JPH03234615A - 繊維強化樹脂系複合材料製補強体付き一体成形構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、繊維強化樹脂系複合材料製の外板と多数の桁
および肋材とを、接着剤を介することなく、一体に成形
硬化させるようにした構造に関し、特に航空機の翼構造
に適した繊維強化樹脂系複合材料製補強体付き一体成形
構造に関する。

〔従来の技術〕

従来の繊維強化樹脂系複合材料を使用した構造の例とし
ては、第６図に示すようなものかあり、次の特徴を持つ
構造になっている。

（１）外板１と桁２とを、それぞれの複合材料自身の接
着力で一体に成形硬化した構造。［第６図（ａ）参照］ （２）あらかしめ成形硬化した外板１に、未硬化の桁２
を接着剤Ｓを介して接着すると同時に、桁２自身も硬化
させる構造。［第６図（ｂ）参照］（３）外板１と桁２
および肋材３とをそれぞれの複合材料自身の接着力で一
体に成形硬化した小型の箱型構造。［第６図（ｃ）参照
］ （４）両面の外板１．１と桁２および肋材３とをそれぞ
れの複合材料自身の接着力で一体に成形硬化した構造。

［第６図（ｄ）参照］ （５）外板、桁および肋材を各々成形硬化後、ボルトと
ナツト等により機械的に結きする構造（図は省略） し発明か解決しようとする課題−］ ところで前述のような従来の構造には、次のよっな問題
点がある。

（ア）外板と桁および肋材全体を一体に成形硬化しない
構造ては、一体に成形硬化されない部材を取付けるため
に、次の欠点がある。

（１）部材をホルトおよびナツト等により機械語きする
場きは、結きのための穴あけによる強度低下および穴あ
け、結合のための費用増を生じる。

また構造を内圧がかかる容器として使用する場合には、
機械的結合部からの圧力等の洩れを生しる確率が高い。

（２）部材を接着する場合においては、接着による強度
低下および接着作業のための費用増がある。

（イ）外板と桁および肋材とを一体に成形硬化する構造
ては、次の問題点かある。

（１）　　成形硬化した構造は、箱状となるため剛性が
非常に高くなり、成形硬１ヒて生した変形の矯正か困難
である。

（２）外板と桁および肋材との結き部か、全て複合材料
自身の樹脂による接合だけになるため、特に内圧のかか
る圧力容器とする場きは、当該部の強度か不足するとい
う問題点がある。

（３）構造の内部に、横道の外部へ装着する部品等から
の力を伝達するためのベース部材（金具等）を取付ける
のに適した構造てない。

＜つ）両面の外板と桁および肋材と含一体に成形硬化す
る構造では、内部に他の器材等を装着することが困難で
ある。

本発明は、上述の諸問題の解消をはかろうとするもので
、繊維強化樹脂系複合材料製の外板、桁および肋材の結
合を、接着剤を要することなく、それぞれの複合材料の
接着力で行ないながら、熱応力による変形を少なくし、
かつ強度的に十分な信頼性を得られるようにするととも
に、内部Ｉ＼のベース部材等の配設を容易に行なえるよ
うにした、繊維強化樹脂系複き材料製補強体付き一体成
形構造に関する。

〔課題を解決するための手段〕

前述の目的を達成するため、本発明の繊維輪１ヒ樹脂系
複き材料製補強体付き一体成形構造は、多数の桁および
肋材からなる格子状の補強体と、同補強体の片面のみに
取付けられる繊維強化樹脂系複合材料製の外板とで構成
されて、次の４つの構造をそなえていることを特徴とし
ている。

（ア）上記の外板と補強体とが、それぞれの複合材料自
身の接着力で接合された構造 （イ）成形硬化後の熱応力による変形を少なくすべく、
上記補強体の上記外板と反対側のフェース部に熱膨張係
数調整層が設けられた構造（つ）上記補強体の上記外板
への結合部分に、強化部が設けられた構造 （１）上記補強体に、上記外板の外側から装着される部
品のためのベース部材を配設しうる局部０勺な桁欠除部
分または肋材欠除部分が形成された構造 〔作　　用〕 上述の本発明の繊維強化樹脂系複合材料製補強体１すき
一体成形構造では、成形硬化後のそり、ねじれ等の変形
か所要の範囲内て行なわれ、構造の内部に圧力がかかる
容器としても強く、かつ横道の内部の局部的な桁欠除部
分または肋材欠除部分には、外板、桁および肋材に力を
伝達てきるベース部材（金具等）や、要すれば他の器材
等が取付けられる。

そして、外板と桁および肋材からなる補強体とは一体に
成形硬化され、この構造は、従来の構造に比べて多機能
で軽量となり、かつ組立費用が削減できるようになる。

〔実　施　例〕

以下、本発明の一実施例としての航空機の真の構造につ
いて、第１〜５図を参照しながら説明する。

繊維強化樹脂系複合材料製の外板１と、繊維性ｆヒ樹脂
系複合材料製の多数の桁２および肋材３からなる格子状
の補強体とが、接着剤を介することなく、それぞれの複
合材料自身の接着力で一体成形されており、加熱、加圧
下て各々の部材か硬化すると同時に接合ら行なわれる。

ここにおいて、次のような配慮かなされている。

（ア）成形砂ｆヒ時の温度と使用時の温度との差によっ
て生しる熱応力による変形が所要の範囲内におさまるよ
うに、桁２および肋材３の長手方向に直交する断面し例
を第１図（ａ）の１ｂ−１ｂ線における断面図としての
第１図（ｂ）と、第１図（ａ）の１ｃ−１ｃ線における
断面図としての第１図（ｃ）とに示す］において、先端
部４と外板１への取付部５との熱膨張係数の差が所要の
範囲になるように設定される。すなわち、補強体におけ
る外板１と反対側のフェース部に繊維強化樹脂系複合材
料としての熱膨張係数調整層６を設け、ここて、各種の
繊維方向と組合せて熱膨張係数を変えることにより、そ
の調整が行なわれる。

（イ）外板１と桁２および肋材３との接合強さを向上さ
せるため、次のような構造のいずれか、または両者を併
用する構造とする。

＜１）第１図（ｄ）に示すように、外板１／＼の補強体
の結合部分としての凹弯曲形すみ部７の曲率半径を、外
板１と桁２または肋材３との間に働く力に応して変化さ
せる。なお、上記曲率半径を大きくするほど、大きな力
に耐えられるようになる。

この場合、すみ部７の内部における充填材８には、単一
繊維方向の材料か用いられ、例んば桁２、肋材３または
外板１に代用する複合材料等が用いられる。

（２）　　さらに強度向上のためには、充填材８に、前
述の複合材料の繊維として従来の３次元織物を用い、こ
れに樹脂を含浸させて、成形硬化させるようにする。こ
の充填材８の形状の例を第１図の（ｅ）、（ｆ）および
（ｇ）　、　（ｈ）に示す。

（つ）構造の内部部材となる補強体に、外板１の外側か
ら装着される部品のためのベース部材（金具等）を取付
けられるように、桁２または肋材３の欠除部分９を設け
る。

上述の（ア）〜（つ）の配慮のもとに成形される構造に
ついては、次のような特徴を有する用具および従来技術
で使用する用具により、加熱、加圧下で成形硬化する作
業が行なわれる。

第２図に示す上型用具１１は、成形硬化時の温度に対し
て、製品との熱膨張差を最少限にするとともに、温度上
昇時の上型用具１１および下型用具１２等の各部の温度
差によって生じる変形に対して異常な力あるいは変形を
少なくするように、製品の中央部を中心に矢印の方向の
みに伸縮できる手段として、固定案内軸（図示せず）に
案内される長穴１１ａが設けられる。なお、この手段は
、製品の寸度とその変形量等の要求により、不要な場合
は実施しない。

成形硬化時の製品への加圧は、第３図（ａ）　、　（ｂ
）　。

（ｃ）に示すように、シリコンゴム１４やゴム袋１５を
介して行なわれ、製品の各部の寸法および加熱時の各部
の温度上昇の差を少なくする効果等により、各部で同一
とするか、または、これらを場所により使い分けること
が行なわれる。

なお、桁２および肋材３は、一体成形硬化前は、第３図
（ｄ）に示すように、上型用具１１と下型用具１２との
間あるいは桁２．２の相互間の寸法よりも小さい寸法に
賦形し隙間１６を形成するようにした賦形部品１３゛を
設置して、硬化時の加熱、加圧により接合する。

成形硬化時の桁２および肋材３の位置決めは、その要求
精度に応じて、上型用具１１のみで行なうほか、第４図
の（ａ）または（ｂ）に示すように、位置決め用具１３
を使用して所定の位置になるようにする。

桁２または肋材３の欠除部分９［第１図（ａ）参照］は
、第５図に示すように、桁２または肋材３あるいはベー
ス部材としての金具の形状を模したシリコンゴム製など
のブロック１４′を挿入して、前述の加圧を行なうこと
により形成できる。

なお、上述の実施例では、桁２および肋材３からなる補
強体の片面にのみ外板１が一体成形で設けられるが、さ
らにこの構造を航空機の翼などとして完成するためには
、上記補強体の他の面にも、機械的な手段や、その他適
宜の手段で外板または補強体付き外板が取付けられる。

〔発明の効果〕

以上詳述したことから明らかなように、本発明の繊維強
化樹脂系複合材料製補強体付き一体成形構造によれば、
次のような効果ないし利点か得られる。

（１）成形硬化後の変形か少なく、曲げおよび捩りに強
くなり、また内圧に対しても強くなるほか、外部取付品
等の取付のために必要なヘース部材（金具等）を内部に
設置できるようになり、外板と桁および肋材とを能率よ
く一体に成形硬イヒさせうる構造とすることかできる。

＜２）この一体成形構造は、従来の構造に比べて、一体
成形されない部材を組立てる場合に生じる、穴あけによ
る強度低下や組立工数の増加がなく、軽量でかつ安価な
構造となる。

【図面の簡単な説明】

第１〜５図は本発明の一実施例としての繊維強化樹脂系
複合材料製補強体付き一体成形構造を示すもので、第１
図（ａ）はその斜視図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）の
１ｂ−１ｂ矢矢視面図、第１１：Ｋ（ｃ）は第１図（ａ
）の１ｃ−１ｃ矢矢視面図、第１図（ｄ）　〜（ｈ）は
外板と補強体との結き部分における強化部を示す断面図
、第２図（ａ）は加工時の上型用具と下型用具とを示す
側面図、第２図（ｂ）は上型用具の平面図、第３図（ａ
）〜＜ｄ）および第４図（ａ）　、　（ｂ）はいずれも
加工状形を示す断面図、第５図は桁または肋材の欠除部
分を形成するためのブロック挿入状態を示す斜視図であ
り、第６図＜ａ）〜（ｄ）はいずれも従来の構造の説明
図である。 １　・外板、２・・・桁、３・・・肋材、４・・・先端
部、５・・・取付部、６・・・熱Ｗ張係数調整層、７・
・・弯曲形すみ部、８・・・充填材、９・・・桁欠除部
分、１１・・・上型用具、ｌｌａ・・・長穴、１２・・
・下型用具、１３・・・位置決め用具、１３′・・・賦
形部品、１４・・・シリコンゴム、１４′・・・シリコ
ンゴムブロック、１５・・・ゴム袋。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　多数の桁および肋材からなる格子状の補強体と、同補
   強体の片面のみに取付けられる繊維強化樹脂系複合材料
   製の外板とで構成されて、次の４つの構造をそなえてい
   ることを特徴とする、繊維強化樹脂系複合材料製補強体
   付き一体成形構造。 （ア）上記の外板と補強体とが、それぞれの複合材料自
   身の接着力で接合された構造 （イ）成形硬化後の熱応力による変形を少なくすべく、
   上記補強体の上記外板と反対側のフェース部に熱膨張係
   数調整層が設けられた構造 （ウ）上記補強体の上記外板への結合部分に、強化部が
   設けられた構造 （エ）上記補強体に、上記外板の外側から装着される部
   品のためのベース部材を配設しうる局部的な桁欠除部分
   または肋材欠除部分が形成された構造