JP6563284B2 - 繊維強化プラスチック成型品の製造装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、繊維強化プラスチック成型品の製造装置及びその製造方法に関するものである。

航空機等の構造材をＦＲＰ（繊維強化プラスチック）で形成することが知られており、複数のＦＲＰ製構造材を一体成形する場合、リベット等を用いた機械的結合や、接着剤を用いた接合が行われる場合がある。また、下記の特許文献１では、一体化する部材の一方をプリキュアした繊維強化複合材とし、他方を強化繊維基材として、両者を密閉媒体で覆って内部を減圧して加熱し、密閉媒体内に樹脂を注入して硬化させる技術が開示されている。特許文献１に記載された技術は、真空圧と大気圧の差圧を利用して、繊維基材に樹脂を含浸させるＶａＲＴＭ（Vacuum assisted Resin Transfer Molding）を適用した一体成形方法である。また、ＶａＲＴＭ以外にも、プリプレグ成形によって、一方の部材を他方の部材と一体成形する方法がある。

特開２００５−２４６７７１号公報

複数の部材を一体成形する際、一の部材に対する他の部材の位置決めを正確に行う必要がある。ＶａＲＴＭによる一体成形方法では、硬化したｃＦＲＰ材を下型治具に固定し、下型治具を位置決めの基準にして、ｃＦＲＰ材上に繊維基材（プリフォーム）を設置している。具体的には、上型治具に繊維基材を収容し、上型治具が下型治具に対して位置決めされることで、間接的に繊維基材が位置決めされる。

このとき、下型治具を鋼やアルミ等の汎用材料とした場合、安価であり、切削加工が容易になるが、ＶａＲＴＭにおける加熱工程で、下型治具に熱伸びが生じてしまう。そのため、ＣＦＲＰ上において、強化繊維基材を正確な位置に設置できないという問題がある。なお、上述した問題は、ＶａＲＴＭ以外のコボンド成形、例えばプリプレグ成形等の一体成形方法でも生じる。

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、ＶａＲＴＭ成形法によって複数の部材を一体成形する際、一の部材に対する他の部材の位置決めを正確に行うことが可能な繊維強化プラスチック成型品の製造装置及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の繊維強化プラスチック成型品の製造装置及びその製造方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係る繊維強化プラスチック成型品の製造装置は、硬化した繊維強化複合材が載置される第１成形型と、前記繊維強化複合材と接合される繊維基材を収容する第２成形型と、前記第２成形型を収容し、前記繊維強化複合材に設けられる位置決め部位に対して位置決めされる第１位置決め部を有する固定部材と、前記第１成形型及び前記第２成形型に収容された前記繊維強化複合材及び前記繊維基材に対して樹脂を注入する注入路とを備える。

この構成によれば、固定部材が繊維強化複合材に対して位置決めされることから、固定部材に収容された第２成形型と、第２成形型に収容された繊維基材が繊維強化複合材に対して位置決めされる。すなわち、繊維基材の繊維強化複合材に対する位置決めは、第１成形型を基準にして決定されるのではなく、繊維強化複合材を基準にして決定されることから、第１成形型の熱伸びに影響されることなく、繊維基材を正確な位置に設置できる。

本発明に係る繊維強化プラスチック成型品の製造装置は、硬化した繊維強化複合材と接合される繊維基材を収容する第２成形型と、前記第２成形型を収容し、前記繊維強化複合材に設けられる位置決め部位に対して位置決めされる第１位置決め部を有する固定部材と、前記繊維強化複合材、及び、前記第２成形型に収容された前記繊維基材に対して樹脂を注入する注入路とを備える。

この構成によれば、固定部材が繊維強化複合材に対して位置決めされることから、固定部材に収容された第２成形型と、第２成形型に収容された繊維基材が、繊維強化複合材に対して位置決めされる。すなわち、繊維基材の繊維強化複合材に対する位置決めは、第１成形型を基準にして決定されるのではなく、繊維強化複合材を基準にして決定されることから、第１成形型の熱伸びに影響されることなく、繊維基材を正確な位置に設置できる。

上記発明において、前記繊維強化複合材には、前記位置決め部位として、前記第１位置決め部に対応する第２位置決め部が設けられてもよい。
この構成によれば、繊維基材の繊維強化複合材に対する位置決めは、繊維強化複合材に設けられた第２位置決め部と、固定部材に設けられた第１位置決め部とが対応することで行われる。

本発明に係る繊維強化プラスチック成型品の製造装置は、硬化した繊維強化複合材が載置される第１成形型と、前記繊維強化複合材と接合される繊維基材を収容し、前記繊維強化複合材に設けられる位置決め部位に対して位置決めされる第３位置決め部を有する、柔軟性樹脂製のブラダーと、前記第１成形型及び前記ブラダーに収容された前記繊維強化複合材及び前記繊維基材に対して樹脂を注入する注入路とを備える。

この構成によれば、ブラダーが繊維強化複合材に対して位置決めされることから、ブラダーに収容された繊維基材が繊維強化複合材に対して位置決めされる。すなわち、繊維基材の繊維強化複合材に対する位置決めは、第１成形型を基準にして決定されるのではなく、繊維強化複合材を基準にして決定されることから、第１成形型の熱伸びに影響されることなく、繊維基材を正確な位置に設置できる。ブラダーは、例えば、シリコン樹脂など柔軟性樹脂製である。

上記発明において、前記繊維強化複合材には、前記位置決め部位として、前記第３位置決め部に対応する第２位置決め部が設けられてもよい。
この構成によれば、繊維基材の繊維強化複合材に対する位置決めは、繊維強化複合材に設けられた第２位置決め部と、ブラダーに設けられた第３位置決め部とが対応することで行われる。

本発明に係る繊維強化プラスチック成型品の製造装置は、硬化した繊維強化複合材が載置される第１成形型と、前記繊維強化複合材と接合される繊維基材を収容し、前記繊維強化複合材に設けられる位置決め部位に対して位置決めされる第４位置決め部を有する第２成形型と、前記繊維強化複合材、及び、前記第２成形型に収容された前記繊維基材に対して樹脂を注入する注入路とを備える。

この構成によれば、第２成形型が繊維強化複合材に対して位置決めされることから、第２成形型に収容された繊維基材が繊維強化複合材に対して位置決めされる。すなわち、繊維基材の繊維強化複合材に対する位置決めは、第１成形型を基準にして決定されるのではなく、繊維強化複合材を基準にして決定されることから、第１成形型の熱伸びに影響されることなく、繊維基材を正確な位置に設置できる。

上記発明において、前記繊維強化複合材には、前記位置決め部位として、前記第４位置決め部に対応する第２位置決め部が設けられてもよい。
この構成によれば、繊維基材の繊維強化複合材に対する位置決めは、繊維強化複合材に設けられた第２位置決め部と、第２成形型に設けられた第４位置決め部とが対応することで行われる。

本発明に係る繊維強化プラスチック成型品の製造方法は、第１成形型に対し、硬化した繊維強化複合材を載置するステップと、前記繊維強化複合材と接合される繊維基材を、第２成形型に収容するステップと、固定部材に対し、前記第２成形型を収容するステップと、前記固定部材に設けられた第１位置決め部を、前記繊維強化複合材に設けられる位置決め部位に対して位置決めし、前記固定部材を前記繊維強化複合材に載置するステップと、前記第１成形型及び前記第２成形型に収容された前記繊維強化複合材及び前記繊維基材に対して、樹脂を注入するステップとを備える。

本発明に係る繊維強化プラスチック成型品の製造方法は、硬化した繊維強化複合材と接合される繊維基材を、第２成形型に収容するステップと、固定部材に対し、前記第２成形型を収容するステップと、前記繊維強化複合材に設けられる位置決め部位を、前記固定部材に設けられた第１位置決め部に対して位置決めし、前記繊維強化複合材を前記第２成形型に載置するステップと、前記繊維強化複合材、及び、前記第２成形型に収容された前記繊維基材に対して、樹脂を注入するステップとを備える。

本発明に係る繊維強化プラスチック成型品の製造方法は、第１成形型に対し、硬化した繊維強化複合材を載置するステップと、柔軟性樹脂製のブラダーに対し、前記繊維強化複合材と接合される繊維基材を収容するステップと、前記ブラダーに設けられた第３位置決め部を、前記繊維強化複合材に設けられる位置決め部位に対して位置決めし、前記ブラダーを前記繊維強化複合材に載置するステップと、前記第１成形型及び前記ブラダーに収容された前記繊維強化複合材及び前記繊維基材に対して、樹脂を注入するステップとを備える。

本発明に係る繊維強化プラスチック成型品の製造方法は、第１成形型に対し、硬化した繊維強化複合材を載置するステップと、第２成形型に対し、前記繊維強化複合材と接合される繊維基材を収容するステップと、前記第２成形型に設けられた第４位置決め部を、前記繊維強化複合材に設けられる位置決め部位に対して位置決めし、前記第２成形型を前記繊維強化複合材に載置するステップと、前記繊維強化複合材、及び、前記第２成形型に収容された前記繊維基材に対して、樹脂を注入するステップとを備える。

本発明によれば、ＶａＲＴＭ成形法によって複数の部材を一体成形する際、一の部材に対する他の部材の位置決めを正確に行うことができる。

本発明の第１実施形態に係る繊維強化プラスチック成型品の製造装置を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る繊維強化プラスチック成型品の製造装置を示す縦断面図である。 本発明の第２実施形態に係る繊維強化プラスチック成型品の製造装置を示す縦断面図である。 本発明の第３実施形態に係る繊維強化プラスチック成型品の製造装置を示す縦断面図である。 本発明の第４実施形態に係る繊維強化プラスチック成型品の製造装置を示す分解斜視図である。 本発明の第４実施形態に係る繊維強化プラスチック成型品の製造装置を示す斜視図である。 図６のＡ部分を示す部分拡大縦断面図である。

以下に、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態に係る繊維強化プラスチック成型品の製造装置及びその製造方法について、図１を用いて説明する。
本実施形態では、スキン１に対してストリンガ２を位置決めする折れ曲げプレート３０を備えた製造装置１１０を用いて、スキン１及びストリンガ２が一体化された繊維強化プラスチック成型品２００を製造する。

まず、図１を参照し、繊維強化プラスチック成型品２００の一例に係る構成を説明する。なお、以下では、航空機を構成するＦＲＰ構造体の例について説明するが、本発明は、そのほかの各種の装置や構造を構成するＦＲＰ成形品の製造に広く用いることができる。

繊維強化プラスチック成型品２００は、スキン１と、スキン１の裏面１Ａに設けられるストリンガ２とを備えている。
スキン１は、航空機の翼の表皮を形成し、図示しないスパーと共にボックス状に組み立てられる。スキン１は、曲面状に形成されている。また、スキン１は、翼の根元側Ｓｒから先端側Ｓｔに向けて次第に幅が狭くなっている。なお、スキン１の形状は、この例に限定されず、例えば幅が長さ方向に沿って一定の場合もある。
スキン１は、最終的には切除される余白部１Ｂ（図２参照）を含めて成形される。余白部１Ｂには、位置決め部３が形成されている。位置決め部３は、例えば、図２に示すように、凸部形状である。位置決め部３は、スキン１と一体的に形成されてもよいし、スキン１に形成された穴に挿入される凸部形状の別部材であってもよい。

ストリンガ２は、縦方向Ｄに延出する長尺状の部材であり、縦方向Ｄの寸法が縦方向Ｄに直交する断面方向の寸法よりも長い。ストリンガ２の横断面はＴ字状であるが、他の形状であってもよい。
ストリンガ２は、スキン１に接着されるフランジ２Ａと、フランジ２Ａの幅方向中央から立ち上がるウェブ２Ｂとを備えている。スキン１の裏面１Ａには、複数のストリンガ２が、縦方向Ｄに交差する方向に間隔をおいて配列される。
ストリンガ２がスキン１の裏面１Ａに複数本が設置されることによって、スキン１が補強される。

スキン１及びストリンガ２は、いずれも、繊維基材及び樹脂によって構成される繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）から形成される。
繊維基材は、複数枚のシート状部材から構成され、シート状部材は、スキン１やストリンガ２の厚みに応じて必要な枚数だけ積層される。繊維基材には、炭素繊維、ガラス繊維等の任意の繊維が用いられる。
繊維基材に含浸される樹脂は、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド、ポリウレタン、不飽和ポリエステル等、加熱されることで硬化する熱硬化性樹脂を用いることができる。その他、加熱されることを経て固化する、ポリアミド、ＡＢＳ樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）、ポリフェニレンスルファイド（PPS）等の熱可塑性樹脂を用いることもできる。

スキン１に用いるＦＲＰと、ストリンガ２に用いるＦＲＰは、繊維の種類、樹脂の種類、繊維基材の構成などが同じでも相違していてもよい。
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、ＶａＲＴＭ（Vacuum assisted Resin Transfer Molding）成形法を実施する。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及び樹脂を圧縮する。なお、本発明は、ＶａＲＴＭ以外の一方の部材を他方の部材と一体成形するコボンド成形、例えば、プリプレグ成形等にも適用可能である

次に、繊維強化プラスチック成型品２００を製造する製造装置を構成する製造装置１１０について説明する。
製造装置１１０は、図１及び図２に示すように、スキン１を成形するスキン用型１０と、ストリンガ２を成形する型であるストリンガ用型２０とを備えている。本実施形態では、硬化し成形されたスキン１上に、樹脂が含浸されていないストリンガ２となる繊維基材を接着すると同時に一体成形する、いわゆるコボンド成形を行う。

スキン用型１０は、鋼材などの任意の汎用材料から形成されている。スキン用型１０は、スキン１を成形する曲面状の成形部と、成形部の周りの部分である外周部とを備えている。

ストリンガ用型２０は、成形されてストリンガ２となる、繊維強化プラスチックの材料（素材）である繊維基材をスキン１の裏面１Ａに押さえる。ストリンガ用型２０は、ストリンガ２の各々に対応する寸法及び形状のものが用意される。

ストリンガ用型２０は、例えばアルミニウム合金等の金属から形成される。
ストリンガ用型２０は、図２に示すように、スキン１上に逆Ｔ字状に成形されるストリンガ２の形状に対応した内面を有しつつ、略三角形状の横断面に形成されている。

このストリンガ用型２０は、ストリンガ２のウェブ２Ｂ（図１参照）に対し一方の側に位置するブロック２０Ａと、他方の側に位置するブロック２０Ｂとに縦方向Ｄに沿って分割されており、これらブロック２０Ａ，２０Ｂの内側にＦＲＰを成形するための成形空間が形成される。

折れ曲げプレート３０は、図２に示すように、複数のストリンガ用型２０を収容する複数の凹部が形成されており、横断面は折曲板のように波形を有する。スキン用型１０と折れ曲げプレート３０の間であって、折れ曲げプレート３０の外周部には、真空吸入し、樹脂を充填する際、折れ曲げプレート３０の内側が密閉空間となるように、シール部２１，２２が設置される。折れ曲げプレート３０には、シール部２１，２２に対応した凹部が形成される。折れ曲げプレート３０には可撓性があり、内外圧力差によりブロック２０Ａ，２０Ｂに外から押圧力を伝える。このため真空引きを行うと、繊維基材は、ブロック２０Ａ及び２０Ｂの内側で、真空引きにより外部からの押圧力で圧縮される。圧縮により、繊維基材の体積は減少する。そのため、繊維基材をブロック２０Ａとブロック２０Ｂとの間に挟み込み、真空引きを行うと、ブロック２０Ａ及びブロック２０Ｂが大気圧との差圧により押圧され、繊維基材の体積減少に追従して隙間Ｇが閉じ、成形空間Ｓが形成される。成形空間Ｓには、図示しない注入路を介して外部から液状の樹脂が注入される。

なお、上述したＶａＲＴＭでは、吸引孔側のみから真空引きを行う。また、樹脂注入後に余剰樹脂を抜くために、注入孔側と吸引孔側の両方から真空引きするブリード工程を更に行う場合がある。この場合、ブリード工程でブロック２０Ａとブロック２０Ｂが合わさり、隙間Ｇが閉じる。

折れ曲げプレート３０には、位置決め部３１が形成される。位置決め部３１は、例えば、ストリンガ２の長手方向に対し交差する方向で、複数のストリンガ用型２０を挟む両端側に設けられる。図２に示すように、折れ曲げプレート３０の位置決め部３１が凹部である場合、スキン１の位置決め部３は、位置決め部３１の形状に対応した凸部である。なお、反対に折れ曲げプレート３０の位置決め部３１がスキン１側に突起した凸部であって、スキン１の位置決め部３が凹部であってもよい。

これにより、折れ曲げプレート３０は、スキン１に対して位置決めされ、折れ曲げプレート３０によって、ストリンガ２が、長手方向に対し垂直方向に移動することが妨げられる。

次に、図１及び図２を参照し、繊維強化プラスチック成型品２００の製造方法について説明する。
まず、スキン１が形成される。スキン１の成形方法は任意であるが、例えば、ＶａＲＴＭ成形法による方法を簡単に説明する。
スキン用型１０に、スキン１のＦＲＰの材料である繊維基材を配置し、図示しない板状の成形治具で押さえる。さらに、繊維基材及び成形治具は、図示しないバッグフィルムとスキン用型１０との間に形成される密閉空間に封入される。その後、密閉空間が真空引きによって減圧され、繊維基材が圧縮される。その後、密閉空間において真空圧が維持された状態で、樹脂が注入される。そして、樹脂が注入された後、真空引きを継続しながら、又は、真空ラインを閉止し真空引きを停止して、樹脂を硬化させる。
なお、真空引きを停止した後、任意の熱源を用いて樹脂が加熱される場合がある。熱源としては、オーブン、ヒーターマット、遠赤外線ヒータ、又は、液体熱媒加熱などが用いられる。
樹脂が所定の硬さまで硬化し、繊維基材及び樹脂が一体化されると、スキン１が形成される。なお、形成されたスキン１の余白部１Ｂには、位置決め部３が形成されている。

形成されたスキン１は、例えば超音波検査などのために一旦脱型される。その後、スキン１がスキン用型１０に戻され、スキン１の裏面１Ａにストリンガ２を接合して一体成形する。

このとき、図１に示すように、位置決め部３及び位置決め部３１を基準にして、折れ曲げプレート３０がスキン１に対して位置決めされる。
まず、スキン１の裏面１Ａに、繊維基材が収容された複数のストリンガ用型２０が並べられる。このとき、繊維基材は、ストリンガ用型２０のブロック２０Ａ，２０Ｂの間に挟み込まれ、ブロック２０Ａ，２０Ｂの間には隙間Ｇが空いている。なお、繊維基材とスキン１との間には、フィルム状に形成した接着剤を介在させてもよい。

さらに、ストリンガ用型２０の上面に１枚の折れ曲げプレート３０が被せられる。このとき、折れ曲げプレート３０の位置決め部３１にスキン１の位置決め部３が挿入される。これにより、折れ曲げプレート３０を介して、ストリンガ用型２０がスキン１に対して位置決めされる。このとき、ストリンガ用型２０の内部には繊維基材が収容されており、ストリンガ用型２０がスキン１に対して位置決めされることによって、スキン１の裏面１Ａの定められた位置に繊維基材が配置される。後述するように、その後、スキン１の成形方法と同様に、真空引き、樹脂注入及び加熱が行われることで、ストリンガ２が形成される。

そして、スキン１及び複数のストリンガ用型２０が、折れ曲げプレート３０で覆われ、折れ曲げプレート３０とスキン用型１０との間に形成された密閉空間を真空引きによって減圧させる。折れ曲げプレート３０には可撓性があり、内外圧力差によりブロック２０Ａ，２０Ｂに外から押圧力を伝える。このため真空引きを行うと、繊維基材は、ブロック２０Ａ及び２０Ｂの内側で、真空引きにより外部からの押圧力で圧縮される。圧縮により、繊維基材の体積は減少する。そのため、繊維基材をブロック２０Ａとブロック２０Ｂとの間に挟み込み、真空引きを行うと、ブロック２０Ａ及びブロック２０Ｂが大気圧との差圧により押圧され、繊維基材の体積減少に追従して隙間Ｇが閉じ、成形空間Ｓが形成される。真空圧が維持された状態で、成形空間Ｓには、図示しない注入路を介して外部から液状の樹脂が注入される。

その後、繊維基材に含浸した樹脂が加熱される。樹脂を加熱する熱源から発せられた熱は、ストリンガ用型２０やスキン用型１０にも伝達される。

ここで、スキン用型１０において熱伸びが生じたとしても、ストリンガ用型２０は、折れ曲げプレート３０を介してスキン１に対して位置決めされることから、スキン用型１０に影響されることなく繊維基材をスキン１に対して正確な位置に設置できる。

繊維基材に含浸した樹脂が加熱によって所定の硬さに硬化すると、ストリンガ２がスキン１に接着されるとともに、スキン１に一体成形される。その後、必要に応じて、二次的な硬化処理、仕上げ処理を行うことによって、スキン１及びストリンガ２が一体化された繊維強化プラスチック成型品２００が完成する。

本実施形態では、折れ曲げプレート３０がスキン１に固定されており、スキン用型１０には固定されていないので、スキン用型１０の熱膨張による影響を受けることなく、高い位置精度を実現できる。

また、折れ曲げプレート３０がバッグフィルムを兼用しているため、別途バッグフィルムを準備する必要がない。また、折れ曲げプレート３０には位置決め部３１が形成されていることから、位置決め作業とバッグ準備作業が同時に行われ、製造工程の工数を減らすことができる。

位置決め部３は、余白部１Ｂに形成され、繊維強化プラスチック成型品２００として必要のない部分に設けられる。したがって、成形後、繊維強化プラスチック成型品２００が完成品として製造される際、位置決め部３が形成された余白部１Ｂは、切除されてもよい。これにより、位置決め部３の凸部形状や穴のない完成品を製造することができる。

［第２実施形態］
次に、図３を参照して、本発明の第２実施形態に係る繊維強化プラスチック成型品の製造装置１２０及びその製造方法について説明する。
上述した第１実施形態では、スキン用型１０上にスキン１を載置し、更に繊維基材が収容されたストリンガ用型２０を載置し、さらに、折れ曲げプレート３０を載置する場合について説明したが、本発明はこの例に限定されない。

上下を反対にし、折れ曲げプレート３０上にストリンガ用型２０を載置し、ストリンガ用型２０上に更にスキン１を載置してもよい。このとき、折れ曲げプレート３０は図示しない支持部材によって支持される。

折れ曲げプレート３０上にスキン１が設置されたとき、スキン１の位置決め部４に折れ曲げプレート３０の位置決め部３２が挿入される。図３に示す例では、位置決め部４は、スキン１に形成された穴であり、折れ曲げプレート３０の位置決め部３２は、スキン１側に突起した凸部である。

これにより、折れ曲げプレート３０を介して、ストリンガ用型２０がスキン１に対して位置決めされる。このとき、ストリンガ用型２０の内部には繊維基材が収容されており、ストリンガ用型２０がスキン１に対して位置決めされることによって、スキン１の裏面１Ａの定められた位置に繊維基材が配置される。

そして、スキン１が、バッグフィルム９と折れ曲げプレート３０との間に形成される密閉空間に封入される。次に、密閉空間が真空引きによって減圧される。折れ曲げプレート３０には可撓性があり、内外圧力差によりブロック２０Ａ，２０Ｂに外から押圧力を伝える。このため真空引きを行うと、繊維基材は、ブロック２０Ａ及び２０Ｂの内側で、真空引きにより外部からの押圧力で圧縮される。圧縮により、繊維基材の体積は減少する。そのため、繊維基材をブロック２０Ａとブロック２０Ｂとの間に挟み込み、真空引きを行うと、ブロック２０Ａ及びブロック２０Ｂが大気圧との差圧により押圧され、繊維基材の体積減少に追従して隙間Ｇが閉じ、成形空間Ｓが形成される。真空圧が維持された状態で、成形空間Ｓには、図示しない注入路を介して外部から液状の樹脂が注入される。

その後、繊維基材に含浸した樹脂が加熱される。ストリンガ用型２０は、折れ曲げプレート３０を介してスキン１に対して位置決めされることから、繊維基材をスキン１に対して正確な位置に設置できる。

繊維基材に含浸した樹脂が加熱によって所定の硬さに硬化すると、ストリンガ２がスキン１に接着されるとともに、スキン１に一体成形される。

本実施形態では、上述した第１実施形態と異なり、スキン用型１０に相当する部材が不要になる。また、スキン１自体が成形型の役割を果たすことになり、ストリンガ用型２０は、折れ曲げプレート３０を介してスキン１に対して位置決めされる。したがって、熱膨張差によって、位置ずれが生じず、繊維基材をスキン１に対して正確な位置に設置できる。

位置決め部４は、余白部１Ｂに形成され、繊維強化プラスチック成型品２００として必要のない部分に設けられる。したがって、成形後、繊維強化プラスチック成型品２００が完成品として製造される際、位置決め部４が形成された余白部１Ｂは、切除されてもよい。これにより、位置決め部４の凸部形状や穴のない完成品を製造することができる。

［第３実施形態］
次に、図４を参照して、本発明の第３実施形態に係る繊維強化プラスチック成型品の製造装置１３０及びその製造方法について説明する。
上述した第１実施形態では、折れ曲げプレート３０とストリンガ用型２０を組み合わせて、繊維基材に樹脂を含浸させる場合について説明したが、本発明はこの例に限定されない。図４に示すように、折れ曲げプレート３０とストリンガ用型２０の代わりにブラダー４０を用いてもよい。

ブラダー４０は、繊維基材をスキン１の裏面１Ａに押さえる。ブラダー４０は、ストリンガ２の各々に対応する寸法及び形状のものが用意される。ブラダー４０は、例えばシリコン樹脂、合成ゴム又はフッ素ゴムなど柔軟性樹脂製であり、例えばガラス繊維等の補強部４１によって、折れ曲がり領域などが部分的に補強される。

ブラダー４０は、スキン１上に逆Ｔ字状に成形されるストリンガ２の形状に対応した内面を有しつつ、ストリンガ２に対応する位置では、ほぼ同一厚さを有する。

ストリンガ２の成形時、繊維基材は、ブラダー４０の内側で、真空引きにより圧縮される。圧縮により、繊維基材の体積は減少する。そのため、繊維基材をブラダー４０の間に挟み込み、真空引きを行うと、ブラダー４０が大気圧との差圧により押圧され、繊維基材の体積減少に追従してブラダー４０の内部空間が狭くなり、成形空間Ｓが形成される。成形空間Ｓには、図示しない注入路を介して外部から液状の樹脂が注入される。

本実施形態では、まず、スキン１の裏面１Ａに１枚のブラダー４０が被せられる。このとき、ブラダー４０の位置決め部４２にスキン１の位置決め部３が挿入される。図４に示す例では、位置決め部３は、スキン１に形成された凸部形状であり、ブラダー４０の位置決め部４２は、位置決め部３の凸部形状に対応した凹部である。

これにより、ブラダー４０がスキン１に対して位置決めされる。このとき、ブラダー４０の内部には繊維基材が収容されており、ブラダー４０がスキン１に対して位置決めされることによって、スキン１の裏面１Ａの定められた位置に繊維基材が配置される。

後述するように、その後、スキン１の成形方法と同様に、真空引き及び加熱が行われことで、ストリンガ２が形成される。このとき、繊維基材は、ブラダー４０の間に挟み込まれる。繊維基材とスキン１との間には、フィルム状に形成した接着剤を介在させる。

そして、スキン１及び繊維基材が、ブラダー４０で覆われ、ブラダー４０とスキン用型１０との間に形成された密閉空間を真空引きによって減圧させる。その結果、密閉空間と大気との差圧がブラダー４０及びその内側の繊維基材及び樹脂に作用するため、繊維基材と繊維基材に含浸された樹脂が圧縮されるのに追従して、ブラダー４０内部の密閉空間が狭くなる。

その後、繊維基材に含浸した樹脂が加熱される。樹脂を加熱する熱源から発せられた熱は、スキン用型１０にも伝達される。ここで、スキン用型１０において熱伸びが生じたとしても、ブラダー４０は、スキン１に対して位置決めされることから、スキン用型１０に影響されることなく繊維基材をスキン１に対して正確な位置に設置できる。

位置決め部３は、余白部１Ｂに形成され、繊維強化プラスチック成型品２００として必要のない部分に設けられる。したがって、成形後、繊維強化プラスチック成型品２００が完成品として製造される際、位置決め部３が形成された余白部１Ｂは、切除されてもよい。これにより、位置決め部３の凸部形状や穴のない完成品を製造することができる。

［第４実施形態］
次に、図５から図７を参照して、本発明の第４実施形態に係る繊維強化プラスチック成型品の製造装置１４０及びその製造方法について説明する。
また、上述した第１実施形態では、折れ曲げプレート３０がスキン１に対して位置決めされる場合について説明したが、本実施形態では、折れ曲げプレート３０を用いずに、ストリンガ用型２０をスキン１に対し位置決めしてもよい。本実施形態において、ストリンガ用型２０には、位置決め部２３が形成されている。

位置決め部２３は、例えば、図７に示すように、凹部形状である。スキン１には、位置決め部２３に対応した凸部形状の位置決め部５が形成される。位置決め部５は、スキン１と一体的に形成されてもよいし、図７に示すように、スキン１に形成された穴６に挿入される凸部形状の別部材であってもよい。

まず、スキン１の裏面１Ａに複数のストリンガ用型２０が並べられる。このとき、ストリンガ用型２０の位置決め部２３にスキン１の位置決め部５が挿入される。これにより、ストリンガ用型２０がスキン１に対して位置決めされる。このとき、ストリンガ用型２０の内部には繊維基材が収容されており、ストリンガ用型２０がスキン１に対して位置決めされることによって、スキン１の裏面１Ａの定められた位置に繊維基材が配置される。

また、ストリンガ用型２０のブロック２０Ａ，２０Ｂ（図２参照）の斜面には、図５及び図６に示すように、アングル材５０が配置される。これにより、ブロック２０Ａ，２０Ｂは、ストリンガ用型２０の中心に向けて調心される。ブロック２０Ａ，２０Ｂの調心の動きを正しく規制するため、アングル材５０とブロック２０Ａ及びブロック２０Ｂとを長さ方向の両端で係合させることがより好ましい。

後述するように、その後、スキン１の成形方法と同様に、真空引き及び加熱が行われことで、ストリンガ２が形成される。すなわち、繊維基材は、第１実施形態と同様に、ストリンガ用型２０のブロック２０Ａ，２０Ｂ（図２参照）の間に挟み込まれる。このとき、ブロック２０Ａ，２０Ｂの間には隙間Ｇが空いている。繊維基材とスキン１との間には、フィルム状に形成した接着剤を介在させる。

そして、スキン１及び複数のストリンガ用型２０が、バッグフィルムで覆われ、バッグフィルムとスキン用型１０との間に形成された密閉空間を真空引きによって減圧させる。折れ曲げプレート３０には可撓性があり、内外圧力差によりブロック２０Ａ，２０Ｂに外から押圧力を伝える。このため真空引きを行うと、繊維基材は、ブロック２０Ａ及び２０Ｂの内側で、真空引きにより外部からの押圧力で圧縮される。圧縮により、繊維基材の体積は減少する。そのため、繊維基材をブロック２０Ａとブロック２０Ｂとの間に挟み込み、真空引きを行うと、ブロック２０Ａ及びブロック２０Ｂが大気圧との差圧により押圧され、繊維基材の体積減少に追従して隙間Ｇが閉じ、成形空間Ｓが形成される。真空圧が維持された状態で、成形空間Ｓには、図示しない注入路を介して外部から液状の樹脂が注入される。

その後、繊維基材に含浸した樹脂が加熱される。樹脂を加熱する熱源から発せられた熱は、ストリンガ用型２０やスキン用型１０にも伝達される。ここで、スキン用型１０において熱伸びが生じたとしても、ストリンガ用型２０は、スキン用型１０ではなく、スキン１に対して位置決めされることから、スキン用型１０に影響されることなく繊維基材をスキン１に対して正確な位置に設置できる。

位置決め部５は、余白部１Ｂに形成され、繊維強化プラスチック成型品２００として必要のない部分に設けられる。この場合、成形後、繊維強化プラスチック成型品２００が完成品として製造される際、位置決め部５が形成された余白部１Ｂは、切除されてもよい。これにより、位置決め部５の凸部形状や穴のない完成品を製造することができる。

なお、スキン１に形成された位置決め部５で、インバー（低熱膨張材）製のプレートを位置決めし、そのプレートに凸状（例えば半球状）の位置決め部があって、そこを介してストリンガ用型２０を位置決めしてもよい。すなわち、図５に示す位置決め部５とストリンガ用型２０の間に、位置決め用の凸状の位置決め部が設けられたインバー（低熱膨張材）製のプレートが介在する。この場合、インバー（低熱膨張材）製の部材を用いるが、プレート加工品であるため、コストを抑制できる。また、ストリンガ用型２０の構成上、スキン１の余白部１Ｂに凸状の位置決め部を形成できない場合であっても、上述のインバー（低熱膨張材）製のプレートを介在させることで、位置決めを行うことができる。

さらに、上述した各実施形態で、スキン１において、後工程でファスナー穴として穴あけされる位置を位置決め部として用いてもよい。これにより、完成品内に位置決め部３，４，５を設けることになり、ストリンガ用型２０の構成上、スキン１の余白部１Ｂに凸状の位置決め部３，４，５を形成できない場合であっても、位置決めを行うことができる。

１ スキン
２ ストリンガ
１０ スキン用型
２０ ストリンガ用型
３０ 折れ曲げプレート
４０ ブラダー

Claims (11)

1. 硬化した繊維強化複合材が載置される第１成形型と、
   前記繊維強化複合材と接合される繊維基材を収容する第２成形型と、
   前記第２成形型を収容し、前記繊維強化複合材に設けられる位置決め部位に対して位置決めされる第１位置決め部を有する固定部材と、
   前記第１成形型及び前記第２成形型に収容された前記繊維強化複合材及び前記繊維基材に対して樹脂を注入する注入路と、
   を備える繊維強化プラスチック成型品の製造装置。
2. 硬化した繊維強化複合材と接合される繊維基材を収容する第２成形型と、
   前記第２成形型を収容し、前記繊維強化複合材に設けられる位置決め部位に対して位置決めされる第１位置決め部を有する固定部材と、
   前記繊維強化複合材、及び、前記第２成形型に収容された前記繊維基材に対して樹脂を注入する注入路と、
   を備える繊維強化プラスチック成型品の製造装置。
3. 前記繊維強化複合材には、前記位置決め部位として、前記第１位置決め部に対応する第２位置決め部が設けられている請求項１又は２に記載の繊維強化プラスチック成型品の製造装置。
4. 硬化した繊維強化複合材が載置される第１成形型と、
   前記繊維強化複合材と接合される繊維基材を収容し、前記繊維強化複合材に設けられる位置決め部位に対して位置決めされる第３位置決め部を有する、柔軟性樹脂製のブラダーと、
   前記第１成形型及び前記ブラダーに収容された前記繊維強化複合材及び前記繊維基材に対して樹脂を注入する注入路と、
   を備える繊維強化プラスチック成型品の製造装置。
5. 前記繊維強化複合材には、前記位置決め部位として、前記第３位置決め部に対応する第２位置決め部が設けられている請求項４に記載の繊維強化プラスチック成型品の製造装置。
6. 硬化した繊維強化複合材が載置される第１成形型と、
   前記繊維強化複合材と接合される繊維基材を収容し、前記繊維強化複合材に設けられる位置決め部位に対して位置決めされる第４位置決め部を有する第２成形型と、
   前記繊維強化複合材、及び、前記第２成形型に収容された前記繊維基材に対して樹脂を注入する注入路と、
   を備える繊維強化プラスチック成型品の製造装置。
7. 前記繊維強化複合材には、前記位置決め部位として、前記第４位置決め部に対応する第２位置決め部が設けられている請求項６に記載の繊維強化プラスチック成型品の製造装置。
8. 第１成形型に対し、硬化した繊維強化複合材を載置するステップと、
   前記繊維強化複合材と接合される繊維基材を、第２成形型に収容するステップと、
   固定部材に対し、前記第２成形型を収容するステップと、
   前記固定部材に設けられた第１位置決め部を、前記繊維強化複合材に設けられる位置決め部位に対して位置決めし、前記固定部材を前記繊維強化複合材に載置するステップと、
   前記第１成形型及び前記第２成形型に収容された前記繊維強化複合材及び前記繊維基材に対して、樹脂を注入するステップと、
   を備える繊維強化プラスチック成型品の製造方法。
9. 硬化した繊維強化複合材と接合される繊維基材を、第２成形型に収容するステップと、
   固定部材に対し、前記第２成形型を収容するステップと、
   前記繊維強化複合材に設けられる位置決め部位を、前記固定部材に設けられた第１位置決め部に対して位置決めし、前記繊維強化複合材を前記第２成形型に載置するステップと、
   前記繊維強化複合材、及び、前記第２成形型に収容された前記繊維基材に対して、樹脂を注入するステップと、
   を備える繊維強化プラスチック成型品の製造方法。
10. 第１成形型に対し、硬化した繊維強化複合材を載置するステップと、
    柔軟性樹脂製のブラダーに対し、前記繊維強化複合材と接合される繊維基材を収容するステップと、
    前記ブラダーに設けられた第３位置決め部を、前記繊維強化複合材に設けられる位置決め部位に対して位置決めし、前記ブラダーを前記繊維強化複合材に載置するステップと、
    前記第１成形型及び前記ブラダーに収容された前記繊維強化複合材及び前記繊維基材に対して、樹脂を注入するステップと、
    を備える繊維強化プラスチック成型品の製造方法。
11. 第１成形型に対し、硬化した繊維強化複合材を載置するステップと、
    第２成形型に対し、前記繊維強化複合材と接合される繊維基材を収容するステップと、
    前記第２成形型に設けられた第４位置決め部を、前記繊維強化複合材に設けられる位置決め部位に対して位置決めし、前記第２成形型を前記繊維強化複合材に載置するステップと、
    前記繊維強化複合材、及び、前記第２成形型に収容された前記繊維基材に対して、樹脂を注入するステップと、
    を備える繊維強化プラスチック成型品の製造方法。

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