JP2001048096A - 複合材翼の製造方法 - Google Patents
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Abstract
の加熱硬化で成形することで、成形工程の短縮と組立て
工数の削減を可能にする。 【解決手段】 強化繊維織物10,11,12,16,
17をマンドレル9,14,15に積層し、これら強化
繊維織物を翼構造にしたがって配置して組立て周囲を治
具2,3で密閉し、強化繊維織物に含浸された熱硬化性
樹脂をを半硬化させて形成される後桁20と小骨21と
上下外板22,23からマンドレル9,14,15およ
び治具2,3を外し、同様な方法で成形された半硬化前
桁24を接着剤を介して小骨21および上下外板22,
23に接合し、前桁と後桁と小骨と上下外板を高温で加
熱硬化させて一体結合する。
Description
複合材翼の製造方法に係り、特に従来のコンセプトから
なり、箱型の閉鎖空間をもつ構造の複合材翼を高温下の
1回の加熱硬化で成形し、成形工程の短縮と組立て工数
の削減を可能にする複合材翼の製造方法に関する。
ウム材のビルドアップ構造であり、さらに軽量化を図る
ために、比強度の高い複合材を使用した航空機の主翼が
開発されている。
る桁、外板、リブ等の部品をRTM法やハンドアップ法
等により個別に成形し、個別に成形した部品を接着組立
やファスナ組立によりボックス構造を組み立てるように
している。
翼においては、箱型構造を構成する桁、外板、リブ等の
部品を成形するために、部品個別の成型治具が必要であ
り、また、部品の成形を高温の加熱硬化で行うため、成
型治具を耐熱性材料で作らなければならないという問題
点がある。
主翼を接着組立で行う場合、部品製造と接着組立てのた
めに、2回の高温の加熱硬化が必要であり、しかも、接
着組立てのために複雑な治具を必要とするという問題点
がある。
柔らかい材料であるので、マンドレルを使用して成形す
べき形状に保持しなければならず、硬化後にマンドレル
を除く必要があり、従来の翼構造のように閉鎖空間を持
つ構造は一体成形できず、マンドレルを除くための開口
部を設けて成形し、別に成形した開口部の部材を成形後
にファスナー結合もしくは接着結合により組み立てなけ
ればならない。
主翼をファスナ組立で行う場合、組立て治具が必要であ
るとともに組立てに時間がかかるという問題点がある。
で、箱型の閉鎖空間をもつ構造の複合材翼を低温による
半硬化と1回の加熱硬化で成形することで、成形工程の
短縮と組立て工数の削減を可能にする複合材翼の製造方
法を提供することを目的とする。
方法は、マンドレルに積層した強化繊維織物を治具で密
閉し、熱硬化性樹脂を治具内に導入して半硬化させた
後、マンドレルと治具を除去して半硬化状態の強化繊維
樹脂複合材の翼の構成部品もしくは構成部品を結合した
一体部品を製作し、半硬化した部品を接着剤を介して組
み立て固定して加熱硬化して構成される。
後桁と、前桁と後桁の間に配された小骨と、これらの上
下を覆う上下外板とを備えた複合材翼の製造方法におい
て、後桁と小骨と上下外板を補強する強化繊維織物をマ
ンドレルに積層し、これら強化繊維織物を翼構造にした
がって配置して組立て周囲を治具で密閉し、熱硬化性樹
脂を治具に導入して熱硬化性樹脂を強化繊維織物に含浸
させて半硬化させ、熱硬化性樹脂を半硬化させて形成さ
れる後桁と小骨と上下外板からマンドレルおよび治具を
外し、同様な方法で成形した熱硬化性樹脂を半硬化させ
た前桁を接着剤を介して小骨および上下外板に接合し、
前桁と後桁と小骨と上下外板を加熱硬化させて一体結合
することを特徴とする。
参照して説明する。
の複合材翼の製造方法に用いられる密閉治具1を示し、
この密閉治具1は、後桁と小骨と上下外板をRTM法で
熱硬化性樹脂を含浸させ半硬化させるようにセットした
際の小骨のない部分を通る断面を図1で示され、後桁と
小骨と上下外板をRTM法で熱硬化性樹脂を含浸させ半
硬化させるようにセットした際の小骨を通る断面を図2
で示されている。ここで、半硬化とは、樹脂は固体化し
ているが完全に硬化(架橋)していない状態で、完全に
硬化させる温度の180℃程度以下の温度下では液化
(ゲル化)しない程度の硬化状態をいう。ただし、この
ゲル化というのは、ガラス転移点を意味しない。こうし
た半硬化の状態では、油化シェルエポキシ株式会社製の
商標名エピコート6003(主剤)と商標名エピキュア
150D(硬化剤)を決められた割合で配合した2液混
合タイプの熱硬化性樹脂を60℃の温度下で約12時間
放置した時に得られる状態に相当する。
3を有し、上型治具2と下型治具3は図示しない締結具
により密閉空間4を形成するように結合される。下型治
具3には密閉空間4に通じるパイプ5が弁6を介して接
続され、上型治具2には密閉空間4に通じるパイプ7が
弁8を介して接続される。
に外板用マンドレル9が配置されている。外板用マンド
レル9に上外板用強化繊維織物10と下外板用強化繊維
織物11と後桁用強化繊維織物12が積層されている。
上外板用強化繊維織物10と下外板用強化繊維織物11
は図6では一体であるが別体であってもよい。
に小骨用マンドレル13,14,15が配置されてい
る。小骨用マンドレル14に小骨用強化繊維織物16が
積層され、小骨用マンドレル15に小骨用強化繊維織物
17が積層されている。
20と小骨21と上下外板22,23と熱硬化性樹脂の
半硬化品である前桁24とを接着し硬化させる成形治具
30を示す。
23と後桁20を所定形状に保持する外板用治具31
と、半硬化状態の前桁と外板を接合した状態に保持する
前桁クランプ32とを有する。外板用治具31は、図4
に示すように、着脱自在な2つ部材33,34を有し、
半硬化品である後桁20と小骨21と上下外板22,2
3を予め定めた位置関係に保持する。前桁クランプ32
は、図5に示すように、半硬化品である前桁24を上下
外板22,23(図5では一方の外板23を示す)に接
着剤を介して接合する状態に保持する。
6ないし図10により説明する。
面織物の素材を前桁と後桁と小骨と上下外板のそれぞれ
に相応する寸法に裁断することで上外板用強化繊維織物
10と下外板用強化繊維織物11と後桁用強化繊維織物
12と小骨用強化繊維織物16,17と前桁用強化繊維
織物18を形成する。
維織物16,17を小骨用マンドレル14,15に積層
し、上外板用強化繊維織物10と下外板用強化繊維織物
11と後桁用強化繊維織物12を外板用マンドレル9,
9,9に積層するとともに、図7に示すように、前桁用
強化繊維織物18を図示しない前桁用マンドレルに積層
する。これにより、各強化繊維織物は所定の形状に予備
成形される。
用強化繊維織物10,11とと後桁用強化繊維織物12
は、成形しようとする複合材翼構造にしたがって配置さ
れ組立てられ周囲を上型治具2と下型治具3で密閉され
る。
形成される密封空間4を真空引きし、比較的低温でも硬
化する特性を有する前記2液混合タイプの熱硬化性樹脂
を真空状態の密封空間4に注入する。密封空間4の真空
引きは、上型治具2に接続されたパイプ7により行な
い、密封封空間4への熱硬化性樹脂の注入は、下型治具
3に接続されたパイプ5により行なう。上型治具2に接
続されたパイプ7からの真空引きは、下型治具3に接続
されたパイプ5から注入される熱硬化樹脂が上型治具2
に接続されたパイプ7からでてくるまで行なわれる。
は、強化繊維織物10,11,12,16,17に含浸
される。強化繊維織物10,11,12,16,17へ
の熱硬化性樹脂の含浸が確認されると、図示しない制御
手段により熱硬化性樹脂を温度60℃で約12時間加熱
処理し熱硬化性樹脂を半硬化状態にする。
強化繊維織物18を図示しない前桁用マンドレルに積層
し、周囲を上型治具2aと下型治具3aで密閉し、密封
空間を真空引きし、比較的低温でも硬化する特性を有す
る前記2液混合タイプの熱硬化性樹脂を真空状態の密封
空間に注入し、密封封空間4へ注入された熱硬化樹脂を
前桁用強化繊維織物18に含浸させ、含浸された熱硬化
性樹脂を温度60℃で約12時間加熱処理し熱硬化性樹
脂を半硬化状態にする。
7に含浸された熱硬化性樹脂の半硬化が確認されたら、
上型治具2と下型治具3を開き、半硬化の後桁20と小
骨21と上下外板10,11からマンドレル9,13,
14,15を取り外し、さらに上型治具2と下型治具3
も取り外す。マンドレル9,13,14,15と上型治
具2と下型治具3を取り外した半硬化状態の一体成型品
40を図8に示す。
に半硬化の前桁24を図8に示すように対向配置し、一
体成型品40と前桁24の接合する部位、すなわち図9
で斜線で示す小骨21および上下外板22,23と前桁
24の部位に接着剤を塗布し、一体成型品40と前桁2
4を接着剤を介して接合する。
と前桁24は、半硬化状態の外板22,23と後桁20
を保持する外板用治具31と、半硬化状態の前桁24と
外板22,23を接合した状態に保持する前桁クランプ
32とを有する成形治具30により所定形状を保持され
る。
半硬化一体成型品40と前桁24は、温度180℃で約
2時間高温加熱して、熱硬化性樹脂と接着剤を同時に硬
化処理し、図10に示す複合材翼50を成形する。この
高温加熱硬化処理を行う際に、半硬化一体成型品40と
前桁24の外表面全体を抑えるように別の治具を配設す
ることができる。
半硬化し、最も作業性の改善と低コスト化が図れる例と
して、外板と後桁と小骨とを一体にして半硬化させる翼
部品を製作し、同時に別に半硬化させた前桁を接着剤を
介して接合し、加熱硬化処理して製造する方法を紹介し
たが、本製造方法はこの例のみに拘束されない。
桁と小骨とを一体にして半硬化させた繊維強化樹脂製の
翼部品を製作し、別に製造した半硬化の繊維強化樹脂製
の他方の外板を高温硬化型の接着剤を介して接合し加熱
硬化させることもできる。この方法でも、加熱硬化の際
に翼の周端を位置決めすることで外板の位置ずれを防ぐ
ことができる。
を、それぞれのマンドレルに積層した強化繊維をそれぞ
れ別個に製作された型内に密閉して熱硬化性樹脂を圧入
し含浸させて半硬化させ型とマンドレルを除去して半硬
化状態の各部品とし、上下外板間に、前後桁および小骨
を高温硬化型の接着剤を介して接合して固定し、加熱処
理して硬化させることもできる。硬化時の小骨の位置ず
れを防止するには、桁等に設けられた点検孔を利用し
て、ボルト(タックボルト)で数箇所固定することで行
うことができる。
製造方法は、マンドレルに積層した強化繊維織物を治具
で密閉し、熱硬化性樹脂を治具内に導入して半硬化させ
た後、マンドレルと治具を除去して半硬化状態の強化繊
維樹脂複合材の翼の構成部品もしくは構成部品を結合し
た一体部品を製作し、半硬化した部品を接着剤を介して
組み立て固定して加熱硬化するので、箱型の閉鎖空間を
もつ構造の複合材翼を1回の加熱硬化により成形するこ
とができ、成形工程の短縮と組立て工数の削減を可能に
する。
桁と小骨と上下外板を補強する強化繊維織物をマンドレ
ルに積層し、これら強化繊維織物を翼構造にしたがって
配置して組立て周囲を治具で密閉し、熱硬化性樹脂を治
具に導入して熱硬化性樹脂を強化繊維織物に含浸させて
半硬化させ、熱硬化性樹脂を半硬化させて形成される後
桁と小骨と上下外板からマンドレルおよび治具を外し、
同様な方法で成形した熱硬化性樹脂を半硬化させた前桁
を接着剤を介して小骨および上下外板に接合し、前桁と
後桁と小骨と上下外板を加熱硬化させて一体結合するの
で、箱型の閉鎖空間をもつ構造の複合材翼を低温による
仮硬化と高温による1回の加熱硬化で成形でき、成形工
程の短縮と組立て工数の削減を可能にする。
治具の断面図。
治具の他の部位の断面図。
させる成形治具を示す図。
板、後桁および小骨と各マンドレルと製作用治具を示す
図。
用の強化繊維と製作用治具を示す図。
化された各部品を示す図。
剤を塗布した状態を示す図。
た複合材翼を示す図。
Claims (2)
- 【請求項1】マンドレルに積層した強化繊維織物を治具
で密閉し、熱硬化性樹脂を治具内に導入して半硬化させ
た後、マンドレルと治具を除去して半硬化状態の強化繊
維樹脂複合材の翼の構成部品もしくは構成部品を結合し
た一体部品を製作し、半硬化した部品を接着剤を介して
組み立て固定して加熱硬化することを特徴とする複合材
翼の製造方法。 - 【請求項2】前桁と、後桁と、前桁と後桁の間に配され
た小骨と、これらの上下を覆う上下外板とを備えた複合
材翼の製造方法において、後桁と小骨と上下外板を補強
する強化繊維織物をマンドレルに積層し、これら強化繊
維織物を翼構造にしたがって配置して組立て周囲を治具
で密閉し、熱硬化性樹脂を治具に導入して熱硬化性樹脂
を強化繊維織物に含浸させて半硬化させ、熱硬化性樹脂
を半硬化させて形成される後桁と小骨と上下外板からマ
ンドレルおよび治具を外し、同様な方法で成形した熱硬
化性樹脂を半硬化させた前桁を接着剤を介して小骨およ
び上下外板に接合し、前桁と後桁と小骨と上下外板を加
熱硬化させて一体結合することを特徴とする複合材翼の
製造方法。
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