JP4574086B2 - 複合材翼の製造方法および複合材翼 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複合材翼の製造方法および複合材翼に関し、特に、下面外板部構造体と上面外板部構造体とを機械的結合手段によって結合する複合材翼の製造方法と、この製造方法によって製造可能な複合材翼に関する。
【０００２】
【従来の技術】
航空機の主翼の桁間構造は、近年においては金属材料のみでなく、軽量で高強度な繊維強化樹脂製の複合材料（以下、単に「複合材」という）を使用して製造される場合が多い。例えば、桁間構造を構成する外板、前後桁、ストリンガなどの補強部材、シアタイなどの連結部材を複合材によって別々に製作し、これらをボルト、ナット、ピン、リベットなどの機械的結合手段（以下、「ファスナ」という）や接着剤によって結合・接着して、主翼の桁間構造を製造する方法がある。
【０００３】
また、ＲＴＭ（Resin Transfer Molding）法やＲＦＩ（Resin Film Infusion）法のような樹脂含浸硬化法を採用して、前桁と外板と補強部材とから構成される桁間構造の前方部分（以下、「前桁構造」という）と、後桁と外板と補強部材とから構成される桁間構造の後方部分（以下、「後桁構造」という）とを、それぞれ一体的に製作し、これらをファスナで結合して主翼の桁間構造を製造する方法も提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、外板、前後桁、補強部材、連結部材などの各部品を複合材によって別々に製作し、これら各部品をファスナによって結合して主翼の桁間構造を製造する方法によると、これら各部品毎に硬化成形プロセスが異なることが多いので、限られた設備で多品種の部品を製作して揃えるために長期間を要し、製造サイクルが長くなっていた。
【０００５】
また、前記したような各部品を複合材によって別々に製作した後にファスナ結合する方法によると、各部品の結合部（例えば、桁と外板の結合部や、外板と補強部材の結合部）に隙間が生じてしまうことが多い。主翼の桁間構造は燃料タンクとしても使用されるので、このような隙間を埋めるためシール処理を施したり、各部品の結合部近傍部分の形状を補修したりする必要があり、結合前の微調整や位置決めに人手や時間がかかり、結果的に製造上のコストが嵩んでいた。
【０００６】
一方、各部品を複合材によって別々に製作した後に接着剤によって接着して主翼の桁間構造を製造する方法によると、前記したファスナ結合する方法と同様に、限られた設備で多品種の部品を製作して揃えるために長期間を要し、製造サイクルが長くなっていた。また、このように接着剤によって各部品を接着する方法によっても各部品の接着部に隙間が生じてしまうことが多く、接着剤によってこの隙間を埋める必要があって人手や時間がかかり、結果的に製造上のコストが嵩んでいた。
【０００７】
また、樹脂含浸硬化法を採用して前桁構造および後桁構造をそれぞれ一体的に製作し、これらをファスナで結合して主翼の桁間構造を製造する方法によると、これら前桁構造および後桁構造は大型で複雑なキャビティを有するため、このキャビティを成形するための分割可能な特殊な中子治具が必要となり、この特殊な中子治具を製造するためのコストが嵩む。また、前桁構造および後桁構造の製作前には、この特殊な中子治具に離型処理を施す必要があり、かつ、製作後には、この特殊な中子治具を分解して清掃する必要があるため、結果的に製造上のコストが嵩むこととなる。
【０００８】
本発明の課題は、製造に必要な人手および組立工数を削減して製造サイクルを短縮し、製造上のコストを格段に低減させることのできる複合材翼の製造方法と、この製造方法によって製造することができる複合材翼を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、例えば図１ないし図５に示すように、複合材翼の製造方法において、下面外板、前後桁および前記下面外板を補強するストリンガを含む下面外板部構造体を製作する下面外板部構造体製作工程と、上面外板および前記上面外板を補強するストリンガを含む上面外板部構造体を製作する上面外板部構造体製作工程と、前記下面外板部構造体と前記上面外板部構造体とを結合する上下面外板部構造体結合工程とを備え、前記下面外板部構造体製作工程は、所定位置で翼後方へと突出する前方リブポストを有する前桁を熱硬化性樹脂が一次硬化した状態で成形する前桁成形工程と、前記所定位置に対向する位置で翼前方へと突出する後方リブポストを有する後桁を熱硬化性樹脂が一次硬化した状態で成形する後桁成形工程と、下面外板を補強する下面ストリンガを熱硬化性樹脂が一次硬化した状態で成形する下面ストリンガ成形工程と、前記リブポストが位置する翼位置において下面外板のコード方向の内面形状に沿って立設される下面リブコード用のプリプレグを積層する下面リブコード用プリプレグ積層工程と、翼の下面形状を有する下面外板治具上に下面外板用プリプレグを積層する下面外板用プリプレグ積層工程と、前記下面外板用プリプレグの上に接着剤を介して前記前桁、前記後桁、前記下面ストリンガおよび前記下面リブコード用プリプレグをそれぞれ配置する配置工程と、前記下面外板用プリプレグ、前記前桁、前記後桁、前記下面ストリンガおよび前記下面リブコード用プリプレグを被覆手段により被覆する被覆工程と、前記被覆手段で被覆した部分を排気し加圧し加熱する硬化成形工程とを有し、前記上面外板部構造体製作工程は、上面外板を補強する上面ストリンガを熱硬化性樹脂が一次硬化した状態で成形する上面ストリンガ成形工程と、前記リブポストが位置する翼位置において上面外板のコード方向の内面形状に沿って立設される上面リブコード用のプリプレグを積層する上面リブコード用プリプレグ積層工程と、翼の上面形状を有する上面外板治具上に上面外板用プリプレグを積層する上面外板用プリプレグ積層工程と、前記上面外板用プリプレグの上に接着剤を介して前記上面ストリンガおよび前記上面リブコード用プリプレグを配置する配置工程と、前記上面外板用プリプレグ、前記上面ストリンガおよび前記上面リブコード用プリプレグを被覆手段で被覆する被覆工程と、前記被覆手段で被覆した部分を排気し加圧し加熱する硬化成形工程とを有し、前記上下面外板部構造体結合工程は、複合材または金属により所定形状のリブを製作するリブ製作工程と、前記リブを下面外板部構造体の前記前方および後方リブポストと前記下面リブコードとに機械的結合手段によって結合する第１リブ結合工程と、前記リブが結合された前記下面外板部構造体の桁と前記上面外板部構造体の外板とを機械的結合手段により結合する上下結合工程と、前記リブと前記上面外板部構造体の前記上面リブコードとを機械的結合手段によって結合する第２リブ結合工程とを有することを特徴とする。
【００１０】
請求項１記載の発明によれば、一次硬化させた前後桁および下面ストリンガと、下面外板用プリプレグおよび下面リブコード用プリプレグとを使用して、いわゆるコボンド法によって下面外板部構造体を製作する工程を備え、かつ、一次硬化させた上面ストリンガと、上面外板用プリプレグおよび上面リブコード用プリプレグとを使用して、いわゆるコボンド法によって上面外板部構造体を製作する工程を備えるので、外板、前後桁、リブコードなど硬化プロセスの異なる部品を別々に製作して揃える手間が少ない。この結果、複合材翼の製造サイクルを格段に短縮することができる。
【００１１】
また、請求項１記載の発明によれば、一次硬化させた前後桁および下面ストリンガと、下面外板用プリプレグおよび下面リブコード用プリプレグとを使用して、いわゆるコボンド法によって下面外板部構造体を製作する工程を備え、かつ、一次硬化させた上面ストリンガと、上面外板用プリプレグおよび上面リブコード用プリプレグとを使用して、いわゆるコボンド法によって上面外板部構造体を製作する工程を備えるので、プリプレグの柔軟性により、製造された各部品の結合部、例えば、前後桁と外板の結合部や、ストリンガと外板の結合部や、外板とプリプレグの結合部に隙間が生じることがない。
【００１２】
従って、各部品同士をファスナで結合する作業、各部品の結合部の隙間を埋めるためのシール処理、各部品の結合部近傍部分の形状を補修する作業、各部品同士を接着剤によって接着する作業、および、接着剤によって部品の接着部の隙間を埋める作業が不要となり、これらの作業に要していた人手や時間を削減することができる。この結果、複合材翼の製造上のコストを格段に低減することができる。
【００１３】
さらに、請求項１記載の発明によれば、一次硬化させた前後桁および下面ストリンガと、下面外板用プリプレグおよび下面リブコード用プリプレグとを使用して、いわゆるコボンド法によって下面外板部構造体を製作する工程を備え、かつ、一次硬化させた上面ストリンガと、上面外板用プリプレグおよび上面リブコード用プリプレグとを使用して、いわゆるコボンド法によって上面外板部構造体を製作する工程を備えるので、これら下面外板部構造体および上面外板部構造体を製作する際に、分割可能な特殊な中子治具を使用する必要がない。従って、この特殊な中子治具を製造するためのコストを削減することができる。また、この特殊な中子治具の離型処理や、分解・清掃作業を省くことができる。この結果、複合材翼の製造上のコストを格段に低減することができる。
【００１４】
さらにまた、請求項１記載の発明によれば、リブポストを備える前後桁とリブコードとを有する下面外板部構造体および上面外板部構造体を製作する工程を備え、かつ、これらリブポストおよびリブコードをリブとの結合部分として下面外板部構造体と上面外板部構造体とを結合する工程を備えるので、複合材翼の製造工程を格段に簡素化することができる。
【００１５】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の複合材翼の製造方法において、一次硬化した状態で成形した前記前桁および後桁が、ＲＴＭ法またはＲＦＩ法によって製作されたものであることを特徴とする。
【００１６】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の奏する作用効果に加え、前桁および後桁を一次硬化した状態で成形する際に、プリプレグを使用することなく、ＲＴＭ法またはＲＦＩ法を採用しているので、高品質な前桁および後桁を効率的に製作することができる。この結果、高品質な複合材翼を効率的に製造することができる。
【００１７】
請求項３記載の発明に係る複合材翼は、例えば図１に示すように、前桁および後桁と、前記前桁および後桁に接着手段により一体的に接合された下面外板と、前記前桁および後桁に機械的結合手段により結合された上面外板と、前記下面外板および上面外板の内面に接着手段により一体的に接合され翼弦方向に延在する複数のストリンガと、前記前桁、後桁、下面外板および上面外板にそれぞれ一体的に接合された部材に機械的結合手段により結合されたリブとを有することを特徴とする。
【００１８】
請求項３記載の発明に係る複合材翼は、下面外板および上面外板にストリンガが接着手段により一体的に接合され、かつ、前桁と後桁と下面外板とが接着手段により一体的に成形されているので、強度が充分に確保されるとともに、隙間を埋めるためのシール処理、各部品の結合部近傍部分の形状を補修する作業、部品同士を接着剤によって接着する作業、および、接着剤によって部品同士の接着部の隙間を埋める作業を大幅に省くことができ、これらの作業に要していた人手や時間を削減することができる。この結果、製造上のコストを格段に低減することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面によって詳細に説明する。本実施の形態においては、航空機の主翼の製造方法について説明することとする。本実施の形態に係る製造方法によって製造される主翼は、下面外板部構造体２０と上面外板部構造体３０とを、リブ４０を介して結合して構成した箱型の桁間構造１０を有するものである（図１参照）。
【００２０】
下面外板部構造体２０は、下面外板２１、前桁２２、後桁２３、下面ストリンガ２４および下面リブコード２５を有する複合材製の構造体であり、後述する上面外板部構造体３０とリブ４０を介して結合されて桁間構造１０を構成するものである。下面外板２１は、主翼下面に作用する空気力を受ける部材であり、その表面形状は主翼下面の表面形状に成形されている。
【００２１】
前桁２２および後桁２３は、下面外板２１の前後に取り付けられて主翼に作用する曲げ荷重、せん断荷重および捩り荷重を受け持つ部材であり、図２に示すように、ウェブ２２ａ、２３ａおよびフランジ２２ｂ、２３ｂを備える。前桁２２および後桁２３の両フランジ２２ｂ、２３ｂ間には、リブポスト２２ｃ、２３ｃが設けられている。
【００２２】
リブポスト２２ｃ、２３ｃは、下面外板部構造体２０をリブ４０を介して上側外板部構造体３０と結合させる際に機能する部分であり、図２に示すように、後述するリブ４０を結合させるものである。また、前桁２２および後桁２３のウェブ２２ａ、２３ａには、補強用のスティフナ（２３ｄ）も設けられている（図１参照）。
【００２３】
下面ストリンガ２４は、下面外板２１の長さ方向（すなわち、主翼のスパン方向）に延在させた長尺の部材であり、下面外板２１の幅方向（すなわち、主翼のコード方向）に複数本並べられて取り付けられている（図１参照）。この下面ストリンガ２４は、主翼のスパン方向を補強する補強部材であり、本実施の形態においては、その長さ方向に対して直角に切断した際の形状はハット形を呈している（図２参照）。
【００２４】
下面リブコード２５は、下面外板２１の幅方向（すなわち、主翼のコード方向）に延在させた部材であり、下面外板２１の長さ方向（すなわち、主翼のスパン方向）に複数本並べられて、下面ストリンガ２４の上側に取り付けられている（図１および図２参照）。この下面リブコード２５は、下面外板部構造体２０を上面外板部構造体３０と結合させる際に機能する部分であり、図２に示すように、後述するリブ４０を結合させるものである。
【００２５】
上面外板部構造体３０は、上面外板３１、上面ストリンガ３４および上面リブコード３５を有する複合材製の構造体であり、前記した下面外板部構造体２０と結合されて桁間構造１０を構成するものである。上面外板３１は、主翼上面に作用する空気力を受ける部材であり、その表面形状は主翼上面の表面形状に成形されている。
【００２６】
上面ストリンガ３４は、上面外板３１の長さ方向（すなわち、主翼のスパン方向）に延在させた長尺の部材であり、上面外板３１の幅方向（すなわち、主翼のコード方向）に複数本並べられて取り付けられている（図５参照）。この上面ストリンガ３４は、下面ストリンガ２４とともに主翼のスパン方向を補強する補強部材であり、本実施の形態においては、その長さ方向に対して直角に切断した際の形状はハット形を呈している（図５参照）。
【００２７】
上面リブコード３５は、上面外板３１の幅方向（すなわち、主翼のコード方向）に延在させた部材であり、上面外板３１の長さ方向（すなわち、主翼のスパン方向）に複数本並べられて、上面ストリンガ３４の上側に取り付けられている（図５参照）。この上面リブコード３５は、上面外板部構造体３０を下面外板部構造体２０と結合させる際に機能する部分であり、後述するリブ４０を結合させるものである。
【００２８】
下面外板部構造体２０および上面外板部構造体３０は、リブ４０を介して結合されて、桁間構造１０を構成している。すなわち、下面外板部構造体２０の前桁２２および後桁２３のリブポスト２２ｃ、２３ｃおよび下面リブコード２５に、リブ４０をファスナ５０によって結合し、このリブ４０に上面外板部構造体３０の上面リブコード３５をファスナ５０によって結合することによって、これら下面外板部構造体２０および上面外板部構造体３０を結合している（図５参照）。
【００２９】
次に、桁間構造１０の製造方法について説明する。本実施の形態に係る製造方法は、（１）下面外板部構造体２０を製作する工程（下面外板部構造体製作工程）と、（２）上面外板部構造体３０を製作する工程（上面外板部構造体製作工程）と、（３）下面外板部構造体２０と上面外板部構造体３０とを結合する工程（上下面外板部構造体結合工程）とからなるので、以下この順に説明する。
【００３０】
（１）下面外板部構造体製作工程
本工程は、下面外板部構造体２０を一体的に製作する工程である。まず、リブポストを備えた前桁２２および後桁２３と下面ストリンガ２４とを、熱硬化性樹脂を一次硬化させて製作する。この工程によって製作された各部品は、後述する硬化成形工程において加圧・加熱されることによって本硬化される（図１および図２参照）。
【００３１】
前桁２２、後桁２３および下面ストリンガ２４は、ＲＴＭ法やＲＦＩ法のような樹脂含浸硬化法を採用して製作することができる。具体的には、所定の下型治具の上に（強化繊維製の）ドライプリフォームを配置し、この上をバギングフィルムで被覆し、被覆した部分に前記した特定の熱硬化性樹脂を導入してドライプリフォームに含浸させ、加圧・加熱して一次硬化させる手法（ＲＴＭ法）や、所定の下型治具の上に熱硬化性樹脂フィルムおよびドライプリフォームを順次積層し、この上をバギングフィルムで被覆し、加圧・加熱によって熱硬化性樹脂フィルムを溶融させてドライプリフォームに含浸させて一次硬化させる手法（ＲＦＩ法）によって製作することができる。
【００３２】
また、前桁２２、後桁２３および下面ストリンガ２４は、プリプレグ積層法を採用して製作することもできる。具体的には、所定の下型治具の上に、前桁用、後桁用または下面ストリンガ用のプリプレグ（すなわち、未硬化状態の熱硬化性樹脂を強化繊維の束に含浸させた薄板状体）を所要の厚さ分だけ積層し、これを加圧・加熱して一次硬化させる手法によって製作することができる。
【００３３】
前記したドライプリフォームやプリプレグを構成する強化繊維の種類としては、ガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維、アルミナ繊維などを挙げることができる。また、この工程では、二段階硬化可能な特定の熱硬化性樹脂を使用することとする。本実施の形態においては、一次硬化条件を１１０℃で３時間に設定している。
【００３４】
次いで、主翼下面の表面形状を有する下面成形治具の上に下面外板用プリプレグを積層する（下面外板用プリプレグ積層工程）。下面成形治具は、後述する硬化成形工程における加圧・加熱に耐え得る剛性・耐熱性を備えるものであれば、その材料に限定はない。ここで使用されるプリプレグを構成する熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、架橋ポリエチレン、ポリイミドなどを挙げることができ、中でもエポキシ樹脂が好適である。
【００３５】
次いで、下面外板成形用プリプレグの上に、接着剤を介して、前桁２２、後桁２３および下面ストリンガ２４を配置する。この際に使用する接着剤は、後述する硬化成形工程の加熱によって硬化させることができるエポキシ樹脂系、フェノール樹脂系などの熱硬化型の接着剤とする。この接着剤の態様は、フィルム状、液状、粉末状などとすることができるが、取り扱い易く品質の安定したフィルム状のものが好ましい。なお、一次硬化させた部品は、この工程において形状がくずれることがない。
【００３６】
次いで、下面リブコード用プリプレグ２５’を形成する（下面リブコード用プリプレグ形成工程）。この際には、前記した下面成形治具とは別のリブコード用治具を用意し、このリブコード用治具の上に下面リブコード２５の成形に必要な枚数のプリプレグを積層し、下面リブコード用プリプレグ２５’を形成する。
【００３７】
下面リブコード用プリプレグ２５’は、図３に示したように垂直部用部分２５’ａと水平部用部分２５’ｂとを有し、水平部用部分２５’ｂは、図４（ａ）に示すように下面外板用プリプレグおよび下面ストリンガ２４と接触させた状態で硬化成形されて水平部２５ｂとされる。また、垂直部用部分２５’ａは硬化成形されて、図４（ｂ）に示すように、リブ４０との結合部分として機能する垂直部２５ａとされる。
【００３８】
次いで、準備した下面リブコード用プリプレグ２５’を、下面ストリンガ２４の上側で、前桁２２および後桁２３のリブポスト２２ｃ、２３ｃの間と、下面外板用プリプレグ上に、接着剤を介して配置する。
【００３９】
次いで、下面外板用プリプレグ、前桁２２、後桁２３、下面ストリンガ２４および下面リブコード用プリプレグ２５’を、被覆手段で被覆する（被覆工程）。
この下面リブコード用プリプレグ２５’は、前桁２２、後桁２３および下面ストリンガ２４のような剛性を有しない。また、下面リブコード２５を下面外板２１の内面形状に合わせて成形するため、下面リブコード用プリプレグ２５’の垂直部２５’ａを支持するためのリブコード支持治具６０を水平部２５’ｂの上に配置し、これらの外側をリブコード用バギングフィルム７０で被覆する（図３参照）。この後、下面外板用プリプレグ、前桁２２、後桁２３、下面ストリンガ２４および下面リブコード用プリプレグ２５’全体を被覆する。被覆手段としては、バギングフィルムやゴム製モールドバッグを挙げることができる。
【００４０】
次いで、被覆手段で被覆した部分を排気しながら加圧・加熱して、下面外板部構造体２０を一体成形する（硬化成形工程）。この加圧・加熱は、オートクレーブやオーブンを使用して施すことができる。この工程では、下面外板用プリプレグへの前桁２２、後桁２３、下面ストリンガ２４および下面リブコード用プリプレグ２５’の接着と、下面外板用プリプレグおよび下面リブコード用プリプレグ２５’の硬化と、前桁２２、後桁２３および下面ストリンガ２４の本硬化とが、同時に行われる。
【００４１】
（２）上面外板部製作工程
本工程は、上面外板部構造体３０を一体的に製作する工程である。なお、本工程において、前記した下面外板部製作工程と実質的に同一の部分については説明を省略する。
【００４２】
まず、上面ストリンガを、熱硬化性樹脂を一次硬化させて製作する。この工程によって製作された上面ストリンガは、後述する硬化成形工程において加圧・加熱することによって本硬化させる。次いで、主翼上面の表面形状を有する上面成形治具の上に上面外板用プリプレグを積層し（上面外板用プリプレグ積層工程）、上面外板用プリプレグの上に、接着剤を介して、上面ストリンガを配置する。
【００４３】
次いで、上面リブコード用プリプレグを形成する（上面リブコード用プリプレグ形成工程）。上面リブコード用プリプレグは、図示していないが、下面リブコード用プリプレグ２５’と同様に、垂直部用部分と水平部用部分とを有するものであり、その垂直部用部分は硬化成形されて、リブ４０との結合部分として機能する。
【００４４】
次いで、上面外板用プリプレグの上に、上面ストリンガを避けながら、接着剤を介して上面リブコード用プリプレグを配置し、上面外板用プリプレグ、上面ストリンガおよび上面リブコード用プリプレグを被覆手段で被覆し（被覆工程）、被覆手段で被覆した部分を排気しながら加圧・加熱して上面外板部構造体３０を一体成形する（硬化成形工程）。
【００４５】
（３）上下面外板部結合工程
本工程は、下面外板部構造体２０と上面外板部構造体３０とを結合する工程である。まず、下面外板部構造体２０と上面外板部構造体３０とを結合する強度部材であるリブ４０を製作する（リブ製作工程）。リブ４０は、複合材または金属から製作され、複合材から調製する場合には、前記したＲＴＭ法やＲＦＩ法のような樹脂含浸硬化法を採用して製作することができる。なお、リブ４０は、強度部材として高い剛性が必要とされるので、本硬化させたものを使用する。
【００４６】
次いで、下面外板部構造体２０の前桁２２（後桁２３）のリブポスト２２ｃ（２３ｃ）および下面リブコード２５に、リブ４０をファスナ５０によって結合し（第１リブ結合工程：図３および図４（ｂ）参照）、リブ４０が結合された下面外板部構造体２０と上面外板部構造体３０とを前後の桁部分でファスナ結合する（上下結合工程）。この後、下面外板部構造体２０に結合させたリブ４０に上面外板部構造体３０の上面リブコード３５をファスナ５０によって結合する（第２リブ結合工程）。この第２リブ結合工程においては、作業者が、下面外板部構造体２０の下面外板２１に設けた点検孔２１ａ（図１参照）から、下面外板部構造体２０と上面外板部構造体３０とによって形成される閉空間に入り込み、前記したファスナ結合を行う。また、点検孔２１ａを使用して、前後の桁と上面外板との間にシール剤を塗布する。
【００４７】
なお、本実施の形態に係る航空機の主翼は、図１に示すように、翼端側になるに従って翼厚が薄くなっている。このため、翼端近傍部分においてはリブ４０を配置することなく、あらかじめ下面外板部構造体２０の下面リブコード２５の高さを高くしておき、この高くした下面リブコード２５に、直接、上面外板部構造体３０の上面リブコード３５をファスナ５０によって結合している（図５参照）。
【００４８】
以上の工程によって、主翼の桁間構造１０を製造することができる。この後、別途製造した主翼の前縁部、後縁部、エルロン、フラップなどをこの桁間構造１０に取り付けて、航空機の主翼とする。
【００４９】
本実施の形態に係る製造方法によれば、一次硬化させた前桁２２、後桁２３、および下面ストリンガ２４と、下面外板用プリプレグおよび下面リブコード用プリプレグ２５’とを使用して、いわゆるコボンド法によって下面外板部構造体２０を製作する工程を備え、かつ、一次硬化させた上面ストリンガと、上面外板用プリプレグおよび上面リブコード用プリプレグとを使用して、いわゆるコボンド法によって上面外板部構造体３０を製作する工程を備えるので、下面外板２１、上面外板３１、前桁２２、後桁２３、下面ストリンガ２４、上面ストリンガ３４など硬化プロセスの異なる部品を別々に製作して揃える手間が少ない。この結果、製造サイクルを格段に短縮することができる。
【００５０】
また、本実施の形態に係る製造方法によれば、各部品同士のファスナ結合や、各部品同士の接着を行うことなく、いわゆるコボンド法によって下面外板部構造体２０および上面外板部構造体３０を製作する工程を備えており、プリプレグの柔軟性により、製造された各部品の結合部、例えば、前桁２２と下面外板２１の結合部や、下面外板２１と下面ストリンガ２４の結合部に隙間が生じることがない。
【００５１】
従って、各部品同士をファスナで結合する作業、各部品の結合部の隙間を埋めるためのシール処理、各部品の結合部近傍部分の形状を補修する作業、各部品同士を接着剤によって接着する作業、および、接着剤によって部品の接着部の隙間を埋める作業が不要となり、これらの作業に要していた人手や時間を削減することができる。この結果、製造上のコストを格段に低減することができる。
【００５２】
さらに、本実施の形態に係る製造方法によれば、下面外板部構造体２０および上面外板部構造体３０を製作する際に、分割可能な特殊な中子治具を使用する必要がない。従って、この特殊な中子治具を製造するためのコストを削減することができる。また、この特殊な中子治具の離型処理や、分解・清掃作業を省くことができる。この結果、製造上のコストを格段に低減することができる。
【００５３】
さらにまた、本実施の形態に係る製造方法によれば、リブポスト（２２ｃ、２３ｃ）を備えた前桁２２、後桁２３および下面リブコード２５を備えた下面外板部構造体２０と、上面リブコード３５を備えた上面外板部構造体３０とを使用しており、これらリブポスト（２２ｃ、２３ｃ）、下面リブコード２５および上面リブコード３５をリブ４０との結合部分として、下面外板部構造体２０と上面外板部構造体３０とを結合することができる。従って、製造工程を簡素化することができる。
【００５４】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、一次硬化させた前後桁および下面ストリンガと、下面外板用プリプレグおよび下面リブコード用プリプレグとを使用して、いわゆるコボンド法によって下面外板部構造体を製作する工程を備え、かつ、一次硬化させた上面ストリンガと、上面外板用プリプレグおよび上面リブコード用プリプレグとを使用して、いわゆるコボンド法によって上面外板部構造体を製作する工程を備えるので、外板、前後桁、リブコードなど硬化プロセスの異なる部品を別々に製作して揃える手間が少ない。この結果、複合材翼の製造サイクルを格段に短縮することができる。
【００５５】
また、請求項１記載の発明によれば、一次硬化させた前後桁および下面ストリンガと、下面外板用プリプレグおよび下面リブコード用プリプレグとを使用して、いわゆるコボンド法によって下面外板部構造体を製作する工程を備え、かつ、一次硬化させた上面ストリンガと、上面外板用プリプレグおよび上面リブコード用プリプレグとを使用して、いわゆるコボンド法によって上面外板部構造体を製作する工程を備えるので、プリプレグの柔軟性により、製造された各部品の結合部、例えば、前後桁と外板の結合部や、ストリンガと外板の結合部や、外板とプリプレグの結合部に隙間が生じることがない。
【００５６】
従って、各部品同士をファスナで結合する作業、各部品の結合部の隙間を埋めるためのシール処理、各部品の結合部近傍部分の形状を補修する作業、各部品同士を接着剤によって接着する作業、および、接着剤によって部品の接着部の隙間を埋める作業が不要となり、これらの作業に要していた人手や時間を削減することができる。この結果、複合材翼の製造上のコストを格段に低減することができる。
【００５７】
さらに、請求項１記載の発明によれば、一次硬化させた前後桁および下面ストリンガと、下面外板用プリプレグおよび下面リブコード用プリプレグとを使用して、いわゆるコボンド法によって下面外板部構造体を製作する工程を備え、かつ、一次硬化させた上面ストリンガと、上面外板用プリプレグおよび上面リブコード用プリプレグとを使用して、いわゆるコボンド法によって上面外板部構造体を製作する工程を備えるので、これら下面外板部構造体および上面外板部構造体を製作する際に、分割可能な特殊な中子治具を使用する必要がない。従って、この特殊な中子治具を製造するためのコストを削減することができる。また、この特殊な中子治具の離型処理や、分解・清掃作業を省くことができる。この結果、複合材翼の製造上のコストを格段に低減することができる。
【００５８】
さらにまた、請求項１記載の発明によれば、リブポストを備える前後桁とリブコードとを有する下面外板部構造体および上面外板部構造体を製作する工程を備え、かつ、これらリブポストおよびリブコードをリブとの結合部分として下面外板部構造体と上面外板部構造体とを結合する工程を備えるので、複合材翼の製造工程を格段に簡素化することができる。
【００５９】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果を奏するのは勿論のこと、前桁および後桁を一次硬化した状態で成形する際に、プリプレグを使用することなく、ＲＴＭ法またはＲＦＩ法を採用しているので、高品質な前桁および後桁を効率的に製作することができる。この結果、高品質な複合材翼を効率的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る複合材翼の桁間構造を示すものであって、上面外板部構造体と下面外板部構造体とをリブを介して結合させる前の状態を示す斜視図である。
【図２】図１に示した下面外板部構造体にリブを結合した状態におけるII−II部分の拡大断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る複合材翼の桁間構造の製造方法を説明するためのものであり、下面リブコード用プリプレグを硬化させる際に使用する治具を示す側面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る複合材翼の桁間構造の製造方法を説明するためのものであり、（ａ）は図２に示した下面外板部構造体を上から見た図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ部分の拡大断面図である。
【図５】図１に示した下面外板部構造体に（リブを介さずに）上面外板部構造体を結合した状態におけるV−V部分（翼端近傍部分）の拡大断面図である。
【符号の説明】
１０ 桁間構造
２０ 下面外板部構造体
２１ 下面外板
２１ａ 点検孔
２２ 前桁
２２ａ ウェブ
２２ｂ フランジ
２２ｃ リブポスト
２３ 後桁
２３ａ ウェブ
２３ｂ フランジ
２３ｃ リブポスト
２３ｄ スティフナ
２４ 下面ストリンガ
２５ 下面リブコード
２５ａ 垂直部
２５ｂ 水平部
２５’ 下面リブコード用プリプレグ
２５’ａ 垂直部用プリプレグ
２５’ｂ 水平部用プリプレグ
３０ 上面外板部構造体
３１ 上面外板
３４ 上面ストリンガ
３５ 上面リブコード
４０ リブ
５０ ファスナ
６０ リブコード支持治具
７０ リブコード用バギングフィルム
【発明の属する技術分野】
本発明は、複合材翼の製造方法および複合材翼に関し、特に、下面外板部構造体と上面外板部構造体とを機械的結合手段によって結合する複合材翼の製造方法と、この製造方法によって製造可能な複合材翼に関する。
【０００２】
【従来の技術】
航空機の主翼の桁間構造は、近年においては金属材料のみでなく、軽量で高強度な繊維強化樹脂製の複合材料（以下、単に「複合材」という）を使用して製造される場合が多い。例えば、桁間構造を構成する外板、前後桁、ストリンガなどの補強部材、シアタイなどの連結部材を複合材によって別々に製作し、これらをボルト、ナット、ピン、リベットなどの機械的結合手段（以下、「ファスナ」という）や接着剤によって結合・接着して、主翼の桁間構造を製造する方法がある。
【０００３】
また、ＲＴＭ（Resin Transfer Molding）法やＲＦＩ（Resin Film Infusion）法のような樹脂含浸硬化法を採用して、前桁と外板と補強部材とから構成される桁間構造の前方部分（以下、「前桁構造」という）と、後桁と外板と補強部材とから構成される桁間構造の後方部分（以下、「後桁構造」という）とを、それぞれ一体的に製作し、これらをファスナで結合して主翼の桁間構造を製造する方法も提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、外板、前後桁、補強部材、連結部材などの各部品を複合材によって別々に製作し、これら各部品をファスナによって結合して主翼の桁間構造を製造する方法によると、これら各部品毎に硬化成形プロセスが異なることが多いので、限られた設備で多品種の部品を製作して揃えるために長期間を要し、製造サイクルが長くなっていた。
【０００５】
また、前記したような各部品を複合材によって別々に製作した後にファスナ結合する方法によると、各部品の結合部（例えば、桁と外板の結合部や、外板と補強部材の結合部）に隙間が生じてしまうことが多い。主翼の桁間構造は燃料タンクとしても使用されるので、このような隙間を埋めるためシール処理を施したり、各部品の結合部近傍部分の形状を補修したりする必要があり、結合前の微調整や位置決めに人手や時間がかかり、結果的に製造上のコストが嵩んでいた。
【０００６】
一方、各部品を複合材によって別々に製作した後に接着剤によって接着して主翼の桁間構造を製造する方法によると、前記したファスナ結合する方法と同様に、限られた設備で多品種の部品を製作して揃えるために長期間を要し、製造サイクルが長くなっていた。また、このように接着剤によって各部品を接着する方法によっても各部品の接着部に隙間が生じてしまうことが多く、接着剤によってこの隙間を埋める必要があって人手や時間がかかり、結果的に製造上のコストが嵩んでいた。
【０００７】
また、樹脂含浸硬化法を採用して前桁構造および後桁構造をそれぞれ一体的に製作し、これらをファスナで結合して主翼の桁間構造を製造する方法によると、これら前桁構造および後桁構造は大型で複雑なキャビティを有するため、このキャビティを成形するための分割可能な特殊な中子治具が必要となり、この特殊な中子治具を製造するためのコストが嵩む。また、前桁構造および後桁構造の製作前には、この特殊な中子治具に離型処理を施す必要があり、かつ、製作後には、この特殊な中子治具を分解して清掃する必要があるため、結果的に製造上のコストが嵩むこととなる。
【０００８】
本発明の課題は、製造に必要な人手および組立工数を削減して製造サイクルを短縮し、製造上のコストを格段に低減させることのできる複合材翼の製造方法と、この製造方法によって製造することができる複合材翼を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、例えば図１ないし図５に示すように、複合材翼の製造方法において、下面外板、前後桁および前記下面外板を補強するストリンガを含む下面外板部構造体を製作する下面外板部構造体製作工程と、上面外板および前記上面外板を補強するストリンガを含む上面外板部構造体を製作する上面外板部構造体製作工程と、前記下面外板部構造体と前記上面外板部構造体とを結合する上下面外板部構造体結合工程とを備え、前記下面外板部構造体製作工程は、所定位置で翼後方へと突出する前方リブポストを有する前桁を熱硬化性樹脂が一次硬化した状態で成形する前桁成形工程と、前記所定位置に対向する位置で翼前方へと突出する後方リブポストを有する後桁を熱硬化性樹脂が一次硬化した状態で成形する後桁成形工程と、下面外板を補強する下面ストリンガを熱硬化性樹脂が一次硬化した状態で成形する下面ストリンガ成形工程と、前記リブポストが位置する翼位置において下面外板のコード方向の内面形状に沿って立設される下面リブコード用のプリプレグを積層する下面リブコード用プリプレグ積層工程と、翼の下面形状を有する下面外板治具上に下面外板用プリプレグを積層する下面外板用プリプレグ積層工程と、前記下面外板用プリプレグの上に接着剤を介して前記前桁、前記後桁、前記下面ストリンガおよび前記下面リブコード用プリプレグをそれぞれ配置する配置工程と、前記下面外板用プリプレグ、前記前桁、前記後桁、前記下面ストリンガおよび前記下面リブコード用プリプレグを被覆手段により被覆する被覆工程と、前記被覆手段で被覆した部分を排気し加圧し加熱する硬化成形工程とを有し、前記上面外板部構造体製作工程は、上面外板を補強する上面ストリンガを熱硬化性樹脂が一次硬化した状態で成形する上面ストリンガ成形工程と、前記リブポストが位置する翼位置において上面外板のコード方向の内面形状に沿って立設される上面リブコード用のプリプレグを積層する上面リブコード用プリプレグ積層工程と、翼の上面形状を有する上面外板治具上に上面外板用プリプレグを積層する上面外板用プリプレグ積層工程と、前記上面外板用プリプレグの上に接着剤を介して前記上面ストリンガおよび前記上面リブコード用プリプレグを配置する配置工程と、前記上面外板用プリプレグ、前記上面ストリンガおよび前記上面リブコード用プリプレグを被覆手段で被覆する被覆工程と、前記被覆手段で被覆した部分を排気し加圧し加熱する硬化成形工程とを有し、前記上下面外板部構造体結合工程は、複合材または金属により所定形状のリブを製作するリブ製作工程と、前記リブを下面外板部構造体の前記前方および後方リブポストと前記下面リブコードとに機械的結合手段によって結合する第１リブ結合工程と、前記リブが結合された前記下面外板部構造体の桁と前記上面外板部構造体の外板とを機械的結合手段により結合する上下結合工程と、前記リブと前記上面外板部構造体の前記上面リブコードとを機械的結合手段によって結合する第２リブ結合工程とを有することを特徴とする。
【００１０】
請求項１記載の発明によれば、一次硬化させた前後桁および下面ストリンガと、下面外板用プリプレグおよび下面リブコード用プリプレグとを使用して、いわゆるコボンド法によって下面外板部構造体を製作する工程を備え、かつ、一次硬化させた上面ストリンガと、上面外板用プリプレグおよび上面リブコード用プリプレグとを使用して、いわゆるコボンド法によって上面外板部構造体を製作する工程を備えるので、外板、前後桁、リブコードなど硬化プロセスの異なる部品を別々に製作して揃える手間が少ない。この結果、複合材翼の製造サイクルを格段に短縮することができる。
【００１１】
また、請求項１記載の発明によれば、一次硬化させた前後桁および下面ストリンガと、下面外板用プリプレグおよび下面リブコード用プリプレグとを使用して、いわゆるコボンド法によって下面外板部構造体を製作する工程を備え、かつ、一次硬化させた上面ストリンガと、上面外板用プリプレグおよび上面リブコード用プリプレグとを使用して、いわゆるコボンド法によって上面外板部構造体を製作する工程を備えるので、プリプレグの柔軟性により、製造された各部品の結合部、例えば、前後桁と外板の結合部や、ストリンガと外板の結合部や、外板とプリプレグの結合部に隙間が生じることがない。
【００１２】
従って、各部品同士をファスナで結合する作業、各部品の結合部の隙間を埋めるためのシール処理、各部品の結合部近傍部分の形状を補修する作業、各部品同士を接着剤によって接着する作業、および、接着剤によって部品の接着部の隙間を埋める作業が不要となり、これらの作業に要していた人手や時間を削減することができる。この結果、複合材翼の製造上のコストを格段に低減することができる。
【００１３】
さらに、請求項１記載の発明によれば、一次硬化させた前後桁および下面ストリンガと、下面外板用プリプレグおよび下面リブコード用プリプレグとを使用して、いわゆるコボンド法によって下面外板部構造体を製作する工程を備え、かつ、一次硬化させた上面ストリンガと、上面外板用プリプレグおよび上面リブコード用プリプレグとを使用して、いわゆるコボンド法によって上面外板部構造体を製作する工程を備えるので、これら下面外板部構造体および上面外板部構造体を製作する際に、分割可能な特殊な中子治具を使用する必要がない。従って、この特殊な中子治具を製造するためのコストを削減することができる。また、この特殊な中子治具の離型処理や、分解・清掃作業を省くことができる。この結果、複合材翼の製造上のコストを格段に低減することができる。
【００１４】
さらにまた、請求項１記載の発明によれば、リブポストを備える前後桁とリブコードとを有する下面外板部構造体および上面外板部構造体を製作する工程を備え、かつ、これらリブポストおよびリブコードをリブとの結合部分として下面外板部構造体と上面外板部構造体とを結合する工程を備えるので、複合材翼の製造工程を格段に簡素化することができる。
【００１５】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の複合材翼の製造方法において、一次硬化した状態で成形した前記前桁および後桁が、ＲＴＭ法またはＲＦＩ法によって製作されたものであることを特徴とする。
【００１６】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の奏する作用効果に加え、前桁および後桁を一次硬化した状態で成形する際に、プリプレグを使用することなく、ＲＴＭ法またはＲＦＩ法を採用しているので、高品質な前桁および後桁を効率的に製作することができる。この結果、高品質な複合材翼を効率的に製造することができる。
【００１７】
請求項３記載の発明に係る複合材翼は、例えば図１に示すように、前桁および後桁と、前記前桁および後桁に接着手段により一体的に接合された下面外板と、前記前桁および後桁に機械的結合手段により結合された上面外板と、前記下面外板および上面外板の内面に接着手段により一体的に接合され翼弦方向に延在する複数のストリンガと、前記前桁、後桁、下面外板および上面外板にそれぞれ一体的に接合された部材に機械的結合手段により結合されたリブとを有することを特徴とする。
【００１８】
請求項３記載の発明に係る複合材翼は、下面外板および上面外板にストリンガが接着手段により一体的に接合され、かつ、前桁と後桁と下面外板とが接着手段により一体的に成形されているので、強度が充分に確保されるとともに、隙間を埋めるためのシール処理、各部品の結合部近傍部分の形状を補修する作業、部品同士を接着剤によって接着する作業、および、接着剤によって部品同士の接着部の隙間を埋める作業を大幅に省くことができ、これらの作業に要していた人手や時間を削減することができる。この結果、製造上のコストを格段に低減することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面によって詳細に説明する。本実施の形態においては、航空機の主翼の製造方法について説明することとする。本実施の形態に係る製造方法によって製造される主翼は、下面外板部構造体２０と上面外板部構造体３０とを、リブ４０を介して結合して構成した箱型の桁間構造１０を有するものである（図１参照）。
【００２０】
下面外板部構造体２０は、下面外板２１、前桁２２、後桁２３、下面ストリンガ２４および下面リブコード２５を有する複合材製の構造体であり、後述する上面外板部構造体３０とリブ４０を介して結合されて桁間構造１０を構成するものである。下面外板２１は、主翼下面に作用する空気力を受ける部材であり、その表面形状は主翼下面の表面形状に成形されている。
【００２１】
前桁２２および後桁２３は、下面外板２１の前後に取り付けられて主翼に作用する曲げ荷重、せん断荷重および捩り荷重を受け持つ部材であり、図２に示すように、ウェブ２２ａ、２３ａおよびフランジ２２ｂ、２３ｂを備える。前桁２２および後桁２３の両フランジ２２ｂ、２３ｂ間には、リブポスト２２ｃ、２３ｃが設けられている。
【００２２】
リブポスト２２ｃ、２３ｃは、下面外板部構造体２０をリブ４０を介して上側外板部構造体３０と結合させる際に機能する部分であり、図２に示すように、後述するリブ４０を結合させるものである。また、前桁２２および後桁２３のウェブ２２ａ、２３ａには、補強用のスティフナ（２３ｄ）も設けられている（図１参照）。
【００２３】
下面ストリンガ２４は、下面外板２１の長さ方向（すなわち、主翼のスパン方向）に延在させた長尺の部材であり、下面外板２１の幅方向（すなわち、主翼のコード方向）に複数本並べられて取り付けられている（図１参照）。この下面ストリンガ２４は、主翼のスパン方向を補強する補強部材であり、本実施の形態においては、その長さ方向に対して直角に切断した際の形状はハット形を呈している（図２参照）。
【００２４】
下面リブコード２５は、下面外板２１の幅方向（すなわち、主翼のコード方向）に延在させた部材であり、下面外板２１の長さ方向（すなわち、主翼のスパン方向）に複数本並べられて、下面ストリンガ２４の上側に取り付けられている（図１および図２参照）。この下面リブコード２５は、下面外板部構造体２０を上面外板部構造体３０と結合させる際に機能する部分であり、図２に示すように、後述するリブ４０を結合させるものである。
【００２５】
上面外板部構造体３０は、上面外板３１、上面ストリンガ３４および上面リブコード３５を有する複合材製の構造体であり、前記した下面外板部構造体２０と結合されて桁間構造１０を構成するものである。上面外板３１は、主翼上面に作用する空気力を受ける部材であり、その表面形状は主翼上面の表面形状に成形されている。
【００２６】
上面ストリンガ３４は、上面外板３１の長さ方向（すなわち、主翼のスパン方向）に延在させた長尺の部材であり、上面外板３１の幅方向（すなわち、主翼のコード方向）に複数本並べられて取り付けられている（図５参照）。この上面ストリンガ３４は、下面ストリンガ２４とともに主翼のスパン方向を補強する補強部材であり、本実施の形態においては、その長さ方向に対して直角に切断した際の形状はハット形を呈している（図５参照）。
【００２７】
上面リブコード３５は、上面外板３１の幅方向（すなわち、主翼のコード方向）に延在させた部材であり、上面外板３１の長さ方向（すなわち、主翼のスパン方向）に複数本並べられて、上面ストリンガ３４の上側に取り付けられている（図５参照）。この上面リブコード３５は、上面外板部構造体３０を下面外板部構造体２０と結合させる際に機能する部分であり、後述するリブ４０を結合させるものである。
【００２８】
下面外板部構造体２０および上面外板部構造体３０は、リブ４０を介して結合されて、桁間構造１０を構成している。すなわち、下面外板部構造体２０の前桁２２および後桁２３のリブポスト２２ｃ、２３ｃおよび下面リブコード２５に、リブ４０をファスナ５０によって結合し、このリブ４０に上面外板部構造体３０の上面リブコード３５をファスナ５０によって結合することによって、これら下面外板部構造体２０および上面外板部構造体３０を結合している（図５参照）。
【００２９】
次に、桁間構造１０の製造方法について説明する。本実施の形態に係る製造方法は、（１）下面外板部構造体２０を製作する工程（下面外板部構造体製作工程）と、（２）上面外板部構造体３０を製作する工程（上面外板部構造体製作工程）と、（３）下面外板部構造体２０と上面外板部構造体３０とを結合する工程（上下面外板部構造体結合工程）とからなるので、以下この順に説明する。
【００３０】
（１）下面外板部構造体製作工程
本工程は、下面外板部構造体２０を一体的に製作する工程である。まず、リブポストを備えた前桁２２および後桁２３と下面ストリンガ２４とを、熱硬化性樹脂を一次硬化させて製作する。この工程によって製作された各部品は、後述する硬化成形工程において加圧・加熱されることによって本硬化される（図１および図２参照）。
【００３１】
前桁２２、後桁２３および下面ストリンガ２４は、ＲＴＭ法やＲＦＩ法のような樹脂含浸硬化法を採用して製作することができる。具体的には、所定の下型治具の上に（強化繊維製の）ドライプリフォームを配置し、この上をバギングフィルムで被覆し、被覆した部分に前記した特定の熱硬化性樹脂を導入してドライプリフォームに含浸させ、加圧・加熱して一次硬化させる手法（ＲＴＭ法）や、所定の下型治具の上に熱硬化性樹脂フィルムおよびドライプリフォームを順次積層し、この上をバギングフィルムで被覆し、加圧・加熱によって熱硬化性樹脂フィルムを溶融させてドライプリフォームに含浸させて一次硬化させる手法（ＲＦＩ法）によって製作することができる。
【００３２】
また、前桁２２、後桁２３および下面ストリンガ２４は、プリプレグ積層法を採用して製作することもできる。具体的には、所定の下型治具の上に、前桁用、後桁用または下面ストリンガ用のプリプレグ（すなわち、未硬化状態の熱硬化性樹脂を強化繊維の束に含浸させた薄板状体）を所要の厚さ分だけ積層し、これを加圧・加熱して一次硬化させる手法によって製作することができる。
【００３３】
前記したドライプリフォームやプリプレグを構成する強化繊維の種類としては、ガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維、アルミナ繊維などを挙げることができる。また、この工程では、二段階硬化可能な特定の熱硬化性樹脂を使用することとする。本実施の形態においては、一次硬化条件を１１０℃で３時間に設定している。
【００３４】
次いで、主翼下面の表面形状を有する下面成形治具の上に下面外板用プリプレグを積層する（下面外板用プリプレグ積層工程）。下面成形治具は、後述する硬化成形工程における加圧・加熱に耐え得る剛性・耐熱性を備えるものであれば、その材料に限定はない。ここで使用されるプリプレグを構成する熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、架橋ポリエチレン、ポリイミドなどを挙げることができ、中でもエポキシ樹脂が好適である。
【００３５】
次いで、下面外板成形用プリプレグの上に、接着剤を介して、前桁２２、後桁２３および下面ストリンガ２４を配置する。この際に使用する接着剤は、後述する硬化成形工程の加熱によって硬化させることができるエポキシ樹脂系、フェノール樹脂系などの熱硬化型の接着剤とする。この接着剤の態様は、フィルム状、液状、粉末状などとすることができるが、取り扱い易く品質の安定したフィルム状のものが好ましい。なお、一次硬化させた部品は、この工程において形状がくずれることがない。
【００３６】
次いで、下面リブコード用プリプレグ２５’を形成する（下面リブコード用プリプレグ形成工程）。この際には、前記した下面成形治具とは別のリブコード用治具を用意し、このリブコード用治具の上に下面リブコード２５の成形に必要な枚数のプリプレグを積層し、下面リブコード用プリプレグ２５’を形成する。
【００３７】
下面リブコード用プリプレグ２５’は、図３に示したように垂直部用部分２５’ａと水平部用部分２５’ｂとを有し、水平部用部分２５’ｂは、図４（ａ）に示すように下面外板用プリプレグおよび下面ストリンガ２４と接触させた状態で硬化成形されて水平部２５ｂとされる。また、垂直部用部分２５’ａは硬化成形されて、図４（ｂ）に示すように、リブ４０との結合部分として機能する垂直部２５ａとされる。
【００３８】
次いで、準備した下面リブコード用プリプレグ２５’を、下面ストリンガ２４の上側で、前桁２２および後桁２３のリブポスト２２ｃ、２３ｃの間と、下面外板用プリプレグ上に、接着剤を介して配置する。
【００３９】
次いで、下面外板用プリプレグ、前桁２２、後桁２３、下面ストリンガ２４および下面リブコード用プリプレグ２５’を、被覆手段で被覆する（被覆工程）。
この下面リブコード用プリプレグ２５’は、前桁２２、後桁２３および下面ストリンガ２４のような剛性を有しない。また、下面リブコード２５を下面外板２１の内面形状に合わせて成形するため、下面リブコード用プリプレグ２５’の垂直部２５’ａを支持するためのリブコード支持治具６０を水平部２５’ｂの上に配置し、これらの外側をリブコード用バギングフィルム７０で被覆する（図３参照）。この後、下面外板用プリプレグ、前桁２２、後桁２３、下面ストリンガ２４および下面リブコード用プリプレグ２５’全体を被覆する。被覆手段としては、バギングフィルムやゴム製モールドバッグを挙げることができる。
【００４０】
次いで、被覆手段で被覆した部分を排気しながら加圧・加熱して、下面外板部構造体２０を一体成形する（硬化成形工程）。この加圧・加熱は、オートクレーブやオーブンを使用して施すことができる。この工程では、下面外板用プリプレグへの前桁２２、後桁２３、下面ストリンガ２４および下面リブコード用プリプレグ２５’の接着と、下面外板用プリプレグおよび下面リブコード用プリプレグ２５’の硬化と、前桁２２、後桁２３および下面ストリンガ２４の本硬化とが、同時に行われる。
【００４１】
（２）上面外板部製作工程
本工程は、上面外板部構造体３０を一体的に製作する工程である。なお、本工程において、前記した下面外板部製作工程と実質的に同一の部分については説明を省略する。
【００４２】
まず、上面ストリンガを、熱硬化性樹脂を一次硬化させて製作する。この工程によって製作された上面ストリンガは、後述する硬化成形工程において加圧・加熱することによって本硬化させる。次いで、主翼上面の表面形状を有する上面成形治具の上に上面外板用プリプレグを積層し（上面外板用プリプレグ積層工程）、上面外板用プリプレグの上に、接着剤を介して、上面ストリンガを配置する。
【００４３】
次いで、上面リブコード用プリプレグを形成する（上面リブコード用プリプレグ形成工程）。上面リブコード用プリプレグは、図示していないが、下面リブコード用プリプレグ２５’と同様に、垂直部用部分と水平部用部分とを有するものであり、その垂直部用部分は硬化成形されて、リブ４０との結合部分として機能する。
【００４４】
次いで、上面外板用プリプレグの上に、上面ストリンガを避けながら、接着剤を介して上面リブコード用プリプレグを配置し、上面外板用プリプレグ、上面ストリンガおよび上面リブコード用プリプレグを被覆手段で被覆し（被覆工程）、被覆手段で被覆した部分を排気しながら加圧・加熱して上面外板部構造体３０を一体成形する（硬化成形工程）。
【００４５】
（３）上下面外板部結合工程
本工程は、下面外板部構造体２０と上面外板部構造体３０とを結合する工程である。まず、下面外板部構造体２０と上面外板部構造体３０とを結合する強度部材であるリブ４０を製作する（リブ製作工程）。リブ４０は、複合材または金属から製作され、複合材から調製する場合には、前記したＲＴＭ法やＲＦＩ法のような樹脂含浸硬化法を採用して製作することができる。なお、リブ４０は、強度部材として高い剛性が必要とされるので、本硬化させたものを使用する。
【００４６】
次いで、下面外板部構造体２０の前桁２２（後桁２３）のリブポスト２２ｃ（２３ｃ）および下面リブコード２５に、リブ４０をファスナ５０によって結合し（第１リブ結合工程：図３および図４（ｂ）参照）、リブ４０が結合された下面外板部構造体２０と上面外板部構造体３０とを前後の桁部分でファスナ結合する（上下結合工程）。この後、下面外板部構造体２０に結合させたリブ４０に上面外板部構造体３０の上面リブコード３５をファスナ５０によって結合する（第２リブ結合工程）。この第２リブ結合工程においては、作業者が、下面外板部構造体２０の下面外板２１に設けた点検孔２１ａ（図１参照）から、下面外板部構造体２０と上面外板部構造体３０とによって形成される閉空間に入り込み、前記したファスナ結合を行う。また、点検孔２１ａを使用して、前後の桁と上面外板との間にシール剤を塗布する。
【００４７】
なお、本実施の形態に係る航空機の主翼は、図１に示すように、翼端側になるに従って翼厚が薄くなっている。このため、翼端近傍部分においてはリブ４０を配置することなく、あらかじめ下面外板部構造体２０の下面リブコード２５の高さを高くしておき、この高くした下面リブコード２５に、直接、上面外板部構造体３０の上面リブコード３５をファスナ５０によって結合している（図５参照）。
【００４８】
以上の工程によって、主翼の桁間構造１０を製造することができる。この後、別途製造した主翼の前縁部、後縁部、エルロン、フラップなどをこの桁間構造１０に取り付けて、航空機の主翼とする。
【００４９】
本実施の形態に係る製造方法によれば、一次硬化させた前桁２２、後桁２３、および下面ストリンガ２４と、下面外板用プリプレグおよび下面リブコード用プリプレグ２５’とを使用して、いわゆるコボンド法によって下面外板部構造体２０を製作する工程を備え、かつ、一次硬化させた上面ストリンガと、上面外板用プリプレグおよび上面リブコード用プリプレグとを使用して、いわゆるコボンド法によって上面外板部構造体３０を製作する工程を備えるので、下面外板２１、上面外板３１、前桁２２、後桁２３、下面ストリンガ２４、上面ストリンガ３４など硬化プロセスの異なる部品を別々に製作して揃える手間が少ない。この結果、製造サイクルを格段に短縮することができる。
【００５０】
また、本実施の形態に係る製造方法によれば、各部品同士のファスナ結合や、各部品同士の接着を行うことなく、いわゆるコボンド法によって下面外板部構造体２０および上面外板部構造体３０を製作する工程を備えており、プリプレグの柔軟性により、製造された各部品の結合部、例えば、前桁２２と下面外板２１の結合部や、下面外板２１と下面ストリンガ２４の結合部に隙間が生じることがない。
【００５１】
従って、各部品同士をファスナで結合する作業、各部品の結合部の隙間を埋めるためのシール処理、各部品の結合部近傍部分の形状を補修する作業、各部品同士を接着剤によって接着する作業、および、接着剤によって部品の接着部の隙間を埋める作業が不要となり、これらの作業に要していた人手や時間を削減することができる。この結果、製造上のコストを格段に低減することができる。
【００５２】
さらに、本実施の形態に係る製造方法によれば、下面外板部構造体２０および上面外板部構造体３０を製作する際に、分割可能な特殊な中子治具を使用する必要がない。従って、この特殊な中子治具を製造するためのコストを削減することができる。また、この特殊な中子治具の離型処理や、分解・清掃作業を省くことができる。この結果、製造上のコストを格段に低減することができる。
【００５３】
さらにまた、本実施の形態に係る製造方法によれば、リブポスト（２２ｃ、２３ｃ）を備えた前桁２２、後桁２３および下面リブコード２５を備えた下面外板部構造体２０と、上面リブコード３５を備えた上面外板部構造体３０とを使用しており、これらリブポスト（２２ｃ、２３ｃ）、下面リブコード２５および上面リブコード３５をリブ４０との結合部分として、下面外板部構造体２０と上面外板部構造体３０とを結合することができる。従って、製造工程を簡素化することができる。
【００５４】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、一次硬化させた前後桁および下面ストリンガと、下面外板用プリプレグおよび下面リブコード用プリプレグとを使用して、いわゆるコボンド法によって下面外板部構造体を製作する工程を備え、かつ、一次硬化させた上面ストリンガと、上面外板用プリプレグおよび上面リブコード用プリプレグとを使用して、いわゆるコボンド法によって上面外板部構造体を製作する工程を備えるので、外板、前後桁、リブコードなど硬化プロセスの異なる部品を別々に製作して揃える手間が少ない。この結果、複合材翼の製造サイクルを格段に短縮することができる。
【００５５】
また、請求項１記載の発明によれば、一次硬化させた前後桁および下面ストリンガと、下面外板用プリプレグおよび下面リブコード用プリプレグとを使用して、いわゆるコボンド法によって下面外板部構造体を製作する工程を備え、かつ、一次硬化させた上面ストリンガと、上面外板用プリプレグおよび上面リブコード用プリプレグとを使用して、いわゆるコボンド法によって上面外板部構造体を製作する工程を備えるので、プリプレグの柔軟性により、製造された各部品の結合部、例えば、前後桁と外板の結合部や、ストリンガと外板の結合部や、外板とプリプレグの結合部に隙間が生じることがない。
【００５６】
従って、各部品同士をファスナで結合する作業、各部品の結合部の隙間を埋めるためのシール処理、各部品の結合部近傍部分の形状を補修する作業、各部品同士を接着剤によって接着する作業、および、接着剤によって部品の接着部の隙間を埋める作業が不要となり、これらの作業に要していた人手や時間を削減することができる。この結果、複合材翼の製造上のコストを格段に低減することができる。
【００５７】
さらに、請求項１記載の発明によれば、一次硬化させた前後桁および下面ストリンガと、下面外板用プリプレグおよび下面リブコード用プリプレグとを使用して、いわゆるコボンド法によって下面外板部構造体を製作する工程を備え、かつ、一次硬化させた上面ストリンガと、上面外板用プリプレグおよび上面リブコード用プリプレグとを使用して、いわゆるコボンド法によって上面外板部構造体を製作する工程を備えるので、これら下面外板部構造体および上面外板部構造体を製作する際に、分割可能な特殊な中子治具を使用する必要がない。従って、この特殊な中子治具を製造するためのコストを削減することができる。また、この特殊な中子治具の離型処理や、分解・清掃作業を省くことができる。この結果、複合材翼の製造上のコストを格段に低減することができる。
【００５８】
さらにまた、請求項１記載の発明によれば、リブポストを備える前後桁とリブコードとを有する下面外板部構造体および上面外板部構造体を製作する工程を備え、かつ、これらリブポストおよびリブコードをリブとの結合部分として下面外板部構造体と上面外板部構造体とを結合する工程を備えるので、複合材翼の製造工程を格段に簡素化することができる。
【００５９】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果を奏するのは勿論のこと、前桁および後桁を一次硬化した状態で成形する際に、プリプレグを使用することなく、ＲＴＭ法またはＲＦＩ法を採用しているので、高品質な前桁および後桁を効率的に製作することができる。この結果、高品質な複合材翼を効率的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る複合材翼の桁間構造を示すものであって、上面外板部構造体と下面外板部構造体とをリブを介して結合させる前の状態を示す斜視図である。
【図２】図１に示した下面外板部構造体にリブを結合した状態におけるII−II部分の拡大断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る複合材翼の桁間構造の製造方法を説明するためのものであり、下面リブコード用プリプレグを硬化させる際に使用する治具を示す側面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る複合材翼の桁間構造の製造方法を説明するためのものであり、（ａ）は図２に示した下面外板部構造体を上から見た図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ部分の拡大断面図である。
【図５】図１に示した下面外板部構造体に（リブを介さずに）上面外板部構造体を結合した状態におけるV−V部分（翼端近傍部分）の拡大断面図である。
【符号の説明】
１０ 桁間構造
２０ 下面外板部構造体
２１ 下面外板
２１ａ 点検孔
２２ 前桁
２２ａ ウェブ
２２ｂ フランジ
２２ｃ リブポスト
２３ 後桁
２３ａ ウェブ
２３ｂ フランジ
２３ｃ リブポスト
２３ｄ スティフナ
２４ 下面ストリンガ
２５ 下面リブコード
２５ａ 垂直部
２５ｂ 水平部
２５’ 下面リブコード用プリプレグ
２５’ａ 垂直部用プリプレグ
２５’ｂ 水平部用プリプレグ
３０ 上面外板部構造体
３１ 上面外板
３４ 上面ストリンガ
３５ 上面リブコード
４０ リブ
５０ ファスナ
６０ リブコード支持治具
７０ リブコード用バギングフィルム
Claims (3)
- 複合材翼の製造方法において、
下面外板、前後桁および前記下面外板を補強するストリンガを含む下面外板部構造体を製作する下面外板部構造体製作工程と、
上面外板および前記上面外板を補強するストリンガを含む上面外板部構造体を製作する上面外板部構造体製作工程と、
前記下面外板部構造体と前記上面外板部構造体とを結合する上下面外板部構造体結合工程と
を備え、
前記下面外板部構造体製作工程は、
所定位置で翼後方へと突出する前方リブポストを有する前桁を熱硬化性樹脂が一次硬化した状態で成形する前桁成形工程と、
前記所定位置に対向する位置で翼前方へと突出する後方リブポストを有する後桁を熱硬化性樹脂が一次硬化した状態で成形する後桁成形工程と、
下面外板を補強する下面ストリンガを熱硬化性樹脂が一次硬化した状態で成形する下面ストリンガ成形工程と、
前記リブポストが位置する翼位置において下面外板のコード方向の内面形状に沿って立設される下面リブコード用のプリプレグを積層する下面リブコード用プリプレグ積層工程と、
翼の下面形状を有する下面外板治具上に下面外板用プリプレグを積層する下面外板用プリプレグ積層工程と、
前記下面外板用プリプレグの上に接着剤を介して前記前桁、前記後桁、前記下面ストリンガおよび前記下面リブコード用プリプレグをそれぞれ配置する配置工程と、
前記下面外板用プリプレグ、前記前桁、前記後桁、前記下面ストリンガおよび前記下面リブコード用プリプレグを被覆手段により被覆する被覆工程と、
前記被覆手段で被覆した部分を排気し加圧し加熱する硬化成形工程と
を有し、
前記上面外板部構造体製作工程は、
上面外板を補強する上面ストリンガを熱硬化性樹脂が一次硬化した状態で成形する上面ストリンガ成形工程と、
前記リブポストが位置する翼位置において上面外板のコード方向の内面形状に沿って立設される上面リブコード用のプリプレグを積層する上面リブコード用プリプレグ積層工程と、
翼の上面形状を有する上面外板治具上に上面外板用プリプレグを積層する上面外板用プリプレグ積層工程と、
前記上面外板用プリプレグの上に接着剤を介して前記上面ストリンガおよび前記上面リブコード用プリプレグを配置する配置工程と、
前記上面外板用プリプレグ、前記上面ストリンガおよび前記上面リブコード用プリプレグを被覆手段で被覆する被覆工程と、
前記被覆手段で被覆した部分を排気し加圧し加熱する硬化成形工程と
を有し、
前記上下面外板部構造体結合工程は、
複合材または金属により所定形状のリブを製作するリブ製作工程と、
前記リブを下面外板部構造体の前記前方および後方リブポストと前記下面リブコードとに機械的結合手段によって結合する第１リブ結合工程と、
前記リブが結合された前記下面外板部構造体の桁と前記上面外板部構造体の外板とを機械的結合手段により結合する上下結合工程と、
前記リブと前記上面外板部構造体の前記上面リブコードとを機械的結合手段によって結合する第２リブ結合工程と
を有することを特徴とする複合材翼の製造方法。 - 一次硬化した状態で成形した前記前桁および後桁が、
ＲＴＭ法またはＲＦＩ法によって製作されたものであることを特徴とする請求項１記載の複合材翼の製造方法。 - 前桁および後桁と、
前記前桁および後桁に接着手段により一体的に接合された下面外板と、
前記前桁および後桁に機械的結合手段により結合された上面外板と、
前記下面外板および上面外板の内面に接着手段により一体的に接合され翼弦方向に延在する複数のストリンガと、
前記前桁、後桁、下面外板および上面外板にそれぞれ一体的に接合された部材に機械的結合手段により結合されたリブと
を有することを特徴とする複合材翼。
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