型が繊維基材に接触する状態で、第２成形型と第１成形型の第２端部との間に形成される隙間を測定する測定工程Ｓ１０４と、第２成形型と第１成形型の第２端部との間に測定された隙間に応じた第１方向の長さを有するスペーサを挿入する挿入工程Ｓ１０５と、繊維基材を密閉部材により第１成形型に封止して密閉空間を形成する密閉工程Ｓ１０７と、密閉空間に樹脂材料を注入する注入工程Ｓ１０８と、を備える繊維強化複合材成形方法を提供する。【選択図】図６

Description

本開示は、繊維強化複合材成形方法および繊維強化複合材成形装置に関するものである。

従来、ガラス繊維や炭素繊維等の繊維基材で樹脂を強化した繊維強化プラスチック等の繊維強化複合材を成形する成形装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、金型に配置された繊維基材を成形治具により圧縮する際に、金型と成形治具との間隙を成型品（複合材）の所望の板厚に対応する寸法に設定することが開示されている。特許文献１によれば、金型と成形治具との間隙を調整することにより、成形治具で繊維基材を十分に押し付け、間隙内で繊維基材を十分に圧縮することができる。

特許第６２１６１３４号公報

しかしながら、例えば、真空圧と大気圧の差圧を利用して、繊維基材に樹脂材料を含浸させるＲＴＭ（Resin Transfer Molding）を適用する場合に、繊維基材の板厚方向の間隙を調整する方法だけでは、適切な複合材を成形することができない可能性がある。例えば、繊維基材の端部において金型と成形治具との間に間隙が生じる場合、間隙に注入された樹脂材料が固化して樹脂材料のみを含む部分（レジンリッチ部分）が形成されてしまう。

樹脂材料のみを含む部分が形成されてしまうと、複合材の成形後に樹脂材料のみを含む部分を適切に除去する作業が必要となり、複合材の製造コストが上昇してしまう。また、樹脂材料のみを含む部分は繊維基材を含んでいないため割れやすく、この部分が割れると繊維基材を含む複合材の他の部分にまで損傷が生じてしまう可能性がある。

本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、繊維基材の端部に樹脂材料のみを含む部分が複合材に形成されることを抑制し、複合材の製造コストの上昇や損傷の発生を防止することが可能な繊維強化複合材成形方法および繊維強化複合材成形装置を提供することを目的とする。

本開示の一態様に係る繊維強化複合材成形方法は、第１成形型および第２成形型により複合材を成形する繊維強化複合材成形方法であって、前記第１成形型は、第１方向に沿って延びる成形面を有し、前記第２成形型は、前記第１方向に沿って移動可能に前記第１成形型に配置されるとともに前記成形面と接触する接触面を有し、前記接触面が前記成形面と接触するように前記第２成形型を前記第１成形型に配置する配置工程と、前記第２成形型が配置された前記第１成形型の前記成形面に繊維基材を設置する第１設置工程と、前記繊維基材が前記第１成形型の前記第１方向の第１端部に接触し、かつ前記第２成形型が前記繊維基材に接触する状態で、前記第２成形型と前記第１成形型の第２端部との間に形成される隙間を測定する測定工程と、前記第２成形型と前記第１成形型の前記第２端部との間に、前記測定工程により測定された前記隙間に応じた前記第１方向の長さを有するスペーサを挿入する挿入工程と、前記繊維基材を密閉部材により前記第１成形型に封止して密閉空間を形成する密閉工程と、前記密閉工程により形成された前記密閉空間に樹脂材料を注入する注入工程と、を備える。

本開示の一態様に係る繊維強化複合材成形装置は、第１方向に沿って延びるとともに繊維基材が設置される成形面を有する第１成形型と、前記第１方向に沿って移動可能に前記第１成形型に配置されるとともに前記成形面と接触する接触面を有する第２成形型と、前記繊維基材が前記第１成形型の前記第１方向の第１端部に接触し、かつ前記第２成形型が前記繊維基材に接触する状態で、前記第２成形型と前記第１成形型の第２端部との間に形成される隙間に挿入されるとともに前記隙間に応じた前記第１方向の長さを有するスペーサと、前記繊維基材を前記第１成形型に封止して密閉空間を形成する密閉部材と、前記密閉空間に封止された前記繊維基材に対して樹脂材料を注入する樹脂注入部と、を備える。

本開示によれば繊維基材の端部に樹脂材料のみを含む部分が複合材に形成されることを抑制し、複合材の製造コストの上昇や損傷の発生を防止することが可能な繊維強化複合材成形方法および繊維強化複合材成形装置を提供することができる。

本開示の一実施形態に係る成形装置を示す分解斜視図である。 本開示の一実施形態に係る成形装置を示す斜視図であり、第１成形型に繊維基材を設置した状態を示す。 図１に示す成形装置により製造される複合材の一例を示す斜視図である。 図２に示す成形装置のＡ－Ａ矢視断面図である。 図２に示す成形装置のＢ－Ｂ矢視断面図である。 本開示の一実施形態に係る複合材成形方法を示すフローチャートである。 図２に示す成形装置のＡ－Ａ矢視断面図であり、第２賦形型を第１賦形型に配置した状態を示す。 図２に示す成形装置のＡ－Ａ矢視断面図であり、第１賦形型に繊維基材を設置した状態を示す。 図２に示す成形装置のＢ－Ｂ矢視断面図であり、第２成形型が繊維基材に接触する状態を示す。 第２成形型の端面と第１成形型の第２端面を接触させた状態で、第２成形型と繊維基材との間に充填材を充填した状態を示す図である。 成形装置の変形例を示す断面図である。

以下、本開示の一実施形態に係る成形装置（繊維強化複合材成形装置）１００およびそれを用いた繊維強化複合材成形方法について、図面を参照して説明する。図１は、本開示の一実施形態に係る成形装置１００を示す分解斜視図である。図２は、本開示の一実施形態に係る成形装置１００を示す斜視図であり、第１成形型１０に繊維基材ＦＢ１，ＦＢ２を設置した状態を示す。

図３は、図１に示す成形装置１００により製造される複合材２００の一例を示す斜視図である。図４は、図２に示す成形装置１００のＡ－Ａ矢視断面図である。図５は、図２に示す成形装置１００のＢ－Ｂ矢視断面図である。

本実施形態の成形装置１００は、上型にバギングフィルム３０を使用して下型である第１成形型１０および第２成形型２０に配置される繊維基材ＦＢ１および繊維基材ＦＢ２を密閉空間ＣＳに封止し、密閉空間ＣＳを減圧することにより密閉空間ＣＳに樹脂材料ＲＭを充填して硬化させるインフュージョン成形を実行する装置である。インフュージョン成形は、真空圧と大気圧の差圧を利用して、繊維基材に樹脂を含浸させるＲＴＭ（Resin Transfer Molding）やResin Infusionの一手法である。

本実施形態の成形装置１００は、一例として、図３に示す複合材（繊維強化複合材）２００を成形する。図３に示す複合材２００は、航空機の胴体を補強する補強材として用いられるストリンガである。複合材２００は、長手方向（第１方向）ＬＤに沿って延びる長尺状であり、幅方向ＷＤの中央部が突出する部材である。幅方向（第２方向）ＷＤは、複合材２００が設置される面において、長手方向ＬＤに直交する方向である。

図３に示すように、複合材２００は、繊維基材ＦＢ１に樹脂材料を含浸させた第１部材２１０と、繊維基材ＦＢ２に樹脂材料を含浸させた第２部材２２０とが一体となって硬化した部材である。第１部材２１０は、幅方向ＷＤの両端側に配置されるとともに平坦状に形成される一対の平坦部２１１と、一対の平坦部２１１に接続されるとともに幅方向ＷＤの中央部で突出する突出部２１２とを備える。第２部材２２０は、長手方向ＬＤおよび幅方向ＷＤに沿って配置される平坦状あるいは所定の曲率を有する部材である。

繊維基材ＦＢ１および繊維基材ＦＢ２は、例えば、炭素繊維，ガラス繊維等の強化繊維材料により形成されるシートを複数層に渡って積層した部材である。また、繊維基材ＦＢ１および繊維基材ＦＢ２は、樹脂材料ＲＭが予め部分的に含浸されたプリプレグでも良い。樹脂材料ＲＭは、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル、ビニルエステル、フェノール、シアネートエステル、ポリイミド等の熱硬化性樹脂材料である。

以下の説明において、樹脂材料ＲＭは、熱硬化性樹脂材料とするが、例えば、熱可塑性樹脂を用いてもよい。熱可塑性樹脂は、例えば、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタラート（ＰＢＴ）、ナイロン６（ＰＡ６）、ナイロン６６（ＰＡ６６）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）等である。

図３に示す複合材２００は、平坦部２１１と突出部２１２により画定されるとともに長手方向ＬＤに沿って延びる凹部ＣＰを有する。本実施形態の成形装置１００は、凹部ＣＰを有する複合材２００を成形するために、凹部ＣＰに挿入される中子であるコア部７０を用いる。コア部７０を凹部ＣＰに挿入した状態で複合材２００を成形することにより、凹部ＣＰの形状を複合材２００の成形中に一定の形状に維持することができる。

図１および図２に示すように、本実施形態の成形装置１００は、第１成形型１０と、第２成形型２０と、スペーサ２５と、バギングフィルム（密閉部材）３０と、吸引ライン（吸引部）４０と、樹脂注入ライン（樹脂注入部）５０と、樹脂拡散メディア（シート）６０と、コア部７０と、を備える。

第１成形型１０は、繊維基材ＦＢ１が配置され、繊維基材ＦＢ１を所望の形状に成形するための型である。図１および図４に示すように、第１成形型１０は、一対の成形面（第１の成形面）１０ａと、成形面１０ｂと、一対の成形面（第２の成形面）１０ｃとが形成された雌型である。

一対の成形面１０ａは、繊維基材ＦＢ１が配置されるとともに幅方向ＷＤに沿って延びる成形面である。成形面１０ｂは、繊維基材ＦＢ１配置されるとともに成形面１０ａから下方に凹んだ形状を有する成形面である。一対の成形面１０ａは、幅方向ＷＤにおいて、成形面１０ｂの両端に配置される。成形面１０ａおよび成形面１０ｂは、長手方向ＬＤに直交する幅方向ＷＤに沿って第１幅Ｗ１を有する繊維基材ＦＢ１が配置される成形面である。一対の成形面１０ｃは、繊維基材ＦＢ２が配置されるとともに幅方向ＷＤに沿って延びる成形面である。

図４に示すように、繊維基材ＦＢ１は、幅方向ＷＤに沿って第１幅Ｗ１を有し、一対の成形面１０ａおよび成形面１０ｂに沿って設置される。繊維基材ＦＢ２は、幅方向ＷＤに沿って第１幅Ｗ１よりも広い第２幅Ｗ２を有し、一対の成形面１０ｃに沿って設置される。図５に示すように、第１成形型１０は、長手方向ＬＤの第１端面（第１端部）１１と第２端面（第２端部）１２との間の領域に繊維基材ＦＢ１を収容する。

第２成形型２０は、長手方向ＬＤに沿って移動可能に第１成形型１０に配置され、繊維基材ＦＢ１の長手方向ＬＤの端部を所望の形状に成形するための型である。図１に示すように、第２成形型２０は、成形面２０ａと、接触面２０ｂと、支持部２０ｃとを有する。

成形面２０ａは、繊維基材ＦＢ１の長手方向ＬＤの端部と接触することにより、繊維基材ＦＢ１を成形する面である。図５に示すように、成形面２０ａは、第２端面１２から第１端面１１に向けて下端からの高さＨが漸次低くなるように傾斜する傾斜面となっている。

接触面２０ｂは、第２成形型２０が第１成形型１０に配置された状態で、第１成形型１０の成形面１０ｂと接触する面である。図４に示すように、接触面２０ｂは、幅方向ＷＤにおいて、成形面１０ｂと対応する形状を有している。そのため、第２成形型２０が第１成形型１０に配置された状態で、接触面２０ｂの全領域が第１成形型１０の成形面１０ｂと接触する。

支持部２０ｃは、第２成形型２０が第１成形型１０に配置された状態で、幅方向ＷＤに沿って延びるように配置される部材である。支持部２０ｃは、第２成形型２０が第１成形型１０に配置された状態で、幅方向ＷＤの両端部が第１成形型１０の一対の成形面１０ａに支持される。

支持部２０ｃが一対の成形面１０ａの上に配置されるため、支持部２０ｃを長手方向ＬＤに沿って移動させて繊維基材ＦＢ１の長手方向ＬＤの端面に突き当てることにより、繊維基材ＦＢ１の端面を平滑に成形することができる。

第２成形型２０は、樹脂拡散メディア６０を介して繊維基材ＦＢ１と接触する部分を含め、全体がアルミニウム合金等の金属材料により形成されるものとするが、他の態様であってもよい。例えば、第２成形型２０は、樹脂拡散メディア６０を介して繊維基材ＦＢ１と接触する部分が熱膨張性や伸縮性を有する部材（例えば、シリコーンや発泡シリコーン）により形成されているものであってよい。

伸縮性を有する部材で第２成形型２０の繊維基材ＦＢ１と接触する部分を形成することにより、樹脂材料ＲＭを密閉空間ＣＳに注入する注入工程やその後の硬化工程等で加圧あるいは熱膨張により繊維基材ＦＢ１の形状が変化する場合であっても、繊維基材ＦＢ１の形状の変化に追従するように第２成形型２０を伸縮させることができる。

なお、第２成形型２０は、樹脂拡散メディア６０を介して繊維基材ＦＢ１と接触する部分のみを伸縮性を有する部材とし、他の部分を金属材料により形成してもよい。また、第２成形型２０は、樹脂拡散メディア６０を介して繊維基材ＦＢ１と接触する部分を含む全体が伸縮性を有する部材で形成されていてもよい。

スペーサ２５は、図５に示すように、第２成形型２０の端面２０ｄと第１成形型１０の第２端面１２との間に形成される隙間ＧＰに挿入される板状部材である。隙間ＧＰは、繊維基材ＦＢ１が第１成形型１０の長手方向ＬＤの第１端面１１に接触し、かつ第２成形型２０が繊維基材ＦＢ１に接触する状態で、第２成形型２０の端面２０ｄと第１成形型１０の第２端面１２との間に形成される。

第２成形型２０の端面２０ｄと第１成形型１０の第２端面１２との間に形成される隙間ＧＰは、繊維基材ＦＢ１の個体差あるいは第１成形型１０の個体差に応じて任意の間隔となる。スペーサ２５は、どのような厚さ（長手方向ＬＤに沿った長さ）の隙間ＧＰが形成された場合でも、その隙間ＧＰを適切に調整する必要がある。具体的には、後述する硬化工程で樹脂材料ＲＭを加熱することによる熱膨張等を考慮した所定の間隔が形成されるように、隙間ＧＰを調整する必要がある。したがって、スペーサ２５として、それぞれ異なる厚さを有する複数種類を用意しておき、隙間ＧＰが所定の間隔となるような隙間ＧＰに応じた長手方向ＬＤの長さを有するスペーサ２５を選択して隙間ＧＰに挿入するものとする。

また、スペーサ２５として、通常形成される隙間ＧＰの厚さよりも十分に薄い一定の厚さを有する板材を複数枚用意しておいてもよい。この場合、隙間ＧＰの厚さと一致するように、一定の厚さのスペーサ２５を複数枚組み合わせて隙間ＧＰと一致する厚さとし、その複数枚のスペーサ２５を隙間ＧＰに挿入する。

バギングフィルム３０は、繊維基材ＦＢ１および繊維基材ＦＢ２を第１成形型１０に封止して密閉空間ＣＳを形成する部材である。バギングフィルム３０は、例えば、ナイロンを主成分とする樹脂材料により形成される。バギングフィルム３０は、第１成形型１０の成形面１０ａ、成形面１０ｂ、および成形面１０ｃの全周を覆うように第１成形型１０に対してシーラントテープＳＴにより接合される。

吸引ライン４０は、図４および図５に示すように、一端が真空ポンプ等の吸引源３２０に接続され、他端が密閉空間ＣＳに接続される管体である。吸引ライン４０は、吸引源３２０と密閉空間ＣＳとを接続することにより、密閉空間ＣＳに存在する空気を密閉空間ＣＳから排出し、密閉空間ＣＳの圧力を大気圧より低い圧力（例えば、真空圧）に減圧することができる。

樹脂注入ライン５０は、図５に示すように、吸引ライン４０により減圧される密閉空間ＣＳに封止された繊維基材ＦＢ１に対して樹脂材料ＲＭを注入する管体である。樹脂注入ライン５０は、一端が樹脂材料ＲＭを供給する供給源３３０に接続され、他端が密閉空間ＣＳに接続される。樹脂注入ライン５０は、供給源３３０と密閉空間ＣＳとを接続することにより、吸引ライン４０により減圧された密閉空間ＣＳに対して、供給源３３０から樹脂材料ＲＭを供給することができる。

樹脂拡散メディア６０は、樹脂注入ライン５０から密閉空間ＣＳへ供給される樹脂材料ＲＭを、繊維基材ＦＢ１の全体へ拡散しながら供給するためのシート状の媒体である。樹脂拡散メディア６０は、例えば、網状の内部構造を有し、樹脂材料ＲＭが内部を通過することが可能な構造となっている。そのため、吸引ライン４０により減圧された密閉空間ＣＳに供給された樹脂材料ＲＭは、樹脂拡散メディア６０の内部を通過して繊維基材ＦＢ１の表面の全体へ拡散し、繊維基材ＦＢ１に含浸する。

樹脂拡散メディア６０は、例えば、ナイロンやポリエステルにより形成されており、繊維基材ＦＢ１に対する離型性を有するシートである。樹脂拡散メディア６０が離型性を有するため、複合材２００の成形が完了した後は、樹脂拡散メディア６０を繊維基材ＦＢ１から容易に除去することができる。

なお、樹脂拡散メディア６０は、繊維基材ＦＢ１と第１成形型１０との間に配置しないようにしてもよい。この場合、第１成形型１０の成形面１０ａ，成形面１０ｂ，成形面１０ｃに、樹脂材料ＲＭの拡散を促進する溝部を形成するようにしてもよい。

コア部７０は、第１成形型１０に配置された繊維基材ＦＢ１と隙間を設けずに接触した状態で配置される部材である。コア部７０は、凹部ＣＰに対応する形状を有するとともに長手方向ＬＤに沿って長尺状に形成される部材である。コア部７０は、密閉空間ＣＳが真空状態となった場合でも一定の形状を保持することができる硬度を有する部材である。

コア部７０は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリメタクリルイミド、バルサ材、カーボン発泡体などの発泡材料により形成されている。また、コア部７０は、例えば、ブラダー等のゴム製の中空部材で成形中は大気圧で内圧がかけられ、成形後に真空吸引して縮ませて引き抜ける材料により形成してもよい。

次に、本実施形態に係る複合材成形方法について図面を参照して説明する。図６は、本実施形態に係る複合材成形方法を示すフローチャートである。

ステップＳ１０１（賦形工程）において、平坦状に形成される繊維基材ＦＢ１を賦形型（図示略）により賦形して第１成形型１０の成形面１０ａおよび成形面１０ｂに対応する形状とする。

ステップＳ１０２（配置工程）において、接触面２０ｂが成形面１０ｂと接触するように第２成形型２０を第１成形型１０に配置する。第２成形型２０を第１成形型１０に配置すると、図７に示す状態となる。図７は、図２に示す成形装置１００のＡ－Ａ矢視断面図であり、第２成形型２０を第１成形型１０に配置した状態を示す。

ステップＳ１０３（第１設置工程）において、第２成形型２０が配置された第１成形型１０の成形面１０ａおよび成形面１０ｂに繊維基材ＦＢ１を設置する。繊維基材ＦＢ１を第１成形型１０に設置する際には、樹脂拡散メディア６０を繊維基材ＦＢ１と第１成形型１０との間に配置する。繊維基材ＦＢ１を第１成形型１０に設置すると、図８に示す状態となる。図８は、図２に示す成形装置１００のＡ－Ａ矢視断面図であり、第１成形型１０に繊維基材ＦＢ１を設置した状態を示す。

ステップＳ１０４（測定工程）において、繊維基材ＦＢ１が第１成形型１０の長手方向ＬＤの第１端面１１に接触し、かつ第２成形型２０が繊維基材ＦＢ１に接触する状態で、第２成形型２０と第１成形型１０の第２端面１２との間に形成される隙間ＧＰを測定する。

ステップＳ１０４において、作業者は、第２成形型２０の支持部２０ｃを把持し、第２成形型２０を第１端面１１に向けて長手方向ＬＤに沿って移動させ、図９に示す状態とする。図９は、図２に示す成形装置１００のＢ－Ｂ矢視断面図であり、第２成形型２０が繊維基材ＦＢ１に接触する状態を示す。

図９に示すように、第２成形型２０が繊維基材ＦＢ１に接触する状態となると、第２成形型２０の端面２０ｄと第１成形型１０の第２端面１２との間に隙間ＧＰが形成される。作業者は、隙間ＧＰの長手方向ＬＤに沿った長さを測定器（図示略）により測定する。

なお、以上においては、繊維基材ＦＢ１が第１成形型１０の長手方向ＬＤの第１端面１１に接触し、かつ第２成形型２０が繊維基材ＦＢ１に接触する状態で、第２成形型２０と第１成形型１０の第２端面１２との間に形成される隙間ＧＰを直接的に測定するものとしたが、他の態様であってもよい。

例えば、第２成形型２０の端面２０ｄと第１成形型１０の第２端面１２を接触させた状態で、隙間ＧＰに相当する長さを間接的に測定してもよい。図１０は、第２成形型２０の端面２０ｄと第１成形型１０の第２端面１２を接触させた状態で、第２成形型２０と繊維基材ＦＢ１との間に充填材ＦＬを充填した状態を示す図である。充填材ＦＬは、粘土や硬化性樹脂など所定の力を付与することにより変形し、変形後に形状を保持できる材料である。

図１０に示すように、第２成形型２０の端面２０ｄと第１成形型１０の第２端面１２を接触させた状態で、第２成形型２０と繊維基材ＦＢ１との間に充填材ＦＬを少しずつ充填し、繊維基材ＦＢ１が第１成形型１０の第１端面１１に接触し、かつ第２成形型２０の端面２０ｄと第１成形型１０の第２端面１２が接触し、かつ第２成形型２０と繊維基材ＦＢ１との間が充填材ＦＬで満たされた状態とする。

そして、図１０に示す状態となったら第１成形型１０から繊維基材ＦＢ１を取り外し、充填材ＦＬの長手方向ＬＤに沿った長さＬ１を測定器（図示略）により測定する。計測器により計測される長さＬ１は、図９に示す隙間ＧＰの長手方向ＬＤに沿った長さと同一である。したがって、長さＬ１を測定することにより、隙間ＧＰに相当する長さを間接的に測定することができる。

ステップＳ１０５（挿入工程）において、第２成形型２０の端面２０ｄと第１成形型１０の第２端面１２との間に、測定工程（Ｓ１０４）により測定された隙間ＧＰに応じた長手方向ＬＤの長さを有するスペーサ２５を挿入する。スペーサ２５を隙間ＧＰに挿入することにより、図５に示す状態となる。図５に示す状態で、繊維基材ＦＢ１とスペーサ２５との間には、後述する硬化工程で樹脂材料ＲＭを加熱することによる熱膨張を考慮した所定の間隔が形成された状態となる。

ステップＳ１０６（第２設置工程）において、繊維基材ＦＢ１が設置された第１成形型１０の成形面１０ｃに繊維基材ＦＢ２を設置する。

ステップＳ１０７（密閉工程）において、繊維基材ＦＢ１および繊維基材ＦＢ２を第１成形型１０に封止して密閉空間ＣＳを形成する。具体的には、第１成形型１０の全周を覆うように第１成形型１０に対してシーラントテープＳＴによりバギングフィルム３０を接合し、密閉空間ＣＳを形成する。ステップＳ１０７の密閉工程が完了すると、図４および図５に示す状態となる。

ステップＳ１０７（密閉工程）において、密閉空間ＣＳが形成されると、樹脂材料ＲＭの供給源３３０に接続される樹脂注入ライン５０と密閉空間ＣＳとが連通した状態となる。また、密閉空間ＣＳが形成されると、吸引源３２０に接続される吸引ライン４０と密閉空間ＣＳとが連通した状態となる。

ステップＳ１０８（注入工程）において、ステップＳ１０７（密閉工程）により形成された密閉空間ＣＳの空気を吸引して密閉空間ＣＳを減圧するとともに密閉空間ＣＳに封止された繊維基材ＦＢ１および繊維基材ＦＢ２に対して樹脂材料ＲＭを注入する。具体的には、吸引源３２０を作動させ、吸引ライン４０を介して密閉空間ＣＳに存在する空気を密閉空間ＣＳから排出し、密閉空間ＣＳの圧力を大気圧より低い真空状態か真空状態に近い圧力まで減圧する。

その後、供給源３３０を樹脂注入ライン５０へ樹脂材料ＲＭを供給可能な状態とし、樹脂注入ライン５０と減圧された密閉空間ＣＳとの圧力差により、樹脂材料ＲＭを密閉空間ＣＳへ注入する。樹脂材料ＲＭは、樹脂拡散メディア６０の内部を通過して繊維基材ＦＢ１の表面の全体へ拡散し、繊維基材ＦＢ１および繊維基材ＦＢ２に注入される。繊維基材ＦＢ１および繊維基材ＦＢ２へ含浸した樹脂材料ＲＭの一部は、繊維基材ＦＢ２を通過して吸引ライン４０へ導かれ、余剰の樹脂材料ＲＭとして吸引ライン４０へ排出される。

ステップＳ１０８（注入工程）においては、密閉空間ＣＳが真空状態か真空状態に近い圧力まで減圧されるため、繊維基材ＦＢ１とそれに含浸した樹脂材料ＲＭが大気圧により加圧される。

ステップＳ１０９（硬化工程）において、ステップＳ１０８（注入工程）により繊維基材ＦＢ１および繊維基材ＦＢ２に対して注入された熱硬化性の樹脂材料ＲＭを、加熱部（図示略）により熱硬化温度以上に加熱し、樹脂材料ＲＭを硬化させる。

なお、熱可塑性の樹脂材料ＲＭを用いる場合、ステップＳ１０９（硬化工程）においては、加熱部による加熱を行わない。ステップＳ１０９においては、樹脂材料ＲＭが軟化温度よりも十分に低くなるように樹脂材料ＲＭを冷却する。

ステップＳ１１０（取り外し工程）において、ステップＳ１０９（硬化工程）において硬化した樹脂材料ＲＭと繊維基材ＦＢ１と繊維基材ＦＢ２を含む複合材２００を第１成形型１０から取り外す。具体的には、バギングフィルム３０と第１成形型１０とを接合するシーラントテープＳＴを除去し、第１成形型１０からバギングフィルム３０を取り外す。

バギングフィルム３０が取り外された第１成形型１０から凹部ＣＰにコア部７０が挿入された状態の複合材２００を第１成形型１０から取り外す。さらに、複合材２００の凹部ＣＰからコア部７０を取り外す。以上の工程により、第１成形型１０および第２成形型２０により成形された複合材２００の製造工程が終了する。

以上説明した本実施形態の成形装置１００が奏する作用および効果について説明する。
本実施形態の複合材成形方法によれば、繊維基材ＦＢ１が第１成形型１０の長手方向ＬＤの第１端面１１に接触し、かつ第２成形型２０の成形面２０ａが繊維基材ＦＢ１に接触する状態で、測定工程（Ｓ１０４）において、第２成形型２０の端面２０ｄと第１成形型１０の第２端面１２との間に形成される隙間ＧＰを測定する。この隙間ＧＰは、第１成形型１０および繊維基材ＦＢ１の製造誤差等により形成されるものである。この隙間ＧＰが適切な間隔でない状態で樹脂材料ＲＭを繊維基材ＦＢ１に注入して複合材２００を成形すると、繊維基材ＦＢ１の長手方向ＬＤの第２端面１２に樹脂材料ＲＭのみを含む部分が形成されてしまう。

そこで、本実施形態に係る複合材成形方法では、挿入工程（Ｓ１０５）において、第２成形型２０の端面２０ｄと第１成形型１０の第２端面１２との間に、測定された隙間ＧＰに応じた長手方向ＬＤに長さを有するスペーサ２５を挿入する。スペーサ２５を隙間ＧＰに挿入することにより隙間ＧＰが適切な間隔に調整されるため、第２成形型２０の端面２０ｄと第１成形型１０の第２端面１２との間に適切な間隔が形成される状態で密閉空間ＣＳに樹脂材料ＲＭが注入される。よって、繊維基材ＦＢ１の長手方向ＬＤの第２端面１２に樹脂材料ＲＭのみを含む部分が複合材に形成されることを抑制することができる。

また、伸縮性を有する部材で第２成形型２０の繊維基材ＦＢ１と接触する部分を形成することにより、注入工程（Ｓ１０８）やその後の硬化工程（Ｓ１０９）で繊維基材ＦＢ１の形状が変化する場合であっても、繊維基材ＦＢ１の形状の変化に追従するように第２成形型２０を伸縮させることができる。そのため、注入工程（Ｓ１０８）やその後の硬化工程（Ｓ１０９）において、第２成形型２０の端面２０ｄと第１成形型１０の第２端面１２との間に適切でない間隔の隙間ＧＰが形成されることを防止することができる。

〔他の実施形態〕
以上の説明において、成形装置１００は、長手方向ＬＤにおける繊維基材ＦＢ１の個体差あるいは第１成形型１０の個体差を考慮し、長手方向ＬＤの隙間ＧＰにスペーサ２５を挿入するものであったが、更に、幅方向ＷＤにおける繊維基材ＦＢ１の個体差あるいは第１成形型１０の個体差を考慮するようにしてもよい。

図１１は、成形装置１００の変形例を示す断面図であり、図２に示す成形装置のＡ－Ａ矢視断面図である。図１１に示すように、幅方向ＷＤにおいて、繊維基材ＦＢ１の端面ＦＢ１ａと第１成形型１０の第３端面１３との間には、隙間ＧＰａが形成されている。また、幅方向ＷＤにおいて、繊維基材ＦＢ１の端面ＦＢ１ｂと第１成形型１０の第４端面１４との間には、隙間ＧＰｂが形成されている。

隙間ＧＰａおよび隙間ＧＰｂは、繊維基材ＦＢ１の個体差あるいは第１成形型１０の個体差に応じて任意の間隔となる。そこで、隙間ＧＰａおよび隙間ＧＰｂをそれぞれ適切な間隔に調整するために、スペーサ２６およびスペーサ２７が挿入される。隙間ＧＰａおよび隙間ＧＰｂを適切な間隔に調整するのは、硬化工程で樹脂材料ＲＭを加熱することによる熱膨張等を考慮した間隔が形成されるようにするためである。

スペーサ２６は、長手方向ＬＤに沿って棒状に延びる部材であり、隙間ＧＰａに応じた幅方向ＷＤの長さを有する。同様に、スペーサ２７は、長手方向ＬＤに沿って棒状に延びる部材であり、隙間ＧＰｂに応じた幅方向ＷＤの長さを有する。スペーサ２６として、それぞれ異なる幅方向ＷＤの長さを有する複数種類を用意しておき、隙間ＧＰａが所定の間隔となるように隙間ＧＰａに応じた長さを有するスペーサ２６を選択して隙間ＧＰａに挿入するものとする。同様に、スペーサ２７として、それぞれ異なる幅方向ＷＤの長さを有する複数種類を用意しておき、隙間ＧＰｂが所定の間隔となるように隙間ＧＰｂに応じた長さを有するスペーサ２７を選択して隙間ＧＰｂに挿入するものとする。

隙間ＧＰａおよび隙間ＧＰｂは、前述したステップＳ１０４（測定工程）において測定する。また、スペーサ２６およびスペーサ２７は、前述したステップＳ１０５（挿入工程）においてそれぞれ隙間ＧＰａおよび隙間ＧＰｂに挿入するものとする。

以上の説明においては、第１成形型１０の下方に樹脂注入ライン５０を設け、第１成形型１０の上方に吸引ライン４０を設けるものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、第１成形型１０の上方に樹脂注入ライン５０を設け、第１成形型１０の下方に吸引ライン４０を設けてもよい。

以上の説明においては、密閉空間ＣＳを減圧することにより樹脂注入ライン５０から密閉空間ＣＳに樹脂材料ＲＭを注入するものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、供給源３３０が樹脂材料ＲＭを加圧して樹脂注入ライン５０へ押し出すことにより、樹脂注入ライン５０から密閉空間ＣＳに樹脂材料ＲＭを注入してもよい。

以上説明した実施形態に記載の繊維強化複合材成形方法は、例えば以下のように把握される。
本開示に係る繊維強化複合材成形方法は、第１成形型（１０）および第２成形型（２０）により複合材（２００）を成形する繊維強化複合材成形方法であって、前記第１成形型は、第１方向（ＬＤ）に沿って延びる成形面（１０ｂ）を有し、前記第２成形型は、前記第１方向に沿って移動可能に前記第１成形型に配置されるとともに前記成形面と接触する接触面（２０ｂ）を有し、前記接触面が前記成形面と接触するように前記第２成形型を前記第１成形型に配置する配置工程（Ｓ０１２）と、前記第２成形型が配置された前記第１成形型の前記成形面に繊維基材（ＦＢ１）を設置する第１設置工程（Ｓ１０３）と、前記繊維基材が前記第１成形型の前記第１方向の第１端部（１１）に接触し、かつ前記第２成形型が前記繊維基材に接触する状態で、前記第２成形型と前記第１成形型の第２端部（１２）との間に形成される隙間（ＧＰ）を測定する測定工程（Ｓ１０４）と、前記第２成形型と前記第１成形型の前記第２端部（１２）との間に、前記測定工程により測定された前記隙間に応じた前記第１方向の長さを有するスペーサ（２５）を挿入する挿入工程（Ｓ１０５）と、前記繊維基材を密閉部材（３０）により前記第１成形型に封止して密閉空間（ＣＳ）を形成する密閉工程（Ｓ１０７）と、前記密閉工程により形成された前記密閉空間に樹脂材料を注入する注入工程（Ｓ１０８）と、を備える。

本開示に係る繊維強化複合材成形方法によれば、繊維基材が第１成形型の第１方向の第１端部に接触し、かつ第２成形型が繊維基材に接触する状態で、測定工程において、第２成形型と第１成形型の第２端部との間に形成される隙間を測定する。この隙間は、第１成形型および繊維基材の製造誤差等により形成されるものである。この隙間が適切な間隔でない状態で樹脂材料を繊維基材に注入して複合材を成形すると、繊維基材の第１方向の第２端部に樹脂材料のみを含む部分が形成されてしまう。

そこで、本開示に係る繊維強化複合材成形方法では、挿入工程において、第２成形型と第１成形型の第２端部との間に、測定された隙間に応じた第１方向の長さを有するスペーサを挿入する。スペーサを隙間に挿入することにより隙間が適切な間隔に調整されるため、第２成形型と第１成形型の第２端部との間に適切な間隔が形成される状態で密閉空間に樹脂材料が注入される。よって、繊維基材の第１方向の第２端部に樹脂材料のみを含む部分が複合材に形成されることを抑制することができる。

本開示に係る繊維強化複合材成形方法において、前記第１成形型は、前記第１方向に直交する第２方向に沿って第１幅を有する第１の前記繊維基材が配置される第１の前記成形面と、前記第２方向に沿って前記第１幅よりも広い第２幅を有する第２の前記繊維基材が配置される第２の前記成形面と、を有し、前記第１の成形面に前記第１の繊維基材を配置するとともに第２の前記成形面に前記第２の繊維基材を設置する第２設置工程を備える構成が好ましい。

本構成の繊維強化複合材成形方法によれば、第１成形型の第１の成形面に第１幅を有する第１の繊維基材を配置し、第１成形型の第２の成形面に第１幅よりも広い第２幅を有する第２の繊維基材を配置し、第１の繊維基材および第２の繊維基材を一体とした複合材を成形することができる。

本開示に係る繊維強化複合材成形方法において、前記第２成形型は、少なくとも前記繊維基材と接触する部分が伸縮性を有する部材により形成されている構成が好ましい。
伸縮性を有する部材で第２成形型の繊維基材と接触する部分を形成することにより、注入工程やその後の工程で繊維基材の形状が変化する場合であっても、繊維基材の形状の変化に追従するように第２成形型を伸縮させることができる。そのため、注入工程やその後の工程において、第２成形型と第１成形型の第２端部との間に適切でない間隔の隙間が形成されることを防止することができる。

以上説明した実施形態に記載の繊維強化複合材成形装置は、例えば以下のように把握される。
本開示に係る繊維強化複合材成形装置は、第１方向に沿って延びるとともに繊維基材が設置される成形面を有する第１成形型と、前記第１方向に沿って移動可能に前記第１成形型に配置されるとともに前記成形面と接触する接触面を有する第２成形型と、前記繊維基材が前記第１成形型の前記第１方向の第１端部に接触し、かつ前記第２成形型が前記繊維基材に接触する状態で、前記第２成形型と前記第１成形型の第２端部との間に形成される隙間に挿入されるとともに前記隙間に応じた前記第１方向の長さを有するスペーサと、前記繊維基材を前記第１成形型に封止して密閉空間を形成する密閉部材と、前記密閉空間に封止された前記繊維基材に対して樹脂材料を注入する樹脂注入部と、を備える。

本開示に係る繊維強化複合材成形装置によれば、繊維基材が第１成形型の第１方向の第１端部に接触し、かつ第２成形型が繊維基材に接触する状態では、第２成形型と第１成形型の第２端部との間に隙間が形成される。この隙間は、第１成形型および繊維基材の製造誤差等により形成されるものである。この隙間が適切な間隔でない状態で樹脂材料を繊維基材に注入して複合材を成形すると、繊維基材の第１方向の第２端部に樹脂材料のみを含む部分が形成されてしまう。

本開示に係る繊維強化複合材成形装置では、第２成形型と第１成形型の第２端部との間に形成される隙間に応じた第１方向の長さを有するスペーサが挿入される。スペーサを隙間に挿入することにより隙間が適切な間隔に調整されるため、第２成形型と第１成形型の第２端部との間に適切な間隔が形成される状態で密閉空間に樹脂材料が注入される。よって、繊維基材の第１方向の第２端部に樹脂材料のみを含む部分が複合材に形成されることを抑制することができる。

本開示に係る繊維強化複合材成形装置において、前記第１成形型は、前記第１方向に直交する第２方向に沿って第１幅を有する第１の前記繊維基材が配置される第１の前記成形面と、前記第２方向に沿って前記第１幅よりも広い第２幅を有する第２の前記繊維基材が配置される第２の前記成形面と、を有する構成が好ましい。

本構成の繊維強化複合材成形装置によれば、第１成形型の第１の成形面に第１幅を有する第１の繊維基材を配置し、第１成形型の第２の成形面に第１幅よりも広い第２幅を有する第２の繊維基材を配置し、第１の繊維基材および第２の繊維基材を一体とした複合材を成形することができる。

本開示に係る繊維強化複合材成形装置において、前記第２成形型は、少なくとも前記繊維基材と接触する部分が伸縮性を有する部材により形成されている構成が好ましい。
伸縮性を有する部材で第２成形型の繊維基材と接触する部分を形成することにより、密閉空間に樹脂材料を注入した後に繊維基材の形状が変化する場合であっても、繊維基材の形状の変化に追従するように第２成形型を伸縮させることができる。そのため、密閉空間に樹脂材料を注入した後に、第２成形型と第１成形型の第２端部との間に適切でない間隔の隙間が形成されることを防止することができる。

１０ 第１成形型
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ 成形面
１１ 第１端面（第１端部）
１２ 第２端面（第１端部）
２０ 第２成形型
２０ａ 成形面
２０ｂ 接触面
２０ｃ 支持部
２０ｄ 端面
２５，２６，２７ スペーサ
３０ バギングフィルム（密閉部材）
４０ 吸引ライン（吸引部）
５０ 樹脂注入ライン（注入部）
６０ 樹脂拡散メディア
７０ コア部
１００ 成形装置
２００ 複合材
２１０ 第１部材
２１１ 平坦部
２１２ 突出部
２２０ 第２部材
３２０ 吸引源
３３０ 供給源
ＣＰ 凹部
ＣＳ 密閉空間
ＦＢ１，ＦＢ２ 繊維基材
ＦＬ 充填材
ＧＰ 隙間
Ｈ 高さ
ＬＤ 長手方向
ＲＭ 樹脂材料
ＳＴ シーラントテープ
Ｗ１ 第１幅
Ｗ２ 第２幅
ＷＤ 幅方向

Claims (6)

1. 第１成形型および第２成形型により複合材を成形する繊維強化複合材成形方法であって、
   前記第１成形型は、第１方向に沿って延びる成形面を有し、
   前記第２成形型は、前記第１方向に沿って移動可能に前記第１成形型に配置されるとともに前記成形面と接触する接触面を有し、
   前記接触面が前記成形面と接触するように前記第２成形型を前記第１成形型に配置する配置工程と、
   前記第２成形型が配置された前記第１成形型の前記成形面に繊維基材を設置する第１設置工程と、
   前記繊維基材が前記第１成形型の前記第１方向の第１端部に接触し、かつ前記第２成形型が前記繊維基材に接触する状態で、前記第２成形型と前記第１成形型の第２端部との間に形成される隙間を測定する測定工程と、
   前記第２成形型と前記第１成形型の前記第２端部との間に、前記測定工程により測定された前記隙間に応じた前記第１方向の長さを有するスペーサを挿入する挿入工程と、
   前記繊維基材を密閉部材により前記第１成形型に封止して密閉空間を形成する密閉工程と、
   前記密閉工程により形成された前記密閉空間に樹脂材料を注入する注入工程と、を備える繊維強化複合材成形方法。
2. 前記第１成形型は、前記第１方向に直交する第２方向に沿って第１幅を有する第１の前記繊維基材が配置される第１の前記成形面と、前記第２方向に沿って前記第１幅よりも広い第２幅を有する第２の前記繊維基材が配置される第２の前記成形面と、を有し、
   第２の前記成形面に第２の前記繊維基材を設置する第２設置工程を備える請求項１に記載の繊維強化複合材成形方法。
3. 前記第２成形型は、少なくとも前記繊維基材と接触する部分が伸縮性を有する部材により形成されている請求項１または請求項２に記載の繊維強化複合材成形方法。
4. 第１方向に沿って延びるとともに繊維基材が設置される成形面を有する第１成形型と、
   前記第１方向に沿って移動可能に前記第１成形型に配置されるとともに前記成形面と接触する接触面を有する第２成形型と、
   前記繊維基材が前記第１成形型の前記第１方向の第１端部に接触し、かつ前記第２成形型が前記繊維基材に接触する状態で、前記第２成形型と前記第１成形型の第２端部との間に形成される隙間に挿入されるとともに前記隙間に応じた前記第１方向の長さを有するスペーサと、
   前記繊維基材を前記第１成形型に封止して密閉空間を形成する密閉部材と、
   前記密閉空間に封止された前記繊維基材に対して樹脂材料を注入する樹脂注入部と、を備える繊維強化複合材成形装置。
5. 前記第１成形型は、前記第１方向に直交する第２方向に沿って第１幅を有する第１の前記繊維基材が配置される第１の前記成形面と、前記第２方向に沿って前記第１幅よりも広い第２幅を有する第２の前記繊維基材が配置される第２の前記成形面と、を有する請求項４に記載の繊維強化複合材成形装置。
6. 前記第２成形型は、少なくとも前記繊維基材と接触する部分が伸縮性を有する部材により形成されている請求項４または請求項５に記載の繊維強化複合材成形装置。
   

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