(57)【要約】  複合材料構造物製造用治具（１０）は、長手方向に沿って延びる溝状部を有する骨格材料を含む骨格構造体にプリプレグを貼付して複合材料構造物を製造する際に、骨格材料の溝状部に内挿されて用いられる。当該治具（１０）は、強化繊維を含む伸縮性材料により管状に形成され、その長手方向に直交する断面である横断面が上底および当該上底よりも長い下底を有する台形状となっている本体部（１１）を備える。この本体部（１１）の内面にはガスバリア層である内周フィルム（１６）が被覆されている。
2020149403.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向に沿って延びる溝状部を有する骨格材料を含む骨格構造体にプリプレグを貼付して複合材料構造物を製造する際に、前記骨格材料の前記溝状部に内挿されて用いられ、
強化繊維を含む伸縮性材料により管状に形成され、その長手方向に直交する断面である横断面が上底および当該上底よりも長い下底を有する台形状となっている本体部を備え、
前記本体部の内面にはガスバリア層が被覆されている、
複合材料構造物製造用治具。
【請求項２】
前記ガスバリア層は、フッ素樹脂フィルム、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）フィルム、ポリイミドフィルム、ポリアミドフィルム、またはポリエステルフィルムである、
請求項１に記載の複合材料構造物製造用治具。
【請求項３】
前記フッ素樹脂フィルムが、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）フィルムまたはテトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＦＴＦＥ）フィルムであり、
前記ポリアミドフィルムが、芳香族ポリアミドフィルムであり、
前記ポリエステルフィルムが、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）フィルムである、
請求項２に記載の複合材料構造物製造用治具。
【請求項４】
前記本体部の内部には、当該本体部の外部から押圧による変形を抑制する補強構造体が配置されており、
当該補強構造体は、前記本体部の長手方向に沿った延伸形状を有しており、かつ、長手方向に分断されているか、長手方向に交差する方向にスリットが形成されている、
請求項１に記載の複合材料構造物製造用治具。
【請求項５】
前記補強構造体は、前記本体部の内部において、前記下底の内面に対応する幅を有する下底側外側面と、当該下底側外側面に対向し、前記上底の内面に対応する幅を有する上底側外側面とを有し、
前記下底の内面と前記上底の内面との間隔を、前記本体部の内部高さとし、前記補強構造体における前記下底側外側面と前記上底側外側面との間隔を、当該補強構造体の外側面高さとしたときに、
前記上底側外側面が前記上底の内面に当接している状態では、前記下底側外側面は前記下底の内面には当接せずに、隙間が生じるように、前記内部高さよりも前記外側面高さが小さくなっている、
請求項４に記載の複合材料構造物製造用治具。
【請求項６】
請求項１に記載の複合材料構造物製造用治具の製造方法であって、
前記本体部に対応するキャビティを有する成形型と、前記キャビティ内に配置され、前記本体部の内部空間に対応する形状を有する中子とを用い、
前記キャビティ内に、前記中子を中心として、その周囲に前記強化繊維および前記伸縮性材料を配置し、
前記強化繊維は、前記本体部の長手方向に沿った方向に切れ目を有するか、または、前記伸縮性材料で前記強化繊維を挟持するようにこれらを配置し、
前記中子の外周面には、さらに、ガスバリア層となるフィルムを巻き回した状態で配置し、
加熱により前記伸縮性材料を溶融して前記強化繊維に含浸させて前記本体部を成形した後に、前記中子を前記本体部から引き抜く、
複合材料構造物製造用治具の製造方法。
【請求項７】
溝状部を有する骨格材料を用いた複合材料構造物の製造方法であって、
成形型の外周面に前記骨格材料を配置するとともに、当該骨格材料の溝状部に、請求項１に記載の複合材料構造物製造用治具を内挿し、その上にプリプレグを積層して加熱硬化する、
複合材料構造物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合材料構造物の製造に用いられる治具およびその製造方法、並びに複合材料構造物の製造方法に関し、特に、骨格材料として溝状部を有するものを用いた構造物の製造において、当該骨格材料の治具として用いられる膨張可能な袋状の治具（ブラダ）と、当該治具の製造方法と、当該治具を用いた複合材料構造物の製造方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、これまで金属材料が用いられてきた分野において、繊維強化樹脂複合材料（以下、適宜「複合材料」と略す。）が広く用いられるようになっている。この複合材料の中でも、強化繊維として炭素繊維を用い、これにエポキシ樹脂等のマトリクス樹脂（または樹脂組成物）を含浸させて成形した炭素繊維強化型のものは、金属材料よりも軽量であることに加え、より高強度であることから、スポーツ用品、産業機械、航空宇宙等の分野に広く採用されている。【０００３】
航空宇宙の分野では、例えば、航空機の胴体または翼等の大型の構造物においても、金属材料に代えて複合材料製のものが用いられつつある。例えば、航空機の胴体を構成する複合材料製パネルは、通常、スキンとストリンガとから構成される。ストリンガはパネル製造用治具に支持されて構造物の形状に配置され、これにスキンとなるプリプレグが積層され、オートクレーブ（圧力釜）により加圧、加熱される。これによりプリプレグが硬化してスキンとなるとともに、当該スキンにストリンガが密着されて一体化される。【０００４】
補強材であるストリンガは、主としてその断面形状の違いによりさまざまな種類が存在する。具体的には、平板状、角柱状、アルファベットのＣ型、同Ｉ型、同Ｌ型、同Ｚ型、あるいはハット型（またはΩ型）が知られている。中でも、ハット型ストリンガは、スキンに対する良好な追従性を有することから、近年では、このハット型ストリンガを補強材として用いることが多くなっている。【０００５】
ハット型ストリンガを用いて複合材料製パネルを製造する際には、ブラダと呼ばれる中空のゴム製（またはエラストマー製）の治具（弾性材で構成される成形型）が採用される。このブラダは、ハット型ストリンガの内部に配置され、オートクレーブ時にハット型ストリンガの内部から加圧可能に構成される。また、オートクレーブによりスキンが硬化した後には、ハット型ストリンガの内部から引き抜くことにより脱型可能に構成される。【０００６】
このようなブラダの代表的な例としては、特許文献１、特許文献２、または特許文献３に記載のものを挙げることができる。このうち、特許文献３には、ブラダ（特許文献３ではマンドレル）の外周に、フレキシブルフィルムチューブで構成されるインナーバッグを配置する手法が記載されている。このインナーバッグは、ハット型ストリンガの内部のブラダにオートクレーブによる圧力を加えるために用いられる。また、ブラダを引き抜くときに潤滑剤を利用することによりインナーバッグの表面上を滑らせてもよいことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第８９２６３１３号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１６／０３３９６８２号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２０１７／０１３６６８７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献３は、複合材料製のハット型ストリンガを製造するために用いられるブラダとインナーバッグを例示しているが、複合材料製パネルの製造分野で用いられるブラダでも、特許文献３と同様にブラダの外周に、インナーバッグのようなフィルムが設けられることが多い。【０００９】
ブラダ本体は、ゴムまたはエラストマー製の肉厚の中空材であって、通常であれば気体透過性はないと見なすことができる。しかしながら、オートクレーブ時の高温高圧状態では、ブラダの内部のオートクレーブ気体（高温高圧の気体）がある程度外部に漏出する。【００１０】
複合材料製パネルの製造分野では、ブラダを引く抜く便宜のために、ブラダ本体の外周にフィルムを被覆していることが多い。この外周フィルムだけでもオートクレーブ気体の漏出をある程度抑制することが可能であるが、それでもオートクレーブ気体の漏出を十分に回避できない。オートクレーブ気体が漏出すると複合材料製パネルの品質低下をもたらすため、特許文献３のインナーバッグのような脱気フィルムでブラダを被覆することにより、漏出したオートクレーブ気体をブラダの長手方向に脱気する。【００１１】
このような脱気用フィルムを用いると、複合材料製パネルの製造時に多数のブラダに対して脱気用フィルムを毎回被覆する必要が生じる。そのため、多くの脱気用フィルムを購入する必要があることから製造コストの増加を招くとともに、被覆作業のために工数が増加して製造過程が煩雑化する。【００１２】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであって、ハット型ストリンガ等の溝状部を有する骨格材料を用いた複合材料構造物を製造する際に、脱気用材料により治具を被覆しなくても、良好な品質の複合材料構造物を製造することが可能な、複合材料構造物製造用治具と、この複合材料構造物製造用治具の製造方法と、この複合材料構造物製造用治具を用いた複合材料構造物の製造方法と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】
【００１３】
本発明に係る複合材料構造物製造用治具は、前記の課題を解決するために、長手方向に沿って延びる溝状部を有する骨格材料を含む骨格構造体にプリプレグを貼付して複合材料構造物を製造する際に、前記骨格材料の前記溝状部に内挿されて用いられ、強化繊維を含む伸縮性材料により管状に形成され、その長手方向に直交する断面である横断面が上底および当該上底よりも長い下底を有する台形状となっている本体部を備え、前記本体部の内面にはガスバリア層が被覆されている構成である。【００１４】
前記構成によれば、通常はガスバリア層を設けない本体部の内面にガスバリア層を被覆している。これにより、本体部の外面にガスバリア層を設ける構成と比較して、本体部の気体透過性を大幅に低減することが可能になる。それゆえ、オートクレーブ時に本体部の内部からオートクレーブ気体（高温高圧の気体）が外部に漏出することを有効に抑制することができる。その結果、従来のように脱気用材料により治具を被覆しなくても、良好な品質の複合材料構造物を製造することが可能となる。これにより、脱気用材料が実質的に不要となるので製造コストの増加を十分に抑制できるとともに、被覆作業も実質的に不要となるので製造過程の煩雑化も回避することができる。【００１５】
また、本発明に係る複合材料構造物製造用治具の製造方法は、前記構成の複合材料構造物製造用治具を製造する方法であって、前記本体部に対応するキャビティを有する成形型と、前記キャビティ内に配置され、前記本体部の内部空間に対応する形状を有する中子とを用い、前記キャビティ内に、前記中子を中心として、その周囲に前記強化繊維および前記伸縮性材料を配置し、前記強化繊維は、前記本体部の長手方向に沿った方向に切れ目を有するか、または、前記伸縮性材料で前記強化繊維を挟持するようにこれらを配置し、前記中子の外周面には、さらに、ガスバリア層となるフィルムを巻き回した状態で配置し、加熱により前記伸縮性材料を溶融して前記強化繊維に含浸させて前記本体部を成形した後に、前記中子を前記本体部から引き抜く構成である。【００１６】
前記構成によれば、本体部の内面にガスバリア層が被覆された複合材料構造物製造用治具を製造することができるだけでなく、強化繊維に対して伸縮性材料を含浸させやすくなる。さらには、製造過程で中子を引き抜くときに、ガスバリア層となるフィルムが中子に滑り性を付与することができる。そのため、中子が引き抜きやすくなり、複合材料構造物製造用治具の生産性を良好なものとすることができる。【００１７】
また、本発明には、前記構成の複合材料構造物製造用治具を用いた複合材料構造物の製造方法も含まれる。すなわち、本発明に係る複合材料構造物の製造方法は、溝状部を有する骨格材料を用いた複合材料構造物の製造方法であって、成形型の外周面に前記骨格材料を配置するとともに、当該骨格材料の溝状部に、前記構成の複合材料構造物製造用治具を内挿し、その上にプリプレグを積層して加熱硬化する構成であればよい。【００１８】
本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明では、以上の構成により、ハット型ストリンガ等の溝状部を有する骨格材料を用いた複合材料構造物を製造する際に、脱気用材料により治具を被覆しなくても、良好な品質の複合材料構造物を製造することが可能な、複合材料構造物製造用治具と、この複合材料構造物製造用治具の製造方法と、この複合材料構造物製造用治具を用いた複合材料構造物の製造方法とを提供することができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１Ａおよび図１Ｂは、本発明の実施の形態に係る複合材料構造物製造用治具としてのブラダの構成を示す斜視図である。
【図２】図２Ａは、図１に示すブラダの長手方向の断面を示す模式的断面図であり、図２Ｂは、図１に示すブラダの本体部の一端を示す部分斜視図であり、図２Ｃは、図１に示すブラダの長手方向に直交する方向の断面を示す模式的断面図である。
【図３】図３Ａ〜図３Ｃは、図１に示すブラダが備える本体部の製造工程の一例を示す模式的工程図である。
【図４】図４Ａは、本開示の変形例のブラダの長手方向の断面を示す模式的断面図であり、図４Ｂは、図４Ａに示すブラダの本体部の一端を示す部分斜視図であり、図４Ｃは、図４Ａに示すブラダの長手方向に直交する方向の断面を示す模式的断面図である。
【図５】図５は、図４Ａ〜図４Ｃに示す変形例のブラダが備える補強構造体の寸法の一例を示す模式図である。
【図６】図６Ａは、本発明の実施の形態に係る複合材料構造物の代表的な骨格材料であるハット型ストリンガの一例を示す部分斜視図であり、図６Ｂは、図６Ａに示すハット型ストリンガに図１Ａ，図１Ｂに示すブラダを内挿して複合材料構造物を製造する状態の一例を示す模式的部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の代表的な実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
【００２２】
［複合材料構造物製造用治具（ブラダ）］
まず、本開示に係る複合材料構造物製造用治具の代表的な一例であるブラダについて、その具体的な構成例を図１Ａ，図１Ｂおよび図２Ａ〜図２Ｃを参照して説明する。なお、以下の説明では、ブラダの長手方向を「縦方向」と称し、当該縦方向に直交する方向を「横方向」と称する。また、ブラダの縦方向の断面を「縦断面」と称し、ブラダの横方向の断面を「横断面」と称する。
【００２３】
図１Ａおよび図１Ｂの斜視図に示すように、本実施の形態にかかるブラダ１０は、その全体的な外観形状が柱状であって、本体部１１、末端金具１２および末端栓部１３から少なくとも構成されている。本体部１１は、ブラダ１０の本体となる部材であって、図２Ａの縦断面図および図２Ｂの端部部分斜視図に示すように、内部が中空の管状に形成されている。
【００２４】
本体部１１は、図２Ｂおよび図２Ｃの横断面図に示すように、その横断面が、上底とこの上底よりも長い下底とを有する台形状となっている。これは、後述するように、ブラダ１０がハット型ストリンガに形成されている溝状部に内挿する形状となっている必要があることに基づく。本体部１１において、台形状の横断面の上底に対応する壁部１１ａは、その外面がハット型ストリンガの溝状部に接する面となるため、図１Ｂおよび図２Ｂに示すように、本実施の形態では「接触壁部１１ａ」と称する。
【００２５】
また、台形状の横断面の下底に対応する壁部１１ｂは、その外面が、ブラダ１０がハット型ストリンガの溝状部に内挿された状態で露出している面となるため、図１Ａおよび図２Ｂに示すように、本実施の形態では「露出壁部１１ｂ」と称する。したがって、図１Ａは、露出壁部１１ｂを上側としたときの斜視図であり、図１Ｂは、接触壁部１１ａを上側としたときの斜視図である。なお、当然のごとく、対向する接触壁部１１ａ（上底に対応する壁部）および露出壁部１１ｂ（下底に対応する壁部）は、互いに平行の位置関係にある。なお、本開示で用いられる骨格材料は、ハット型ストリンガに限定されないことは言うまでもなく、溝状部を有する骨格材料であれば、公知のさまざまな構成の部材を用いることができる。
【００２６】
図２Ｂおよび図２Ｃに示すように、本実施の形態では、本体部１１の横断面は、上底および下底のそれぞれの中点を通る線分に対して対象な台形状、すなわち等脚台形状となっている。したがって、本体部１１において、台形状の横断面の各斜辺に対応するそれぞれの壁部を傾斜壁部１１ｃと定義すれば、これら傾斜壁部１１ｃは、それぞれの傾斜方向が反対側となる状態で、同一の傾斜角度で傾斜していることになる。なお、これら傾斜壁部１１ｃの外面も、接触壁部１１ａと同様にハット型ストリンガの溝状部に接する面である。
【００２７】
なお、本実施の形態では、台形状の横断面の高さをＨと定義し、台形状の横断面における下底の長さ（露出壁部１１ｂの幅）をＤと定義する。また、本実施の形態では、本体部１１の横断面は、等脚台形状であるが、もちろんこれに限定されず、ハット型ストリンガの溝状部の断面形状が非等脚型の台形状であれば、これに合わせた台形状となっていればよい。
【００２８】
本体部１１は、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、管状に形成され、末端金具１２および末端栓部１３により両端が封止されることで、内部が気密となるよう構成されている。この本体部１１は、図２Ａ〜図２Ｃに示すように、伸縮性材料および繊維補強材２１により形成される管状部１４と、この管状部１４の外周面を被覆する外周フィルム１５と、管状部１４の内周面を被覆する内周フィルム１６とから少なくとも構成されている。なお、本体部１１は、その表面層である外周フィルム１５および内周フィルム１６を除けば、実質的に、管状部１４により構成されていると見なすことができる。そのため、前述した接触壁部１１ａ、露出壁部１１ｂ、傾斜壁部１１ｃは、本体部１１の壁部であるとともに、管状部１４の壁部でもある。
【００２９】
管状部１４は、本体部１１の「本体」に相当するので、後述するように、本体部１１内がオートクレーブにより加圧されることによって、伸縮性材料により形成される管状部１４は膨張する。なお、図２Ｃでは、繊維補強材２１を太破線で模式的に示し、図２Ａでは図示の便宜上、繊維補強材２１の図示を省略しているが、繊維補強材２１は管状部１４の膨張を妨げない。また、管状部１４の外周面を被覆する外周フィルム１５および内周面を被覆する内周フィルム１６も、管状部１４の膨張に応じて延伸できるため、本体部１１は、内部の加圧によって全体的に膨張する。本体部１１の横断面の具体的な形状や寸法、管状部１４、外周フィルム１５、および内周フィルム１６の具体的な構成等については後述する。
【００３０】
本体部１１の全長は特に限定されない。後述するように、本実施の形態に係るブラダ１０は、複合材料構造物を製造するための治具として用いられるものであって、当該複合材料構造物の骨格材料（例えばハット型ストリンガ）の溝状部に内挿されるものであるため、さまざまな長さとなるよう設定される。例えば、複合材料構造物が、ワンピースバレル（ＯＰＢ）として形成される航空機の胴体部であって骨格材料がハット型ストリンガであれば、骨格材料の長さは、所定の範囲内（例えば１〜１４ｍの範囲内）でさまざまな種類のものが用いられるので、本体部１１の長さもこれに合わせて所定の範囲内となるように設定されればよい。
【００３１】
末端金具１２は、本体部１１の一方の端部を封止する部材であって、図１Ａおよび図２Ａに示すように、加圧孔１２ａが形成されている。末端金具１２は、本実施の形態では、図２Ａに示すように、本体部１１の中空に挿入される挿入部と、当該挿入部につながる頭部とから少なくとも構成されている。挿入部は、本体部１１に挿入された状態で接着剤により本体部１１の内面と密着する部位であり、頭部は、本体部１１に挿入された状態では外部に露出する部位である。
【００３２】
挿入部の形状は、本体部１１の中空の形状に合わせたものとなっていればよい。本実施の形態では、図２Ｂまたは図２Ｃに示すように、本体部１１は、各壁部がいずれも実質的に同一の厚みとなっているので、中空の横断面の形状も台形状となる。したがって、挿入部は、その横断面が台形状なっている短い柱状として形成されている。また、挿入部の長さも特に限定されず、本体部１１の中空に挿入され接着剤で本体部１１の内面と接着された状態で、本体部１１の内部を気密に保持できるように、十分な接着面積を確保できる長さであればよい。
【００３３】
末端金具１２の頭部は、本体部１１の外部に確実に露出できるように、本体部１１の中空の寸法よりも十分に大きな形状となっていればよいが、後述するように、ハット型ストリンガの溝状部へ内挿する際の便宜上、その横断面が、本体部１１の外形寸法と同じ程度の寸法となっていることが好ましい。このように頭部の横断面と本体部１１の横断面とがほぼ同じ大きさであれば、ブラダ１０全体において、各壁部の外面がほぼ同一の平面となるため、溝状部への内挿や引き抜きの利便性を高めることができる。
【００３４】
また、本実施の形態では、末端金具１２の頭部の外端は、平坦ではなく突き出た傾斜面となっている。さらに、図示しないが、接触面は外端に向かうにつれて間隔が狭まるように形成されることで、外端が尖端状となってもよい。このように頭部の外端が傾斜面（あるいは尖端面）であれば、ハット型ストリンガの溝状部に内挿された状態から引き抜きやすくなるが、もちろんこの形状に限定されない。なお、末端金具１２の具体的な形状も、前述した挿入部および頭部を備える構成に限定されず、これら以外の構成を含んでもよい。
【００３５】
末端金具１２においては、図１Ａおよび図２Ａに示すように、頭部の露出面に加圧孔１２ａの一方の開口が形成され、挿入部の端面に加圧孔１２ａの他方の開口が形成されている。この加圧孔１２ａは、頭部の露出面に形成された一方の開口から頭部内に向かって略垂直に延伸し、頭部の略中央で挿入部側に折れ曲がり、挿入部の端面の開口につながるよう形成されている。したがって、ブラダ１０をハット型ストリンガの溝状部に内挿した状態では、末端金具１２の頭部の露出面に、加圧孔１２ａの一方の開口が露出しており、他方の開口は本体部１１の中空につながっている。それゆえ、加圧孔１２ａは、本体部１１の内部と外部とを接続する通気路となって、気密に封止された本体部１１の内部を加圧することができる。例えば、高圧環境のオートクレーブ内では、加圧孔１２ａから本体部１１の内部も高圧となるので、気密に封止されている本体部１１の内部が加圧して本体部１１が膨張することになる。
【００３６】
末端金具１２の材質は、本実施の形態では、アルミニウムまたはその合金が用いられているが、これに限定されない。ブラダ１０は治具として用いられるため、できる限り軽量の材質であることが好ましく、かつ、加圧孔１２ａを内部に形成するため、加工性および孔の形状保持性に優れた材質であることが好ましい。それゆえ、本実施の形態では、コストの面から見てもアルミニウムまたはその合金が好適に用いられる。なお、複合材料構造物の製造条件によっては、軽量であることよりも他の条件が重視されることも有りうるので、例えば、アルミニウム以外の公知の金属材料、セラミック材料、あるいは耐熱性樹脂組成物が選択されてもよいし、各種の金属、セラミック、耐熱性樹脂組成物の複合材料が用いられてもよい。
【００３７】
末端栓部１３は、本体部１１の他方の端部（末端金具１２で封止された端部とは反対側の端部）を気密に封止する部材であって、本実施の形態では、図２Ａに示すように、本体部１１の中空に挿入される挿入部と、挿入部につながる外蓋部とから構成されている。
【００３８】
末端栓部１３の挿入部は、末端金具１２の挿入部と同様に、本体部１１の中空の横断面形状に合わせて、その横断面が台形状なっている短い柱状に形成され、外蓋部は、その外径が本体部１１の外径とほぼ同じ程度となるように広がる板状に形成されている。挿入部の長さは特に限定されず、末端金具１２の挿入部と同様に、本体部１１の中空に挿入され接着剤で本体部１１の内面と接着された状態で、本体部１１の内部を気密に保持できるように、十分な接着面積を確保できる長さであればよい。
【００３９】
なお、末端栓部１３の具体的形状や各部の寸法は、前記構成に限定されず、例えば、必要に応じて、挿入部および外蓋部以外の構成を含んでいてもよいし、本体部１１の内部を気密に封止することができれば、外蓋部の形状が板状でなくてもよい。末端栓部１３の材質としては、末端金具１２と同様に金属等が用いられてもよいが、末端栓部１３は、末端金具１２のように圧力を安定して保持する必然性がないこと、ブラダ１０がハット型ストリンガの溝状部に内挿されて使用され、その後引き抜かれるときに、ブラダ１０の後端となること、等の理由から弾性材料が好ましく用いられる。
【００４０】
弾性材料の具体的な種類は特に限定されず、本体部１１の内部を気密に保持できる程度の柔軟性を有し、かつ、耐熱性を有している材質であればよいが、本体部１１を構成する管状部１４と同様の伸縮性材料を用いることができる。なお、管状部１４および末端栓部１３は、いずれも同一組成の伸縮性材料を用いて成形されてもよいし、要求される物性が異なる（例えば管状部１４では膨張性能が重視されるが、末端栓部１３では管状部１４ほどに膨張性能が要求されない）ため、異なる組成の伸縮性材料を用いて成形されてもよい。
【００４１】
また、前記のとおり、本実施の形態では、本体部１１は、末端金具１２および末端栓部１３という２種の封止部材によって封止されているが、もちろんこれに限定されず、双方とも樹脂組成物製の封止部材で封止されてもよいし、封止部材という別部材ではなく、管状の本体部１１そのものを二次成形することによって両端部の開口を封止してもよい。いずれの封止構成を採用する場合であっても、いずれか一方に安定した加圧孔１２ａが形成されるようになっていればよい。
【００４２】
本実施の形態では、外周フィルム１５は管状部１４の外周面を被覆していればよく、内周フィルム１６は管状部１４の内周面を被覆していればよい。外周フィルム１５および内周フィルム１６はつなぎ目がない筒状（チューブ状）であってもよいし、シート状のフィルムにより外周面または内周面を被覆することにより、つなぎ目を有する構成であってもよい。特に内周フィルム１６は、ガスバリア層であるため、つなぎ目がない方がガスバリア性を良好に発揮させやすいが、つなぎ目があってもガスバリア性の低下を回避できるように工夫すればよい。
【００４３】
外周フィルム１５または内周フィルム１６につなぎ目がある場合、このつなぎ目は、横断面の台形状の上底に対応する接触壁部１１ａに配置されると好ましい。一般的に、ブラダは、使用していないときには、台形状の下底に対応する露出壁部１１ｂを下側にして載置する。そのため、外周フィルム１５または内周フィルム１６を露出壁部１１ｂ側に配置すると剥がれやすい傾向がある。これに対して、上底に対応する接触壁部１１ａは、載置時には上側を向いているので、載置の影響が少なく、つなぎ目に影響が及ぼされにくい。
【００４４】
従来のブラダでは、引き抜き性を良好なものとするために、本体部１１の外周面に外周フィルム１５を被覆しており、この外周フィルム１５もある程度のガスバリア性を有している。しかしながら、従来のブラダを複合材料構造物の製造で実際に使用したときには、管状体が十分な厚さを有しており、その外周面にガスバリア性を有する外周フィルム１５が被覆されても、本体部１１からある程度のオートクレーブ気体が漏出してしまう。そのため、従来では、脱気フィルム等の脱気材料により本体部を被覆することで、漏出したオートクレーブ気体をブラダの長手方向に脱気していた。
【００４５】
これに対して、本開示では、本体部１１の外周面ではなく、敢えて内周面にガスバリア層である内周フィルム１６を被覆する。これにより、外周面にガスバリア性を付与するよりも高いガスバリア性を実現することが可能になる。技術常識的には、本体部１１のガスバリア性を向上するためには、本体部１１の外側のガスバリア性を強化することが当然であり、また、オートクレーブ時の膨張を考慮すれば、本体部１１の内面にガスバリア層を形成しようとする発想がなかったが、本発明者らの鋭意検討の結果、外周フィルムでは外部から損傷する可能性が高いことから、内周面にガスバリア層を被覆することで、ブラダ１０の治具としての性能に実質的な影響を及ぼさずに、本体部１１のガスバリア性を向上できることが新たに明らかとなった。
【００４６】
［複合材料構造物製造用治具の材料］
次に、本体部１１を構成する管状部１４、外周フィルム１５、内周フィルム１６、および繊維補強材２１に用いられる材質について具体的に説明するとともに、本体部１１の製造方法についても具体的に説明し、さらにブラダ１０の製造方法についても説明する。
【００４７】
本実施の形態に係るブラダ１０においては、少なくとも本体部１１の「本体」を構成する管状部１４の材質としては、伸縮性材料が用いられる。管状部１４は、内部の加圧により膨張できる必要があるため、一般的な弾性材料で形成されてもよいが、伸縮性の優れた材料で形成されることが好ましい。それゆえ、その材質としては、耐熱性ゴム組成物が好適に用いられる。
【００４８】
耐熱性ゴム組成物としては、前述したように、公知のシリコーンゴム組成物が挙げられる他、フッ素ゴム組成物も好ましく挙げることができる。これらゴム組成物は、いずれもベースポリマーであるエラストマー樹脂の耐熱限界温度が概ね２３０℃前後であり、耐熱安全温度が約１８０℃以上であることから、高温高圧環境下で治具として用いられるブラダ１０において特に好ましい材質として挙げることができる。
【００４９】
このようなゴム組成物は、ベースポリマーに硬化剤、顔料等の添加剤を配合した未架橋状態のゴム前駆組成物が加熱および加圧されて架橋されたものである。例えば、管状部１４の表面硬さは、ＪＩＳ  Ｋ６２５３に準じて測定されるデュロメータ  タイプＡ  スプリング式の表面硬さが例えば５０〜８５の範囲内であることが好ましく、それゆえ、前記ゴム前駆組成物は、前記表面硬さが実現されるように各成分が配合設計されている。
【００５０】
ゴム前駆組成物としてのシリコーンゴム前駆組成物は、その組成については特に限定されないが、例えば、ベースポリマーとしては、ポリジメチルシリコーンゴム（ＭＱ）、メチルビニルシリコーンゴム（ＶＭＱ）、メチルフェニルシリコーンゴム（ＰＭＱ）、フルオロシリコーンゴム（ＦＶＭＱ）等が挙げられる。また、硬化剤としては、例えば、アルキル系有機過酸化物等の有機過酸化物等が挙げられる。シリコーンゴム前駆組成物には、その他に補強材（シリカ）、顔料、内部離型剤等の添加剤が配合されてもよい。
【００５１】
ゴム前駆組成物としてのフッ素ゴム前駆組成物も、同様にその組成については限定されず、例えば、ベースポリマーであるフッ素樹脂としては、ポリフッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレン−プロピレンコポリマー、テトラフルオロエチレン−パープルオロビニルエーテルコポリマー等が挙げられる。硬化剤および他の添加剤については前記と同様である。
【００５２】
本体部１１の外表面層（外面層）である外周フィルム１５は、主として、複合材料構造物の製造後にハット型ストリンガの溝状部からブラダ１０を引き抜く際に、良好な滑り性を提供するために用いられる。それゆえ、外周フィルム１５の材質としては、タック性が低い材料であることが特に好ましいが、本実施の形態では、フッ素樹脂組成物が特に好ましく用いられる。
【００５３】
フッ素樹脂組成物としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）等が挙げられる。本実施の形態では、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）で形成されたフィルムが用いられている。
【００５４】
伸縮性材料とともに本体部１１を構成する繊維補強材２１は、例えば、組物、織物、編物、不織布等で構成された布体を挙げることができるが、必ずしも布体でなくてもよく、長繊維等が用いられてもよい。繊維補強材２１は、オートクレーブ時の加圧による本体部１１の膨張を妨げないような構成であればよいが、布体である場合には、適宜、長手方向に沿った方向に切れ目が形成されてもよい。繊維補強材２１として用いられる繊維材料としては特に限定されず、例えば、アラミド繊維、ナイロン繊維、ポリエステル繊維、ガラス繊維、炭素繊維等が挙げられる。代表的にはガラス繊維製の布体（ガラスクロス）を好ましく用いることができる。また、これら繊維材料は複数種を組み合わせて用いてもよい。
【００５５】
本体部１１の内表面層（内面層）である内周フィルム１６は、本体部１１の内部からオートクレーブ気体（高温高圧の気体）が漏出することを抑制するために用いられるガスバリア層である。それゆえ、内周フィルム１６の材質としては、オートクレーブ時の高温高圧条件下でもガスバリア性を発揮できる材料であればよい。
【００５６】
内周フィルム１６の具体的な材質としては、例えば、フッ素樹脂フィルム、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）フィルム、ポリイミドフィルム、ポリアミドフィルム、ポリエステルフィルム等を挙げることができる。より好ましい材質の一例としては、フッ素樹脂フィルムであれば、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）フィルムまたはテトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＦＴＦＥ）フィルムを挙げることができる。また、ポリアミドフィルムであれば、例えば、芳香族ポリアミドフィルムを挙げることができる。また、ポリエステルフィルムであれば、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）フィルムを挙げることができる。
【００５７】
本体部１１を構成する管状部１４、外周フィルム１５、内周フィルム１６の厚さは特に限定されない。管状部１４であれば、オートクレーブ時の膨張および引き抜き時の柔軟性等を考慮して、公知のブラダ１０で用いられる厚さの範囲を適宜選択すればよい。外周フィルム１５であれば、前記の通り、引き抜き時の良好な滑り性を発揮でき、かつ、引き抜き時に破れない程度の耐久性を発揮できる程度の厚さであればよい。内周フィルム１６であれば、前記の通り、オートクレーブ時に本体部１１からオートクレーブ気体が漏出することを抑制または防止できる程度の厚さであればよい。
【００５８】
［複合材料構造物製造用治具の製造例］
次に、本開示に係る複合材料構造物製造用治具の一例であるブラダ１０の代表的な製造方法の一例について、特に本体部１１の成形（製造）を中心にして図３Ａ〜図３Ｃを参照して具体的に説明する。
【００５９】
本体部１１は、樹脂成形の分野で公知のどのような方法を用いて製造してもよいが、特に、本体部１１が、管状部１４、外周フィルム１５、内周フィルム１６、および繊維補強材２１から少なくとも構成されるときには、図３Ａ〜図３Ｃに示すように、成形型（金型）を用いて製造すればよい。本体部１１の成形用の成形型は、図３Ａに模式的に示すように、例えば上型３１および下型３２から少なくとも構成され、下型３２には本体部１１に対応するキャビティ３２ａが形成されている。このキャビティ３２ａは、本体部１１の外形状に対応して、その横断面が逆台形状（下底が上で上底が下となる台形状）であって一方向に延伸して形成されている溝状となっている。
【００６０】
まず、図３Ａに示すように、例えば、下型３２のキャビティ３２ａの内面全体を覆うとともに下型３２の上面まで延びるように外周フィルム１５を配置し、この外周フィルム１５の上に、ゴム前駆組成物の板状体２２をキャビティ３２ａの形状に沿って配置する。このとき、外周フィルム１５においては、その板状体２２との接触面（上面）に対して、接着性を向上するための各種の表面処理が施されていると好ましい。
【００６１】
このような表面処理の具体的な手法としては特に限定されないが、水酸化ナトリウム溶液等の塩基性溶液を用いたアルカリ処理、コロナ放電処理等が挙げられる。ゴム前駆組成物がシリコーンゴム前駆組成物であれば、接着性能の持続性の観点からアルカリ処理が好ましい一例として挙げられる。
【００６２】
また、図３Ａに示すように、管状部１４の中空を形成するために、中子型としての芯金３３を準備し、この芯金３３の外周に内周フィルム１６を巻き付ける。そして、内周フィルム１６が巻き付けられた芯金３３の外側に、当該芯金３３の外周を巻き回すように繊維補強材２１（図中太破線）を配置し、下型３２に配置されたゴム前駆組成物の板状体２２の上面に載置する。これにより、芯金３３は、下型３２のキャビティ３２ａ内に収容される。このとき、内周フィルム１６においても、板状体２２との接触面（内周フィルム１６の外表面）に対して、外周フィルム１５と同様の表面処理が施されると好ましい。また、繊維補強材２１に対しても、板状体２２との接着性を向上するために公知の接着処理を施してもよい。
【００６３】
ここで、本開示においては、キャビティ３２ａ内に、芯金３３を中心として、その周囲に繊維補強材２１（強化繊維）およびゴム前駆組成物の板状体２２（伸縮性材料）を配置する際に、繊維補強材２１は、本体部１１の長手方向に沿った方向に切れ目を有するか、または、伸縮性材料で繊維補強材２１を挟持するようにこれらを配置することが好ましい。繊維補強材２１が長手方向に沿った切れ目を有することで、溶融した伸縮性材料（耐熱性ゴム組成物）を繊維補強材２１に含浸させやすくすることができる。あるいは、伸縮性材料（板状体２２等）で繊維補強材２１を挟持することでも、溶融した伸縮性材料（耐熱性ゴム組成物）を繊維補強材２１に含浸させやすくすることができる。
【００６４】
また、図３Ａでは、内周フィルム１６および繊維補強材２１をいずれも、縦方向（長手方向）に延伸する筒状（チューブ状）に図示しているが、筒状でなくシート状のものを巻き付けるように配置してもよい。特に、内周フィルム１６が筒状であれば、得られるブラダ１０において本体部１１の内周面に継ぎ目がない状態で内周フィルム１６（ガスバリア層）が被覆されることになる。それゆえ、内周フィルム１６によるガスバリア性をより向上させることが可能になる。あるいは、シート状の内周フィルム１６であれば、継ぎ目が形成されるとしても、この継ぎ目からオートクレーブ気体が漏出しないように、例えば内周フィルム１６を重ね合わせておけばよい。
【００６５】
また、図３Ａに示すように、芯金３３の上側に、ゴム前駆組成物の板状体２２を載置し、さらにその上に外周フィルム１５を載置する。この状態では、下型３２のキャビティ３２ａ内に収容される最も下側の外周フィルム１５から、下側のゴム前駆組成物の板状体２２、繊維補強材２１、内周フィルム１６で覆われた芯金３３、上側のゴム前駆組成物の板状体２２、上側の外周フィルム１５の順に重ねられた状態となっている。なお、キャビティ３２ａ内に配置されるゴム前駆組成物は、上下に板状体２２を配置する構成に限定されず、本体部１１の断面形状に応じて板状以外の形状のものを配置してもよい。部分的にゴム前駆組成物をトッピングしてもよい。あるいは、繊維補強材２１をゴム前駆組成物で挟み込むように配置してもよい。
【００６６】
次に、図３Ｂに示すように、図示しない型締部材によって上型３１および下型３２を型締めし、所定の成形条件（温度範囲、型締め圧力、保持時間等）で保持する。これにより、板状体２２が溶融してゴム前駆組成物の流体となってキャビティ３２ａ内に広がり、繊維補強材２１にも含浸する。また、架橋反応が進行して流体のゴム前駆組成物が硬化し、繊維補強材２１で補強された耐熱性ゴム組成物（伸縮性材料）製の管状部１４が形成される。さらに、外周フィルム１５が管状部１４の外面に密着して管状部１４に一体化されるとともに、内周フィルム１６が管状部１４の内面に密着して管状部１４に一体化される。
【００６７】
その後、図３Ｃに示すように、型締めを解除して上型３１を開き、本体部１１の成形体をキャビティ３２ａから取り出し、成形体から芯金３３を引き抜く。さらにその後、バリを除去して外形状を整えることにより、本体部１１が形成される。この本体部１１は、図３Ｃに示すように、繊維補強材２１および伸縮性材料から少なくとも構成される管状部１４と、この管状部１４の外周面を被覆する外周フィルム１５と、この管状部１４の内周面を被覆する内周フィルム１６とを備える構成となっている。
【００６８】
次に、図示しないが、成形された本体部１１の両端に封止部材としての末端金具１２および末端栓部１３を取り付ける。例えば、末端金具１２の挿入部および末端栓部１３の挿入部には、耐熱性ゴム組成物に用いられる公知の耐熱性の接着剤を塗布し、当該挿入部およびを本体部１１の端部にそれぞれ挿入する。その後、接着剤を硬化させることにより本体部１１を気密に封止する。これにより、本実施の形態に係るブラダ１０が製造される。
【００６９】
なお、この製造工程における各種の条件、接着剤等の補助的な材料等については、特に限定されず、ブラダの分野で公知の条件または材料を好適に用いることができる。例えば、前述した特許文献１〜３には、ブラダの製造方法の代表的な一例が記載されている。それゆえ、本開示に係るブラダ１０は、前述した製造例に限定されず、これらの公知の文献を参考にして製造することができる。
【００７０】
ここで、本発明者らの鋭意検討によれば、前述したような上型３１および下型３２を用いて本体部１１を成形したときに、上型３１および下型３２の接触面付近である、横断面の台形状の底角付近、すなわち、下底に対応する露出壁部１１ｂの外側付近で、繊維補強材２１が壁部内に十分に収まっておらず、繊維補強材２１の一部が壁部の外側にはみ出したり、はみ出さなくても壁部の外側に極端に偏在（壁部の外周面に近接）したりすることが明らかとなった。
【００７１】
繊維補強材２１の一部が壁部からから露出すると、この露出部位からオートクレーブ気体が漏出しやすくなる。また、露出していなくても繊維補強材２１の一部が壁部の外側に近接しすぎると、ブラダ１０を繰り返し使用してオートクレーブにより本体部１１の膨張が繰り返されると、繊維補強材２１の近接部位に亀裂が生じ、その結果、この亀裂からオートクレーブ気体が漏出しやすくなる。
【００７２】
従来のブラダでは、前記の通り、その引き抜き性を良好なものとするために、本体部１１の外周面に外周フィルム１５を被覆しており、この外周フィルム１５もある程度のガスバリア性を有している。しかしながら、露出壁部１１ｂの外側付近で繊維補強材２１が露出すると、外周フィルム１５ではオートクレーブ気体の漏出をほとんど抑制できない。これに対して、本開示のように、内周面にガスバリア層としての内周フィルム１６が被覆されていると、繊維補強材２１が露出しても、本体部１１の内周面でオートクレーブ気体の漏出を十分に抑制できるため、露出部位からのオートクレーブ気体の漏出を有効に抑制または回避することができる。
【００７３】
また、本実施の形態では、前記の通り、中子である芯金３３の外周面には、ガスバリア層となる内周フィルム１６を巻き回した状態で配置し、加熱によりゴム前駆組成物（伸縮性材料）を溶融して強化繊維に含浸させて本体部１１を成形した後に、芯金３３（中子）を本体部１１から引き抜く。これにより、本体部１１のガスバリア層である内周フィルム１６が、製造工程時に芯金３３を引き抜くときに滑り性を付与することができるため、芯金３３を従来よりも良好に引き抜くことができる。そのため、内周フィルム１６は、本体部１１のガスバリア性を向上させるとともに、ブラダ１０の生産性も良好なものとすることができる。
【００７４】
［変形例等］
本開示に係る複合材料構造物製造用治具としてのブラダ１０は、前述した本実施の形態の構成のみに限定されず、台形状の本体部１１の内面にガスバリア層が被覆されている構成であればよい。本開示に係るブラダ１０の変形例としては、例えば、図４Ａ〜図４Ｃに示すように、本体部１１の内部に、当該本体部１１の外部からの押圧による変形を抑制する補強構造体１７が配置されている構成を挙げることができる。
【００７５】
この補強構造体１７は、本体部１１の長手方向に沿った延伸形状を有しており、かつ、長手方向（縦方向）に分断されているか、長手方向に交差する方向（例えば横方向）にスリットが形成されている構成である。なお、図４Ａ〜図４Ｃに示すブラダ１０の構成は、補強構造体１７を除いて図２Ａ〜図２Ｃに示す構成と実質的に同じであるため、その説明を省略する。
【００７６】
本体部１１は前記の通り耐熱性ゴム組成物のような伸縮性材料で構成されている。そのため、繊維補強材２１で補強されているといっても、スキンとなるプリプレグを積層する際に、本体部１１の露出壁部１１ｂが撓んでしまいことがある。この場合、プリプレグを良好に積層できず本体部１１の内側に落ち込んでしまう。プリプレグの落ち込みを回避して積層するためには、積層装置による積層圧力も積層速度も上げることができないため、生産性を向上させることが困難であった。
【００７７】
そこで、図４Ａ〜図４Ｃに示すように、本体部１１の内部に縦方向に沿った補強構造体１７を設けることで、プリプレグの積層時に露出壁部１１ｂが撓んでプリプレグが落ち込むことを有効に抑制することができる。また、この補強構造体１７は、図４Ａに示すように、例えば、横方向にスリットを有するので、本体部１１は縦方向に十分な柔軟性を有する。そのため、補強構造体１７を有するブラダ１０はスキンに対して良好な追従性を発揮することができる。その結果、ブラダ１０の引き抜きに悪影響を及ぼすことを有効に回避することができる。
【００７８】
ここで、補強構造体１７は、本体部１１の内部形状と同様の形状を有していればよい。図４Ｂおよび図４Ｃに示すように、本体部１１の内部の横断面形状も台形状であるため、補強構造体１７の横断面形状も中空の台形状であればよい。補強構造体１７は中空でなくてもよいが、追従性または変形性等を考慮すると中空であることが好ましい。
【００７９】
ここで、補強構造体１７は、図５に示すように、本体部１１の内部において、下底（露出壁部１１ｂ）の内面に対応する幅を有する下底側外側面１７ｂと、当該下底側外側面１７ｂに対向し、上底（接触壁部１１ａ）の内面に対応する幅を有する上底側外側面１７ａとを有する構成であればよい。このとき、本体部１１の下底の内面と上底の内面との間隔を「本体部１１の内部高さｈ１」とし、補強構造体１７における下底側外側面１７ｂと上底側外側面１７ａとの間隔を、当該「補強構造体１７の外側面高さｈ２」とすると、図５Ａに示すようにｈ１＞ｈ２であればよい。なお、図５では、本体部の内部高さｈ１と補強構造体１７の外側面高さｈ２との関係を説明する便宜上、本体部１１の外形を破線で簡素化して図示している。
【００８０】
このように、本実施の形態においては、補強構造体１７の上底側外側面１７ａが上底（接触壁部１１ａ）の内面に当接している状態では、下底側外側面１７ｂは下底（露出壁部１１ｂ）の内面には当接せずに、隙間が生じるように、内部高さｈ１よりも外側面高さｈ２が小さくなっていればよい。言い換えれば、補強構造体１７は、本体部１１の内部形状と同様の形状を有しているが、補強構造体１７は寸法的に本体部１１の内面に接しない（ブラダ１０の内寸は補強構造体１７の外寸よりも小さい）ものであればよい。
【００８１】
なお、図５（並びに、図４Ｂおよび図４Ｃ）では、補強構造体１７の横断面形状は、本体部１１の内部空間（中空）の横断面形状と同様に台形状であるが、補強構造体１７の横断面形状は台形状に限定されず、前記の通り、上底側外側面１７ａおよび下底側外側面１７ｂを有する形状であれば、他の横断面形状であってもよい。補強構造体１７の横断面形状が台形状であれば、本体部１１の中空形状を良好に保持できる。ただし、例えばブラダ１０の使用条件等によっては、台形以外の他の横断面形状を有する補強構造体１７を用いることで、本体部１１の追従性または変形性のさらなる向上を図ることができる場合がある。
【００８２】
［ブラダの使用方法（複合材料構造物の製造方法）］
次に、本開示に係る複合材料構造物製造用治具であるブラダ１０の代表的な使用方法、すなわち、本開示に係るブラダ１０を用いた複合材料構造物の製造方法の一例について、図６Ａおよび図６Ｂを参照して具体的に説明する。例えば、本実施の形態に係るブラダ１０は、溝状部を有する骨格材料として、図６Ａに示すハット型ストリンガ４１を用いた各種の複合材料構造物の製造において、当該ハット型ストリンガ４１の治具として好適に用いられる。
【００８３】
図６Ａに示すように、ハット型ストリンガ４１は、一方向に延伸する棒状または長板状の形状を有し、その長手方向に沿って延び、互いに平行な一対の平坦な帯状部４１ａが形成され、これら帯状部４１ａの間に平坦領域の表面から陥凹した形状の溝状部４１ｂが形成された構成となっている。なお、図６Ａでは、溝状部４１ｂが下方に向いている状態を図示しており、図６Ａにおいて点線で模式的に示すように、ブラダ１０は、この溝状４１ｂに内挿されて使用される。
【００８４】
例えば、複合材料構造物が航空機の胴体部であれば、胴体部の円筒形状を保持するための中子治具であるマンドレルを準備する。このマンドレルの外周面にはハット型ストリンガ４１を装着する溝状の凹部が複数形成されているので、当該凹部にハット型ストリンガ４１を装着する。この状態では、ハット型ストリンガ４１は、図６Ａに示すように、溝状部４１ｂを露出するようにマンドレルに装着されているので、この溝状部４１ｂにブラダ１０が内挿される。
【００８５】
このようにブラダ１０が内挿された状態で、ハット型ストリンガ４１の帯状部４１ａとブラダ１０の露出壁部１１ｂの外面にプリプレグが貼り付けられる。複合材料構造物が前記の通り航空機の胴体部であれば、例えば積層ローラを備える自動積層機により、マンドレルを回転させながらその外面にプリプレグが積層して貼り付けられる。このようなプリプレグの積層時においては、ブラダ１０は、プリプレグの「裏当材」として機能する。
【００８６】
なお、ブラダ１０の本体部１１が積層ローラの押圧により変形しやすい場合、プリプレグの積層に変形等の不具合が生じる可能性がある。例えば、積層ローラでブラダ１０の露出壁部１１ｂが押えられて、当該露出壁部１１ｂが凹むように変形すると、プリプレグに「うねり」等の変形が生じたり、プリプレグの積層位置がずれたり、積層圧力が低下してプリプレグ同士が密着せずに隙間が生じたり（材料抜けと称する）する等の不具合が生じる。
【００８７】
ここで、図４Ａ〜図４Ｃおよび図５に示すような変形例のブラダ１０では、本体部１１の内部に補強構造体１７が設けられている。これにより、積層ローラが露出壁部１１ｂを押圧してもブラダ１０の変形を良好に抑制することができる。その結果、前記のようなプリプレグの不具合の発生を回避することができる。
【００８８】
このようにしてプリプレグの積層が完了した状態の代表的な一例を図６Ｂに示す。図６Ｂでは、マンドレル４２の外周面に、ブラダ１０およびハット型ストリンガ４１が取り付けられ、その周囲にプリプレグ４３が巻き回されている状態を模式的に示している。なお、図６Ｂでは、ブラダ１０の末端金具１３周辺を中心とした断面を模式的に図示しており、特に、マンドレル４２およびハット型ストリンガ４１はいずれも平板状で模式的に図示している。
【００８９】
このように、マンドレル４２の外周面にプリプレグ４３が積層して貼り付けられた状態では、図６Ｂに示すように、さらにバッギングフィルム４４で全体が覆われて、オートクレーブ内に収容される。そして、オートクレーブ内で所定の温度および所定の圧力で加熱および加圧処理を施す。このとき、図６Ｂに示すように、オートクレーブ内の高温高圧雰囲気が、ブラダ１０の末端金具１２の加圧孔１２ａからブラダ１０の内部（気密に保持されている本体部１１の内部）に伝達され（図中矢印）、ブラダ１０の内部も高圧となって本体部１１が膨張する。
【００９０】
このとき、通常はガスバリア層を設けない本体部１１の内面にガスバリア層である内周フィルム１６が被覆されている。これにより、本体部１１の外面のみにガスバリア層（外周フィルム１５）を設ける構成と比較して、図６Ｂに示すように、本体部１１の気体透過性を大幅に低減することが可能になる。それゆえ、オートクレーブ時に本体部１１の内部からオートクレーブ気体（高温高圧の気体）が外部に漏出することを有効に抑制することができる。そのため、従来のように脱気用材料によりブラダ１０等を被覆しなくても、良好な品質の複合材料構造物を製造することができる。
【００９１】
また、図６Ｂに示すように、オートクレーブ内の高温高圧雰囲気は、バッギングフィルム４４を介してプリプレグ４３全体に加えられる（図中矢印）。これによって、ハット型ストリンガ４１の図示しない帯状部４１ａがプリプレグ４３に強い外力で押さえつけられた状態で、プリプレグ４３の硬化が進行する。そして、硬化が完了すれば、ハット型ストリンガ４１からなる骨格とプリプレグ４３が硬化してなるスキンとが強固に密着して一体化された複合材料構造物が得られることになる。
【００９２】
このように、本開示に係る複合材料構造物製造用治具は、長手方向に沿って延びる溝状部を有する骨格材料を含む骨格構造体にプリプレグを貼付して複合材料構造物を製造する際に、前記骨格材料の前記溝状部に内挿されて用いられ、強化繊維を含む伸縮性材料により管状に形成され、その長手方向に直交する断面である横断面が上底および当該上底よりも長い下底を有する台形状となっている本体部を備え、本体部の内面にはガスバリア層が被覆されている構成である。
【００９３】
前記構成によれば、通常はガスバリア層を設けない本体部の内面にガスバリア層を被覆している。これにより、本体部の外面にガスバリア層を設ける構成と比較して、本体部の気体透過性を大幅に低減することが可能になる。それゆえ、オートクレーブ時に本体部の内部からオートクレーブ気体（高温高圧の気体）が外部に漏出することを有効に抑制することができる。その結果、従来のように脱気用材料により治具を被覆しなくても、良好な品質の複合材料構造物を製造することが可能となる。これにより、脱気用材料が実質的に不要となるので製造コストの増加を十分に抑制できるとともに、被覆作業も実質的に不要となるので製造過程の煩雑化も回避することができる。
【００９４】
本開示に係る複合材料構造物製造用治具においては、前記ガスバリア層は、フッ素樹脂フィルム、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）フィルム、ポリイミドフィルム、ポリアミドフィルム、またはポリエステルフィルムである構成であってもよい。
【００９５】
また、本開示に係る複合材料構造物製造用治具においては、前記フッ素樹脂フィルムが、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）フィルムまたはテトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＦＴＦＥ）フィルムであり、前記ポリアミドフィルムが、芳香族ポリアミドフィルムであり、前記ポリエステルフィルムが、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）フィルムである構成であってもよい。
【００９６】
また、本開示に係る複合材料構造物製造用治具においては、前記本体部の内部には、当該本体部の外部から押圧による変形を抑制する補強構造体が配置されており、当該補強構造体は、前記本体部の長手方向に沿った延伸形状を有しており、かつ、長手方向に分断されているか、長手方向に交差する方向にスリットが形成されている構成であってもよい。
【００９７】
また、本開示に係る複合材料構造物製造用治具においては、前記補強構造体は、前記本体部の内部において、前記下底の内面に対応する幅を有する下底側外側面と、当該下底側外側面に対向し、前記上底の内面に対応する幅を有する上底側外側面とを有し、前記下底の内面と前記上底の内面との間隔を、前記本体部の内部高さとし、前記補強構造体における前記下底側外側面と前記上底側外側面との間隔を、当該補強構造体の外側面高さとしたときに、前記上底側外側面が前記上底の内面に当接している状態では、前記下底側外側面は前記下底の内面には当接せずに、隙間が生じるように、前記内部高さよりも前記外側面高さが小さくなっている構成であってもよい。
【００９８】
また、本開示に係る複合材料構造物製造用治具の製造方法は、前記本体部に対応するキャビティを有する成形型と、前記キャビティ内に配置され、前記本体部の内部空間に対応する形状を有する中子とを用い、前記キャビティ内に、前記中子を中心として、その周囲に前記強化繊維および前記伸縮性材料を配置し、前記強化繊維は、前記本体部の長手方向に沿った方向に切れ目を有するか、または、前記伸縮性材料で前記強化繊維を挟持するようにこれらを配置し、前記中子の外周面には、さらに、ガスバリア層となるフィルムを巻き回した状態で配置し、加熱により前記伸縮性材料を溶融して前記強化繊維に含浸させて前記本体部を成形した後に、前記中子を前記本体部から引き抜く構成であればよい。
【００９９】
前記構成によれば、本体部の内面にガスバリア層が被覆された複合材料構造物製造用治具を製造することができるだけでなく、強化繊維に対して伸縮性材料を含浸させやすくなる。さらには、製造過程で中子を引き抜くときに、ガスバリア層となるフィルムが中子に滑り性を付与することができる。そのため、中子が引き抜きやすくなり、複合材料構造物製造用治具の生産性を良好なものとすることができる。
【０１００】
また、本開示には、前記構成の複合材料構造物製造用治具を用いた複合材料構造物の製造方法も含まれる。すなわち、本開示に係る複合材料構造物の製造方法は、溝状部を有する骨格材料を用いた複合材料構造物の製造方法であって、成形型の外周面に前記骨格材料を配置するとともに、当該骨格材料の溝状部に、前記構成の複合材料構造物製造用治具を内挿し、その上にプリプレグを積層して加熱硬化する構成であればよい。
【０１０１】
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明は、骨格材料として、ハット型ストリンガ等のような溝状部を有する部材を用いた複合材料構造物の製造の分野に広く好適に用いることができる。
【符号の説明】
【０１０３】
１０：ブラダ
１１：本体部
１１ａ：接触壁部
１１ｂ：露出壁部
１１ｃ：傾斜壁部
１２：末端金具
１２ａ：加圧孔
１３：末端栓部
１４：管状部
１５：外周フィルム（ガスバリア層）
１６：内周フィルム（ガスバリア層）
１７：補強構造体
２１：繊維補強材（強化繊維）
２２：ゴム前駆組成物の板状体（伸縮性材料）
３１：上型（成形型）
３２：下型（成形型）
３２ａ：キャビティ
３３：芯金（成形型、中子）
４１：ハット型ストリンガ
４１ａ：帯状部
４１ｂ：溝状部
４２：マンドレル
４３：プリプレグ
４４：バッギングフィルム
【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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【国際調査報告】
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