JP2001253393A - 複合材パネルおよびその製造方法 - Google Patents

複合材パネルおよびその製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 加工工数が大幅に削減され、高い寸法精度を
得て組み立て加工工数が大幅に削減される複合材パネル
の製造方法を提供する。 【解決手段】 ストリンガー１を樹脂未含浸の繊維で形
成し、隣接するストリンガー１，１同士を樹脂未含浸の
繊維で形成した連結部材４で連結し、ストリンガー１と
連結部材４の繊維に樹脂を含浸し硬化して一体成形し、
プリプレグを成形型上に積層し、積層したプリプレグ外
板６の上に一体成形されたストリンガ１および連結部材
４を配置し、ストリンガ１および連結部材４を結合した
外板部２０，２０を成形し、外板部２０，２０を補強部
材１１で結合して複合材パネルを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、航空機の機体構造
や翼等に適用される複合材パネルおよびその製造方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の航空機の複合材翼は、下外板と上
外板と桁と小骨等を別個に成形し、これらをファスナ手
段により結合して構成するか、片面の外板と桁と小骨を
複合材一体成形品とし、この複合材一体成形品に他面の
外板をファスナ手段により結合することで構成されてい
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】各部材をファスナ結合
した航空機の複合材翼は、部品点数が多くなるため、組
立てに特別な組み立て治具を必要とし、組立て作業が煩
雑で、コストを下げることに難点がある。
【０００４】片面のみを複合材一体成形品とした航空機
の複合材翼は、従来の構造コンセプトをそのままで一体
化しているので、治具、成形プロセスが複雑になり、コ
ストコストを下げることに難点がある。
【０００５】本発明は上記した点に鑑みてなされたもの
で、、部品点数と組立て工数が大幅に削減でき、低コス
ト化を可能にする複合材パネルおよびその製造方法を提
供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の複合材パネルの
製造方法は、外板を補強するストリンガーを樹脂未含浸
の繊維で形成する工程と、複数のストリンガーを所定間
隔を置いて配置し隣接するストリンガー同士を樹脂未含
浸の繊維で形成した連結部材で連結する工程と、連結さ
れたストリンガーおよび連結部材を成形型内に密閉し樹
脂を導入してストリンガーおよび連結部材の繊維に樹脂
を含浸する工程と、樹脂を含浸したストリンガーおよび
連結部材を加熱硬化してストリンガーおよび連結部材を
一体成形する工程と、プリプレグを外板成形型上に積層
する工程と、積層されたプリプレグの上に一体成形され
たストリンガおよび連結部材を配置する工程と、積層さ
れたプリプレグと一体成形されたストリンガーおよび連
結部材を加熱硬化して外板にストリンガーおよび連結部
材を結合した外板部を成形する工程と、２つの外板部を
補強部材で互いに結合して複合材パネルを形成する工程
とを備え、ストリンガーと連結部材を繊維強化樹脂で一
体成形することで寸法精度が向上し、連結部材と補強部
材の隙間調整がなく組立時間が削減でき、ストリンガー
と連結部材と外板とを一体成形する際に複雑なマンドレ
ルを必要としないので治具セット時間が短縮できる。
【０００７】本発明の複合材パネルは、外板とストリン
ガーとストリンガーを連結する連結部材とが含まれる外
板部が一体に成形され、連結部材がストリンガーより高
く延びる延長部を有し、この延長部にファスナ結合され
る補強材によって２つの外板部を連結することで構成さ
れる。
【０００８】本発明の複合材翼の製造方法は、翼外板を
補強するストリンガーを樹脂未含浸の繊維で形成する工
程と、複数のストリンガーを所定間隔を置いて配置し、
隣接するストリンガー同士を樹脂未含浸の繊維を積層し
て形成した連結部材で連結する工程と、連結されたスト
リンガーおよび連結部材を成形型内に密閉し樹脂を導入
してストリンガーおよび連結部材の繊維に樹脂を含浸す
る工程と、樹脂を含浸したストリンガーおよび連結部材
を加熱硬化してストリンガーおよび連結部材を一体成形
する工程と、プリプレグを翼の上側表面形状を持つ成形
型上に積層する工程と、プリプレグを翼の下側表面形状
を持つ成形型上に積層する工程と、一方の成形型上に積
層されたプリプレグの上に一体成形されたストリンガお
よび連結部材と半硬化状態に成形された前後桁を配置す
る工程と、他方の成形型上に積層されたプリプレグの上
に一体成形されたストリンガおよび連結部材を配置する
工程と、積層されたプリプレグと一体成形されたストリ
ンガーおよび連結部材と前後桁を加熱硬化して翼外板に
ストリンガーと連結部材と前後桁を結合した翼外板部を
成形する工程と、積層されたプリプレグと一体成形され
たストリンガーおよび連結部材を加熱硬化して翼外板に
ストリンガーと連結部材とを結合した翼外板部を成形す
る工程と、一方の翼外板部に結合された前桁と後桁に他
方の翼外板部をファスナ結合する工程と、２つの翼外板
部の連結部材を補強部材で互いに結合して所定の翼形部
を形成する工程とから構成される。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。図１は本発明による複合材パネルの
製造方法のブロック図を示し、この複合材翼の製造方法
は、外板を補強するストリンガーを樹脂未含浸の繊維で
形成する工程と、複数のストリンガーの隣接するストリ
ンガー同士を樹脂未含浸の繊維で形成した連結部材で連
結する工程と、ストリンガーおよび連結部材を成形型内
に密閉し樹脂を導入してストリンガーおよび連結部材の
繊維に樹脂を含浸する工程と、ストリンガーおよび連結
部材を加熱硬化してストリンガーおよび連結部材を繊維
強化樹脂で一体成形する工程と、プリプレグを外板表面
形状を持つ成形型上に積層する工程と、積層されたプリ
プレグの上に一体成形されたストリンガおよび連結部材
を配置する工程と、プリプレグとストリンガーと連結部
材を加熱硬化して一体成形されたストリンガーおよび連
結部材を有する外板部を成形する工程と、２つの外板部
を補強部材で互いに結合して複合材パネルを形成する工
程とから構成される。
【００１０】外板を補強するストリンガーを樹脂未含浸
の繊維で形成する工程では、各ストリンガー１は、２次
元織物を３次元形状に成形したドライプリフォームまた
は３次元形状に織られたドライプリフォームから作られ
る。ストリンガー１は、図２に示すように、平面部２と
この平面部２の中央部から直角の方向に延びる垂直部３
を有する断面逆Ｔ形をなしている。ストリンガー１は、
接着容易性を考慮して、図７に示すように、平面部２の
両端部に一体に薄い張り出し部２ａを設けることができ
る。ストリンガー１は、航空機の胴体構造において外板
の長手方向に沿って配置され外板を補強する。
【００１１】複数のストリンガーの隣接するストリンガ
ー同士を樹脂未含浸の繊維で形成した連結部材で連結す
る工程では、図２に示すように、複数本のストリンガー
１が、２本のストリンガー１，１を一対として互いに間
隔を置いて並列配置され、隣接するストリンガー１，１
同士を連結部材（シアタイ）４で連結する。連結部材４
はフランジ部を設けた断面逆Ｔ形をなし、並列配置され
た２本のストリンガー３，３の間に長手方向に間隔を置
いて複数個配置される。
【００１２】並列配置されるストリンガー１が３本以上
の場合には、隣接する２本のストリンガー１，１同士を
連結する連結部材４は、隣り合う連結部材４に対して同
一線上に配置されずに互い違いに配置されることが好ま
しい。各連結部材４は、織物を３次元形状に成形したド
ライプリフォームまたは３次元形状に織られたドライプ
リフォームから作られる。連結部材４は、ストリンガー
１，１の間に配置された時、ストリンガー１よりも高い
延長部４ａが形成される。
【００１３】ストリンガーおよび連結部材を成形型内に
密閉し樹脂を導入してストリンガーおよび連結部材の繊
維に樹脂を含浸する工程では、並列配置された２本のス
トリンガー１，１と複数の連結部材４は、空気排出口と
樹脂導入口を残して密閉された成形型内に固定される。
成形型内に固定されストリンガー１と連結部材４に樹脂
導入口を介して樹脂が導入され、ストリンガー１と連結
部材４の繊維に含浸される。樹脂を含浸したストリンガ
ー１と連結部材４は加熱されて硬化され、略はしご状補
強構造部材５を構成する。この場合、樹脂の硬化は最終
状態までは硬化されずに半硬化状態に止められている。
ここで、半硬化状態とは、成形型から脱型でき、さらに
高温で加熱されても成形過程で必要とする以上の負荷が
加えられない限りその形状を保持することができる程度
の硬化度をいう。はしご状補強構造部材５は、図２に示
すように、連結部材４が延長部４ａだけストリンガー１
より上方に延びている。
【００１４】はしご状補強構造部材５は、半硬化状態に
おいて整形することができるし、また、連結部材４も半
硬化状態において燃料パイプや空気抜きパイプの通過孔
を成形加工することができる。また、パネル板として組
み立てられていない部品単体としての非破壊検査を行う
ことができる。さらに、成形型ははしご状の溝を形成し
た比較的単純なものでよい。
【００１５】プリプレグをパネル板表面形状を持つ成形
型上に積層する工程では、プリプレグは図示しないパネ
ル板表面形状に対応した成形面を持つ成形型上に積層さ
れる。この時、後のパネル板の組み立てやパネル板内部
を点検するための作業孔が設けられるように積層され
る。積層されたプリプレグは、図３に示すプリプレグ外
板６を形成する。
【００１６】積層されたプリプレグの上に一体成形され
たストリンガおよび連結部材を配置する工程では、複数
の半硬化状態のはしご状補強構造部材５がプリプレグ外
板６の上に接着フィルム７（図５）を介して並列配置さ
れる。各はしご状補強構造部材５は、ストリンガー３が
プリプレグ外板６の長手方向に延びように配置される。
この場合、はしご状補強構造部材５，５の間隔を広くす
ることで作業孔のスペースが確保される。
【００１７】プリプレグとストリンガーと連結部材を加
熱硬化して一体成形されたストリンガーおよび連結部材
を有する複合材の外板部を成形する工程では、図５に示
すように、プリプレグ外板６と複数の半硬化状態のはし
ご状補強構造部材５とシリコン製マンドレル８が所定位
置に配置される。これら全体はバギングフィルム９で覆
われ、加圧加熱することで半硬化状態のはしご状補強構
造部材５と未硬化のプリプレグ外板６が結合され完全硬
化される。これにより、図４に示すストリンガー１と連
結部材４とプリプレグ外板６が一体の外板部２０が成形
される。
【００１８】２つの外板部を補強部材で互いに結合して
複合材パネルを形成する工程では、図８に示すように一
方の外板部２０の連結部材４の延長部４ａと他方の外板
部２０の連結部材４の延長部４ａに補強部材１１をファ
スナ１２により結合することで複合材パネルが形成され
る。
【００１９】上記複合材パネルは、２つの複合材外板２
０，２０と、一体成形されたストリンガー１および連結
部材４とを有し、一体成形されたストリンガー１および
連結部材４は、各複合材外板２０に一体結合され、一体
成形されたストリンガー１および連結部材４は、連結部
材４がストリンガー１より上方に延び、連結部材４の延
長部４ａに補強部材１１がファスナ１２により結合され
る。この作業は作業孔を使って行われる。上記複合材パ
ネルは、たとえば、航空機の胴体部に適用される。
【００２０】つぎに、本発明による複合材翼の製造方法
について説明する。本発明による複合材翼の製造方法
は、上記複合材パネルの製造方法と比較すると、構成部
材が相違するだけで最終工程を除いて工程はほとんど同
じであるので相違点についてのみ説明する。本発明によ
る複合材翼の製造方法におけるストリンガー１と連結部
材４とプリプレグ外板６が一体の下側翼外板部２０が、
上記複合材パネルの製造方法におけるストリンガー１と
連結部材４とプリプレグパネル板６が一体のパネル板部
２０に相当する。
【００２１】上側翼外板部１０は、下側翼外板部２０と
同様にして成形されるが、図９に示すように、上側翼外
板部１０には前桁２１と後桁２２が一体に接着される。
前桁２１と後桁２２は、別の工程を経て半硬化状態で成
形され、はしご状補強構造部材５と同様に接着フィルム
を介してプリプレグ外板６上に置かれたシリコン製マン
ドレルに固定されバギングフィルムで覆われた後、加圧
加熱されて上側翼外板部１０に一体に成形される。
【００２２】上側翼外板部１０と下側翼外板部２０を補
強部材１１で互いに結合して所定の翼形部を形成するに
は、上側翼外板部１０を治具に固定し、上側翼外板部１
０の連結部材４の延長部４ａと前桁２１と後桁２２に補
強部材１１をファスナ１２により結合する。そして、下
側翼外板部２０を治具に固定された上側翼外板部１０の
前桁２１と後桁２２に対して位置決めし、下側翼外板部
２０を上側翼外板部１０の前桁２１と後桁２２にリベッ
トまたはボルト等のファスナ１３で固定する。
【００２３】上側翼外板部１０に前桁２１と後桁２２で
結合された下側翼外板部２０は、作業孔を利用して下側
翼外板部２０の連結部材４の延長部４ａに補強部材１１
がファスナ１２により結合される。
【００２４】
【発明の効果】本発明による複合材パネルの製造方法に
よれば、連結部材をストリンガーに結合し連結部材とス
トリンガーを樹脂含浸法により一体成形するので、連結
部材とストリンガーの寸法精度が向上し、連結部材の位
置が正確に設定できるので、連結部材と連結部材を繋ぐ
補強部材との隙間調整を行う必要がなく組立時間を削減
できる。また、本発明による複合材パネルの製造方法に
よれば、連結部材とストリンガーを半硬化状態で一体に
成形するので、連結部材とストリンガーの一体成形品の
加工や非破壊検査が簡単になり、組立時間が短縮しかつ
精度も向上する。また、本発明による複合材パネルの製
造方法によれば、連結部材とストリンガーを一体成形す
る樹脂含浸法の成形型は、細長い溝を形成するだけの比
較的単純な形状でよく、その他の硬化の際に用いられる
治具も簡単な形状であり、複合材パネルの大きさに応じ
た対応が簡単になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による複合材パネルの製造方法のブロッ
ク図。
【図２】はしご状補強構造部材の一部を示す図。
【図３】プリプレグパネル板を示す図。
【図４】成形されたパネル板部を示す図。
【図５】パネル板部の成形方法を示す図。
【図６】パネル板部の長手方向側面図。
【図７】ストリンガ一の変形例を示す図。
【図８】本発明による複合材パネルの断面図。
【図９】本発明による複合材翼の断面図。
【符号の説明】
３ ストリンガー ４ 連結部材 ５ はしご状補強構造部材 ６ プリプレグパネル板 １０ 上側外板部 １１ 補強部材 ２０ 下側外板部 ２１ 前桁 ２２ 後桁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２９Ｌ 31:30 Ｂ２９Ｃ 67/14 Ｕ (72)発明者 長 尾 尚 幸 東京都新宿区西新宿一丁目７番２号 富士 重工業株式会社内 (72)発明者 天 岡 和 昭 東京都新宿区西新宿一丁目７番２号 富士 重工業株式会社内 (72)発明者 原 田 淳 東京都新宿区西新宿一丁目７番２号 富士 重工業株式会社内 Ｆターム(参考） 4F205 AG25 AH31 HA06 HA14 HA18 HA33 HA35 HA47 HB01 HB11 HF05 HG01 HK02 HK05 HK17 HM01 HT02

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】２枚の外板とその間に置かれて外板を補強
    するストリンガーとを有する複合材パネルの製造方法に
    おいて、 外板を補強するストリンガーを樹脂未含浸の繊維で形成
    する工程と、 複数のストリンガーを所定間隔を置いて配置し、隣接す
    るストリンガー同士を樹脂未含浸の繊維で形成した連結
    部材で連結する工程と、 連結されたストリンガーおよび連結部材を成形型内に密
    閉し樹脂を導入してストリンガーおよび連結部材の繊維
    に樹脂を含浸する工程と、 樹脂を含浸したストリンガーおよび連結部材を加熱硬化
    してストリンガーおよび連結部材を一体成形する工程
    と、 プリプレグを外板成形型上に積層する工程と、 積層されたプリプレグの上に一体成形されたストリンガ
    および連結部材を配置する工程と、 積層されたプリプレグと一体成形されたストリンガーお
    よび連結部材を加熱硬化して外板にストリンガーおよび
    連結部材を結合した外板部を成形する工程と、 ２つの外板部を補強部材で互いに結合して複合材パネル
    を形成する工程とを備えたことを特徴とする複合材パネ
    ルの製造方法。
  2. 【請求項２】樹脂未含浸のストリンガーおよび連結部材
    は、３次元形状に成形した織物または３次元形状に織ら
    れた織物から成形されることを特徴とする請求項１に記
    載の複合材パネルの製造方法。
  3. 【請求項３】樹脂を含浸し加熱されたストリンガーおよ
    び連結部材は、所定状態まで硬化された半硬化一体成形
    品であることを特徴とする請求項１に記載の複合材パネ
    ルの製造方法。
  4. 【請求項４】一体成形されたストリンガーおよび連結部
    材は、連結部材がストリンガーより上方に延び、延びた
    部分にファスナ結合されることを特徴とする請求項１に
    記載の複合材パネルの製造方法。
  5. 【請求項５】外板とストリンガーとストリンガーを連結
    する連結部材とが含まれる外板部が一体に成形され、連
    結部材がストリンガーより高く延びる延長部を有し、こ
    の延長部にファスナ結合される補強材によって２つの外
    板部が連結される複合材パネル。
  6. 【請求項６】翼外板を補強するストリンガーを樹脂未含
    浸の繊維で形成する工程と、 複数のストリンガーを所定間隔を置いて配置し、隣接す
    るストリンガー同士を樹脂未含浸の繊維を積層して形成
    した連結部材で連結する工程と、 連結されたストリンガーおよび連結部材を成形型内に密
    閉し樹脂を導入してストリンガーおよび連結部材の繊維
    に樹脂を含浸する工程と、 樹脂を含浸したストリンガーおよび連結部材を加熱硬化
    してストリンガーおよび連結部材を一体成形する工程
    と、 プリプレグを翼の上側表面形状を持つ成形型上に積層す
    る工程と、 プリプレグを翼の下側表面形状を持つ成形型上に積層す
    る工程と、 一方の成形型上に積層されたプリプレグの上に一体成形
    されたストリンガおよび連結部材と半硬化状態に成形さ
    れた前後桁を配置する工程と、 他方の成形型上に積層されたプリプレグの上に一体成形
    されたストリンガおよび連結部材を配置する工程と、 積層されたプリプレグと一体成形されたストリンガーお
    よび連結部材と前後桁を加熱硬化して翼外板にストリン
    ガーと連結部材と前後桁を結合した翼外板部を成形する
    工程と、 積層されたプリプレグと一体成形されたストリンガーお
    よび連結部材を加熱硬化して翼外板にストリンガーと連
    結部材とを結合した翼外板部を成形する工程と、 一方の翼外板部に結合された前桁と後桁に他方の翼外板
    部をファスナ結合する工程と、 ２つの翼外板部の連結部材を補強部材で互いに結合して
    所定の翼形部を形成する工程とを備えたことを特徴とす
    る複合材翼の製造方法。
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