(57)【要約】【課題】簡素な構成により、複合材料構造体を構成する表面保護層と金属層との間に気泡が残留することを防止する。【解決手段】本発明に係る複合材料構造体の成形方法は、金型１の成形面１ａ上に、表面保護層２と、金属層３と、繊維強化樹脂層４とを順に積層し、これらを加圧および加熱して複合材料構造体１０Ａを成形するものであって、金型１の成形面１ａまたは金属層３の成形面１ａ側の面の少なくとも一方に、該成形面１ａまたは該金属層３の面の、気泡が生じるエリアから外周縁部まで連通する複数の脱気溝５を形成し、前記加圧および加熱時に、成形面１ａと金属層３との間に残留する気泡を脱気溝５から脱気させることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型の成形面上に、表面保護層と、金属層と、繊維強化樹脂層とを順に積層し、これらを加圧および加熱して複合材料構造体を成形する方法であって、
前記成形面または前記金属層の前記成形面側の面の少なくとも一方に、該成形面または該金属層の面の、気泡が生じるエリアから外周縁部まで連通する複数の脱気溝を形成し、
前記加圧および加熱時に、前記成形面と前記金属層との間に残留する気泡を前記脱気溝から脱気させることを特徴とする複合材料構造体の成形方法。
【請求項２】
前記脱気溝は、前記金属層の圧延加工時、または圧延加工後の表面処理時に同時に形成することを特徴とする請求項１に記載の複合材料構造体の成形方法。
【請求項３】
湾曲した金型の成形面上に、表面保護層と、金属層と、繊維強化樹脂層とを順に積層し、これらを加圧および加熱して複合材料構造体を成形する方法であって、
前記金属層を、前記成形面の湾曲形状に合わせて予め湾曲させてから前記表面保護層の上に積層することを特徴とする複合材料構造体の成形方法。
【請求項４】
前記金属層の湾曲率を、前記成形面の湾曲率よりも小さく設定することを特徴とする請求項３に記載の複合材料構造体の成形方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の複合材料構造体の成形方法によって成形されたことを特徴とする複合材料構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＦＲＰやＧＦＲＰ等の繊維強化樹脂層に網状やフォイル状の金属層が積層される複合材料構造体の成形方法および複合材料構造体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
航空機や風車等の建造物の外表面に用いられる繊維強化樹脂を用いた複合材料構造体において、耐落雷性を高めるべく、例えば特許文献１に開示されているように、その表面保護層（保護用の樹脂フィルム等）の近くに金属メッシュや金属フォイル等を積層したものが知られている。
【０００３】
具体的には、図４、図５に示すように、金型１の成形面１ａ上に樹脂フィルム等の表面保護層２が載置され、その上から金属メッシュ３ａまたは金属フォイル３ｂ等の金属層が積層される。さらに、その上から複数枚のプリプレグ等の繊維強化樹脂層４が積層され、これらがオートクレーブ等で加熱・真空引き・加圧されて所定の形状の複合材料構造体に成形される。
【０００４】
このように成形された複合材料構造体に落雷した場合には、落雷電流が金属層３ａ，３ｂを通って所定の避雷部材に導かれ、繊維強化樹脂４の破損が防止される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２１９０７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記のように複数の層が積層されて成形される場合、オートクレーブ等における真空引きまたは硬化時の加圧のみでは、表面保護層２と金属層３ａ，３ｂとの間に含まれる気泡を完全に除去することは困難であり、その結果、複合材料構造体の外表面にピット（微小穴）または層間のボイド（空隙）を生じて、強度低下や外観性が劣化する不具合が起きる。特にフォイル状の金属層３ｂの場合は、網状の金属層３ａと異なり、気泡が金属層３ｂを通過することができないため、気泡が金属層３ｂと表面保護層２との間に残留する可能性が高くなる。
【０００７】
このような不具合を解決するため、例えば特開平５−１９２９４９号公報に記載されているように、樹脂を含浸させた繊維よりなる複合材料構造体の成形時および硬化時に、金型の成形面（フェーシングシート）を可振器により振動させるようにした成形方法が知られている。
【０００８】
しかしながら、上記のように金型の成形面を可振器により振動させる成形方法は、気泡が自然に抜けるのを促進させているに過ぎず、必ずしも完全な脱気を約束するものではない。しかも、可振器の設置によって金型構造の複雑化を招き、成形品の製造単価を上昇させる原因にもなる。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、簡素な構成により、複合材料構造体を構成する表面保護層と金属層との間に気泡が残留することを防止することのできる複合材料構造体の成形方法および複合材料構造体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】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明に係る複合材料構造体の成形方法の第１の態様は、金型の成形面上に、表面保護層と、金属層と、繊維強化樹脂層とを順に積層し、これらを加圧および加熱して複合材料構造体を成形する方法であって、前記成形面または前記金属層の前記成形面側の面の少なくとも一方に、該成形面または該金属層の面の、気泡が生じるエリアから外周縁部まで連通する複数の脱気溝を形成し、前記加圧および加熱時に、前記成形面と前記金属層との間に残留する気泡を前記脱気溝から脱気させることを特徴とする。
【００１１】
上記の成形方法によれば、金型の成形面上に積層された表面保護層と金属層と繊維強化樹脂層とが加熱されながら加圧成形される際に、表面保護層と金属層との間に含まれる気泡が脱気溝を通って外部に排出され易くなる。つまり、気泡は成形時に軟化する表面保護層の材料中を流動し、金型の成形面または金属層の面の少なくとも一方に形成された脱気溝に到達する。脱気溝は成形面または金属層の面の、気泡が生じるエリアから外周縁部まで連通しているため、成形時の圧力によって気泡は脱気溝の端部から外部に押し出される。
このように、金型の成形面または金属層の面に脱気溝を形成するという非常に簡素な方法により、複合材料構造体を構成する表面保護層と金属層との間に気泡が残留することを効果的に防止することができる。
【００１２】
上記の成形方法において、前記脱気溝は、前記金属層の圧延加工時、または圧延加工後の表面処理時に同時に形成するようにしてもよい。
こうすることにより、金属層に脱気溝を形成する専用の工程を省くことができ、簡素な構成によって表面保護層と金属層との間に気泡が残留することを防止することができる。
【００１３】
本発明に係る複合材料構造体の成形方法の第２の態様は、湾曲した金型の成形面上に、表面保護層と、金属層と、繊維強化樹脂層とを順に積層し、これらを加圧および加熱して複合材料構造体を成形する方法であって、前記金属層を、前記成形面の湾曲形状に合わせて予め湾曲させてから前記表面保護層の上に積層することを特徴とする。
【００１４】
上記の成形方法によれば、湾曲した金型の成形面上に表面保護層を介して載置される金属層が、金型の成形面の湾曲形状に合わせて湾曲しているので、金属層が金型の成形面に良く馴染み、成形後に表面保護層と金属層との間に気泡が残留することが防止される。
このように、金属層を、金型成形面の湾曲形状に合わせて予め湾曲させるという非常に簡素な方法により、表面保護層と金属層との間に気泡が残留することを防止することができる。
【００１５】
上記の成形方法において、金属層の湾曲率は、前記成形面の湾曲率よりも小さく設定することが好ましい。
こうすることにより、表面保護層と金属層と繊維強化樹脂層とが加圧される際に、金型の成形面よりも小さな湾曲率を持つ金属層は、その中央部から両側に向かって表面保護層に密着する。このため、表面保護層と金属層との間に気泡が残留しにくくなる。
【００１６】
また、本発明に係る複合材料構造体は、前記いずれかの態様の複合材料構造体の成形方法によって成形されたことを特徴とする。
この複合材料構造体によれば、その表面保護層と金属層との間に気泡が残留しないため、外表面にピット（微小穴）または層間のボイド（空隙）を生じる不具合が無く、良好な強度および外観性を得ることができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように、本発明に係る複合材料構造体の成形方法によれば、簡素な構成により、複合材料構造体を構成する表面保護層と金属層との間に気泡が残留することを防止することができる。
また、本発明に係る複合材料構造体によれば、表面保護層と金属層との間に気泡が残留せず、外表面にピット（微小穴）または層間のボイド（空隙）を生じる不具合が無く、良好な強度および外観性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る複合材料構造体の成形方法の第１実施形態を示す金型、表面保護層、金属層、繊維強化樹脂層の斜視図である。
【図２】本発明に係る複合材料構造体の成形方法の第２実施形態を示す金型、表面保護層、金属層、繊維強化樹脂層の斜視図である。
【図３】本発明に係る複合材料構造体の成形方法の第３実施形態を示す金型、表面保護層、金属層、繊維強化樹脂層等の側面図である。
【図４】従来の技術を示す金型、表面保護層、金属層、繊維強化樹脂層の斜視図である。
【図５】従来の技術を示す金型、表面保護層、金属層、繊維強化樹脂層の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００２０】
［第１実施形態］
図１は、本発明に係る複合材料構造体の成形方法の第１実施形態を示す金型１、表面保護層２、金属層３、繊維強化樹脂層４の斜視図である。この実施形態では、従来の技術を示す図５と同様に、金型１の成形面１ａに樹脂フィルム等の表面保護層２が載置され、その上からフォイル状の金属層３が積層される。さらに、その上から複数枚のプリプレグ等の繊維強化樹脂層４が積層され、これらがオートクレーブ等で加熱・真空引き・加圧されて所定の形状の複合材料構造体１０Ａに成形される。
【００２１】
従来の技術と異なるのは、金型１の成形面１ａに複数の脱気溝５が形成されている点である。これらの脱気溝５は、成形面１ａの気泡が生じやすいエリア（例えば中央領域）から外周縁部まで連通する直線状に形成されているが、気泡が生じやすいエリアを通り、且つ成形面１ａの一端から他端まで連通するように形成するのが好ましい。また、脱気溝５は、曲線状や、ランダムな溝であってもよい。この脱気溝５は、機械加工や、エッチング等の化学加工等により、成形面１ａの全面に亘って形成される。
【００２２】
脱気溝５の深さは、０．０５ｍｍ程度であることが望ましく、それ以上の深さになると、成形完了後の複合材料構造体１０Ａにうねり等の不良が発生する懸念がある。また、脱気溝５の間隔（ピッチ）は、例えば２ｍｍ程度を例示することができるが、成形品の大きさや厚さ、あるいは加圧圧力、加熱温度等の条件によって適宜設定することができる。
【００２３】
そして、表面保護層２と金属層３と繊維強化樹脂層４とを加圧および加熱して複合材料構造体１０Ａを成形する時には、金型１の成形面１ａと金属層３との間、即ち表面保護層２の両面に残留する気泡を脱気溝５から脱気させる。
【００２４】
即ち、気泡は成形時に軟化する表面保護層２の材料中を流動し、金型１の成形面１ａに形成された脱気溝５に押し出される。脱気溝５は成形面１ａの気泡が生じやすいエリア（例えば中央領域）から外周縁部まで連通しているため、脱気溝５に押し出された気泡は脱気溝５に沿って流れ、脱気溝５の端部から外部に排出される。
【００２５】
このように、金型１の成形面１ａに脱気溝５を形成するという非常に簡素な方法により、複合材料構造体１０Ａを構成する表面保護層２と金属層３との間に気泡が残留することを効果的に防止することができる。
【００２６】
そして、このようにして成形された複合材料構造体１０Ａは、その表面保護層２と金属層３との間に気泡が残留しないため、外表面（表面保護層２の外面）にピット（微小穴）または層間のボイド（空隙）を生じる不具合が無く、良好な強度および外観性を得ることができる。
【００２７】
［第２実施形態］
図２は、本発明に係る複合材料構造体の成形方法の第２実施形態を示す金型１、表面保護層２、金属層３、繊維強化樹脂層４の斜視図である。前述の第１実施形態においては、金型１の成形面１ａに脱気溝５が形成されていたが、この第２実施形態においては、金属層３の成形面１ａ側の面（ここでは下面）に、深さ０．０５ｍｍ程度の脱気溝５が複数本形成されている。それ以外の構成は第１実施形態（図１）と同様であるため、各部に同符号を付して説明を省略する。
【００２８】
脱気溝５は、金属層３の下面の、気泡が生じやすいエリア（例えば中央領域）から外周縁部まで連通する直線状に形成されているが、気泡が生じやすいエリアを通り、且つ金属層３の下面の一端から他端まで連通するように形成するのが好ましい。また、脱気溝５は、曲線状やランダム状であってもよい。
【００２９】
この脱気溝５は、機械加工や、エッチング等の化学加工等によって金属層３の下面に形成される。あるいは、金属層３の圧延加工時や、圧延加工後の表面処理時に脱気溝５を同時に形成するようにしてもよい。脱気溝５の深さは、０．０５ｍｍ程度であることが望ましい。また、脱気溝５の間隔（ピッチ）は、例えば２ｍｍ程度を例示することができる。
【００３０】
表面保護層２と金属層３と繊維強化樹脂層４とを加圧および加熱して複合材料構造体１０Ｂを成形する時には、金型１の成形面１ａと金属層３との間、即ち表面保護層２の両面に残留する気泡が、成形時に軟化する表面保護層２の材料中を流動し、金属層３の下面に形成された脱気溝５に押し出される。脱気溝５は金属層３の下面の、気泡が生じやすいエリア（例えば中央領域）から外周縁部まで連通しているため、脱気溝５に押し出された気泡は脱気溝５に沿って流れ、脱気溝５の端部から外部に排出される。
【００３１】
このように、金属層３に脱気溝５を形成するという非常に簡素な構成により、複合材料構造体１０Ｂを構成する表面保護層２と金属層３との間に気泡が残留することを防止することができる。
【００３２】
なお、金属層３の圧延加工時に脱気溝５を同時に形成することにより、金属層３に脱気溝５を形成する専用の工程を省くことができ、簡素な構成によって表面保護層２と金属層３との間に気泡が残留することを防止することができる。
【００３３】
そして、このようにして成形された複合材料構造体１０Ｂは、その表面保護層２と金属層３との間に気泡が残留しないため、外表面にピット（微小穴）または層間のボイド（空隙）を生じる不具合が無く、良好な強度および外観性を得ることができる。
【００３４】
［第３実施形態］
図３は、本発明に係る複合材料構造体の成形方法の第３実施形態を示す金型１１、表面保護層２、金属層３、繊維強化樹脂層４等の側面図である。ここに示す金型１１は、その成形面１１ａが凹状に湾曲しており、湾曲した複合材料構造体１０Ｃを成形するものである。
【００３５】
即ち、金型１１の成形面１１ａの上に樹脂フィルム等の表面保護層２が載置され、その上からフォイル状の金属層３が積層され、さらに、その上から複数枚のプリプレグ等の繊維強化樹脂層４が積層され、これらがオートクレーブ等で加熱・真空引き・加圧されて所定の湾曲形状を有する複合材料構造体１０Ｃに成形される。
【００３６】
金属層３は、ロール３０から引き出されてカッター６で所定の寸法に切断された後、例えばローラー式の湾曲成形機７や、手作業等により、金型１１の成形面１１ａの湾曲形状に合わせて予め湾曲成形されてから表面保護層２の上に積層される。ここで、成形面１１ａの湾曲率Ｒ１よりも金属層３の湾曲率Ｒ２を少し小さく設定するのが好ましい。
【００３７】
上記のように、金属層３を、金型１１の成形面１１ａの湾曲形状に合わせて予め湾曲させてから表面保護層２の上に積層することにより、金属層３が成形面１１ａに良く馴染むため、成形後に表面保護層２と金属層３との間に気泡が残留することが防止される。
【００３８】
このように、金属層３を、成形面１１ａの湾曲形状に合わせて予め湾曲させるという非常に簡素な方法により、表面保護層２と金属層３との間に気泡が残留することを防止することができる。
【００３９】
また、金属層３を予め湾曲させる時に、その湾曲率Ｒ２を成形面１１ａの湾曲率Ｒ１よりも小さく設定することにより、表面保護層２と金属層３と繊維強化樹脂層４とが加圧成形される際に、金属層３は、その中央部から両側（図３に向かって左右方向）に向かって表面保護層２に密着していく。このため、表面保護層２と金属層３との間に介在する気泡が両側に押し出される態様となり、気泡が残留しにくくなる。
【００４０】
かくして、第１〜第３実施形態に係る複合材料構造体の成形方法によって成形された複合材料構造体１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは、その表面保護層２と金属層３との間に気泡が残留しないため、外表面にピット（微小穴）または層間のボイド（空隙）を生じる不具合が無く、良好な強度および外観性を得ることができる。
【００４１】
なお、本発明は、上記実施形態の構成のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更や改良を加えることができ、このように変更や改良を加えた実施形態も本発明の権利範囲に含まれるものとする。例えば、第１〜第３実施形態を適宜組み合わせた成形方法としてもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１，１１  金型
１ａ，１１ａ  成形面
２  表面保護層
３  金属層
４  繊維強化樹脂層
５  脱気溝
６  カッター
７  湾曲成形機
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ  複合材料構造体
３０  ロール
Ｒ１  成形面の湾曲率
Ｒ２  金属層の湾曲率
【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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