JPH1199529A - 複合材一体成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 従来の複合材一体成形方法において、上側治
具及びゴムシートを使用した成形治具を使用する必要が
なく、複合材の一体成形ができ、製造コストが低減で
き、しかも、従来の一体成形品と同等の製品品質にでき
る複合一体成形方法を提供する。 【解決手段】 部分部材５を形成する膜状にされた複合
材を、桁成形型１０の表面に積層し、下側治具０４表面
に積層された複合材製の基材０６上に接合され、基材０
６を補強するようにした部分部材５を形成する工程、基
材０６に接合する所定位置に部分部材５を配置するため
に、部分部材５を積層した桁成形型１０の位置を調整し
て配置する工程及び基材０６の所定位置に配置された部
分部材５を基材０６に接合する工程からなるものにす
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、航空機の機体製造
等において、下側治具表面上に複合材部材を積層した基
材上に、複合材部材を積層し、単体に成形され、強度を
補強する、部分部材を積み上げて一体成形して機体等の
製造を行う際に、単体に成形された部分部材の成形型を
そのまま使用して、基材と一体成形し、構造体を形成す
るようにした複合材一体成形方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】軽量、高強度を必要とする航空機の主
翼、胴体、尾翼等からなる機体の構造体等には、下側治
具表面に複合材部材を積層して形成された基材上に、補
強材となる部分部材を接合して一体成形したものが近年
多く採用されている。この一体成形は、ゴムシート等か
らなる、バキュームバックで、基材および基材上に接合
する状態に配設された部分部材を被覆した後、バキュー
ムプラグを用いてバキュームバック内を真空引きし、基
体と部分部材とが一体成形する形状になるように、成形
治具で成形した後、オートクレーブ（ａｕｔｏｃｌａｖ
ｅ）内に入れ、加熱・加圧して基材と部分部材とを一体
化するようにしている。

【０００３】図２は、このような基材と部分部材とを一
体化するため、本出願人が特開平８−２０７０６５号
「バキュームバック構造及びこれを用いた複合材の一体
成形方法」として提案した複合材一体成形方法に使用す
る成形治具を示す図である。

【０００４】図に示すように、この複合材一体成形方法
に採用される成形治具０８は、上側治具０１、下側治具
０４及びゴムシート０２からなり、下側治具０４表面上
で積層成形され、外板となる基材としての複合材外板０
６と、複合材外板０６に直交して設けられ、桁材となり
複合材外板０６の補強を行う、部分部材としての複合材
桁部材０５とをゴムシート０２で完全に包み込み、ゴム
シート０２内に開口させて設けたバキュームプラグ０３
を用いてゴムシート０２内の真空引きを行い、上側治具
０１および下側治具０４に形成された一体成形を行う形
状に、複合材外板０６および複合材桁部材０５をなつか
せる。

【０００５】次に、成形治具０８で一体成形する形状の
公差内に一体化された複合材桁部材０５および複合材外
板０６を、図示省略したオートクレーブ内に搬入して行
う硬化工程において、流体圧０７をゴムシート０２外側
から負荷する事で複合材外板０６および複合材桁部材０
５を全体を数気圧以下で均一に加圧するとともに、２０
０℃以下で加熱することで複合材外板０６と複合材桁部
材０５とを一体化するようにしている。また、硬化後の
複合材桁部材０５の高さは、複合材桁部材０５の上端部
を固着し、上端部形状を形成する上側治具０１の高さ精
度を保持することで精度を保証するようにしている。

【０００６】しかしながら、このような成形治具０８を
構成する上側治具０１、ゴムシート０２の使用は、成形
治具０８高騰の要因となっており、複数の複合材部材を
一体に成形する成形治具の低コスト化実現の為には、こ
のような成形治具０８を使用して一体成形することな
く、しかも、このような成形治具０８を使用して一体成
形したものと同等の製品品質が得られる複合材一体成形
方法の開発が、従来から課題となっていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の複合
材一体成形方法において、製造コストの高騰の原因とな
っていた、上側治具およびゴムシートを使用する成形治
具を使用する必要がなく、複合材の一体成形を行うこと
ができ、製造コストを低減でき、しかも、従来の成形治
具を使用して一体成形した製品と同等な一体成形の製品
品質にできる、複合材一体成形方法を提供することを課
題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このため、本発明の複合
材一体成形方法は、次の手段を採用した。

【０００９】（１）部分部材を形成するエポキシ樹脂を
含有する炭素繊維等からなる複合材繊維を織り、膜状に
された複合材を、部分部材を表面に形成するようにした
桁成形型の表面に積層して、単体の一定厚みの強度を有
する成形材に形成し、下側治具表面に積層された複合材
製の基材上に接合され、基材を補強するようにした部分
部材を形成する工程。なお、下側治具表面に積層される
複合材製の基材は、部分部材と同種の複合材で形成され
るとともに、積層される膜状の複合材の間にハニカムコ
アを挟み込み、強度、剛性に富む構造のものにすること
もできる。

【００１０】（２）基材に接合する所定位置に部分部材
を配置するために、積層された単体の成形材にされた部
分部材が接合される基材の所定位置に配置されるよう
に、部分部材を積層した桁成形型を移動させて、位置を
調整して配置する工程。なお、桁成形型の位置調整は、
基材の上方に架設されたロケータ、およびロケータから
垂下され、部分部材を基材に接合する所定位置に配置で
きるように、桁成形型を配置できるようにしたスライデ
ィングロケータ等からなり、桁成形型を基材上で３次元
的に位置調整できるものにすることが好ましい。

【００１１】（３）基材の所定位置に配置された部分部
材を、桁成形型とともにオートクレーブ等内に搬入し、
加熱、加圧することにより基材に接合する工程。なお、
一体成形する形状に桁成形型を配置する工程で配置され
た部分部材を基材に接合するために、基材および桁成形
型に積層された部分部材を一様に加圧するため、これら
を被覆する被覆材には、本発明の方法では１気圧以下の
加圧で良いため、ナイロンフィルムで充分であり、これ
を使用するようにすることが好ましい。

【００１２】（ａ）本発明の複合材一体成形方法によれ
ば、積層して部分部材を形成する桁成形型をそのまま使
用して、部分部材と基材とを一体成形するようにしたた
め、従来、成形治具コストの高騰の原因となっていた上
側治具適用が不要となり、さらに部分部材と基材との一
体成形時に、空気漏れ防止を確保しながら行う真空引き
を行い、外部から加圧するようにしていた、従来のゴム
シート適用が、加圧力を小さくできるため必ずしも必要
とせず、ナイロンフィルムでもできるようになる。これ
により、ゴムシートに代え、ナイロンフィルムで被覆し
て真空引きを行い、低圧での外部から加圧を行うように
できるので、従来の欠点となっていた成形治具コストを
この点からも大幅に低減することができる。

【００１３】また、部分部材を一体成形する基材の所定
位置に配置する桁成形型は、部分部材を積層状態で部分
部材を保持して配置されるため、従来の上側治具を必要
とすることなく、部分部材の基材の所定位置への配置が
正確になる。

【００１４】さらに、桁成形型は、基材上に架設された
ロケータから垂下されたスライディングロケータを介し
て、位置決めするようにすれば、一体成形された部分部
材の高さも公差内の所定高さにできる。これにより、従
来上側治具を使って一体成形した部材と同等の、硬化後
の部分部材の高さ精度も確保する事が出来る。

【００１５】また、本発明の複合部材一体成形方法は、
上述（１）、（２）、（３）の手段の採用に加え、次の
手段を採用した。

【００１６】（４）部分部材を基材の所定位置に配置す
る桁成形型を配置する工程が、基材に接合する所定位置
に、部分部材を配置する成形公差の範囲に穿設された、
スライディングロケータに設けた長穴を移動できるボル
トの長穴の所定位置を固定することにより桁成形型を移
動させて行うようにした。なお、スライディングロケー
タに設けられ桁成形型を移動させる長穴は、水平方向、
又は鉛直方向にボルトを移動させて、長穴の所定位置を
ボルトで固定して、桁成形型の位置調整を精密に行うこ
とができるようにすることが好ましい。また、鉛直方向
の位置調整を行う長穴は、基材上方に架設されたロケー
タから垂下され、桁成形型と一体に固定されるスライデ
ィングロケータに設けるようにすることが好ましい。

【００１７】本発明の複合材一体成形方法によれば、ボ
ルトが長穴内を移動して長穴の所定位置の固定により、
部分部材を一体成形する基材上の成形公差の範囲に設置
することができる。また、鉛直方向に設けた長穴、より
好ましくはロケータから垂下されたスライディングロケ
ータに鉛直方向に設けた長穴内でボルトを移動させて桁
成形型を上下に、自在にスライディング出来るようにし
たために、桁成形型の上面に外部からの圧力がかかる硬
化工程時においては、流体圧が桁成形型を介して桁成形
型の下面側に伝搬される。しかも、鉛直方向の長穴を成
形公差の範囲に設けるようにしているため、桁成形型の
上下スライド量は、硬化後の桁高さ精度公差内となり、
桁高さ精度は精密に確保ができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の複合材一体成形方
法の実施の一形態を図面にもとづき説明する。図１は、
本発明の複合材一体成形方法の実施の一形態を示すた
め、本実施の形態に使用する成形治具の全体構造を示す
図である。なお、図において、図１に示したものと同一
部材には同一符号を付して説明は、極力省略する。

【００１９】図において、部分部材としての複合材桁部
材９は、桁成形型１０に積層した状態で形成されてい
る。複合材桁部材９は、基材としての複合材外板６の両
端に立設された支柱１０の間に架設されたロケータ１２
から、下方に垂設された図示省略した縦ロケータに後述
する図示省略されたボルトで結合され、上下動できるス
ライディングロケータ１３により、桁成形型１０を介し
て位置決めを行い、複合材外板６上の所定の位置にセッ
トされる。

【００２０】ロケータ１２から垂設された縦ロケータと
スライディングロケータ１３の取付部は、硬化後の複合
材桁部材５の高さを精度公差内にする長穴１４が設けら
れており、この長穴１４内を移動できるボルトを長穴１
４の所定の位置で固定することにより、スライディング
ロケータ１３を上下動させて、桁成形型１０が上下に自
在にスライド出来、複合材桁部材５を複合材外板６上の
一体成形を行う所定の位置（高さ）に配置できる。

【００２１】また、長穴１４を移動してスライディング
ロケータ１３を固定するボルトの螺合するロケータ１２
から垂設した縦ロケータとロケータ１２との間にも水平
方向の長穴を設け、この長穴内を移動できるボルトの固
定により、スライディングロケータ１３の横方向の移動
もできるようになり、桁成形型１０が水平にも自在にス
ライドでき、複合材桁部材５を複合材外板６上の一体成
形を行う所定の位置に３次元的に位置調整して配置でき
るようにすることもできる。

【００２２】また、スライディングロケータ１３と桁成
形型１０を固定する固定ボルト１５締め結合部は、２重
のＯリング１６を用いて空気漏れ防止構造としており、
複合材外板６と桁成形型１０のみをナイロンフィルム１
７で包み込んだ状態で、真空引きを行う。

【００２３】本実施の形態の成形治具２０を用いて、複
合材一体成形を行う場合は、複合材桁部材９を構成する
膜状のエポキシ樹脂を含浸させた炭素繊維の織布を積層
して、複合材桁部材９を形成する桁成形型１０をそのま
ま使用して一体成形する為、従来の上側治具０１適用が
不要となる。また、桁成形型１０は、特にスライディン
グロケータ１３を介して上下に自在にスライド出来るよ
うにしたため、桁成形型１０の上面にかかる硬化工程の
流体圧０７が桁成形型１０を介して下面側に伝搬され
る。桁成形型１０の上下スライド量は、長穴１４の長さ
が精度公差内にしてある為、複合材桁部材９の硬化後の
桁高さ精度の確保が可能である。

【００２４】さらに、空気漏れ防止を確保しながら、ナ
イロンフィルム１７で真空引きが出来る為、従来のゴム
シート適用が不要となる。このように、本実施の形態の
成形治具は、従来の成形治具の上側治具０１、ゴムシー
ト０２の適用が不要となり、成形治具を低廉価で実現す
る事が出来る。又、従来と同等の硬化後の桁高さ精度も
確保する事が出来る。

【００２５】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明の複合材
一体成形方法は、部分部材を形成する膜状にされた複合
材を、桁成形型の表面に積層して、下側治具表面に積層
された複合材製の基材上に接合され、基材を補強するよ
うにした部分部材を形成する工程、基材に接合する所定
位置に、部分部材を配置するために、部分部材が、所定
位置に配置されるように、部分部材を積層した桁成形型
の位置を調整して配置する工程および基材の所定位置に
配置された部分部材を加熱、外部からの加圧により基材
に接合する工程からなるものとした。

【００２６】これにより、部分部材を積層して形成する
桁成形型をそのまま使用して、部分部材と基材とを一体
成形するようにしたため、従来、成形治具コストの高騰
の原因となっていた、上側治具が不要となり、さらに、
部分部材と基材との一体成形等に、空気漏れ防止を確保
しながら行う真空引きを行うゴムシート適用が必ずしも
必要ではなくなり、従来の欠点となっていた、成形治具
コストを大幅に低減することができる。また、部分部材
を一体成形する基材の所定位置に配置する桁成形型は、
部分部材を積層状態で保持して配置するため、従来の上
側治具を必要とすることなく、部分部材の基材の所定位
置への配置が正確になる。

【００２７】また、本発明の複合材一体成形方法は桁成
形型を配置する工程が、基材に接合する所定位置に部分
部材を配置する成形公差の範囲に穿設された、長穴を移
動する桁成形型に固定されたボルトの移動により行うよ
うにした。

【００２８】これにより、ボルトの長穴内を移動させ長
穴の所定位置を固定することにより、部分部材を一体成
形する基材上の成形公差の範囲に設置することができ
る。また、鉛直方向に設けた長穴、より好ましくはロケ
ータから垂下されたスライディングロケータに鉛直方向
に設けた長穴内で、ボルトを移動させて桁成形型を上下
自在にスライド出来るため、桁成形型の上面にかかる硬
化工程時においては、流体圧が桁成形型を介して桁成形
型の下面側に伝搬され、しかも、鉛直方向の長穴を成形
公差の範囲に設けるようにしているため、桁成形型の上
下スライド量は、硬化後の部分部材である、複合材桁部
材の桁高さは、精度公差内となり、桁高さ精度の確保が
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の複合材一体成形方法の実施の一形態を
示すため、本実施の形態に使用する成形治具の全体構造
を示す図で、図１（ａ）は全体断面図、図１（ｂ）は図
１（ａ）に示すＡ部詳細断面図である。

【図２】従来の複合材一体成形方法に使用している成形
治具の全体断面図である。

【符号の説明】

０１ 上側治具 ０２ ゴムシート ０３ バキュームプラグ ４，０４ 下側治具 ０５ 部分部材としての複合材桁部材 ６，０６ 基材としての複合材外板 ０７ 流体圧 ０８ 成形治具 ９ 部分部材としての複合材桁部材 １０ 桁成形型 １１ 支柱 １２ ロケータ １３ スライディングロケータ １４ 長穴 １５ 固定ボルト １６ Ｏリング １７ ナイロンフィルム ２０ 成形治具

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｂ２９Ｌ 9:00 31:30

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下側治具表面に積層された複合材製の基
   材上に、単体で成形された複合材製の部分部材を接合し
   て、一体に成形する複合材一体成形方法において、前記
   部分部材を桁成形型に積層して形成する工程と、前記基
   材に接合する所定位置に前記部分部材を配置するため
   に、前記桁成形型を配置する工程と、前記基材の所定位
   置に配置された前記部分部材を前記基材に接合する工程
   とからなることを特徴とする複合材一体成形方法。
2. 【請求項２】 前記桁成形型を配置する工程が、前記基
   材に接合する所定位置に前記部分部材を配置する成形公
   差の範囲に穿設された長穴内を移動できるボルトの固定
   により、前記桁成形型を移動させ配置するようにしたこ
   とを特徴とする請求項１の複合材一体成形方法。