JP2024032402A - 複合材の成形方法及び成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】積層体の賦形による成形不良の発生を抑制する。【解決手段】繊維シートを複数積層した積層体を、成形型を用いて賦形して硬化させることで、複合材を成形する複合材の成形方法において、複合材は、製品として成形される部位となる製品部位と、製品部位に連なる余剰部位と、を含み、成形型は、製品部位を成形する第１の成形面と、余剰部位を成形する第２の成形面と、第２の成形面に配置される積層体の一部を引き込むための窪みと、を有し、積層体の一部を窪みに対向させて、成形型に積層体を配置するステップと、積層体を被覆部材により覆って、被覆部材と成形型との間を気密に封止するステップと、被覆部材と成形型との間の雰囲気を吸引し、窪みに積層体の一部を引き込ませて、積層体を賦形するステップと、賦形後の積層体を硬化させることで、製品部位と余剰部位とを含む複合材を成形するステップと、を備える。【選択図】図５

Description

本開示は、複合材の成形方法及び成形装置に関するものである。

従来、レイアップ心棒の非平面の部分にプリプレグ材料を形成し、プリプレグ材料上にバッグフィルムを被覆して真空吸引し、プリプレグ材料を加熱硬化させることで、複合材を成形する複合材の成形方法及び成形装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２－１８７９２５号公報

ところで、複合材として、ジョグル部と呼ばれる形状変化部を有する複合材がある。ジョグル部は、例えば、長手方向に延在する断面凹形状の桁部材に設けられ、長手方向に直交する断面内の断面形状が、長手方向に沿って形状が変化する部位となっている。複合材を成形する場合、繊維シートを積層した成形前の積層体を、真空バッグ等の被覆部材を用いて賦形するが、形状変化部を有する複合材においては、形状変化部周りにリンクル（しわ）が発生し、成形不良となる可能性がある。

そこで、本開示は、積層体の賦形による成形不良の発生を抑制することができる複合材の成形方法及び成形装置を提供することを課題とする。

本開示の複合材の成形方法は、繊維シートを複数積層した積層体を、成形型を用いて賦形して、前記繊維シートに含侵させた樹脂を硬化させることで、複合材を成形する複合材の成形方法において、前記複合材は、製品として成形される部位となる製品部位と、前記製品部位に連なる余剰部位と、を含み、前記成形型は、前記製品部位を成形する第１の成形面と、前記余剰部位を成形する第２の成形面と、前記第２の成形面に配置される前記積層体の一部を引き込むための窪みと、を有し、前記積層体の一部を前記窪みに対向するように、前記第１の成形面から前記第２の成形面にわたって前記成形型に前記積層体を配置するステップと、前記積層体を被覆部材により覆って、前記被覆部材と前記成形型との間を気密に封止するステップと、前記被覆部材と前記成形型との間の雰囲気を吸引し、前記窪みに前記積層体の一部を引き込ませて、前記積層体を賦形するステップと、賦形後の前記積層体を硬化させることで、前記製品部位と前記余剰部位とを含む前記複合材を成形するステップと、を備える。

本開示の成形装置は、繊維シートを複数積層した積層体を賦形して、前記繊維シートに含侵させた樹脂を硬化させることで、複合材を成形するための成形装置において、前記複合材は、製品として成形される部位となる製品部位と、前記製品部位に連なる余剰部位と、を含み、前記製品部位を成形する第１の成形面と、前記余剰部位を成形する第２の成形面と、前記第２の成形面に配置される前記積層体の一部を引き込むための窪みと、を有する成形型と、前記積層体を覆う被覆部材と、前記被覆部材と前記成形型との間が気密に封止された状態で、前記被覆部材と前記成形型との間の雰囲気を吸引する吸引装置と、を備える。

本開示によれば、積層体の賦形による成形不良の発生を抑制することができる。

図１は、実施形態１に係る複合材の成形方法及び成形装置により成形される一例の複合材の外観斜視図である。 図２は、実施形態１に係る成形装置を模式的に示した図である。 図３は、積層体の固定の一例を示す図である。 図４は、積層体の固定の一例を示す図である。 図５は、実施形態１に係る複合材の成形方法に関する説明図である。 図６は、実施形態２に係る成形装置を模式的に示した図である。 図７は、実施形態３に係る成形装置の成形型を模式的に示した図である。

以下に、本開示に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの開示が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせることも可能である。

［実施形態１］
図１は、実施形態１に係る複合材の成形方法及び成形装置により成形される一例の複合材の外観斜視図である。図２は、実施形態１に係る成形装置を模式的に示した図である。図３及び図４は、積層体の固定の一例を示す図である。図５は、実施形態１に係る複合材の成形方法に関する説明図である。

実施形態１に係る複合材の成形方法及び成形装置１は、形状変化部Ｄを有する複合材Ｆを成形するための装置である。図１に示すように、実施形態１において、成形される複合材Ｆは、所定方向を長手方向とする桁部材（スパー）であり、長手方向に直交する直交面内において、断面凹形状となるように二次元的に変形させたものとなっている。また、形状変化部Ｄとしては、例えば、ジョグル部と呼ばれるものである。ジョグル部は、長手方向に延在する桁部材に設けられ、長手方向に直交する断面内の断面凹形状が、長手方向に沿って形状が変化する部位、換言すれば、長手方向に直交する幅方向の長さが変化する部位となっている。つまり、形状変化部Ｄは、断面において二次元的に変形する複合材Ｆを、長手方向においても変形させることで、三次元的に変形した部位となっている。なお、形状変化部Ｄは、上記の特に限定されず、形状が変化する部位であれば、いずれの部位であってもよい。

実施形態１では、繊維シートを成形型１１に複数積層して、形状変化部Ｄを有する形状に積層体Ｓを形成している。そして、積層体Ｓに含侵された樹脂を硬化させることで、図１に示す複合材Ｆを成形している。なお、繊維シートを複数積層して平面形状に形成した積層体Ｓを、成形型１１を用いて、形状変化部Ｄを有する形状に賦形してもよい。形状変化部Ｄでは、賦形時において長手方向に直交する直交面内における積層体Ｓの長さが、長手方向に沿って変化しており、この変化に基づいて、リンクルの発生個所が事前に予測される。なお、実施形態１では、繊維シートとして、強化繊維に樹脂を含侵させたシートを適用しており、例えば、プリプレグを適用している。実施形態１では、繊維シートとしてプリプレグを適用したが、この構成に特に限定されず、樹脂を含まないドライ状態の強化繊維シートを適用してもよい。

（成形装置）
図２を参照して、成形装置１について説明する。図２に示すように、成形装置１は、成形型１１と、離型フィルム１２と、ブリーザー１４と、バッグフィルム（被覆部材）１５と、吸引装置１６とを備えている。成形装置１は、後述する効果を得るため、さらに押圧プレート（押圧部材）１３を備えてもよい。

成形型１１は、成形前の積層体Ｓを賦形させるための型材となっており、製品部位Ｆａと余剰部位Ｆｂとを含む成形後の複合材Ｆを成形している。ここで、図１に示す複合材Ｆは、余剰部位Ｆｂを除去した製品部位Ｆａの複合材Ｆである。

成形型１１は、長手方向に長い成形型となっている。成形型１１は、製品部位Ｆａを成形する第１の成形面と、余剰部位Ｆｂを成形する第２の成形面と、第２の成形面に形成される窪み２１と、を有する。具体的に、成形型１１は、上面１１ａと、上面１１ａに対向する下面１１ｂと、上面１１ａ及び下面１１ｂの幅方向両側に設けられる一対の側面１１ｃと、を有している。また、図示は省略するが、成形型１１は、一方の側面１１ｃに設けられ、形状変化部Ｄを成形するための傾斜面を、有している。傾斜面は、成形型１１の幅狭となる側面１１ｃと、成形型１１の幅広となる側面１１ｃとの間に位置しており、成形型１１の長手方向において傾斜するテーパ面となっている。第１の成形面は、上面１１ａと、上面１１ａに連なる一対の側面１１ｃの上面１１ａ側の一部と、上面１１ａに連なる傾斜面の上面１１ａ側の一部とからなっている。第２の成形面は、下面１１ｂと、下面１１ｂに連なる一対の側面１１ｃの下面１１ｂ側の一部と、下面１１ｂに連なる傾斜面の下面１１ｂ側の一部とからなっている。ここで、図２から図４に示す点線は、第１の成形面と第２の成形面とを分ける境界線、換言すれば、複合材Ｆの製品部位Ｆａと余剰部位Ｆｂとを分ける境界線Ｌとなっている。

窪み２１は、第２の成形面に設けられ、実施形態１では、下面１１ｂに設けられている。窪み２１は、例えば、屈曲する角部を有さない曲面により形成されている。窪み２１は、後述する内部雰囲気を吸引する工程において、下面１１ｂに対向して配置される積層体Ｓの一部を引き込むために、下面１１ｂに没入して形成される穴もしくは凹部となっている。窪み２１は、成形型１１の長手方向において、形状変化部Ｄが形成される位置に、換言すれば、リンクルが発生されると事前に予測される位置に、設けられている。また、窪み２１は、成形型１１の長手方向に直交する断面において、リンクル発生が予測される複合材Ｆの製品部位Ｆａに対応する余剰部位Ｆｂに対向する第２の成形面（下面１１ｂ）の位置に設けられている。なお、窪み２１は、長手方向に沿って延在して形成されていてもよい。

このような成形型１１に対して、積層体Ｓは、図２に示すように、成形型１１の長手方向を中心軸の軸方向として、成形型１１の周方向に巻き付けられる。これにより、積層体Ｓは、その一部が窪み２１に対向した状態で、成形型１１に配置される。

ここで、窪み２１に対向させる積層体Ｓの一部について説明する。積層体Ｓに用いられる繊維シートは、繊維方向が所定の一方向に引き揃えられた一方向材となっている。積層体Ｓは、繊維シートの繊維方向を異ならせて積層したものとなっている。繊維シートの繊維方向が成形型１１（複合材Ｆ）の長手方向と同方向となる配向角度を０°とし、長手方向に直交する幅方向となる配向角度を９０°とする。このとき、積層体Ｓに含まれる繊維シートの配向角度は、０°、４５°（＋４５°）、９０°、１３５°（－４５°）となっている。ここで、窪み２１に対向させる積層体Ｓの一部は、配向角度が９０°となる繊維シートとなっている。一方で、配向角度が９０°以外となる繊維シートは、第１の成形面から第２の成形面まで延伸するが、窪み２１に対向する位置までは延伸しないものとなっている。積層体Ｓは、後述する内部雰囲気を吸引する工程において、窪み２１に対向する位置の積層体Ｓの一部が窪み２１に引き込まれることで、周方向の引張荷重が積層体Ｓに付与される。配向角度が９０°となる繊維シートの繊維方向は、積層体Ｓに付与される引張荷重の引張方向と同じ方向となる。このため、繊維シートとして一方向材を用いる場合に、窪み２１に対向させる積層体Ｓの一部を配向角度９０°の繊維シートとすることで、引張荷重が、繊維シートの繊維方向に付与されるため、他の繊維シートを含め繊維シートの繊維がばらけることを抑制し、これによる複合材Ｆの強度低下を防ぐ。なお、実施形態１では、配向角度が９０°となる繊維シートを窪み２１に対向させたが、特に限定されず、繊維シートの積層パターンに応じて、配向角度が４５°よりも大きく１３５°よりも小さい繊維シートであればよい。

また、窪み２１に対向させる積層体Ｓの一部は、成形型１１の長手方向において、形状変化部Ｄに相当する位置の成形型１１に巻き付けられる。換言すれば、窪み２１は、成形型１１の長手方向に直交する幅方向において、成形される複合材Ｆの形状変化部Ｄの延長上における第２の成形面（下面１１ｂ）に形成されている。なお、積層体Ｓの一部は、成形型１１の長手方向の全長において、成形型１１に巻き付けてもよい。また、実施形態１では、繊維シートとして、一方向材を適用したが、織布であってもよいし、不織布であってもよく、特に限定されない。

ここで、図２から図４を参照して、成形型１１に巻き付けられる積層体Ｓの固定について説明する。成形型１１の周方向に巻き付けられる積層体Ｓの周方向における両端部は、引張荷重に対する反力を確保するためにそれぞれ固定される。図２に示す一例では、積層体Ｓは、成形型１１にループ状に巻き付けられ、積層体Ｓの周方向の両端部が重ね合わせられており、両端部が重複する重複部位が、テープ等の固定部材で固定されている。このとき、積層体Ｓの両端部が重複する重複部位は、窪み２１と対向するように形成される。

図３に示す一例では、積層体Ｓは、図２と同様に、成形型１１にループ状に巻き付けられ、積層体Ｓの周方向の両端部が重ね合わせられており、両端部が重複する重複部位が、テープ等の固定部材で固定されている。このとき、積層体Ｓの両端部が重複する重複部位は、図２と異なり、窪み２１と対向しないように形成される。なお、図２及び図３に示す例では、重複部位において端部同士の摩擦による固定が可能である場合には、固定部材を省いてもよい。また、図３に示す一例において、両端部が重複する重複部位は、余剰部位Ｆｂに位置するように設けてもよい。

図４に示す一例では、積層体Ｓは、成形型１１にループ状に巻き付けられ、積層体Ｓの周方向の両端部が対向するように突き合わせられており、両端部を突き合わせた突き合わせ部位が、テープ等の固定部材２５で固定されている。このとき、積層体Ｓの両端部を突き合わせた突き合わせ部位は、窪み２１と対向しないように形成される。なお、突き合わせ部位は、窪み２１と対向するように形成されていてもよい。

離型フィルム１２は、成形型１１に巻き付けられた積層体Ｓの外側を覆って配置される。離型フィルム１２は、積層体Ｓとバッグフィルム１５との接合を抑制しており、積層体Ｓからバッグフィルム１５を離型するためのフィルムとなっている。なお、離型フィルム１２は、積層体Ｓから引き剥がし可能なピールプライであってもよい。

実施形態１の成形装置１においては、さらに押圧プレート１３を備えていてもよい。押圧プレート１３を付加的に用いることで、積層体Ｓの押圧を行うこととしてもよい。押圧プレート１３は、離型フィルム１２の外側に配置され、積層体Ｓの押圧を要する所定の箇所に配置される。実施形態１において、押圧プレート１３は、成形型１１の上面１１ａ及び一対の側面１１ｃに対向して配置される。押圧プレート１３は、板状に形成されており、積層体Ｓの外側における形状の変化を抑制する。

ブリーザー１４は、離型フィルム１２及び押圧プレート１３の外側を覆って配置される。ブリーザー１４は、後述する真空吸引時において、バッグフィルム１５の内部雰囲気が流通する流路となる脱気回路を形成している。

バッグフィルム１５は、成形型１１と共に積層体Ｓを収容する袋状のフィルムである。バッグフィルム１５は、その内部を気密に封止する。このため、バッグフィルム１５の内部と成形型１１とは、外部に対して気密に封止される。バッグフィルム１５には、吸引装置１６に接続される吸引穴１５ａが設けられている。バッグフィルム１５は、内部雰囲気が真空吸引されることで、内外気圧差（例えば、大気圧）による押圧力を積層体Ｓに付与する。なお、バッグフィルム１５は、大気圧に特に限定されず、オートクレーブ等で加圧することで、大気圧以上の押圧力を積層体Ｓに付与してもよい。

吸引装置１６は、バッグフィルム１５の吸引穴１５ａに接続され、バッグフィルム１５の内部を真空引きする。

（複合材の成形方法）
次に、図５を参照して、成形装置１を用いた複合材Ｆの成形方法について説明する。図５に示すように、複合材Ｆの成形方法では、先ず、窪み２１が形成された成形型１１を用意する（ステップＳ１）。続いて、複合材Ｆの成形方法では、積層体Ｓの一部を窪み２１に対向させて、成形型１に積層体Ｓを配置する（ステップＳ２）。ステップＳ２では、繊維シートを成形型１１に巻き付け、これを複数回繰り返すことで、繊維シートを積層し、積層体Ｓを形成する。また、ステップＳ２では、積層体Ｓの少なくとも一部、例えば、配向角度が９０°となる繊維シートを、成形型１１の周方向に巻き付けて、窪み２１に対向するように配置する。なお、ステップＳ２において、積層体Ｓの固定は、図２から図４に示す何れの固定であってもよい。なお、ステップＳ２では、繊維シートの層間に残存する空気を抜くために（デバルクするために）、数層積層するごとに、バッグフィルム１５を用いて真空引きしてもよい。

次に、複合材Ｆの成形方法では、成形型１１に巻き付けた積層体Ｓの外側に、離型フィルム１２、押圧プレート１３及びブリーザー１４を順に配置する（ステップＳ３）。そして、複合材Ｆの成形方法では、成形型１１に巻き付けた積層体Ｓを、離型フィルム１２、押圧プレート１３及びブリーザー１４と共に、バッグフィルム１５の内部に収容する（ステップＳ４）。これにより、ステップＳ４では、積層体Ｓをバッグフィルム１５により覆って、成形型１１が収容されたバッグフィルム１５の内部を気密に封止する。続いて、複合材Ｆの成形方法では、吸引装置１６によりバッグフィルム１５の内部を真空引きすることで、ブリーザー１４によって形成された脱気回路を介して、バッグフィルム１５の内部雰囲気を吸引する（ステップＳ５）。ステップＳ５において、バッグフィルム１５の内部が真空引きされると、内外圧力差によりバッグフィルム１５及び離型フィルム１２を介して積層体Ｓへの押圧力が加わり、これにより、成形型１１の窪み２１に積層体Ｓの一部が引き込まれることで、積層体Ｓに周方向の引張荷重が付与される。これにより、積層体Ｓの長さが変化する部位に引張荷重が付与されることで、リンクルの発生が抑制される。そして、ステップＳ５では、成形型１１の第１の成形面及び第２の成形面に倣って、積層体Ｓが賦形される。なお、積層体Ｓの繊維シートが、ドライ状態の強化繊維シートである場合、ステップＳ５の後、またはステップＳ５と同時に、繊維シートに樹脂を含侵させる工程が実行される。

この後、複合材Ｆの成形方法では、賦形後の積層体Ｓをバッグフィルム１５と共に、加熱炉２７内に入れて加熱することで、積層体Ｓに含侵される樹脂を硬化させる（ステップＳ６）。ステップＳ６では、賦形後の積層体Ｓを熱硬化させることで、製品部位Ｆａと余剰部位Ｆｂとを含む複合材Ｆを成形する。なお、加熱炉２７は、加圧を行わないオーブンであってもよいし、加圧を行うオートクレーブであってもよい。つまり、積層体Ｓの加熱硬化時において、積層体Ｓを加圧して加熱してもよいし、大気圧下において積層体Ｓを加熱してもよい。そして、複合材Ｆの成形方法では、成形型１１から成形後の複合材Ｆを離型し、成形後の複合材Ｆの余剰部位Ｆｂをトリム加工により除去する（ステップＳ７）ことで、図１に示す形状変化部Ｄが形成された複合材Ｆの製品部位Ｆａを取得する。ステップＳ７の実行後、複合材Ｆの成形方法が終了となる。

［実施形態２］
次に、図６を参照して、実施形態２について説明する。なお、実施形態２では、重複した記載を避けるべく、実施形態１と異なる部分について説明し、実施形態１と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。図６は、実施形態２に係る成形装置を模式的に示した図である。

実施形態２の成形装置３１は、成形型１１に形成される窪み３３の位置が、実施形態１と異なっており、成形型１１を敷板３５上に配置した装置構成となっている。成形装置３１は、実施形態１と同様に、成形型１１と、離型フィルム１２と、押圧プレート１３と、ブリーザー１４と、バッグフィルム１５と、吸引装置（図示省略）とを備える。また、成形装置３１は、成形型１１を配置する敷板３５を、さらに備える。なお、離型フィルム１２及び押圧プレート１３は、実施形態１と同様であるため、説明を省略する。

成形型１１は、成形型１１に形成される窪み３３が、第２の成形面に設けられ、具体的に、一方の側面１１ｃの下面１１ｂ側に設けられている。なお、窪み３３は、一方の側面１１ｃの下面１１ｂ側だけでなく、他方の側面１１ｃの下面１１ｂ側に設けてもよく、２個の窪み３３が対向するように配置してもよい。つまり、窪み３３は、１個であってもよいし、２個であってもよく、１個以上あればよい。

このような成形型１１に対して、積層体Ｓは、図６に示すように、成形型１１の第１の成形面、及び一方の側面１１ｃの下面１１ｂ側に亘って形成される。このとき、積層体Ｓは、その一部、具体的には幅方向における一方の端部が窪み３３に対向した状態で、成形型１１に配置される。

ここで、成形型１１に配置される積層体Ｓの固定について説明する。成形型１１に配置される積層体Ｓの幅方向における両端部は、引張荷重に対する反力を確保するために固定される。具体的に、積層体Ｓは、その幅方向の両端部が、成形型１１の一対の側面１１ｃに位置しており、両端部が、テープ等の固定部材で成形型１１に固定される。

敷板３５は、平板形状の台となっており、吸引装置に接続される吸引穴１５ａが設けられている。ブリーザー１４は、敷板３５上に設置された成形型１１、離型フィルム１２及び押圧プレート１３の外側を覆って配置され、その周縁が敷板３５上に配置されると共に、吸引穴１５ａに対向して配置される。バッグフィルム１５は、敷板３５上に設置された成形型１１、離型フィルム１２、押圧プレート１３及びブリーザー１４の外側を覆って配置され、シール材３６を介して、敷板３５上に固定されている。このため、バッグフィルム１５と敷板３５との間は気密に封止される。

このような成形型１１を用いた複合材Ｆの成形方法では、成形型１１に配置した積層体Ｓに対して、離型フィルム１２及び押圧プレート１３を配置して、敷板３５上に設置する。この後、複合材Ｆの成形方法では、敷板３５上に設置された成形型１１を含む積層体Ｓに対して、ブリーザー１４及びバッグフィルム１５を覆い、バッグフィルム１５と敷板３５との間の内部雰囲気を吸引する。すると、成形型１１の窪み３３に積層体Ｓの一方の端部が引き込まれることで、積層体Ｓに引張荷重が付与される。これにより、積層体Ｓの長さが変化する部位に周方向の引張荷重が付与されることで、リンクルの発生が抑制される。

［実施形態３］
次に、図７を参照して、実施形態３について説明する。なお、実施形態３でも、重複した記載を避けるべく、実施形態１及び２と異なる部分について説明し、実施形態１及び２と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。図７は、実施形態３に係る成形装置の成形型を模式的に示した図である。

実施形態３の成形装置４１の成形型１１は、成形型本体４５と、成形型本体４５に着脱されるアタッチメント部４６と、を有している。成形型本体４５の下面１１ｂには、アタッチメント部４６を装着するために嵌め合わされる篏合溝が形成されている。窪み２１は、アタッチメント部４６に形成されている。窪み２１は、例えば、成形型１１の長手方向に亘って形成されており、アタッチメント部４６は、成形型本体４５の下面１１ｂに形成された篏合溝に着脱自在に設けられ、窪み２１に沿って、長手方向に亘って設けられている。アタッチメント部４６は、窪み２１の形状に応じて、複数用意してもよい。例えば、積層体Ｓの条件に応じて適正な成形条件を追い込む際には、窪み２１の形状の異なるアタッチメント部４６を順次付け替える成形を志向することができる。

窪み２１は、長手方向に直交する断面の形状が、成形される複合材Ｆの形状に応じて変化させてもよい。複合材Ｆは、例えば、長手方向の一方側から他方側へ向かって、断面内における大きさが小さくなっていく桁部材である場合、窪み２１は、長手方向一方側から他方側へ向かって、断面内における断面形状が小さくなるように変化してもよい。実施形態３では、成形型本体４５に対してアタッチメント部４６を付け替えることで、窪み２１の形状を変化させてもよい。なお、実施形態３では、成形型本体４５の下面１１ｂにアタッチメント部４６及び篏合溝を設けたが、下面１１ｂに代えて、側面１１ｃに設けてもよい。

なお、実施形態１から３では、形状変化部Ｄを有する複合材Ｆを成形する場合について説明したが、形状変化部Ｄを有さない複合材Ｆ、つまり、長手方向に直交する直交面内において、断面凹形状となるように二次元的に変形させた桁部材（スパー）に適用してもよい。この場合、形状変化部Ｄに依らずに、桁部材に形成されるコーナー部等で発生するリンクルの形成を抑制することができる。

以上のように、実施形態１から３に記載の複合材の成形方法及び成形装置１は、例えば、以下のように把握される。

第１の態様に係る複合材の成形方法は、繊維シートを複数積層した積層体Ｓを、成形型１１を用いて賦形して硬化させることで、複合材Ｆを成形する複合材Ｆの成形方法において、前記複合材Ｆは、製品として成形される部位となる製品部位Ｆａと、前記製品部位Ｆａに連なる余剰部位Ｆｂと、を含み、前記成形型１１は、前記製品部位Ｆａを成形する第１の成形面と、前記余剰部位Ｆｂを成形する第２の成形面と、前記第２の成形面に配置される前記積層体Ｓの一部を引き込むための窪み２１と、を有し、前記積層体Ｓの一部を前記窪み２１に対向させて、前記成形型１１に前記積層体Ｓを配置するステップＳ２と、前記積層体Ｓを被覆部材（バッグフィルム１５）により覆って、前記被覆部材と前記成形型１１との間を気密に封止するステップＳ４と、前記被覆部材と前記成形型１１との間の雰囲気を吸引し、前記窪み２１に前記積層体Ｓの一部を引き込ませて、前記積層体Ｓを賦形するステップＳ５と、賦形後の前記積層体Ｓを硬化させることで、前記製品部位Ｆａと前記余剰部位Ｆｂとを含む前記複合材Ｆを成形するステップＳ６と、を備える。

この構成によれば、窪み２１に、積層体Ｓの一部を引き込ませることで、積層体Ｓに引張荷重を付与した状態で、積層体Ｓを賦形することができる。このため、積層体Ｓの賦形による成形不良の発生を抑制することができる。これに対して、成形型全体をバッグフィルムで覆う従来の成形方法では、成形過程において付与される内外圧差による押圧力は、成形面の法線方向に働き、ジョグル部でのリンクルを効率的に解消できなかった。本開示の構成では、積層体Ｓの一部を引き込ませることで、積層体Ｓに賦形過程あるいは成形過程において引張荷重を付与し、成形不良の発生を抑制することができる。

第２の態様として、第１の態様に係る複合材Ｆの成形方法において、前記複合材Ｆは、長手方向に長く、前記長手方向に直交する直交面内において変形させた桁部材であり、前記製品部位Ｆａは、形状が変化する形状変化部Ｄを有し、前記形状変化部Ｄは、前記桁部材の前記長手方向を含む面内において変形させた部位である。

この構成によれば、形状変化部Ｄを有する複合材Ｆであっても、積層体Ｓの賦形による成形不良の発生を抑制することができる。

第３の態様として、第２の態様に係る複合材Ｆの成形方法において、前記繊維シートは、繊維方向が一方向に引き揃えられた一方向材であり、前記積層体Ｓは、前記繊維シートの前記繊維方向を異ならせて積層したものとなっており、前記繊維シートの前記繊維方向が前記長手方向と同方向となる配向角度を０°とし、前記長手方向に直交する方向となる配向角度を９０°とすると、前記窪み２１は、前記長手方向に直交する方向において、前記形状変化部Ｄの延長上における前記第２の成形面に形成され、前記成形型１１に前記積層体Ｓを配置するステップでは、前記窪み２１に対向させる前記積層体Ｓの一部として、前記配向角度が４５°よりも大きく１３５°よりも小さい前記繊維シートを、前記窪み２１に対向させる。

この構成によれば、繊維シートとして一方向材を用いる場合であっても、繊維シートの繊維がばらけることを抑制し、積層体Ｓを好適に賦形することができる。

第４の態様として、第１から第３のいずれか１つの態様に係る複合材Ｆの成形方法において、成形後の前記複合材Ｆの前記余剰部位Ｆｂを除去するステップを、さらに備える。

この構成によれば、窪み２１に引き込まれて成形された複合材Ｆの余剰部位Ｆｂを除去することで、複合材Ｆの製品部位Ｆａを好適に成形することができる。

第５の態様として、第１から第４のいずれか１つの態様に係る複合材Ｆの成形方法において、前記被覆部材は、前記成形型１１と共に前記積層体Ｓを収容するバッグフィルム１５である。

この構成によれば、バッグフィルム１５に、積層体Ｓを成形型１１と共に収容して、積層体Ｓを賦形することができるため、成形装置１の装置構成をコンパクトなものとすることができる。

第６の態様として、第１から第５のいずれか１つの態様に係る複合材Ｆの成形方法において、前記成形型１１は、長手方向に長いものとなっており、前記成形型１１に前記積層体Ｓを配置するステップＳ２では、前記長手方向を中心軸の軸方向として、前記成形型１１の周方向に前記積層体Ｓを巻き付けて、前記成形型１１に前記積層体Ｓを配置する。

この構成によれば、成形型１１の周方向に巻き付けるだけで、成形型１１の成形面に倣って積層体Ｓを簡単に配置することができる。

第７の態様として、第６の態様に係る複合材Ｆの成形方法において、前記成形型１１に前記積層体Ｓを配置するステップでは、前記成形型１１の周方向に巻き付けられる前記積層体Ｓの周方向の両端部を重ね合わせる。

この構成によれば、積層体Ｓの両端部を重ね合わせることで、積層体Ｓの両端部に相互に反力を付与することができるため、窪み２１に積層体Ｓの一部が引き込まれる場合であっても、積層体Ｓに対して引張荷重を好適に付与することができる。

第８の態様として、第６の態様に係る複合材Ｆの成形方法において、前記成形型１１に前記積層体Ｓを配置するステップでは、前記成形型１１の周方向に巻き付けられる前記積層体Ｓの周方向の両端部を突き合わせて接合する。

この構成によれば、積層体Ｓの両端部を突き合わせて接合することで、積層体Ｓの両端部に相互に反力を付与することができるため、窪み２１に積層体Ｓの一部が引き込まれる場合であっても、積層体Ｓに対して引張荷重を好適に付与することができる。

第９の態様として、第１から第８のいずれか１つの態様に係る複合材Ｆの成形方法において、前記被覆部材と前記成形型１１との間を気密に封止するステップＳ４では、前記積層体Ｓが前記成形型１１に倣うように押圧するための押圧部材（押圧プレート１３）を、前記積層体Ｓ上に配置する。

この構成によれば、積層体Ｓに引張荷重が付与されると、自由エネルギー最小の原理（最小ポテンシャルエネルギーの原理）により、積層体Ｓは円形になろうとする。このとき、押圧部材により積層体Ｓを成形型１１へ向かって押圧することで、押圧部材は押圧方向の剛性により積層体Ｓが円形になることを抑止し、積層体Ｓを成形型１１に倣った形状とすることができる。なお、押圧部材の端部は、積層体Ｓへの接地圧が局所的に高くなり、フットプリントが積層体Ｓに転写されるため、チャンファ加工することが望ましいが、チャンファ加工はなくてもよい。

第１０の態様に係る成形装置は、繊維シートを複数積層した積層体Ｓを賦形して硬化させることで、複合材Ｆを成形するための成形装置１において、前記複合材Ｆは、製品として成形される部位となる製品部位Ｆａと、前記製品部位Ｆａに連なる余剰部位Ｆｂと、を含み、前記製品部位Ｆａを成形する第１の成形面と、前記余剰部位Ｆｂを成形する第２の成形面と、前記第２の成形面に配置される前記積層体Ｓの一部を引き込むための窪み２１と、を有する成形型１１と、前記積層体Ｓを覆う被覆部材（バッグフィルム１５）と、前記被覆部材と前記成形型１１との間が気密に封止された状態で、前記被覆部材と前記成形型１１との間の雰囲気を吸引する吸引装置１６と、を備える。

この構成によれば、窪み２１に、積層体Ｓの一部を引き込ませることで、積層体Ｓに引張荷重を付与した状態で、積層体Ｓを賦形することができる。このため、積層体Ｓの賦形による成形不良の発生を抑制することができる。

第１１の態様として、第１０の態様に係る成形装置において、前記複合材Ｆは、長手方向に長く、前記長手方向に直交する直交面内において変形させた桁部材であり、前記長手方向の一方側から他方側へ向かって、前記直交面内における大きさが小さくなっており、前記窪み２１は、前記長手方向の一方側から他方側へ向かって、前記直交面内における断面形状が小さくなる。

この構成によれば、複合材の直交面（断面）内における大きさに応じて、窪み２１の断面形状の大きさを変化させることで、引張荷重の大きさを適切に変化させることができる。

第１２の態様として、第１０または第１１の態様に係る成形装置において、前記成形型１１は、成形型本体４５と、前記成形型本体４５に着脱される共に前記窪み２１が形成されたアタッチメント部４６と、を有する。

この構成によれば、アタッチメント部４６を成形型本体４５に付け替えることで、窪み２１の形状を簡単に変化させることができる。

１ 成形装置
１１ 成形型
１２ 離型フィルム
１３ 押圧プレート（押圧部材）
１４ ブリーザー
１５ バッグフィルム（被覆部材）
１６ 吸引装置
２１ 窪み
３１ 成形装置（実施形態２）
３３ 窪み
４１ 成形装置（実施形態３）
４５ 成形型本体
４６ アタッチメント部
Ｄ 形状変化部
Ｆ 複合材
Ｆａ 製品部位
Ｆｂ 余剰部位
Ｓ 積層体

Claims (12)

1. 繊維シートを複数積層した積層体を、成形型を用いて賦形して、前記繊維シートに含侵させた樹脂を硬化させることで、複合材を成形する複合材の成形方法において、
   前記複合材は、製品として成形される部位となる製品部位と、前記製品部位に連なる余剰部位と、を含み、
   前記成形型は、前記製品部位を成形する第１の成形面と、前記余剰部位を成形する第２の成形面と、前記第２の成形面に配置される前記積層体の一部を引き込むための窪みと、を有し、
   前記積層体の一部を前記窪みに対向するように、前記第１の成形面から前記第２の成形面にわたって前記成形型に前記積層体を配置するステップと、
   前記積層体を被覆部材により覆って、前記被覆部材と前記成形型との間を気密に封止するステップと、
   前記被覆部材と前記成形型との間の雰囲気を吸引し、前記窪みに前記積層体の一部を引き込ませて、前記積層体を賦形するステップと、
   賦形後の前記積層体を硬化させることで、前記製品部位と前記余剰部位とを含む前記複合材を成形するステップと、を備える複合材の成形方法。
2. 前記複合材は、長手方向に長く、前記長手方向に直交する直交面内において変形させた桁部材であり、
   前記製品部位は、形状が変化する形状変化部を有し、
   前記形状変化部は、前記桁部材の前記長手方向を含む面内において変形させた部位である請求項１に記載の複合材の成形方法。
3. 前記繊維シートは、繊維方向が一方向に引き揃えられた一方向材であり、
   前記積層体は、前記繊維シートの前記繊維方向を異ならせて積層したものとなっており、
   前記繊維シートの前記繊維方向が前記長手方向と同方向となる配向角度を０°とし、前記長手方向に直交する方向となる配向角度を９０°とすると、
   前記窪みは、前記長手方向に直交する方向において、前記形状変化部の延長上における前記第２の成形面に形成され、
   前記成形型に前記積層体を配置するステップでは、前記窪みに対向させる前記積層体の一部として、前記配向角度が４５°よりも大きく１３５°よりも小さい前記繊維シートを、前記窪みに対向させる請求項２に記載の複合材の成形方法。
4. 成形後の前記複合材の前記余剰部位を除去するステップを、さらに備える請求項１に記載の複合材の成形方法。
5. 前記被覆部材は、前記成形型と共に前記積層体を収容するバッグフィルムである請求項１に記載の複合材の成形方法。
6. 前記成形型は、長手方向に長いものとなっており、
   前記成形型に前記積層体を配置するステップでは、前記長手方向を中心軸の軸方向として、前記成形型の周方向に前記積層体を巻き付けて、前記成形型に前記積層体を配置する請求項１に記載の複合材の成形方法。
7. 前記成形型に前記積層体を配置するステップでは、前記成形型の周方向に巻き付けられる前記積層体の周方向の両端部を重ね合わせる請求項６に記載の複合材の成形方法。
8. 前記成形型に前記積層体を配置するステップでは、前記成形型の周方向に巻き付けられる前記積層体の周方向の両端部を突き合わせて接合する請求項６に記載の複合材の成形方法。
9. 前記被覆部材と前記成形型との間を気密に封止するステップでは、前記積層体が前記成形型に倣うように押圧するための押圧部材を、前記積層体上に配置する請求項１に記載の複合材の成形方法。
10. 繊維シートを複数積層した積層体を賦形して、前記繊維シートに含侵させた樹脂を硬化させることで、複合材を成形するための成形装置において、
    前記複合材は、製品として成形される部位となる製品部位と、前記製品部位に連なる余剰部位と、を含み、
    前記製品部位を成形する第１の成形面と、前記余剰部位を成形する第２の成形面と、前記第２の成形面に配置される前記積層体の一部を引き込むための窪みと、を有する成形型と、
    前記積層体を覆う被覆部材と、
    前記被覆部材と前記成形型との間が気密に封止された状態で、前記被覆部材と前記成形型との間の雰囲気を吸引する吸引装置と、を備える成形装置。
11. 前記複合材は、長手方向に長く、前記長手方向に直交する直交面内において変形させた桁部材であり、前記長手方向の一方側から他方側へ向かって、前記直交面内における断面形状が変化しており、
    前記窪みは、前記長手方向の一方側から他方側へ向かって、前記直交面内における断面形状が変化する請求項１０に記載の成形装置。
12. 前記成形型は、成形型本体と、前記成形型本体に着脱される共に前記窪みが形成されたアタッチメント部と、を有する請求項１０に記載の成形装置。

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