JP4001415B2

JP4001415B2 - リブ構造体の製造方法

Info

Publication number: JP4001415B2
Application number: JP02094398A
Authority: JP
Inventors: 哲也中村
Original assignee: Sakura Rubber Co Ltd
Current assignee: Sakura Rubber Co Ltd
Priority date: 1998-02-02
Filing date: 1998-02-02
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2018-02-02
Also published as: JPH11216782A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば航空機の翼等のリブを有するリブ構造体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、炭素繊維強化プラスチック（以下、ＣＦＲＰという）、ガラス繊維強化プラスチック（以下、ＧＦＲＰという）等の補強繊維で強化された複合材製品、例えば、アンダーカットを有する中空構造物を製造する場合、従来は、図９に示す方法が採用されている。
【０００３】
すなわち、成形しようとする外形に沿った外郭１ａと心材１ｂとからなる金属製の分割マンドレル１を用意し、この分割マンドレル１の外郭１ａの外周面にＣＦＲＰまたはＧＦＲＰを積層して補強繊維強化樹脂層２を形成する。この補強繊維強化樹脂層２を加熱または常温硬化させた後、前記分割マンドレル１の外部１ａと心材１ｂとを機械的に分解（分離）して補強繊維強化樹脂層２の内部から抜き取ることにより、中空構造物３を成形している。
【０００４】
また、成形しようとする中空構造物３の形状が複雑で、金属製の分割マンドレルでは成形後に機械的に分解して抜き取ることが困難な場合には、マンドレルを融点の低い金属によって形成し、前述したようにマンドレルの外周面にＣＲＦＰまたはＧＦＲＰを積層して補強繊維強化樹脂層を形成して常温硬化させた後、前記マンドレルを適当な温度で加熱してマンドレルを溶融除去している。
【０００５】
また、マンドレルを薬剤によって溶融する材料で形成したり、崩壊石膏によって形成し、成形後、崩壊石膏を砕いて除去する方法も知られている。前述のような製造方法は、図１０（ａ）に示すように、ダクト４のように湾曲部４ａや分岐部４ｂを有する物、あるいは図１０（ｂ）に示すように両端部に屈曲部５ａを有する筒状体５などの形状に採用されている。
【０００６】
また、航空機の翼等においては、外板とリブを別々に作っておいて後から接合する等して翼形状を形成している。また、ロケットの外板では、アイソグリッドと呼ばれるリブ構造体を厚い金属板から一体削り出しで製造している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した分割マンドレル１では、製作が困難でコストアップの原因となっている。また、複雑な形状になると製作は勿論、成形後の分割抜き取りが困難となり、成形品に無理な力が加わって変形させたり、破損させる虞がある。
【０００８】
また、マンドレル１を加熱溶融して除去する方法、薬剤によって溶融除去する方法および崩壊石膏を砕いて除去する方法のいずれも工数がかかり、生産性が悪いとともに、複雑な形状の成形品の場合には、隅々まで完全に除去するのが困難である。また、薬剤は、中子をアルミニウムで製作した場合、溶剤として水酸化ナトリウムを使用するが、溶解した後の廃液として処理するコストが掛かり、好ましくはなっていない。
【０００９】
さらに、上述の航空機の翼等においては、軽量化の必要性から内部を中空に形成する必要が生じるが、この中空形状を形成するためには、内部に存する部材を抜き取る作業を伴うため、製作が困難なものとなっている。この航空機の翼等を形成する場合には、なるべく軽量化を実現する構造が望ましいため、所定の強度を実現する中空形状に形成される部材を製作することが要望されている。
【００１０】
本発明は上記の事情にもとづきなされたもので、その目的とするところは、リブで補強された外板とを一体的に製造できるリブ構造体の製造方法およびリブ構造体を提供しようとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、リブを有するリブ構造体の製造方法において、
上記リブ構造体（３０）の内部形状に対応した形状の外表面を有する生分解性ポリマーからなるマンドレル（３１）の外表面に前記リブ（３２）の形状に対応した深さの溝（３３）を形成する溝形成工程と、
上記溝形成工程後、上記溝（３３）の内部および上記リブ構造体（３０）の外表面を覆うように第１のプリプレグ（３５）を敷設するプリプレグ敷設工程と、
上記プリプレグ敷設工程後、上記溝（３３）の内部にコア材（３６）を配置するコア材配置工程と、
上記コア材配置工程後、上記溝（３３）に配置されたコア材（３６）の上方より上記第１のプリプレグ（３５）に重ねて第２のプリプレグ（３８）を覆う覆い工程と、
上記覆い工程後、上記コア材（３６）を含む第１及び第２のプリプレグ（３５，３８）を加熱硬化させ、第１及び第２のプリプレグ（３５，３８）とコア材（３６）とからなるリブ（３２）とを一体に結合硬化させる硬化工程と、
上記硬化工程後、上記生分解性ポリマーからなるマンドレル（３１）を除去して内面にリブ（３２）を有する中空のリブ構造体（３０）とするマンドレル除去工程と、
具備することを特徴とするリブ構造体の製造方法にある。
【００１２】
請求項２は、リブを有するリブ構造体を製造するリブ構造体の製造方法において、
治具（４１）若しくはマンドレル（４４）の外表面に形成した溝（４２）の内部に第１のプリプレグ（４３）を巻回したリブ（４６）を嵌合させる嵌め込み工程と、
上記嵌め込み工程後、上記溝（４２）の内部に、該溝（４２）に嵌め込まれたリブ（４６）に重ねた状態で、かつ上記リブ（４６）よりも幅の小さなコア材（４５）を配置するコア材配置工程と、
上記コア材配置工程後、上記コア材（４５）の上部を覆うように第２のプリプレグ（４７）を積層するプリプレグ積層工程と、
上記プリプレグ積層工程後、上記コア材（４５）を含む第１及び第２のプリプレグ（４３，４７）を加熱硬化させ、両プリプレグ（４３，４７）とコア材（４５）とからなるリブ（４６）とを一体に結合硬化させる硬化工程と、
上記硬化工程後、治具（４１）若しくはマンドレル（４４）を除去して内面にリブ（４６）を有する中空のリブ構造体（４０）とするマンドレル除去工程と、
を具備することを特徴とするリブ構造体の製造方法にある。
【００１３】
請求項３は、請求項１または２記載の前記コア材（３６，４５）は、上記硬化工程後、マンドレル（３１，４４）とともに、除去されることを特徴とする。
【００１４】
請求項１の発明によると、上記マンドレル表面に形成された溝に沿ってコア材を配置することによって、内面にリブを有する中空のリブ構造体を簡易に形成することが可能となる。
【００１５】
請求項２の発明によると、リブが一体的に形成された中空のリブ構造体を良好に形成することが可能となる。これによって、コア材強度の高い良好なリブ構造体を形成することが可能となっている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態について、図１ないし図４に基づいて説明する。図１は、中空構造物としての航空機の翼を製造する方法を示す図である。航空機の翼の外面を形成するためには、表面が航空機の翼の外面形状に倣った凹曲面に形成された治具２１を用いる必要がある。この治具２１は、航空機の翼の大きさに対応して形成されており、この表面に下地としての第１のプリプレグ２２を複数層重ねて敷設する。この第１のプリプレグ２２を敷設した後に、上部にコア材２３を配設する。このコア材２３は、例えば微生物系のバイオポール（ゼネカ社商品名）で、組成はヒドロキシブチレートとバリレートの共重合体、あるいは化学合成系のビオノーレ（昭和高分子社商品名）で、組成は脂肪族ポリエステル、コハク酸とブタンジオール／エチレングリコールのポリエステル等のような生分解性ポリマーからなり、バクテリア、酵素などの生化学活性物質の作用によって分解することが可能となっている。このため、地球環境保護においても有益である。
【００１７】
上記コア材２３の形状は、断面が例えば四角形状に形成されており、このコア材２３の周囲には、テープ状の第２のプリプレグ２４が巻回されている。なお、上記コア材２３の形状は、四角形には限られず、翼をアイソグリッド構造とするときは、コア材２３を三角形状としても構わない。
【００１８】
このように第２のプリプレグ２４が巻回されたコア材２３を第１のプリプレグ２２上に載置して配置する。この場合、隣り合うコア材２３が密接するように配置する。
【００１９】
第１のプリプレグ２２上にコア材２３を配置した後に、さらにその上に第３のプリプレグ２６を１層又は複数層敷設し、この後に最終層として第４のプリプレグとしてのＣＦクロスプリプレグ２７を積層する。このＣＦクロスプリプレグ２７は、連続した繊維が混入されて所定の強度を有しており、また配置された上記コア材２３に対応させてリブ２８の設けられていない空間部を予め繰り抜いておく。これによって、上記リブ２８の上面に対応した位置にこのＣＦクロスプリプレグ２７が載置される。
【００２０】
なお、上記第３のプリプレグ２６を設けずに、上記コア材２３の上部に直接ＣＦクロスプリプレグ２７を載置しても構わない。また、通常は、オートクレーブ成形品では、加熱硬化の前に、全体を耐熱フィルムで被い、その内部を真空に引いて、各部材やプリプレグの密着度を高めておいて、そのまま高温に加熱する。
【００２１】
この後に、上記治具２１を所定温度に加熱することにより、上記コア材２３や治具２１の上面に積層している第１、第２及び第３のプリプレグ２２，２４，２６が密着して硬化され、一体化される。
【００２２】
ここで、第１、第２及び第３のプリプレグ２２，２４，２６が硬化されることによってリブ２８が構成されている。すなわち、凹曲面の内側に格子状のリブ２８が一体に形成された翼構成部材２９が得られる。この翼構成部材２９を２枚形成し、互いに凹曲面を対向させた状態に重ね合わせ、２枚の翼構成部材２９の外周縁部を接着、溶着或いは結合部材によって結合することにより、図４に示すようなリブ２８を有する翼としての中空構造体Ａが得られる。
【００２３】
なお、コア材２３は、上述の如き四角形状や三角形状に限られず、例えば長尺部材形状と、この長尺部材間を橋渡しする棒状部材と共に設けられる構成としても構わない。
【００２４】
また、上記生分解性ポリマーでできたコア材２３を分解除去するためには、このコア材２３を覆っている第１、第２及び第３のプリプレグ２２，２４，２６の適宜の位置に孔部を形成し、この孔部からバクテリア、酵素などの生化学物質、例えば微生物を含む水溶液をこのコア材２３に注入する。この状態で、上記コア材２３は数日から数週間放置すると中子が分解（主として二酸化炭素と水）する。
【００２５】
このコア材２３が分解した後に、上記孔部からその残滓を排出することにより、コア材２３が存在していた部分が中空となり、中空状のリブ２８を有した翼構成部材２９が完成する。これによって、軽量化が達成可能であって適宜の強度を有するリブ構造体２０を形成することが可能となる。
【００２６】
以上のような製造方法により形成される翼構成部材２９を重ね合わせた中空構造体Ａによると、上記翼部材はリブ形状ともども一体的に形成されるため、この翼構成部材２９を接合により形成した場合と比較して強度が向上すると共に、上記コア材２３を生分解性ポリマーで形成することにより、この生分解性ポリマーが分解してなくなれば、この生分解性ポリマーを覆っている第２のプリプレグ２４のみが残存し、よってリブ形状を中空にすることが可能となる。これによって、上記リブ形状を軽量化することが可能となる。
【００２７】
また、シート状若しくはテープ状の第１、第２及び第３のプリプレグ２２，２４，２６を積層若しくは巻回することによって、所望の形状で所望の肉厚の翼部材に形成することが可能となる。
【００２８】
以上、本発明の第一の実施の形態について述べたが、本発明はこれ以外にも種々変形可能となっている。以下それについて述べる。上記実施の形態では、コア材２３を生分解性ポリマーからなる材質としているが、コア材２３はこれに限られず、他の材質を用いる構成としても構わない。この場合にも、上記実施の形態と同様に一体的に形成することは可能であるため、コア材２３は中空とならない構成であってもコア材２３が形成するリブ構造により、良好な強度を有する翼部材を形成することが可能となっている。
【００２９】
（第二の実施の形態）
以下、本発明の第二の実施の形態について、図５または図６に基づいて説明する。
【００３０】
本実施の形態においては、リブ構造体３０を形成するためには、翼の内部形状に対応して形成されたマンドレル３１を用いて翼の外面形状を形成している。上記マンドレル３１には、リブ３２の形状に対応した深さを有するように溝３３が形成されている。この溝３３は、例えば上記マンドレル３１の表面に亙って格子状に形成されており、この溝３３の底部にＣＦクロスプリプレグ３４が配置されるようになっている。このＣＦクロスプリプレグ３４を配置した後に、マンドレル３１の底面および内部に第１のプリプレグ３５が配置されるように設けられている。
【００３１】
上記マンドレル３１の内部には、この溝３３で覆われた部分の形状に対応してコア材３６が嵌め合いされる。このコア材３６は、上記第一の実施の形態で述べたのと同様に、コア材３６とこのコア材３６に巻回される第２のプリプレグ３７より構成されている。このコア材３６を上記溝の内部にそれぞれ隣り合うコア材３６が密着するように配置する。
【００３２】
さらに、上記マンドレル３１の上方より第３のプリプレグ３８を積層した後に、これらを加熱硬化することによって、翼部材の外形形状を形成する構成としている。なお、上記リブ構造体３０を加熱硬化によって形成した後に、このリブ構造体３０を覆う第３のプリプレグ３８の適宜の位置か、又はマンドレル３１の長手方向の端部に孔部を形成して、この孔部よりバクテリアや酵素などの生化学物質を導入する構成となっている。
【００３３】
このような製造方法により形成される翼部材によれば、上記翼形状を製作した後に、この翼部材の内部に設けられた生分解性ポリマーよりなるマンドレル３１が分解除去されて、中空部材の翼部材を良好に製作することが可能となる。このようにマンドレル３１が分解して消滅するため、中空形状を容易に製作でき、かつ翼部材の軽量化も良好に達成することが可能となる。
【００３４】
また、例えば翼端部の細かい部分など、内側のリブ３２の設けられている側から積層することにより、この細かい部分に対応した形状を製作することも可能となっている。
【００３５】
また、上記コア材３６も生分解性ポリマーで製作することによって、リブ３２の軽量化も達成することが可能となっている。これによって軽量化が達成できる中空形状を容易に形成することが可能となっている。
【００３６】
以上、本発明の第二の実施の形態について述べたが、本発明はこれ以外にも種々変形可能となっている。以下これについて述べる。上記実施の形態では、コア材３６を生分解性ポリマーより形成した構成としているが、このコア材３６を特に中空形状としなくてもよい場合には、別途の素材から形成させる物であっても構わない。
【００３７】
（第三の実施の形態）
以下、本発明の第三の実施の形態について、図７または図８に基づいて説明する。
【００３８】
図７に示すように、リブ４６の先端が逆Ｔ字形状に設けられているリブ構造体４０を形成する場合には、上述の第二の実施の形態のようにプリプレグを積層することが難しくなっている。この場合には、治具４１の表面に、上記リブ４６の先端部に対応する厚みと幅で溝４２を形成する。そしてこの溝４２に第１のプリプレグとしてのＣＦクロスプリプレグ４３が嵌め込まれるように形成されている。
【００３９】
この溝４２にリブ４６の先端が嵌め込んだ後に、この上部から所定の厚さを有し、上記ＣＦクロスプリプレグ４３によって囲まれた空間部に対応した形状（本実施の形態では四角形状）の板状部材に形成された板状マンドレル４４を配置する。この板状マンドレル４４を配置することにより、上記ＣＦクロスプリプレグ４３がこの端部を板状マンドレル４４によって係止される。
【００４０】
そして、このＣＦクロスプリプレグ４３の上方から上記コア材４５を隣り合うように配置することで、逆Ｔ字形状のリブ４６が設けられる。そして、このリブ４６の上方から第２のプリプレグ４７を覆い被せることによって、上記板状マンドレル４４を介して第２のプリプレグ４７と上記コア材４５とが接触する。
【００４１】
なお、このコア材４５は、上記第一の実施の形態および第二の実施の形態で述べたように生分解性マンドレルで形成されていて、このコア材４５にテープ状の第３のプリプレグ４８が巻回された構成となっている。
【００４２】
上記第２のプリプレグ４７を覆い被せた後に、治具４１を加熱することにより、上記第２のプリプレグ４７を溶融硬化させて翼の外部形状を形成する。なお、上記板状マンドレル４４は、上記治具４１に対する相対的な位置決めを行うために、位置決めピン４９によって上記治具４１に位置決めされている。
【００４３】
このような構成のリブ構造体４０の製造方法によると、予め治具４１に溝４２が形成されており、この溝４２を利用することによって上記逆Ｔ字形状に形成されたリブ４６を一体的に有するリブ構造体４０を簡易に形成することが可能となっている。
【００４４】
また、一体的に形成されるものであるため、強度も向上したものとなっている。以上、本発明の第三の実施の形態について述べたが、本発明は治具４１を用いずにマンドレルを用いる場合にもこの構成を適用できるものとなっている。
【００４５】
さらに、上述の第一ないし第三の実施の形態においては、航空機の翼を一体的に製造する場合について述べたが、これ以外の構造物を形成する場合にも本発明が適用できることは勿論である。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によると、内面にリブを有する一体的な形状の中空のリブ構造体を簡易に形成することが可能となる。請求項２記載の発明によると、リブが一体的に形成された中空のリブ構造体を良好に形成することが可能となる。これによって、コア材強度の高い良好なリブ構造を形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態に係わるリブ構造体の製造方法を示す側面図であり、（ａ）は全体図、（ｂ）は部分拡大図。
【図２】同実施の形態に係わるコア材の形状を示す斜視図。
【図３】同実施の形態に係わるＣＦクロスプリプレグを積層する状態を示す斜視図。
【図４】同実施の形態に係わる翼としての中空構造体の構成を示す断面斜視図。
【図５】本発明の第二の実施の形態に係わるリブ構造体の製造方法を示す図。
【図６】同実施の形態に係わる翼部材の形状を示す断面図。
【図７】本発明の第三の実施の形態に係わるリブ構造体の製造方法を示す図。
【図８】同実施の形態に係わる治具の形状を示す斜視図。
【図９】従来の中空構造物の製造方法を示す説明図。
【図１０】従来の中空構造物の斜視図。
【符号の説明】
２０，３０，４０…リブ構造体
２１…治具
２２，２４，２６，３５，３７，４７…プリプレグ
２３，３６，４５…コア材
２７，３４，４３…ＣＦクロスプリプレグ
２８，３２，４６，４８…リブ
４９…位置決めピン

Claims

リブを有するリブ構造体の製造方法において、
上記リブ構造体（３０）の内部形状に対応した形状の外表面を有する生分解性ポリマーからなるマンドレル（３１）の外表面に前記リブ（３２）の形状に対応した深さの溝（３３）を形成する溝形成工程と、
上記溝形成工程後、上記溝（３３）の内部および上記リブ構造体（３０）の外表面を覆うように第１のプリプレグ（３５）を敷設するプリプレグ敷設工程と、
上記プリプレグ敷設工程後、上記溝（３３）の内部にコア材（３６）を配置するコア材配置工程と、
上記コア材配置工程後、上記溝（３３）に配置されたコア材（３６）の上方より上記第１のプリプレグ（３５）に重ねて第２のプリプレグ（３８）を覆う覆い工程と、
上記覆い工程後、上記コア材（３６）を含む第１及び第２のプリプレグ（３５，３８）を加熱硬化させ、第１及び第２のプリプレグ（３５，３８）とコア材（３６）とからなるリブ（３２）とを一体に結合硬化させる硬化工程と、
上記硬化工程後、上記生分解性ポリマーからなるマンドレル（３１）を除去して内面にリブ（３２）を有する中空のリブ構造体（３０）とするマンドレル除去工程と、
具備することを特徴とするリブ構造体の製造方法。
リブを有するリブ構造体を製造するリブ構造体の製造方法において、
治具（４１）若しくはマンドレル（４４）の外表面に形成した溝（４２）の内部に第１のプリプレグ（４３）を巻回したリブ（４６）を嵌合させる嵌め込み工程と、
上記嵌め込み工程後、上記溝（４２）の内部に、該溝（４２）に嵌め込まれたリブ（４６）に重ねた状態で、かつ上記リブ（４６）よりも幅の小さなコア材（４５）を配置するコア材配置工程と、
上記コア材配置工程後、上記コア材（４５）の上部を覆うように第２のプリプレグ（４７）を積層するプリプレグ積層工程と、
上記プリプレグ積層工程後、上記コア材（４５）を含む第１及び第２のプリプレグ（４３，４７）を加熱硬化させ、両プリプレグ（４３，４７）とコア材（４５）とからなるリブ（４６）とを一体に結合硬化させる硬化工程と、
上記硬化工程後、治具（４１）若しくはマンドレル（４４）を除去して内面にリブ（４６）を有する中空のリブ構造体（４０）とするマンドレル除去工程と、
を具備することを特徴とするリブ構造体の製造方法。
前記コア材（３６，４５）は、上記硬化工程後、マンドレル（３１，４４）とともに、除去されることを特徴とする請求項１または２記載のリブ構造体の製造方法。