(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コーナー部を有する強化繊維積層体に含浸されたマトリックス樹脂を硬化させてなる繊維強化プラスチックの製造方法であって、少なくとも以下の工程を有することを特徴とする繊維強化プラスチックの製造方法。
（ａ）前記強化繊維積層体を、コーナー部を有する雌型内に配置する強化繊維積層体配置工程
（ｂ）前記強化繊維積層体の上に、少なくともコーナー部にプレッシャープレートを配置するプレッシャープレート配置工程
（ｃ）前記プレッシャープレートの端部において、前記雌型と前記プレッシャープレートの隙間にスペーサーを配置するスペーサー配置工程
（ｄ）前記雌型の周縁にシール材を配置し、バギング材で全体を覆うバギング工程
（ｅ）前記バギング材内部を真空吸引しながら、前記強化繊維積層体を前記雌型に吸着させるとともに、前記スペーサーと前記プレッシャープレートとが当接するように前記強化繊維積層体を薄肉化させる薄肉化工程
【請求項２】
コーナー部を有する強化繊維積層体に含浸されたマトリックス樹脂を硬化させてなる繊維強化プラスチックの製造方法であって、少なくとも以下の工程を有することを特徴とする繊維強化プラスチックの製造方法。
（ａ）前記強化繊維積層体を、コーナー部を有する雌型内に配置する強化繊維積層体配置工程
（ｂ）前記強化繊維積層体の上に、少なくとも一方の端部にスペーサーを有するスペーサー付プレッシャープレートを配置するスペーサー付プレッシャープレート配置工程
（ｃ）前記雌型の周縁にシール材を配置し、バギング材で全体を覆うバギング工程
（ｄ）前記バギング材内部を真空吸引しながら、前記強化繊維積層体を前記雌型に吸着させるとともに、前記スペーサーが前記雌型表面と当接するように前記強化繊維積層体を薄肉化させる薄肉化工程
【請求項３】
前記スペーサーの厚さは、前記強化繊維積層体配置工程における積層体の板厚よりも薄いことを特徴とする請求項１または２に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項４】
前記バギング工程において、マトリックス樹脂を注入する１または複数の注入口を設けるとともに、前記薄肉化工程において前記強化繊維積層体にマトリックス樹脂を注入することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項５】
マトリックス樹脂注入後に前記注入口の少なくとも１つを真空吸引口に切り替え、含浸させたマトリックス樹脂の一部を吸引することを特徴とする請求項４に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項６】
雌型表面と接しない強化繊維積層体表面の略全面に樹脂流動層を配置することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項７】
前記繊維強化プラスチックは少なくともＣ断面を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化プラスチックの製造方法に関するものであり、具体的には、少なくともコーナー部を有するチャンネル形状繊維強化プラスチックの成形に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、航空機や自動車などの軽量化のために繊維強化プラスチックを構造部材に使用する機会が増加している。構造部材の形状は、断面二次モーメント等の断面係数を高めるために、断面形状がＩ、Ｃ、Ｔ型等の複雑な形状を持たせることがある。
【０００３】
このような形状を上手く成形する成形方法として、強化繊維積層体を型に沿わせて形状出しする成形方法がある。このうち、雌型成形は雌型側の寸法や面精度が求められる場合に用いられる成形法で、成形品の雌型側に部品を精度よく組み付けるには有用な成形方法であるものの、成形時の形状出しが難しく、後述する特許文献１のＦｉｇ．１や特許文献２の図２，３に記載されているように、繊維強化プラスチックのコーナー部が厚くなることが課題として挙げられている。
【０００４】
この課題を解決する成形方法として、特許文献１ではコーナー部に外力を加えてコーナー部の板厚を減じる方法が紹介されている。しかし、このように外力を加える方法では成形品が大きくなるに従って、外力を付与すべき面積が増加するため、外力に相当する反力を支える機構が大がかりとなってしまい、設置に大きなスペースを要する課題がある。特許文献２では強化繊維基材上に配置する副資材のツッパリを抑制してコーナー部の厚肉化を抑制する方法が紹介されている。厚肉化を抑制する効果は認められるものの、積極的に強化繊維基材の厚みを制御することに関しては十分とは言えない。
【０００５】
また、外力を加えない方法として特許文献３や４のような方法が紹介されている。特許文献３ではΩ型のカウルをバッギング材の内側に配置し、真空圧でカウルの凸部を抑えることでコーナー部を加圧する方法が紹介されている。しかし、このような方法では狙いの位置に毎回、均一な圧力を付与することは困難であるし、加熱成形後に変形したカウルが元の形状に戻らない可能性がある。
【０００６】
特許文献４では、雌型内にプリフォームを配置し、頂上部に雌型との間にＧＡＰを有する雄型を配置して成形する方法が紹介されているが、コーナーの薄肉化に関する記載は無く、実現性も定かではない。
【０００７】
特許文献５は、上型および下型の一対の成形型を用いる成形方法であり、下型内に嵌入する可撓性を有する上型は、下型内底面の曲率半径よりも小さい曲率半径を有しており、さらには、上型との間に上型の底面よりも小曲率半径を持つ可撓性のカウルプレートを配している。そのため、上型を下型方向に押付けると、プリプレグを１点または線に沿って押圧し、カウルプレートを変形させながら順次コーナー部へ押圧する方法が紹介されている。カウルプレートの反力を考慮すると、本方法ではコーナー部を押す際にカウルプレートは最大変形をするため、コーナー部の押圧は開始点に比べて弱いといえる。そのため、コーナー部を薄肉化する効果は若干劣ると考えられる。
【０００８】
特許文献６、７では、板厚を制御する方法が紹介されている。具体的には、スペーサーを配置して平板の厚さを制御する方法が開示されている。しかし、特許文献６、７には平板を対象とした厚さ制御技術しか記載がなく、コーナー部の厚さを均一に制御できる技術までは記載されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】ＵＳ２００６／００１７２００号公報（Ｆｉｇ．１，２）
【特許文献２】特開２００８−２３００２０号公報（図２，３）
【特許文献３】ＵＳ２００４／００４７９３４（Ｆｉｇ．４）
【特許文献４】ＵＳ２００６／００６８１７０号公報（Ｆｉｇ．２）
【特許文献５】特開２００５−２８８７５６号公報（Ｆｉｇ．３，４）
【特許文献６】ＷＯ２００８／０４０９７０号公報
【特許文献７】ＵＳ６４０６６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
以上のように、雌型成形は外側を高精度に製造できるため組立が容易になるなどの利点を有するが、コーナー部の局所的な厚肉化が発生するという課題がある。いくつかの課題解決法が紹介されているが、簡易的で効果の高い方法はまだ開発されていない。そのため、コーナー部における厚肉化の抑制、さらには板厚の制御可能な製造方法の開発が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の内容は、以下の（１）〜（７）の方法からなる。
（１）コーナー部を有する強化繊維積層体に含浸されたマトリックス樹脂を硬化させてなる繊維強化プラスチックの製造方法であって、少なくとも以下の工程を有することを特徴とする繊維強化プラスチックの製造方法。
（ａ）前記強化繊維積層体を、コーナー部を有する雌型内に配置する強化繊維積層体配置工程
（ｂ）前記強化繊維積層体の上に、少なくともコーナー部にプレッシャープレートを配置するプレッシャープレート配置工程
（ｃ）前記プレッシャープレートの端部において、前記雌型と前記プレッシャープレートの隙間にスペーサーを配置するスペーサー配置工程
（ｄ）前記雌型の周縁にシール材を配置し、バギング材で全体を覆うバギング工程
（ｅ）前記バギング材内部を真空吸引しながら、前記強化繊維積層体を前記雌型に吸着させるとともに、前記スペーサーと前記プレッシャープレートとが当接するように前記強化繊維積層体を薄肉化させる薄肉化工程
（２）コーナー部を有する強化繊維積層体に含浸されたマトリックス樹脂を硬化させてなる繊維強化プラスチックの製造方法であって、少なくとも以下の工程を有することを特徴とする繊維強化プラスチックの製造方法。
（ａ）前記強化繊維積層体を、コーナー部を有する雌型内に配置する強化繊維積層体配置工程
（ｂ）前記強化繊維積層体の上に、少なくとも一方の端部にスペーサーを有するスペーサー付プレッシャープレートを配置するスペーサー付プレッシャープレート配置工程
（ｃ）前記雌型の周縁にシール材を配置し、バギング材で全体を覆うバギング工程
（ｄ）前記バギング材内部を真空吸引しながら、前記強化繊維積層体を前記雌型に吸着させるとともに、前記スペーサーが前記雌型表面と当接するように前記強化繊維積層体を薄肉化させる薄肉化工程
（３）前記スペーサーの厚さは、前記強化繊維積層体配置工程における積層体の板厚よりも薄いことを特徴とする（１）または（２）に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
（４）前記バギング工程において、マトリックス樹脂を注入する１または複数の注入口を設けるとともに、前記薄肉化工程において前記強化繊維積層体にマトリックス樹脂を注入することを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
（５）マトリックス樹脂注入後に前記注入口の少なくとも１つを真空吸引口に切り替え、含浸させたマトリックス樹脂の一部を吸引することを特徴とする（４）に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
（６）雌型表面と接しない強化繊維積層体表面の略全面に樹脂流動層を配置することを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
（７）前記繊維強化プラスチックは少なくともＣ断面を有することを特徴とする（１）〜（６）のいずれかに記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、コーナー部を有する繊維強化プラスチックの製造方法において、コーナー部における厚肉化の抑制、さらには板厚の制御可能な製造方法が実現できる。この製造方法を用いることにより、コーナー部であっても均一な厚みや高繊維体積含有率（Ｖｆ）を有する繊維強化プラスチックを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る繊維強化プラスチックの製造方法において、独立したスペーサーを使用した場合を模式的に示した断面図である。
【図２】本発明に係る繊維強化プラスチックの製造方法において、一体化されたスペーサーを使用した場合を模式的に示した断面図である。
【図３】本発明に係る強化繊維積層体の形態を模式的に示した断面図である。
【図４】本発明に係る薄肉化工程を模式的に示した断面図である。
【図５】本発明により得られた繊維強化プラスチックを模式的に示した断面図である。
【図６】比較例により得られた繊維強化プラスチックを模式的に示した断面図である。
【図７】本発明に好適なＣ型断面部材について説明した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の望ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
図１は、本発明に係る繊維強化プラスチックの製造方法を模式的に示した断面図である。コーナー部１２を有する雌型１の内部に強化繊維積層体２が配置されており、その上にピールプライ３、樹脂拡散媒体４等の副資材を配置し、強化繊維積層体２を所定の形状に整える複数のプレッシャープレート５を載置する。スペーサー８が独立した部材である場合には強化繊維積層体２の端部にスペーサー８を配置する。その後、これらの部材をバギング材６で覆い、バギング材６の周縁部をシール材７でシールする。強化繊維積層体２にマトリックス樹脂６２を注入できるように、注入経路６１が雌型１上端の注入口１０に、真空ポンプ６６で真空吸引する吸引経路６４が吸引口９にそれぞれ接続されている。注入経路６１や吸引経路６４は、経路を切り換える開閉弁６３や樹脂トラップ６５が設けられている。
【００１６】
本発明に係る繊維強化プラスチックの製造方法について、工程ごとにさらに具体的に説明する。
【００１７】
まず、コーナー部１２を有する雌型１内に強化繊維積層体２を配置する強化繊維積層体配置工程について説明する。本発明で使用する強化繊維積層体２は、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維などの強化繊維を含むシート状材料を複数積層させたものである。シート状材料とは一方向織物、二方向織物、多軸ステッチ基材、不織布、ＣＳＭ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｓｔｒａｎｄ  Ｍａｔ）などがあり、樹脂があらかじめ含浸されたプリプレグ、含浸前のドライ基材のどちらであっても良い。強化繊維積層体２の積層枚数として本発明の板厚制御の効果を得るためには、少なくとも４枚以上（成形品板厚が１ｍｍ以上）の強化繊維積層体２であることが好ましい。積層構成については特に限定しない。図３の左上に示すように、シート状材料があらかじめ積層された強化繊維積層体２を、雌型１の内表面に沿うようにして配置することが好ましい。配置方法は、人手で直接配置するハンドレイアップ法、ロボット等を用いて自動配置する方法等、特に限定するものではない。
【００１８】
さらに好ましくは、図３の右上に示すように、４枚以上の強化繊維積層体２が予め略雌型形状に賦形されたプリフォーム７０の形態を用いることもできる。プリフォーム７０であれば雌型１内に容易に配置できるため、位置決め精度や配向角度保証などを行いやすい。ここでいうプリフォーム７０とは、強化繊維積層体２を変形させた形態を保持させたものであり、例えば、プリプレグをプリフォーム化するのであれば材料自体のタック性を利用して形状出しをした状態で形態を保持できるし、ドライ基材であれば、樹脂材料を層間に塗布し形状出しした状態で樹脂材料を加熱溶融させる方法、繊維状の樹脂材料を編みこんだ強化繊維積層体を形状出しした状態で繊維状の樹脂材料を加熱溶融させる方法、強化繊維積層体を形状出しした状態で縫製する方法、ニードリングにより繊維を包絡させる方法など、様々な方法を用いることができる。いずれの材料を使用する場合であっても、形態保持が可能であればその方法は特に限定されるものではない。
【００１９】
次に、プレッシャープレート配置工程において説明する。
【００２０】
プレッシャープレート５は、後述する強化繊維積層体２を真空吸引するにあたり、強化繊維積層体２の板厚を一定に保持したまま圧縮（薄肉化）することに用いられる。
【００２１】
プレッシャープレート５は、強化繊維積層体２の表面に直接載置してもよいし、間に副資材を挟持させてもよい。例えば、後述する樹脂注入成形においては、強化繊維積層体２の上に、樹脂離型用に用いる布帛からなるピールプライ３、注入樹脂を強化繊維積層体２の表面に拡散させる樹脂拡散媒体４（メディア）をこの順に配置しても良い。
【００２２】
コーナー部１２を確実に圧縮できるように、少なくともコーナー部１２を覆うようにプレッシャープレート５を配置することが本発明では必要である。コーナー部１２を覆っていれば、プレッシャープレート５の形状は特に限定されるものではないが、コーナー部１２近傍のウェブ１３上において分割されていることが好ましい。コーナー部１２近傍のウェブ１３上で分割されていれば、真空吸引する際に、コーナー部１２の板厚変化に伴って生じる強化繊維積層体２の周長変化に追従してプレッシャープレート５も移動することができる。
【００２３】
なお、プレッシャープレート５を分割することにより生じた合わせ目１５に隙間が生じると、強化繊維積層体２の表面に凹凸が生じる懸念があるが、プレッシャープレート５と強化繊維積層体２との間に、緩衝材として機能する副資材を挟んだり、合わせ目１５の間隔を上手く調整したりすることで、凹凸をほとんど目立たなくすることも可能である。例えば、副資材として熱可塑性樹脂製の樹脂拡散媒体４を介するのであれば、合わせ目の間隔１４を０．１ｍｍ以上から５ｍｍ以下としておくと、合わせ目１５における表面凹凸を目立たなくすることができる。また、緩衝材として用いる副資材として、１枚あたりの厚さが０．１ｍｍ以下であるピールプライ３のように薄い副資材を用いる場合は、合わせ目の間隔１４を０．１ｍｍ以上、２ｍｍ以下とすることが好ましい。これは、副資材が有する柔軟性を利用することで、複数のプレッシャープレート５の間隔を適度に設けることにより、プレッシャープレート５と強化繊維積層体２との間に挟持された副資材が面外方向への変形を抑制するからである。なお、合わせ目の間隔１４は、副資材の材質や構成に応じて適宜調整することができる。
【００２４】
このように合わせ目の間隔１４を最適に設計して凹凸を発生させない方法も考えられるが、逆に、凹凸を狙った位置に発生させて他部材と緩衝しないようにしたり、また、他部材との位置決めにこの凹凸を利用したりすることも可能である。
【００２５】
また、分割されたプレッシャープレート５のうちコーナー部１２を含むフランジ１１側の形状は、軽量化の観点からＬ型断面をしていることが好ましい。Ｌ型断面であれば、板厚を薄くすることができるため軽量化が可能であり、プレッシャープレート５のハンドリング性を優れたものにできる。また、平板の曲げ加工やＬ型の型材からの削り出しなどを利用すれば容易に製造できることからも好ましい態様である。具体的な材質としては、鉄、アルミなどの金属材料、もしくは成形品と線膨張係数が近い材料、例えば、成形品がＣＦＲＰの場合はＣＦＲＰやインバー材などが挙げられる。
【００２６】
次に、スペーサー配置工程について説明する。スペーサー８は、強化繊維積層体２を所定の板厚にするとともに、プレッシャープレート５が強化繊維積層体２全体を均一に圧縮可能にするサポートとしての役割を果たしている。スペーサー８は、プレッシャープレート５の端部、具体的には図１（ａ）に示すＬ型断面の上端部において、雌型１との隙間に配置されるものである。スペーサー８の材質は付与する面圧により塑性変形せず、適用するマトリックス樹脂６２に対して耐性を有する材質から選定されることが好ましく、例えばマトリックス樹脂６２がエポキシ樹脂であればステンレス、鉄、アルミなどの金属材料や繊維強化プラスチックを用いることが好ましい。また、スペーサー８には離型性（離型剤やメッキ）が付与されていることが好ましい。離型処理を行っておくと、新たに離形材料を準備する必要が無く、マトリックス樹脂６２の硬化後に、雌型１やバギング材６等と容易に分離して再利用することができる。
【００２７】
スペーサー８、雌型１、プレッシャープレート５のいずれか、もしくは全てを磁性体とすると、スペーサー８の配置や固定が容易となり好ましい。ただし、フェライト系磁石は脆いため、繰り返し使用すると破損する懸念があることから、着脱部分には金属材料や、磁石と金属材料を重ねたものを用いることが好ましい。スペーサー８を単独で使用する場合には、繰り返し使用することによりスペーサー８が損傷した場合であっても、スペーサー８のみを交換すればよく、後述する一体化プレッシャープレート２１のような治具全体を補修する必要がないため、取り扱いが容易になる点で好ましい。
【００２８】
スペーサー８は、長手方向に延伸した長尺品であっても良いし、分割された短尺品を複数使用しても良い。ただし、短尺のスペーサー８を配置する際は、プレッシャープレート５とスペーサー８が部分的にしか接触しない部位が生じるため、プレッシャープレート５の撓みにより所望の板厚が得られなく可能性がある。そのため、撓み量を考慮してスペーサー８の配置間隔やプレッシャープレート５の剛性を設計することが望まれる。
【００２９】
スペーサー８の厚みは、目的とする成形品の厚みに対応したものが好ましい。また、後述する薄肉化工程で強化繊維積層体２を確実に薄肉化させるため、真空吸引する前の強化繊維積層体２の厚みより薄いことが好ましい。
【００３０】
ここまではスペーサー８が単体として用いられる場合について説明したが、図２に示すように、スペーサー８とプレッシャープレート５とを一体化した一体化プレッシャープレート２１を用いることができるのも本発明の特徴である。一体化プレッシャープレート２１の利点は、繊維強化プラスチックを脱型する際に、先に一体化プレッシャープレート２１のみを脱型すれば良く、脱型作業を容易にすることができる点にある。
【００３１】
次に、バギング工程について説明する。バギング工程において、雌型１の周囲にシール材７を配置し、バギング材６で雌型１の全体を覆い、シール材７でシールする。シール材７を配置する位置は、前述の工程で配置した強化繊維積層体２やプレッシャープレート５等、また雌型１に設けられた吸引口９を少なくとも覆うものであれば、特に限定されるものではない。
【００３２】
バギング材６と雌型１の間の内部を、雌型１の吸引口９を介して、真空ポンプ６６で真空吸引する。シール材７はバギング材６内の真空状態を維持できれば特に限定しないが、成形時の加熱温度やマトリックス樹脂との相性を考慮して選定することが好ましい。
【００３３】
バギング材６は適用する樹脂耐性、気密性保持の指標となる気体透過度、耐熱温度、湿度などから選定されることが好ましく例えば、ナイロンやポリオレフィン系のフィルムなどが好適に用いられる。
【００３４】
次に、薄肉化工程について説明する。薄肉化工程は、真空ポンプ６６で真空吸引をし続けることにより、強化繊維積層体２を雌型１の内表面に吸着させるとともに、積層された強化繊維のシート状材料どうしの隙間、あるいはシート状材料内部の強化繊維どうしの隙間を真空にすることで、強化繊維積層体２の板厚を減じさせて、スペーサー８とプレッシャープレート５を当接させる。このとき、スペーサー８とプレッシャープレート５との間には、樹脂拡散媒体４やピールプライ３等の副資材が挟持されていてもよい。
【００３５】
なお、ここで「当接」とは、スペーサー８とプレッシャープレート５とが直接接触した状態を指すだけではなく、副資材を介してスペーサー８とプレッシャープレート５との距離が実質的に一定になった状態も含まれる。また、一体化プレッシャープレート２１を用いた場合には、雌型１と一体化プレッシャープレート２１とが、上記のように「当接」したものであればよい。
【００３６】
強化繊維積層体２を真空吸引すると、薄肉化されるにしたがって、コーナー部１２における周長が変化するため、スペーサー８近傍にある強化繊維積層体２の端部の高さが変化する。スペーサー８を配置せずに真空吸引を行うと、真空吸引の開始直後はフランジ１１やコーナー部１２はほぼ均等に薄肉化されていくものの、フランジ１１の厚みが徐々に薄くなるにつれて、プレッシャープレート５の押付力により、強化繊維積層体２の端部が雌型１に押し付けられ、あたかも雌型１に固定されたようになる。この結果、真空吸引を続けても、コーナー部１２の薄肉化による周長の変化、すなわち強化繊維積層体２のフランジ１１高さの変化に追従できなくなり、プレッシャープレート５に押し付けられた強化繊維積層体２の端部近傍のみが薄肉化される、といった不均一な板厚分布となるおそれがある。
【００３７】
このような不均一な板厚分布を解消するため、図４に示すように、あらかじめ所定の板厚に対応したスペーサー８を設けておけば、強化繊維積層体２の端部は過剰に薄肉化されず、スペーサー８とプレッシャープレート５とが当接した箇所が支点４１となって薄肉化工程が継続し、図５に示すように、コーナー部１２も含めて均一な板厚分布を有する強化繊維積層体２が得られる。スペーサー８は、プレッシャープレート５が当接した後に強化繊維積層体２の端部を過剰に薄肉化させないように、前述したように磁石で雌型１に固定されているか、あるいは強化繊維積層体２のフランジ１１高さの変化に追従可能な程度に軽量で、フランジ１１の端部に不要な押圧を加えないことが好ましい。また、強化繊維積層体２のウェブ１３の板厚変化に追従してプレッシャープレート５の端部がスペーサー８から離間しないように、ウェブ１３の板厚変化を許容できる程度のスペーサー８の高さ（図４において高さＨで示している）を有していることが好ましい。
【００３８】
次に、本発明を用いるのに好ましい成形方法について説明する。
【００３９】
上記の工程を経て得られた強化繊維積層体２がプリプレグの場合には、あらかじめマトリックス樹脂が含浸されているので、雌型全体をオートクレーブ内に入れ、加熱・加圧硬化させて成形品を得る。また、強化繊維積層体２がドライ基材の場合には、マトリックス樹脂を含浸させてから、雌型全体を加熱してマトリックス樹脂を硬化させる。
【００４０】
ドライ基材でマトリックス樹脂を含浸させる場合には、雌型１にマトリックス樹脂６２を注入する注入口１０を設けておくことが好ましい。注入口１０は、雌型１の縁や強化繊維積層体２の縁、プレッシャープレート５の上など様々な場所に設けることができるが、注入口１０の近傍は強化繊維積層体２を構成する強化繊維に乱れを生じる恐れがあるため、雌型１やプレッシャープレート５の上等、強化繊維積層体２から離れた位置に設けることが好ましい。
【００４１】
また、マトリックス樹脂を含浸させた後、そのまま加熱硬化してもよいが、高性能（高強度、高弾性、高剛性等）の成形品を得るためには、成形品中における強化繊維の割合（繊維体積含有率ともいい、以下、Ｖｆという）を高くしておくことが好ましい。Ｖｆの範囲としては４５％〜６５％、さらに好ましくは５５％〜６５％である。このような高Ｖｆとするには、例えば（ａ）バギング工程において真空吸引を行った状態で、マトリックス樹脂の圧力を大気圧よりも低くした状態で含浸させる方法、または（ｂ）マトリックス樹脂６２を強化繊維積層体２に過剰に含浸させた後、樹脂の注入を停止し、しかる後に目標繊維体積含有率になるまでマトリックス樹脂６２の吸引を継続する方法、等が挙げられる。
【００４２】
さらに、加熱硬化の際に、強化繊維積層体２がスプリングバック（増厚）しない程度に板厚を保持できるように、強化繊維積層体２の全面に面圧を付与させることが好ましい。強化繊維積層体２がプリプレグの場合には、加圧可能なオートクレーブを使用することが好ましい。また、ドライ基材にマトリックス樹脂を含浸させた場合には、所望の板厚が得られた時点で真空吸引を停止し、大気圧との差圧を加圧し続けることにより、板厚を実質的に保持しつつ成形を完了させることが好ましい。
【００４３】
なお、ここでＶｆの算出方法について説明する。Ｖｆは次の計算式で算出することができ、測定方法はＡＳＴＭＤ３１７１−９９（２００４）に準拠する。また、スペーサー８の板厚は副資材の厚みを加味して設計しても良い。
Ｖｆ（％）＝（ＦＡＷ）×（Ｎ）／（ρ）／（ｔ）／１０００
ＦＡＷ：強化繊維目付け（ｇ／ｍ２）
Ｎ：積層枚数（ｐｌｙ）
ρ：強化繊維密度（ｇ／ｃｍ３）
ｔ：板厚（ｍｍ）
【００４４】
上記の成形方法により得られた、ばらつきの小さい板厚４２の繊維強化プラスチック３９は、繊維体積含有率（Ｖｆ）が高く、部分的に樹脂の割合が高い部分（樹脂リッチ部）などの欠陥が無いため、軽量化に大きく寄与できるため、大型の構造部材にも適用することができる。例えば、本発明の適用例である図７の航空機の翼部材５１であるＣ型断面部材（スパー）５２においては、外板部材５３を介してＣ型断面の口が開くような外力５４が発生しても十分な強度があり、好適に用いることができる。本発明の適用範囲はコーナー部１２を有している形状であればこれに限定されるものではない。
【実施例】
【００４５】
（実施例１）
本発明の繊維強化プラスチックの製造方法を模式的に示した断面図である図１を用いて説明する。
【００４６】
まず、本発明で用いる雌型１（材質：Ｓ４５Ｃ、形状：長さ約６ｍ×幅約０．５ｍ×高さ約０．３ｍ、板厚２５ｍｍ）内に、強化繊維として炭素繊維（Ｔ８００Ｓ−２４Ｋ、東レ（株）製）を用いた一方向炭素繊維織物基材（ＦＡＷ＝１９０ｇ／ｍ２）を３２枚積層し、織物基材表面に付着させた熱可塑性樹脂で形態を保持したＣ型断面プリフォーム（長さ約５．５ｍ×幅約０．３×高さ約０．１ｍ）である強化繊維積層体２（大気圧下の板厚：７．５ｍｍ、略１気圧付与下の板厚：６．８ｍｍ）を配置した。
【００４７】
強化繊維積層体２のフランジ１１の上端部に直径１０ｍｍの穴を０．３ｍｍピッチであけ、この穴にスペーサー８（直径９ｍｍの円柱形状）を配置した。スペーサー８の高さは、図１における左側のフランジに配置したスペーサー８は、フランジ１１の板厚６．４ｍｍ(Ｖｆ=５６％相当)に対応するように、フェライト磁石２．０ｍｍとステンレス（ＳＳ４００）４．４ｍｍを貼り合わせたものを、右側のフランジに配置したスペーサー８は、フランジ１１の板厚６．０ｍｍに対応するように、フェライト磁石２．０ｍｍとステンレス（ＳＳ４００）４．０ｍｍを貼り合わせたものを、それぞれ配置した。スペーサー８は磁力により雌型に固定され、雌型１のフランジ１１から落下することはなかった。
【００４８】
次に、ピールプライ３（リッチモンド社製、Ｂ４４４４、長さ約５．５ｍ×約０．５ｍ、厚み：０．０５ｍｍ）、樹脂拡散媒体４(日本ネトロン製、ＴＳＸ４００Ｐ、厚み：０．５５ｍｍ)、をそれぞれ強化繊維積層体２の表面に被せ、プレッシャープレート５(形状：Ｌ型断面と矩形断面、材質Ｓ４５Ｃ、Ｌ型断面の形状：長さ約１．１ｍ×幅約０．０５ｍ×高さ約０．１ｍ：厚み５ｍｍ、矩形断面の形状：長さ約１ｍ×幅約０．３ｍ：厚み５ｍｍ)を長手方向に５枚ずつ、強化繊維積層体２の上に順次配置した。ピールプライ３、樹脂拡散媒体４において、左側のフランジ上端部には直径１３ｍｍの穴が開けてあり、一方で右側のフランジ上端部には穴を設けなかった。すなわち、左側のフランジはスペーサー８とプレッシャープレート５の間にピールプライ３と樹脂拡散媒体４がなく、右側のフランジは間にピールプライ３と樹脂拡散媒体４が入っている状態とした。
【００４９】
次に、雌型１の上端に設けられた吸引口９、注入口１０に対応する溝の外側にシール材７を付着させ、強化繊維積層体２、ピールプライ３、樹脂拡散媒体４、プレッシャープレート５をバギング材６(エアテック製、ＷＬ６４００)で覆い、シール材７で固定した。吸引口９となる溝に注入経路６１、吸引経路６４、樹脂トラップ６５、開閉弁６３を順次接続するとともに、吸引経路６４の末端に真空ポンプ６６を接続し、バギング材６と雌型１との内部空間（キャビティ）を真空吸引した。このとき開閉弁６３は注入経路６１側、吸引経路６４側が閉じられていた。また、キャビティ内に配されている金属材料は、全て離型処理がなされていた。
【００５０】
ここで、強化繊維積層体２に作用する面圧を把握するために、この日の大気圧とキャビティ内の真空度を測定した。大気圧は市販の気圧測定器を用いたところ約１０１．４ｋＰａ（＝７６１ｍｍＨｇ）を示した。キャビティ内の真空度は、注入経路６１の端部にリークテスターを取り付けて注入経路６１に接続されている開閉弁６３を開いて測定したところ約０．２７ｋＰａ（＝２．０ｔｏｒｒ）を示した。強化繊維積層体２には約１０１．１ｋＰａ（＝７５９ｍｍＨｇ）の圧力が作用していると想定された。
【００５１】
ここで、強化繊維積層体２の板厚を算出したところ、７．５ｍｍ（雌型や副資材など一式の板厚をマイクロメーターで測定し、強化繊維積層体２を除いた板厚や厚みを減じて得た）であった。このことから、現時点においては強化繊維積層体２の板厚はスペーサー８より厚いことが確認された。
【００５２】
また、強化繊維積層体２の板厚変化を測定するために、図示は省略したものの、雌型１の上にマグネットスタンドから片持ちの腕を出した形でダイヤルゲージ（キーエンス製）を強化繊維積層体２のフランジ１１の高さ方向に２箇所(フランジ高さ上：ウェブ面より７０ｍｍ、フランジ高さ下：ウェブ面より３０ｍｍ)、ウェブ１３の中央に１箇所配置した。
【００５３】
次に、いずれも図示は省略したものの、雌型１全体を加熱保持するために断熱材を被せ、内蔵された熱媒流路に金型温調機（ＫＡＷＡＴＡ，ＴＷＦ−６００ＭＤ）を取り付けて、約８０℃に設定した。
【００５４】
雌型１や強化繊維積層体２の温度が８０±５℃内であることを確認し、マトリックス樹脂６２(脱泡済みの２液混合エポキシ樹脂、８０±１０℃)が入った樹脂ポット６７を、注入経路６１の端部に対して樹脂ポット６７の底より少し高い位置になるように配置した。注入経路６１に取り付けられた開閉弁６３を少し開け、開閉弁６３のすぐ下までマトリックス樹脂６２を導いた状態で約１分保持させ、約１分経過後に注入経路６１に取り付けられた開閉弁６３を完全に開き、キャビティ内にマトリックス樹脂６２を注入した。注入開始から３０分経過後、注入経路６１に接続された開閉弁６３を閉じた。その後、吸引経路６４に接続された開閉弁６３を６０分間開くことによって強化繊維積層体２に含浸させた余剰のマトリックス樹脂６２を吸引するとともに、強化繊維積層体２に圧力を作用させて板厚を減じた。
【００５５】
板厚を減じている間の板厚変化量をダイヤルゲージで観測したところ、初めの１０分間はフランジ高さ上に取り付けたダイヤルゲージの変化量（強化繊維積層体板厚の減少）がフランジ高さ下よりも大きかったが、１５分経過した時点で、フランジ高さ下に取り付けたダイヤルゲージの変化量がフランジ高さ上の変化量を上回った。この結果から上端部の間隙１６が板厚を減じてから１５分以内にほぼ零になったことが推察された。
【００５６】
次に、全ての開閉弁６３を閉じ、金型温調機の設定温度を１３０℃に上げて、強化繊維積層体２に含浸したマトリックス樹脂６２を硬化させた。その後、常温（約３０℃）まで冷却した後に、繊維強化プラスチック３９を脱型した。
【００５７】
得られた繊維強化プラスチック３９のフランジ上端部の板厚４３とコーナー部近傍の板厚４４とウェブの板厚を両面球のマイクロメーターを用いて各１０点測定したところ、フランジ上端部の板厚４３の平均値が６．００ｍｍ(Ｖｆ＝５６．３％相当)、コーナー部近傍の板厚４４の平均値が６．０５ｍｍ(Ｖｆ＝５５．８％相当)、ウェブの板厚の平均値は６．０２ｍｍ(Ｖｆ＝５６．１％相当)であった。フランジの板厚全測定結果から得られたＶｆのばらつきは０．２％であった。また、同様に得られたウェブのＶｆばらつきは０．３％であった。これらの測定結果から、板厚やＶｆのばらつきが小さい繊維強化プラスチックが得られた。
【００５８】
(実施例２)
次に、図２に示すような、スペーサーと一体化した一体化プレッシャープレート２１を用いた。このときスペーサーに相当する部分は強化繊維積層体２のフランジ１１より上に位置するようにしたほか、実施例１で施した穴あけを行わなかったことを除いて、その他の構成、プロセスは実施例１と同様にして繊維強化プラスチック３９を製造した。
【００５９】
得られた繊維強化プラスチック３９のフランジ上端部の板厚４３とコーナー部近傍の板厚４４を両面球のマイクロメーターを用いて測定したところ、フランジ上端部の板厚４３の平均値が６．０５ｍｍ(Ｖｆ＝５５．８％相当)、コーナー部近傍の板厚４４の平均値が５．９９ｍｍ(Ｖｆ＝５６．４％相当)、ウェブの板厚の平均値は６．００ｍｍ(Ｖｆ＝５６．３％相当)であった。フランジの板厚全測定結果から得られたＶｆのばらつきは０．３％であった。また、同様に得られたウェブのＶｆばらつきは０．２％であった。これらの測定結果から、板厚やＶｆのばらつき（標準偏差）が小さい繊維強化プラスチックが得られた。
【００６０】
(実施例３)
実施例１と同じ雌型１内に、強化繊維積層体として、一方向炭素繊維織物基材(ＦＡＷ：１９０ｇ／ｍ２、Ｔ８００Ｓ−２４Ｋ(東レ製))に樹脂（３９００−２Ｂ）を含浸させた一方向プリプレグを３２枚積層し、形態を保持したＣ型断面プリフォーム（長さ約５．５ｍ×幅約０．３×高さ約０．１ｍ、大気圧下の板厚：６．３ｍｍ、略１気圧付与下の板厚：６．２ｍｍ）を配置した。実施例１と同様に、スペーサー８などを配置し、真空吸引した後に、実施例１と同様に板厚を算出したところ、強化繊維積層体２の板厚は６．２ｍｍであった。
【００６１】
その後、オートクレーブ成形で得られた繊維強化プラスチック３９について、フランジ上端部の板厚４３とコーナー部近傍の板厚４４とウェブの板厚を両面球のマイクロメーターを用いて各１０点測定したところ、フランジ上端部の板厚４３の平均値が６．００ｍｍ(Ｖｆ＝５６．３％相当)、コーナー部近傍の板厚４４の平均値が５．８５ｍｍ(Ｖｆ＝５７．７％相当)、ウェブの板厚の平均値は５．９０ｍｍ(Ｖｆ＝５７．２％相当)であった。フランジの板厚全測定結果から得られたＶｆのばらつきは０．５％であった。また、同様に得られたウェブのＶｆばらつき（標準偏差）は０．３％であった。これらの測定結果から、板厚やＶｆのばらつきが小さい繊維強化プラスチックが得られた。
【００６２】
（比較例１）
図６に示すように、スペーサー８を配置しなかった以外は、実施例１と同じ構成、プロセスを用いて繊維強化プラスチック３９を成形した。
【００６３】
得られた繊維強化プラスチック３９のフランジ上端部の板厚４３とコーナー部近傍の板厚４４とウェブの板厚を両面球のマイクロメーターを用いて各１０点測定したところ、フランジ上端部の板厚４３の平均値が５．５３ｍｍ(Ｖｆ＝６１．０％相当)、コーナー部近傍の板厚４４の平均値が６．６５ｍｍ(Ｖｆ＝５０．８％相当)、ウェブの板厚の平均値は６．０４ｍｍ(Ｖｆ＝５５．９％相当)であった。フランジの板厚全測定結果から得られたＶｆのばらつきは１．４％であった。また、同様に得られたウェブのＶｆばらつき（標準偏差）は０．２％であった。これらの測定結果から、板厚、Ｖｆともにばらつきの大きい繊維強化プラスチックが得られた。
【符号の説明】
【００６４】
１  雌型
２  強化繊維積層体
３  ピールプライ
４  樹脂拡散媒体
５  プレッシャープレート
６  バギング材
７  シール材
８  スペーサー
９  吸引口
１０  注入口
１１  フランジ
１２  コーナー部
１３  ウェブ
１４  合わせ目の間隔
１５  合わせ目
１６  上端部の間隙
２１  一体化プレッシャープレート
３９  繊維強化プラスチック
４１  支点
４２  ばらつきの小さい板厚
４３  フランジ上端の板厚
４４  コーナー部近傍の板厚
５１  翼部材
５２  Ｃ型断面部材
５３  外板部材
５４  外力
６１  注入経路
６２  マトリックス樹脂
６３  開閉弁
６４  吸引経路
６５  樹脂トラップ
６６  真空ポンプ
６７  樹脂ポット
７０  プリフォーム
【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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