JP6949474B2 - 複合材及び複合材の成形方法 - Google Patents

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Description

本発明は、複合材及び複合材の成形方法に関するものである。
従来、複合材として、フランジとウェブとを有するストリンガーが知られている（例えば、特許文献１参照）。このストリンガーは、Ｌ字状の複合積層プライのスタックを一対背中合わせにして形成されている。また、ストリンガーは、フランジにおけるスタックの厚さが減少するテーパ部を有している。
特表２０１２−５３２７８５号公報
ところで、フランジとウェブとを有する複合材としては、例えば、Ｉ桁材等の桁材（リブ材）があり、このような桁材は、そのフランジが接着剤を介して外板に接合される場合がある。この場合、桁材及び外板には、桁材と外板とをずらすせん断方向に発生するせん断荷重と、桁材と外板とが引き剥がされるピール方向に発生する荷重と、が与えられる。せん断方向及びピール方向に荷重が与えられると、桁材のフランジの端部において、特に、荷重による応力が大きくなり（ピーク応力となり）、桁材と外板との間の接着剤を起点としてはく離が生じる可能性がある。また、フランジの端部は、切断されたプライの端部が露出する。プライの端部が露出すると、例えば、被雷等によってプライの端部の繊維を起点としてスパークが生じる可能性がある。
そこで、本発明は、荷重による接着対象物からのはく離を抑制しつつ、スパークの発生を好適に抑制することができる複合材及び複合材の成形方法を提供することを課題とする。
本発明の複合材は、ウェブ部と、前記ウェブ部の端部に設けられるフランジ部と、を備える複合材において、前記フランジ部は、複数の繊維シートが積層されてなり、積層方向における一方側の面が前記ウェブ部の端部が接続される内面となり、前記積層方向における他方側の面が外面となり、前記フランジ部の前記内面は、前記ウェブ部の端部が接続される基部から先端部に向かって前記積層方向における厚さが薄くなるテーパ面を有し、前記フランジ部は、前記テーパ面に設けられ、前記テーパ面を被覆する最表面の前記繊維シートである最表面繊維シートを有することを特徴とする。
この構成によれば、フランジ部にテーパ面を形成することで、複合材に対してせん断方向及びピール方向の少なくとも一方向における荷重が与えられても、テーパ面によって荷重を分散させることができる。このため、フランジ部の先端部におけるピーク応力の発生を抑制でき、せん断方向及びピール方向の荷重による接着対象物からのはく離を抑制することができる。また、最表面繊維シートによりフランジ部の先端部のテーパ面を被覆することができるため、フランジ部の先端部の繊維シートの露出を抑制できることから、被雷等によるスパークの発生を抑制することができる。
また、前記フランジ部は、前記内面側に設けられ、積層された複数の前記繊維シートであるフランジ積層体と、前記外面側に設けられ、積層された複数の前記繊維シートであるキャップ積層体と、を有し、前記キャップ積層体は、前記フランジ部の基部から先端部に向かって前記積層方向における厚さが薄くなるテーパ部位を有し、前記フランジ積層体は、前記テーパ部位を被覆して設けられ、前記フランジ積層体の最表面の前記繊維シートが、前記最表面繊維シートとなっていることが、好ましい。
この構成によれば、キャップ積層体のテーパ部位をフランジ積層体で被覆することができるため、フランジ部のテーパ面側における繊維シートの層厚を厚くできることから、被雷等によるスパークの発生をより好適に抑制することができる。
また、前記フランジ部は、前記内面側に設けられ、積層された複数の前記繊維シートであるフランジ積層体と、前記外面側に設けられ、積層された複数の前記繊維シートであるキャップ積層体と、を有し、前記キャップ積層体は、前記フランジ部の基部から先端部に向かって前記積層方向における厚さが薄くなる外面側テーパ部位を有し、前記フランジ積層体は、前記外面側テーパ部位に連なり、前記フランジ部の基部から先端部に向かって前記積層方向における厚さが薄くなる内面側テーパ部位と、前記外面側テーパ部位及び前記内面側テーパ部位を被覆する最表面の前記繊維シートである前記最表面繊維シートと、を有することが、好ましい。
この構成によれば、テーパ面に沿って設けられる繊維シートが最表面繊維シートだけであるため、成形後の複合材の不要部分を切除（トリム）する仕上げ時において、切除する不要部分を少ないものとすることができる。このため、複合材を容易に製造でき効率化を図ることが可能となる。
また、前記フランジ部は、前記テーパ面の前記先端部が切除されて形成された切り落とし面を有することが、好ましい。
この構成によれば、フランジ部のテーパ面の先端部を切除せずに残す場合、フランジ部の先端部が鋭角部となり、物理的な接触により破損し易いものとなることから、フランジ部のテーパ面の先端部を切除することで、物理的な接触によるテーパ面の損傷を抑制することができる。なお、切り落とし面は、例えば、フランジ部の外面に直交する面となっている。
本発明の複合材の成形方法は、ウェブ部と、前記ウェブ部の端部に設けられ、前記ウェブ部の両側に設けられる一対のフランジ部と、を備える複合材を成形する複合材の成形方法において、一対の前記フランジ部のそれぞれは、複数の繊維シートが積層されてなり、積層方向における一方側の面が前記ウェブ部の端部が接続される内面となり、前記積層方向における他方側の面が外面となり、前記フランジ部の前記内面は、前記ウェブ部の端部が接続される基部から先端部に向かって前記積層方向における厚さが薄くなるテーパ面を有し、前記複合材は、前記ウェブ部から一方の前記フランジ部の前記内面側まで設けられる一方のフランジ積層体と、前記ウェブ部から他方の前記フランジ部の前記内面側まで設けられる他方のフランジ積層体と、一対の前記フランジ部の前記外面側に設けられるキャップ積層体と、を有しており、前記キャップ積層体は、前記フランジ部の基部から先端部に向かって前記積層方向における厚さが薄くなる一対のテーパ部位を有し、一方の前記フランジ積層体は、前記キャップ積層体の一方の前記テーパ部位を被覆し、他方の前記フランジ積層体は、前記キャップ積層体の他方の前記テーパ部位を被覆しており、複数の前記繊維シートを積層して一方の前記フランジ積層体及び他方の前記フランジ積層体を成形し、成形した一方の前記フランジ積層体及び他方の前記フランジ積層体を組み合わせて、前記ウェブ部と一対の前記フランジ部の一部とを含む桁部材を成形する桁部材成形工程と、複数の前記繊維シートを積層して前記キャップ積層体をキャップ部材として成形するキャップ部材成形工程と、前記桁部材の両方の前記フランジ積層体が、前記キャップ部材の両方の前記テーパ部位を被覆するように、前記桁部材と前記キャップ部材とを組み合わせて、前記複合材を成形する複合材成形工程と、を備えることを特徴とする。
この構成によれば、桁部材とキャップ部材を組み合わせて成形することにより、キャップ積層体のテーパ部位をフランジ積層体で被覆することで、フランジ部にテーパ面が形成された複合材を、効率よく適切に成形することができる。
本発明の他の複合材の成形方法は、ウェブ部と、前記ウェブ部の端部に設けられ、前記ウェブ部の両側に設けられる一対のフランジ部と、を備える複合材を成形する複合材の成形方法において、一対の前記フランジ部のそれぞれは、複数の繊維シートが積層されてなり、積層方向における一方側の面が前記ウェブ部の端部が接続される内面となり、前記積層方向における他方側の面が外面となり、前記フランジ部の前記内面は、前記ウェブ部の端部が接続される基部から先端部に向かって前記積層方向における厚さが薄くなるテーパ面を有し、前記複合材は、前記ウェブ部から一方の前記フランジ部の前記内面側まで設けられる一方のフランジ積層体と、前記ウェブ部から他方の前記フランジ部の前記内面側まで設けられる他方のフランジ積層体と、一対の前記フランジ部の前記外面側に設けられるキャップ積層体と、を有しており、前記キャップ積層体は、前記フランジ部の基部から先端部に向かって前記積層方向における厚さが薄くなる一対の外面側テーパ部位を有し、一方の前記フランジ積層体は、一方の前記外面側テーパ部位に連なり、前記フランジ部の基部から一方側の先端部に向かって前記積層方向における厚さが薄くなる一方の内面側テーパ部位と、一方の前記外面側テーパ部位及び一方の前記内面側テーパ部位を被覆する最表面の前記繊維シートである一方の最表面繊維シートと、を有し、他方の前記フランジ積層体は、他方の前記外面側テーパ部位に連なり、前記フランジ部の基部から他方側の先端部に向かって前記積層方向における厚さが薄くなる他方の内面側テーパ部位と、他方の前記外面側テーパ部位及び他方の前記内面側テーパ部位を被覆する最表面の前記繊維シートである他方の最表面繊維シートと、を有しており、複数の前記繊維シートを積層して一方の前記フランジ積層体及び他方の前記フランジ積層体を成形し、成形した一方の前記フランジ積層体及び他方の前記フランジ積層体を組み合わせて、前記ウェブ部と一対の前記フランジ部の一部とを含む桁部材を成形する桁部材成形工程と、複数の前記繊維シートを積層して前記キャップ積層体をキャップ部材として成形するキャップ部材成形工程と、前記桁部材の両方の前記最表面繊維シートが、前記桁部材の両方の前記内面側テーパ部位及び前記キャップ部材の両方の前記外面側テーパ部位を被覆するように、前記桁部材と前記キャップ部材とを組み合わせて、前記複合材を成形する複合材成形工程と、を備えることを特徴とする。
この構成によれば、桁部材とキャップ部材を組み合わせて成形することにより、キャップ積層体の外面側テーパ部位及びフランジ積層体の内面側テーパ部位を、最表面繊維シートで被覆することで、フランジ部にテーパ面が形成された複合材を、効率よく適切に成形することができる。
また、前記複合材成形工程後の前記複合材の不要部分を切除する仕上げ工程を、さらに備えることが、好ましい。
この構成によれば、不要部分が切除された適切な形状となる複合材を形成することができる。
図１は、実施形態１に係る複合材が用いられる構造体を模式的に示す斜視図である。 図２は、実施形態１に係る複合材を示す斜視図である。 図３は、実施形態１に係る複合材の断面図である。 図４は、実施形態１に係る複合材のフランジ部周りを模式的に示す断面図である。 図５は、実施形態１に係る複合材に含まれる各部材を示す説明図である。 図６は、実施形態１に係る複合材に含まれる桁部材の成形方法に関する説明図である。 図７は、実施形態１に係る複合材に含まれるキャップ部材の成形方法に関する説明図である。 図８は、実施形態１に係る複合材の成形方法に関する説明図である。 図９は、実施形態１に係る複合材の仕上げ工程に関する説明図である。 図１０は、実施形態２に係る複合材の断面図である。 図１１は、実施形態２に係る複合材のフランジ部周りを模式的に示す断面図である。 図１２は、実施形態２に係る複合材に含まれる各部材を示す説明図である。 図１３は、実施形態２に係る複合材に含まれる桁部材の成形方法に関する説明図である。 図１４は、実施形態２に係る複合材の成形方法に関する説明図である。 図１５は、実施形態２に係る複合材の仕上げ工程に関する説明図である。
以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせることも可能である。
［実施形態１］
実施形態１に係る複合材１は、例えば、図１に示すように、航空機の機体等の構造体１０を構成する複合材である。このような複合材１としては、例えば、リブ、スパー、ストリンガー等がある。
複合材１は、強化繊維と、強化繊維に含浸される樹脂と、を含む材料が例示される。強化繊維は、５μｍ以上７μｍ以下の範囲内の基本繊維を数１００本から数１０００本程度束ねたものが例示される。強化繊維としては、炭素繊維が例示される。強化繊維は、これに限定されず、その他のプラスチック繊維、ガラス繊維又は金属繊維でもよい。強化繊維に含浸される樹脂は、熱硬化性樹脂が好ましいが、熱可塑性樹脂でもよい。熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂が例示される。熱可塑性樹脂は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、及びポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等が例示される。ただし、強化繊維に含浸される樹脂は、これに限定されず、その他の樹脂でもよい。
図１は、実施形態１に係る複合材が用いられる構造体を模式的に示す斜視図である。図２は、実施形態１に係る複合材を示す斜視図である。図３は、実施形態１に係る複合材の断面図である。図４は、実施形態１に係る複合材のフランジ部周りを模式的に示す断面図である。図５は、実施形態１に係る複合材に含まれる各部材を示す説明図である。図６は、実施形態１に係る複合材に含まれる桁部材の成形方法に関する説明図である。図７は、実施形態１に係る複合材に含まれるキャップ部材の成形方法に関する説明図である。図８は、実施形態１に係る複合材の成形方法に関する説明図である。図９は、実施形態１に係る複合材の仕上げ工程に関する説明図である。
複合材１の説明に先立ち、図１を参照して、複合材１が用いられる構造体１０について説明する。図１に示す構造体１０は、航空機の主翼であり、スキン１２と、ストリンガー（図示省略）と、スパー１４と、リブ１５とを含み、実施形態１の複合材１は、例えば、リブ１５に適用されている。なお、実施形態１では、複合材１を、スキン１２に設けられるリブ１５に適用して説明するが、リブ１５に限定されるものではない。
スキン１２は、主翼の外板であり、翼長方向に延在して形成されている。このスキン１２の内面には、図示しないストリンガーが設けられている。ストリンガーは、Ｔ字状に形成されると共に、翼長方向に延在して、スキン１２の内面に沿って設けられることで、スキン１２を補強している。スパー１４は、翼長方向に延在して設けられる桁であり、主翼の前縁及び後縁に設けられている。リブ１５は、主翼の前縁から後縁に亘って設けられ、翼長方向に所定の間隔を空けて並べて設けられている。
次に、図２から図４を参照して、複合材１について説明する。複合材１は、リブ１５であり、接着剤を介してスキン１２に接合されている。複合材１は、強化繊維をシート状にした複数の繊維シートを積層してなり、ウェブ部２１と、ウェブ部２１の両端部に設けられると共にウェブ部２１の各端部の両側に設けられる４つのフランジ部２２とを有する、Ｉ字状の桁材となっている。この複合材１には、スキン１２とリブ１５とが引き剥がされる方向（ピール方向）に荷重が与えられる。なお、実施形態１では、Ｉ字状の桁材に適用して説明するが、Ｔ字状の桁材（例えば、ストリンガー）に適用してもよく、フランジ部２２を有する複合材１であれば、いずれであってもよい。
ウェブ部２１は、平板状の部位であり、ウェブ部２１の表面（板面、すなわちウェブ面）が、接着対象物であるスキン１２の被接着面に対して直交する方向（高さ方向）に突出して設けられると共に、高さ方向に直交する長さ方向に延在して設けられる。ウェブ部２１は、高さ方向及び長さ方向に直交する幅方向（積層方向）において、複数の繊維シートが積層されている。
４つのフランジ部２２は、ウェブ部２１の一方の端部に設けられる一対のフランジ部２２が、ウェブ部２１の高さ方向に直交する面内に設けられると共に、スキン１２の被接着面に対向して設けられる。一対のフランジ部２２は、図２及び図３に示す断面において、ウェブ部２１と直交する方向（幅方向）の両側に設けられている。そして、各フランジ部２２は、ウェブ部２１の一方の端部を基部として、ウェブ部２１と直交する方向において、基部から先端部に向かって突出して設けられる。なお、ウェブ部２１の他方の端部に設けられる一対のフランジ部２２も同様であるため、説明を省略する。
各フランジ部２２は、ウェブ部２１の端部が接続される側の面が内面Ｐ１となり、内面Ｐ１の反対側の面が外面Ｐ２となっている。各フランジ部２２の外面Ｐ２は、スキン１２の被接着面に接着される接着面となっている。各フランジ部２２は、高さ方向（積層方向）において、複数の繊維シートが積層されている。各フランジ部２２は、幅方向において、基部側の平板部２２ａと、平板部２２ａの先端側に連なるテーパ部２２ｂと、を有している。平板部２２ａは、フランジ部２２の内面Ｐ１と外面Ｐ２とが平行となる部位であり、高さ方向（積層方向）における厚さが同じものとなっている。テーパ部２２ｂは、フランジ部２２の外面Ｐ２に対して、その内面Ｐ１が、先端部に向かって厚さが薄くなるように傾斜するテーパ面Ｐ３となっている。
このような複合材１は、図３及び図４に示すように、桁部材２５と、２つのキャップ部材２６と、２つのコア部材２７とを含んで構成されている。桁部材２５は、一対のフランジ積層体３１を接合することで形成されている。一方のフランジ積層体３１は、ウェブ部２１の他方の端部側に設けられる一方側のフランジ部２２（例えば、図３の右上のフランジ部２２）から、ウェブ部２１を経て、ウェブ部２１の一方の端部側に設けられる一方側のフランジ部２２（例えば、図３の右下のフランジ部２２）に亘って設けられる。同様に、他方のフランジ積層体３１は、ウェブ部２１の他方の端部側に設けられる他方側のフランジ部２２（例えば、図３の左上のフランジ部２２）から、ウェブ部２１を経て、ウェブ部２１の一方の端部側に設けられる他方側のフランジ部２２（例えば、図３の左下のフランジ部２２）に亘って設けられる。そして、一対のフランジ積層体３１（つまり、桁部材２５）は、ウェブ部２１に位置する部位、つまり、高さ方向に延在する部位がウェブ部２１を構成し、フランジ部２２に位置する部位、つまり、幅方向に延在する部位がフランジ部２２の内面側に設けられる。
２つのキャップ部材２６は、ウェブ部２１の高さ方向における両側にそれぞれ設けられ、各キャップ部材２６は、フランジ部２２の外面側に設けられるキャップ積層体３２により形成されている。キャップ積層体３２は、ウェブ部２１を挟んで幅方向の両側に延在して設けられている。キャップ積層体３２は、幅方向の中央部が、高さ方向（積層方向）における厚さが同じとなる平板部位３２ａとして形成され、幅方向における平板部位３２ａの両側にテーパ部位３２ｂがそれぞれ形成されている。テーパ部位３２ｂは、フランジ部２２の基部から先端部に向かって積層方向における厚さが薄くなっている。
そして、各フランジ積層体３１は、キャップ積層体３２のテーパ部位３２ｂを被覆する被覆部位３１ａを有する。このため、フランジ部２２のテーパ部２２ｂは、キャップ積層体３２のテーパ部位３２ｂに、フランジ積層体３１の被覆部位３１ａが積層されることで形成されている。そして、フランジ積層体３１の最表面（最内面）の繊維シートが、最表面繊維シート３５となっている。
コア部材２７は、桁部材２５及びキャップ部材２６が組み合わされることで形成される間隙を埋めるものであると共に、芯材として機能するものである。コア部材２７は、長さ方向に亘って設けられる。
次に、図５から図９を参照して、実施形態１の複合材１を成形する成形方法について説明する。この成形方法では、図５に示すように、桁部材２５、２つのキャップ部材２６及び２つのコア部材２７をそれぞれ成形し、これらを組み合わせて図２及び図３に示す複合材１としている。具体的に、複合材１の成形方法では、桁部材２５を成形する図６に示す桁部材成形工程Ｓ１と、キャップ部材２６を成形する図７に示すキャップ部材成形工程Ｓ２と、コア部材２７を成形するコア部材成形工程と、桁部材２５、キャップ部材２６及びコア部材２７を組み合わせて、複合材１を成形する図８に示す複合材成形工程Ｓ３と、複合材１の仕上げを行う図８及び図９に示す仕上げ工程Ｓ４と、が行われている。
図６に示すように、桁部材成形工程Ｓ１では、先ず、幅方向における長さが同じ長さとなる複数の繊維シートを積層して積層体４１を形成する（積層工程Ｓ１１）。続いて、形成した積層体４１を雄型の成形型４２に配置し、積層体４１を覆うようにバギングフィルム４３を配置して、バギングフィルム４３内を吸引すると共に、加圧及び加熱を行って、フランジ積層体３１を成形する（成形工程Ｓ１２）。成形工程Ｓ１２では、フランジ積層体３１を一対成形する。成形された一対のフランジ積層体３１は、長さ方向に延在する部位同士を合わせると共に、幅方向に延在する部位が幅方向の両側に拡がるように、背合わせして組み立てることで、桁部材２５を形成する（組立工程Ｓ１３）。
図７に示すように、キャップ部材成形工程Ｓ２では、幅方向における長さが、積層方向の一方側（下方側／外面側）から他方側（上方側／内面側）に向かって短くなるように、複数の繊維シートを積層してキャップ積層体３２をキャップ部材２６として形成する（積層工程Ｓ２１）。つまり、積層工程Ｓ２１では、平板部位３２ａと、平板部位３２ａの両側に設けられるテーパ部位３２ｂとを形成するように、複数の繊維シートを積層してキャップ積層体３２を形成する。積層工程Ｓ２１では、キャップ積層体３２を２つ成形する。
図示は省略するが、コア部材成形工程では、桁部材２５とキャップ部材２６とにより形成される間隙とほぼ同じ形状となるコア部材２７を成形する。コア部材２７は、引抜成形により繊維シートを巻回して形成してもよいし、強化繊維を束ねて形成してもよく、特に限定されない。コア部材成形工程では、コア部材２７を２つ成形する。
図８に示すように、複合材成形工程Ｓ３では、成形した桁部材２５と、２つのキャップ部材２６と、２つのコア部材２７とを、フランジ積層体３１及びキャップ積層体３２が積層されるように組み合わせる（積層工程Ｓ３１）。なお、積層工程Ｓ３１では、フランジ積層体３１を成形型４２に嵌め合わせた状態で、キャップ部材２６とコア部材２７とを配置してもよい。また、積層工程Ｓ３１では、桁部材２５の両方のフランジ積層体３１の被覆部位３１ａが、キャップ部材２６の両方のテーパ部位３２ｂを被覆するように、桁部材２５とキャップ部材２６とが組み合わせられる。続いて、組み合わせた各部材２５，２６，２７を覆うようにバギングフィルム４３を配置して、バギングフィルム４３内を吸引すると共に、加圧及び加熱を行って、複合材１を成形する（成形工程Ｓ３２）。このとき、成形工程Ｓ３２では、キャップ部材２６の外面側にプレート４４が配置されており、プレート４４は、成形時においてフランジ部２２の外面が要求された形状となるように、フランジ部２２を成形している。成形された複合材１は、その不要部分がトリム加工によって切除される（仕上げ工程Ｓ４）。
図９に示すように、仕上げ工程Ｓ４において切除される不要部分は、フランジ積層体３１の各フランジ部２２の先端部であり、各フランジ部２２の先端部は、外面Ｐ２に沿って切除されると共に、幅方向における所定の長さにおいて切除される。このため、仕上げ工程Ｓ４後の複合材１のフランジ部２２には、テーパ面Ｐ３の先端部が切除されて形成された切り落とし面Ｐ４が形成される。切り落とし面Ｐ４は、幅方向に直交する面となっており、フランジ部２２の外面Ｐ２に直交する面となっている。また、この切り落とし面Ｐ４には、複合材１のスキン１２への接着時において、図４に示すシール材が設けられる。
以上のように、実施形態１によれば、フランジ部２２にテーパ面Ｐ３を形成することで、複合材１に対してせん断方向及びピール方向の少なくとも一方向における荷重が与えられても、テーパ面Ｐ３によって荷重を分散させることができる。このため、フランジ部２２の先端部におけるピーク応力の発生を抑制でき、せん断方向及びピール方向の荷重によるスキン１２からのはく離を抑制することができる。また、最表面繊維シート３５を含むフランジ積層体３１によりフランジ部２２の先端部のテーパ面Ｐ３を被覆することができるため、フランジ部２２の先端部の繊維シートの露出を抑制できることから、被雷等によるスパークの発生を抑制することができる。
また、実施形態１によれば、キャップ積層体３２のテーパ部位３２ｂをフランジ積層体３１の被覆部位３１ａで被覆することができるため、フランジ部２２のテーパ面Ｐ３側における繊維シートの層厚を厚くできることから、被雷等によるスパークの発生をより好適に抑制することができる。
また、実施形態１によれば、フランジ部２２のテーパ面Ｐ３の先端部を切除することで、物理的な接触によるテーパ面Ｐ３の損傷を抑制することができる。
また、実施形態１によれば、桁部材２５、キャップ部材２６及びコア部材２７を組み合わせて成形することにより、キャップ積層体３２のテーパ部位３２ｂをフランジ積層体３１で被覆することで、フランジ部２２にテーパ面Ｐ３が形成された複合材１を、効率よく適切に成形することができる。
また、実施形態１によれば、仕上げ工程Ｓ４を行うことで、不要部分が切除された適切な形状となる複合材１を形成することができる。
［実施形態２］
次に、図１０から図１５を参照して、実施形態２に係る複合材５１について説明する。なお、実施形態２では、重複した記載を避けるべく、実施形態１と異なる部分について説明し、実施形態１と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。図１０は、実施形態２に係る複合材の断面図である。図１１は、実施形態２に係る複合材のフランジ部周りを模式的に示す断面図である。図１２は、実施形態２に係る複合材に含まれる各部材を示す説明図である。図１３は、実施形態２に係る複合材に含まれる桁部材の成形方法に関する説明図である。図１４は、実施形態２に係る複合材の成形方法に関する説明図である。図１５は、実施形態２に係る複合材の仕上げ工程に関する説明図である。
実施形態２の複合材５１は、実施形態１と同様に、ウェブ部２１と、４つのフランジ部２２とを有する、Ｉ字状の桁材となっている。複合材５１は、図１０及び図１１に示すように、桁部材６５と、２つのキャップ部材６６と、２つのコア部材６７とを含んで構成されている。桁部材６５は、一対のフランジ積層体７１を接合することで形成されている。一方のフランジ積層体７１は、ウェブ部２１の他方の端部側に設けられる一方側のフランジ部２２（例えば、図１０の右上のフランジ部２２）から、ウェブ部２１を経て、ウェブ部２１の一方の端部側に設けられる一方側のフランジ部２２（例えば、図１０の右下のフランジ部２２）に亘って設けられる。同様に、他方のフランジ積層体７１は、ウェブ部２１の他方の端部側に設けられる他方側のフランジ部２２（例えば、図１０の左上のフランジ部２２）から、ウェブ部２１を経て、ウェブ部２１の一方の端部側に設けられる他方側のフランジ部２２（例えば、図１０の左下のフランジ部２２）に亘って設けられる。そして、一対のフランジ積層体７１（つまり、桁部材２５）は、ウェブ部２１に位置する部位、つまり、高さ方向に延在する部位がウェブ部２１を構成し、フランジ部２２に位置する部位、つまり、幅方向に延在する部位が、フランジ部２２の内面側に設けられる内面側テーパ部位７１ａとなる。また、各フランジ積層体７１は、内面側テーパ部位７１ａを被覆する最表面の繊維シートである最表面繊維シート７５を有する。
２つのキャップ部材６６は、ウェブ部２１の高さ方向における両側にそれぞれ設けられ、各キャップ部材６６は、フランジ部２２の外面側に設けられるキャップ積層体７２により形成されている。キャップ積層体７２は、ウェブ部２１を挟んで幅方向の両側に延在して設けられている。キャップ積層体７２は、幅方向の中央部が、高さ方向（積層方向）における厚さが同じとなる平板部位７２ａとして形成され、幅方向における平板部位７２ａの両側に外面側テーパ部位７２ｂがそれぞれ形成されている。外面側テーパ部位７２ｂは、フランジ部２２の基部から先端部に向かって積層方向における厚さが薄くなっている。また、外面側テーパ部位７２ｂは、フランジ積層体７１の内面側テーパ部位７１ａと連続するように設けられることから、内面側テーパ部位７１ａ及び外面側テーパ部位７２ｂは、フランジ部２２の基部から先端部に向かって積層方向における厚さが連続して薄くなっている。
そして、各フランジ積層体７１は、その最表面繊維シート７５が、内面側テーパ部位７１ａ及び外面側テーパ部位７２ｂを被覆している。このため、フランジ部２２のテーパ部２２ｂは、フランジ積層体７１の内面側テーパ部位７１ａ及びキャップ積層体７２の外面側テーパ部位７２ｂに、最表面繊維シート７５が積層されることで形成されている。なお、コア部材６７は、実施形態１のコア部材２７と同様であるため、説明を省略する。
次に、図１２から図１５を参照して、実施形態２の複合材５１を成形する成形方法について説明する。この成形方法では、図１２に示すように、桁部材６５、２つのキャップ部材６６及び２つのコア部材６７をそれぞれ成形し、これらを組み合わせて図１０に示す複合材５１としている。具体的に、複合材５１の成形方法では、桁部材６５を成形する図１３に示す桁部材成形工程Ｓ６と、キャップ部材６６を成形するキャップ部材成形工程と、コア部材６７を成形するコア部材成形工程と、桁部材６５、キャップ部材６６及びコア部材６７を組み合わせて、複合材５１を成形する図１４に示す複合材成形工程Ｓ７と、複合材５１の仕上げを行う図１４及び図１５に示す仕上げ工程Ｓ８と、が行われている。
図１３に示すように、桁部材成形工程Ｓ６では、先ず、幅方向における長さが、積層方向の一方側（下方側／外面側）から他方側（上方側／内面側）に向かって短くなるように、複数の繊維シートを積層して積層体８１を形成する（積層工程Ｓ６１）。続いて、形成した積層体８１を雄型の成形型４２に配置する前に、最表面繊維シート７５となる繊維シートを、成形型４２に配置する。この後、積層体８１の内面側と最表面繊維シート７５とを対向させて、積層体８１を最表面繊維シート７５上に配置する。そして、積層体８１及び最表面繊維シート７５を覆うようにバギングフィルム４３を配置して、バギングフィルム４３内を吸引すると共に、加圧及び加熱を行って、フランジ積層体７１を成形する（成形工程Ｓ６２）。成形工程Ｓ６２では、フランジ積層体７１を一対成形する。成形された一対のフランジ積層体７１は、長さ方向に延在する部位同士を合わせると共に、幅方向に延在する部位が幅方向の両側に拡がるように、背合わせして組み立てることで、桁部材６５を形成する（組立工程Ｓ６３）。
図示は省略するが、キャップ部材成形工程では、実施形態１の図７に示すキャップ部材成形工程Ｓ２と同様に、幅方向における長さが、積層方向の一方側（下方側／外面側）から他方側（上方側／内面側）に向かって短くなるように、複数の繊維シートを積層してキャップ積層体７２をキャップ部材６６として形成する。つまり、キャップ部材成形工程では、平板部位７２ａと、平板部位７２ａの両側に設けられる外面側テーパ部位７２ｂとを形成するように、複数の繊維シートを積層してキャップ積層体７２を形成する。キャップ部材成形工程では、キャップ積層体７２を２つ成形する。なお、コア部材成形工程は、実施形態１のコア部材成形工程と同様であるため、説明を省略する。
図１４に示すように、複合材成形工程Ｓ７では、成形した桁部材６５と、２つのキャップ部材６６と、２つのコア部材６７とを、最表面繊維シート７５、フランジ積層体７１及びキャップ積層体７２が積層されるように組み合わせる（積層工程Ｓ７１）。なお、積層工程Ｓ７１でも、実施形態１と同様に、フランジ積層体７１を成形型４２に嵌め合わせた状態で、キャップ部材６６とコア部材６７とを配置してもよい。また、積層工程Ｓ７１では、桁部材６５の両方のフランジ積層体７１の最表面繊維シート７５が、キャップ部材６６の両方の外面側テーパ部位７２ｂを被覆するように、桁部材６５とキャップ部材６６とが組み合わせられる。続いて、組み合わせた各部材６５，６６，６７を覆うようにバギングフィルム４３を配置して、バギングフィルム４３内を吸引すると共に、加圧及び加熱を行って、複合材５１を成形する（成形工程Ｓ７２）。このとき、成形工程Ｓ７２でも、実施形態１と同様に、キャップ部材６６の外面側にプレート４４が配置されており、プレート４４は、成形時においてフランジ部２２の外面が要求された形状となるように、フランジ部２２を成形している。成形された複合材５１は、その不要部分がトリム加工によって切除される（仕上げ工程Ｓ８）。
図１５に示すように、仕上げ工程Ｓ８において切除される不要部分は、フランジ積層体７１の最表面繊維シート７５における各フランジ部２２の先端部と、キャップ積層体７２の各外面側テーパ部位７２ｂの先端部とである。各フランジ部２２の先端部は、幅方向における所定の長さにおいて切除される。このため、実施形態１と同様に、仕上げ工程Ｓ８後の複合材５１のフランジ部２２には、テーパ面Ｐ３の先端部が切除されて形成された切り落とし面Ｐ４が形成される。切り落とし面Ｐ４は、幅方向に直交する面となっており、フランジ部２２の外面Ｐ２に直交する面となっている。また、この切り落とし面Ｐ４には、複合材５１のスキン１２への接着時において、図１１に示すシール材が設けられる。
以上のように、実施形態２によれば、フランジ部２２にテーパ面Ｐ３を形成することで、複合材５１に対してせん断方向及びピール方向の少なくとも一方向における荷重が与えられても、テーパ面Ｐ３によって荷重を分散させることができる。このため、フランジ部２２の先端部におけるピーク応力の発生を抑制でき、せん断方向及びピール方向の荷重によるスキン１２からのはく離を抑制することができる。また、最表面繊維シート７５によりフランジ部２２の先端部のテーパ面Ｐ３を被覆することができるため、フランジ部２２の先端部の繊維シートの露出を抑制できることから、被雷等によるスパークの発生を抑制することができる。
また、実施形態２によれば、テーパ面Ｐ３に沿って設けられる繊維シートが最表面繊維シート７５だけであるため、成形後の複合材５１の不要部分を切除（トリム）する仕上げ工程Ｓ８において、切除する不要部分を少ないものとすることができる。このため、複合材５１を容易に製造でき効率化を図ることが可能となる。
また、実施形態２によれば、桁部材６５、キャップ部材６６及びコア部材６７を組み合わせて成形することにより、キャップ積層体７２の外面側テーパ部位７２ｂ及びフランジ積層体７１の内面側テーパ部位７１ａを、最表面繊維シート７５で被覆することで、フランジ部２２にテーパ面Ｐ３が形成された複合材５１を、効率よく適切に成形することができる。
１ 複合材
１０ 構造体
１２ スキン
１４ スパー
１５ リブ
２１ ウェブ部
２２ フランジ部
２２ａ 平板部
２２ｂ テーパ部
２５ 桁部材
２６ キャップ部材
２７ コア部材
３１ フランジ積層体
３１ａ 被覆部位
３２ キャップ積層体
３２ａ 平板部位
３２ｂ テーパ部位
３５ 最表面繊維シート
４１ 積層体
４２ 成形型
４３ バギングフィルム
４４ プレート
５１ 複合材（実施形態２）
６５ 桁部材（実施形態２）
６６ キャップ部材（実施形態２）
６７ コア部材（実施形態２）
７１ フランジ積層体（実施形態２）
７１ａ 内面側テーパ部位（実施形態２）
７２ キャップ積層体（実施形態２）
７２ａ 平板部位（実施形態２）
７２ｂ 外面側テーパ部位（実施形態２）
７５ 最表面繊維シート（実施形態２）
Ｐ１ 内面
Ｐ２ 外面
Ｐ３ テーパ面
Ｐ４ 切り落とし面

Claims (5)

  1. ウェブ部と、前記ウェブ部の端部に設けられ、前記ウェブ部の両側に設けられる一対のフランジ部と、を備える複合材において、
    一対の前記フランジ部のそれぞれは、複数の繊維シートが積層されてなり、積層方向における一方側の面が前記ウェブ部の端部が接続される内面となり、前記積層方向における他方側の面が外面となり、
    前記フランジ部の前記内面は、前記ウェブ部の端部が接続される基部から先端部に向かって前記積層方向における厚さが薄くなるテーパ面を有し、
    前記ウェブ部から一方の前記フランジ部の前記内面側まで設けられ、積層された複数の前記繊維シートである一方のフランジ積層体と、
    前記ウェブ部から他方の前記フランジ部の前記内面側まで設けられ、積層された複数の前記繊維シートである他方のフランジ積層体と、
    一対の前記フランジ部の前記外面側に設けられ、積層された複数の前記繊維シートであるキャップ積層体と、を有しており、
    前記キャップ積層体は、前記フランジ部の基部から先端部に向かって前記積層方向における厚さが薄くなる一対の外面側テーパ部位を有し、
    一方の前記フランジ積層体は、
    一方の前記外面側テーパ部位に連なり、前記フランジ部の基部から一方側の先端部に向かって前記積層方向における厚さが薄くなる一方の内面側テーパ部位と、
    一方の前記外面側テーパ部位及び一方の前記内面側テーパ部位を被覆する最表面の前記繊維シートである一方の最表面繊維シートと、を有し、
    他方の前記フランジ積層体は、
    他方の前記外面側テーパ部位に連なり、前記フランジ部の基部から他方側の先端部に向かって前記積層方向における厚さが薄くなる他方の内面側テーパ部位と、
    他方の前記外面側テーパ部位及び他方の前記内面側テーパ部位を被覆する最表面の前記繊維シートである他方の最表面繊維シートと、を有しており、
    一方の前記フランジ積層体及び他方の前記フランジ積層体を接合することで、前記ウェブ部と一対の前記フランジ部の一部とを含む桁部材が形成され、
    前記キャップ積層体がキャップ部材として形成され、
    前記桁部材の両方の前記最表面繊維シートが、前記桁部材の両方の前記内面側テーパ部位及び前記キャップ部材の両方の前記外面側テーパ部位に積層されることで、前記桁部材と前記キャップ部材とが組み合わされていることを特徴とする複合材。
  2. 前記フランジ部は、前記テーパ面の前記先端部が切除されて形成された切り落とし面を有することを特徴とする請求項１に記載の複合材。
  3. ウェブ部と、前記ウェブ部の端部に設けられ、前記ウェブ部の両側に設けられる一対のフランジ部と、を備える複合材を成形する複合材の成形方法において、
    一対の前記フランジ部のそれぞれは、複数の繊維シートが積層されてなり、積層方向における一方側の面が前記ウェブ部の端部が接続される内面となり、前記積層方向における他方側の面が外面となり、
    前記フランジ部の前記内面は、前記ウェブ部の端部が接続される基部から先端部に向かって前記積層方向における厚さが薄くなるテーパ面を有し、
    前記複合材は、
    前記ウェブ部から一方の前記フランジ部の前記内面側まで設けられる一方のフランジ積層体と、
    前記ウェブ部から他方の前記フランジ部の前記内面側まで設けられる他方のフランジ積層体と、
    一対の前記フランジ部の前記外面側に設けられるキャップ積層体と、を有しており、
    前記キャップ積層体は、前記フランジ部の基部から先端部に向かって前記積層方向における厚さが薄くなる一対のテーパ部位を有し、
    一方の前記フランジ積層体は、前記キャップ積層体の一方の前記テーパ部位を被覆し、
    他方の前記フランジ積層体は、前記キャップ積層体の他方の前記テーパ部位を被覆しており、
    複数の前記繊維シートを積層して一方の前記フランジ積層体及び他方の前記フランジ積層体を成形し、成形した一方の前記フランジ積層体及び他方の前記フランジ積層体を組み合わせて、前記ウェブ部と一対の前記フランジ部の一部とを含む桁部材を成形する桁部材成形工程と、
    複数の前記繊維シートを積層して前記キャップ積層体をキャップ部材として成形するキャップ部材成形工程と、
    前記桁部材の両方の前記フランジ積層体が、前記キャップ部材の両方の前記テーパ部位を被覆するように、前記桁部材と前記キャップ部材とを組み合わせて、前記複合材を成形する複合材成形工程と、を備えることを特徴とする複合材の成形方法。
  4. ウェブ部と、前記ウェブ部の端部に設けられ、前記ウェブ部の両側に設けられる一対のフランジ部と、を備える複合材を成形する複合材の成形方法において、
    一対の前記フランジ部のそれぞれは、複数の繊維シートが積層されてなり、積層方向における一方側の面が前記ウェブ部の端部が接続される内面となり、前記積層方向における他方側の面が外面となり、
    前記フランジ部の前記内面は、前記ウェブ部の端部が接続される基部から先端部に向かって前記積層方向における厚さが薄くなるテーパ面を有し、
    前記複合材は、
    前記ウェブ部から一方の前記フランジ部の前記内面側まで設けられる一方のフランジ積層体と、
    前記ウェブ部から他方の前記フランジ部の前記内面側まで設けられる他方のフランジ積層体と、
    一対の前記フランジ部の前記外面側に設けられるキャップ積層体と、を有しており、
    前記キャップ積層体は、前記フランジ部の基部から先端部に向かって前記積層方向における厚さが薄くなる一対の外面側テーパ部位を有し、
    一方の前記フランジ積層体は、
    一方の前記外面側テーパ部位に連なり、前記フランジ部の基部から一方側の先端部に向かって前記積層方向における厚さが薄くなる一方の内面側テーパ部位と、
    一方の前記外面側テーパ部位及び一方の前記内面側テーパ部位を被覆する最表面の前記繊維シートである一方の最表面繊維シートと、を有し、
    他方の前記フランジ積層体は、
    他方の前記外面側テーパ部位に連なり、前記フランジ部の基部から他方側の先端部に向かって前記積層方向における厚さが薄くなる他方の内面側テーパ部位と、
    他方の前記外面側テーパ部位及び他方の前記内面側テーパ部位を被覆する最表面の前記繊維シートである他方の最表面繊維シートと、を有しており、
    複数の前記繊維シートを積層して一方の前記フランジ積層体及び他方の前記フランジ積層体を成形し、成形した一方の前記フランジ積層体及び他方の前記フランジ積層体を組み合わせて、前記ウェブ部と一対の前記フランジ部の一部とを含む桁部材を成形する桁部材成形工程と、
    複数の前記繊維シートを積層して前記キャップ積層体をキャップ部材として成形するキャップ部材成形工程と、
    前記桁部材の両方の前記最表面繊維シートが、前記桁部材の両方の前記内面側テーパ部位及び前記キャップ部材の両方の前記外面側テーパ部位を被覆するように、前記桁部材と前記キャップ部材とを組み合わせて、前記複合材を成形する複合材成形工程と、を備えることを特徴とする複合材の成形方法。
  5. 前記複合材成形工程後の前記複合材の不要部分を切除する仕上げ工程を、さらに備えることを特徴とする請求項３または４に記載の複合材の成形方法。
JP2016228322A 2016-11-24 2016-11-24 複合材及び複合材の成形方法 Active JP6949474B2 (ja)

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