(57)【要約】【課題】セミモノコック構造等に用いられる軽量かつ製造工程数の少ないフレーム及びその製造方法を提供する。【解決手段】フレーム１は、内側に突出する突出片４を有する断面Ｔ字型の細長いアウタコード２と、アウタコード２の突出片４と突き合わされる平板部５を備え、長手方向形状がアウタコード２の長手方向形状に対応した形状に形成されたインナコード３とからなっている。アウタコード２の突出片４とインナコード３の平板部５とは、突き合わされた状態で摩擦撹拌接合されている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側に突出する突出片を有する断面Ｔ字型の細長い外側フレーム部材と、
前記外側フレーム部材の突出片と突き合わされる平板部を備え、長手方向形状が前記外側フレーム部材の長手方向形状に対応した形状に形成された内側フレーム部材とからなり、
前記外側フレーム部材の突出片の突端と前記内側フレーム部材の平板部の突端とが突き合わされた状態で摩擦撹拌接合されているフレーム。
【請求項２】
請求項１に記載のフレームであって、
前記内側フレーム部材は、互いに突き合わされた状態で摩擦撹拌接合された２以上のフレーム部材によって形成されているフレーム。
【請求項３】
内側に突出する突出片を有する断面Ｔ字型の細長い外側フレーム部材を製作する工程と、
前記外側フレーム部材の突出片と突き合わされる平板部を備え、長手方向形状が前記外側フレーム部材の長手方向形状に対応した形状に形成された内側フレーム部材を製作する工程と、
前記外側フレーム部材の突出片の突端と前記内側フレーム部材の平板部の突端とを突き合わせて摩擦撹拌接合する工程と
を含んでいるフレームの製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載のフレームの製造方法であって、
内側フレーム部材を製作する工程は、２以上のフレーム部材を互いに突き合わせて摩擦撹拌接合する工程を含んでいるフレームの製造方法。
【請求項５】
請求項３又は４に記載のフレームの製造方法であって、
外側フレーム部材と内側フレーム部材とを摩擦撹拌接合した後に、各フレーム部材に対し一括して表面処理又は塗装を行う工程を含んでいるフレームの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フレーム及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば航空機の胴体や翼構造等において、いわゆるモノコック構造やセミモノコック構造が用いられている（例えば、特許文献１参照）。モノコック構造は、リング状の複数のフレームとこれらフレームを覆う外板とにより構成され、それ自体は剛性の低い外板がフレームで補強されることによって、軽量で剛性の高い構造を実現している。一方、図８に示すように、セミモノコック構造は、外板１０１にフレーム１０２を設けるだけでなく、胴体の長手方向に延びフレーム１０２と交差するストリンガ１０３を更に設け、フレーム１０２及びストリンガ１０３の双方により、更に剛性の高い構造を実現している。
【０００３】
図９に示すように、従来のフレーム１０２は、断面Ｔ字型のアウタコード１０５と平板状のウェブ１０６と断面Ｌ字型のインナコード１０７とからなり、これらは多数のファスナー１０８で結合されていた。そして、従来のフレーム１０２は以下のようにして製造されていた。
【０００４】
まず、図１０のステップＳ１０１，Ｓ２０１，Ｓ３０１に示すように、アウタコード１０５とウェブ１０６とインナコード１０７とをそれぞれ別工程にて成形し、それぞれに対して表面処理を施し（ステップＳ１０２，Ｓ２０２，Ｓ３０２参照）、塗装を行う（ステップＳ１０３，Ｓ２０３，Ｓ３０３参照）。その後、組み立て作業を行う（ステップＳ１０４参照）。組立に際しては、アウタコード１０５の突出片とウェブ１０６とを重ね合わせ、それらを長手方向に沿って多数のファスナー１０８で結合する。また、同様に、ウェブ１０６とインナコード１０７とを重ね合わせ、それらを長手方向に沿って多数のファスナー１０８で結合する。従来は、このようにしてフレーム１０２が製造されていた。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−２８６４９６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のフレーム１０２は、アウタコード１０５とウェブ１０６との結合及びウェブ１０６とインナコード１０７との結合に関して、多数のファスナー１０８が必要であった。そのため、ファスナー１０８の分だけフレーム１０２の重量が大きくなっていた。また、ファスナー１０８の結合のために、アウタコード１０５、ウェブ１０６及びインナコード１０７に重なり部分を設ける必要があった。そのため、重なり部分の分だけフレーム１０２の重量が大きくなっていた。
【０００７】
また、表面処理（ステップＳ１０２，Ｓ２０２，Ｓ３０２参照）及び塗装（ステップＳ１０３、Ｓ２０３、Ｓ３０３参照）の工程が、アウタコード１０５、ウェブ１０６及びインナコード１０７のそれぞれに対して必要であった。そのため、工程数が多くなり、多くの手間と費用を要していた。また、組立工程の前段階として、アウタコード１０５とウェブ１０６とインナコード１０７とのそれぞれに対して表面処理及び塗装工程が必要であったことから、リードタイムの長期間化を招いていた。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、軽量かつ製造工程数の少ないフレーム及びその製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係るフレームは、内側に突出する突出片を有する断面Ｔ字型の細長い外側フレーム部材と、前記外側フレーム部材の突出片と突き合わされる平板部を備え、長手方向形状が前記外側フレーム部材の長手方向形状に対応した形状に形成された内側フレーム部材とからなり、前記外側フレーム部材の突出片の突端と前記内側フレーム部材の平板部の突端とが突き合わされた状態で摩擦撹拌接合されているものである。
【００１０】
第２の発明に係るフレームは、上記第１の発明において、前記内側フレーム部材が、互いに突き合わされた状態で摩擦撹拌接合された２以上のフレーム部材によって形成されているものである。
【００１１】
第３の発明に係るフレームの製造方法は、内側に突出する突出片を有する断面Ｔ字型の細長い外側フレーム部材を製作する工程と、前記外側フレーム部材の突出片と突き合わされる平板部を備え、長手方向形状が前記外側フレーム部材の長手方向形状に対応した形状に形成された内側フレーム部材を製作する工程と、前記外側フレーム部材の突出片の突端と前記内側フレーム部材の平板部の突端とを突き合わせて摩擦撹拌接合する工程とを含んでいるものである。
【００１２】
第４の発明に係るフレームの製造方法は、第３の発明において、内側フレーム部材を製作する工程が、２以上のフレーム部材を互いに突き合わせて摩擦撹拌接合する工程を含んでいるものである。
【００１３】
第５の発明に係るフレームの製造方法は、第３又は第４の発明において、外側フレーム部材と内側フレーム部材とを摩擦撹拌接合した後に、各フレーム部材に対し一括して表面処理又は塗装を行う工程を含んでいるものである。
【００１４】
第１及び第３の発明では、内側フレーム部材と外側フレーム部材とを摩擦撹拌接合によって結合することにより、それらを結合するためのファスナーが不要となる。そのため、従来必要とされていたファスナーの分だけ、フレームの軽量化を図ることができる。また、内側フレーム部材と外側フレーム部材とは突き合わされた状態で接合されるので、両フレーム部材の重なり部分は不要となる。そのため、重なり部分の分だけフレームの軽量化を図ることができる。
【００１５】
第２及び第４の発明では、内側フレーム部材が２以上のフレーム部材を突き合わせて形成されるので、フレームの内外方向の長さ（つまり、横幅）を長くすることができる。上記フレーム部材同士は突き合わされた状態で摩擦撹拌接合されるので、それらを結合するためのファスナーは必要がなく、また、それらの重なり部分も不要である。したがって、内側フレーム部材を軽量化することができる。
【００１６】
第５の発明では、各フレーム部材のそれぞれに対して別個に表面処理又は塗装を行う必要がないので、製造工程の削減及びリードタイムの短縮化を図ることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１８】
本実施形態に係るフレーム１は、モノコック構造又はセミモノコック構造の航空機の胴体におけるフレームとして用いられるものである。モノコック構造又はセミモノコック構造の胴体の全体構成は公知であるので、ここではその説明は省略する（図８参照）。
【００１９】
図１は、フレーム１の構成を示している。フレーム１は、内側に突出する突出片４を有する断面Ｔ字型のアウタコード２と、平板部５を有する断面Ｌ字型のインナコード３とからなっている。本実施形態では、アウタコード２及びインナコード３はアルミニウムによって形成されている。アウタコード２及びインナコード３は、それぞれ長手方向に細長く形成されており、前記胴体の内周面に沿うように湾曲している。アウタコード２の長手方向形状とインナコード３の長手方向形状とは対応しており、本実施形態ではアウタコード２及びインナコード３の長手方向形状（ここでは、長手方向に沿った湾曲形状）は一致している。アウタコード２とインナコード３とは、突出片４の突端と平板部５の突端とが突き合わされた状態で摩擦撹拌接合されている。突出片４と平板部５とは長手方向に沿って連続的に接合されており、フレーム１には長手方向に沿って延びる接合部６が形成されている。
【００２０】
なお、セミモノコック構造の胴体においては、フレームとストリンガとが交差し、それらの表面側に外板が設けられる。フレームとストリンガとは、外板の補強部材として機能する点では同一であるが、ストリンガは胴体の長手方向に沿って延びる部材であるのに対し、フレームは胴体の長手方向に直交し、胴体の内周形状に沿って延びる部材である点で両者は異なっている。このような相違点から、フレームは、ストリンガの製作とは異なる観点に基づいて設計及び製作されているのが実情である。
【００２１】
次に、図２のフローチャートを参照しながら、フレーム１の製造方法について説明する。まず、ステップＳ１において、押し出し成形や引っ張り成形等により、断面Ｔ字型の直線状の型材１０（図３（ａ）参照）を製作する。そして、ステップ２において、型材１０を曲げるストレッチ成形を行う。これにより、型材１０からアウタコード２が製作される（図３（ｂ）参照）。その後、必要に応じて熱処理を行い、アウタコード２を完成する（ステップＳ３参照）。なお、型材１０を成形する代わりに規格品の型材を購入しておき、この型材からアウタコード２を製作してもよいことは勿論である。
【００２２】
一方、インナコード３に関しては、まずステップＳ４において、押し出し成形や引っ張り成形等により、断面Ｌ字型の直線状の型材１１（図４（ａ）参照）を製作する。そして、ステップＳ５において、型材１１を曲げるストレッチ成形を行う。これにより、型材１１からインナコード３が製作される（図４（ｂ）参照）。その後、必要に応じて熱処理を行い、インナコード３を完成する（ステップＳ６参照）。なお、インナコード３に関しても、規格品の型材を購入し、この型材からインナコード３を製作するようにしてもよい。
【００２３】
上記ステップＳ１〜Ｓ３のアウタコード２の製作と、ステップＳ４〜Ｓ６のインナコード３の製作とは、別々に独立して実行される。そのため、アウタコード２及びインナコード３の製作は同時期に行われてよく、前後して行われてもよい。
【００２４】
次に、ステップＳ７において、完成されたアウタコード２とインナコード３とを、アウタコード２の突出片４とインナコード３の平板部５とを突き合わせた状態で摩擦撹拌接合する。本実施形態では、アウタコード２とインナコード３とを、長手方向に沿って曲線状に連続的に接合する。ただし、摩擦撹拌接合の接合態様は特に限定されるものではなく、例えば長手方向に沿って散点状に接合してもよく、点線状に接合してもよい。
【００２５】
アウタコード２とインナコード３とを接合した後は、ステップＳ８に進み、アウタコード２及びインナコード３に一括して表面処理を行う。ここでは、表面処理として陽極処理を行い、フレーム１の表面に被膜を生成する。その後、ステップＳ９においてアウタコード２及びインナコード３に一括して表面塗装を行い、フレーム１を完成する（ステップＳ１０）。
【００２６】
なお、図５に示すように、フレーム１の軽量化のため、フランジ部９に切り欠き（フランジトリム）７又は穴（図示せず）を設けてもよい。また、平板部（ウェブ）５に穴８を設けてもよい。この場合、ステップＳ７の摩擦撹拌接合の後に、切り欠き又は穴の加工を行う。
【００２７】
以上のように、本実施形態に係るフレーム１によれば、ファスナーがないため軽量化を図ることができる。また、アウタコード２とインナコード３とが突き合わされた状態で接合されているので、アウタコード２とインナコード３とを重ね合わせる必要がない。したがって、フレーム１における重なり部分がない分だけ従来よりも軽量化を図ることができる。
【００２８】
アウタコード２とインナコード３とを摩擦撹拌接合により結合するので、ファスナーを用いた結合に比べて、両部材２，３を容易かつ確実に結合することができる。
【００２９】
接合後に表面処理及び塗装を一括して行うことができるため、従来のようにアウタコード２毎及びインナコード３毎に表面処理及び塗装を行う必要がない。そのため、アウタコード２及びインナコード３の製作工程の工数を大幅に削減することが可能となる。その結果、リードタイムを短縮することができる。
【００３０】
次に、変形例として、図６に示すように、アウタコード２とインナコード３と平板状のウェブ１２とにより形成されたフレーム１５を説明する。本フレーム１５は、前記アウタコード２とインナコード３との間にウェブ１２が設けられていることによって、内外方向の長さ（言い換えると、フレームの横幅）が長くなったものである。アウタコード２、インナコード３及びウェブ１２は、いずれもアルミニウムで形成されている。本変形例では、アウタコード２が外側フレーム部材を構成する一方、インナコード３及びウェブ１２が内側フレーム部材を構成している。
【００３１】
図７に、フレーム１５の製造方法のフローチャートを示す。アウタコード２及びインナコード３は、前述したように製作される（ステップＳ１〜Ｓ３及びＳ４〜Ｓ６参照）。一方、ステップＳ１１及びＳ１２に示すように、ウェブ１２は、アルミニウム製の平板（板材）を所定の形状に切り出すことによって形成される。その後、アウタコード２の突出片４とウェブ１２の一端とを突き合わせて摩擦撹拌接合するとともに、ウェブ１２の他端とインナコード３の一端とを突き合わせて摩擦撹拌接合する（ステップＳ７）。そして、表面処理（ステップＳ８）及び塗装（ステップＳ９）をそれぞれ一括して行い、フレーム１５を完成する。
【００３２】
したがって、本フレーム１５及びその製造方法によっても、前述した各種の効果を得ることができる。
【００３３】
なお、ウェブ１２の個数は１個に限定されるものではない。必要に応じて２以上のウェブを摩擦撹拌接合により突き合わせ、内外方向の長さを更に延長することも可能である。
【００３４】
前記フレーム１，１５の材料は特に限定されず、アルミニウム以外の他の金属材料等を用いてもよい。
【００３５】
フレーム１，１５の長手方向形状は特に限定されるものではなく、胴体の外板の内周形状に応じて種々の形状を採用することができる。例えば、フレーム１，１５は屈曲していてもよく、あるいは直線状であってもよい。
【００３６】
フレーム１，１５の適用対象は航空機の胴体に限らず、航空機の他の部分（例えば翼等）であってもよい。また、航空機に限らず、船舶、車両等であってもよく、建築物等の他の構造物であってもよい。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、フレーム部材の接合に際してファスナーが不要になり、また、フレーム部材同士の重なり部分が不要となるので、フレームを軽量化することが可能となる。
【００３８】
また、フレーム部材を摩擦撹拌接合した後に一括して表面処理又は塗装を行うこととすれば、接合前のフレーム部材をそれぞれ別個に表面処理又は塗装する必要がなくなり、製造工程数の削減及びリードタイムの短縮化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】フレームの斜視図である。
【図２】フレームの製造方法のフローチャートである。
【図３】（ａ）はアウタコード用の型材の斜視図、（ｂ）はアウタコードの斜視図である。
【図４】（ａ）はインナコード用の型材の斜視図、（ｂ）はインナコードの斜視図である。
【図５】フレームの斜視図である。
【図６】フレームの斜視図である。
【図７】フレームの製造方法のフローチャートである。
【図８】胴体の斜視図である。
【図９】（ａ）は従来のフレームの斜視図であり、（ｂ）は従来のフレームの断面図である。
【図１０】従来のフレームの製造方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１    フレーム
２    アウタコード（外側フレーム部材）
３    インナコード（内側フレーム部材）
４    突出片
５    平板部
６    接合部
７    切り欠き
８    穴
９    フランジ部
１２  ウェブ（フレーム部材）
【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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【図８】
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【図９】
2004154829.tif 000011
【図１０】
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