JP2003053851A

JP2003053851A - Ｃｆｒｐ製スキンストリンガー構造部材の製造方法

Info

Publication number: JP2003053851A
Application number: JP2001243603A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Kitano; 彰彦北野; Shunei Sekido; 俊英関戸
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2001-08-10
Filing date: 2001-08-10
Publication date: 2003-02-26
Anticipated expiration: 2021-08-10
Also published as: JP4639551B2

Abstract

(57)【要約】【課題】例えば航空機用一次構造部材として用いられ
る、信頼性に優れるＣＦＲＰ製スキン−ストリンガー構
造部材を生産性良く、容易かつ安価に製造できる製造方
法を提供する。【解決手段】少なくとも次の工程からなるＣＦＲＰ製ス
キン−ストリンガー構造部材の製造方法である。Ａ．片面を成型面とする成形型の上に、連続した炭素繊
維からなる強化繊維布帛と、樹脂拡散通路形成部材とを
配置する配置工程と、Ｂ．成形型の成形面全体をバッグ
材で覆うバギング工程と、Ｃ．成形型とバッグ材とで囲
まれた成形部を吸引により減圧する減圧工程と、Ｄ．成
形型を含め成形部全体を目標温度に加熱する加熱工程
と、Ｅ．前記減圧された成形部に熱硬化性樹脂を注入
し、該注入樹脂を前記樹脂拡散通路形成部材を介して拡
散させつつ、前記強化繊維布帛内に含浸させる樹脂注入
・拡散・含浸工程と、Ｆ．少なくとも前記成形部を、熱
硬化性樹脂の硬化に必要な温度に保つ保温工程。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば、航空機
などの一次構造部材として好適に用いることができる、
強化炭素繊維とマトリクス樹脂とからなる繊維強化プラ
スチック（以下、ＣＦＲＰと略称する。）製のスキン−
ストリンガー構造部材の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、炭素繊維を強化繊維とするＣ
ＦＲＰは、軽量、高耐久性であることから、民間航空機
の各種構成部材として理想的な材料であり、その成形法
としては炭素繊維と高靱性のエポキシ樹脂からなる、厚
さ１５０〜２００ミクロン、幅３０ｍｍのプリプレグを
一枚一枚積み重ねた積層体をオートクレーブ（圧力釜）
中で加圧、加熱して硬化させる、いわゆるオートクレー
ブ成形法が一般的である。そして、その成形形状として
は、面状のパネルをスキン、長尺のビームをストリンガ
ーとした、いわゆるスキン−ストリンガー構造のフロア
ービームなどに加工、使用等されている。

【０００３】しかしながら、航空機に使用されるエポキ
シ樹脂は、航空機に不可欠な耐損傷性要求（鳥や石など
との衝突、工具などの落下衝撃による内部損傷（例えば
剥離や繊維破断など）によりいわゆる残存圧縮強度が低
下するが、この内部損傷は目視による外観検査では検出
できず、仮に内部損傷があっても飛行に十分な残存圧縮
強度を有することが必要である。）を満足させる必要が
あるため、熱可塑樹脂やゴム成分などのエポキシ樹脂よ
り高靱性な成分を混入させてあるので、室温（約５０℃
以下）では流動性が殆どないゲル状態、すなわち、高粘
度であり、後述するＲＴＭ成形法には適さない。

【０００４】また、硬化剤がエポキシ樹脂中に混入され
ているため、室温でも反応が徐々に進行し、粘度は時間
とともにさらに増加していく。プリプレグはこのため冷
凍庫に保管しなくてはならない不便がある。

【０００５】さらに、従来の成形方法はオートクレーブ
による成形法であるため、オートクレーブの大きさの制
約上、部材の幅は数ｍと限界があるばかりでなく、オー
トクレーブは設備が高価であるため、月に数台しか生産
しない航空機の場合、極めてコスト高となり、経済性上
からもＣＦＲＰ製の主翼や胴体といった大型の一次構造
材の製造は実現していないのが実状である。

【０００６】一方、近年になって、建築用部材の成形法
としてＲＴＭ成形法が注目されはじめており、特開平−
１４５０４２号公報で提案されているように、長さが１
０ｍ以上の大型のＦＲＰ構造体が実用化されつつある。
この公報に記載の製造方法は、型上に強化繊維布帛を配
置し、全体をバグフィルムで覆った後、バグ布帛で覆わ
れた内部を真空状態にして、低粘度のフェノール樹脂を
室温で注入して前記強化布帛内に樹脂を拡散、含浸させ
るというものである。

【０００７】このような建築分野で実用化されつつある
成形法は、成形すべき部材の大きさや生産性が航空機の
胴体や主翼等の一次構造材のそれらに近いため、より経
済性の高い航空機部材の製造方法としての転用可能性は
高いが、成形面では以下の問題を解決する必要があっ
た。

【０００８】１）樹脂含浸性：航空機で使用される高靱
性エポキシ樹脂（例えば、東レ社製３６３１樹脂）等の
高靱性樹脂は流動性がないため、樹脂の注入ができな
い。

【０００９】２）耐損傷性：建築部材で使用されている
室温で低粘度のフェノール、ポリエステル樹脂などでは
航空機用部材に転用しても耐損傷性が不足する。

【００１０】３）耐熱性：建築部材における耐熱性は、
最高気温に相当する４０℃程度であるが、航空機ではジ
ェットエンジンからの排熱、空力加熱などによる昇温が
あるため、耐熱性は９０℃以上が必要である。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる従来
技術の背景に鑑み、例えば航空機用一次構造部材として
用いられ、信頼性に優れるスキン−ストリンガー構造部
材を、生産性良く、安価に製造することのできる製造方
法を提供するものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、以下の製造方法を採用するものである。
すなわち、Ａ．片面を成型面とする成形型の上に、連続した炭素繊
維からなる強化繊維布帛と、樹脂拡散通路形成部材とを
配置する配置工程と、Ｂ．成形型の成形面全体をバッグ材で覆うバギング工程
と、Ｃ．成形型とバッグ材とで囲まれた成形部を吸引により
減圧する減圧工程と、Ｄ．成形型を含め成形部全体を目標温度に加熱する加熱
工程と、Ｅ．前記減圧された成形部に熱硬化性樹脂を注入し、該
注入樹脂を前記樹脂拡散通路形成部材を介して拡散させ
つつ、前記強化繊維布帛内に含浸させる樹脂注入・拡散
・含浸工程と、Ｆ．少なくとも前記成形部を、熱硬化性樹脂の硬化に必
要な温度に保つ保温工程と、を含むことを特徴とするＣ
ＦＲＰ製スキン−ストリンガー構造部材の製造方法であ
る。

【００１３】ここで、本発明でいう「スキン−ストリン
ガー構造部材」とは、図１に示すように、スキン（板）
１と、少なくともスキン１の片側に、桁や骨となる補強
材のストリンガー２が一体となった構造をしているもの
をいう。この場合、ストリンガー２は、図のようにＩ形
をした比較的大きな部材２Ａであっても、また、小さな
リブ状体２Ｂであっても良い。このように両部材１、２
を一体化することで、接合部の重量が低減でき、金属重
量比で大幅な軽量化が可能となるばかりでなく、接合用
の組み立てジグや労力が不要であり、経済性の点からも
極めて好ましいものである。また、この構造は、接合部
がないことから、空力抵抗が低減するという効果や、接
合部からの水分の進入で引き起こされる劣化も抑制でき
るという効果も期待できる。本発明の製造方法によって
得られた構造部材の平面的な大きさは３ｍ²以上で、そ
の主たる用途は特に限定されないが例えば航空機の胴体
や主翼、尾翼、バルクヘッド、フロアー、カナードなど
の全体またはそれらの一部を構成することができる。

【００１４】スキン１部分は、平面であったり凹凸面で
あたりするが、面剛性を必用とするため、面内等方性で
あることが好ましく、後述する繊維の配向方向は、繊維
が直交する方向（以下、直交構成あるいは、０／９０構
成と略称する。）、あるいは互いに４５度で交差する方
向（以下、疑似等方構成と略称する。）、あるいは繊維
が互いに６０度で交差する（以下、３軸構成あるいは疑
似等方性構成と略称する。）であることが好ましい。胴
体部がスキンに該当する場合、内圧により胴体の周方向
に張力が発生するため、前記した疑似等方性構成から著
しくずれない範囲内で周方向に補強繊維をより多く配向
させること、具体的な範囲としては、補強繊維に占める
割合が２５〜３５％が好ましい。この場合、２５％未満
であると周方向の強度不足となり、３５％を越えると周
方向以外の強度が不十分となる傾向がある。また、胴体
スキンの中でも頂部（以下、クラウン位置と略称す
る。）に位置するスキンの場合は、航空機の前後方向の
曲げ剛性および強度を向上させるために、長手方向に連
続繊維をより多く配列させること、具体的には補強繊維
に占める割合が２５〜４０％の範囲内になるようにする
のが好ましい。

【００１５】翼やカナードにおけるスキンは、上面では
揚力により圧縮力が翼の長手方向に作用するため、連続
繊維は翼の長手方向に配列させることが好ましい。この
場合、長手方向に配列する繊維は、スキン上面の最表面
に近ければ近いほど、曲げ剛性が向上して好ましいが、
工具の落下などの衝撃を受ける確率も大きくなるため、
最表層より少し内側（最表層の配向は主翼の長手と４５
度方向に配して、その内側）に配置することが好まし
い。

【００１６】フロアーやバルクヘッドにおけるスキン
は、ストリンガーにより両面から支持されている構造で
あることが多く、スキンのソリを小さくするために、４
５度毎、あるいは、６０度毎に連続繊維が配列している
疑似等方性とすることが好ましい。

【００１７】ストリンガー部分は、スキンの剛性を目的
とする方向に向上させるために構成する。すなわち、胴
体の場合は、周方向および前後方向にストリンガーをス
キンと一体化させる。翼の場合は、長手方向にストリン
ガーを、長手と直交方向にリブを配する。ここで、スト
リンガー２の断面は図２、図３に示すように、Ｉ型、Ｚ
型、Ｌ型、Ｔ型、Ｊ型、Ｙ型、ハット型、ボックス型ス
トリンガー２ａ〜２ｈ等であり、図１に示すように、ス
キンの曲面に沿ってフランジ３部分が曲率を有していた
り、断面積も可変であって差し支えない。ストリンガー
には、長手方向の剛性とねじり剛性が重要であるため、
長手方向に連続繊維をより多く配列する。好ましい範囲
としては、補強繊維に占める割合が２５〜６０％の範囲
内となるように配列させることと、長手方向に対し４０
〜５０度方向により多くの連続繊維、好ましい範囲とし
ては補強繊維に占める割合が２５〜５０％の範囲内とな
るように配列させることが好ましい。また、図２に示す
ように、Ｚ型断面ストリンガー２ａのコ−ナー部分４の
ように、ストリンガーの曲がり部分では、面外の力が発
生して剥離が発生する可能性があるので、曲がり部分に
は厚み方向にステッチによる補強繊維やピンなどの補強
を施すことが好ましい。特に、厚みが３ｍｍを超えるス
トリンガーの場合には、厚み方向の補強が有効である。
勿論、フランジ部分にもステッチなど同様の補強を施す
ことも差し支えない。

【００１８】これら大型の一次構造部材は極めて高い信
頼性を要求され、上記した耐損傷性（ある程度の大きさ
の内部損傷があっても飛行に十分な残存圧縮強度を有す
る）が要求される部材であり、かつ、耐熱性が要求され
る。中でも胴体キール部分（胴体の底部）は石などの衝
突が、また、主翼の上／下面は工具などの衝撃が発生し
やすい箇所であり、本発明を適用するに好ましい部材で
ある。尚、部材の大きさは、大きくして一体化するほ
ど、部品点数が減って組み立て工数が低減できて、経済
性上好ましいが、大きすぎるとアクセスホールが確保し
にくくなる、非破壊検査がしにくくなる等の弊害も生じ
るので、上限としては１００ｍ²程度が適切である。

【００１９】また、部材の取り回しの効率上からは、部
材の最大差し渡し長さは３０ｍ以下であることが好まし
い。最大差し渡し長さとは、部材の２点を直線で結んで
できる距離のうち、最大のものを指す。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の望ましい実施の
形態を、図４を参照しながら工程順に詳述する。

【００２１】Ａ．成形用材料の配置工程まず、片面を成形型とするこの型の上に、連続した炭素
繊維からなる強化繊維布帛と、樹脂拡散通路形成部材と
を配置する。成形型は、金属製、木製、樹脂製、あるい
はＦＲＰ製からなる片面型（いわゆる上型が存在せず、
後述のバグフィルムが上型の役割を果たす）である。こ
の場合、成形部材の面積が１０ｍ²以上の大きさになる
と、木製あるいはＦＲＰ製の型がハンドリング性上好ま
しい。木製型は安価であり、ＦＲＰ型は表面が平滑であ
るという特徴を有する。尚、ＦＲＰ型の補強繊維には、
炭素繊維を使用することが好ましい。炭素繊維を補強繊
維とするＦＲＰ型は、ガラス繊維を補強繊維とするＦＲ
Ｐ型に比べ線膨張係数が小さいため、後述する加熱行程
において、部材の寸法精度を確保することがしやすくな
るからである。また、型の耐摩耗性という点からも、Ｆ
ＲＰ型の補強繊維は炭素繊維が好ましい。

【００２２】本片面成形型上には、連続の炭素繊維から
なる布帛を配置する。一次構造材には、比剛性、比強度
が要求されるため、ＪＩＳＲ７６０１で測定される該
炭素繊維の引張弾性率が２３０〜４００ＧＰａの範囲内
であり、かつ、強度が４５００〜６０００ＭＰａの範囲
内の連続の高強度炭素繊維が適する。連続の炭素繊維で
あることから、衝撃を受けた際に、非連続繊維で発生し
がちな、繊維端部からの剥がれが抑制できて、耐損傷性
を向上させることが可能となる。また、布帛状であるこ
とから、大面積の型上に、効率よく布帛を配置させるこ
とが可能となり、経済性に優れる。中でも、直交する２
方向に連続の炭素繊維を織り込んだ織物は、プリプレグ
では４枚の積層が必要とされる対称直交積層構成を布帛
一枚で実現することができるので好ましい。また、炭素
繊維が一方向に配列し、多方向にはガラス繊維の補助糸
が配列し、織り組織している一方向織物は、繊維の屈曲
がなく、剛性と強度を向上させる上で好ましい布帛であ
る。平織物（扁平糸織物も含む）、綾織物，繻子織物、
多軸織物、三次元織物、三次元編組等も使用できる。

【００２３】また、上記強化繊維布帛は複数枚積層配置
することもできる。この場合、強化繊維布帛同士が部分
的に互いに固定されていると、広い面積や長尺のものに
あっても、ずれを生じさせることなく、型への賦形を行
うことが可能になる。たとえば、予め、積層された強化
繊維布帛を厚み方向に少なくとも一カ所固定された状態
で成形型面に配置することができる。固定方法として
は、ステッチ、固着剤（熱可塑性粒子、合成繊維、熱硬
化性樹脂噴霧等）による熱融着か熱硬化を採用すればよ
い。

【００２４】炭素繊維には、通常、布帛製造時の擦過ケ
バを抑制する目的で付着量が０．１〜３％のサイジング
剤が付与されているが、本発明における炭素繊維のサイ
ジング剤は、Ｔｇ（転移温度）が後述する雰囲気温度よ
りも低い高分子材料からなることが好ましい。Ｔｇが雰
囲気温度以下であることで、サイジング剤が樹脂中に溶
解、分散して均質な物性が発現する。サイジング剤の量
が微量であると物性への影響が無視できるが、数％のサ
イジング剤が炭素繊維と樹脂の界面に停留するような状
態になると、衝撃時の耐損傷性が低下することが懸念さ
れるからである。また、サイジング剤は、雰囲気温度で
エポキシ樹脂に可溶なものが好ましい。

【００２５】尚、該布帛は、成形用型面とは別の簡易型
（例えば、木製や樹脂製型）で製品と近似の形状に予め
賦形し固着して置いたり（プリフォーム化）、織物布帛
を積層し成形型面上に配置した際に生じ易い各布帛のず
れや乱れを防止するために、全面積の少なくとも一カ所
において局部的に布帛間を固定することもある。その布
帛の賦形後の固着手段や布帛間の固定手段としては、ピ
ンポイント的又はライン状に熱可塑性樹脂粒子を散布し
たり、熱硬化性樹脂を噴霧を散布したり、また熱可塑性
繊維を配置したりして、その後それらの部位を熱プレス
する方法を用いることができる。また、上記プリフォー
ム化において、上記織物布帛を賦形する際、該布帛に適
度の張力、例えば、１０ｃｍ当たり２００ｇ〜５００ｇ
の張力を付与して行い、次の固着の際まで該張力を保持
するようにすると良い。

【００２６】該片面型上には、上記布帛に加え、樹脂拡
散通路形成部材を配置する。樹脂拡散通路形成部材と
は、金属や高分子材料からなる網目状、メッシュ状の通
気性材料であり、樹脂を高速で炭素繊維布帛の表面に行
き渡らせることが可能であるため、隅々まで樹脂が行き
亘り、後述３）の減圧による脱気工程との相乗効果によ
り、成形体のボイド量が０．２％以下の構造材に値する
信頼性の高い一次構造材部材が得られる。

【００２７】さらに、該樹脂拡散媒体と布帛との間に離
型用織布（ピールプライ）を重ねて配置すると、樹脂核
酸媒体を取り除く作業が容易になる。

【００２８】さらに、真空吸引（減圧吸引）ライン及び
樹脂注入ラインをセットする。具体的には開口部を有す
るライン状機材（たとえば、アルミニウム製Ｃ型チャン
ネル材）を布帛の端部周辺に配置し、該ライン状機材の
端部に樹脂製チューブを連通させる。

【００２９】Ｂ．成形型の成形面全体をバッグ材で覆う
バギング工程上記成形材料の配置工程に続き、成形面をバグフィルム
などのバッグ材で覆って減圧（含真空）が可能なように
する。

【００３０】バッグ材はナイロン、フッ素、シリコン、
アラミド、ポリイミド、ポリエチレンなどの高分子材料
からなるが、後述の加熱工程を考慮すると、ナイロン−
６６のバグフィルムが安価で好ましい。バグフィルムに
は、離型処理を施して脱型作業を容易にしたり、再利用
可能にしても差し支えない。また、バグフィルムを予め
部材の形状に加工しておいて、バグ工程を効率的にした
り、再利用可能としても差し支えない。シリコン製のバ
グフィルムは、耐熱性があり、かつ、離型性が良好で、
形状追従性（変形性）もあるため、本発明のバグフィル
ムとして特に好ましい。また、透明性のバグフィルム
は、樹脂の流れや炭素繊維の乱れや、ゴミなどの不純物
の混入を目視で検査できるので好ましい。

【００３１】尚、上記真空を確保するために、バグフィ
ルムと型の間には、シーラントと呼ばれる粘着性のシー
リング材料、あるいは、個体のシール材料、あるいはシ
ールテープを配置させることが好ましい。粘着性のシー
リング材料としては、ブチルゴム、ネオプレンゴムなど
のゴムを主成分するシール材料がある。個体のシール材
料としては、シリコンゴム等があり、型の周囲に突起状
に固着させておいて、再利用が可能としても差し支えな
い。上記したシリコンバグフィルムの場合、型のシール
材をシリコン製としておくと、両者の硬さが同じである
ため、密着性が良好で真空の確保が容易となるというメ
リットがある。尚、真空グリースを併用しても差し支え
ない。

【００３２】尚、該バグフィルムの外側に、もう一重以
上のバギング用フィルムを被覆した多重構造のバグにて
もよい。多重とすることで、加熱時にバッグ材料が局所
的に破れたりした場合でも、樹脂が外部に流出したりす
ることが抑制できて、信頼性の高い成形法となる。ま
た、伝熱性の異なる種類のバッグ材料を選定して、成形
体の温度コントロールをする事も可能である。具体的に
は、最も外側に熱伝達率の高いバッグフィルムを使用し
て熱風との熱交換効率を高め、その内側には熱伝導率の
高いバッグフィルムを使用して、布帛への熱伝達効率を
高める方法である。さらに、内部発熱が大きい樹脂であ
り除熱が必用な場合等、より早い伝熱特性が必用な場合
は、アルミニウムテープなどの金属材料を局所的に挿入
したりすることも好ましい。

【００３３】Ｃ．成形型とバッグ材で囲まれた成形部を
吸引により減圧する減圧工程次に上記バギングした成形部を真空ポンプなどで減圧す
る。減圧の程度は、−４５０〜７６０ｍｍＨｇ程度とす
る。このように成形部内部の空気を除去して、成形体に
ボイドや空気溜り（空孔）が形成されるのを抑制すると
同時に、布帛を固定し、成形体の厚みを均一、成形体の
繊維含有率を一定にすることが可能となる。

【００３４】Ｄ．加熱工程次に上記した成形部全体を成形型から取り出し、成形型
を含め、成形部全体を目標温度にまで加熱する。用いる
加熱装置や加熱方式としては、熱風循環型加熱オーブン
や局部排気型熱風発生機（ブロワーで送風）等を使用し
た熱風加熱方式、及び／または、ヒートブランケットと
呼ばれるヒーターを内蔵した布状物、ラバー状物で接触
加熱方式、及び／または、発熱ランプ光源等による輻射
加熱方式が挙げられるが、後述するように熱効率の点か
ら、熱風加熱方式のものが好ましい。加熱温度として
は、具体的には注入する樹脂の粘度を検出することによ
り、粘度が１０〜２００ｃｐｓの範囲になる目標温度ま
で加熱する。加熱目標温度としては、樹脂が航空機一次
構造材用の高靱性エポキシ樹脂の場合は、高粘度である
ので、目標温度は６０℃以上であることが好ましく、後
述する後硬化温度との関係からは８０℃以上であると耐
熱性をより高くできて、さらに好ましい。また、昇温速
度しては、成形対象にも依るが温度斑をなくすために、
１．０〜８℃／ｍｉｎ程度とする。

【００３５】本発明の成形対象のように成形物のサイズ
が大きく、樹脂の粘度が高い場合、成形型全体を加熱オ
ーブン内に投入して密閉し、オーブン内で熱風を循環さ
せる方法が熱効率が高く最も好ましいが、断熱材で簡易
的な部屋を作製して成形型全体を覆い、その中に熱風を
ブロアーで送風する方法でもよい。何れにしても、型の
加熱を目標加熱温度に対し±７℃以下（望ましくは±５
℃以下）の範囲に納めることが好ましい。熱風加熱によ
り、オートクレーブに比べ、高い経済性を達成できる。
但し、既設のオートクレーブがそのまま利用できる場合
には、温度斑の点で優れるオートクレーブを利用しても
差し支えない。

【００３６】Ｅ．樹脂注入・拡散・含浸工程次に前記減圧された成形部に熱硬化性樹脂を注入し、前
記樹脂拡散通路形成部材を介して注入樹脂を拡散させつ
つ、前記強化繊維布帛内に含浸させる。

【００３７】注入する樹脂としては、熱硬化性の高靱性
エポキシ樹脂が最も好ましいが、高耐熱性樹脂として、
たとえば、ビスマレイイミド樹脂、硬化型ポリイミド樹
脂やフェノール樹脂等の高耐熱性熱硬化性樹脂を使用で
きる、エポキシ樹脂を用いる場合は、ガラス転移温度が
１２０℃以上の高耐熱性樹脂を用いることが好ましい。
また、良好な拡散、含浸性を得るために、注入時の粘度
が１０〜２００ポイズとなるように、型温度をコンント
ロールすることが好ましい。

【００３８】予め脱泡しておいた主剤と硬化剤を容器に
入れて空気が混入せぬように穏やかに攪拌・混合する。
そして、たとえば真空吸引を続行しながら樹脂注入ライ
ンに連通したチューブ端を上記容器の樹脂内に投入し、
布帛を配置した型のキャビティ内に樹脂を大気圧の押圧
力で流入させる。該キャビティ内に流入した樹脂は、ス
キン構造の場合には樹脂拡散媒体内を、サンドイッチ構
造の場合はコアに加工した溝内を面方向に流れて拡散す
るとともに、やがて強化繊維布帛内に浸透して行くこと
によって強化繊維布帛内に含浸していく。布帛への含浸
が終了すると、やがて樹脂は真空吸引ラインへと流出す
る。本発明におけるように５ｍ以上もの大型成形体を成
形する場合、樹脂の注入速度を所定レベルより低下させ
て、全体への含浸が終了する前に樹脂のゲル化が始まる
ことが生じないように、樹脂の注入ラインを複数にする
場合が多い。又、同様に真空吸引ラインも複数にする場
合もある。そのように複数のラインを設ける場合、各樹
脂注入ラインに樹脂を流すタイミングは必ずしも一定や
同時ではなく、未含浸部分が生じないように樹脂の流動
状況を観察しながら判断することが好ましい。バッグ材
が透明または半透明のものであれば、樹脂の流動状況を
容易に観察することができる。

【００３９】樹脂の注入は、複数の減圧吸引口を介して
成形部を減圧し、複数の樹脂注入口から行うことができ
る。複数の樹脂注入口からの樹脂注入開始のタイミング
をずらすこと、時間差をもって順次樹脂注入することが
できる。即ち、樹脂流動は樹脂注入口より遠ざかるに従
って、流動抵抗の増加により非線型的に遅くなる。従っ
て、注入口を複数にして、新しく樹脂注入を開始するこ
とにより、広い面積、長尺の成形体に対しても、充分対
応することも可能で、比較的短時間で樹脂含浸できると
と共に、また各部位に樹脂含浸洩れによるボイド等を生
じさせることなく、良好な成形状態を確保することが可
能になる。

【００４０】また、複数の減圧吸引口や複数の樹脂注入
口を適切に配置しておくことで、ストリンガーの数の多
い比較的複雑なスキン−ストリンガー構造部材にも、適
切に製造ができるようになる。

【００４１】また、本発明に係るＦＲＰ製大型面状体の
製造方法においては、注入された樹脂がゲル化するまで
吸引し続けるようにすることができ、それによって、よ
り確実に樹脂の拡散を達成できると共に、樹脂から発生
する揮発性ガスの残存によるボイドの発生も防止でき
る。

【００４２】樹脂拡散通路形成部材は、そのまま成形品
と一体に成形品内に残すこともでき、成形後に成形品か
らシート状の樹脂拡散媒体を剥離除去することもでき
る。樹脂拡散媒体を剥離除去する場合には、樹脂拡散媒
体と強化繊維布帛との間に、剥離しやすい離型織布であ
るピールプライを介装しておけばよい。

【００４３】また、樹脂注入は真空圧による圧力差（最
大１ｋｇ／ｃｍ2 ）でなされるが、より高圧で樹脂を吐
出できれば、一層効果的に樹脂注入が可能となる。その
ためには、樹脂槽を成形型面より高い位置に設置すると
良い。それによって、流体力学的なヘッド差が増圧でき
る。

【００４４】含浸が終了した後には樹脂注入を停止し、
樹脂注入ラインに空気が流入しないように樹脂注入用チ
ューブを完全に閉鎖することが望ましい。その状態で、
目標温度をなす熱風を所定の時間送風しながら成形部全
体を加熱し続けることによって、含浸した樹脂を硬化さ
せる。

【００４５】Ｆ．保温工程次に樹脂の注入後は、型全体を前記熱硬化性樹脂の硬化
に必要な温度に保つため、硬化温度まで昇温させる。昇
温は、成形体全体に含浸した後であっても、成形型を熱
風により昇温させながら樹脂を注入しても差し支えな
い。後者の方が、成形サイクルを短縮して、より効率の
よい量産向きの成形を行うことができる。注入温度、硬
化温度に関しては、たとえば、成形型の温度が１００℃
以下のときに樹脂の注入を開始し、１００℃以上で樹脂
を硬化させるような形態を採用することができる。さら
に、樹脂注入温度と樹脂硬化温度とが２０℃以上離れて
いる条件（ステップキュア）とすることも好ましい。注
入温度と硬化温度が２０℃以下であると、注入時に硬化
が開始して、全体に樹脂が流入する前に粘度が上昇して
未含浸部分が生じたりして、ボイドが発生するなど、ス
クラップ製品が多発して生産効率が低下するからであ
る。

【００４６】次に加熱硬化後に、ＦＲＰ成形品を脱型す
る。脱型時に変形しないまでに剛性を有していることを
確認し、バギング用フィルムやラバーシートを取り除い
て成形体を型上より脱型する。樹脂拡散通路形成部材を
そのまま成形品内に残すこともできるし、必要に応じ
て、樹脂拡散通路形成部材、とくにシート状の樹脂拡散
媒体を成形後に成形品から剥離除去することもできる。
樹脂拡散媒体と強化繊維布帛との間に予めピールプライ
を介装しておけば、容易に剥離除去することができる。

【００４７】このような本発明に係るＣＦＲＰ製スキン
−ストリンガー構造部材の製造方法においては、従来の
プリプレグ／オートクレーブ方式による成形に比べ、片
面型でよく、その型も、真空圧に耐え得るだけの低強度
な非金属等の安価な型でよく、かつ、オートクレーブ設
備やプリプレグ保冷用の冷凍庫等の高価なが不要であ
り、安価な熱風を加熱熱源とすることができる。また、
プリプレグに比べ安価な強化繊維布帛を直接使用でき、
成形のための工数も少なくて済む。さらに、オートクレ
ーブ設備やプリプレグ保冷用の冷凍庫等が不要であるこ
とから、成形用のスペースが少なくて済み、強化繊維布
帛のレイアップから、樹脂注入、硬化、脱型までを同一
の場所で行うことができる。したがって、生産設備費、
製造コストを著しく低減できるとともに、比較的狭い場
所でスキン−ストリンガー構造の航空機一次構造部材を
容易、かつ安価に製造することが可能になる。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るＣＦ
ＲＰ製スキンストリンガー構造部材の製造方法によれ
ば、オートクレーブやプリプレグ保冷用冷凍庫等の高価
な設備を使用することなく、簡単な設備で、かつ比較的
狭いスペースで、例えば航空機用途の一次構造部材とし
て使用できる長さが５ｍ以上もの大型のＣＦＲＰ製スキ
ン−ストリンガー構造部材を容易、かつ安価に製造でき
る。しかも、実質的に同じ場所で成形作業を実施でき、
必要な加熱も容易に実施できることから、成形サイクル
を大幅に短縮でき、量産性に優れた製造を行うことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製造方法によって得られたＣＦＲＰ製
スキン−ストリンガー構造部材の一実施態様例の斜視図
である。

【図２】図１のストリンガーの種々の実施態様例に係る
断面図である。

【図３】図２ストリンガーとは異なる態様のストリンガ
ーの断面図である。

【図４】本発明の製造方法の工程フロー図である。

【符号の説明】

１：スキン２：ストリンガー３：フランジ４：コーナー部分

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） // Ｂ２９Ｋ 63:00 Ｂ２９Ｃ 67/14 ＢＵＦターム(参考） 4F072 AA04 AA07 AB28 AD09 AD13 AD23 AD45 AH04 AH12 AH13 AH16 AH20 AH25 AJ04 AJ13 AJ14 AJ15 AJ22 AJ23 AK03 AL02 4F205 AA39 AD08 AD16 AG24 AG28 AH31 AJ05 AK03 AM21 AM28 AR06 AR17 HA09 HA22 HA33 HA35 HA47 HB02 HC05 HC17 HF30 HK03 HK04 HK05 HK28 HM02 HM06 HT02 HT20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ａ．片面を成型面とする成形型の上に、連
続した炭素繊維からなる強化繊維布帛と、樹脂拡散通路
形成部材とを配置する配置工程と、Ｂ．成形型の成形面全体をバッグ材で覆うバギング工程
と、Ｃ．成形型とバッグ材とで囲まれた成形部を吸引により
減圧する減圧工程と、Ｄ．成形型を含め成形部全体を目標温度に加熱する加熱
工程と、Ｅ．前記減圧された成形部に熱硬化性樹脂を注入し、該
注入樹脂を前記樹脂拡散通路形成部材を介して拡散させ
つつ、前記強化繊維布帛内に含浸させる樹脂注入・拡散
・含浸工程と、Ｆ．少なくとも前記成形部を、熱硬化性樹脂の硬化に必
要な温度に保つ保温工程と、を含むことを特徴とするＣ
ＦＲＰ製スキン−ストリンガー構造部材の製造方法。
【請求項２】前記樹脂拡散通路形成部材として、シート
状の樹脂拡散媒体を用いることを特徴とする請求項１の
ＣＦＲＰ製スキン−ストリンガー構造部材の製造方法。
【請求項３】前記構造部材の大きさが、３ｍ²以上であ
ることを特徴とする請求項１または２記載のＣＦＲＰ製
スキン−ストリンガー構造部材の製造方法。
【請求項４】前記加熱方法が、熱風であることを特徴と
する請求項１〜３のいずれかに記載のＣＦＲＰ製スキン
−ストリンガー構造部材の製造方法。
【請求項５】前記加熱方法が、光源を用いた輻射加熱方
法であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記
載のＣＦＲＰ製スキン−ストリンガー構造部材の製造方
法。
【請求項６】前記目標温度は、樹脂の粘度が１０〜２５
０ｃｐｓの範囲内となる温度であることを特徴とする請
求項１〜５のいずれかに記載のＣＦＲＰ製スキン−スト
リンガー構造部材の製造方法。
【請求項７】前記目標温度は、６０℃以上であることを
特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のＣＦＲＰ製
スキン−ストリンガー構造部材の製造方法。
【請求項８】前記炭素繊維として、そのサイジング剤の
ガラス転移温度が加熱温度以下のものを用いることを特
徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のＣＦＲＰ製ス
キン−ストリンガー構造部材の製造方法。
【請求項９】前記樹脂硬化後に、さらに昇温して２次硬
化させることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記
載のＣＦＲＰ製スキン−ストリンガー構造部材の製造方
法。
【請求項１０】前記一次構造部材は、航空機の胴体また
は主翼であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか
に記載のＣＦＲＰ製スキン−ストリンガー構造部材の製
造方法。
【請求項１１】前記注入時の樹脂温度を、該加熱雰囲気
温度の差が±１０℃以下となるように設定することを特
徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のＣＦＲＰ製
スキン−ストリンガー構造部材の製造方法。
【請求項１２】前記ＣＦＲＰのマトリクス樹脂は、ガラ
ス転移温度が１２０℃以上の熱硬化性樹脂を用いること
を特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載のＣＦＲ
Ｐ製スキン−ストリンガー構造部材の製造方法。
【請求項１３】前記成形型を熱風により昇温させながら
樹脂を注入することを特徴とする請求項１〜１２のいず
れかに記載のＣＦＲＰ製スキン−ストリンガー構造部材
の製造方法。
【請求項１４】前記成形部の周辺に複数の減圧吸引口と
複数の樹脂注入口とを設け、少なくとも一つの減圧吸引
口を介して成形部を減圧し、少なくとも一つの樹脂注入
口から樹脂を注入することを特徴とする請求項１〜１３
のいずれかに記載のＣＦＲＰ製スキン−ストリンガー構
造部材の製造方法。
【請求項１５】前記複数の樹脂注入口から樹脂を注入す
る際に、樹脂の注入開始のタイミングをずらすことを特
徴とする請求項１４のＣＦＲＰ製スキン−ストリンガー
構造部材の製造方法。
【請求項１６】樹脂槽を成形面より高い位置に配置し
て、樹脂の吐出圧を高めることを特徴とする請求項１〜
１５のいずれかに記載のＣＦＲＰ製スキン−ストリンガ
ー構造部材の製造方法。
【請求項１７】注入された樹脂がゲル化するまで減圧吸
引口より吸引し続けることを特徴とする請求項１〜１６
のいずれかに記載のＣＦＲＰ製スキン−ストリンガー構
造部材の製造方法。
【請求項１８】前記樹脂拡散通路形成部材を成形品内に
残すことを特徴とする請求項１〜１７のいずれかに記載
のＣＦＲＰ製スキン−ストリンガー構造部材の製造方
法。
【請求項１９】前記樹脂拡散通路形成部材を成形後に成
形品から剥離除去することを特徴とする請求項１〜１８
のいずれかに記載のＣＦＲＰ製スキン−ストリンガー構
造部材の製造方法。