(57)【要約】【課題】発泡剤により複合材翼の内部空間を適切に加圧することで、複合材翼を好適に成形することができる複合材翼の成形方法を提供する。【解決手段】強化繊維に樹脂を含浸させたプリプレグを硬化させることで複合材からなる複合材翼を成形する複合材翼の成形方法であって、複合材翼の内部空間２０に配置される発泡剤１６は、加熱されることで発泡する複数の発泡体２６と、加熱されることで硬化する発泡剤樹脂２５と、を含み、複数の発泡体２６は、硬化工程における低温領域において発泡する低温側発泡体２６ａと、低温領域よりも高温となる高温領域において発泡する高温側発泡体２６ｂと、を含む。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
強化繊維に樹脂を含浸させたプリプレグを硬化させることで複合材からなる複合材翼を成形する複合材翼の成形方法であって、
前記複合材翼は、背側の部位となる背側部位と腹側となる腹側部位とを重ね合わせて接合されており、
前記背側部位を成形するための背側成形型に前記プリプレグを積層して背側積層体を形成すると共に、前記腹側部位を成形するための腹側成形型に前記プリプレグを積層して腹側積層体を形成する積層工程と、
前記背側積層体と前記腹側積層体とが重なり合うように、前記背側成形型と前記腹側成形型とを型合わせすると共に、前記背側積層体と前記腹側積層体とを重ね合わせることで形成される内部空間に発泡剤を配置する型合わせ工程と、
前記発泡剤を加熱して前記発泡剤を膨張させることで、前記背側積層体及び前記腹側積層体を、内部から前記背側成形型及び前記腹側成形型へ向かって加圧すると共に、前記背側積層体及び前記腹側積層体を加熱して硬化させる硬化工程と、を備え、
前記発泡剤は、加熱されることで発泡する複数の発泡体と、加熱されることで硬化する発泡剤樹脂と、を含み、
複数の前記発泡体は、硬化工程における低温領域において発泡する低温側発泡体と、前記低温領域よりも高温となる高温領域において発泡する高温側発泡体と、を含む複合材翼の成形方法。
【請求項２】
前記プリプレグの前記樹脂がゲル化する温度は、樹脂ゲル化開始温度となっており、
前記高温側発泡体が発泡する温度は、高温側発泡開始温度となっており、
前記高温側発泡開始温度は、前記樹脂ゲル化開始温度よりも高くなっている請求項１に記載の複合材翼の成形方法。
【請求項３】
前記プリプレグの前記樹脂がゲル化する温度は、樹脂ゲル化開始温度となっており、
前記低温側発泡体が発泡する温度は、低温側発泡開始温度となっており、
前記低温側発泡開始温度は、前記樹脂ゲル化開始温度よりも低くなっている請求項１または２に記載の複合材翼の成形方法。
【請求項４】
前記発泡剤の前記発泡剤樹脂がゲル化する温度は、発泡剤ゲル化開始温度となっており、
前記樹脂ゲル化開始温度は、前記発泡剤ゲル化開始温度よりも高くなっており、
前記低温側発泡開始温度は、前記発泡剤ゲル化開始温度よりも低くなっている請求項３に記載の複合材翼の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合材翼の成形方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、複合材翼として、翼端から翼根へ向かって延在する翼形部を有するガスタービン翼が知られている（例えば、特許文献１参照）。翼形部は、表面凹みが形成された金属部と、金属部の表面凹みに設けられるフォーム部と、を有し、金属部及びフォーム部は、複合材表皮によって囲まれて、複合材表皮に接合される。また、翼形部には、複合材表皮を覆う壊食被覆が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０９−３０３１０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、複合材翼には、翼の形状、特に、翼の表面形状に対して、精度の高い寸法精度が求められる。特許文献１に記載の複合材翼は、複合材表皮の内部が金属部であることから、金属部と複合材表皮とを一体に成形する場合には、複合材表皮の外側に成形型を配置すると共に、複合材表皮の内部に金属部を配置することが考えられる。また、金属部と複合材表皮とを別体に成形する場合には、複合材表皮を精度よく成形した後、成形された複合材表皮の内部空間の形状に合わせて、金属部を精度よく加工することが考えられる。
【０００５】
しかしながら、金属部と複合材表皮とを一体に成形する場合、複合材表皮の内部から外側に向かって加圧することができないため、複合材表皮の表面形状を精度よく成形することが難しい場合がある。また、複合材表皮への加圧が行われない場合、複合材表皮の成形時において、複合材表皮の内部に発生するボイドの形成を抑制することが困難となる。一方、金属部と複合材表皮とを別体に成形する場合、金属部を精度良く加工する必要があることから、金属部の加工コストが高くなってしまい、複合材翼の製造コストの抑制を図ることが困難となる。また、いずれの場合においても、複合材翼の内部を金属部とすることから、軽量化を図ることが困難となり、複合材翼の長所である軽量化のメリットが低下してしまう。
【０００６】
このため、金属材料を用いずに、複合材を用いて、複合材翼を成形することが考えられている。複合材翼を成形する場合、複合材翼の表面形状を精度良く成形すべく、複合材翼の内部に発泡剤を配置して、加熱成形時に発泡剤を発泡させることにより、複合材翼の内部から外部へ向けて加圧する。
【０００７】
ここで、複合材翼において使用される樹脂として、耐熱性を有する樹脂を用いる場合、この樹脂を熱硬化させるための加熱成形時（昇温過程時）において、樹脂が低粘度化してしまう。また、加熱成形時において、樹脂が低粘度化した状態が長く続くことから、長時間にわたって複合材翼への加圧を継続する必要がある。しかしながら、発泡剤による発泡は、長時間保持することが困難であり、発泡による加圧は低下してしまうため、発泡剤による加圧力が不足し、複合材翼が成形不良となる可能性がある。また、発泡剤にも熱硬化する発泡剤樹脂が含まれているため、加熱成形時において加熱温度を高くすると、発泡剤の硬化が進み、発泡剤の発泡が阻害されることで、複合材翼が成形不良となる可能性がある。
【０００８】
そこで、本発明は、発泡剤により複合材翼の内部空間を適切に加圧することで、複合材翼を好適に成形することができる複合材翼の成形方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の複合材翼の成形方法は、強化繊維に樹脂を含浸させたプリプレグを硬化させることで複合材からなる複合材翼を成形する複合材翼の成形方法であって、前記複合材翼は、背側の部位となる背側部位と腹側となる腹側部位とを重ね合わせて接合されており、前記背側部位を成形するための背側成形型に前記プリプレグを積層して背側積層体を形成すると共に、前記腹側部位を成形するための腹側成形型に前記プリプレグを積層して腹側積層体を形成する積層工程と、前記背側積層体と前記腹側積層体とが重なり合うように、前記背側成形型と前記腹側成形型とを型合わせすると共に、前記背側積層体と前記腹側積層体とを重ね合わせることで形成される内部空間に発泡剤を配置する型合わせ工程と、前記発泡剤を加熱して前記発泡剤を膨張させることで、前記背側積層体及び前記腹側積層体を、内部から前記背側成形型及び前記腹側成形型へ向かって加圧すると共に、前記背側積層体及び前記腹側積層体を加熱して硬化させる硬化工程と、を備え、前記発泡剤は、加熱されることで発泡する複数の発泡体と、加熱されることで硬化する発泡剤樹脂と、を含み、複数の前記発泡体は、硬化工程における低温領域において発泡する低温側発泡体と、前記低温領域よりも高温となる高温領域において発泡する高温側発泡体と、を含む。
【００１０】
この構成によれば、硬化工程において、多段階で発泡剤による発泡を行うことができるため、複合材翼の内部空間における加圧を保持することができ、発泡剤により複合材翼の内部空間を適切に加圧することができる。このため、複合材翼の成形不良の発生を抑制することができ、複合材翼を好適に成形することができる。なお、発泡体としては、例えば、発泡成分を、熱可塑樹脂からなる被膜で包んだ発泡ビーズが用いられる。
【００１１】
また、前記プリプレグの前記樹脂がゲル化する温度は、樹脂ゲル化開始温度となっており、前記高温側発泡体が発泡する温度は、高温側発泡開始温度となっており、前記高温側発泡開始温度は、前記樹脂ゲル化開始温度よりも高くなっていることが、好ましい。
【００１２】
この構成によれば、高温側発泡体は、プリプレグが樹脂ゲル化開始温度になった後に発泡する。このため、プリプレグが硬化し収縮することによって内部空間が広がり加圧が低下する場合であっても、樹脂ゲル化開始温度になった後に高温側発泡体を発泡させることで、内部空間の加圧を維持することができ、加圧不足を抑制することができる。
【００１３】
また、前記プリプレグの前記樹脂がゲル化する温度は、樹脂ゲル化開始温度となっており、前記低温側発泡体が発泡する温度は、低温側発泡開始温度となっており、前記低温側発泡開始温度は、前記樹脂ゲル化開始温度よりも低くなっていることが、好ましい。
【００１４】
この構成によれば、低温側発泡体は、プリプレグが樹脂ゲル化開始温度になる前に発泡する。このため、プリプレグが加熱されることで、プリプレグの樹脂の粘度が低下することに伴うプリプレグの層間のはく離を、低温側発泡体が発泡することで抑制することができる。
【００１５】
また、前記発泡剤の前記発泡剤樹脂がゲル化する温度は、発泡剤ゲル化開始温度となっており、前記樹脂ゲル化開始温度は、前記発泡剤ゲル化開始温度よりも高くなっており、前記低温側発泡開始温度は、前記発泡剤ゲル化開始温度よりも低くなっていることが、好ましい。
【００１６】
この構成によれば、樹脂ゲル化開始温度が、発泡剤ゲル化開始温度よりも高くなっているため、プリプレグの樹脂よりも、発泡剤の発泡剤樹脂の方が早く硬化する。このとき、発泡剤樹脂が発泡剤ゲル化開始温度になる前に、低温側発泡体を発泡させることで、発泡剤が硬化する前に、発泡剤を内部空間に拡散させて充填させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、実施形態１に係る複合材翼の成形方法により成形される複合材翼を模式的に示す平面図である。
【図２】図２は、実施形態１に係る複合材翼の薄肉部分を模式的に示す断面図である。
【図３】図３は、実施形態１に係る複合材翼の厚肉部分を模式的に示す断面図である。
【図４】図４は、実施形態１に係る複合材翼の成形方法で用いられる発泡剤に関するグラフである。
【図５】図５は、実施形態１に係る複合材翼の成形方法で用いられる発泡剤の発泡状態を示す説明図である。
【図６】図６は、実施形態１に係る複合材翼の成形方法に関する説明図である。
【図７】図７は、実施形態２に係る複合材翼の成形方法で用いられる発泡剤に関するグラフである。
【図８】図８は、実施形態２に係る複合材翼の成形方法で用いられる発泡剤の発泡状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせることも可能である。
【００１９】
［実施形態１］
実施形態１に係る複合材翼１０の成形方法は、強化繊維及び樹脂からなる複合材を用いて翼を成形する方法である。複合材翼１０としては、例えば、ガスタービンまたはガスタービンエンジン等に用いられる動翼または静翼が適用可能である。なお、実施形態１では、複合材翼１０として、動翼に適用して説明するが、複合材翼１０の成形方法は、静翼にも適用可能である。
【００２０】
図１は、実施形態１に係る複合材翼の成形方法により成形される複合材翼を模式的に示す平面図である。図２は、実施形態１に係る複合材翼の薄肉部分を模式的に示す断面図であり、図１のＡ−Ａ断面図である。図３は、実施形態１に係る複合材翼の厚肉部分を模式的に示す断面図であり、図１のＢ−Ｂ断面図である。図４は、実施形態１に係る複合材翼の成形方法で用いられる発泡剤に関するグラフである。図５は、実施形態１に係る複合材翼の成形方法で用いられる発泡剤の発泡状態を示す説明図である。図６は、実施形態１に係る複合材翼の成形方法に関する説明図である。
【００２１】
先ず、複合材翼１０の成形方法の説明に先立ち、複合材翼１０について説明する。図１に示すように、複合材翼１０は、動翼となっており、固定端となる翼根側から自由端となる翼頂側に向かって延在している。ここで、翼根側と翼頂側とを結ぶ方向が、翼長方向となっており、図１に示すＬ方向となっている。また、複合材翼１０は、図１の翼長方向に直交する方向の一方側が前縁側となっており、他方側が後縁側となっている。そして、前縁側と後縁側とを結ぶ方向が、翼幅方向となっており、図１に示すＷ方向となっている。
【００２２】
また、図２及び図３に示すように、複合材翼１０は、翼幅方向に亘って湾曲して形成されており、複合材翼１０の内側から外側に向かって凸となる側が背側となっており、複合材翼１０の内側から外側に向かって凹となる側が腹側となっている。ここで、背側と腹側とを結ぶ方向が、翼厚方向となっており、図２及び図３に示すＴ方向となっている。
【００２３】
複合材翼１０は、翼厚方向における厚さが、翼根側において厚肉となっており、翼頂側に向かうにつれて薄肉に形成されている。このため、複合材翼１０は、図２に示すように、翼頂側において翼厚方向における厚さが薄い薄肉部分１０ａとなっており、図３に示すように、翼根側において翼厚方向における厚さが厚い厚肉部分１０ｂとなっている。
【００２４】
この複合材翼１０は、軸中心に回転するローターの外周に、所定の間隔を空けて、周方向に複数並べて設けられている。そして、複合材翼１０同士の間を、流体が前縁側から後縁側に向かって流通する。
【００２５】
図２及び図３に示すように、複合材翼１０は、背側の部位である背側翼部材（背側部位）１２と、腹側の部位である腹側翼部材（腹側部位）１４と、背側翼部材１２と腹側翼部材１４とにより形成される内部空間２０に設けられる発泡剤１６とを備えている。
【００２６】
背側翼部材１２は、強化繊維に樹脂を含浸させたプリプレグを、複数積層して熱硬化させたものとなっている。背側翼部材１２は、後述する背側成形型３２によって成形される。背側翼部材１２は、複合材翼１０の外表面が凸となる湾曲形状に形成されている。また、背側翼部材１２は、複合材翼１０の内面が凹となる湾曲形状に形成されており、内部空間２０を構成する内面の一部となっている。
【００２７】
腹側翼部材１４は、背側翼部材１２と同様に、強化繊維に樹脂を含浸させたプリプレグを、複数積層して熱硬化させたものとなっている。腹側翼部材１４は、後述する腹側成形型３４によって成形される。腹側翼部材１４は、複合材翼１０の外表面が凹となる湾曲形状に形成されている。また、腹側翼部材１４は、複合材翼１０の内面が凸となる湾曲形状に形成されており、内部空間２０を構成する内面の一部となっている。
【００２８】
そして、背側翼部材１２の翼幅方向における両端部と、腹側翼部材１４の翼幅方向における両端部とは、複合材翼１０の翼厚方向の中心を含む面となる中立面Ｐにおいて接合されている。また、背側翼部材１２の翼幅方向における両端部の間の内面と、腹側翼部材１４の翼幅方向における両端部の間の内面とは、中立面Ｐに対して外表面側に離れて形成されており、これらの内面によって内部空間２０が形成されている。この内部空間２０は、複合材翼１０の翼根側において大きく、複合材翼１０の翼頂側に向かうにつれて小さくなる。
【００２９】
ここで、実施形態１において、プリプレグに含まれる樹脂は、熱硬化後において耐熱性を有するものとなっている。具体的に、プリプレグに含まれる樹脂は、硬化が開始する温度が１７０°程度となっており、１８０℃程度で温度が保持されることによって熱硬化する樹脂となっている。
【００３０】
なお、実施形態１では、強化繊維及び樹脂を含むプリプレグを用いているが、例えば、強化繊維としては、炭素繊維の他、ガラス繊維及びアラミド繊維を適用してもよく、これらに限定されず、プラスチック繊維又は金属繊維であってもよい。また、樹脂は、熱硬化性樹脂が好ましいが、熱可塑性樹脂でもよい。熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂及びビニルエステル樹脂が例示される。熱可塑性樹脂は、ポリアミド樹脂、ポリプロピレン樹脂、ＡＢＳ（Acrylonitrile  Butadiene  Styrene）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、及びポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等が例示される。ただし、強化繊維に含浸される樹脂は、これらに限定されず、その他の樹脂でもよい。
【００３１】
発泡剤１６は、内部空間２０に充填されている。この発泡剤１６は、発泡前に内部空間２０に配置され、この後、加熱されて発泡することで、内部空間２０に充填される。図５に示すように、発泡前の発泡剤１６は、発泡剤樹脂２５と、複数の発泡体２６とを含んで構成されている。発泡剤樹脂２５は、加熱されることで硬化するものであり、プリプレグに含まれる樹脂と同じものとしてもよい。
【００３２】
複数の発泡体２６は、加熱されることで発泡するものであり、例えば、加熱されることで発泡体２６が炭酸ガス等となり発泡剤樹脂２５内に気泡２８を生じさせている。複数の発泡体２６は、加熱されることで発泡する発泡温度が異なるものとなっている。つまり、複数の発泡体２６は、熱硬化時において、加熱温度が低温となる低温領域において発泡する低温側発泡体２６ａと、低温領域よりも高温となる高温領域において発泡する高温側発泡体２６ｂと、を含んでいる。また、発泡体２６は、例えば、発泡ビーズが用いられており、発泡成分を、熱可塑樹脂からなる被膜で包んだものとなっている。
【００３３】
低温側発泡体２６ａは、発泡成分を包む被膜に用いられる樹脂として、例えば、ポリエチレン、またはＡＢＳ樹脂等が用いられる。また、高温側発泡体２６ｂは、発泡成分を包む被膜に用いられる樹脂として、例えば、ポリアセタール、ナイロン６、ポリ塩化ビニリデン、またはポリスルフォン等が用いられる。このように、複数の発泡体２６は、発泡成分を包む被膜の樹脂を異ならせることで、発泡温度を異ならせるものとしている。
【００３４】
なお、発泡剤１６には、複数の発泡体２６による発泡をムラのない安定した発泡形態となるように、繊維成分を添加してもよい。
【００３５】
次に、図４を参照して、発泡剤１６の発泡について説明する。図４の上側に示すグラフは、熱硬化時（後述する硬化工程Ｓ３）における、プリプレグの樹脂の温度変化を示すグラフとなっており、横軸が時間、縦軸が温度となっている。また、図４の中央に示すグラフは、熱硬化時における、プリプレグの樹脂の粘度変化を示すグラフとなっており、横軸が時間、縦軸が粘度となっている。さらに、図４の下側に示すグラフは、熱硬化時における、発泡剤１６の加圧力である発泡圧の変化を示すグラフとなっており、横軸が時間、縦軸が発泡圧となっている。
【００３６】
図４に示すように、プリプレグに含まれる樹脂がゲル化する温度は、プリプレグゲル化開始温度（樹脂ゲル化開始温度）Ｔ１（以下、単に温度Ｔ１という）となっている。熱硬化時において、プリプレグを加熱する加熱温度は、時間が経過するにつれて等速に上昇する。加熱温度は、温度Ｔ１に到達すると、温度Ｔ１において加熱温度が維持される。プリプレグの樹脂の粘度は、温度Ｔ１となるまでは、粘度が低下し続け、温度Ｔ１前後においてゲル化（熱硬化）が開始すると共に粘度が増加し、硬化に至る。
【００３７】
ここで、複数の発泡剤１６について、低温側発泡体２６ａが発泡する温度は、低温側発泡開始温度Ｔ２（以下、単に温度Ｔ２という）となっており、温度Ｔ２は、温度Ｔ１よりも低くなっている（Ｔ２＜Ｔ１）。また、高温側発泡体２６ｂが発泡する温度は、高温側発泡開始温度Ｔ３（以下、単に温度Ｔ３という）となっており、温度Ｔ３は、温度Ｔ１よりも高くなっている（Ｔ３＞Ｔ１）。つまり、温度Ｔ１、温度Ｔ２及び温度Ｔ３は、「Ｔ２＜Ｔ１＜Ｔ３」の関係となっている。
【００３８】
このため、熱硬化時において、発泡剤１６は、プリプレグの樹脂が温度Ｔ１に達する前に、低温側発泡体２６ａが発泡することで、複合材翼の内部空間が所定の発泡圧となる。つまり、プリプレグの樹脂が温度Ｔ１に達する前において、低温側発泡体２６ａが発泡することによる、発泡圧の１つ目のピークが発生する。また、熱硬化時において、発泡剤１６は、プリプレグの樹脂が温度Ｔ１に達した後に、高温側発泡体２６ｂが発泡することで、複合材翼の内部空間が、低温側発泡体２６ａよりも高い所定の発泡圧となる。つまり、プリプレグの樹脂が温度Ｔ１に達した後において、高温側発泡体２６ｂが発泡することによる、発泡圧の２つ目のピークが発生する。
【００３９】
次に、図５を参照して、発泡剤１６の発泡状態について具体的に説明する。発泡剤１６は、図５の左側に示す状態が発泡前の状態であり、図５の中央に示す状態が低温側発泡体２６ａが発泡した状態であり、図５の右側に示す状態が高温側発泡体２６ｂが発泡した状態となっている。
【００４０】
硬化前の背側翼部材１２と腹側翼部材１４との間に形成された内部空間２０には、図５の左側に示す発泡前の発泡剤１６が配置されており、内部空間２０は、空隙３０を有している。発泡前の状態となる発泡剤１６を加熱すると、先ず、低温側発泡体２６ａが発泡する。このとき、プリプレグの樹脂が温度Ｔ１に達する前であることから、硬化前の背側翼部材１２及び腹側翼部材１４は、硬化収縮をしていない。このため、発泡剤１６は、低温側発泡体２６ａが発泡することで、硬化前の背側翼部材１２及び腹側翼部材１４を内側から外側へ向かって、所定の発泡圧で加圧する。
【００４１】
続いて、発泡剤１６をさらに加熱すると、高温側発泡体２６ｂが発泡する。このとき、プリプレグの樹脂が温度Ｔ１に達した後であることから、背側翼部材１２及び腹側翼部材１４は硬化収縮している。背側翼部材１２及び腹側翼部材１４が硬化収縮すると、内部空間２０は広がる。このため、発泡剤１６は、背側翼部材１２及び腹側翼部材１４の硬化収縮により内部空間２０が広がった場合でも、高温側発泡体２６ｂが発泡することで、硬化する背側翼部材１２及び腹側翼部材１４を内側から外側へ向かって、所定の発泡圧で加圧する。
【００４２】
また、低温側発泡体２６ａ及び高温側発泡体２６ｂが発泡すると、気泡２８が形成され、形成された気泡２８により発泡剤１６の容積が膨張する。容積が膨張した後の発泡剤１６は、背側翼部材１２及び腹側翼部材１４と共に発泡剤樹脂２５が硬化する。
【００４３】
次に、図６を参照して、上記した複合材翼１０の成形方法について説明する。実施形態１の複合材翼１０の成形方法は、積層工程Ｓ１と、型合わせ工程Ｓ２と、硬化工程Ｓ３と、脱型工程Ｓ４とを、順に行っている。
【００４４】
積層工程Ｓ１では、背側翼部材１２の成形前である背側積層体１２ａを形成する背側積層工程Ｓ１ａと、腹側翼部材１４の成形前である腹側積層体１４ａを形成する腹側積層工程Ｓ１ｂとを行っている。
【００４５】
背側積層工程Ｓ１ａでは、背側翼部材１２を成形するための背側成形型３２にプリプレグを積層して背側積層体１２ａを形成する。背側成形型３２は、背側翼部材１２の外表面を成形する背側成形面３２ａと、背側成形面３２ａの周囲に設けられた平坦な背側型合わせ面３２ｂと、を有する。背側成形面３２ａは、背側翼部材１２の外表面を凸となる湾曲形状に成形すべく、凹状に窪んで形成されている。背側積層工程Ｓ１ａにおいて、背側成形型３２は、背側成形面３２ａを鉛直方向上側に向けるように載置する。そして、背側成形型３２の背側成形面３２ａに、プリプレグを積層して背側積層体１２ａを形成する。背側積層工程Ｓ１ａでは、プリプレグを数プライ積層するごとに真空引きを行って、背側積層体１２ａを形成している。
【００４６】
腹側積層工程Ｓ１ｂでは、腹側翼部材１４を成形するための腹側成形型３４にプリプレグを積層して腹側積層体１４ａを形成する。腹側成形型３４は、腹側翼部材１４の外表面を成形する腹側成形面３４ａと、腹側成形面３４ａの周囲に設けられた平坦な腹側型合わせ面３４ｂと、を有する。腹側成形面３４ａは、腹側翼部材１４の外表面を凹となる湾曲形状に成形すべく、凸状に突出して形成されている。腹側積層工程Ｓ１ｂにおいて、腹側成形型３４は、腹側成形面３４ａを鉛直方向上側に向けるように載置する。そして、腹側成形型３４の腹側成形面３４ａに、プリプレグを積層して腹側積層体１４ａを形成する。腹側積層工程Ｓ１ｂでは、背側積層工程Ｓ１ａと同様に、プリプレグを数プライ積層するごとに真空引きを行って、腹側積層体１４ａを形成している。
【００４７】
型合わせ工程Ｓ２では、背側成形型３２と腹側成形型３４とを型合わせすると共に、発泡剤１６を配置する。具体的に、型合わせ工程Ｓ２では、背側成形型３２の背側型合わせ面３２ｂと、腹側成形型３４の腹側型合わせ面３４ｂとを重ね合わせることで、背側成形型３２に積層した背側積層体１２ａと、腹側成形型３４に積層した腹側積層体１４ａとが、中立面Ｐにおいて重ね合わされる。そして、重ね合わせられた背側積層体１２ａと腹側積層体１４ａとにより、中空の内部空間２０が形成される。なお、本実施形態の型合わせ工程Ｓ２では、腹側成形型３４を腹側積層工程Ｓ１ｂと同様の状態として下方側に配置し、また、背側成形型３２を背側積層工程Ｓ１ａの状態から上下反転して腹側成形型３４の上方側に配置して、背側成形型３２と腹側成形型３４との型合わせを行う。
【００４８】
また、型合わせ工程Ｓ２では、背側積層体１２ａと腹側積層体１４ａとの重ね合わせに先立ち、内部空間２０に発泡前の発泡剤１６を設置する。発泡前の発泡剤１６は、シート状に形成されている。なお、発泡剤１６は、ペースト状であってもよい。シート状となる発泡前の発泡剤１６は、翼幅方向において、内部空間２０の温度上昇が最も低い部位を少なくとも含むように配置してもよいが、発泡剤１６の配置については、特に限定されない。温度上昇が最も低い部位としては、例えば、内部空間２０の中央の部位、翼厚方向における内部空間２０が最も厚い部位、各積層体１２ａ、１４ａが最も厚い部位等である。本実施形態の型合わせ工程Ｓ２では、下方側に位置する成形型で形成された積層体へ発泡剤１６を設置する。例えば、腹側成形型３４が背側成形型３２の下方側に位置する場合、腹側積層体１４ａの上面に、発泡前の発泡剤１６を設置する。
【００４９】
硬化工程Ｓ３では、背側成形型３２と腹側成形型３４とが近づく方向に加圧しつつ、背側積層体１２ａ、腹側積層体１４ａ及び発泡剤１６を加熱する。ここで、上記のように、発泡剤１６は、低温側発泡体２６ａ及び高温側発泡体２６ｂが発泡することで、２段階の発泡を行っている。このため、硬化工程Ｓ３では、背側積層体１２ａ、腹側積層体１４ａ及び発泡剤１６を加熱することで、プリプレグの樹脂が硬化する前に、発泡剤１６の低温側発泡体２６ａが発泡する。低温側発泡体２６ａが発泡すると、低温側発泡体２６ａによって気泡２８が形成されることで、硬化前の発泡剤樹脂２５が膨張する。このため、内部空間２０の内部の圧力が発泡剤１６の膨張によって与えられることから、硬化前の背側積層体１２ａ及び腹側積層体１４ａは、発泡剤１６によって、背側成形型３２及び腹側成形型３４へ向かって加圧される。
【００５０】
そして、発泡剤１６の低温側発泡体２６ａの発泡後、プリプレグの樹脂が温度Ｔ１に達すると、プリプレグの樹脂と共に発泡剤１６の発泡剤樹脂２５の硬化が開始される。プリプレグの樹脂の硬化開始後に、発泡剤１６の高温側発泡体２６ｂが発泡する。高温側発泡体２６ｂが発泡すると、高温側発泡体２６ｂによって気泡２８が形成されることで、硬化開始後の発泡剤樹脂２５が膨張する。このため、内部空間２０の内部の圧力が発泡剤１６の膨張によって与えられることから、硬化開始後の背側積層体１２ａ及び腹側積層体１４ａは、発泡剤１６によって、背側成形型３２及び腹側成形型３４へ向かって加圧される。そして、プリプレグの樹脂と共に発泡剤１６の発泡剤樹脂２５が熱硬化することで、発泡剤１６は、背側積層体１２ａ及び腹側積層体１４ａと一体となり、複合材翼１０が成形される。
【００５１】
脱型工程Ｓ４では、背側成形型３２と腹側成形型３４とを離れる方向に移動させることで、背側成形型３２と腹側成形型３４とから、成形された複合材翼１０を離形させる。
【００５２】
以上のように、実施形態１によれば、硬化工程Ｓ３において、発泡剤１６による発泡を２段階で行うことができるため、複合材翼１０の内部空間２０における加圧を保持することができ、発泡剤１６により複合材翼１０の内部空間２０を適切に加圧することができる。このため、複合材翼１０の成形不良の発生を抑制することができ、複合材翼１０を好適に成形することができる。
【００５３】
また、実施形態１によれば、高温側発泡体２６ｂは、プリプレグが温度Ｔ１になった後に発泡する。このため、プリプレグが硬化し収縮することによって内部空間２０が広がり加圧が低下する場合であっても、温度Ｔ１になった後に高温側発泡体２６ｂを発泡させることで、内部空間２０の加圧を維持することができ、加圧不足を抑制することができる。
【００５４】
また、実施形態１によれば、低温側発泡体２６ａは、プリプレグが温度Ｔ１になる前に発泡する。このため、プリプレグが加熱されることで、プリプレグの樹脂の粘度が低下することに伴うプリプレグの層間のはく離を、低温側発泡体２６ａが発泡することで抑制することができる。
【００５５】
なお、実施形態１では、発泡剤１６による発泡を２段階としたが、複数段階での発泡であればよく、３段階以上での発泡としてもよい。
【００５６】
［実施形態２］
次に、図７及び図８を参照して、実施形態２に係る複合材翼１０の成形方法について説明する。なお、実施形態２では、重複した記載を避けるべく、実施形態１と異なる部分について説明し、実施形態１と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。図７は、実施形態２に係る複合材翼の成形方法で用いられる発泡剤に関するグラフである。図８は、実施形態２に係る複合材翼の成形方法で用いられる発泡剤の発泡状態を示す説明図である。
【００５７】
実施形態１の複合材翼１０の成形方法では、低温側発泡体２６ａの発泡は、温度Ｔ１の前としたが、実施形態２の複合材翼１０の成形方法では、低温側発泡体２６ａの発泡は、発泡剤樹脂２５がゲル化する温度の前としている。
【００５８】
図７に示すように、発泡剤１６に含まれる発泡剤樹脂２５がゲル化する温度は、発泡剤ゲル化開始温度Ｔ４（以下、単に温度Ｔ４という）となっている。ここで、温度Ｔ４は、温度Ｔ１よりも低い温度となっている。このため、発泡剤樹脂２５は、プリプレグの樹脂がゲル化する前に、ゲル化を開始する。
【００５９】
実施形態２では、熱硬化時において、プリプレグ及び発泡剤１６を加熱する加熱温度は、時間が経過するにつれて等速に上昇する。加熱温度は、温度Ｔ１に到達すると、温度Ｔ１において加熱温度が維持される。発泡剤樹脂２５の粘度は、温度Ｔ４となるまでは、粘度が低下し続け、温度Ｔ４前後においてゲル化（熱硬化）が開始すると共に粘度が増加し、硬化に至る。この後、プリプレグの樹脂の粘度は、温度Ｔ１となるまでは、粘度が低下し続け、温度Ｔ１前後においてゲル化（熱硬化）が開始すると共に粘度が増加し、硬化に至る。
【００６０】
ここで、低温側発泡体２６ａが発泡する温度Ｔ２は、温度Ｔ４よりも低くなっている（Ｔ４＜Ｔ１）。また、高温側発泡体２６ｂが発泡する温度Ｔ３は、実施形態１と同様に、温度Ｔ１よりも高くなっている（Ｔ３＞Ｔ１）。つまり、温度Ｔ１、温度Ｔ２、温度Ｔ３及び温度Ｔ４は、「Ｔ２＜Ｔ４＜Ｔ１＜Ｔ３」の関係となっている。
【００６１】
このため、図８に示すように、熱硬化時（硬化工程Ｓ３）において、発泡剤１６は、複合材翼１０の内部空間２０に配置された状態（ステップＳ１１）から加熱される。すると、発泡剤１６は、発泡剤樹脂２５が温度Ｔ４に達する前に、低温側発泡体２６ａが発泡することで、複合材翼１０の内部空間２０が所定の発泡圧となる。つまり、発泡剤樹脂２５が温度Ｔ４に達する前において、低温側発泡体２６ａが発泡することによる、発泡圧の１つ目のピークが発生する。この場合、発泡剤樹脂２５が低粘度となっていることから、低温側発泡体２６ａが発泡することで、発泡剤樹脂２５を内部空間２０に充填させる（ステップＳ１２）。この後、発泡剤樹脂２５が温度Ｔ４に達することで、発泡剤樹脂２５のゲル化が開始され、さらに、プリプレグの樹脂が温度Ｔ１に達することで、プリプレグのゲル化が開始される。そして、実施形態１と同様に、熱硬化時において、発泡剤１６は、プリプレグの樹脂が温度Ｔ１に達した後に、高温側発泡体２６ｂが発泡することで、複合材翼１０の内部空間２０が、低温側発泡体２６ａよりも高い所定の発泡圧となる（ステップＳ１３）。つまり、プリプレグの樹脂が温度Ｔ１に達した後において、高温側発泡体２６ｂが発泡することによる、発泡圧の２つ目のピークが発生する。
【００６２】
以上のように、実施形態２によれば、プリプレグゲル化開始温度Ｔ１が、発泡剤ゲル化開始温度Ｔ４よりも高くなっているため、プリプレグの樹脂よりも、発泡剤１６の発泡剤樹脂２５の方が早く硬化する。このとき、発泡剤樹脂２５が温度Ｔ４になる前に、低温側発泡体１６ａを発泡させることで、発泡剤１６が硬化する前に、発泡剤１６を複合材翼１０の内部空間２０に拡散させて充填させることができる。
【符号の説明】
【００６３】
１０  複合材翼
１０ａ  薄肉部分
１０ｂ  厚肉部分
１２  背側翼部材
１２ａ  背側積層体
１４  腹側翼部材
１４ａ  腹側積層体
１６  発泡剤
２５  発泡剤樹脂
２６  発泡体
２６ａ  低温側発泡体
２６ｂ  高温側発泡体
２８  気泡
３２  背側成形型
３４  腹側成形型
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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