CN105643954A - 曲面状夹层结构体的制造方法以及曲面状夹层结构体 - Google Patents

Abstract

本发明提供曲面状夹层结构体及其制造方法，得到预期的镜面精度，并且降低曲面状夹层结构体的成形成本。该制造方法具有：第一表皮材料成形工序，使用具有有着预期的镜面精度的凸型曲面部(5a)和侧面部(5b)的凸型成形模具(5)成形具有第一曲面表皮部(2a)和第一棱部(2b)的第一表皮材料(2)；芯材粘接工序，将预先实施具有表面精度的加工的发泡芯材(4)粘接在第一曲面表皮部上；第二表皮材料成形工序，以覆盖在凸型成形模具上层叠的第一表皮材料和发泡芯材的方式成形具有第二曲面表皮部(3a)和第二棱部(3b)的第二表皮材料(3)；以及突出部除去工序，将第一棱部与第二棱部层叠并向第一表皮材料的竖直下方突出的部分除去。

Description

曲面状夹层结构体的制造方法以及曲面状夹层结构体

技术领域

本发明涉及以纤维强化塑料材料为表皮材料的曲面状夹层结构体的制造方法以及曲面状夹层结构体。

背景技术

近些年，在大范围的领域中应用纤维强化塑料材料(FiberReinforcedPlastics，以下称为FRP)，活用其轻量、高强度且高刚性的特性。其中，以FRP为表皮材料并以该表皮材料夹着轻量的芯材一体化而成的夹层结构体，也作为有效地使用FRP并提高刚性的方法而被广泛知晓。

作为这样的夹层结构体的用途，例如像卫星用框体结构、天线用反射器、天线罩中示例的那样，特别是在追求轻量性和高刚性的宇宙和通信用途中使用。另一方面，近些年，以航空器、汽车为中心的移动体的结构中也正在使用这样的夹层结构体。而且，在上述以外，也可以应用于铁路车辆、电梯等移动体的结构中。

而且，对于原料和成形方法，在宇宙和通信用途下，将以蜂窝材料为芯材的FRP夹层结构用被称为高压釜的压力釜成形(高压釜成形法)。然而，在高压釜成形法中，存在着材料成本和成形成本高的问题，寻求FRP夹层结构体的用途扩大以及材料成本和成形成本的降低。

因此，作为取代高压釜成形法的FRP的低成本成形方法，提出有真空含浸成形法。该真空含浸成形法为利用大气压力使液状的树脂含浸在使纤维呈织物状的纤维布中的成形方法。

作为具体的步骤，首先，在成形模具上层叠纤维布，并在其上按照剥离层、流动介质(flowmedia)的顺序层叠具有脱模能力的剥离层和用于使树脂在面内方向扩散的流动介质。

接下来，在层叠了纤维布、剥离层和流动介质的成形模具的周围配置保持气密的密封剂，设置注入口和抽吸口，用袋膜覆盖整体并密闭。接下来，在将抽吸口与真空泵连接而对袋膜内部进行真空抽吸后，将注入口与树脂槽连接而利用大气压力使树脂含浸，使树脂硬化来得到表皮材料的成形体。

真空含浸成形法是无需高压釜等大型的设备或牢固的成形模具、因而能够以低成本成形的方法。而且，对于材料，作为取代蜂窝材料的芯材，能够使用低成本且轻量的树脂制的发泡材料。由此，FRP夹层结构的低成本的成形成为可能。

在此，在宇宙和通信用途中，以作为卫星用框体结构的中心的承力筒、抛物线形状的天线反射器、天线罩为代表，均需要曲面状的部件。对于这些部件，为了满足安装于框体结构的设备间的位置精度和电波的指向精度等的要求规格值，需要耐受外部的载荷以及温度差的形状稳定性和尺寸精度。在应用于移动体的情况下，由于部件的尺寸精度影响移动体的空气动力学特性和耐受外部的载荷的强度，因此需要满足尺寸精度的要求值。

在平面形状的情况下，认为通过提高成形模具的平面度也能够比较容易地提高成形体的平面度。然而，在曲面状的情况下，形状因树脂的硬化收缩而三维地变化，存在着无法得到预期的尺寸精度的课题。

因此，存在下述方法：在以发泡材料作为芯材来成形FRP夹层结构的情况下，将预先加工成预期的曲面形状的发泡芯材作为成形模具使用，在成形的同时将表皮材料与芯材粘接而一体化(例如，参照专利文献1)。采用该方法的话，通过表皮材料与芯材一体化，从而增加了刚性，抑制由表皮材料中的树脂的硬化收缩导致的变形，由此能够得到预期的尺寸精度的曲面状夹层结构。

在专利文献1公开的曲面夹层结构的制造方法中，将聚醚酰亚胺制树脂发泡体通过机械加工而加工成曲面状，在一方的面层叠预浸材料，进行成形和粘接。此后，以使芯材成为一定的厚度的方式加工另一方的面，层叠预浸材料，进行成形和粘接。

根据该方法，以加工成预期的形状的聚醚酰亚胺制树脂发泡体作为成形模具，在该成形模具上层叠预浸材料，进行成形和粘接，由此能够得到预期的尺寸精度的曲面状夹层结构体。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2002-292772号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，现有技术中存在以下的课题。

在专利文献1公开的曲面状夹层结构的制造方法中，预浸材料需要以高压釜加热和加压来成形。而且，预浸材料即使是在常温下加工成预期的尺寸精度，由于预浸材料的成形温度和成形压力，夹层结构也会变形。其结果是，存在着无法在成形后得到预期的尺寸的问题。

而且，在将夹层结构使用在天线反射器等要求镜面精度的部件中的情况下，在使发泡材料作为成形模具成形后，在发泡材料表面存在凹凸，因此还存在着该凹凸浮现而无法得到预期的镜面精度的问题。

在专利文献1中，还公开了预先使表皮材料成形后粘接的方法。然而，将预先成形为预期的尺寸精度的表皮材料以常温硬化型的粘接剂粘接的话，虽然不会发生热变形，但是需要预先使表皮材料单体成形。由于表皮材料单体厚度薄，因此刚性小，会因成形温度与常温的温度差和树脂的硬化收缩而变形。因此，以表皮材料单体成形成预期的尺寸精度是非常困难的。

在此，为了降低成形成本，也考虑应用真空含浸成形法的情况。在真空含浸成形法中，通过使用常温硬化型的树脂成形，能够防止伴随着高压釜成形法的温度差导致的热变形。

然而，在将发泡材料作为成形模具使用的情况下，无法解决因发泡材料的表面凹凸而无法得到镜面精度的问题。特别是，真空含浸成形法由于是在纤维布上层叠剥离层和流动介质，因此相对于高压釜成形法更难以达成发泡材料的镜面精度。

而且，由于常温硬化型的树脂也发生由硬化收缩导致的变形，因此难以用表皮材料单体满足尺寸精度。

本发明正是为了解决上述的课题而完成的，其提供曲面状夹层结构体的制造方法和曲面状夹层结构体，不使用高压釜成形法就能够得到预期的镜面精度并且能够降低成形成本。

用于解决课题的方案

本发明的曲面状夹层结构体的制造方法，该曲面状夹层结构体使用凸型成形模具利用纤维强化塑料的表皮材料覆盖发泡芯材的周围来一体化成形，凸型成形模具具有：凸型曲面部，具有预期的镜面精度；以及侧面部，在使凸型曲面部朝向竖直上方时，从凸型曲面部的外周部向下方伸出，所述曲面状夹层结构体的制造方法具备：第一表皮材料成形工序，当在凸型成形模具上层叠第一纤维布时，在通过将第一纤维布的端部固定于侧面部而使第一纤维布展开并紧贴在凸型曲面部的前工序之后，通过使树脂含浸在第一纤维布内并硬化，从而成形第一表皮材料，该第一表皮材料具有在凸型曲面部上成形的第一曲面表皮部和在侧面部成形的第一棱部；芯材粘接工序，使发泡芯材粘接到第一曲面表皮部上，该发泡芯材被预先加工成沿着在凸型曲面部上成形了的第一曲面表皮部的上表面形状的曲面状且外周部到达第一棱部的形状；第二表皮材料成形工序，在以覆盖发泡芯材的与除了与第一曲面表皮部接触的面以外的面相当的上表面部和外周部的方式层叠第二纤维布时，通过将第二纤维布的端部固定于第一棱部，从而使第二纤维布在发泡芯材的上表面部和外周部展开并紧贴，然后，使树脂含浸在第二纤维布内并硬化，从而成形第二表皮材料，该第二表皮材料具有在发泡芯材的上表面部上成形的第二曲面表皮部和从发泡芯材的外周部一直成形到第一棱部上的第二棱部；以及突出部除去工序，将在凸型成形模具的侧面部层叠第一棱部和第二棱部形成的部分且向第一曲面表皮部的竖直下方突出的部分，沿第一曲面表皮部中的与凸型曲面部相接的曲面除去。

而且，本发明涉及的曲面状夹层结构体具备：第一表皮材料，使树脂含浸于紧贴在凸型成形模具上的第一纤维布内并硬化而成形，具有预期的镜面精度，凸型成形模具具有有着预期的镜面精度的凸型曲面部和从凸型曲面部的外周部向竖直下方延伸的侧面部；发泡芯材，被预先加工成沿着第一表皮材料的上表面形状的曲面状，粘接在第一表皮材料上；以及第二表皮材料，使树脂含浸在第二纤维布内并硬化而成形，第二纤维布覆盖发泡芯材的与除了与第一表皮材料接触的面以外的面相当的上表面部和外周部、以及第一表皮部的外周部。

发明效果

根据本发明，通过在使第一纤维布紧贴在具备有着预期的镜面精度的凸型曲面部的凸型成形模具的状态下，使树脂含浸硬化，从而成形具有预期的镜面精度的第一表皮材料。而且，在将预先实施沿着第一表皮材料的曲面的加工了的发泡芯材粘接在第一表皮材料上后，在以覆盖发泡芯材的上表面部和外周部以及第一表皮材料的外周部的方式使第二纤维布紧贴的状态下，通过使树脂含浸硬化而成形第二表皮材料，完成曲面状夹层结构体。这样，通过在具有预期的镜面精度的凸型成形模具上依次层叠第一表皮材料、发泡芯材、第二表皮材料，能够提供不使用高压釜成形法就能够得到预期的镜面精度且能够降低成形成本的曲面状夹层结构体的制造方法和曲面状夹层结构体。

附图说明

图1是示出曲面状FRP夹层结构体的立体图。

图2是示出图1的曲面状FRP夹层结构体的剖视图。

图3是示出用于曲面状FRP夹层结构体的成形的凸型成形模具的立体图。

图4是示出将第一纤维布层叠在凸型成形模具上的状态的剖视图。

图5是示出将第一纤维布层叠在凸型成形模具上的状态的立体图。

图6是示出将第一纤维布紧贴在凸型成形模具上的状态的立体图。

图7是示出将剥离层和流动介质层叠在第一纤维布上的状态的剖视图。

图8是示出用于成形第一FRP表皮材料的第一成形装置的剖视图。

图9是示出在真空加压状态下向第一成形装置注入液状树脂的状态的剖视图。

图10是示出在液状树脂硬化后将辅助材料全拆下后的第一FRP表皮材料的剖视图。

图11是示出在第一曲面表皮部的表面涂敷粘接用树脂的状态的剖视图。

图12是示出将在凹面侧涂敷有粘接用树脂的发泡芯材设置在第一曲面表皮部上的状态的剖视图。

图13是示出在凸型成形模具的侧面部铺设密封剂、设置抽吸口，在发泡芯材上重叠袋膜并用密封剂将外缘部密封的状态的剖视图。

图14是示出在粘接用树脂硬化后将辅助材料全部拆下后的状态的剖视图。

图15是示出以覆盖发泡芯材的方式层叠第二纤维布的状态的剖视图。

图16是示出在发泡芯材的外周部未达到棱部时第二纤维布抵接到发泡芯材的外周部和第一曲面表皮部2a所成的凹角部的状态的剖面的凹角部放大图。

图17是示出将剥离层和流动介质层叠在第二纤维布上的状态的剖视图。

图18是示出用于成形第二FRP表皮材料的第二成形装置的剖视图。

图19是示出在真空加压状态下向第二成形装置注入注入用树脂的状态的剖视图。

图20是示出在注入用树脂硬化后将辅助材料全部拆下、使成形体从凸型成形模具脱模后的状态的剖视图。

图21是示出除去毛刺后的曲面状FRP夹层结构体的剖视图。

图22是本发明的实施方式2使用的凸型成形模具的对称面处的剖视图。

图23是示出使用图22的凸型成形模具成形的曲面状FRP夹层结构体的立体图。

图24是示出得到图23的凸型曲面部的旋转抛物面的图。

图25是本发明的实施方式3使用的凸型成形模具在与轴向垂直的面剖切的剖视图。

图26是示出使用图25的凸型成形模具成形的曲面状FRP夹层结构体的立体图。

具体实施方式

以下，使用附图对本发明的曲面状夹层结构体的制造方法以及曲面状夹层结构体的优选的实施方式进行说明。需要说明的是，在本发明的实施方式中，在表皮材料使用FRP，因此作为曲面状FRP夹层结构体对曲面状夹层结构体进行说明。

实施方式1.

使用图1和图2说明本发明的实施方式1的曲面状FRP夹层结构体。图1是示出曲面状FRP夹层结构体的立体图。而且，图2是示出图1的曲面状FRP夹层结构体的剖视图。

如图1和图2所示，在曲面状FRP夹层结构体1中，彼此相对的面隔开预期的间隔配置，一方的面为凹面，另一方的面为凸面。因此，曲面状FRP夹层结构体1成为具有预期的厚度分布的曲面形状。曲面状FRP夹层结构体1的厚度可以不是固定的，可以是端部的厚度为0、即外周部不是面状而是线状。

而且，曲面状FRP夹层结构体1是以FRP为表皮材料的夹层结构。即，曲面状FRP夹层结构体1由形成凹面的第一FRP表皮材料(第一表皮材料)2、形成凸面的第二FRP表皮材料(第二表皮材料)3、以及由第一FRP表皮材料2和第二FRP表皮材料3夹持的发泡芯材4构成。第一FRP表皮材料2、第二FRP表皮材料3和发泡芯材4通过粘接剂而一体化。发泡芯材4为具有预期的厚度分布的曲面形状。发泡芯材4的厚度可以不是固定的，可以是端部的厚度为0、即外周部不是面状而是线状。

第一FRP表皮材料2与发泡芯材4的凹面侧粘接。而且，第一FRP表皮材料2的表面即未与发泡芯材4粘接的面成为满足预期的镜面精度的曲面。

第二FRP表皮材料3粘接成覆盖发泡芯材4的凸面侧和发泡芯材4的侧面。因此，发泡芯材4由第一FRP表皮材料2和第二FRP表皮材料3覆盖而不露出到外部。

而且，第二FRP表皮材料3也与发泡芯材4的凸面侧和发泡芯材4的侧面粘接。因此，发泡芯材4埋在由第一FRP表皮材料2和第二FRP表皮材料3包围的空间中。

接着，对曲面状FRP夹层结构体1的成形工序进行说明。在曲面状FRP夹层结构体1的成形中，使用图3所示的凸型成形模具5。图3是示出用于曲面状FRP夹层结构体1的成形的凸型成形模具5的立体图。

如图3所示，凸型成形模具5具有：具有预期的镜面精度的凸型曲面部5a；以及侧面部5b，在使凸型曲面部5a朝向竖直上方时从凸型曲面部5a的外周部向下方延伸。在本例中，凸型成形模具5是一端面为凸型曲面部5a的圆柱形状。在此，侧面部5b仅指圆柱形状的上端部。

凸型曲面部5a的形状只要是凸型而没有凹进的部位的曲面即可，优选球面、以抛物线的对称轴为旋转轴旋转而成的旋转抛物面、使在平面绘出的曲线沿与平面垂直的方向平行移动的柱面(其中，曲线为整体范围凸出的形状)、或者使这些面连续地结合而成的曲面形状。在本实施方式1中，以凸型曲面部5a的形状为球面的例子进行说明。以下，对于凸型成形模具5的轴线方向，以凸型曲面部5a侧为上方进行说明。

首先，使用图4～图10对第一FRP表皮材料2的成形工序进行说明。图4是示出将第一纤维布层叠在凸型成形模具5上的状态的剖视图。而且，图5是示出将第一纤维布紧贴在凸型成形模具5上的状态的立体图。而且，图6是示出将第一纤维布层叠在凸型成形模具5上的状态的立体图。

而且，图7是示出将剥离层和流动介质层叠在第一纤维布上的状态的剖视图。而且，图8是示出用于成形第一FRP表皮材料2的第一成形装置的剖视图。而且，图9是示出在真空加压状态下向第一成形装置注入液状树脂的状态的剖视图。并且，图10是示出在液状树脂硬化后将辅助材料全拆下后的第一FRP表皮材料2的剖视图。

＜第一表皮材料成形工序＞

如图4所示，首先，在对凸型成形模具5的凸型曲面部5a整体和凸型成形模具5的侧面部5b实施脱模处理后，至少层叠一层第一纤维布6a。在本实施方式1中，示出了层叠两层第一纤维布6a的例子。

第一纤维布6a只要是将纤维捆束而成的纤维束在二维面内即平面编织的织物即可，并不受编织方式限定。而且，第一纤维布6a的原料只要是纤维状的原料皆可，并不受材质限定。

第一纤维布6a编织成平面，因此在将第一纤维布6a层叠于凸型成形模具5上时，仅置于凸型成形模具5上则第一纤维布6a的一部分多余而起皱。若在第一纤维布6a起皱的状态下第一FRP表皮材料2成形的话，则纤维在褶皱的部分弯曲，从而可能无法得到预期的机械特性、在本例中无法得到镜面精度。因此，需要使第一纤维布6a紧贴于凸型成形模具5。

因此，在本实施方式1中，为了使第一纤维布6a紧贴于凸型成形模具5，将作为基准的第一纤维布6a的纤维束固定于凸型成形模具5，并以此为基准使第一纤维布6a的多余部分向外侧扩展伸出，同时使第一纤维布6a以紧贴于凸型成形模具5的方式变形。使用图5说明使第一纤维布6a紧贴于凸型成形模具5的方法的具体的例子。

在图5中，举例示出了层叠在正交的两轴方向编织的第一纤维布6a的情况。为了使第一纤维布6a紧贴于凸型成形模具5，首先在凸型曲面部5a上设定原点。原点被设定为，在凸型成形模具5的轴线方向上，离侧面部5b的上端部即凸型曲面部5a的外周部最远的凸型曲面部5a的点。在本实施方式1中，凸型曲面部5a的形状为球面，因此将凸型曲面部5a的中心即凸型成形模具5的轴线与凸型曲面部5a相交的点作为原点。

接下来，如图5的箭头A所示，通过原点设定沿着凸型成形模具5的径向的基准两轴。在图5中，基准两轴通过原点并正交。在本实施方式1中，凸型曲面部5a的形状为球面，因此基准两轴只要是通过原点且沿着凸型成形模具5的径向的轴的话，在预期的位置即可。

接下来，如图5的粗线B所示，以沿着基准两轴的方式将作为基准的两根纤维束临时固定于凸型成形模具5的侧面部5b。在将基准纤维束固定于侧面部5b后，如图5的箭头C所示，在凸型成形模具5的径向上，使基准纤维束之间的第一纤维布6a朝基准两轴的中间方向即45°方向扩展并延伸的同时紧贴于凸型成形模具5。

最后，在紧贴于凸型成形模具5的状态下，将图5的虚线所示的从凸型曲面部5a的外周部伸出的多余的第一纤维布6a切掉，将剩余的第一纤维布6a临时固定在凸型成形模具5的侧面部5b。即，第一纤维布6a被加工成竖直方向的高度固定，并且被临时固定在凸型成形模具5的侧面部5b。将以上的步骤重复必要的层数，如图6所示，将第一纤维布6a层叠在凸型成形模具5上。

接下来，如图7所示，将剥离层7和流动介质8按照剥离层7和流动介质8的顺序层叠在第一纤维布6a上。剥离层7是用于在树脂硬化后将流动介质8从第一FRP表皮材料2剥下的辅助材料，使树脂通过，具有脱模能力。剥离层7以覆盖在凸型成形模具5层叠的第一纤维布6a整体的方式层叠。

流动介质8是用于使树脂在凸型曲面部5a内方向扩散、辅助树脂向第一纤维布6a含浸的辅助材料。流动介质8空开以凸型成形模具5的轴线为中心的中央部而层叠。这是为了防止在将后述的抽吸口12设于中央部时，树脂未从流动介质8向第一纤维布6a含浸而是直接被向抽吸口12抽吸。

而且，流动介质8以覆盖第一纤维布6a和剥离层7的方式层叠。而且，层叠在侧面部5b的流动介质8的下端部在凸型成形模具5的轴线方向上位于与第一纤维布6a的下端部大致相同的位置，且位于比剥离层7的下端部靠上方。即，流动介质8覆盖整个第一纤维布6a，但并未覆盖将第一纤维布6a覆盖的整个剥离层7。

接下来，如图8所示，在凸型成形模具5的轴线方向上比剥离层7的下端部靠下方处，沿凸型成形模具5的周向在凸型成形模具5铺设一周密封剂9a。而且，在密封剂9a的周向的至少一个部位以上，设有能够朝上含浸树脂的注入口10。

在本实施方式1中，示出了将注入口10设置在径向彼此相对的两个部位的情况。另外，注入口10可以是一个部位，也可以是三个部位以上。而且，注入口10也可以是将带有狭缝的管状的辅助材料沿凸型成形模具5的侧面部5b的周向设置而从外周部整体均匀地含浸树脂。

接下来，重叠袋膜11以覆盖第一纤维布6a、剥离层7和流动介质8层叠的部分、以及铺设有设有注入口10的密封剂9a的部分。在袋膜11，在与流动介质8以凸型成形模具5的轴线为中心被空出的中央部相同的位置，形成插入抽吸口12的切口。

在将抽吸口12插入袋膜11的切口后，用密封剂9b将抽吸口12和袋膜11密封。袋膜11的外缘部也由预先铺设的密封剂9a密封，通过将抽吸口12与真空泵连接，从而完成用于成形第一FRP表皮材料2的第一成形装置。

在第一成形装置完成后，在用与抽吸口12连接的真空泵对内部减压了的状态下，从注入口10注入注入用树脂(树脂)13。注入用树脂13只要是例如环氧树脂、不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂、氰酸酯树脂等热硬化树脂且低粘度的材料则并不特别限定，不过优选在常温下能够硬化的乙烯基酯树脂。

在将注入用树脂13填充到第一纤维布6a内部后，根据注入用树脂13的种类，在常温下或者加热条件下，使注入用树脂13硬化。在注入用树脂13完全硬化后，拆下密封剂9a、9b、抽吸口12以及袋膜11等辅助材料，剥离剥离层7和流动介质8，如图10所示得到第一FRP表皮材料2。因此，第一FRP表皮材料2由在凸型曲面部5a上成形的第一曲面表皮部2a和沿侧面部5b成形的第一棱部2b构成。

在从第一FRP表皮材料2剥离剥离层7和流动介质8时，由于实施了脱模处理，因此第一FRP表皮材料2从凸型成形模具5部分或者整体剥离。然而，第一FRP表皮材料2在凸型成形模具5的侧面部5b的上部即凸型曲面部5a的外周部成形有棱部2b。其结果是，抑制了由温度差、树脂的硬化收缩导致的第一FRP表皮材料2的变形。因此，第一曲面表皮部2a的成形模具侧面能够成形为与凸型曲面部5a相同的满足预期的尺寸精度的曲面。

接下来，使用图11～图14对第一FRP表皮材料2和发泡芯材4的粘接工序进行说明。图11是示出在第一曲面表皮部2a的表面涂敷粘接用树脂的状态的剖视图。而且，图12是示出将在凹面侧涂敷有粘接用树脂的发泡芯材4设置在第一曲面表皮部2a上的状态的剖视图。而且，图13是示出在凸型成形模具5的侧面部5b铺设密封剂、设置抽吸口12，在发泡芯材4上重叠袋膜11并用密封剂将外缘部密封的状态的剖视图。而且，图14是示出在粘接用树脂硬化后将辅助材料全部拆下后的状态的剖视图。

首先，在实施粘接工序之前，将发泡芯材4加工成预期的形状。在此，预期的形状指的是，在凸型成形模具5的轴线方向上，具有沿着从凸型曲面部5a离开的第一曲面表皮部2a的曲面的凹形曲面4a并具有预期的厚度分布的曲面形状。发泡芯材4的凹形曲面4a可以不被加工成完全沿第一曲面表皮部2a，其容许在承受大气压力时变形而与第一曲面表皮部2a紧贴的程度的误差。

发泡芯材4的外周部达到棱部2b为止。这是因为，在后述的第二表皮材料成形工序中，在将第二纤维布6b层叠在发泡芯材4上时，若在发泡芯材4的外周部与棱部2b之间存在间隙的话，则难以使第二纤维布6b紧贴到由发泡芯材4的外周部(或者上表面部)和第一曲面表皮部2a所成的凹角部，可能导致第二纤维布6b抵接到凹角部。

当第二纤维布6b抵接时，会有下述等不良影响：凹角部进入气泡而产生成形不良，或者形成树脂块而因树脂的硬化收缩导致无法得到预期的镜面精度。若发泡芯材4的外周部达到棱部2b的话，没有凹角部，因此能够使第二纤维布6b展开并容易紧贴在发泡芯材4和第一FRP表皮材料2上。

发泡芯材4的加工方法并不特别限定，可考虑通过例如加热、加压使发泡芯材4弯曲的热加工、通过机床切削的机械加工。在发泡芯材4的厚度固定的情况下，仅将平板状的发泡芯材弯曲就能够加工，因此优选利用加热、加压的热加工。在本实施方式1中，以发泡芯材4a的厚度固定的例子进行说明。

＜芯材粘接工序＞

首先，如图11所示，在第一曲面表皮部2a的上表面涂敷粘接用树脂14。粘接用树脂14只要是常温下液状的树脂则并不特别限定。不过，优选在常温下能够硬化的乙烯基酯树脂，更优选与在第一FRP表皮材料2的成形中使用的注入用树脂13相同种类的树脂。

接下来，在发泡芯材4的凹形曲面4a也涂敷粘接用树脂14，如图12所示，以使涂敷有粘接用树脂14的发泡芯材4的凹形曲面4a面与涂敷有粘接用树脂14的第一曲面表皮部2a相对的方式将发泡芯材4设置在第一曲面表皮部2a上。此时，仅设置发泡芯材4的话，会有气泡混入发泡芯材4与第一曲面表皮部2a之间的粘接用树脂14内，因此通过从发泡芯材4上部施加载荷，将气泡的一部分排出到由粘接用树脂14构成的粘接层的外部。

另外，在本实施方式1中，粘接用树脂14涂敷在凹形曲面4a和第一曲面表皮部2a双方，不过也可以是涂敷在任意一方。

接下来，如图13所示，沿凸型成形模具5的侧面部5b的周向铺设一周密封剂9c。此时，在凸型成形模具5的轴线方向上，密封剂9c铺设得比棱部2b的下端部靠下方。而且，在密封剂9c的周向的至少一个部位以上，设有向下抽吸空气的抽吸口12。

在本实施方式1中，举例示出了将抽吸口12设置在径向彼此相对的两个部位的情况。另外，抽吸口12可以设置在一个部位，也可以设置在三个部位以上。

并且，重叠袋膜11以覆盖包括第一FRP表皮材料2和发泡芯材4的整体，将袋膜11的外缘部由预先铺设的密封剂9c密封。此后，将抽吸口12与真空泵连接，由真空泵抽吸来对内部减压。由此，对发泡芯材4施加压力，将粘接用树脂14内部的气泡和剩余树脂排出。

在气泡和剩余树脂的排出完成后，关闭抽吸口12，在维持减压状态的同时使粘接用树脂14硬化。根据树脂的种类，在常温下或者加热条件下，粘接用树脂14硬化。在粘接用树脂14完全硬化后，拆下密封剂9c、抽吸口12以及袋膜11等辅助材料。由此，得到如图14所示的、第一FRP表皮材料2与发泡芯材4粘接的成形体。

接下来，参照图15～图20对第二FRP表皮材料3的成形工序进行说明。在第二FRP表皮材料3的成形工序中，设有第一FRP表皮材料2和发泡芯材4的状态的凸型成形模具5成为成形模具

图15是示出以覆盖发泡芯材4的方式层叠第二纤维布的状态的剖视图。图16是示出在发泡芯材4的外周部未达到棱部2b时第二纤维布6b抵接到发泡芯材4的外周部(或上表面部)和第一曲面表皮部2a所成的凹角部的状态的剖面的凹角部放大图。而且，图17是示出将剥离层7和流动介质8层叠在第二纤维布上的状态的剖视图。并且，图18是示出用于成形第二FRP表皮材料3的第二成形装置的剖视图。而且，图19是示出在真空加压状态下向第二成形装置注入注入用树脂13的状态的剖视图。而且，图20是示出在注入用树脂13硬化后将辅助材料全部拆下、使成形体从凸型成形模具5脱模后的状态的剖视图。

＜第二表皮材料成形工序＞

首先，如图15所示，在凸型成形模具5的轴线方向上，以覆盖发泡芯材4和棱部2b的方式层叠至少一层第二纤维布6b。第二纤维布6b以沿着发泡芯材4的凸型曲面4b的方式扩展延伸并层叠。在此，第二纤维布6b与在第一表皮材料成形工序中使用的第一纤维布6a相同。

在此，当发泡芯材4的外周部未达到棱部2b时，若在发泡芯材4的外周部与棱部2b之间存在间隙的话，难以使第二纤维布6b紧贴到由发泡芯材4的外周部(或者上表面部)和第一曲面表皮部2a所成的凹角部，如图16所示，可能会产生第二纤维布6b相对于凹角部的抵接部17。

相对于此，如图15所示，若发泡芯材4的外周部达到棱部2b的话，没有凹角部。由此，能够使第二纤维布6b展开并容易紧贴在发泡芯材4和第一FRP表皮材料2。

接下来，如图17所示，将剥离层7和流动介质8按照剥离层7和流动介质8的顺序层叠在第二纤维布6b上。流动介质8空开以凸型成形模具5的轴线为中心的中央部层叠。

接下来，如图18所示，沿凸型成形模具5的侧面部5b的周向铺设一周密封剂9a。此时，在凸型成形模具5的轴线方向上，密封剂9a铺设得比剥离层7的下端部靠下方。而且，在密封剂9a的周向的至少一个部位以上，设有能够朝上含浸树脂的注入口10。

接下来，重叠袋膜11以覆盖第二纤维布6b、剥离层7和流动介质8层叠的部分、以及铺设有设有注入口10的密封剂9a的部分。在袋膜11，在与流动介质8以凸型成形模具5的轴线为中心空出的中央部相同的位置，形成插入抽吸口12的切口。

在将抽吸口12插入袋膜11的切口后，用密封剂9b将抽吸口12和袋膜11密封。袋膜11的外缘部也由预先铺设的密封剂9a密封，通过将抽吸口12与真空泵连接，从而完成用于成形第二FRP表皮材料3的第二成形装置。

在第二成形装置完成后，如图19所示，在用与抽吸口12连接的真空泵对内部减压了的状态下，从注入口10注入注入用树脂13。

在将注入用树脂13填充到第二纤维布6b内部后，根据注入用树脂13的种类，在常温下或者加热条件下，使注入用树脂13硬化。在注入用树脂13完全硬化后，拆下密封剂9a、9b、抽吸口12以及袋膜11等辅助材料，剥离剥离层7和流动介质8，如图20所示得到带有毛刺15的曲面状FRP夹层结构体1。

在此，第二FRP表皮材料3由在凸型曲面4b上成形的第二曲面表皮部3a、以及在发泡芯材4的凸型成形模具5的端面即芯侧面4c和第一棱部2b上成形的第二棱部3b构成。

此时，在凸型成形模具5的轴线方向上，第一棱部2b与第二棱部3b成为一体的部分相对于第一曲面表皮部2a向下方突出。以下，将该突出的部分称为毛刺15。

最后，使用图21说明毛刺15的除去工序。图21是示出除去毛刺15后的曲面状FRP夹层结构体1的剖视图。

＜突出部除去工序＞

如图21所示，毛刺15是在凸型成形模具5的轴线方向上，在图20所示的第一棱部2b和第二棱部3b粘接的部分中、比第一曲面表皮部2a的凹面沿着满足预期的镜面精度的凹面延长的面靠下方的部分。因此，毛刺15沿凸型成形模具5的侧面部5b成形，且沿凸型成形模具5的轴线方向延伸形成。

因此，沿着曲面状FRP夹层结构体1的凹面侧即第一曲面表皮部2a的满足预期的表面精度的凹面切除毛刺15。由于第一棱部2b与第二棱部3b一体化形成，因此毛刺15是薄壁的。因此，即使不使用三维加工机那样大型的加工机，也能够以简易的加工方法，例如通过研磨机以手工作业除去毛刺15。

在这样的实施方式1的曲面状FRP夹层结构体的制造方法中，使用了具有有着预期的镜面精度的凸型曲面部和从凸型曲面部的外周部向竖直下方延伸的侧面部的凸型成形模具。而且，曲面状FRP夹层结构体的制造方法具有形成第一FRP表皮材料的第一表皮材料成形工序，该第一FRP表皮材料具有沿侧面部设置的第一棱部。

通过具备这样的结构，在注入的注入树脂硬化时，第一棱部卡在凸型成形模具的侧面部，能够抑制注入的注入树脂硬化时产生的第一FRP表皮材料的变形。其结果是，第一FRP表皮材料能够得到预期的镜面精度。

而且，在曲面状FRP夹层结构体的制造方法中，未使用高压釜成形法，因此能够降低曲面状夹层结构体的成形成本。

并且，在曲面状FRP夹层结构体的制造方法中，具有以覆盖发泡芯材的方式成形第二FRP表皮材料的第二表皮材料成形工序。由此，能够省略通常在未由表皮材料夹着的发泡芯材的端部粘接保护板的工序。其结果是，能够缩短曲面状FRP夹层结构体的成形时间。

而且，通过第二表皮材料成形工序，在与第一棱部重合的位置成形第二棱部。由此，在注入的注入树脂硬化时，第一棱部和第二棱部卡在凸型成形模具的侧面部，能够抑制注入的注入树脂硬化时产生的曲面状FRP夹层结构体整体的变形。

并且，由第一棱部和第二棱部形成的毛刺是薄壁的，因此能够利用突出部除去工序以手工作业除去。

而且，在将第一纤维布层叠于凸型曲面部的工序中，设定通过在凸型曲面部上设定的原点的两个基准轴，在沿基准轴将第一纤维布的纤维束临时固定后，通过扩展拉伸基准轴间的第一纤维布而使第一纤维布紧贴在凸型曲面部上。此时，原点被设定为，在凸型成形模具的轴线方向上，离侧面部的上端部最远的凸型曲面部的点。由此，能够防止第一纤维布在凸型曲面部上起皱。其结果是，能够防止由皱纹的产生导致的机械特性的降低。

实施方式2.

在之前的实施方式1中，对凸型成形模具5的凸型曲面部5a的形状为球面的例子进行了说明。相对于此，在本实施方式2中，对凸型曲面部5a的形状为旋转抛物面的例子进行说明。

图22是本发明的实施方式2使用的凸型成形模具5的对称面处的剖视图。而且，图23是示出使用图22的凸型成形模具5成形的曲面状FRP夹层结构体1的立体图。曲面状FRP夹层结构体1的制造方法除了凸型曲面部5a的形状不同之外，与之前的实施方式1的制造方法是相同的。

形成凸型曲面部5a的形状的旋转抛物面是以下式(1)表现的曲面。需要说明的是，下式(1)的a是任意正数。

z＝a(x2+y2)(1)

从z轴方向入射的电波和电磁波全部通过焦点(x，y，z)＝(0，0，1/(4a))，因此旋转抛物面多用于天线反射器的反射曲面形状。

图24是示出得到图23的凸型曲面部5a的旋转抛物面的图。如图24所示，旋转抛物面沿与z轴垂直的面切开的话，是以旋转轴D为中心的旋转对称的曲面，离切断面最远的点是切开的曲面的中心。然而，在其以外的切断面切开的话，切开的曲面不成为旋转对称，离切断面最远的点相对于切开的曲面的中心偏移。

如图22和图23所示，在本实施方式2中，凸型曲面部5a的形状成为相对于图23的旋转轴D沿虚线E斜向切开得到的旋转抛物面。旋转抛物面即使是在相对于旋转轴斜向切开的情况下也具有一个对称面。而且，对称面包括离切断面最远的点和成为椭圆的凸型曲面的外缘的长轴。在图22中，如点F所示，离切断面最远的点从中央部向右侧偏移。

当第一纤维布6a层叠在成为相对于旋转轴斜向切开的旋转抛物面的形状的凸型曲面部5a上时，以点F为原点。即，原点被设定为，在凸型成形模具5的轴线方向上，离侧面部5b的上端部、即凸型曲面部5a的外周部最远的凸型曲面部5a的点。

而且，基准轴被设定为通过原点、与凸型曲面部5a的对称面平行的第一轴和与第一轴正交的第二轴。特别是，在将凸型曲面部5a形成为椭圆形状时，基准轴优选为长轴方向和短轴方向。因此，当凸型曲面部5a的形状为旋转抛物面时，第一轴一定是与凸型曲面部5a的对称面平行的线。

其他结构和制造方法与之前的实施方式1相同，得到图23所示的曲面状FRP夹层结构体1。

在这样的实施方式2的曲面状FRP夹层结构体的制造方法中，即使用凸型曲面部为旋转抛物面的凸型成形模具来成形曲面状FRP夹层结构体，也与之前的实施方式1同样地，能够得到预期的镜面精度，并且能够降低曲面状夹层结构体的成形成本。

另外，在上述实施方式1和上述实施方式2中，对凸型曲面部5a的形状示出了球面和旋转抛物面，不过只要是能够使入射的电波和电磁波全部通过焦点的形状即可，例如也可以是椭圆球面。

实施方式3.

在之前的实施方式1中，对凸型成形模具5的凸型曲面部5a的形状为球面的例子进行了说明。相对于此，在本实施方式3中，对凸型曲面部5a的形状为柱面的例子进行说明。

图25是本发明的实施方式3使用的凸型成形模具5在与轴向垂直的面剖切的剖视图。而且，图26是示出使用图的凸型成形模具5成形的曲面状FRP夹层结构体1的立体图。本实施方式3的曲面状FRP夹层结构体1的制造方法除了凸型曲面部5a的形状不同之外，与之前的实施方式1的制造方法是相同的。

形成凸型曲面部5a的形状的柱面是由下式(2)表现的曲面。另外，下式(2)的f(x)是关于在任意的x的范围内定义的x的任意的函数。

y＝f(x)(与z无关，固定)(2)

f(x)在整个定义范围必须是凸形状，当以y轴方向为竖直上方时，f(x)的x的二次导数必须在整个定义范围是负值。

通过使f(x)的函数形状为流线形，能够降低移动体的空气动力阻抗。

以柱面上的x轴方向和z轴方向的中点为原点。基准轴被设定为通过原点、与z轴平行的第一轴和与x轴平行的第二轴。

其他结构和制造方法与之前的实施方式1相同，得到图26所示的曲面状FRP夹层结构体1。

在这样的实施方式3的曲面状FRP夹层结构体的制造方法中，即使用凸型曲面部为柱面的凸型成形模具来成形曲面状FRP夹层结构体，也与之前的实施方式1同样地，能够得到预期的形状精度，并且能够降低曲面状夹层结构体的成形成本。

符号说明

1：曲面状FRP夹层结构体(曲面状夹层结构体)；2：第一FRP表皮材料(第一表皮材料)；2a：第一曲面表皮部；2b：第一棱部；3：第二FRP表皮材料(第二表皮材料)；3a：第二曲面表皮部；3b：第二棱部；4：发泡芯材；5：凸型成形模具；5a：凸型曲面部；5b：侧面部；6a：第一纤维布；6b：第二纤维布；13：注入树脂(树脂)；15：毛刺；17：第二纤维布6b的抵接部。

Claims (8)

1.一种曲面状夹层结构体的制造方法，该曲面状夹层结构体使用凸型成形模具利用纤维强化塑料的表皮材料覆盖发泡芯材的周围来一体化成形，上述凸型成形模具具有：凸型曲面部，具有预期的镜面精度；以及侧面部，在使上述凸型曲面部朝向竖直上方时，从上述凸型曲面部的外周部向下方伸出，其特征在于，

所述曲面状夹层结构体的制造方法具备：

第一表皮材料成形工序，当在上述凸型成形模具上层叠第一纤维布时，在通过将上述第一纤维布的端部固定于上述侧面部而使上述第一纤维布展开并紧贴在上述凸型曲面部的前工序之后，通过使树脂含浸在上述第一纤维布内并硬化，从而成形第一表皮材料，该第一表皮材料具有在上述凸型曲面部上成形的第一曲面表皮部和在上述侧面部成形的第一棱部；

芯材粘接工序，使上述发泡芯材粘接到上述第一曲面表皮部上，该发泡芯材被预先加工成沿着在上述凸型曲面部上成形了的上述第一曲面表皮部的上表面形状的曲面状且外周部到达上述第一棱部的形状；

第二表皮材料成形工序，在以覆盖上述发泡芯材的与除了与上述第一曲面表皮部接触的面以外的面相当的上表面部和外周部的方式层叠第二纤维布时，通过将上述第二纤维布的端部固定于上述第一棱部，从而使上述第二纤维布在上述发泡芯材的上述上表面部和上述外周部展开并紧贴，然后，使树脂含浸在上述第二纤维布内并硬化，从而成形第二表皮材料，该第二表皮材料具有在上述发泡芯材的上述上表面部上成形的第二曲面表皮部和从上述发泡芯材的上述外周部一直成形到上述第一棱部上的第二棱部；以及

突出部除去工序，将在上述凸型成形模具的上述侧面部层叠上述第一棱部和上述第二棱部形成的部分且向上述第一曲面表皮部的竖直下方突出的部分，沿上述第一曲面表皮部中的与上述凸型曲面部相接的曲面除去。

2.根据权利要求1所述的曲面状夹层结构体的制造方法，其特征在于，

上述发泡芯材的外周部是具有宽度的外周面。

3.根据权利要求2所述的曲面状夹层结构体的制造方法，其特征在于，

上述发泡芯材的厚度在整个面固定。

4.根据权利要求1至3的任意一项所述的曲面状夹层结构体的制造方法，其特征在于，

在上述凸型曲面部为球面的情况下，上述第一表皮材料成形工序的上述前工序具有如下的工序：

将上述球面的中心设定为原点，设定通过上述原点并沿上述球面的径向正交的两个基准轴，将分别沿上述两个基准轴的上述第一纤维布的两根纤维束临时固定于上述侧面部；

通过将上述两根纤维束间的上述第一纤维布朝向上述两根纤维束间的中间方向扩展延伸，使上述第一纤维布紧贴于上述凸型曲面部；以及

在上述紧贴的工序后，将上述第一纤维布的多余的部分切除以使上述第一棱部中的上述第一纤维布的竖直方向的高度固定，然后，将上述第一纤维布临时固定于上述侧面部。

5.根据权利要求1至3的任意一项所述的曲面状夹层结构体的制造方法，其特征在于，

在上述凸型曲面部为相对于旋转轴斜向切开的旋转抛物面的情况下，上述第一表皮材料成形工序的上述前工序具有如下的工序：

将在竖直上方离上述外周部最远的上述凸型曲面部的点设定为原点，将通过上述原点并与上述旋转抛物面的对称面平行的第一轴和与上述第一轴正交的第二轴设定为两个基准轴，将分别沿上述两个基准轴的上述第一纤维布的两根纤维束临时固定于上述凸型曲面部；

通过将上述两根纤维束间的上述第一纤维布朝向上述两根纤维束间的中间方向扩展延伸，使上述第一纤维布紧贴于上述凸型曲面部；以及

在上述紧贴的工序后，将上述第一纤维布的多余的部分切除以使上述第一棱部中的上述第一纤维布的竖直方向的高度固定，然后，将上述第一纤维布临时固定于上述侧面部。

6.一种曲面状夹层结构体，具备：

第一表皮材料，使树脂含浸于紧贴在凸型成形模具上的第一纤维布内并硬化而成形，具有预期的镜面精度，上述凸型成形模具具有有着预期的镜面精度的凸型曲面部和从上述凸型曲面部的外周部向竖直下方延伸的侧面部；

发泡芯材，被预先加工成沿着上述第一表皮材料的上表面形状的曲面状，粘接在上述第一表皮材料上；以及

第二表皮材料，使树脂含浸在第二纤维布内并硬化而成形，上述第二纤维布覆盖上述发泡芯材的与除了与上述第一表皮材料接触的面以外的面相当的上表面部和外周部、以及上述第一表皮部的外周部。

7.根据权利要求6所述的曲面状夹层结构体，其特征在于，

上述发泡芯材的外周部是具有宽度的外周面。

8.根据权利要求7所述的曲面状夹层结构体，其特征在于，

上述发泡芯材的厚度在整个面固定。