JP2685549B2 - 繊維強化プラスチック製トラス構造体の製造法 - Google Patents

繊維強化プラスチック製トラス構造体の製造法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は繊維強化プラスチック製トラス構造体の製造
法に係り、特にフィラメントワインディング装置を使用
して繊維強化プラスチック製トラス構造翼を製造するの
に好適の製造法に関する。
〔従来の技術〕
近年航空機、特に軽量・高強度・高剛性を要求される
その翼構造には繊維強化プラスチック複合材が多く使用
されつつある。従来の繊維強化プラスチック複合材使用
の翼構造は、特公昭42−27423号公報に開示されている
ようにハニカムコアや発泡コアと桁と繊維強化プラスチ
ック複合材製外板と後縁材等を事前に個々に製作してお
き、これらを接着剤等で結合組立てるものであった。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところが、上述の方法は各部材を個々に製作しこれら
を結合組立てるため、自動化が困難で製造コストが非常
に高くなるという問題がある。また、翼構造を多数の部
分に分割して各部分をハンドレイアップにより製作し夫
々をスプライス(重ね継ぎ)する方法が考えられる。し
かしこの方法は強化用繊維の配向が不連続となってしま
い強度が低下し、更にスプライスにより板厚が増し局部
的板厚増を生じてしまうという問題に加えて、製造方法
全体の自動化がやはり難しいという問題もある。
そこで、本発明の目的は繊維強化プラスチック製構造
体を軽量・高強度・高剛性化できかつ安価に製造するこ
とができる繊維強化プラスチック製トラス構造体の製造
法を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
この目的を達成するために本願の第1の発明は、多角
形断面の第1マンドレルに樹脂を含浸した第1維持をフ
ィラメントワインディング装置によってヘリカルワイン
ディングし、上記第1マンドレルに上記第1樹脂含浸繊
維の積層体を形成する第1工程と、このヘリカルワイン
ディングされた第1マンドレルに多角形断面の第2マン
ドレルを接合し、この第1マンドレルの第1樹脂含浸繊
維の積層体と第2マンドレルとに樹脂を含浸した第2繊
維をフィラメントワインディング装置によりヘリカルワ
インディングして上記第1及び第2マンドレルに上記第
2樹脂含浸繊維の積層体を形成する第2工程と、上記ヘ
リカルワインディングされた第1及び第2マンドレル上
の上記第1及び第2樹脂含浸繊維を硬化して成形する第
3工程と、上記成形後に上記第1及び第2マンドレルを
取出す第4工程とを具備するものである。
また、上記第2工程は、上記第2樹脂含浸繊維のヘリ
カルワインディング後に上記第1及び第2マンドレルの
少なくとも一方に多角形断面の第3マンドレルを接合
し、その後上記第1及び第2マンドレルの上記第2樹脂
含浸繊維と第3マンドレルとに樹脂を含浸した第3繊維
をフィラメントワインディング装置によりヘリカルワイ
ンディングして上記第1、第2、第3マンドレルに上記
第3樹脂含浸繊維の積層体を形成する工程を含み、上記
第3工程は上記第3樹脂含浸繊維を上記第1及び第2樹
脂含浸繊維と同時に硬化形成することが望ましい。
更に、上記第2工程は、上記第2樹脂含浸繊維の積層
体の形成後にヒート・コンパクションによって上記第1
及び第2樹脂含浸繊維の積層体をタックし、この後に上
記第3マンドレルの接合を行うことが好ましい。
本願の第2の発明は多角形断面の複数のマンドレルに
個々に樹脂を含浸した繊維をフィラメントワインディン
グ装置によってヘルカルワインディングして上記各マン
ドレルに上記樹脂含浸繊維の第1積層体を形成する第1
工程と、これらのマンドレルを接合した後に、上記接合
されたマンドレル全体に樹脂を含浸した繊維をフィラメ
ントワインディング装置によってヘルカルワインディン
グして上記マンドレル全体に上記樹脂含浸繊維の第2積
層体を形成する第2工程、上記マンドレル上の上記第1
及び第2積層体の樹脂含浸繊維を硬化して成形する第3
工程と、上記成形後に上記各マンドレルを取出す第4工
程とを具備するものである。
〔作 用〕
第1発明では、第1樹脂含浸繊維の積層体は第1マン
ドレルに積層され、第2樹脂含浸繊維の積層体は互いに
接合された第1マンドレルと第2マンドレルに積層され
るため、第1及び第2樹脂含浸繊維の硬化によって一体
成形の繊維強化プラスチック製トラス構造体が製造され
る。
第2発明では、各マンドレルには個々に被覆された樹
脂含浸繊維積層体と全体に被覆された樹脂含浸繊維積層
体とが順次積層されているため、硬化処理により一体成
形の繊維強化プラスチック製トラス構造体が製造され
る。
〔実施例〕
以下に本発明による繊維強化プラスチック製トラス構
造体の製造法の実施例を図面を参照して説明する。
第1図は航空機の翼後縁部に使用される繊維強化プラ
スチック製トラス構造体の製造法の実施例の各工程を概
略的に示したもので、第2図は樹脂含浸繊維の積層体を
硬化した時の状態を詳細に示したものである。
第1図と第2図において、4角形断面のマンドレル1
に熱硬化性樹脂を含浸した第1繊維を図示を省略したフ
ィラメントワインディング装置によりヘリカルワインデ
ィングして第1樹脂含浸繊維の積層体2を形成する。な
お、この繊維としては例えばプリプレグロービングやプ
リプレグテープや繊維糸等を使用することができる。
次いで、このヘリカルワインディングされた第1マン
ドレル1に3角形断面の第2のマンドレル3を接合す
る。この接合は第2図に示したように固定ピン4を第1
マンドレル1のピン穴部5と第2マンドレル3のピン穴
部6とに挿入して両者を一体的に固定することによって
行われる。この後に第1及び第2マンドレル1、3の境
界部の隙間にフィラー7が充填される。この後、第1樹
脂含浸繊維と同一の材料からなる第2の樹脂含浸繊維を
第1及び第2マンドレル1、3にフィラメントワインデ
ィング装置によりヘリカルワインディングして第2樹脂
含浸繊維の積層体8を形成する。
次いで、ヒートコンパクションにより第1樹脂含浸繊
維の積層体2と第2樹脂含浸繊維の積層体8とをタック
させた後に、3角形断面の第3のマンドレル9を第2の
マンドレル3に接合する。この接合も上述と同様に第2
図に示したように固定ピン10を第3マンドレル1のピン
穴部11と第2マンドレル3のピン穴部12とに挿入するこ
とによって行われる。第2及び第3マンドレル3,9の境
界部間隙にもフィラー13が充填される。
この後に、第1樹脂含浸繊維と同一の材料からなる第
3の樹脂含浸繊維を第1、第2及び第3マンドレル1,3,
9にフィラメントワインディング装置によりヘリカルワ
インディングして第3樹脂含浸繊維の積層体14を形成す
る。こうして、第1マンドレル1には第1、第2及び第
3樹脂含浸繊維層2,8,14が順次積層され、第2マンドレ
ル3には第2及び第3樹脂含浸繊維層8,14が順次積層さ
れ、第3マンドレル9には第3樹脂含浸繊維層14のみが
積層される。
次いで、位置EPにおいて樹脂含浸繊維層2、8,14をト
リムした後、第4図に示したように一体固定のマンドレ
ル1,3,9を固定用治具15に載置しこれを真空バック16で
バギングし、即ち被覆する。この後に真空バック16内を
真空化してから加圧及び加熱して第1、第2及び第3樹
脂含浸繊維層2,8,14を硬化させ成形する。こうして第2
図に示した一体成形品が作製され、最後に第1乃至第3
マンドレル1,3,9を引抜くことによって第3図に示した
航空機の翼後縁部用の成形の繊維強化プラスチック製ト
ラス構造体が完成する。
なお、上記実施例では樹脂として、熱硬化性樹脂を使
用したが熱可塑性樹脂を使用したこともできる。
第5図は上記実施例の変形例を示したもので、第1マ
ンドレル15として左右対称形状のものを使用しこれに上
記実施例と全く同様に第1樹脂含浸繊維層2を積層した
後、第1マンドレル15の左右に夫々第2マンドレル3,3
を接合する。その後の工程は上記実施例と同じである。
第3樹脂含浸繊維層14を積層した後に、位置EP1とEP2で
トリムする。この変形例により繊維強化プラスチック製
トラス構造体を2個同時に成形することができる。
第6図は第3マンドレル9を省略した例を示したもの
で、この例では第1及び第2マンドレル1,3の全体に2
層の樹脂含浸繊維層8A,8Bが積層されている。
第7図は5個のマンドレル16,17,18,19,20を使用して
翼中間部用の繊維強化プラスチック製トラス構造体を製
造する例を示したもので、マンドレル16には樹脂含浸繊
維層21が積層され、マンドレル17には樹脂含浸繊維層22
が積層され、マンドレル18には樹脂含浸繊維層23が積層
され、マンドレル19には樹脂含浸繊維層24が積層され、
マンドレル20には樹脂含浸繊維層25が積層されている。
これらのマンドレル16〜20が接合された後に全体の外表
面に樹脂含浸繊維層26が積層される、この例では、各マ
ンドレルとも積層される樹脂含浸繊維層の数が等しく
(2層)なる。
第8図は繊維強化プラスチック製トラス構造体の翼中
間部27と繊維強化プラスチック製トラス構造体の翼後縁
部28とを結合用桁29を介して接着又は打鋲組立した例を
示したものである。
〔発明の効果〕
以上の説明から明らかなように本発明によれば、フィ
ラメントワインディング装置を使用して一体成形により
繊維強化プラスチック製トラス構造体を製造することが
できるため、製造コストが非常に安価となる。また、ト
ラス構造でありかつまたフィラメントワインディングに
より繊維配向を所望の方向に制御することができるた
め、軽量・高強度・高剛性の構造体が得られる。もちろ
ん、ハンドレイアップによる欠点、即ち繊維配向の不連
続性やスプライスによる局部的な板厚増等は生じない。
【図面の簡単な説明】
第1図は繊維強化プラスチック製トラス構造体の製造法
の実施例の各工程を示した概略図、第2図はマンドレル
に樹脂含浸繊維層を積層した状態を示した断面図、第3
図は製造された繊維強化プラスチック製トラス構造体を
示した斜視図、第4図は樹脂含浸繊維層を硬化処理する
工程を示した断面図、第5図及び第6図は夫々上記実施
例の変形例を示した断面図、第7図は翼中間部用の繊維
強化プラスチック製トラス構造体の製造法の一工程を示
した断面図、第8図は繊維強化プラスチック製トラス構
造体の翼中間部と繊維強化プラスチック製トラス構造体
翼後縁部とを結合した状態を示した端面図である。 1……第1マンドレル、2……第1樹脂含浸繊維の積層
体、3……第2マンドレル、8……第2樹脂含浸繊維の
積層体、9……第3マンドレル、14……第3樹脂含浸繊
維の積層体、15〜20……マンドレル、21〜26……樹脂含
浸繊維の積層体。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】多角形断面の第1マンドレルに樹脂を含浸
    した第1繊維をフィラメントワインディング装置によっ
    てヘリカルワインディングして上記第1マンドレルに上
    記第1樹脂含浸繊維の積層体を形成する第1工程と、こ
    のヘリカルワインディングされた第1マンドレルに多角
    形断面の第2マンドレルを接合し、この第1マンドレル
    の第1樹脂含浸繊維の積層体と第2マンドレルとに樹脂
    を含浸した第2繊維をフィラメントワインディング装置
    によりヘリカルワインディングして上記第1及び第2マ
    ンドレルに上記第2樹脂含浸繊維の積層体を形成する第
    2工程と、上記ヘリカルワインディングされた第1及び
    第2マンドレル上の上記第1及び第2樹脂含浸繊維を硬
    化して成形する第3工程と、上記成形後に上記第1及び
    第2マンドレルを取出す第4工程とを具備することを特
    徴とする繊維強化プラスチック製トラス構造体の製造
    法。
  2. 【請求項2】上記第2工程は、上記第2樹脂含浸繊維の
    ヘリカルワインディング後に上記第1及び第2マンドレ
    ルの少なくとも一方に多角形断面の第3マンドレルを接
    合し、その後上記第1及び第2マンドレルの上記第2樹
    脂含浸繊維と第3マンドレルとに樹脂を含浸した第3繊
    維をフィラメントワインディング装置によりヘリカルワ
    インディングして上記第1、第2、第3マンドレルに上
    記第3樹脂含浸繊維の積層体を形成する工程を含み、上
    記第3工程は上記第3樹脂含浸繊維を上記第1及び第2
    樹脂含浸繊維と同時に硬化成形することを特徴とする請
    求項1記載の繊維強化プラスチック製トラス構造体の製
    造法。
  3. 【請求項3】上記第2工程は、上記第2樹脂含浸繊維の
    積層体の形成後にヒート・コンパクションによって上記
    第1及び第2樹脂含浸繊維の積層体をタックし、この後
    に上記第3マンドレルの接合を行うことを特徴とする請
    求項2記載の繊維強化プラスチック製トラス構造体の製
    造法。
  4. 【請求項4】多角形断面の複数のマンドレルに個々に樹
    脂を含浸した繊維をフィラメントワインディング装置に
    よってヘリカルワインディングして上記各マンドレルに
    上記樹脂含浸繊維の第1積層体を形成する第1工程と、
    これらのマンドレルを接合した後に、上記接合されたマ
    ンドレル全体に樹脂を含浸した繊維をフィラメントワイ
    ンディング装置によってヘリカルワインディングして上
    記マンドレル全体に上記樹脂含浸繊維の第2積層体を形
    成する第2工程と、上記マンドレル上の上記第1及び第
    2積層体の樹脂含浸繊維を硬化して成形する第3工程
    と、上記成形後に上記各マンドレルを取出す第4工程と
    を具備することを特徴とする繊維強化プラスチック製ト
    ラス構造体の製造法。
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