JP2005153680A

JP2005153680A - 航空機に用いられるｆｒｐ製窓枠用のドライプリフォーム

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Publication number: JP2005153680A
Application number: JP2003394347A
Authority: JP
Inventors: Hideki Sakonjiyou; 秀樹左近上; Akira Iriguchi; 彰入口; Kazunori Morimoto; 和令守本
Original assignee: Shikibo Ltd
Current assignee: Shikibo Ltd
Priority date: 2003-11-25
Filing date: 2003-11-25
Publication date: 2005-06-16
Anticipated expiration: 2023-11-25
Also published as: JP4309748B2

Abstract

【課題】周方向に強化繊維が配向され、周方向の強度が大きい航空機の窓枠用ドライプリフォームを提供する。
【解決手段】有孔略楕円形状の窓枠用ドライプリフォーム１は、いずれの部材においても少なくとも強化繊維が周方向に螺旋状に配向されている、略楕円筒状部分２と、この略楕円筒状部分２の下端から外方に延びるフランジ３と、前記略楕円筒状部分２の下端から斜め内方に延びるウェブ４とを有する。このドライプリフォーム１は、平板状の有孔略楕円形状の第１部材５と、断面形状がＬ字状の有孔略楕円形状の第２部材６と、断面形状が略Ｌ字状の有孔略楕円形状の第３部材８と、前記第１部材５，第２部材６および第３部材８によって形成される隙間に充填された断面形状が三角形状の有孔略楕円形状の第４部材８とを組み合わせて構成した強化繊維群集合体９を、熱可塑性繊維などで一体化して製造する。
【選択図】図２

Description

本発明は、航空機に用いられるＦＲＰ製窓枠を製造するのに好適なドライプリフォームに関する。

航空機用の窓枠には従来からアルミニウム合金などの金属材料が用いられてきた。金属製の航空機用の窓枠を得るためには、切削装置を使って、金属のブロックから所望する形状に切削加工する方法や、型を用いて鍛造する方法などがある。こうして製造された金属製窓枠は広く航空機に適用されてきた。しかし最近では、航空機業界でも省エネルギー化に向けて機体の軽量化が検討されている。金属材料に比べて、比強度や比剛性などを特徴とする繊維強化複合材料（ＦＲＰ）の研究開発が進められており、航空機の各種構造材料に適用されつつある。

航空機用のＦＲＰ製窓枠を製造するための方法としては、強化繊維を製織して得られた二次元の強化繊維織物や、強化繊維を開繊処理して一方向に引きそろえたものなどに樹脂を予め含浸し適度に半硬化させたプリプレグを使用したりすることができる。プリプレグを冷凍庫などにて保管し、必要なときに取り出してきて、それらを切断し、積層して、所望する形状にし、それをオートクレーブで加熱・硬化させるハンドレイアップ法が考えられる。

プリプレグ自体の変形性が十分でないため、航空機用の窓枠のような異形断面を有する略楕円形状に沿わせることが難しいので、二次元材料を細かく裁断して基材を準備し、それらを一枚ずつ手作業で積層するなどの作業工程が必要となる。しかしながら、裁断して積層されたプリプレグは、窓枠の周方向の強化繊維が不連続となるため、周方向に連続して強化繊維が切断されずに配置された場合と比較すると強度が劣ることが予想される。

また、プリプレグは二次元材料を得るために製織や開繊などの準備工程が必要であったり、その二次元材料に予め含浸してある半硬化状態の樹脂を含んでいるために保存期間や三次元形状の製造工程にかけられる時間に制限があるし、硬化前の製品についても保管状態の管理に配慮する必要があるなど煩雑である。

同じくプリプレグを使用する複合材料の製造方法として、強化繊維のロービングに樹脂を含浸、半硬化させたロービング・プリプレグや、ロービングより幅があるテープ状のプリプレグをロールにしたものを使用し、機械制御でさまざまな繊維配向に自動積層する、オート・テープ・レイアップマシン（ＡＴＬ）を使用することも考えられるが、この装置は大きな繊維構造体を得ることを得意としていて、複雑に細かく入り組んだ形状を製造するには効率が良くないと考えられるし、ハンドレイアップ法と同じく、略楕円形状における周方向の強化繊維を連続して湾曲させながら皺を生じさせずに配置していくことが難しいと思われる。

また、民間航空機用のＦＲＰ製窓枠を製造する方法として、バイアス方向に強化繊維を組織したブレード（組み紐）基材を使用する方法もある。ブレード基材は、主にバイアス方向に強化繊維が配向されているため変形量が豊富であり、複雑な三次元形状を比較的得やすい材料として知られている。例えば、ブレード基材を用いて窓枠形状を得るには、適当な幅を持ったブレード基材を型などに沿って変形させながらなじませていき、所定の厚みになるまでブレード基材を周回させて、それを固定した後に、樹脂含浸し、硬化させて成形物を得る方法などが考えられる。しかし、前述のとおりブレード基材は主にバイアス方向の繊維配向であるので、それ以外の繊維配向には自由度が少ないし、形状に沿って湾曲変形させる際に幅の変化が生じ、周方向の強化繊維を配置したとしてもその間隔に違いが生じ、不均一な繊維配向となることが予想される。

また、強化繊維を織機によって製織したクロス基材を用いた航空機用窓枠の製造方法も考えられる。例えば、クロス基材の使用方法としては、均一な幅を持ったクロス基材を切り出し、所望する窓枠形状に賦形していくなどの方法である。クロス基材を用いて所望する繊維配向のうち、特に周方向の強化繊維を配向させる場合には、強化繊維が製織によって上下に組織されているので大きく湾曲する変形に追従させにくく皺が生じる。皺を生じさせないためには、クロス基材を適当な大きさに裁断する工程が必要になり、その結果、周方向の強化繊維が切断された状態になる。

また、周方向の強化繊維を配向させた螺旋状のクロス基材を製織することも考えられるが、航空機用の窓枠のような略楕円形状の基材を得ることは難しいと思われる。また、この螺旋状のクロス基材を使用すると周方向の強化繊維を配向させることはできるが、窓枠形状のフランジとウェブを得るために三次元的に変形させることは通常のクロス基材を使用する場合と同じく皺を生じさせることになるため、形状になじませるために周方向の強化繊維を切断する必要が生じ、周方向の強化繊維に不連続な部分が出てくる。また、製織されてはいないが、同じく二次元形状の強化繊維基材として、多方向に強化繊維を配向し、ニッティングなどによって一体化した多軸組物もあるが、クロス基材と同様に形状への追従が難しく、皺を生じさせないためには周方向の強化繊維を切断する必要が生じる。

また、強化繊維を直接三次元形状に組織していく三次元織物も窓枠形状を得る方法として考えられる。これは、多数本のパイプを規則的に直立配置させておき、そのパイプ間に強化繊維を必要とされる繊維配向になるよう積層していき、所定の積層体が得られた時点で多数本のパイプを厚み方向の繊維に入れ替えて積層してある強化繊維を固定していく方法である。この方法によれば、窓枠形状を得ることは可能であり、周方向の強化繊維を配向することも可能であるし、フランジとウェブを二次元的に縦通する強化繊維を配向できるが、フランジとウェブを三次元的につなぐ繊維を配向するためには非常に手間がかるし、多数本のパイプを厚み方向の強化繊維に置き換えていくには多くの時間を要する。

また、立体形状の枠組み上の要所にピンが設置してあり、そのピンに強化繊維を張設し、枠組みの取り外しと設置を繰り返しながら厚み方向の繊維を挿入し、積層した強化繊維を一体化させていく方法（例えば、特許文献１）が知られている。この方法によれば強化繊維を立体形状に自由に配向させることができるために、窓枠形状においても周方向の強化繊維とフランジとウェブを三次元的につなぐ強化繊維を配向させることもが可能であるが、厚み方向の繊維を挿入するために枠組み状の治具を取り外し、また取り付けるという方法は効率的ではないし、枠組み状の治具であるために、積層された強化繊維の裏面には空間があり、強化繊維が本来あるべき曲面形状を省略した形状に積層されており、成形品においての強化繊維とは異なる形状であるために、成形時に内部応力が発生し、製品自体に悪影響を及ぼす可能性もある。また、成形後の内部応力を減らすために枠の本数をさらに増やしていくことはできるが、そうすることによってさらに工数が増えてしまう傾向があると考えられる。従来方法には以上のような各種の問題点がある。

特開平１１−１８４３号公報

本発明は以上の問題点を解決して、周方向に強化繊維が連続的に配向されていて、ウェブとフランジをつなぐ強化繊維が連続的かつ三次元的に編組せずに配置されているので、強化繊維が持つ強度を十分に発揮させることができ、しかも従来は多くの工程を必要とした三次元形状を得る手段を省工程化し、低コストである、航空機に用いられるＦＲＰ製窓枠のためのドライプリフォームを提供することを目的とするものである。

前記課題を解決するため本発明は、航空機に用いられるＦＲＰ製窓枠用のドライプリフォームにおいて、所望する任意の異形断面を持つ有孔略楕円形状を、周方向に配向されている強化繊維を切断しないように適宜分割した形状の、強化繊維を組織することなく配置し一体化してなる複数の強化繊維群を接合した強化繊維群集合体であり、周方向に配向されている強化繊維が連続的に適当な間隔で螺旋状に周回して配置されていることを特徴とする、航空機に用いられるＦＲＰ製窓枠用のドライプリフォームとした（請求項１）。

ここで、上記の「強化繊維」とは、複合材料の強化のために使用される繊維のことであって、代表的なものとしては、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維などの高強度繊維が使用できる。これらの強化繊維で製造されたドライプリフォームは、液体のマトリックス樹脂を含浸して、その後硬化して成形品とするのが一般的である。本発明のドライプリフォームに適用できる代表的な成形方法としては、レジン・トランスファー・モールディング（ＲＴＭ）法や、バキューム・アシスト・レジン・トランスファー・モールディング（ＶａＲＴＭ）法、レジン・フィルム・インフュージョン（ＲＦＩ）などが挙げられる。これらの成形方法はいずれもマトリックス樹脂を含まない強化繊維によって製造されるドライプリフォームを使用することを特徴としている。これらの成形方法は低コスト複合材料を製造する方法として注目されている。また、上記の「所望する任意の異形断面を持つ有孔略楕円形状を周方向で適宜分割した」とは、本発明に係るドライプリフォームは強化繊維を積層し、層状をなすものであるから、周方向に配向された強化繊維を寸断することなく配置させ、複数の強化繊維群を効率よく得るためには、周方向に配向されている強化繊維を切断しないように分割することを意味する。

また、本発明は、航空機に用いられるＦＲＰ製窓枠用のドライプリフォームにおいて、所望する任意の異形断面を持つ有孔略楕円形状を、周方向に配向されている強化繊維を切断しないように適宜分割した形状の、強化繊維を組織することなく配置し、熱可塑性繊維および／または最小限のステッチにて一体化してなる複数の強化繊維群を熱可塑性繊維および／または最小限のステッチにて接合した強化繊維群集合体であり、周方向に配向されている強化繊維が連続的に適当な間隔で螺旋状に周回して配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の航空機に用いられるＦＲＰ製窓枠用のドライプリフォームとした（請求項２）。

ここで、「最小限のステッチ」なる用語は、強化繊維群を一体化する工程において取り扱い性を保持するのに十分な必要最小限のステッチを意味している。また、ここでいう「熱可塑性繊維」とは、熱可塑性樹脂を延伸したり、紡糸したりなどして得られる繊維状の熱可塑性樹脂のことを指す。この熱可塑性繊維としては、ナイロンやポリエステル、ポリプロピレンなどや、これらを混合したものが使用できる。繊維強化繊維群を一体化するにあたって、熱可塑性繊維だけでは十分な取り扱い性が保持できないようなときには、熱可塑性繊維と併用して強化繊維群の外縁部などを、必要最小限のステッチで一体化させる。このステッチに使用される繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ポリエステル繊維、ナイロン繊維などステッチ糸として使用できる繊維を適宜選択して使用する。これらのステッチ糸を使用したステッチは主としてミシンを用いる。

また、本発明は、航空機に用いられるＦＲＰ製窓枠用のドライプリフォームにおいて、所望する任意の異形断面を持つ有孔略楕円形状を、周方向に配向されている強化繊維を切断しないように適宜分割した形状の、強化繊維を組織することなく配置し、ニードルパンチにて一体化してなる複数の強化繊維群を熱可塑性樹脂および／またはステッチにて接合した強化繊維群集合体であり、周方向に配向されている強化繊維が連続的に適当な間隔で螺旋状に周回して配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の航空機に用いられるＦＲＰ製窓枠用のドライプリフォームとした（請求項３）。

上記の「ニードルパンチ」とは、いわゆるフェルトニードルを用いたものであって、強化繊維群を構成する強化繊維をフェルトニードルのワーク部分に存在するバーブで引っ掛け、積層した層間を貫通する毛羽を発生させて一体化することができる。このようなニードルパンチを用いて強化繊維群を一体化することによって、大面積を一度に接合できるため、効率よく一体化を図ることができる。また、こうしたニードルパンチは強化繊維群に微細な貫通孔を無数に存在させることができ、ＲＴＭ法やＶａＲＴＭ法などによって樹脂含浸する際の含浸スピードを向上させ、隅々まで樹脂を行き渡らせるという効果も期待できる。ニードルパンチを行う際は、強化繊維群や強化繊維集合体の、フェルトニードルが突き出す側にフェルトニードルが刺さっても形状が変化することがないような発泡体によってなる型などが必要となる。

また、本発明は、航空機に用いられるＦＲＰ製窓枠用のドライプリフォームにおいて、所望する任意の異形断面を持つ有孔略楕円形状を、周方向に配向されている強化繊維を切断しないように適宜分割した形状の、分割されたパーツをダイレクトに最終形状になるように三次元的に積層した強化繊維を組織することなく熱可塑性繊維および／またはステッチにて一体化して構成された強化繊維群を含むことを特徴とする、請求項１に記載の航空機に用いられるＦＲＰ製窓枠用のドライプリフォームとした（請求項４）。

また、本発明は、航空機に用いられるＦＲＰ製窓枠用のドライプリフォームにおいて、所望する任意の異形断面を持つ有孔略楕円形状を、周方向に配向されている強化繊維を切断しないように適宜分割した形状の複数の強化繊維群を接合する際に生じる空隙部を充填するための、熱可塑性繊維にて一体化された一方向強化繊維群を含むことを特徴とする。請求項１に記載の航空機に用いられるＦＲＰ製窓枠用のドライプリフォームとした（請求項５）。

本発明の航空機に用いられるＦＲＰ製窓枠用のドライプリフォームによれば、所望する任意の異形断面を持つ有孔略楕円形状の周方向に配向されている強化繊維を切断しないように適宜分割した形状の、任意の繊維配向で組織することなく配置され一体化された複数の強化繊維群を、前記所望する任意の異形断面を持つ有孔略楕円形状になるように接合した強化繊維群集合体であり、周方向に配向されている強化繊維が連続的に適当な間隔で螺旋状に周回して配置されていることを特徴とする、航空機に用いられるＦＲＰ製窓枠用のドライプリフォームとしたので、窓枠形状の周方向に強化繊維を螺旋状に配向することができ、ウェブとフランジに三次元的に強化繊維を配置することができ、より理想的な繊維強化の効果を得ることができ、異形断面を有する略楕円形状の窓枠形状を適宜分割して、各基材を任意の繊維配向で構成した複数の強化繊維集合体を一体化して得られた窓枠形状であるので、従来に比べて工数が少なく、低コストで高品質の航空機に用いられるＦＲＰ製窓枠用のドライプリフォームを提供することができる。

以下に本発明に係る航空機に用いられるＦＲＰ製窓枠用のドライプリフォームの実施形態について図面を参照して説明する。

本発明の航空機に用いられる客席用ＦＲＰ窓枠用のドライプリフォーム１は、図１（Ａ）〜図１（Ｃ）に示すように、有孔略楕円形状を有する。このドライプリフォーム１は、図から明らかなように、航空機の機体スキン１００に形成された略楕円形状の窓枠用孔１０１と略同一形状の略楕円筒部分２と、この略楕円筒部分２を機体スキン１００に固定する固定部材となるフランジ３と、窓枠用孔１０１に嵌め込まれるとともに略楕円筒部分２内に突出して窓部材が当接されるウェブ４とを有する。そして、図１（Ｃ）から明らかなように、全体として航空機の機体スキン１００の湾曲形状に沿った緩やかな曲率半径Ｒの湾曲形状をしている。なお、図１（Ｃ）において、図面左側（略楕円筒状部分２側）が機体内側で、図面右側（窓枠用孔１０１に嵌め込まれているウェブ４側）が機体外側である。

図１のドライプリフォーム１は、図２（Ａ）〜（Ｂ）に示すように、４つの強化繊維群を接合した強化繊維群集合体９によって構成されている。すなわち、ドライプリフォーム１は、有孔略楕円板状の第１部材５と、断面形状がＬ字状の有孔略楕円状の第２部材６と、断面形状が略Ｌ字状の有孔略楕円状の第３部材７と、前記第１部材５と第２部材６と第３部材７とで形成される隙間に充填される断面形状が三角形状の有孔略楕円状の第４部材８とを組み合わせた強化繊維群集合体９を一体化して構成されている。

すなわち、略楕円筒状部分２は、第２部材６の略楕円筒状部分６ａと、第３部材７の略楕円筒状部分７ａとを接合することによって構成されている。フランジ３は、第１部材５の外周側部分５ａと、第２部材６の鍔部６ｂとを接合することによって構成されている。さらに、ウェブ４は、第１部材５の内周側部分５ｂと、第３部材７の斜め下方に向かう鍔部７ｂとによって形成される隙間に、第４部材８を充填することによって構成されている。

ここで、上記第１部材５から第４部材８は全て、少なくともその一部分において、強化繊維が周方向に切断されていない状態に所定間隔で螺旋状に周回して配向されている。なお、以下の説明において、強化繊維および熱可塑性繊維の配向方向は、有孔略楕円形状のドライプリフォーム１および第１部材５〜第４部材８の周方向を０°とする。また、強化繊維層を炭素繊維、熱可塑性繊維層をポリアミド繊維で構成するものとして、強化繊維をＣＦ、強化繊維層の層符号をＣ、熱可塑性繊維をＡｄ、熱可塑性繊維層の層符号をＡとし、強化繊維に熱可塑性繊維を螺旋状に巻き付けたものの符号をＣＦ−Ａｄとして説明する。

第１部材５を、例えば表１に示すように、第１〜第８の強化繊維層５Ｃ１〜５Ｃ８と、第１〜第７の熱可塑性繊維層５Ａ１〜５Ａ７とを交互に積層形成した１５層の積層体で構成することができる。

すなわち、第１部材５は、第１の強化繊維層５Ｃ１の強化繊維を９０°、第１の熱可塑性繊維層５Ａ１の熱可塑性繊維を９０°、第２の強化繊維層５Ｃ２の強化繊維を−４５°、第２の熱可塑性繊維層５Ａ２の熱可塑性繊維を９０°、第３の強化繊維層５Ｃ３の強化繊維を０°、第３の熱可塑性繊維層５Ａ３の熱可塑性繊維を９０°、第４の強化繊維層５Ｃ４の強化繊維を＋４５°、第４の熱可塑性繊維層５Ａ４の熱可塑性繊維を９０°、第５の強化繊維層５Ｃ５の強化繊維を９０°、第５の熱可塑性繊維層５Ａ５の熱可塑性繊維を９０°、第６の強化繊維層５Ｃ６の強化繊維を−４５°、第６の熱可塑性繊維層５Ａ６の熱可塑性繊維を９０°、第７の強化繊維層５Ｃ７の強化繊維を０°、第７の熱可塑性繊維層５Ａ７の熱可塑性繊維を９０°、第８の強化繊維層５Ｃ８の強化繊維を＋４５°に配向して製作することができる。この第１部材５を図３（Ａ）に示し、周方向の強化繊維を破線で示している。

また、第２部材６を、例えば表２に示すように、第１〜第８の強化繊維層６Ｃ１〜６Ｃ８と、第１〜第７の熱可塑性繊維層６Ａ１〜６Ａ７とを交互に積層形成した１５層の積層体で構成することができる。

すなわち、第２部材６は、第１の強化繊維層６Ｃ１の強化繊維を＋４５°、第１の熱可塑性繊維層６Ａ１の熱可塑性繊維を９０°、第２の強化繊維層６Ｃ２の強化繊維を０°、第２の熱可塑性繊維層６Ａ２の熱可塑性繊維を９０°、第３の強化繊維層６Ｃ３の強化繊維を−４５°、第３の熱可塑性繊維層６Ａ３の熱可塑性繊維を９０°、第４の強化繊維層６Ｃ４の強化繊維を９０°、第４の熱可塑性繊維６Ａ４層の熱可塑性繊維を９０°、第５の強化繊維層６Ｃ５の強化繊維を＋４５°、第５の熱可塑性繊維層６Ａ５の熱可塑性繊維を９０°、第６の強化繊維層６Ｃ６の強化繊維を０°、第６の熱可塑性繊維層６Ａ６の熱可塑性繊維を９０°、第７の強化繊維層６５Ｃ７の強化繊維を−４５°、第７の熱可塑性繊維層６Ａ７の熱可塑性繊維を９０°、第８の強化繊維層５Ｃ８の強化繊維を９０°に配向して製作することができる。この第２部材６を図３（Ｂ）に示し、周方向の強化繊維を破線で示している。

また、第３部材７を、例えば表３に示すように、第１〜第８の強化繊維層７Ｃ１〜７Ｃ８と、第１〜第７の熱可塑性繊維層７Ａ１〜７Ａ７とを交互に積層形成した１５層の積層体で構成することができる。

すなわち、第３部材７は、第１の強化繊維層７Ｃ１の強化繊維を＋４５°、第１の熱可塑性繊維層７Ａ１の熱可塑性繊維を９０°、第２の強化繊維層７Ｃ２の強化繊維を０°、第２の熱可塑性繊維層７Ａ２の熱可塑性繊維を９０°、第３の強化繊維層７Ｃ３の強化繊維を−４５°、第３の熱可塑性繊維層７Ａ３の熱可塑性繊維を９０°、第４の強化繊維層６Ｃ４の強化繊維を９０°、第４の熱可塑性繊維層７Ａ４の熱可塑性繊維を９０°、第５の強化繊維層７Ｃ５の強化繊維を＋４５°、第５の熱可塑性繊維層７Ａ５の熱可塑性繊維を９０°、第６の強化繊維層７Ｃ６の強化繊維を０°、第６の熱可塑性繊維層７Ａ６の熱可塑性繊維を９０°、第７の強化繊維層７Ｃ７の強化繊維を−４５°、第７の熱可塑性繊維層７Ａ７の熱可塑性繊維を９０°、第８の強化繊維層７Ｃ８の強化繊維を９０°に配向して製作することができる。この第３部材７を図３（Ｃ）に示し、周方向の強化繊維を破線で示している。

また、第４部材８を、例えば、熱可塑性繊維をつる巻き状に巻き付けた強化繊維を表４に示すように、０°に配向して螺旋状に周回させて、前記熱可塑性繊維で接合一体化して製作することができる。なお、この第４部材８は、径外方向に向かって厚さが漸次増大する断面形状を有するので、径外方向になるほど、その巻き付け回数を増大して、その厚さを大きくする。この第４部材８を図３（Ｄ）に示し、周方向の強化繊維を実線で示している。

上記のように製作した第１部材５〜第４部材８を、図２（Ａ）に示すように組み合わせて、全体を熱可塑性繊維の融点以上の温度、例えば、熱可塑性繊維がポリアミド樹脂（融点１１０℃〜１２０℃）からなる場合は、１１０°〜１５０℃で加熱すると、熱可塑性繊維が溶融し、この溶融した熱可塑性繊維によって、第１部材５〜第４部材８からなる強化繊維群集合体９が接合一体化されて、図１（Ａ）のドライプリフォーム１が得られる。

以上のように作成されたドライプリフォーム１は、所望する任意の異形断面を持つ有孔略楕円形状を、周方向に配向されている強化繊維を切断しないように適宜分割した複数の強化繊維群を接合した強化繊維群集合体が、立体的に積層された強化繊維を組織することなく熱可塑性繊維で接合一体化して構成された強化繊維群を含むものであり、強化繊維を組織したものに比較して、製造が容易で安価に出来る。

なお、第１部材５〜第４部材８を組み合わせた強化繊維群群集合体９が、加熱工程への搬送時や加熱工程での搬送中に位置ずれするのを防止するために、加熱前に第１部材５〜第４部材８を最小限のステッチで一体化しておいてもよい。また、場合によっては、熱可塑性繊維層を省略して、第１部材５〜第４部材８からなる強化繊維群集合体９を、最小限のステッチのみで一体化して、ドライプリフォーム１を得るようにしてもよい。

また、第１部材５〜第４部材８を組み合わせた強化繊維群集合体９を一体化する方法として、上記の熱可塑性繊維および／または最小限のステッチによる方法に代えて、ニードルパンチによって一体化して、ドライプリフォーム１を得るようにしてもよい。

上記のドライプリフォーム１の製造方法は、異形断面形状を有する第２部材６および第３部材７を最初から所望の異形断面形状に製作する場合について説明したが、一旦、平板状の有孔略楕円形状または略楕円筒形状の前駆体を製作し、その幅方向の一部を直角または所定角度だけ折り曲げることによって、所望の異形断面形状に製作することもできる。

例えば、第２部材６は、図４（Ａ）に示すように、平板状の有孔略楕円形状の前駆体６０を、内周側部分６０ａと外周側部分６０ｂとに分けて、内周側部分６０ａは強化繊維が周方向を除いた斜交方向および径方向に配向され、また、外周側部分６０ｂは強化繊維が斜交方向、径方向および周方向に配向された状態に製作し、図４（Ｂ）に示すように、内周側部分６０ａを外周側部分６０ｂに対して９０°折り曲げることによって製作することができる。なお、図４（Ａ）（Ｂ）において、内周側部分６０ａには周方向に強化繊維が配向されていないことを白抜きで示し、外周側部分６０ｂには周方向に強化繊維が配向されていることを周方向の破線で示している。この内周側部分６０ａの折り曲げ時に、内周側部分６０ａの各部の径が変化（増大）するが、内周側部分６０ａには周方向の強化繊維が配向されていないことによって、内周側部分６０ａは変形性を有するので、内周側部分６０ａを外周側部分６０ｂに対して容易に９０°折り曲げることができる。

なお、上記と逆に、外周側部分６０ｂを内周側部分６０ａに対して９０°折り曲げることも可能で、この場合は、第２部材６の前駆体を、内周側部分６０ａは強化繊維が周方向に配向され、外周側部分６０ｂは強化繊維が周方向に配向されないように製作すればよい。また、上記の内周側部分６０ａを折り曲げた第２部材６₁と、外周側部分６０ｂを折り曲げた第２部材６₂とを接合一体化して、第２部材６を製作することもできる。このようにして製作した第２部材６は、全体に渡って周方向に強化繊維が配向されているので、大きな強度が得られる。

また、断面形状が略Ｌ字状の第３部材７は、図５（Ａ）に示すように、有孔略楕円形状の前駆体７０を下方側部分７０ａと上方側部分７０ｂとに分け、下方側部分７０ａは強化繊維が周方向を除いた斜交方向および径方向に配向され、また、上方側部分７０ｂは強化繊維が斜交方向、径方向および周方向に配向されるように製作し、図５（Ｂ）に示すように、下方側部分７０ａを上方側部分７０ｂに対して略９０°内方側に折り曲げることによって製作することができる。図５（Ａ）（Ｂ）において、下方側部分７０ａには周方向に強化繊維が配向されていないことを白抜きで示し、上方部分７０ｂには周方向に強化繊維が配向されていることを破線で示している。この下方側部分７０ａの折り曲げ時に、下方側部分７０ａの各部の径が変化（縮小）するが、下方側部分７０ａには周方向に強化繊維が配向されていないことによって、下方側部分７０ａは変形性を有しているため、下方側部分７０ａを上方側部分７０ｂに対して皺を生じることなく容易に略９０°折り曲げることができる。

なお、上記と逆に、上方側部分７０ｂを下方側部分７０ａに対して外方に折り曲げることも可能で、この場合の第３部材７の前駆体は、下方側部分７０ａには周方向に強化繊維を配向され、上方側部分７０ｂには周方向に強化繊維を配向しないように製作すればよい。また、上記の下方側部分７０ａを折り曲げた第３部材７₁と、上方側部分７０ｂを折り曲げた第３部材７₂とを接合一体化して、第３部材７を製作することもできる。このようにして製作した第３部材７は、全体に渡って周方向に強化繊維が配向されているので、大きな強度が得られる。

以上のように作成されたドライプリフォーム１は、所望する任意の異形断面を持つ有孔略楕円形状を、周方向に配向されている強化繊維を切断しないように適宜分割した形状の複数の強化繊維群を接合した強化繊維群集合体が、立体的に積層された強化繊維を組織することなく熱可塑性繊維で一体化して構成された強化繊維群を含むものであり、強化繊維を組織したものに比較して、製造が容易で安価にできる。

なお、表１〜表３に示した第１部材５〜第３部材７における強化繊維および／または熱可塑性繊維の配向および積層数は、本発明の配向例のほんの一例を示したものであって、本発明はこの実施形態に限定されることなく、任意に配向および積層することができる。

（Ａ）は本発明の航空機に用いられるＦＲＰ製窓枠用ドライプリフォームの実施形態の斜視図、（Ｂ)は（Ａ）のドライプリフォームの正面図、（Ｃ）は（Ａ）のドライプリフォームの側面図である。（Ａ）は図１のドライプリフォームを構成する強化繊維群集合体の拡大部分縦断面図（Ｂ）は（Ａ）の強化繊維群集合体の拡大分解部分縦断面図である。（Ａ）は図２の強化繊維群集合体における第１部材の斜視図および部分断面図、（Ｂ）は図２の強化繊維群集合体における第２部材の斜視図および部分断面図、（Ｃ）は図２の強化繊維群集合体における第３部材の斜視図および部分断面図、（Ｄ）は図２の強化繊維群集合体における第４部材の斜視図および部分断面図である。（Ａ）は図２の第２部材の異なる製造方法について説明する前駆体の斜視図、（Ｂ）は（Ａ）の前駆体の内周側部分を折り曲げて製造した第２部材の斜視図である。（Ａ）は図２の第３部材の異なる製造方法について説明する前駆体の斜視図、（Ｂ）は（Ａ）の前駆体の下方側部分を折り曲げて製造した第３部材の斜視図である。

符号の説明

１ドライプリフォーム
２略楕円筒部分
３フランジ
４ウェブ
５第１部材
６第２部材
７第３部材
８第４部材
９強化繊維群集合体
６０第２部材の前駆体
６０ａ内周側部分
６０ｂ外周側部分
７０第３部材の前駆体
７０ａ下方側部分
７０ｂ上方側部分
Ｒ曲率半径

Claims

航空機に用いられるＦＲＰ製窓枠用のドライプリフォームにおいて、所望する任意の異形断面を持つ有孔略楕円形状を、周方向に配向されている強化繊維を切断しないように適宜分割した形状の、強化繊維を組織することなく配置し一体化してなる複数の強化繊維群を接合した強化繊維群集合体であり、周方向に配向されている強化繊維が連続的に適当な間隔で螺旋状に周回して配置されていることを特徴とする、航空機に用いられるＦＲＰ製窓枠用のドライプリフォーム。
航空機に用いられるＦＲＰ製窓枠用のドライプリフォームにおいて、所望する任意の異形断面を持つ有孔略楕円形状を、周方向に配向されている強化繊維を切断しないように適宜分割した形状の、強化繊維を組織することなく配置し、熱可塑性繊維および／または最小限のステッチにて一体化してなる複数の強化繊維群を熱可塑性繊維および／または最小限のステッチにて接合した強化繊維群集合体であり、周方向に配向されている強化繊維が連続的に適当な間隔で螺旋状に周回して配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の航空機に用いられるＦＲＰ製窓枠用のドライプリフォーム。
航空機に用いられるＦＲＰ製窓枠用のドライプリフォームにおいて、所望する任意の異形断面を持つ有孔略楕円形状を、周方向に配向されている強化繊維を切断しないように適宜分割した形状の、強化繊維を組織することなく配置し、ニードルパンチにて一体化してなる複数の強化繊維群を熱可塑性樹脂および／またはステッチにて接合した強化繊維群集合体であり、周方向に配向されている強化繊維が連続的に適当な間隔で螺旋状に周回して配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の航空機に用いられるＦＲＰ製窓枠用のドライプリフォーム。
航空機に用いられるＦＲＰ製窓枠用のドライプリフォームにおいて、所望する任意の異形断面を持つ有孔略楕円形状を、周方向に配向されている強化繊維を切断しないように適宜分割した形状の、分割されたパーツをダイレクトに最終形状になるように三次元的に積層した強化繊維を組織することなく熱可塑性繊維および／またはステッチにて一体化して構成された強化繊維群を含むことを特徴とする、請求項１に記載の航空機に用いられるＦＲＰ製窓枠用のドライプリフォーム。
航空機に用いられるＦＲＰ製窓枠用のドライプリフォームにおいて、所望する任意の異形断面を持つ有孔略楕円形状を、周方向に配向されている強化繊維を切断しないように適宜分割した形状の複数の強化繊維群を接合する際に生じる空隙部を充填するための、熱可塑性繊維またはニードルパンチにて一体化された一方向強化繊維群を含むことを特徴とする、請求項１に記載の航空機に用いられるＦＲＰ製窓枠用のドライプリフォーム。