特許 5777789 人工欠陥材料及びＦＲＰ構造体の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】5777789

(24)【登録日】2015年7月17日

(45)【発行日】2015年9月9日

(54)【発明の名称】人工欠陥材料及びＦＲＰ構造体の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B29C 70/06 20060101AFI20150820BHJP

   G01N 29/11 20060101ALI20150820BHJP

   B29K 105/08 20060101ALN20150820BHJP

【ＦＩ】

   B29C67/14 G

   G01N29/11

   B29C67/14 J

   B29C67/14 T

   B29K105:08

【請求項の数】12

【全頁数】29

(21)【出願番号】特願2014-221741(P2014-221741)

(22)【出願日】2014年10月30日

【審査請求日】2015年1月14日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100102864

【弁理士】

【氏名又は名称】工藤 実

(74)【代理人】

【識別番号】100117617

【弁理士】

【氏名又は名称】中尾 圭策

(74)【代理人】

【識別番号】100196003

【弁理士】

【氏名又は名称】石川 太郎

(72)【発明者】

【氏名】小林 誠治

(72)【発明者】

【氏名】植松 充良

(72)【発明者】

【氏名】下向 貴仁

(72)【発明者】

【氏名】林 宣也

(72)【発明者】

【氏名】丸山 勇治

(72)【発明者】

【氏名】服部 英敬

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 惇子

【審査官】 菊地 則義

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／００８４４２８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開昭６２−０３９２２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−２６５５６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０００９１２４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平１０−２２７７７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−０５２８１２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２９Ｃ ７０／０６−７０／０８

Ｂ２９Ｃ ７０／４４

Ｇ０１Ｎ ２９／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

強化繊維基材の複数の層と、
マトリックス樹脂と、
耐熱高線膨張材と
を備え、
前記マトリックス樹脂は、前記強化繊維基材の複数の層を一体化してＦＲＰ構造体を形成し、
前記耐熱高線膨張材は、前記強化繊維基材の少なくとも一つの層間に配置され、
前記耐熱高線膨張材は、前記ＦＲＰ構造体を形成する際の成形温度に耐える定形性及び耐熱性を有し、
前記耐熱高線膨張材の線膨張係数は、前記ＦＲＰ構造体の線膨張係数に対して１５０×１０^-6（１／℃）以上の値を有し、
前記ＦＲＰ構造体の成形時においては、常温よりも高温な前記成形温度に上昇した時に前記耐熱高線膨張材が熱膨張して前記強化繊維基材の層間に、前記耐熱高線膨張材の熱膨張時の形状が成形され、
前記ＦＲＰ構造体の成形後の常温においては、前記耐熱高線膨張材が熱収縮して前記耐熱高線膨張材と前記強化繊維基材の層との間に収縮差に基づく空隙が形成される
人工欠陥材料。

【請求項2】

前記耐熱高線膨張材は、シリコーンゴム、シリコーン樹脂、フッ素ゴム、天然ゴム、ブタジエンゴム、スチレンゴム、ブチルゴム、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、又はウレタンゴムから構成される
請求項１に記載の人工欠陥材料。

【請求項3】

前記耐熱高線膨張材の表面に、シリコーン系又はフッ素系の離型剤を有する
請求項１又は２に記載の人工欠陥材料。

【請求項4】

強化繊維基材の複数の層と、
マトリックス樹脂と、
耐熱高線膨張材と
を備え、
前記マトリックス樹脂は、前記強化繊維基材の複数の層を一体化してＦＲＰ構造体を形成し、
前記耐熱高線膨張材は、前記強化繊維基材の少なくとも一つの層間に配置され、
前記耐熱高線膨張材は、前記ＦＲＰ構造体を形成する際の成形温度に耐える定形性及び耐熱性を有し、
前記耐熱高線膨張材の線膨張係数は、前記ＦＲＰ構造体の線膨張係数に対して１５０×１０^-6（１／℃）以上の値を有し、
前記ＦＲＰ構造体の成形後の常温においては、前記耐熱高線膨張材と前記強化繊維基材の層との間に収縮差により形成された空隙が形成される
人工欠陥材料の製造方法であって、
前記強化繊維基材の層を配置する工程と、
前記強化繊維基材の少なくとも一つの層間に前記耐熱高線膨張材を配置する配置工程と、
前記強化繊維基材に前記マトリックス樹脂を含浸させる工程と、
前記強化繊維基材、前記耐熱高線膨張材、及び前記マトリックス樹脂を常温よりも高温な前記成形温度に上昇させて前記耐熱高線膨張材を熱膨張させ、前記強化繊維基材の層間に、前記耐熱高線膨張材の熱膨張時の形状を成形する工程と、
前記ＦＲＰ構造体を常温に下げて前記耐熱高線膨張材を熱収縮させて、前記耐熱高線膨張材と前記強化繊維基材の層との間に収縮差に基づく空隙を形成する工程と
を有する人工欠陥材料の製造方法。

【請求項5】

プリプレグ材の複数の層と、
耐熱高線膨張材と
を備え、
前記耐熱高線膨張材は、前記プリプレグ材の少なくとも一つの層間に配置され、
前記耐熱高線膨張材は、前記ＦＲＰ構造体を形成する際の成形温度に耐える定形性及び耐熱性を有し、
前記耐熱高線膨張材の線膨張係数は、前記ＦＲＰ構造体の線膨張係数に対して１５０×１０^-6（１／℃）以上の値を有し、
前記ＦＲＰ構造体の成形後の常温においては、前記耐熱高線膨張材と前記プリプレグ材の層との間に収縮差により形成された空隙が形成される
人工欠陥材料の製造方法であって、
前記プリプレグ材の層を配置する工程と、
前記プリプレグ材の少なくとも一つの層間に前記耐熱高線膨張材を配置する配置工程と、
前記プリプレグ材及び前記耐熱高線膨張材を常温よりも高温な前記成形温度に上昇させて前記耐熱高線膨張材を熱膨張させ、前記プリプレグ材の層間に、前記耐熱高線膨張材の熱膨張時の形状を成形する工程と、
前記ＦＲＰ構造体を常温に下げて前記耐熱高線膨張材を熱収縮させて、前記耐熱高線膨張材と前記プリプレグ材の層との間に収縮差に基づく空隙を形成する工程と
を有する人工欠陥材料の製造方法。

【請求項6】

前記耐熱高線膨張材は、シリコーンゴム、シリコーン樹脂、フッ素ゴム、天然ゴム、ブタジエンゴム、スチレンゴム、ブチルゴム、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、又はウレタンゴムから構成される
請求項４又は５に記載の人工欠陥材料の製造方法。

【請求項7】

前記配置工程の前に、前記耐熱高線膨張材の表面にシリコーン系又はフッ素系の離型剤を塗布する工程
を更に有する請求項４乃至６のいずれかに記載の人工欠陥材料の製造方法。

【請求項8】

強化繊維基材の少なくとも第１から第３の層と、
マトリックス樹脂と
を備え、
前記マトリックス樹脂は、前記強化繊維基材の前記少なくとも第１から第３の層を一体化してＦＲＰ構造体を形成し、
前記強化繊維基材の前記第１の層と前記第２の層の層間と前記第２の層と前記第３の層の層間には、第１と第２の耐熱高線膨張材を用いて形成された第１と第２の層間空隙が交互に配置された構造を有する前記ＦＲＰ構造体の製造方法であって、
前記第１と第２の耐熱高線膨張材は、前記ＦＲＰ構造体を形成する際の成形温度に耐える定形性及び耐熱性を有し、
前記第１と第２の耐熱高線膨張材の線膨張係数は、前記ＦＲＰ構造体の線膨張係数に対して1００×１０^-6（１／℃）以上の値を有し、
前記強化繊維基材の前記少なくとも第１から第３の層を配置する工程と、
前記強化繊維基材の前記第１の層と前記第２の層の層間と前記第２の層と前記第３の層の層間に前記第１と第２の耐熱高線膨張材をそれぞれ交互に配置する配置工程と、
前記強化繊維基材に前記マトリックス樹脂を含浸させる工程と、
前記強化繊維基材、前記第１と第２の耐熱高線膨張材、及び前記マトリックス樹脂を常温よりも高温な前記成形温度に上昇させて前記第１と第２の耐熱高線膨張材を膨張させ、前記強化繊維基材の前記第１の層と前記第２の層の層間と前記第２の層と前記第３の層の層間に、前記第１と第２の耐熱高線膨張材の熱膨張時の形状をそれぞれ成形する工程と、
前記ＦＲＰ構造体を常温に下げて前記第１と第２の耐熱高線膨張材を熱収縮させて、前記第１と第２の耐熱高線膨張材と前記強化繊維基材の前記第１から第３の層との間の収縮差に基づく前記第１と第２の層間空隙を形成する工程と、
前記ＦＲＰ構造体を常温に下げた後、前記第１と第２の耐熱高線膨張材を前記強化繊維基材の前記第１から第３の層の層間から抜き取る脱型工程と
を有するＦＲＰ構造体の製造方法。

【請求項9】

プリプレグ材の少なくとも第１から第３の層が積層され、前記第１の層と前記第２の層の層間と前記第２の層と前記第３の層の層間に、第１と第２の耐熱高線膨張材を用いて形成された第１と第２の層間空隙が交互に配置された構造を有するＦＲＰ構造体の製造方法であって、
前記第１と第２の耐熱高線膨張材は、前記ＦＲＰ構造体を形成する際の成形温度に耐える定形性及び耐熱性を有し、
前記第１と第２の耐熱高線膨張材の線膨張係数は、前記ＦＲＰ構造体の線膨張係数に対して1００×１０^-6（１／℃）以上の値を有し、
前記プリプレグ材の前記少なくとも第１から第３の層を配置する工程と、
前記プリプレグ材の前記第１の層と前記第２の層の層間と前記第２の層と前記第３の層の層間に前記第１と第２の耐熱高線膨張材をそれぞれ交互に配置する配置工程と、
前記プリプレグ材及び前記第１と第２の耐熱高線膨張材を常温よりも高温な前記成形温度に上昇させて前記第１と第２の耐熱高線膨張材を膨張させ、前記プリプレグ材の前記第１の層と前記第２の層の層間と前記第２の層と前記第３の層の層間に、前記第１と第２の耐熱高線膨張材の熱膨張時の形状をそれぞれ成形する工程と、
前記ＦＲＰ構造体を常温に下げて前記第１と第２の耐熱高線膨張材を熱収縮させて、前記第１と第２の耐熱高線膨張材と前記プリプレグ材の層との間の収縮差に基づく前記第１と第２の層間空隙を形成する工程と、
前記ＦＲＰ構造体を常温に下げた後、前記第１と第２の耐熱高線膨張材を前記プリプレグ材の前記第１から第３の層の層間から抜き取る脱型工程と
を有するＦＲＰ構造体の製造方法。

【請求項10】

前記耐熱高線膨張材のショア硬度は、Ａ２０〜Ａ７０の範囲である
請求項８又は９に記載のＦＲＰ構造体の製造方法。

【請求項11】

前記耐熱高線膨張材は、シリコーンゴム、シリコーン樹脂、フッ素ゴム、天然ゴム、ブタジエンゴム、スチレンゴム、ブチルゴム、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、又はウレタンゴムから構成される
請求項８乃至１０のいずれかに記載のＦＲＰ構造体の製造方法。

【請求項12】

前記配置工程の前に、前記耐熱高線膨張材の表面にシリコーン系又はフッ素系の離型剤を塗布する工程
を更に有する
請求項８乃至１１のいずれかに記載のＦＲＰ構造体の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）構造体の成形後に行う超音波探傷試験の校正に用いる、人工欠陥材料及びＦＲＰ構造体の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、工業製品に対しＦＲＰ構造体の適用範囲が拡大している。ＦＲＰ構造体のメリットとして、一体成形することで部品点数、及び組立工数の削滅を図ったり、構造体の軽量化を図ることができる点が挙げられる。

【0003】

ＦＲＰ構造体においては、強度に対する信頼性の要求も高い。従って、成形後のＦＲＰ構造体に対して非破壊検査を行って、欠陥の有無を正確に測定することが重要となる。非破壊検査を行う際には、人工欠陥が形成されている標準試験片が必要であり、特に、発生し得る欠陥の形状に似た欠陥を有する標準試験片を用いることが好ましい。ＦＲＰに生じる欠陥形態の1つに層間剥離があり、標準試験片の模擬に最も優れた人工欠陥材は、空隙（気体有無は問わない）である。この人工欠陥材の空間は、透過法の超音波探傷試験では超音波伝達を遮断し、反射法では効率よく超音波を反射する特性を有する。

【0004】

従来、人工欠陥材料の構造及び製造方法として、特開平１０−２２７７７３号公報（特許文献１）には、球径が３０〜１５０μｍのガラス微小中空球を、厚さが０．１〜０．３mmのシリコーンゴム製の結合基材中に均一に分散させて人工欠陥材とした発明が記載されている。

【0005】

特許文献１に記載されているガラス微小中空球は、その内部に気体を有している。ガラス球を被うシリコーンゴムは、比較的良好な超音波特性を有しているので、透過法および反射法の両超音波探傷検査方法において、優れた超音波特性を得ることができるとしている。

【0006】

特許文献１の段落［０００６］には、人工欠陥材料に、素材とは異なる音響インピーダンスを有するポリテトラフルオロエチレンフィルムを埋設することが記載されている。

【0007】

また、従来ＦＲＰ構造体の一体成形化を進める際、コルゲート構造のように強化繊維基材の層間に空隙を形成したい箇所がしばしば生ずる。層間空隙を有するＦＲＰ構造体を成形する際には、成形時における圧力の印加方法や、治具と中子の組み合わせ方法が問題となる。

【0008】

従来、ＦＲＰ構造体において層間に空隙を形成する方法として、特開平８−５２８１２号公報（特許文献２）には、外型枠内に複合材プリプレグを装着し、複合材プリプレグの層間空隙部に、シリコーンオイル（高膨張材）を外皮材で密閉したマンドレル治具を充填して組付け、加熱してシリコーンオイルを膨張させる複合材成形体の製造方法が開示されている。この製造方法では、シリコーンオイルの膨張によって、複合材プリプレグを内側から加圧成形している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開平１０−２２７７７３号公報

【特許文献2】特開平８−５２８１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

特許文献１に記載されている人工欠陥材料では、ガラス微小中空球の内部の空隙を、欠陥部分の代用にしている。ガラス微小中空球の内部の空隙は、人工欠陥材料の内部に点在しているために、ＦＲＰ構造体の中で生ずる層間剥離による連続した空隙とは形状が異なる。そのため、ＦＲＰ構造体の超音波探傷試験用の標準試験片として用いる場合には、得られる波形が異なることや、ノイズが多くなること、別途校正が必要になるなど使い勝手が良くない。

【0011】

特許文献１に記載されている人工欠陥材料は、ガラス微小中空球の含有率が３０〜６０％程度になるように加えている。これは、引用文献１の段落［００３１］、［００３２］等に記載されているように、ガラス微小中空球の含有率が３０％を下回った場合には、人工欠陥材の透過法での減衰率および反射法での反射率が低下する可能性が高くなる。また、ガラス微小中空球の含有率が６０％を超えると人工欠陥材の強度が不足するなどの問題もある。

【0012】

特許文献１の段落［０００６］に記載されているように、ポリテトラフルオロエチレンフィルムを用いた人工欠陥材料の場合には、フィルムが複合材料から離型せずに密着したままとなり、人工欠陥材として全く機能しなかったり、あるいは部分的にしか剥離せず、欠陥サイズが不明瞭、不正確となり、標準試験片としての信頼性、安定性が低いという問題がある。標準試験片により得られる信号のＳ／Ｎ比が低い場合には、超音波の焦点を変更した等の二次検査が必要になるなど、超音波探傷試験に多くの工数が必要となっていた。

【0013】

また、特許文献２に記載されている複合材成形体の製造方法は、ＦＲＰ構造体の層間空隙にシリコーンオイル等の定形性に劣るマンドレル治具を用いて層間空隙の内部から複合材プリプレグを加圧成形（中空成形）するものである。そのために、ＦＲＰ構造体における層間空隙の内部形状の精度や、局所における肉厚の精度を規定することができなかった。また、層間空隙の内部形状を一度の成形で複雑な形状に形成することができなかった。

【0014】

本発明の目的は、ＦＲＰ構造体の層間剥離を模した人工欠陥材料を提供することである。

【0015】

また、本発明の目的は、ＦＲＰ構造体の層間空隙を高精度に成形するＦＲＰ構造体の製造方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0016】

以下に、（発明を実施するための形態）で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、（特許請求の範囲）の記載と（発明を実施するための形態）との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、（特許請求の範囲）に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

【0017】

本発明による人工欠陥材料（１０）は、強化繊維基材（１４）の複数の層とマトリックス樹脂（１６）と、耐熱高線膨張材（２０）とを備える。マトリックス樹脂（１６）は強化繊維基材（１４）の複数の層を一体化してＦＲＰ構造体を形成する。一般的に、強化繊維基材（１４）とマトリックス樹脂（１６）を個別に準備し、ＦＲＰ構造体を形成する場合と、強化繊維基材（１４）にマトリックス樹脂（１６）を事前に含浸したプリプレグ材（１４Ｐ）を準備し、ＦＲＰ構造体を形成する場合がある。また、必要に応じて、強化繊維基材又はプリプレグの層間に接着剤を適用する。耐熱高線膨張材（２０）は、強化繊維基材（１４、プリプレグ材１４Ｐ）の少なくとも一つの層間に配置される。耐熱高線膨張材（２０）は、ＦＲＰ構造体を形成する際の成形温度に耐える定形性及び耐熱性を有し、耐熱高線膨張材（２０）の線膨張係数は、ＦＲＰ構造体の線膨張係数に対して１５０×１０^-6（１／℃）以上の値を有する。ＦＲＰ構造体の成形時においては、常温よりも高温な成形温度に上昇した時に耐熱高線膨張材（２０）が熱膨張して強化繊維基材（１４、プリプレグ材１４Ｐ）の層間に所定の形状が成形される。ＦＲＰ構造体の成形後の常温においては、耐熱高線膨張材（２０）が熱収縮して耐熱高線膨張材（２０）と強化繊維基材（１４、プリプレグ材１４Ｐ）の層との間に収縮差により形成された空隙（２２）が形成される。

【0018】

本発明による人工欠陥材料（１０）の製造方法は、強化繊維基材（１４）の層を配置する工程と、強化繊維基材（１４）の少なくとも一つの層間に耐熱高線膨張材（２０）を配置する配置工程と、強化繊維基材（１４）にマトリックス樹脂（１６）含浸させる工程と、強化繊維基材（１４）、耐熱高線膨張材（２０）、及びマトリックス樹脂（１６）を常温よりも高温な成形温度に上昇させて耐熱高線膨張材（２０）を熱膨張させ、強化繊維基材（１４）の層間に所定の形状を成形する工程と、ＦＲＰ構造体を常温に下げて耐熱高線膨張材（２０）を熱収縮させて、耐熱高線膨張材（２０）と強化繊維基材（１４）の層との間に収縮差により形成された空隙（２２）を形成する工程とを有する。

【0019】

本発明によるプリプレグ材（１４Ｐ）を用いた人工欠陥材料（１０Ｐ）の製造方法は、プリプレグ材（１４Ｐ）の少なくとも一つの層間に耐熱高線膨張材（２０）を配置する配置工程と、プリプレグ材（１４Ｐ）及び耐熱高線膨張材（２０）を常温よりも高温な成形温度に上昇させて耐熱高線膨張材（２０）を熱膨張させ、プリプレグ材（１４Ｐ）の層間に所定の形状を成形する工程と、ＦＲＰ構造体を常温に下げて耐熱高線膨張材（２０）を熱収縮させて、耐熱高線膨張材（２０）とプリプレグ材（１４Ｐ）の層との間に収縮差により形成された空隙（２２）を形成する工程とを有する。

【0020】

本発明によるＦＲＰ構造体（１２、１３）の製造方法は、強化繊維基材（１４、１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ）の層を配置する工程と、強化繊維基材（１４、１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ）の少なくとも一つの層間に耐熱高線膨張材（２０、２０Ａ、２０Ｂ）を配置する配置工程と、強化繊維基材（１４、１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ）にマトリックス樹脂（１６）を含浸させる工程と、強化繊維基材（１４、１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ）、耐熱高線膨張材（２０、２０Ａ、２０Ｂ）、及びマトリックス樹脂（１６）を常温よりも高温な成形温度に上昇させて耐熱高線膨張材（２０、２０Ａ、２０Ｂ）を熱膨張させ、強化繊維基材（１４、１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ）の層間に所定形状の層間空隙を成形する工程と、ＦＲＰ構造体（１２、１３）を常温に下げて耐熱高線膨張材（２０、２０Ａ、２０Ｂ）を熱収縮させて、耐熱高線膨張材（２０、２０Ａ、２０Ｂ）と強化繊維基材（１４、１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ）の層との間に収縮差により形成された空隙を形成する工程と、耐熱高線膨張材（２０、２０Ａ、２０Ｂ）を強化繊維基材（１４、１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ）の層間から抜き取る脱型工程とを有する。

【0021】

ＦＲＰ構造体（１２、１３）は、強化繊維基材（１４、１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ）の複数の層と、マトリックス樹脂（１６）とを備える。マトリックス樹脂（１６）は、強化繊維基材（１４、１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ）の複数の層を一体化してＦＲＰ構造体（１２、１３）を形成する。強化繊維基材（１４、１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ）の少なくとも一つの層間には、耐熱高線膨張材（２０、２０Ａ、２０Ｂ）を用いて形成された層間空隙を有する。耐熱高線膨張材（２０、２０Ａ、２０Ｂ）は、ＦＲＰ構造体（１２、１３）を形成する際の成形温度に耐える定形性及び耐熱性を有する。耐熱高線膨張材（２０、２０Ａ、２０Ｂ）の線膨張係数は、ＦＲＰ構造体（１２、１３）の線膨張係数に対して1００×１０^-6（１／℃）以上の値を有する。また、耐熱高線膨張材（２０、２０Ａ、２０Ｂ）のショア硬度は、Ａ２０〜Ａ７０の範囲である。

【0022】

本発明によるプリプレグ材（１４Ｐ、１４Ｑ、１４Ｒ、１４Ｓ）を用いたＦＲＰ構造体（１２Ｐ、１３Ｐ）の製造方法は、プリプレグ材（１４Ｐ、１４Ｑ、１４Ｒ、１４Ｓ）の層を配置する工程と、プリプレグ材（１４Ｐ、１４Ｑ、１４Ｒ、１４Ｓ）の少なくとも一つの層間に耐熱高線膨張材（２０、２０Ａ、２０Ｂ）を配置する配置工程と、プリプレグ材（１４Ｐ、１４Ｑ、１４Ｒ、１４Ｓ）及び耐熱高線膨張材（２０、２０Ａ、２０Ｂ）を常温よりも高温な成形温度に上昇させて耐熱高線膨張材（２０、２０Ａ、２０Ｂ）を膨張させ、プリプレグ材（１４Ｐ、１４Ｑ、１４Ｒ、１４Ｓ）の層間に所定形状の層間空隙（２３）を成形する工程と、ＦＲＰ構造体（１２Ｐ、１３Ｐ）を常温に下げて耐熱高線膨張材（２０、２０Ａ、２０Ｂ）を熱収縮させて、耐熱高線膨張材（２０、２０Ａ、２０Ｂ）とプリプレグ材（１４Ｐ、１４Ｑ、１４Ｒ、１４Ｓ）の層との間に収縮差により形成された空隙（２２）を形成する工程と、耐熱高線膨張材（２０、２０Ａ、２０Ｂ）をプリプレグ材（１４Ｐ、１４Ｑ、１４Ｒ、１４Ｓ）の層間から抜き取る脱型工程とを有する。

【0023】

ＦＲＰ構造体（１２Ｐ、１３Ｐ）は、プリプレグ材（１４Ｐ、１４Ｑ、１４Ｒ、１４Ｓ）の複数の層を積層した層間に、耐熱高線膨張材（２０、２０Ａ、２０Ｂ）を用いて形成された層間空隙（２３）を有する。耐熱高線膨張材（２０、２０Ａ、２０Ｂ）は、ＦＲＰ構造体（１２Ｐ、１３Ｐ）を形成する際の成形温度に耐える定形性及び耐熱性を有する。耐熱高線膨張材（２０、２０Ａ、２０Ｂ）の線膨張係数は、ＦＲＰ構造体（１２Ｐ、１３Ｐ）の線膨張係数に対して1００×１０^-6（１／℃）以上の値を有する。また、耐熱高線膨張材（２０、２０Ａ、２０Ｂ）のショア硬度は、Ａ２０〜Ａ７０の範囲である。

【0024】

配置工程は、強化繊維基材（１４）又はプリプレグ材（１４Ｐ、１４Ｑ、１４Ｒ、１４Ｓ）の複数の層間に複数の耐熱高線膨張材（２０、２０Ａ、２０Ｂ）を配置する工程を含めることができる。

【0025】

耐熱高線膨張材（２０、２０Ａ、２０Ｂ）は、シリコーンゴム、シリコーン樹脂、フッ素ゴム、天然ゴム、ブタジエンゴム、スチレンゴム、ブチルゴム、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、又はウレタンゴムから構成される。

【0026】

耐熱高線膨張材（２０、２０Ａ、２０Ｂ）の表面には、シリコーン系又はフッ素系の離型剤を有する。

【発明の効果】

【0027】

本発明に係る人工欠陥材料及びＦＲＰ構造体の製造方法を用いることによって、強化繊維基材の層間に空隙を有するＦＲＰ構造体を高精度に成形することができる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】図１は、本発明の人工欠陥材料（標準試験片）の断面図である。

【図2】図２は、治具の上に強化繊維基材及び耐熱高線膨張材を積層配置した状態を示す断面図である。

【図3】図３は、強化繊維基材及び耐熱高線膨張材をバッグで被い、バッグと治具との間で気密性を確保する状態を示す断面図である。

【図4】図４は、加温成形時における人工欠陥材料の断面図である。

【図5】図５は、強化繊維基材の複数の層を有する人工欠陥材料の構成例を説明する図である。

【図6】図６は、プリプレグ材を用いた冷却後の人工欠陥材料（標準試験片）の断面図である。

【図7】図７は、治具の上にプリプレグ材、及び耐熱高線膨張材を積層配置し、バッグと治具との間で気密性を確保する状態を示す断面図である。

【図8】図８は、加温成形時における人工欠陥材料の断面図である。

【図9】図９は、二つの強化繊維基材で囲まれた層間空隙を有するＦＲＰ構造体の完成後の外観斜視図である。

【図10】図１０は、成形用の治具の上に強化繊維基材及び耐熱高線膨張材を配置した状態を示す図である。

【図11】図１１は、耐熱高線膨張材を取り囲むように強化繊維基材を上方から配置した状態を示す図である。

【図12】図１２は、強化繊維基材及び耐熱高線膨張材をバッグで被い、バッグと治具との間で気密性を確保した加温成形時を説明する図である。

【図13】図１３は、ＦＲＰ構造体の成形を行った後の常温において、バッグを取り外した状態を示す図である。

【図14】図１４は、二つのプリプレグ材で囲まれた層間空隙を有するＦＲＰ構造体の完成後の外観斜視図である。

【図15】図１５は、成形用の治具の上にプリプレグ材及び耐熱高線膨張材を配置した状態を示す図である。

【図16】図１６は、耐熱高線膨張材を取り囲むようにプリプレグ材を上方から配置した状態を示す図である。

【図17】図１７は、複数のプリプレグ材及び耐熱高線膨張材をバッグで被い、バッグと治具との間で気密性を確保した加温成形時を説明する図である。

【図18】図１８は、ＦＲＰ構造体の成形を行った後の常温において、バッグを取り外した状態を示す図である。

【図19】図１９は、強化繊維基材で囲まれた層間に、複数の層間空隙が形成されているＦＲＰ構造体の完成後の側面図である。

【図20】図２０は、下側の治具及び上側の治具の間に強化繊維基材及び耐熱高線膨張材を配置した加温成形時の説明図である。

【図21】図２１は、ＦＲＰ構造体の成形を行った後の常温において、上下の治具及びバッグを取り外した状態を示す図である。

【図22】図２２は、プリプレグ材で囲まれた層間に複数の層間空隙を形成したＦＲＰ構造体の完成後の側面図である。

【図23】図２３は、下側の治具及び上側の治具の間にプリプレグ材及び耐熱高線膨張材を配置した加温成形時の説明図である。

【図24】図２４は、ＦＲＰ構造体の成形を行った後の常温において、下側の治具、上側の治具、及びバッグを取り外した状態を示す図である。

【図25】図２５は、複数種類のＦＲＰ中間構造体をそれぞれ組み合わせて成形した従来のＦＲＰ構造体を説明する側面図である。

【図26】図２６（ａ）、図２６（ｂ）は、従来のＦＲＰ中間構造体を成形する際に用いる下側の治具の準備工程を説明する側面図である。

【図27】図２７（ａ）、図２７（ｂ）は、下側の治具の上にプリプレグ材を積層配置する従来の積層工程を説明する側面図である。

【図28】図２８（ａ）、図２８（ｂ）は、積層したプリプレグ材の上部に上側の治具を設置する従来の治具設置工程を説明する側面図である。

【図29】図２９（ａ）、図２９（ｂ）は、マトリックス樹脂を熱硬化させる従来の硬化工程を説明する側面図である。

【図30】図３０（ａ）、図３０（ｂ）は、従来の脱型工程を説明する側面図である。

【図31】図３１は、ＦＲＰ中間構造体同士を接着により接合する従来の接着工程を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0029】

添付図面を参照して、本発明による人工欠陥材料及びＦＲＰ構造体の製造方法の実施の形態を以下に説明する。

【0030】

（第１の実施形態）
図１は、冷却後の完成した人工欠陥材料１０（標準試験片）の断面図である。図２は、治具８０の上に強化繊維基材１４及び耐熱高線膨張材２０を積層配置した状態を示す断面図である。図３は、強化繊維基材１４及び耐熱高線膨張材２０をバッグ８２で被い、バッグ８２と治具８０との間で気密性を確保する状態を示す断面図である。図４は、加温成形時における人工欠陥材料１０の断面図である。

【0031】

図１を参照して、人工欠陥材料１０は、強化繊維基材１４と、マトリックス樹脂１６と、耐熱高線膨張材２０と、収縮差により形成された空隙２２とを備えている。

【0032】

人工欠陥材料１０は、製品となるＦＲＰ構造体（被検体）を成形した後に、超音波探傷試験を行う際の校正に用いる標準試験片の一部として用いることができる。人工欠陥材料１０は、積層した強化繊維基材１４同士をマトリックス樹脂１６で接着硬化させたＦＲＰ構造体であり、剥離を模擬する部分として用いることができる。

【0033】

耐熱高線膨張材２０は、加温成形時におけるマトリックス樹脂１６の硬化温度と、冷却後の常温との温度差に応じて、大きく熱膨張と熱収縮とを行う素材である。耐熱高線膨張材２０の線膨張係数は、ＦＲＰ構造体の線膨張係数よりも大きくなるように、耐熱高線膨張材２０の素材を選定する。

【0034】

加温成形時には、図４に示すように耐熱高線膨張材２０は熱膨張して定形性を維持しつつ体積が増し、耐熱高線膨張材２０は人工欠陥材料１０のＦＲＰ構造体の内部に所定の形状を形成する中子として機能する。

【0035】

冷却後には、図１に示すように耐熱高線膨張材２０は熱収縮して体積が減少する。すると、人工欠陥材料１０のＦＲＰ構造体の内部に形成した所定の形状と、熱収縮した耐熱高線膨張材２０との間に収縮差により形成された空隙２２が生ずる。この収縮差により形成された空隙２２を、超音波探傷試験用の標準試験片として使用する際の、人工欠陥として用いることができる。

【0036】

耐熱高線膨張材２０は、例えば厚さ１０〜８０μｍの無垢部材であり、幅、長さは被検体に生じ得る欠陥に応じて適宜設定することができる。耐熱高線膨張材２０の線膨張係数は、ＦＲＰ構造体の線膨張係数に対して１５０×１０^-6（１／℃）以上（より好ましくは２００×１０^-6（１／℃）以上）となる高線膨張係数の素材を用いることが好ましい。また、耐熱高線膨張材２０の素材は、図４に示す加温成形時におけるマトリックス樹脂１６の硬化温度（樹脂の物性に応じて１３０〜５００℃。）に耐える耐熱性を備える必要がある。

【0037】

例えば、ＦＲＰ構造体の線膨張係数Δ１＝３０×１０^-6（１／℃）、耐熱高線膨張材２０の線膨張係数Δ２＝２３０×１０^-6（１／℃）、加温成形時の温度が１８０℃、冷却後の常温が１５℃、温度差ΔＴ＝１６５℃、耐熱高線膨張材２０の厚さｔ＝３０μｍ、と仮定した場合における厚さ方向の収縮差により形成された空隙２２の寸法について試算する。

【0038】

この場合に収縮差により形成された空隙２２の寸法Ｈは、Ｈ＝（Δ１−Δ２）×ΔＴ×ｔ≒−１μｍとなる。この１μｍの隙間（収縮差により形成された空隙２２）は、耐熱高線膨張材２０と強化繊維基材１４又はマトリックス樹脂１６との間に生ずる空隙であり、実際の製品のＦＲＰ構造体（被検体）において実際に発生し得る層間剥離による空隙に近いものである。なお、収縮差により形成された空隙２２の寸法Ｈは、０．１μｍ以上にすることが望ましい。より好ましくは、収縮差により形成された空隙２２の寸法Ｈとして、１μｍ以上確保することが好ましい。

【0039】

この収縮差により形成された空隙２２は、超音波探傷試験に用いられる超音波を強く反射する。また、この耐熱高線膨張材２０の厚さは薄くすることが可能であることから、人工欠陥材料１０を被検体と同様の形状及び製造方法で成形することができる。従って、人工欠陥材料１０に関する制約が少ないので、多種のＦＲＰ構造体（被検体）を模した標準試験片を、容易に製造することができる。

【0040】

図１に示す人工欠陥材料１０を用いることにより、超音波探傷試験の校正時におけるノイズ成分を低減することができ、ＦＲＰ構造体（被検体）の超音波探傷試験における二次検査を省略して検査工数を低減することも可能となる。

【0041】

耐熱高線膨張材２０に線膨張係数が大きい素材を用いることにより、ＦＲＰ構造体の冷却時において耐熱高線膨張材２０が熱収縮し、耐熱高線膨張材２０はＦＲＰ構造体との間で剥がれ易くなる。これにより、耐熱高線膨張材２０とＦＲＰ構造体との間での剥離をより確実にして、均一な収縮差により形成された空隙２２を有する高品質な標準試験片を提供することができる。

【0042】

また、人工欠陥材料１０の製造時において、強化繊維基材１４の層間に耐熱高線膨張材２０を配置する前に、耐熱高線膨張材２０の表面に離型剤を塗布する離型処理を行っておくことによって、冷却時における耐熱高線膨張材２０の剥離を促進することができる。

【0043】

耐熱高線膨張材２０の素材として、剥離性に優れたシリコーンゴム、シリコーン樹脂を用いることが好ましい。また、高耐熱性が必要な場合にはフッ素ゴム（フッ素樹脂よりも線膨張係数が大きい素材。）を用いることができる。また、中耐熱性の素材として、天然ゴム、ブタジエンゴム、スチレンゴム、ブチルゴム、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム等の素材を用いることができる。また、耐熱性が不要な場合には、ウレタンゴム等の素材を用いることもできる。また、ショア硬度がＡ２０〜Ａ７０の素材を用いることができる。

【0044】

耐熱高線膨張材２０の素材を選定するに際しては、価格、成形温度、使用する離型剤に対する耐薬品性、必要となる収縮差により形成された空隙２２の寸法（ＦＲＰ構造体の線膨張係数との差）等を考慮して決定することが好ましい。

【0045】

離型剤には、フッ素系の化合物や、シリコーン系のものを用いることができる。

【0046】

次に、図１に示す人工欠陥材料１０の製造方法（熱硬化型）について説明する。

【0047】

［強化繊維基材１４の層を配置する工程］
図２を参照して、人工欠陥材料１０を成形する場合には、先ず所定の形状を有する治具８０の上に強化繊維基材１４を積層配置する。治具８０の素材として、金属、ＦＲＰ構造体、石膏、その他の材料を用いることができ、硬化温度と治具素材の耐熱性を考慮して選定する。また、治具８０には、成形を行うＦＲＰ構造体に近い線膨張係数を有する素材を用いることが好ましい。

【0048】

［強化繊維基材１４の層間に耐熱高線膨張材２０を配置する工程］
必要に応じて耐熱高線膨張材２０の表面に離型剤を塗布する。そして、強化繊維基材１４の少なくとも一つの層間における所定の位置に、所定の大きさの耐熱高線膨張材２０を配置する。

【0049】

［強化繊維基材１４をバッグ８２で被う工程］
図３を参照して、強化繊維基材１４、及び耐熱高線膨張材２０をシーラント８４、バッグ８２等の副資材で被い、バッグ８２と治具８０との間で気密性を確保する。なお、図３に示す実施形態では、副資材としてシーラント８４、及びバッグ８２を図示したが、必要に応じてピールプライ、ブリーザクロス、その他の副資材を配置することができる。

【0050】

［強化繊維基材１４が配置されたバッグ８２の内部を真空に引く工程］
治具８０とバッグ８２とで囲まれた強化繊維基材１４が配置された部位を真空に引いて、大気圧を用いて強化繊維基材１４に押圧力を印加する。

【0051】

［強化繊維基材１４が配置されているバッグ８２の内部にマトリックス樹脂１６を注入する工程］
真空に引いた部位にマトリックス樹脂１６を注入して、強化繊維基材１４及び強化繊維基材１４の層間にマトリックス樹脂１６を含浸させる。

【0052】

［強化繊維基材１４、耐熱高線膨張材２０、及びマトリックス樹脂１６を常温よりも高温な成形温度に上昇させてＦＲＰ構造体の成形を行う工程］
マトリックス樹脂１６として熱硬化型のものを用いる場合には、強化繊維基材１４、耐熱高線膨張材２０、及びマトリックス樹脂１６を成形温度まで上昇させて、所定時間かけてマトリックス樹脂１６を硬化させ、強化繊維基材１４の複数の層同士とマトリックス樹脂を一体化する。この加温によって強化繊維基材１４の層間に配置した耐熱高線膨張材２０が熱膨張して、一般の樹脂成形時における中子のように機能して人工欠陥部分の形状を形成する（図４参照。）。加温による硬化時間は、例えば２〜３時間である。

【0053】

［ＦＲＰ構造体の成形後に常温に下げる工程］
所定の硬化時間が経過してマトリックス樹脂１６が硬化したら、ＦＲＰ構造体の温度を常温に下げて、ＦＲＰ構造体の人工欠陥材料１０を形成する。このときＦＲＰ構造体の線膨張係数と耐熱高線膨張材２０の線膨張係数との差により、収縮差により形成された空隙２２が形成される。その後、バッグ８２を取り外すと、図１に示す人工欠陥材料１０が得られる。

【0054】

なお、必要に応じて、ＦＲＰ構造体（標準試験片）の一部を切除する加工を行って、ＦＲＰ構造体（標準試験片）から耐熱高線膨張材２０を取り出すトリミング工程を追加することもできる。ＦＲＰ構造体（標準試験片）の成形後に、ＦＲＰ構造体（標準試験片）から耐熱高線膨張材２０を取り出すことによって、耐熱高線膨張材２０を含まない標準試験片を製造することができる。

【0055】

耐熱高線膨張材２０に、高線膨張係数を有すると共に剥離性に優れる素材を用いることによって、冷却後にＦＲＰ構造体と耐熱高線膨張材２０との間に隙間を形成することができる。また、耐熱高線膨張材２０に、高線膨張係数を有すると共に剥離性に優れる素材を用いることによって、冷却後にＦＲＰ構造体から耐熱高線膨張材２０を抜き取ることも容易となる。

【0056】

強化繊維基材１４の素材として、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維、フェノール繊維、ポリエチレン繊維、ポリビニルアルコール繊維等の有機繊維、金属繊維、セラミック繊維、又はこれらの組み合わせを使用することもできる。また、プリプレグ材を用いることもできる。

【0057】

また、マトリックス樹脂１６として、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂を使用することができる。成形性や、力学特性の面からは、現状では熱硬化性樹脂を用いることが好ましい。熱硬化性樹脂として、例えば、エポキシ、フェノール、ビニルエステル、不飽和ポリエステル、シアネートエステル、ビスマレイミド、ベンゾオキサジン、その他の樹脂を用いることができ、硬化するために、硬化剤、硬化促進剤、重合開始剤、触媒等が添加されている。更に、エラストマー、ゴム等を添加したものも使用することができる。なお、治具８０やバッグの強化繊維基材１４の側には、離型剤や樹脂拡散メディアを配置しておくことが好ましい。

【0058】

上記の実施形態では、マトリックス樹脂１６として熱硬化型の樹脂を用いる実施形態について説明したが、熱可塑型の樹脂を用いた人工欠陥材料１０（標準試験片）を成形することもできる。熱可塑性樹脂として、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファヂイド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＥＫＫ（ポリエーテルケトンケトン）、ＰＥＫ（ポリエーテルケトン）、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）、ＰＡ（ナイロンポリアミド）等を用いることができる。

【0059】

マトリックス樹脂１６として熱可塑性型のものを用いる場合には、強化繊維基材１４内の所定の位置に所定の大きさの耐熱高線膨張材２０を配置した後に、高温下で軟化したマトリックス樹脂１６を強化繊維基材１４及び強化繊維基材１４の層間に含浸させる。このとき、加温によって強化繊維基材１４の層間に配置した耐熱高線膨張材２０が熱膨張して、人工欠陥部分の形状を形成する。その後ＦＲＰ構造体（標準試験片）の温度を常温に下げると、ＦＲＰ構造体（標準試験片）の線膨張係数と耐熱高線膨張材２０の線膨張係数との差により、ＦＲＰ構造体（標準試験片）と耐熱高線膨張材２０との間に収縮差により形成された空隙２２が形成される。すると、図１に示す人工欠陥材料１０が得られる。また、強化繊維基材１４及びマトリックス樹脂１６に変えて、熱可塑性のプリプレグ材を用いて人工欠陥材料１０を形成することもできる。

【0060】

次に、図５を参照して、人工欠陥材料の他の構成例について説明する。図５は、強化繊維基材１４の層が多層であり、強化繊維基材１４の層間に層間空隙２３が形成されている人工欠陥材料１０Ａの構成例を説明する図である。なお、図１に示した部位と同一の機能を有する部位については、同一の符号を付してその説明を省略する。

【0061】

人工欠陥材料の形状や構成は、図１に示した人工欠陥材料１０に限定されず、被検体となるＦＲＰ構造体の形状や構成に応じて、人工欠陥材料の形状や構成も適宜設定することができる。例えば図５に示す人工欠陥材料１０Ａでは、強化繊維基材１４の層は３層で表してあるが、数十層以上配置することもできる。また、収縮差により形成された空隙２２（人工欠陥）の位置も、必要に応じて適宜配置することができる。更には、被験体となるＦＲＰ構造体の形状や構成に応じて、収縮差により形成された空隙２２は強化繊維基材１４による層間に限定されず、少なくとも１つが接着剤により形成される層間であっても良い。

【0062】

（第２の実施形態）
次に、プリプレグ材１４Ｐ（強化繊維基材にマトリックス樹脂１６を含浸させた基材）を用いた人工欠陥材料１０Ｐについて図６乃至図８を用いて説明する。図６は、冷却後の完成した人工欠陥材料１０Ｐ（標準試験片）の断面図である。図７は、治具８０の上にプリプレグ材１４Ｐ、及び耐熱高線膨張材２０を積層配置すると共にバッグ８２で被い、バッグ８２と治具８０との間で気密性を確保する状態を示す断面図である。図８は、加温成形時における人工欠陥材料１０Ｐの断面図である。

【0063】

図６を参照して、人工欠陥材料１０Ｐは、プリプレグ材１４Ｐと、耐熱高線膨張材２０と、収縮差により形成された空隙２２とを備えている。図には明示されていないが、被験体となるＦＲＰ構造体の形状や構成に応じて、収縮差により形成された空隙２２は強化繊維基材１４による層間に限定されず、少なくとも１つが接着剤により形成される層間であっても良い。

【0064】

人工欠陥材料１０Ｐは、製品となるＦＲＰ構造体（被検体）を成形した後に、超音波探傷試験を行う際の校正に用いる標準試験片である。人工欠陥材料１０Ｐは、積層したプリプレグ材１４Ｐ同士を一体化、硬化させたＦＲＰ構造体の標準試験片である。

【0065】

耐熱高線膨張材２０は、加温成形時におけるプリプレグ材１４Ｐの硬化温度と、冷却後の常温との温度差に応じて、大きく熱膨張と熱収縮とを行う素材である。耐熱高線膨張材２０の線膨張係数は、ＦＲＰ構造体の線膨張係数よりも大きくなるように、耐熱高線膨張材２０の素材を選定する。

【0066】

加温成形時には、図８に示すように耐熱高線膨張材２０は熱膨張して定形性を維持しつつ体積が増し、耐熱高線膨張材２０は人工欠陥材料１０ＰのＦＲＰ構造体の内部に所定の形状を形成する中子として機能する。

【0067】

冷却後には、図６に示すように耐熱高線膨張材２０は熱収縮して体積が減少する。すると、人工欠陥材料１０ＰのＦＲＰ構造体の内部に形成した所定の形状と、熱収縮した耐熱高線膨張材２０との間に収縮差により形成された空隙２２が生ずる。この収縮差により形成された空隙２２を、超音波探傷試験用の標準試験片として使用する際の、人工欠陥として用いることができる。

【0068】

耐熱高線膨張材２０、離型剤、耐熱高線膨張材２０、治具８０、バッグ８２、シーラント８４等は、上記第１の実施形態で用いた材料、寸法を用いることができる。

【0069】

次に、図６に示す人工欠陥材料１０Ｐの製造方法（熱硬化型）について説明する。

【0070】

［プリプレグ材１４Ｐの層を配置する工程］
図７を参照して、人工欠陥材料１０Ｐを成形する場合には、先ず所定の形状を有する治具８０の上にプリプレグ材１４Ｐを積層配置する。

【0071】

［プリプレグ材１４Ｐの層間に耐熱高線膨張材２０を配置する工程］
必要に応じて耐熱高線膨張材２０の表面に離型剤を塗布する。そして、プリプレグ材１４Ｐの少なくとも一つの層間における所定の位置に、所定の大きさの耐熱高線膨張材２０を配置する。

【0072】

［プリプレグ材１４Ｐをバッグ８２で被う工程］
図７を参照して、プリプレグ材１４Ｐ、及び耐熱高線膨張材２０をシーラント８４、バッグ８２等の副資材で被い、バッグ８２と治具８０との間で気密性を確保する。なお、図７に示す実施形態では、副資材としてシーラント８４、及びバッグ８２を図示したが、必要に応じてピールプライ、ブリーザクロス、その他の副資材を配置することができる。

【0073】

［プリプレグ材１４Ｐが配置されたバッグ８２の内部を真空に引く工程］
治具８０とバッグ８２とで囲まれたプリプレグ材１４Ｐが配置された部位を真空に引いて、大気圧を用いてプリプレグ材１４Ｐに押圧力を印加する。

【0074】

［プリプレグ材１４Ｐ、及び耐熱高線膨張材２０を常温よりも高温な成形温度に上昇させてＦＲＰ構造体の成形を行う工程］
マトリックス樹脂１６が熱硬化型である場合には、プリプレグ材１４Ｐ、耐熱高線膨張材２０、及びマトリックス樹脂１６を成形温度まで上昇させて、所定時間かけてプリプレグ材１４Ｐ、マトリックス樹脂１６を硬化させ、プリプレグ材１４Ｐの複数の層同士を一体化する。この加温によってプリプレグ材１４Ｐの層間に配置した耐熱高線膨張材２０が熱膨張して、一般の樹脂成形時における中子のように機能して人工欠陥部分の形状を形成する（図８参照。）。

【0075】

［ＦＲＰ構造体の成形後に常温に下げる工程］
所定の硬化時間が経過してマトリックス樹脂１６が硬化したら、ＦＲＰ構造体の温度を常温に下げて、ＦＲＰ構造体の人工欠陥材料１０Ｐを形成する。このときＦＲＰ構造体の線膨張係数と耐熱高線膨張材２０の線膨張係数との差により、収縮差により形成された空隙２２が形成される。その後、バッグ８２を取り外すと、図６に示す人工欠陥材料１０Ｐが得られる。

【0076】

（第３の実施形態）
前述の第１の実施形態では、耐熱高線膨張材２０を強化繊維基材１４の層間に配置して、高温の成形温度下において耐熱高線膨張材２０を熱膨張させて樹脂成形時における中子のように機能させて人工欠陥部分の形状を形成した。その成形後に常温に下げることによって、ＦＲＰ構造体の線膨張係数と耐熱高線膨張材２０の線膨張係数との差により収縮差により形成された空隙２２を形成する実施形態を示した。

【0077】

これに対し第３の実施形態では、耐熱高線膨張材２０を強化繊維基材１４の層間に配置して、高温の成形温度下において耐熱高線膨張材２０を熱膨張させて樹脂成形時における中子として機能させて層間空隙２３の形状を成形する。その成形後に常温に下げることによって、ＦＲＰ構造体１２の線膨張係数と耐熱高線膨張材２０の線膨張係数との差により収縮差により形成された空隙２２を形成して、耐熱高線膨張材２０を抜き易くする実施形態である。

【0078】

図９は、二つの強化繊維基材１４で囲まれた層間空隙２３を有するＦＲＰ構造体１２の完成後の外観斜視図である。

【0079】

図９を参照して、ＦＲＰ構造体１２は、強化繊維基材１４の複数の層と、マトリックス樹脂１６と、強化繊維基材１４の層で囲まれた層間空隙２３（図９に示す実施形態では断面形状が台形の空間。）とを有している。

【0080】

ＦＲＰ構造体１２は、積層した強化繊維基材１４同士をマトリックス樹脂１６で一体化、硬化させたものであり、ストリンガー、型材等の構造材である。なお、層間空隙２３の形状は、さまざまな形状に成形することができる。

【0081】

次に、図９に示すＦＲＰ構造体１２の製造方法について、図１０乃至図１３を用いて説明する。図１０は、成形用の治具８０の上に強化繊維基材１４及び耐熱高線膨張材２０を配置した状態を示す図である。図１１は、耐熱高線膨張材２０を取り囲むように強化繊維基材１４を上方から配置した状態を示す図である。図１２は、強化繊維基材１４及び耐熱高線膨張材２０をバッグ８２で被い、バッグ８２と治具８０との間で気密性を確保した加温成形時を説明する図である。図１３は、ＦＲＰ構造体１２の成形を行った後の常温において、バッグ８２を取り外した状態を示す図である。

【0082】

［強化繊維基材１４を配置する工程］
図１０を参照して、ＦＲＰ構造体１２を成形する場合には、先ず所定の形状を有する治具８０の上に強化繊維基材１４を積層配置する。

【0083】

［強化繊維基材１４の層間に耐熱高線膨張材２０を配置する工程］
必要に応じて耐熱高線膨張材２０の表面に離型剤を塗布する。そして、強化繊維基材１４の少なくとも一つの層間となる所定の位置に、所定の大きさの耐熱高線膨張材２０を配置する（図１０参照）。次に、耐熱高線膨張材２０を取り囲むように強化繊維基材１４を上方から被せる（図１１参照）。

【0084】

［強化繊維基材１４をバッグ８２で被う工程］
図１２を参照して、強化繊維基材１４、及び耐熱高線膨張材２０をシーラント８４、バッグ８２等の副資材で被い、バッグ８２と治具８０との間で気密性を確保する。なお、図７に示す実施形態では、副資材としてシーラント８４、及びバッグ８２を図示したが、必要に応じてピールプライ、ブリーザクロス、その他の副資材を配置することができる。

【0085】

［強化繊維基材１４が配置されたバッグ８２の内部を真空に引く工程］
治具８０とバッグ８２とで囲まれた強化繊維基材１４が配置された部位を真空に引いて、大気圧を用いて強化繊維基材１４に押圧力を印加する。

【0086】

［強化繊維基材１４が配置されているバッグ８２の内部にマトリックス樹脂１６を注入する工程］
真空に引いた部位にマトリックス樹脂１６を注入して、マトリックス樹脂１６を強化繊維基材１４の束内及び強化繊維基材１４の層間に含浸させる。

【0087】

［強化繊維基材１４、耐熱高線膨張材２０、及びマトリックス樹脂１６を常温よりも高温な成形温度に上昇させてＦＲＰ構造体の成形を行う工程］
マトリックス樹脂１６として熱硬化型のものを用いる場合には、強化繊維基材１４、耐熱高線膨張材２０、及びマトリックス樹脂１６を成形温度まで上昇させて、所定時間かけてマトリックス樹脂１６を硬化させ、強化繊維基材１４の層同士を接着する。この加温によって、強化繊維基材１４の層間に配置した耐熱高線膨張材２０が熱膨張して中子として機能し、層間空隙２３の内面に所定の形状を成形する。加温成形時の硬化時間は、例えば２〜３時間である。

【0088】

強化繊維基材１４の層間に耐熱高線膨張材２０を配置して温度を上昇させると、耐熱高線膨張材２０が熱膨張するので強化繊維基材１４の層を内側から圧縮する力が増す。更に、ショア硬度がＡ２０〜Ａ７０の範囲にある耐熱高線膨張材２０を用いることにより、中子としての定形性が保たれると共に強化繊維基材１４との間で形状が馴染み易く抗わない。強化繊維基材１４同士を圧縮する力が付加されることにより、複雑な断面形状を有するＦＲＰ構造体１２の成形時に生じやすいポロシティ（気泡）を減少させて、ＦＲＰ構造体１２の品質を向上させることができる。

【0089】

［ＦＲＰ構造体１２の成形後に常温に下げる工程］
図１３を参照して、所定の硬化時間が経過してマトリックス樹脂１６が硬化したら、ＦＲＰ構造体１２の温度を常温に下げてＦＲＰ構造体１２を形成する。冷却後には、ＦＲＰ構造体１２の線膨張係数と耐熱高線膨張材２０の線膨張係数との差により、層間空隙２３におけるＦＲＰ構造体１２と耐熱高線膨張材２０との間に収縮差により形成された空隙２２が形成される。その後、バッグ８２を取り外し、耐熱高線膨張材２０を強化繊維基材１４の層間空隙２３から抜き取ると、図９に示すＦＲＰ構造体１２が得られる。なお、必要に応じて、ＦＲＰ構造体１２の一部を切除する加工を行って、耐熱高線膨張材２０を取り出すトリミング工程を追加することもできる。

【0090】

強化繊維基材１４の素材として、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維、フェノール繊維、ポリエチレン繊維、ポリビニルアルコール繊維等の有機繊維、金属繊維、セラミック繊維、又はこれらの組み合わせを使用することもできる。また、プリプレグ材を用いることもできる。

【0091】

また、マトリックス樹脂１６として、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂を使用することができる。成形性や、力学特性の面からは、現状では熱硬化性樹脂を用いることが好ましい。熱硬化性樹脂として、例えば、エポキシ、フェノール、ビニルエステル、不飽和ポリエステル、シアネートエステル、ビスマレイミド、ベンゾオキサジン、その他の樹脂を用いることができ、硬化するために、硬化剤、硬化促進剤、重合開始剤、触媒等が添加されている。更に、エラストマー、ゴム等を添加したものも使用することができる。なお、治具８０やバッグの強化繊維基材１４の側には、離型剤や樹脂拡散メディアを配置しておくことが好ましい。また、熱可塑性樹脂として、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファヂイド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＥＫＫ（ポリエーテルケトンケトン）、ＰＥＫ（ポリエーテルケトン）、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）、ＰＡ（ナイロンポリアミド）等を用いることができる。

【0092】

耐熱高線膨張材２０は、加温成形時におけるマトリックス樹脂１６の硬化温度と、冷却後の常温との温度差に応じて熱膨張及び熱収縮する素材である。耐熱高線膨張材２０の線膨張係数は、ＦＲＰ構造体１２の線膨張係数よりも大きくなるように、耐熱高線膨張材２０の素材を選定する。大きな線膨張係数を有する耐熱高線膨張材２０を用いることにより、耐熱高線膨張材２０に抜きテーパを形成することなく、強化繊維基材１４の層間空隙２３から耐熱高線膨張材２０を抜き取ることが容易となる。なお、耐熱高線膨張材２０において、抜きテーパを併用することもできる。

【0093】

ＦＲＰ構造体１２から耐熱高線膨張材２０を抜き取るためには、ＦＲＰ構造体１２と熱収縮後の耐熱高線膨張材２０との間の収縮差により形成された空隙２２の寸法が、例えばＪＩＳ Ｂ ０４０１に規定されている、すきまばめの寸法公差におけるｅ８乃至ｃ９以上の隙間になるように耐熱高線膨張材２０の素材を選択することが望ましい。

【0094】

例えば、図９に示す強化繊維基材１４で囲まれた層間空隙２３の一辺の長さ（基準寸法）が５ｍｍである場合について検討する。基準寸法が５ｍｍの場合におけるｅ８のはめあいの寸法公差は−２５〜−４７μｍである。

【0095】

例えば、ＦＲＰ構造体１２の線膨張係数Δ１＝０．２×１０^-6（１／℃）、耐熱高線膨張材２０の線膨張係数Δ２＝１００×１０^-6（１／℃）、加温成形時の温度が１８０℃、冷却後の常温が１５℃、温度差ΔＴ＝１６５℃、耐熱高線膨張材２０の長さ（基準寸法）Ｌ＝５ｍｍ、と仮定した場合における収縮差により形成された空隙２２の寸法について試算する。

【0096】

この場合に収縮差により形成された空隙２２の寸法Ｈは、Ｈ＝（Δ１−Δ２）×ΔＴ×Ｌ≒−８２μｍとなる。この寸法Ｈは、基準寸法におけるｅ８のすきまばめの寸法公差（−２５〜−４７μｍ）よりも広い隙間を形成するものである。従って、成形後のＦＲＰ構造体１２から耐熱高線膨張材耐熱高線膨張材２０を抜き取る脱型が容易となる。

【0097】

耐熱高線膨張材２０の線膨張係数は、ＦＲＰ構造体の線膨張係数に対して６０×１０^-6（１／℃）以上となる高線膨張係数の素材を用いることが好ましい。より好ましくは、耐熱高線膨張材２０の線膨張係数は、ＦＲＰ構造体の線膨張係数に対して１００×１０^-6（１／℃）以上となる高線膨張係数の素材を用いることが好ましい。また、耐熱高線膨張材２０の素材は、図１２に示す加温成形時におけるマトリックス樹脂１６の硬化温度（樹脂の物性に応じて１３０〜５００℃。）に耐える耐熱性を備える必要がある。

【0098】

また、ＦＲＰ構造体１２の製造時において、強化繊維基材１４内に耐熱高線膨張材２０を配置する際に、耐熱高線膨張材２０の表面に離型剤を塗布しておくことによって、冷却時における耐熱高線膨張材２０の剥離を促進することができる。

【0099】

図１２に示すように、耐熱高線膨張材２０は加温成形時においてＦＲＰ構造体１２の層間に所定の形状の層間空隙２３を形成する。そのためには、耐熱高線膨張材２０の硬度はある程度硬く形状精度が高いことが好ましい。なお、耐熱高線膨張材２０の硬度が極めて高い場合には、成形後に抜き取る脱型が困難になることが予想される。従って、耐熱高線膨張材２０のショア硬度は、Ａ２０〜Ａ７０の範囲にあることが好ましい。なお、耐熱高線膨張材２０として形状精度が高い素材を用いることによって、強化繊維基材１４同士を接合する部分（図１１及び図１２に示す実施形態では、台形断面の下底と脚との２箇所の交点部分。）に所定形状のフィレットを形成するなど、層間空隙２３の内面に細かな形状を成形することができる。

【0100】

耐熱高線膨張材２０の素材として、剥離性に優れたシリコーンゴム、シリコーン樹脂を用いることが好ましい。また、高耐熱性が必要な場合にはフッ素ゴムを用いることができる。また、中耐熱性の素材として、天然ゴム、ブタジエンゴム、スチレンゴム、ブチルゴム、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム等の素材を用いることができる。また、耐熱性が不要な場合には、ウレタンゴム等の素材を用いることもできる。

【0101】

耐熱高線膨張材２０の素材を選定するに際しては、価格、成形温度、使用する離型剤に対する耐薬品性、必要となる収縮差により形成された空隙２２の寸法（ＦＲＰ構造体１２の線膨張係数との差）等を考慮して決定することが好ましい。

【0102】

離型剤には、フッ素系の化合物や、シリコーン系のものを用いることができる。

【0103】

上記の実施形態では、マトリックス樹脂１６として熱硬化型の樹脂を用いる実施形態について説明したが、熱可塑型の樹脂を用いたＦＲＰ構造体１２についても適用することができる。

【0104】

ＦＲＰ構造体１２の層間空隙２３を成形する中子として耐熱高線膨張材２０を用いることにより、断面積が小さい層間空隙２３や、断面形状が複雑な層間空隙２３を安価にて成形することができる。

【0105】

（第４の実施形態）
前述の第３の実施形態では、強化繊維基材１４を用いたＦＲＰ構造体１２について説明した。これに対し第４の実施形態では、プリプレグ材１４Ｐを用いたＦＲＰ構造体１２Ｐについて説明する。

【0106】

図１４は、二つのプリプレグ材１４Ｐで囲まれた層間空隙２３を有するＦＲＰ構造体１２Ｐの完成後の外観斜視図である。

【0107】

図１４を参照して、ＦＲＰ構造体１２Ｐは、複数のプリプレグ材１４Ｐと、耐熱高線膨張材２０と、プリプレグ材１４Ｐで囲まれた層間空隙２３とを有している。

【0108】

ＦＲＰ構造体１２Ｐは、積層したプリプレグ材１４Ｐを硬化させたものであり、ストリンガー、型材等の構造材である。

【0109】

次に、図１４に示すＦＲＰ構造体１２Ｐの製造方法について、図１５乃至図１８を用いて説明する。図１５は、成形用の治具８０の上にプリプレグ材１４Ｐ及び耐熱高線膨張材２０を配置した状態を示す図である。図１６は、耐熱高線膨張材２０を取り囲むようにプリプレグ材１４Ｐを上方から配置した状態を示す図である。図１７は、複数のプリプレグ材１４Ｐ及び耐熱高線膨張材２０をバッグ８２で被い、バッグ８２と治具８０との間で気密性を確保した加温成形時を説明する図である。図１８は、ＦＲＰ構造体１２Ｐの成形を行った後の常温において、バッグ８２を取り外した状態を示す図である。

【0110】

［複数のプリプレグ材１４Ｐを配置する工程］
図１５を参照して、ＦＲＰ構造体１２Ｐを成形する場合には、先ず所定の形状を有する治具８０の上にプリプレグ材１４Ｐを積層配置する。

【0111】

［複数のプリプレグ材１４Ｐの層間に耐熱高線膨張材２０を配置する工程］
必要に応じて耐熱高線膨張材２０の表面に離型剤を塗布する。そして、プリプレグ材１４Ｐの層間となる所定の位置に、所定の大きさの耐熱高線膨張材２０を配置する（図１５参照）。次に、耐熱高線膨張材２０を取り囲むようにプリプレグ材１４Ｐを上方から被せる（図１６参照）。

【0112】

［複数のプリプレグ材１４Ｐをバッグ８２で被う工程］
図１７を参照して、複数のプリプレグ材１４Ｐ及び耐熱高線膨張材２０を、シーラント８４、バッグ８２等の副資材で被い、バッグ８２と治具８０との間で気密性を確保する。なお、図７に示す実施形態では、副資材としてシーラント８４、及びバッグ８２を図示したが、必要に応じてピールプライ、ブリーザクロス、その他の副資材を配置することができる。

【0113】

［複数のプリプレグ材１４Ｐが配置されたバッグ８２の内部を真空に引く工程］
治具８０とバッグ８２とで囲まれたプリプレグ材１４Ｐが配置された部位を真空に引いて、大気圧を用いてプリプレグ材１４Ｐに押圧力を印加する。

【0114】

［複数のプリプレグ材１４Ｐ、耐熱高線膨張材２０を常温よりも高温な成形温度に上昇させてＦＲＰ構造体の成形を行う工程］
複数のプリプレグ材１４Ｐ、及び耐熱高線膨張材２０を成形温度まで上昇させて、所定時間かけてマトリックス樹脂を硬化させる。この加温によって、プリプレグ材１４Ｐの層間に配置した耐熱高線膨張材２０が膨張して中子として機能し、層間空隙２３の内面に所定の形状を成形する。

【0115】

プリプレグ材１４Ｐの層間に耐熱高線膨張材２０を配置して温度を上昇させると、耐熱高線膨張材２０が膨張するのでプリプレグ材１４Ｐの層を圧縮する力が増す。

【0116】

［ＦＲＰ構造体の成形後に常温に下げる工程］
図１８を参照して、所定の硬化時間が経過してマトリックス樹脂が硬化したら、ＦＲＰ構造体１２Ｐの温度を常温に下げる。冷却後には、ＦＲＰ構造体１２Ｐの線膨張係数と耐熱高線膨張材２０の線膨張係数との差により、層間空隙２３におけるＦＲＰ構造体１２Ｐと耐熱高線膨張材２０との間に収縮差により形成された空隙２２が形成される。その後、バッグ８２を取り外し、耐熱高線膨張材２０をプリプレグ材１４Ｐの層間空隙２３から抜き取ると、図１４に示すＦＲＰ構造体１２Ｐが得られる。

【0117】

耐熱高線膨張材２０、離型剤、耐熱高線膨張材２０、治具８０、バッグ８２等は、上記第３の実施形態で用いた材料を用いることができる。

【0118】

（第５の実施形態）
前述の第３の実施形態では、層間空隙２３が一箇所存在するＦＲＰ構造体１２の成形について説明した。これに対し第５の実施形態では、層間空隙２３が複数存在するＦＲＰ構造体１３の成形について説明する。

【0119】

図１９は、強化繊維基材１４で囲まれた層間に複数の層間空隙２３を形成したＦＲＰ構造体１３の完成後の側面図である。従来は、図１９に示すようなコルゲートサンドイッチ構造の構造材を成形するに際して多くの工程を必要としたり、割型などの高価な治工具を用いる必要があった。図１９に示すＦＲＰ構造体１３の製造方法について、図２０及び図２１を用いて以下に説明する。

【0120】

図２０は、下側の治具８０Ｃ及び上側の治具８０Ｄの間に強化繊維基材１４、１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ及び耐熱高線膨張材２０Ａ、２０Ｂを配置した加温成形時の説明図である。図２１は、ＦＲＰ構造体１３の成形を行った後の常温において、下側の治具８０Ｃ、上側の治具８０Ｄ、及びバッグを取り外した状態を示す図である。

【0121】

［強化繊維基材１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃを配置する工程］
複数の層間空隙２３を有するＦＲＰ構造体１３を成形する場合には、図２０に示すように所定の形状を有する治具８０Ｃの上に強化繊維基材１４Ａを積層配置する。そして、強化繊維基材１４Ａの上の所定の間隔を開けた位置に複数の耐熱高線膨張材２０Ａを配置する。次に、耐熱高線膨張材２０Ａの上から強化繊維基材１４Ｂを被せて波形に配置する。次に、波形に配置した強化繊維基材１４Ｂの谷部に、耐熱高線膨張材２０Ｂを配置する。次に、耐熱高線膨張材２０Ｂ及び強化繊維基材１４Ｂの上に、強化繊維基材１４Ｃを配置する。そして、強化繊維基材１４Ｃの上部に治具８０Ｄを配置する。必要に応じて耐熱高線膨張材２０Ａ、２０Ｂの表面には離型剤を塗布しておく。

【0122】

次に、強化繊維基材１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、耐熱高線膨張材２０Ａ、２０Ｂ、治具８０Ｃ、８０Ｄをバッグ（不図示）で被い、気密性を確保する。そして、バッグの内部を真空に引いて、大気圧を用いて強化繊維基材１４に押圧力を印加する。

【0123】

［マトリックス樹脂１６の含浸及び成形温度におけるＦＲＰ構造体１３の成形を行う工程］
次に、真空に引いた部位にマトリックス樹脂１６を注入して、マトリックス樹脂１６を強化繊維基材１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃに含浸させる。マトリックス樹脂１６として熱硬化型のものを用いる場合には、強化繊維基材１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、耐熱高線膨張材２０Ａ、２０Ｂ、及びマトリックス樹脂１６を成形温度まで上昇させて、所定時間かけてマトリックス樹脂１６を硬化させ、強化繊維基材１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ同士を一体化する。この加温によって、強化繊維基材１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃの層間に配置した耐熱高線膨張材２０Ａ、２０Ｂが熱膨張して中子として機能し、層間空隙２３（図１９、１２参照。）の内面の形状を成形する。

【0124】

［ＦＲＰ構造体１３の成形後に常温に下げる脱型工程］
図２１を参照して、所定の硬化時間が経過してマトリックス樹脂１６が硬化したら、ＦＲＰ構造体１３の温度を常温に下げる。するとＦＲＰ構造体１３の線膨張係数と耐熱高線膨張材２０Ａ、２０Ｂの線膨張係数との差により、層間空隙２３におけるＦＲＰ構造体１３と耐熱高線膨張材２０Ａ、２０Ｂとの間に収縮差により形成された空隙２２が形成される。その後、バッグ及び治具８０Ｃ、８０Ｄを取り外し、耐熱高線膨張材２０Ａ、２０Ｂを強化繊維基材１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃの層間空隙２３から抜き取ると、図１９に示すＦＲＰ構造体１３が得られる。

【0125】

図２０に示すように加温成形時においては耐熱高線膨張材２０Ａ、２０Ｂが熱膨張して体積が増すので、耐熱高線膨張材２０Ａ、２０ＢはＦＲＰ構造体１３の層間に所定形状の層間空隙２３を形成する中子として機能する。

【0126】

冷却後には、図２１に示すように耐熱高線膨張材２０Ａ、２０Ｂは熱収縮して体積が減少する（なお、図２１においては、説明の都合上耐熱高線膨張材２０Ａ、２０Ｂの熱収縮を誇張して表してある。）。すると、ＦＲＰ構造体１３の層間に形成した所定の形状と、熱収縮した耐熱高線膨張材２０Ａ、２０Ｂとの間に収縮差により形成された空隙２２が生ずる。この収縮差により形成された空隙２２を生じさせることによって、中子として機能した耐熱高線膨張材２０Ａ、２０ＢをＦＲＰ構造体１３の層間空隙２３から抜き取る脱型が容易になる。

【0127】

耐熱高線膨張材２０Ａ、２０Ｂの線膨張係数は、ＦＲＰ構造体１３の線膨張係数に対して６０×１０^-6（１／℃）以上となる高線膨張係数の素材を用いることが好ましい。より好ましくは、耐熱高線膨張材２０Ａ、２０Ｂの線膨張係数は、ＦＲＰ構造体１３の線膨張係数に対して１００×１０^-6（１／℃）以上となる高線膨張係数の素材を用いることが好ましい。

【0128】

耐熱高線膨張材２０Ａ、２０Ｂの素材として要求される物性は、第３の実施形態で説明した耐熱高線膨張材２０と同様である。また、耐熱高線膨張材２０Ａ、２０Ｂの表面に塗布する離型剤に要求される物性も、第３の実施形態で説明した離型剤と同様である。

【0129】

ＦＲＰ構造体１３の層間空隙２３を成形する中子として耐熱高線膨張材２０Ａ、２０Ｂを用いることにより、断面積が小さい多くの層間空隙２３や、断面形状が複雑な多くの層間空隙２３を有するＦＲＰ構造体１３を、安価にて成形することができる。

【0130】

（第６の実施形態）
前述の第５の実施形態では、強化繊維基材１４を用いたＦＲＰ構造体１３について説明した。これに対し第６の実施形態では、プリプレグ材１４Ｐを用いたＦＲＰ構造体１３Ｐについて説明する。

【0131】

図２２は、プリプレグ材１４Ｐ（プリプレグ材１４Ｑ、１４Ｒ、１４Ｓ）で囲まれた層間に複数の層間空隙２３を形成したＦＲＰ構造体１３Ｐの完成後の側面図である。図２２に示すＦＲＰ構造体１３Ｐの製造方法について、図２３及び図２４を用いて以下に説明する。

【0132】

図２３は、下側の治具８０Ｃ及び上側の治具８０Ｄの間にプリプレグ材１４Ｑ、１４Ｒ、１４Ｓ及び耐熱高線膨張材２０を配置した加温成形時の説明図である。図２４は、ＦＲＰ構造体１３Ｐの成形を行った後の常温において、下側の治具８０Ｃ、上側の治具８０Ｄ、及びバッグを取り外した状態を示す図である。

【0133】

［プリプレグ材１４Ｐ、１４Ｑ、１４Ｒ、１４Ｓを配置する工程］
複数の層間空隙２３を有するＦＲＰ構造体１３Ｐを成形する場合には、図２３に示すように所定の形状を有する治具８０Ｃの上にプリプレグ材１４Ｑを積層配置する。そして、プリプレグ材１４Ｑの上の所定の間隔を開けた位置に複数の耐熱高線膨張材２０Ａを配置する。次に、耐熱高線膨張材２０Ａの上からプリプレグ材１４Ｒを被せて波形に配置する。次に、波形に配置したプリプレグ材１４Ｒの谷部に、耐熱高線膨張材２０Ｂを配置する。次に、耐熱高線膨張材２０Ｂ及びプリプレグ材１４Ｒの上に、プリプレグ材１４Ｓを配置する。そして、プリプレグ材１４Ｓの上部に治具８０Ｄを配置する。必要に応じて耐熱高線膨張材２０Ａ、２０Ｂの表面には離型剤を塗布しておく。また、プリプレグ材１４Ｑ、１４Ｒ、１４Ｓ同士の接合面には、必要に応じて接着剤を配置しておくことができる。

【0134】

次に、プリプレグ材１４Ｑ、１４Ｒ、１４Ｓ、耐熱高線膨張材２０Ａ、２０Ｂ、治具８０Ｃ、８０Ｄをバッグ（不図示）で被い、気密性を確保する。そして、バッグの内部を真空に引いて、大気圧を用いてプリプレグ材１４Ｑ、１４Ｒ、１４Ｓに押圧力を印加する。

【0135】

［成形温度におけるＦＲＰ構造体１３Ｐの成形を行う工程］
次に、プリプレグ材１４Ｑ、１４Ｒ、１４Ｓ、耐熱高線膨張材２０Ａ、２０Ｂを成形温度まで上昇させて、所定時間かけて硬化剤を硬化させ、プリプレグ材１４Ｑ、１４Ｒ、１４Ｓ同士を接着する。この加温によって、プリプレグ材１４Ｑ、１４Ｒ、１４Ｓの層間に配置した耐熱高線膨張材２０Ａ、２０Ｂが熱膨張して中子として機能し、層間空隙２３（図２２、２３参照。）の内面の形状を成形する。

【0136】

［ＦＲＰ構造体１３Ｐの成形後に常温に下げる脱型工程］
図２４を参照して、所定の硬化時間が経過してプリプレグ材１４Ｑ、１４Ｒ、１４Ｓが硬化したら、ＦＲＰ構造体１３Ｐの温度を常温に下げる。するとＦＲＰ構造体１３Ｐの線膨張係数と耐熱高線膨張材２０Ａ、２０Ｂの線膨張係数との差により、層間空隙２３におけるＦＲＰ構造体１３Ｐと耐熱高線膨張材２０Ａ、２０Ｂとの間に収縮差により形成された空隙２２が形成される。その後、バッグ及び治具８０Ｃ、８０Ｄを取り外し、耐熱高線膨張材２０Ａ、２０Ｂをプリプレグ材１４Ｑ、１４Ｒ、１４Ｓの層間空隙２３から抜き取ると、図２２に示すＦＲＰ構造体１３Ｐが得られる。

【0137】

図２３に示すように加温成形時においては耐熱高線膨張材２０Ａ、２０Ｂが熱膨張して体積が増すので、耐熱高線膨張材２０Ａ、２０ＢはＦＲＰ構造体１３Ｐの層間に所定形状の層間空隙２３を形成する中子として機能する。

【0138】

冷却後には、図２４に示すように耐熱高線膨張材２０Ａ、２０Ｂは熱収縮して体積が減少する（なお、図２４においては、説明の都合上耐熱高線膨張材２０Ａ、２０Ｂの熱収縮を誇張して表してある。）。すると、ＦＲＰ構造体１３Ｐの層間に形成した所定の形状と、熱収縮した耐熱高線膨張材２０Ａ、２０Ｂとの間に収縮差により形成された空隙２２が生ずる。この収縮差により形成された空隙２２を生じさせることによって、中子として機能した耐熱高線膨張材２０Ａ、２０ＢをＦＲＰ構造体１３Ｐの層間空隙２３から抜き取る脱型が容易になる。

【0139】

耐熱高線膨張材２０、離型剤、耐熱高線膨張材２０、治具８０、バッグ８２等は、上記第５の実施形態で用いた材料を用いることができる。

【0140】

（従来のＦＲＰ構造体１２Ｃの製造方法）
ここで、従来のＦＲＰ構造体１２Ｃの製造方法について、図２５乃至図３１を用いて説明する。図２５は、ＦＲＰ中間構造体１２Ａ、１２Ｂをそれぞれ組み合わせて成形した従来のＦＲＰ構造体１２Ｃを説明する側面図である。図２６（ａ）、図２６（ｂ）は、従来のＦＲＰ中間構造体１２Ａ、１２Ｂを成形する際に用いる下側の治具８０Ｃ、８０Ａの治具準備工程を説明する側面図である。図２７（ａ）、図２７（ｂ）は、下側の治具８０Ｃ、８０Ａの上部にプリプレグ材１４Ｐを積層配置する従来の積層工程を説明する側面図である。

【0141】

図２８（ａ）、図２８（ｂ）は、積層したプリプレグ材１４Ｐの上部に、上側の治具８０Ｄ、８０Ｂを設置する従来の治具設置工程を説明する側面図である。図２９（ａ）、図２９（ｂ）は、プリプレグ材１４Ｐを炉内で熱硬化させる従来の硬化工程を説明する側面図である。図３０（ａ）は、ＦＲＰ中間構造体１２Ｂから、治具８０Ｃ、８０Ｄを取り外す従来の脱型工程を説明する側面図である。図３０（ｂ）は、ＦＲＰ中間構造体１２Ａから、治具８０Ａ、８０Ｂを取り外す従来の脱型工程を説明する側面図である。図３１は、従来のＦＲＰ中間構造体１２Ａ及び１２Ｂを接着により接合する接着工程を説明する図である。

【0142】

図２６（ａ）、図２６（ｂ）に示す従来の治具準備工程を参照して、ＦＲＰ中間構造体１２Ｂ、１２Ａ毎に、それぞれ下側の治具８０Ｃ、８０Ａ（金型、ＦＲＰ構造体治具等）を準備する。

【0143】

次に、図２７（ａ）、図２７（ｂ）に示す従来の積層工程を参照して、下側の治具８０Ｃ、８０Ａの上にプリプレグ材１４Ｐをそれぞれ積層配置する。

【0144】

次に、図２８（ａ）、図２８（ｂ）に示す従来の治具設置工程を参照して、プリプレグ材１４Ｐの上部に、上側の治具８０Ｄ、８０Ｂ（金型、ＦＲＰ構造体治具等）をそれぞれ設置する。そして、治具８０Ａ〜治具８０Ｄ及びプリプレグ材１４Ｐをそれぞれバッグ（不図示）で被う。

【0145】

次に、図２９（ａ）、図２９（ｂ）に示す従来の硬化工程を参照して、炉内においてプリプレグ材１４Ｐを常温よりも高温な成形温度に上昇させてプリプレグ材１４Ｐを硬化させる硬化処理（オートクレーブ成形）を行う。

【0146】

プリプレグ材１４Ｐが硬化したら、ＦＲＰ中間構造体１２Ａ、１２Ｂの温度を常温に下げ、バッグを取り外す。次に、図３０（ａ）、図３０（ｂ）の従来の脱型工程に示すように、治具８０Ａ〜治具８０Ｄを取り外して脱型を行うと、ＦＲＰ中間構造体１２Ａ、１２Ｂが得られる。

【0147】

次に、図３１を参照して、ＦＲＰ中間構造体１２Ａ、１２Ｂ同士を組み合わせて接着を行う。接着剤が硬化すると、図２５に示すＦＲＰ構造体１２Ｃが完成する。

【0148】

以上のように、層間空隙２３を有するＦＲＰ構造体１２Ｃを製造する場合には、従来は一旦ＦＲＰ中間構造体１２Ａ、１２Ｂを形成する必要があった。また、ＦＲＰ中間構造体１２Ａ、１２Ｂを成形せずに、割型式の中子を用いて一度に成形を行うことも可能であるが、割型は構造が複雑となり、メンテナンスにも工数が必要なことから、層間空隙２３を有するＦＲＰ構造体１２Ｃの製造には高いコストが必要であった。

【0149】

第３の実施形態乃至第６の実施形態に示したように、ＦＲＰ構造体１２、１３の層間空隙２３を成形する中子として耐熱高線膨張材２０を用いることにより、断面積が小さい層間空隙２３や、断面形状が複雑な層間空隙２３を安価にて成形することができる。

【0150】

以上、実施の形態を参照して本発明による人工欠陥材料及びＦＲＰ構造体の製造方法を説明したが、本発明による人工欠陥材料及びＦＲＰ構造体の製造方法は上記実施形態に限定されない。上記実施形態に様々の変更を行うことが可能である。上記実施形態に記載された事項と上記他の実施形態に記載された事項とを組み合わせることが可能である。

【0151】

また、本発明に係るＦＲＰ構造体の製造方法を用いて成形したＦＲＰ構造体は、車両、船舶、航空機、あるいは建築部材など種々の分野に用いられる。本発明に係る人工欠陥材料及びＦＲＰ構造体の製造方法は、２つ以上の強化繊維基材を組み合わせて、閉空間を有する複雑な最終形状を成形する場合に好適である。また、本発明に係る人工欠陥材料及びＦＲＰ構造体の製造方法は、ＲＦＩ（レジンフィルムインフュージョン成形法）、ＲＴＭ（樹脂トランスファー成形法）、ＶａＲＴＭ（真空含浸工法）、オートクレーブ成形その他のＦＲＰ構造体の成形に用いることができる。

【符号の説明】

【0152】

１０、１０Ａ、１０Ｐ...人工欠陥材料
１２、１２Ｃ、１２Ｐ、１３、１３Ｐ...ＦＲＰ構造体
１２Ａ、１２Ｂ...ＦＲＰ中間構造体
１４、１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ...強化繊維基材
１４Ｐ、１４Ｑ、１４Ｒ、１４Ｓ…プリプレグ材
１６...マトリックス樹脂
２０、２０Ａ、２０Ｂ...耐熱高線膨張材
２２...収縮差により形成された空隙
２３...層間空隙
８０、８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃ、８０Ｄ...治具
８２...バッグ
８４...シーラント

【要約】

【課題】ＦＲＰ構造体の層間剥離を模した人工欠陥材料を提供する。
【解決手段】強化繊維基材１４の複数の層と、マトリックス樹脂１６と、耐熱高線膨張材２０とを備えるＦＲＰ構造体の人工欠陥材料１０であって、ＦＲＰ構造体の高温成形時には層間に配置された耐熱高線膨張材２０が熱膨張して強化繊維基材１４の層間に所定の形状が成形され、成形後の常温においては耐熱高線膨張材２０が熱収縮して強化繊維基材１４との間に収縮差により形成された空隙が形成される。耐熱高線膨張材２０の線膨張係数は、ＦＲＰ構造体の線膨張係数に対して１５０×１０^-6（１／℃）以上の値を有し、成形温度に耐える定形性及び耐熱性を有する。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】