JP2002187599A - 複合材補強板及びその製造方法 - Google Patents

複合材補強板及びその製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 補強材をあらかじめ一本ずつ固有の事前成形
する必要がなく、補強材の接合強度が高く、しかも容易
に一体成形できる複合材補強板とその製造方法を提供す
る。 【解決手段】 織物材２をパネル表面形状をした治具上
に置き、補強材３を織物材２の上に置き、その上に補強
材３の少なくとも一部を覆うように別の織物材４を配置
し、この織物材４を補強材の形状に沿うように整形し、
整形した織物材４を補強材３の縁部に沿って織物材２と
ステッチングし、これら全体をバッグパックで覆い、Ｒ
ＴＭ法もしくはＲＦＩ法により樹脂を各織物材の中に導
入し、導入した樹脂を加熱硬化する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、航空機主翼や尾翼
に適用される複合材補強板及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の補強板として、図６ないし図９に
示す形態の補強板は知られている。
【０００３】図６に示す補強板１０は、板１１と補強材
１２を各々形状に合わせて製造し、板１１と補強材１２
をファスナ１３（リベット等）で結合して作られてい
る。
【０００４】図７に示す補強板１０ａは、板１１ａと補
強材１２ａを各々形状に合わせて製造し、板１１ａと補
強材１２ａを接着剤１４で接着して作られている。
【０００５】図８に示す補強板１０ｂは、点線で示す金
属厚板１５を機械加工により削り出して補強板（実線）
としている。
【０００６】図９に示す補強板１０ｃは、複合材を成形
治具１６を用いて板１７と補強材１８を一体成形して補
強板としている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】板と補強材をファスナ
で結合して補強板を作る方法は、板と補強材の形成と位
置決め治具の設置を要するためコスト高となり、ファス
ナのための設計制約（孔の縁距離、皿孔がシャープエッ
ジにならない板厚）やファスナ孔応力集中による疲労強
度低下の課題がある。
【０００８】板と補強材を接着剤で接着して補強板を作
る方法は、板と補強材の形成と、板と補強材の接着前処
理と、板と補強材の位置決めと、接着用加圧保持治具の
設置を必要とするためコスト高になってしまう。
【０００９】機械加工により金属厚板から削り出して補
強板を作る方法は、材料の大部分を切削して捨てるため
資源を無駄にするという問題と重量効率を上げるほど高
くなる機械加工のコスト高という問題がある。
【００１０】複合材で一体成形して補強板を作る方法
は、一体成形の形状を精度良く出し細部に至って全ての
表面が加圧できる複雑な治具の設置と、スクラップ・リ
スク増加等のコスト高要因を含むという問題がある。
【００１１】本発明は、上記した点を考慮してなされた
もので、繊維強化樹脂複合材板と補強材との接合を確実
にした複合材補強板およびその製造方法を提供すること
を目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の複合材補強板
は、繊維強化樹脂複合材を平板状に成形した板と、この
板の一面に列設された補強材と、これら補強材を覆うよ
うに板の上に配置されかつ板にステッチングされた繊維
強化樹脂複合材とから構成される。
【００１３】本発明の複合材補強板の製造方法は、第１
の織物材をパネル表面形状をした治具上に置き、補強材
を織物材の上に置き、その上に補強材の少なくとも一部
を覆うように第２の織物材を配置し、第２の織物材を補
強材の形状に沿うように整形し、整形した第２の織物材
を補強材の縁部に沿って第１の織物材にステッチング
し、これら全体をバッグパックで覆い、ＲＴＭ法もしく
はＲＦＩ法により樹脂を織物材の中に導入し、導入した
樹脂を加熱硬化することを特徴とし、織物材と補強材の
接合強度を低コストで向上でき、さらに補強材の位置決
めを簡単に行うことができる。
【００１４】本発明の複合材補強板の製造方法は、第１
の織物材をパネル表面形状をした治具上に置き、その上
に第２の織物材を数箇所で補強材が通るように弛ませて
配置し、弛ませた第２の織物材と第１の織物材との間に
補強材を通し、第２の織物材を補強材に沿わせて整形
し、成形した第２の織物材を補強材の縁部に沿って第１
の織物材にステッチングし、これら全体をバッグパック
で覆い、ＲＴＭ法もしくはＲＦＩ法で樹脂を織物材の中
に導入し、導入した樹脂を加熱硬化することを特徴と
し、織物材と補強材の接合強度を低コストで向上でき、
補強材の位置決めを簡単に行うことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。図１において、符号１は燃
料タンクとなりうる航空機主翼及び尾翼構造に適用され
る複合材補強板を示す。
【００１６】上記複合材補強板１は、繊維強化樹脂複合
材を平板状に成形した板２と、この板２の一面に同一方
向に間隔を置いて列設された複数の補強材３と、これら
補強材３を部分的に覆うように板２の上に配置されかつ
板２にステッチングされた繊維強化樹脂複合材４と、列
設された補強材３同士を連結するリブ５とを有する。
【００１７】上記繊維強化樹脂複合材２の繊維は、経、
緯、垂直の３方向の糸を立体的に組み合わせた三次元織
物の複合材ドライ・プリフォームで板厚方向の縦糸で層
間強度が改善できる形態であることが好ましいが、通常
の織物を複数枚積層しこれら織物をステッチングにより
一体とした織物であつてもよい。
【００１８】上記補強材３は、外方に延びるフランジ部
を有する断面略コ字状をなし、成形時には硬化もしくは
半硬化させた複合材が用いられ、その形状は、成形後の
コンタに合わせてあらかじめ個別に成形しなくとも、そ
れ自体は開断面で捩じり及び曲げの柔軟性を持ち軸剛性
のみ十分なる形状的な特性を与え、軸方向には剛で捩り
や曲げには十分対応して捩れ曲がる形状、例えば薄肉チ
ャンネル材のような開断面を持っていることが好まし
い。補強材３は本実施の形態では繊維強化樹脂複合材で
あるが、金属部材でもよく、例えば、複合材が炭素繊維
強化樹脂複合材であれば、補強材３として表面処理され
たチタン合金を用いることができる。
【００１９】上記繊維強化樹脂複合材４の繊維は、経、
緯、垂直の３方向の糸を立体的に組み合わせた三次元織
物であることが好ましいが、通常の織物を複数枚積層し
これら織物をステッチングにより一体とした織物であつ
てもよい。
【００２０】上記リブ５は、図３に示すように、プリプ
レグの帯材の一端側の補強材が通る部分を切除するとと
もに成形治具７により断面Ｌ形に折り曲げ成形したもの
や、図４に示すように、プリプレグを成形治具７により
断面Ｌ形に成形したものを２枚背中合わせとしたもので
あり、接着剤８を介して板２上に載置され板２や補強板
３と繊維強化樹脂複合体４とともに加熱硬化されて接着
される。
【００２１】なお、図２において符号９は、板２と繊維
強化樹脂複合材４を結合するステッチ糸を示す。
【００２２】つぎに複合材補強板の製造方法を説明す
る。尚、説明では同一箇所においては繊維強化樹脂複合
材と、それを構成する繊維には同一符号を使用する。板
２を補強する３次元織物材２と硬化もしくは半硬化させ
た繊維強化樹脂複合材製の補強材３と繊維強化樹脂複合
材４を補強する別の３次元織物材４と断面Ｌ形に成形し
たプリプレグ状態のリブ５を準備する。
【００２３】つぎに、３次元織物材２を、パネル表面形
状をした治具（図示せず）の成形面の上に置き、この３
次元織物材２の上に補強材３を同一方向に間隔を置いて
列設する。
【００２４】つぎに、別の３次元織物材４を、列設した
補強材３を一側から他側まで横断する方向に補強材３を
覆うように３次元織物材２の上に配置する。別の３次元
織物材４は、補強材３の一部を覆うようにしてもよい。
【００２５】つぎに、補強材３を覆うように配置された
別の３次元織物材４を、補強材３の外面形状に沿うよう
に整形する。
【００２６】つぎに、整形した別の３次元織物材４を、
補強材３の長手方向縁部に沿ってステッチング処理し、
別の３次元織物材４と３次元織物材２をステツチ糸９に
より結合する。これにより、位置決め治具を配置するこ
となく所定位置に補強材３を位置決めできる。
【００２７】つぎに、列設された補強材３を切除した部
分に通し成形治具７を沿わせた帯状のプリプレグのリブ
５を接着剤８を介して３次元織物材２又は４上に置く。
（図１では成形治具を省略した）。
【００２８】つぎに、これら全体を図示しないバッグパ
ックで覆い、ＲＴＭ（ｒｅｓｉｎｔｒａｎｓｆｅｒ ｍ
ｏｕｌｄｉｎｇ）法もしくはＲＦＩ（ｒｅｓｉｎ ｆｉ
ｌｍ ｉｎｆｕｓｉｏｎ）法により樹脂を織物材の中に
導入し、導入した樹脂を加熱硬化し、複合材補強板１を
成形する。
【００２９】複合材補強板１の製造方法の別の実施の形
態を図５に示す。
【００３０】３次元織物材２と硬化もしくは半硬化させ
た繊維強化樹脂複合材製の補強材３と別の３次元織物材
４と帯状のプリプレグの一端側を部分的に切欠き折り曲
げ断面Ｌ形成形したリブ５を成形治具７とともに準備す
る。
【００３１】つぎに、３次元織物材２を、パネル表面形
状をした治具（図示せず）の成形面の上に置き、この３
次元織物材２の上に別の帯状織物材４を数箇所で補強材
３が通るように弛ませて配置する。別の織物材４の広さ
は補強材３の全部を覆う寸法でも部分的に覆うものでも
よい。
【００３２】つぎに、補強材３を弛ませた別の織物材４
と織物材２との間に通し、弛ませた織物材４の補強材３
の縁部に対応する部位をステッチング処理し、別の３次
元織物材４と３次元織物材２をステツチ糸９により結合
する。これにより、硬化時の補強材の位置出し治具が不
要になる。
【００３３】つぎに、列設された補強材３を切欠で避け
別の織物材４の上にリブ５を接着剤８を介し成形治具７
を添えて載置する（図５では成形治具７を省略した）。
【００３４】つぎに、これら全体をバッグパックで覆
い、ＲＴＭ法もしくはＲＦＩ法で樹脂を織物材の中に導
入し、導入した樹脂を加熱硬化することで、複合材補強
板１を成形する。
【００３５】
【発明の効果】本発明の複合材補強板は、繊維強化樹脂
複合材の板に配置された補強材を補強材の縁に沿って板
にステッチングされた別の繊維強化樹脂複合材で覆うこ
とで、補強材と板の接合強度を向上できる。
【００３６】本発明の複合材補強板の製造方法は、織物
材をパネル表面形状をした治具上に置き、補強材を織物
材の上に置き、その上に補強材の少なくとも一部を覆う
ように別の織物材を配置し、この織物材を補強材の形状
に沿うように整形し、整形した織物材を補強材の縁部に
沿って織物材とステッチングし、これら全体をバッグパ
ックで覆い、ＲＴＭ法もしくはＲＦＩ法により樹脂を各
織物材の中に導入し、導入した樹脂を加熱硬化すること
で、補強材をあらかじめ一本ずつ固有の事前成形する必
要がなく、補強材の位置決めをスティッチングで簡易に
行うことができ、多数の成形治具の製作やその繁雑な取
付、除去作業を省くことができる。
【００３７】本発明の複合材補強板の製造方法は、織物
材をパネル表面形状をした治具上に置き、その上に別の
織物材を数箇所で補強材が通るように弛ませて配置し、
補強材を弛ませた織物材と織物材との間に通し、弛ませ
た織物材の補強材の縁部に対応する部位をステッチング
し、これら全体をバッグパックで覆い、ＲＴＭ法もしく
はＲＦＩ法で樹脂を織物材の中に導入し、導入した樹脂
を加熱硬化することで、補強材をあらかじめ一本ずつ固
有の事前成形する必要がなく、補強材の位置決めをステ
ィッチングの位置決めで簡易に行うことができ、多数の
成形治具の製作やその繁雑な取付除去作業を省くことが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の複合材補強板の実施の形態の斜視図。
【図２】本発明の複合材補強板の拡大断面図。
【図３】成形されたリブの板への取り付け方法の一例を
示す図。
【図４】成形されたリブの板への取り付け方法の一例を
示す図。
【図５】本発明の複合材補強板の他の実施の形態の斜視
図。
【図６】従来の補強板を示す図。
【図７】従来の補強板を示す図。
【図８】従来の補強板を示す図。
【図９】従来の補強板を示す図。
【符号の説明】
１ 複合材補強板 ２ 繊維強化樹脂複合材板 ３ 補強材 ４ 繊維強化樹脂複合材 ５ リブ ９ ステッチ糸
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） Ｂ６４Ｃ 3/20 Ｂ２９Ｃ 67/14 Ｇ (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 (72)発明者 田 中 茂 樹 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） 4F100 AB12 AB31 AD11 AK01A AK01C BA03 BA07 BA10A BA10C DA14B DA14C DD17B DG01A DG01C DG12A DG12C DH00B DH01B DH01C DH02A DH02C EC092 EJ082 EJ822 EJ952 GB31 JK06 JL01 JL11 4F205 AD16 AG03 AG05 AG28 HA09 HA14 HA29 HA33 HA44 HB01 HC07 HF30 HG03 HK04 HK05 HM06 HT13 HT25 HT26

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】繊維強化樹脂複合材を平板状に成形した板
    と、この板の一面に列設された補強材と、これら補強材
    を覆うように板の上に配置されかつ板にステッチングさ
    れた繊維強化樹脂複合材とを有することを特徴とする複
    合材補強板。
  2. 【請求項２】列設された補強材を連結するリブを設けた
    ことを特徴とする請求項１に記載の複合材補強板。
  3. 【請求項３】第１の織物材をパネル表面形状をした治具
    上に置き、補強材を第１の織物材の上に置き、その上に
    補強材の少なくとも一部を覆うように第２の織物材を配
    置し、第２の織物材を補強材の形状に沿うように整形
    し、整形した第２の織物材を補強材の縁部に沿って第１
    の織物材にステッチングし、これら全体をバッグパック
    で覆い、ＲＴＭ法もしくはＲＦＩ法により樹脂を各織物
    材の中に導入し、導入した樹脂を加熱硬化することを特
    徴とする複合材補強板の製造方法。
  4. 【請求項４】第１の織物材をパネル表面形状をした治具
    上に置き、その上に第２の織物材を数箇所で補強材が通
    るように弛ませて配置し、補強材を弛ませた第２の織物
    材と第１の織物材との間に通し、第２の織物材を補強材
    の形状に沿わせて整形し、整形した第２の織物材を補強
    材の縁部に沿って第１の織物材にステッチングし、これ
    ら全体をバッグパックで覆い、ＲＴＭ法もしくはＲＦＩ
    法で樹脂を第１及び第２の織物材の中に導入し、導入し
    た樹脂を加熱硬化することを特徴とする複合材補強板の
    製造方法。
  5. 【請求項５】第１及び第２の織物材は、三次元織物また
    は織物を積層してステッチングしたものであることを特
    徴とする請求項３又は４に記載の複合材補強板の製造方
    法。
  6. 【請求項６】整形した第２の繊物材を補強材の縁部に沿
    って第１の織物材にステッチングした後、第１の織物材
    及び補強材上又は第２の織物材の上に補強材と交差させ
    成形治具を沿わせてプリプレグのリブを配置し、成形治
    具を含む全体をバッグパックで覆い、ＲＴＭ法若しくは
    ＲＦＩ法で樹脂を第１及び第２の織物材の中に導入し、
    導入した樹脂を加熱硬化することを特徴とする請求項３
    〜５のいずれかに記載の複合材補強板の製造方法。
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