JP3895168B2 - 閉空間を有する構造体の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、閉空間を有する構造体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
航空機や宇宙構造物は、その用途の特殊性から、その構造が高強度でかつ軽量であることが望ましい。このため、航空機の主翼、尾翼、胴体などを構成する際には、主として外殻の部材に荷重を担わせるセミモノコック構造が採用されており、このセミモノコック構造の代表例として航空機の主翼が挙げられる。航空機の主翼は、前縁部分、桁間部分および後縁部分から構成されており、この中の桁間部分は、前桁、後桁、上下外板、ストリンガー、リブなどから構成される箱型構造とされている。
【０００３】
前記した箱型構造のように、その内部に閉空間を有する構造体を構成する方法としては、開放部を有する箱状体を調製し、その開放部に設けたフランジの上部に外板を配置し、開放部のフランジと外板とを機械的結合手段（ファスナ）を使用して結合する方法や、複数の組み合わせ式のマンドレルを使用して開放部を有する箱状体を２個成形し、これら２個の箱状体の開放部同士を結合する方法などが提案されている。
【０００４】
しかし、前記したファスナを使用する方法によると、ファスナ結合部分に応力が集中するため、疲労特性に問題があった。また、ファスナは一般的に金属で調製されるため、構造体の重量およびコストの増加をもたらしていた。一方、前記したマンドレルを使用する方法によると、最終的に箱状体の開放部同士をファスナ結合する必要があるため、前記したような応力集中、構造体の重量およびコストの増加などの問題が同様に生じるとともに、マンドレルを箱状体内部から引き抜く作業（脱型作業）に労力を要していた。
【０００５】
このような問題を解決するために、箱状体の内部に熱膨張性に優れるシリコーンゴム製のビーズを所定量充填し、この箱状体の開放部のフランジに接着剤を介して外板を配置し、シリコーンゴム製のビーズを箱状体および外板とともに加熱して熱膨張させて箱状体内部から外部へと押圧力を作用させることによって、箱状体と外板とを接着する方法が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記したシリコーンゴム製のビーズを使用する方法によると、適正な接着圧力を得るために、加圧媒体であるシリコーンゴム製のビーズの充填量や初期押し潰し率の設定を詳細に行う必要があった。
【０００７】
なお、複数の構成部品を組み合わせ接着して箱状体を構成する方法として、加圧バッグを用いる方法が提案されている（特開昭５８−２０５７３０号公報参照）。この方法は、箱状体を構成する複数の構成部品を組み合わせて全体をパッキング材（シリコーンゴム製の加圧バッグ）で被覆した上で加圧することによって各構成部品を接着する方法であり、箱状体を半硬化状態のプリプレグを用いてオートクレーブで加圧成形する際に適用されるものである。
【０００８】
しかし、前記した加圧バッグを使用する接着方法によると、構成する箱状体の内面形状に合わせて加圧バッグを成形する必要があるために専用治具が必要となり、コストが嵩む上に専用治具の保管管理のためのスペースを要した。また、構成する箱状体が複雑な内面形状を有する場合には、加圧バッグの形状も複雑となるため、加圧バッグの成形が困難となる上にその耐久性が問題となっていた。さらに、製品の内面に加圧バッグを密着させる作業が煩雑であった。
【０００９】
本発明の課題は、閉空間を有する構造体の製造方法において、作業効率を格段に向上させるとともに、接着状態を安定させて製品の高品質化を図ることである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、例えば図１ないし図７に示すように、一の側面にフランジ付きの開放部が設けられ他の側面に前記開放部より小さい作業孔が設けられた箱状体と、前記開放部を塞ぐために前記フランジに接着される外板とを製造する箱状体製造工程と、開口部と伸縮性に優れる袋体部とを備える加圧バッグを調製する加圧バッグ調製工程と、前記加圧バッグの袋体部を前記箱状体の内部に収納するとともに、前記加圧バッグの開口部を前記箱状体の外方に開放させた状態で前記作業孔に固定する加圧バッグ配置工程と、前記箱状体の内部に弾性体を充填する弾性体充填工程と、前記弾性体が充填された前記箱状体のフランジに接着剤を介して前記外板を配置して閉空間を有する構造体を一時的に構成する閉空間形成工程と、前記箱状体の外方に開放させた前記加圧バッグの開口部を除いて前記閉空間を有する構造体を真空バッグで被覆する被覆工程と、前記閉空間を有する構造体と前記真空バッグで囲まれた部分および前記閉空間内の空気を排出する排気工程と、前記接着剤を硬化させる硬化工程と、前記加圧バッグおよび前記弾性体を前記作業孔から排出する排出工程とを備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項１記載の発明によれば、開口部と伸縮性に優れる袋体部とを備える加圧バッグを調製し、加圧バッグの袋体部を箱状体の内部に収納するとともに加圧バッグの開口部を箱状体の外方に開放させた状態で作業孔に固定し、箱状体の内部に弾性体を充填し、弾性体が充填された箱状体のフランジに接着剤を介して外板を配置して閉空間を有する構造体を一時的に構成し、箱状体の外方に開放させた作業孔に配置した加圧バッグの開口部を除いて閉空間を有する構造体を真空バッグで被覆し、閉空間を有する構造体と真空バッグとで囲まれた部分および閉空間内の空気を排出することにより、加圧バッグおよび弾性体を介して閉空間を有する構造体の内部に大気圧による押圧力を作用させることができるとともに、真空バッグを介して閉空間を有する構造体の外部に大気圧による押圧力を作用させることができる。
【００１２】
従って、閉空間を有する構造体の内部に作用させる押圧力と、閉空間を有する構造体の外部に作用させる押圧力とを、きわめて容易に釣り合わせることができるので、接着部（すなわち、箱状体のフランジ、および、このフランジに接着剤を介して配置された外板の周縁部分）の両面に、均等な圧力を、きわめて容易に加えることができる。
【００１３】
従って、従来のシリコーンゴム製のビーズのみを加圧媒体として使用する方法では加圧媒体の充填量や初期押し潰し率の詳細な設定が必要であったのに対し、本発明に係る製造方法によれば、このような加圧媒体の充填量や初期押し潰し率の詳細な設定が不要となるので、接着作業に要する時間や労力を低減させることができる。この結果、作業効率を格段に向上させることができる。また、閉空間を有する構造体の構成部品である外板や箱状体の外部と内部には、常に釣り合った押圧力（大気圧による押圧力）が作用するため、これら構成部品が撓むことがないので、製品の高品質化を図ることができる。
【００１４】
また、請求項１記載の発明によれば、加圧バッグおよび弾性体を介して閉空間を有する構造体の内部に大気圧による押圧力を作用させる際に、箱状体の内面形状に対応して弾性体が変形するため、箱状体の内面全体にわたって均一に接着圧力を加えることができる。従って、接着部にも均一に接着圧力を加えることができるので、安定した接着効果を得ることができ、この点からも製品の高品質化を図ることができる。
【００１５】
さらに、従来の加圧バッグのみを加圧媒体として使用する方法では箱状体の内面形状に合わせて加圧バッグを成形する必要があり専用治具を要したのに対し、請求項１記載の発明によれば、このような専用治具が不要となるので、製造上のコストが嵩むことがない。また、箱状体の内面形状が複雑である場合にも、その内面形状に対応して弾性体が変形するため、複雑な形状の加圧バッグを成形する必要がなく、かつ、その内面形状に加圧バッグを密着させる手間を省くことができる。
【００１６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の閉空間を有する構造体の製造方法において、例えば図４に示すように、前記弾性体は、シリコーンゴム製のビーズを主構成要素とするものであることを特徴とする。
【００１７】
請求項２記載の発明によれば、弾性体が、柔軟性および熱膨張性に優れるシリコーンゴム製のビーズを主構成要素とするものであるため、例えば、小さい径のシリコーンゴム製のビーズを硬化工程で加熱して流動・変形させることによって、弾性体を狭い隙間に進入させて細部まで接着圧力を加えることができる。この結果、製品のさらなる高品質化を図ることができる。
【００１８】
また、請求項２記載の発明によれば、弾性体が、耐熱性に優れるシリコーンゴム製のビーズを主構成要素とするものであるため、例えば、硬化工程で弾性体を加熱しても弾性体が劣化することがない。従って、比較的高温で硬化する接着剤を用いた場合であっても、その硬化温度に充分耐えることができる。この結果、接着剤を確実に硬化させることができるので、製品の一層の高品質化を図ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。以下の実施の形態においては、本発明に係る製造方法を使用して、閉空間を有する直方体状の箱型構造体１を製造する工程について説明する。なお、本実施の形態では、繊維強化樹脂複合材製の箱型構造体１を、熱硬化型の接着剤を用いて製造する例について説明することとする。
【００２０】
本実施の形態に係る製造方法では、まず、図１に示すように、閉空間を有する箱型構造体１の構成部品である箱状体１０と外板２０とを準備する（箱状体製造工程）。箱状体１０は、底壁、側壁および上方の開放部を備えた構造体であって、その開放部に接着用のフランジ１１を有するものである。本実施の形態においては、エポキシ樹脂を母材とした炭素繊維強化樹脂複合材を使用して硬化成形した底壁および側壁を接着剤によって接合することによって、箱状体１０構成している。なお、箱状体１０は、ＲＴＭ法などで一体的に成形することもできる。
【００２１】
箱状体１０の一の側壁には、図１に示すようにアクセスホール１２が設けられている。このアクセスホール１２は、箱型構造体１が完成した後に閉空間内を点検するために設けられるものであって、上方の開放部と比較して小さくされている。また、アクセスホール１２は、後述する加圧バッグ３０の開口部３１を固定するとともに、この加圧バッグ３０およびシリコーンゴム製のビーズ４０を排出するための作業孔として利用される。
【００２２】
アクセスホール１２の設けられる位置は、前記した機能を果たすことができれば特に限定されるものではなく、本実施の形態では箱状体１０の一の側壁のほぼ中央に配置している。また、アクセスホール１２の形状および大きさは、加圧バッグ３０の開口部３１の形状および大きさに対応させて設定されるが、後述するように加圧バッグ３０の開口部３１を構成する金属製アタッチメントの外径の大きさと同一の径を有する形状としてもよい。
【００２３】
外板２０は、後述する閉空間形成工程において、箱状体１０のフランジ１１の上方に接着剤５０を介して配置されるものであり、箱状体１０とともに閉空間を形成する。本実施の形態における外板２０は、エポキシ樹脂を母材とした炭素繊維強化樹脂複合材を使用して硬化成形した板状体を採用している。外板２０を、接着剤５０を介して箱状体１０のフランジ１１の上方に配置した状態の断面図を、図２に示す。
【００２４】
次いで、箱状体１０のアクセスホール１２に固定される加圧バッグ３０を調製する（加圧バッグ調製工程）。この加圧バッグ３０は、金属製アタッチメントからなる開口部３１と、シリコーンゴム製袋体からなる袋体部３２とから構成されるものであり、後述する真空引工程において、箱型構造体１の内部に大気圧による押圧力を作用させるように機能する。
【００２５】
加圧バッグ３０を調製する手順について、図３および図４を用いて説明する。図３は、加圧バッグ３０の構成部品を示す斜視図であり、（ａ）は加圧バッグ３０の開口部３１を構成する金属製アタッチメントを、（ｂ）は加圧バッグ３０の袋体部３２を構成するシリコーンゴム製袋体を、それぞれ示している。
【００２６】
金属製アタッチメントは、図３（ａ）に示すように略円筒形状を呈し、アクセスホール１２に挿入される側の端部にテーパー加工が施されている。この金属性アタッチメントは、鉄、アルミニウム、銅などの各種金属で調製することができる。また、図３（ｂ）に示したシリコーンゴム製袋体は、真空圧と大気圧との差によって伸縮自在なものとし、本実施の形態では約８００％の展張が可能な「ＳＭＣ４００」（商品名、D.Aircraft Products Inc.製）を採用している。
【００２７】
図４は、図３に示した加圧バッグ３０の構成部品（金属製アタッチメントおよびシリコーンゴム製袋体）から加圧バッグ３０を構成する手順を示したものである。加圧バッグ３０を構成する際には、シリコーンゴム製袋体の開口部分を、金属製アタッチメントのテーパー側の端部に挿入して反対の端部側へと突出させ（図４（ａ）参照）、この突出させた部分を折り返して金属製アタッチメント表面に被せ、被せた部分をテープ３３で固定する（図４（ｂ）参照）。
【００２８】
次いで、箱状体１０のアクセスホール１２に、加圧バッグ３０を固定する（加圧バッグ配置工程）。加圧バッグ３０を箱状体１０のアクセスホール１２に固定する際には、加圧バッグ３０の袋体部３２を箱状体１０内に収納するとともに、加圧バッグ３０の開口部３１を箱状体１０の外方に開放させた状態でアクセスホール１２に固定する（図５および図６参照）。
【００２９】
次いで、箱状体１０の内部に、弾性体であるシリコーンゴム製のビーズ４０を充填する（弾性体充填工程：図６参照）。このシリコーンゴム製のビーズ４０は、柔軟性、熱膨張性および耐熱性に優れる弾性体であり、加圧バッグ３０の展張による押圧力を箱状体１０の内面に均一に伝達するという機能を果たす。本実施の形態においては、直径４ｍｍで耐熱温度２５０℃のシリコーンゴム製のビーズ４０を採用している。なお、シリコーンゴム製のビーズ４０の箱状体１０内部における充填率や押し潰し率は、前記した機能を果たすことができればいかなる程度でもよい。
【００３０】
次いで、シリコーンゴム製のビーズ４０が充填された箱状体１０のフランジ１１の上方に、熱硬化型の接着剤５０を介して外板２０を配置して、閉空間を有する箱型構造体１を一時的に構成する（閉空間形成工程：図２、図５および図６参照）。熱硬化型の接着剤５０としては、エポキシ系、ユリア樹脂系、メラミン樹脂系、フェノール樹脂系などの接着剤を挙げることができ、本実施の形態では、１８０℃で硬化するエポキシ系の接着剤を採用している。
【００３１】
次いで、アクセスホール１２に固定され箱状体１０の外方に開放させた状態の加圧バッグ３０の開口部３１を除いて、箱型構造体１を真空バッグ６０で被覆する（被覆工程：図５および図６参照）。この際、箱型構造体１と真空バッグ６０とから囲まれる部分の気密性を確保するために、加圧バッグ３０の開口部３１と真空バッグ６０との間をシール材７０で密封する（図６参照）。真空バッグ６０は、後述する加熱工程における加熱に耐え得る耐熱性を有し、かつ、柔軟性に優れるものが好ましく、ナイロンフィルム、シリコーンゴム、フッ素ゴムなどによって調製することができる。
【００３２】
次いで、箱型構造体１と真空バッグ６０で囲まれた部分の空気、および、箱型構造体１の閉空間内の空気を排出する（真空引工程）。この際には、真空ポンプを用いた従来の方法を採用することができる。すなわち、真空バッグ６０に排気孔を設けておき、この排気孔と真空ポンプとを排気管を介して接続し、この真空ポンプの吸引操作によって、箱型構造体１と真空バッグ６０とで囲まれた部分の空気、および、箱型構造体１の閉空間内の空気を排出することができる。
【００３３】
この真空引工程において、箱型構造体１の閉空間内の空気を排出するため、箱状体１０の適所に空気抜き用の小孔を設けておく。空気抜き用の小孔の個数や大きさは、箱型構造体１の閉空間内の空気の排出を妨げない程度で適宜決めることができる。なお、空気抜き用の小孔は、箱状体１０の構造強度に影響がない箇所に設けるのが好ましい。
【００３４】
この真空引工程によって、箱型構造体１と真空バッグ６０で囲まれた部分の空気が排出されるため、真空バッグ６０を介して、大気圧による均一な押圧力が箱型構造体１の外部に作用する。また、この真空引工程によって、箱型構造体１の閉空間内の空気が排出されるため、加圧バッグ３０およびシリコーンゴム製のビーズ４０を介して、大気圧による均一な押圧力が箱型構造体１の内部に作用することとなる。
【００３５】
図７は、この真空引工程によって大気圧が作用して加圧バッグ３０が展張した状態を示している。真空引工程によって箱型構造体１の閉空間内の空気を排出することによって閉空間内の圧力が真空圧に近くなると、加圧バッグ３０の開放された開口部３１を介して加圧バッグ３０の内部に大気圧による押圧力が作用する。加圧バッグ３０の袋体部３２は、前記したように伸縮自在なシリコーンゴム製袋体から構成されているため、図７に示すように、真空圧と大気圧との差によって容易に展張し、この加圧バッグ３０の袋体部３２の展張による押圧力が、シリコーンゴム製のビーズ４０を介して伝達されて箱型構造体１の内部に作用することとなる。
【００３６】
また、シリコーンゴム製のビーズ４０は、加圧バッグ３０の展張および箱型構造体１の内部形状に応じて自在に流動可能であるとともに柔軟性に優れるため、加圧バッグ３０の展張による押圧力を、箱型構造体１の内面に均一に作用させることができる。このため、箱状体１０のフランジ１１の下面にも押圧力を均一に作用させることができる。
【００３７】
ここで、加圧バッグ３０およびシリコーンゴム製のビーズ４０を介して箱状体１０のフランジ１１の下面に作用する押圧力は大気圧に起因するものであり、真空バッグ６０を介して外板２０の周縁部の上面に作用する押圧力も大気圧に起因するものである。従って、接着部の上下面、すなわち、箱状体１０のフランジ１１の下面および外板２０の周縁部の上面に均等な接着圧力を加えることができることとなる。
【００３８】
一方、真空引工程において、加圧バッグ３０の採用による大気圧の導入を行わなかった場合の例を図８に示した。図８（ａ）は、箱状体１０の内部にシリコーンゴム製のビーズ４０のみを充填し、箱状体１０のフランジ１１の上方に熱硬化型の接着剤５０を介して外板２０を配置し、箱型構造体１を真空バッグ６０で被覆した状態を示すものである。また、図８（ｂ）は、図８（ａ）の状態から、箱型構造体１と真空バッグ６０で囲まれた部分の空気および箱型構造体１の閉空間内の空気を排出した状態を示すものである。
【００３９】
この例では、箱型構造体１と真空バッグ６０で囲まれた部分の空気および箱型構造体１の閉空間内の空気を排出することによって、箱型構造体１の外部に大気圧に起因する押圧力が作用する。これに対し、箱型構造体１の内部には、充填されたシリコーンゴム製のビーズ４０による反力が作用するが、この反力は、必ずしも箱型構造体１の外部に作用した大気圧に起因する押圧力と釣り合うとは限らない。このため、ビーズ４０の量が不足した場合には、図８（ｂ）に示すように、箱型構造体１を構成する箱状体１０の側壁や外板２０が内側に撓んでしまい、所望の製品形状が得られない場合がある。
【００４０】
また、箱型構造体１の内部に充填されているシリコーンゴム製のビーズ４０を加熱して膨張させ、その膨張に起因する押圧力を箱型構造体１の内部に作用させて、箱型構造体１の外部に作用する大気圧に起因する押圧力と釣り合わせようとすると、シリコーンゴム製のビーズ４０の充填率や押し潰し率を、加圧バッグ３０を採用した場合と比べてきわめて狭い範囲で設定する必要がある。
【００４１】
これに対し、本実施の形態に係る製造方法では、加圧バッグ３０を採用して箱型構造体１の内部に大気圧の導入を行うことによって、前記した図８の例における問題をきわめて簡易に解決することができる。
【００４２】
この真空引工程による押圧力を加えた状態で、箱型構造体１をオーブン等を用いて１８０℃で１２０〜１５０分間加熱して、熱硬化型の接着剤５０を硬化させる（硬化工程）。前記した排気工程に加え、この硬化工程における加熱でシリコーンゴム製のビーズ４０を膨張させて流動・変形させることによって、シリコーンゴム製のビーズ４０を箱状体１０の内部の狭い隙間に進入させて細部まで接着圧力を加えることができる。なお、シリコーンゴム製のビーズ４０は耐熱性に優れるため、加熱工程による１８０℃の加熱で劣化することがない。
【００４３】
また、接着部の上下面（すなわち、箱状体１０のフランジ１１の下面および外板２０の周縁部の上面）に真空引工程による押圧力を作用させた状態で硬化工程による加熱を施すと、箱状体１０のフランジ１１と外板２０の周縁部との間に配置された熱硬化型の接着剤５０が、この押圧力と加熱によって硬化反応を起こす。この結果、外板２０が箱状体１０のフランジ１１と強固に接着されることとなる。
【００４４】
次いで、箱型構造体１を放置して常温まで冷却した後に、箱型構造体１を被覆した真空バッグ６０を取り除き、箱型構造体１を構成する箱状体１０のアクセスホール１２から、加圧バッグ３０とシリコーンゴム製のビーズ４０とを排出する（排出工程）。この後、アクセスホール１２を閉鎖して、箱型構造体１の製造を終了する。
【００４５】
本実施の形態に係る製造方法によれば、開口部３１と伸縮性に優れる袋体部３２とを備える加圧バッグ３０を調製し、加圧バッグ３０の袋体部３２を箱状体１０の内部に収納するとともに加圧バッグ３０の開口部３１を箱状体１０の外方に開放させた状態でアクセスホール１２に固定し、箱状体１０の内部にシリコーンゴム製のビーズ４０を充填し、シリコーンゴム製のビーズ４０が充填された箱状体１０のフランジ１１に熱硬化型の接着剤５０を介して外板２０を配置して箱型構造体１を一時的に構成し、アクセスホール１２に固定され箱状体１０の外方に開放させた加圧バッグ３０の開口部３１を除いて箱型構造体１を真空バッグ６０で被覆し、箱型構造体１と真空バッグ６０とで囲まれた部分および閉空間内の空気を排出することにより、加圧バッグ３０およびシリコーンゴム製のビーズ４０を介して箱型構造体１の内部に大気圧による押圧力を作用させることができるとともに、真空バッグ６０を介して箱型構造体１の外部に大気圧による押圧力を作用させることができる。
【００４６】
このため、箱型構造体１の内部に作用させる押圧力と、箱型構造体１の外部に作用させる押圧力とを、きわめて容易に釣り合わせることができるので、接着部（すなわち、箱状体１０のフランジ１１、および、このフランジ１１に接着剤５０を介して配置された外板２０の周縁部分）の両面に、均等な接着圧力を、きわめて容易に加えることができる。
【００４７】
従って、シリコーンゴム製のビーズ４０のみを加圧媒体として使用した場合（図８参照）のように加圧媒体の充填量や初期押し潰し率の設定を詳細に行う必要がないので、接着作業に要する時間や労力を低減させることができる。この結果、作業効率を格段に向上させることができる。また、箱型構造体１の構成部品である外板２０や箱状体１０の外部と内部には、常に釣り合った押圧力（大気圧による押圧力）が作用するため、これら構成部品が撓むことがないので、高品質の製品を得ることができる。
【００４８】
また、本実施の形態に係る製造方法によれば、加圧バッグ３０およびシリコーンゴム製のビーズ４０を介して箱型構造体１の内部に大気圧による押圧力を作用させる際に、箱状体１０のフランジ１１の形状に対応してシリコーンゴム製のビーズ４０が変形するため、フランジ１１全体にわたって均一に接着圧力を加えることができる。従って、安定した接着効果を得ることができ、この点からも、製品の高品質化を図ることができる。
【００４９】
さらに、本実施の形態に係る製造方法によれば、弾性体として、柔軟性および熱膨張性に優れるシリコーンゴム製のビーズ４０を採用しているため、このシリコーンゴム製のビーズ４０を排気工程と硬化工程で膨張させ流動・変形させて狭い隙間に進入させることによって、箱状体１０内の細部まで接着圧力を加えることができる。従って、高い接着効果を得ることができる。
【００５０】
さらにまた、本実施の形態に係る製造方法によれば、弾性体として、耐熱性に優れるシリコーンゴム製のビーズ４０を採用しているため、硬化工程で加熱しても弾性体が劣化することがないので、本実施の形態のように比較的高温（１８０℃）で硬化する接着剤５０を用いた場合であっても、その硬化温度に充分耐えることができる。従って、接着剤を確実に硬化させることができる。
【００５１】
次に、本実施の形態に係る製造方法によって製造した箱状構造体１から切り出した試験体（以下、「本発明方法に係る試験体」という）と、比較用の試験体とを準備し、それぞれについて圧縮せん断試験を行った結果を、表１を用いて説明する。
【００５２】
＜試験体の準備＞
まず、本実施の形態に係る製造方法によって製造した箱状構造体１から、幅１２．６９ｍｍで接着部の長さ（以下、「ｌａｐ長」という）６．４０ｍｍの試験体を切り出して、本発明方法に係る試験体を３個準備した。この本発明に係る試験体の接着部は、前記した手順で説明したように、大気圧に起因する押圧力を作用させて接着したものである。
【００５３】
次いで、本発明方法に係る試験体と略同一幅・略同一ｌａｐ長の比較用の試験体を４種類準備する。この４種類の比較用の試験体は、接着圧力を０ｋＰａ、４９ｋＰａ、９８ｋＰａ、３１４ｋＰａと設定したものである。なお、この比較用の試験体においても、本発明方法に係る試験体と同様に３個ずつ準備している。
【００５４】
＜圧縮せん断試験＞
続いて、本発明方法に係る試験体のそれぞれに、万能試験機で圧縮荷重をかけて接着部にせん断力を加え、本発明方法に係る試験体が破断する際の荷重（破断荷重）を測定した。また、この破断荷重を、本発明方法に係る試験体の接着部の面積（すなわち試験体の幅（１２．６９ｍｍ）にｌａｐ長（６．４０ｍｍ）を乗じて得た面積（８．１２×１０-5ｍ2））で除することによって、破断時のせん断応力を求めた。さらに、これら破断荷重およびせん断応力の平均値を求めた。
【００５５】
４種類の比較用の試験体についても、同様の手順で破断荷重の測定およびせん断応力の算出を行い、これらの平均値を求めた。
【００５６】
前記した圧縮せん断試験によって得た本発明方法に係る試験体および比較用の試験体の破断荷重、せん断応力、および、それらの平均値を表１に示した。
【表１】
【００５７】
この表１に示されるように、本発明方法に係る試験体のせん断応力の平均値は５２．３ＭＰａとなり、９８ｋＰａの接着圧力を加えて接着した比較用の試験体のせん断応力（５１．５ＭＰａ）とほぼ同等の値を示しており、充分な接着強度を有することがわかる。この試験結果は、本発明方法に係る試験体が、大気圧（約１００ｋＰａ）に起因する押圧力を作用させて接着したものであることを裏付けている。
【００５８】
なお、接着剤がエポキシ系またはゴム系の場合には、圧締条件として、接触圧（６．９ｋＰａ〜１３．７ｋＰａ）以上で加圧すればよいとされるが、通常、接着剤層に気泡が混入するため、この気泡を除去する目的で前記接触圧の５倍（３４ｋＰａ以上の接着圧力を加えるのが好ましい。本発明方法に係る試験体は、大気圧（約１００ｋＰａ）に起因する押圧力を作用させて接着しているので、この気泡の除去も充分に行うことができる。
【００５９】
なお、以上の実施の形態においては、弾性体としてシリコーンゴム製のビーズ４０を採用したが、これに限られるものではない。例えば、熱膨張性を有しないが弾力性に優れる材料で調製した複数の球状体や、液体と非溶解性固体粒子から構成される軟泥状のスラリー（スライム）などを弾性体として採用することもできる。
【００６０】
また、以上の実施の形態においては、加圧バッグ３０を採用することにより、真空引工程によって箱型構造体１の内部に作用させる押圧力と、箱型構造体１の外部に作用させる押圧力とを容易に釣り合わせることができるので、箱型構造体１をオートクレーブで加圧する場合においても、同様に、箱型構造体１の内部に作用させる押圧力と、箱型構造体１の外部に作用させる押圧力とを容易に釣り合わせることができる。従って、オートクレーブを用いた製造工程にも適用が可能である。
【００６１】
また、以上の実施の形態においては、真空引工程によって、加圧バッグ３０およびシリコーンゴム製のビーズ４０を介して箱型構造体１の内部に大気圧による押圧力を作用させるとともに、真空バッグ６０を介して箱型構造体１の外部に大気圧による押圧力を作用させている。この際、ビーズ４０の流動や変形に時間がかかったりビーズ４０同士に摩擦力が作用したりするため、箱型構造体１の内部または外部に作用する押圧力によって、箱状体１０の側壁や外板２０が撓む場合がある。
【００６２】
特に、箱状体１０の側壁や外板２０が剛性の低い材料で調製されている場合、箱状体１０の側壁や外板２０の厚さが比較的薄い場合、外板２０を支持する側壁間の距離が比較的長い場合などには、箱状体１０の側壁や外板２０が撓み易くなる。このような箱状体１０の側壁や外板２０を補強して撓みを防止する目的で、カウルプレートを配置することもできる。
【００６３】
また、以上の実施の形態においては、熱硬化型の接着剤を用いて複合材製の箱型構造体１を製造する例について説明したが、常温硬化型の接着剤を用いて複合材製の箱型構造体を製造することもできる。また、以上の実施の形態に係る製造方法を、金属製の箱型構造体の製造にも適用することができる。
【００６４】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、加圧バッグおよび弾性体を介して閉空間を有する構造体の内部に大気圧による押圧力を作用させることができるとともに、真空バッグを介して閉空間を有する構造体の外部に大気圧による押圧力を作用させることができる。このため、閉空間を有する構造体の内部に作用させる押圧力と、閉空間を有する構造体の外部に作用させる押圧力とを、きわめて容易に釣り合わせることができるので、接着部の両面に均等な接着圧力を容易に加えることができる。
【００６５】
従って、シリコーンゴム製のビーズのみを加圧媒体として使用した場合のように加圧媒体の充填量や初期押し潰し率の設定を詳細に行う必要がないので、接着作業に要する時間や労力を低減させることができる。この結果、作業効率を格段に向上させることができる。
【００６６】
また、請求項１記載の発明によれば、閉空間を有する構造体の構成部品である外板や箱状体の外部と内部に常に釣り合った押圧力（大気圧による押圧力）が作用するため、これら構成部品が撓むことがないので、製品の高品質化を図ることができる。
【００６７】
さらに、請求項１記載の発明によれば、加圧バッグおよび弾性体を介して閉空間を有する構造体の内部に大気圧による押圧力を作用させる際に、箱状体の内面形状に対応して弾性体が変形するため、箱状体の内面全体にわたって均一に接着圧力を加えることができる。従って、接着部にも均一に接着圧力を加えることができるので、安定した接着効果を得ることができ、この点からも製品の高品質化を図ることができる。
【００６８】
さらにまた、従来の加圧バッグのみを加圧媒体として使用する方法では箱状体の内面形状に合わせて加圧バッグを成形する必要があり専用治具を要したのに対し、請求項１記載の発明によればこのような専用治具が不要となるので、製造上のコストが嵩むことがない。また、箱状体の内面形状が複雑である場合にも、その内面形状に対応して弾性体が変形するため、複雑な形状の加圧バッグを成形する必要がなく、かつ、その内面形状に加圧バッグを密着させる手間を省くことができる。
【００６９】
請求項２記載の発明によれば、弾性体が、柔軟性および熱膨張性に優れるシリコーンゴム製のビーズを主構成要素とするものであるため、例えば、小さい径のシリコーンゴム製のビーズを硬化工程で加熱して流動・変形させることによって、弾性体を狭い隙間に進入させて細部まで接着圧力を加えることができる。従って、製品のさらなる高品質化を図ることができる。
【００７０】
また、請求項２記載の発明によれば、弾性体が、耐熱性に優れるシリコーンゴム製のビーズを主構成要素とするものであるため、例えば、硬化工程で弾性体を加熱しても弾性体が劣化することがない。従って、比較的高温で硬化する接着剤を用いた場合であっても、その硬化温度に充分耐えることができる。この結果、接着剤を確実に硬化させることができるので、製品の一層の高品質化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態に係る製造方法によって製造される箱型構造体を構成する箱状体および外板を示す斜視図である。
【図２】 図１に示した箱状体に熱硬化型の接着剤を介して外板を配置した状態におけるII-II部分の断面図である。
【図３】 本発明の実施の形態に係る製造方法で使用される加圧バッグの構成部品を示したものであり、（ａ）は加圧バッグの開口部を構成する金属製アタッチメントの斜視図、（ｂ）は加圧バッグの袋体部を構成するシリコーンゴム製袋体の斜視図である。
【図４】 本発明の実施の形態に係る製造方法で使用される加圧バッグを調製する手順を説明するためのものであり、（ａ）はシリコーンゴム製袋体の開口部分を金属製アタッチメントのテーパー状の端部から挿入して反対側の端部へ突出させた状態を示す斜視図、（ｂ）はシリコーンゴム製袋体の開口部分を折り返して金属製アタッチメントに固定した状態を示す斜視図である。
【図５】 図１に示した箱状体に加圧バッグを配置するとともにシリコーンゴム製のビーズを充填し、箱状体のフランジに外板を配置して箱型構造体を一時的に構成し、箱型構造体を真空バッグで被覆した状態を示す斜視図である。
【図６】 図５のVI-VI部分の断面図である。
【図７】 本発明の実施の形態に係る製造方法の真空引工程によって加圧バッグを展張させて、図５に示した箱型構造体の内部に大気圧による押圧力を作用させた状態を示すVI-VI部分の断面図である。
【図８】 本発明の実施の形態に係る製造方法の真空引工程において、加圧バッグを採用しない場合の例を示すものであり、（ａ）は、図１に示した箱状体にシリコーンゴム製のビーズのみを充填し、箱状体のフランジに外板を配置して箱型構造体を一時的に構成し、箱型構造体を真空バッグで被覆した状態の断面図であり、（ｂ）は、ビーズ量が不足した場合において真空引工程によって（ａ）に示した箱型構造体に大気圧による押圧力を作用させた状態の断面図である。
【符号の説明】
１０ 箱状体
１１ フランジ
１２ アクセスホール
２０ 外板
３０ 加圧バッグ
３１ 開口部（金属製アタッチメント）
３２ 袋体部（シリコーンゴム製袋体）
３３ テープ
４０ シリコーンゴム製のビーズ
５０ 熱硬化型の接着剤
６０ 真空バッグ
７０ シール材
【発明の属する技術分野】
本発明は、閉空間を有する構造体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
航空機や宇宙構造物は、その用途の特殊性から、その構造が高強度でかつ軽量であることが望ましい。このため、航空機の主翼、尾翼、胴体などを構成する際には、主として外殻の部材に荷重を担わせるセミモノコック構造が採用されており、このセミモノコック構造の代表例として航空機の主翼が挙げられる。航空機の主翼は、前縁部分、桁間部分および後縁部分から構成されており、この中の桁間部分は、前桁、後桁、上下外板、ストリンガー、リブなどから構成される箱型構造とされている。
【０００３】
前記した箱型構造のように、その内部に閉空間を有する構造体を構成する方法としては、開放部を有する箱状体を調製し、その開放部に設けたフランジの上部に外板を配置し、開放部のフランジと外板とを機械的結合手段（ファスナ）を使用して結合する方法や、複数の組み合わせ式のマンドレルを使用して開放部を有する箱状体を２個成形し、これら２個の箱状体の開放部同士を結合する方法などが提案されている。
【０００４】
しかし、前記したファスナを使用する方法によると、ファスナ結合部分に応力が集中するため、疲労特性に問題があった。また、ファスナは一般的に金属で調製されるため、構造体の重量およびコストの増加をもたらしていた。一方、前記したマンドレルを使用する方法によると、最終的に箱状体の開放部同士をファスナ結合する必要があるため、前記したような応力集中、構造体の重量およびコストの増加などの問題が同様に生じるとともに、マンドレルを箱状体内部から引き抜く作業（脱型作業）に労力を要していた。
【０００５】
このような問題を解決するために、箱状体の内部に熱膨張性に優れるシリコーンゴム製のビーズを所定量充填し、この箱状体の開放部のフランジに接着剤を介して外板を配置し、シリコーンゴム製のビーズを箱状体および外板とともに加熱して熱膨張させて箱状体内部から外部へと押圧力を作用させることによって、箱状体と外板とを接着する方法が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記したシリコーンゴム製のビーズを使用する方法によると、適正な接着圧力を得るために、加圧媒体であるシリコーンゴム製のビーズの充填量や初期押し潰し率の設定を詳細に行う必要があった。
【０００７】
なお、複数の構成部品を組み合わせ接着して箱状体を構成する方法として、加圧バッグを用いる方法が提案されている（特開昭５８−２０５７３０号公報参照）。この方法は、箱状体を構成する複数の構成部品を組み合わせて全体をパッキング材（シリコーンゴム製の加圧バッグ）で被覆した上で加圧することによって各構成部品を接着する方法であり、箱状体を半硬化状態のプリプレグを用いてオートクレーブで加圧成形する際に適用されるものである。
【０００８】
しかし、前記した加圧バッグを使用する接着方法によると、構成する箱状体の内面形状に合わせて加圧バッグを成形する必要があるために専用治具が必要となり、コストが嵩む上に専用治具の保管管理のためのスペースを要した。また、構成する箱状体が複雑な内面形状を有する場合には、加圧バッグの形状も複雑となるため、加圧バッグの成形が困難となる上にその耐久性が問題となっていた。さらに、製品の内面に加圧バッグを密着させる作業が煩雑であった。
【０００９】
本発明の課題は、閉空間を有する構造体の製造方法において、作業効率を格段に向上させるとともに、接着状態を安定させて製品の高品質化を図ることである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、例えば図１ないし図７に示すように、一の側面にフランジ付きの開放部が設けられ他の側面に前記開放部より小さい作業孔が設けられた箱状体と、前記開放部を塞ぐために前記フランジに接着される外板とを製造する箱状体製造工程と、開口部と伸縮性に優れる袋体部とを備える加圧バッグを調製する加圧バッグ調製工程と、前記加圧バッグの袋体部を前記箱状体の内部に収納するとともに、前記加圧バッグの開口部を前記箱状体の外方に開放させた状態で前記作業孔に固定する加圧バッグ配置工程と、前記箱状体の内部に弾性体を充填する弾性体充填工程と、前記弾性体が充填された前記箱状体のフランジに接着剤を介して前記外板を配置して閉空間を有する構造体を一時的に構成する閉空間形成工程と、前記箱状体の外方に開放させた前記加圧バッグの開口部を除いて前記閉空間を有する構造体を真空バッグで被覆する被覆工程と、前記閉空間を有する構造体と前記真空バッグで囲まれた部分および前記閉空間内の空気を排出する排気工程と、前記接着剤を硬化させる硬化工程と、前記加圧バッグおよび前記弾性体を前記作業孔から排出する排出工程とを備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項１記載の発明によれば、開口部と伸縮性に優れる袋体部とを備える加圧バッグを調製し、加圧バッグの袋体部を箱状体の内部に収納するとともに加圧バッグの開口部を箱状体の外方に開放させた状態で作業孔に固定し、箱状体の内部に弾性体を充填し、弾性体が充填された箱状体のフランジに接着剤を介して外板を配置して閉空間を有する構造体を一時的に構成し、箱状体の外方に開放させた作業孔に配置した加圧バッグの開口部を除いて閉空間を有する構造体を真空バッグで被覆し、閉空間を有する構造体と真空バッグとで囲まれた部分および閉空間内の空気を排出することにより、加圧バッグおよび弾性体を介して閉空間を有する構造体の内部に大気圧による押圧力を作用させることができるとともに、真空バッグを介して閉空間を有する構造体の外部に大気圧による押圧力を作用させることができる。
【００１２】
従って、閉空間を有する構造体の内部に作用させる押圧力と、閉空間を有する構造体の外部に作用させる押圧力とを、きわめて容易に釣り合わせることができるので、接着部（すなわち、箱状体のフランジ、および、このフランジに接着剤を介して配置された外板の周縁部分）の両面に、均等な圧力を、きわめて容易に加えることができる。
【００１３】
従って、従来のシリコーンゴム製のビーズのみを加圧媒体として使用する方法では加圧媒体の充填量や初期押し潰し率の詳細な設定が必要であったのに対し、本発明に係る製造方法によれば、このような加圧媒体の充填量や初期押し潰し率の詳細な設定が不要となるので、接着作業に要する時間や労力を低減させることができる。この結果、作業効率を格段に向上させることができる。また、閉空間を有する構造体の構成部品である外板や箱状体の外部と内部には、常に釣り合った押圧力（大気圧による押圧力）が作用するため、これら構成部品が撓むことがないので、製品の高品質化を図ることができる。
【００１４】
また、請求項１記載の発明によれば、加圧バッグおよび弾性体を介して閉空間を有する構造体の内部に大気圧による押圧力を作用させる際に、箱状体の内面形状に対応して弾性体が変形するため、箱状体の内面全体にわたって均一に接着圧力を加えることができる。従って、接着部にも均一に接着圧力を加えることができるので、安定した接着効果を得ることができ、この点からも製品の高品質化を図ることができる。
【００１５】
さらに、従来の加圧バッグのみを加圧媒体として使用する方法では箱状体の内面形状に合わせて加圧バッグを成形する必要があり専用治具を要したのに対し、請求項１記載の発明によれば、このような専用治具が不要となるので、製造上のコストが嵩むことがない。また、箱状体の内面形状が複雑である場合にも、その内面形状に対応して弾性体が変形するため、複雑な形状の加圧バッグを成形する必要がなく、かつ、その内面形状に加圧バッグを密着させる手間を省くことができる。
【００１６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の閉空間を有する構造体の製造方法において、例えば図４に示すように、前記弾性体は、シリコーンゴム製のビーズを主構成要素とするものであることを特徴とする。
【００１７】
請求項２記載の発明によれば、弾性体が、柔軟性および熱膨張性に優れるシリコーンゴム製のビーズを主構成要素とするものであるため、例えば、小さい径のシリコーンゴム製のビーズを硬化工程で加熱して流動・変形させることによって、弾性体を狭い隙間に進入させて細部まで接着圧力を加えることができる。この結果、製品のさらなる高品質化を図ることができる。
【００１８】
また、請求項２記載の発明によれば、弾性体が、耐熱性に優れるシリコーンゴム製のビーズを主構成要素とするものであるため、例えば、硬化工程で弾性体を加熱しても弾性体が劣化することがない。従って、比較的高温で硬化する接着剤を用いた場合であっても、その硬化温度に充分耐えることができる。この結果、接着剤を確実に硬化させることができるので、製品の一層の高品質化を図ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。以下の実施の形態においては、本発明に係る製造方法を使用して、閉空間を有する直方体状の箱型構造体１を製造する工程について説明する。なお、本実施の形態では、繊維強化樹脂複合材製の箱型構造体１を、熱硬化型の接着剤を用いて製造する例について説明することとする。
【００２０】
本実施の形態に係る製造方法では、まず、図１に示すように、閉空間を有する箱型構造体１の構成部品である箱状体１０と外板２０とを準備する（箱状体製造工程）。箱状体１０は、底壁、側壁および上方の開放部を備えた構造体であって、その開放部に接着用のフランジ１１を有するものである。本実施の形態においては、エポキシ樹脂を母材とした炭素繊維強化樹脂複合材を使用して硬化成形した底壁および側壁を接着剤によって接合することによって、箱状体１０構成している。なお、箱状体１０は、ＲＴＭ法などで一体的に成形することもできる。
【００２１】
箱状体１０の一の側壁には、図１に示すようにアクセスホール１２が設けられている。このアクセスホール１２は、箱型構造体１が完成した後に閉空間内を点検するために設けられるものであって、上方の開放部と比較して小さくされている。また、アクセスホール１２は、後述する加圧バッグ３０の開口部３１を固定するとともに、この加圧バッグ３０およびシリコーンゴム製のビーズ４０を排出するための作業孔として利用される。
【００２２】
アクセスホール１２の設けられる位置は、前記した機能を果たすことができれば特に限定されるものではなく、本実施の形態では箱状体１０の一の側壁のほぼ中央に配置している。また、アクセスホール１２の形状および大きさは、加圧バッグ３０の開口部３１の形状および大きさに対応させて設定されるが、後述するように加圧バッグ３０の開口部３１を構成する金属製アタッチメントの外径の大きさと同一の径を有する形状としてもよい。
【００２３】
外板２０は、後述する閉空間形成工程において、箱状体１０のフランジ１１の上方に接着剤５０を介して配置されるものであり、箱状体１０とともに閉空間を形成する。本実施の形態における外板２０は、エポキシ樹脂を母材とした炭素繊維強化樹脂複合材を使用して硬化成形した板状体を採用している。外板２０を、接着剤５０を介して箱状体１０のフランジ１１の上方に配置した状態の断面図を、図２に示す。
【００２４】
次いで、箱状体１０のアクセスホール１２に固定される加圧バッグ３０を調製する（加圧バッグ調製工程）。この加圧バッグ３０は、金属製アタッチメントからなる開口部３１と、シリコーンゴム製袋体からなる袋体部３２とから構成されるものであり、後述する真空引工程において、箱型構造体１の内部に大気圧による押圧力を作用させるように機能する。
【００２５】
加圧バッグ３０を調製する手順について、図３および図４を用いて説明する。図３は、加圧バッグ３０の構成部品を示す斜視図であり、（ａ）は加圧バッグ３０の開口部３１を構成する金属製アタッチメントを、（ｂ）は加圧バッグ３０の袋体部３２を構成するシリコーンゴム製袋体を、それぞれ示している。
【００２６】
金属製アタッチメントは、図３（ａ）に示すように略円筒形状を呈し、アクセスホール１２に挿入される側の端部にテーパー加工が施されている。この金属性アタッチメントは、鉄、アルミニウム、銅などの各種金属で調製することができる。また、図３（ｂ）に示したシリコーンゴム製袋体は、真空圧と大気圧との差によって伸縮自在なものとし、本実施の形態では約８００％の展張が可能な「ＳＭＣ４００」（商品名、D.Aircraft Products Inc.製）を採用している。
【００２７】
図４は、図３に示した加圧バッグ３０の構成部品（金属製アタッチメントおよびシリコーンゴム製袋体）から加圧バッグ３０を構成する手順を示したものである。加圧バッグ３０を構成する際には、シリコーンゴム製袋体の開口部分を、金属製アタッチメントのテーパー側の端部に挿入して反対の端部側へと突出させ（図４（ａ）参照）、この突出させた部分を折り返して金属製アタッチメント表面に被せ、被せた部分をテープ３３で固定する（図４（ｂ）参照）。
【００２８】
次いで、箱状体１０のアクセスホール１２に、加圧バッグ３０を固定する（加圧バッグ配置工程）。加圧バッグ３０を箱状体１０のアクセスホール１２に固定する際には、加圧バッグ３０の袋体部３２を箱状体１０内に収納するとともに、加圧バッグ３０の開口部３１を箱状体１０の外方に開放させた状態でアクセスホール１２に固定する（図５および図６参照）。
【００２９】
次いで、箱状体１０の内部に、弾性体であるシリコーンゴム製のビーズ４０を充填する（弾性体充填工程：図６参照）。このシリコーンゴム製のビーズ４０は、柔軟性、熱膨張性および耐熱性に優れる弾性体であり、加圧バッグ３０の展張による押圧力を箱状体１０の内面に均一に伝達するという機能を果たす。本実施の形態においては、直径４ｍｍで耐熱温度２５０℃のシリコーンゴム製のビーズ４０を採用している。なお、シリコーンゴム製のビーズ４０の箱状体１０内部における充填率や押し潰し率は、前記した機能を果たすことができればいかなる程度でもよい。
【００３０】
次いで、シリコーンゴム製のビーズ４０が充填された箱状体１０のフランジ１１の上方に、熱硬化型の接着剤５０を介して外板２０を配置して、閉空間を有する箱型構造体１を一時的に構成する（閉空間形成工程：図２、図５および図６参照）。熱硬化型の接着剤５０としては、エポキシ系、ユリア樹脂系、メラミン樹脂系、フェノール樹脂系などの接着剤を挙げることができ、本実施の形態では、１８０℃で硬化するエポキシ系の接着剤を採用している。
【００３１】
次いで、アクセスホール１２に固定され箱状体１０の外方に開放させた状態の加圧バッグ３０の開口部３１を除いて、箱型構造体１を真空バッグ６０で被覆する（被覆工程：図５および図６参照）。この際、箱型構造体１と真空バッグ６０とから囲まれる部分の気密性を確保するために、加圧バッグ３０の開口部３１と真空バッグ６０との間をシール材７０で密封する（図６参照）。真空バッグ６０は、後述する加熱工程における加熱に耐え得る耐熱性を有し、かつ、柔軟性に優れるものが好ましく、ナイロンフィルム、シリコーンゴム、フッ素ゴムなどによって調製することができる。
【００３２】
次いで、箱型構造体１と真空バッグ６０で囲まれた部分の空気、および、箱型構造体１の閉空間内の空気を排出する（真空引工程）。この際には、真空ポンプを用いた従来の方法を採用することができる。すなわち、真空バッグ６０に排気孔を設けておき、この排気孔と真空ポンプとを排気管を介して接続し、この真空ポンプの吸引操作によって、箱型構造体１と真空バッグ６０とで囲まれた部分の空気、および、箱型構造体１の閉空間内の空気を排出することができる。
【００３３】
この真空引工程において、箱型構造体１の閉空間内の空気を排出するため、箱状体１０の適所に空気抜き用の小孔を設けておく。空気抜き用の小孔の個数や大きさは、箱型構造体１の閉空間内の空気の排出を妨げない程度で適宜決めることができる。なお、空気抜き用の小孔は、箱状体１０の構造強度に影響がない箇所に設けるのが好ましい。
【００３４】
この真空引工程によって、箱型構造体１と真空バッグ６０で囲まれた部分の空気が排出されるため、真空バッグ６０を介して、大気圧による均一な押圧力が箱型構造体１の外部に作用する。また、この真空引工程によって、箱型構造体１の閉空間内の空気が排出されるため、加圧バッグ３０およびシリコーンゴム製のビーズ４０を介して、大気圧による均一な押圧力が箱型構造体１の内部に作用することとなる。
【００３５】
図７は、この真空引工程によって大気圧が作用して加圧バッグ３０が展張した状態を示している。真空引工程によって箱型構造体１の閉空間内の空気を排出することによって閉空間内の圧力が真空圧に近くなると、加圧バッグ３０の開放された開口部３１を介して加圧バッグ３０の内部に大気圧による押圧力が作用する。加圧バッグ３０の袋体部３２は、前記したように伸縮自在なシリコーンゴム製袋体から構成されているため、図７に示すように、真空圧と大気圧との差によって容易に展張し、この加圧バッグ３０の袋体部３２の展張による押圧力が、シリコーンゴム製のビーズ４０を介して伝達されて箱型構造体１の内部に作用することとなる。
【００３６】
また、シリコーンゴム製のビーズ４０は、加圧バッグ３０の展張および箱型構造体１の内部形状に応じて自在に流動可能であるとともに柔軟性に優れるため、加圧バッグ３０の展張による押圧力を、箱型構造体１の内面に均一に作用させることができる。このため、箱状体１０のフランジ１１の下面にも押圧力を均一に作用させることができる。
【００３７】
ここで、加圧バッグ３０およびシリコーンゴム製のビーズ４０を介して箱状体１０のフランジ１１の下面に作用する押圧力は大気圧に起因するものであり、真空バッグ６０を介して外板２０の周縁部の上面に作用する押圧力も大気圧に起因するものである。従って、接着部の上下面、すなわち、箱状体１０のフランジ１１の下面および外板２０の周縁部の上面に均等な接着圧力を加えることができることとなる。
【００３８】
一方、真空引工程において、加圧バッグ３０の採用による大気圧の導入を行わなかった場合の例を図８に示した。図８（ａ）は、箱状体１０の内部にシリコーンゴム製のビーズ４０のみを充填し、箱状体１０のフランジ１１の上方に熱硬化型の接着剤５０を介して外板２０を配置し、箱型構造体１を真空バッグ６０で被覆した状態を示すものである。また、図８（ｂ）は、図８（ａ）の状態から、箱型構造体１と真空バッグ６０で囲まれた部分の空気および箱型構造体１の閉空間内の空気を排出した状態を示すものである。
【００３９】
この例では、箱型構造体１と真空バッグ６０で囲まれた部分の空気および箱型構造体１の閉空間内の空気を排出することによって、箱型構造体１の外部に大気圧に起因する押圧力が作用する。これに対し、箱型構造体１の内部には、充填されたシリコーンゴム製のビーズ４０による反力が作用するが、この反力は、必ずしも箱型構造体１の外部に作用した大気圧に起因する押圧力と釣り合うとは限らない。このため、ビーズ４０の量が不足した場合には、図８（ｂ）に示すように、箱型構造体１を構成する箱状体１０の側壁や外板２０が内側に撓んでしまい、所望の製品形状が得られない場合がある。
【００４０】
また、箱型構造体１の内部に充填されているシリコーンゴム製のビーズ４０を加熱して膨張させ、その膨張に起因する押圧力を箱型構造体１の内部に作用させて、箱型構造体１の外部に作用する大気圧に起因する押圧力と釣り合わせようとすると、シリコーンゴム製のビーズ４０の充填率や押し潰し率を、加圧バッグ３０を採用した場合と比べてきわめて狭い範囲で設定する必要がある。
【００４１】
これに対し、本実施の形態に係る製造方法では、加圧バッグ３０を採用して箱型構造体１の内部に大気圧の導入を行うことによって、前記した図８の例における問題をきわめて簡易に解決することができる。
【００４２】
この真空引工程による押圧力を加えた状態で、箱型構造体１をオーブン等を用いて１８０℃で１２０〜１５０分間加熱して、熱硬化型の接着剤５０を硬化させる（硬化工程）。前記した排気工程に加え、この硬化工程における加熱でシリコーンゴム製のビーズ４０を膨張させて流動・変形させることによって、シリコーンゴム製のビーズ４０を箱状体１０の内部の狭い隙間に進入させて細部まで接着圧力を加えることができる。なお、シリコーンゴム製のビーズ４０は耐熱性に優れるため、加熱工程による１８０℃の加熱で劣化することがない。
【００４３】
また、接着部の上下面（すなわち、箱状体１０のフランジ１１の下面および外板２０の周縁部の上面）に真空引工程による押圧力を作用させた状態で硬化工程による加熱を施すと、箱状体１０のフランジ１１と外板２０の周縁部との間に配置された熱硬化型の接着剤５０が、この押圧力と加熱によって硬化反応を起こす。この結果、外板２０が箱状体１０のフランジ１１と強固に接着されることとなる。
【００４４】
次いで、箱型構造体１を放置して常温まで冷却した後に、箱型構造体１を被覆した真空バッグ６０を取り除き、箱型構造体１を構成する箱状体１０のアクセスホール１２から、加圧バッグ３０とシリコーンゴム製のビーズ４０とを排出する（排出工程）。この後、アクセスホール１２を閉鎖して、箱型構造体１の製造を終了する。
【００４５】
本実施の形態に係る製造方法によれば、開口部３１と伸縮性に優れる袋体部３２とを備える加圧バッグ３０を調製し、加圧バッグ３０の袋体部３２を箱状体１０の内部に収納するとともに加圧バッグ３０の開口部３１を箱状体１０の外方に開放させた状態でアクセスホール１２に固定し、箱状体１０の内部にシリコーンゴム製のビーズ４０を充填し、シリコーンゴム製のビーズ４０が充填された箱状体１０のフランジ１１に熱硬化型の接着剤５０を介して外板２０を配置して箱型構造体１を一時的に構成し、アクセスホール１２に固定され箱状体１０の外方に開放させた加圧バッグ３０の開口部３１を除いて箱型構造体１を真空バッグ６０で被覆し、箱型構造体１と真空バッグ６０とで囲まれた部分および閉空間内の空気を排出することにより、加圧バッグ３０およびシリコーンゴム製のビーズ４０を介して箱型構造体１の内部に大気圧による押圧力を作用させることができるとともに、真空バッグ６０を介して箱型構造体１の外部に大気圧による押圧力を作用させることができる。
【００４６】
このため、箱型構造体１の内部に作用させる押圧力と、箱型構造体１の外部に作用させる押圧力とを、きわめて容易に釣り合わせることができるので、接着部（すなわち、箱状体１０のフランジ１１、および、このフランジ１１に接着剤５０を介して配置された外板２０の周縁部分）の両面に、均等な接着圧力を、きわめて容易に加えることができる。
【００４７】
従って、シリコーンゴム製のビーズ４０のみを加圧媒体として使用した場合（図８参照）のように加圧媒体の充填量や初期押し潰し率の設定を詳細に行う必要がないので、接着作業に要する時間や労力を低減させることができる。この結果、作業効率を格段に向上させることができる。また、箱型構造体１の構成部品である外板２０や箱状体１０の外部と内部には、常に釣り合った押圧力（大気圧による押圧力）が作用するため、これら構成部品が撓むことがないので、高品質の製品を得ることができる。
【００４８】
また、本実施の形態に係る製造方法によれば、加圧バッグ３０およびシリコーンゴム製のビーズ４０を介して箱型構造体１の内部に大気圧による押圧力を作用させる際に、箱状体１０のフランジ１１の形状に対応してシリコーンゴム製のビーズ４０が変形するため、フランジ１１全体にわたって均一に接着圧力を加えることができる。従って、安定した接着効果を得ることができ、この点からも、製品の高品質化を図ることができる。
【００４９】
さらに、本実施の形態に係る製造方法によれば、弾性体として、柔軟性および熱膨張性に優れるシリコーンゴム製のビーズ４０を採用しているため、このシリコーンゴム製のビーズ４０を排気工程と硬化工程で膨張させ流動・変形させて狭い隙間に進入させることによって、箱状体１０内の細部まで接着圧力を加えることができる。従って、高い接着効果を得ることができる。
【００５０】
さらにまた、本実施の形態に係る製造方法によれば、弾性体として、耐熱性に優れるシリコーンゴム製のビーズ４０を採用しているため、硬化工程で加熱しても弾性体が劣化することがないので、本実施の形態のように比較的高温（１８０℃）で硬化する接着剤５０を用いた場合であっても、その硬化温度に充分耐えることができる。従って、接着剤を確実に硬化させることができる。
【００５１】
次に、本実施の形態に係る製造方法によって製造した箱状構造体１から切り出した試験体（以下、「本発明方法に係る試験体」という）と、比較用の試験体とを準備し、それぞれについて圧縮せん断試験を行った結果を、表１を用いて説明する。
【００５２】
＜試験体の準備＞
まず、本実施の形態に係る製造方法によって製造した箱状構造体１から、幅１２．６９ｍｍで接着部の長さ（以下、「ｌａｐ長」という）６．４０ｍｍの試験体を切り出して、本発明方法に係る試験体を３個準備した。この本発明に係る試験体の接着部は、前記した手順で説明したように、大気圧に起因する押圧力を作用させて接着したものである。
【００５３】
次いで、本発明方法に係る試験体と略同一幅・略同一ｌａｐ長の比較用の試験体を４種類準備する。この４種類の比較用の試験体は、接着圧力を０ｋＰａ、４９ｋＰａ、９８ｋＰａ、３１４ｋＰａと設定したものである。なお、この比較用の試験体においても、本発明方法に係る試験体と同様に３個ずつ準備している。
【００５４】
＜圧縮せん断試験＞
続いて、本発明方法に係る試験体のそれぞれに、万能試験機で圧縮荷重をかけて接着部にせん断力を加え、本発明方法に係る試験体が破断する際の荷重（破断荷重）を測定した。また、この破断荷重を、本発明方法に係る試験体の接着部の面積（すなわち試験体の幅（１２．６９ｍｍ）にｌａｐ長（６．４０ｍｍ）を乗じて得た面積（８．１２×１０-5ｍ2））で除することによって、破断時のせん断応力を求めた。さらに、これら破断荷重およびせん断応力の平均値を求めた。
【００５５】
４種類の比較用の試験体についても、同様の手順で破断荷重の測定およびせん断応力の算出を行い、これらの平均値を求めた。
【００５６】
前記した圧縮せん断試験によって得た本発明方法に係る試験体および比較用の試験体の破断荷重、せん断応力、および、それらの平均値を表１に示した。
【表１】
この表１に示されるように、本発明方法に係る試験体のせん断応力の平均値は５２．３ＭＰａとなり、９８ｋＰａの接着圧力を加えて接着した比較用の試験体のせん断応力（５１．５ＭＰａ）とほぼ同等の値を示しており、充分な接着強度を有することがわかる。この試験結果は、本発明方法に係る試験体が、大気圧（約１００ｋＰａ）に起因する押圧力を作用させて接着したものであることを裏付けている。
【００５８】
なお、接着剤がエポキシ系またはゴム系の場合には、圧締条件として、接触圧（６．９ｋＰａ〜１３．７ｋＰａ）以上で加圧すればよいとされるが、通常、接着剤層に気泡が混入するため、この気泡を除去する目的で前記接触圧の５倍（３４ｋＰａ以上の接着圧力を加えるのが好ましい。本発明方法に係る試験体は、大気圧（約１００ｋＰａ）に起因する押圧力を作用させて接着しているので、この気泡の除去も充分に行うことができる。
【００５９】
なお、以上の実施の形態においては、弾性体としてシリコーンゴム製のビーズ４０を採用したが、これに限られるものではない。例えば、熱膨張性を有しないが弾力性に優れる材料で調製した複数の球状体や、液体と非溶解性固体粒子から構成される軟泥状のスラリー（スライム）などを弾性体として採用することもできる。
【００６０】
また、以上の実施の形態においては、加圧バッグ３０を採用することにより、真空引工程によって箱型構造体１の内部に作用させる押圧力と、箱型構造体１の外部に作用させる押圧力とを容易に釣り合わせることができるので、箱型構造体１をオートクレーブで加圧する場合においても、同様に、箱型構造体１の内部に作用させる押圧力と、箱型構造体１の外部に作用させる押圧力とを容易に釣り合わせることができる。従って、オートクレーブを用いた製造工程にも適用が可能である。
【００６１】
また、以上の実施の形態においては、真空引工程によって、加圧バッグ３０およびシリコーンゴム製のビーズ４０を介して箱型構造体１の内部に大気圧による押圧力を作用させるとともに、真空バッグ６０を介して箱型構造体１の外部に大気圧による押圧力を作用させている。この際、ビーズ４０の流動や変形に時間がかかったりビーズ４０同士に摩擦力が作用したりするため、箱型構造体１の内部または外部に作用する押圧力によって、箱状体１０の側壁や外板２０が撓む場合がある。
【００６２】
特に、箱状体１０の側壁や外板２０が剛性の低い材料で調製されている場合、箱状体１０の側壁や外板２０の厚さが比較的薄い場合、外板２０を支持する側壁間の距離が比較的長い場合などには、箱状体１０の側壁や外板２０が撓み易くなる。このような箱状体１０の側壁や外板２０を補強して撓みを防止する目的で、カウルプレートを配置することもできる。
【００６３】
また、以上の実施の形態においては、熱硬化型の接着剤を用いて複合材製の箱型構造体１を製造する例について説明したが、常温硬化型の接着剤を用いて複合材製の箱型構造体を製造することもできる。また、以上の実施の形態に係る製造方法を、金属製の箱型構造体の製造にも適用することができる。
【００６４】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、加圧バッグおよび弾性体を介して閉空間を有する構造体の内部に大気圧による押圧力を作用させることができるとともに、真空バッグを介して閉空間を有する構造体の外部に大気圧による押圧力を作用させることができる。このため、閉空間を有する構造体の内部に作用させる押圧力と、閉空間を有する構造体の外部に作用させる押圧力とを、きわめて容易に釣り合わせることができるので、接着部の両面に均等な接着圧力を容易に加えることができる。
【００６５】
従って、シリコーンゴム製のビーズのみを加圧媒体として使用した場合のように加圧媒体の充填量や初期押し潰し率の設定を詳細に行う必要がないので、接着作業に要する時間や労力を低減させることができる。この結果、作業効率を格段に向上させることができる。
【００６６】
また、請求項１記載の発明によれば、閉空間を有する構造体の構成部品である外板や箱状体の外部と内部に常に釣り合った押圧力（大気圧による押圧力）が作用するため、これら構成部品が撓むことがないので、製品の高品質化を図ることができる。
【００６７】
さらに、請求項１記載の発明によれば、加圧バッグおよび弾性体を介して閉空間を有する構造体の内部に大気圧による押圧力を作用させる際に、箱状体の内面形状に対応して弾性体が変形するため、箱状体の内面全体にわたって均一に接着圧力を加えることができる。従って、接着部にも均一に接着圧力を加えることができるので、安定した接着効果を得ることができ、この点からも製品の高品質化を図ることができる。
【００６８】
さらにまた、従来の加圧バッグのみを加圧媒体として使用する方法では箱状体の内面形状に合わせて加圧バッグを成形する必要があり専用治具を要したのに対し、請求項１記載の発明によればこのような専用治具が不要となるので、製造上のコストが嵩むことがない。また、箱状体の内面形状が複雑である場合にも、その内面形状に対応して弾性体が変形するため、複雑な形状の加圧バッグを成形する必要がなく、かつ、その内面形状に加圧バッグを密着させる手間を省くことができる。
【００６９】
請求項２記載の発明によれば、弾性体が、柔軟性および熱膨張性に優れるシリコーンゴム製のビーズを主構成要素とするものであるため、例えば、小さい径のシリコーンゴム製のビーズを硬化工程で加熱して流動・変形させることによって、弾性体を狭い隙間に進入させて細部まで接着圧力を加えることができる。従って、製品のさらなる高品質化を図ることができる。
【００７０】
また、請求項２記載の発明によれば、弾性体が、耐熱性に優れるシリコーンゴム製のビーズを主構成要素とするものであるため、例えば、硬化工程で弾性体を加熱しても弾性体が劣化することがない。従って、比較的高温で硬化する接着剤を用いた場合であっても、その硬化温度に充分耐えることができる。この結果、接着剤を確実に硬化させることができるので、製品の一層の高品質化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態に係る製造方法によって製造される箱型構造体を構成する箱状体および外板を示す斜視図である。
【図２】 図１に示した箱状体に熱硬化型の接着剤を介して外板を配置した状態におけるII-II部分の断面図である。
【図３】 本発明の実施の形態に係る製造方法で使用される加圧バッグの構成部品を示したものであり、（ａ）は加圧バッグの開口部を構成する金属製アタッチメントの斜視図、（ｂ）は加圧バッグの袋体部を構成するシリコーンゴム製袋体の斜視図である。
【図４】 本発明の実施の形態に係る製造方法で使用される加圧バッグを調製する手順を説明するためのものであり、（ａ）はシリコーンゴム製袋体の開口部分を金属製アタッチメントのテーパー状の端部から挿入して反対側の端部へ突出させた状態を示す斜視図、（ｂ）はシリコーンゴム製袋体の開口部分を折り返して金属製アタッチメントに固定した状態を示す斜視図である。
【図５】 図１に示した箱状体に加圧バッグを配置するとともにシリコーンゴム製のビーズを充填し、箱状体のフランジに外板を配置して箱型構造体を一時的に構成し、箱型構造体を真空バッグで被覆した状態を示す斜視図である。
【図６】 図５のVI-VI部分の断面図である。
【図７】 本発明の実施の形態に係る製造方法の真空引工程によって加圧バッグを展張させて、図５に示した箱型構造体の内部に大気圧による押圧力を作用させた状態を示すVI-VI部分の断面図である。
【図８】 本発明の実施の形態に係る製造方法の真空引工程において、加圧バッグを採用しない場合の例を示すものであり、（ａ）は、図１に示した箱状体にシリコーンゴム製のビーズのみを充填し、箱状体のフランジに外板を配置して箱型構造体を一時的に構成し、箱型構造体を真空バッグで被覆した状態の断面図であり、（ｂ）は、ビーズ量が不足した場合において真空引工程によって（ａ）に示した箱型構造体に大気圧による押圧力を作用させた状態の断面図である。
【符号の説明】
１０ 箱状体
１１ フランジ
１２ アクセスホール
２０ 外板
３０ 加圧バッグ
３１ 開口部（金属製アタッチメント）
３２ 袋体部（シリコーンゴム製袋体）
３３ テープ
４０ シリコーンゴム製のビーズ
５０ 熱硬化型の接着剤
６０ 真空バッグ
７０ シール材
Claims (2)
- 一の側面にフランジ付きの開放部が設けられ他の側面に前記開放部より小さい作業孔が設けられた箱状体と、前記開放部を塞ぐために前記フランジに接着される外板とを製造する箱状体製造工程と、
開口部と伸縮性に優れる袋体部とを備える加圧バッグを調製する加圧バッグ調製工程と、
前記加圧バッグの袋体部を前記箱状体の内部に収納するとともに、前記加圧バッグの開口部を前記箱状体の外方に開放させた状態で前記作業孔に固定する加圧バッグ配置工程と、
前記箱状体の内部に弾性体を充填する弾性体充填工程と、
前記弾性体が充填された前記箱状体のフランジに接着剤を介して前記外板を配置して閉空間を有する構造体を一時的に構成する閉空間形成工程と、
前記箱状体の外方に開放させた前記加圧バッグの開口部を除いて前記閉空間を有する構造体を真空バッグで被覆する被覆工程と、
前記閉空間を有する構造体と前記真空バッグで囲まれた部分および前記閉空間内の空気を排出する排気工程と、
前記接着剤を硬化させる硬化工程と、
前記加圧バッグおよび前記弾性体を前記作業孔から排出する排出工程とを備えることを特徴とする閉空間を有する構造体の製造方法。 - 前記弾性体は、
シリコーンゴム製のビーズを主構成要素とするものであることを特徴とする請求項１記載の閉空間を有する構造体の製造方法。
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