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JP4526698B2 - 複合材成形品及びその製造方法 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、航空機の主翼や尾翼に適用される複合材成形品及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の補強板として、図６ないし図９に示す形態の補強板は知られている。
【０００３】
図６に示す補強板１０は、板１１と補強材１２を各々形状に合わせて製造し、板１１と補強材１２をファスナ１３（リベット等）で結合して作られている。
【０００４】
図７に示す補強板１０ａは、板１１ａと補強材１２ａを各々形状に合わせて製造し、板１１ａと補強材１２ａを接着剤１４で接着して作られている。
【０００５】
図８に示す補強板１０ｂは、点線で示す金属厚板１５を機械加工により削り出して補強板（実線）としている。
【０００６】
図９に示す補強板１０ｃは、複合材を成形治具１６を用いて板１７と補強材１８を一体成形して補強板としている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
板と補強材をファスナで結合して補強板を作る方法は、板と補強材の形成と位置決め治具の設置を要するためコスト高となり、ファスナのための設計制約（孔の縁距離、皿孔がシャープエッジにならない板厚）やファスナ孔応力集中による疲労強度低下の課題がある。
【０００８】
板と補強材を接着剤で接着して補強板を作る方法は、板と補強材の形成と、板と補強材の接着前処理と、板と補強材の位置決めと、接着用加圧保持治具の設置を必要とするためコスト高になってしまう。
【０００９】
機械加工により金属厚板から削り出して補強板を作る方法は、材料の大部分を切削して捨てるため資源を無駄にするという問題と重量効率を上げるほど高くなる機械加工のコスト高という問題がある。
【００１０】
複合材で一体成形して補強板を作る方法は、一体成形の形状を精度良く出し細部に至って全ての表面が加圧できる複雑な治具の設置と、スクラップ・リスク増加等のコスト高要因を含むという問題がある。
【００１１】
本発明は、上記した点を考慮してなされたもので、繊維強化樹脂複合材板と補強材との接合を確実にした複合材成形品およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の複合材成形品は、
強化繊維からなる第１の織物材と、
第１の織物材の一面に配設された補強材と、
補強材を覆うように第１の織物材の上に配置された、強化繊維からなる第２の織物材と、を備え、
第１の織物材の一面に補強材を配置した状態で第１の織物材と第２の織物材とをステッチングして結合した後に、第１の織物材および第２の織物材に樹脂を導入することで形成されることを特徴とする。
【００１３】
本発明の複合材成形品の製造方法は、第１の織物材をパネル表面形状をした治具上に置き、補強材を織物材の上に置き、その上に補強材の少なくとも一部を覆うように第２の織物材を配置し、第２の織物材を補強材の形状に沿うように整形し、整形した第２の織物材を補強材の縁部に沿って第１の織物材にステッチングし、これら全体をバッグパックで覆い、ＲＴＭ法もしくはＲＦＩ法により樹脂を織物材の中に導入し、導入した樹脂を加熱硬化することを特徴とし、織物材と補強材の接合強度を低コストで向上でき、さらに補強材の位置決めを簡単に行うことができる。
【００１４】
本発明の複合材成形品の製造方法は、第１の織物材をパネル表面形状をした治具上に置き、その上に第２の織物材を数箇所で補強材が通るように弛ませて配置し、弛ませた第２の織物材と第１の織物材との間に補強材を通し、第２の織物材を補強材に沿わせて整形し、成形した第２の織物材を補強材の縁部に沿って第１の織物材にステッチングし、これら全体をバッグパックで覆い、ＲＴＭ法もしくはＲＦＩ法で樹脂を織物材の中に導入し、導入した樹脂を加熱硬化することを特徴とし、織物材と補強材の接合強度を低コストで向上でき、補強材の位置決めを簡単に行うことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１において、符号１は燃料タンクとなりうる航空機の主翼及び尾翼構造に適用される複合材成形品を示す。
【００１６】
上記複合材成形品１は、繊維強化樹脂複合材を平板状に成形した板２と、この板２の一面に同一方向に間隔を置いて列設された複数の補強材３と、これら補強材３を部分的に覆うように板２の上に配置されかつ板２にステッチングされた繊維強化樹脂複合材４と、列設された補強材３同士を連結するリブ５とを有する。
【００１７】
上記繊維強化樹脂複合材の板２の繊維は、経、緯、垂直の３方向の糸を立体的に組み合わせた三次元織物の複合材ドライ・プリフォームで板厚方向の縦糸で層間強度が改善できる形態であることが好ましいが、通常の織物を複数枚積層しこれら織物をステッチングにより一体とした織物であつてもよい。
【００１８】
上記補強材３は、外方に延びるフランジ部を有する断面略コ字状をなし、成形時には硬化もしくは半硬化させた複合材が用いられ、その形状は、成形後のコンタに合わせてあらかじめ個別に成形しなくとも、それ自体は開断面で捩じり及び曲げの柔軟性を持ち軸剛性のみ十分なる形状的な特性を与え、軸方向には剛で捩りや曲げには十分対応して捩れ曲がる形状、例えば薄肉チャンネル材のような開断面を持っていることが好ましい。補強材３は本実施の形態では繊維強化樹脂複合材であるが、金属部材でもよく、例えば、複合材が炭素繊維強化樹脂複合材であれば、補強材３として表面処理されたチタン合金を用いることができる。
【００１９】
上記繊維強化樹脂複合材４の繊維は、経、緯、垂直の３方向の糸を立体的に組み合わせた三次元織物であることが好ましいが、通常の織物を複数枚積層しこれら織物をステッチングにより一体とした織物であつてもよい。
【００２０】
上記リブ５は、図３に示すように、プリプレグの帯材の一端側のうち補強材が通る部分を切除するとともに成形治具７により断面Ｌ形に折り曲げ成形したものや、図４に示すように、プリプレグを成形治具７により断面Ｌ形に成形したものを２枚背中合わせとしたものであり、接着剤８を介して板２上に載置され板２や補強材３と繊維強化樹脂複合体４とともに加熱硬化されて接着される。
【００２１】
なお、図２において符号９は、板２と繊維強化樹脂複合材４を結合するステッチ糸を示す。
【００２２】
つぎに複合材補強板の製造方法を説明する。
尚、説明では同一箇所においては繊維強化樹脂複合材と、それを構成する繊維には同一符号を使用する。
板２を補強する３次元織物材２と、硬化もしくは半硬化させた繊維強化樹脂複合材製の補強材３と、繊維強化樹脂複合材４を補強する別の３次元織物材４と、断面Ｌ形に成形したプリプレグ状態のリブ５と、を準備する。
【００２３】
つぎに、３次元織物材２を、パネル表面形状をした治具（図示せず）の成形面の上に置き、この３次元織物材２の上に補強材３を同一方向に間隔を置いて列設する。
【００２４】
つぎに、別の３次元織物材４を、列設した補強材３を一側から他側まで横断する方向に補強材３を覆うように３次元織物材２の上に配置する。別の３次元織物材４は、補強材３の一部を覆うようにしてもよい。
【００２５】
つぎに、補強材３を覆うように配置された別の３次元織物材４を、補強材３の外面形状に沿うように整形する。
【００２６】
つぎに、整形した別の３次元織物材４を、補強材３の長手方向縁部に沿ってステッチング処理し、別の３次元織物材４と３次元織物材２をステッチ糸９により結合する。これにより、位置決め治具を配置することなく所定位置に補強材３を位置決めできる。
【００２７】
つぎに、列設された補強材３を切除した部分に通し、成形治具７を沿わせた帯状のプリプレグのリブ５を接着剤８を介して３次元織物材２又は４上に置く（図１では成形治具を省略した）。
【００２８】
つぎに、これら全体を図示しないバッグパックで覆い、ＲＴＭ(resin transfer moulding)法もしくはＲＦＩ(resin film infusion)法により樹脂を織物材の中に導入し、導入した樹脂を加熱硬化し、複合材成形品１を成形する。
【００２９】
次に、複合材成形品１の製造方法の別の実施の形態を図５に示す。
【００３０】
３次元織物材２と、硬化もしくは半硬化させた繊維強化樹脂複合材製の補強材３と、別の３次元織物材４と、帯状のプリプレグの一端側を部分的に切欠いて折り曲げ断面Ｌ字形に成形したリブ５とを、成形治具７とともに準備する。
【００３１】
つぎに、３次元織物材２を、パネル表面形状をした治具（図示せず）の成形面の上に置き、この３次元織物材２の上に別の帯状織物材４を、その数箇所に補強材３が通るように弛ませて配置する。別の織物材４の広さは補強材３の全部を覆う寸法でも部分的に覆うものでもよい。
【００３２】
つぎに、補強材３を、弛ませた別の織物材４と３次元織物材２との間に通し、弛ませた織物材４の補強材３の縁部に対応する部位をステッチング処理し、別の３次元織物材４と３次元織物材２をステツチ糸９により結合する。これにより、硬化時の補強材の位置出し治具が不要になる。
【００３３】
つぎに、列設された補強材３を切欠で避けつつ別の織物材４の上にリブ５を接着剤８を介し、成形治具７を添えて載置する（図５では成形治具７を省略した）。
【００３４】
つぎに、これら全体をバッグパックで覆い、ＲＴＭ法もしくはＲＦＩ法で樹脂を織物材の中に導入し、導入した樹脂を加熱硬化することで、複合材成形品１を成形する。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の複合材成形品は、繊維強化樹脂複合材の板に配置された補強材を、この補強材の縁に沿って板にステッチングされた別の繊維強化樹脂複合材で覆うことで、補強材と板の接合強度を向上できる。
【００３６】
本発明の複合材成形品の製造方法は、織物材をパネル表面形状をした治具上に置き、補強材を織物材の上に置き、その上に補強材の少なくとも一部を覆うように別の織物材を配置し、この織物材を補強材の形状に沿うように整形し、整形した織物材を補強材の縁部に沿って織物材とステッチングし、これら全体をバッグパックで覆い、ＲＴＭ法もしくはＲＦＩ法により樹脂を各織物材の中に導入し、導入した樹脂を加熱硬化する。これにより、補強材をあらかじめ一本ずつ事前に成形する必要がなく、補強材の位置決めをスティッチングで簡易に行うことができ、多数の成形治具の製作やその繁雑な取付、除去の作業を省くことができる。
【００３７】
本発明の複合材成形品の製造方法は、織物材をパネル表面形状をした治具上に置き、その上に別の織物材を数箇所で補強材が通るように弛ませて配置し、補強材を弛ませた織物材と織物材との間に通し、弛ませた織物材の補強材の縁部に対応する部位をステッチングし、これら全体をバッグパックで覆い、ＲＴＭ法もしくはＲＦＩ法で樹脂を織物材の中に導入し、導入した樹脂を加熱硬化する。これにより、補強材をあらかじめ一本ずつ事前に成形する必要がなく、補強材の位置決めをステッチングの位置決めで簡易に行うことができ、多数の成形治具の製作やその繁雑な取付、除去の作業を省くことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の複合材成形品の実施の形態の斜視図。
【図２】 本発明の複合材成形品の拡大断面図。
【図３】 成形されたリブの板への取り付け方法の一例を示す図。
【図４】 成形されたリブの板への取り付け方法の一例を示す図。
【図５】 本発明の複合材成形品の他の実施の形態の斜視図。
【図６】 従来の補強板を示す図。
【図７】 従来の補強板を示す図。
【図８】 従来の補強板を示す図。
【図９】 従来の補強板を示す図。
【符号の説明】
１ 複合材成形品
２ 繊維強化樹脂複合材の板（第１の織物材）
３ 補強材
４ 繊維強化樹脂複合材（第２の織物材）
５ リブ
９ ステッチ糸

Claims (5)

  1. 強化繊維からなる第１の織物材と、
    第１の織物材の一面に配置された補強材と、
    補強材を覆うように第１の織物材の上に配置された強化繊維からなる第２の織物材と、を備え、
    第１の織物材の一面に補強材を配置した状態で第１の織物材と第２の織物材とをステッチングして結合した後に、
    第１の織物材および第２の織物材に樹脂を導入し、
    次いで導入した樹脂を加熱硬化することで形成されることを特徴とする複合材成形品。
  2. 第１の織物材をパネル表面形状をした治具上に置き、
    補強材を第１の織物材の上に置き、
    その上に補強材の少なくとも一部を覆うように第２の織物材を配置し、
    第２の織物材を補強材の形状に沿うように整形し、
    整形した第２の織物材を補強材の縁部に沿って第１の織物材にステッチングし、
    これら全体をバッグパックで覆い、ＲＴＭ法もしくはＲＦＩ法により樹脂を各織物材の中に導入し、
    導入した樹脂を加熱硬化することを特徴とする複合材成形品の製造方法。
  3. 第１の織物材をパネル表面形状をした治具上に置き、
    その上に第２の織物材を数箇所で補強材が通るように弛ませて配置し、
    弛ませた第２の織物材と第１の織物材との間に補強材を通し、
    第２の織物材を補強材の形状に沿わせて整形し、
    整形した第２の織物材を補強材の縁部に沿って第１の織物材にステッチングし、
    これら全体をバッグパックで覆い、ＲＴＭ法もしくはＲＦＩ法で樹脂を第１及び第２の織物材の中に導入し、
    導入した樹脂を加熱硬化することを特徴とする複合材成形品の製造方法。
  4. 第１及び第２の織物材は、三次元織物または織物を積層してステッチングしたものであることを特徴とする請求項２又は３に記載の複合材成形品の製造方法。
  5. 整形した第２の繊物材を補強材の縁部に沿って第１の織物材にステッチングした後、
    第１の織物材及び補強材上又は第２の織物材の上に補強材と交差させ成形治具を沿わせてプリプレグのリブを配置し、
    成形治具を含む全体をバッグパックで覆い、
    ＲＴＭ法若しくはＲＦＩ法で樹脂を第１及び第２の織物材の中に導入し、
    導入した樹脂を加熱硬化することを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の複合材成形品の製造方法。
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