JPH11216782A - リブ構造体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 リブで補強された板状の構造を一体的に製造
できるリブ構造体の製造方法およびリブ構造体を提供す
ること。 【解決手段】 治具２１によりリブを有する構造体を製
造するリブ構造体２０の製造方法において、上記治具２
１の上面にプリプレグ２２を敷設するプリプレグ敷設工
程と、上記治具２１の上面に敷設されたプリプレグ２２
の上部に、同じくプリプレグ２４が巻回されたコア材２
３を配設するコア材配設工程と、上記配設されたコア材
２３の形状に従ってこれを覆うようにプリプレグ２６を
載置する覆い工程と、上記治具２１に適宜熱を付与して
上記プリプレグ２２，２４，２６を硬化させる硬化工程
と、必要に応じてコア材を生分解性素材製として、これ
をプリプレグ２２，２４，２６硬化後に微生物で分解・
除去する工程とを具備することを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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、リブを有する構造体を製造
するリブ構造体の製造方法において、治具の上面にプリ
プレグを敷設するプリプレグ敷設工程と、上記治具の上
面に敷設されたプリプレグの上部に、同じくプリプレグ
が巻回されたコア材を配設するコア材配設工程と、上記
配設されたコア材の形状に従ってこれを覆うようにプリ
プレグを載置する覆い工程と、上記プリプレグを加熱硬
化させるプリプレグとコア材とからなるリブとを一体に
結合硬化させる硬化工程と、を具備することを特徴とし
ている。

【００１２】請求項２記載の発明は、上記コア材は生分
解性ポリマーから形成されていることを特徴とする請求
項１記載のリブ構造体の製造方法である。請求項３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、上記リブ構造体の内部形状に対応した形状を有する
マンドレル表面にリブの形状に対応した深さの溝を形成
する溝形成工程と、上記溝の内部およびプリプレグを覆
うように設けるプリプレグ配設工程と、上記溝にコア材
を配置するコア材配置工程と、上記溝に配置されたコア
材の上方よりプリプレグを覆うように設ける覆い工程
と、上記コア材を含むプリプレグを加熱硬化させ、プリ
プレグとコア材とからなるリブとを一体に結合硬化させ
る硬化工程と、を具備することを特徴としている。

【００１３】請求項４記載の発明は、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
若しくはマンドレルに形成した溝の内部にプリプレグを
巻回されたリブの一側部を位置させる嵌め込み工程と、
上記溝に嵌め込まれたリブの一側部の上部にこの先端よ
りも幅の小さなコア材を配置するコア材配置工程と、上
記コア材の上部にプリプレグを積層するプリプレグ積層
工程と、上記コア材を含むプリプレグを加熱硬化させ、
プリプレグとコア材とからなるリブとを一体に結合硬化
させる硬化工程と、を具備することを特徴としている。

【００１４】請求項１の発明によると、上記治具の上面
にプリプレグを敷設するプリプレグ敷設工程と、上記治
具の上面に敷設されたプリプレグの上部に、同じくプリ
プレグが巻回されたコア材を配設するコア材配設工程
と、上記配設されたコア材の形状に従ってこれを覆うよ
うにプリプレグを細緻する覆い工程と、上記治具に適宜
熱を付与して上記プリプレグを硬化させる硬化工程と、
を具備しているため、これらの一連の工程によってリブ
を挟み込むようにしてプリプレグの加熱硬化によりリブ
が形成される。これにより、リブで補強された板という
一体的な構造を簡単に形成することができる。

【００１５】請求項２の発明によると、上記コア材は生
分解性ポリマーから形成されているため、プリプレグが
巻回されたコア材が生分解することにより、この内部側
を中空にすることが可能となる。これによって、巻回さ
れたプリプレグが中空リブの役割を果たすこととなる。

【００１６】請求項３の発明によると、上記リブ構造体
の内部形状に対応した形状を有するマンドレル表面にリ
ブの形状に対応した深さの溝を形成する溝形成工程と、
上記溝の内部および中子表面にプリプレグを覆うように
設けるプリプレグ配設工程と、上記溝にコア材を配置す
るコア材配置工程と、上記溝に配置されたコア材の上方
よりプリプレグを覆うように設ける覆い工程と、を具備
するため、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一体的な形状のリブ構造
体を簡易に形成することが可能となる。

【００１７】請求項４の発明によると、上記溝の内部に
プリプレグで巻回されたリブの一側部を位置させる嵌め
込み工程と、上記溝に嵌め込まれたリブの一側部の上部
にこの一側部よりも幅の小さなコア材を配置するコア材
配置工程と、上記コア材の上部にプリプレグを積層する
プリプレグ積層工程と、を具備するため、リブが一体的
に形成された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。

【００１８】

【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２
１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
てのプリプレグ２２を複数層重ねて敷設する。このプリ
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。

【００１９】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。

【００２０】このようにプリプレグ２４が巻回されたコ
ア材２３を上記下地としてのプリプレグ２２上に配置す
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。

【００２１】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ＣＦクロスなどでできた
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。

【００２２】なお、上記プリプレグ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。

【００２３】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
層しているプリプレグ２２，２４，２６が密着して硬化
され、一体化される。

【００２４】ここで、各プリプレグ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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】また、シート状若しくはテープ状のプリプ
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。

【００３０】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。

【００３１】（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。

【００３２】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プリプレグ３５が配置されるように
設けられている。

【００３３】上記マンドレル３１の内部には、この溝３
３で覆われた部分の形状に対応してコア部材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。

【００３４】さらに、上記マンドレル３１の上方よりプ
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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】（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。

【００４０】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４
１の表面に、上記リブ４６の先端部４３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、上述の
リブの先端部としての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。

【００４１】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４
４を配置することにより、上記ＣＦクロスプリプレグ４
３がこの端部を板状マンドレル４４によって係止され
る。

【００４２】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を介してプリプレグ４
７と上記コア材４５とが接触する。

【００４３】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
状のプリプレグ４８が巻回された構成となっている。

【００４４】上記プリプレグ４７を覆い被せた後に、治
具４１を加熱することにより、上記プリプレグを溶融硬
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。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】

【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、プリプレグにコア材を配置し、これを加熱
硬化することにより、リブを有する中空構造体を簡単に
形成することができる。

【００４９】請求項２記載の発明によると、プリプレグ
が巻回され生分解性ポリマーからなるコア材が生分解す
ることにより、この内部側を中空にすることが可能とな
る。これによって、巻回されたプリプレグが中空リブの
役割を果たすこととなる。

【００５０】請求項３記載の発明によると、一体的な形
状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４記載の発明によると、リブが一体的に形成された
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 (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リブを有する構造体を製造するリブ構造
   体の製造方法において、 治具の上面にプリプレグを敷設するプリプレグ敷設工程
   と、 上記治具の上面に敷設されたプリプレグの上部に、同じ
   くプリプレグが巻回されたコア材を配設するコア材配設
   工程と、 上記配設されたコア材の形状に従ってこれを覆うように
   プリプレグを載置する覆い工程と、 上記プリプレグを加熱硬化させるプリプレグとコア材と
   からなるリブとを一体に結合硬化させる硬化工程と、 を具備することを特徴とするリブ構造体の製造方法。
2. 【請求項２】 上記コア材は生分解性ポリマーから形成
   されていることを特徴とする請求項１記載のリブ構造体
   の製造方法。
3. 【請求項３】 リブを有するリブ構造体の製造方法にお
   いて、 上記リブ構造体の内部形状に対応した形状を有するマン
   ドレル表面にリブの形状に対応した深さの溝を形成する
   溝形成工程と、 上記溝の内部およびプリプレグを覆うように設けるプリ
   プレグ配設工程と、 上記溝にコア材を配置するコア材配置工程と、 上記溝に配置されたコア材の上方よりプリプレグを覆う
   ように設ける覆い工程と、 上記コア材を含むプリプレグを加熱硬化させ、プリプレ
   グとコア材とからなるリブとを一体に結合硬化させる硬
   化工程と、 を具備することを特徴とするリブ構造体の製造方法。
4. 【請求項４】 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、 治具若しくはマンドレルに形成した溝の内部にプリプレ
   グを巻回されたリブの一側部を位置させる嵌め込み工程
   と、 上記溝に嵌め込まれたリブの一側部の上部にこの先端よ
   りも幅の小さなコア材を配置するコア材配置工程と、 上記コア材の上部にプリプレグを積層するプリプレグ積
   層工程と、 上記コア材を含むプリプレグを加熱硬化させ、プリプレ
   グとコア材とからなるリブとを一体に結合硬化させる硬
   化工程と、 を具備することを特徴とするリブ構造体の製造方法。