(57)【要約】【課題】複合材の成形治具において、治具開発費・製作費の削減、取り回しに要する労力・時間の削減、及び、治具設置・保管に要するスペースの節減を一挙に実現させる。【解決手段】所定形状のキャビティＣを形成する上型２及び下型３を備え、キャビティＣに溶融樹脂を導入して所定の強化繊維織物に含浸させ、この溶融樹脂を加熱硬化させてストリンガＳを成形する複合材の成形治具１において、上型２及び下型３を耐熱性ゴムから構成する。また、下型３を変形させる下型変形機構を備える。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定形状のキャビティを形成する上型及び下型を備え、前記キャビティに溶融樹脂を導入して所定の強化繊維織物に含浸させ、この溶融樹脂を加熱硬化させて複合材を成形する複合材の成形治具において、
前記上型及び前記下型が耐熱性ゴムから構成されるとともに、前記下型を変形させる下型変形機構を備えることを特徴とする複合材の成形治具。
【請求項２】
前記下型変形機構は、
前記下型の複数の箇所に一定方向に延在するように固定された下型支持金具と、
前記下型の下方に離間して固定されて前記下型を支持するベースと、を有し、前記ベースの面に対する前記下型支持金具の傾斜角を変更させることを特徴とする請求項１に記載の複合材の成形治具。
【請求項３】
前記下型変形機構は、
前記下型の複数の箇所に一定方向に延在するように固定された下型支持金具と、
前記下型の下方に離間して固定されて前記下型を支持するベースと、
一端部が前記下型支持金具に他端部が前記ベースに各々取り付けられ、前記下型支持金具と前記ベースとの間の距離を変更する少なくとも２本の支柱と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の複合材の成形治具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複合材の成形治具に関し、特に、航空機の主翼等に適用される複合材製補強材を成形するための複合材の成形治具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、航空機の主翼や尾翼を補強するための補強材を、繊維強化樹脂製の複合材によって製造する技術が種々提案されている。
【０００３】
例えば、金属等の高剛性材料からなる上型及び下型を用いて所定形状のキャビティを形成し、このキャビティに所定の強化繊維織物を配置し、溶融樹脂を加圧によってキャビティに導入して強化繊維織物に含浸させ、この強化繊維織物を加熱硬化させて複合材を製造する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
また、金属等の高剛性材料からなる下型の上に所定の強化繊維織物を配置し、この強化繊維織物を、耐熱性を有する柔軟材料からなる上型で被覆し、これら上型及び下型によって囲まれた空間に溶融樹脂を導入して強化繊維織物に含浸させ、この強化繊維織物を加熱硬化させて複合材補強板を製造する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平４−３３２６２７号公報（第１頁、第１図）
【特許文献２】
特開２００２−１８７５９９号公報（第３頁、第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記した特許文献１に記載の方法で使用される上型及び下型（以下、「第１従来治具」という）は、金属等の高剛性材料からなるため、キャビティの形状（曲がり具合や捩れ具合等）を変更することができず、１組の第１従来治具からは１種類の形状を有する部品しか成形できないこととなる。このため、翼構造の補強材のように類似断面形状を有する部品を多数成形するためには、成形する部品の種類と同数の第１従来治具を準備する必要があり、治具開発費・製作費が格段に嵩むという問題があった。
【０００７】
また、第１従来治具は、金属等の高剛性材料からなるため重量が大きいので、治具取り回しのために多くの人手（労力）や時間を要するという問題があった。さらに、翼構造の補強材のように類似断面形状を有する部品を多数成形するために多数の第１従来治具を準備した場合には、治具を設置・保管するための広いスペースが必要となるという問題もあった。
【０００８】
一方、前記した特許文献２に記載の方法で使用される上型及び下型（以下、「第２従来治具」という）においても、下型が金属等の高剛性材料からなるため、この下型の形状（曲がり具合や捩れ具合等）を変更することができない。このため、第１従来治具を使用した場合と同様に、成形する部品の種類毎に第２従来治具を準備する必要があり、治具開発費・製作費が嵩むという問題があった。
【０００９】
また、第２従来治具の下型は、金属等の高剛性材料からなるため重量が大きいので、第１従来治具を使用した場合と同様に、治具取り回しのために多くの人手（労力）や時間を要するという問題があった。さらに、翼構造の補強材のように類似断面形状を有する部品を多数成形するために多数の第２従来治具を準備した場合には、第１従来治具を使用した場合と同様に、治具設置・保管のために広いスペースが必要となるという問題もあった。
【００１０】
本発明の課題は、複合材の成形治具において、治具開発費・製作費の削減、取り回しに要する労力・時間の削減、及び、治具設置・保管に要するスペースの節減を一挙に実現させることである。
【００１１】
【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に記載の発明は、所定形状のキャビティを形成する上型及び下型を備え、前記キャビティに溶融樹脂を導入して所定の強化繊維織物に含浸させ、この溶融樹脂を加熱硬化させて複合材を成形する複合材の成形治具において、前記上型及び前記下型が耐熱性ゴムから構成されるとともに、前記下型を変形させる下型変形機構を備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、上型及び下型がゴム材料から構成されており、下型変形機構によって下型を変形させることによって、上型及び下型によって形成されるキャビティの形状（曲がり具合や捩れ具合等）を変更することができる。従って、翼構造の補強材のように類似断面形状を有する多数の部品を、一組の上型及び下型を用いて成形することができる。この結果、多数の治具を準備する必要がないので、治具開発費・製作費を大幅に削減することができる。
【００１３】
また、請求項１に記載の発明によれば、治具重量の大半を占める上型及び下型が、金属等の高剛性材料でなくゴム材料から構成されているため、治具重量の格段の軽量化を達成することができる。従って、治具取り回しに要する労力や時間を大幅に削減することができる。さらに、翼構造の補強材のように類似断面形状を有する多数の部品を、一組の上型及び下型を用いて成形することができるので、多数の治具を準備する必要がなく、治具設置・保管に要するスペースを節減することができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の複合材の成形治具において、前記下型変形機構は、前記下型の複数の箇所に一定方向に延在するように固定された下型支持金具と、前記下型の下方に離間して固定されて前記下型を支持するベースと、を有し、前記ベースの面に対する前記下型支持金具の傾斜角を変更させることを特徴とする。
【００１５】
請求項２に記載の発明によれば、下型変形機構は、下型の複数の箇所に一定方向に延在するように固定された下型支持金具と、下型の下方に離間して固定されて下型を支持するベースと、を有し、このベースの面に対する下型支持金具の傾斜角を変更させるように機能する。従って、下型の曲がり具合や捩れ具合を所定の態様で変更することができ、上型及び下型から形成されるキャビティの形状を所定の態様で変更することができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の複合材の成形治具において、前記下型変形機構は、前記下型の複数の箇所に一定方向に延在するように固定された下型支持金具と、前記下型の下方に離間して固定されて前記下型を支持するベースと、一端部が前記下型支持金具に他端部が前記ベースに各々取り付けられ、前記下型支持金具と前記ベースとの間の距離を変更する少なくとも２本の支柱と、を有することを特徴とする。
【００１７】
請求項３に記載の発明によれば、下型変形機構は、下型の複数の箇所に一定方向に延在するように固定された下型支持金具と、下型の下方に離間して固定されて下型を支持するベースと、一端部が下型支持金具に他端部がベースに各々取り付けられ、下型支持金具とベースとの間の距離を変更する少なくとも２本の支柱と、を有して構成されている。
【００１８】
従って、下型支持金具を介して支柱に取り付けられた下型の所定の部分を、ベースに対して離隔又は近接する方向に移動させることができる。この結果、下型の曲がり具合や捩れ具合を所定の態様で変更することができ、上型及び下型から形成されるキャビティの形状を所定の態様で変更することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。
【００２０】
本実施の形態においては、航空機の複合材製主翼補強材であるハット型断面を有するストリンガＳを成形する複合材の成形治具１について説明することとする。図１は、本実施の形態に係る成形治具１の外観を示す斜視図であり、図２は、図１に示した成形治具１の上型２及び下型３によってキャビティＣを形成した状態を示す断面図である。
【００２１】
まず、本実施の形態に係る成形治具１の構成を説明する。成形治具１は、図１及び図２に示すように、上型２、下型３、下型支持金具４、支柱５、型支持台６、ベース７等を備えて構成されている。
【００２２】
上型２と下型３とは、対になって、ハット型断面を有する長尺のキャビティＣを形成する。上型２は、図１及び図２に示すように、長方形の平板を基板としており、その幅方向（短手方向）中央部を上方に突出させて、長手方向に延在する略矩形断面の溝２１を形成したものである。溝２１の両縁部付近には、製作するストリンガＳの厚さと同一寸法の段部２２が形成されている。
【００２３】
上型２は、ストリンガＳの成形時の加熱に耐える耐熱性を有するゴム材料で構成され、下型３が所定の態様で変形した場合にその変形に追従して気密性を保つ。本実施の形態においては、上型２をフッ素ゴムから構成している。なお、上型２を、耐熱性及び追従性に優れる軟質の材料、例えば、シリコンシートやバギングフィルムで構成することもできる。
【００２４】
下型３は、図１及び図２に示すように、長方形の平板を基板としており、その幅方向（短手方向）中央部に、長手方向に延在する略矩形断面の凸部３１を形成したものである。下型３の凸部３１が上型２の溝２１に収納されることにより、キャビティＣが形成される。
【００２５】
下型３は、ストリンガＳの成形時の加熱に耐える耐熱性を有する材料で構成され、下型支持金具４、支柱５、ベース７等から構成される下型変形機構によって所定の態様で変形可能とされる。本実施の形態においては、下型３をフッ素ゴムから構成している。なお、本実施の形態においては、図２に示すように、ステンレスワイヤやアラミド繊維製のワイヤからなる梁３２を、下型３の内部に長手方向に延在させて複数埋設して、下型３を変形させる際に局所的なうねりが生じるのを阻止している。
【００２６】
また、下型３には、図１及び図２に示すようにシール溝３３が設けられており、このシール溝３３にＯリング３４を埋設させた状態で下型３の上に上型２を配置して押圧することにより、キャビティＣの気密性を保つことができる。なお、上型２としてバギングフィルムを採用する場合には、耐熱性のあるシーラントをＯリング３４に代えて使用することもできる。
【００２７】
また、図示していないが、上型２又は下型３の適所には、キャビティＣに溶融樹脂を導入するための樹脂導入口と、キャビティＣから空気や溶融樹脂を排出するための排出口と、が設けられている。樹脂導入口から溶融樹脂をキャビティＣに導入するとともに余分な樹脂を排出口から排出して、キャビティＣに溶融樹脂を充填することができる。また、図示していないが、排出口は真空ポンプに接続され、上型２と下型３との間に所定の真空圧を作用させることにより、上型２を下型３に固定する。
【００２８】
下型支持金具４は、下型３の長手方向に沿って所定距離を隔てた複数の位置（本実施の形態では５箇所：図１参照）に、幅方向（短手方向）に延在するように並べられて配置され、下型３の下部に接着又は機械的手段によって固定された長尺柱状部材であり、下型３を下方から支持する。
【００２９】
下型支持金具４は、ストリンガＳ成形時の外力に耐え得るアルミ等の金属材料から調製されており、スフェリカルベアリング５１を介して、支柱５の上端に枢動可能に結合されている（図２参照）。なお、下型支持金具４に、前記した樹脂導入口や排出口に連通する通路を設け、下型支持金具４を介してキャビティＣに溶融樹脂を導入したり、キャビティＣから溶融樹脂を排出したりすることもできる。
【００３０】
支柱５は、下型支持金具４と、ベース７上に固定した型支持台６と、を連結する棒状部材であり、下型支持金具４の各々の下方に２本ずつ取り付けられている（図１参照）。支柱５は、耐熱性を有するとともに、上型２、下型３、下型支持金具４等を下方から支持するための剛性を有する金属等の材料から調製されている。
【００３１】
支柱５の上端部には、下型支持金具４との結合部分であるスフェリカルベアリング５１が設けられており、下型支持金具４は、支柱５の上端部にスフェリカルベアリング５１を介して枢動自在に結合される。
【００３２】
支柱５の下端部には、型支持台６との結合部分である雄ネジ５２が設けられている。支柱５の雄ネジ５２を、型支持台６に穿設された雌ネジ６２に螺合することにより、支柱５を型支持台６に固定することができる。そして、支柱５を回転させることにより、支柱５の下端部（の雄ネジ５２）を型支持台６（の雌ネジ６２）に対して上下に移動させて、下型支持金具４とベース７との間の距離を変更することができる。このように下型支持金具４とベース７との間の距離を変更することにより、ベース７の面に対する下型支持金具４の傾斜角が変更される。
【００３３】
なお、支柱５を、外筒と、この外筒に抜出可能に挿入された内筒と、内筒を外筒に対して挿入方向・抜出方向に駆動する所定のアクチュエータと、から構成して、伸縮自在な伸縮式支柱とすることもできる。
【００３４】
型支持台６は、ベース７にボルト６１によって固定された長尺板状部材であり、支柱５の下端部が固定されている。型支持台６は、ベース７上でスライドさせてその固定位置を変更することができる。本実施の形態においては、下型支持金具４の個数に対応させて、型支持台６を５個設けている（図１参照）。
【００３５】
ベース７は、ストリンガＳを成形する所定の場所に配置・固定された平板状部材である。ベースは、支柱５を上下に移動させて下型支持金具４を傾斜させる際に、型支持台６と協働したり変形したりすることなく、所望の傾斜を下型支持金具４に与えて保持するような剛性を有している。
【００３６】
以上説明した下型支持金具４と、支柱５と、型支持台６と、雄ネジ５２及び雌ネジ６２（機械的手段）と、ベース７と、によって、本発明における下型変形機構が構成される。また、下型支持金具４と、外筒、内筒及び所定のアクチュエータから構成された伸縮式支柱と、型支持台６と、ベース７と、によって下型変形機構を構成することもできる。
【００３７】
次に、本実施の形態に係る複合材の成形治具１を用いて、ストリンガＳを成形する手順について説明する。
【００３８】
まず、下型３の上方に、ストリンガＳ成形用の強化繊維織物を配置し、この強化繊維織物の上方に上型２を配置することにより、この強化繊維織物をキャビティＣ内に収納する。次いで、前記した樹脂導入口を閉鎖し、真空ポンプを作動させて前記した排出口から空気を排出して真空圧を上型２と下型３の間に作用させ、上型２を下型３に固定する。次いで、前記した樹脂導入口を開放し、真空引きによってキャビティＣに溶融樹脂を導入し、この溶融樹脂をストリンガＳ成形用の強化繊維織物に含浸させる。その後、真空引きしながら、この強化繊維織物に含浸させた溶融樹脂を加熱して硬化させることにより、ハット型断面を有する長尺のストリンガＳを成形する（図１参照）。
【００３９】
以上説明した実施の形態に係る複合材の成形治具１においては、上型２及び下型３が可撓性を有するフッ素ゴムから構成されており、下型変形機構によって下型３を変形させることによって、上型２及び下型３によって形成されるキャビティＣの形状（曲がり具合や捩れ具合）を変更することができる。従って、類似断面形状を有する多数のストリンガＳを、一組の上型２及び下型３を用いて成形することができる。この結果、多数の治具を準備する必要がないので、治具開発費・製作費を大幅に削減することができる。
【００４０】
また、本実施の形態に係る複合材の成形治具１においては、上型２及び下型３が金属でなくフッ素ゴムから構成されているため、治具重量の格段の軽量化を達成することができる。従って、治具取り回しに要する労力や時間を大幅に削減することができる。さらに、類似断面形状を有する多数のストリンガＳを、一組の上型２及び下型３を用いて成形することができるので、多数の治具を準備する必要がなく、治具設置・保管に要するスペースを節減することができる。
【００４１】
また、本実施の形態に係る複合材の成形治具１においては、下型３の所定の部分に固定された下型支持金具４と、下型３の下方に固定されたベース７と、ベース７に固定された型支持台６と、上端部が下型支持金具４に下端部が雄ネジ５２及び雌ネジ６２（機械的手段）を介して型支持台６に各々取り付けられた支柱５と、を有し、雄ネジ５２及び雌ネジ６２は、支柱５の下端部を型支持台６に対して離隔又は近接させる方向に移動させるように機能する。
【００４２】
従って、これら雄ネジ５２及び雌ネジ６２によって、下型支持金具４を介して支柱５に取り付けられた下型３の所定の部分を、ベース７に対して離隔又は近接する方向に移動させて、ベース７の面に対する下型支持金具４の傾斜角を変更させることができる。この結果、下型３の曲がり具合や捩れ具合を所定の態様で変更することができ、上型２及び下型３から形成されるキャビティＣの形状を所定の態様で変更することができる。
【００４３】
なお、本実施の形態に係る複合材の成形治具１によって、ストリンガＳの曲がり具合をＲ（曲率半径）６０〜７０ｍ程度変更することができるとともに、ストリンガＳの捩れ具合を１°／ｍ程度変更することができる。
【００４４】
なお、本実施の形態に係る複合材の成形治具１で採用した支柱５に代えて、外筒、内筒及び所定のアクチュエータから構成された伸縮式支柱を採用した場合には、この伸縮式支柱を伸縮させることによって、ベース７の面に対する下型支持金具４の傾斜角を変更させることができる。この結果、下型３の曲がり具合や捩れ具合を所定の態様で変更することができ、上型２及び下型３から形成されるキャビティＣの形状を所定の態様で変更することができる。
【００４５】
また、本実施の形態においては、ハット型断面を有するストリンガＳを成形する複合材の成形治具１を示したが、本発明に係る成形治具の形状はこれに限定されるものではなく、Ｔ字型断面、Ｈ字型断面、Ｕ字型断面等を有するストリンガを成形するものでもよい。
【００４６】
また、本実施の形態に係る複合材の成形治具１においては、下型支持金具４を５個、支柱５を１０本、型支持台６を５個、各々設けたが、これらの個数は特に限定されるものではなく、下型３の大きさ（下面の面積）や重量に応じて適宜決めることができる。
【００４７】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、上型及び下型が耐熱性を有するゴム材料から構成されており、下型変形機構によって下型を変形させることで、上型及び下型から形成されるキャビティの形状（曲がり具合や捩れ具合等）を変更することができる。この結果、類似断面形状を有する多数の部品を一組の上型及び下型を用いて成形することができるので、治具開発費・製作費を大幅に削減することができる。
【００４８】
また、請求項１に記載の発明によれば、上型及び下型がゴム材料から構成されているため、治具重量の格段の軽量化を達成することができ、治具取り回しに要する労力や時間を大幅に削減することができる。さらに、類似断面形状を有する多数の部品を一組の上型及び下型を用いて成形することができるので、治具設置・保管に要するスペースを節減することができる。
【００４９】
請求項２に記載の発明によれば、下型変形機構は、下型支持金具及びベースを有し、このベースの面に対する下型支持金具の傾斜角を変更させることができる。従って、下型の曲がり具合や捩れ具合を所定の態様で変更することができ、上型及び下型から形成されるキャビティの形状を所定の態様で変更することができる。
【００５０】
請求項３に記載の発明によれば、下型変形機構は、下型支持金具と、ベースと、一端部が下型支持金具に他端部がベースに各々取り付けられ、下型支持金具とベースとの間の距離を変更する少なくとも２本の支柱と、を有して構成されているので、下型支持金具を介して支柱に取り付けられた下型の所定の部分を、ベースに対して離隔又は近接する方向に移動させることができる。この結果、下型の曲がり具合や捩れ具合を所定の態様で変更することができ、上型及び下型から形成されるキャビティの形状を所定の態様で変更することができる。
【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の成形治具の外観を示す斜視図である。
【図２】図１に示した複合材の成形治具の上型及び下型によってキャビティを形成した状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１        複合材の成形治具
２        上型
３        下型
４        下型支持金具（下型変形機構）
５        支柱（下型変形機構）
６        型支持台
７        ベース（下型変形機構）
２１        溝
２２        段部
３１        凸部
３２        梁
３３        シール溝
３４        Ｏリング
５１        スフェリカルベアリング
５２        雄ネジ
６２        雌ネジ
Ｃ        キャビティ
Ｓ        ストリンガ
【図１】
2004181758.tif 000003
【図２】
2004181758.tif 000004