(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側表面に突出する補強部をそれぞれ設けた複合材の上下の外板と、
上記上下の外板の間に配置されるとともにその両端が上記上下の外板の補強部にそれぞれ接着されて上記上下の外板を一体に結合する平板と、を有し、
上記補強部は、その一方の側面が上記内側表面に対して垂直方向に延びる平面に形成されるとともにその他方の側面が前記内側表面に対して傾斜して延びる傾斜面に形成され、
上記平板は、その先端が２つの部片に分けられて上記補強部の平面と傾斜面にそれぞれ結合されることを特徴とする複合材翼。
【請求項２】
内側表面に突出する補強部をそれぞれ設けた複合材の上下の外板と、
上記上下の外板の間に配置されるとともにその両端が上記上下の外板の補強部にそれぞれ接着されて上記上下の外板を一体に結合する平板と、を有し、
上記補強部は、その一方の側面が上記内側表面に対して垂直方向に延びる平面に形成されるとともにその他方の側面が前記内側表面に対して傾斜して延びる傾斜面に形成され、
上記平板は、その先端が上記補強部の平面に結合されるとともに、上記傾斜面上に配置されたプリプレグによってその端部が上記補強部に結合されていることを特徴とする複合材翼。
【請求項３】
繊維強化樹脂複合材を用いて内側表面に突出する補強部を設けた上下外板を成形し、
成形した下外板を下型の上に配置し、
下外板の上に押圧治具と昇降治具を備えた成形硬化治具を配置し、
別に成形した平板を下端部が下外板の補強部の側面に対向するように配置し、
成形硬化治具の上に成形した上外板を補強部の側面が平板の上端部に対向するように配置し、
上外板の上に上型を配置し、上型と下型を結合し、上外板を上型の内面に当接させるとともに平板の上下端を上下外板の補強部の側面に当接させ、
上下外板を一体結合することを特徴とする複合材翼の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、接着品質の確保および外観品質と外形精度が高まる複合材翼およびその成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の複合材接着ボックス構造においては、部材の寸法（板厚や全体の高さ）が小さい構造には、上下の外部部材と桁のような内部部材を接着し一体化した構造のものはあるが、旅客機の主翼クラスの翼のような大きな構造にはほとんど適用例がない。
【０００３】
従来の複合材接着ボックス構造は、外表面部材の内面側を治具面とし、硬化後に抜き取れることを考慮したハードな治具を用いて製作することで、外表面部材と内部部材との接着部の接合強度を優先する手法が多く取られているが、この場合、外表面部材の外観品質の向上が困難である。
【０００４】
従来の複合材接着ボックス構造において、外表面部材の外表面品質を求める場合、外表面部材の外面側を治具面とする手法が取られているが、この場合、表面部材と内部部材との接着部の接着強度を確保するために、隙間埋めの材料を表面部材と内部部材との間に詰めたりしているが、この隙間詰め材の板厚確認行為に多大な時間を要し、コストの上昇を招いている。
【０００５】
従来の複合材翼１として、図７に示すように、複合材の上下外板２，３と、これら上下外板２，３の間に配置され上下外板２，３の内面に接着剤５を介して一体結合された複数のＩ型内部部材４とを有する構造のものは知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の複合材翼は、上下外板に縦通材のような補強部が設けられていないので、内側治具に用いて成形しても、複合材が硬化するときに板厚が変化するため、１００％の接着面の合いを確保することができず、図８で符号ＸやＹで示すような部分では、外板３と内部部材４の段差の高さや隅と角部を一致させることが困難で、万一一致しない場合には、外板３と内部部材４の間に隙間が生じ、適切な接着圧力を与えることができず、外板３と内部部材４の間に接着不良部分が発生してしまい、外板と内部部材との接合部における接着品質の確保、外板の形状の保持および外板の外表面の外観品質管理が困難である。
【０００７】
すべての構成部品を同時に一回の硬化で最終形状を出そうとする一体成形方法により複合材翼を成形しようとすると、成形治具は構成が複雑で高価となり、縦通材のない上下外板と内部部材の組合わせによる成形では、上下外板が変形しやすく、内部部材の隅部に十分な接着圧力を与えることができず、うねりや樹脂欠損が生じ易いため、ハードな内側治具を設けることが必要であった。
【０００８】
また、旅客機の主翼クラスの複合材翼には、片側の外板と内部部材とを接着し一体構造としたものはあるが、強度確保のために小骨等の補強部材を配置しなければならず、治具が複雑となり、しかも、他の片側の外板をファスナ結合により外板と内部部材との一体構造体に結合しなければならず、その作業に時間がかかり、燃料等の液体を収容するために箱型内部の液密性が要求される時には、液漏れ防止の作業がさらに必要になり、コストが上昇する。
【０００９】
本発明は上記した点に鑑みてなされたもので、外観品質と外形精度が高まる複合材翼およびその成形方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載した本発明の複合材翼は、
内側表面に突出する補強部をそれぞれ設けた複合材の上下の外板と、
上記上下の外板の間に配置されるとともにその両端が上記上下の外板の補強部にそれぞれ接着されて上記上下の外板を一体に結合する平板と、を有し、
上記補強部は、その一方の側面が上記内側表面に対して垂直方向に延びる平面に形成されるとともにその他方の側面が前記内側表面に対して傾斜して延びる傾斜面に形成され、
上記平板は、その先端が２つの部片に分けられて上記補強部の平面と傾斜面にそれぞれ結合されていることを特徴とする複合材翼。
内側表面に突出する補強部をそれぞれ設けた複合材の上下の外板と、
上記上下の外板の間に配置されるとともにその両端が上記上下の外板の補強部にそれぞれ接着されて上記上下の外板を一体に結合する平板と、を有し、
上記補強部は、その一方の側面が上記内側表面に対して垂直方向に延びる平面に形成されるとともにその他方の側面が前記内側表面に対して傾斜して延びる傾斜面に形成され、
上記平板は、その先端が上記補強部の平面と傾斜面とにそれぞれ結合される２つの部片に分けられていることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載した本発明の複合材翼は、
内側表面に突出する補強部をそれぞれ設けた複合材の上下の外板と、
上記上下の外板の間に配置されるとともにその両端が上記上下の外板の補強部にそれぞれ接着されて上記上下の外板を一体に結合する平板と、を有し、
上記補強部は、その一方の側面が上記内側表面に対して垂直方向に延びる平面に形成されるとともにその他方の側面が前記内側表面に対して傾斜して延びる傾斜面に形成され、
上記平板は、その先端が上記補強部の平面に結合されるとともに、上記傾斜面上に配置されたプリプレグによってその端部が上記補強部に結合されることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載した本発明の複合材翼の成形方法は、
繊維強化樹脂複合材を用いて内側表面に突出する補強部を設けた上下外板を成形し、
成形した下外板を下型の上に配置し、
下外板の上に押圧治具と昇降治具を備えた成形硬化治具を配置し、
別に成形した平板を下端部が下外板の補強部の側面に対向するように配置し、
成形硬化治具の上に成形した上外板を補強部の側面が平板の上端部に対向するように配置し、
上外板の上に上型を配置し、上型と下型を結合し、上外板を上型の内面に当接させるとともに平板の上下端を上下外板の補強部の側面に当接させ、上下外板を一体結合することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の前提となる参考例の複合材翼の概略断面図を示し、この複合材翼１０は、内側表面に突出する複数の補強部１１を設けた上外板１２と、内側表面に突出する補強部１３を設けた下外板１４と、これら上下外板１２，１４の間に配置されて上下端部を熱硬化タイプ接着剤フィルムのような接着剤１５を介して上下外板１２，１４の補強部１１，１３に接着される平板１６とを有する。平板１６は、桁のウェブような内部部材として作用する。上下外板１２，１４と平板１６は、一体成形前の段階では、繊維強化樹脂複合材の硬化品であっても半硬化品であってもよい。
【００１４】
上下外板１２，１４に設けられた補強部１１，１３は、成形される複合材翼１０の翼根から翼端方向に延び、複合材翼１０に加わる主荷重を受けるように構成されている。また、補強部１１，１３の平板１６に対向する接合面１７は側面でその部分は平面であり、これにより、平板１６の両端部と補強部１１，１３は強固に接着される。
【００１５】
図２ないし図４に、必要とされる強度に応じて使い分けられた補強部１１，１３と平板１６との接着部の形態を示すが、上下外板１２，１４に設けられた補強部１１，１３と平板１６の上下端部の接着部はほぼ同じ構成であるから、下外板１４に設けられた補強部１３と平板１６の下端部の接着部についてのみ説明し、他の接着部については説明を省略する。
【００１６】
図２に示す本発明の前提となる参考例としての補強部１３と平板１６の接着部においては、補強部１３は、平板１６との接合面である側面が平面１７であり、これと反対側が傾斜面１８となっている。この傾斜面１８は連続した傾斜面ではなく階段状の面であってもよい。補強部１３の接合面１７と平板１６の下端部との間に熱硬化タイプ接着剤フィルム１５が介装され、補強部１３と平板１６は接着される。
【００１７】
図３に示す一実施形態の補強部１３と平板１６の接着部においては、補強部１３は、一方の平板１６との接合面である側面が平面１７であり、他方の平板１６との接合面である側面が傾斜面１８であり、平板１６は、下端部が未接着部により２つの部片１９，２０に分けられ、一方の部片１９が補強部１３の一方の側面１７に熱硬化タイプ接着剤フィルム１５を介して接着され、他方の部片２０が補強部１３の他方の傾斜面１８に熱硬化タイプ接着剤フィルム１５を介して接着される。
【００１８】
図４に示す一実施形態の補強部１３と平板１６の接着部においては、補強部１３は、一方の平板１６との接合面である側面が平面１７で、これと反対側の側面が傾斜面１８であり、補強部１３の側面１７に平板１６の下端部が熱硬化タイプ接着剤フィルム１５を介して接着され、補強部１３の傾斜面１８と平板１６の下端部との間に熱硬化タイプ接着剤フィルム１５を介して複数枚のプリプレグ２１が配置される。すなわち、プリプレグ２１は、補強部１３の傾斜面１８より上方の平板１６の部位と補強部１３より下の隅部との間に配置される。プリプレグ２１は加熱加圧により硬化される。プリプレグ２１の積層枚数は必要に応じて変動する。
【００１９】
図５は、図２に示す上下外板１２，１４と複数の平板１６とを上下に分割できる箱型治具３０にセットした成形前の段階を示す図である。上下外板１２，１４と平板１６，１６，１６により仕切られた空間３１のそれぞれに成形硬化治具３２が配置されている。
【００２０】
箱型治具３０は、上型治具３３と下型治具３４とを有し、上型治具３３の下面と下型治具３４の上面はそれぞれ対応した翼外表面形状に加工されている。
【００２１】
各成形硬化治具３２は、一対の押圧治具３５ａ，３５ｂとこれら押圧治具３５ａ，３５ｂを互いに離れる方向に移動させる昇降治具３６とを有する。
【００２２】
押圧治具３５ａは、上外板１２を上型治具３３の下面に押圧する押圧面３７ａと、一端側に設けられたシリコンブラダバッグ３８ａとを有する。シリコンブラダバッグ３８ａは、内部に加圧流体を導入することで拡径して平板１６の上端部を上外板１２に設けられた補強部１１の側面に押圧する。シリコンブラダバッグ３８ａは、平板１６の上端部を上外板１２に設けられた補強部１１の側面に押圧する機能を有するものであれば、中実のシリコンソリッドに置換することができる。この場合、シリコンソリッドは、加熱により膨張して拡径して平板１６の上端部を上外板１２に設けられた補強部１１の側面に押圧する。
【００２３】
押圧治具３５ｂは、下外板１４を下型治具３４の上面に押圧する押圧面３７ｂと、一端側に設けられたシリコンブラダバッグ３８ｂとを有する。シリコンブラダバッグ３８ｂは、内部に加圧流体を導入することで拡径して平板１６の下端部を下外板１４に設けられた補強部１３の側面に押圧する。シリコンブラダバッグ３８ａは、加熱により膨張して拡径する中実シリコンソリッドであってもよい。
【００２４】
昇降治具３６は、翼根から翼端方向に斜め上下に分割された割り型治具であり、上型治具３３と下型治具３４とを締結した後、長手方向にスライドさせて押圧治具３５ａ，３５ｂを上下に伸張させて、上下外板１２，１４を上下型治具３３，３４に固定する。
【００２５】
図６は、図４に示す上下外板１２，１４と複数の平板１６とを上下に分割できる箱型治具３０にセットした成形前の段階を示す図であり、上下外板１２，１４と平板１６により仕切られた空間３１に配置される成形硬化治具４０は、一対の押圧治具４１ａ，４１ｂとこれら押圧治具４１ａ，４１ｂを互いに離れる方向に移動させる昇降治具４２とを有する。
【００２６】
押圧治具４１ａは、上外板１２を上型治具３３の下面に押圧する押圧面４３ａと、一端側に設けられたシリコンブラダバッグ４４ａと、他端側に設けられたシリコンブラダバッグ４５ａとを有する。シリコンブラダバッグ４４ａは、内部に加圧流体を導入することで拡径して平板１６の上端部を上外板１２に設けられた補強部１１の側面に押圧する。シリコンブラダバッグ４５ａは、内部に加圧流体を導入することで拡径してプリプレグ２１を上外板１２に設けられた補強部１１の側面に押圧する。
【００２７】
押圧治具４１ｂは、下外板１４を下型治具３４の上面に押圧する押圧面４３ｂと、一端側に設けられたシリコンブラダバッグ４４ｂと、他端側に設けられたシリコンブラダバッグ４５ｂとを有する。シリコンブラダバッグ４４ｂは、内部に加圧流体を導入することで拡径して平板１６の下端部を下外板１４に設けられた補強部１３の側面に押圧する。シリコンブラダバッグ４５ｂは、内部に加圧流体を導入することで拡径してプリプレグ２１を下外板１４に設けられた補強部１３と平板１６に押圧する。
【００２８】
昇降治具４２は、翼根から翼端方向に斜め上下に分割された割り型治具である。昇降治具４２は、上型治具３３と下型治具３４とを締結した後、長手方向にスライドさせることで、押圧治具４１ａ，４１ｂを上下に伸張させて上下外板１２，１４を上下型治具３３，３４に固定する。
【００２９】
しかして、図１に示す複合材翼を成形するには、内側表面に突出する補強部１１を設けた上外板１２と、内側表面に突出する補強部１３を設けた下外板１４と、中間桁のウェブとして作用する平板１６を繊維強化樹脂複合材を用いて別個に成形する。
【００３０】
ついで、成形した上下外板１２，１４を、上下に分割できる箱型治具の内部に対向配置し、別に成形した平板１６を、上下外板１２，１４の間に上下端部が上下外板１２，１４に設けた補強部１１，１３の側面に接着剤５を介して配置し、平板１６の上下端部を補強部１１，１３の側面に押圧して加熱接着することで上下外板１２，１４を一体結合する。
【００３１】
つぎに、図２に示す補強部１１，１３を設けた上下外板１２，１４と平板１６とを用いた複合材翼の成形方法を図５を参照して説明する。
【００３２】
まず、内側表面に突出する補強部１１を設けた上外板１２と、内側表面に突出する補強部１３を設けた下外板１４と、中間桁として作用する平板１６を繊維強化樹脂複合材を用いて別個に成形する。上外板１２と下外板１４と平板１６は、硬化済み製品であっても、半硬化製品であってもよい。
【００３３】
つぎに、成形した下外板１４を下型治具３４の上に配置する。下型治具３４の上面は対応した翼外表面形状に加工されている。
【００３４】
つぎに、別に成形し上下端部に熱硬化タイプ接着剤フィルム１５貼着した平板１６を下端部が下外板１４の補強部１３の側面に対向するように下外板１４の上に配置する。
【００３５】
つぎに、下外板１４の上に平板１６，１６の間に成形硬化治具３２を配置し、成形硬化治具３２の上に成形した上外板１２を配置する。上外板１２は補強部１１の側面が平板１６の上端部に対向配置される。平板１６と成形硬化治具３２の配置の順序は入れ替えることもできる。
【００３６】
つぎに、成形硬化治具３２を、両外板１２，１４の上下面で形成される形状が翼形形状を正確に形成するように位置調整し、両外板１２，１４の位置調整が完了したら、上外板１２の上に上型治具３３を配置する。上型治具３３の下面は対応した翼外表面形状に加工されている。
【００３７】
つぎに、上型治具３３と下型治具３４を結合し、成形硬化治具３２の昇降治具３６を上下方向に伸張させ、押圧治具３５ａで上外板１２を上型治具３３に固定し、押圧治具３５ｂで下外板１４を下型治具３４に固定する。
【００３８】
つぎに、押圧治具３５ａに設けたシリコンブラダバッグ３８ａの内部に加圧流体を導入し、シリコンブラダバッグ３８ａを拡径し、シリコンブラダバッグ３８ａにより平板１６の上端部を上外板１２に設けられた補強部１１の側面に押圧する。これと同時に、押圧治具３５ｂに設けられたシリコンブラダバッグ３８ｂの内部に加圧流体を導入し、シリコンブラダバッグ３８ｂを拡径し、シリコンブラダバッグ３８ｂにより平板１６の下端部を下外板１４に設けられた補強部１３の側面に押圧する。
【００３９】
これにより、上下外板１２，１４と平板１６のセットが完了し、上下外板１２，１４および平板１６を硬化処理または加熱接着により一体結合することで複合材翼が成形される。
【００４０】
成形硬化治具３２は、上型治具３３と下型治具３４を成形された複合材翼から取り外された後、複合材翼の翼根部から抜き取られる。
【００４１】
なお、小骨等の補強部材は上下に分割しておき、平板１６に予め穿孔された孔を利用して複合材翼の適当部位にファスナ結合される。その他の部材は、平板１６の孔や上下外板１２，１４に予め設けられた点検孔用孔を利用して取付けられる。
【００４２】
つぎに、図４に示す補強部１１，１３を設けた上下外板１２，１４と平板１６とを用いた複合材翼の成形方法を図６を参照して説明する。
【００４３】
図６に示す複合材翼の成形方法は、プリプレグ２１を上外板１２の補強部１１と下外板１４の補強部１３に配置したことが他の実施の形態と相違し、その他の構成部材は同じであるから、図６に示す複合材翼の成形方法においては、図５に示す複合材翼の成形方法と同様な部分については説明を省略する。
【００４４】
図５に示す複合材翼の成形方法とは、プリプレグ２１を上外板１２の補強部１１と下外板１４の補強部１３に配置したことで、接着部に部分的な接着圧力を負荷する成形硬化治具４０の構成が相違している。
【００４５】
すなわち、成形硬化治具４０の押圧治具４１ａにシリコンブラダバッグ４４ａとシリコンブラダバッグ４５ａが設けられ、押圧治具４１ｂにシリコンブラダバッグ４４ｂとシリコンブラダバッグ４５ｂが設けられている。
【００４６】
図６に示す複合材翼の成形方法においては、下型治具３４の上に配置された下外板１４の補強部の傾斜面に予めプリプレグ２１を貼着しておく。下外板１４の上に配置された成形硬化治具４０の上に補強部１１の傾斜面に予めプリプレグ２１が貼着された上外板１２を配置する。
【００４７】
そして、上型治具３３と下型治具３４を結合した後、成形硬化治具４０の押圧治具４１ａ，４１ｂで上下外板１２，１４を上下型治具３３，３４に固定した段階において、押圧治具４１ａ，４１ｂのシリコンブラダバッグ４４ａ，４４ｂの内部に加圧流体を導入し、平板１６の上下端部を上下外板１２，１４に設けられた補強部１１，１３に押圧し、押圧治具４１ａ，４１ｂのシリコンブラダバッグ４５ａ，４５ｂの内部に加圧流体を導入し、シリコンブラダバッグ４５ａ，４５ｂを拡径し、プリプレグ２１を補強部１１，１３の傾斜面と平板１６の上下端部に押圧する。
【００４８】
上下外板１２，１４と平板１６とプリプレグ２１は、加熱硬化処理されて一体結合され、複合材翼が成形される。
【００４９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の複合材翼は、主荷重を受け持つ補強部を成形した上下外板に一体に成形したことで、外板の面外剛性が増し、ハンドリング性を含めて形状の安定性が向上する。
【００５０】
また、本発明の複合材翼は、上下外板の外表面側を治具面にすることで、外観品質の向上と外形精度の向上を図ることができ、隅部の非破壊検査も箱型のような閉断面でないため容易に行うことができる。
【００５１】
本発明の複合材翼の成形方法は、上下外板を箱型に位置決めして精度の高い外形を保証した後に、補強部を部分的に接着圧力を加える方法で押し付けて箱型全体で最終成形するので、上下外板と平板の接着部を隅部から距離を保った位置に設定でき、非破壊検査を容易に行なうことができるとともに、部分的な治具を用いることで箱型の中全体を埋める中間治具を排除でき、治具コストを下げることができる。
【００５２】
また、本発明の複合材翼の成形方法は、予め単独で加工できるために、接着部の剥離強度向上を目的とした板厚加工が可能であり、主荷重方向補強部を十分厚く、内部部材を薄くすることで強度効率の良い構造とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の前提となる参考例の複合材翼の概略断面図。
【図２】  本発明の前提となる参考例の複合材翼の外板と平板の接着部を示す図。
【図３】  本発明による複合材翼の外板と平板の接着部の一例を示す図。
【図４】  本発明による複合材翼の外板と平板の接着部の他例を示す図。
【図５】  本発明による複合材翼の成形方法において使用される部分的な接着圧力を付与する治具の概念図。
【図６】  本発明による複合材翼の成形方法において使用される部分的な接着圧力を付与する治具の他の例の概念図。
【図７】  従来の複合材翼の概略断面図。
【図８】  図７のＡ−Ａ線に沿った断面図。
【符号の説明】
１０  複合材翼
１１，１３  補強部
１２，１４  外板
１６  平板
１７，１８  接合面
２１  プリプレグ
３０  箱型治具
３２  成形硬化治具
３３  上型治具
３４  下型治具
３５ａ，３５ｂ  押圧治具
３８ａ，３８ｂ  シリコンブラダバッグ
【図１】
0004316067.tif 000002
【図２】
0004316067.tif 000003
【図３】
0004316067.tif 000004
【図４】
0004316067.tif 000005
【図５】
0004316067.tif 000006
【図６】
0004316067.tif 000007
【図７】
0004316067.tif 000008
【図８】
0004316067.tif 000009