JP7565757B2

JP7565757B2 - 製造用治具、製造用治具システム及び、製造方法

Info

Publication number: JP7565757B2
Application number: JP2020188160A
Authority: JP
Inventors: 譲西室; 憲典松本; 清明坂本; 俊宣村木; 真太刀掛; 清嘉 ▲高▼木
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2020-11-11
Filing date: 2020-11-11
Publication date: 2024-10-11
Anticipated expiration: 2040-11-11
Also published as: JP2022077345A

Description

本開示は、製造用治具、製造用治具システム及び、製造方法に関するものである。

航空機用の部材として、複合材料が用いられることがある。例えば特許文献１には、オートクレーブで複合材料の積層体を成形する旨が記載されている。

特開２０１９－５９６６号公報

ここで、航空機の部材に限られず、複合材料同士を接合して部材を形成する場合がある。このような場合に、複合材料同士を高品質、高精度、高効率に接合することが求められている。本開示は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、複合材料同士を高品質、高精度、高効率に接合可能な製造用治具、製造用治具システム及び、製造方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成する為に、本開示に係る製造用治具は、複合材料製の複数の接着対象物同士を接合するための製造用治具であって、一方の表面に前記接着対象物との接触面が形成され、前記一方の表面から他方の表面である開放面までを貫通する開口が形成されて、前記接触面で前記接着対象物と接触することで複数の前記接着対象物を保持する対象物保持部材と、前記対象物保持部材の前記開口に挿通される軸部材部と、前記軸部材部に取り付けられて、前記対象物保持部材に保持された複数の前記接着対象物を加圧する加圧部材と、前記接着対象物を加熱する加熱部と、を有する。

上述した課題を解決し、目的を達成する為に、本開示に係る製造用治具システムは、前記製造用治具と、前記接着対象物の接合箇所の位置情報を取得する対象物情報取得部と、前記対象物情報取得部が取得した位置情報に基づいて前記加熱部の制御を行う制御部と、を備える。

上述した課題を解決し、目的を達成する為に、本開示に係る製造方法は、一対の接着対象物の接合面に接着剤を塗布するステップと、一対の接着対象物の接合面を重ね合わせるステップと、一対の接着対象物の接合面の反対側の面に前記製造用治具を取り付けるステップと、前記製造用治具の加熱部を発熱させて前記一対の接着対象物を接合するステップと、を含む。

本開示によれば、複合材料同士を高品質、高精度、高効率に接合できる。

図１は、航空機の主翼の構造を示す模式図である。図２は、スパーとリブの接合箇所を示す模式図である。図３は、本開示に係る製造用治具の使用例を説明する説明図である。図４は、対象物保持部材が一対の場合の製造用治具の模式図である。図５は、対象物保持部材が一つの場合の製造用治具の模式図である。図６は、本開示に係る製造用治具の加熱部を示す模式図である。図７は、本開示に係る製造用治具を用いた製造工程を説明する説明図である。図８は、本開示に係る製造用治具システムの機能図である。図９は、本開示に係る製造用治具システムを用いた製造工程を説明する説明図である。図１０は、本開示に係る製造用治具システムの接合箇所の近傍の位置情報に基づいた製造用治具の加熱部の制御を示すフローチャートである。

以下に、本開示の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例により、この開示が限定されるものではない。

図１は、航空機の主翼の構造を示す模式図である。図１に示すように、主翼１００は、スパー１１０と、リブ１２０と、スキン１３０と、ストリンガー（図示せず）と、を含む。本実施形態に係る製造用治具２００は、スパー１１０と、リブ１２０とを接合することに用いることができるものである。ただし、製造用治具２００は、複数の複合材料同士を接着剤で接合することに用いることができ、接合対象はスパー１１０やリブ１２０に限られず任意である。また、製造用治具２００は、航空機用の部材である複数の複合材料同士を接着剤で接合することに用いることができるが、航空機用の部材に限られず、任意の用途の複合材料同士を接合するものであってよい。

スパー１１０と、リブ１２０と、スキン１３０と、ストリンガーには、複合材が用いられる。複合材は、樹脂と強化繊維とを含む繊維強化複合材である。強化繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、金属繊維などを用いることができる。樹脂は、熱硬化性樹脂が好ましく、熱可塑性樹脂であっても良い。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂などが挙げられる。熱可塑性樹脂としては、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）などが挙げられる。ただし、強化繊維が含浸される樹脂は、これに限定されず、その他の樹脂であってもよい。

スパー１１０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る。スパー１１０は、上側スキン１３２の前縁から下側スキン１３４の前縁との間にわたって設けられる前側スパー１１２と、上側スキン１３２の後縁から下側スキン１３４の後縁との間にわたって設けられる後側スパー１１４と、を備える。

リブ１２０は、主翼１００の翼幅方向に前縁から後縁にわたって設けられ、翼長方向に所定の間隔を空けて複数並べて設けられる。すなわち、上側スキン１３２と下側スキン１３４との間にわたって配置される構造部材である。言い換えると、前側スパー１１２と、後側スパー１１４と、に略直交する方向に延びる構造部材であって、主翼の断面形状に形成される板状の部材である。

スキン１３０は、主翼１００の外板であり、翼長方向に延在して形成されている。スキン１３０は、主翼１００の鉛直方向の上側に設けられる上側スキン１３２と、鉛直方向の下側に設けられる下側スキン１３４と、を備える。スキン１３０は、上側スキン１３２と下側スキン１３４とにより主翼１００の外形の一部を構成し、主翼１００に揚力が生じるように空力特性を備えた形状に形成される。また、スキン１３０は、スパー１１０、ストリンガーとともに、主翼１００に働く引っ張り荷重や、圧縮荷重の一部を受け持つ。

スキン１３０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、主翼１００の翼長方向に延在して、スキン１３０の内面に沿って設けられることで、スキン１３０を補強する補強部材である。

図２は、スパーとリブの接合箇所を示す模式図である。図２に示すように、スパー内面１１７にリブ１２０の端部に形成されたリブ接合部１４０が接着剤を介して接合される。図１に示すように、スパー内面１１７には、所定の間隔を空けて複数のリブ１２０が接合される。

（製造用治具）
図３は、本開示に係る製造用治具の使用例を説明する説明図である。図３に示すように、製造用治具２００は、一方の接着対象物としてのスパー１１０のスパー外面１１６と、他方の接着対象物としてのリブ１２０のリブ接合部内面１４２に取り付けられて、両側からスパー１１０とリブ１２０を保持する。なお、スパー１１０と、リブ１２０とには開口として、それぞれスパー開口１１８、リブ接合部開口１４４が形成される。スパー開口１１８と、リブ接合部開口１４４とは、製造用治具２００の対象物保持部材２１０に形成される開口部２１６と同じ間隔を空けて、同じ大きさ、同じ断面形状に形成される。

図４は、対象物保持部材が一対の場合の製造用治具の模式図である。図４は、製造用治具２００がスパー１１０とリブ１２０に取り付けられた状態を示している。なお、図４は図３に示した矢視Ａ－Ａから、スパー１１０とリブ１２０の接合箇所を見た図である。図４に示すように、本開示に係る製造用治具２００は、一対の対象物保持部材２１０と、加熱部２２０と、軸部材部２３０と、加圧部材２３４と、を備える。なお、一対の接着対象物の保持の方法は図４に示すように、一対の対象物保持部材２１０によって、一対の接着対象物の内の一つの側面に、対象物保持部材２１０を接触させ、一対の接着対象物の内のもう一つの側面に、もう一つの対象物保持部材２１０を接触させる方法を用いてもよいし、一つの対象物保持部材２１０を一対の接着対象物の内の一つの側面に接触させて、他方の接着対象物から突出した後述する軸部材２３２に留め具２３６などを取り付けて保持してもよい。図５に一つの対象物保持部材２１０によって、一対の接着対象物を保持した状態を示す図を示す。図５の説明は後述する。

対象物保持部材２１０は、接着対象物に接触して接着対象物を保持する部材である。対象物保持部材２１０は、一方側の表面である接触面２１２で、接着対象物に接触して接着対象物を保持する。なお、図４の例では、一対の平板状の対象物保持部材２１０で接着対象物を挟持するが、対象物を挟持する一対の対象物保持部材は、平板状の部材に限定されるものではなく、接着対象物を保持する部材であればよい。例えば、一対の対象物保持部材の内の一方が後述する留め具２３６と座面部材２３８との少なくとも一方であってもよい。ここでは、一対の対象物保持部材の両方が図４に示す平板形状の対象物保持部材２１０である場合について説明する。対象物保持部材２１０に形成される開放面２１４は、接触面２１２の反対側の表面である。なお、接触面２１２と、開放面２１４とは、互いに平行に形成される。開口部２１６は、対象物保持部材２１０の一方の表面である接触面２１２から、他方の表面である開放面２１４までを、接触面２１２と、開放面２１４と、に対して垂直に貫通する開口である。本実施形態では、開口部２１６は円形の形状に形成され等間隔に配置される。本実施形態では、開口部２１６は、３つ形成されているが、３つに限定されるものではなく、その他の任意の数であって良い。また、開口部２１６の断面形状は、円形に限定されるものではなく、その他の任意の形状であって良い。さらに、開口部２１６は、接触面２１２と、開放面２１４と、に対して垂直に形成されることに限定されるものではなく、その他の任意の形状に形成されて良い。

図４に示すように、一対の対象物保持部材２１０によって接着対象物であるスパー１１０とリブ１２０とが保持される。さらに詳細に説明すると、一対の対象物保持部材２１０の内の一方の対象物保持部材２１０の接触面２１２がスパー外面１１６に接触し、他方の対象物保持部材２１０の接触面２１２が、リブ１２０のリブ接合部内面１４２に接触する。すなわち、スパー外面１１６と、リブ接合部内面１４２の両側から対象物保持部材２１０の接触面２１２が接触することで、接着対象物を保持する。

（加熱部）
加熱部２２０は、対象物保持部材２１０に取り付けられ、対象物保持部材２１０の接触面２１２に接触する接着対象物を加熱する。加熱部２２０には、発熱体が備えられ、発熱体としては、例えば、電熱線、セラミックヒーターを用いることができる。電熱線は、電圧を印加すると発熱する抵抗体である。電熱線としては、ニッケル（Ｎｉ）とクロム（Ｃｒ）を主成分とする電気抵抗が大きいニクロム線を用いることができる。セラミックヒーターは、発熱体部をベースとなるアルミナ、ジルコニア、コージェライト、ムライト、窒化ケイ素などのセラミックに内蔵し、同時焼結することで一体化した構造である。内蔵された発熱体部に電圧をかけることで、特殊加工されたセラミックが発熱する仕組みである。発熱体部には、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、チタン（Ｔｉ）、レニウム（Ｒｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）等の高融点金属を用いることができる。本実施形態では、加熱部２２０には電熱線を用いる。本実施形態の加熱部２２０の構造については、後述する図６の説明の箇所において説明する。なお、本実施形態では、加熱部２２０は、対象物保持部材２１０に取り付けられるが、取付位置は任意であってよい。

（軸部材部）
軸部材部２３０は、軸部材２３２と、加圧部材２３４と、留め具２３６と、座面部材２３８と、を備える。軸部材２３２は、軸形状の部材であって、対象物保持部材２１０、スパー１１０、リブ１２０に形成される開口に挿通されて、接着対象物を保持する部材である。軸部材２３２は、一方の端部が対象物保持部材２１０の開放面２１４から突出し、他方の端部が対象物保持部材２１０の開放面２１４から突出する。本実施形態では、軸部材２３２にボルトを用いるが、軸形状の部材であれば、これに限定されるものではない。より詳しくは、軸部材２３２は、対象物保持部材２１０に形成された開口部２１６に挿通されて、接着対象物を保持する。軸部材部２３０が備える軸部材２３２は、対象物保持部材２１０に形成された開口である開口部２１６と、スパー１１０に形成された開口であるスパー開口１１８と、リブ接合部１４０に形成された開口であるリブ接合部開口１４４と、が重なった部分に挿通される。すなわち、軸部材部２３０が備える軸部材２３２が、スパー１１０の側に設けられる対象物保持部材２１０の開口部２１６から挿通された場合、スパー１１０の側に設けられる対象物保持部材２１０に形成される開口部２１６、スパー１１０に形成されるスパー開口１１８、リブ接合部１４０に形成されるリブ接合部開口１４４、リブ１２０の側に設けられる対象物保持部材２１０の開口部２１６、の順番にそれぞれの開口に挿通される。

留め具２３６は、軸部材２３２に取り付けられて、接着対象物を両側から挟み対象物保持部材２１０の軸方向の移動を制限する部材である。留め具２３６は、軸部材２３２の軸方向において、軸部材２３２に対して位置が固定される。留め具２３６は、軸部材２３２の一方の端部に設けられる第１留め具２３６１と、他方の端部に設けられる第２留め具２３６２と、がある。

本実施形態では、第１留め具２３６１は、座面部材２３８を介して一方の対象物保持部材２１０の開放面２１４に接触して、一方の対象物保持部材２１０の第１留め具２３６１の方向への移動を制限する。第２留め具２３６２は、他方の対象物保持部材２１０の開放面２１４の側に配置される。なお、第１留め具２３６１と、対象物保持部材２１０との間に設けられる部材は、座面部材２３８に限定されるものではなく、その他の部材が介在してもよい。また、第２留め具２３６２と、対象物保持部材２１０との間に部材が介在してもよい。本実施形態では、留め具２３６には、ナットを用いるが、これに限定されるものではない。

座面部材２３８は、後述する加圧部材２３４により印加される加圧力を受け止めて、対象物保持部材２１０の損傷を防ぐ部材である。座面部材２３８は、軸部材２３２の軸方向において、軸部材２３２に対して位置が固定されず、移動可能である。座面部材２３８は、軸部材２３２の一方の端部に設けられて、一方の対象物保持部材２１０の開放面２１４に接触する第１座面部材２３８１と、軸部材２３２の他方の端部に設けられて、他方の対象物保持部材２１０の開放面２１４に接触する第２座面部材２３８２とがある。本実施形態では、座面部材２３８には、ワッシャを用いるが、これに限定されるものではない。

加圧部材２３４は、軸部材２３２の一方の端部側に設けられて、対象物保持部材２１０を加圧する部材である。加圧部材２３４としては、例えば、スプリング、油圧アクチュエータ、電動アクチュエータを用いることができる。本実施形態では、加圧部材２３４は、スプリングである。

本実施形態では、第１留め具２３６１が、ボルトである軸部材２３２の頭部（ボルトヘッド）であり、第２留め具２３６２が、ナットである。加圧部材２３４としてのスプリングは、軸部材２３２としてのボルトの頭部とは反対側の軸部分に設けられる第２留め具２３６２としてのナットと、第２座面部材２３８２としてのワッシャの間に設けられるが、加圧部材２３４が設けられる箇所はこれに限定されるものではない。本実施形態では、対象物保持部材２１０の開放面２１４に接触した第２座面部材２３８２としてのワッシャと、第２留め具２３６２としてのナットとによって、加圧部材２３４としてのスプリングを両側から保持する。本実施形態では、加圧部材２３４としてのスプリングは、軸部材２３２としてのボルトのボルト頭部とは反対側の軸部分に取り付けられて、第２留め具２３６２としてのナットと、スパー１１０の側に設けられる対象物保持部材２１０の開放面２１４及び第２座面部材２３８２としてのワッシャに挟まれることによって、弾性力が発生し、第２座面部材２３８２としてのワッシャを介して、スパー１１０の側に設けられる対象物保持部材２１０を加圧し、最終的に接着層を加圧する。

本実施形態では、軸部材２３２としてのボルトのボルト頭部側の軸部分に、第１座面部材２３８１としてのワッシャを備えた状態で、リブ１２０の側に設けられる対象物保持部材２１０の開口部２１６から挿通して、スパー１１０の側に設けられる対象物保持部材２１０から突出したボルトのボルト頭部と反対側の軸部分に、第２座面部材２３８２としてのワッシャと、加圧部材２３４としてのスプリングと、第２留め具２３６２としてのナットをこの順番に取り付けて、ナットを締めることで接着対象物を保持する。なお、本実施形態では接着対象物及び接着剤に予め開口が形成されており、軸部材部はその開口に挿通されるが、接着対象物及び接着剤には予め開口が形成されていなくてもよい。その場合、軸部材部を接着対象物に挿通していくことで、開口が形成されて、結果として軸部材部が開口に挿通される。

（接着対象物）
図４に示した一対の接着対象物は、スパー１１０とリブ１２０であるが、本発明が適用される接着対象物は、スパー１１０とリブ１２０に限定されるものではなく、例えば、その他の繊維強化樹脂製の部材であってもよい。また、接着対象物は、航空機構造に用いられる構造部材であってもよい。接着対象物となる繊維強化樹脂製の部材に用いられる強化繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、などが挙げられるがこれに限定されるものではない。

図５は、対象物保持部材が一つの場合の製造用治具の模式図である。図５に示すように、対象物保持部材２１０が一つの場合には、一対の接着対象物の内の一つの側面に、一つの対象物保持部材２１０の接触面２１２が接触して、当該の対象物保持部材２１０の開放面２１４の側から開口部２１６に挿通された軸部材２３２が、他方の接着対象物から突出した部分に、第１留め具２３６１と、第１座面部材２３８１が取り付けられて、一対の接着対象物を保持する。

（加熱部の詳細）
図６は、加熱部を示す模式図である。なお、図６は図４に示す矢視Ｂ－Ｂからリブ１２０の側に設けられる対象物保持部材２１０の開放面２１４を見た図である。図６に示すように、対象物保持部材２１０の開放面２１４には、溝部２２４が形成されている。加熱部２２０は、溝部２２４の内部に配置される発熱体である。本実施形態では、溝部２２４は、対象物保持部材２１０の開放面２１４に形成される開口部２１６を取り囲むように形成される。ただし、溝部２２４の形状はこれに限定されるものではなく、その他の任意の形状に形成されて良い。

本実施形態では、対象物保持部材２１０の開放面２１４に設けられる３つの開口部２１６を取り囲むように１つの連続した溝部２２４が形成されるが、溝部２２４の数は１つに限定されるものではなく、その他の任意の数であっても良い。例えば、対象物保持部材２１０の開放面２１４に形成される３つの開口部２１６のそれぞれを取り囲むように溝部２２４が形成され、結果として対象物保持部材２１０の開放面２１４に３つの連続した溝部２２４が形成されても良い。

溝部２２４内には、加熱部２２０として前述の発熱体が配置される。対象物保持部材２１０の開放面２１４の溝部２２４が、１つの連続した溝部２２４である場合は、１つの発熱体が溝部２２４に配置される。３つの連続した溝部２２４である場合は、３つの発熱体が１つずつ溝部２２４内に配置される。溝部２２４内からはみ出た発熱体の端部には、端子部が形成され交流電源に接続される。交流電源は、後述する制御部４１０に接続されて、制御部４１０によって、交流電源の電圧、および、起動・停止が制御される。

（製造用治具を用いた製造工程）
図７は、本開示に係る製造用治具を用いた製造工程を説明する説明図である。図７を用いて、本開示に係る製造用治具を用いた製造工程を説明する。リブ１２０の端部に形成されるリブ接合部１４０に接着剤３００を塗布する（ステップＳ１００）。ここで、接着対象物の接合に用いる接着剤３００は、熱硬化性樹脂、又は、熱可塑性樹脂の接着剤を用いることができる。リブ１２０の端部に形成された接着剤が塗布されたリブ接合部１４０を、スパー内面１１７に接触させた後に、スパー外面１１６と、リブ１２０のリブ接合部内面１４２に対象物保持部材２１０の接触面２１２を接触させて、それぞれに形成される開口を重ね合わせる。その後、軸部材２３２としてのボルトの第１留め具２３６１としてのボルト頭部が備えられた一方の端部側に、第１座面部材２３８１としてのワッシャを備えた状態で、対象物保持部材２１０の開口部２１６から挿通して、反対側の対象物保持部材２１０から突出した軸部材２３２としてのボルトの軸部分に、第２座面部材２３８２としてのワッシャと、加圧部材２３４としてのスプリングと、第２留め具２３６２としてのナットとを、この順番に取り付けて、ナットを締めることで、製造用治具２００を取り付ける（ステップＳ１１０）。製造用治具２００の加熱部２２０を発熱させて、接着剤３００を所定時間加熱し接着剤３００を硬化させる（ステップＳ１２０）。

なお、加熱部２２０で発熱した熱は、対象物保持部材２１０を介して、スパー１１０とリブ１２０に熱伝導して、スパー１１０とリブ１２０に塗布された接着剤３００に熱伝導する。また、スパー１１０とリブ１２０とを対象物保持部材２１０で両側から挟み込み、軸部材部２３０に備えられたスプリングによってスパー１１０とリブ１２０とを両側から加圧することによって、接着剤３００が加圧された状態で加熱されるため、接着剤３００の内部の空孔を押し潰すことが可能となり、接着剤３００が塗布された部分の強度を向上させることができる。

所定の時間の加熱（例えば、接着剤３００の硬化時間以上の加熱）が完了したら、加熱部２２０の発熱を停止して製造用治具２００をスパー１１０と、リブ１２０と、から取り外す（ステップＳ１３０）。このように、本開示に係る製造用治具を用いることによって、複合材料同士を高品質、高精度、高効率に接合することが可能となる。なお、これらの工程は、クリーンルーム内で行われることが好ましい。

従来、接着対象物同士を接合する場合には、対象物相互の位置の固定と接着面への不純物混入防止のため、クリーンルーム内で、接着対象物同士の接合箇所をフィルムで覆って真空引きするバギング工程を行った上で、クリーンルームから搬出しオートクレーブ装置に収納して、加圧及び加熱して、接合を行っていた。しかし、例えば接着対象物の形状が、スパー１１０とリブ１２０などのように複雑である場合などにおいて、接合箇所をフィルムで覆うことが難しく、接合工程が煩雑となるおそれがある。それに対し、本実施形態に係る製造用治具２００を用いると、接合箇所を加熱及び加圧して接着剤３００を遮蔽が不要になる程度まで硬化させることができるため、接着対象物の接着剤３００が塗布された箇所を真空引きフィルムで覆う遮蔽工程が不要となる。そのため、生産効率を向上させることができる。また、仕様によっては、製造用治具２００によって接着剤３００を完全に硬化させることも可能なため、その後のオートクレーブでの硬化工程を省略できる場合もある。接合工程をクリーンルーム内で完結させることで煩雑なバギングや、オートクレーブへの移動作業を省略することが可能となる。また加圧と加熱を局所的に調整することも可能であり接合工程をより高精度に制御することが可能となる。なお、遮蔽が不要になる程度とは界面において化学的に結合された状態を意味する。また、オートクレーブで硬化させる場合であっても治具によって遮蔽が不要な程度まで硬化させることで、組付け具合を微調整でき、構造部材の位置ずれ等を生じることなく完全に硬化させることが可能になる。また、製造用治具２００においては、対象物保持部材２１０の開放面２１４に溝部２２４を設けた上で、加熱部２２０を溝部２２４内に配置するため、接着剤３００の塗布箇所に均等に加熱部２２０から熱が接着剤３００に伝わりやすくなる。

（製造用治具システム）
以上説明した製造用治具２００は、製造用治具システム４００に適用可能である。図８は、本開示に係る製造用治具システムの機能図である。図８に示すように、本開示に係る製造用治具システム４００は、製造用治具２００と、対象物情報取得部４２０と、制御部４１０とを備える。

製造用治具２００は、前述の通り、接着対象物の接合箇所を両側から把持して、接着剤を加熱することによって接着剤を硬化させる治具である。製造用治具２００の詳細は前述の通りであるため詳細な説明は省略する。

対象物情報取得部４２０は、接着対象物の接合箇所の近傍の位置情報を取得する。接着対象物の接合箇所とは、接着剤が塗布されている箇所を指す。対象物情報取得部４２０は、接着対象物の接合箇所の近傍に設けられて、接合箇所の近傍の位置情報を取得しても良いし、接着対象物から離れた場所に設けられて遠方から接着対象物の接合箇所の近傍の位置情報を取得してもよい。なお、ここで接着対象物の接合箇所の近傍の位置情報とは、本実施形態では、スパー１１０の位置情報であって、スパー内面１１７の内、リブ１２０のリブ接合部１４０が接触する箇所の近傍（例えば、スパー内面１１７の内、リブ接合部１４０が接触する箇所から所定距離範囲内の箇所）のスパー内面１１７に垂直な方向に沿った位置情報を意味する。以降の説明において「接着対象物の接合箇所の近傍の位置情報」という言葉を用いる場合、前述のようにスパー内面１１７の内、リブ１２０のリブ接合部１４０が接触する箇所の近傍のスパー内面１１７に垂直な方向に沿った位置情報という意味で用いる。位置情報を取得する対象物情報取得部４２０としては、レーザー変位計、時間計測式レーザーセンサを用いることができる。

接合箇所が複数ある場合、対象物情報取得部４２０は、接合箇所毎に設けられて、接合箇所毎の位置情報を取得する。ただし、対象物情報取得部４２０は、接合箇所毎の位置情報を取得するものであれば、接合箇所毎に設けられることに限られない。

レーザー変位計は、投光素子（例えば、半導体レーザー）から照射されたレーザー光を測定対象物に投射し、測定対象物から反射した反射光を受光素子（例えば、リニアイメージセンサ、位置検出素子（ＰｏｓｉｔｉｏｎＳｅｎｓｉｔｉｖｅＤｅｖｉｃｅ）など）で受光し、測定対象物の変位に起因する反射光の変位を測定することで、測定対象物の変位を検出する。

時間計測式レーザーセンサは、投光素子が発光したレーザー光が測定対象物に当たって受光素子に戻ってくるまでの時間を計測することで、測定対象物までの距離を計測する。本実施形態では、対象物情報取得部４２０に時間計測式レーザーセンサを用いる。

制御部４１０は、対象物情報取得部４２０が取得した接着対象物の接合箇所の近傍の位置情報を解析し、解析結果に基づいて製造用治具２００の加熱部２２０を制御する。接着対象物の接合箇所の近傍の位置情報の解析に基づく製造用治具２００の加熱部２２０の制御については後述する。制御部４１０は、ＣＰＵ４１２（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）と、記憶部４１４を備える。制御部４１０は、記憶部４１４からプログラムを読み出して、ＣＰＵ４１２で演算処理を実行することで、制御部４１０の機能を実行する。

ＣＰＵ４１２は、演算処理装置であって、プログラムと呼ばれる命令列を順番に読み込んで解釈・実行することで情報処理を行う。

記憶部４１４は、制御部４１０の演算内容やプログラムなどの各種情報の記憶装置であり、例えば、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）と、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）のような主記憶装置と、ＨＤＤ（ＨａｒｄＤｉｓｋＤｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＤｒｉｖｅ）などの外部記憶装置とのうち、少なくとも１つ含む。

（製造治具システムを用いた製造工程）
図９は、本開示に係る製造用治具システムを用いた製造工程を説明する説明図である。図９を用いて、本開示に係る製造用治具システム４００を用いた製造工程を説明する。リブ１２０の端部に形成されたリブ接合部１４０に接着剤３００を塗布し、リブ接合部１４０をスパー内面１１７に接触させ、スパー外面１１６と、リブ１２０のリブ接合部内面１４２に製造用治具２００を取り付ける（ステップＳ２００）。製造用治具２００の加熱部２２０の発熱を開始する（ステップＳ２１０）。対象物情報取得部４２０を用いて接着対象物の複数の接合箇所の近傍の位置情報を取得し、それぞれの接着対象物の接合箇所の位置が、記憶部４１４に記憶された目標値に対して所定の範囲に含まれるか（例えば、接着対象物の接合箇所の近傍の位置が目標値に対して所定の範囲に含まれるか）判定する。そして、接着対象物の複数の接合箇所の近傍の位置の内、接合箇所の近傍の位置が目標値に対して所定の範囲に含まれる接合箇所に配置された製造用治具２００の加熱部２２０の発熱を停止する（ステップＳ２２０）。接着対象物の接合箇所の近傍の位置が目標値に対して所定の範囲に含まれない接合箇所に配置された製造用治具２００の加熱部２２０の発熱を継続する。当該接着対象物の接合箇所の近傍の位置が目標値に対して所定の範囲に含まれる位置に到達したら、当該接着対象物の接合箇所に配置される製造用治具２００の加熱部２２０の発熱を停止し、製造用治具２００をスパー１１０とリブ１２０から取り外す（ステップＳ２３０）。

このように、本開示に係る製造用治具システム４００によれば、部品の製造誤差や製造用治具２００の加熱部２２０から接着剤３００への入熱量のばらつきに起因する接着対象物の接合箇所の組付け誤差を小さくすることができる。

（位置情報に基づく製造用治具の加熱部の制御フロー）
図１０は、本開示に係る製造用治具システムの接合箇所の近傍の位置情報に基づいた製造用治具の加熱部の制御を示すフローチャートである。図１０を用いて、本開示に係る製造用治具システム４００の位置情報に基づいた加熱部２２０の制御フローを説明する。製造用治具２００の加熱部２２０の加熱が開始されたら、対象物情報取得部４２０が接着対象物の接合箇所ごとに接着対象物の接合箇所の近傍の位置情報を取得する（ステップＳ３００）。そして、記憶部４１４に記憶された接着対象物の接合箇所ごとの位置の目標値と、接着対象物の接合箇所ごとの位置情報から、接着対象物の接合箇所ごとに目標値に対する誤差を算出する（ステップＳ３１０）。接着対象物の接合箇所ごとに誤差が算出されたら、接着対象物の接合箇所ごとの誤差が所定の範囲に含まれる接合箇所があるか判定する（ステップＳ３２０）。誤差が所定の範囲に含まれる接合箇所がある場合（ステップＳ３２０：ＹＥＳ）、誤差が所定の範囲に含まれる接着対象物の接合箇所に取り付けられた製造用治具２００の加熱部２２０の発熱を停止する（ステップＳ３３０）。一方、誤差が所定の範囲に含まれない接着対象物の接合箇所に取り付けられた製造用治具２００の加熱部２２０については、発熱を継続する（ステップＳ３４０）。また、全ての接合箇所の誤差が所定の範囲に含まれるか判定し（ステップＳ３５０）、全ての接合箇所の誤差が所定の範囲に含まれる場合（ステップＳ３５０：ＹＥＳ）、制御フローは終了する。誤差が所定の範囲に含まれない接合箇所がある場合（ステップＳ３５０：ＮＯ）、ステップＳ３００に戻り、接着対象物の接合箇所ごとに接合箇所の近傍の位置情報を取得して、全ての接合箇所の近傍の位置の誤差が所定の範囲に含まれるまで、ステップＳ３００からステップＳ３５０を繰り返す。

接着対象物の接合箇所の位置の誤差が所定の範囲に含まる接合箇所がない場合（ステップＳ３２０：ＮＯ）、接着対象物の接合箇所に取り付けられた全ての製造用治具２００の加熱部２２０の発熱を継続する（ステップＳ３６０）。ステップＳ３００に戻り、接着対象物の接合箇所ごとに接合箇所の近傍の位置情報を取得して、全ての接合箇所の近傍の位置の誤差が所定の範囲に含まれるまで、ステップＳ３００からステップＳ３２０、ステップＳ３６０、または、ステップＳ３００からステップＳ３５０を繰り返す。

このように、本開示に係る製造用治具システム４００によれば、部品の製造誤差や製造用治具２００の加熱部２２０から接着剤３００への入熱量のばらつきに起因する接着対象物の接合箇所の組付け誤差を小さくすることができる。従来のオートクレーブによる均一な加熱に比して、局所的に加熱を調整することができるため、より部品の位置精度の良い接着構造品を製造することができる。

（製造用治具、製造用治具システム、製造方法の構成と効果）
本開示に係る製造用治具２００は、複合材料製の複数の接着対象物同士を接合するための製造用治具２００であって、一方の表面に接着対象物との接触面２１２が形成され、一方の表面から他方の表面である開放面２１４までを貫通する開口が形成されて、接触面２１２で接着対象物と接触することで複数の接着対象物を保持する対象物保持部材２１０と、対象物保持部材２１０の開口に挿通される軸部材部２３０と、軸部材部２３０に取り付けられて、対象物保持部材２１０に保持された複数の接着対象物を加圧する加圧部材２３４と、接着対象物を加熱する加熱部２２０と、を有する。

この構成によれば、複合材料同士を高品質、高精度、高効率に接合することが可能となる。

加熱部２２０は、対象物保持部材２１０の他方の表面である開放面２１４に取り付けられる発熱体を備える。

加熱部２２０は、対象物保持部材２１０の他方の表面である開放面２１４に取り付けられる複数の発熱体を備える。

発熱体は、電熱線であり、対象物保持部材２１０の他方の表面である開放面２１４に形成される溝部２２４内に配置される。

軸部材部２３０は、対象物保持部材２１０の開口内から、対象物保持部材２１０の他方の表面である開放面２１４側に突出しており、加圧部材２３４は、軸部材部２３０の突出している部分に取り付けられるスプリングである。

接着対象物は、繊維強化樹脂製であり、接着対象物の接着に使用される接着剤３００は、熱硬化性樹脂である。

接着対象物は、航空機構造に用いられる構造部材である。

軸部材部は、接着対象物及び接着対象物の接着に使用される接着剤に貫通される。

本開示に係る製造用治具システム４００は、製造用治具２００と、接着対象物の接合箇所の位置情報を取得する対象物情報取得部４２０と、対象物情報取得部４２０が取得した位置情報に基づいて加熱部２２０の制御を行う制御部４１０と、を備える。

制御部４１０は、接着対象物の接合箇所の位置情報に基づいて、接着対象物の接合箇所の目標値に対する誤差を算出し、誤差が目標値に対して所定の範囲の値となった接合箇所に設けられた加熱部２２０の加熱を停止する。

この構成によれば、部品の製造誤差や製造用治具の加熱部から接着剤への入熱量のばらつきに起因する接合部の組付け誤差を小さくすることができる。

本開示に係る製造方法は、一対の接着対象物の接合面に接着剤３００を塗布するステップと、一対の接着対象物の接合面を重ね合わせるステップと、一対の接着対象物の接合面の反対側の面に製造用治具２００を取り付けるステップと、製造用治具２００の加熱部２２０を発熱させて前記一対の接着対象物を接合するステップと、を含む。

また、本開示に係る製造用治具２００は、互いに構造的に独立する一対の対象物保持部材と、一対の対象物保持部材と、一対の対象物保持部材の間に挟まれる対象物とを貫通して配置される軸部材２３２と、一方の対象物保持部材に取り付けられて、軸部材２３２を介して、他方の対象物保持部材に、一方の対象物保持部材側への力を印加する加圧部材２３４と、を有する。ここでの一対の対象物保持部材は、本実施形態で説明した一対の対象物保持部材２１０でもよい。また、一対の対象物保持部材のうちの一方が、本実施形態で説明した対象物保持部材２１０で、一対の対象物保持部材のうちの他方が、留め具２３６と座面部材２３８との少なくとも一方であってもよい。本実施形態に係る製造用治具２００によると、周囲と干渉する対象物の局所的な加圧を、容易に、コンパクトな装置で実現することができる。なお、製造用治具２００は、上述で説明したように複数の対象物を接着することに用いられることに限られず、１つまたは複数の対象物を加圧するために用いてよい。

１１０スパー
１２０リブ
２００製造用治具
２１０対象物保持部材
２１２接触面
２１４開放面
２１６開口部
２２０加熱部
２３０軸部材部
２３２軸部材
２３４加圧部材
２３６留め具
２３８座面部材
３００接着剤

Claims

複合材料製の複数の接着対象物同士を接合するための製造用治具であって、
一方の表面に前記接着対象物との接触面が形成され、前記一方の表面から他方の表面である開放面までを貫通する開口が形成されて、前記接触面で前記接着対象物と接触することで複数の前記接着対象物を保持する一対の対象物保持部材と、
前記対象物保持部材の前記開口に挿通される軸部材部と、
前記軸部材部に取り付けられて、前記対象物保持部材に保持された複数の前記接着対象物を加圧する加圧部材と、
前記接着対象物を加熱する加熱部と、
を有し、
前記一対の対象物保持部材は、前記複数の接着対象物の内の一つの側面に、一方の前記対象物保持部材が接触し、その他の前記複数の接着対象物の内の一つの側面に、他方の前記対象物保持部材が接触し、その一対の前記対象物保持部材のそれぞれに前記加熱部を備える、
製造用治具。
前記加熱部は、前記対象物保持部材の前記開放面に取り付けられる発熱体を備える、請求項１に記載の製造用治具。
前記加熱部は、複数の前記発熱体を備える、請求項２に記載の製造用治具。
前記発熱体は、電熱線であり、前記対象物保持部材の前記他方の表面である開放面に形成される溝部内に配置される、
請求項２又は請求項３に記載の製造用治具。
前記軸部材部は、前記対象物保持部材の前記開口内から、前記対象物保持部材の前記開放面側に突出しており、前記加圧部材は、前記軸部材部の突出している部分に取り付けられるスプリングである、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の製造用治具。
前記接着対象物は、繊維強化樹脂製であり、
前記接着対象物の接着に使用される接着剤は、熱硬化性樹脂である
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の製造用治具。
前記接着対象物は、航空機構造に用いられる構造部材である
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の製造用治具。
前記軸部材部は、前記接着対象物及び前記接着対象物の接着に使用される接着剤に貫通される
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の製造用治具。
請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の製造用治具と、
前記接着対象物の接合箇所の位置情報を取得する対象物情報取得部と、
前記対象物情報取得部が取得した位置情報に基づいて前記加熱部の制御を行う制御部と、
を備える製造用治具システム。
前記制御部は、前記接着対象物の接合箇所の位置情報に基づいて、前記接着対象物の接合箇所の目標値に対する誤差を算出し、前記誤差が前記目標値に対して所定の範囲の値となった接合箇所に設けられた前記加熱部の加熱を停止する
請求項９に記載の製造用治具システム。
一対の接着対象物の接合面に接着剤を塗布するステップと、
一対の接着対象物の接合面を重ね合わせるステップと、
一対の接着対象物の接合面の反対側の面に請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の製造用治具を取り付けるステップと、
前記製造用治具の加熱部を発熱させて前記一対の接着対象物を接合するステップと、
を含む、製造方法。