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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6415862
(24)【登録日】2018年10月12日
(45)【発行日】2018年10月31日
(54)【発明の名称】成形治具及び成形方法
(51)【国際特許分類】
B29C 43/32 20060101AFI20181022BHJP
B29C 43/12 20060101ALI20181022BHJP
B29C 70/44 20060101ALI20181022BHJP
B29K 105/06 20060101ALN20181022BHJP
B29L 9/00 20060101ALN20181022BHJP
B29L 31/30 20060101ALN20181022BHJP
【ＦＩ】
B29C43/32
B29C43/12
B29C70/44
B29K105:06
B29L9:00
B29L31:30
【請求項の数】8
【全頁数】13
(21)【出願番号】特願2014-116929(P2014-116929)
(22)【出願日】2014年6月5日
(65)【公開番号】特開2015-229304(P2015-229304A)
(43)【公開日】2015年12月21日
【審査請求日】2017年3月7日
(73)【特許権者】
【識別番号】000005348
【氏名又は名称】株式会社ＳＵＢＡＲＵ
(74)【代理人】
【識別番号】100136504
【弁理士】
【氏名又は名称】山田 毅彦
(72)【発明者】
【氏名】石川 裕一
【審査官】
一宮 里枝
(56)【参考文献】
【文献】
特開２００２−０７９５８７（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平０４−１１０１３８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１０−１３１９９１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｂ２９Ｃ ４３／００−４３／５８
Ｂ２９Ｃ ７０／００−７０／８８
Ｃ０８Ｊ ５／０４− ５／１０
Ｃ０８Ｊ ５／２４
Ｂ６４Ｃ ３／１８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
互いに法線方向が異なる第１の面、第２の面及び第３の面を少なくとも有する複合材であって、前記第２の面が前記第１の面及び前記第３の面と連結された形状を少なくとも一部に有する前記複合材の前記第１の面に水平方向の成分を有する圧力を負荷するための面を有する第１の剛体部と、
前記第２の面に鉛直方向の成分を有する圧力を負荷するための面を有する第２の剛体部とを有し、
前記第２の剛体部に、前記第１の面に平行な面を形成した場合と比較して、チャンファーを形成する前記第３の面からの、圧力の負荷方向の変化を軽減するための、前記第１の面に平行でない面を形成した成形治具。
前記第２の面に鉛直方向の成分を有する圧力を負荷するための面を有する第２の剛体部とを有し、
前記第２の剛体部に、前記第１の面に平行な面を形成した場合と比較して、チャンファーを形成する前記第３の面からの、圧力の負荷方向の変化を軽減するための、前記第１の面に平行でない面を形成した成形治具。
【請求項2】
前記第２の剛体部に、前記第２の面に対して傾斜する面を形成した請求項１記載の成形治具。
【請求項3】
前記第２の剛体部に、前記第３の面に対して連続的かつ平行な面を形成した請求項１又は２記載の成形治具。
【請求項4】
前記第１の剛体部と前記第２の剛体部との間にバギング用のフィルムの向きを変えるための凹部を形成した請求項１乃至３のいずれか１項に記載の成形治具。
【請求項5】
前記第１の剛体部及び前記第２の剛体部を含む第１の治具をセットすることが可能な形状を有する第２の治具であって、複数のシート状のプリプレグを各端部をずらして積層することによって前記各端部により前記第３の面を形成するための、前記第３の面に対応する剛体の面を有する前記第２の治具を更に有する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の成形治具。
【請求項6】
前記剛体の面に、前記プリプレグの適切な積層枚数を確認するためのメモリを設けた請求項５記載の成形治具。
【請求項7】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の成形治具を用いて被成形品を製造する成形方法。
【請求項8】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の成形治具を用いて複合材をセットするステップと、
セットされた前記複合材及び前記成形治具をフィルムで密閉し、前記フィルムと前記複合材及び前記成形治具との間を真空にすることによって前記複合材及び前記成形治具に圧力を負荷するステップと、
前記圧力が負荷された前記複合材を加熱硬化するステップと、
を有する成形方法。
セットされた前記複合材及び前記成形治具をフィルムで密閉し、前記フィルムと前記複合材及び前記成形治具との間を真空にすることによって前記複合材及び前記成形治具に圧力を負荷するステップと、
前記圧力が負荷された前記複合材を加熱硬化するステップと、
を有する成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は成形治具及び成形方法に関する。
【背景技術】
【0002】
航空機部品の代表的な素材としてガラス繊維強化プラスチック(GFRP: Glass fiber reinforced plastics)や炭素繊維強化プラスチック(CFRP: Carbon Fiber Reinforced Plastics)等の複合材が挙げられる。複合材を用いて航空機の部品を製造するためには、複合材の加熱硬化による成形加工が必要である。
【0003】
また、航空機の部品が有する典型的な構造の１つとしてパネルにストリンガー（縦通材）を取付けた構造が挙げられる。そこで、従来、複合材で構成されるパネルに複合材で構成されるストリンガーをセットした状態で同時に硬化させる成形方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【0004】
具体的には、成形後の形状に合わせたマンドレルと呼ばれる治具を用いてパネル用の複合材の上にストリンガー用の複合材がセットされる。続いて、バギングフィルムで複合材を密閉した状態で真空引きが行われる。そして、大気圧が負荷された状態で複合材がオートクレーブ装置内に搬入され、複合材の加熱硬化による成形が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０１４−１９０２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は、より良好な品質で複合材の被成形品を製造することが可能な成形治具及び成形方法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】
【0007】
本発明の実施形態に係る成形治具は、第１の剛体部及び第２の剛体部を有する。第１の剛体部は、互いに法線方向が異なる第１の面、第２の面及び第３の面を少なくとも有する複合材であって、前記第２の面が前記第１の面及び前記第３の面と連結された形状を少なくとも一部に有する前記複合材の前記第１の面に水平方向の成分を有する圧力を負荷するための面を有する。第２の剛体部は、前記第２の面に鉛直方向の成分を有する圧力を負荷するための面を有する。前記第２の剛体部に、前記第１の面に平行な面を形成した場合と比較して、チャンファーを形成する前記第３の面からの、圧力の負荷方向の変化を軽減するための、前記第１の面に平行でない面を形成した。また、本発明の実施形態に係る成形方法は、前記成形治具を用いて被成形品を製造するものである。
また、本発明の実施形態に係る成形方法は、前記成形治具を用いて複合材をセットするステップと、セットされた前記複合材及び前記成形治具をフィルムで密閉し、前記フィルムと前記複合材及び前記成形治具との間を真空にすることによって前記複合材及び前記成形治具に圧力を負荷するステップと、前記圧力が負荷された前記複合材を加熱硬化するステップとを有する。
【発明の効果】
【0008】
本発明の実施形態に係る成形治具及び成形方法によれば、より良好な品質で複合材の被成形品を製造することができる。
【発明を実施するための形態】
【0010】
本発明の実施形態に係る成形治具及び成形方法について添付図面を参照して説明する。
【0012】
成形治具１は、加熱硬化の対象となるGFRPやCFRP等の複合材で構成される被成形品Ｗに圧力を負荷するための治具である。圧力を負荷する対象となる被成形品Ｗは、互いに法線方向が異なる第１の面Ｓ１、第２の面Ｓ２及び第３の面Ｓ３を少なくとも有し、かつ第２の面Ｓ２が第１の面Ｓ１及び第３の面Ｓ３と連結された形状を少なくとも一部に有する複合材とされる。以降では、横断面の形状が逆Ｔ字状であるＴ型ストリンガーＷ１を外板スキン等のパネルＷ２上に載置した航空機部品用の複合材を被成形品Ｗとして説明する。
【0013】
但し、横断面の形状がＬ字状やＺ字状等のＴ字状以外の形状を有するストリンガーを被成形品Ｗとしても良い。また、ストリンガーに限らず、フレーム、リブ（小骨）、スパー（桁）等の様々な構造を有する複合材を被成形品Ｗとすることができる。もちろん、パネル上に設置されないストリンガー、フレーム、リブ、スパー等の構造を有する複合材単体を被成形品Ｗとしても良い。
【0014】
図示されるように、Ｔ型ストリンガーＷ１は、鉛直方向に切り立つ第１の板状の部分と、パネルＷ２に沿う第２の板状の部分とを有する。また、パネルＷ２に沿う第２の板状の部分の両端部には、チャンファー（Ｃ面取りが施された面）Ｃ１が形成される。従って、Ｔ型ストリンガーＷ１の第１の板状の部分の両側には、それぞれ法線方向が水平方向となる第１の面Ｓ１が形成される。また、Ｔ型ストリンガーＷ１の第２の板状の部分のパネルＷ２と逆側には、第１の板状の部分を挟んでそれぞれ法線方向が鉛直方向となる２つの第２の面Ｓ２が形成される。更に、第１の板状の部分の両側（第２の板状の部分の両端部）に設けられるチャンファーＣ１として２つの第３の面Ｓ３が形成される。
【0015】
そして、第１の板状の部分の両側において、それぞれ第１の面Ｓ１が第２の面Ｓ２とＲ面取りを形成する曲面によって連結される。更に、第１の板状の部分の両側において、それぞれ第２の面Ｓ２が稜線（エッジ）を形成するように第３の面Ｓ３と連結される。
【0016】
尚、加熱硬化によって複合材を得るための、繊維に樹脂を含浸した加熱硬化前のシート状の中間材料は、プリプレグと呼ばれる。複合材は、プリプレグを積層して加熱硬化することによって得られるが、ここでは加熱硬化前における積層されたプリプレグについても複合材と称して説明する。
【0017】
上述したような被成形品Ｗをセットして圧力を負荷するために、成形治具１は、定盤２、マンドレル３、溶着防止フィルム４Ａやブリーザー４Ｂ等の様々な目的を有するシート、バギングフィルム５、真空口金６及び固定用治具７を有する。定盤２は、パネルＷ２を含む被成形品Ｗを設置するための治具である。マンドレル３は、Ｔ型ストリンガーＷ１の第１の板状の部分の両側に形成される２か所の第１の面Ｓ１及び第２の面Ｓ２にそれぞれ圧力を負荷するための治具である。従って、Ｔ型ストリンガーＷ１の横断面が線対称であれば、面対称な構造を有する２つのマンドレル３が準備される。マンドレル３の詳細構造については後述する。
【0018】
溶着防止フィルム４Ａは、加熱硬化の際にバギングフィルム５がマンドレル３及び被成形品Ｗ側に溶着することを防止するための離型フィルムである。従って、溶着防止フィルム４Ａは、加熱硬化の際に溶融しない程度の耐熱性を有する材料で構成される。溶着防止フィルム４Ａの厚さ、枚数及び材質は、加熱硬化の条件に応じて調整することができる。溶着防止フィルム４Ａの具体例としては、フッ素樹脂で構成されるFEP（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）フィルムが挙げられる。図示された例では、溶着防止フィルム４Ａがブリーザー４Ｂとマンドレル３及び被成形品Ｗとの間に挿入されている。
【0019】
一方、ブリーザー４Ｂは、主にバギングフィルム５で囲まれた領域内の空気を抜き易くすることを目的として挿入されるシートである。このため、ブリーザー４Ｂは、溶着防止フィルム４Ａとバギングフィルム５との間や溶着防止フィルム４Ａと定盤２との間などに挿入される。ブリーザー４Ｂは、加熱硬化用のオートクレーブ装置内において使用できるように不織ポリエステル又はナイロン繊維によって構成される。
【0020】
バギングフィルム５は、真空引きを行うことによって大気圧を負荷する領域を形成するためのバギング用のフィルムである。大気圧を負荷する対象は、マンドレル３及び被成形品Ｗである。従って、バギングフィルム５によってマンドレル３及び被成形品Ｗが密閉される。そのために、バギングフィルム５の端部は、シーラント８によって定盤２に接着される。また、バギングフィルム５の任意の位置には、真空引き用の配管を連結するための真空口金６が設けられる。
【0021】
そして、真空装置とバギングフィルム５で囲まれた領域とを配管によって接続し、真空装置の駆動によってバギングフィルム５で囲まれた領域を、大気圧よりも圧力が低い真空状態とすることができる。
【0022】
固定用治具７は、マンドレル３を定盤２に固定するための治具である。そのため、例えば、図示されるように、２つの固定用治具７で、マンドレル３の長手方向の両側を定盤２に固定することができる。
【0023】
次にマンドレル３の詳細構造例について説明する。
【0024】
マンドレル３は、バギングフィルム５内に設置されることによって、Ｔ型ストリンガーＷ１に形成される第１の面Ｓ１及び第２の面Ｓ２にそれぞれ圧力を負荷する治具である。すなわち、マンドレル３は、Ｔ型ストリンガーＷ１に自重を負荷するとともに、バギングフィルム５内における圧力と大気圧との差に相当する圧力を受けてＴ型ストリンガーＷ１に圧力を負荷するための治具である。従って、マンドレル３は、剛体の治具である。
【0025】
具体的には、マンドレル３は、Ｔ型ストリンガーＷ１を構成する複合材の第１の面Ｓ１に圧力を負荷するための第１の剛体部３Ａと、複合材の第２の面Ｓ２に圧力を負荷するための第２の剛体部３Ｂとを有する。尚、図示されるように第１の剛体部３Ａと第２の剛体部３Ｂを一体物とすることが成形治具１の部品点数の削減に寄与する。但し、製造が容易となるように第１の剛体部３Ａと第２の剛体部３Ｂを別々の部品として組立ててもよい。
【0026】
一方、複合材のチャンファーＣ１を形成する第３の面Ｓ３には、マンドレル３からではなく、バギングフィルム５、FEPフィルム４Ａ及びブリーザー４Ｂ等の副資材を介してバギングフィルム５内における圧力と大気圧との差に相当する圧力が負荷される。従って、第１の剛体部３Ａと第２の剛体部３Ｂとを有するマンドレル３は複合材の第３の面Ｓ３には接触しない形状を有する。
【0027】
但し、マンドレル３の形状は、Ｔ型ストリンガーＷ１のチャンファーＣ１が形成された部分と、チャンファーＣ１が形成された部分の近傍におけるパネルＷ２の、加熱硬化後における理想形状からの乖離が低減又は回避されるような形状とされる。具体的には、マンドレル３の横断面の形状は矩形とされず、図示されるように必要な面取りを施した矩形部にＴ型ストリンガーＷ１のチャンファーＣ１の角度に応じた凸部３Ｃを合成した形状とされる。立体的には、マンドレル３は、例えば、面取りが施された直方体の１つの稜線に、横断面が概ね三角形の凸部３Ｃを結合した形状とすることができる。
【0030】
図５(A)に示すように、チャンファーＣ１を避けてＴ型ストリンガーＷ１の形状にフィットするように設計された横断面の形状が矩形である従来のマンドレル９には、垂直方向の圧力と、水平方向の圧力が負荷される。これに対して、Ｔ型ストリンガーＷ１のチャンファーＣ１には、斜め方向の圧力が負荷される。従って、従来のマンドレル９とＴ型ストリンガーＷ１のチャンファーＣ１とが近接する部分には、圧力の負荷方向が不連続かつ局所的に変化する箇所が生じる。
【0031】
これに対して図５(B)に示すように、マンドレル３の第２の剛体部３Ｂに、少なくとも第１の面Ｓ１に平行でない面を形成すれば、チャンファーＣ１を形成する第３の面Ｓ３からの、圧力の負荷方向の変化を軽減することができる。具体例として、第２の剛体部３Ｂに、第２の面Ｓ２に対して傾斜する面を形成することによって、チャンファーＣ１と第２の剛体部３Ｂとの間における圧力の負荷方向の変化を小さくすることができる。特に、第２の剛体部３Ｂに、第３の面Ｓ３に対して連続的かつ平行な面、すなわちチャンファーＣ１と同じ角度を有する傾斜面を形成すれば、圧力の負荷方向の変化を実質的にゼロにすることができる。
【0032】
Ｔ型ストリンガーＷ１の成形を行う場合には、第１の剛体部３Ａには、Ｔ型ストリンガーＷ１の第１の面Ｓ１に水平方向の成分を有する圧力を負荷するための面が形成される。他方、第２の剛体部３Ｂには、Ｔ型ストリンガーＷ１の第２の面Ｓ２に鉛直方向の成分を有する圧力を負荷するための面が形成される。加えて、第２の剛体部３Ｂには、Ｔ型ストリンガーＷ１のチャンファーＣ１を形成する第３の面Ｓ３からの、圧力の負荷方向の変化を軽減するための面が形成される。その結果、第１の剛体部３Ａと第２の剛体部３Ｂとの間にバギングフィルム５の向きを変えるための凹部３Ｄが形成される。
【0033】
このため、バギングフィルム５、FEPフィルム４Ａ、ブリーザー４Ｂ等の副資材は、第１の剛体部３Ａと第２の剛体部３Ｂとの間に形成されたマンドレル３の凹部３Ｄにおいて曲がることとなる。他方、チャンファーＣ１と第２の剛体部３Ｂとの境界部分には、副資材を曲げずに面で接触させることができる。その結果、被成形品Ｗの品質を向上させることができる。
【0035】
図６(A)は図５(A)に示す圧力分布を被成形品Ｗに負荷した場合に生じ得る不具合の例を示している。一方、図６(B)は図５(B)に示す圧力分布を被成形品Ｗに負荷することによって実際に得られた加熱硬化後における複合材の形状の一例を示している。
【0036】
不連続な圧力分布を複合材に負荷した状態で複合材の加熱硬化を行うと、図６(A)に示すように、Ｔ型ストリンガーＷ１の端部とパネルＷ２とが重なった部分において圧力差に起因する繊維のうねり１０が生じる場合がある。また、樹脂が溶着防止フィルム等の副資材とマンドレルとの隙間に流れ込むことによって、チャンファーＣ１に凹み１１が生じたり、バリ１２が生じたりする場合がある。更に、樹脂に限らず繊維のバリ１２が生じる場合もある。図６(A)に示すような不具合が生じた場合には、バリ１２を除去するための仕上げ削りや樹脂の塗布による表面仕上げが必要となる。
【0037】
これに対して、図５(B)に示すようにチャンファーＣ１とマンドレル３との境界部分において局所的な変化のない圧力分布を複合材に負荷した状態で複合材の加熱硬化を行った結果、図６(B)に示すように良好な品質で被成形品Ｗを得られることが確認できた。具体的には、繊維のうねり１０及びチャンファーＣ１の凹み１１が顕著に低減され、かつバリ１２の無い被成形品Ｗを得ることができた。
【0039】
図７(A)に示すように、Ｔ型ストリンガーＷ１のチャンファーＣ１とマンドレル３とのなす角度を、１８０度とせずに、鈍角としてもよい。Ｔ型ストリンガーＷ１のチャンファーＣ１とマンドレル３とのなす角度を鈍角とする場合には、図７(A)に示すようにＴ型ストリンガーＷ１のチャンファーＣ１とマンドレル３との間に凹部を形成する場合に限らず、凸部を形成するようにしてもよい。
【0040】
また図７(B)に示すように、マンドレル３にＲ面取りのような曲面を形成し、マンドレル３の曲面とＴ型ストリンガーＷ１のチャンファーＣ１との間がマンドレル３とチャンファーＣ１との境界となるようにしてもよい。もちろん、図１又は図７(A)に示すようなチャンファーＣ１の角度に応じた平らな傾斜面をマンドレル３に設ける場合においても、マンドレル３の傾斜面と法線方向が水平方向の面との間にＲ面取り等の曲面を形成することができる。
【0041】
更に、本願請求項１に係る発明には該当しないが、参考例として、図７(C)に示すように、厚さが十分に薄い板状の部分をマンドレル３に設けてもよい。すなわち、パネルＷ２に沿うＴ型ストリンガーＷ１の第２の板状の部分に形成される、法線方向が鉛直方向の第２の面Ｓ２と平行又は概ね平行な面を、チャンファーＣ１との境界を形成するマンドレル３の部分に形成する場合であっても、チャンファーＣ１との境界を形成するマンドレル３の部分が十分に薄ければ、チャンファーＣ１に局所的な変化のない圧力分布を負荷することができる。【0042】
次に成形治具１を用いて被成形品Ｗを製造する成形方法の具体的な手順について説明する。
【0044】
初めに成形治具１を用いて加熱硬化前の複合材がセットされる。具体的には、図８(A)に示すように第１工程において、第１の剛体部３Ａ及び第２の剛体部３Ｂを含む第１の治具（マンドレル）３並びに第２の治具２０を用いて複数のシート状のプリプレグＰが積層される。第２の治具２０は、第１の治具３をセットすることが可能な形状を有する。
【0045】
図８(A)に示す例では、Ｔ型ストリンガーＷ１のチャンファーＣ１の角度に合わせたマンドレル３の面を、面で支持することができるようにＣ面取りＣ２が施された第２の治具２０が、プリプレグＰの積層用に用いられている。より具体的には、直方体の１つの稜線の部分にＴ型ストリンガーＷ１のチャンファーＣ１及びマンドレル３の傾斜面と同じ傾斜を有するＣ面取りＣ２を施した形状を有する第２の治具２０が、Ｃ面取りＣ２を上側に向けて設置される。
【0046】
そうすると、１つのマンドレル３を加熱硬化時における向きに対して逆さまにした状態で第２の治具２０にセットすることができる。そして、マンドレル３がセットされた第２の治具２０に、横断面がＬ字となるように複数枚のプリプレグＰを積層することができる。
【0047】
また、第２の治具２０のＣ面取りＣ２は、マンドレル３をセットした状態において、マンドレル３から突出する大きさで形成される。このため、複数のシート状のプリプレグＰの各端部が、それぞれ第２の治具２０のＣ面取りＣ２に接触するように、プリプレグＰの各端部をずらして積層することができる。これにより、プリプレグＰの各端部によって、Ｔ型ストリンガーＷ１のチャンファーＣ１となる第３の面Ｓ３を形成することができる。つまり、第２の治具２０のＣ面取りＣ２は、Ｔ型ストリンガーＷ１のチャンファーＣ１を形成するための、チャンファーＣ１に対応する剛体の面として機能する。
【0049】
図９に示すように、第２の治具２０のＣ面取りＣ２によって形成される剛体の面に、Ｔ型ストリンガーＷ１の厚さに対応するプリプレグＰの適切な積層枚数を確認するためのメモリＭを設けることができる。これにより、プリプレグＰの積層作業を容易にすることができる。尚、図９に示す例では、鉛直方向の複数の線が所定の間隔で罫書かれたメモリＭが示されているが、水平方向又は剛体の面に対する法線方向の複数の線によってメモリを作成してもよい。
【0050】
２つのマンドレル３の数及び形状に合わせて面対称な２つの第２の治具２０を用いると、図８(A)に示すように、横断面がＬ字状で面対称な２組のプリプレグＰの積層体ＰＬ１を準備することができる。
【0051】
但し、プリプレグＰの積層体ＰＬ１は横断面がＬ字状となるように曲がっている。このため、横断面がＬ字状となった２つのプリプレグＰの積層体ＰＬ１を突き合わせると、２つのプリプレグＰがそれぞれ水平方向かつ逆向きに折曲がる部分に隙間が生じる。そこで、２つのプリプレグＰの隙間を埋めるための、三角柱状のプリプレグＰの積層体ＰＬ２が別途準備される。
【0052】
そして、横断面がＬ字状となった２つのプリプレグＰの積層体ＰＬ１に加えて横断面が三角形状となったプリプレグＰの積層体ＰＬ２を組合わせた状態で、図８(B)に示すように１対の第２の治具２０の傾斜する剛体の面に沿って更に幅が徐々に変化する、横断面の形状が等脚台形であるプリプレグＰの積層体ＰＬ３が組合わせられる。これにより、Ｔ型ストリンガーＷ１の形状を有するプリプレグＰの積層体が逆さまになった状態で得られる。
【0053】
次に、第２の治具２０を取り外し、１対のマンドレル３に挟まれてセットされたプリプレグＰの積層体を上下方向に反転させると、図８(C)に示すようにＴ型ストリンガーＷ１の形状を有し、かつ２つのマンドレル３をセットしたプリプレグＰの積層体ＰＬ４を準備することができる。
【0054】
一方、図８(D)に示すように定盤２上に、パネルＷ２用のプリプレグＰの積層体ＰＬ５が設置される。そして、図８(E)に示すように、パネルＷ２用のプリプレグＰの積層体ＰＬ５の上に、マンドレル３をセットしたＴ型ストリンガーＷ１用のプリプレグＰの積層体ＰＬ４が設置される。そして、図４に例示されるような固定用治具７を用いてパネルＷ２用のプリプレグＰの積層体ＰＬ５及びマンドレル３をセットしたＴ型ストリンガーＷ１用のプリプレグＰの積層体ＰＬ４が定盤２上に固定される。
【0055】
次に、第２工程においてプリプレグＰの積層体ＰＬ４、ＰＬ５、すなわち加熱硬化前の複合材に対して真空引きによる加圧が実行される。具体的には、図８(F)に示すようにセットされた加熱硬化前の複合材及びマンドレル３がバギングフィルム５で密閉される。また、加熱時におけるバギングフィルム５の溶着を防止するために、バギングフィルム５により密閉される領域の内側には、FEPフィルム４Ａやブリーザー４Ｂ等の溶着防止フィルム４が挿入される。バギングフィルム５の端部は、シーラント８によって定盤２に接着される。これにより、バギングフィルム５の内側に真空引きの対象となる閉空間が形成される。
【0056】
バギングフィルム５には、予め真空口金６が取付けられており、真空ポンプと接続された配管が真空口金６に取付けられる。そして、真空ポンプの駆動によってバギングフィルム５で囲まれた領域から空気が排出される。これにより、バギングフィルム５で囲まれた領域が真空状態となり、加熱硬化前の複合材及びマンドレル３が加圧される。すなわち、バギングフィルム５と加熱硬化前の複合材及びマンドレル３との間を真空にすることによって複合材及びマンドレル３に圧力が負荷される。
【0057】
次に、第３工程において、圧力が負荷された複合材が加熱硬化される。具体的には、バギングフィルム５で覆われた加熱硬化前の複合材及びマンドレル３がオートクレーブ装置に搬入される。そして、オートクレーブ装置による加熱によって、複合材が硬化する。その結果、図８(G)に示すような、パネルＷ２上にＴ型ストリンガーＷ１を取付けた加熱硬化後における複合材の被成形品Ｗを製造することができる。
【0058】
つまり以上のような成形治具１は、Ｔ型ストリンガーＷ１の板状の部分に形成されるチャンファーＣ１のように、マンドレル３が設置されない部分における理想形状からの変形を防止するために、マンドレル３が設置されない部分に局所的かつ不連続な圧力が負荷されないような形状及び構造を有するマンドレル３を構成要素とするものである。
【0059】
このため、成形治具１によれば、局所的かつ不連続な圧力の負荷に起因する樹脂の流れによる凹み、バリの発生、繊維のうねり等の品質の劣化要因となる現象を低減又は回避することができる。その結果、バリを除去するための仕上げ削りや樹脂の塗布による表面仕上げを低減又は不要にすることができる。
【0060】
以上、特定の実施形態について記載したが、記載された実施形態は一例に過ぎず、発明の範囲を限定するものではない。ここに記載された新規な方法及び装置は、様々な他の様式で具現化することができる。また、ここに記載された方法及び装置の様式において、発明の要旨から逸脱しない範囲で、種々の省略、置換及び変更を行うことができる。添付された請求の範囲及びその均等物は、発明の範囲及び要旨に包含されているものとして、そのような種々の様式及び変形例を含んでいる。
【符号の説明】
【0061】
１ 成形治具２ 定盤
３ マンドレル（第１の治具）
３Ａ 第１の剛体部
３Ｂ 第２の剛体部
３Ｃ 凸部
３Ｄ 凹部
４Ａ 溶着防止フィルム
４Ｂ ブリーザー
５ バギングフィルム
６ 真空口金
７ 固定用治具
８ シーラント
９ 従来のマンドレル
１０ うねり
１１ 凹み
１２ バリ
２０ 第２の治具
Ｓ１ 第１の面
Ｓ２ 第２の面
Ｓ３ 第３の面
Ｗ 被成形品
Ｗ１ Ｔ型ストリンガー
Ｗ２ パネル
Ｃ１ チャンファー
Ｃ２ Ｃ面取り
Ｐ プリプレグ
ＰＬ１、ＰＬ２、ＰＬ３、ＰＬ４、ＰＬ５ 積層体
Ｍ メモリ