JP7622709B2 - 複合成形体の製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、複合成形体の製造方法に関し、互いに接合して複合材接合体を形成可能な２つの複合成形体の製造方法に関する。

特許文献１に開示の製造方法では、繊維強化樹脂中空部品製の風車ブレードを低融点合金中子を用いて一体成形する。また、特許文献２及び３に開示の製造方法では、ブレードの半分の形状に対応する半割れの２つの型を用いて行われる。

国際公開第２０１７／１２６２８７号 特開２０１１－１３７３８６号公報 特開２０１２－０８２８３２号公報

本願発明者は、以下の課題を発見した。
特許文献１に開示の技術は、樹脂を事前に含浸しない強化繊維基材に後で液状樹脂を含浸する成形（ＲＴＭ：Resin Transfer Molding）である。特許文献１に開示の技術は、同じ強化繊維を用いた場合、あらかじめ樹脂を含浸したプリプレグ基材に圧力を加え成形する成形方法と比較して、液状樹脂を緻密な強化繊維層に短時間で含浸させる必要がある。これによって、特許文献１に開示の製造方法は、当該成形方法と比較して、（１）粘度が高い高性能樹脂が使えない、（２）高繊維含有率では樹脂が含浸しない、の理由によって材料特性が劣る。そのため、同じ製品強度を得るためには厚みを増すなどの設計が必要となり、質量が大きくなる欠点がある。また、低融点合金を使った中子は、中子の製造、溶出といった工程が余分に必要になるとの課題がある。さらに、低融点合金は比重が鉄よりも重いため、樹脂硬化時に低融点合金中子の温度が上昇するのに時間がかかり、搬送装置も大がかりとなる課題がある。

特許文献２では、成形する材料および成形法が明示されていないが、特許文献２に開示の製造方法がＲＴＭである場合、特許文献１に開示の製造方法と同じ課題を有する。また、プリプレグ材料を用いて半割れ型で成形する場合、材料に圧力を加えるためには、オートクレーブが必要となるが、オートクレーブを用いた成形は、オートクレーブの設備費用が高価、雰囲気温度による温調（加熱、冷却）のため成形時間が長いなどの課題がある。

特許文献３では成形する材料が明示されていないが、特許文献３に開示の製造方法がＲＴＭである場合、特許文献１に開示の技術と同じ課題を有する。プリプレグ材料を用いる場合は、特許文献３に開示の製造方法では内部バッグによって圧力を加えることができる。しかし、ウェブ部の形状や位置を保持することができないため、量産するさいに毎回ウェブを高精度に維持することができない。また、重要な強度剛性を負担するウェブの強化繊維が連続していない。これらにより、高い信頼性が求められる飛行体や強度が必要な大型の風車に適用するには課題がある。

本開示は、上述した課題を鑑みてなされたものであり、２つの複合成形体の被接合部同士の形状精度の向上を図ることができる複合成形体の製造方法を提供するものである。

本開示に係る複合成形体の製造方法は、
第１及び第２の複合材をそれぞれ成形して、第１及び第２の複合成形体を形成する複合成形体の製造方法であって、
前記第１及び第２の複合成形体は、互いに接合可能な被接合部を備え、
前記第１及び第２の複合成形体の前記被接合部が互いに接合して、複合材接合体が形成され、
前記第１及び第２の複合材は、前記第１及び第２の複合成形体の被接合部にそれぞれ相当する被接合予定部を備え、
成形型内に配置された第１及び第２の複合材同士に挟まれた空間内に、マンドレルと、押圧部とを配置する工程であって、前記配置されたマンドレルは、前記押圧部と、前記第１及び第２の複合材の被接合予定部同士との間に挟まれる工程と、
前記押圧部が前記マンドレルを前記第２の複合材の被接合予定部に押し当てる工程と、を備える。

なお、前記成形型は、熱媒体（水、オイル、気体等）や電気（ヒータ、誘導加熱、誘電加熱等）にて金型の温度をコントロールする手段を備えてもよい。

また、前記複合成形体は、あらかじめ半硬化状の樹脂を含浸済みのプリプレグシートや、樹脂を含浸していない強化繊維シートに型内で液状樹脂を充填含浸する方法の双方に適用可能であるが、材料特性に優れるプリプレグシートと組み合わせることでより軽量化に優れた製品を得ることができる。

このような構成によれば、押圧部がマンドレルを第２の複合材の被接合予定部に押し当てて、第２の複合材を成形し第２の複合成形体を形成する。これによって、形状精度の高い第２の複合成形体の被接合部を形成することができる。したがって、第１及び第２の複合成形体の被接合部同士の形状精度の向上を図ることができる。

また、前記押圧部が前記マンドレルを前記第２の複合材の被接合予定部に押し当てる工程において、前記押圧部は、膨張可能な第１のバッグを備え、ガスを前記第１のバッグ内に供給して、前記第１のバッグ内を加圧し、又は前記第１のバッグを膨張させることによって、前記マンドレルを前記第２の複合材の被接合予定部に押し当ててもよい。

このような構成によれば、第１のバッグは多様な形状の第２の複合材等に対して膨張し押圧可能である。よって、多様な形状の第２の複合材を成形し、形状精度の高い第２の複合成形体の被接合部を形成することができる。

また、前記第１のバッグは、前記第１及び第２の複合材の被接合予定部同士の間に挿入された端部を備え、ガスを前記第１のバッグ内に供給して、前記第１のバッグ内を加圧し、又は前記第１のバッグを膨張させることによって、前記第１のバッグの前記端部が前記第１の複合材の被接合予定部を前記成形型に押し当ててもよい。

このような構成によれば、第１のバッグの端部が第１の複合材の被接合予定部を成形型に押し当てて、第１の複合成形体を成形する。これによって、形状精度の高い第１の複合成形体の被接合部を形成することができる。

また、前記押圧部が前記マンドレルを前記第２の複合材の被接合予定部に押し当てる工程において、前記押圧部は、前記第１のバッグ内に配置された第２のバッグをさらに備え、ガスを前記第２のバッグ内に供給し、前記第２のバッグを膨張させてもよい。また、前記第２のバッグ内の圧力Ｐ２は、前記第１のバッグ内の圧力Ｐ１と比較して大きいとよい。

このような構成によれば、第２のバッグを膨張させることによって、マンドレルが第２の複合材の被接合予定部に押し当たる力を高めることができる。そのため、第２の複合成形体の被接合部の形状精度の向上を図ることができる。

また、前記押圧部が前記マンドレルを前記第２の複合材の被接合予定部に押し当てる工程において、前記押圧部は、前記第１のバッグ内に配置された熱膨張体を備え、前記熱膨張体を加熱して熱膨張させてもよい。

このような構成によれば、簡易な構成である熱膨張体を用いて、第２の複合成形体の被接合部の形状精度の向上を図ることができる。

このような構成によれば、プリプレグシートを使用した高品質な複合材製品の成形で一般的な高価で温度コントロールに時間がかかるオートクレーブを使用しなくても、押圧部にて複合材に圧力を加え、成形型の温度を短時間でコントロールできることから、高品質な複合成形体を高い生産性で製造することができる。

また、前記複合材接合体は、飛行体の翼やプロペラであり、
前記複合材接合体において、接合された前記第１及び第２の複合成形体の被接合部同士は、前記飛行体の前記翼やプロペラのリーディングエッジ部であってもよい。

このような構成によれば、飛行体の翼やプロペラのリーディングエッジ部を高い形状精度で成形することができる。

本開示によれば、２つの複合成形体の被接合部同士の形状精度の向上を図ることができる。

実施の形態１に係る複合成形体の製造方法を示すフローチャートである。 実施の形態１に係る複合成形体の製造方法の一工程における上側金型を示す概略図である。 実施の形態１に係る複合成形体の製造方法の一工程における上側金型の断面を示す概略図である。 実施の形態１に係る複合成形体の製造方法の一工程における下側金型を示す概略図である。 実施の形態１に係る複合成形体の製造方法の一工程における下側金型の断面を示す概略図である。 実施の形態１に係る複合成形体の製造方法の一工程を示す概略図である。 複合成形体を示す概略図である。 実施の形態２に係る複合成形体の製造方法を示すフローチャートである。 実施の形態２に係る複合成形体の製造方法の一工程における下側金型を示す概略図である。 実施の形態２に係る複合成形体の製造方法の一工程における下側金型の断面を示す概略図である。 実施の形態２に係る複合成形体の製造方法の一工程を示す概略図である。 実施の形態１に係る複合成形体の製造方法の一工程の一具体例を示す概略図である。 実施の形態２に係る複合成形体の製造方法の一工程の一具体例を示す概略図である。 実施の形態３に係る複合成形体の製造方法を示すフローチャートである。 実施の形態３に係る複合成形体の製造方法の一工程における下側金型を示す概略図である。 実施の形態３に係る複合成形体の製造方法の一工程における下側金型の断面を示す概略図である。 実施の形態３に係る複合成形体の製造方法の一工程を示す概略図である。

以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

（実施の形態１）
図１～図７を参照して実施の形態１に係る複合成形体の製造方法について説明する。なお、本実施の形態に係る複合成形体の製造方法は、プリプレグシートを使用したが、プリプレグシートを用いず強化繊維シートに型内で液状樹脂を充填含浸する方法にも適用可能である。また、本実施の形態に係る複合成形体の製造方法は、オートクレーブを使用することなく、実施することができる。図１は、実施の形態１に係る複合成形体の製造方法を示すフローチャートである。図２は、実施の形態１に係る複合成形体の製造方法の一工程における上側金型を示す概略図である。図３は、図２に示す上側金型の断面を示す概略図である。図４は、実施の形態１に係る複合成形体の製造方法の一工程における下側金型を示す概略図である。図５は、図４に示す下側金型の断面を示す概略図である。図６は、実施の形態１に係る複合成形体の製造方法の一工程を示す概略図である。図７は、複合成形体を示す概略図である。

なお、当然のことながら、図２及びその他の図面に示した右手系ｘｙｚ座標は、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものである。通常、ｚ軸プラス向きが鉛直上向き、ｘｙ平面が水平面であり、図面間で共通である。なお、図２、図３では、見やすさのため、その他の図面と異なり、後述する上側金型１等を上下逆転している。また、見やすさのため、後述する上側金型本体１ａ及び下側金型本体２ａのハッチングの図示を省略する。また、後述する上側フィルム４ａ、下側フィルム４ｂ、及び第１のバッグ４は、破線を用いて概略的に図示した。

本実施の形態に係る複合成形体の製造方法は、例えば、図６に示す成形型１０を用いて実施することができる。本実施の形態に係る複合成形体の製造方法は、第１及び第２の複合材Ｗ１、Ｗ２をそれぞれ成形し、図７に示す第１及び第２の複合成形体Ｍ１、Ｍ２を製造する。第１の複合成形体Ｍ１は、本体Ｍ１ａと、被接合部Ｍ１ｂとを備える。被接合部Ｍ１ｂは、本体Ｍ１ａの一端から延びる。第２の複合成形体Ｍ２は、本体Ｍ２ａと、被接合部Ｍ２ｂとを備える。被接合部Ｍ１ｂは、本体Ｍ１ａの一端から延びる。被接合部Ｍ１ｂ、Ｍ２ｂは、互いに接合可能である。被接合部Ｍ１ｂ、Ｍ２ｂ同士が互いに接合すると、複合材接合体が形成される。

成形型１０は、上側金型１と、下側金型２とを備える。上側金型１は、下側金型２の上側において配置されている。また、上側金型１と下側金型２とが押し合い、又は、離隔することができるように保持される。

図２及び図３に示すように、上側金型１は、上側金型本体１ａと、温調回路１ｂと、シール１ｃとを備える。上側金型本体１ａはキャビティ面１ｄを有し、キャビティ面１ｄは、第１の複合成形体Ｍ１に倣う表面形状を有する。温調回路１ｂは、上側金型本体１ａの内部に設けられている。図示しない温調機が熱媒体を温調回路１ｂに流入させ、排出させ、又は循環させる。この熱媒体は、例えば、水、オイル、気体などである。この熱媒体が上側金型本体１ａに熱を与え、上側金型１の温度は所定の範囲内に到達し、その後維持される。シール１ｃは、上側金型本体１ａのキャビティ面１ｄを包囲する。上側金型１は、図示しない配管を有してもよい。当該配管の一端は、キャビティ面１ｄ周辺において開口し、当該配管の他端は、真空ポンプに接続されている。

図４及び図５に示すように、下側金型２は、下側金型本体２ａと、温調回路２ｂと、シール２ｃとを備える。下側金型本体２ａは、キャビティ面２ｄを有し、キャビティ面２ｄは、第２の複合成形体Ｍ２を成形した成形体に倣う表面形状を有する。温調回路２ｂは、下側金型本体２ａの内部に設けられている。図示しない温調機が熱媒体を温調回路２ｂに流入させ、排出させ、又は循環させる。この熱媒体が下側金型本体２ａに熱を与え、下側金型２の温度が所定の範囲内に収まる。シール２ｃは、下側金型本体２ａのキャビティ面２ｄを包囲する。下側金型２は、図示しない配管を有してもよい。当該配管の一端は、キャビティ面２ｄ周辺において開口し、当該配管の他端は、真空ポンプに接続されている。なお、成形型１０は、ヒータ、誘導加熱、誘電加熱等の電気にて上側金型１下及び下側金型２の温度をコントロールする手段を備えてもよい。

まず、図６に示すように、成形型１０内に配置された第１及び第２の複合材Ｗ１、Ｗ２同士に挟まれた空間Ｃ１内に、マンドレル３と、第１のバッグ４とを配置する（工程ＳＴ１１）。この配置されたマンドレル３は、第１のバッグ４と、第１及び第２の複合材Ｗ１、Ｗ２の被接合予定部Ｗ１ｂ、Ｗ２ｂ同士との間に挟まれる。本実施の形態に係る複合成形体の製造方法では、第１のバッグ４は、マンドレル３を押圧する押圧部として機能する。

第１のバッグ４は、上側フィルム４ａと、下側フィルム４ｂと、端部４ｃとを含む。端部４ｃは、第１及び第２の複合材の被接合予定部Ｗ１ｂ、Ｗ２ｂ同士の間に挿入されている。ガスを第１のバッグ４内に供給した場合、第１のバッグ４は膨張する。このガスは、幅広い種類の気体、例えば、空気を利用することができる。第１のバッグ４は、図示しない配管を介して、コンプレッサ等のガス供給源と接続されているとよい。当該配管には、バルブが設けられている。当該バルブを開閉することによって、ガスを当該ガス供給源から当該配管を通させて第１のバッグ４に供給することができる。第１のバッグ４は、ガスを供給されていない場合、キャビティ内を真空引きしていることから、第１及び第２の複合材Ｗ１、Ｗ２の内側壁面に倣う形状を有する。

第１及び第２の複合材Ｗ１、Ｗ２は、例えば、一般的なプリプレグであり、樹脂が繊維に含浸している。当該繊維は、炭素繊維、アラミド繊維、ナイロン繊維、ポリエステル繊維、若しくはガラス繊維、又はそれら何れかの組み合わせなどが組物、織物又は編物として構成されている。当該樹脂は、熱硬化性樹脂を含み、例えば、エポキシ樹脂、ビスマレイミド樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、又はシリコン樹脂などである。

工程ＳＴ１１では、具体的には、まず、図２及び図３に示すように、第１の複合材Ｗ１を上側金型１のキャビティ面１ｄ上に配置する。第１の複合材Ｗ１は、本体Ｗ１ａと、被接合予定部Ｗ１ｂとを備える。被接合予定部Ｗ１ｂは、本体Ｗ１ａの一端から延びる。被接合予定部Ｗ１ｂは、本体Ｗ１ａと比較して薄いとよい。なお、本体Ｗ１ａ及び被接合予定部Ｗ１ｂは、それぞれ、図７に示す第１の複合成形体Ｍ１の本体Ｍ１ａ及び被接合部Ｍ１ｂに相当する。

続いて、上側フィルム４ａを第１の複合材Ｗ１上に張り付ける。上側フィルム４ａの第１の複合材Ｗ１上への張り付けは、例えば、上記した真空ポンプを用いて、上側フィルム４ａと第１の複合材Ｗ１との間の空気を、上記した上側金型１の配管を通過させて排気することによって、実施することができる。上側フィルム４ａを第１の複合材Ｗ１の周辺の上側金型１上にも張り付けてもよい。

続いて、図４及び図５に示すように、第２の複合材Ｗ２を下側金型２のキャビティ面２ｄ上に配置する。第２の複合材Ｗ２は、本体Ｗ２ａと、被接合予定部Ｗ２ｂとを備える。被接合予定部Ｗ２ｂは、本体Ｗ２ａの一端から延びる。被接合予定部Ｗ２ｂは、本体Ｗ２ａと比較して薄いとよい。なお、本体Ｗ２ａ、及び被接合予定部Ｗ２ｂは、それぞれ、図７に示す第２の複合成形体Ｍ２の本体Ｍ２ａ、及び被接合部Ｍ２ｂに相当する。

続いて、マンドレル３を第２の複合材Ｗ２、具体的には、被接合予定部Ｗ２ｂを含む下側金型本体２ａにおいてアンダーカットとなる部位に配置する。マンドレル３は、第２の複合成形体Ｍ２に倣う表面形状を有する。マンドレル３は、所定の弾性率、又は硬度を有する。マンドレル３は、例えば、Ｙ軸に沿って延びる棒状体である。マンドレル３は、第１のバッグ４と比較して高い硬度を有するとよい。本実施の形態にかかるマンドレル３は、アルミニウム、又はアルミニウム合金からなるが、マンドレル３は、別の材料、例えば、シリコン樹脂からなるとしてもよい。

続いて、下側フィルム４ｂを第２の複合材Ｗ２、及びマンドレル３に張り付ける。この張り付けは、例えば、上記した真空ポンプを用いて、下側フィルム４ｂと第２の複合材Ｗ２との間、及び、下側フィルム４ｂとマンドレル３との間の空気を、上記した下側金型２の配管を通過させて排気して、実施してもよい。

続いて、キャビティ面１ｄとキャビティ面２ｄとが対向するように、上側金型１と下側金型２とを押し合わせる。言い換えると、上側金型１と下側金型２とを型締めする。すると、上側フィルム４ａと下側フィルム４ｂとが張り合わされ、第１のバッグ４が形成される。この時、後の第１のバッグ４への圧力付加に対して上側金型１と下側金型２が開かないよう、図示しないプレス等の型締め装置やボルトにより必要な力で上側金型１と下側金型２を締付保持する。

続いて、第１のバッグ４を膨張させて、マンドレル３を被接合予定部Ｗ２ｂに押し当てる（工程ＳＴ１２）。

具体的には、第１のバッグ４の内側にガスを供給し、加圧する。すると、第１のバッグ４が膨張し、マンドレル３を被接合予定部Ｗ２ｂ側（ここでは、Ｘ軸負方向）に押圧する。なお、第１のバッグ４が真空引きの状態においてキャビティの正規形状に密着している場合、第１のバッグ４の内側にガスを供給し、第１のバッグ４内を加圧しても、第１のバッグ４は形状的には殆ど膨張しないが、マンドレル３を被接合予定部Ｗ２ｂ側（ここでは、Ｘ軸負方向）に押圧する。これによって、マンドレル３が被接合予定部Ｗ２ｂに押し当たる。また、第１のバッグ４の端部４ｃが膨張し、被接合予定部Ｗ１ｂおよびＷ２ｂに押し当たる。第１のバッグ４の端部４ｃが被接合予定部Ｗ１ｂを上側金型１のキャビティ面１ｄに押圧して成形する。また、第１のバッグ４の端部４ｃとマンドレル３に挟まれて被接合予定部Ｗ２ｂは成形される。被接合予定部Ｗ１ｂ及びＷ２ｂがマンドレル３、第１のバッグ４から受ける圧力は、一般的なオートクレーブを用いて複合材を成形する場合において当該複合材が受ける圧力と同等であるよい。また、温調機を用いて、第１及び第２の複合材Ｗ１、Ｗ２を加熱し、硬化させる。より具体的には、被接合予定部Ｗ２ｂは、マンドレル３から押圧されつつ加熱されるため、被接合予定部Ｗ２ｂの含む樹脂が硬化する。また、被接合予定部Ｗ１ｂは、第１のバッグ４の端部４ｃから押圧されつつ加熱されるため、被接合予定部Ｗ１ｂの含む樹脂が硬化する。これらの結果、図７に示す第１の複合成形体Ｍ１、及び第２の複合成形体Ｍ２が形成される。

なお、被接合予定部Ｗ１ｂ及び被接合予定部Ｗ２ｂの含む樹脂は、適宜、設定してもよい。被接合予定部Ｗ１ｂ及び被接合予定部Ｗ２ｂの含む樹脂を半硬化状態になるまで硬化してもよい。ここで、半硬化状態とは、第１の複合成形体Ｍ１、及び第２の複合成形体Ｍ２の表面に官能基が残った状態であり、例えば、第１の複合成形体Ｍ１の樹脂、及び第２の複合成形体Ｍ２の樹脂の硬化度が６０～８０％程度（好ましくは７０％）である。

但し、第１の複合成形体Ｍ１、及び第２の複合成形体Ｍ２の樹脂の硬化度は、第１の複合成形体Ｍ１の樹脂、及び第２の複合成形体Ｍ２の樹脂や、第１の複合成形体Ｍ１、及び第２の複合成形体Ｍ２のシワの発生具合などを考慮して、適宜、設定することができる。なお、硬化度は、例えば、示差走査熱分析（ＤＳＣ）によって取得したヒートフロー曲線に基づいて測定することができる。

以上より、第１の複合材Ｗ１と第２の複合材Ｗ２とをそれぞれ成形して、第１及び第２の複合成形体Ｍ１、Ｍ２を製造することができる。

本実施の形態に係る複合成形体の製造方法によれば、第１のバッグ４がマンドレル３を第２の複合材Ｗ２の被接合予定部Ｗ２ｂに押し当て、第２の複合成形体Ｍ２を製造する。第２の複合成形体Ｍ２の被接合部Ｍ２ｂは、高い形状精度を有する。したがって、第１及び第２の複合成形体Ｍ１、Ｍ２の被接合部Ｍ１ｂ、Ｍ２ｂ同士の形状精度の向上を図ることができる。また、第１及び第２の複合成形体Ｍ１、Ｍ２をオートクレーブを使用することなく、オートクレーブと同等の圧力を加えて成形するとともに、第１及び第２の複合成形体Ｍ１、Ｍ２の被接合部Ｍ１ｂ、Ｍ２ｂ同士の形状精度の向上を図ることができる。

また、第１のバッグ４は膨張して、マンドレル３を、多様な形状の第２の複合材Ｗ２の被接合予定部Ｗ２ｂに押し当てる。よって、多様な形状の第２の複合材Ｗ２を成形し、形状精度の高い第２の複合成形体Ｍ２の被接合部Ｍ２ｂを形成することができる。

また、第１のバッグ４の端部４ｃが膨張し、第１の複合材Ｗ１の被接合予定部Ｗ１ｂを上側金型１のキャビティ面１ｄに押圧する。これによって、形状精度の高い第１の複合成形体Ｍ１の被接合部Ｍ１ｂを形成することができる。

（実施の形態２）
図８～図１１を参照して実施の形態２に係る複合成形体の製造方法について説明する。図８は、実施の形態２に係る複合成形体の製造方法を示すフローチャートである。図９は、実施の形態２に係る複合成形体の製造方法の一工程における下側金型を示す概略図である。図１０は、図９に示す下側金型の断面を示す概略図である。図１１は、実施の形態２に係る複合成形体の製造方法の一工程を示す概略図である。

本実施の形態に係る複合成形体の製造方法は、例えば、図１１に示す成形型２０を用いて実施することができる。

成形型２０は、第２のバッグ５を備えるところを除いて、図６に示す成形型１０と同じ構成を備える。第２のバッグ５は、第１のバッグ４の内側に配置されている。ガスを第２のバッグ５内に供給した場合、第２のバッグ５は第１のバッグ４と同様に膨張する。第２のバッグ５は、図示しない配管を介して、コンプレッサ等のガス供給源と接続されている。当該配管には、バルブが設けられている。当該バルブを開閉することによって、ガスを当該ガス供給源から当該配管を通過させて第２のバッグ５に供給する。第２のバッグ５は、ガスを供給されていない場合、第１のバッグ４の内壁面に倣う形状を有するとよい。

まず、図１１に示すように、成形型２０内に配置された第１及び第２の複合材Ｗ１、Ｗ２同士に挟まれた空間Ｃ１内に、マンドレル３と、第１のバッグ４と、第２のバッグ５とを配置する（工程ＳＴ２１）。この配置されたマンドレル３は、第１のバッグ４と、第１及び第２の複合材Ｗ１、Ｗ２の被接合予定部Ｗ１ｂ、Ｗ２ｂ同士との間に挟まれる。本実施の形態に係る複合成形体の製造方法では、第１のバッグ４、及び第２のバッグ５は、マンドレル３を押圧する押圧部として機能する。

具体的には、まず、図１に示す工程ＳＴ１１と同様に、上側金型１に各構成を配置する。すなわち、図２及び図３に示すように、第１の複合材Ｗ１を上側金型１のキャビティ面１ｄ上に配置する。続いて、上側フィルム４ａを第１の複合材Ｗ１上に張り付ける。

続いて、図９及び図１０に示すように、第２の複合材Ｗ２を下側金型２のキャビティ面２ｄ上に配置する。続いて、マンドレル３を第２の複合材Ｗ２、具体的には、被接合予定部Ｗ２ｂを含む部位に配置する。続いて、下側フィルム４ｂを第２の複合材Ｗ２、及びマンドレル３に張り付ける。

続いて、第２のバッグ５を下側フィルム４ｂに配置する。マンドレル３は、第２のバッグ５と第２の複合材Ｗ２の被接合予定部Ｗ２ｂとに挟まれる。

続いて、キャビティ面１ｄとキャビティ面２ｄとが対向するように、上側金型１と下側金型２とを押し合わせる。言い換えると、上側金型１と下側金型２とを型締めする。すると、上側フィルム４ａと下側フィルム４ｂとが張り合わされ、第１のバッグ４が形成される。この時、後の第１のバッグ４および第２のバッグ５への圧力付加に対して型が開かないよう、図示しないプレス等の型締め装置やボルトにより必要な力で上側金型１と下側金型２を締付保持する。

続いて、第１のバッグ４、及び第２のバッグ５を膨張させ、マンドレル３を被接合予定部Ｗ２ｂに押し当てる（工程ＳＴ２２）。

具体的には、第１のバッグ４の内側にガスを供給して、加圧する。さらに、第２のバッグ５の内側にガスを供給して、加圧する。第１のバッグ４の内側への加圧と、第２のバッグ５の内側への加圧とは、略同時に行うとよい。また、第２のバッグ５内の圧力Ｐ２は、第１のバッグ４内の圧力Ｐ１と比較して大きいとよい。すると、第１のバッグ４及び第２のバッグ５が膨張し、マンドレル３を被接合予定部Ｗ２ｂ側（ここでは、Ｘ軸負方向）に押圧する。これによって、マンドレル３が被接合予定部Ｗ２ｂに押し当たる。また、温調機を用いて、第１及び第２の複合材Ｗ１、Ｗ２を加熱する。より具体的には、被接合予定部Ｗ２ｂは、マンドレル３から押圧されつつ加熱されるため、被接合予定部Ｗ２ｂの含む樹脂が硬化する。また、被接合予定部Ｗ１ｂは、第１のバッグ４の端部４ｃから押圧されつつ加熱されるため、被接合予定部Ｗ１ｂの含む樹脂が硬化する。これらの結果、図７に示す第１の複合成形体Ｍ１、及び第２の複合成形体Ｍ２が形成される。

以上より、第１の複合材Ｗ１と第２の複合材Ｗ２とをそれぞれ成形して、第１及び第２の複合成形体Ｍ１、Ｍ２を製造することができる。

本実施の形態に係る複合成形体の製造方法によれば、第１のバッグ４の端部４ｃの膨張によってマンドレル３が押し戻される力に対し第２のバッグ５が膨張するため、より強く被接合予定部Ｗ２ｂを被接合予定部Ｗ１ｂに押し付ける。そのため、第２の複合成形体Ｍ２の被接合部Ｍ２ｂの形状精度の向上を図ることができる。

（具体例１）
次に、図１２を参照して、実施の形態１に係る複合成形体の製造方法の一具体例について説明する。図１２は、実施の形態１に係る複合成形体の製造方法の一工程の一具体例を示す概略図である。

図１２に示すように、成形型１１０は、配管１ｅ、２ｅ、及びマンドレル３１を除いて、図６に示す成形型１０と同じ構成を備える。図１２では、分かり易くするため、上側フィルム４ａと下側フィルム４ｂとが離隔させて図示しているが、実体としては、図６に示す成形型１０と同様に、上側フィルム４ａと下側フィルム４ｂとが張り合わされており、第１のバッグ４が形成されている。

配管１ｅの一端は、キャビティ面１ｄ周辺において開口し、配管１ｅの他端は、図示しない真空ポンプに接続されている。この真空ポンプを用いて、上側フィルム４ａと第１の複合材Ｗ１１との間の空気を、配管１ｅを通過させて排気して、上側フィルム４ａを第２の複合材Ｗ１２、及びマンドレル３１に張り付けることができる。

同様に、配管２ｅの一端は、キャビティ面２ｄ周辺において開口し、配管２ｅの他端は、図示しない真空ポンプに接続されている。この真空ポンプを用いて、下側フィルム４ｂと第２の複合材Ｗ１２との間、及び、下側フィルム４ｂとマンドレル３１との間の空気を、配管２ｅを通過させて排気して、下側フィルム４ｂを第２の複合材Ｗ１２、及びマンドレル３１に張り付けることができる。

マンドレル３１は、シリコン樹脂材料からなる。

図６に示す成形型１０と同様に、成形型１１０を用いて実施の形態１に係る複合成形体の製造方法を実施することができる

（具体例２）
次に、図１３を参照して、実施の形態２に係る複合成形体の製造方法の一具体例について説明する。図１３は、実施の形態２に係る複合成形体の製造方法の一工程の一具体例を示す概略図である。

成形型１２０は、配管１ｅ、２ｅ、及びマンドレル３２を除いて、図１１に示す成形型２０と同じ構成を備える。図１３では、分かり易くするため、上側フィルム４ａと下側フィルム４ｂとが離隔させて図示しているが、実態としては、図１１に示す成形型１０と同様に、上側フィルム４ａと下側フィルム４ｂとが張り合わされており、第１のバッグ４が形成されている。

マンドレル３２は、純アルミニウム、又はアルミニウム合金からなる。マンドレル３２は、図１２に示すマンドレル３１と比較して、弾性率、又は硬度が高い。

図１１に示す成形型２０と同様に、成形型１２０を用いて、実施の形態２に係る複合成形体の製造方法を実施することができる。

ここで、成形型１２０を用いた実施の形態２に係る複合成形体の製造方法の一具体例と、成形型１１０を用いた実施の形態１に係る複合成形体の製造方法の一具体例との差異を述べる。上記したように、マンドレル３２は、図１２に示すマンドレル３１と比較して、弾性率、又は硬度が高い。そのため、第２の複合材Ｗ２２を成形して成す第２の複合成形体Ｍ２の被接合部Ｍ２ｂの形状精度は、第２の複合材Ｗ１２を成形して成す第２の複合成形体Ｍ２の被接合部Ｍ２ｂの形状精度と比較して、高い。よって、成形型１２０を用いた実施の形態２に係る複合成形体の製造方法の一具体例は、成形型１１０を用いた実施の形態１に係る複合成形体の製造方法の一具体例と比較して、形状精度の高い被接合部Ｍ２ｂを有する第２の複合成形体Ｍ２を製造することができる。

また、工程ＳＴ２２において、第２のバッグ５が第１のバッグ４の圧力Ｐ１よりも高い圧力Ｐ２によって膨張するため、第１のバッグの４ｃよりマンドレル３が押し戻される力に対し第２のバッグ５からより強く被接合予定部Ｗ２ｂを被接合予定部Ｗ１ｂに押し付ける。そのため、成形型１２０におけるマンドレル３２の位置が、成形型１１０におけるマンドレル３１の位置と比較して、安定する。よって、成形型１２０を用いた実施の形態２に係る複合成形体の製造方法の一具体例は、成形型１１０を用いた実施の形態１に係る複合成形体の製造方法の一具体例と比較して、マンドレル３２の位置が安定する。そのため、第２の複合成形体Ｍ２の被接合部Ｍ２ｂの形状精度が安定している。

（実施の形態３）
図１４～図１７を参照して実施の形態３に係る複合成形体の製造方法について説明する。図１４は、実施の形態３に係る複合成形体の製造方法を示すフローチャートである。図１５は、実施の形態３に係る複合成形体の製造方法の一工程における下側金型を示す概略図である。図１６は、図１５に示す下側金型の断面を示す概略図である。図１７は、実施の形態３に係る複合成形体の製造方法の一工程を示す概略図である。

本実施の形態に係る複合成形体の製造方法は、例えば、図１７に示す成形型３０を用いて実施することができる。

成形型３０は、第２のバッグ５ではなく熱膨張体６を備えたところを除いて、図１１に示す成形型２０と同じ構成を備える。

熱膨張体６は、熱膨張する材料からなるとよい。熱膨張体６は、例えば、シリコーンゴム材料からなる。熱膨張体６は、適宜、熱を与えられて、熱膨張するとよい。熱膨張体６は、例えば、電源に電気的に接続された電熱線が設けられているとよい。熱膨張体６は、常温環境下に置かれた場合、すなわち、熱を与えられておらず、熱膨張していない場合、第１及び第２の複合材Ｗ１、Ｗ２の内側壁面に倣う形状を有するとよい。本実施の形態に係る複合成形体の製造方法では、熱膨張体６は、マンドレル３を押圧する押圧部として機能する。熱膨張体６は、バッグのように中空である必要が無く、中実である。熱膨張体６は、第２のバッグ５等のバッグと比較して、構成が簡易である。

まず、図１７に示すように、成形型３０内に配置された第１及び第２の複合材Ｗ１、Ｗ２同士に挟まれた空間Ｃ１内に、マンドレル３と、第１のバッグ４と、熱膨張体６とを配置する（工程ＳＴ３１）。この配置されたマンドレル３は、第１のバッグ４と、熱膨張体６と、第１及び第２の複合材Ｗ１、Ｗ２の被接合予定部Ｗ１ｂ、Ｗ２ｂ同士との間に挟まれる。本実施の形態に係る複合成形体の製造方法では、第１のバッグ４、及び熱膨張体６は、マンドレル３を押圧する押圧部として機能する。

具体的には、まず、図１に示す工程ＳＴ１１と同様に、上側金型１に各構成を配置する。すなわち、図２及び図３に示すように、第１の複合材Ｗ１を上側金型１のキャビティ面１ｄ上に配置する。続いて、上側フィルム４ａを第１の複合材Ｗ１上に張り付ける。

続いて、図１５及び図１６に示すように、第２の複合材Ｗ２を下側金型２のキャビティ面２ｄ上に配置する。続いて、マンドレル３を第２の複合材Ｗ２、具体的には、被接合予定部Ｗ２ｂを含む部位に配置する。続いて、下側フィルム４ｂを第２の複合材Ｗ２、及びマンドレル３に張り付ける。

続いて、熱膨張体６を下側フィルム４ｂ上に配置する。マンドレル３は、熱膨張体６と第２の複合材Ｗ２の被接合予定部Ｗ２ｂとに挟まれる。

続いて、キャビティ面１ｄとキャビティ面２ｄとが対向するように、上側金型１と下側金型２とを押し合わせる。言い換えると、上側金型１と下側金型２とを型締めする。すると、上側フィルム４ａと下側フィルム４ｂとが張り合わされ、第１のバッグ４が形成される。この時、後の第１のバッグ４への圧力付加や熱膨張体６の熱膨張に対して型が開かないよう、図示しないプレス等の型締め装置やボルトにより必要な力で上側金型１と下側金型２を締付保持する。

続いて、第１のバッグ４、及び熱膨張体６を膨張させ、マンドレル３を第２の複合材Ｗ２の被接合予定部Ｗ２ｂに押し当てる（工程ＳＴ３２）。

具体的には、第１のバッグ４の内側にガスを供給して、加圧する。さらに、熱膨張体６を加熱して、熱膨張させる。第１のバッグ４の内側への加圧と、熱膨張体６の加熱とは、略同時に行うとよい。また、熱膨張体６が熱膨張した場合、熱膨張体６内の圧力Ｐ３は、第１のバッグ４内の圧力Ｐ１と比較して大きいとよい。すると、第１のバッグ４及び熱膨張体６が膨張し、マンドレル３を被接合予定部Ｗ１ｂ、Ｗ２ｂ同士側（ここでは、Ｘ軸負方向）に押圧する。これによって、マンドレル３が被接合予定部Ｗ１ｂ、Ｗ２ｂに押し当たる。また、温調機を用いて、第１及び第２の複合材Ｗ１、Ｗ２を加熱し、硬化させる。より具体的には、被接合予定部Ｗ２ｂは、マンドレル３から押圧されつつ加熱されるため、被接合予定部Ｗ２ｂの含む樹脂が硬化する。これらの結果、図７に示す第１の複合成形体Ｍ１、及び第２の複合成形体Ｍ２が形成される。

以上より、第１の複合材Ｗ１と第２の複合材Ｗ２とをそれぞれ成形して、第１及び第２の複合成形体Ｍ１、Ｍ２を製造することができる。

本実施の形態に係る複合成形体の製造方法によれば、熱膨張体６がマンドレル３を第２の複合材Ｗ２の被接合予定部Ｗ２ｂに押し当て、第２の複合成形体Ｍ２を製造する。第２の複合成形体Ｍ２の被接合部Ｍ２ｂは、高い形状精度を有する。したがって、第１及び第２の複合成形体Ｍ１、Ｍ２の被接合部Ｍ１ｂ、Ｍ２ｂ同士の形状精度の向上を図ることができる。また、簡易な構成である熱膨張体６を用いて、第２の複合成形体Ｍ２の被接合部Ｍ２ｂの形状精度の向上を図ることができる。

また、本実施の形態に係る複合成形体の製造方法によれば、第１のバッグ４の端部４ｃの膨張によってマンドレル３が押し戻される力に対し熱膨張体６が膨張するため、より強く被接合予定部Ｗ２ｂを被接合予定部Ｗ１ｂに押し付ける。そのため、第２の複合成形体Ｍ２の被接合部Ｍ２ｂの形状精度の向上を図ることができる。

なお、図７に示す第１及び第２の複合成形体Ｍ１、Ｍ２の被接合部Ｍ１ｂ、Ｍ２ｂ同士が互いに接合することによって、複合材接合体を得ることができる。当該複合材接合体は、例えば、飛行体の翼やプロペラとして利用できる。当該複合材接合体が飛行体のプロペラである場合、第１の複合成形体Ｍ１と第２の複合成形体Ｍ２とは、スキンであり、接合された被接合部Ｍ１ｂ、Ｍ２ｂは、飛行体の翼やプロペラのリーディングエッジ部である。上記したように、被接合部Ｍ１ｂ、Ｍ２ｂの形状精度の向上を図ることができため、この接合された被接合部Ｍ１ｂ、Ｍ２ｂには、隙間が殆ど生じることがなく、その接着性は高い。そのため、この接合された被接合部Ｍ１ｂ、Ｍ２ｂは、リーディングエッジ部として好適である。飛行体は、例えば、航空機、eVTOL（Electric Vertical Take-Off and Landing Aircraft）である。なお、適宜、当該複合材接合体の内側に、スパー等の構成部材が取り付けられていてもよい。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。また、本発明は、上記実施の形態やその一例を適宜組み合わせて実施してもよい。

１０、２０、３０、１１０、１２０ 成形型
１ 上側金型
１ａ 上側金型本体 １ｂ 温調回路
１ｃ シール １ｄ キャビティ面
１ｅ 配管
２ 下側金型
２ａ 下側金型本体 ２ｂ 温調回路
２ｃ シール ２ｄ キャビティ面
２ｅ 配管
３、３１、３２ マンドレル
４ 第１のバッグ
４ａ 上側フィルム ４ｂ 下側フィルム
４ｃ 端部
５ 第２のバッグ
６ 熱膨張体
Ｃ１ 空間 Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３ 圧力
ＳＴ１１、ＳＴ１２、ＳＴ２１、ＳＴ２２、ＳＴ３１、ＳＴ３２ 工程
Ｍ１ 第１の複合成形体 Ｍ２ 第２の複合成形体
Ｍ１ａ、Ｍ２ａ 本体 Ｍ１ｂ、Ｍ２ｂ 被接合部
Ｗ１、Ｗ１１、Ｗ２１ 第１の複合材 Ｗ２、Ｗ１２、Ｗ２２ 第２の複合材
Ｗ１ａ、Ｗ２ａ 本体 Ｗ１ｂ、Ｗ２ｂ 被接合予定部

Claims (7)

1. 第１及び第２の複合材をそれぞれ成形して、第１及び第２の複合成形体を形成する複合成形体の製造方法であって、
   前記第１及び第２の複合成形体は、互いに接合可能な被接合部を備え、
   前記第１及び第２の複合成形体の前記被接合部が互いに接合して、複合材接合体が形成され、
   前記第１及び第２の複合材は、前記第１及び第２の複合成形体の被接合部にそれぞれ相当する被接合予定部を備え、
   成形型内に配置された第１及び第２の複合材同士に挟まれた空間内に、マンドレルと、押圧部とを配置する工程であって、前記配置されたマンドレルは、前記押圧部と、前記第１及び第２の複合材の被接合予定部同士との間に挟まれる工程と、
   前記押圧部が前記マンドレルを前記第２の複合材の被接合予定部に押し当てる工程と、を備える、
   複合成形体の製造方法。
2. 前記押圧部が前記マンドレルを前記第２の複合材の被接合予定部に押し当てる工程において、前記押圧部は、膨張可能な第１のバッグを備え、ガスを前記第１のバッグ内に供給して、前記第１のバッグ内を加圧し、又は前記第１のバッグを膨張させることによって、前記マンドレルを前記第２の複合材の被接合予定部に押し当てる、
   請求項１に記載の複合成形体の製造方法。
3. 前記第１のバッグは、前記第１及び第２の複合材の被接合予定部同士の間に挿入された端部を備え、ガスを前記第１のバッグ内に供給して、前記第１のバッグ内を加圧し、又は前記第１のバッグを膨張させることによって、前記第１のバッグの前記端部が前記第１の複合材の被接合予定部を前記成形型に押し当てる、
   請求項２に記載の複合成形体の製造方法。
4. 前記押圧部が前記マンドレルを前記第２の複合材の被接合予定部に押し当てる工程において、
   前記押圧部は、前記第１のバッグ内に配置された第２のバッグをさらに備え、
   ガスを前記第２のバッグ内に供給し、前記第２のバッグを膨張させる、
   請求項２又は３に記載の複合成形体の製造方法。
5. 前記第２のバッグ内の圧力Ｐ２は、前記第１のバッグ内の圧力Ｐ１と比較して大きい、
   請求項４に記載の複合成形体の製造方法。
6. 前記押圧部が前記マンドレルを前記第２の複合材の被接合予定部に押し当てる工程において、
   前記押圧部は、前記第１のバッグ内に配置された熱膨張体を備え、
   前記熱膨張体を加熱して熱膨張させる、
   請求項２又は３に記載の複合成形体の製造方法。
7. 前記複合材接合体は、飛行体のプロペラであり、
   前記複合材接合体において、接合された前記第１及び第２の複合成形体の被接合部同士は、前記飛行体の前記プロペラのリーディングエッジ部である、
   請求項１又は２に記載の複合成形体の製造方法。

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