JP6667055B2 - 複合材料成形物製造用成形型および複合材料成形物の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、複合材料成形物を製造するために用いられる成形型、および複合材料成形物を製造する方法に関し、特に、熱硬化性樹脂組成物および繊維材料により少なくとも構成される複合材料製であって、その横断面が中空であるか、もしくは、折曲部または湾曲部を含む断面形状を有する複合材料成形物を製造するために用いられる成形型と、この複合材料成形物の製造方法とに関する。

近年、これまで金属材料が用いられてきた分野において、繊維強化樹脂複合材料（以下、適宜「複合材料」と略す。）が広く用いられるようになっている。例えば、強化繊維として炭素繊維を用い、これにエポキシ樹脂等のマトリクス樹脂を含浸させて成形した炭素繊維強化型の材料（炭素繊維強化プラスチック；ＣＦＲＰ）は、金属材料よりも軽量であることに加え、より高強度である。それゆえ、航空宇宙分野、スポーツ用品分野、産業機械分野、自動車分野、自転車分野等の幅広い分野において、ＣＦＲＰ等の複合材料製の成形物（複合材料成形物）が採用されるようになっている。

複合材料成形物の製造方法（あるいは成形方法）としては、代表的には、プリプレグ（繊維材料にマトリクス材料である熱硬化性樹脂組成物を含浸させて半硬化状態としたもの）を所望の形状に合わせて積層して積層体を形成し、この積層体を成形型内のキャビティに配置してバギングし、オートクレーブ（圧力釜）により加熱および加圧して積層体を硬化し、成形型をデバッグしてから、硬化物すなわち複合材料成形物を脱型する。

ここで、複合材料成形物として、その横断面が中空のものである場合には、一般には、ブラダ（bladder）またはインフレータブルマンドレル（inflatable mandrel）と呼ばれる内型（中子部材）が用いられる。

ブラダは、伸縮可能な袋状の部材であり、オートクレーブ時には、加圧によって膨張する。そこで、成形型内のキャビティに積層体とブラダとを収容してオートクレーブすれば、ブラダが膨張して所定形状の内型となり、積層体を外型である成形型に向けて加圧することになる。また、オートクレーブ後にはブラダは収縮するので、得られる硬化物（複合材料成形物）の中空部から引き抜くことができる。

ブラダを用いて中空を有する複合材料成形物を製造する技術としては、例えば特許文献１に開示される装置または方法が挙げられる。この装置または方法では、代表的には、航空機分野に用いられる複合材料成形物を製造する際に、硬化前の積層体（特許文献１では「複合チャージ」）の中空部（特許文献１では「内部キャビティ」）内に、可撓性のブラダを配置するとともに、ブラダを加圧するためのリザーバを別途設けている。このリザーバとブラダとは、互いに結合されて可撓性のバッグ内に封止されている。そのため、オートクレーブによる圧力がリザーバに伝達し、リザーバ内の流体がブラダ内に押し込まれる。これにより、ブラダが適正に加圧されるため、複合材料成形物内に中空部等が形成される。

特開２０１４−０１２３９９号公報

しかしながら、ブラダのように膨張型の内型（中子部材）を用いる技術は、複合材料成形物の内面形状の厳密性が求められない場合に限られる。

具体的には、前記の通り、ブラダはオートクレーブ時には、加圧によって膨張するため、「外型」に対する「内型」として有効に機能するが、オートクレーブしない状態では、収縮した袋状物であって「内型」としては機能し得ない。外型は、一般的には金属製の「金型」であるため、オートクレーブ時には、膨張したブラダからの加圧により積層体の外表面に対して外型により所望形状が付与される。これに対して、膨張および収縮可能なブラダは、オートクレーブ時に内側から外側に向かって積層体を押圧（加圧）するのみで、複合材料成形物の内表面に所望形状を付与することができない。

それゆえ、複合材料成形物が、その横断面に中空部、折曲部または湾曲部を有するものであって、外表面だけでなく内表面も所望形状に成形した場合には、ブラダを用いることはできなかった。

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであって、横断面に中空部、折曲部または湾曲部を有する複合材料成形物において、その外表面および内表面のいずれも所望形状に成形することができる、成形型または製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る複合材料成形物製造用成形型は、前記の課題を解決するために、熱硬化性樹脂組成物および繊維材料により少なくとも構成される複合材料製であり、その横断面に中空、折曲部および湾曲部の少なくともいずれかを含む断面形状を有する複合材料成形物を製造する際に、前記繊維材料に前記熱硬化性樹脂組成物を含浸させて半硬化させたプリプレグの積層体を熱硬化するために用いられる成形型であって、前記複合材料成形物の横断面において、前記中空側、もしくは、前記折曲部または前記湾曲部における内側または外側となる表面を加圧面としたときに、前記加圧面の形状に対応する形状の加圧成形表面を有し、熱膨張する加圧体と、前記積層体および前記加圧体を内部に収容するキャビティが設けられ、当該キャビティには、前記加圧面以外の形状に対応した内表面形状が含まれる成形型本体と、を備え、前記成形型本体は、前記キャビティ内に前記加圧体を配置して、当該キャビティの内表面と当該加圧体の前記加圧成形表面との間で構成される成形空間内に前記積層体を収容した状態で、当該キャビティを封止するよう構成されている。

また、本発明に係る複合材料成形物の製造方法は、前記の課題を解決するために、熱硬化性樹脂組成物および繊維材料により少なくとも構成される複合材料製であり、その横断面に中空、折曲部および湾曲部の少なくともいずれかを含む断面形状を有する複合材料成形物を製造する方法であって、前記複合材料成形物の横断面において、前記中空側、もしくは、前記折曲部または前記湾曲部における内側または外側を加圧面としたときに、前記加圧面の形状に対応する形状の加圧成形表面を有し、熱膨張する加圧体と、前記加圧面以外の形状に対応した内表面形状を含むキャビティが設けられている成形型本体と、を備える成形型を用い、前記繊維材料に前記熱硬化性樹脂組成物を含浸させて半硬化させたプリプレグの積層体に対して、前記加圧体の前記加圧成形表面を当接させるように、当該積層体および当該加圧体を前記キャビティ内に配置して、当該キャビティを封止するように前記成形型本体を固定し、当該成形型を外部から加圧せずに加熱することにより、前記積層体を硬化させる構成である。

前記構成によれば、マッチドダイである成形型本体を加熱してキャビティ内に配置される加圧体を加熱することで、加圧体が膨張して成形空間内の積層体の加圧面を加圧することになる。それゆえ、中空、折曲部または湾曲部を有する複合材料成形物において、その外表面または内表面（中空の場合は内表面）を加圧面として設定し、当該加圧面に加圧体を当接させて加熱することで、加圧面でない表面だけでなく加圧面も所望形状に成形することができる。これにより、横断面に中空部、折曲部または湾曲部を有する複合材料成形物を所望形状に成形することができる。

また、成形型本体内部で加圧体が熱膨張して積層体を加圧するので、オートクレーブのように加圧を伴った加熱が必要なくなり、オーブン等の一般的な加熱装置のみで複合材料成形物を所定形状に成形することができる。しかも、積層体を収容した状態でキャビティを封止できるので、加熱前の成形型をバギングしたり加熱後の成形型をデバッグしたりする必要がなくなる。その結果、複合材料成形物の製造工程を大幅に簡素化することができる。

さらに、積層体は、キャビティ内で閉鎖された成形空間内に収容されて、加圧体の熱膨張により全体的に加圧されながら加熱硬化される。それゆえ、得られる複合材料成形物は、その端部において熱硬化性樹脂組成物の硬化物がキャビティの外部にほとんど漏出することがない。このとき、加熱によって熱硬化性樹脂（組成物）が軟化して成形空間全体に行き渡ることになる。これにより、加圧体の熱膨張による加圧力とともに、軟化した熱硬化性樹脂による静水圧加圧も生じる。そのため、成形空間全体においてより良好な加圧力が生じるため、得られる位複合材料成形物においては、加圧不足に伴うポロシティ等の欠陥の発生を有効に抑制することができる。

また、熱硬化性樹脂（組成物）が成形空間からほとんど漏出しないので、得られる複合材料成形物においては余剰部分がほとんど発生することがない。そのため、得られる複合材料成形物においてトリム作業が不要になるとともに、トリム作業しなくてよいことから、トリム端に発生する繊維の露出を回避することができる。それゆえ、複合材料成形物の端部に吸湿防止のためにエッジシールを施す必要がなくなる。その結果、製造工程をより簡素化することができる。

加えて、加圧体を用いて積層体を加圧するため、マッチドダイでありながら成形型をプレスする必要がない。しかも、成形型および加圧体のサイズまたは形状を調整することで、さまざまなサイズまたは形状の複合材料成形物を製造することができるとともに、加圧体から積層体の加圧面に対して全方向的に良好な圧力を加えることができるので、複雑な形状の成形も可能となる。

本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。

本発明では、以上の構成により、横断面に中空部、折曲部または湾曲部を有する複合材料成形物において、その外表面および内表面のいずれも所望形状に成形することが可能な成形型または製造方法を提供することができる、という効果を奏する。

図１Ａは、本開示に係る複合材料成形物の一例を示す模式的斜視図であり、図１Ｂおよび図１Ｃは、図１Ａに示す複合材料成形物の断面形状の一例を示す模式的断面図である。 図２は、本開示の実施の形態１に係る複合材料成形物製造用成形型の一例であって、端部の蓋型部を取り付けていない状態の構成を示す模式的端面図である。 図３は、図２に示す複合材料成形物製造用成形型において、端部に蓋型部を取り付ける状態の一例を示す模式的部分斜視図である。 図４は、図２に示す複合材料成形物製造用成形型において、成形型、加圧体、および積層体の配置関係の一例を示す分解端面図である。 図５Ａは、本開示に係る複合材料成形物の製造方法の一例を示す概略工程図であり、図５Ｂは、従来の複合材料成形物の製造方法の一例を示す概略工程図である。 図６Ａは、本開示に係る複合材料成形物の製造方法により得られる複合材料成形物の概略モデルの一例を示す模式的断面図であり、図６Ｂは、従来の複合材料成形物の製造方法により得られる複合材料成形物の縁部処理を概略モデルで示す模式的工程図である。 図７Ａ〜図７Ｆは、本開示に係る複合材料成形物の他の例を示す模式的断面図である。 図８は、図２に示す複合材料成形物製造用成形型の変形例を示す模式的端面図である。 図９は、図２に示す複合材料成形物製造用成形型の他の変形例を示す模式的端面図である。 図１０は、図２に示す複合材料成形物製造用成形型のさらに他の変形例を示す模式的端面図である。 図１１は、本開示の実施の形態２に係る複合材料成形物製造用成形型の一例を示す模式的端面図である。 図１２は、本開示の実施の形態３に係る複合材料成形物製造用成形型の一例を示す模式的端面図である。 図１３は、図１２に示す複合材料成形物製造用成形型におけるキャビティを説明する模式的端面図である。 図１４は、本開示の実施の形態４に係る複合材料成形物製造用成形型の一例を示す模式的端面図である。 図１５は、図１４に示す複合材料成形物製造用成形型におけるキャビティを説明する模式的端面図である。 図１６は、図１４に示す複合材料成形物製造用成形型の他の例を示す模式的端面図である。

以下、本開示の代表的な実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。

（実施の形態１）
［複合材料成形物の構成例］
まず、本開示に係る複合材料成形物の一例について、図１Ａ〜図１Ｃを参照して具体的に説明する。本開示に係る複合材料成形物は、熱硬化性樹脂組成物および繊維材料により少なくとも構成される複合材料製であって、繊維材料に熱硬化性樹脂組成物を含浸させて半硬化させたプリプレグの積層体を熱硬化することにより製造されるものであればよい。ただし、本開示に係る複合材料成形物は、その横断面に中空、折曲部および湾曲部の少なくともいずれかを含む断面形状を有している。

具体的には、例えば、図１Ａ〜図１Ｃに示すように、本実施の形態１では、複合材料成形物として、断面がＣ型形状であるＣ型材２０Ａを挙げる。Ｃ型材２０Ａは、その端面（図１Ａ）または断面（図１Ｂまたは図１Ｃ）端面から見たときに、板状の本体部２１（またはウェブ）と、当該本体部２１の両縁部から同一方向に折れ曲がった２つのフランジ部２２と、を有する形状である。

なお、Ｃ型材２０Ａのより具体的な断面形状は特に限定されない。例えば、図１Ｂに示すように、Ｃ型材２０Ａにおいては、フランジ部２２は、本体部２１につながる位置からその縁部まで同じ厚さであってもよいし、図１Ｃに示すように、２つのフランジ部２２のうち少なくとも一方（図１Ｃでは紙面上側のフランジ部２２）の先端は、その厚さが先細りとなるリバースカット部２３として構成されてもよい。

また、図１Ａ〜図１Ｃにおいてブロック矢印Ｍで示す方向は、Ｃ型材２０Ａにおいて後述する「加圧面」となる表面を指している。加圧面は、複合材料成形物の横断面において、中空側もしくは折曲部または湾曲部の内側となる表面であればよい。図１Ａ〜図１Ｃに示すＣ型材２０Ａでは、一対のフランジ部２２および本体部２１により折曲部が構成されるので、一対のフランジ部２２の対向面および本体部２１のうちフランジ部２２側の表面が加圧面となる。言い換えれば、加圧面は、一対のフランジ部２２の内表面とこれら内表面に連続する本体部２１の内表面で構成される。

本開示において、Ｃ型材２０Ａ等の複合材料成形物の材質である複合材料は、前記の通り、繊維材料および熱硬化性樹脂組成物で構成されていればよい。繊維材料は、複合材料成形物において良好な物性（強度等）を実現できるものであれば、その具体的な修理は特に限定されない。繊維材料としては、例えば、炭素繊維、ポリエステル繊維、ＰＢＯ（ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール）繊維、ボロン繊維、アラミド繊維、ガラス繊維、シリカ繊維（石英繊維）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）繊維、ナイロン繊維、等を挙げることができる。これら繊維材料は、１種類のみが用いられてもよいし２種類以上が適宜組み合わせて用いられてもよい。繊維材料の使用形態は特に限定されないが、代表的には、組物、織物、編物、不織布等で構成された基材として用いることができる。

繊維材料に含浸される熱硬化性樹脂組成物は、少なくとも熱硬化性樹脂（マトリクス材）で構成されていればよいが、熱硬化性樹脂以外の材料を含有してもよい。熱硬化性樹脂の具体的な種類は特に限定されないが、代表的には、例えば、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、シアネートエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、等が挙げられる。これら熱硬化性樹脂は単独種で用いられてもよいし、複数種が組み合わせられて用いられもよい。また、これら熱硬化性樹脂のより具体的な化学構造も特に限定されず、公知の種々のモノマーが重合されたポリマーであってもよいし、複数のモノマーが重合されたコポリマーであってもよい。また、平均分子量、主鎖および側鎖の構造等についても特に限定されない。

熱硬化性樹脂組成物は、前記の熱硬化性樹脂に加えて、公知の硬化剤、硬化促進剤、繊維基材以外の補強材または充填材、その他公知の添加剤を含んでいてもよい。これら硬化剤、硬化促進剤等の添加剤の具体的な種類、組成等についても特に限定されず、公知の種類または組成のものを好適に用いることができる。

本開示においては、複合材料成形物は、前記の通り、プリプレグを積層して硬化することにより製造される。プリプレグは、繊維材料で構成される基材に熱硬化性樹脂組成物を含浸させて半硬化状態としたシート体である。プリプレグの具体的な構成は特に限定されない。また、プリプレグを積層して形成される積層体の具体的な構成も特に限定されない。例えば、プリプレグの形状、プリプレグの積層枚数、プリプレグの積層方向等については、得られる複合材料成形物の形状、用途、種類等に応じて適宜設定することができる。

［成形型の構成例］
次に、このようなＣ型材２０Ａを製造するために用いられる、本実施の形態１に係る成形型の代表的な一例について、図２〜図４を参照して具体的に説明する。図２および図３に示すように、本実施の形態１に係る成形型１０Ａは、雌型部１１、側面蓋型部１２、加圧体１３Ａ，および端面蓋型部１４等を備えており、図２に示すように、雌型部１１および加圧体１３Ａとの間に成形空間１５が形成される。成形空間１５内には、硬化によってＣ型材２０Ａとなる積層体４０が保持されている。

積層体４０は、前記の通り、プリプレグを複数枚積層して構成されるものである。成形空間１５は、製造対象である複合材料成形物、本実施の形態１では、Ｃ型材２０Ａの形状に対応する空間として成形型１０Ａ内に形成される。なお、図２および図３では、成形空間１５には積層体４０が「充填」されていることになるため、成形空間１５に対応する領域を点線で囲んで図示している。また、図２〜図４に示す積層体４０では、紙面上側の縁部の厚さが先細りとなっているので、本実施の形態１で製造対象となるＣ型材２０Ａは、一方のフランジ部２２の縁部にリバースカット部２３を有する（図１Ｃ参照）ものとなっている。

雌型部１１は、図４に示すように、キャビティ１１ｂを有しており、このキャビティ１１ｂ内に積層体４０および加圧体１３Ａが配置される。したがって、雌型部１１には、加圧体１３Ａを雄型とするような凹部であるキャビティ１１ｂが設けられている。側面蓋型部１２は、雌型部１１のキャビティ１１ｂ内に積層体４０および加圧体１３Ａが配置された状態で当該キャビティ１１ｂを封止するように、雌型部１１に固定される。一般的な雄雌一対の成形型であれば、側面蓋型部１２は、雌型部１１に対応する「雄型部」であり、その内面に加圧体１３Ａと同様の凸部が形成されることになる。しかしながら、本開示においては、加圧体１３Ａは、側面蓋型部１２とは別体として構成されているため、側面蓋型部１２は、キャビティ１１ｂを実質的に密閉封止する「蓋部」のように機能する。

雌型部１１および側面蓋型部１２は、図３に示すように、Ｃ型材２０Ａとなる積層体４０の長手方向（軸材方向）に沿って延伸する細長い形状を有している。したがって、雌型部１１のみを見れば、細長いキャビティ１１ｂを有する溝状の型として構成されており、側面蓋型部１２は、この溝（キャビティ１１ｂ）を閉じるような細長い平板状の「蓋部材」として構成されている。それゆえ、雌型部１１の細長いキャビティ１１ｂ内に、細長い積層体４０および細長い加圧体１３Ａが配置され、これらが配置された後のキャビティ１１ｂの上側面（細長い開口部）が側面蓋型部１２で封止される。なお、この状態を説明の便宜上「基本組立状態」と称する。

また、図３に示すように、基本組立状態にある成形型１０Ａでは、その両端部が開放されている（図３では一方の端部のみ図示）。そこで、これら両端部は、端面蓋型部１４により封止される。なお、端面蓋型部１４により両端部が封止された状態を、説明の便宜上「最終組立状態」と称する。したがって、端面蓋型部１４も、側面蓋型部１２と同様に、雌型部１１のキャビティ１１ｂ内に積層体４０および加圧体１３Ａが配置された状態で当該キャビティ１１ｂを封止する。

雌型部１１、側面蓋型部１２、および端面蓋型部１４は、図２〜図４に示すように、締結部材１６によって互いに固定されるように組み立てられる。したがって、雌型部１１、側面蓋型部１２、および端面蓋型部１４には、締結部材１６が挿入される複数の締結孔１１ａ，１２ａ，１４ａが設けられている。例えば、図２および図４に示すように、雌型部１１の端面には締結孔１１ａが複数設けられ、側面蓋型部１２の端面にも締結孔１２ａが複数設けられている。また、図３に示すように、端面蓋型部１４にも締結孔１４ａが複数設けられている。

本実施の形態１では、締結部材１６としてボルトを用いている。図２または図４に図示される締結孔１１ａ，１２ａは、基本組立状態にある成形型１０Ａ（雌型部１１および側面蓋型部１２）の端部に端面蓋型部１４を固定するためにボルト先端を挿入する孔となる。それゆえ、これら締結孔１１ａ，１２ａは、ボルト先端の雄型ねじ溝が螺合する雌型ねじ溝が内部に形成される「ねじ溝孔」であればよい。また、図３において端面蓋型部１４に設けられる締結孔１４ａは、ボルト頭部が端面蓋型部１４の外表面に露出しないように、ボルト頭部を収容できる孔であればよいので、例えば、「座ぐり孔」として形成されればよい。

なお、図２〜図４では、側面蓋型部１２の端面に合計３つの締結孔１２ａが設けられ、雌型部１１の端面に合計７つの締結孔１１ａが設けられている。そのため、基本組立状態にある成形型１０Ａの端面として見れば、ねじ溝孔が端面の周囲に合計１０個設けられていることになる。それゆえ、これらねじ溝孔に対応する座ぐり孔も、端面蓋型部１４に合計１０個設けられている。図３では、１０個のねじ溝孔−座ぐり孔のうち２つについて一点鎖線で対応関係を示している。

また、図２〜図４には図示しないが、側面蓋型部１２の外表面にも複数の座ぐり孔が設けられ、これに対応するねじ溝孔が雌型部１１の側面にも同数設けられている。それゆえ、図２では、雌型部１１に側面蓋型部１２を固定する締結部材１６を点線で図示している。さらに、図示しないが、基本組立状態の成形型１０Ａの端面（雌型部１１および側面蓋型部１２の端面）、並びに、雌型部１１の側面のうち側面蓋型部１２が固定される面（キャビティ１１ｂを封止する面）には、位置決めピンを挿入する位置決め孔が形成されてもよい。

締結部材１６によって互いに固定される雌型部１１、側面蓋型部１２、および端面蓋型部１４を「成形型本体」とすれば、加圧体１３Ａは、成形型本体とは別体として構成される部材である。加圧体１３Ａは、Ｃ型材２０Ａ（複合材料成形物）の加圧面に対応する外表面形状を有しており、加熱により熱膨張する。これにより、Ｃ型材２０Ａの加圧面を加圧する。それゆえ、成形型本体の内表面は、Ｃ型材２０Ａの加圧面以外の形状に対応した形状を有している。

なお、説明の便宜上、加圧体１３ＡにおいてＣ型材２０Ａの加圧面を押圧する表面を「加圧成形表面」と称する。この加圧成形表面は、Ｃ型材２０Ａの加圧面の形状に対応した形状を有しており、本実施の形態１では、Ｃ型材２０Ａの加圧面が折曲部の内表面であるので、加圧体１３Ａの加圧成形表面は、前記の通り、折曲部の内表面に対応する外表面形状を有している。後述する他の実施の形態においても、加圧体の加圧成形表面は複合材料成形物（Ｃ型材２０Ａ等）の加圧面に対応した形状を有している。また、他の実施の形態においても、前記の通り、成形型本体の内表面は、複合材料成形物の表面のうち加圧体１３Ａで加圧される加圧面以外の形状に対応した形状を有している。

本実施の形態１では、雌型部１１のキャビティ１１ｂが、加圧面以外の大部分の形状に対応した内表面形状を有している。さらに、図２に示すように、側面蓋型部１２も、Ｃ型材２０Ａにおける一方のフランジ部２２の縁面（リバースカット部２３を有さない平坦な縁面。図２の紙面下側。）に対応する内表面形状を一部含んでいる。加えて、明確に図示しないが、図３から明らかなように、端面蓋型部１４も、Ｃ型材２０Ａの平坦な両端部に対応する内表面形状を一部含んでいる。それゆえ、成形型本体は、加圧面以外の形状に対応した内表面形状を含むように構成されていればよい。

加圧体１３Ａは、本実施の形態１では、図２〜図４に示すように、膨張核部３１および圧力分散部３２の２つの部材により構成されている。膨張核部３１は、熱膨張率が相対的に大きいため、加圧体１３Ａにおいて熱膨張による加圧の中核（中心又は主体）として機能する。圧力分散部３２は、膨張核部３１よりも熱膨張率が小さく、膨張核部３１から見て加圧面側に位置している。膨張核部３１は、その形状等に由来して熱膨張時にはその部位ごとに膨張力が異なり、それゆえ加圧力も異なってくる。圧力分散部３２は、熱膨張率が小さく剛性を有しているので、膨張核部３１による部位ごとに異なる加圧力を分散して均等化することができる。そのため、圧力分散部３２は、膨張核部３１の熱膨張による加圧力を加圧面全体に対して良好に分散することができ、加圧体１３Ａ全体として見たときには、加圧面による加圧力を全体的に均等なものとすることができる。

加圧体１３Ａを構成する膨張核部３１および圧力分散部３２の具体的な構成は特に限定されない。また、膨張核部３１および圧力分散部３２のそれぞれの具体的な熱膨張率、並びに、これら熱膨張率の差等についても特に限定されない。本実施の形態１では、膨張核部３１として、例えば、シリコンゴム、フッ素ゴム（例えば、フッ化ビニリデン系ゴム（ＦＫＭ），テトラフルオロエチレン−プロピレン系ゴム（ＦＥＰＭ），テトラフルオロエチレン−パーフルオロビニルエーテル系（ＦＦＫＭ）等）製のものを用いており、圧力分散部３２としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）製のものが用いているが、もちろんこれらに限定されない。

また、本実施の形態１では、特に図４に示すように、圧力分散部３２は、加圧体１３Ａにおいて、積層体４０において加圧面となる表面（図中ブロック矢印Ｍで示す）に当接する部位のみに位置しているが、もちろんこれに限定されない。例えば、膨張核部３１の加圧力を調整する観点から、膨張核部３１の外表面全体を覆うように圧力分散部３２が設けられてもよい。言い換えれば、圧力分散部３２の内部に膨張核部３１が収容されて加圧体１３Ａが構成されてもよい。また、複合材料成形物の具体的な構造等によっては、圧力分散部３２の厚さ（膨張核部３１から加圧面に向かう断面の厚さ）が異なってもよいし、圧力分散部３２が部分的に存在してもよい。

成形型本体である雌型部１１、側面蓋型部１２、および端面蓋型部１４を締結部材１６により組み立てる際には、前記の通り、キャビティ１１ｂ内に積層体４０および加圧体１３Ａを配置する。積層体４０は、キャビティ１１ｂの内表面上に載置され、加圧体１３Ａは、積層体４０の上に載置される。このように、成形型本体のキャビティ１１ｂ内に加圧体１３Ａを配置することで、キャビティ１１ｂの内表面と加圧体１３Ａの外表面との間で成形空間１５（図２および図３において点線で囲んだ領域）が構成される。

積層体４０は、この成形空間１５内に充填されるように収容されている。また、雌型部１１のキャビティ１１ｂは、側面蓋型部１２および端面蓋型部１４により封止されるので、成形空間１５も実質的に密閉封止させることになる。この状態で成形型１０Ａを加熱すると、加圧体１３Ａが熱膨張する。成形空間１５が実質的に密閉封止されているので、熱膨張による加圧力は、実質的に外部に漏出することがなく、積層体４０の加圧面を加圧する。これにより、積層体４０は、加圧状態で熱硬化するため、積層体４０を所定形状のＣ型材２０Ａ（複合材料成形物）に成形することができる。

しかも、成形型１０Ａの内部では、加熱により熱硬化性樹脂（組成物）が軟化して成形空間１５全体に行き渡ることになる。これにより、加圧体１３Ａの熱膨張による加圧力とともに、軟化した熱硬化性樹脂による静水圧加圧も生じる。そのため、得られるＣ型材２０Ａにおいては、成形空間１５全体において良好な加圧力が生じるために、加圧不足に伴うポロシティなどの欠陥の発生を抑制することができる。

なお、本開示においては、成形型１０Ａは、当該成形型１０Ａの内部すなわち成形空間１５内の気体等を外部に逃がすための構成（例えばベント部等）を備えていてもよい。それゆえ、成形型１０Ａにおいては、成形空間１５を完全に密閉封止する構成に限定されず、前記の通り実質的に密閉封止されている構成であればよい。また、本開示においては、成形型１０Ａの成形型本体を構成するそれぞれの型部（雌型部１１、側面蓋型部１２、および端面蓋型部１４等）の合わせ面には、軟化した熱硬化性樹脂が外部に漏れだすことを防止または抑制するためのシール材等を設けてもよい。

［複合材料成形物の製造方法］
次に、本開示に係る複合材料成形物の製造方法について、前記構成の成形型１０Ａを用いた場合を例に挙げて、図５Ａ，図５Ｂおよび図６Ａ，図６Ｂを参照して具体的に説明する。

図５Ａに示す工程図は、図２〜図４に例示する成形型１０Ａを用いて複合材料成形物（Ｃ型材２０Ａ）を製造する際の代表的な工程を示している。これに対して、図５Ｂに示す工程図は、従来の一般的な成形型（従来成形型）を用いて一般的な製造方法で複合材料成形物を製造する際の代表的な工程を示している。複合材料成形物の種類、形状、用途等の諸条件によって実施される工程は異なるが、本実施の形態１では、複合材料成形物が航空機用部品である場合の製造方法を例示する。

複合材料製の航空機用部品を従来の一般的な製造方法で製造する場合、まず、プリプレグを積層して積層体４０を準備し（工程Ｐ１１）、この積層体４０を従来成形型に配置する（工程Ｐ１２）。その後、耐熱フィルムおよびシール材等を用いて従来成形型をバギング処理し（工程Ｐ１３）、オートクレーブする（工程Ｐ１４）。オートクレーブにより従来成形型（および積層体４０）が加圧および加熱されるため、積層体４０は所定形状に硬化し、硬化物すなわち複合材料成形物となる。

オートクレーブが終了すれば、バギングされた従来成形型を取り出して、この従来成形型をデバッグ処理し（工程Ｐ１５）、その後に従来成形型から硬化物（複合材料成形物）を脱型する（工程Ｐ１６）。ここで、オートクレーブでの熱硬化では、マトリクス材（熱硬化性樹脂）が流れ出して硬化した余剰部分が周囲に発生する。そのため、この余剰部分を除去するために硬化物をトリム処理する（工程Ｐ１７）。

トリム処理の後に、硬化物を仕上げ処理し（工程Ｐ１８）、硬化物を非破壊検査（Non Destructive Inspection：ＮＤＩ）する（工程Ｐ１９）。ＮＤＩでは、硬化物の品質に影響を与える（またはその可能性のある）欠陥、例えば、層間剥離、空隙（ボイド）、ポロシティ等の有無について検査する。さらにＮＤＩの後に、トリム処理によってトリム端に露出した繊維からの吸湿を防止するために、硬化物をエッジシール処理する（工程Ｐ２０）。

これに対して、本実施の形態１に係る製造方法では、従来と同様に、プリプレグを積層して積層体４０を準備し（工程Ｐ０１）、この積層体４０を前述した成形型１０Ａに配置する（工程Ｐ０２）。すなわち、雌型部１１のキャビティ１１ｂの内表面に積層体４０を配置し、この積層体４０に対して加圧体１３Ａを重ねるように配置する。これにより、キャビティ１１ｂの内部に積層体４０および加圧体１３Ａが嵌合するように配置されるので、キャビティ１１ｂを封止するように側面蓋型部１２および端面蓋型部１４を雌型部１１に締結部材１６で固定する。

このようにして組み立てられた成形型１０Ａでは、キャビティ１１ｂ内に積層体４０と加圧体１３Ａとが配置される。それゆえ、キャビティ１１ｂの内表面と加圧体１３Ａの外表面との間で構成される成形空間１５内に積層体４０が充填するように収容される。この状態で、成形型１０Ａを例えばオーブンで加熱する（工程Ｐ０３）。前記の通り、キャビティ１１ｂは実質的に密閉封止されているので、加圧体１３Ａの熱膨張による加圧力は積層体４０の加圧面に良好に加えられることになる。

そのため、本開示に係る製造方法では、従来の製造方法のように、加熱とともに加圧を行うオートクレーブが必要なくなる。オートクレーブは、オーブン等に比べて相対的に高価であるので、本開示に係る製造方法であれば、製造設備の費用の増加を抑制することができる。また、オートクレーブが不要となれば、バギング処理およびデバッグ処理も必要なくなる。バギング処理およびデバッグ処理は、工数も作業時間も相対的に大きくなるので、これら処理を削減することで、製造方法をより効率化することができる。

積層体４０が硬化して所定形状の硬化物すなわち複合材料成形物が得られれば、成形型１０Ａを分解して硬化物を脱型する（工程Ｐ０４）。ここで、前記の通り、成形空間１５は実質的に密閉封止されているので、得られる硬化物においては、多少のバリが生じるものの、トリム処理が必要となるような余剰部分は実質的に発生しない。そのため、本開示に係る製造方法では、トリム処理も必要なくなる。脱型した硬化物に対しては、従来と同様に、硬化物を仕上げ処理し（工程Ｐ０５）、硬化物をＮＤＩすればよい（工程Ｐ０６）。本開示に係る製造方法では、トリム処理が不要であるので、従来の製造方法のようにエッジシール処理も不要となる。

ここで、本開示に係る製造方法により得られる複合材料成形物と、従来の一般的な製造方法により得られる複合材料成形物との相違について、特にトリム処理に注目して具体的に説明する。

前記の通り、本開示に係る製造方法では、キャビティ１１ｂ内に加圧体１３Ａを配置した上で当該キャビティ１１ｂ（すなわち成形空間１５）を実質的に密閉封止する。そのため、成形型１０Ａを外部から加圧せずに加熱しても、加圧体１３Ａにより積層体４０を良好に加圧することができるだけでなく、前記の通り、複合材料成形物に余剰部分が生じない。

例えば、Ｃ型材２０Ａを、基材（繊維材料）およびマトリクス材（熱硬化性樹脂）に注目して図６Ａに示すようにモデル化する。図６Ａは、Ｃ型材２０Ａの横断面をモデル化したモデル断面図である。このモデル断面図から明らかなように、繊維材料で構成される基材４１は、本体部２１および一対のフランジ部２２全体（Ｃ型材２０Ａの横断面全体）に及んでおり、マトリクス材４２（熱硬化性樹脂）は、基材４１を完全に被覆している。そのため、先端面２４では、基材４１である繊維材料は露出していない。

これに対して、従来の製造方法により得られる複合材料成形物についても、基材４１およびマトリクス材４２に注目して同様にモデル化する。図６Ｂに示すように、従来Ｃ型材１２０のモデル断面図では、図６Ａに示すＣ型材２０Ａのモデル断面図と同様に、本体部１２１および一対のフランジ部１２２全体（従来Ｃ型材１２０の横断面全体）に及んでおり、マトリクス材４２（熱硬化性樹脂）は、基材４１を完全に被覆している。ただし、フランジ部１２２の先端には余剰部分１２３が生じている。

この余剰部分１２３の根本はフランジ部１２２につながっているので、基材４１が存在するが、その大部分には基材４１は存在していない。これは、従来Ｃ型材１２０をオートクレーブしたときにマトリクス材４２が流出することで余剰部分１２３が形成されるためである。そこで、図６Ｂにおいて一点鎖線で示すように、トリム処理によって余剰部分１２３を切断すると、フランジ部１２２の先端面１２４（トリム端）では基材４１が露出する。それゆえ、露出した基材４１からの吸湿を防止するために、図６Ｂに示すように、先端面１２４にエッジシール１２５を施す。

したがって、本開示に係る複合材料成形物は、従来の複合材料成形物に比べて、余剰部分１２３が発生しないため、トリム処理する必要がないだけでなく、その端部等において基材４１（繊維材料）が露出しておらず、マトリクス材４２で基材４１が覆われた状態にあるということができる。

本実施の形態１では、前記の通り、複合材料成形物としてＣ型材２０Ａを例示しているが、本開示において製造対象となる複合材料成形物は、もちろんＣ型材２０Ａに限定されない。本開示に係る複合材料成形物は、その横断面が中空であるか、もしくは、折曲部または湾曲部を含む断面形状を有するものであればよい。中空、折曲部、または湾曲部が横断面に存在すると、積層体４０を熱硬化する際には、中空側、折曲部の内側、または湾曲部の内側は加圧面とすることができる。そのため、本開示においては、成形型１０Ａにおいて、この加圧面に面するようにキャビティ１１ｂ内で加圧体１３Ａを配置すればよい。

本開示に係る複合材料成形物としては、さまざまな形状のものが挙げられ、特に限定されないが、航空機用部品としては、例えば、図７Ａに示すＣ型材２０Ａ（図１Ａ〜図１Ｃ参照）のように、材軸方向に延伸し所定の断面形状を有する型材を挙げることができる。このような型材は、例えば、航空機のストリンガーまたはフレーム等のスティフナとして用いられる。型材の具体的な形状は特に限定されず、Ｃ型材２０Ａ以外に、例えば、図７Ｂに示すＪ型材２０Ｂ、図７Ｃに示すＨ型材２０Ｃ、図７Ｄに示すＬ型材２０Ｄ、図示しないＴ型材、あるいは、図示しないハット型（またはΩ型）材等が挙げられる。

これら型材は、図７Ａ〜図７Ｄに示すように、いずれも板状の本体部２１（ウェブ）と、この本体部２１の縁部の少なくとも一方に設けられるフランジ部２２と、を有する構成であり、その断面は、本体部２１から少なくとも１つのフランジ部２２が折れ曲がった形状となっている。図７Ａに示すＣ型材２０Ａ（図１Ａ〜図１Ｃも参照）では、前記の通り、一対のフランジ部２２と本体部２１とで折曲部が構成されるので、これらフランジ部２２の内表面と本体部２１の内表面とが加圧面となる。

図７Ｂに示すＪ型材２０Ｂは、３つのフランジ部２２を有しているが、このうち同一方向に位置する一対のフランジ部２２と本体部２１とで折曲部が構成される。この折曲部は実質的にＣ型材２０Ａの折曲部と同様であるので、便宜上「Ｃ型折曲部」と称する。図７Ｃに示すＨ型材２０Ｃは、一対のフランジ部２２を２つ有しており、フランジ部２２の合計は４つになる。したがって、Ｈ型材２０Ｃは、Ｃ型折曲部を２つ有していることになる。これらＪ型材２０ＢおよびＨ型材２０Ｃでは、いずれも一対のフランジ部２２の内表面と本体部２１の内表面とが加圧面となる。

また、図７Ｄに示すように、フランジ部２２を１つのみ有するＬ型材２０Ｄにおいても、本体部２１および１つのフランジ部２２により折曲部が構成されていると見なすことができる。それゆえ、本体部２１においてフランジ部２２側の表面を内表面とし、フランジ部２２において本体部２１側の表面を内表面とすれば、Ｌ型材２０Ｄにおいても、本体部２１およびフランジ部２２の内表面が加圧面となる。なお、Ｌ型材２０Ｄの折曲部を便宜上「Ｌ型折曲部」と称する。

ここで、図７Ｂに示すＪ型材２０Ｂは、Ｃ型折曲部とＬ型折曲部とを有していることになるが、本実施の形態１では、Ｃ型折曲部のみに着目して加圧面を設定している。これは、加圧体の熱膨張による加圧だけでなく、前述したように、熱硬化性樹脂（組成物）が軟化して成形空間１５全体に行き渡ることによる静水圧加圧が生じるためである。したがって、後述する実施の形態３で説明するように、Ｃ型折曲部を加圧面として加圧体を配置するだけでも、Ｌ型折曲部を構成する単独のフランジ部２２を加圧することができる。もちろんＪ型材２０Ｂにおいて、Ｌ型折曲部の内表面を加圧面として加圧体を配置してもよい。

さらに図示しないが、図７Ｄに示すＬ型材２０Ｄのように本体部２１からフランジ部２２が明確に折れ曲っていなくても、本体部２１の横断面が湾曲しているような複合材料成形物も考えられる。このような複合材料成形物では、湾曲部の内表面を加圧面とすればよい。

このように、図７Ａ〜図７Ｄにおいてブロック矢印Ｍで示す加圧面は、複合材料成形物の断面形状によらず、折曲部を構成する本体部２１およびフランジ部２２の内表面である。加圧体１３Ａは、これら加圧面に対応する外表面を有するように形成され、成形型１０Ａのキャビティ１１ｂ内で、加圧面に当接するように配置されればよい。

加えて、複合材料成形物は、図７Ｅに示す中空材２０Ｅまたは図７Ｆに示す中空材２０Ｆであってもよい。中空材２０Ｅは、断面形状が略矩形状で内部が中空部２５であり、中空材２０Ｆは、断面形状が略楕円状で内部が中空部２５である。ブロック矢印Ｍで示す加圧面は、中空部２５の内表面であり、加圧体１３Ａは、この中空部２５に対応する形状に形成されればよい。

また、中空材２０Ｅ，２０Ｆは、型材のように材軸方向に延伸し所定の断面形状を有するものであってもよいが、部分的に中空部２５を有する構成であってもよい。例えば、ヘリコプターのブレードには、その基端部にローターハブを挿入して固定するタイプのものが存在する。このタイプのブレードでは、その基端部が中空部２５を有することになる。それゆえ、本開示に係る成形型１０Ａまたは本開示に係る製造方法は、このようなヘリコプターのブレードを複合材料成形物として製造する場合にも好適に適用することができる。

［変形例］
本実施の形態１では、加圧体１３Ａは、複合材料成形物の加圧面の形状に対応する外表面形状（加圧成形表面）を有し、熱膨張するものであれば特に限定されない。前述した図２〜図４に示す構成では、加圧体１３Ａは、熱膨張率の異なる複数の部材で構成されており、熱膨張の主体となる膨張核部３１に対して圧力分散部３２は熱膨張率が小さくなっているが、本開示はこれに限定されない。例えば、図８に示す成形型１０Ｂは、基本的には図２〜図４に示す成形型１０Ａと同じ構成であるが、加圧体１３Ｂは、単一の熱膨張部材として構成されている。

複合材料成形物の構造、熱硬化性樹脂組成物の組成、熱硬化性樹脂（組成物）の硬化条件等の諸条件によっては、加圧面に対する加圧力を調整する必要性が生じる場合がある。例えば、加圧力をより良好に分散させたい場合には、図２〜図４に示すように、膨張核部３１および圧力分散部３２により構成される加圧体１３Ａを用いればよいが、十分な加圧力を加圧面に加えることができるのであれば、図８に示す加圧体１３Ｂのように単一の部材を用いることができる。

また、加圧面をさらに良好に分散させたい場合には、加圧体の外表面、もしくは、加圧体を構成する複数の部材のいずれかの表面には、熱膨張による加圧力を調整する凹凸構造が設けられてもよい。具体的には、例えば、図９に示す成形型１０Ｃは、基本的には図２〜図４に示す成形型１０Ａと同様に、膨張核部３３および圧力分散部３２により構成されており、膨張核部３３の外表面全体には複数の凸部３４が形成されている。言い換えれば、膨張核部３３の加圧面にはディンプル加工がなされている。

膨張核部３３に複数の凸部３４が形成されることで、膨張核部３３の圧力分散部３２に対する加圧力を良好に調整することができる。それゆえ、膨張核部３３の加圧力が圧力分散部３２に対して良好に伝達され、圧力分散部３２を介して積層体４０の加圧面を良好に加圧することができる。なお、加圧力を調整する凹凸構造は、複数の凸部３４に限定されない。例えば、複数の凸部３４ではなく複数の凹部が形成されるようなディンプル加工であってもよい。

また、複数の凸部３４の加工面から見た形状は円形状であればよいが、凸部３４の形状はこれに限定されず、楕円形、三角形、矩形、多角形等であってもよい。さらに凹凸構造は、凸部３４または凹部以外のその他の幾何学的な形状の凹凸であってもよい。これら凹凸構造は、複数の円形状の凸部３４のように１種類のみであってもよいが、複数種類の凹凸構造が混在してもよい。

また、図９に示す成形型１０Ｃでは、凹凸構造である複数の凸部３４は、膨張核部３３の外表面全体に形成されているが、凹凸構造の形成位置はこれに限定されない。例えば、凹凸構造は、膨張核部３３の外表面および圧力分散部３２の外表面の双方に形成されてもよいし、圧力分散部３２の外表面のみに形成されてもよいし、圧力分散部３２の内表面（膨張核部３３の外表面に当接する面）に形成されてもよい、あるいは、外表面または内表面の全面ではなく一部に凹凸構造が形成されてもよい。

加圧力を調整する構成は、加圧体または加圧体を構成する部材の外表面に凹凸構造を設ける構成に限定されず、加圧体または加圧体を構成する部材の内部に、中空箱部を設ける構成であってもよい。具体的には、例えば、図１０に示す成形型１０Ｄは、基本的には図９に示す成形型１０Ｃと同様の構成であり、加圧体１３Ｄは、複数の凸部３４が外表面に形成された膨張核部３３と、圧力分散部３２とを備えているが、さらに膨張核部３３の内部には、膨張核部３３の熱膨張に伴って内側に変形可能な中空箱部３５が位置している。したがって、加圧体１３Ｄは、膨張核部３３、圧力分散部３２、および中空箱部３５を備えている。

中空箱部３５は、図１０において破線で模式的に示すように、膨張核部３３の熱膨張により内側に変形するように押しつぶされるが、熱硬化が終了し、熱膨張が収束すれば元の形状に戻るように構成されていればよい。したがって、中空箱部３５の具体的な構成は特に限定されず、膨張核部３３（もしくは加圧体１３Ｄ）の熱膨張により生じる加圧力を受けて押しつぶされる箱体であればよい。

中空箱部３５の材質は特に限定されず、熱硬化時の温度に耐え得る耐熱性を有する材質であればよい。代表的にはアルミニウムまたはその合金等の金属を挙げることができるが、耐熱性樹脂製であってもよいし複合材料製であってもよい。中空箱部３５の加圧力に対する形状保持性（耐圧性）についても特に限定されず、熱硬化時に発生する加圧力が所定の範囲を超えたときに押しつぶれるように、板厚を調整したり内部構造を設計したりすればよい。

なお、図１０に示す構成では、成形型１０Ｄが備える加圧体１３Ｄは、膨張核部３３の外表面に複数の凸部３４が設けられた上で、膨張核部３３の内部に中空箱部３５が設けられているが、本開示はこのような構成に限定されない。例えば、図２に示す成形型１０Ａおよびこれが備える加圧体１３Ａに中空箱部３５を適用する構成、すなわち、外表面に複数の凸部３４等の凹凸構造が設けられていない膨張核部３１の内部に中空箱部３５が設けられる構成であってもよい。あるいは、図８に示す成形型１０Ｂおよびこれが備える加圧体１３Ｂに中空箱部３５を適用する構成、すなわち、単一の熱膨張部材で構成される加圧体１３Ｂの内部に中空箱部３５が設けられる構成であってもよい。

このように、本開示に係る成形型１０Ａ〜１０Ｄにおいては、マッチドダイである成形型本体（雌型部１１、側面蓋型部１２、および端面蓋型部１４）を加熱してキャビティ１１ｂ内に配置される加圧体１３Ａ〜１３Ｄを加熱する。これにより、加圧体１３Ａ〜１３Ｄが膨張して成形空間１５内の積層体４０の加圧面を加圧する。これにより、中空、折曲部または湾曲部を有する複合材料成形物において、その外表面だけでなく内表面（加圧面）も所望形状に成形することができる。

また、成形型本体内部で加圧体１３Ａ〜１３Ｄが熱膨張して積層体４０を加圧するので、オートクレーブのように加圧を伴った加熱が必要なくなり、オーブン等の一般的な加熱装置のみで複合材料成形物を所定形状に成形することができる。しかも、積層体４０を収容した状態でキャビティ１１ｂを封止できるので、加熱前の成形型１０Ａ〜１０Ｄをバギングしたり加熱後の成形型１０Ａ〜１０Ｄをデバッグしたりする必要がなくなる。その結果、複合材料成形物の製造工程を簡素化することができる。

さらに、積層体４０は、キャビティ１１ｂ内で閉鎖された成形空間１５内に収容されて、加圧体１３Ａ〜１３Ｄの熱膨張により全体的に加圧されながら熱硬化される。それゆえ、得られる複合材料成形物は、その端部において熱硬化性樹脂組成物の硬化物がキャビティ１１ｂの外部にほとんど漏出することがない。このとき、加熱によって熱硬化性樹脂（組成物）が軟化して成形空間１５全体に行き渡ることになる。これにより、加圧体１３Ａ〜１３Ｄの熱膨張による加圧力とともに、軟化した熱硬化性樹脂による静水圧加圧も生じる。そのため、成形空間１５全体においてより良好な加圧力が生じるため、得られる複合材料成形物において加圧不足に伴うポロシティ等の欠陥の発生を有効に抑制することができる。

また、熱硬化性樹脂（組成物）が成形空間１５からほとんど漏出しないので、得られる複合材料成形物においては、その端部まで良好な成形が可能となる。それゆえ、当該複合材料成形物に余剰部分１２３を形成する必要がない。そのため、得られる複合材料成形物においてトリム作業が不要になるとともに、トリム作業しなくてよいことから、トリム端に発生する繊維（基材４１）の露出を回避することができる。それゆえ、例えば、複合材料成形物の端部に吸湿防止のためにエッジシールを施す必要がなくなる。その結果、製造工程をより簡素化することができる。

加えて、加圧体１３Ａ〜１３Ｄを用いて積層体４０を加圧するため、マッチドダイでありながら成形型１０Ａ〜１０Ｄをプレスする必要がない。しかも、成形型１０Ａ〜１０Ｄおよび加圧体１３Ａ〜１３Ｄのサイズまたは形状を調整することで、さまざまなサイズまたは形状の複合材料成形物を製造することができるとともに、加圧体１３Ａ〜１３Ｄから積層体４０の加圧面に対して全方向的に良好な圧力を加えることができるので、複雑な形状の成形も可能となる。

（実施の形態２）
前記実施の形態１に係る成形型１０Ａ〜１０Ｄは、成形型本体を組み立てた後に、例えばオーブン等の外部加熱装置を利用して積層体４０を熱硬化していた。これに対して、本実施の形態２では、成形型本体が、当該成形型本体を加熱する加熱部を備えている構成を有している。このような成形型について図１１を参照して具体的に説明する。

図１１に示すように、本実施の形態２に係る成形型１０Ｅは、前記実施の形態１に係る成形型１０Ａ〜１０Ｄのうち成形型１０Ｃと同様の構成を有している。すなわち、成形型１０Ｅは、成形型本体である雌型部１１、側面蓋型部１２、および端面蓋型部１４を備えているとともに、加圧体１３Ｃを備えており、加圧体１３Ｃは、複数の凸部３４を有する膨張核部３３と圧力分散部３２とで構成されている。さらに、雌型部１１は、その内部に複数の加熱部１７を備えている。

図１１に示す構成において、加熱部１７は、雌型部１１の４側面のうち側面蓋型部１２が固定されている面（キャビティ１１ｂが開口している面）を除く３面にそれぞれ設けられている。なお、図１１では、加熱部１７は端面に露出していないので破線で図示している。加熱部１７の具体的な構成は限定されず、複合材料成形物の成形分野または他の樹脂材料の成形分野において、公知の成形型加熱用ヒータを用いることができる。この成形型加熱用ヒータは、図１１に示すように成形型１０Ｅに内蔵されるタイプであってもよいし、成形型１０Ｅの外部に取り付けるタイプであってもよい。

雌型部１１、側面蓋型部１２、および端面蓋型部１４は締結部材１６により組み立てられる。この組立てに際しては、まず、雌型部１１のキャビティ１１ｂ内に積層体４０を配置し、加圧体１３Ｃを配置し、その後にキャビティ１１ｂを封止するように、雌型部１１に対して締結部材１６により側面蓋型部１２を固定する（基本組立状態）。その後、基本組立状態の成形型１０Ｅの両端部を封止するように、締結部材１６により端面蓋型部１４を固定する（最終組立状態）。

その後、本実施の形態２では、前記実施の形態１のようにオーブンに成形型１０Ｅを入れて加熱するのではなく、加熱部１７を動作させて成形型１０Ｅそのものを加熱する。これにより、製造設備としてオーブンを導入しなくても、Ｃ型材２０Ａ等の複合材料成形物を製造することができる。

このように、本実施の形態２では、マッチドダイである成形型本体と加圧体１３Ｃとを備える成形型１０Ｅを用いており、成形型本体には加熱部１７が設けられている。そして、積層体４０を、キャビティ１１ｂ内に配置してから加圧体１３Ｃを配置して、キャビティ１１ｂを封止するように成形型本体を組み立て、外部加熱装置を用いることなく加熱部１７により成形型１０Ｅを加熱する。このように外部から加圧することなく成形型１０Ｅそのものを加熱することにより、加圧体１３Ｃが熱膨張して積層体４０を良好に加圧することができるので、オートクレーブまたはオーブン等の製造設備を導入しなくても複合材料成形物を製造することができる。

（実施の形態３）
前記実施の形態１または２で説明した成形型１０Ａ〜１０Ｅは、いずれも複合材料成形物としてＣ型材２０Ａを製造する構成であったが、本実施の形態３では、他の複合材料成形物として例えばＪ型材２０Ｂ（図７Ｂ参照）を挙げ、このＪ型材２０Ｂを製造する構成の成形型について、図１２および図１３を参照して具体的に説明する。

図１２に示すように、本実施の形態３に係る成形型５０は、雌型部５１、側面蓋型部５２、図示しない端面蓋型部、カールプレート５４、加圧体５３を備えている。これらのうち、雌型部５１、側面蓋型部５２、端面蓋型部、およびカールプレート５４が成形型本体である。加圧体５３は、前記実施の形態１の変形例または前記実施の形態２で例示したものと同様に、複数の凸部３８が表面に形成された膨張核部３６と、圧力分散部３７とで構成されている。また、成形型５０の成形空間５５（図１２における点線で囲んだ領域）に収容される積層体４３は、加熱硬化によりＪ型材２０Ｂ（図７Ｂ参照）となる。

側面蓋型部５２および端面蓋型部は、実施の形態１または２における側面蓋型部１２および端面蓋型部１４と同様に、雌型部５１のキャビティを封止する蓋型部であるが、カールプレート５４も雌型部５１のキャビティを封止する蓋型部として機能する。カールプレート５４の具体的な構成は特に限定されず、複合材料成形物の製造分野で公知のカールプレート（例えばオートクレーブ時に使用されるもの）を好適に用いることができる。

雌型部５１の端面には、実施の形態１または２における雌型部１１と同様に、複数の締結孔５１ａが設けられている。同様に、側面蓋型部５２の端面にも、実施の形態１または２における側面蓋型部１２と同様に、複数の締結孔５２ａが設けられている。また図示しないが、端面蓋型部にも複数の締結孔が設けられている。成形型本体である、雌型部５１、側面蓋型部５２、端面蓋型部、カールプレート５４は、実施の形態１または２と同様に、締結部材５６（例えばボルト）等によって互いに固定されることにより組み立てられる。

図１３に示すように、雌型部５１は、実施の形態１または２における雌型部１１と同様に、キャビティ５１ｂが設けられている。キャビティ５１ｂは、雌型部１１のキャビティ１１ｂと同様に、積層体４３および加圧体５３を内部に収容可能としており、Ｊ型材２０Ｂの加圧面（図７Ｂ参照）以外の形状に対応した内表面形状を含んでいる。図１２に示すように、成形型５０が組み立てられた状態では、キャビティ５１ｂの内表面と加圧体５３の外表面との間で構成される成形空間５５内に積層体４３が収容される。

ここで、本実施の形態３では、図１３に示すように、キャビティ５１ｂは、加圧体領域５１ｃ、第一成形空間領域５１ｄ、および第二成形空間領域５１ｅに区画することができる。加圧体領域５１ｃは、キャビティ５１ｂのうち加圧体５３が配置される領域であって、キャビティ５１ｂの大部分を占める。第一成形空間領域５１ｄおよび第二成形空間領域５１ｅは、成形空間５５に対応する領域であり、積層体４３が配置される領域である。

このうち第一成形空間領域５１ｄは、加圧体領域５１ｃを囲むように隣接した領域である。言い換えれば、加圧体領域５１ｃに配置される加圧体５３は、第一成形空間領域５１ｄに配置される積層体４３のうち加圧面に当接することになる。したがって、本実施の形態３では、加圧体５３は、Ｊ型材２０Ｂ（積層体４３）の加圧面に対応する加圧成形表面を有していることになる。

積層体４３を熱硬化して得られるＪ型材２０Ｂは、本体部２１と３つのフランジ部２２を有している（図７Ｂ参照）。このうち２つのフランジ部２２は同一方向に位置し、残りの１つは、２つのフランジ部２２の反対方向に位置する。説明の便宜上、同一方向に位置する一対のフランジ部２２を「第一および第二フランジ部２２」とし、反対方向に位置するフランジ部２２を「第三フランジ部２２」とすれば、積層体４３の加圧面は、Ｊ型材２０Ｂにおける本体部２１並びに第一および第二フランジ部２２の間に対応する。第二成形空間領域５１ｅは、第一成形空間領域５１ｄのみに隣接している。この第二成形空間領域５１ｅには、積層体４３のうち、Ｊ型材２０Ｂにおける第三フランジ部２２に対応する部位が収容される。

図１３に示すように、雌型部５１において、加圧体５３が配置される側面を第一側面（図１３において紙面左側面）とし、第一側面に対向する側面を第二側面（図１３において紙面右側面）とし、第一側面および第二側面の間に存在する一対の側面を、それぞれ第三側面（紙面上側面）および第四側面（紙面下側面）としたときに、キャビティ５１ｂが位置する側面は、第一側面および第三側面となる。第一側面には、キャビティ５１ｂを封止するように側面蓋型部５２が固定され、第三側面には、キャビティ５１ｂを封止するようにカールプレート５４が固定される。

ここで、第一側面には、キャビティ５１ｂのうち加圧体領域５１ｃ（およびフランジ部２２の先端に対応する第一成形空間領域５１ｄの一部）が位置しているが、第三側面は、キャビティ５１ｂのうち第一成形空間領域５１ｄおよび第二成形空間領域５１ｅが位置している。前記の通り、加圧体領域５１ｃと第一成形空間領域５１ｄとは隣接しており実質的に単一の領域とみなすことができるが、第二成形空間領域５１ｅは、単一の領域から分岐した細長い領域（第三フランジ部２２に対応する領域）となる。第二成形空間領域５１ｅは、雌型部５１およびカールプレート５４の間に位置する領域であり、加圧体５３は配置されない。

本実施の形態３では、成形型５０を加熱することにより加圧体５３が膨張し、積層体４３の加圧面を加圧する。このとき、Ｊ型材２０Ｂのうち本体部２１並びに第一および第二フランジ部２２に対応する部位には、加圧面から直接加圧されるが、第三フランジ部２２に対応する部位（第二成形空間領域５１ｅ）には、加圧体５３は当接しておらず、雌型部５１とカールプレート５４とで挟持されているだけである。しかしながら、加圧体５３からの加圧力に加えて、前述したように、熱硬化性樹脂（組成物）が軟化して成形空間１５全体に行き渡ることによる静水圧加圧が可能によって、加圧体５３が位置しない第二成形空間領域５１ｅにおいても十分に積層体４３が加圧される。

このように、本開示においては、キャビティ５１ｂは、加圧体領域５１ｃおよび第一成形空間領域５１ｄのように、加圧体５３および積層体４３を内部に収容する領域を有するとともに、第二成形空間領域５１ｅのように、加圧体５３を内部に収容せず積層体４３のみを収容する領域も含んでいてもよい。キャビティ５１ｂが、分断されない１つの領域となっていれば、積層体４３の加圧面に加えられた加圧力は積層体４３全体に及び、積層体４３を良好に加圧しながら熱硬化することができる。

なお、成形型５０において、成形型本体（雌型部５１、側面蓋型部５２、図示しない端面蓋型部、カールプレート５４）、加圧体５３の具体的構成は、実質的に前記実施の形態１または２と同様であるため、その詳細な説明は省略する。同様に、成形型本体の組立て方法（キャビティ５１ｂ内への積層体４３および加圧体５３の配置を含む）、成形型５０を用いた複合材料成形物の製造方法等についても、前記実施の形態１と同様であるため、その詳細な説明は省略する。さらに、成形型５０においては、前記実施の形態２と同様に、雌型部５１等に加熱部１７が設けられてもよい。

（実施の形態４）
前記実施の形態１〜３で説明した成形型１０Ａ〜１０Ｆまたは成形型５０は、いずれも複合材料成形物の横断面において、中空側もしくは折曲部または湾曲部の内側となる表面を加圧面としたが、本開示はこれに限定されず、折曲部または湾曲部の外側となる表面を加圧面とすることができる。本実施の形態４では、このような成形型について図１４〜図１６を参照して具体的に説明する。

図１４に示すように、本実施の形態４に係る成形型６０Ａは、第一型部６１、第二型部６２、加圧体６３Ａ、ベースプレート６４等を備えており、第一型部６１および第二型部６２の間に成形空間６５が形成される。成形空間６５内には積層体４０が保持されており、この積層体４０は、硬化することによって前記実施の形態１または２で説明したＣ型材２０Ａとなる。なお、図１４では、成形空間６５に対応する領域を、図２、図３、図８〜図１１と同様に点線で囲んで図示している。

図１４および図１５に示すように、第二型部６２には第一型部６１が嵌合する。そして、この嵌合状態では、図１５に示すように、第一型部６１と第二型部６２との間にキャビティ６２ｂが形成される。それゆえ、第一型部６１は「雄型部」として機能し、第二型部６２は「雌型部」として機能する。また、図１５に示すように、第二型部６２は、第一型部６１が嵌合可能な凹部空間６２ｃを有している。この凹部空間６２ｃ内には、加圧体６３Ａ、積層体４０および第一型部６１が配置されるとともに、ベースプレート６４により閉止される。

ベースプレート６４は、前記実施の形態１〜３で説明した成形型１０Ａ〜１０Ｆまたは成形型５０における側面蓋型部１２または側面蓋型部５２と同様に、キャビティ６２ｂを実質的に密閉封止するように第二型部６２に固定される。ただし、側面蓋型部１２または側面蓋型部５２は、それ自体が「雄型部」として機能していたが、本実施の形態４では、ベースプレート６４とは別部材として「雄型部」としての第一型部６１が存在するので、ベースプレート６４は、「雄型部」ではなく成形型６０Ａの側面を封止する「側面蓋部」として機能する。なお、ベースプレート６４は、第一型部６１および第二型部６２に対して「第三型部」と見なすこともできる。

また、本実施の形態４に係る成形型６０Ａにおいても、図示しないが、第一型部６１、第二型部６２、ベースプレート６４等は、前記実施の形態１〜３と同様に、Ｃ型材２０Ａとなる積層体４０の長手方向（軸材方向）に沿って延伸する細長い形状を有している（図３参照）。

第一型部６１、第二型部６２、およびベースプレート６４は、前記実施の形態１〜３で説明した成形型１０Ａ〜１０Ｆまたは成形型５０と同様に、図１４または図１５に示すように、締結部材６６によって互いに固定されるように組み立てられる。このとき、第二型部６２およびベースプレート６４の両端部には、図示しない端面蓋型部が固定される。それゆえ、第二型部６２、およびベースプレート６４には、締結部材６６が挿入される複数の締結孔６２ａ，６４ａが設けられている。締結部材６６としては、前記実施の形態１〜３と同様にボルトを用いることができるため、締結孔６２ａ，６４ａも、前記実施の形態１〜３と同様にねじ溝孔等として構成されればよい。

それゆえ、締結部材６６によって互いに固定される第二型部６２、ベースプレート６４、および図示しない端面蓋型部、並びに、第二型部６２に嵌合する第一型部６１は「成形型本体」となる。そして、加圧体６３Ａも、前記実施の形態１〜３と同様に、成形型本体とは別体として構成される部材である。

加圧体６３Ａは、前記実施の形態１における加圧体１３Ａ（図２〜図４参照）、加圧体１３Ｃ（図９参照）、または加圧体１３Ｄ（図１０参照）と同様に、膨張核部７１および圧力分散部７２の２つの部材により構成されている。膨張核部７１は、熱膨張率が相対的に大きいため、加圧体６３Ａにおいて熱膨張による加圧の中核（中心又は主体）として機能する。圧力分散部７２は、膨張核部７１よりも熱膨張率が小さく、膨張核部７１から見て加圧面側に位置しているので、膨張核部７１による部位ごとに異なる加圧力を分散して均等化する。これにより加圧体６３Ａ全体として見たときには、加圧面による加圧力を全体的に均等なものとすることができる。

図１４に示す例では、積層体４０の外側（外表面）が加圧面になり、この積層体４０の外表面全体が圧力分散部７２により覆われ、さらに圧力分散部７２の外側が膨張核部７１により覆われている。言い換えれば、第二型部６２の内部（凹部空間６２ｃ内）では、最も外側で第二型部６２の内表面に接するように膨張核部７１が位置し、当該膨張核部７１の内側に接するように圧力分散部７２が位置し、圧力分散部７２の内側に接するように積層体４０が位置し、積層体４０の内側に接するように第一型部６１が位置している。

なお、加圧体６３Ａを構成する膨張核部７１および圧力分散部７２の具体的な構成は特に限定されず、前記実施の形態１で説明した膨張核部３１、圧力分散部３２、あるいは膨張核部３３と同様の構成を採用することができる（例えば、膨張核部３３と同様に外表面全体に複数の凸部または凹部が形成されてもよい）。また、加圧体６３Ａは、前記実施の形態１における加圧体１３Ｂのように、膨張核部７１に相当する単一の部材のみで構成されてもよいし、膨張核部７１および圧力分散部７２以外の部材を備えてもよい。

ここで、図１５に示すように、第一型部６１の凸側の表面（凸表面）は、キャビティ６２ｂの内表面の一部を形成する。それゆえ、第一型部６１は、成形型本体において、積層体４０（Ｃ型材２０Ａ）の加圧面以外の形状に対応した「内表面形状」を有していることになる。なお、第一型部６１単独で見れば、凸表面は「外表面」ということもできる。しかしながら、図１５に示すように、ベースプレート６４により第二型部６２の凹部空間６２ｃが封止された状態では、第一型部６１は凹部空間６２ｃの内部に配置される。それゆえ、第一型部６１の凸表面は、成形型６０Ａ全体として見たときに、複合材料成形物の加圧面以外の形状に対応した内表面形状を構成する。

図１５に示すキャビティ６２ｂには、加圧体６３Ａは配置していないが、図１４に示すように、キャビティ６２ｂに加圧体６３Ａを配置した状態では、キャビティ６２ｂの内表面を構成する第一型部６１の凸表面と、加圧体６３Ａの内表面すなわち加圧成形表面との間に成形空間６５（点線で図示）が形成される。それゆえ、積層体４０は、第一型部６１と加圧体６３Ａとの間に配置されることになる。

ここで、例えば、前記実施の形態１に係る成形型１０Ａでは、図２に示すように、積層体４０の折曲部（または湾曲部もしくは中空）の内側に加圧体１３Ａが配置されていた。それゆえ、積層体４０（Ｃ型材２０Ａ）においては、折曲部（または湾曲部もしくは中空）の内側となる表面が加圧面となっていた（図４および図７Ａにおけるブロック矢印Ｍ参照）。これに対して、本実施の形態４に係る成形型６０Ａでは、図１４に示すように、積層体４０の折曲部の外側に加圧体６３Ａが配置されている。それゆえ、積層体４０（Ｃ型材２０Ａ）においては、折曲部（または湾曲部もしくは中空）の外側となる表面が加圧面となる（したがって、本実施の形態４では、図７Ａ〜図７Ｆに例示する複合材料成形物において、ブロック矢印Ｍで指している側の表面とは反対側の表面が加圧面となる）。

また、前記実施の形態１に係る成形型１０Ａでは、図２に示すように、積層体４０の内表面に当接するため、加圧体１３Ａの加圧成形表面は、当該加圧体１３Ａの外表面であった。これに対して、本実施の形態４に係る成形型６０Ａでは、図１４に示すように、積層体４０の折曲部の外側に加圧体６３Ａが当接している。それゆえ、加圧体６３Ａの加圧成形表面は、当該加圧体６３Ａの内表面である。

また、第二型部６２の凹部空間６２ｃを基準とすれば、キャビティ６２ｂは、凹部空間６２ｃに第一型部６１を嵌合したときに、第一型部６１および第二型部６２との間に形成される空間であるということができる。また、成形空間６５は、キャビティ６２ｂ内に加圧体６３Ａを配置したときに、加圧体６３Ａと第一型部６１の凸表面との間に形成される空間であるということができる。したがって、第二型部６２の凹部空間６２ｃには、加圧体６３Ａの加圧成形表面が第一型部６１に対向するように、当該加圧体６３Ａが配置される。また、積層体４０は、キャビティ６２ｂの内表面（第一型部６１の凸表面）と加圧体６３Ａの内表面すなわち加圧成形表面との間で構成される成形空間６５内に収容されることになる。

成形型本体である第一型部６１、第二型部６２、ベースプレート６４、および図示しない端面蓋型部を締結部材６６により組み立てる際には、前記の通り、キャビティ６２ｂ内に加圧体６３Ａおよび積層体４０を配置する。加圧体６３Ａは、キャビティ６２ｂの最も奥側（第二型部６２の凹部空間６２ｃの「底面」）に、加圧成形表面を露出するように配置される。積層体４０は、加圧体６３Ａの加圧成形表面の上に載置される。そして、積層体４０に重ねられるように第一型部６１が配置される。この状態では、第一型部６１は第二型部６２に嵌合している。このように、成形型本体のキャビティ６２ｂ内に加圧体６３Ａを配置することで、キャビティ６２ｂの内表面と加圧体６３Ａの内表面との間で成形空間６５（図１４において点線で囲んだ領域）が構成される。

積層体４０は、この成形空間６５内に充填されるように収容されている。また、第一型部６１および第二型部６２により構成されるキャビティ６２ｂは、ベースプレート６４および図示しない端面蓋型部により封止されるので、成形空間６５も実質的に密閉封止させることになる。この状態で成形型６０Ａを加熱すると、加圧体６３Ａが熱膨張する。成形空間６５が実質的に密閉封止されているので、熱膨張による加圧力は、実質的に外部に漏出することがなく、積層体４０の加圧面（外表面）を加圧する。これにより、積層体４０は、加圧状態で熱硬化するため、積層体４０を所定形状のＣ型材２０Ａ（複合材料成形物）に成形することができる。

しかも、成形型６０Ａの内部では、加熱により熱硬化性樹脂（組成物）が軟化して成形空間６５全体に行き渡ることになる。これにより、加圧体６３Ａの熱膨張による加圧力とともに、軟化した熱硬化性樹脂による静水圧加圧も生じる。そのため、得られるＣ型材２０Ａにおいては、成形空間６５全体において良好な加圧力が生じるために、加圧不足に伴うポロシティなどの欠陥の発生を抑制することができる。

また、成形型６０Ａでは、第一型部６１の凸表面が、キャビティ６２ｂにおいて加圧面以外の形状に対応した内表面形状を形成する。それゆえ、複合材料成形物の折曲部または湾曲部の内側に、加圧体６３Ａではなく成形型本体を配置することができる。成形型本体は一般的には金属製であり、加圧体６３Ａよりも硬質の材料である。それゆえ、硬質の第一型部６１の凸表面にプリプレグを積層して積層体４０を形成することができる。加圧体６３Ａのような軟質の材料よりも硬質の材料の表面にプリプレグを積層する方が、積層作業が相対的に容易である。

また、従来の一般的な複合材料成形物の製造方法では、折曲部または湾曲部を形成する際には、金属製の基材上に積層する。それゆえ、第一型部６１の凸表面にプリプレグを積層して積層体４０を形成する積層工程は、実質的に従来の積層工程と同様となる。それゆえ、成形型６０Ａが加圧体６３Ａを備える構成であっても、複合材料成形物の製造工程の煩雑化を抑制または回避することができる。

さらに、硬質の材料で構成される第一型部６１は、複合材料成形物の折曲部または湾曲部の内表面に当接することになる。それゆえ、複合材料成形物から第一型部６１を取り外すときに、クサビまたはヘラ等の挿入部材を複合材料成形物の内側と第一型部６１との間に挿入しても、第一型部６１の凸表面が損傷する可能性がほとんどない。言い換えれば、クサビまたはヘラ等の挿入部材を用いて、複合材料成形物の内側から第一型部６１を取り外すことができる。それゆえ、脱型作業の煩雑化を抑制または回避することができる。

ここで、成形型６０Ａが備える加圧体６３Ａの具体的な構成は特に限定されない。加圧体６３Ａは、例えば、前記実施の形態１の変形例で説明した成形型１０Ｂが備える加圧体１３Ｂと同様に、単一の熱膨張部材で構成されるものであればよい。また、図示しないが、加圧体６３Ａは、前記実施の形態１で説明した成形型１０Ａのように、膨張核部３１および圧力分散部３２により構成されてもよい。あるいは、前記実施の形態１の変形例で説明した成形型１０Ｃのように、加圧面にディンプル加工が施されてもよいし、同じく変形例で説明した成形型１０Ｄのように、中空箱部３５を備える構成であってもよい。

あるいは、本実施の形態４における加圧体は、加圧体６３Ａの膨張核部７１のような全体的に均質な固形部材（固体）でなく、中空体であってもよい。例えば、図１６に示すように、本実施の形態４における変形例の成形型６０Ｂは、前述した成形型６０Ａと同様に第一型部６１、第二型部６２、加圧体６３Ｂ、およびベースプレート６４等を備えており、その基本的な構成も成形型６０Ａと同様である。それゆえ、加圧体６３Ｂも膨張核部７３および圧力分散部７４から構成されているが、この膨張核部７３は、前述した膨張核部７１のように全体的に均質な固体ではなく中空体である。図１６では、膨張核部７３の内部空間を点線で図示している。

この膨張核部７３の内部空間は、加圧孔部６７を介して成形型本体の外部に連通可能となっている。加圧孔部６７は、例えば、第二型部６２の側面に設けられる加圧弁部６７ａと、第二型部６２を貫通するように形成され、この加圧弁部６７ａと加圧体６３Ｂの内部空間とを連通する貫通孔６７ｂとから構成される。そして、加圧孔部６７から圧縮空気を吹き込んで加圧体６３Ｂを膨張させることにより、当該加圧体６３Ｂの加圧成形表面で積層体４０の外表面を加圧することができる。

このように、膨張核部７３が圧縮空気を吹き込む構成であれば、前述した固体状の膨張核部７１に比べて膨張による加圧力を調節しやすくなる。そのため、前述した加圧体６３Ａの圧力分散部７２に比べて、圧力分散部７４の厚さを相対的に小さく（薄く）することができる。なお、圧力分散部７２の具体的な厚さは特に限定されず、諸条件に応じて適宜設定することができる。

ここで、本実施の形態４に係る成形型６０Ａ，６０Ｂのより具体的な構成、並びに、成形型６０Ａ，６０Ｂを用いた複合材料成形物の製造方法は、前記実施の形態１〜３で説明した成形型１０Ａ〜１０Ｆまたは成形型５０およびこれらを用いた製造方法と同様である。それゆえ、成形型６０Ａ，６０Ｂについて、前述した説明以外のより詳細な説明については省略する。言い換えれば、前記実施の形態１〜３において、成形型１０Ａ〜１０Ｆまたは成形型５０について説明した種々の構成または方法等については、本実施の形態４に係る成形型６０Ａ，６０Ｂに適用可能である。

このように、本開示に係る複合材料成形物製造用成形型は、熱硬化性樹脂組成物および繊維材料により少なくとも構成される複合材料製であり、その横断面に中空、折曲部および湾曲部の少なくともいずれかを含む断面形状を有する複合材料成形物を製造する際に、前記繊維材料に前記熱硬化性樹脂組成物を含浸させて半硬化させたプリプレグの積層体を熱硬化するために用いられる成形型であって、前記複合材料成形物の横断面において、前記中空側、もしくは、前記折曲部または前記湾曲部における内側または外側となる表面を加圧面としたときに、前記加圧面の形状に対応する形状の加圧成形表面を有し、熱膨張する加圧体と、前記積層体および前記加圧体を内部に収容するキャビティが設けられ、当該キャビティには、前記加圧面以外の形状に対応した内表面形状が含まれる成形型本体と、を備え、前記成形型本体は、前記キャビティ内に前記加圧体を配置して、当該キャビティの内表面と当該加圧体の前記加圧成形表面との間で構成される成形空間内に前記積層体を収容した状態で、当該キャビティを封止するよう構成されている。

前記構成によれば、マッチドダイである成形型本体を加熱してキャビティ内に配置される加圧体を加熱することで、加圧体が膨張して成形空間内の積層体の加圧面を加圧することになる。それゆえ、中空、折曲部または湾曲部を有する複合材料成形物において、その外表面または内表面（中空の場合は内表面）を加圧面として設定し、当該加圧面に加圧体を当接させて加熱することで、加圧面でない表面だけでなく加圧面も所望形状に成形することができる。これにより、横断面に中空部、折曲部または湾曲部を有する複合材料成形物を所望形状に成形することができる。

また、成形型本体内部で加圧体が熱膨張して積層体を加圧するので、オートクレーブのように加圧を伴った加熱が必要なくなり、オーブン等の一般的な加熱装置のみで複合材料成形物を所定形状に成形することができる。しかも、積層体を収容した状態でキャビティを封止できるので、加熱前の成形型をバギングしたり加熱後の成形型をデバッグしたりする必要がなくなる。その結果、複合材料成形物の製造工程を大幅に簡素化することができる。

さらに、積層体は、キャビティ内で閉鎖された成形空間内に収容されて、加圧体の熱膨張により全体的に加圧されながら加熱硬化される。それゆえ、得られる複合材料成形物は、その端部において熱硬化性樹脂組成物の硬化物がキャビティの外部にほとんど漏出することがない。このとき、加熱によって熱硬化性樹脂（組成物）が軟化して成形空間全体に行き渡ることになる。これにより、加圧体の熱膨張による加圧力とともに、軟化した熱硬化性樹脂による静水圧加圧も生じる。そのため、成形空間全体においてより良好な加圧力が生じるため、得られる位複合材料成形物においては、加圧不足に伴うポロシティ等の欠陥の発生を有効に抑制することができる。

また、熱硬化性樹脂（組成物）が成形空間からほとんど漏出しないので、得られる複合材料成形物においては余剰部分がほとんど発生することがない。そのため、得られる複合材料成形物においてトリム作業が不要になるとともに、トリム作業しなくてよいことから、トリム端に発生する繊維の露出を回避することができる。それゆえ、複合材料成形物の端部に吸湿防止のためにエッジシールを施す必要がなくなる。その結果、製造工程をより簡素化することができる。

加えて、加圧体を用いて積層体を加圧するため、マッチドダイでありながら成形型をプレスする必要がない。しかも、成形型および加圧体のサイズまたは形状を調整することで、さまざまなサイズまたは形状の複合材料成形物を製造することができるとともに、加圧体から積層体の加圧面に対して全方向的に良好な圧力を加えることができるので、複雑な形状の成形も可能となる。

前記構成の複合材料成形物製造用成形型においては、前記複合材料成形物の前記加圧面は、前記中空側もしくは前記折曲部または前記湾曲部の内側となる表面であり、前記加圧体の前記加圧成形表面は、当該加圧体の外表面であり、前記成形型本体は、前記キャビティ内に前記加圧体を配置した状態では、当該キャビティの内表面と当該加圧体の外表面との間で構成される成形空間内に前記積層体が収容される構成であってもよい。

また、前記構成の複合材料成形物製造用成形型においては、前記複合材料成形物の前記加圧面は、前記折曲部または前記湾曲部の外側となる表面であり、前記加圧体の前記加圧成形表面は、当該加圧体の内表面であり、前記成形型本体は、前記キャビティ内に前記加圧体を配置した状態では、当該キャビティの内表面と当該加圧体の内表面との間で構成される成形空間内に前記積層体が収容されている構成であってもよい。

また、前記構成の複合材料成形物製造用成形型においては、前記成形型本体は、前記キャビティが設けられる雌型部と、前記雌型部の前記キャビティ内に前記積層体および前記加圧体が配置された状態で当該キャビティを封止する蓋型部と、を備えている構成であってもよい。

また、前記構成の複合材料成形物製造用成形型においては、前記成形型本体は、前記内表面形状を有する第一型部と、当該第一型部が嵌合される凹部空間を有する第二型部と、を備えており、前記第一型部および前記第二型部が嵌合することにより、これらの間に前記キャビティが形成され、前記第二型部の前記凹部空間には、前記加圧体の前記加圧成形表面が前記第一型部に対向するように、当該加圧体が配置される構成であってもよい。

また、前記構成の複合材料成形物製造用成形型においては、前記複合材料成形物の断面は、板状の本体部と、当該本体部の両縁部から同一方向に折れ曲がった２つのフランジ部と、を有する形状であり、前記加圧体は、２つの前記フランジ部と前記本体部との間となる前記加圧面の形状に対応する外表面形状を有している構成であってもよい。

また、前記構成の複合材料成形物製造用成形型においては、前記加圧体は、加熱により熱膨張する膨張核部と、当該膨張核部対して前記複合材料成形物側に設けられ、当該膨張核部による加圧力を前記加圧面全体に対して分散させる圧力分散部とを備えている構成であってもよい。

また、前記構成の複合材料成形物製造用成形型においては、前記膨張核部の熱膨張率は、前記圧力分散部の熱膨張率よりも大きい構成であってもよい。

また、前記構成の複合材料成形物製造用成形型においては、前記膨張核部は、熱膨張による加圧力を調整する凹凸構造を有する構成であってもよい。

また、前記構成の複合材料成形物製造用成形型においては、前記加圧体は、当該加圧体の内部に位置し、当該加圧体の熱膨張に伴って内側に変形可能な中空箱部を備えている構成であってもよい。

また、前記構成の複合材料成形物製造用成形型においては、前記成形型本体は、当該成形型本体を加熱する加熱部を備えている構成であってもよい。

また、前記構成の複合材料成形物製造用成形型においては、前記複合材料成形物が、航空機用部品である構成であってもよい。

本開示に係る複合材料成形物の製造方法は、熱硬化性樹脂組成物および繊維材料により少なくとも構成される複合材料製であり、その横断面に中空、折曲部および湾曲部の少なくともいずれかを含む断面形状を有する複合材料成形物を製造する方法であって、前記複合材料成形物の横断面において、前記中空側、もしくは、前記折曲部または前記湾曲部における内側または外側を加圧面としたときに、前記加圧面の形状に対応する形状の加圧成形表面を有し、熱膨張する加圧体と、前記加圧面以外の形状に対応した内表面形状を含むキャビティが設けられている成形型本体と、を備える成形型を用い、前記繊維材料に前記熱硬化性樹脂組成物を含浸させて半硬化させたプリプレグの積層体に対して、前記加圧体の前記加圧成形表面を当接させるように、当該積層体および当該加圧体を前記キャビティ内に配置して、当該キャビティを封止するように前記成形型本体を固定し、当該成形型を外部から加圧せずに加熱することにより、前記積層体を硬化させる構成である。

前記構成の複合材料成形物の製造方法においては、前記複合材料成形物の前記加圧面は、前記中空側もしくは前記折曲部または前記湾曲部の内側となる表面であり、前記加圧体の前記加圧成形表面は、当該加圧体の外表面であり、前記キャビティ内に前記加圧体および前記積層体を配置する際には、当該キャビティの内表面と当該加圧体の外表面との間で構成される成形空間内に当該積層体を収容する構成であってもよい。

また、前記構成の複合材料成形物の製造方法においては、前記複合材料成形物の前記加圧面は、前記折曲部または前記湾曲部の外側となる表面であり、前記加圧体の前記加圧成形表面は、当該加圧体の内表面であり、前記キャビティ内に前記加圧体および前記積層体を配置する際には、当該キャビティの内表面と当該加圧体の内表面との間で構成される成形空間内に当該積層体を収容する構成であってもよい。

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

また、本発明は前記実施の形態の記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した範囲内で種々の変更が可能であり、異なる実施の形態や複数の変形例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、複合材料成形物を製造する分野、特に、複合材料製の航空機用部品あるいはその他の輸送機械用部品を製造する分野に広く好適に用いることができる。

１０Ａ〜１０Ｆ，５０，６０Ａ，６０Ｂ：成形型
１１，５１：雌型部（成形型本体）
１１ａ，１２ａ，１４ａ，５１ａ，５２ａ，６２ａ，６４ａ：締結孔
１１ｂ，５１ｂ，６２ｂ：キャビティ
１２：側面蓋型部（蓋型部、成形型本体）
１３Ａ〜１３Ｄ，５３，６３Ａ，６３Ｂ：加圧体
１４，５４：側面蓋型部（蓋型部、成形型本体）
１５，５５，６５：成形空間
１６，５６，６６：締結部材
１７：加熱部
２０Ａ：Ｃ型材（複合材料成形物）
２０Ｂ：Ｊ型材（複合材料成形物）
２０Ｃ：Ｌ型材（複合材料成形物）
２０Ｄ：Ｈ型材（複合材料成形物）
２０Ｅ，２０Ｆ：中空材
２１：本体部（ウェブ）
２２：フランジ部
２３：リバースカット部
２４：先端面
２５：中空部
３１，３３，７１，７３：膨張核部
３２，７２，７４：圧力分散部
３４：複数の凸部（凹凸構造）
３５：中空箱部
４０：積層体
４１：基材
４２：マトリクス材
５４：カールプレート
５１ｃ：加圧体領域（キャビティの一部）
５１ｄ：第一成形空間領域（キャビティの一部）
５１ｅ：第二成形空間領域（キャビティの一部）
６１：第一型部（成形型本体）
６２：第二型部（成形型本体）
６４：ベースプレート（側面蓋部）
６７：加圧孔部

Claims (11)

1. 外型と内型とを有し、前記外型および前記内型との間のキャビティにプリプレグ積層体が収容される成形型本体と、
   前記キャビティ内に設けられ、それ自身が膨張する膨張核部と、
   前記キャビティ内に設けられ、前記膨張核部の膨張前に前記プリプレグ積層体の表面に接しており、前記膨張核部の膨張による加圧力を分散させて伝達する圧力分散部と、
   を備えることを特徴とする、
   複合材料成形物製造用成形型。
2. 外側から順に、前記外型、前記膨張核部、前記圧力分散部、前記プリプレグ積層体、および前記内型が配置され、
   前記圧力分散部は、前記プリプレグ積層体の一方側表面に接し、
   前記内型は、前記プリプレグ積層体の他方側表面に接する、
   請求項１に記載の複合材料成形物製造用成形型。
3. 外側から順に、前記外型、前記プリプレグ積層体、前記圧力分散部、前記膨張核部、および前記内型が配置され、
   前記圧力分散部は、前記プリプレグ積層体の他方側表面に接し、
   前記外型は、前記プリプレグ積層体の一方側表面に接する、
   請求項１に記載の複合材料成形物製造用成形型。
4. 前記膨張核部は、加熱により熱膨張する、請求項１から３のいずれか１項に記載の複合材料成形物製造用成形型。
5. 前記膨張核部は、熱膨張による加圧力を調整する凹凸構造を有する、請求項４に記載の複合材料成形物製造用成形型。
6. 前記膨張核部の熱膨張率は、前記圧力分散部の熱膨張率よりも大きい、請求項４または５に記載の複合材料成形物製造用成形型。
7. 前記膨張核部の熱膨張に伴って内側に変形可能な中空箱部をさらに備える、請求項４から６のいずれか１項に記載の複合材料成形物製造用成形型。
8. 前記成形型本体は、当該成形型本体を加熱する加熱部を備えている、請求項１から７のいずれか１項に記載の複合材料成形物製造用成形型。
9. 前記膨張核部はさらに、
   前記成形型本体の外部と連通し、前記膨張核部の内部空間に圧縮空気を吹き込むための加圧孔部を有する、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の複合材料成形物製造用成形型。
10. 外型と内型との間のキャビティに、プリプレグ積層体を配置し、
    それ自身が膨張する膨張核部と、当該膨張核部の膨張による加圧力を分散させる圧力分散部と、を前記キャビティ内に配置するとともに、前記圧力分散部を前記プリプレグ積層体に接するように配置し、
    前記キャビティを封止し、
    前記外型と前記内型とを含む成形型本体を加圧せずに加熱して前記膨張核部を膨張させて、前記膨張核部の膨張による加圧力を前記圧力分散部で分散させながら前記プリプレグ積層体を硬化させることを特徴とする、
    複合材料成形物の製造方法。
11. 外型と内型との間のキャビティに、プリプレグ積層体を配置し、
    それ自身が膨張する膨張核部と、当該膨張核部の膨張による加圧力を分散させる圧力分散部と、を前記キャビティ内に配置するとともに、前記圧力分散部を前記プリプレグ積層体に接するように配置し、
    前記キャビティを封止し、
    前記膨張核部に圧縮空気を吹き込んで膨張させて、前記膨張核部の膨張による加圧力を前記圧力分散部で分散させながら前記プリプレグ積層体を硬化させることを特徴とする、
    複合材料成形物の製造方法。
    

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