(57)【要約】【課題】テーパ加工を容易化し、加工精度を向上させることを目的とする。【解決手段】複合体を用いた構造体の製造方法は、未硬化状態の第１スティフナ６に対して、第１テーパ面６ｃを形成するテーパ加工工程と、第２面６ｂが内側となるように曲げ加工を施す曲げ加工工程と、第１スティフナ６とスキン２とを所定の位置に配置する配置工程と、第１スティフナ６及びスキン２を真空吸引する真空吸引工程と、第１スティフナ６を硬化させ、第１スティフナ６とスキン２とを接合する接合工程と、を備えている。テーパ加工工程では、第１テーパ面６ｃと第２面６ｂとが為す角度が鋭角になるようにテーパ加工を施す。真空吸引工程では、第１面６ａとスキン２との接触状態を維持しつつ、第１テーパ面６ｃがスキン２と接触させるとともに、第２テーパ面６ｄが第２面６ｂに形成されるように第１スティフナ６を変形させるように真空吸引を行う。【選択図】図２
2020055268.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スキンと、板厚方向に繊維層が積層された複合材であるスティフナと、を有する複合材を用いた構造体の製造方法であって、
平板面である第１面及び該第１面の反対側の面である第２面を有する未硬化状態の板状の前記スティフナに対して、前記第２面と角度を為す第１テーパ面を形成するテーパ加工工程と、
前記テーパ加工工程でテーパ加工を施した前記スティフナに対して、前記第２面が内側となるように曲げ加工を施す曲げ加工工程と、
前記曲げ加工工程で曲げ加工を施した前記スティフナの前記第１面と前記スキンとが接触するように、前記スティフナと前記スキンとを配置する配置工程と、
前記配置工程で配置した前記スティフナ及び前記スキンを可撓性材料で覆い、該可撓性材料の内部を真空吸引する真空吸引工程と、
前記真空吸引工程を行った後の前記スティフナを硬化させ、前記スティフナと前記スキンとを接合する接合工程と、を備え、
前記テーパ加工工程では、前記曲げ加工工程で曲げ加工を施した後の前記第１テーパ面と前記第２面とが為す角度が鋭角になるようにテーパ加工を施し、
前記真空吸引工程では、前記第１面と前記スキンとの接触状態を維持しつつ、前記第１テーパ面が前記スキンと接触するように前記スティフナを変形させるとともに、前記スキンに対して鋭角となる角度を為す第２テーパ面が前記第２面に形成されるように前記スティフナを変形させるように真空吸引を行う複合材を用いた構造体の製造方法。
【請求項２】
前記テーパ加工工程では、前記第１テーパ面と前記第２面とが為す角度が、前記接合工程における硬化による前記スティフナの板厚の変化を考慮して設定した角度となるように、テーパ加工を施す請求項１に記載の複合材を用いた構造体の製造方法。
【請求項３】
前記配置工程及び前記真空吸引工程における前記スキンは、未硬化の状態であって、
前記接合工程で、前記スキンを硬化させる請求項１または請求項２に記載の複合材を用いた構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合材を用いた構造体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
航空機の構造部材に使用される複合材を用いた構造物として、スキンとスティフナとから構成される構造物が知られている。この構造物は、スキンとスティフナとを接合（コボンド）することにより、ファスナを使用せずに製造できるので、軽量化及び低コスト化を実現することができる。
【０００３】
このような構造物では、スティフナの端部とスキンとの接合部分において、所定部分への応力集中や、スキンの繊維うねり等の発生によって、強度が低下する問題を招来する可能性がある。このような問題を解決するために、スティフナの端部を、スキンに向かうテーパ状の面（以下、「テーパ面」という。）となるように加工することが知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１６／０１７６５００号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、スティフナとスキンとから構成される構造体には、スキンと、曲げ加工を施した板状のスティフナとを接合したものがある。このような構造体においても、スティフナの端部に対してテーパ加工を施す場合がある。この場合、曲げ加工を施したスティフナに対して、テーパ加工を施すと、作業性の悪さから、曲げ加工を施したスティフナの形状に不具合が発生する可能性がある。このような不具合を回避するために、平板状のスティフナに対してテーパ加工を施し、その後に曲げ加工を施すことがある。
【０００６】
しかしながら、平板状のスティフナに対してテーパ加工を施した場合、その後に曲げ加工を施すことで、スティフナの内側面と外側面との周長差から、曲げ加工前と後とで、テーパ面の角度（スティフナとスキンとを接合する際に、スキンとテーパ面とが為す角度）が変化する。詳細には、通常では、テーパ角度が大きくなるようにテーパ面の角度が変化する。したがって、曲げ加工後のテーパ角度を所望の角度にするためには、テーパ加工を施す際に、所望のテーパ角度よりも小さいテーパ角度となるように加工を施す必要がある。
【０００７】
ここで、スキンの繊維うねり等の発生を抑制するためには、例えば、テーパ角度を４５度以下となるように、テーパ面を形成することが好適である。すなわち、平板状のスティフナに対してテーパ加工する際には、少なくとも、テーパ角度を４５度よりもさらに小さい角度とする必要がある。
【０００８】
しかしながら、テーパ角度が小さい場合には、テーパ加工が困難となるため、加工精度が低下するという問題を招来する可能性があった。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、テーパ加工を容易化し、加工精度を向上させることができる複合材を用いた構造体の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の複合材を用いた構造体の製造方法は以下の手段を採用する。
本発明の一態様に係る複合材を用いた構造体の製造方法は、スキンと、板厚方向に繊維層が積層された複合材であるスティフナと、を有する複合材を用いた構造体の製造方法であって、平板面である第１面及び該第１面の反対側の面である第２面を有する未硬化状態の板状の前記スティフナに対して、前記第２面と角度を為す第１テーパ面を形成するテーパ加工工程と、前記テーパ加工工程でテーパ加工を施した前記スティフナに対して、前記第２面が内側となるように曲げ加工を施す曲げ加工工程と、前記曲げ加工工程で曲げ加工を施した前記スティフナの前記第１面と前記スキンとが接触するように、前記スティフナと前記スキンとを配置する配置工程と、前記配置工程で配置した前記スティフナ及び前記スキンを可撓性材料で覆い、該可撓性材料の内部を真空吸引する真空吸引工程と、前記真空吸引工程を行った後の前記スティフナを硬化させ、前記スティフナと前記スキンとを接合する接合工程と、を備え、前記テーパ加工工程では、前記曲げ加工工程で曲げ加工を施した後の前記第１テーパ面と前記第２面とが為す角度が鋭角になるようにテーパ加工を施し、前記真空吸引工程では、前記第１面と前記スキンとの接触状態を維持しつつ、前記第１テーパ面が前記スキンと接触するように前記スティフナを変形させるとともに、前記スキンに対して鋭角となる角度を為す第２テーパ面が前記第２面に形成されるように前記スティフナを変形させるように真空吸引を行う。
【００１１】
上記構成では、スティフナに対して、曲げ加工を施す前にテーパ加工を施している。これにより、板状のスティフナに対して、テーパ加工を施すことができるので、テーパ加工し易い。したがって、スティフナに対して正確にテーパ加工を施すことができる。
第２面は、曲げ加工工程で内側となる面であるので、第１テーパ面と第２面とが為す角度（以下、第１テーパ面と第２面とが為す角度を「テーパ角度」という。）は、曲げ加工を施すことで小さくなる。すなわち、曲げ加工を施す前の平板状のスティフナにおけるテーパ角度は、曲げ加工を施した後のスティフナにおけるテーパ角度よりも大きくなる。上記構成では、曲げ加工工程で曲げ加工を施した後の第１テーパ面と第２面とが為す角度が鋭角になるようにテーパ加工を施している。これにより、曲げ加工を施す前の平板状のスティフナにおけるテーパ角度（すなわち、テーパ加工工程において第１テーパ面を形成する際のテーパ角度）は、鋭角よりも大きくなるので、９０度に近い角度になる。このように、テーパ加工を施す際のテーパ角度を９０度に近い角度とすることができるので、テーパ加工を容易化することができる。これにより、テーパ加工の加工精度を向上させることができる。
【００１２】
また、本発明の一態様に係る複合材を用いた構造体の製造方法は、前記テーパ加工工程では、前記第１テーパ面と前記第２面とが為す角度が、前記接合工程における硬化による前記スティフナの板厚の変化を考慮して設定した角度となるように、テーパ加工を施してもよい。
【００１３】
硬化前のスティフナを硬化させると、スティフナの板厚に変化が発生するので、板厚の変化に応じて第２テーパ面とスキンとが為す角度にも変化が生じる。上記構成では、テーパ加工時にテーパ加工を施すテーパ角度を、接合工程における硬化によるスティフナの板厚の変化を考慮して設定した角度としているので、接合工程後のスティフナにおける第２テーパ面とスキンとが為す角度を所望の角度とすることができる。
【００１４】
また、本発明の一態様に係る複合材を用いた構造体の製造方法は、前記配置工程及び前記真空吸引工程における前記スキンは、未硬化の状態であって、前記接合工程で、前記スキンを硬化させてもよい。
【００１５】
上記構成では、未硬化の状態におけるスキンに対して、該スキンと鋭角の角度を為すテーパ加工を施したスティフナを接合しているので、スティフナの端部によるスキンの繊維うねりの発生を抑制することができる。したがって、製造した構造体の強度を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、テーパ加工を容易化し、加工精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る製造方法で製造する複合材料を用いた構造体を示す模式的な正面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る製造方法を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る製造方法において、テーパ角度を計算する方法を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る製造方法において、テーパ角度を計算する方法を示す図である。
【図５】本発明の第１比較例に係る製造方法を示す図である。
【図６】本発明の第２比較例に係る製造方法を示す図である。
【図７】図１の構造体の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明に係る複合材を用いた構造体の製造方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１９】
［構造体］
まず、本実施形態に係る複合材を用いた構造体の製造方法で製造される構造体について、図１を用いて説明する。
本実施形態に係る複合材を用いた構造体の製造方法で製造される構造体１は、例えば、航空機のパネル等に用いられる構造体１であって、図１に示すように、スキン２と、スキン２を補強するスティフナ３とによって構成されている。スキン２とスティフナ３とは、接合され、一体化されている。
【００２０】
スキン２は、シート状のプリプレグ基材を板厚方向に積層したプリプラグ積層体を硬化させたもので、板状に形成されている。スティフナ３は、シート状のプリプレグ基材（繊維層）３ａを積層したプリプラグ積層体を硬化させたもので（図４参照）、スキン２の平板面に接合されている。スティフナ３は、スキン２の平板面に接合する接合部４と、接合部４の上面から略垂直に湾曲して延びるウェブ部５と、を一体的に有している。すなわち、スティフナ３は、長手方向の断面形状が略Ｔ状に形成されている。接合部４の両端には、スキン２と所定の角度を為すテーパ面（後述する第２テーパ面６ｄ）が形成されている。
【００２１】
［製造方法］
次に、構造体１を製造する方法について、図２を用いて説明する。本実施形態では、スティフナ３は、ウェブ部５の板厚方向の中央で分割される第１スティフナ６及び第２スティフナ７を接合することによって構成されている。第１スティフナ６と、第２スティフナ７は、ウェブ部５の板厚方向の中央線Ｃ１を基準として、面対称に構成されている。そのため、以下では主に第１スティフナ６に関して説明し、第２スティフナ７に関しては詳細な説明は省略する。
【００２２】
まず、図２（ａ）に示すように、未硬化状態であって、平板状のプリプレグ積層体である第１スティフナ６に対して、テーパ加工を施す（テーパ加工工程）。具体的には、平板面である第１面６ａ及び第１面６ａの反対側の面である第２面６ｂを有する平板状の第１スティフナ６の一端部を切断することで、第１面６ａ及び第２面６ｂに対して傾斜角度を為す第１テーパ面６ｃを形成する。この時、後述する曲げ工程で内側となる第２面６ｂと第１テーパ面６ｃとが為す角度（以下、第２面６ｂと第１テーパ面６ｃとが為す角度を「第１テーパ角度」という。）が角度φとなるように、第１テーパ面６ｃを形成する。なお、本実施形態では、第１テーパ角度φが鋭角となるとともに、第１面６ａと第１テーパ面６ｃとが為す角度が鈍角となるように、第１テーパ面６ｃを形成している。
【００２３】
次に、図２（ｂ）に示すように、所定の角度（本実施形態では、略９０度）に湾曲した角部８ａを有する冶具８の該角部８ａに対して、第１スティフナ６を押し付けることで、第１スティフナ６に曲げ加工を施す（曲げ加工工程）。この時、第１スティフナ６の第２面６ｂが内側となるように、曲げ加工を施す。すなわち、冶具８と第２面６ｂとが接触するように曲げ加工を施す。曲げ加工を施すと、第１面６ａと第２面６ｂとの周長差から、第１テーパ角度は、テーパ加工よりも小さくなる。具体的には、第１テーパ角度は、角度φから角度θとなる。なお、φ＞θであり、角度θは鋭角である。曲げ加工を行った第１スティフナ６の湾曲部分６ｆよりも先端側部分６ｅは、接合部４を構成し、湾曲部分６ｆよりも基部側部分６ｇは、ウェブ部５を構成する。
【００２４】
次に、図２（ｃ）に示すように、第１スティフナ６とスキン２とが接触するように、第１スティフナ６及びスキン２を配置する（配置工程）。なお、スキン２は、未硬化状態である。このとき、曲げ加工で曲げ加工を施した第１スティフナ６を時計回りに９０度回転させた状態で、配置する。すなわち、第１スティフナ６の第１面６ａのうち湾曲部分６ｆよりも先端側部分６ｅと、スキン２の平板面とが接触するように配置する。このとき、第１テーパ面６ｃは、スキン２と接触していない。より詳細には、第１テーパ面６ｃは、第１テーパ面６ｃと第１面６ａとの接続部分から、第１テーパ面６ｃと第２面６ｂとの接続部分に向かうにしたがって、スキン２の平板面との離間距離が長くなっている。
【００２５】
次に、図２（ｄ）に示すように、スキン２及び第１スティフナ６を、図示省略の真空バッグ（可撓性材料）で覆い、真空バッグの内部を真空状態となるように吸引する（真空吸引工程）。真空状態となるように吸引することで、第１スティフナ６は、第１面６ａの先端側部分６ｅとスキン２との接触状態を維持しつつ、第１テーパ面６ｃがスキン２と接触するように変形する。すなわち、第１面６ａと第１テーパ面６ｃとが連続する平面となるように変形する。また、同時に、第１スティフナ６は、第２面６ｂの先端側部分６ｅに、スキン２に対して所定の角度を為す第２テーパ面６ｄが形成されるように変形する。このとき、スキン２と第２テーパ面６ｄとが為す角度（以下、スキン２と第２テーパ面６ｄとが為す角度を「第２テーパ角度」という。）は、角度αとなっている。第２テーパ角度は、第１テーパ角度によって決定される。なお、本実施形態では、角度αは鋭角である。
【００２６】
次に、図２（ｅ）に示すように、第１スティフナ６及びスキン２を加熱することで硬化させる。このとき、第１スティフナ６の板厚は、薄くなるように変化する。具体的には、第１スティフナ６の板厚は、ｔからｔｆとなる（ｔ＞ｔｆ）。また、第２テーパ角度は、第１スティフナ６の板厚の変化に伴って、角度が小さくなる。具体的には、第２テーパ角度は、角度αから角度α’となる（α＞α’）。第１スティフナ６及びスキン２を硬化させることで、第１スティフナ６とスキン２とが接合する（接合工程）。
【００２７】
そして、上記方法と同様の方法で、第２スティフナ７をスキン２に対して接合するとともに、第１スティフナ６と第２スティフナ７とを接合する。このようにして、構造体１は製造される。なお、上記説明では、第１スティフナ６と第２スティフナ７とで、別々に真空吸引工程及び接合工程を行う例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、第１スティフナ６の配置工程まで行った後に、第２スティフナ７の配置工程までを行い、その後に、第１スティフナ６と第２スティフナ７に対して、まとめて真空吸引工程及び接合工程を行ってもよい。
【００２８】
［角度の設定方法］
次に、テーパ加工工程で、テーパ加工を行う際の、第１テーパ角度（本実施形態では、角度φ）の設定の仕方について、図３及び図４を用いて説明する。本実施形態では、第１テーパ角度φは、第１スティフナ６が硬化した際の第２テーパ角度（本実施形態では、角度α’）が所望の角度となるように設定される。すなわち、角度φは、角度α’から各加工工程における角度の変化を踏まえて、逆算することで設定される。
【００２９】
まず、図３を用いて、曲げ加工工程における第１テーパ角度の変化について説明する。なお、図３では、曲げ加工後の第１スティフナ６を実線で示し、曲げ加工前の第１スティフナ６を二点鎖線で示している。また、以下の説明では、第１スティフナ６の第１面６ａの長さをＬＡとし、第２面６ｂの長さをＬＢとしている。
【００３０】
ＬＡは、以下の式（１）で示される。
ＬＡ＝ｌＡ１＋ｌＡ２＋ｌＡ３・・・（１）
但し、ｌＡ１：曲げ加工後の第１スティフナ６における第１面６ａの湾曲部分６ｆよりも基部側部分６ｇの長さ
ｌＡ２：曲げ加工後の第１スティフナ６における第１面６ａの湾曲部分６ｆの長さ
ｌＡ３：曲げ加工後の第１スティフナ６における第１面６ａの湾曲部分６ｆよりも先端側部分６ｅの長さ
【００３１】
ＬＢは、以下の式（２）で示される。
ＬＢ＝ｌＢ１＋ｌＢ２＋ｌＢ３・・・（２）
但し、ｌＢ１：曲げ加工後の第１スティフナ６における第２面６ｂの湾曲部分６ｆよりも基部側部分６ｇの長さ
ｌＢ２：曲げ加工後の第１スティフナ６における第２面６ｂの湾曲部分６ｆの長さ
ｌＢ３：曲げ加工後の第１スティフナ６における第２面６ｂの湾曲部分６ｆよりも先端側部分６ｅの長さ
【００３２】
テーパ加工を施すことで、第１面６ａの長さＬＡは、第２面６ｂの長さＬＢよりも短くなっている。ＬＢ−ＬＡは、三角関数を用いて算出され、以下の式（３）で示される。但し、ｔは、硬化前の第１スティフナ６の板厚である。
【００３３】
【数１】
2020055268.tif 000003
【００３４】
ｌＢ２は、半径Ｒの９０度の円弧となるので、以下の式（４）で示される。
【００３５】
【数２】
2020055268.tif 000004
【００３６】
また、ｌＡ２は、半径Ｒ＋ｔの９０度の円弧となるので、以下の式（５）で示される。
【００３７】
【数３】
2020055268.tif 000005
【００３８】
ＬＢ−ＬＡは、式（３）とは別に、式（１）及び式（２）から、以下の式（６）で示される。
ＬＢ−ＬＡ＝（ｌＢ１−ｌＡ１）＋（ｌＢ２−ｌＡ２）＋（ｌＢ３−ｌＡ３）・・・（６）
【００３９】
ｌＢ１＝ｌＡ１である。また、式（４）及び式（５）を式（６）に代入することで、ＬＢ−ＬＡは、以下の式（７）で示される。
【００４０】
【数４】
2020055268.tif 000006
【００４１】
式（３）の右辺と、式（７）の右辺とは等しくなるので、以下の式（８）が示される。
【００４２】
【数５】
2020055268.tif 000007
【００４３】
式（８）を（ｌＢ３−ｌＡ３）を左辺として示すと、以下の式（９）で示される。
【００４４】
【数６】
2020055268.tif 000008
【００４５】
ここで、ｔａｎθは、三角関数を用いることで算出され、以下の式（１０）で示される。
【００４６】
【数７】
2020055268.tif 000009
【００４７】
式（１０）に、式（９）を代入することで、ｔａｎθは、以下の式（１１）で示される。
【００４８】
【数８】
2020055268.tif 000010
【００４９】
式（１１）を、φを左辺として示すと、以下の式（１２）で示される。
【００５０】
【数９】
2020055268.tif 000011
【００５１】
このように、テーパ加工時における第１テーパ角度φは、曲げ加工後の第１テーパ角度θと、上記式（１２）とを用いることで求めることができる。
【００５２】
次に、曲げ加工後の第１テーパ角度θの求め方について、図４を用いて説明する。なお、図４（ａ）は、図２（ｅ）に対応するもので、硬化後の第１スティフナ６を示している。また、図４（ｂ）は、図２（ｄ）に対応するもので、真空吸引後であって硬化前の第１スティフナ６を示している。図４（ｃ）は、図２（ｃ）に対応するもので、真空吸引前の第１スティフナ６を示している。なお、図４における黒塗り矢印は、角度θを求めるための逆算の手順を示したものであって、加工手順とは逆の順番となっている。
【００５３】
まず、図４（ａ）及び図４（ｂ）を用いて、第１スティフナ６の硬化に起因する第２テーパ角度の変化について説明する。
図４（ａ）に示されている角度α’は、第１スティフナ６の硬化後における所望の第２テーパ角度である。また、図４（ａ）及び図４（ｂ）において、Ａは、第２テーパ面６ｄの一端を示している。詳細には、Ａは、第２テーパ面６ｄと第１面６ａとの接続部分を示している。また、Ｂは、第２テーパ面６ｄの他端を示している。詳細には、Ｂは、第２テーパ面６ｄと第２面６ｂとの接続部分を示している。
【００５４】
硬化後の第１スティフナ６の第２テーパ面６ｄの長さ（すなわち、ＡＢ間の長さ）は、図４（ａ）に示されるように、三角関数等を用いることで算出され、以下の式（１３）で示される。但し、ｔｆは、硬化後の第１スティフナ６の板厚を表している。
【００５５】
【数１０】
2020055268.tif 000012
【００５６】
また、真空吸引後であって、かつ、硬化前の第１スティフナ６の第２テーパ面６ｄの長さ（すなわち、ＡＢ間の長さ）は、図４（ｂ）に示されるように、三角関数等を用いることで算出され、以下の式（１４）で示される。但し、ｔは、硬化前の第１スティフナ６の板厚を表している。
【００５７】
【数１１】
2020055268.tif 000013
【００５８】
硬化前の第１スティフナ６の第２テーパ面６ｄの長さと、硬化後の第１スティフナ６の第２テーパ面６ｄの長さとは、等しくなるので、式（１３）及び式（１４）から、以下の式（１５）が示される。
【００５９】
【数１２】
2020055268.tif 000014
【００６０】
ｔとｔｆとの関係は、以下の式（１６）で示される。
ｔｆ＝ｔ／β・・・（１６）
但し、β：バルクファクタ
【００６１】
バルクファクタβは、第１スティフナ６の材質（プリプレグ基材３ａ同士の間に介在する空気も含む）や、プリプレグ基材３ａの積層方法（手動で積層するか、装置を用いて自動的に積層するか等）や、接合工程における接合方法（加熱する場合には加熱温度、加圧する場合には加圧圧力）等に基づいて設定される値である。
【００６２】
式（１５）に式（１６）を代入し、両辺を整理することで、以下の式（１７）が示される。
【００６３】
【数１３】
2020055268.tif 000015
【００６４】
次に、図４（ｃ）を用いて、第１スティフナ６の真空吸引工程における、第１テーパ角度θと第２テーパ角度αとの関係について説明する。図４（ｃ）において、Ａは、第２面６ｂの先端を示している。また、Ｂは、第２面６ｂのうち第１テーパ面６ｃと第１面６ａとの接合部分から最も近い位置を示している。すなわち、図４（ｃ）のＡＢ間は、真空吸引工程を行った後に、第２テーパ面６ｄとなる部分を示している。したがって、図４（ｃ）のＡＢ間の長さは、図４（ａ）及び図４（ｂ）のＡＢ間の長さと等しくなる。具体的には、ＡＢ間の長さは、上記式（１４）で示すことができる。
【００６５】
真空吸引工程前におけるｔａｎθは、三角関数を用いることで算出され、「板厚ｔ／ＡＢ間の距離」で示される。ＡＢ間の距離は、上記式（１４）で示されるので、ｔａｎθは、以下の式（１８）で示される。
【００６６】
【数１４】
2020055268.tif 000016
【００６７】
上記式（１８）から、第１テーパ角度θは、以下の式（１９）で示される。
【００６８】
【数１５】
2020055268.tif 000017
【００６９】
式（１９）の「（１／ｔａｎα）＋α」に、上記式（１７）を代入することで、以下の式（２０）が示される。
【００７０】
【数１６】
2020055268.tif 000018
【００７１】
このように、曲げ加工後の第１テーパ角度θは、第１スティフナ６の硬化後における所望の第２テーパ角度α’と、上記式（２０）とを用いることで求めることができる。
すなわち、上記式（２０）と、上記式（１２）とを用いることで、第１スティフナ６の硬化後における所望の第２テーパ角度α’から、テーパ加工時における第１テーパ角度φを算出することができる。換言すれば、算出した第１テーパ角度φで、第１スティフナ６を切断することで、硬化後における第１スティフナ６の第２テーパ角度α’を所望の角度とすることができる。
【００７２】
具定例を挙げると、第１スティフナ６の硬化後における第２テーパ角度α’を４５度にしたい場合には、硬化前の第２テーパ角度αは、６１度となる。また、曲げ加工後であって、かつ、真空吸引前の第１テーパ角度θは、３１．６度となる。そして、テーパ加工時における第１テーパ角度φは、８７度となる。なお、この例では、バルクファクタβを１．１として算出を行っている。
【００７３】
本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
【００７４】
第１スティフナ６にテーパ加工を施す方法としては、図５の第１比較例に示す方法も考えられる。具体的には、第１比較例では、まず、第１スティフナ１６に対して、テーパ加工を施していない状態（図５（ａ）参照）で、第２面１６ｂが内側となるように曲げ加工を施す。曲げ加工を施した後に、図５（ｂ）の破線で示すラインに沿って切断を行い、第１スティフナ１６にテーパ加工を施す。その後の配置工程では、第１面１６ａのみがスキン２の平板面に接触するように配置される（図５（ｃ）参照）。また、真空吸引工程では、第１スティフナ１６の形状は特段変化をしない（図５（ｄ）参照）。また、接合工程（図５（ｅ）参照）は、本実施形態と同様のため、その詳細な説明は省略する。
【００７５】
しかしながら、第１比較例に示す方法だと、曲げ加工を施した後の第１スティフナ１６に対して、テーパ加工を施すことになり、作業性の悪さから、第１スティフナ１６の形状に不具合が発生する可能性がある。一方、本実施形態では、第１スティフナ６に対して、曲げ加工を施す前にテーパ加工を施している。これにより、板状の第１スティフナ６に対して、テーパ加工を施すことができるので、テーパ加工し易い。したがって、第１スティフナ６に対して正確にテーパ加工を施すことができる。
【００７６】
また、第１スティフナ６にテーパ加工を施す方法としては、図６の第２比較例に示す方法も考えられる。具体的には、第２比較例では、曲げ加工を施す前の第１スティフナ２６に対してテーパ加工を施しているが、曲げ工程で内側となる第２面２６ｂと第１テーパ面２６ｃとが為す角度Ｘが鈍角となり、第１面２６ａと第１テーパ面２６ｃとが為す角度Ｙが鋭角となるように、テーパ加工を施している（図６（ａ）参照）。また、曲げ加工後の第１スティフナ２６においても、第２面２６ｂと第１テーパ面２６ｃとが為す角度Ｘ’が鈍角となり、第１面２６ａと第１テーパ面２６ｃとが為す角度Ｙ’が鋭角となっている（図６（ｂ）参照）。その後の配置工程（図５（ｃ）参照）、真空吸引工程（図５（ｄ）参照）及び接合工程（図５（ｅ）参照）は、第１比較例と同様であるので、その詳細な説明は省略する。
【００７７】
第１スティフナ２６に曲げ加工を施すと、第１スティフナ２６の内側面と外側面との周長差から、曲げ加工を施す前の角度と、曲げ加工を施した後の角度とは、異なる角度となる。具体的には、第２面２６ｂと第１テーパ面２６ｃとが為す角度Ｘは、曲げ加工を施した後の角度Ｘ’と比較して、大きい角度である。また、第１面２６ａと第１テーパ面２６ｃとが為す角度Ｙは、曲げ加工を施した後の角度Ｙ’と比較して、小さい角度である。
【００７８】
第２比較例では、曲げ加工後の第１スティフナ２６における角度Ｘ’が鈍角に形成され、角度Ｙ’が鋭角に形成されている。すなわち、曲げ加工前の第１スティフナ２６における角度Ｘは、角度Ｘ’よりも大きい鈍角になるとともに、角度Ｙは、角度Ｙ’よりも小さい鋭角になる。換言すれば、曲げ加工前の第１スティフナ２６は、曲げ加工後の第１スティフナ２６よりも、先端が鋭い角度となっている。
【００７９】
このように、第２比較例の方法では、曲げ加工後に所望のテーパ角度得るために、テーパ加工を施す際に、より第１スティフナ２６の先端が鋭くなるように（小さいテーパ角度となるように）加工を施す必要がある。したがって、テーパ加工が困難となるため、加工精度が低下するという問題を招来する可能性があった。
【００８０】
また、スキン２の繊維うねり等の発生を抑制するためには、例えば、スキン２とテーパ面とが為す角度を４５度以下となるように、第２テーパ面を形成することが好適である。すなわち、平板状の第１スティフナに対してテーパ加工する際には、少なくとも、テーパ角度を４５度よりもさらに小さい角度とする必要がある。具体的には、第２比較例において、曲げ加工後の角度Ｙ’を４５度に形成したい場合には、曲げ加工前の第１スティフナ２６に対して、角度Ｙが２１．３度となるように第１テーパ面２６ｃを形成する必要がある。このような角度が浅くなるようにテーパ面を形成することは、テーパ加工作業が煩雑となる可能性がある。
【００８１】
本実施形態では、曲げ加工工程で曲げ加工を施した後の第１テーパ角度θが鋭角になるようにテーパ加工を施している。これにより、曲げ加工を施す前の第１テーパ角度（すなわち、第１テーパ面６ｃを形成する際の第１テーパ角度φ）は、鋭角よりも大きくなるので、９０度に近い角度になる。このように、テーパ加工を施す際のテーパ角度を９０度に近い角度とすることができるので、テーパ加工を容易化することができる。これにより、テーパ加工の加工精度を向上させることができる。
【００８２】
また、本実施形態では、テーパ加工時にテーパ加工を施す第１テーパ角度φを、接合工程における硬化による第１スティフナ６の板厚の変化を考慮して設定した角度としている。これにより、接合工程後の第１スティフナ６における第２テーパ角度α’を所望の角度とすることができる。
【００８３】
また、本実施形態では、未硬化の状態におけるスキン２に対して、該スキン２と鋭角の角度を為すテーパ加工を施した第１スティフナ６を接合しているので、第１スティフナ６の端部によるスキン２の繊維うねりの発生を抑制することができる。したがって、製造した構造体１の強度を向上させることができる。
【００８４】
なお、本発明は、上記実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。
【００８５】
例えば、上記実施形態では、スティフナ３が、接合部４とウェブ部５とによって構成される例について説明したが、スティフナ３の形状は、これに限定されない。スティフナ３は、スキン２と接合する接合部４と、接合部４から湾曲して延びるウェブ部５とを有している形状であればよい。スティフナ３は、例えば、構造体９は、図７に示すように、ウェブ部５の先端に設けられ接合部４と略平行に延びるフランジ部１０を有し、断面形状が略Ｉ状に形成されていてもよい。
【００８６】
また、上記実施形態では、製造された構造体１を航空機に用いる例について説明したが、他の機器に適用してもよく、例えば、船舶に適用してもよい。
【００８７】
また、上記実施形態では、未硬化状態のスキン２と、未硬化状態のスティフナ３とを接合する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、硬化状態のスキンと、未硬化状態のスティフナ３とを接合してもよい。また、例えば、金属のスキンと、未硬化状態のスティフナ３とを接合してもよい。
【００８８】
また、上記実施形態では、テーパ加工時における第１テーパ角度φが鋭角になる例について説明したが、本発明はこれに限定されない。テーパ加工時における第１テーパ角度φは鈍角であってもよく、また、９０度であってもよい。硬化後における第１スティフナ６の第２テーパ角度α’やバルクファクタβの設定によっては、第１テーパ角度φが鈍角や９０度となることもありうる。
【００８９】
また、上記実施形態では、接合工程において、スティフナ３及びスキン２に対して、加熱したが、加熱せずにスティフナ３を硬化させて、スティフナ３とスキン２とを接合してもよい。また、接合工程において、スティフナ３及びスキン２に対して、加圧をし、スティフナ３とスキン２とを接合してもよい。
【符号の説明】
【００９０】
１      ：構造体
２      ：スキン
３      ：スティフナ
３ａ    ：プリプレグ基材
４      ：接合部
５      ：ウェブ部
６      ：第１スティフナ
６ａ    ：第１面
６ｂ    ：第２面
６ｃ    ：第１テーパ面
６ｄ    ：第２テーパ面
６ｅ    ：先端側部分
６ｆ    ：湾曲部分
６ｇ    ：基部側部分
７      ：第２スティフナ
８      ：冶具
８ａ    ：角部
１６    ：第１スティフナ
１６ａ  ：第１面
２６    ：第１スティフナ
２６ａ  ：第１面
２６ｂ  ：第２面
２６ｃ  ：第１テーパ面
Ｃ１    ：中央線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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