(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形型の両側にそれぞれ、独立して膨縮動作可能なブラダーを設け、成形型上に配置された強化繊維基材の各ブラダーの位置に対応する各部分を、各ブラダーの膨張動作により成形型に沿う形状に賦形する工程を有することを特徴とする、繊維強化樹脂複合材料の製造方法。
【請求項２】
前記強化繊維基材の各ブラダーの位置に対応する各部分を、順に賦形する、請求項１に記載の繊維強化樹脂複合材料の製造方法。
【請求項３】
前記強化繊維基材の各ブラダーの位置に対応する各部分を、同時に賦形する、請求項１に記載の繊維強化樹脂複合材料の製造方法。
【請求項４】
前記強化繊維基材を成形型間に挟持し、成形型の両側に延在する強化繊維基材部分を各ブラダーの膨張動作により賦形する、請求項１〜３のいずれかに記載の繊維強化樹脂複合材料の製造方法。
【請求項５】
前記強化繊維基材の各ブラダーの位置に対応する各部分を、各ブラダーの膨張動作によって折り曲げることにより成形型に沿う形状に賦形する、請求項１〜４のいずれかに記載の繊維強化樹脂複合材料の製造方法。
【請求項６】
前記強化繊維基材の各ブラダーの位置に対応する各部分を、互いに反対方向に折り曲げる、請求項５に記載の繊維強化樹脂複合材料の製造方法。
【請求項７】
前記強化繊維基材の各ブラダーの位置に対応する各部分を、同じ方向に折り曲げる、請求項５に記載の繊維強化樹脂複合材料の製造方法。
【請求項８】
少なくとも各ブラダーを密閉可能なチャンバー内に収容し、該チャンバー内を減圧することにより各ブラダーを膨張させる、請求項１〜７のいずれかに記載の繊維強化樹脂複合材料の製造方法。
【請求項９】
前記チャンバー内の減圧時に各ブラダー内に大気を導入する、請求項８に記載の繊維強化樹脂複合材料の製造方法。
【請求項１０】
各ブラダー内に加圧流体を導入することにより各ブラダーを膨張させる、請求項１〜７のいずれかに記載の繊維強化樹脂複合材料の製造方法。
【請求項１１】
前記強化繊維基材を長手方向に順に賦形する、請求項１〜１０のいずれかに記載の繊維強化樹脂複合材料の製造方法。
【請求項１２】
強化繊維基材がドライの強化繊維材からなる、請求項１〜１１のいずれかに記載の繊維強化樹脂複合材料の製造方法。
【請求項１３】
各ブラダーを膨張させ、強化繊維基材を賦形した状態において、強化繊維基材を加熱する、請求項１２に記載の繊維強化樹脂複合材料の製造方法。
【請求項１４】
強化繊維基材がプリプレグからなる、請求項１〜１１のいずれかに記載の繊維強化樹脂複合材料の製造方法。
【請求項１５】
賦形前に強化繊維基材を加熱する、請求項１４に記載の繊維強化樹脂複合材料の製造方法。
【請求項１６】
強化繊維基材が積層体からなる、請求項１〜１５のいずれかに記載の繊維強化樹脂複合材料の製造方法。
【請求項１７】
強化繊維基材が表面に樹脂粒子を有する強化繊維材の積層体からなる強化繊維基材である、請求項１〜１３のいずれかに記載の繊維強化樹脂複合材料の製造方法。
【請求項１８】
強化繊維基材を、その長手方向に沿って直線状に延びる形状に賦形する、請求項１〜１７のいずれかに記載の繊維強化樹脂複合材料の製造方法。
【請求項１９】
強化繊維基材を、その長手方向に沿う方向に見て湾曲部を有する形状に賦形する、請求項１〜１７のいずれかに記載の繊維強化樹脂複合材料の製造方法。
【請求項２０】
前記湾曲部の長手方向中央部を賦形した後、該中央部の長手方向両側部分を賦形する、請求項１９に記載の繊維強化樹脂複合材料の製造方法。
【請求項２１】
強化繊維基材の各ブラダーの位置に対応する各部分および／またはその近傍部分の少なくとも一部に、強化繊維基材の長手方向に交差する方向に延びるスリットを予め形成しておく、請求項１〜２０のいずれかに記載の繊維強化樹脂複合材料の製造方法。
【請求項２２】
強化繊維基材の一方のブラダーの位置に対応する部分および／またはその近傍部分の少なくとも一部にのみ、強化繊維基材の長手方向に交差する方向に延びるスリットを予め形成しておき、他方のブラダーの位置に対応するスリットが形成されていない強化繊維基材の部分を該他方のブラダーの膨張動作により賦形した後、前記スリットが形成されている側の強化繊維基材の部分を前記一方のブラダーの膨張動作により賦形する、請求項２１に記載の繊維強化樹脂複合材料の製造方法。
【請求項２３】
強化繊維基材が炭素繊維を含む基材からなる、請求項１〜２２のいずれかに記載の繊維強化樹脂複合材料の製造方法。
【請求項２４】
強化繊維基材の賦形後に強化繊維基材に樹脂を含浸させ硬化させる、請求項１〜１３、１６〜２３のいずれかに記載の繊維強化樹脂複合材料の製造方法。
【請求項２５】
強化繊維基材賦形用の成形型と、該成形型の両側にそれぞれ設けられ、独立して膨縮動作可能で、膨張動作により成形型上に配置された強化繊維基材の対応部分を成形型に沿う形状に賦形可能なブラダーとを有することを特徴とする、繊維強化樹脂複合材料の製造装置。
【請求項２６】
前記成形型が前記強化繊維基材を挟持可能な少なくとも一対の成形型からなり、前記各ブラダーが、前記一対の成形型の両側に延在する強化繊維基材部分を膨張動作により賦形可能なブラダーからなる、請求項２５に記載の繊維強化樹脂複合材料の製造装置。
【請求項２７】
前記各ブラダーが、膨張動作により前記強化繊維基材を成形型に沿う形状に折り曲げ可能なブラダーからなる、請求項２５または２６に記載の繊維強化樹脂複合材料の製造装置。
【請求項２８】
前記成形型の両側に設けられたブラダーが、強化繊維基材の各ブラダーの位置に対応する各部分を、互いに反対方向に折り曲げ可能なブラダーからなる、請求項２７に記載の繊維強化樹脂複合材料の製造装置。
【請求項２９】
前記成形型の両側に設けられたブラダーが、強化繊維基材の各ブラダーの位置に対応する各部分を、同じ方向に折り曲げ可能なブラダーからなる、請求項２７に記載の繊維強化樹脂複合材料の製造装置。
【請求項３０】
少なくとも各ブラダーが収容され、内部を減圧することにより各ブラダーを膨張させることが可能なチャンバーを有する、請求項２５〜２９のいずれかに記載の繊維強化樹脂複合材料の製造装置。
【請求項３１】
前記各ブラダーが、前記チャンバー内の減圧時に各ブラダー内に大気を導入可能なブラダーからなる、請求項３０に記載の繊維強化樹脂複合材料の製造装置。
【請求項３２】
前記各ブラダーが、加圧流体が導入されることにより膨張可能なブラダーからなる、請求項２５〜２９のいずれかに記載の繊維強化樹脂複合材料の製造装置。
【請求項３３】
前記強化繊維基材を長手方向に順に賦形可能に構成されている、請求項２５〜３２のいずれかに記載の繊維強化樹脂複合材料の製造装置。
【請求項３４】
強化繊維基材がドライの強化繊維材からなる、請求項２５〜３３のいずれかに記載の繊維強化樹脂複合材料の製造装置。
【請求項３５】
各ブラダーを膨張させ、強化繊維基材を賦形した状態において、強化繊維基材を加熱可能な手段を有する、請求項３４に記載の繊維強化樹脂複合材料の製造装置。
【請求項３６】
強化繊維基材がプリプレグからなる、請求項２５〜３３のいずれかに記載の繊維強化樹脂複合材料の製造装置。
【請求項３７】
賦形前に強化繊維基材を加熱可能な手段を有する、請求項３６に記載の繊維強化樹脂複合材料の製造装置。
【請求項３８】
強化繊維基材が積層体からなる、請求項２５〜３７のいずれかに記載の繊維強化樹脂複合材料の製造装置。
【請求項３９】
強化繊維基材が表面に樹脂粒子を有する強化繊維材の積層体からなる強化繊維基材である、請求項２５〜３５のいずれかに記載の繊維強化樹脂複合材料の製造装置。
【請求項４０】
強化繊維基材は、その長手方向に沿って直線状に延びる形状に賦形される、請求項２５〜３９のいずれかに記載の繊維強化樹脂複合材料の製造装置。
【請求項４１】
強化繊維基材は、その長手方向に沿う方向に見て湾曲部を有する形状に賦形される、請求項２５〜３９のいずれかに記載の繊維強化樹脂複合材料の製造装置。
【請求項４２】
前記湾曲部の長手方向中央部を賦形した後、該中央部の長手方向両側部分を賦形可能に構成されている、請求項４１に記載の繊維強化樹脂複合材料の製造装置。
【請求項４３】
強化繊維基材の各ブラダーの位置に対応する各部分および／またはその近傍部分の少なくとも一部に、強化繊維基材の長手方向に交差する方向に延びるスリットが予め形成されている、請求項２５〜４２のいずれかに記載の繊維強化樹脂複合材料の製造装置。
【請求項４４】
強化繊維基材の一方のブラダーの位置に対応する部分および／またはその近傍部分の少なくとも一部にのみ、強化繊維基材の長手方向に交差する方向に延びるスリットが予め形成されており、他方のブラダーの位置に対応するスリットが形成されていない強化繊維基材の部分が該他方のブラダーの膨張動作により賦形された後、前記スリットが形成されている側の強化繊維基材の部分が前記一方のブラダーの膨張動作により賦形されるように、両ブラダーの作動順が制御される、請求項４３に記載の繊維強化樹脂複合材料の製造装置。
【請求項４５】
強化繊維基材が炭素繊維を含む基材からなる、請求項２５〜４４のいずれかに記載の繊維強化樹脂複合材料の製造装置。
【請求項４６】
強化繊維基材の賦形後に強化繊維基材に樹脂を含浸させ硬化させる手段を有する、請求項２５〜３５、３８〜４５のいずれかに記載の繊維強化樹脂複合材料の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化樹脂複合材料の製造方法および製造装置に関し、とくに、マトリックス樹脂の含浸や硬化前に強化繊維基材を所定形状に効率よく屈曲賦形可能な、繊維強化樹脂複合材料の製造方法および製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
とくに長尺の繊維強化樹脂複合材料、例えば長尺の梁を構成する繊維強化樹脂複合材料を成形するに際しては、フランジ部を形成するために、平板状の強化繊維基材の断面における両側を折り曲げ賦形し、所定形状に賦形されたドライの強化繊維基材にマトリックス樹脂を含浸させ硬化させることが多い。強化繊維基材としてプリプレグを使用する場合には、所定のフランジ形状に折り曲げ賦形した後、樹脂を加熱硬化させることが多い。
【０００３】
このように、マトリックス樹脂の含浸や硬化前に強化繊維基材を所定形状に屈曲賦形する方法として、ブラダー(bladder) を用いる方法（例えば、特許文献１）や加圧ローラーを用いる方法（例えば、特許文献２）が知られている。ここでブラダーとは、内部に気体等の流体を導入、導出させることにより風船状に膨縮可能な、強化繊維基材の所定形状への賦形のための、ゴム等の弾力性のある材料からなる加圧体であり、このブラダーの膨張動作によって、強化繊維基材の所定部分を成形型に押し付けることにより、強化繊維基材を所定形状に屈曲賦形できるものである。
【０００４】
特許文献１は、平板状の強化繊維基材をＣ形断面形状に賦形する方法を記載している。この方法では、チャンバー内の一壁面に膨縮可能なブラダーが装着されており、チャンバー内に配置された型（マンドレル）上に強化繊維基材を配し、チャンバーを密閉して内部を真空吸引することによりブラダーを膨張させ、膨張したブラダーにより強化繊維基材をマンドレルに押し付けることによって強化繊維基材がＣ形断面形状に賦形される。
【０００５】
しかしながらこの方法では、マンドレルに対向させ、間に強化繊維基材を配置した状態でブラダーが設けられているため、膨張したブラダーは強化繊維基材の両側部分を一方向にしか押圧できず、上記の如くＣ形断面形状にしか賦形できない。したがって、例えば、強化繊維基材の両側部分の折り曲げ方向が互いに反対方向となる、Ｚ形断面形状等への賦形には対応できない。また、一枚のブラダーの膨張動作を利用するようになっているため、強化繊維基材の両側部分は実質的に同時に折り曲げられることになり、折り曲げ時に、屈曲部分等に皺等が残りやすい賦形方法となっている。
【０００６】
特許文献２は、プリプレグ積層体からなる強化繊維基材を、プレス機に挟んでＴ字形に賦形した後、頂部にローラーを押し当てて曲げ、Ｊ形やＺ形断面に賦形する方法を開示している。しかしながらこの方法では、少なくとも駆動可能なプレス装置、パンチ装置、ローラー装置が必要になり、設備が大がかりで複雑、高価なものになる。
【特許文献１】米国特許第５７７２９５０号公報
【特許文献２】特開２００４−３５１８８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで本発明の課題は、基本的に大がかりな駆動系を必要とせず、簡単な構造で安価に構成可能な設備を使用すればよく、Ｃ形断面はもとよりＺ形断面等の賦形のための屈曲方向が異なる断面形状であっても、さらには長手方向に湾曲する部分を有する形状であっても、皺等の問題を発生させることなく円滑にかつ容易に賦形することが可能で、長尺の梁部材（ストリンガー）等の成形に極めて好適な、繊維強化樹脂複合材料の製造方法および製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る繊維強化樹脂複合材料の製造方法は、成形型の両側にそれぞれ、独立して膨縮動作可能なブラダーを設け、成形型上に配置された強化繊維基材の各ブラダーの位置に対応する各部分を、各ブラダーの膨張動作により成形型に沿う形状に賦形する工程を有することを特徴とする方法からなる。
【０００９】
この方法においては、ブラダー(bladder) が成形型の両側にそれぞれ設けられ、かつ、それぞれのブラダーが独立して膨縮動作可能であるので、成形型上に配置された強化繊維基材の各ブラダーの位置に対応する各部分の、成形型に対する賦形方向は制限されず、賦形のタイミングも制限されない。したがって、Ｃ形断面等の同じ方向への屈曲賦形が要求される場合、Ｚ形断面等の互いに異なる方向への屈曲賦形が要求される場合のいずれの場合にも賦形が可能になる。また、両側に配置したブラダーの膨張動作のタイミングをずらすことにより、一方のブラダーの膨張動作による賦形時に基材に皺やその他の不具合が発生しようとしたとしても、独立作動可能な他方のブラダーの膨張動作による賦形時にその皺やその他の不具合を解消するように伸ばしながら賦形することが可能になり、円滑にかつ容易に目標品質にて所望形状への賦形を行うことが可能になる。
【００１０】
このように、本発明に係る繊維強化樹脂複合材料の製造方法においては、ブラダーの膨張動作の順番を制御することで、強化繊維基材の各ブラダーの位置に対応する各部分を、順に賦形することができ、それによって賦形時の皺等の不具合の発生を抑制することができる。
【００１１】
もちろん、強化繊維基材の各ブラダーの位置に対応する各部分を、同時に賦形することも可能であり、皺等の不具合の発生のおそれが無いか少ない場合には、同時賦形によって賦形時間を短縮できる。
【００１２】
また、一つの成形型を用いて強化繊維基材を賦形することも可能であるが、本発明方法では、強化繊維基材を成形型間に挟持し、成形型の両側に延在する強化繊維基材部分を各ブラダーの膨張動作により賦形することもできる。強化繊維基材を成形型間に挟持することで、強化繊維基材の各部分を賦形する際にも、強化繊維基材全体を所定姿勢に保持することが可能になり、所定形状への賦形の精度が向上する。
【００１３】
賦形は基本的には成形型に沿う形状になるように、強化繊維基材の所定部分を成形型の対応部分に押し付ければよい。例えば、強化繊維基材の各ブラダーの位置に対応する各部分を、各ブラダーの膨張動作によって折り曲げることにより成形型に沿う形状に賦形することができる。
【００１４】
この折り曲げについては、前述の如く、強化繊維基材の各ブラダーの位置に対応する各部分を、互いに反対方向に折り曲げて、Ｚ形等の断面形状に賦形することもできるし、強化繊維基材の各ブラダーの位置に対応する各部分を、同じ方向に折り曲げて、Ｃ形等の断面形状に賦形することもできる。
【００１５】
また、ブラダーの膨張動作については、少なくとも各ブラダーを密閉可能なチャンバー内に収容し、該チャンバー内を減圧することにより各ブラダーを膨張させることができる。この場合には、例えば、チャンバー内の減圧時に各ブラダー内に大気を導入するようにすることができる。つまり、減圧されたチャンバー内圧と大気圧との差圧を利用してブラダー内に大気を導入することができる。
【００１６】
あるいは、各ブラダー内に加圧流体を導入することにより各ブラダーを膨張させることもできる。この場合には、上記のような減圧作動可能なチャンバーは不要である。上述の如く大気圧を利用するか、加圧流体を導入するかは、賦形される強化繊維基材の性状やサイズに応じて適宜決定すればよい。
【００１７】
また、本発明に係る繊維強化樹脂複合材料の製造方法においては、強化繊維基材を長手方向に順に賦形することも可能である。長手方向に所定の長さを賦形した後、引き抜いて、長手方向に隣接する強化繊維基材の箇所を賦形することを繰り返すことにより対応可能である。この方法では、真空チャンバーの気密を保持することが難しいので、加圧流体を導入する方法を採用することがより好ましい。とくに、賦形される強化繊維基材が長尺の場合には有効であり、小型の賦形装置でもって、長尺の強化繊維基材を順に所定形状に賦形していくことが可能である。
【００１８】
また、本発明に係る繊維強化樹脂複合材料の製造方法は、強化繊維基材がドライの強化繊維材からなる場合、強化繊維基材がプリプレグからなる場合のいずれの場合にも適用できる。強化繊維基材がドライの強化繊維材からなる場合には、各ブラダーを膨張させ、強化繊維基材を賦形した状態において、強化繊維基材を加熱するステップを加えることができ、それによってより安定して所定形状への賦形、賦形形状の維持が可能になる。強化繊維基材がプリプレグからなる場合には、賦形前に、強化繊維基材を加熱するステップを加えることができ、それによって樹脂を軟化させ、プリプレグに対し、より簡単に折り曲げ等の賦形動作を行うことが可能になる。なお、いずれの場合にあっても、加熱動作としては、外部から加熱したり、成形型内部から加熱したりすることができ、ブラダー内に加熱流体を導入することによって強化繊維基材を加熱することもできる。成形型に熱媒の流路を設置して、該流路に金型温調器を利用して熱媒を流すことにより加熱する方法は、オーブンなどの大型の設備が不要であるため、より好ましい。
【００１９】
また、本発明に係る繊維強化樹脂複合材料の製造方法は、とくに強化繊維基材が積層体からなる場合に好適な方法である。積層体の場合には、強化繊維基材を屈曲賦形する際に、望ましくない内部応力等が発生して皺等が生じやすくなる傾向にあるが、前述の如く、独立作動可能なブラダーによる賦形動作のタイミングを賦形部分に応じてずらし、賦形の順番を制御することにより、皺の発生を抑える、または製品の形状外の箇所に皺を発生させて製品の形状内の皺の発生を抑える、または皺を分散させて大きな皺の発生を抑えるなどして、良好な品質での賦形が可能になる。
【００２０】
とくに強化繊維基材がドライの強化繊維材の積層体からなる場合には、表面に樹脂粒子を有する強化繊維材の積層体からなる強化繊維基材であり、隣接する強化繊維材間が、樹脂粒子により、部分的に接着されていることが好ましく、これによって、形態を保ちながら積層体としての取り扱いが可能になり、かつ、賦形動作のための適度な基材のドレープ性を維持できるため、皺の発生を良好に抑制して賦形することが可能となる。また、賦形した状態において加熱することによって、部分的に接着していた隣接強化繊維材間を全面にわたり接着することにより、賦形後の所定形状の保持も一層容易になる。また、加熱することにより、樹脂粒子を軟化させた状態にて、ブラダーを膨張させて加圧することにより、樹脂粒子をつぶして積層体の厚みを薄くし、厚みをコントロールすることも可能である。
【００２１】
また、本発明に係る繊維強化樹脂複合材料の製造方法は、長尺の強化繊維基材を所定の断面形状に賦形する場合に好適な方法である。この場合、強化繊維基材を、その長手方向に沿って直線状に延びる形状に賦形することもできるし、とくに本発明方法では、強化繊維基材を、その長手方向に沿う方向に見て湾曲部を有する形状に賦形することが可能である。とくに湾曲部を有する形状に賦形する場合には、賦形時に皺等の発生の可能性が高くなるが、前述の如く、独立作動可能なブラダーによる賦形動作のタイミングを賦形部分に応じてずらすことにより、容易に皺等を吸収することが可能になる。また、湾曲部を有する形状に賦形する場合には、湾曲部の長手方向中央部を先に賦形した後、該中央部の長手方向両側部分を賦形することが好ましい。先に長手方向両側部分を賦形すると、湾曲部の長手方向中央部を賦形する際に、強化繊維基材の賦形部分に（とくに、凹状の形状になる賦形部分に）突っ張ってしまう箇所が生じるおそれがあり、所定形状への賦形が困難になったり皺が発生したりするおそれが生じる。湾曲部の長手方向中央部を先に賦形することで、該中央部賦形時にはその両側部分を固定されていない状態に保つことができ、中央部における皺などを発生させようとする応力を両側部分へと逃がすことができ、望ましくない応力が残っていない状態で続いて両側部分が賦形されることになるので、全体として皺などの発生しない形状への賦形が可能になる。さらに、湾曲部の長手方向中央部賦形後の両側部分の賦形が、先に賦形された中央部に対して長手方向に略対称に行われるようにすることが、より好ましい。このようにすれば、一層確実に皺などの発生しない形状への賦形が可能になる。
【００２２】
また、本発明に係る繊維強化樹脂複合材料の製造方法においては、可能であれば、強化繊維基材の各ブラダーの位置に対応する各部分および／またはその近傍部分の少なくとも一部に、強化繊維基材の長手方向に交差する方向に延びるスリットを予め形成しておくことも好ましい。この場合、強化繊維基材の一方のブラダーの位置に対応する部分および／またはその近傍部分の少なくとも一部にのみ、強化繊維基材の長手方向に交差する方向に延びるスリットを予め形成しておき、他方のブラダーの位置に対応するスリットが形成されていない強化繊維基材の部分を該他方のブラダーの膨張動作により賦形した後、前記スリットが形成されている側の強化繊維基材の部分を前記一方のブラダーの膨張動作により賦形するようにすることもできる。
【００２３】
例えば、フランジ部として賦形すべき強化繊維基材の該当する箇所に、強化繊維基材の長手方向に交差する方向にスリット（切り欠き）が設けられている強化繊維基材を用いることが好ましい。特に長手方向に湾曲部を有する場合、このようなスリットを設けておくことにより、賦形時の皺の発生を抑制できるため好ましい。更に、独立作動可能なブラダーにより、スリットの設けていないフランジ部該当箇所を先に賦形した後に、スリットを設けているフランジ部該当箇所を賦形することにより、皺の発生を効率よく抑制できるようになる。
【００２４】
本発明に係る繊維強化樹脂複合材料の製造方法における強化繊維基材の種類、とくに使用強化繊維の種類はとくに限定されない。代表的には、強化繊維基材が炭素繊維を含む基材からなる。もちろん他の強化繊維、例えばガラス繊維やアラミド繊維等を含む強化繊維基材を使用してもよく、２種以上の強化繊維を含むハイブリッド構成の強化繊維基材であってもよい。
【００２５】
本発明に係る繊維強化樹脂複合材料の製造方法においては、上記のような強化繊維基材の賦形後には、マトリックス樹脂を硬化させて所望の繊維強化樹脂複合材料を製造する。とくに強化繊維基材がドライの強化繊維材からなる場合には、強化繊維基材の賦形後に強化繊維基材に樹脂を含浸させ硬化させる、いわゆるＲＴＭ（Resin Transfer Molding) 成形方法を採用できる。また、真空圧を利用したVacuum assisted ＲＴＭ（VaRTM)成形方法も採用できる。VaRTM は、加圧装置が不要であり、簡易に成形できるため、より好ましい。プリプレグの場合には、賦形した後、オートクレーブを用いて、加熱加圧することにより、マトリックス樹脂を硬化させる成形方法を採用できる。
【００２６】
本発明に係る繊維強化樹脂複合材料の製造装置は、強化繊維基材賦形用の成形型と、該成形型の両側にそれぞれ設けられ、独立して膨縮動作可能で、膨張動作により成形型上に配置された強化繊維基材の対応部分を成形型に沿う形状に賦形可能なブラダーとを有することを特徴とするものからなる。
【００２７】
この繊維強化樹脂複合材料の製造装置においては、上記成形型が強化繊維基材を挟持可能な少なくとも一対の成形型からなり、上記各ブラダーが、前記一対の成形型の両側に延在する強化繊維基材部分を膨張動作により賦形可能なブラダーからなる構成とすることができる。
【００２８】
また、各ブラダーが、膨張動作により強化繊維基材を成形型に沿う形状に折り曲げ可能なブラダーからなる構成を採ることができる。この成形型の両側に設けられたブラダーが、強化繊維基材の各ブラダーの位置に対応する各部分を、互いに反対方向に折り曲げ可能なブラダーからなる構成とすれば、Ｚ形断面形状等への円滑な賦形が可能になり、成形型の両側に設けられたブラダーが、強化繊維基材の各ブラダーの位置に対応する各部分を、同じ方向に折り曲げ可能なブラダーからなる構成とすれば、Ｃ形断面形状等への円滑な賦形が可能になる。
【００２９】
また、少なくとも各ブラダーが収容され、内部を減圧することにより各ブラダーを膨張させることが可能なチャンバーを有する構成とすることができる。このようにすれば、各ブラダーが、チャンバー内の減圧時に各ブラダー内に大気を導入可能なブラダーからなる構造とすることが可能になり、大気圧を利用できる。
【００３０】
また、各ブラダーが、加圧流体が導入されることにより膨張可能なブラダーからなる構成とすることも可能である。このようにすれば、上記のような減圧のためのチャンバーは不要である。
【００３１】
また、本発明に係る繊維強化樹脂複合材料の製造装置は、とくに賦形すべき強化繊維基材が長尺の場合、強化繊維基材を長手方向に順に賦形可能に構成することもできる。更に、所定の長さを賦形した後、長手方向に所定の長さだけ引き抜くことが可能な構成とすることにより、製造装置を小型化することができる。
【００３２】
また、強化繊維基材はドライの強化繊維材からなっていてもよく、プリプレグからなっていてもよい。前者の場合には、賦形した状態にて強化繊維基材を加熱可能な手段を有することが好ましく、後者の場合には、賦形前に強化繊維基材を加熱可能な手段を有することが好ましい。
【００３３】
また、強化繊維基材は積層体から形成することができ、とくに、強化繊維基材がドライの強化繊維材の積層体からなる場合、隣接する強化繊維材間が樹脂粒子等により部分的に接着していることが好ましい。
【００３４】
また、強化繊維基材は、その長手方向に沿って直線状に延びる形状に賦形されることもできるし、長手方向に沿う方向に見て湾曲部を有する形状に賦形されることもできる。湾曲部を有する形状に賦形される場合には、湾曲部の長手方向中央部を賦形した後、該中央部の長手方向両側部分を賦形可能に構成されていることが好ましい。
【００３５】
また、強化繊維基材の各ブラダーの位置に対応する各部分および／またはその近傍部分の少なくとも一部に、強化繊維基材の長手方向に交差する方向に延びるスリットが予め形成されている構成とすることもできる。この場合、強化繊維基材の一方のブラダーの位置に対応する部分および／またはその近傍部分の少なくとも一部にのみ、強化繊維基材の長手方向に交差する方向に延びるスリットが予め形成されており、他方のブラダーの位置に対応するスリットが形成されていない強化繊維基材の部分が該他方のブラダーの膨張動作により賦形された後、前記スリットが形成されている側の強化繊維基材の部分が前記一方のブラダーの膨張動作により賦形されるように、両ブラダーの作動順が制御される構成とすることもできる。
【００３６】
強化繊維基材としては、代表的には炭素繊維を含む基材を挙げることができる。
【００３７】
本発明に係る繊維強化樹脂複合材料の製造装置は、所望の繊維強化樹脂複合材料を得るために、マトリックス樹脂の硬化手段を有する。とくに強化繊維基材がドライの強化繊維材からなる場合、強化繊維基材の賦形後に強化繊維基材に樹脂を含浸させ硬化させる手段を有する。
【発明の効果】
【００３８】
本発明に係る繊維強化樹脂複合材料の製造方法および製造装置によれば、基本的に駆動系を必要としないか、大がかりな駆動系を必要とせず、簡単で安価な装置構造に構成可能であり、独立作動可能な各ブラダーの膨縮動作のみで、Ｃ形断面はもとよりＺ形断面等の賦形のための屈曲方向が互いに異なる断面形状であっても、さらには長手方向に湾曲する部分を有する形状であっても、皺等の問題を発生させることなく円滑にかつ容易に強化繊維基材を所望形状に賦形することができる。とくに各ブラダーの膨張動作の順序を制御することにより、強化繊維基材が積層体である場合にも、適度な層間ずれを許容しつつ皺等の不具合の発生を適切に抑えることが可能になり、強化繊維基材を優れた品質をもって高精度で所望形状に賦形することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１〜図４は、本発明に係る繊維強化樹脂複合材料の製造方法および製造装置における、代表的な強化繊維基材の賦形形状を示している。この強化繊維基材は、前述の如く、ドライの強化繊維材から構成されることもでき、プリプレグから構成されることもでき、それらの単層、積層体のいずれにも構成されることができる。図１に示す賦形後の強化繊維基材１は、横断面形状がウエブ部２と、ウエブ部２の両側で互いに反対方向に折れ曲がって延びるフランジ部３、４とからなり、長手方向Ｘ−Ｘには直線状に延びる形状に賦形されている。本発明では、このような断面形状をＺ形断面形状と呼び、該Ｚ形断面形状は、ウエブ部２からのフランジ部３、４の屈曲角が９０度以外のものも含み、ウエブ部２に対するフランジ部３、４の屈曲角が互いに異なるものも含む概念である。また、フランジ部３、４のサイズについても、同一でも互いに異なっていてもよい。
【００４０】
また、図２に示す賦形後の強化繊維基材１１は、横断面形状がウエブ部１２と、ウエブ部１２の両側で互いに反対方向に折れ曲がって延びるフランジ部１３、１４とからなるＺ形断面形状からなるが、長手方向Ｘ−Ｘに沿う方向に見て湾曲部を有する形状に賦形されている。図２には全体が湾曲している例を示しているが、長手方向Ｘ−Ｘにおいて部分的に湾曲部を有し、その他の部分は図１に示したように直線状に延びる部分に形成されたもの、湾曲部および／または直線状に延びる部分が長手方向Ｘ−Ｘに複数存在するものも含む。Ｚ形断面形状に関しては、図１で説明した概念と同様の概念まで含まれる。また、フランジ部１３、１４のサイズについても、同一でも互いに異なっていてもよい。
【００４１】
また、図３に示す賦形後の強化繊維基材２１は、横断面形状がウエブ部２２と、ウエブ部２２の両側で互いに反対方向に折れ曲がって延びるフランジ部２３、２４とからなるＺ形断面形状からなり、長手方向Ｘ−Ｘに沿う方向に見て湾曲部を有する形状に賦形されている。そして、一方のフランジ部２３には、長手方向Ｘ−Ｘに対し交差する方向に延びる複数のスリット２５が形成されており、これらスリット２５は、賦形前の段階で強化繊維基材２１のフランジ部２３の該当する箇所に予め形成されている。図３には図２と同様に全体が湾曲している例を示しているが、長手方向Ｘ−Ｘにおいて部分的に湾曲部を有し、その他の部分は図１に示したように直線状に延びる部分に形成されたもの、湾曲部および／または直線状に延びる部分が長手方向Ｘ−Ｘに複数存在するものも含む。Ｚ形断面形状に関しては、図１で説明した概念と同様の概念まで含まれる。また、フランジ部２３、２４のサイズについても、同一でも互いに異なっていてもよい。
【００４２】
また、図４に示す賦形後の強化繊維基材３１は、横断面形状がウエブ部３２と、ウエブ部３２の両側で互いに反対方向に折れ曲がって延びるフランジ部３３、３４とからなるＺ形断面形状からなり、長手方向Ｘ−Ｘに沿う方向に見て湾曲部を有する形状に賦形されている。そして、一方のフランジ部３３に対応する部分には、長手方向Ｘ−Ｘに対し交差する方向にフランジ部３３からウエブ部３２の一部にわたって延びる複数のスリット３５が形成されており、これらスリット３５は、賦形前の段階で強化繊維基材３１のフランジ部３３およびウエブ部３２の該当する箇所に予め形成されている。図４には図２と同様に全体が湾曲している例を示しているが、長手方向Ｘ−Ｘにおいて部分的に湾曲部を有し、その他の部分は図１に示したように直線状に延びる部分に形成されたもの、湾曲部および／または直線状に延びる部分が長手方向Ｘ−Ｘに複数存在するものも含む。Ｚ形断面形状に関しては、図１で説明した概念と同様の概念まで含まれる。また、フランジ部３３、３４のサイズについても、同一でも互いに異なっていてもよい。
【００４３】
さらに、前述したように、本発明は強化繊維基材のＣ形断面形状への賦形にも適用できる。図示は省略するが、本発明におけるＣ形断面形状とは、例えば図１に示したようなウエブ部２の両側に折り曲げ賦形されたフランジ部３、４を有する断面形状において、フランジ部３、４が同じ方向に折り曲げられた断面形状を意味し、その際のウエブ部２に対するフランジ部３、４の屈曲角は同一でも互いに異なっていてもよく、９０度以外のものも含む。また、フランジ部３、４のサイズについても、同一でも互いに異なっていてもよい。
【００４４】
本発明における強化繊維基材の賦形に関し、図１〜図４に示したようなＺ形断面形状への賦形の一例について、図５〜図７を参照して説明する。図５〜図７は、繊維強化樹脂複合材料として例えば長尺梁（ストリンガー）を製造するに際し、ドライの強化繊維材の積層体からなる平板状の強化繊維基材をＺ形断面形状に賦形してプリフォームを作製する例を示しており、その賦形を、密閉可能なチャンバーを用いて行う場合を示している。
【００４５】
まず、図５に示すように、チャンバー４１内の所定位置に、成形型としてのマンドレル４２、４３と、マンドレル４２、４３に挟持された強化繊維基材としての積層体４４と、マンドレル４２、４３の両側にそれぞれ配置された独立して膨縮動作可能なブラダー４５、４６を設ける。ブラダー４５、４６は、例えばシリコンゴムからなり、内部に相対的な加圧流体が導入されることにより膨張動作し、加圧流体が排出されることにより収縮動作する。
【００４６】
チャンバー４１が密閉され、チャンバー４１のブラダー４５収容側部分の内部が減圧されることにより、図６に示すように、ブラダー４５内に外部から大気４７が導入されるとともに、導入された大気４７の圧力（大気圧）と減圧されたチャンバー４１の内圧との差圧による相対的な加圧によりブラダー４５が膨張する。この膨張したブラダー４５により、積層体４４の断面の一方側の端部４８がマンドレル４２に押し当てられ、マンドレル４２の側面形状に沿う形状に折り曲げられ賦形される。
【００４７】
次に、チャンバー４１のブラダー４６収容側部分の内部が減圧されることにより、図７に示すように、ブラダー４６内に外部から大気４７が導入されるとともに、導入された大気４７の圧力（大気圧）と減圧されたチャンバー４１の内圧との差圧による相対的な加圧によりブラダー４６が膨張する。この膨張したブラダー４６により、積層体４４の断面の他方側の端部４９がマンドレル４３に押し当てられ、マンドレル４３の側面形状に沿う形状に折り曲げられ賦形される。積層体４４の断面における一方側の端部４８がマンドレル４２側に、他方側の端部４９がマンドレル４３側に、互いに反対方向に屈曲賦形されることにより、Ｚ形断面プリフォーム５０が形成される。
【００４８】
次に、図７の状態で加熱して、積層体４４を賦形形状をホールドさせるようにする。加熱は、チャンバー４１内全体を加熱してもよく、マンドレル４２、４３を加熱媒体通液や電気ヒータ等により加熱してもよい。さらに、ブラダー４５、４６内への導入流体を加熱することも可能である。
【００４９】
このようにＺ形断面形状に賦形されたドライのプリフォーム５０を用いて、例えばＲＴＭ成形方法により、マトリックス樹脂（例えば、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂）がプリフォーム５０に含浸され、所定温度に加熱されて硬化され、所望形状の繊維強化樹脂複合材料が製造される。
【００５０】
上記例では、ドライの強化繊維材の積層体４４を使用したが、プリプレグの積層体を用いることも可能であり、その場合には、マトリックス樹脂含浸工程は不要である。また、図２に示したような湾曲部を有する形状に賦形する場合には、必要に応じて、図３、図４に示したように湾曲賦形がより円滑に行われるように、フランジ部２３、３３やウエブ部３２の一部にスリット（切り欠き）を設けておいてもよい。
【００５１】
特に図５〜図７に示した賦形装置は、駆動系を有さず、大気圧を加圧源としているため、装置構成が非常にシンプルである。また、各ブラダー４５、４６による加圧の順番を制御することにより、賦形の順番を容易に制御することができる。各ブラダー４５、４６による賦形の順を制御することにより、とくに図２〜図４に示したような湾曲部を有する形状に賦形する場合、積層体を形成している強化繊維束を適切にずらしながら賦形することができるため、皺などが生じにくくなる。中でも、図３、図４に示したような湾曲部を有し、かつ、フランジ部２３、３３にスリット（切り欠き）２５、３５を有する場合（場合によっては、ウエブ部３２にもスリット３５を有する場合）には、スリットを有しない側のフランジ部２４、３４を先に賦形した後、スリットを有するフランジ部２３、３３を賦形することにより、皺などが発生しにくくなる。
【００５２】
また、図２〜図４に示したような湾曲部を有する形状に賦形する場合には、湾曲部の長手方向中央部を先に賦形した後、該中央部の長手方向両側部分を賦形することが好ましい。例えば図３に示した湾曲部を有する形状への賦形についてみると、とくにスリットを有しない側のフランジ部２４を賦形するに際し、その湾曲部の長手方向中央部Ａを先に賦形した後、該中央部Ａの長手方向両側部分Ｂ、Ｂを賦形することが好ましい。両側のＢ、Ｂ部分は順に賦形してもよく、同時賦形も可能である。さらに、両側のＢ、Ｂ部分が中央部Ａに対して長手方向に対称に位置されるようになっていることが好ましい。このように長手方向中央部Ａを先に賦形することにより、前述したように皺などの発生しない望ましい形状への賦形が可能になる。
【００５３】
なお、上記例では大気４７をブラダー４５、４６内へ導入したが、前述したように、大気４７以外の適当な加圧流体を導入することも可能である。その場合には、導入加圧流体でブラダー４５、４６を膨張させることができるので、密閉可能なチャンバーは不要である。ただし、ブラダー４５、４６が膨張して賦形方向に加圧力を発揮する際の反力を受ける部材は必要である。
【００５４】
さらに前述したように、本発明はＣ形断面への賦形にも適用可能である。例えば図５〜図７において、ブラダー４５、４６をマンドレル４２または４３に対し左右対象位置に配置すれば、容易にＣ形断面への賦形が可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明に係る繊維強化樹脂複合材料の製造方法および製造装置は、成形形の両側で屈曲賦形することが要求されるあらゆる繊維強化樹脂複合材料のための賦形に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明における代表的な強化繊維基材の賦形形状を示す斜視図である。
【図２】本発明における別の代表的な強化繊維基材の賦形形状（湾曲部を有する場合）を示す斜視図である。
【図３】本発明におけるさらに別の代表的な強化繊維基材の賦形形状（湾曲部およびスリットを有する場合）を示す斜視図である。
【図４】本発明におけるさらに別の代表的な強化繊維基材の賦形形状（湾曲部およびスリットを有する場合）を示す斜視図である。
【図５】本発明における賦形の一例を示す賦形装置の概略断面図である。
【図６】図５の次のステップを示す賦形装置の概略断面図である。
【図７】図６の次のステップを示す賦形装置の概略断面図である。
【符号の説明】
【００５７】
１、１１、２１、３１  賦形後の強化繊維基材
２、１２、２２、３２  ウエブ部
３、４、１３、１４、２３、２４、３３、３４  フランジ部
２５、３５  スリット
４１  チャンバー
４２、４３  成形型としてのマンドレル
４４  強化繊維基材としての積層体
４５、４６  ブラダー
４７  大気
４８  積層体の一方側の端部
４９  積層体の他方側の端部
５０  Ｚ形断面プリフォーム
Ａ  長手方向中央部
Ｂ、Ｂ  中央部の両側部分
Ｘ−Ｘ  長手方向
【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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