JPH10258463A - 複合材の小骨およびその成形方法 - Google Patents

複合材の小骨およびその成形方法

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JPH10258463A
JPH10258463A JP9065957A JP6595797A JPH10258463A JP H10258463 A JPH10258463 A JP H10258463A JP 9065957 A JP9065957 A JP 9065957A JP 6595797 A JP6595797 A JP 6595797A JP H10258463 A JPH10258463 A JP H10258463A
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web
flange
mandrel
composite material
bead
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JP9065957A
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Kazuaki Amaoka
岡 和 昭 天
Yasuo Isano
康 夫 伊佐野
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Subaru Corp
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Fuji Heavy Industries Ltd
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Publication date
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    • Y10T428/24694—Parallel corrugations

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ビード成形時のウェブの実長とフランジの実
長の差により生じるしわの発生要因を取り除くととも
に、ウェブをビードにより強固に補強する。 【解決手段】 ウェブ１１とこのウェブ１１の両端部に
屈曲形成されたフランジ１２，１２とを有する複合材の
小骨において、ウェブ１１にフランジ方向に延びる突起
１３を設けるとともに、フランジ１２にウェブ方向に延
びかつウェブに設けた突起に連なる突起１４を設け、ウ
ェブ１１に設けた突起１３とフランジ１２に設けた突起
１４は互いに反対側に突出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば航空機の
翼等の箱型構造として使用される複合材の小骨およびそ
の成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】航空機の構造等において、コ型小骨構造
のウェブ面に対し小骨構造の長手方向と直角に一定の間
隔を置いてビードを加工し、座屈剛性を向上させる技術
手段は知られている。コ型箱型構造の小骨１は、図１２
に示すように、ウェブ２と、このウェブ２の両端部に屈
曲形成されたフランジ３と、ウェブ２に間隔を置いて列
設された複数のビード４とから構成されている。コ型箱
型構造の小骨１の成形に際して、ビード４を形成する
と、図１３に示すように、ビード４のウェブ２側の実長
Ｌ1 がフランジ３の実長Ｌ2 よりビード４を成形する分
だけ長くなる。
【０００３】カーボンやガラス繊維の織物で構成したプ
リプレグを素材としてコ型箱型構造の小骨を成形する場
合、プリプレグは材料的に伸縮性に欠けるため、プリプ
レグがビード成形による上記長さの差分を吸収すること
ができず、成形されるコ型箱型構造の小骨のビードの隅
部分にしわができてしまい、成形時にこのしわを除くに
は相当の困難を伴う。
【０００４】コ型箱型構造の小骨のビード隅部分のしわ
の発生を防ぐために、図１４に示すように、プリプレグ
材料５のビード隅部分に対応した部位に切り込み６を入
れ、プリプレグ材料５にビード成形する際の上記長さの
差分を吸収する技術手段も知られている。
【０００５】プリプレグ材料をウェブ２とフランジ３の
連結縁に対して繊維方向がほぼ４５度になるように配置
し、成形型および成形補助型を用いてウェブに凹凸によ
る補強部を形成する複合材の成形方法は、たとえば、特
開平３−８３６２４号公報や特開平３−１２６５３２号
公報に記載されている。
【０００６】上記コ型箱型構造の小骨１は、航空機の翼
等の箱型構造の小骨として使用する場合、図１５に示す
ように、ウェブ２に切欠き７を設け、小骨１を外板８に
固着し、ウェブ２に設けた切欠き７に外板８に設けた縦
通材９を通すようにしていることが多い。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】プリプレグ材料に切り
込みを入れて複合材成形品を成形する技術手段は、プリ
プレグ材料に切り込みを入れる工程が増えるだけでな
く、切り込みを入れたことで繊維の不連続による隅部の
強度低下を伴ない、この強度低下を補強するためにプリ
プレグ材料の積層枚数の増加が必要となり、工数の増加
と製品の重量増加という問題がある。
【０００８】成形型および成形補助型を用いてウェブに
凹凸による補強部であるビードを形成する複合材の成形
方法は、繊維方向をほぼ４５度の方向に配置した場合に
は、しわをならすことでしわの発生を防ぐことができて
も、繊維方向を０度または９０度の方向に配置した場合
には、しわをならすことでしわの発生を防ぐことができ
ず、また、ウェブの実長がフランジの実長より大きくな
るという問題点を解決していないため、ビードの凹凸が
大きくなるとしわの発生率も大きくなってしまう。
【０００９】航空機の翼等の箱型構造の小骨として使用
する場合に、小骨１のウェブ２に切欠き７を設けること
は、小骨１のウェブ２の強度が著しく低下し、クラック
の発生要因となる。
【００１０】本発明は上記した点を考慮してなされたも
ので、ビード成形時のウェブの実長とフランジの実長の
差により生じるしわの発生要因を取り除くとともに、ウ
ェブをビードにより強固に補強する複合材の小骨および
その成形方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の複合材の小骨
は、ウェブとこのウェブの両端部に屈曲形成されたフラ
ンジとを有する複合材の小骨において、ウェブにフラン
ジ方向に延びる突起を設けるとともに、フランジにウェ
ブに設けた突起に同一線上で連なる突起を設け、ウェブ
に設けた突起とフランジに設けた突起は互いに反対側に
突出させることで、ビード成形時のウェブの実長とフラ
ンジの実長の差により生じるしわの発生要因を取り除
き、ウェブをビードにより強固に補強する。
【００１２】本発明の複合材の小骨は、フランジがウェ
ブに対して同じ向きに屈曲されてコ字形を形成し、ウェ
ブに設けた突起を外側に突出し、フランジに設けた突起
を内側に凹むようにすることができる。
【００１３】本発明の複合材の小骨は、ウェブに設けた
突起とフランジに設けた突起を同じ断面形状とすること
ができる。
【００１４】本発明の複合材の小骨の成形方法は、上面
に長手方向軸線に直交する方向に延びる凸部および側面
に上面に設けた凸部に連続する凹部を形成したマンドレ
ルと、マンドレルの側面に形成した凹部に嵌合する凸部
とマンドレルの側面に当接する平面部分を有するローラ
を設け、繊維強化複合材のプリプレグをマンドレルの上
面に積層し、積層したプリプレグを上記ローラによりマ
ンドレルに沿って折り曲げてマンドレルの側面に積層
し、マンドレルに積層されたプリプレグを加熱加圧処理
して硬化することを特徴とする。
【００１５】本発明の複合材の小骨の成形方法は、上部
に長手方向軸線に直交する方向に延びる凸部成形空間を
形成するとともに側部に上部に設けた凸部成形空間に連
続する凹部成形空間を形成するオス型マンドレルとメス
型マンドレルとを設け、オス型マンドレルとメス型マン
ドレルの間に形成される成形空間にドライ状態のファブ
リックを配置し、熱硬化性樹脂を成形空間に注入して熱
硬化性樹脂をファブリックに含浸させ、熱硬化性樹脂を
含浸したファブリックを加熱加圧処理して硬化すること
を特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面に
つき説明する。図１において符号１０は、本発明による
コ型箱型構造の小骨を示し、このコ型箱型構造の小骨１
０は、ウェブ１１と、このウェブ１１の両端部に屈曲形
成されたフランジ１２，１２と、ウェブ１１に間隔Ｐ1
を置いて形成された複数のビード１３と、フランジ１２
に間隔Ｐ1 を置いて形成された複数のビード１４から構
成されている。ウェブ１１に設けたビード１３とフラン
ジ１２に設けたビード１４は同一線上に位置している。
ウェブ１１の高さはｈ2 である。
【００１７】上記ビード１３は、図２に示すように、ウ
ェブ面１１ａより外側に突き出る断面円弧状の凸部であ
り、ウェブ１１の高さｈ2 にわたって延びている。この
ビード１３は、高さがｈ1 、実長がＬ1 、幅がＬ3 （図
１）である。
【００１８】上記ビード１４は、図３に示すように、フ
ランジ面１２ａより内側に凹んだ断面円弧状の凹部であ
り、フランジ全長にわたって延びている。このビード１
４は、高さがｈ1 、実長がＬ2 である。
【００１９】本発明によるコ型箱型構造の小骨の一例を
示すと、コ型箱型構造の小骨１０は、熱硬化性エポキシ
樹脂を含浸したＣＦＲＰの平織物プリプレグの６層の積
層体（±４５°，０°／９０°，±４５°，±４５°，
０°／９０°，±４５°）を用いて、Ｌ1 ＝６２ｍｍ、
Ｌ2 ＝６２ｍｍ、Ｌ3 ＝４０ｍｍ、ｈ1 ＝２０ｍｍ、ｈ
2 ＝２００ｍｍ、Ｐ1 ＝１５０ｍｍに成形されている。
【００２０】このように成形されたコ型箱型構造の小骨
１０は、ウェブ１１のビード１３の実長Ｌ1 とフランジ
１２のビード１４の実長Ｌ2 が同じであり、繊維長が等
しいため、しわの発生を伴わない構造体となる。この構
造体は、ビード１３がウェブ１１の全高ｈ2 に形成され
ているため強固な補強構造となる。
【００２１】なお、ウェブ１１に設けたビード１３とフ
ランジ１２に設けたビード１４の連結部分をＲ面とする
ことで繊維の折れを防ぐことができる。
【００２２】つぎに、図１に示すコ型箱型構造の小骨の
成形方法を図４ないし図７を用いて説明する。金属製オ
ス形マンドレル２０と、フランジ部折り返し用工具２１
と、プリプレグ２２を用意する。
【００２３】上記金属製オス形マンドレル２０は、図４
に示すように、コ型箱型構造の小骨１０に対応した外形
をなし、ウェブ１１に設けたビード１３に対応する突部
１３ａとフランジ１２に設けたビード１４に対応する凹
部１４ａを有する。
【００２４】上記フランジ部折り返し用工具２１は、図
６および図７に示すように、竜骨２３と、板ばねで略円
弧状に成形され中間部を竜骨２３の両端部に固定された
支持部材２４，２４と、支持部材２４，２４の両端部に
回転自在に支持されたローラ２５，２５とを有する。ロ
ーラ２５は、フランジ１２のビード１４の形状に合わせ
た形状をなす部分２５ａと、マンドレル２０の側面に当
接する部分２５ｂを有し、ローラ２５の外面にはシリコ
ンゴム層が被覆されている。
【００２５】上記プリプレグ２２は、たとえば、熱硬化
性エポキシ樹脂を含浸したＣＦＲＰの平織物である。
【００２６】コ型箱型構造の小骨１０の成形に先だっ
て、プリプレグ２２を、図４に示すように、オス形マン
ドレル２０の上にレイアップし、プリプレグ２２にウェ
ブ１１のビード１３に相当する突部を形成する。
【００２７】つぎに、ビード１３に相当する突部を形成
したプリプレグ２２をフランジ面およびフランジ１２の
ビード１４の形状に合わせてレイアップする。この場
合、プリプレグ２２のフランジ１２のビード１４の折り
返し部成形は、手作業で行なうことが可能であるが、フ
ランジ部折り返し用工具２１を用いると、工数削減を図
ることができる。
【００２８】すなわち、プリプレグ２２のフランジ１２
のビード１４の折り返し部成形は、図７に示すように、
ビード１３に相当する突部を形成したプリプレグ２２を
オス形マンドレル２０の上に置き、プリプレグ２２の上
に押え部材２６を置くことでプリプレグ２２をオス形マ
ンドレル２０の所定位置に固定し、ローラ２５，２５の
間隔ｈａをウェブ１１の高さｈ2 より小さくしたフラン
ジ部折り返し用工具２１をプリプレグ２２の上方に配
し、フランジ部折り返し用工具２１を図６または図７で
矢印で示す方向に押し下げ、フランジ１２をローラ２
５，２５により図６で２点鎖線で示す位置から実線で示
す位置に折り曲げることで行なう。この場合、ローラ２
５のビード１４の部分２５ａがオス形マンドレル２０の
凹部１４ａに嵌合するので、フランジ１２をローラ２
５，２５により実線で示す位置に折り曲げる際に、フラ
ンジ１２にビード１４に相当する凹部が形成される。
【００２９】プリプレグ２２の６プライのレイアップが
完了したら、このプリプレグ２２をオス形マンドレル２
０とともに、図５に示すように定盤２７の上に置き、プ
リプレグ２２全体を耐熱バックパック２８で覆い、周辺
の定盤上でダム２９を形成し、耐熱バックパック２８の
内部空間を真空引きし、耐熱バックパック２８の内部空
間を大気圧との差圧が５６０ｍｍＨｇ以上となるように
設定し、プリプレグ２２の間の残存する空気を除去し、
その後、プリプレグ２２をオートクレーブにおいて、た
とえば、１８０℃で３．２気圧の加熱加圧で加熱加圧硬
化処理して製品を成形する。
【００３０】図８に本発明によるコ型箱型構造の小骨１
０のフランジ１２に設けたビード１４を補強外板８の縦
通材９の通過口として利用した応用例を示す。すなわ
ち、コ型箱型構造の小骨１０は、フランジ１２のビード
１４がフランジ面１２ａに対して凹面となっているの
で、図９に示すように、ビード１４を断面台形とし、ビ
ード１４の間隔Ｐ1 を縦通材９の間隔Ｐ2 とし、ビード
１４の空間を幅Ｗ1 で高さｈ3 の縦通材９を通す寸法と
することで、補強外板８の縦通材９の通過口として利用
することができる。
【００３１】本発明のコ型箱型構造の小骨１０は、従来
品のように縦通材９を通すためにウエブに切欠きを設け
る必要がないので、小骨１０のウエブ強度が低下せず、
クラックの発生要因となることがない。
【００３２】図１０および図１１は本発明によるコ型箱
型構造の小骨１０の樹脂含浸方式による成形方法を示
す。この樹脂含浸方式による成形方法は、成形型として
ビードを加工したオス型マンドレル３０およびメス型マ
ンドレル３１を用い、ガスケット３２により形成される
密封空間にドライ状態のファブリック３３をレイアップ
し、樹脂注入口３４より熱硬化性樹脂を注入して、ファ
ブリック３３に熱硬化性樹脂を含浸させ、熱硬化性樹脂
を含浸したファブリック３３を成形することでコ型箱型
構造の小骨１０を成形する。
【００３３】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の複合材成形
品は、ウェブとこのウェブの両端部に屈曲形成されたフ
ランジとを有し、ウェブにフランジ方向に延びる突起を
設け、フランジにウェブに設けた突起に同一線上で連な
る突起を設け、ウェブに設けた突起とフランジに設けた
突起を互いに反対側に突出することで、ビード成形時の
ウェブの実長とフランジの実長の差により生じるしわの
発生要因を取り除き、ウェブをビードにより強固に補強
する。
【００３４】また、本発明の複合材成形品の成形方法
は、上面に長手方向軸線に直交する方向に延びる凸部お
よび側面に上面に設けた凸部に連続する凹部を形成した
マンドレルと、マンドレルの側面に形成した凹部に嵌合
する凸部とマンドレルの側面に当接する平面部分を有す
るローラを設け、繊維強化複合材のプリプレグをマンド
レルの上面に積層し、積層したプリプレグをローラによ
りマンドレルに沿って折り曲げてマンドレルの側面に積
層し、マンドレルに積層されたプリプレグを加熱加圧処
理して硬化することで、工数の増加と製品の重量増加を
図ることなく、ウェブをビードにより強固に補強した複
合材成形品を成形する。
【００３５】また、本発明の複合材成形品の成形方法
は、上部に長手方向軸線に直交する方向に延びる凸部成
形空間を形成するとともに側部に上部に設けた凸部成形
空間に連続する凹部成形空間を形成するオス型マンドレ
ルとメス型マンドレルとを設け、オス型マンドレルとメ
ス型マンドレルの間に形成される成形空間にドライ状態
のファブリックを配置し、熱硬化性樹脂を成形空間に注
入して熱硬化性樹脂をファブリックに含浸させ、熱硬化
性樹脂を含浸したファブリックを加熱加圧処理して硬化
することで、工数の増加と製品の重量増加を図ることな
く、ウェブをビードにより強固に補強した複合材成形品
を成形する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による複合材の小骨の斜視図。
【図２】図１の複合材の小骨のウエブのリブ部分を示す
図。
【図３】図１の複合材の小骨のフランジのリブ部分を示
す図。
【図４】本発明による複合材の小骨のプリプレグをオス
形マンドレルの上にレイアップする状態を示す図。
【図５】プリプレグをオートクレーブにおいて加熱加圧
硬化処理する段階を示す図。
【図６】フランジ部折り返し用工具の使用状態を示す斜
視図。
【図７】フランジ部折り返し用工具の使用状態を示す側
面図。
【図８】本発明による複合材の小骨の使用例を示す図。
【図９】図８の複合材の小骨のフランジ部分を示す図。
【図１０】本発明による複合材の小骨の樹脂含浸成形方
法に使用する成形型の縦断面図。
【図１１】本発明による複合材の小骨の樹脂含浸成形方
法に使用する成形型の横断面図。
【図１２】従来の複合材成形品の斜視図。
【図１３】図１２のＡーＡ線に沿った断面図。
【図１４】従来の複合材成形品の他の例を示す図。
【図１５】従来の複合材成形品の使用例を示す図。
【符号の説明】
１０ コ型箱型構造の小骨 １１ ウェブ １１ａ ウェブ面 １２ フランジ １２ａ フランジ面 １３ ビード １４ ビード Ｌ1 ウェブのビードの実長 Ｌ2 フランジのビードの実長 Ｌ3 ビードの幅

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ウェブとこのウェブの両端部に屈曲形成さ
    れたフランジとを有する複合材の小骨において、ウェブ
    にフランジ方向に延びる突起を設けるとともに、フラン
    ジにウェブに設けた突起に同一線上で連なる突起を設
    け、ウェブに設けた突起とフランジに設けた突起は互い
    に反対側に突出していることを特徴とする複合材の小
    骨。
  2. 【請求項２】フランジがウェブに対して同じ向きに屈曲
    されてコ字形を形成し、ウェブに設けた突起は外側に突
    出し、フランジに設けた突起は内側に凹んでいることを
    特徴とする請求項１に記載の複合材の小骨。
  3. 【請求項３】ウェブに設けた突起とフランジに設けた突
    起は断面形状が同じであることを特徴とする請求項１ま
    たは２に記載の複合材の小骨。
  4. 【請求項４】上面に長手方向軸線に直交する方向に延び
    る凸部および側面に上面に設けた凸部に連続する凹部を
    形成したマンドレルと、マンドレルの側面に形成した凹
    部に嵌合する凸部とマンドレルの側面に当接する平面部
    分を有するローラを設け、繊維強化複合材のプリプレグ
    をマンドレルの上面に積層し、積層したプリプレグを上
    記ローラによりマンドレルに沿って折り曲げてマンドレ
    ルの側面に積層し、マンドレルに積層されたプリプレグ
    を加熱加圧処理して硬化することを特徴とする複合材の
    小骨の成形方法。
  5. 【請求項５】ローラは表面にシリコンゴム層を有するこ
    とを特徴とする請求項４に記載の複合材の小骨の成形方
    法。
  6. 【請求項６】上部に長手方向軸線に直交する方向に延び
    る凸部成形空間を形成するとともに側部に上部に設けた
    凸部成形空間に連続する凹部成形空間を形成するオス型
    マンドレルとメス型マンドレルとを設け、オス型マンド
    レルとメス型マンドレルの間に形成される成形空間にド
    ライ状態のファブリックを配置し、熱硬化性樹脂を成形
    空間に注入して熱硬化性樹脂をファブリックに含浸さ
    せ、熱硬化性樹脂を含浸したファブリックを加熱加圧処
    理して硬化することを特徴とする複合材の小骨の成形方
    法。
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