JP7214862B2

JP7214862B2 - 複合材成形方法および複合材成形装置

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Publication number: JP7214862B2
Application number: JP2021524610A
Authority: JP
Inventors: 裕一由井; 晃久奥田; 正彦清水; 祐樹可児; 昭宏寺坂
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2019-06-06
Filing date: 2019-06-06
Publication date: 2023-01-30
Anticipated expiration: 2039-06-06
Also published as: WO2020245990A1; US12059852B2; US20220143935A1; JPWO2020245990A1

Description

本発明は、複合材成形方法および複合材成形装置に関するものである。

従来、繊維基材が積層された複合材を成形する方法として、オートクレーブを用いた複合材の成形方法が広く用いられている。従来の成形方法では、硬化されていないマトリックス樹脂を含むプリプレグをバッグフィルムで覆い、バッグフィルムの内部を減圧し、外部気体との圧力差によりプリプレグを加圧状態にする。また、バッグフィルムの外部の空間を加熱した空気で満たすことにより、プリプレグを加熱状態にする。

また、近年では、空気よりも熱容量が大きい水蒸気を加熱源として用いる手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、プリプレグをシリコーンゴムバッグで覆い、プリプレグが配置される空間を減圧しながらプリプレグを水蒸気で加熱することにより、プリプレグの曲げ成形を行うことが開示されている。

特開２０１６－１６８６８４号公報

しかしながら、特許文献１では、シリコーンゴムバッグをプリプレグ上に敷いた後、外枠を載せてシリコーンゴムバッグと箱型冶具との間に隙間が生じないように万力でクランプすることによってプリプレグを密閉している。そのため、箱型冶具と外枠という特殊な冶具が必要であり、かつ万力によるクランプを行うという煩雑な作業が必要となってしまう。

そこで、例えば、プリプレグを載置する冶具成形面に対してバッグをシール材により接着することで、特殊な冶具や煩雑な作業を不要とすることが考えられる。しかしながら、シール材との接着強度が高い樹脂フィルムを用いる場合、樹脂フィルムが水蒸気による加水分解（化学的破壊）によって破壊する可能性がある。

また、高圧環境下で樹脂フィルムに吸収された水蒸気が低圧環境下で膨張し、樹脂フィルム内部から破壊（機械的破壊）する可能性がある。この場合、樹脂フィルムの破壊によって樹脂フィルムの内外の圧力差がなくなってプリプレグを適切に加圧することができない可能性がある。また、加熱源として水蒸気を用いているため、破壊された樹脂フィルムから流入する水蒸気がプリプレグに到達してプリプレグに吸収され、所望の性能の複合材を成形できない可能性がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、水蒸気を用いて複合材料を効率よく加熱するとともに水蒸気が複合材料に到達することを防止することが可能な複合材成形方法および複合材成形装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の複合材成形方法および複合材成形装置は、以下の手段を採用する。
本発明の一態様に係る複合材成形方法は、複合材を成形するものであって、密閉可能な圧力容器の内部空間に設置された成形用冶具の冶具成形面に複合材料を配置する第１配置工程と、前記複合材料を第１樹脂バッグで覆うとともに前記第１樹脂バッグと前記冶具成形面をシール材により接着して前記複合材料を気密に封止する第１封止工程と、通気空間を確保するための通気用部材を前記第１樹脂バッグを覆うように配置する第２配置工程と、前記通気用部材を第２樹脂バッグで覆うとともに前記第２樹脂バッグと前記冶具成形面を前記シール材により接着して前記通気用部材を気密に封止する第２封止工程と、前記第１樹脂バッグにより封止された第１空間を減圧する第１減圧工程と、前記第２樹脂バッグにより封止された第２空間を減圧する第２減圧工程と、前記圧力容器を密閉した状態で前記圧力容器の前記内部空間へ所定の温度及び所定の圧力の水蒸気を供給して前記複合材料を熱硬化させる熱硬化工程と、を備える。

本発明の一態様に係る複合材成形方法によれば、複合材料を熱硬化させるため、熱硬化工程において、所定の温度及び所定の圧力の水蒸気を圧力容器の内部空間へ供給している。そのため、加熱源として空気を用いる場合に比べ、空気よりも熱容量の大きい水蒸気により複合材料を効率よく迅速に加熱することができる。

また、第１樹脂バッグと冶具成形面をシール材により接着して複合材料を気密に封止し、さらに第２樹脂バッグと冶具成形面をシール材により接着して通気用部材を気密に封止し、第２減圧工程において第２樹脂バッグにより封止された空間を減圧している。そのため、通気用部材が配置される空間に水蒸気が侵入したとしても、侵入した水蒸気は減圧された空間内に分散し、最終的には空間の外部に排出される。複合材料は第１樹脂バッグにより気密に封止されているため、水蒸気が複合材料に到達することが防止される。さらに、水蒸気が第１樹脂バッグに到達せずに外部に排出されるため、第１樹脂バッグが水蒸気との加水分解等により破損して水蒸気が複合材料に到達することが防止される。

本発明の一態様に係る複合材成形方法において、前記第２樹脂バッグは、フッ素樹脂材料を主成分とするバッグであり、前記第１樹脂バッグは、前記フッ素樹脂材料よりも前記シール材との接着強度が高い樹脂材料を主成分とするバッグである構成でもよい。

本構成の複合材成形方法によれば、第２樹脂バッグがフッ素樹脂材料を主成分とするバッグである。フッ素樹脂材料を主成分とするバッグの水蒸気に対する耐性は、ナイロンを主成分とする樹脂フィルム等と比べて十分に高いため、水蒸気が積層体に到達することをより確実に防止することができる。また、第１樹脂バッグが、フッ素樹脂材料よりもシール材との接着強度が高い樹脂材料を主成分とする樹脂フィルムであるため、冶具成形面と樹脂フィルムとの接着部分から水蒸気が侵入することをより確実に防止することができる。ここで、第１樹脂バッグは、例えば、ナイロンまたはポリウレタンを主成分とする樹脂フィルムとすることができる。

上記構成の複合材成形方法において、前記第２樹脂バッグを覆うように前記通気用部材を配置する第３配置工程と、前記第２樹脂バッグを覆う前記通気用部材を第３樹脂バッグで覆うとともに前記第３樹脂バッグと前記冶具成形面を前記シール材により接着して前記通気用部材を気密に封止する第３封止工程と、前記第３樹脂バッグにより封止された第３空間を減圧する第３減圧工程と、を備え、前記第３樹脂バッグは、フッ素ゴムまたはシリコーンゴムを主成分とする材料により形成されていてもよい。

上記の複合材成形方法によれば、第３樹脂バッグと冶具成形面をシール材により接着して通気用部材を気密に封止し、第３減圧工程において第３樹脂バッグにより封止された空間を減圧している。そのため、通気用部材が配置される空間に水蒸気が侵入したとしても、侵入した水蒸気は減圧された空間内に分散し、最終的には空間の外部に排出される。複合材料は第１樹脂バッグおよび第２樹脂バッグにより気密に封止されているため、水蒸気が複合材料に到達することが防止される。

さらに、水蒸気が第２樹脂バッグに到達せずに外部に排出されるため、第２樹脂バッグが水蒸気との加水分解等により破損して水蒸気が複合材料に到達することが防止される。また、第３樹脂バッグが、蒸気に対する耐性の高いフッ素ゴムまたはシリコーンゴムを主成分とする材料により形成されているため、第３樹脂バッグを複数回の複合材の成形のために再利用することができる。

上記構成の複合材成形方法において、前記第２樹脂バッグを第３樹脂バッグで覆うとともに前記第３樹脂バッグと前記冶具成形面を前記シール材により接着して密閉空間を形成する密閉工程と、前記密閉空間に前記第２樹脂バッグへ前記水蒸気が接触することを防止するための液体を充填する充填工程と、を備え、前記第３樹脂バッグは、フッ素ゴムまたはシリコーンゴムを主成分とする材料により形成されていてもよい。

上記の複合材成形方法によれば、第３樹脂バッグと冶具成形面をシール材により接着して第２樹脂バッグとの間に密閉空間を形成し、その密閉空間に水蒸気が第２樹脂バッグに接触することを防止するための液体が充填される。そのため、第３樹脂バッグが水蒸気による加水分解等により破損した場合であっても、密閉空間に侵入した水蒸気が第２樹脂バッグに到達することが防止される。

上記構成の複合材成形方法において、前記複合材料は、繊維基材が樹脂材料とともに積層された積層体であってよい。
複合材料が、繊維基材が樹脂材料とともに積層された積層体であるため、十分な硬度の複合材を成形することができる。

本発明の一態様に係る複合材成形装置は、複合材を成形するものであって、密閉可能な圧力容器と、前記圧力容器の内部空間に設置されるとともに樹脂材料を含む複合材料を配置するための冶具成形面を有する成形用冶具と、前記複合材料を覆うとともにシール材により前記冶具成形面に接着されて前記複合材料を気密に封止する第１樹脂バッグと、前記第１樹脂バッグを覆うように配置されるとともに通気空間を確保するための通気用部材と、前記通気用部材を覆うとともにシール材により前記冶具成形面に接着されて前記通気用部材を気密に封止する第２樹脂バッグと、前記第１樹脂バッグにより封止された第１空間および前記第２樹脂バッグにより封止された第２空間を減圧する減圧部と、前記圧力容器を密閉した状態で前記圧力容器の前記内部空間へ所定の温度及び所定の圧力の水蒸気を供給して前記複合材料を熱硬化させる水蒸気供給部と、を備える。

本発明の一態様に係る複合材成形装置によれば、複合材料を熱硬化させるため、水蒸気供給部が、所定の温度及び所定の圧力の水蒸気を圧力容器の内部空間へ供給している。そのため、加熱源として空気を用いる場合に比べ、空気よりも熱容量の大きい水蒸気により複合材料を効率よく迅速に加熱することができる。

本発明によれば、水蒸気を用いて複合材料を効率よく加熱するとともに水蒸気が複合材料に到達することを防止することが可能な複合材成形方法および複合材成形装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る複合材成形装置を示す概略構成図である。図１に示す複合材成形装置の縦断面図である。図２に示す圧力容器の内部空間を上方からみた平面図である。第１実施形態に係る複合材成形方法を示すフローチャートである。図２に示す複合材成形装置の部分拡大図であり、第２樹脂バッグとシール材の隙間から水蒸気が侵入する状態を示す。図２に示す複合材成形装置の部分拡大図であり、第２樹脂バッグの一部が破壊されて水蒸気が侵入する状態を示す。本発明の第２実施形態に係る複合材成形装置を示す概略構成図である。図７に示す複合材成形装置の縦断面図である。第２実施形態に係る複合材成形方法を示すフローチャートである。

〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態に係る複合材成形装置１００およびそれを用いた複合材成形方法について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る複合材成形装置１００を示す概略構成図である。図２は、図１に示す複合材成形装置１００の縦断面図である。図３は、図２に示す内部空間を上方からみた平面図である。図３は、図２に示す圧力容器１０の内部空間を上方からみた平面図である。

本実施形態の複合材成形装置１００は、繊維基材が樹脂材料とともに積層されたプリプレグ（複合材料）Ｐを熱硬化させることにより所望の形状の繊維強化複合材を成形する装置である。ここで、プリプレグとは、繊維基材と未硬化のマトリックス樹脂を含み、熱硬化することにより繊維強化複合材となる材料をいう。また、繊維基材とは、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等である。また、マトリックス樹脂は、熱硬化性樹脂であり、エポキシ、不飽和ポリエステル、ビニルエステル、ビスマレイミド、フェノール、シアネート、ポリイミド等である。１枚あるいは複数枚のプリプレグを熱硬化させることにより、繊維強化複合材が成形される。

図１および図２に示すように、本実施形態の複合材成形装置１００は、密閉可能な圧力容器１０と、成形用冶具２０と、第１樹脂バッグ３０と、ブリーザー（通気用部材）４０と、第２樹脂バッグ５０と、真空ポンプ（減圧部）７０と、水蒸気供給部８０と、制御装置９０と、を備える。

圧力容器１０は、不図示の開閉可能な扉が取り付けられ、扉を閉状態とすることにより密閉された内部空間ＩＳを形成する密閉可能な容器である。圧力容器１０の内部空間ＩＳには、成形用冶具２０と成形用冶具２０に配置されるプリプレグＰが収容される。

成形用冶具２０は、圧力容器１０の内部空間ＩＳに設置されるとともにプリプレグＰを配置するための冶具成形面２１を有する板状に形成される部材である。成形用冶具２０は、圧力容器１０の内部空間ＩＳに設けられた設置台１１の上に配置される。成形用冶具２０の冶具成形面２１は、図２に示す水平方向に延びる面であり、冶具成形面２１の上にプリプレグＰが配置される。成形用冶具２０は、例えば、アルミニウム合金、鉄等の耐熱性のある金属材料により形成される。

第１樹脂バッグ３０は、プリプレグＰの全面を覆うとともにシール材Ｓｅにより成形用冶具２０の冶具成形面２１に接着されてプリプレグＰを気密に封止するシート状の部材である。第１樹脂バッグ３０は、ナイロンまたはポリウレタンを主成分とする樹脂フィルムにより形成されている。第１樹脂バッグ３０は、例えば、２５μｍ以上かつ７５μｍ以下の厚さとするのが望ましい。

ブリーザー４０は、図２に示すように、第１樹脂バッグ３０の全面を覆うように配置されるとともに第１樹脂バッグ３０と第２樹脂バッグ５０との間で気体を通過させることが可能な通気空間を確保するための部材である。ブリーザー４０は、例えば、繊維状のポリエステルにより形成されたポリエステルマットである。ブリーザー４０は、例えば、０．２ｍｍ以上かつ５ｍｍ以下の厚さである。

第２樹脂バッグ５０は、図２に示すように、ブリーザー４０の全面を覆うとともにシール材Ｓｅにより冶具成形面２１に接着されてブリーザー４０を封止するシート状の部材である。第２樹脂バッグ５０は、フッ素樹脂材料を主成分とする樹脂フィルムにより形成されている。フッ素樹脂材料とは、例えば、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体）である。第２樹脂バッグ５０は、例えば、２５μｍ以上かつ７５μｍ以下の厚さとするのが望ましい。

前述したように、第１樹脂バッグ３０は、ナイロンまたはポリウレタンを主成分とする樹脂フィルムにより形成されている。ナイロンまたはポリウレタンを主成分とする樹脂フィルムは、フッ素樹脂材料を主成分とする樹脂フィルムよりもシール材Ｓｅとの接着強度が高い。そのため、第１樹脂バッグ３０とシール材Ｓｅとの接着強度は、第２樹脂バッグ５０とシール材Ｓｅとの接着強度よりも高い。よって、第１樹脂バッグ３０の方が、第２樹脂バッグ５０よりも、冶具成形面２１への接着性の点で有利である。

図３に示すように、シール材Ｓｅは、第１樹脂バッグ３０と冶具成形面２１とを接着することにより、プリプレグＰの全周を取り囲む第１シール領域ＳＡ１を形成する。また、シール材Ｓｅは、第２樹脂バッグ５０と冶具成形面２１とを接着することにより、プリプレグＰの全周を取り囲む第２シール領域ＳＡ２を形成する。第２シール領域ＳＡ２は、第１シール領域ＳＡ１の外側を取り囲むように形成される。このように、シール材Ｓｅは、第１シール領域ＳＡ１および第２シール領域ＳＡ２の２重のシール領域により、圧力容器１０の内部空間ＩＳからプリプレグＰが配置される第１空間Ｓ１を隔離する。シール材Ｓｅは、例えば、主成分がブチルゴムである材料により形成されている。

真空ポンプ７０は、第１樹脂バッグ３０により封止された第１空間Ｓ１および第２樹脂バッグ５０により封止された第２空間Ｓ２を減圧する装置である。図１に示すように、真空ポンプ７０は、開閉弁７１を介して配管７１ａに接続され、開閉弁７２を介して配管７２ａに接続されている。図３に示すように、配管７１ａは第１樹脂バッグ３０に取り付けられた真空ポート７１ｂに接続され、配管７２ａは第２樹脂バッグ５０に取り付けられた真空ポート７２ｂに接続されている。

真空ポンプ７０と開閉弁７１と開閉弁７２は、それぞれ制御装置９０から制御信号線（図１で破線で示す線）を介して伝達される制御信号により制御される。制御装置９０は、真空ポンプ７０を動作状態とし、かつ開閉弁７１を開状態とすることにより、真空ポート７１ｂを介して第１空間Ｓ１の空気を吸引して第１空間Ｓ１を真空状態まで減圧する。また、制御装置９０は、真空ポンプ７０を動作状態とし、かつ開閉弁７２を開状態とすることにより、真空ポート７２ｂを介して第２空間Ｓ２の空気を吸引して第２空間Ｓ２を真空状態まで減圧する。

水蒸気供給部８０は、圧力容器１０を密閉した状態で圧力容器１０の内部空間ＩＳへ所定の温度及び所定の圧力の水蒸気を供給してプリプレグＰを熱硬化させる装置である。図１に示すように、水蒸気供給部８０は、開閉弁８１を介して配管８１ａに接続されている。図３に示すように、配管８１ａは、圧力容器１０の内部空間ＩＳと連通している。

水蒸気供給部８０および開閉弁８１は、制御装置９０から制御信号線を介して伝達される制御信号により制御される。制御装置９０は、水蒸気供給部８０を動作状態とし、かつ開閉弁８１を開状態とすることにより、配管８１ａを介して水蒸気を内部空間ＩＳへ供給する。水蒸気供給部８０は、圧力容器１０の内部空間ＩＳへ供給する水蒸気として、例えば、飽和水蒸気を生成する。制御装置９０は、例えば、飽和水蒸気の温度が１６０℃以上かつ１９０℃以下の範囲となるように水蒸気供給部８０を制御する。飽和水蒸気圧は、温度に対して一意に定まる。そのため、飽和水蒸圧は、約６気圧（絶対圧）～約１３気圧（絶対圧）の範囲となる。

制御装置９０は、複合材成形装置１００を制御する装置である。制御装置９０は、図１に破線で示す制御信号線を介して、真空ポンプ７０、開閉弁７１、開閉弁７２、水蒸気供給部８０、および開閉弁８１を制御する。

次に、図４を参照して、本実施形態の複合材成形装置１００が実行する複合材成形方法について説明する。図４は、本実施形態に係る複合材成形方法を示すフローチャートである。
ステップＳ４０１（第１配置工程）において、プリプレグＰが成形用冶具２０の冶具成形面２１に配置される。操作者は、例えば、運搬装置（図示略）を操作してプリプレグＰを冶具成形面２１に配置する。

ステップＳ４０２（第１封止工程）において、第１樹脂バッグ３０でプリプレグＰの全面を覆うとともに第１樹脂バッグ３０と冶具成形面２１をシール材Ｓｅにより接着してプリプレグＰを気密に封止する。複合材成形装置１００の操作者は、冶具成形面２１または第１樹脂バッグ３０の縁部にシール材Ｓｅを配置し、第１樹脂バッグ３０でプリプレグＰを覆うようにして第１樹脂バッグ３０を冶具成形面２１に接合する。

ステップＳ４０３（第２配置工程）において、第１樹脂バッグ３０を覆うように第１樹脂バッグ３０の上にブリーザー４０を配置する。

ステップＳ４０４（第２封止工程）において、ブリーザー４０を第２樹脂バッグ５０で覆うとともに第２樹脂バッグ５０と冶具成形面２１をシール材Ｓｅにより接着してブリーザー４０を気密に封止する。複合材成形装置１００の操作者は、冶具成形面２１または第２樹脂バッグ５０の縁部にシール材Ｓｅを配置し、第２樹脂バッグ５０でブリーザー４０を覆うようにして第２樹脂バッグ５０を冶具成形面２１に接合する。

以上のステップＳ４０１からステップＳ４０４においては、圧力容器１０を密閉せずに扉を開状態にしている。ステップＳ４０４が終了すると、複合材成形装置１００の操作者は、扉を閉状態とし、圧力容器１０を密閉する。

ステップＳ４０５（第１減圧工程）において、真空ポンプ７０を動作状態とし、かつ開閉弁７１を開状態とし、第１樹脂バッグ３０により封止された第１空間Ｓ１を減圧する。制御装置９０は、第１空間Ｓ１を真空状態に維持するように減圧する処理を、後述するステップＳ４０７を終了するまで継続する。

ステップＳ４０６（第２減圧工程）において、真空ポンプ７０を動作状態とし、かつ開閉弁７２を開状態とし、第２樹脂バッグ５０により封止された第２空間Ｓ２を減圧する。制御装置９０は、第２空間Ｓ２を真空状態に維持するように減圧する処理を、後述するステップＳ４０７を終了するまで継続する。

ステップＳ４０７（熱硬化工程）において、第１空間Ｓ１および第２空間Ｓ２が真空状態となったことに応じて、圧力容器１０を密閉した状態で、圧力容器１０の内部空間ＩＳへ所定の温度及び所定の圧力の水蒸気を供給するよう水蒸気供給部８０および開閉弁８１が制御される。

圧力容器１０の内部空間ＩＳに配置されるプリプレグＰは、真空状態に減圧された第１空間Ｓ１の圧力と水蒸気により加圧された内部空間ＩＳとの差圧によって加圧された状態となる。また、プリプレグＰは、水蒸気から伝達される熱によって加熱された状態となる。プリプレグＰは、加圧状態および加熱状態が所定時間継続することにより、マトリックス樹脂である熱硬化性樹脂が硬化し、所望の形状を維持した状態で硬化する。これにより、プリプレグＰからマトリックス樹脂が硬化した複合材が成形される。

ステップＳ４０８において、真空ポンプ７０および水蒸気供給部８０の動作を停止させる。複合材成形装置１００の操作者は、圧力容器１０の内部空間ＩＳが複合材を取り出すことが可能な温度および圧力となったことを確認し、圧力容器１０の扉を開状態とする。その後、複合材成形装置１００の操作者は、硬化した複合材を圧力容器１０の内部空間ＩＳから外部へ取り出す。また、複合材成形装置１００の操作者は、成形用冶具２０の冶具成形面２１から第２樹脂バッグ５０、ブリーザー４０、第１樹脂バッグ３０をこの順で取り外し、複合材を露出させる。以上のようにして、複合材が成形される。

ここで、本実施形態の複合材成形装置１００がステップＳ４０７（熱硬化工程）を実行している際に発生し得る現象について説明する。図５は、図２に示す複合材成形装置１００の部分拡大図であり、第２樹脂バッグ５０とシール材Ｓｅの隙間Ｇから水蒸気が侵入する状態を示す。

本実施形態の第２樹脂バッグ５０は、フッ素樹脂材料を主成分とする樹脂フィルムにより形成されている。フッ素樹脂材料を主成分とする樹脂フィルムは、ナイロンまたはポリウレタンを主成分とする樹脂フィルムに比べ、水蒸気への耐性が高い点で有利である。一方、フッ素樹脂材料を主成分とする樹脂フィルムは、ナイロンまたはポリウレタンを主成分とする樹脂フィルムよりもシール材Ｓｅとの接着強度が低い点で不利である。

図５は、第２樹脂バッグ５０とシール材Ｓｅとの第２シール領域ＳＡ２の一部で第２樹脂バッグ５０がシール材Ｓｅから剥がれて隙間Ｇが形成された状態を示す。図５に示す矢印が水蒸気Ｓｔを示しており、内部空間ＩＳの水蒸気Ｓｔが隙間Ｇを介して第２空間Ｓ２へ侵入する。

この場合、水蒸気Ｓｔが第２空間Ｓ２へ侵入するが、第２空間Ｓ２の圧力が内部空間ＩＳの圧力に比べて十分に低いため、水蒸気Ｓｔはブリーザー４０が形成する通気空間に沿って第２空間Ｓ２で拡散する。そのため、隙間Ｇから侵入した水蒸気Ｓｔが第１樹脂バッグ３０に直接的に接触することが防止される。

また、ステップＳ４０７（熱硬化工程）を実行している際に、真空ポート７２ｂから真空ポンプ７０は向けて第２空間Ｓ２内の気体が常時吸い出されている。そのため、隙間Ｇから第２空間Ｓ２へ侵入した水蒸気Ｓｔは、最終的には真空ポンプ７０の吸引力によって真空ポート７２ｂから真空ポンプ７０へ導かれ、外部へ排出される。このように、ブリーザー４０は、隙間Ｇから第２空間Ｓ２へ侵入した水蒸気Ｓｔに対して第１樹脂バッグ３０を防御する役目を果たす。

ここで、本実施形態の複合材成形装置１００がステップＳ４０７（熱硬化工程）を実行している際に発生し得る他の現象について説明する。図６は、複合材成形装置１００を示す部分拡大図であり、第２樹脂バッグ５０の一部が破壊されて水蒸気が侵入する状態を示す。

図６は、第２樹脂バッグ５０の一部が破壊された状態を示す。第２樹脂バッグ５０は、フッ素樹脂材料を主成分とする樹脂フィルムにより形成されているため、水蒸気に対する耐性が高いが、何らかの要因により一部が破壊されることがあり得る。図６に示す矢印が水蒸気Ｓｔを示しており、内部空間ＩＳの水蒸気Ｓｔが第２樹脂バッグ５０の破壊された部分を介して第２空間Ｓ２へ侵入する。

この場合、水蒸気Ｓｔが第２空間Ｓ２へ侵入するが、第２空間Ｓ２の圧力が内部空間ＩＳの圧力に比べて十分に低いため、水蒸気Ｓｔはブリーザー４０が形成する通気空間に沿って第２空間Ｓ２で拡散する。そのため、第２空間Ｓ２へ侵入した水蒸気Ｓｔが第１樹脂バッグ３０に直接的に接触することが防止される。

また、ステップＳ４０７（熱硬化工程）を実行している際に、真空ポート７２ｂから真空ポンプ７０は向けて第２空間Ｓ２内の気体が常時吸い出されている。そのため、内部空間ＩＳから第２空間Ｓ２へ侵入した水蒸気Ｓｔは、最終的には真空ポンプ７０の吸引力によって真空ポート７２ｂから真空ポンプ７０へ導かれ、外部へ排出される。このように、ブリーザー４０は、内部空間ＩＳから第２空間Ｓ２へ侵入した水蒸気Ｓｔに対して第１樹脂バッグ３０を防御する役目を果たす。

以上説明した本実施形態の複合材成形方法が奏する作用および効果について説明する。
本実施形態の複合材成形方法によれば、プリプレグＰを熱硬化させるため、熱硬化工程において、所定の温度及び所定の圧力の水蒸気を圧力容器１０の内部空間ＩＳへ供給している。そのため、加熱源として空気を用いる場合に比べ、空気よりも熱容量の大きい水蒸気によりプリプレグＰを効率よく迅速に加熱することができる。

また、第１樹脂バッグ３０と冶具成形面２１をシール材Ｓｅにより接着してプリプレグＰを気密に封止し、さらに第２樹脂バッグ５０と冶具成形面２１をシール材Ｓｅにより接着してブリーザー４０を気密に封止し、第２減圧工程において第２樹脂バッグ５０により封止された第２空間Ｓ２を減圧している。そのため、ブリーザー４０が配置される第２空間Ｓ２に水蒸気が侵入したとしても、侵入した水蒸気は減圧された第２空間Ｓ２内に分散し、最終的には第２空間Ｓ２の外部に排出される。

プリプレグＰは第１樹脂バッグ３０により気密に封止されているため、水蒸気がプリプレグＰに到達することが防止される。さらに、水蒸気が第１樹脂バッグ３０に到達せずに外部に排出されるため、第１樹脂バッグ３０が水蒸気との加水分解により破損して水蒸気がプリプレグＰに到達することが防止される。

本実施形態の複合材成形方法によれば、第２樹脂バッグ５０がフッ素樹脂材料を主成分とするバッグである。フッ素樹脂材料を主成分とするバッグの水蒸気に対する耐性は、ナイロンを主成分とする樹脂フィルム等と比べて十分に高いため、水蒸気がプリプレグＰに到達することをより確実に防止することができる。また、第１樹脂バッグ３０が、フッ素樹脂材料よりもシール材Ｓｅとの接着強度が高い樹脂材料を主成分とする樹脂フィルムであるため、冶具成形面２１と樹脂フィルムとの接着部分から水蒸気が侵入することをより確実に防止することができる。

〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態に係る複合材成形装置１００Ａおよびそれを用いた複合材成形方法について、図面を参照して説明する。本実施形態は、第１実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第１実施形態と同様であるものとし、以下での説明を省略する。

第１実施形態の複合材成形装置１００は、プリプレグＰの全面を、第１樹脂バッグ３０および第２樹脂バッグ５０で覆い、その間にブリーザー４０を配置するものであった。それに対して、本実施形態の複合材成形装置１００Ａは、第２樹脂バッグ５０の外側の全面をさらに第３樹脂バッグ６０で覆い、第２樹脂バッグ５０と第３樹脂バッグ６０との間にブリーザー４０を配置するものである。

図７は、本発明の第２実施形態に係る複合材成形装置１００Ａを示す概略構成図である。図７に示す複合材成形装置１００Ａは、開閉弁７３と開閉弁７３に接続される配管７３ａを備える点で図１に示す複合材成形装置１００と異なる。図８は、図７に示す複合材成形装置１００Ａの縦断面図である。図８に示す複合材成形装置１００Ａは、配管７３ａと、真空ポート７３ｂと、第３樹脂バッグ６０と、第２樹脂バッグ５０と第３樹脂バッグ６０との間に配置されるブリーザー４０を備える点で、図２に示す複合材成形装置１００と異なる。

図７に示すように、真空ポンプ７０と開閉弁７３は、制御装置９０から制御信号線（図７で破線で示す線）を介して伝達される制御信号により制御される。制御装置９０は、真空ポンプ７０を動作状態とし、かつ開閉弁７３を開状態とすることにより、真空ポート７３ｂを介して図８に示す第３空間Ｓ３の空気を吸引して第３空間Ｓ３を真空状態まで減圧する。第３空間Ｓ３は、第２樹脂バッグ５０と第３樹脂バッグ６０との間に形成される空間である。

図８に示すように、本実施形態の複合材成形装置１００Ａにおいて、第２樹脂バッグ５０の上には、ブリーザー４０が配置され、さらにブリーザー４０を覆うように第３樹脂バッグ６０が配置されている。第３樹脂バッグ６０は、ブリーザー４０を覆うとともにシール材Ｓｅにより冶具成形面２１に接着されてブリーザー４０を封止するシート状の部材である。第３樹脂バッグ６０は、シリコーンゴムまたはフッ素ゴムを主成分とする樹脂材料により形成されている。

第３樹脂バッグ６０は、シリコーンゴムまたはフッ素ゴムにより形成されているため、ゴム弾性を有するとともに水蒸気への耐性が高い。そのため、第３樹脂バッグ６０は、複数回の複合材の成形のために再利用することができる。

次に、図９を参照して、本実施形態の複合材成形装置１００Ａが実行する複合材成形方法について説明する。図９は、本実施形態に係る複合材成形方法を示すフローチャートである。なお、図９に示すステップＳ９０１～Ｓ９０４は、図４に示すステップＳ４０１～Ｓ４０４と同様であるため、以下での説明を省略する。

また、図９に示すステップＳ９０７、Ｓ９０８は、図４に示すステップＳ４０５、Ｓ４０６と同様であるため、以下での説明を省略する。また、図９に示すステップＳ９１０、Ｓ９１１は、図４に示すステップＳ４０７、Ｓ４０８と同様であるため、以下での説明を省略する。

ステップＳ９０５（第３配置工程）において、第２樹脂バッグ５０の全面を覆うように第２樹脂バッグ５０の上にブリーザー４０を配置する。

ステップＳ９０６（第３封止工程）において、ブリーザー４０の全面を第３樹脂バッグ６０で覆うとともに第３樹脂バッグ６０と冶具成形面２１をシール材Ｓｅにより接着してブリーザー４０を気密に封止する。複合材成形装置１００Ａの操作者は、冶具成形面２１または第３樹脂バッグ６０の縁部にシール材Ｓｅを配置し、第３樹脂バッグ６０でブリーザー４０の全面を覆うようにして第３樹脂バッグ６０を冶具成形面２１に接合する。

ステップＳ９０９（第３減圧工程）において、真空ポンプ７０を動作状態とし、かつ開閉弁７３を開状態とし、第３樹脂バッグ６０により封止された第３空間Ｓ３を減圧する。制御装置９０は、第３空間Ｓ３を真空状態に維持するように減圧する処理を、ステップＳ９１０の熱硬化工程が終了するまで継続する。

本実施形態の複合材成形方法によれば、第３樹脂バッグ６０と冶具成形面２１をシール材Ｓｅにより接着してブリーザー４０を気密に封止し、ステップＳ９０９（第３減圧工程）において第３樹脂バッグ６０により封止された空間を減圧している。そのため、ブリーザー４０が配置される第３空間Ｓ３に水蒸気が侵入したとしても、侵入した水蒸気は減圧された第３空間Ｓ３内に分散し、最終的には第３空間Ｓ３の外部に排出される。

プリプレグＰは第１樹脂バッグ３０および第２樹脂バッグ５０により気密に封止されているため、水蒸気がプリプレグＰに到達することが防止される。さらに、水蒸気が第２樹脂バッグ５０に到達せずに外部に排出されるため、第２樹脂バッグ５０が水蒸気との加水分解により破損して水蒸気がプリプレグＰに到達することが防止される。また、第３樹脂バッグ６０が、蒸気に対する耐性の高いフッ素ゴムまたはシリコーンゴムを主成分とする樹脂材料により形成されているため、第３樹脂バッグ６０を複数回の複合材の成形のために再利用することができる。

なお、本実施形態の複合材成形方法において、第２樹脂バッグ５０と第３樹脂バッグ６０の間にブリーザー４０を配置するものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、ブリーザー４０に替えて、シリコン系オイルまたは吸水性ポリマーを主成分とし、第２樹脂バッグ５０と水蒸気との接触から防御する液体を充填する変形例としてもよい。

この変形例の複合材成形装置においては、図７に示す開閉弁７３および配管７３ａ、並びに図８に示す真空ポート７３ｂは設けられないものとなる。また、図９に示すフローチャートにおいて、ステップＳ９０５およびステップＳ９０９は削除される。

また、ステップＳ９０６は、第２樹脂バッグ５０を第３樹脂バッグ６０で覆うとともに第３樹脂バッグ６０と冶具成形面２１をシール材Ｓｅにより接着して密閉空間を形成する密閉工程となる。さらに、ステップＳ９０６の後に、密閉空間に第２樹脂バッグ５０へ水蒸気が接触することを防止するための液体を充填する充填工程が追加される。

この変形例によれば、第３樹脂バッグ６０と冶具成形面２１をシール材Ｓｅにより接着して第２樹脂バッグ５０との間に密閉空間を形成し、その密閉空間に水蒸気が第２樹脂バッグ５０に接触することを防止するための液体が充填される。そのため、第３樹脂バッグ６０が水蒸気により加水分解して破損した場合であっても、密閉空間に侵入した水蒸気が第２樹脂バッグ５０に到達することが防止される。

１０圧力容器
２０成形用冶具
２１冶具成形面
３０第１樹脂バッグ
４０ブリーザー（通気用部材）
５０第２樹脂バッグ
６０第３樹脂バッグ
７０真空ポンプ（減圧部）
７１，７２，７３，８１開閉弁
７１ａ，７２ａ，７３ａ，８１ａ配管
７１ｂ，７２ｂ，７３ｂ真空ポート
８０水蒸気供給部
９０制御装置
１００，１００Ａ複合材成形装置
Ｇ隙間
ＩＳ内部空間
Ｐプリプレグ（複合材料）
Ｓ１第１空間
Ｓ２第２空間
Ｓ３第３空間
ＳＡ１第１シール領域
ＳＡ２第２シール領域
Ｓｅシール材
Ｓｔ水蒸気

Claims

複合材を成形する複合材成形方法であって、
密閉可能な圧力容器の内部空間に設置された成形用冶具の冶具成形面に複合材料を配置する第１配置工程と、
前記複合材料を第１樹脂バッグで覆うとともに前記第１樹脂バッグと前記冶具成形面をシール材により接着して前記複合材料を気密に封止する第１封止工程と、
通気空間を確保するための通気用部材を前記第１樹脂バッグを覆うように配置する第２配置工程と、
前記通気用部材を第２樹脂バッグで覆うとともに前記第２樹脂バッグと前記冶具成形面を前記シール材により接着して前記通気用部材を気密に封止する第２封止工程と、
前記第１樹脂バッグにより封止された第１空間を減圧する第１減圧工程と、
前記第２樹脂バッグにより封止された第２空間を減圧する第２減圧工程と、
前記圧力容器を密閉した状態で前記圧力容器の前記内部空間へ所定の温度及び所定の圧力の水蒸気を供給して前記複合材料を熱硬化させる熱硬化工程と、を備え、
前記第２樹脂バッグは、フッ素樹脂材料を主成分とするバッグであり、
前記第１樹脂バッグは、前記フッ素樹脂材料よりも前記シール材との接着強度が高い樹脂材料を主成分とするバッグである複合材成形方法。
前記第１樹脂バッグは、ナイロンまたはポリウレタンを主成分とする樹脂フィルムにより形成されている請求項１に記載の複合材成形方法。
複合材を成形する複合材成形方法であって、
密閉可能な圧力容器の内部空間に設置された成形用冶具の冶具成形面に複合材料を配置する第１配置工程と、
前記複合材料を第１樹脂バッグで覆うとともに前記第１樹脂バッグと前記冶具成形面をシール材により接着して前記複合材料を気密に封止する第１封止工程と、
通気空間を確保するための通気用部材を前記第１樹脂バッグを覆うように配置する第２配置工程と、
前記通気用部材を第２樹脂バッグで覆うとともに前記第２樹脂バッグと前記冶具成形面を前記シール材により接着して前記通気用部材を気密に封止する第２封止工程と、
前記第１樹脂バッグにより封止された第１空間を減圧する第１減圧工程と、
前記第２樹脂バッグにより封止された第２空間を減圧する第２減圧工程と、
前記圧力容器を密閉した状態で前記圧力容器の前記内部空間へ所定の温度及び所定の圧力の水蒸気を供給して前記複合材料を熱硬化させる熱硬化工程と、を備え、
前記第２樹脂バッグを覆うように前記通気用部材を配置する第３配置工程と、
前記第２樹脂バッグを覆う前記通気用部材を第３樹脂バッグで覆うとともに前記第３樹脂バッグと前記冶具成形面を前記シール材により接着して前記通気用部材を気密に封止する第３封止工程と、
前記第３樹脂バッグにより封止された第３空間を減圧する第３減圧工程と、を備え、
前記第３樹脂バッグは、フッ素ゴムまたはシリコーンゴムを主成分とする材料により形成されている複合材成形方法。
複合材を成形する複合材成形方法であって、
密閉可能な圧力容器の内部空間に設置された成形用冶具の冶具成形面に複合材料を配置する第１配置工程と、
前記複合材料を第１樹脂バッグで覆うとともに前記第１樹脂バッグと前記冶具成形面をシール材により接着して前記複合材料を気密に封止する第１封止工程と、
通気空間を確保するための通気用部材を前記第１樹脂バッグを覆うように配置する第２配置工程と、
前記通気用部材を第２樹脂バッグで覆うとともに前記第２樹脂バッグと前記冶具成形面を前記シール材により接着して前記通気用部材を気密に封止する第２封止工程と、
前記第１樹脂バッグにより封止された第１空間を減圧する第１減圧工程と、
前記第２樹脂バッグにより封止された第２空間を減圧する第２減圧工程と、
前記圧力容器を密閉した状態で前記圧力容器の前記内部空間へ所定の温度及び所定の圧力の水蒸気を供給して前記複合材料を熱硬化させる熱硬化工程と、を備え、
前記第２樹脂バッグを第３樹脂バッグで覆うとともに前記第３樹脂バッグと前記冶具成形面を前記シール材により接着して密閉空間を形成する密閉工程と、
前記密閉空間に前記第２樹脂バッグへ前記水蒸気が接触することを防止するための液体を充填する充填工程と、を備え、
前記第３樹脂バッグは、フッ素ゴムまたはシリコーンゴムを主成分とする材料により形成されている複合材成形方法。
前記複合材料は、繊維基材が樹脂材料とともに積層された積層体である請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の複合材成形方法。
複合材を成形する複合材成形装置であって、
密閉可能な圧力容器と、
前記圧力容器の内部空間に設置されるとともに複合材料を配置するための冶具成形面を有する成形用冶具と、
前記複合材料を覆うとともにシール材により前記冶具成形面に接着されて前記複合材料を気密に封止する第１樹脂バッグと、
前記第１樹脂バッグを覆うように配置されるとともに通気空間を確保するための通気用部材と、
前記通気用部材を覆うとともにシール材により前記冶具成形面に接着されて前記通気用部材を気密に封止する第２樹脂バッグと、
前記第１樹脂バッグにより封止された第１空間および前記第２樹脂バッグにより封止された第２空間を減圧する減圧部と、
前記圧力容器を密閉した状態で前記圧力容器の前記内部空間へ所定の温度及び所定の圧力の水蒸気を供給して前記複合材料を熱硬化させる水蒸気供給部と、を備え、
前記第２樹脂バッグは、フッ素樹脂材料を主成分とするバッグであり、
前記第１樹脂バッグは、前記フッ素樹脂材料よりも前記シール材との接着強度が高い樹脂材料を主成分とするバッグである複合材成形装置。
複合材を成形する複合材成形装置であって、
密閉可能な圧力容器と、
前記圧力容器の内部空間に設置されるとともに複合材料を配置するための冶具成形面を有する成形用冶具と、
前記複合材料を覆うとともにシール材により前記冶具成形面に接着されて前記複合材料を気密に封止する第１樹脂バッグと、
前記第１樹脂バッグを覆うように配置されるとともに通気空間を確保するための第１通気用部材と、
前記第１通気用部材を覆うとともにシール材により前記冶具成形面に接着されて前記第１通気用部材を気密に封止する第２樹脂バッグと、
前記第２樹脂バッグを覆うように配置されるとともに通気空間を確保するための第２通気用部材と、
前記第２通気用部材を覆うとともにシール材により前記冶具成形面に接着されて前記第２通気用部材を気密に封止する第３樹脂バッグと、
前記第１樹脂バッグにより封止された第１空間と、前記第２樹脂バッグにより封止された第２空間と、前記第３樹脂バッグにより封止された第３空間とを減圧する減圧部と、
前記圧力容器を密閉した状態で前記圧力容器の前記内部空間へ所定の温度及び所定の圧力の水蒸気を供給して前記複合材料を熱硬化させる水蒸気供給部と、を備え、
前記第３樹脂バッグは、フッ素ゴムまたはシリコーンゴムを主成分とする材料により形成されている複合材成形装置。
複合材を成形する複合材成形装置であって、
密閉可能な圧力容器と、
前記圧力容器の内部空間に設置されるとともに複合材料を配置するための冶具成形面を有する成形用冶具と、
前記複合材料を覆うとともにシール材により前記冶具成形面に接着されて前記複合材料を気密に封止する第１樹脂バッグと、
前記第１樹脂バッグを覆うように配置されるとともに通気空間を確保するための通気用部材と、
前記通気用部材を覆うとともにシール材により前記冶具成形面に接着されて前記通気用部材を気密に封止する第２樹脂バッグと、
前記第２樹脂バッグを覆うとともにシール材により前記冶具成形面に接着されて前記第２樹脂バッグを気密に封止する第３樹脂バッグと、
前記第１樹脂バッグにより封止された第１空間および前記第２樹脂バッグにより封止された第２空間を減圧する減圧部と、
前記圧力容器を密閉した状態で前記圧力容器の前記内部空間へ所定の温度及び所定の圧力の水蒸気を供給して前記複合材料を熱硬化させる水蒸気供給部と、を備え、
前記第２空間に前記第２樹脂バッグへ前記水蒸気が接触することを防止するための液体が充填され、
前記第３樹脂バッグは、フッ素ゴムまたはシリコーンゴムを主成分とする材料により形成されている複合材成形装置。
前記複合材料は、繊維基材が樹脂材料とともに積層された積層体である請求項６から請求項８のいずれか一項に記載の複合材成形装置。