JP5779593B2 - 成形治具および成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、複合材料成形品の表面を成形する成形型、この成形型を含む成形治具、およびこの成形型を用いた成形方法に関する。

航空機の胴体の外側は、スキンパネルと呼ばれる薄い部材により形成されている（例えば、特許文献１参照）。近年、繊維強化樹脂複合材料（以下、単に「複合材料」と称す。）を用いてこのスキンパネルを従来に比べはるかに広い範囲で一体に形成する技術が開発されている。例えば、大型航空機の胴体の中央付近ではスキンパネルは円筒形状を有しているが、この円筒形状のスキンパネルを継ぎ目なしに一体に形成するのである。

上述した円筒形状のスキンパネルを製造するには、炭素繊維等の織物に半硬化の熱硬化性樹脂（エポキシ樹脂等）を含浸させたシート状のプリプレグを積層して（以下、プリプレグを積層したものを「積層体」と称す。）円筒形状に形成し、この積層体に圧力と熱を加えて硬化する。このとき、積層体の表面に滑らかな面を持つ成形型（一般に「カールプレート」又は「カウルプレート」と呼ばれている。）を密着させて硬化し、硬化後の部品の表面を滑らかに成形することが重要である。スキンパネルの外表面は気流に接する面であり、高い平滑度が求められているからである。

特表２００９−５２６６９７号公報

上記の成形方法で使用される成形型としては、スキンパネルの外周形状を反転した反転形状、つまり内部表面の断面が円形状である成形型が使用される。ただし、大型航空機のスキンパネルは直径が５〜１０ｍと非常に大きいことから、単一の成形型で成形を行うことは実質的に不可能で、現実には断面が円弧形状（部分円形状）の内部表面を有する成形型を複数組み合わせて積層体（スキンパネル）の全周に取り付けている。

しかし、上記の成形型は、次の理由により必ずしも取り扱いやすいとは言えなかった。つまり、成形型の重量が大きい上に、成形型を積層体に取付ける際には成形型を水平に維持しなければならなかった。そのため、大型の装置や水平を維持するための保持具が必要であり、また、隣接する成形型に干渉しやすく位置合わせ操作も容易ではなかった。さらに、成形型は重ねて保管することができないため、単純に考えても、スキンパネルの展開面積程度の広い保管場所が必要であった。

本発明は上記のような課題を解決するためになされたものであって、取り扱いやすい成形型を提供することを目的とする。

本発明は上記のような課題を解決するためになされたものであって、本発明のある形態に係る成形治具は、プリプレグを積層した積層体を硬化する際、その外表面に接触して当該外表面を成形する成形型と、前記成形型を前記積層体の形状に対応するように当該積層体に密着させ、その状態で前記成形型をバックフィルムで覆うための保持手段と、を備え、前記成形型は、当該平面板形状から前記積層体の形状に対応する形状へ弾性変形して前記積層体に密着可能である。かかる構成によれば、成形型を一端側から吊った状態で移動することができるため、成形型の取付作業が容易である。また、成形型は弾性変形の範囲で変形するため、繰り返し使用することができる。

また、上記の成形治具において、前記成形型は平面形状を有することが望ましい。かかる構成によれば、成形型を立てた状態で保管することができるため、保管場所も小さく抑えることができる。

また、上記の成形治具において、前記成形型は繊維強化プラスチックを材料とすることが望ましい。かかる構成によれば、例えば成形型の材料が金属である場合に比べて、弾性変形の範囲が広いため設計の自由度が高く、また、局部変形しにくいため耐久性も向上させることができる。

また、上記の成形治具において、前記成形型は厚みが１.５ｍｍ±０.５ｍｍであることが望ましい。かかる構成によれば、積層体の表面に密着可能な可撓性を有しつつも、積層体の表面を成形するための最低限の剛性を備えることができる。

また、本発明の他の形態に係る成形治具は、プリプレグを積層した積層体を硬化する際、その表面を成形する成形型と、前記成形型を前記積層体に密着させる保持手段と、を備え、前記成形型は、前記積層体の形状に対応する形状へ弾性変形して前記積層体に密着可能であり、前記保持手段は、前記成形型の外表面側に張る締め付け可能な保持ベルトと、前記保持ベルトと前記成形型の間に挿入する複数のスペーサと、を有する。かかる構成によれば、保持ベルトを締め付けることにより、複数のスペーサが成形型に対して垂直な方向の力を加えることができるため、成形型を積層体に密着させることができる。

また、上記の成形治具において、前記複数のスペーサには、互いに高さの異なるスペーサが含まれており、前記積層体が円筒形状を有し、かつ、前記保持ベルトが前記積層体の軸方向に張られたとき、前記複数のスペーサに含まれる各スペーサは、前記保持ベルトの中央に近づくにつれて高くなる順に配置されるように構成してもよい。かかる構成によれば、成形型に対して垂直な方向の力がかかりにくい保持ベルトの中央付近でも十分に力を加えることができ、軸方向における力の差を小さく抑えることができる。

また、本発明のさらに他の形態に係る成形治具は、プリプレグを積層した積層体を硬化する際、その表面を成形する成形型と、前記成形型を前記積層体に密着させる保持手段と、を備え、前記成形型は、前記積層体の形状に対応する形状へ弾性変形して前記積層体に密着可能であり、前記プリプレグは磁性体の芯型に積層されており、前記保持手段は、磁力を発生し、前記成形型及び前記積層体を挟んで前記芯型に吸着可能な複数の保持磁石を有する。かかる構成によれば、複数の保持磁石が成形型に対して垂直な方向の力を加えることができるため、成形型を積層体に密着させることができる。

また、上記の成形治具において、前記保持磁石は、一の面からのみ大きな磁力が発生するように構成してもよい。かかる構成によれば、保持磁石から発生する磁力は成形型に向かう方向のみに働くため、他の保持磁石等に影響を与えることはなく、保持磁石から成形型へ十分な力を加えることができる。

さらに、本発明のある形態に係る成形方法は、プリプレグを積層して積層体を形成する積層工程と、可撓性の成形型を前記積層体の形状に対応するように変形させながら保持手段によって前記積層体に密着させる被覆工程と、前記積層体の形状に対応するように当該積層体に密着された前記成形型をバックフィルムで覆うバギング工程と、前記成形型を密着させた状態で前記積層体を硬化させる硬化工程と、を含んでいる。かかる方法によれば、成形型を積層体に密着させる被覆工程を容易に行うことができる。

また、本発明の他の形態に係る成形方法は、プリプレグを積層して積層体を形成する積層工程と、可撓性の成形型を前記積層体の形状に対応するように変形させながら前記積層体に密着させる被覆工程と、前記成形型を密着させた状態で前記積層体を硬化させる硬化工程と、を含み、前記被覆工程において、前記成形型の外表面側に保持ベルトを張るとともに、前記保持ベルトと前記成形型の間に複数のスペーサを配置し、前記保持ベルトを締め付けることにより前記成形型を前記積層体に密着させる。かかる方法によれば、保持ベルトを締め付けることにより、複数のスペーサが成形型に対して垂直な方向の力を加えることができるため、成形型を積層体に密着させることができる。

また、上記の成形方法において、前記積層体は円筒形状を有しており、前記被覆工程において、前記保持ベルトを前記積層体の軸方向に張り、前記複数のスペーサを前記保持ベルトの中央に近づくにつれて高くなる順に配置するようにしてもよい。かかる方法によれば、成形型に対して垂直な方向の力がかかりにくい保持ベルトの中央付近でも十分に力を加えることができ、軸方向位置における力の差を小さく抑えることができる。

また、本発明のさらに他の形態に係る成形方法は、プリプレグを積層して積層体を形成する積層工程と、可撓性の成形型を前記積層体の形状に対応するように変形させながら前記積層体に密着させる被覆工程と、前記成形型を密着させた状態で前記積層体を硬化させる硬化工程と、を含み、上記の成形方法において、前記プリプレグは磁性体の芯型に積層されており、前記被覆工程において、磁力を発生する複数の保持磁石を、前記成形型及び前記積層体を挟んで前記芯型に吸着させることにより、前記成形型を前記積層体に密着させる。かかる方法によれば、複数の磁石が成形型に対して垂直な方向の力を加えることができるため、成形型を積層体に密着させることができる。

また、上記の成形方法において、前記積層体は円筒形状を有しており、前記被覆工程において、前記複数の保持磁石を前記成形型上において軸方向に均等に配置するとともに周方向に均等に配置するようにしてもよい。かかる方法によれば、複数の保持磁石により、成形型に対して垂直な方向の力を軸方向及び円周方向において均等に加えることができる。

また、上記の成形方法において、前記被覆工程において、前記積層体の全周に前記成形型を密着させる際、前記積層体を回転させることにより、常に前記積層体の側方側から前記成形型を前記積層体に密着させる作業を行うようにしてもよい。かかる方法によれば、例えば、積層体の上方から作業を行う場合に比べ、より安全に被覆工程の作業を行うことができる。

上記のように、本発明に係る成形型によれば、成形型を一端側から吊った状態で移動することができるため、成形型の取付作業が容易である。また、成形型を立てた状態で保管することができるため、保管場所も小さく抑えることができる。つまり、本発明によれば、取り扱いやすい成形型を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る成形治具の取付状態を示した図である。 本発明の第１実施形態に係る成形方法のうち被覆工程の一部を示した図である。 本発明の第１実施形態に係る成形方法のうち被覆工程の一部を示した図である。 本発明の第１実施形態に係る成形方法のうち被覆工程の一部を示した図である。 本発明の第１実施形態に係る成形方法のうちバギング工程の一部を示した図である。 本発明の第１実施形態に係る成形方法のうちバギング工程の一部を示した図である。 本発明の第１実施形態に係る成形方法のうちバギング工程の一部を示した図である。 本発明の第２実施形態に係る成形方法のうち被覆工程の一部を示した図である。 本発明の第２実施形態に係る成形方法のうち被覆工程の一部を示した図である。 本発明の第２実施形態に係る成形方法のうちバギング工程の一部を示した図である。 本発明の第２実施形態に係る成形方法のうちバギング工程の一部を示した図である。

以下、本発明に係る成形治具および成形方法の実施形態について図を参照しながら説明する。以下では、全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同じ符号を付して、重複する説明は省略する。
（第１実施形態）
はじめに、図１乃至図７を参照して、本発明の第１実施形態について説明する。

＜成形治具の構成＞
まず、図１を参照しながら、本実施形態に係る成形治具１００の構成について説明する。なお、本実施形態に係る成形治具１００は、大型航空機の胴体部分のスキンパネルを成形するものとする。また、このスキンパネルは、直径が約６ｍで軸方向長さが約７ｍの円筒形状を有するものとする。図１は、本実施形態に係る成形治具１００の使用状態を示した斜視図である。図１に示すように、本実施形態に係る成形治具１００は、成形型１０と、軸方向保持ベルト２０と、軸方向スペーサ３０と、周方向保持ベルト４０と、周方向スペーサ５０とを備えている。以下、これらの各構成要素について順に説明する。

成形型１０は、積層体６０（図２及び図３参照）に密着して積層体６０の表面を成形するための構成要素である。使用する成形型１０の数は特に限定されないが、本実施形態では７枚の成形型１０を使用する。成形型１０は、主面が長方形である平面板形状を有しており（図２参照）、横幅は約７ｍであって、硬化後に切り捨てる余剰部を持つ積層体６０の軸方向の寸法よりもわずかに小さく形成されている。上記７枚の成形型１０の縦方向寸法を足した寸法は、成形型をセットしたときに乗り上げないために積層体６０の外周寸法よりわずかに小さい。本実施形態では各成形型１０の縦方向寸法はそれぞれ若干異なるように形成されているが、いずれも約３ｍ程度である。なお、各成形型１０を全て同じ縦方向寸法になるように構成してもよい。成形型１０は可撓性を有し、平面板形状から積層体６０の形状（円筒形状の一部）に対応する形状へ弾性変形して積層体６０に密着することができる。各成形型１０は、主面が平滑に形成されており、また、いずれも炭素繊維強化プラスチック（以下、「ＣＦＲＰ」と称す。）を材料としている。このようにＣＦＲＰを材料とするのは、ＣＦＲＰは弾性変形の範囲が広いため設計の自由度が高く、また、局部変形しにくいため耐久性を向上させることができるからである。

ここで、成形型１０の製造方法を簡単に説明する。まず、定盤上で炭素繊維クロス材強化エポキシ樹脂プリプレグ、および炭素繊維一方向材強化エポキシ樹脂プリプレグを交互に１０枚積層する。続いて、積層したプリプレグを真空バッグで包んで真空引きし、その状態で熱と圧力を加えて硬化する。その後、硬化したプリプレグを真空バッグから取り出して、所定の寸法に裁断する。以上により、成形型１０が完成する。なお、ここで示したプリプレグの積層枚数等は、あくまでも一例であって、成形対象であるスキンパネルの寸法や材料によって適宜変更される。

ただし、成形型１０は、積層体６０（スキンパネル）の硬化中に積層体６０の変形を制限することで成形を行うものであるから、剛性が高ければその分高い精度で成形を行うことができる。可撓性が高ければ作用性が良いが、それだけでは必ずしも高い精度で成形を行うことができないのである。この点を考慮すれば、成形対象が直径５〜１０ｍの大型航空機用の胴体スキンパネルであり成形型の材料がＣＦＲＰの場合には、成形型１０の厚みは１ｍｍ以上であることが望ましい。さらに、本実施形態のようにスキンパネルが直径６ｍ程度である場合、そのスキンパネル（積層体６０）の表面に密着可能な可撓性を有しつつも、高い剛性を有するようにするためには、成形型１０の厚みは１.５ｍｍ±０.５ｍｍが最適である。

軸方向保持ベルト２０は、積層体６０の軸方向に延びて、成形型１０を積層体６０に密着させるための構成要素であり、軸方向スペーサ３０と共に軸方向保持手段３１を構成する。軸方向保持手段３１は、周方向に複数に取り付けられる。軸方向保持ベルト２０は、帯状に形成されたベルト部２１と、ベルト部２１を巻き上げる巻上げ部２２と、ベルト部２１の両端に設けられた取付部２３とを有している。両取付部２３を所定の２箇所（実際には、後述するマンドレル６１の軸方向両端部分）に取り付け、この状態で巻上げ部２２によりベルト部２１を巻き上げれば、軸方向保持ベルト２０を当該２箇所の間に張ることができる。

軸方向スペーサ３０は、軸方向保持ベルト２０と成形型１０の間に挿入される構成要素である。軸方向保持ベルト２０と成形型１０の間には、複数の軸方向スペーサ３０が挿入される。軸方向保持ベルト２０のベルト部２１を巻上げて全体を締め付けると、成形型１０と軸方向保持ベルト２０の間に挿入された軸方向スペーサ３０から成形型１０に対して垂直方向（半径方向内側）の力がかかり、成形型１０は積層体６０に密着する。ここで、軸方向スペーサ３０は互いに高さが異なっており、軸方向保持ベルト２０の中央に近づくにつれて軸方向スペーサ３０の高さが高くなるように配置される。これにより、成形型１０に対して力を加えにくい軸方向保持ベルト２０の中央付近においても成形型１０に十分に力を加えることができ、その結果、軸方向位置にかかわらず成形型１０を均等に押えることができる。

周方向保持ベルト４０は、積層体６０の周方向に延びて、成形型１０を積層体６０に密着させるための構成要素であり、周方向スペーサ５０と共に周方向保持手段５１を構成する。周方向保持手段５１は、軸方向に複数取り付けられる。周方向保持ベルト４０は、帯状に形成されたベルト部４１と、ベルト部４１を巻き上げる巻上げ部４２とを有している。周方向保持ベルト４０は、ベルト部４１の一端側に巻上げ部４２が取り付けられており、積層体６０の周方向に掛けて一周させたベルト部４１の他端側を巻上げ部４２で巻上げる。これにより、周方向保持ベルト４０全体を締め付けることができる。

周方向スペーサ５０は、周方向保持ベルト４０と成形型１０の間に挿入される構成要素である。周方向保持ベルト４０と成形型１０との間には、複数の周方向スペーサ５０が挿入される。周方向保持ベルト４０のベルト部４１を巻上げて全体を締め付けると、成形型１０と周方向保持ベルト４０の間に挿入された周方向スペーサ５０から成形型１０に対して垂直方向（半径方向内側）の力がかかり、成形型１０は積層体６０に密着する。なお、周方向スペーサ５０は、全て同じ高さに形成されている。

以上が本実施形態に係る成形治具１００の構成である。上述したように、実施形態の成形型１０は、平面板形状を有している。そのため、本実施形態の成形型１０は、立てた状態にして保管することができる（図２及び図３参照）。例えば、仕切りによって鉛直方向に仕切ったスペースに複数の成形型１０を並べるように保管すれば、成形型の保管場所を小さく抑えることができる。また、積層体６０の断面は厳密な円でない等の理由から、積層体６０における各成形型１０が対応する部分（覆う部分）の面積や形状が異なる場合が多い。このような場合であっても、各成形型１０はいずれも平面板形状を有しており、縦方向の長さ寸法が異なるだけである。そのため、最も大きな成形型１０をスペアとして保管しておけば、いずれかの成形型１０が破損等しても、破損等した成形型１０の寸法に合うようにスペアの成形型１０を裁断すればすぐに使用することができる。このように、本実施形態に係る成形型１０によれば、各成形型１０を製作するための専用の型を用意する必要もなく、また、全体の製作コストを抑えることができる。

＜成形方法＞
次に、図２から図７を参照しながら、本実施形態に係る成形方法について説明する。本実施形態に係る成形方法によって成形されるのは、上述した大型航空機の胴体部分のスキンパネルである。本実施形態に係る成形方法には、積層工程と、被覆工程と、バギング工程と、硬化工程と、脱型工程と、が含まれる。以下、各工程について、順に説明する。なお、図２から図４は被覆工程を示す図であり、図５から図７はバギング工程を示す図である。また、図２及び図３は、後述するマンドレル６１の軸方向から見た図（正面図）である。図４乃至図７は、マンドレル６１の側面側から見た図（側面図）であり、巻上げ部２２、４２等の図示を省略した概略図である。

積層工程は、プリプレグを積層して積層体を形成する工程である。まず、芯型である円筒成形型（以下、「マンドレル」と称す。）６１を用いる。マンドレル６１の表面上には軸方向に延びる溝（図示せず）が形成されており、この溝に金属製のストリンガ（図示せず）を挿入する。ストリンガは、航空機胴体の軸方向の曲げ荷重を受ける棒状の補強部材であって、スキンパネルと一体となって、いわゆるワンピースバレル（ＯＰＢ）を構成する。そして、マンドレル６１の溝にストリンガが埋められた状態で、マンドレル６１の表面にプリプレグ６２を積層する（上述したように、プリプレグを積層したものを「積層体」と称す。）。マンドレル６１は回転できるように構成されており、回転するマンドレル６１にプリプレグ６２を巻くようにして積層し、全体を円筒形状にする。ただし、部分に応じて積層数を増して当該部分の厚みを調整する。つまり、全ての箇所において均等にプリプレグ６２を積層するわけではなく、部分的に見た場合には積層体６０の表面には起伏が存在する。

被覆工程は、成形型１０を積層体６０に取り付ける工程である。まず、図２に示すように、立てられた状態で保管されている成形型１０を収納ボックス６３から抜き取って、その成形型１０を積層体６０の側方側に位置させる。以上の作業は、２機（図２では１機のみを図示している。）の巻上げ装置（ホイスト）６４とその先端に取り付けられた吊上げ治具６５を用いて行う。吊上げ治具６５は、棒状の本体６６とその本体６６に設けられた成形型１０を摘むことができる複数の保持クランプ６７とによって構成されている。そして、図３に示すように、成形型１０のうち上方部分とそれよりも中央部分側の２箇所に軸方向保持ベルト２０を張る。より具体的には、図１に示すように、軸方向保持ベルト２０の各取付部２３をマンドレル６１の軸方向両端部分にそれぞれ取り付けた後、巻上げ部２２によりベルト部２１を巻き上げ、成形型１０の外側面側に軸方向保持ベルト２０を張る。その状態で、軸方向保持ベルト２０と成形型１０の間に軸方向スペーサ３０を挿入する。このとき、軸方向保持ベルト２０の中央に近づくにつれて、軸方向スペーサ３０の高さが高くなるように各軸方向スペーサ３０を配置する。このように配置する目的は前述したとおりである。その後、さらに巻上げ部２２によりベルト部２１を巻上げて締め付ける。

続いて、吊上げ治具６５を取り外した後、成形型１０が上方に移動する方向（図３では反時計回転方向）にマンドレル６１を回転させて、成形型１０の中央部分から下方部分を積層体６０の側方側に位置させる。成形型１０は可撓性を有しているため、このとき自重により撓んで下方部分が積層体６０に近づくことで次の作業が行いやすくなる。そして、成形型１０のうち下方部分とそれよりも中央部分側の２箇所にさらに軸方向保持ベルト２０を張って締め付ける。これにより、成形型１０は積層体６０の形状に対応する形状へ弾性変形して積層体６０に密着する。そして、図４に示すように、上述の作業を複数の成形型１０について、互いに干渉しないように（重ならないように）、積層体６０の全周にわたって行う。なお、図２及び図３に示すように、被覆工程における作業は全て積層体６０の側方側で行う。これにより、被覆工程における作業を、積層体６０の上方から作業を行う場合に比べ、より安全に行うことができる。以上が被覆工程である。

バギング工程は、バッグフィルムで成形型１０全体を覆う（バギングする）工程である。本実施形態では、二重にバギングするダブルバック法を採用している。
（i）まず、図４に示す成形型１０が積層体６０に取り付けられた状態から、図５に示すように、周方向に隣接する成形型１０同士の境界部分に帯状のバッグフィルム６８を貼って、各成形型１０間の全ての隙間を覆う。
（ii）次に、図６に示すように、成形型１０の周方向に周方向保持ベルト４０を掛けて締め付ける。このとき、周方向保持ベルト４０と成形型１０との間には周方向スペーサ５０を挿入する。なお、周方向に掛ける周方向保持ベルト４０は、軸方向に張られている軸方向保持ベルト２０よりも内周側に位置させる。
（iii）次に、図７に示すように、軸方向に張った軸方向保持ベルト２０を取り外す。軸方向保持ベルト２０を取り外しても、周方向保持ベルト４０が成形型を押えているため、成形型１０が積層体６０に密着する状態は保持される。
（iv）次に、同じく図７に示すように、成形型１０の軸方向両端部分を覆うように周方向に帯状のバッグフィルム６８を貼り、成形型１０の軸方向両端部分とマンドレル６１の間の隙間を覆う。以上により、積層体６０は成形型１０およびバッグフィルム６８により全体が覆われて密閉されることになる。
（v）次に、成形型１０およびバッグフィルム６８により密閉された空間を真空引きして成形型１０を積層体６０にさらに密着させる。これにより、内側のバギング（インナーバギング）が完了する。
（vi）次に、周方向に張った周方向保持ベルト４０を外す。成形型１０およびバッグフィルム６８により密閉された空間は真空引きされているため、周方向保持ベルト４０を外しても成形型１０が積層体６０に密着する状態は保持される。
（vii）最後に、成形型１０およびマンドレル６１をさらに全体バッグフィルム（図示せず）で覆い、その全体バッグフィルムとマンドレル６１の間の空間を真空引きする。これにより外側のバギング（アウターバギング）が完了する。以上がバギング工程である。

硬化工程は、積層体を硬化させる工程である。具体的には、バギング工程によって一体にバギングされたマンドレル６１、積層体６０、および成形型１０をオートクレーブ（高温高圧釜）に入れて、熱と圧力を同時に加える。これにより、積層体６０は硬化する。そして、その硬化中における積層体６０の変形を積層体６０に密着した成形型１０が制限するため、積層体６０（スキンパネル）の表面に存在していた凹凸及び起伏がなくなり、表面が滑らかに形成される。

脱型工程は、硬化された積層体６０（以下、「複合材料成形品」と称す。）から成形型１０を取り外す工程である。まず、硬化工程後に、複合材料成形品をオートクレーブから取り出して、外側のバギング（アウターバギング）のバッグフィルムを取り外す。その後、前記成形型１０の取付け方法と逆の手順で保持ベルトを使用しながら各成形型１０を順に複合材料成形品から取り外していく。このときマンドレル６１を回転させて、成形型１０を取り外す作業が常にマンドレル６１の側方側で行えるように調整する。成形型１０を取り外す作業は、巻上装置６４により吊下げた状態で行い、取り外した成形型１０は、そのまま吊下げた状態で表面に付着した異物を除去すると共に、次回の作業に備えて表面に離型剤を塗布する。この作業は成形型の吊り高さを上下して、作業者が作業しやすい姿勢で作業できる点が利点である。

以上が本実施形態に係る成形方法である。以上のように、本実施形態に係る成形方法によれば、成形型１０を積層体６０に取り付ける際、成形型１０を水平に保ったままで取付作業を行う必要もなく、成形型１０を一端側から吊った状態で取付作業を行うことができるため、位置合わせ操作が容易であり、また、作業スペースを小さく抑えることができる。さらに、本実施形態に係る成形型１０によれば、成形型の形状を維持するための骨組み部材、および水平に吊下げるための吊下げ部を成形型１０に設ける必要がない。そのため、成形型１０を軽量化することができ、取り扱いやすい。また、成形型１０を取り付ける作業に限らずその他の清掃作業や離型処理の作業についても、成形型１０が一端側から吊下げられた状態で行われるため容易に行うことができる。
（第２実施形態）
次に、図８乃至図１１を参照しながら、本発明の第２実施形態に係る成形治具２００の構成について説明する。ここで、図８乃至図１１は、マンドレル６１の側面側から見た図（側面図）である。このうち、図８及び図９は、本実施形態に係る成形方法の被覆工程の一部を示した図である。また、図１０及び図１１は、本実施形態に係る成型方法のバギング工程の一部を示した図である。上述のように、第１実施形態では軸方向保持ベルト２０等を用いて成形型１０を保持していたのに対し、本実施形態では保持磁石７０を用いて成形型１０を保持する。つまり、本実施形態に係る成形治具２００は、成形型１０と、保持磁石７０とによって主に構成されている。以下、保持磁石７０の構成、及び本実施形態の成型方法について説明する。

保持磁石７０は、成形型１０を積層体６０に密着させるための構成要素である。図８に示すように、保持磁石７０は、磁石本体７１と、カバー部材７２とによって主に構成されている。このうち磁石本体７１は磁石そのものであって、永久磁石であってもよく、電磁石であってもよい。磁石本体７１の形状は特に限定されないが、本実施形態の磁石本体７１は直方体の形状を有している。また、カバー部材７２は、磁石本体７１のうち磁極を構成する面の一方を除いて全体を覆うように構成されている。別の言い方をすれば、カバー部材７２は開口部を有しており、カバー部材７２により覆われた磁石本体７１のうち一方の磁極を構成する面のみがその開口部から露出している。また、カバー部材７２は、磁力が透過しにくい材料により形成されている。これにより保持磁石７０は一方側の面（カバー部材７２の開口部）からのみ大きな磁力を発生させることができる（以下、この大きな磁力を発生させる面を「磁力面」と称する。）。

続いて、本実施形態に係る成型方法について説明する。本実施形態に係る成型方法には、第１実施形態の場合と同様に、積層行程と、被覆行程と、バギング行程と、硬化行程と、脱型工程と、が含まれる。このうち、積層行程、硬化行程、及び脱型工程については、第１実施形態に係る成型方法と基本的に同じである。そこで、以下では、主に本実施形態における被覆行程及びバギング行程について説明する。

本実施形態に係る被覆工程では、まず成形型１０を積層体６０の側方側に位置させ、その後、保持磁石７０を成形型１０に取り付ける。具体的には、図８に示すように、成形型１０のうち上方部分とそれよりも中央部分側の高さ方向位置（周方向位置）それぞれに、複数の保持磁石７０を軸方向に並べて取り付ける。このとき、磁力面が成形型１０と面するように保持磁石７０を取り付ける。また、保持磁石７０の取付順は特に限定されないが、成形型１０の軸方向中央側から軸方向外側に向って順に取り付けるのが望ましい。

ここで、プリプレグが積層されるマンドレル６１（芯型）は、磁性材料であるインバー合金（鉄にニッケルを３４〜３６％合金したものであって、熱膨張率が非常に低い金属）によって形成された磁性体である。マンドレル６１が磁性体である場合、保持磁石７０はマンドレル６１に吸着するため、成形型１０及び積層体６０はマンドレル６１と保持磁石７０との間で挟まれた状態となる。なお、本実施形態の保持磁石７０は、磁力面からのみ大きな磁力が発生するように構成されているため、隣接する保持磁石７０同士が磁力の影響を及ぼしあうのを抑えることができる。

さらに、本実施形態の成形型１０には、作業を効率的に行うために、保持磁石７０の取付位置に枠状の取付印７３が描かれている。この取付印７３は、軸方向及び周方向に均等に並んでおり、この取付印７３にあわせて保持磁石７０も軸方向及び周方向に均等に取り付けられる。本実施形態では第１実施形態とは異なり、成形型１０を押さえる際に軸方向位置における力の釣り合いを考慮する必要はない。そのため、各成形型１０上で同じ磁力を有する保持磁石７０を軸方向及び周方向に均等に配置すれば、成形型１０全体を均一に押さえることができる。別の言い方をすれば、保持磁石７０を均等に配置するのであれば、同じ磁力の保持磁石７０を使用することができる。

続いて、吊上げ治具６５を取り外し、成形型１０が上方に移動する方向にマンドレル６１を回転させて、成形型１０のうち下方部分とそれよりも中央部分側の高さ方向位置（周方向位置）それぞれに、複数の保持磁石７０を軸方向に並べて取り付ける。これにより、成形型１０は積層体６０の形状に対応する形状へ弾性変形して積層体６０に密着する。そして、図９に示すように、上述の作業を複数の成形型１０について、互いに干渉しないように（重ならないように）、積層体６０の全周にわたって行う。以上が被覆工程である。

次に、本実施形態に係るバギング工程について説明する。本実施形態に係るバギング工程は、第１実施形態のように軸方向保持ベルト２０と周方向保持ベルト４０を入れ替える必要がないため、第１実施形態に比べて作業が非常に簡易である。以下、具体的に説明する。
（i）まず、図９に示す成形型１０が積層体６０に取り付けられた状態から、図１０に示すように、周方向に隣接する成形型１０同士の境界部分に帯状のバッグフィルム６８を貼って、各成形型１０間の全ての隙間を覆う。
（ii）次に、図１１に示すように、成形型１０の軸方向両端部分を覆うように周方向に帯状のバッグフィルム６８を貼り、成形型１０の軸方向両端部分とマンドレル６１の間の隙間を覆う。以上により、積層体６０は成形型１０およびバッグフィルム６８により全体が覆われて密閉されることになる。
（iii）次に、成形型１０およびバッグフィルム６８により密閉された空間を真空引きして成形型１０を積層体６０にさらに密着させる。これにより、内側のバギング（インナーバギング）が完了する。
（iv）次に、全ての保持磁石７０を外す。成形型１０およびバッグフィルム６８により密閉された空間は真空引きされているため、保持磁石７０を外しても成形型１０が積層体６０に密着する状態は保持される。
（v）最後に、成形型１０およびマンドレル６１をさらに全体バッグフィルム（図示せず）で覆い、その全体バッグフィルムとマンドレル６１の間の空間を真空引きする。これにより外側のバギング（アウターバギング）が完了する。以上がバギング工程である。

なお、脱型工程については上述した成形型１０を取り付ける手順とは逆の手順で行われるが、このときも軸方法保持ベルト２０等を用いずに、保持磁石７０を用いる。以上が本実施形態に係る成形方法である。このように、マンドレル６１が磁性体である場合には、成形型１０の保持手段として上記の保持磁石７０を用いることができ、この場合には特に被覆工程、バギング工程、及び脱型工程が容易となる。

以上、本発明の実施形態について図を参照して説明したが、具体的な構成はこれらの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。

本発明によれば、取り扱いやすい成形型を提供することができるため、成形型の技術分野において有益である。

１０ 成形型
２０ 軸方向保持ベルト
３０ 軸方向スペーサ
３１ 軸方向保持手段
４０ 周方向保持ベルト
５０ 周方向スペーサ
５１ 周方向保持手段
６０ 積層体
６１ マンドレル
６２ プリプレグ
７０ 保持磁石
１００ 成形治具

Claims (14)

1. プリプレグを積層した積層体を硬化する際、その外表面に接触して当該外表面を成形する成形型と、
   前記成形型を前記積層体の形状に対応するように当該積層体に密着させ、その状態で前記成形型をバックフィルムで覆うための保持手段と、を備え、
   前記成形型は、前記積層体の形状に対応する形状へ弾性変形して前記積層体に密着可能である、成形治具。
2. プリプレグを積層した積層体を硬化する際、その表面を成形する成形型と、
   前記成形型を前記積層体に密着させる保持手段と、を備え、
   前記成形型は、前記積層体の形状に対応する形状へ弾性変形して前記積層体に密着可能であり、
   前記保持手段は、
   前記成形型の外表面側に張る締め付け可能な保持ベルトと、
   前記保持ベルトと前記成形型の間に挿入する複数のスペーサと、
   を有する、成形治具。
3. 前記複数のスペーサには、互いに高さの異なるスペーサが含まれており、
   前記積層体が円筒形状を有し、かつ、前記保持ベルトが前記積層体の軸方向に張られたとき、前記複数のスペーサに含まれる各スペーサは、前記保持ベルトの中央に近づくにつれて高くなる順に配置される、請求項２に記載の成形治具。
4. プリプレグを積層した積層体を硬化する際、その表面を成形する成形型と、
   前記成形型を前記積層体に密着させる保持手段と、を備え、
   前記成形型は、前記積層体の形状に対応する形状へ弾性変形して前記積層体に密着可能であり、
   前記プリプレグは磁性体の芯型に積層されており、
   前記保持手段は、磁力を発生し、前記成形型及び前記積層体を挟んで前記芯型に吸着可能な複数の保持磁石を有する、成形治具。
5. 前記保持磁石は、一の面からのみ大きな磁力が発生するように構成されている、請求項４に記載の成形治具。
6. 前記成形型は平面板形状である、請求項１乃至５のうちいずれか一の項に記載の成形治具。
7. 前記成形型は繊維強化プラスチックを材料とする、請求項１乃至６のうちいずれか一の項に記載の成形治具。
8. 前記成形型は厚みが１.５ｍｍ±０.５ｍｍである、請求項７に記載の成形治具。
9. プリプレグを積層して積層体を形成する積層工程と、
   可撓性の成形型を前記積層体の形状に対応するように変形させながら保持手段によって前記積層体に密着させる被覆工程と、
   前記積層体の形状に対応するように当該積層体に密着された前記成形型をバックフィルムで覆うバギング工程と、
   前記成形型を密着させた状態で前記積層体を硬化させる硬化工程と、
   を含む成形方法。
10. プリプレグを積層して積層体を形成する積層工程と、
    可撓性の成形型を前記積層体の形状に対応するように変形させながら前記積層体に密着させる被覆工程と、
    前記成形型を密着させた状態で前記積層体を硬化させる硬化工程と、を含み、
    前記被覆工程において、前記成形型の外表面側に保持ベルトを張るとともに、前記保持ベルトと前記成形型の間に複数のスペーサを配置し、前記保持ベルトを締め付けることにより前記成形型を前記積層体に密着させる、成形方法。
11. 前記積層体は円筒形状を有しており、
    前記被覆工程において、前記保持ベルトを前記積層体の軸方向に張り、前記複数のスペーサを前記保持ベルトの中央に近づくにつれて高くなる順に配置する、請求項１０に記載の成形方法。
12. プリプレグを積層して積層体を形成する積層工程と、
    可撓性の成形型を前記積層体の形状に対応するように変形させながら前記積層体に密着させる被覆工程と、
    前記成形型を密着させた状態で前記積層体を硬化させる硬化工程と、を含み、
    前記プリプレグは磁性体の芯型に積層されており、
    前記被覆工程において、磁力を発生する複数の保持磁石を、前記成形型及び前記積層体を挟んで前記芯型に吸着させることにより、前記成形型を前記積層体に密着させる、成形方法。
13. 前記積層体は円筒形状を有しており、
    前記被覆工程において、前記複数の保持磁石を前記成形型上において軸方向に均等に配置するとともに周方向に均等に配置する、請求項１２に記載の成型方法。
14. 前記被覆工程において、前記積層体の全周に前記成形型を密着させる際、前記積層体を回転させることにより、常に前記積層体の側方側から前記成形型を前記積層体に密着させる作業を行う、請求項１１又は１３に記載の成形方法。

Images