JP6543577B2 - 複合材の成形方法及び複合材の成形用治具 - Google Patents

Description

本発明は、湾曲するコーナー部が形成される複合材の成形方法及び複合材の成形用治具に関するものである。

従来、湾曲するコーナー部が形成される複合材の成形方法として、雄型となる賦形型に、強化繊維積層体を密着させることにより成形されるプリフォームの製造方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。この製造方法で用いられる雄型は、上面、肩部、側面を有している。そして、この製造方法では、雄型に強化繊維積層体を皺無く密着させるべく、強化繊維積層体に上面から側面に順次押し圧を加える際に、強化繊維積層体の肩部から側面にかけて順次押し圧を加えた後、強化繊維積層体の上面から肩部にかけて順次押し圧を加えている。

特開２０１０−１２０１６７号公報

ここで、特許文献１の製造方法では、平板となる強化繊維積層体の両側を湾曲させることで、上面、肩部及び側面を形成している。そして、湾曲して形成される強化繊維積層体の肩部に対して、強化繊維積層体の外側から押し圧を加える。強化繊維積層体の外側から押し圧を加えると、強化繊維積層体の肩部において、その厚さが薄くなる。このとき、強化繊維積層体の厚み方向の外側の周長が短くなる。厚み方向の外側の周長が短くなると、短くなった分だけ強化繊維積層体の余剰が発生し、この余剰によって、強化繊維積層体の肩部の外側に皺（リンクル）が発生し易くなることから、リンクル等の成形不良の発生を抑制することが困難となる。

そこで、本発明は、湾曲するコーナー部における成形不良の発生を好適に抑制することができる複合材の成形方法、複合材の成形用治具及び複合材を提供することを課題とする。

本発明の複合材の成形方法は、湾曲するコーナー部が形成される複合材の成形方法において、第１曲げ角度で湾曲する前記コーナー部を有すると共に繊維シートを積層した積層体に対して、前記コーナー部の外側から内側に向かって前記積層体の板厚が薄くなるように、前記積層体を賦形する第１賦形工程と、前記第１曲げ角度よりも小さな第２曲げ角度となるように、前記積層体の前記コーナー部を湾曲させ、前記積層体の板厚が薄くなるように、前記積層体を賦形する第２賦形工程と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、第１賦形工程において、第１曲げ角度となるコーナー部を有する積層体に対し、積層体の外側から内側に向かって板厚が薄くなることで、積層体の緻密化を図ることができる一方で、コーナー部の外側の周長が短くなる。そして、第２賦形工程において、積層体を第２曲げ角度で湾曲させることで、コーナー部の外側の周長を伸ばすことができる。このように、第１賦形工程において、コーナー部の外側の周長が短くなることで発生する積層体の余剰部分を、第２賦形工程において、コーナー部の外側の周長を伸ばし、積層体の余剰部分を引き延ばすことで、発生した積層体の余剰部分を相殺することができる。よって、積層体のコーナー部の外側におけるリンクルの発生を好適に抑制することができ、コーナー部における成形不良の発生を抑制できる。なお、第１賦形工程では、コーナー部の内側が接する雄型を用いて、積層体を賦形し、第２賦形工程では、雄型、またはコーナー部の外側が接する雌型を適宜用いて、積層体を賦形している。また、繊維シートは、ドライとなるものであってもよいし、樹脂を含浸したプリプレグであってもよい。また、第１賦形工程では、繊維シートを積層した平板状の積層体を、第１曲げ角度で湾曲させて、コーナー部を形成してもよいし、繊維シートを第１曲げ角度で湾曲させつつ積層することで、コーナー部を有する積層体を形成してもよい。

本発明の他の複合材の成形方法は、湾曲するコーナー部が形成される複合材の成形方法において、第１曲げ角度で湾曲する前記コーナー部を有すると共に繊維シートを積層した積層体に対して、前記積層体の板厚が薄くなるように、前記積層体を賦形する第１賦形工程と、前記第１曲げ角度よりも小さな第２曲げ角度となるように、前記積層体の前記コーナー部を湾曲させ、前記コーナー部の内側から外側に向かって前記積層体の板厚が薄くなるように、前記積層体を賦形する第２賦形工程と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、第２賦形工程において、第２曲げ角度となるコーナー部を有する積層体に対し、積層体の外側から内側に向かって板厚を薄くすると、コーナー部の内側の周長が長くなる。この場合、コーナー部の内側において積層体が突っ張ることから、コーナー部の緻密化が困難となり、コーナー部における繊維含有率が低下する。このため、第２賦形工程において、積層体を第１曲げ角度から第２曲げ角度となるように湾曲させることで、コーナー部の内側を縮ませてコーナー部の内側に余剰部分を予め発生させる。そして、第２賦形工程において、コーナー部の内側から外側に向かって積層体の板厚を薄くするときに、積層体の余剰部分があるため、コーナー部の内側の周長を好適に伸ばすことができる。このように、第２賦形工程において、コーナー部の内側の周長が長くなることで発生する積層体の突っ張りを、コーナー部の内側に積層体の余剰部分を予め発生させた状態で、コーナー部の内側の周長を長くすることで、積層体の突っ張りを抑制することができる。よって、積層体のコーナー部の内側における積層体の突っ張りを抑制することで、コーナー部の緻密化を好適に行うことができ、コーナー部における成形不良の発生を抑制できる。なお、第１賦形工程では、コーナー部の外側が接する雄型またはコーナー部の外側が接する雌型を適宜用いて、積層体を賦形し、第２賦形工程では、雌型を用いて、積層体を賦形している。また、繊維シートは、ドライとなるものであってもよいし、樹脂を含浸したプリプレグであってもよい。また、第１賦形工程では、繊維シートを積層した平板状の積層体を、第１曲げ角度で湾曲させて、コーナー部を形成してもよいし、繊維シートを第１曲げ角度で湾曲させつつ積層することで、コーナー部を有する積層体を形成してもよい。

また、前記第１賦形工程では、前記コーナー部の内側が接する雄型を用いて、前記コーナー部の外側から内側に向かって前記積層体の板厚が薄くなるように、前記積層体を賦形し、前記第２賦形工程では、前記コーナー部の外側が接する雌型を用いて、前記コーナー部の内側から外側に向かって前記積層体の板厚が薄くなるように、前記積層体を賦形することが、好ましい。

この構成によれば、第１賦形工程において、コーナー部の内側に雄型が接するため、コーナー部の内側の周長の変化を抑制することができる。このため、第１賦形工程において、コーナー部の外側から内側に向かって積層体の板厚が薄くなるように、積層体を好適に賦形することができる。また、第２賦形工程において、コーナー部の外側に雌型が接するため、コーナー部の外側の周長の変化を抑制することができる。このため、第２賦形工程において、コーナー部の内側から外側に向かって積層体の板厚が薄くなるように、積層体を好適に賦形することができる。以上から、第２賦形工程において、積層体を第１曲げ角度から第２曲げ角度となるように湾曲させることで、コーナー部の外側の周長を伸ばしつつ、コーナー部の内側を縮ませてコーナー部の内側に余剰部分を発生させることができる。そして、第２賦形工程において、コーナー部の内側から外側に向かって積層体の板厚を薄くすることで、コーナー部の内側の周長を伸ばすことができる。このように、コーナー部を湾曲させることによりコーナー部の外側の周長を伸ばすことで、積層体のコーナー部の外側におけるリンクルの発生を好適に抑制することができる。また、コーナー部を湾曲させてコーナー部の内側に余剰部分を発生させつつ、積層体の板厚を薄くしてコーナー部の内側の周長を伸ばすことで、積層体の突っ張りを抑制し、コーナー部の緻密化を好適に行うことができる。

また、前記複合材は、前記コーナー部が直角となるスパーであり、前記第２曲げ角度は、直角となる角度であり、前記第１曲げ角度は、直角よりも大きい鈍角であることが、好ましい。

この構成によれば、コーナー部が直角となるスパーを成形する場合において、コーナー部の成形不良の発生が好適に抑制された複合材を成形することができる。

本発明の成型用治具は、湾曲するコーナー部が形成される複合材の成形用治具であって、第１曲げ角度で湾曲する前記コーナー部を有すると共に繊維シートを積層した積層体を形成すると共に、前記コーナー部の外側から内側に向かって前記積層体の板厚が薄くなるように、前記積層体を賦形する第１成形型と、前記第１曲げ角度よりも小さな第２曲げ角度となるように、前記積層体の前記コーナー部を湾曲させ、前記積層体の板厚が薄くなるように、前記積層体を賦形する第２成形型と、を含むことを特徴とする。

この構成によれば、第１成形型及び第２成形型を用いることで、コーナー部におけるリンクルの発生が好適に抑制された複合材を成形することができる。

本発明の他の成型用治具は、湾曲するコーナー部が形成される複合材の成形用治具であって、第１曲げ角度で湾曲する前記コーナー部を有すると共に繊維シートを積層した積層体を形成すると共に、前記積層体の板厚が薄くなるように、前記積層体を賦形する第１成形型と、前記第１曲げ角度よりも小さな第２曲げ角度となるように、前記積層体の前記コーナー部を湾曲させ、前記コーナー部の内側から外側に向かって前記積層体の板厚が薄くなるように、前記積層体を賦形する第２成形型と、を含むことを特徴とする。

この構成によれば、第１成形型及び第２成形型を用いることで、コーナー部が好適に緻密化された複合材を成形することができる。

また、前記第１成形型は、前記コーナー部の内側が接する雄型であり、前記第２成形型は、前記コーナー部の外側が接する雌型であることが、好ましい。

この構成によれば、コーナー部におけるリンクルの発生が好適に抑制され、また、コーナー部が好適に緻密化された複合材を成形することができる。

本発明の複合材は、湾曲するコーナー部と、前記コーナー部に連なる直線部と、を備え、前記コーナー部の厚みが、前記直線部に比して厚く、前記コーナー部の繊維含有率が、前記直線部の繊維含有率に比して低くなることを特徴とする。

この構成によれば、コーナー部における成形不良の発生が好適に抑制された複合材とすることができる。また、成形過程で１０％程度の緻密化が生じる材料を用いる場合、コーナー部においても７％以上緻密化させることができ、直線部とコーナー部の繊維含有率の差分を３％以下に抑えられ、コーナー部及び直線部における繊維含有率の均一化を図ることができる。

図１は、実施形態１に係る複合材の成形方法によって成形される複合材の一例としてのスパーを示す斜視図である。 図２は、実施形態１に係る複合材の成形方法に用いられる第１成形型を示す模式図である。 図３は、実施形態１に係る複合材の成形方法に用いられる第２成形型を示す模式図である。 図４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５は、実施形態２に係る複合材の成形方法に関する説明図である。

以下に、本発明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発明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］
実施形態１に係る複合材１の成形方法は、例えば、航空機の機体等を構成する複合材１を成形するための方法である。複合材１としては、例えば、図１に示すスパー１０等がある。なお、本実施形態では、図１に示す複合材１に適用して説明するが、この複合材１に限定されるものではない。

図１は、実施形態１に係る複合材の成形方法によって成形される複合材の一例としてのスパーを示す斜視図である。図２は、実施形態１に係る複合材の成形方法に用いられる第１成形型を示す模式図である。図３は、実施形態１に係る複合材の成形方法に用いられる第２成形型を示す模式図である。図４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。

複合材１の成形方法の説明に先立ち、図１を参照して、この成形方法によって成形される複合材１について説明する。図１に示す複合材１は、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：Carbon Fiber Reinforced Plastic）を用いて構成されている。この複合材１は、両側が折り曲げられた繊維シートを積層した積層体３を成形した後、折り曲げられた積層体３に樹脂を含浸させて硬化させることにより成形される。なお、積層体３の繊維シートの層間には、接着または粘着の機能を有する樹脂が介在している。

図１に示すスパー１０であれば、積層体３は、スパー１０の幅方向における両側が湾曲することで、コーナー部１０ｃが形成されている。つまり、スパー１０は、幅方向の中央部１０ａと、中央部１０ａの幅方向両側に形成され、中央部１０ａに対して垂直となる一対の側面部１０ｂと、中央部１０ａと一対の側面部１０ｂとの間に形成される一対のコーナー部１０ｃとを有している。このとき、中央部１０ａ及び一対の側面部１０ｂが、湾曲しない直線部となっている。このように、図１に示すスパー１０であれば、積層体３は、その一対の側面部１０ｂが、中央部１０ａに対して湾曲することで、二次元的に湾曲し、湾曲するコーナー部１０ｃが形成される。

図１に示すスパー１０は、所定の成形用治具３０を用いて成形される。成形用治具３０は、第１曲げ角度φ_２で湾曲するコーナー部１０ｃを有する積層体３を成形する第１成形型３１と、第１曲げ角度φ_２よりも小さな第２曲げ角度φ_１となるように、積層体３のコーナー部１０ｃを湾曲させる第２成形型３２とを有している。ここで、第１曲げ角度φ_２は、中央部１０ａの外面と側面部１０ｂの外面とが為す角度であり、例えば、９０°よりも大きな鈍角な角度となっている。また、第２曲げ角度φ_１は、中央部１０ａの外面と側面部１０ｂの外面とが為す角度であり、例えば、９０°（直角）となる角度となっている。

第１成形型３１は、図２に示すように、コーナー部１０ｃの内側が接する雄型となっている。第１成形型３１は、第１曲げ角度φ_２で湾曲するコーナー部１０ｃを有する積層体３を成形すると共に、コーナー部１０ｃの外側から内側に向かって積層体３の板厚が薄くなるように、積層体３を緻密化させて賦形するために使用される。ここで、第１成形型３１では、繊維シートを積層した平板状の積層体３を、第１曲げ角度φ_２で湾曲させて、コーナー部１０ｃを成形してもよいし、繊維シートを第１曲げ角度φ_２で湾曲させつつ積層することで、コーナー部１０ｃを有する積層体３を成形してもよい。

第１成形型３１は、雄型材４１を有しており、雄型材４１は、上面部４１ａと、上面部４１ａの幅方向両側に形成され、上面部４１ａに対して第１曲げ角度φ_２となる一対の側面部４１ｂと、上面部４１ａと一対の側面部４１ｂとの間に形成される一対のコーナー部４１ｃとを有している。

上面部４１ａの外側の面には、積層体３の中央部１０ａの内側が接する。一対の側面部４１ｂの外側の面には、積層体３の一対の側面部４１ｂの内側が接する。一対のコーナー部４１ｃの外側の面には、積層体３の一対のコーナー部１０ｃの内側が接する。

雄型材４１は、バギングフィルム４２で覆われる。バギングフィルム４２は、雄型材４１に設置された積層体３を覆うと共に、雄型材４１との間にシール材４３が設けられることで、その内部を気密に封止している。そして、気密に封止されたバギングフィルム４２の内部雰囲気を、吸引口４４を介して真空引きすると共に、図示しない加熱装置によって加熱されることで、積層体３を緻密化する。このとき、加熱装置によって積層体３が加熱されることで、積層体３の繊維シートの層間の樹脂が溶融する。このため、真空解放された緻密化後の積層体３は、その形状が層間の樹脂によって保持されることから、緻密化前の積層体３の形状に戻ることを抑制できる。

このように、積層体３のコーナー部１０ｃの内側には、雄型材４１が接するため、コーナー部１０ｃの内側の周長の変化が抑制される。そして、第１成形型３１では、コーナー部１０ｃの外側から内側に向かって積層体３の板厚が薄くなるように、積層体３が賦形される。

第２成形型３２は、図３に示すように、コーナー部１０ｃの外側が接する雌型となっている。第２成形型３２は、積層体３を第１曲げ角度φ_２よりも小さな第２曲げ角度φ_１で湾曲させてコーナー部１０ｃを形成すると共に、コーナー部１０ｃの内側から外側に向かって積層体３の板厚が薄くなるように、積層体３を賦形するものとなっている。

第２成形型３２は、雌型材５１を有しており、雌型材５１は、底面部５１ａと、底面部５１ａの幅方向両側に形成され、底面部５１ａに対して第２曲げ角度（垂直）となる一対の側面部５１ｂと、底面部５１ａと一対の側面部５１ｂとの間に形成される一対のコーナー部５１ｃと、一対の側面部５１ｂの上部から外側に突出する一対のフランジ部５１ｄとを有している。

底面部５１ａの内側の面には、折り曲げられた積層体３の中央部１０ａの外側が接する。一対の側面部５１ｂの内側の面には、折り曲げられた積層体３の一対の側面部１０ｂの外側が接する。一対のコーナー部５１ｃの内側の面には、折り曲げられた積層体３の一対のコーナー部１０ｃの外側が接する。

雌型材５１は、バギングフィルム５２で覆われる。バギングフィルム５２は、雌型材５１に設置された積層体３を覆うと共に、雌型材５１との間にシール材５３が設けられることで、その内部を気密に封止している。そして、気密に封止されたバギングフィルム５２の内部雰囲気を、吸引口５４を介して真空引きしつつ樹脂材が充填され、図示しない加熱装置によって加熱されることで、樹脂材が熱硬化し、スパー１０が成形される。

このように、積層体３のコーナー部１０ｃの外側には、雌型材５１が接するため、コーナー部１０ｃの外側の周長の変化が抑制される。このため、第２成形型３２では、コーナー部１０ｃの内側から外側に向かって積層体３の板厚が薄くなるように、積層体３が賦形される。

次に、図４を参照して、複合材の成形方法について説明する。この複合材の成形方法は、ドライ状態の繊維シートを用いた成型方法となっており、ＶａＲＴＭ（Vacuum assisted Resin Transfer Molding）成形、ＲＴＭ（Resin Transfer Molding）成形、インフュージョン成形等が適用可能となっている。なお、以下の説明では、図１に示すスパー１０を成形する場合について説明する。

図４に示すように、この成形方法では、先ず、第１成形型３１の雄型材４１の形状に倣って、第１曲げ角度φ_２で湾曲するコーナー部１０ｃを有する積層体３を成形する（ステップＳ１：第１賦形工程）。具体的に、第１賦形工程Ｓ１では、コーナー部１０ｃの内側の周長が、中心点Ｐを中心に所定の曲率半径Ｒ１’となるように、角度範囲θ２において、積層体３が成形される。つまり、所定の曲率半径Ｒ１’で湾曲する角度範囲θ２の部位が、積層体３のコーナー部１０ｃとなっている。ここで、角度範囲θ２は、例えば、８０°となっている。

また、第１賦形工程Ｓ１では、コーナー部１０ｃの外側から内側に向かって積層体３の板厚が薄くなるように真空加熱し、積層体３の緻密化が行われる。具体的に、第１賦形工程Ｓ１では、コーナー部１０ｃの外側の周長が、中心点Ｐを中心に所定の曲率半径Ｒ２’から、所定の曲率半径Ｒ３となるように、積層体３の板厚が薄く成形される。なお、曲率半径Ｒ３は、曲率半径Ｒ２’よりも短い曲率半径となる。

続いて、第１曲げ角度φ_２となる積層体３を、第２成形型３２の雌型材５１に嵌め入れることで、第２成形型３２の雌型材５１の形状に倣って、第１曲げ角度φ_２よりも小さな第２曲げ角度φ_１（直角）となるように、積層体３のコーナー部１０ｃを湾曲させる（ステップＳ２：第２賦形工程）。具体的に、第２賦形工程Ｓ２では、コーナー部１０ｃの内側の周長が、中心点Ｐを中心に所定の曲率半径Ｒ１’となるように、角度範囲θ２よりも広角となる角度範囲θ１において、積層体３が湾曲させられる。つまり、所定の曲率半径Ｒ１’で湾曲する角度範囲θ１の部位が、積層体３のコーナー部１０ｃとなっている。ここで、角度範囲θ１は、例えば、９０°となっている。

また、第２賦形工程Ｓ２では、コーナー部１０ｃの内側から外側に向かって積層体３の板厚が薄くなるように真空加熱し、積層体３の緻密化が行われる。具体的に、第２賦形工程Ｓ２では、コーナー部１０ｃの内側の周長が、中心点Ｐを中心に所定の曲率半径Ｒ１’から、所定の曲率半径Ｒ１となるように、積層体３の板厚が薄く成形される。なお、曲率半径Ｒ１は、曲率半径Ｒ１’よりも長い曲率半径となる。

そして、第２賦形工程Ｓ２では、積層体３に樹脂を注入しつつ、高温高圧の環境下において、樹脂を熱硬化させることで、スパー１０が成形される（ステップＳ３）。成形されたスパー１０は、内側の周長における曲率半径がＲ１となり、外側の周長における曲率半径がＲ３となり、中央部１０ａと側面部１０ｂとが為す曲げ角度が直角となる形状となる。

ここで、第１賦形工程Ｓ１及び第２賦形工程Ｓ２において変化する積層体３のコーナー部１０ｃにおける外側の周長について説明する。第１賦形工程Ｓ１において、曲率半径Ｒ２’から曲率半径Ｒ３となるように積層体３の板厚が変化する場合、板厚変化前後における積層体３の外側の周長差は、「２π（Ｒ２’−Ｒ３）×（θ２／３６０°）・・・（１）」となる。つまり、積層体３の板厚が薄くなることで、積層体３の外側の周長が短くなるため、余剰分が発生する。

この後、第２賦形工程Ｓ２において曲げ角度が変化する場合、角度変化による積層体３の内側と外側との周長差は、「（（Ｒ３−Ｒ１）／２）×ｔａｎ（θ２−θ１）・・・（２）」となる。つまり、積層体３の角度範囲θ２から角度範囲θ１となることで、積層体３の外側の周長が伸ばされる。このため、余剰分の一部が、外側の周長の繊維伸びによって相殺される。つまり、（１）式から（２）式を減算することで、最終的な余剰分となる周長差は、ΔＬ’（＝（１）式−（２）式）となる。

よって、積層体３のコーナー部１０ｃにおける外側の周長においては、第１賦形工程Ｓ１において積層体３のコーナー部１０ｃの外側に発生する余剰分を、第２賦形工程Ｓ２において第１曲げ角度φ_２から第２曲げ角度φ_１に湾曲させることで、コーナー部１０ｃの外側の余剰分を引き延ばすことができる。

次に、第１賦形工程Ｓ１及び第２賦形工程Ｓ２において変化する積層体３のコーナー部１０ｃにおける内側の周長について説明する。第２賦形工程Ｓ２において、曲げ角度が変化する場合、角度変化による積層体３の内側と外側との周長差は、「（（Ｒ３−Ｒ１）／２）×ｔａｎ（θ２−θ１）・・・（２）」となる。つまり、積層体３の角度範囲θ２から角度範囲θ１となることで、積層体３の内側の周長が短くなるため、余剰分が発生する。

この後、第２賦形工程Ｓ２において、曲率半径Ｒ１’から曲率半径Ｒ１となるように積層体３の板厚が変化する場合、板厚変化前後における積層体３の内側の周長差は、「２π（Ｒ１−Ｒ１’）×（θ１／３６０°）・・・（３）」となる。つまり、積層体３の板厚が薄くなることで、積層体３の内側の周長が伸ばされる。このため、余剰分の一部が、内側の周長の繊維伸びによって相殺される。つまり、（３）式から（２）式を減算することで、最終的な繊維伸びとなる周長差は、ΔＬ（＝（３）式−（２）式）となる。

よって、積層体３のコーナー部１０ｃにおける内側の周長においては、第２賦形工程Ｓ２において第１曲げ角度φ_２から第２曲げ角度φ_１に湾曲させ、積層体３のコーナー部１０ｃの内側に予め余剰分を発生させることで、第２賦形工程Ｓ２においてコーナー部１０ｃの内側の周長が伸ばされたとしても、コーナー部１０ｃの内側における繊維の突っ張りを抑制することができる。

このように成形されるスパー１０は、コーナー部１０ｃの厚みが、直線部となる中央部１０ａ及び一対の側面部１０ｂの厚みに比して僅かに厚く形成される。これは、積層体３のコーナー部１０ｃを緻密化するためには、コーナー部１０ｃの内側の周長がΔＬ分だけ伸びなければならないが、コーナー部１０ｃの内側の繊維が僅かに突っ張るからである。このため、コーナー部１０ｃの繊維含有率は、中央部１０ａ及び一対の側面部１０ｂの繊維含有率に比して低くなっている。そして、成形過程において、中央部１０ａ及び一対の側面部１０ｂの厚みが１０％程度薄くなるような緻密化を生じさせる材料を用いる場合、コーナー部１０ｃにおいても７％以上緻密化させることができる。よって、コーナー部１０ｃの繊維含有率と、中央部１０ａ及び一対の側面部１０ｂの繊維含有率との差分は、３％以下にすることができ、より好適には、１％程度にすることができる。

以上のように、実施形態１によれば、第１賦形工程Ｓ１において、第１曲げ角度φ_２となるコーナー部１０ｃを有する積層体３に対し、積層体３の外側から内側に向かって板厚が薄くなることで、積層体３の緻密化を図ることができる一方で、コーナー部１０ｃの外側の周長が短くなる。そして、第２賦形工程Ｓ２において、積層体３を第２曲げ角度φ_１で湾曲させることで、コーナー部１０ｃの外側の周長を伸ばすことができる。このように、第１賦形工程Ｓ１において、コーナー部１０ｃの外側の周長が短くなることで発生する積層体３の余剰部分を、第２賦形工程Ｓ２において、コーナー部１０ｃの外側の周長を伸ばし、積層体３の余剰部分を引き延ばすことで、発生した積層体３の余剰部分を相殺することができる。よって、積層体３のコーナー部１０ｃの外側におけるリンクルの発生を好適に抑制することができ、コーナー部１０ｃにおける成形不良の発生を抑制できる。

また、実施形態１によれば、第２賦形工程Ｓ２において、積層体３を第１曲げ角度φ_２から第２曲げ角度φ_１となるように湾曲させることで、コーナー部１０ｃの内側に予め余剰部分を発生させることができる。そして、第２賦形工程Ｓ２において、コーナー部１０ｃの内側から外側に向かって積層体３の板厚を薄くするときに、余剰部分があるため、コーナー部１０ｃの内側の周長を好適に伸ばすことができる。よって、積層体３のコーナー部１０ｃの内側における繊維の突っ張りを抑制することができ、コーナー部１０ｃの緻密化を好適に行うことができることから、コーナー部１０ｃにおける成形不良の発生を抑制できる。

また、実施形態１によれば、第１賦形工程Ｓ１において、第１成形型３１を用いることにより、コーナー部１０ｃの内側に雄型材４１が接するため、コーナー部１０ｃの内側の周長の変化を抑制することができる。このため、第１賦形工程Ｓ１において、コーナー部１０ｃの外側から内側に向かって積層体３の板厚が薄くなるように、積層体３を好適に賦形することができる。また、第２賦形工程Ｓ２において、コーナー部１０ｃの外側に雌型材５１が接するため、コーナー部１０ｃの外側の周長の変化を抑制することができる。このため、第２賦形工程Ｓ２において、コーナー部１０ｃの内側から外側に向かって積層体３の板厚が薄くなるように、積層体３を好適に賦形することができる。このため、コーナー部１０ｃの外側の周長を好適に伸ばすことができ、積層体３のコーナー部１０ｃの外側におけるリンクルの発生を好適に抑制することができる。また、コーナー部１０ｃを湾曲させてコーナー部１０ｃの内側に余剰部分を発生させつつ、積層体３の板厚を薄くしてコーナー部１０ｃの内側の周長を好適に伸ばすことができるため、積層体３の突っ張りを抑制し、コーナー部１０ｃの緻密化を好適に行うことができる。

また、実施形態１によれば、コーナー部１０ｃの曲げ角度が直角となるスパーを成形する場合であっても、コーナー部１０ｃにおける成形不良の発生が好適に抑制されたスパー１０を成形することができる。

また、実施形態１によれば、コーナー部１０ｃにおける成形不良の発生が好適に抑制されたスパー１０を提供することができる。また、コーナー部１０ｃの繊維含有率と、中央部１０ａ及び一対の側面部１０ｂの繊維含有率との差分を３％以下にできることから、スパー１０全体の繊維含有率の均一化を図ることができる。

なお、実施形態１では、ドライ状態の炭素繊維シートを用いて積層体３を形成したが、繊維シートは、炭素繊維に限定されず、ガラス繊維やアラミド繊維といった他の材料の繊維シートでも良いし、さらに、繊維シートに予め樹脂を含浸したプリプレグを用いてもよい。この場合、第２賦形工程Ｓ２において、樹脂材を多めに充填し、また、成形時において樹脂材を適宜排出して充填量を調整することが好ましい。

また、実施形態１では、第１賦形工程Ｓ１において、雄型材４１を用い、第２賦形工程Ｓ２において、雌型材５１を用いたが、この構成に特に限定されない。第１賦形工程Ｓ１及び第２賦形工程Ｓ２において、同型となる雄型または雌型の成形型を用いてもよい。

また、実施形態１では、コーナー部１０ｃが直角となるスパー１０に適用して説明したが、適用される複合材１は、特に限定されない。例えば、スパー１０であっても、コーナー部１０ｃが８０°〜１１０°であってもよいし、または、コーナー部１０ｃが４５°程度となるＺ型の縦通材に適用してもよい。コーナー部１０ｃが４５°となる複合材であっても、第２曲げ角度φ_１は、第１曲げ角度φ_２よりも小さな角度となり、また、第１曲げ角度φ_２は、鈍角でなくてもよく、第２曲げ角度φ_１は、直角以下となる。

［実施形態２］
次に、図５を参照して、実施形態２に係る複合材の成形方法について説明する。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５は、実施形態２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２の複合材の成形方法では、第１賦形工程Ｓ１１において、雌型の第１成形型３１Ａを用い、第２賦形工程Ｓ１２において、雌型の第２成形型３２を用いる。なお、雌型の第１成形型３１Ａは、雌型の第２成形型３２とほぼ同様の構成であるため説明を省略する。

図５に示すように、実施形態２の複合材の成形方法では、先ず、第１成形型３１Ａの雌型材の形状に倣って、第１曲げ角度φ_２で湾曲するコーナー部１０ｃを有する積層体３を成形する（ステップＳ１１：第１賦形工程）。このとき、積層体３のコーナー部１０ｃの外側には、第１成形型３１Ａが接するため、コーナー部１０ｃの外側の周長の変化が抑制される。

この後、第１曲げ角度となる積層体３を、第２成形型３２の雌型材５１に嵌め入れることで、第２成形型３２の雌型材５１の形状に倣って、第１曲げ角度よりも小さな第２曲げ角度（直角）となるように、積層体３のコーナー部１０ｃを湾曲させる（ステップＳ１２：第２賦形工程）。なお、第２賦形工程Ｓ１２は、実施形態１の第２賦形工程Ｓ２と同様であるため、説明を省略する。

第２賦形工程Ｓ１２では、曲率半径Ｒ１’から曲率半径Ｒ１に積層体３の板厚が薄くなることで、積層体３の内側の周長が長くなるため、繊維伸びが発生する。このため、第２賦形工程Ｓ１２においてコーナー部１０ｃの内側に予め発生させた余剰分が、第２賦形工程Ｓ２の繊維伸びによって相殺される。

以上のように、実施形態２によれば、第２賦形工程Ｓ１２において、積層体３を第１曲げ角度φ_２から第２曲げ角度φ_１となるように湾曲させることで、コーナー部１０ｃの内側に予め余剰部分を発生させることができる。そして、第２賦形工程Ｓ１２において、コーナー部１０ｃの内側から外側に向かって積層体３の板厚を薄くするときに、余剰部分があるため、コーナー部１０ｃの内側の周長を好適に伸ばすことができる。よって、積層体３のコーナー部１０ｃの内側における繊維の突っ張りを抑制することができ、コーナー部１０ｃの緻密化を好適に行うことができることから、コーナー部１０ｃにおける成形不良の発生を抑制できる。

１ 複合材
３ 積層体
１０ スパー
１０ａ 中央部
１０ｂ 側面部
１０ｃ コーナー部
３０ 成形用治具
３１ 第１成形型
３２ 第２成形型
４１ 雄型材
４１ａ 上面部
４１ｂ 側面部
４１ｃ コーナー部
４２ バギングフィルム
４３ シール材
４４ 吸引口
５１ 雌型材
５１ａ 底面部
５１ｂ 側面部
５１ｃ コーナー部
５１ｄ フランジ部
５２ バギングフィルム
５３ シール材
５４ 吸引口
φ_２ 第１曲げ角度
φ_１ 第２曲げ角度

Claims (8)

1. 湾曲するコーナー部が形成される複合材の成形方法において、
   前記コーナー部は、曲率半径が短い側が内側となり、内側に比して曲率半径が長い側が外側となっており、
   第１曲げ角度で湾曲する前記コーナー部を有すると共に繊維シートを積層した積層体に対して、前記コーナー部の内側が接する第１成形型を用いて、前記コーナー部の外側から内側に向かって前記積層体を加圧することで前記積層体の板厚を薄くして、前記コーナー部の外側の曲率半径が賦形前に比して短い曲率半径となるように、前記積層体を賦形する第１賦形工程と、
   前記第１曲げ角度よりも小さな第２曲げ角度となるように、前記積層体の前記コーナー部を湾曲させ、第２成形型を用いて、前記積層体の板厚が薄くなるように、前記積層体を賦形する第２賦形工程と、を備えることを特徴とする複合材の成形方法。
2. 湾曲するコーナー部が形成される複合材の成形方法において、
   前記コーナー部は、曲率半径が短い側が内側となり、内側に比して曲率半径が長い側が外側となっており、
   第１曲げ角度で湾曲する前記コーナー部を有すると共に繊維シートを積層した積層体に対して、第１成形型を用いて、前記積層体の板厚が薄くなるように、前記積層体を賦形する第１賦形工程と、
   前記コーナー部の外側が接する第２成形型を用いて、前記第１曲げ角度よりも小さな第２曲げ角度となるように、前記積層体の前記コーナー部を湾曲させると共に、前記コーナー部の内側から外側に向かって前記積層体を加圧することで前記積層体の板厚を薄くして、前記コーナー部の内側の曲率半径が賦形前に比して長い曲率半径となるように、前記積層体を賦形する第２賦形工程と、を備えることを特徴とする複合材の成形方法。
3. 前記第１成形型は、前記コーナー部の内側が接する雄型であり、
   前記第２成形型は、前記コーナー部の外側が接する雌型であることを特徴とする請求項１または２に記載の複合材の成形方法。
4. 湾曲するコーナー部が形成される複合材の成形方法において、
   前記コーナー部は、曲率半径が短い側が内側となり、内側に比して曲率半径が長い側が外側となっており、
   第１曲げ角度で湾曲する前記コーナー部を有すると共に繊維シートを積層した積層体に対して、前記コーナー部の内側が接する雄型を用いて、前記コーナー部の外側から内側に向かって前記積層体を加圧することで前記積層体の板厚を薄くして、前記コーナー部の外側の曲率半径が賦形前に比して短い曲率半径となるように、前記積層体を賦形する第１賦形工程と、
   前記コーナー部の外側が接する雌型を用いて、前記第１曲げ角度よりも小さな第２曲げ角度となるように、前記積層体の前記コーナー部を湾曲させると共に、前記コーナー部の内側から外側に向かって前記積層体を加圧することで前記積層体の板厚を薄くして、前記コーナー部の内側の曲率半径が賦形前に比して長い曲率半径となるように、前記積層体を賦形する第２賦形工程と、を備えることを特徴とする複合材の成形方法。
5. 前記複合材は、前記コーナー部が直角となるスパーであり、
   前記第２曲げ角度は、直角となる角度であり、
   前記第１曲げ角度は、直角よりも大きい鈍角であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の複合材の成形方法。
6. 湾曲するコーナー部が形成される複合材の成形用治具であって、
   前記コーナー部は、曲率半径が短い側が内側となり、内側に比して曲率半径が長い側が外側となっており、
   第１曲げ角度で湾曲する前記コーナー部を有すると共に繊維シートを積層した積層体に対して、前記コーナー部の内側が接して、前記コーナー部の外側から内側に向かって前記積層体を加圧することで前記積層体の板厚を薄くして、前記コーナー部の外側の曲率半径が賦形前に比して短い曲率半径となるように、前記積層体を賦形する第１成形型と、
   前記第１曲げ角度よりも小さな第２曲げ角度となるように、前記積層体の前記コーナー部を湾曲させ、前記積層体の板厚が薄くなるように、前記積層体を賦形する第２成形型と、を含むことを特徴とする成形用治具。
7. 湾曲するコーナー部が形成される複合材の成形用治具であって、
   前記コーナー部は、曲率半径が短い側が内側となり、内側に比して曲率半径が長い側が外側となっており、
   第１曲げ角度で湾曲する前記コーナー部を有すると共に繊維シートを積層した積層体を形成すると共に、前記積層体の板厚が薄くなるように、前記積層体を賦形する第１成形型と、
   前記コーナー部の外側が接して、前記第１曲げ角度よりも小さな第２曲げ角度となるように、前記積層体の前記コーナー部を湾曲させると共に、前記コーナー部の内側から外側に向かって前記積層体を加圧することで前記積層体の板厚を薄くして、前記コーナー部の内側の曲率半径が賦形前に比して長い曲率半径となるように、前記積層体を賦形する第２成形型と、を含むことを特徴とする成形用治具。
8. 前記第１成形型は、前記コーナー部の内側が接する雄型であり、
   前記第２成形型は、前記コーナー部の外側が接する雌型であることを特徴とする請求項６または７に記載の成形用治具。

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