(57)【要約】【課題】サイズが大きくても容易に製造することができ、軽くて、高い強度を発揮することができる複合材パネルの製造方法および複合材パネルを提供することができるようにする。【解決手段】一方の織物１３と他方の織物１４との間に成形材１１を介在させ、成形材１１の周縁部にて、一方の織物１３と他方の織物１４とを接合させ、一方の織物１３と他方の織物１４とを、樹脂１２で硬化させる複合材パネルの製造方法において、成形材１１は、内部に独立した空間を有し、一方の織物１３または他方の織物１４の側面に樹脂１２を配置し、成形材１１と、一方の織物１３と、他方の織物１４と、樹脂１２とを袋体１９に入れ、袋体１９内を負圧吸引して、高温高圧環境下で、樹脂１２を一方の織物１３および他方の織物１４に含浸させ、硬化させることを特徴とする。【選択図】　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の織物と他方の織物との間に成形材を介在させ、前記成形材の周縁部にて、前記一方の織物と前記他方の織物とを接合させ、
前記一方の織物と前記他方の織物とを、樹脂で硬化させる複合材パネルの製造方法において、
前記成形材として、内部に独立した空間を有するものを用い、
前記一方の織物または前記他方の織物の側面に樹脂を配置し、前記成形材と、前記一方の織物と、前記他方の織物と、前記樹脂とを袋体に入れ、
前記袋体内を負圧吸引して、高温高圧環境下で、前記樹脂を前記一方の織物および前記他方の織物に含浸させ、硬化させることを特徴とする複合材パネルの製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の複合材パネルの製造方法において、
前記成形材に、予め、前記一方の織物側と前記他方の織物側とに開口部を持つ、樹脂通過手段を設けておき、
前記樹脂を、前記樹脂通過手段を通って前記一方の織物または前記他方の織物に含浸させることを特徴とする複合材パネルの製造方法。
【請求項３】
一方の織物と他方の織物との間に成形材を介在させ、前記成形材の周縁部にて、前記一方の織物と前記他方の織物とを接合させ、
前記一方の織物と前記他方の織物とを、樹脂で硬化させる複合材パネルの製造方法において、
前記一方の織物と前記他方の織物とを、前記周縁部にて、緊縛することを特徴とする複合材パネルの製造方法。
【請求項４】
一方の織物と他方の織物との間に成形材が介在され、前記成形材の周縁部にて、前記一方の織物と前記他方の織物とが接合され、
前記一方の織物と前記他方の織物とは、樹脂で硬化される複合材パネルにおいて、
前記成形材は、内部に独立した空間を有し、
前記一方の織物と前記成形材と前記他方の織物とが密着されることを特徴とする複合材パネル。
【請求項５】
請求項４記載の複合材パネルにおいて、
前記成形材には、前記一方の織物側と前記他方の織物側とに開口部を持つ、樹脂通過手段が設けられていることを特徴とする複合材パネル。
【請求項６】
一方の織物と他方の織物との間に成形材を介在させ、前記成形材の周縁部にて、前記一方の織物と前記他方の織物とを接合させ、
前記一方の織物と前記他方の織物とを、樹脂で硬化される複合材パネルにおいて、
前記一方の織物と前記他方の織物とは、前記周縁部にて、緊縛手段を用いて緊縛されることを特徴とする複合材パネル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、航空機用のサンドイッチ構造をもつ複合材パネルの製造方法、および複合材パネルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、航空機用の複合材パネルとして図５、図６に示すものが知られている。図５において、複合材パネル５０は、蜂の巣状に穴のあいたハニカムコア５１と、樹脂で固めたカーボン繊維の第一の織物５２と第二の織物５３とから構成されている。ハニカムコア５１の端部には、傾斜面５４と、切落し部５５とが設けられている。
【０００３】
上記の構成による複合材パネル５０は、図６に示すように、ハニカムコア５１に、プリプレグ５６と呼ばれる、未硬化樹脂を含浸させたカーボン繊維の第一の織物５２と第二の織物５３とを積層させて、オートクレーブ５７の中に入れて、高温高圧の条件下で樹脂を硬化させて製造される。
【０００４】
または、先にプリプレグ５６のみを積層させて、オートクレーブ５７で硬化させて、その後、ハニカムコア５１の上下に接着して製造されることもある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の構成による複合材パネルの製造方法は、未硬化樹脂の含浸物であるプリプレグの取り扱いが難しく、ハニカムコアの上下に積層させるのに手間がかかるという問題があり、プリプレグを先に硬化させた場合でも、ハニカムコアの上下に接着する工程が新たに必要になり、手間がかかる、コストがかかるという問題は残る。
【０００６】
さらに、ハニカムコアの切落し部において、ハニカムコアの上に積層された第一の織物と、ハニカムコアの下に積層された第二の織物との層間に亀裂が生じやすく、層間剥離を起こしやすいという問題があった。
【０００７】
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、サイズが大きくても容易に製造することができ、軽くて、高い強度を発揮することができる複合材パネルの製造方法および複合材パネルを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の複合材パネルの製造方法および複合材パネルでは、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
請求項１にかかる発明は、一方の織物と他方の織物との間に成形材を介在させ、前記成形材の周縁部にて、前記一方の織物と前記他方の織物とを接合させ、
前記一方の織物と前記他方の織物とを、樹脂で硬化させる複合材パネルの製造方法において、前記成形材として、内部に独立した空間を有するものを用い、前記一方の織物または前記他方の織物の側面に樹脂を配置し、前記成形材と、前記一方の織物と、前記他方の織物と、前記樹脂とを袋体に入れ、前記袋体内を負圧吸引して、高温高圧環境下で、前記樹脂を前記一方の織物および前記他方の織物に含浸させ、硬化させることを特徴とする。
【０００９】
この発明にかかる複合材パネルの製造方法によれば、前記成形材に、内部に独立した空間を持つものを用いるため、前記成形材内部への前記樹脂の含浸が防がれ、少ない前記樹脂の量で、前記一方の織物と前記他方の織物とを十分に含浸させ、硬化させることができる。
【００１０】
また、前記成形材内部への前記樹脂の含浸が防がれるため、前記成形材の重量が増加することを防ぐことができる。
【００１１】
さらに、前記一方の織物と前記他方の織物への前記樹脂の含浸と硬化が、同時に行われるので、未硬化のプリプレグを取り扱う工程がなくなり、作業を楽にすることができる。
【００１２】
請求項２にかかる発明は、請求項１記載の複合材パネルの製造方法において、前記成形材に、予め、前記一方の織物側と前記他方の織物側とに開口部を持つ、樹脂通過手段を設けておき、前記樹脂を、前記樹脂通過手段を通って前記一方の織物または前記他方の織物に含浸させることを特徴とする。
【００１３】
この発明にかかる複合材パネルの製造方法によれば、前記樹脂は、前記樹脂通過手段を通って前記一方の織物または前記他方の織物に含浸するため、前記成形材のサイズが大きくなり、前記樹脂が、前記成形材の前記周縁部から回りこんで前記一方の織物または前記他方の織物に十分に含浸されなくなっても、前記樹脂は、前記樹脂通過手段を通って前記一方の織物または前記他方の織物へ十分に含浸されることができる。
【００１４】
請求項３にかかる発明は、一方の織物と他方の織物との間に成形材を介在させ、前記成形材の周縁部にて、前記一方の織物と前記他方の織物とを接合させ、前記一方の織物と前記他方の織物とを、樹脂で硬化させる複合材パネルの製造方法において、前記一方の織物と前記他方の織物とを、前記周縁部にて、緊縛することを特徴とする。
【００１５】
この発明にかかる複合材パネルの製造方法によれば、前記一方の織物と前記他方の織物とを、前記周縁部にて、緊縛するため、前記一方の織物と前記他方の織物との層間に、せん断方向、引っ張り方向の力を緊縛していることで受け止めることができる。
【００１６】
また、前記一方の織物と前記他方の織物との層間に亀裂が発生しても、前記一方の織物と前記他方の織物とを緊縛していることで、亀裂の進展を止めることができる。
【００１７】
請求項４にかかる発明は、一方の織物と他方の織物との間に成形材が介在され、前記成形材の周縁部にて、前記一方の織物と前記他方の織物とが接合され、前記一方の織物と前記他方の織物とは、樹脂で硬化される複合材パネルにおいて、前記成形材は、内部に独立した空間を有し、前記一方の織物と前記成形材と前記他方の織物とが密着されることを特徴とする。
【００１８】
この発明にかかる複合材パネルによれば、前記成形材は、内部に独立した空間を持つため、前記成形材内部への前記樹脂の含浸が防がれるため、少ない前記樹脂の量で、前記一方の織物と前記他方の織物とを十分に含浸させ、硬化させることができる。
【００１９】
また、前記成形材は、前記成形材内部への前記樹脂の含浸が防がれるため、前記成形材の重量が増加することを防ぐことができる。
【００２０】
請求項５にかかる発明は、請求項４記載の複合材パネルにおいて、前記成形材には、前記一方の織物側と前記他方の織物側とに開口部を持つ、樹脂通過手段が設けられていることを特徴とする。
【００２１】
この発明にかかる複合材パネルによれば、前記成形材には、樹脂通過手段が設けられているため、前記成形材のサイズが大きくなり、前記樹脂が、前記成形材の前記周縁部から回りこんで前記一方の織物または前記他方の織物に十分に含浸されなくなっても、前記樹脂は、前記樹脂通過手段を通って前記一方の織物または前記他方の織物へ十分に含浸されることができる。
【００２２】
請求項６にかかる発明は、一方の織物と他方の織物との間に成形材を介在させ、前記成形材の周縁部にて、前記一方の織物と前記他方の織物とを接合させ、前記一方の織物と前記他方の織物とを、樹脂で硬化される複合材パネルにおいて、前記一方の織物と前記他方の織物とは、前記周縁部にて、緊縛手段を用いて緊縛されることを特徴とする。
【００２３】
この発明にかかる複合材パネルによれば、前記一方の織物と前記他方の織物とを、緊縛する緊縛手段が設けられているため、前記一方の織物と前記他方の織物との層間に、せん断方向、引っ張り方向の力を緊縛手段で受け止めることができる。
【００２４】
また、前記一方の織物と前記他方の織物との層間に亀裂が発生しても、前記一方の織物と前記他方の織物とを緊縛手段で緊縛していることで、亀裂の進展を止めることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、この発明の実施の形態について説明する。図１から図２はこの発明の一実施形態を示す図である。
図１において複合材パネル１０は、発泡材（成形材）１１と、樹脂１２で固められた第一の織物（一方の織物）１３と、樹脂１２で固められた第二の織物（他方の織物）１４と、第一の織物１３と第二の織物１４とを緊縛する緊縛糸（緊縛手段）１５とを主な構成要素として構成されたものである。
【００２６】
図２に示すように、発泡材１１には、板状の硬質プラスチック独立気泡発泡体（例えば、Ｒｏｅｍ社のＲＯＨＡＣＥＬＬ７１ＸＴ（登録商標）やＲＯＨＡＣＥＬＬ１１０ＸＴ（登録商標））が用いられていて、発泡材１１の端部には、傾斜面１６と、切落し部１７とが形成され、略中央部には、樹脂流路孔（樹脂通過手段）１８が設けられている。
【００２７】
第一の織物１３と第二の織物１４を構成する繊維には、カーボン繊維（例えば、三菱レイヨン社のＭＲ５０Ｋ（登録商標））や、ガラス繊維などが用いられている。また、第一の織物１３と第二の織物１４とを固める樹脂１２には、ビスマレイミド樹脂（例えば、三菱レイヨン社の＃２０５０（登録商標））や、エポキシ樹脂などが用いられている。
【００２８】
第一の織物１３と第二の織物１４とを緊縛する緊縛糸１５には、アラミド繊維（例えば、Ｄｕｐｏｎｔ社のＫＥＶＬＥＲ４９（登録商標））、カーボン繊維や、ガラス繊維などが用いられている。
【００２９】
上記の構成からなる複合材パネル１０においては、図３に示すように、発泡材１１を挟むように第一の織物１３と第二の織物１４とを積層させて、第一の織物１３と第二の織物１４とを、切落し部１７略外側にて、緊縛糸１５を用いて緊縛する。その後、樹脂１２のフィルムを、第二の織物１４の下に配置し、全体を袋（袋体）１９に包み、袋１９の内部を負圧吸引する。
【００３０】
そして、発泡材１１と第一の織物１３と第二の織物１４と樹脂１２のフィルムとが入った袋１９ごとオートクレーブ２０の中に入れて、温度と圧力とを上げて一定時間保持する、１次硬化を行う。１次硬化において、樹脂１２のフィルムは、融けて隣接する第二の織物１４に含浸し、さらに、樹脂流路孔１８を通って、第一の織物１３に含浸して、硬化する。
【００３１】
１次硬化の次に、さらに、温度を上げて、圧力は大気圧にして、一定時間保持する、２次硬化を行う。２次硬化において、樹脂１２は、その耐熱特性が向上される。
【００３２】
上記の構成により、試作した試作品の強度試験結果について述べる。試作品には、発泡材１１に、Ｒｏｅｍ社のＲＯＨＡＣＥＬＬ１１０ＸＴ（登録商標）と、第一の織物１３と第二の織物１４の繊維に、カーボン繊維である三菱レイヨン社のＭＲ５０Ｋ（登録商標）と、樹脂１２に、ビスマレイミド樹脂である三菱レイヨン社の＃２０５０（登録商標）と、緊縛糸１５に、アラミド繊維であるＤｕｐｏｎｔ社のＫＥＶＬＥＲ４９（登録商標）とが用いられている。
【００３３】
試作品の複合材パネル１０のサイズは、縦４６０ｍｍ、横３５０ｍｍ、高さ２３．６ｍｍで、発泡材１１のサイズは、縦約４４４ｍｍ、横約３３４ｍｍ，高さ約２２ｍｍである。発泡材１１の略中央には直径約２ｍｍの樹脂流路孔１８が設けられている。緊縛糸１５は発泡材１１の外側約３ｍｍと約８ｍｍのところで第一の織物１３と第二の織物１４とを緊縛している。
【００３４】
また、１次硬化の条件は、温度が１９１℃、圧力が０．２５ＭＰａ、保持時間が６時間であり、２次硬化の条件は、温度が２２７℃、圧力が大気圧、保持時間が６時間である。
【００３５】
製作された試作品の複合材パネル１０は、図４（ａ）に示すフラットワイズ・テンション強度試験にて、フラットワイズ・テンション強度（引っ張り強度）が評価され、図４（ｂ）に示す曲げ強度試験にて、せん断強度が評価され、図４（ｃ）に示す端部曲げ強度試験にて、切落し部１７の略外側の第一の織物１３と第二の織物１４との層間強度が評価された。
【００３６】
評価の結果、試作品は、フラットワイズ・テンション強度が２．５ＭＰａで強度は十分高く、せん断強度が１．９ＭＰａで強度は十分高く、切落し部１７の織物の層間強度は十分高いという結果が得られた。
【００３７】
上記の構成によれば、発泡材１１に、樹脂１２が内部に含浸されない硬質プラスチック独立気泡発泡体を用いているため、少ない樹脂１２の量で、第一の織物１３と第二の織物１４とを十分に含浸させ、硬化させることができ、複合材パネル１０の重量を軽くして、かつ、強度を高くすることができる。
【００３８】
また、発泡材１１に、硬質プラスチック独立気泡発泡体を用いているため、樹脂１２の発泡材１１内部への含浸による、発泡材１１の重量増加を防ぐことができるため、複合材パネル１０の重量を軽くして、かつ、強度を高くすることができる。
【００３９】
発泡材１１のサイズが大きくなり、樹脂１２が、発泡材１１の周囲から回りこんで第二の織物１４に十分に含浸されなくなっても、樹脂１２は、発泡材１１略中央部の樹脂流路孔１８を通って第一の織物１３へ十分に含浸されることができるため、複合材パネル１０の強度が高くて、かつ、サイズを大きくすることができる。
【００４０】
切落し部１７略外側にて、第一の織物１３と第二の織物１４とを緊縛糸１５で緊縛しているため、切落し部１７略外側の第一の織物１３と第二の織物１４との層間に、せん断方向、引っ張り方向の力が働いても、緊縛糸１５で受け止めることができるため、複合材パネル１０の強度を高くすることができる。
【００４１】
切落し部１７略外側にて、第一の織物１３と第二の織物１４との層間に亀裂が発生しても、切落し部１７略外側にて、第一の織物１３と第二の織物１４とを緊縛糸１５で緊縛していることで、亀裂の進展を止めることができるため、複合材パネル１０の強度を高くすることができる。
【００４２】
なお、上記の実施の形態においては、複合材パネルの製造方法と複合材パネルを航空機向けのものに適応して説明したが、この複合材パネルの製造方法と複合材パネルを航空機向けのものに限られることなく、自動車のボンネットや、体育館の屋根等その他各種の使用方法に適応することができるものである。
【００４３】
また、上記の実施の形態においては、緊縛手段を緊縛糸に適応してせつめいしたが、この緊縛糸に限られることなく、ホッチキス等その他各種の緊縛手段に適応することができるものである。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明によれば、前記成形材内部への前記樹脂の含浸が防がれるため、少ない前記樹脂の量で、前記一方の織物と前記他方の織物とを十分に含浸させ、硬化させることができ、軽くて、強度の高い複合材パネルを製造できるという効果を奏する。
【００４５】
また、前記成形材内部への前記樹脂の含浸が防がれ、前記成形材の重量が増加することを防ぐことができるため、軽くて、強度の高い複合材パネルを製造できるという効果を奏する。
【００４６】
さらに、前記一方の織物と前記他方の織物への前記樹脂の含浸と硬化が、同時に行われるので、未硬化のプリプレグを取り扱う工程がなくなり、作業を楽にすることができ、複合材パネルを容易に製造できるという効果を奏する。
【００４７】
請求項２に係る発明によれば、前記成形材のサイズが大きくなり、前記樹脂が、前記成形材の前記周縁部から回りこんで前記一方の織物に十分に含浸されなくなっても、前記樹脂は、前記樹脂通過手段を通って前記一方の織物または前記他方の織物へ十分に含浸されることができるため、大きなサイズの複合材パネルの製造ができるという効果を奏する。
【００４８】
請求項３に係る発明によれば、前記一方の織物と前記他方の織物とを、前記周縁部にて、緊縛するため、前記一方の織物と前記他方の織物との層間に、せん断方向、引っ張り方向の力を緊縛していることで受け止めることができるため、強度の高い複合材パネルを製造できるという効果を奏する。
【００４９】
また、前記一方の織物と前記他方の織物との層間に亀裂が発生しても、前記一方の織物と前記他方の織物とを緊縛していることで、亀裂の進展を止めることができるため、強度の高い複合材パネルを製造できるという効果を奏する。
【００５０】
請求項４に係る発明によれば、前記成形材内部への前記樹脂の含浸が防がれるため、少ない前記樹脂の量で、前記一方の織物と前記他方の織物とを十分に含浸させ、硬化させることができるため、複合材パネルの重量を軽くし、強度を高くすることができるという効果を奏する。
【００５１】
また、前記樹脂の前記成形材内部への含浸が防がれ、前記成形材の重量が増加することを防ぐことができるため、複合材パネルの重量を軽くし、強度を高くすることができるという効果を奏する。
【００５２】
請求項５に係る発明によれば、前記成形材のサイズが大きくなり、前記樹脂が、前記成形材の前記周縁部から回りこんで前記一方の織物または前記他方の織物に十分に含浸されなくなっても、前記樹脂は、前記樹脂通過手段を通って前記一方の織物または前記他方の織物へ十分に含浸されることができるため、複合材パネルのサイズを大きくすることができるという効果を奏する。
【００５３】
請求項６に係る発明によれば、前記一方の織物と前記他方の織物とを、緊縛する緊縛手段が設けられているため、前記一方の織物と前記他方の織物との層間に、せん断方向、引っ張り方向の力を緊縛手段で受け止めることができ、複合材パネルの強度を、高くすることができるという効果を奏する。
【００５４】
また、前記一方の織物と前記他方の織物との層間に亀裂が発生しても、前記一方の織物と前記他方の織物とを緊縛手段で緊縛していることで、亀裂の進展を止めることができるため、複合材パネルの強度を、高くすることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による複合材パネルの一実施形態を示す斜視図である。
【図２】本発明による複合材パネルの一実施形態を示す断面図である。
【図３】本発明による複合材パネルの製造方法の一実施形態を示す断面図である。
【図４】本発明による複合材パネルの試作試験片の評価方法の一例を示す斜視図である。
【図５】従来の複合材パネルの一例を示す斜視図である。
【図６】従来の複合材パネルの製造方法の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１０　複合材パネル
１１　発泡材（成形材）
１２　樹脂
１３　第一の織物（一方の織物）
１４　第二の織物（他方の織物）
１５　緊縛糸（緊縛手段）
１８　樹脂流路孔（樹脂通過手段）
１９　袋（袋体）
【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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