JP6774553B2 - 複合材料加圧装置、及び複合材料成形方法 - Google Patents

複合材料加圧装置、及び複合材料成形方法 Download PDF

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Description

本発明は、複合材料加圧装置、及び複合材料成形方法に関する。
本願は、２０１７年３月１０日に、日本に出願された特願２０１７−０４６６８０号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
従来、樹脂を含む複合材料よりなる複合材料部材の成形（加工、修理、及び接着を含む）を行う場合には、真空雰囲気下或いはオートクレーブを用いて行われている（例えば、特許文献１参照。）。
特許文献１には、気泡や損傷が生じて補修すべき部位を炭素繊維等の強化繊維からなるパッチで覆い、パッチに樹脂を含浸させ、パッチを膜状のバッグ材で覆い、バッグ材の内側空間を真空引きしてパッチ及び樹脂中の脱気及び加圧を行った後に樹脂を硬化させる真空成形が開示されている。
上述した真空成形では、周囲の雰囲気が大気圧の環境下で行うため、複合材料部材内にボイド等の欠陥が発生しやすいという問題があった。
一方、オートクレーブを用いた複合材料部材の成形を行う場合、６〜７気圧の雰囲気下で行うことで、複合材料部材内にボイド等の欠陥の発生を抑制することが可能となるため、高い品質で成形を行うことができる。
特表２００８−５３１３３７号公報
しかしながら、オートクレーブを使用する場合、成形する複合材料部材の大きさが大きいと、オートクレーブ内に複合材料部材を収容させることが困難となるため、成形できないという問題があった。
そこで、本発明は、複合材料部材の大きさに依存することなく、複合材料部材内に欠陥が発生することを抑制した上で、複合材料部材を精度良く成形可能な複合材料加圧装置、及び複合材料成形方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の一態様に係るクランプ機構は、樹脂を含む複合材料よりなる複合材料部材を成形する際に使用する複合材料加圧装置であって、前記複合材料部材の成形領域と接触するように配置された第一圧力伝達部材と、前記第一圧力伝達部材と接触し、該第一圧力伝達部材を介して、前記複合材料部材を加圧する板状の第二圧力伝達部材と、前記第一圧力伝達部材及び前記第二圧力伝達部材を覆うバッグ材と、前記バッグ材と前記複合材料部材との間に形成された空間を負圧とする負圧発生部と、を備え、前記第一圧力伝達部材は、前記第二圧力伝達部材よりも軟質な軟質材料で構成されており、前記第二圧力伝達部材は、前記第一圧力伝達部材よりも大きな面積を有するとともに、前記第一圧力伝達部材と接する加圧面と、該加圧面の反対側に配置され、前記バッグ材と対向する受圧面と、を含み、前記受圧面は、前記加圧面よりも面積が大きく、前記第二圧力伝達部材は、硬質材料で構成されている。
本発明によれば、第一圧力伝達部材、第一圧力伝達部材よりも大きな面積を有する第二圧力伝達部材、バッグ材、及び負圧発生部を備え、第一圧力伝達部材を第二圧力伝達部材よりも軟質な軟質材料で構成し、バッグ材と対向する第二圧力伝達部材の受圧面の面積を第一圧力伝達部材と接する第二圧力伝達部材の加圧面の面積よりも大きくすることで、複合材料部材の大きさに依存することなく、バッグ材を介して大気圧（１気圧）を受ける第二圧力伝達部材を複合材料部材に向かう方向に移動させ、第一圧力伝達部材を介して、複合材料部材の成形領域を大気圧（１気圧）よりも大きい圧力で加圧することが可能となる。これにより、複合材料部材の大きさに依存することなく、樹脂を含む複合材料に、気泡等の欠陥が発生することを抑制できる。
また、バッグ材から第二圧力伝達部材に伝達される圧力は、第一圧力伝達部材に対する第二圧力伝達部材の面積比（受圧面の面積／加圧面の面積）に応じた倍率で増幅され、第一圧力伝達部材に作用される。よって、受圧面の面積と加圧面の面積との比を調整することで、複合材料部材の成形領域に所望の圧力を印加することができる。
さらに、第二圧力伝達部材よりも軟質な軟質材料で構成された第一圧力伝達部材を介して、複合材料部材の成形領域を加圧することで、複合材料部材の成形領域を均一な圧力で加圧することが可能となる、これにより、複合材料部材を精度良く成形することができる。
また、第二圧力伝達部材を硬質材料で構成することで、バッグ材により第二圧力伝達部材が押圧された際に第二圧力伝達部材の外周部が撓むことを抑制できる。
また、上記本発明の一態様に係る複合材料加圧装置において、前記硬質材料は、繊維強化プラスチックまたは金属であってもよい。
このように、硬質材料として繊維強化プラスチックまたは金属を用いることで、バッグ材により第二圧力伝達部材が押圧された際に第二圧力伝達部材の外周部が大きく撓むことを抑制できる。
また、上記本発明の一態様に係る複合材料加圧装置において、前記第二圧力伝達部材は、前記第一圧力伝達部材よりも外側に張り出したオーバーハング部を含み、該オーバーハング部を支持する傾斜抑制部材をさらに備えてもよい。
このような構成とされた傾斜抑制部材を有することで、第二圧力伝達部材の傾斜した際にオーバーハング部を支持して第二圧力伝達部材の傾斜を抑制することが可能となる。これにより、複合材料部材の成形領域を均一な圧力で押圧することができる。
また、上記本発明の一態様に係る複合材料加圧装置において、前記第一圧力伝達部材は、シリコンシートまたは膜の内部に流体が充填された構成であってもよい。
このように、シリコンシートまたは膜の内部に流体が充填されたものを第一圧力伝達部材として用いることで、複合材料部材の成形領域を均一な圧力で押圧することができる。
また、上記本発明の一態様に係る複合材料加圧装置において、前記バッグ材の内側に多孔質材料よりなるブリーザーを設けてもよい。
このように、バッグ材の内側に多孔質材料よりなるブリーザーを設けることで、ブリーザー自体を空気が移動する経路として活用することが可能となるため、バッグ材内に形成された空間に存在する空気をバッグ材の外部に移動させやすくすることが可能となる。
これにより、バッグ材が皺になることを抑制可能となるので、バッグ材と接触する第二圧力伝達部材の面を均一な圧力で押圧することができる。
また、本発明の一態様に係る複合材料成形方法によれば、樹脂を含む複合材料よりなる複合材料部材の成形領域と接触するように第一圧力伝達部材を配置する工程と、前記第一圧力伝達部材と接触し、かつ前記複合材料部材との間に前記第一圧力伝達部材を挟み込むように、前記第一圧力伝達部材よりも大きな面積を有する板状の第二圧力伝達部材を配置する工程と、前記第一圧力伝達部材及び前記第二圧力伝達部材を覆うバッグ材を配置する工程と、負圧発生部より、前記バッグ材と前記複合材料部材との間に形成された空間の圧力を負圧とすることで、前記バッグ材により、前記第二圧力伝達部材を前記複合材料部材に向かう方向に移動させて、前記第一圧力伝達部材を介して、前記複合材料部材の成形領域を加圧する工程と、を備え、前記第一圧力伝達部材は、前記第二圧力伝達部材よりも軟質な軟質材料で形成されており、前記第二圧力伝達部材は、硬質材料で形成されており、前記バッグ材と対向する前記第二圧力伝達部材の受圧面が、該受圧面の反対側に配置された前記第二圧力伝達部材の加圧面よりも面積が大きい。
このように、第一圧力伝達部材を第二圧力伝達部材よりも軟質な軟質材料で形成し、バッグ材と対向する第二圧力伝達部材の受圧面の面積を第一圧力伝達部材と接する第二圧力伝達部材の加圧面の面積よりも大きくすることで、複合材料部材の大きさに依存することなく、バッグ材により第二圧力伝達部材を複合材料部材に向かう方向に移動させて、第一圧力伝達部材を介して、複合材料部材の成形領域を大気圧よりも大きい圧力で加圧することが可能となる。これにより、複合材料部材の大きさに依存することなく、樹脂を含む複合材料に、気泡等の欠陥が発生することを抑制できる。
また、第二圧力伝達部材を硬質材料で形成することで、バッグ材により第二圧力伝達部材が押圧された際に第二圧力伝達部材の外周部が撓むことを抑制できる。
また、バッグ材から第二圧力伝達部材に伝達される圧力は、第一圧力伝達部材に対する第二圧力伝達部材の面積比（受圧面の面積／加圧面の面積）に応じた倍率で増幅され、第一圧力伝達部材に作用される。よって、受圧面の面積と加圧面の面積との比を調整することで、所望の圧力を複合材料部材の成形領域に印加することができる。
また、第二圧力伝達部材よりも軟質な軟質材料で構成された第一圧力伝達部材を介して、複合材料部材の成形領域を加圧することで、複合材料部材の成形領域を均一な圧力で加圧することが可能となる、これにより、複合材料部材を精度良く成形することができる。
また、上記本発明の一態様に係る複合材料成形方法において、前記バッグ材を配置する工程の前に、前記複合材料部材に、前記第一圧力伝達部材の外側に張り出した前記第二圧力伝達部材のオーバーハング部を支持する傾斜抑制部材を配置する工程を含んでもよい。
このように、複合材料部材に、第一圧力伝達部材の外側に張り出した第二圧力伝達部材のオーバーハング部を支持する傾斜抑制部材を配置する工程を含むことで、第二圧力伝達部材の傾斜した際にオーバーハング部を支持して第二圧力伝達部材の傾斜を抑制することができる。
また、上記本発明の一態様に係る複合材料成形方法において、前記バッグ材を配置する工程の前に、前記第一圧力伝達部材及び前記第二圧力伝達部材を覆うように、多孔質材料よりなるブリーザーを配置する工程をさらに含んでもよい。
このように、バッグ材を配置する工程の前に、第一圧力伝達部材及び第二圧力伝達部材を覆うように、多孔質材料よりなるブリーザーを配置する工程を有することで、バッグ材内に形成された空間に存在する空気がバッグ材の外部に移動しやすくなることで、バッグ材が皺になることを抑制可能となる。これにより、バッグ材により、バッグ材と接触する第二圧力伝達部材の面を均一な圧力で押圧することができる。
本発明によれば、複合材料部材の大きさに依存することなく、複合材料部材内に欠陥が発生することを抑制した上で、複合材料部材を精度良く成形可能することができる。
本発明の第１の実施形態に係る複合材料加圧装置の構成を示す断面図である。 図１に示す複合材料加圧装置を用いた第１の実施形態に係る複合材料成形方法を説明するためのフローチャートである。 本発明の第１の実施形態の変形例に係る複合材料加圧装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る複合材料加圧装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る複合材料加圧装置の概略構成を示す断面図である。
〔第１の実施形態〕
図１は、本発明の第１の実施形態に係る複合材料加圧装置の構成を示す断面図である。
図１に示すように、第１の実施形態に係る複合材料加圧装置１０は、樹脂を含む複合材料よりなる複合材料部材６を成形するための装置である。
複合材料部材６を成形するとは、樹脂を含む複合材料を用いて新たに複合材料部材６を作製、加工する場合や、一度、作製した複合材料部材６が破損した際に破損した複合材料部材６を修理（補修）する場合を含む。
なお、本実施の形態では、一例として、破損した複合材料部材６を修復する場合を例に挙げて以下の説明を行う。
樹脂を含む複合材料としては、例えば、繊維強化プラスチックを例示することが可能である。また、繊維強化プラスチックとしては、例えば、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）を用いることが可能である。
複合材料加圧装置１０は、架台１８と、第一圧力伝達部材８と、第二圧力伝達部材１１と、バッグ材１３と、シール材１６と、ブリーザー１４と、負圧発生部１５と、を備える。
架台１８は、気泡や損傷が発生した複合材料部材６のうち、補修する側とは反対側に位置する部分を支持している。
複合材料部材６は、表面６ａ側が損傷（或いは気泡が発生）しており、補修部５を含む。複合材料部材６は、複合材料が埋め込まれ、補修が行われる凹部７を有する。凹部７は、底面７ａを有する。凹部７は、底面７ａに向かうにつれて、幅が狭くなる形状とされている。凹部７には、複合材料部材６の材料と同じ複合材料で構成される補修部５が配置されている。
補修部５は、第一圧力伝達部材８と接触する面である成形領域５ａを有する。補修部５の成形領域５ａは、複合材料部材６の表面６ａから露出されている。
第一圧力伝達部材８は、第二圧力伝達部材１１を構成する材料よりも軟質な軟質材料で構成されている。第一圧力伝達部材８は、補修部５と第二圧力伝達部材１１との間に配置されている。第一圧力伝達部材８は、板状とされており、かつ外力を受けた際、変形可能な構成とされている。
第一圧力伝達部材８は、第一の面８ａと、第二の面８ｂと、を有する。第一の面８ａは、補修部５の成形領域５ａの全面と接触している。第一の面８ａの面積は、補修部５の成形領域５ａの面積よりも少し大きくなるように設定されている。
第一圧力伝達部材８は、第二圧力伝達部材１１により押圧された際、補修部５の成形領域５ａを押圧する。
第一圧力伝達部材８は、例えば、少なくとも１つの軟質部材８Ａで構成することが可能である。図１では、第一圧力伝達部材８の一例として、複数の軟質部材８Ａを積層させた場合を例に挙げて図示している。軟質部材８Ａとしては、例えば、シリコンシートを用いることが可能である。
このように、シリコンシートを軟質部材８Ａとして用いて第一圧力伝達部材８を構成することで、補修部５の成形領域５ａを均一な圧力で押圧することができる。
第二圧力伝達部材１１は、板状とされた部材であり、第一圧力伝達部材８を構成する軟質材料よりも硬質な硬質材料で構成されている。
第二圧力伝達部材１１は、加圧面１１ａと、加圧面１１ａの反対側に配置され、バッグ材１３と対向する受圧面１１ｂとを有する。加圧面１１ａの中央部は、第一圧力伝達部材８の第二の面８ｂと接触している。
加圧面１１ａの形状は、補修部５の成形領域５ａの所望の形状に対応する形状とされている。例えば、補修部５の成形領域５ａの所望の形状が平面の場合、加圧面１１ａの形状は、平面とされる。また、補修部５の成形領域５ａの所望の形状が湾曲面の場合、加圧面１１ａの形状は、湾曲面とされる。
第二圧力伝達部材１１の外形は、第一圧力伝達部材８の外形よりも大きくなるように構成されている。これにより、第二圧力伝達部材１１は、第一圧力伝達部材８よりも大きな面積を有する。第二圧力伝達部材１１は、第一圧力伝達部材８よりも外側に張り出したオーバーハング部１１Ａを有する。
第二圧力伝達部材１１は、バッグ材１３により受圧面１１ｂが押圧された際、第一圧力伝達部材８を介して、補修部５の成形領域５ａを押圧する。
加圧面１１ａは、受圧面１１ｂの反対側に位置する第二圧力伝達部材１１の面のうち、第一圧力伝達部材８の第二の面８ｂと接触する部分の面である。したがって、受圧面１１ｂの面積は、加圧面１１ａの面積よりも大きい。
バッグ材１３から第二圧力伝達部材１１に伝達される圧力は、第一圧力伝達部材８に対する第二圧力伝達部材１１の面積比、つまり、（受圧面１１ｂの面積）／（加圧面１１ａの面積）に応じた倍率で増幅される。
したがって、受圧面１１ｂの面積と加圧面１１ａの面積との面積比を調整することで、第二圧力伝達部材１１の受圧面１１ｂが受ける大気圧（１気圧（０．１ＭＰａ））よりも高い圧力を補修部５の成形領域５ａに印加することができる。
オートクレーブを用いた複合材料部材６の成形を行う場合、６〜７気圧の雰囲気下で行うとボイド等の欠陥の発生を抑制可能となる。そこで、例えば、受圧面１１ｂの面積と加圧面１１ａの面積との面積比を６（＝（受圧面１１ｂの面積）／（加圧面１１ａの面積））とすることで、補修部５の成形領域５ａに６気圧の圧力を印加することが可能となる。
このような圧力を補修部５の成形領域５ａに印加させることで、補修部５にボイド等の欠陥が発生することを抑制できる。
なお、補修部５の成形領域５ａに印加する圧力は、補修部５を構成する複合材料に応じて、適宜設定することが可能であり、６〜７気圧に限定されない。
第二圧力伝達部材１１を構成する硬質材料としては、第二圧力伝達部材１１の受圧面１１ｂが圧力を受けた際、オーバーハング部１１Ａが複合材料部材６の表面６ａ側への変形量が小さい材料（撓みを抑制することの可能な材料）を用いることが好ましい。
具体的には、第二圧力伝達部材１１を構成する硬質材料としては、例えば、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）、鉄、アルミニウム合金、ステンレス合金等を用いることが可能である。このような材料を用いることで、オーバーハング部１１Ａが複合材料部材６の表面６ａ側へ大きく撓むことを抑制できる。
バッグ材１３は、気密性及び柔軟性を有した材料で構成されたシートである。バッグ材１３は、第二圧力伝達部材１１及び第一圧力伝達部材８を覆うように配置されている。バッグ材１３としては、例えば、ゴム製のシートを用いることが可能である。
バッグ材１３は、バッグ材１３内に形成された空間Ｓが真空引きされた際、第二圧力伝達部材１１の受圧面１１ｂに大気圧（１気圧（０．１ＭＰａ））の圧力を印加する。
シール材１６は、バッグ材１３の外周縁部１３ｓの全周と複合材料部材６の表面６ａとの間に設けられている。シール材１６は、シール材１６の内側に形成された空間Ｓを気密している。シール材１６としては、例えば、両面が粘着性を有したシール材を用いることが可能である。
ブリーザー１４は、多孔質材料で構成されており、バッグ材１３の内側に設けられている。ブリーザー１４は、負圧発生部１５によって空間Ｓを負圧状態にした際、バッグ材１３が第二圧力伝達部材１１に密着するのを防ぐ機能を有する。ブリーザー１４を構成する多孔質材料としては、例えば、不織布やスポンジ等を用いることが可能である。
このように、バッグ材１３の内側に多孔質材料よりなるブリーザー１４を設けることで、ブリーザー１４自体を空気が移動する経路として活用することが可能となるため、バッグ材内に形成された空間Ｓに存在する空気をバッグ材の外部に移動させやすくすることが可能（真空引きを容易に行うことが可能）となる。
これにより、バッグ材１３が皺になることを抑制可能となるので、バッグ材１３と接触する第二圧力伝達部材１１の面を均一な圧力で押圧することができる。
負圧発生部１５は、真空ポンプ等の負圧発生源（図示せず）と、負圧発生源に接続される吸引ポート１７と、を備える。吸引ポート１７は、バッグ材１３によって囲まれた空間Ｓからバッグ材１３の外部に向かう方向のみ、空気の流れを許容するバルブを有する。
負圧発生部１５は、負圧発生源（図示せず）によって、吸引ポート１７を通してバッグ材１３に囲まれた空間Ｓに存在する空気を吸引することで、空間Ｓを負圧にする。
また、負圧発生部１５は、空間Ｓの圧力を監視するため、モニターポート１９と、モニターポート１９に接続された圧力計（図示無し）と、を備える。
モニターポート１９としては、例えば、ワンウェイバルブを用いることが可能である。圧力計（図示せず）は、モニターポート１９を通して空間Ｓ内の圧力を検出する。
第１の実施形態の複合材料加圧装置１０は、第一圧力伝達部材８、第一圧力伝達部材８よりも大きな面積を有する第二圧力伝達部材１１、バッグ材１３、及び負圧発生部１５を備え、第一圧力伝達部材８を第二圧力伝達部材１１よりも軟質な軟質材料で構成し、バッグ材１３と対向する第二圧力伝達部材１１の受圧面１１ｂの面積を第一圧力伝達部材８と接する第二圧力伝達部材１１の加圧面１１ａの面積よりも大きくすることで、複合材料部材６の大きさに依存することなく、バッグ材１３を介して大気圧（１気圧）を受ける第二圧力伝達部材１１を複合材料部材６に向かう方向に移動させ、第一圧力伝達部材８を介して、補修部５の成形領域５ａを大気圧（１気圧）よりも大きい圧力で加圧することが可能となる。これにより、複合材料部材６の大きさに依存することなく、樹脂を含む補修部５に、気泡等の欠陥が発生することを抑制できる。
また、バッグ材１３から第二圧力伝達部材１１に伝達される圧力は、第一圧力伝達部材８に対する第二圧力伝達部材１１の面積比（受圧面１１ｂの面積／加圧面１１ａの面積）に応じた倍率で増幅され、第一圧力伝達部材８に作用される。したがって、受圧面１１ｂの面積と加圧面１１ａの面積との比を調整することで、所望の圧力を補修部５の成形領域５ａに印加することができる。
さらに、第二圧力伝達部材１１よりも軟質な軟質材料で構成された第一圧力伝達部材８を介して、補修部５の成形領域５ａを加圧することで、補修部５の成形領域５ａを均一な圧力で加圧することが可能となる、これにより、複合材料部材６を精度良く成形することができる。
図２は、図１に示す複合材料加圧装置を用いた第１の実施形態に係る複合材料成形方法を説明するためのフローチャートである。
次に、図１及び図２を参照して、図１に示す複合材料加圧装置１０を用いた第１の実施形態に係る複合材料成形方法について説明する。なお、ここでは、複合材料部材６の気泡或いは損傷した部分を補修する場合を例に挙げて、第１の実施形態の複合材料成形方法を説明する。
図２に示す処理が開始されると、Ｓ１では、凹部７が形成された複合材料部材６（補修される前の複合材料部材６）を準備する。
具体的には、複合材料部材６のうち、気泡や損傷が生じた補修対象部位を削って除去し、凹部７を形成する。このとき、凹部７は、複合材料部材６の表面６ａ側から凹部７の底面７ａに向かうにつれて、幅が狭くなるスリ鉢状に形成する。
次いで、凹部７を埋める補修部５を形成する。補修部５は、複合材料部材６を構成する樹脂を含む複合材料と同じ複合材料を用いて形成する。
具体的には、例えば、繊維強化材料からなるクロスを必要に応じて複数積層させた積層体を形成する。凹部７にセットする前の段階において、該積層体には、樹脂を含浸させていない。積層体は、凹部７にセットする際に樹脂を含浸させる。これにより、複数層のクロス、及び樹脂よりなる補修部５が形成される。
なお、１枚以上の繊維強化材料からなるクロスを凹部７内に配設させた後、該クロスに樹脂を含浸させることで、補修部５を形成してもよい。
次いで、Ｓ２では、樹脂を含む複合材料よりなる補修部５の成形領域５ａと接触するように、第一圧力伝達部材８を配置する。これにより、第一圧力伝達部材８の第一の面８ａと補修部５の成形領域５ａとが接触する。
次いで、Ｓ３では、第一圧力伝達部材８の第二の面８ｂと接触し、かつ補修部５との間に第一圧力伝達部材８を挟み込むように、第一圧力伝達部材８よりも大きな面積を有する板状の第二圧力伝達部材１１を配置する。このとき、第二圧力伝達部材１１の中央において、第一圧力伝達部材８と第二圧力伝達部材１１とを接触させる。
次いで、Ｓ４では、第一圧力伝達部材８及び第二圧力伝達部材１１を覆うように、ブリーザー１４を配置さする。次いで、ブリーザー１４を覆うように、バッグ材１３を配置させる。これにより、バッグ材１３は、ブリーザー１４を介して、第一圧力伝達部材８及び第二圧力伝達部材１１を覆う。
このとき、シール材１６を用いて、バッグ材１３の外周縁部１３ｓと複合材料部材６の表面６ａとを密着させる。これにより、バッグ材１３と複合材料部材６との間に、空間Ｓが形成される。
次いで、Ｓ５では、負圧発生部１５より、バッグ材１３の内側の空間Ｓの圧力を負圧とすることで、バッグ材１３により、第二圧力伝達部材１１を補修部５に向かう方向に移動させる。これにより、第一圧力伝達部材８を介して、補修部５の成形領域５ａを加圧する。
例えば、負圧発生部１５を構成する負圧発生源（図示せず）によって、吸引ポート１７を通してバッグ材１３に囲まれた空間Ｓ内の空気を吸引することで、空間Ｓを負圧状態とする。
このとき、モニターポート１９を通して、圧力計（図示せず）によって空間Ｓ内の圧力を検出し、空間Ｓ内を予め定めた所定の圧力以下となるように監視するのが好ましい。
このように、空間Ｓ内を負圧状態とすることで、負圧状態とされた空間Ｓの圧力と、バッグ材１３の外側に形成された外部空間ＳＡの圧力（大気圧（１気圧））との間に差圧（１気圧）が発生する。
そして、バッグ材１３と対向する第二圧力伝達部材１１の受圧面１１ｂの面積を第一圧力伝達部材８と接する第二圧力伝達部材１１の加圧面１１ａの面積よりも大きくすることで、大気圧（１気圧（０．１ＭＰａ））よりも高い圧力（例えば、６〜７気圧（０．６〜０．７ＭＰａ））で補修部５の成形領域５ａを加圧することが可能となる。
この大気圧よりも高い圧力によって、補修部５に気泡が発生することを抑制した上で、補修部５を複合材料部材６に一体化させる。このとき、例えば、ヒータ（図示せず）等によって、複合材料部材６を加熱してもよい。
なお、バッグ材１３から第二圧力伝達部材１１に伝達される圧力は、第一圧力伝達部材８に対する第二圧力伝達部材１１の面積比（受圧面１１ｂの面積／加圧面１１ａの面積）に応じた倍率で増幅され、第一圧力伝達部材８に作用される。
よって、受圧面１１ｂの面積と加圧面１１ａの面積との比を調整することで、所望の圧力を補修部５の成形領域５ａに印加することができる。
具体的には、例えば、第二圧力伝達部材１１の受圧面１１ｂの面積をＡ１、加圧面１１ａの面積（言い換えれば、第一圧力伝達部材８の第二の面８ｂの面積）をＡ２、バッグ材１３の両面に作用する圧力の差圧に対応する圧力をＰ０（以下、「圧力Ｐ０」という）、第一圧力伝達部材８から補修部５に加える圧力をＰ２（以下、「圧力Ｐ２」という）とし、圧力Ｐ０が大気圧（１ａｔｍ＝１０１．３２５ｋＰａ）であるとした場合、圧力Ｐ２は、下記（１）式で示される。
Ｐ２＝（Ａ１／Ａ２）×Ｐ０・・・（１）
したがって、例えば、第二圧力伝達部材１１の面積Ａ１を、第一圧力伝達部材８の面積Ａ２の６〜７倍とすれば、第一圧力伝達部材８から補修部５に加える圧力Ｐ２は、大気圧の６〜７倍（オートクレーブと同等の圧力）に増幅することができる。
また、第二圧力伝達部材１１よりも軟質な軟質材料で構成された第一圧力伝達部材８を介して、補修部５の成形領域５ａを加圧することで、補修部５の成形領域５ａを均一な圧力で加圧することが可能となる、これにより、複合材料部材６を精度良く成形することができる。
上述したＳ５の完了が終了すると、図２に示す処理は終了する。なお、Ｓ５の後に、硬化した樹脂のバリ等を研磨して除去してもよい。
第１の実施形態の複合材料成形方法によれば、バッグ材１３と対向する第二圧力伝達部材１１の受圧面１１ｂの面積を第一圧力伝達部材８と接する第二圧力伝達部材１１の加圧面１１ａの面積よりも大きくすることで、複合材料部材６の大きさに依存することなく、バッグ材１３を介して大気圧（１気圧）を受ける第二圧力伝達部材１１を複合材料部材６に向かう方向に移動させ、第一圧力伝達部材８を介して、補修部５の成形領域５ａを大気圧（１気圧）よりも大きい圧力で加圧することが可能となる。これにより、複合材料部材６の大きさに依存することなく、樹脂を含む補修部５に、気泡等の欠陥が発生することを抑制できる。
また、第二圧力伝達部材１１よりも軟質な軟質材料で構成された第一圧力伝達部材８を介して、補修部５の成形領域５ａを加圧することで、補修部５の成形領域５ａを均一な圧力で加圧することが可能となる、これにより、複合材料部材６を精度良く成形することができる。
図３は、本発明の第１の実施形態の変形例に係る複合材料加圧装置の概略構成を示す断面図である。図３において、図１に示す構造体と同一構成部分には、同一符号を付す。
図３を参照して、第１の実施形態の変形例に係る複合材料加圧装置２５について説明する。
第１の実施形態の変形例に係る複合材料加圧装置２５は、第一圧力伝達部材８に替えて、第一圧力伝達部材２６を有すること以外は、第１の実施形態の複合材料加圧装置１０と同様に構成されている。
第一圧力伝達部材２６は、袋状の膜２９と、流体２８と、を有する。第一圧力伝達部材２６は、袋状の膜２９の内部に流体２８が充填された構成とされている。袋状の膜２９としては、例えば、シリコーンゴムを用いることが可能である。
流体２８としては、例えば、非圧縮性流体（例えば、水）を用いることが可能である。
第１の実施形態で示した複合材料成形方法において加熱を行う場合、袋状の膜２９は、加熱温度以上の耐熱性を有するのが好ましい。同様に、流体２８は、加熱温度以上の沸点を有するものとするのが好ましい。
このような構成とすることで、バッグ材１３から第二圧力伝達部材１１に伝達された圧力は、流体２８が充填された袋状の膜２９を介して補修部５に伝達される。バッグ材１３から第二圧力伝達部材１１に伝達された圧力が作用したときに、流体２８が充填された袋状の膜２９は、補修部５の表面形状に倣うように変形し、その全面が補修部５の成形領域５ａに密着する。
第１の実施形態の変形例に係る複合材料加圧装置２５によれば、バッグ材１３から第二圧力伝達部材１１に伝達された圧力が作用したときに、流体２８が充填された袋状の膜２９が補修部５の成形領域５ａの形状に沿うように変形した上で、補修部５の成形領域５ａに密着する。これにより、補修部５の成形領域５ａを均一な圧力で押圧することができる。
また、流体２８により、バッグ材１３から第二圧力伝達部材１１を介して増幅された圧力が作用しても、第一圧力伝達部材８が押しつぶされるのを抑制することができる。
〔第２の実施形態〕
図４は、本発明の第２の実施形態に係る複合材料加圧装置の概略構成を示す断面図である。図４において、図１に示す第１の実施形態の複合材料加圧装置１０と同一構成部分には同一符号を付す。
第２の実施形態の複合材料加圧装置３５は、第一圧力伝達部材８の外側に位置する複合材料部材６の表面６ａに傾斜抑制部材３７を設けたこと以外は、第１の実施形態の複合材料加圧装置１０と同様に構成されている。
傾斜抑制部材３７は、第二圧力伝達部材１１が傾斜した際にオーバーハング部１１Ａを支持して第二圧力伝達部材１１の傾斜を抑制する。
傾斜抑制部材３７は、第一圧力伝達部材８の外側周方向に間隔をあけて複数配置してもよい。或いは、傾斜抑制部材３７の形状は、第一圧力伝達部材８の外周を取り囲むような環状にしてもよい。
傾斜抑制部材３７の材料としては、例えば、第一圧力伝達部材８よりも軟質な材料を用いることが可能である。具体的な材料としては、例えば、スポンジ等を用いることができる。
第２の実施形態の複合材料加圧装置３５によれば、第二圧力伝達部材１１が傾斜した際にオーバーハング部１１Ａを支持して第二圧力伝達部材１１の傾斜を抑制する傾斜抑制部材３７を有することで、補修部５の成形領域５ａを均一な圧力で押圧することができる。
なお、第２の実施形態の複合材料加圧装置３５は、第１の実施形態の複合材料加圧装置１０と同様な効果を得ることができる。
次に、先に説明した図２を参照して、第２の実施形態の複合材料加圧装置３５を用いた第２の実施形態の複合材料成形方法について説明する。
第２の実施形態の複合材料成形方法は、Ｓ３とＳ４との間に、傾斜抑制部材３７を配置する工程を設けること以外は、第１の実施形態の複合材料成形方法と同様な手法により行うことができる。
第２の実施形態の複合材料成形方法によれば、バッグ材１３から第二圧力伝達部材１１に加わった圧力によって、オーバーハング部１１Ａが複合材料部材６側に変形しようとしても、傾斜抑制部材３７によって変形を抑制することが可能となる。
これにより、バッグ材１３から加わる圧力を、第二圧力伝達部材１１から第一圧力伝達部材８に効率良く伝達し、補修部５の成形領域５ａを均一な圧力で押圧することができる。
また、傾斜抑制部材３７は、第一圧力伝達部材８よりも軟質な材料で構成することで、バッグ材１３から第二圧力伝達部材１１に加わった圧力によって、オーバーハング部１１Ａが変形して傾斜抑制部材３７に突き当たったときに、第二圧力伝達部材１１から傾斜抑制部材３７を介して複合材料部材６に圧力が伝達されることを抑制可能となる。これによって、第二圧力伝達部材１１から第一圧力伝達部材８を介し、補修部５の成形領域５ａを均一な圧力で押圧することができる。
〔第３の実施形態〕
図５は、本発明の第３の実施形態に係る複合材料加圧装置の概略構成を示す断面図である。図５において、図１に示す第１の実施形態に係る複合材料加圧装置１０と同一構成部分には同一符号を付す。
第３の実施形態の複合材料加圧装置４５は、第１の実施形態の複合材料加圧装置１０を２つ有すること以外は、複合材料加圧装置１０と同様に構成されている。
一方の複合材料加圧装置１０は、湾曲した複合材料部材１００の湾曲面である成形領域１００ａに当接されており、他方の複合材料加圧装置１０は、複合材料部材１００の湾曲面である成形領域１００ｂに当接されている。
このような構成とされた第３の実施形態の複合材料加圧装置４５によれば、２つの成形領域１００ａ，１００ｂを同時に成形することができる。
なお、第３の実施形態の複合材料加圧装置４５を用いる場合、２つの成形領域１００ａ，１００ｂに対して同時に圧力を加えること以外は、先に説明した第１の実施形態の複合材料成形方法と同様な効果を得ることができる。
また、各複合材料加圧装置１０に、第２の実施形態で説明した傾斜抑制部材３７を配置させてもよい。
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
なお、第１〜第３の実施形態では、一例として、複合材料部材６，１００を補修する場合を例に挙げて説明したが、複合材料部材６，１００を新たに成形して製作する場合にも適用可能である。
また、バッグ材１３の外側から第二圧力伝達部材１１を押圧することで、オートクレーブと同等の圧力を印加させてもよい。
以下、実施例及び比較例について説明する。なお、本発明は、下記実施例に限定されない。
（実施例１）
実施例１では、図１に示す複合材料加圧装置１０を用いた。圧力測定フィルムを用いて、補修部５の成形領域５ａ（成形面）に作用する圧力分布を評価した。
圧力測定フィルムは、富士フィルム株式会社製の「プレスケール 極超低圧用ＬＬＬＷ」（商品名）を用いた。この圧力測定フィルムは、圧力が加わると発色し、加わった圧力の大きさを色の濃淡で表す。このような圧力測定フィルムを、補修部５と第一圧力伝達部材８との間に挟み込んだ。
第二圧力伝達部材１１の受圧面１１ｂの面内の寸法は、４５．５ｃｍ×２５．０ｃｍとした。これにより、受圧面１１ｂの面積は、３５７４ｃｍ２とした。
第二圧力伝達部材１１の加圧面１１ａ（第一圧力伝達部材８の第二の面８ｂ）の面内の寸法を１９．０ｃｍ×１０．０ｃｍ、加圧面１１ａの面積を５９７ｃｍ２とすることで、第二圧力伝達部材１１の受圧面１１ｂの面積と加圧面１１ａの面積との面積比を約６倍とした。
圧力分布の測定の結果、０．６ＭＰａ（６気圧）程度の圧力が均一に印加されている部分の面積は、補修部５の成形領域５ａの面積を１００％とした場合、約７０％であった。
０．５ＭＰａ（５気圧）以上０．６ＭＰａ（６気圧）未満の面積は、補修部５の成形領域５ａの面積を１００％とした場合、約２０％であった。
そして、０．５ＭＰａ（５気圧）未満の面積は、補修部５の成形領域５ａの面積を１００％とした場合、約１０％であった。
上記結果から、全体の約７０％の面積が０．６ＭＰａ（６気圧）程度の圧力が印加されており、良好な結果が得られた。
（実施例２）
実施例２では、図３に示す複合材料加圧装置３５を用いた。傾斜抑制部材３７としては、硬質スポンジを用いた。実施例２でも補修部５の成形領域５ａ（成形面）に作用する圧力分布を、圧力測定フィルムを用いて評価した。圧力測定フィルムとしては、実施例１と同様なものを用いた。
圧力分布の測定の結果、０．６ＭＰａ（６気圧）程度の圧力が均一に印加されている部分の面積は、補修部５の成形領域５ａの面積を１００％とした場合、約９８％であった。
０．５ＭＰａ（５気圧）以上０．６ＭＰａ（６気圧）未満の面積は、補修部５の成形領域５ａの面積を１００％とした場合、約２％であった。
そして、０．５ＭＰａ（５気圧）未満の面積は、補修部５の成形領域５ａの面積を１００％とした場合、約９８％であった。
上記結果から、全体の約９８％の面積が０．６ＭＰａ（６気圧）程度の圧力が印加されており、実施例１よりもさらに良好な結果が得られた。
この結果から、傾斜抑制部材３７を設けることが有効であることが確認できた。
本発明は、複合材料加圧装置、及び複合材料成形方法に適用可能である。
５ 補修部
５ａ，１００ａ，１００ｂ 成形領域
６，１００ 複合材料部材
６ａ 表面
７ 凹部
７ａ 底面
８，２６ 第一圧力伝達部材
８ａ 第一の面
８ｂ 第二の面
８Ａ 軟質部材
１０，２５，３５，４５ 複合材料加圧装置
１１ 第二圧力伝達部材
１１ａ 加圧面
１１Ａ オーバーハング部
１１ｂ 受圧面
１３ バッグ材
１３ｓ 外周縁部
１４ ブリーザー
１５ 負圧発生部
１６ シール材
１７ 吸引ポート
１８ 架台
１９ モニターポート
２８ 流体
２９ 袋状の膜
３７ 傾斜抑制部材
Ｓ 空間
ＳＡ 外部空間

Claims (8)

  1. 樹脂を含む複合材料よりなる複合材料部材を成形する際に使用する複合材料加圧装置であって、
    前記複合材料部材の成形領域と接触するように配置された第一圧力伝達部材と、
    前記第一圧力伝達部材と接触し、該第一圧力伝達部材を介して、前記複合材料部材を加圧する板状の第二圧力伝達部材と、
    前記第一圧力伝達部材及び前記第二圧力伝達部材を覆うバッグ材と、
    前記バッグ材と前記複合材料部材との間に形成された空間を負圧とする負圧発生部と、を備え、
    前記第一圧力伝達部材は、前記第二圧力伝達部材よりも軟質な軟質材料で構成されており、
    前記第二圧力伝達部材は、前記第一圧力伝達部材よりも大きな面積を有するとともに、前記第一圧力伝達部材と接する加圧面と、該加圧面の反対側に配置され、前記バッグ材と対向する受圧面と、を含み、
    前記受圧面は、前記加圧面よりも面積が大きく、
    前記第二圧力伝達部材は、硬質材料で構成されている複合材料加圧装置。
  2. 前記硬質材料は、繊維強化プラスチックまたは金属である請求項１記載の複合材料加圧装置。
  3. 前記第二圧力伝達部材は、前記第一圧力伝達部材よりも外側に張り出したオーバーハング部を含み、該オーバーハング部を支持する傾斜抑制部材をさらに備える請求項１に記載の複合材料加圧装置。
  4. 前記第一圧力伝達部材は、シリコンシートまたは膜の内部に流体が充填された構成である請求項１から３のいずれか一項記載の複合材料加圧装置。
  5. 前記バッグ材の内側に多孔質材料よりなるブリーザーを設ける請求項１から４のいずれか一項記載の複合材料加圧装置。
  6. 樹脂を含む複合材料よりなる複合材料部材の成形領域と接触するように第一圧力伝達部材を配置する工程と、
    前記第一圧力伝達部材と接触し、かつ前記複合材料部材との間に前記第一圧力伝達部材を挟み込むように、前記第一圧力伝達部材よりも大きな面積を有する板状の第二圧力伝達部材を配置する工程と、
    前記第一圧力伝達部材及び前記第二圧力伝達部材を覆うバッグ材を配置する工程と、
    負圧発生部より、前記バッグ材と前記複合材料部材との間に形成された空間の圧力を負圧とすることで、前記バッグ材により、前記第二圧力伝達部材を前記複合材料部材に向かう方向に移動させて、前記第一圧力伝達部材を介して、前記複合材料部材の成形領域を加圧する工程と、
    を備え、
    前記第一圧力伝達部材は、前記第二圧力伝達部材よりも軟質な軟質材料で形成されており、
    前記第二圧力伝達部材は、硬質材料で形成されており、
    前記バッグ材と対向する前記第二圧力伝達部材の受圧面が、該受圧面の反対側に配置された前記第二圧力伝達部材の加圧面よりも面積が大きい複合材料成形方法。
  7. 前記バッグ材を配置する工程の前に、前記複合材料部材に、前記第一圧力伝達部材の外側に張り出した前記第二圧力伝達部材のオーバーハング部を支持する傾斜抑制部材を配置する工程を含む請求項６記載の複合材料成形方法。
  8. 前記バッグ材を配置する工程の前に、前記第一圧力伝達部材及び前記第二圧力伝達部材を覆うように、多孔質材料よりなるブリーザーを配置する工程をさらに含む請求項６または７記載の複合材料成形方法。
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