JP6901575B2 - プリフォーム賦形装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、プリフォーム賦形装置、プリフォーム賦形方法及び複合材構造体の製造方法に関する。

典型的な航空機の翼構造体は、上側パネル（外板）と、下側パネルとの間にスパー（桁）、リブ（小骨）及びストリンガ（縦通材）等の補強用の構造部材を設けた構造を有する。また、翼構造体を補強する構造部材の構造の１つとして、横断面が波型（コルゲート型）であるものが知られている（例えば特許文献１参照）。

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）等の繊維で樹脂を強化した複合材でコルゲート型の構造部材を製作する場合には、複合材をコルゲート型に成形することが必要となる。

複合材の代表的な成形方法としては、シート状の繊維に硬化前における熱硬化性樹脂を含浸させたプリプレグを積層してオートクレーブ装置やオーブンで加熱硬化する方法と、シート状の繊維を積層した後に熱硬化性樹脂を含浸させて加熱硬化するＲＴＭ（Ｒｅｓｉｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｌｄｉｎｇ）法が挙げられる。特に、真空引きを行って繊維に樹脂を含浸させる方法は、ＶａＲＴＭ（Ｖａｃｕｕｍ ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｒｅｓｉｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｌｄｉｎｇ）法と呼ばれる。また、プリプレグを積層して加熱硬化する方法と、ＲＴＭ法を併用するハイブリッド法も複合材の成形方法として知られている。

従って、コルゲート型の複合材を成形するためには、プリプレグの積層体をコルゲート型に賦形するかシート状の繊維の積層体をコルゲート型に賦形することが必要となる。複合材の形状に合わせて賦形されたプリプレグの積層体、ＲＴＭ法において樹脂を含浸させる前における繊維の積層体及びＲＴＭ法において樹脂を含浸させた後における繊維の積層体は、複合材成形の技術分野では、プリフォームと呼ばれる。特に、樹脂を含浸させる前における繊維の積層体は、ドライプリフォームと呼ばれる。

コルゲート型のプリフォームを賦形する方法としては、コルゲート型の凹凸を有する賦形用の型にプリプレグのシートを積層する方法が挙げられる（例えば特許文献１参照）。この場合、賦形用の型を加熱成形用の型として使用することもできる。すなわち、賦形用の型に積層されたプリプレグの積層体をオートクレーブ装置やオーブンで加熱硬化することによってコルゲート型の複合材を成形することができる。

コルゲート型の複合材を成形する方法としては、ＲＴＭ法も採用することができる（例えば特許文献１参照）。具体的には、コルゲート型の凹凸に合わせて製作した上型と下型の間に予めコルゲート型に賦形した繊維の積層体を設置し、熱硬化性樹脂を注入した後、加熱硬化することによってコルゲート型の複合材を成形することができる。この場合、コルゲート型に賦形されたドライプリフォームを製作することが必要となる。

複合材の成形に先立つドライプリフォームの賦形方法としては、賦形型の上に繊維を積層し、ヒーター等で加熱する方法が挙げられる（例えば特許文献２参照）。また、真空引きによるバギングを行って繊維を賦形型に押し当てた状態で加熱する賦形方法も知られている（例えば特許文献３参照）。

特開平１１−９９９９３号公報 特開２００６−１２３４０４号公報 特開２０１０−１２６５７３号公報

しかしながら、コルゲート型のドライプリフォームのように凹凸を有する複雑な形状を有するドライプリフォームを賦形する場合には、バギングを行うことが困難となる場合がある。具体的には、凹凸を有する賦形型の上にシート状に積層された繊維が大気圧によって賦形型の複数の凸部に局所的に押し付けられると、シート状の繊維が凸部を挟んで両側に引っ張られることになる。その結果、繊維が突っ張り、賦形型の凹部にフィットしない場合がある。この場合、賦形型の凹角部に空洞が生じ、目的とする形状のプリフォームを製作することが困難となる。

そこで、本発明は、複雑な形状を有するプリフォーム及び複合材を良好な品質で製作できるようにすることを目的とする。

本発明の実施形態に係るプリフォーム賦形装置は、複数の凹部を有するドライプリフォーム又はプリプレグの積層体として製作される賦形後におけるプリフォームの形状に対応する形状を有する剛体の型と、前記プリフォームの賦形前における素材を前記型に異なる位置及びタイミングで押し付ける圧力付加治具とを備え、前記圧力付加治具は、前記型と前記素材との間であって前記異なる位置に対応する位置に配置され、それぞれ袋状の構造を有する複数の内側真空バッグと、前記複数の内側真空バッグが配置された状態で前記素材を外側から密閉するための外側真空バッグと、前記外側真空バッグと前記素材との間に配置され、前記複数の凹部の形状にそれぞれ対応する形状を有する複数の剛体のプレートとを有し、前記外側真空バッグで密閉された領域を真空状態とする一方、前記複数の内側真空バッグの内部を前記異なるタイミングで真空状態とすることによって大気圧を利用して前記素材を前記型に前記異なる位置及びタイミングで押し付けるように構成され、かつ前記複数の剛体のプレートで前記素材と前記型との間における隙間の発生を防止するように構成されるものである。

また、本発明の実施形態に係るプリフォーム賦形方法は、賦形後におけるプリフォームの形状に対応する形状を有する剛体の型に、異なる位置及びタイミングで前記プリフォームの賦形前における素材に圧力を負荷できるように構成された圧力付加治具を用いて前記素材を前記異なる位置及びタイミングで押し付けることによって前記賦形後における前記プリフォームとして複数の凹部を有するドライプリフォーム又はプリプレグの積層体を製作するプリフォーム賦形方法であって、それぞれ袋状の構造を有する複数の内側真空バッグを前記型と前記素材との間であって前記異なる位置に対応する位置に配置するステップと、前記複数の内側真空バッグが配置された状態で前記素材を外側から外側真空バッグで密閉するステップとを有し、前記外側真空バッグで密閉された領域を真空状態とする一方、前記複数の内側真空バッグの内部を前記異なるタイミングで真空状態とすることによって大気圧を利用して前記素材を前記型に前記異なる位置及びタイミングで押し付け、かつ前記外側真空バッグと前記素材との間に前記凹部の形状に対応する形状を有する剛体のプレートを設置することによって、前記素材と前記型との間における隙間の発生を防止するものである。
また、本発明の実施形態に係るプリフォーム賦形方法は、賦形後におけるプリフォームの形状に対応する形状を有する剛体の型に、異なる位置及びタイミングで前記プリフォームの賦形前における素材に圧力を負荷できるように構成された圧力付加治具を用いて前記素材を前記異なる位置及びタイミングで押し付けることによって前記賦形後における前記プリフォームを製作するプリフォーム賦形方法であって、前記型の上に賦形前における前記素材を配置する一方、前記型との間で前記素材を挟み込むための別の剛体の型と前記素材との間に、それぞれ袋状の構造を有する複数の圧力バッグを萎んだ状態で前記異なる位置に配置し、前記素材を前記型と前記別の型との間に挟み込んだ状態で、前記複数の圧力バッグを前記異なるタイミングで膨らませることによって前記素材を前記型に前記異なる位置及びタイミングで押し付けるものである。

また、本発明の実施形態に係る複合材構造体の製造方法は、上述したプリフォーム賦形方法で前記プリフォームとしてコルゲート型のドライプリフォームを賦形するステップと、製作された前記コルゲート型のドライプリフォームの形状に合わせた複数の中子治具を、剛体の下型の上に積層されたパネル用のプリプレグの積層体の上に載置し、載置した前記複数の中子治具の上に前記ドライプリフォームをセットするステップと、前記複数の中子治具の上にセットされた前記ドライプリフォームを真空バッグでバギングした状態で前記真空バッグで密閉された領域に未硬化の熱硬化性樹脂を注入することによって前記未硬化の熱硬化性樹脂を前記ドライプリフォームに含浸させるステップと、前記パネル用のプリプレグの積層体及び前記ドライプリフォームに含浸させた前記熱硬化性樹脂を加熱硬化することによって前記パネルに前記コルゲート型の補強部材を取付けた構造を有する複合材構造体を製作するステップとを有するものである。

また、本発明の実施形態に係る複合材構造体の製造方法は、上述したプリフォーム賦形方法で前記プリフォームとしてコルゲート型のドライプリフォーム又はプリプレグの積層体を賦形するステップと、製作された前記コルゲート型のドライプリフォーム又はプリプレグの積層体を素材として前記コルゲート型の複合材を成形するステップと、複合材で構成されるパネルを製作するステップと、前記コルゲート型の複合材と、前記パネルを組立てることによって、前記パネルに前記コルゲート型の補強部材を取付けた構造を有する複合材構造体を製作するステップとを有するものである。

本発明の第１の実施形態に係るプリフォーム賦形装置を用いたプリフォーム賦形方法を説明する図。 図１（Ａ）に示すプリフォーム賦形装置の上面図。 従来のドライプリフォーム賦形方法における問題点を説明する図。 図１に示すプリフォーム賦形装置で製作したドライプリフォームを用いてパネルにコルゲート型の補強部材を取付けた複合材構造体を一体成形する方法を説明する図。 図１に示すプリフォーム賦形装置を用いて製作したコルゲート型の補強部材と別に製作したパネルを組立てることによって、パネルにコルゲート型の補強部材を取付けた複合材構造体を製作する方法を説明する図。 本発明の第２の実施形態に係るプリフォーム賦形装置を用いたプリフォーム賦形方法を説明する図。 本発明の第３の実施形態に係るプリフォーム賦形装置を用いたプリフォーム賦形方法を説明する図。 本発明の第４の実施形態に係るプリフォーム賦形装置を用いたプリフォーム賦形方法を説明する図。 本発明の第５の実施形態に係るプリフォーム賦形装置を用いたプリフォーム賦形方法を説明する図。 本発明の第６の実施形態に係るプリフォーム賦形装置を用いたプリフォーム賦形方法を説明する図。

実施形態

本発明の実施形態に係るプリフォーム賦形装置、プリフォーム賦形方法及び複合材構造体の製造方法について添付図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
（プリフォーム賦形装置及びプリフォーム賦形方法）
図１は本発明の第１の実施形態に係るプリフォーム賦形装置を用いたプリフォーム賦形方法を説明する図であり、図２は図１（Ａ）に示すプリフォーム賦形装置の上面図である。

プリフォーム賦形装置１は、素材Ｍを賦形することによって目的とする形状を有するプリフォームを製作するための装置である。製作対象となるプリフォームは、未硬化の熱硬化性樹脂を含浸させる前のシート状の繊維で構成されるドライプリフォームであっても良いし、未硬化の熱硬化性樹脂をシート状の繊維に含浸させた後の加熱硬化前における複合材であってもよい。

ドライプリフォームが賦形対象である場合には、シート状の繊維の積層体が素材Ｍとなる。賦形後におけるドライプリフォームは、ＲＴＭ法による複合材成形用の素材として用いられる。すなわち、ドライプリフォームに未硬化の熱硬化性樹脂を含浸させ、オートクレーブ装置やオーブンで加熱硬化することによって複合材が成形される。従って、プリフォーム賦形装置１で賦形されたドライプリフォームに引き続き樹脂の含浸及び加熱硬化を行うようにしてもよい。換言すれば、プリフォーム賦形装置１を複合材の成形装置としても使用することもできる。

一方、繊維に樹脂を含浸させた状態のプリフォームがプリフォーム賦形装置１による賦形対象である場合には、賦形後のドライプリフォームに樹脂を含浸させるか、或いはプリプレグの積層体に形状を付与することによってプリフォームを製作することができる。従って、繊維に樹脂を含浸させた状態のプリフォームがプリフォーム賦形装置１による賦形対象である場合には、シート状の繊維の積層体又はシート状のプリプレグの積層体が素材Ｍとなる。

図１は、シート状に積層された繊維の賦形を行うことによって横断面の形状がコルゲート型であるドライプリフォームを製作する場合の例を示している。そこで、以降では図１を参照して、プリフォーム賦形装置１を用いてコルゲート型のドライプリフォームを賦形する場合を例に説明する。

コルゲート型のドライプリフォームは、複合材で構成されるコルゲートストリンガ、コルゲートリブ又はコルゲートスパー等のコルゲート型の補強部材の素材として用いられる。コルゲート型の補強部材は、航空機の翼構造体の部品として使用される。具体的には、主に上側パネル又は下側パネルを補強するための補強部材として、コルゲート型の補強部材がパネルに取付けられる。

プリフォーム賦形装置１は、図１（Ａ）に示すように下型２、複数の内側真空バッグ３及び外側真空バッグ４で構成することができる。複数の内側真空バッグ３は、それぞれ下型２の凹部に配置され、下型２と複数の内側真空バッグ３の上に賦形前における素材Ｍが載置される。そして、外側真空バッグ４により素材Ｍが覆われる。

下型２は、賦形後におけるプリフォームの形状に対応する形状を有する剛体の型である。従って、コルゲート型のドライプリフォームを賦形する場合には、下型２は、図１に示すようにコルゲート型の凹凸を表面に有する。具体的には、コルゲート型のドライプリフォームの複数の山の部分を賦形するために、下型２の表面には長尺構造を有する複数の凸部２Ａが形成される。下型２の表面に形成される凸部２Ａの長さは、ドライプリフォームの幅に合わせても良いし、ドライプリフォームの幅よりも長くしてもよい。

各内側真空バッグ３は、袋状の構造及び可撓性を有し、下型２と素材Ｍとの間に配置される。具体的には、コルゲート型のドライプリフォームの山の部分を賦形するための下型２の各凸部２Ａの間にそれぞれ袋状の構造を有する内側真空バッグ３が載置される。従って、内側真空バッグ３の構造は、両端が閉口した中空の筒状構造となる。そして、各内側真空バッグ３が対応する凹部にそれぞれ膨らんだ状態で載置された下型２の上に、素材Ｍとして賦形前におけるシート状の平坦な繊維束をセットすることができる。

各内側真空バッグ３の少なくとも一方の端部には、真空引きを行うためのチューブ３Ａが連結される。或いは、下型２の隣接する２つの凸部２Ａの間に形成される各凹部に真空引き用の孔を設ける一方、各内側真空バッグ３に吸引口を形成し、内側真空バッグ３に形成した吸引口を下型２に設けた真空引き用の孔と連結するようにしてもよい。

外側真空バッグ４は、バギングを行うために少なくとも素材Ｍの大気側を密閉するためのバギングフィルムである。従って、外側真空バッグ４にも真空引きを行うためのチューブ４Ａが連結される。素材Ｍは、複数の内側真空バッグ３が下型２に配置された状態で外側から外側真空バッグ４によって密閉される。換言すれば、複数の内側真空バッグ３及び下型２の各凸部２Ａと、外側真空バッグ４との間に素材Ｍが配置される。

具体例として、図２に示すように、内側真空バッグ３及び素材Ｍをセットした下型２全体を外側真空バッグ４で覆い、シーラント５で外側真空バッグ４の縁を下型２の平坦な部分に貼り付けることができる。或いは、下型２の表面に形成される凸部２Ａの長さが、ドライプリフォームの幅よりも長い場合には、凸部２Ａの端部を外側真空バッグ４の外部に露出するようにしてもよい。その場合には、シーラント５で外側真空バッグ４の縁が下型２の凸部２Ａに貼り付けられる。

内側真空バッグ３に取付けられるチューブ３Ａの端部は、真空装置６と連結するために外側真空バッグ４の外部に引き出される。このため、チューブ３Ａと外側真空バッグ４との間に加えてチューブ３Ａと下型２との間もシーラント５で貼り付けることが外側真空バッグ４で覆われた領域における気密性を良好に維持する観点から適切である。

尚、外側真空バッグ４内の真空引きを行うためのチューブ４Ａを外側真空バッグ４に連結する代わりに、下型２に形成するようにしてもよい。

外側真空バッグ４で密閉された領域内の真空引きと、各内側真空バッグ３内の真空引きは、互いに異なるタイミングで実行される。具体的には、外側真空バッグ４で密閉された領域内の真空引きが実行された後、各内側真空バッグ３内の真空引きが適切なタイミングで実行される。

その場合においても、図１及び図２に例示されるように配管７を連結することによって共通の真空装置６を用いて外側真空バッグ４で密閉された領域内の真空引きと、各内側真空バッグ３内の真空引きを行うことができる。具体的には、各内側真空バッグ３のチューブ３Ａ並びに外側真空バッグ４のチューブ４Ａをそれぞれコック８を介して共通の配管７と連結することができる。そうすると、作業者が手動でコック８を開閉することによって真空引きのタイミングを決定することができる。

或いは、各コック８を電動式、油圧式又はエア式の自動開閉コックとし、制御装置で各コック８の開閉を自動制御するようにしてもよい。その場合には、真空引きのタイミングを指示する制御信号を、制御装置を構成する電子回路、油圧回路又はエア信号回路で生成し、生成した制御信号を各コック８に出力することによって、各コック８が連結された内側真空バッグ３及び外側真空バッグ４における真空引きのタイミングを自動制御することができる。

もちろん、各内側真空バッグ３のチューブ３Ａ及び外側真空バッグ４のチューブ４Ａにそれぞれ独立した真空装置を連結してもよい。その場合には、作業者が複数の真空装置の電源をＯＮ状態とするタイミングを決定することによって、真空引きのタイミングを決定することができる。或いは、複数の真空装置の動作を統合制御する制御装置で各真空装置の駆動タイミングを自動制御するようにしてもよい。

外側真空バッグ４内における真空引き後に行われる複数の内側真空バッグ３の真空引きの順序は、素材Ｍを下型２に押し付けた場合において素材Ｍと下型２との間に空隙が生じないような順序に決定される。コルゲート型のドライプリフォームを賦形する場合において、素材Ｍと下型２との間において最も空隙が生じ易いのは、隣接する凸部２Ａ間に形成される凹部の両隅における凹んだＲ面取り部分である。

図３は、従来のドライプリフォーム賦形方法における問題点を説明する図である。

図３（Ａ）に示すように長尺構造を有する複数の凸部１０Ａを形成したコルゲート型の従来の下型１０に賦形前におけるシート状の繊維１１を載置し、バギングフィルム１２で覆うことができる。バギングフィルム１２で覆われた領域に対して真空装置１３で真空引きを行うと、繊維１１の厚さ方向に大気圧が負荷されることになる。

その結果、図３（Ｂ）に示すように繊維１１が変形して下型１０の複数の凹部の底面に押し付けられ、下型１０の凸部１０Ａに接触する繊維１１は両側に引っ張られることになる。このため、凸部１０Ａの立ち上がり部分における凹んだＲ面取りと繊維１１との間に空隙が生じてしまう。

そこで、プリフォーム賦形装置１では、素材Ｍと下型２の凹んだＲ面取り部分との間に空隙が生じないように、適切な順序で複数の内側真空バッグ３の真空引きが行われる。素材Ｍと下型２の凹んだＲ面取り部分との間に空隙を生じさせないためには、最初に下型１０の複数の凹部から選択された任意の１つの凹部のみに素材Ｍが押し当てられ、選択された凹部に素材Ｍが密着した後に、隣接する１つ又は２つの凹部に素材Ｍが押し当てられるように複数の内側真空バッグ３の真空引きの順序を決定すればよい。

具体例として、図１（Ｂ）に示すように、最初に下型２の中央の凹部のみを、素材Ｍを密着させる対象として選択することができる。そのために、下型２の中央の凹部にセットされた内側真空バッグ３のみを真空引きすることができる。他方、その他の内側真空バッグ３内は予め大気開放することによって、大気圧程度の圧力とすることができる。

そうすると、下型２の中央の凹部にセットされた内側真空バッグ３のみが萎み、素材Ｍが凹部の表面に向かって変形する。その後、素材Ｍは凹部を形成する２つの隣接する凸部２Ａ及び外側真空バッグ４に対して滑りながら選択された凹部にフィットすることになる。

次に、図１（Ｃ）に示すように、下型２の中央の凹部に隣接する両側の２つの凹部を、素材Ｍを密着させる対象として選択することができる。そのために、下型２の中央の凹部に隣接する両側の２つの凹部にセットされた２つの内側真空バッグ３のみを真空引きすることができる。これにより、素材Ｍを滑らせながら、下型２の中央の凹部に隣接する両側の２つの凹部にフィットさせることができる。

その後、図１（Ｄ）に示すように、更に外側に隣接する２つの凹部を、素材Ｍを密着させる対象として選択することができる。そして、対応する２つの内側真空バッグ３のみを真空引きすることによって、選択された２つの凹部に素材Ｍをフィットさせることができる。

尚、図１は、下型２の中央の凹部から外側の凹部に向かって素材Ｍを順次フィットさせる例を示しているが、他の凹部からスタートしてもよい。例えば、一方の端部側の凹部から他方の端部側における凹部に向かって順番に素材Ｍをフィットさせるようにしてもよい。また、いずれの場合においても、最初に素材Ｍをフィットさせるべき凹部には、内側真空バッグ３の載置を省略してもよい。その場合には、外側真空バッグ４内における真空引きを行うことによって、最初の凹部に素材Ｍをフィットさせることができる。

下型２の中央の凹部から外側の凹部に向かって素材Ｍを順次フィットさせるようにすれば、中央の凹部に素材Ｍを押し当てた後、２つの凹部に同時に素材Ｍを押し当てることができる。このため、プリフォームの賦形に要する時間を短くすることができる。

一方、下型２の一方の端部側における凹部から他方の端部側における凹部に向かって素材Ｍを順次フィットさせるようにすれば、端部における最初の凹部に素材Ｍを押し当てた後、素材Ｍが滑る方向を一方向とすることができる。このため、素材Ｍの端部がプリフォームよりも短くなったり、逆に過剰な余剰が生じることを回避することができる。具体例として図１に例示されるように端部が谷となっているコルゲート型のドライプリフォームを賦形する場合であれば、素材Ｍの縁がドライプリフォームの縁に合致するように賦形した後、素材Ｍを一方向に滑らせながら他の凹部に順次フィットさせていくことができる。

このように、外側真空バッグ４で密閉された領域に内側真空バッグ３を実質的に大気解放した状態で設置すると、図３に示すような従来の賦形方法ではバギングフィルム１２内を真空状態にすると繊維１１の賦形が開始されてしまうのに対して、素材Ｍの形状変化を一時的に止めておくことができる。そして、任意の内側真空バッグ３を選択して真空引きを行うことによって、素材Ｍの部分的な賦形が可能となる。その結果、下型２の凹角部に素材Ｍを確実に密着させ、目的の形状を有するプリフォームを製作することができる。

尚、内側真空バッグ３に取付けられるチューブ３Ａは外側真空バッグ４で密閉された領域内において、内側真空バッグ３内の真空引きによって平らに潰れることが望ましい。従って、内側真空バッグ３に取付けられるチューブ３Ａについても、内側真空バッグ３と同様に可撓性を有する材料で構成することが適切である。

また、図２に例示されるように内側真空バッグ３の長さを下型２の凹部の長さに合わせずに、下型２の凹部の長さと異なる長さとしてもよい。内側真空バッグ３の長さを外側真空バッグ４で密閉される領域の外部に突出する程長くする場合には、外側真空バッグ４と内側真空バッグ３との間並びに内側真空バッグ３と下型２との間をシーリングすることによって真空引き後における外側真空バッグ４内への空気の流入を防止することができる。

逆に内側真空バッグ３の長さを下型２の凸部２Ａの長さよりも短くしてもよい。その場合、外側真空バッグ４内の真空引きを行った直後には、素材Ｍの縁部分が隣接する凸部２Ａの間で突っ張り、下型２との間に空隙が生じる可能性がある。しかしながら、内側真空バッグ３内の真空引きを行えば、素材Ｍの中央部分の変形に追従して素材Ｍの縁部分も変形する。このため、素材Ｍの中央部分のみならず、縁部分についても下型２の凹部に密着させることができる。

素材Ｍは、賦形後におけるプリフォームの形状に対応する形状を有する剛体の下型２に、大気圧を利用して異なる位置及びタイミングで押し付けられることになる。従って、複数の内側真空バッグ３及び外側真空バッグ４によって、プリフォームの賦形前における素材Ｍを異なる位置及びタイミングで押し付ける圧力付加治具９が形成されると言うことができる。

圧力付加治具９を構成する外側真空バッグ４は、外側真空バッグ４で密閉された領域内における圧力と大気圧との間における差圧を異なる位置で素材Ｍに負荷する役割を担っている。一方、圧力付加治具９を構成する複数の内側真空バッグ３は、下型２と素材Ｍとの間に配置され、真空引きのタイミングを変えることによって、異なる位置及びタイミングで素材Ｍを下型２に押し付ける役割を担っている。そのために、複数の内側真空バッグ３は、素材Ｍを押し付けるための異なる位置に対応する位置、すなわち大気圧を利用してシート状の素材Ｍを押し付ける位置の裏側に配置されることになる。

そして、複数の内側真空バッグ３及び外側真空バッグ４で構成される圧力付加治具９を用いて素材Ｍを異なる位置及びタイミングで押し付けることによって賦形後におけるプリフォームを製作することができる。

製作対象となるプリフォームは、上述した通りドライプリフォームに限らず、樹脂を繊維に含浸させた後のプリフォームであっても良い。例えば、ドライプリフォームの賦形後に、外側真空バッグ４内及び各内側真空バッグ３内の真空引きを維持し、外側真空バッグ４内に未硬化の樹脂を注入すれば、繊維に樹脂を含浸させたプリフォームを製作することができる。その場合には、外側真空バッグ４又は下型２に樹脂を注入するための注入口が設けられる。

或いは、シート状の繊維に代えて、シート状のプリプレグの積層体を素材Ｍとして賦形することによって、繊維に樹脂を含浸させたプリフォームを製作することができる。すなわち、プリフォームとしてコルゲート型のプリプレグの積層体を賦形することができる。

また、プリフォームの形状はコルゲート型に限らず、複数の凹部を有する形状であってもよい。すなわち、下型２に内側真空バッグ３の配置対象となる凹部が少なくとも２つあれば、内側真空バッグ３の真空引きのタイミングを変えることによって、素材Ｍの突っ張りによる下型２との間における空隙の発生を防止する効果を得ることができる。このため、プリフォーム賦形装置１を用いれば、複数の凹部を有するドライプリフォーム又はプリプレグの積層体を賦形することができる。

下型２、複数の内側真空バッグ３及び外側真空バッグ４で構成されるプリフォーム賦形装置１を用いて素材Ｍの賦形を行う場合には、下型２の凸部２Ａ及び内側真空バッグ３と、外側真空バッグ４との間で素材Ｍを滑らせることが必要となる。そこで、素材Ｍを下型２の凸部２Ａ及び内側真空バッグ３に対して滑らせるためのシート２０を少なくとも下型２及び内側真空バッグ３と素材Ｍとの間に設けることができる。

加えて、ドライプリフォームを賦形する場合には、シート状の繊維に綻びが生じないようにすることも重要である。このため、綻びが生じないように繊維を下型２、内側真空バッグ３及び外側真空バッグ４に対してスムーズに滑らせる観点から、図示されるようにシート状の繊維の両面をシート２０で保護することが好ましい。

一方、素材Ｍがプリプレグの積層体である場合においても、プリプレグの積層体を下型２の凸部２Ａ、内側真空バッグ３及び外側真空バッグ４に粘着させずにスムーズに滑らせることが必要である。そこで、素材Ｍがプリプレグの積層体である場合においても、図示されるように素材Ｍの両面をシート２０で保護することが好ましい。

素材Ｍを滑り易くするためのシート２０の材質の候補としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、紙及びポリエチレンが挙げられる。

また、ドライプリフォームを賦形する場合には、ドライプリフォームの素材Ｍとして用いられるシート状の繊維の積層体の層間にバインダを配置することが、賦形後におけるドライプリフォームの形状をより確実に保持する観点から好ましい。例えば、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、コポリエステル又はこれらの混合物から成るヴェール状の熱可塑性バインダをシート状の繊維の間に挿入することができる。或いは、粉末状の熱可塑性バインダを繊維の間に入れるようにしてもよい。また、ゴム系やエポキシ系のバインダを使用してもよい。

熱可塑性のバインダを繊維層の間に配置する場合には、バインダが溶融するようにオーブン等で加熱することによってドライプリフォームの賦形が行われる。すなわち、熱可塑性のバインダを含むシート状の繊維の積層体は、オーブン内の高温環境で賦形される。そして、常温に戻すと、溶融した熱可塑性のバインダが賦形後におけるシート状の繊維の積層体の内部で再び硬化し、ドライプリフォームの形状を保持することができる。

また、ドライプリフォームの素材Ｍとして、ドライプリフォームの厚さ方向における強度を担うＺ糸を含むシート状の繊維を用いることもできる。Ｚ糸は、シート状の繊維の厚さ方向における強度を担う繊維であり、繊維を空間的に編み込むことによってＺ糸を含む繊維を製作することができる。繊維を空間的に編み込んだ織物は、三次元織物とも呼ばれる。実用的な例としては、シート状の繊維の厚さ方向が振幅方向となるように一部の繊維を波型に配置した三次元織物が挙げられる。

Ｚ糸を含む三次元織物をドライプリフォームの素材Ｍとすれば、熱可塑性のバインダの使用及び加熱を行わずにドライプリフォームの賦形を行うことができる。これは、Ｚ糸を含む三次元織物には、変形させた後の形状を保持する機能があるためである。

（複合材構造体の製造方法）
次にプリフォーム賦形装置１を用いた複合材構造体の製造方法について説明する。

図４は、図１に示すプリフォーム賦形装置１で製作したドライプリフォームを用いてパネルにコルゲート型の補強部材を取付けた複合材構造体を一体成形する方法を説明する図である。

まず、プリフォーム賦形装置１を用いてコルゲート型のドライプリフォームが製作される。そのために、ステップＳ１において、複数の凸部２Ａを有する下型２の各凸部２Ａ間にそれぞれ内側真空バッグ３が膨らんだ状態で配置される。

続いて、望ましくは両面がＰＴＦＥ等のシート２０で保護されたシート状の繊維の積層体が素材Ｍとして、下型２の各凸部２Ａ及び内側真空バッグ３の上に配置される。換言すれば、複数の内側真空バッグ３が、下型２と素材Ｍとの間であって、大気圧を利用して素材Ｍを下型２の凹部に押し付ける位置の裏側に配置される。

素材Ｍとなるシート状の繊維の積層体は、例えば、下型２の各凸部２Ａ及び内側真空バッグ３の上に自動積層装置で、或いは作業者が手で、シート状の繊維を積層することによって製作することができる。或いは、表面が平坦な別の剛体の治具の上にシート状の繊維を積層することによってシート状の繊維の積層体を製作するようにしてもよい。また、市販されているシート状の繊維の積層体を下型２の各凸部２Ａ及び内側真空バッグ３の上に載置するようにしてもよい。

シート状の繊維の層間には、粉末状又はヴェール状の熱可塑性バインダを入れることが好ましい。或いは、Ｚ糸入りの繊維の積層体を素材Ｍとしてもよい。Ｚ糸を含む繊維の積層体を素材Ｍとする場合には、バインダの使用を省略することができる。

続いて、複数の内側真空バッグ３が配置された状態で素材Ｍが外側から外側真空バッグ４で密閉される。すなわち、外側真空バッグ４がシーラント５で下型２に貼り付けられる。そして、外側真空バッグ４のチューブ４Ａが、真空引き用の配管７と連結される。他方、真空装置６の電源がオン状態に切換えられ、真空装置６が駆動する。

次に、外側真空バッグ４のチューブ４Ａに取付けられたコック８が開かれる。この時、各内側真空バッグ３のチューブ３Ａは配管７と連結されず、各内側真空バッグ３は大気開放される。このため、各内側真空バッグ３と外側真空バッグ４との間における空間のみから空気が排出される。その結果、外側真空バッグ４で密閉された閉領域が真空状態となる。従って、各内側真空バッグ３は膨らんだ状態となり、素材Ｍは、図１（Ａ）に示すように膨らんだ状態の複数の内側真空バッグ３と、下型２の各凸部２Ａの上に概ね平坦な状態で保持される。

次に、ステップＳ２において、各内側真空バッグ３のチューブ３Ａが真空引き用の配管７と連結され、加熱装置で雰囲気温度が上げられる。続いて、各内側真空バッグ３のチューブ３Ａに取付けられたコック８が異なるタイミングで順次開かれる。その結果、各内側真空バッグ３の内部から順次空気が排出され、各内側真空バッグ３の内部が異なるタイミングで真空状態とされる。具体例として、図１（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）に示すように中央の内側真空バッグ３から両端側の内側真空バッグ３に向かって順次真空引きが行われる。

これにより、各内側真空バッグ３が順次萎み、大気圧を利用して素材Ｍが下型２に異なる位置及びタイミングで押し付けられる。この時、素材Ｍは、真空引き前の内側真空バッグ３及び下型２の凸部２Ａと、外側真空バッグ４との間を滑りながら移動することになるが、ＰＴＦＥ等のシート２０で素材Ｍの両面を保護することによってスムーズに滑らせることができる。

全ての内側真空バッグ３内が真空状態となって萎むと、図１（Ｄ）に示すように素材Ｍがコルゲート型の下型２に隙間を発生させることなく密着する。素材ＭがＺ糸を含む繊維であり、熱可塑性バインダの導入が省略されている場合であれば、大気圧を利用した素材Ｍの下型２への押し当てによってドライプリフォーム３０の賦形が完了する。すなわち、コルゲート型に賦形されたドライプリフォーム３０が得られる。

一方、熱可塑性バインダが素材Ｍに含まれている場合には、オーブン等による加熱環境下でコルゲート型の下型２に素材Ｍを密着させる。その結果、コルゲート型に変形した素材Ｍの内部で熱可塑性バインダが溶融する。その後、空冷等によって素材Ｍが常温に戻されると、熱可塑性バインダがコルゲート型に変形した素材Ｍの内部で再硬化する。これにより、ドライプリフォーム３０の賦形が完了する。すなわち、コルゲート型に賦形されたドライプリフォーム３０が得られる。

一方、ステップＳ３において、複合材成形用の剛体の下型３１の上に、上面パネル又は下面パネル用のプリプレグ３２が積層される。そして、パネル用のプリプレグ３２の積層体が製作される。

次に、ステップＳ４において、下型３１の上に積層されたパネル用のプリプレグ３２の積層体の上に、コルゲート型のドライプリフォーム３０の形状に合わせた複数の中子治具３３が載置される。中子治具３３を載置する際には、必要に応じて位置決め用の治具が用いられる。

次に、ステップＳ５において、パネル用のプリプレグ３２の積層体及び複数の中子治具３３の上に、プリフォーム賦形装置１で製作されたコルゲート型のドライプリフォーム３０がセットされる。そのために、予めコルゲート型のドライプリフォーム３０がプリフォーム賦形装置１から取外される。

次に、ステップＳ６において、パネル用のプリプレグ３２の積層体及び複数の中子治具３３の上にセットされた状態のドライプリフォーム３０が真空バッグ３４でバギングされる。すなわち、真空バッグ３４で密閉された領域が真空装置３５で真空引きされる。そして、真空バッグ３４で密閉された領域に未硬化の熱硬化性樹脂３６が注入される。熱硬化性樹脂３６は、真空バッグ３４又は下型３１に設けた樹脂注入口から注入することができる。或いは、中子治具３３の端部を真空バッグ３４の外側に突出させて中子治具３３と下型３１及び真空バッグ３４との間をシーリングし、中子治具３３に設けた樹脂注入口から熱硬化性樹脂３６を真空バッグ３４で密閉された領域に注入するようにしても良い。これにより、コルゲート型のドライプリフォーム３０に未硬化の熱硬化性樹脂３６が含浸する。

次に、ステップＳ７において、パネル用のプリプレグ３２の積層体及びコルゲート型の繊維の積層体に含浸させた熱硬化性樹脂３６がオーブンやオートクレーブ装置等の加熱装置３７で加熱硬化される。これにより、パネル３８にコルゲート型の補強部材３９を取付けた構造を有する複合材構造体４０を製作することができる。パネル３８にコルゲート型の補強部材３９を取付けた構造を有する複合材構造体４０は、主翼、水平尾翼、垂直尾翼又は中央翼を構成する翼構造体用或いは胴体用の部品として使用することができる。

図４は、コルゲート型の補強部材３９をＶａＲＴＭ法で製作する一方、パネル３８についてはプリプレグを積層して加熱硬化するハイブリッド法で、パネル３８にコルゲート型の補強部材３９を取付けた複合材構造体４０を一体成形する方法を示しているが、プリフォーム賦形装置１を利用した他の成形方法によってパネル３８にコルゲート型の補強部材３９を取付けた複合材構造体４０を製作することもできる。

図５は、図１に示すプリフォーム賦形装置１を用いて製作したコルゲート型の補強部材３９と別に製作したパネル３８を組立てることによって、パネル３８にコルゲート型の補強部材３９を取付けた複合材構造体４０Ａを製作する方法を説明する図である。

まず、プリフォーム賦形装置１を用いてコルゲート型のプリプレグの積層体が製作される。そのために、ステップＳ２０において、複数の凸部２Ａを有する下型２の各凸部２Ａ間にそれぞれ内側真空バッグ３が膨らんだ状態で配置される。

続いて、望ましくは両面がＰＴＦＥ等のシート２０で保護されたシート状のプリプレグの積層体が素材Ｍとして、下型２の各凸部２Ａ及び内側真空バッグ３の上に配置される。換言すれば、複数の内側真空バッグ３が、下型２と素材Ｍとの間であって、大気圧を利用して素材Ｍを下型２の凹部に押し付ける位置の裏側に配置される。

素材Ｍとして使用される概ね平板状に積層されたプリプレグの積層体は、例えば、下型２の各凸部２Ａ及び内側真空バッグ３の上に自動積層装置で、或いは作業者が手で、シート状のプリプレグを積層することによって製作することができる。或いは、表面が平坦な別の剛体の治具の上にシート状のプリプレグを積層することによってプリプレグの積層体を製作するようにしてもよい。

続いて、図４のステップＳ１における作業と同様に、各内側真空バッグ３内を大気圧程度に保った状態で外側真空バッグ４による素材Ｍのバギングが実行される。これにより、素材Ｍは、図１（Ａ）に示すように膨らんだ状態の複数の内側真空バッグ３と、下型２の各凸部２Ａの上に概ね平坦な状態で保持される。

次に、ステップＳ２１において、図４のステップＳ２における作業と同様に、オーブン等で雰囲気温度を上げ、各内側真空バッグ３内の真空引きが順次行われる。これにより、プリプレグの積層体から成る素材Ｍを、図１（Ｄ）に示すようにコルゲート型の下型２に隙間を発生させることなく密着させることができる。その結果、コルゲート型に賦形されたプリプレグの積層体４１を製作することができる。すなわち、繊維に樹脂を含浸させたコルゲート型のプリフォームが得られる。

次に、ステップＳ２２において、コルゲート型に賦形されたプリプレグの積層体４１の加熱硬化が行われる。すなわち、外側真空バッグ４でバギングされた状態のプリプレグの積層体４１がオーブンやオートクレーブ装置等の加熱装置３７Ａで加熱硬化される。これにより、コルゲート型のプリプレグの積層体４１を素材としてコルゲート型の補強部材３９を成形することができる。

一方、ステップＳ２３において、複合材で構成されるパネル３８を所望の成形法で製作することができる。例えば、図４のステップＳ３に示すように、下型３１の上にパネル用のプリプレグを積層してオーブンやオートクレーブ装置等の加熱装置３７Ｂで加熱硬化することによって複合材製のパネル３８を製作することができる。

次に、ステップＳ２４において、複合材製のパネル３８と、コルゲート型の補強部材３９の組立が行われる。例えば、組立治具４２に複合材製のパネル３８を載置し、接着剤やファスナを用いてコルゲート型の補強部材３９をパネル３８に組付けることができる。これにより、パネル３８にコルゲート型の補強部材３９を取付けた構造を有する複合材構造体４０Ａを製作することができる。

図５に示す例の他、素材Ｍをシート状の繊維の積層体とし、ＶａＲＴＭ法で繊維に樹脂を含浸させたコルゲート型のプリフォームを製作するようにしてもよい。その場合においても、外側真空バッグ４でバギングされた状態のプリフォームをオーブンやオートクレーブ装置で加熱硬化することによってコルゲート型の補強部材３９を成形することができる。換言すれば、図４に示す例において、プリフォーム賦形装置１で製作されたコルゲート型のドライプリフォーム３０をプリフォーム賦形装置１から取り外さずに、そのままＶａＲＴＭ法によってコルゲート型の補強部材３９を成形するようにしてもよい。

このように、プリフォーム賦形装置１は、プリフォームの賦形用の装置として使用するのみならず、オーブンやオートクレーブ装置内に搬入して使用される複合材の加熱硬化用の複合材成形装置としても使用することができる。

（効果）
以上のような、プリフォーム賦形装置１、プリフォーム賦形方法及び複合材構造体の製造方法は、素材Ｍとともに複数の内側真空バッグ３を外側真空バッグ４でバギングし、内側真空バッグ３内を異なるタイミングで順次真空引きすることによって下型２の凹部に素材Ｍを確実に密着させるようにしたものである。

このため、プリフォーム賦形装置１、プリフォーム賦形方法及び複合材構造体の製造方法によれば、従来の手法では良好な品質で製作することが不可能であった、複雑な形状を有するプリフォーム及び複合材を簡易な装置で低コストで製作することができる。すなわち、大気圧を利用することによって凹凸を有する賦形型を下型２のみとすることができる。換言すれば、複雑な形状を有する上型を製作する必要が無い。

また、ＰＴＦＥ等のシート２０を敷くことによって繊維の乱れを防ぎつつ下型２、内側真空バッグ３及び外側真空バッグ４に対して素材Ｍをスムーズに滑らせることができる。

（第２の実施形態）
図６は本発明の第２の実施形態に係るプリフォーム賦形装置を用いたプリフォーム賦形方法を説明する図である。

図６に示された第２の実施形態におけるプリフォーム賦形装置１Ａを用いたプリフォーム賦形方法では、外側真空バッグ４と素材Ｍとの間に下型２の凹部の形状に対応する形状を有する剛体のプレート５０を設置するようにした点が第１の実施形態におけるプリフォーム賦形装置１を用いたプリフォーム賦形方法と相違する。第２の実施形態における他の構成及び作用については第１の実施形態と実質的に異ならないため同一の構成又は対応する構成については同符号を付して説明を省略する。

図６に示すように、外側真空バッグ４と素材Ｍとの間に下型２の凹部の形状に対応する形状を有する剛体のプレート５０を設置することができる。この場合、素材Ｍは、図６（Ａ）に示すように、複数の内側真空バッグ３と、複数のプレート５０で挟み込まれることになる。

プレート５０は、例えば、必要な強度を有する金属や複合材で製作することができる。また、熱可塑性バインダを溶融するために賦形時に加熱する場合やプリフォーム賦形装置１Ａを用いて複合材の加熱硬化を行う場合には、プレート５０は加熱に対する耐熱性を有する素材で製作される。

プレート５０の形状は、隣接する凸部２Ａ間における距離と同等な幅を有する形状とされる。プレート５０の長さは、例えば、内側真空バッグ３の長さ又は凸部２Ａの長さと同等にすることができる。

このように、素材Ｍを内側真空バッグ３と適切な幅を有するプレート５０で挟み込むと、図６（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）に示すように、内側真空バッグ３を萎ませた後、剛体のプレート５０を凹部にフィットさせることができる。その結果、コルゲート型のドライプリフォーム又はプリプレグの積層体のように、複数の凹部を有するドライプリフォーム又はプリプレグの積層体を賦形する場合において、図６（Ｄ）に示すように、下型２の凹部のコーナーに形成されるＲ面取り部分に素材Ｍをより確実に押し当てることができる。すなわち、素材Ｍと下型２の凹部との間における隙間の発生を一層確実に防止することができる。このため、一層良好な品質でプリフォームの賦形を行うことが可能となる。

（第３の実施形態）
図７は本発明の第３の実施形態に係るプリフォーム賦形装置を用いたプリフォーム賦形方法を説明する図である。

図７に示された第３の実施形態におけるプリフォーム賦形装置１Ｂを用いたプリフォーム賦形方法では、下型２の凹部内に複数の内側真空バッグ３を配置した点が第１の実施形態におけるプリフォーム賦形装置１を用いたプリフォーム賦形方法と相違する。第３の実施形態における他の構成及び作用については第１の実施形態と実質的に異ならないため同一の構成又は対応する構成については同符号を付して説明を省略する。

図７（Ａ）に示すように、下型２の隣接する凸部２Ａの間に複数の内側真空バッグ３を配置するようにしてもよい。この場合、隣接する凸部２Ａの間において、異なるタイミングで順次複数の内側真空バッグ３の真空引きを行うことができる。例えば、図７（Ａ）に示すように、３つの内側真空バッグ３を隣接する凸部２Ａの間にそれぞれ配置し、中央の凹部に最初に素材Ｍを押し当てる場合であれば、図７（Ｂ−１）に示すように、中央の凹部については中央に配置された内側真空バッグ３の真空引きを行って潰した後、図７（Ｂ−２）に示すように、両側に配置された２つの内側真空バッグ３の真空引きを行って潰すことができる。

そして、中央の凹部に隣接する２つの凹部については、図７（Ｃ−１）、（Ｃ−２）、（Ｃ−３）に示すように、中央の凹部に近い内側真空バッグ３から順番に内側真空バッグ３の真空引きを行って潰すことができる。そして、最後に両端側における片側のみに凸部２Ａが存在する２つの凹部に配置された各内側真空バッグ３の真空引きを行って、図７（Ｄ）に示すように、潰すことができる。

そうすると、隣接する凸部２Ａ間に形成される凹部に素材Ｍを徐々に押し当てていくことができる。このため、素材Ｍを滑らせる距離を一定の距離以下とし、綻びや皺の発生を一層抑制することができる。また、隣接する凸部２Ａ間において素材Ｍが両側に引っ張られて突っ張ることを回避し、下型２の凹部のコーナーに形成されるＲ面取り部分に素材Ｍをより確実に押し当てることができる。

（第４の実施形態）
図８は本発明の第４の実施形態に係るプリフォーム賦形装置を用いたプリフォーム賦形方法を説明する図である。

図８に示された第４の実施形態におけるプリフォーム賦形装置１Ｃを用いたプリフォーム賦形方法では、湾曲したパネル状のプリフォームを賦形するようにした点が第１の実施形態におけるプリフォーム賦形装置１を用いたプリフォーム賦形方法と相違する。第４の実施形態における他の構成及び作用については第１の実施形態と実質的に異ならないため同一の構成又は対応する構成については同符号を付して説明を省略する。

図８に示すように、複数の内側真空バッグ３及び外側真空バッグ４で構成される圧力付加治具９と、下型２によって、凸状又は凹状に湾曲したパネル状のプリフォームを賦形することもできる。すなわち、湾曲した構造を有するドライプリフォーム又はプリプレグの積層体を賦形することができる。

湾曲したパネル状のプリフォームを賦形する場合、賦形後におけるプリフォームの形状に対応する形状を有する剛体の型である下型２の表面は、局所的な凹凸の無い湾曲した形状となる。図８に示す例では、凹状に湾曲した曲面が下型２の表面に形成されている。

複数の内側真空バッグ３は、図８（Ａ）に示すように、湾曲した下型２の表面に膨らませた状態で並列配置することができる。そして、複数の内側真空バッグ３の上に、望ましくは両面がＰＴＦＥ等のシート２０で保護されたシート状の素材Ｍを載置し、素材Ｍの大気側を外側真空バッグ４でバギングすることができる。

そうすると、図８（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、複数の内側真空バッグ３を異なるタイミングで順次真空引きすることによって萎ませることができる。このため、素材Ｍの賦形位置を変えながら、素材Ｍを徐々に下型２の表面に押し当てていくことができる。その結果、素材Ｍの急激な変形を回避し、綻びや皺の発生を抑制することができる。

尚、図８は、凹状に湾曲した下型２の表面に３つの内側真空バッグ３を並列配置し、中央の内側真空バッグ３を潰した後に両側の２つの内側真空バッグ３を潰すことによって、素材Ｍを凹状に湾曲した下型２の表面に押し付ける場合の例を示している。もちろん、一方の端部側における内側真空バッグ３から他方の端部側における内側真空バッグ３に向かって順次内側真空バッグ３を潰すようにしても良い。

また、図８に示す例ではプリフォームの湾曲の程度が比較的緩やかであるが、もちろん、起伏の激しいプリフォームを賦形することができる。具体例として、自動積層装置でシート状の繊維又はプリプレグを積層することが困難な、縁が鉛直方向に切り立ったような構造を有するプリフォームであっても賦形が可能となる。

（第５の実施形態）
図９は本発明の第５の実施形態に係るプリフォーム賦形装置を用いたプリフォーム賦形方法を説明する図である。

図９に示された第５の実施形態におけるプリフォーム賦形装置１Ｄを用いたプリフォーム賦形方法では、プリフォームの賦形前における素材Ｍを異なる位置及びタイミングで下型２に押し付ける圧力付加治具９Ａを、剛体の上型６０及び袋状の複数の圧力バッグ６２で構成した点が第１の実施形態におけるプリフォーム賦形装置１を用いたプリフォーム賦形方法と相違する。第５の実施形態における他の構成及び作用については第１の実施形態と実質的に異ならないため同一の構成又は対応する構成については同符号を付して説明を省略する。

図９に示すように、大気圧を利用せずに剛体の上型６０を素材Ｍに押し当てることによって素材Ｍに圧力を負荷するようにしてもよい。この場合、第１の実施形態において大気圧を負荷するための圧力付加治具９の構成要素として用いられる外側真空バッグ４は、第５の実施形態における圧力付加治具９Ａの構成要素としては用いられない。また、素材Ｍの賦形時に真空引きを行う内側真空バッグ３に代えて、素材Ｍの賦形時に空気を注入して膨らませる圧力バッグ６２が第５の実施形態における圧力付加治具９Ａの構成要素として用いられる。

具体的には、図９（Ａ）に示すように、下型２の各凸部２Ａの上に賦形前における素材Ｍを配置することができる。続いて、賦形前における素材Ｍの上に複数の圧力バッグ６２を潰した状態で載置することができる。各圧力バッグ６２は、内部に空気を注入した状態で下型２の各凹部にフィットする形状とされる。また、各圧力バッグ６２は、素材Ｍを挟んで対応する凹部の逆側に載置される。

そして、潰れた状態の複数の圧力バッグ６２が載置された素材Ｍに、平坦な表面を有する上型６０を押し当てることができる。換言すれば、下型２との間で素材Ｍを挟み込むための別の剛体の上型６０と素材Ｍとの間に、それぞれ袋状の構造を有する複数の圧力バッグ６２を萎んだ状態で異なる位置に配置することができる。

上型６０は、例えば汎用のプレス機等の移動機構６１によって鉛直方向に移動させることができる。尚、大気圧を利用しないため、上型６０を固定し、下型２を昇降機等で移動させるようにしてもよい。

そして、図９（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）に示すように、素材Ｍを下型２と上型６０との間に挟み込んだ状態で、複数の圧力バッグ６２を異なるタイミングで順次膨らませることができる。そうすると、複数の圧力バッグ６２から異なるタイミングで素材Ｍに負荷される力によって、素材Ｍを下型２に異なる位置及びタイミングで押し付けることができる。複数の圧力バッグ６２を膨らませる順序は、第１の実施形態において複数の内側真空バッグ３を萎ませる順序と同様に決定することができる。すなわち、素材Ｍが凸部２Ａを挟んで両側に引っ張られないように、複数の圧力バッグ６２を膨らませる順序を決定することができる。

各圧力バッグ６２には、内側真空バッグ３と同様に、チューブ６２Ａを取付けることができる。各チューブ６２Ａは、コック８を介して共通の配管６３と連結することができる。そうすると、コック８の開閉によって、共通の空気供給装置６４を用いて、異なるタイミングで複数の圧力バッグ６２内に空気を注入して膨らませることができる。もちろん、各圧力バッグ６２に別々に空気供給装置６４を連結するようにしてもよい。

素材Ｍが下型２の凹部に向かって変形する際には、下型２及び上型６０に対して滑ることになる。従って、圧力付加治具９Ａを、剛体の上型６０と複数の圧力バッグ６２で構成する場合においても、素材Ｍの両面をＰＴＦＥ等のシート２０で保護することによって素材Ｍをスムーズに滑らせることができる。また、繊維の綻びを防止することもできる。

圧力付加治具９Ａを、剛体の上型６０と複数の圧力バッグ６２で構成する場合においても、ＲＴＭ法による複合材の成形が可能である。プリフォーム賦形装置１Ｄを用いてＲＴＭ法による複合材の成形を行う場合には、下型２、上型６０或いはドライプリフォームの端部に、賦形後のドライプリフォームに樹脂を注入するための注入管６５を設置する一方、下型２に真空引き用の配管６６を連結すればよい。図９に示す例では、樹脂を浸透させることが重要なコルゲート型のドライプリフォームの山の部分に確実に樹脂が浸透するように、下型２の各凸部２Ａに繊維を押し付ける上型６０の部分に樹脂を注入するための注入管６５が埋設されている。一方、下型２の各凹部において開口する配管６６が、真空装置６７と連結されている。

もちろん、素材Ｍをプリプレグの積層体とし、賦形後のプリフォームをオーブンやオートクレーブ装置で加熱硬化することによって複合材を成形することもできる。その場合には、プリフォーム賦形装置１Ｄを複合材の加熱成形用の装置として用いることができる。

以上のような第５の実施形態によれば、凹凸の無い単純な構造を有する上型６０を用いて、コルゲート型のプリフォームのように凹凸を有する複雑な形状を有するプリフォームを良好な品質で賦形することができる。

尚、第５の実施形態において、第２の実施形態で説明したような剛体のプレート５０を使用してもよい。具体的には、各圧力バッグ６２と素材Ｍとの間にプレート５０を挟んで配置することができる。これにより、素材Ｍを一層確実に下型２の凹部に形成されるコーナーに沿って変形させることができる。また、第３の実施形態と同様に、下型２の隣接する凸部２Ａ間に複数の圧力バッグ６２を載置して第３の実施形態と同様な順序で順次膨らませるようにしてもよい。もちろん、第４の実施形態のように、湾曲したパネル状のプリフォームを賦形する場合においても、湾曲した表面を有する下型２の上に複数の圧力バッグ６２を配置し、下型２と上型６０との間で順次圧力バッグ６２を膨らませることによってプリフォームの賦形を行うことができる。

（第６の実施形態）
図１０は本発明の第６の実施形態に係るプリフォーム賦形装置を用いたプリフォーム賦形方法を説明する図である。

図１０に示された第６の実施形態におけるプリフォーム賦形装置１Ｅを用いたプリフォーム賦形方法では、プリフォームの賦形前における素材Ｍを異なる位置及びタイミングで下型２に押し付ける圧力付加治具９Ｂを、分割された複数の剛体の上型７０で構成した点が第１の実施形態におけるプリフォーム賦形装置１を用いたプリフォーム賦形方法と相違する。第６の実施形態における他の構成及び作用については第１の実施形態と実質的に異ならないため同一の構成又は対応する構成については同符号を付して説明を省略する。

図１０（Ａ）に示すように、下型２の上に素材Ｍを載置した後、図１０（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）に示すように異なる位置で素材Ｍに圧力を負荷するための複数の剛体の上型７０を異なるタイミングで素材Ｍに順次押し当てることができる。これにより、素材Ｍを下型２に異なる位置及びタイミングで押し付けることができる。各上型７０は、下型２の凹部にフィットする形状を有する。このため、素材Ｍを下型２の各凹部にフィットさせることができる。

複数の上型７０は、例えば汎用のプレス機等の複数の移動機構７１によって鉛直方向に移動させることができる。複数の移動機構７１は、作業者がスイッチを操作することによって手動で駆動させても良いし、図１０に示すように電子回路等で構成される制御装置７２で自動制御するようにしてもよい。

複数の上型７０を下方に移動させて素材Ｍを押し下げる順序は、第１の実施形態において複数の内側真空バッグ３を萎ませる順序と同様に決定することができる。すなわち、素材Ｍが凸部２Ａを挟んで両側に引っ張られないように、複数の上型７０を下型２の凹部に向けて押し下げる順序を決定することができる。

素材Ｍが下型２の凹部に向かって変形する際には、下型２の凸部２Ａに対して滑ることになる。従って、素材Ｍと下型２との間にＰＴＦＥ等のシート２０を挿入することによって素材Ｍを下型２に対してスムーズに滑らせることができる。また、繊維の綻びを防止することもできる。

圧力付加治具９Ｂを、複数の剛体の上型７０で構成する場合においても、ＲＴＭ法による複合材の成形が可能である。プリフォーム賦形装置１Ｅを用いてＲＴＭ法による複合材の成形を行う場合には、下型２、上型７０、上型７０間に形成される隙間或いはドライプリフォームの端部に、賦形後のドライプリフォームに樹脂を注入するための注入管７３を配置する一方、下型２に真空引き用の配管６６を連結すればよい。図１０に示す例では、樹脂を浸透させることが重要なコルゲート型のドライプリフォームの山の部分に確実に樹脂が浸透するように、隣接する上型７０間に形成される隙間から下型２の各凸部２Ａに押し当てられている繊維に向かって樹脂を注入するための注入管７３が配置されている。一方、下型２の各凹部において開口する配管６６が、真空装置６７と連結されている。

もちろん、素材Ｍをプリプレグの積層体とし、賦形後のプリフォームをオーブンやオートクレーブ装置で加熱硬化することによって複合材を成形することもできる。その場合には、プリフォーム賦形装置１Ｅを複合材の加熱成形用の装置として用いることができる。

以上のような第６の実施形態によれば、コルゲート型のプリフォームのように凹凸を有する複雑な形状を有するプリフォームを一層良好な品質で賦形することができる。また、袋状のブラダーバッグの載置やバギングフィルムを用いたバギングが不要となるため作業者の労力及び作業時間を低減させることができる。

（他の実施形態）
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。

Claims (5)

1. 複数の凹部を有するドライプリフォーム又はプリプレグの積層体として製作される賦形後におけるプリフォームの形状に対応する形状を有する剛体の型と、
   前記プリフォームの賦形前における素材を前記型に異なる位置及びタイミングで押し付ける圧力付加治具と、
   を備え、
   前記圧力付加治具は、
   前記型と前記素材との間であって前記異なる位置に対応する位置に配置され、それぞれ袋状の構造を有する複数の内側真空バッグと、
   前記複数の内側真空バッグが配置された状態で前記素材を外側から密閉するための外側真空バッグと、
   前記外側真空バッグと前記素材との間に配置され、前記複数の凹部の形状にそれぞれ対応する形状を有する複数の剛体のプレートと、
   を有し、
   前記外側真空バッグで密閉された領域を真空状態とする一方、前記複数の内側真空バッグの内部を前記異なるタイミングで真空状態とすることによって大気圧を利用して前記素材を前記型に前記異なる位置及びタイミングで押し付けるように構成され、かつ前記複数の剛体のプレートで前記素材と前記型との間における隙間の発生を防止するように構成されるプリフォーム賦形装置。
2. 賦形後におけるプリフォームの形状に対応する形状を有する剛体の型に、異なる位置及びタイミングで前記プリフォームの賦形前における素材に圧力を負荷できるように構成された圧力付加治具を用いて前記素材を前記異なる位置及びタイミングで押し付けることによって前記賦形後における前記プリフォームとして複数の凹部を有するドライプリフォーム又はプリプレグの積層体を製作するプリフォーム賦形方法であって、
   それぞれ袋状の構造を有する複数の内側真空バッグを前記型と前記素材との間であって前記異なる位置に対応する位置に配置するステップと、
   前記複数の内側真空バッグが配置された状態で前記素材を外側から外側真空バッグで密閉するステップとを有し、
   前記外側真空バッグで密閉された領域を真空状態とする一方、前記複数の内側真空バッグの内部を前記異なるタイミングで真空状態とすることによって大気圧を利用して前記素材を前記型に前記異なる位置及びタイミングで押し付け、かつ
   前記外側真空バッグと前記素材との間に前記凹部の形状に対応する形状を有する剛体のプレートを設置することによって、前記素材と前記型との間における隙間の発生を防止するプリフォーム賦形方法。
3. 賦形後におけるプリフォームの形状に対応する形状を有する剛体の型に、異なる位置及びタイミングで前記プリフォームの賦形前における素材に圧力を負荷できるように構成された圧力付加治具を用いて前記素材を前記異なる位置及びタイミングで押し付けることによって前記賦形後における前記プリフォームを製作するプリフォーム賦形方法であって、
   前記型の上に賦形前における前記素材を配置する一方、前記型との間で前記素材を挟み込むための別の剛体の型と前記素材との間に、それぞれ袋状の構造を有する複数の圧力バッグを萎んだ状態で前記異なる位置に配置し、
   前記素材を前記型と前記別の型との間に挟み込んだ状態で、前記複数の圧力バッグを前記異なるタイミングで膨らませることによって前記素材を前記型に前記異なる位置及びタイミングで押し付けるプリフォーム賦形方法。
4. 請求項２又は３記載のプリフォーム賦形方法で前記プリフォームとしてコルゲート型のドライプリフォームを賦形するステップと、
   製作された前記コルゲート型のドライプリフォームの形状に合わせた複数の中子治具を、剛体の下型の上に積層されたパネル用のプリプレグの積層体の上に載置し、載置した前記複数の中子治具の上に前記ドライプリフォームをセットするステップと、
   前記複数の中子治具の上にセットされた前記ドライプリフォームを真空バッグでバギングした状態で前記真空バッグで密閉された領域に未硬化の熱硬化性樹脂を注入することによって前記未硬化の熱硬化性樹脂を前記ドライプリフォームに含浸させるステップと、
   前記パネル用のプリプレグの積層体及び前記ドライプリフォームに含浸させた前記熱硬化性樹脂を加熱硬化することによって前記パネルに前記コルゲート型の補強部材を取付けた構造を有する複合材構造体を製作するステップと、
   を有する複合材構造体の製造方法。
5. 請求項２又は３記載のプリフォーム賦形方法で前記プリフォームとしてコルゲート型のドライプリフォーム又はプリプレグの積層体を賦形するステップと、
   製作された前記コルゲート型のドライプリフォーム又はプリプレグの積層体を素材として前記コルゲート型の複合材を成形するステップと、
   複合材で構成されるパネルを製作するステップと、
   前記コルゲート型の複合材と、前記パネルを組立てることによって、前記パネルに前記コルゲート型の補強部材を取付けた構造を有する複合材構造体を製作するステップと、
   を有する複合材構造体の製造方法。

Images