米国特許情報 | 欧州特許情報 | 国際公開(PCT)情報 | Google の米国特許検索
 
     特許分類
A 農業
B 衣類
C 家具
D 医学
E スポ−ツ;娯楽
F 加工処理操作
G 机上付属具
H 装飾
I 車両
J 包装;運搬
L 化学;冶金
M 繊維;紙;印刷
N 固定構造物
O 機械工学
P 武器
Q 照明
R 測定; 光学
S 写真;映画
T 計算機;電気通信
U 核技術
V 電気素子
W 発電
X 楽器;音響


  ホーム -> 加工処理操作 -> 富士重工業株式会社

発明の名称 複合材の小骨およびその成形方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平10−258463
公開日 平成10年(1998)9月29日
出願番号 特願平9−65957
出願日 平成9年(1997)3月19日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】佐藤 一雄 (外2名)
発明者 天 岡 和 昭 / 伊佐野 康 夫
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
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10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14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、h2 =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25,25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25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25,25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20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10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。




 

 


     NEWS
会社検索順位 特許の出願数の順位が発表

URL変更
平成6年
平成7年
平成8年
平成9年
平成10年
平成11年
平成12年
平成13年


 
   お問い合わせ info@patentjp.com patentjp.com   Copyright 2007-2013