WO2015115433A1

WO2015115433A1 - Ｆｒｐ成形治具及びｆｒｐ構造体の成形方法

Info

Publication number: WO2015115433A1
Application number: PCT/JP2015/052213
Authority: WO
Inventors: 阿部　俊夫; 加藤　哲也; 清嘉 ▲高▼木; 小山　貴之; 雄哉吉野; 和昭岸本; 斎藤　浩一; 隆司石田
Original assignee: 三菱重工業株式会社
Priority date: 2014-01-31
Filing date: 2015-01-27
Publication date: 2015-08-06
Also published as: EP3072661A4; JP6281865B2; CA2935530A1; CN105873738B; CN105873738A; US20160339615A1; CA2935530C; RU2647031C1; JP2015142989A; EP3072661A1

Abstract

　ＦＲＰ成形治具は、主構造材保持治具（２２）と、柔軟性を有する補強部品保持治具（２６Ａ；２６Ｄ）とを有する。ＦＲＰ成形治具は、主構造材（１２）と補強部品（１４Ａ；１４Ｂ）とを接合してＦＲＰ構造体１０を成形する際に用いられる。主構造材保持治具（２２）は、繊維コンポーネントから構成される主構造材（１２）を位置決め保持する。補強部品保持治具（２６Ａ；２６Ｄ）は、主構造材保持治具（２２）に対して位置決めされ、繊維コンポーネントから構成される補強部品（１４Ａ；１４Ｂ）を押圧しながら位置決め保持する。

Description

ＦＲＰ成形治具及びＦＲＰ構造体の成形方法

　本発明は、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）構造体の成形に用いるＦＲＰ成形治具及びＦＲＰ構造体の成形方法に関する。

　近年、工業製品に対しＦＲＰ構造体の適用範囲が拡大している。ＦＲＰ構造体のメリットとして、一体に成形することで部品点数、及び組立工数の削減を図ることができる点が挙げられる。

　複数の部品を一体に成形する際に、外板などの主構造材と、ストリンガーなどの補強部品とを接合して組み合わせる成形が行われている。この場合には、主構造材と補強部品との間の位置決め精度が問題となる。また、接合時において、主構造材と補強部品とを押圧する方法や、治具の配置などが問題となる。

　例えば、米国特許出願公開第２０１１／０３１５８２４（特許文献１）のＦＩＧ．１１及びＦＩＧ．２２には、主構造材と補強部品とを接合して組み合わせるＦＲＰ構造体の成形方法が開示されている。特許文献１に記載されているＦＲＰ構造体の成形方法では、ＦＲＰ構造体成形用の治具にスティフナープリフォーム（補強部品）を位置決めするための溝を形成しておき、この溝にスティフナープリフォーム（補強部品）を配置し、その上を強化繊維（主構造材の基材）で被う。そして、離型材やマトリックス樹脂拡散用のシートを配置して、バキュームバッグで被い、バキュームバッグの内部を真空に引き、マトリックス樹脂を注入する。その後加熱等を行ってマトリックス樹脂を硬化させている。

　また、関連する技術として、特許文献２には、航空機の胴体である複合材料構造物に補強材を適用するに際して、雄型治具を用いることが記載されている。また、特許文献３には、航空機の胴体である複合材料構造物に補強材またはストリンガーを適用するに際して、支持体と複数のパネルとを備える治具を用いることが記載されている。

　特許文献１に記載されているＦＲＰ構造体の成形方法では、治具に開設した溝に直接補強部品を配置して、主構造材に対して位置決めを行っている。この位置決め方法を用いた場合には、補強部品側の形状公差を見込んで治具の溝幅寸法を決定する必要がある。この公差の影響により、主構造材に対する補強部品の位置決め精度が悪くなるという問題がある。特に、コボンドを用いる場合には、未硬化部品に対する硬化済の部品の位置決め精度が出にくいという問題がある。

　図８に、従来の主構造材１１２に対する補強部品１４の位置決め方法を示す。ＦＲＰ構造体は、主構造材１１２と、補強部品１４と、主構造材１１２及び補強部品１４を接合する接合部１６とを有している。

　主構造材１１２は、例えば航空機の外板等を形成するプリプレグ材である。補強部品１４は、例えばストリンガーでありＴ字形断面を有するプリプレグ材である。

　図８を参照して、ＦＲＰ構造体の成形方法について説明する。ＦＲＰ構造体を成形する場合には、先ず所定の形状を有する主構造用治具１２２の上部に、主構造材１１２を配置する。

　次に、接合部１６の接着フィルム等を配置し、位置決治具１２６のＵ字型の溝に補強部品１４の垂直延出部を差し込んで、主構造材１１２に対する補強部品１４の位置決めを行う。そして、補強部品１４を主構造材１１２に対して押圧する力を印加した状態で接合部１６の硬化を行う。こうしてＦＲＰ構造体が完成する。

　しかしながら、補強部品１４には形状公差や寸法公差があるので、補強部品１４と位置決治具１２６の係合部との間に予め隙間を形成しておくことが必要となる。この隙間の存在により、主構造材１１２に対する補強部品１４の位置決め精度が低下するという問題があった。

　また、主構造材と補強部品との間に閉空間が存在するＦＲＰ構造体や、一体に成形を行う際に構造部品の一部同士が干渉する場合等においては、主構造材に対して補強部品を押圧させるバギングが困難となる問題もある。

米国特許出願公開第２０１１／０３１５８２４号明細書欧州特許第２１２８０１７号明細書米国特許第７５９７７７２号明細書

　本発明の目的は、主構造材と補強部品とを精度良く一体に成形することが可能な、ＦＲＰ成形治具及びＦＲＰ構造体の成形方法を提供することである。

　本発明のＦＲＰ成形治具は、主構造材と補強部品とを接合してＦＲＰ構造体を成形する際に用いられるＦＲＰ成形治具に関する。前記ＦＲＰ成形治具は、主構造材保持治具と、柔軟性を有する補強部品保持治具とを有する。前記主構造材保持治具は、繊維コンポーネントから構成される前記主構造材を位置決め保持する。前記補強部品保持治具は、前記主構造材保持治具に対して位置決めされ、繊維コンポーネントから構成される前記補強部品を押圧しながら位置決め保持する。

　本発明のＦＲＰ構造体の成形方法は、ＦＲＰ成形治具を用いて、主構造材と補強部品とを接合してＦＲＰ構造体を成形する方法である。前記ＦＲＰ成形治具は、主構造材保持治具と、柔軟性を有する補強部品保持治具とを有する。前記主構造材保持治具は、繊維コンポーネントから構成される前記主構造材を位置決め保持する。前記補強部品保持治具は、前記主構造材保持治具に対して位置決めされ、繊維コンポーネントから構成される前記補強部品を押圧しながら位置決め保持する。前記ＦＲＰ構造体の成形方法は、前記主構造材保持治具に、前記補強部品保持治具を配置する工程と、前記補強部品保持治具を用いて、前記補強部品を挟持する工程と、前記主構造材保持治具及び前記補強部品上に、前記主構造材を配置する工程と、前記主構造材と前記補強部品とを接合して前記ＦＲＰ構造体を形成する工程と、前記主構造材保持治具及び前記補強部品保持治具から、前記ＦＲＰ構造体を取り外す工程とを有する。

　本発明に係るＦＲＰ成形治具及びＦＲＰ構造体の成形方法を用いることによって、主構造材と補強部品とを精度良く一体に成形することができる。

添付の図面は、実施形態の説明を助けるために本明細書に組み込まれる。なお、図面は、本発明を、図示された例および説明された例に限定するものとして解釈されるべきではない。
図１は、実施形態のＦＲＰ成形治具を用いて成形したＦＲＰ構造体の外観斜視図である。図２は、実施形態のＦＲＰ成形治具を用いてＦＲＰ構造体を成形する状態を示す図であり、図１におけるＸ－Ｙ平面での断面図である。図３は、ＦＲＰ成形治具における補強部品保持治具の他の実施形態について説明する図である。図４は、ＦＲＰ成形治具の他の実施形態について説明する図である。図５は、分離型の中子の構成を説明する斜視図である。図６は、主構造材に補強部品を接合した状態を示すＦＲＰ構造体の外観斜視図である。図７は、主構造材に補強部品を接合する様子を示す斜視図である。図８は、従来の主構造材と補強部品との位置決め方法を説明する断面図である。

　添付図面を参照して、ＦＲＰ成形治具及びＦＲＰ構造体の成形方法の実施の形態を以下に説明する。以下の詳細な説明においては、実施形態の包括的な理解を提供するために、説明の目的で多くの詳細な特定事項が開示される。しかし、一又は複数の実施形態は、これらの詳細な特定事項なしで実行可能であることが明らかである。

　図１は、実施形態のＦＲＰ成形治具を用いて成形したＦＲＰ構造体１０の外観斜視図である。図２は、ＦＲＰ成形治具を用いてＦＲＰ構造体１０を成形する状態を示す図であり、図１におけるＸ－Ｙ平面での断面図である。

　図１を参照して、ＦＲＰ構造体１０は、主構造材１２と、補強部品１４Ａと、主構造材１２と補強部品１４Ａとを接合する接合部１６とを有している。図１に示すＦＲＰ構造体１０は、主構造材１２に対して補強部品１４Ａを位置決めして接合した構成を有している。

　主構造材１２（繊維コンポーネント）は、例えばＣ形の断面形状を有するＦＲＰの幅広チャンネルであり、補強部品１４Ａ（繊維コンポーネント）は、例えばＴ形の断面形状を有するＦＲＰの形材である。図１に示すＦＲＰ構造体１０は、主構造材１２に一列の補強部品１４Ａを配置した実施例を示してあるが、主構造材１２に複数列の補強部品１４Ａを配置することもできる。また、主構造材１２の大きさも、小型のものから大型のものまで対応することができる。なお、主構造材１２の形状は、Ｃ型断面を有する形状に限定するものではなく、平板、曲面板、その他の形状を適用することができる。

　接合部１６は、主構造材１２と補強部品１４Ａとを接合している部位であり、接着フィルムや接着剤、マトリックス樹脂等を用いて接合する。

　図２を参照して、補強部品１４Ａを主構造材１２に接合してＦＲＰ構造体１０を成形する際の、補強部品１４Ａの位置決め方法について説明する。ここでは、補強部品１４ＡをＴ型の断面形状を有するＦＲＰのプリプレグ材とし、この補強部品１４Ａを未硬化の強化繊維基材（主構造材１２）に対して位置決めすると共に、マトリックス樹脂を注入して硬化させる実施例について説明する。

　図２に示すＦＲＰ成形治具は、主構造材保持治具２２と、スライドコア２４と、柔軟性を有する補強部品保持治具２６Ａと、硬質部２８とを備える。

　２つの主構造材保持治具２２は、未硬化の強化繊維基材（主構造材１２）の成形を行う型として機能するとともに、補強部品保持治具２６Ａを保持する。主構造材保持治具２２は、主構造材１２を位置決め保持する。換言すれば、主構造材保持治具２２は、主構造材１２に対して位置決めされている。主構造材保持治具２２は、主構造材１２に接触して、主構造材１２を位置決め保持する。図２に記載の例では、主構造材保持治具２２は、主構造材１２の壁面である上壁下面に接触するとともに、主構造材１２の壁面である側壁内面に接触している。

　主構造材保持治具２２は、補強部品保持治具２６Ａを位置決めする。図２に記載の例では、主構造材保持治具２２は、補強部品保持治具２６Ａに接触している（より具体的には、補強部品保持治具２６Ａの第１側面および第２側面に接触している。）。そして、主構造材保持治具２２は、補強部品保持治具２６Ａを挟持している。

　主構造材保持治具２２は、スライドコア２４を位置決めする。図２に記載の例では、主構造材保持治具２２は、スライドコア２４に接触している（より具体的には、スライドコアの第１側面および第２側面に接触している。）。そして、主構造材保持治具２２は、スライドコア２４を挟持している。スライドコア２４は、補強部品保持治具２６Ａを保持するように構成されてもよい。図２に記載の例では、スライドコア２４は、凹部を有する。そして、補強部品保持治具２６Ａの一部分（例えば、後述の補強部品延出部を弾性保持する保持治具延出部分）は、スライドコア２４の凹部内に配置される。補強部品保持治具２６Ａの当該一部分は、スライドコア２４の凹部によって保持される。

　なお、主構造保持治具２２と、スライドコア２４とを一体に形成して、スライドコアを省略することも可能である。

　主構造材保持治具２２と、スライドコア２４とが別体である時、主構造材保持治具２２を、主構造材１２から取り外すのが容易となる。スライドコア２４を、主構造材保持治具２２に対して、（図２における下方に向けて）スライドさせて、スライドコア２４を主構造材保持治具２２から離間させることが可能となるからである。スライドコア２４を、主構造材保持治具２２から取り外した後、主構造材保持治具２２と補強部品保持治具２６Ａとを、ＦＲＰ構造体１０から取り外すことが可能となる。

　補強部品保持治具２６Ａは、主構造材保持治具２２及びスライドコア２４に嵌合するとともに、補強部品１４ＡのＸ軸方向の位置決め（図１参照）を行う。補強部品保持治具２６Ａは、補強部品１４Ａの延出する部位を側方から押圧しながら位置決め保持する。図２に記載の例では、補強部品１４Ａは、主構造材１２の表面に接触する接触面を有するベース部と、ベース部から、延出する部分（例えば、ベース部の当該接触面に対して垂直方向に延出する部分）である延出部とを備える。図２に示す実施例では、補強部品保持治具２６Ａは、補強部品１４ＡのＴ形断面における垂直な延出部を両側から押圧（挟持）することで、補強部品１４Ａを中央に位置決め保持している。図２に記載の例では、補強部品保持治具２６Ａは、補強部品１４Ａの延出部を受け入れ可能な凹部を有する。凹部内に配置された延出部は、補強部品保持治具２６Ａの弾性により、補強部品保持治具２６Ａによって挟持される。すなわち、凹部を構成する第１側面が、延出部の第１側面に接触し、凹部を構成する第２側面が、延出部の第２側面に接触することで、延出部は、補強部品保持治具２６Ａによって挟持される。

　補強部品保持治具２６Ａは、補強部品１４Ａのベース部に接触する保持治具ベース部を備える。また、補強部品保持治具２６Ａは、保持治具ベース部から延出する保持治具延出部分を備える。保持治具延出部分は、補強部品１４Ａの延出部を受け入れ可能な凹部を有する。

　補強部品１４Ａの形状や寸法には所定の寸法公差の範囲が存在する。従って、それぞれの補強部品１４Ａ毎に、Ｔ形断面における垂直な延出部の幅や、長さについて、それぞれ異なる寸法を有している。従来は、硬質な位置決治具を用いていたため、補強部品１４Ａの延出部の幅が公差範囲の最大値を有している場合においても、補強部品１４Ａの延出部が、硬質な位置決治具のＵ字型の溝に入るように、位置決治具の溝の幅を広く設定していた。従って、補強部品１４Ａの延出部と、位置決治具の溝との間には必ず隙間が生じていたために、その隙間の分だけ補強部品１４ＡのＸ軸方向（図１参照）における位置決め精度が悪化していた。

　図２に示す補強部品保持治具２６Ａは、補強部品１４Ａの垂直な延出部を両側から挟持しているので、補強部品１４Ａを中央に位置決め保持することができる。補強部品保持治具２６Ａの素材として、発泡ゴム等の各種のゴムを用いることができる。耐薬品性に鑑みると、シリコン系のゴム材を用いることが好ましい。

　また、補強部品保持治具２６Ａを用いて補強部品１４Ａを主構造材１２に向けて押圧する部位や、補強部品保持治具２６Ａが直接主構造材１２を押圧する部位には、可撓性を備えた硬質部２８を配置することが好ましい。硬質部２８は、補強部品保持治具２６Ａのうちの硬質部２８以外の部分よりも硬度が高い。補強部品保持治具２６Ａは柔軟性を有しているために、ＦＲＰ構造体１０を成形する際に補強部品１４Ａや主構造材１２にうねり（すなわち、非直線部）が生ずる可能性がある。その結果、補強部品１４Ａまたは主構造材１２に形状誤差が生ずる可能性がある。

　補強部品保持治具２６Ａを用いて補強部品１４Ａを主構造材１２に向けて押圧する部位や、補強部品保持治具２６Ａが直接主構造材１２を押圧する部位に、可撓性を備えた硬質部２８を配置することによって、ＦＲＰ構造体１０における補強部品１４Ａや主構造材１２の所定の部位（例えば接合部１６付近）における平面度や真直度を向上させることができる。

　なお、硬質部２８に可撓性を備えることによって、補強部品１４Ａと主構造材１２とを接合する際の密着性を向上させ、ボイド等の欠陥を減少させることができる。可撓性を備える硬質部２８として、マトリックス樹脂又は接着剤の硬化温度以上の耐熱性を有することが望ましい。また、接合や成形を行う部位の平面度や真直度を出せる程度の剛性を有することが望ましく、特に成形時に製品に要求される面精度を押圧時に出せる剛性を有することが望ましい。また、残渣が残りにくいことが望ましい。例えば、残渣が残りにくいＧＦＲＰ等の軽量な複合材（厚さ０．１～５ｍｍ程度の板材）や、金属箔（厚さ０．１～１ｍｍ程度の板材）を用いることができる。あるいは、これらを押圧部表面に配して、他の材料と組み合わせた硬質部２８としてもよい。

　図２に示す実施例では、２つの主構造材保持治具２２及びスライドコア２４から構成される割型構造を用いている。従って、ＦＲＰ構造体１０を成形する場合には、先ず、割型構造の主構造材保持治具２２及びスライドコア２４を組み立てる。

　次に、主構造材保持治具２２及びスライドコア２４に対して補強部品保持治具２６Ａを配置する。そして、補強部品１４Ａの垂直な延出部を補強部品保持治具２６Ａの溝に嵌入してゆき、Ｔ形断面の水平部下側を、硬質部２８に当接させる。

　次に、未硬化の強化繊維基材（主構造材１２）を、主構造材保持治具２２、補強部品保持治具２６Ａ及び補強部品１４Ａの上面に被せて配置する。そして、未硬化の強化繊維基材（主構造材１２）の外周に、離型剤や樹脂拡散メディアを配置する。そして、主構造材１２、補強部品１４Ａ、主構造材保持治具２２、及び補強部品保持治具２６Ａが配置された外周を吸引バッグ（バギングフィルム）で被う。そして、吸引バッグ内を真空に引いて、大気圧を用いて接合部１６に押圧力を印加する。同時に、樹脂を含浸していない強化繊維基材にマトリックス樹脂を注入して含侵させる。

　マトリックス樹脂として熱硬化型のものを用いる場合には、真空に引いてマトリックス樹脂を注入した後に加熱を行って、マトリックス樹脂を硬化させる。マトリックス樹脂が硬化して主構造材１２と補強部品１４Ａとが接合したら、吸引バッグを取り外して、ＦＲＰ構造体１０及びＦＲＰ成形治具を取り外す。

　次に、スライドコア２４、補強部品保持治具２６Ａ及び硬質部２８を（図２の紙面の下方向に）引き抜いてから、それぞれの主構造材保持治具２２を中央方向に移動させて（より具体的には、それぞれの主構造材保持治具２２の下側部分を、補強部品１４Ａの延出部に向かう方向に移動させて）、２つの主構造材保持治具２２をＦＲＰ構造体１０から離型する。こうして、図１に示すＦＲＰ構造体１０が得られる。

　次に、図３を参照して、補強部品保持治具の他の実施形態について説明する。図２では、中実構造の補強部品保持治具２６Ａを用いて補強部品１４Ａを挟持して位置決め保持する実施形態について説明した。これに対して図３に示す実施形態は、中空構造の補強部品保持治具２６Ｂを用いて補強部品１４Ａを挟持して位置決め保持する実施形態である。なお、図１及び図２に示した実施形態における構成部分と同一の作用を有する部位については、同一の符号を付してその説明を省略する。

　図３に示す補強部品保持治具２６Ｂは、中空構造を有しており、中空部における内圧によって補強部品１４Ａを押圧しながら位置決め保持している。この補強部品保持治具２６Ｂを用いることによっても、位置決め精度向上の目的を達成することができる。

　次に、図４を参照して、ＦＲＰ成形治具の他の実施形態について説明する。図２及び図３では、Ｔ形断面の補強部品１４Ａを主構造材１２の平面部に位置決め保持して成形を行う実施形態について説明した。これに対して図４に示す実施形態は、補強部品１４Ｂと主構造材１２との間に閉空間が形成されるＦＲＰ構造体の成形方法を説明する図である。なお、図２に示した実施形態における構成部分と同一の作用を有する部位については、同一の符号を付してその説明を省略する。

　図４を参照して、主構造材１２（繊維コンポーネント）は、例えばＣ形の断面形状を有するＦＲＰの幅広チャンネルであり、補強部品１４Ｂ（繊維コンポーネント）は、例えば台形状の山形断面を有するＦＲＰの形材である。主構造材１２と補強部品１４Ｂとは、離間した２箇所の接合部１６で接合されている。従って、図４に示すＦＲＰ構造体１０は、補強部品１４Ｂと主構造材１２との間に台形断面の閉空間を有している。

　図４を参照して、補強部品１４Ｂを主構造材１２に接合してＦＲＰ構造体１０を成形する際の、補強部品１４Ｂの位置決め方法について説明する。ここでは、補強部品１４ＢをＦＲＰのプリプレグ材とし、この補強部品１４ＢをＦＲＰ成形治具を用いて未硬化の強化繊維基材（主構造材１２）に位置決めすると共に、マトリックス樹脂を注入して硬化させる実施例について説明する。

　図４に示すＦＲＰ成形治具は、主構造材保持治具２２と、柔軟性を有する補強部品保持治具２６Ｄと、柔軟性を有する中子２６Ｃと、硬質部２８とを備える。

　主構造材保持治具２２は、未硬化の強化繊維基材（主構造材１２）の成形を行う型として機能すると共に、補強部品保持治具２６Ｄを保持する。図４に記載の例では、主構造材保持治具２２は、補強部品保持治具２６Ｄに接触している。そして、主構造材保持治具２２は、補強部品保持治具２６Ｄを挟持している。より具体的には、補強部品保持治具２６Ｄは、主構造材保持治具２２の第１内側面と、主構造材保持治具２２の第２内側面とによって挟持されている。図４に記載の例では、主構造材保持治具２２は、凹部を備えている。そして、補強部品保持治具２６Ｄは、主構造材保持治具２２の凹部内に配置されている。

　補強部品保持治具２６Ｄは、主構造材保持治具２２に嵌合するとともに、補強部品１４Ｂの横方向の位置決め（図４に示す紙面の左右方向）及び上下方向（図４に示す紙面の上下方向）の位置決めを行うために、補強部品１４Ｂの凸条（延出部）を左右方向及び下方から押圧しながら位置決め保持する。図４に記載の例では、補強部品１４Ｂは、主構造材１２の表面に接触する接触面を有するベース部と、ベース部から、延出する部分（例えば、ベース部の当該接触面に対して垂直方向に延出する部分）である延出部とを備える。延出部は、台形状の部分である。図４に記載の例では、補強部品保持治具２６Ｄは、補強部品１４Ｂの延出部を両側から押圧（挟持）することで、補強部品１４Ｂを中央に位置決め保持している。図４に記載の例では、補強部品保持治具２６Ｄは、補強部品１４Ｂの延出部を受け入れ可能な凹部を有する。凹部内に配置された延出部は、補強部品保持治具２６Ｄの弾性により、補強部品保持治具２６Ｄによって挟持される。すなわち、凹部を構成する第１側面（傾斜状の側面）が、延出部の第１側面に接触し、凹部を構成する第２側面（傾斜状の側面）が、延出部の第２側面に接触することで、延出部は、補強部品保持治具２６Ｄによって挟持される。図４に示す実施例では、補強部品保持治具２６Ｄは、補強部品１４Ｂの凸条を両側から挟持することで、補強部品１４Ｂを中央に位置決め保持している。補強部品１４Ｂの形状や寸法にも所定の公差範囲が存在する。しかし、図４に記載の例では、柔軟性を有する補強部品保持治具２６Ｄが補強部品１４Ｂの凸条を両側から挟持する構成を用いることによって、補強部品１４Ｂを中央に位置決め保持することができる。

　補強部品保持治具２６Ｄは、補強部品１４Ｂのベース部に接触する保持治具ベース部を備える。また、補強部品保持治具２６Ｄは、保持治具ベース部に連なる補強部品受け入れ部を備える。補強部品受け入れ部は、補強部品１４Ａの延出部を受け入れ可能な凹部を有する。

　また、補強部品保持治具２６Ｄにおいて、補強部品１４Ｂを主構造材１２に向けて押圧する部位（接合部１６の下方）に、可撓性を備えた硬質部２８を配置することによって、ＦＲＰ構造体１０における補強部品１４Ｂや主構造材１２の接合部位の平面度や真直度を向上させることができる。硬質部２８は、補強部品保持治具２６Ｄのうちの硬質部２８以外の部分よりも硬度が高い。

　ＦＲＰ構造体１０の補強部品１４Ｂと主構造材１２との間に形成される台形断面の閉空間には、台形断面の中子２６Ｃを配置する。例えば、中子２６Ｃは柔軟性を有する素材で構成される。また、中子２６Ｃの上面の主構造材１２と接触する部位には、可撓性を備える硬質部２８を配置することができる。硬質部２８は、中子２６Ｃのうちの硬質部２８以外の部分よりも硬度が高い。中子２６Ｃに柔軟性を有する素材を用いることによって、補強部品１４Ｂの寸法公差に関わらず、中子２６Ｃと補強部品１４Ｂとの密着性を向上させることができる。また、中子２６Ｃと補強部品１４Ｂとの間の隙間を減少させて、位置決め精度を向上させることができる。また、中子２６Ｃの柔軟性により、補強部品１４Ａに対する中子２６Ｃの離型を容易に行うことができる。また、中子２６Ｃを割型構造にすることもできる。

　また、柔軟性を有する中子２６Ｃの上面の主構造材１２と接触する部位に硬質部２８を配置することによって、成形時における主構造材１２のたるみや変形を減少させて、平面度や真直度を向上させることができる。

　補強部品保持治具２６Ｄや中子２６Ｃの素材として、発泡ゴム等の各種のゴムを用いることができる。耐薬品性に鑑みると、シリコン系のゴム材を用いることが好ましい。

　次に図４を参照して、閉空間を有するＦＲＰ構造体１０の成形方法について説明する。ＦＲＰ構造体１０を成形する場合には、主構造材保持治具２２の所定の位置に補強部品保持治具２６Ｄを配置する。そして、補強部品１４Ｂの台形の凸条を補強部品保持治具２６Ｄの溝に嵌入してゆき、補強部品１４Ｂの上部の両側の延出庇部（補強部品１４Ｂのベース部）を補強部品保持治具２６Ｄ上面の硬質部２８に当接させる。

　次に、台形断面を有する中子２６Ｃの凸条を、補強部品１４Ｂの溝に嵌入させる。次に、未硬化の強化繊維基材（主構造材１２）を、主構造材保持治具２２及び中子２６Ｃの硬質部２８の上面に被せて配置する。そして、未硬化の強化繊維基材（主構造材１２）の外周に離型剤や樹脂拡散メディアを配置して、主構造材１２、補強部品１４Ｂ、主構造材保持治具２２、及び補強部品保持治具２６Ｄを吸引バッグ（バギングフィルム）で被う。そして、吸引バッグ内を真空に引いて、大気圧を用いて主構造材１２及び接合部１６に押圧力を印加する。同時に、樹脂を含浸していない強化繊維基材にマトリックス樹脂を注入して含浸させる。

　マトリックス樹脂として熱硬化型のものを用いる場合には、真空に引いてマトリックス樹脂を注入した後に加熱を行って、マトリックス樹脂を硬化させる。マトリックス樹脂が硬化して主構造材１２と補強部品１４Ｂとが接合したら、吸引バッグを取り外す。その後、ＦＲＰ構造体１０と、ＦＲＰ成形治具の補強部品保持治具２６Ｄ及び主構造材保持治具２２とを分離して、補強部品保持治具２６Ｄ及び主構造材保持治具２２からＦＲＰ構造体１０を取り外す。

　次に、中子２６ＣをＦＲＰ構造体１０の閉空間から引き抜く。こうしてＦＲＰ構造体１０が得られる。

　なお、図４に示すような閉空間を有するＦＲＰ構造体１０の他の成形方法として、中子２６Ｃの外周を中子用バッグを用いて被い、中子２６Ｃの部位を大気圧のままとし、この中子用バッグと、主構造材１２及び主構造材保持治具２２等を被った吸引バッグとの間のみを真空に引くことによって、補強部品１４Ｂと主構造材１２との接合部１６に押圧力を印加するバギング方法を用いることもできる。この場合には、中子２６Ｃは大気圧中に存在するために変形が少ないので、より精度良くＦＲＰ構造体１０を成形することが可能となる。

　また、中子２６Ｃの素材として、加熱により収縮する素材（硬質ポリスチレンフォーム、硬質ウレタンフォーム等）を用いて、加熱後に離型を容易にすることができる。この場合、中子２６Ｃの素材として、接着剤又はマトリックス樹脂の硬化温度以下で収縮する特性を有する素材（硬質ポリスチレンフォーム、硬質ウレタンフォーム等）を用いることができる。この場合、例えば５０℃以上で硬化温度以下の温度域の温度で熱収縮する特性を有する材料が好ましく、接着剤又はマトリックス樹脂の流動性がなくなる温度以上で硬化温度以下の温度域で収縮する特性を有する材料がより望ましい。また、加熱により溶融するロウ材を用いることもできる。この場合も、例えば５０℃以上で硬化温度以下の温度域の温度で溶融する特性を有する材料が好ましく、接着剤又はマトリックス樹脂の流動性がなくなる温度以上で硬化温度以下の温度域で溶融する特性を有する材料がより望ましい。

　次に、中子２６Ｃの他の実施形態について、図５を用いて説明する。図５は、分離型の中子２６Ｃの構成を説明する斜視図である。図５に示すように、中子２６Ｃを複数の部位に分割したものを多関節状に連結することによって、離型を容易にすることができる。特に、中子２６Ｃに柔軟性のある材料を用いることで、多様な閉空間の形状に対応することが可能となる。また、中子２６Ｃを割型構造にすることもできる。

　主構造材１２や、補強部品１４Ａ、１４Ｂの繊維コンポーネントの構成として、強化繊維基材を用いる場合には、連続した強化繊維糸条がお互いに並行するように引き揃えた強化繊維糸条群を用いることができる。また、必要に応じて強化繊維糸条による一方向性基材、二方向性基材、多方向性基材を用いることができる。また、強化繊維基材の他の組織形態として、例えば、織組織（織物）、編組織（たて編、よこ編）、不織組織、又はこれらの組み合わせを用いることもできる。

　また、繊維コンポーネントにおける強化繊維として、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維、フェノール繊維、ポリエチレン繊維、ポリビニルアルコール繊維等の有機繊維、金属繊維、又はセラミック繊維、これらの組み合わせ等を使用することもできる。

　また、マトリックス樹脂として、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂を使用することができる。成形性や、力学特性の面からは、現状では熱硬化性樹脂を用いることが好ましい。熱硬化性樹脂として、例えば、エポキシ、フェノール、ビニルエステル、不飽和ポリエステル、シアネートエステル、ビスマレイミド、ベンゾオキサジン、アクリルその他の樹脂を用いることができる。更に、エラストマー、ゴム、硬化剤、硬化促進剤、触媒等を添加したものも使用することができる。なお、吸引バッグ内部の繊維コンポーネント側には、離型剤や樹脂拡散メディアを配置しておくことが好ましい。

　上記の実施例では、補強部品１４Ａ、１４ＢとしてＦＲＰのプリプレグ材を用い、未硬化の強化繊維基材（主構造材１２）に接合させる実施形態について説明したが、主構造材１２としてＦＲＰのプリプレグ材を用いることもできる。この場合には、主構造材１２と補強部品１４Ａ、１４Ｂとの接合部１６には、接着フィルム等の接着剤を配置しておく。そして、補強部品１４Ａ、１４Ｂを主構造材１２に位置決めして押圧した後に接着剤を硬化させる。また、補強部品１４Ａ、１４Ｂとして未硬化の強化繊維基材を用いることも可能である。

　次に、実施形態に係るＦＲＰ成形治具及びＦＲＰ構造体の成形方法を用いて成形することが可能なＦＲＰ構造体１０の形状例について、図６及び図７を用いて説明する。

　図６に示すＦＲＰ構造体１０は、図７に示すように、Ｔ形断面を有する補強部品１４Ａと、台形断面を有する補強部品１４Ｂとを、主構造材１２に位置決め接合して一体に成形した複合材である。実施形態に係るＦＲＰ成形治具及びＦＲＰ構造体の成形方法を用いることによって、複雑な位置決め治具を用いることなく、低コストで複雑な形状のＦＲＰ構造体を成形することが可能となる。

　以上、実施の形態を参照してＦＲＰ成形治具及びＦＲＰ構造体の製造方法を説明したが、ＦＲＰ成形治具及びＦＲＰ構造体の製造方法は上記実施形態に限定されない。上記実施形態に様々の変更を行うことが可能である。上記実施形態に記載された事項と上記他の実施形態に記載された事項とを組み合わせることが可能である。

　また、ＦＲＰ成形治具及びＦＲＰ構造体の製造方法を用いて成形したＦＲＰ構造体は、車両、船舶、航空機、あるいは建築部材など種々の分野に用いられる。ＦＲＰ成形治具及びＦＲＰ構造体の製造方法は、２つ以上の繊維コンポーネントを一体に成形することにより、閉空間を有する複雑な最終形状を成形する場合に好適である。また、ＦＲＰ成形治具及びＦＲＰ構造体の製造方法は、コキュア、コボンド及び二次接着に対しても適用可能であり、ＲＦＩ（レジンフィルムインフュージョン成形法）、ＲＴＭ（樹脂トランスファー成形法）、ＶａＲＴＭ（真空含浸工法）その他のＦＲＰ構造体の成形に用いることができる。

　本出願は、２０１４年１月３１日に出願された日本国特許出願第２０１４－１６９９８号を基礎とする優先権を主張し、当該基礎出願の開示の全てを引用により本出願に取り込む。

Claims

　主構造材保持治具と、
　柔軟性を有する補強部品保持治具と
　を有し、
　前記主構造材保持治具は、繊維コンポーネントから構成される主構造材を位置決め保持し、
　前記補強部品保持治具は、前記主構造材保持治具に対して位置決めされ、繊維コンポーネントから構成される補強部品を押圧しながら位置決め保持する
　前記主構造材と前記補強部品とを接合してＦＲＰ構造体を成形する際に用いられるＦＲＰ成形治具。
　前記補強部品保持治具は、前記補強部品の一部を挟持しながら前記補強部品の位置決め保持を行う
　請求項１に記載のＦＲＰ成形治具。
　前記補強部品保持治具は、中空構造を有することにより柔軟性を有する請求項１又は２に記載のＦＲＰ成形治具。
　前記補強部品保持治具の表面における前記補強部品を押圧する部位に、可撓性を備えた硬質部を有する請求項１乃至３のいずれかに記載のＦＲＰ成形治具。
　前記ＦＲＰ構造体において前記補強部品と前記主構造材との間に形成される閉空間に配置する成形用の中子を備える請求項１乃至４のいずれかに記載のＦＲＰ成形治具。
　前記中子の表面における、前記主構造材を押圧する部位に、可撓性を備えた硬質部を有する請求項５に記載のＦＲＰ成形治具。
　前記硬質部は、ＦＲＰの薄板、又は金属箔から構成される請求項４又は６に記載のＦＲＰ成形治具。
　前記硬質部は、マトリックス樹脂又は接着剤の硬化温度以上の耐熱性を有し、厚さが０．１ｍｍ以上５ｍｍ以下の板材で構成される請求項４、６又は７のいずれかに記載のＦＲＰ成形治具。
　前記主構造材保持治具又は前記中子は、割型構造である請求項１乃至８のいずれかに記載のＦＲＰ成形治具。
　主構造材保持治具と、
　柔軟性を有する補強部品保持治具と
　を有するＦＲＰ成形治具を用いたＦＲＰ構造体の成形方法であって、
　前記主構造材保持治具は、繊維コンポーネントから構成される主構造材を位置決め保持し、
　前記補強部品保持治具は、前記主構造材保持治具に対して位置決めされ、繊維コンポーネントから構成される補強部品を押圧しながら位置決め保持し、
　前記成形方法は、前記主構造材と前記補強部品とを接合して前記ＦＲＰ構造体を成形する方法であり、
　前記主構造材保持治具に、前記補強部品保持治具を配置する工程と、
　前記補強部品保持治具を用いて、前記補強部品を挟持する工程と、
　前記主構造材保持治具及び前記補強部品上に、前記主構造材を配置する工程と、
　前記主構造材と前記補強部品とを接合して前記ＦＲＰ構造体を形成する工程と、
　前記主構造材保持治具及び前記補強部品保持治具から、前記ＦＲＰ構造体を取り外す工程と
　を有するＦＲＰ構造体の成形方法。
　前記ＦＲＰ構造体において前記補強部品と前記主構造材との間に形成される閉空間に、成形用の中子を配置する工程
　を更に有する請求項１０に記載のＦＲＰ構造体の成形方法。
　前記主構造材と前記補強部品との接合部に接着剤を配置する工程
　を更に有する請求項１０又は１１に記載のＦＲＰ構造体の成形方法。
　前記補強部品はプリプレグ材であり、
　前記主構造材は強化繊維基材であり、
　前記主構造材及び前記補強部品との接合部にマトリックス樹脂を注入する工程
　を更に有する請求項１０又は１１に記載のＦＲＰ構造体の成形方法。
　前記主構造材及び前記補強部品を吸引バッグで外部から被う工程と、
　前記吸引バッグ内を真空に引くことにより、前記主構造材と前記補強部品とを押圧して接合を行う工程と、
　前記吸引バッグを取り外す工程と
　を更に有する請求項１２又は１３に記載のＦＲＰ構造体の成形方法。
　前記吸引バッグ内を真空に引く工程の後に、加熱により前記接着剤又は前記マトリックス樹脂を硬化させる工程
　を更に有する請求項１４に記載のＦＲＰ構造体の成形方法。