(57)【要約】【課題】成形治具を安価に製作可能でありながら、形状精度を確保できる繊維強化プラスチック部材の成形方法を提供すること。【解決手段】本発明の成形方法は、繊維強化プラスチック１の材料を成形する型であり、縦方向Ｄにおいて隣り合う複数のピース２１〜２４を有するマンドレル２と、繊維強化プラスチックの線膨張係数と近似する線膨張係数の材料から形成されるとともに、ピース２１〜２４を縦方向Ｄに沿って整列させるアングル材３と、を構成し、ピース２１〜２４を互いの間に隙間Ｇ１〜Ｇ３があいた状態に配置するマンドレル配置ステップＳ２と、ピース２１〜２４にアングル材３を配置するアングル材配置ステップＳ３と、アングル材３によってピース２１〜２４を整列させながら繊維強化プラスチックの材料を加熱することを経て、繊維強化プラスチックを成形する加熱硬化・成形ステップＳ５と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦方向の寸法が前記縦方向に直交する方向の寸法よりも長い繊維強化プラスチック部材を成形する方法であって、
繊維強化プラスチックの材料を成形する型であり、前記縦方向において隣り合う複数のピースを有する第１成形治具と、
前記繊維強化プラスチックの線膨張係数と近似する線膨張係数の材料から形成されるとともに、前記第１成形治具の前記各ピースを前記縦方向に沿って整列させる第２成形治具と、を構成し、
前記第１成形治具の前記各ピースを互いの間に隙間があいた状態に配置する第１成形治具配置ステップと、
前記第１成形治具に前記第２成形治具を配置する第２成形治具配置ステップと、
前記第２成形治具によって前記各ピースを整列させながら前記繊維強化プラスチックの材料を加熱することを経て、前記繊維強化プラスチックを成形する成形ステップと、を備える、
ことを特徴とする繊維強化プラスチック部材の成形方法。
【請求項２】
前記縦方向の両端に配置される前記ピースは、前記第２成形治具により、前記縦方向において拘束される、
ことを特徴とする請求項１に記載の繊維強化プラスチック部材の成形方法。
【請求項３】
前記縦方向の両端に配置される前記ピースは、
前記縦方向において拘束される一方で、
前記縦方向に直交する方向において、前記第２成形治具に対する相対変位が許容される、
ことを特徴とする請求項２に記載の繊維強化プラスチック部材の成形方法。
【請求項４】
前記ピースを、前記繊維強化プラスチックの材料を間に挟み込む第１ブロックおよび第２ブロックにより構成し、
前記第１ブロックおよび前記第２ブロックの各々には、
前記第１ブロックと前記第２ブロックとを合わせると略Ｌ字形状をなし、前記縦方向に連続する第１斜面を形成し、
前記第２成形治具には、
前記第１ブロックの前記第１斜面に倣い、前記縦方向に連続する第２斜面と、前記第２ブロックの前記第１斜面に倣い、前記縦方向に連続する第２斜面とを形成する、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の繊維強化プラスチック部材の成形方法。
【請求項５】
前記隙間の寸法は、当該隙間を形成する前記ピースの前記縦方向における寸法に応じた比率で定める、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の繊維強化プラスチック部材の成形方法。
【請求項６】
前記縦方向において、前記繊維強化プラスチック部材の形状が変化する箇所に対応する前記ピースの寸法を、他の箇所に対応する前記ピースよりも短く設定する、
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の繊維強化プラスチック部材の成形方法。
【請求項７】
縦方向の寸法が前記縦方向に直交する方向の寸法よりも長い繊維強化プラスチック部材を成形する成形装置であって、
繊維強化プラスチックの材料を成形する型であり、前記縦方向において隣り合う複数のピースを有する第１成形治具と、
前記繊維強化プラスチックの線膨張係数と近似する線膨張係数の材料から形成されるとともに、前記第１成形治具の前記各ピースを前記縦方向に沿って整列させる第２成形治具と、を備え、
前記繊維強化プラスチックの材料を加熱する前、前記第１成形治具の前記各ピースは、互いの間に隙間があいた状態に配置され、
前記繊維強化プラスチックの材料を加熱する間、前記第２成形治具は、前記各ピースを整列した状態に保つ、
ことを特徴とする繊維強化プラスチック部材の成形装置。
【請求項８】
前記縦方向の両端に配置される前記ピースは、前記第２成形治具により、前記縦方向において拘束される、
ことを特徴とする請求項７に記載の繊維強化プラスチック部材の成形装置。
【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部材を成形する方法、および繊維強化プラスチック部材を成形する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維強化プラスチック（ＦＲＰ；Fiber Reinforced Plastics）は、軽量かつ、機械的強度に優れているため、航空機の構造部材などに使用される。
例えば、航空機のスキンを補強するストリンガも、ＦＲＰにより形成される。ストリンガは、スキンの裏面に間隔をおいて互いに平行に設けられる。ストリンガの成形には、特許文献１に示されているように、マンドレルと呼ばれる成形治具を用いる。
マンドレルによって繊維基材をスキンや金型に押さえて、繊維基材に含浸させた樹脂をマンドレルを介して加熱し、硬化させると、成形品を得ることができる。
特許文献１では、厚みが変化するスキンに密着した状態にストリンガを成形するために、スキンに沿った形状にマンドレルを形成するか、あるいは、複数個に分割されたマンドレルを用いる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−８１４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
成形時に加熱工程を経るため、マンドレルの材料には、成形品と同材であるＦＲＰや、ＦＲＰと同様に熱膨張率が低いインバーを用いることが好ましいが、マンドレルが高価となる。
そのため、ＦＲＰに比べて熱膨張率が高くても、アルミニウム等の安価な材料を使用したい。しかし、伸びたときに成形品の寸法に一致するようにマンドレルの寸法を設定するとしても、常温においてＦＲＰとマンドレルとの寸法差が大きいと、マンドレル内に繊維基材を収容することができないため、良好な寸法精度および内部品質を得ることができない。
そこで、マンドレルをストリンガの縦方向において複数のピースに分割し、それらのピースを互いの間に隙間をあけて並べれば、寸法差を隙間で吸収できる。
しかしながら、マンドレルが分割されていると、ピースの位置がずれることで成形品の形状精度が低下する。
特許文献１には、分割されたマンドレルを用いる場合に、ストリンガの形状精度を担保することについては記載されていない。
上記の課題に基づいて、本発明は、成形治具に安価に製作可能でありながら、成形品に求められる形状精度を確保できる繊維強化プラスチック部材の成形方法、および繊維強化プラスチックの成形に用いる成形装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の繊維強化プラスチック部材の成形方法は、縦方向の寸法が縦方向に直交する方向の寸法よりも長い繊維強化プラスチック部材を成形する方法であって、繊維強化プラスチックの材料を成形する型であり、縦方向において隣り合う複数のピースを有する第１成形治具と、繊維強化プラスチックの線膨張係数と近似する線膨張係数の材料から形成されるとともに、第１成形治具の各ピースを縦方向に沿って整列させる第２成形治具と、を構成し、第１成形治具の各ピースを互いの間に隙間があいた状態に配置する第１成形治具配置ステップと、第１成形治具に第２成形治具を配置する第２治具配置ステップと、第２成形治具によって各ピースを整列させながら繊維強化プラスチックの材料を加熱することを経て、繊維強化プラスチックを成形する成形ステップと、を備えることを特徴とする。
【０００６】
本発明では、繊維強化プラスチック部材の型である第１成形治具と、繊維強化プラスチックを形成するＦＲＰの線膨張係数に近似する線膨張係数の材料から形成される第２成形治具とを併用する。
そして、第１成形治具を縦方向において複数のピースに分割し、隙間をあけて配置するとともに、第２成形治具によって各ピースを縦方向に沿って整列させる。
このような本発明によれば、線膨張係数の差に起因するＦＲＰと第１成形治具との寸法差がピース間の隙間で吸収されるために、線膨張係数がＦＲＰやインバーとは異なる安価な材料、例えばアルミニウムを第１成形治具に用いながら、第１成形治具の各ピースが整列されるために、成形された繊維強化プラスチック部材の形状精度を確保できる。
【０００７】
ここで、第１成形治具が繊維強化プラスチック部材の材料を包囲する必要があるのに対して、第２成形治具は、第１成形治具の各ピースを整列させるためにピースの一部に接触すれば足りる。したがって、第２成形治具は、第１成形治具に比べて少ない体積で構成可能であり、同じ材料を用いたときの重量が第１成形治具よりも小さい。そのため、第２成形治具をインバーから形成するとしても、第１成形治具を安価な材料から形成することにより、第１成形治具および第２成形治具を合わせた成形治具全体として、安価に製作できる。
また、第２成形治具は、型である第１成形治具に比べて簡素な形状で構成可能であるため、ＦＲＰから形成するときの製作コストが第１成形治具よりも安価である。そのため、第２成形治具をＦＲＰから形成するとしても、第１成形治具を加工費が安価な金属材料から形成することにより、成形治具全体として、安価に製作できる。
以上に加え、第１成形治具の材質として、熱容量の大きいインバーではなく、低熱容量、高熱伝導率のアルミニウムなどを用いることができることにより、部材の硬化・固化に要する成形サイクルタイム削減、省エネルギー化が図られる。
【０００８】
本発明の繊維強化プラスチック部材の成形方法において、第２成形治具により、縦方向の両端に配置されるピースを縦方向において拘束することが好ましい。
こうすると、各ピースの縦方向の伸びを、第１成形治具の縦方向の中心に向けて生じさせることができるので、ピース同士を近づけることができる。その結果、ピース間の隙間が詰まり、第１成形治具内部の成形空間の全長が繊維強化プラスチック部材に規定の寸法となるので、繊維強化プラスチック部材の長さの精度を確保できる。
【０００９】
ここで、縦方向に直交する方向において、第２成形治具に対する両端のピースの相対変位が許容されることが好ましい。そうすると、両端のピースが熱膨張しても第２成形治具が両端のピースに乗り上げることを回避できる。このため、第２成形治具によって各ピースが整列されるとともに両端のピースが拘束された状態を保ち、形状精度および長さの精度を確保することができる。
【００１０】
本発明の繊維強化プラスチック部材の成形方法では、ピースを、繊維強化プラスチックの材料を間に挟み込む第１ブロックおよび第２ブロックにより構成し、第１ブロックおよび第２ブロックの各々には、第１ブロックと第２ブロックとを合わせると略Ｌ字形状をなし、縦方向に連続する第１斜面を形成し、第２成形治具には、第１ブロックの第１斜面に倣い、縦方向に連続する第２斜面と、第２ブロックの第１斜面に倣い、縦方向に連続する第２斜面とを形成することが好ましい。
【００１１】
第１成形治具に第２成形治具を配置し、第１成形治具の各ブロックの第１斜面と第２成形治具の第２斜面とを接触させると、第２成形治具の自重によって第１ブロックおよび第２ブロックが金型等に向けて押し付けられるだけでなく、第１斜面および第２斜面を介して、第１ブロックおよび第２ブロックを両側から中央に寄せる向きの分力が生じる。この分力により、第１ブロックおよび第２ブロックを閉じる向きに加圧しながら、各ピースを両側から押さえて整列させることができる。
【００１２】
本発明の繊維強化プラスチック部材の成形方法では、ピース間の隙間の寸法は、当該隙間を形成するピースの縦方向における寸法に応じた比率で定めることが好ましい。
こうすると、各ピースの長さの違いに起因する伸び量の違いに対応できるので、隙間を効率よく、確実に詰めることができる。
【００１３】
本発明の繊維強化プラスチック部材の成形方法では、縦方向において、繊維強化プラスチック部材の形状が変化する箇所に対応するピースの寸法を、他の箇所に対応するピースよりも短く設定することが好ましい。
例えば、繊維強化プラスチック部材の厚みが縦方向において変化し、段差が形成される場合、第１成形治具のピースにも段差が形成される。この場合、ピースに形成される段差が繊維強化プラスチック部材の賦形された材料の段差や、金型の段差に係合されるので、そのピースは、縦方向における位置が拘束されることとなる。
そのため、当該ピースの長さを短く抑えることで、第１成形治具の全長において他のピースが受け持つ長さの比率を大きくしている。そうすれば、他のピースの縦方向への伸びにより、隙間を十分に詰めて第１成形治具の全長を規定の寸法とすることができる。
【００１４】
本発明の繊維強化プラスチックの成形に用いる成形装置は、縦方向の寸法が縦方向に直交する方向の寸法よりも長い繊維強化プラスチック部材を成形する成形装置であって、繊維強化プラスチックの材料を成形する型であり、縦方向において隣り合う複数のピースを有する第１成形治具と、繊維強化プラスチックの線膨張係数と近似する線膨張係数の材料から形成されるとともに、第１成形治具の各ピースを縦方向に沿って整列させる第２成形治具と、を備える。
そして、本発明は、繊維強化プラスチックの材料を加熱する前、第１成形治具の各ピースは、互いの間に隙間があいた状態に配置され、繊維強化プラスチックの材料を加熱する間、各ピースを整列した状態に保つことを特徴とする。
本発明によれば、成形方法について上述したのと同様に、線膨張係数がＦＲＰやインバーとは異なる安価な材料、例えばアルミニウムを第１成形治具に用いながら、第１成形治具の各ピースが整列されるために、成形された繊維強化プラスチック部材の形状精度を確保できる。
【００１５】
本発明の繊維強化プラスチック部材の成形装置では、縦方向の両端に配置されるピースは、第２成形治具に対して、縦方向において拘束されることが好ましい。
そうすると、成形方法について上述したのと同様にピース間の隙間が詰まり、第１成形治具内部の成形空間の全長が繊維強化プラスチック部材に規定の寸法となるので、繊維強化プラスチック部材の長さの精度を確保できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、成形治具を安価に製作可能でありながら、成形品に求められる形状精度を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係るマンドレルおよびアングル材を示す斜視図である。
【図２】マンドレルおよびアングル材を示す横断面図である。
【図３】ストリンガを成形する手順を示す図である。
【図４】マンドレルのピースの長さや隙間を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照しながら、本発明に係る実施形態を説明する。
本実施形態では、第１成形治具であるマンドレル、および第２成形治具であるアングル材を備える修理装置を用いて、繊維強化プラスチック部材であるストリンガを成形する。
図１に示すように、本実施形態のストリンガ１は断面Ｔ字状の部材であり、ストリンガ１が延出する縦方向Ｄの寸法は、縦方向Ｄに直交する断面方向の寸法よりも長い。
ストリンガ１は、スキン４（図２）に接着されるフランジ１１と、フランジ１１の幅方向中央から立ち上がるウェブ１２とを備えている。
ストリンガ１は、スキン４の裏面に複数本が互いに平行に設けられることで、スキン４を補強する。ストリンガ１には、高い真直度が要求される。
【００１９】
ストリンガ１を形成する繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）は、図２に模式的に示すように、繊維基材Ｆ、および樹脂Ｒによって構成される。
繊維基材Ｆは、シート状に形成され、ストリンガ１の板厚に応じて必要な枚数だけ積層される。繊維基材Ｆには、炭素繊維、ガラス繊維等の任意の繊維を用いることができる。
繊維基材Ｆに含浸される樹脂Ｒは、加熱されることで硬化される熱硬化性樹脂とされている。例えば、エポキシ、ビニルエステル、不飽和ポリエステル、フェノール、ビスマレイミド等の熱硬化性樹脂を樹脂Ｒに用いることができる。その他、加熱を経て固化する、ナイロン、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ポリカボネート等の熱可塑性樹脂を用いることもできる。
本実施形態では、繊維強化プラスチックを成形するために、真空補助樹脂注入成形法（ＶａＲＴＭ；Vacuum assisted Resin Transfer Molding）を実施する。すなわち、真空引きによって所定の真空度にまで減圧することで、樹脂の注入を補助するとともに、減圧空間の圧力と大気圧との差圧によって繊維基材Ｆおよび樹脂Ｒを圧縮する。
【００２０】
次に、ストリンガ１の成形に用いる成形装置１０を構成するマンドレル２およびアングル材３について説明する。
ストリンガ１を成形する型であるマンドレル２は、アルミニウムまたはアルミニウム合金により形成されるとともに、ストリンガ１が延出する縦方向Ｄにおいて隣り合う複数のピース２１〜２４を有している。ピースの個数は任意である。
まず、マンドレル２の基本構成について説明する。
マンドレル２は、ストリンガ１を成形するための繊維強化プラスチックの材料（素材）をスキン４に押さえる。
マンドレル２は、図２に示すように、ストリンガ１のフランジ１１の幅方向両端と、ウェブ１２の先端とを頂点とする三角形に対応した断面略三角形状に形成されており、底面２０１と、２つの斜面２０２，２０３（第１斜面）とを有している。底面２０１および斜面２０２，２０３は、縦方向Ｄに連続している。底面２０１は、スキン４の裏面に配置される。
【００２１】
また、マンドレル２は、ウェブ１２の両側で、ブロック２Ａ（第１ブロック）とブロック２Ｂ（第２ブロック）の二体に分かれている、斜面２０２，２０３は、ブロック２Ａ，２Ｂを合わせると略Ｌ字形状をなす。
ブロック２Ａおよびブロック２Ｂの間に挟まれる成形空間Ｓに、繊維強化プラスチックの材料が配置される。本実施形態では、ブロック２Ａおよびブロック２Ｂの間に配置された繊維基材Ｆに対して、外部から液状の樹脂Ｒを注入する。このため、ブロック２Ａおよびブロック２Ｂの合わせ面には、成形空間Ｓに通じる樹脂の注入路２０が形成されている。
【００２２】
成形時、ピース２１〜２４は、図１に示すように互いの間に隙間Ｇ１〜Ｇ３をあけて配置される。成形時の加熱によってピース２１〜２４が縦方向Ｄに伸びることで生じるマンドレル２と繊維基材Ｆおよびアングル材３との寸法差は、これらの隙間Ｇ１〜Ｇ３によって吸収される。その寸法差の分、ピース２１〜２４の各々の長さを合計した寸法は、繊維基材Ｆの長さよりも小さく設定されている。
【００２３】
ピース２１〜２４のうち、両端に配置されるピース２１，２４の各々には、成形空間Ｓを塞ぐピースエンド２０４が設けられている。上述の注入路２０は、縦方向Ｄに沿って各ピースエンド２０４を貫通し、樹脂の供給源に接続されている。
また、ピース２１，２４の各々には、両ピース２１，２４を縦方向Ｄにおいて拘束するための長穴２０５が形成されている。
長穴２０５は、ピース２１の斜面２０２，２０３の各々と、ピース２４の斜面２０２，２０３の各々に形成されている。長穴２０５は、斜面２０２，２０３の各々において、ウェブ１２の先端に対応する頂点近傍から、縦方向Ｄに直交する方向に沿って延びている。
長穴２０５は、縦方向Ｄに直交する横断面が半円状に形成されている。また、長穴２０５の両端は、曲面状に面取りされた形状とされている。
【００２４】
アングル材３は、ストリンガ１の縦方向Ｄに沿って延びる断面Ｌ字状の部材であり、マンドレル２に配置される。
アングル材３は、鉄およびニッケルの合金であるインバー、あるいはＦＲＰにより、一端から他端まで一体に形成されている。インバーは、ストリンガ１の材料であるＦＲＰの線膨張係数と常温付近を含む広い温度域で線膨張係数が近似しており、樹脂Ｒを加熱するときの加熱温度は、インバーの線膨張係数が低い温度域にある。その他、ＦＲＰと線膨張係数が近似する材料からアングル材３を形成することができる。
ここで、ストリンガ１の材料であるＦＲＰの線膨張係数に対して、約±３×１０−６の範囲までが近似するといえる。ＦＲＰの線膨張係数は、繊維の種類や積層構成に応じて、およそ−１×１０−６から４．４×１０−６程度までの範囲に亘り分布している。本実施形態のＦＲＰの線膨張係数は、例えば、１．６×１０−６である。
アングル材３は、マンドレル２および繊維基材Ｆを押さえる観点からは、比重が大きい金属により形成することが好ましい。
【００２５】
アングル材３は、その材料の線膨張係数に基づいてＦＲＰと同様に熱膨張し難い。アングル材３は、マンドレル２の寸法および形状の基準として用いるので、削り出しなどによって高精度に形成されることが好ましい。アングル材３は、ストリンガ１の縦方向Ｄに沿って、ストリンガ１に要求されるのと同等の高い真直度を有している。
アングル材３の内角は、マンドレル２の頂点の角度と同等であり、アングル材３の角部３Ｃは、マンドレル２の頂点の角部２Ｃにぴったりと係合する。このとき、アングル材３の内側の斜面３０２，３０３（第２斜面）は、各々、マンドレル２の各ピース２１〜２４の斜面２０２，２０３に全体的に接触する。アングル材３は、各ピース２１〜２４を幅方向両側から押さえることで、各ピース２１〜２４のブロック２Ａ，２Ｂを閉じるとともに、各ピース２１〜２４を縦方向Ｄに沿って整列させる役割を担う。
【００２６】
アングル材３の縦方向Ｄの両端には、長穴２０５に挿入される突起３０５が形成されている。突起３０５が長穴２０５に挿入されることで、アングル材３は、ピース２１，２４を縦方向Ｄにおいて拘束し、マンドレル２の全長を決める役割をも担う。
なお、本実施形態とは逆に、ピース２１，２４に突起が形成され、アングル材３に長穴が形成されていてもよい。
突起３０５は、アングル材３の一端部と他端部において、斜面３０２，３０３の各々に形成されている。
突起３０５は、斜面３０２，３０３から半球状に突出している。
ピース２１，２４が熱膨張するとき、突起３０５および長穴２０５は、長穴２０５に沿って相対変位が許容される。
突起３０５および長穴２０５のいずれも、その外周が全方位的にラウンドした形状とされている。そのため、マンドレル２にアングル材３を配置するときに、アングル材３の突起３０５がピース２１，２４にこじることなく長穴２０５にスムーズに挿入される。
【００２７】
次に、図３も参照し、ストリンガ１を成形する方法について説明する。
以下では、複数のストリンガ１をスキン４に一度に成形する。
先ず、金型４０（図２）に配置されたスキン４の裏面の決められた位置に、各ストリンガ１の材料である繊維基材Ｆを配置する（繊維基材配置ステップＳ１）。このとき、断面Ｔ字状に予め成形した所謂プリフォームの繊維基材Ｆを配置することができる。また、繊維基材Ｆとスキン４との間には、フィルム状に形成した熱硬化性接着剤を介在させる。
次に、繊維基材Ｆをマンドレル２のブロック２Ａ，２Ｂで挟み込み、かつスキン４に押さえる。
このとき、マンドレル２の各ピース２１〜２４を、図４（ａ）に示すように、互いの間に隙間Ｇ１〜Ｇ３をあけて配置する（マンドレル配置ステップＳ２）。ここで、隙間Ｇ１〜Ｇ３の各々の寸法に対応する厚みに製作されたシムをピース２１〜２４間に挟むことにより、隙間Ｇ１〜Ｇ３を正確に設定することができる。
【００２８】
続いて、マンドレル２に、アングル材３を配置する（アングル材配置ステップＳ３）。このとき、マンドレル２のピース２１の長穴２０５にアングル材３の一端部の突起３０５を挿入するとともに、ピース２４の長穴２０５にアングル材３の他端部の突起３０５を挿入する。そうすると、アングル材３の斜面３０２，３０３がマンドレル２の斜面２０２，２０３に接触する。
突起３０５が長穴２０５に挿入されると、ピース２１，２４のいずれもアングル材３により、縦方向Ｄにおいて拘束される。
それに加えて、各ピース２１〜２４の斜面２０２，２０３がアングル材３の斜面３０２，３０３によって幅方向両側から押さえられる。このため、マンドレル配置ステップＳ２の段階で、各ピース２１〜２４の向きが縦方向Ｄに対してずれていたとしても、各ピース２１〜２４がストリンガ１の縦方向Ｄに沿って整列される。
【００２９】
さらに、マンドレル２およびアングル材３に図示しないバッグフィルムを被せて、スキン４，繊維基材Ｆ、マンドレル２，およびアングル材３をバッグフィルムと金型４０（図３）との間に封入する。これにより、バッグフィルムと金型４０との間に密閉空間が形成される。この密閉空間を真空引きすることによって減圧させる（真空引き・樹脂注入ステップＳ４）。
密閉空間内が減圧されると、マンドレル２のブロック２Ａ，２Ｂ間の成形空間Ｓも減圧される。それに伴って、図示しない樹脂の供給源から、液状の樹脂がマンドレル２の注入路２０を通じて成形空間Ｓに注入される。注入された樹脂Ｒは繊維基材Ｆに含浸される。
繊維基材Ｆおよび樹脂Ｒは、マンドレル２およびアングル材３の自重と、バッグフィルムで隔てられた密閉空間と大気との差圧とにより、スキン４に向けて押し付けられる。
【００３０】
真空引きと並行して、任意の熱源により樹脂Ｒを加熱して硬化させることで、繊維強化プラスチックを成形してストリンガ１を得る（加熱硬化・成形ステップＳ５）熱源としては、オーブン、ヒーターマット、内蔵された熱線ヒーター、遠赤外線ヒーターや液体熱媒配管などを用いることができる。
熱源から発せられる熱によってマンドレル２およびアングル材３も加熱される。加熱温度は、例えば１３０℃である。
その熱によりマンドレル２が熱膨張するが、ストリンガ１は、規定の長さで、かつ高い真直度で形成する必要がある。そのため、マンドレル２の寸法および形状の基準としてアングル材３を用いる。
【００３１】
真直度を得る観点では、アングル材３の斜面３０２，３０３でピース２１〜２４の斜面２０２，２０３を押さえることによってピース２１〜２４を整列させる。
ストリンガ１の長さを決める観点では、両端のピース２１，２４の長穴２０５にアングル材３の突起３０５を挿入することにより、両端のピース２１，２４を縦方向Ｄにおいて拘束する。
ここで、両端に配置されるピース２１，２４は、縦方向Ｄにおいて拘束される一方で、長穴２０５が延出する方向、すなわち縦方向Ｄに直交する方向において、アングル材３に対する相対変位が許容される。
このため、マンドレル２が熱膨張しても、アングル材３の突起３０５がピース２１，２４の長穴２０５の外側に乗り上げることなく、ピース２１〜２４の斜面２０２，２０３をアングル材３の斜面３０２，３０３が押さえ続ける。したがって、ピース２１〜２４は、アングル材３により幅方向両側から挟まれて整列されるとともに、ブロック２Ａ，２Ｂが閉じた状態に保たれる。
【００３２】
以下、ストリンガ１の長さを決めることについて説明する。
ストリンガ１の長さは、隙間Ｇ１〜Ｇ３を含むマンドレル２の全長で決まるので、隙間Ｇ１〜Ｇ３の寸法が重要である。また、成形されたストリンガ１に隙間Ｇ１〜Ｇ３が転写されるのを避けるために、隙間Ｇ１〜Ｇ３を狭めたい。隙間Ｇ１〜Ｇ３は、各ピース２１〜２４の伸長時には完全に詰めて無くしたい。
ここで、例えばマンドレル２の一端側のピース２１のみをアングル材３によって拘束するとする。この場合、密閉空間と大気との差圧が隙間Ｇ１〜Ｇ３を狭めるのに寄与するものの、ピース２１〜２４とスキン４との摩擦が大であると、各ピース２１〜２４が縦方向Ｄへ伸びたときに、ピースが隣のピースによって他端側に向けて押し出されてしまい、ピースが縮んだときの隙間が加熱前よりも拡大する。押し出しに起因する変位量が累積するために、隙間の拡大は、一端側のピース２１からの距離が大きいほど顕著となる。
【００３３】
そこで、本実施形態では、隙間Ｇ１〜Ｇ３を確実に狭めるために、両端のピース２１，２４をアングル材３によって拘束する。上述のようにピース２１，２４の長穴２０５とアングル材３の突起３０５との相対変位が許容されるので、ピース２１，２４が熱膨張しても、突起３０５および長穴２０５によりピース２１，２４が縦方向Ｄにおいて拘束された状態に保たれる。
このように両端のピース２１，２４が拘束されていると、ピース２１，２４の間に配置されたピース２２，２３の縦方向Ｄへの伸びが、ピース２１，２４の間の領域に限定される。そうすると、各ピース２１〜２４の縦方向Ｄへの伸びを、縦方向Ｄの中心に向けて生じさせることができるので、ピース２１〜２４同士を近づけることができる。
その結果、図４（ａ）に示すように、隙間Ｇ１〜Ｇ３が詰まり、マンドレル２内部の成形空間Ｓの一端から他端までの長さがストリンガ１に規定の寸法となる。
【００３４】
隙間Ｇ１〜Ｇ３の寸法は、当該隙間を形成するピースの縦方向Ｄにおける寸法に応じた比率に基づいて定めることが好ましい。
例えば、図４（ａ）に示すように、一端に配置されたピース２１が他のピースと比べて相対的に長い場合には、そのピース２１がピース２２との間に形成する隙間Ｇ１を他の隙間Ｇ２，Ｇ３よりも大きく設定する。図４（ａ）の例では、ピース２１〜２４の各々の長さに基づいて、隙間Ｇ１〜Ｇ３の寸法がこの順序で小さくなっている。ここで、隙間Ｇ１〜Ｇ３は、隣り合うピースの間に形成されるものであるから、それら双方のピースの各々の長さに基づいて、各隙間の寸法を設定する。
上記のように、ピース２１〜２４の各々の長さに基づいて隙間Ｇ１〜Ｇ３の寸法を設定することにより、各ピース２１〜２４の長さの違いに起因する伸び量の違いに対応できるので、隙間Ｇ１〜Ｇ３を効率よく、確実に詰めることができる。
隙間Ｇ１〜Ｇ３の各々の寸法は、マンドレル２とアングル材３との線膨張係数の差および加熱温度に応じて、計算や試験に基づいて設定することができる。
【００３５】
樹脂Ｒが所定の硬さまで硬化すると、ストリンガ１は、規定の寸法で真直に成形されるとともに、スキン４に一体に接着される。
以上により、ストリンガ１の成形を完了する。
その後、必要に応じて二次的な硬化処理、仕上げ処理を行う。
【００３６】
以上で説明した本実施形態によれば、ストリンガ１を形成するＦＲＰの線膨張係数に近似する線膨張係数の材料から形成されるアングル材３と、それよりも高い線膨張係数のアルミニウムまたはアルミニウム合金から形成されるマンドレル２を成形治具として併用する。
そして、マンドレル２を複数のピース２１〜２４に分割し、隙間Ｇ１〜Ｇ３をあけて配置するとともに、アングル材３によってピース２１〜２４を整列させる。
こうすると、ピース２１〜２４に分割されていても真直度を確保しつつ、線膨張係数がＦＲＰやインバーとは異なる安価な材料、例えばアルミニウムをマンドレル２に用いることができる。
ここで、マンドレル２はアングル材３よりも体積が大きく、同じ材料を用いたときの重量がアングル材３よりも大である。そのため、アングル材３にインバーを用いるとしても、マンドレル２に安価な材料を用いることにより、マンドレル２およびアングル材３を合わせた成形治具全体としてのコストダウンが可能である。
また、マンドレル２は型であるために、アングル材３よりも複雑な形状となるので、ＦＲＰから形成するときの製作コストがアングル材３よりも高い。そのため、アングル材３をＦＲＰから製作するとしても、マンドレル２を加工費が安価な金属から製作することにより、成形治具全体としてのコストダウンが可能である。
マンドレル２は、スキン４に多数設けられるストリンガ１の各々に対応するものが用意されるので、マンドレル２の製作コストの低減によるコストダウンの効果は大きい。
【００３７】
以上に加えて、本実施形態によれば、マンドレル２が縦方向Ｄにおいて複数のピース２１〜２４に分割されることにより、可搬性が高まるので、成形作業、脱型作業の際のハンドリングが容易となる。
マンドレル２は、アルミニウムおよびアルミニウム合金の他、例えば、チタン、ニッケル、黄銅、ステンレス鋼などから形成することもできるが、アルミニウムおよびアルミニウム合金には、その軽量性によるハンドリング性や、加工費が低廉であることなど、多くの利点がある。
【００３８】
さらに、本実施形態によれば、両端のピース２１，２４の長穴２０５およびアングル材３の突起３０５により、両端のピース２１，２４を縦方向Ｄにおいて拘束するので、隙間Ｇ１〜Ｇ３が過大となってマンドレル２の全長が大きくなることがなく、ストリンガ１の長さの精度を確保できる。
ここで、ピース２１〜２４が熱膨張したときの長穴２０５および突起３０５の相対変位が許容されるので、例えば、円形の開口を有する穴と、その穴に挿入される横断面が円形の突起とを形成する場合にマンドレル２にアングル材３が乗り上げてしまうのとは違って、各ピース２１〜２４の斜面２０２，２０３にアングル材３の斜面３０２，３０３が接触した状態を維持できる。このため、アングル材３によってピース２１〜２４が整列されるとともに両端のピース２１，２４が拘束された状態を保ち、ストリンガ１に求められる真直度および寸法精度を満足できる。
【００３９】
また、マンドレル２に斜面２０２，２０３を形成し、アングル材３に斜面３０２，３０３を形成することにより、マンドレル２をスキン４に向けて押し付けるとともに、マンドレル２のブロック２Ａ，２Ｂを閉じる向きに加圧しながら、ピース２１〜２４を整列された状態に保つことができる。
つまり、マンドレル２にアングル材３を配置すると、アングル材３の自重によってブロック２Ａ，２Ｂがスキン４に向けて押し付けられるだけでなく、アングル材３の自重および真空引き時の差圧により、斜面３０２，３０３および斜面２０２，２０３を介して、ブロック２Ａ，２Ｂを両側から中央に寄せる向きの分力が生じる。この分力によって、ブロック２Ａ，２Ｂを確実に閉じることができるとともに、ピース２１〜２４を両側から押さえて縦方向Ｄに整列された状態に保つことができる。
ここで、マンドレル２の自重により生じる下向きの力と、それに直交する分力との合力が、ストリンガ１のフランジ１１とウェブ１２とがなす角隅部Ｌ（図２）に向けて作用する。これによって角隅部Ｌを十分に圧縮することができるので、ストリンガ１を規定のＴ字形状に成形することができる。
【００４０】
ところで、スキン４の板厚が変化するために、段差が形成される箇所では、ストリンガ１にも段差が形成される。そうすると、スキン４およびストリンガ１の段差に対応するマンドレル２も、図４（ｂ）に示すように、段差に倣った形状に形成される。ストリンガ１の材料である繊維基材Ｆも、段差に倣った形状に予め成形されることが好ましい。
スキン４に形成された段差２７，２８に配置されるピース２２，２４は、他の箇所に配置されるピース２１，２３，２５よりも、縦方向Ｄにおける寸法を短く設定する。
ピース２２に形成される段差は、スキン４の段差２７に係合される。ピース２４は、スキン４の段差２８に係合される。つまり、ピース２２，２４は縦方向Ｄにおける位置が拘束される。
【００４１】
そのため、ピース２２，２４の長さを短く抑えることで、マンドレル２の全長において他のピース２１，２３，２５が受け持つ長さの比率を大きくしている。そうすれば、他のピース２１，２３，２５の縦方向Ｄへの伸びにより、隙間Ｇ１〜Ｇ４を十分に詰めてマンドレル２の全長をストリンガ１の長さに対応させることができる。
さらに、ピース２２，２４に関しては、それらが関係する隙間の寸法を小さく設定することが好ましい。例えば、ピース２１とピース２２の間の隙間Ｇ１は、拘束されたピース２２の伸びが小さいために、ピース２１の長さに応じた寸法に設定することができる。
なお、アンテナなどを組み付けるための孔がスキン４に形成される場合、その孔を避ける切欠がストリンガ１に形成され、ストリンガ１の切欠にマンドレル２が係合されることとなる。そのような場合も、上記と同様に、ストリンガ１の穴に対応するピースを短く設定することが有効となる。
【００４２】
上記実施形態では、ストリンガ１をスキン４に一体に成形するが、スキン４とは別に、ストリンガ１を成形することもできる。そのときは、金型に、繊維基材Ｆおよびマンドレル２を配置すればよい。
上記実施形態では、横断面がＴ字状のストリンガ１を成形するが、横断面がＩ字状、Ｃ字状、Ｌ字状、Ｚ字状、Ｊ字状などの任意の形状のストリンガを成形するために本発明を適用することができる。ストリンガの形状に応じて本発明の第１成形治具および第２成形治具の構成を定めることができる。第２成形治具は、例えば、ばね性を持ち、第１成形治具を両側から押さえるＣ字状の部材とすることができる。
上記以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
本発明は、真空引きを行うことなく、例えば、マンドレル２およびアングル材３の上に重しを載せてストリンガを成形することも許容する。
また、本発明は、液状の樹脂Ｒおよび繊維基材Ｆの代わりに、プリプレグを用いることも許容する。
【符号の説明】
【００４３】
１      ストリンガ（繊維強化プラスチック部材）
２      マンドレル（第１成形治具）
２Ａ    ブロック（第１ブロック）
２Ｂ    ブロック（第２ブロック）
２Ｃ    角部
３      アングル材（第２成形治具）
３Ｃ    角部
４      スキン
１０    修理装置
１１    フランジ
１２    ウェブ
２０    注入路
２１〜２５  ピース
２７，２８  段差
４０    金型
２０１  底面
２０２，２０３  斜面（第１斜面）
２０４  ピースエンド
２０５  長穴
３０２，３０３  斜面（第２斜面）
３０５  突起
Ｄ      縦方向
Ｆ      繊維基材
Ｇ１〜Ｇ４  隙間
Ｌ      角隅部
Ｒ      樹脂
Ｓ      成形空間
Ｓ１    繊維基材配置ステップ
Ｓ２    マンドレル配置ステップ（第１成形治具ステップ）
Ｓ３    アングル材配置ステップ（第２成形治具ステップ）
Ｓ４    真空引きステップ
Ｓ５    加熱硬化・成形ステップ（成形ステップ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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