(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
成型治具上に、２次元織物または３次元織物である織物部材を配置して、これを可撓性のバッグで覆う工程と、
熱硬化性の樹脂を織物部材に含浸させる工程と、
成型治具をオートクレーブ内で加熱加圧することによって、樹脂を硬化する工程と、を含む複合材の製造方法であって、
前記樹脂を織物に含浸させる工程において、成型治具のバッグが覆う位置に予め窪みを設けておき、その窪みに樹脂を溜めた状態でバッグ内を脱気することによって、バッグを窪みに押圧させ、窪みに溜められた樹脂を押出して織物部材に含浸させることを特徴とする複合材の製造方法。
【請求項２】
成型治具上に熱硬化性の樹脂を溜める工程と、
貫通孔を有する板を樹脂上に浮かべる工程と、
２次元織物または３次元織物である織物部材を板上に設ける工程と、
織物部材を可撓性のバッグで覆う工程と、
バッグ内を脱気することで、樹脂を貫通孔から織物部材に含浸させる工程と、
成型治具をオートクレーブ内で加熱加圧することによって、樹脂を硬化する工程と、を含むことを特徴とする複合材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、航空機または船舶の部品として使用され、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）などのように繊維および樹脂を複合させて成る複合材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複合材の製造方法には、２次元のプリプレグ(pre-impregnatedの省略形）を使用する方法、２次元の織物を使用する方法、３次元の織物を使用する方法などがある。２次元プリプレグを使用する方法では、２次元プリプレグを裁断し積み重ねることで適当な形状を形成しこれを硬化する。２次元の織物を使用する方法では、２次元の織物を裁断して積み重ねた状態で樹脂を含浸させ硬化する。また３次元の織物を使用する方法は、適当な形状の３次元の織物を織り、これに樹脂を含浸させて硬化するものである（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特公平７−２９３０４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
複合材を製造する工程において、２次元織物または３次元織物のドライ繊維に樹脂を含浸させるためには、金型内に配置したドライ繊維に樹脂を圧送するなどの大掛かりな設備が必要であり、このような設備が、複合材の製造工程を複雑にし、製造コストを引上げている。
【０００５】
本発明の目的は、繊維部材に簡単に樹脂を含浸させる複合材の製造方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、成型治具上に、２次元織物または３次元織物である織物部材を配置して、これを可撓性のバッグで覆う工程と、
熱硬化性の樹脂を織物部材に含浸させる工程と、
成型治具をオートクレーブ内で加熱加圧することによって、樹脂を硬化する工程と、を含む複合材の製造方法であって、
前記樹脂を織物に含浸させる工程において、成型治具のバッグが覆う位置に予め窪みを設けておき、その窪みに樹脂を溜めた状態でバッグ内を脱気することによって、バッグを窪みに押圧させ、窪みに溜められた樹脂を押出して織物部材に含浸させることを特徴とする複合材の製造方法である。
【０００７】
本発明に従えば、織物部材をバッグで覆い、バッグ内を脱気する。バッグは、脱気によって内側に引寄せられて、織物に密着するとともに、窪み内の樹脂を押圧する。バッグによって押圧された樹脂は、窪みから押出されて織物部材に含浸し、オートクレーブ内で加熱加圧されて硬化され、織物部材とともに複合材となる。
【０００８】
このように、成型治具に窪みを設けて、その窪みに樹脂を溜めておくという簡単な方法で、織物部材に樹脂が含浸されるので、樹脂を圧送する大掛かりな設備が不要であり、複合材の製造工程を大幅に簡略化することができ、製造コストを低減することができる。
【０００９】
また本発明は、成型治具上に熱硬化性の樹脂を溜める工程と、
貫通孔を有する板を樹脂上に浮かべる工程と、
２次元織物または３次元織物である織物部材を板上に設ける工程と、
織物部材を可撓性のバッグで覆う工程と、
バッグ内を脱気することで、樹脂を貫通孔から織物部材に含浸させる工程と、
成型治具をオートクレーブ内で加熱加圧することによって、樹脂を硬化する工程と、を含むことを特徴とする複合材の製造方法である。
【００１０】
本発明に従えば、バッグ内を脱気することによって、織物部材が下方に押圧され、さらに板が樹脂の方に押圧されて樹脂中に押し沈められ、貫通孔から樹脂が押出され、この樹脂は、織物部材に含浸し、オートクレーブ内で加熱加圧されて硬化され、織物部材とともに複合材となる。
【００１１】
このように、溜めた樹脂の上に貫通孔を有する板を設け、その上に織物部材を設ける、という簡単な方法で、織物部材に樹脂が含浸されるので、樹脂を圧送する大掛かりな設備が不要であり、複合材の製造工程を大幅に簡略化することができ、製造コストを低減することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に関連する製造方法を示す断面図である。成型治具１２ａは土台部３１および蓋部３２を備え、土台部３１の表面には、凹所３１ａが形成されている。その凹所３１ａに複数の２次元織物４２および３次元織物４３を並べて載置し、土台部３１の上から蓋部３２を被せて、ボルトなどで固定する。土台部３１に蓋部３２を固定したときに、蓋部３２の下面と、土台部３１の凹所３１ａとの間に形成された内部空間３６は、密閉される。この内部空間３６は、製品となる複合材に対応する形状を成し、内部空間３６に載置された２次元織物４２、および３次元織物４３の形状を保持する。
【００１３】
土台部３１には、内部空間３６とレジンポット３３とを連結する樹脂注入管３４が設けられており、レジンポット３３には、液状の熱硬化性樹脂が溜められている。このレジンポット３３に、窒素ガスを送込むことによって、レジンポット３３内が加圧され、液状の熱硬化型樹脂が内部空間３６に向かって送出される。なお、レジンポット３３内の加圧は、ピストン等の機械的作動によるものであっても良い。内部空間３６に送られた樹脂は、内部空間３６に配置された２次元織物４２および３次元織物４３に含浸する。一方、蓋部３２には樹脂排出管３５が設けられており、内部空間３６から外部に、内部空間３６に存在した空気および余分な樹脂を排出する。
【００１４】
また、成型治具１２ａには、樹脂を加熱するためのヒータが設けられており、２次元織物４２および３次元織物４３に樹脂を含浸させた後、成型治具１２ａを介して樹脂を加熱して、硬化する。これによって、２次元織物４２と３次元織物４３とは一体となり、複合材が完成する。
【００１５】
図２（ａ）は図１の２次元織物４２を示す平面図であり、図２（ｂ）はその断面図であり、図３は図１の３次元織物４３を示す斜視図である。図２に示す２次元織物４２は、長い繊維を２次元の互いに直交するＸ方向およびＹ方向に織込んだ織物であり、一般に、クロスと呼ばれるものである。図３に示す３次元織物５３は、長い繊維を互いに直交するＸ方向、Ｙ方向で形成される面内およびその面に直交するＺ方向に織込んだ織物である。
【００１６】
なお、図１では複数の部材として、ドライ繊維の２次元織物４２および３次元織物５３を用いているが、第１実施形態では、２次元織物および３次元織物のいずれかの代わりに、プリプレグまたはプリキュア部材などの他の部材を使用してもよい。
【００１７】
図４は、本発明に関連する他の製造方法を示す断面図である。図４の成型治具１２ｂは、図１の成型治具１２ａのうちの土台部３１に相当する土台部のみで構成される。この成型治具１２ｂ上に、３次元織物４３および複数のプリプレグ５２を積重ねたものが並べて載置される。プリプレグ５２は、図２に示した構造の２次元織物４２に樹脂を含浸させて半硬化させて成る。３次元織物４３およびプリプレグ５２は、シリコンマンドレル２４によって覆われ、さらにその上方から可撓性のバッグ２５によって覆われる。バッグ２５の周縁部と、成型治具１２ｂの上面とは、シール５７によって密着され、バッグ２５の内部は密閉される。
【００１８】
成型治具１２ｂには、レジンポット１１に接続された樹脂注入管５５が設けられており、このレジンポット１１から樹脂注入管５５を介して成型治具１２ｂに樹脂が送られ、３次元織物４３に樹脂が含浸する。このとき、樹脂の注入圧力はオートクレーブ内圧よりも低くする。なお、レジンポット１１内の加圧は、ピストン等の機械的作動によるものでも良い。
【００１９】
また、成型治具１２ｂには、樹脂排出管５６も設けられており、３次元織物４３内に存在した空気および余分な樹脂を排出する。樹脂の注入後の成型治具１２ｂは、オートクレーブ５８内で加熱加圧される。これによって、３次元織物４３に含浸した樹脂は、硬化されて３次元織物４３およびプリプレグ５２を一体化させる。
【００２０】
図の方法では、３次元織物４３の代わりに、２次元織物を複数積重ねたものを用いてもよい。また、プリプレグ５２として、複数の繊維を１方向に平行に束ねて樹脂を含浸させて半硬化されたものを用いてもよいし、３次元織物に樹脂を含浸させて半硬化させたものを用いてもよい。さらに、プリプレグ５２に代わって、繊維に含浸させた樹脂を完全に硬化して成るプリキュアを用いてもよい。さらに、シリコンマンドレル２４を使用しない方法も可能であり、その場合、３次元織物４３およびプリプレグ５２は、直接バッグ２５によって覆われる。
【００２１】
図５は本発明に関連するさらに他の製造方法を示す平面図であり、図６（ａ）および図６（ｂ）はドライ繊維に樹脂を含浸させる工程を示す断面図である。図５の成型治具１２ｅは、図４の成型治具１２ｂと同様に、図１の成型治具１２ａのうちの土台部３１に相当する土台部のみで構成される。この成型治具１２ｅ上に、３次元織物４３および複数のプリプレグ５２を積重ねたものが並べて載置される。プリプレグ５２は、２次元織物に樹脂を含浸させて半硬化させて成る。この３次元織物４３およびプリプレグ５２は、可撓性のバッグ５３によって覆われる。バッグ５３の周縁部と、成型治具１２ｅの上面とは、シール５７によって密着される。
【００２２】
成型治具１２ｅの上面のうち、３次元織物４３とシール５７との間の領域に予め窪み７１を設けておき、バッグ５３で覆う前に窪み７１に樹脂を溜めておく。これによってバッグ５３は、３次元織物４３とプリプレグ５２とともに窪み７１の口を覆う。この状態でバッグ５３内を脱気することによって、バッグ５３は内側に引寄せられて、３次元織物４３とプリプレグ５２とに密着するとともに、窪み７１内の樹脂を押圧する。バッグ５３によって押圧された樹脂は、窪み７１から押出されて３次元織物４３に含浸する。このとき、含浸した樹脂は、プリプレグ５２に接触する。
【００２３】
バッグ５３内を脱気した後に、成型治具１２ｅは、オートクレーブ５８内で加熱加圧される。これによって、３次元織物４３に含浸した樹脂は、硬化されて３次元織物４３およびプリプレグ５２を一体化させる。
【００２４】
なお、図５および図６では、複数の部材として３次元織物４３とプリプレグ５２とを使用しているが、第３実施形態では、３次元織物４３の代わりに２次元織物を使用してもよく、プリプレグ５２の代わりに繊維に樹脂を含浸させて完全に硬化したプリキュア部材を使用してもよい。また、複数の部材を使用しているが、ドライ繊維の２次元織物または３次元織物を単独で使用しただけで、複合材を製造してもよい。
【００２５】
図７は、本発明に関連するさらに他の製造方法を示す断面図である。成型治具１２ｆ上にロケータ６０を置き、ロケータ６０に囲まれた部分に樹脂を入れ、樹脂の上に単孔あるいは多孔板６１を置き、多孔板６１上に３次元織物４３およびプリプレグ５２を並べる。この上部全体に、周囲がシール５７にて封印され、一端に真空引き用の金具が設けられたバッグ５３を被せる。樹脂を含浸させる工程は、真空ポンプなどを使用してバッグ５３で覆われた内部を真空引きし、３次元織物４３に樹脂が浸透してゆく。
【００２６】
バッグ５３内を脱気した後に、成型治具１２ｆは、オートクレーブ５８内で加熱加圧される。これによって、３次元織物４３に含浸した樹脂は、硬化されて３次元織物４３およびプリプレグ５２を一体化させる。
【００２７】
なお、図７の方法においても、３次元織物４３の代わりに２次元織物を使用してもよく、プリプレグ５２の代わりに繊維に樹脂を含浸させて完全に硬化したプリキュア部材を使用してもよい。また、複数の部材を使用しているが、ドライ繊維の２次元織物または３次元織物を単独で使用しただけで、複合材を製造してもよい。
【００２８】
さらに、上述の各製造方法において繊維として、無機系のガラス、炭素、ボロン、アルミナ、チタン酸カリウム、シリカなど、または有機系のアラミド、ビニロン、アクリルなどが使用され、樹脂としては、熱硬化性の不飽和ポリエステル、エポキシ、フェノール、シリコン、アクリルなどが使用される。
【００２９】
本発明は、次の実施の形態が可能である。
（１）成型治具内に、２次元織物または３次元織物を含む複数の部材を並べて、内部を密閉する工程と、
成型治具内に熱硬化性の樹脂を注入して、織物に樹脂を含浸させる工程と、
成型治具を加熱することによって、樹脂を硬化して織物およびそれ以外の部材を一体化させる工程と、を含むことを特徴とする複合材の製造方法。
【００３０】
たとえば、ドライ繊維の２次元織物または３次元織物と、繊維に樹脂を含浸させて半硬化させて成るプリプレグと、が並べられると、成型治具に密閉された内部空間のうち、プリプレグに既に含まれている樹脂によって繊維の隙間は占有され、２次元織物の繊維の隙間は空の状態のままである。この状態の成型治具内に樹脂が注入されるので、２次元織物にのみ樹脂は含浸する。含浸した樹脂は、プリプレグに接触するので、それを硬化すれば、２次元織物とプリプレグとを一体化させることができる。
【００３１】
このように、複数の部材の中にドライ繊維の２次元織物または３次元織物が含まれるので、そこに含浸して硬化される樹脂によって、各部材同士を一体化させた複合材を製造することができる。複雑な形状を有する部分には、複雑な形状を形成しやすい２次元織物を、高い強度を必要とする部分には３次元織物を、平面的形状で面内に高い強度が必要な部分には、２次元プリプレグを適用することで、２次元織物、３次元織物、２次元プリプレグの特徴を生かした一体成型部品を低コストで製造することができる。
【００３２】
（２）成型治具上に、２次元織物または３次元織物を含む複数の部材を並べて、これらを可撓性のバッグで覆う工程と、
バッグ内に熱硬化性の樹脂を注入して、織物に樹脂を含浸させる工程と、
成型治具をオートクレーブ内で加熱加圧することによって、樹脂を硬化して織物およびそれ以外の部材を一体化させる工程と、を含むことを特徴とする複合材の製造方法。
【００３３】
たとえば、ドライ繊維の２次元織物または３次元織物と、繊維に樹脂を含浸させて半硬化させて成るプリプレグと、が並べられると、成型治具上でバッグに覆われた内部空間のうち、プリプレグに既に含まれている樹脂によって繊維の隙間は占有され、２次元織物または３次元織物の繊維の隙間は空いた状態のままである。この状態のバッグ内に樹脂が注入されるので、２次元織物または３次元織物にのみ樹脂は含浸する。含浸した樹脂は、プリプレグに接触するので、それを硬化すれば、プリプレグと２次元織物または３次元織物とを一体化させることができる。
【００３４】
このように、複数の部材の中にドライ繊維の２次元織物または３次元織物が含まれるので、そこに含浸して硬化される樹脂によって、各部材同士を一体化させた複合材を製造することができる。よって、上記の密閉した成型治具を使用した方法と同様に、複雑な形状を有する部分には、複雑な形状を形成しやすい２次元織物を、高い強度を必要とする部分には３次元織物を、平面的形状で面内に高い強度が必要な部分には、２次元プリプレグを適用することで、２次元織物、３次元織物、２次元プリプレグの特徴を生かした一体成型部品を低コストで製造することができる。
【００３５】
（３）成型治具上に、２次元織物または３次元織物を配置して、これを可撓性のバッグで覆う工程と、
熱硬化性の樹脂を織物に含浸させる工程と、
成型治具をオートクレーブ内で加熱加圧することによって、樹脂を硬化する工程と、を含む複合材の製造方法であって、
前記樹脂を織物に含浸させる工程において、成型治具上のバッグが覆う位置に予め窪みを設けておき、その窪みに樹脂を溜めた状態でバッグ内を脱気することによって、バッグを窪みに押圧させ、窪みに溜められた樹脂を押出して織物に含浸させることを特徴とする複合材の製造方法。
【００３６】
単独の２次元織物または３次元織物をバッグで覆い、バッグ内を脱気する。バッグは、脱気によって内側に引寄せられて、織物に密着するとともに、窪み内の樹脂を押圧する。バッグによって押圧された樹脂は、窪みから押出されて織物に含浸し、オートクレーブ内で加熱加圧されて硬化され、織物とともに複合材となる。
【００３７】
このように、成型治具に窪みを設けて、その窪みに樹脂を溜めておくという簡単な方法で、２次元織物または３次元織物に樹脂が含浸されるので、樹脂を圧送する大掛かりな設備が不要であり、複合材の製造工程を大幅に簡略化することができ、製造コストを低減することができる。
【００３８】
（４）成型治具上に、２次元織物または３次元織物を含む複数の部材を並べて、これらを可撓性のバッグで覆う工程と、
熱硬化性の樹脂を織物に含浸させる工程と、
成型治具をオートクレーブ内で加熱加圧することによって、樹脂を硬化して織物およびそれ以外の部材を一体化させる工程と、を含む複合材の製造方法であって、
前記樹脂を織物に含浸させる工程において、成型治具上のバッグが覆う位置に予め窪みを設けておき、その窪みに樹脂を溜めた状態でバッグ内を脱気することによって、バッグを窪みに押圧させ、窪みに溜められた樹脂を押出して織物に含浸させることを特徴とする複合材の製造方法。
【００３９】
２次元織物または３次元織物を含む複数の部材をバッグで覆い、バッグ内を脱気する。バッグは、脱気によって内側に引寄せられて、部材に密着するとともに、窪み内の樹脂を押圧する。バッグによって押圧された樹脂は、窪みから押出されて部材のうちの織物に含浸する。このとき、含浸した樹脂は、織物以外の部材に接触するので、オートクレーブ内で加熱加圧されるときに、織物とその織物以外の部材とを一体化させる。
【００４０】
このように、上記の単独の織物に樹脂を含浸させる場合と同様に、成型治具に窪みを設けて、その窪みに樹脂を溜めておくという簡単な方法で、２次元織物または３次元織物に樹脂が含浸されるので、樹脂を圧送する大掛かりな設備が不要であり、複合材の製造工程を大幅に簡略化することができ、製造コストを低減することができる。
【００４１】
（５）成型治具上に熱硬化性の樹脂を溜める工程と、
貫通孔を有する板を樹脂上に浮かべる工程と、
２次元織物または３次元織物を含む複数の部材を板上に並べる工程と、
複数の部材を可撓性のバッグで覆う工程と、
バッグ内を脱気することで、樹脂を貫通孔から織物に含浸させる工程と、
成型治具をオートクレーブ内で加熱加圧することによって、樹脂を硬化して織物およびそれ以外の部材を一体化させる工程と、を含むことを特徴とする複合材の製造方法。
【００４２】
バッグ内を脱気することによって、複数の部材が下方に押圧され、さらに板が樹脂の方に押圧されて樹脂中に押し沈められ、貫通孔から樹脂を織物に含浸させることができる。このように、簡単な方法で、２次元織物または３次元織物に樹脂が含浸されるので、樹脂を圧送する大掛かりな設備が不要であり、複合材の製造工程を大幅に簡略化することができ、製造コストを低減することができる。
【００４３】
（６）前記複数の部材は、繊維に樹脂を含浸させて半硬化させたプリプレグを含むことを特徴とする複合材の製造方法。
【００４４】
比較的汎用的な材料であるプリプレグを使用するので、さらに汎用的な複合材の製造方法を実現することができる。
【００４５】
（７）前記複数の部材は、繊維に樹脂を含浸させて硬化させたプリキュア部材を含むことを特徴とする複合材の製造方法。
【００４６】
樹脂が完全に硬化されたプリキュア部材を使用するので、単独で製品となる資源を利用でき、さらに汎用的な複合材の製造方法を実現して、製造コストを低減することができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、成型治具に窪みを設けて、その窪みに樹脂を溜めておくという簡単な方法によって、複合材の製造工程を大幅に簡略化することができ、製造コストを低減することができる。
【００４８】
また、成型治具上の樹脂、貫通孔を有する板、織物部材を可撓性のバッグで覆って、バッグ内を脱気するという簡単な方法によって、複合材の製造工程を大幅に簡略化することができ、製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に関連する製造方法を示す断面図である。
【図２】図２（ａ）は図１の２次元織物４２を示す平面図であり、図２（ｂ）はその断面図である。
【図３】図１の３次元織物４３を示す斜視図である。
【図４】本発明に関連する他の製造方法を示す断面図である。
【図５】本発明に関連するさらに他の製造方法を示す平面図である。
【図６】ドライ繊維に樹脂を含浸させる様子を示す断面図である。
【図７】本発明に関連するさらに他の製造方法を示す断面図である。
【符号の説明】
１１，３３  レジンポット
１２ａ，１２ｂ，１２ｅ，１２ｆ  成型治具
２４  シリコンマンドレル
２５  バッグ
３１  土台部
３２  蓋部
３６  内部空間
４２  ２次元織物
４３  ３次元織物
５２  プリプレグ
５８  オートクレーブ
７１  窪み
【図１】
0003735351.tif 000002
【図２】
0003735351.tif 000003
【図３】
0003735351.tif 000004
【図４】
0003735351.tif 000005
【図５】
0003735351.tif 000006
【図６】
0003735351.tif 000007
【図７】
0003735351.tif 000008